JP2019085554A - 重合体、レジスト組成物、およびパターンが形成された基板の製造方法 - Google Patents

重合体、レジスト組成物、およびパターンが形成された基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】現像液として有機溶媒を用いる現像プロセスにおいて、レジスト材料として好適な重合体を提供する。【解決手段】式(1)で表される単量体単位を含む重合体であって、前記重合体を20質量%含むPGMEA溶液の100質量部に、n−ヘプタン又はメタノールを添加した混合液の濁度が、10NTUとなるときのn−ヘプタンの添加量が8.0〜50.0質量部であり、かつ5NTUとなるときのメタノールの添加量が26.0〜130.0質量部である重合体。式中、nは0または1〜4の整数、mは2(n+1)で表される整数、m個のRはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、または酸分解性基である。[化1]【選択図】なし

Description

本発明は重合体、前記重合体を含むレジスト組成物、および前記レジスト組成物を用いたパターンが形成された基板の製造方法に関する。
半導体素子や液晶素子の製造における微細加工の分野においては、リソグラフィー技術によりシリコン基板等の基板にパターンを形成することが行われている。近年、リソグラフィー技術の進歩により急速に、パターン寸法の微細化が進んでいる。
その微細化の手法としては、一般に、基板上に設けられたレジスト膜をパターニングする際に該レジスト膜に照射する照射光を短波長化する手法が用いられている。具体的には、従来のg線(波長438nm)、i線(波長365nm)に代表される紫外線からDUV(Deep Ultra Violet)へと照射光が変化してきている。具体的には、KrFエキシマレーザー(波長248nm)、ArFエキシマレーザー(波長193nm)、Fエキシマレーザー(波長157nm)によるリソグラフィー技術が開発され、さらに、電子線リソグラフィー技術や、波長13.5nm近傍の極端紫外光(Extreme Ultra Violet light:EUV光)を用いるEUVリソグラフィー技術についても研究されている。
このような短波長の照射光や電子線に対応できる高解像度のレジスト組成物として、レジスト用樹脂と、活性光線または放射線の照射により酸を発生する酸発生剤を含有する「化学増幅型レジスト組成物」が多く用いられる。
化学増幅型レジスト組成物にあっては、レジスト膜の照射部において酸発生剤の分解反応が起こって酸が発生し、現像液に対する溶解性が変化する反応が生じる。具体的に、ポジ型の場合は、酸の作用によって照射部の現像液に対する溶解性が高まり、ネガ型の場合は、酸の作用によって照射部の現像液に対する溶解性が低下する。
また、基板上にレジスト膜を形成し、露光し、現像してレジストパターンを形成した後、レジストパターンをマスクとしてドライエッチングする際に、熱によってレジストパターンが軟化するとレジストパターンをマスクとして形成される微細パターンの精度が悪くなるおそれがある。このため、レジストパターンの形成に用いるレジスト用樹脂が熱で軟化しにくく、ドライエッチング耐性に優れることが求められる。
特許文献1には、下記式(1)で表される単量体単位を含み、酸によりアルカリ水溶液に可溶となるレジスト用樹脂が記載されている。
特許第3953712号公報
近年、未露光部を有機溶媒で溶解してネガ型のレジストパターンを形成する現像プロセスが注目されている。
本発明は、現像液として有機溶媒を用いる現像プロセスにおけるレジスト材料として好適な重合体、該重合体を含むレジスト組成物、および前記レジスト組成物を用いたパターンが形成された基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、以下の態様を有する。
[1] 下記式(1)で表される単量体単位を含む重合体であって、前記重合体を20質量%含むPGMEA溶液の100質量部に、n−ヘプタン又はメタノールを添加した混合液の濁度が、10NTUとなるときのn−ヘプタンの添加量が8.0〜50.0質量部であり、かつ5NTUとなるときのメタノールの添加量が26.0〜130.0質量部である、重合体。
Figure 2019085554
[式中、nは0または1〜4の整数、mは2(n+1)で表される整数、m個のRはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、または酸分解性基である。]
[2] 全単量体単位に対して、前記式(1)で表される単量体単位が6〜60モル%である、[1]に記載の重合体。
[3] 下記式(2)で表される重合開始剤に由来する分子末端基を有する、[1]又は[2]の重合体。
Figure 2019085554
[式中、R〜Rはそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、−COO−R11、−X−COO−R11、−CONR12−R11、−X−CONR12−R11、−NR12−R11、または−X−NR12−R11であり、Xは炭素数1〜10のアルキレン基、R11およびはR12それぞれ独立に、水素原子または炭素数1〜10のアルキル基である。]
[4] 前記[1]〜[3]のいずれかの重合体、および活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含有する、レジスト組成物。
[5] 前記[4]のレジスト組成物を、基板の被加工面上に塗布してレジスト膜を形成する工程と、該レジスト膜に対して露光する工程と、露光されたレジスト膜を有機溶媒を用いて現像する工程とを含む、パターンが形成された基板の製造方法。
本発明によれば、現像液として有機溶媒を用いる現像プロセスにおけるレジスト材料として好適な重合体、該重合体を含むレジスト組成物、および前記レジスト組成物を用いたパターンが形成された基板の製造方法を提供できる。
実施例および比較例において、n−ヘプタンを添加して濁度を測定した結果を示すグラフである。 実施例および比較例において、メタノールを添加して濁度を測定した結果を示すグラフである。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、アクリレートまたはメタクリレートを意味する。
<重合体>
本実施形態の重合体は、下記式(1)で表される単量体単位(以下、単量体単位(1)ともいう。)を含む。単量体単位(1)以外の他の単量体単位の1種以上を含んでもよい。
単量体単位(1)は、側鎖にラクトン骨格を有する単量体単位と比較して、重合体の有機溶媒に対する溶解性の向上に寄与する。また、重合体のガラス転移温度(以下、Tgともいう。)の上昇に寄与し、ドライエッチング耐性の向上に寄与する。
重合体中の単量体単位(1)は1種でもよく、2種以上でもよい。
Figure 2019085554
式(1)において、nは0または1〜4の整数であり、1〜3が好ましい。
mは、2(n+1)で表される整数である。
m個のRは、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、または酸分解性基である。
Rとしてのアルキル基の炭素数は1〜13が好ましく、1〜8がより好ましく、1〜4がさらに好ましい。アルキル基は直鎖状でも、分岐状でも、環状でもよい。
酸分解性基は、酸の作用によって分解反応を生じる基である。例えばt−ブチル基、テトラヒドロピラン−2−イル基、1−ブトキシエチル基、2−メチル−2−アダマンチル基、2−アセトキシメンチル基等が挙げられる。これらの酸分解性基が分解すると重合体の極性が増大し、有機溶媒に対する溶解性が低下する。
m個のRのうち、1〜2個がアルキル基または酸分解性基であり、残りが水素原子であることが好ましい。1〜2個がアルキル基であり、残りが水素原子であることがより好ましい。
単量体単位(1)は、下記単量体(1)を重合反応させて得られる単量体単位であることが好ましい。
単量体(1)は、2−メチレン−3−プロパノリド、2−メチレン−5−ペンタノリド、2−メチレン−6−ヘキサノリド、2−メチレン−7−ヘプタノリド、2−メチレン−γ−ブチロラクトン、3−メチル−2−メチレン−γ−ブチロラクトン、4−メチル−2−メチレン−γ−ブチロラクトン、3−エチル−2−メチレン−γ−ブチロラクトン、4−エチル−2−メチレンブチロラクトン、3、3−ジメチル−2−メチレン−γ−ブチロラクトン、および4,4−ジメチル−2−メチレン−γ−ブチロラクトンからなる群から選ばれる1種以上が好ましい。
単量体(1)は、2−メチレン−γ−ブチロラクトン、3−メチル−2−メチレン−γ−ブチロラクトン、4−メチル−2−メチレン−γ−ブチロラクトン、3−エチル−2−メチレン−γ−ブチロラクトン、4−エチル−2−メチレンブチロラクトン、3、3−ジメチル−2−メチレン−γ−ブチロラクトン、および4,4−ジメチル−2−メチレン−γ−ブチロラクトンからなる群から選ばれる1種以上がより好ましい。
単量体単位(1)以外の他の単量体単位は、化学増幅型レジスト組成物において公知の単量体単位を用いることができる。具体的には、特開平9−090637号公報または特開平10−207069号公報に記載のアクリル系樹脂、特開平10−207070号公報記載または特開平10−218941号公報に記載のオレフィン系樹脂が挙げられる。
好ましい他の単量体単位としては、脂環式骨格を有する単量体単位、ラクトン骨格を有する単量体単位(ただし単量体単位(1)は除く、以下同様。)、p−ヒドロキシスチレンまたはその誘導体に基づく単量体単位等が挙げられる。
p−ヒドロキシスチレンまたはその誘導体に基づく単量体単位は、KrFエキシマレーザーや電子線を光源とする場合に、ドライエッチング耐性の向上に寄与する。光源がArFエキシマレーザーの場合は光線透過率が低い。
光源がArFエキシマレーザーの場合は、脂環式骨格を有する単量体単位およびラクトン骨格を有する単量体単位の一方または両方を用いることが好ましい。
ラクトン骨格を有する単量体単位は、基板に対する密着性の向上に寄与する。
ラクトン骨格を有する単量体としては、δ−バレロラクトン環を有する(メタ)アクリレート、γ−ブチロラクトン環を有する(メタ)アクリレート、および、これらの単量体のラクトン環上に置換基(アルキル基、ヒドロキシ基またはカルボキシ基)を有する誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
具体的には、β−メタクリロイルオキシ−β−メチル−δ−バレロラクトン、β−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン、β−メタクリロイルオキシ−β−メチル−γ−ブチロラクトン、α−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン、2−(1−メタクリロイルオキシ)エチル−4−ブタノリド、パントラクトンメタクリレート等が挙げられる。
本実施形態の重合体により高いドライエッチング耐性が求められる場合には、ラクトン骨格を有する単量体として多環式ラクトン環を有する単量体が好ましい。
多環式ラクトン環とは、イソボルニル骨格、アダマンタン骨格、トリシクロデカニル骨格、ジシクロペンタジエニル骨格等の多環式骨格にラクトン環を導入した構造を意味する。
多環式ラクトン環を有する単量体としては、多環式ラクトン環を有する(メタ)アクリレート等が好ましい。
具体的には、5−メタクリロイルオキシ−6−ヒドロキシビシクロ[2,2,1]ヘプタン−2−カルボキシリック−6−ラクトン、5−アクリロイルオキシ−6−ヒドロキシビシクロ[2,2,1]ヘプタン−2−カルボキシリック−6−ラクトン、2−メチル−6−メタクリロイルオキシ−6−ヒドロキシビシクロ[2,2,1]ヘプタン−2−カルボキシリック−6−ラクトン、2−メチル−6−アクリロイルオキシ−6−ヒドロキシビシクロ[2,2,1]ヘプタン−2−カルボキシリック−6−ラクトン等が挙げられる。
単量体単位(1)が酸分解性基を有しない場合、少なくとも酸分解性基を有する他の単量体単位を含むことが好ましい。酸分解性基を有する他の単量体単位は1種でもよく、2種以上でもよい。
他の単量体単位の酸分解性基としては、単量体の水酸基またはカルボキシ基を、アセトキシ基、t−ブチル基、テトラヒドロピラニル基、メチルアダマンチル基等の酸脱離性基で保護した基が挙げられる。これらの酸脱離性基が脱離すると重合体の極性が増大し、有機溶媒に対する溶解性が低下する。
酸分解性基を有する他の単量体単位は、酸分解性基を有する他の単量体に基づく単位が好ましい。酸分解性基を有する他の単量体は、酸分解性基及び重合性官能基を有する化合物であればよく、公知の単量体が挙げられる。
例えば、炭素数6〜20の脂環式炭化水素基及び酸分解性基を有する(メタ)アクリル酸エステル(以下、単量体(3)ともいう。)等が挙げられる。
単量体(3)としては、例えば、炭素数6〜20の脂環式炭化水素基を有し、(メタ)アクリル酸エステルのエステル結合を構成する酸素原子との結合部位に第3級炭素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル;炭素数6〜20の脂環式炭化水素基を有し、脂環式炭化水素基に−COOQ基(Qは、置換基を有していてもよい第3級炭化水素基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基又はオキセパニル基を表す。)が直接又は連結基を介して結合している(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。
単量体(3)の脂環式炭化水素基は、(メタ)アクリル酸エステルのエステル結合を構成する酸素原子と直接結合していてもよく、アルキレン基等の連結基を介して結合していてもよい。
単量体(3)の中でも、レジストの感度や解像度に優れることから、下式(3−1)〜(3−4)で表される単量体が好ましい。
特に、波長250nm以下の光で露光するレジストパターン形成を可能とすることから、2−メチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート、2−エチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート、1−イソプロピルアダマンチル(メタ)アクリレート、1−(1’−アダマンチル)−1−メチルエチル(メタ)アクリレート、1−メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、1−メチルシクロペンチル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロペンチル(メタ)アクリレート、1−イソプロピルシクロペンチル(メタ)アクリレート、t-ブチルシクロペンチル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロオクチル(メタ)アクリレートがより好ましく、2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート、イソプロピルアダマンチルメタクリレート、1−メチルシクロペンチル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロペンチルメタクリレート、1−イソプロピルシクロペンチル(メタ)アクリレート、t-ブチルシクロペンチル(メタ)アクリレートが更に好ましい。
Figure 2019085554
式(3−1)〜(3−4)において、R31、R32、R33、R34は、それぞれ独立に水素原子又はメチル基を表す。
21、R24、R25は、それぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基を表す。アルキル基は、直鎖状でもよく、分岐状でもよい。
22、R23は、それぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を表す。アルキル基は、直鎖状でもよく、分岐状でもよい。
331、R332、R333、R334は、それぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。アルキル基は、直鎖状でもよく、分岐状でもよい。
、X、X、Xは、それぞれ独立に炭素数1〜6のアルキル基を表す。アルキル基は、直鎖状でもよく、分岐状でもよい。
n1、n2、n3、n4は、それぞれ独立に0〜4を表す。n1、n2、n3又はn4が2以上の場合、1つの単量体中にX、X、X又はXは、複数存在する。複数存在するX、X、X又はXは、同一であってもよく、異なってもよい。
、Zは、それぞれ独立に−O−、−S−、−NH−又は−(CH)k−を表す。kは、1〜6の整数を表す。
qは、0又は1を表す。
rは、0〜3の整数を表す。
本実施形態の重合体を20質量%含むPGMEA溶液の100質量部に、n−ヘプタン又はメタノールを添加した混合液の濁度が、10NTUとなるときのn−ヘプタンの添加量が8.0〜50.0質量部であり、かつ5NTUとなるときのメタノールの添加量が26.0〜130.0質量部である。
重合体溶液の濁度が一定値に達するまでに添加できる有機溶媒の量(添加可能量)が多いほど、重合体と有機溶媒との相溶性が高いことを意味する。n−ヘプタンの添加可能量は低極性の有機溶媒との相溶性の指標であり、メタノールの添加可能量は高極性の有機溶媒との相溶性の指標である。
n−ヘプタンの添加可能量が8.0質量部以上であり、かつメタノールの添加可能量が26.0質量部以上であると、低極性有機溶媒と高極性有機溶媒の両方に対して良好な溶解性が得られる。したがって、本実施形態の重合体を用いて形成したレジストを、現像液として有機溶媒を用いてパターニングする方法において、使用可能な現像液の種類が多い。
また、n−ヘプタンの添加可能量が50.0質量部以下であり、かつメタノールの添加可能量が130.0質量部以下であると、有機溶媒を現像液として用いた場合の、レジストの過剰な溶解を防止できる。
n−ヘプタンの添加可能量およびメタノールの添加可能量は、重合体における単量体単位(1)の含有量によって調整できる。
全単量体単位に対して、単量体単位(1)は6〜80モル%が好ましく、10〜75モル%がより好ましく、20〜60モル%がさらに好ましく、20〜50モル%が特に好ましい。上記範囲の下限値以上であるとTg上昇による耐ドライエッチング耐性の向上効果と下層膜への密着性に優れ、上限値以下であるとレジスト溶剤に用いられる有機溶剤や現像液に用いられる有機溶媒への溶解性が良好となる。
レジストの感度の点で、全単量体単位に対して、酸分解性基を有する単量体単位は、20〜80モル%が好ましく、25〜70モル%がより好ましく、30〜60モル%がさらに好ましい。
全単量体単位に対して、単量体単位(1)とラクトン骨格を有する単量体単位の合計は、20〜80モル%が好ましく、30〜75モル%がより好ましく、40〜60モル%がさらに好ましい。上記範囲の下限値以上であると下層膜への密着性に優れ、上限値以下であるとレジスト溶剤に用いられる有機溶剤や現像液に用いられる有機溶媒への溶解性が良好となる。
Tg上昇による耐ドライエッチング耐性の向上効果の点で、単量体単位(1)とラクトン骨格を有する単量体単位の合計を100モル%とするとき、単量体単位(1)の割合は10〜100モル%が好ましく、20〜80モル%がより好ましく、30〜60モル%がさらに好ましい。
レジストの性能バランスの点で、単量体単位(1)およびラクトン骨格を有する単量体単位のいずれも酸分解性基を有さない場合、「単量体単位(1)とラクトン骨格を有する単量体単位の合計」/「酸分解性基を有する単量体単位」のモル比は20/80〜80/20が好ましく、30/70〜70/30がより好ましく、40/60〜60/40がさらに好ましい。
極性基を含む単量体を含んでいてもよい。極性基を含む単量体は、極性基及び重合性官能基を有する化合物であればよく、公知の単量体が挙げられる。
全単量体単位に対して、ヒドロキシ基、シアノ基、アルコキシ基、カルボキシ基、アミノ基、カルボニル基、フッ素原子を含む基、硫黄原子を含む基、アセタール構造を含む基、およびエーテル結合を含む基からなる群から選ばれる極性基の1種以上を有する単量体単位は、0〜30モル%が好ましく、0〜20モル%がより好ましく、0〜10モル%がさらに好ましい。
脂環式骨格を有する単量体単位は、ドライエッチング耐性の向上に寄与する。
前記単量体(3)以外の、脂環式骨格を有する単量体としては、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタジエニル(メタ)アクリレート、および、これらの単量体の脂環式環上に置換基(アルキル基、ヒドロキシ基またはカルボキシ基)を有する誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
具体的には、1−イソボニルメタクリレート、2−メタクリロイルオキシ−2−メチルアダマンタン、シクロヘキシルメタクリレート、アダマンチルメタクリレート、トリシクロデカニルメタクリレート、ジシクロペンタジエニルメタクリレート等が挙げられる。
本実施形態の重合体の好ましい態様として、全単量体単位に対して、単量体単位(1)が6〜60モル、ラクトン骨格を有する単量体単位が0〜44モル%、単量体(3)に基づく単量体単位が30〜70モル%であり、これらの合計が80〜100モル%である重合体が挙げられる。
重合体の重量平均分子量(Mw)は、1,000〜100,000が好ましく、3,000〜50,000がより好ましく、5,000〜30,000がさらに好ましい。
前記範囲の下限値以上であるとドライエッチング耐性に優れ、上限値以下であると有機溶媒に対する溶解性に優れる。
重合体のガラス転移温度(Tg)は80℃以上が好ましい。レジストを形成する重合体Tgが高いと、ドライエッチングの際の熱でレジストパターンが軟化しにくく、ドライエッチング耐性に優れる。
本実施形態の重合体は、後述の式(2)で表される重合開始剤(以下、重合開始剤(2)という)に由来する分子末端基(以下、分子末端基(2)という)を有することが好ましい。分子末端基(2)は、重合体と有機溶媒との相溶性の向上に寄与する。
<重合体の製造方法>
本実施形態の重合体を製造する方法は、例えば、反応容器内で有機溶媒を重合温度に保持し、ここに、単量体および重合開始剤を有機溶媒に溶解させた単量体溶液を、滴下する、いわゆる滴下重合法が簡便で好ましい。
滴下重合法に用いる有機溶媒は特に限定されないが、単量体および合成した重合体のいずれも溶解できる溶剤が好ましく、例えば、鎖状エーテル(例えば、ジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等。)、環状エーテル(例えば、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等。)等のエーテル類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;ヘキサン等の脂肪族炭化水素;シクロヘキサン等の脂環式炭化水素等が挙げられる。これらの有機溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
重合開始剤は、下記式(2)で表される重合開始剤(2)が好ましい。さらに、n−ブチルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン等のメルカプタン類を連鎖移動剤として併用してもよい。
Figure 2019085554
式(2)において、R〜Rはそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、−COO−R11、−X−COO−R11、−CONR12−R11、−X−CONR12−R11、−NR12−R11、または−X−NR12−R11であり、Xは炭素数1〜10のアルキレン基、R11およびはR12それぞれ独立に、水素原子または炭素数1〜10のアルキル基である。前記アルキル基およびアルキレン基は、直鎖状でも、分岐状でも、環状でもよい。
重合開始剤(2)の具体例として、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロパン)、ジブチル−2,2’−アゾビスイソブチレート等が例示できる。
滴下重合法における重合温度は、50〜150℃の範囲が好ましい。滴下時間は、3時間以上が好ましい。さらに滴下終了後1時間程度その温度を保持し、重合を完結させることが好ましい。
滴下重合法によって得られた重合溶液を、好ましくは精製して、残存する未反応の単量体や重合開始剤等を取り除き、固液分離し、必要に応じて乾燥することによって、固体のレジスト用重合体が得られる。
得られたレジスト用重合体を良溶媒に溶解させて重合体溶液を得る。得られた重合体溶液はリソグラフィー用重合体溶液として使用できる。
良溶媒としては、2−ペンタノン、2−ヘキサノン等の直鎖状ケトン類;シクロペンタノン、シクロヘキサノン等の環状ケトン類;
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;
エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;
プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;
エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のエチレングリコールモノアルキルエーテル類;
ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のジエチレングリコールアルキルエーテル類;
酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル等のエステル類;シクロヘキサノール、1−オクタノール等のアルコール類;
炭酸エチレン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。
これらの溶媒は、1種単独で用いてもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
本実施形態の重合体は、レジストの未露光部を有機溶媒で溶解して除去する、ネガ型のレジストパターン形成方法において、レジストを形成する重合体として好適である。
酸分解性基を有し、酸の作用により有機溶媒に対する溶解性が低下する重合体は、化学増幅型レジスト組成物に好適である。
<レジスト組成物>
レジスト組成物は、本実施形態の重合体と、レジスト溶媒、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含む。具体的には、重合体溶液に、必要に応じてレジスト溶媒を加え、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を添加し、溶解して、レジスト組成物が得られる。
レジスト溶媒としては、上記に良溶媒として挙げた溶媒を用いることができる。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物は、化学増幅型レジスト組成物の光酸発生剤として使用可能なものの中から任意に選択できる。光酸発生剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
光酸発生剤としては、例えば、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、キノンジアジド化合物、ジアゾメタン化合物等が挙げられる。中でもオニウム塩化合物が好適であり、例えば、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等を挙げることができる。
光酸発生剤の使用量は、レジスト用重合体100質量部に対して、0.1〜20質量部が好ましく、0.5〜10質量部がより好ましい。
レジスト組成物は、必要に応じて、界面活性剤、クエンチャー、増感剤、ハレーション防止剤、保存安定剤、消泡剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。
界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート等のノニオン系界面活性剤のほか、以下商品名で、ポリフローNo.75(共栄社油脂化学工業製)、メガファックスF173(大日本インキ化学工業製)、サーフロンSC−105(旭硝子社製)、L−70001(信越化学工業製)等が挙げられる。
<パターンが形成された基板の製造方法>
パターンが形成された基板の製造方法の一例について説明する。
まず、シリコンウエハー等の被加工基板の表面に、レジスト組成物をスピンコート等により塗布する。そして、レジスト組成物が塗布された被加工基板を、ベーキング処理(プリベーク)等で乾燥することにより、基板上にレジスト膜を形成する。
ついで、レジスト膜に、フォトマスクを介して、250nm以下の波長の光を照射して潜像を形成する(露光)。照射光としては、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUVエキシマレーザーが好ましく、ArFエキシマレーザーが特に好ましい。また、電子線を照射してもよい。
また、該レジスト膜と露光装置の最終レンズとの間に、純水、パーフルオロ−2−ブチルテトラヒドロフラン、パーフルオロトリアルキルアミン等の高屈折率液体を介在させた状態で光を照射する液浸露光を行ってもよい。
露光後、適宜熱処理(露光後ベーク、PEB)し、レジスト膜に現像液を接触させ、未露光部分を現像液に溶解させて除去する(ネガ型現像プロセス)。現像液としては有機溶媒を含有する現像液(以下、有機系現像液ともいう。)を用いる。
有機系現像液としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル系溶剤;メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、1−メトキシ−2−プロパノール等のアルコール系溶剤;炭化水素系溶剤;、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶剤、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶剤等の極性溶剤;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素系溶剤を用いることができる。
上記の有機溶媒は、複数混合してもよい。特に、有機系現像液は、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種類の有機溶媒を含有する現像液であるのが好ましい。
現像後、基板を純水等で適宜リンス処理する。このようにして被加工基板上にレジストパターンが形成される。
レジストパターンが形成された基板は、適宜熱処理(ポストベーク)してレジストを強化し、レジストのない部分を選択的にドライエッチングする。
ドライエッチング後、レジストを剥離剤によって除去することによって、微細パターンが形成された基板が得られる。
以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。以下において「部」は、特に断りのない限り「質量部」を示す。
≪測定方法≫
<分子量>
重量平均分子量(Mw)は、ゲル・パーミエイション・クロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレン換算で求めた。溶剤には、テトラヒドロフランを使用した。
<共重合組成比>
各例で得られた樹脂(レジスト用重合体)について、各単量体に基づく構成単位の組成比(単位:モル%)を、H−NMRの測定により求めた。
この測定においては、日本電子(株)製、ECS−400型 超伝導FT(フーリエ変換)−NMR装置を用い、約5質量%のサンプル溶液(溶媒は重クロロホルム)を直径5mmφのサンプル管に入れ、観測周波数400MHz、シングルパルスモードにて、H 64回の積算を行った。測定温度は60℃で行った。
<濁度の測定試験>
濁度は、濁度計(Orbeco−Hellige社製、製品名:TB200)を用い、以下の方法で測定した。
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)に、測定対象のネガ型レジスト用重合体を溶解して、濃度20質量%のPGMEA溶液を調製した。得られたPGMEA溶液、n−ヘプタン又はメタノールを添加して混合液とし、25℃水浴上で1時間撹拌した後、濁度計(Orbeco−Hellige社製、製品名:TB200)で濁度を測定した。
前記混合液の濁度が10NTUになるときの、前記PGMEA溶液100質量部に対するn−ヘプタンの添加量(単位:質量部)、及び前記混合液の濁度が5NTUになるときの、前記PGMEA溶液100質量部に対する、メタノールの添加量(単位:質量部)をて測定した。
(実施例1)
以下の原料を用いて重合体を合成した。
溶媒1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、略称:PGMEA。
溶媒2:γ−ブチロラクトン、略称:γBL。
単量体1:α−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン、略称:GBLMA、ラクトン骨格を有する単量体。
単量体2:3−メチル−2−メチレン−γ−ブチロラクトン、略称:MMBL、重合反応により前記式(1)においてn=1、m=3、m個のRが1個のメチル基および2個の水素である単量体単位となる。
単量体3:1−メチルシクロペンチルメタクリレート、略称:MCPMA、前記式(3−4)においてR25=メチル基、R34=メチル基、r=0、n4=0である化合物。
重合開始剤1:ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業社製、V601(商品名))。
窒素導入口、攪拌機、コンデンサーおよび温度計を備えた重合容器に、窒素雰囲気下で、PGMEA 42.0部、γBL 63.1部、及び下記の単量体を仕込み、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
MMBL: 1.30部
GBLMA: 1.63部
MCPMA: 4.00部
次いで、別個の滴下漏斗より、下記重合開始剤溶液と、下記単量体と重合開始剤の混合溶液の供給を同時に開始し、単量体と重合開始剤の混合溶液を6時間かけて、重合開始剤溶液を20分かけて、一定の滴下速度で重合容器内に滴下し、単量体と重合開始剤の混合溶液の供給終了後から重合容器内の温度を80℃で1時間保持した。
(重合開始剤溶液)
重合開始剤1: 1.79部
PGMEA: 11.5部
(単量体と重合開始剤の混合溶液)
GBLMA: 26.0部
MMBL: 17.27部
MCPMA: 50.5部
PGMEA: 39.8部
γBL: 77.4部
重合開始剤1: 4.18部
得られた反応溶液を10倍量のメタノール/水=90/10(体積比)中に撹拌しながら滴下し、白色の析出物(重合体P1)の沈殿を得た。得られた沈殿を濾別し、減圧下60℃で約40時間乾燥した。
得られた重合体P1の、Mw、共重合組成比、前記濁度の測定試験において濁度が10NTUになるときのn−ヘプタンの添加量、及び濁度が5NTUになるときの、メタノールの添加量を表1に示す(以下、同様)。
なお、表に示す共重合組成比は仕込み比であるが、得られた重合体P1の共重合組成比を前記の方法で測定したところ、GBLMA:24.4モル%、MMBL:24.3モル%、MCPMA:51.4モル%であり、仕込み比とほぼ同じであった。
(実施例2)
実施例1において、重合容器に仕込む溶媒及び単量体を、PGMEA 44.3部、γBL 66.4部、MMBL 0.26部、GBLMA 2.88部、MCPMA 3.93部に変更した。また、滴下漏斗から供給する重合開始剤溶液、及び単量体と重合開始剤の混合溶液を下記に変更した。それ以外は実施例1と同様にして重合体P2を得た。
得られた重合体P2の共重合組成比を前記の方法で測定したところ、GBLMA:43.7モル%、MMBL:4.9モル%、MCPMA:51.5モル%であり、仕込み比とほぼ同じであった。
(重合開始剤溶液)
重合開始剤1: 1.76部
PGMEA: 12.3部
(単量体と重合開始剤の混合溶液)
GBLMA: 45.99部
MMBL: 3.41部
MCPMA: 49.65部
PGMEA: 42.2部
γBL: 81.9部
重合開始剤1: 4.10部
(比較例1、2、実施例3、4)
実施例1において、共重合体組成比(仕込み比)を表1に示す通りに変更して重合体P3〜6を得た。
図1は、濁度の測定試験におけるn−ヘプタンの添加量と濁度との関係を示したグラフである。横軸は、試験溶液(測定対象の重合体の濃度20質量%PGMEA溶液)100質量部に対する、n−ヘプタンの添加量(単位:質量部)、縦軸は濁度(単位:NTU)を示す。
図2は、濁度の測定試験における、メタノールの添加量と濁度との関係を示したグラフである。横軸は、試験溶液(測定対象の重合体の濃度20質量%PGMEA溶液)100質量部に対する、メタノールの添加量(単位:質量部)、縦軸は濁度(単位:NTU)を示す。
なお、比較例2の重合体P6は、濃度20質量%となるようにPGMEAに溶解させた溶液(メタノールの添加量がゼロ)の濁度が5NTUを超えたため、メタノールを添加する試験は行わなかった。
Figure 2019085554
表1および図1、2の結果に示されるように、実施例1〜4において、濁度が10NTUになるときのn−ヘプタンの添加量が8.0〜50.0質量部であり、かつ濁度が5NTUになるときのメタノールの添加量が26.0〜130.0質量部である重合体が得られた。
実施例1〜4の重合体は、低極性有機溶媒と高極性有機溶媒の両方に対して適度な溶解性を有し、現像液として有機溶媒を用いる現像プロセスにおけるレジストの形成材料として好適である。

Claims (5)

  1. 下記式(1)で表される単量体単位を含む重合体であって、
    前記重合体を20質量%含むPGMEA溶液の100質量部に、n−ヘプタン又はメタノールを添加した混合液の濁度が、10NTUとなるときのn−ヘプタンの添加量が8.0〜50.0質量部であり、かつ5NTUとなるときのメタノールの添加量が26.0〜130.0質量部である、重合体。
    Figure 2019085554
    [式中、nは0または1〜4の整数、mは2(n+1)で表される整数、m個のRはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、または酸分解性基である。]
  2. 全単量体単位に対して、前記式(1)で表される単量体単位が6〜60モル%である、請求項1に記載の重合体。
  3. 下記式(2)で表される重合開始剤に由来する分子末端基を有する、請求項1または2に記載の重合体。
    Figure 2019085554
    [式中、R〜Rはそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、−COO−R11、−X−COO−R11、−CONR12−R11、−X−CONR12−R11、−NR12−R11、または−X−NR12−R11であり、Xは炭素数1〜10のアルキレン基、R11およびはR12それぞれ独立に、水素原子または炭素数1〜10のアルキル基である。]
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の重合体、および活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含有する、レジスト組成物。
  5. 請求項4記載のレジスト組成物を、基板の被加工面上に塗布してレジスト膜を形成する工程と、該レジスト膜に対して露光する工程と、露光されたレジスト膜を有機溶媒を用いて現像する工程とを含む、パターンが形成された基板の製造方法。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001081139A (ja) * 1999-07-12 2001-03-27 Mitsubishi Rayon Co Ltd レジスト用樹脂および化学増幅型レジスト組成物
JP2003131382A (ja) * 2001-10-26 2003-05-09 Mitsubishi Rayon Co Ltd 化学増幅型レジスト用重合体
JP2011046949A (ja) * 2000-04-20 2011-03-10 Mitsubishi Rayon Co Ltd レジスト用(共)重合体およびレジスト組成物
JP2013057925A (ja) * 2011-08-18 2013-03-28 Jsr Corp レジストパターン形成方法及びフォトレジスト組成物
JP2015048444A (ja) * 2013-09-03 2015-03-16 三菱レイヨン株式会社 リソグラフィー用共重合体の製造方法、レジスト組成物の製造方法、および基板の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001081139A (ja) * 1999-07-12 2001-03-27 Mitsubishi Rayon Co Ltd レジスト用樹脂および化学増幅型レジスト組成物
JP2011046949A (ja) * 2000-04-20 2011-03-10 Mitsubishi Rayon Co Ltd レジスト用(共)重合体およびレジスト組成物
JP2003131382A (ja) * 2001-10-26 2003-05-09 Mitsubishi Rayon Co Ltd 化学増幅型レジスト用重合体
JP2013057925A (ja) * 2011-08-18 2013-03-28 Jsr Corp レジストパターン形成方法及びフォトレジスト組成物
JP2015048444A (ja) * 2013-09-03 2015-03-16 三菱レイヨン株式会社 リソグラフィー用共重合体の製造方法、レジスト組成物の製造方法、および基板の製造方法

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