JP4749232B2 - Resist upper layer antireflection film material and pattern forming method - Google Patents

Resist upper layer antireflection film material and pattern forming method Download PDF

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本発明は、特にフォトレジストを用いたフォトリソグラフィーにおいて、凹凸のある基盤上にも高精度の微細加工を可能にする光反射防止材料及びこれを用いてレジストパターンを形成する方法に関する。   The present invention relates to an antireflection material that enables high-precision fine processing even on an uneven substrate, and a method of forming a resist pattern using the same, particularly in photolithography using a photoresist.

近年、LSIの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が求められている中、現在汎用技術として用いられている光露光では、光源の波長に由来する本質的な解像度の限界に近づきつつある。
レジストパターン形成の際に使用する露光光として、水銀灯のg線(436nm)もしくはi線(365nm)を光源とする光露光が広く用いられており、更なる微細化のための手段として、露光光を短波長化する方法が有効とされてきた。このため、64Mビット(加工寸法が0.25μm以下)DRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリー)の量産プロセスには、露光光源としてi線(365nm)に代わって短波長のKrFエキシマレーザー(248nm)が利用されるようになった。しかし、更に微細な加工技術(加工寸法が0.2μm以下)を必要とする集積度256Mおよび1G以上のDRAMの製造には、より短波長の光源が必要とされ、特にArFエキシマレーザー(193nm)を用いたフォトグラフィーが検討されてきている。
In recent years, with the higher integration and higher speed of LSIs, there is a demand for finer pattern rules. In light exposure currently used as a general-purpose technology, the intrinsic resolution limit derived from the wavelength of the light source Is approaching.
As exposure light used for forming a resist pattern, light exposure using a g-ray (436 nm) or i-line (365 nm) of a mercury lamp as a light source is widely used. As a means for further miniaturization, exposure light is used. The method of shortening the wavelength has been considered effective. For this reason, in the mass production process of DRAM (Dynamic Random Access Memory) 64Mbit (process size is 0.25μm or less), KrF excimer laser (248nm) with short wavelength instead of i line (365nm) as exposure light source Has been used. However, in order to manufacture DRAMs having an integration degree of 256M and 1G or more that require a finer processing technique (processing dimension is 0.2 μm or less), a light source with a shorter wavelength is required, particularly an ArF excimer laser (193 nm). Photography using is being studied.

KrFリソグラフィーの初期の段階に於いて、色消しレンズ、あるいは反射光学系などと、ブロードバンド光との組み合わせのステッパーが開発された。しかしながら、色消しレンズあるいは非球面の反射光学系の精度が充分でなかったことから、単色光と屈折光学系レンズの組み合わせが主流になった。ここで、半一波長露光において、入射する光と、基板からの反射光とが干渉し、定在波を発生することは古くからよく知られた現象である。定在波とは、どちらもパターンの線幅などの寸法変動や、形状の崩れなどを引き起こした。コヒーレントな単色光の使用は、短波長化とともに定在波やハレーションを更に増幅させた。定在波を抑える方法として、レジストに吸光剤を入れる方法、レジスト上面(ARCOR法、特許文献1〜3)、基板面に反射防止膜を敷く方法(BARC法、特許文献4)が提案された。ARCOR法はレジスト上部に透明な反射防止膜を形成し、露光後剥離する工程を含む方法であり、その簡便な方法で微細かつ高精度および合わせ精度の高いパターンを形成する方法である。反射防止膜として低屈折率材料のパーフルオロアルキル化合物(パーフルオロアルキルポリエーテル、パーフルオロアルキルアミン)を用いると、レジスト−反射防止膜界面の反射光を大幅に低減し寸法精度が向上する。   In the early stages of KrF lithography, steppers were developed that combine achromatic lenses or reflective optics with broadband light. However, since the accuracy of the achromatic lens or the aspherical reflecting optical system is not sufficient, a combination of monochromatic light and a refractive optical system lens has become mainstream. Here, in half-wavelength exposure, incident light and reflected light from the substrate interfere with each other to generate a standing wave, which is a well-known phenomenon for a long time. Both standing waves caused dimensional fluctuations such as the line width of the pattern and shape collapse. The use of coherent monochromatic light further amplifies standing waves and halation with shorter wavelengths. As a method for suppressing the standing wave, a method of putting a light absorber in the resist, a resist upper surface (ARCOR method, Patent Documents 1 to 3), and a method of laying an antireflection film on the substrate surface (BARC method, Patent Document 4) were proposed. . The ARCOR method is a method that includes a step of forming a transparent antireflection film on the resist and peeling it off after exposure, and is a method for forming a fine pattern with high accuracy and high alignment accuracy by this simple method. When a perfluoroalkyl compound (perfluoroalkyl polyether, perfluoroalkylamine), which is a low refractive index material, is used as the antireflection film, the reflected light at the resist-antireflection film interface is greatly reduced and the dimensional accuracy is improved.

しかし、上記パーフルオロアルキル化合物は、有機物との相溶性が低いことから、塗布膜厚を制御するための希釈液にはフロンなどが用いられているが、周知の通りフロンは現在環境保全の観点からその使用が問題となっている。また、上記化合物は均一な成膜性に問題があり、反射防止膜としては十分であるとはいえなかった。また、フォトレジストの現像前に、反射防止膜をフロンで剥離しなければならなかった。そのため、従来装置に反射防止膜剥離用のシステムの増設をしなければならない、フロン系溶剤のコストがかなりかさむなどと実用面でのデメリットが大きかった。   However, since the perfluoroalkyl compound has low compatibility with organic substances, chlorofluorocarbon is used as a diluent for controlling the coating film thickness. Therefore, its use has become a problem. Moreover, the said compound had a problem in uniform film formability, and it could not be said that it was enough as an antireflection film. In addition, the antireflection film had to be peeled off with CFC before developing the photoresist. For this reason, there has been a great practical disadvantage in that it is necessary to add a system for removing the antireflection film to the conventional apparatus, and the cost of the fluorocarbon solvent is considerably increased.

従来装置に増設なしで反射防止膜の剥離を行うとすると、現像ユニットを使って剥離を行うのが最も望ましい。フォトレジストの現像ユニットで用いられる溶液は、現像液であるアルカリ水溶液と、リンス液である純水であるので、これらの溶液で容易に剥離できる反射防止膜材料が望ましいといえる。そのため、数多くの水溶性の反射防止膜材料及びこれらを用いるパターン形成方法が提案された(特許文献5〜15)。   If the antireflection film is peeled off without adding to the conventional apparatus, it is most desirable to peel off using the developing unit. Since the solution used in the photoresist developing unit is an alkaline aqueous solution as a developer and pure water as a rinse solution, it can be said that an antireflection film material that can be easily peeled off with these solutions is desirable. Therefore, many water-soluble antireflection film materials and pattern forming methods using these have been proposed (Patent Documents 5 to 15).

ここで、定在波を0にするための上層反射防止膜の屈折率は、レジストの屈折率の平方根が理想的であるとされ、KrFで用いられているポリヒドロキシスチレン系のレジストの屈折率1.8では、1.34であるが、ArFに用いられている脂環族系レジストは屈折率が低下する。例えば、ポリアクリレートでは1.7となり、理想値が1.30となる。このような低い屈折率を持つ材料は、フッ素系の材料が挙げられるが、テフロン(登録商標)の屈折率が1.38であり、目標値には未達である。ここで、特許文献16にポリビニルナフタレンの波長193nmにおける屈折率が1.2であることが示されている。フッ素系ポリマーによって屈折率を1.35以下に下げることは限界があり、芳香族系ポリマーを使って屈折率を下げた反射防止膜が提案されている(非特許文献1)。   Here, the refractive index of the upper antireflection film for reducing the standing wave to 0 is ideally the square root of the refractive index of the resist, and the refractive index of the polyhydroxystyrene-based resist used in KrF. Although 1.8 is 1.34, the refractive index of the alicyclic resist used for ArF decreases. For example, polyacrylate is 1.7, and the ideal value is 1.30. Examples of such a material having a low refractive index include a fluorine-based material, but the refractive index of Teflon (registered trademark) is 1.38, which does not reach the target value. Here, Patent Document 16 shows that the refractive index of polyvinyl naphthalene at a wavelength of 193 nm is 1.2. There is a limit to lowering the refractive index to 1.35 or less with a fluorine-based polymer, and an antireflection film in which the refractive index is lowered using an aromatic polymer has been proposed (Non-patent Document 1).

芳香族は波長193nmに吸収があるが、レジスト上層反射防止膜に吸収を持たせることによって、反射防止効果が高まることは非特許文献2に述べられている。これによると、光吸収のあるレジスト上層反射防止膜を使えばレジストの平方根よりも大きな値でも十分な反射防止効果を達成することが出来る。しかしながら、上層反射防止膜に吸収がある場合、段差上での上層の反射防止膜の膜厚変動によってレジスト寸法が大きく変わることが懸念される。非特許文献3にコントラスト増強剤(CEL)を適用した場合の段差上でのレジストとCELの膜厚変動による寸法変動が報告されているが、露光初期に吸収を持つCELと吸収を有する上層反射防止膜とは同様の現象が起きることが考えられる。よって、段差の高さに応じて上層反射防止膜の吸光度と膜厚を最適化する必要がある。
特開昭62−62520号公報 特開昭62−62521号公報 特開昭60−38821号公報 特開昭62−159143号公報 特開平6−273926号公報 特開平6−289620号公報 特開平7−160002号公報 特開平7−234514号公報 特開平7−333855号公報 特開平8−44066号公報 特開平9−50129号公報 特開平9−291228号公報 特開平9−325500号公報 特開平11−124531号公報 特許第2803549号 特開2004−205658号 Proc. SPIE Vol.6153−28 New 193−nm top antireflective coatings for superior swing reduction(2006) 半導体・集積回路技術第45回シンポジウム講演論文集p62 半導体・集積回路技術第45回シンポジウム講演論文集p14
Non-patent document 2 states that aromatics have absorption at a wavelength of 193 nm, but that the antireflection effect is enhanced by providing absorption in the resist upper layer antireflection film. According to this, a sufficient antireflection effect can be achieved even with a value larger than the square root of the resist by using a resist upper layer antireflection film that absorbs light. However, when there is absorption in the upper antireflection film, there is a concern that the resist size may change greatly due to the film thickness variation of the upper antireflection film on the step. Non-Patent Document 3 reports dimensional fluctuations due to film thickness fluctuations of resist and CEL on a step when contrast enhancer (CEL) is applied. CEL having absorption at the beginning of exposure and upper layer reflection having absorption It is conceivable that a similar phenomenon occurs with the prevention film. Therefore, it is necessary to optimize the absorbance and film thickness of the upper antireflection film according to the height of the step.
JP-A-62-62520 JP-A-62-62521 JP 60-38821 A JP 62-159143 A JP-A-6-273926 JP-A-6-289620 JP 7-160002 A JP 7-234514 A JP-A-7-333855 JP-A-8-44066 Japanese Patent Laid-Open No. 9-50129 JP-A-9-291228 JP-A-9-325500 Japanese Patent Laid-Open No. 11-124531 Japanese Patent No. 2803549 JP 2004-205658 A Proc. SPIE Vol. 6153-28 New 193-nm top antireflective coatings for superior swing reduction (2006) Proceedings of the 45th Symposium on Semiconductor and Integrated Circuit Technology p62 Proceedings of the 45th Symposium on Semiconductor and Integrated Circuit Technology p14

レジスト上層反射防止膜として、高い反射防止効果を達成し、かつレジストの現像と共に除去可能でプロセス簡便性が高く、レジストとミキシングを起こさずにレジストの形状を変化させない性能か求められている。   The resist upper layer antireflection film is required to have a high antireflection effect, be able to be removed together with development of the resist, have high process simplicity, and have a performance that does not change the resist shape without causing mixing with the resist.

本発明は、半導体素子などの製造工程における微細加工に用いられる反射防止膜材料のベース樹脂として好適なヒドロキシナフチル基又はカルボキシナフチル基を有する高分子化合物からなる反射防止膜材料、特にArFエキシマレーザー光(193nm)を露光光源として用いる際に好適なパターン形成方法に関するものである。
具体的には、本発明は、ヒドロキシナフチル基又はカルボキシナフチル基を有する高分子化合物を含む反射防止膜材料を提供する。この高分子化合物は、好ましくは、下記一般式で表される繰り返し単位A又はB

Figure 0004749232
(上式中、R21とR22は、独立して同一又は非同一のメチル基又は水素原子を表し、XとYはそれぞれ単結合、酸素原子又はエステル基を表し、mとnは1又は2であり、aとbは0≦a≦1.0、0≦b≦1.0、0<a+b≦1.0を満足する数である。)
を含む。また、本発明は、基板にフォトレジスト層を形成する工程と、フォトレジスト層の上層としてこの反射防止膜材料を用いて反射防止膜を形成する工程と、反射防止膜を形成後のレジスト層を露光する露光工程と、光工程後に、現像液を用いる現像と上記反射防止膜の除去をこの順序もしくは反対の順序もしくは同時に行う現像・反射防止膜除去工程とを含んでなるパターン形成方法を提供する。現像・反射防止膜除去工程は、アルカリ水溶液を用いる現像によるレジストの現像と同時に上記反射防止膜の除去を行うことが好ましい。 The present invention relates to an antireflection film material comprising a polymer compound having a hydroxynaphthyl group or a carboxynaphthyl group suitable as a base resin for an antireflection film material used for microfabrication in a manufacturing process of a semiconductor element or the like, particularly ArF excimer laser light. The present invention relates to a pattern forming method suitable for using (193 nm) as an exposure light source.
Specifically, the present invention provides an antireflection film material containing a polymer compound having a hydroxy naphthyl group or a carboxy naphthyl group. This polymer compound is preferably a repeating unit A or B represented by the following general formula
Figure 0004749232
(In the above formula, R 21 and R 22 independently represent the same or non-identical methyl group or hydrogen atom, X and Y each represents a single bond, an oxygen atom or an ester group, and m and n are 1 or 2 and a and b are numbers satisfying 0 ≦ a ≦ 1.0, 0 ≦ b ≦ 1.0, and 0 <a + b ≦ 1.0.)
including. The present invention also includes a step of forming a photoresist layer on a substrate, a step of forming an antireflection film using the antireflection film material as an upper layer of the photoresist layer, and a resist layer after forming the antireflection film. providing an exposure step of exposing, after eXPOSURE step, the development and the antireflection film that order or reverse order or pattern forming method of performing comprising a developer-antireflection film removing process at the same time the removal of the used developer solution To do. In the development / antireflection film removing step, it is preferable to remove the antireflection film simultaneously with development of the resist by development using an alkaline aqueous solution.

レジスト上層反射防止膜として、高い反射防止効果を得るための適度な吸収を持たせるために、ナフタレン骨格を有する反射防止膜を考案した。ポリビニルナフタレンは、前述のように波長193nmにおける屈折率が1.2と非常に低い屈折率を有する。また、193nmにおける吸収が比較的小さいので、前述のように段差上での上層反射防止膜の膜厚変動によるレジスト寸法変動を極力抑えることができる特徴を持つ。更に本発明では、ヒドロキシ基あるいはカルボキシ基をペンダントさせたナフチル基の繰り返し単位を特徴とする。これによってアルカリ現像可能な上層反射防止膜とすることができる。   As a resist upper layer antireflection film, an antireflection film having a naphthalene skeleton has been devised in order to provide appropriate absorption for obtaining a high antireflection effect. As described above, polyvinyl naphthalene has a very low refractive index of 1.2 at a wavelength of 193 nm. In addition, since the absorption at 193 nm is relatively small, as described above, the resist size variation due to the film thickness variation of the upper antireflection film on the step can be suppressed as much as possible. Furthermore, the present invention is characterized by a repeating unit of a naphthyl group pendant with a hydroxy group or a carboxy group. Thus, an upper layer antireflection film capable of alkali development can be obtained.

本発明は、ヒドロキシナフチル基又はカルボキシナフチル基を有する高分子化合物を含む反射防止膜材料を提供するが、波長200〜180nmにおける屈折率が1.42以下となる反射防止膜を提供できるものが好ましい。
本発明のレジスト上層膜材料に含まれる重合体中の繰り返し単位で、ヒドロキシ基を有するビニルナフタレン類は、具体的には下記に例示することが出来る。
The present invention provides an antireflection film material containing a polymer compound having a hydroxy naphthyl group or a carboxy naphthyl group, but preferably an antireflection film having a refractive index of 1.42 or less at a wavelength of 200 to 180 nm. .
Specific examples of the vinyl naphthalene having a hydroxy group as a repeating unit in the polymer contained in the resist upper layer film material of the present invention are shown below.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

カルボキシル基を有するビニルナフタレン類は、具体的には下記に例示することが出来る。   Specific examples of the vinyl naphthalene having a carboxyl group can be given below.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

次に、好ましくは屈折率を下げるためのフッ素含有基を共重合することができる。
フッ素含有の繰り返し単位は下記一般式C(C1、C2)に示すことができる。なお、繰り返し単位Cのモル分率をcで表す。
Next, preferably a fluorine-containing group for lowering the refractive index can be copolymerized.
The fluorine-containing repeating unit can be represented by the following general formula C (C1, C2). In addition, the molar fraction of the repeating unit C is represented by c.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

(上式中、R1〜R4は、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10の部分的もしくは全てがフッ素で置換されたアルキル基、及び炭素数1〜10の部分的もしくは全てがフッ素で置換されたアルキルエーテル基から選ばれる基であり、ヒドロキシ基を有していても良く、R3とR4が結合してこれらが結合する炭素原子と共に環を形成してもよいが、R1〜R4のうちいずれかが少なくとも1個以上のフッ素原子を含む。R5は、水素原子、フッ素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、又は−CH2C(=O)OHである。R6は、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、エステル基、エーテル基、ヒドロキシ基又はアミド基を有していてもよいが、少なくとも1個以上のフッ素原子を含む。) (In the above formula, R 1 to R 4 are each a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms partially or entirely substituted with fluorine, and 1 carbon atom. Is a group selected from alkyl ether groups partially or wholly substituted with fluorine, and may have a hydroxy group, and R 3 and R 4 are bonded to each other together with a carbon atom to which these are bonded. Any one of R 1 to R 4 contains at least one fluorine atom, and R 5 represents a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group, a trifluoromethyl group, or —CH 2. C (═O) OH R 6 is a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and may have an ester group, an ether group, a hydroxy group or an amide group. Good, but at least one fluorine atom No.)

ここで繰り返し単位(C1)を得るためのモノマーとして、具体的には下記に例示することができる。   Specific examples of the monomer for obtaining the repeating unit (C1) are shown below.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

繰り返し単位(C2)を得るためのモノマーとしては、具体的には下記に例示することができる。   Specific examples of the monomer for obtaining the repeating unit (C2) include the following.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

屈折率を下げるためにヒドロキシ基を有しないビニルナフタレンを繰り返し単位D成分(繰り返し単位Dのモル分率をdとする)として共重合することもできる。ビニルナフタレン類は具体的には下記に例示することができる。   In order to lower the refractive index, vinyl naphthalene having no hydroxy group can be copolymerized as a repeating unit D component (the molar fraction of the repeating unit D is d). Specific examples of vinyl naphthalenes are given below.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

次に、アルカリ溶解性向上、場合によっては水溶性にするためにカルボキシル基又はスルホ基を有する繰り返し単位E(E1〜E5)(繰り返し単位Eのモル分率をeとする)を共重合することができる。 Next, copolymerization of repeating units E (E1 to E5) having a carboxyl group or a sulfo group (with the molar fraction of the repeating unit E as e) in order to improve alkali solubility and in some cases become water-soluble. Can do.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

(式中、R7とR9は、水素原子、フッ素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基である。R8は、単結合、又は炭素数1〜4の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基であり、フッ素で置換されたアルキレン基であっても良く、エーテル基を有していてもよく、R12は、単結合、又は炭素数1〜4の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基であり、R10は、炭素数1〜10のアルキレン基であり、R9とR11は、水素原子又はメチル基である。Xはカルボキシル基又はスルホ基であり、Yは−O−又は−NH−である。pは0〜10の整数であり、qは1〜10の整数である。スルホ基はアミン塩になっていても良い。) (In the formula, R 7 and R 9 are a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group. R 8 is a single bond or a linear, branched or cyclic group having 1 to 4 carbon atoms. An alkylene group which may be substituted with fluorine or an ether group, and R 12 is a single bond, a straight chain having 1 to 4 carbon atoms, branched or A cyclic alkylene group, R 10 is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, R 9 and R 11 are a hydrogen atom or a methyl group, X is a carboxyl group or a sulfo group, and Y is − O- or -NH-, p is an integer of 0 to 10, q is an integer of 1 to 10. The sulfo group may be an amine salt.)

一般式(E1)で示される繰り返し単位を得るためのモノマーは、具体的には下記に例示することができる。   Specific examples of the monomer for obtaining the repeating unit represented by the general formula (E1) can be given below.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

一般式(E3)で示される繰り返し単位は、具体的には下記に例示することができる。   Specific examples of the repeating unit represented by the general formula (E3) can be given below.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

Figure 0004749232
Figure 0004749232

一般式(E4)で示される繰り返し単位は、具体的には下記に例示することができる。   Specific examples of the repeating unit represented by the general formula (E4) include the following.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

一般式(E5)で示される繰り返し単位は、具体的には下記に例示することができる。   Specific examples of the repeating unit represented by the general formula (E5) include the following.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

上記一般式において、繰り返し単位A、B、C、D、Eのモル分率a、b、c、d、eは、0≦a≦1.0、0≦b≦1.0、0<a+b≦1.0、0≦c≦0.9、0≦d≦0.9、0≦e≦0.9、好ましくは0≦a≦0.9、0≦b≦0.9、0.05≦a+b≦0.9、0≦c≦0.8、0≦d≦0.8、0≦e≦0.8、更に好ましくは0≦a≦0.8、0≦b≦0.8、0.07≦a+b≦0.8、0≦c≦0.7、0≦d≦0.7、0≦e≦0.7の範囲であり、a+b+c+d+e=1である。   In the above general formula, the molar fractions a, b, c, d, e of the repeating units A, B, C, D, E are 0 ≦ a ≦ 1.0, 0 ≦ b ≦ 1.0, 0 <a + b. ≦ 1.0, 0 ≦ c ≦ 0.9, 0 ≦ d ≦ 0.9, 0 ≦ e ≦ 0.9, preferably 0 ≦ a ≦ 0.9, 0 ≦ b ≦ 0.9, 0.05 ≦ a + b ≦ 0.9, 0 ≦ c ≦ 0.8, 0 ≦ d ≦ 0.8, 0 ≦ e ≦ 0.8, more preferably 0 ≦ a ≦ 0.8, 0 ≦ b ≦ 0.8, The ranges are 0.07 ≦ a + b ≦ 0.8, 0 ≦ c ≦ 0.7, 0 ≦ d ≦ 0.7, 0 ≦ e ≦ 0.7, and a + b + c + d + e = 1.

ヒドロキシ基、カルボキシル基ナフタレンのオレフィンと、フッ素含有の繰り返し単位と、カルボキシル基、スルホ基を有する繰り返し単位の総和の割合を調整することによって、アルカリ可溶性でかつ低屈折率かつレジストとのミキシングを防止したポリマーにすることができる。フッ素含有基であるcの割合が高いとレジストとのミキシングを防止でき、屈折率が低下するが、高すぎるとアルカリ溶解性が低下する。アルカリ溶解性基であるeの割合が高いとアルカリ溶解性が向上するが、高すぎると屈折率が増加する。   By adjusting the ratio of the total of hydroxyl group, carboxyl group naphthalene olefin, fluorine-containing repeat unit, and repeat unit having carboxyl group and sulfo group, alkali-soluble, low refractive index and preventing mixing with resist Polymer. When the ratio of c which is a fluorine-containing group is high, mixing with the resist can be prevented and the refractive index is lowered, but when it is too high, the alkali solubility is lowered. If the ratio of e which is an alkali-soluble group is high, the alkali solubility is improved, but if it is too high, the refractive index increases.

本発明のレジスト保護膜材料に用いられる高分子化合物は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算の重量平均分子量が1,000〜500,000、好ましくは2,000〜30,000であることが好ましい。重量平均分子量が小さすぎるとレジスト材料とミキシングを起こしたり、大きすぎるとスピンコート後の成膜性に問題が生じたり、アルカリ溶解性が低下したりすることがある。   The polymer compound used for the resist protective film material of the present invention has a polystyrene-reduced weight average molecular weight of 1,000 to 500,000, preferably 2,000 to 30,000, as determined by gel permeation chromatography (GPC). It is preferable. If the weight average molecular weight is too small, mixing with the resist material may occur. If the weight average molecular weight is too large, problems may occur in the film-forming properties after spin coating, or alkali solubility may be reduced.

これら、高分子化合物を合成するには、1つの方法としては繰り返し単位A〜Eを得るための不飽和結合を有するモノマーを有機溶剤中、ラジカル開始剤を加え、加熱重合を行い、高分子化合物を得ることができる。重合時に使用する有機溶剤としてはトルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジオキサン、メタノール、エタノール、イソプロパノール等が例示できる。重合開始剤としては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド等が例示でき、好ましくは50〜80℃に加熱して重合できる。反応時間としては2〜100時間、好ましくは5〜20時間である。モノマー段階のスルホ基はアルカリ金属塩であって、重合後に酸処理によってスルホン酸残基にしてもよい。
用いられる溶媒としては特に限定されないが、レジスト層を溶解させる溶媒は好ましくない。例えば、レジスト溶媒として用いられるシクロヘキサノン、メチル−2−n−アミルケトン等のケトン類、3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール等のアルコール類、プロピ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、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピ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メチルエーテル等のエーテル類、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、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸tert−ブチル、プロピオン酸tert−ブチル、プロピレングリコールモノ−tert−ブチルエーテルアセテート等のエステル類などは好ましくない。
In order to synthesize these polymer compounds, one method is to add a monomer having an unsaturated bond to obtain repeating units A to E in an organic solvent, add a radical initiator, perform heat polymerization, and then polymer compound. Can be obtained. Examples of the organic solvent used at the time of polymerization include toluene, benzene, tetrahydrofuran, diethyl ether, dioxane, methanol, ethanol, and isopropanol. Examples of the polymerization initiator include 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl-2,2′-azobis (2-methylpropyl). Pionate), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide and the like can be exemplified, and the polymerization is preferably carried out by heating to 50 to 80 ° C. The reaction time is 2 to 100 hours, preferably 5 to 20 hours. The sulfo group in the monomer stage is an alkali metal salt and may be converted to a sulfonic acid residue by acid treatment after polymerization.
The solvent used is not particularly limited, but a solvent that dissolves the resist layer is not preferable. For example, ketones such as cyclohexanone and methyl-2-n-amyl ketone used as a resist solvent, 3-methoxybutanol, 3-methyl-3-methoxybutanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol Alcohols such as propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate , Ethyl lactate, ethyl pyruvate, butyl acetate, methyl 3-methoxypropionate, 3-ethoxy Ethyl propionate, acetate tert- butyl, tert- butyl propionate, and esters such as propylene glycol monobutyl -tert- butyl ether acetate is not preferable.

レジスト層を溶解しない溶媒としては、炭素数4以上の高級アルコール、トルエン、キシレン、アニソール、ヘキサン、シクロヘキサン、デカン、エーテルなどの非極性溶媒を挙げることができる。特に炭素数4以上の高級アルコールや炭素数8〜12のエーテルが好ましく用いられ、具体的には1−ブチルアルコール、2−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、tert−アミルアルコール、ネオペンチルアルコール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、3−メチル−3−ペンタノール、シクロペンタノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、2,3−ジメチル−2−ブタノール、3,3−ジメチル−1−ブタノール、3,3−ジメチル−2−ブタノール、2−ジエチル−1−ブタノール、2−メチル−1−ペンタノール、2−メチル−2−ペンタノール、2−メチル−3−ペンタノール、3−メチル−1−ペンタノール、3−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−3−ペンタノール、4−メチル−1−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、4−メチル−3−ペンタノール、シクロヘキサノール、ジイソプロピルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジ−n−ペンチルエーテル、メチルシクロペンチルエーテル、メチルシクロヘキシルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジ−secブチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジ−sec−ペンチルエーテル、ジ−t−アミルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテルが挙げられる。
繰り返し単位Eのスルホ基をアミン塩とすることによってベースポリマーを水溶性にすることができ、水を希釈用の溶液とすることができる。
Examples of the solvent that does not dissolve the resist layer include non-polar solvents such as higher alcohols having 4 or more carbon atoms, toluene, xylene, anisole, hexane, cyclohexane, decane, and ether. In particular, higher alcohols having 4 or more carbon atoms and ethers having 8 to 12 carbon atoms are preferably used. Specifically, 1-butyl alcohol, 2-butyl alcohol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, 1-pentanol, 2- Pentanol, 3-pentanol, tert-amyl alcohol, neopentyl alcohol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 3-methyl-3-pentanol, cyclopentanol, 1-hexanol, 2-hexanol, 3-hexanol, 2,3-dimethyl-2-butanol, 3,3-dimethyl-1-butanol, 3,3-dimethyl-2-butanol, 2-diethyl-1-butanol, 2-methyl- 1-pentanol, 2-methyl-2-pentanol, 2-methyl-3-pentanol 3-methyl-1-pentanol, 3-methyl-2-pentanol, 3-methyl-3-pentanol, 4-methyl-1-pentanol, 4-methyl-2-pentanol, 4-methyl- 3-pentanol, cyclohexanol, diisopropyl ether, diisobutyl ether, diisopentyl ether, di-n-pentyl ether, methylcyclopentyl ether, methylcyclohexyl ether, di-n-butyl ether, di-secbutyl ether, diisopentyl ether, Examples include di-sec-pentyl ether, di-t-amyl ether, and di-n-hexyl ether.
By making the sulfo group of the repeating unit E into an amine salt, the base polymer can be made water-soluble, and water can be used as a solution for dilution.

一方、フッ素系の溶媒もレジスト層を溶解しないので好ましく用いることができる。
このようなフッ素置換された溶媒を例示すると、2−フルオロアニソール、3−フルオロアニソール、4−フルオロアニソール、2,3−ジフルオロアニソール、2,4−ジフルオロアニソール、2,5−ジフルオロアニソール、5,8−ジフルオロ−1,4−ベンゾジオキサン、2,3−ジフルオロベンジルアルコール、1,3−ジフルオロ−2−プロパノール、2’,4’−ジフルオロプロピオフェノン、2,4−ジフルオロトルエン、トリフルオロアセトアルデヒドエチルヘミアセタール、トリフルオロアセトアミド、トリフルオロエタノール、2,2,2−トリフルオロエチルブチレート、エチルヘプタフルオロブチレート、エチルヘプタフルオロブチルアセテート、エチルヘキサフルオログルタリルメチル、エチル−3−ヒドロキシ−4,4,4−トリフルオロブチレート、エチル−2−メチル−4,4,4−トリフルオロアセトアセテート、エチルペンタフルオロベンゾエート、エチルペンタフルオロプロピオネート、エチルペンタフルオロプロピニルアセテート、エチルパーフルオロオクタノエート、エチル−4,4,4−トリフルオロアセトアセテート、エチル−4,4,4−トリフルオロブチレート、エチル−4,4,4−トリフルオロクロトネート、エチルトリフルオロスルホネート、エチル−3−(トリフルオロメチル)ブチレート、エチルトリフルオロピルベート、S−エチルトリフルオロアセテート、フルオロシクロヘキサン、2,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロ−1−ブタノール、1,1,1,2,2,3,3−ヘプタフルオロ−7,7−ジメチル−4,6−オクタンジオン、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタフルオロペンタン−2,4−ジオン、3,3,4,4,5,5,5−ヘプタフルオロ−2−ペンタノール、3,3,4,4,5,5,5−ヘプタフルオロ−2−ペンタノン、イソプロピル4,4,4−トリフルオロアセトアセテート、メチルパーフルオロデナノエート、メチルパーフルオロ(2−メチル−3−オキサヘキサノエート)、メチルパーフルオロノナノエート、メチルパーフルオロオクタノエート、メチル−2,3,3,3−テトラフルオロプロピオネート、メチルトリフルオロアセトアセテート、1,1,1,2,2,6,6,6−オクタフルオロ−2,4−ヘキサンジオン、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロ−1−ペンタノール、1H,1H,2H,2H−パーフルオロ−1−デカノール、パーフルオロ(2,5−ジメチル−3,6−ジオキサンアニオニック)酸メチルエステル、2H−パーフルオロ−5−メチル−3,6−ジオキサノナン、1H,1H,2H,3H,3H−パーフルオロノナン−1,2−ジオール、1H,1H,9H−パーフルオロ−1−ノナノール、1H,1H−パーフルオロオクタノール、1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクタノール、2H−パーフルオロ−5,8,11,14−テトラメチル−3,6,9,12,15−ペンタオキサオクタデカン、パーフルオロトリブチルアミン、パーフルオロトリヘキシルアミン、パーフルオロ−2,5,8−トリメチル−3,6,9−トリオキサドデカン酸メチルエステル、パーフルオロトリペンチルアミン、パーフルオロトリプロピルアミン、1H,1H,2H,3H,3H−パーフルオロウンデカン−1,2−ジオール、トルフルオロブタノール1,1,1−トリフルオロ−5−メチル−2,4−ヘキサンジオン、1,1,1−トリフルオロ−2−プロパノール、3,3,3−トリフルオロ−1−プロパノール、1,1,1−トリフルオロ−2−プロピルアセテート、パーフルオロブチルテトラヒドロフラン、パーフルオロ(ブチルテトラヒドロフラン)、パーフルオロデカリン、パーフルオロ(1,2−ジメチルシクロヘキサン)、パーフルオロ(1,3−ジメチルシクロヘキサン)、プロピレングリコールトリフルオロメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルトリフルオロメチルアセテート、トリフルオロメチル酢酸ブチル、3−トリフルオロメトキシプロピオン酸メチル、パーフルオロシクロヘキサノン、プロピレングリコールトリフルオロメチルエーテル、トリフルオロ酢酸ブチル、1,1,1−トリフルオロ−5,5−ジメチル−2,4−ヘキサンジオン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−メチル−2−プロパノール、2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロ−1−ブタノール、2−トリフルオロメチル−2−プロパノール,2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノール、3,3,3−トリフルオロ−1−プロパノール、4,4,4−トリフルオロ−1−ブタノールなどが挙げられ、これらの1種を単独で又は2種以上を混合して使用することができるが、これらに限定されるものではない。
On the other hand, a fluorine-based solvent can be preferably used because it does not dissolve the resist layer.
Examples of such fluorine-substituted solvents include 2-fluoroanisole, 3-fluoroanisole, 4-fluoroanisole, 2,3-difluoroanisole, 2,4-difluoroanisole, 2,5-difluoroanisole, 5, 8-difluoro-1,4-benzodioxane, 2,3-difluorobenzyl alcohol, 1,3-difluoro-2-propanol, 2 ′, 4′-difluoropropiophenone, 2,4-difluorotoluene, trifluoroacetaldehyde Ethyl hemiacetal, trifluoroacetamide, trifluoroethanol, 2,2,2-trifluoroethyl butyrate, ethyl heptafluorobutyrate, ethyl heptafluorobutyl acetate, ethyl hexafluoroglutaryl methyl, ethyl-3-hydroxy 4,4,4-trifluorobutyrate, ethyl-2-methyl-4,4,4-trifluoroacetoacetate, ethyl pentafluorobenzoate, ethyl pentafluoropropionate, ethyl pentafluoropropynyl acetate, ethyl perfluoroocta Noate, ethyl-4,4,4-trifluoroacetoacetate, ethyl-4,4,4-trifluorobutyrate, ethyl-4,4,4-trifluorocrotonate, ethyltrifluorosulfonate, ethyl-3 -(Trifluoromethyl) butyrate, ethyl trifluoropyruvate, S-ethyl trifluoroacetate, fluorocyclohexane, 2,2,3,3,4,4,4-heptafluoro-1-butanol, 1,1,1 , 2,2,3,3-heptafluoro-7,7-dimethyl Til-4,6-octanedione, 1,1,1,3,5,5,5-heptafluoropentane-2,4-dione, 3,3,4,4,5,5,5-heptafluoro- 2-pentanol, 3,3,4,4,5,5,5-heptafluoro-2-pentanone, isopropyl 4,4,4-trifluoroacetoacetate, methyl perfluorodenanoate, methyl perfluoro (2 -Methyl-3-oxahexanoate), methyl perfluorononanoate, methyl perfluorooctanoate, methyl-2,3,3,3-tetrafluoropropionate, methyl trifluoroacetoacetate, 1,1, 1,2,2,6,6,6-octafluoro-2,4-hexanedione, 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoro-1-pentanol, 1H, H, 2H, 2H-perfluoro-1-decanol, perfluoro (2,5-dimethyl-3,6-dioxane anionic) acid methyl ester, 2H-perfluoro-5-methyl-3,6-dioxanonane, 1H 1H, 2H, 3H, 3H-perfluorononane-1,2-diol, 1H, 1H, 9H-perfluoro-1-nonanol, 1H, 1H-perfluorooctanol, 1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro Octanol, 2H-perfluoro-5,8,11,14-tetramethyl-3,6,9,12,15-pentaoxaoctadecane, perfluorotributylamine, perfluorotrihexylamine, perfluoro-2,5 8-trimethyl-3,6,9-trioxadodecanoic acid methyl ester, perfluorotripentyl Min, perfluorotripropylamine, 1H, 1H, 2H, 3H, 3H-perfluoroundecane-1,2-diol, trifluorobutanol 1,1,1-trifluoro-5-methyl-2,4-hexanedione 1,1,1-trifluoro-2-propanol, 3,3,3-trifluoro-1-propanol, 1,1,1-trifluoro-2-propyl acetate, perfluorobutyltetrahydrofuran, perfluoro (butyl Tetrahydrofuran), perfluorodecalin, perfluoro (1,2-dimethylcyclohexane), perfluoro (1,3-dimethylcyclohexane), propylene glycol trifluoromethyl ether acetate, propylene glycol methyl ether trifluoromethyl acetate, trifluorome Butyl butyl acetate, methyl 3-trifluoromethoxypropionate, perfluorocyclohexanone, propylene glycol trifluoromethyl ether, butyl trifluoroacetate, 1,1,1-trifluoro-5,5-dimethyl-2,4-hexanedione 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol, 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-methyl-2-propanol, 2,2,3,4 , 4,4-hexafluoro-1-butanol, 2-trifluoromethyl-2-propanol, 2,2,3,3-tetrafluoro-1-propanol, 3,3,3-trifluoro-1-propanol, 4,4,4-trifluoro-1-butanol and the like can be used, and one of these can be used alone or in admixture of two or more. But it is not limited thereto.

本発明の非水溶性でかつアルカリ可溶性の反射防止膜(上層膜)材料を使ったパターン形成方法について説明する。
まず、フォトレジスト層の上にアルカリ可溶性の反射防止膜(上層膜)材料をスピンコート法などで成膜する。膜厚は10〜500nmの範囲が好ましいが、反射防止効果の高い膜厚を設定する。反射防止効果の高い膜厚は、垂直入射光で考えた場合、λ/4nの奇数倍でありλ(193nm)、屈折率n(1.30)とした場合、37nmの奇数倍となる。
露光方法は、反射防止膜と投影レンズの間が空気あるいは窒素などの気体であるドライ露光の方が高い反射防止効果を発揮することができる。水を用いた液浸液浸リソグラフィーの場合、水の屈折率とレジストの屈折率の差が、大気の屈折率とレジストの屈折率の差よりも小さくなるために、ドライ露光よりも反射防止効果が低下する。ちなみに水液浸の場合のレジスト保護膜の屈折率を求めると、1.44(水の屈折率)×1.70(レジストの屈折率)の平方根1.54が最も高い反射防止効果を得るための屈折率になる。
The pattern forming method using the water-insoluble and alkali-soluble antireflection film (upper layer film) material of the present invention will be described.
First, an alkali-soluble antireflection film (upper layer film) material is formed on the photoresist layer by spin coating or the like. The film thickness is preferably in the range of 10 to 500 nm, but a film thickness having a high antireflection effect is set. The film thickness having a high antireflection effect is an odd multiple of λ / 4n when considered with normal incident light, and is an odd multiple of 37 nm when λ (193 nm) and refractive index n (1.30).
The exposure method can exhibit a higher antireflection effect in dry exposure in which the space between the antireflection film and the projection lens is a gas such as air or nitrogen. In the case of immersion immersion lithography using water, the difference between the refractive index of water and the refractive index of the resist is smaller than the difference between the refractive index of the atmosphere and the refractive index of the resist. Decreases. Incidentally, when the refractive index of the resist protective film in the case of water immersion is obtained, the square root 1.54 of 1.44 (the refractive index of water) × 1.70 (the refractive index of the resist) has the highest antireflection effect. Is the refractive index.

本発明の反射防止膜は、プリベーク後のレジスト膜上に形成する。反射防止膜材料を塗布した後のプリベークは適宜行うことができ、温度は50〜150℃、時間は5〜200秒の範囲である。
反射防止膜を形成後、KrF又はArFリソグラフィーによって露光する。
The antireflection film of the present invention is formed on the resist film after pre-baking. Pre-baking after applying the antireflection film material can be appropriately performed, and the temperature is in the range of 50 to 150 ° C. and the time is in the range of 5 to 200 seconds.
After forming the antireflection film, exposure is performed by KrF or ArF lithography.

露光後、好ましくはポストエクスポジュアーベーク(PEB)を行う。
露光後に、現像液、好ましくはアルカリ現像液を用いる現像と反射防止膜の除去をこの順序もしくは反対の順序もしくは同時に行う現像・反射防止膜除去工程を行う。
アルカリ現像液を用いて、好ましくは10〜300秒間現像を行う。
アルカリ現像液は2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液が一般的に広く用いられており、本発明のレジスト保護膜の剥離とレジスト膜の現像を同時に行う。
反射防止膜の除去は、水又は有機溶媒等を用いて、アルカリ現像液による現像前に行ってもよい。
アルカリ現像液を用いる現像と反射防止膜の除去は、この順序もしくは反対の順序で行ってもよいが、好ましくは、アルカリ水溶液を用いる現像によるレジストの現像と同時に反射防止膜の除去を行う。
After the exposure, post-exposure baking (PEB) is preferably performed.
After the exposure, a development / antireflection film removing step is performed in which development using a developer, preferably an alkali developer, and removal of the antireflection film are performed in this order or in the opposite order or simultaneously.
Development is preferably performed for 10 to 300 seconds using an alkali developer.
2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution is generally widely used as the alkali developer, and the resist protective film is peeled off and the resist film is developed simultaneously.
The antireflection film may be removed using water or an organic solvent before development with an alkali developer.
The development using the alkaline developer and the removal of the antireflection film may be performed in this order or in the reverse order, but preferably the antireflection film is removed simultaneously with the development of the resist by the development using the aqueous alkali solution.

レジスト材料の種類は、特に限定されない。ポジ型でもネガ型でもよく、通常の炭化水素系の単層レジスト材料でもよく、珪素原子などを含んだバイレイヤーレジスト材料でもよい。KrF露光におけるレジスト材料は、ベース樹脂としてポリヒドロキシスチレン又はポリヒドロキシスチレン−(メタ)アクリレート共重合体の、ヒドロキシ基あるいはカルボキシル基の水素原子の一部又は全てが酸不安定基で置換された重合体が好ましく用いられる。なお、(メタ)アリクリレートは、アクリレート及び/又はメタクリレートを表す。   The type of resist material is not particularly limited. It may be a positive type or a negative type, and may be an ordinary hydrocarbon-based single layer resist material or a bilayer resist material containing silicon atoms. The resist material used in KrF exposure is a polyhydroxystyrene or polyhydroxystyrene- (meth) acrylate copolymer as a base resin, in which a part or all of the hydrogen atoms of hydroxy groups or carboxyl groups are substituted with acid labile groups. Coalescence is preferably used. In addition, (meth) arylate represents an acrylate and / or a methacrylate.

ArF露光におけるレジスト材料は、ベース樹脂として芳香族を含まない構造が必須であり、具体的にはポリアクリル酸又はその誘導体、ノルボルネン誘導体−無水マレイン酸交互重合体及びポリアクリル酸又はその誘導体との3あるいは4元共重合体、テトラシクロドデセン誘導体−無水マレイン酸交互重合体及びポリアクリル酸又はその誘導体との3あるいは4元共重合体、ノルボルネン誘導体−マレイミド交互重合体及びポリアクリル酸又はその誘導体との3あるいは4元共重合体、テトラシクロドデセン誘導体−マレイミド交互重合体及びポリアクリル酸又はその誘導体との3あるいは4元共重合体、及びこれらの2つ以上の、あるいはポリノルボルネン及びメタセシス開環重合体から選択される1種あるいは2種以上の高分子重合体が好ましく用いられる。   The resist material in ArF exposure must have a structure that does not contain an aromatic as a base resin. Specifically, polyacrylic acid or a derivative thereof, norbornene derivative-maleic anhydride alternating polymer and polyacrylic acid or a derivative thereof are used. Tri- or quaternary copolymer, tetracyclododecene derivative-maleic anhydride alternating polymer and polyacrylic acid or a derivative thereof, or ternary copolymer, norbornene derivative-maleimide alternating polymer and polyacrylic acid or the like Tri- or quaternary copolymers with derivatives, tetracyclododecene derivative-maleimide alternating polymers and ternary or quaternary copolymers with polyacrylic acid or its derivatives, and two or more of these, or polynorbornene and One or more polymer polymerizations selected from metathesis ring-opening polymers It is preferably used.

以下、合成例及び実施例と比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。なお、実施例中、GPCはゲルパーミエーションクロマトグラフィーであり、ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を求めた。
また、合成例で使用したモノマー1〜2の構造式を下記に示す。
EXAMPLES Hereinafter, although a synthesis example, an Example, and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not restrict | limited to the following Example. In the examples, GPC is gel permeation chromatography, and the weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) in terms of polystyrene were determined.
Moreover, the structural formula of the monomers 1-2 used by the synthesis example is shown below.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

[合成例1]
200mLのフラスコに6−ヒドロキシ−2−ビニルナフタレン8.5g、モノマー1を7.5g、メタクリル酸を2.2g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を0.3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー1とした。
[Synthesis Example 1]
To a 200 mL flask, 8.5 g of 6-hydroxy-2-vinylnaphthalene, 7.5 g of monomer 1, 2.2 g of methacrylic acid, and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 0.3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was 1 H-NMR, the molecular weight was confirmed by GPC, and Example polymer 1 was obtained.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

[合成例2]
200mLのフラスコに6−ヒドロキシ−2−ビニルナフタレン12.7g、モノマー1を4.5g、メタクリル酸を0.9g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を0.3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー2とした。
[Synthesis Example 2]
To a 200 mL flask was added 12.7 g of 6-hydroxy-2-vinylnaphthalene, 4.5 g of monomer 1, 0.9 g of methacrylic acid, and 40 g of methanol as a solvent. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 0.3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, and the molecular weight was confirmed by GPC.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

[合成例3]
200mLのフラスコに6−カルボキシ−2−ビニルナフタレン11.9g、モノマー1を12.0g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を0.3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー3とした。
[Synthesis Example 3]
To a 200 mL flask, 11.9 g of 6-carboxy-2-vinylnaphthalene, 12.0 g of monomer 1 and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 0.3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, and the molecular weight was confirmed by GPC.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

[合成例4]
200mLのフラスコにメタクリル酸−5−ヒドロキシ−1−メチルナフチル13.7g、モノマー1を6.0g、メタクリル酸を1.7g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を0.3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー4とした。
[Synthesis Example 4]
To a 200 mL flask was added 13.7 g of 5-hydroxy-1-methylnaphthyl methacrylate, 6.0 g of monomer 1, 1.7 g of methacrylic acid, and 40 g of methanol as a solvent. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 0.3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, and the molecular weight was confirmed by GPC.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

[合成例5]
200mLのフラスコに6−ヒドロキシ−2−ビニルナフタレン8.5g、アクリル酸4−スルホブチル、メタクリル酸を8.9g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を0.3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー5とした。
[Synthesis Example 5]
To a 200 mL flask was added 8.5 g of 6-hydroxy-2-vinylnaphthalene, 8.9 g of 4-sulfobutyl acrylate and methacrylic acid, and 40 g of methanol as a solvent. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 0.3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, and the molecular weight was confirmed by GPC.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

[合成例6]
200mLのフラスコに6−ヒドロキシ−2−ビニルナフタレン13.6g、パーフルオロ(4−メチル−3,6−ジオキサオクト−7−エン)スルフォニルフルオライドを9.4g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を0.3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液を水酸化ナトリウム5%水溶液で処理しナトリウム塩化し、3%硝酸水溶液で処理してスルホ基とし、水洗を数回繰り返した後、ヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー6とした。
[Synthesis Example 6]
To a 200 mL flask, 13.6 g of 6-hydroxy-2-vinylnaphthalene, 9.4 g of perfluoro (4-methyl-3,6-dioxaoct-7-ene) sulfonyl fluoride, and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 0.3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. This reaction solution was treated with a 5% aqueous sodium hydroxide solution, converted to sodium chloride, treated with a 3% aqueous nitric acid solution to form a sulfo group, washed with water several times, and then crystallized in hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, and the molecular weight was confirmed by GPC.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

[合成例7]
200mLのフラスコに6−ヒドロキシ−2−ビニルナフタレン8.5g、モノマー2を12.2g、メタクリル酸を2.2g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を0.3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー7とした。
[Synthesis Example 7]
To a 200 mL flask, 8.5 g of 6-hydroxy-2-vinylnaphthalene, 12.2 g of monomer 2, 2.2 g of methacrylic acid, and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 0.3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was 1 H-NMR, the molecular weight was confirmed by GPC, and Example polymer 7 was obtained.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

[合成例8]
200mLのフラスコに6−ヒドロキシ−2−ビニルナフタレン17.0g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を0.3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー8とした。
[Synthesis Example 8]
To a 200 mL flask, 17.0 g of 6-hydroxy-2-vinylnaphthalene and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 0.3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was 1 H-NMR, the molecular weight was confirmed by GPC, and Example polymer 8 was obtained.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

[合成例9]
200mLのフラスコに6−ヒドロキシ−2−ビニルナフタレン13.6g、メタクリル酸2.0g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を0.3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー9とした。
[Synthesis Example 9]
To a 200 mL flask, 13.6 g of 6-hydroxy-2-vinylnaphthalene, 2.0 g of methacrylic acid, and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 0.3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, the molecular weight was confirmed by GPC, and Example polymer 9 was obtained.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

[合成例10]
200mLのフラスコに6−カルボキシ−2−ビニルナフタレン11.9g、1−ビニルナフタレン6.2g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を0.3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー10とした。
[Synthesis Example 10]
To a 200 mL flask, 11.9 g of 6-carboxy-2-vinylnaphthalene, 6.2 g of 1-vinylnaphthalene, and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 0.3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, and the molecular weight was confirmed by GPC.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

[合成例11]
200mLのフラスコに6−ヒドロキシ−2−ビニルナフタレン14.4g、メタクリル酸0.9g、1−ビニルナフタレン1.5g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を0.3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー11とした。
[Synthesis Example 11]
To a 200 mL flask, 14.4 g of 6-hydroxy-2-vinylnaphthalene, 0.9 g of methacrylic acid, 1.5 g of 1-vinylnaphthalene, and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 0.3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, and the molecular weight was confirmed by GPC.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

[比較合成例1]
200mLのフラスコにモノマー1を15.0g、メタクリル酸を4.9g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を0.3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、比較例ポリマー1とした。
[Comparative Synthesis Example 1]
Monomer 1 (15.0 g), methacrylic acid (4.9 g), and methanol (40 g) as a solvent were added to a 200 mL flask. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 0.3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, the molecular weight was confirmed by GPC, and Comparative polymer 1 was obtained.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

[比較合成例2]
200mLのフラスコに1−ビニルナフタレン8.1g、モノマー1を7.5g、メタクリル酸を2.2g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を0.3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、比較例ポリマー2とした。
[Comparative Synthesis Example 2]
To a 200 mL flask, 8.1 g of 1-vinylnaphthalene, 7.5 g of monomer 1, 2.2 g of methacrylic acid, and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 0.3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was 1 H-NMR, the molecular weight was confirmed by GPC, and the polymer was Comparative Example 2.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

[比較合成例3]
200mLのフラスコに1−ビニルナフタレン8.1g、メタクリル酸を4.9g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を0.3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、比較例ポリマー3とした。
[Comparative Synthesis Example 3]
To a 200 mL flask, 8.1 g of 1-vinylnaphthalene, 4.9 g of methacrylic acid, and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 0.3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, the molecular weight was confirmed by GPC, and Comparative polymer 3 was obtained.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

評価実施例
表1に示す組成でレジスト上層反射防止膜溶液を混合させ、0.2ミクロンサイズのポリプロピレンフィルターで濾過し、上層反射防止膜溶液を作製した。
レジスト上層反射防止膜溶液をSi基盤上に回転塗布し、100℃で60秒間プリベークして膜厚50nmのレジスト上層反射防止膜を作成した。
J.A.ウーラム社製分光エリプソメトリを用いて波長193nmにおけるレジスト上層反射防止膜の屈折率としてn値(屈折率の実数部)とk値(消光係数:屈折率の虚数部)を求めた。
また、上記方法でレジスト保護膜を形成したウエハーを2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液で30秒間現像し、現像後の膜厚を測定した。表1に結果を示す。
Evaluation Example A resist upper layer antireflection film solution having the composition shown in Table 1 was mixed and filtered through a 0.2 micron polypropylene filter to prepare an upper layer antireflection film solution.
The resist upper layer antireflection film solution was spin-coated on the Si substrate and pre-baked at 100 ° C. for 60 seconds to prepare a resist upper layer antireflection film having a thickness of 50 nm.
J. et al. A. Using a spectroscopic ellipsometry manufactured by Woollam, n value (real part of refractive index) and k value (quenching coefficient: imaginary part of refractive index) were determined as the refractive index of the resist antireflection film at a wavelength of 193 nm.
Further, the wafer on which the resist protective film was formed by the above method was developed with an aqueous 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution for 30 seconds, and the film thickness after development was measured. Table 1 shows the results.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

表1に示すように、RTC−2では、反射防止膜の除去が困難であり、50nmの反射防止膜が残った。   As shown in Table 1, in RTC-2, it was difficult to remove the antireflection film, and a 50 nm antireflection film remained.

露光評価実施例
下記に示すレジストポリマー5g、PAG0.35g、クエンチャー0.076gを45gのプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート(PGMEA)溶液に溶解し、0.2ミクロンサイズのポリプロピレンフィルターで濾過し、レジスト溶液を作製した。ヘキサメチルジシラザン(HMDS)ベーパープライム処理したSi基板上レジスト溶液を回転塗布し、110℃で60秒ベークしてレジスト膜を作製した。この時、回転数を変えて膜厚200〜300nm膜厚のレジスト膜を作成した。レジスト上層反射防止膜を形成する場合は、レジスト膜上に保護膜を回転塗布し、100℃で60秒間ベークした。
次に、ニコン製ArFスキャナーS307E(NA0.85 σ0.93 4/3輪帯照明、6%ハーフトーン位相シフトマスク)で露光し、100℃で60秒間ベーク(PEB)を行い、2.38質量%TMAH現像液で30秒間現像を行った。
レジスト上層反射防止膜としては、実施例としてTC−1の24nm膜厚、比較例として上層膜無し(no Tarc)の場合とRTC−1の30nm膜厚を用いた。上層膜無しの場合は露光量33mJ/cm2、RTC−1では34mJ/cm2、TC−1では28mJ/cm2の一定露光量でレジストの膜厚を変化させた時の100nmCDを測長SEM(日立製作所製S−9380)で測長した。結果を図1に示す。なお、100nmCDとは、100nmラインアンドスペースパターンのライン幅におけるレジスト幅の寸法を示す。
Example of exposure evaluation Resist polymer 5 g, PAG 0.35 g and quencher 0.076 g shown below were dissolved in 45 g of propylene glycol monoethyl ether acetate (PGMEA) solution, filtered through a 0.2 micron polypropylene filter, A solution was made. A resist solution was spin-coated on a Si substrate subjected to hexamethyldisilazane (HMDS) vapor prime treatment, and baked at 110 ° C. for 60 seconds to prepare a resist film. At this time, a resist film having a film thickness of 200 to 300 nm was formed by changing the rotation speed. When forming the resist upper layer antireflection film, a protective film was spin-coated on the resist film and baked at 100 ° C. for 60 seconds.
Next, it is exposed with a Nikon ArF scanner S307E (NA0.85 σ0.93 4/3 annular illumination, 6% halftone phase shift mask), baked (PEB) at 100 ° C. for 60 seconds, and 2.38 mass. Development was performed with% TMAH developer for 30 seconds.
As the resist upper-layer antireflection film, a film thickness of 24 nm of TC-1 was used as an example, and a film thickness of no upper film (no Tarc) and a film thickness of 30 nm of RTC-1 were used as comparative examples. When there is no upper layer film, the exposure is 33 mJ / cm 2 , RTC-1 is 34 mJ / cm 2 , and TC-1 is 28 mJ / cm 2 with a constant exposure of 100 nm CD when the resist film thickness is changed. The length was measured with (S-9380 manufactured by Hitachi, Ltd.). The results are shown in FIG. In addition, 100 nmCD shows the dimension of the resist width in the line width of a 100 nm line and space pattern.

図1に示すように、本発明のヒドロキシナフチル基又はカルボキシナフチル基を有するレジスト上層反射防止膜は、アルカリ溶解性が良好であり、屈折率が低いためにレジスト膜厚が変動した場合においても寸法変動が小さく、優れた反射防止効果を有している。
一方、反射防止膜を使用しない膜やRTC−1では、反射防止効果が低く、レジスト膜厚を変動させたときの寸法変動が大きい。
As shown in FIG. 1, the resist upper layer antireflection film having a hydroxy naphthyl group or a carboxy naphthyl group of the present invention has good alkali solubility and has a dimension even when the resist film thickness varies due to a low refractive index. Fluctuation is small and has an excellent antireflection effect.
On the other hand, a film that does not use an antireflection film or RTC-1 has a low antireflection effect and a large dimensional variation when the resist film thickness is varied.

Figure 0004749232
Figure 0004749232

レジスト膜厚と100nmCDとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a resist film thickness and 100 nmCD.

Claims (4)

ヒドロキシナフチル基又はカルボキシナフチル基を有する高分子化合物を含むレジスト上層反射防止膜材料。 A resist upper-layer antireflection film material comprising a polymer compound having a hydroxynaphthyl group or a carboxynaphthyl group. 上記高分子化合物が、下記一般式で表される繰り返し単位A又はB
Figure 0004749232
(上式中、R21とR22は、独立して同一又は非同一のメチル基又は水素原子を表し、XとYはそれぞれ単結合、酸素原子又はエステル基を表し、mとnは1又は2であり、aとbは0≦a≦1.0、0≦b≦1.0、0<a+b≦1.0を満足する数である。)
を含む請求項1に記載のレジスト上層反射防止膜材料。
The polymer compound is a repeating unit A or B represented by the following general formula
Figure 0004749232
(In the above formula, R 21 and R 22 independently represent the same or non-identical methyl group or hydrogen atom, X and Y each represents a single bond, an oxygen atom or an ester group, and m and n are 1 or 2 and a and b are numbers satisfying 0 ≦ a ≦ 1.0, 0 ≦ b ≦ 1.0, and 0 <a + b ≦ 1.0.)
The resist upper layer antireflection film material according to claim 1, comprising:
基板にフォトレジスト層を形成する工程と、上記フォトレジスト層の上層として請求項1又は請求項2に記載の反射防止膜材料を用いて反射防止膜を形成する工程と、上記反射防止膜を形成後のレジスト層を露光する露光工程と、上記露光工程後に、現像液を用いる現像と上記反射防止膜の除去をこの順序もしくは反対の順序もしくは同時に行う現像・反射防止膜除去工程とを含んでなるパターン形成方法。   Forming a photoresist layer on the substrate; forming an antireflection film using the antireflection film material according to claim 1 or 2 as an upper layer of the photoresist layer; and forming the antireflection film. An exposure process for exposing the subsequent resist layer, and a development / antireflection film removal process in which development using a developer and removal of the antireflection film are performed in this order or in the opposite order or simultaneously after the exposure process. Pattern forming method. 上記現像・反射防止膜除去工程が、アルカリ水溶液を用いる現像によるレジストの現像と同時に上記反射防止膜の除去を行う請求項3に記載のパターン形成方法。   The pattern formation method according to claim 3, wherein the development / antireflection film removing step removes the antireflection film simultaneously with development of the resist by development using an alkaline aqueous solution.
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