JP5565042B2 - Upper layer film forming composition and photoresist pattern forming method - Google Patents

Upper layer film forming composition and photoresist pattern forming method Download PDF

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本発明は、リソグラフィ微細化のために使用される液浸露光時に、フォトレジスト膜を保護するとともに、フォトレジスト膜の成分の溶出を抑えて投影露光装置のレンズを保護する上層膜を形成するのに有用な上層膜形成組成物、及びこの上層膜形成組成物を用いたフォトレジストパターン形成方法に関する。 The present invention protects a photoresist film during immersion exposure used for lithography miniaturization, and forms an upper film that protects a lens of a projection exposure apparatus by suppressing elution of components of the photoresist film. The present invention relates to a composition for forming an upper layer film useful for the present invention and a method for forming a photoresist pattern using the composition for forming an upper layer film.

半導体素子等を製造するに際しては、フォトマスクとしてのレチクルのパターンを投影光学系を介してフォトレジスト膜(以下、「フォトレジスト」と記す場合がある)が塗布されたウェハ上の各ショット領域に転写する、ステッパー型、またはステップアンドスキャン方式の投影露光装置が使用されている。投影露光装置に備えられている投影光学系の解像度は、使用する露光波長が短く、投影光学系の開口数が大きいほど高くなる。そのため、集積回路の微細化に伴い投影露光装置で使用される放射線の波長である露光波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大してきている。 When manufacturing a semiconductor element or the like, a reticle pattern as a photomask is applied to each shot region on a wafer coated with a photoresist film (hereinafter sometimes referred to as “photoresist”) via a projection optical system. A stepper type or step-and-scan type projection exposure apparatus for transferring is used. The resolution of the projection optical system provided in the projection exposure apparatus becomes higher as the exposure wavelength used is shorter and the numerical aperture of the projection optical system is larger. For this reason, with the miniaturization of integrated circuits, the exposure wavelength, which is the wavelength of radiation used in the projection exposure apparatus, has become shorter year by year, and the numerical aperture of the projection optical system has also increased.

また、露光を行う際には、解像度と同様に焦点深度も重要となる。解像度R及び焦点深度δは、それぞれ以下の数式で表される。同じ解像度Rを得るには、短い波長を有する放射線を用いた方が大きな焦点深度δを得ることができる。 R=k1・λ/NA (i) δ=k2・λ/NA (ii) (但し、λは露光波長、NAは投影光学系の開口数、k1及びk2はいずれもプロセス係数である) In addition, when performing exposure, the depth of focus is important as well as the resolution. The resolution R and the depth of focus δ are each expressed by the following equations. In order to obtain the same resolution R, it is possible to obtain a large depth of focus δ by using radiation having a short wavelength. R = k1 · λ / NA (i) δ = k2 · λ / NA 2 (ii) (where λ is the exposure wavelength, NA is the numerical aperture of the projection optical system, and k1 and k2 are both process coefficients)

露光されるウェハ表面にはフォトレジスト膜が形成されており、このフォトレジスト膜にパターンが転写される。従来の投影露光装置では、ウェハが配置される空間は、空気または窒素で満たされている。このとき、ウェハと投影露光装置のレンズとの空間が屈折率nの媒体で満たされると、上記の解像度R、焦点深度δは以下の数式にて表される。 R=k1・(λ/n)/NA (iii) δ=k2・nλ/NA (iv) A photoresist film is formed on the exposed wafer surface, and the pattern is transferred to the photoresist film. In a conventional projection exposure apparatus, a space in which a wafer is placed is filled with air or nitrogen. At this time, when the space between the wafer and the lens of the projection exposure apparatus is filled with a medium having a refractive index n, the resolution R and the depth of focus δ are expressed by the following equations. R = k1 · (λ / n) / NA (iii) δ = k2 · nλ / NA 2 (iv)

例えば、ArFプロセスで、前記媒体として水を使用する場合、波長193nmの光の水中での屈折率n=1.44を用いると、空気または窒素を媒体とする露光時と比較し、解像度Rは69.4%(R=k1・(λ/1.44)/NA)、焦点深度は144%(δ=k2・1.44λ/NA)となる。 For example, when water is used as the medium in the ArF process, when the refractive index n = 1.44 in water of light having a wavelength of 193 nm is used, the resolution R is smaller than that in exposure using air or nitrogen as a medium. 69.4% (R = k1 · (λ / 1.44) / NA), and the focal depth is 144% (δ = k2 · 1.44λ / NA 2 ).

このように、露光するための放射線の波長を短波長化し、より微細なパターンを転写できる投影露光する方法を液浸露光といい、リソグラフィの微細化、特に数10nm単位のリソグラフィには、必須の技術と考えられ、その投影露光装置も知られている(特許文献1参照)。 In this way, the projection exposure method capable of shortening the wavelength of radiation for exposure and transferring a finer pattern is called immersion exposure, which is indispensable for lithography miniaturization, particularly lithography of several tens of nanometers. The projection exposure apparatus is also known (see Patent Document 1).

水を液浸露光時の媒体とする液浸露光方法においては、ウェハ上に塗布・形成されたフォトレジスト膜と投影露光装置のレンズは、それぞれ水と接触する。そのため、フォトレジスト膜に水が浸透し、フォトレジストの解像度が低下することがある。また、投影露光装置のレンズはフォトレジストを構成する成分が水へ溶出することによりレンズ表面を汚染することもある。 In the immersion exposure method using water as a medium during immersion exposure, the photoresist film coated and formed on the wafer and the lens of the projection exposure apparatus are in contact with water, respectively. Therefore, water may penetrate into the photoresist film and the resolution of the photoresist may be reduced. In addition, the lens of the projection exposure apparatus may contaminate the lens surface due to elution of components constituting the photoresist into water.

このため、フォトレジスト膜と水等の媒体とを遮断する目的で、フォトレジスト膜上に上層膜(保護膜)を形成する方法がある。但し、この上層膜に対しては、(1)放射線の波長に対して十分な透過性を有すること、(2)フォトレジスト膜と殆どインターミキシングを起こすことなくフォトレジスト膜上に形成可能であること、(3)液浸露光時に際して水等の媒体に溶出することなく安定な被膜を維持可能であること、(4)現像液であるアルカリ液等に容易に溶解すること等の特性を有することが要求される。なお、関連する従来技術文献としては、特許文献2及び3等が開示されている。 For this reason, there is a method of forming an upper layer film (protective film) on the photoresist film for the purpose of blocking the photoresist film from a medium such as water. However, the upper layer film can be formed on the photoresist film with (1) sufficient transparency to the wavelength of radiation, and (2) almost no intermixing with the photoresist film. (3) It is possible to maintain a stable coating without leaching into a medium such as water at the time of immersion exposure, and (4) it is easily dissolved in an alkaline solution or the like as a developer. Is required. Patent Documents 2 and 3 are disclosed as related prior art documents.

また、液浸露光プロセスにおいて、スキャン式の液浸露光機を用いて露光する場合には、レンズの移動に追随して液浸液も移動しないと露光スピードが低下するため、生産性に影響を与えることが懸念される。液浸液が水である場合においては、液浸上層膜は疎水的(即ち、高い後退接触角を有していること)であることが望まれる。特許文献4には、高い撥水性を有する重合体を添加した液浸上層膜形成用組成物が開示されている。 In the immersion exposure process, when exposure is performed using a scanning immersion exposure machine, the exposure speed decreases unless the immersion liquid moves following the movement of the lens. Concerned about giving. When the immersion liquid is water, it is desirable that the immersion upper layer film be hydrophobic (that is, have a high receding contact angle). Patent Document 4 discloses a composition for forming a liquid immersion upper layer film to which a polymer having high water repellency is added.

特開平11−176727号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-176727 特開2005−264131号公報JP 2005-264131 A 特開2006−64711号公報JP 2006-64711 A 国際公開第08/047678号パンフレットInternational Publication No. 08/047678 Pamphlet

しかしながら、撥水性の高い上層膜に対してスキャン露光を行うと、バブルが発生し、そのバブルが現像後のレジストパターンに転写されることに起因するバブル欠陥が問題となる場合がある。これは、上層膜の後退接触角を高めた場合、前進接触角も高くなるために、液浸液と上層膜との界面で泡をかむことが主な原因と考えられる。従って、高速なスキャン露光に対応するためには、上記上層膜は、後退接触角を高めつつ(例えば75°以上)と、前進接触角を高めすぎない(例えば95°以下)ような更なる改良が求められている。 However, when scanning exposure is performed on an upper layer film having high water repellency, bubbles are generated, and bubble defects caused by transfer of the bubbles to the resist pattern after development may become a problem. This is considered to be mainly caused by biting bubbles at the interface between the immersion liquid and the upper film because the advancing contact angle is increased when the receding contact angle of the upper film is increased. Therefore, in order to cope with high-speed scanning exposure, the upper layer film is further improved so as to increase the receding contact angle (for example, 75 ° or more) but not to increase the advancing contact angle (for example, 95 ° or less). Is required.

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、後退接触角と前進接触角とが適度なバランスを有し、スキャンスピードが高速(例えば、700mm/s)であっても水残りを抑制でき、さらに液浸液と上層膜との界面におけるバブルの発生をも抑制することのできる液浸上層膜を形成できる上層膜形成用組成物を提供すること、および上記液浸上層膜形成用組成物の成分として有効な重合体を提供することを目的とした。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the problem is that the backward contact angle and the forward contact angle have an appropriate balance, and the scanning speed is high ( For example, even if it is 700 mm / s), the composition for forming an upper layer film that can form a liquid immersion upper layer film that can suppress water residue and can also suppress the generation of bubbles at the interface between the immersion liquid and the upper layer film. And an effective polymer as a component of the composition for forming a liquid immersion upper layer film.

本発明の上層膜形成組成物は、露光光に対する十分な透過性を有し、フォトレジスト膜と殆どインターミキシングを起こすことなくフォトレジスト膜上に形成され、液浸露光時に、水などの媒体に極めて溶出し難く安定な被膜を維持し、高解像度のレジストパターンを形成しつつ、十分に高い後退接触角を有し、かつ、十分に低い前進接触角を有する上層膜を形成することができるという効果を奏するものである。このような上層膜形成組成物によって、スキャンスピードが高速(例えば、700mm/s)であってもウォーターマーク欠陥や、バブル欠陥等の欠陥の発生を効果的に抑制することができる。 The composition for forming an upper layer film of the present invention has sufficient permeability to exposure light, is formed on the photoresist film with little intermixing with the photoresist film, and is applied to a medium such as water during immersion exposure. It is possible to form an upper layer film having a sufficiently high receding contact angle and a sufficiently low advancing contact angle while maintaining a highly stable resist film that is hardly eluted and forming a high-resolution resist pattern. There is an effect. Such an upper layer film-forming composition can effectively suppress the occurrence of defects such as watermark defects and bubble defects even when the scanning speed is high (for example, 700 mm / s).

以下、本発明の実施の最良の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following embodiment, and is based on the ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the gist of the present invention. It should be understood that modifications and improvements as appropriate to the following embodiments also fall within the scope of the present invention.

[1]上層膜形成組成物: 本発明の上層膜形成組成物は、酸解離性基を含有する重合体(X)と酸発生剤(Y)とを含むフォトレジスト組成物によって形成されるフォトレジスト膜の表面上に上層膜を形成するために用いられるものであって、炭化水素基を有する繰り返し単位を含有する重合体(A)を含有することを特徴とする液浸用上層膜組成物。 [1] Upper layer film forming composition: The upper layer film forming composition of the present invention is a photo formed by a photoresist composition containing a polymer (X) containing an acid dissociable group and an acid generator (Y). An upper layer film composition for immersion, which is used for forming an upper layer film on the surface of a resist film, and contains a polymer (A) containing a repeating unit having a hydrocarbon group .

上記上層膜形成組成物より形成される上層膜は、露光光に対する十分な透過性を有し、フォトレジスト膜と殆どインターミキシングを起こすことなくフォトレジスト膜上に形成され、液浸露光時に、水などの媒体に極めて溶出し難く安定な被膜を維持し、高解像度のレジストパターンを形成しつつ、十分に高い後退接触角、かつ、十分に低い前進接触角を有するという利点がある。 The upper layer film formed from the above upper layer film-forming composition has sufficient permeability to exposure light, is formed on the photoresist film with little intermixing with the photoresist film, and is subjected to water exposure during immersion exposure. There is an advantage in that it has a sufficiently high receding contact angle and a sufficiently low advancing contact angle while maintaining a stable coating that hardly dissolves in a medium such as the above, and forming a high-resolution resist pattern.

上記上層膜形成組成物は、フォトレジスト膜の表面上に上層膜を形成するために用いられるものであり、好ましくは、上記フォトレジスト膜は、酸解離性基を含有する重合体(X)と酸発生剤(Y)とを含むフォトレジスト組成物によって形成されるものである。 The upper layer film-forming composition is used for forming an upper layer film on the surface of a photoresist film. Preferably, the photoresist film comprises a polymer (X) containing an acid dissociable group and It is formed by a photoresist composition containing an acid generator (Y).

更に、上記重合体(X)は、酸解離性基を含む繰り返し単位を含有し、この繰り返し単位が、重合体(X)の全繰り返し単位に対して、30〜60モル%含まれるものであることが好ましい。上記繰り返し単位が30モル%未満であると、レジストとしての解像度が劣化するおそれがある。一方、上記繰り返し単位が60モル%超であると、上層膜剥離後のレジスト膜厚が極度に減少するおそれがある。 Furthermore, the said polymer (X) contains the repeating unit containing an acid dissociable group, and this repeating unit is 30-60 mol% with respect to all the repeating units of polymer (X). It is preferable. If the repeating unit is less than 30 mol%, the resolution as a resist may deteriorate. On the other hand, if the above repeating unit is more than 60 mol%, the resist film thickness after peeling off the upper layer film may be extremely reduced.

上記重合体(X)としては、例えば、下記繰り返し単位(M−1)、下記繰り返し単位(M−2)、及び下記繰り返し単位(M−3)を含有する樹脂、下記繰り返し単位(M−1)、下記繰り返し単位(M−2)、及び下記繰り返し単位(M−4)を含有する樹脂、下記繰り返し単位(M−1)、下記繰り返し単位(M−3)、及び下記繰り返し単位(M−5)を含有する樹脂などを挙げることができる。 Examples of the polymer (X) include a resin containing the following repeating unit (M-1), the following repeating unit (M-2), and the following repeating unit (M-3), and the following repeating unit (M-1). ), A resin containing the following repeating unit (M-2), and the following repeating unit (M-4), the following repeating unit (M-1), the following repeating unit (M-3), and the following repeating unit (M- Examples thereof include a resin containing 5).

Figure 0005565042
Figure 0005565042

上記酸発生剤(Y)は、放射線照射(露光)により酸発生剤から酸が発生し、その発生した酸の作用によって、樹脂の酸性基(例えば、カルボキシル基)を保護していた酸解離性基が解離して、酸性基が露出するものである。 The acid generator (Y) generates an acid from the acid generator by radiation irradiation (exposure), and has an acid dissociation property that protects acidic groups (for example, carboxyl groups) of the resin by the action of the generated acid. The group dissociates and the acidic group is exposed.

上記酸発生剤(Y)としては、例えば、トリフェニルスルホニウム・ノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニル・ジフェニルスルホニウム・ノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウム・ノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネートなどを挙げることができる。 Examples of the acid generator (Y) include triphenylsulfonium / nonafluoro-n-butanesulfonate, 4-cyclohexylphenyl / diphenylsulfonium / nonafluoro-n-butanesulfonate, and 1- (4-n-butoxynaphthalene-1- Yl) tetrahydrothiophenium nonafluoro-n-butanesulfonate, triphenylsulfonium 2- (bicyclo [2.2.1] hepta-2'-yl) -1,1,2,2-tetrafluoroethanesulfonate, 1 -(4-n-butoxynaphthyl) tetrahydrothiophenium 2- (bicyclo [2.2.1] hepta-2'-yl) -1,1,2,2-tetrafluoroethanesulfonate, triphenylsulfonium 2- (Bicyclo [2.2.1] hepta-2'-yl) -1,1-di , And the like Le Oro ethanesulfonate.

[1−1]重合体(A): 上記重合体(A)は、下記一般式(1−1)で表される繰り返し単位または(1−2)から選ばれる繰り返し単位のうち少なくとも一種(以下、「繰り返し単位(1)」ともいう。)を有し、かつ、下記一般式(2)で表される繰り返し単位を含有し、かつ、下記一般式(3)で表される繰り返し単位を含有するものである。このような構成により、重合体(A)が炭化水素基を有する繰り返し単位を含有するため、十分に高い後退接触角、かつ、十分に低い前進接触角を有するという利点がある。 [1-1] Polymer (A): The polymer (A) is at least one selected from repeating units represented by the following general formula (1-1) or repeating units selected from (1-2) (hereinafter referred to as the following). , Also referred to as “repeating unit (1)”), containing a repeating unit represented by the following general formula (2), and containing a repeating unit represented by the following general formula (3) To do. With such a configuration, since the polymer (A) contains a repeating unit having a hydrocarbon group, there is an advantage that it has a sufficiently high receding contact angle and a sufficiently low advancing contact angle.

Figure 0005565042
(一般式(1−1)及び(1−2)において、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示し、R、Rは互いに独立に単結合又は炭素数1〜6の直鎖状或いは分岐状のアルカンジイル基、炭素数4〜12の脂環式のアルカンジイル基を示し、Rは少なくとも一つのフッ素を含有する炭素数1〜10の直鎖状或いは分岐状のアルキル基、炭素数3〜10の脂環式のアルキル基を示す。)
Figure 0005565042
(In the general formulas (1-1) and (1-2), R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group, and R 2 and R 3 are each independently a single bond or a C 1-6 carbon atom. A linear or branched alkanediyl group, an alicyclic alkanediyl group having 4 to 12 carbon atoms, and R 4 is a linear or branched chain having 1 to 10 carbon atoms containing at least one fluorine. An alkyl group and an alicyclic alkyl group having 3 to 10 carbon atoms are shown.)

Figure 0005565042
(一般式(2)中、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示し、Rは少なくとも一つの水素原子がフッ素原子で置換された炭素数1〜12の直鎖状もしくは分岐状の1価の炭化水素基、または少なくとも一つの水素原子がフッ素原子で置換された炭素数3〜20の脂環式の1価の炭化水素基を示す。)
Figure 0005565042
(In the general formula (2), R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group, and R 5 represents a linear or branched group having 1 to 12 carbon atoms in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom. A monovalent hydrocarbon group in the form of a ring, or an alicyclic monovalent hydrocarbon group having 3 to 20 carbon atoms in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom.)

Figure 0005565042
(一般式(3)中、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示し、Rは炭素数1〜12の直鎖状もしくは分岐状の1価の炭化水素基、または炭素数3〜20の脂環式の1価の炭化水素基を示す。)
Figure 0005565042
(In the general formula (3), R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group, and R 6 represents a linear or branched monovalent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, or the number of carbon atoms. 3 to 20 alicyclic monovalent hydrocarbon groups are shown.)

一般式(1−1)のRは単結合又は炭素数1〜6の直鎖状或いは分岐状のアルカンジイル基、炭素数4〜12の脂環式のアルカンジイル基を表し、好ましいRとしては、メチレン基、エチレン
基、1,3−プロピレン基若しくは1,2−プロピレン基などのプロピレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、トリデカメチレン基、テトラデカメチレン基、ペンタデカメチレン基、ヘキサデカメチレン基、ヘプタデカメチレン基、オクタデカメチレン基、ノナデカメチレン基、1−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル1,3−プロピレン基、2−メチル−1,2−プロピレン基、1−メチル−1,4−ブチレン基、2−メチル−1,4−ブチレン基、メチリデン基、エチリデン基、プロピリデン基、又は、2−プロピリデン基等の飽和鎖状炭化水素基、1,3−シクロブチレン基などのシクロブチレン基、1,3−シクロペンチレン基などのシクロペンチレン基、1,4−シクロヘキシレン基などのシクロヘキシレン基、1,5−シクロオクチレン基などのシクロオクチレン基等の炭素数3〜10のシクロアルカンジイル基などの単環式炭化水素環基、1,4−ノルボルニレン基若しくは2,5−ノルボルニレン基などのノルボルニレン基、1,5−アダマンチレン基、2,6−アダマンチレン基などのアダマンチレン基等の2〜4環式炭素数4〜30の炭化水素環基などの架橋環式炭化水素環基等が挙げられる。
R 2 in the general formula (1-1) represents a single bond, a linear or branched alkanediyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an alicyclic alkanediyl group having 4 to 12 carbon atoms, and is preferably R 2. As a methylene group, an ethylene group, a propylene group such as a 1,3-propylene group or a 1,2-propylene group, a tetramethylene group, a pentamethylene group, a hexamethylene group, a heptamethylene group, an octamethylene group, a nonamethylene group, Decamethylene group, undecamethylene group, dodecamethylene group, tridecamethylene group, tetradecamethylene group, pentadecamethylene group, hexadecamethylene group, heptadecamethylene group, octadecamethylene group, nonacamethylene group, 1-methyl -1,3-propylene group, 2-methyl-1,3-propylene group, 2-methyl-1,2-propylene group, 1-methyl 1,4-butylene group, 2-methyl-1,4-butylene group, methylidene group, ethylidene group, propylidene group, saturated chain hydrocarbon group such as 2-propylidene group, 1,3-cyclobutylene Cyclobutylene groups such as 1,3-cyclopentylene groups, cyclopentylene groups such as 1,4-cyclohexylene groups, cyclohexylene groups such as 1,4-cyclohexylene groups, cyclooctylene groups such as 1,5-cyclooctylene groups, etc. A monocyclic hydrocarbon ring group such as a cycloalkanediyl group having 3 to 10 carbon atoms, a norbornylene group such as a 1,4-norbornylene group or a 2,5-norbornylene group, a 1,5-adamantylene group, 2,6 -A bridged cyclic hydrocarbon ring group such as a hydrocarbon ring group having 2 to 4 cyclic carbon atoms such as an adamantylene group such as an adamantylene group.

特にRとして2価の脂環式炭化水素基を含むときは、ビストリフルオロメチル−ヒドロキシ−メチル基と該脂肪族環状炭化水素基との間にスペーサーとして炭素数1〜4のアルカンジイル基を挿入することが好ましい。また、Rとしては、2,5−ノルボルニレン基を含む炭化水素基、1,2−エチレン基、プロピレン基が好ましい。 In particular, when R 2 contains a divalent alicyclic hydrocarbon group, an alkanediyl group having 1 to 4 carbon atoms is used as a spacer between the bistrifluoromethyl-hydroxy-methyl group and the aliphatic cyclic hydrocarbon group. It is preferable to insert. R 2 is preferably a hydrocarbon group containing a 2,5-norbornylene group, a 1,2-ethylene group, or a propylene group.

一般式(1−1)を与える単量体中で好ましいものとしては、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−3−プロピル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ブチル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−5−ペンチル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ペンチル)エステル、(メタ)アクリル酸2−{[5−(1’,1’,1’−トリフルオロ−2’−トリフルオロメチル−2’−ヒドロキシ)プロピル]ビシクロ[2.2.1]ヘプチル}エステル、(メタ)アクリル酸3−{[8−(1’,1’,1’−トリフルオロ−2’−トリフルオロメチル−2’−ヒドロキシ)プロピル]テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデシル}エステル等が挙げられる。 Among the monomers that give the general formula (1-1), (meth) acrylic acid (1,1,1-trifluoro-2-trifluoromethyl-2-hydroxy-3-propyl) ester is preferable, (Meth) acrylic acid (1,1,1-trifluoro-2-trifluoromethyl-2-hydroxy-4-butyl) ester, (meth) acrylic acid (1,1,1-trifluoro-2-trifluoro) Methyl-2-hydroxy-5-pentyl) ester, (meth) acrylic acid (1,1,1-trifluoro-2-trifluoromethyl-2-hydroxy-4-pentyl) ester, (meth) acrylic acid 2- {[5- (1 ′, 1 ′, 1′-trifluoro-2′-trifluoromethyl-2′-hydroxy) propyl] bicyclo [2.2.1] heptyl} ester, (meth) act 3-{[8- (1 ′, 1 ′, 1′-trifluoro-2′-trifluoromethyl-2′-hydroxy) propyl] tetracyclo [6.2.13, 6.02,7] ] Dodecyl} ester.

一般式(1−2)のRは単結合又は炭素数1〜6の直鎖状或いは分岐状のアルカンジイル基、炭素数4〜12の脂環式のアルカンジイル基を表し、好ましいRとしては、メチレン基、エチレン基、1,3−プロピレン基若しくは1,2−プロピレン基などのプロピレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、トリデカメチレン基、テトラデカメチレン基、ペンタデカメチレン基、ヘキサデカメチレン基、ヘプタデカメチレン基、オクタデカメチレン基、ノナデカメチレン基、インサレン基、1−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル1,3−プロピレン基、2−メチル−1,2−プロピレン基、1−メチル−1,4−ブチレン基、2−メチル−1,4−ブチレン基、メチリデン基、エチリデン基、プロピリデン基、又は、2−プロピリデン基等の飽和鎖状炭化水素基、1,3−シクロブチレン基などのシクロブチレン基、1,3−シクロペンチレン基などのシクロペンチレン基、1,4−シクロヘキシレン基などのシクロヘキシレン基、1,5−シクロオクチレン基などのシクロオクチレン基等の炭素数3〜10のシクロアルカンジイル基などの単環式炭化水素環基、1,4−ノルボルニレン基若しくは2,5−ノルボルニレン基などのノルボルニレン基、1,5−アダマンチレン基、2,6−アダマンチレン基などのアダマンチレン基等が挙げられる。 R 3 in the general formula (1-2) represents a single bond, a linear or branched alkanediyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an alicyclic alkanediyl group having 4 to 12 carbon atoms, and is preferably R 3. As a methylene group, an ethylene group, a propylene group such as a 1,3-propylene group or a 1,2-propylene group, a tetramethylene group, a pentamethylene group, a hexamethylene group, a heptamethylene group, an octamethylene group, a nonamethylene group, Decamethylene group, undecamethylene group, dodecamethylene group, tridecamethylene group, tetradecamethylene group, pentadecamethylene group, hexadecamethylene group, heptadecamethylene group, octadecamethylene group, nonacamethylene group, insalen group, 1-methyl-1,3-propylene group, 2-methyl-1,3-propylene group, 2-methyl-1,2-propylene Saturated chain hydrocarbon groups such as 1-methyl-1,4-butylene group, 2-methyl-1,4-butylene group, methylidene group, ethylidene group, propylidene group, or 2-propylidene group, , 3-cyclobutylene group, cyclobutylene group, 1,3-cyclopentylene group, etc., cyclopentylene group, 1,4-cyclohexylene group, cyclohexylene group, 1,5-cyclooctylene group, etc. Monocyclic hydrocarbon ring groups such as cycloalkanediyl groups having 3 to 10 carbon atoms such as cyclooctylene groups, norbornylene groups such as 1,4-norbornylene groups or 2,5-norbornylene groups, 1,5-adamantylene Group, adamantylene group such as 2,6-adamantylene group and the like.

一般式(1−2)のRは少なくとも一つのフッ素を含有する炭素数1〜10の直鎖状或いは分岐状のアルキル基、炭素数3〜10の脂環式のアルキル基を表し、例えば、トリフルオロメチル基等が好ましい。 R 4 in the general formula (1-2) represents a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms containing at least one fluorine, or an alicyclic alkyl group having 3 to 10 carbon atoms. A trifluoromethyl group and the like are preferable.

一般式(1−2)を与える単量体中で好ましいものとしては、(((トリフルオロメチル)スルホニル)アミノ)エチル−1−メタクリレート、2−(((トリフルオロメチル)スルホニル)アミノ)エチル−1−アクリレート、及び下記式で表される化合物が挙げられる。 Among the monomers giving the general formula (1-2), preferred are (((trifluoromethyl) sulfonyl) amino) ethyl-1-methacrylate, 2-(((trifluoromethyl) sulfonyl) amino) ethyl. Examples include -1-acrylate and a compound represented by the following formula.

Figure 0005565042
Figure 0005565042

一般式(2)のRは少なくとも一つ以上の水素原子がフッ素原子で置換された炭素数1〜12の直鎖状或いは分岐状或いは脂環式構造を有するアルキル基を表し、好ましいRとしては、メチレン基、エチレン基、1,3−プロピレン基若しくは1,2−プロピレン基などのプロピレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、トリデカメチレン基、テトラデカメチレン基、ペンタデカメチレン基、ヘキサデカメチレン基、ヘプタデカメチレン基、オクタデカメチレン基、ノナデカメチレン基、1−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル1,3−プロピレン基、2−メチル−1,2−プロピレン基、1−メチル−1,4−ブチレン基、2−メチル−1,4−ブチレン基、メチリデン基、エチリデン基、プロピリデン基、又は、2−プロピリデン基等の飽和鎖状炭化水素基、1,3−シクロブチレン基などのシクロブチレン基、1,3−シクロペンチレン基などのシクロペンチレン基、1,4−シクロヘキシレン基などのシクロヘキシレン基、1,5−シクロオクチレン基などのシクロオクチレン基等の炭素数3〜10のシクロアルカンジイル基などの単環式炭化水素環基、1,4−ノルボルニレン基若しくは2,5−ノルボルニレン基などのノルボルニレン基、1,5−アダマンチレン基、2,6−アダマンチレン基等の直鎖状、分岐状のアルキル基の部分フッ素化或いはパーフルオロアルキル基等が挙げられる。 R 5 in the general formula (2) represents an alkyl group having a linear, branched or alicyclic structure having 1 to 12 carbon atoms in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom, and is preferably R 5. As a methylene group, an ethylene group, a propylene group such as a 1,3-propylene group or a 1,2-propylene group, a tetramethylene group, a pentamethylene group, a hexamethylene group, a heptamethylene group, an octamethylene group, a nonamethylene group, Decamethylene group, undecamethylene group, dodecamethylene group, tridecamethylene group, tetradecamethylene group, pentadecamethylene group, hexadecamethylene group, heptadecamethylene group, octadecamethylene group, nonacamethylene group, 1-methyl -1,3-propylene group, 2-methyl 1,3-propylene group, 2-methyl-1,2-propylene Saturated chain hydrocarbon groups such as 1-methyl-1,4-butylene group, 2-methyl-1,4-butylene group, methylidene group, ethylidene group, propylidene group, or 2-propylidene group, , 3-cyclobutylene group, cyclobutylene group, 1,3-cyclopentylene group, etc., cyclopentylene group, 1,4-cyclohexylene group, cyclohexylene group, 1,5-cyclooctylene group, etc. Monocyclic hydrocarbon ring groups such as cycloalkanediyl groups having 3 to 10 carbon atoms such as cyclooctylene groups, norbornylene groups such as 1,4-norbornylene groups or 2,5-norbornylene groups, 1,5-adamantylene And a partially fluorinated or perfluoroalkyl group of a linear or branched alkyl group such as a 2,6-adamantylene group.

一般式(2)を与える好ましい単量体としては、トリフルオロメチル(メタ)アクリル酸エステル、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロn−プロピル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロi−プロピル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロn−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロi−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロt−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、2−(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル)(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロシクロヘキシルメチル(メタ)アクリル酸エステル、1−(2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフルオロデシル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(5−トリフルオロメチル−3,3,4,4,5,6,6,6−オクタフルオロヘキシル)(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。 Preferred monomers that give the general formula (2) include trifluoromethyl (meth) acrylate, 2,2,2-trifluoroethyl (meth) acrylate, perfluoroethyl (meth) acrylate, Perfluoro n-propyl (meth) acrylic acid ester, perfluoro i-propyl (meth) acrylic acid ester, perfluoro n-butyl (meth) acrylic acid ester, perfluoro i-butyl (meth) acrylic acid ester, perfluoro t-butyl (meth) acrylic acid ester, 2- (1,1,1,3,3,3-hexafluoropropyl) (meth) acrylic acid ester, 1- (2,2,3,3,4,4 , 5,5-octafluoropentyl) (meth) acrylic acid ester, perfluorocyclohexylmethyl (meth) acrylic Acid ester, 1- (2,2,3,3,3-pentafluoropropyl) (meth) acrylic acid ester, 1- (3,3,4,4,5,5,6,6,7,7, 8,8,9,9,10,10,10-heptadecafluorodecyl) (meth) acrylic acid ester, 1- (5-trifluoromethyl-3,3,4,4,5,6,6,6 -Octafluorohexyl) (meth) acrylic acid ester and the like.

一般式(3)中、Rは、炭素数1〜12の直鎖状或いは分岐状或いは脂環式構造を有するアルキル基を表し、好ましいRとしては、メチル基、エチル基、1,3−プロピル基若しくは1,2−プロピル基などのプロピル基、テトラメチル基、ペンタメチル基、ヘキサメチル基、ヘプタメチル基、オクタメチル基、ノナメチル基、デカメチル基、ウンデカメチル基、ドデカメチル基、トリデカメチル基、テトラデカメチル基、ペンタデカメチル基、ヘキサデカメチル基、ヘプタデカメチル基、オクタデカメチル基、ノナデカメチル基、1−メチル−1,3−プロピル基、2−メチル1,3−プロピル基、2−メチル−1,2−プロピル基、1−メチル−1,4−ブチル基、2−メチル−1,4−ブチル基、メチリデン基、エチリデン基、プロピリデン基、又は、2−プロピリデン基等の飽和鎖状炭化水素基、1,3−シクロブチル基などのシクロブチル基、1,3−シクロペンチル基などのシクロペンチル基、1,4−シクロヘキシル基などのシクロヘキシル基、1,5−シクロオクチル基などのシクロオクチル基等の炭素数3〜10のシクロアルキル基などの単環式炭化水素環基、1,4−ノルボルニル基若しくは2,5−ノルボルニル基などのノルボルニル基、1,5−アダマンチル基、2,6−アダマンチル基等の直鎖状、分岐状のアルキル基やシクロアルキル等が挙げられる。 In General Formula (3), R 6 represents an alkyl group having a linear, branched, or alicyclic structure having 1 to 12 carbon atoms. Preferred R 6 includes a methyl group, an ethyl group, 1, 3 -Propyl group such as propyl group or 1,2-propyl group, tetramethyl group, pentamethyl group, hexamethyl group, heptamethyl group, octamethyl group, nonamethyl group, decamethyl group, undecamethyl group, dodecamethyl group, tridecamethyl group, tetradecamethyl group , Pentadecamethyl group, hexadecamethyl group, heptadecamethyl group, octadecamethyl group, nonadecamethyl group, 1-methyl-1,3-propyl group, 2-methyl-1,3-propyl group, 2-methyl-1 , 2-propyl group, 1-methyl-1,4-butyl group, 2-methyl-1,4-butyl group, methylidene group, ethylidene group, Cyclopentyl group such as ropyridene group or saturated chain hydrocarbon group such as 2-propylidene group, cyclobutyl group such as 1,3-cyclobutyl group, cyclopentyl group such as 1,3-cyclopentyl group, and cyclohexyl group such as 1,4-cyclohexyl group , Monocyclic hydrocarbon ring groups such as cycloalkyl groups having 3 to 10 carbon atoms such as cyclooctyl groups such as 1,5-cyclooctyl groups, norbornyl groups such as 1,4-norbornyl groups or 2,5-norbornyl groups And straight chain and branched alkyl groups such as 1,5-adamantyl group and 2,6-adamantyl group, cycloalkyl and the like.

上記一般式(3)で表される繰り返し単位を得るために用いられる単量体としては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ペンチル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸アダマンチル、メタクリル酸ジシクロペンチル、等を好適に用いることができる。 Examples of the monomer used to obtain the repeating unit represented by the general formula (3) include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, pentyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, adamantyl methacrylate, Dicyclopentyl methacrylate and the like can be preferably used.

重合体(A)における繰り返し単位(1)の割合は、重合体(A)の全繰り返し単位に対して、1〜85モル%であることが好ましく、30〜85モル%であることが更に好ましい。繰り返し単位(1)の含有割合が上記範囲内であると、本発明の組成物から形成される液浸上層膜が十分に高い後退接触角を発現し、また、後述するレジストパターン形成方法において各種欠陥が発生するおそれがない点で好ましい。 The proportion of the repeating unit (1) in the polymer (A) is preferably 1 to 85 mol%, more preferably 30 to 85 mol%, based on all repeating units of the polymer (A). . When the content ratio of the repeating unit (1) is within the above range, the liquid immersion upper layer film formed from the composition of the present invention exhibits a sufficiently high receding contact angle, and various kinds of resist pattern forming methods described later can be used. This is preferable in that there is no risk of defects.

繰り返し単位(2)の割合は、重合体(A)の全繰り返し単位に対して、5〜60モル%であることが好ましく、5〜50モル%であることが更に好ましい。繰り返し単位(2)の含有割合が上記範囲内であると、本発明の組成物から形成される液浸上層膜が十分に高い後退接触角を発現し、また、後述するレジストパターン形成方法において各種欠陥が発生するおそれがない点で好ましい。 The ratio of the repeating unit (2) is preferably 5 to 60 mol%, more preferably 5 to 50 mol%, based on all repeating units of the polymer (A). When the content ratio of the repeating unit (2) is within the above range, the liquid immersion upper layer film formed from the composition of the present invention exhibits a sufficiently high receding contact angle. This is preferable in that there is no risk of defects.

繰り返し単位(3)の割合は、重合体(A)の全繰り返し単位に対して、10〜40モル%であることが好ましく、10〜30モル%であることが更に好ましい。繰り返し単位(3)の含有割合が上記範囲内であると、本発明の組成物から形成される液浸上層膜が発現する後退接触角と前進接触角のバランスが良好となる点で好ましい。 The ratio of the repeating unit (3) is preferably 10 to 40 mol%, more preferably 10 to 30 mol%, based on all repeating units of the polymer (A). When the content ratio of the repeating unit (3) is within the above range, it is preferable in that the balance between the receding contact angle and the advancing contact angle expressed by the liquid immersion upper layer film formed from the composition of the present invention is good.

[1−2]重合体(B): 上記重合体(B)は、上記一般式(1−1)で表される繰り返し単位及び上記一般式(1−2)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも1種(以下、「繰り返し単位(11)」ともいう。)と、下記一般式(4)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(41)」ともいう。)と、を含有する。 [1-2] Polymer (B): The polymer (B) is a repeating unit represented by the general formula (1-1) and a repeating unit represented by the general formula (1-2). At least one type (hereinafter also referred to as “repeating unit (11)”) and a repeating unit represented by the following general formula (4) (hereinafter also referred to as “repeating unit (41)”). To do.

Figure 0005565042
(一般式(4)において、Rは、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示し、R10は、単結合、又は炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状の2価の炭化水素基を示す。)
Figure 0005565042
(In General Formula (4), R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group, and R 10 represents a single bond or a linear or branched divalent divalent having 1 to 6 carbon atoms. Indicates a hydrocarbon group.)

一般式(4)のR10は単結合又は炭素数1〜6の直鎖状或いは分岐状のアルカンジイル基、又は、−C(O)XR−を表す。Rは炭素数1〜6の直鎖状或いは分岐状のアルカンジイル基を表し、Xは−O−または−NH−を表す。Rとして表される炭素数1〜6の直鎖状或いは分岐状のアルカンジイル基としては、メチレン基、エチレン基、1,3−プロピレン基若しくは1,2−プロピレン基などのプロピレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基が挙げられる。一般式(4)で表される繰り返し単位を与える好ま
しい単量体としては、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸、4−ビニル−1−ベンゼンスルホン酸が挙げられる。
R 10 in the general formula (4) represents a single bond, a linear or branched alkanediyl group having 1 to 6 carbon atoms, or —C (O) XR 4 —. R 4 represents a linear or branched alkanediyl group having 1 to 6 carbon atoms, and X represents —O— or —NH—. Examples of the linear or branched alkanediyl group having 1 to 6 carbon atoms represented by R 4 include a propylene group such as methylene group, ethylene group, 1,3-propylene group or 1,2-propylene group, tetra Examples include a methylene group, a pentamethylene group, and a hexamethylene group. Preferred monomers that give the repeating unit represented by the general formula (4) include vinyl sulfonic acid, allyl sulfonic acid, 2- (meth) acrylamide-2-methyl-1-propanesulfonic acid, 4-vinyl-1 -Benzenesulfonic acid.

重合体(B)における繰り返し単位(11)の割合は、重合体(B)の全繰り返し単位に対して、80〜99モル%であることが好ましく、85〜99モル%であることが更に好ましい。繰り返し単位(11)の割合が上記範囲内であることにより、後述するレジストパターン形成方法において各種欠陥が発生するおそれがなく、また、下地となるレジスト層への影響が少なく、レジスト性能を低下させるおそれがない点で好ましい。 The proportion of the repeating unit (11) in the polymer (B) is preferably from 80 to 99 mol%, more preferably from 85 to 99 mol%, based on all repeating units in the polymer (B). . When the ratio of the repeating unit (11) is within the above range, there is no risk of various defects occurring in the resist pattern forming method described later, and there is little influence on the resist layer serving as a base, thereby reducing resist performance. It is preferable in that there is no fear.

重合体(B)における繰り返し単位(41)の割合は、重合体(B)の全繰り返し単位に対して、1〜20モル%であることが好ましく、1〜15モル%であることが更に好ましい。繰り返し単位(11)の割合が上記範囲内であることにより、後述するレジストパターン形成方法において各種欠陥が発生するおそれがなく、また、下地となるレジスト層への影響が少なく、レジスト性能を低下させるおそれがない点で好ましい。 The ratio of the repeating unit (41) in the polymer (B) is preferably 1 to 20 mol%, more preferably 1 to 15 mol%, based on all the repeating units of the polymer (B). . When the ratio of the repeating unit (11) is within the above range, there is no risk of various defects occurring in the resist pattern forming method described later, and there is little influence on the resist layer serving as a base, thereby reducing resist performance. It is preferable in that there is no fear.

[1−3]重合体(C): 上記重合体(C)は、下記一般式(5−1)で表される繰り返し単位、下記一般式(5−2)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(5−3)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも1種(以下、「繰り返し単位(5)」ともいう。)と、上記一般式(4)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(42)」ともいう。)と、を含有する。一般式(4)で表される繰り返し単位は、既に上述した繰り返し単位と同様のものを例示することができる。 [1-3] Polymer (C): The polymer (C) is a repeating unit represented by the following general formula (5-1), a repeating unit represented by the following general formula (5-2), and At least one of repeating units represented by the following general formula (5-3) (hereinafter also referred to as “repeating unit (5)”) and a repeating unit represented by the above general formula (4) (hereinafter referred to as “repeating unit (5)”). , Also referred to as “repeating unit (42)”. Examples of the repeating unit represented by the general formula (4) are the same as those already described above.

Figure 0005565042
(一般式(5−1)〜(5−3)において、Rはそれぞれ独立に水素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基を示し、R12及びR13はそれぞれ独立に炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状の2価の炭化水素基、又は炭素数4〜12の2価の脂環式炭化水素基を示す。)
Figure 0005565042
(In the general formulas (5-1) to (5-3), each R 1 independently represents a hydrogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group, and each of R 12 and R 13 independently represents one having 1 to 6 carbon atoms. A linear or branched divalent hydrocarbon group or a divalent alicyclic hydrocarbon group having 4 to 12 carbon atoms is shown.)

前記一般式(5−1)及び(5−2)における、R12及びR13の炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状の2価の炭化水素基としては、例えば、エチレン基;1,3−プロピレン基、1,2−プロピレン基等のプロピレン基;テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、1−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル−1,2−プロピレン基、1−メチル−1,4−ブチレン基、2−メチル−1,4−ブチレン基、エチリデン基、プロピリデン基、2−プロピリデン基等を挙げることができる。 Examples of the linear or branched divalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms of R 12 and R 13 in the general formulas (5-1) and (5-2) include an ethylene group; Propylene groups such as 1,3-propylene group and 1,2-propylene group; tetramethylene group, pentamethylene group, hexamethylene group, 1-methyl-1,3-propylene group, 2-methyl-1,3-propylene group 2-methyl-1,2-propylene group, 1-methyl-1,4-butylene group, 2-methyl-1,4-butylene group, ethylidene group, propylidene group, 2-propylidene group, and the like. .

また、前記R12及びR13の炭素数4〜12の2価の脂環式炭化水素基としては、例えば、単環式炭化水素環基、架橋環式炭化水素環基等が挙げられる。 前記単環式炭化水素環基としては、例えば、フェニレン基、トリレン基等のアリーレン基、1,3−シクロブチレン基等のシクロブチレン基、1,3−シクロペンチレン基等のシクロペンチレン基、1,4−シクロヘキシレン基等のシクロヘキシレン基、1,5−シクロオクチレン基等のシクロオクチレン基等の炭素数4〜12のシクロアルカンジイル基等が挙げられる。 また、架橋環式炭化水素環基としては、例えば、1,4−ノルボルニレン基、2,5−ノルボルニレン基等のノルボルニレン基、1,5−アダマンチレン基、2,6−アダマンチレン基等のアダマンチレン基等の炭素数4〜12の2〜4環式炭化水素環基等が挙げられる。 The divalent alicyclic hydrocarbon group having 4 to 12 carbon atoms of the R 12 and R 13, for example, a monocyclic hydrocarbon ring group, such as a crosslinked cyclic hydrocarbon ring group. Examples of the monocyclic hydrocarbon ring group include an arylene group such as a phenylene group and a tolylene group, a cyclobutylene group such as a 1,3-cyclobutylene group, and a cyclopentylene group such as a 1,3-cyclopentylene group. And a cycloalkanediyl group having 4 to 12 carbon atoms such as a cyclohexylene group such as 1,4-cyclohexylene group and a cyclooctylene group such as 1,5-cyclooctylene group. Examples of the bridged cyclic hydrocarbon ring group include, for example, norbornylene groups such as 1,4-norbornylene group and 2,5-norbornylene group, adamants such as 1,5-adamantylene group and 2,6-adamantylene group. Examples include 2 to 4 cyclic hydrocarbon ring groups having 4 to 12 carbon atoms such as a tylene group.

前記繰り返し単位(5−1)を得るための単量体としては、例えば、ヘキサヒドロフタル酸2−メタクリロイルオキシエチル、ヘキサヒドロフタル酸3−メタクリロイルオキシプロピル、ヘキサヒドロフタル酸4−メタクリロイルオキシブチル等が挙げられる。 また、前記繰り返し単位(5−2)を得るための単量体としては、例えば、シクロヘキサカルボン酸2−メタクリロイルオキシ、プロピルカルボン酸3−メタクリロイルオキシ等が挙げられる。 更に、前記繰り返し単位(5−3)を得るための単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸が挙げられる。 Examples of the monomer for obtaining the repeating unit (5-1) include 2-methacryloyloxyethyl hexahydrophthalate, 3-methacryloyloxypropyl hexahydrophthalate, 4-methacryloyloxybutyl hexahydrophthalate, and the like. Is mentioned. Examples of the monomer for obtaining the repeating unit (5-2) include cyclohexacarboxylic acid 2-methacryloyloxy, propylcarboxylic acid 3-methacryloyloxy, and the like. Furthermore, as a monomer for obtaining the said repeating unit (5-3), (meth) acrylic acid is mentioned, for example.

また、前記重合体(C)は、繰り返し単位(42)を更に含有するものである。重合体(C)が繰り返し単位(42)を含有することで、現像後のリンス洗浄プロセスにてフォトレジスト膜の主成分である樹脂がフォトレジスト膜上に再付着する問題(Blob欠陥)を抑制することができる。未露光のフォトレジスト膜/上層膜界面では現像時、上層膜成分が現像液に溶解しながら拡散する一方、フォトレジスト膜の成分は現像液に溶解せずに拡散する。従って、上記Blob欠陥の主な原因は現像液に溶解しなかった樹脂成分がフォトレジスト膜上に再付着してしまうことであると考えられる。重合体(C)が強酸性基を有する繰り返し単位(42)を含む場合、フォトレジスト膜中の樹脂成分のうち、上記界面付近に存在するものについて、現像液に対する溶解性を向上させられるため、リンス洗浄後の樹脂の再付着を抑制できると考えられる。 The polymer (C) further contains a repeating unit (42). By containing the repeating unit (42) in the polymer (C), the problem that the resin, which is the main component of the photoresist film, is redeposited on the photoresist film in the rinse cleaning process after development (blob defect) is suppressed. can do. At the time of development at the unexposed photoresist film / upper layer film interface, the upper layer film component diffuses while dissolving in the developer, while the photoresist film component diffuses without dissolving in the developer. Therefore, it is considered that the main cause of the Blob defect is that the resin component that has not been dissolved in the developer re-deposits on the photoresist film. When the polymer (C) contains a repeating unit (42) having a strongly acidic group, among the resin components in the photoresist film, those present in the vicinity of the interface can be improved in solubility in the developer, It is thought that the reattachment of the resin after the rinse cleaning can be suppressed.

重合体(C)における繰り返し単位(5)の割合は、重合体(C)の全繰り返し単位に対して、80〜99モル%であることが好ましく、85〜99モル%であることが更に好ましい。繰り返し単位(5)の割合が上記範囲内であると、後述のレジストパターン形成方法において、各種欠陥を発生するおそれがなく、また、下地となるレジスト層に対する影響が小さく、レジスト性能の低下を生じない点で好ましい。 The ratio of the repeating unit (5) in the polymer (C) is preferably 80 to 99 mol%, more preferably 85 to 99 mol%, based on all repeating units of the polymer (C). . When the ratio of the repeating unit (5) is within the above range, there is no possibility of causing various defects in the resist pattern forming method described later, and the influence on the resist layer as a base is small, resulting in a decrease in resist performance. It is preferable in that there is no.

重合体(C)における繰り返し単位(42)の割合は、重合体(C)の全繰り返し単位に対して、1〜20モル%であることが好ましく、1〜15モル%であることが更に好ましい。繰り返し単位(42)の割合が上記範囲内であると、後述のレジストパターン形成方法において、各種欠陥を発生するおそれがなく、また、下地となるレジスト層に対する影響が小さく、レジスト性能の低下を生じない点で好ましい。 The proportion of the repeating unit (42) in the polymer (C) is preferably 1 to 20 mol%, more preferably 1 to 15 mol%, based on all repeating units of the polymer (C). . When the ratio of the repeating unit (42) is within the above range, there is no possibility of causing various defects in the resist pattern forming method described later, and the influence on the resist layer as a base is small, resulting in a decrease in resist performance. It is preferable in that there is no.

また、前記重合体(A)は、前記重合体(B)(および重合体(C))よりも高撥水性を有するため、重合体(A)と重合体(B)(および重合体(C))をブレンドした場合、重合体(A)を重合体(B)の上に偏在化させることができ、その偏在化により機能を分担することができる。即ち、上層膜上部に偏在する高撥水性を有する重合体(A)は、重合体(B)とのブレンドに伴い後退接触角が低下せず液滴残りに伴うウォーターマーク欠陥を防止できる。また、重合体(B)(および重合体(C))は優れたアルカリ現像液溶解性を有しており、重合体(B)(および重合体(C))が重合体(A)の下部(レジスト膜と液浸上層膜界面)に偏在することでインターミキシング層の溶解性低下を抑制して、Blob欠陥を低減させることができる。そのため従来のウォーターマーク欠陥に加えBlob欠陥も防止することができる。 Moreover, since the polymer (A) has higher water repellency than the polymer (B) (and the polymer (C)), the polymer (A) and the polymer (B) (and the polymer (C) )) Is blended, the polymer (A) can be unevenly distributed on the polymer (B), and the function can be shared by the uneven distribution. That is, the highly water-repellent polymer (A) that is unevenly distributed on the upper part of the upper layer film does not decrease the receding contact angle with blending with the polymer (B) and can prevent watermark defects due to the remaining droplets. Further, the polymer (B) (and the polymer (C)) has excellent alkali developer solubility, and the polymer (B) (and the polymer (C)) is a lower part of the polymer (A). By being unevenly distributed (at the interface between the resist film and the liquid immersion upper layer film), it is possible to suppress a decrease in solubility of the intermixing layer and reduce Blob defects. Therefore, a blob defect can be prevented in addition to a conventional watermark defect.

なお、本発明の上層膜形成組成物の重合体(A)及び重合体(B)及び重合体(C)(以下、これらをまとめて「重合体成分」ともいう。)には、分子量、ガラス転移点、溶媒への溶解性などを制御する目的で、他のラジカル重合性単量体に由来する繰り返し単位(以下、「他の繰り返し単位」と記す場合がある)、酸解離性基含有単量体に由来する構造単位を含有させることができる。 The polymer (A), polymer (B) and polymer (C) (hereinafter collectively referred to as “polymer component”) of the upper layer film-forming composition of the present invention include molecular weight, glass For the purpose of controlling the transition point, solubility in a solvent, etc., repeating units derived from other radical polymerizable monomers (hereinafter sometimes referred to as “other repeating units”), acid-dissociable group-containing units A structural unit derived from a monomer can be contained.

上記他の繰り返し単位を得るために用いられる単量体としては、例えば、マレイン酸ジエチル、フマル酸ジエチル、イタコン酸ジエチルなどのジカルボン酸ジエステル;フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸アリールエステル;スチレン、α−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−メトキシスチレン等の芳香族ビニル類、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのニトリル基含有ラジカル重合性単量体;アクリルアミド、メタクリルアミドなどのアミド結合含有ラジカル重合性単量体;酢酸ビニルなどの脂肪酸ビニル類;塩化ビニル、塩化ビニリデンなどの塩素含有ラジカル重合性単量体;1,3−ブタジエン、イソプレン、1,4−ジメチルブタジエン等の共役ジオレフィン類が挙げられる。これらのうち、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、ニトリル基含有ラジカル重合性単量体、アミド結合含有ラジカル重合性単量体、水酸基含有(メタ)アクリル酸アルキルエステルが好ましい。なお、これらの単量体は単独または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of the monomer used to obtain the other repeating unit include dicarboxylic acid diesters such as diethyl maleate, diethyl fumarate and diethyl itaconate; phenyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate and the like ( (Meth) acrylic acid aryl ester; styrene, α-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, vinyltoluene, p-methoxystyrene and other aromatic vinyl, nitrile group-containing radical polymerization such as acrylonitrile, methacrylonitrile Amide bond-containing radical polymerizable monomers such as acrylamide and methacrylamide; Fatty acid vinyls such as vinyl acetate; Chlorine-containing radical polymerizable monomers such as vinyl chloride and vinylidene chloride; 1,3-butadiene , Isoprene, 1,4-di Conjugated diolefins such as chill-butadiene. Of these, (meth) acrylic acid alkyl esters, nitrile group-containing radical polymerizable monomers, amide bond-containing radical polymerizable monomers, and hydroxyl group-containing (meth) acrylic acid alkyl esters are preferred. In addition, these monomers can be used individually or in combination of 2 or more types.

上記他の繰り返し単位の割合は、この他の繰り返し単位を含有する重合体(A)または重合体(B)または重合体(C)の全繰り返し単位に対して、50モル%以下であることが好ましく、40モル%以下であることが更に好ましい。上記割合が50モル%超であると、現像液であるアルカリ水溶液への溶解性が低くなりため、上層膜の除去が困難になり、現像後のレジストパターン上に残渣が発生するおそれがある。 The ratio of the other repeating unit may be 50 mol% or less with respect to all the repeating units of the polymer (A), the polymer (B) or the polymer (C) containing the other repeating unit. Preferably, it is 40 mol% or less. When the ratio is more than 50 mol%, the solubility in an alkaline aqueous solution as a developer is lowered, so that it is difficult to remove the upper layer film, and a residue may be generated on the resist pattern after development.

上記重合体成分は、その製造方法に特に制限はないが、例えば、適当な開始剤や連鎖移動剤の存在下、重合溶媒中で、対応する一以上のラジカル重合性単量体をラジカル重合することによって製造することができる。 The production method of the polymer component is not particularly limited. For example, the polymer component radically polymerizes one or more corresponding radical polymerizable monomers in a polymerization solvent in the presence of an appropriate initiator or chain transfer agent. Can be manufactured.

上記重合体成分を製造する際に用いられる重合溶媒としては、例えば、アルコール類、環状エーテル類、多価アルコールのアルキルエーテル類、多価アルコールのアルキルエーテルアセテート類、芳香族炭化水素類、ケトン類、エステル類を挙げることができる。これらのうち、環状エーテル類、多価アルコールのアルキルエーテル類、多価アルコールのアルキルエーテルアセテート類、ケトン類、エステル類などが好ましい。 Examples of the polymerization solvent used in producing the polymer component include alcohols, cyclic ethers, alkyl ethers of polyhydric alcohols, alkyl ether acetates of polyhydric alcohols, aromatic hydrocarbons, and ketones. And esters. Of these, cyclic ethers, alkyl ethers of polyhydric alcohols, alkyl ether acetates of polyhydric alcohols, ketones, and esters are preferable.

上記重合体成分の重量平均分子量(以下、「Mw」と記す場合がある)は、それぞれ、2,000〜100,000であることが好ましく、2,500〜50,000であることが更に好ましく、3,000〜20,000であることが特に好ましい。重合体成分のMwが上記範囲内にあることで、上層膜としての耐水性及び機械的特性と、上記溶媒に対する溶解性の観点から好ましい。また、上記重合体成分のMwと数平均分子量(以下、「Mn」と記す場合がある)との比(Mw/Mn)は、1〜5であることが好ましく、1〜3であることが更に好ましい。なお、本明細書において、「重量平均分子量」及び「数平均分子量」は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)で測定したポリスチレン換算による値である。 The weight average molecular weight (hereinafter may be referred to as “Mw”) of the polymer component is preferably 2,000 to 100,000, more preferably 2,500 to 50,000, respectively. 3,000 to 20,000 is particularly preferable. When the Mw of the polymer component is within the above range, it is preferable from the viewpoint of water resistance and mechanical properties as an upper layer film and solubility in the solvent. Further, the ratio (Mw / Mn) of Mw and number average molecular weight (hereinafter sometimes referred to as “Mn”) of the polymer component is preferably 1 to 5, and preferably 1 to 3. Further preferred. In the present specification, “weight average molecular weight” and “number average molecular weight” are values in terms of polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC).

なお、本発明の上層膜形成用組成物分は、ハロゲンイオン、金属等の不純物が少ないほど好ましく、不純物を少なくすることにより、上層膜としての塗布性とアルカリ現像液への均一な溶解性を更に改善することができる。このような組成物を得るための重合体成分の精製法としては、例えば、水洗、液々抽出等の化学的精製法や、これらの化学的精製法と限外ろ過、遠心分離等の物理的精製法との組み合わせ等を挙げることができる。 The composition for forming the upper layer film of the present invention is preferably as less as possible as impurities such as halogen ions and metals. By reducing the impurities, the coating property as the upper layer film and the uniform solubility in the alkali developer are obtained. Further improvements can be made. Examples of the purification method of the polymer component for obtaining such a composition include chemical purification methods such as washing with water and liquid-liquid extraction, and these chemical purification methods and physical filtration such as ultrafiltration and centrifugation. The combination with a purification method etc. can be mentioned.

また、重合体成分は、放射線照射時に水等の媒体(液浸液)に対して安定な上層膜(保護膜)を形成することが可能であるとともに、レジストパターンを形成するための現像液に溶解し得る樹脂である。ここで、「液浸液に対して安定」とは、以下に示す「安定性評価試験」の結果測定される膜厚の変化率が、初期膜厚の3%以内であることを意味するものとする。 In addition, the polymer component can form a stable upper film (protective film) against a medium such as water (immersion liquid) upon irradiation with radiation, and can also be used as a developer for forming a resist pattern. It is a resin that can be dissolved. Here, “stable against immersion liquid” means that the rate of change in film thickness measured as a result of the following “stability evaluation test” is within 3% of the initial film thickness. And

[安定性評価試験]: (1):コータ/デベロッパ(1)(商品名:CLEAN TRACK ACT8、東京エレクトロン社製)を用い、8インチシリコンウエハ上に、上層膜形成組成物をスピンコートし、90℃、60秒の条件で予備焼成(PB)を行うことにより、膜厚90nmの上層膜を形成する。この上層膜の膜厚(初期膜厚)を、光干渉式膜厚測定装置(商品名:ラムダエースVM−2010、大日本スクリーン製造社製)を用いて測定する。 [Stability evaluation test]: (1): Coater / developer (1) (trade name: CLEAN TRACK ACT8, manufactured by Tokyo Electron Ltd.) was used to spin coat the upper layer film-forming composition on an 8-inch silicon wafer, By performing pre-baking (PB) at 90 ° C. for 60 seconds, an upper layer film having a thickness of 90 nm is formed. The film thickness (initial film thickness) of this upper layer film is measured using an optical interference type film thickness measuring device (trade name: Lambda Ace VM-2010, manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd.).

(2):次いで、その上層膜が形成されたウェハの表面に、前記コータ/デベロッパ(1)のリンスノズ
ルから超純水を60秒間吐出させた後、回転数4000rpmで15秒間振り切り、スピンドライする。このときの上層膜の膜厚を再度測定し、上層膜の膜厚変化(減少した膜厚)を算出する。初期膜厚に対する、減少した膜厚の比率が3%以内であれば「液浸液に対して安定」と評価する。
(2): Next, after the ultrapure water was discharged from the rinse nozzle of the coater / developer (1) for 60 seconds onto the surface of the wafer on which the upper layer film was formed, it was shaken off at a rotational speed of 4000 rpm for 15 seconds, and spin-dried To do. At this time, the film thickness of the upper film is measured again, and the film thickness change (reduced film thickness) of the upper film is calculated. If the ratio of the reduced film thickness to the initial film thickness is within 3%, it is evaluated as “stable against immersion liquid”.

また、レジストパターン形成後の現像液に溶解するとは、アルカリ性水溶液を用いた現像後のレジストパターン上に目視で残渣がなく上層膜が除去されていることをいう。即ち、本発明の上層膜形成組成物に含有される重合体成分は、水などの媒体に対して殆ど溶解することなく、かつ、放射線照射後のアルカリ性水溶液を用いる現像時に、上記アルカリ性水溶液に溶解するアルカリ可溶性の樹脂である。 Further, “dissolving in a developer after formation of a resist pattern” means that there is no residue on the resist pattern after development using an alkaline aqueous solution and the upper layer film is removed. That is, the polymer component contained in the upper layer film-forming composition of the present invention hardly dissolves in a medium such as water, and dissolves in the alkaline aqueous solution during development using the alkaline aqueous solution after irradiation. It is an alkali-soluble resin.

このような重合体成分を含有する上層膜形成組成物により形成される上層膜は、液浸露光時にフォトレジスト膜と水などの媒体とが直接接触することを防ぎ、その媒体の浸透によるフォトレジスト膜のリソグラフィ性能を劣化させることがなく、かつフォトレジスト膜から溶出する成分による投影露光装置のレンズの汚染を防止する作用がある。 The upper layer film formed by the upper layer film-forming composition containing such a polymer component prevents the photoresist film and a medium such as water from coming into direct contact during immersion exposure, and the photoresist due to the penetration of the medium. There is an effect of preventing contamination of the lens of the projection exposure apparatus due to components eluted from the photoresist film without deteriorating the lithography performance of the film.

上記重合体(A)の含有割合は、重合体成分の合計を100質量%とした場合に、20質量%以上であることが好ましく、25質量%以上60質量%未満である事が更に好ましく、30質量%以上50質量%以下であることが特に好ましい。尚、上記含有割合は20質量%以上であることが好ましいが、上記含有割合が60質量%以上であると、BLOB欠陥が発生する恐がある。 The content ratio of the polymer (A) is preferably 20% by mass or more, more preferably 25% by mass or more and less than 60% by mass, when the total of the polymer components is 100% by mass. It is particularly preferably 30% by mass or more and 50% by mass or less. The content is preferably 20% by mass or more, but if the content is 60% by mass or more, BLOB defects may occur.

[1−3]溶剤(S): 本発明の上層膜形成組成物には、上記重合体成分を溶解することを目的として溶剤(S)を添加することが好ましい。この溶剤は、フォトレジスト膜上に塗布する際に、フォトレジスト膜とインターミキシングを発生する等の、リソグラフィ性能を劣化させることが殆どないものを好適に使用することができる。 [1-3] Solvent (S): It is preferable to add a solvent (S) to the upper layer film-forming composition of the present invention for the purpose of dissolving the polymer component. As the solvent, a solvent that hardly deteriorates the lithography performance, such as generating intermixing with the photoresist film when applied onto the photoresist film, can be suitably used.

上記溶剤(S)としては、例えば、1価アルコール類、多価アルコール類、多価アルコールのアルキルエーテル類、多価アルコールのアルキルエーテルアセテート類、エーテル類、環状エーテル類、高級炭化水素類、芳香族炭化水素類、ケトン類、エステル類、水等をあげることができる。 Examples of the solvent (S) include monohydric alcohols, polyhydric alcohols, polyhydric alcohol alkyl ethers, polyhydric alcohol alkyl ether acetates, ethers, cyclic ethers, higher hydrocarbons, aromatics. Group hydrocarbons, ketones, esters, water and the like.

上記1価アルコール類としては、例えば、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等の炭素数4〜10の1価アルコールを好適に挙げることができる。 Examples of the monohydric alcohols include 1-butyl alcohol, 2-butyl alcohol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, tert-amyl alcohol, and 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- Monovalent compounds having 4 to 10 carbon atoms such as butanol, 3-methyl-3-pentanol, 4-methyl-1-pentanol, 4-methyl-2-pentanol, 4-methyl-3-pentanol, cyclohexanol, etc. An alcohol can be preferably mentioned.

上記多価アルコール類としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール等;多価アルコールのアルキルエーテル類としては、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、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、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、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルなど;多価アルコールのアルキルエーテルアセテート類としては、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、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が挙げられる。 Examples of the polyhydric alcohols include ethylene glycol and propylene glycol; and examples of polyhydric alcohol alkyl ethers include ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, and diethylene glycol monomethyl ether. , Diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol ethyl methyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, etc .; Call ethyl ether acetate, propylene glycol ethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate.

上記エーテル類としては、例えば、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ブチルメチルエーテル、ブチルエチルエーテル、ブチルプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジイソブチルエーテル、tert−ブチル−メチルエーテル、tert−ブチルエチルエーテル、tert−ブチルプロピルエーテル、ジ−tert−ブチルエーテル、ジペンチルエーテル、ジイソアミルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、シクロヘキシルメチルエーテル、シクロペンチルエチルエーテル、シクロヘキシルエチルエーテル、シクロペンチルプロピルエーテル、シクロペンチル−2−プロピルエーテル、シクロヘキシルプロピルエーテル、シクロヘキシル−2−プロピルエーテル、シクロペンチルブチルエーテル、シクロペンチル−tert−ブチルエーテル、シクロヘキシルブチルエーテル、シクロヘキシル−tert−ブチルエーテル等を挙げることができる。環状エーテル類としては、テトラヒドロフラン、ジオキサン等を挙げることができる。 Examples of the ethers include dipropyl ether, diisopropyl ether, butyl methyl ether, butyl ethyl ether, butyl propyl ether, dibutyl ether, diisobutyl ether, tert-butyl methyl ether, tert-butyl ethyl ether, tert-butyl propyl. Ether, di-tert-butyl ether, dipentyl ether, diisoamyl ether, cyclopentyl methyl ether, cyclohexyl methyl ether, cyclopentyl ethyl ether, cyclohexyl ethyl ether, cyclopentyl propyl ether, cyclopentyl-2-propyl ether, cyclohexyl propyl ether, cyclohexyl-2- Propyl ether, cyclopentyl butyl ether, cyclopentyl-te t- butyl ether, cyclohexyl ether, and cyclohexyl -tert- butyl ether. Examples of cyclic ethers include tetrahydrofuran and dioxane.

上記高級炭化水素類としては、デカン、ドデカン、ウンデカン等を挙げることができる。芳香族炭化水素類としては、ベンゼン、トルエン、キシレン等を挙げることができる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、ジアセトンアルコール等を挙げることができる。エステル類としては、酢酸エチル、酢酸ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチルを挙げることができる。 Examples of the higher hydrocarbons include decane, dodecane, and undecane. Examples of aromatic hydrocarbons include benzene, toluene, xylene and the like. Examples of ketones include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, diacetone alcohol, and the like. Esters include ethyl acetate, butyl acetate, ethyl 2-hydroxypropionate, methyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, ethyl ethoxyacetate, ethyl hydroxyacetate, 2- Mention may be made of methyl hydroxy-3-methylbutanoate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate and methyl 3-ethoxypropionate.

これらのうち、1価アルコール類、エーテル類、環状エーテル類、多価アルコールのアルキルエーテル類、多価アルコールのアルキルエーテルアセテート類、高級炭化水素類が好ましい。特に好ましくは、上記炭素数4〜10のアルコール、及び/または炭素数4〜10のアルキル鎖を有するアルキルエーテルを含有するものである。 Of these, monohydric alcohols, ethers, cyclic ethers, polyhydric alcohol alkyl ethers, polyhydric alcohol alkyl ether acetates, and higher hydrocarbons are preferred. Particularly preferably, it contains an alcohol having 4 to 10 carbon atoms and / or an alkyl ether having an alkyl chain having 4 to 10 carbon atoms.

また、前記上層膜形成用組成物は、その全固形分濃度が所望の値となるように調整された溶液を、孔径200nm程度のフィルターでろ過することにより調製することができる。尚、前記固形分濃度は特に限定されず適宜調整することができるが、上層膜形成用組成物を塗工する際の固形分濃度は、通常0.1〜20.0質量%である。なお、本明細書において「固形分」とは、上層膜形成用組成物から溶剤を除いた成分のことを指す。 Moreover, the composition for forming the upper layer film can be prepared by filtering a solution adjusted so that the total solid content concentration thereof becomes a desired value with a filter having a pore diameter of about 200 nm. In addition, although the said solid content concentration is not specifically limited and can be suitably adjusted, the solid content concentration at the time of coating the composition for upper layer film formation is 0.1-20.0 mass% normally. In the present specification, “solid content” refers to a component obtained by removing the solvent from the composition for forming an upper layer film.

[1−4]添加剤: 本発明の上層膜形成組成物には、塗布性、消泡性、レベリング性などを向上させる目的で界面活性剤などを配合することもできる。 [1-4] Additive: The upper layer film-forming composition of the present invention may contain a surfactant or the like for the purpose of improving coating properties, antifoaming properties, leveling properties and the like.

上記界面活性剤としては、例えば、全て商品名で、BM−1000、BM−1100(以上、BMケミー社製)、メガファックF142D、同F172、同F173、同F183(以上、大日本インキ化学工業社製)、フロラードFC−135、同FC−170C、同FC−430、同FC−431(以上、住友スリーエム社製)、サーフロンS−112、同S−113、同S−131、同S−141、同S−145(以上、旭硝子社製)、SH−28PA、同−190、同−193、SZ−6032、SF−8428(以上、東レダウコーニングシリコーン社製)、エマルゲンA−60、104P、306P(以上、花王社製)などの市販されているフッ素系界面活性剤を使用することができる。これらの界面活性剤の配合量は、重合体成分の合計量100質量%に対して、5質量%以下であることが好ましい。 Examples of the surfactant include BM-1000 and BM-1100 (all manufactured by BM Chemie), MegaFuck F142D, F172, F173, and F183 (all Dainippon Ink and Chemicals, Inc.) ), FLORARD FC-135, FC-170C, FC-430, FC-431 (above, manufactured by Sumitomo 3M), Surflon S-112, S-113, S-131, S- 141, S-145 (above, manufactured by Asahi Glass), SH-28PA, -190, -193, SZ-6032, SF-8428 (above, manufactured by Toray Dow Corning Silicone), Emulgen A-60, 104P , 306P (manufactured by Kao Co., Ltd.) and other commercially available fluorosurfactants can be used. The blending amount of these surfactants is preferably 5% by mass or less with respect to 100% by mass of the total amount of the polymer components.

本発明の上層膜形成組成物は、上記重合体成分を含み、上層膜形成組成物をフォトレジスト膜の表面上に塗工した後、50〜150℃で1〜360秒の条件で予備焼成を行って上層膜を形成した場合に、前記上層膜の、水に対する、後退接触角が75°以上、前進接触角が95°以下である上層膜が得られる(尚、ここでいう、「上層膜を形成した際における水との後退接触角/前進接触角」とは、重合体の4−メチル−2−ペンタノール溶液を8インチシリコンウエハ上にスピンコートし、ホットプレート上で90℃、60秒PBを行い、膜厚30nmの塗膜(上層膜)を形成し、その後、商品名「DSA−10」(KRUS社製)を使用して、速やかに、室温:23℃、湿度:45%、常圧の環境下で、測定した値を指す。さらに、後退接触角:前記上層膜上に配置した25μLの水滴を、10μL/minの速度で吸引して測定したものであり、前進接触角:前記上層膜上に配置した15μLの水滴を、10μL/minの速度で吐出して測定したものである。)。このように十分に高い後退接触角と十分に低い前進接触角を有することにより、高速度のスキャンスピードによるレジストパターン形成においても、フォトレジスト膜上に液滴が残り難いことによるウォーターマーク欠陥、液浸液と上層膜との界面でバブルが発生し難いことによるバブル欠陥等の欠陥の発生を効果的に抑制することができる。 The upper layer film-forming composition of the present invention contains the above polymer component, and after the upper layer film-forming composition is coated on the surface of the photoresist film, pre-baking is performed at 50 to 150 ° C. for 1 to 360 seconds. When the upper layer film is formed by performing the above process, an upper layer film having a receding contact angle of 75 ° or more and an advancing contact angle of 95 ° or less with respect to water of the upper layer film can be obtained (herein referred to as “upper layer film” "The receding contact angle with water / advanced contact angle when forming the film" means that a 4-methyl-2-pentanol solution of a polymer is spin-coated on an 8-inch silicon wafer, and heated at 90 ° C, 60 ° C on a hot plate. Second PB is performed to form a coating film (upper layer film) with a film thickness of 30 nm, and thereafter, using the product name “DSA-10” (manufactured by KRUS), quickly, room temperature: 23 ° C., humidity: 45% Refers to the value measured under normal pressure environment. Antenna: measured by sucking a 25 μL water droplet placed on the upper film at a speed of 10 μL / min, and advancing contact angle: a 15 μL water drop placed on the upper film at a speed of 10 μL / min Measured by discharging with a). By having a sufficiently high receding contact angle and a sufficiently low advancing contact angle in this way, even when forming a resist pattern at a high scan speed, it is difficult for droplets to remain on the photoresist film. It is possible to effectively suppress the occurrence of defects such as bubble defects due to the difficulty of generating bubbles at the interface between the immersion liquid and the upper layer film.

[2]フォトレジストパターン形成方法: 次に、本発明のフォトレジストパターン形成方法の一実施形態について説明する。本発明のフォトレジストパターン形成方法は、基板上にフォトレジスト組成物を塗布してフォトレジスト膜を形成する工程(工程(1))と、上記フォトレジスト膜に、上述した上層膜形成組成物を塗布して上層膜を形成する工程(工程(2))と、この上層膜とレンズとの間に液浸媒体を配置し、上記液浸媒体と所定のパターンを有するマスクとを介して上記フォトレジスト膜及び上記上層膜に露光光を照射し、次いで現像することによってレジストパターンを得る工程(工程(3))と、を備えるものである。 [2] Photoresist pattern forming method: Next, an embodiment of the photoresist pattern forming method of the present invention will be described. The method for forming a photoresist pattern of the present invention comprises a step of applying a photoresist composition on a substrate to form a photoresist film (step (1)), and the above-described upper layer film-forming composition is applied to the photoresist film. A step of applying and forming an upper layer film (step (2)), an immersion medium is disposed between the upper layer film and the lens, and the photo is passed through the immersion medium and a mask having a predetermined pattern. Irradiating the resist film and the upper layer film with exposure light and then developing the resist pattern to obtain a resist pattern (step (3)).

このような工程を備えることにより、本発明のフォトレジストパターン形成方法は、露光波長、特に248nm(KrF)及び193nm(ArF)に対する十分な透過性を有し、フォトレジスト膜と殆どインターミキシングを起こすことなくフォトレジスト膜上に形成され、液浸露光時に、水などの媒体に極めて溶出し難く安定な被膜を維持し、高解像度のレジストパターンを形成可能でありつつ、十分に高い後退接触角を有する上層膜、即ち、通常のスキャンスピード(例えば、500mm/s)においてウォーターマーク欠陥やパターン不良欠陥の発生を効果的に抑制し、スキャンスピードが高速(例えば、700mm/s)であっても上記欠陥の発生を効果的に抑制することができる。 By providing such a process, the photoresist pattern forming method of the present invention has sufficient transmission with respect to the exposure wavelength, particularly 248 nm (KrF) and 193 nm (ArF), and causes almost intermixing with the photoresist film. It is formed on the photoresist film without immersion and maintains a stable coating that is extremely difficult to elute in a medium such as water during immersion exposure, and can form a high-resolution resist pattern while having a sufficiently high receding contact angle. The upper layer film, that is, the occurrence of watermark defects and pattern defect defects can be effectively suppressed at a normal scan speed (for example, 500 mm / s), and even if the scan speed is high (for example, 700 mm / s) The occurrence of defects can be effectively suppressed.

(工程(1)) 工程(1)は、基板上にフォトレジスト組成物を塗布してフォトレジスト膜を形成する工程である。上記基板としては、通常、シリコンウェハ、アルミニウムで被覆したシリコンウェハ等が用いられる。フォトレジスト膜の特性を最大限に引き出すため、予め、基板の表面に有機系ないし無機系の反射防止膜を形成しておくことも好ましい形態の一つである(例えば、特公平6−12452号公報等を参照)。 (Step (1)) Step (1) is a step of forming a photoresist film by applying a photoresist composition onto a substrate. As the substrate, a silicon wafer, a silicon wafer coated with aluminum, or the like is usually used. In order to maximize the characteristics of the photoresist film, an organic or inorganic antireflection film is preferably formed on the surface of the substrate in advance (for example, Japanese Patent Publication No. 6-12252). (See the official gazette).

フォトレジスト膜を形成する物質の種類は、特に制限されるものではなく、従来、フォトレジスト膜を形成するために用いられていた物質の中から、レジストの使用目的に応じて適宜選択して使用すればよい。但し、酸発生剤を含有する化学増幅型のレジスト材料、特に、ポジ型レジスト材料を用いることが好ましい。化学増幅型のポジ型レジスト材料としては、例えば、酸解離性基修飾アルカリ可溶性樹脂と、感放射線性酸発生剤とを必須成分として含有する感放射線性の樹脂組成物等を挙げることができる。このような樹脂組成物は、放射線照射(露光)に
より酸発生剤から酸が発生し、その発生した酸の作用によって、樹脂の酸性基(例えば、カルボキシル基)を保護していた酸解離性基が解離して、酸性基が露出する。なお、酸性基が露出することにより、レジストの露光部のアルカリ溶解性が高くなり、その露光部がアルカリ現像液によって溶解、除去され、ポジ型のレジストパターンを形成することができる。
The type of the material for forming the photoresist film is not particularly limited, and it is appropriately selected from materials conventionally used for forming a photoresist film according to the purpose of use of the resist. do it. However, it is preferable to use a chemically amplified resist material containing an acid generator, particularly a positive resist material. Examples of the chemically amplified positive resist material include a radiation sensitive resin composition containing an acid dissociable group-modified alkali-soluble resin and a radiation sensitive acid generator as essential components. In such a resin composition, an acid is generated from an acid generator by irradiation (exposure), and an acid-dissociable group that protected an acidic group (for example, a carboxyl group) of the resin by the action of the generated acid. Dissociates to expose acidic groups. When the acidic group is exposed, the alkali solubility of the exposed portion of the resist is increased, and the exposed portion is dissolved and removed by the alkali developer, so that a positive resist pattern can be formed.

上記樹脂としては、既に上述した重合体(X)と同様のものを好適に用いることができる。 As said resin, the thing similar to the polymer (X) already mentioned above can be used conveniently.

上記酸発生剤としては、既に上述した酸発生剤(Y)と同様のものを好適に用いることができる。 As said acid generator, the thing similar to the acid generator (Y) already mentioned above can be used conveniently.

フォトレジスト膜は、フォトレジスト膜を形成するための樹脂成分に溶剤を加えて、その全固形分濃度を0.2〜20質量%に調整した溶液を得、得られた溶液を、孔径30nm程度のフィルターでろ過することにより塗工液を調製し、この塗工液を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の従来公知の塗布方法を用いて基板上に塗布することによって形成することができる。このフォトレジスト膜は、溶媒を揮発させるために予備焼成(以下「PB」と記す場合がある)を行ってもよい。なお、フォトレジスト膜の形成に際しては、塗工液は自ら調製してもよいし、市販のレジスト溶液を塗工液として使用してもよい。 For the photoresist film, a solvent is added to the resin component for forming the photoresist film to obtain a solution in which the total solid content concentration is adjusted to 0.2 to 20% by mass, and the resulting solution is obtained with a pore diameter of about 30 nm. A coating liquid is prepared by filtering with a filter, and the coating liquid can be formed by coating on a substrate using a conventionally known coating method such as spin coating, cast coating, roll coating, or the like. it can. This photoresist film may be pre-baked (hereinafter may be referred to as “PB”) in order to volatilize the solvent. In forming the photoresist film, the coating solution may be prepared by itself or a commercially available resist solution may be used as the coating solution.

(工程(2)) 工程(2)は、フォトレジスト膜に、既に上述した上層膜形成組成物を塗布して上層膜を形成する工程である。この工程は、工程(1)で形成されたフォトレジスト膜の表面上に、上述した上層膜形成組成物を塗布し、好ましくは再度焼成することにより上層膜を形成する工程である。上層膜を形成することによって、液浸露光の際に液浸液がフォトレジスト膜と直接接触することが防止され、液浸液の浸透によってフォトレジスト膜のリソグラフィ性能が低下したり、フォトレジスト膜から溶出する成分により投影露光装置のレンズが汚染されたりする事態を効果的に防止することが可能となる。 (Step (2)) Step (2) is a step of forming the upper layer film by applying the above-described upper layer film forming composition to the photoresist film. This step is a step of forming the upper layer film by applying the above-described upper layer film forming composition on the surface of the photoresist film formed in the step (1) and preferably baking again. By forming the upper layer film, the immersion liquid is prevented from coming into direct contact with the photoresist film during the immersion exposure, and the lithography performance of the photoresist film is reduced by the penetration of the immersion liquid, or the photoresist film It is possible to effectively prevent the lens of the projection exposure apparatus from being contaminated by the components eluted from

上層膜の厚さは、λ/4m(但し、λ:放射線の波長、m:保護膜の屈折率)の奇数倍にできる限り近づけることが好ましい。フォトレジスト膜の上側界面における反射抑制効果が大きくなるためである。 The thickness of the upper layer film is preferably as close as possible to an odd multiple of λ / 4m (where λ is the wavelength of radiation and m is the refractive index of the protective film). This is because the reflection suppressing effect at the upper interface of the photoresist film is increased.

(工程(3)) 工程(3)は、上記上層膜とレンズとの間に液浸媒体を配置し、この液浸媒体と所定のパターンを有するマスクとを介して上記フォトレジスト膜及び上記上層膜に露光光を照射し、次いで現像することによってレジストパターンを得る工程である。 (Step (3)) In the step (3), an immersion medium is disposed between the upper layer film and the lens, and the photoresist film and the upper layer are interposed through the immersion medium and a mask having a predetermined pattern. In this step, a resist pattern is obtained by irradiating the film with exposure light and then developing the film.

上記液浸媒体としては、通常、空気より屈折率の高い液体を使用する。具体的には、水を用いることが好ましく、純水を用いることが更に好ましい。なお、必要に応じて液浸液のpHを調整してもよい。この液浸媒体を介在させた状態で(即ち、露光装置のレンズとフォトレジスト膜との間に液浸媒体を満たした状態で)、所定のパターンを有するマスクを通して放射線を照射し、フォトレジスト膜を露光させる。 As the immersion medium, a liquid having a higher refractive index than air is usually used. Specifically, water is preferably used, and pure water is more preferably used. In addition, you may adjust pH of immersion liquid as needed. With this immersion medium interposed (that is, with the immersion medium filled between the lens of the exposure apparatus and the photoresist film), the photoresist film is irradiated with radiation through a mask having a predetermined pattern. To expose.

液浸露光の際に使用することができる放射線は、使用されるフォトレジスト膜や上層膜の種類に応じて適宜選択すればよく、例えば、可視光線;g線、i線等の紫外線;エキシマレーザ等の遠紫外線;シンクロトロン放射線等のX線;電子線等の荷電粒子線等の各種放射線を用いることができる。なかでも、ArFエキシマレーザ(波長193nm)またはKrFエキシマレーザ(波長248nm)を用いることが好ましい。また、放射線量等の露光条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成、添加剤の種類等に応じて適宜設定すればよい。 The radiation that can be used in the immersion exposure may be appropriately selected according to the type of the photoresist film and the upper layer film used, and examples thereof include visible light; ultraviolet light such as g-line and i-line; excimer laser. Various radiations such as deep ultraviolet rays such as X-rays, X-rays such as synchrotron radiation, and charged particle beams such as electron beams can be used. Among these, it is preferable to use an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) or a KrF excimer laser (wavelength 248 nm). Moreover, what is necessary is just to set suitably exposure conditions, such as a radiation dose, according to the compounding composition of a radiation sensitive resin composition, the kind of additive, etc.

フォトレジスト膜の解像度、パターン形状、及び現像性等を向上させるために、露光後に焼成(PEB)を行うことが好ましい。その焼成温度は、使用される感放射線性樹脂組成物の種類等によって適宜調節されるが、通常、30〜200℃、好ましくは50〜150℃である。 In order to improve the resolution, pattern shape, developability, and the like of the photoresist film, baking (PEB) is preferably performed after exposure. The firing temperature is appropriately adjusted depending on the type of the radiation-sensitive resin composition used, and is usually 30 to 200 ° C, preferably 50 to 150 ° C.

露光後またはPEB後に現像を行い、必要に応じて洗浄すれば、所望のフォトレジストパターンを形成することができる。上層膜は、本発明の一実施形態である上層膜形成組成物によって形成されている。従って、この上層膜は、別途の剥離工程によって除去する必要はなく、現像中または現像後の洗浄中に容易に除去することができる。なお、現像に際しては、通常、アルカリ性の現像液を使用する。 A desired photoresist pattern can be formed by performing development after exposure or PEB and washing as necessary. The upper layer film is formed by the upper layer film forming composition which is one embodiment of the present invention. Therefore, this upper layer film does not need to be removed by a separate peeling step, and can be easily removed during development or washing after development. In developing, an alkaline developer is usually used.

現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウム、メタ珪酸ナトリウム、アンモニア、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノナン等のアルカリ性化合物を少なくとも一種溶解したアルカリ性水溶液を使用することが好ましい。なかでも、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド類の水溶液を好適に用いることができる。 Examples of the developer include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, ammonia, ethylamine, n-propylamine, diethylamine, di-n-propylamine, triethylamine, methyldiethylamine, dimethylethanol. Amine, triethanolamine, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, pyrrole, piperidine, choline, 1,8-diazabicyclo- [5.4.0] -7-undecene, 1,5-diazabicyclo- [4. 3.0] It is preferable to use an alkaline aqueous solution in which at least one alkaline compound such as 5-nonane is dissolved. Especially, the aqueous solution of tetraalkylammonium hydroxide can be used suitably.

現像液には、例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類をはじめとする水溶性有機溶媒や、界面活性剤を適量添加することもできる。なお、上記のアルカリ性水溶液を用いて現像した場合は、通常、現像後に水洗する。なお、現像、または必要に応じた水洗後に適宜乾燥すれば、目的とするフォトレジストパターンを形成することができる。 For example, an appropriate amount of a water-soluble organic solvent including alcohols such as methanol and ethanol, and a surfactant can be added to the developer. In addition, when developing using said alkaline aqueous solution, it wash | cleans with water after image development normally. In addition, if it dries suitably after image development or the water washing as needed, the target photoresist pattern can be formed.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。また、各種物性値の測定方法、及び諸特性の評価方法を以下に示す。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples. In the examples and comparative examples, “parts” and “%” are based on mass unless otherwise specified. Moreover, the measuring method of various physical-property values and the evaluation method of various characteristics are shown below.

上述した重合体(A)及び重合体(B)及び重合体(C)として、放射線照射時の水に安定な膜を形成でき、レジストパターン形成後の現像液に溶解する重合体(A−1)及び(B−1)及び(C−1)を以下に示す方法により合成した。また、上記重合体(A−1)と比較するため、重合体(A’)も合成した。 As the above-mentioned polymer (A), polymer (B) and polymer (C), a polymer (A-1) which can form a stable film in water upon irradiation with radiation and dissolves in a developer after forming a resist pattern ) And (B-1) and (C-1) were synthesized by the method shown below. In addition, for comparison with the polymer (A-1), a polymer (A ′) was also synthesized.

[分子量(Mw、Mn)測定方法]: 重合体(A−1)、(A’)、(A−2)、(B−1)及び(C−1)のMw及びMnは、東ソー社製の高速GPC装置(型式「HLC−8120」)に東ソー社製のGPCカラム(商品名「G2000HXL」;2本、「G3000HXL」;1本、「G4000HXL」;1本)を用い、流量1.0ml/分、溶出溶剤テトラヒドロフラン、カラム温度40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定した。 [Molecular weight (Mw, Mn) measurement method]: Mw and Mn of the polymers (A-1), (A '), (A-2), (B-1) and (C-1) are manufactured by Tosoh Corporation. Using a GPC column (trade name “G2000H XL ”; two, “G3000H XL ”; one, “G4000H XL ”; one) manufactured by Tosoh Corporation) in a high-speed GPC apparatus (model “HLC-8120”) Measurement was performed by gel permeation chromatography (GPC) using monodisperse polystyrene as a standard under the analysis conditions of 1.0 ml / min, elution solvent tetrahydrofuran, and column temperature of 40 ° C.

(合成例1) 開始剤(2,2’−アゾビス−(2−メチルプロピオン酸メチル))1.06gをメチルエチルケトン1.06gに溶解させた単量体溶液を準備した。一般式(1−1)で表される繰り返し単位を得るために用いられる単量体としてメタクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ペンチル)エステル8.16g、と一般式(2)で表される繰り返し単位を得るするために用いられる単量体としてメタクリル酸(2,2,2−トリフルオロエチル)エステル7.77g、と一般式(3)で表される繰り返し単位を得るために用いられる単量体としてメタクリル酸ジシクロペンチル(下記式(M−3)で表される化合物)4.07g、とメチルエチルケトン18.94gを、温度計及び滴下漏斗を備えた100mlの三つ口フラスコに投入し、30分間窒素パージした。窒素パージの後、フラスコ内をマグネティックスターラーで攪拌しながら、80℃になるように加熱した。滴下漏斗を用い、予め準備しておいた開始剤溶液を5分間かけて滴下した。滴下終了後、更に6時間反応を行った。30℃以下に冷却して、共重合液を得た。 Synthesis Example 1 A monomer solution was prepared by dissolving 1.06 g of initiator (methyl 2,2′-azobis- (2-methylpropionate)) in 1.06 g of methyl ethyl ketone. Methacrylic acid (1,1,1-trifluoro-2-trifluoromethyl-2-hydroxy-4-pentyl) ester as a monomer used to obtain the repeating unit represented by the general formula (1-1) 8.16 g and 7.77 g of methacrylic acid (2,2,2-trifluoroethyl) ester as a monomer used to obtain the repeating unit represented by the general formula (2), and the general formula (3) ) 4.07 g of a dicyclopentyl methacrylate (compound represented by the following formula (M-3)) and 18.94 g of methyl ethyl ketone as a monomer used to obtain a repeating unit represented by It was put into a 100 ml three-necked flask equipped with a funnel and purged with nitrogen for 30 minutes. After purging with nitrogen, the inside of the flask was heated to 80 ° C. while stirring with a magnetic stirrer. Using a dropping funnel, a prepared initiator solution was added dropwise over 5 minutes. After completion of dropping, the reaction was further continued for 6 hours. It cooled to 30 degrees C or less, and the copolymer liquid was obtained.

得られた上記共重合液を30gに濃縮した後、分液漏斗に移した。この分液漏斗にメタノール30gとn−ヘキサン150gを投入し、分離精製を実施した。分離後、下層液50.3gを回収した。回収した上層液は、4−メチル−2−ペンタノールに置換して樹脂溶液とした。なお、上記4−メチル−2−ペンタノールに置換した後の試料(樹脂溶液)の固形分濃度は、上記樹脂溶液0.3gをアルミ皿に計量し、ホットプレート上で140℃×1時間加熱した後、上記樹脂溶液の加熱前の質量と残渣(加熱後)の質量により算出した。この固形分濃度は、上層膜形成組成物溶液の調製と収率計算に利用した。 得られた樹脂溶液に含有されている共重合体の、Mwは9,760、Mw/Mnは1.5であり、収率は80%であった。タクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ペンチル)エステル、メタクリル酸(2,2,2−トリフルオロエチル)エステル、メタクリル酸ジシクロペンチルに由来する各繰り返し単位の含有率が30:50:20(モル%)の共重合体(脂溶性樹脂)であった。この共重合体を重合体(A−1)とする。 The obtained copolymer solution was concentrated to 30 g and transferred to a separatory funnel. To this separatory funnel, 30 g of methanol and 150 g of n-hexane were added to carry out separation and purification. After separation, 50.3 g of the lower layer solution was recovered. The recovered upper layer liquid was replaced with 4-methyl-2-pentanol to obtain a resin solution. The solid content concentration of the sample (resin solution) after substitution with 4-methyl-2-pentanol was measured by weighing 0.3 g of the resin solution in an aluminum dish and heating on a hot plate at 140 ° C. for 1 hour. Then, the mass was calculated from the mass of the resin solution before heating and the mass of the residue (after heating). This solid content concentration was used for the preparation of the upper layer film-forming composition solution and the yield calculation. The copolymer contained in the obtained resin solution had Mw of 9,760, Mw / Mn of 1.5, and the yield was 80%. Derived from tacrylic acid (1,1,1-trifluoro-2-trifluoromethyl-2-hydroxy-4-pentyl) ester, methacrylic acid (2,2,2-trifluoroethyl) ester, dicyclopentyl methacrylate The content of each repeating unit was a copolymer (lipid-soluble resin) having a ratio of 30:50:20 (mol%). This copolymer is referred to as “polymer (A-1)”.

(合成例2)前述の一般式(1−1)で表される繰り返し単位を得るするために用いられる単量体としてメタクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ペンチル)エステル37.3gをメチルエチルケトン4.5gに予め溶解させた単量体溶液(1)を準備した。一方、温度計及び滴下漏斗を備えた500mlの三口フラスコに前述の一般式(2)で表される繰り返し単位を得るために用いられる単量体としてメタクリル酸(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロピル)エステル69.6gと2,2−アゾビス(2−メチルイソプロピオン酸メチル)4.5gとメチルエチルケトン95.5gを投入し、30分間窒素パージした。窒素パージ後、フラスコ内をマグネティックスターラーで撹拌しながら75℃になるように加熱した。滴下漏斗を使用し、予め準備しておいた単量体溶液(1)を5分かけて滴下し6時間熟成させた後、30℃以下になるまで冷却することにより共重合液を得た。 Synthesis Example 2 Methacrylic acid (1,1,1-trifluoro-2-trifluoromethyl-2) is used as a monomer used to obtain the repeating unit represented by the general formula (1-1). A monomer solution (1) in which 37.3 g of -hydroxy-4-pentyl) ester was previously dissolved in 4.5 g of methyl ethyl ketone was prepared. On the other hand, methacrylic acid (1,1,1,3,3) is used as a monomer to obtain a repeating unit represented by the above general formula (2) in a 500 ml three-necked flask equipped with a thermometer and a dropping funnel. , 3-hexafluoro-2-propyl) ester, 69.6 g of 2,2-azobis (methyl 2-methylisopropionate) and 95.5 g of methyl ethyl ketone were added and purged with nitrogen for 30 minutes. After purging with nitrogen, the flask was heated to 75 ° C. while stirring with a magnetic stirrer. Using a dropping funnel, the monomer solution (1) prepared in advance was dropped over 5 minutes and aged for 6 hours, and then cooled to 30 ° C. or lower to obtain a copolymer solution.

得られた共重合液を150gに濃縮し分液漏斗に移し、メタノール150g、及びn−ヘキサン750gを分液漏斗に投入して分離精製を行い、下層液を回収した。回収した下層液の溶剤を、4−メチル−2−ペンタノールに置換した。4−メチル−2−ペンタノールに置換した後の試料の固形分濃度は、その試料(樹脂溶液)0.3gをアルミ皿に載せ、140℃に加熱したホットプレート上で1時間加熱した後の残渣の質量から算出した。なお、算出した固形分濃度は、その後の樹脂の調製と収率計算に利用した。得られた樹脂溶液に含有されている共重合体のMwは7500、及びMw/Mnは1.50であり、収率は50%であった。メタクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ペンチル)エステル、メタクリル酸(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロピル)エステルに由来する各繰り返し単位の含有率が60:40(モル%)の共重合体(脂溶性樹脂)であった。この共重合体を重合体(A’)とする。 The obtained copolymer solution was concentrated to 150 g and transferred to a separatory funnel, and 150 g of methanol and 750 g of n-hexane were added to the separatory funnel for separation and purification, and the lower layer solution was recovered. The solvent of the recovered lower layer solution was replaced with 4-methyl-2-pentanol. The solid content concentration of the sample after substitution with 4-methyl-2-pentanol was obtained by placing 0.3 g of the sample (resin solution) on an aluminum dish and heating it on a hot plate heated to 140 ° C. for 1 hour. Calculated from the mass of the residue. The calculated solid content concentration was used for the subsequent resin preparation and yield calculation. Mw of the copolymer contained in the obtained resin solution was 7500, Mw / Mn was 1.50, and the yield was 50%. Methacrylic acid (1,1,1-trifluoro-2-trifluoromethyl-2-hydroxy-4-pentyl) ester, methacrylic acid (1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propyl) The content of each repeating unit derived from the ester was a copolymer (a fat-soluble resin) having a ratio of 60:40 (mol%). This copolymer is referred to as “polymer (A ′)”.

合成例1と同様の方法を用いて、重合体(A−2)を表1に示した組成にて合成した。 Using the same method as in Synthesis Example 1, a polymer (A-2) was synthesized with the composition shown in Table 1.

Figure 0005565042
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(合成例3) 前述の一般式(1−1)で表される繰り返し単位を得るするために用いられる単量体メタクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ペンチル)エステル46.95g(85モル%)、と開始剤(2,2’−アゾビス−(2−メチルプロピオン酸メチル))6.91gをイソプロパノール100gに溶解させた単量体溶液を準備した。一方、温度計及び滴下漏斗を備えた500mlの三つ口フラスコにイソプロパノール50gを投入し、30分間窒素パージした。窒素パージの後、フラスコ内をマグネティックスターラーで攪拌しながら、80℃になるように加熱し、滴下漏斗を用い、予め
準備しておいた単量体溶液を2時間かけて滴下した。滴下終了後、更に1時間反応を続け、前述の一般式(4)で表される繰り返し単位を得るために用いられる単量体ビニルスルホン酸3.05g(15モル%)のイソプロパノール溶液10gを30分かけて滴下して、更に1時間反応を続けた。30℃以下になるまで冷却することにより共重合液を得た。
(Synthesis Example 3) Monomer methacrylic acid (1,1,1-trifluoro-2-trifluoromethyl-2-) used for obtaining the repeating unit represented by the general formula (1-1) described above Monomer solution in which 46.95 g (85 mol%) of hydroxy-4-pentyl) ester and 6.91 g of initiator (methyl 2,2′-azobis- (methyl 2-methylpropionate)) were dissolved in 100 g of isopropanol Prepared. Meanwhile, 50 g of isopropanol was charged into a 500 ml three-necked flask equipped with a thermometer and a dropping funnel, and purged with nitrogen for 30 minutes. After purging with nitrogen, the inside of the flask was heated to 80 ° C. while stirring with a magnetic stirrer, and a monomer solution prepared in advance was added dropwise over 2 hours using a dropping funnel. After completion of the dropwise addition, the reaction was continued for another hour, and 30 g of an isopropanol solution of 3.05 g (15 mol%) of the monomer vinyl sulfonic acid used to obtain the repeating unit represented by the general formula (4) was added. The reaction was continued dropwise over a period of 1 hour. The copolymer liquid was obtained by cooling until it became 30 degrees C or less.

上記共重合液を150gになるまで濃縮し、その濃縮液にメタノール50gとn−ヘキサン600gを分液漏斗に投入し、分離精製を実施した。分離後下層を回収した。下層液をイソプロパノールで希釈して100gとして、再度分液漏斗に移し、メタノール50gとn−ヘキサン600gを分液漏斗に投入して、再度分離精製を実施し、分離後下層を回収した。回収した下層液を4−メチル−2−ペンタノールに置換し、全量を250gに調整し、水250gと分液精製を実施し、上層を回収、再度4−メチル−2−ペンタノールに置換した。溶剤置換後の試料の固形分濃度は、その樹脂溶液0.3gをアルミ皿にのせ、140℃に加熱したホットプレート上で1時間加熱した後の残渣の質量から算出し、その後の保護膜形成用組成物溶液の調製と収率計算に利用した。得られた共重合体のMw、Mw/Mn(分子量の分散度)、収率(質量%)、はそれぞれ、9,760、1.51、65%であり、メタクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ペンチル)エステル、ビニルスルホン酸に由来する各繰り返し単位の含有率が95:5(モル%)の共重合体(脂溶性樹脂)であった。この重合体を重合体(B−1)とする。 The copolymer solution was concentrated to 150 g, and 50 g of methanol and 600 g of n-hexane were put into the separatory funnel and subjected to separation and purification. After separation, the lower layer was recovered. The lower layer solution was diluted with isopropanol to make 100 g, transferred again to a separatory funnel, 50 g of methanol and 600 g of n-hexane were put into the separatory funnel, separation and purification were performed again, and the lower layer was recovered after separation. The recovered lower layer liquid was replaced with 4-methyl-2-pentanol, the total amount was adjusted to 250 g, liquid separation with 250 g of water was performed, the upper layer was recovered, and replaced with 4-methyl-2-pentanol again. . The solid content concentration of the sample after solvent replacement was calculated from the mass of the residue after 1 hour of heating on a hot plate heated to 140 ° C. by placing 0.3 g of the resin solution on an aluminum dish, and then forming a protective film The composition solution was used for the preparation and yield calculation. Mw, Mw / Mn (dispersion of molecular weight), and yield (% by mass) of the obtained copolymer were 9,760, 1.51, and 65%, respectively, and methacrylic acid (1,1,1 -Trifluoro-2-trifluoromethyl-2-hydroxy-4-pentyl) ester, a copolymer (lipid-soluble resin) in which the content of each repeating unit derived from vinylsulfonic acid is 95: 5 (mol%). there were. This polymer is referred to as “polymer (B-1)”.

(合成例4) 前述の一般式(5−1)で表される繰り返し単位を得るために用いられる単量体[ヘキサヒドロフタル酸2−メタクリロイルオキシエチル]46.95g(85モル%)、及び開始剤[2,2’−アゾビス−(2−メチルプロピオン酸メチル)]6.91gをイソプロパノール100gに溶解させた単量体溶液を準備した。 一方、温度計及び滴下漏斗を備えた500mlの三つ口フラスコにイソプロパノール50gを投入し、30分間窒素パージした。窒素パージの後、フラスコ内をマグネティックスターラーで攪拌しながら、80℃になるように加熱した。 そして、滴下漏斗を用い、予め準備しておいた単量体溶液を2時間かけて滴下した。滴下終了後、更に1時間反応を行い、前述の一般式(4)で表される繰り返し単位を得るために用いられる単量体[ビニルスルホン酸]3.05g(15モル%)のイソプロパノール溶液10gを30分かけて滴下した。その後、更に1時間反応を行った後、30℃以下に冷却して、共重合液を得た。 (Synthesis example 4) The monomer [hexahydrophthalic acid 2-methacryloyloxyethyl] 46.95g (85 mol%) used in order to obtain the repeating unit represented by the above-mentioned general formula (5-1), and A monomer solution in which 6.91 g of initiator [methyl 2,2′-azobis- (2-methylpropionate)] was dissolved in 100 g of isopropanol was prepared. Meanwhile, 50 g of isopropanol was charged into a 500 ml three-necked flask equipped with a thermometer and a dropping funnel, and purged with nitrogen for 30 minutes. After purging with nitrogen, the inside of the flask was heated to 80 ° C. while stirring with a magnetic stirrer. And the monomer solution prepared beforehand was dripped over 2 hours using the dropping funnel. After completion of the dropwise addition, the reaction is further continued for 1 hour, and 10 g of an isopropanol solution of 3.05 g (15 mol%) of a monomer [vinyl sulfonic acid] used to obtain the repeating unit represented by the general formula (4) described above. Was added dropwise over 30 minutes. Thereafter, the reaction was further performed for 1 hour, and then cooled to 30 ° C. or lower to obtain a copolymer solution.

得られた前記共重合液を150gに濃縮した後、分液漏斗に移した。この分液漏斗にメタノール50gとn−ヘキサン600gを投入し、分離精製を実施した。分離後、下層液を回収した。この下層液をイソプロパノールで希釈して100gとし、再度、分液漏斗に移した。その後、メタノール50gとn−ヘキサン600gを前記分液漏斗に投入して、分離精製を実施し、分離後、下層液を回収した。回収した下層液を4−メチル−2−ペンタノールに置換し、全量を250gに調整した。調整後、水250gを加えて分離精製を実施し、分離後、上層液を回収した。回収した上層液は、4−メチル−2−ペンタノールに置換して樹脂溶液とした。溶剤置換後の試料の固形分濃度は、その樹脂溶液0.3gをアルミ皿にのせ、140℃に加熱したホットプレート上で1時間加熱した後の残渣の質量から算出し、その後の保護膜形成用組成物溶液の調製と収率計算に利用した。得られた樹脂溶液に含有されている共重合体の、Mwは11060、Mw/Mnは1.55であり、収率は75%であった。また、この共重合体に含有される、ヘキサヒドロフタル酸2−メタクリロイルオキシエチルに由来する繰り返し単位、及びビニルスルホン酸に由来する繰り返し単位の含有率は、95:5(モル%)であった。この共重合体を重合体(C−1)とする。 The obtained copolymer solution was concentrated to 150 g and then transferred to a separatory funnel. The separatory funnel was charged with 50 g of methanol and 600 g of n-hexane to carry out separation and purification. After separation, the lower layer solution was recovered. This lower layer solution was diluted with isopropanol to 100 g, and again transferred to a separatory funnel. Thereafter, 50 g of methanol and 600 g of n-hexane were added to the separatory funnel, separation and purification were performed, and the lower layer liquid was recovered after separation. The recovered lower layer solution was replaced with 4-methyl-2-pentanol, and the total amount was adjusted to 250 g. After the adjustment, 250 g of water was added for separation and purification. After separation, the upper layer liquid was recovered. The recovered upper layer liquid was replaced with 4-methyl-2-pentanol to obtain a resin solution. The solid content concentration of the sample after solvent replacement was calculated from the mass of the residue after 1 hour of heating on a hot plate heated to 140 ° C. by placing 0.3 g of the resin solution on an aluminum dish, and then forming a protective film The composition solution was used for the preparation and yield calculation. Mw of the copolymer contained in the obtained resin solution was 11060, Mw / Mn was 1.55, and the yield was 75%. Moreover, the content rate of the repeating unit derived from 2-methacryloyloxyethyl hexahydrophthalate contained in this copolymer and the repeating unit derived from vinylsulfonic acid was 95: 5 (mol%). . This copolymer is referred to as “polymer (C-1)”.

感放射線性樹脂組成物(D)の調製フォトレジスト膜を形成するための感放射線性樹脂組成物を以下の方法により調製した。感放射線性樹脂組成物用重合体(D−1)及び(D−2)の合成例 Preparation of Radiation Sensitive Resin Composition (D) A radiation sensitive resin composition for forming a photoresist film was prepared by the following method. Synthesis example of polymers (D-1) and (D-2) for radiation-sensitive resin composition

(合成例5)下記化合物(M−1)53.93g(50モル%)、化合物(M−2)35.38g(40モル%)、化合物(M−5)10.69g(10モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)5.58gを投入した単量体溶液を準備し、100gの2−ブタノンを投入した500mlの三口フラスコを30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した上記単量体溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー上で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(74g、収率74%)。この重合体はMwが6900、Mw/Mn=1.70、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−2)、化合物(M−3)に由来する各繰り返し単位の含有率が53.0:37.2:9.8(モル%)の共重合体であった。この重合体をアクリル系重合体(A−1)とする。尚、この重合体中の各単量体由来の低分子量成分の含有量は、この重合体100質量%に対して、0.03質量%であった。これを重合体(D−1)とする。 Synthesis Example 5 53.93 g (50 mol%) of the following compound (M-1), 35.38 g (40 mol%) of the compound (M-2), 10.69 g (10 mol%) of the compound (M-5) Was dissolved in 200 g of 2-butanone, and then a monomer solution containing 5.58 g of dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate) was prepared, and 500 ml of three-necked solution containing 100 g of 2-butanone was prepared. The flask was purged with nitrogen for 30 minutes. After purging with nitrogen, the reaction kettle was heated to 80 ° C. with stirring, and the monomer solution prepared in advance was added dropwise using a dropping funnel over 3 hours. The polymerization start was carried out for 6 hours with the start of dropping as the polymerization start time. After completion of the polymerization, the polymerization solution was cooled with water to 30 ° C. or lower, poured into 2000 g of methanol, and the precipitated white powder was separated by filtration. The filtered white powder was washed twice with 400 g of methanol on the slurry, filtered, and dried at 50 ° C. for 17 hours to obtain a white powder polymer (74 g, yield 74%). . As for this polymer, Mw is 6900, Mw / Mn = 1.70, and as a result of 13C-NMR analysis, each repeating unit derived from the compound (M-1), the compound (M-2), and the compound (M-3). The content ratio was 53.0: 37.2: 9.8 (mol%). This polymer is referred to as “acrylic polymer (A-1)”. In addition, content of the low molecular weight component derived from each monomer in this polymer was 0.03 mass% with respect to 100 mass% of this polymer. This is referred to as a polymer (D-1).

Figure 0005565042
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(合成例6)上記化合物(M−1)47.54g(46モル%)、化合物(M−2)12.53g(15モル%)、化合物(M−3)39.93g(39モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、更に2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)4.08gを投入した単量体溶液を準備した。一方、100gの2−ブタノンを投入した1000mlの三口フラスコを用意し、30分窒素パージした。窒素パージの後、三口フラスコ内の内容物を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した上記単量体溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー状で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(73g、収率73%)。この重合体はMwが5700、Mw/Mnが1.7、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−2)、化合物(M−3)に由来する各繰り返し単位の含有率が51.4:14.6:34.0(モル%)の共重合体であった。これを重合体(D−2)とする。 (Synthesis Example 6) 47.54 g (46 mol%) of the above compound (M-1), 12.53 g (15 mol%) of the compound (M-2), 39.93 g (39 mol%) of the compound (M-3) Was dissolved in 200 g of 2-butanone, and a monomer solution into which 4.08 g of 2,2′-azobis (isobutyronitrile) was further added was prepared. On the other hand, a 1000 ml three-necked flask charged with 100 g of 2-butanone was prepared and purged with nitrogen for 30 minutes. After the nitrogen purge, the contents in the three-necked flask were heated to 80 ° C. while stirring, and the monomer solution prepared in advance was added dropwise over 3 hours using a dropping funnel. The polymerization start was carried out for 6 hours with the start of dropping as the polymerization start time. After completion of the polymerization, the polymerization solution was cooled with water to 30 ° C. or lower, poured into 2000 g of methanol, and the precipitated white powder was separated by filtration. The filtered white powder was washed twice with 400 g of methanol as a slurry, then filtered and dried at 50 ° C. for 17 hours to obtain a white powder polymer (73 g, yield 73%). . This polymer has Mw of 5700, Mw / Mn of 1.7, and as a result of 13C-NMR analysis, as a result of analysis of each repeating unit derived from compound (M-1), compound (M-2), and compound (M-3). It was a copolymer having a content ratio of 51.4: 14.6: 34.0 (mol%). This is referred to as a polymer (D-2).

Figure 0005565042
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酸発生剤(E)E−1:トリフェニルスルホニウム・ノナフルオロ−n−ブタンスルホネートE−2:1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウム・ノナフルオロ−n−ブタンスルホネート酸拡散制御剤(F)F−1:R−(+)−(tert−ブトキシカルボニル)−2−ピペリジンメタノール溶剤(G)G−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G−2:シクロヘキサノン Acid generator (E) E-1: Triphenylsulfonium nonafluoro-n-butanesulfonate E-2: 1- (4-n-butoxynaphthalen-1-yl) tetrahydrothiophenium nonafluoro-n-butanesulfonate Diffusion controller (F) F-1: R-(+)-(tert-butoxycarbonyl) -2-piperidinemethanol solvent (G) G-1: propylene glycol monomethyl ether acetate G-2: cyclohexanone

本実施例で用いた感放射線性樹脂組成物(D)を表1に示した組成にて調製した。 The radiation sensitive resin composition (D) used in this example was prepared with the composition shown in Table 1.

Figure 0005565042
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[上層膜形成組成物の調製] 次に、上記重合体(A−1)、(A−2)、(A‘)、(B−1)、及び(C−1)、並びに以下に示す溶剤(H)を表2に示した組成にて混合し、その固形分濃度が1.4質量%となるように調整した。その後、孔径200nmのフィルターでろ過して上層膜形成組成物を調製した。 [Preparation of Upper Layer Film-Forming Composition] Next, the polymers (A-1), (A-2), (A ′), (B-1), and (C-1), and the solvents shown below. (H) was mixed with the composition shown in Table 2, and the solid content concentration was adjusted to 1.4 mass%. Then, it filtered with the filter of the hole diameter 200nm, and prepared the upper film | membrane formation composition.

[溶剤(S)]: (S−1):4−メチル−2−ペンタノール (S−2):ジイソアミルエーテル [Solvent (S)]: (S-1): 4-methyl-2-pentanol (S-2): diisoamyl ether

(実施例1) 重合体(A)として上記重合体(A−1)30部、重合体(B)として上記重合体(B−1)70部、溶剤(炭素数4〜10のアルコール)として4−メチル−2−ペンタノール(表3中「溶剤(S−1)」と示す)5634部、溶剤(炭素数4〜10のアルキル鎖を有するアルキルエーテル)としてジイソアミルエーテル(表3中「溶剤(S−2)」と示す)1409部を混合し、2時間撹拌した後、孔径200nmのフィルターでろ過することにより、固形分濃度1.4質量%の上層膜形成組成物(実施例1)を調製した。この上層膜形成組成物について以下に示す各種評価を行った。 (Example 1) 30 parts of the polymer (A-1) as the polymer (A), 70 parts of the polymer (B-1) as the polymer (B), and solvent (alcohol having 4 to 10 carbon atoms) 4-methyl-2-pentanol (shown as “solvent (S-1)” in Table 3) 5634 parts, diisoamyl ether (in Table 3, “alkyl ether having an alkyl chain having 4 to 10 carbon atoms)” 1409 parts) (shown as “Solvent (S-2)”), and the mixture was stirred for 2 hours, and then filtered through a filter having a pore size of 200 nm, whereby an upper layer film-forming composition having a solid content concentration of 1.4% by mass (Example 1) ) Was prepared. Various evaluations shown below were performed on this upper layer film-forming composition.

[評価方法]:(1)上層膜除去性の評価方法(除去性): 8インチシリコンウエハ上に、商品名「CLEAN TRACK ACT8」(東京エレクトロン社製)を使用して、上層膜形成組成物をスピンコートし、90℃、60秒ベークを行って、膜厚90nmの塗膜(上層膜)を形成した。なお、塗膜の厚み(膜厚)は、商品名「ラムダエースVM90」(大日本スクリーン社製)を使用して測定した。商品名「CLEAN TRACK ACT8」を使用して60秒間パドル現像(現像液:2.38%TMAH水溶液)を行い、振り切りによりスピンドライした後、ウェハ表面を観察した。ウェハ表面に残渣がなく現像されていれば「○」、ウェハ表面に残渣が観察されれば「×」と評価した。評価結果を表4に示す。なお、表4中、「除去性」は本評価を示す。 [Evaluation Method]: (1) Evaluation Method of Upper Layer Film Removability (Removability): Using a trade name “CLEAN TRACK ACT8” (manufactured by Tokyo Electron Ltd.) on an 8-inch silicon wafer, an upper layer film forming composition The film was spin-coated and baked at 90 ° C. for 60 seconds to form a coating film (upper layer film) having a thickness of 90 nm. The thickness (film thickness) of the coating film was measured using a trade name “Lambda Ace VM90” (Dainippon Screen). Paddle development (developer: 2.38% TMAH aqueous solution) was performed for 60 seconds using a trade name “CLEAN TRACK ACT8”, spin-dried by shaking, and the wafer surface was observed. The evaluation was “◯” if the wafer surface was developed without any residue, and “X” if the residue was observed on the wafer surface. The evaluation results are shown in Table 4. In Table 4, “Removability” indicates this evaluation.

(2)後退接触角の測定方法: まず、8インチシリコンウエハ上に、上層膜形成組成物をスピンコートし、ホットプレート上で90℃、60秒PBを行い、膜厚30nmの塗膜を形成した。その後、商品名「DSA−10」(KRUS社製)を使用して、速やかに、室温:23℃、湿度:45%、常圧の環境下で、次の手順により後退接触角を測定した。 (2) Method for measuring receding contact angle: First, an upper layer film-forming composition is spin-coated on an 8-inch silicon wafer, and PB is performed at 90 ° C. for 60 seconds on a hot plate to form a coating film having a thickness of 30 nm. did. Thereafter, using the trade name “DSA-10” (manufactured by KRUS), the receding contact angle was measured immediately under the environment of room temperature: 23 ° C., humidity: 45%, and normal pressure by the following procedure.

商品名「DSA−10」(KRUS社製)のウェハステージ位置を調整し、この調整したステージ上に上記ウェハをセットする。次に、針に水を注入し、上記セットしたウェハ上に水滴を形成可能な初期位置に上記針の位置を微調整する。その後、この針から水を排出させて上記ウェハ上に25μLの水滴を形成し、一旦、この水滴から針を引き抜き、再び上記初期位置に針を引き下げて水滴内に配置する。続いて、10μL/minの速度で90秒間、針によって水滴を吸引すると同時に接触角を毎秒1回測定する(合計90回)。このうち、接触角の測定値が安定した時点から20秒間の接触角についての平均値を算出して後退接触角(°)とした。評価結果を表4に示す。なお、表4中、「後退接触角」は本評価を示す。 The wafer stage position of the product name “DSA-10” (manufactured by KRUS) is adjusted, and the wafer is set on the adjusted stage. Next, water is injected into the needle, and the position of the needle is finely adjusted to an initial position where water droplets can be formed on the set wafer. Thereafter, water is discharged from the needle to form a 25 μL water droplet on the wafer. The needle is once withdrawn from the water droplet, and the needle is pulled down again to the initial position and placed in the water droplet. Subsequently, a water droplet is sucked with a needle at a speed of 10 μL / min for 90 seconds, and at the same time, the contact angle is measured once per second (90 times in total). Of these, the average value for the contact angle for 20 seconds from the time when the measured value of the contact angle was stabilized was calculated as the receding contact angle (°). The evaluation results are shown in Table 4. In Table 4, “retraction contact angle” indicates this evaluation.

(3)前進接触角の測定方法: まず、8インチシリコンウエハ上に、感放射線性樹脂組成物(α)をスピンコートし、ホットプレート上で90℃、60秒PBを行い、膜厚120nmの塗膜(フォトレジスト膜)を形成した。その後、商品名「DSA−10」(KRUS社製)を使用して、速やかに、室温:23℃、湿度:45%、常圧の環境下で、次の手順により前進接触角を測定した。 (3) Measuring method of advancing contact angle: First, a radiation sensitive resin composition (α) is spin-coated on an 8-inch silicon wafer, PB is performed at 90 ° C. for 60 seconds on a hot plate, and the film thickness is 120 nm. A coating film (photoresist film) was formed. Thereafter, using the trade name “DSA-10” (manufactured by KRUS), the advancing contact angle was quickly measured by the following procedure in an environment of room temperature: 23 ° C., humidity: 45%, and normal pressure.

商品名「DSA−10」(KRUS社製)のウェハステージ位置を調整し、この調整したステージ上に上記ウェハをセットする。次に、針に水を注入し、上記セットしたウェハ上に水滴を形成可能な初期位置に上記針の位置を微調整する。その後、この針から水を排出させて上記ウェハ上に15μLの水滴を形成し、一旦、この水滴から針を引き抜き、再び上記初期位置に針を引き下げて水滴内に配置する。続いて、10μL/minの速度で90秒間、針によって水滴を吐出すると同時に接触角を毎秒1回測定する(合計90回)。このうち、接触角の測定値が安定した時点から20秒間の接触角についての平均値を算出して前進接触角(°)とした。評価結果を表4に示す。なお、表4中、「前進接触角」は本評価を示す。 The wafer stage position of the product name “DSA-10” (manufactured by KRUS) is adjusted, and the wafer is set on the adjusted stage. Next, water is injected into the needle, and the position of the needle is finely adjusted to an initial position where water droplets can be formed on the set wafer. Thereafter, water is discharged from the needle to form a 15 μL water droplet on the wafer. The needle is once withdrawn from the water droplet, and the needle is pulled down again to the initial position and placed in the water droplet. Subsequently, water droplets are ejected by the needle at a speed of 10 μL / min for 90 seconds, and at the same time, the contact angle is measured once per second (90 times in total). Among these, the average value for the contact angle for 20 seconds from the time when the measured value of the contact angle was stabilized was calculated to be the forward contact angle (°). The evaluation results are shown in Table 4. In Table 4, “advance contact angle” indicates this evaluation.

(4)インターミキシングの評価方法(インターミキシング): フォトレジスト膜とのインターミキシングが防止されることを評価するため本評価を行った。まず、商品名「CLEAN TRACK ACT8」を使用して予めHMDS処理(100℃、60秒)を行った8インチシリコンウエハ上に、感放射線性樹脂組成物(α)をスピンコートした。ホットプレート上で90℃、60秒PBを行い、膜厚120nmの塗膜(フォトレジスト膜)を形成した。形成した塗膜上に、上層膜形成組成物をスピンコートし、PB(90℃、60秒)を行うことにより膜厚30nmの塗膜を形成した。商品名「CLEAN TRACK ACT8」のリンスノズルから、ウェハ上に超純水を60秒間吐出させ、4000rpmで15秒間振り切りのスピンドライを行った。次いで、商品名「CLEAN TRACK ACT8」を使用し、LDノズルにてパドル現像(現像液:2.38%TMAH水溶液)を60秒間行って、上層膜を除去した。なお、上記の現像によって上層膜は除去されるが、フォトレジスト膜は未露光であるためにそのまま残存する。現像の前後に、商品名「ラムダエースVM90」(大日本スクリーン社製)を使用してフォトレジスト膜の膜厚測定を行い、膜厚の変化率が5%以内である場合は、フォトレジスト膜と上層膜間でのインターミキシングがないと判断して「○」、膜厚の変化率が5%を超えた場合は「×」と評価した。評価結果を表4に示す。なお、表4中、「インターミキシング」は本評価を示す。 (4) Evaluation method of intermixing (intermixing): This evaluation was performed to evaluate that intermixing with the photoresist film is prevented. First, the radiation-sensitive resin composition (α) was spin-coated on an 8-inch silicon wafer that had been previously subjected to HMDS treatment (100 ° C., 60 seconds) using a trade name “CLEAN TRACK ACT8”. PB was performed at 90 ° C. for 60 seconds on a hot plate to form a coating film (photoresist film) having a thickness of 120 nm. On the formed coating film, the upper layer film-forming composition was spin-coated, and PB (90 ° C., 60 seconds) was performed to form a coating film having a thickness of 30 nm. Ultra pure water was discharged onto the wafer for 60 seconds from a rinse nozzle with a trade name of “CLEAN TRACK ACT8”, and spin-drying was performed at 4000 rpm for 15 seconds. Next, using the trade name “CLEAN TRACK ACT8”, paddle development (developing solution: 2.38% TMAH aqueous solution) was performed for 60 seconds with an LD nozzle to remove the upper layer film. Although the upper layer film is removed by the above development, the photoresist film remains as it is because it is not exposed. Before and after development, the film thickness of the photoresist film is measured using the trade name “Lambda Ace VM90” (Dainippon Screen Co., Ltd.). If the change rate of the film thickness is within 5%, the photoresist film In other words, it was judged that there was no intermixing between the upper film and the film was evaluated as “◯”, and when the film thickness change rate exceeded 5%, it was evaluated as “x”. The evaluation results are shown in Table 4. In Table 4, “Intermixing” indicates this evaluation.

(5)溶出量の測定(溶出量): 図2、図3に示すように、予め「CLEAN TRACK ACT8」(東京エレクトロン社製)を用いて、処理条件100℃、60秒でHMDS(ヘキサメチルジシラザン)処理層4を行った8インチシリコンウエハ3を用意した。この8インチシリコンウエハ3のHMDS処理層側の面に、中央部が直径11.3cmの円形状にくり抜かれたシリコンゴムシート(クレハエラストマー社製、厚み;1.0mm、形状;1辺30cmの正方形)5を載せた。このとき、8インチシリコンウエハ3の中心部にシリコンゴムシート5のくり抜かれた中央部(くり抜き部6)が位置するようにした。次いで、シリコンゴムシート5のくり抜き部6に、10mLホールピペットを用いて10mlの超純水7を満たした。 (5) Measurement of Elution Amount (Elution Amount): As shown in FIGS. 2 and 3, HMDS (hexamethyl) was used in a processing condition of 100 ° C. for 60 seconds using “CLEAN TRACK ACT8” (manufactured by Tokyo Electron Ltd.) in advance. Dissilazane) An 8-inch silicon wafer 3 having a treatment layer 4 was prepared. A silicon rubber sheet (manufactured by Kureha Elastomer Co., Ltd., thickness: 1.0 mm, shape: 30 cm per side) on the surface of the 8-inch silicon wafer 3 on the side of the HMDS treatment layer, the center of which is cut out into a circular shape with a diameter of 11.3 cm Square) 5 was placed. At this time, the central portion (the cut-out portion 6) where the silicon rubber sheet 5 was cut out was positioned at the center of the 8-inch silicon wafer 3. Next, 10 mL of ultrapure water 7 was filled in the cut-out portion 6 of the silicon rubber sheet 5 using a 10 mL hole pipette.

一方、予め、下層反射防止膜8、レジスト被膜11及び上層膜9を形成した、上記8インチシリコンウエハ3とは別の8インチシリコンウエハ10を用意し、この8インチシリコンウエハ10を、上記上層膜9が上記シリコンゴムシート5側に位置するように、即ち、上層膜9と上記超純水7とを接触しつつ、超純水7が漏れないように載せた。 On the other hand, an 8-inch silicon wafer 10 different from the 8-inch silicon wafer 3 on which the lower-layer antireflection film 8, the resist film 11 and the upper-layer film 9 are formed in advance is prepared, and the 8-inch silicon wafer 10 is used as the upper layer. The film 9 was placed so as to be positioned on the silicon rubber sheet 5 side, that is, while the upper film 9 and the ultrapure water 7 were in contact with each other, the ultrapure water 7 was not leaked.

なお、上記別の8インチシリコンウエハ10上の下層反射防止膜8、レジスト被膜11及び上層膜9は、次のように形成した。まず、下層反射防止膜用組成物(「ARC29A」、ブルワー・サイエンス社製)を上記「CLEAN TRACK ACT8」を用いて膜厚77nmの下層反射防止膜を形成するように塗布した。次いで、上記感放射線性樹脂組成物(α)を、上記「CLEAN TRACK ACT8」を用いて上記下層反射防止膜上にスピンコートし、条件115℃、60秒でベークすることにより膜厚205nmのレジスト被膜11を形成した。その後、レジスト被膜11上に、上記上層膜形成組成物を塗布して上層膜9を形成した。 The lower antireflection film 8, the resist film 11 and the upper film 9 on the other 8-inch silicon wafer 10 were formed as follows. First, a composition for a lower antireflection film (“ARC29A”, manufactured by Brewer Science) was applied using the “CLEAN TRACK ACT8” so as to form a lower antireflection film having a thickness of 77 nm. Next, the radiation sensitive resin composition (α) is spin-coated on the lower antireflection film using the “CLEAN TRACK ACT8” and baked at 115 ° C. for 60 seconds to form a resist having a thickness of 205 nm. A coating 11 was formed. Thereafter, the upper film forming composition was applied onto the resist film 11 to form an upper film 9.

上記上層膜9が上記シリコンゴムシート5側に位置するように載せた後、その状態のまま10秒間保った。その後、上記別の8インチシリコンウエハ10を取り除き、上層膜9と接触していた超純水7をガラス注射器にて回収した。この超純水7を分析用サンプルとした。なお、シリコンゴムシート5のくり抜き部6に満たした超純水7の回収率は95%以上であった。 After placing the upper layer film 9 so as to be positioned on the silicon rubber sheet 5 side, the state was kept for 10 seconds. Thereafter, the other 8-inch silicon wafer 10 was removed, and the ultrapure water 7 that had been in contact with the upper layer film 9 was collected with a glass syringe. This ultrapure water 7 was used as a sample for analysis. Note that the recovery rate of the ultrapure water 7 filled in the cut-out portion 6 of the silicon rubber sheet 5 was 95% or more.

続いて、得られた分析用サンプル(超純水)中の光酸発生剤のアニオン部のピーク強度を、LC−MS(液体クロマトグラフ質量分析計)(LC部:AGILENT社製 「SERIES1100」、MS部:Perseptive Biosystems,Inc.社製 「Mariner」)を用いて下記の測定条件により測定した。その際、感放射線性樹脂組成物(α)に用いた光酸発生剤について、1ppb、10ppb、及び100ppb水溶液の各ピーク強度を、分析用サンプルの測定条件と同様の条件で測定して検量線を作成した。この検量線を用いて、水に対する光酸発生剤の(アニオン部の)溶出量を算出した。 Subsequently, the peak intensity of the anion part of the photoacid generator in the obtained sample for analysis (ultra pure water) was measured by LC-MS (liquid chromatograph mass spectrometer) (LC part: “SERIES1100” manufactured by AGILENT, MS part: “Mariner” manufactured by Perseptive Biosystems, Inc.) under the following measurement conditions. At that time, with respect to the photoacid generator used in the radiation-sensitive resin composition (α), each of the peak intensities of the 1 ppb, 10 ppb, and 100 ppb aqueous solutions was measured under the same conditions as the measurement conditions of the analytical sample, and a calibration curve was obtained. It was created. Using this calibration curve, the elution amount (of the anion portion) of the photoacid generator with respect to water was calculated.

また、同様にして、酸拡散制御剤について、1ppb、10ppb、及び100ppb水溶液の各ピーク強度を分析用サンプルの測定条件と同様の条件で測定して検量線を作成した。この検量線を用いて、水に対する酸拡散制御剤の溶出量を算出した。溶出量の評価は、上記算出された光酸発生剤のアニオン部の溶出量と上記酸拡散制御剤の溶出量の和が、5.0×10−12mol/cm以上であった場合は「×」、5.0×10−12mol/cm以下であった場合は「○」とした。評価結果を表4に示す。なお、表4中、「溶出」は本評価を示す。 Similarly, a calibration curve was prepared by measuring the peak intensities of the 1 ppb, 10 ppb, and 100 ppb aqueous solutions under the same conditions as those for the analytical sample. Using this calibration curve, the elution amount of the acid diffusion controlling agent with respect to water was calculated. The elution amount was evaluated when the sum of the calculated elution amount of the anion portion of the photoacid generator and the elution amount of the acid diffusion controller was 5.0 × 10 −12 mol / cm 2 or more. When it was “×” or 5.0 × 10 −12 mol / cm 2 or less, “◯” was given. The evaluation results are shown in Table 4. In Table 4, “Elution” indicates this evaluation.

(測定条件) 使用カラム;「CAPCELL PAK MG」、資生堂社製、1本、 流量;0.2ml/分、 流出溶剤:水/メタノール(3/7)に0.1質量%のギ酸を添加したもの、 測定温度;35℃ (Measurement conditions) Column used: “CAPCELL PAK MG”, manufactured by Shiseido Co., Ltd., 1 flow rate: 0.2 ml / min, Outflow solvent: 0.1% by mass of formic acid was added to water / methanol (3/7) Measurement temperature: 35 ° C

(6)ブロッブ欠陥の評価方法: 予め「CLEAN TRACK ACT8」(東京エレクトロン社製)を用いて、処理条件100℃、60秒でHMDS(ヘキサメチルジシラザン)処理を行った8インチシリコンウエハを用意した。この8インチシリコンウエハ上に、上記感放射線性樹脂組成物(α)をスピンコートし、ホットプレート上で90℃、60秒PBを行い、膜厚120nmの塗膜を形成した。この塗膜上に、上記上層膜形成組成物をスピンコートし、PB(90℃、60秒)を行って膜厚30nmの塗膜を形成した。その後、パターンが形成されていない擦りガラスを介して露光を行った。この8インチシリコンウエハをブロッブ欠陥(Blob欠陥)の評価に用いた。 (6) Blob defect evaluation method: An 8-inch silicon wafer that has been subjected to HMDS (hexamethyldisilazane) treatment at 100 ° C. for 60 seconds in advance using “CLEAN TRACK ACT8” (manufactured by Tokyo Electron Ltd.) is prepared. did. The 8-inch silicon wafer was spin-coated with the radiation-sensitive resin composition (α), and PB was performed at 90 ° C. for 60 seconds on a hot plate to form a coating film having a thickness of 120 nm. The upper layer film-forming composition was spin-coated on this coating film, and PB (90 ° C., 60 seconds) was performed to form a coating film having a thickness of 30 nm. Then, it exposed through the frosted glass in which the pattern is not formed. This 8-inch silicon wafer was used for evaluation of blob defects (blob defects).

まず、上記8インチシリコンウエハの上層膜上に「CLEAN TRACK ACT8」のリンスノズルから超純水を60秒間吐出させ、4000rpmで15秒間振り切りによりスピンドライを行った。次に、上記「CLEAN TRACK ACT8」のLDノズルによってパドル現像を60秒間行い、上記上層膜を除去した。なお、このパドル現像では現像液として2.38%TMAH水溶液を使用した。現像後、上層膜の溶け残りの程度を、「KLA2351」(KLAテンコール社製)で測定して、ブロッブ欠陥の測定とした。ブロッブ欠陥の評価は、検出された現像剥離欠陥(ブロッブ欠陥)が200個以下の場合は「○」、200個を超えた場合は「×」とした。評価結果を表4に示す。なお、表4中、「BloB欠陥」は本評価を示す。 First, ultrapure water was discharged from a rinse nozzle of “CLEAN TRACK ACT8” for 60 seconds on the upper layer film of the 8-inch silicon wafer, and spin drying was performed by shaking off at 4000 rpm for 15 seconds. Next, paddle development was performed for 60 seconds with the LD nozzle of “CLEAN TRACK ACT8”, and the upper layer film was removed. In this paddle development, a 2.38% TMAH aqueous solution was used as a developer. After development, the degree of undissolved upper layer film was measured with “KLA2351” (manufactured by KLA Tencor) to determine blob defects. The evaluation of the blob defect was “◯” when the number of development peeling defects (blob defects) detected was 200 or less, and “X” when the number exceeded 200. The evaluation results are shown in Table 4. In Table 4, “BloB defect” indicates this evaluation.

(7)パターンニング評価: 高解像度のレジストパターンが形成されることを評価するため本評価を行った。まず、8インチシリコンウエハ上に、商品名「CLEAN TRACK ACT8」を使用して、下層反射防止膜用組成物(商品名「ARC29A」、ブルワー・サイエンス社製)をスピンコートし、PB(205℃、60秒)を行うことにより膜厚77nmの塗膜(下層反射防止膜)を形成した。形成した下層反射防止膜上に、感放射線性樹脂組成物(α)をスピンコートし、PB(90℃、60秒)を行うことにより膜厚120nmの塗膜(フォトレジスト膜)を形成した。 (7) Patterning evaluation: This evaluation was performed to evaluate the formation of a high-resolution resist pattern. First, a composition for a lower antireflection film (trade name “ARC29A”, manufactured by Brewer Science) was spin-coated on an 8-inch silicon wafer using a trade name “CLEAN TRACK ACT8”, and PB (205 ° C. , 60 seconds) to form a 77 nm-thickness coating film (lower antireflection film). A radiation-sensitive resin composition (α) was spin-coated on the formed lower antireflection film, and PB (90 ° C., 60 seconds) was performed to form a coating film (photoresist film) having a thickness of 120 nm.

形成したフォトレジスト膜上に、上層膜形成組成物をスピンコートし、PB(90℃、60秒)を行うことにより膜厚30nmの塗膜(上層膜)を形成した。次いで、ArF投影露光装置(型番「S306C」、ニコン社製)を使用し、NA:0.78、シグマ:0.85、2/3Annの光学条件にて露光を行い、商品名「CLEAN TRACK ACT8」のリンスノズルから、ウェハ上に超純水を60秒間吐出させ、4000rpmで15秒間振り切りのスピンドライを行った。その後、商品名「CLEAN TRACK ACT8」のホットプレートを使用してPEB(115℃、60秒)を行った後、LDノズルにてパドル現像(現像液:2.38%TMAH水溶液)を30秒間行った。超純水にてリンスした後、4000rpmで15秒間振り切ることによってスピンドライした。 An upper layer film-forming composition was spin-coated on the formed photoresist film, and PB (90 ° C., 60 seconds) was performed to form a 30 nm-thick coating film (upper layer film). Next, using an ArF projection exposure apparatus (model number “S306C”, manufactured by Nikon Corporation), exposure is performed under optical conditions of NA: 0.78, sigma: 0.85, 2/3 Ann, and trade name “CLEAN TRACK ACT8” From the rinse nozzle, ultrapure water was discharged onto the wafer for 60 seconds, and spin-drying was performed at 4000 rpm for 15 seconds. After that, PEB (115 ° C., 60 seconds) was performed using a hot plate of the trade name “CLEAN TRACK ACT8”, and then paddle development (developer: 2.38% TMAH aqueous solution) was performed for 30 seconds using an LD nozzle. It was. After rinsing with ultra pure water, spin drying was performed by shaking off at 4000 rpm for 15 seconds.

形成されたレジストパターンについて、線幅90nmのライン・アンド・スペースパターン(1L1S)を1対1の線幅に形成する露光量を最適露光量とした。なお、測定には走査型電子顕微鏡(商品名「S−9380」、日立計測器社製)を使用した。また、線幅90nmライン・アンド・スペースパターンの断面形状を、走査型電子顕微鏡(型番「S−4200」、日立計測器社製)にて観察した。図1は、ライン・アンド・スペースパターンの形状を模式的に示す断面図である。基板1上に形成されたパターン2の膜の中間での線幅Lbと、膜の上部での線幅Laを測定し、0.9≦(La−Lb)/Lb≦1.1であった場合を「○」、(La−Lb)/Lb<0.9、または(La−Lb)/Lb>1.1であった場合を「×」と評価した。評価結果を表4に示す。なお、表4中、「パターンニング」は本評価を示す。 With respect to the formed resist pattern, the exposure amount for forming a line-and-space pattern (1L1S) having a line width of 90 nm in a one-to-one line width was determined as the optimum exposure amount. For the measurement, a scanning electron microscope (trade name “S-9380”, manufactured by Hitachi Keiki Co., Ltd.) was used. Further, the cross-sectional shape of the line-and-space pattern having a line width of 90 nm was observed with a scanning electron microscope (model number “S-4200”, manufactured by Hitachi Keiki Co., Ltd.). FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the shape of a line and space pattern. The line width Lb in the middle of the film of the pattern 2 formed on the substrate 1 and the line width La in the upper part of the film were measured, and 0.9 ≦ (La−Lb) /Lb≦1.1. The case was evaluated as “X” when “O”, (La−Lb) / Lb <0.9, or (La−Lb) / Lb> 1.1. The evaluation results are shown in Table 4. In Table 4, “Patterning” indicates this evaluation.

(8)欠陥性能(ウォーターマーク欠陥及びバブル欠陥): 基板として、表面に膜厚77nmの下層反射防止膜(「ARC29A」、ブルワー・サイエンス社製)を形成した12インチシリコンウエハを用いた。なお、この下層反射防止膜の形成には、「CLEAN TRACK ACT12」(東京エレクトロン社製)を用いた。 (8) Defect Performance (Watermark Defect and Bubble Defect): As a substrate, a 12-inch silicon wafer having a 77 nm-thick lower layer antireflection film (“ARC29A”, manufactured by Brewer Science) on the surface was used. Note that “CLEAN TRACK ACT12” (manufactured by Tokyo Electron Ltd.) was used for the formation of the lower antireflection film.

前記基板上に、感放射線性樹脂組成物(α)を前記CLEAN TRACK ACT12にて、スピンコートした後にPB(90℃、60秒)膜厚120nmのフォトレジスト膜を得た。その後、フォトレジスト膜上に上層膜形成組成物溶液をスピンコートした後、PB(90℃、60秒)により膜厚30nmの塗膜(上層膜)を得た。次に、ArFエキシマレーザー液浸露光装置(「ASML AT1250i」、ASML社製)にてNA=0.85、σ/σ=0.96/0.76、Annularの条件で、マスクパターンを介して露光を行った。この際、レジスト(フォトレジスト膜)上面と液浸露光機レンズとの間には液浸溶媒として純水を配置した。その後、PB(115℃、60秒)で焼成した後、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により、23℃で60秒間現像し、水洗し、乾燥して、ポジ型のレジストパターンを形成した。このとき、線幅100nmのライン・アンド・スペースパターン(1L1S)を1対1の線幅に形成する露光量を最適露光量とし、この最適露光量を感度とした。なお、この測長には走査型電子顕微鏡(「S−9380」、日立ハイテクノロジーズ社製)を用いた。 A radiation sensitive resin composition (α) was spin-coated on the substrate by the CLEAN TRACK ACT12, and then a PB (90 ° C., 60 seconds) film thickness of 120 nm was obtained. Then, after spin-coating the upper film | membrane formation composition solution on the photoresist film, the coating film (upper film | membrane) with a film thickness of 30 nm was obtained by PB (90 degreeC, 60 second). Next, a mask pattern is formed using an ArF excimer laser immersion exposure apparatus (“ASML AT1250i”, manufactured by ASML) under the conditions of NA = 0.85, σ 0 / σ 1 = 0.96 / 0.76, and Annular. The exposure was carried out. At this time, pure water was placed as an immersion solvent between the upper surface of the resist (photoresist film) and the immersion exposure machine lens. Then, after baking at PB (115 ° C., 60 seconds), development was performed at 23 ° C. for 60 seconds with a 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, washed with water, and dried to form a positive resist pattern. Formed. At this time, an exposure amount for forming a line-and-space pattern (1L1S) having a line width of 100 nm with a one-to-one line width was defined as an optimum exposure amount, and this optimum exposure amount was defined as sensitivity. For this measurement, a scanning electron microscope (“S-9380”, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) was used.

その後、線幅100nmのライン・アンド・スペースパターン(1L1S)上の欠陥性能を、KLA−Tencor社製の「KLA2351」を用いて測定した。具体的には、「KLA2351」にて測定された欠陥を、走査型電子顕微鏡(「S−9380」、日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて観察し、ArFエキシマレーザー液浸露光由来と予想されるウォーターマーク欠陥(water−mark欠陥)とバブル欠陥とを区別した。そして、それらの数を測定して欠陥性能とした。その結果を表3に示す。ウォーターマーク欠陥の評価は、検出されたウォーターマーク欠陥が50個未満の場合は「○」、50個以上100個未満の場合は「△」、100個を超えた場合は「×」とした。評価結果を表3に示す。なお、表3中、「ウォーターマーク欠陥」は本評価を示す。バブル欠陥の評価は、検出されたバブル欠陥が50個以下の場合は「○」、50個以上100個未満の場合は「△」、100個を超えた場合は「×」とした。評価結果を表4に示す。なお、表4中、
「バブル欠陥」は本評価を示す。
Thereafter, the defect performance on a line and space pattern (1L1S) having a line width of 100 nm was measured using “KLA2351” manufactured by KLA-Tencor. Specifically, the defect measured by “KLA2351” is observed using a scanning electron microscope (“S-9380”, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), and is expected to be derived from ArF excimer laser immersion exposure. A watermark defect (water-mark defect) and a bubble defect were distinguished. And the number of those was measured and it was set as the defect performance. The results are shown in Table 3. The evaluation of the watermark defect is “◯” when the number of detected watermark defects is less than 50, “Δ” when the number is 50 or more and less than 100, and “X” when the number exceeds 100. The evaluation results are shown in Table 3. In Table 3, “watermark defect” indicates this evaluation. The evaluation of bubble defects was “◯” when the number of detected bubble defects was 50 or less, “Δ” when the number was 50 or more and less than 100, and “X” when the number exceeded 100. The evaluation results are shown in Table 4. In Table 4,
“Bubble defects” indicate this evaluation.

本実施例の上層膜形成組成物により形成した上層膜は、除去性が「○」であり、後退接触角が75.0°であり、前進接触角が92.0°であり、インターミキシングが「○」であり、溶出が「○」であり、BloB欠陥が「○」であり、パターンニングが「○」であり、ウォーターマーク欠陥が「○」であり、バブル欠陥が「○」であった。 The upper layer film formed from the upper layer film-forming composition of this example has a removability of “◯”, a receding contact angle of 75.0 °, an advancing contact angle of 92.0 °, and intermixing. “O”, elution “O”, BloB defect “O”, patterning “O”, watermark defect “O”, bubble defect “O”. It was.

(実施例2、参考例3、4、実施例5〜7、比較例1〜3) 表3に示す配合とした以外は、実施例1と同様にして上層膜形成組成物溶液を調製した後、上層膜を形成した。この上層膜について各種評価を行った。得られた結果を表4に示す。 (Example 2 , Reference Examples 3, 4, Examples 5-7, Comparative Examples 1-3) After preparing the upper layer film-forming composition solution in the same manner as in Example 1 except that the composition shown in Table 3 was used. An upper layer film was formed. Various evaluations were performed on this upper layer film. Table 4 shows the obtained results.

Figure 0005565042
Figure 0005565042

Figure 0005565042
Figure 0005565042

表4から明らかなように、実施例1、2、参考例3、4、実施例5〜7の上層膜組成物は、ウォーターマーク欠陥およびバブル欠陥の発生を抑制できる液浸上層膜を形成可能であった。これは、上層膜の水に対する後退接触角と前進接触角のバランスに優れているためであると考えられる。特に、重合体(A)中の繰り返し単位(3)の含有量および全重合体成分中における重合体(A)の含有割合が好ましい範囲内である実施例1、2、参考例3、4、実施例5の上層膜が高度にウォーターマーク欠陥およびバブル欠陥を抑制できており、好ましいものであった。また、実施例1、2、参考例3、4、実施例5〜7の上層膜組成物は、インターミキシング、溶出、パターニングおよいBlob欠陥の評価においても問題ないことが確認され、液浸上層膜として実用的な性能を有していることが確認できた。これに対して、本発明の重合体(A)を含まない比較例1〜3の上層膜組成物についてはウォーターマーク欠陥もしくはバブル欠陥が「×」となってしまった。 As is apparent from Table 4, the upper film compositions of Examples 1 and 2, Reference Examples 3 and 4, and Examples 5 to 7 can form an immersion upper film capable of suppressing the generation of watermark defects and bubble defects. Met. This is considered to be because the balance between the receding contact angle and the advancing contact angle with respect to water of the upper layer film is excellent. In particular, Examples 1 and 2 and Reference Examples 3 and 4 in which the content of the repeating unit (3) in the polymer (A) and the content of the polymer (A) in all polymer components are within the preferred range . The upper layer film of Example 5 was preferable because it was able to highly suppress watermark defects and bubble defects. In addition, it was confirmed that the upper layer film compositions of Examples 1 and 2, Reference Examples 3 and 4, and Examples 5 to 7 had no problem in evaluation of blobs with good intermixing, elution, and patterning. It was confirmed that the film has practical performance. On the other hand, the watermark defect or bubble defect became "x" about the upper layer film composition of Comparative Examples 1-3 which does not contain the polymer (A) of this invention.

本発明の上層膜形成組成物は、上記重合体(A)を含有するものであるため、液浸露光時にフォトレジスト膜を保護し、水などの媒体に溶出することなく安定な被膜を維持し、ウォーターマーク欠陥やバブル欠陥やパターン不良欠陥等の欠陥の発生を効果的に抑制し、高解像度のレジストパターンを形成可能であり、かつ、十分に高い後退接触角を有する上層膜を形成することができる。そのため、今後、高速度のスキャンスピードによるレジストパターン形成においても、ウォーターマーク欠陥やバブル欠陥等の欠陥の発生を効果的に抑制することができる。従って、本発明の上層膜形成組成物は、液浸露光に好適に使用可能な上層膜を形成することができ、今後、更に微細化が進行すると予想される半導体デバイスの製造工程において極めて好適に用いることができる。 Since the upper layer film-forming composition of the present invention contains the polymer (A), it protects the photoresist film during immersion exposure and maintains a stable film without eluting into a medium such as water. The formation of an upper layer film capable of effectively suppressing the occurrence of defects such as watermark defects, bubble defects, pattern defect defects, and the like and capable of forming a high-resolution resist pattern and having a sufficiently high receding contact angle. Can do. Therefore, in the future, even when forming a resist pattern at a high scanning speed, it is possible to effectively suppress the occurrence of defects such as watermark defects and bubble defects. Therefore, the upper layer film-forming composition of the present invention can form an upper layer film that can be suitably used for immersion exposure, and is extremely suitable for a semiconductor device manufacturing process that is expected to be further miniaturized in the future. Can be used.

Claims (8)

下記一般式(1−1)で表される繰り返し単位および(1−2)で表される繰り返し単位からなる群から選ばれる少なくとも一種、下記一般式(2)で表される繰り返し単位および下記一般式(3)で表される繰り返し単位、を含有する重合体(A)と、
下記一般式(1−1)で表される繰り返し単位および(1−2)で表される繰り返し単位からなる群から選ばれる少なくとも一種、下記一般式(4)で表される繰り返し単位、を含有する重合体(B)と、
溶剤(S)と、を含む液浸上層膜形成用組成物。
Figure 0005565042
(一般式(1−1)及び(1−2)中、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示す。R及びRは互いに独立に単結合又は炭素数1〜6の直鎖状或いは分岐状の2価の炭化水素基、炭素数4〜12の脂環式の2価の炭化水素基を示し、Rは少なくとも一つの水素原子がフッ素原子で置換された炭素数1〜12の直鎖状もしくは分岐状の1価の炭化水素基、または少なくとも一つの水素原子がフッ素原子で置換された炭素数3〜20の脂環式の1価の炭化水素基を示す。)
Figure 0005565042
(一般式(2)中、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示し、Rは少なくとも一つの水素原子がフッ素原子で置換された炭素数1〜12の直鎖状もしくは分岐状の1価の炭化水素基、または少なくとも一つの水素原子がフッ素原子で置換された炭素数3〜20の脂環式の1価の炭化水素基を示す。)
Figure 0005565042
(一般式(3)中、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示し、Rは炭素数1〜12の直鎖状もしくは分岐状の1価の炭化水素基、または炭素数3〜20の脂環式の1価の炭化水素基を示す。)
Figure 0005565042
(一般式(4)において、Rは、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示し、R10は、単結合、又は炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状の2価の炭化水素基を示す。)
At least one selected from the group consisting of the repeating unit represented by the following general formula (1-1) and the repeating unit represented by (1-2), the repeating unit represented by the following general formula (2) and the following general A polymer (A) containing a repeating unit represented by the formula (3);
Contains at least one selected from the group consisting of the repeating unit represented by the following general formula (1-1) and the repeating unit represented by (1-2), and a repeating unit represented by the following general formula (4) A polymer (B)
A composition for forming a liquid immersion upper layer film comprising a solvent (S).
Figure 0005565042
(In the general formulas (1-1) and (1-2), R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group. R 2 and R 3 are each independently a single bond or a C 1-6 carbon atom. A linear or branched divalent hydrocarbon group or an alicyclic divalent hydrocarbon group having 4 to 12 carbon atoms, wherein R 4 is a carbon number in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom. 1 to 12 linear or branched monovalent hydrocarbon group, or an alicyclic monovalent hydrocarbon group having 3 to 20 carbon atoms in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom. )
Figure 0005565042
(In the general formula (2), R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group, and R 5 represents a linear or branched group having 1 to 12 carbon atoms in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom. A monovalent hydrocarbon group in the form of a ring, or an alicyclic monovalent hydrocarbon group having 3 to 20 carbon atoms in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom.)
Figure 0005565042
(In the general formula (3), R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group, and R 6 represents a linear or branched monovalent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, or the number of carbon atoms. 3 to 20 alicyclic monovalent hydrocarbon groups are shown.)
Figure 0005565042
(In General Formula (4), R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group, and R 10 represents a single bond or a linear or branched divalent divalent having 1 to 6 carbon atoms. Indicates a hydrocarbon group.)
上記一般式(3)で表される繰り返し単位の割合が、重合体(A)の全繰り返し単位に対して、1〜60モル%である請求項1に記載の液浸上層膜形成用組成物。   The composition for forming a liquid immersion upper layer film according to claim 1, wherein the ratio of the repeating unit represented by the general formula (3) is 1 to 60 mol% with respect to all the repeating units of the polymer (A). . 前記一般式(3)において、Rが炭素数3〜20の脂環式の1価の炭化水素基である請求項1または2に記載の液浸上層膜形成用組成物。 3. The composition for forming a liquid immersion upper layer film according to claim 1, wherein, in the general formula (3), R 6 is an alicyclic monovalent hydrocarbon group having 3 to 20 carbon atoms. 下記一般式(5−1)で表される繰り返し単位、下記一般式(5−2)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(5−3)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも1種と、上記一般式(4)で表される繰り返し単位と、を含有する重合体(C)をさらに含む請求項1からのいずれか一項に記載の液浸上層膜形成用組成物。
Figure 0005565042
(一般式(5−1)〜(5−3)において、Rはそれぞれ独立に水素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基を示し、R12及びR13はそれぞれ独立に炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状の2価の炭化水素基、又は炭素数4〜12の2価の脂環式炭化水素基を示す。)
At least 1 of the repeating unit represented by the following general formula (5-1), the repeating unit represented by the following general formula (5-2), and the repeating unit represented by the following general formula (5-3) The composition for liquid immersion upper film formation as described in any one of Claim 1 to 3 which further contains the polymer (C) containing a seed | species and the repeating unit represented by the said General formula (4).
Figure 0005565042
(In the general formulas (5-1) to (5-3), each R 1 independently represents a hydrogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group, and each of R 12 and R 13 independently represents one having 1 to 6 carbon atoms. A linear or branched divalent hydrocarbon group or a divalent alicyclic hydrocarbon group having 4 to 12 carbon atoms is shown.)
前記重合体(A)が、前記一般式(1−1)で表される繰り返し単位、及び前記一般式(2)で表される繰り返し単位、及び前記一般式(3)で表される繰り返し単位を含有するものであり、前記重合体(B)が、前記一般式(1−1)で表される繰り返し単位、及び前記一般式(4)で表される繰り返し単位を含有するものであり、前記重合体(C)が、前記一般式(4)で表される繰り返し単位、及び前記一般式(5−1)で表される繰り返し単位を含有するものである請求項記載の液浸上層膜形成用組成物。 The polymer (A) is a repeating unit represented by the general formula (1-1), a repeating unit represented by the general formula (2), and a repeating unit represented by the general formula (3). The polymer (B) contains a repeating unit represented by the general formula (1-1) and a repeating unit represented by the general formula (4), The liquid immersion upper layer according to claim 4, wherein the polymer (C) contains a repeating unit represented by the general formula (4) and a repeating unit represented by the general formula (5-1). Film forming composition. 前記重合体(A)の含有割合が、重合体全量を100質量%とした場合に、20〜60質量%である請求項に記載の液浸上層膜形成用組成物。 The composition for forming a liquid immersion upper layer film according to claim 5 , wherein the content of the polymer (A) is 20 to 60% by mass when the total amount of the polymer is 100% by mass. 請求項1からのいずれか一項に記載の液浸上層膜形成用組成物を用いてなることを特徴とする液浸上層膜。 A liquid immersion upper film comprising the liquid upper film formation composition according to any one of claims 1 to 6 . 基板上にフォトレジスト組成物を塗布してフォトレジスト膜を形成する工程(1)と、
請求項1からのいずれか一項に記載の液浸上層膜形成用組成物を前記フォトレジスト膜上に塗布して前記フォトレジスト膜上に上層膜を形成する工程(2)と、
前記上層膜上に液浸媒体を配し、所定のパターンを有するマスクおよび液浸液体を通過させた露光光を、前記上層膜及び前記フォトレジスト膜に照射することによって、前記上層膜及び前記フォトレジスト膜を露光する工程(3)と、
露光された前記上層膜及び前記フォトレジスト膜を現像液で現像する工程(4)と、
を備えるレジストパターン形成方法。
A step (1) of applying a photoresist composition on a substrate to form a photoresist film;
Applying the composition for forming a liquid immersion upper layer film according to any one of claims 1 to 6 on the photoresist film to form an upper layer film on the photoresist film;
An immersion medium is disposed on the upper layer film, and the upper layer film and the photo resist film are irradiated with exposure light having passed through a mask having a predetermined pattern and an immersion liquid, and thereby the upper layer film and the photo film. A step (3) of exposing the resist film;
Developing the exposed upper layer film and the photoresist film with a developer (4);
A resist pattern forming method comprising:
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