JP5682363B2 - Topcoat composition and pattern forming method using the same - Google Patents
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Description
本発明は、フォトリソグラフィーによるパターン形成時に、レジスト膜上にコートするトップコート用組成物およびそれを用いたパターン形成方法に関する。特に、本発明のトップコート用組成物は、波長300nm以下の紫外光を用いた液浸リソグラフィー、即ち液浸露光プロセスに適する。 The present invention relates to a topcoat composition that coats a resist film during pattern formation by photolithography and a pattern formation method using the same. In particular, the topcoat composition of the present invention is suitable for immersion lithography using an ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less, that is, an immersion exposure process.
近年、コンピューターを始めとするデジタル機器の発展により、二次元、三次元画像データ等の膨大な量のデータの演算処理が可能となってきた。これを実現するためには単位時間当たりの処理量の増加が不可欠であり、高速処理に見合う大容量且つ高速転送が可能なメモリ、およびより高速なマイクロプロセッサが要求され、そのスペックは益々高度のものとなりつつある。また、インターネット等のネットワークのブロードバンド化が加速し、デジタル機器に要求される演算処理能力は益々高まっていくものと予想される。 In recent years, with the development of digital devices such as computers, it has become possible to perform calculation processing of enormous amounts of data such as two-dimensional and three-dimensional image data. In order to realize this, it is indispensable to increase the processing amount per unit time, and a memory capable of high-capacity and high-speed transfer suitable for high-speed processing and a higher-speed microprocessor are required. It is becoming a thing. In addition, it is expected that the processing capacity required for digital devices will increase more and more as the broadband of networks such as the Internet accelerates.
これら要求を満たすために、半導体素子および各種デバイス機器には、より一層の素子および回路の高密度、高集積化が求められる。高密度、高集積化に伴い微細且つ高精度なパターン加工を可能とするフォトリソグラフィー技術は益々高度なものとなり、より高精度なパターンを与える露光装置の検討がなされてきた。尚、フォトリソグラフィーとは、感光性の物質(フォトレジスト)を塗布した基板表面を、所望のパターンに露光することである。また、フォトリソグラフィー技術は、フォトレジストの露光された部分と露光されていない部分の現像液による溶解度の差異により、レジストからなるパターンを基板上に形成させる技術である。 In order to satisfy these requirements, semiconductor elements and various device devices are required to have higher density and higher integration of elements and circuits. With high density and high integration, photolithography technology that enables fine and high-precision pattern processing has become more and more advanced, and an exposure apparatus that gives a higher-precision pattern has been studied. Photolithography refers to exposing a substrate surface coated with a photosensitive substance (photoresist) to a desired pattern. The photolithography technique is a technique for forming a resist pattern on a substrate based on a difference in solubility between the exposed portion of the photoresist and the unexposed portion due to the developer.
このような、フォトリソグラフィー技術において、短波長の紫外光を用いることによって、より微細且つ高精度なパターンが得られるようになって来た、例えば、波長248nmのフッ化クリプトンエキシマレーザー(以下、KrFレーザーと呼ぶ)、波長193nmのフッ化アルゴンエキシマレーザー(以下、ArFレーザーと呼ぶ)がフォトリソグラフィーに使用される。 In such a photolithography technique, a finer and more accurate pattern can be obtained by using short-wavelength ultraviolet light. For example, a krypton fluoride excimer laser (hereinafter referred to as KrF) having a wavelength of 248 nm. An argon fluoride excimer laser (hereinafter referred to as ArF laser) having a wavelength of 193 nm is used for photolithography.
また、半導体素子製造装置であるステッパー型露光装置(縮小投影型露光装置)に用いられる縮小投影レンズにおいては、レンズの光学設計技術の進歩により解像度が大きく向上し、フォトリソグラフィー技術による半導体素子の高密度、高集積化に大いに貢献している。ステッパー型露光装置は、極精細フォトマスクであるレチクルのパターンを縮小投影レンズにて縮小させウェハー上のフォトレジストに露光する。 Further, in a reduction projection lens used in a stepper type exposure apparatus (reduction projection type exposure apparatus) which is a semiconductor element manufacturing apparatus, the resolution is greatly improved by the advancement of the optical design technique of the lens, and the high performance of the semiconductor element by the photolithography technique. Contributes greatly to density and high integration. The stepper type exposure apparatus reduces a reticle pattern, which is an ultrafine photomask, with a reduction projection lens, and exposes a photoresist on a wafer.
ステッパー型露光装置に使用されるレンズの分解能は、NA(開口数)で表されるが、空気中ではNAは0.9程度が物理的な限界とされており、既に達成されている。 The resolution of a lens used in a stepper type exposure apparatus is represented by NA (numerical aperture), and in air, NA is about 0.9, which has already been achieved.
例えば、ArFレーザー(波長:193nm)を使用したフォトリソグラフィーにおいては、レンズとウェハーの間の空間を空気よりも屈折率の高い媒体で満たすことによって、NAを1.0以上に引き上げる試みがなされており、特に媒体として純水(以下、単に水という場合もある)を使った液浸方式による露光、即ち、液浸リソグラフィーが注目される。 For example, in photolithography using an ArF laser (wavelength: 193 nm), an attempt has been made to raise NA to 1.0 or more by filling the space between the lens and the wafer with a medium having a higher refractive index than air. In particular, exposure by an immersion method using pure water (hereinafter sometimes simply referred to as water) as a medium, that is, immersion lithography is attracting attention.
しかしながら、液浸リソグラフィーにおいては、レジスト膜が媒体(例えば水)と接触することから様々な問題点が指摘されてきた。 However, in the immersion lithography, various problems have been pointed out because the resist film comes into contact with a medium (for example, water).
例えば、露光によってレジスト膜中に発生した酸や、クエンチャーとして加えたアミン化合物が水に溶解することに起因しレジストの溶解性が変化し、パターン加工精度が甘くなることで、意図したパターン形状と差異が生じること、またレジストの膨潤による露光済のレジストパターンの倒れ(パターン倒れ)等が挙げられる。 For example, the acid pattern generated by exposure and the amine compound added as a quencher are dissolved in water, so that the solubility of the resist changes and the pattern processing accuracy is reduced. And the exposed resist pattern collapse (pattern collapse) due to the swelling of the resist.
解決手段としては、レジスト膜と水とを完全に分離すべく、レジスト膜上にトップコート層を設けることが有効である。 As a solution, it is effective to provide a topcoat layer on the resist film in order to completely separate the resist film and water.
従って、トップコート用組成物には、透明性、良好な現像液溶解性、溶剤溶解性および純水に対する耐性(撥水性)が要求される。尚、本発明において、溶剤溶解性とは、トップコート用組成物を溶剤に溶かしてトップコート液を調製する際の、トップコート用組成物の溶剤に対する溶解性をいい、現像液溶解性とは、レジスト上にトップコート液を塗布しトップコート膜と成し、露光した後にトップコート膜および露光部のレジスト膜を溶解させるが、その際のトップコート膜の現像液に対する溶解性をいう。 Accordingly, the topcoat composition is required to have transparency, good developer solubility, solvent solubility, and resistance to pure water (water repellency). In the present invention, the solvent solubility means the solubility of the topcoat composition in the solvent when the topcoat composition is dissolved in the solvent to prepare the topcoat solution. The top coat solution is applied onto the resist to form a top coat film, and after exposure, the top coat film and the resist film in the exposed portion are dissolved. The solubility of the top coat film in the developer at that time is referred to.
かかる要求を満たすトップコート用組成物として、例えば、特許文献1には、ヘキサフルオロイソプロパノール基を2個以上含むユニット(構造単位)を含む繰り返し単位を有する化合物を含むトップコート組成物が開示されている。本トップコート用組成物は、現像液溶解性に優れ、且つレジストの膨潤を抑制できる。 As a composition for a top coat satisfying such requirements, for example, Patent Document 1 discloses a top coat composition containing a compound having a repeating unit containing a unit (structural unit) containing two or more hexafluoroisopropanol groups. Yes. The composition for top coat is excellent in developer solubility and can suppress swelling of the resist.
また、レジストにおいては基板への密着性を確保するためにラクトンユニットが用いられ、特に透明性、ドライエッチング耐性に優れた脂環ラクトンが優れていることが知られ、例えば、非特許文献1に記載される。 In addition, lactone units are used in resists to ensure adhesion to the substrate, and it is known that alicyclic lactones having excellent transparency and dry etching resistance are particularly excellent. be written.
液浸リソグラフィーでは、露光後に媒体(水)が残存すると欠陥の原因になるためトップコート用組成物に撥水性があることが要求されるようになってきた。トップコート用組成物は、相反する性質である撥水性と現像液溶解性とを併せ持つことが好ましい。 In immersion lithography, if the medium (water) remains after exposure, it causes defects, and the topcoat composition is required to have water repellency. The topcoat composition preferably has both water repellency and developer solubility, which are contradictory properties.
しかしながら、その繰り返しユニットにヘキサフロオルイソプロパノール基を2個以上有する化合物を含む、特許文献1に記載のトップコート用組成物は、複数のOH基を有し、撥水性に優れるとは言い難かった。 However, the topcoat composition described in Patent Document 1 containing a compound having two or more hexafluoroisopropanol groups in its repeating unit has a plurality of OH groups and is hardly said to have excellent water repellency. .
上述したように脂環ラクトンは透明性、ドライエッチング耐性に優れていることが知られているが、溶剤溶解性および現像液溶解性がトップコート用途には適しているとは言えなかった。 As described above, alicyclic lactones are known to have excellent transparency and dry etching resistance, but their solvent solubility and developer solubility were not suitable for top coat applications.
よって、特許文献1に記載のトップコート用組成物、非特許文献1に記載のレジストを、長300nm以下の紫外線を用いてフォトリソグラフィー、特に液浸リソグラフィーにてパターン形成を行う際にレジスト膜に塗布するトップコート用組成物に使用するには、撥水性または現像液溶解性のいずれかに不安があった。 Therefore, when the topcoat composition described in Patent Document 1 and the resist described in Non-Patent Document 1 are subjected to pattern formation by photolithography, particularly immersion lithography, using ultraviolet rays having a length of 300 nm or less. When used for the topcoat composition to be applied, there was concern about either water repellency or developer solubility.
本発明は、かかる問題を解決し、波長300nm以下の電磁波である高エネルギー線または電子線を用いてフォトリソグラフィー、特に液浸リソグラフィーにてパターン形成を行う際にレジスト膜に塗布するトップコート用組成物であって、好適な撥水性および現像液溶解性を備えることで、極めて微細且つ高精度なパターンを与える有用なトップコート用組成物を提供することを課題とする。 The present invention solves such a problem, and a composition for top coat which is applied to a resist film when patterning is performed by photolithography, particularly immersion lithography, using a high energy beam or electron beam which is an electromagnetic wave having a wavelength of 300 nm or less. An object of the present invention is to provide a useful topcoat composition that provides a very fine and highly accurate pattern by providing suitable water repellency and developer solubility.
本発明において、トップコート用組成物に用いる含フッ素ポリマー化合物の化学構造中の繰り返し単位のために、含フッ素ラクトンモノマー化合物を導入した。このことで、相反する性質である撥水性および現像液溶解性を併せ持つトップコート用組成物が得られた。 In the present invention, a fluorine-containing lactone monomer compound is introduced for the repeating unit in the chemical structure of the fluorine-containing polymer compound used in the topcoat composition. Thus, a top coat composition having both water repellency and developer solubility, which are contradictory properties, was obtained.
即ち、本発明において、フォトリソグラフィーに適用させるために、含フッ素ラクトンモノマー化合物を重合させた含フッ素ラクトンポリマー化合物を材料に用いて、トップコート用組成物を調製したところ、液浸リソグラフィーに用いるに好適な、微細且つ高精度のパターンを得るに有用な現像液溶解性および撥水性を持つトップコート用組成物が得られた。 That is, in the present invention, when a topcoat composition is prepared using a fluorine-containing lactone polymer compound obtained by polymerizing a fluorine-containing lactone monomer compound as a material for application to photolithography, the composition is used for immersion lithography. A top coat composition having a developer solubility and water repellency useful for obtaining a fine, high-precision pattern was obtained.
具体的には、ラクトン化合物は透明性に優れるので、レジスト膜に塗布するためのトップコート用組成物として用いることで、微細且つ高精度なパターンが得られる可能性がある。さらに、ラクトン化合物に、特定の含フッ素アルキル基を付加させたことで、フォトリソグラフィー、特に液浸リソグラフィーにてパターン形成を行う際に、好適な撥水性および現像液溶解性を備えるトップコート用組成物が得られた。 Specifically, since a lactone compound is excellent in transparency, a fine and highly accurate pattern may be obtained by using it as a composition for a top coat for application to a resist film. Furthermore, by adding a specific fluorine-containing alkyl group to the lactone compound, a composition for a top coat having suitable water repellency and developer solubility when performing pattern formation by photolithography, particularly immersion lithography. Things were obtained.
即ち、本発明は以下の発明より構成される。 That is, this invention is comprised from the following invention.
[発明1]
下記一般式(1)で表される繰返し単位を化学構造中に有する含フッ素ラクトンポリマー化合物を含有することを特徴とするトップコート用組成物。
A topcoat composition comprising a fluorine-containing lactone polymer compound having a repeating unit represented by the following general formula (1) in a chemical structure .
(式(1)中、R1、R2、R3、R4はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分枝鎖状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基であり、R5はそれぞれ独立に水素原子、フッ素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐鎖状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基であり、フッ素を有していてもよく、Rfはそれぞれ独立に炭素数1〜4の直鎖状パーフルオロアルキル基である。)
即ち、本発明のトップコート用組成物が含有する含フッ素ラクトンポリマー化合物の有する前記繰り返し単位は、以下、3点の特徴を兼ね備える。
(In the formula (1), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or A cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, and each R 5 independently represents a hydrogen atom, a fluorine atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or a carbon number. (It is a 3-6 cyclic alkyl group, may have fluorine, and Rf is a C1-C4 linear perfluoroalkyl group each independently.)
That is, the repeating unit having a top fluorinated lactone polymer compound coating composition contains the present invention, hereinafter, combines the features of three points.
その1.エステル結合のアルコール部位の1位炭素が3級になっている点。即ち、酸分解性を持つ繰り返し単位の特徴を有する。 1. The point 1 carbon of the alcohol part of the ester bond is tertiary. That is, it has the feature of a repeating unit having acid decomposability.
その2.前記アルコール部位がラクトン構造を有する点。即ち、密着性を持つ繰り返し単位の特徴を有する。 No.2. The point that the alcohol site has a lactone structure. That is, it has the feature of a repeating unit having adhesiveness.
その3.前記ラクトン構造にパーフルオロアルキル基であるRfが付加している点。即ち、パーフルオロアルキル基の導入効果により、従来よりも、撥水性および溶剤溶解性を向上させる。 3 Rf which is a perfluoroalkyl group is added to the lactone structure. That is, the water repellency and solvent solubility are improved as compared with the prior art due to the introduction effect of the perfluoroalkyl group.
[発明2]
下記一般式(2)で表される含フッ素ラクトンモノマー化合物と他の重合性単量体とが重合した含フッ素ラクトンポリマー化合物を含有することを特徴とするトップコート用組成物。
A topcoat composition comprising a fluorine-containing lactone polymer compound obtained by polymerizing a fluorine-containing lactone monomer compound represented by the following general formula (2) and another polymerizable monomer.
(式(2)中、R1、R2、R3、R4はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分枝鎖状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基であり、R5は水素原子、フッ素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐鎖状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基であり、フッ素を有していてもよく、Rfは炭素数1〜4の直鎖状パーフルオロアルキル基である。)
即ち、一般式(2)で表される含フッ素ラクトンモノマー化合物と、一般式(2)で表される含フッ素ラクトンモノマー化合物を除く他の重合性単量体とが重合したことを特徴とする発明1のトップコート用組成物である。
(In the formula (2), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or A cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, and R 5 is a hydrogen atom, a fluorine atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or 3 to 6 carbon atoms. The cyclic alkyl group may have fluorine, and R f is a linear perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms.)
That is, the fluorine-containing lactone monomer compound represented by the general formula (2) is polymerized with another polymerizable monomer other than the fluorine-containing lactone monomer compound represented by the general formula (2). It is the composition for topcoats of the invention 1.
[発明3]
R5が、水素原子、フッ素原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、パーフルオロエチル基またはシクロヘキシル基であることを特徴とする発明1または発明2のトップコート用組成物。
[Invention 3]
R 5 is hydrogen atom, fluorine atom, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl. The topcoat composition of invention 1 or invention 2, wherein the composition is a group, a perfluoroethyl group or a cyclohexyl group.
[発明4]
R1、R2およびR5がメチル基であり、R3およびR4が水素原子であることを特徴とする発明1乃至発明3のいずれかのトップコート用組成物。
[Invention 4]
The topcoat composition according to any one of Inventions 1 to 3 , wherein R 1 , R 2 and R 5 are methyl groups, and R 3 and R 4 are hydrogen atoms.
[発明5]
Rfがトリフルオロメチル基であることを特徴とする発明1乃至発明4のいずれかのトップコート用組成物。
[Invention 5]
Rf is a trifluoromethyl group, The composition for topcoats in any one of invention 1 thru | or invention 4 characterized by the above-mentioned.
また、一般式(2)で表される含フッ素ラクトンモノマー化合物は、種々の重合性単量体と重合可能であり幅広いものが用いられるが、中でも(メタ)アクリル酸エステルの重合性が高く、特にヘキサフルオロイソプロピル基を有するものが好適に使用される。 In addition, the fluorinated lactone monomer compound represented by the general formula (2) can be polymerized with various polymerizable monomers, and a wide range of compounds are used. Among them, (meth) acrylic acid ester has high polymerizability, In particular, those having a hexafluoroisopropyl group are preferably used.
[発明6]
前記他の重合性単量体が、少なくとも(メタ)アクリル酸エステルを含むことを特徴とする発明2乃至発明5のいずれかのトップコート用組成物。
[Invention 6]
The top coat composition according to any one of inventions 2 to 5, wherein the other polymerizable monomer contains at least a (meth) acrylic acid ester.
好ましくは、前記他の重合性単量体が、少なくともヘキサフルオロイソプロピル基を有する(メタ)アクリル酸エステルを含むことを特徴とする発明1〜5のいずれかのトップコート用組成物である。 Preferably, in the topcoat composition according to any one of inventions 1 to 5, wherein the other polymerizable monomer contains at least a (meth) acrylic acid ester having a hexafluoroisopropyl group.
ヘキサフルオロイソプロピル基を有する(メタ)アクリル酸エステルは、トップコート用組成物の極性向上に寄与し、トップコート液を調製する際の溶剤溶解性を向上させる。 The (meth) acrylic acid ester having a hexafluoroisopropyl group contributes to improving the polarity of the topcoat composition and improves the solvent solubility when preparing the topcoat solution.
また、酸によって分解する酸分解性は、前記含フッ素ラクトンモノマー化合物が有しているものの、別途、酸分解性の重合性単量体をさらに加えてもよく、トップコート膜の現像液溶解性が向上する。 In addition, the acid-decomposable ability to be decomposed by an acid is included in the fluorine-containing lactone monomer compound, but an acid-decomposable polymerizable monomer may be added separately, and the solubility of the topcoat film in the developer Will improve.
以上のことから、一般式(2)で表される含フッ素ラクトンモノマー化合物、ヘキサフルオロイソプロピル基を有する(メタ)アクリル酸エステルおよび酸分解性重合性単量体を有する3成分以上が重合したトップコート用組成物が特に好ましい。即ち、前記重合性単量体が、ヘキサフルオロイソプロピル基を有する(メタ)アクリル酸エステルまたは酸分解性重合性単量体であることが好ましい。 From the above, the top in which three or more components having a fluorine-containing lactone monomer compound represented by the general formula (2), a (meth) acrylic acid ester having a hexafluoroisopropyl group and an acid-decomposable polymerizable monomer are polymerized A coating composition is particularly preferred. That is, the polymerizable monomer is preferably a (meth) acrylic acid ester having a hexafluoroisopropyl group or an acid-decomposable polymerizable monomer.
[発明7]
重合性単量体が、ヘキサフルオロイソプロピル基を有する(メタ)アクリル酸エステルまたは酸分解性重合性化合物であることを特徴とする発明2乃至発明6のいずれかのトップコート用組成物。
[Invention 7]
The topcoat composition according to any one of inventions 2 to 6, wherein the polymerizable monomer is a (meth) acrylic acid ester having a hexafluoroisopropyl group or an acid-decomposable polymerizable compound.
[発明8]
含フッ素ラクトンポリマー化合物の質量平均分子量が1,000以上、1,000,000以下であることを特徴とする発明1乃至発明7のいずれかのトップコート用組成物。
[Invention 8]
The topcoat composition according to any one of Inventions 1 to 7, wherein the fluorine-containing lactone polymer compound has a mass average molecular weight of 1,000 or more and 1,000,000 or less.
当該質量平均分子量が1000以上であると、レジスト膜としたときの強度が得られ、1,000,000以下であるとトップコート液とする際に、好適な溶媒への溶剤溶解性が得られ、平坦なレジスト膜を得やすい。 When the mass average molecular weight is 1000 or more, the strength as a resist film is obtained, and when it is 1,000,000 or less, solvent solubility in a suitable solvent is obtained when a topcoat solution is obtained. It is easy to obtain a flat resist film.
[発明9]
発明1乃至発明8のいずれかのトップコート液とと溶剤とを含むことを特徴とするトップコート液。
[Invention 9]
A topcoat solution comprising the topcoat solution according to any one of Inventions 1 to 8 and a solvent.
[発明10]
発明9のトップコート液をレジスト塗布済の基板に塗布する第1の工程と、当該基板を加熱する第2の工程と、波長300nm以下の電磁波である高エネルギー線または電子線を用いてフォトマスクを介してレジストを露光する第3の工程と、現像液を用いて露光部位のレジストを溶解しパターン形成する第4の工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
[Invention 10]
A first step of applying the topcoat liquid of the invention 9 to a resist-coated substrate, a second step of heating the substrate, and a photomask using a high energy beam or an electron beam that is an electromagnetic wave having a wavelength of 300 nm or less A pattern forming method comprising: a third step of exposing the resist via the step; and a fourth step of dissolving the resist at the exposed portion using a developer to form a pattern.
本発明により、特定の含フッ素ラクトンモノマー化合物が重合した含フッ素ラクトン化合物をを含むトップコート用組成物、含フッ素ラクトンモノマーと他の重合性単量体とが重合した含フッ素ラクトンポリマー化合物を含むトップコート用組成物、これらトップコート用組成物に溶剤を加えてなる本発明のトップコート液が得られた。トップコート液とした際に、従来より撥水性および現像液溶解性が増したことで、波長300nm以下の紫外光を用いてフォトリソグラフィー、特に液浸リソグラフィーにて、レジスト膜上に塗布した後にパターン形成を行うと、極めて微細且つ高精度なパターン形状を得ることができる。 According to the present invention, a composition for a topcoat containing a fluorine-containing lactone compound obtained by polymerizing a specific fluorine-containing lactone monomer compound, and a fluorine-containing lactone polymer compound obtained by polymerizing a fluorine-containing lactone monomer and another polymerizable monomer are included. Topcoat compositions and topcoat liquids of the present invention obtained by adding a solvent to these topcoat compositions were obtained. When the top coat solution is used, the water repellency and developer solubility are increased, so that the pattern after being applied on the resist film by photolithography, particularly immersion lithography, using ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less. When formed, an extremely fine and highly accurate pattern shape can be obtained.
以下、本発明を詳細に説明する。本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更し実施することができる。なお、本明細書は、本願優先権主張の基礎となる特願2010−39242号明細書の全体を包含する。また、本明細書において引用された全ての刊行物、例えば先行技術文献、及び公開公報、特許公報その他の特許文献は、参照として本明細書に組み込まれる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. The scope of the present invention is not limited to these descriptions, and other than the following examples, the scope of the present invention can be appropriately changed and implemented without departing from the spirit of the present invention. In addition, this specification includes the whole of Japanese Patent Application No. 2010-39242 specification used as the basis of this application priority claim. In addition, all publications cited in the present specification, for example, prior art documents, and publications, patent publications and other patent documents are incorporated herein by reference.
以下、本発明を構成する各要素について説明する。 Hereafter, each element which comprises this invention is demonstrated.
[含フッ素ラクトンモノマー化合物]
本発明のトップコート用組成物に用いる一般式(2)で表される含フッ素ラクトンモノマー化合物は、重合性アクリルのカルボン酸部位とアルコール部位を有する含フッ素ラクトンのアルコール部位とがエステル結合したものである。当該含フッ素ラクトンモノマー化合物を用いて調製したトップコート用組成物は、従来のフッ素を持たないラクトンモノマーを用いて調製したトップコート用組成物と比較して、撥水性および現像液溶解性の向上を果たすことができる。
[Fluorine-containing lactone monomer compound]
The fluorine-containing lactone monomer compound represented by the general formula (2) used in the topcoat composition of the present invention is an ester-bonded carboxylic acid moiety of a polymerizable acrylic and an alcohol moiety of a fluorine-containing lactone having an alcohol moiety. It is. The topcoat composition prepared using the fluorine-containing lactone monomer compound has improved water repellency and developer solubility compared to a conventional topcoat composition prepared using a lactone monomer having no fluorine. Can be fulfilled.
即ち、一般式(2)に示すように、さらに含フッ素基を導入することにより、当該含フッ素ラクトンモノマー化合物を用いて調製したトップコート用組成物に撥水性および現像液溶解性の向上を果たすことができる。 That is, as shown in the general formula (2), the introduction of a fluorine-containing group further improves water repellency and developer solubility in a topcoat composition prepared using the fluorine-containing lactone monomer compound. be able to.
一般式(2)で表される含フッ素ラクトンモノマー化合物において、R1、R2、R3、R4はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分枝鎖状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基であり、R5は水素原子、フッ素原子、炭素数1〜6の直鎖アルキル基、炭素数3〜6の分岐鎖アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基であり、フッ素原子を有していてもよく、Rfは炭素数1〜4の直鎖状パーフルオロアルキル基である。 In the fluorine-containing lactone monomer compound represented by the general formula (2), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or 3 to 3 carbon atoms. A branched alkyl group having 6 or a cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, and R 5 is a hydrogen atom, a fluorine atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms. Or a cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, which may have a fluorine atom, and R f is a linear perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
当該含フッ素ラクトンモノマー化合物を重合させ、含フッ素ラクトンポリマー化合物とした際の、撥水性および現像液溶解性の向上のためには、一般式(2)で表される含フッ素ラクトンモノマー化合物において、R5が水素原子、フッ素原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、パーフルオロエチル基またはシクロヘキシル基であることが好ましく、さらに、R1、R2およびR5がメチル基であり、R3およびR4が水素原子であることが好ましく、さらに、Rfがトリフルオロメチル基であることが好ましい。 In order to improve water repellency and developer solubility when the fluorine-containing lactone monomer compound is polymerized into a fluorine-containing lactone polymer compound , in the fluorine-containing lactone monomer compound represented by the general formula (2), R 5 is a hydrogen atom, fluorine atom, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group , A perfluoroethyl group or a cyclohexyl group, R 1 , R 2 and R 5 are preferably methyl groups, R 3 and R 4 are preferably hydrogen atoms, and R f is a trimethyl group. A fluoromethyl group is preferred.
これらの含フッ素ラクトンモノマー化合物は一般的な手法で合成できる。例えば、R1、R2およびR5がメチル基、R3およびR4が水素原子、Rfがトリフルオロメチル基である化合物は、市販の含フッ素ラクトニルアルコールとメタクリル酸との脱水縮合反応、もしくは含フッ素ラクトニルアルコールとメタクリル酸無水物、メタクリル酸クロリドとのカップリング反応、もしくは含フッ素ラクトニルアルコールとメタクリル酸メチルとのエステル交換反応により合成することができる。 These fluorine-containing lactone monomer compounds can be synthesized by a general method. For example, a compound in which R 1 , R 2 and R 5 are methyl groups, R 3 and R 4 are hydrogen atoms, and R f is a trifluoromethyl group is a dehydration condensation reaction between a commercially available fluorine-containing lactonyl alcohol and methacrylic acid. Alternatively, it can be synthesized by a coupling reaction between a fluorine-containing lactonyl alcohol and methacrylic anhydride or methacrylic acid chloride, or a transesterification reaction between a fluorine-containing lactonyl alcohol and methyl methacrylate.
反応により得られた含フッ素ラクトンモノマー化合物は必要に応じて再結晶、クロマトグラフィー、蒸留等の方法により精製することが可能である。 The fluorine-containing lactone monomer compound obtained by the reaction can be purified by a method such as recrystallization, chromatography, distillation or the like, if necessary.
[含フッ素ラクトンポリマー化合物]
本発明のトップコート用組成物に用いる一般式(1)で表される繰り返し単位を含む含フッ素ラクトンポリマー化合物は、一般式(2)で表される含フッ素ラクトンモノマー化合物の有する重合性二重結合が開裂して単独でまたは後に説明する他の重合性二重結合を有するモノマー化合物と共重合してポリマーの骨格を形成しているものである。
[Fluorine-containing lactone polymer compound]
The fluorine-containing lactone polymer compound containing the repeating unit represented by the general formula (1) used in the composition for a top coat of the present invention is a polymerizable double having the fluorine-containing lactone monomer compound represented by the general formula (2). A bond is cleaved to form a polymer skeleton alone or copolymerized with a monomer compound having other polymerizable double bond described later.
一般式(1)で表される繰り返し単位を有する含フッ素ラクトンポリマー化合物において、R1、R2、R3、R4はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分枝鎖状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基であり、R5はそれぞれ独立に水素原子、フッ素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐鎖状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基であり、フッ素を有していてもよく、Rfはそれぞれ独立に炭素数1〜4の直鎖状パーフルオロアルキル基である。 In the fluorine-containing lactone polymer compound having a repeating unit represented by the general formula (1), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, A branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms or a cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, and each R 5 is independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, carbon A branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms or a cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, which may have fluorine, and R f is each independently a linear perfluoroalkyl having 1 to 4 carbon atoms. It is a group.
一般式(2)で表される含フッ素ラクトンモノマー化合物を重合した含フッ素ラクトンポリマー化合物を含有するトップコート用組成物を用い、レジスト上にトップコート膜を形成した際の撥水性と現像液溶解性の向上のためには、これらの含フッ素ラクトンモノマー化合物のうち、R5が水素原子、フッ素原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、パーフルオロエチル基またはシクロヘキシル基であることが好ましく、さらに、R1、R2およびR5がメチル基であり、R3およびR4が水素原子であることが好ましく、さらにRfがトリフルオロメチル基であることが好ましい。 Using a topcoat composition containing a fluorine-containing lactone polymer compound obtained by polymerizing the fluorine-containing lactone monomer compound represented by the general formula (2), water repellency and dissolution of a developer solution when a topcoat film is formed on a resist Among these fluorine-containing lactone monomer compounds, R 5 is a hydrogen atom, fluorine atom, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group. , Tert-butyl group, fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group, perfluoroethyl group or cyclohexyl group, and R 1 , R 2 and R 5 are each a methyl group, and R 3 And R 4 is preferably a hydrogen atom, and R f is preferably a trifluoromethyl group.
[含フッ素ラクトンポリマー化合物の製造]
本発明のトップコート用組成物に用いる含フッ素ラクトンポリマー化合物を製造する際の含フッ素ラクトンモノマー化合物の重合方法としては、一般的に使用される方法であれば特に制限されないが、ラジカル重合、イオン重合等が好ましく、場合により、配位アニオン重合、リビングアニオン重合、カチオン重合、開環メタセシス重合、ビニレン重合またはビニルアディションも可能である。
[Production of fluorinated lactone polymer compound]
The polymerization method of the fluorine-containing lactone monomer compound for producing the fluorine-containing lactone polymer compound used in the topcoat composition of the present invention is not particularly limited as long as it is a generally used method, but radical polymerization, ion Polymerization or the like is preferable, and in some cases, coordination anion polymerization, living anion polymerization, cationic polymerization, ring-opening metathesis polymerization, vinylene polymerization, or vinyl addition is also possible.
ラジカル重合は、ラジカル重合開始剤あるいはラジカル開始源の存在下で、塊状重合、溶液重合、懸濁重合または乳化重合等の公知の重合方法により、回分式、半連続式または連続式のいずれかの操作で行えばよい。 The radical polymerization is carried out in the presence of a radical polymerization initiator or a radical initiator by a known polymerization method such as bulk polymerization, solution polymerization, suspension polymerization or emulsion polymerization, and is either batch-wise, semi-continuous or continuous. This can be done by operation.
ラジカル重合開始剤としては特に限定されるものではないが、例としてアゾ系化合物、過酸化物系化合物、レドックス系化合物が挙げられ、とくにアゾビスイソブチロニトリル、tert−ブチルパーオキシピバレート、ジ−tert−ブチルパーオキシド、i−ブチリルパーオキシド、ラウロイルパーオキサイド、スクシン酸パーオキシド、ジシンナミルパーオキシド、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、tert−ブチルパーオキシアリルモノカーボネート、過酸化ベンゾイル、過酸化水素または過硫酸アンモニウムを用いることが好ましい。 The radical polymerization initiator is not particularly limited, and examples thereof include azo compounds, peroxide compounds, and redox compounds. Particularly, azobisisobutyronitrile, tert-butyl peroxypivalate, Di-tert-butyl peroxide, i-butyryl peroxide, lauroyl peroxide, succinic acid peroxide, dicinnamyl peroxide, di-n-propyl peroxydicarbonate, tert-butyl peroxyallyl monocarbonate, benzoyl peroxide, It is preferable to use hydrogen peroxide or ammonium persulfate.
重合反応に用いる反応容器は特に限定されない。また、重合反応においては、重合溶媒を用いてもよい。重合溶媒としては、ラジカル重合を阻害しないものが好ましく、エステル系溶媒では、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、ケトン系溶媒では、アセトン、メチルイソブチルケトン、炭化水素系溶媒では、シクロヘキサン、アルコール系溶剤では、メタノール、イソプロピルアルコールまたはエチレングリコールモノメチルエーテル、芳香族系溶媒では、トルエン、他には、水、エーテル系溶媒、環状エーテル系溶媒、フロン系溶媒を使用することも可能である。これらの溶剤は単独でもあるいは2種類以上を混合しても使用できる。また、メルカプタンのような分子量調整剤を併用してもよい。共重合反応の反応温度はラジカル重合開始剤あるいはラジカル重合開始源により適宜変更され、通常は20℃以上、200℃以下が好ましく、特に30℃以上、140℃以下が好ましい。 The reaction vessel used for the polymerization reaction is not particularly limited. In the polymerization reaction, a polymerization solvent may be used. As the polymerization solvent, those that do not inhibit radical polymerization are preferable. For ester solvents, ethyl acetate, n-butyl acetate, ketone solvents, acetone, methyl isobutyl ketone, hydrocarbon solvents, cyclohexane, alcohol solvents. In the case of methanol, isopropyl alcohol or ethylene glycol monomethyl ether, and aromatic solvents, toluene, other than water, ether solvents, cyclic ether solvents, and chlorofluorocarbon solvents can be used. These solvents can be used alone or in admixture of two or more. Moreover, you may use together molecular weight regulators, such as a mercaptan. The reaction temperature of the copolymerization reaction is appropriately changed depending on the radical polymerization initiator or radical polymerization initiator, and is usually preferably 20 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, particularly preferably 30 ° C. or higher and 140 ° C. or lower.
得られる含フッ素ラクトンポリマー化合物の溶液または分散液から、有機溶媒または水を除去する方法として、再沈殿、ろ過、減圧下での加熱留出等の方法が可能である。 As a method for removing the organic solvent or water from the resulting solution or dispersion of the fluorine-containing lactone polymer compound, methods such as reprecipitation, filtration, and heating distillation under reduced pressure are possible.
[重合性単量体]
前記含フッ素ラクトンモノマー化合物は、他の重合性単量体との間で、良好に共重合体ポリマーとしての含フッ素ラクトンポリマー化合物を形成し、このような含フッ素ラクトンポリマー化合物をトップコート用組成物に使用することができる。尚、以下において、重合性単量体とは、前記含フッ素ラクトンモノマー化合物を除く他の単量体である。
[Polymerizable monomer]
The fluorine-containing lactone monomer compound forms a fluorine-containing lactone polymer compound as a copolymer polymer well with other polymerizable monomers, and such a fluorine-containing lactone polymer compound is a composition for top coat. Can be used for things. In the following, the polymerizable monomer is another monomer excluding the fluorine-containing lactone monomer compound.
本発明のトップコート用組成物に用いる含フッ素ラクトンポリマー化合物は、一般式(2)で表される含フッ素ラクトンモノマー化合物を単独重合、あるいは以下に述べる他の重合性単量体と共重合したものである。この含フッ素ラクトンポリマー化合物は一般式(2)で表される含フッ素ラクトンモノマー化合物のR5の置換基が結合した二重結合含有基を有する炭素−炭素間の二重結合に基づいて含フッ素ラクトンポリマー化合物の骨格を形成するが、その他の構造は重合反応において変化しない。 The fluorine-containing lactone polymer compound used in the topcoat composition of the present invention is obtained by homopolymerizing the fluorine-containing lactone monomer compound represented by the general formula (2) or copolymerizing with other polymerizable monomers described below. Is. This fluorine-containing lactone polymer compound is fluorine-containing based on a carbon-carbon double bond having a double bond-containing group to which a substituent of R 5 of the fluorine-containing lactone monomer compound represented by the general formula (2) is bonded. It forms the skeleton of the lactone polymer compound, but other structures are not changed in the polymerization reaction.
含フッ素ラクトンポリマー化合物は、一般式(1)で表される繰り返し単位以外に、液浸リソグラフィー用のトップコートの一般的な必要な特性である溶剤溶解性、現像液溶解性、成膜性(ガラス転移点)、撥水性、解像力、耐熱性、レジスト膜との密着性または膜べり(親疎水性、アルカリ可溶性基選択)等を調節する目的で様々な繰り返し単位を含有することができる。 In addition to the repeating unit represented by the general formula (1), the fluorine-containing lactone polymer compound has solvent solubility, developer solubility, and film formability, which are general necessary characteristics of a top coat for immersion lithography ( Various repeating units can be contained for the purpose of adjusting glass transition point), water repellency, resolving power, heat resistance, adhesion to a resist film or film slippage (hydrophobicity, alkali-soluble group selection) and the like.
本発明の含フッ素ラクトンモノマー化合物と共重合可能な重合性単量体を、例を挙げて示せば、無水マレイン酸、アクリル酸エステル類、含フッ素アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、含フッ素メタクリル酸エステル、スチレン系化合物、含フッ素スチレン系化合物、ビニルエーテル、含フッ素ビニルエーテル、アリルエーテル、含フッ素アリルエーテル、オレフィン、含フッ素オレフィン、ノルボルネン化合物、含フッ素ノルボルネン化合物、二酸化硫黄、ビニルシラン、ビニルスルホン酸およびビニルスルホン酸エステルから選ばれた少なくとも一種類以上の重合性単量体が挙げられる。 Examples of the polymerizable monomer copolymerizable with the fluorine-containing lactone monomer compound of the present invention include maleic anhydride, acrylic acid esters, fluorine-containing acrylic acid esters, methacrylic acid esters, and fluorine-containing methacrylic acid. Esters, styrene compounds, fluorine-containing styrene compounds, vinyl ethers, fluorine-containing vinyl ethers, allyl ethers, fluorine-containing allyl ethers, olefins, fluorine-containing olefins, norbornene compounds, fluorine-containing norbornene compounds, sulfur dioxide, vinyl silane, vinyl sulfonic acid and vinyl Examples thereof include at least one polymerizable monomer selected from sulfonic acid esters.
以下、重合性単量体について説明する。 Hereinafter, the polymerizable monomer will be described.
<(メタ)アクリル酸エステル系重合性単量体>
一般式(2)で表される含フッ素ラクトンモノマー化合物は、前記種々の重合性単量体と重合可能であり幅広いものが用いられるが、中でも(メタ)アクリル酸エステルが重合性が高く、特にヘキサフルオロイソプロピル基を有するものが好適に使用される。
<(Meth) acrylic acid ester polymerizable monomer>
The fluorine-containing lactone monomer compound represented by the general formula (2) can be polymerized with the above-mentioned various polymerizable monomers, and a wide variety thereof is used. Among them, (meth) acrylic acid ester has a high polymerization property, Those having a hexafluoroisopropyl group are preferably used.
ヘキサフルオロイソプロピル基を有する(メタ)アクリル酸エステルは、含フッ素ラクトンポリマー化合物の極性向上に寄与し、トップコート液を調製する際の溶剤溶解性を向上させる。 The (meth) acrylic acid ester having a hexafluoroisopropyl group contributes to improving the polarity of the fluorine-containing lactone polymer compound and improves the solvent solubility when preparing the topcoat solution.
また、酸によって分解する酸分解性は、前記含フッ素ラクトンモノマー化合物が有しているものの、別途、酸分解性の重合性単量体をさらに加えてもよく、トップコート膜の現像液溶解性が向上する。 In addition, the acid-decomposable ability to be decomposed by an acid is included in the fluorine-containing lactone monomer compound, but an acid-decomposable polymerizable monomer may be added separately, and the solubility of the topcoat film in the developer Will improve.
以上のことから、一般式(2)で表される含フッ素ラクトンモノマー化合物、ヘキサフルオロイソプロピル基を有する(メタ)アクリル酸エステルおよび酸分解性重合性単量体を有する3成分以上が重合した含フッ素ラクトンポリマー化合物が、トップコート用組成物としては、特に好ましい。即ち、前記重合性単量体が、ヘキサフルオロイソプロピル基を有する(メタ)アクリル酸エステルまたは酸分解性重合性単量体であることが好ましい。 From the above, the fluorine-containing lactone monomer compound represented by the general formula (2), the (meth) acrylic acid ester having a hexafluoroisopropyl group and the three or more components having an acid-decomposable polymerizable monomer are polymerized. A fluorine lactone polymer compound is particularly preferred as the topcoat composition. That is, the polymerizable monomer is preferably a (meth) acrylic acid ester having a hexafluoroisopropyl group or an acid-decomposable polymerizable monomer.
本発明において、重合性単量体には、一般式(2)で表される含フッ素ラクトンモノマー化合物と共重合反応することが容易であることより、アクリル酸エステル、含フッ素アクリル酸エステル、メタクリル酸エステおよび含フッ素メタクリル酸エステルからなる群から選ばれた重合性単量体が、特に好ましく、本発明のトップコート用組成物に好適に用いられる。 In the present invention, the polymerizable monomer can easily be copolymerized with the fluorine-containing lactone monomer compound represented by the general formula (2). A polymerizable monomer selected from the group consisting of an acid ester and a fluorine-containing methacrylic acid ester is particularly preferable, and is suitably used for the topcoat composition of the present invention.
前記重合性単量体としてのアクリル酸エステルには、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、21−エチルヘキシルアクリレート、ラウリルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、3−オキソシクロヘキシルアクリレート、アダマンチルアクリレート、アルキルアダマンチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレートまたはトリシクロデカニルアクリレート、あるいはエチレングリコール、プロピレングリコールもしくはテトラメチレングリコール基を含有したアクリレートが挙げられる。加えて、エチレングリコール、プロピレングリコールもしくはテトラメチレングリコール基を含有したアクリレート、アクリロニトリル、メタクリロニトリルもしくはアルコキシシラン含有のアクリル酸エステル、tert−ブチルアクリレート3−オキソシクロヘキシルアクリレート、アダマンチルアクリレート、メチルアダマンチルアクリレート、エチルアダマンチルアクリレート、ドロキシアダマンチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、トリシクロデカニルアクリレート、またはラクトン環もしくはノルボルネン環の環構造を有したアクリレートあるいはアクリル酸が挙げられる。 The acrylic acid ester as the polymerizable monomer includes methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, n-hexyl acrylate, n-octyl acrylate, 21-ethylhexyl acrylate Lauryl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, tert-butyl acrylate, 3-oxocyclohexyl acrylate, adamantyl acrylate, alkyladamantyl acrylate, cyclohexyl acrylate or tricyclodecanyl acrylate, or ethylene glycol, propylene glycol or Acrylates containing tetramethylene glycol groups are listed. It is. In addition, acrylates containing ethylene glycol, propylene glycol or tetramethylene glycol groups, acrylates containing acrylonitrile, methacrylonitrile or alkoxysilane, tert-butyl acrylate 3-oxocyclohexyl acrylate, adamantyl acrylate, methyl adamantyl acrylate, ethyl Examples thereof include adamantyl acrylate, droxyadamantyl acrylate, cyclohexyl acrylate, tricyclodecanyl acrylate, and acrylate or acrylic acid having a lactone ring or norbornene ring ring structure.
また、前記重合性単量体としてのメタクリル酸エステルには、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、n−オクチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレートまたは2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、あるいはエチレングリコール、プロピレングリコールもしくはテトラメチレングリコール基を含有したメタクリレートが挙げられる。加えて、エチレングリコール、プロピレングリコールもしくはテトラメチレングリコール基を含有したメタクリレート、またはアクリロニトリル、メタクリロニトリルもしくはアルコキシシラン含有のメタクリル酸エステル、tert−ブチルメタクリレート、3−オキソシクロヘキシルメタクリレート、アダマンチルメタクリレート、メチルアダマンチルメタクリレート、エチルアダマンチルメタクリレート、ヒドロキシアダマンチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、トリシクロデカニルメタクリレート、またはラクトン環もしくはノルボルネン環の環構造を有したメタクリレート、またはメタクリル酸が挙げられる。 Examples of the methacrylic acid ester as the polymerizable monomer include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-hexyl methacrylate, n-octyl methacrylate, 2- Mention may be made of ethylhexyl methacrylate, lauryl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate or 2-hydroxypropyl methacrylate, or methacrylates containing ethylene glycol, propylene glycol or tetramethylene glycol groups. In addition, methacrylates containing ethylene glycol, propylene glycol or tetramethylene glycol groups, or methacrylates containing acrylonitrile, methacrylonitrile or alkoxysilane, tert-butyl methacrylate, 3-oxocyclohexyl methacrylate, adamantyl methacrylate, methyladamantyl methacrylate , Ethyladamantyl methacrylate, hydroxyadamantyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, tricyclodecanyl methacrylate, or methacrylate having a ring structure of a lactone ring or a norbornene ring, or methacrylic acid.
また、前記重合性単量体としての、含フッ素アクリル酸エステル、含フッ素メタクリル酸エステルには、フッ素原子またはフッ素原子を有する基がアクリルのα位に含有した重合性単量体、またはエステル部位にフッ素原子を含有した置換基からなるアクリル酸エステルあるいはメタクリル酸エステルであって、α位とエステル部ともにフッ素を含有した含フッ素化合物が挙げられ、本発明に使用できる。 In addition, the fluorine-containing acrylic ester and the fluorine-containing methacrylate ester as the polymerizable monomer include a polymerizable monomer in which a fluorine atom or a group having a fluorine atom is contained at the α-position of the acrylic, or an ester site. A fluorine-containing compound which is an acrylic ester or methacrylic ester comprising a substituent containing a fluorine atom, and which contains fluorine at both the α-position and the ester portion, can be used in the present invention.
さらに、前記重合性単量体には、α位にシアノ基が導入されていてもよく、上述した非フッ素系のアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルのα位にトリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基またはノナフルオロ−n−ブチル基が付与された重合性単量体が好適に使用される。 Further, the polymerizable monomer may have a cyano group introduced at the α-position, and the trifluoromethyl group or trifluoroethyl group at the α-position of the non-fluorinated acrylic acid ester or methacrylic acid ester described above. Alternatively, a polymerizable monomer provided with a nonafluoro-n-butyl group is preferably used.
一方、エステル部位にフッ素を含有する重合性単量体としては、エステル部位としてパーフルオロアルキル基、フルオロアルキル基であるフッ素アルキル基、またはエステル部位に環状構造とフッ素原子を共存する単位であって、その環状構造がフッ素原子、トリフルオロメチル基またはヘキサフルオロイソプロピル水酸基等で置換された含フッ素ベンゼン環、含フッ素シクロペンタン環、含フッ素シクロヘキサン環または含フッ素シクロヘプタン環を有するアクリル酸エステルあるいはメタクリル酸エステルが挙げられる。 On the other hand, the polymerizable monomer containing fluorine at the ester site is a perfluoroalkyl group, a fluoroalkyl group that is a fluoroalkyl group as the ester site, or a unit that has a cyclic structure and a fluorine atom at the ester site. Acrylic acid ester or methacrylic acid having a fluorinated benzene ring, a fluorinated cyclopentane ring, a fluorinated cyclohexane ring or a fluorinated cycloheptane ring whose cyclic structure is substituted with a fluorine atom, a trifluoromethyl group or a hexafluoroisopropyl hydroxyl group Examples include acid esters.
また、重合性単量体には、エステル部位が含フッ素のt−ブチルエステル基であるアクリル酸またはメタクリル酸のエステルが使用可能である。 As the polymerizable monomer, an acrylic acid or methacrylic acid ester whose ester moiety is a fluorine-containing t-butyl ester group can be used.
前述の含フッ素の官能基は、α位の含フッ素アルキル基と併用した重合性単量体を用いることが可能である。 As the fluorine-containing functional group, a polymerizable monomer used in combination with the α-position fluorine-containing alkyl group can be used.
従って、重合性単量体には、2,2,2−トリフルオロエチルアクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルアクリレート、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロピルアクリレート、ヘプタフルオロイソプロピルアクリレート、1,1−ジヒドロヘプタフルオロ−n−ブチルアクリレート、1,1,5−トリヒドロオクタフルオロ−n−ペンチルアクリレート、1,1,2,2−テトラヒドロトリデカフルオロ−n−オクチルアクリレート、1,1,2,2−テトラヒドロヘプタデカフルオロ−n−デシルアクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルメタクリレート、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロピルメタクリレート、ヘプタフルオロイソプロピルメタクリレート、1,1−ジヒドロヘプタフルオロ−n−ブチルメタクリレート、1,1,5−トリヒドロオクタフルオロ−n−ペンチルメタクリレート、1,1,2,2−テトラヒドロトリデカフルオロ−n−オクチルメタクリレート、1,1,2,2−テトラヒドロヘプタデカフルオロ−n−デシルメタクリレート、パーフルオロシクロヘキシルメチルアクリレート、パーフルオロシクロヘキシルメチルメタクリレート、6−[3,3,3−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−2−(トリフルオロメチル)プロピル]ビシクロ[2.2.1]ヘプチル−2−イルアクリレート、6−[3,3,3−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−2−(トリフルオロメチル)プロピル]ビシクロ[2.2.1]ヘプチル−2−イル 2−(トリフルオロメチル)アクリレート、6−[3,3,3−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−2−(トリフルオロメチル)プロピル]ビシクロ[2.2.1]ヘプチル−2−イルメタクリレート、1,4−ビス(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシイソプロピル)シクロヘキシルアクリレート、1、4−ビス(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシイソプロピル)シクロヘキシルメタクリレート、または1,4−ビス(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシイソプロピル)シクロヘキシル 2−トリフルオロメチルアクリレートが挙げられる。 Therefore, polymerizable monomers include 2,2,2-trifluoroethyl acrylate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl acrylate, 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl acrylate , Heptafluoroisopropyl acrylate, 1,1-dihydroheptafluoro-n-butyl acrylate, 1,1,5-trihydrooctafluoro-n-pentyl acrylate, 1,1,2,2-tetrahydrotridecafluoro-n- Octyl acrylate, 1,1,2,2-tetrahydroheptadecafluoro-n-decyl acrylate, 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate, 1,1,1 , 3,3,3-hexafluoroisopropyl methacrylate, heptaful Roisopropyl methacrylate, 1,1-dihydroheptafluoro-n-butyl methacrylate, 1,1,5-trihydrooctafluoro-n-pentyl methacrylate, 1,1,2,2-tetrahydrotridecafluoro-n-octyl methacrylate 1,1,2,2-tetrahydroheptadecafluoro-n-decyl methacrylate, perfluorocyclohexyl methyl acrylate, perfluorocyclohexyl methyl methacrylate, 6- [3,3,3-trifluoro-2-hydroxy-2- ( Trifluoromethyl) propyl] bicyclo [2.2.1] heptyl-2-yl acrylate, 6- [3,3,3-trifluoro-2-hydroxy-2- (trifluoromethyl) propyl] bicyclo [2. 2.1] heptyl-2-yl 2- ( Trifluoromethyl) acrylate, 6- [3,3,3-trifluoro-2-hydroxy-2- (trifluoromethyl) propyl] bicyclo [2.2.1] heptyl-2-yl methacrylate, 1,4- Bis (1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-hydroxyisopropyl) cyclohexyl acrylate, 1,4-bis (1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-hydroxyisopropyl ) Cyclohexyl methacrylate, or 1,4-bis (1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-hydroxyisopropyl) cyclohexyl 2-trifluoromethyl acrylate.
また、重合性単量体には、アクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドまたはジアセトンアクリルアミドに代表される不飽和アミドが挙げられる。 Examples of the polymerizable monomer include unsaturated amides represented by acrylamide, methacrylamide, N-methylol acrylamide, N-methylol methacrylamide, and diacetone acrylamide.
その他、重合性単量体には、アクリロニトリル、メタクリロニトリル含有のビニルシランが挙げられる。 Other examples of the polymerizable monomer include acrylonitrile and methacrylonitrile-containing vinyl silane.
<その他の重合性単量体>
アクリル酸エステル、メタアクリル酸エステル以外のその他の重合性単量体としては、マレイン酸、フマル酸または無水マレインが挙げられ、アルコキシシラン含有のビニルシランが挙げられる。
<Other polymerizable monomers>
Examples of other polymerizable monomers other than acrylic acid esters and methacrylic acid esters include maleic acid, fumaric acid or maleic anhydride, and examples include alkoxysilane-containing vinylsilanes.
また、重合性単量体としてのスチレン系化合物または含フッ素スチレン系化合物には、スチレン、フッ素化スチレンまたはヒドロキシスチレンの他、ヘキサフルオロカルビノール基もしくはその水酸基を修飾した官能基が一つまたは複数個結合した化合物が挙げられる。より具体的には、ペンタフルオロスチレン、トリフルオロメチルスチレンまたはビストリフルオロメチルスチレン等のフッ素原子あるいはトリフルオロメチル基で芳香環の水素を置換したスチレン、ヘキサフルオロイソプロピル水酸基、またはその水酸基を保護した官能基で芳香環の水素を置換したスチレンが挙げられる。また、α位にハロゲン、アルキル基または含フッ素アルキル基が結合した上記スチレン、パーフルオロビニル基含有スチレンが挙げられる。フッ素原子またはトリフルオロメチル基で水素を置換したスチレンまたはヒドロキシスチレン、α位にハロゲン、アルキル基または含フッ素アルキル基が結合した上記スチレン、パーフルオロビニル基含有のスチレンが好ましく、本発明に使用可能である。 Further, the styrene compound or fluorine-containing styrene compound as the polymerizable monomer has one or more functional groups modified with a hexafluorocarbinol group or a hydroxyl group in addition to styrene, fluorinated styrene, or hydroxystyrene. A compound in which individual bonds are formed. More specifically, styrene substituted with an aromatic ring hydrogen with a fluorine atom or trifluoromethyl group, such as pentafluorostyrene, trifluoromethyl styrene, or bistrifluoromethyl styrene, a hexafluoroisopropyl hydroxyl group, or a functional group in which the hydroxyl group is protected. Styrene in which the aromatic ring hydrogen is replaced with a group. Further, the above styrene and perfluorovinyl group-containing styrene in which a halogen, an alkyl group or a fluorine-containing alkyl group is bonded to the α-position can be mentioned. Styrene or hydroxystyrene substituted with hydrogen by fluorine atom or trifluoromethyl group, styrene having halogen, alkyl group or fluorine-containing alkyl group bonded to α-position, and styrene containing perfluorovinyl group are preferable and can be used in the present invention. It is.
また、重合性単量体には、ビニルエーテル、含フッ素ビニルエーテル、アリルエーテルまたは含フッ素アリルエーテルが使用でき、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヒドロキシエチル基またはヒドロキシブチル基を含有するアルキルビニルエーテルあるいはアルキルアリルエーテルが好ましく、使用可能である。 As the polymerizable monomer, vinyl ether, fluorine-containing vinyl ether, allyl ether or fluorine-containing allyl ether can be used, and an alkyl containing a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a hydroxyethyl group or a hydroxybutyl group. Vinyl ether or alkyl allyl ether is preferable and can be used.
また、重合性単量体には、シクロヘキシル基、ノルボルニル基または芳香環およびその環状構造内に、水素またはカルボニル結合を有した環状型ビニルまたはアリルエーテル、あるいは上記官能基の水素の一部または全部がフッ素原子で置換された含フッ素ビニルエーテルまたは含フッ素アリルエーテルが使用できる。 In addition, the polymerizable monomer includes a cyclohexyl group, a norbornyl group or an aromatic ring and a cyclic vinyl or allyl ether having a hydrogen or carbonyl bond in the cyclic structure, or a part or all of hydrogen of the above functional group. Fluorine-containing vinyl ether or fluorine-containing allyl ether in which is substituted with a fluorine atom can be used.
尚、本発明には、ビニルエステル、ビニルシラン、オレフィン、含フッ素オレフィン、ノルボルネン化合物、含フッ素ノルボルネン化合物、またはその他の重合性不飽和結合を含有した重合性単量体も、本発明で使用できる。 In the present invention, a polymerizable monomer containing a vinyl ester, vinyl silane, olefin, fluorine-containing olefin, norbornene compound, fluorine-containing norbornene compound, or other polymerizable unsaturated bond can also be used in the present invention.
また、重合性単量体としてのオレフィンには、エチレン、プロピレン、イソブテン、シクロペンテンまたはシクロヘキセンが、含フッ素オレフィンには、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンまたはヘキサフルオロイソブテンが挙げられる。 In addition, ethylene, propylene, isobutene, cyclopentene or cyclohexene is used as the polymerizable monomer, and vinyl fluoride, vinylidene fluoride, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, tetrafluoroethylene is used as the fluorinated olefin. Hexafluoropropylene or hexafluoroisobutene.
また、重合性単量体としてのノルボルネン化合物には、含フッ素ノルボルネン化合物または複数の核構造を有するノルボルネン化合物が挙げられる。 Examples of the norbornene compound as the polymerizable monomer include a fluorine-containing norbornene compound or a norbornene compound having a plurality of core structures.
以上、重合性化合物には、含フッ素オレフィン、アリルアルコール、含フッ素アリルアルコール、ホモアリルアルコール、含フッ素ホモアリルアルコールが、アクリル酸、α−フルオロアクリル酸、α−トリフルオロメチルアクリル酸、メタクリル酸および本明細書で記載したすべてのアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、含フッ素アクリル酸エステルまたは含フッ素メタクリル酸エステル、2−(ベンゾイルオキシ)ペンタフルオロプロパン、2−(メトキシエトキシメチルオキシ)ペンタフルオロプロペン、2−(テトラヒドロキシピラニルオキシ)ペンタフルオロプロペン、2−(ベンゾイルオキシ)トリフルオロエチレン、または2−(メトキメチルオキシ)トリフルオロエチレンの不飽和化合物と、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエンとのDiels−Alder付加反応で生成するノルボルネン化合物であって、3−(5−ビシクロ[2.2.1]ヘプテン−2−イル)−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノールが挙げられる。尚、以上の本発明のトップコート用組成物で使用される含フッ素ラクトンモノマー化合物と共重合可能な重合性単量体は、単独使用でも2種以上の併用でもよい。 As described above, the polymerizable compound includes fluorine-containing olefin, allyl alcohol, fluorine-containing allyl alcohol, homoallyl alcohol, fluorine-containing homoallyl alcohol, acrylic acid, α-fluoroacrylic acid, α-trifluoromethylacrylic acid, methacrylic acid. And all acrylic esters, methacrylic esters, fluorine-containing acrylic esters or fluorine-containing methacrylates, 2- (benzoyloxy) pentafluoropropane, 2- (methoxyethoxymethyloxy) pentafluoropropene described in the present specification 2- (tetrahydroxypyranyloxy) pentafluoropropene, 2- (benzoyloxy) trifluoroethylene, or an unsaturated compound of 2- (methoxymethyloxy) trifluoroethylene, cyclopentadiene, A norbornene compound produced by Diels-Alder addition reaction with clohexadiene, which is 3- (5-bicyclo [2.2.1] hepten-2-yl) -1,1,1-trifluoro-2- ( Trifluoromethyl) -2-propanol. The polymerizable monomer copolymerizable with the fluorine-containing lactone monomer compound used in the above-described topcoat composition of the present invention may be used alone or in combination of two or more.
[酸不安定性基の導入]
本発明のトップコート用組成物に使用される含フッ素ラクトンポリマー化合物には、含フッ素ラクトンモノマー化合物と酸不安定基を有する重合性単量体と共重合させた含フッ素ラクトンポリマー化合物を使用してもよい。
[Introduction of acid labile groups]
The fluorine-containing lactone polymer compound used in the topcoat composition of the present invention is a fluorine-containing lactone polymer compound copolymerized with a fluorine-containing lactone monomer compound and a polymerizable monomer having an acid labile group. May be.
本発明のトップコート用組成物に使用される含フッ素ラクトンポリマー化合物に酸不安定基を導入する目的は、波長300nm以下の紫外線、エキシマレーザー、X線等の高エネルギー線もしくは電子線の露光によりレジスト膜中で発生してトップコート膜へ拡散して来た酸を捕捉しつつ、露光部位近傍のトップコート膜のアルカリ現像液への現像液溶解性を向上させることである。 The purpose of introducing an acid labile group into the fluorine-containing lactone polymer compound used in the composition for topcoat of the present invention is by exposure to high energy rays such as ultraviolet rays, excimer lasers, X-rays or electron beams having a wavelength of 300 nm or less, or electron beams. It is to improve the solubility of the developer in the alkaline developer of the topcoat film in the vicinity of the exposed portion while capturing the acid generated in the resist film and diffusing into the topcoat film.
本発明のトップコート用組成物に使用される含フッ素ラクトンポリマー化合物に酸不安定基を導入するための酸不安定性基を有する重合性単量体は、酸不安定基が光酸発生剤から発生した酸により加水分解して脱離するものであればよく、重合性基としてはアルケニル基またはシクロアルケニル基であればよく、ビニル基、1−メチルビニル基または1−トリフルオロメチルビニル基であるものが好ましい。また、酸不安定基を例示するならば、三級アルコールのエステル部位、三級アルコールの炭酸エステル部位、アルコキシメチレンエーテル部位から選ばれる少なくとも一種の酸不安定基を有する重合性単量体が好ましく使用できる。 The polymerizable monomer having an acid labile group for introducing an acid labile group into the fluorine-containing lactone polymer compound used in the composition for a topcoat of the present invention has an acid labile group derived from a photoacid generator. What is necessary is just to hydrolyze and remove | eliminate by the generated acid, and a polymerizable group should just be an alkenyl group or a cycloalkenyl group, and is vinyl group, 1-methylvinyl group, or 1-trifluoromethylvinyl group. Some are preferred. In addition, if an acid labile group is exemplified, a polymerizable monomer having at least one acid labile group selected from an ester site of a tertiary alcohol, a carbonate ester site of a tertiary alcohol, and an alkoxymethylene ether site is preferable. Can be used.
[含フッ素ラクトンポリマー化合物]
一般式(1)で表される繰り返し単位を有する含フッ素ラクトンポリマー化合物における、一般式(1)で表される繰り返し単位(a)と、前述の重合性単量体に基づく繰り返し単位(b)とのモル比(共重合比)はトップコートの一般的な必要性能である溶剤溶解性、成膜性(ガラス転移点)、撥水性、解像力、耐熱性、レジスト膜との密着性、または膜べり(親疎水性、アルカリ可溶性基選択)等を調節するために適宜設定される。
[Fluorine-containing lactone polymer compound]
In the fluorine-containing lactone polymer compound having the repeating unit represented by the general formula (1), the repeating unit (a) represented by the general formula (1) and the repeating unit (b) based on the polymerizable monomer described above The molar ratio (copolymerization ratio) is the solvent performance, film formability (glass transition point), water repellency, resolving power, heat resistance, adhesion to the resist film, or film, which is a general required performance of the topcoat. It is appropriately set to adjust slip (hydrophobicity, alkali-soluble group selection) and the like.
本発明にかかる含フッ素ラクトンポリマー化合物は、(a)単独のポリマー化合物でもよく、一般式(1)で表される繰り返し単位(a)と、前述の重合性単量体に基づく繰り返し単位(b)との質量比は、質量%による(a):(b)で表して、それぞれ0.1%〜99.9%:99.9%〜0.1%とし、または1%〜99%:99%〜1%である。また、10%〜90%:90%〜10%とすることができ、30%〜70%:70%〜30%とすることが好ましい。繰り返し単位(a)の含有が0.1%未満においては、現像時の溶解性に劣り、99.9%を超えると溶解性の調節が困難になりあまり好ましくない。 The fluorine-containing lactone polymer compound according to the present invention may be (a) a single polymer compound, and the repeating unit (a) represented by the general formula (1) and the repeating unit (b) based on the polymerizable monomer described above. The mass ratio is expressed as (a) :( b) by mass%, and is 0.1% -99.9%: 99.9% -0.1%, respectively, or 1% -99%: 99% to 1%. Further, it can be 10% to 90%: 90% to 10%, and preferably 30% to 70%: 70% to 30%. When the content of the repeating unit (a) is less than 0.1%, the solubility during development is inferior, and when it exceeds 99.9%, it is difficult to adjust the solubility, which is not preferable.
前述の繰り返し単位は、ラクトン基を有するアクリル酸またはメタアクリル酸エステルに基づく繰り返し単位(a)と極性基を有するアクリル酸またはメタアクリル酸エステルに基づく繰り返し単位(b)であることは好ましい。その場合、ラクトン基含有モノマー化合物に基づく繰り返し単位を10質量%以上、60質量%以下含むものが好ましく、20質量%以上、50質量%以下含有するものがさらに好ましい。 The above repeating unit is preferably a repeating unit (a) based on acrylic acid or methacrylic acid ester having a lactone group and a repeating unit (b) based on acrylic acid or methacrylic acid ester having a polar group. In that case, what contains 10 mass% or more and 60 mass% or less of repeating units based on a lactone group containing monomer compound is preferable, and what contains 20 mass% or more and 50 mass% or less is still more preferable.
本発明のトップコート用組成物に用いる含フッ素ラクトンポリマー化合物の分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)により測定した質量平均分子量で1,000〜1,000,000であり、2,000〜500,000が好ましい。質量平均分子量1,000未満では、塗布膜の強度が不十分であり、1,000,000を超えると溶媒への溶解性が低下し、平滑な塗膜を得るのが困難になり好ましくない。分散度(Mw/Mn)は、1.01〜5.00が好ましく、1.01〜4.00がより好ましく、1.01〜3.00が特に好ましく、1.10〜2.50が最も好ましい。 The molecular weight of the fluorine-containing lactone polymer compound used in the topcoat composition of the present invention is 1,000 to 1,000,000 as a mass average molecular weight measured by gel permeation chromatography (GPC), and 2,000. ~ 500,000 is preferred. If the weight average molecular weight is less than 1,000, the strength of the coating film is insufficient, and if it exceeds 1,000,000, the solubility in a solvent is lowered, and it becomes difficult to obtain a smooth coating film, which is not preferable. The dispersity (Mw / Mn) is preferably 1.01 to 5.00, more preferably 1.01 to 4.00, particularly preferably 1.01 to 3.00, and most preferably 1.10 to 2.50. preferable.
また、本発明のトップコート用組成物に用いる含フッ素ラクトンポリマー化合物は、5員環ラクトン構造とその環に結合したトリフルオロメチル基を含むので、300nm以下の波長における吸光度が非常に低いという特性を有する。したがって、露光においては、300nm以下の高エネルギー線を使用することが可能である。 Moreover, since the fluorine-containing lactone polymer compound used in the composition for topcoat of the present invention contains a 5-membered ring lactone structure and a trifluoromethyl group bonded to the ring, the light absorbency at a wavelength of 300 nm or less is very low. Have Therefore, in the exposure, it is possible to use a high energy ray of 300 nm or less.
また、本発明のトップコート用組成物に用いる含フッ素ラクトンポリマー化合物は、環状構造を有しているため、比較的高いガラス転移温度(Tg)を与える。ガラス転移温度(Tg)が低いとレジスト構成成分がトップコート層へ拡散して好ましくない。本発明にかかる含フッ素ラクトンポリマーは、共重合する成分にも依存するが、概ね120℃以上のTgを有するので、ベーク温度(100℃)よりも高いため、かかる拡散は抑えることができる。 Moreover, since the fluorine-containing lactone polymer compound used for the composition for topcoats of this invention has a cyclic structure, it gives a comparatively high glass transition temperature (Tg). When the glass transition temperature (Tg) is low, the resist constituent components are diffused into the topcoat layer, which is not preferable. Although the fluorine-containing lactone polymer according to the present invention depends on the components to be copolymerized, it has a Tg of about 120 ° C. or higher, and is higher than the baking temperature (100 ° C.), so that such diffusion can be suppressed.
[トップコート液]
本発明においては、上記で製造した含フッ素ラクトンポリマー化合物を有機溶剤、または水と有機溶媒の混合液に溶解しトップコート液とする。本発明のトップコート液は、基板上成膜したレジスト上に塗布後、乾燥させることによってトップコート膜とする。
[Topcoat solution]
In the present invention, the fluorine-containing lactone polymer compound produced above is dissolved in an organic solvent or a mixed solution of water and an organic solvent to form a topcoat solution. The topcoat liquid of the present invention is applied to a resist formed on a substrate and then dried to form a topcoat film.
トップコート液において、分子量により、溶解性およびキャスティングの特性が変わり得る。分子量が高いポリマーは現像液への溶解速度が遅くなり、分子量が低い場合は溶解速度が速くなる可能性があるが、分子量はこの技術分野の常識に基づいて重合条件を適宜調整することにより制御可能である。 In the topcoat solution, solubility and casting characteristics can vary depending on the molecular weight. Polymers with a high molecular weight have a slower dissolution rate in the developer, and dissolution rates can be faster with a low molecular weight. However, the molecular weight can be controlled by adjusting the polymerization conditions as appropriate based on common knowledge in this technical field. Is possible.
[溶剤]
また、含フッ素ラクトンポリマー化合物の溶解に使用する有機溶剤としては、その溶剤が下層のレジスト膜を浸食しにくく、かつ、レジスト膜から添加剤等を抽出しにくい溶剤であることが必須の要件になる。
[solvent]
In addition, as an organic solvent used for dissolving the fluorine-containing lactone polymer compound, it is an essential requirement that the solvent is difficult to erode the resist film in the lower layer and that it is difficult to extract additives from the resist film. Become.
レジスト膜を浸食しにくく、かつ、レジスト膜から添加物を抽出しにくい有機溶剤としては、下層のレジスト膜組成に依存するが、炭化水素溶媒、アルコール、エーテル、エステルおよびフッ素系溶剤が挙げられる。 The organic solvent that hardly erodes the resist film and hardly extracts additives from the resist film includes hydrocarbon solvents, alcohols, ethers, esters, and fluorine-based solvents, although depending on the composition of the underlying resist film.
特に、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナンまたはデカンに代表されるアルカン、脂環類の炭化水素溶媒、ブタノール(ノルマル、イソ、ターシャリー体)、メチルエチルカルビノール、ペンタノール、アミルアルコール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコールまた4−メチル−2−ペンタノールに代表されるアルコール、好ましくは部分的にフッ素で置換された炭化水素系溶媒が好適に使用される。また部分的にフッ素で置換された炭化水素溶媒とは、アルカンや脂環類の炭化水素溶媒またはアルコール類であって、その水素の一部がフッ素原子で置換されたものが好適に使用される。フッ素原子を導入することで本発明のポリマー化合物を効果的に溶解させ、かつ下地のレジスト膜にダメージを与えないコーティングを行うことが可能となる。 In particular, alkanes represented by pentane, hexane, heptane, octane, nonane or decane, alicyclic hydrocarbon solvents, butanol (normal, iso, tertiary), methyl ethyl carbinol, pentanol, amyl alcohol, hexyl Alcohols, heptyl alcohols and alcohols represented by 4-methyl-2-pentanol, preferably hydrocarbon solvents partially substituted with fluorine are preferably used. Further, the hydrocarbon solvent partially substituted with fluorine is an alkane or alicyclic hydrocarbon solvent or alcohol, in which a part of the hydrogen is substituted with a fluorine atom. . By introducing fluorine atoms, it is possible to effectively dissolve the polymer compound of the present invention and to perform coating without damaging the underlying resist film.
他の溶剤として、ケトン類としてのアセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソアミルケトンまたは2‐ヘプタノン、多価アルコール類およびその誘導体としての、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノアセテート、モノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテルまたはモノフェニルエーテル、環式エーテル類としてのジオキサン、エステル類としての、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチルまたはエトキシプロピオン酸エチル、芳香族系溶媒としてのキシレン、トルエン、フッ素系溶剤としてのフロン、代替フロン、パーフルオロ化合物、ヘキサフルオロイソプロピルアルコール、その他、塗布性を高める目的において高沸点弱溶剤であるターペン系の石油ナフサ溶媒やパラフィン系溶媒が使用でき、これらは単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。 Other solvents include acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl isoamyl ketone or 2-heptanone as ketones, polyhydric alcohols and derivatives thereof such as ethylene glycol, ethylene glycol monoacetate, diethylene glycol, diethylene glycol monoacetate, propylene glycol, Propylene glycol monoacetate, dipropylene glycol, dipropylene glycol monoacetate, monomethyl ether, monoethyl ether, monopropyl ether, monobutyl ether or monophenyl ether, dioxane as cyclic ethers, methyl lactate, lactic acid as esters Ethyl, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, methoxy Methyl pionate or ethyl ethoxypropionate, xylene as an aromatic solvent, toluene, chlorofluorocarbon as a fluorinated solvent, alternative chlorofluorocarbon, perfluoro compound, hexafluoroisopropyl alcohol, and other high-boiling weak solvents for the purpose of improving coatability A terpene-based petroleum naphtha solvent or a paraffin solvent can be used, and these may be used alone or in combination of two or more.
トップコート液に配合する溶剤の量は特に限定されないが、好ましくはトップコート用組成物の固形分濃度が1質量%以上、25質量%以下、より好ましくは2質量%以上、15質量%以下となる様に用いる。トップコート用組成物の固形分濃度を調整することによって、形成される樹脂膜の膜厚を調整することが可能である。 The amount of the solvent to be blended in the topcoat liquid is not particularly limited, but preferably the solid content concentration of the topcoat composition is 1% by mass or more and 25% by mass or less, more preferably 2% by mass or more and 15% by mass or less. Use as follows. It is possible to adjust the film thickness of the resin film to be formed by adjusting the solid content concentration of the top coat composition.
本発明のトップコート用組成物には、水の膨潤やしみ込みに対する影響を抑制するための疎水性添加剤、現像液への溶解性を促進させるための酸性添加剤も使用可能であり、好適に使用される。 In the topcoat composition of the present invention, a hydrophobic additive for suppressing the influence on swelling and penetration of water and an acidic additive for promoting solubility in a developer can also be used. Used for.
[パターン形成]
本発明によるトップコート用組成物は、下層のレジスト膜の種類に制限なく、トップコート膜として使用することができる。すなわち下層レジストが、ネガ型、ポジ型、複合型等の任意のレジストシステムであっても好適に使用できる。
[Pattern formation]
The topcoat composition according to the present invention can be used as a topcoat film without any limitation on the type of the resist film in the lower layer. That is, even if the lower layer resist is an arbitrary resist system such as a negative type, a positive type, and a composite type, it can be suitably used.
露光に用いる波長は限定されないが、前述のように、300nm以下の高エネルギー線が使用でき、KrFエキシマレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)、F2レーザー(157nm)、極単紫外線(Extreme Ultra Violet、EUV)、電子線(electron beam、EB)またはX線が好適に使用でき、特には、ArFエキシマレーザーが好ましく採用される。 Although the wavelength used for exposure is not limited, as described above, high-energy rays of 300 nm or less can be used, and KrF excimer laser (248 nm), ArF excimer laser (193 nm), F 2 laser (157 nm), extreme single ultraviolet (Extreme) Ultra Violet (EUV), electron beam (EB) or X-ray can be suitably used, and ArF excimer laser is particularly preferably employed.
また、特に本発明のトップコート用組成物は液浸リソグラフィーにおいて、好適に応用される。 In particular, the topcoat composition of the present invention is suitably applied in immersion lithography.
以下、液浸リソグラフィーを用いたデバイス(半導体装置)製造において本発明を使用する場合について説明する。デバイスとしては、特に限定されないが、シリコンウェハ、化合物半導体基板、絶縁性基板等に形成される中央演算処理装置(Central Processing Unit、CPU)、Static Random Access Memory(SRAM)、Dynamic Random Access Memory(DRAM)等の微細加工により製造される半導体装置が挙げられる。 Hereinafter, a case where the present invention is used in manufacturing a device (semiconductor device) using immersion lithography will be described. Although it does not specifically limit as a device, Central processing unit (Central Processing Unit, CPU), Static Random Access Memory (SRAM), Dynamic Random Access Memory (DRAM) formed in a silicon wafer, a compound semiconductor substrate, an insulating substrate, etc. Semiconductor devices manufactured by microfabrication such as
まずシリコンウェハや半導体製造基板のような支持体上に、レジスト組成物の溶液をスピンナー等で塗布した後、プレベークを行い、レジスト層を形成させる。この工程にかかる条件は、使用するレジスト組成物の組成に応じて適宜設定できる。 First, a resist composition solution is applied onto a support such as a silicon wafer or a semiconductor manufacturing substrate with a spinner or the like, and then pre-baked to form a resist layer. Conditions for this step can be appropriately set according to the composition of the resist composition to be used.
次に上記のように形成したレジスト膜の表面に、本発明のトップコート液をスピンナー等で均一に塗布した後、熱処理することにより、レジスト膜の上にトップコート膜を成形した2層膜からなる樹脂膜が形成される。 Next, the top coat liquid of the present invention is uniformly applied with a spinner or the like to the surface of the resist film formed as described above, and then subjected to heat treatment, thereby forming a top coat film on the resist film. A resin film is formed.
この樹脂層が形成された基板を水等の媒体に浸漬し、次いで300nm以下の紫外線を所望のマスクパターンを介して照射する。この時、露光光は、媒体(例えば水)とトップコー層を通過してレジスト層に到達する。また、レジスト層は、トップコート層によって媒体(例えば水)と分離しているので、媒体(例えば水)がレジスト層に浸漬して膨潤したり、逆にレジストが媒体(例えば水)に溶出することもない。 The substrate on which this resin layer is formed is immersed in a medium such as water, and then irradiated with ultraviolet rays of 300 nm or less through a desired mask pattern. At this time, the exposure light reaches the resist layer through the medium (for example, water) and the top coat layer. Further, since the resist layer is separated from the medium (for example, water) by the top coat layer, the medium (for example, water) is immersed in the resist layer to swell, or conversely, the resist is eluted into the medium (for example, water). There is nothing.
露光された基板をベーク後、現像液、例えば濃度0.1質量%以上、10質量%以下のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液のようなアルカリ性水溶液等を用いて現像処理する。現像処理においては、まず、トップコート膜が全溶解し、次いで露光部のレジスト膜が溶解する。すなわち、1回の現像処理により、トップコート層とレジスト層の一部を溶解除去することが可能で、所望のマスクパターンに応じたレジストパターンを得ることができる。 After the exposed substrate is baked, it is developed using a developer, for example, an alkaline aqueous solution such as an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution having a concentration of 0.1% by mass to 10% by mass. In the development processing, the top coat film is first completely dissolved, and then the resist film in the exposed portion is dissolved. That is, it is possible to dissolve and remove a part of the topcoat layer and the resist layer by one development process, and it is possible to obtain a resist pattern corresponding to a desired mask pattern.
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。但し、本発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples. However, the present invention is not limited to these examples.
〔合成例〕
[含フッ素ラクトンモノマー化合物の合成]
本発明のトップコート用組成物に使用する含フッ素ラクトンモノマー化合物の合成例として、以下に、5,5−ジメチル−2−オキソ−3−(トリフルオロメチル)テトラヒドロフラン−3−イル メタクリレートの合成方法について説明する。
[Synthesis of fluorine-containing lactone monomer compound]
As a synthesis example of the fluorine-containing lactone monomer compound used in the topcoat composition of the present invention, the following synthesis method of 5,5-dimethyl-2-oxo-3- (trifluoromethyl) tetrahydrofuran-3-yl methacrylate Will be described.
温度計を備えた200mLの三口フラスコにテトラフルオロエチレンで被覆された撹拌子および構造式(3)で示される3−ヒドロキシ−5,5−ジメチル−3−(トリフルオロメチル)ジヒドロフラン−2(3H)−オン30.0g (0.15 mol)、メタクリル酸無水物24.5g (0.16 mol)、メタンスルホン酸 0.3g (0.003 mol)、および重合禁止剤として2,2'−Methylene−bis(4−methyl−6−tert−butylphenol)精工化学株式会社製、商品名:ノンフレックスMBP 0.15g (0.5質量%)を入れ、スターラーで撹拌しながら50℃以上、55℃以下の範囲内で1.5時間撹拌させた。反応液をガスクロマトグラフィーにより測定したところ、目的とする構造式(4)で示される5,5−ジメチル−2−オキソ−3−(トリフルオロメチル)テトラヒドロフラン−3−イルメタクリレート(以下、化合物(4))が94.1質量%得られていた。他は、原料の3−ヒドロキシ−5,5−ジメチル−3−(トリフルオロメチル)ジヒドロフラン−2(3H)−オンが1質量%、その他が4.8質量%であった。ジイソプロピルエーテル60gを加えた後、水酸化ナトリウム水溶液で加え、続いて水洗を行い、pH7に調整した。その後、有機層を−20℃に冷却し、1時間攪拌した。析出した結晶をろ過後、乾燥し、化合物(4)を31.1g得た。ガスクロマトグラフィーにより組成を調べたところ、目的物である化合物(4)が99.8質量%、その他が0.2質量%であった。収率は77%であった。 A 200 mL three-necked flask equipped with a thermometer and a stirrer coated with tetrafluoroethylene and 3-hydroxy-5,5-dimethyl-3- (trifluoromethyl) dihydrofuran-2 represented by the structural formula (3) 3H) -one 30.0 g (0.15 mol), methacrylic anhydride 24.5 g (0.16 mol), methanesulfonic acid 0.3 g (0.003 mol), and 2,2 ′ as a polymerization inhibitor -Methylene-bis (4-methyl-6-tert-butylphenol), manufactured by Seiko Chemical Co., Ltd., trade name: 0.15 g (0.5% by mass) of non-flex MBP was added and stirred at 50 ° C. or higher with a stirrer, 55 It was made to stir for 1.5 hours within the range below ℃. The reaction solution was measured by gas chromatography. As a result, 5,5-dimethyl-2-oxo-3- (trifluoromethyl) tetrahydrofuran-3-yl methacrylate (hereinafter referred to as compound (5)) represented by the target structural formula (4) was obtained. 44.1) was obtained by 94.1 mass%. Others were 1% by mass of the raw material 3-hydroxy-5,5-dimethyl-3- (trifluoromethyl) dihydrofuran-2 (3H) -one, and the others were 4.8% by mass. After adding 60 g of diisopropyl ether, it was added with an aqueous sodium hydroxide solution, followed by washing with water to adjust the pH to 7. Thereafter, the organic layer was cooled to −20 ° C. and stirred for 1 hour. The precipitated crystals were filtered and dried to obtain 31.1 g of compound (4). When the composition was examined by gas chromatography, the target compound (4) was 99.8% by mass, and the others were 0.2% by mass. The yield was 77%.
<5,5−ジメチル−2−オキソ−3−(トリフルオロメチル)テトラヒドロフラン−3−イル メタクリレート(化合物(4))の物性>
1H NMR (溶媒:CDCl3, 基準物質:TMS);δ6.25 (d, J=1.0Hz, 1H), 5.75 (d, J=1.4Hz, 1H), 2.64 (d, J=14.8Hz,1H), 2.53 (d, J=14.8Hz, 1H), 1.97 (s, 3H), 1.68(s,3H), 1.51(s, 3H).19F NMR (溶媒:CDCl3, 基準物質:CCl3F);δ−78.94 (s, 3F)
次いで、上記含フッ素ラクトンモノマー化合物を用いた含フッ素ポリマー化合物の合成を実施例1および実施例2に示す。
<Physical Properties of 5,5-Dimethyl-2-oxo-3- (trifluoromethyl) tetrahydrofuran-3-yl methacrylate (Compound (4))>
1 H NMR (solvent: CDCl 3 , reference material: TMS); δ 6.25 (d, J = 1.0 Hz, 1H), 5.75 (d, J = 1.4 Hz, 1H), 2.64 (d , J = 14.8 Hz, 1H), 2.53 (d, J = 14.8 Hz, 1H), 1.97 (s, 3H), 1.68 (s, 3H), 1.51 (s, 3H 19F NMR (solvent: CDCl 3 , reference material: CCl 3 F); δ-78.94 (s, 3F)
Next, synthesis of a fluorine-containing polymer compound using the fluorine-containing lactone monomer compound is shown in Example 1 and Example 2.
〔実施例1〕
(含フッ素ラクトンポリマー化合物の合成1)
前記化合物(4)と構造式(5)で表されるメタアクリル酸エステル(以下、化合物(5))との共重合を下記の方法で行った。
[Example 1]
(Synthesis of fluorinated lactone polymer compound 1)
Copolymerization of the compound (4) and the methacrylic acid ester represented by the structural formula (5) (hereinafter, compound (5)) was carried out by the following method.
攪拌子を備えたフラスコに、前記化合物(4)(2.0g)、以下の化合物(5)(4.0g)、重合開始剤としてt−buty peroxypivalate(日本油脂株式会社製、商品名:パーブチルPV)を4mol%となるように、重合溶媒としてメチルエチルケトンが400wt%となるように順に入れた。このフラスコを75℃のオイルバスで加熱して16時間反応させた。反応後、反応溶液をn−ヘキサンに投入して攪拌し、生成した沈殿を濾過して取り、50℃で10時間真空乾燥した。分子量はゲルパーミュエーションクロマトグラフィ(GPC、標準物質:ポリスチレン)から、組成モル比はNMRから求めた。組成、分子量および収率を表1に示す。
〔実施例2〕
(含フッ素ラクトンポリマー化合物の合成2)
前記化合物(4)と構造式(6)で表されるメタアクリル酸エステル(以下、化合物(6))との共重合を下記の方法で行った。
[Example 2]
(Synthesis 2 of fluorinated lactone polymer compound)
Copolymerization of the compound (4) and the methacrylic acid ester represented by the structural formula (6) (hereinafter, compound (6)) was carried out by the following method.
攪拌子を備えたフラスコに、前記化合物(4)(2.0g)、以下の化合物(6)(4.0g)、重合開始剤としてt−buty peroxypivalate(日本油脂株式会社製、商品名:パーブチルPV)を4mol%となるように、重合溶媒としてメチルエチルケトンが400wt%となるように順に入れた。このフラスコを75℃のオイルバスで加熱して16時間反応させた。反応後、反応溶液をn-ヘキサンに投入して攪拌し、生成した沈殿を濾過して取り、50℃で10時間真空乾燥した。分子量はゲルパーミュエーションクロマトグラフィ(GPC、標準物質:ポリスチエレン)から、組成モル比はNMRから求めた。組成、分子量および収率を表1に示す。
〔比較例1〕
構造式(7)で表されるフッ素を含有しないラクトン化合物(以下、化合物(7))と化合物(5)との共重合を下記の方法で行った。比較例1においては、含フッ素ラクトン化合物を使用しない。
[Comparative Example 1]
Copolymerization of a lactone compound not containing fluorine represented by the structural formula (7) (hereinafter, compound (7)) and compound (5) was carried out by the following method. In Comparative Example 1, no fluorine-containing lactone compound is used.
攪拌子を備えたフラスコに、以下の化合物(7)(2.0g)、化合物(5)(4.0g)、重合開始剤としてt−buty peroxypivalate(日本油脂株式会社製、商品名:パーブチルPV)を4mol%となるように、重合溶媒としてメチルエチルケトンが400wt%となるように順に入れた。このフラスコを75℃のオイルバスで加熱して16時間反応させた。反応後、反応溶液をn−ヘキサンに投入して攪拌し、生成した沈殿を濾過して取り、50℃で10時間真空乾燥した。分子量はゲルパーミュエーションクロマトグラフィ(GPC、標準物質:ポリスチエレン)から、組成モル比はNMRから求めた。組成、分子量および収率を表1に示す。
[トップコート用組成物の調製]
上記実施例1、実施例2および比較例1で得られた含フッ素ラクトンポリマー化合物を用い、表2に示すようにトップコート液を調製した。表2の( )内は組成比であり、質量比で表した。
[Preparation of composition for top coat]
Using the fluorine-containing lactone polymer compounds obtained in Example 1, Example 2 and Comparative Example 1, a topcoat solution was prepared as shown in Table 2. The values in parentheses in Table 2 are composition ratios and are expressed as mass ratios.
それぞれ表2に示す組成比で、表2に示す溶剤1(4−メチル−2−ペンタノール:MIBC)または溶剤2(n−デカン/2−オクタノール=90/10質量比)に溶解したところ、いずれも均一で透明な6種のトップコート液(トップコート液1、トップコート液2、トップコート液3、トップコート液4、トップコート液5、トップコート液6)が得られた。トップコート液の配合を調整するにあたりいずれも、良好な溶解性を示した。結果を表2に示す。 When dissolved in the solvent 1 (4-methyl-2-pentanol: MIBC) or the solvent 2 (n-decane / 2-octanol = 90/10 mass ratio) shown in Table 2 at the composition ratio shown in Table 2, respectively. All were obtained six uniform and transparent topcoat solutions (topcoat solution 1, topcoat solution 2, topcoat solution 3, topcoat solution 4, topcoat solution 5, and topcoat solution 6). In adjusting the composition of the top coat solution, all showed good solubility. The results are shown in Table 2.
[トップコート膜の形成]
シリコンウェハ上に予め78nmの反射防止膜(日産化学工業株式会社製、商品名:ARC29A)を塗布後、200℃下で60秒間焼成)したシリコンウェハ上に、それぞれのトップコート溶液を、メンブランフィルター(0.2μm)でろ過した後、スピナーを用いて回転数1,500rpmでスピンコートし、ホットプレート上、100℃で90秒間乾燥したところ、それぞれ均一なトップコート膜が得られた。尚、表2中、トップコート膜1〜6で示す。トップコート膜1〜6はトップコート液1〜6に対応する)
[トップコート膜の評価]
得られたトップコート膜1〜6に対して、後退接触角について評価した。
[Formation of top coat film]
Each top coat solution was applied to a membrane filter on a silicon wafer that had been previously coated with a 78 nm antireflection film (trade name: ARC29A, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., and then baked at 200 ° C. for 60 seconds). After filtering at (0.2 μm), spin coating was performed using a spinner at 1,500 rpm, and drying was performed on a hot plate at 100 ° C. for 90 seconds. As a result, uniform top coat films were obtained. In Table 2, the top coat films 1 to 6 are shown. Topcoat films 1-6 correspond to topcoat solutions 1-6)
[Evaluation of top coat film]
With respect to the obtained top coat films 1 to 6, the receding contact angle was evaluated.
詳しくは、動的接触角計(協和界面科学社製)の拡張縮小法により、水滴の後退接触角を測定した。初期液滴サイズ7μLを6μL/秒の速度にて8秒間吸引し、吸引中の動的接触角が安定した値を後退接触角とした。結果を表2に示す。いずれも良好な後退接触角を示した。 Specifically, the receding contact angle of water droplets was measured by the expansion / contraction method of a dynamic contact angle meter (manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) An initial droplet size of 7 μL was sucked at a speed of 6 μL / second for 8 seconds, and a value with a stable dynamic contact angle during suction was defined as a receding contact angle. The results are shown in Table 2. All showed good receding contact angles.
次いで、得られたトップコート膜1〜4に対して、現像液溶解性を評価した。トップコート膜1〜4を2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(現像液)に室温で60秒間浸漬したところ、速やかに膜が溶解して消失した。結果を表2に示す。
[レジスト膜上に塗布してのトップコート膜の評価]
続いて、表2に示すトップコート液1〜6を用いて、下記に示すプロセスでシリコンウェハ上にレジスト層とトップコート層の2層膜よりトップコート膜の評価を行った。
[Evaluation of top coat film coated on resist film]
Subsequently, the top coat films 1 to 6 shown in Table 2 were used to evaluate the top coat film from the two-layer film of the resist layer and the top coat layer on the silicon wafer by the process shown below.
最初に、レジスト用ポリマー化合物の合成について説明する。以下の構造式(8)で表されるメタクリル酸エステル(以下、化合物(8))と構造式(9)で表されるメタクリル酸エステル(以下、化合物(9))と構造式(10)で表されるメタクリル酸エステル(以下、化合物(10))とを共重合させてレジストポリマー化合物とした。
攪拌子を備えたフラスコに、化合物(8)(12.0g)、化合物(9)(10.1g)、化合物(10)(10.8g)、重合開始剤としてAIBN(製品名2,2'−アゾビス(イソブチロニトリル)、和光純薬株式会社)を1.35g、重合溶媒として2−ブタノン(65.8g)を順に入れた。このフラスコを75℃のオイルバスで加熱して16時間反応させた。反応終了後の溶液を500gのn-ヘキサンに滴下し、白色の沈殿を得た。この沈殿を濾別し、60℃にて減圧乾燥を行い、29.6gの白色固体(レジスト用ポリマー化合物)を得た(収率90質量%)。ゲルパーミュエーションクロマトグラフィ(GPC、標準物質:ポリスチエレン)から、分子量は11500、分子量分散MW/MNは2.1であった。 In a flask equipped with a stirrer, compound (8) (12.0 g), compound (9) (10.1 g), compound (10) (10.8 g), AIBN (product name 2, 2 ′) as a polymerization initiator. -1.35 g of azobis (isobutyronitrile), Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 2-butanone (65.8 g) as a polymerization solvent were sequentially added. The flask was heated in a 75 ° C. oil bath and allowed to react for 16 hours. The solution after completion of the reaction was added dropwise to 500 g of n-hexane to obtain a white precipitate. This precipitate was separated by filtration and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain 29.6 g of a white solid (resist polymer compound) (yield 90% by mass). From the gel permeation chromatography (GPC, standard substance: polystyrene), the molecular weight was 11500, and the molecular weight dispersion MW / MN was 2.1.
上記レジスト用ポリマー化合物をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)に溶解し、固形分が12%となるように調整した。さらに酸光発生剤としてノナフルオロブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウムを重合体100重量部に対して5重量部、塩基としてイソプロパノールアミンを同2質量部溶解し、レジスト液を調製した。反射防止膜処理したシリコンウェハに、得られたレジスト溶液を、スピナーを用いシリコンウェハ上にスピンコート後、ホットプレート上に100℃下で、90秒間乾燥させ、膜厚150nmのレジスト膜を得た。このレジスト膜上に、メンブランフィルター(0.2μm)でろ過したトップコート液1を、スピナーを用いてスピンコート後、ホットプレート上に100℃下、90秒間乾燥して、レジスト層とトップコート層からなる2層膜、合計膜厚200nmの樹脂膜を、シリコンウェハ上に形成した。 The resist polymer compound was dissolved in propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), and the solid content was adjusted to 12%. Furthermore, 5 parts by weight of triphenylsulfonium nonafluorobutanesulfonate as an acid photogenerator was dissolved in 100 parts by weight of the polymer and 2 parts by weight of isopropanolamine as a base to prepare a resist solution. The obtained resist solution was spin-coated on a silicon wafer using a spinner on a silicon wafer treated with an antireflection film, and then dried on a hot plate at 100 ° C. for 90 seconds to obtain a resist film having a thickness of 150 nm. . The top coat liquid 1 filtered through a membrane filter (0.2 μm) on this resist film is spin-coated using a spinner, and then dried on a hot plate at 100 ° C. for 90 seconds to form a resist layer and a top coat layer. A two-layer film composed of a resin film having a total film thickness of 200 nm was formed on a silicon wafer.
同様に、レジスト膜を形成したシリコンウェハ上に、トップコート液2、トップコート液3、トップコート液4、トップコート液5、トップコート液6をそれぞれ塗布して、レジスト層とトップコート層からなる2層膜、合計膜厚200nmの樹脂膜を形成してなるシリコンウェハを各々形成した。 Similarly, a top coat solution 2, a top coat solution 3, a top coat solution 4, a top coat solution 5, and a top coat solution 6 are respectively applied on a silicon wafer on which a resist film is formed, and the resist layer and the top coat layer are separated. A silicon wafer formed by forming a two-layer film and a resin film having a total film thickness of 200 nm was formed.
次いで、次に示す純水浸漬処理、トップコート膜のアルカリ現像液溶解性試験、および露光解像試験を行った。これら試験の結果を表3に示す。 Subsequently, the following pure water immersion treatment, an alkali developer solubility test of the top coat film, and an exposure resolution test were performed. The results of these tests are shown in Table 3.
尚、純水浸漬試験は、以下のように行った。 In addition, the pure water immersion test was performed as follows.
上記の方法で樹脂膜を形成した各々のシリコンウェハを、それぞれ、20mlの純水に10分浸漬して溶出物を抽出後、当該抽出液をイオンクロマトグラフィにて測定して、溶出物の有無を確認したところ、レジスト膜の成分に帰属されるピークは観測されなかった。これは、トップコート膜を設けたことにより、レジスト膜からレジスト成分の水への溶出が抑えられたことを示す。 Each silicon wafer on which the resin film is formed by the above method is immersed in 20 ml of pure water for 10 minutes to extract the eluate, and then the extract is measured by ion chromatography to determine the presence or absence of the eluate. As a result of confirmation, no peak attributed to a component of the resist film was observed. This indicates that by providing the topcoat film, elution of the resist component from the resist film into water was suppressed.
次いで、トップコート膜のアルカリ現像液溶解性試験を、以下のように行った。 Next, an alkali developer solubility test of the topcoat film was performed as follows.
樹脂膜を形成した各々のシリコンウェハを、レジスト現像アナライザー RDA−790(リソテックジャパン(株)製)を用いて室温でアルカリ現像液(2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液)に浸漬して溶解速度を測定した。結果を表3に示す。トップコート膜1〜4は良好な溶解速度を示したが、トップコート膜5およびトップコート膜6は良好な溶解速度を示さなかった。 Each silicon wafer on which the resin film is formed is immersed in an alkaline developer (2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution) at room temperature using a resist development analyzer RDA-790 (manufactured by RISOTEC JAPAN). The dissolution rate was measured. The results are shown in Table 3. The top coat films 1 to 4 showed a good dissolution rate, but the top coat film 5 and the top coat film 6 did not show a good dissolution rate.
次いで、露光解像試験を、以下のように行った。 Next, an exposure resolution test was performed as follows.
レジスト膜上にトップコート液1〜6を塗布して樹脂膜を形成したシリコンウェハを、100℃で90秒間プリベークを行った後、フォトマスクを介して193nmで露光した。露光後のウェハーを回転させながら純水を2分間滴下した。その後、120℃で60秒間ポストエクスポーザーベークを行い、アルカリ現像液で現像した。アルカリ現像液としては、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いた。得られたパターンを走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、解像性の評価を行った。結果を表3に示す。トップコート膜1〜4におけるレジストにおいては矩形形状のパターンの形成が観測された。トップコート膜5におけるレジストにおいても矩形形状のパターンの形成が観察されたが欠陥も多く見られ、トップコート膜6においては溶解性不良とみられる頭はり形状で残渣のあるパターンが得られた。 A silicon wafer on which a topcoat solution 1 to 6 was applied on the resist film to form a resin film was pre-baked at 100 ° C. for 90 seconds, and then exposed at 193 nm through a photomask. Pure water was added dropwise for 2 minutes while rotating the exposed wafer. Thereafter, post-exposure baking was performed at 120 ° C. for 60 seconds, and development was performed with an alkaline developer. As the alkaline developer, an aqueous 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide solution was used. The obtained pattern was observed with a scanning electron microscope (SEM), and the resolution was evaluated. The results are shown in Table 3. In the resists in the top coat films 1 to 4, formation of a rectangular pattern was observed. Although formation of a rectangular pattern was observed in the resist in the top coat film 5, many defects were observed. In the top coat film 6, a pattern with a residue in the shape of a head beam that was considered to have poor solubility was obtained.
このことは、比較例1では、トップコート用組成物が含む含フッ素ラクトンポリマー化合物の原料として含フッ素ラクトンモノマー化合物を使用しなかったことにより、適切な現像液溶解性が得られなかった結果である。
特定の含フッ素ラクトンモノマー化合物に他の重合性単量体を組合せ、さらに溶剤を加えてなる本発明のトップコート液は、好適な撥水性および溶剤溶解性を備えることで、レジスト膜上に塗布し、波長300nm以下の電磁波である高エネルギー線または電子線を光源に用いた露光装置によるフォトリソグラフィーにより、特に液浸リソグラフィーによりパターン形成を行うと、極めて微細且つ高精度なパターン形状を得ることができる。 The top coat liquid of the present invention, which is obtained by combining a specific fluorine-containing lactone monomer compound with another polymerizable monomer and further adding a solvent, is applied onto a resist film by providing suitable water repellency and solvent solubility. When a pattern is formed by photolithography using an exposure apparatus that uses an electromagnetic wave having a wavelength of 300 nm or less as a light source, particularly by immersion lithography, an extremely fine pattern shape can be obtained. it can.
本発明のトップコート用組成物は、例えばKrFレーザー(波長、248nm)、ArFレーザー(波長、193nm)等、極短波長の紫外線を光源とする露光装置を用い、フォトリソグラフィーにより、特に液浸リソグラフィーにて極微細且つ高精度にパターン形成を行う際のレジスト膜上に塗布するトップコート用組成物として有用である。 The topcoat composition of the present invention uses an exposure apparatus that uses ultrashort wavelength ultraviolet light as a light source, such as a KrF laser (wavelength, 248 nm), an ArF laser (wavelength, 193 nm), and the like. It is useful as a composition for top coat applied on a resist film when forming a pattern with extremely fine and high precision.
また、本発明のトップコート用組成物は、X線、γ線等の高エネルギー線、電子線を用いたリソグラフィー技術にも応用できる可能性がある。
Moreover, the composition for topcoats of this invention may be applicable also to the lithography technique using high energy rays, such as X-rays and a gamma ray, and an electron beam.
Claims (10)
で表される繰返し単位を有する含フッ素ラクトンポリマー化合物を含有することを特徴とするトップコート用組成物。 The following general formula (1):
A topcoat composition comprising a fluorine-containing lactone polymer compound having a repeating unit represented by:
で表される含フッ素ラクトンモノマー化合物と他の重合性単量体とが重合した含フッ素ラクトンポリマー化合物を含有することを特徴とするトップコート用組成物。 The following general formula (2):
A topcoat composition comprising a fluorine-containing lactone polymer compound obtained by polymerizing a fluorine-containing lactone monomer compound represented by formula (2) and another polymerizable monomer.
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