JP6100986B2 - Method for producing polymer, method for producing resist composition, and method for producing substrate on which pattern is formed - Google Patents
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Description
本発明は、重合体、それを含むレジスト組成物、並びにパターンが形成された基板の製造方法に関し、特に、エキシマレーザーおよび電子線リソグラフィーを使用する微細加工に好適なレジスト組成物に関する。 The present invention relates to a polymer, a resist composition containing the polymer, and a method for producing a substrate on which a pattern is formed, and more particularly to a resist composition suitable for microfabrication using excimer laser and electron beam lithography.
近年、半導体素子や液晶素子の製造における微細加工の分野において、リソグラフィー技術の進歩により急速に微細化が進んでいる。その微細化の手法としては、一般に、照射光の短波長化が図られており、具体的には、従来のg線(波長:438nm)、i線(波長:365nm)に代表される紫外線から、より短波長のDUV(Deep Ultra Violet)へと照射光が変化してきている。
現在では、KrFエキシマレーザー(波長:248nm)リソグラフィー技術が市場に導入され、さらなる短波長化を図ったArFエキシマレーザー(波長:193nm)リソグラフィー技術およびF2エキシマレーザー(波長:157nm)リソグラフィー技術が研究されている。さらに、最近はこれらの液浸リソグラフィー技術も研究されている。また、これらとは異なるタイプのリソグラフィー技術として、電子線リソグラフィー技術についても精力的に研究されている。In recent years, in the field of microfabrication in the manufacture of semiconductor elements and liquid crystal elements, miniaturization has rapidly progressed due to advances in lithography technology. As a method for miniaturization, generally, the wavelength of irradiation light is shortened. Specifically, from conventional ultraviolet rays typified by g-line (wavelength: 438 nm) and i-line (wavelength: 365 nm). The irradiation light is changing to a shorter wavelength DUV (Deep Ultra Violet).
At present, KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) lithography technology has been introduced to the market, and ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) lithography technology and F 2 excimer laser (wavelength: 157 nm) lithography technology for further shortening of wavelength have been studied. Has been. Recently, these immersion lithography techniques have also been studied. Also, as a different type of lithography technology, electron beam lithography technology has been energetically studied.
このような短波長の照射光あるいは電子線を用いた高解像度のレジストとして、光酸発生剤を含有する「化学増幅型レジスト」が提唱され、現在、この化学増幅型レジストの改良および開発が進められている。
例えば、ArFエキシマレーザーリソグラフィーにおいて使用される化学増幅型レジスト樹脂として、波長193nmの光に対して透明なアクリル系樹脂が注目されている。このようなアクリル系樹脂としては、例えば、エステル部にアダマンタン骨格等の脂環式骨格を有する(メタ)アクリル酸エステルとエステル部にラクトン骨格を有する(メタ)アクリル酸エステルの重合体が特許文献1、特許文献2等に開示されている。As a high-resolution resist using such short-wavelength irradiation light or electron beam, a “chemically amplified resist” containing a photoacid generator has been proposed, and improvement and development of this chemically amplified resist are currently underway. It has been.
For example, as a chemically amplified resist resin used in ArF excimer laser lithography, an acrylic resin that is transparent with respect to light having a wavelength of 193 nm has attracted attention. As such an acrylic resin, for example, a polymer of a (meth) acrylic acid ester having an alicyclic skeleton such as an adamantane skeleton in an ester portion and a (meth) acrylic acid ester polymer having a lactone skeleton in an ester portion is disclosed in Patent Literature. 1 and Patent Document 2 and the like.
ところで、(メタ)アクリル酸エステルの重合体はラジカル重合法で重合されるのが一般的である。一般に、モノマーが2種以上ある多元系重合体では、各モノマー間の共重合反応性比が異なるため、重合初期と重合後期で生成する重合体の共重合組成比が異なり、得られる重合体は組成分布を持つようになる。このような共重合組成比が制御されていない重合体は、レジスト性能を低下させるため、組成分布を制御する検討がなされてきた。 By the way, a polymer of (meth) acrylic acid ester is generally polymerized by a radical polymerization method. In general, in a multi-component polymer having two or more types of monomers, the copolymerization reactivity ratio between the monomers is different, so the copolymer composition ratio of the polymer produced in the early stage of polymerization and the late stage of polymerization is different, and the resulting polymer is It has a composition distribution. Such a polymer in which the copolymer composition ratio is not controlled has been studied to control the composition distribution in order to reduce the resist performance.
例えば、特許文献3には、高感度のレジストを得るために、重合反応中の任意の時点における各共重合成分の共重合割合の標準偏差が8以下である重合体、すなわち、組成分布の狭い重合体をレジスト用樹脂として用いることが記載されている。
しかしながら、特許文献3に記載されているレジストは、現像液への溶解性、解像度、焦点深度(DOF)の点で十分ではなかった。
However, the resist described in Patent Document 3 is not sufficient in terms of solubility in a developer, resolution, and depth of focus (DOF).
本発明は、現像液への溶解性が均一で、高感度、高解像度であり、焦点深度(DOF)に優れたレジスト組成物を提供することにあり、このようなレジスト組成物に好適な重合体を提供することを目的とする。また、回路の断線や欠陥などを生じにくく、歩留まりの高い、パターンが形成された基板の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a resist composition having uniform solubility in a developer, high sensitivity, high resolution, and excellent depth of focus (DOF), and is suitable for such a resist composition. The purpose is to provide coalescence. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a substrate on which a pattern is formed which is less likely to cause disconnection or a defect in a circuit and has a high yield.
本発明の第1の要旨は、酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位を5〜60モル%含むレジスト用重合体を製造する方法であって、前記重合体が、該重合体をゲル・パーミエーション・クロマトグラフィーによって、質量平均分子量(Mw(P))より大きい分子量である重合体(PH)を分取した際に、下記式(1)を満足する重合体(P)となるように、酸脱離性基を有する単量体全量(F+G)の3〜10モル%に相当する、酸脱離性基を有する単量体(F)を含む溶液に、酸脱離性基を有する単量体(G)およびその他の単量体を含む混合物を滴下し、重合する、重合体の製造方法にある。 The first gist of the present invention is a method for producing a resist polymer containing 5 to 60 mol% of a structural unit derived from a monomer having an acid leaving group, wherein the polymer is the polymer. When the polymer (P H ) having a molecular weight higher than the mass average molecular weight (Mw (P)) is fractionated by gel permeation chromatography, the polymer (P) satisfying the following formula (1) So that the acid-eliminating group-containing monomer (F) corresponding to 3 to 10 mol% of the total amount of monomers having acid-eliminating groups (F + G) In the method for producing a polymer, a monomer (G) having a functional group and a mixture containing other monomers are dropped and polymerized.
P[αA]/PH[αA]≦0.990 …(1)
(式(1)において、P[αA]は重合体(P)中の全単量体由来の構成単位の数に占める酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位の数の比率を表し、PH[αA]は重合体(PH)の全単量体由来の構成単位の数に占める酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位の数の比率を表す。)
本発明の第2の要旨は、第1の要旨の重合体の製造方法において、前記酸脱離性基を有する単量体(F)を含む溶液が、該単量体(F)以外の単量体を含まない、重合体の製造方法にある。
P [α A ] / P H [α A ] ≦ 0.990 (1)
(In the formula (1), P [α A ] is the ratio of the number of structural units derived from monomers having acid-leaving groups to the number of structural units derived from all monomers in the polymer (P). P H [α A ] represents the ratio of the number of structural units derived from the monomer having an acid-eliminable group to the number of structural units derived from all monomers of the polymer (P H ). )
According to a second aspect of the present invention, in the method for producing a polymer according to the first aspect, the solution containing the monomer (F) having an acid-eliminable group is a unit other than the monomer (F). It is in the manufacturing method of a polymer which does not contain a monomer.
本発明の第3の要旨は、前記重合体の製造方法で重合体を製造する工程と、得られた重合体を用いてレジスト組成物を製造する工程を含むレジスト組成物の製造方法にある。
本発明の第4の要旨は、前記レジスト組成物の製造方法でレジスト組成物を製造する工程と、得られたレジスト組成物を被加工基板上に塗布する工程と、250nm以下の波長の光で露光する工程と、現像液を用いて現像する工程とを含むパターンが形成された基板の製造方法にある。
The third aspect of the invention is a method of manufacture of the polymer of the steps of producing a polymer in the production process, a resist composition comprising the step of producing a resist composition using the resulting polymer.
The fourth gist of the present invention includes a step of producing a resist composition by the method for producing a resist composition, a step of applying the obtained resist composition onto a substrate to be processed, and light having a wavelength of 250 nm or less. It exists in the manufacturing method of the board | substrate with which the pattern containing the process to expose and the process developed using a developing solution was formed.
本発明の重合体は、前記式(1)を満足するように組成分布が制御されかつ、酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位が5〜60モル%以下であるため、レジスト組成物に用いた場合に、現像液への溶解性が均一で、高感度、高解像度であり、焦点深度(DOF)に優れている。そのため、本発明の重合体は、レジスト用重合体として好適であり、半導体素子・液晶素子の製造において用いる微細加工用重合体として好適である。 In the polymer of the present invention, the composition distribution is controlled so as to satisfy the above formula (1) and the constituent unit derived from the monomer having an acid leaving group is 5 to 60 mol% or less. When used in the composition, the solubility in the developer is uniform, the sensitivity is high, the resolution is high, and the depth of focus (DOF) is excellent. Therefore, the polymer of this invention is suitable as a polymer for resists, and is suitable as a polymer for fine processing used in manufacture of a semiconductor element and a liquid crystal element.
また、本発明の重合体を用いたレジスト組成物は、DUVエキシマレーザーリソグラフィー、これらの液浸リソグラフィーおよび電子線リソグラフィー、特にArFエキシマレーザーリソグラフィーおよびこの液浸リソグラフィーに好適に用いることができる。
また、本発明の基板の製造方法により、高精度の微細なパターンが形成された基板を歩留まりよく製造することができる。Moreover, the resist composition using the polymer of the present invention can be suitably used for DUV excimer laser lithography, these immersion lithography and electron beam lithography, particularly ArF excimer laser lithography, and this immersion lithography.
Moreover, the substrate on which a highly accurate fine pattern is formed can be manufactured with a high yield by the substrate manufacturing method of the present invention.
本発明の重合体について説明する。
本発明の重合体は、酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位を5〜60モル%含む。ここで、「酸脱離性基」とは酸の作用により分解または脱離する基をいう。従って、酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位は、酸によってアルカリに対する溶解性が増す成分であり、本発明の重合体をレジスト組成物に用いる場合には、レジストパターン形成を可能とする作用を奏する。
酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位は、レジスト組成物に用いる場合には、感度および解像度の点から、重合体の全単量体由来の構成単位中5モル%以上必要であり、20モル%以上が好ましく、25モル%以上がより好ましい。また、基板表面等への密着性の点から、重合体の全単量体由来の構成単位中60モル%以下が必要であり、55モル%以下が好ましく、50モル%以下がより好ましい。
酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位が60モル%を超える場合にはパターンの矩形性や焦点深度(DOF)といった点で性能が不十分となり、酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位が5モル%未満の場合は感度や解像度といった点で性能が不十分となる。
The polymer of the present invention will be described.
The polymer of this invention contains 5-60 mol% of structural units derived from the monomer having an acid leaving group. Here, the “acid-leaving group” refers to a group that decomposes or leaves by the action of an acid. Therefore, the structural unit derived from the monomer having an acid-eliminable group is a component whose solubility in alkali is increased by an acid. When the polymer of the present invention is used for a resist composition, a resist pattern can be formed. Has the effect of.
When used in a resist composition, the structural unit derived from a monomer having an acid leaving group needs to be 5 mol% or more in the structural unit derived from all monomers of the polymer from the viewpoint of sensitivity and resolution. Yes, 20 mol% or more is preferable, and 25 mol% or more is more preferable. Further, from the viewpoint of adhesion to the substrate surface or the like, 60 mol% or less is necessary in the structural unit derived from all monomers of the polymer, preferably 55 mol% or less, and more preferably 50 mol% or less.
When the structural unit derived from the monomer having an acid leaving group exceeds 60 mol%, the performance is insufficient in terms of the rectangularity of the pattern and the depth of focus (DOF), and the unit having the acid leaving group is not sufficient. When the structural unit derived from the monomer is less than 5 mol%, the performance is insufficient in terms of sensitivity and resolution.
さらに本発明の重合体(P)は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィーによって、該重合体をその質量平均分子量(Mw(P))より大きい分子量である重合体(PH)を分取した際に、下記式(1)を満足することが必要である。
P[αA]/PH[αA]≦0.990 …(1)
式(1)において、P[αA]は重合体(P)中の全単量体由来の構成単位に占める酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位の数の比率を表し、PH[αA]は重合体(PH)の全単量体由来の構成単位に占める酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位の数の比率を表す。
式(1)によって規定されるように、前記P[αA]を前記PH[αA]で除することによって得られた値が0.990以下であることは、本発明の重合体(P)において、その質量平均分子量(Mw(P))より大きい分子量である重合体(PH)に酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位が多く含まれていることを意味する。Furthermore, the polymer (P) of the present invention is obtained by fractionating a polymer (P H ) having a molecular weight larger than the mass average molecular weight (Mw (P)) of the polymer by gel permeation chromatography. In addition, it is necessary to satisfy the following formula (1).
P [α A ] / P H [α A ] ≦ 0.990 (1)
In the formula (1), P [α A ] represents the ratio of the number of structural units derived from monomers having acid-leaving groups in the structural units derived from all monomers in the polymer (P), P H [α A ] represents the ratio of the number of structural units derived from the monomer having an acid-eliminable group in the structural units derived from all monomers of the polymer (P H ).
As defined by the formula (1), the value obtained by dividing the P [α A ] by the P H [α A ] is 0.990 or less. P) means that the polymer (P H ) having a molecular weight larger than the mass average molecular weight (Mw (P)) contains a large number of structural units derived from the monomer having an acid-eliminable group. .
一般に、重合体は分子量分布を持つため、レジスト組成物に用いた場合、現像液への溶解性が不均一となる。これは、現像液への溶解性が(i)重合体の分子量と、(ii)重合体鎖中の酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位(酸によってアルカリに対する溶解性が増す成分)の量とに依存するからである。
(i)については、酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位の量が同じ重合体鎖では、分子量が大きいほど現像液への溶解速度は遅くなり、逆に分子量が小さいほど現像液への溶解速度は速くなる。
また、(ii)については、同じ分子量の重合体鎖では、酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位の量が多いと現像液への溶解速度は速くなり、逆に酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位の量が少ないと現像液への溶解速度は遅くなる。In general, since a polymer has a molecular weight distribution, when used in a resist composition, the solubility in a developer becomes non-uniform. This is because the solubility in the developer is (i) the molecular weight of the polymer and (ii) the structural unit derived from the monomer having an acid-eliminable group in the polymer chain (the solubility in alkali is increased by the acid. This is because it depends on the amount of the component.
As for (i), in the polymer chain having the same amount of the structural unit derived from the monomer having an acid-eliminable group, the higher the molecular weight, the slower the dissolution rate in the developer, and vice versa. The dissolution rate in the liquid increases.
As for (ii), in a polymer chain having the same molecular weight, if the amount of the structural unit derived from the monomer having an acid-eliminable group is large, the dissolution rate in the developer is increased, and conversely, the acid is eliminated. If the amount of the structural unit derived from the monomer having a functional group is small, the dissolution rate in the developer is slow.
本発明の重合体(P)は、その質量平均分子量Mw(P)よりも大きい分子量の分子鎖に酸脱離性基が多く含まれる。従って、分子量が大きいことによる溶解速度の遅さ(上記(i)の作用)が、酸脱離性基の量が多いことによる溶解速度の速さ(上記(ii)の作用)によって補われ、その結果として、重合体全体としての現像液への溶解性が均一となる。
なお、レジスト用溶媒への溶解性の点から、前記P[αA]を前記PH[αA]で除することによって得られた値、すなわち、P[αA]/PH[αA]は、0.2以上が好ましい。
本発明の重合体(P)は、酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位を5〜60モル%含み、分子量分布と組成分布の関係が式(1)のような関係にあるため、本発明の重合体を化学増幅型レジスト組成物に用いた場合に、各重合体鎖の分子量の違いによる現像液への溶解速度の差を、酸脱離性基を有する構成単位の組成分布の差で補い、現像液への溶解性が均一となるのである。その結果、現像液への溶解性が均一で、高感度、高解像度、かつ焦点深度(DOF)に優れた化学増幅型レジスト組成物を得ることができる。
The polymer (P) of the present invention contains a large number of acid-eliminable groups in the molecular chain having a molecular weight larger than its mass average molecular weight Mw (P). Therefore, the slow dissolution rate due to the large molecular weight (the effect of (i) above) is compensated by the high dissolution rate due to the large amount of the acid leaving group (the effect of (ii) above), As a result, the solubility of the entire polymer in the developer becomes uniform.
From the viewpoint of solubility in a resist solvent, a value obtained by dividing P [αA] by PH [αA], that is, P [αA] / PH [αA] is 0.2. The above is preferable.
The polymer (P) of the present invention contains 5 to 60 mol% of a structural unit derived from a monomer having an acid leaving group, and the relationship between the molecular weight distribution and the composition distribution is as shown in the formula (1). Therefore, when the polymer of the present invention is used in a chemically amplified resist composition, the difference in the dissolution rate in the developer due to the difference in molecular weight of each polymer chain is represented by the composition of the structural unit having an acid leaving group. This is compensated by the difference in distribution, and the solubility in the developer becomes uniform. As a result, a chemically amplified resist composition having uniform solubility in a developer, high sensitivity, high resolution, and excellent depth of focus (DOF) can be obtained.
なお、本発明において、重合体(P)の質量平均分子量(Mw(P))とは、下記の条件(以下、GPC条件Iという)でゲル・パーミエーション・クロマトグラフィーにより求めたポリスチレン換算値である。
<GPC条件I>
装置:東ソー(株)製、東ソー高速GPC装置 HLC−8220GPC(商品名)。
分離カラム:昭和電工製、Shodex GPC K−805L(商品名)を3本直列に連結したもの。
測定温度:40℃。
溶離液:テトラヒドロフラン(以下、THFという)。
試料:重合体(P)20mgを5mlのTHFに溶解し、0.5μmメンブレンフィルターで濾過した溶液。
流量:1ml/分。
注入量:0.1ml。
検出器:示差屈折計。In the present invention, the mass average molecular weight (Mw (P)) of the polymer (P) is a polystyrene conversion value determined by gel permeation chromatography under the following conditions (hereinafter referred to as GPC condition I). is there.
<GPC condition I>
Apparatus: Tosoh Corporation make, Tosoh high-speed GPC apparatus HLC-8220GPC (trade name).
Separation column: manufactured by Showa Denko, three Shodex GPC K-805L (trade name) connected in series.
Measurement temperature: 40 ° C.
Eluent: Tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF).
Sample: A solution obtained by dissolving 20 mg of the polymer (P) in 5 ml of THF and filtering through a 0.5 μm membrane filter.
Flow rate: 1 ml / min.
Injection volume: 0.1 ml.
Detector: differential refractometer.
検量線I:標準ポリスチレン20mgを5mlのTHFに溶解し、0.5μmメンブレンフィルターで濾過した溶液を用いて、上記の条件で分離カラムに注入し、溶出時間と分子量の関係を求める。標準ポリスチレンは、以下の東ソー製の標準ポリスチレン(いずれも商品名)を用いる。
F−80(Mw=706,000)、
F−20(Mw=190,000)、
F−4(Mw=37,900)、
F−1(Mw=10,200)、
A−2500(Mw=2,630)、
A−500(Mw=682、578、474、370、260の混合物)。Calibration curve I: Dissolve 20 mg of standard polystyrene in 5 ml of THF, and inject it into a separation column under the above conditions using a solution filtered through a 0.5 μm membrane filter, and determine the relationship between elution time and molecular weight. As standard polystyrene, the following standard polystyrenes manufactured by Tosoh (both are trade names) are used.
F-80 (Mw = 706,000),
F-20 (Mw = 190,000),
F-4 (Mw = 37,900),
F-1 (Mw = 10,200),
A-2500 (Mw = 2,630),
A-500 (mixture of Mw = 682, 578, 474, 370, 260).
また、本発明において、質量平均分子量(Mw(P))より大きい分子量である重合体(PH)は、以下の方法(手順(1)〜(4))によって、重合体(P)から分取したものである。
(1)重合体の質量平均分子量(Mw(P))を前記GPC条件Iによって求める。
(2)GPCの条件を下記GPC条件IIに変更し、標準ポリスチレンを用いて検量線II(溶出時間と分子量の関係)を求める。
(3)検量線IIにおいて、分子量が、前記(1)で求めたMw(P)となる溶出時間Tを求める。
(4)下記GPC条件IIにおいて、分取カラムに重合体の溶液を注入し、上記(3)で求めた溶出時間Tより前に溶出してきた成分をPHとして分取する。In the present invention, the polymer (P H ) having a molecular weight larger than the mass average molecular weight (Mw (P)) is separated from the polymer (P) by the following method (procedures (1) to (4)). It is taken.
(1) The mass average molecular weight (Mw (P)) of the polymer is determined according to the GPC condition I.
(2) The GPC condition is changed to the following GPC condition II, and a calibration curve II (relation between elution time and molecular weight) is determined using standard polystyrene.
(3) In the calibration curve II, the elution time T at which the molecular weight is Mw (P) determined in the above (1) is determined.
(4) In the following GPC conditions II, was injected a solution of the polymer in the preparative column, fractionated the components have been eluted before the elution time T obtained in (3) as P H.
<GPC条件II>
装置:東ソー(株)製、東ソー高速GPC装置 HLC−8220GPC(商品名)。
分取カラム:昭和電工製、Shodex GPC K−2005(商品名)を2本直列に連結したもの。
測定温度:40℃。
溶離液:テトラヒドロフラン(以下、THFという)。
試料:重合体(P)120mgを5mlのTHFに溶解し、0.5μmメンブレンフィルターで濾過した溶液。
流量:4ml/分。
注入量:1ml。
検出器:示差屈折計。<GPC condition II>
Apparatus: Tosoh Corporation make, Tosoh high-speed GPC apparatus HLC-8220GPC (trade name).
Preparative column: Showa Denko, Shodex GPC K-2005 (trade name) connected in series.
Measurement temperature: 40 ° C.
Eluent: Tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF).
Sample: A solution obtained by dissolving 120 mg of the polymer (P) in 5 ml of THF and filtering through a 0.5 μm membrane filter.
Flow rate: 4 ml / min.
Injection volume: 1 ml.
Detector: differential refractometer.
検量線II:標準ポリスチレン120mgを5mlのTHFに溶解し、0.5μmメンブレンフィルターで濾過した溶液を用いて、上記の条件で分取カラムに注入し、溶出時間と分子量の関係を求める。標準ポリスチレンは、以下の東ソー製の標準ポリスチレン(いずれも商品名)を用いる。
F−80(Mw=706,000)、
F−20(Mw=190,000)、
F−4(Mw=37,900)、
F−1(Mw=10,200)、
A−2500(Mw=2,630)、
A−500(Mw=682、578、474、370、260の混合物)Calibration curve II: Using a solution obtained by dissolving 120 mg of standard polystyrene in 5 ml of THF and filtering through a 0.5 μm membrane filter, the solution is injected into a preparative column under the above conditions, and the relationship between elution time and molecular weight is determined. As standard polystyrene, the following standard polystyrenes manufactured by Tosoh (both are trade names) are used.
F-80 (Mw = 706,000),
F-20 (Mw = 190,000),
F-4 (Mw = 37,900),
F-1 (Mw = 10,200),
A-2500 (Mw = 2,630),
A-500 (mixture of Mw = 682, 578, 474, 370, 260)
ここで、式(1)について、重合体(P)が3種の単量体由来の構成単位を有する場合、すなわち、重合体(P)が三元系重合体P(α1/α2/α3)の場合を例にとって説明する。
例えば、α1が酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位であり、α2とα3が酸脱離性基を有さない単量体由来の構成単位である場合、式(1)のP[αA]は、重合体(P)中の単量体由来の構成単位の総数(《α1》+《α2》+《α3》)に対する重合体(P)中の構成単位α1の数《α1》の比率となる。
P[αA]=《α1》/(《α1》+《α2》+《α3》)…(2)
式(2)において、《α1》は重合体(P)中の構成単位α1の数を表し、《α2》は重合体(P)中の構成単位α2の数を表し、《α3》は重合体(P)中の構成単位α3の数を表す。Here, for the formula (1), when the polymer (P) has structural units derived from three types of monomers, that is, the polymer (P) is a ternary polymer P (α 1 / α 2 / The case of α 3 ) will be described as an example.
For example, when α 1 is a structural unit derived from a monomer having an acid leaving group, and α 2 and α 3 are structural units derived from a monomer having no acid leaving group, the formula ( P [α A ] in 1) represents the total number of structural units derived from monomers in the polymer (P) (<< α 1 >> + << α 2 >> + << α 3 >>) in the polymer (P). This is the ratio of the number of constituent units α 1 << α 1 >>.
P [α A ] = << α 1 >> / (<< α 1 >> + << α 2 >> + << α 3 >>) (2)
In formula (2), << α 1 >> represents the number of structural units α 1 in the polymer (P), << α 2 >> represents the number of structural units α 2 in the polymer (P), and << α 3 >> represents the number of structural units α 3 in the polymer (P).
また、例えば、α1とα2が酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位であり、α3が酸脱離性基を有さない単量体由来の構成単位である場合、式(1)のP[αA]は、重合体(P)中の構成単位の総数(《α1》+《α2》+《α3》)に対する重合体(P)中の構成単位α1の数《α1》と構成単位α2の数《α2》の合計量の分率となる。
P[αA]=(《α1》+《α2》)/(《α1》+《α2》+《α3》)…(3)
式(3)において、《α1》〜《α3》は、前記式(2)と同義である。
以上、重合体(P)が3種の単量体由来の構成単位を有する三元系重合体P(α1/α2/α3)の場合を例にとって説明したが、重合体(P)が2種、もしくは4種以上の単量体由来の構成単位を有する場合も同様である。Further, for example, when α 1 and α 2 are structural units derived from a monomer having an acid leaving group, and α 3 is a structural unit derived from a monomer having no acid leaving group, P [α A ] in the formula (1) is the structural unit α in the polymer (P) with respect to the total number of structural units (<< α 1 >> + << α 2 >> + << α 3 >>) in the polymer (P). It is a fraction of the total amount of the number of 1 << α 1 >> and the number of structural units α 2 << α 2 >>.
P [α A ] = (<< α 1 >> + << α 2 >>) / (<< α 1 >> + << α 2 >> + << α 3 >>) (3)
In the formula (3), << α 1 >> to << α 3 >> have the same meaning as the formula (2).
The case where the polymer (P) is a ternary polymer P (α 1 / α 2 / α 3 ) having structural units derived from three types of monomers has been described as an example, but the polymer (P) The same applies to the case where has a structural unit derived from two or four or more monomers.
重合体中の全単量体由来の構成単位に占める酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位の数の比率は、1H−NMR測定で求めることができる場合には1H−NMR測定により求め、プロトンピークの重なり等により1H−NMR測定で求めることができない場合には、13C−NMR測定により求める。
なお、NMR測定で求めることができる単量体由来の構成単位の数の比率は、各構成単位のモル%と同義である。When the ratio of the number of structural units derived from monomers having an acid-eliminable group in the structural units derived from all monomers in the polymer can be determined by 1 H-NMR measurement, 1 H- Obtained by NMR measurement, and if it cannot be obtained by 1 H-NMR measurement due to proton peak overlap or the like, it is obtained by 13 C-NMR measurement.
In addition, the ratio of the number of the structural units derived from the monomer which can be calculated | required by NMR measurement is synonymous with the mol% of each structural unit.
1H−NMRの測定は、日本電子(株)製、GSX−400型FT−NMR(商品名)を用いて、5質量%の本発明の重合体(P)の溶液(重水素化クロロホルム溶液または重水素化ジメチルスルホキシド溶液)を直径5mmφの試験管に入れ、観測周波数400MHz、シングルパルスモードにて、64回の積算で行う。なお、測定温度は、重水素化クロロホルムを溶媒とした場合は40℃、重水素化ジメチルスルホキシドを溶媒とした場合は60℃で行う。
13C−NMR測定の場合は、バリアンテクノロジーズ社製、UNITY−INOVA型FT−NMR(商品名)を用いて、20質量%の本発明の重合体(P)の重水素化ジメチルスルホキシド溶液を直径5mmφの試験管に入れ、測定温度60℃、観測周波数125MHz、核オーバーハウザー効果(NOE)が除去されたプロトン完全デカップリング法にて、50000回の積算を行う。The measurement of 1 H-NMR was carried out by using a GSX-400 type FT-NMR (trade name) manufactured by JEOL Ltd. and a 5% by mass solution of the polymer (P) of the present invention (deuterated chloroform solution). Alternatively, a deuterated dimethyl sulfoxide solution) is put into a test tube having a diameter of 5 mmφ, and the measurement is carried out 64 times in an observation frequency of 400 MHz and a single pulse mode. The measurement temperature is 40 ° C. when deuterated chloroform is used as the solvent, and 60 ° C. when deuterated dimethyl sulfoxide is used as the solvent.
In the case of 13 C-NMR measurement, 20% by mass of a deuterated dimethyl sulfoxide solution of the polymer (P) of the present invention using UNITY-INOVA FT-NMR (trade name) manufactured by Varian Technologies, Inc. The sample is put in a 5 mmφ test tube, and the integration is performed 50000 times by the proton complete decoupling method in which the measurement temperature is 60 ° C., the observation frequency is 125 MHz, and the nuclear overhauser effect (NOE) is removed.
次に、酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位について説明する。 Next, a structural unit derived from a monomer having an acid leaving group will be described.
酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位(B)がラクトン骨格を有する場合、基板密着性が良好となる傾向にある。また、酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位(B)が親水性基を有する場合、より優れた感度を有する傾向にある。 When the structural unit (B) derived from the monomer having an acid leaving group has a lactone skeleton, the substrate adhesion tends to be good. Moreover, when the structural unit (B) derived from the monomer having an acid leaving group has a hydrophilic group, it tends to have more excellent sensitivity.
酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位(B)としては、特に制限されないが、レジストに必要とされるドライエッチング耐性が高い点から、下記式(3−1−1)、(3−2−1)、(3−4−1)、(3−8−1)、および(3−12−1)からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。 The structural unit (B) derived from the monomer having an acid-eliminable group is not particularly limited. However, from the viewpoint of high dry etching resistance required for a resist, the following formulas (3-1-1) and ( It is preferably at least one selected from the group consisting of 3-2-1), (3-4-1), (3-8-1), and (3-12-1).
式(3−1−1)中、R31は水素原子またはメチル基を表し、R1は炭素数1〜3のアルキル基を表し、X1は炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n1は0〜4の整数を表す。なお、n1が2以上の場合にはX1として複数の異なる基を有することも含む。
式(3−2−1)中、R32は水素原子またはメチル基を表し、R2、R3はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を表し、X2は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n2は0〜4の整数を表す。なお、n2が2以上の場合にはX2として複数の異なる基を有することも含む。In formula (3-1-1), R 31 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 1 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and X 1 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. N1 represents an integer of 0 to 4. Incidentally, also includes having a plurality of different groups as X 1 in the case of n1 is 2 or more.
In formula (3-2-1), R 32 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 2 and R 3 each independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and X 2 represents 1 to 6 carbon atoms. N2 represents an integer of 0 to 4. Incidentally, also includes having a plurality of different groups as X 2 in the case of n2 is 2 or more.
式(3−4−1)中、R34は水素原子またはメチル基を表し、R5は炭素数1〜3のアルキル基を表し、X4は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n4は0〜4の整数を表し、rは0〜2の整数を表す。なお、n4が2以上の場合にはX4として複数の異なる基を有することも含む。
式(3−8−1)中、R38は水素原子またはメチル基を表す。R381、R382、R383はそれぞれ独立に炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表す。In formula (3-4-1), R 34 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 5 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and X 4 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Represents a group, n4 represents an integer of 0 to 4, and r represents an integer of 0 to 2. Incidentally, also includes having a plurality of different groups as X 4 in the case of n4 is 2 or more.
Wherein (3-8-1), R 38 represents a hydrogen atom or a methyl group. R 381 , R 382 and R 383 each independently represent a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
式(3−12−1)中、R14は水素原子またはメチル基を表し、G5は単結合、−O−C(=O)−、−C(=O)−O−、または−O−を表す。
L10は、単結合、炭素数1〜20の直鎖もしくは分岐アルキル基、1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体、または環状の2価の炭化水素基を表し、この環状の2価の炭化水素基は置換基および/またはヘテロ原子を有していてもよい。
L11は、水素原子、炭素数1〜20の直鎖もしくは分岐アルキル基、1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体、または環状の2価の炭化水素基を表し、この環状の2価の炭化水素基は置換基および/またはヘテロ原子を有していてもよい。
h5は0〜2の整数を表す。In formula (3-12-1), R 14 represents a hydrogen atom or a methyl group, and G 5 represents a single bond, —O—C (═O) —, —C (═O) —O—, or —O. -Represents.
L 10 represents a single bond, a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a monovalent alicyclic hydrocarbon group or a derivative thereof, or a cyclic divalent hydrocarbon group. The hydrocarbon group may have a substituent and / or a hetero atom.
L 11 represents a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a monovalent alicyclic hydrocarbon group or a derivative thereof, or a cyclic divalent hydrocarbon group. The hydrocarbon group may have a substituent and / or a hetero atom.
h5 represents an integer of 0 to 2.
X5は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、またはアミノ基を表す。前記X5の炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基としてヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。
h51は0〜4の整数を表す。なお、h51が2以上の場合にはX5として複数の異なる基を有することも含む。
g17、g19、g21はそれぞれ独立して0または1の整数を表す。g18、g20はそれぞれ独立して0〜20の整数を表す。X 5 is an ester of a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or an alcohol having 1 to 6 carbon atoms. Represents a carboxy group or an amino group. The linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms of X 5 is a hydroxy group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or 1 to 6 carbon atoms as a substituent. It may have at least one group selected from the group consisting of a carboxy group, a cyano group and an amino group esterified with an alcohol.
h51 represents an integer of 0 to 4. Incidentally, also includes having a plurality of different groups as X 5 in the case of h51 is 2 or more.
g17, g19, and g21 each independently represents an integer of 0 or 1. g18 and g20 each independently represents an integer of 0 to 20.
R615およびR616は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表すか、あるいは、R615とR616とが一緒になって−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖を表す。
R617およびR618は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表すか、あるいは、R617とR618とが一緒になって−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖を表す。
R619は炭素数1〜3の直鎖アルキル基を表す。
R620は水素原子、または炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、あるいは、結合している炭素原子と共に炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成、または炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成してもよい。R 615 and R 616 each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, a carboxy group, or a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms. Alternatively, R 615 and R 616 together represent —O—, —S—, —NH— or a methylene chain having a chain length of 1-6.
R 617 and R 618 each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, a carboxy group, or a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms. Alternatively, R 617 and R 618 together represent —O—, —S—, —NH—, or a methylene chain having a chain length of 1-6.
R 619 represents a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
R620 represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a divalent alicyclic hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms or a derivative thereof together with the carbon atoms to which R620 is bonded. Or a monovalent alicyclic hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms or a derivative thereof may be formed.
酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位(B)は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
酸脱離性基を有する単量体(b)は、特に制限されないが、例えば、下記式(9−1)、(9−2)、(9−5)、(9−19)、(9−20)、(9−22)、(9−23)、(9−114)、(9−116)、(9−197)、(9−209)、(9−241)で表される単量体が挙げられる。式中、RおよびR’は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基を表す。The structural unit (B) derived from the monomer having an acid leaving group can be used alone or in combination of two or more as required.
Although the monomer (b) having an acid leaving group is not particularly limited, for example, the following formulas (9-1), (9-2), (9-5), (9-19), (9 -20), (9-22), (9-23), (9-114), (9-116), (9-197), (9-209), (9-241) A monomer is mentioned. In the formula, R and R ′ each independently represents a hydrogen atom or a methyl group.
中でも、感度および解像度の点から、上記式(9−1)、(9−2)、(9−5)、(9−19)、(9−20)、(9−22)、(9−23)、(9−114)、(9−116)で表される単量体、並びにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましい。 Among these, from the points of sensitivity and resolution, the above formulas (9-1), (9-2), (9-5), (9-19), (9-20), (9-22), (9- 23), (9-114), monomers represented by (9-116), and geometrical isomers and optical isomers thereof are more preferable.
また、パターン矩形性が良好な点から、上記式(9−197)、(9−209)で表される単量体、並びにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましい。
また、レジスト組成物の保存安定性の点から、上記式(9−241)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましい。From the viewpoint of good pattern rectangularity, monomers represented by the above formulas (9-197) and (9-209), and geometrical isomers and optical isomers thereof are more preferable.
Further, from the viewpoint of the storage stability of the resist composition, the monomer represented by the above formula (9-241), and geometrical isomers and optical isomers thereof are more preferable.
酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位以外の構成単位としては、特に制限されないが、例えば、ラクトン骨格を有する単量体由来の構成単位(A)、親水性基を有する単量体由来の構成単位(C)等を挙げることができる。 The structural unit other than the structural unit derived from the monomer having an acid leaving group is not particularly limited. Examples thereof include a structural unit (C) derived from a body.
まず最初に、ラクトン骨格を有する単量体由来の構成単位について説明する。ラクトン骨格を有する単量体由来の構成単位(A)は、基板密着性が良好な点から好ましい。
ラクトン骨格を有する単量体由来の構成単位(A)の含有量は、特に制限されないが、基板への密着性の点から、重合体(P)の全構成単位中、30モル%以上が好ましく、35モル%以上がより好ましい。また、ラクトン骨格を有する構成単位(A)の含有量は、レジストの感度および解像度の点から、重合体(P)の全構成単位中、60モル%以下が好ましく、55モル%以下がより好ましく、50モル%以下がさらに好ましい。
ラクトン骨格を有する単量体由来の構成単位(A)としては、特に制限されないが、感度あるいはドライエッチング耐性の点から、下記式(4−1)〜(4−3)からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。First, a structural unit derived from a monomer having a lactone skeleton will be described. The structural unit (A) derived from a monomer having a lactone skeleton is preferable from the viewpoint of good substrate adhesion.
The content of the structural unit (A) derived from the monomer having a lactone skeleton is not particularly limited, but is preferably 30 mol% or more in the total structural unit of the polymer (P) from the viewpoint of adhesion to the substrate. 35 mol% or more is more preferable. Further, the content of the structural unit (A) having a lactone skeleton is preferably 60 mol% or less, more preferably 55 mol% or less in the total structural units of the polymer (P) from the viewpoint of the sensitivity and resolution of the resist. 50 mol% or less is more preferable.
The structural unit (A) derived from the monomer having a lactone skeleton is not particularly limited, but is selected from the group consisting of the following formulas (4-1) to (4-3) from the viewpoint of sensitivity or dry etching resistance. It is preferable that there is at least one.
式(4−1)中、R41は水素原子またはメチル基を表し、R401、R402は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表すか、あるいは、R401とR402とが一緒になって−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖[−(CH2)j−(jは1〜6の整数を表す)]を表す。In formula (4-1), R 41 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 401 and R 402 each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, a carboxy group, Or a carboxyl group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms, or R 401 and R 402 together form —O—, —S—, —NH—, or a chain length of 1 to 6 methylene chains [— (CH 2 ) j — (j represents an integer of 1 to 6)].
iは0または1を表し、X5は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、またはアミノ基を表す。前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基としてヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。
n5は0〜4の整数を表し、mは1または2を表す。なお、n5が2以上の場合にはX5として複数の異なる基を有することも含む。i represents 0 or 1, X 5 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, carbon A carboxy group esterified with an alcohol having a number of 1 to 6 or an amino group is represented. The linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is a hydroxy group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or an alcohol having 1 to 6 carbon atoms as a substituent. It may have at least one group selected from the group consisting of esterified carboxy group, cyano group, and amino group.
n5 represents an integer of 0 to 4, and m represents 1 or 2. Incidentally, also includes having a plurality of different groups as X 5 in the case of n5 is 2 or more.
式(4−2)中、R42は水素原子またはメチル基を表し、R201、R202は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表す。
A1、A2は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表すか、あるいは、A1とA2とが一緒になって−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖[−(CH2)k−(kは1〜6の整数を表す)]を表す。Wherein (4-2), R 42 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 201, R 202 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, hydroxy group, carboxy Group or a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms.
A 1 and A 2 each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, a carboxy group, or a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms. Alternatively, A 1 and A 2 are combined together to form —O—, —S—, —NH— or a methylene chain having a chain length of 1 to 6 [— (CH 2 ) k — (k is 1 to 6). Represents an integer)].
X6は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基またはアミノ基を表す。前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基としてヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。
n6は0〜4の整数を表す。なお、n6が2以上の場合にはX6として複数の異なる基を有することも含む。X 6 is an ester of a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or an alcohol having 1 to 6 carbon atoms. Represents a carboxy group, a cyano group or an amino group. The linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is a hydroxy group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms, or a cyano group. And at least one group selected from the group consisting of amino groups.
n6 represents an integer of 0 to 4. Incidentally, also includes having a plurality of different groups as X 6 in the case of n6 is 2 or more.
式(4−3)中、R42は水素原子またはメチル基を表し、R203、R204は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表す。
A3、A4は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表すか、あるいは、A3とA4とが一緒になって−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖[−(CH2)l−(lは1〜6の整数を表す)]を表す。In formula (4-3), R 42 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 203 and R 204 each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, a carboxy group, Group or a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms.
A 3 and A 4 each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, a carboxy group, or a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms. Alternatively, A 3 and A 4 are combined together to form —O—, —S—, —NH—, or a methylene chain having a chain length of 1 to 6 [— (CH 2 ) 1 — (l is 1 to 6 Represents an integer)].
X7は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、またはアミノ基を表す。前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基としてヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。
n7は0〜4の整数を表す。なお、n7が2以上の場合にはX7として複数の異なる基を有することも含む。X 7 is an ester of a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or an alcohol having 1 to 6 carbon atoms. Represents a carboxy group, a cyano group, or an amino group. The linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is a hydroxy group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms, or a cyano group. And at least one group selected from the group consisting of amino groups.
n7 represents an integer of 0 to 4. Incidentally, also includes having a plurality of different groups as X 7 in the case of n7 is 2 or more.
ラクトン骨格を有する単量体由来の構成単位(A)は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
ラクトン骨格を有する単量体(a)は、特に制限されないが、例えば、下記式(10−1)〜(10−5)、(10−7)、(10−8)、(10−12)、(10−13)、(10−17)、(10−23)で表される単量体が挙げられる。式中、Rは水素原子またはメチル基を表す。The structural unit (A) derived from the monomer having a lactone skeleton can be used alone or in combination of two or more as required.
The monomer (a) having a lactone skeleton is not particularly limited. For example, the following formulas (10-1) to (10-5), (10-7), (10-8), (10-12) , (10-13), (10-17), and monomers represented by (10-23). In the formula, R represents a hydrogen atom or a methyl group.
中でも、感度の点から、上記式(10−1)〜(10−3)、および上記式(10−5)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましく、ドライエッチング耐性の点から、上記式(10−7)、(10−12)、で表される単量体、ならびに、これらの幾何異性体、および光学異性体がより好ましく、レジスト溶媒への溶解性の点から、上記式(10−8)、(10−13)、(10−17)、(10−23)で表される単量体、ならびに、これらの幾何異性体、および光学異性体がより好ましい。 Among these, from the viewpoint of sensitivity, the monomers represented by the above formulas (10-1) to (10-3) and the above formula (10-5), and geometric isomers and optical isomers thereof are more preferable. From the viewpoint of dry etching resistance, monomers represented by the above formulas (10-7) and (10-12), and geometric isomers and optical isomers thereof are more preferable. From the viewpoint of solubility, the monomers represented by the above formulas (10-8), (10-13), (10-17), (10-23), geometric isomers, and optical isomerism thereof The body is more preferred.
次に、親水性基を有する単量体由来の構成単位(C)について説明する。親水性基を有する単量体由来の構成単位(C)は、パターン形状に優れる点から好ましい。
ここで「親水性基」とは、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、メトキシ基、カルボキシ基およびアミノ基からなる群から選択される少なくとも1種である。
親水性基を有する構成単位(C)は、レジスト組成物のディフェクト低減、パターン矩形性の改善に効果を奏する。
親水性基を有する単量体由来の構成単位(C)の含有量は、パターン矩形性の点から、重合体(P)の全構成単位中、60モル%以下が好ましく、5〜30モル%がより好ましく、10〜25モル%がより更に好ましい。Next, the structural unit (C) derived from the monomer having a hydrophilic group will be described. The structural unit (C) derived from the monomer having a hydrophilic group is preferable from the viewpoint of excellent pattern shape.
Here, the “hydrophilic group” is at least one selected from the group consisting of —C (CF 3 ) 2 —OH, a hydroxy group, a cyano group, a methoxy group, a carboxy group, and an amino group.
The structural unit (C) having a hydrophilic group is effective in reducing the defect of the resist composition and improving the pattern rectangularity.
The content of the structural unit (C) derived from the monomer having a hydrophilic group is preferably 60% by mole or less, and preferably 5 to 30% by mole in the total structural unit of the polymer (P) from the viewpoint of pattern rectangularity. Is more preferable, and 10 to 25 mol% is still more preferable.
親水性基を有する単量体由来の構成単位(C)は、特に制限されないが、レジストに必要とされるドライエッチング耐性が高い点から、下記式(5−1)〜(5−3)および(5−8)からなる群より選ばれる少なくとも1種であるものが好ましい。 The structural unit (C) derived from the monomer having a hydrophilic group is not particularly limited. However, from the viewpoint of high dry etching resistance required for the resist, the following formulas (5-1) to (5-3) and What is at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of (5-8) is preferable.
式(5−1)中、R51は水素原子またはメチル基を表し、R501は水素原子を表し、X51は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、またはアミノ基を表す。
前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基として−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。n51は1〜4の整数を表す。なお、n51が2以上の場合にはX51として複数の異なる基を有することも含む。In formula (5-1), R 51 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 501 represents a hydrogen atom, X 51 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, —C (CF 3 ) 2- OH, a hydroxy group, a cyano group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms, or an amino group. Represent.
The linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms includes —C (CF 3 ) 2 —OH, a hydroxy group, a cyano group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, It may have at least one group selected from the group consisting of a carboxy group esterified with 6 alcohols and an amino group. n51 represents an integer of 1 to 4. Incidentally, also includes having a plurality of different groups as X 51 in the case of n51 is 2 or more.
式(5−2)中、R52は水素原子またはメチル基を表し、X52は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、またはアミノ基を表す。前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基として−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。n52は1〜4の整数を表す。なお、n52が2以上の場合にはX52として複数の異なる基を有することも含む。In formula (5-2), R 52 represents a hydrogen atom or a methyl group, and X 52 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, —C (CF 3 ) 2 —OH, a hydroxy group, cyano. A group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms, or an amino group. The linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms includes —C (CF 3 ) 2 —OH, a hydroxy group, a cyano group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, It may have at least one group selected from the group consisting of a carboxy group esterified with 6 alcohols and an amino group. n52 represents an integer of 1 to 4. Incidentally, also includes having a plurality of different groups as X 52 in the case of n52 is 2 or more.
式(5−3)中、R53は水素原子またはメチル基を表し、R502は水素原子を表し、R531〜R534はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、W1、W2は、それぞれ独立に−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖[−(CH2)u2−(u2は1〜6の整数を表す)]を表す。
X53は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基またはアミノ基を表し、n53は1〜4の整数を表す。前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基として−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。q1は0または1を表す。なお、n53が2以上の場合にはX53として複数の異なる基を有することも含む。In formula (5-3), R 53 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 502 represents a hydrogen atom, and R 531 to R 534 each independently represent a hydrogen atom, a straight chain or branched chain having 1 to 6 carbon atoms. Represents an alkyl group, and W 1 and W 2 are each independently —O—, —S—, —NH—, or a methylene chain having a chain length of 1 to 6 [— (CH 2 ) u2 — (u2 is 1 to 6). Represents an integer)].
X 53 is a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, —C (CF 3 ) 2 —OH, hydroxy group, cyano group, carboxy group, acyl group having 1 to 6 carbon atoms, or 1 to 6 carbon atoms. An alkoxy group, a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms or an amino group, and n53 represents an integer of 1 to 4. The linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms includes —C (CF 3 ) 2 —OH, a hydroxy group, a cyano group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, It may have at least one group selected from the group consisting of a carboxy group esterified with 6 alcohols and an amino group. q1 represents 0 or 1. Incidentally, also includes having a plurality of different groups as X 53 in the case of n53 is 2 or more.
式(5−8)中、R10は水素原子またはメチル基を表し、G1は単結合、−C(=O)−O−、−O−、または−O−C(=O)−を表す。L1、L2は、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜20の直鎖アルキル基、1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体、または環状の2価の炭化水素基を表し、この環状の2価の炭化水素基は置換基および/またはヘテロ原子を有していてもよい。L3は単結合、または炭素数1〜3の直鎖アルキル基を表す。h1は1〜4の整数を表す。X1は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、またはアミノ基を表す。In formula (5-8), R 10 represents a hydrogen atom or a methyl group, and G 1 represents a single bond, —C (═O) —O—, —O—, or —O—C (═O) —. Represent. L 1 and L 2 each independently represent a single bond, a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a monovalent alicyclic hydrocarbon group or a derivative thereof, or a cyclic divalent hydrocarbon group. The cyclic divalent hydrocarbon group may have a substituent and / or a hetero atom. L 3 represents a single bond or a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. h1 represents an integer of 1 to 4. X 1 is an ester of a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or an alcohol having 1 to 6 carbon atoms. Represents a carboxy group or an amino group.
前記X1の炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基としてヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。h11は0〜4の整数を表す。なお、h11が2以上の場合にはX1として複数の異なる基を有することも含む。h1+h11≦7である。Y1は−C(=O)−OHまたは−OHを表す。g1は0〜2であり、g2、g3はそれぞれ独立して0または1の整数を表す。ただし、L1が炭素数1の場合はg1及びg2は共に0である。The linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms of X 1 is a hydroxy group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or 1 to 6 carbon atoms. It may have at least one group selected from the group consisting of a carboxy group, a cyano group and an amino group esterified with an alcohol. h11 represents an integer of 0 to 4. Incidentally, also includes having a plurality of different groups as X 1 in the case of h11 is 2 or more. h1 + h11 ≦ 7. Y 1 represents —C (═O) —OH or —OH. g1 is 0 to 2, and g2 and g3 each independently represent an integer of 0 or 1. However, when L 1 has 1 carbon, both g 1 and g 2 are 0.
親水性基を有する単量体由来の構成単位(C)は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
親水性基を有する単量体(c)は、特に制限されないが、例えば、下記式(13−1)、(13−4)、(13−26)、(13−27)、(13−30)、(13−31)、(13−33)、(13−79)、(13−80)、(13−81)、(13−83)で表される単量体が挙げられる。式中、Rは水素原子またはメチル基を表す。The structural unit (C) derived from the monomer having a hydrophilic group can be used alone or in combination of two or more as required.
The monomer (c) having a hydrophilic group is not particularly limited, and examples thereof include the following formulas (13-1), (13-4), (13-26), (13-27), and (13-30). ), (13-31), (13-33), (13-79), (13-80), (13-81), and monomers represented by (13-83). In the formula, R represents a hydrogen atom or a methyl group.
中でも、レジスト溶媒への溶解性が良好な点から、上記式(13−1)、(13−4)、(13−26)、(13−27)、(13−30)、(13−31)、(13−79)で表される単量体、およびこれらの幾何異性体、ならびに、これらの光学異性体がより好ましい。 Among these, from the viewpoint of good solubility in a resist solvent, the above formulas (13-1), (13-4), (13-26), (13-27), (13-30), (13-31) ), (13-79), and geometric isomers thereof, and optical isomers thereof are more preferable.
また、ドライエッチング耐性が高い点から、上記式(13−26)、(13−27)、(13−30)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体およびこれらの光学異性体がより好ましい。 From the viewpoint of high dry etching resistance, the monomers represented by the above formulas (13-26), (13-27), and (13-30), and geometric isomers and optical isomers thereof are More preferred.
また、ディフェクトやラインエッジラフネスの点から、上記式(13−80)、(13−81)、(13−83)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましく、これらの中でも、レジスト感度の点から、上記式(13−80)、(13−83)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がさらに好ましい。 Further, from the viewpoint of defects and line edge roughness, the monomers represented by the above formulas (13-80), (13-81), and (13-83), and their geometric isomers and optical isomers are more Among these, monomers represented by the above formulas (13-80) and (13-83), and geometric isomers and optical isomers thereof are more preferable from the viewpoint of resist sensitivity.
その他の単量体由来の構成単位(E)としては、例えば、酸脱離性基および親水性基を有しない脂環式骨格(非極性脂環式骨格)を有する構成単位(E1)を挙げることができる。ここで脂環式骨格とは、環状の飽和炭化水素基を1個以上有する骨格である。構成単位(E1)は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of the structural unit (E) derived from other monomer include a structural unit (E1) having an alicyclic skeleton (nonpolar alicyclic skeleton) that does not have an acid-eliminable group and a hydrophilic group. be able to. Here, the alicyclic skeleton is a skeleton having one or more cyclic saturated hydrocarbon groups. The structural unit (E1) can be used alone or in combination of two or more as necessary.
構成単位(E1)は、レジスト組成物のドライエッチング耐性を発現する作用を奏する傾向にあるため、好ましい。
構成単位(E1)としては、特に制限されないが、レジストに必要とされるドライエッチング耐性が高い点から、下記式(11−1)〜(11−4)で表される構成単位が好ましい。The structural unit (E1) is preferable because it tends to exert an effect of developing the dry etching resistance of the resist composition.
The structural unit (E1) is not particularly limited, but structural units represented by the following formulas (11-1) to (11-4) are preferable from the viewpoint of high dry etching resistance required for the resist.
式(11−1)中、R301は水素原子またはメチル基を表し、X301は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n301は0〜4の整数を表す。なお、n301が2以上の場合にはX301として複数の異なる基を有することも含む。
式(11−2)中、R302は水素原子またはメチル基を表し、X302は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n302は0〜4の整数を表す。なお、n302が2以上の場合にはX302として複数の異なる基を有することも含む。In formula (11-1), R 301 represents a hydrogen atom or a methyl group, X 301 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and n301 represents an integer of 0 to 4. Note that in the case where n301 is 2 or more, X 301 includes a plurality of different groups.
In formula (11-2), R 302 represents a hydrogen atom or a methyl group, X 302 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and n302 represents an integer of 0 to 4. Incidentally, also includes having a plurality of different groups as X 302 in the case of n302 is 2 or more.
式(11−3)中、R303は水素原子またはメチル基を表し、X303は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n303は0〜4の整数を表す。なお、n303が2以上の場合にはX303として複数の異なる基を有することも含む。また、pは0〜2の整数を表す。
式(11−4)中、R304は水素原子またはメチル基を表し、X304は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n304は0〜4の整数を表す。なお、n304が2以上の場合にはX304として複数の異なる基を有することも含む。また、p1は0〜2の整数を表す。
なお、式(11−1)〜(11−4)において、X301、X302、X303およびX304が結合する位置は、環状構造のどこであってもよい。In formula (11-3), R 303 represents a hydrogen atom or a methyl group, X 303 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and n303 represents an integer of 0 to 4. Incidentally, also includes having a plurality of different groups as X 303 in the case of n303 is 2 or more. Moreover, p represents the integer of 0-2.
In formula (11-4), R 304 represents a hydrogen atom or a methyl group, X 304 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and n304 represents an integer of 0 to 4. Incidentally, also includes having a plurality of different groups as X 304 in the case of n304 is 2 or more. Moreover, p1 represents the integer of 0-2.
In the formulas (11-1) to (11-4), the position where X 301 , X 302 , X 303 and X 304 are bonded may be anywhere in the cyclic structure.
前記構成単位(E1)を含有する重合体は、非極性脂環式骨格を有する単量体(e1)を含む単量体を重合することによって製造することができる。前記単量体(e1)としては、特に制限されないが、例えば、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ノルボルニル、(メタ)アクリル酸アダマンチル、(メタ)アクリル酸トリシクロデカニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタジエニル、および、これらの化合物の脂環式骨格上に炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を有する誘導体が好ましい。 The polymer containing the structural unit (E1) can be produced by polymerizing a monomer containing the monomer (e1) having a nonpolar alicyclic skeleton. The monomer (e1) is not particularly limited, and examples thereof include cyclohexyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, norbornyl (meth) acrylate, adamantyl (meth) acrylate, and (meth) acrylic acid. Tricyclodecanyl, dicyclopentadienyl (meth) acrylate, and derivatives having a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms on the alicyclic skeleton of these compounds are preferred.
その他の構成単位(E)として、非極性脂環式骨格を有する構成単位(E1)以外の構成単位(E2)を挙げることができる。構成単位(E2)は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
構成単位(E2)を含有する重合体は、単量体(e2)を含む単量体を重合することによって製造することができる。Examples of the other structural unit (E) include the structural unit (E2) other than the structural unit (E1) having a nonpolar alicyclic skeleton. As the structural unit (E2), one type may be used, or two or more types may be used in combination as required.
The polymer containing the structural unit (E2) can be produced by polymerizing a monomer including the monomer (e2).
単量体(e2)としては、特に制限されないが、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸メトキシメチル、(メタ)アクリル酸n−プロポキシエチル、(メタ)アクリル酸iso−プロポキシエチル、(メタ)アクリル酸n−ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸iso−ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸tert−ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシ−n−プロピル、(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシ−n−ブチル、(メタ)アクリル酸2−エトキシエチル、(メタ)アクリル酸1−エトキシエチル、(メタ)アクリル酸2,2,2−トリフルオロエチル、(メタ)アクリル酸2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル、(メタ)アクリル酸2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸メチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸エチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸2−エチルヘキシル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸n−プロピル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸iso−プロピル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸n−ブチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸iso−ブチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸tert−ブチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸メトキシメチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸エトキシエチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸n−プロポキシエチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸iso−プロポキシエチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸n−ブトキシエチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸iso−ブトキシエチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸tert−ブトキシエチル等の直鎖もしくは分岐構造を持つ(メタ)アクリル酸エステル;
2−メチル−2,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(1−(メタ)アクリロイルオキシ)エチルエーテル、1,4−ブタンジオールジ(1−(メタ)アクリロイルオキシ)メチルエーテル、(メタ)アクリロイルオキシエチレングリコールダイマー(1−(メタ)アクリロイルオキシ)エチルエーテル、(メタ)アクリロイルオキシエチレングリコールダイマー(1−(メタ)アクリロイルオキシ)メチルエーテルなどの酸分解性基を有する多官能(メタ)アクリル酸エステル;
スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−ヒドロキシスチレン、p−tert−ブトキシカルボニルヒドロキシスチレン、3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシスチレン、3,5−ジメチル−4−ヒドロキシスチレン、p−tert−ぺルフルオロブチルスチレン、p−(2−ヒドロキシ−iso−プロピル)スチレン等の芳香族アルケニル化合物;
(メタ)アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸等の不飽和カルボン酸およびカルボン酸無水物;
エチレン、プロピレン、ノルボルネン、テトラフルオロエチレン、アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、塩化ビニル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、ビニルピロリドン等が挙げられる。The monomer (e2) is not particularly limited. For example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, (meth ) Isopropyl acrylate, butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, methoxymethyl (meth) acrylate, n-propoxyethyl (meth) acrylate, iso-propoxyethyl (meth) acrylate, (meth) N-butoxyethyl acrylate, iso-butoxyethyl (meth) acrylate, tert-butoxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, (meth) 2-hydroxy-n-propyl acrylate, 4-hydroxy (meth) acrylate n-butyl, 2-ethoxyethyl (meth) acrylate, 1-ethoxyethyl (meth) acrylate, 2,2,2-trifluoroethyl (meth) acrylate, 2,2,3, (meth) acrylic acid 3-tetrafluoro-n-propyl, (meth) acrylic acid 2,2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl, methyl α- (tri) fluoromethylacrylate, α- (tri) fluoromethylacrylic Ethyl acetate, 2-ethylhexyl α- (tri) fluoromethyl acrylate, n-propyl α- (tri) fluoromethyl acrylate, iso-propyl α- (tri) fluoromethyl acrylate, α- (tri) fluoromethyl acrylic N-butyl acid, iso-butyl α- (tri) fluoromethyl acrylate, tert-butyl α- (tri) fluoromethyl acrylate, α- (tri Methoxymethyl fluoromethyl acrylate, ethoxyethyl α- (tri) fluoromethyl acrylate, n-propoxyethyl α- (tri) fluoromethyl acrylate, iso-propoxyethyl α- (tri) fluoromethyl acrylate, α- ( (Meth) having a linear or branched structure such as n-butoxyethyl tri) fluoromethyl acrylate, iso-butoxyethyl α- (tri) fluoromethyl acrylate, tert-butoxyethyl α- (tri) fluoromethyl acrylate Acrylic ester;
2-methyl-2,4-butanediol di (meth) acrylate, 2,5-dimethyl-2,5-hexanediol di (meth) acrylate, 1,4-butanediol di (1- (meth) acryloyloxy) Ethyl ether, 1,4-butanediol di (1- (meth) acryloyloxy) methyl ether, (meth) acryloyloxyethylene glycol dimer (1- (meth) acryloyloxy) ethyl ether, (meth) acryloyloxyethylene glycol dimer Polyfunctional (meth) acrylic acid ester having an acid-decomposable group such as (1- (meth) acryloyloxy) methyl ether;
Styrene, α-methylstyrene, vinyltoluene, p-hydroxystyrene, p-tert-butoxycarbonylhydroxystyrene, 3,5-di-tert-butyl-4-hydroxystyrene, 3,5-dimethyl-4-hydroxystyrene, aromatic alkenyl compounds such as p-tert-perfluorobutylstyrene and p- (2-hydroxy-iso-propyl) styrene;
Unsaturated carboxylic acids and carboxylic anhydrides such as (meth) acrylic acid, maleic acid, maleic anhydride, itaconic acid, itaconic anhydride;
Examples thereof include ethylene, propylene, norbornene, tetrafluoroethylene, acrylamide, N-methylacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, vinyl chloride, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, and vinylpyrrolidone.
構成単位(E1)および構成単位(E2)の含有量は、レジストの感度および解像度、パターン矩形性の点から20モル%以下の範囲が好ましい。 The content of the structural unit (E1) and the structural unit (E2) is preferably in the range of 20 mol% or less from the viewpoint of resist sensitivity and resolution and pattern rectangularity.
また、本発明の重合体(P)の各構成単位は任意のシーケンスを取り得る。したがって、この重合体は、例えば、ランダム共重合体であっても、交互共重合体であっても、ブロック共重合体であっても、グラフト共重合体であってもよい。
さらに、本発明の重合体(P)の構造は任意の構造を取り得る。したがって、この重合体は直鎖構造であっても、デンドリマーやハイパ−ブランチポリマー、スターポリマーと称される枝分かれ構造であっても、網目構造であってもよい。Moreover, each structural unit of the polymer (P) of this invention can take arbitrary sequences. Accordingly, this polymer may be, for example, a random copolymer, an alternating copolymer, a block copolymer, or a graft copolymer.
Furthermore, the structure of the polymer (P) of the present invention can take any structure. Therefore, this polymer may have a linear structure, a branched structure called a dendrimer, a hyper-branched polymer or a star polymer, or a network structure.
次に、本発明の重合体(P)の製造方法について説明する。
式(1)を満足する重合体(P)を製造する方法としては、以下にあげる2つの方法があげられる。
(イ)一度の重合で製造する方法、
(ロ)別々に重合した重合体を混合する方法。Next, the manufacturing method of the polymer (P) of this invention is demonstrated.
Examples of the method for producing the polymer (P) satisfying the formula (1) include the following two methods.
(A) a method of producing by one polymerization,
(B) A method of mixing separately polymerized polymers.
まず、方法(イ)について説明する。方法(イ)については、特に制限されず、塊状重合、溶液重合、懸濁重合、乳化重合等の公知の重合方法を用いることができる。
中でも、光線透過率を低下させないために、重合反応終了後に残存する単量体を除去する必要がある点、重合体の分子量を比較的低くする必要がある点から、溶液重合法が好ましい。溶液重合法のうち、製造ロットの違いによる平均分子量、分子量分布等のばらつきが小さく、再現性のある重合体が簡便に得られる点から、単量体成分を、所定の重合温度に加熱された重合容器中に滴下する滴下重合法と呼ばれる重合方法が好ましい。First, the method (A) will be described. The method (A) is not particularly limited, and a known polymerization method such as bulk polymerization, solution polymerization, suspension polymerization, emulsion polymerization, or the like can be used.
Among these, the solution polymerization method is preferable from the viewpoint that the monomer remaining after the completion of the polymerization reaction needs to be removed and the molecular weight of the polymer needs to be relatively low in order not to reduce the light transmittance. Among the solution polymerization methods, the monomer component was heated to a predetermined polymerization temperature from the standpoint of easily obtaining a reproducible polymer with small variations in average molecular weight and molecular weight distribution due to differences in production lots. A polymerization method called a dropping polymerization method in which the polymerization vessel is dropped into a polymerization vessel is preferable.
単量体成分は、単量体成分のみで滴下してもよく、単量体成分を有機溶媒(以下、「滴下溶媒」とも記す。)に溶解させて滴下してもよい。また、単量体成分は、一部をあらかじめ重合容器に仕込んでもよく、単量体成分の一部を有機溶媒に溶解させてからあらかじめ重合容器に仕込んでもよい。
有機溶媒(以下、「仕込み溶媒」とも記す。)をあらかじめ重合容器に仕込んでもよく、仕込み溶媒をあらかじめ重合容器に仕込まなくてもよい。仕込み溶媒をあらかじめ重合容器に仕込まない場合、単量体成分または重合開始剤は、仕込み溶媒がない状態で重合容器中に滴下される。The monomer component may be dropped only with the monomer component, or the monomer component may be dropped after being dissolved in an organic solvent (hereinafter also referred to as “dropping solvent”). Further, a part of the monomer component may be previously charged in the polymerization container, or a part of the monomer component may be dissolved in an organic solvent and then charged in the polymerization container in advance.
An organic solvent (hereinafter also referred to as “charged solvent”) may be charged into the polymerization vessel in advance, or the charged solvent may not be charged into the polymerization vessel in advance. When the charging solvent is not previously charged in the polymerization vessel, the monomer component or the polymerization initiator is dropped into the polymerization vessel in the absence of the charging solvent.
重合開始剤は、単量体成分に溶解させてもよく、滴下溶媒に溶解させてもよい。
単量体成分および重合開始剤は、同じ貯槽内で混合した後、重合容器中に滴下してもよく;それぞれ独立した貯槽から重合容器中に滴下してもよく;それぞれ独立した貯槽から重合容器に供給する直前で混合し、重合容器中に滴下してもよい。
単量体成分および重合開始剤は、一方を先に滴下した後、遅れて他方を滴下してもよく、両方を同じタイミングで滴下してもよい。
滴下速度は、滴下終了まで一定であってもよく、単量体または重合開始剤の消費速度に応じて、多段階に変化させてもよい。
滴下は、連続的に行ってもよく、間欠的に行ってもよい。The polymerization initiator may be dissolved in the monomer component or may be dissolved in the dropping solvent.
The monomer component and the polymerization initiator may be mixed in the same storage tank and then dropped into the polymerization container; they may be dropped into the polymerization container from independent storage tanks; They may be mixed immediately before being supplied to and dropped into the polymerization vessel.
One of the monomer component and the polymerization initiator may be dropped first, and then the other may be dropped with a delay, or both may be dropped at the same timing.
The dropping rate may be constant until the end of dropping, or may be changed in multiple stages according to the consumption rate of the monomer or the polymerization initiator.
The dripping may be performed continuously or intermittently.
この滴下重合法では、重合反応初期に高分子量の重合体が生成し、その後、重合反応が進むにつれて低分子量の重合体が生成する。従って、酸脱離性基を有する構成単位(B)を重合反応初期に反応系内へ供給することで式(1)を満足する重合体(P)を製造することができる。
そのため、酸脱離性基を有する構成単位(B)を与える単量体(b)の少なくとも一部を予め重合容器に仕込むことが好ましい。In this dropping polymerization method, a high molecular weight polymer is produced at the initial stage of the polymerization reaction, and then a low molecular weight polymer is produced as the polymerization reaction proceeds. Accordingly, the polymer (P) satisfying the formula (1) can be produced by supplying the structural unit (B) having an acid-eliminable group into the reaction system at the initial stage of the polymerization reaction.
Therefore, it is preferable that at least a part of the monomer (b) that gives the structural unit (B) having an acid-eliminable group is previously charged in the polymerization vessel.
具体的な重合方法の一例として、酸脱離性基を有する単量体(F)を含む溶液に、酸脱離性基を有する単量体(G)およびその他の単量体を含む混合物を供給し、重合する重合体の製造方法であって、酸脱離性基を有する単量体(F)を含む溶液中の酸脱離性基を有する単量体(F)が、酸脱離性基を有する単量体全量(F+G)の3〜40モル%である製造方法が挙げられる。より具体的には、当該製造方法において、酸脱離性基を有する単量体全量(F+G)中3〜40モル%の酸脱離性基を有する単量体(F)を含む溶液が重合容器に供給された後、残りの酸脱離性基を有する単量体(G)とその他の単量体とを含む混合物が重合容器に供給される。
酸脱離性基を有する単量体(F)が3モル%未満では、重合体組成が均一となり式(1)を満足せず、40モル%を超えると溶解均一性が低下し、レジスト組成物として用いた場合にディフェクトと呼ばれるパターン欠陥が発生しやすくなる。
酸脱離性基を有する単量体(F)を含む溶液中の酸脱離性基を有する単量体(F)は、レジスト組成物として用いた場合にディフェクトと呼ばれるパターン欠陥の発生を抑制する点から、酸脱離性基を有する単量体全量(F+G)の4〜30モル%が好ましく、5〜20モル%がより好ましい。
なお、酸脱離性基を有する単量体(F)を含む溶液は、溶媒を含んでいてもよい。また、酸脱離性基を有する単量体(G)、およびその他の単量体を含む混合物も、溶媒を含むことができる。また、酸脱離性基を有する単量体(F)と酸脱離性基を有する単量体(G)は、異なる種の単量体でも、同一種の単量体でもよい。As an example of a specific polymerization method, a mixture containing a monomer (G) having an acid leaving group and another monomer is added to a solution containing the monomer (F) having an acid leaving group. A method for producing a polymer to be supplied and polymerized, wherein the monomer (F) having an acid-eliminable group in a solution containing the monomer (F) having an acid-eliminable group is acid-eliminated. The manufacturing method which is 3-40 mol% of the monomer whole quantity (F + G) which has a sex group is mentioned. More specifically, in the production method, a solution containing the monomer (F) having 3 to 40 mol% of the acid leaving group in the total amount of the monomer (F + G) having an acid leaving group is polymerized. After being supplied to the vessel, a mixture containing the remaining monomer (G) having an acid leaving group and other monomers is supplied to the polymerization vessel.
If the monomer (F) having an acid leaving group is less than 3 mol%, the polymer composition becomes uniform and does not satisfy the formula (1). If it exceeds 40 mol%, the dissolution uniformity decreases, and the resist composition When used as an object, pattern defects called defects are likely to occur.
The monomer (F) having an acid leaving group in a solution containing the monomer (F) having an acid leaving group suppresses the occurrence of a pattern defect called a defect when used as a resist composition. From this point, 4 to 30 mol% is preferable, and 5 to 20 mol% is more preferable based on the total amount of the monomer having an acid leaving group (F + G).
In addition, the solution containing the monomer (F) having an acid leaving group may contain a solvent. The monomer (G) having an acid leaving group and a mixture containing other monomers can also contain a solvent. Further, the monomer (F) having an acid leaving group and the monomer (G) having an acid leaving group may be different types of monomers or the same type of monomers.
また、この重合法では、各単量体の重合速度、単量体消費速度や共重合反応性比に応じて、単量体モル分率が異なる、少なくとも2種類以上の単量体溶液を順次供給することが好ましい。このように供給した場合に、重合体(P)が式(1)を満足する傾向にあり、現像液への溶解性が均一で、感度、解像度、焦点深度(DOF)に優れるレジスト組成物が得られる傾向にある。そのため、供給液を2種類以上調製し、最初の供給液における単量体(b)のモル分率を、重合反応に使用する全ての供給液の総量における単量体(b)のモル分率よりも大きくすることが好ましい。 Further, in this polymerization method, at least two types of monomer solutions having different monomer mole fractions are sequentially added according to the polymerization rate, monomer consumption rate and copolymerization reactivity ratio of each monomer. It is preferable to supply. When supplied in this manner, a resist composition in which the polymer (P) tends to satisfy the formula (1), the solubility in the developer is uniform, and the sensitivity, resolution, and depth of focus (DOF) are excellent. It tends to be obtained. Therefore, two or more types of feed solutions are prepared, and the mole fraction of monomer (b) in the first feed solution is the mole fraction of monomer (b) in the total amount of all feed solutions used in the polymerization reaction. It is preferable to make it larger.
次に、方法(ロ)について説明する。方法(ロ)については、例えば、目標とする重合体(P)の設計値(Mw(P)、P[αA])よりも、質量平均分子量Mwおよび酸脱離性基を有する構成単位の平均モル分率[αA]が大きい重合体(V)(すなわち、Mw(V)>Mw(P)、V[αA]>P[αA])と、目標とする重合体(P)の設計値(Mw(P)、P[αA])よりも、質量平均分子量Mwおよび酸脱離性基を有する構成単位の平均モル分率[αA]が小さい重合体(W)(すなわち、Mw(W)<Mw(P)、W[αA]<P[αA])とをそれぞれ別個に重合し、得られた重合体(V)と重合体(W)を混合する方法である。
ここで、重合体(V)と重合体(W)の混合は、重合反応後の反応溶液の状態で混合してもよく、後述する再沈殿と呼ばれる精製工程を経た後の粉体の状態で混合してもよく、精製した重合体を有機溶媒に溶解した溶液の状態で混合してもよい。Next, the method (b) will be described. With respect to the method (b), for example, the structural unit having a mass average molecular weight Mw and an acid-eliminable group rather than the designed value (Mw (P), P [α A ]) of the target polymer (P). Polymer (V) having a large average molar fraction [α A ] (that is, Mw (V)> Mw (P), V [α A ]> P [α A ]) and target polymer (P) Polymer (W) having a mass average molecular weight Mw and an average molar fraction [α A ] of the structural unit having an acid-eliminable group smaller than the designed value (Mw (P), P [α A ]) (that is, , Mw (W) <Mw (P), W [α A ] <P [α A ]), respectively, and mixing the resulting polymer (V) and polymer (W) is there.
Here, the mixing of the polymer (V) and the polymer (W) may be performed in the state of a reaction solution after the polymerization reaction, or in a powder state after undergoing a purification step called reprecipitation described later. You may mix, and you may mix in the state of the solution which melt | dissolved the refined polymer in the organic solvent.
本発明の重合体(P)の質量平均分子量Mw(P)は、特に限定されないが、レジスト用重合体として用いる場合には、ドライエッチング耐性およびレジストパターン形状の点から、2,000以上であることが好ましく、3,000以上であることがより好ましく、4,000以上であることがさらに好ましく、5,000以上であることが特に好ましい。また、本発明の重合体(P)の質量平均分子量Mw(P)は、レジスト用重合体として用いる場合には、レジスト溶液に対する溶解性および解像度の点から、100,000以下であることが好ましく、50,000以下であることがより好ましく、30,000以下であることがさらに好ましく、20,000以下が特に好ましい。 The mass average molecular weight Mw (P) of the polymer (P) of the present invention is not particularly limited, but when used as a resist polymer, it is 2,000 or more from the viewpoint of dry etching resistance and resist pattern shape. It is preferably 3,000 or more, more preferably 4,000 or more, and particularly preferably 5,000 or more. Further, when used as a resist polymer, the mass average molecular weight Mw (P) of the polymer (P) of the present invention is preferably 100,000 or less from the viewpoint of solubility in a resist solution and resolution. 50,000 or less, more preferably 30,000 or less, and particularly preferably 20,000 or less.
本発明の重合体(P)の分子量分布(Mw/Mn)は、1より大きい以外は特に限定されないが、レジスト用重合体として用いる場合には、レジスト溶液に対する溶解性および解像度の点から、2.5以下であることが好ましく、2.0以下であることがより好ましく、1.8以下であることが特に好ましい。
滴下重合法における重合温度は特に限定されないが、通常、50〜150℃の範囲内であることが好ましい。The molecular weight distribution (Mw / Mn) of the polymer (P) of the present invention is not particularly limited except that it is larger than 1, but when used as a resist polymer, it is 2 from the viewpoint of solubility in a resist solution and resolution. Is preferably 0.5 or less, more preferably 2.0 or less, and particularly preferably 1.8 or less.
Although the polymerization temperature in the dropping polymerization method is not particularly limited, it is usually preferably in the range of 50 to 150 ° C.
滴下重合法において用いられる有機溶剤としては、特に制限されず、重合溶媒として公知の溶媒を使用でき、例えば、エーテル(ジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル(以下「PGME」とも言う。)等の鎖状エーテル、テトラヒドロフラン(以下「THF」とも言う。)、1,4−ジオキサン等の環状エーテルなど)、エステル(酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下「PGMEA」とも言う。)、γ−ブチロラクトンなど)、ケトン(アセトン、メチルエチルケトン(以下「MEK」とも言う。)、メチルイソブチルケトン(以下「MIBK」とも言う。)など)、アミド(N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミドなど)、スルホキシド(ジメチルスルホキシドなど)、炭化水素(ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、ヘキサン等の脂肪族炭化水素、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素など)、これらの混合溶剤などが挙げられる。
また、これらの溶媒は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。The organic solvent used in the dropping polymerization method is not particularly limited, and a known solvent can be used as a polymerization solvent. For example, a chain such as ether (diethyl ether, propylene glycol monomethyl ether (hereinafter also referred to as “PGME”) is used. Ether, tetrahydrofuran (hereinafter also referred to as “THF”), cyclic ethers such as 1,4-dioxane, and the like, esters (methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, butyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate (hereinafter “ PGMEA ”), γ-butyrolactone, etc., ketone (acetone, methyl ethyl ketone (hereinafter also referred to as“ MEK ”), methyl isobutyl ketone (hereinafter also referred to as“ MIBK ”), amide (N, N-dimethyl). Acetamide, N, N-dimethyl Formamide), sulfoxide (dimethylsulfoxide, etc.), hydrocarbons (aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, aliphatic hydrocarbons such as hexane, alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane), mixed solvents thereof, etc. Is mentioned.
These solvents may be used alone or in combination of two or more.
重合溶媒の使用量は特に限定されず、適宜決めればよい。通常は、共重合に使用する単量体全量100質量部に対して30〜700質量部の範囲内で使用することが好ましい。
滴下重合法においては、重合溶媒を2種以上使用する場合、滴下溶媒と仕込み溶媒における重合溶媒の混合比は任意の割合で設定することができる。
有機溶媒中に滴下する単量体溶液の単量体濃度は特に限定されないが、5〜50質量%の範囲内であることが好ましい。
なお、仕込み溶媒の量は特に限定されず、適宜決めればよい。通常は、共重合に使用する単量体全量100質量部に対して30〜700質量部の範囲内で使用することが好ましい。The amount of the polymerization solvent used is not particularly limited and may be determined as appropriate. Usually, it is preferable to use within the range of 30-700 mass parts with respect to 100 mass parts of monomer whole quantity used for copolymerization.
In the dropping polymerization method, when two or more polymerization solvents are used, the mixing ratio of the polymerization solvent in the dropping solvent and the charged solvent can be set at an arbitrary ratio.
The monomer concentration of the monomer solution dropped into the organic solvent is not particularly limited, but is preferably in the range of 5 to 50% by mass.
In addition, the amount of the charged solvent is not particularly limited and may be determined as appropriate. Usually, it is preferable to use within the range of 30-700 mass parts with respect to 100 mass parts of monomer whole quantity used for copolymerization.
重合開始剤としては、特に制限されないが、熱により効率的にラジカルを発生するものが好ましい。このような重合開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]等のアゾ化合物;2,5−ジメチル−2,5−ビス(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジ(4−tert−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート等の有機過酸化物などが挙げられる。 Although it does not restrict | limit especially as a polymerization initiator, What generate | occur | produces a radical efficiently with a heat | fever is preferable. Examples of such polymerization initiators include 2,2′-azobisisobutyronitrile, dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate, 2,2′-azobis [2- (2-imidazoline- Azo compounds such as 2-yl) propane]; organic peroxides such as 2,5-dimethyl-2,5-bis (tert-butylperoxy) hexane and di (4-tert-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate Etc.
また、本発明の重合体(P)をArFエキシマレーザー(波長:193nm)リソグラフィー用途に使用する場合には、光線透過率(波長193nmの光に対する透過率)をできるだけ低下させない点から、重合開始剤としては、分子構造中に芳香環を有しないものを用いることが好ましい。さらに、重合時の安全性等を考慮すると、重合開始剤は、10時間半減期温度が60℃以上のものが好ましい。
重合開始剤の使用量は、特に限定されないが、重合体(P)の収率を高くさせる点から、共重合に使用する単量体全量100モル部に対して0.3モル部以上が好ましく、1モル部以上がより好ましい。また、重合体(P)の分子量分布を狭くさせる点から、共重合に使用する単量体全量100モル部に対して30モル部以下が好ましい。In addition, when the polymer (P) of the present invention is used for an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) lithography application, the polymerization initiator is used because the light transmittance (transmittance with respect to light having a wavelength of 193 nm) is not reduced as much as possible. It is preferable to use those having no aromatic ring in the molecular structure. Furthermore, in consideration of safety during polymerization, the polymerization initiator preferably has a 10-hour half-life temperature of 60 ° C. or higher.
The amount of the polymerization initiator used is not particularly limited, but from the viewpoint of increasing the yield of the polymer (P), 0.3 mol part or more is preferable with respect to 100 mol parts of the total amount of monomers used for copolymerization. 1 mol part or more is more preferable. Moreover, from the point which narrows molecular weight distribution of a polymer (P), 30 mol part or less is preferable with respect to 100 mol part of monomer whole quantity used for copolymerization.
また、本発明の重合体(P)をリソグラフィー用途に使用する場合には、レジスト組成物の保存安定性を妨げない範囲で連鎖移動剤(以下、連鎖移動剤という)を使用してもよい。このような連鎖移動剤としては、例えば、1−ブタンチオール、2−ブタンチオール、1−オクタンチオール、1−デカンチオール、1−テトラデカンチオール、シクロヘキサンチオール、2−メチル−1−プロパンチオール、2−ヒドロキシエチルメルカプタンなどが挙げられる。この場合、光線透過率(波長193nmの光に対する透過率)をできるだけ低下させない点から、連鎖移動剤は、芳香環を有しないものが好ましい。 Moreover, when using the polymer (P) of this invention for a lithography use, you may use a chain transfer agent (henceforth a chain transfer agent) in the range which does not inhibit the storage stability of a resist composition. Examples of such chain transfer agents include 1-butanethiol, 2-butanethiol, 1-octanethiol, 1-decanethiol, 1-tetradecanethiol, cyclohexanethiol, 2-methyl-1-propanethiol, 2- Examples include hydroxyethyl mercaptan. In this case, the chain transfer agent preferably does not have an aromatic ring from the viewpoint of reducing the light transmittance (transmittance with respect to light having a wavelength of 193 nm) as much as possible.
溶液重合によって製造された重合体溶液は、必要に応じて、1,4−ジオキサン、アセトン、THF、MEK、MIBK、γ−ブチロラクトン、PGMEA、PGME、乳酸エチルなどの良溶媒で適当な溶液粘度に希釈した後、メタノール、水、ヘキサン、ヘプタン等の多量の貧溶媒中に滴下して重合体(P)を析出させる。この工程は一般に再沈殿と呼ばれ、重合溶液中に残存する未反応の単量体や重合開始剤等を取り除くために非常に有効である。これらの未反応物は、そのまま残存しているとレジスト性能に悪影響を及ぼす可能性があるので、本発明の重合体(P)をリソグラフィー用途に使用する場合には、できるだけ取り除くことが好ましい。再沈殿工程は、場合により不要となることもある。その後、その析出物を濾別し、十分に乾燥して重合体を得る。 The polymer solution produced by solution polymerization is adjusted to a suitable solution viscosity with a good solvent such as 1,4-dioxane, acetone, THF, MEK, MIBK, γ-butyrolactone, PGMEA, PGME, and ethyl lactate, if necessary. After dilution, the polymer (P) is precipitated by dropping into a large amount of poor solvent such as methanol, water, hexane, heptane or the like. This process is generally called reprecipitation and is very effective for removing unreacted monomers, polymerization initiators, and the like remaining in the polymerization solution. If these unreacted substances remain as they are, there is a possibility that the resist performance may be adversely affected. Therefore, when the polymer (P) of the present invention is used for lithography, it is preferable to remove it as much as possible. The reprecipitation process may be unnecessary depending on circumstances. Thereafter, the precipitate is filtered off and sufficiently dried to obtain a polymer.
こうして得られる本発明の重合体は、重合体鎖の分子量によって共重合組成比が変化し、組成分布が式(1)に制御されているので、分子量の違いによる重合体鎖の性質の差を共重合組成比の差で補い、レジスト組成物に用いた場合に、現像液への溶解性が均一で、高感度、高解像度であり、焦点深度(DOF)に優れているため、レジスト用重合体として好適であり、半導体素子・液晶素子の製造において用いる微細加工用重合体として好適である。 In the polymer of the present invention thus obtained, the copolymer composition ratio varies depending on the molecular weight of the polymer chain, and the composition distribution is controlled by the formula (1). When compensated by the difference in copolymer composition ratio and used in resist compositions, the solubility in the developer is uniform, high sensitivity, high resolution, and excellent depth of focus (DOF). It is suitable as a coalescence, and is suitable as a polymer for fine processing used in the production of semiconductor elements and liquid crystal elements.
本発明の重合体は後述する臨界吸着条件でLC分析することで、重合体の極性分布を測定することができる。
重合体を臨界吸着条件でLC分析することで得られた溶出曲線が、後述するランダム共重合体(Pr)のそれより幅広であれば、重合体の極性分布が広いことを意味し、逆に、ランダム共重合体(Pr)のそれより幅狭であれば、重合体の極性分布が狭いことを意味する。
極性分布が狭いというのは、重合体中の各構成単位の数の比率が均一であることを示し、極性分布が広いというのは、重合体中の各構成単位の数の比率が不均一であることを示す。The polarity distribution of the polymer can be measured by LC analysis of the polymer of the present invention under the critical adsorption conditions described later.
If the elution curve obtained by LC analysis of the polymer under critical adsorption conditions is wider than that of the random copolymer (Pr) described later, this means that the polarity distribution of the polymer is wide. If the width is narrower than that of the random copolymer (Pr), it means that the polarity distribution of the polymer is narrow.
A narrow polarity distribution indicates that the ratio of the number of each structural unit in the polymer is uniform, and a wide polarity distribution indicates that the ratio of the number of each structural unit in the polymer is non-uniform. It shows that there is.
次に、LC分析する際の臨界吸着条件を求める方法を説明する。
後述の製造方法を用いて、最低3つの質量平均分子量の異なるランダム共重合体(Pr)を準備する。重合体の極性分布の測定精度が良好となる点から、これらの重合体の中で質量平均分子量が最も小さいものが、1,000〜5,000の範囲であることが好ましい。また、例えば、3つの質量平均分子量の異なるランダム共重合体(Pr)を準備する場合は、質量平均分子量としては、それぞれ1,000〜5,000、5,000〜8,000、8,000〜20,000の範囲であることが好ましい。Next, a method for obtaining critical adsorption conditions for LC analysis will be described.
Using a production method described later, at least three random copolymers (Pr) having different mass average molecular weights are prepared. From the viewpoint of improving the measurement accuracy of the polar distribution of the polymer, it is preferable that the polymer having the smallest mass average molecular weight is in the range of 1,000 to 5,000. For example, when preparing three random copolymers (Pr) having different mass average molecular weights, the mass average molecular weights are 1,000 to 5,000, 5,000 to 8,000, and 8,000, respectively. It is preferable to be in the range of ˜20,000.
これらの質量平均分子量の異なるランダム共重合体(Pr)を、後述する溶剤(S)に溶解した後、適当な分離ゲル(SG)を充填した分離カラム、分離カラム温度、溶離液種類、検出器においてLC分析を行い、質量平均分子量の異なるランダム共重合体(Pr)それぞれの溶出曲線を得る。ここで、分離カラム温度は、溶離液が分解、揮発しないことから100℃以下が好ましく、溶離液の粘度が低いことから0℃以上が好ましい。 After separating these random copolymers (Pr) having different mass average molecular weights in a solvent (S) described later, a separation column filled with an appropriate separation gel (SG), separation column temperature, eluent type, detector LC analysis is performed to obtain elution curves of random copolymers (Pr) having different mass average molecular weights. Here, the separation column temperature is preferably 100 ° C. or lower because the eluent does not decompose or volatilize, and preferably 0 ° C. or higher because the viscosity of the eluent is low.
そして、得られた溶出曲線のピークトップが全て一致するまで、分離ゲル(SG)の種類、分離カラム温度、溶離液種類を適宜変更する。
例えば、溶出時間が長くなるにつれて、溶出曲線のピークトップが、質量平均分子量が大きいものから小さいものへと出現する場合は、サイズ排除モードとなっているため、ランダム共重合体(Pr)の貧溶媒を溶離液へ加えたり、分離カラム温度を低くしたり、分離ゲル(SG)の種類をランダム共重合体(Pr)と相互作用しやすいものへ変更することで、溶出曲線のピークトップを全て一致させることができる。
一方、溶出時間が長くなるにつれて、溶出曲線のピークトップが、質量平均分子量が小さいものから大きいものへと出現する場合は、吸着モードとなっているため、ランダム共重合体(Pr)の良溶媒を溶離液へ加えたり、分離カラム温度を高くしたり、分離ゲル(SG)の種類をランダム共重合体(Pr)と相互作用しにくいものへ変更することで、溶出曲線のピークトップを全て一致させることができる。Then, the type of separation gel (SG), the separation column temperature, and the type of eluent are appropriately changed until the peak tops of the obtained elution curves all match.
For example, when the peak top of the elution curve appears from a large mass average molecular weight to a small one as the elution time becomes longer, since the size exclusion mode is set, the random copolymer (Pr) is poor. By adding a solvent to the eluent, lowering the separation column temperature, or changing the type of separation gel (SG) to one that easily interacts with the random copolymer (Pr), all the peak tops of the elution curve Can be matched.
On the other hand, if the peak top of the elution curve appears from a small mass average molecular weight to a large one as the elution time becomes longer, it is in the adsorption mode, so that the good solvent for the random copolymer (Pr) All the peak tops of the elution curve are matched by adding to the eluent, increasing the temperature of the separation column, or changing the type of separation gel (SG) to one that does not interact with the random copolymer (Pr). Can be made.
このようにして、質量平均分子量の異なるランダム共重合体(Pr)の溶出曲線のピークトップが全て一致する測定条件(分離ゲル(SG)の種類、分離カラム温度、溶離液種類)を求めることができる。そして、この測定条件が、ランダム共重合体(Pr)の臨界吸着条件となる。 In this way, the measurement conditions (separation gel (SG) type, separation column temperature, eluent type) in which the peak tops of the elution curves of the random copolymers (Pr) having different mass average molecular weights all coincide can be obtained. it can. This measurement condition becomes the critical adsorption condition for the random copolymer (Pr).
次に、重合体と同じ構成成分からなるランダム共重合体(Pr)の製造方法について説明する。
ランダム共重合体(Pr)の製造方法は、上述の滴下重合と呼ばれる重合方法で製造することが好ましい。Next, the manufacturing method of the random copolymer (Pr) which consists of the same component as a polymer is demonstrated.
The method for producing the random copolymer (Pr) is preferably produced by the polymerization method referred to as dropping polymerization.
また、重合速度の遅い単量体を用いて共重合する場合には、予め重合容器内に重合速度の遅い単量体を一部あるいは全部仕込んでから、残りの単量体を重合容器中に滴下してもよいし、重合速度の遅い単量体の滴下速度を、他の単量体よりも速くしてもよい。
さらに、重合速度や共重合反応性比に応じて、予め重合容器内に仕込む単量体の量や種類を決めた後、残りの単量体を重合容器中に滴下してもよい。
そして、上記の単量体の仕込み方法を組み合わせてもよい。In addition, when copolymerizing using a monomer having a low polymerization rate, a part or all of the monomer having a low polymerization rate is previously charged in the polymerization vessel, and the remaining monomer is put into the polymerization vessel. It may be dropped, or the dropping rate of the monomer having a low polymerization rate may be faster than that of other monomers.
Furthermore, after determining the amount and type of the monomer charged into the polymerization vessel in advance according to the polymerization rate and copolymerization reactivity ratio, the remaining monomer may be dropped into the polymerization vessel.
And you may combine the preparation method of said monomer.
上記のように、ランダム共重合体(Pr)を得るために、様々な単量体の仕込み方法を決定するには、まず用いる単量体全部を一定時間で重合容器中に滴下する方法で重合反応を行うと同時に、一定時間毎に反応溶液をサンプリングして、各単量体の消費量比率の時間変化データを得る。この方法で、各単量体の消費量比率の時間変化が一定になっていれば、この方法でランダム共重合体(Pr)が得られているため、下記の操作をする必要はない。ここで言う、「各単量体の消費量比率の時間変化が一定」とは、サンプリングで得られた各単量体の消費量比率が、これらの平均値に対して±5%に入っていればよいとする。
上記の方法で、各単量体の消費量比率の時間変化が一定になっていない場合、このデータを元にして、先述の方法を適宜選択し、再度、一定時間毎に反応溶液をサンプリングして、各単量体の消費量比率の時間変化データを得る。この操作を数回繰り返し、一定時間毎のサンプリングで得られた各単量体の消費量比率の時間変化が一定になるように、単量体の仕込み方法を決定する。
なお、上述の操作は、重合速度定数、衝突頻度因子、共重合反応性比などを用いたコンピュータによるシミュレーションで代用することもできる。この場合、作業時間を大幅に短縮できる点で好ましい。As described above, in order to determine the charging method of various monomers in order to obtain a random copolymer (Pr), the polymerization is first performed by dropping all of the monomers to be used into the polymerization vessel over a certain period of time. Simultaneously with the reaction, the reaction solution is sampled at regular intervals to obtain time change data of the consumption ratio of each monomer. In this method, if the time change of the consumption ratio of each monomer is constant, the random copolymer (Pr) is obtained by this method, and therefore it is not necessary to perform the following operation. Here, “the time change of the consumption ratio of each monomer is constant” means that the consumption ratio of each monomer obtained by sampling is within ± 5% of these average values. Suppose that
If the time change of the consumption ratio of each monomer is not constant in the above method, based on this data, select the above-mentioned method as appropriate, and sample the reaction solution at regular intervals again. Thus, the time change data of the consumption ratio of each monomer is obtained. This operation is repeated several times, and the monomer charging method is determined so that the change over time in the consumption ratio of each monomer obtained by sampling at regular intervals is constant.
In addition, the above-mentioned operation can be substituted by computer simulation using a polymerization rate constant, a collision frequency factor, a copolymerization reactivity ratio, and the like. In this case, it is preferable in that the working time can be greatly shortened.
さらに、得られるランダム共重合体(Pr)の分子量分布を狭くするために、リビングアニオン重合、リビングカチオン重合や、可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)、原子移動ラジカル重合(ATRP)、ニトロキシルラジカル重合(NMP)などの制御ラジカル重合、流通管式の連続重合を、上述の製造方法と組み合わせて用いてもよいし、単独で用いてもよい。 Furthermore, in order to narrow the molecular weight distribution of the obtained random copolymer (Pr), living anionic polymerization, living cationic polymerization, reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT), atom transfer radical polymerization (ATRP), nitroxyl Controlled radical polymerization such as radical polymerization (NMP) and continuous polymerization of a flow tube type may be used in combination with the above-described production method, or may be used alone.
溶液重合等の方法によって製造された重合体溶液は、必要に応じて、上述の再沈殿工程を用い、その後、その析出物を濾別し、十分に乾燥してランダム共重合体(Pr)を得る。再沈殿工程は、場合により不要となることもある。 The polymer solution produced by a method such as solution polymerization is subjected to the above-described reprecipitation step, if necessary, and then the precipitate is filtered and sufficiently dried to obtain a random copolymer (Pr). obtain. The reprecipitation process may be unnecessary depending on circumstances.
ランダム共重合体(Pr)の質量平均分子量は、特に限定されないが、レジスト用重合体の極性分布の測定精度が良好となる点から、1,000〜30,000の範囲であることが好ましい。
また、ランダム共重合体(Pr)の分子量分布は、特に限定されないが、レジスト用重合体の極性分布の測定精度が良好となる点から、2.0以下であることが好ましく、1.8以下であることがより好ましく、1.6以下であることがさらに好ましく、1.4以下であることが特に好ましい。The mass average molecular weight of the random copolymer (Pr) is not particularly limited, but is preferably in the range of 1,000 to 30,000 from the viewpoint of improving the measurement accuracy of the polarity distribution of the resist polymer.
Further, the molecular weight distribution of the random copolymer (Pr) is not particularly limited, but is preferably 2.0 or less, and preferably 1.8 or less from the viewpoint that the measurement accuracy of the polarity distribution of the resist polymer is good. Is more preferably 1.6 or less, and particularly preferably 1.4 or less.
本発明の重合体の極性分布を測定する方法は、液体クロマトグラフ(LC)装置を用いた臨界吸着クロマトグラフィー法によるものであり、市販のLC装置を使用できる。
臨界吸着クロマトグラフィー法は、移動層として試料となる共重合体の良溶媒と貧溶媒の混合物(溶離液)を用い、固定層として無機および有機ゲルを用い、試料とゲルおよび試料と溶離液との間に発生する相互作用を利用して、試料となる共重合体の高分子鎖1本の極性分布つまり共重合組成分布によって成分を分離して検出する方法である。移動層となる溶離液は、定量送液ポンプにより一定流速で加圧送液される。固定層である無機および有機ゲルは(分析用)カラム中に充填して使用される。通常のLC装置の構成は、溶離液の流れる順番に、溶離液タンク、ポンプ、切り替え弁、サンプリングループ、切り替え弁、(必要に応じて)ガードカラム、分析用カラム、検出器、廃液タンクとなっている。The method for measuring the polarity distribution of the polymer of the present invention is based on the critical adsorption chromatography method using a liquid chromatograph (LC) apparatus, and a commercially available LC apparatus can be used.
In the critical adsorption chromatography method, a mixture of a good solvent and a poor solvent (eluent) of a copolymer as a sample is used as a moving layer, inorganic and organic gels are used as a fixed layer, a sample, a gel, a sample, and an eluent In this method, the components are separated and detected by the polar distribution of one polymer chain of the copolymer as a sample, that is, the copolymer composition distribution, utilizing the interaction generated between the two. The eluent serving as the moving layer is pressure-fed at a constant flow rate by a constant-rate liquid feed pump. Inorganic and organic gels, which are fixed layers, are packed in a (analytical) column and used. A typical LC system consists of an eluent tank, a pump, a switching valve, a sampling loop, a switching valve, a guard column, an analytical column, a detector, and a waste liquid tank in the order in which the eluent flows. ing.
極性分布を測定しようとする重合体を、この共重合体が完全に溶解する溶剤で溶解して試料とする。用いる溶剤(S)は、重合体の良溶媒あるいは、その良溶媒と貧溶媒の混合物で重合体が完全に溶解する混合溶剤であれば特に限定されないが、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール系溶剤、四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどの塩素系溶剤、アセトニトリルなどのニトリル系溶剤、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンなどの炭化水素系溶剤、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの酢酸エステル系溶剤、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶剤、ジエチルテーテル、ジイソプロピルエーテル、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶剤、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)などのアミド系溶剤、ジメチルスルホキシド(DMSO)などのスルホ系溶剤、ピリジンなどの含窒素芳香族系溶剤、酢酸などの弱酸性溶剤を用いることができる。これらの溶剤は重水素化されていてもよい。
中でも、重合体の極性分布の測定精度が良好となる点から、溶剤(S)としては、芳香族系溶剤/アミド系溶剤、芳香族系溶剤/スルホ系溶剤、塩素系溶剤/ニトリル系溶剤の組み合わせが好ましい。上記組み合わせとしては、特に限定されないが、例えば、ベンゼン/DMF、トルエン/DMAc、クロロホルム/アセトニトリルなどが挙げられる。A polymer whose polarity distribution is to be measured is dissolved in a solvent in which the copolymer is completely dissolved to prepare a sample. The solvent (S) used is not particularly limited as long as it is a good solvent for the polymer or a mixed solvent in which the polymer is completely dissolved in a mixture of the good solvent and the poor solvent. For example, water, methanol, ethanol, isopropanol, etc. Alcohol solvents such as carbon tetrachloride, chloroform, methylene chloride, chlorobenzene and dichlorobenzene, nitrile solvents such as acetonitrile, hydrocarbon solvents such as hexane, heptane and cyclohexane, benzene, toluene and xylene. Aromatic solvents, acetate solvents such as ethyl acetate and butyl acetate, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, ether solvents such as diethyl ether, diisopropyl ether, 1,4-dioxane and tetrahydrofuran, N, N-dimethyl Formamide (DM ), Can be used N, N-dimethylacetamide (DMAc) amide solvent such as, sulfo solvents such as dimethyl sulfoxide (DMSO), nitrogen-containing aromatic solvents such as pyridine, a weakly acidic solvent such as acetic acid. These solvents may be deuterated.
Among them, the solvent (S) is preferably an aromatic solvent / amide solvent, an aromatic solvent / sulfo solvent, a chlorine solvent / nitrile solvent from the viewpoint that the measurement accuracy of the polarity distribution of the polymer is good. A combination is preferred. Although it does not specifically limit as said combination, For example, benzene / DMF, toluene / DMAc, chloroform / acetonitrile, etc. are mentioned.
また、試料を調製する際に、重合体を固形状に乾燥してから溶解しても良いし、重合後の重合体溶液を上記の溶剤で希釈して試料としても良い。試料の濃度は、通常0.05〜10mg/mLであり、好ましくは0.1〜5mg/mLである。試料の濃度が低すぎる場合には、検出感度が低下し分子量測定精度が低下する、または試料を調製しにくいという問題が生じ、試料の濃度が濃すぎる場合には、検出器の測定限界以上に信号が強すぎるため分子量測定精度が低下するという問題が生じ好ましくない。LC装置に注入する試料の量は、通常5〜200μL、好ましくは10〜100μLである。試料の量が少なすぎる場合には、検出感度が低下しまたは試料注入精度が低下し分子量測定精度が低下するという問題が生じ、試料の量が多すぎる場合には、検出器の測定限界以上に信号が強すぎるため分子量測定精度が低下するという問題が生じ好ましくない。試料の量はLC装置により所望の量に設定可能である。 Further, when preparing the sample, the polymer may be dissolved after being dried in a solid state, or the polymer solution after polymerization may be diluted with the above solvent to prepare a sample. The density | concentration of a sample is 0.05-10 mg / mL normally, Preferably it is 0.1-5 mg / mL. If the sample concentration is too low, the detection sensitivity will decrease and the molecular weight measurement accuracy will decrease, or the sample will be difficult to prepare.If the sample concentration is too high, it will exceed the measurement limit of the detector. Since the signal is too strong, there is a problem that the molecular weight measurement accuracy is lowered, which is not preferable. The amount of the sample injected into the LC device is usually 5 to 200 μL, preferably 10 to 100 μL. If the amount of sample is too small, there will be a problem that the detection sensitivity will decrease or the sample injection accuracy will decrease and the molecular weight measurement accuracy will decrease.If the amount of sample is too large, it will exceed the measurement limit of the detector. Since the signal is too strong, there is a problem that the molecular weight measurement accuracy is lowered, which is not preferable. The amount of the sample can be set to a desired amount by the LC apparatus.
移動層となる溶離液は、極性のそれぞれ異なる2種類以上の構成単位からなる共重合体を、その極性によって分離するため、重合体の溶解性が異なる2種類以上の溶剤を使用することが必要となる。よって、上記と同様の、極性分布を測定しようとする重合体の良溶媒あるいは、その良溶媒と貧溶媒の混合物で重合体が完全に溶解する溶剤(S)が用いられ、好ましくは、試料を調製するのに用いたものと同じ溶剤(S)が用いられるが、混合溶剤の場合の混合組成比は特に限定されない。溶離液は通常0.1〜2.0mL/分、好ましくは0.2〜1.0mL/分の流速で定量送液ポンプにより送液される。流速が小さいと分析時間が長くなり、流速が大きいと分析精度が低下し好ましくない。定量送液ポンプの送液精度は通常±1.0%以内〜±0.5%以内程度である。なお、使用する溶離液は2種類以上の溶剤の混合物であることから、2種類以上の溶剤を任意の割合で混合したり、その混合割合を時間とともに変化させることが可能な定量送液ポンプを2台以上設けることが好ましい。また、2種類以上の溶剤を均一に混合するために、定量送液ポンプと切り替え弁との間に、ミキシングカラムを設けることが好ましい。さらに、溶離液に存在する微小な気泡が除去され、送液速度が安定することから、溶離液タンクと定量送液ポンプとの間に脱気装置を設けることが好ましい。 The eluent used as the moving layer needs to use two or more kinds of solvents having different solubility of the polymer in order to separate the copolymer composed of two or more kinds of structural units having different polarities according to the polarity. It becomes. Therefore, a good solvent for the polymer whose polar distribution is to be measured, or a solvent (S) in which the polymer is completely dissolved in a mixture of the good solvent and the poor solvent, as described above, is used. The same solvent (S) as that used for the preparation is used, but the mixing composition ratio in the case of the mixed solvent is not particularly limited. The eluent is usually sent by a metering pump at a flow rate of 0.1 to 2.0 mL / min, preferably 0.2 to 1.0 mL / min. If the flow rate is small, the analysis time becomes long, and if the flow rate is large, the analysis accuracy decreases, which is not preferable. The liquid feeding accuracy of the metering liquid pump is usually within ± 1.0% to ± 0.5%. In addition, since the eluent used is a mixture of two or more types of solvents, a quantitative liquid feeding pump capable of mixing two or more types of solvents at an arbitrary ratio or changing the mixing ratio with time. Two or more units are preferably provided. Moreover, in order to mix two or more types of solvents uniformly, it is preferable to provide a mixing column between the metering liquid pump and the switching valve. Furthermore, it is preferable to provide a deaeration device between the eluent tank and the metered liquid feed pump because minute bubbles present in the eluent are removed and the liquid feed speed is stabilized.
定量送液ポンプにより送り出された溶離液は分析用カラムに送り込まれるが、分析用カラムの手前には試料注入機構がある。試料注入機構は、切り替え弁+サンプリングループ+切り替え弁という構成になっている。サンプリングループは、試料を一時的に蓄えておく部位である。定常的に溶離液が流れる状態では溶離液はサンプリングループを通らずに分析用カラムに送り込まれる。試料注入時には、サンプリングループの両側に設けられた切り替え弁が、試料側に切り替わることによりサンプリングループ内の試料が分析用カラムに送り込まれる機構になっている。
本発明の極性分布を測定する方法では、サンプリングループの容量は通常10〜200μL、好ましく10〜50μLである。サンプリングループ容量の設定は、所望の容量のサンプリングループにつけ替えることにより行われ、例えば東ソー社から10、20、50、100および200μLのサンプリングループが上市されており、入手可能である。用いるべきサンプリングループの容量は、試料の量に対する比(ここでは、サンプリングループ容量/試料の量=サンプリングループ容量比という)により決まる。サンプリングループ容量比は、通常1〜10、好ましくは1〜5、特に好ましくは1〜3である。試料の量、サンプリングループの容量、サンプリングループ容量比が上記の範囲にある時に、容量のバランスに優れ、重合体の極性分布の測定精度が良好となる。The eluent sent out by the fixed liquid feed pump is sent to the analytical column, but there is a sample injection mechanism in front of the analytical column. The sample injection mechanism has a configuration of switching valve + sampling loop + switching valve. The sampling loop is a part for temporarily storing the sample. In a state where the eluent constantly flows, the eluent is sent to the analytical column without passing through the sampling loop. At the time of sample injection, a switching valve provided on both sides of the sampling loop is switched to the sample side, so that the sample in the sampling loop is sent to the analytical column.
In the method for measuring the polarity distribution of the present invention, the capacity of the sampling loop is usually 10 to 200 μL, preferably 10 to 50 μL. The sampling loop capacity is set by replacing the sampling loop with a desired capacity. For example, 10, 20, 50, 100 and 200 μL sampling loops are commercially available from Tosoh Corporation. The volume of the sampling loop to be used is determined by a ratio to the amount of sample (here, sampling loop volume / sample amount = sampling loop volume ratio). The sampling loop capacity ratio is usually 1 to 10, preferably 1 to 5, and particularly preferably 1 to 3. When the amount of sample, the volume of the sampling loop, and the volume ratio of the sampling loop are in the above ranges, the volume balance is excellent and the measurement accuracy of the polymer polarity distribution is good.
分析用カラムと試料注入機構の間には、必要に応じてガードカラムを配置する。ガードカラムは、例えば試料中の溶離液不要成分や異物などを取り除き、分析用カラムの劣化を防ぐためのものである。 A guard column is disposed between the analysis column and the sample injection mechanism as necessary. The guard column is, for example, for removing unnecessary components and foreign matters in the eluent in the sample and preventing the analysis column from deteriorating.
固定層として無機あるいは有機ゲル(以下、「分離ゲル(SG)」と言う。)を分離カラムに充填して用いる。分離カラムの全長は、50cm以下、好ましくは10cm以上、特に好ましくは10cm以上40cm以下である。例えば1本15cmのカラムを用いる場合、好ましくは直列1〜3本、特に好ましくは1本である。カラムの内径は特に限定されないが、通常7mm以下、好ましくは5mm以下である。分離ゲル(SG)は、シリカゲル、ポリビニルアルコールゲル、ポリヒドロキシアクリレートゲル、ポリアクリレートゲル、ポリスチレン−ジビニルベンゼンゲル、アルミナ、カーボンなど、測定しようとする試料の極性に応じて選択することができる。また、上記の固定相に対して、炭素数4〜18のアルキル鎖、フェニル基、シアノ基、アミノ基、スルホ基、ジオール、グリセロプロピル基などで化学修飾を施したものを使用してもよい。中でも、レジスト用重合体の極性分布の測定精度が良好となる点から、無修飾のシリカゲル、炭素数4〜18のアルキル鎖で化学修飾されたシリカゲルが好ましい。 As the fixed layer, an inorganic or organic gel (hereinafter referred to as “separation gel (SG)”) is packed in a separation column and used. The total length of the separation column is 50 cm or less, preferably 10 cm or more, particularly preferably 10 cm or more and 40 cm or less. For example, when one 15 cm column is used, it is preferably 1 to 3 in series, particularly preferably one. The inner diameter of the column is not particularly limited, but is usually 7 mm or less, preferably 5 mm or less. The separation gel (SG) can be selected according to the polarity of the sample to be measured, such as silica gel, polyvinyl alcohol gel, polyhydroxyacrylate gel, polyacrylate gel, polystyrene-divinylbenzene gel, alumina, carbon, and the like. Moreover, you may use what gave the chemical modification with a C4-C18 alkyl chain, a phenyl group, a cyano group, an amino group, a sulfo group, diol, a glyceropropyl group, etc. with respect to said stationary phase. . Among these, unmodified silica gel and silica gel chemically modified with an alkyl chain having 4 to 18 carbon atoms are preferable from the viewpoint of good measurement accuracy of the polarity distribution of the resist polymer.
分離ゲル(SG)は粒子状のものが一般的で、その粒径は通常1μm〜100μmである。中でも、レジスト用重合体の極性分布の測定精度が良好となる点から、2μm〜20μmの範囲のものが好ましく、3μm〜10μmの範囲のものがさらに好ましい。なお、この粒径は溶離液の種類により膨潤度が変わるため、テトラヒドロフラン(以下、THFと表すことがある)溶剤中での値である。
また、分離ゲル(SG)のポアサイズは、通常1nm〜200nmである。中でも、重合体の極性分布の測定精度が良好となる点から、10nm〜150nmの範囲のものが好ましく、20nm〜100nmの範囲のものがさらに好ましい。
このような粒径の分離ゲル(SG)は、液体クロマトグラフィー装置会社などから上市されており入手可能である。例えば、粒子径が5μm、ポアサイズが30nm、シリカゲルを分離ゲル(SG)として充填した分離カラムが、GLサイエンス社よりInertsil Wp-300 Silとして市販されている。The separation gel (SG) is generally in the form of particles, and the particle size is usually 1 μm to 100 μm. Especially, the thing of the range of 2 micrometers-20 micrometers is preferable, and the thing of the range of 3 micrometers-10 micrometers is more preferable from the point from which the measurement precision of the polar distribution of a resist polymer becomes favorable. The particle size is a value in a tetrahydrofuran (hereinafter sometimes referred to as THF) solvent because the degree of swelling varies depending on the type of eluent.
The pore size of the separation gel (SG) is usually 1 nm to 200 nm. Especially, the thing of the range of 10 nm-150 nm is preferable from the point from which the measurement precision of the polar distribution of a polymer becomes favorable, and the thing of the range of 20 nm-100 nm is further more preferable.
Such a separation gel (SG) having a particle size is commercially available from a liquid chromatography apparatus company or the like. For example, a separation column having a particle size of 5 μm, a pore size of 30 nm, and packed with silica gel as a separation gel (SG) is commercially available from GL Science as Inertsil Wp-300 Sil.
また、分離ゲル(SG)としては、重合体の極性分布の測定精度が良好となる点から、連続構造体であるものも好ましい。この連続構造体は、網目状をしたマクロポアと、この連続構造体自身にメソポアを有している。マクロポアおよびメソポアの大きさは、それぞれ通常1μm〜5μmおよび5〜20nmの範囲である。このような連続構造体の分離ゲル(SG)は、液体クロマトグラフィー装置会社などから上市されており入手可能である。例えば、マクロポアとメソポアの平均サイズが、それぞれ2μmと13nmであり、炭素数18のアルキル基で修飾された円柱状のシリカ連続体を分離ゲル(SG)として充填した分離カラムが、メルク社よりChromolith RP-18eとして市販されている。
上記のような分析用カラムの全長で、上記の様な分離ゲル(SG)をカラムの充填剤として用いることにより、分離ゲル(SG)とレジスト用重合体の相互作用のバランスが良好となり、分析精度が良好で、短い所要時間での分子量測定が可能となる。Moreover, as a separation gel (SG), the thing which is a continuous structure from the point from which the measurement precision of the polar distribution of a polymer becomes favorable is preferable. This continuous structure has mesh-like macropores and mesopores in the continuous structure itself. The sizes of macropores and mesopores are usually in the range of 1 μm to 5 μm and 5 to 20 nm, respectively. Such a continuous structure separation gel (SG) is commercially available from a liquid chromatography equipment company or the like. For example, a separation column filled with a columnar silica continuous material having an average size of macropores and mesopores of 2 μm and 13 nm and modified with an alkyl group having 18 carbon atoms as a separation gel (SG) is available from Merck. It is marketed as RP-18e.
By using the separation gel (SG) as described above as the column filler with the full length of the analytical column as described above, the balance of the interaction between the separation gel (SG) and the resist polymer is improved, and the analysis is performed. The accuracy is good and the molecular weight can be measured in a short time.
分離カラムから流出した試料は、共重合体の高分子鎖1本の極性によって分離されているため、これを適当な検出器で検出することにより、共重合体の極性分画成分の割合を検出できる。検出器としては、紫外・可視吸光光度(UV−Vis)検出器、蛍光検出器、示差屈折率(RI)検出器、多波長検出器、伝導度検出器、電気化学検出器、蒸発光散乱検出器(ELSD)、荷電化粒子検出器、粘度計、質量分析器(MSD)、核磁気共鳴(NMR)装置、赤外(IR)分光光度計が挙げられる。中でも、溶離液の紫外光および可視光領域における光線透過率が低い場合にも使用できることから、ELSDおよび荷電化粒子検出器が好ましい。また、共重合体の極性を支配している共重合組成比を直接求めることができることから、NMRが好ましい。検出器には、データ処理装置が接続され、通常はコンピュータ等を使用して、後述する方法で重合体の極性を定量化する。 Since the sample flowing out from the separation column is separated by the polarity of one polymer chain of the copolymer, the proportion of the polar fraction component of the copolymer is detected by detecting this with an appropriate detector. it can. As detectors, UV / Vis absorbance (UV-Vis) detector, fluorescence detector, differential refractive index (RI) detector, multi-wavelength detector, conductivity detector, electrochemical detector, evaporative light scattering detection (ELSD), charged particle detector, viscometer, mass analyzer (MSD), nuclear magnetic resonance (NMR) apparatus, infrared (IR) spectrophotometer. Among them, ELSD and charged particle detector are preferable because they can be used even when the light transmittance in the ultraviolet light and visible light regions of the eluent is low. Further, NMR is preferable because the copolymer composition ratio governing the polarity of the copolymer can be directly determined. A data processor is connected to the detector, and usually the polarity of the polymer is quantified by a method described later using a computer or the like.
分離カラムと、好ましくは検出器は恒温槽に入れ一定温度に維持される。極性測定時の測定精度の外乱をできるだけ排除し、分析精度を良くするためである。カラムは通常室温〜室温よりもやや高い温度に維持され、温度制御精度は、好ましくは±0.2℃以下、特に好ましくは±0.1℃以下である。 The separation column and preferably the detector are placed in a thermostat and maintained at a constant temperature. This is to eliminate disturbance of measurement accuracy during polarity measurement as much as possible and improve analysis accuracy. The column is usually maintained at a temperature slightly higher than room temperature to room temperature, and the temperature control accuracy is preferably ± 0.2 ° C. or less, particularly preferably ± 0.1 ° C. or less.
重合体の極性を定量化するには、上述したコンピュータ等の信号処理装置により、溶出時間(=重合体の極性)に対応する検出器の信号強度を取り込むことが必要である。
各々の溶出時間に対応する極性は、使用する分離カラムに充填された分離ゲル(SG)の種類によっても概略を把握することができるし、溶解度パラメータ等の極性が既知の化合物を数種類準備し、LC分析した結果から検量線を作製することもできる。
例えば、使用する分離ゲル(SG)がシリカゲル、ポリビニルアルコールゲル、ポリヒドロキシアクリレートゲル、シアノ基、アミノ基、スルホ基、ジオール、グリセロプロピル基などで化学修飾を施したシリカゲルなどの高極性ゲルの場合は順相系となるため、極性の低い物質から順に溶出する。逆に、炭素数4〜18のアルキル鎖で化学修飾を施したシリカゲルなどの低極性ゲルの場合は逆相系となるため極性の高い物質から順に溶出する。
一方、検出器の信号強度はその時点で検出された物質の濃度であるため、信号強度の高い部分は物質濃度が高く、逆に信号強度の低い部分は物質濃度が低い。
一般的に溶出曲線は検出器の信号強度のピークを有することが多いため、そのピーク位置に対する溶出時間を重合体の平均極性として定量化することもできるし、検出器の信号強度が立ち上がり始めた溶出時間から、ベースラインへと収束した溶出時間までの時間範囲を重合体の極性分布として定量化することもできる。In order to quantify the polarity of the polymer, it is necessary to capture the signal intensity of the detector corresponding to the elution time (= the polarity of the polymer) by a signal processing device such as the computer described above.
The polarity corresponding to each elution time can be roughly grasped by the type of separation gel (SG) packed in the separation column used, and several types of compounds with known polarities such as solubility parameters are prepared, A calibration curve can also be prepared from the results of LC analysis.
For example, when the separation gel (SG) to be used is a high-polarity gel such as silica gel, polyvinyl alcohol gel, polyhydroxyacrylate gel, silica gel chemically modified with cyano group, amino group, sulfo group, diol, glyceropropyl group, etc. Since it becomes a normal phase system, it elutes in order from a low polarity substance. Conversely, in the case of a low-polarity gel such as silica gel chemically modified with an alkyl chain having 4 to 18 carbon atoms, a reverse phase system is used, so that the substances with higher polarity are eluted in order.
On the other hand, since the signal intensity of the detector is the concentration of the substance detected at that time, the part with high signal intensity has a high substance concentration, and conversely, the part with low signal intensity has a low substance concentration.
Since the elution curve generally has a peak of the signal intensity of the detector, the elution time for the peak position can be quantified as the average polarity of the polymer, and the signal intensity of the detector starts to rise. The time range from the elution time to the elution time converged to the baseline can also be quantified as the polarity distribution of the polymer.
本発明の重合体は後述する重合体の溶解度パラメーターの測定方法で求めることができる溶解度パラメーターδを比較することで、重合体の極性分布を測定することができる。
溶解度パラメーターδは、その値が大きいほど親水性あるいは極性が大きく、一方、その値が小さいほど親水性あるいは極性が小さいことを示している。
また、後述する方法により得られた溶解度パラメーターδは、高分子量成分の影響が大きく現れるため、高分子量成分の親水性あるいは極性を反映した値となる。The polymer of the present invention can measure the polarity distribution of the polymer by comparing the solubility parameter δ, which can be determined by the method for measuring the solubility parameter of the polymer described later.
The solubility parameter δ indicates that the larger the value, the greater the hydrophilicity or polarity, while the smaller the value, the smaller the hydrophilicity or polarity.
Further, the solubility parameter δ obtained by the method described later is a value reflecting the hydrophilicity or polarity of the high molecular weight component because the influence of the high molecular weight component appears greatly.
重合体の溶解度パラメーターの測定方法は、50mLのガラス瓶に重合体0.10gとテトラヒドロフラン10.00mL(=Vt)を加え、重合体溶液を調製する。この重合体溶液がうっすらと白濁するまで純水を加える。同様に、純水に代えて、ヘキサンとアセトニトリルを用いて、この重合体溶液がうっすらと白濁するまで、これらの溶剤を加える。
それぞれの溶媒の組み合わせについて、上記操作を3回繰り返し、純水、ヘキサン、およびアセトニトリルの3回の平均使用容量を、それぞれVw(mL)、Vh(mL)、およびVa(mL)とする。
そして、下記式(I)〜(IV)を用いて、重合体の溶解度パラメーターδを求める。なお、δd、δp、およびδhは、それぞれ重合体のδの中での、モル吸引力、双極子モーメント、水素結合を反映した溶解度パラメーターである。また、各溶媒のδd、δp、δhの値は、Polymer Handbook 4th edition (J. Brandrup, E. H. Immergut, E. A. Grulke, Ed., John Wiley & Sons, NY, 1999)を参考にした。The polymer solubility parameter is measured by adding 0.10 g of polymer and 10.00 mL (= Vt) of tetrahydrofuran to a 50 mL glass bottle to prepare a polymer solution. Pure water is added until the polymer solution becomes slightly cloudy. Similarly, using hexane and acetonitrile instead of pure water, these solvents are added until the polymer solution becomes slightly cloudy.
The above operation is repeated three times for each solvent combination, and the average usage volumes of pure water, hexane, and acetonitrile three times are defined as Vw (mL), Vh (mL), and Va (mL), respectively.
And the solubility parameter (delta) of a polymer is calculated | required using following formula (I)-(IV). In addition, δd, δp, and δh are solubility parameters reflecting the molar attractive force, dipole moment, and hydrogen bond in δ of the polymer, respectively. The values of δd, δp, and δh of each solvent were referred to Polymer Handbook 4th edition (J. Brandrup, EH Immergut, EA Grulke, Ed., John Wiley & Sons, NY, 1999).
次に、本発明のレジスト組成物について説明する。
本発明のレジスト組成物は、本発明の重合体(P)を溶媒に溶解したものである。なお、溶液重合等によって得られた重合体溶液から重合体を分離することなく、この重合体溶液をそのままレジスト組成物に使用し、または、この重合体溶液を適当な溶媒で希釈して、または濃縮してレジスト組成物に使用することもできる。また、再沈殿工程で得られた重合体を濾別した後、乾燥せずに湿粉のままレジスト組成物に使用し、または、この重合体湿粉を適当な溶媒に溶解した後、濃縮した重合体溶液をレジスト組成物に使用することもできる。Next, the resist composition of the present invention will be described.
The resist composition of the present invention is obtained by dissolving the polymer (P) of the present invention in a solvent. In addition, without separating the polymer from the polymer solution obtained by solution polymerization or the like, the polymer solution is used as it is for the resist composition, or the polymer solution is diluted with an appropriate solvent, or It can also be concentrated and used in a resist composition. In addition, after filtering the polymer obtained in the reprecipitation step, it is used in the resist composition as a wet powder without being dried, or the polymer wet powder is dissolved in an appropriate solvent and then concentrated. A polymer solution can also be used in the resist composition.
溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、2−ペンタノン、2−ヘキサノン等の直鎖もしくは分岐鎖ケトン類;シクロペンタノン、シクロヘキサノン等の環状ケトン類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルアセテート類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のエチレングリコールモノアルキルエーテル類;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル等のジエチレングリコールアルキルエーテル類;酢酸エチル、乳酸エチル等のエステル類;n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、シクロヘキサノール、1−オクタノール等のアルコール類;1,4−ジオキサン、炭酸エチレン、γ−ブチロラクトン;ペンタン、2−メチルブタン、n−ヘキサン、2−メチルペンタン、2,2−ジブチルブタン、2,3−ジブチルブタン、n−ヘプタン、n−オクタン、イソオクタン、2,2,3−トリメチルペンタン、n−ノナン、2,2,5−トリメチルヘキサン、n−デカン、n−ドデカン等の炭素数5〜11の脂肪族炭化水素系溶剤などが挙げられる。これらの溶媒は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。
中でも、PGMEA、乳酸エチル、シクロヘキサノン、γ―ブチロラクトンが安全性の点で汎用的に用いられているので、好ましい。Examples of the solvent include linear or branched ketones such as methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), 2-pentanone and 2-hexanone; cyclic ketones such as cyclopentanone and cyclohexanone; propylene glycol monomethyl ether Propylene glycol monoalkyl acetates such as acetate (PGMEA) and propylene glycol monoethyl ether acetate; Ethylene glycol monoalkyl ether acetates such as ethylene glycol monomethyl ether acetate and ethylene glycol monoethyl ether acetate; Propylene glycol monomethyl ether (PGME), Propylene glycol monoalkyl ethers such as propylene glycol monoethyl ether; ethylene glycol Ethylene glycol monoalkyl ethers such as dimethyl glycol ether and ethylene glycol monoethyl ether; diethylene glycol alkyl ethers such as diethylene glycol dimethyl ether and diethylene glycol monomethyl ether; esters such as ethyl acetate and ethyl lactate; n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n Alcohols such as butyl alcohol, cyclohexanol, 1-octanol; 1,4-dioxane, ethylene carbonate, γ-butyrolactone; pentane, 2-methylbutane, n-hexane, 2-methylpentane, 2,2-dibutylbutane, 2,3-dibutylbutane, n-heptane, n-octane, isooctane, 2,2,3-trimethylpentane, n-nonane, 2,2,5-trimethylhexane n- decane, and aliphatic hydrocarbon solvents having a carbon number of 5 to 11 of n- dodecane and the like. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
Among these, PGMEA, ethyl lactate, cyclohexanone, and γ-butyrolactone are preferable because they are widely used in terms of safety.
重合体(P)の溶液濃度は、特に制限されないが、重合体溶液の粘度の点から、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましい。また、重合体溶液の濃度は、重合体(P)の生産性の点から、2質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、8質量%以上がさらに好ましい。 The solution concentration of the polymer (P) is not particularly limited, but is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and further preferably 30% by mass or less from the viewpoint of the viscosity of the polymer solution. The concentration of the polymer solution is preferably 2% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and further preferably 8% by mass or more from the viewpoint of the productivity of the polymer (P).
本発明の重合体(P)を化学増幅型レジスト組成物に使用する場合は、光酸発生剤を用いることが必要である。
化学増幅型レジスト組成物に含有される光酸発生剤は、化学増幅型レジスト組成物の酸発生剤として使用可能なものの中から任意に選択することができる。光酸発生剤は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。When the polymer (P) of the present invention is used for a chemically amplified resist composition, it is necessary to use a photoacid generator.
The photoacid generator contained in the chemically amplified resist composition can be arbitrarily selected from those that can be used as the acid generator of the chemically amplified resist composition. A photo-acid generator may use 1 type or may use 2 or more types together.
このような光酸発生剤としては、例えば、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、キノンジアジド化合物、ジアゾメタン化合物等が挙げられる。光酸発生剤としては、中でも、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等のオニウム塩化合物が好ましく、具体的には、トリフェニルスルホニウムトリフレート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムナフタレンスルホネート、(ヒドロキシフェニル)ベンジルメチルスルホニウムトルエンスルホネート、ジフェニルヨードニウムトリフレート、ジフェニルヨードニウムピレンスルホネート、ジフェニルヨードニウムドデシルベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−メチルフェニルジフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、トリ(tert−ブチルフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等が挙げられる。 Examples of such a photoacid generator include onium salt compounds, sulfonimide compounds, sulfone compounds, sulfonic acid ester compounds, quinonediazide compounds, diazomethane compounds, and the like. As the photoacid generator, among them, onium salt compounds such as sulfonium salts, iodonium salts, phosphonium salts, diazonium salts, pyridinium salts are preferable, specifically, triphenylsulfonium triflate, triphenylsulfonium hexafluoroantimonate, Triphenylsulfonium naphthalenesulfonate, (hydroxyphenyl) benzylmethylsulfonium toluenesulfonate, diphenyliodonium triflate, diphenyliodonium pyrenesulfonate, diphenyliodonium dodecylbenzenesulfonate, diphenyliodonium hexafluoroantimonate, p-methylphenyldiphenylsulfonium nonafluorobutanesulfonate, Tri (tert-butylphenyl) sulfonium trifluor B methanesulfonate, and the like.
光酸発生剤の含有量は、選択された光酸発生剤の種類により適宜決められるが、通常、レジスト用重合体100質量部に対して0.1質量部以上であり、0.5質量部以上であることがより好ましい。光酸発生剤の含有量をこの範囲にすることにより、露光により発生した酸の触媒作用による化学反応を十分に生起させることができる。また、光酸発生剤の含有量は、通常、レジスト用重合体100質量部に対して20質量部以下であり、10質量部以下であることがより好ましい。光酸発生剤の含有量をこの範囲にすることにより、レジスト組成物の安定性が向上し、組成物を塗布する際の塗布むらや現像時のスカム等の発生が十分に少なくなる。 The content of the photoacid generator is appropriately determined depending on the type of the photoacid generator selected, but is usually 0.1 parts by mass or more and 0.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resist polymer. More preferably. By setting the content of the photoacid generator within this range, a chemical reaction due to the catalytic action of the acid generated by exposure can be sufficiently caused. Moreover, content of a photo-acid generator is 20 mass parts or less normally with respect to 100 mass parts of resist polymers, and it is more preferable that it is 10 mass parts or less. By setting the content of the photoacid generator within this range, the stability of the resist composition is improved, and the occurrence of uneven coating during application of the composition and scum during development is sufficiently reduced.
さらに、化学増幅型レジスト組成物には、含窒素化合物を配合することもできる。含窒素化合物を含有させることにより、レジストパターン形状、引き置き経時安定性などがさらに向上する。つまり、レジストパターンの断面形状が矩形により近くなり、また、レジスト膜を露光し、露光後ベーク(PEB)して、次の現像処理までの間に数時間放置されることが半導体の量産ラインではあるが、そのような放置(経時)したときにレジストパターンの断面形状の劣化の発生がより抑制される。 Furthermore, a nitrogen-containing compound can also be mix | blended with a chemically amplified resist composition. By containing a nitrogen-containing compound, the resist pattern shape, the stability over time, and the like are further improved. In other words, the cross-sectional shape of the resist pattern is closer to a rectangle, and the resist film is exposed, post-exposure baked (PEB), and left for several hours before the next development process. However, the deterioration of the cross-sectional shape of the resist pattern is further suppressed when such leaving (aging) is performed.
含窒素化合物は、公知のものいずれも使用可能であるが、アミンが好ましく、中でも、第2級低級脂肪族アミン、第3級低級脂肪族アミンがより好ましい。
ここで「低級脂肪族アミン」とは、炭素数5以下のアルキルまたはアルキルアルコールのアミンのことをいう。
第2級低級脂肪族アミン、第3級低級脂肪族アミンとしては、例えば、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリペンチルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどが挙げられる。含窒素化合物としては、中でも、トリエタノールアミンなどの第3級アルカノールアミンがより好ましい。Any known compound can be used as the nitrogen-containing compound, but an amine is preferable, and among them, a secondary lower aliphatic amine and a tertiary lower aliphatic amine are more preferable.
Here, the “lower aliphatic amine” refers to an alkyl or alkyl alcohol amine having 5 or less carbon atoms.
Examples of the secondary lower aliphatic amine and tertiary lower aliphatic amine include trimethylamine, diethylamine, triethylamine, di-n-propylamine, tri-n-propylamine, tripentylamine, diethanolamine, and triethanolamine. Is mentioned. Among these nitrogen-containing compounds, tertiary alkanolamines such as triethanolamine are more preferable.
含窒素化合物は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。
含窒素化合物の含有量は、選択された含窒素化合物の種類などにより適宜決められるが、通常、レジスト用重合体100質量部に対して0.01質量部以上であることが好ましい。含窒素化合物の含有量をこの範囲にすることにより、レジストパターン形状をより矩形にすることができる。また、含窒素化合物の含有量は、通常、レジスト用重合体100質量部に対して2質量部以下であることが好ましい。含窒素化合物の含有量をこの範囲にすることにより、感度の劣化を小さくすることができる。The nitrogen-containing compound may be used alone or in combination of two or more.
The content of the nitrogen-containing compound is appropriately determined depending on the type of the selected nitrogen-containing compound, but is usually preferably 0.01 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the resist polymer. By setting the content of the nitrogen-containing compound within this range, the resist pattern shape can be made more rectangular. Moreover, it is preferable that content of a nitrogen-containing compound is 2 mass parts or less normally with respect to 100 mass parts of resist polymers. By setting the content of the nitrogen-containing compound within this range, it is possible to reduce the sensitivity deterioration.
また、化学増幅型レジスト組成物には、有機カルボン酸、リンのオキソ酸、または、その誘導体を配合することもできる。これらの化合物を含有させることにより、含窒素化合物の配合による感度劣化を防止することができ、また、レジストパターン形状、引き置き経時安定性などがさらに向上する。
有機カルボン酸としては、例えば、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸などが好ましい。The chemically amplified resist composition may also contain an organic carboxylic acid, a phosphorus oxo acid, or a derivative thereof. By containing these compounds, it is possible to prevent sensitivity deterioration due to the compounding of the nitrogen-containing compound, and further improve the resist pattern shape, the stability with time of standing, and the like.
As the organic carboxylic acid, for example, malonic acid, citric acid, malic acid, succinic acid, benzoic acid, salicylic acid and the like are preferable.
リンのオキソ酸、または、その誘導体としては、例えば、リン酸、リン酸ジ−n−ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステル等のリン酸およびそれらのエステルのような誘導体;ホスホン酸、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸ジ−n−ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステル等のホスホン酸およびそれらのエステルのような誘導体;ホスフィン酸、フェニルホスフィン酸等のホスフィン酸およびそれらのエステルのような誘導体などが挙げられ、中でも、ホスホン酸が好ましい。
これらの化合物(有機カルボン酸、リンのオキソ酸、または、その誘導体)は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。Phosphorus oxoacids or derivatives thereof include, for example, phosphoric acid, phosphoric acid di-n-butyl ester, phosphoric acid diphenyl ester and other phosphoric acid and derivatives thereof; phosphonic acid, phosphonic acid dimethyl ester Phosphonic acids such as phosphonic acid di-n-butyl ester, phenylphosphonic acid, phosphonic acid diphenyl ester, phosphonic acid dibenzyl ester, etc. and derivatives thereof; phosphinic acids such as phosphinic acid, phenylphosphinic acid and their Examples thereof include derivatives such as esters, and among them, phosphonic acid is preferable.
These compounds (organic carboxylic acid, phosphorus oxo acid, or derivatives thereof) may be used alone or in combination of two or more.
これらの化合物(有機カルボン酸、リンのオキソ酸、または、その誘導体)の含有量は、選択された化合物の種類などにより適宜決められるが、通常、レジスト用重合体100質量部に対して0.01質量部以上であることが好ましい。これらの化合物の含有量をこの範囲にすることにより、レジストパターン形状をより矩形にすることができる。また、これらの化合物(有機カルボン酸、リンのオキソ酸、または、その誘導体)の含有量は、通常、レジスト用重合体100質量部に対して5質量部以下であることが好ましい。これらの化合物の含有量をこの範囲にすることにより、レジストパターンの膜減りを小さくすることができる。
なお、含窒素化合物と有機カルボン酸、リンのオキソ酸、または、その誘導体との両方を本発明の化学増幅型レジスト組成物に含有させることもできるし、いずれか片方のみを含有させることもできる。The content of these compounds (organic carboxylic acid, phosphorus oxo acid, or derivative thereof) is appropriately determined depending on the type of the selected compound and the like. It is preferably 01 parts by mass or more. By setting the content of these compounds within this range, the resist pattern shape can be made more rectangular. Further, the content of these compounds (organic carboxylic acid, phosphorus oxo acid, or a derivative thereof) is usually preferably 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the resist polymer. By reducing the content of these compounds within this range, the film loss of the resist pattern can be reduced.
Note that both the nitrogen-containing compound and the organic carboxylic acid, phosphorus oxoacid, or a derivative thereof can be contained in the chemically amplified resist composition of the present invention, or only one of them can be contained. .
さらに、本発明のレジスト組成物には、必要に応じて、界面活性剤、その他のクエンチャー、増感剤、ハレーション防止剤、保存安定剤、消泡剤等の各種添加剤を配合することもできる。これらの添加剤は、当該分野で公知のものであればいずれも使用可能である。また、これらの添加剤の配合量は特に限定されず、適宜決めればよい。
本発明の重合体(P)は、金属エッチング用、フォトファブリケーション用、製版用、ホログラム用、カラーフィルター用、位相差フィルム用等のレジスト組成物としても好適に用いることができる。Furthermore, the resist composition of the present invention may contain various additives such as surfactants, other quenchers, sensitizers, antihalation agents, storage stabilizers, and antifoaming agents as necessary. it can. Any of these additives can be used as long as it is known in the art. Moreover, the compounding quantity of these additives is not specifically limited, What is necessary is just to determine suitably.
The polymer (P) of the present invention can also be suitably used as a resist composition for metal etching, photofabrication, plate making, hologram, color filter, retardation film and the like.
本発明のレジスト組成物の現像液への均一な溶解性評価の一例について説明する。リソテックジャパン(株)製レジスト現像アナライザMODEL−RDA790(商品名)及びフォトレジスト溶解速度・測定解析ソフトウェアLEAP SET(商品名)を用いる。具体的にはフォトレジスト溶解速度・測定解析ソフトウェアLEAP SETオペレーションマニュアルに従ってレジスト組成物を評価し、「Dissolution Rate v/s Thickness」グラフを描写させ現像液への溶解速度を算出した時に、現像液への溶解速度の加速度が常に一定になっているかどうかでレジスト組成物の現像液への均一な溶解性が評価できる。 An example of evaluating the uniform solubility of the resist composition of the present invention in a developing solution will be described. Resist Development Analyzer MODEL-RDA790 (trade name) manufactured by Risotech Japan Co., Ltd. and photoresist dissolution rate / measurement analysis software LEAP SET (trade name) are used. Specifically, the resist composition was evaluated according to the photoresist dissolution rate / measurement analysis software LEAP SET operation manual, and the "Dissolution Rate v / s Thickness" graph was drawn to calculate the dissolution rate in the developer. The uniform solubility of the resist composition in the developer can be evaluated based on whether or not the acceleration of the dissolution rate is always constant.
次に、本発明のパターンが形成された基板の製造方法の一例について説明する。
最初に、パターンを形成するシリコンウエハー等の被加工基板の表面に、本発明のレジスト組成物をスピンコート等により塗布する。そして、このレジスト組成物が塗布された被加工基板は、ベーキング処理(プリベーク)等で乾燥し、基板上にレジスト膜を製造する。
次いで、このようにして得られたレジスト膜に、フォトマスクを介して、250nm以下の波長の光を照射する(露光)。露光に用いる光は、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザーまたはF2エキシマレーザーであることが好ましく、特にArFエキシマレーザーであることが好ましい。また、電子線で露光することも好ましい。Next, an example of the manufacturing method of the board | substrate with which the pattern of this invention was formed is demonstrated.
First, the resist composition of the present invention is applied to the surface of a substrate to be processed such as a silicon wafer on which a pattern is formed by spin coating or the like. And the to-be-processed board | substrate with which this resist composition was apply | coated is dried by baking processing (prebaking) etc., and a resist film is manufactured on a board | substrate.
Next, the resist film thus obtained is irradiated with light having a wavelength of 250 nm or less through a photomask (exposure). The light used for exposure is preferably a KrF excimer laser, an ArF excimer laser or an F 2 excimer laser, and particularly preferably an ArF excimer laser. It is also preferable to expose with an electron beam.
一方で、該レジスト膜と露光装置の最終レンズとの間に、純水やパーフルオロ−2−ブチルテトラヒドロフランやパーフルオロトリアルキルアミンなどの高屈折率液体を介在させた状態で露光する液浸露光を行ってもよい。
露光後、適宜熱処理(露光後ベーク、PEB)し、基板をアルカリ現像液に浸漬し、露光部分を現像液に溶解除去する(現像)。アルカリ現像液は公知のものいずれを用いてもよい。そして、現像後、基板を純水等で適宜リンス処理する。このようにして被加工基板上にレジストパターンが製造される。
そして、レジストパターンが製造された被加工基板は、適宜熱処理(ポストベーク)してレジストを強化し、レジストのない部分を選択的にエッチングする。エッチングを行った後、レジストを剥離剤によって除去することによって、パターンが形成された基板が得られる。On the other hand, immersion exposure in which exposure is performed with a high refractive index liquid such as pure water, perfluoro-2-butyltetrahydrofuran, or perfluorotrialkylamine interposed between the resist film and the final lens of the exposure apparatus. May be performed.
After the exposure, heat treatment is appropriately performed (post-exposure baking, PEB), the substrate is immersed in an alkaline developer, and the exposed portion is dissolved and removed in the developer (development). Any known alkaline developer may be used. Then, after development, the substrate is appropriately rinsed with pure water or the like. In this way, a resist pattern is manufactured on the substrate to be processed.
Then, the processed substrate on which the resist pattern has been manufactured is appropriately heat-treated (post-baked) to strengthen the resist and selectively etch the portion without the resist. After the etching, the resist is removed with a release agent to obtain a substrate on which a pattern is formed.
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、各実施例、比較例中「部」とあるのは、特に断りのない限り「質量部」を示す。
また、以下のようにして、重合体の共重合性、重合体およびレジスト組成物を評価した。Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, “part” in each example and comparative example means “part by mass” unless otherwise specified.
Moreover, the copolymerizability of the polymer, the polymer and the resist composition were evaluated as follows.
1.重合体の質量平均分子量Mwの測定
重合体(P)の質量平均分子量(Mw(P))は、下記の条件(GPC条件I)でゲル・パーミエーション・クロマトグラフィーにより、ポリスチレン換算で求めた。
<GPC条件I>
装置:東ソー(株)製、東ソー高速GPC装置 HLC−8220GPC(商品名)。
分離カラム:昭和電工製、Shodex GPC K−805L(商品名)を3本直列に連結したもの。1. Measurement of mass average molecular weight Mw of polymer The mass average molecular weight (Mw (P)) of the polymer (P) was determined in terms of polystyrene by gel permeation chromatography under the following conditions (GPC condition I).
<GPC condition I>
Apparatus: Tosoh Corporation make, Tosoh high-speed GPC apparatus HLC-8220GPC (trade name).
Separation column: manufactured by Showa Denko, three Shodex GPC K-805L (trade name) connected in series.
測定温度:40℃。
溶離液:THF。
試料:重合体(P)20mgを5mlのTHFに溶解し、0.5μmメンブレンフィルターで濾過した溶液。
流量:1ml/分。
注入量:0.1ml。
検出器:示差屈折計。Measurement temperature: 40 ° C.
Eluent: THF.
Sample: A solution obtained by dissolving 20 mg of the polymer (P) in 5 ml of THF and filtering through a 0.5 μm membrane filter.
Flow rate: 1 ml / min.
Injection volume: 0.1 ml.
Detector: differential refractometer.
検量線I:標準ポリスチレン20mgを5mlのTHFに溶解し、0.5μmメンブレンフィルターで濾過した溶液を用いて、上記の条件で分離カラムに注入し、溶出時間と分子量の関係を求めた。標準ポリスチレンは、以下の東ソー製の標準ポリスチレン(いずれも商品名)を用いた。
F−80(Mw=706,000)、
F−20(Mw=190,000)、
F−4(Mw=37,900)、
F−1(Mw=10,200)、
A−2500(Mw=2,630)、
A−500(Mw=682、578、474、370、260の混合物)。Calibration curve I: 20 mg of standard polystyrene was dissolved in 5 ml of THF, and the solution was filtered through a 0.5 μm membrane filter. As the standard polystyrene, the following standard polystyrenes manufactured by Tosoh (both are trade names) were used.
F-80 (Mw = 706,000),
F-20 (Mw = 190,000),
F-4 (Mw = 37,900),
F-1 (Mw = 10,200),
A-2500 (Mw = 2,630),
A-500 (mixture of Mw = 682, 578, 474, 370, 260).
2.重合体の分取
重合体(P)の質量平均分子量(Mw(P))より大きい分子量である重合体(PH)および重合体(P)の質量平均分子量(Mw(P))以下の分子量である重合体(PL)は、以下の方法(手順(1)〜(4))によって、重合体(P)から分取した。
(1)重合体(P)の質量平均分子量(Mw(P))を前記GPC条件Iによって求めた。
(2)GPCの条件を下記GPC条件IIに変更し、標準ポリスチレンを用いて検量線II(溶出時間と分子量の関係)を求めた。
(3)検量線IIにおいて、分子量が、上記(1)で求めたMw(P)となる溶出時間Tを求めた。
(4)下記GPC条件IIにおいて、分取カラムに重合体(P)の溶液を注入し、上記(3)で求めた溶出時間Tより前に溶出してきた成分をPHとして分取し、当該溶出時間T以降に溶出してきた成分をPLとして分取した。2. Polymer preparative Polymer (P H ) having a molecular weight greater than the weight average molecular weight (Mw (P)) of the polymer (P) and molecular weight equal to or less than the mass average molecular weight (Mw (P)) of the polymer (P) The polymer (P L ) was separated from the polymer (P) by the following method (procedures (1) to (4)).
(1) The mass average molecular weight (Mw (P)) of the polymer (P) was determined according to the GPC condition I.
(2) The GPC condition was changed to the following GPC condition II, and a standard curve II (relation between elution time and molecular weight) was determined using standard polystyrene.
(3) In the calibration curve II, the elution time T at which the molecular weight is Mw (P) determined in (1) above was determined.
(4) In the following GPC conditions II, the solution was injected in the polymer preparative column (P), aliquoted above components have been eluted before the elution time T obtained in (3) as P H, the the has been eluted later elution time T components were fractionated as P L.
<GPC条件II>
装置:東ソー(株)製、東ソー高速GPC装置 HLC−8220GPC(商品名)。
分取カラム:昭和電工製、Shodex GPC K−2005(商品名)を2本直列に連結したもの。
測定温度:40℃。
溶離液:THF。
試料:重合体(P)120mgを5mlのTHFに溶解し、0.5μmメンブレンフィルターで濾過した溶液。
流量:4ml/分。
注入量:1ml。
検出器:示差屈折計。<GPC condition II>
Apparatus: Tosoh Corporation make, Tosoh high-speed GPC apparatus HLC-8220GPC (trade name).
Preparative column: Showa Denko, Shodex GPC K-2005 (trade name) connected in series.
Measurement temperature: 40 ° C.
Eluent: THF.
Sample: A solution obtained by dissolving 120 mg of the polymer (P) in 5 ml of THF and filtering through a 0.5 μm membrane filter.
Flow rate: 4 ml / min.
Injection volume: 1 ml.
Detector: differential refractometer.
検量線II:標準ポリスチレン120mgを5mlのTHFに溶解し、0.5μmメンブレンフィルターで濾過した溶液を用いて、上記の条件で分取カラムに注入し、溶出時間と分子量の関係を求めた。標準ポリスチレンは、以下の東ソー製の標準ポリスチレン(いずれも商品名)を用いた。
F−80(Mw=706,000)、
F−20(Mw=190,000)、
F−4(Mw=37,900)、
F−1(Mw=10,200)、
A−2500(Mw=2,630)、
A−500(Mw=682、578、474、370、260の混合物)。Calibration curve II: 120 mg of standard polystyrene dissolved in 5 ml of THF and injected into a preparative column under the above conditions using a solution filtered through a 0.5 μm membrane filter, and the relationship between elution time and molecular weight was determined. As the standard polystyrene, the following standard polystyrenes manufactured by Tosoh (both are trade names) were used.
F-80 (Mw = 706,000),
F-20 (Mw = 190,000),
F-4 (Mw = 37,900),
F-1 (Mw = 10,200),
A-2500 (Mw = 2,630),
A-500 (mixture of Mw = 682, 578, 474, 370, 260).
3.重合体の組成(各構成単位の含有量)の分析
各構成単位のモル分率は、1H−NMR測定で求めることができる場合には1H−NMR測定により求め、プロトンピークの重なり等により1H−NMR測定で求めることができない場合には、13C−NMR測定により求めた。
1H−NMRの測定は、日本電子(株)製、GSX−400型FT−NMR(商品名)を用いて、約5質量%の重合体の溶液(重水素化クロロホルム溶液または重水素化ジメチルスルホキシド溶液)を直径5mmφの試験管に入れ、観測周波数400MHz、シングルパルスモードにて、64回の積算で行った。なお、測定温度は、重水素化クロロホルムを溶媒とした場合は40℃、重水素化ジメチルスルホキシドを溶媒とした場合は60℃で行った。
13C−NMR測定の場合は、バリアンテクノロジーズ社製、UNITY−INOVA型FT−NMR(商品名)を用いて、約20質量%の重合体の重水素化ジメチルスルホキシドの溶液を直径5mmφの試験管に入れ、測定温度60℃、観測周波数125MHz、核オーバーハウザー効果(NOE)が除去されたプロトン完全デカップリング法にて、50000回の積算を行った。3. Mole fraction of analysis each of the structural units of the composition of the polymer (the content of each structural unit) is determined by 1 H-NMR measurement in the case where it can be determined by the 1 H-NMR measurement, by such overlapping proton peak When it could not be determined by 1 H-NMR measurement, it was determined by 13 C-NMR measurement.
The measurement of 1 H-NMR was carried out using JSX Corporation GSX-400 type FT-NMR (trade name) and a polymer solution of about 5% by mass (deuterated chloroform solution or deuterated dimethyl). The sulfoxide solution was put in a test tube having a diameter of 5 mmφ, and the measurement was performed 64 times in an observation frequency of 400 MHz and a single pulse mode. The measurement temperature was 40 ° C. when deuterated chloroform was used as the solvent, and 60 ° C. when deuterated dimethyl sulfoxide was used as the solvent.
In the case of 13 C-NMR measurement, using a UNITY-INOVA type FT-NMR (trade name) manufactured by Varian Technologies, an approximately 20% by mass polymer deuterated dimethyl sulfoxide solution is a test tube having a diameter of 5 mmφ. Then, integration was performed 50000 times by the proton complete decoupling method in which the measurement temperature was 60 ° C., the observation frequency was 125 MHz, and the nuclear overhauser effect (NOE) was removed.
4.重合体の極性分布の分析
予め超音波脱気したクロロホルム/アセトニトリル=37容量%/63容量%で満たされた溶離液タンクを1つ、日本分光社製定量送液ポンプPU−980を1台、100μLのサンプルループと切り替え弁が装備され、カラムジャケット温度コントローラーNESLAB製RTE−111が装備されたGLサイエンス社製カラムジャケットLCJ−250、GLサイエンス社製Inertsil Wp−300 C18(固定相:炭素数18のアルキル鎖で化学修飾された直径10μmのシリカゲル、カラム:長さ250mm×内径4.6mm)を連結した分離カラム部、Polymer Laboratories社製蒸発光散乱検出器(ELSD)ELS−2100で構成された液体クロマトグラフィー(LC)装置に、重合体100μgを上記溶離液50μLに溶解した試料溶液を導入し、LC測定を行った。なお、溶離液流速を0.5mL/分、カラムオーブン温度を32℃、ELSDのガス流量および検出温度を、それぞれ7.2L/分、65℃とした。4). Analysis of Polarity Distribution of Polymer One eluent tank filled with chloroform / acetonitrile = 37% by volume / 63% by volume ultrasonically degassed in advance, one metered liquid feed pump PU-980 manufactured by JASCO Corporation, GL Sciences column jacket LCJ-250 equipped with 100 μL sample loop and switching valve, column jacket temperature controller NESLAB RTE-111, GL Sciences Inertsil Wp-300 C18 (stationary phase: 18 carbon atoms) 10 μm diameter silica gel chemically modified with an alkyl chain, column: 250 μm long × 4.6 mm inner diameter) connected separation column part, composed of an evaporative light scattering detector (ELSD) ELS-2100 manufactured by Polymer Laboratories Liquid chromatography (LC) equipment A sample solution in which 100 μg of the polymer was dissolved in 50 μL of the eluent was introduced, and LC measurement was performed. The eluent flow rate was 0.5 mL / min, the column oven temperature was 32 ° C., the ELSD gas flow rate and the detection temperature were 7.2 L / min and 65 ° C., respectively.
5.重合体の溶解度パラメーターの測定
50mLのガラス瓶に重合体0.10gとテトラヒドロフラン10.00mL(=Vt)を加え、重合体溶液を調製する。この重合体溶液がうっすらと白濁するまで純水を加える。同様に、純水に代えて、ヘキサンとアセトニトリルを用いて、この重合体溶液がうっすらと白濁するまで、これらの溶剤を加えた。
それぞれの溶媒の組み合わせについて、上記操作を3回繰り返し、純水、ヘキサン、およびアセトニトリルの3回の平均使用容量を、それぞれVw(mL)、Vh(mL)、およびVa(mL)とする。
そして、式(I)〜(IV)を用いて、重合体の溶解度パラメーターδを求めた。なお、δd、δp、およびδhは、それぞれ重合体のδの中での、モル吸引力、双極子モーメント、水素結合を反映した溶解度パラメーターである。また、各溶媒のδd、δp、δhの値は、Polymer Handbook 4th edition(J. Brandrup, E. H. Immergut, E. A. Grulke, Ed., John Wiley & Sons, NY, 1999)を参考にした。5). Measurement of Polymer Solubility Parameter 0.10 g of polymer and 10.00 mL (= Vt) of tetrahydrofuran are added to a 50 mL glass bottle to prepare a polymer solution. Pure water is added until the polymer solution becomes slightly cloudy. Similarly, using hexane and acetonitrile instead of pure water, these solvents were added until the polymer solution became slightly cloudy.
The above operation is repeated three times for each solvent combination, and the average usage volumes of pure water, hexane, and acetonitrile three times are defined as Vw (mL), Vh (mL), and Va (mL), respectively.
And the solubility parameter (delta) of the polymer was calculated | required using Formula (I)-(IV). In addition, δd, δp, and δh are solubility parameters reflecting the molar attractive force, dipole moment, and hydrogen bond in δ of the polymer, respectively. The values of δd, δp, and δh of each solvent were referred to Polymer Handbook 4th edition (J. Brandrup, EH Immergut, EA Grulke, Ed., John Wiley & Sons, NY, 1999).
<合成例1>
窒素導入口、攪拌機、コンデンサー、滴下漏斗、および温度計を備えたフラスコに、窒素雰囲気下で、乳酸エチル7.8部を全量入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
その後、下記の混合物を滴下漏斗より4時間かけてフラスコ内に滴下して重合させ、さらに3時間その温度で重合させた。
α−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン(酸脱離性基を有さない単量体、以下、GBLMAという。)3.1部、
2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート(酸脱離性基を有する単量体、以下、MAdMAという。)4.2部、
3−ヒドロキシアダマンチルメタクリレート(酸脱離性基を有さない単量体、以下、HAdMAという。)2.1部、
乳酸エチル14.1部、
ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業(株)製、V601(商品名))1.55部。<Synthesis Example 1>
In a flask equipped with a nitrogen inlet, a stirrer, a condenser, a dropping funnel, and a thermometer, 7.8 parts of ethyl lactate was added in a nitrogen atmosphere, and the temperature of the hot water bath was raised to 80 ° C. while stirring.
Thereafter, the following mixture was dropped from the dropping funnel into the flask over 4 hours for polymerization, and further polymerized at that temperature for 3 hours.
α-methacryloyloxy-γ-butyrolactone (a monomer having no acid leaving group, hereinafter referred to as GBLMA) 3.1 parts,
4.2 parts of 2-methyl-2-adamantyl methacrylate (monomer having an acid leaving group, hereinafter referred to as MAdMA),
2.1 parts of 3-hydroxyadamantyl methacrylate (a monomer having no acid leaving group, hereinafter referred to as HAdMA),
14.1 parts ethyl lactate,
1.55 parts of dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., V601 (trade name)).
次いで、得られた反応溶液を約10倍量のメタノール/水=80/20(容量比)に攪拌しながら滴下し、白色の析出物(重合体S1)の沈殿を得た。得られた沈殿を濾別し、再度、前記反応溶液に対して約10倍量のメタノール/水=90/10(容量比)へ投入し、撹拌しながら沈殿の洗浄を行った。
そして、洗浄後の沈殿を濾別し、減圧下40℃で約40時間乾燥した。得られた重合体S1の質量平均分子量は3,800、平均共重合組成比はGBLMA/MAdMA/HAdMA=40.1/41.2/18.7(モル%)であった。Subsequently, the obtained reaction solution was added dropwise with stirring to about 10 times the amount of methanol / water = 80/20 (volume ratio) to obtain a white precipitate (polymer S1). The obtained precipitate was separated by filtration, and again poured into methanol / water = 90/10 (volume ratio) of about 10 times the amount of the reaction solution, and the precipitate was washed with stirring.
The washed precipitate was filtered off and dried at 40 ° C. under reduced pressure for about 40 hours. The obtained polymer S1 had a mass average molecular weight of 3,800 and an average copolymer composition ratio of GBLMA / MAdMA / HAdMA = 40.1 / 41.2 / 18.7 (mol%).
<合成例2>
滴下溶液のうち、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業(株)製、V601(商品名))の使用量を1.04部に変更した以外は、合成例1と同様の操作で、重合体S2を得た。得られた重合体S1の質量平均分子量は7,400、平均共重合組成比はGBLMA/MAdMA/HAdMA=40.4/41.1/18.5(モル%)であった。<Synthesis Example 2>
Synthesis Example 1 except that the amount of dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., V601 (trade name)) was changed to 1.04 parts in the dropping solution In the same manner as above, a polymer S2 was obtained. The obtained polymer S1 had a mass average molecular weight of 7,400 and an average copolymer composition ratio of GBLMA / MAdMA / HAdMA = 40.4 / 41.1 / 18.5 (mol%).
<合成例3>
滴下溶液のうち、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業(株)製、V601(商品名))の使用量を0.52部に変更した以外は、合成例1と同様の操作で、重合体S3を得た。得られた重合体S3の質量平均分子量は17,900、平均共重合組成比はGBLMA/MAdMA/HAdMA=39.9/41.3/18.8(モル%)であった。<Synthesis Example 3>
Synthesis Example 1 except that the amount of dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., V601 (trade name)) was changed to 0.52 parts in the dropping solution. In the same manner as above, a polymer S3 was obtained. The obtained polymer S3 had a mass average molecular weight of 17,900 and an average copolymer composition ratio of GBLMA / MAdMA / HAdMA = 39.9 / 41.3 / 18.8 (mol%).
<測定例1>
合成例1〜3で製造した重合体S1〜S3の極性分布の分析を行った。得られたクロマトグラムを図1に示す。上述した測定条件においては、共重合組成比がほぼ等しく、質量平均分子量が異なる重合体S1〜S3の溶出曲線のピークトップが一致した。つまり、上述の測定条件では、平均共重合組成比がGBLMA/MAdMA/HAdMA=40/40/20(モル%)付近の重合体については、分子量の影響を受けず、重合体の極性分布(あるいは組成分布)によって分離されていることが分かる。<Measurement Example 1>
The polar distributions of the polymers S1 to S3 produced in Synthesis Examples 1 to 3 were analyzed. The obtained chromatogram is shown in FIG. Under the measurement conditions described above, the peak tops of the elution curves of the polymers S1 to S3 having substantially the same copolymer composition ratio and different mass average molecular weights coincided. That is, under the measurement conditions described above, the polymer having an average copolymer composition ratio of about GBLMA / MAdMA / HAdMA = 40/40/20 (mol%) is not affected by the molecular weight and is not affected by the molecular weight. It can be seen that they are separated by the composition distribution.
<実施例1>
窒素導入口、攪拌機、コンデンサー、滴下漏斗、および温度計を備えたフラスコに、窒素雰囲気下で、MAdMA393.0部、乳酸エチル7900部を全量入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
その後、下記の混合物(以下、滴下溶液とも言う。)を滴下漏斗より4時間かけてフラスコ内に滴下して重合させ、さらに3時間その温度で重合させた。
GBLMA2856部、
MAdMA3538部、
HAdMA1982部、
乳酸エチル12560部、
ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業(株)製、V−601(商品名))1020部。<Example 1>
A flask equipped with a nitrogen inlet, a stirrer, a condenser, a dropping funnel, and a thermometer was charged with 393.0 parts of MAdMA and 7900 parts of ethyl lactate under a nitrogen atmosphere, and the temperature of the hot water bath was raised to 80 ° C. while stirring. It was.
Thereafter, the following mixture (hereinafter also referred to as a dropping solution) was dropped from the dropping funnel into the flask over 4 hours for polymerization, and further polymerized at that temperature for 3 hours.
GBLMA2856 parts,
MAdMA3538 parts,
HAdMA 1982,
12560 parts ethyl lactate,
1020 parts of dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., V-601 (trade name)).
以下の操作は、合成例1と同様にして、重合体P1の洗浄後の沈殿を得た。
そして、この沈殿を濾別し、そのうち10部を減圧下40℃で約40時間乾燥した。得られた重合体P1の各物性、溶解度パラメーターを表2に示す。
また、重合体P1の極性分布分析で得られたクロマトグラムを図2に示す。
この重合体P1から、重合体P1Hを分取し、酸脱離性基を有する構成単位(MAdMA単位)のモル分率を測定した。得られた結果を表1に示す。The following operations were performed in the same manner as in Synthesis Example 1 to obtain a washed precipitate of the polymer P1.
The precipitate was filtered off, and 10 parts of the precipitate was dried at 40 ° C. under reduced pressure for about 40 hours. Table 2 shows each physical property and solubility parameter of the obtained polymer P1.
Moreover, the chromatogram obtained by the polar distribution analysis of the polymer P1 is shown in FIG.
From this polymer P1, the polymer P1 H was fractionated, and the molar fraction of the structural unit (MAdMA unit) having an acid leaving group was measured. The obtained results are shown in Table 1.
一方、濾別した残りの沈殿をPGMEA88000部へ投入し、重合体湿粉を完全に溶解させた後、孔径0.04μmのナイロン製フィルター(商品名:P−NYLON N66FILTER0.04M、日本ポール製)へ通液して、共重合体溶液を濾過した。
続いて、減圧下で加熱して沈殿の析出に用いたメタノールや水を留去し、さらに再溶解に用いたPGMEAを留去し、重合体溶液濃度が25質量%の重合体P1溶液を得た。なお、最高到達真空度は0.7kPa、最高溶液温度は65℃、留去時間は8時間であった。On the other hand, the remaining precipitate separated by filtration was added to 88,000 parts of PGMEA, and after the polymer wet powder was completely dissolved, a nylon filter having a pore size of 0.04 μm (trade name: P-NYLON N66FILTER 0.04M, manufactured by Nippon Pole) And the copolymer solution was filtered.
Subsequently, methanol and water used for precipitation were distilled off by heating under reduced pressure, and PGMEA used for redissolving was further distilled off to obtain a polymer P1 solution having a polymer solution concentration of 25% by mass. It was. The maximum ultimate vacuum was 0.7 kPa, the maximum solution temperature was 65 ° C., and the distillation time was 8 hours.
<実施例2>
滴下溶液のうち、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業(株)製、V601(商品名))の使用量を250部に変更した以外は、合成例1と同様の操作で、重合体P2を得た。
得られた重合体P2の各物性、溶解度パラメーターを表2に示す。
この重合体P2から、重合体P2Hを分取し、酸脱離性基を有する構成単位(MAdMA単位)のモル分率を測定した。得られた結果を表1に示す。
また、実施例1と同様の操作で、沈殿洗浄後の重合体P2を用いて重合体P2溶液を得た。<Example 2>
The same as Synthesis Example 1 except that the amount of dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., V601 (trade name)) in the dropping solution was changed to 250 parts In this manner, a polymer P2 was obtained.
Table 2 shows physical properties and solubility parameters of the obtained polymer P2.
From this polymer P2, a sample was collected polymer P2 H, it was measured molar fraction of the structural unit having an acid leaving group (MAdMA units). The obtained results are shown in Table 1.
Moreover, the polymer P2 solution was obtained by the same operation as Example 1 using the polymer P2 after precipitation washing.
<比較例1>
窒素導入口、攪拌機、コンデンサー、滴下漏斗、および温度計を備えたフラスコに、窒素雰囲気下で、乳酸エチル7310部を全量入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
その後、下記の混合物を滴下漏斗より4時間かけてフラスコ内に滴下して重合させ、さらに3時間その温度で重合させた。
GBLMA2856部、
MAdMA3931部、
HAdMA1982部、
乳酸エチル13150部、
ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業(株)製、V601(商品名))1062部。<Comparative Example 1>
In a flask equipped with a nitrogen inlet, a stirrer, a condenser, a dropping funnel, and a thermometer, a total amount of 7310 parts of ethyl lactate was placed in a nitrogen atmosphere, and the temperature of the hot water bath was raised to 80 ° C. while stirring.
Thereafter, the following mixture was dropped from the dropping funnel into the flask over 4 hours for polymerization, and further polymerized at that temperature for 3 hours.
GBLMA2856 parts,
MAdMA3931 parts,
HAdMA 1982,
13150 parts of ethyl lactate,
1062 parts of dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., V601 (trade name)).
次いで、得られた反応液を用いて、実施例1と同様の操作を行い、重合体P’1を得た。重合体P’1の各物性、溶解度パラメーターを表2に示す。
また、重合体P’1の極性分布分析で得られたクロマトグラムを図3に示す。
この重合体P’1から、重合体P’1Hを分取し、酸脱離性基を有する構成単位(MAdMA単位)のモル分率を測定した。得られた結果を表1に示す。
また、この重合体P’1を用いて、実施例1と同様の操作を行い、重合体P’1溶液を得た。Subsequently, using the obtained reaction liquid, operation similar to Example 1 was performed and polymer P'1 was obtained. Table 2 shows the physical properties and solubility parameters of the polymer P′1.
Moreover, the chromatogram obtained by the polar distribution analysis of polymer P'1 is shown in FIG.
The polymer P′1 H was fractionated from the polymer P′1, and the molar fraction of the structural unit having an acid leaving group (MAdMA unit) was measured. The obtained results are shown in Table 1.
Further, using this polymer P′1, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a polymer P′1 solution.
<比較例2>
滴下溶液のうち、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業(株)製、V601(商品名))の使用量を261部に変更した以外は、比較例1と同様の操作で、重合体P’2を得た。
得られた重合体P’2の各物性、溶解度パラメーターを表2に示す。
この重合体P’2から、重合体P’2Hを分取し、酸脱離性基を有する構成単位(MAdMA単位)のモル分率を測定した。得られた結果を表1に示す。
また、実施例1と同様の操作で、沈殿洗浄後の重合体P’2を用いて重合体P’2溶液を得た。<Comparative example 2>
Comparative Example 1 except that the amount of dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., V601 (trade name)) was changed to 261 parts in the dropping solution. In this way, a polymer P′2 was obtained.
Table 2 shows physical properties and solubility parameters of the obtained polymer P′2.
This polymer P'2, a sample was collected polymer P'2 H, it was measured molar fraction of the structural unit having an acid leaving group (MAdMA units). The obtained results are shown in Table 1.
Further, in the same manner as in Example 1, a polymer P′2 solution was obtained using the polymer P′2 after precipitation washing.
<比較例3>
窒素導入口、攪拌機、コンデンサー、滴下漏斗、および温度計を備えたフラスコに、窒素雰囲気下で、乳酸エチル7640部を全量入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
その後、下記の混合物を滴下漏斗より4時間かけてフラスコ内に滴下して重合させ、さらに3時間その温度で重合させた。
GBLMA1785部、
MAdMA6388部、
HAdMA991部、
乳酸エチル13750部、
ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業(株)製、V601(商品名))380部。<Comparative Example 3>
In a flask equipped with a nitrogen inlet, a stirrer, a condenser, a dropping funnel, and a thermometer, 7640 parts of ethyl lactate was put in a nitrogen atmosphere, and the temperature of the hot water bath was raised to 80 ° C. while stirring.
Thereafter, the following mixture was dropped from the dropping funnel into the flask over 4 hours for polymerization, and further polymerized at that temperature for 3 hours.
GBLMA 1785 parts,
MAdMA6388 parts,
HAdMA991 parts,
13750 parts of ethyl lactate,
380 parts of dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., V601 (trade name)).
次いで、得られた反応液を用いて、比較例1と同様の操作を行い、重合体P’3を得た。重合体P’3の各物性、溶解度パラメーターを表2に示す。
この重合体P’3から、重合体P’3Hを分取し、酸脱離性基を有する構成単位(MAdMA単位)のモル分率を測定した。得られた結果を表1に示す。
また、実施例1と同様の操作で、沈殿洗浄後の重合体P’3を用いて重合体P’3溶液を得た。Subsequently, using the obtained reaction liquid, operation similar to the comparative example 1 was performed, and polymer P'3 was obtained. Table 2 shows the physical properties and solubility parameters of the polymer P′3.
This polymer P'3, a sample was collected polymer P'3 H, it was measured molar fraction of the structural unit having an acid leaving group (MAdMA units). The obtained results are shown in Table 1.
Further, in the same manner as in Example 1, a polymer P′3 solution was obtained using the polymer P′3 after precipitation washing.
<比較例4>
窒素導入口、攪拌機、コンデンサー、滴下漏斗、および温度計を備えたフラスコに、窒素雰囲気下で、乳酸エチル6750部を全量入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
その後、下記の混合物を滴下漏斗より4時間かけてフラスコ内に滴下して重合させ、さらに3時間その温度で重合させた。
GBLMA4641部、
MAdMA1474部、
HAdMA1982部、
乳酸エチル12150部、
ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業(株)製、V601(商品名))400部。<Comparative example 4>
In a flask equipped with a nitrogen inlet, a stirrer, a condenser, a dropping funnel, and a thermometer, 6750 parts of ethyl lactate was put in a nitrogen atmosphere, and the temperature of the hot water bath was raised to 80 ° C. while stirring.
Thereafter, the following mixture was dropped from the dropping funnel into the flask over 4 hours for polymerization, and further polymerized at that temperature for 3 hours.
GBLMA 4641 parts,
MAdMA 1474 parts,
HAdMA 1982,
12150 parts of ethyl lactate,
400 parts of dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., V601 (trade name)).
次いで、得られた反応液を用いて、比較例1と同様の操作を行い、重合体P’4を得た。重合体P’4の各物性、溶解度パラメーターを表2に示す。
この重合体P’4から、重合体P’4Hを分取し、酸脱離性基を有する構成単位(MAdMA単位)のモル分率を測定した。得られた結果を表1に示す。
また、実施例1と同様の操作で、沈殿洗浄後の重合体P’4を用いて重合体P’4溶液を得た。Subsequently, using the obtained reaction liquid, operation similar to the comparative example 1 was performed, and polymer P'4 was obtained. Table 2 shows the physical properties and solubility parameters of the polymer P′4.
The polymer P′4 H was fractionated from the polymer P′4, and the molar fraction of the structural unit having an acid leaving group (MAdMA unit) was measured. The obtained results are shown in Table 1.
Moreover, polymer P'4 solution was obtained by operation similar to Example 1 using polymer P'4 after precipitation washing.
<評価試験>
上記実施例および比較例で得られた溶解度パラメーターδの結果より、実施例1の重合体は同じような平均分子量、構成単位の数の比率である比較例1の重合体より高分子量側が低極性を示していた。これは、実施例1の重合体が高分子量側に各構成単位の中で低極性な構成単位である酸脱離性基を有する構成単位(MAdMA単位)が偏っていることを示す。実施例2と比較例2の重合体も同様に比較すると、実施例2の重合体が比較例2の重合体よりも高分子量側に酸脱離性基を有する構成単位(MAdMA単位)が偏っていることを示す。
また、極性分布分析で得られた図2,3を比較すると、実施例1の重合体の方が比較例1の重合体よりクロマトグラムの分布が広く、重合体中の極性分布が広いことを示した。これは、実施例1の重合体中の各構成単位の数の比率が不均一であり、偏りを持つことを示す。<Evaluation test>
From the results of the solubility parameter δ obtained in the above Examples and Comparative Examples, the polymer of Example 1 has a lower average polarity than the polymer of Comparative Example 1 having the same average molecular weight and ratio of the number of structural units. Was showing. This indicates that in the polymer of Example 1, the structural unit (MAdMA unit) having an acid-eliminable group, which is a low-polar structural unit among the structural units, is biased on the high molecular weight side. When the polymers of Example 2 and Comparative Example 2 are compared in the same manner, the polymer of Example 2 has a biased constituent unit (MAdMA unit) having an acid-eliminable group on the higher molecular weight side than the polymer of Comparative Example 2. Indicates that
2 and 3 obtained by the polarity distribution analysis, the polymer of Example 1 has a wider chromatogram distribution than the polymer of Comparative Example 1, and the polar distribution in the polymer is wider. Indicated. This indicates that the ratio of the number of each structural unit in the polymer of Example 1 is uneven and biased.
<実施例3および4と比較例5〜8>
上記実施例および比較例で得られた各ポリマー溶液について、ポリマー溶液400部と、光酸発生剤であるトリフェニルスルホニウムトリフレート2部と、重合体濃度が12.5質量%になるように溶媒であるPGMEAを混合して均一溶液とした後、孔径0.1μmのメンブレンフィルターで濾過し、レジスト組成物溶液を調製した。得られた組成物をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレートを用いて120℃、60秒間プリベークを行い、膜厚0.3μmのレジスト膜を製造した。それにマスクを介して波長193nmのArFエキシマレーザーで露光した後、ホットプレートを用いて120℃、60秒間露光後ベークを行った。次いで、2.38質量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて室温で現像し、純水で洗浄し、乾燥してレジストパターンを製造した。
その結果、実施例のポリマーを用いた場合は何れも感度、解像度、焦点深度(DOF)に優れ、0.16μmのライン・アンド・スペースパターンが鮮明に精度良く得られた。しかし、比較例のポリマーを用いた場合には感度、解像度、焦点深度(DOF)が悪く、該パターンの鮮明さに欠けていた。<Examples 3 and 4 and Comparative Examples 5 to 8>
About each polymer solution obtained by the said Example and comparative example, 400 parts of polymer solutions, 2 parts of triphenylsulfonium triflate which is a photo-acid generator, and a solvent so that a polymer concentration may be 12.5 mass%. PGMEA was mixed to make a uniform solution, and then filtered through a membrane filter having a pore size of 0.1 μm to prepare a resist composition solution. The obtained composition was spin-coated on a silicon wafer and prebaked at 120 ° C. for 60 seconds using a hot plate to produce a resist film having a thickness of 0.3 μm. Then, it was exposed with an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm through a mask, and then subjected to post-exposure baking at 120 ° C. for 60 seconds using a hot plate. Subsequently, it developed at room temperature using the 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, wash | cleaned with the pure water, and dried and manufactured the resist pattern.
As a result, each of the polymers of Examples was excellent in sensitivity, resolution, and depth of focus (DOF), and a 0.16 μm line-and-space pattern was clearly and accurately obtained. However, when the polymer of the comparative example was used, the sensitivity, resolution, and depth of focus (DOF) were poor, and the pattern was not clear.
本発明の重合体は、酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位を5〜60モル%含み、組成分布が式(1)のように制御されているので、レジスト組成物に用いた場合に、現像液への溶解性が均一で、高感度、高解像度であり、焦点深度(DOF)に優れている。
そのため、本発明の重合体を用いたレジスト組成物は、DUVエキシマレーザーリソグラフィー、これらの液浸リソグラフィーおよび電子線リソグラフィー、特にArFエキシマレーザーリソグラフィーおよびこの液浸リソグラフィーに好適に用いることができる。
The polymer of the present invention contains 5 to 60 mol% of a structural unit derived from a monomer having an acid leaving group, and the composition distribution is controlled as shown in formula (1). The solubility in the developer is uniform, the sensitivity is high, the resolution is high, and the depth of focus (DOF) is excellent.
Therefore, the resist composition using the polymer of the present invention can be suitably used for DUV excimer laser lithography, these immersion lithography and electron beam lithography, particularly ArF excimer laser lithography, and this immersion lithography.
Claims (4)
前記重合体が、該重合体をゲル・パーミエーション・クロマトグラフィーによって、質量平均分子量(Mw(P))より大きい分子量である重合体(PH)を分取した際に、下記式(1)を満足する重合体(P)となるように、
酸脱離性基を有する単量体全量(F+G)の3〜10モル%に相当する、酸脱離性基を有する単量体(F)を含む溶液に、酸脱離性基を有する単量体(G)およびその他の単量体を含む混合物を滴下し、重合する、重合体の製造方法。
P[αA]/PH[αA]≦0.990 …(1)
(式(1)において、P[αA]は重合体(P)中の全単量体由来の構成単位の数に占める酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位の数の比率を表し、PH[αA]は重合体(PH)の全単量体由来の構成単位の数に占める酸脱離性基を有する単量体由来の構成単位の数の比率を表す。) A method for producing a resist polymer comprising 5 to 60 mol% of a structural unit derived from a monomer having an acid leaving group,
When the polymer was separated from the polymer (P H ) having a molecular weight greater than the mass average molecular weight (Mw (P)) by gel permeation chromatography, the following formula (1) So that the polymer (P) satisfies
In a solution containing the acid-eliminable group-containing monomer (F) corresponding to 3 to 10 mol% of the total amount of the monomer having an acid-eliminable group (F + G), A method for producing a polymer, wherein a mixture containing a monomer (G) and other monomers is dropped and polymerized.
P [α A ] / P H [α A ] ≦ 0.990 (1)
(In the formula (1), P [α A ] is the ratio of the number of structural units derived from monomers having acid-leaving groups to the number of structural units derived from all monomers in the polymer (P). P H [α A ] represents the ratio of the number of structural units derived from the monomer having an acid-eliminable group to the number of structural units derived from all monomers of the polymer (P H ). )
得られた重合体を用いてレジスト組成物を製造する工程を含むレジスト組成物の製造方法。 A step of producing a polymer by the production method according to claim 1 or 2,
A method for producing a resist composition, comprising a step of producing a resist composition using the obtained polymer.
得られたレジスト組成物を被加工基板上に塗布する工程と、250nm以下の波長の光で露光する工程と、現像液を用いて現像する工程とを含むパターンが形成された基板の製造方法。 A step of producing a resist composition by the production method according to claim 3;
The manufacturing method of the board | substrate with which the pattern formed including the process of apply | coating the obtained resist composition on a to-be-processed substrate, the process of exposing with the light of a wavelength of 250 nm or less, and the process of developing using a developing solution is formed.
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