JP6439278B2 - Lithographic polymer manufacturing method, resist composition manufacturing method, and pattern-formed substrate manufacturing method - Google Patents

Lithographic polymer manufacturing method, resist composition manufacturing method, and pattern-formed substrate manufacturing method Download PDF

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本発明はリソグラフィー用重合体の製造方法、該製造方法で得られるリソグラフィー用重合体を用いてレジスト組成物を製造する方法、および該レジスト組成物を用いて、パターンが形成された基板を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a lithography polymer, a method for producing a resist composition using the lithography polymer obtained by the production method, and a substrate on which a pattern is formed using the resist composition. Regarding the method.

近年、半導体素子、液晶素子等の製造工程において形成されるレジストパターンは、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。微細化の手法としては、照射光の短波長化がある。   In recent years, a resist pattern formed in a manufacturing process of a semiconductor element, a liquid crystal element, or the like has been rapidly miniaturized due to progress in lithography technology. As a technique for miniaturization, there is a reduction in wavelength of irradiation light.

最近では、KrFエキシマレーザー(波長:248nm)リソグラフィー技術が導入され、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EUV(波長:13.5nm)リソグラフィー技術が研究されている。   Recently, KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) lithography technology has been introduced, and ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) lithography technology and EUV (wavelength: 13.5 nm) lithography technology for further shortening the wavelength have been studied. .

例えば、ArFエキシマレーザーリソグラフィーにおいて用いられる化学増幅型レジスト用重合体として、波長193nmの光に対して透明なアクリル系重合体が注目されている。該アクリル系重合体としては、例えば、エステル部にアダマンタン骨格を有する(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との重合体が提案されている(特許文献1等)。   For example, as a chemically amplified resist polymer used in ArF excimer laser lithography, an acrylic polymer that is transparent with respect to light having a wavelength of 193 nm has attracted attention. As the acrylic polymer, for example, a polymer of (meth) acrylic acid ester having an adamantane skeleton in an ester portion and (meth) acrylic acid ester having a lactone skeleton in an ester portion has been proposed (Patent Document 1). etc).

特許文献2には、重合過程で生成する微量の超高分子量体成分が、リソグラフィー用重合体のレジスト用溶媒への溶解性の低下、またはアルカリ現像性への溶解性の低下の原因となり、その結果レジスト組成物の感度が低下することが記載されている。また共重合体を構成する単量体単位の比率(共重合組成)にばらつきがあると、溶媒への溶解性が低くなりやすく、得られるレジスト組成物の感度が不充分となりやすいことが記載されている。このようにレジストパターンの微細化が進み、優れたレジストパターンプロファイルを得るためには、リソグラフィー用重合体の溶媒への溶解性を向上させ、レジスト組成物の感度を向上させることが求められるが従来の製造方法では必ずしも充分とは言えない。   In Patent Document 2, a very small amount of an ultrahigh molecular weight component generated in the polymerization process causes a decrease in the solubility of a lithography polymer in a resist solvent or a decrease in the solubility in alkali developability. As a result, it is described that the sensitivity of the resist composition is lowered. Further, it is described that if the ratio of monomer units constituting the copolymer (copolymerization composition) varies, the solubility in a solvent tends to be low, and the sensitivity of the resulting resist composition tends to be insufficient. ing. Thus, in order to obtain a fine resist pattern profile by making the resist pattern finer, it is necessary to improve the solubility of the polymer for lithography in the solvent and improve the sensitivity of the resist composition. This manufacturing method is not necessarily sufficient.

特開平10−319595号公報JP 10-319595 A 国際公開第2011/004840号International Publication No. 2011/004840

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、リソグラフィー用重合体の溶媒への溶解性を向上させることができ、レジスト組成物に用いたときに感度を向上させることができる、リソグラフィー用重合体の製造方法、該製造方法で得られるリソグラフィー用重合体を用いてレジスト組成物を製造する方法、および該レジスト組成物を用いて、パターンが形成された基板を製造する方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and can improve the solubility of a lithographic polymer in a solvent, and can improve sensitivity when used in a resist composition. It is intended to provide a method for producing a resist composition using a lithography polymer obtained by the production method, and a method for producing a substrate on which a pattern is formed using the resist composition. And

上記課題は下記[1]〜[10]の本発明で解決される。
[1]反応容器の気相の酸素濃度が3.0vol%未満の状態で、重合溶媒の存在下に、重合開始剤を使用して、単量体をラジカル重合させて重合反応溶液を得ることを含む重合工程と、
得られた重合反応溶液の重合反応を停止させる停止工程と、
前記停止工程後、重合反応溶液の容器の気相を、3.0vol%以上の酸素を含む気体で置換する置換工程、
を有するリソグラフィー用重合体の製造方法。
[2] 前記停止工程において、重合反応溶液を冷却する、請求項1記載のリソグラフィー用重合体の製造方法。
[3] 前記置換工程後、重合反応溶液の再沈精製を行う工程をさらに有する、請求項1または2記載のリソグラフィー用重合体の製造方法。
[4]前記置換工程の容器が、重合工程で用いた反応容器である、[1]〜[3]の何れかに記載のリソグラフィー用重合体の製造方法。
[5] 前記停止工程後、重合工程で用いた反応容器とは異なる容器に充填する工程と、該充填された容器の気相を、3.0vol%以上の酸素を含む気体で置換する置換工程とを有する[1]〜[3]の何れかに記載のリソグラフィー用重合体の製造方法。
[6] 前記置換工程後、再沈精製を行う工程前に、重合反応溶液を保存する工程を有する、[1]〜[3]の何れかに記載のリソグラフィー用重合体の製造方法。
[7]前記保存する工程の重合反応溶液の温度が30℃以下である、[6]に記載のリソグラフィー用重合体の製造方法
[8]前記3.0vol%以上の酸素を含む気体が、3.0vol%以上22.0vol%以下の酸素を含む、[1]〜[7]のいずれかに記載のリソグラフィー用重合体の製造方法
[9][1]〜[8]のいずれかに記載の重合体の製造方法により得られるリソグラフィー用重合体と、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を混合するレジスト組成物の製造方法。
[10][9]に記載のレジスト組成物の製造方法により得られるレジスト組成物を、基板の被加工面上に塗布してレジスト膜を形成する工程と、該レジスト膜に対して、露光する工程と、露光されたレジスト膜を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
The above problems are solved by the present inventions [1] to [10] below.
[1] To obtain a polymerization reaction solution by radical polymerization of a monomer using a polymerization initiator in the presence of a polymerization solvent in a state where the oxygen concentration in the gas phase of the reaction vessel is less than 3.0 vol%. A polymerization step comprising:
A stopping step of stopping the polymerization reaction of the obtained polymerization reaction solution;
Substitution step of substituting the gas phase of the container of the polymerization reaction solution with a gas containing 3.0 vol% or more oxygen after the stopping step,
A method for producing a polymer for lithography, comprising:
[2] The method for producing a polymer for lithography according to claim 1, wherein the polymerization reaction solution is cooled in the stopping step.
[3] The method for producing a polymer for lithography according to claim 1 or 2, further comprising a step of performing reprecipitation purification of the polymerization reaction solution after the substitution step.
[4] The method for producing a polymer for lithography according to any one of [1] to [3], wherein the container in the substitution step is a reaction vessel used in the polymerization step.
[5] After the stopping step, a step of filling a container different from the reaction vessel used in the polymerization step, and a replacement step of replacing the gas phase of the filled vessel with a gas containing 3.0 vol% or more oxygen. The method for producing a polymer for lithography according to any one of [1] to [3].
[6] The method for producing a polymer for lithography according to any one of [1] to [3], further comprising a step of storing the polymerization reaction solution after the substitution step and before the step of performing reprecipitation purification.
[7] The method for producing a polymer for lithography according to [6], wherein the temperature of the polymerization reaction solution in the storing step is 30 ° C. or lower. [8] The gas containing 3.0 vol% or more of oxygen is 3 The method for producing a lithographic polymer according to any one of [1] to [7], which contains oxygen of not less than 0.0 vol% and not more than 22.0 vol%. [9] The method according to any one of [1] to [8] A method for producing a resist composition comprising mixing a polymer for lithography obtained by a method for producing a polymer and a compound capable of generating an acid upon irradiation with actinic rays or radiation.
[10] A step of applying a resist composition obtained by the method for producing a resist composition according to [9] on a processed surface of a substrate to form a resist film, and exposing the resist film A method for producing a substrate on which a pattern is formed, comprising: a step; and a step of developing the exposed resist film with a developer.

本発明のリソグラフィー用重合体の製造方法によれば、リソグラフィー用重合体の溶媒への溶解性を向上させることができ、レジスト組成物に用いたときに感度を向上させることができるリソグラフィー用重合体が得られる。
本発明のレジスト組成物の製造方法によれば、本発明の製造方法で製造したリソグラフィー用重合体を含み、感度に優れたレジスト組成物が得られる。
本発明の基板の製造方法によれば、感度に優れたレジスト組成物を用いて、高精度の微細レジストパターンを安定して形成できる。
According to the method for producing a polymer for lithography of the present invention, the polymer for lithography capable of improving the solubility of the polymer for lithography in a solvent and improving the sensitivity when used in a resist composition. Is obtained.
According to the method for producing a resist composition of the present invention, a resist composition excellent in sensitivity can be obtained, which includes the lithography polymer produced by the production method of the present invention.
According to the substrate manufacturing method of the present invention, a highly accurate fine resist pattern can be stably formed using a resist composition having excellent sensitivity.

本明細書において、「(メタ)アクリル酸」は、アクリル酸またはメタクリル酸を意味し、「(メタ)アクリロイルオキシ」は、アクリロイルオキシまたはメタクリロイルオキシを意味する。
<リソグラフィー用重合体>
本発明におけるリソグラフィー用重合体(以下、単に重合体、または重合体(P)ということもある。)は、リソグラフィー工程に用いられる重合体であれば、特に限定されずに適用することができる。例えば、レジスト膜の形成に用いられるレジスト用重合体、レジスト膜の上層に形成される反射防止膜(TARC)、またはレジスト膜の下層に形成される反射防止膜(BARC)の形成に用いられる反射防止膜用重合体、ギャップフィル膜の形成に用いられるギャップフィル膜重合体、トップコート膜の形成に用いられるトップコート膜用重合体が挙げられる。
In the present specification, “(meth) acrylic acid” means acrylic acid or methacrylic acid, and “(meth) acryloyloxy” means acryloyloxy or methacryloyloxy.
<Polymer for lithography>
The polymer for lithography in the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as polymer or polymer (P)) is not particularly limited as long as it is a polymer used in the lithography process. For example, a resist polymer used for forming a resist film, an antireflection film (TARC) formed on the upper layer of the resist film, or a reflection used for forming an antireflection film (BARC) formed on the lower layer of the resist film. Examples thereof include a polymer for prevention film, a gap fill film polymer used for forming a gap fill film, and a polymer for top coat film used for forming a top coat film.

レジスト用重合体の例としては、酸脱離性基を有する構成単位の1種以上と、極性基を有する構成単位の1種以上とを含む共重合体が挙げられる。
反射防止膜用重合体の例としては、吸光性基を有する構成単位と、レジスト膜と混合を避けるため、硬化剤などと反応して硬化可能なアミノ基、アミド基、ヒドロキシル基、エポキシ基等の反応性官能基を有する構成単位とを含む共重合体が挙げられる。吸光性基とは、レジスト組成物中の感光成分が感度を有する波長領域の光に対して、高い吸収性能を有する基であり、具体例としては、アントラセン環、ナフタレン環、ベンゼン環、キノリン環、キノキサリン環、チアゾール環等の環構造(任意の置換基を有していてもよい。)を有する基が挙げられる。特に、照射光として、KrFレーザ光が用いられる場合には、アントラセン環又は任意の置換基を有するアントラセン環が好ましく、ArFレーザ光が用いられる場合には、ベンゼン環又は任意の置換基を有するベンゼン環が好ましい。
Examples of the resist polymer include a copolymer containing at least one structural unit having an acid leaving group and at least one structural unit having a polar group.
Examples of the polymer for antireflection film include a structural unit having a light-absorbing group and an amino group, an amide group, a hydroxyl group, an epoxy group, etc. that can be cured by reacting with a curing agent to avoid mixing with the resist film. And a copolymer containing a structural unit having a reactive functional group. The light-absorbing group is a group having high absorption performance with respect to light in a wavelength region where the photosensitive component in the resist composition is sensitive. Specific examples include an anthracene ring, naphthalene ring, benzene ring, quinoline ring. , A group having a ring structure (optionally substituted) such as a quinoxaline ring and a thiazole ring. In particular, when KrF laser light is used as irradiation light, an anthracene ring or an anthracene ring having an arbitrary substituent is preferable, and when ArF laser light is used, a benzene ring or a benzene having an arbitrary substituent A ring is preferred.

上記任意の置換基としては、フェノール性水酸基、アルコール性水酸基、カルボキシ基、カルボニル基、エステル基、アミノ基、又はアミド基等が挙げられる。これらのうち、吸光性基として、保護された又は保護されていないフェノール性水酸基を有するものが、良好な現像性・高解像性の観点から好ましい。上記吸光性基を有する構成単位・単量体として、例えば、ベンジル(メタ)アクリレート、p−ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート等が挙げられる。   Examples of the optional substituent include a phenolic hydroxyl group, an alcoholic hydroxyl group, a carboxy group, a carbonyl group, an ester group, an amino group, and an amide group. Among these, those having a protected or unprotected phenolic hydroxyl group as the light absorbing group are preferable from the viewpoint of good developability and high resolution. Examples of the structural unit / monomer having the light-absorbing group include benzyl (meth) acrylate and p-hydroxyphenyl (meth) acrylate.

ギャップフィル膜用重合体の例としては、狭いギャップに流れ込むための適度な粘度を有し、レジスト膜や反射防止膜との混合を避けるため、硬化剤などと反応して硬化可能な反応性官能基を有する構成単位を含む共重合体、具体的にはヒドロキシスチレンと、スチレン、アルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート等の
単量体との共重合体が挙げられる。
液浸リソグラフィーに用いられるトップコート膜用重合体の例としては、カルボキシル基を有する構成単位を含む共重合体、水酸基が置換したフッ素含有基を有する構成単位を含む共重合体等が挙げられる。
Examples of polymers for gap fill films are reactive functionalities that have a suitable viscosity for flowing into narrow gaps and can be cured by reacting with curing agents to avoid mixing with resist films and antireflection films. Examples thereof include a copolymer containing a structural unit having a group, specifically, a copolymer of hydroxystyrene and a monomer such as styrene, alkyl (meth) acrylate, or hydroxyalkyl (meth) acrylate.
Examples of the polymer for the topcoat film used in immersion lithography include a copolymer containing a structural unit having a carboxyl group, a copolymer containing a structural unit having a fluorine-containing group substituted with a hydroxyl group, and the like.

以下、リソグラフィー用重合体がレジスト用重合体である場合に、好適に用いられる構成単位およびそれに対応する単量体について説明する。
[極性基を有する構成単位]
レジスト用重合体は、極性基を有する構成単位を有することが好ましい。
「極性基」とは、極性を持つ官能基または極性を持つ原子団を有する基であり、具体例としては、ヒドロキシ基、シアノ基、アルコキシ基、カルボキシ基、アミノ基、カルボニル基、フッ素原子を含む基、硫黄原子を含む基、ラクトン骨格を含む基、アセタール構造を含む基、エーテル結合を含む基などが挙げられる。
これらのうちで、波長250nm以下の光で露光するパターン形成方法に適用されるレジスト用重合体は、極性基を有する構成単位として、ラクトン骨格を有する構成単位を有することが好ましく、さらに後述の親水性基を有する構成単位を有することが好ましい。
Hereinafter, the structural unit and the monomer corresponding thereto that are suitably used when the lithography polymer is a resist polymer will be described.
[Structural unit having a polar group]
The resist polymer preferably has a structural unit having a polar group.
The “polar group” is a group having a polar functional group or a polar atomic group. Specific examples include a hydroxy group, a cyano group, an alkoxy group, a carboxy group, an amino group, a carbonyl group, and a fluorine atom. A group containing a sulfur atom, a group containing a lactone skeleton, a group containing an acetal structure, a group containing an ether bond, and the like.
Among these, the resist polymer applied to the pattern forming method that is exposed to light having a wavelength of 250 nm or less preferably has a structural unit having a lactone skeleton as the structural unit having a polar group, It is preferable to have a structural unit having a functional group.

(ラクトン骨格を有する構成単位・単量体)
ラクトン骨格としては、例えば、4〜20員環程度のラクトン骨格が挙げられる。ラクトン骨格は、ラクトン環のみの単環であってもよく、ラクトン環に脂肪族または芳香族の炭素環または複素環が縮合していてもよい。
重合体がラクトン骨格を有する構成単位を含む場合、その含有量は、基板等への密着性の点から、全構成単位(100モル%)のうち、20モル%以上が好ましく、25モル%以上がより好ましい。また、感度および解像度の点から、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。
(Constitutional unit / monomer having a lactone skeleton)
Examples of the lactone skeleton include a lactone skeleton having about 4 to 20 members. The lactone skeleton may be a monocycle having only a lactone ring, or an aliphatic or aromatic carbocyclic or heterocyclic ring may be condensed with the lactone ring.
In the case where the polymer contains a structural unit having a lactone skeleton, the content thereof is preferably 20 mol% or more, more preferably 25 mol% or more of all structural units (100 mol%) from the viewpoint of adhesion to a substrate or the like. Is more preferable. Moreover, from the point of a sensitivity and resolution, 60 mol% or less is preferable, 55 mol% or less is more preferable, and 50 mol% or less is further more preferable.

ラクトン骨格を有する単量体としては、基板等への密着性に優れる点から、置換あるいは無置換のδ−バレロラクトン環を有する(メタ)アクリル酸エステル、置換あるいは無置換のγ−ブチロラクトン環を有する単量体からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、無置換のγ−ブチロラクトン環を有する単量体が特に好ましい。   As a monomer having a lactone skeleton, a (meth) acrylic acid ester having a substituted or unsubstituted δ-valerolactone ring, a substituted or unsubstituted γ-butyrolactone ring is used because of its excellent adhesion to a substrate or the like. Preferably, at least one selected from the group consisting of monomers having it is preferred, and monomers having an unsubstituted γ-butyrolactone ring are particularly preferred.

ラクトン骨格を有する単量体の具体例としては、β−(メタ)アクリロイルオキシ−β−メチル−δ−バレロラクトン、4,4−ジメチル−2−メチレン−γ−ブチロラクトン、β−(メタ)アクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン、β−(メタ)アクリロイルオキシ−β−メチル−γ−ブチロラクトン、α−(メタ)アクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン、2−(1−(メタ)アクリロイルオキシ)エチル−4−ブタノリド、(メタ)アクリル酸パントイルラクトン、5−(メタ)アクリロイルオキシ−2,6−ノルボルナンカルボラクトン、8−メタクリロキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6 ]デカン−3−オン、9−メタクリロキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6 ]デカン−3−オン等が挙げられる。また、類似構造を持つ単量体として、メタクリロイルオキシこはく酸無水物等も挙げられる。
ラクトン骨格を有する単量体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Specific examples of the monomer having a lactone skeleton include β- (meth) acryloyloxy-β-methyl-δ-valerolactone, 4,4-dimethyl-2-methylene-γ-butyrolactone, β- (meth) acryloyl. Oxy-γ-butyrolactone, β- (meth) acryloyloxy-β-methyl-γ-butyrolactone, α- (meth) acryloyloxy-γ-butyrolactone, 2- (1- (meth) acryloyloxy) ethyl-4-butanolide , (Meth) acrylic acid pantoyl lactone, 5- (meth) acryloyloxy-2,6-norbornanecarbolactone, 8-methacryloxy-4-oxatricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decane-3 - one, 9-methacryloxy-4-oxatricyclo [5.2.1.0 2, 6] cited decan-3-one and the like . Examples of the monomer having a similar structure include methacryloyloxysuccinic anhydride.
Monomers having a lactone skeleton may be used alone or in combination of two or more.

(親水性基を有する構成単位・単量体)
本明細書における「親水性基」とは、−C(CF−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の少なくとも1種である。
これらのうちで、波長250nm以下の光で露光するパターン形成方法に適用されるレジスト用重合体は、親水性基としてヒドロキシ基またはシアノ基を有することが好ましい。
重合体における親水性基を有する構成単位の含有量は、レジストパターン矩形性の点から、全構成単位(100モル%)のうち、5〜30モル%が好ましく、10〜25モル%がより好ましい。
(Structural unit / monomer having a hydrophilic group)
The “hydrophilic group” in the present specification is at least one of —C (CF 3 ) 2 —OH, a hydroxy group, a cyano group, a methoxy group, a carboxy group, and an amino group.
Among these, it is preferable that the resist polymer applied to the pattern forming method exposed to light having a wavelength of 250 nm or less has a hydroxy group or a cyano group as a hydrophilic group.
The content of the structural unit having a hydrophilic group in the polymer is preferably from 5 to 30 mol%, more preferably from 10 to 25 mol%, of the total structural units (100 mol%) from the viewpoint of the resist pattern rectangularity. .

親水性基を有する単量体としては、例えば、末端ヒドロキシ基を有する(メタ)アクリ酸エステル;単量体の親水性基上にアルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基等の置換基を有する誘導体;環式炭化水素基を有する単量体(例えば(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸1−イソボルニル、(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チル、(メタ)アクリル酸2−メチル−2−アダマンチル、(メタ)アクリル酸2−エチル−2−アダマンチル等。)が置換基としてヒドロキシ基、カルボキシ基等の親水性基を有するもの;が挙げられる。   Examples of the monomer having a hydrophilic group include a (meth) acrylic acid ester having a terminal hydroxy group; a derivative having a substituent such as an alkyl group, a hydroxy group, or a carboxy group on the hydrophilic group of the monomer; Monomers having a cyclic hydrocarbon group (for example, cyclohexyl (meth) acrylate, 1-isobornyl (meth) acrylate, adamantyl (meth) acrylate, tricyclodecanyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid) Dicyclopentyl, 2-methyl-2-adamantyl (meth) acrylate, 2-ethyl-2-adamantyl (meth) acrylate, etc.) having a hydrophilic group such as a hydroxy group or a carboxy group as a substituent; Can be mentioned.

親水性基を有する単量体の具体例としては、(メタ)アクリル酸、(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−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシアダマンチル、2−または3−シアノ−5−ノルボルニル(メタ)アクリレート、2−シアノメチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。基板等に対する密着性の点から、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシアダマンチル、(メタ)アクリル酸3,5−ジヒドロキシアダマンチル、2−または3−シアノ−5−ノルボルニル(メタ)アクリレート、2−シアノメチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート等が好ましい。
親水性基を有する単量体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Specific examples of the monomer having a hydrophilic group include (meth) acrylic acid, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, and 2-hydroxy- (meth) acrylate. -Propyl, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, 3-hydroxyadamantyl (meth) acrylate, 2- or 3-cyano-5-norbornyl (meth) acrylate, 2-cyanomethyl-2-adamantyl (meth) acrylate, etc. Is mentioned. From the point of adhesion to a substrate or the like, 3-hydroxyadamantyl (meth) acrylate, 3,5-dihydroxyadamantyl (meth) acrylate, 2- or 3-cyano-5-norbornyl (meth) acrylate, 2-cyanomethyl- 2-adamantyl (meth) acrylate and the like are preferable.
The monomer which has a hydrophilic group may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

[酸脱離性基を有する構成単位]
レジスト用重合体は、レジスト用途に用いるために上述した極性基を有する構成単位以外に酸脱離性基を有する構成単位を有することが好ましく、この他に、必要に応じて公知の構成単位を有していてもよい。
「酸脱離性基」とは、酸により開裂する結合を有する基であり、該結合の開裂により酸脱離性基の一部または全部が重合体の主鎖から脱離する基である。
レジスト用組成物において、酸脱離性基を有する構成単位を有する重合体は、酸成分と反応してアルカリ性溶液に可溶となり、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構成単位の割合は、感度および解像度の点から、重合体を構成する全構成単位(100モル%)のうち、20モル%以上が好ましく、25モル%以上がより好ましい。また、基板等への密着性の点から、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。
[Constitutional unit having acid leaving group]
The resist polymer preferably has a structural unit having an acid-leaving group in addition to the above-described structural unit having a polar group for use in resist applications. In addition to this, a known structural unit may be added if necessary. You may have.
The “acid leaving group” is a group having a bond that is cleaved by an acid, and a part or all of the acid leaving group is removed from the main chain of the polymer by cleavage of the bond.
In the resist composition, a polymer having a structural unit having an acid-eliminable group reacts with an acid component to become soluble in an alkaline solution, and has an effect of enabling resist pattern formation.
The proportion of the structural unit having an acid leaving group is preferably 20 mol% or more, more preferably 25 mol% or more, out of all the structural units (100 mol%) constituting the polymer from the viewpoint of sensitivity and resolution. . Moreover, 60 mol% or less is preferable from the point of the adhesiveness to a board | substrate etc., 55 mol% or less is more preferable, and 50 mol% or less is further more preferable.

酸脱離性基を有する単量体は、酸脱離性基および重合性多重結合を有する化合物であればよく、公知のものを使用できる。重合性多重結合とは重合反応時に開裂して共重合鎖を形成する多重結合であり、エチレン性二重結合が好ましい。
酸脱離性基を有する単量体の具体例として、炭素数6〜20の脂環式炭化水素基を有し、かつ酸脱離性基を有している(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。該脂環式炭化水素基は、(メタ)アクリル酸エステルのエステル結合を構成する酸素原子と直接結合していてもよく、アルキレン基等の連結基を介して結合していてもよい。
該(メタ)アクリル酸エステルには、炭素数6〜20の脂環式炭化水素基を有するとともに、(メタ)アクリル酸エステルのエステル結合を構成する酸素原子との結合部位に第3級炭素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル、または、炭素数6〜20の脂環式炭化水素基を有するとともに、該脂環式炭化水素基に−COOR基(Rは置換基を有していてもよい第3級炭化水素基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基、またはオキセパニル基を表す。)が直接または連結基を介して結合している(メタ)アクリル酸エステルが含まれる。
The monomer having an acid leaving group may be any compound having an acid leaving group and a polymerizable multiple bond, and known ones can be used. The polymerizable multiple bond is a multiple bond that is cleaved during the polymerization reaction to form a copolymer chain, and an ethylenic double bond is preferable.
Specific examples of the monomer having an acid leaving group include (meth) acrylic acid esters having an alicyclic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms and having an acid leaving group. It is done. The alicyclic hydrocarbon group may be directly bonded to an oxygen atom constituting an ester bond of (meth) acrylic acid ester, or may be bonded via a linking group such as an alkylene group.
The (meth) acrylic acid ester has an alicyclic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, and a tertiary carbon atom at the bonding site with the oxygen atom constituting the ester bond of the (meth) acrylic acid ester. A (meth) acrylic acid ester having an alicyclic group or an alicyclic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms and a -COOR group (R may have a substituent) on the alicyclic hydrocarbon group. (Meth) acrylic acid ester in which a tertiary hydrocarbon group, a tetrahydrofuranyl group, a tetrahydropyranyl group, or an oxepanyl group is bonded directly or via a linking group is included.

特に、波長250nm以下の光で露光するパターン形成方法に適用されるレジスト組成物を製造する場合には、酸脱離性基を有する単量体の好ましい例として、例えば、2−メチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート、2−エチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート、1−(1’−アダマンチル)−1−メチルエチル(メタ)アクリレート、1−メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、1−メチルシクロペンチル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロペンチル(メタ)アクリレート、イソプロピルアダマンチル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロオクチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
酸脱離性基を有する単量体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
In particular, in the case of producing a resist composition that is applied to a pattern forming method that is exposed to light having a wavelength of 250 nm or less, as a preferred example of a monomer having an acid leaving group, for example, 2-methyl-2- Adamantyl (meth) acrylate, 2-ethyl-2-adamantyl (meth) acrylate, 1- (1′-adamantyl) -1-methylethyl (meth) acrylate, 1-methylcyclohexyl (meth) acrylate, 1-ethylcyclohexyl ( Examples include meth) acrylate, 1-methylcyclopentyl (meth) acrylate, 1-ethylcyclopentyl (meth) acrylate, isopropyl adamantyl (meth) acrylate, 1-ethylcyclooctyl (meth) acrylate, and the like.
As the monomer having an acid leaving group, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.

<重合溶媒>
本発明において用いられる重合溶媒としては、例えば、下記のものが挙げられる。
エーテル類:鎖状エーテル(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」と記す。)等。)、環状エーテル(テトラヒドロフラン(以下、「THF」と記す。)、1,4−ジオキサン等。)等。
エステル類:酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下、「PGMEA」と記す。)、γ−ブチロラクトン等。
ケトン類:アセトン、メチルエチルケトン(以下、「MEK」と記す。)、メチルイソブチルケトン(以下、「MIBK」と記す。)、シクロヘキサノン等。
アミド類:N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等。
スルホキシド類:ジメチルスルホキシド等。
芳香族炭化水素:ベンゼン、トルエン、キシレン等。
脂肪族炭化水素:ヘキサン等。
脂環式炭化水素:シクロヘキサン等。
有機溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<Polymerization solvent>
Examples of the polymerization solvent used in the present invention include the following.
Ethers: chain ether (diethyl ether, propylene glycol monomethyl ether (hereinafter referred to as “PGME”), etc.), cyclic ether (tetrahydrofuran (hereinafter referred to as “THF”), 1,4-dioxane, etc. )etc.
Esters: methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, butyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate (hereinafter referred to as “PGMEA”), γ-butyrolactone, and the like.
Ketones: acetone, methyl ethyl ketone (hereinafter referred to as “MEK”), methyl isobutyl ketone (hereinafter referred to as “MIBK”), cyclohexanone, and the like.
Amides: N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide and the like.
Sulfoxides: dimethyl sulfoxide and the like.
Aromatic hydrocarbons: benzene, toluene, xylene and the like.
Aliphatic hydrocarbon: hexane and the like.
Alicyclic hydrocarbons: cyclohexane and the like.
An organic solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

<重合開始剤>
本発明において用いられる重合開始剤としては、熱により効率的にラジカルを発生するものが好ましい。例えば、アゾ化合物(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。)、有機過酸化物(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。)等が挙げられる。
これらの重合開始剤の、分解温度に応じた使用適性温度は50〜150℃の範囲内にある。
<Polymerization initiator>
The polymerization initiator used in the present invention is preferably one that generates radicals efficiently by heat. For example, an azo compound (2,2′-azobisisobutyronitrile, dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate, 2,2′-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] Etc.), organic peroxides (2,5-dimethyl-2,5-bis (tert-butylperoxy) hexane, di (4-tert-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate, etc.) and the like.
The suitability temperature of these polymerization initiators depending on the decomposition temperature is in the range of 50 to 150 ° C.

<重合体の製造方法>
本発明では、重合方法としては、重合溶媒の存在下で、重合開始剤を使用して単量体をラジカル重合させる溶液重合法を用いる。
すなわち本発明の重合体の製造方法は、重合溶媒の存在下で、重合開始剤を使用して単量体をラジカル重合させ、生成した重合体(P)を含む重合反応溶液を得る重合工程と、得られた重合反応溶液の重合反応を停止させる停止工程と、反応停止後の重合反応溶液を保存する保存工程を有する。
<Method for producing polymer>
In the present invention, as the polymerization method, a solution polymerization method is used in which a monomer is radically polymerized using a polymerization initiator in the presence of a polymerization solvent.
That is, the method for producing a polymer of the present invention comprises a polymerization step of radically polymerizing a monomer using a polymerization initiator in the presence of a polymerization solvent to obtain a polymerization reaction solution containing the produced polymer (P). And a stopping step for stopping the polymerization reaction of the obtained polymerization reaction solution, and a storage step for storing the polymerization reaction solution after the reaction is stopped.

[重合工程]
重合工程では、重合容器内に重合溶媒、重合開始剤、および単量体を供給し、所定の重合温度に保持してラジカル重合反応を行う。
単量体および重合開始剤の重合容器への供給は、連続供給であってもよく、滴下供給であってもよい。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、単量体および重合開始剤を重合容器内に滴下する滴下重合法が好ましい。
[Polymerization process]
In the polymerization step, a polymerization solvent, a polymerization initiator, and a monomer are supplied into a polymerization vessel, and a radical polymerization reaction is performed while maintaining a predetermined polymerization temperature.
The supply of the monomer and the polymerization initiator to the polymerization vessel may be a continuous supply or a drop supply. A drop polymerization method in which a monomer and a polymerization initiator are dropped into a polymerization vessel is preferred because variations in average molecular weight and molecular weight distribution due to differences in production lots are small and a reproducible polymer can be easily obtained.

滴下重合法においては、重合容器内を所定の重合温度まで加熱した後、単量体および重合開始剤を、それぞれ独立に、または任意の組み合わせで、重合容器内に滴下する。
単量体は、単量体のみで滴下してもよく、単量体を重合溶媒に溶解させた単量体溶液として滴下してもよい。
重合溶媒及び/又は単量体をあらかじめ重合容器に仕込んでもよい。
重合開始剤は、単量体に直接に溶解させてもよく、単量体溶液に溶解させてもよく、重合溶媒のみに溶解させてもよい。
単量体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。
重合温度は、重合開始剤の使用適性温度の範囲内に設定することが好ましい。例えば50〜150℃が好ましい。
In the dropping polymerization method, the inside of the polymerization vessel is heated to a predetermined polymerization temperature, and then the monomer and the polymerization initiator are dropped into the polymerization vessel independently or in any combination.
A monomer may be dripped only with a monomer, and may be dripped as a monomer solution which melt | dissolved the monomer in the polymerization solvent.
A polymerization solvent and / or monomer may be charged into the polymerization vessel in advance.
The polymerization initiator may be dissolved directly in the monomer, may be dissolved in the monomer solution, or may be dissolved only in the polymerization solvent.
The monomer and the polymerization initiator may be dropped into the polymerization vessel after mixing in the same storage tank; they may be dropped into the polymerization container from each independent storage tank; They may be mixed immediately before the supply and dropped into the polymerization vessel.
One of the monomer 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.
The polymerization temperature is preferably set within the range of the suitability temperature for the polymerization initiator. For example, 50-150 degreeC is preferable.

溶液重合法において、重合反応が行われる反応液の粘度は、単量体の重合反応が進むにしたがって上昇する。反応液の粘度が高くなりすぎると、重合反応が急速に進行する、いわゆる暴走反応が生じるおそれがある。
本明細書において、重合溶媒の存在下に重合開始剤を使用して単量体を重合反応させた状態の反応液を、重合反応溶液という。重合反応溶液には重合反応により生成した重合体(P)が含まれる。
重合反応溶液の粘度は、重合反応に用いる重合溶媒の量が多いと低くなり、重合溶媒の使用量が少ないと高くなる。重合反応に用いる重合溶媒の量は、上記の暴走反応が生じない程度に反応液の粘度が低くなるように設定すればよく、重合溶媒の使用量が多いほど製造効率が悪くなる。
また、重合反応溶液の粘度は溶媒を用いて希釈することで任意の粘度に調整することができる。希釈溶媒の具体例としては1,4−ジオキサン、アセトン、THF、MEK、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、MIBK、γ−ブチロラクトン、PGMEA、PGME、乳酸エチル、2−ヒドロキシイソ酪酸メチル、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、水、ヘキサン、ヘプタン、ジイソプロピルエーテル、またはそれらの混合溶媒等を挙げることができる。
重合反応溶液の25℃における粘度は、製造効率の点からは25mPa・s以上が好ましく、50mPa・s以上がより好ましく、100mPa・s以上、更には150mPa・s以上が特に好ましい。該重合反応溶液の粘度の上限は、前記暴走反応が生じない範囲であればよく、例えば10,000mPa・s以下が好ましく、9,000mPa・s以下がより好ましい。
溶媒による希釈は重合工程中に行うことができ、後述する停止工程中に行うこともできる。
In the solution polymerization method, the viscosity of the reaction solution in which the polymerization reaction is performed increases as the monomer polymerization reaction proceeds. If the viscosity of the reaction solution becomes too high, a so-called runaway reaction may occur in which the polymerization reaction proceeds rapidly.
In the present specification, a reaction solution in which a monomer is subjected to a polymerization reaction using a polymerization initiator in the presence of a polymerization solvent is referred to as a polymerization reaction solution. The polymerization reaction solution contains the polymer (P) produced by the polymerization reaction.
The viscosity of the polymerization reaction solution decreases when the amount of the polymerization solvent used in the polymerization reaction is large, and increases when the amount of the polymerization solvent used is small. The amount of the polymerization solvent used for the polymerization reaction may be set so that the viscosity of the reaction solution is low enough to prevent the above-mentioned runaway reaction, and the production amount becomes worse as the amount of the polymerization solvent used increases.
The viscosity of the polymerization reaction solution can be adjusted to an arbitrary viscosity by diluting with a solvent. Specific examples of the dilution solvent include 1,4-dioxane, acetone, THF, MEK, cyclopentanone, cyclohexanone, MIBK, γ-butyrolactone, PGMEA, PGME, ethyl lactate, methyl 2-hydroxyisobutyrate, methanol, ethanol, isopropyl Examples thereof include alcohol, water, hexane, heptane, diisopropyl ether, and mixed solvents thereof.
The viscosity at 25 ° C. of the polymerization reaction solution is preferably 25 mPa · s or more from the viewpoint of production efficiency, more preferably 50 mPa · s or more, 100 mPa · s or more, and particularly preferably 150 mPa · s or more. The upper limit of the viscosity of the polymerization reaction solution is not limited as long as the runaway reaction does not occur, and is preferably 10,000 mPa · s or less, and more preferably 9,000 mPa · s or less.
Dilution with a solvent can be performed during the polymerization step, and can also be performed during the stop step described below.

[停止工程]
重合工程において予め設定された重合時間だけ所定の重合温度に保持してラジカル重合反応を行った後、得られた重合反応溶液の重合反応を停止させる。
ラジカル重合反応は、開始反応、生長反応、停止反応、連鎖移動反応の4つの素反応からなる連鎖機構で重合が進行し、生成する重合体(P)の分子量は各素反応の速度と機構によって決められる。生長反応速度は単量体濃度およびラジカル濃度の積に比例し、停止反応はラジカル濃度の2乗に比例する。
本発明において「重合反応を停止させる」とは、重合開始剤の分解によるラジカルの発生量が、開始反応および生長反応を引き起こさない程度に充分少なくなる状態にすることを意味する。
重合反応を停止させる手法は反応液を冷却させる工程が一般的に用いられるが、ラジカル捕捉剤を投入することによって停止させることもできる。
[Stop process]
In the polymerization step, a radical polymerization reaction is performed while maintaining a predetermined polymerization temperature for a preset polymerization time, and then the polymerization reaction of the obtained polymerization reaction solution is stopped.
The radical polymerization reaction proceeds in a chain mechanism consisting of four elementary reactions: initiation reaction, growth reaction, termination reaction, and chain transfer reaction. The molecular weight of the polymer (P) produced depends on the speed and mechanism of each elementary reaction. It is decided. The growth reaction rate is proportional to the product of the monomer concentration and the radical concentration, and the termination reaction is proportional to the square of the radical concentration.
In the present invention, “stopping the polymerization reaction” means that the amount of radicals generated by the decomposition of the polymerization initiator is sufficiently reduced so as not to cause an initiation reaction and a growth reaction.
As a method for stopping the polymerization reaction, a process of cooling the reaction solution is generally used, but it can also be stopped by adding a radical scavenger.

[置換工程]
前記停止工程後、重合反応溶液の容器の気相を、3.0vol%以上の酸素を含む気体で置換する。
停止工程において一旦重合反応が停止された重合反応溶液中には未反応の単量体や重合開始剤が残存しており、重合開始剤から生成するラジカルからの重合反応の再開始を抑制することができ、保存中に高分子量体や共重合組成の偏った重合体の生成を抑制し、保存中の重合反応溶液の品質劣化を抑制することができる。とくに、保存期間は5時間以上保存する場合により本発明の効果を奏することができる。
[Replacement process]
After the stopping step, the gas phase of the polymerization reaction solution container is replaced with a gas containing 3.0 vol% or more of oxygen.
Unreacted monomers and polymerization initiators remain in the polymerization reaction solution once the polymerization reaction has been stopped in the stopping step, and the reactivation of the polymerization reaction from radicals generated from the polymerization initiator is suppressed. It is possible to suppress the generation of a polymer having a high molecular weight or a copolymer composition that is biased during storage, and it is possible to suppress the quality deterioration of the polymerization reaction solution during storage. In particular, the effect of the present invention can be obtained when the storage period is 5 hours or more.

[保存工程]
本発明の保存工程において、反応停止後の重合反応溶液を3.0vol%以上の酸素を含む気体に接した状態に保つ。保存とはそのままの状態に保っておくことであり、本発明の保存工程では停止工程後の重合反応溶液を溶液状態で保つことであり、例えば1時間以上保つことである。
停止工程において一旦重合反応が停止された重合反応溶液中には未反応の単量体や重合開始剤が残存しており、3.0vol%以上の酸素を含む気体に接した状態に保つことで、例えば1時間以上の長期に亘ってその重合反応溶液を保存する場合にも、重合開始剤から生成するラジカルからの重合反応の再開始を抑制することができ、保存中に高分子量体や共重合組成の偏った重合体の生成を抑制し、保存中の重合反応溶液の品質劣化を抑制することができる。とくに、保存期間は5時間以上保存する場合により本発明の効果を奏することができる。
重合反応溶液を3.0vol%以上の酸素を含む気体に接した状態に保つ方法としては、重合容器の気体部に、3.0vol%以上の酸素を含む気体を導入して保存する方法や、重合反応溶液を別の保管容器に移し替えてから重合反応溶液表面を、3.0vol%以上の酸素を含む気体と接触させるようにして保存してもよい。
本発明において、3.0vol%以上の酸素を含む気体は、酸素ガスや空気(酸素濃度3.0vol%以上22vol%以下)を用いることができる。作業性等の観点から空気を用いることが好ましい。
とくに、停止工程後の重合反応溶液中の残存単量体量が多い場合に、本発明の効果を奏することができる。具体的には、全単量体供給量の5モル%以上の単量体が残存している場合、さらに10モル%以上の単量体が残存している場合、特に15モル%以上の単量体が残存している場合に顕著な効果を奏する。
本発明の保存工程では3.0vol%以上の酸素を含む気体に接した状態で溶液状態に保たれていれば良い。保存温度は任意の温度とすることができるが、熱分解による品質の劣化を効果的に抑えることができる点で30℃以下で保存することが好ましく、25℃以下がより好ましく、20℃以下がさらに好ましく、15℃以下が特に好ましい。また、保存が容易な点では−20℃以上が好ましい。
重合反応溶液の保存中は反応溶液を撹拌し、均一混合状態を保つ事も出来る。
重合反応溶液を保存する容器は解放状態であっても良く、密閉状態に保っても良い。また、遮光状態、例えば、500nm以下の光の透過率が10%以下である容器を用いることが好ましい。
なお、重合工程で用いた反応容器とは異なる容器に充填してから、当該充填されたの容器の気相を、3.0vol%以上の酸素を含む気体で置換してもよい。
[Storage process]
In the preservation | save process of this invention, the polymerization reaction solution after reaction stop is maintained in the state which contacted the gas containing 3.0 vol% or more oxygen. The preservation is to keep the state as it is, and in the preservation step of the present invention, the polymerization reaction solution after the stopping step is kept in a solution state, for example, it is kept for 1 hour or more.
Unreacted monomers and polymerization initiator remain in the polymerization reaction solution once the polymerization reaction is stopped in the stopping step, and kept in contact with a gas containing 3.0 vol% or more oxygen. For example, even when the polymerization reaction solution is stored for a long period of time of 1 hour or longer, the reinitiation of the polymerization reaction from radicals generated from the polymerization initiator can be suppressed. It is possible to suppress the formation of a polymer having a biased polymerization composition and to suppress the deterioration of the quality of the polymerization reaction solution during storage. In particular, the effect of the present invention can be obtained when the storage period is 5 hours or more.
As a method of keeping the polymerization reaction solution in contact with a gas containing oxygen of 3.0 vol% or more, a method of introducing a gas containing 3.0 vol% or more of oxygen into the gas portion of the polymerization vessel, After transferring the polymerization reaction solution to another storage container, the surface of the polymerization reaction solution may be stored in contact with a gas containing 3.0 vol% or more oxygen.
In the present invention, oxygen gas or air (oxygen concentration of 3.0 vol% or more and 22 vol% or less) can be used as the gas containing oxygen of 3.0 vol% or more. It is preferable to use air from the viewpoint of workability and the like.
In particular, the effect of the present invention can be achieved when the amount of residual monomer in the polymerization reaction solution after the stopping step is large. Specifically, when 5 mol% or more of the monomer supply amount of the total monomer remains, further when 10 mol% or more of the monomer remains, particularly 15 mol% or more of the single monomer supply amount. A remarkable effect is obtained when the polymer remains.
In the preservation | save process of this invention, what is necessary is just to be kept in the solution state in the state which contacted the gas containing 3.0 vol% or more oxygen. The storage temperature can be any temperature, but is preferably stored at 30 ° C. or less, more preferably 25 ° C. or less, and preferably 20 ° C. or less in terms of effectively suppressing deterioration in quality due to thermal decomposition. Further preferred is 15 ° C. or less. Moreover, -20 degreeC or more is preferable at the point which is easy to preserve | save.
During storage of the polymerization reaction solution, the reaction solution can be stirred to maintain a uniform mixed state.
The container for storing the polymerization reaction solution may be in an open state or may be kept in a sealed state. Further, it is preferable to use a container having a light shielding state, for example, a transmittance of light of 500 nm or less is 10% or less.
In addition, after filling the container different from the reaction container used in the polymerization step, the gas phase of the filled container may be replaced with a gas containing 3.0 vol% or more oxygen.

[再沈殿工程]
本発明の重合体の製造方法では、保存工程を経て得られた重合反応溶液を、貧溶媒と混合し(好ましくは貧溶媒中に滴下し)、重合反応溶液中の重合体を析出させてもよい。この工程は、再沈殿と呼ばれ、重合体溶液中に残存する未反応単量体、重合開始剤等の不純物を取り除くために非常に有効である。未反応単量体は、そのまま残存しているとレジスト組成物として用いた場合に感度が低下するため、できるだけ取り除くことが好ましい。
希釈後溶液を貧溶媒中に滴下する際の貧溶媒の量は、特に限定されないが、未反応単量体をより低減しやすい点で、希釈後溶液と同質量以上が好ましく、質量基準で3倍以上が好ましく、4倍以上がより好ましく、5倍以上がさらに好ましく、6倍以上が特に好ましい。上限は、使用する貧溶媒の量が多過ぎず、生産性を低下させない点で、質量基準で10倍以下が好ましい。
[Reprecipitation process]
In the method for producing a polymer of the present invention, the polymerization reaction solution obtained through the storage step may be mixed with a poor solvent (preferably dropped in the poor solvent) to precipitate the polymer in the polymerization reaction solution. Good. This step is called reprecipitation and is very effective for removing impurities such as unreacted monomers and polymerization initiator remaining in the polymer solution. If the unreacted monomer remains as it is, the sensitivity decreases when used as a resist composition, so it is preferable to remove it as much as possible.
The amount of the poor solvent at the time of dropping the diluted solution into the poor solvent is not particularly limited, but is preferably equal to or more than that of the diluted solution in terms of easier reduction of unreacted monomers, and 3 on a mass basis. Is preferably 4 times or more, more preferably 4 times or more, still more preferably 5 times or more, and particularly preferably 6 times or more. The upper limit is preferably 10 times or less on a mass basis from the viewpoint that the amount of the poor solvent used is not too large and productivity is not lowered.

その後、貧溶媒中の析出物をろ別することにより、目的の重合体が湿粉の状態で得られる。重合体中の単量体含有量は少ないほど好ましい。   Then, the target polymer is obtained in the state of a wet powder by filtering the deposit in a poor solvent. The smaller the monomer content in the polymer, the better.

[後工程]
貧溶媒中の析出物をろ別して得られる湿粉を乾燥させることにより、目的の重合体の乾燥粉末が得られる。
または、ろ別した湿粉を再び貧溶媒に分散させて重合体分散液とした後にろ別する操作を繰り返すこともできる。この工程は、リスラリ工程と呼ばれ、重合体湿粉中に残存する未反応の単量体、重合開始剤等の不純物をより低減させるために有効である。
重合体を高い生産性を維持したまま取得できる点では、リスラリ工程を行わず、再沈殿工程のみで精製を行うことが好ましい。
[Post-process]
By drying the wet powder obtained by filtering the precipitate in the poor solvent, a dry powder of the target polymer can be obtained.
Alternatively, the operation of separating the filter after the filtered wet powder is again dispersed in a poor solvent to obtain a polymer dispersion can be repeated. This step is called a restructuring step and is effective for further reducing impurities such as unreacted monomers and polymerization initiator remaining in the polymer wet powder.
From the viewpoint that the polymer can be obtained while maintaining high productivity, it is preferable to perform the purification only by the reprecipitation step without performing the restructuring step.

また、湿粉は、乾燥せずに湿粉のまま適当な溶媒に溶解させてリソグラフィー用組成物として用いてもよく、濃縮して低沸点化合物を除去してからリソグラフィー用組成物として用いてもよい。その際、保存安定剤等の添加剤を適宜添加してもよい。
または、湿粉を乾燥させた後に適当な溶媒に溶解させ、さらに濃縮して低沸点化合物を除去してからリソグラフィー用組成物として用いてもよい。その際も、保存安定剤等の添加剤を適宜添加してもよい。
Further, the wet powder may be used as a lithography composition by dissolving it in a suitable solvent without drying and may be used as a lithography composition after concentration to remove low boiling point compounds. Good. At that time, additives such as a storage stabilizer may be appropriately added.
Alternatively, the moist powder may be dried and then dissolved in an appropriate solvent, and further concentrated to remove the low boiling point compound, and then used as a lithography composition. At that time, additives such as a storage stabilizer may be added as appropriate.

<レジスト組成物の製造方法>
こうして得られる重合体と、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を混合してレジスト組成物を製造する。該レジスト組成物は化学増幅型のレジスト組成物である。好ましくはレジスト溶媒に、該重合体と活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を溶解する。
<Method for producing resist composition>
The polymer thus obtained and a compound that generates an acid upon irradiation with actinic rays or radiation are mixed to produce a resist composition. The resist composition is a chemically amplified resist composition. Preferably, the polymer and a compound capable of generating an acid upon irradiation with actinic rays or radiation are dissolved in a resist solvent.

[レジスト溶媒]
レジスト溶媒としては、上記に重合溶媒として挙げた溶媒を用いることができる。
[活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物]
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物は、化学増幅型レジスト組成物の光酸発生剤として使用可能なものの中から任意に選択できる。光酸発生剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
光酸発生剤としては、例えば、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、キノンジアジド化合物、ジアゾメタン化合物等が挙げられる。
光酸発生剤の使用量は、重合体100質量部に対して、0.1〜20質量部が好ましく、0.5〜10質量部がより好ましい。
[Resist solvent]
As the resist solvent, the solvents listed above as the polymerization solvent can be used.
[Compound that generates acid upon irradiation with actinic ray or radiation]
The compound that generates an acid upon irradiation with actinic rays or radiation can be arbitrarily selected from those that can be used as a photoacid generator for a chemically amplified resist composition. A photo-acid generator may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
Examples of the photoacid generator include onium salt compounds, sulfonimide compounds, sulfone compounds, sulfonic acid ester compounds, quinone diazide compounds, diazomethane compounds, and the like.
0.1-20 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of polymers, and, as for the usage-amount of a photo-acid generator, 0.5-10 mass parts is more preferable.

[含窒素化合物]
化学増幅型レジスト組成物は、含窒素化合物を含んでいてもよい。含窒素化合物を含むことにより、レジストパターン形状、引き置き経時安定性等がさらに向上する。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、レジスト膜に光を照射し、ついでベーク(PEB)した後、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素子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。
含窒素化合物としては、アミンが好ましく、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。
含窒素化合物の量は、重合体100質量部に対して、0.01〜2質量部が好ましい。
[Nitrogen-containing compounds]
The chemically amplified resist composition may contain a nitrogen-containing compound. By including the nitrogen-containing compound, the resist pattern shape, the stability over time, and the like are further improved. That is, the cross-sectional shape of the resist pattern becomes closer to a rectangle, and the resist film is irradiated with light, then baked (PEB), and then left for several hours before the next development process. Although it is a line, the occurrence of the deterioration of the cross-sectional shape of the resist pattern is further suppressed when left as such (timed).
The nitrogen-containing compound is preferably an amine, more preferably a secondary lower aliphatic amine or a tertiary lower aliphatic amine.
As for the quantity of a nitrogen-containing compound, 0.01-2 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of polymers.

[有機カルボン酸、リンのオキソ酸またはその誘導体]
化学増幅型レジスト組成物は、有機カルボン酸、リンのオキソ酸またはその誘導体(以下、これらをまとめて酸化合物と記す。)を含んでいてもよい。酸化合物を含むことにより、含窒素化合物の配合による感度劣化を抑えることができ、また、レジストパターン形状、引き置き経時安定性等がさらに向上する。
有機カルボン酸としては、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸等が挙げられる。
リンのオキソ酸またはその誘導体としては、リン酸またはその誘導体、ホスホン酸またはその誘導体、ホスフィン酸またはその誘導体等が挙げられる。
酸化合物の量は、重合体100質量部に対して、0.01〜5質量部が好ましい。
[Organic carboxylic acid, phosphorus oxo acid or derivative thereof]
The chemically amplified resist composition may contain an organic carboxylic acid, an oxo acid of phosphorus, or a derivative thereof (hereinafter collectively referred to as an acid compound). By including an acid compound, it is possible to suppress deterioration in sensitivity due to the blending of the nitrogen-containing compound, and further improve the resist pattern shape, stability with time of leaving, and the like.
Examples of the organic carboxylic acid include malonic acid, citric acid, malic acid, succinic acid, benzoic acid, and salicylic acid.
Examples of phosphorus oxo acids or derivatives thereof include phosphoric acid or derivatives thereof, phosphonic acid or derivatives thereof, phosphinic acid or derivatives thereof, and the like.
The amount of the acid compound is preferably 0.01 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer.

[添加剤]
本発明のレジスト組成物は、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含んでいてもよい。該添加剤は、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、これら添加剤の量は、特に限定されず、適宜決めればよい。
[Additive]
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. Any additive can be used as long as it is known in the art. Further, the amount of these additives is not particularly limited, and may be determined as appropriate.

<微細パターンが形成された基板の製造方法>
本発明の、微細パターンが形成された基板の製造方法の一例について説明する。
まず、所望の微細パターンを形成しようとするシリコンウエハー等の被加工基板の表面に、本発明の製造方法で得られる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、該レジスト組成物が塗布された被加工基板を、ベーキング処理(プリベーク)等で乾燥することにより、基板上にレジスト膜を形成する。
<Manufacturing method of substrate on which fine pattern is formed>
An example of the manufacturing method of the board | substrate with which the fine pattern was formed of this invention is demonstrated.
First, the resist composition obtained by the production method of the present invention is applied to the surface of a substrate to be processed such as a silicon wafer on which a desired fine pattern is to be formed by spin coating or the like. And the resist film is formed on a board | substrate by drying the to-be-processed board | substrate with which this resist composition was apply | coated by baking process (prebaking) etc.

ついで、レジスト膜に、フォトマスクを介して、250nm以下の波長の光を照射して潜像を形成する(露光)。照射光としては、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、Fエキシマレーザー、EUVエキシマレーザーが好ましく、ArFエキシマレーザーが特に好ましい。また、電子線を照射してもよい。
また、該レジスト膜と露光装置の最終レンズとの間に、純水、パーフルオロ−2−ブチルテトラヒドロフラン、パーフルオロトリアルキルアミン等の高屈折率液体を介在させた状態で光を照射する液浸露光を行ってもよい。
Next, the resist film is irradiated with light having a wavelength of 250 nm or less through a photomask to form a latent image (exposure). As irradiation light, a KrF excimer laser, an ArF excimer laser, an F 2 excimer laser, and an EUV excimer laser are preferable, and an ArF excimer laser is particularly preferable. Moreover, you may irradiate an electron beam.
In addition, immersion in which light is irradiated 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. Exposure may be performed.

露光後、適宜熱処理(露光後ベーク、PEB)し、レジスト膜にアルカリ現像液を接触させ、露光部分を現像液に溶解させ、除去する(現像)。アルカリ現像液としては、公知のものが挙げられる。
現像後、基板を純水等で適宜リンス処理する。このようにして被加工基板上にレジストパターンが形成される。
After the exposure, heat treatment is appropriately performed (post-exposure baking, PEB), an alkali developer is brought into contact with the resist film, and the exposed portion is dissolved in the developer and removed (development). Examples of the alkaline developer include known ones.
After development, the substrate is appropriately rinsed with pure water or the like. In this way, a resist pattern is formed on the substrate to be processed.

レジストパターンが形成された基板は、適宜熱処理(ポストベーク)してレジストを強化し、レジストのない部分を選択的にエッチングする。
エッチング後、レジストを剥離剤によって除去することによって、微細パターンが形成された基板が得られる。
The substrate on which the resist pattern is formed 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 fine pattern is formed.

本発明によれば、後述の実施例に示すように、溶媒への溶解性に優れ、レジスト組成物に用いたときに良好な感度を示すリソグラフィー用重合体が得られる。
これは、保存工程において重合反応溶液を3.0vol%以上の酸素を含む気体に接した状態で溶液状態に保つことによって、保存中に生成する高分子量体や共重合組成の偏った重合体が低減されたためと考えられる。
According to the present invention, as shown in the examples described later, a lithographic polymer having excellent solubility in a solvent and good sensitivity when used in a resist composition can be obtained.
This is because, in the storage step, the polymer reaction solution is kept in a solution state in contact with a gas containing oxygen of 3.0 vol% or more, so that a polymer having a high molecular weight or a copolymer composition biased during storage can be obtained. It is thought that it was reduced.

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。測定方法および評価方法は以下の方法を用いた。   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. The measurement method and evaluation method used the following methods.

<重量平均分子量の測定>
重合体の重量平均分子量(Mw)および分子量分布(Mw/Mn)は、下記の条件(GPC条件)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]
装置:東ソー社製、東ソー高速GPC装置 HLC−8220GPC(商品名)、
分離カラム:昭和電工社製、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(THF)、
試料:重合体の約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 of weight average molecular weight>
The weight average molecular weight (Mw) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the polymer were determined in terms of polystyrene by gel permeation chromatography under the following conditions (GPC conditions).
[GPC conditions]
Equipment: Tosoh Corporation, Tosoh High Speed GPC Equipment HLC-8220GPC (trade name),
Separation column: manufactured by Showa Denko, Shodex GPC K-805L (trade name) connected in series,
Measurement temperature: 40 ° C.
Eluent: Tetrahydrofuran (THF)
Sample: A solution in which about 20 mg of a polymer is dissolved in 5 mL of THF and filtered through a 0.5 μm membrane filter.
Flow rate: 1 mL / min,
Injection volume: 0.1 mL,
Detector: differential refractometer.

検量線I:標準ポリスチレンの約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、下記の東ソー社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: About 20 mg of standard polystyrene was dissolved in 5 mL of THF, and the solution was filtered through a 0.5 μm membrane filter and injected into a separation column under the above conditions, and the relationship between elution time and molecular weight was determined. As the standard polystyrene, the following standard polystyrene manufactured by Tosoh Corporation (both 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).

測定時間0〜3分:A液/B液=90体積%/10体積%。
測定時間3〜24分:A液/B液=90体積%/10体積%から、50体積%/50体積%まで。
測定時間24〜36.5分:A液/B液=50体積%/50体積%から、0体積%/100体積%まで。
測定時間36.5〜44分:A液/B液=0体積%/100体積%。
Measurement time 0 to 3 minutes: A liquid / B liquid = 90 vol% / 10 vol%.
Measurement time: 3 to 24 minutes: A liquid / B liquid = 90 volume% / 10 volume% to 50 volume% / 50 volume%.
Measurement time: 24 to 36.5 minutes: A liquid / B liquid = 50 volume% / 50 volume% to 0 volume% / 100 volume%.
Measurement time: 36.5 to 44 minutes: Liquid A / liquid B = 0 volume% / 100 volume%.

<溶解性の評価>
重合体の20部とPGMEAの80部とを混合し、25℃に保ちながら撹拌を行い、目視で判断した完全溶解するまでの時間を計測した。
<Evaluation of solubility>
20 parts of the polymer and 80 parts of PGMEA were mixed, stirred while being kept at 25 ° C., and the time until complete dissolution determined by visual observation was measured.

<反応液中の単量体の定量>
停止工程後の反応容器内の反応液を0.5g採取し、これをアセトニトリルで希釈し、メスフラスコを用いて全量を50mLとした。この希釈液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過し、東ソー社製、高速液体クロマトグラフHPLC−8020(製品名)を用いて、該希釈液中の未反応の単量体含有量を、単量体ごとに求めた。これらの合計単量体量の反応液中におけるモル割合(モル%)を反応液中に残存する単量体の含有量とした。検出下限以下は残存単量体量を0モル%とした。
<Quantification of monomer in reaction solution>
0.5 g of the reaction solution in the reaction vessel after the stopping step was collected, diluted with acetonitrile, and the total volume was adjusted to 50 mL using a volumetric flask. The diluted solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter, and the unreacted monomer content in the diluted solution was determined by using a high performance liquid chromatograph HPLC-8020 (product name) manufactured by Tosoh Corporation. Asked for each body. The molar ratio (mol%) of the total monomer amount in the reaction solution was defined as the content of the monomer remaining in the reaction solution. Below the lower limit of detection, the residual monomer amount was 0 mol%.

前記高速液体クロマトグラフによる測定において、分離カラムはジーエルサイエンス社製、Inertsil ODS−2(商品名)を1本使用し、移動相は水/アセトニトリルのグラジエント系、流量0.8mL/min、検出器は東ソー社製、紫外・可視吸光光度計UV−8020(商品名)、検出波長220nm、測定温度40℃、注入量4μLで測定した。なお、分離カラムであるInertsil ODS−2(商品名)は、シリカゲル粒径5μm、カラム内径4.6mm×カラム長さ450mmのものを使用した。また、移動相のグラジエント条件は、A液を水、B液をアセトニトリルとし、下記の通りとした。また、単量体の含有量を定量するために、濃度の異なる3種類の各単量体溶液を標準液として用いた。
測定時間0〜3分:A液/B液=90体積%/10体積%。
測定時間3〜24分:A液/B液=90体積%/10体積%から、50体積%/50体積%まで。
測定時間24〜36.5分:A液/B液=50体積%/50体積%から、0体積%/100体積%まで。
測定時間36.5〜44分:A液/B液=0体積%/100体積%。
In the measurement by the high performance liquid chromatograph, the separation column uses one Inertsil ODS-2 (trade name) manufactured by GL Sciences, the mobile phase is a water / acetonitrile gradient system, the flow rate is 0.8 mL / min, the detector. Was measured with an ultraviolet / visible absorptiometer UV-8020 (trade name) manufactured by Tosoh Corporation, a detection wavelength of 220 nm, a measurement temperature of 40 ° C., and an injection amount of 4 μL. The separation column Inertsil ODS-2 (trade name) used was a silica gel particle diameter of 5 μm, a column inner diameter of 4.6 mm × column length of 450 mm. The gradient conditions of the mobile phase were as follows, with the liquid A being water and the liquid B being acetonitrile. In order to quantify the monomer content, three types of monomer solutions having different concentrations were used as standard solutions.
Measurement time 0 to 3 minutes: A liquid / B liquid = 90 vol% / 10 vol%.
Measurement time: 3 to 24 minutes: A liquid / B liquid = 90 volume% / 10 volume% to 50 volume% / 50 volume%.
Measurement time: 24 to 36.5 minutes: A liquid / B liquid = 50 volume% / 50 volume% to 0 volume% / 100 volume%.
Measurement time: 36.5 to 44 minutes: Liquid A / liquid B = 0 volume% / 100 volume%.

<レジスト組成物の評価>
[感度、現像コントラスト測定]
レジスト組成物を、6インチシリコンウエハー上に回転塗布し、ホットプレート上で120℃、60秒間プリベーク(PAB)して、厚さ300nmの薄膜を形成した。ArFエキシマレーザー露光装置(リソテックジャパン製、商品名:VUVES−4500)を用い、露光量を変えて10mm×10mmの18ショットを露光した。次いで110℃、60秒間のポストベーク(PEB)を行った後、レジスト現像アナライザー(リソテックジャパン製。商品名:RDA−800)を用い、23℃にて2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で65秒間現像し、各露光量における現像中のレジスト膜厚の経時変化を測定した。
<Evaluation of resist composition>
[Sensitivity and development contrast measurement]
The resist composition was spin-coated on a 6-inch silicon wafer and prebaked (PAB) at 120 ° C. for 60 seconds on a hot plate to form a thin film having a thickness of 300 nm. Using an ArF excimer laser exposure apparatus (product name: VUVES-4500, manufactured by RISOTEC Japan), 18 shots of 10 mm × 10 mm 2 were exposed while changing the exposure amount. Then, after post-baking (PEB) at 110 ° C. for 60 seconds, 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide at 23 ° C. using a resist development analyzer (product name: RDA-800). Development was performed with an aqueous solution for 65 seconds, and the change with time in the resist film thickness during development at each exposure amount was measured.

[解析]
得られたデータを基に、露光量(mJ/cm)の対数と、初期膜厚に対する60秒間現像した時点での残存膜厚率(以下、残膜率という)(%)をプロットした曲線(以下、露光量−残膜率曲線という)を作成し、Eth感度(残膜率0%とするための必要露光量であり、感度を表す。)を以下の通り求めた。Eth感度の値が小さいほどレジスト組成物の感度が高いことを示す。
Eth感度:露光量−残膜率曲線が残膜率0%と交わる露光量(mJ/cm)。
[analysis]
A curve plotting the logarithm of the exposure amount (mJ / cm 2 ) and the residual film thickness ratio (hereinafter referred to as the residual film ratio) (%) when developed for 60 seconds with respect to the initial film thickness, based on the obtained data (Hereinafter, exposure amount-residual film rate curve) was prepared, and Eth sensitivity (required exposure amount for setting the residual film rate to 0%, which represents sensitivity) was determined as follows. It shows that the sensitivity of a resist composition is so high that the value of Eth sensitivity is small.
Eth sensitivity: exposure amount (mJ / cm 2 ) at which the exposure amount-residual film rate curve intersects with a residual film rate of 0%.

<実施例1>
窒素導入口、攪拌機、コンデンサー、滴下漏斗1個、及び温度計を備えた容量1LのSUS製のフラスコに、PGMEA111.1gを入れた。フラスコ内を窒素で置換し、窒素雰囲気を保ったままフラスコを湯浴に入れ、フラスコ内を攪拌しながら湯浴の温度を上げ、フラスコ内の液の温度を80℃に上げた。
その後、下記混合物1を滴下漏斗より、4時間かけてフラスコ内に滴下し、さらに80℃の温度を3時間保持した後、湯浴の加熱を停止し、湯浴の湯を20℃の水に連続的に置換することにより該フラスコを冷却して重合反応を停止させた。
[混合物1]
下記式(m1)の単量体を51.00g(30mol%)、
下記式(m2)の単量体を124.00g(50mol%)、
下記式(m3)の単量体を47.20g(20mol%)、
PGMEA222.2g、
ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業社製、V601(商品名))11.500g。
<Example 1>
111.1 g of PGMEA was put into a 1 L capacity SUS flask equipped with a nitrogen inlet, a stirrer, a condenser, one dropping funnel, and a thermometer. The inside of the flask was replaced with nitrogen, the flask was placed in a hot water bath while maintaining the nitrogen atmosphere, the temperature of the hot water bath was raised while stirring the inside of the flask, and the temperature of the liquid in the flask was raised to 80 ° C.
Thereafter, the following mixture 1 was dropped into the flask over 4 hours from the dropping funnel, and after maintaining the temperature of 80 ° C. for 3 hours, the heating of the hot water bath was stopped, and the hot water in the hot water bath was changed to 20 ° C. water. By continuously replacing the flask, the polymerization reaction was stopped by cooling the flask.
[Mixture 1]
51.00 g (30 mol%) of a monomer of the following formula (m1),
124.00 g (50 mol%) of a monomer of the following formula (m2),
47.20 g (20 mol%) of a monomer of the following formula (m3),
PGMEA 222.2g,
11.500 g of dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate (Wako Pure Chemical Industries, V601 (trade name)).


重合反応溶液が25℃になった時点で窒素導入口から窒素(97vol%)/酸素(3vol%)の混合ガスを供給し、フラスコ内の気層部の酸素濃度を3vol%酸素とした。その後、重合反応溶液を20℃で保持したまま6時間保存した。   When the polymerization reaction solution reached 25 ° C., a mixed gas of nitrogen (97 vol%) / oxygen (3 vol%) was supplied from the nitrogen inlet, so that the oxygen concentration in the gas phase portion in the flask was 3 vol% oxygen. Thereafter, the polymerization reaction solution was stored at 20 ° C. for 6 hours.

得られた保存後溶液を、10倍量(体積基準、以下同様。)の貧溶媒中に、該貧溶媒を攪拌しながら滴下し、重合体(白色の析出物)を沈殿させた。貧溶媒としてはメタノールを用いた。
沈殿を濾別し、重合体湿粉を得た。重合体湿粉を減圧下40℃で約40時間乾燥して、重合体の乾燥粉末を得た。
得られた反応液中の単量体の定量を行った。重合体の重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)を測定した。重合体の溶解性を評価した。その結果を表1に示す。
The obtained post-storage solution was dropped into a 10-fold amount (volume basis, the same shall apply hereinafter) of the poor solvent with stirring to precipitate a polymer (white precipitate). Methanol was used as the poor solvent.
The precipitate was filtered off to obtain a polymer wet powder. The polymer wet powder was dried under reduced pressure at 40 ° C. for about 40 hours to obtain a dry powder of the polymer.
The quantity of the monomer in the obtained reaction liquid was quantified. The weight average molecular weight (Mw) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the polymer were measured. The solubility of the polymer was evaluated. The results are shown in Table 1.

[レジスト組成物の評価]
得られた重合体の100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の2部と、溶媒であるPGMEAとを、重合体濃度が12.5質量%になるように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、レジスト組成物を得た。得られたレジスト組成物についてEth感度を測定した。結果を表1に示す。
[Evaluation of resist composition]
100 parts of the obtained polymer, 2 parts of triphenylsulfonium triflate as a photoacid generator, and PGMEA as a solvent were mixed uniformly so that the polymer concentration was 12.5% by mass. After preparing the solution, it was filtered through a membrane filter having a pore size of 0.1 μm to obtain a resist composition. Eth sensitivity was measured about the obtained resist composition. The results are shown in Table 1.

<実施例2>
本例では、実施例1における式(m2)の単量体に代えて、下記式(m4)の単量体を用いた。
すなわち、実施例1と同じフラスコに、PGMEA114.6gを入れた。フラスコ内を窒素で置換し、窒素雰囲気を保ったままフラスコを湯浴に入れ、フラスコ内を攪拌しながら湯浴の温度を上げ、フラスコ内の液の温度を80℃に上げた。
その後、下記混合物2を滴下漏斗より、4時間かけてフラスコ内に滴下し、さらに80℃の温度を3時間保持した後、実施例1と同様にして冷却した。
[混合物2]
下記式(m1)の単量体を51.00g(30mol%)、
下記式(m4)の単量体を131.00g(50mol%)、
下記式(m3)の単量体を47.20g(20mol%)、
PGMEA229.2g、
ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業社製、V601(商品名))11.500g。
<Example 2>
In this example, a monomer of the following formula (m4) was used in place of the monomer of the formula (m2) in Example 1.
That is, 114.6 g of PGMEA was put in the same flask as in Example 1. The inside of the flask was replaced with nitrogen, the flask was placed in a hot water bath while maintaining the nitrogen atmosphere, the temperature of the hot water bath was raised while stirring the inside of the flask, and the temperature of the liquid in the flask was raised to 80 ° C.
Thereafter, the following mixture 2 was dropped from the dropping funnel into the flask over 4 hours, and further maintained at a temperature of 80 ° C. for 3 hours, and then cooled in the same manner as in Example 1.
[Mixture 2]
51.00 g (30 mol%) of a monomer of the following formula (m1),
131.00 g (50 mol%) of a monomer of the following formula (m4),
47.20 g (20 mol%) of a monomer of the following formula (m3),
PGMEA 229.2g,
11.500 g of dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate (Wako Pure Chemical Industries, V601 (trade name)).

重合反応溶液が25℃になった時点で窒素導入口から窒素(95vol%)/酸素(5vol%)の混合ガスを供給し、フラスコ内の気層部の酸素濃度を5vol%酸素とした。その後、重合反応溶液を25℃で保持したまま8時間保存した。   When the polymerization reaction solution reached 25 ° C., a mixed gas of nitrogen (95 vol%) / oxygen (5 vol%) was supplied from the nitrogen inlet, so that the oxygen concentration in the air layer portion in the flask was 5 vol% oxygen. Thereafter, the polymerization reaction solution was stored at 25 ° C. for 8 hours.

その後は、実施例1と同様に重合体を製造し、評価した。結果を表1に示す。   Thereafter, a polymer was produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

<実施例3> <Example 3>

<比較例1>
保存工程において窒素(97vol%)/酸素(3vol%)の混合ガスをフラスコ内に供給することなく、窒素雰囲気のまま20℃で6時間保存した以外は実施例1と同様に重合体の製造を行い、評価した。結果を表1に示す。
<比較例2>
保存工程において窒素(99vol%)/酸素(1vol%)の混合ガスをフラスコ内に供給し、フラスコ内の気層部の酸素濃度を1vol%酸素として25℃で8時間保存した以外は実施例2と同様に重合体の製造を行い、評価した。結果を表1に示す。
<比較例3>
<Comparative Example 1>
A polymer was produced in the same manner as in Example 1 except that a nitrogen (97 vol%) / oxygen (3 vol%) mixed gas was not supplied into the flask in the storage step, but was stored in a nitrogen atmosphere at 20 ° C. for 6 hours. Made and evaluated. The results are shown in Table 1.
<Comparative Example 2>
Example 2 except that a nitrogen (99 vol%) / oxygen (1 vol%) mixed gas was supplied into the flask in the preservation step, and the oxygen concentration of the gas phase in the flask was 1 vol% oxygen and preserved at 25 ° C. for 8 hours. Polymers were produced and evaluated in the same manner as described above. The results are shown in Table 1.
<Comparative Example 3>

表1の結果に示されるように、実施例1及び比較例1で用いた単量体の組成が同じであるのに、反応停止後の重合反応溶液を3.0vol%以上の酸素を含む気体に接した状態で保った場合(実施例1)は、反応停止後の重合反応溶液を0vol%の酸素を含む気体 に接した状態で保った場合(比較例1)と比べて、平均分子量(Mw)が低い。同様に、実施例2及び比較例2で用いた単量体の組成が同じであるのに、反応停止後の重合反応溶液を3.0vol%以上の酸素を含む気体に接した状態で保った場合(実施例2)は、反応停止後の重合反応溶液を1.0vol%の酸素を含む気体に接した状態で保った場合(比較例2)と比べて平均分子量(Mw)が低い。
これらの結果から実施例1〜2で得られた重合体は、比較例1〜2で得られた重合体に比べて、保存工程中の高分子量体の生成量が低減されていることがわかる。
また実施例1、2で得られた重合体は、溶媒への溶解性に優れるとともに、レジスト組成物に用いたときの感度に優れる。比較例1、2で得られた重合体はPGMEAには完全に溶解せず、レジスト組成物として評価を行うことが出来なかった。これらのことから実施例1、2で得られた重合体は、比較例1、2で得られた重合体に比べて、保存工程中の高分子量体および共重合組成の偏った重合体の生成量が低減されていると推測される。
As shown in the results of Table 1, although the composition of the monomers used in Example 1 and Comparative Example 1 is the same, the gas containing oxygen of 3.0 vol% or more in the polymerization reaction solution after the reaction was stopped (Example 1), when the polymerization reaction solution after the reaction was stopped was kept in contact with a gas containing 0 vol% oxygen (Comparative Example 1), the average molecular weight ( Mw) is low. Similarly, although the compositions of the monomers used in Example 2 and Comparative Example 2 were the same, the polymerization reaction solution after the reaction was stopped was kept in contact with a gas containing 3.0 vol% or more oxygen. In the case (Example 2), the average molecular weight (Mw) is lower than that in the case where the polymerization reaction solution after stopping the reaction is kept in contact with a gas containing 1.0 vol% oxygen (Comparative Example 2).
From these results, it can be seen that the polymers obtained in Examples 1 and 2 are reduced in the amount of high molecular weight products produced during the storage process compared to the polymers obtained in Comparative Examples 1 and 2. .
In addition, the polymers obtained in Examples 1 and 2 are excellent in solubility in a solvent and excellent in sensitivity when used in a resist composition. The polymers obtained in Comparative Examples 1 and 2 were not completely dissolved in PGMEA and could not be evaluated as resist compositions. From these facts, the polymers obtained in Examples 1 and 2 were compared with the polymers obtained in Comparative Examples 1 and 2 to produce a polymer having a high molecular weight and a copolymer composition biased during the storage process. It is estimated that the amount is reduced.

Claims (9)

反応容器の気相の酸素濃度が3.0vol%未満の状態で、重合溶媒の存在下に、重合
開始剤を使用して、単量体をラジカル重合させて重合反応溶液を得ることを含む重合工程
と、
得られた重合反応溶液の重合反応を停止させる停止工程と、
前記停止工程後、重合反応溶液の容器の気相を、3.0vol%以上の酸素を含む気体
で置換する置換工程
前記置換工程後、重合反応溶液の再沈精製を行う工程と
を有するリソグラフィー用重合体の製造方法。
Polymerization including obtaining a polymerization reaction solution by radical polymerization of a monomer using a polymerization initiator in the presence of a polymerization solvent in a state where the gas phase oxygen concentration in the reaction vessel is less than 3.0 vol%. Process,
A stopping step of stopping the polymerization reaction of the obtained polymerization reaction solution;
After the stop process, the gas phase of the container of the polymerization reaction solution, and the replacement step of replacing with a gas containing oxygen above 3.0vol%,
A method for producing a polymer for lithography , comprising a step of reprecipitation purification of a polymerization reaction solution after the substitution step .
前記停止工程において、重合反応溶液を冷却する、請求項1に記載のリソグラフィー用
重合体の製造方法。
The method for producing a polymer for lithography according to claim 1, wherein the polymerization reaction solution is cooled in the stopping step.
前記置換工程の容器が、重合工程で用いた反応容器である、請求項1または2に記載の
リソグラフィー用重合体の製造方法。
The manufacturing method of the polymer for lithography of Claim 1 or 2 whose container of the said substitution process is the reaction container used at the superposition | polymerization process.
前記停止工程後、重合反応溶液を、重合工程で用いた反応容器とは異なる容器に充填す
る工程と、該充填された容器の気相を、3.0vol%以上の酸素を含む気体で置換する
置換工程とを有する、請求項1または2に記載のリソグラフィー用重合体の製造方法。
After the stop step, the step of filling the polymerization reaction solution into a container different from the reaction vessel used in the polymerization step, and the gas phase of the filled vessel is replaced with a gas containing 3.0 vol% or more oxygen. The method for producing a polymer for lithography according to claim 1, further comprising a substitution step.
前記置換工程後、再沈精製を行う工程前に、重合反応溶液を保存する工程を有する、請
求項1〜のいずれか一項に記載のリソグラフィー用重合体の製造方法。
The method for producing a polymer for lithography according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a step of storing the polymerization reaction solution before the step of performing reprecipitation purification after the substitution step.
前記保存する工程の重合反応溶液の温度が30℃以下である、請求項に記載のリソグ
ラフィー用重合体の製造方法。
The method for producing a polymer for lithography according to claim 5 , wherein the temperature of the polymerization reaction solution in the storing step is 30 ° C or lower.
前記3.0vol%以上の酸素を含む気体が、3.0vol%以上22.0vol%以
下の酸素を含む、請求項1〜のいずれか一項記載のリソグラフィー用重合体の製造方
法。
The method for producing a lithographic polymer according to any one of claims 1 to 6 , wherein the gas containing 3.0 vol% or more oxygen contains 3.0 vol% or more and 22.0 vol% or less oxygen.
請求項1〜のいずれか一項記載の重合体の製造方法により得られるリソグラフィー
用重合体と、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を混合するレジスト組
成物の製造方法。
The process according to claim 1 and for lithography polymer obtained by the production method of the polymer according to any one of 7, the resist composition of mixing a compound which generates an acid upon irradiation with actinic rays or radiation.
請求項に記載のレジスト組成物の製造方法により得られるレジスト組成物を、基板の
被加工面上に塗布してレジスト膜を形成する工程と、該レジスト膜に対して、露光する工
程と、露光されたレジスト膜を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。
Applying the resist composition obtained by the method for producing a resist composition according to claim 8 on a work surface of a substrate to form a resist film, exposing the resist film, And a step of developing the exposed resist film using a developing solution.
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