JP6468139B2 - Monomer, polymer compound, resist material and pattern forming method - Google Patents

Monomer, polymer compound, resist material and pattern forming method Download PDF

Info

Publication number
JP6468139B2
JP6468139B2 JP2015179394A JP2015179394A JP6468139B2 JP 6468139 B2 JP6468139 B2 JP 6468139B2 JP 2015179394 A JP2015179394 A JP 2015179394A JP 2015179394 A JP2015179394 A JP 2015179394A JP 6468139 B2 JP6468139 B2 JP 6468139B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
carbon atoms
pattern
cyclic
branched
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015179394A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016117878A (en
Inventor
正義 提箸
正義 提箸
長谷川 幸士
幸士 長谷川
和弘 片山
和弘 片山
畠山 潤
畠山  潤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Chemical Co Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority to EP15200064.2A priority Critical patent/EP3035121B1/en
Priority to TW104142016A priority patent/TWI552993B/en
Priority to US14/972,612 priority patent/US9758609B2/en
Priority to KR1020150180776A priority patent/KR101972631B1/en
Priority to CN201510955723.1A priority patent/CN105717744B/en
Publication of JP2016117878A publication Critical patent/JP2016117878A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6468139B2 publication Critical patent/JP6468139B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、機能性材料、医薬・農薬等の原料として有用な単量体、該単量体に由来する繰り返し単位を含む高分子化合物、該高分子化合物を含むレジスト材料、及び該レジスト材料を用いたパターン形成方法に関する。   The present invention relates to a functional material, a monomer useful as a raw material for pharmaceuticals and agricultural chemicals, a polymer compound containing a repeating unit derived from the monomer, a resist material containing the polymer compound, and the resist material. The present invention relates to the pattern forming method used.

LSIの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が急速に進んでいる。特に、フラッシュメモリー市場の拡大と記憶容量の増大化が微細化を牽引している。最先端の微細化技術として、ArFリソグラフィーのパターンの両側の側壁に膜を形成して、1つのパターンから線幅が半分で2つのパターンを形成するダブルパターニング(SADP)による20nmノード台のデバイスの量産が行われている。次世代の10nmノードの微細加工技術としては、SADPを2回繰り返すSAQPが候補であるが、CVDによる側壁膜の形成とドライエッチングによる加工とを数多く繰り返すこのプロセスは非常に高価であると指摘されている。波長13.5nmの極端紫外線(EUV)リソグラフィーは、1回の露光で10nm台の寸法のパターン形成が可能であるが、レーザーパワーが未だ低く、生産性が低い問題がある。微細加工の行き詰まりにより、BiCSに代表される縦方向に積層させたフラッシュメモリー等の3次元デバイスの開発が進められているが、これもコスト高なプロセスとなる。   With the high integration and high speed of LSI, pattern rule miniaturization is progressing rapidly. In particular, the expansion of the flash memory market and the increase in storage capacity are leading to miniaturization. As a state-of-the-art miniaturization technology, a film is formed on the side walls on both sides of an ArF lithography pattern, and a double-patterning (SADP) device that forms two patterns with a half line width from one pattern is used for a 20 nm node stage device. Mass production is in progress. As a next-generation 10nm node microfabrication technology, SAQP that repeats SADP twice is a candidate, but it is pointed out that this process of repeating sidewall film formation by CVD and processing by dry etching is very expensive. ing. Extreme ultraviolet (EUV) lithography with a wavelength of 13.5 nm can form patterns with dimensions on the order of 10 nm with a single exposure, but has the problem of low laser power and low productivity. Development of three-dimensional devices such as flash memories stacked in the vertical direction typified by BiCS is being promoted due to the dead end of microfabrication, which is also an expensive process.

近年、有機溶剤現像が再び脚光を浴びている。解像性の高いポジ型レジスト材料を用いて、有機溶剤現像でネガティブパターンを形成するのである。有機溶剤によるネガティブトーン現像用のArFレジスト材料としては、従来型のポジ型ArFレジスト材料を用いることができ、特許文献1にこれを用いたパターン形成方法が示されている。   In recent years, organic solvent development has attracted attention again. A negative pattern is formed by organic solvent development using a positive resist material with high resolution. As an ArF resist material for negative tone development using an organic solvent, a conventional positive ArF resist material can be used, and Patent Document 1 discloses a pattern forming method using the same.

有機溶剤現像によってネガティブパターンを形成する方法では、ドライエッチング耐性を有する環状構造等の剛直な保護基が外れた膜がネガティブパターンとして残るために、ドライエッチング耐性が不足する。このため、有機溶剤現像によるネガティブパターン形成には大きな課題が残っている。   In the method of forming a negative pattern by organic solvent development, a film from which a rigid protective group such as an annular structure having dry etching resistance is removed remains as a negative pattern, so that dry etching resistance is insufficient. For this reason, the big subject remains in the negative pattern formation by organic solvent image development.

一方、アルカリ水溶液による現像でネガティブパターンを形成する方法も検討がなされてきた。前記方法に用いるレジスト材料としては、ベース樹脂の繰り返し単位中にγ−ヒドロキシカルボン酸を持ち、露光後の加熱によりラクトン環を形成する極性変化型のネガ型レジスト材料(特許文献2)、アルコール性ヒドロキシ基含有の(メタ)アクリレート単位とフルオロアルコール含有単位とを含む共重合体をベース樹脂として、架橋剤を用いたネガ型レジスト材料(特許文献3)、α−ヒドロキシアクリレート及びラクトン単位(特許文献4)、α−ヒドロキシアクリレート及び各種フルオロアルコール単位(特許文献5〜7)、モノ(メタ)アクリロイルオキシピナコール単位及びフルオロアルコール単位(特許文献8)をそれぞれ組み合わせた架橋剤架橋型のネガ型レジスト材料等が挙げられる。   On the other hand, a method for forming a negative pattern by development with an alkaline aqueous solution has been studied. As the resist material used in the above method, a negative-polarity-type resist material having a γ-hydroxycarboxylic acid in the repeating unit of the base resin and forming a lactone ring by heating after exposure (Patent Document 2), alcoholic A negative resist material (Patent Document 3), a α-hydroxyacrylate and a lactone unit (Patent Document 3) using a copolymer containing a hydroxy group-containing (meth) acrylate unit and a fluoroalcohol-containing unit as a base resin. 4) Crosslinker-crosslinking negative resist materials in which α-hydroxyacrylate and various fluoroalcohol units (Patent Documents 5 to 7), mono (meth) acryloyloxypinacol units and fluoroalcohol units (Patent Document 8) are combined. Etc.

これらのうち、特許文献1記載のものは、架橋反応ではない極性変換型のネガ型レジスト材料であるが、γ−ヒドロキシカルボン酸単位は現像後のパターンの膨潤を引き起こした。一方、特許文献2〜7記載のものは、いずれも架橋型のネガ型レジスト材料である。アルコール性ヒドロキシ基等と架橋剤によるネガパターン形成では、膨潤によるパターン間のブリッジやパターン倒れが発生しやすいという問題があったが、フルオロアルコール単位の導入により膨潤の低減効果が確認された。また、極性変化型のネガ型パターン形成の最近の例としては、極性変化基として、3級のヒドロキシ基、3級のエーテル結合、3級のエステル結合又はアセタール結合等の極性単位を持つベース樹脂が提案されている。この中でも、3級のヒドロキシ基を1つ持った極性単位を用いることで、現像後に膨潤しにくいという特徴が確認されているが、一方で未露光部と露光部の現像液に対する溶解速度差が十分ではないために、ラインアンドスペースパターンにおいてパターン底部が裾を引く、所謂テーパー形状となる等の問題があった(特許文献9〜10、非特許文献1)。   Among these, the one described in Patent Document 1 is a polarity conversion negative resist material that is not a crosslinking reaction, but the γ-hydroxycarboxylic acid unit caused swelling of the pattern after development. On the other hand, those described in Patent Documents 2 to 7 are cross-linked negative resist materials. In the negative pattern formation with an alcoholic hydroxy group or the like and a crosslinking agent, there is a problem that bridging between patterns or pattern collapse is likely to occur due to swelling, but the effect of reducing swelling was confirmed by introduction of fluoroalcohol units. In addition, as a recent example of forming a negative polarity pattern of a polarity change type, a base resin having a polar unit such as a tertiary hydroxy group, a tertiary ether bond, a tertiary ester bond or an acetal bond as a polarity changing group Has been proposed. Among these, by using a polar unit having one tertiary hydroxy group, it has been confirmed that it is difficult to swell after development, but on the other hand, there is a difference in dissolution rate between the unexposed part and the exposed part in the developer. Since it is not sufficient, there is a problem that the bottom of the pattern has a skirt in the line and space pattern, or a so-called tapered shape (Patent Documents 9 to 10, Non-Patent Document 1).

前述した一連のネガ型パターンの形成方法は、いずれも、100nm台のパターン形成において一定の成果が得られたが、100nm以細のパターン形成においてはパターン膨潤によるブリッジや倒れ、パターン底部の裾引き等が避けられず、性能が不十分である。近年鋭意検討がなされている有機溶剤現像によるネガティブパターン形成プロセスでは、現像液に用いる有機溶剤は、従来のアルカリ現像液と比べるとコスト高となる。エッチング耐性向上の観点からも、剛直な主鎖構造が膜中に残存し、従来のアルカリ現像が可能な高解像性のネガ型レジスト材料が望まれている。   All of the above-described negative pattern formation methods have achieved certain results in pattern formation on the order of 100 nm, but in pattern formation of 100 nm and smaller, bridges and collapses due to pattern swelling, and the bottom of the pattern bottoms. Etc. are inevitable, and the performance is insufficient. In a negative pattern forming process by organic solvent development that has been intensively studied in recent years, the cost of an organic solvent used for a developer is higher than that of a conventional alkaline developer. From the standpoint of improving etching resistance, a high-resolution negative resist material that has a rigid main chain structure remaining in the film and can be subjected to conventional alkali development is desired.

特許第4554665号公報Japanese Patent No. 4554665 特開2003−195502号公報JP 2003-195502 A 国際公開第2004/074936号International Publication No. 2004/074936 特開2005−3862号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-3862 特開2005−3863号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-3863 特開2006−145775号公報JP 2006-145775 A 特開2006−317803号公報JP 2006-317803 A 特開2006−215067号公報JP 2006-215067 A 米国特許第7300739号明細書US Pat. No. 7,300,929 米国特許第7563558号明細書US Pat. No. 7,563,558

Proc. SPIE vol. 5376, p71 (2004)Proc. SPIE vol. 5376, p71 (2004)

微細化要求の厳しい近年、検討がなされている有機溶剤現像によるネガティブパターン形成では、レジスト膜に残るネガティブパターンは露光前と比べ炭素密度が減少することになる。そのため、エッチング工程での耐性、エッチング後のパターン形状の維持が課題となる。   In recent years, where the demand for miniaturization is severe, in negative pattern formation by organic solvent development, which is being studied, the negative pattern remaining on the resist film has a lower carbon density than before exposure. Therefore, it is a problem to maintain the resistance in the etching process and the pattern shape after the etching.

本発明は、前記事情に鑑みなされたもので、酸の作用により極性が変化する置換基を有する重合性単量体、該単量体から得られる高分子化合物、該高分子化合物をベース樹脂として含有するレジスト材料、及び該レジスト材料を用いたパターン形成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 a polymerizable monomer having a substituent whose polarity is changed by the action of an acid, a polymer compound obtained from the monomer, and the polymer compound as a base resin It is an object of the present invention to provide a resist material to be contained and a pattern forming method using the resist material.

本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、後述する式(1)で表される単量体が容易に得られ、該単量体から得られる高分子化合物をレジスト材料のベース樹脂として用いることにより、高解像で、エッチング耐性にも優れたアルカリ現像液に不溶なネガティブパターン形成が可能となることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors can easily obtain a monomer represented by the formula (1) described later, and resist a polymer compound obtained from the monomer as a resist. It has been found that by using it as a base resin of a material, it is possible to form a negative pattern insoluble in an alkaline developer having high resolution and excellent etching resistance, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、下記単量体、高分子化合物、レジスト材料及びパターン形成方法を提供する。
[1]下記式(1)で表されることを特徴とする単量体。

Figure 0006468139
式中、R1は、水素原子又はメチル基を表す。R2及びR3は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を表し、R2とR3とは、互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂環基を形成してもよい。X1は、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の2価炭化水素基を表し、該2価炭化水素基を構成する−CH2−が、−O−又は−C(=O)−で置換されていてもよい。k 1は、0又は1を表す。k2は、2〜4の整数を表す。 1 は、下記式で表される基を表す。
Figure 0006468139
(式中、破線は結合手を示す。)]
[2]Z1が、炭素数3〜20の環状の脂肪族炭化水素基である[1]の単量体。
[3]下記式(3)で表される繰り返し単位を含むことを特徴とする高分子化合物。
Figure 0006468139
式中、R1は、水素原子又はメチル基を表す。R2及びR3は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を表し、R2とR3とは、互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂環基を形成してもよい。X1は、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の2価炭化水素基を表し、該2価炭化水素基を構成する−CH2−が、−O−又は−C(=O)−で置換されていてもよい。k 1は、0又は1を表す。k2は、2〜4の整数を表す。 1 は、下記式で表される基を表す。
Figure 0006468139
(式中、破線は結合手を示す。)]
[4]更に、下記式(A)〜(D)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種を含む[3]の高分子化合物。
Figure 0006468139
(式中、R1は前記と同じ。ZAは、炭素数1〜20のフルオロアルコール含有置換基を表す。ZBは、炭素数1〜20のフェノール性ヒドロキシ基含有置換基を表す。ZCは、炭素数1〜20のカルボキシル基含有置換基を表す。ZDは、ラクトン骨格、スルトン骨格、カーボネート骨格、環状エーテル骨格、酸無水物骨格、アルコール性ヒドロキシ基、アルコキシカルボニル基、スルホンアミド基又はカルバモイル基を含有する置換基を表す。X2は、単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化されたフェニレン基、ナフチレン基、−O−R01−、又は−C(=O)−Z2−R01−を表し、Z2は、酸素原子又はNHを表し、R01は、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキレン基、炭素数2〜6の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルケニレン基、フェニレン基、又はナフチレン基を表し、カルボニル基、エステル基、エーテル基又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。)
[5][3]又は[4]の高分子化合物を含むベース樹脂、酸発生剤及び有機溶剤を含有するレジスト材料。
[6]架橋剤を含まない[5]のレジスト材料。
][5]又は[6]のレジスト材料を基板上に塗布してレジスト膜を形成し、加熱処理後に高エネルギー線で前記レジスト膜を露光し、加熱処理後に現像液を用いてパターンを得ることを特徴とするパターン形成方法。
]アルカリ現像液を用いて未露光部を溶解させ、露光部が溶解しないネガ型パターンを得る[]のパターン形成方法。 That is, the present invention provides the following monomer, polymer compound, resist material, and pattern formation method.
[1] A monomer represented by the following formula (1).
Figure 0006468139
[ Wherein, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group. R 2 and R 3 each independently represent a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and R 2 and R 3 are bonded to each other. You may form an alicyclic group with a carbon atom. X 1 represents a linear, branched or cyclic divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and —CH 2 — constituting the divalent hydrocarbon group is —O— or —C (= Optionally substituted with O)- . k 1 represents 0 or 1. k 2 represents an integer of 2 to 4. Z 1 represents a group represented by the following formula.
Figure 0006468139
(In the formula, a broken line indicates a bond.)]
[2] The monomer according to [1], wherein Z 1 is a cyclic aliphatic hydrocarbon group having 3 to 20 carbon atoms.
[3] A polymer compound comprising a repeating unit represented by the following formula (3).
Figure 0006468139
[ Wherein, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group. R 2 and R 3 each independently represent a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and R 2 and R 3 are bonded to each other. You may form an alicyclic group with a carbon atom. X 1 represents a linear, branched or cyclic divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and —CH 2 — constituting the divalent hydrocarbon group is —O— or —C (= Optionally substituted with O)- . k 1 represents 0 or 1. k 2 represents an integer of 2 to 4. Z 1 represents a group represented by the following formula.
Figure 0006468139
(In the formula, a broken line indicates a bond.)]
[4] The polymer compound according to [3], further comprising at least one selected from repeating units represented by the following formulas (A) to (D).
Figure 0006468139
(In the formula, R 1 is the same as described above. Z A represents a fluoroalcohol-containing substituent having 1 to 20 carbon atoms. Z B represents a phenolic hydroxy group-containing substituent having 1 to 20 carbon atoms. Z C represents a carboxyl group-containing substituent having 1 to 20 carbon atoms Z D is a lactone skeleton, a sultone skeleton, a carbonate skeleton, a cyclic ether skeleton, an acid anhydride skeleton, an alcoholic hydroxy group, an alkoxycarbonyl group, a sulfonamide X 2 represents a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, a naphthylene group, —O—R 01 —, or —C (= O) —Z 2 —R 01 —, Z 2 represents an oxygen atom or NH, R 01 represents a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, or 2 to 6 carbon atoms. Linear, branched Or cyclic alkenylene group, a phenylene group, or a naphthylene group, a carbonyl group, an ester group, which may contain an ether or hydroxyl group.)
[5] A resist material containing a base resin containing the polymer compound of [3] or [4], an acid generator and an organic solvent.
[6] The resist material according to [5], which does not contain a crosslinking agent.
[ 7 ] The resist material of [5] or [6] is applied onto a substrate to form a resist film, the resist film is exposed with high energy rays after heat treatment, and a pattern is formed using a developer after the heat treatment. A pattern forming method characterized in that it is obtained.
[ 8 ] The pattern forming method according to [ 7 ], wherein an unexposed portion is dissolved using an alkali developer to obtain a negative pattern in which the exposed portion is not dissolved.

本発明の単量体は、波長500nm以下、特に波長300nm以下の放射線、例えばKrFレーザー光、ArFレーザー光、F2レーザー光に対して優れた透明性を有し、かつ現像特性に優れた感放射線レジスト材料のベース樹脂を製造するためのポリマーの原料単量体として非常に有用である。本発明の単量体に由来する繰り返し単位を含む高分子化合物をレジスト材料のベース樹脂として用いると、高解像で、エッチング耐性にも優れたアルカリ現像液に不溶なネガティブパターン形成が可能である。 The monomer of the present invention has excellent transparency to radiation having a wavelength of 500 nm or less, particularly 300 nm or less, such as KrF laser light, ArF laser light, and F 2 laser light, and has excellent development characteristics. It is very useful as a polymer raw material monomer for producing a base resin of a radiation resist material. When a polymer compound containing a repeating unit derived from the monomer of the present invention is used as a base resin for a resist material, a negative pattern insoluble in an alkaline developer having high resolution and excellent etching resistance can be formed. .

以下、本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明中、化学式で表される構造によっては不斉炭素が存在し、エナンチオ異性体(enantiomer)やジアステレオ異性体(diastereomer)が存在し得るものがあるが、その場合は一つの式でそれらの異性体を代表して表す。それらの異性体は、単独で用いてもよく、混合物として用いてもよい。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the following description, there is an asymmetric carbon depending on the structure represented by the chemical formula, and there may be an enantiomer or a diastereomer. These isomers are represented by the formula. These isomers may be used alone or as a mixture.

[単量体]
本発明の単量体は、下記式(1)で表されるものである。

Figure 0006468139
[Monomer]
The monomer of the present invention is represented by the following formula (1).
Figure 0006468139

式中、R1は、水素原子又はメチル基を表す。R2及びR3は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を表し、R2とR3とは、互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂環基を形成してもよい。X1は、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の2価炭化水素基を表し、該2価炭化水素基を構成する−CH2−が、−O−又は−C(=O)−で置換されていてもよい。Z1は、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基を構成する−CH2−が、−O−又は−C(=O)−で置換されていてもよい。k1は、0又は1を表す。k2は、2〜4の整数を表す。 In the formula, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group. R 2 and R 3 each independently represent a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and R 2 and R 3 are bonded to each other. You may form an alicyclic group with a carbon atom. X 1 represents a linear, branched or cyclic divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and —CH 2 — constituting the divalent hydrocarbon group is —O— or —C (= Optionally substituted with O)-. Z 1 represents a linear, branched or cyclic aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and —CH 2 — constituting the aliphatic hydrocarbon group is —O— or —C (= Optionally substituted with O)-. k 1 represents 0 or 1. k 2 represents an integer of 2 to 4.

前記炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、2−エチルヘキシル基、n−オクチル基、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、アダマンチル基等のアルキル基が挙げられる。   Examples of the linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, s-butyl group, and t-butyl group. And alkyl groups such as cyclopentyl group, cyclohexyl group, 2-ethylhexyl group, n-octyl group, norbornyl group, tricyclodecanyl group and adamantyl group.

前記炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の2価炭化水素基としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

Figure 0006468139
(式中、破線は結合手を示す。) Examples of the linear, branched or cyclic divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms include, but are not limited to, those shown below.
Figure 0006468139
(In the formula, a broken line indicates a bond.)

前記炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の脂肪族炭化水素基としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

Figure 0006468139
(式中、破線は結合手を示す。) Examples of the linear, branched or cyclic aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms include, but are not limited to, those shown below.
Figure 0006468139
(In the formula, a broken line indicates a bond.)

これらのうち、Z1としては、炭素数3〜20の環状の脂肪族炭化水素基が好ましく、特に、シクロヘキサン環骨格を有するもの(ノルボルナン環等の有橋環を含む)が好ましい。この場合、本発明の単量体としては、例えば下記式(2)で表されるものが挙げられるが、これに限定されない。

Figure 0006468139
(式中、R1〜R3、X1、k1及びk2は前記と同じ。R5及びR6は、水素原子を表すか、R5及びR6が互いに結合して、置換基を有していてもよいメチレン基若しくはエチレン基、又は−O−を形成してもよい。) Among these, Z 1, preferably a cyclic aliphatic hydrocarbon group having 3 to 20 carbon atoms, particularly those having a cyclohexane ring skeleton (including bridged ring norbornane ring) is preferred. In this case, examples of the monomer of the present invention include, but are not limited to, those represented by the following formula (2).
Figure 0006468139
(In the formula, R 1 to R 3 , X 1 , k 1 and k 2 are the same as above. R 5 and R 6 represent a hydrogen atom, or R 5 and R 6 are bonded to each other to form a substituent. Methylene group or ethylene group which may have, or -O- may be formed.)

式(1)で表される単量体に由来する繰り返し単位の具体例としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

Figure 0006468139
Specific examples of the repeating unit derived from the monomer represented by the formula (1) include, but are not limited to, those shown below.
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

式(1)で表される単量体は、例えば、下記スキームAに示す反応により得ることができるが、これに限定されない。

Figure 0006468139
(式中、R1〜R3、X1、Z1、k1及びk2は前記と同じ。R4は、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を表す。X3は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はアシルオキシ基を表す。Mは、Li、Na、K、MgX、又はZnXを表し、Xは、ハロゲン原子を表す。) The monomer represented by the formula (1) can be obtained by, for example, the reaction shown in the following scheme A, but is not limited thereto.
Figure 0006468139
(Wherein R 1 to R 3 , X 1 , Z 1 , k 1 and k 2 are the same as above. R 4 is a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms. X 3 represents a halogen atom, a hydroxy group, or an acyloxy group, M represents Li, Na, K, MgX, or ZnX, and X represents a halogen atom.)

第一段階は、ヒドロキシエステル化合物(4)と有機金属試薬(5)との付加反応により、ポリオール化合物(6)を得る工程である。   The first step is a step of obtaining the polyol compound (6) by an addition reaction between the hydroxy ester compound (4) and the organometallic reagent (5).

反応は、常法に従って行うことができる。例えば、ヒドロキシエステル化合物(4)をテトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等のエーテル系溶剤に溶解し、メチルマグネシウムクロリド、エチルマグネシウムクロリド等のGrignard試薬、メチルリチウム等のアルキルリチウム試薬等の置換基R2及びR3に対応する有機金属試薬(5)を加えることで、3級アルコールを持つポリオール化合物(6)を得ることができる。有機金属試薬(5)の使用量は、ヒドロキシエステル化合物(4)のエステル基1モルに対し3.0〜10.0モルが好ましく、3.0〜5.0モルがより好ましい。有機金属試薬(5)の使用量が3.0モル未満であると、ヒドロキシエステル化合物(4)のもつヒドロキシ基に有機金属試薬(5)の1モル分が消費されるため、エステル基に対する付加反応が完結しない場合があり、一方、10.0モルを超えると、原料費の増加によりコスト面で不利となる場合がある。反応は、必要に応じ冷却あるいは加熱する等して行うことができるが、通常0℃〜溶剤の沸点程度の範囲で行う。反応時間はガスクロマトグラフィー(GC)やシリカゲル薄層クロマトグラフィー(TLC)で反応を追跡して反応を完結させることが収率の点で望ましいが、通常0.5〜24時間程度である。反応混合物から通常の水系処理(aqueous work-up)によりポリオール化合物(6)を得ることができ、必要があれば蒸留、クロマトグラフィー、再結晶等の常法に従って精製することができる。 The reaction can be carried out according to a conventional method. For example, the hydroxy ester compound (4) is dissolved in an ether solvent such as tetrahydrofuran or diethyl ether, and substituents R 2 and R 3 such as Grignard reagents such as methyl magnesium chloride and ethyl magnesium chloride, alkyl lithium reagents such as methyl lithium, etc. A polyol compound (6) having a tertiary alcohol can be obtained by adding an organometallic reagent (5) corresponding to. The amount of the organometallic reagent (5) used is preferably 3.0 to 10.0 moles and more preferably 3.0 to 5.0 moles with respect to 1 mole of the ester group of the hydroxy ester compound (4). When the amount of the organometallic reagent (5) used is less than 3.0 mol, 1 mol of the organometallic reagent (5) is consumed for the hydroxy group of the hydroxy ester compound (4). In some cases, the reaction may not be completed. On the other hand, if the amount exceeds 10.0 mol, the cost may be disadvantageous due to an increase in raw material costs. The reaction can be carried out by cooling or heating, if necessary, but is usually carried out in the range of 0 ° C. to the boiling point of the solvent. The reaction time is preferably about 0.5 to 24 hours, although it is desirable in terms of yield to follow the reaction by gas chromatography (GC) or silica gel thin layer chromatography (TLC) to complete the reaction. The polyol compound (6) can be obtained from the reaction mixture by ordinary aqueous work-up, and can be purified according to conventional methods such as distillation, chromatography, recrystallization and the like if necessary.

第二段階は、ポリオール化合物(6)にエステル化剤(7)を反応させ、単量体(1)を得る工程である。   The second step is a step of obtaining the monomer (1) by reacting the esterifying agent (7) with the polyol compound (6).

反応は、定法に従い行うことができる。エステル化剤(7)としては、酸クロリド(式(7)においてX3が塩素原子の場合)、カルボン酸(式(7)においてX3がヒドロキシ基の場合)、又は酸無水物(式(7)においてX3がアシルオキシ基の場合)が特に好ましい。酸クロリドを用いる場合は、無溶剤あるいは塩化メチレン、アセトニトリル、トルエン、ヘキサン等の溶剤中、ポリオール化合物(6)と、メタクリロイルクロリド等の対応する酸クロリドと、トリエチルアミン、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジン等の塩基とを順次又は同時に加え、必要に応じ冷却あるいは加熱する等して行うのがよい。また、カルボン酸を用いる場合は、トルエン、ヘキサン等の溶剤中、ポリオール化合物(6)とメタクリル酸等の対応するカルボン酸とを酸触媒の存在下加熱し、必要に応じて生じる水を系外に除く等して行うのがよい。前記酸触媒としては、塩酸、硫酸、硝酸、過塩素酸等の無機酸、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸等の有機酸が挙げられる。酸無水物を用いる場合は、無溶剤あるいは塩化メチレン、アセトニトリル、トルエン、ヘキサン等の溶剤中、ポリオール化合物(6)と、メタクリル酸無水物等の対応する酸無水物と、トリエチルアミン、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジン等の塩基とを順次又は同時に加え、必要に応じ冷却あるいは加熱する等して行うのがよい。反応時間はガスクロマトグラフィー(GC)やシリカゲル薄層クロマトグラフィー(TLC)で反応を追跡して反応を完結させることが収率の点で望ましいが、通常0.5〜24時間程度である。反応混合物から通常の水系処理(aqueous work-up)により単量体(1)を得ることができ、必要があれば、蒸留、クロマトグラフィー、再結晶等の常法に従って精製することができる。 The reaction can be carried out according to a conventional method. Examples of the esterifying agent (7) include acid chloride (when X 3 is a chlorine atom in formula (7)), carboxylic acid (when X 3 is a hydroxy group in formula (7)), or acid anhydride (formula ( 7) is particularly preferred when X 3 is an acyloxy group. When acid chloride is used, in the absence of solvent or in a solvent such as methylene chloride, acetonitrile, toluene, hexane, etc., polyol compound (6), the corresponding acid chloride such as methacryloyl chloride, triethylamine, pyridine, 4-dimethylaminopyridine, etc. These bases may be added sequentially or simultaneously and cooled or heated as necessary. In the case of using carboxylic acid, the polyol compound (6) and the corresponding carboxylic acid such as methacrylic acid are heated in the presence of an acid catalyst in a solvent such as toluene or hexane, and water generated as necessary is removed from the system. It is better to remove it. Examples of the acid catalyst include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and perchloric acid, and organic acids such as p-toluenesulfonic acid and benzenesulfonic acid. When an acid anhydride is used, a polyol compound (6), a corresponding acid anhydride such as methacrylic acid anhydride, triethylamine, pyridine, 4- A base such as dimethylaminopyridine may be added sequentially or simultaneously, and cooled or heated as necessary. The reaction time is preferably about 0.5 to 24 hours, although it is desirable in terms of yield to follow the reaction by gas chromatography (GC) or silica gel thin layer chromatography (TLC) to complete the reaction. The monomer (1) can be obtained from the reaction mixture by ordinary aqueous work-up, and if necessary, it can be purified according to conventional methods such as distillation, chromatography, recrystallization and the like.

式(2)で表される単量体を製造する方法の具体例として、R2及びR3が共にメチル基であってk2が2の場合の単量体(2−1)を得る方法を下記スキームBに示す。

Figure 0006468139
(式中、R1、R5、R6、X1、X3及びk1は前記と同じ。R7は、水素原子又はアシル基を表す。) As a specific example of the method for producing the monomer represented by the formula (2), a method for obtaining the monomer (2-1) in the case where R 2 and R 3 are both methyl groups and k 2 is 2. Is shown in Scheme B below.
Figure 0006468139
(In the formula, R 1 , R 5 , R 6 , X 1 , X 3 and k 1 are the same as described above. R 7 represents a hydrogen atom or an acyl group.)

第一段階は、ラクトン化合物(8)に対してGrignard試薬を反応させ、トリオール化合物(9)を得る工程である。ラクトン化合物(8)をテトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等のエーテル系溶剤に溶解し、メチルマグネシウムクロリドを加えることで3級アルコールを持つトリオール化合物(9)を得ることができる。メチルマグネシウムクロリドの使用量は、ラクトン化合物(8)に対し3.0〜10.0モルが好ましく、3.0〜5.0モルがより好ましい。メチルマグネシウムクロリドの使用量が3.0モル未満であると、ラクトン化合物(8)のもつ置換基−OR7にメチルマグネシウムクロリドが1〜2モル分消費されるため、ラクトンに対する付加反応が完結しない場合があり、10.0モルを超えると、原料費の増加によりコスト面で不利となる場合がある。反応は、必要に応じ冷却あるいは加熱する等して行うことができるが、通常0℃〜溶剤の沸点程度の範囲で行う。反応時間はガスクロマトグラフィー(GC)やシリカゲル薄層クロマトグラフィー(TLC)で反応を追跡して反応を完結させることが収率の点で望ましいが、通常0.5〜24時間程度である。反応混合物から通常の水系処理(aqueous work-up)によりトリオール化合物(9)を得ることができ、必要があれば、蒸留、クロマトグラフィー、再結晶等の常法に従って精製することができる。 The first step is a step of obtaining a triol compound (9) by reacting a Grignard reagent with the lactone compound (8). The triol compound (9) having a tertiary alcohol can be obtained by dissolving the lactone compound (8) in an ether solvent such as tetrahydrofuran or diethyl ether and adding methylmagnesium chloride. The amount of methylmagnesium chloride used is preferably 3.0 to 10.0 moles, more preferably 3.0 to 5.0 moles relative to the lactone compound (8). If the amount of methylmagnesium chloride used is less than 3.0 mol, 1 to 2 mol of methylmagnesium chloride is consumed in the substituent —OR 7 of the lactone compound (8), and the addition reaction to the lactone is not completed. In some cases, if it exceeds 10.0 moles, it may be disadvantageous in terms of cost due to an increase in raw material costs. The reaction can be carried out by cooling or heating, if necessary, but is usually carried out in the range of 0 ° C. to the boiling point of the solvent. The reaction time is preferably about 0.5 to 24 hours, although it is desirable in terms of yield to follow the reaction by gas chromatography (GC) or silica gel thin layer chromatography (TLC) to complete the reaction. The triol compound (9) can be obtained from the reaction mixture by ordinary aqueous work-up, and if necessary, can be purified according to conventional methods such as distillation, chromatography, recrystallization and the like.

第二段階は、トリオール化合物(9)に対しエステル化剤(7)を反応させ、単量体(2−1)を得る工程である。反応の条件は、前記ポリオール化合物(6)とエステル化剤(7)との反応と同様である。   The second step is a step of obtaining the monomer (2-1) by reacting the esterifying agent (7) with the triol compound (9). The reaction conditions are the same as the reaction of the polyol compound (6) and the esterifying agent (7).

[高分子化合物]
本発明の高分子化合物は、下記式(3)で表される繰り返し単位を含むものであって、該繰り返し単位は式(1)で表される単量体に由来するものである。

Figure 0006468139
(式中、R1、R2、R3、X1、Z1、k1及びk2は前記と同じ。) [Polymer compound]
The polymer compound of the present invention contains a repeating unit represented by the following formula (3), and the repeating unit is derived from a monomer represented by the formula (1).
Figure 0006468139
(In the formula, R 1 , R 2 , R 3 , X 1 , Z 1 , k 1 and k 2 are the same as above.)

本発明の高分子化合物は、酸不安定基である3級のアルコール性ヒドロキシ基を複数持つ(メタ)アクリレート重合体である。下記スキームにR2及びR3がメチル基かつk2が2である高分子化合物(3a)の場合を例として示すが、本発明の高分子化合物をレジスト材料のベース樹脂成分として用いると、露光部で発生した強酸の作用により水分子が脱離(以下、脱水という。)し、繰り返し単位の構造が変化する。Z1の構造により異なるが、脱水による複数のオレフィンの生成(ルートA)や、脱水に伴い分子内で環化が起こり、オキセタン環やテトラヒドロフラン環等の環を形成する反応(ルートB)が進行するものと考えられる。露光前は複数の高極性、親水性基の存在によりアルカリ現像液への親和性、溶解性が高いが、露光後の露光部ではヒドロキシ基が複数失われるため、アルカリ現像液への溶解性が著しく低下し、現像液に不溶となる。それに加えて、極性変化後に失われるのは水分子のみであり、炭素密度の変化が極めて小さいことが特徴である。特に、環状の炭化水素基を骨格にもつ場合には、剛直な脂環骨格を維持しつつ極性の変化のみが起こる。すなわち、本発明の高分子化合物は、アルカリ現像液に対する溶解コントラストが極めて高いため、架橋剤による不溶化を必ずしも必要としないベース樹脂成分となり得る。また、極性変化後にも高い炭素密度、樹脂膜厚が維持できるため、従来の極性変化型のネガ型レジスト材料、あるいは架橋反応を必須としたネガ型レジスト材料で問題となっている膨潤によるパターン間のブリッジやパターン倒れが発生しにくく、エッチング耐性にも優れるため、より微細なパターンの解像が可能となる。 The polymer compound of the present invention is a (meth) acrylate polymer having a plurality of tertiary alcoholic hydroxy groups which are acid labile groups. The following scheme shows, as an example, the case of the polymer compound (3a) in which R 2 and R 3 are methyl groups and k 2 is 2. When the polymer compound of the present invention is used as a base resin component of a resist material, exposure is performed. Water molecules are desorbed (hereinafter referred to as dehydration) by the action of the strong acid generated in the part, and the structure of the repeating unit changes. Depending on the structure of Z 1, the formation of multiple olefins by dehydration (Route A) and the reaction (Route B) that forms a ring such as an oxetane ring or a tetrahydrofuran ring occurs in the molecule as a result of dehydration. It is thought to do. Before exposure, due to the presence of multiple high polar and hydrophilic groups, the affinity and solubility in alkali developer are high.However, the exposed area after exposure loses several hydroxy groups, so it is soluble in alkali developer. It drops significantly and becomes insoluble in the developer. In addition, only water molecules are lost after the polarity change, and the change in carbon density is extremely small. In particular, when a cyclic hydrocarbon group is included in the skeleton, only a change in polarity occurs while maintaining a rigid alicyclic skeleton. That is, the polymer compound of the present invention has a very high dissolution contrast with respect to an alkaline developer, and thus can be a base resin component that does not necessarily require insolubilization with a crosslinking agent. In addition, since high carbon density and resin film thickness can be maintained even after polarity change, there is a problem between the patterns due to swelling, which is a problem with conventional negative-change resist materials with polarity change or negative resist materials that require a cross-linking reaction. Therefore, it is possible to resolve a finer pattern.

Figure 0006468139
(式中、R1、X1、Z1及びk1は前記と同じ。)
Figure 0006468139
(In the formula, R 1 , X 1 , Z 1 and k 1 are the same as above.)

本発明の高分子化合物は、前述のとおり、脱水反応を起こす前は高極性で、脱水後に低極性となるため、アルカリ水溶液に対する溶解コントラストが高い。式(3)において、3級アルコール部分の置換基R2やR3の炭素数が少ない方が、より高極性かつ親水性となり、単量体(1)の製造時に導入が容易である点から、R2及びR3は、それぞれ独立に、メチル基又はエチル基であることが好ましい。また、脱水反応前後の炭素密度、剛直性の維持という点から、Z1が、炭素数3〜20の環状炭化水素基であることが好ましい。中でも、Z1が炭素数3〜10の脂環基であり、かつk2が2のものは、単量体(1)を製造する際に、原材料の入手が容易である点から好ましい。k2が4を超えると、脱水前後の極性変化の差はより大きなものとなり得るが、単量体(1)の重合溶剤への溶解性が著しく低下すること、原材料の入手が困難となること、及び本発明の高分子化合物自身のレジスト材料としての溶剤溶解性も低下することから好ましくない。 As described above, the polymer compound of the present invention has a high polarity before the dehydration reaction and a low polarity after the dehydration, and thus has a high dissolution contrast in an alkaline aqueous solution. In the formula (3), the smaller the number of carbon atoms of the substituents R 2 and R 3 in the tertiary alcohol portion, the higher the polarity and the hydrophilicity, and the easier the introduction during the production of the monomer (1). , R 2 and R 3 are preferably each independently a methyl group or an ethyl group. In view of maintaining the carbon density and rigidity before and after the dehydration reaction, Z 1 is preferably a cyclic hydrocarbon group having 3 to 20 carbon atoms. Among these, Z 1 is an alicyclic group having 3 to 10 carbon atoms, and k 2 is preferable from the viewpoint of easy availability of raw materials when producing the monomer (1). When k 2 exceeds 4, the difference in polarity change before and after dehydration can be larger, but the solubility of the monomer (1) in the polymerization solvent is remarkably lowered, and it is difficult to obtain raw materials. And the solvent solubility of the polymer compound itself of the present invention as a resist material is also unfavorable.

本発明の高分子化合物は、式(1)で表される単量体に由来する繰り返し単位に加えて、溶解性制御の目的で、更に下記式(A)〜(D)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種を含んでもよい。

Figure 0006468139
In addition to the repeating unit derived from the monomer represented by the formula (1), the polymer compound of the present invention is further represented by the following formulas (A) to (D) for the purpose of controlling solubility. It may contain at least one selected from units.
Figure 0006468139

式中、R1は前記と同じ。ZAは、炭素数1〜20のフルオロアルコール含有置換基を表す。ZBは、炭素数1〜20のフェノール性ヒドロキシ基含有置換基を表す。ZCは、炭素数1〜20のカルボキシル基含有置換基を表す。ZDは、ラクトン骨格、スルトン骨格、カーボネート骨格、環状エーテル骨格、酸無水物骨格、アルコール性ヒドロキシ基、アルコキシカルボニル基、スルホンアミド基又はカルバモイル基を含有する置換基を表す。X2は、単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化されたフェニレン基、ナフチレン基、−O−R01−、又は−C(=O)−Z2−R01−を表し、Z2は、酸素原子又はNHを表し、R01は、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキレン基、炭素数2〜6の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルケニレン基、フェニレン基、又はナフチレン基を表し、カルボニル基、エステル基、エーテル基又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。 In the formula, R 1 is the same as described above. Z A represents a fluoroalcohol-containing substituent having 1 to 20 carbon atoms. Z B represents a phenolic hydroxy group-containing substituent having 1 to 20 carbon atoms. Z C represents a carboxyl group-containing substituent having 1 to 20 carbon atoms. Z D represents a substituent containing a lactone skeleton, a sultone skeleton, a carbonate skeleton, a cyclic ether skeleton, an acid anhydride skeleton, an alcoholic hydroxy group, an alkoxycarbonyl group, a sulfonamide group, or a carbamoyl group. X 2 represents a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, a naphthylene group, —O—R 01 —, or —C (═O) —Z 2 —R 01 —, Z 2 represents an oxygen atom or NH, and R 01 represents a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkenylene group having 2 to 6 carbon atoms. Represents a phenylene group or a naphthylene group, and may contain a carbonyl group, an ester group, an ether group or a hydroxy group.

式(A)で表される繰り返し単位は、アルカリ水溶液との親和性が高いフルオロアルコール含有置換基を有する。これらフルオロアルコール含有単位の好適な例として、特開2007−297590号公報、特開2008−111103号公報、特開2008−122932号公報及び特開2012−128067号公報に記載されている、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール残基、2−ヒドロキシ−2−トリフルオロメチルオキソラン構造等を有する繰り返し単位が挙げられる。これらは3級のアルコール性ヒドロキシ基、又はヘミアセタール構造をもつが、フッ素置換されているため、酸に対する反応性はない。   The repeating unit represented by the formula (A) has a fluoroalcohol-containing substituent having high affinity with an alkaline aqueous solution. As preferable examples of these fluoroalcohol-containing units, those described in JP2007-297590A, JP2008-111103A, JP2008-122932A and JP2012-128067A, Examples thereof include a repeating unit having a 1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol residue, a 2-hydroxy-2-trifluoromethyloxolane structure, and the like. These have a tertiary alcoholic hydroxy group or a hemiacetal structure, but have no reactivity to acids because they are substituted with fluorine.

式(A)〜(C)で表される繰り返し単位は、いずれも酸性度の高いヒドロキシ基プロトンを持つ構造単位のため、導入率を高める程、本発明の高分子化合物のアルカリ溶解性を高めることができる。一方で、これらの単位の過度の導入は、式(1)で表される繰り返し単位と酸とによって起こる脱水反応がもたらす極性変化、アルカリへの不溶化効果を損なうことになる。したがって、前記式(A)〜(C)で表される繰り返し単位は、未露光部のアルカリ溶解性を補い、露光部のアルカリ不溶化効果を損なわない範囲で導入することが好ましい。   Since the repeating units represented by the formulas (A) to (C) are all structural units having a hydroxy group proton with high acidity, the alkali solubility of the polymer compound of the present invention increases as the introduction rate increases. be able to. On the other hand, excessive introduction of these units impairs the polarity change caused by the dehydration reaction caused by the repeating unit represented by the formula (1) and the acid, and the effect of insolubilization in alkali. Therefore, it is preferable to introduce the repeating units represented by the formulas (A) to (C) within a range that compensates for the alkali solubility in the unexposed area and does not impair the alkali insolubilizing effect in the exposed area.

式(A)で表される繰り返し単位としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

Figure 0006468139
Examples of the repeating unit represented by the formula (A) include, but are not limited to, those shown below.
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

式(B)で表される繰り返し単位としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

Figure 0006468139
Examples of the repeating unit represented by the formula (B) include, but are not limited to, those shown below.
Figure 0006468139

式(C)で表される繰り返し単位としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

Figure 0006468139
Examples of the repeating unit represented by the formula (C) include, but are not limited to, those shown below.
Figure 0006468139

また、フルオロアルコールをアシル基や酸不安定基で保護しておき、アルカリ現像液による加水分解や、露光後の酸による脱保護によって前記式(A)に対応するフルオロアルコール含有単位を発生させることもできる。この場合、好適な繰り返し単位としては、特開2012−128067号公報の段落[0036]〜[0040]に記載されたものや、段落[0041]中の式(2a)、(2b)及び(2f)で表されるもの等が挙げられる。   In addition, the fluoroalcohol is protected with an acyl group or an acid labile group, and the fluoroalcohol-containing unit corresponding to the formula (A) is generated by hydrolysis with an alkali developer or deprotection with an acid after exposure. You can also. In this case, suitable repeating units include those described in paragraphs [0036] to [0040] of JP2012-128067A, and formulas (2a), (2b) and (2f) in paragraph [0041]. ) And the like.

式(D)で表される繰り返し単位としては、下記のものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、Meはメチル基を表す。

Figure 0006468139
Examples of the repeating unit represented by the formula (D) include, but are not limited to, the following. In the following formulae, Me represents a methyl group.
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

更に、本発明の高分子化合物は、下記式(f1)〜(f3)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種を含んでもよい。

Figure 0006468139
Furthermore, the polymer compound of the present invention may contain at least one selected from repeating units represented by the following formulas (f1) to (f3).
Figure 0006468139

式中、R11は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。R12は、単結合、フェニレン基、−O−R21−又は−C(=O)−Z22−R21−を表し、Z22は、酸素原子又はNHを表し、R21は、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、炭素数2〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルケニレン基、又はフェニレン基を表し、カルボニル基(−CO−)、エステル基(−COO−)、エーテル基(−O−)又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。Lは、単結合、又は−Z33−C(=O)−O−を表し、Z33は、炭素数1〜20のヘテロ原子で置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状の2価炭化水素基を表す。Z11は、単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化されたフェニレン基、−O−R22−、又は−C(=O)−Z44−R22−を表し、Z44は、酸素原子又はNHを表し、R22は、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、炭素数2〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルケニレン基、又はフェニレン基を表し、カルボニル基、エステル基、エーテル基又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。M-は、非求核性対向イオンを表す。 In the formula, each R 11 independently represents a hydrogen atom or a methyl group. R 12 represents a single bond, a phenylene group, —O—R 21 — or —C (═O) —Z 22 —R 21 —, Z 22 represents an oxygen atom or NH, and R 21 represents the number of carbon atoms. 1 to 6 linear, branched or cyclic alkylene group, C2 to C6 linear, branched or cyclic alkenylene group, or phenylene group, carbonyl group (—CO—), ester group It may contain (—COO—), an ether group (—O—) or a hydroxy group. L represents a single bond or —Z 33 —C (═O) —O—, wherein Z 33 is a linear, branched or cyclic group which may be substituted with a heteroatom having 1 to 20 carbon atoms. Represents a divalent hydrocarbon group. Z 11 represents a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, -O-R 22 -, or -C (= O) -Z 44 -R 22 - represents, Z 44 is Represents an oxygen atom or NH, and R 22 represents a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkenylene group having 2 to 6 carbon atoms, or phenylene. Represents a group and may contain a carbonyl group, an ester group, an ether group or a hydroxy group. M represents a non-nucleophilic counter ion.

13〜R20は、それぞれ独立に、ヘテロ原子で置換されていてもよく、ヘテロ原子が介在していてもよい炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を表す。前記1価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロプロピルメチル基、4−メチルシクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等のアルキル基;ビニル基、アリル基、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基等のアルケニル基;フェニル基、ナフチル基、チエニル基等のアリール基、ベンジル基、1−フェニルエチル基、2−フェニルエチル基等のアラルキル基等が挙げられるが、アリール基が好ましい。また、これらの基の水素原子の一部が酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子といったヘテロ原子と置き換わっていてもよく、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子が介在していてもよく、その結果ヒドロキシ基、シアノ基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート結合、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物、ハロアルキル基等を形成又は介在してもよい。また、R13とR14とは、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよく、R15、R16及びR17のうちいずれか2つ以上、又はR18、R19及びR20のうちいずれか2つ以上は、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。 R 13 to R 20 each independently may be substituted with a hetero atom, a linear having 1 to 20 carbon atoms that may heteroatoms intervene, monovalent hydrocarbon group branched or cyclic Represents. Examples of the monovalent hydrocarbon group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, t-butyl group, cyclopropyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cyclopropylmethyl group, 4- Alkyl groups such as methylcyclohexyl group, cyclohexylmethyl group, norbornyl group, adamantyl group; alkenyl groups such as vinyl group, allyl group, propenyl group, butenyl group, hexenyl group, cyclohexenyl group; phenyl group, naphthyl group, thienyl group, etc. Aryl groups, benzyl groups, 1-phenylethyl groups, 2-phenylethyl groups and the like, and aryl groups are preferred. In addition, some of the hydrogen atoms in these groups may be replaced with heteroatoms such as oxygen, sulfur, nitrogen and halogen atoms, and heteroatoms such as oxygen, sulfur and nitrogen atoms intervene. As a result, a hydroxy group, a cyano group, a carbonyl group, an ether bond, an ester bond, a sulfonic acid ester bond, a carbonate bond, a lactone ring, a sultone ring, a carboxylic acid anhydride, a haloalkyl group, or the like may be formed or interposed. . R 13 and R 14 may be bonded to each other to form a ring together with the sulfur atom to which they are bonded, and any two or more of R 15 , R 16 and R 17 , or R 18 , R Any two or more of 19 and R 20 may be bonded to each other to form a ring together with the sulfur atom to which they are bonded.

前記Lが−Z33−C(=O)−O−である場合、Z33で表される炭素数1〜20のヘテロ原子で置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状の2価炭化水素基としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

Figure 0006468139
(式中、破線は結合手を示す。) When L is —Z 33 —C (═O) —O—, linear, branched or cyclic 2 optionally substituted with a hetero atom having 1 to 20 carbon atoms represented by Z 33 Examples of the valent hydrocarbon group include, but are not limited to, those shown below.
Figure 0006468139
(In the formula, a broken line indicates a bond.)

前記R13とR14とが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成する場合、又はR15、R16及びR17のうちいずれか2つ以上、あるいはR18、R19及びR20のうちいずれか2つ以上が、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成する場合の具体例としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。 When R 13 and R 14 are bonded to each other to form a ring together with the sulfur atom to which they are bonded, or any two or more of R 15 , R 16 and R 17 , or R 18 , R 19 and Specific examples of the case where any two or more of R 20 are bonded to each other to form a ring together with the sulfur atom to which they are bonded include the following, but are not limited thereto.

Figure 0006468139
Figure 0006468139

式中、R23は、ヘテロ原子で置換されていてもよく、ヘテロ原子が介在していてもよい炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を表す。前記1価炭化水素基としては、R13〜R20の説明のおいて述べたものと同様のものが挙げられる。 In the formula, R 23 represents a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may be substituted with a heteroatom and may be interposed by a heteroatom. Examples of the monovalent hydrocarbon group are the same as those described in the description of R 13 to R 20 .

式(f2)及び(f3)中のスルホニウムカチオンの具体的な構造としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

Figure 0006468139
Specific examples of the sulfonium cation in formulas (f2) and (f3) include, but are not limited to, those shown below.
Figure 0006468139

-で表される非求核性対向イオンとしては、塩化物イオン、臭化物イオン等のハライドイオン;トリフレート、1,1,1−トリフルオロエタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート等のフルオロアルキルスルホネート;トシレート、ベンゼンスルホネート、4−フルオロベンゼンスルホネート、1,2,3,4,5−ペンタフルオロベンゼンスルホネート等のアリールスルホネート;メシレート、ブタンスルホネート等のアルキルスルホネート;ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、ビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミド、ビス(パーフルオロブチルスルホニル)イミド等のイミド酸;トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチド、トリス(パーフルオロエチルスルホニル)メチド等のメチド酸を挙げることができる。 Non-nucleophilic counter ions represented by M include halide ions such as chloride ions and bromide ions; fluoroalkyl sulfonates such as triflate, 1,1,1-trifluoroethanesulfonate, and nonafluorobutanesulfonate; Aryl sulfonates such as tosylate, benzene sulfonate, 4-fluorobenzene sulfonate, 1,2,3,4,5-pentafluorobenzene sulfonate; alkyl sulfonates such as mesylate, butane sulfonate; bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, bis ( Examples thereof include imido acids such as perfluoroethylsulfonyl) imide and bis (perfluorobutylsulfonyl) imide; and methide acids such as tris (trifluoromethylsulfonyl) methide and tris (perfluoroethylsulfonyl) methide.

更に、前記非求核性対向イオンとして、下記式(F−1)で表されるα位がフルオロ置換されたスルホネート及び下記式(F−2)で表されるα及びβ位がフルオロ置換されたスルホネートが挙げられる。

Figure 0006468139
Furthermore, as the non-nucleophilic counter ion, the sulfonate represented by the following formula (F-1) is fluoro-substituted, and the α and β-position represented by the following formula (F-2) are fluoro-substituted. Sulfonates.
Figure 0006468139

式(F−1)中、R31は、水素原子、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、炭素数2〜20の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルケニル基、又は炭素数6〜20のアリール基を表し、エーテル基、エステル基、カルボニル基、ラクトン環又はフッ素原子を有していてもよい。式(F−2)中、R32は、水素原子、炭素数1〜30の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、炭素数2〜30の直鎖状、分岐状若しくは環状のアシル基、炭素数2〜20の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、又は炭素数6〜20のアリールオキシ基を表し、エーテル基、エステル基、カルボニル基又はラクトン環を有していてもよい。 In formula (F-1), R 31 represents a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms. Or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, which may have an ether group, an ester group, a carbonyl group, a lactone ring or a fluorine atom. In the formula (F-2), R 32 is a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a linear, branched or cyclic acyl group having 2 to 30 carbon atoms. Represents a linear, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, an ether group, an ester group, a carbonyl group, or It may have a lactone ring.

本発明の高分子化合物は、更に、オキシラン環又はオキセタン環を有する繰り返し単位gを含んでもよい。繰り返し単位gを含むと、露光部が架橋するため、本発明の高分子化合物をレジスト材料に用いた場合、アルカリ現像液に対する不溶化能、ネガティブパターンのエッチング耐性の向上が期待できる。オキシラン環、オキセタン環を有する繰り返し単位gを与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、R1は前記と同じである。 The polymer compound of the present invention may further contain a repeating unit g having an oxirane ring or an oxetane ring. When the repeating unit g is included, the exposed part is cross-linked. Therefore, when the polymer compound of the present invention is used as a resist material, it can be expected to improve the insolubility with respect to an alkali developer and the etching resistance of a negative pattern. Examples of the monomer that gives the repeating unit g having an oxirane ring or oxetane ring include, but are not limited to, those shown below. In the following formulae, R 1 is the same as described above.

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

本発明の高分子化合物は、更に、炭素−炭素二重結合を含有する単量体に由来する繰り返し単位hを含んでもよい。繰り返し単位hとしては、例えば、メタクリル酸メチル、クロトン酸メチル、マレイン酸ジメチル、イタコン酸ジメチル等の置換アクリル酸エステル類、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸、ノルボルネン、ノルボルネン誘導体、テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデセン誘導体等の環状オレフィン類、無水イタコン酸等の不飽和酸無水物、以下に示す単量体等に由来する繰り返し単位が挙げられる。なお、下記式中、R1は前記と同じである。 The polymer compound of the present invention may further contain a repeating unit h derived from a monomer containing a carbon-carbon double bond. As the repeating unit h, for example, substituted acrylic acid esters such as methyl methacrylate, methyl crotonic acid, dimethyl maleate and dimethyl itaconate, unsaturated carboxylic acids such as maleic acid, fumaric acid and itaconic acid, norbornene and norbornene derivatives , tetracyclo [4.4.0.1 2,5 .1 7,10] cyclic olefins such as dodecene derivatives, unsaturated acid anhydrides such as itaconic anhydride, repeating units derived from monomers such as shown below Is mentioned. In the following formulae, R 1 is the same as described above.

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

本発明の高分子化合物において、各繰り返し単位の好ましい含有割合は、例えば、以下に示す範囲(モル%)とすることができるが、これらに限定されない。
(I)式(1)の単量体に由来する式(3)で表される繰り返し単位から選ばれる1種又は2種以上を、0モル%を超え100モル%以下、好ましくは5〜80モル%、より好ましくは10〜60モル%。
(II)式(A)〜(D)で表される繰り返し単位から選ばれる1種又は2種以上を、0モル%以上100モル%未満、好ましくは20〜95モル%、より好ましくは40〜90モル%。
(III)式(f1)〜(f3)で表される繰り返し単位から選ばれる1種又は2種以上を、0〜30モル%、好ましくは0〜20モル%、より好ましくは0〜10モル%。
(IV)繰り返し単位g及びhから選ばれる1種又は2種以上を、0〜80モル%、好ましくは0〜70モル%、より好ましくは0〜50モル%。
In the polymer compound of the present invention, a preferable content ratio of each repeating unit can be set, for example, in the following range (mol%), but is not limited thereto.
(I) One type or two or more types selected from the repeating unit represented by the formula (3) derived from the monomer of the formula (1) is more than 0 mol% and not more than 100 mol%, preferably 5 to 80 Mol%, more preferably 10 to 60 mol%.
(II) One or more selected from repeating units represented by formulas (A) to (D) are 0 mol% or more and less than 100 mol%, preferably 20 to 95 mol%, more preferably 40 to 40 mol%. 90 mol%.
(III) 1 type or 2 types or more selected from repeating units represented by formulas (f1) to (f3) are 0 to 30 mol%, preferably 0 to 20 mol%, more preferably 0 to 10 mol%. .
(IV) One or two or more selected from repeating units g and h are 0 to 80 mol%, preferably 0 to 70 mol%, more preferably 0 to 50 mol%.

本発明の高分子化合物を合成する方法としては、例えば、各繰り返し単位を与えるモノマーのうち、所望のモノマーを、有機溶剤中、ラジカル重合開始剤を加えて加熱重合を行う方法が挙げられる。   Examples of the method for synthesizing the polymer compound of the present invention include a method in which, among monomers giving each repeating unit, a desired monomer is subjected to heat polymerization by adding a radical polymerization initiator in an organic solvent.

重合時に使用する有機溶剤としては、トルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジオキサン、シクロヘキサン、シクロペンタン、メチルエチルエトン(MEK)、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)、γ−ブチロラクトン(GBL)等が挙げられる。重合開始剤としては、2,2'−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド等が挙げられる。重合温度は、好ましくは50〜80℃である。反応時間は、好ましくは2〜100時間、より好ましくは5〜20時間である。   Examples of the organic solvent used in the polymerization include toluene, benzene, tetrahydrofuran, diethyl ether, dioxane, cyclohexane, cyclopentane, methyl ethyl ether (MEK), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), γ-butyrolactone (GBL), and the like. It is done. As polymerization initiators, 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2-azobis (2-methylpropionate) ), Benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, and the like. The polymerization temperature is preferably 50 to 80 ° C. The reaction time is preferably 2 to 100 hours, more preferably 5 to 20 hours.

ヒドロキシスチレン又はヒドロキシビニルナフタレンを共重合する場合は、ヒドロキシスチレン又はヒドロキシビニルナフタレンとその他の単量体とを、有機溶剤中、ラジカル重合開始剤を加えて加熱重合してもよいが、かわりに、アセトキシスチレン又はアセトキシビニルナフタレンを用い、重合後にアルカリ加水分解によってアセトキシ基を脱保護してポリヒドロキシスチレン又はヒドロキシポリビニルナフタレンにしてもよい。   When copolymerizing hydroxystyrene or hydroxyvinylnaphthalene, hydroxystyrene or hydroxyvinylnaphthalene and other monomers may be heated and polymerized in an organic solvent with the addition of a radical polymerization initiator. Acetoxystyrene or acetoxyvinylnaphthalene may be used, and after polymerization, the acetoxy group may be deprotected by alkali hydrolysis to form polyhydroxystyrene or hydroxypolyvinylnaphthalene.

アルカリ加水分解時の塩基としては、アンモニア水、トリエチルアミン等が使用できる。また、反応温度は、好ましくは−20〜100℃、より好ましくは0〜60℃である。反応時間は、好ましくは0.2〜100時間、より好ましくは0.5〜20時間である。   Ammonia water, triethylamine, etc. can be used as the base during the alkali hydrolysis. Moreover, reaction temperature becomes like this. Preferably it is -20-100 degreeC, More preferably, it is 0-60 degreeC. The reaction time is preferably 0.2 to 100 hours, more preferably 0.5 to 20 hours.

なお、本発明の高分子化合物の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1,000〜500,000、より好ましくは3,000〜50,000である。この範囲を外れると、エッチング耐性が極端に低下したり、露光前後の溶解速度差が確保できなくなって解像性が低下したりすることがある。また、本発明の高分子化合物の分散度(Mw/Mn)は、好ましくは1.20〜2.20、より好ましくは1.30〜1.80である。なお、本発明においてMwは、溶剤としてテトラヒドロフランを用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算測定値である。   The weight average molecular weight (Mw) of the polymer compound of the present invention is preferably 1,000 to 500,000, more preferably 3,000 to 50,000. If it is out of this range, the etching resistance may be extremely lowered, or the difference in dissolution rate before and after the exposure cannot be ensured and the resolution may be lowered. Moreover, the dispersity (Mw / Mn) of the polymer compound of the present invention is preferably 1.20 to 2.20, more preferably 1.30 to 1.80. In the present invention, Mw is a measured value in terms of polystyrene by gel permeation chromatography (GPC) using tetrahydrofuran as a solvent.

[レジスト材料]
本発明の高分子化合物は、レジスト材料のベース樹脂として好適である。本発明の高分子化合物をベース樹脂とし、これに有機溶剤、酸発生剤、溶解制御剤、塩基性化合物、界面活性剤、アセチレンアルコール類等を目的に応じ適宜組み合わせて配合してレジスト材料とすればよい。
[Resist material]
The polymer compound of the present invention is suitable as a base resin for resist materials. The polymer compound of the present invention is used as a base resin, and an organic solvent, an acid generator, a dissolution controller, a basic compound, a surfactant, acetylene alcohols, and the like are appropriately combined in accordance with the purpose and used as a resist material. That's fine.

本発明の高分子化合物を用いると、露光部では前記高分子化合物が触媒反応によりアルカリ現像液に対する溶解速度が低下するので、極めて高感度のレジスト材料とすることができる。本発明のレジスト材料は、レジスト膜としたときの溶解コントラスト及び解像性が高く、露光余裕度があり、プロセス適応性に優れ、露光後のパターン形状が良好でありながら、より優れたエッチング耐性を示し、特に酸拡散を抑制できることから粗密寸法差が小さい。これらのことから、実用性が高く、超LSI用レジスト材料として非常に有効なものとすることができる。特に、酸発生剤を含有させ、酸触媒反応を利用した化学増幅レジスト材料とすると、より高感度のものとすることができると共に、諸特性が一層優れたものとなり、極めて有用なものとなる。   When the polymer compound of the present invention is used, the dissolution rate of the polymer compound in the alkaline developing solution is reduced by a catalytic reaction in the exposed area, so that an extremely sensitive resist material can be obtained. The resist material of the present invention has a high dissolution contrast and resolution when used as a resist film, an exposure margin, excellent process adaptability, a good pattern shape after exposure, and a better etching resistance. In particular, since the acid diffusion can be suppressed, the dimensional difference in density is small. For these reasons, it is highly practical and can be very effective as a resist material for VLSI. In particular, when a chemically amplified resist material containing an acid generator and utilizing an acid catalyzed reaction is used, it can be made more highly sensitive and have excellent properties and is extremely useful.

また、本発明のレジスト材料に溶解制御剤を配合することによって、露光部と未露光部との溶解速度の差を一層大きくすることができ、解像度を一層向上させることができる。更に、塩基性化合物を添加することによって、例えば、レジスト膜中での酸の拡散速度を抑制し、解像度を一層向上させることができるし、界面活性剤を添加することによってレジスト材料の塗布性を一層向上あるいは制御することができる。   In addition, by adding a dissolution control agent to the resist material of the present invention, the difference in dissolution rate between the exposed area and the unexposed area can be further increased, and the resolution can be further improved. Furthermore, by adding a basic compound, for example, the acid diffusion rate in the resist film can be suppressed and the resolution can be further improved, and by adding a surfactant, the coating properties of the resist material can be improved. It can be further improved or controlled.

本発明のレジスト材料は、特に化学増幅ネガ型レジスト材料として機能させるために酸発生剤を含んでもよく、例えば、活性光線又は放射線に感応して酸を発生する化合物(光酸発生剤)を含有してもよい。この場合、光酸発生剤の配合量は、ベース樹脂100質量部に対して0.5〜30質量部が好ましく、1〜20質量部がより好ましい。   The resist material of the present invention may contain an acid generator, particularly for functioning as a chemically amplified negative resist material. For example, the resist material contains a compound that generates an acid in response to actinic rays or radiation (photoacid generator). May be. In this case, 0.5-30 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of base resin, and, as for the compounding quantity of a photo-acid generator, 1-20 mass parts is more preferable.

光酸発生剤としては、高エネルギー線照射により酸を発生する化合物であれば特に限定されないが、好適な光酸発生剤としては、特開2009−269953号公報に記載のスルホニウム塩及び同公報記載の(F)成分の光酸発生剤、並びに特許第3995575号公報に記載の光酸発生剤が挙げられ、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニルジアゾメタン、N−スルホニルオキシイミド、オキシム−O−スルホネート型酸発生剤のいずれでもよい。これらは、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   The photoacid generator is not particularly limited as long as it is a compound that generates an acid upon irradiation with high energy rays, and suitable photoacid generators include sulfonium salts described in JP-A-2009-269953 and the same publication. And (F) component photoacid generators, and photoacid generators described in Japanese Patent No. 3995755, sulfonium salts, iodonium salts, sulfonyldiazomethane, N-sulfonyloxyimide, oxime-O-sulfonate type acids Any of the generating agents may be used. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

酸発生剤から発生してくる酸としては、スルホン酸、イミド酸、メチド酸等を挙げることができる。これらの中でα位がフッ素化されたスルホン酸が最も一般的に用いられるが、酸不安定基が脱保護しやすいアセタールの場合は必ずしもα位がフッ素化されている必要はない。   Examples of the acid generated from the acid generator include sulfonic acid, imide acid, and methide acid. Of these, a sulfonic acid having a fluorinated α-position is most commonly used. However, in the case of an acetal in which an acid labile group is easily deprotected, the α-position is not necessarily fluorinated.

なお、ベース樹脂が式(f1)〜(f3)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1つを含んでいる場合は、添加型の酸発生剤は必ずしも必須ではない。   When the base resin contains at least one selected from repeating units represented by formulas (f1) to (f3), an additive type acid generator is not necessarily essential.

前記酸発生剤としては、下記式(Z1)又は(Z2)で表されるものが好ましい。

Figure 0006468139
As the acid generator, those represented by the following formula (Z1) or (Z2) are preferable.
Figure 0006468139

式中、R100は、水素原子、フッ素原子、又はヘテロ原子を含んでもよい炭素数1〜35の直鎖状、分岐状若しくは環状の1価炭化水素基を表す。Xa及びXbは、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はトリフルオロメチル基を表す。kは、1〜4の整数を表す。R101、R102及びR103は、それぞれ独立に、置換若しくは非置換の、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基若しくはオキソアルキル基、若しくは炭素数2〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基、又は置換若しくは非置換の、炭素数6〜18のアリール基、若しくは炭素数7〜19のアラルキル基若しくはアリールオキソアルキル基を表す。また、R101、R102及びR103のうちのいずれか2つ以上が、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。R104及びR105は、それぞれ独立に、ヘテロ原子で置換されていてもよく、ヘテロ原子が介在していてもよい炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を表す。R106は、ヘテロ原子で置換されていてもよく、ヘテロ原子が介在していてもよい炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の2価炭化水素基を表す。また、R104とR105とが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。L'は、単結合、エーテル結合、又はヘテロ原子で置換されていてもよく、ヘテロ原子が介在していてもよい炭素数1〜20の直鎖状、分岐状若しくは環状の2価炭化水素基を表す。 In the formula, R 100 represents a straight, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 1 to 35 carbon atoms which may contain a hydrogen atom, a fluorine atom, or a hetero atom. X a and X b each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom or a trifluoromethyl group. k represents an integer of 1 to 4. R 101 , R 102 and R 103 are each independently a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group or oxoalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or linear group having 2 to 10 carbon atoms. Alternatively, it represents a branched alkenyl group, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 18 carbon atoms, an aralkyl group or aryloxoalkyl group having 7 to 19 carbon atoms. Further, any two or more of R 101 , R 102 and R 103 may be bonded to each other to form a ring together with the sulfur atom to which they are bonded. R 104 and R 105 are each independently a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may be substituted with a heteroatom and may be interspersed with a heteroatom. Represents. R 106 represents a linear, branched or cyclic divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may be substituted with a heteroatom and may be interposed by a heteroatom. R 104 and R 105 may be bonded to each other to form a ring together with the sulfur atom to which they are bonded. L ′ is a straight, branched or cyclic divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may be substituted with a single bond, an ether bond, or a heteroatom, and may be intervened by a heteroatom. Represents.

また、前記酸発生剤としては、下記式(Z3)又は(Z4)で表されるものも好ましい。

Figure 0006468139
Moreover, as said acid generator, what is represented by a following formula (Z3) or (Z4) is also preferable.
Figure 0006468139

式中、R101、R102及びR103は前記と同じ。Aは、水素原子又はトリフルオロメチル基を表す。R107は、ヘテロ原子を含んでもよい炭素数1〜35の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を表す。R108、R109及びR110は、それぞれ独立に、水素原子、又はヘテロ原子が介在してもよい炭素数1〜20の直鎖状、分岐状若しくは環状の1価炭化水素基を表す。m及びnは、それぞれ独立に、0〜5の整数を表す、pは、0〜4の整数を表す。L'は、単結合、エーテル結合、又はヘテロ原子で置換されていてもよく、ヘテロ原子が介在していてもよい炭素数1〜20の直鎖状、分岐状若しくは環状の2価炭化水素基を表す。 In the formula, R 101 , R 102 and R 103 are the same as described above. A represents a hydrogen atom or a trifluoromethyl group. R 107 represents a linear, monovalent hydrocarbon group branched or cyclic which may carbons 1 to 35 contain a hetero atom. R 108 , R 109 and R 110 each independently represents a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may be intervened by a hetero atom. m and n each independently represents an integer of 0 to 5, and p represents an integer of 0 to 4. L ′ is a straight, branched or cyclic divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may be substituted with a single bond, an ether bond, or a heteroatom, and may be intervened by a heteroatom. Represents.

酸発生剤が、前記式(Z3)又は(Z4)で表される酸発生剤であること、好ましくは前記式(Z3)又は(Z4)においてAがトリフルオロメチル基である酸発生剤であることで、例えば、ラインアンドスペースパターンであれば低ラフネス(LWR)で酸拡散長制御が向上したパターンを、また、ホールパターンであれば真円性や寸法制御が向上したパターンを形成することが可能となる。   The acid generator is an acid generator represented by the formula (Z3) or (Z4), preferably an acid generator in which A is a trifluoromethyl group in the formula (Z3) or (Z4). Thus, for example, a line and space pattern can form a pattern with low roughness (LWR) and improved acid diffusion length control, and a hole pattern can form a pattern with improved roundness and dimensional control. It becomes possible.

式(Z1)〜(Z4)で表される酸発生剤の具体例を以下に示すが、これらに限定されない。なお、下記式中、Acはアセチル基を表し、Phはフェニル基を表し、Meはメチル基を表す。Aは前記と同じである。   Specific examples of the acid generator represented by the formulas (Z1) to (Z4) are shown below, but are not limited thereto. In the following formulae, Ac represents an acetyl group, Ph represents a phenyl group, and Me represents a methyl group. A is the same as described above.

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

有機溶剤の具体例としては、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチル−2−n−アミルケトン、ジアセトンアルコール等のケトン類;3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール等のアルコール類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸t−ブチル、プロピオン酸t−ブチル、プロピレングリコールモノt−ブチルエーテルアセテート、2−ヒドロキシイソ酪酸メチル、2−ヒドロキシイソ酪酸イソプロピル、2−ヒドロキシイソ酪酸イソブチル、2−ヒドロキシイソ酪酸n−ブチル等のエステル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;及びこれらの混合溶剤が挙げられる。   Specific examples of the organic solvent include ketones such as cyclohexanone, cyclopentanone, methyl-2-n-amyl ketone, diacetone alcohol; 3-methoxybutanol, 3-methyl-3-methoxybutanol, 1-methoxy-2- Alcohols such as propanol and 1-ethoxy-2-propanol; ethers such as propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol dimethyl ether and diethylene glycol dimethyl ether; propylene glycol monomethyl Ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, methyl lactate, ethyl lactate, n-butyl lactate, ethyl pyruvate , Butyl acetate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, t-butyl acetate, t-butyl propionate, propylene glycol mono t-butyl ether acetate, methyl 2-hydroxyisobutyrate, isopropyl 2-hydroxyisobutyrate , Esters such as isobutyl 2-hydroxyisobutyrate and n-butyl 2-hydroxyisobutyrate; lactones such as γ-butyrolactone; and mixed solvents thereof.

塩基性化合物としては、特開2008−111103号公報の段落[0146]〜[0164]に記載の1級、2級、3級のアミン化合物、特に、ヒドロキシ基、エーテル基、エステル基、ラクトン環、シアノ基、スルホン酸エステル基を有するアミン化合物、特許第3790649号公報に記載のカーバメート基を有する化合物等が挙げられる。   Examples of the basic compound include primary, secondary, and tertiary amine compounds described in paragraphs [0146] to [0164] of JP-A-2008-111103, particularly hydroxy groups, ether groups, ester groups, and lactone rings. , A cyano group, an amine compound having a sulfonic acid ester group, a compound having a carbamate group described in Japanese Patent No. 3790649, and the like.

また、特開2008−158339号公報に記載されているα位がフッ素化されていないスルホン酸、及び特開2013−37092号公報に記載されているカルボン酸の、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩等のオニウム塩を、クエンチャーとして用いることもできる。前記α位がフッ素化されていないスルホン酸塩、及びカルボン酸塩と、光酸発生剤から発生したα位がフッ素化されたスルホン酸、イミド酸、メチド酸とが共存すると、α位がフッ素化されていないスルホン酸、及びカルボン酸が塩交換により生じる。このα位がフッ素化されていないスルホン酸、及びカルボン酸の酸強度では、レジスト樹脂は脱保護反応を起こさないため、これらのスルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩はクエンチャーとして機能する。特に、α位がフッ素化されていないスルホン酸、及びカルボン酸のスルホニウム塩及びヨードニウム塩は、光分解性があるために、光強度が強い部分のクエンチ能が低下すると共に、α位がフッ素化されたスルホン酸、イミド酸、メチド酸の濃度が増加する。これによって露光部分のコントラストが向上し、フォーカスマージン(DOF)が更に改善された、寸法制御のよいパターンを形成することが可能となる。   Further, sulfonium salts, iodonium salts, and ammonium salts of sulfonic acids that are not fluorinated at the α-position described in JP 2008-158339 A and carboxylic acids described in JP 2013-37092 A An onium salt such as can also be used as a quencher. When the α-position sulfonate and carboxylate which are not fluorinated, and the sulfonic acid, imide acid and methide acid generated from the photoacid generator are fluorinated, the α-position is fluorine. Unmodified sulfonic acid and carboxylic acid are produced by salt exchange. Since the resist resin does not cause a deprotection reaction at the acid strength of the sulfonic acid and carboxylic acid in which the α-position is not fluorinated, these sulfonium salts, iodonium salts, and ammonium salts function as quenchers. In particular, sulfonic acids that are not fluorinated at the α-position, and sulfonium salts and iodonium salts of carboxylic acids are photodegradable, so the quenching ability of the portion with high light intensity is reduced and the α-position is fluorinated. The concentration of sulfonic acid, imidic acid, and methide acid thus increased. As a result, it is possible to form a pattern with good dimensional control in which the contrast of the exposed portion is improved and the focus margin (DOF) is further improved.

ベース樹脂中の式(3)で表される極性変化単位が酸に対して鋭敏な反応性を持つ場合、脱離させるための酸は必ずしもα位がフッ素化されたスルホン酸、イミド酸、メチド酸でなくてもよく、α位がフッ素化されていないスルホン酸でも脱保護反応が進行する場合がある。このときのクエンチャーとしてはスルホン酸のオニウム塩を用いることができないため、このような場合はカルボン酸のオニウム塩を単独で用いることが好ましい。   When the polarity changing unit represented by the formula (3) in the base resin has a sensitive reactivity to the acid, the acid for elimination is not necessarily a sulfonic acid, imide acid, or methide having a fluorinated α-position. The deprotection reaction may proceed even if the α-position is not fluorinated and it may not be an acid. Since the onium salt of sulfonic acid cannot be used as the quencher at this time, it is preferable to use the onium salt of carboxylic acid alone in such a case.

α位がフッ素化されていないスルホン酸塩、及びカルボン酸塩の具体例を以下に示すが、これらに限定されない。   Specific examples of the sulfonate and carboxylate whose α-position is not fluorinated are shown below, but are not limited thereto.

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

界面活性剤としては、特開2008−111103号公報の段落[0165]〜[0166]に記載のものを用いることができる。溶解制御剤としては特開2008−122932号公報の段落[0155]〜[0178]に記載のものを用いることができる。アセチレンアルコール類としては段落[0179]〜[0182]に記載のものを用いることができる。   As the surfactant, those described in paragraphs [0165] to [0166] of JP-A-2008-111103 can be used. As the dissolution control agent, those described in paragraphs [0155] to [0178] of JP-A-2008-122932 can be used. As acetylene alcohols, those described in paragraphs [0179] to [0182] can be used.

有機溶剤の配合量は、ベース樹脂100質量部に対して50〜10,000質量部が好ましく、100〜5,000質量部がより好ましい。溶解制御剤の配合量は、ベース樹脂100質量部に対して0〜50質量部が好ましく、0〜40質量部がより好ましい。塩基性化合物の配合量は、ベース樹脂100質量部に対して0〜100質量部が好ましく、0.001〜50質量部がより好ましい。界面活性剤、アセチレンアルコール類の配合量は、その配合目的に応じて適宜選定し得る。   The blending amount of the organic solvent is preferably 50 to 10,000 parts by mass, more preferably 100 to 5,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base resin. 0-50 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of base resins, and, as for the compounding quantity of a dissolution control agent, 0-40 mass parts is more preferable. 0-100 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of base resins, and, as for the compounding quantity of a basic compound, 0.001-50 mass parts is more preferable. The blending amounts of the surfactant and acetylene alcohol can be appropriately selected according to the blending purpose.

本発明のレジスト材料は、スピンコート後のレジスト表面の撥水性を向上させるために撥水性向上剤を含んでもよい。この撥水性向上剤はトップコートを用いない液浸リソグラフィーに用いることができる。このような撥水性向上剤は特定構造の1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール残基を有し、特開2007−297590号公報、特開2008−111103号公報、特開2008−122932号公報、特開2012−128067号公報、特開2013−57836号公報に記載されている。   The resist material of the present invention may contain a water repellency improver in order to improve the water repellency of the resist surface after spin coating. This water repellency improver can be used in immersion lithography without using a top coat. Such a water repellency improver has a 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol residue having a specific structure and is disclosed in JP-A-2007-297590 and JP-A-2008-111103. JP-A-2008-122932, JP-A-2012-128067, and JP-A-2013-57836.

更に、撥水性を向上させるための高分子化合物を具体的に説明すると、1種のフッ素含有単位からなる重合体、2種以上のフッ素含有単位からなる共重合体、又はフッ素含有単位とその他の単位からなる共重合体が好ましい。前記フッ素含有単位及びその他の単位としては以下のものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、R55は、水素原子又はメチル基である。 Furthermore, the polymer compound for improving water repellency will be specifically described. A polymer composed of one kind of fluorine-containing unit, a copolymer composed of two or more kinds of fluorine-containing units, or a fluorine-containing unit and other A copolymer consisting of units is preferred. Examples of the fluorine-containing unit and other units include, but are not limited to, the following. In the following formulae, R 55 is a hydrogen atom or a methyl group.

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

前記撥水性向上剤は、現像液のアルカリ水溶液に溶解する必要がある。前述の1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール残基を有する撥水性向上剤は、現像液への溶解性が良好である。撥水性向上剤として、アミノ基やアミン塩を有する繰り返し単位を含む高分子化合物は、ポストエクスポージャーベーク(PEB)中の酸の蒸発を防いで、現像後のホールパターンの開口不良やラインアンドスペースパターンのブリッジを防止する効果が高い。撥水性向上剤の添加量は、ベース樹脂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。   The water repellency improver needs to be dissolved in an alkaline aqueous solution of a developer. The above-mentioned water repellency improver having 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol residue has good solubility in a developer. As a water repellency improver, a polymer compound containing a repeating unit having an amino group or an amine salt prevents acid evaporation during post-exposure baking (PEB), resulting in poor opening of a hole pattern after development or a line and space pattern. Effective in preventing bridging. The addition amount of the water repellency improver is preferably 0.1 to 20 parts by mass, more preferably 0.5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base resin.

架橋剤による架橋反応により、本発明の高分子化合物の極性変化によるネガ型パターン形成を補うことができる。架橋剤の具体例としては、特開2006−145755号公報に記載されているものが挙げられる。架橋剤を用いる場合、本発明の単量体に由来する繰り返し単位の脱水反応による極性変化、溶解性変化がもたらす高解像性能を損ねない範囲で架橋剤を用いることが好ましい。架橋剤の配合量は、ベース樹脂100質量部に対して1〜30質量部が好ましく、3〜20質量部がより好ましい。   The cross-linking reaction with the cross-linking agent can compensate for the negative pattern formation due to the change in polarity of the polymer compound of the present invention. Specific examples of the crosslinking agent include those described in JP-A No. 2006-145755. When a crosslinking agent is used, it is preferable to use the crosslinking agent as long as the high resolution performance caused by the change in polarity and solubility due to the dehydration reaction of the repeating unit derived from the monomer of the present invention is not impaired. 1-30 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of base resins, and, as for the compounding quantity of a crosslinking agent, 3-20 mass parts is more preferable.

[パターン形成方法]
本発明のレジスト材料、例えば、本発明の高分子化合物、有機溶剤、酸発生剤、塩基性化合物等を含む化学増幅レジスト材料を種々の集積回路製造に用いる場合は、公知のリソグラフィー技術を適用することができ、塗布、加熱処理(プリベーク)、露光、加熱処理(ポストエクスポージャベーク、PEB)、現像の各工程を経て達成される。必要に応じて、更にいくつかの工程を追加してもよい。
[Pattern formation method]
When the resist material of the present invention, for example, a chemically amplified resist material containing the polymer compound of the present invention, an organic solvent, an acid generator, a basic compound, etc. is used for manufacturing various integrated circuits, a known lithography technique is applied. It can be achieved through the steps of coating, heat treatment (pre-baking), exposure, heat treatment (post-exposure baking, PEB), and development. If necessary, some additional steps may be added.

例えば、本発明のネガ型レジスト材料を、集積回路製造用の基板(Si、SiO2、SiN、SiON、TiN、WSi、BPSG、SOG、ケイ素含有反射防止膜又は有機炭化水素膜のマルチレイヤー膜)あるいはマスク回路製造用の基板(Cr、CrO、CrON、MoSi、SiO2等)上にスピンコート、ロールコート、フローコート、ディップコート、スプレーコート、ドクターコート等の適当な塗布方法により塗布膜厚が0.01〜2.0μmとなるように塗布する。これをホットプレート上で、好ましくは60〜150℃、10秒〜30分間、より好ましくは80〜120℃、30秒〜20分間プリベークする。次いで、紫外線、遠紫外線、電子線(EB)、X線、エキシマレーザー、γ線、シンクロトロン放射線、EUV、軟X線等の高エネルギー線から選ばれる光源で目的とするパターンを所定のマスクを通じて若しくは直接露光を行う。露光量は、1〜200mJ/cm2程度、特に10〜100mJ/cm2、又は0.1〜100μC/cm2程度、特に0.5〜50μC/cm2となるように露光することが好ましい。次に、ホットプレート上で、好ましくは60〜150℃、10秒〜30分間、より好ましくは80〜120℃、30秒〜20分間PEBする。 For example, the negative resist material of the present invention is applied to a substrate for manufacturing an integrated circuit (Si, SiO 2 , SiN, SiON, TiN, WSi, BPSG, SOG, silicon-containing antireflection film or organic hydrocarbon film multilayer film). Alternatively, the coating film thickness can be increased by a suitable coating method such as spin coating, roll coating, flow coating, dip coating, spray coating, doctor coating, etc. on a mask circuit manufacturing substrate (Cr, CrO, CrON, MoSi, SiO 2, etc.). It is applied so as to be 0.01 to 2.0 μm. This is preferably pre-baked on a hot plate at 60 to 150 ° C. for 10 seconds to 30 minutes, more preferably at 80 to 120 ° C. for 30 seconds to 20 minutes. Next, a target pattern is passed through a predetermined mask with a light source selected from high energy rays such as ultraviolet rays, far ultraviolet rays, electron beams (EB), X-rays, excimer lasers, γ rays, synchrotron radiation, EUV, soft X-rays, etc. Alternatively, direct exposure is performed. The exposure dose, 1 to 200 mJ / cm 2 or so, in particular 10 to 100 mJ / cm 2, or 0.1~100μC / cm 2 or so, it is preferable that exposure to particular a 0.5~50μC / cm 2. Next, PEB is preferably performed on a hot plate at 60 to 150 ° C. for 10 seconds to 30 minutes, more preferably at 80 to 120 ° C. for 30 seconds to 20 minutes.

更に、0.1〜10質量%、好ましくは2〜5質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAH)、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド(TPAH)、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)等のアルカリ現像液を用い、好ましくは3秒〜3分間、より好ましくは5秒〜2分間、浸漬(dip)法、パドル(puddle)法、スプレー(spray)法等の常法により現像することにより、光を照射した部分は現像液に溶解せず、露光されなかった部分は溶解し、基板上に目的のネガ型のパターンが形成される。更に現像工程後に水を用いて、好ましくは3秒〜3分間、より好ましくは5秒〜2分間、浸漬法、パドル法、スプレー法等の常法によりリンスを行うこともできる。なお、本発明のレジスト材料は、特に高エネルギー線の中でもKrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、EB、EUV、軟X線、X線、γ線、シンクロトロン放射線等による微細パターニングに最適である。   Further, 0.1 to 10% by mass, preferably 2 to 5% by mass of tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetraethylammonium hydroxide (TEAH), tetrapropylammonium hydroxide (TPAH), tetrabutylammonium hydroxide ( Development using an alkali developer such as TBAH), preferably 3 seconds to 3 minutes, more preferably 5 seconds to 2 minutes, by a conventional method such as a dip method, a paddle method, or a spray method By doing so, the portion irradiated with light is not dissolved in the developer, and the portion not exposed is dissolved, and a desired negative pattern is formed on the substrate. Further, rinsing can be performed using water after the development step, preferably for 3 seconds to 3 minutes, more preferably for 5 seconds to 2 minutes, by a conventional method such as a dipping method, a paddle method, or a spray method. The resist material of the present invention is particularly suitable for fine patterning using KrF excimer laser, ArF excimer laser, EB, EUV, soft X-ray, X-ray, γ-ray, synchrotron radiation, etc. among high energy rays.

現像後のホールパターンやトレンチパターンを、サーマルフロー、RELACS技術、DSA技術等でシュリンクすることもできる。ホールパターン上にシュリンク剤を塗布し、ベーク中のレジスト層からの酸触媒の拡散によってレジストの表面でシュリンク剤の架橋が起こり、シュリンク剤がホールパターンの側壁に付着する。ベーク温度は、好ましくは70〜180℃、より好ましくは80〜170℃で、ベーク時間は10〜300秒である。最後に、余分なシュリンク剤を除去し、ホールパターンを縮小させる。   The hole pattern and trench pattern after development can be shrunk by thermal flow, RELACS technology, DSA technology or the like. A shrink agent is applied onto the hole pattern, and the crosslinking of the shrink agent occurs on the surface of the resist due to the diffusion of the acid catalyst from the resist layer during baking, and the shrink agent adheres to the sidewall of the hole pattern. The baking temperature is preferably 70 to 180 ° C, more preferably 80 to 170 ° C, and the baking time is 10 to 300 seconds. Finally, excess shrink agent is removed and the hole pattern is reduced.

以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例等に限定されない。なお、下記例において、Mwは、溶剤としてテトラヒドロフラン(THF)を用いたGPCによるポリスチレン換算値である。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to the following Example etc. In the following examples, Mw is a polystyrene equivalent value by GPC using tetrahydrofuran (THF) as a solvent.

[1]単量体の合成
[実施例1]モノマー1の合成

Figure 0006468139
[1] Synthesis of monomer [Example 1] Synthesis of monomer 1
Figure 0006468139

[実施例1−1]トリオール1の合成
窒素雰囲気下、1.0mol/L塩化メチルマグネシウム−THF溶液(1,080mL)に、ヒドロキシエステル1(56g)のTHF(150mL)溶液を25〜45℃で滴下した。50℃にて10時間攪拌後、反応溶液を氷冷し、塩化アンモニウム(108g)と2.4質量%塩酸水溶液(908g)との混合水溶液を滴下して反応を停止した。通常の水系後処理(aqueous work-up)、溶剤留去の後、再結晶(アセトン−ジイソプロピルエーテル)、ろ過、乾燥を行い、トリオール1を48g得た(収率85%)。
IR (D-ATR): ν= 3331, 2972, 2930, 2909, 2855, 1453, 1417, 1380, 1367, 1337, 1327, 1275, 1237, 1208, 1175, 1161, 1138, 1119, 1107, 1055, 1032, 1025, 987, 970, 950, 910, 869, 841, 832, 786, 749, 633, 617, 601, 592 cm-1.
1H-NMR (600MHz, DMSO-d6): δ= 1.00(12H, s), 1.26-1.38(12H), 2.12(1H, m), 3.84(2H, s), 4.19(1H, s) ppm.
[Example 1-1] Synthesis of triol 1 Under a nitrogen atmosphere, a 1.0 mol / L methylmagnesium chloride-THF solution (1,080 mL) was mixed with a THF (150 mL) solution of hydroxy ester 1 (56 g) at 25 to 45 ° C. It was dripped at. After stirring at 50 ° C. for 10 hours, the reaction solution was ice-cooled, and a mixed aqueous solution of ammonium chloride (108 g) and 2.4 mass% hydrochloric acid aqueous solution (908 g) was added dropwise to stop the reaction. After normal aqueous work-up and solvent distillation, recrystallization (acetone-diisopropyl ether), filtration and drying were performed to obtain 48 g of triol 1 (yield 85%).
IR (D-ATR): ν = 3331, 2972, 2930, 2909, 2855, 1453, 1417, 1380, 1367, 1337, 1327, 1275, 1237, 1208, 1175, 1161, 1138, 1119, 1107, 1055, 1032 , 1025, 987, 970, 950, 910, 869, 841, 832, 786, 749, 633, 617, 601, 592 cm -1 .
1 H-NMR (600 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 1.00 (12H, s), 1.26-1.38 (12H), 2.12 (1H, m), 3.84 (2H, s), 4.19 (1H, s) ppm .

[実施例1−2]モノマー1の合成
窒素雰囲気下、トリオール1(37g)、トリエチルアミン(30g)、N,N−ジメチルアミノピリジン(1.7g)及びアセトニトリル(200mL)の混合溶液に、メタクリロイルクロリド(23.3g)を25〜45℃にて滴下した。45℃で8時間攪拌後、反応溶液を氷冷し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(100mL)を滴下し反応を停止した。通常の水系後処理(aqueous work-up)、溶剤留去の後、再結晶(アセトン−ヘキサン)、ろ過、乾燥を行い、モノマー1を37g得た(収率80%)。
IR (D-ATR): ν= 3385, 2974, 2941, 2885, 2869, 1709, 1636, 1558, 1450, 1409, 1377, 1342, 1323, 1304, 1169, 1139, 1116, 1095, 1010, 995, 986, 947, 914, 872, 813, 783, 748, 659, 618, 559 cm-1.
1H-NMR (600MHz, DMSO-d6): δ= 1.00(12H, s), 1.30-1.38(3H), 1.42-1.48(3H), 1.78(2H, d), 1.81(3H, s), 1.89(2H, d), 1.92(2H, s), 2.23(1H, m), 3.99(2H, s), 5.56(1H, s), 5.91(1H, s) ppm.
[Example 1-2] Synthesis of monomer 1 Under a nitrogen atmosphere, methacryloyl chloride was added to a mixed solution of triol 1 (37 g), triethylamine (30 g), N, N-dimethylaminopyridine (1.7 g) and acetonitrile (200 mL). (23.3 g) was added dropwise at 25 to 45 ° C. After stirring at 45 ° C. for 8 hours, the reaction solution was ice-cooled, and saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution (100 mL) was added dropwise to stop the reaction. After normal aqueous work-up and solvent distillation, recrystallization (acetone-hexane), filtration and drying were performed to obtain 37 g of monomer 1 (yield 80%).
IR (D-ATR): ν = 3385, 2974, 2941, 2885, 2869, 1709, 1636, 1558, 1450, 1409, 1377, 1342, 1323, 1304, 1169, 1139, 1116, 1095, 1010, 995, 986 , 947, 914, 872, 813, 783, 748, 659, 618, 559 cm -1 .
1 H-NMR (600 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 1.00 (12H, s), 1.30-1.38 (3H), 1.42-1.48 (3H), 1.78 (2H, d), 1.81 (3H, s), 1.89 (2H, d), 1.92 (2H, s), 2.23 (1H, m), 3.99 (2H, s), 5.56 (1H, s), 5.91 (1H, s) ppm.

[実施例2]モノマー2の合成

Figure 0006468139
[Example 2] Synthesis of monomer 2
Figure 0006468139

[実施例2−1]トリオール2の合成
窒素雰囲気下、1.0mol/L塩化メチルマグネシウム−THF溶液(1,150mL)に、ラクトン1(50g)のTHF(200mL)溶液を25〜45℃で滴下した。50℃にて10時間攪拌後、反応溶液を氷冷し、塩化アンモニウム(115g)と2.4質量%塩酸水溶液(960g)との混合水溶液を滴下して反応を停止した。通常の水系後処理(aqueous work-up)、溶剤留去の後、再結晶(酢酸エチル−ヘキサン)、ろ過、乾燥を行い、トリオール2を52g得た(収率90%)。
1H-NMR (600MHz, DMSO-d6): δ= 1.11(1H, dd), 1.19(3H, s), 1.28(1H, m), 1.29(3H, s), 1.40(3H, s), 1.50(3H, s), 1.68-1.76(2H), 2.09(1H, d), 2.27-2.35(2H), 2.44(1H, m), 3.98(1H, m), 6.21(1H, s), 6.37(1H, d), 7.30(1H, s) ppm.
[Example 2-1] Synthesis of triol 2 Under a nitrogen atmosphere, a 1.0 mol / L methylmagnesium chloride-THF solution (1,150 mL) was mixed with a solution of lactone 1 (50 g) in THF (200 mL) at 25 to 45 ° C. It was dripped. After stirring at 50 ° C. for 10 hours, the reaction solution was ice-cooled, and a mixed aqueous solution of ammonium chloride (115 g) and 2.4 mass% hydrochloric acid aqueous solution (960 g) was added dropwise to stop the reaction. After normal aqueous work-up and solvent distillation, recrystallization (ethyl acetate-hexane), filtration and drying were performed to obtain 52 g of triol 2 (yield 90%).
1 H-NMR (600 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 1.11 (1H, dd), 1.19 (3H, s), 1.28 (1H, m), 1.29 (3H, s), 1.40 (3H, s), 1.50 (3H, s), 1.68-1.76 (2H), 2.09 (1H, d), 2.27-2.35 (2H), 2.44 (1H, m), 3.98 (1H, m), 6.21 (1H, s), 6.37 (1H, d), 7.30 (1H, s) ppm.

[実施例2−2]モノマー2の合成
窒素雰囲気下、トリオール2(45g)、トリエチルアミン(40g)、N,N−ジメチルアミノピリジン(2.4g)及びTHF(200mL)の混合溶液に、メタクリル酸無水物(43g)を25〜45℃にて滴下した。45℃で10時間攪拌後、反応溶液を氷冷し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(100mL)を滴下し反応を停止した。通常の水系後処理(aqueous work-up)、溶剤留去の後、再結晶(酢酸エチル−ヘキサン)、ろ過、乾燥を行い、モノマー2を53g得た(収率90%)。
IR (D-ATR): ν= 3254, 3164, 3022, 2960, 2933, 2883, 1704, 1636, 1498, 1576, 1449, 1412, 1381, 1363, 1328, 1301, 1259, 1202, 1180, 1162, 1135, 1107, 1047, 1018, 953, 934, 862, 850, 835, 814, 776, 733, 627, 570 cm-1.
1H-NMR(600MHz, DMSO-d6): δ= 1.12(3H, s), 1.25(1H, m), 1.24(3H, s), 1.30(1H, m), 1.41(3H, s), 1.42(3H, s), 1.68(1H, m), 1.86(3H, s), 2.16(1H, ddd), 2.23(1H, dd), 2.42(1H, m), 2.58(1H, m), 2.63(1H, m), 4.94(1H, m), 5.56(2H), 5.81(1H, s), 6.31(1H, s) ppm.
[Example 2-2] Synthesis of monomer 2 Under a nitrogen atmosphere, methacrylic acid was added to a mixed solution of triol 2 (45 g), triethylamine (40 g), N, N-dimethylaminopyridine (2.4 g) and THF (200 mL). Anhydride (43 g) was added dropwise at 25-45 ° C. After stirring at 45 ° C. for 10 hours, the reaction solution was ice-cooled, and saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution (100 mL) was added dropwise to stop the reaction. After normal aqueous work-up and solvent distillation, recrystallization (ethyl acetate-hexane), filtration and drying were performed to obtain 53 g of monomer 2 (yield 90%).
IR (D-ATR): ν = 3254, 3164, 3022, 2960, 2933, 2883, 1704, 1636, 1498, 1576, 1449, 1412, 1381, 1363, 1328, 1301, 1259, 1202, 1180, 1162, 1135 , 1107, 1047, 1018, 953, 934, 862, 850, 835, 814, 776, 733, 627, 570 cm -1 .
1 H-NMR (600 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 1.12 (3H, s), 1.25 (1H, m), 1.24 (3H, s), 1.30 (1H, m), 1.41 (3H, s), 1.42 (3H, s), 1.68 (1H, m), 1.86 (3H, s), 2.16 (1H, ddd), 2.23 (1H, dd), 2.42 (1H, m), 2.58 (1H, m), 2.63 (1H, m), 4.94 (1H, m), 5.56 (2H), 5.81 (1H, s), 6.31 (1H, s) ppm.

[実施例3]モノマー3の合成

Figure 0006468139
[Example 3] Synthesis of monomer 3
Figure 0006468139

[実施例3−1]トリオール3の合成
ヒドロキシラクトン1を原材料として使用した以外は、実施例2−1と同様の方法により、トリオール3を合成した。なお、トリオール3は精製を行わず、反応の後処理後に直ちに次の反応に用いた。
[Example 3-1] Synthesis of triol 3 Triol 3 was synthesized by the same method as in Example 2-1, except that hydroxylactone 1 was used as a raw material. Triol 3 was used for the next reaction immediately after the reaction without any purification.

[実施例3−2]モノマー3の合成
トリオール3を原材料として使用した以外は、実施例2−2と同様の方法により、モノマー3を合成した(白色結晶、ヒドロキシラクトン1から2工程の収率72%)。
IR (D-ATR): ν= 3160, 3003, 2977, 2920, 2877, 1709, 1639, 1628, 1498, 1466, 1437, 1393, 1381, 1367, 1322, 1248, 1202, 1153, 1051, 1005, 985, 956, 933, 902, 857, 847, 814, 779, 729, 701, 645, 610, 599 cm-1.
1H-NMR (600MHz, DMSO-d6): δ= 1.20(3H, s), 1.21(6H), 1.22(3H, s), 1.31(1H, d), 1.43(1H, m), 1.47(1H, d), 1.75(1H, m), 1.83(1H, m), 1.84(3H, s), 1.87(1H, m), 2.01(1H, m), 2.05(1H, d), 4.62(1H, d), 5.62(1H, m), 5.97(1H, m), 6.03(1H, s), 6.10(1H, s) ppm.
[Example 3-2] Synthesis of monomer 3 Monomer 3 was synthesized by the same method as in Example 2-2 except that triol 3 was used as a raw material (a yield of two steps from white crystals, hydroxylactone 1). 72%).
IR (D-ATR): ν = 3160, 3003, 2977, 2920, 2877, 1709, 1639, 1628, 1498, 1466, 1437, 1393, 1381, 1367, 1322, 1248, 1202, 1153, 1051, 1005, 985 , 956, 933, 902, 857, 847, 814, 779, 729, 701, 645, 610, 599 cm -1 .
1 H-NMR (600 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 1.20 (3H, s), 1.21 (6H), 1.22 (3H, s), 1.31 (1H, d), 1.43 (1H, m), 1.47 ( 1H, d), 1.75 (1H, m), 1.83 (1H, m), 1.84 (3H, s), 1.87 (1H, m), 2.01 (1H, m), 2.05 (1H, d), 4.62 (1H , d), 5.62 (1H, m), 5.97 (1H, m), 6.03 (1H, s), 6.10 (1H, s) ppm.

[実施例4]モノマー4の合成

Figure 0006468139
[Example 4] Synthesis of monomer 4
Figure 0006468139

[実施例4−1]トリオール4の合成
ヒドロキシエステル2を原材料として使用した以外は、実施例2−1と同様の方法により、トリオール4を合成した。なお、トリオール4は精製を行わず、反応の後処理後に直ちに次の反応に用いた。
[Example 4-1] Synthesis of triol 4 Triol 4 was synthesized by the same method as in Example 2-1, except that hydroxyester 2 was used as a raw material. Triol 4 was used for the next reaction immediately after the reaction without any purification.

[実施例4−2]モノマー4の合成
トリオール4を原材料として使用した以外は、実施例2−2と同様の方法により、モノマー4を合成した(白色結晶、ヒドロキシエステル2から2工程の収率70%)。
IR (D-ATR):ν= 3314, 2973, 2922, 2898, 1709, 1636, 1468, 1446, 1421, 1384, 1371, 1338, 1322, 1300, 1206, 1173, 1159, 1141, 1120, 1055, 1038, 1008, 979, 968, 939, 905, 896, 850, 815, 658, 620, 608 cm-1.
1H-NMR (600MHz, DMSO-d6):δ= 1.07(3H, s), 1.17(3H, s), 1.19(3H, s), 1.28(3H, s), 1.34(1H, d), 1.38(1H, d), 1.45(1H, d), 1.48(1H, m), 1.73(1H, m), 1.84(3H, s), 1.88(1H, dd), 2.09(1H, d), 2.29(1H, d), 5.11(1H, d), 5.19(1H, s), 5.29(1H, s), 5.62(1H, m), 5.97(1H, m) ppm.
[Example 4-2] Synthesis of monomer 4 Monomer 4 was synthesized in the same manner as in Example 2-2 except that triol 4 was used as a raw material (a yield of two steps from white crystals, hydroxyester 2). 70%).
IR (D-ATR): ν = 3314, 2973, 2922, 2898, 1709, 1636, 1468, 1446, 1421, 1384, 1371, 1338, 1322, 1300, 1206, 1173, 1159, 1141, 1120, 1055, 1038 , 1008, 979, 968, 939, 905, 896, 850, 815, 658, 620, 608 cm -1 .
1 H-NMR (600 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 1.07 (3H, s), 1.17 (3H, s), 1.19 (3H, s), 1.28 (3H, s), 1.34 (1H, d), 1.38 (1H, d), 1.45 (1H, d), 1.48 (1H, m), 1.73 (1H, m), 1.84 (3H, s), 1.88 (1H, dd), 2.09 (1H, d), 2.29 (1H, d), 5.11 (1H, d), 5.19 (1H, s), 5.29 (1H, s), 5.62 (1H, m), 5.97 (1H, m) ppm.

[実施例5]モノマー5の合成

Figure 0006468139
[Example 5] Synthesis of monomer 5
Figure 0006468139

アクリロイルクロリドを原材料として使用した以外は、実施例1−2と同様の方法により、モノマー5を合成した(白色結晶、収率86%)。   Monomer 5 was synthesized in the same manner as in Example 1-2 except that acryloyl chloride was used as a raw material (white crystals, yield 86%).

[実施例6]モノマー6の合成

Figure 0006468139
[Example 6] Synthesis of monomer 6
Figure 0006468139

メタクリロイルオキシアセチルクロリドを原材料として使用した以外は、実施例1−2と同様の方法により、モノマー6を合成した(白色結晶、収率76%)。   Monomer 6 was synthesized in the same manner as in Example 1-2 except that methacryloyloxyacetyl chloride was used as a raw material (white crystals, yield 76%).

[実施例7]モノマー7の合成

Figure 0006468139
[Example 7] Synthesis of monomer 7
Figure 0006468139

窒素雰囲気下、1.0mol/L塩化メチルマグネシウム−THF溶液(1,500mL)に、ヒドロキシエステル3(61g)のTHF(500mL)溶液を25〜45℃で滴下した。50℃にて10時間攪拌後、反応溶液を氷冷し、前記式中のテトラオール1に対応するアルコキシドの懸濁液に引き続きメタクリル酸無水物(58g)を30℃以下で滴下した。25℃にて4時間攪拌後、反応溶液を氷冷し、塩化アンモニウム(150g)と2.4質量%塩酸水溶液(1,250g)の混合水溶液を滴下して反応を停止した。通常の水系後処理(aqueous work-up)、溶剤留去の後、再結晶(酢酸エチル−THF−ヘキサン)、ろ過、乾燥を行い、モノマー7を37g得た(2工程の収率51%)。   Under a nitrogen atmosphere, a THF (500 mL) solution of hydroxy ester 3 (61 g) was added dropwise at 25 to 45 ° C. to a 1.0 mol / L methylmagnesium chloride-THF solution (1,500 mL). After stirring at 50 ° C. for 10 hours, the reaction solution was ice-cooled, and methacrylic anhydride (58 g) was subsequently added dropwise at 30 ° C. or lower to the alkoxide suspension corresponding to tetraol 1 in the above formula. After stirring at 25 ° C. for 4 hours, the reaction solution was ice-cooled, and a mixed aqueous solution of ammonium chloride (150 g) and 2.4 mass% hydrochloric acid aqueous solution (1,250 g) was added dropwise to stop the reaction. After normal aqueous work-up and solvent distillation, recrystallization (ethyl acetate-THF-hexane), filtration and drying were performed to obtain 37 g of monomer 7 (2 step yield: 51%). .

[実施例8]モノマー8の合成

Figure 0006468139
[Example 8] Synthesis of monomer 8
Figure 0006468139

[実施例8−1]トリオール5の合成
ヒドロキシエステル4を原材料として使用した以外は、実施例2−1と同様の方法により、トリオール5を合成した。なお、トリオール5は精製を行わず、反応の後処理後に直ちに次の反応に用いた。
[Example 8-1] Synthesis of triol 5 Triol 5 was synthesized in the same manner as in Example 2-1, except that hydroxy ester 4 was used as a raw material. Triol 5 was used for the next reaction immediately after the reaction without any purification.

[実施例8−2]モノマー8の合成
トリオール5を原材料として使用した以外は、実施例2−2と同様の方法により、モノマー8を合成した(白色結晶、ヒドロキシエステル4から2工程の収率80%)。
IR (D-ATR):ν= 3471, 3278, 2969, 2864, 1708, 1639, 1452, 1383, 1317, 1300, 1258, 1219, 1177, 1146, 1120, 1091, 1020, 982, 948, 898, 866, 846, 815, 797, 755, 720, 652, 621, 611, 593, 567, 556cm-1.
1H-NMR (600MHz, DMSO-d6):δ= 0.68(1H, m), 0.96-1.07(14H), 1.30(2H, m), 1.81-1.86(4H), 2.01(2H, m), 4.12(2H, s), 4.66(1H, m), 5.63(1H, m), 5.99(1H, m) ppm.
[Example 8-2] Synthesis of monomer 8 Monomer 8 was synthesized by the same method as in Example 2-2 except that triol 5 was used as a raw material (a yield of two steps from white crystals, hydroxy ester 4). 80%).
IR (D-ATR): ν = 3471, 3278, 2969, 2864, 1708, 1639, 1452, 1383, 1317, 1300, 1258, 1219, 1177, 1146, 1120, 1091, 1020, 982, 948, 898, 866 , 846, 815, 797, 755, 720, 652, 621, 611, 593, 567, 556cm -1 .
1 H-NMR (600 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 0.68 (1H, m), 0.96-1.07 (14H), 1.30 (2H, m), 1.81-1.86 (4H), 2.01 (2H, m), 4.12 (2H, s), 4.66 (1H, m), 5.63 (1H, m), 5.99 (1H, m) ppm.

[2]高分子化合物の合成
[実施例9〜27、比較例1〜9]
レジスト材料に用いる高分子化合物として、各モノマーを組み合わせてシクロペンタノン溶剤下で共重合反応を行い、ヘキサンに晶出し、更にヘキサンで洗浄を繰り返した後に単離、乾燥して、以下に示す高分子化合物(ポリマー1〜19、比較ポリマー1〜9)を得た。得られた高分子化合物の組成は、1H−NMR及び13C−NMRにて確認した。
[2] Synthesis of polymer compound [Examples 9 to 27, Comparative Examples 1 to 9]
As the polymer compound used in the resist material, each monomer is combined and subjected to a copolymerization reaction in a cyclopentanone solvent, crystallized in hexane, further washed with hexane, then isolated and dried. Molecular compounds (Polymers 1-19, Comparative Polymers 1-9) were obtained. The composition of the obtained polymer compound was confirmed by 1 H-NMR and 13 C-NMR.

[実施例9]ポリマー1
Mw=8,500
Mw/Mn=1.67

Figure 0006468139
[Example 9] Polymer 1
Mw = 8,500
Mw / Mn = 1.67
Figure 0006468139

[実施例10]ポリマー2
Mw=8,400
Mw/Mn=1.65

Figure 0006468139
[Example 10] Polymer 2
Mw = 8,400
Mw / Mn = 1.65
Figure 0006468139

[実施例11]ポリマー3
Mw=8,300
Mw/Mn=1.67

Figure 0006468139
[Example 11] Polymer 3
Mw = 8,300
Mw / Mn = 1.67
Figure 0006468139

[実施例12]ポリマー4
Mw=8,300
Mw/Mn=1.66

Figure 0006468139
[Example 12] Polymer 4
Mw = 8,300
Mw / Mn = 1.66
Figure 0006468139

[実施例13]ポリマー5
Mw=8,500
Mw/Mn=1.66

Figure 0006468139
[Example 13] Polymer 5
Mw = 8,500
Mw / Mn = 1.66
Figure 0006468139

[実施例14]ポリマー6
Mw=8,600
Mw/Mn=1.61

Figure 0006468139
Example 14 Polymer 6
Mw = 8,600
Mw / Mn = 1.61
Figure 0006468139

[実施例15]ポリマー7
Mw=8,400
Mw/Mn=1.67

Figure 0006468139
Example 15 Polymer 7
Mw = 8,400
Mw / Mn = 1.67
Figure 0006468139

[実施例16]ポリマー8
Mw=8,500
Mw/Mn=1.62

Figure 0006468139
Example 16 Polymer 8
Mw = 8,500
Mw / Mn = 1.62
Figure 0006468139

[実施例17]ポリマー9
Mw=8,500
Mw/Mn=1.64

Figure 0006468139
[Example 17] Polymer 9
Mw = 8,500
Mw / Mn = 1.64
Figure 0006468139

[実施例18]ポリマー10
Mw=8,600
Mw/Mn=1.62

Figure 0006468139
[Example 18] Polymer 10
Mw = 8,600
Mw / Mn = 1.62
Figure 0006468139

[実施例19]ポリマー11
Mw=8,300
Mw/Mn=1.61

Figure 0006468139
Example 19 Polymer 11
Mw = 8,300
Mw / Mn = 1.61
Figure 0006468139

[実施例20]ポリマー12
Mw=8,500
Mw/Mn=1.63

Figure 0006468139
Example 20 Polymer 12
Mw = 8,500
Mw / Mn = 1.63
Figure 0006468139

[実施例21]ポリマー13
Mw=8,300
Mw/Mn=1.62

Figure 0006468139
[Example 21] Polymer 13
Mw = 8,300
Mw / Mn = 1.62
Figure 0006468139

[実施例22]ポリマー14
Mw=8,300
Mw/Mn=1.62

Figure 0006468139
[Example 22] Polymer 14
Mw = 8,300
Mw / Mn = 1.62
Figure 0006468139

[実施例23]ポリマー15
Mw=8,500
Mw/Mn=1.60

Figure 0006468139
[Example 23] Polymer 15
Mw = 8,500
Mw / Mn = 1.60
Figure 0006468139

[実施例24]ポリマー16
Mw=8,100
Mw/Mn=1.65

Figure 0006468139
[Example 24] Polymer 16
Mw = 8,100
Mw / Mn = 1.65
Figure 0006468139

[実施例25]ポリマー17
Mw=8,000
Mw/Mn=1.63

Figure 0006468139
[Example 25] Polymer 17
Mw = 8,000
Mw / Mn = 1.63
Figure 0006468139

[実施例26]ポリマー18
Mw=8,200
Mw/Mn=1.64

Figure 0006468139
Example 26 Polymer 18
Mw = 8,200
Mw / Mn = 1.64
Figure 0006468139

[実施例27]ポリマー19
Mw=8,100
Mw/Mn=1.63

Figure 0006468139
Example 27 Polymer 19
Mw = 8,100
Mw / Mn = 1.63
Figure 0006468139

[比較例1]比較ポリマー1
Mw=8,400
Mw/Mn=1.65

Figure 0006468139
[Comparative Example 1] Comparative polymer 1
Mw = 8,400
Mw / Mn = 1.65
Figure 0006468139

[比較例2]比較ポリマー2
Mw=8,500
Mw/Mn=1.63

Figure 0006468139
[Comparative Example 2] Comparative polymer 2
Mw = 8,500
Mw / Mn = 1.63
Figure 0006468139

[比較例3]比較ポリマー3
Mw=8,700
Mw/Mn=1.65

Figure 0006468139
[Comparative Example 3] Comparative polymer 3
Mw = 8,700
Mw / Mn = 1.65
Figure 0006468139

[比較例4]比較ポリマー4
Mw=8,600
Mw/Mn=1.62

Figure 0006468139
[Comparative Example 4] Comparative polymer 4
Mw = 8,600
Mw / Mn = 1.62
Figure 0006468139

[比較例5]比較ポリマー5
Mw=8,400
Mw/Mn=1.66

Figure 0006468139
[Comparative Example 5] Comparative polymer 5
Mw = 8,400
Mw / Mn = 1.66
Figure 0006468139

[比較例6]比較ポリマー6
Mw=8,600
Mw/Mn=1.63

Figure 0006468139
[Comparative Example 6] Comparative polymer 6
Mw = 8,600
Mw / Mn = 1.63
Figure 0006468139

[比較例7]比較ポリマー7
Mw=8,600
Mw/Mn=1.63

Figure 0006468139
[Comparative Example 7] Comparative polymer 7
Mw = 8,600
Mw / Mn = 1.63
Figure 0006468139

[比較例8]比較ポリマー8
Mw=8,500
Mw/Mn=1.61

Figure 0006468139
[Comparative Example 8] Comparative polymer 8
Mw = 8,500
Mw / Mn = 1.61
Figure 0006468139

[比較例9]比較ポリマー9
Mw=8,400
Mw/Mn=1.65

Figure 0006468139
[Comparative Example 9] Comparative polymer 9
Mw = 8,400
Mw / Mn = 1.65
Figure 0006468139

[3]レジスト材料の調製
[実施例28〜46、比較例10〜18]
前記実施例及び比較例で得られた高分子化合物を使用し、下記表1及び2に示す組成でレジスト材料を調合し、0.2μmのテフロン(登録商標)フィルターで濾過することによりレジスト材料R−01〜R−28をそれぞれ調製した。
[3] Preparation of resist material [Examples 28 to 46, Comparative Examples 10 to 18]
Using the polymer compounds obtained in the above-mentioned Examples and Comparative Examples, a resist material was prepared with the composition shown in Tables 1 and 2 below, and filtered through a 0.2 μm Teflon (registered trademark) filter to obtain a resist material R -01 to R-28 were prepared respectively.

なお、表1及び2中、光酸発生剤(PAG−1〜PAG−4)、撥水性ポリマー(SF−1)、感度調整剤(Q−1〜Q−4)、架橋剤(XL−1)、及び溶剤は以下のとおりである。   In Tables 1 and 2, the photoacid generator (PAG-1 to PAG-4), the water repellent polymer (SF-1), the sensitivity modifier (Q-1 to Q-4), and the crosslinking agent (XL-1) ) And solvents are as follows.

光酸発生剤:PAG−1〜PAG−4

Figure 0006468139
Photoacid generator: PAG-1 to PAG-4
Figure 0006468139

感度調整剤:Q−1〜Q−4

Figure 0006468139
Sensitivity adjuster: Q-1 to Q-4
Figure 0006468139

撥水性ポリマー:SF−1
Mw=8,700
Mw/Mn=1.85

Figure 0006468139
Water repellent polymer: SF-1
Mw = 8,700
Mw / Mn = 1.85
Figure 0006468139

架橋剤:XL−1

Figure 0006468139
Cross-linking agent: XL-1
Figure 0006468139

PGEE:プロピレングリコールモノエチルエーテル
GBL:γ−ブチロラクトン
PGEE: Propylene glycol monoethyl ether GBL: γ-butyrolactone

Figure 0006468139
Figure 0006468139

Figure 0006468139
Figure 0006468139

[4]QCM(クォーツクリスタルマイクロバランス)法を用いた現像中のレジスト材料の膨潤評価
[実施例47〜50、比較例19]
前記表1及び2に示す組成で調製した本発明のレジスト材料及び比較例のレジスト材料を、QCM基板に厚さ100nmとなるようにスピンコートし、ホットプレートで100℃、60秒間ベークした。その後、ArFオープンフレーム露光装置で露光量1mJ/cm2から13mJ/cm2までステップ1mJ/cm2で露光し、露光後ホットプレートを用いて表3に示した温度で60秒間PEBした。その後、QCM基板上のレジスト膜を現像解析装置RDA-Qz3(リソテックジャパン(株)製)を用いて、2.38質量%のTMAH水溶液における、現像時間に対するレジスト膜の膜厚変動を観察した。各露光量における現像時間と膜厚変動を示すグラフから、最大膨潤量を示す露光量と、最大膨潤量比(最大膨潤量を初期膜厚で規格化した値)を表3に示す。最大膨潤量比が小さいほどレジスト膜の膨潤が抑制される。
[4] Evaluation of swelling of resist material during development using QCM (quartz crystal microbalance) method [Examples 47 to 50, Comparative Example 19]
The resist materials of the present invention and comparative resist materials prepared with the compositions shown in Tables 1 and 2 were spin-coated on a QCM substrate to a thickness of 100 nm, and baked on a hot plate at 100 ° C. for 60 seconds. Thereafter, exposed with ArF open frame exposure apparatus exposure 1 mJ / cm 2 at 13 mJ / cm 2 to S 1 mJ / cm 2, and PEB 60 seconds at a temperature shown in Table 3 by using the post-exposure hotplate. Thereafter, the resist film on the QCM substrate was observed using a development analysis apparatus RDA-Qz3 (manufactured by RISOTEC Japan Co., Ltd.) to observe the film thickness variation of the resist film with respect to the development time in a 2.38 mass% TMAH aqueous solution. . Table 3 shows the exposure amount indicating the maximum swell amount and the maximum swell amount ratio (value obtained by normalizing the maximum swell amount with the initial film thickness) from the graph showing the development time and film thickness variation at each exposure amount. As the maximum swelling ratio is smaller, the swelling of the resist film is suppressed.

Figure 0006468139
Figure 0006468139

表3の結果から本発明のレジスト材料は比較例のレジスト材料よりも最大膨潤量比が小さいことが確認された。   From the results in Table 3, it was confirmed that the resist material of the present invention had a smaller maximum swelling ratio than the resist material of the comparative example.

[5]耐エッチング性評価
[実施例51〜53、比較例20〜21]
ヘキサメチルジシラザン(HMDS)気相中で表面処理(90℃、60秒間)したシリコンウエハー上に、前記表1及び2に示した本発明のレジスト材料及び比較例用のレジスト材料をスピンコーティングし、ホットプレートを用いて100℃で60秒間ベーク(PAB)し、レジスト膜の厚みを100nmにした。その後、ArFエキシマレーザースキャナー((株)ニコン製NSR-307E、NA=0.85)にてウエハー全面をオープンフレーム露光した。その際の露光量は、脱保護反応に十分な量の酸が光酸発生剤から生じるよう50mJ/cm2とした。その後、表4に示した温度で60秒間PEBを施すことにより、レジスト膜を形成するベース樹脂で脱水反応あるいは架橋反応を促進させた。本発明のベース樹脂において、脱水反応を起こした部分は現像時における不溶部分に相当する。露光・PEB処理によるレジスト膜厚減少量の処理前膜厚に対する比率を求めPEBシュリンク量(%)とした。更に、2.38質量%のTMAH水溶液で30秒間現像を行い、その後にレジスト膜厚を測定し、PEB処理後膜厚と現像後膜厚の差分よりミニマム溶解速度(nm/sec)を求めた。PEBシュリンク量又はミニマム溶解速度が小さい方がドライエッチング加工時に必要とされる十分な膜厚を確保でき、あるいは初期膜厚を薄膜化できることで解像性において有利となることから好ましい。結果を表4に示す。
[5] Etching resistance evaluation [Examples 51 to 53, Comparative Examples 20 to 21]
The resist material of the present invention and the resist material for comparative example shown in Tables 1 and 2 were spin-coated on a silicon wafer surface-treated (90 ° C., 60 seconds) in a gas phase of hexamethyldisilazane (HMDS). Then, the resist film was baked (PAB) at 100 ° C. for 60 seconds using a hot plate so that the thickness of the resist film was 100 nm. Thereafter, the entire wafer surface was subjected to open frame exposure using an ArF excimer laser scanner (NSR-307E manufactured by Nikon Corporation, NA = 0.85). The exposure amount at that time was 50 mJ / cm 2 so that a sufficient amount of acid for the deprotection reaction was generated from the photoacid generator. Thereafter, PEB was applied for 60 seconds at the temperature shown in Table 4 to promote the dehydration reaction or the crosslinking reaction with the base resin for forming the resist film. In the base resin of the present invention, the portion where the dehydration reaction has occurred corresponds to the insoluble portion during development. The ratio of the resist film thickness reduction amount by the exposure / PEB processing to the film thickness before processing was obtained and used as the PEB shrink amount (%). Further, development was performed with a 2.38 mass% TMAH aqueous solution for 30 seconds, and then the resist film thickness was measured, and the minimum dissolution rate (nm / sec) was determined from the difference between the film thickness after PEB treatment and the film thickness after development. . A smaller PEB shrinkage or minimum dissolution rate is preferable because a sufficient film thickness required for dry etching can be ensured or the initial film thickness can be reduced, which is advantageous in resolution. The results are shown in Table 4.

Figure 0006468139
Figure 0006468139

表4の結果から、本発明のレジスト材料は、PEBシュリンク量が小さく、また、ミニマム溶解速度も遅いことが確認された。そのため、現像後のパターン膜厚が厚く残り、パターニング後のエッチング耐性にも優れることが示唆された。   From the results in Table 4, it was confirmed that the resist material of the present invention has a small PEB shrinkage amount and a low minimum dissolution rate. Therefore, it was suggested that the pattern film thickness after development remains thick and the etching resistance after patterning is excellent.

[6]ArF露光パターニング評価(1)
[実施例54〜69、比較例22〜29]
前記表1及び2に示す組成で調製した本発明のレジスト材料及び比較例のレジスト材料を、シリコンウエハーにARC29A(日産化学工業(株)製)を78nmの膜厚で成膜した基板上にスピンコーティングし、ホットプレートを用いて100℃で60秒間ベークし、レジスト膜の厚みを100nmにした。これをArFエキシマレーザースキャナー((株)ニコン製NSR-S307E、NA=0.85、σ0.93/0.74、Annular照明、6%ハーフトーン位相シフトマスク)で、ウエハー上寸法が、スペース幅90nm及びピッチ180nm、スペース幅80nm及び160nmピッチ、並びにスペース幅70nm及びピッチ140nmのラインアンドスペースパターン(LSパターン)と、スペース幅90nm及びピッチ1,650nmのトレンチパターンとの露光を、露光量とフォーカスを変化(露光量ピッチ:1mJ/cm2、フォーカスピッチ:0.025μm)させながら行い、露光後、表5に示した温度で60秒間PEBし、2.38質量%のTMAH水溶液で30秒間パドル現像を行い、純水でリンス、スピンドライを行い、ネガ型パターンを得た。現像後のLSパターン及びトレンチパターンをTD−SEM((株)日立ハイテクノロジーズ製S-9380)で観察した。
[6] ArF exposure patterning evaluation (1)
[Examples 54 to 69, Comparative Examples 22 to 29]
The resist material of the present invention prepared in the composition shown in Tables 1 and 2 and the resist material of the comparative example were spin-coated on a substrate on which ARC29A (Nissan Chemical Industry Co., Ltd.) was formed to a film thickness of 78 nm on a silicon wafer. Coating was performed, and baking was performed at 100 ° C. for 60 seconds using a hot plate, so that the thickness of the resist film was 100 nm. This is an ArF excimer laser scanner (NSR-S307E manufactured by Nikon Corporation, NA = 0.85, σ0.93 / 0.74, Annular illumination, 6% halftone phase shift mask). The dimensions on the wafer are space width 90nm and pitch 180nm. , Exposure of the space width 80 nm and 160 nm pitch, and the line and space pattern (LS pattern) having the space width 70 nm and pitch 140 nm and the trench pattern having the space width 90 nm and pitch 1,650 nm, and changing the exposure amount and focus (exposure) (Pitch: 1 mJ / cm 2 , Focus pitch: 0.025 μm) After exposure, PEB was performed for 60 seconds at the temperature shown in Table 5, and paddle development was performed for 30 seconds with 2.38 mass% TMAH aqueous solution. Rinse and spin dry with pure water to obtain a negative pattern. The developed LS pattern and trench pattern were observed with a TD-SEM (S-9380, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation).

[感度評価]
感度として、前記スペース幅90nm及びピッチ180nmのLSパターンが得られる最適な露光量Eop(mJ/cm2)を求めた。結果を表5に示す。この値が小さいほど感度が高い。
[Sensitivity evaluation]
As the sensitivity, the optimum exposure dose E op (mJ / cm 2 ) for obtaining the LS pattern having the space width of 90 nm and the pitch of 180 nm was determined. The results are shown in Table 5. The smaller this value, the higher the sensitivity.

[露光裕度(EL)評価]
露光裕度評価として、前記LSパターンにおける90nmのスペース幅の±10%(81〜99nm)の範囲内で形成される露光量から、次式により露光裕度(単位:%)を求めた。結果を表5に示す。
露光裕度(%)=(|E1−E2|/Eop)×100
1:スペース幅81nm、ピッチ180nmのLSパターンを与える最適露光量
2:スペース幅99nm、ピッチ180nmのLSパターンを与える最適露光量
op:スペース幅90nm、ピッチ180nmのLSパターンを与える最適露光量
[Exposure margin (EL) evaluation]
As exposure margin evaluation, exposure margin (unit:%) was calculated | required by following Formula from the exposure amount formed in the range of +/- 10% (81-99 nm) of the 90 nm space width in the said LS pattern. The results are shown in Table 5.
Exposure margin (%) = (| E 1 −E 2 | / E op ) × 100
E 1 : Optimum exposure dose that gives an LS pattern with a space width of 81 nm and a pitch of 180 nm E 2 : Optimal exposure dose that gives an LS pattern with a space width of 99 nm and a pitch of 180 nm E op : Optimal exposure that gives an LS pattern with a space width of 90 nm and a pitch of 180 nm amount

[ラインウィドゥスラフネス(LWR)評価]
前記感度評価における最適露光量で照射して得たLSパターンを、スペース幅の長手方向に10箇所の寸法を測定し、その結果から標準偏差(σ)の3倍値(3σ)をLWRとして求めた。結果を表5に示す。この値が小さいほど、ラフネスが小さく均一なスペース幅のパターンが得られる。
[Rine Widow Roughness (LWR) Evaluation]
The LS pattern obtained by irradiating with the optimum exposure amount in the sensitivity evaluation was measured at 10 positions in the longitudinal direction of the space width, and from the result, the triple value (3σ) of the standard deviation (σ) was obtained as LWR. It was. The results are shown in Table 5. The smaller this value, the smaller the roughness and the more uniform the space width pattern.

[焦点深度(DOF)評価]
焦点深度評価として、前記トレンチパターンにおける90nmスペース幅の±10%(81〜99nm)の範囲で形成されるフォーカス範囲を求めた。結果を表5に示す。この値が大きいほど、焦点深度が広い。
[Depth of focus (DOF) evaluation]
As the depth of focus evaluation, a focus range formed in a range of ± 10% (81 to 99 nm) of the 90 nm space width in the trench pattern was obtained. The results are shown in Table 5. The larger this value, the wider the depth of focus.

[解像力評価]
前記70〜90nm(ピッチ140〜180nm)のLSパターンが解像するパターン寸法を解像力とした。結果を表5に示す。この値が小さいほど解像力に優れる。
[Resolution evaluation]
The resolution of the pattern dimension that resolved the LS pattern of 70 to 90 nm (pitch 140 to 180 nm) was defined as the resolving power. The results are shown in Table 5. The smaller this value, the better the resolution.

Figure 0006468139
Figure 0006468139

表5の結果から、本発明のレジスト材料は、実用的な感度であることが確認された。また、露光裕度及び焦点深度も広いマージンがあり、またLWRが比較例のレジストと比べて小さいことが確認された。更に解像力にも優れることが確認された。   From the results in Table 5, it was confirmed that the resist material of the present invention has practical sensitivity. Further, it was confirmed that the exposure margin and the depth of focus have a wide margin and that the LWR is small compared to the resist of the comparative example. Furthermore, it was confirmed that the resolution was also excellent.

[7]ArF露光パターニング評価(2)
[実施例70〜73、比較例30]
表1及び2に示す組成で調製した本発明のレジスト材料及び比較例のレジスト材料を、信越化学工業(株)製スピンオンカーボン膜ODL-180(カーボンの含有量が80質量%)を180nm、その上にケイ素含有スピンオンハードマスクSHB-A940(ケイ素の含有量が43質量%)を35nmの膜厚で成膜したトライレイヤープロセス用の基板上にスピンコーティングし、ホットプレートを用いて100℃で60秒間ベークし、レジスト膜の厚みを60nmにした。これをArFエキシマレーザー液浸スキャナー((株)ニコン製NSR-S610C、NA1.30、σ0.90/0.72、クロスポール開口35度、Azimuthally偏光照明、6%ハーフトーン位相シフトマスク、クロスポール照明)で、ウエハー上寸法が55nm、ピッチ110nmのコンタクトホールパターン(CHパターン)の露光を、露光量とフォーカスを変化(露光量ピッチ:1mJ/cm2、フォーカスピッチ:0.025μm)させながら行い、露光後、表6に示した温度で60秒間PEBし、2.38質量%のTMAH水溶液で30秒間パドル現像を行い、純水でリンス、スピンドライを行い、ネガ型パターンを得た。現像後のCHパターンをTD−SEM((株)日立ハイテクノロジーズ製CG4000)で観察した。
[7] ArF exposure patterning evaluation (2)
[Examples 70 to 73, Comparative Example 30]
The resist material of the present invention prepared in the composition shown in Tables 1 and 2 and the resist material of the comparative example were obtained by applying a spin-on carbon film ODL-180 (carbon content of 80% by mass) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. to 180 nm. A silicon-containing spin-on hard mask SHB-A940 (silicon content: 43% by mass) was spin-coated on a substrate for a trilayer process having a film thickness of 35 nm, and was heated at 100 ° C. using a hot plate at 60 ° C. The resist film was baked for 2 seconds to a thickness of 60 nm. This is an ArF excimer laser immersion scanner (Nikon NSR-S610C, NA1.30, σ0.90 / 0.72, crosspole aperture 35 degrees, Azimuthally polarized illumination, 6% halftone phase shift mask, crosspole illumination) Then, exposure of a contact hole pattern (CH pattern) having a wafer size of 55 nm and a pitch of 110 nm is performed while changing the exposure amount and focus (exposure amount pitch: 1 mJ / cm 2 , focus pitch: 0.025 μm). Thereafter, PEB was performed for 60 seconds at the temperature shown in Table 6, paddle development was performed for 30 seconds with a 2.38 mass% TMAH aqueous solution, rinse and spin drying were performed with pure water, and a negative pattern was obtained. The CH pattern after development was observed with a TD-SEM (CG4000 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation).

[感度評価]
感度として、前記ホール寸法55nm、ピッチ110nmのCHパターンが得られる最適な露光量Eop(mJ/cm2)を求めた。結果を表6に示す。この値が小さいほど感度が高い。
[Sensitivity evaluation]
As sensitivity, an optimum exposure dose E op (mJ / cm 2 ) for obtaining a CH pattern having a hole size of 55 nm and a pitch of 110 nm was determined. The results are shown in Table 6. The smaller this value, the higher the sensitivity.

[露光裕度(EL)評価]
露光裕度評価として、前記CHパターンにおける55nmのホール寸法の±10%(49.5〜60.5nm)の範囲内で形成される露光量から、次式により露光裕度(単位:%)を求めた。結果を表6に示す。
露光裕度(%)=(|E1−E2|/Eop)×100
1:ホール寸法49.5nm、ピッチ110nmのCHパターンを与える最適露光量
2:ホール寸法60.5nm、ピッチ110nmのCHパターンを与える最適露光量
op:ホール寸法55nm、ピッチ110nmのCHパターンを与える最適露光量
[Exposure margin (EL) evaluation]
As an exposure margin evaluation, an exposure margin (unit:%) is calculated from the exposure amount formed within a range of ± 10% (49.5 to 60.5 nm) of the 55 nm hole size in the CH pattern by the following formula. Asked. The results are shown in Table 6.
Exposure margin (%) = (| E 1 −E 2 | / E op ) × 100
E 1 : Optimum exposure amount giving a CH pattern with a hole size of 49.5 nm and a pitch of 110 nm E 2 : Optimum exposure amount giving a CH pattern with a hole size of 60.5 nm and a pitch of 110 nm E op : CH pattern with a hole size of 55 nm and a pitch of 110 nm Optimal exposure to give

[寸法均一性(CDU)評価]
前記感度評価における最適露光量で照射して得たCHパターンを、同一露光量ショット内10箇所(1箇所につき9個のCHパターン)の寸法を測定し、その結果から標準偏差(σ)の3倍値(3σ)を寸法均一性(CDU)として求めた。結果を表6に示す。この値が小さいほど、CHパターンの寸法均一性が優れる。
[Dimensional Uniformity (CDU) Evaluation]
The CH pattern obtained by irradiating with the optimum exposure dose in the sensitivity evaluation was measured at 10 locations (9 CH patterns per location) in the same exposure shot, and the standard deviation (σ) of 3 was determined from the result. The double value (3σ) was determined as dimensional uniformity (CDU). The results are shown in Table 6. The smaller this value, the better the dimensional uniformity of the CH pattern.

Figure 0006468139
Figure 0006468139

表6の結果から、本発明のレジスト材料は、実用的な感度であることが確認された。また、露光裕度に広いマージンがあり、寸法均一性にも優れることが確認された。   From the results in Table 6, it was confirmed that the resist material of the present invention has practical sensitivity. In addition, it was confirmed that the exposure margin has a wide margin and the dimensional uniformity is excellent.

[8]EB描画評価
[実施例74〜77、比較例31〜32]
表1及び2に示す組成で調製した本発明のレジスト材料及び比較例のレジスト材料を、HMDS気相中で表面処理(90℃、60秒間)したシリコンウエハー上にスピンコーティングし、ホットプレートを用いて100℃で60秒間ベークし、レジスト膜の厚みを60nmにした。これを電子ビーム描画装置(日本電子(株)製JBX-9000、加速電圧50kV)で、ウエハー上寸法がスペース幅100nm、ピッチ200nmのLSパターンの描画を、照射量を変化(照射量ピッチ:2μC/cm2)させながら行い、描画後、表7に示した温度で60秒間PEBし、2.38質量%のTMAH水溶液で30秒間パドル現像を行い、純水でリンス、スピンドライを行い、ネガ型パターンを得た。現像後のLSパターンをTD−SEM((株)日立ハイテクノロジーズ製S-9380)で観察した。
[8] EB drawing evaluation [Examples 74 to 77, Comparative Examples 31 to 32]
The resist material of the present invention prepared in the composition shown in Tables 1 and 2 and the resist material of the comparative example were spin-coated on a silicon wafer surface-treated (90 ° C., 60 seconds) in a HMDS gas phase, and a hot plate was used. The resist film was baked at 100 ° C. for 60 seconds to make the resist film thickness 60 nm. This is an electron beam lithography system (JEOL Co., Ltd. JBX-9000, acceleration voltage 50 kV). On the wafer, the LS pattern is drawn with a space width of 100 nm and a pitch of 200 nm. The irradiation dose is changed (irradiation pitch: 2 μC). / Cm 2 ), after drawing, PEB at the temperature shown in Table 7 for 60 seconds, paddle development with 2.38 wt% TMAH aqueous solution for 30 seconds, rinse with pure water, spin dry, A mold pattern was obtained. The developed LS pattern was observed with a TD-SEM (S-9380, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation).

[感度評価]
感度として、前記スペース幅100nm、ピッチ200nmのLSパターンが得られる最適な露光量Eop(μC/cm2)を求めた。結果を表7に示す。この値が小さいほど感度が高い。
[Sensitivity evaluation]
As the sensitivity, an optimum exposure amount E op (μC / cm 2 ) for obtaining an LS pattern having a space width of 100 nm and a pitch of 200 nm was determined. The results are shown in Table 7. The smaller this value, the higher the sensitivity.

[露光裕度(EL)評価]
露光裕度評価として、前記LSパターンにおける100nmのスペース幅の±10%(90〜110nm)の範囲内で形成される露光量から、次式により露光裕度(単位:%)を求めた。結果を表7に示す。
露光裕度(%)=(|E1−E2|/Eop)×100
1:スペース幅90nm、ピッチ200nmのLSパターンを与える最適露光量
2:スペース幅110nm、ピッチ200nmのLSパターンを与える最適露光量
op:スペース幅100nm、ピッチ200nmのLSパターンを与える最適露光量
[Exposure margin (EL) evaluation]
As exposure margin evaluation, exposure margin (unit:%) was calculated | required by following Formula from the exposure amount formed within the range of +/- 10% (90-110 nm) of the space width of 100 nm in the said LS pattern. The results are shown in Table 7.
Exposure margin (%) = (| E 1 −E 2 | / E op ) × 100
E 1 : Optimum exposure amount that gives an LS pattern with a space width of 90 nm and a pitch of 200 nm E 2 : Optimal exposure amount that gives an LS pattern with a space width of 110 nm and a pitch of 200 nm E op : Optimal exposure that gives an LS pattern with a space width of 100 nm and a pitch of 200 nm amount

[ラインウィドゥスラフネス(LWR)評価]
前記感度評価における最適露光量で照射して得たLSパターンを、スペース幅の長手方向に10箇所の寸法を測定し、その結果から標準偏差(σ)の3倍値(3σ)をLWRとして求めた。結果を表7に示す。この値が小さいほど、ラフネスが小さく均一なスペース幅のパターンが得られる。
[Rine Widow Roughness (LWR) Evaluation]
The LS pattern obtained by irradiating with the optimum exposure amount in the sensitivity evaluation was measured at 10 positions in the longitudinal direction of the space width, and from the result, the triple value (3σ) of the standard deviation (σ) was obtained as LWR. It was. The results are shown in Table 7. The smaller this value, the smaller the roughness and the more uniform the space width pattern.

Figure 0006468139
Figure 0006468139

表7の結果から、本発明のレジスト材料は、実用的な感度であることが確認された。また、露光裕度に広いマージンがあり、LWRが小さいことが確認された。   From the results in Table 7, it was confirmed that the resist material of the present invention has practical sensitivity. Further, it was confirmed that the exposure margin has a wide margin and the LWR is small.

Claims (8)

下記式(1)で表されることを特徴とする単量体。
Figure 0006468139
式中、R1は、水素原子又はメチル基を表す。R2及びR3は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を表し、R2とR3とは、互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂環基を形成してもよい。X1は、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の2価炭化水素基を表し、該2価炭化水素基を構成する−CH2−が、−O−又は−C(=O)−で置換されていてもよい。k 1は、0又は1を表す。k2は、2〜4の整数を表す。 1 は、下記式で表される基を表す。
Figure 0006468139
(式中、破線は結合手を示す。)]
The monomer represented by following formula (1).
Figure 0006468139
[ Wherein, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group. R 2 and R 3 each independently represent a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and R 2 and R 3 are bonded to each other. You may form an alicyclic group with a carbon atom. X 1 represents a linear, branched or cyclic divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and —CH 2 — constituting the divalent hydrocarbon group is —O— or —C (= Optionally substituted with O)- . k 1 represents 0 or 1. k 2 represents an integer of 2 to 4. Z 1 represents a group represented by the following formula.
Figure 0006468139
(In the formula, a broken line indicates a bond.)]
1が、炭素数3〜20の環状の脂肪族炭化水素基である請求項1記載の単量体。 The monomer according to claim 1, wherein Z 1 is a cyclic aliphatic hydrocarbon group having 3 to 20 carbon atoms. 下記式(3)で表される繰り返し単位を含むことを特徴とする高分子化合物。
Figure 0006468139
式中、R1は、水素原子又はメチル基を表す。R2及びR3は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を表し、R2とR3とは、互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂環基を形成してもよい。X1は、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の2価炭化水素基を表し、該2価炭化水素基を構成する−CH2−が、−O−又は−C(=O)−で置換されていてもよい。k 1は、0又は1を表す。k2は、2〜4の整数を表す。 1 は、下記式で表される基を表す。
Figure 0006468139
(式中、破線は結合手を示す。)]
The high molecular compound characterized by including the repeating unit represented by following formula (3).
Figure 0006468139
[ Wherein, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group. R 2 and R 3 each independently represent a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and R 2 and R 3 are bonded to each other. You may form an alicyclic group with a carbon atom. X 1 represents a linear, branched or cyclic divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and —CH 2 — constituting the divalent hydrocarbon group is —O— or —C (= Optionally substituted with O)- . k 1 represents 0 or 1. k 2 represents an integer of 2 to 4. Z 1 represents a group represented by the following formula.
Figure 0006468139
(In the formula, a broken line indicates a bond.)]
更に、下記式(A)〜(D)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種を含む請求項3記載の高分子化合物。
Figure 0006468139
(式中、R1は前記と同じ。ZAは、炭素数1〜20のフルオロアルコール含有置換基を表す。ZBは、炭素数1〜20のフェノール性ヒドロキシ基含有置換基を表す。ZCは、炭素数1〜20のカルボキシル基含有置換基を表す。ZDは、ラクトン骨格、スルトン骨格、カーボネート骨格、環状エーテル骨格、酸無水物骨格、アルコール性ヒドロキシ基、アルコキシカルボニル基、スルホンアミド基又はカルバモイル基を含有する置換基を表す。X2は、単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化されたフェニレン基、ナフチレン基、−O−R01−、又は−C(=O)−Z2−R01−を表し、Z2は、酸素原子又はNHを表し、R01は、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキレン基、炭素数2〜6の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルケニレン基、フェニレン基、又はナフチレン基を表し、カルボニル基、エステル基、エーテル基又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。)
Furthermore, the high molecular compound of Claim 3 containing at least 1 sort (s) chosen from the repeating unit represented by following formula (A)-(D).
Figure 0006468139
(In the formula, R 1 is the same as described above. Z A represents a fluoroalcohol-containing substituent having 1 to 20 carbon atoms. Z B represents a phenolic hydroxy group-containing substituent having 1 to 20 carbon atoms. Z C represents a carboxyl group-containing substituent having 1 to 20 carbon atoms Z D is a lactone skeleton, a sultone skeleton, a carbonate skeleton, a cyclic ether skeleton, an acid anhydride skeleton, an alcoholic hydroxy group, an alkoxycarbonyl group, a sulfonamide X 2 represents a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, a naphthylene group, —O—R 01 —, or —C (= O) —Z 2 —R 01 —, Z 2 represents an oxygen atom or NH, R 01 represents a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, or 2 to 6 carbon atoms. Linear, branched Or cyclic alkenylene group, a phenylene group, or a naphthylene group, a carbonyl group, an ester group, which may contain an ether or hydroxyl group.)
請求項3又は4記載の高分子化合物を含むベース樹脂、酸発生剤及び有機溶剤を含有するレジスト材料。   A resist material comprising a base resin comprising the polymer compound according to claim 3, an acid generator, and an organic solvent. 架橋剤を含まない請求項5記載のレジスト材料。The resist material according to claim 5, which does not contain a crosslinking agent. 請求項5又は6記載のレジスト材料を基板上に塗布してレジスト膜を形成し、加熱処理後に高エネルギー線で前記レジスト膜を露光し、加熱処理後に現像液を用いてパターンを得ることを特徴とするパターン形成方法。 A resist material according to claim 5 or 6 is applied on a substrate to form a resist film, the resist film is exposed with a high energy beam after heat treatment, and a pattern is obtained using a developer after the heat treatment. A pattern forming method. アルカリ現像液を用いて未露光部を溶解させ、露光部が溶解しないネガ型パターンを得る請求項記載のパターン形成方法。 The pattern forming method according to claim 7 , wherein an unexposed portion is dissolved using an alkali developer to obtain a negative pattern in which the exposed portion is not dissolved.
JP2015179394A 2014-12-18 2015-09-11 Monomer, polymer compound, resist material and pattern forming method Active JP6468139B2 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15200064.2A EP3035121B1 (en) 2014-12-18 2015-12-15 Monomer, polymer, resist composition, and patterning process
TW104142016A TWI552993B (en) 2014-12-18 2015-12-15 Monomer, polymer, resist composition, and patterning process
US14/972,612 US9758609B2 (en) 2014-12-18 2015-12-17 Monomer, polymer, resist composition, and patterning process
KR1020150180776A KR101972631B1 (en) 2014-12-18 2015-12-17 Monomer, polymer, resist composition, and patterning process
CN201510955723.1A CN105717744B (en) 2014-12-18 2015-12-18 Monomer, polymer, resist composition and patterning method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014256295 2014-12-18
JP2014256295 2014-12-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016117878A JP2016117878A (en) 2016-06-30
JP6468139B2 true JP6468139B2 (en) 2019-02-13

Family

ID=56242895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015179394A Active JP6468139B2 (en) 2014-12-18 2015-09-11 Monomer, polymer compound, resist material and pattern forming method

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6468139B2 (en)
KR (1) KR101972631B1 (en)
TW (1) TWI552993B (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6613615B2 (en) * 2015-05-19 2019-12-04 信越化学工業株式会社 Polymer compound and monomer, resist material and pattern forming method
JP6673105B2 (en) * 2016-08-31 2020-03-25 信越化学工業株式会社 Sulfonium compound, resist composition and pattern forming method
JP6773006B2 (en) * 2016-11-14 2020-10-21 信越化学工業株式会社 Chemically amplified resist material and pattern forming method
KR102428331B1 (en) * 2016-12-08 2022-08-04 삼성전자주식회사 Photoresist composition and a method for foming fine patterns using the same
JPWO2023286764A1 (en) * 2021-07-14 2023-01-19

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4054967B2 (en) * 2001-04-26 2008-03-05 三菱瓦斯化学株式会社 Vinyl polymerizable monomer having tertiary hydroxyl group and polymer thereof
US20030040593A1 (en) * 2001-04-26 2003-02-27 Nobuya Saegusa Vinyl-polymerizable monomer having tertiary hydroxyl group and polymer
JP3822101B2 (en) 2001-12-26 2006-09-13 株式会社ルネサステクノロジ Radiation-sensitive composition, pattern forming method, and semiconductor device manufacturing method
JP3841107B2 (en) 2003-02-21 2006-11-01 Jsr株式会社 Negative radiation sensitive resin composition
US7300739B2 (en) 2003-05-29 2007-11-27 International Business Machines Corporation Negative resists based on a acid-catalyzed elimination of polar molecules
JP4040536B2 (en) 2003-06-11 2008-01-30 東京応化工業株式会社 Negative resist composition and resist pattern forming method using the same
JP4040537B2 (en) 2003-06-11 2008-01-30 東京応化工業株式会社 Negative resist composition and resist pattern forming method using the same
JP4473103B2 (en) 2004-11-18 2010-06-02 信越化学工業株式会社 Negative resist material and pattern forming method using the same
JP4628809B2 (en) 2005-02-01 2011-02-09 東京応化工業株式会社 Negative resist composition and resist pattern forming method
JP4566820B2 (en) 2005-05-13 2010-10-20 東京応化工業株式会社 Negative resist composition and resist pattern forming method
JP4554665B2 (en) 2006-12-25 2010-09-29 富士フイルム株式会社 PATTERN FORMATION METHOD, POSITIVE RESIST COMPOSITION FOR MULTIPLE DEVELOPMENT USED FOR THE PATTERN FORMATION METHOD, NEGATIVE DEVELOPMENT SOLUTION USED FOR THE PATTERN FORMATION METHOD, AND NEGATIVE DEVELOPMENT RINSE SOLUTION USED FOR THE PATTERN FORMATION METHOD
JP5422402B2 (en) * 2010-01-08 2014-02-19 富士フイルム株式会社 Pattern forming method, chemically amplified resist composition, and resist film
JP5884521B2 (en) * 2011-02-09 2016-03-15 信越化学工業株式会社 Pattern formation method
JP2013250329A (en) * 2012-05-30 2013-12-12 Fujifilm Corp Actinic ray-sensitive or radiation-sensitive resin composition, and resist film, pattern formation method, electronic device manufacturing method and electronic device using said composition
KR102192281B1 (en) * 2012-07-16 2020-12-18 베이징 이타운 세미컨덕터 테크놀로지 컴퍼니 리미티드 Method for high aspect ratio photoresist removal in pure reducing plasma

Also Published As

Publication number Publication date
TWI552993B (en) 2016-10-11
KR20160074421A (en) 2016-06-28
KR101972631B1 (en) 2019-04-25
JP2016117878A (en) 2016-06-30
TW201630863A (en) 2016-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5839019B2 (en) Polymer compound, chemically amplified positive resist material, and pattern forming method
JP6485380B2 (en) Monomer, polymer compound, resist material, and pattern forming method
KR102032048B1 (en) Sulfonium salt, resist composition, and patterning process
JP6613615B2 (en) Polymer compound and monomer, resist material and pattern forming method
TWI602835B (en) Polymer, chemically amplified positive resist composition and patterning process
JP6468139B2 (en) Monomer, polymer compound, resist material and pattern forming method
KR102142188B1 (en) Monomer, polymer, resist composition, and patterning process
JP6520830B2 (en) Polymer, positive resist material, and pattern formation method
KR20130128331A (en) Resist composition, patterning process, monomer, and copolymer
KR102248768B1 (en) Monomer, polymer, resist composition, and patterning process
CN105717744B (en) Monomer, polymer, resist composition and patterning method
JP7226095B2 (en) Onium salt compound, chemically amplified resist composition, and pattern forming method
JP6717338B2 (en) Polymer compound, resist material and pattern forming method
TW202321411A (en) Chemically amplified resist composition and patterning process

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170824

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180516

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180619

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180713

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181218

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181231

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6468139

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150