JP6729450B2 - Polymer, negative resist material, and pattern forming method - Google Patents

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Description

本発明は、ポリマー、ネガ型レジスト材料、及びパターン形成方法に関する。 The present invention relates to a polymer, a negative resist material, and a pattern forming method.

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。10nmノードロジックデバイスの量産や、DRAMについては20nm以下のデバイス量産が間近である。これらは、ダブルパターニングArFリソグラフィーによって形成される。また、波長13.5nmの極端紫外線(EUV)リソグラフィーの検討が進められている。 Along with the high integration and high speed of LSIs, miniaturization of pattern rules is rapidly progressing. Mass production of 10 nm node logic devices and mass production of DRAM devices of 20 nm or less are imminent. These are formed by double patterning ArF lithography. In addition, studies on extreme ultraviolet (EUV) lithography with a wavelength of 13.5 nm are underway.

一方、フラッシュメモリーは、15nmまでの微細化を牽引した後、立体的な積層によって容量を増やす3次元メモリーにシフトしてきている。この場合は、多段の積層膜を加工するための10μmを超える超厚膜の加工技術が必要とされる。 On the other hand, the flash memory has been shifting to a three-dimensional memory in which the capacity is increased by three-dimensional stacking after driving the miniaturization up to 15 nm. In this case, an ultra thick film processing technique of more than 10 μm for processing a multi-layer laminated film is required.

ArFダブルパターニングリソグラフィーにおいて、マスクの枚数が増えるとともに、複数のマスクの位置合わせ精度向上やパターン寸法の高精度化が必要である。EUVリソグラフィー用のマスクにおいても、ArFリソグラフィー用よりも一段と微細なパターンの形成と、それぞれのパターンの高精度化が必要である。 In ArF double patterning lithography, as the number of masks increases, it is necessary to improve the alignment accuracy of a plurality of masks and the pattern dimensions. Even in a mask for EUV lithography, it is necessary to form a finer pattern than that for ArF lithography and to improve the accuracy of each pattern.

マスクパターン製作においては、電子線(EB)リソグラフィーによるレジストパターン形成が行われている。EBリソグラフィーのスループット向上のために、化学増幅レジストが一般的に用いられている。前記化学増幅レジストとしては、例えば、ポリヒドロキシスチレンのヒドロキシ基の一部を酸不安定基で置換したポリマーをベース樹脂とし、これに酸発生剤、酸の拡散を制御するクエンチャー、界面活性剤及び有機溶剤を配合したものが挙げられる。化学増幅レジストは、高感度化のメリットがあるが、一方で酸拡散の像のぼけによって解像度やパターンの精度が低下してしまうという欠点も有している。 In the mask pattern production, a resist pattern is formed by electron beam (EB) lithography. Chemically amplified resists are commonly used to improve the throughput of EB lithography. As the chemically amplified resist, for example, a polymer obtained by substituting a part of hydroxy groups of polyhydroxystyrene with an acid labile group is used as a base resin, and an acid generator, a quencher for controlling acid diffusion, and a surfactant are used as the base resin. And those containing an organic solvent. The chemically amplified resist has an advantage of high sensitivity, but has a drawback that the resolution and pattern accuracy are deteriorated due to blurring of the image of acid diffusion.

EBリソグラフィーによるレジストパターンの解像性の向上とともに、レジストパターンのアスペクト比が増加し、これによって現像後のリンス乾燥時の応力によってパターンの倒れが発生するという問題が生じている。これを防ぐために、レジスト膜の薄膜化が進行している。これとともにドライエッチング耐性の向上が必要となり、レジスト膜のドライエッチング耐性向上のために、酸不安定基で置換されたポリヒドロキシスチレンと、インデン(特許文献1)やアセナフチレン(特許文献2)とを共重合したポリマーベースのポジ型レジストが提案された。インデンやアセナフチレンを共重合することによって、ドライエッチング耐性が向上しただけでなく、酸拡散を制御するメリットもあって、解像性の向上にも寄与した。 Along with the improvement of the resolution of the resist pattern by EB lithography, the aspect ratio of the resist pattern increases, which causes a problem that the pattern collapses due to the stress during the rinse drying after development. In order to prevent this, the resist film is being made thinner. At the same time, it is necessary to improve the dry etching resistance, and in order to improve the dry etching resistance of the resist film, polyhydroxystyrene substituted with an acid labile group and indene (Patent Document 1) or acenaphthylene (Patent Document 2) are used. Copolymerized polymer-based positive resists have been proposed. Copolymerization of indene and acenaphthylene not only improved dry etching resistance, but also had the advantage of controlling acid diffusion, which contributed to the improvement of resolution.

ネガ型レジストの場合においても、架橋剤あるいは架橋ユニットを含むベースポリマーを用いるネガ型レジストだけでなく、酸による脱水反応によって親水性が低下するネガ型レジストにおいても、インデンやアセナフチレンに由来する繰り返し単位を含むポリマーが用いられた(特許文献4)。 Even in the case of a negative resist, not only a negative resist using a base polymer containing a crosslinking agent or a crosslinking unit, but also in a negative resist whose hydrophilicity is reduced by a dehydration reaction by an acid, repeating units derived from indene or acenaphthylene A polymer containing was used (Patent Document 4).

近年、マスク基板として酸化膜系のハードマスクが適用されるようになってきており、レジスト膜の過度なドライエッチング耐性の向上は必要なくなった。ドライエッチング耐性を向上させるよりも解像性に優れたレジストが要求されるようになってきており、解像性の向上に加えて近年は、エッジラフネス(LER、LWR)の低減が重要になってきている。 In recent years, oxide film-based hard masks have been used as mask substrates, and it is no longer necessary to excessively improve the dry etching resistance of the resist film. A resist having better resolution than dry etching resistance has been required, and in recent years, in addition to the improvement of resolution, reduction of edge roughness (LER, LWR) has become important. Is coming.

特開2004−115630号公報JP, 2004-115630, A 特開2006−169302号公報JP, 2006-169302, A 特開2004−61794号公報JP, 2004-61794, A 特開2013−164588号公報JP, 2013-164588, A

本発明は、前記事情に鑑みなされたもので、従来のネガ型レジスト材料を上回る高解像度でエッジラフネスが小さいネガ型レジスト材料のベース樹脂として好適なポリマー、該ポリマーを用いたネガ型レジスト材料、特に、i線、ArFエキシマレーザー、EB、EUV露光に好適なネガ型レジスト材料、及びこれ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, a polymer suitable as a base resin for a negative resist material having a high resolution and a small edge roughness that exceeds a conventional negative resist material, a negative resist material using the polymer, In particular, it is an object to provide a negative resist material suitable for i-line, ArF excimer laser, EB, and EUV exposure, and a pattern forming method using the same.

本発明者らは、近年要望される、高解像度を有し、エッジラフネスが小さいネガ型レジスト材料を得るべく鋭意検討を重ねた結果、これには特定の繰り返し単位を含むポリマーをネガ型レジスト材料のベース樹脂として用いれば極めて有効であることを知見し、本発明を完成させた。 The present inventors have earnestly studied in recent years to obtain a negative resist material having high resolution and small edge roughness, and as a result, a negative resist material containing a polymer containing a specific repeating unit has been found. The inventors have found that it is extremely effective when used as a base resin of, and completed the present invention.

特許文献4に記載されたインデンやアセナフチレンに由来する繰り返し単位を含むポリマーは、酸拡散制御に優れ、エッジラフネスが低減したが、更なる性能の向上が必要である。インデンやアセナフチレンを共重合することによって主鎖が剛直になり、ポリマーのガラス転移点が高くなって、これによって酸拡散距離が短くなる。前記共重合体は、スチレン共重合体よりも酸拡散制御の効果が高い。一方、インデンやアセナフチレンは疎水性の芳香族化合物であるため、ポリマー内で親水性部分と疎水性部分が混在し、アルカリ現像液の溶解性が不均一になって膨潤を引き起こし、エッジラフネス劣化の要因となる。 The polymer containing a repeating unit derived from indene or acenaphthylene described in Patent Document 4 has excellent acid diffusion control and reduced edge roughness, but further improvement in performance is required. By copolymerizing indene or acenaphthylene, the main chain becomes rigid, and the glass transition point of the polymer becomes high, which shortens the acid diffusion distance. The copolymer has a higher effect of controlling acid diffusion than the styrene copolymer. On the other hand, since indene and acenaphthylene are hydrophobic aromatic compounds, a hydrophilic part and a hydrophobic part are mixed in the polymer, the solubility of the alkali developer becomes nonuniform, causing swelling, and causing edge roughness deterioration. It becomes a factor.

特許文献3に記載された酸不安定基で部分置換されたヒドロキシスチレンと、クマリンとの共重合ポリマーは、クマリンがエステル基を有している分だけインデンやアセナフチレンより疎水性が低く、アルカリ現像液中での膨潤を抑えてエッジラフネスを低減させる。しかしながら、クマリンの重合性が低いために、これをポリマー内に均一に導入することは難しく、狙ったとおりのエッジラフネス低減には結びつかない。 The copolymer of hydroxystyrene partially substituted with an acid labile group described in Patent Document 3 and coumarin has a lower hydrophobicity than indene or acenaphthylene due to the fact that coumarin has an ester group, and thus alkali development is possible. Swelling in liquid is suppressed and edge roughness is reduced. However, since the polymerizability of coumarin is low, it is difficult to uniformly introduce it into the polymer, and it does not lead to the targeted reduction of edge roughness.

本発明者らは、更に酸拡散を抑えてアルカリ溶解均一性を向上させてエッジラフネスを低減させるために鋭意検討を重ねた結果、ビニルアントラキノンに由来する繰り返し単位、ヒドロキシ基含有3級アルキル基が結合したベンゼン環を含む繰り返し単位、及びヒドロキシスチレンに由来する繰り返し単位を含むポリマーをネガ型レジスト材料のベース樹脂として用いることにより、露光前後のアルカリ溶解速度コントラストが高く、酸拡散を抑える効果が高く、高解像性を有し、露光後のパターン形状とエッジラフネスが良好である、特に超LSI製造用あるいはフォトマスクの微細パターン形成材料として好適なネガ型レジスト材料が得られることを知見した。 The present inventors further conducted diligent studies in order to suppress acid diffusion, improve alkali dissolution uniformity, and reduce edge roughness, and as a result, a repeating unit derived from vinyl anthraquinone and a hydroxy group-containing tertiary alkyl group were identified. By using a polymer containing a repeating unit containing a bonded benzene ring and a repeating unit derived from hydroxystyrene as a base resin of a negative resist material, the alkali dissolution rate contrast before and after exposure is high, and the effect of suppressing acid diffusion is high. It was found that a negative resist material having a high resolution and a good pattern shape and edge roughness after exposure, which is particularly suitable for a VLSI production or as a fine pattern forming material for a photomask, can be obtained.

ビニルアントラキノンはスチレン誘導体と同様重合性が高いため、ポリマー内に均一に導入することができる。カルボニル基を2つ有して適度に親水性を有しているために、ポリマー内の親水性と疎水性の差が小さく、これによってアルカリ溶解性が均一化する。2つのカルボニル基は酸拡散を制御する特性もある。以上の特性により、高解像度でエッジラフネスが小さいレジストパターンを得ることができる。 Since vinyl anthraquinone has high polymerizability like the styrene derivative, it can be uniformly introduced into the polymer. Since it has two carbonyl groups and has an appropriate hydrophilicity, the difference between the hydrophilicity and the hydrophobicity in the polymer is small, which makes the alkali solubility uniform. The two carbonyl groups also have the property of controlling acid diffusion. With the above characteristics, it is possible to obtain a resist pattern with high resolution and small edge roughness.

本発明のネガ型レジスト材料は、特に、レジスト膜としたときの溶解コントラストが高く、酸拡散を抑える効果が高く、高解像性を有し、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る。したがって、これらの優れた特性を有することから実用性が極めて高く、超LSI用レジスト材料マスクパターン形成材料として非常に有効である。 The negative resist material of the present invention has a high dissolution contrast when formed into a resist film, has a high effect of suppressing acid diffusion, has a high resolution, has an exposure margin, and is excellent in process adaptability, The pattern shape after exposure is good. Therefore, since they have these excellent characteristics, they are extremely practical and very effective as a resist material mask pattern forming material for VLSI.

すなわち、本発明は、下記ポリマー、ネガ型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(a)で表される繰り返し単位、下記式(b)で表される繰り返し単位、及び下記式(c)で表される繰り返し単位を含み、下記式(a)で表される繰り返し単位、下記式(b)で表される繰り返し単位、及び下記式(c)で表される繰り返し単位の割合が、それぞれ0.03≦a≦0.5、0.05≦b≦0.6及び0.1≦c≦0.9であり(ただし、a+b+c≦1である。)、重量平均分子量が1,000〜500,000であるポリマー。

Figure 0006729450
(式中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R1は、ヒドロキシ基、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜4のアルキル基、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜4のアルコキシ基、アセトキシ基、又はハロゲン原子を表す。R2及びR5は、それぞれ独立に、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜6のアルキル基、又はハロゲン原子である。R3及びR4は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、R3とR4とが結合して、これらが結合する炭素原子と共に環を形成していてもよい。X1及びX2は、それぞれ独立に、単結合又はエステル基である。mは、1又は2である。p及びqは、それぞれ独立に、0又は1である。rは、0〜4の整数である。)
2.更に、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種を含み、その割合が0<f≦0.3である(ただし、a+b+c+f≦1である。)1のポリマー。
Figure 0006729450
(式中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R21は、単結合、フェニレン基、−O−R31−、又は−C(=O)−Z1−R31−であり、Z1は、−O−又は−NH−であり、R31は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜6のアルキレン基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜6のアルケニレン基、又はフェニレン基であり、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。Rf1〜Rf4は、それぞれ独立に、フッ素原子、水素原子又はトリフルオロメチル基であるが、Rf1〜Rf4のうち少なくとも1つはフッ素原子である。R22〜R29は、それぞれ独立に、カルボニル基、エステル基若しくはエーテル基を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、又はメルカプトフェニル基である。Y1は、単結合、又はエステル基、エーテル基又若しくはラクトン環を含んでいてもよい炭素数1〜12の連結基である。Y2は、単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、−O−R32−、又は−C(=O)−Z2−R32−であり、Z2は、−O−又は−NH−であり、R32は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜6のアルキレン基、フェニレン基、又は直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜6のアルケニレン基であり、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である。)
3.1又は2のポリマーを含むベース樹脂を含むネガ型レジスト材料。
4.更に、有機溶剤及び酸発生剤を含む化学増幅レジスト材料であるのネガ型レジスト材料。
5.更に、塩基性化合物を含む3又は4のネガ型レジスト材料。
6.更に、界面活性剤を含む〜5のいずれかのネガ型レジスト材料。
7.〜6のいずれかのネガ型レジスト材料を基板上に塗布し、加熱処理をしてレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、現像液を用いて露光したレジスト膜を現像する工程とを含むパターン形成方法。
8.前記基板が、フォトマスクブランクである7のパターン形成方法。
9.前記高エネルギー線が、波長180〜400nmの紫外線である7又は8のパターン形成方法。
10.前記高エネルギー線が、EB又は波長3〜15nmのEUVである7又は8のパターン形成方法。
11.3〜6のいずれかのネガ型レジスト材料を塗布したフォトマスクブランク。 That is, the present invention provides the following polymers, negative resist materials, and pattern forming methods.
1. Repeating unit represented by the following formula (a), the repeating unit represented by the following formula (b), and includes a repeating unit represented by the following formula (c), repeating units represented by the following formula (a) , The proportion of the repeating unit represented by the following formula (b) and the proportion of the repeating unit represented by the following formula (c) are 0.03≦a≦0.5, 0.05≦b≦0.6, and 0.1≦c≦0.9 (provided that a+b+c≦1) and the weight average molecular weight is 1,000 to 500,000.
Figure 0006729450
(In formula, R <A> is respectively independently a hydrogen atom or a methyl group. R< 1 > is a hydroxy group, a linear or branched C1-C4 alkyl group, a linear or branched C1. Represents an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, an acetoxy group, or a halogen atom, and R 2 and R 5 are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom. R 3 and R 4 are each independently a linear, branched, or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and R 3 and R 4 are bonded to each other, together with the carbon atom to which they are bonded. May form a ring, X 1 and X 2 are each independently a single bond or an ester group, m is 1 or 2. p and q are each independently 0 or 1. Yes, r is an integer of 0 to 4.)
2. Furthermore, look contains at least one selected from the repeating unit represented by the following formula (f1) ~ (f3), the proportion is 0 <f ≦ 0.3 (provided that a + b + c + f ≦ 1.) 1 Polymer of.
Figure 0006729450
(Wherein, R A are each independently a hydrogen atom or a methyl group .R 21 is a single bond, a phenylene group, -O-R 31 -, or -C (= O) -Z 1 -R 31 - and, Z 1 is -O- or -NH-, R 31 is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, a linear, carbon branched or cyclic It is an alkenylene group or a phenylene group having a number of 2 to 6, and may contain a carbonyl group, an ester group, an ether group or a hydroxy group.Rf 1 to Rf 4 are each independently a fluorine atom, a hydrogen atom or a triatom. Although it is a fluoromethyl group, at least one of Rf 1 to Rf 4 is a fluorine atom, and R 22 to R 29 are each independently a straight chain which may contain a carbonyl group, an ester group or an ether group. , A branched or cyclic alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, or a mercaptophenyl group, wherein Y 1 is a single bond or an ester. Group, an ether group, or a linking group having 1 to 12 carbon atoms, which may contain a lactone ring, Y 2 is a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, or -OR 32 -, or -C (= O) -Z 2 -R 32 - is and, Z 2 is -O- or -NH-, R 32 represents a linear, branched or cyclic carbon atoms 1 6 alkylene group, a phenylene group, or a linear, alkenylene group having 2 to 6 carbon atoms branched or cyclic, may contain a carbonyl group, an ester group, an ether group or a hydroxy group .M - Is a non-nucleophilic counterion.)
3. A negative resist material containing a base resin containing the polymer of 1 or 2.
4. Furthermore, the negative resist material of 3 , which is a chemically amplified resist material containing an organic solvent and an acid generator.
5. Furthermore, the negative resist material of 3 or 4 containing a basic compound.
6. Further, any of the negative resist composition of 3 to 5 containing a surfactant.
7. The step of applying the negative resist material of any one of 3 to 6 on a substrate and performing a heat treatment to form a resist film, the step of exposing the resist film with a high energy ray, and the exposure using a developing solution. Forming a patterned resist film.
8. 7. The pattern forming method according to 7, wherein the substrate is a photomask blank.
9. 7. The pattern forming method according to 7 or 8, wherein the high energy rays are ultraviolet rays having a wavelength of 180 to 400 nm.
10. 7. The pattern forming method according to 7 or 8, wherein the high energy ray is EB or EUV having a wavelength of 3 to 15 nm.
11. A photomask blank coated with the negative resist material of any of 11.3 to 6.

本発明のポリマーを含むネガ型レジスト材料は、露光前後のアルカリ溶解速度コントラストが大幅に高く、高解像性を有し、露光後のパターン形状とラインエッジラフネスが良好で、その上、特に酸拡散速度を抑制できる。したがって、特に超LSI製造用あるいはフォトマスクの微細パターン形成材料、EUV露光用、ArFエキシマレーザー露光用のパターン形成材料として好適である。また、本発明のネガ型レジスト材料は、半導体回路形成におけるリソグラフィーだけでなく、マスク回路パターンの形成、あるいはマイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド回路形成等にも応用することができる。 The negative resist material containing the polymer of the present invention has a significantly high alkali dissolution rate contrast before and after exposure, has a high resolution, and has a good pattern shape and line edge roughness after exposure, and more particularly, an acid. The diffusion speed can be suppressed. Therefore, it is particularly suitable as a fine pattern forming material for VLSI production or a photomask, a pattern forming material for EUV exposure, and ArF excimer laser exposure. Further, the negative resist material of the present invention can be applied not only to lithography in semiconductor circuit formation, but also to mask circuit pattern formation, micromachines, thin film magnetic head circuit formation, and the like.

[ポリマー]
本発明のポリマーは、下記式(a)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位aという。)、下記式(b)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位bという。)、及び下記式(c)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位cという。)を含み、重量平均分子量(Mw)が1,000〜500,000である。

Figure 0006729450
[polymer]
The polymer of the present invention has a repeating unit represented by the following formula (a) (hereinafter referred to as repeating unit a), a repeating unit represented by the following formula (b) (hereinafter referred to as repeating unit b), and the following: It contains a repeating unit represented by formula (c) (hereinafter referred to as repeating unit c) and has a weight average molecular weight (Mw) of 1,000 to 500,000.
Figure 0006729450

式中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R1は、ヒドロキシ基、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜4のアルキル基、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜4のアルコキシ基、アセトキシ基、又はハロゲン原子を表す。R2及びR5は、それぞれ独立に、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜6のアルキル基、又はハロゲン原子である。R3及びR4は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、R3とR4とが結合して、これらが結合する炭素原子と共に環を形成していてもよい。X1及びX2は、それぞれ独立に、単結合又はエステル基である。mは、1又は2である。p及びqは、それぞれ独立に、0又は1である。rは、0〜4の整数である。 In the formula, R A's are each independently a hydrogen atom or a methyl group. R 1 represents a hydroxy group, a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a linear or branched alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, an acetoxy group, or a halogen atom. R 2 and R 5 are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom. R 3 and R 4 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and R 3 and R 4 are bonded to each other to form a ring together with the carbon atom to which they are bonded. May be formed. X 1 and X 2 are each independently a single bond or an ester group. m is 1 or 2. p and q are 0 or 1 each independently. r is an integer of 0-4.

繰り返し単位aを得るためのモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

Figure 0006729450
Examples of the monomer for obtaining the repeating unit a include, but are not limited to, those shown below.
Figure 0006729450

繰り返し単位bを得るためのモノマーとしては、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、RAは、前記と同じである。

Figure 0006729450
Examples of the monomer for obtaining the repeating unit b include, but are not limited to, those shown below. In the formula below, R A is the same as above.
Figure 0006729450

繰り返し単位cを得るためのモノマーとしては、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、RAは、前記と同じである。

Figure 0006729450
Examples of the monomer for obtaining the repeating unit c include, but are not limited to, those shown below. In the formula below, R A is the same as above.
Figure 0006729450

本発明のポリマーは、更に、ヒドロキシ基、ラクトン環、エーテル基、エステル基、カルボニル基及びシアノ基から選ばれる密着性基を含む繰り返し単位dを含んでもよい。繰り返し単位d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、RAは、前記と同じである。

Figure 0006729450
The polymer of the present invention may further contain a repeating unit d containing an adhesive group selected from a hydroxy group, a lactone ring, an ether group, an ester group, a carbonyl group and a cyano group. Examples of the monomer that provides the repeating unit d include, but are not limited to, those shown below. In the formula below, R A is the same as above.
Figure 0006729450

Figure 0006729450
Figure 0006729450

Figure 0006729450
Figure 0006729450

Figure 0006729450
Figure 0006729450

Figure 0006729450
Figure 0006729450

Figure 0006729450
Figure 0006729450

Figure 0006729450
Figure 0006729450

Figure 0006729450
Figure 0006729450

ヒドロキシ基を含むモノマーの場合、重合時にヒドロキシ基をエトキシエトキシ基等の酸によって脱保護しやすいアセタール基で置換しておいて重合後に弱酸と水によって脱保護を行ってもよいし、アセチル基、ホルミル基、ピバロイル基等で置換しておいて重合後にアルカリ加水分解を行ってもよい。 In the case of a monomer containing a hydroxy group, the hydroxy group may be replaced with an acetal group that is easily deprotected by an acid such as an ethoxyethoxy group during polymerization, and depolymerization may be performed with a weak acid and water after the polymerization, or an acetyl group, It may be substituted with a formyl group, a pivaloyl group or the like and then subjected to alkali hydrolysis after the polymerization.

本発明のポリマーは、重合性オレフィンを含むオニウム塩に由来する繰り返し単位fを含んでもよい。特開平4−230645号公報、特開2005−84365号公報、特開2006−045311号公報には、特定のスルホン酸が発生する重合性オレフィンを有するスルホニウム塩、ヨードニウム塩が提案されている。特開2006−178317号公報には、スルホン酸が主鎖に直結したスルホニウム塩が提案されている。 The polymer of the present invention may contain a repeating unit f derived from an onium salt containing a polymerizable olefin. JP-A-4-230645, JP-A-2005-84365, and JP-A-2006-045311 propose sulfonium salts and iodonium salts having a polymerizable olefin capable of generating a specific sulfonic acid. Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-178317 proposes a sulfonium salt in which sulfonic acid is directly bonded to the main chain.

好ましい繰り返し単位fとしては、下記式(f1)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位f1という。)、下記式(f2)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位f2という。)、及び下記式(f3)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位f3という。)が挙げられる。なお、繰り返し単位f1〜f3は、1種単独でも、2種以上を組み合わせて使用してもよい。

Figure 0006729450
Preferred repeating unit f is a repeating unit represented by the following formula (f1) (hereinafter referred to as repeating unit f1), a repeating unit represented by the following formula (f2) (hereinafter referred to as repeating unit f2), and A repeating unit represented by the following formula (f3) (hereinafter, referred to as repeating unit f3) can be given. The repeating units f1 to f3 may be used alone or in combination of two or more.
Figure 0006729450

式中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R21は、単結合、フェニレン基、−O−R31−、又は−C(=O)−Z1−R31−であり、Z1は、−O−又は−NH−であり、R31は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜6のアルキレン基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜6のアルケニレン基、又はフェニレン基であり、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。Rf1〜Rf4は、それぞれ独立に、フッ素原子、水素原子又はトリフルオロメチル基であるが、Rf1〜Rf4のうち少なくとも1つはフッ素原子である。R22〜R29は、それぞれ独立に、カルボニル基、エステル基若しくはエーテル基を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、又はメルカプトフェニル基である。Y1は、単結合、又はエステル基、エーテル基又若しくはラクトン環を含んでいてもよい炭素数1〜12の連結基である。Y2は、単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、−O−R32−、又は−C(=O)−Z2−R32−であり、Z2は、−O−又は−NH−であり、R32は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜6のアルキレン基、フェニレン基、又は直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜6のアルケニレン基であり、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である。 In the formula, R A's are each independently a hydrogen atom or a methyl group. R 21 is a single bond, a phenylene group, —O—R 31 —, or —C(═O)—Z 1 —R 31 —, Z 1 is —O— or —NH—, and R 31 Is 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 a phenylene group, a carbonyl group, an ester group, It may contain an ether group or a hydroxy group. Rf 1 to Rf 4 are each independently a fluorine atom, a hydrogen atom or a trifluoromethyl group, and at least one of Rf 1 to Rf 4 is a fluorine atom. R 22 to R 29 are each independently a linear, branched or cyclic C 1-12 alkyl group which may contain a carbonyl group, an ester group or an ether group, and a C 6-12 aryl. A group, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, or a mercaptophenyl group. Y 1 is a single bond or a linking group having 1 to 12 carbon atoms which may contain an ester group, an ether group or a lactone ring. Y 2 represents a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, -O-R 32 -, or -C (= O) -Z 2 -R 32 - is and, Z 2 is - R 32 is O— or —NH—, and R 32 is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group, or a linear, branched or cyclic C 2 to 6 carbon atoms. It is an alkenylene group and may contain a carbonyl group, an ester group, an ether group or a hydroxy group. M - is a non-nucleophilic counterion.

-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が挙げられる。 Examples of the non-nucleophilic counter ion represented by M are halide ions such as chloride ion and bromide ion, triflate, fluoroalkyl sulfonates such as 1,1,1-trifluoroethane sulfonate and nonafluorobutane sulfonate, Aryl sulfonates such as tosylate, benzene sulfonate, 4-fluorobenzene sulfonate, 1,2,3,4,5-pentafluorobenzene sulfonate, alkyl sulfonates such as mesylate and 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.

前記非求核性対向イオンとしては、更に、下記式(K−1)表されるα位がフルオロ置換されたスルホン酸イオン、下記式(K−2)で表されるα及びβ位がフルオロ置換されたスルホン酸イオン等が挙げられる。

Figure 0006729450
Examples of the non-nucleophilic counter ion further include a sulfonate ion in which the α-position represented by the following formula (K-1) is fluoro-substituted, and α- and β-positions represented by the following formula (K-2) are fluoro. Examples thereof include substituted sulfonate ions.
Figure 0006729450

式(K−1)中、R101は、水素原子、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜30のアシル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、又はアリーロキシ基であり、エーテル基、エステル基、カルボニル基、ラクトン環、ラクタム環、スルトン環、アミノ基、スルホン基、スルホン酸エステル基、カーボネート基、ヒドロキシ基、チオール基、カルボキシル基、カーバメート基、アミド基、イミド基を含んでいてもよい。 In formula (K-1), R 101 represents 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. 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, which is an ether group, an ester group, a carbonyl group, a lactone ring, a lactam ring, or a sultone. It may contain a ring, an amino group, a sulfone group, a sulfonate group, a carbonate group, a hydroxy group, a thiol group, a carboxyl group, a carbamate group, an amide group or an imide group.

式(K−2)中、R102は、水素原子、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜30のアシル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、又はアリーロキシ基であり、エーテル基、エステル基、カルボニル基、ラクトン環、ラクタム環、スルトン環、アミノ基、スルホン基、スルホン酸エステル基、カーボネート基、ヒドロキシ基、チオール基、カルボキシル基、カーバメート基、アミド基、イミド基を含んでいてもよい。R103は、水素原子、メチル基、エチル基又はトリフルオロメチル基である。 In formula (K-2), R 102 represents a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic C 1-30 alkyl group, a linear, branched or cyclic C 2-30 acyl group. 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, which is an ether group, an ester group, a carbonyl group, a lactone ring, a lactam ring, or a sultone. It may contain a ring, an amino group, a sulfone group, a sulfonate group, a carbonate group, a hydroxy group, a thiol group, a carboxyl group, a carbamate group, an amide group or an imide group. R 103 is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group or a trifluoromethyl group.

繰り返し単位fは、酸発生剤として機能する。ポリマー主鎖に酸発生剤を結合させることによって酸拡散を小さくし、酸拡散のぼけによる解像性の低下を防止できる。また、酸発生剤が均一に分散することによってエッジラフネスが改善される。 The repeating unit f functions as an acid generator. By binding an acid generator to the polymer main chain, acid diffusion can be reduced, and deterioration of resolution due to blur of acid diffusion can be prevented. Further, the edge roughness is improved by uniformly dispersing the acid generator.

本発明のポリマー中、繰り返し単位a〜fの割合は、それぞれ、0<a<1.0、0<b<1.0、0<c<1.0、0≦d≦0.7、0≦e≦0.7及び0≦f≦0.3が好ましく、0.03≦a≦0.5、0.05≦b≦0.6、0.1≦c≦0.9、0≦d≦0.6、0≦e≦0.6及び0≦f≦0.25がより好ましく、0.05≦a≦0.4、0.1≦b≦0.5、0.2≦c≦0.8、0≦d≦0.5、0≦e≦0.5及び0≦f≦0.2が更に好ましい。なお、繰り返し単位fが繰り返し単位f1〜f3から選ばれる少なくとも1種である場合、f=f1+f2+f3である。また、a+b+c+d+e+f≦1である。なお、例えば、a+b+c=1とは、繰り返し単位a、b及びcを含むポリマーにおいて、繰り返し単位a、b及びcの合計量が全繰り返し単位中100モル%であることを示し、a+b+c<1とは、繰り返し単位a、b及びcの合計量が全繰り返し単位中100モル%未満で繰り返し単位a、b及びc以外に他の繰り返し単位を含んでいることを示す。 In the polymer of the present invention, the proportion of repeating units a to f is 0<a<1.0, 0<b<1.0, 0<c<1.0, 0≦d≦0.7, 0, respectively. ≤ e ≤ 0.7 and 0 ≤ f ≤ 0.3 are preferred, and 0.03 ≤ a ≤ 0.5, 0.05 ≤ b ≤ 0.6, 0.1 ≤ c ≤ 0.9, 0 ≤ d. ≦0.6, 0≦e≦0.6 and 0≦f≦0.25 are more preferable, and 0.05≦a≦0.4, 0.1≦b≦0.5, 0.2≦c≦ More preferably, 0.8, 0≤d≤0.5, 0≤e≤0.5 and 0≤f≤0.2. When the repeating unit f is at least one kind selected from the repeating units f1 to f3, f=f1+f2+f3. Also, a+b+c+d+e+f≦1. In addition, for example, a+b+c=1 means that in a polymer containing repeating units a, b and c, the total amount of repeating units a, b and c is 100 mol% in all repeating units, and a+b+c<1 Indicates that the total amount of the repeating units a, b and c is less than 100 mol% in all the repeating units and that the repeating units a, b and c contain other repeating units.

本発明のポリマーは、Mwが1,000〜500,000であり、好ましくは2,000〜30,000である。Mwが小さすぎるとレジスト材料が耐熱性に劣るものとなり、大きすぎるとアルカリ溶解性が低下し、パターン形成後に裾引き現象が生じやすくなってしまう。なお、Mwは、溶剤としてテトラヒドロフラン(THF)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 polymer of the present invention has a Mw of 1,000 to 500,000, preferably 2,000 to 30,000. If the Mw is too small, the resist material will be inferior in heat resistance, and if it is too large, the alkali solubility will be lowered, and the footing phenomenon will easily occur after pattern formation. In addition, Mw is a polystyrene conversion measurement value by gel permeation chromatography (GPC) using tetrahydrofuran (THF) as a solvent.

更に、本発明のポリマーにおいて分子量分布(Mw/Mn)が広い場合は、低分子量や高分子量のポリマーが存在するために、露光後、パターン上に異物が見られたり、パターンの形状が悪化したりするおそれがある。パターンルールが微細化するに従って、Mwや分子量分布の影響が大きくなりやすいことから、微細なパターン寸法に好適に用いられるレジスト材料を得るには、本発明のポリマーの分子量分布は、1.0〜2.0、特に1.0〜1.5と狭分散であることが好ましい。 Furthermore, in the case where the polymer of the present invention has a wide molecular weight distribution (Mw/Mn), a low molecular weight or high molecular weight polymer is present, so that after exposure, foreign matter is seen on the pattern or the pattern shape deteriorates. There is a risk of Since the influence of Mw and molecular weight distribution tends to increase as the pattern rule becomes finer, the molecular weight distribution of the polymer of the present invention is 1.0 to 1.0 in order to obtain a resist material suitable for use in fine pattern dimensions. A narrow dispersion of 2.0, particularly 1.0 to 1.5 is preferred.

本発明のポリマーを合成するには、例えば、繰り返し単位a〜f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し、重合を行えばよい。 In order to synthesize the polymer of the present invention, for example, a desired monomer among the monomers giving the repeating units a to f may be heated by adding a radical polymerization initiator in an organic solvent to perform polymerization.

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。重合時の温度は、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 during the polymerization include toluene, benzene, tetrahydrofuran, diethyl ether, dioxane and the like. As the polymerization initiator, 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2′-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2-azobis(2-methylpropionate) ), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide and the like. The temperature at the time of polymerization 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や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やヒドロキシビニルナフタレンのかわりにアセトキシスチレンやアセトキシビニルナフタレンを用い、重合後、アルカリ加水分解によってアセトキシ基を脱保護してヒドロキシスチレンやヒドロキシビニルナフタレンにしてもよい。 When copolymerizing hydroxystyrene or hydroxyvinylnaphthalene, use acetoxystyrene or acetoxyvinylnaphthalene instead of hydroxystyrene or hydroxyvinylnaphthalene.After polymerization, deprotect the acetoxy group by alkaline hydrolysis to remove hydroxystyrene or hydroxyvinylnaphthalene. May be naphthalene.

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 and the like can be used as the base during the alkali hydrolysis. The reaction temperature is preferably −20 to 100° C., more preferably 0 to 60° C. The reaction time is preferably 0.2 to 100 hours, more preferably 0.5 to 20 hours.

本発明のポリマーは、ネガ型レジスト材料のベース樹脂として好適である。 The polymer of the present invention is suitable as a base resin for a negative resist material.

[ネガ型レジスト材料]
本発明のネガ型レジスト材料は、前述したポリマーを含むベース樹脂を含むものである。前記ポリマーをネガ型レジスト材料のベース樹脂として用いる場合、前記ベース樹脂は、組成比率や分子量分布や分子量が異なる2つ以上の前記ポリマーをブレンドしたものであってもよい。
[Negative resist material]
The negative resist material of the present invention contains a base resin containing the above-mentioned polymer. When the polymer is used as a base resin for a negative resist material, the base resin may be a blend of two or more polymers having different composition ratios, molecular weight distributions and molecular weights.

本発明のネガ型レジスト材料は、更に、有機溶剤、酸発生剤、溶解制御剤、塩基性化合物、界面活性剤等を目的に応じ適宜組み合わせて含むことが好ましい。このようにしてネガ型レジスト材料を構成することによって、露光部では前記ポリマーが触媒反応により現像液に対する溶解速度が加速されるので、極めて高感度のネガ型レジスト材料とすることができる。そのため、レジスト膜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く、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ネガ型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ともに、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。 The negative resist composition of the present invention preferably further contains an organic solvent, an acid generator, a dissolution control agent, a basic compound, a surfactant and the like in an appropriate combination according to the purpose. By constructing the negative resist material in this manner, the dissolution rate of the polymer in the developing solution in the exposed portion is accelerated by the catalytic reaction, so that the negative resist material having extremely high sensitivity can be obtained. Therefore, the dissolution contrast and resolution of the resist film are high, the exposure margin is excellent, the process adaptability is excellent, the pattern shape after exposure is good, but the etching resistance is superior, and particularly acid diffusion is suppressed. Because of this, the difference in coarse and fine dimensions is small, and from these facts, it is highly practical and can be made very effective as a resist material for VLSI. In particular, when a chemically amplified negative resist material containing an acid generator and utilizing an acid catalyzed reaction is used, higher sensitivity can be obtained, and various properties are further improved, which is extremely useful. ..

前記有機溶剤としては、特開2008−111103号公報の段落[0144]〜[0145]に記載された、シクロヘキサノン、メチル−2−n−アミルケトン等のケトン類、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、乳酸エチル、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tert−ブチル、プロピオン酸tert−ブチル、プロピレングリコールモノtert−ブチルエーテルアセテート等のエステル類、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。前記有機溶剤の配合量は、ベース樹脂100質量部に対し、50〜10,000質量部が好ましく、100〜5,000質量部がより好ましい。 Examples of the organic solvent include ketones such as cyclohexanone and methyl-2-n-amyl ketone, 3-methoxybutanol, and 3-methyl-, which are described in paragraphs [0144] to [0145] of JP 2008-111103 A. Alcohols such as 3-methoxybutanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol dimethyl ether , Ethers such as diethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, ethyl lactate, ethyl pyruvate, butyl acetate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, tert-butyl acetate, Examples thereof include tert-butyl propionate, esters such as propylene glycol monotert-butyl ether acetate, lactones such as γ-butyrolactone, and mixed solvents thereof. The compounding amount of the organic solvent is preferably 50 to 10,000 parts by mass, and more preferably 100 to 5,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base resin.

本発明のネガ型レジスト材料は、化学増幅ネガ型レジスト材料を機能させるために酸発生剤を含んでもよい。前記酸発生剤としては、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)が挙げられる。光酸発生剤の成分としては、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いずれでも構わない。好適な光酸発生剤としてはスルホニウム塩、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等がある。これらは、1種単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。酸発生剤の具体例としては、特開2008−111103号公報の段落[0122]〜[0142]に記載されているものが挙げられる。酸発生剤の配合量は、ベース樹脂100質量部に対し、0.01〜100質量部が好ましく、0.1〜80質量部がより好ましい。 The negative resist material of the present invention may contain an acid generator to make the chemically amplified negative resist material function. Examples of the acid generator include compounds (photoacid generators) that generate an acid in response to actinic rays or radiation. The component of the photo-acid generator may be any compound as long as it is a compound that generates an acid upon irradiation with high energy rays. Suitable photoacid generators include sulfonium salts, iodonium salts, sulfonyldiazomethanes, N-sulfonyloxyimides, oxime-O-sulfonate type acid generators and the like. These can be used alone or in combination of two or more. Specific examples of the acid generator include those described in paragraphs [0122] to [0142] of JP-A-2008-111103. The compounding amount of the acid generator is preferably 0.01 to 100 parts by mass, and more preferably 0.1 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base resin.

本発明のネガ型レジスト材料は、溶解制御剤を含んでもよい。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。溶解制御剤の具体例としては、特開2008−122932号公報の段落[0155]〜[0178]に記載されたものが挙げられる。溶解制御剤の配合量は、ベース樹脂100質量部に対し、0〜50質量部が好ましく、0〜40質量部がより好ましい。 The negative resist composition of the present invention may contain a dissolution control agent. By blending the dissolution control agent, the difference in dissolution rate between the exposed area and the unexposed area can be further increased, and the resolution can be further improved. Specific examples of the dissolution control agent include those described in paragraphs [0155] to [0178] of JP-A-2008-122932. The blending amount of the dissolution control agent is preferably 0 to 50 parts by mass, and more preferably 0 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base resin.

本発明のネガ型レジスト材料は、塩基性化合物を含んでもよい。塩基性化合物を配合することによって、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。塩基性化合物としては、特開2008−111103号公報の段落[0146]〜[0164]に記載された、1級、2級又は3級アミン化合物、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や特許第3790649号公報に記載されたカルバメート基を有する化合物が挙げられる。また、塩基性化合物として、特開2008−239918号公報に記載されたポリマー型のクエンチャーも挙げられる。これは、コート後のレジスト表面に配向することでパターン後のレジストの矩形性を高めることができる。ポリマー型クエンチャーは、液浸露光用の保護膜を適用したときのパターンの膜減りやパターントップのラウンディングを防止する効果もある。塩基性化合物の配合量は、ベース樹脂100質量部に対し、0〜100質量部が好ましく、0.001〜50質量部がより好ましい。 The negative resist material of the present invention may contain a basic compound. By blending the basic compound, for example, the acid diffusion rate in the resist film can be suppressed and the resolution can be further improved. As the basic compound, a primary, secondary or tertiary amine compound described in paragraphs [0146] to [0164] of JP-A-2008-111103, particularly a hydroxy group, an ether group, an ester group, a lactone Examples thereof include amine compounds having a ring, a cyano group and a sulfonate group, and compounds having a carbamate group described in Japanese Patent No. 3790649. Further, as the basic compound, the polymer type quencher described in JP-A-2008-239918 can also be mentioned. This can enhance the rectangularity of the resist after patterning by orienting on the resist surface after coating. The polymer-type quencher also has an effect of preventing pattern thinning and rounding of the pattern top when a protective film for immersion exposure is applied. The compounding amount of the basic compound is preferably 0 to 100 parts by mass, and more preferably 0.001 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base resin.

本発明のネガ型レジスト材料は、界面活性剤を含んでもよい。界面活性剤を配合することによって、レジスト材料の塗布性を一層向上させ、あるいは制御することができる。
界面活性剤の具体例としては、特開2008−111103号公報の段落[0165]〜[0166]に記載されたものが挙げられる。界面活性剤の配合量は、ベース樹脂100質量部に対し、0〜10質量部が好ましく、0.0001〜5質量部がより好ましい。
The negative resist material of the present invention may contain a surfactant. By adding a surfactant, the coating property of the resist material can be further improved or controlled.
Specific examples of the surfactant include those described in paragraphs [0165] to [0166] of JP-A-2008-111103. The blending amount of the surfactant is preferably 0 to 10 parts by mass, and more preferably 0.0001 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base resin.

本発明のレジスト材料は、更に、アセチレンアルコール類を含有することができる。
アセチレンアルコール類としては特開2008−122932号公報の段落[0179]〜[0182]に記載されたものが挙げられる。アセチレンアルコール類の配合量は、ベース樹脂100質量部に対し、0〜5質量部が好ましい。
The resist material of the present invention may further contain acetylene alcohols.
Examples of the acetylene alcohols include those described in paragraphs [0179] to [0182] of JP 2008-122932A. The amount of the acetylene alcohol compounded is preferably 0 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base resin.

[パターン形成方法]
本発明のネガ型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る。
[Pattern formation method]
When the negative resist material of the present invention is used for manufacturing various integrated circuits, known lithography techniques can be applied.

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、有機反射防止膜等)あるいはマスク回路製造用の基板(Cr、CrO、CrON、MoSi2、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0.01〜2μm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、EB、EUV、X線、軟X線、エキシマレーザー、γ線、シンクロトロン放射線等の高エネルギー線で、目的とするパターンを所定のマスクを通じて又は直接露光を行う。露光量は、1〜200mJ/cm2程度、特に10〜100mJ/cm2程度、又は0.1〜100μC/cm2程度、特に0.5〜50μC/cm2程度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分間ポストエクスポージャーベーク(PEB)する。 For example, the negative resist material of the present invention is applied to a substrate for manufacturing integrated circuits (Si, SiO 2 , SiN, SiON, TiN, WSi, BPSG, SOG, organic antireflection film, etc.) or a substrate for manufacturing mask circuits (Cr. , CrO, CrON, MoSi 2 , SiO 2 etc.) so that the coating film thickness becomes 0.01 to 2 μm by an appropriate coating method such as spin coating, roll coating, flow coating, dip coating, spray coating, doctor coating, etc. Apply to. This is prebaked on a hot plate, preferably at 60 to 150°C for 10 seconds to 30 minutes, more preferably at 80 to 120°C for 30 seconds to 20 minutes. Then, a target pattern is directly or directly exposed with high energy rays such as ultraviolet rays, far ultraviolet rays, EB, EUV, X-rays, soft X-rays, excimer lasers, γ rays, and synchrotron radiation. The exposure dose, 1 to 200 mJ / cm 2 or so, in particular 10 to 100 mJ / cm 2 or so, or 0.1~100μC / cm 2 or so, be exposed to particularly a 0.5~50μC / cm 2 of about preferable. Next, post-exposure bake (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.

レジスト膜の上にポリチオフェンやポリアニリンベースの帯電防止膜を設けてもよく、これ以外のトップコート膜を形成してもよい。 An antistatic film based on polythiophene or polyaniline may be provided on the resist film, or a top coat film other than this may be formed.

更に、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは2〜10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)等のアルカリ水溶液の現像液を用い、3秒〜3分間、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する、目的のネガ型のパターンが基板上に形成される。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、EB、EUV、軟X線、X線、γ線、シンクロトロン放射線による微細パターニングに最適である。 Further, preferably 0.1 to 5% by mass, more preferably 2 to 10% by mass of tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetraethylammonium hydroxide (TEAH), tetrapropylammonium hydroxide (TPAH), tetrabutylammonium. Using an alkaline aqueous solution such as hydroxide (TBAH) for 3 seconds to 3 minutes, preferably 5 seconds to 2 minutes, a conventional method such as a dipping method, a paddle method, or a spray method. By developing with, a desired negative pattern is formed on the substrate, in which the light-irradiated portion is not dissolved in the developing solution and the unexposed portion is dissolved. The resist material of the present invention is most suitable for fine patterning by EB, EUV, soft X-rays, X-rays, γ-rays and synchrotron radiation, especially among high energy rays.

一般的に広く用いられているTMAH水溶液よりもアルキル鎖が長いTEAH、TPAH及びTBAHは、現像中の膨潤を低減させてパターンの倒れを防ぐ効果がある。TMAH現像液としては、2.38質量%の水溶液が最も広く用いられている。これは0.26Nに相当し、TEAH、TPAH又はTBAH水溶液も同じ規定度であることが好ましい。0.26NとなるTEAH、TPAH及びTBAHの濃度は、それぞれ3.84質量%、5.31質量%及び6.78質量%である。 TEAH, TPAH, and TBAH, which have an alkyl chain longer than that of a widely used TMAH aqueous solution, are effective in reducing swelling during development and preventing pattern collapse. As a TMAH developer, a 2.38 mass% aqueous solution is most widely used. This corresponds to 0.26 N, and TEAH, TPAH or TBAH aqueous solutions preferably have the same normality. The concentrations of TEAH, TPAH, and TBAH that are 0.26 N are 3.84% by mass, 5.31% by mass, and 6.78% by mass, respectively.

EB又はEUVで解像される32nm以下のパターンにおいて、ラインがよれたり、ライン同士がくっついたり、くっついたラインが倒れたりする現象が起きている。これは、現像液中に膨潤して膨らんだライン同士がくっつくのが原因と考えられる。膨潤したラインは、現像液を含んでスポンジのように軟らかいために、リンスの応力で倒れやすくなっている。アルキル鎖が長いTEAH、TPAH及びTBAHを含む現像液は、膨潤を防いでパターン倒れを防ぐ効果がある。 In a pattern of 32 nm or less that is resolved by EB or EUV, there are phenomena that the lines are twisted, the lines stick to each other, or the stuck lines fall. It is considered that this is because the swollen lines in the developing solution stick to each other. Since the swollen line contains the developing solution and is soft like a sponge, it is easy to collapse due to the stress of the rinse. The developer containing TEAH, TPAH and TBAH having a long alkyl chain is effective in preventing swelling and pattern collapse.

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、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、重量平均分子量(Mw)は、THFを溶剤として用いたGPCによるポリスチレン換算測定値である。また、下記例で用いたモノマー1〜3及びPAGモノマー1〜4は、以下のとおりである。

Figure 0006729450
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples. The weight average molecular weight (Mw) is a polystyrene-converted measurement value by GPC using THF as a solvent. Moreover, the monomers 1 to 3 and the PAG monomers 1 to 4 used in the following examples are as follows.
Figure 0006729450

[1]ポリマーの合成
[実施例1−1]ポリマー1の合成
2Lフラスコに、2−ビニルアントラキノン3.5g、モノマー1 4.1g、4−ヒドロキシスチレン7.2g、及び溶剤としてTHF20gを添加した。この反応容器を、窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)1.2gを加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液を1/2まで濃縮し、メタノール1L及び水0.1Lの混合溶剤に添加したところ、白色固体が沈殿した。得られた白色固体を濾別後、60℃で減圧乾燥し、ポリマー1を得た。ポリマー1の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。

Figure 0006729450
[1] Synthesis of Polymer [Example 1-1] Synthesis of Polymer 1 To a 2 L flask, 3.5 g of 2-vinylanthraquinone, 4.1 g of Monomer 1, 7.2 g of 4-hydroxystyrene, and 20 g of THF as a solvent were added. .. The reaction vessel was cooled to −70° C. under a nitrogen atmosphere, and deaeration under reduced pressure and nitrogen blowing were repeated 3 times. After the temperature was raised to room temperature, 1.2 g of azobisisobutyronitrile (AIBN) was added as a polymerization initiator, the temperature was raised to 60° C., and the reaction was carried out for 15 hours. When the reaction solution was concentrated to 1/2 and added to a mixed solvent of 1 L of methanol and 0.1 L of water, a white solid was precipitated. The obtained white solid was separated by filtration and then dried under reduced pressure at 60° C. to obtain a polymer 1. The composition of polymer 1 was confirmed by 13 C-NMR and 1 H-NMR, and Mw and Mw/Mn were confirmed by GPC.
Figure 0006729450

[実施例1−2]ポリマー2の合成
2Lフラスコに、2−ビニルアントラキノン3.5g、モノマー2 4.1g、4−ヒドロキシスチレン7.8g、及び溶剤としてTHF40gを添加した。この反応容器を、窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN1.2gを加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液を1/2まで濃縮し、メタノール1L及び水0.1Lの混合溶剤に添加したところ、白色固体が沈殿した。得られた白色固体を濾別後、60℃で減圧乾燥し、ポリマー2を得た。ポリマー2の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。

Figure 0006729450
[Example 1-2] Synthesis of polymer 2 To a 2 L flask, 3.5 g of 2-vinylanthraquinone, 4.1 g of monomer 2, 7.8 g of 4-hydroxystyrene, and 40 g of THF as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70° C. under a nitrogen atmosphere, and deaeration under reduced pressure and nitrogen blowing were repeated 3 times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN was added as a polymerization initiator, and after raising the temperature to 60° C., the reaction was carried out for 15 hours. When the reaction solution was concentrated to 1/2 and added to a mixed solvent of 1 L of methanol and 0.1 L of water, a white solid was precipitated. The obtained white solid was separated by filtration and then dried under reduced pressure at 60° C. to obtain a polymer 2. The composition of polymer 2 was confirmed by 13 C-NMR and 1 H-NMR, and Mw and Mw/Mn were confirmed by GPC.
Figure 0006729450

[実施例1−3]ポリマー3の合成
2Lフラスコに、2−ビニルアントラキノン3.5g、モノマー3 5.1g、4−ヒドロキシスチレン4.2g、メタクリル酸−4−ヒドロフェニル3.6g、及び溶剤としてTHF40gを添加した。この反応容器を、窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN1.2gを加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液を1/2まで濃縮し、メタノール1L及び水0.1Lの混合溶剤に添加したところ、白色固体が沈殿した。得られた白色固体を濾別後、60℃で減圧乾燥し、ポリマー3を得た。ポリマー3の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。

Figure 0006729450
[Example 1-3] Synthesis of polymer 3 In a 2 L flask, 3.5 g of 2-vinylanthraquinone, 5.1 g of monomer 3, 4.2 g of 4-hydroxystyrene, 3.6 g of 4-hydrophenyl methacrylate and 3.6 g of a solvent were used. As a result, 40 g of THF was added. The reaction vessel was cooled to −70° C. under a nitrogen atmosphere, and deaeration under reduced pressure and nitrogen blowing were repeated 3 times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN was added as a polymerization initiator, and after raising the temperature to 60° C., the reaction was carried out for 15 hours. When the reaction solution was concentrated to 1/2 and added to a mixed solvent of 1 L of methanol and 0.1 L of water, a white solid was precipitated. The obtained white solid was separated by filtration and then dried under reduced pressure at 60° C. to obtain a polymer 3. The composition of polymer 3 was confirmed by 13 C-NMR and 1 H-NMR, and Mw and Mw/Mn were confirmed by GPC.
Figure 0006729450

[実施例1−4]ポリマー4の合成
2Lフラスコに、2−ビニルアントラキノン3.5g、モノマー1 4.9g、4−ヒドロキシスチレン4.8g、PAGモノマー1 6.8g、及び溶剤としてTHF40gを添加した。この反応容器を、窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN1.2gを加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液を1/2まで濃縮し、メタノール1L及び水0.1Lの混合溶剤に添加したところ、白色固体が沈殿した。得られた白色固体を濾別後、60℃で減圧乾燥し、ポリマー4を得た。ポリマー4の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。

Figure 0006729450
[Example 1-4] Synthesis of polymer 4 To a 2 L flask, 3.5 g of 2-vinylanthraquinone, 4.9 g of monomer 1, 4.8 g of 4-hydroxystyrene, 6.8 g of PAG monomer 1 and 40 g of THF as a solvent were added. did. The reaction vessel was cooled to −70° C. under a nitrogen atmosphere, and deaeration under reduced pressure and nitrogen blowing were repeated 3 times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN was added as a polymerization initiator, and after raising the temperature to 60° C., the reaction was carried out for 15 hours. When the reaction solution was concentrated to 1/2 and added to a mixed solvent of 1 L of methanol and 0.1 L of water, a white solid was precipitated. The obtained white solid was separated by filtration and then dried under reduced pressure at 60° C. to obtain a polymer 4. The composition of polymer 4 was confirmed by 13 C-NMR and 1 H-NMR, and Mw and Mw/Mn were confirmed by GPC.
Figure 0006729450

[実施例1−5]ポリマー5の合成
2Lフラスコに、2−ビニルアントラキノン4.5g、モノマー1 4.9g、4−ヒドロキシスチレン4.8g、PAGモノマー2 5.9g、及び溶剤としてTHF40gを添加した。この反応容器を、窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN1.2gを加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液を1/2まで濃縮し、メタノール1L及び水0.1Lの混合溶剤に添加したところ、白色固体が沈殿した。得られた白色固体を濾別後、60℃で減圧乾燥し、ポリマー5を得た。ポリマー5の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。

Figure 0006729450
[Example 1-5] Synthesis of polymer 5 To a 2 L flask, 4.5 g of 2-vinylanthraquinone, 4.9 g of monomer 1, 4.8 g of 4-hydroxystyrene, 5.9 g of PAG monomer 2 and 40 g of THF as a solvent were added. did. The reaction vessel was cooled to −70° C. under a nitrogen atmosphere, and deaeration under reduced pressure and nitrogen blowing were repeated 3 times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN was added as a polymerization initiator, and after raising the temperature to 60° C., the reaction was carried out for 15 hours. When the reaction solution was concentrated to 1/2 and added to a mixed solvent of 1 L of methanol and 0.1 L of water, a white solid was precipitated. The obtained white solid was separated by filtration and then dried under reduced pressure at 60° C. to obtain a polymer 5. The composition of polymer 5 was confirmed by 13 C-NMR and 1 H-NMR, and Mw and Mw/Mn were confirmed by GPC.
Figure 0006729450

[実施例1−6]ポリマー6の合成
2Lフラスコに、2−ビニルアントラキノン4.5g、モノマー1 4.9g、メタクリル酸−4−ヒドロキシフェニル5.3g、メタクリル酸3−オキソ−2,7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−9−イル2.2g、PAGモノマー3 7.4g、及び溶剤としてTHF40gを添加した。この反応容器を、窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN1.2gを加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液を1/2まで濃縮し、メタノール1L及び水0.1Lの混合溶剤に添加したところ、白色固体が沈殿した。得られた白色固体を濾別後、60℃で減圧乾燥し、ポリマー6を得た。ポリマー6の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。

Figure 0006729450
[Example 1-6] Synthesis of polymer 6 In a 2 L flask, 4.5 g of 2-vinylanthraquinone, 4.9 g of monomer 1, 5.3 g of 4-hydroxyphenyl methacrylate, and 3-oxo-2,7-methacrylate were used. 2.2 g of dioxatricyclo[4.2.1.0 4,8 ]nonan-9-yl, 7.4 g of PAG monomer 3 and 40 g of THF as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70° C. under a nitrogen atmosphere, and deaeration under reduced pressure and nitrogen blowing were repeated 3 times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN was added as a polymerization initiator, and after raising the temperature to 60° C., the reaction was carried out for 15 hours. When the reaction solution was concentrated to 1/2 and added to a mixed solvent of 1 L of methanol and 0.1 L of water, a white solid was precipitated. The obtained white solid was separated by filtration and then dried under reduced pressure at 60° C. to obtain a polymer 6. The composition of polymer 6 was confirmed by 13 C-NMR and 1 H-NMR, and Mw and Mw/Mn were confirmed by GPC.
Figure 0006729450

[実施例1−7]ポリマー7の合成
2Lフラスコに、2−ビニルアントラキノン2.3g、モノマー1 4.9g、メタクリル酸−4−ヒドロキシフェニル5.3g、α−メチレン−γ−ブチロラクトン2.0g、PAGモノマー4 7.4g、溶剤としてTHF40gを添加した。この反応容器を、窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN1.2gを加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液を1/2まで濃縮し、メタノール1L及び水0.1Lの混合溶剤に添加したところ、白色固体が沈殿した。得られた白色固体を濾別後、60℃で減圧乾燥し、ポリマー7を得た。ポリマー7の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。

Figure 0006729450
[Example 1-7] Synthesis of Polymer 7 In a 2 L flask, 2.3 g of 2-vinylanthraquinone, 4.9 g of Monomer 1, 5.3 g of 4-hydroxyphenyl methacrylate, 2.0 g of α-methylene-γ-butyrolactone. , PAG monomer 4 (7.4 g) and THF (40 g) as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70° C. under a nitrogen atmosphere, and deaeration under reduced pressure and nitrogen blowing were repeated 3 times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN was added as a polymerization initiator, and after raising the temperature to 60° C., the reaction was carried out for 15 hours. When the reaction solution was concentrated to 1/2 and added to a mixed solvent of 1 L of methanol and 0.1 L of water, a white solid was precipitated. The white solid obtained was filtered off and dried under reduced pressure at 60° C. to obtain Polymer 7. The composition of polymer 7 was confirmed by 13 C-NMR and 1 H-NMR, and Mw and Mw/Mn were confirmed by GPC.
Figure 0006729450

[比較例1−1]比較ポリマー1の合成
2−ビニルアントラキノンのかわりにアセナフチレン2.3gを用いた以外は、実施例1−1と同様の方法で合成を行い、比較ポリマー1を得た。比較ポリマー1の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。

Figure 0006729450
[Comparative Example 1-1] Synthesis of Comparative Polymer 1 Comparative Polymer 1 was obtained by the same method as in Example 1-1, except that 2.3 g of acenaphthylene was used instead of 2-vinylanthraquinone. The composition of Comparative Polymer 1 was confirmed by 13 C-NMR and 1 H-NMR, and Mw and Mw/Mn were confirmed by GPC.
Figure 0006729450

[2]ネガ型レジスト材料の調製
[実施例2−1〜2−9、比較例2−1]
界面活性剤としてスリーエム社製界面活性剤FC-4430を100ppm溶解させた溶剤に、表1に示す組成で各成分を溶解させた溶液を、0.2μmサイズのフィルターで濾過してネガ型レジスト材料を調製した。
表1中の各成分は次のとおりである。
・ポリマー1〜7:実施例1−1〜1−7で得られたポリマー
・比較ポリマー1:比較例1で得られたポリマー
・有機溶剤:PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)
CyH(シクロヘキサノン)
・酸発生剤:PAG1(下記構造式参照)
・塩基性化合物:クエンチャー1(下記構造式参照)

Figure 0006729450
[2] Preparation of Negative Resist Material [Examples 2-1 to 2-9, Comparative Example 2-1]
A negative resist material prepared by dissolving each component having the composition shown in Table 1 in a solvent prepared by dissolving 100 ppm of a surfactant FC-4430 manufactured by 3M Co., Ltd. as a surfactant through a 0.2 μm size filter. Was prepared.
Each component in Table 1 is as follows.
Polymers 1 to 7: Polymers obtained in Examples 1-1 to 1-7 Comparative polymer 1: Polymer obtained in Comparative Example 1 Organic solvent: PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate)
CyH (cyclohexanone)
-Acid generator: PAG1 (see the structural formula below)
-Basic compound: quencher 1 (see the structural formula below)
Figure 0006729450

[3]EBリソグラフィー評価
実施例2−1〜2−9及び比較例2−1で調製した各ネガ型レジスト材料を、直径6インチφのSi基板上に、クリーントラックMark 5(東京エレクトロン(株)製)を用いてスピンコートし、ホットプレート上で110℃で60秒間プリベークして100nmのレジスト膜を作製した。これに、(株)日立製作所製HL-800Dを用いて、HV電圧50kVで真空チャンバー内描画を行った。
描画後、直ちにクリーントラックMark 5(東京エレクトロン(株)製)を用いてホットプレート上で表1に示す温度で60秒間PEBを行い、2.38質量%のTMAH水溶液で30秒間パドル現像を行い、ネガ型パターンを得た。
得られたレジストパターンを次のように評価した。
100nmのラインアンドスペースを1:1で解像する露光量における、最小の寸法を解像力とし、100nmLSのラインエッジラフネス(LER)をSEMで測定した。
結果を表1に併記する。
[3] EB Lithography Evaluation Each of the negative resist materials prepared in Examples 2-1 to 2-9 and Comparative Example 2-1 was applied to a clean track Mark 5 (Tokyo Electron Ltd.) on a Si substrate having a diameter of 6 inches. )) and spin-coated on a hot plate at 110° C. for 60 seconds to form a 100 nm resist film. HL-800D manufactured by Hitachi, Ltd. was used for this, and drawing was performed in a vacuum chamber at an HV voltage of 50 kV.
Immediately after drawing, PEB was performed on a hot plate at a temperature shown in Table 1 for 60 seconds using a clean track Mark 5 (manufactured by Tokyo Electron Ltd.), and paddle development was performed with a 2.38 mass% TMAH aqueous solution for 30 seconds. , A negative pattern was obtained.
The obtained resist pattern was evaluated as follows.
The minimum dimension in the exposure amount for resolving 100 nm line and space at 1:1 was taken as the resolving power, and the line edge roughness (LER) of 100 nm LS was measured by SEM.
The results are also shown in Table 1.

Figure 0006729450
Figure 0006729450

表1に示した結果より、本発明のポリマーを用いたレジスト材料は、十分な解像力と感度とを有し、LERが低減されることがわかった。 From the results shown in Table 1, it was found that the resist material using the polymer of the present invention has sufficient resolution and sensitivity, and the LER is reduced.

Claims (11)

下記式(a)で表される繰り返し単位、下記式(b)で表される繰り返し単位、及び下記式(c)で表される繰り返し単位を含み、下記式(a)で表される繰り返し単位、下記式(b)で表される繰り返し単位、及び下記式(c)で表される繰り返し単位の割合が、それぞれ0.03≦a≦0.5、0.05≦b≦0.6及び0.1≦c≦0.9であり(ただし、a+b+c≦1である。)、重量平均分子量が1,000〜500,000であるポリマー。
Figure 0006729450
(式中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R1は、ヒドロキシ基、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜4のアルキル基、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜4のアルコキシ基、アセトキシ基、又はハロゲン原子を表す。R2及びR5は、それぞれ独立に、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜6のアルキル基、又はハロゲン原子である。R3及びR4は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、R3とR4とが結合して、これらが結合する炭素原子と共に環を形成していてもよい。X1及びX2は、それぞれ独立に、単結合又はエステル基である。mは、1又は2である。p及びqは、それぞれ独立に、0又は1である。rは、0〜4の整数である。)
Repeating unit represented by the following formula (a), the repeating unit represented by the following formula (b), and includes a repeating unit represented by the following formula (c), repeating units represented by the following formula (a) , The proportion of the repeating unit represented by the following formula (b) and the proportion of the repeating unit represented by the following formula (c) are 0.03≦a≦0.5, 0.05≦b≦0.6, and 0.1≦c≦0.9 (provided that a+b+c≦1) and the weight average molecular weight is 1,000 to 500,000.
Figure 0006729450
(In formula, R <A> is respectively independently a hydrogen atom or a methyl group. R< 1 > is a hydroxy group, a linear or branched C1-C4 alkyl group, a linear or branched C1. Represents an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, an acetoxy group, or a halogen atom, and R 2 and R 5 are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom. R 3 and R 4 are each independently a linear, branched, or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and R 3 and R 4 are bonded to each other, together with the carbon atom to which they are bonded. May form a ring, X 1 and X 2 are each independently a single bond or an ester group, m is 1 or 2. p and q are each independently 0 or 1. Yes, r is an integer of 0 to 4.)
更に、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種を含み、その割合が0<f≦0.3である(ただし、a+b+c+f≦1である。)請求項1記載のポリマー。
Figure 0006729450
(式中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R21は、単結合、フェニレン基、−O−R31−、又は−C(=O)−Z1−R31−であり、Z1は、−O−又は−NH−であり、R31は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜6のアルキレン基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜6のアルケニレン基、又はフェニレン基であり、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。Rf1〜Rf4は、それぞれ独立に、フッ素原子、水素原子又はトリフルオロメチル基であるが、Rf1〜Rf4のうち少なくとも1つはフッ素原子である。R22〜R29は、それぞれ独立に、カルボニル基、エステル基若しくはエーテル基を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、又はメルカプトフェニル基である。Y1は、単結合、又はエステル基、エーテル基又若しくはラクトン環を含んでいてもよい炭素数1〜12の連結基である。Y2は、単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、−O−R32−、又は−C(=O)−Z2−R32−であり、Z2は、−O−又は−NH−であり、R32は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜6のアルキレン基、フェニレン基、又は直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜6のアルケニレン基であり、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である。)
Furthermore, look contains at least one selected from the repeating unit represented by the following formula (f1) ~ (f3), the proportion is 0 <f ≦ 0.3 (provided that a + b + c + f ≦ 1.) Claims Item 2. The polymer according to item 1.
Figure 0006729450
(Wherein, R A are each independently a hydrogen atom or a methyl group .R 21 is a single bond, a phenylene group, -O-R 31 -, or -C (= O) -Z 1 -R 31 - and, Z 1 is -O- or -NH-, R 31 is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, a linear, carbon branched or cyclic It is an alkenylene group or a phenylene group having a number of 2 to 6, and may contain a carbonyl group, an ester group, an ether group or a hydroxy group.Rf 1 to Rf 4 are each independently a fluorine atom, a hydrogen atom or a triatom. Although it is a fluoromethyl group, at least one of Rf 1 to Rf 4 is a fluorine atom, and R 22 to R 29 are each independently a straight chain which may contain a carbonyl group, an ester group or an ether group. , A branched or cyclic alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, or a mercaptophenyl group, wherein Y 1 is a single bond or an ester. Group, an ether group, or a linking group having 1 to 12 carbon atoms, which may contain a lactone ring, Y 2 is a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, or -OR 32 -, or -C (= O) -Z 2 -R 32 - is and, Z 2 is -O- or -NH-, R 32 represents a linear, branched or cyclic carbon atoms 1 6 alkylene group, a phenylene group, or a linear, alkenylene group having 2 to 6 carbon atoms branched or cyclic, may contain a carbonyl group, an ester group, an ether group or a hydroxy group .M - Is a non-nucleophilic counterion.)
請求項1又は2記載のポリマーを含むベース樹脂を含むネガ型レジスト材料。 A negative resist material containing a base resin containing the polymer according to claim 1. 更に、有機溶剤及び酸発生剤を含む化学増幅レジスト材料である請求項記載のネガ型レジスト材料。 The negative resist material according to claim 3, which is a chemically amplified resist material containing an organic solvent and an acid generator. 更に、塩基性化合物を含む請求項3又は4記載のネガ型レジスト材料。 The negative resist material according to claim 3 , further comprising a basic compound. 更に、界面活性剤を含む請求項〜5のいずれか1項記載のネガ型レジスト材料。 The negative resist material according to claim 3 , further comprising a surfactant. 請求項〜6のいずれか1項記載のネガ型レジスト材料を基板上に塗布し、加熱処理をしてレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、現像液を用いて露光したレジスト膜を現像する工程とを含むパターン形成方法。 A step of applying the negative resist material according to any one of claims 3 to 6 on a substrate and performing a heat treatment to form a resist film, a step of exposing the resist film with a high energy ray, and a development. And a step of developing a resist film exposed by using a liquid. 前記基板が、フォトマスクブランクである請求項7記載のパターン形成方法。 The pattern forming method according to claim 7, wherein the substrate is a photomask blank. 前記高エネルギー線が、波長180〜400nmの紫外線である請求項7又は8記載のパターン形成方法。 The pattern forming method according to claim 7, wherein the high-energy rays are ultraviolet rays having a wavelength of 180 to 400 nm. 前記高エネルギー線が、電子線又は波長3〜15nmの極端紫外線である請求項7又は8記載のパターン形成方法。 The pattern forming method according to claim 7, wherein the high-energy rays are electron rays or extreme ultraviolet rays having a wavelength of 3 to 15 nm. 請求項3〜6のいずれか1項記載のネガ型レジスト材料を塗布したフォトマスクブランク。 A photomask blank coated with the negative resist material according to claim 3.
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