JP4409366B2 - Positive resist composition and resist pattern forming method - Google Patents
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Landscapes
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Materials For Photolithography (AREA)
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Description
本発明は、ポジ型レジスト組成物およびレジストパターン形成方法に関する。 The present invention relates to a positive resist composition and a resist pattern forming method.
近年、半導体素子や液晶表示素子の製造においては、リソグラフィー技術の進歩により急速に微細化が進んでいる。微細化の手法としては一般に露光光源の短波長化が行われている。具体的には、従来は、g線、i線に代表される紫外線が用いられていたが、現在では、KrFエキシマレーザー(248nm)が量産の中心となり、さらにArFエキシマレーザー(193nm)が量産で導入され始めている。また、F2エキシマレーザー(157nm)やEUV(極端紫外光)、EB(電子線)等を光源(放射線源)として用いるリソグラフィー技術についても研究が行われている。
このような短波長の光源用のレジストには、微細な寸法のパターンを再現可能な高解像性と、このような短波長の光源に対する感度の高さが求められている。このような条件を満たすレジストの1つとして、ベース樹脂と、露光により酸を発生する酸発生剤(以下、PAGという)とを含有する化学増幅型レジストが知られており、化学増幅型レジストには、露光部のアルカリ可溶性が増大するポジ型と、露光部のアルカリ可溶性が低下するネガ型とがある。
In recent years, in the manufacture of semiconductor elements and liquid crystal display elements, miniaturization has rapidly progressed due to advances in lithography technology. As a technique for miniaturization, the wavelength of an exposure light source is generally shortened. Specifically, conventionally, ultraviolet rays typified by g-line and i-line were used, but now KrF excimer laser (248 nm) is the center of mass production, and ArF excimer laser (193 nm) is mass-produced. It has begun to be introduced. Research is also being conducted on lithography technology using an F 2 excimer laser (157 nm), EUV (extreme ultraviolet light), EB (electron beam) or the like as a light source (radiation source).
Such a resist for a short wavelength light source is required to have high resolution capable of reproducing a pattern with a fine dimension and high sensitivity to such a short wavelength light source. As one of the resists satisfying such conditions, a chemically amplified resist containing a base resin and an acid generator (hereinafter referred to as PAG) that generates acid upon exposure is known. There are a positive type in which the alkali solubility in the exposed area increases and a negative type in which the alkali solubility in the exposed area decreases.
これまで、化学増幅型レジストのベース樹脂としては、KrFエキシマレーザー(248nm)に対する透明性が高いポリヒドロキシスチレン(PHS)やその水酸基を酸解離性の溶解抑制基で保護した樹脂(PHS系樹脂)が用いられてきた。しかし、PHS系樹脂は、ベンゼン環等の芳香環を有するため、248nmよりも短波長、たとえば193nmの光に対する透明性が充分ではない。そのため、PHS系樹脂をベース樹脂成分とする化学増幅型レジストは、たとえば193nmの光を用いるプロセスでは解像性が低いなどの欠点がある。
そのため、現在、ArFエキシマレーザーリソグラフィー等において使用されるレジストのベース樹脂としては、193nm付近における透明性に優れることから、(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位を主鎖に有する樹脂(アクリル系樹脂)が主に用いられている。
Up to now, as the base resin for chemically amplified resist, polyhydroxystyrene (PHS), which is highly transparent to KrF excimer laser (248 nm), and a resin whose hydroxyl group is protected with an acid dissociable, dissolution inhibiting group (PHS resin) Has been used. However, since the PHS resin has an aromatic ring such as a benzene ring, the transparency to light having a wavelength shorter than 248 nm, for example, 193 nm, is not sufficient. Therefore, a chemically amplified resist having a PHS-based resin as a base resin component has drawbacks such as low resolution in a process using 193 nm light, for example.
Therefore, as a resist base resin currently used in ArF excimer laser lithography and the like, since it has excellent transparency near 193 nm, a resin (acrylic resin) having a structural unit derived from (meth) acrylic ester is used. Resin) is mainly used.
しかし、アクリル系樹脂は、その構造上、上記PHS系樹脂等の従来のベース樹脂と比較すると、エッチング耐性が劣る傾向がある。そのため、たとえばレジストパターン形成後にドライエッチングを行った際、レジスト膜表面に表面荒れが生じる等の問題がある。
一般に、アクリル系樹脂のエッチング耐性は、(メタ)アクリル酸エステルのエステル部の置換基としてアダマンチル基等の多環の脂環式基を用いる等により改良されている(たとえば特許文献1参照)。
しかし、置換基の変更は、解像性等のリソグラフィー特性に大きな影響を及ぼすため、レジストに適するよう最適化することは非常に困難なのが現状であり、しかも、かかる置換基の変更によるエッチング耐性の向上には限界がある。
However, the acrylic resin tends to be inferior in etching resistance due to its structure as compared with the conventional base resin such as the PHS resin. Therefore, for example, when dry etching is performed after the resist pattern is formed, there is a problem that the surface of the resist film is roughened.
In general, the etching resistance of acrylic resins is improved by using a polycyclic alicyclic group such as an adamantyl group as a substituent of the ester portion of (meth) acrylic acid ester (see, for example, Patent Document 1).
However, changes in substituents greatly affect lithography properties such as resolution, so it is very difficult to optimize them to suit resists, and etching resistance due to such changes in substituents There is a limit to the improvement.
一方、ArFエキシマレーザーリソグラフィー等に使用できるベース樹脂として、主鎖が環状構造を有する構成単位で構成される樹脂、例えば、主鎖が、無水マレイン酸から誘導される単環の構成単位や、ノルボルネン等の多環式のオレフィンから誘導される構成単位等の環状型の構成単位で構成される樹脂が提案されている(例えば特許文献2参照)。
しかし、かかる主鎖環状型の樹脂を用いたレジストは、エッチング耐性には優れるものの、アクリル系樹脂を用いる場合に比べて、得られるレジストパターンの形状が悪く、たとえば、レジストパターンがT−トップ形状になったり、レジストパターン側壁がテーパー状になったりラフネスが生じるなどの問題がある。また、解像性、焦点深度幅等のリソグラフィー特性も充分とはいえない。
そのため、解像性、形状およびエッチング耐性のいずれにも優れたレジストパターンを形成できるポジ型レジスト組成物が求められている。
However, although a resist using such a main chain ring type resin is excellent in etching resistance, the resulting resist pattern has a poor shape compared to the case of using an acrylic resin. For example, the resist pattern has a T-top shape. And the resist pattern side wall is tapered and roughness occurs. In addition, lithography properties such as resolution and depth of focus are not sufficient.
Therefore, there is a demand for a positive resist composition that can form a resist pattern that is excellent in resolution, shape, and etching resistance.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高解像性であって、かつ形状およびエッチング耐性に優れたレジストパターンを形成できるポジ型レジスト組成物およびレジスト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 provides a positive resist composition and a resist pattern forming method capable of forming a resist pattern having high resolution and excellent shape and etching resistance. For the purpose.
本発明者らは、鋭意検討の結果、ポジ型レジスト組成物のベース樹脂として、特定の2種の重合体の混合物を用いることにより上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明のポジ型レジスト組成物は、酸解離性溶解抑制基を有し、酸の作用によりアルカリ可溶性が増大する樹脂(A)と、放射線の照射により酸を発生する化合物(B)とを含むポジ型レジスト組成物であって、前記樹脂(A)が、主鎖環状型重合体(A1)と、(メタ)アクリル酸エステルおよび/または(メタ)アクリル酸から誘導される構成単位(a’)のみからなる重合体(A2)との混合物であり、
前記主鎖環状型重合体(A1)が、下記一般式(a−1)で表される構成単位(a1)、下記一般式(a−2)で表される構成単位(a2)および下記一般式(a−3)で表される構成単位(a3)を有し、
前記重合体(A2)が、酸解離性溶解抑制基を有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位(a’1)、ラクトン環を有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位(a’2)および極性基含有脂肪族炭化水素基を含む(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位(a’3)を有することを特徴とする。
また、本発明のレジストパターン形成方法は、上記本発明のポジ型レジスト組成物を支持体上に塗布し、選択的に露光し、次いで現像してレジストパターンを形成することを特徴とする。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by using a mixture of two specific polymers as the base resin of the positive resist composition, and have completed the present invention. .
That is, the positive resist composition of the present invention comprises a resin (A) having an acid dissociable, dissolution inhibiting group and increased alkali solubility by the action of an acid, and a compound (B) that generates an acid upon irradiation with radiation. Wherein the resin (A) is a structural unit derived from a main chain cyclic polymer (A1) and (meth) acrylic acid ester and / or (meth) acrylic acid ( a ') Ri mixture der polymer with (A2) consisting only,
The main chain cyclic polymer (A1) is a structural unit (a1) represented by the following general formula (a-1), a structural unit (a2) represented by the following general formula (a-2), and the following general Having a structural unit (a3) represented by the formula (a-3);
The polymer (A2) is a structural unit (a′1) derived from a (meth) acrylic acid ester having an acid dissociable, dissolution inhibiting group, or a structural unit derived from a (meth) acrylic acid ester having a lactone ring. It has a structural unit (a′3) derived from (a′2) and a (meth) acrylic acid ester containing a polar group-containing aliphatic hydrocarbon group .
The resist pattern forming method of the present invention is characterized in that the positive resist composition of the present invention is applied onto a support, selectively exposed, and then developed to form a resist pattern.
なお、本発明において、「構成単位」とは、重合体を構成するモノマー単位を意味する。「(メタ)アクリル酸エステル」とは、メタクリル酸エステルとアクリル酸エステルの一方あるいは両方を意味する。「(メタ)アクリル酸」とは、メタクリル酸とアクリル酸の一方あるいは両方を意味する。「(メタ)アクリル酸エステルおよび/または(メタ)アクリル酸から誘導される構成単位」とは、(メタ)アクリル酸エステルおよび/または(メタ)アクリル酸のエチレン性二重結合が開裂して構成される構成単位を意味する。
また、「露光」は放射線の照射全般を含む概念とする。
In the present invention, “structural unit” means a monomer unit constituting a polymer. “(Meth) acrylic acid ester” means one or both of methacrylic acid ester and acrylic acid ester. “(Meth) acrylic acid” means one or both of methacrylic acid and acrylic acid. The “structural unit derived from (meth) acrylic acid ester and / or (meth) acrylic acid” means that the ethylenic double bond of (meth) acrylic acid ester and / or (meth) acrylic acid is cleaved. Means a structural unit.
In addition, “exposure” is a concept including general radiation irradiation.
本発明により、高解像性であって、かつ形状およびエッチング耐性に優れたレジストパターンを形成できるポジ型レジスト組成物が提供される。 The present invention provides a positive resist composition that can form a resist pattern having high resolution and excellent shape and etching resistance.
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明のポジ型レジスト組成物は、酸解離性溶解抑制基を有し、酸の作用によりアルカリ可溶性が増大する樹脂(A)(以下、(A)成分という)と、放射線の照射(露光)により酸を発生する化合物(以下、(B)成分という)とを含むものである。
(A)成分は、酸解離性溶解抑制基を有するため、露光前はアルカリ不溶性であり、露光により前記(B)成分から発生した酸が作用すると、酸解離性溶解抑制基が解離し、これによって(A)成分全体のアルカリ可溶性が増大する。そのため、レジストパターンの形成において、レジストに対して選択的露光を行うと、または露光に加えて露光後加熱(PEB)を行うと、露光部はアルカリ可溶性へ転じる一方で、未露光部はアルカリ不溶性のまま変化しないので、アルカリ現像することによりポジ型のレジストパターンが形成できる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The positive resist composition of the present invention has a resin (A) (hereinafter referred to as component (A)) having an acid dissociable, dissolution inhibiting group and increased alkali solubility by the action of an acid, and radiation irradiation (exposure). And a compound that generates an acid (hereinafter referred to as component (B)).
Since the component (A) has an acid dissociable, dissolution inhibiting group, it is insoluble in alkali before exposure. When an acid generated from the component (B) is acted upon by exposure, the acid dissociable, dissolution inhibiting group is dissociated. (A) The alkali solubility of the whole component increases. Therefore, in the formation of a resist pattern, when selective exposure is performed on the resist or post-exposure heating (PEB) is performed in addition to exposure, the exposed portion turns into alkali-soluble while the unexposed portion is alkali-insoluble. Thus, a positive resist pattern can be formed by alkali development.
(A)成分
(A)成分は、主鎖環状型重合体(A1)(以下、重合体(A1)ということがある)と、(メタ)アクリル酸エステルおよび/または(メタ)アクリル酸から誘導される構成単位(a’)のみからなる重合体(A2)との混合物である。
Component (A) Component (A) is derived from main chain cyclic polymer (A1) (hereinafter sometimes referred to as polymer (A1)) and (meth) acrylic acid ester and / or (meth) acrylic acid. And a polymer (A2) consisting only of the structural unit (a ′).
本発明においては、重合体(A1)および重合体(A2)の少なくとも一方が、酸解離性溶解抑制基を有することが必要である。特に、重合体(A1)および重合体(A2)の両方が酸解離性溶解抑制基を有することが、レジストパターン形状、解像性等に優れるため、好ましい。なかでも、両方の重合体が同一の構造の酸解離性溶解抑制基を有すると、さらに上記効果に優れるため好ましい。これは、酸解離性溶解抑制基が、上記重合体(A1)における構成単位(a1)の酸解離性溶解抑制基と同じであるため、リソグラフィー工程において、各重合体の酸解離性溶解抑制基を、ほぼ同じ条件で解離させることができるためと推測される。
また、同様に、重合体(A1)および重合体(A2)の少なくとも一方が、ラクトン環を有する構成単位を有することが、解像性、基板への密着性等が良好であることから好ましい。特に、重合体(A1)および重合体(A2)の両方がラクトン環を有する構成単位を有することが、該効果に優れるため、好ましい。なかでも、両方の重合体が同一の構造のラクトン環を有すると、さらに上記効果に優れ、さらに焦点深度幅等のリソグラフィー特性にも優れるため好ましい。これは、ラクトン環の構造が、重合体(A1)における構成単位(a2)のラクトン環の構造と重合体(A2)における構成単位(a’2)のラクトン環の構造とが同じであるため、重合体(A1)と重合体(A2)の性質、たとえばガラス転移温度(Tg)や、現像液に対する親和性等の差が小さくなり、それぞれの重合体単独でのリソグラフィー条件(ベーク温度等)の最適条件が近くなるためと推測される。
In the present invention, it is necessary that at least one of the polymer (A1) and the polymer (A2) has an acid dissociable, dissolution inhibiting group. In particular, it is preferable that both the polymer (A1) and the polymer (A2) have an acid dissociable, dissolution inhibiting group because of excellent resist pattern shape, resolution, and the like. Of these, it is preferable that both polymers have an acid dissociable, dissolution inhibiting group having the same structure, since the above effects are further excellent. This is because the acid dissociable, dissolution inhibiting group is the same as the acid dissociable, dissolution inhibiting group of the structural unit (a1) in the polymer (A1), so that in the lithography step, the acid dissociable, dissolution inhibiting group of each polymer. Can be dissociated under substantially the same conditions.
Similarly, it is preferable that at least one of the polymer (A1) and the polymer (A2) has a structural unit having a lactone ring because of good resolution, adhesion to a substrate, and the like. In particular, it is preferable that both the polymer (A1) and the polymer (A2) have a structural unit having a lactone ring because this effect is excellent. Of these, it is preferable that both polymers have a lactone ring having the same structure, since the above effect is further improved and the lithography properties such as the depth of focus are also excellent. This is because the structure of the lactone ring of the structural unit (a2) in the polymer (A1) is the same as the structure of the lactone ring of the structural unit (a′2) in the polymer (A2). The difference between the properties of the polymer (A1) and the polymer (A2), for example, the glass transition temperature (Tg) and the affinity for the developer is reduced, and the lithography conditions (baking temperature, etc.) for each polymer alone. It is presumed that the optimal condition of
以下、各重合体について詳細に説明する。
[重合体(A1)]
本発明において、「主鎖環状型重合体」とは、該重合体を構成する構成単位が、単環または多環式の環構造を有し、該環構造の環上の少なくとも1つ、好ましくは2つ以上の炭素原子が主鎖を構成する構成単位(以下、主鎖環状型構成単位という)を有することを意味する
かかる構造の重合体(A1)を含有することにより、レジストとした際のエッチング耐性に優れる。これは、主鎖環状型構成単位を有することにより、炭素密度が高くなっているためと推測される。
Hereinafter, each polymer will be described in detail.
[Polymer (A1)]
In the present invention, the “main chain cyclic polymer” means that the constituent unit constituting the polymer has a monocyclic or polycyclic ring structure, and preferably at least one on the ring of the ring structure, preferably Means that two or more carbon atoms have structural units constituting the main chain (hereinafter referred to as main chain cyclic structural units). By containing the polymer (A1) having such a structure, Excellent etching resistance. This is presumably because the carbon density is increased by having the main chain cyclic structural unit.
主鎖環状型構成単位としては、後述する構成単位(a1)〜(a3)等の、下記一般式で表される構成単位、すなわちビシクロ[2.2.1]−2−ヘプテン(ノルボルネン)、テトラシクロ[4.4.0.12.5.1.7.10]−3−ドデセン等の多環式のオレフィン(以下、ポリシクロオレフィンという)から誘導される構成単位、後述する構成単位(a4)において挙げたジカルボン酸の無水物含有構成単位等が挙げられる。これらのなかでも、レジストとした際のエッチング耐性が特に優れることから、ポリシクロオレフィンというから誘導される構成単位を主鎖に有することが好ましい。 As the main chain cyclic structural unit, structural units represented by the following general formula, such as structural units (a1) to (a3) described later, that is, bicyclo [2.2.1] -2-heptene (norbornene), Tetracyclo [4.4.0.1 2.5 . 1. 7.10 ] structural units derived from polycyclic olefins (hereinafter referred to as polycycloolefins) such as 3-dedecene, and the anhydride-containing structural units of dicarboxylic acids mentioned in the structural unit (a4) described later. Can be mentioned. Among these, it is preferable to have a structural unit derived from a polycycloolefin in the main chain because the etching resistance when used as a resist is particularly excellent.
重合体(A1)は、主鎖環状型構成単位以外に、後述する重合体(A2)において挙げる(メタ)アクリル酸エステルおよび/または(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位等を有していてもよいが、本発明の効果のためには、重合体(A1)中、主鎖環状型構成単位が、重合体(A1)を構成する全構成単位に対し、50〜100モル%含まれていることが好ましく、80〜100モル%がより好ましい。 The polymer (A1) has, in addition to the main chain cyclic structural unit, structural units derived from (meth) acrylic acid esters and / or (meth) acrylic acid esters mentioned in the later-described polymer (A2). However, for the effect of the present invention, in the polymer (A1), the main chain cyclic structural unit is contained in an amount of 50 to 100 mol% with respect to all the structural units constituting the polymer (A1). It is preferable that it is 80-100 mol%.
・構成単位(a1)
重合体(A1)は、解像性が向上することから、下記一般式(a−1)で表される構成単位(a1)を有していることが好ましい。
・ Structural unit (a1)
The polymer (A1) preferably has a structural unit (a1) represented by the following general formula (a-1) because the resolution is improved.
一般式(a−1)で表される構成単位(a1)は、ポリシクロオレフィンから誘導される構成単位において、その環上の5位(s=0の場合)または8位(s=1の場合)に、置換基として、1−アルキル(式(a−1)におけるR1;炭素数2以上)−1−シクロアルキル(炭素数5〜8)オキシカルボニル基を有するものである。
解像性が向上する理由としては、この置換基の1−アルキル−1−シクロアルキル基部分は、酸解離性溶解抑制基であり、1−アルキルのアルキル基の炭素数が2以上であることにより、たとえば該アルキル基がメチル基である場合に比べて、酸解離性溶解抑制基が解離しやすくなっており、これによって解像性が向上すると推測される。
また、単環の脂環式基であるシクロアルキル基を有することにより、たとえば酸解離性溶解抑制基がアダマンチル等の多環式基を含む場合に比べ、重合体(A1)の疎水性が低く(親水性が高く)なり、重合体(A1)をレジスト組成物とした際に、該レジスト組成物を用いて得られるレジスト膜とアルカリ現像液との親和性が高まって、得られるレジストパターンの解像性が向上すると推測される。
また、酸解離性溶解抑制基がたとえば鎖状第3級アルキル基等の環を含まない構造である場合に比べ、該レジストパターンのエッチング耐性が向上する。
In the structural unit derived from polycycloolefin, the structural unit (a1) represented by the general formula (a-1) is the 5-position (when s = 0) or the 8-position (s = 1) on the ring. In this case, 1-alkyl (R 1 in formula (a-1); 2 or more carbon atoms) -1-cycloalkyl (5 to 8 carbon atoms) oxycarbonyl group as a substituent.
The reason why the resolution is improved is that the 1-alkyl-1-cycloalkyl group portion of this substituent is an acid dissociable, dissolution inhibiting group, and the 1-alkyl alkyl group has 2 or more carbon atoms. Therefore, for example, it is presumed that the acid dissociable, dissolution inhibiting group is easily dissociated as compared with the case where the alkyl group is a methyl group, thereby improving the resolution.
Further, by having a cycloalkyl group which is a monocyclic alicyclic group, for example, the polymer (A1) has a lower hydrophobicity than when the acid dissociable, dissolution inhibiting group contains a polycyclic group such as adamantyl. When the polymer (A1) is used as a resist composition, the affinity between the resist film obtained using the resist composition and the alkali developer increases, and the resist pattern obtained It is estimated that the resolution is improved.
Further, the etching resistance of the resist pattern is improved as compared with the case where the acid dissociable, dissolution inhibiting group has a structure that does not contain a ring such as a chain tertiary alkyl group.
式(a−1)中、R1は炭素数2以上のアルキル基であり、直鎖でも分岐でもよく、炭素数2〜5の低級アルキル基が好ましく、たとえばエチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。好ましくはエチル基である。
sは0または1であり、工業上入手が容易であることを考慮すると、0であることが好ましい。
tは1〜3の整数であり、合成上、および工業上入手が容易であることを考慮すると、2であることが好ましい。
本発明においては、特に、式(a−1)におけるR1がエチル基であり、tが2であることが好ましい。すなわち、酸解離性溶解抑制基として、1−エチル−1−シクロヘキシル基を有することが、上記効果に特に優れるため、好ましい。
In formula (a-1), R 1 is an alkyl group having 2 or more carbon atoms, which may be linear or branched, and is preferably a lower alkyl group having 2 to 5 carbon atoms, such as an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, Examples include n-butyl group, isobutyl group, pentyl group, isopentyl group, neopentyl group and the like. Preferably it is an ethyl group.
s is 0 or 1, and is preferably 0 in view of industrial availability.
t is an integer of 1 to 3, and is preferably 2 in view of easy synthesis and industrial availability.
In the present invention, it is particularly preferable that R 1 in the formula (a-1) is an ethyl group and t is 2. That is, it is preferable to have a 1-ethyl-1-cyclohexyl group as the acid dissociable, dissolution inhibiting group because the above effect is particularly excellent.
構成単位(a1)としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
重合体(A1)中、構成単位(a1)の割合は、本発明のレジスト組成物用重合体の全構成単位の合計に対して、10〜80モル%が好ましく、30〜60モル%がより好ましい。下限値以上とすることによって、レジスト組成物とした際にパターンを得ることができ、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。
As the structural unit (a1), one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
10-80 mol% is preferable with respect to the sum total of all the structural units of the polymer for resist compositions of this invention, and the ratio of a structural unit (a1) in a polymer (A1) is 30-60 mol% more. preferable. By setting it to the lower limit value or more, a pattern can be obtained when the resist composition is used, and by setting it to the upper limit value or less, it is possible to balance with other structural units.
構成単位(a1)を誘導するモノマーは、たとえば、特開2000−235263号公報に記載されるように、(メタ)アクリル酸−1−アルキル(炭素数2以上)−1−シクロアルキル(炭素数5〜8)エステルと、シクロペンタジエンまたはジシクロペンタジエンとを、公知の反応であるDiels−Alder反応により反応させることにより合成できる。 The monomer for deriving the structural unit (a1) is, for example, (meth) acrylic acid-1-alkyl (2 or more carbon atoms) -1-cycloalkyl (carbon number) as described in JP-A No. 2000-235263. 5-8) It can be synthesized by reacting an ester with cyclopentadiene or dicyclopentadiene by a Diels-Alder reaction which is a known reaction.
・構成単位(a2)
重合体(A1)は、上記構成単位(a1)に加えて、さらに下記一般式(a−2)で表される構成単位(a2)を有していることが好ましい。
重合体(A1)が構成単位(a2)を有することにより、解像性がさらに向上する。これは、構成単位(a2)により重合体(A1)全体の親水性が高まり、重合体(A1)をレジスト組成物とした際に、該レジスト組成物を用いて得られるレジスト膜とアルカリ現像液との親和性が高まるためと推測される。
・ Structural unit (a2)
In addition to the structural unit (a1), the polymer (A1) preferably further has a structural unit (a2) represented by the following general formula (a-2).
When the polymer (A1) has the structural unit (a2), the resolution is further improved. This is because the structural unit (a2) increases the hydrophilicity of the entire polymer (A1), and when the polymer (A1) is used as a resist composition, a resist film and an alkaline developer obtained using the resist composition are used. This is presumed to be due to increased affinity.
一般式(a−2)で表される構成単位(a2)は、ポリシクロオレフィンから誘導される構成単位において、その環上の5位(s=0の場合)または8位(s=1の場合)に、基R2,R3を有するブチロラクトンから1つの水素原子を除いた基が結合したものである。
式(a−2)中、sは上記式(a−1)におけるsと同様である。
R2およびR3は、それぞれ独立に、水素原子または低級アルキル基であり、工業上入手が容易であること等を考慮すると、水素原子が好ましい。
R2およびR3の低級アルキル基としては、直鎖でも分岐でもよく、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、たとえばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。
In the structural unit derived from polycycloolefin, the structural unit (a2) represented by the general formula (a-2) is a 5-position (when s = 0) or an 8-position (s = 1) on the ring. A group obtained by removing one hydrogen atom from butyrolactone having the groups R 2 and R 3 .
In formula (a-2), s is the same as s in formula (a-1).
R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom or a lower alkyl group, and a hydrogen atom is preferable in view of industrial availability.
The lower alkyl group for R 2 and R 3 may be linear or branched and is preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, or an isobutyl group. , A pentyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, and the like.
構成単位(a2)としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
重合体(A1)中、構成単位(a2)の割合は、重合体(A1)の全構成単位の合計に対して、10〜80モル%が好ましく、30〜60モル%がより好ましい。下限値以上とすることにより解像性の向上効果に優れ、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。
As the structural unit (a2), one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
In the polymer (A1), the proportion of the structural unit (a2) is preferably 10 to 80 mol%, more preferably 30 to 60 mol%, based on the total of all the structural units of the polymer (A1). By setting it to the lower limit value or more, the effect of improving the resolution is excellent, and by setting the upper limit value or less, it is possible to balance with other structural units.
重合体(A1)においては、上記構成単位(a1)および(a2)の合計が、重合体(A1)の全構成単位の合計に対して、20〜90モル%であることが好ましく、50〜80モル%がより好ましい。 In the polymer (A1), the total of the structural units (a1) and (a2) is preferably 20 to 90 mol% based on the total of all the structural units of the polymer (A1), 80 mol% is more preferable.
・構成単位(a3)
重合体(A1)は、上記構成単位(a1)および(a2)に加えて、さらに下記一般式(a−3)で表される構成単位(a3)を有することが好ましい。
・ Structural unit (a3)
The polymer (A1) preferably further has a structural unit (a3) represented by the following general formula (a-3) in addition to the structural units (a1) and (a2).
式(a−3)中、sは上記式(a−1)におけるsと同様である。
また、R4はアルカリ可溶性基を有する有機基である。
In formula (a-3), s is the same as s in formula (a-1).
R 4 is an organic group having an alkali-soluble group.
R4におけるアルカリ可溶性基としては、フェノール性水酸基と同程度のpKaを有する基であって、アルコール性水酸基やカルボキシル基などのアルカリ可溶性を与える基を有する基が挙げられる。すなわち、pKaが小さい基(特に限定するものではないが、好適には例えばpKaが6〜12の範囲内のもの)である。
アルカリ可溶性基を有することにより、重合体(A1)に適度な酸性度を付与することができ、これが、重合体(A1)全体の親水性を高め、上記構成単位(a2)と同様、解像性の向上効果を奏することに寄与しているものと推測される。また、構成単位(a3)を有することにより、レジストとした際の基板に対する密着性が向上し、例えばラインアンドスペースパターンを形成した際のパターン倒れ等を低減できる。
Examples of the alkali-soluble group in R 4 include a group having a pKa comparable to that of a phenolic hydroxyl group, and a group having an alkali-soluble group such as an alcoholic hydroxyl group or a carboxyl group. That is, it is a group having a small pKa (not particularly limited, but preferably a group having a pKa in the range of 6 to 12, for example).
By having an alkali-soluble group, an appropriate acidity can be imparted to the polymer (A1), which increases the hydrophilicity of the entire polymer (A1) and, like the structural unit (a2), resolves. It is presumed that it contributes to the performance improvement effect. In addition, by having the structural unit (a3), the adhesion to the substrate when the resist is formed is improved, and for example, pattern collapse when a line and space pattern is formed can be reduced.
R4として、より具体的には、例えば結合位置などが特に限定されないアルコール性水酸基;アルコール性水酸基のα位の炭素原子が電子吸引性基で置換されたヒドロキシアルキル基;カルボキシル基等が挙げられる。中でも、アルコール性水酸基のα位の炭素原子が電子吸引性基で置換されたヒドロキシアルキル基、またはカルボキシル基が好ましい。
アルコール性水酸基のα位の炭素原子が電子吸引性基で置換されたヒドロキシアルキル基において、電子吸引性基としては、ハロゲン原子またはハロゲン化アルキル基等が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
ハロゲン化アルキル基において、ハロゲンは前記ハロゲン原子と同様である。アルキル基は炭素数が例えば1〜3程度の低級アルキル基が好ましく、より好ましくはメチル基またはエチル基、最も好ましくはメチル基である。具体的には、例えばトリフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、モノフルオロメチル基、パーフルオロエチル基等が挙げられるが、特にトリフルオロメチル基が好ましい。
電子吸引性基の数は、1または2であり、好ましくは2である。
More specifically, R 4 includes, for example, an alcoholic hydroxyl group whose bonding position is not particularly limited; a hydroxyalkyl group in which the α-position carbon atom of the alcoholic hydroxyl group is substituted with an electron-withdrawing group; a carboxyl group, and the like. . Of these, a hydroxyalkyl group in which the α-position carbon atom of the alcoholic hydroxyl group is substituted with an electron-withdrawing group or a carboxyl group is preferable.
In the hydroxyalkyl group in which the α-position carbon atom of the alcoholic hydroxyl group is substituted with an electron-withdrawing group, examples of the electron-withdrawing group include a halogen atom or a halogenated alkyl group.
Examples of the halogen atom include a fluorine atom and a chlorine atom, and a fluorine atom is preferable.
In the halogenated alkyl group, the halogen is the same as the halogen atom. The alkyl group is preferably a lower alkyl group having, for example, about 1 to 3 carbon atoms, more preferably a methyl group or an ethyl group, and most preferably a methyl group. Specific examples include a trifluoromethyl group, a difluoromethyl group, a monofluoromethyl group, a perfluoroethyl group, and the like, and a trifluoromethyl group is particularly preferable.
The number of electron-withdrawing groups is 1 or 2, preferably 2.
前記アルコール性水酸基のα位の炭素原子が電子吸引性基で置換されたヒドロキシアルキル基として、より具体的かつ好適には、−CR31R32OH基を有し、R31及びR32は、それぞれ独立にアルキル基、ハロゲン原子、又はハロゲン化アルキル基であり、その少なくともひとつはハロゲン原子又はハロゲン化アルキル基から選ばれる電子吸引性基であるものとして表すことができる。
ここでのハロゲン原子、又はハロゲン化アルキル基とは前記したものと同様であり、アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基などの低級アルキル基が挙げられる。
これらの中でも、電子吸引性基がフッ素原子又はフッ素化アルキル基であるものが好ましく、特にはR31及びR32がともにフッ素化アルキル基であるものが好ましい。
More specifically and preferably, the hydroxyalkyl group in which the α-position carbon atom of the alcoholic hydroxyl group is substituted with an electron-withdrawing group has a —CR 31 R 32 OH group, and R 31 and R 32 are: Each independently represents an alkyl group, a halogen atom, or a halogenated alkyl group, and at least one of them can be represented as an electron-withdrawing group selected from a halogen atom or a halogenated alkyl group.
The halogen atom or halogenated alkyl group here is the same as described above, and examples of the alkyl group include lower alkyl groups such as a methyl group, an ethyl group, and a propyl group.
Among these, those in which the electron-withdrawing group is a fluorine atom or a fluorinated alkyl group are preferable, and those in which R 31 and R 32 are both fluorinated alkyl groups are particularly preferable.
R4としては、特に、下記一般式(a−4)で表される基が、得られるレジストパターンの形状が、ラフネス等が低減された優れたものとなることから好ましい。 As R 4 , a group represented by the following general formula (a-4) is particularly preferable because the shape of the resulting resist pattern is excellent with reduced roughness and the like.
式(a−4)中、pは1〜5の整数であり、より好ましくは1〜3の整数であり、最も好ましくは1である。
また、mおよびnは、それぞれ独立して、1〜5の整数であり、より好ましくは1〜3の整数であり、特にmおよびnが1であるものが、合成上、及び効果において優れており、好ましい。
In formula (a-4), p is an integer of 1 to 5, more preferably an integer of 1 to 3, and most preferably 1.
M and n are each independently an integer of 1 to 5, more preferably an integer of 1 to 3, and particularly those in which m and n are 1 are excellent in synthesis and effect. It is preferable.
構成単位(a3)としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の重合体(A1)中、構成単位(a3)の割合は、重合体(A1)の全構成単位の合計に対して、5〜40モル%が好ましく、10〜30モル%がより好ましい。下限値以上とすることにより、解像性および基板への密着性の向上効果に優れ、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。
As the structural unit (a3), one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
In the polymer (A1) of the present invention, the proportion of the structural unit (a3) is preferably from 5 to 40 mol%, more preferably from 10 to 30 mol%, based on the total of all the structural units of the polymer (A1). . By setting it to the lower limit value or more, the effect of improving the resolution and adhesion to the substrate is excellent, and by setting the upper limit value or less, it is possible to balance with other structural units.
・その他の構成単位(a4)
重合体(A1)は、本発明の効果を損なわない範囲で、前記構成単位(a1)〜(a3)以外の構成単位(a4)を含んでいてもよい。
構成単位(a4)としては、上述の構成単位(a1)〜(a3)に分類されない他の構成単位であって、構成単位(a1)〜(a3)を誘導するモノマーと共重合可能なモノマーから誘導される構成単位であれば特に限定するものではない。
かかる構成単位(a4)としては、公知のエチレン性二重結合を有する化合物から誘導される構成単位を目的に応じて任意に用いることができる。
・ Other structural units (a4)
The polymer (A1) may contain a structural unit (a4) other than the structural units (a1) to (a3) as long as the effects of the present invention are not impaired.
As the structural unit (a4), other structural units not classified into the above structural units (a1) to (a3), which are copolymerizable with monomers derived from the structural units (a1) to (a3) There is no particular limitation as long as it is a derived structural unit.
As the structural unit (a4), a structural unit derived from a known compound having an ethylenic double bond can be arbitrarily used depending on the purpose.
構成単位(a4)として、より具体的には、たとえば、後述する重合体(A2)において挙げる(メタ)アクリル酸エステルおよび/または(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位(a’)、ジカルボン酸の無水物含有構成単位、置換基を有さないポリシクロオレフィンから誘導される構成単位、置換基として多環の脂環式基を有するポリシクロオレフィンから誘導される構成単位等が挙げられる。 More specifically, as the structural unit (a4), for example, a structural unit (a ′) derived from a (meth) acrylic acid ester and / or a (meth) acrylic acid ester mentioned in the polymer (A2) described later, Examples include a dicarboxylic acid anhydride-containing structural unit, a structural unit derived from a polycycloolefin having no substituent, and a structural unit derived from a polycycloolefin having a polycyclic alicyclic group as a substituent. .
ジカルボン酸の酸無水物含有構成単位とは、−C(O)−O−C(O)−構造を有する構成単位をいう。そのようなものとしては、例えば、単環式または多環式の環状酸無水物を含有する構成単位が挙げられ、より具体的には、下記[化6]に示す単環又は多環式の無水マレイン酸から誘導される単位、および下記[化7]に示すイタコン酸から誘導される単位等が挙げられる。 The acid anhydride-containing structural unit of dicarboxylic acid refers to a structural unit having a —C (O) —O—C (O) — structure. Examples of such include structural units containing monocyclic or polycyclic cyclic acid anhydrides, and more specifically, monocyclic or polycyclic compounds represented by the following [Chemical Formula 6]. Examples thereof include units derived from maleic anhydride and units derived from itaconic acid shown in the following [Chemical Formula 7].
ポリシクロオレフィンから誘導される構成単位としては、ビシクロ[2.2.1]−2−ヘプテン(ノルボルネン)、テトラシクロ[4.4.0.12.5.1.7.10]−3−ドデセン等が挙げられる。
また、その環上の置換基としては、例えば、トリシクロデカニル基、アダマンチル基、テトラシクロドデカニル基等が挙げられる。
As structural units derived from polycycloolefin, bicyclo [2.2.1] -2-heptene (norbornene), tetracyclo [4.4.0.1 2.5 . 1. 7.10 ] -3-dodecene and the like.
Examples of the substituent on the ring include a tricyclodecanyl group, an adamantyl group, and a tetracyclododecanyl group.
重合体(A1)において、構成単位(a1)〜(a4)等の構成単位の組み合わせおよび比率は、要求される特性等によって適宜調整可能である。得られるレジストパターンの形状、エッチング耐性、および解像性等のリソグラフィー特性を考慮すると、構成単位(a1)および(a2)を有することが好ましく、さらに、構成単位(a1)〜(a3)を有することが好ましい。
重合体(A1)が構成単位(a1)および構成単位(a2)を含み、かつ構成単位(a3)を含まない二元系の重合体(ただし構成単位(a4)を含んでもよい)である場合、各構成単位の割合(モル比)は、本発明の効果および重合体の合成における制御がしやすい点で、重合体(A1)を構成する全構成単位に対し、構成単位(a1)が10〜80モル%であることが好ましく、30〜60モル%であることがより好ましく、構成単位(a2)が10〜80モル%であることが好ましく、30〜60モル%であることがより好ましい。
また、重合体(A1)が構成単位(a1)および構成単位(a2)に加えて構成単位(a3)を含む三元系の重合体(ただし構成単位(a4)を含んでもよい)である場合、各構成単位の割合(モル比)は、重合体(A1)を構成する全構成単位に対し、構成単位(a1)が10〜80モル%であることが好ましく、30〜60モル%であることがより好ましく、構成単位(a2)が10〜80モル%であることが好ましく、30〜60モル%であることがより好ましく、構成単位(a3)が5〜40モル%であることが好ましく、10〜30モル%であることがより好ましい。これにより、エッチング耐性およびレジストパターン形状に優れ、さらに解像性等のリソグラフィー特性にも優れたものとなる。
In the polymer (A1), the combination and ratio of the structural units such as the structural units (a1) to (a4) can be appropriately adjusted depending on required characteristics. In consideration of lithography properties such as the shape of the resist pattern to be obtained, etching resistance, and resolution, it is preferable to have structural units (a1) and (a2), and further have structural units (a1) to (a3). It is preferable.
When the polymer (A1) is a binary polymer containing the structural unit (a1) and the structural unit (a2) and not containing the structural unit (a3) (however, the structural unit (a4) may be included) The proportion (molar ratio) of each structural unit is 10 in the structural unit (a1) relative to all the structural units constituting the polymer (A1) in that the effects of the present invention and the control in the synthesis of the polymer are easy. It is preferably ˜80 mol%, more preferably 30 to 60 mol%, the structural unit (a2) is preferably 10 to 80 mol%, and more preferably 30 to 60 mol%. .
In the case where the polymer (A1) is a ternary polymer containing the structural unit (a3) in addition to the structural unit (a1) and the structural unit (a2) (however, the structural unit (a4) may be included). The proportion (molar ratio) of each constitutional unit is preferably 10 to 80 mol%, and preferably 30 to 60 mol%, of the constitutional unit (a1) with respect to all the constitutional units constituting the polymer (A1). More preferably, the structural unit (a2) is preferably 10 to 80 mol%, more preferably 30 to 60 mol%, and the structural unit (a3) is preferably 5 to 40 mol%. 10 to 30 mol% is more preferable. As a result, the etching resistance and the resist pattern shape are excellent, and the lithography properties such as resolution are also excellent.
重合体(A1)として、好ましい具体例としては、下記一般式(a−11)で表される重合体(A11)が挙げられる。この重合体(A11)は、エッチング耐性およびレジストパターン形状に優れ、解像性等のリソグラフィー特性にも優れ、さらに、基板に対する密着性に優れ、パターン倒れ等が生じにくい。 A preferred specific example of the polymer (A1) is a polymer (A11) represented by the following general formula (a-11). This polymer (A11) is excellent in etching resistance and resist pattern shape, is excellent in lithography properties such as resolution, is excellent in adhesion to the substrate, and does not easily cause pattern collapse.
重合体(A1)は、例えば各構成単位に係るモノマーを、例えばアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)のようなラジカル重合開始剤を用いた公知のラジカル重合等によって重合させることによって得ることができる。 The polymer (A1) can be obtained, for example, by polymerizing a monomer related to each structural unit by a known radical polymerization using a radical polymerization initiator such as azobisisobutyronitrile (AIBN). .
重合体(A1)の質量平均分子量(ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算質量平均分子量、以下同様。)は、15000以下が好ましく、10000以下がより好ましい。質量平均分子量が15000以下であると、エッチング耐性に優れ、また、現像時にレジストパターンの膨潤が生じにくく、パターン倒れが生じにくい等の利点がある。
下限値は、特に限定するものではないが、解像性、有機溶剤への溶解性等を考慮すると、3000以上が好ましく、5000以上がより好ましい。
The polymer (A1) has a mass average molecular weight (polystyrene equivalent mass average molecular weight by gel permeation chromatography, the same shall apply hereinafter) of preferably 15,000 or less, and more preferably 10,000 or less. When the mass average molecular weight is 15000 or less, there are advantages such as excellent etching resistance, resist pattern swelling during development, and pattern collapse.
The lower limit is not particularly limited, but is preferably 3000 or more and more preferably 5000 or more in consideration of resolution, solubility in an organic solvent, and the like.
重合体(A1)は1種または2種以上の重合体から構成することができる。 A polymer (A1) can be comprised from 1 type, or 2 or more types of polymers.
[重合体(A2)]
重合体(A2)は、(メタ)アクリル酸エステルおよび/または(メタ)アクリル酸から誘導される構成単位(a’)のみからなるものである。
ここで、「(メタ)アクリル酸エステルおよび/または(メタ)アクリル酸から誘導される構成単位(a’)」は、下記一般式において、Rが水素原子でありかつXが1価の有機基であるアクリル酸エステルから誘導される構成単位、Rがメチル基でありかつXが1価の有機基であるであるメタクリル酸エステルから誘導される構成単位、RおよびXが水素原子であるアクリル酸から誘導される構成単位、およびRがメチル基でありかつXが水素原子であるメタクリル酸から誘導される構成単位からなる群から選択される1種以上の構成単位を意味する。
また、「構成単位(a’)のみからなる」とは、重合体(A2)の主鎖が、構成単位(a’)のみから構成されており、他の構成単位を含まないことを意味する。
[Polymer (A2)]
The polymer (A2) consists only of the structural unit (a ′) derived from (meth) acrylic acid ester and / or (meth) acrylic acid.
Here, the “structural unit (a ′) derived from (meth) acrylic acid ester and / or (meth) acrylic acid” means that in the following general formula, R is a hydrogen atom and X is a monovalent organic group. A structural unit derived from an acrylate ester, a structural unit derived from a methacrylic acid ester in which R is a methyl group and X is a monovalent organic group, and acrylic acid in which R and X are hydrogen atoms And one or more structural units selected from the group consisting of structural units derived from methacrylic acid wherein R is a methyl group and X is a hydrogen atom.
Further, “consisting only of the structural unit (a ′)” means that the main chain of the polymer (A2) is composed of only the structural unit (a ′) and does not include other structural units. .
上記式中、Xにおける1価の有機基としては、特に限定されず、たとえば後述する構成単位(a’1)〜(a’4)等において挙げた構成単位において、(メタ)アクリル酸エステルのエステル側鎖部に結合した基(酸解離性溶解抑制基、ラクトン環を有する基、極性基含有脂肪族炭化水素基、多環式の脂肪族炭化水素基等)が挙げられる。 In the above formula, the monovalent organic group in X is not particularly limited. For example, in the structural units mentioned in the structural units (a′1) to (a′4) described later, the (meth) acrylic acid ester Examples include a group bonded to an ester side chain (an acid dissociable, dissolution inhibiting group, a group having a lactone ring, a polar group-containing aliphatic hydrocarbon group, a polycyclic aliphatic hydrocarbon group, and the like).
・構成単位(a’1)
構成単位(a’)は、酸解離性溶解抑制基を含有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位(a’1)を有することが好ましい。
構成単位(a’1)における酸解離性溶解抑制基としては、特に限定されない。一般的には(メタ)アクリル酸のカルボキシル基と、環状または鎖状の第3級アルキルエステルを形成するものが広く知られているが、特に耐ドライエッチング性に優れ、レジストパターンの形成の点から、単環または多環の脂環式基含有酸解離性溶解抑制基が好ましく用いられる。
前記単環の脂環式基としては、シクロヘキサン、シクロペンタン等のモノシクロアルカンから1個の水素原子を除いた基等が例示できる。
前記多環の脂環式基としては、ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカン等のポリシクロアルカンから1個または2個の水素原子を除いた基等が例示でき、具体的には、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから1個または2個の水素原子を除いた基などが挙げられる。
この様な単環または多環の脂環式基は、例えばArFエキシマレーザー用のレジスト組成物の樹脂成分において、多数提案されているものの中から適宜選択して用いることができる。
これらの中でもシクロヘキシル基、シクロペンチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基、テトラシクロドデカニル基が工業上入手しやすい点から好ましい。
・ Structural unit (a'1)
The structural unit (a ′) preferably has a structural unit (a′1) derived from a (meth) acrylic acid ester containing an acid dissociable, dissolution inhibiting group.
The acid dissociable, dissolution inhibiting group in the structural unit (a′1) is not particularly limited. In general, those that form a cyclic or chain tertiary alkyl ester with a carboxyl group of (meth) acrylic acid are widely known, but particularly excellent in dry etching resistance and resist pattern formation. Therefore, a monocyclic or polycyclic alicyclic group-containing acid dissociable, dissolution inhibiting group is preferably used.
Examples of the monocyclic alicyclic group include groups in which one hydrogen atom has been removed from a monocycloalkane such as cyclohexane or cyclopentane.
Examples of the polycyclic alicyclic group include groups in which one or two hydrogen atoms have been removed from a polycycloalkane such as bicycloalkane, tricycloalkane, and tetracycloalkane. Specifically, adamantane , Groups obtained by removing one or two hydrogen atoms from a polycycloalkane such as norbornane, isobornane, tricyclodecane, and tetracyclododecane.
Such a monocyclic or polycyclic alicyclic group can be appropriately selected and used from among many proposed resin components of resist compositions for ArF excimer lasers, for example.
Among these, a cyclohexyl group, a cyclopentyl group, an adamantyl group, a norbornyl group, and a tetracyclododecanyl group are preferable from the viewpoint of easy industrial availability.
構成単位(a’1)として、より具体的には、下記一般式(a−5)で表される構成単位等の単環の脂環式基含有酸解離性溶解抑制基を有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位、下記一般式(I)、(II)、(III)で表される構成単位等の多環の脂環式基含有酸解離性溶解抑制基を有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位等が挙げられる。 More specifically, the structural unit (a′1) has a monocyclic alicyclic group-containing acid dissociable, dissolution inhibiting group such as a structural unit represented by the following general formula (a-5) (meth) A structural unit derived from an acrylate ester, a polycyclic alicyclic group-containing acid dissociable, dissolution inhibiting group such as a structural unit represented by the following general formulas (I), (II), and (III) (meta ) Constituent units derived from acrylic acid esters.
式(a−5)中、R1としては、炭素数1〜5の低級の直鎖又は分岐状のアルキル基が好ましく、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、イソブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基などが挙げられる。中でも、炭素数2以上、好ましくは2〜5のアルキル基が好ましく、この場合、メチル基の場合に比べて酸解離性が高くなる傾向がある。なお、工業的にはメチル基、エチル基が好ましい。 In formula (a-5), R 1 is preferably a lower linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, such as methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl. Group, pentyl group, isopentyl group, neopentyl group and the like. Among them, an alkyl group having 2 or more carbon atoms, preferably 2 to 5 carbon atoms is preferable, and in this case, acid dissociation tends to be higher than in the case of a methyl group. Industrially, a methyl group and an ethyl group are preferable.
式(I)中、R11としては、炭素数1〜5の低級の直鎖又は分岐状のアルキル基が好ましく、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、イソブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基などが挙げられる。中でも、炭素数2以上、好ましくは2〜5のアルキル基が好ましく、この場合、メチル基の場合に比べて酸解離性が高くなる傾向がある。なお、工業的にはメチル基、エチル基が好ましい。 In the formula (I), R 11 is preferably a lower linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, such as methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, Examples thereof include a pentyl group, an isopentyl group, and a neopentyl group. Among them, an alkyl group having 2 or more carbon atoms, preferably 2 to 5 carbon atoms is preferable, and in this case, acid dissociation tends to be higher than in the case of a methyl group. Industrially, a methyl group and an ethyl group are preferable.
前記R2及びR3は、それぞれ独立に、好ましくは炭素数1〜5の低級アルキル基であると好ましい。このような基は、2−メチル−2−アダマンチル基より酸解離性が高くなる傾向がある。
より具体的には、R2及びR3は、それぞれ独立して、上記R1と同様の低級の直鎖状又は分岐状のアルキル基であることが好ましい。中でも、R2及びR3が共にメチル基である場合が工業的に好ましく、具体的には、2−(1−アダマンチル)−2−プロピル(メタ)アクリレートから誘導される構成単位を挙げることができる。
R 2 and R 3 are each independently preferably a lower alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. Such groups tend to be more acid dissociable than 2-methyl-2-adamantyl groups.
More specifically, R 2 and R 3 are preferably each independently a lower linear or branched alkyl group similar to R 1 . Among them, it is industrially preferable that both R 2 and R 3 are methyl groups, and specifically, a structural unit derived from 2- (1-adamantyl) -2-propyl (meth) acrylate may be mentioned. it can.
前記R4は、tert−ブチル基やtert−アミル基のような第3級アルキル基であり、tert−ブチル基である場合が工業的に好ましい。
また、基−COOR4は、式中に示したテトラシクロドデカニル基の3または4の位置に結合していてよいが、これらは異性体が混合していることから、結合位置を特定できない。また、(メタ)アクリル酸エステルのカルボキシル基残基も同様に式中に示した8または9の位置に結合するが、結合位置の特定はできない。
R 4 is a tertiary alkyl group such as a tert-butyl group or a tert-amyl group, and a case where it is a tert-butyl group is industrially preferable.
In addition, the group —COOR 4 may be bonded to the 3 or 4 position of the tetracyclododecanyl group shown in the formula, but since these isomers are mixed, the bonding position cannot be specified. Similarly, the carboxyl group residue of (meth) acrylic acid ester is bonded to the position 8 or 9 shown in the formula, but the bonding position cannot be specified.
これらの中でも、特に、重合体(A1)が構成単位(a1)を有する重合体である場合、式(a−5)で表される構成単位は、特に解像性に優れ、さらに焦点深度幅等のリソグラフィー特性にも優れるため、好ましい。また、このとき、式(a−5)で表される構成単位のR1、tは、構成単位(a1)のR1、tと同一であることがより好ましい。 Among these, in particular, when the polymer (A1) is a polymer having the structural unit (a1), the structural unit represented by the formula (a-5) is particularly excellent in resolution and further has a depth of focus. It is preferable because it has excellent lithography properties such as the above. At this time, R 1, t of structural units represented by the formula (a-5) is more preferably the same as R 1, t the structural unit (a1).
構成単位(a’1)は、重合体(A2)の全構成単位の合計に対して、20〜60モル%、好ましくは30〜50モル%であることが望ましい。下限値以上とすることによって、レジスト組成物とした際にパターンを得ることができ、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。 The structural unit (a′1) is 20 to 60 mol%, preferably 30 to 50 mol%, based on the total of all the structural units of the polymer (A2). By setting it to the lower limit value or more, a pattern can be obtained when the resist composition is used, and by setting it to the upper limit value or less, it is possible to balance with other structural units.
・構成単位(a’2)
重合体(A2)において、構成単位(a’)は、構成単位(a’1)に加えてさらに、ラクトン環を有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位(a’2)を有することが好ましい。これにより、レジスト膜と基板との密着性が高められ、微細なレジストパターンにおいてもパターン倒れ、膜剥がれ等が起こりにくくなる。また、重合体(A2)の親水性が高まり、現像液との親和性が高まって、露光部でのアルカリ溶解性が向上し、解像性の向上に寄与する。
構成単位(a’2)としては、(メタ)アクリル酸エステルのエステル側鎖部にラクトン環からなる単環式基またはラクトン環を有する多環の脂環式基が結合した構成単位が挙げられる。なお、このときラクトン環とは、−O−C(O)−構造を含むひとつの環を示し、これをひとつの目の環として数える。したがって、ここではラクトン環のみの場合は単環式基、さらに他の環構造を有する場合は、その構造に関わらず多環式基と称する。
そして、構成単位(a’2)としては、具体的には例えば、γ−ブチロラクトンから水素原子1つを除いた単環式基や、ラクトン環含有ビシクロアルカンから水素原子を1つを除いた多環式基等が挙げられる。
具体的には、例えば以下の一般式(a−6)で表される構成単位等の、単環式のラクトン環からなる単環式基を有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位、式(IV)〜(VII)で表される構成単位等の、ラクトン環を有する多環の脂環式基を有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位等が挙げられる。
・ Structural unit (a'2)
In the polymer (A2), the structural unit (a ′) further includes a structural unit (a′2) derived from a (meth) acrylic acid ester having a lactone ring in addition to the structural unit (a′1). It is preferable. As a result, the adhesion between the resist film and the substrate is enhanced, and even in a fine resist pattern, pattern collapse, film peeling, and the like are unlikely to occur. Further, the hydrophilicity of the polymer (A2) is increased, the affinity with the developer is increased, the alkali solubility in the exposed area is improved, and the resolution is improved.
Examples of the structural unit (a′2) include a structural unit in which a monocyclic group consisting of a lactone ring or a polycyclic alicyclic group having a lactone ring is bonded to the ester side chain portion of the (meth) acrylic acid ester. . At this time, the lactone ring indicates one ring containing an —O—C (O) — structure, and this is counted as the first ring. Therefore, here, in the case of only a lactone ring, it is called a monocyclic group, and when it has another ring structure, it is called a polycyclic group regardless of the structure.
Specific examples of the structural unit (a′2) include a monocyclic group obtained by removing one hydrogen atom from γ-butyrolactone, and a polycyclic group obtained by removing one hydrogen atom from a lactone ring-containing bicycloalkane. And cyclic groups.
Specifically, for example, a structural unit derived from a (meth) acrylic acid ester having a monocyclic group composed of a monocyclic lactone ring, such as a structural unit represented by the following general formula (a-6) And structural units derived from (meth) acrylic acid esters having a polycyclic alicyclic group having a lactone ring, such as structural units represented by formulas (IV) to (VII).
これらの中でも、特に、重合体(A1)が構成単位(a2)を有する重合体である場合、式(a−6)で表される構成単位が、特に解像性に優れ、さらに焦点深度幅等のリソグラフィー特性にも優れるため、好ましい。また、このとき、式(a−6)で表される構成単位のR2、R3は、構成単位(a2)のR2、R3と同一であることがより好ましい。 Among these, in particular, when the polymer (A1) is a polymer having the structural unit (a2), the structural unit represented by the formula (a-6) is particularly excellent in resolution, and further has a depth of focus. It is preferable because it has excellent lithography properties such as the above. At this time, the formula (a-6) R 2 of structural units represented by, R 3 is more preferably the same as R 2, R 3 of the structural unit (a2).
構成単位(a’2)は、重合体(A2)を構成する全構成単位の合計に対して、20〜60モル%、特には20〜50モル%含まれていると好ましい。 The structural unit (a′2) is preferably contained in an amount of 20 to 60 mol%, particularly 20 to 50 mol%, based on the total of all the structural units constituting the polymer (A2).
・構成単位(a’3)
重合体(A2)において、構成単位(a’)は、構成単位(a’1)に加えて、あるいは構成単位(a’1)及び構成単位(a’2)に加えて、極性基含有脂肪族炭化水素基を含有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位(a’3)を有することが好ましい。これにより、重合体(A2)の親水性が高まり、現像液との親和性が高まって、露光部でのアルカリ溶解性が向上し、解像性の向上に寄与する。
極性基としては、水酸基、シアノ基等が挙げられ、特に水酸基が好ましい。
脂肪族炭化水素基としては、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状の炭化水素基(アルキレン基)や、多環式の脂肪族炭化水素基(多環式基)が挙げられる。該多環式基としては、構成単位(a’1)において例示したものと同様の多数の多環式基から適宜選択して用いることができる。
・ Structural unit (a'3)
In the polymer (A2), the structural unit (a ′) is a polar group-containing fat in addition to the structural unit (a′1) or in addition to the structural unit (a′1) and the structural unit (a′2). It is preferable to have a structural unit (a′3) derived from a (meth) acrylic acid ester containing a group hydrocarbon group. Thereby, the hydrophilicity of the polymer (A2) is increased, the affinity with the developer is increased, the alkali solubility in the exposed portion is improved, and the resolution is improved.
Examples of the polar group include a hydroxyl group and a cyano group, and a hydroxyl group is particularly preferable.
Examples of the aliphatic hydrocarbon group include a linear or branched hydrocarbon group (alkylene group) having 1 to 10 carbon atoms and a polycyclic aliphatic hydrocarbon group (polycyclic group). The polycyclic group can be appropriately selected from a large number of polycyclic groups similar to those exemplified in the structural unit (a′1).
構成単位(a’3)としては、極性基含有脂肪族炭化水素基における炭化水素基が炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状の炭化水素基のときは、(メタ)アクリル酸のヒドロキシエチルエステルから誘導される構成単位が好ましく、該炭化水素基が多環式基のときは、下記[化18]、[化19]で表される構成単位が好ましいものとしてあげられる。 As the structural unit (a′3), when the hydrocarbon group in the polar group-containing aliphatic hydrocarbon group is a linear or branched hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, hydroxy of (meth) acrylic acid A structural unit derived from an ethyl ester is preferred, and when the hydrocarbon group is a polycyclic group, structural units represented by the following [Chemical Formula 18] and [Chemical Formula 19] are preferred.
これらの中でも、nが1であり、水酸基がアダマンチル基の3位に結合しているものが好ましい。 Among these, those in which n is 1 and the hydroxyl group is bonded to the 3-position of the adamantyl group are preferable.
これらの中でも、kが1であるものが好ましい。これらは異性体の混合物として存在する(シアノ基がノルボルナニル基の4位又は5位に結合している化合物の混合物)。 Among these, those in which k is 1 are preferable. These exist as a mixture of isomers (a mixture of compounds in which the cyano group is bonded to the 4-position or 5-position of the norbornanyl group).
構成単位(a’3)は、重合体(A2)を構成する全構成単位の合計に対して、10〜50モル%、好ましくは20〜40モル%含まれていると好ましい。 The structural unit (a′3) is contained in an amount of 10 to 50 mol%, preferably 20 to 40 mol%, based on the total of all the structural units constituting the polymer (A2).
<構成単位(a’4)、(a’5)>
重合体(A2)は、さらに、構成単位(a’1)〜(a’3)以外の、多環式の脂肪族炭化水素基を含有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位(a’4)や、(メタ)アクリル酸から誘導される構成単位(a’5)を含むものであってもよい。
ここで、「構成単位(a’1)〜(a’3)以外」とは、これらと重複しないという意味であり、多環式の脂肪族炭化水素基(以下、単に多環式基ということがある)としては、前記構成単位(a’1)〜(a’3)におけるものと同様な多数の多環式基が挙げられる。特にトリシクロデカニル基、アダマンチル基、テトラシクロドデカニル基から選ばれる少なくとも1種以上であると、工業上入手し易いなどの点で好ましい。
構成単位(a’4)として、具体的には、下記(IX)〜(XI)の構造のものを例示することができる。
<Structural unit (a′4), (a′5)>
The polymer (A2) is a structural unit derived from a (meth) acrylic ester containing a polycyclic aliphatic hydrocarbon group other than the structural units (a′1) to (a′3) ( a′4) or a structural unit (a′5) derived from (meth) acrylic acid may be included.
Here, “other than the structural units (a′1) to (a′3)” means that they do not overlap with these, and a polycyclic aliphatic hydrocarbon group (hereinafter simply referred to as a polycyclic group). Include a number of polycyclic groups similar to those in the structural units (a′1) to (a′3). In particular, at least one selected from a tricyclodecanyl group, an adamantyl group, and a tetracyclododecanyl group is preferable in terms of industrial availability.
Specific examples of the structural unit (a′4) include those having the following structures (IX) to (XI).
構成単位(a’4)は、重合体(A2)を構成する全構成単位の合計に対して、1〜25モル%含まれていると好ましく、10〜20モル%がより好ましい。
構成単位(a’5)は、重合体(A2)を構成する全構成単位の合計に対して、1〜25モル%含まれていると好ましく、10〜20モル%がより好ましい。
The structural unit (a′4) is preferably contained in an amount of 1 to 25 mol%, more preferably 10 to 20 mol%, based on the total of all the structural units constituting the polymer (A2).
The structural unit (a′5) is preferably contained in an amount of 1 to 25 mol%, more preferably 10 to 20 mol%, based on the total of all the structural units constituting the polymer (A2).
重合体(A2)において、構成単位(a’1)〜(a’4)等の構成単位の組み合わせおよび比率は、要求される特性等によって適宜調整可能である。得られるレジストパターンの形状、解像性等を考慮すると、構成単位(a’1)と、構成単位(a’2)および/または構成単位(a’3)を有することが好ましく、特に、構成単位(a’1)〜(a’3)をすべて有することが好ましい。 In the polymer (A2), the combination and ratio of the structural units such as the structural units (a′1) to (a′4) can be appropriately adjusted depending on required properties. In view of the shape, resolution, etc. of the resist pattern to be obtained, it is preferable to have the structural unit (a′1), the structural unit (a′2), and / or the structural unit (a′3). It is preferable to have all the units (a′1) to (a′3).
重合体(A2)として、好ましい具体例としては、下記一般式(a−21)で表される重合体(A21)が挙げられる。この重合体(A21)は、解像性、焦点深度幅等のリソグラフィー特性に優れており、また、得られるレジストパターン形状も、矩形性の高い優れたものであり、上記重合体(A1)と好適に組み合わせて用いられる。 A preferred specific example of the polymer (A2) is a polymer (A21) represented by the following general formula (a-21). This polymer (A21) is excellent in lithographic properties such as resolution and depth of focus, and the resulting resist pattern shape is also excellent in rectangularity, and the polymer (A1) and They are preferably used in combination.
重合体(A2)は、例えば各構成単位に係るモノマーを、例えばアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)のようなラジカル重合開始剤を用いた公知のラジカル重合等によって重合させることによって得ることができる。 The polymer (A2) can be obtained, for example, by polymerizing a monomer related to each structural unit by a known radical polymerization using a radical polymerization initiator such as azobisisobutyronitrile (AIBN). .
重合体(A2)の質量平均分子量(ゲルパーミエーションクロマトグラフィによるポリスチレン換算質量平均分子量、以下同様。)は、15000以下が好ましく、10000以下がより好ましい。質量平均分子量が15000以下であると、エッチング耐性に優れ、また、現像時にレジストパターンの膨潤が生じにくく、パターン倒れが生じにくい等の利点がある。
下限値は、特に限定するものではないが、解像性、有機溶剤への溶解性等を考慮すると、3000以上が好ましく、5000以上がより好ましい。
The polymer (A2) has a mass average molecular weight (polystyrene equivalent mass average molecular weight by gel permeation chromatography, the same shall apply hereinafter) of preferably 15,000 or less, and more preferably 10,000 or less. When the mass average molecular weight is 15000 or less, there are advantages such as excellent etching resistance, resist pattern swelling during development, and pattern collapse.
The lower limit is not particularly limited, but is preferably 3000 or more and more preferably 5000 or more in consideration of resolution, solubility in an organic solvent, and the like.
重合体(A2)は1種または2種以上の重合体から構成することができる。 A polymer (A2) can be comprised from 1 type, or 2 or more types of polymers.
(A)成分中、重合体(A1)と重合体(A2)との混合比(質量比)は、特に限定されないが、重合体(A1)の割合が高いほど、エッチング耐性が向上する一方、重合体(A2)の割合が高いほど、レジストパターン形状が良好になる傾向があり、得ようとする性能に応じて適宜決定すればよい。特に、本発明の効果のためには、1:9〜9:1の範囲内であることが好ましく、50:50〜20:80の範囲内であることがより好ましく、40:60〜20:80の範囲内であることが最も好ましい。 In the component (A), the mixing ratio (mass ratio) of the polymer (A1) and the polymer (A2) is not particularly limited. However, the higher the ratio of the polymer (A1), the better the etching resistance. The higher the ratio of the polymer (A2), the better the resist pattern shape tends to be, and it may be appropriately determined according to the performance to be obtained. In particular, for the effect of the present invention, it is preferably within a range of 1: 9 to 9: 1, more preferably within a range of 50:50 to 20:80, and 40:60 to 20: Most preferably, it is within the range of 80.
(B)成分
(B)成分は、いわゆる酸発生剤である。本発明において、(B)成分は、従来の化学増幅型レジスト組成物において使用されている公知の酸発生剤から特に限定せずに用いることができる。
このような酸発生剤としては、これまで、ヨードニウム塩やスルホニウム塩などのオニウム塩系酸発生剤、オキシムスルホネート系酸発生剤、ビスアルキルまたはビスアリールスルホニルジアゾメタン類、ポリ(ビススルホニル)ジアゾメタン類、ジアゾメタンニトロベンジルスルホネート類などのジアゾメタン系酸発生剤、イミノスルホネート系酸発生剤、ジスルホン系酸発生剤など多種のものが知られている。
(B) component (B) A component is what is called an acid generator. In the present invention, the component (B) can be used without particular limitation from known acid generators used in conventional chemically amplified resist compositions.
Examples of such acid generators include onium salt acid generators such as iodonium salts and sulfonium salts, oxime sulfonate acid generators, bisalkyl or bisarylsulfonyldiazomethanes, poly (bissulfonyl) diazomethanes, There are various known diazomethane acid generators such as diazomethane nitrobenzyl sulfonates, imino sulfonate acid generators and disulfone acid generators.
オニウム塩系酸発生剤の具体例としては、ジフェニルヨードニウムのトリフルオロメタンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムのトリフルオロメタンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、トリ(4−メチルフェニル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、ジメチル(4−ヒドロキシナフチル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、モノフェニルジメチルスルホニウムのトリフルオロンメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、ジフェニルモノメチルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、(4−メチルフェニル)ジフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、(4−メトキシフェニル)ジフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、トリ(4−tert−ブチル)フェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネートなどが挙げられる。 Specific examples of the onium salt-based acid generator include diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate, bis (4-tert-butylphenyl) iodonium trifluoromethanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate, and triphenylsulfonium trifluoromethane. Sulfonate, its heptafluoropropane sulfonate or its nonafluorobutane sulfonate, tri (4-methylphenyl) sulfonium trifluoromethane sulfonate, its heptafluoropropane sulfonate or its nonafluorobutane sulfonate, dimethyl (4-hydroxynaphthyl) sulfonium trifluoromethane Sulfonate, its heptafluoropropane sulphonate or its Nafluorobutane sulfonate, trifluoromethane sulfonate of monophenyldimethylsulfonium, heptafluoropropane sulfonate or nonafluorobutane sulfonate thereof, trifluoromethane sulfonate of diphenyl monomethylsulfonium, heptafluoropropane sulfonate or nonafluorobutane sulfonate thereof, (4- Trifluoromethanesulfonate of methylphenyl) diphenylsulfonium, its heptafluoropropanesulfonate or its nonafluorobutanesulfonate, trifluoromethanesulfonate of (4-methoxyphenyl) diphenylsulfonium, its heptafluoropropanesulfonate or its nonafluorobutanesulfonate, tri (4 -Tert-bu Le) trifluoromethanesulfonate triphenylsulfonium, its like heptafluoropropane sulfonate or nonafluorobutane sulfonates.
オキシムスルホネート系酸発生剤の具体例としては、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−フェニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−p−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)−フェニルアセトニトリル、α−(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)−p−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(エチルスルホニルオキシイミノ)−p−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(プロピルスルホニルオキシイミノ)−p−メチルフェニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−p−ブロモフェニルアセトニトリルなどが挙げられる。これらの中で、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−p−メトキシフェニルアセトニトリルが好ましい。 Specific examples of the oxime sulfonate acid generator include α- (methylsulfonyloxyimino) -phenylacetonitrile, α- (methylsulfonyloxyimino) -p-methoxyphenylacetonitrile, α- (trifluoromethylsulfonyloxyimino)- Phenylacetonitrile, α- (trifluoromethylsulfonyloxyimino) -p-methoxyphenylacetonitrile, α- (ethylsulfonyloxyimino) -p-methoxyphenylacetonitrile, α- (propylsulfonyloxyimino) -p-methylphenylacetonitrile, α- (methylsulfonyloxyimino) -p-bromophenylacetonitrile and the like can be mentioned. Of these, α- (methylsulfonyloxyimino) -p-methoxyphenylacetonitrile is preferred.
ジアゾメタン系酸発生剤のうち、ビスアルキルまたはビスアリールスルホニルジアゾメタン類の具体例としては、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,1−ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4−ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン等が挙げられる。
また、ポリ(ビススルホニル)ジアゾメタン類としては、例えば、以下に示す構造をもつ1,3−ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)プロパン(化合物A、分解点135℃)、1,4−ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)ブタン(化合物B、分解点147℃)、1,6−ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)ヘキサン(化合物C、融点132℃、分解点145℃)、1,10−ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)デカン(化合物D、分解点147℃)、1,2−ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)エタン(化合物E、分解点149℃)、1,3−ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)プロパン(化合物F、分解点153℃)、1,6−ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)ヘキサン(化合物G、融点109℃、分解点122℃)、1,10−ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)デカン(化合物H、分解点116℃)などを挙げることができる。
Among diazomethane acid generators, specific examples of bisalkyl or bisarylsulfonyldiazomethanes include bis (isopropylsulfonyl) diazomethane, bis (p-toluenesulfonyl) diazomethane, bis (1,1-dimethylethylsulfonyl) diazomethane, Examples include bis (cyclohexylsulfonyl) diazomethane, bis (2,4-dimethylphenylsulfonyl) diazomethane, and the like.
Examples of poly (bissulfonyl) diazomethanes include 1,3-bis (phenylsulfonyldiazomethylsulfonyl) propane (Compound A, decomposition point 135 ° C.), 1,4-bis (phenyl) having the following structure. Sulfonyldiazomethylsulfonyl) butane (compound B, decomposition point 147 ° C.), 1,6-bis (phenylsulfonyldiazomethylsulfonyl) hexane (compound C, melting point 132 ° C., decomposition point 145 ° C.), 1,10-bis (phenyl) Sulfonyldiazomethylsulfonyl) decane (compound D, decomposition point 147 ° C.), 1,2-bis (cyclohexylsulfonyldiazomethylsulfonyl) ethane (compound E, decomposition point 149 ° C.), 1,3-bis (cyclohexylsulfonyldiazomethylsulfonyl) ) Propane (Compound F, decomposition point 153 ° C.), , 6-bis (cyclohexylsulfonyldiazomethylsulfonyl) hexane (Compound G, melting point 109 ° C., decomposition point 122 ° C.), 1,10-bis (cyclohexylsulfonyldiazomethylsulfonyl) decane (Compound H, decomposition point 116 ° C.), etc. Can be mentioned.
本発明においては、中でも、(A)成分との反応性の点から、(B)成分としてフッ素化アルキルスルホン酸イオンをアニオンとするオニウム塩を用いることが好ましい。
(B)成分としては、1種の酸発生剤を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(B)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対し、0.5〜30質量部、好ましくは1〜10質量部とされる。上記範囲より少ないとパターン形成が十分に行われないおそれがあり、上記範囲を超えると均一な溶液が得られにくく、保存安定性が低下する原因となるおそれがある。
In the present invention, from the viewpoint of reactivity with the component (A), it is preferable to use an onium salt having a fluorinated alkyl sulfonate ion as the anion as the component (B).
As the component (B), one type of acid generator may be used alone, or two or more types may be used in combination.
(B) Content of a component is 0.5-30 mass parts with respect to 100 mass parts of (A) component, Preferably it is 1-10 mass parts. If the amount is less than the above range, pattern formation may not be sufficiently performed, and if the amount exceeds the above range, a uniform solution is difficult to obtain, which may cause a decrease in storage stability.
(D)成分
本発明のポジ型レジスト組成物には、レジストパターン形状、引き置き経時安定性などを向上させるために、さらに、任意の成分として、含窒素有機化合物(D)(以下、(D)成分という)を配合させることができる。
この(D)成分は、既に多種多様なものが提案されているので、公知のものから任意に用いれば良いが、アミン、特に第2級低級脂肪族アミンや第3級低級脂肪族アミンが好ましい。
ここで、低級脂肪族アミンとは、炭素数5以下のアルキルまたはアルキルアルコールのアミンを言い、この第2級や第3級アミンの例としては、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリペンチルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンなどが挙げられるが、特にトリエタノールアミンのような第3級アルカノールアミンが好ましい。
これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(D)成分は、(A)成分100質量部に対して、通常0.01〜5.0質量部の範囲で用いられる。
Component (D) The positive resist composition of the present invention further contains a nitrogen-containing organic compound (D) (hereinafter, (D ) Component)).
Since a wide variety of components (D) have already been proposed, any known one may be used, but amines, particularly secondary lower aliphatic amines and tertiary lower aliphatic amines are preferred. .
Here, the lower aliphatic amine means an alkyl or alkyl alcohol amine having 5 or less carbon atoms. Examples of the secondary and tertiary amines include trimethylamine, diethylamine, triethylamine, and di-n-propylamine. , Tri-n-propylamine, tripentylamine, diethanolamine, triethanolamine, triisopropanolamine and the like, and tertiary alkanolamines such as triethanolamine are particularly preferable.
These may be used alone or in combination of two or more.
(D) component is normally used in 0.01-5.0 mass parts with respect to 100 mass parts of (A) component.
(E)成分
また、前記(D)成分との配合による感度劣化を防ぎ、またレジストパターン形状、引き置き安定性等の向上の目的で、さらに任意の成分として、有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体(E)(以下、(E)成分という)を含有させることができる。なお、(D)成分と(E)成分は併用することもできるし、いずれか1種を用いることもできる。
有機カルボン酸としては、例えば、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸などが好適である。
リンのオキソ酸若しくはその誘導体としては、リン酸、リン酸ジ‐n‐ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステルなどのリン酸又はそれらのエステルのような誘導体、ホスホン酸、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸‐ジ‐n‐ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステルなどのホスホン酸及びそれらのエステルのような誘導体、ホスフィン酸、フェニルホスフィン酸などのホスフィン酸及びそれらのエステルのような誘導体が挙げられ、これらの中で特にホスホン酸が好ましい。
(E)成分は、(A)成分100質量部当り0.01〜5.0質量部の割合で用いられる。
Component (E) In addition, for the purpose of preventing sensitivity deterioration due to the blending with the component (D) and improving the resist pattern shape, retention stability, etc., an organic carboxylic acid or phosphorus oxoacid is further included as an optional component. Or its derivative (E) (henceforth (E) component) can be contained. In addition, (D) component and (E) component can also be used together, and any 1 type can also be used.
As the organic carboxylic acid, for example, malonic acid, citric acid, malic acid, succinic acid, benzoic acid, salicylic acid and the like are suitable.
Phosphorus oxoacids or derivatives thereof include phosphoric acid, phosphoric acid di-n-butyl ester, phosphoric acid diphenyl ester and other phosphoric acid or derivatives thereof such as phosphonic acid, phosphonic acid dimethyl ester, phosphonic acid- Like phosphonic acids such as di-n-butyl ester, phenylphosphonic acid, phosphonic acid diphenyl ester, phosphonic acid dibenzyl ester and derivatives thereof, phosphinic acids such as phosphinic acid, phenylphosphinic acid and their esters Among these, phosphonic acid is particularly preferable.
(E) A component is used in the ratio of 0.01-5.0 mass parts per 100 mass parts of (A) component.
その他の任意成分
本発明のポジ型レジスト組成物には、さらに所望により、混和性のある添加剤、例えばレジスト膜の性能を改良するための付加的樹脂、塗布性を向上させるための界面活性剤、溶解抑制剤、可塑剤、安定剤、着色剤、ハレーション防止剤などを適宜、添加含有させることができる。
Other optional components In the positive resist composition of the present invention, if desired, there are further miscible additives such as an additional resin for improving the performance of the resist film, and a surfactant for improving the coating property. Further, a dissolution inhibitor, a plasticizer, a stabilizer, a colorant, an antihalation agent, and the like can be appropriately added and contained.
有機溶剤
本発明のポジ型レジスト組成物は、材料を有機溶剤に溶解させて製造することができる。
有機溶剤としては、使用する各成分を溶解し、均一な溶液とすることができるものであればよく、従来、化学増幅型レジストの溶剤として公知のものの中から任意のものを1種または2種以上適宜選択して用いることができる。
例えば、γ−ブチロラクトン、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソアミルケトン、2−ヘプタノンなどのケトン類や、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコール、またはジプロピレングリコールモノアセテートのモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテルまたはモノフェニルエーテルなどの多価アルコール類およびその誘導体や、ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル(EL)、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチルなどのエステル類などを挙げることができる。
これらの有機溶剤は単独で用いてもよく、2種以上の混合溶剤として用いてもよい。
また、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)と極性溶剤とを混合した混合溶媒は好ましいが、その配合比(質量比)は、PGMEAと極性溶剤との相溶性等を考慮して適宜決定すればよいが、好ましくは1:9〜9:1、より好ましくは2:8〜8:2の範囲内とすることが好ましい。
より具体的には、極性溶剤としてELを配合する場合は、PGMEA:ELの質量比が好ましくは2:8〜8:2、より好ましくは3:7〜7:3であると好ましい。
また、有機溶剤として、その他には、PGMEA及びELの中から選ばれる少なくとも1種とγ−ブチロラクトンとの混合溶剤も好ましい。この場合、混合割合としては、前者と後者の質量比が好ましくは70:30〜95:5とされる。
有機溶剤の使用量は特に限定しないが、基板等の支持体に塗布可能な濃度で、塗布膜厚に応じて適宜設定されるものであるが、一般的にはレジスト組成物の固形分濃度が2〜20質量%、好ましくは5〜15質量%の範囲内となる様に用いられる。
Organic solvent The positive resist composition of the present invention can be produced by dissolving the material in an organic solvent.
Any organic solvent may be used as long as it can dissolve each component to be used to form a uniform solution, and one or two kinds of conventionally known solvents for chemically amplified resists can be used. These can be appropriately selected and used.
For example, ketones such as γ-butyrolactone, acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl isoamyl ketone, 2-heptanone, ethylene glycol, ethylene glycol monoacetate, diethylene glycol, diethylene glycol monoacetate, propylene glycol, propylene glycol monoacetate, dipropylene glycol Or dipropylene glycol monoacetate monomethyl ether, monoethyl ether, monopropyl ether, monobutyl ether or monophenyl ether and other polyhydric alcohols and derivatives thereof, cyclic ethers such as dioxane, methyl lactate, lactic acid Ethyl (EL), methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, methoxy Methyl propionate, esters such as ethyl ethoxypropionate can be exemplified.
These organic solvents may be used independently and may be used as 2 or more types of mixed solvents.
Further, a mixed solvent obtained by mixing propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and a polar solvent is preferable, but the blending ratio (mass ratio) may be appropriately determined in consideration of the compatibility between PGMEA and the polar solvent. However, it is preferably within a range of 1: 9 to 9: 1, more preferably 2: 8 to 8: 2.
More specifically, when EL is blended as a polar solvent, the mass ratio of PGMEA: EL is preferably 2: 8 to 8: 2, more preferably 3: 7 to 7: 3.
In addition, as the organic solvent, a mixed solvent of at least one selected from PGMEA and EL and γ-butyrolactone is also preferable. In this case, the mixing ratio of the former and the latter is preferably 70:30 to 95: 5.
Although the amount of the organic solvent used is not particularly limited, it is a concentration that can be applied to a support such as a substrate, and is appropriately set according to the coating film thickness. It is used in a range of 2 to 20% by mass, preferably 5 to 15% by mass.
[レジストパターン形成方法]
本発明のポジ型レジスト組成物を用いたレジストパターン形成方法は例えば以下の様にして行うことができる。
すなわち、まずシリコンウェーハのような支持体上に、上記ポジ型レジスト組成物をスピンナーなどで塗布し、80〜150℃の温度条件下、プレベークを40〜120秒間、好ましくは60〜90秒間施し、これに例えばArF露光装置などにより、ArFエキシマレーザー光を所望のマスクパターンを介して選択的に露光(放射線を照射)した後、80〜150℃の温度条件下、PEB(露光後加熱)を40〜120秒間、好ましくは60〜90秒間施す。次いでこれをアルカリ現像液、例えば0.1〜10質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて現像処理する。このようにして、マスクパターンに忠実なレジストパターンを得ることができる。
なお、支持体(基板)とレジスト組成物の塗布層との間には、有機系または無機系の反射防止膜を設けることもできる。
[Resist pattern formation method]
The resist pattern forming method using the positive resist composition of the present invention can be performed, for example, as follows.
That is, first, on a support such as a silicon wafer, the positive resist composition is applied with a spinner or the like, and prebaked at a temperature of 80 to 150 ° C. for 40 to 120 seconds, preferably 60 to 90 seconds. For this, ArF excimer laser light is selectively exposed (irradiated with radiation) through a desired mask pattern by an ArF exposure apparatus or the like, and then subjected to PEB (post-exposure heating) at a temperature of 80 to 150 ° C. It is applied for -120 seconds, preferably 60-90 seconds. Subsequently, this is developed using an alkaline developer, for example, an aqueous 0.1 to 10% by mass tetramethylammonium hydroxide solution. In this way, a resist pattern faithful to the mask pattern can be obtained.
An organic or inorganic antireflection film may be provided between the support (substrate) and the coating layer of the resist composition.
支持体としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることができ、例えば、電子部品用の基板や、これに所定の配線パターンが形成されたものなどを例示することができる。
基板としては、例えばシリコンウェーハ、銅、クロム、鉄、アルミニウムなどの金属製の基板や、ガラス基板などが挙げられる。
配線パターンの材料としては、例えば銅、ハンダ、クロム、アルミニウム、ニッケル、金などが使用可能である。
The support is not particularly limited, and a conventionally known one can be used. Examples thereof include a substrate for electronic parts and a substrate on which a predetermined wiring pattern is formed.
Examples of the substrate include a silicon wafer, a metal substrate such as copper, chromium, iron, and aluminum, and a glass substrate.
As a material for the wiring pattern, for example, copper, solder, chrome, aluminum, nickel, gold or the like can be used.
露光(放射線の照射)に用いる波長は、特に限定されず、ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUV(極紫外線)、VUV(真空紫外線)、EB(電子線)、X線、軟X線などの放射線を用いて行うことができる。本発明にかかるポジ型レジスト組成物は、特に、ArFエキシマレーザーに対して有効である。 The wavelength used for exposure (irradiation of radiation) is not particularly limited. ArF excimer laser, KrF excimer laser, F 2 excimer laser, EUV (extreme ultraviolet), VUV (vacuum ultraviolet), EB (electron beam), X-ray, It can be performed using radiation such as soft X-rays. The positive resist composition according to the present invention is particularly effective for an ArF excimer laser.
上述したように、本発明のポジ型レジスト組成物を用いて得られるレジストパターンは、エッチング耐性が高く、その形状も、パターン側壁の垂直性が高く、ラインエッジラフネスが低減されるなど、矩形性の高い優れたものである。
特に、重合体(A1)と重合体(A2)とがともに同じ構造の酸解離性溶解抑制基を有する場合(たとえば重合体(A1)が構成単位(a1)を有し、重合体(A2)が一般式(a−5)で表される構成単位を有する場合)、解像性やリニアリティ、焦点深度幅、露光量マージン等のリソグラフィー特性についても優れている。この効果は、重合体(A1)と重合体(A2)とがともに同じ構造のラクトン環を有する場合(たとえば重合体(A1)が構成単位(a2)を有し、重合体(A2)が一般式(a−6)で表される構成単位を有する場合)にさらに優れたものとなる。
As described above, the resist pattern obtained by using the positive resist composition of the present invention has high etching resistance, the shape of the resist pattern is high, the pattern sidewall has high perpendicularity, and line edge roughness is reduced. High and excellent.
In particular, when both the polymer (A1) and the polymer (A2) have an acid dissociable, dissolution inhibiting group having the same structure (for example, the polymer (A1) has a structural unit (a1) and the polymer (A2) Is excellent in lithography characteristics such as resolution, linearity, depth of focus, exposure margin, and the like. This effect is obtained when both the polymer (A1) and the polymer (A2) have a lactone ring having the same structure (for example, the polymer (A1) has a structural unit (a2), and the polymer (A2) (When it has a structural unit represented by the formula (a-6)).
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
本合成例で用いたモノマー成分を下記に示す。 The monomer components used in this synthesis example are shown below.
合成例1はJ.Photopolym.Sci.Technol.,Vol.15,No4,2002(619).の手法を参考とした。合成例2は一般的なラジカル重合反応である。 Synthesis Example 1 is described in J. Org. Photopolym. Sci. Technol. , Vol. 15, No. 4, 2002 (619). The method was used as a reference. Synthesis Example 2 is a general radical polymerization reaction.
合成例1
25.6gのNBECH、24.0gのNBGBLと11.0gのNBFOHを75mlのジクロロメタンに溶解し、そこに4.3gのホウフッ化銀と2.0gの塩化アリルパラジウムダイマーから調製した触媒を滴下した。24時間撹拌を行い、粗重合溶液を得た。該重合溶液をn−ヘプタンで再沈精製を2回行い、析出した樹脂を濾別、減圧乾燥を行い白色な樹脂を得た。この樹脂を重合体1(下記一般式(1))とする。GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)測定の結果、重合体1の分子量(Mw)は14300、分散度(Mw/Mn)は1.7であった。また、カーボン13核磁気共鳴スペクトル(13C−NMR)を測定した結果、組成比はp:q:r=40:40:20(モル比)であった。
Synthesis example 1
25.6 g of NBECH, 24.0 g of NBGBL and 11.0 g of NBFOH were dissolved in 75 ml of dichloromethane, and a catalyst prepared from 4.3 g of silver borofluoride and 2.0 g of allyl palladium chloride dimer was added dropwise thereto. . Stirring was performed for 24 hours to obtain a crude polymerization solution. The polymerization solution was purified by reprecipitation with n-heptane twice, and the precipitated resin was separated by filtration and dried under reduced pressure to obtain a white resin. This resin is referred to as a polymer 1 (the following general formula (1)). As a result of GPC (gel permeation chromatography) measurement, polymer 1 had a molecular weight (Mw) of 14300 and a dispersity (Mw / Mn) of 1.7. Moreover, as a result of measuring a carbon 13 nuclear magnetic resonance spectrum ( 13 C-NMR), the composition ratio was p: q: r = 40: 40: 20 (molar ratio).
合成例2
15.5gのECHMA、13.6gのGBLMAと9.5gのADOHMAを200mlのテトラヒドロフラン(THF)に溶解し、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)1.64gを加えた。12時間還流した後、反応溶液を2Lのn−ヘプタンに滴下した。析出した樹脂を濾別、減圧乾燥を行い白色な粉体樹脂を得た。この樹脂を重合体2(下記一般式(2))とする。GPC測定の結果、重合体2の分子量(Mw)は12000、分散度(Mw/Mn)は1.8であった。また、カーボン13核磁気共鳴スペクトル(13C−NMR)を測定した結果、組成比はp:q:r=40:40:20(モル比)であった。
Synthesis example 2
15.5 g of ECHMA, 13.6 g of GBLMA and 9.5 g of ADOHMA were dissolved in 200 ml of tetrahydrofuran (THF), and 1.64 g of azobisisobutyronitrile (AIBN) was added. After refluxing for 12 hours, the reaction solution was added dropwise to 2 L of n-heptane. The precipitated resin was separated by filtration and dried under reduced pressure to obtain a white powder resin. This resin is referred to as a polymer 2 (the following general formula (2)). As a result of the GPC measurement, the molecular weight (Mw) of the polymer 2 was 12000, and the degree of dispersion (Mw / Mn) was 1.8. Moreover, as a result of measuring a carbon 13 nuclear magnetic resonance spectrum ( 13 C-NMR), the composition ratio was p: q: r = 40: 40: 20 (molar ratio).
実施例1
(A)成分として、合成例1で得られた重合体1を25質量部および合成例2で得られた重合体2を75質量部と、(B)成分として、ジフェニル(4−メチルフェニル)スルホニウムノナフルオロブタンスルホネート2.0質量部およびトリ−(4−tert−ブチルフェニル)スルホニウムノナフルオロブタンスルホネート0.8質量部と、(D)成分としてトリエタノールアミン0.25質量部とを、γ−ブチロラクトン25質量部、およびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/乳酸エチル=6/4の混合溶剤1100質量部に溶解し、ポジ型レジスト組成物を調製した。
Example 1
As component (A), 25 parts by mass of polymer 1 obtained in Synthesis Example 1 and 75 parts by mass of polymer 2 obtained in Synthesis Example 2, and as component (B) diphenyl (4-methylphenyl) 2.0 parts by mass of sulfonium nonafluorobutane sulfonate and 0.8 parts by mass of tri- (4-tert-butylphenyl) sulfonium nonafluorobutane sulfonate, 0.25 part by mass of triethanolamine as component (D), -Dissolved in 25 parts by mass of butyrolactone and 1100 parts by mass of a mixed solvent of propylene glycol monomethyl ether acetate / ethyl lactate = 6/4 to prepare a positive resist composition.
実施例2
(A)成分として、重合体1を50質量部、および重合体2を50質量部用いた以外は実施例1と同様にしてポジ型レジスト組成物を調製した。
Example 2
A positive resist composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that 50 parts by mass of polymer 1 and 50 parts by mass of polymer 2 were used as the component (A).
比較例1
(A)成分として、重合体2を100質量部用いた以外は実施例1と同様にしてポジ型レジスト組成物を調製した。
Comparative Example 1
A positive resist composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that 100 parts by mass of the polymer 2 was used as the component (A).
<ポジ型レジスト組成物の評価>
上記実施例1,2および比較例1で調製したポジ型レジスト組成物を用いて、以下のようにしてレジストパターンを形成し、その形状およびリソグラフィー特性の評価、ならびにエッチング耐性の評価を行った。
まず、有機系反射防止膜組成物「ARC−29A」(商品名、ブリュワーサイエンス社製)を、スピンナーを用いて8インチシリコンウェーハ上に塗布し、ホットプレート上で215℃、60秒間焼成して乾燥させることにより、膜厚77nmの有機系反射防止膜を形成した。
そして、上記で得られたポジ型レジスト組成物を、スピンナーを用いて反射防止膜上に塗布し、ホットプレート上で100℃、90秒間プレベーク(PAB)し、乾燥することにより、膜厚250nmのレジスト膜を形成した。
ついで、ArF露光装置NSR−S302(ニコン社製;NA(開口数)=0.60,2/3輪帯)により、ArFエキシマレーザー(193nm)を、マスクパターンを介して選択的に照射した。
そして、110℃、90秒間の条件でPEB処理し、さらに23℃にて2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液で30秒間パドル現像し、その後20秒間水洗して乾燥した。
<Evaluation of positive resist composition>
Using the positive resist compositions prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, a resist pattern was formed as follows, and the shape and lithography characteristics thereof were evaluated and the etching resistance was evaluated.
First, an organic antireflection film composition “ARC-29A” (trade name, manufactured by Brewer Science Co., Ltd.) was applied onto an 8-inch silicon wafer using a spinner, and baked on a hot plate at 215 ° C. for 60 seconds. By drying, an organic antireflection film having a thickness of 77 nm was formed.
Then, the positive resist composition obtained above was applied onto an antireflection film using a spinner, pre-baked (PAB) at 100 ° C. for 90 seconds on a hot plate, and dried to have a film thickness of 250 nm. A resist film was formed.
Subsequently, ArF excimer laser (193 nm) was selectively irradiated through the mask pattern by an ArF exposure apparatus NSR-S302 (manufactured by Nikon Corporation; NA (numerical aperture) = 0.60, 2/3 ring zone).
Then, PEB treatment was performed under conditions of 110 ° C. for 90 seconds, and further paddle development was performed for 30 seconds with a 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution at 23 ° C., followed by washing with water for 20 seconds and drying.
[形状およびリソグラフィー特性の評価]
・ラインアンドスペースパターンの例
このような操作により、ライン幅120nmのラインアンドスペース(L/S)パターン(ピッチ240nm)が形成される露光量EopをmJ/cm2(エネルギー量)単位で測定したところ、実施例1は19mJ/cm2、実施例2は20mJ/cm2、比較例1は19mJ/cm2であった。
また、そのときのレジストパターン断面形状をSEM写真により観察したところ、いずれのポジ型レジスト組成物も、パターン側壁の垂直性が高く、その表面の平滑性にも優れた、非常に矩形性の高いL/Sパターンが解像できていた。
また、上記露光量Eopで露光したときのL/Sパターンの限界解像は、いずれも110nmてあった。
[Evaluation of shape and lithography characteristics]
-Example of a line and space pattern By such operation, the exposure amount Eop by which a line and space (L / S) pattern (pitch 240 nm) with a line width of 120 nm was formed was measured in units of mJ / cm 2 (energy amount). where, in example 1 19mJ / cm 2, example 2 20 mJ / cm 2, Comparative example 1 was 19mJ / cm 2.
Moreover, when the cross-sectional shape of the resist pattern at that time was observed with an SEM photograph, all the positive resist compositions had a very high rectangularity with high verticality of the pattern side wall and excellent surface smoothness. The L / S pattern was resolved.
In addition, the limit resolution of the L / S pattern when exposed at the exposure amount Eop was 110 nm.
また、上記露光量Eopにおいて、焦点深度を上下にずらし、上記と同様にしてレジストパターンを形成し、120nmのL/Sパターンが設定寸法の±10%の範囲内(132nm〜108nm)で得られる焦点深度幅を求めた。その結果、焦点深度幅は、実施例及び比較例共に同等であった。 Further, at the exposure amount Eop, the depth of focus is shifted up and down, a resist pattern is formed in the same manner as described above, and a 120 nm L / S pattern is obtained within a range of ± 10% of the set dimension (132 nm to 108 nm). The depth of focus was determined. As a result, the depth of focus was the same for both the example and the comparative example.
また、120nmのL/Sパターンが±10%の誤差範囲内で形成可能な露光量マージンは、実施例1が10.2%、実施例2が9.8%、比較例1が9.1%であった。 The exposure amount margin that can be formed within an error range of ± 10% for the 120 nm L / S pattern is 10.2% in Example 1, 9.8% in Example 2, and 9.1 in Comparative Example 1. %Met.
・孤立スペースパターン(トレンチパターン)の例
上記と同様にして、スペース幅130nmの孤立スペースパターン(ピッチ1430nm)が形成される露光量Eop’をmJ/cm2(エネルギー量)単位で測定したところ、実施例1は26mJ/cm2、実施例2は27mJ/cm2、比較例1は29mJ/cm2であった。
また、そのときのレジストパターン断面形状をSEM写真により観察したところ、いずれのポジ型レジスト組成物も、パターン側壁の垂直性が高く、その表面の平滑性にも優れた、非常に矩形性の高い孤立スペースパターンが解像できていた。
また、上記露光量Eop’で露光したときの孤立スペースパターンの限界解像は、いずれも110nmてあった。
Example of isolated space pattern (trench pattern) In the same manner as described above, when the exposure amount Eop ′ for forming an isolated space pattern (pitch 1430 nm) having a space width of 130 nm was measured in units of mJ / cm 2 (energy amount), Example 1 was 26 mJ / cm 2 , Example 2 was 27 mJ / cm 2 , and Comparative Example 1 was 29 mJ / cm 2 .
Moreover, when the cross-sectional shape of the resist pattern at that time was observed with an SEM photograph, all the positive resist compositions had a very high rectangularity with high verticality of the pattern side wall and excellent surface smoothness. The isolated space pattern was resolved.
In addition, the limit resolution of the isolated space pattern when exposed at the exposure amount Eop ′ was 110 nm.
また、上記Eop’にて、上記と同様にしてスペース幅200nmの孤立スペースパターン(ピッチ2200nm)を形成し、上記と同様にして、140nm−130nmにおけるMEFの値を求めた。その結果、MEF(200nm−130nm)は、実施例1が1.47、実施例2が1.48、比較例1が1.48であり、ほぼ同等であった。 In Eop ′, an isolated space pattern (pitch: 2200 nm) having a space width of 200 nm was formed in the same manner as described above, and the MEF value at 140 nm to 130 nm was determined in the same manner as described above. As a result, MEF (200 nm-130 nm) was 1.47 in Example 1, 1.48 in Example 2, and 1.48 in Comparative Example 1, and was almost equivalent.
また、上記露光量Eop’で形成した130nmの孤立スペースパターンの焦点深度幅は、実施例及び比較例ともに同等であった。 Further, the depth of focus of the isolated space pattern of 130 nm formed with the exposure amount Eop ′ was the same in both the example and the comparative example.
[エッチング耐性の評価]
また、上記と同様にしてレジスト膜を形成し、該レジスト膜のエッチング耐性を評価した。すなわち、テトラフルオロメタン(CF4)、トリフルオロメタン(CHF3)及びヘリウムの混合ガス(流量(ml/min)比75:45:150)をエッチングガスとして用い、圧力300mTorr、温度20℃で、基板にレジスト組成物を塗布し、プレベーク後、マスクパターンを介さずに露光、PEBを施して形成したレジスト膜(以下、パターン化されていないレジスト膜という)をエッチング装置(東京応化工業社製,商品名「TCE−7612X」によりRF(Ratio Frequency):周波数400kHz、出力1100Wで90秒間処理してドライエッチングを行った後、レジスト表面をAFM(原子間力顕微鏡:Veeco Instrument Inc.社製di NanoScope IV/D5000)にて観察したところ、実施例1および実施例2は表面荒れがなく、平滑性の高いものであった。一方、比較例1は、表面荒れがひどかった。
なお、パターン化されていないレジスト膜でエッチング耐性および表面荒れを評価した理由は、パターン化されたレジスト膜の場合よりも表面荒れが測定しやすいからである。
[Evaluation of etching resistance]
Further, a resist film was formed in the same manner as described above, and the etching resistance of the resist film was evaluated. That is, a mixed gas of tetrafluoromethane (CF 4 ), trifluoromethane (CHF 3 ) and helium (flow rate (ml / min) ratio 75: 45: 150) is used as an etching gas at a pressure of 300 mTorr and a temperature of 20 ° C. A resist composition is applied to the film, pre-baked, exposed without passing through a mask pattern, and subjected to PEB to form a resist film (hereinafter referred to as an unpatterned resist film) as an etching apparatus (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., product) After performing dry etching by treating with RF (Ratio Frequency): frequency 400 kHz and output 1100 W for 90 seconds using the name “TCE-7612X”, the resist surface was subjected to AFM (atomic force microscope: di NanoScope IV manufactured by Veeco Instrument Inc.). / D500 ) Was observed in Example 1 and Example 2 had no surface roughness was achieved, a high smoothness. On the other hand, Comparative Example 1, the surface roughness was terrible.
The reason why the etching resistance and the surface roughness were evaluated using an unpatterned resist film is that the surface roughness was easier to measure than in the case of a patterned resist film.
上記結果から明らかなように、実施例1,2のポジ型レジスト組成物を用いて得られるレジストパターンは、表面荒れがなく、エッチング耐性が高いものであった。また、その形状も、矩形性の高い優れたものであった。特に、実施例1のポジ型レジスト組成物は、全ての項目でバランスよく良好な結果が得られた。また、解像性やリニアリティ、焦点深度幅、露光量マージン等のリソグラフィー特性についても、比較例1とほぼ同等であり、特に、孤立スペースパターンにおけるリニアリティやラインアンドスペースパターンにおける露光量マージンは、比較例1よりも優れていた。
一方、比較例1のポジ型レジスト組成物を用いて得られるレジストパターンは、形状およびリソグラフィー特性は優れているものの、エッチング耐性が非常に悪かった。
As is clear from the above results, the resist patterns obtained using the positive resist compositions of Examples 1 and 2 had no surface roughness and high etching resistance. Moreover, the shape was also excellent with high rectangularity. In particular, the positive resist composition of Example 1 gave good results with good balance in all items. In addition, the lithography properties such as resolution, linearity, depth of focus, and exposure margin are almost the same as those in Comparative Example 1. In particular, the linearity in the isolated space pattern and the exposure margin in the line and space pattern are compared. It was superior to Example 1.
On the other hand, although the resist pattern obtained using the positive resist composition of Comparative Example 1 was excellent in shape and lithography characteristics, the etching resistance was very poor.
Claims (13)
前記樹脂(A)が、主鎖環状型重合体(A1)と、(メタ)アクリル酸エステルおよび/または(メタ)アクリル酸から誘導される構成単位(a’)のみからなる重合体(A2)との混合物であり、
前記主鎖環状型重合体(A1)が、下記一般式(a−1)で表される構成単位(a1)、下記一般式(a−2)で表される構成単位(a2)および下記一般式(a−3)で表される構成単位(a3)を有し、
前記重合体(A2)が、酸解離性溶解抑制基を有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位(a’1)、ラクトン環を有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位(a’2)および極性基含有脂肪族炭化水素基を含む(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位(a’3)を有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
Polymer (A2) in which the resin (A) is composed only of a main chain cyclic polymer (A1) and a structural unit (a ′) derived from (meth) acrylic acid ester and / or (meth) acrylic acid mixture der with is,
The main chain cyclic polymer (A1) is a structural unit (a1) represented by the following general formula (a-1), a structural unit (a2) represented by the following general formula (a-2), and the following general Having a structural unit (a3) represented by the formula (a-3);
The polymer (A2) is a structural unit (a′1) derived from a (meth) acrylic acid ester having an acid dissociable, dissolution inhibiting group, or a structural unit derived from a (meth) acrylic acid ester having a lactone ring. A positive resist composition comprising a structural unit (a′3) derived from (a′2) and a (meth) acrylic ester containing a polar group-containing aliphatic hydrocarbon group .
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