JP5541766B2 - フォトレジスト用高分子化合物の製造方法 - Google Patents
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Description
で表される少なくとも1種の化合物を使用できる。
で表される少なくとも1種の化合物を使用できる。
で表される少なくとも1種の化合物を使用できる。
なお、本明細書では、上記発明のほか、酸により脱離してアルカリ可溶性となる基を含む単量体(a)、ラクトン骨格を含む単量体(b)、及びヒドロキシル基を有する脂環式骨格を含む単量体(c)から選択された少なくとも1種の単量体を含む単量体混合物を重合して得られるポリマーを含む溶液を、アニオン交換基を有する多孔質膜で構成されたフィルターに通液し、次いでカチオン交換基を有する多孔質膜で構成されたフィルターに通液する工程を含むフォトレジスト用高分子化合物の製造方法についても説明する。
重合に供する単量体としては、上記の単量体(a)、(b)、(c)の何れか1種であればよいが、前記3種の単量体のうち2種以上、特に3種以上の単量体を用いるのが好ましい。また、必要に応じて他の単量体を共重合させてもよい。重合は、溶液重合、溶融重合など慣用の方法により行うことができる。
本発明では、重合により生成したポリマーを、イオン交換基を有する多孔質膜で構成されたフィルターに通液する前に、有機溶媒と水とを用いた抽出操作に付し、生成したポリマーを有機溶媒層に、不純物としての金属成分を水層に分配してもよい。この抽出操作は水洗の1種でもある。この抽出工程により、レジスト性能に悪影響を与える金属成分をポリマーから効率よく除去できる。抽出工程に供する被処理物としては、重合により生成したポリマー又は該ポリマーを含む溶液であればよく、重合終了時の重合溶液(ポリマードープ)、この重合溶液に希釈、濃縮、濾過、洗浄等の適当な処理を施した後の溶液等の何れであってもよい。有機溶媒としては、ポリマーを溶解可能で且つ水と分液可能な溶媒であればよい。また、有機溶媒及び水の使用量は、有機溶媒層と水層とに分液可能な範囲で適宜設定できる。
本発明では、重合で生成したポリマー(以下、「ポリマーP」と称することがある)を含む溶液を、まずアニオン交換基を有する多孔質膜で構成されたフィルターに通液し、次いでカチオン交換基を有する多孔質膜で構成されたフィルターに通液する。ポリマー溶液をこのような順序で2種の多孔膜フィルターに通液すると、カチオン、アニオンの両方の金属が効率的に吸着されるためか、金属含有量、特にナトリウムだけでなく鉄の含有量が著しく低減されたポリマーを得ることができる。なお、逆に、ポリマー溶液をまずカチオン交換基を有する多孔質膜で構成されたフィルターに通液し、しかる後にアニオン交換基を有する多孔質膜で構成されたフィルターに通液すると、特にナトリウムなどの除去性能が低下する場合があるため、好ましくない。
本発明では、重合により生成したポリマーを、前記フィルター通液工程の前又は後に、沈殿精製工程に供してもよい。この沈殿精製工程では、重合により生成したポリマーを沈殿又は再沈殿させる。この沈殿精製工程により、原料モノマー及びオリゴマー等を効率よく除去することができる。沈殿精製処理に供する被処理液としては、重合により生成したポリマーを含有する溶液であればよく、重合終了時の重合溶液(ポリマードープ)、この重合溶液に希釈、濃縮、濾過、洗浄、抽出等の適当な処理を施した後の溶液等の何れであってもよい。好ましい被処理液として、前記抽出工程で得られた有機溶媒層、又はこれに濾過処理を施した溶液などが挙げられる。
本発明では、重合により生成したポリマーを、前記フィルター通液工程の前又は後に、リパルプ工程に供してもよい。リパルプ工程では、重合により生成したポリマーを溶媒でリパルプする。この工程を設けることにより、ポリマーに付着している残存モノマーや低分子量オリゴマーなどを効率よく除くことができる。また、ポリマーに対して親和性を有する高沸点溶媒が除去されるためか、後の乾燥工程などにおいてポリマー粒子表面が硬くなったり、ポリマー粒子同士の融着等を防止できる。そのため、ポリマーのレジスト溶剤に対する溶解性が著しく向上し、フォトレジスト用樹脂組成物の調製を簡易に効率よく行うことが可能となる。
本発明では、重合により生成したポリマーを、前記フィルター通液工程の前又は後に、リンス工程に供してもよい。リンス工程では、重合により生成したポリマーを溶媒でリンスする。この工程により、前記リパルプ工程と同様、ポリマーに付着している残存モノマーや低分子量オリゴマーなどを効率よく除くことができる。また、ポリマーに対して親和性を有する高沸点溶媒が除去されるためか、後の乾燥工程などにおいてポリマー粒子表面が硬くなったり、ポリマー粒子同士の融着等を防止できる。そのため、ポリマーのレジスト溶剤に対する溶解性が著しく向上し、フォトレジスト用樹脂組成物の調製が容易となる。また、リンス溶媒として水を用いることにより、ポリマー表面に付着している金属成分を効率よく除去できる。そのため、金属成分に起因するレジスト性能の悪化を顕著に防止できる。
本発明では、フォトレジスト用高分子化合物は乾燥工程を経て製造されてもよい。乾燥工程では、重合により生成したポリマーを、前記のようにイオン交換基を有する多孔質膜で構成されたフィルターに通液した後、沈殿精製に付し、必要に応じてリパルプ処理及び/又はリンス処理を施した後において、該ポリマーを乾燥する。ポリマーの乾燥温度は、例えば20〜120℃、好ましくは30〜80℃程度である。乾燥は減圧下、例えば200mmHg(26.6kPa)以下、特に100mmHg(13.3kPa)以下で行うのが好ましい。
本発明では、フォトレジスト用高分子化合物は再溶解工程を経て製造されてもよい。再溶解工程では、重合により生成したポリマーを、前記のようにイオン交換基を有する多孔質膜で構成されたフィルターに通液した後、沈殿精製に付し、必要に応じてリパルプ処理、リンス処理、乾燥処理を施した後において、該ポリマーを有機溶媒(レジスト用溶剤)に再溶解してポリマー溶液を調製する。このポリマー溶液はフォトレジスト用ポリマー溶液(ポリマー濃度10〜40重量%程度)として利用できる。有機溶媒としては、前記重合溶媒として例示したグリコール系溶媒、エステル系溶媒、ケトン系溶媒、これらの混合溶媒などが挙げられる。これらのなかでも、プロピ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メチルエーテルアセテート、乳酸エチル、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、これらの混合液が好ましく、特に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート単独溶媒、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとプロピレングリコールモノメチルエーテルとの混合溶媒、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートと乳酸エチルとの混合溶媒などの、少なくともプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含む溶媒が好適に用いられる。
本発明では、フォトレジスト用高分子化合物は蒸発工程を経て製造されてもよい。蒸発工程では、前記再溶解工程で得られたポリマー溶液を濃縮することにより、ポリマー溶液中に含まれている低沸点溶媒(重合溶媒、抽出溶媒、沈殿溶媒、リパルプ溶媒、リンス溶媒として用いた溶媒など)を留去してフォトレジスト用ポリマー溶液を調製する。この蒸発工程は、乾燥工程を設けることなく再溶解工程を設けた場合など、再溶解工程で得られたポリマー溶液中に低沸点溶媒が含まれている場合に有用である。この蒸発工程を設ける場合には、再溶解工程において、フォトレジスト用ポリマー溶液の調製に必要な量以上の有機溶媒(レジスト用溶剤)を添加し、所望のポリマー濃度(例えば10〜40重量%程度)となるまで濃縮する。濃縮は常圧又は減圧下で行うことができる。
[濾過工程]
本発明では、前記前記フィルター通液工程の前に、ポリマーPを含有する溶液を濾過して不溶物を除去する濾過工程を設けてもよい。濾過工程を設けることにより、前記フィルター通液工程での詰まりを防止できると共に、フォトレジスト用樹脂組成物を用いてパターンを形成する際において異物混入に起因する種々のトラブルを防止できる。
本発明では、また、前記フィルター通液工程の前に、ポリマーPを含有する溶液を水洗して溶液中の金属含有量を低減する水洗処理工程を設けてもよい。前記フィルター通液工程の前に水洗処理工程を設けると、水溶性の金属化合物が効率よく除去されるため、フィルター通液工程の負荷を低減できるだけでなく、フィルター通液工程において金属イオン除去に伴って生成する水素イオンの量も低減でき、レジスト性能が損なわれないという大きな利益が得られる。特に、ポリマーPを含有する溶液の金属含有量が1000重量ppbを超える場合には、この水洗処理工程により金属含有量を1000重量ppb以下としてフィルター通液工程に供することが可能となる。
下記構造のフォトレジスト用高分子化合物の製造
このポリマー溶液を、まず、アニオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーンAN」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:ポリプロピレン、濾過面積:0.093m2)に、室温で100g/minの流速で通液した。次いで、カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーンSL」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:化学修飾タイプ超高分子量ポリエチレン、濾過面積:0.11m2)に、室温で100g/minの流速で通液した。
得られた溶液を、ヘキサン6750gと酢酸エチル2250gの混合溶媒中に落とし、生じた沈殿物をヘキサン6500gでリパルプした。上澄み液を除去し、残渣を遠心分離機に移液し、脱液して湿ポリマーを得た。得られた湿ポリマーを取り出し、20mmHg(2.66kPa)、50℃で30時間乾燥することにより、製品ポリマーを108g得た。製品ポリマー中の金属含有量は、Na含有量3ppb、Fe含有量3ppb、全金属含有量10ppbであった。
ポリマー溶液をアニオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成されたフィルターに通液することなく、カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーンSL」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:化学修飾タイプ超高分子量ポリエチレン、濾過面積:0.11m2)に、室温で100g/minの流速で通液した点以外は、実施例1と同様の操作を行い、製品ポリマーを105g得た。製品ポリマー中の金属含有量は、Na含有量5ppb、Fe含有量20ppb、全金属含有量50ppbであった。
PGMEAとして市販品をそのまま用いた点以外は実施例1と同様にして重合を行い、ポリマー溶液を得た。このポリマー溶液を孔径0.5μmのメンブランフィルターに通した後、市販のメチルイソブチルケトン(MIBK)750gを添加した。この時のポリマー溶液中の金属含有量は1200ppbであった。
このポリマー溶液に水(超純水)1500gを加えて攪拌、分液することにより水洗操作を行った。得られた有機層中の金属含有量は250ppbであった。この有機層を、まず、アニオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーンAN」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:ポリプロピレン、濾過面積:0.093m2)に、室温で100g/minの流速で通液した。次いで、カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーンSL」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:化学修飾タイプ超高分子量ポリエチレン、濾過面積:0.11m2)に、室温で100g/minの流速で通液した。
得られた溶液を、ヘキサン6750gと酢酸エチル2250gの混合溶媒中に落とし、生じた沈殿物をヘキサン6500gでリパルプした。上澄み液を除去し、残渣を遠心分離機に移液し、脱液して湿ポリマーを得た。得られた湿ポリマーを取り出し、20mmHg(2.66kPa)、50℃で30時間乾燥することにより、製品ポリマーを105g得た。製品ポリマー中の金属含有量は、Na含有量5ppb、Fe含有量4ppb、全金属含有量14ppbであった。
PGMEAとして市販品をそのまま用いた点以外は実施例1と同様にして重合を行い、ポリマー溶液を得た。このポリマー溶液を孔径0.5μmのメンブランフィルターに通した後、市販のメチルイソブチルケトン(MIBK)750gを添加した。この時のポリマー溶液中の金属含有量は1200ppbであった。
このポリマー溶液に水(超純水)1500gを加えて攪拌、分液することにより水洗操作を行った。得られた有機層中の金属含有量は250ppbであった。
この有機層(ポリマー溶液)を、多孔質ポリオレフィン膜に通液することなく、ヘキサン6750gと酢酸エチル2250gの混合溶媒中に落とし、生じた沈殿物をヘキサン6500gでリパルプした。上澄み液を除去し、残渣を遠心分離機に移液し、脱液して湿ポリマーを得た。得られた湿ポリマーを取り出し、20mmHg(2.66kPa)、50℃で30時間乾燥することにより、製品ポリマーを103g得た。製品ポリマー中の金属含有量は、Na含有量80ppb、Fe含有量70ppb、全金属含有量250ppbであった。
下記構造のフォトレジスト用高分子化合物の製造
このポリマー溶液に水(超純水)1500gを加えて攪拌、分液することにより水洗操作を行った。得られた有機層中の金属含有量は250ppbであった。この有機層を、まず、アニオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーンAN」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:ポリプロピレン、濾過面積:0.093m2)に、室温で100g/minの流速で通液した。次いで、カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーンSL」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:化学修飾タイプ超高分子量ポリエチレン、濾過面積:0.11m2)に、室温で100g/minの流速で通液した。
得られた溶液を、ヘキサン6750gと酢酸エチル2250gの混合溶媒中に落とし、生じた沈殿物をヘキサン6500gでリパルプした。上澄み液を除去し、残渣を遠心分離機に移液し、脱液して湿ポリマーを得た。得られた湿ポリマーを取り出し、20mmHg(2.66kPa)、50℃で30時間乾燥することにより、製品ポリマーを105g得た。製品ポリマー中の金属含有量は、Na含有量3ppb、Fe含有量3ppb、全金属含有量12ppbであった。
下記構造のフォトレジスト用高分子化合物の製造
このポリマー溶液に水(超純水)1500gを加えて攪拌、分液することにより水洗操作を行った。得られた有機層中の金属含有量は250ppbであった。この有機層を、まず、アニオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーンAN」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:ポリプロピレン、濾過面積:0.093m2)に、室温で100g/minの流速で通液した。次いで、カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーンSL」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:化学修飾タイプ超高分子量ポリエチレン、濾過面積:0.11m2)に、室温で100g/minの流速で通液した。
得られた溶液を、ヘキサン6750gと酢酸エチル2250gの混合溶媒中に落とし、生じた沈殿物をヘキサン6500gでリパルプした。上澄み液を除去し、残渣を遠心分離機に移液し、脱液して湿ポリマーを得た。得られた湿ポリマーを取り出し、20mmHg(2.66kPa)、50℃で30時間乾燥することにより、製品ポリマーを105g得た。製品ポリマー中の金属含有量は、Na含有量3ppb、Fe含有量2ppb、全金属含有量9ppbであった。
下記構造のフォトレジスト用高分子化合物の製造
このポリマー溶液に水(超純水)1500gを加えて攪拌、分液することにより水洗操作を行った。得られた有機層中の金属含有量は250ppbであった。この有機層を、まず、アニオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーンAN」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:ポリプロピレン、濾過面積:0.093m2)に、室温で100g/minの流速で通液した。次いで、カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーンSL」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:化学修飾タイプ超高分子量ポリエチレン、濾過面積:0.11m2)に、室温で100g/minの流速で通液した。
得られた溶液を、ヘキサン6750gと酢酸エチル2250gの混合溶媒中に落とし、生じた沈殿物をヘキサン6500gでリパルプした。上澄み液を除去し、残渣を遠心分離機に移液し、脱液して湿ポリマーを得た。得られた湿ポリマーを取り出し、20mmHg(2.66kPa)、50℃で30時間乾燥することにより、製品ポリマーを105g得た。製品ポリマー中の金属含有量は、Na含有量4ppb、Fe含有量3ppb、全金属含有量10ppbであった。
下記構造のフォトレジスト用高分子化合物の製造
得られた溶液を、ヘキサン6750gと酢酸エチル2250gの混合溶媒中に落とし、生じた沈殿物をヘキサン6500gでリパルプした。上澄み液を除去し、残渣を遠心分離機に移液し、脱液して湿ポリマーを得た。得られた湿ポリマーを取り出し、20mmHg(2.66kPa)、50℃で30時間乾燥することにより、製品ポリマーを106g得た。製品ポリマー中の金属含有量は、Na含有量2ppb、Fe含有量3ppb、全金属含有量8ppbであった。
実施例1〜6及び比較例1〜2で得られた各ポリマー100重量部とトリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート10重量部とを乳酸エチルに溶解し、ポリマー濃度20重量%のフォトレジスト用樹脂組成物を調製した。このフォトレジスト用樹脂組成物をシリコンウェハーにスピンコーティング法により塗布し、厚み1.0μmの感光層を形成した。ホットプレート上で温度110℃で120秒間プリベークした後、波長247nmのKrFエキシマレーザーを用い、マスクを介して、照射量30mJ/cm2で露光した後、120℃の温度で60秒間ポストベークした。次いで、0.3Mのテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液により60秒間現像し、次いで純水でリンスした。
その結果、実施例1〜6のポリマーを用いた場合には0.30μmのライン・アンド・スペースが得られた。一方、比較例1及び2のポリマーを用いた場合には、実施例と同等のライン・アンド・スペースが得られたが、比較例1の場合には、金属含有量が多いため半導体の電気特性が悪く、比較例2の場合も、鉄含有量の低減が未だ十分でなく、半導体の電気特性が低下するおそれがある。
Claims (9)
- 酸により脱離してアルカリ可溶性となる基を含む単量体(a)、ラクトン骨格を含む単量体(b)、及びヒドロキシル基を有する脂環式骨格を含む単量体(c)から選択された少なくとも1種の単量体を含む単量体混合物を重合して得られるポリマーを含む溶液を、アニオン交換基を有する多孔質膜で構成されたフィルターに通液し、次いでカチオン交換基を有する多孔質膜で構成されたフィルターに通液する工程を含むフォトレジスト用高分子化合物の製造方法であって、
金属含有量が前記ポリマーに対して40重量ppb以下のポリマー溶液であって、
ナトリウム含有量及び鉄含有量のいずれもが、それぞれ、ポリマーに対して15重量ppb以下のポリマー溶液を得るフォトレジスト用高分子化合物の製造方法。 - カチオン交換基を有する多孔質膜で構成されたフィルターに通液するポリマー溶液中の金属含有量がポリマーに対して1000重量ppb以下である請求項1記載のフォトレジスト用高分子化合物の製造方法。
- ポリマーが滴下重合により得られるポリマーである請求項1又は2記載のフォトレジスト用高分子化合物の製造方法。
- 重合して得られるポリマーを含む溶液を水洗に付した後、アニオン交換基を有する多孔質膜で構成されたフィルターに通液する請求項1〜3の何れかの項に記載のフォトレジスト用高分子化合物の製造方法。
- 酸により脱離してアルカリ可溶性となる基を含む単量体(a)が、下記式(1a)〜(1e)
(式中、環Z1は置換基を有していてもよい炭素数5〜20の単環又は多環の脂環式炭化水素環を示す。Raは水素原子、ハロゲン原子、又はハロゲン原子を有していても良い炭素数1〜6のアルキル基を示し、E1は炭素数1〜12の2価の炭化水素基を示す。mは0〜3の整数を示す。R1〜R3は、同一又は異なって、置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示す。R4は、環Z1に結合している置換基であって、同一又は異なって、オキソ基、アルキル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシアルキル基、又は保護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示す。nはR4の個数であって、1〜3の整数を示す。但し、n個のR4のうち少なくとも一つは−COORi基を示す。Riは置換基を有していてもよい第3級炭化水素基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基、又はオキセパニル基を示す。R5、R6は、同一又は異なって、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示す。R7は水素原子又は有機基を示す。R5、R6、R7のうち少なくとも2つが互いに結合して隣接する原子とともに環を形成していてもよい。R8はt−ブチル基、2−テトラヒドロフラニル基、2−テトラヒドロピラニル基、又は2−オキセパニル基を示す。pは0又は1を示す)
で表される少なくとも1種の化合物である請求項1〜4の何れかの項に記載のフォトレジスト用高分子化合物の製造方法。 - ラクトン骨格を含む単量体(b)が、下記式(2a)〜(2h)
(式中、Raは水素原子、ハロゲン原子、又はハロゲン原子を有していても良い炭素数1〜6のアルキル基を示す。R9〜R11は、同一又は異なって、水素原子、アルキル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシアルキル基、又は保護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示す。V1〜V3は、同一又は異なって、−CH2−、−CO−又は−COO−を示す。但し、V1〜V3のうち少なくとも一つは−COO−である。Y1は炭素原子、酸素原子又は硫黄原子を示し、炭素原子のときにのみR15及びR16が存在する。R12〜R16及びR17は同一又は異なって、水素原子、アルキル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシアルキル基、保護基で保護されていてもよいカルボキシル基、シアノ基、ハロゲン原子又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を示す。qは0又は1の整数を示す。rは1又は2の整数を示し、sは0〜5の整数を示す。Y2は酸素原子、硫黄原子又はメチレン基を示す。R18は水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を示す。R19、R20、R21及びR22は、同一又は異なって、水素原子又はメチル基を示す。t、u、v及びwは、それぞれ0又は1を示す。R23は水素原子、ハロゲン原子、又は置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示す。R24はラクトン骨格を有する基を示し、M1は炭素数1〜6の2価の有機基を示す。xは1〜3の整数を示す)
で表される少なくとも1種の化合物である請求項1〜5の何れかの項に記載のフォトレジスト用高分子化合物の製造方法。 - ヒドロキシル基を有する脂環式骨格を含む単量体(c)が、下記式(3a)
(式中、Raは水素原子、ハロゲン原子、又はハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示す。環Z2は炭素数5〜20の単環又は多環の脂環式炭化水素環を示す。Rbは環Z2に結合している置換基であって、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基又はアミノ基を示す。kは1〜4の整数を示す。kが2以上の場合、複数個のRbは同一であっても異なっていてもよい。k個のRbのうち少なくとも1つはヒドロキシル基である)
で表される少なくとも1種の化合物である請求項1〜6の何れかの項に記載のフォトレジスト用高分子化合物の製造方法。 - 請求項1〜7の何れかの項に記載の方法によりフォトレジスト用高分子化合物を製造し、得られたフォトレジスト用高分子化合物と光酸発生剤とを混合してフォトレジスト用樹脂組成物を調製することを特徴とするフォトレジスト用樹脂組成物の製造方法。
- 請求項8に記載の方法によりフォトレジスト用樹脂組成物を製造し、得られたフォトレジスト用樹脂組成物を用いて感光層を形成し、露光及び現像を経てパターンを形成する工程を含む半導体の製造方法。
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