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JP4094272B2 - Resist polymer and chemically amplified resist composition - Google Patents

Resist polymer and chemically amplified resist composition Download PDF

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JP4094272B2
JP4094272B2 JP2001338138A JP2001338138A JP4094272B2 JP 4094272 B2 JP4094272 B2 JP 4094272B2 JP 2001338138 A JP2001338138 A JP 2001338138A JP 2001338138 A JP2001338138 A JP 2001338138A JP 4094272 B2 JP4094272 B2 JP 4094272B2
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JP
Japan
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resist
polymer
meth
monomer
acrylate
Prior art date
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JP2001338138A
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Japanese (ja)
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匡之 藤原
英昭 桑野
幸也 脇阪
良啓 加門
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Mitsubishi Chemical Corp
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Publication date
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジスト用(共)重合体および化学増幅型レジスト組成物に関し、特にエキシマレーザーあるいは電子線を使用する微細加工に好適なレジスト用(共)重合体および化学増幅型レジスト組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体素子あるいは液晶素子の製造における微細加工の分野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。その微細化の手法としては一般に露光光源の短波長化が用いられ、具体的には従来のg線、i線に代表される紫外線からDUVへ変化してきている。
【0003】
現在では、KrFエキシマレーザー(248nm)リソグラフィー技術が市場に導入され、更に短波長化を計ったArFエキシマレーザー(193nm)リソグラフィー技術が導入されようとしており、更に次世代の技術としてはFエキシマレーザー(157nm)リソグラフィー技術が研究されている。また、これらと若干異なるタイプのリソグラフィー技術として電子線リソグラフィー技術についても精力的に研究されている。
【0004】
このような短波長の光源あるいは電子線に対する高解像度のレジストとして、インターナショナル・ビジネス・マシーン(IBM)社より「化学増幅型レジスト」が提唱され、現在、この化学増幅型レジストの改良および開発が精力的に進められている。
【0005】
また、光源の短波長化においてはレジストに使用される樹脂もその構造変化を余儀なくされ、KrFエキシマレーザーリソグラフィーにおいては、248nmに対して透明性の高いポリヒドロキシスチレンやその水酸基を酸解離性の溶解抑制基で保護したものが用いられ、ArFエキシマレーザーリソグラフィーにおいては、上記樹脂は193nmにおいては透明性が不十分でほとんど使用不可能であるため、193nmにおいて透明なアクリル系樹脂あるいはシクロオレフィン系樹脂が注目されている。アクリル系樹脂としては、特開平4−39665号公報、特開平10−207069号公報等が挙げられ、シクロオレフィン系樹脂については特開平10−153864号公報等が挙げられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パターンの微細化に伴い更に高い解像性が求められている。従って本発明の目的は、DUVエキシマレーザーリソグラフィー、電子線リソグラフィー等のリソグラフィーにおいて、より高い解像度が得られるレジスト用(共)重合体および化学増幅型レジスト組成物を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、酸によりアルカリ水溶液に可溶となるレジスト用(共)重合体であって、光学活性なラクトン骨格を有し光学純度が80%ee以上の単量体を単独重合またはその他の単量体と共重合して得られるレジスト用(共)重合体である。光学活性なラクトン骨格を有する単量体は、ラクトン環上に(メタ)アクリロイルオキシ基を含む置換基以外の置換基を有していてもよいγ−ブチロラクトン環を有する(メタ)アクリレートの光学活性体であることが好ましい。
【0008】
その他の単量体としては、脂環式骨格を有する単量体であることが好ましい。脂環式骨格を有する単量体としては、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタジエニル(メタ)アクリレートおよびこれらの脂環式環上に置換基を有する誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種の単量体が好ましい。
【0009】
また本発明は、このレジスト用(共)重合体および光酸発生剤を含有する化学増幅型レジスト組成物である。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる光学活性なラクトン骨格を有する単量体は、ラクトン環上にビニル基含有置換基を有していている必要がある。ビニル基含有置換基としては、例えば、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、ビニル基、アリル基等が挙げられ、中でもアクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基(以下、(メタ)アクリロイルオキシ基という)が好ましい。
【0011】
また、本発明に用いる光学活性なラクトン骨格を有する単量体のラクトン環上には、ビニル基含有置換基以外の置換基を有していてもよい。このような置換基としては、例えば、アルキル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルコキシル基等が挙げられ、中でもアルキル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基が好ましい。
【0012】
この単量体に含まれるラクトン骨格としては、例えば、γ−ブチロラクトン環、δーバレロラクトン環等が挙げられ、中でもγ−ブチロラクトン環が好ましい。
【0013】
このような単量体としては、ラクトン環上に(メタ)アクリロイルオキシ基を含む置換基以外の置換基を有していてもよいγ−ブチロラクトン環を有する(メタ)アクリレートの光学活性体が好ましく、具体的には、(R)−β−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン、(S)−β−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン、(R)−β−メタクリロイルオキシ−β−メチル−γ−ブチロラクトン、(S)−β−メタクリロイルオキシ−β−メチル−γ−ブチロラクトン、(R)−α−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン、(S)−α−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン等が例示できる。中でも、(R)−β−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン、(S)−β−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトンが好ましい。
【0014】
ラクトン骨格を有する単量体の光学純度は80%ee以上が好ましく、90%ee以上がより好ましく、95%ee以上が特に好ましい。
【0015】
また、ラクトン骨格を有する単量体は、必要に応じて単独あるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。
【0016】
ラクトン骨格を有する単量体は、重合して得られる(共)重合体、およびその樹脂組成物に、基板に対する密着性を付与するものであり、特に酸により脱離する保護基を含有するものは193nmにおける高い感度を付与することができる。さらに光学活性なラクトン骨格を有する単量体を用いることで(共)重合体のコンフォメーションが変化し、レジストとしての解像性が向上すると考えている。
【0017】
本発明のレジスト用(共)重合体は、光学活性なラクトン骨格を有する単量体を単独重合またはその他の単量体と共重合して得られる。その他の単量体としては、脂環式骨格を有する単量体、ヒドロキシ基、カルボキシル基やシアノ基等の極性基を有する単量体等が挙げられ、中でも脂環式骨格を有する単量体が好ましい。ヒドロキシ基、カルボキシル基やシアノ基等の極性基を有する単量体は、共重合体の溶解性向上させることができるので、レジストとしての性能を害さない範囲で共重合することができる。その他の単量体は2種以上を組み合わせてもよい。
【0018】
脂環式骨格を有する単量体は、重合して得られる共重合体、およびその樹脂組成物に、高いドライエッチング耐性を付与するものであり、特に酸により脱離する保護基を含有するものは193nmにおける高い感度も付与することができる。
【0019】
脂環式骨格を有する単量体としては、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタジエニル(メタ)アクリレート、および、これらの単量体の脂環式環上にアルキル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基等の置換基を有する誘導体が好ましい。特に、1−イソボニルメタクリレート、2−メタクリロイルオキシ−2−メチルアダマンタン、シクロヘキシルメタクリレート、アダマンチルメタクリレート、トリシクロデカニルメタクリレート、ジシクロペンタジエニルメタクリレートが好ましい。
【0020】
本発明のレジスト用(共)重合体において、光学活性なラクトン骨格を有する単量体単位の共重合組成比は5〜90モル%が好ましく、10〜70モル%がより好ましく、20〜50モル%が特に好ましい。
【0021】
本発明のレジスト用(共)重合体の重量平均分子量は特に限定されないが、好ましくは1,000〜100,000、より好ましくは3,000〜30,000の範囲である。重量平均分子量は大きい程ドライエッチング耐性が向上してレジスト形状が良くなり、小さい程レジスト溶剤に対する溶解性が向上して解像度が向上する。
【0022】
本発明のレジスト用(共)重合体を製造する方法としては、例えば、あらかじめ、単量体、重合開始剤を有機溶剤に溶解させた単量体溶液を一定温度に保持した有機溶剤中に滴下する、いわゆる滴下重合法が簡便で好適である。
【0023】
滴下重合法に用いられる有機溶剤は特に限定されないが、単量体および得られる共重合体のいずれも溶解できる溶剤が好ましく、例えば、1,4−ジオキサン、イソプロピルアルコール、アセトン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。
【0024】
滴下重合法に用いられる重合開始剤は特に限定されないが、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)等のアゾ化合物、過酸化ベンゾイル等の有機過酸化物等が挙げられる。また、n−ブチルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン等のメルカプタン類を連鎖移動剤として併用してもよい。
【0025】
滴下重合法における重合温度は特に限定されないが、50〜150℃の範囲が好ましい。滴下時間は特に限定されないが、3時間以上であり、さらに滴下終了後2時間程度その温度を保持し、重合を完結させることが好ましい。
【0026】
滴下重合法によって製造された酸によりアルカリ水溶液に可溶となるレジスト用(共)重合体溶液は、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等の良溶媒にて適当な溶液粘度に希釈された後、ヘプタン、メタノール、水等の多量の貧溶媒中に滴下して析出させる。その後、その析出物を濾別、十分に乾燥する。この工程は再沈殿と呼ばれ、場合により不要となることもあるが、重合溶液中に残存する未反応の単量体、あるいは、重合開始剤等を取り除くために非常に有効である。これらの未反応物は、そのまま残存しているとレジスト性能に悪影響を及ぼす可能性があるため、できれば取り除いた方が好ましい。
【0027】
その後、乾燥した(共)重合体を溶剤に溶解させる。このような溶剤としては、例えば、2−ペンタノン、2−ヘキサノン等の直鎖状ケトン類;シクロペンタノン、シクロヘキサノン等の環状ケトン類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;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エチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のエチレングリコールモノアルキルエーテル類;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のジエチレングリコールアルキルエーテル類;酢酸エチル、乳酸エチル等のエステル類;シクロヘキサノール、1−オクタノール等のアルコール類;炭酸エチレン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。これらの溶剤は、単独または2種以上を混合して使用することができる。
【0028】
次に本発明の化学増幅型レジスト組成物について説明する。
本発明の化学増幅型レジスト組成物の成分である光酸発生剤は、化学増幅型レジスト組成物の酸発生剤として使用可能なものの中から任意に選択することができる。また光酸発生剤は単独または2種以上を組み合わせて使用することができる。
【0029】
このような光酸発生剤としては、例えば、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、キノンジアジド化合物およびジアゾメタン化合物等が挙げられ、中でもオニウム塩化合物が好適である。オニウム塩化合物としては、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等を挙げることができる。
【0030】
光酸発生剤として使用できる具体的な化合物としては、トリフェニルスルホニウムトリフレート、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、トリフェニルスルホニウムナフタレンスルホネート、(ヒドロキシフェニル)ベンジルメチルスルホニウムトルエンスルホネート、ジフェニルヨードニウムトリフレート、ジフェニルヨードニウムピレンスルホネート、ジフェニルヨードニウムドデシルベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート等を挙げることができる。
【0031】
光酸発生剤の使用量は用いる光酸発生剤の種類により適宜決定されるが、酸によりアルカリ水溶液に可溶となる樹脂100重量部当たり、通常0.1〜20重量部、好ましくは0.5〜10重量部である。光酸発生剤の使用量が少なすぎると、露光により発生した酸の触媒作用による化学反応を十分に生起させることが困難となるおそれがあり、また多すぎるとレジスト組成物の安定性が低下したり、組成物を塗布する際に塗布むらが生じたり、現像時にスカム等を発生するおそれがある。
【0032】
さらに本発明の化学増幅型レジスト組成物には、必要に応じて、界面活性剤、クエンチャー、増感剤、ハレーション防止剤、保存安定剤、消泡剤等の各種添加剤を配合することもできる。
【0033】
界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート等のノニオン系界面活性剤のほか、以下商品名で、ポリフローNo.75(共栄社化学社製)、メガファックスF173(大日本インキ化学工業社製)、サ−フロンSC−105(旭硝子社製)、L−70001(信越化学工業社製)等が挙げられる。
【0034】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
共重合体の物性測定およびレジストの評価は以下の方法で行った。
【0035】
<重量平均分子量>
ゲル・パーミエイション・クロマトグラフィー(GPC)により、ポリメタクリル酸メチル換算で求めた。溶剤には、クロロホルムあるいはテトラヒドロフランを使用した。
【0036】
<共重合体の平均共重合組成比(モル%)>
1H−NMRの測定により求めた。溶剤には、重クロロホルムあるいは重アセトンを使用した。
【0037】
<感度>
シリコンウエハー上に形成したレジスト膜を露光した後、直ちに露光後ベークを行い、次いで、アルカリ現像液で現像し、水洗し、乾燥して、レジストパターンを形成した。ライン・アンド・スペースパターン(L/S=1/1)を1/1の線幅に形成する露光量を感度として測定した。
【0038】
<解像度>
上記露光量で露光したときに解像されるレジストパターンの最小寸法(μm)を解像度とした。
【0039】
[実施例1]
窒素導入口、攪拌機、コンデンサーおよび温度計を備えたフラスコに、窒素雰囲気下で、1,4−ジオキサン20.0gを入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。2−メタクリロイルオキシ−2−メチルアダマンタン(略称:MAdMA、分子量=234)29.3g、(S)−β−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン(略称:(S)−HGBMA、分子量=170、純度99%、光学純度93%ee)21.2g、1,4−ジオキサン62.5g、アゾビスイソブチロニトリル2.1gを混合した単量体溶液を一定速度で6時間かけて、フラスコ中に滴下し、その後、80℃の温度を2時間保持した。次いで、得られた反応溶液をテトラヒドロフランで約2倍に希釈し、約10倍のメタノール中に撹拌しながら滴下し、白色の析出物(共重合体A−1)の沈殿を得た。得られた沈殿を濾別し、減圧下60℃で約40時間乾燥した。
【0040】
得られたレジスト用共重合体A−1の各物性を測定したところ、重量平均分子量は8,400、共重合組成比はMAdMA/(S)−HGBMA=50/50モル%であった。
【0041】
次いで、100重量部のレジスト用共重合体A−1、光酸発生剤であるトリフェニルスルホニウムトリフレート2重量部、溶剤であるプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート500重量部を混合して均一溶液としたのち、孔径0.1μmのメンブランフィルターでろ過し、化学増幅型レジスト組成物溶液を調整した。
【0042】
このレジスト組成物溶液をシリコンウエハー上にスピンコートしたのち、ホットプレートを用いて、120℃で60秒間プリベークを行い、膜厚0.5μmのレジスト膜を形成した。次いで、ArFエキシマレーザー露光機を使用して露光した後、ホットプレートを用いて120℃で60秒間露光後ベークを行った。次いで、2.38重量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて室温で現像し、純水で洗浄し、乾燥して、レジストパターンを形成した。得られたレジストパターンの評価結果を表1に示した。
【0043】
[実施例2]
(S)−β−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトンを(R)−β−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン(略称:(R)−HGBMA、分子量=170、純度99%、光学純度93%ee)に変更した以外は実施例1と同様にしてレジスト用共重合体A−2を得た。得られたレジスト用共重合体A−2の各物性を測定したところ、重量平均分子量は8,300、共重合組成比はMAdMA/(R)−HGBMA=50/50モル%であった。
【0044】
次いで、レジスト用共重合体A−1をA−2に変更した以外は実施例1と同様にして化学増幅型レジスト組成物溶液を調整し、レジストパターンを評価した結果を表1に示した。
【0045】
[比較例1]
(S)−β−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトンをラセミ体β−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン(略称:HGBMA、分子量=170、純度99%)に変更した以外は実施例1と同様にしてレジスト用共重合体A−3を得た。得られたレジスト用共重合体A−3の各物性を測定したところ、重量平均分子量は8,400、共重合組成比はMAdMA/HGBMA=50/50モル%であった。
【0046】
次いで、レジスト用共重合体A−1をA−3に変更した以外は実施例1と同様にして化学増幅型レジスト組成物溶液を調整し、レジストパターンを評価した結果を表1に示した。
【0047】
【表1】

Figure 0004094272
【0048】
【発明の効果】
本発明のレジスト用(共)重合体および化学増幅型レジスト組成物を用いることにより、より高い解像度でDUVエキシマレーザーリソグラフィー、電子線リソグラフィー等のリソグラフィーを行うことができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a resist (co) polymer and a chemically amplified resist composition, and particularly to a resist (co) polymer and a chemically amplified resist composition suitable for fine processing using an excimer laser or an electron beam.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the field of microfabrication in the manufacture of semiconductor elements or liquid crystal elements, miniaturization has rapidly progressed due to advances in lithography technology. As the miniaturization technique, generally, the wavelength of an exposure light source is shortened, and specifically, the conventional ultraviolet ray typified by g-line and i-line is changed to DUV.
[0003]
At present, KrF excimer laser (248 nm) lithography technology has been introduced to the market, and ArF excimer laser (193 nm) lithography technology with a shorter wavelength is being introduced. The next generation technology is F 2 excimer laser. Lithography technology is being studied (157 nm). In addition, an electron beam lithography technique has been energetically studied as a slightly different type of lithography technique.
[0004]
As a high-resolution resist for such short-wavelength light sources or electron beams, International Business Machines (IBM) has proposed “Chemically Amplified Resist”, and is currently energetically improving and developing this chemically amplified resist. Is underway.
[0005]
In addition, as the wavelength of the light source is shortened, the resin used for the resist is also forced to change its structure. In KrF excimer laser lithography, polyhydroxystyrene having high transparency with respect to 248 nm and its hydroxyl group are dissolved in an acid-dissociable manner. In the ArF excimer laser lithography, since the resin has insufficient transparency at 193 nm and is almost unusable, an acrylic resin or cycloolefin resin transparent at 193 nm is used. Attention has been paid. Examples of the acrylic resin include JP-A-4-39665 and JP-A-10-207069, and examples of the cycloolefin resin include JP-A-10-153864.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, with the miniaturization of patterns, higher resolution is required. Accordingly, an object of the present invention is to provide a resist (co) polymer and a chemically amplified resist composition that can obtain higher resolution in lithography such as DUV excimer laser lithography and electron beam lithography.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a resist (co) polymer that is soluble in an alkaline aqueous solution by an acid, and is a homopolymerization of a monomer having an optically active lactone skeleton and an optical purity of 80% ee or more. It is a resist (co) polymer obtained by copolymerization with a monomer. The monomer having an optically active lactone skeleton has an optical activity of a (meth) acrylate having a γ-butyrolactone ring which may have a substituent other than a substituent containing a (meth) acryloyloxy group on the lactone ring. It is preferable that it is a body.
[0008]
The other monomer is preferably a monomer having an alicyclic skeleton. Monomers having an alicyclic skeleton include cyclohexyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, adamantyl (meth) acrylate, tricyclodecanyl (meth) acrylate, dicyclopentadienyl (meth) acrylate, and these At least one monomer selected from the group consisting of derivatives having a substituent on the alicyclic ring is preferred.
[0009]
The present invention also provides a chemically amplified resist composition containing this (co) polymer for resist and a photoacid generator.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The monomer having an optically active lactone skeleton used in the present invention needs to have a vinyl group-containing substituent on the lactone ring. Examples of the vinyl group-containing substituent include an acryloyloxy group, a methacryloyloxy group, a vinyl group, and an allyl group. Among them, an acryloyloxy group and a methacryloyloxy group (hereinafter referred to as a (meth) acryloyloxy group) are preferable.
[0011]
Moreover, you may have substituents other than a vinyl group containing substituent on the lactone ring of the monomer which has an optically active lactone skeleton used for this invention. Examples of such a substituent include an alkyl group, a hydroxyl group, a carboxyl group, and an alkoxyl group, and among them, an alkyl group, a hydroxyl group, and a carboxyl group are preferable.
[0012]
Examples of the lactone skeleton contained in this monomer include a γ-butyrolactone ring and a δ-valerolactone ring. Among them, a γ-butyrolactone ring is preferable.
[0013]
As such a monomer, an optically active substance of (meth) acrylate having a γ-butyrolactone ring which may have a substituent other than a substituent containing a (meth) acryloyloxy group on the lactone ring is preferable. Specifically, (R) -β-methacryloyloxy-γ-butyrolactone, (S) -β-methacryloyloxy-γ-butyrolactone, (R) -β-methacryloyloxy-β-methyl-γ-butyrolactone, Examples include S) -β-methacryloyloxy-β-methyl-γ-butyrolactone, (R) -α-methacryloyloxy-γ-butyrolactone, (S) -α-methacryloyloxy-γ-butyrolactone, and the like. Among these, (R) -β-methacryloyloxy-γ-butyrolactone and (S) -β-methacryloyloxy-γ-butyrolactone are preferable.
[0014]
The optical purity of the monomer having a lactone skeleton is preferably 80% ee or more, more preferably 90% ee or more, and particularly preferably 95% ee or more.
[0015]
Moreover, the monomer which has lactone skeleton can be used individually or in combination of 2 or more types as needed.
[0016]
A monomer having a lactone skeleton imparts adhesion to a substrate to a (co) polymer obtained by polymerization and a resin composition thereof, and particularly contains a protecting group that is eliminated by an acid. Can give high sensitivity at 193 nm. Further, it is believed that the use of a monomer having an optically active lactone skeleton changes the conformation of the (co) polymer and improves the resolution as a resist.
[0017]
The resist (co) polymer of the present invention is obtained by homopolymerizing a monomer having an optically active lactone skeleton or copolymerizing with another monomer. Examples of the other monomer include a monomer having an alicyclic skeleton, a monomer having a polar group such as a hydroxy group, a carboxyl group, and a cyano group. Among them, a monomer having an alicyclic skeleton Is preferred. A monomer having a polar group such as a hydroxy group, a carboxyl group, or a cyano group can improve the solubility of the copolymer, and can be copolymerized within a range that does not impair the performance as a resist. Two or more other monomers may be combined.
[0018]
A monomer having an alicyclic skeleton imparts high dry etching resistance to a copolymer obtained by polymerization and a resin composition thereof, and particularly contains a protective group that is eliminated by an acid. Can also provide high sensitivity at 193 nm.
[0019]
Monomers having an alicyclic skeleton include cyclohexyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, adamantyl (meth) acrylate, tricyclodecanyl (meth) acrylate, dicyclopentadienyl (meth) acrylate, and Derivatives having a substituent such as an alkyl group, a hydroxyl group or a carboxyl group on the alicyclic ring of these monomers are preferred. In particular, 1-isobornyl methacrylate, 2-methacryloyloxy-2-methyladamantane, cyclohexyl methacrylate, adamantyl methacrylate, tricyclodecanyl methacrylate, and dicyclopentadienyl methacrylate are preferable.
[0020]
In the resist (co) polymer of the present invention, the copolymer composition ratio of the monomer unit having an optically active lactone skeleton is preferably 5 to 90 mol%, more preferably 10 to 70 mol%, and more preferably 20 to 50 mol%. % Is particularly preferred.
[0021]
The weight average molecular weight of the resist (co) polymer of the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 1,000 to 100,000, more preferably 3,000 to 30,000. The larger the weight average molecular weight, the better the dry etching resistance and the better the resist shape, and the smaller the weight average molecular weight, the better the solubility in the resist solvent and the better the resolution.
[0022]
As a method for producing the resist (co) polymer of the present invention, for example, a monomer solution obtained by dissolving a monomer and a polymerization initiator in an organic solvent in advance is dropped into an organic solvent kept at a constant temperature. The so-called drop polymerization method is simple and suitable.
[0023]
The organic solvent used in the dropping polymerization method is not particularly limited, but a solvent capable of dissolving both the monomer and the obtained copolymer is preferable, and examples thereof include 1,4-dioxane, isopropyl alcohol, acetone, tetrahydrofuran and the like. .
[0024]
The polymerization initiator used in the dropping polymerization method is not particularly limited. For example, azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2′-azobis (2- And azo compounds such as methyl propionate) and organic peroxides such as benzoyl peroxide. Further, mercaptans such as n-butyl mercaptan and n-octyl mercaptan may be used in combination as a chain transfer agent.
[0025]
The polymerization temperature in the drop polymerization method is not particularly limited, but is preferably in the range of 50 to 150 ° C. Although the dropping time is not particularly limited, it is preferably 3 hours or more, and it is preferable to hold the temperature for about 2 hours after completion of the dropping to complete the polymerization.
[0026]
A resist (co) polymer solution that is soluble in an alkaline aqueous solution by an acid produced by a dropping polymerization method is diluted with a good solvent such as tetrahydrofuran or 1,4-dioxane to an appropriate solution viscosity, and then heptane. , And dropped in a large amount of poor solvent such as methanol or water. Thereafter, the precipitate is filtered off and sufficiently dried. This step is called reprecipitation, and may be unnecessary depending on circumstances, but is very effective for removing unreacted monomers remaining in the polymerization solution, a polymerization initiator or the like. If these unreacted substances remain as they are, there is a possibility of adversely affecting the resist performance. Therefore, it is preferable to remove them if possible.
[0027]
Thereafter, the dried (co) polymer is dissolved in a solvent. Examples of such a solvent include linear ketones such as 2-pentanone and 2-hexanone; cyclic ketones such as cyclopentanone and cyclohexanone; propylene such as propylene glycol monomethyl ether acetate and propylene glycol monoethyl ether acetate. Glycol monoalkyl ether acetates; ethylene glycol monoalkyl ether acetates such as ethylene glycol monomethyl ether acetate and ethylene glycol monoethyl ether acetate; propylene glycol monoalkyl ethers such as propylene glycol monomethyl ether and propylene glycol monoethyl ether; ethylene glycol Ethylene glycol mono, such as monomethyl ether and ethylene glycol monoethyl ether Ruki ethers; diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol alkyl ethers such as diethylene glycol diethyl ether; an ester such as ethyl acetate or ethyl lactate; cyclohexanol, alcohols such as 1-octanol; ethylene carbonate, .gamma.-butyrolactone. These solvents can be used alone or in admixture of two or more.
[0028]
Next, the chemically amplified resist composition of the present invention will be described.
The photoacid generator that is a component of the chemically amplified resist composition of the present invention can be arbitrarily selected from those that can be used as the acid generator of the chemically amplified resist composition. Moreover, a photo-acid generator can be used individually or in combination of 2 or more types.
[0029]
Examples of such a photoacid generator include an onium salt compound, a sulfonimide compound, a sulfone compound, a sulfonic acid ester compound, a quinonediazide compound, and a diazomethane compound, and among them, an onium salt compound is preferable. Examples of the onium salt compounds include sulfonium salts, iodonium salts, phosphonium salts, diazonium salts, pyridinium salts, and the like.
[0030]
Specific compounds that can be used as a photoacid generator include triphenylsulfonium triflate, triphenylsulfonium hexafluoroantimonate, triphenylsulfonium naphthalenesulfonate, (hydroxyphenyl) benzylmethylsulfonium toluenesulfonate, diphenyliodonium triflate, and diphenyl. Examples include iodonium pyrene sulfonate, diphenyl iodonium dodecyl benzene sulfonate, and diphenyl iodonium hexafluoroantimonate.
[0031]
The amount of the photoacid generator used is appropriately determined depending on the type of photoacid generator used, but is usually 0.1 to 20 parts by weight, preferably 0.1 to 100 parts by weight per 100 parts by weight of the resin that is soluble in an alkaline aqueous solution by acid. 5 to 10 parts by weight. If the amount of the photoacid generator used is too small, it may be difficult to cause a chemical reaction due to the catalytic action of the acid generated by exposure, and if it is too large, the stability of the resist composition will decrease. Or coating unevenness when applying the composition, or scum or the like may occur during development.
[0032]
Furthermore, the chemical amplification resist composition of the present invention may be blended with various additives such as surfactants, quenchers, sensitizers, antihalation agents, storage stabilizers, antifoaming agents, etc., as necessary. it can.
[0033]
Examples of the surfactant include nonionic surfactants such as polyoxyethylene lauryl ether and polyethylene glycol dilaurate, and the following trade names: Polyflow No. 75 (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), Megafax F173 (manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.), Surflon SC-105 (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), L-70001 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and the like.
[0034]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples.
The physical properties of the copolymer and the resist were evaluated by the following methods.
[0035]
<Weight average molecular weight>
It calculated | required in conversion of the polymethyl methacrylate by the gel permeation chromatography (GPC). As the solvent, chloroform or tetrahydrofuran was used.
[0036]
<Average copolymer composition ratio of copolymer (mol%)>
It calculated | required by the measurement of < 1 > H-NMR. As the solvent, deuterated chloroform or deuterated acetone was used.
[0037]
<Sensitivity>
The resist film formed on the silicon wafer was exposed and immediately post-exposure baked, then developed with an alkali developer, washed with water, and dried to form a resist pattern. The exposure amount for forming a line and space pattern (L / S = 1/1) with a line width of 1/1 was measured as sensitivity.
[0038]
<Resolution>
The minimum dimension (μm) of the resist pattern resolved when exposed with the above exposure amount was defined as the resolution.
[0039]
[Example 1]
Under a nitrogen atmosphere, 20.0 g of 1,4-dioxane was added to a flask equipped with a nitrogen inlet, a stirrer, a condenser and a thermometer, and the temperature of the hot water bath was raised to 80 ° C. while stirring. 29.3 g of 2-methacryloyloxy-2-methyladamantane (abbreviation: MAdMA, molecular weight = 234), (S) -β-methacryloyloxy-γ-butyrolactone (abbreviation: (S) -HGBMA, molecular weight = 170, purity 99%) , Optical purity 93% ee) 21.2 g of 1,4-dioxane 62.5 g, azobisisobutyronitrile 2.1 g mixed monomer solution was dropped into the flask at a constant rate over 6 hours. Thereafter, the temperature of 80 ° C. was maintained for 2 hours. Next, the obtained reaction solution was diluted about 2-fold with tetrahydrofuran and dropped into about 10-fold methanol with stirring to obtain a white precipitate (copolymer A-1). The resulting precipitate was filtered off and dried under reduced pressure at 60 ° C. for about 40 hours.
[0040]
When the physical properties of the obtained resist copolymer A-1 were measured, the weight average molecular weight was 8,400, and the copolymer composition ratio was MAdMA / (S) -HGBMA = 50/50 mol%.
[0041]
Next, 100 parts by weight of copolymer A-1 for resist, 2 parts by weight of triphenylsulfonium triflate as a photoacid generator, and 500 parts by weight of propylene glycol monomethyl ether acetate as a solvent were mixed to obtain a uniform solution. The solution was filtered through a membrane filter having a pore size of 0.1 μm to prepare a chemically amplified resist composition solution.
[0042]
After spin-coating the resist composition solution on a silicon wafer, pre-baking was performed at 120 ° C. for 60 seconds using a hot plate to form a resist film having a thickness of 0.5 μm. Next, after exposure using an ArF excimer laser exposure machine, post-exposure baking was performed using a hot plate at 120 ° C. for 60 seconds. Next, development was performed at room temperature using a 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, washed with pure water, and dried to form a resist pattern. The evaluation results of the obtained resist pattern are shown in Table 1.
[0043]
[Example 2]
(S) -β-methacryloyloxy-γ-butyrolactone was changed to (R) -β-methacryloyloxy-γ-butyrolactone (abbreviation: (R) -HGBMA, molecular weight = 170, purity 99%, optical purity 93% ee). A copolymer A-2 for resist was obtained in the same manner as in Example 1 except that. When the physical properties of the obtained resist copolymer A-2 were measured, the weight average molecular weight was 8,300, and the copolymer composition ratio was MAdMA / (R) -HGBMA = 50/50 mol%.
[0044]
Subsequently, the chemical amplification resist composition solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the resist copolymer A-1 was changed to A-2, and the results of evaluating the resist pattern are shown in Table 1.
[0045]
[Comparative Example 1]
(S) -β-methacryloyloxy-γ-butyrolactone was used for resist in the same manner as in Example 1 except that racemic β-methacryloyloxy-γ-butyrolactone (abbreviation: HGBMA, molecular weight = 170, purity 99%) was changed. Copolymer A-3 was obtained. When the physical properties of the obtained resist copolymer A-3 were measured, the weight average molecular weight was 8,400 and the copolymer composition ratio was MAdMA / HGBMA = 50/50 mol%.
[0046]
Subsequently, the chemical amplification resist composition solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the resist copolymer A-1 was changed to A-3, and the results of evaluating the resist pattern are shown in Table 1.
[0047]
[Table 1]
Figure 0004094272
[0048]
【The invention's effect】
By using the resist (co) polymer and the chemically amplified resist composition of the present invention, lithography such as DUV excimer laser lithography and electron beam lithography can be performed with higher resolution.

Claims (5)

酸によりアルカリ水溶液に可溶となるレジスト用(共)重合体であって、光学活性なラクトン骨格を有し光学純度が80%ee以上の単量体を単独重合またはその他の単量体と共重合して得られるレジスト用(共)重合体。A (co) polymer for resist that becomes soluble in an alkaline aqueous solution by an acid, and is a monomer that has an optically active lactone skeleton and an optical purity of 80% ee or higher, either homopolymerized or co-polymerized with other monomers. (Co) polymer for resist obtained by polymerization. 光学活性なラクトン骨格を有する単量体が、ラクトン環上に(メタ)アクリロイルオキシ基を含む置換基以外の置換基を有していてもよいγ−ブチロラクトン環を有する(メタ)アクリレートの光学活性体であることを特徴とする請求項1記載のレジスト用(共)重合体。Optical activity of a (meth) acrylate having a γ-butyrolactone ring in which the monomer having an optically active lactone skeleton may have a substituent other than a substituent containing a (meth) acryloyloxy group on the lactone ring The resist (co) polymer according to claim 1, wherein the resist (co) polymer is a body. その他の単量体が、脂環式骨格を有する単量体であることを特徴とする請求項1または2記載のレジスト用共重合体。3. The resist copolymer according to claim 1, wherein the other monomer is a monomer having an alicyclic skeleton. 脂環式骨格を有する単量体が、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタジエニル(メタ)アクリレートおよびこれらの脂環式環上に置換基を有する誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項3記載のレジスト用(共)重合体。Monomers having an alicyclic skeleton include cyclohexyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, adamantyl (meth) acrylate, tricyclodecanyl (meth) acrylate, dicyclopentadienyl (meth) acrylate and these 4. The (co) polymer for resists according to claim 3, wherein the resist (co) polymer is at least one selected from the group consisting of derivatives having a substituent on the alicyclic ring. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のレジスト用(共)重合体および光酸発生剤を含有する化学増幅型レジスト組成物。Resist (co) polymer and a photoacid generator chemically amplified resist composition containing as claimed in any one of claims 1-4.
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