JP5659570B2 - 重合体の製造方法、半導体リソグラフィー用重合体、レジスト組成物、およびパターンが形成された基板の製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、ArFエキシマレーザーリソグラフィーにおいて用いられる化学増幅型レジスト用重合体として、波長193nmの光に対して透明なアクリル系重合体が注目されている。該アクリル系重合体としては、例えば、エステル部にアダマンタン骨格を有する(メタ)アクリル酸エステルとエステル部にラクトン骨格を有する(メタ)アクリル酸エステルとの重合体が提案されている(特許文献1等)。
下記特許文献1の実施例に記載されているアクリル系重合体の製造方法は、反応容器に単量体の全部と重合開始剤とを一括的に供給し、所定温度で撹拌して重合反応させる方法である。
本発明の第3の態様は、前記重合反応に供される単量体が、メタクリル酸エステル化合物から選ばれる単量体である、第1または第2の態様の重合体の製造方法である。
本発明の第4の態様は、前記重合溶媒の質量が単量体全体の質量の1.5倍以下である、第1〜第3のいずれかの態様の重合体の製造方法である。
本発明の第6の態様は、第5の態様のリソグラフィー用重合体を含有するレジスト組成物である。
本発明の第7の態様は、第6の態様のレジスト組成物を、基板の被加工面上に塗布してレジスト膜を形成する工程と、該レジスト膜を露光する工程と、露光されたレジスト膜を現像液を用いて現像する工程とを含む、パターンが形成された基板の製造方法である。
本発明の半導体リソグラフィー用重合体は、重合反応において単量体が高い反応率で重合体に転化されたものであり、不純物として残存する単量体含有量が低いためレジスト組成物に用いた時の性能に優れる。
本発明のレジスト組成物は、本発明の半導体リソグラフィー用重合体を用いたものであり、レジスト性能に優れる。
本発明の基板の製造方法は、本発明のレジスト組成物を用いるものであり、レジスト性能に優れるため、微細なレジストパターンであっても精度良く安定して形成できる。したがって、パターンが形成された基板を精度良く安定して製造できる。
本明細書において、重合体の「構成単位」とは、単量体に由来する繰り返し単位を意味する。
本発明の製造方法で製造する重合体の用途は特に限定されない。例えば、半導体リソグラフィー工程に用いられる半導体リソグラフィー用重合体(以下、単にリソグラフィー用重合体ということもある。)が好ましい。リソグラフィー用重合体としては、レジスト膜の形成に用いられるレジスト用重合体、レジスト膜の上層に形成される反射防止膜(TARC)、またはレジスト膜の下層に形成される反射防止膜(BARC)の形成に用いられる反射防止膜用重合体、ギャップフィル膜の形成に用いられるギャップフィル膜用重合体、トップコート膜の形成に用いられるトップコート膜用重合体が挙げられる。
以下、重合体がレジスト用重合体である場合に、好適に用いられる構成単位およびそれに対応する単量体について説明する。
本発明における重合体は、極性基を有する構成単位(a)を含むことが好ましい。すなわち、重合体の合成に用いる単量体の少なくとも1種が、極性基を有する単量体(a)であることが好ましい。
「極性基」とは、極性を持つ官能基または極性を持つ原子団を有する基であり、具体例としては、ヒドロキシ基、シアノ基、アルコキシ基、カルボキシ基、アミノ基、カルボニル基、フッ素原子を含む基、硫黄原子を含む基、ラクトン骨格を含む基、アセタール構造を含む基、エーテル結合を含む基などが挙げられる。
これらのうちで、波長250nm以下の光で露光するパターン形成方法に適用されるレジスト用重合体は、極性基を有する構成単位として、ラクトン骨格を有する構成単位を有することが好ましく、さらに後述の親水性基を有する構成単位を有することが好ましい。
ラクトン骨格としては、例えば、4〜20員環程度のラクトン骨格が挙げられる。ラクトン骨格は、ラクトン環のみの単環であってもよく、ラクトン環に脂肪族または芳香族の炭素環または複素環が縮合していてもよい。
重合体がラクトン骨格を有する構成単位を含む場合、その含有量は、基板等への密着性の点から、全構成単位(100モル%)のうち、20モル%以上が好ましく、25モル%以上がより好ましい。また、感度および解像度の点から、60モル%以下が好ましく、55モル%以下がより好ましく、50モル%以下がさらに好ましい。
ラクトン骨格を有する単量体は、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。
本明細書における「親水性基」とは、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、メトキシ基、カルボキシ基およびアミノ基の少なくとも1種である。
これらのうちで、波長250nm以下の光で露光するパターン形成方法に適用されるレジスト用重合体は、親水性基としてヒドロキシ基またはシアノ基を有することが好ましい。
重合体における親水性基を有する構成単位の含有量は、レジストパターン矩形性の点から、全構成単位(100モル%)のうち、5〜30モル%が好ましく、10〜25モル%がより好ましい。
親水性基を有する単量体は、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。
レジスト用重合体の場合、上述した極性基を有する構成単位(a)以外に酸脱離性基を有する構成単位(b)を有することが好ましく、この他に、必要に応じて公知の構成単位を有していてもよい。すなわち、重合体の合成に用いる単量体の少なくとも1種が、酸脱離性基を有する単量体(b)であることが好ましい。
「酸脱離性基」とは、酸により開裂する結合を有する基であり、該結合の開裂により酸脱離性基の一部または全部が重合体の主鎖から脱離する基である。
レジスト用組成物において、酸脱離性基を有する構成単位(b)を有する重合体は、酸成分と反応してアルカリ性溶液に可溶となり、レジストパターン形成を可能とする作用を奏する。
酸脱離性基を有する構成単位の割合は、感度および解像度の点から、重合体を構成する全構成単位(100モル%)のうち、20モル%以上が好ましく、25モル%以上がより好ましい。また、基板等への密着性の点から、60モル%以下が好ましく、55モル%以下がより好ましく、50モル%以下がさらに好ましい。
酸脱離性基を有する単量体(b)の具体例として、炭素数6〜20の脂環式炭化水素基を有し、かつ酸脱離性基を有している(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。該脂環式炭化水素基は、(メタ)アクリル酸エステルのエステル結合を構成する酸素原子と直接結合していてもよく、アルキレン基等の連結基を介して結合していてもよい。
該(メタ)アクリル酸エステルには、炭素数6〜20の脂環式炭化水素基を有するとともに、(メタ)アクリル酸エステルのエステル結合を構成する酸素原子との結合部位に第3級炭素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル、または、炭素数6〜20の脂環式炭化水素基を有するとともに、該脂環式炭化水素基に−COOR基(R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、またはオキセパニル基を表す。)が直接または連結基を介して結合している(メタ)アクリル酸エステルが含まれる。
酸脱離性基を有する単量体(b)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。
吸光性基とは、レジスト組成物中の感光成分が感度を有する波長領域の光に対して、高い吸収性能を有する基であり、具体例としては、アントラセン環、ナフタレン環、ベンゼン環、キノリン環、キノキサリン環、チアゾール環等の環構造(任意の置換基を有していてもよい。)を有する基が挙げられる。特に、照射光として、KrFレーザ光が用いられる場合には、アントラセン環又は任意の置換基を有するアントラセン環が好ましく、ArFレーザ光が用いられる場合には、ベンゼン環又は任意の置換基を有するベンゼン環が好ましい。
上記任意の置換基としては、フェノール性水酸基、アルコール性水酸基、カルボキシ基、カルボニル基、エステル基、アミノ基、又はアミド基等が挙げられる。
特に、吸光性基として、保護された又は保護されていないフェノール性水酸基を有する反射防止膜用重合体が、良好な現像性・高解像性の観点から好ましい。
上記吸光性基を有する構成単位に対応する単量体として、例えば、ベンジル(メタ)アクリレート、p−ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
すなわち、ギャップフィル膜用重合体の合成に用いる単量体が、硬化剤などと反応して硬化可能な反応性官能基を有する単量体の1種以上を含むことが好ましい。
ギャップフィル膜用重合体としては、具体的にはヒドロキシスチレンと、スチレン、アルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート等の単量体との共重合体が挙げられる。
[重合工程]
本発明の重合体の製造方法は、重合溶媒中にて、重合開始剤の存在下で、単量体を重合反応させて重合体を生成する重合工程を有する。すなわち重合溶媒の存在下に重合開始剤を使用して、単量体をラジカル重合させる溶液重合法である。
本発明の重合体の製造方法において、重合反応に供される単量体としては、重合体のガラス転移点温度を下げることなくリソグラフィー用重合体として好適に用いることができる点でメタクリル酸エステル化合物から選ばれる単量体を用いることが好ましい。メタクリル酸エステル化合物とはCH2C(CH3)COOR(Rは任意の置換基)で表わされる化合物である。具体的には、上記に挙げた単量体のうち、メタクリル酸エステル化合物を選択して用いることが好ましい。
単量体および重合開始剤の重合容器への供給は、滴下供給を用いる。滴下供給を用いた重合法(滴下重合法)は、製造ロットの違いによる平均分子量、分子量分布等のばらつきが小さく、再現性のある重合体が簡便に得られる点で好ましい。
単量体は、単量体のみで滴下してもよく、単量体を重合溶媒の一部(以下、「滴下溶媒」とも記す。)に溶解させた単量体溶液として滴下してもよい。
あらかじめ重合容器に、重合溶媒(以下、「仕込み溶媒」とも記す。)を仕込んでもよく、仕込み溶媒をあらかじめ重合容器に仕込まなくてもよい。仕込み溶媒をあらかじめ重合容器に仕込まない場合、単量体または重合開始剤は、仕込み溶媒がない状態で重合容器中に滴下される。
単量体および重合開始剤は、同じ貯槽内で混合した後、重合容器中に滴下してもよく;それぞれ独立した貯槽から重合容器中に滴下してもよく;それぞれ独立した貯槽から重合容器に供給する直前で混合し、重合容器中に滴下してもよい。
単量体および重合開始剤は、一方を先に滴下した後、遅れて他方を滴下してもよく、両方を同じタイミングで滴下してもよい。
滴下速度は、滴下終了まで一定であってもよく、単量体または重合開始剤の消費速度に応じて、多段階に変化させてもよい。
滴下は、連続的に行ってもよく、間欠的に行ってもよい。
重合温度は、50〜150℃が好ましい。
重合溶媒としては、例えば、下記のものが挙げられる。
エーテル類:鎖状エーテル(ジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等。)、環状エーテル(テトラヒドロフラン(以下、「THF」と記す。)、1,4−ジオキサン等。)等。
エステル類:酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下、「PGMEA」と記す。)、γ−ブチロラクトン等。
ケトン類:アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等。
アミド類:N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等。
スルホキシド類:ジメチルスルホキシド等。
芳香族炭化水素:ベンゼン、トルエン、キシレン等。
脂肪族炭化水素:ヘキサン等。
脂環式炭化水素:シクロヘキサン等。
重合溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
重合開始剤としては、熱により効率的にラジカルを発生するものが好ましい。該重合開始剤としては、例えば、アゾ化合物(2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]等。)、有機過酸化物(2,5−ジメチル−2,5−ビス(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジ(4−tert−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート等。)等が挙げられる。
該単量体全体の質量に対する重合溶媒の質量の比(以下、「重合溶媒/単量体全体の質量比」ということもある。)が2.0以下であると、反応温度および反応時間を変えなくても、単量体の反応率が効果的に向上する。すなわち、すなわち高い生産性を確保しつつ、重合体中に残存する未反応の単量体成分を効果的に低減させることができる。該質量比が2.0を超えると反応溶液の固形分濃度が下がることで重合反応速度が遅くなり、生産性が低下しやすくなる。
また、生産性を確保したまま重合反応に供される単量体全体の反応率をより効果的に向上させるには、重合溶媒/単量体全体の質量比が1.9以下が好ましく、1.8以下がより好ましく、1.7倍以下がさらに好ましい。特に好ましくは1.6以下であり、最も好ましくは1.5以下である。
該重合溶媒/単量体全体の質量比の下限値は、特に限定されないが、反応溶液の粘度が高くなり過ぎ、取扱性が悪化するのを防ぐ点で、0.2以上が好ましく、0.4以上がより好ましく、0.6以上がさらに好ましい。
また、後述の実施例に示されるように、単量体の反応率が高くて、重合工程後に残存する単量体が少ない方が、精製工程後に残存する単量体も少ない。
本発明において、単量体全体の反応率は、HPLC法を用いて反応溶液中に残存する単量体量を定量し、反応に供した全単量体モル数のうち、残存する単量体モル数を引いた値、つまり重合反応によって消費された単量体モル数の割合で表す。
単量体の定量は下記条件にて実施する。
反応溶液を0.5g採取し、これをアセトニトリルで希釈し、メスフラスコを用いて全量を50mLとする。この希釈液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過し、東ソー社製、高速液体クロマトグラフHPLC−8020(製品名)を用いて、該希釈液中の未反応単量体量を、単量体ごとに求める。
測定時間3〜24分:A液/B液=90体積%/10体積%から、50体積%/50体積%まで。
測定時間24〜36.5分:A液/B液=50体積%/50体積%から、0体積%/100体積%まで。
測定時間36.5〜44分:A液/B液=0体積%/100体積%。
本発明の製造方法は、前記重合工程で得られた反応溶液を貧溶媒中に供給して再沈殿させる精製工程を有する。
具体的には、溶液重合法によって得られた重合体溶液(反応溶液)を、必要に応じて、1,4−ジオキサン、アセトン、THF、MEK、MIBK、γ−ブチロラクトン、PGMEA、PGME、乳酸エチル等の希釈溶媒で適当な溶液粘度に希釈した後貧溶媒中に滴下し、重合体を析出させる。該工程は、再沈殿と呼ばれ、重合体溶液中に残存する未反応の単量体、重合開始剤等を取り除くために非常に有効である。未反応単量体は、そのまま残存しているとレジスト組成物として用いた場合に感度が低下するため、できるだけ取り除くことが好ましい。重合体中に不純物として含まれる未反応の単量体の含有量は2.0質量%以下が好ましく、1.0質量%以下がより好ましく、0.29質量%以下がさらに好ましく、0.25質量%以下が最も好ましい。
貧溶媒としては、製造する重合体が溶解せずに析出する溶媒であればよく、公知のものを使用できる。例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、水、ヘキサン、ヘプタン、ジイソプロピルエーテル、またはそれらの混合溶媒等が挙げられる。特に半導体リソグラフィー用重合体に用いられる未反応の単量体、重合開始剤等を効率的に取り除くことができる点で、メタノール、イソプロピルアルコール、ジイソプロピルエーテル、ヘプタン、水、またはそれらの混合溶媒がより好ましい。
また、使用する貧溶媒の量は残存する未反応単量体をより低減するために、重合体溶液(反応溶液)と同質量以上とし、3倍以上が好ましく、4倍以上がより好ましく、5倍以上がさらに好ましく、6倍以上が特に好ましい。
また、湿粉を再び貧溶媒に分散させて重合体分散液を得た後、重合体をろ別する操作を繰り返すこともできる。該工程は、リスラリ工程と呼ばれ、重合体湿粉中に残存する未反応の単量体、重合開始剤等をより低減させるために非常に有効である。
重合体を高い生産性を維持したまま取得できる点ではリスラリ工程を含まず、再沈殿工程のみで重合体を取得することが好ましい。
また、ろ別した後、乾燥せずに湿粉のまま適当な溶媒に溶解させて半導体リソグラフィー用組成物として用いてもよく、濃縮して低沸点化合物を除去してから半導体リソグラフィー用組成物として用いてもよい。その際、保存安定剤等の添加剤を適宜添加してもよい。
本発明のレジスト組成物は、本発明の製造方法で得られる半導体リソグラフィー用重合体、好ましくはレジスト用重合体を溶媒に溶解したものである。また、本発明のレジスト組成物を化学増幅型レジスト組成物として用いる場合は、さらに光酸発生剤を溶解したものである。
(溶媒)
レジスト組成物の溶媒としては、重合体の製造に用いた重合溶媒と同様のものが挙げられる。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物は、化学増幅型レジスト組成物の光酸発生剤として使用可能なものの中から任意に選択できる。光酸発生剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
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、ジアゾメタン化合物等が挙げられる。
光酸発生剤の量は、重合体100質量部に対して、0.1〜20質量部が好ましく、0.5〜10質量部がより好ましい。
化学増幅型レジスト組成物は、含窒素化合物を含んでいてもよい。含窒素化合物を含むことにより、レジストパターン形状、引き置き経時安定性等がさらに向上する。つまり、レジストパターンの断面形状が矩形により近くなり、また、レジスト膜に光を照射し、ついでベーク(PEB)した後、次の現像処理までの間に数時間放置されることが半導体素子の量産ラインではあるが、そのような放置(経時)したときにレジストパターンの断面形状の劣化の発生がより抑制される。
含窒素化合物としては、アミンが好ましく、第2級低級脂肪族アミン、第3級低級脂肪族アミンがより好ましい。
含窒素化合物の量は、重合体100質量部に対して、0.01〜2質量部が好ましい。
化学増幅型レジスト組成物は、有機カルボン酸、リンのオキソ酸またはその誘導体(以下、これらをまとめて酸化合物と記す。)を含んでいてもよい。酸化合物を含むことにより、含窒素化合物の配合による感度劣化を抑えることができ、また、レジストパターン形状、引き置き経時安定性等がさらに向上する。
有機カルボン酸としては、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸等が挙げられる。
リンのオキソ酸またはその誘導体としては、リン酸またはその誘導体、ホスホン酸またはその誘導体、ホスフィン酸またはその誘導体等が挙げられる。
酸化合物の量は、重合体100質量部に対して、0.01〜5質量部が好ましい。
本発明のレジスト組成物は、必要に応じて、界面活性剤、その他のクエンチャー、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含んでいてもよい。該添加剤は、当該分野で公知のものであればいずれも使用可能である。また、これら添加剤の量は、特に限定されず、適宜決めればよい。
本発明の、パターンが形成された基板の製造方法の一例について説明する。
まず、所望のパターンを形成しようとするシリコンウエハー等の被加工基板の表面に、本発明のレジスト組成物をスピンコート等により塗布する。そして、該レジスト組成物が塗布された被加工基板を、ベーキング処理(プリベーク)等で乾燥することにより、基板上にレジスト膜を形成する。
また、該レジスト膜と露光装置の最終レンズとの間に、純水、パーフルオロ−2−ブチルテトラヒドロフラン、パーフルオロトリアルキルアミン等の高屈折率液体を介在させた状態で光を照射する液浸露光を行ってもよい。
現像後、基板を純水等で適宜リンス処理する。このようにして被加工基板上にレジストパターンが形成される。
エッチング後、レジストを剥離剤によって除去することによって、パターンが形成された基板が得られる。
重合体の重量平均分子量(Mw)および分子量分布(Mw/Mn)は、下記の条件(GPC条件)でゲル・パーミエーション・クロマトグラフィーにより、ポリスチレン換算で求めた。
(GPC条件)
装置:東ソー社製、東ソー高速GPC装置 HLC−8220GPC(商品名)、
分離カラム:昭和電工社製、Shodex GPC K−805L(商品名)を3本直列に連結したもの、
測定温度:40℃、
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)、
試料:重合体の約20mgを5mLのTHFに溶解し、0.5μmメンブレンフィルターで濾過した溶液、
流量:1mL/分、
注入量:0.1mL、
検出器:示差屈折計。
F−80(Mw=706,000)、
F−20(Mw=190,000)、
F−4(Mw=37,900)、
F−1(Mw=10,200)、
A−2500(Mw=2,630)、
A−500(Mw=682、578、474、370、260の混合物)。
(1)重合反応溶液中に残存する単量体量は上述の<反応溶液中の単量体の定量方法>により求めた。
(2)精製工程後に得られる重合体中に含まれる単量体量(不純物としての単量体含有量)は次の方法で求めた。
精製工程を経て得られた乾燥粉末状の重合体0.1g、アセトニトリル4.0gを1時間攪拌混合した。得られた混合液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過し、東ソー社製、高速液体クロマトグラフHPLC−8020(製品名)を用いて、上述の<反応溶液中の単量体の定量方法>と同様にして、重合体中の単量体含有量を、単量体ごとに求めた。
(感度、現像コントラスト測定)
レジスト組成物を、6インチシリコンウエハー上に回転塗布し、ホットプレート上で120℃、60秒間プリベーク(PAB)して、厚さ300nmの薄膜を形成した。ArFエキシマレーザー露光装置(リソテックジャパン製VUVES−4500)を用い、露光量を変えて10mm×10mm2の18ショットを露光した。次いで110℃、60秒間ポストベーク(PEB)した後、レジスト現像アナライザー(リソテックジャパン製RDA−800)を用い、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水溶液で65秒間現像し、各露光量における現像中のレジスト膜厚の経時変化を測定した。
得られたデータを基に、露光量(mJ/cm2)の対数と、初期膜厚に対する60秒間現像した時点での残存膜厚率(以下、残膜率という)(%)をプロットした曲線(以下、露光量−残膜率曲線という)を作成し、Eth感度(残膜率0%とするための必要露光量であり、感度を表す。)とγ値(露光量−残膜率曲線の接線の傾きであり、現像コントラストを表す。)を以下の通り求めた。
Eth感度:露光量−残膜率曲線が残膜率0%と交わる露光量(mJ/cm2)
γ値:露光量−残膜率曲線の残膜率50%における露光量をE50(mJ/cm2)とするとき、露光量−残膜率曲線のE50における接線が、残膜率100%の線及び残膜率0%の線と交わる露光量をそれぞれE100及びE0として、以下の計算式で求めた。
γ=1/{log(E0/E100)}
窒素導入口、攪拌機、コンデンサー、滴下漏斗1個、及び温度計を備えたフラスコに、窒素雰囲気下で、PGMEA132.4部を入れた。フラスコを湯浴に入れ、フラスコ内を攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
その後、下記混合物1を滴下漏斗より、4時間かけてフラスコ内に滴下し、さらに80℃の温度を3時間保持した。
その後、25℃まで反応液を冷却し、重合反応を停止させた。
(混合物1)
下記式(m1)の単量体を68.00部、
下記式(m2)の単量体を117.00部、
下記式(m3)の単量体を23.60部、
PGMEA255.0部、
ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業社製、V601(商品名)。以下、同様。)25.300部。
各単量体の仕込み割合(モル%)を表1に示す。
また重合反応に供される、単量体全体の質量(本例では上記混合物1に含まれる単量体の合計質量)を1とするときの、重合溶媒の質量(本例では、予めフラスコ内に入れたPGMEAと、上記混合物1に含まれるPGMEAの合計質量)の比(表には「重合溶媒/単量体全体の質量比」と記載する。)を表1に示す(以下、同様)。
さらに、得られた反応溶液を貧溶媒中に滴下して再沈殿させる方法で精製工程を行った。すなわち、貧溶媒として反応溶液の7.0倍量の、メタノール及び水の混合溶媒(メタノール/水=95/5容量比)を用い、該貧溶媒を撹拌しながらここに反応溶液を滴下して、白色の析出物(重合体P1)の沈殿を得た。沈殿を濾別し、重合体湿粉を得た。重合体湿粉を減圧下40℃で約40時間乾燥した。こうして得られた重合体P1の重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)、および重合体P1中の単量体含有量(表には「精製工程後の単量体含有量」と記載する。)を表1に示す(以下、同様)。
実施例1において、予めフラスコ内に入れるPGMEA量を120.4部に変更し、混合物1を下記混合物2に変更した。その他は実施例1と同様にして重合工程を行った。
(混合物2)
下記式(m1)の単量体を68.00部、
下記式(m3)の単量体を23.60部、
下記式(m4)の単量体を98.00部、
PGMEA231.7部、
ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレートを25.300部。
各単量体の仕込み割合(モル%)を表1に示す。
実施例1において、予めフラスコ内に入れるPGMEA量を130.5部に変更し、混合物1を下記混合物3に変更した。その他は実施例1と同様にして重合工程を行った。
(混合物3)
下記式(m1)の単量体を68.00部、
下記式(m2)の単量体を117.00部、
下記式(m5)の単量体を20.50部、
PGMEA251.2部、
ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業社製、V601(商品名))25.300部。
各単量体の仕込み割合(モル%)を表1に示す。
実施例1において、予めフラスコ内に入れるPGMEA量を108.0部に変更し、混合物1を下記混合物4に変更した。その他は実施例1と同様にして重合工程を行った。
(混合物4)
下記式(m3)の単量体を23.60部、
下記式(m4)の単量体を98.00部、
下記式(m6)の単量体を94.40部、
PGMEA216.0部、
ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業社製、V601(商品名))11.500部。
各単量体の仕込み割合(モル%)を表1に示す。
実施例1において、予めフラスコ内に入れるPGMEA量を104.3部に変更し、混合物1を下記混合物5に変更した。その他は実施例1と同様にして重合工程を行った。単量体組成(単量体の仕込み割合、単位:モル%)および単量体全体の質量は実施例1と同じである。
(混合物5)
下記式(m1)の単量体を68.00部、
下記式(m2)の単量体を117.00部、
下記式(m3)の単量体を23.60部、
PGMEA208.6部、
ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業社製、V601(商品名))11.500部。
実施例1において、予めフラスコ内に入れるPGMEA量を94.8部に変更し、混合物1を下記混合物6に変更した。その他は実施例1と同様にして重合工程を行った。単量体組成(モル%)および単量体全体の質量は実施例2と同じである。
(混合物6)
下記式(m1)の単量体を68.00部、
下記式(m3)の単量体を23.60部、
下記式(m4)の単量体を98.00部、
PGMEA189.6部、
ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業社製、V601(商品名))11.500部。
実施例1において、予めフラスコ内に入れるPGMEA量を173.8部に変更し、混合物1を下記混合物7に変更した。その他は実施例1と同様にして重合工程を行った。単量体組成(モル%)および単量体全体の質量は実施例1と同じである。
(混合物7)
下記式(m1)の単量体を68.00部、
下記式(m2)の単量体を117.00部、
下記式(m3)の単量体を23.60部、
PGMEA255.0部、
ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業社製、V601(商品名))17.250部。
各単量体の仕込み割合(モル%)を表1に示す。
実施例1において、予めフラスコ内に入れるPGMEA量を143.5部に変更し、混合物1を下記混合物8に変更した。その他は実施例1と同様にして重合工程を行った。単量体組成(モル%)および単量体全体の質量は実施例2と同じである。
(混合物8)
下記式(m1)の単量体を68.00部、
下記式(m3)の単量体を23.60部、
下記式(m4)の単量体を98.00部、
PGMEA352.1部、
ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業社製、V601(商品名))13.800部。
実施例1において、予めフラスコ内に入れるPGMEA量を360.0部に変更し、混合物1を下記混合物9に変更した。その他は実施例1と同様にして重合工程を行った。単量体組成(モル%)および単量体全体の質量は実施例4と同じである。
(混合物9)
下記式(m3)の単量体を23.60部、
下記式(m4)の単量体を98.00部、
下記式(m6)の単量体を94.40部、
PGMEA504.0部、
ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業社製、V601(商品名))10.350部。
比較例3において、混合物9の滴下時間を4時間から6時間に変更した。その他は比較例3と同様にして重合体P’4を得、実施例1と同様にして各評価を行った。
一方、該質量比が2.30〜4.00である比較例1〜3では、単量体全体の反応率が86.5〜91.2%と低い。
また、単量体組成(モル%)および単量体全体の質量が互いに同じである実施例1、5および比較例1、実施例2、6および比較例2、実施例4および比較例3をそれぞれ比べても、重合反応に使用した重合溶媒の量が少ないほど、単量体全体の反応率が向上する。
このことから実施例4は、比較例3、4に比べて、重合溶媒/単量体全体の質量比を2.0以下にしたことにより、単に反応速度が増しただけではなく、最終的に到達できる反応率が向上したことがわかる。
このグラフに示されるように、重合反応における重合溶媒/単量体全体の質量比が2.0以下になると、単量体全体の反応率が顕著に増大し、精製工程後の単量体含有量が顕著に低下する。
Claims (7)
- 重合溶媒中にて、重合開始剤の存在下で、単量体を重合反応させて重合体を生成する重合工程と、前記重合工程で得られた反応溶液を貧溶媒中に供給して再沈殿させる精製工程を有する、重合体の製造方法であって、
前記単量体が、親水性基を有する単量体、親水性基以外の極性基を有する単量体、および極性基を有さず酸脱離性基を有する単量体(b)からなり、
前記重合工程において、前記単量体の一部または全部が滴下により供給され、かつ前記重合反応に供される、重合溶媒の質量が単量体全体の質量の2.0倍以下である、重合体の製造方法。 - 前記極性基を有さず酸脱離性基を有する単量体(b)が、2−メチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート、2−エチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート、1−(1’−アダマンチル)−1−メチルエチル(メタ)アクリレート、1−メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、1−メチルシクロペンチル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロペンチル(メタ)アクリレート、イソプロピルアダマンチル(メタ)アクリレート、および1−エチルシクロオクチル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる1種以上である、請求項1に記載の重合体の製造方法。
- 前記重合反応に供される単量体が、メタクリル酸エステル化合物から選ばれる単量体である、請求項1または2に記載の重合体の製造方法。
- 前記重合溶媒の質量が単量体全体の質量の1.5倍以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の重合体の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法により得られる半導体リソグラフィー用重合体。
- 請求項5に記載のリソグラフィー用重合体を含有するレジスト組成物。
- 請求項6に記載のレジスト組成物を、基板の被加工面上に塗布してレジスト膜を形成する工程と、該レジスト膜を露光する工程と、露光されたレジスト膜を現像液を用いて現像する工程とを含む、パターンが形成された基板の製造方法。
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