JP6146512B2 - 半導体リソグラフィー用重合体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体リソグラフィー用重合体およびその製造方法に関する。
半導体素子、液晶素子等の製造工程においては、近年、リソグラフィーによるパターン形成の微細化が急速に進んでいる。微細化の手法としては、照射光の短波長化がある。
最近では、KrFエキシマレーザー(波長:248nm)リソグラフィー技術が導入され、さらなる短波長化を図ったArFエキシマレーザー(波長:193nm)リソグラフィー技術及びEUVエキシマレーザー(波長:13nm)リソグラフィー技術が研究されている。
また、例えば、照射光の短波長化およびパターンの微細化に好適に対応できるレジスト組成物として、酸の作用により酸脱離性基が脱離してアルカリ可溶性となる重合体と、光酸発生剤とを含有する、いわゆる化学増幅型レジスト組成物が提唱され、その開発および改良が進められている。
最近では、KrFエキシマレーザー(波長:248nm)リソグラフィー技術が導入され、さらなる短波長化を図ったArFエキシマレーザー(波長:193nm)リソグラフィー技術及びEUVエキシマレーザー(波長:13nm)リソグラフィー技術が研究されている。
また、例えば、照射光の短波長化およびパターンの微細化に好適に対応できるレジスト組成物として、酸の作用により酸脱離性基が脱離してアルカリ可溶性となる重合体と、光酸発生剤とを含有する、いわゆる化学増幅型レジスト組成物が提唱され、その開発および改良が進められている。
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半導体リソグラフィー用共重合体としては、アクリル系重合体が注目されている。
例えば下記特許文献1には、単量体としてヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート誘導体を用いた重合体のフォトレジストが記載されている。また、下記特許文献2には、単量体として、酸によって分解してアルカリ現像液に可溶となる構造を有する重合性アクリルモノマーと、半導体基板に対する密着性を高めるための極性基を有する重合性を用いてなるリソグラフィー用の共重合体が記載されている。
例えば下記特許文献1には、単量体としてヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート誘導体を用いた重合体のフォトレジストが記載されている。また、下記特許文献2には、単量体として、酸によって分解してアルカリ現像液に可溶となる構造を有する重合性アクリルモノマーと、半導体基板に対する密着性を高めるための極性基を有する重合性を用いてなるリソグラフィー用の共重合体が記載されている。
一方、レジストパターンの微細化に伴って、リソグラフィー用重合体の品質への要求も厳しくなっている。例えば重合過程で生成する微量の高分子量成分(ハイポリマー)は、リソグラフィー用重合体のレジスト用溶媒への溶解性やアルカリ現像液への溶解性の低下の原因となり、その結果レジスト組成物の感度が低下する。また、高分子量成分(ハイポリマー)は、リソグラフィー溶液塗布時のディフェクト量も増加させる。
下記特許文献2では、かかるハイポリマーの生成を抑える方法として、重合性モノマーを含有する溶液と、重合開始剤を含有する溶液とを、各々独立した貯槽に保持し、重合系内に連続的または断続的に供給してラジカル共重合させる方法が提案されている。
下記特許文献2では、かかるハイポリマーの生成を抑える方法として、重合性モノマーを含有する溶液と、重合開始剤を含有する溶液とを、各々独立した貯槽に保持し、重合系内に連続的または断続的に供給してラジカル共重合させる方法が提案されている。
しかしながら、上記特許文献2に記載されている方法では、半導体リソグラフィー用重合体の溶媒への溶解性、またはリソグラフィー溶液塗布時のディフェクト発生量が充分に改善されない場合がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、溶媒への溶解性が良好であり、半導体リソグラフィー溶液に用いたときに塗布時のディフェクトが十分に少なくなるヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート(共)重合体、および該(共)重合体の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、半導体リソグラフィー工程において使用される(共)重合体であって、反応器内の反応液温70〜100℃にてラジカル重合した時の(共)重合体であり、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される重量平均分子量(Mw)の5倍以上の高分子量成分のピーク面積が、全体のピーク面積に対して0.2%未満であるヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート(共)重合体に関する。
また、本発明の第2の態様は、反応器内に、ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレートを含む単量体および重合開始剤を供給しながら、該反応器内で重合体を生成する工程を有する重合体の製造方法であって、単量体の全供給量のうちの12.5質量%が、前記反応器内に供給された時点で、重合開始剤の全供給量のうちの30質量%以上が、該反応器内に供給されるヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート(共)重合体の製造方法に関する。
本発明の(共)重合体の製造方法によれば、溶媒への溶解性が良好であり、半導体リソグラフィー溶液塗布時のディフェクト量が十分低減した、ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート(共)重合体が得られる。
本発明のリソグラフィー用重合体は、溶媒への溶解性が良好であり、リソグラフィー溶液塗布時のディフェクト量の低減ができる。
本発明のリソグラフィー用重合体は、溶媒への溶解性が良好であり、リソグラフィー溶液塗布時のディフェクト量の低減ができる。
本明細書において、「(メタ)アクリル酸」は、アクリル酸またはメタクリル酸を意味し、「(メタ)アクリロイルオキシ」は、アクリロイルオキシまたはメタクリロイルオキシを意味する。
本発明における重合体の重量平均分子量(Mw)および分子量分布(Mw/Mn)は、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値である。
本発明における重合体の重量平均分子量(Mw)および分子量分布(Mw/Mn)は、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値である。
<(共)重合体>
本発明の第1の態様において、ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート(共)重合体は、反応器内の反応液温を70〜100℃にて制御したラジカル重合により製造した半導体リソグラフィー工程において使用される(共)重合体であって、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される重量平均分子量(Mw)の5倍以上の高分子量成分のピーク面積が、全体のピーク面積に対して0.2%未満、好ましくは0.1%未満である。
本発明の第1の態様において、ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート(共)重合体は、反応器内の反応液温を70〜100℃にて制御したラジカル重合により製造した半導体リソグラフィー工程において使用される(共)重合体であって、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される重量平均分子量(Mw)の5倍以上の高分子量成分のピーク面積が、全体のピーク面積に対して0.2%未満、好ましくは0.1%未満である。
上記式GPCにより測定される重量平均分子量(Mw)の5倍以上の高分子量成分のピーク面積が、上記範囲である(共)重合体は、高分子量成分の生成が抑制されており、マイクロゲル生成等を抑制することができるため、半導体リソグラフィー組成物に用いた場合、溶媒への溶解性に優れ、ディフェクト量の低減した半導体リソグラフィー膜を形成できる。
なお、本発明において、「(共)重合体」とは、ホモポリマーおよびコポリマーをいう。
また、本発明において、「ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート(共)重合体」は、少なくとも一つの構成単位として、ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレートを含む単量体を(共)重合した繰り返し単位を有する重合体または(共)重合体をいう。
また、本発明において、「ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート(共)重合体」は、少なくとも一つの構成単位として、ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレートを含む単量体を(共)重合した繰り返し単位を有する重合体または(共)重合体をいう。
上記ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート(共)重合体を構成する構成単位・単量体として、例えば、4−ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
なお、上記ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレートは、フェニル基部分が吸光性基としての性質を有しており、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とともに、ヒドロキシ基部分が架橋部位としての作用効果を奏するため、反射防止膜用(共)重合体として好ましく用いられる。
また、上記(共)重合体の構成単位が、反射防止膜用重合体である場合には、レジスト膜と混合を避けるため、硬化剤などと反応して硬化可能なアミノ基、アミド基、ヒドロキシル基、エポキシ基等の反応性官能基を有する構成単位とを含む共重合体が挙げられる。
また、上記(共)重合体の構成単位が、反射防止膜用重合体である場合には、他の吸光性基を有する構成単位との共重合体であってもよい。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。
上記他の吸光性基を有する構成単位・単量体として、例えば、フェニル(メタ)アクリレート、スチレン、p-ヒドロキシスチレン等が挙げられる。
上記他の吸光性基を有する構成単位・単量体として、例えば、フェニル(メタ)アクリレート、スチレン、p-ヒドロキシスチレン等が挙げられる。
あるいは、必要に応じてラクトン骨格を有する構成単位、親水性基を有する構成単位等の公知の構成単位等を更に有していてもよい。
ラクトン骨格を有する構成単位・単量体としては、例えば、β−メタアクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン等が挙げられる。
親水性基を有する構成単位・単量体としては、例えば、ヒドロキシメチル(メタ)アクリレー、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
ラクトン骨格を有する構成単位・単量体としては、例えば、β−メタアクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン等が挙げられる。
親水性基を有する構成単位・単量体としては、例えば、ヒドロキシメチル(メタ)アクリレー、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
あるいは、上記(共)重合体がレジスト用重合体である場合には、酸脱離性基を有する構成単位を有することが好ましく、この他に、必要に応じてラクトン骨格を有する構成単位、親水性基を有する構成単位等の公知の構成単位を有していてもよい。
また、上記(共)重合体がギャップフィル膜用重合体である場合には、狭いギャップに流れ込むための適度な粘度を有し、レジスト膜や反射防止膜との混合を避けるため、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構成単位を含む共重合体、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。
また、上記(共)重合体の構成単位が反射防止膜用重合体である場合には、液浸リソグラフィーに用いられるトップコート膜用重合体の例としては、カルボキシル基を有する構成単位を含む共重合体、水酸基が置換したフッ素含有基を有する構成単位を含む共重合体等が挙げられる。
上記(共)重合体の重量平均分子量(Mw)は1,000〜100,000が好ましく、3,000〜30,000がより好ましい。分子量分布(Mw/Mn)は1.0〜3.0が好ましく、1.1〜2.5がより好ましい。
<(共)重合体の製造方法>
本発明の(共)重合体は、反応器内の反応液温を70〜100℃にて制御したラジカル重合法によって製造される。重合方法は特に限定されないが、分子量分散や温度制御の簡便性、ポリマーの均一性・再現性の観点から、溶液重合法が好ましい。
なお、反応温度が70℃以上であれば、分子量分散性が小さく、開始剤の選択範囲が広くなるため好ましい。また、反応温度が100℃以下であれば、熱媒の問題等による実機製造装置の制限が少なく、また、製造上のコントロールが容易であるため好ましい。
本発明の重合体の製造方法は、反応器内に単量体および重合開始剤を供給しながら、反応器内で重合体を生成する工程を有する。単量体および重合開始剤のいずれも液状で供給することが好ましい。単量体および重合開始剤の供給方法は、反応器内に徐々に供給できる方法であればよく、好ましくは滴下により供給される。供給は連続的でもよく、断続的でもよい。供給速度は一定でもよく、経時的に変化してもよい。
本発明の(共)重合体は、反応器内の反応液温を70〜100℃にて制御したラジカル重合法によって製造される。重合方法は特に限定されないが、分子量分散や温度制御の簡便性、ポリマーの均一性・再現性の観点から、溶液重合法が好ましい。
なお、反応温度が70℃以上であれば、分子量分散性が小さく、開始剤の選択範囲が広くなるため好ましい。また、反応温度が100℃以下であれば、熱媒の問題等による実機製造装置の制限が少なく、また、製造上のコントロールが容易であるため好ましい。
本発明の重合体の製造方法は、反応器内に単量体および重合開始剤を供給しながら、反応器内で重合体を生成する工程を有する。単量体および重合開始剤のいずれも液状で供給することが好ましい。単量体および重合開始剤の供給方法は、反応器内に徐々に供給できる方法であればよく、好ましくは滴下により供給される。供給は連続的でもよく、断続的でもよい。供給速度は一定でもよく、経時的に変化してもよい。
好ましくは、反応器内を所定の重合温度まで加熱した後、単量体及び重合開始剤を液状で反応器内に供給する。単量体は、単量体のみからなる液の状態で供給してもよく、又は単量体を溶媒に溶解させた単量体溶液を供給してもよい。単量体溶液は、使用する単量体の全部を含む一液を用いてもよく、使用する単量体の一部をそれぞれ含む二液以上を用いてもよい。
重合開始剤は、単量体からなる液に溶解させた液状で供給してもよく、単量体溶液に溶解させた液状で供給してもよく、又は溶媒のみに溶解させた液状で供給してもよい。使用する重合開始剤の全部を一液に含有させてもよく、二液以上に分けて供給してもよい。
単量体と重合開始剤を同じ液に溶解させて供給する場合、同じ貯槽内で両者を混合した後、反応器中に供給してもよく、各々独立した貯槽からから反応器に供給する直前で混合してもよい。
単量体と重合開始剤を同じ液に溶解させて供給する場合、同じ貯槽内で両者を混合した後、反応器中に供給してもよく、各々独立した貯槽からから反応器に供給する直前で混合してもよい。
反応器には予め溶媒を仕込んでもよく、仕込まなくてもよい。反応器に予め溶媒を仕込まない場合、単量体または重合開始剤は、溶媒がない状態で反応器中に供給される。好ましくは反応器内に予め溶媒を仕込んでおく。
本発明の第2の態様では、単量体の全供給量のうちの12.5質量%が、反応器内に供給された時点で、重合開始剤の全供給量のうちの25質量%以上が、該反応器内に供給されているように、供給を制御する。
すなわち、仮に単量体と重合開始剤を同時に供給開始して、供給速度を一定とし、同時に供給終了した場合、単量体および重合開始剤のそれぞれの全供給量に対する供給割合は、どの時点でも互いに同じになる。例えば単量体の全供給量のうちの12.5質量%が反応器内に供給された時点で、重合開始剤も全供給量のうちの12.5質量%が反応器内に供給されている。これに対して本発明では、単量体が供給される期間の初期における重合開始剤の供給量を多くする。すなわち単量体の全供給量のうちの12.5質量%が反応器内に供給された時点までに、該反応器内に供給される重合開始剤の量は、重合開始剤の全供給量に対して少なくとも25質量%であり、好ましくは50質量%以上である。
さらに、単量体の全供給量のうちの12.5質量%が反応器内に供給された時点までに、該反応器内に供給される重合開始剤の量は、70質量%以上であってもよく、100質量%でもよい。
すなわち、仮に単量体と重合開始剤を同時に供給開始して、供給速度を一定とし、同時に供給終了した場合、単量体および重合開始剤のそれぞれの全供給量に対する供給割合は、どの時点でも互いに同じになる。例えば単量体の全供給量のうちの12.5質量%が反応器内に供給された時点で、重合開始剤も全供給量のうちの12.5質量%が反応器内に供給されている。これに対して本発明では、単量体が供給される期間の初期における重合開始剤の供給量を多くする。すなわち単量体の全供給量のうちの12.5質量%が反応器内に供給された時点までに、該反応器内に供給される重合開始剤の量は、重合開始剤の全供給量に対して少なくとも25質量%であり、好ましくは50質量%以上である。
さらに、単量体の全供給量のうちの12.5質量%が反応器内に供給された時点までに、該反応器内に供給される重合開始剤の量は、70質量%以上であってもよく、100質量%でもよい。
単量体と重合開始剤は、一方を先に供給開始した後、遅れて他方を供給開始してもよく、両方を同時に供給開始してもよいが、両方を同時に供給開始するか、または重合開始剤を先に供給開始することが好ましい。両方を同時に供給開始するのがより好ましい。
また、単量体と重合開始剤の供給速度をそれぞれ別個に制御できることが好ましい。したがって、単量体の一部または全部を含む液と、重合開始剤の一部又は全部を含む液の、少なくとも二液を用いることが好ましい。
また、単量体と重合開始剤の供給速度をそれぞれ別個に制御できることが好ましい。したがって、単量体の一部または全部を含む液と、重合開始剤の一部又は全部を含む液の、少なくとも二液を用いることが好ましい。
重合体の生成を安定して行う上で、単量体の供給は連続的で、供給速度は一定であることが好ましい。一方、重合開始剤の供給は連続的で、段階的に供給速度が変化することが好ましい。すなわち、重合開始剤の供給開始直後は供給速度が大きく、かつ一定速度であり、所定量供給した後、供給速度を小さくして、一定速度で供給することが好ましい。重合開始剤の供給開始直後の供給速度が大きい期間は、単量体が重合開始剤と同時に供給開始されてから、または単量体が重合開始剤より遅れて供給開始されてから1〜30分後までに終了することが好ましい。
本発明において、反応器内への単量体への供給速度が一定である場合は、反応器内に単量体が供給される全期間の12.5%の時間が経過した時点で、上記と同様に、重合開始剤の全供給量のうちの25質量%以上が、反応器内に供給されていればよい。この場合も、重合開始剤の供給速度は一定でもよく、経時的に変化してもよい。
本発明によれば、後述の実施例・比較例に示されるように、単量体の全供給量のうちの12.5質量%が反応器内に供給された時点までに、重合開始剤の全供給量のうちの25質量%以上を反応器内に供給することにより、単量体と重合開始剤の供給開始および供給終了が互いに同時で、かつ供給速度がいずれも一定である比較例(以下、「供給割合が等しい比較例」という。)に比べて、得られる重合体の溶解性が向上し、半導体リソグラフィー用組成物としたときの感度が向上する。
すなわち、単量体の組成と使用量および重合開始剤の使用量が互いに同じであるとき、本発明の製造方法で得られる重合体の方が、供給割合が等しい比較例に比べてMwは小さくなり、溶解性が向上する。
すなわち、単量体の組成と使用量および重合開始剤の使用量が互いに同じであるとき、本発明の製造方法で得られる重合体の方が、供給割合が等しい比較例に比べてMwは小さくなり、溶解性が向上する。
また、重合開始剤の使用量を変えることによって、供給割合が等しい比較例のMwと、本発明の製造方法で得られる重合体のMwとをほぼ同等としたとき、本発明の製造方法で得られる重合体の方が、溶解性が高くなる。
したがって、本発明によれば、従来品と単量体組成およびMwが同じでありながら、溶解性が向上した重合体を製造できる。さらに、重合開始剤の使用量を調整すれば、単量体組成を変化させずにMwを調整できるため、所望の単量体組成で、所望のMwを有し、かつ溶解性に優れた重合体を製造できる。
本発明においてかかる効果が得られる理由は、単量体が供給される期間の初期における重合開始剤の供給量を多くしたことにより、ハイポリマーの生成が抑えられるためと考えられる。
したがって、本発明によれば、従来品と単量体組成およびMwが同じでありながら、溶解性が向上した重合体を製造できる。さらに、重合開始剤の使用量を調整すれば、単量体組成を変化させずにMwを調整できるため、所望の単量体組成で、所望のMwを有し、かつ溶解性に優れた重合体を製造できる。
本発明においてかかる効果が得られる理由は、単量体が供給される期間の初期における重合開始剤の供給量を多くしたことにより、ハイポリマーの生成が抑えられるためと考えられる。
<重合開始剤>
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。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。アゾ化合物がより好ましい。
重合開始剤の使用量(全供給量)は、重合開始剤の種類に応じて、また得ようとする重合体の目標分子量に応じて設定される。重合開始剤の使用量が多いと、得られる重合体の分子量が小さくなり、重合開始剤の使用量が少ないと、得られる重合体の分子量が大きくなる傾向がある。
重合開始剤の使用量(全供給量)の範囲は、特に限定されないが、単量体の合計(全供給量)の100質量部に対して、0.1〜40.0質量部の範囲が好ましく、0.3〜30.0質量部の範囲がより好ましい。
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。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。アゾ化合物がより好ましい。
重合開始剤の使用量(全供給量)は、重合開始剤の種類に応じて、また得ようとする重合体の目標分子量に応じて設定される。重合開始剤の使用量が多いと、得られる重合体の分子量が小さくなり、重合開始剤の使用量が少ないと、得られる重合体の分子量が大きくなる傾向がある。
重合開始剤の使用量(全供給量)の範囲は、特に限定されないが、単量体の合計(全供給量)の100質量部に対して、0.1〜40.0質量部の範囲が好ましく、0.3〜30.0質量部の範囲がより好ましい。
<溶媒>
本発明の重合体の製造方法においては重合溶媒を用いてもよい。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(例えばジエチルエーテル、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(例えば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。
本発明の重合体の製造方法においては重合溶媒を用いてもよい。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(例えばジエチルエーテル、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(例えば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。
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。
重合体の平均分子量の測定方法、重合体の溶解性の評価方法は以下の通りである。
重合体の平均分子量の測定方法、重合体の溶解性の評価方法は以下の通りである。
[重量平均分子量測定]
重合体の重量平均分子量(Mw)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:1.7mMリン酸THF溶液、
試料:重合体の約20mgを5mLのTHFに溶解し、0.2μm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。
重合体の重量平均分子量(Mw)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:1.7mMリン酸THF溶液、
試料:重合体の約20mgを5mLのTHFに溶解し、0.2μm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。
検量線:標準ポリスチレンの約20mgを5mLのTHFに溶解し、0.2μmメンブレンフィルターで濾過した溶液を用いて、上記の条件で分離カラムに注入し、溶出時間と分子量の関係を求めた。標準ポリスチレンは、下記の東ソー社製の標準ポリスチレン(いずれも商品名)を用いた。
F−80(Mw=707,000)、
F−40(Mw=354,000)、
F−10(Mw=98,900)
F−2(Mw=19,200)、
F−1(Mw=10,100)、
A−5000(Mw=5,200)、
A−2500(Mw=2,740)、
A−1000(Mw=950)、
A−500(Mw=578、266の混合物)、
スチレンモノマー(Mw=104)。
F−80(Mw=707,000)、
F−40(Mw=354,000)、
F−10(Mw=98,900)
F−2(Mw=19,200)、
F−1(Mw=10,100)、
A−5000(Mw=5,200)、
A−2500(Mw=2,740)、
A−1000(Mw=950)、
A−500(Mw=578、266の混合物)、
スチレンモノマー(Mw=104)。
<ピーク面積比の求め方>
以下に、図1を用いて、本発明におけるピーク面積比の算出方法を説明する。図1は、本発明を説明するための(共)重合体のGPCチャートの一例を示す概念図である。
(1)(共)重合体について、GPC測定を行い、GPCチャート1を取得する。なお、図1において、横軸は分子量(対数)、縦軸は信号(ピーク)強度(微分分析値)を表す。
(2)GPCチャートのベースライン2を引き、(共)重合体全体について、重量平均分子量Mw及び(共)重合体ピーク全体の面積S1を求める。ここで、面積S1とは、ベースラインと(共)重合体ピーク全体で囲まれた領域の面積をいう。
なお、本明細書において、ベースラインとは、GPC測定の際、試料を注入した後、信号強度の変化率が変化した時の(重合体が検出される直前の)信号強度と、ピークトップ位置が出現した後、信号強度の変化率が変化しなくなった時の(重合体が検出し終わった直後の)信号強度を結んで設定することができる。
(3)(共)重合体ピークにおける、重量平均分子量(Mw)5倍以上の部分の面積S2を求める。ここで、面積S2とは、上記S1において、重量平均分子量(Mw)5倍以上の領域の面積をいう。
(4)重量平均分子量(Mw)5倍以上の部分のピーク面積(S2)/全体のピーク面積(S1)×100(%)を算出する。
以下に、図1を用いて、本発明におけるピーク面積比の算出方法を説明する。図1は、本発明を説明するための(共)重合体のGPCチャートの一例を示す概念図である。
(1)(共)重合体について、GPC測定を行い、GPCチャート1を取得する。なお、図1において、横軸は分子量(対数)、縦軸は信号(ピーク)強度(微分分析値)を表す。
(2)GPCチャートのベースライン2を引き、(共)重合体全体について、重量平均分子量Mw及び(共)重合体ピーク全体の面積S1を求める。ここで、面積S1とは、ベースラインと(共)重合体ピーク全体で囲まれた領域の面積をいう。
なお、本明細書において、ベースラインとは、GPC測定の際、試料を注入した後、信号強度の変化率が変化した時の(重合体が検出される直前の)信号強度と、ピークトップ位置が出現した後、信号強度の変化率が変化しなくなった時の(重合体が検出し終わった直後の)信号強度を結んで設定することができる。
(3)(共)重合体ピークにおける、重量平均分子量(Mw)5倍以上の部分の面積S2を求める。ここで、面積S2とは、上記S1において、重量平均分子量(Mw)5倍以上の領域の面積をいう。
(4)重量平均分子量(Mw)5倍以上の部分のピーク面積(S2)/全体のピーク面積(S1)×100(%)を算出する。
[(共)重合体の溶解性の評価試験]
各(共)重合体の固形分が20質量%になるように、プロピレングリコールモノメチルエーテル(以下、PGME) で希釈した溶液を調製した。その希釈溶液10質量部に、
貧溶媒として、n-ヘプタンまたはジイソプロピルエーテルを徐々に滴下していき、ポリマー析出を目視で確認した時の析出したポリマー量(質量部)を測定した。
加えた貧溶媒質量部を、ポリマー析出した時のポリマー質量部で割った時の割合(%)を算出した。
上記割合(%)が大きいほど、貧溶媒添加により析出しやすい高分子量体成分が少なく、半導体リソグラフィー用溶媒への溶解性が良好であることを示す。
上記割合(%)が小さいほど、高分子量体成分が多く、半導体リソグラフィー用溶媒への溶解性に劣ることを示す。
各(共)重合体の固形分が20質量%になるように、プロピレングリコールモノメチルエーテル(以下、PGME) で希釈した溶液を調製した。その希釈溶液10質量部に、
貧溶媒として、n-ヘプタンまたはジイソプロピルエーテルを徐々に滴下していき、ポリマー析出を目視で確認した時の析出したポリマー量(質量部)を測定した。
加えた貧溶媒質量部を、ポリマー析出した時のポリマー質量部で割った時の割合(%)を算出した。
上記割合(%)が大きいほど、貧溶媒添加により析出しやすい高分子量体成分が少なく、半導体リソグラフィー用溶媒への溶解性が良好であることを示す。
上記割合(%)が小さいほど、高分子量体成分が多く、半導体リソグラフィー用溶媒への溶解性に劣ることを示す。
<実施例1>
攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する調合槽に、4−ヒドロキシフェニルメタクリレート 50.43質量部、PGME117.7質量部、および重合開始剤であるジ
メチル−2,2′−アゾビス(2−メチルプロピオネート)(和光純薬工業(株)製、V−601)2.072質量部を注入し、撹拌して単量体溶液を調製した(溶液1)。また、攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する第二の調合槽にPGME 4.14質量部、およびV−601 2.072質量部を注入し、撹拌して開始剤溶液を調製した(溶液2)。窒素導入口、攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する重合槽に、窒素雰囲気下で、PGME 79.9質量部を注入し、攪拌しながら温度を80℃に保持した。上記の(溶液1)を240分間、(溶液2)を30分間かけて一定速度で滴下した。その後、溶液を80℃で180分間保持し、重合体溶液を得た。
攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する調合槽に、4−ヒドロキシフェニルメタクリレート 50.43質量部、PGME117.7質量部、および重合開始剤であるジ
メチル−2,2′−アゾビス(2−メチルプロピオネート)(和光純薬工業(株)製、V−601)2.072質量部を注入し、撹拌して単量体溶液を調製した(溶液1)。また、攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する第二の調合槽にPGME 4.14質量部、およびV−601 2.072質量部を注入し、撹拌して開始剤溶液を調製した(溶液2)。窒素導入口、攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する重合槽に、窒素雰囲気下で、PGME 79.9質量部を注入し、攪拌しながら温度を80℃に保持した。上記の(溶液1)を240分間、(溶液2)を30分間かけて一定速度で滴下した。その後、溶液を80℃で180分間保持し、重合体溶液を得た。
<実施例2>
攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する調合槽に、4−ヒドロキシフェニルメタクリレート 42.76質量部、β−メタアクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン10
.69質量部、PGME103.3質量部、PGMEA21.4質量部、およびV-60
1 2.092質量部を注入し、撹拌して単量体溶液を調製した(溶液3)。また、攪拌
機、ジャケットおよびコンデンサを有する第二の調合槽にPGME 4.18質量部、お
よびV-601 2.092質量部を注入し、撹拌して開始剤溶液を調製した(溶液4)。窒素導入口、攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する重合槽に、窒素雰囲気下で、PGME 84.9質量部を注入し、攪拌しながら温度を80℃に保持した。上記の(溶
液3)を240分間、(溶液4)を30分間で一定速度で滴下した。その後、溶液を80℃で180分間保持し、重合体溶液を得た。
攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する調合槽に、4−ヒドロキシフェニルメタクリレート 42.76質量部、β−メタアクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン10
.69質量部、PGME103.3質量部、PGMEA21.4質量部、およびV-60
1 2.092質量部を注入し、撹拌して単量体溶液を調製した(溶液3)。また、攪拌
機、ジャケットおよびコンデンサを有する第二の調合槽にPGME 4.18質量部、お
よびV-601 2.092質量部を注入し、撹拌して開始剤溶液を調製した(溶液4)。窒素導入口、攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する重合槽に、窒素雰囲気下で、PGME 84.9質量部を注入し、攪拌しながら温度を80℃に保持した。上記の(溶
液3)を240分間、(溶液4)を30分間で一定速度で滴下した。その後、溶液を80℃で180分間保持し、重合体溶液を得た。
<比較例1>
攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する調合槽に、4−ヒドロキシフェニルメタクリレート50.43質量部、PGME117.7質量部、およびV−601 5.526質量部を注入し、撹拌して単量体溶液を調製した(溶液5)。窒素導入口、攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する重合槽に、窒素雰囲気下で、PGME 84.1質量
部を注入し、攪拌しながら温度を80℃に保持した。上記の(溶液5)を240分間かけて一定速度で滴下した。その後、溶液を80℃で180分間保持し、重合体溶液を得た。
攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する調合槽に、4−ヒドロキシフェニルメタクリレート50.43質量部、PGME117.7質量部、およびV−601 5.526質量部を注入し、撹拌して単量体溶液を調製した(溶液5)。窒素導入口、攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する重合槽に、窒素雰囲気下で、PGME 84.1質量
部を注入し、攪拌しながら温度を80℃に保持した。上記の(溶液5)を240分間かけて一定速度で滴下した。その後、溶液を80℃で180分間保持し、重合体溶液を得た。
<比較例2>
攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する調合槽に、4−ヒドロキシフェニルメタクリレート 42.76質量部、β−メタアクリロイルオキシ−γ-ブチロラクトン10.69質量部、PGME 103.3質量部、PGMEA21.4質量部、およびV-601
5.578質量部を注入し、撹拌して単量体溶液を調製した(溶液6)。窒素導入口、
攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する重合槽に、窒素雰囲気下で、PGME 89.1質量部を注入し、攪拌しながら温度を80℃に保持した。上記の(溶液6)を240分間で一定速度で滴下した。その後、溶液を80℃で180分間保持し、重合体溶液を得た。
攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する調合槽に、4−ヒドロキシフェニルメタクリレート 42.76質量部、β−メタアクリロイルオキシ−γ-ブチロラクトン10.69質量部、PGME 103.3質量部、PGMEA21.4質量部、およびV-601
5.578質量部を注入し、撹拌して単量体溶液を調製した(溶液6)。窒素導入口、
攪拌機、ジャケットおよびコンデンサを有する重合槽に、窒素雰囲気下で、PGME 89.1質量部を注入し、攪拌しながら温度を80℃に保持した。上記の(溶液6)を240分間で一定速度で滴下した。その後、溶液を80℃で180分間保持し、重合体溶液を得た。
上記実施例1、2及び比較例1、2により得られた重合体の、GPCによる分子量分析結果を以下に示す。示差屈折計におけるピーク全体の重量平均分子量(Mw)と、特定の分子量以上の高分子量成分(ハイポリマー)のピーク面積が、全体のピーク面積に対する割合を求めた。
上記実施例1〜2及び比較例1〜2により得られた重合体の溶解性評価試験の結果を下記表3及び4に示す。に示す。
上記表1及び2の結果より、実施例1では、重量平均分子量(Mw)の5倍以上の高分子量成分が0.2%未満である、ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート(共)重合体が得られていることが分かった。
また、上記表3及び4の溶解性評価試験の結果より、これらのヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート(共)重合体の溶媒に対する溶解度が向上していると判断できる。
また、上記表3及び4の溶解性評価試験の結果より、これらのヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート(共)重合体の溶媒に対する溶解度が向上していると判断できる。
本発明によって、半導体リソグラフィー性能に悪影響を与える高分子量成分が減少しており、リソグラフィー溶液塗布時のディフェクト量低減を実現すると推測できる。
Claims (1)
- ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される重量平均分子量(Mw)の5倍以上の高分子量成分のピーク面積が、全体のピーク面積に対して0.2%未満である反射防止膜用ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート(共)重合体。
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JP4481789B2 (ja) * | 2004-10-18 | 2010-06-16 | 昭和高分子株式会社 | エポキシ硬化剤 |
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