JP4687893B2 - Resist protective film material and pattern forming method - Google Patents

Resist protective film material and pattern forming method Download PDF

Info

Publication number
JP4687893B2
JP4687893B2 JP2005335255A JP2005335255A JP4687893B2 JP 4687893 B2 JP4687893 B2 JP 4687893B2 JP 2005335255 A JP2005335255 A JP 2005335255A JP 2005335255 A JP2005335255 A JP 2005335255A JP 4687893 B2 JP4687893 B2 JP 4687893B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resist
protective film
film material
water
pattern forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2005335255A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007140228A (en
Inventor
畠山  潤
裕次 原田
武 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Chemical Co Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority to JP2005335255A priority Critical patent/JP4687893B2/en
Publication of JP2007140228A publication Critical patent/JP2007140228A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4687893B2 publication Critical patent/JP4687893B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

本発明は、半導体素子などの製造工程における微細加工、特に波長193nmのArFエキシマレーザーを光源とし、投影レンズとウエハーの間に水を挿入する液浸フォトリソグラフィーにおいて、フォトレジスト層を保護すべくレジスト上層膜材料として用いるレジスト保護膜材料及びこれを用いたパターン形成方法に関する。   The present invention provides a resist for protecting a photoresist layer in immersion photolithography in which microfabrication in a manufacturing process of a semiconductor element or the like, in particular, an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm is used as a light source and water is inserted between a projection lens and a wafer. The present invention relates to a resist protective film material used as an upper layer film material and a pattern forming method using the same.

近年、LSIの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が求められている中、現在汎用技術として用いられている光露光では、光源の波長に由来する本質的な解像度の限界に近づきつつある。レジストパターン形成の際に使用する露光光として、水銀灯のg線(436nm)もしくはi線(365nm)を光源とする光露光が広く用いられた。更なる微細化のための手段として、露光波長を短波長化する方法が有効とされ、64Mビット(加工寸法が0.25μm以下)DRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリー)以降の量産プロセスには、露光光源としてi線(365nm)に代わって短波長のKrFエキシマレーザー(248nm)が利用された。しかし、更に微細な加工技術(加工寸法が0.2μm以下)を必要とする集積度256M及び1G以上のDRAMの製造には、より短波長の光源が必要とされ、10年ほど前からArFエキシマレーザー(193nm)を用いたフォトグラフィーが本格的に検討されてきた。当初ArFリソグラフィーは180nmノードのデバイス作製から適用されるはずであったが、KrFエキシマリソグラフィーは130nmノードデバイス量産まで延命され、ArFリソグラフィーの本格適用は90nmノードからである。更に、NAを0.9にまで高めたレンズと組み合わせて65nmノードデバイスの検討が行われている。次の45nmノードデバイスには露光波長の短波長化が推し進められ、波長157nmのF2リソグラフィーが候補に挙がった。しかしながら、投影レンズに高価なCaF2単結晶を大量に用いることによるスキャナーのコストアップ、ソフトペリクルの耐久性が極めて低いためのハードペリクル導入に伴う光学系の変更、レジスト膜のエッチング耐性低下等の種々の問題により、F2リソグラフィーの先送りと、ArF液浸リソグラフィーの早期導入が提唱された(非特許文献1:Proc. SPIE Vol. 4690 xxix)。 In recent years, with the higher integration and higher speed of LSIs, there is a demand for finer pattern rules. In light exposure currently used as a general-purpose technology, the intrinsic resolution limit derived from the wavelength of the light source Is approaching. As exposure light used for forming a resist pattern, light exposure using a g-ray (436 nm) or i-line (365 nm) of a mercury lamp as a light source has been widely used. As a means for further miniaturization, a method of shortening the exposure wavelength is effective, and for mass production processes after 64 Mbit (process size is 0.25 μm or less) DRAM (Dynamic Random Access Memory). As a light source for exposure, a short wavelength KrF excimer laser (248 nm) was used in place of i-line (365 nm). However, in order to manufacture DRAMs with a density of 256M and 1G or more that require finer processing technology (processing dimensions of 0.2 μm or less), a light source with a shorter wavelength is required, and an ArF excimer has been used for about 10 years. Photography using a laser (193 nm) has been studied in earnest. Initially, ArF lithography was supposed to be applied from the device fabrication of the 180 nm node, but KrF excimer lithography was extended to 130 nm node device mass production, and full-scale application of ArF lithography is from the 90 nm node. Further, a 65 nm node device is being studied in combination with a lens whose NA is increased to 0.9. For the next 45 nm node device, the exposure wavelength has been shortened, and F 2 lithography with a wavelength of 157 nm was nominated. However, the cost of the scanner is increased by using a large amount of expensive CaF 2 single crystal for the projection lens, the optical system is changed due to the introduction of the hard pellicle because the durability of the soft pellicle is extremely low, and the etching resistance of the resist film is reduced. Due to various problems, F 2 lithography was postponed and early introduction of ArF immersion lithography was proposed (Non-patent Document 1: Proc. SPIE Vol. 4690 xxix).

ArF液浸リソグラフィーにおいて、投影レンズとウエハーの間に水を含浸させることが提案されている。193nmにおける水の屈折率は1.44であり、NA1.0以上のレンズを使ってもパターン形成が可能で、理論上はNAを1.44にまで上げることができる。NAの向上分だけ解像力が向上し、NA1.2以上のレンズと強い超解像技術の組み合わせで45nmノードの可能性が示されている(非特許文献2:Proc. SPIE Vol. 5040 p724)。   In ArF immersion lithography, it has been proposed to impregnate water between the projection lens and the wafer. The refractive index of water at 193 nm is 1.44, and it is possible to form a pattern using a lens having an NA of 1.0 or more. Theoretically, the NA can be increased to 1.44. The resolution is improved by the improvement of NA, and the possibility of a 45 nm node is shown by a combination of a lens of NA 1.2 or higher and strong super-resolution technology (Non-patent Document 2: Proc. SPIE Vol. 5040 p724).

ここで、レジスト膜の上に水が存在することによる様々な問題が指摘された。発生した酸や、クエンチャーとしてレジスト膜に添加されているアミン化合物が水に溶解してしまうことによる形状変化や、膨潤によるパターン倒れなどである。そのため、レジスト膜と水との間に保護膜を設けることが有効であることが提案されている(非特許文献3:2nd Immersion Work Shop, July 11, 2003, Resist and Cover Material Investigation for Immersion Lithography)。   Here, various problems due to the presence of water on the resist film have been pointed out. This includes shape change caused by dissolution of the generated acid or amine compound added to the resist film as a quencher in water, pattern collapse due to swelling, and the like. Therefore, it has been proposed that it is effective to provide a protective film between the resist film and water (Non-patent Document 3: 2nd Immersion Work Shop, July 11, 2003, Resist and Cover Material Investigation Lithography). .

レジスト上層の保護膜は、今まで反射防止膜として検討された経緯がある。例えば、特許文献1〜3:特開昭62−62520号公報、特開昭62−62521号公報、特開昭60−38821号公報に示されるARCOR法などである。ARCOR法はレジスト膜上に透明な反射防止膜を形成し、露光後剥離する工程を含む方法であり、その簡便な方法で微細かつ高精度及び合わせ精度の高いパターンを形成する方法である。反射防止膜として低屈折率材料のパーフルオロアルキル化合物(パーフルオロアルキルポリエーテル、パーフルオロアルキルアミン)を用いると、レジスト膜−反射防止膜界面の反射光を大幅に低減し、寸法精度が向上する。フッ素系の材料としては、前述の材料以外に特許文献4:特開平5−74700号公報に示されるパーフルオロ(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール)−テトラフルオロエチレン共重合体、パーフルオロ(アリルビニルエーテル)、パーフルオロブテニルビニルエーテルの環化重合体などの非晶質ポリマーなどが提案されている。   The protective film on the resist upper layer has been studied as an antireflection film until now. Examples thereof include the ARCOR method disclosed in Patent Documents 1 to 3, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 62-62520, 62-62521, and 60-38821. The ARCOR method is a method including a step of forming a transparent antireflection film on a resist film and peeling off after exposure, and is a method of forming a fine pattern with high accuracy and high alignment accuracy by the simple method. When a perfluoroalkyl compound (perfluoroalkyl polyether, perfluoroalkylamine), which is a low refractive index material, is used as the antireflection film, the reflected light at the resist film-antireflection film interface is greatly reduced and the dimensional accuracy is improved. . Examples of the fluorine-based material include perfluoro (2,2-dimethyl-1,3-dioxole) -tetrafluoroethylene copolymer disclosed in JP-A-5-74700 as well as the above-mentioned materials. Amorphous polymers such as cyclized polymers of fluoro (allyl vinyl ether) and perfluorobutenyl vinyl ether have been proposed.

しかし、上記パーフルオロアルキル化合物は、有機物との相溶性が低いことから、塗布膜厚を制御するための希釈液にはフロンなどが用いられているが、周知の通りフロンは現在環境保全の観点からその使用が問題となっている。また、上記化合物は均一な成膜性に問題があり、反射防止膜としては十分であるとはいえなかった。また、フォトレジスト膜の現像前に、反射防止膜をフロンで剥離しなければならなかった。そのため、従来装置に反射防止膜剥離用のシステムの増設をしなければならない、フロン系溶剤のコストがかなりかさむなど実用面でのデメリットが大きかった。   However, since the perfluoroalkyl compound has low compatibility with organic substances, chlorofluorocarbon is used as a diluent for controlling the coating film thickness. Therefore, its use has become a problem. Moreover, the said compound had a problem in uniform film formability, and it could not be said that it was enough as an antireflection film. Further, before developing the photoresist film, the antireflection film had to be peeled off with chlorofluorocarbon. For this reason, there have been significant demerits in practical use, such as the need to add a system for removing the antireflection film to the conventional apparatus and the considerable cost of the fluorocarbon solvent.

従来装置に増設無しで反射防止膜の剥離を行おうとすると、現像ユニットを使って剥離を行うのが最も望ましい。フォトレジストの現像ユニットで用いられる溶液は、現像液であるアルカリ水溶液と、リンス液である純水であるので、これらの溶液で容易に剥離できる反射防止膜材料が望ましいといえる。そのため、数多くの水溶性の反射防止膜材料及びこれらを用いるパターン形成方法が提案された。例えば、特許文献5,6:特開平6−273926号公報、特許第2803549号公報などである。   When the antireflection film is peeled off without adding to the conventional apparatus, it is most desirable to peel off using the developing unit. Since the solution used in the photoresist developing unit is an alkaline aqueous solution as a developer and pure water as a rinse solution, it can be said that an antireflection film material that can be easily peeled off with these solutions is desirable. Therefore, many water-soluble antireflection film materials and pattern forming methods using these have been proposed. For example, Patent Documents 5 and 6: JP-A-6-273926, Patent 2803549, and the like.

ところが、水溶性保護膜は、露光中に水に溶解してしまうので液浸リソグラフィーには用いることができない。一方で、非水溶性のフッ素系ポリマーは特殊なフロン系の剥離剤が必要であるということとフロン系溶媒専用の剥離カップが必要という問題があり、非水溶性で、簡便に剥離可能なレジスト保護膜が求められていた。   However, since the water-soluble protective film is dissolved in water during exposure, it cannot be used for immersion lithography. On the other hand, water-insoluble fluorine-based polymers have the problems that a special fluorocarbon-based release agent is required and that a special cup for fluorocarbon solvents is required. There was a need for a protective film.

ここで、ヘキサフルオロアルコールをペンダントしたメタクリレートをベースにする現像液可溶なトップコートが提案されている(非特許文献4:J.Photopolymer Sci. and Technol. Vol.18 No.5 p615 (2005))。このものはTgが150℃と高く、アルカリ溶解性も高く、レジスト膜との相性も良好である。
露光機のスキャンスピードを上げるためには、水に接触するフォトレジスト保護膜の滑水性を上げる必要がある。滑水性を上げるには、単に撥水性を上げるだけではなく、異種の撥水性基を組み合わせ、ミクロドメイン構造を形成することが効果的であると報告されている。例えば、シロキサンをグラフトしたフッ素樹脂などは非常に優れた滑水性を示す(非特許文献5:XXIV FATIPEC Congress Book.、Vol.B, p15−38 (1997))。このものは、フッ素樹脂単独、シリコーン樹脂単独よりも優れた滑水性であり、TEM観察により、10〜20nmのドメイン構造を形成していることが示されている(非特許文献6:Progress in Organic Coatings, 31, p97−104(1997))。
Here, a developer-soluble top coat based on methacrylate pendant of hexafluoroalcohol has been proposed (Non-patent Document 4: J. Photopolymer Sci. And Technol. Vol. 18 No. 5 p615 (2005)). ). This has a high Tg of 150 ° C., high alkali solubility, and good compatibility with a resist film.
In order to increase the scanning speed of the exposure machine, it is necessary to increase the water slidability of the photoresist protective film in contact with water. In order to increase the water slidability, it is reported that it is effective not only to increase the water repellency but also to combine different types of water repellency groups to form a microdomain structure. For example, a fluororesin grafted with siloxane exhibits extremely excellent water slidability (Non-patent Document 5: XXIV FATIPEC Congress Book, Vol. B, p15-38 (1997)). This is superior in lubricity than fluororesin alone and silicone resin alone, and TEM observation shows that a domain structure of 10 to 20 nm is formed (Non-patent Document 6: Progress in Organic). Coatings, 31, p97-104 (1997)).

Proc. SPIE Vol. 4690 xxixProc. SPIE Vol. 4690 xxix Proc. SPIE Vol. 5040 p724Proc. SPIE Vol. 5040 p724 2nd Immersion Work Shop, July 11, 2003, Resist and Cover Material Investigation for Immersion Lithography2nd Immersion Work Shop, July 11, 2003, Resist and Cover Material Investing for Immersion Lithography J.Photopolymer Sci. and Technol. Vol.18 No.5 p615 (2005)J. et al. Photopolymer Sci. and Technol. Vol. No. 18 5 p615 (2005) XXIV FATIPEC Congress Book.、Vol.B, p15−38 (1997)XXIV FATIPEC Congress Book. Vol. B, p15-38 (1997) Progress in Organic Coatings, 31, p97−104(1997)Progress in Organic Coatings, 31, p97-104 (1997) 特開昭62−62520号公報JP-A-62-62520 特開昭62−62521号公報JP-A-62-62521 特開昭60−38821号公報JP 60-38821 A 特開平5−74700号公報JP-A-5-74700 特開平6−273926号公報JP-A-6-273926 特許第2803549号公報Japanese Patent No. 2803549

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、良好な液浸リソグラフィーを可能とし、しかもフォトレジスト層の現像時に同時に除することができて、優れたプロセス適用性を有する液浸リソグラフィー用レジスト保護膜材料、及びこのような材料を用いた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 makes it possible to perform good immersion lithography, and can be removed at the same time as development of a photoresist layer, and has excellent process applicability and resist protection for immersion lithography. An object of the present invention is to provide a film material and a pattern forming method using such a material.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、疎水性基としてフルオロアルキル基とアルキル基の両方を有する繰り返し単位によって、滑水性が非常に高いフォトレジスト保護膜材料として有望であることを見出した。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention are promising as a photoresist protective film material having very high lubricity due to a repeating unit having both a fluoroalkyl group and an alkyl group as hydrophobic groups. I found out.

即ち、上記非特許文献6によると、フルオロアルキル基のフッ素原子は水分子の水素原子と弱く結合する。一方、アルキル基は水分子の酸素と結合する。分子軌道法による計算では、フルオロアルキル基と水によるフッ素−水素結合距離は0.187nmであり、アルキル基−水による水素−酸素結合距離0.252nmよりも短く、フルオロアルキル基の方がアルキル基よりも水分子と短い結合距離にいることが示されている。水分子との結合距離が短いと、滑水性が低下することになり、好ましくない。ここでは、フルオロアルキル基とアルキル基とでは、水分子集合体への配向角度が示され、それぞれの配向角度が異なることが示されている。   That is, according to Non-Patent Document 6, the fluorine atom of the fluoroalkyl group is weakly bonded to the hydrogen atom of the water molecule. On the other hand, the alkyl group is bonded to oxygen in the water molecule. In the calculation by the molecular orbital method, the fluorine-hydrogen bond distance between the fluoroalkyl group and water is 0.187 nm, which is shorter than the hydrogen-oxygen bond distance between alkyl group-water and 0.252 nm, and the fluoroalkyl group is the alkyl group. It is shown to be at a shorter bond distance with water molecules than. If the bond distance with water molecules is short, the sliding property is lowered, which is not preferable. Here, the orientation angle to the water molecule aggregate is shown between the fluoroalkyl group and the alkyl group, and each orientation angle is different.

これに対し、本発明者らは、水への結合距離を長くするために、フルオロアルキル基とアルキル基の両方を撥水性基として用いることを試みた(特願2005−301197号)。ここで、フルオロアルキル基を持つポリマーと、アルキル基を持つポリマーとのブレンド、あるいはフルオロアルキル基を有する繰り返し単位とアルキル基を有する繰り返し単位との共重合によって、今までにない高い滑水性を得ることができたものである。フルオロアルキル基とアルキル基とが共存すると、それぞれに対する水の最適な配向位置が異なるために、撥水性基と水との間に斥力が働き、水との結合距離が長くなることによって高い滑水性を得ることができたと考えられる。   On the other hand, the present inventors tried to use both a fluoroalkyl group and an alkyl group as a water-repellent group in order to increase the bond distance to water (Japanese Patent Application No. 2005-301197). Here, a blend of a polymer having a fluoroalkyl group and a polymer having an alkyl group, or copolymerization of a repeating unit having a fluoroalkyl group and a repeating unit having an alkyl group, provides unprecedented high water slidability. Was able to. When a fluoroalkyl group and an alkyl group coexist, the optimum orientation position of water with respect to each other is different, so that a repulsive force acts between the water repellent group and water, and a long water-bonding distance increases the water-sliding property. It is thought that I was able to get.

更に本発明においては、1分子中にフルオロアルキル基とアルキル基の両方を存在させることによって水との斥力を更に増大させる効果が達成され、これによって今までにない程の優れた滑水性を有する液浸リソグラフィー用の保護膜を得ることができ、本発明を完成させたのである。   Further, in the present invention, the presence of both a fluoroalkyl group and an alkyl group in one molecule achieves the effect of further increasing the repulsive force with water, thereby having an unprecedented excellent water slidability. A protective film for immersion lithography could be obtained and the present invention was completed.

従って、本発明は、下記レジスト保護膜材料及びパターン形成方法を提供する。
請求項1:
下記繰り返し単位a1又はa2で示されるフルオロアルキル基とアルキル基の両方を有する繰り返し単位を含む高分子化合物を用いることを特徴とする液浸リソグラフィー用レジスト保護膜材料。

Figure 0004687893

(式中、R 1 、R 2 のいずれか一方は炭素数1〜20のアルキル基であり、他方は炭素数1〜20のフッ素化されたアルキル基である。R 3 、R 4 のいずれか一方は炭素数1〜20のアルキル基であり、他方は炭素数1〜20のフッ素化されたアルキル基であり、エステル基及び/又はエーテル基を含んでいてもよい。Xは−C(=O)−、−O−、−O−C(=O)−であり、nは0〜3の整数、mは0又は1である。)
請求項
高分子化合物が、更にアルカリ溶解性の繰り返し単位を含む請求項記載のレジスト保護膜材料。
請求項3
アルカリ溶解性の繰り返し単位が、カルボキシル基又はα−フルオロアルコールを有する繰り返し単位である請求項2記載のレジスト保護膜材料。
請求項4:
更に、上記高分子化合物を溶解する溶媒を含有する請求項1、2又は3記載のレジスト保護膜材料。
請求項5:
ウエハーに形成したフォトレジスト層上にレジスト上層膜材料による保護膜を形成し、露光を行った後、現像を行うリソグラフィーによるパターン形成方法において、上記レジスト上層膜材料として請求項1乃至4のいずれか1項記載のレジスト保護膜材料を用いることを特徴とするパターン形成方法。
請求項6:
ウエハーに形成したフォトレジスト層上にレジスト上層膜材料による保護膜を形成し、水中で露光を行った後、現像を行う液浸リソグラフィーによるパターン形成方法において、上記レジスト上層膜材料として請求項1乃至4のいずれか1項記載のレジスト保護膜材料を用いることを特徴とするパターン形成方法。
請求項7:
液浸リソグラフィーが、180〜250nmの範囲の露光波長を用い、投影レンズとウエハーの間に水を挿入させたものである請求項6記載のパターン形成方法。
請求項8:
露光後に行う現像工程において、アルカリ現像液によりフォトレジスト層の現像とレジスト上層膜材料の保護膜の剥離とを同時に行う請求項5、6又は7記載のパターン形成方法。 Accordingly, the present invention provides the following resist protective film material and pattern forming method.
Claim 1:
A resist protective film material for immersion lithography , comprising using a polymer compound containing a repeating unit having both a fluoroalkyl group and an alkyl group represented by the following repeating unit a1 or a2 .
Figure 0004687893

(In the formula, one of R 1 and R 2 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and the other is a fluorinated alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. Any of R 3 and R 4 One is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and the other is a fluorinated alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and may contain an ester group and / or an ether group, X is —C (= O)-, -O-, -OC (= O)-, n is an integer of 0 to 3, and m is 0 or 1.
Claim 2 :
Resist protective film material of claim 1, wherein the polymer compound further contains a repeating unit of alkali solubility.
Claim 3 :
The resist protective film material according to claim 2, wherein the alkali-soluble repeating unit is a repeating unit having a carboxyl group or α-fluoroalcohol.
Claim 4:
Furthermore, the resist protective film material of Claim 1, 2, or 3 containing the solvent which melt | dissolves the said high molecular compound.
Claim 5:
5. A lithography pattern forming method in which a protective film made of a resist upper layer film material is formed on a photoresist layer formed on a wafer, exposed and then developed, and the resist upper layer film material is used as the resist upper layer film material. A pattern forming method comprising using the resist protective film material according to claim 1.
Claim 6:
A pattern forming method by immersion lithography in which a protective film made of a resist upper layer film material is formed on a photoresist layer formed on a wafer, exposed in water, and then developed, wherein the resist upper layer film material is used as the resist upper layer film material. 5. A pattern forming method using the resist protective film material according to any one of 4 above.
Claim 7:
The pattern forming method according to claim 6, wherein the immersion lithography uses an exposure wavelength in the range of 180 to 250 nm and water is inserted between the projection lens and the wafer.
Claim 8:
8. The pattern forming method according to claim 5, wherein development of the photoresist layer and peeling of the protective film of the resist upper layer film material are simultaneously performed with an alkali developer in the development step performed after exposure.

本発明の液浸リソグラフィーによるパターン形成方法は、レジスト膜上に形成されるレジスト保護膜が、非水溶性でアルカリ水溶液(アルカリ現像液)に溶解可能であり、しかも滑水性に優れ、レジスト膜とミキシングしないものであるので、良好な液浸リソグラフィーを行うことができ、またアルカリ現像時にレジスト膜の現像と保護膜の除去とを同時に一括して行うことができる。   In the pattern forming method by the immersion lithography of the present invention, the resist protective film formed on the resist film is water-insoluble and can be dissolved in an alkaline aqueous solution (alkaline developer), and has excellent sliding properties. Since mixing is not performed, satisfactory immersion lithography can be performed, and development of the resist film and removal of the protective film can be simultaneously performed at the same time during alkali development.

本発明のレジスト保護膜材料は、特に、ウエハーに形成したフォトレジスト層上にレジスト上層膜材料による保護膜を形成し、水中で露光を行った後、現像を行う液浸リソグラフィーによるパターン形成方法において、上記レジスト上層膜材料として用いられるもので、疎水性基として1つの繰り返し単位内にフルオロアルキル基とアルキル基の両方を有する高分子化合物を添加してなるものである。   In particular, the resist protective film material of the present invention is a pattern forming method by immersion lithography in which a protective film made of a resist upper layer film material is formed on a photoresist layer formed on a wafer, exposed in water, and then developed. These are used as the resist upper layer film material, and are formed by adding a polymer compound having both a fluoroalkyl group and an alkyl group in one repeating unit as a hydrophobic group.

ここで、フルオロアルキル基とアルキル基を有する繰り返し単位は、下記式(1)の繰り返し単位a1又はa2で示すことができる。

Figure 0004687893
Here, the repeating unit having a fluoroalkyl group and an alkyl group can be represented by the repeating unit a1 or a2 of the following formula (1).
Figure 0004687893

ここで、式中、R1、R2のいずれか一方は炭素数1〜20、特に2〜16の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、他方は炭素数1〜20、特に2〜16の直鎖状、分岐状又は環状のフッ素化されたアルキル基である。R3、R4のいずれか一方は炭素数1〜20、特に2〜16の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、他方は炭素数1〜20、特に2〜16の直鎖状、分岐状又は環状のフッ素化されたアルキル基であり、−C(=O)−、−O−、−O−C(=O)−という態様でエステル基及び/又はエーテル基を含んでいてもよい。Xは−C(=O)−、−O−、又は−O−C(=O)−であり、nは0〜3の整数、mは0又は1である。 Here, in the formula, any one of R 1 and R 2 is a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, particularly 2 to 16 carbon atoms, and the other is 1 to 20 carbon atoms, in particular. 2 to 16 linear, branched or cyclic fluorinated alkyl groups. One of R 3 and R 4 is a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, particularly 2 to 16 carbon atoms, and the other is a linear chain having 1 to 20 carbon atoms, particularly 2 to 16 carbon atoms. , A branched or cyclic fluorinated alkyl group containing an ester group and / or an ether group in the form of —C (═O) —, —O—, —O—C (═O) —. May be. X is —C (═O) —, —O—, or —O—C (═O) —, n is an integer of 0 to 3, and m is 0 or 1.

繰り返し単位a1は、具体的には下記に例示することができる。
ここでは、R1がフルオロアルキル基、R2がアルキル基の例を示したが、必ずしもこの通りでなく、R1がアルキル基、R2がフルオロアルキル基であってもよい。
Specific examples of the repeating unit a1 are shown below.
Here, an example in which R 1 is a fluoroalkyl group and R 2 is an alkyl group is shown, but this is not necessarily the case, and R 1 may be an alkyl group and R 2 may be a fluoroalkyl group.

Figure 0004687893
Figure 0004687893

繰り返し単位a2は、具体的には下記に例示することができる。
ここでも、R3がフルオロアルキル基、R4がアルキル基の例を示したが、必ずしもこの通りでなく、R3がアルキル基、R4がフルオロアルキル基であってもよい。
The repeating unit a2 can be specifically exemplified below.
Here, an example in which R 3 is a fluoroalkyl group and R 4 is an alkyl group is shown, but this is not necessarily the case, and R 3 may be an alkyl group and R 4 may be a fluoroalkyl group.

Figure 0004687893
Figure 0004687893

本発明のレジスト保護膜材料は、フルオロアルキル基とアルキル基の両方を1分子中に含む繰り返し単位として含むことを必須とする。このレジスト保護膜は、露光、ポストエクスポジュアーベーク(PEB)後、剥離を行う。この場合、有機溶媒で剥離してもよいが、アルカリ溶解性によって現像時に剥離してもよい。アルカリ溶解性のためには、a1及び/又はa2の繰り返し単位にアルカリ溶解性の繰り返し単位bを共重合して含有させる必要がある。   The resist protective film material of the present invention must contain a repeating unit containing both a fluoroalkyl group and an alkyl group in one molecule. This resist protective film is peeled off after exposure and post-exposure baking (PEB). In this case, it may be peeled off with an organic solvent, but may be peeled off during development due to alkali solubility. For alkali solubility, it is necessary to copolymerize and contain the alkali-soluble repeating unit b in the repeating unit a1 and / or a2.

ここで、a1及び/又はa2と共重合するアルカリ溶解性を得るための溶解性基について示す。アルカリ溶解性基としては、フェノール基、スルホ基、カルボキシル基、α−フルオロアルコール等が挙げられ、これらの中ではカルボキシル基とα−フルオロアルコールを好ましく用いることができる。カルボキシル基あるいはα−フルオロアルコールを有する繰り返し単位としては、具体的には下記に例示することができる。   Here, it shows about the solubility group for obtaining the alkali solubility copolymerized with a1 and / or a2. Examples of the alkali-soluble group include a phenol group, a sulfo group, a carboxyl group, and an α-fluoroalcohol. Among these, a carboxyl group and an α-fluoroalcohol can be preferably used. Specific examples of the repeating unit having a carboxyl group or an α-fluoroalcohol are shown below.

Figure 0004687893
Figure 0004687893

Figure 0004687893
Figure 0004687893

Figure 0004687893
Figure 0004687893

Figure 0004687893
Figure 0004687893

この場合、式(1)の撥水性の繰り返し単位a1、a2とアルカリ溶解性の繰り返し単位bを共重合させた高分子化合物の水への溶解速度が0.1Å(オングストローム)/s以下、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からなる現像液の溶解速度が300Å/s以上のレジスト保護膜を形成することができる。   In this case, the dissolution rate in water of the polymer compound obtained by copolymerizing the water-repellent repeating units a1 and a2 of formula (1) and the alkali-soluble repeating unit b is 0.1 Å (angstrom) / s or less, 2 A resist protective film having a dissolution rate of a developer composed of an aqueous solution of 38 mass% tetramethylammonium hydroxide and having a dissolution rate of 300 kg / s or more can be formed.

a1、a2とbとの共重合比率は、アルカリ可溶型トップコートの場合は、アルカリ溶解速度の調整によって変動する。この場合の好ましい共重合比率は、0≦a1≦0.8、0≦a2≦0.8、0.03≦a1+a2≦0.8、0≦b≦0.9、より好ましくは0≦a1≦0.7、0≦a2≦0.7、0.05≦a1+a2≦0.6、0≦b≦0.8の範囲である。この場合、a1+a2+b≦1であり、a1+a2+b<1の場合、残りの単位は、式(1)の単位a1、a2において、アルキル基又はフルオロアルキル基のみを有する繰り返し単位である。   In the case of an alkali-soluble top coat, the copolymerization ratio of a1, a2 and b varies depending on the adjustment of the alkali dissolution rate. Preferred copolymerization ratios in this case are 0 ≦ a1 ≦ 0.8, 0 ≦ a2 ≦ 0.8, 0.03 ≦ a1 + a2 ≦ 0.8, 0 ≦ b ≦ 0.9, and more preferably 0 ≦ a1 ≦. The ranges are 0.7, 0 ≦ a2 ≦ 0.7, 0.05 ≦ a1 + a2 ≦ 0.6, and 0 ≦ b ≦ 0.8. In this case, when a1 + a2 + b ≦ 1, and when a1 + a2 + b <1, the remaining units are repeating units having only an alkyl group or a fluoroalkyl group in the units a1 and a2 of the formula (1).

なお、ここで、a1+a2+b=1とは、繰り返し単位a1、a2、bを含む高分子化合物において、繰り返し単位a1、a2、bの合計量が全繰り返し単位の合計量に対して100モル%であることを示す。   Here, a1 + a2 + b = 1 means that in the polymer compound containing the repeating units a1, a2, and b, the total amount of the repeating units a1, a2, and b is 100 mol% with respect to the total amount of all the repeating units. It shows that.

本発明の高分子化合物は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算の重量平均分子量が、1,000〜500,000、好ましくは2,000〜30,000であることが望ましい。重量平均分子量が小さすぎるとレジスト材料とミキシングを起こしたり、水に溶解し易くなったりする。大きすぎるとスピンコート後の成膜性に問題が生じたり、アルカリ溶解性が低下したりすることがある。   The polymer compound of the present invention has a polystyrene-reduced weight average molecular weight of 1,000 to 500,000, preferably 2,000 to 30,000, as determined by gel permeation chromatography (GPC). If the weight average molecular weight is too small, mixing with the resist material occurs, or it becomes easy to dissolve in water. If it is too large, there may be a problem in film formability after spin coating, or the alkali solubility may be lowered.

これら高分子化合物の合成は、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合などによるが、ブロック重合を行う場合、リビングアニオン重合などのリビング重合が有効である。重合方法としては、繰り返し単位a1、a2、bを得るための不飽和結合を有するモノマーを有機溶剤中、開始剤を加え、加熱重合を行うことにより、高分子化合物を得ることができる。重合時に使用する有機溶剤としては、トルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジオキサン、メタノール、エタノール、イソプロパノール等が例示できる。重合開始剤としては、ラジカル重合においては2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、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)、ベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド等が例示でき、アニオン重合としてはアルキルリチウムが用いられ、その中でも特にsec−ブチルリチウム、n−ブチルリチウムがリビングアニオン重合用開始剤として好ましく用いられる。カチオン重合としては、硫酸、燐酸、塩酸、硝酸、次亜塩素酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、カンファースルホン酸、トシル酸等の酸、BF3、AlCl3、TiCl4、SnCl4などのフリーデルクラフツ触媒のほか、I2、(C653CClのようにカチオンを生成し易い物質が使用される。重合温度としては、好ましくは50〜80℃に加熱して重合できる。反応時間としては2〜100時間、好ましくは5〜20時間である。 The synthesis of these polymer compounds is based on radical polymerization, anionic polymerization, cationic polymerization, and the like, but when performing block polymerization, living polymerization such as living anion polymerization is effective. As a polymerization method, a polymer compound can be obtained by adding an initiator to a monomer having an unsaturated bond for obtaining the repeating units a1, a2, and b in an organic solvent and performing heat polymerization. Examples of the organic solvent used at the time of polymerization include toluene, benzene, tetrahydrofuran, diethyl ether, dioxane, methanol, ethanol, isopropanol and the like. As the polymerization initiator, in radical polymerization, 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2-azobis (2- Methyl propionate), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, and the like. Alkyl lithium is used as anionic polymerization, and among them, sec-butyl lithium and n-butyl lithium are particularly preferably used as an initiator for living anion polymerization. It is done. Examples of cationic polymerization include sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid, nitric acid, hypochlorous acid, trichloroacetic acid, trifluoroacetic acid, methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, camphorsulfonic acid, tosylic acid, BF 3 , AlCl 3 , TiCl 4, SnCl 4 other Friedel-Crafts catalyst such as, I 2, (C 6 H 5) 3 substance which easily generates a cation as CCl are used. As polymerization temperature, it can superpose | polymerize, preferably heating at 50-80 degreeC. The reaction time is 2 to 100 hours, preferably 5 to 20 hours.

本発明のレジスト保護膜材料は、上記高分子化合物を溶媒に溶解させて用いることが好ましい。またこの場合、スピンコーティング法による成膜性の点から、上記高分子化合物の濃度が0.1〜20質量%、特に0.5〜10質量%となるように溶媒を使用することが好ましい。   The resist protective film material of the present invention is preferably used by dissolving the polymer compound in a solvent. In this case, it is preferable to use a solvent so that the concentration of the polymer compound is 0.1 to 20% by mass, particularly 0.5 to 10% by mass, from the viewpoint of film formability by spin coating.

用いられる溶媒としては特に限定されないが、レジスト層を溶解させる溶媒は好ましくない。例えば、レジスト溶媒として用いられるシクロヘキサノン、メチル−2−n−アミルケトン等のケトン類、3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール等のアルコール類、プロピ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、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピ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メチルエーテル等のエーテル類、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、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸tert−ブチル、プロピオン酸tert−ブチル、プロピレングリコールモノ−tert−ブチルエーテルアセテート等のエステル類などは好ましくない。   The solvent used is not particularly limited, but a solvent that dissolves the resist layer is not preferable. For example, ketones such as cyclohexanone and methyl-2-n-amyl ketone used as a resist solvent, 3-methoxybutanol, 3-methyl-3-methoxybutanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol Alcohols such as propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate , Ethyl lactate, ethyl pyruvate, butyl acetate, methyl 3-methoxypropionate, 3-ethoxy Ethyl propionate, acetate tert- butyl, tert- butyl propionate, and esters such as propylene glycol monobutyl -tert- butyl ether acetate is not preferable.

レジスト層を溶解しない溶媒としては、炭素数4以上の高級アルコール、トルエン、キシレン、アニソール、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、エーテルなどの非極性溶媒を挙げることができる。特に炭素数4以上の高級アルコールが好ましく用いられ、具体的には1−ブチルアルコール、2−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、tert−アミルアルコール、ネオペンチルアルコール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、3−メチル−3−ペンタノール、シクロペンタノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、2,3−ジメチル−2−ブタノール、3,3−ジメチル−1−ブタノール、3,3−ジメチル−2−ブタノール、2−ジエチル−1−ブタノール、2−メチル−1−ペンタノール、2−メチル−2−ペンタノール、2−メチル−3−ペンタノール、3−メチル−1−ペンタノール、3−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−3−ペンタノール、4−メチル−1−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、4−メチル−3−ペンタノール、シクロヘキサノール、ジイソプロピルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、メチルシクロペンチルエーテル、メチルシクロヘキシルエーテルが挙げられる。   Examples of the solvent that does not dissolve the resist layer include nonpolar solvents such as higher alcohols having 4 or more carbon atoms, toluene, xylene, anisole, hexane, cyclohexane, heptane, octane, decane, and ether. In particular, higher alcohols having 4 or more carbon atoms are preferably used. Specifically, 1-butyl alcohol, 2-butyl alcohol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, tert-amyl alcohol, neopentyl alcohol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 3-methyl-3-pentanol, cyclopentanol, 1-hexanol, 2-hexanol, 3-hexanol, 2,3-dimethyl-2-butanol, 3,3-dimethyl-1-butanol, 3,3-dimethyl-2-butanol, 2-diethyl-1-butanol, 2-methyl-1-pentanol, 2-methyl 2-pentanol, 2-methyl-3-pentanol, 3-methyl-1-pentane 3-methyl-2-pentanol, 3-methyl-3-pentanol, 4-methyl-1-pentanol, 4-methyl-2-pentanol, 4-methyl-3-pentanol, cyclohexanol , Diisopropyl ether, diisobutyl ether, di-n-butyl ether, methylcyclopentyl ether, and methylcyclohexyl ether.

一方、フッ素系の溶媒もレジスト層を溶解しないので好ましく用いることができる。
このようなフッ素置換された溶媒を例示すると、2−フルオロアニソール、3−フルオロアニソール、4−フルオロアニソール、2,3−ジフルオロアニソール、2,4−ジフルオロアニソール、2,5−ジフルオロアニソール、5,8−ジフルオロ−1,4−ベンゾジオキサン、2,3−ジフルオロベンジルアルコール、1,3−ジフルオロ−2−プロパノール、2’,4’−ジフルオロプロピオフェノン、2,4−ジフルオロトルエン、トリフルオロアセトアルデヒドエチルヘミアセタール、トリフルオロアセトアミド、トリフルオロエタノール、2,2,2−トリフルオロエチルブチレート、エチルヘプタフルオロブチレート、エチルヘプタフルオロブチルアセテート、エチルヘキサフルオログルタリルメチル、エチル−3−ヒドロキシ−4,4,4−トリフルオロブチレート、エチル−2−メチル−4,4,4−トリフルオロアセトアセテート、エチルペンタフルオロベンゾエート、エチルペンタフルオロプロピオネート、エチルペンタフルオロプロピニルアセテート、エチルパーフルオロオクタノエート、エチル−4,4,4−トリフルオロアセトアセテート、エチル−4,4,4−トリフルオロブチレート、エチル−4,4,4−トリフルオロクロトネート、エチルトリフルオロスルホネート、エチル−3−(トリフルオロメチル)ブチレート、エチルトリフルオロピルベート、S−エチルトリフルオロアセテート、フルオロシクロヘキサン、2,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロ−1−ブタノール、1,1,1,2,2,3,3−ヘプタフルオロ−7,7−ジメチル−4,6−オクタンジオン、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタフルオロペンタン−2,4−ジオン、3,3,4,4,5,5,5−ヘプタフルオロ−2−ペンタノール、3,3,4,4,5,5,5−ヘプタフルオロ−2−ペンタノン、イソプロピル4,4,4−トリフルオロアセトアセテート、メチルパーフルオロデナノエート、メチルパーフルオロ(2−メチル−3−オキサヘキサノエート)、メチルパーフルオロノナノエート、メチルパーフルオロオクタノエート、メチル−2,3,3,3−テトラフルオロプロピオネート、メチルトリフルオロアセトアセテート、1,1,1,2,2,6,6,6−オクタフルオロ−2,4−ヘキサンジオン、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロ−1−ペンタノール、1H,1H,2H,2H−パーフルオロ−1−デカノール、パーフルオロ(2,5−ジメチル−3,6−ジオキサンアニオニック)酸メチルエステル、2H−パーフルオロ−5−メチル−3,6−ジオキサノナン、1H,1H,2H,3H,3H−パーフルオロノナン−1,2−ジオール、1H,1H,9H−パーフルオロ−1−ノナノール、1H,1H−パーフルオロオクタノール、1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクタノール、2H−パーフルオロ−5,8,11,14−テトラメチル−3,6,9,12,15−ペンタオキサオクタデカン、パーフルオロトリブチルアミン、パーフルオロトリヘキシルアミン、パーフルオロ−2,5,8−トリメチル−3,6,9−トリオキサドデカン酸メチルエステル、パーフルオロトリペンチルアミン、パーフルオロトリプロピルアミン、1H,1H,2H,3H,3H−パーフルオロウンデカン−1,2−ジオール、トルフルオロブタノール1,1,1−トリフルオロ−5−メチル−2,4−ヘキサンジオン、1,1,1−トリフルオロ−2−プロパノール、3,3,3−トリフルオロ−1−プロパノール、1,1,1−トリフルオロ−2−プロピルアセテート、パーフルオロブチルテトラヒドロフラン、パーフルオロ(ブチルテトラヒドロフラン)、パーフルオロデカリン、パーフルオロ(1,2−ジメチルシクロヘキサン)、パーフルオロ(1,3−ジメチルシクロヘキサン)、プロピレングリコールトリフルオロメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルトリフルオロメチルアセテート、トリフルオロメチル酢酸ブチル、3−トリフルオロメトキシプロピオン酸メチル、パーフルオロシクロヘキサノン、プロピレングリコールトリフルオロメチルエーテル、トリフルオロ酢酸ブチル、1,1,1−トリフルオロ−5,5−ジメチル−2,4−ヘキサンジオン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−メチル−2−プロパノール、2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロ−1−ブタノール、2−トリフルオロメチル−2−プロパノール,2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノール、3,3,3−トリフルオロ−1−プロパノール、4,4,4−トリフルオロ−1−ブタノールなどが挙げられ、これらの1種を単独で又は2種以上を混合して使用することができるが、これらに限定されるものではない。
On the other hand, a fluorine-based solvent can be preferably used because it does not dissolve the resist layer.
Examples of such fluorine-substituted solvents include 2-fluoroanisole, 3-fluoroanisole, 4-fluoroanisole, 2,3-difluoroanisole, 2,4-difluoroanisole, 2,5-difluoroanisole, 5, 8-difluoro-1,4-benzodioxane, 2,3-difluorobenzyl alcohol, 1,3-difluoro-2-propanol, 2 ′, 4′-difluoropropiophenone, 2,4-difluorotoluene, trifluoroacetaldehyde Ethyl hemiacetal, trifluoroacetamide, trifluoroethanol, 2,2,2-trifluoroethyl butyrate, ethyl heptafluorobutyrate, ethyl heptafluorobutyl acetate, ethyl hexafluoroglutaryl methyl, ethyl-3-hydroxy 4,4,4-trifluorobutyrate, ethyl-2-methyl-4,4,4-trifluoroacetoacetate, ethyl pentafluorobenzoate, ethyl pentafluoropropionate, ethyl pentafluoropropynyl acetate, ethyl perfluoroocta Noate, ethyl-4,4,4-trifluoroacetoacetate, ethyl-4,4,4-trifluorobutyrate, ethyl-4,4,4-trifluorocrotonate, ethyltrifluorosulfonate, ethyl-3 -(Trifluoromethyl) butyrate, ethyl trifluoropyruvate, S-ethyl trifluoroacetate, fluorocyclohexane, 2,2,3,3,4,4,4-heptafluoro-1-butanol, 1,1,1 , 2,2,3,3-heptafluoro-7,7-dimethyl Til-4,6-octanedione, 1,1,1,3,5,5,5-heptafluoropentane-2,4-dione, 3,3,4,4,5,5,5-heptafluoro- 2-pentanol, 3,3,4,4,5,5,5-heptafluoro-2-pentanone, isopropyl 4,4,4-trifluoroacetoacetate, methyl perfluorodenanoate, methyl perfluoro (2 -Methyl-3-oxahexanoate), methyl perfluorononanoate, methyl perfluorooctanoate, methyl-2,3,3,3-tetrafluoropropionate, methyl trifluoroacetoacetate, 1,1, 1,2,2,6,6,6-octafluoro-2,4-hexanedione, 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoro-1-pentanol, 1H, H, 2H, 2H-perfluoro-1-decanol, perfluoro (2,5-dimethyl-3,6-dioxane anionic) acid methyl ester, 2H-perfluoro-5-methyl-3,6-dioxanonane, 1H 1H, 2H, 3H, 3H-perfluorononane-1,2-diol, 1H, 1H, 9H-perfluoro-1-nonanol, 1H, 1H-perfluorooctanol, 1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro Octanol, 2H-perfluoro-5,8,11,14-tetramethyl-3,6,9,12,15-pentaoxaoctadecane, perfluorotributylamine, perfluorotrihexylamine, perfluoro-2,5 8-trimethyl-3,6,9-trioxadodecanoic acid methyl ester, perfluorotripentyl Min, perfluorotripropylamine, 1H, 1H, 2H, 3H, 3H-perfluoroundecane-1,2-diol, trifluorobutanol 1,1,1-trifluoro-5-methyl-2,4-hexanedione 1,1,1-trifluoro-2-propanol, 3,3,3-trifluoro-1-propanol, 1,1,1-trifluoro-2-propyl acetate, perfluorobutyltetrahydrofuran, perfluoro (butyl Tetrahydrofuran), perfluorodecalin, perfluoro (1,2-dimethylcyclohexane), perfluoro (1,3-dimethylcyclohexane), propylene glycol trifluoromethyl ether acetate, propylene glycol methyl ether trifluoromethyl acetate, trifluorome Butyl butyl acetate, methyl 3-trifluoromethoxypropionate, perfluorocyclohexanone, propylene glycol trifluoromethyl ether, butyl trifluoroacetate, 1,1,1-trifluoro-5,5-dimethyl-2,4-hexanedione 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol, 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-methyl-2-propanol, 2,2,3,4 , 4,4-hexafluoro-1-butanol, 2-trifluoromethyl-2-propanol, 2,2,3,3-tetrafluoro-1-propanol, 3,3,3-trifluoro-1-propanol, 4,4,4-trifluoro-1-butanol and the like can be used, and one of these can be used alone or in admixture of two or more. But it is not limited thereto.

本発明の非水溶性でかつアルカリ可溶性のレジスト保護膜(上層膜)材料を使ったパターン形成方法について説明する。まず、フォトレジスト層の上に非水溶性でかつアルカリ可溶性のレジスト保護膜(上層膜)材料をスピンコート法などで成膜する。膜厚は10〜500nmの範囲が好ましい。露光方法は、レジスト保護膜と投影レンズの間が空気あるいは窒素などの気体であるドライ露光でもよいが、レジスト保護膜と投影レンズ間が液体で満たされている液浸露光でもよい。液浸露光では水が好ましく用いられる。液浸露光において、ウエハー裏面への水の回り込みや、基板からの溶出を防ぐために、ウエハーエッジや裏面のクリーニングの有無、及びそのクリーニング方法は重要である。例えばレジスト保護膜をスピンコート後に40〜130℃の範囲で10〜300秒ベークすることによって溶媒を揮発させる。レジスト塗布や、ドライ露光の場合は、スピンコート時にエッジクリーニングを行うが、液浸露光の場合、親水性の高い基板面が水に接触すると、エッジ部分の基板面に水が残ることがあり、好ましいことではない。そのため、レジスト保護膜のスピンコート時にはエッジクリーニングをしない方法が挙げられる。   The pattern forming method using the water-insoluble and alkali-soluble resist protective film (upper layer film) material of the present invention will be described. First, a water-insoluble and alkali-soluble resist protective film (upper layer film) material is formed on the photoresist layer by spin coating or the like. The film thickness is preferably in the range of 10 to 500 nm. The exposure method may be dry exposure in which the space between the resist protective film and the projection lens is a gas such as air or nitrogen, but may be immersion exposure in which the space between the resist protective film and the projection lens is filled with liquid. Water is preferably used in the immersion exposure. In immersion exposure, the presence or absence of cleaning of the wafer edge and back surface and the cleaning method are important in order to prevent water from flowing around the wafer back surface and elution from the substrate. For example, the solvent is volatilized by baking the resist protective film in the range of 40 to 130 ° C. for 10 to 300 seconds after spin coating. In the case of resist coating and dry exposure, edge cleaning is performed at the time of spin coating, but in the case of immersion exposure, when a highly hydrophilic substrate surface comes into contact with water, water may remain on the substrate surface of the edge portion, It is not preferable. Therefore, there is a method in which edge cleaning is not performed during spin coating of the resist protective film.

レジスト保護膜を形成後、KrF又はArF液浸リソグラフィーによって水中で露光する。露光後、ポストエクスポジュアーベーク(PEB)を行い、アルカリ現像液で10〜300秒現像を行う。アルカリ現像液は、2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液が一般的に広く用いられており、本発明のレジスト保護膜の剥離とレジスト膜の現像を同時に行う。PEB前に、レジスト保護膜上に水が残っている場合がある。水が残っている状態でPEBを行うと、水が保護膜を通過し、レジスト中の酸と共沸脱水を起こしてしまい、パターン形成ができなくなる。PEB前に保護膜上の水を完全に除去するため、PEB前のスピンドライ、保護膜表面の乾燥空気や窒素によるパージ、あるいは露光後のステージ上の水回収ノズル形状や水回収プロセスの最適化などによって、保護膜上の水を乾燥あるいは回収する必要がある。更に、本発明に示される撥水性が高く、滑水性に優れるレジスト保護膜は、水回収性に優れている特徴がある。   After forming the resist protective film, exposure is performed in water by KrF or ArF immersion lithography. After exposure, post-exposure baking (PEB) is performed, and development is performed with an alkali developer for 10 to 300 seconds. As the alkaline developer, a 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution is generally widely used, and the resist protective film of the present invention is peeled off and the resist film is developed simultaneously. Before PEB, water may remain on the resist protective film. If PEB is performed with water remaining, water passes through the protective film, causing azeotropic dehydration with the acid in the resist, and pattern formation becomes impossible. In order to completely remove water on the protective film before PEB, spin dry before PEB, purge with dry air or nitrogen on the surface of the protective film, or optimization of the water recovery nozzle shape and water recovery process on the stage after exposure For example, it is necessary to dry or recover the water on the protective film. Furthermore, the resist protective film having high water repellency and excellent water slidability shown in the present invention is characterized by excellent water recoverability.

レジスト材料の種類は、特に限定されない。ポジ型でもネガ型でもよく、通常の炭化水素系の単層レジスト材料でもよく、珪素原子などを含んだバイレイヤーレジスト材料でもよい。KrF露光におけるレジスト材料は、ベース樹脂としてポリヒドロキシスチレン又はポリヒドロキシスチレン−(メタ)アクリレート共重合体の、ヒドロキシ基あるいはカルボキシル基の水素原子が酸不安定基で置換された重合体が好ましく用いられる。   The type of resist material is not particularly limited. It may be a positive type or a negative type, and may be an ordinary hydrocarbon-based single layer resist material or a bilayer resist material containing silicon atoms. As a resist material in KrF exposure, a polymer in which a hydrogen atom of a hydroxy group or a carboxyl group of a polyhydroxystyrene or polyhydroxystyrene- (meth) acrylate copolymer is substituted with an acid labile group is preferably used as a base resin. .

ArF露光におけるレジスト材料は、ベース樹脂として芳香族を含まない構造が必須であり、具体的にはポリアクリル酸及びその誘導体、ノルボルネン誘導体−無水マレイン酸交互重合体及びポリアクリル酸又はその誘導体との3あるいは4元共重合体、テトラシクロドデセン誘導体−無水マレイン酸交互重合体及びポリアクリル酸又はその誘導体との3あるいは4元共重合体、ノルボルネン誘導体−マレイミド交互重合体及びポリアクリル酸又はその誘導体との3あるいは4元共重合体、テトラシクロドデセン誘導体−マレイミド交互重合体及びポリアクリル酸又はその誘導体との3あるいは4元共重合体、及びこれらの2つ以上の、あるいはポリノルボルネン及びメタセシス開環重合体から選択される1種あるいは2種以上の高分子重合体が好ましく用いられる。   The resist material in ArF exposure must have a structure that does not contain an aromatic as a base resin, specifically, polyacrylic acid and its derivatives, norbornene derivative-maleic anhydride alternating polymer, and polyacrylic acid or its derivatives. Tri- or quaternary copolymer, tetracyclododecene derivative-maleic anhydride alternating polymer and polyacrylic acid or a derivative thereof, or ternary copolymer, norbornene derivative-maleimide alternating polymer and polyacrylic acid or the like Tri- or quaternary copolymers with derivatives, tetracyclododecene derivative-maleimide alternating polymers and ternary or quaternary copolymers with polyacrylic acid or its derivatives, and two or more of these, or polynorbornene and One or more polymer polymerizations selected from metathesis ring-opening polymers It is preferably used.

以下、合成例及び実施例と比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。なお、実施例中、GPCはゲルパーミエーションクロマトグラフィーであり、ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を求めた。
また、合成例で使用したモノマー1〜16の構造式を下記に示す。
EXAMPLES Hereinafter, although a synthesis example, an Example, and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not restrict | limited to the following Example. In the examples, GPC is gel permeation chromatography, and the weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) in terms of polystyrene were determined.
The structural formulas of monomers 1 to 16 used in the synthesis examples are shown below.

Figure 0004687893
Figure 0004687893

[合成例1]
200mLのフラスコにモノマー1を41.5g、モノマー3を13.9g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー1とした。
[Synthesis Example 1]
41.5 g of monomer 1, 13.9 g of monomer 3 and 40 g of methanol as a solvent were added to a 200 mL flask. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was 1 H-NMR, the molecular weight was confirmed by GPC, and Example polymer 1 was obtained.

[合成例2]
200mLのフラスコにモノマー1を41.5g、モノマー4を13.1g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー2とした。
[Synthesis Example 2]
41.5 g of monomer 1, 13.1 g of monomer 4 and 40 g of methanol as a solvent were added to a 200 mL flask. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, and the molecular weight was confirmed by GPC.

[合成例3]
200mLのフラスコにモノマー1を41.5g、モノマー5を14.0g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー3とした。
[Synthesis Example 3]
To a 200 mL flask, 41.5 g of monomer 1, 14.0 g of monomer 5 and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, and the molecular weight was confirmed by GPC.

[合成例4]
200mLのフラスコにモノマー1を41.5g、モノマー6を13.1g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー4とした。
[Synthesis Example 4]
To a 200 mL flask, 41.5 g of monomer 1 and 13.1 g of monomer 6 were added, and 40 g of methanol was added as a solvent. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, and the molecular weight was confirmed by GPC.

[合成例5]
200mLのフラスコにモノマー1を41.5g、モノマー7を9.8g、モノマー8を2.7g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー5とした。
[Synthesis Example 5]
In a 200 mL flask, 41.5 g of monomer 1, 9.8 g of monomer 7, 2.7 g of monomer 8 and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, and the molecular weight was confirmed by GPC.

[合成例6]
200mLのフラスコにモノマー2を32.5g、モノマー4を13.1g、モノマー8を2.7g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー6とした。
[Synthesis Example 6]
To a 200 mL flask, 32.5 g of monomer 2, 13.1 g of monomer 4, 2.7 g of monomer 8 and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, and the molecular weight was confirmed by GPC.

[合成例7]
200mLのフラスコにモノマー2を32.5g、モノマー7を9.8g、モノマー8を5.4g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー7とした。
[Synthesis Example 7]
To a 200 mL flask, 32.5 g of monomer 2, 9.8 g of monomer 7, 5.4 g of monomer 8 and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was 1 H-NMR, the molecular weight was confirmed by GPC, and Example polymer 7 was obtained.

[合成例8]
200mLのフラスコにモノマー2を32.5g、モノマー3を14.0g、モノマー8を2.7g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー8とした。
[Synthesis Example 8]
To a 200 mL flask, 32.5 g of monomer 2, 14.0 g of monomer 3, 2.7 g of monomer 8 and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was 1 H-NMR, the molecular weight was confirmed by GPC, and Example polymer 8 was obtained.

[合成例9]
200mLのフラスコにモノマー9を30.0g、モノマー10を14g、溶媒としてメタノールを60g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー9とした。
[Synthesis Example 9]
To a 200 mL flask, 30.0 g of monomer 9, 14 g of monomer 10 and 60 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, the molecular weight was confirmed by GPC, and Example polymer 9 was obtained.

[合成例10]
200mLのフラスコにモノマー9を30.0g、モノマー11を13.6g、溶媒としてメタノールを60g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー10とした。
[Synthesis Example 10]
To a 200 mL flask, 30.0 g of monomer 9, 13.6 g of monomer 11 and 60 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, and the molecular weight was confirmed by GPC.

[合成例11]
200mLのフラスコにモノマー9を30.0g、モノマー12を14.5g、溶媒としてメタノールを60g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー11とした。
[Synthesis Example 11]
To a 200 mL flask, 30.0 g of monomer 9, 14.5 g of monomer 12 and 60 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, and the molecular weight was confirmed by GPC.

[比較合成例1]
200mLのフラスコにモノマー1を41.5g、モノマー13を10.5g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、比較例ポリマー1とした。
[Comparative Synthesis Example 1]
In a 200 mL flask, 41.5 g of monomer 1, 10.5 g of monomer 13 and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, the molecular weight was confirmed by GPC, and Comparative polymer 1 was obtained.

[比較合成例2]
200mLのフラスコにモノマー1を41.5gモノマー14を5.8g、溶媒としてメタノールを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、比較例ポリマー2とした。
[Comparative Synthesis Example 2]
To a 200 mL flask, 41.5 g of monomer 1 and 5.8 g of monomer 14 and 40 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was 1 H-NMR, the molecular weight was confirmed by GPC, and the polymer was Comparative Example 2.

[比較合成例3]
200mLのフラスコにモノマー9を30.0g、モノマー15を9.0g、モノマー13を5.0g、溶媒としてメタノールを60g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、比較例ポリマー3とした。
[Comparative Synthesis Example 3]
To a 200 mL flask, 30.0 g of monomer 9, 9.0 g of monomer 15, 5.0 g of monomer 13 and 60 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, the molecular weight was confirmed by GPC, and Comparative polymer 3 was obtained.

[比較合成例4]
200mLのフラスコにモノマー9を30.0g、モノマー16を4.3g、溶媒としてメタノールを60g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を3g加え、65℃まで昇温後、25時間反応させた。この反応溶液をヘキサンに晶出させて樹脂を単離した。得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、比較例ポリマー4とした。
[Comparative Synthesis Example 4]
To a 200 mL flask, 30.0 g of monomer 9, 4.3 g of monomer 16 and 60 g of methanol as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen flow were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 3 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 65 ° C., followed by reaction for 25 hours. The reaction solution was crystallized from hexane to isolate the resin. The composition of the obtained resin was confirmed by 1 H-NMR, the molecular weight was confirmed by GPC, and a comparative polymer 4 was obtained.

Figure 0004687893
Figure 0004687893

Figure 0004687893
Figure 0004687893

Figure 0004687893
Figure 0004687893

Figure 0004687893
Figure 0004687893

実施例ポリマー1〜11及び比較例ポリマー1〜4は、上記合成例に示したポリマーを用い、それぞれ0.5gをイソブチルアルコール25gに溶解させ、それぞれ0.2ミクロンサイズのポリプロピレンフィルターで濾過し、レジスト保護膜溶液を作製した。
ヘキサメチルジシラザン(HMDS)処理したシリコンウエハー上にレジスト保護膜溶液を塗布し、100℃で60秒間ベークして厚さ50nmのレジスト保護膜を作製した。
次に、上記方法でレジスト保護膜を形成したウエハーを純水で5分間リンスし、膜厚の変動を観察した。結果を表1に示す。
Example polymer 1-11 and comparative example polymer 1-4 use the polymer shown in the above synthesis example, each 0.5 g dissolved in 25 g isobutyl alcohol, each filtered through a 0.2 micron size polypropylene filter, A resist protective film solution was prepared.
A resist protective film solution was applied on a hexamethyldisilazane (HMDS) -treated silicon wafer, and baked at 100 ° C. for 60 seconds to prepare a resist protective film having a thickness of 50 nm.
Next, the wafer on which the resist protective film was formed by the above method was rinsed with pure water for 5 minutes, and the change in film thickness was observed. The results are shown in Table 1.

Figure 0004687893
Figure 0004687893

また、上記方法でレジスト保護膜を形成したウエハーを2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液で現像し、膜厚の変動を観察した。結果を表2に示す。   Further, the wafer on which the resist protective film was formed by the above method was developed with an aqueous 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution, and the change in film thickness was observed. The results are shown in Table 2.

Figure 0004687893
Figure 0004687893

協和界面科学製の傾斜法接触角計Drip Master500を用いて、上記方法でレジスト保護膜(TC1〜11、比較TC1〜4)を形成して水平に保ったウエハー上に50μLの純水を滴下し、水玉を形成した。次にこのウエハーを徐々に傾斜させ、水玉が転落し始めるウエハーの角度(転落角)と後退接触角を求めた。結果を表3に示す。   Using a tilting contact angle meter Drrip Master 500 made by Kyowa Interface Science, 50 μL of pure water was dropped on the wafer that was formed horizontally by the resist protective film (TC1-11, comparative TC1-4) by the above method and kept horizontal. Formed polka dots. Next, the wafer was gradually tilted, and the wafer angle (falling angle) and receding contact angle at which the polka dots began to fall were determined. The results are shown in Table 3.

Figure 0004687893
Figure 0004687893

転落角が小さいことは、水が流動し易いことを示し、後退接触角は高速のスキャン露光においても液滴が残りづらいことを示す。本発明のフルオロアルキル基とアルキル基とを1分子中に有する繰り返し単位のポリマーの場合は、フルオロアルキル基を有する繰り返し単位とアルキル基を有する繰り返し単位それぞれ単独で有するポリマーよりも転落角が小さくなり、後退接触角が大きくなる特徴がある。   A small falling angle indicates that water easily flows, and a receding contact angle indicates that it is difficult for a droplet to remain even in high-speed scanning exposure. In the case of the polymer of a repeating unit having a fluoroalkyl group and an alkyl group in one molecule of the present invention, the falling angle is smaller than a polymer having a repeating unit having a fluoroalkyl group and a repeating unit having an alkyl group alone. There is a feature that the receding contact angle becomes large.

更に、下記に示すレジストポリマー5g、PAG0.25g、クエンチャー0.5gを、55gのプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート(PGMEA)溶液に溶解し、0.2ミクロンサイズのポリプロピレンフィルターで濾過し、レジスト溶液を作製した。Si基板上に作製した日産化学社製反射防止膜ARC−29Aの87nm膜厚上にレジスト溶液を塗布し、120℃で60秒ベークして膜厚150nmのレジスト膜を作製した。その上にレジスト保護膜を塗布し、120℃で60秒間ベークした。擬似的な液浸露光を再現するために、露光後の膜の純水リンスを5分間行った。ニコン製ArFスキャナーS307E(NA0.85 σ0.93 4/5輪帯照明、6%ハーフトーン位相シフトマスク)で露光し、純水をかけながら5分間リンスを行い、110℃で60秒間ポストエクスポジュアーベーク(PEB)を行い、2.38質量%TMAH現像液で60秒間現像を行った。
保護膜無しで露光、純水リンス、PEB、現像、また露光後純水リンスを行わない通常のプロセスも行った。
ウエハーを割断し、75nmラインアンドスペースのパターン形状、感度を比較した。結果を表4に示す。
Further, 5 g of the resist polymer shown below, 0.25 g of PAG, and 0.5 g of quencher are dissolved in 55 g of propylene glycol monoethyl ether acetate (PGMEA) solution, filtered through a 0.2 micron size polypropylene filter, and resist solution Was made. A resist solution was applied on an 87 nm film thickness of an anti-reflective film ARC-29A manufactured by Nissan Chemical Industries on a Si substrate, and baked at 120 ° C. for 60 seconds to prepare a resist film having a film thickness of 150 nm. A resist protective film was applied thereon and baked at 120 ° C. for 60 seconds. In order to reproduce the simulated immersion exposure, the exposed film was rinsed with pure water for 5 minutes. Expose with Nikon ArF scanner S307E (NA0.85 σ0.93 4/5 annular illumination, 6% halftone phase shift mask), rinse for 5 minutes while applying pure water, post-exposure at 110 ° C for 60 seconds Arbake (PEB) was performed, and development was performed for 60 seconds with a 2.38 mass% TMAH developer.
A normal process without exposure, pure water rinsing, PEB, development, and no post-exposure pure water rinsing was also performed.
The wafer was cleaved, and the pattern shape and sensitivity of the 75 nm line and space were compared. The results are shown in Table 4.

Figure 0004687893
Figure 0004687893

Figure 0004687893
Figure 0004687893

保護膜無しで露光後純水リンスを行った場合はT−top形状になった。これは発生した酸が水に溶解したためと考えられる。一方、本発明の保護膜を使った場合は形状の変化は起こらなかった。   When a pure water rinse was performed after exposure without a protective film, a T-top shape was obtained. This is probably because the generated acid was dissolved in water. On the other hand, when the protective film of the present invention was used, the shape did not change.

Claims (8)

下記繰り返し単位a1又はa2で示されるフルオロアルキル基とアルキル基の両方を有する繰り返し単位を含む高分子化合物を用いることを特徴とする液浸リソグラフィー用レジスト保護膜材料。
Figure 0004687893

(式中、R 1 、R 2 のいずれか一方は炭素数1〜20のアルキル基であり、他方は炭素数1〜20のフッ素化されたアルキル基である。R 3 、R 4 のいずれか一方は炭素数1〜20のアルキル基であり、他方は炭素数1〜20のフッ素化されたアルキル基であり、エステル基及び/又はエーテル基を含んでいてもよい。Xは−C(=O)−、−O−、−O−C(=O)−であり、nは0〜3の整数、mは0又は1である。)
A resist protective film material for immersion lithography , comprising using a polymer compound containing a repeating unit having both a fluoroalkyl group and an alkyl group represented by the following repeating unit a1 or a2 .
Figure 0004687893

(In the formula, one of R 1 and R 2 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and the other is a fluorinated alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. Any of R 3 and R 4 One is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and the other is a fluorinated alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and may contain an ester group and / or an ether group, X is —C (= O)-, -O-, -OC (= O)-, n is an integer of 0 to 3, and m is 0 or 1.
高分子化合物が、更にアルカリ溶解性の繰り返し単位を含む請求項記載のレジスト保護膜材料。 Resist protective film material of claim 1, wherein the polymer compound further contains a repeating unit of alkali solubility. アルカリ溶解性の繰り返し単位が、カルボキシル基又はα−フルオロアルコールを有する繰り返し単位である請求項2記載のレジスト保護膜材料。The resist protective film material according to claim 2, wherein the alkali-soluble repeating unit is a repeating unit having a carboxyl group or α-fluoroalcohol. 更に、上記高分子化合物を溶解する溶媒を含有する請求項1、2又は3記載のレジスト保護膜材料。   Furthermore, the resist protective film material of Claim 1, 2, or 3 containing the solvent which melt | dissolves the said high molecular compound. ウエハーに形成したフォトレジスト層上にレジスト上層膜材料による保護膜を形成し、露光を行った後、現像を行うリソグラフィーによるパターン形成方法において、上記レジスト上層膜材料として請求項1乃至4のいずれか1項記載のレジスト保護膜材料を用いることを特徴とするパターン形成方法。   5. A lithography pattern forming method in which a protective film made of a resist upper layer film material is formed on a photoresist layer formed on a wafer, exposed and then developed, and the resist upper layer film material is used as the resist upper layer film material. A pattern forming method comprising using the resist protective film material according to claim 1. ウエハーに形成したフォトレジスト層上にレジスト上層膜材料による保護膜を形成し、水中で露光を行った後、現像を行う液浸リソグラフィーによるパターン形成方法において、上記レジスト上層膜材料として請求項1乃至4のいずれか1項記載のレジスト保護膜材料を用いることを特徴とするパターン形成方法。   A pattern forming method by immersion lithography in which a protective film made of a resist upper layer film material is formed on a photoresist layer formed on a wafer, exposed in water, and then developed, wherein the resist upper layer film material is used as the resist upper layer film material. 5. A pattern forming method using the resist protective film material according to any one of 4 above. 液浸リソグラフィーが、180〜250nmの範囲の露光波長を用い、投影レンズとウエハーの間に水を挿入させたものである請求項6記載のパターン形成方法。   The pattern forming method according to claim 6, wherein the immersion lithography uses an exposure wavelength in the range of 180 to 250 nm and water is inserted between the projection lens and the wafer. 露光後に行う現像工程において、アルカリ現像液によりフォトレジスト層の現像とレジスト上層膜材料の保護膜の剥離とを同時に行う請求項5、6又は7記載のパターン形成方法。   8. The pattern forming method according to claim 5, wherein development of the photoresist layer and peeling of the protective film of the resist upper layer film material are simultaneously performed with an alkali developer in the development step performed after the exposure.
JP2005335255A 2005-11-21 2005-11-21 Resist protective film material and pattern forming method Active JP4687893B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005335255A JP4687893B2 (en) 2005-11-21 2005-11-21 Resist protective film material and pattern forming method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005335255A JP4687893B2 (en) 2005-11-21 2005-11-21 Resist protective film material and pattern forming method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007140228A JP2007140228A (en) 2007-06-07
JP4687893B2 true JP4687893B2 (en) 2011-05-25

Family

ID=38203150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005335255A Active JP4687893B2 (en) 2005-11-21 2005-11-21 Resist protective film material and pattern forming method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4687893B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7704674B1 (en) * 2008-12-31 2010-04-27 Gilles Amblard Method for patterning a photo-resist in an immersion lithography process
KR101948957B1 (en) * 2011-11-11 2019-02-15 제이에스알 가부시끼가이샤 Composition for forming resist upper layer film, method for forming resist pattern, compound, method for producing compound, and polymer
JP6164211B2 (en) * 2012-03-30 2017-07-19 Jsr株式会社 Photoresist composition for immersion exposure
JP6119487B2 (en) * 2012-08-01 2017-04-26 住友化学株式会社 Resist composition and method for producing resist pattern
JP6670601B2 (en) * 2014-12-15 2020-03-25 住友化学株式会社 Resist composition and method for producing resist pattern
JP6304347B2 (en) * 2016-11-10 2018-04-04 Jsr株式会社 Resin composition and resist pattern forming method
JP6380617B2 (en) * 2017-06-09 2018-08-29 Jsr株式会社 Resin composition, resist pattern forming method, polymer and compound

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1017623A (en) * 1996-07-05 1998-01-20 Wako Pure Chem Ind Ltd New water-soluble polymer, antireflection film material containing the same, and method for forming pattern by using the material
WO2005069076A1 (en) * 2004-01-15 2005-07-28 Jsr Corporation Upper layer film forming composition for liquid immersion and method of forming photoresist pattern
JP2005316352A (en) * 2004-03-31 2005-11-10 Central Glass Co Ltd Top coat composition
JP2006184574A (en) * 2004-12-27 2006-07-13 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd Material for forming resist protective film and resist pattern forming method using same
JP2006243308A (en) * 2005-03-03 2006-09-14 Jsr Corp Polymer for liquid immersion overlay film and resin composition for liquid immersion overlay film
JP2006243309A (en) * 2005-03-03 2006-09-14 Jsr Corp Polymer for liquid immersion overlay film and resin composition for liquid immersion overlay film
JP2006267521A (en) * 2005-03-24 2006-10-05 Jsr Corp Overlay film forming composition for liquid immersion, and method for forming photoresist pattern
JP2006291177A (en) * 2005-02-23 2006-10-26 Promerus Llc Norbornene-type polymer, composition thereof and lithographic process using the same composition

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060235174A1 (en) * 2005-02-22 2006-10-19 Promerus Llc Norbornene-type polymers, compositions thereof and lithographic processes using such compositions
JP5050855B2 (en) * 2005-10-27 2012-10-17 Jsr株式会社 Upper layer film forming composition and photoresist pattern forming method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1017623A (en) * 1996-07-05 1998-01-20 Wako Pure Chem Ind Ltd New water-soluble polymer, antireflection film material containing the same, and method for forming pattern by using the material
WO2005069076A1 (en) * 2004-01-15 2005-07-28 Jsr Corporation Upper layer film forming composition for liquid immersion and method of forming photoresist pattern
JP2005316352A (en) * 2004-03-31 2005-11-10 Central Glass Co Ltd Top coat composition
JP2006184574A (en) * 2004-12-27 2006-07-13 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd Material for forming resist protective film and resist pattern forming method using same
JP2006291177A (en) * 2005-02-23 2006-10-26 Promerus Llc Norbornene-type polymer, composition thereof and lithographic process using the same composition
JP2006243308A (en) * 2005-03-03 2006-09-14 Jsr Corp Polymer for liquid immersion overlay film and resin composition for liquid immersion overlay film
JP2006243309A (en) * 2005-03-03 2006-09-14 Jsr Corp Polymer for liquid immersion overlay film and resin composition for liquid immersion overlay film
JP2006267521A (en) * 2005-03-24 2006-10-05 Jsr Corp Overlay film forming composition for liquid immersion, and method for forming photoresist pattern

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007140228A (en) 2007-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4684139B2 (en) Resist protective film material and pattern forming method
JP4662062B2 (en) Resist protective film material and pattern forming method
JP4763511B2 (en) Resist protective film material and pattern forming method
JP4697406B2 (en) Polymer compound, resist protective film material and pattern forming method
JP4861237B2 (en) Resist protective film material and pattern forming method
JP4355944B2 (en) Pattern forming method and resist upper layer film material used therefor
JP4771083B2 (en) Resist protective film material and pattern forming method
JP5247035B2 (en) Resist protective film material and pattern forming method
JP4895030B2 (en) Polymer compound, resist protective film material, and pattern forming method
TWI383996B (en) Polymer, resist protective coating material, and patterning process
KR101226410B1 (en) Resist Protective Coating Material and Patterning Process
JP4571598B2 (en) Resist protective film material and pattern forming method
JP4482760B2 (en) Resist protective film material and pattern forming method
TWI382280B (en) Resist protective coating material and patterning process
JP4553146B2 (en) Resist protective film material and pattern forming method
JP4687893B2 (en) Resist protective film material and pattern forming method
JP4761065B2 (en) Resist protective film material and pattern forming method
JP4718348B2 (en) Resist protective film material and pattern forming method
JP4424492B2 (en) Resist protective film material and pattern forming method
JP4749232B2 (en) Resist upper layer antireflection film material and pattern forming method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071129

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100908

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100915

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101026

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110119

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110201

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4687893

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140225

Year of fee payment: 3