KR100518993B1 - 신규한 에스테르 화합물, 고분자 화합물, 레지스트 재료및 패턴 형성 방법 - Google Patents

신규한 에스테르 화합물, 고분자 화합물, 레지스트 재료및 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 에스테르 화합물에 관한 것이다. 본 발명의 고분자 화합물을 베이스 수지로 사용한 레지스트 재료는 고에너지선에 감응하고, 감도, 해상성, 에칭 내성이 우수하기 때문에 전자선이나 원자외선에 의한 미세 가공에 유용하다. 특히 ArF 엑시머 레이저, KrF 엑시머 레이저의 노광 파장에서의 흡수가 작기 때문에 미세하고, 나아가 기판에 대하여 수직인 패턴을 쉽게 형성할 수 있다는 특징을 갖는다.
식 중, R1은 수소 원자, 메틸기 또는 CH2CO2R3을 나타내고, R2는 수소 원자, 메틸기 또는 CO2R3을 나타내고, R3은 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내고, R4는 탄소수 5 내지 20의 분지상 또는 환상의 3급 알킬기를 나타내며, Z는 탄소수 1 내지 10의 2가의 탄화수소기를 나타내고, k는 0 또는 1이다.

Description

신규한 에스테르 화합물, 고분자 화합물, 레지스트 재료 및 패턴 형성 방법{Novel Ester Compounds, Polymers, Resist Compositions and Patterning Process}
본 발명은 (1)특정한 에스테르 화합물, (2)이 화합물을 구성 단위로서 함유하고, 베이스 수지로서 레지스트 재료에 배합하면 높은 감도와 양호한 해상성을 발휘하고, 특히 초 LSI 제조용의 미세 패턴 형성 재료로서 적합한 레지스트 재료를 제공하는 고분자 화합물, (3)이 고분자 화합물을 함유하는 레지스트 재료 및 (4)이 레지스트 재료를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
최근, LSI의 고집적화와 고속도화에 따라 패턴 룰의 미세화가 요구되고 있는 가운데, 차세대 미세 가공 기술로서 원자외선 리소그래피가 유망시되고 있다. 그 중에서도 KrF 엑시머 레이저광, ArF 엑시머 레이저광을 광원으로 한 포토리소그래피는, 0.3 ㎛ 이하의 초미세 가공에 불가결한 기술로서 그 실현이 절실히 요망되고 있다.
KrF 엑시머 레이저용 레지스트 재료에서는 실용 가능 수준의 투명성과 에칭 내성을 겸비하는 폴리히드록시스티렌이 사실상의 표준 베이스 수지가 되고 있다. ArF 엑시머 레이저용 레지스트 재료에서는 폴리아크릴산 또는 폴리메타크릴산의 유도체 및 지방족 환상 화합물을 주쇄에 함유하는 고분자 화합물 등의 재료가 검토되고 있지만, 모두 장, 단점이 있어 아직 표준 베이스 수지가 정해져 있지 않은 것이 현실이다.
즉, 폴리아크릴산 또는 폴리메타크릴산의 유도체를 이용한 레지스트 재료의 경우, 해상성에 대해서는 비교적 양호한 결과를 얻을 수 있지만, 수지의 주쇄가 약하기 때문에 에칭 내성이 매우 낮아 전혀 실용적이지 못했다. 한편, 지방족 환상 화합물을 주쇄에 함유하는 고분자 화합물을 이용한 레지스트 재료의 경우, 수지의 주쇄가 충분히 강직하기 때문에 에칭 내성은 실용 수준에 있지만, 산분해성 보호기의 반응성이 아크릴계의 그것과 비교하여 극단적으로 낮기 때문에 해상성이 빈약하여 역시 적합하지 않았다. 패턴 룰이 한층 더 미세화될 것이 요구되고 있는 가운데, 양호한 해상성을 제공할 정도의 높은 반응성을 가지면서도 동시에 충분한 에칭 내성을 얻기 위한 강직성도 겸비하는 우수한 고투명성 수지의 개발이 필요해지고 있는 것이다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로 (1)산분해성이 우수하고, 동시에 강직한 고분자 화합물을 제공하는 에스테르 화합물, (2)베이스 수지로서 레지스트 재료에 배합했을 경우 종래품을 크게 상회하는 감도, 해상성 및 에칭 내성을 실현하는 고분자 화합물, (3)상기 고분자 화합물을 베이스 수지로서 사용한 레지스트 재료 및 (4)상기 레지스트 재료를 이용한 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 검토를 거듭한 결과, 후술하는 방법에 의해 얻어지는 하기 화학식 1로 표시되는 신규 에스테르 화합물이 산분해성과 강직성이 우수한 고분자 화합물의 원료로서 유용하고, 이 화합물을 사용하여 얻어지는 중량 평균 분자량 1,000 내지 500,000의 신규 고분자 화합물을 베이스 수지로서 사용한 레지스트 재료가 고감도, 고해상성 및 고에칭 내성을 가지며, 또한 이 레지스트 재료가 정밀한 미세 가공에 매우 유효한 것을 발견하였다.
즉, 본 발명은 하기의 에스테르 화합물을 제공한다.
[I] 하기 화학식 1로 표시되는 에스테르 화합물.
<화학식 1>
식 중, R1은 수소 원자, 메틸기 또는 CH2CO2R3을 나타내고, R2는 수소 원자, 메틸기 또는 CO2R3을 나타내고, R3은 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내고, R4는 탄소수 5 내지 20의 분지상 또는 환상의 3급 알킬기를 나타내며, Z는 탄소수 1 내지 10의 2가의 탄화수소기를 나타내고, k는 0 또는 1이다.
또한, 본 발명은 하기의 고분자 화합물을 제공한다.
[II] 상기 화학식 1로 표시되는 에스테르 화합물을 원료로 하는 하기 화학식
1aa 또는 1ab로 표시되는 반복 단위를 함유하는 것을 특징으로 하는 중량 평균 분자량 1,000 내지 500,000의 고분자 화합물.
식 중, R1, R2, R4, Z, k는 상기와 동일한 의미를 나타낸다.
[III] 상기 [II]에 있어서, 또한 하기 화학식 2a 내지 10a로 표시되는 반복 단위로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 고분자 화합물.
식 중, R1, R2, k는 상기와 동일하고，R5는 수소 원자, 또는 탄소수 1 내지 15의 카르복시기 또는 수산기를 함유하는 1가의 탄화수소기를 나타내고, R6 내지 R9 중 1개 이상은 탄소수 1 내지 15의 카르복시기 또는 수산기를 함유하는 1가의 탄화수소기를 나타내고, 나머지는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내며, R6 내지 R9는 서로 환을 형성할 수도 있으며, 그 경우 R6 내지 R9 중 1개 이상은 탄소수 1 내지 15의 카르복시기 또는 수산기를 함유하는 2가의 탄화수소기를 나타내고, 나머지는 각각 독립적으로 단결합 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬렌기를 나타내고, R10은 탄소수 3 내지 15의 -CO2- 부분 구조를 함유하는 1가의 탄화수소기를 나타내고, R1 내지 R14 중 1개 이상은 탄소수 2 내지 15의 -CO2- 부분 구조를 함유하는 1가의 탄화수소기를 나타내고, 나머지는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내며, R11 내지 R14는 서로 환을 형성할 수도 있으며, 그 경우 R11 내지 R14 중 1개 이상은 탄소수 1 내지 15의 -CO2 - 부분 구조를 함유하는 2가의 탄화수소기를 나타내고, 나머지는 각각 독립적으로 단결합 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬렌기를 나타내고, R15는 탄소수 7 내지 15의 다환식 탄화수소기 또는 다환식 탄화수소기를 함유하는 알킬기를 나타내고, R16은 산불안정기를 나타내며, X는 CH2 또는 산소 원자를 나타내고, Y는 -O- 또는 -(NR17)-을 나타내고, R17은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타낸다.
또한, 본 발명은 하기의 레지스트 재료를 제공한다.
[IV] 상기 [II] 또는 [III]에 기재된 고분자 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트 재료.
또한, 본 발명은 하기의 패턴 형성 방법을 제공한다.
[V] [IV]의 레지스트 재료를 기판 상에 도포하는 공정과, 가열 처리 후 포토마스크를 통해 고에너지선 또는 전자선으로 노광하는 공정과, 필요에 따라 가열 처리한 후 현상액을 사용하여 현상하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
상기 화학식 1로 표시되는 에스테르 화합물을 원료로 하는 화학식 1aa 또는 1ab로 표시되는 반복 단위를 함유하는 고분자 화합물은, 가교된 지환을 주쇄에 함유하고 있기 때문에 높은 강직성을 갖는다. 또한, 반응성에 있어서도 이하에 나타낸 이유에 의해 크게 향상된 것이 된다.
상술한 바와 같이 지방족 환상 화합물을 주쇄에 함유하는 고분자 화합물에서는 일반적으로 산탈리성 보호기의 반응성이 낮은 경향이 있다. 그러나, 본 발명자들의 검토 결과, 고분자 화합물의 주쇄에서 떨어진 위치에 산탈리성 부위를 배치하면 산과의 접촉 확률이 높아지기 때문에 반응성을 비약적으로 향상시키는 것이 판명되었다. 따라서, 상기 화학식 1aa 또는 1ab로 표시되는 반복 단위를 함유하는 고분자 화합물은, 하기 화학식 0aa 또는 0ab로 표시되는 반복 단위를 함유하는 종래형의 고분자 화합물을 훨씬 능가하는 산탈리 반응성을 갖는다. 그리고, 이 고분자 화합물을 베이스 수지로서 사용한 레지스트 재료는 수지 강직성에 따른 높은 에칭 내성과 산분해성기의 고반응성에 따른 양호한 해상성을 겸비하는 미세 패턴 형성에 매우 유용한 것이 된다.
식 중, R1, R2, R4, k는 상기와 동일한 의미를 나타낸다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 신규 에스테르 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 것이다.
<화학식 1>
여기에서, R1은 수소 원자, 메틸기 또는 CH2CO2R3을 나타낸다. R3의 구체예에 대해서는 후술한다. R2는 수소 원자, 메틸기 또는 CO2R3을 나타낸다. R3은 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내고, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, tert-아밀기, n-펜틸기, n-헥실기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 에틸시클로펜틸기, 부틸시클로펜틸기, 에틸시클로헥실기, 부틸시클로헥실기, 아다만틸기, 에틸아다만틸기, 부틸아다만틸기 등을 들 수 있다. R4는 탄소수 5 내지 20의 분지상 또는 환상의 3급 알킬기를 나타내고, 구체적으로는 tert-아밀기, 3-메틸펜탄-3-일기, 2-시클로펜틸프로판-2-일기, 2-(2-비시클로[2.2.1]헵틸)프로판-2-일기, 2-(1-아다만틸)프로판-2-일기, 2-메틸아다만틸기, 2-에틸아다만틸기 등 외에 하기 화학식 3l, 4l로 표시되는 기 등을 들 수 있다.
여기에서, 쇄선은 결합 이음매를 나타낸다(이하, 동일). RL05는 탄소수 1 내지 8의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 치환될 수도 있는 아릴기를 나타내고, 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기로서 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, tert-아밀기, n-펜틸기, n-헥실기 등을 들 수 있으며, 치환될 수도 있는 아릴기로서 구체적으로는 페닐기, 메틸페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 피레닐기 등을 들 수 있다. m은 0 또는 1, n은 0, 1, 2, 3 중 어느 하나이고, 2m+n=2 또는 3을 만족하는 수이다.
RL06은 탄소수 1 내지 8의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 치환될 수도 있는 아릴기를 나타내고, 구체적으로는 RL05와 동일한 것을 들 수 있다. RL07 내지 RL16은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 헤테로 원자를 포함할 수도 있는 1가의 탄화수소기를 나타내고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, tert-아밀기, n-펜틸기, n-헥실기, n-옥틸기, n-노닐기, n-데실기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로펜틸메틸기, 시클로펜틸에틸기, 시클로펜틸부틸기, 시클로헥실메틸기, 시클로헥실에틸기, 시클로헥실부틸기 등의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기, 이들 수소 원자의 일부가 수산기, 알콕시기, 카르복시기, 알콕시카르보닐기, 옥소기, 아미노기, 알킬아미노기, 시아노기, 머캅토기, 알킬티오기, 술포기 등에 치환된 것을 들 수 있다. RL07 내지 RL16은 서로 환을 형성할 수도 있으며(예를 들면, RL07 과 RL08, RL07과 RL09, RL08과 RL10, RL09와 RL10, RL11과 RL12, RL13과 RL14 등), 그 경우에는 탄소수 1 내지 15의 헤테로 원자를 포함할 수도 있는 2가의 탄화수소기를 나타내고, 상기 1가의 탄화수소기에서 예시한 것으로부터 수소 원자를 1개 제외한 것 등을 들 수 있다. 또한, RL07 내지 RL16은 인접하는 탄소에 결합하는 것들이 직접 결합하여 이중 결합을 형성할 수도 있다(예를 들면, RL07과 RL09, RL09와 RL15, RL13과 RL15 등).
상기 화학식 3l의 산불안정기로서는 구체적으로는 1-메틸시클로펜틸, 1-에틸시클로펜틸, 1-n-프로필시클로펜틸, 1-이소프로필시클로펜틸, 1-n-부틸시클로펜틸, 1-sec-부틸시클로펜틸, 1-시클로펜틸시클로펜틸, 1-시클로헥실시클로펜틸, 1-(2-비시클로[2.2.1]헵틸)시클로펜틸, 1-메틸시클로헥실, 1-에틸시클로헥실, 3-메틸-1-시클로펜텐-3-일, 3-에틸-1-시클로펜텐-3-일, 3-메틸-1-시클로헥센-3-일, 3-에틸-1-시클로헥센-3-일 등을 들 수 있다.
상기 화학식 4l의 산불안정기로서는 구체적으로 하기의 기를 들 수 있다.
Z는 탄소수 1 내지 10의 2가의 탄화수소기(바람직하게는 직쇄상 또는 분지상의 알킬렌)를 나타내고, 구체적으로는 메틸렌, 에틸리덴, 에틸렌, 프로필리덴, 프로필렌, 트리메틸렌, 테트라메틸렌, 펜타메틸렌, 헥사메틸렌, 헵타메틸렌 등을 들 수 있다. k는 0 또는 1이다.
본 발명의 에스테르 화합물의 구체예를 이하에 나타내지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 에스테르 화합물의 제조는 예를 들면 하기 화학식 11의 카르복실산과 화학식 12의 할로겐화알킬카르복실산 에스테르와의 에스테르화 반응(A 공정) 또는 화학식 13의 카르복실산 할로겐화물과 화학식 14의 히드록시알킬카르복실산 에스테르와의 에스테르화 반응(B 공정) 등으로써 행할 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
여기에서, R1, R2, R4, Z, k, m, n은 상기와 동일하다. X는 브롬 또는 염소이다.
A 공정의 에스테르화 반응은 공지된 조건에서 쉽게 진행되지만, 테트라히드로푸란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드 등의 용매 중에서 탄산 칼륨, 칼륨 tert-부톡시드 등의 염기를 혼재시키고 필요에 따라 가열하는 등으로 처리하는 것이 바람직하다. 또한, B 공정의 에스테르화 반응도 공지된 조건에서 쉽게 진행되지만, 벤젠 등의 용매 중에서 디시클로헥실카르보디이미드 등의 탈수제를 혼재시키고, 필요에 따라 가열하는 등으로 처리하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 화학식 12의 할로겐화알킬카르복실산 에스테르 및 화학식 14의 히드록시알킬카르복실산 에스테르의 제조는 공지된 반응의 조합으로 행할 수 있지만, Z의 구조에 따라 최적의 방법은 서로 상이하다. 예를 들면, Z가 -CH2-인 경우의 할로겐화알킬카르복실산 에스테르(12-1) 및 Z가 -CH2CH(CH3)-인 경우의 히드록시알킬카르복실산 에스테르(14-1)의 제조는 구체적으로는 이하와 같이 행할 수 있다.
본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 에스테르 화합물을 원료로 하는 (1aa) 또는 (1ab)로 표시되는 반복 단위를 함유하는 것을 특징으로 하는 중량 평균 분자량 1,000 내지 500,000, 바람직하게는 5,000 내지 100,000의 고분자 화합물을 제공한다.
<화학식 1aa>
<화학식 1ab>
여기에서, R1, R2, R4, Z, k는 상기와 동일하다.
이 경우, 본 발명의 고분자 화합물은 하기 화학식 2 내지 10을 단량체로 하여 얻어지는 하기 화학식 2a 내지 10a 단위 중 1종 이상을 구성 단위로서 함유할 수도 있다.
<화학식 2a>
<화학식 3a>
<화학식 4a>
<화학식 5a>
<화학식 6aa>
<화학식 7aa>
<화학식 8aa>
<화학식 9aa>
<화학식 6ab>
<화학식 7ab>
<화학식 8ab>
<화학식 9ab>
<화학식 10a>
또한, 상기 화학식에 있어서 X는 -CH2- 또는 -O-를 나타내고, Y는 -O- 또는 -(NR17)-을 나타내고, R17은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내며, k는 0 또는 1이고, 따라서 화학식 6aa 내지 9ab는 하기 화학식 6aaa 내지 9abb로 표시할 수 있다.
여기에서, R1, R2는 상기와 동일하다. R5는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 카르복시기 또는 수산기를 함유하는 1가의 탄화수소기를 나타내고, 구체적으로는 카르복시에틸, 카르복시부틸, 카르복시시클로펜틸, 카르복시시클로헥실, 카르복시노르보르닐, 카르복시아다만틸, 히드록시에틸, 히드록시부틸, 히드록시시클로펜틸, 히드록시시클로헥실, 히드록시노르보르닐, 히드록시아다만틸 등을 들 수 있다. R6 내지 R8 중 1개 이상은 탄소수 1 내지 15의 카르복시기 또는 수산기를 함유하는 1가의 탄화수소기를 나타내고, 나머지는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타낸다. 탄소수 1 내지 15의 카르복시기 또는 수산기를 함유하는 1가의 탄화수소기로서는 구체적으로 카르복시, 카르복시메틸, 카르복시에틸, 카르복시부틸, 히드록시메틸, 히드록시에틸, 히드록시부틸, 2-카르복시에톡시카르보닐, 4-카르복시부톡시카르보닐, 2-히드록시에톡시카르보닐, 4-히드록시부톡시카르보닐, 카르복시시클로펜틸옥시카르보닐, 카르복시시클로헥실옥시카르보닐, 카르복시노르보르닐옥시카르보닐, 카르복시아다만틸옥시카르보닐, 히드록시시클로펜틸옥시카르보닐, 히드록시시클로헥실옥시카르보닐, 히드록시노르보르닐옥시카르보닐, 히드록시아다만틸옥시카르보닐 등을 들 수 있다. 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상, 환상의 알킬기로서는 구체적으로 R3에서 예시한 것과 동일한 것을 들 수 있다. R6 내지 R9는 서로 환을 형성할 수도 있으며, 그 경우 R6 내지 R9 중 1개 이상은 탄소수 1 내지 15의 카르복시기 또는 수산기를 함유하는 2가의 탄화수소기를 나타내고, 나머지는 각각 독립적으로 단결합 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬렌기를 나타낸다. 탄소수 1 내지 15의 카르복시기 또는 수산기를 함유하는 2가의 탄화수소기로서는, 구체적으로 상기 카르복시기 또는 수산기를 함유하는 1가의 탄화수소기에서 예시한 것으로부터 수소 원자를 1개 제외한 것 등을 들 수 있다. 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상, 환상의 알킬렌기로서는 구체적으로 R3에서 예시한 것으로부터 수소 원자를 1개 제외한 것 등을 들 수 있다.
R10은 탄소수 3 내지 15의 -CO2- 부분 구조를 함유하는 1가의 탄화수소기를 나타내고, 구체적으로는 2-옥소옥솔란-3-일, 4,4-디메틸-2-옥소옥솔란-3-일, 4-메틸-2-옥소옥산-4-일, 2-옥소-1,3-디옥솔란-4-일메틸, 5-메틸-2-옥소옥솔란-5-일 등을 들 수 있다. R11 내지 R14 중 1개 이상은 탄소수 2 내지 15의 -CO2- 부분 구조를 함유하는 1가의 탄화수소기를 나타내고, 나머지는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타낸다. 탄소수 2 내지 15의 -CO2- 부분 구조를 함유하는 1가의 탄화수소기로서는 구체적으로 2-옥소옥솔란-3-일 옥시카르보닐, 4,4-디메틸-2-옥소옥솔란-3-일 옥시카르보닐, 4-메틸-2-옥소옥산-4-일 옥시카르보닐, 2-옥소-1,3-디옥솔란-4-일 메틸옥시카르보닐, 5-메틸-2-옥소옥솔란-5-일 옥시카르보닐 등을 들 수 있다. 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상, 환상의 알킬기로서는 구체적으로 R3에서 예시한 것과 동일한 것을 들 수 있다. R11 내지 R14는 서로 환을 형성할 수도 있으며, 그 경우 R11 내지 R14 중 1개 이상은 탄소수 1 내지 15의 -CO2- 부분 구조를 함유하는 2가의 탄화수소기를 나타내고, 나머지는 각각 독립적으로 단결합 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상, 환상의 알킬렌기를 나타낸다. 탄소수 1 내지 15의 -CO2- 부분 구조를 함유하는 2가의 탄화수소기로서는 구체적으로 1-옥소-2-옥사프로판-1,3-디일, 1,3-디옥소-2-옥사프로판-1,3-디일, 1-옥소-2-옥사부탄-1,4-디일, 1,3-디옥소-2-옥사부탄-1,4-디일 등 외에 상기 -CO2- 부분 구조를 함유하는 1가의 탄화수소기에서 예시한 것으로부터 수소 원자를 1개 제외한 것 등을 들 수 있다. 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상, 환상의 알킬렌기로서는 구체적으로 R3에서 예시한 것으로부터 수소 원자를 1개 제외한 것 등을 들 수 있다.
R15는 탄소수 7 내지 15의 다환식 탄화수소기 또는 다환식 탄화수소기를 함유하는 알킬기를 나타내고, 구체적으로는 노르보르닐, 비시클로[3.3.1]노닐, 트리시클로[5.2.1.02,6]데실, 아다만틸, 에틸아다만틸, 부틸아다만틸, 노르보르닐메틸, 아다만틸메틸 등을 들 수 있다. R16은 산불안정기를 나타내고, X는 CH2 또는 산소 원자를 나타내며, Y는 -O- 또는 -(NR17)-을 나타내고, R17은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내며, 구체적으로는 R3에서 예시한 것과 동일한 것을 들 수 있다.
R16의 산불안정기로서는 구체적으로 하기 화학식 1l 내지 4l로 표시되는 기, 탄소수 4 내지 20, 바람직하게는 4 내지 15의 3급 알킬기, 각 알킬기가 각각 탄소수 1 내지 6의 트리알킬실릴기, 탄소수 4 내지 20의 옥소알킬기 등을 들 수 있다.
<화학식 3l>
<화학식 4l>
식 중, RL01, RL02는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 18, 바람직하게는 1 내지 10의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내고, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 2-에틸헥실기, n-옥틸기 등을 들 수 있다. RL03은 탄소수 1 내지 18, 바람직하게는 1 내지 10의 산소 원자 등의 헤테로 원자를 포함할 수도 있는 1가의 탄화수소기를 나타내고, 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기, 이들 수소 원자 중 일부가 수산기, 알콕시기, 옥소기, 아미노기, 알킬아미노기 등으로 치환된 것을 들 수 있으며, 구체적으로는 하기의 치환 알킬기 등을 들 수 있다.
RL01과 RL02, RL01과 RL03, RL02와 RL03은 환을 형성할 수도 있으며, 환을 형성하는 경우 RL01, RL02, RL03은 각각 탄소수 1 내지 18, 바람직하게는 1 내지 10의 직쇄상 또는 분지상의 알킬렌기를 나타낸다.
RL04는 탄소수 4 내지 20, 바람직하게는 4 내지 15의 3급 알킬기, 각 알킬기가 각각 탄소수 1 내지 6의 트리알킬실릴기, 탄소수 4 내지 20의 옥소알킬기 또는 상기 화학식 1l로 표시되는 기를 나타내고, 3급 알킬기로서 구체적으로는 tert-부틸기, tert-아밀기, 1,1-디에틸프로필기, 1-에틸시클로펜틸기, 1-부틸시클로펜틸기, 1-에틸시클로헥실기, 1-부틸시클로헥실기, 1-에틸-2-시클로펜테닐기, 1-에틸-2-시클로헥세닐기, 2-메틸-2-아다만틸기 등을 들 수 있으며, 트리알킬실릴기로서 구체적으로는 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, 디메틸-tert-부틸실릴기 등을 들 수 있고, 옥소알킬기로서 구체적으로는 3-옥소시클로헥실기, 4-메틸-2-옥소옥산-4-일기, 5-메틸-5-옥소옥솔란-4-일기 등을 들 수 있다. y는 0 내지 6의 정수이다.
RL05는 탄소수 1 내지 8의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 치환될 수도 있는 아릴기를 나타내고, 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기로서 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, tert-아밀기, n-펜틸기, n-헥실기 등을 들 수 있으며, 치환될 수도 있는 아릴기로서 구체적으로는 페닐기, 메틸페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 피레닐기 등을 들 수 있다. m은 0 또는 1, n은 0,1,2,3 중 어느 하나이고, 2m+n=2 또는 3을 만족하는 수이다.
RL06은 탄소수 1 내지 8의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 치환될 수도 있는 아릴기를 나타내고, 구체적으로는 RL05와 동일한 것을 들 수 있다. RL07 내지 RL16은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 헤테로 원자를 포함할 수도 있는 1가의 탄화수소기를 나타내고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, tert-아밀기, n-펜틸기, n-헥실기, n-옥틸기, n-노닐기, n-데실기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로펜틸메틸기, 시클로펜틸에틸기, 시클로펜틸부틸기, 시클로헥실메틸기, 시클로헥실에틸기, 시클로헥실부틸기 등의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기, 이들 수소 원자 중 일부가 수산기, 알콕시기, 카르복시기, 알콕시카르보닐기, 옥소기, 아미노기, 알킬아미노기, 시아노기, 머캅토기, 알킬티오기, 술포기 등으로 치환된 것을 들 수 있다. RL07 내지 RL16은 서로 환을 형성할 수도 있으며(예를 들면, RL07과 RL08, RL07과 RL09, RL08과 RL10, RL09와 RL10, RL11과 RL12, RL13과 RL14 등), 그 경우 탄소수 1 내지 15의 헤테로 원자를 포함할 수도 있는 2가의 탄화수소기를 나타내고, 상기 1가의 탄화수소기에서 예시한 것으로부터 수소 원자를 1개 제외한 것 등을 들 수 있다. 또한, RL07 내지 RL16은 인접하는 탄소에 결합하는 것들이 직접 결합하여 이중 결합을 형성할 수도 있다(예를 들면, RL07과 RL09, RL09와 RL15, RL13과 RL15 등).
상기 화학식 1l으로 표시되는 산불안정기 중 직쇄상 또는 분지상의 것으로서는, 구체적으로 하기의 기를 들 수 있다.
상기 화학식 1l으로 표시되는 산불안정기 중 환상의 것으로서는 구체적으로 테트라히드로푸란-2-일기, 2-메틸테트라히드로푸란-2-일기, 테트라히드로피란-2-일기, 2-메틸테트라히드로피란-2-일기 등을 들 수 있다.
상기 화학식 2l의 산불안정기로서는 구체적으로 tert-부톡시카르보닐기, tert-부톡시카르보닐메틸기, tert-아밀옥시카르보닐기, tert-아밀옥시카르보닐메틸기, 1,1-디에틸프로필옥시카르보닐기, 1,1-디에틸프로필옥시카르보닐메틸기, 1-에틸시클로펜틸옥시카르보닐기, 1-에틸시클로펜틸옥시카르보닐메틸기, 1-에틸-2-시클로펜테닐옥시카르보닐기, 1-에틸-2-시클로펜테닐옥시카르보닐메틸기, 1-에톡시에톡시카르보닐메틸기, 2-테트라히드로피라닐옥시카르보닐메틸기, 2-테트라히드로푸라닐옥시카르보닐메틸기 등을 들 수 있다.
상기 화학식 3l의 산불안정기로서는 구체적으로 1-메틸시클로펜틸, 1-에틸시클로펜틸, 1-n-프로필시클로펜틸, 1-이소프로필시클로펜틸, 1-n-부틸시클로펜틸, 1-sec-부틸시클로펜틸, 1-메틸시클로헥실, 1-에틸시클로헥실, 3-메틸-1-시클로펜텐 -3-일, 3-에틸-1-시클로펜텐-3-일, 3-메틸-1-시클로헥센-3-일, 3-에틸-1-시클로헥센-3-일 등을 들 수 있다.
상기 화학식 4l의 산불안정기로서는 구체적으로 하기의 기를 들 수 있다.
본 발명의 고분자 화합물 제조는 상기 화학식 1의 에스테르 화합물을 제1 단량체로, 상기 화학식 2 내지 10으로 표시되는 화합물로부터 선택되는 1종 이상을 제2 이후의 단량체로 사용한 공중합 반응에 의해 행할 수 있다.
공중합 반응에 있어서는 각 단량체의 존재 비율을 적절히 조절함으로써 레지스트 재료로 했을 때 바람직한 성능을 발휘할 수 있는 고분자 화합물로 할 수 있다.
이 경우, 본 발명의 고분자 화합물은
(i) 상기 화학식 1의 단량체
(ii) 상기 화학식 2 내지 10의 단량체
에 추가로, 더욱
(iii) 상기 (i), (ii) 이외의 탄소-탄소 이중 결합을 함유하는 단량체, 예를 들면, 메타크릴산 메틸, 크로톤산 메틸, 말레산 디메틸, 이타콘산 디메틸 등의 치환 아크릴산 에스테르류, 말레산, 푸마르산, 이타콘산 등의 불포화 카르복실산, 노르보르넨, 노르보르넨-5-카르복실산 메틸 등의 치환 노르보르넨류, 무수 이다콘산 등의 불포화 산무수물, 그 밖의 단량체를 공중합할 수도 있다.
본 발명의 고분자 화합물은
(I) 상기 화학식 1의 단량체에 기초하는 화학식 1aa 또는 1ab의 구성 단위를 0 몰% 초과 100 몰%, 바람직하게는 20 내지 90 몰%, 보다 바람직하게 30 내지 80 몰% 함유하고,
(II) 상기 화학식 2 내지 10의 단량체에 기초하는 화학식 2a 내지 10a의 구성 단위 중 1종 또는 2종 이상을 0 몰% 이상, 100 몰% 미만, 바람직하게는 1 내지 95 몰%, 보다 바람직하게는 5 내지 90 몰% 함유하며, 필요에 따라
(III) 상기 (iii)의 단량체에 기초하는 구성 단위 중 1종 또는 2종 이상을 0 내지 80 몰%, 바람직하게는 0 내지 70 몰%, 보다 바람직하게는 0 내지 50 몰% 함유할 수 있다.
또한, 본 발명의 고분자 화합물의 중량 평균 분자량은 1,000 내지 500,000, 바람직하게는 3,000 내지 100,000이다. 이 범위를 벗어나면 에칭 내성이 극단적으로 저하하거나, 노광 전후의 용해 속도차를 확보할 수 없어 해상성이 저하하는 경우가 있다.
본 발명의 고분자 화합물 제조는 상기 화학식 1의 에스테르 화합물 및 탄소-탄소 이중 결합을 함유하는 별도의 화합물(상기 (ii) 및(또는) (iii)의 단량체)을 공지된 중합 반응으로 공중합시킴으로써 달성된다. 중합 반응으로서는 여러가지를 들 수 있지만, 라디칼 중합, 음이온 중합 또는 배위 중합이 바람직하다.
라디칼 중합 반응의 반응 조건은 (가)용제로서 벤젠 등의 탄화수소류, 테트라히드로푸란 등의 에테르류, 에탄올 등의 알콜류, 또는 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류를 사용하고, (나)중합 개시제로서 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 등의 아조 화합물, 또는 과산화벤조일, 과산화라우로일 등의 과산화물을 사용하며, (다)반응 온도를 0 ℃ 내지 100 ℃ 정도로 유지하고, (라)반응 시간을 0.5시간 내지 48시간 정도로 하는 것이 바람직하지만, 이 범위를 벗어나는 경우를 배제하는 것은 아니다.
음이온 중합 반응의 반응 조건은 (가)용제로서 벤젠 등의 탄화수소류, 테트라히드로푸란 등의 에테르류, 또는 액체 암모니아를 사용하고, (나)중합 개시제로서 나트륨, 칼륨 등의 금속, n-부틸리튬, sec-부틸리튬 등의 알킬 금속, 케틸 또는 그리나드 반응제를 사용하고, (다)반응 온도를 -78 ℃ 내지 0 ℃ 정도로 유지하고, (라)반응 시간을 0.5시간 내지 48시간 정도로 하며, (마)정지제로서 메탄올 등의 프로톤 공여성 화합물, 요오드화메틸 등의 할로겐화물, 그 외 구전자성 물질을 사용하는 것이 바람직하지만, 이 범위를 벗어나는 경우를 배제하는 것은 아니다.
배위 중합의 반응 조건은 (가)용제로서 n-헵탄, 톨루엔 등의 탄화수소류를 사용하고, (나)촉매로서 티탄 등의 전이 금속과 알킬알루미늄으로 이루어지는 지글러-낫타 촉매, 크롬 및 니켈 화합물을 금속 산화물에 담지한 필립스 촉매, 텅스텐 및 레늄 혼합 촉매로 대표되는 올레핀-메타세시스 혼합 촉매 등을 사용하며, (다) 반응 온도를 0 ℃ 내지 100 ℃ 정도로 유지하고, (라)반응 시간을 0.5시간 내지 48시간 정도로 하는 것이 바람직하지만, 이 범위를 벗어나는 경우를 배제하는 것은 아니다.
본 발명의 고분자 화합물은 레지스트 재료, 특히 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료의 베이스 중합체로서 유효하며, 본 발명은 이 고분자 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트 재료를 제공한다.
본 발명의 레지스트 재료에는 고에너지선 또는 전자선에 감응하여 산을 발생하는 화합물(이하, 산발생제), 유기 용제, 필요에 따라 그 밖의 성분을 함유할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 산발생제로서는
i. 하기 화학식 1paa, 1pab 또는 1pb의 오늄염,
ii. 하기 화학식 2p의 디아조메탄 유도체,
iii. 하기 화학식 3p의 글리옥심 유도체,
iv. 하기 화학식 4p의 비스술폰 유도체,
v. 하기 화학식 5p의 N-히드록시이미드 화합물의 술폰산 에스테르,
vi. β-케토술폰산 유도체,
vii. 디술폰 유도체,
viii. 니트로벤질술포네이트 유도체,
ix. 술폰산 에스테르 유도체 등을 들 수 있다.
식 중, R101a, R101b, R101c는 각각 탄소수 1 내지 12의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기, 알케닐기, 옥소알킬기 또는 옥소알케닐기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 또는 탄소수 7 내지 12의 아랄킬기 또는 아릴옥소알킬기를 나타내고, 이들 기의 수소 원자 중 일부 또는 전부가 알콕시기 등에 의해 치환될 수도 있으며, 또한 R101b와 R101c는 환을 형성할 수도 있으며, 환을 형성하는 경우 R101b, R101c는 각각 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기를 나타내고, K-는 비구핵성 대향 이온을 나타낸다.
상기 R101a, R101b, R101c는 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있으며, 구체적으로는 알킬기로서 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로프로필메틸기, 4-메틸시클로헥실기, 시클로헥실메틸기, 노르보르닐기, 아다만틸기 등을 들 수 있다. 알케닐기로서는 비닐기, 알릴기, 프로페닐기, 부테닐기, 헥세닐기, 시클로헥세닐기 등을 들 수 있다. 옥소알킬기로서는 2-옥소시클로펜틸기, 2-옥소시클로헥실기 등을 들 수 있으며, 2-옥소프로필기, 2-시클로펜틸-2-옥소에틸기, 2-시클로헥실-2-옥소에틸기, 2-(4-메틸시클로헥실)-2-옥소에틸기 등을 들 수 있다. 아릴기로서는 페닐기, 나프틸기 등이나 p-메톡시페닐기, m-메톡시페닐기, o-메톡시페닐기, 에톡시페닐기, p-tert-부톡시페닐기, m-tert-부톡시페닐기 등의 알콕시페닐기, 2-메틸페닐기, 3-메틸페닐기, 4-메틸페닐기, 에틸페닐기, 4-tert-부틸페닐기, 4-부틸페닐기, 디메틸페닐기 등의 알킬페닐기, 메틸나프틸기, 에틸나프틸기 등의 알킬나프틸기, 메톡시나프틸기, 에톡시나프틸기 등의 알콕시나프틸기, 디메틸나프틸기, 디에틸나프틸기 등의 디알킬나프틸기, 디메톡시나프틸기, 디에톡시나프틸기 등의 디알콕시나프틸기 등을 들 수 있다. 아랄킬기로서는 벤질기, 페닐에틸기, 펜에틸기 등을 들 수 있다. 아릴옥소알킬기로서는 2-페닐-2-옥소에틸기, 2-(1-나프틸)-2-옥소에틸기, 2-(2-나프틸)-2-옥소에틸기 등의 2-아릴-2-옥소에틸기 등을 들 수 있다. K-의 비구핵성 대향 이온으로서는 염화물 이온, 브롬화물 이온 등의 할라이드 이온, 트리플레이트, 1,1,1-트리플루오로에탄술포네이트, 노나플루오로부탄술포네이트 등의 플루오로알킬술포네이트, 토실레이트, 벤젠술포네이트, 4-플루오로벤젠술포네이트, 1,2,3,4,5-펜타플루오로벤젠술포네이트 등의 아릴술포네이트, 메실레이트, 부탄술포네이트 등의 알킬술포네이트를 들 수 있다.
식 중, R102a, R102b는 각각 탄소수 1 내지 8의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내고, R103은 탄소수 1 내지 10의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬렌기를 나타내며, R104a, R104b는 각각 탄소수 3 내지 7의 2-옥소알킬기를 나타내고, K -는 비구핵성 대향 이온을 나타낸다.
상기 R102a, R102b로서 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로프로필메틸기, 4-메틸시클로헥실기, 시클로헥실메틸기 등을 들 수 있다. R103으로서는 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 부틸렌기, 펜틸렌기, 헥실렌기, 헵틸렌기, 옥틸렌기, 노닐렌기, 1,4-시클로헥실렌기, 1,2-시클로헥실렌기, 1,3-시클로펜틸렌기, 1,4-시클로옥틸렌기, 1,4-시클로헥산디메틸렌기 등을 들 수 있다. R104a, R104b로서는 2-옥소프로필기, 2-옥소시클로펜틸기, 2-옥소시클로헥실기, 2-옥소시클로헵틸기 등을 들 수 있다. K-는 화학식 1paa 및 1pab에서 설명한 것과 동일한 것을 들 수 있다.
식 중, R105, R106은 탄소수 1 내지 12의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기 또는 할로겐화알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 할로겐화아릴기, 또는 탄소수 7 내지 12의 아랄킬기를 나타낸다.
R105, R106의 알킬기로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 아밀기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 노르보르닐기, 아다만틸기 등을 들 수 있다. 할로겐화알킬기로서는 트리플루오로메틸기, 1,1,1-트리플루오로에틸기, 1,1,1-트리클로로에틸기, 노나플루오로부틸기 등을 들 수 있다. 아릴기로서는 페닐기, p-메톡시페닐기, m-메톡시페닐기, o-메톡시페닐기, 에톡시페닐기, p-tert-부톡시페닐기, m-tert-부톡시페닐기 등의 알콕시페닐기, 2-메틸페닐기, 3-메틸페닐기, 4-메틸페닐기, 에틸페닐기, 4-tert-부틸페닐기, 4-부틸페닐기, 디메틸페닐기 등의 알킬페닐기를 들 수 있다. 할로겐화아릴기로서는 플루오로페닐기, 클로로페닐기, 1,2,3,4,5-펜타플루오로페닐기 등을 들 수 있다. 아랄킬기로서는 벤질기, 펜에틸기 등을 들 수 있다.
식 중, R107, R108, R109는 탄소수 1 내지 12의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기 또는 할로겐화알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 할로겐화아릴기, 또는 탄소수 7 내지 12의 아랄킬기를 나타내고, R108, R109는 서로 결합하여 환상 구조를 형성할 수도 있으며, 환상 구조를 형성하는 경우 R108, R109는 각각 탄소수 1 내지 6의 직쇄상, 분지상의 알킬렌기를 나타낸다.
R107, R108, R109의 알킬기, 할로겐화알킬기, 아릴기, 할로겐화아릴기, 아랄킬기로서는 R105, R106에서 설명한 것과 동일한 기를 들 수 있다. 또한, R108, R109의 알킬렌기로서는 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 부틸렌기, 헥실렌기 등을 들 수 있다.
식 중, R101a, R101b는 상기와 동일하다.
식 중, R110은 탄소수 6 내지 10의 아릴렌기, 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기 또는 탄소수 2 내지 6의 알케닐렌기를 나타내고, 이들 기의 수소 원자 중 일부 또는 전부는 탄소수 1 내지 4의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 또는 알콕시기, 니트로기, 아세틸기, 또는 페닐기로 더욱 치환될 수도 있으며, R111은 탄소수 1 내지 8의 직쇄상, 분지상 또는 치환된 알킬기, 알케닐기 또는 알콕시알킬기, 페닐기, 또는 나프틸기를 나타내고, 이들 기의 수소 원자 중 일부 또는 전부는 탄소수 1 내지 4의 알킬기 또는 알콕시기; 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 알콕시기, 니트로기 또는 아세틸기로 더욱 치환될 수도 있는 페닐기; 탄소수 3 내지 5의 헤테로 방향족기; 또는 염소 원자, 불소 원자로 치환될 수도 있다.
여기에서 R110의 아릴렌기로서는 1,2-페닐렌기, 1,8-나프틸렌기 등을, 알킬렌기로서는 메틸렌기, 1,2-에틸렌기, 1,3-프로필렌기, 1,4-부틸렌기, 1-페닐-1,2-에틸렌기, 노르보르난-2,3-디일기 등을, 알케닐렌기로서는 1,2-비닐렌기, 1-페닐-1,2-비닐렌기, 5-노르보르넨-2,3-디일기 등을 들 수 있다. R111의 알킬기로서는 R101a 내지 R101c와 동일한 것을, 알케닐기로서는 비닐기, 1-프로페닐기, 알릴기, 1-부테닐기, 3-부테닐기, 이소푸레닐기, 1-펜테닐기, 3-펜테닐기, 4-펜테닐기, 디메틸알릴기, 1-헥세닐기, 3-헥세닐기, 5-헥세닐기, 1-헵테닐기, 3-헵테닐기, 6-헵테닐기, 7-옥테닐기 등을, 알콕시알킬기로서는 메톡시메틸기, 에톡시메틸기, 프로폭시메틸기, 부톡시메틸기, 펜틸옥시메틸기, 헥실옥시메틸기, 헵틸옥시메틸기, 메톡시에틸기, 에톡시에틸기, 프로폭시에틸기, 부톡시에틸기, 펜틸옥시에틸기, 헥실옥시에틸기, 메톡시프로필기, 에톡시프로필기, 프로폭시프로필기, 부톡시프로필기, 메톡시부틸기, 에톡시부틸기, 프로폭시부틸기, 메톡시펜틸기, 에톡시펜틸기, 메톡시헥실기, 메톡시헵틸기 등을 들 수 있다.
또한, 더욱 치환될 수도 있는 탄소수 1 내지 4의 알킬기로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등을, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기로서는 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 이소프로폭시기, n-부톡시기, 이소부톡시기, tert-부톡시기 등을, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 알콕시기, 니트로기 또는 아세틸기로 치환될 수도 있는 페닐기로서는 페닐기, 톨릴기, p-tert-부톡시페닐기, p-아세틸페닐기, p-니트로페닐기 등을, 탄소수 3 내지 5의 헤테로 방향족기로서는 피리딜기, 푸릴기 등을 들 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면 트리플루오로메탄술폰산 디페닐요오드늄, 트리플루오로메탄술폰산 (p-tert-부톡시페닐)페닐요오드늄, p-톨루엔술폰산 디페닐요오드늄, p-톨루엔술폰산 (p-tert-부톡시페닐)페닐요오드늄, 트리플루오로메탄술폰산 트리페닐술포늄, 트리플루오로메탄술폰산 (p-tert-부톡시페닐)디페닐술포늄, 트리플루오로메탄술폰산 비스(p-tert-부톡시페닐)페닐술포늄, 트리플루오로메탄술폰산 트리스(p-tert-부톡시페닐)술포늄, p-톨루엔술폰산 트리페닐술포늄, p-톨루엔술폰산 (p-tert-부톡시페닐)디페닐술포늄, p-톨루엔술폰산 비스(p-tert-부톡시페닐)페닐술포늄, p-톨루엔술폰산 트리스(p-tert-부톡시페닐)술포늄, 노나플루오로부탄술폰산 트리페닐술포늄, 부탄술폰산 트리페닐술포늄, 트리플루오로메탄술폰산 트리메틸술포늄, p-톨루엔술폰산 트리메틸술포늄, 트리플루오로메탄술폰산 시클로헥실메틸(2-옥소시클로헥실)술포늄, p-톨루엔술폰산 시클로헥실메틸(2-옥소시클로헥실)술포늄, 트리플루오로메탄술폰산 디메틸페닐술포늄, p-톨루엔술폰산 디메틸페닐술포늄, 트리플루오로메탄술폰산 디시클로헥실페닐술포늄, p-톨루엔술폰산 디시클로헥실페닐술포늄, 트리플루오로메탄술폰산 트리나프틸술포늄, 트리플루오로메탄술폰산 시클로헥실메틸(2-옥소시클로헥실)술포늄, 트리플루오로메탄술폰산 (2-노르보닐)메틸 (2-옥소시클로헥실)술포늄, 에틸렌비스[메틸(2-옥소시클로펜틸)술포늄트리플루오로메탄술포네이트], 1,2'-나프틸카르보닐메틸 테트라히드로티오페늄트리플레이트 등의 오늄염, 비스(벤젠술포닐)디아조메탄, 비스(p-톨루엔술포닐)디아조메탄, 비스(크실렌술포닐)디아조메탄, 비스(시클로헥실술포닐)디아조메탄, 비스(시클로펜틸술포닐)디아조메탄, 비스(n-부틸술포닐)디아조메탄, 비스(이소부틸술포닐)디아조메탄, 비스(sec-부틸술포닐)디아조메탄, 비스(n-프로필술포닐)디아조메탄, 비스(이소프로필술포닐)디아조메탄, 비스(tert-부틸술포닐)디아조메탄, 비스(n-아밀술포닐)디아조메탄, 비스(이소아밀술포닐)디아조메탄, 비스(sec-아밀술포닐)디아조메탄, 비스(tert-아밀술포닐)디아조메탄, 1-시클로헥실술포닐-1-(tert-부틸술포닐)디아조 메탄, 1-시클로헥실술포닐-1-(tert-아밀술포닐)디아조메탄, 1-tert-아밀술포닐-1-(tert-부틸술포닐)디아조메탄 등의 디아조메탄 유도체, 비스-O-(p-톨루엔술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-O-(p-톨루엔술포닐)-α-디페닐글리옥심, 비스-O-(p-톨루엔술포닐)-α-디시클로헥실글리옥심, 비스-O-(p-톨루엔술포닐)-2,3-펜탄디온글리옥심, 비스-O-(p-톨루엔술포닐)-2-메틸-3,4-펜탄디온글리옥심, 비스-O-(n-부탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-O-(n-부탄술포닐)-α-디페닐글리옥심, 비스-O-(n-부탄술포닐)-α-디시클로헥실글리옥심, 비스-O-(n-부탄술포닐)-2,3-펜탄디온글리옥심 , 비스-O-(n-부탄술포닐)-2-메틸-3,4-펜탄디온글리옥심, 비스-O-(메탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-O-(트리플루오로메탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-O-(1,1,1-트리플루오로에탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-O-(tert-부탄술포닐)-α -디메틸글리옥심, 비스-O-(퍼플루오로옥탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-O-(시클로헥산술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-O-(벤젠술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-O-(p-플루오로벤젠술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-O-(p-tert-부틸벤젠술포닐) -α-디메틸글리옥심, 비스-O-(크실렌술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-O-(캄파술포닐)-α-디메틸글리옥심 등의 글리옥심 유도체, 비스나프틸술포닐메탄, 비스트리플루오로메틸술포닐메탄, 비스메틸술포닐메탄, 비스에틸술포닐메탄, 비스프로필술포닐메탄, 비스이소프로필술포닐메탄, 비스-p-톨루엔술포닐메탄, 비스벤젠술포닐메탄 등의 비스술폰 유도체, 2-시클로헥실카르보닐-2-(p-톨루엔술포닐)프로판, 2-이소프로필카르보닐-2-(p-톨루엔술포닐)프로판 등의 β-케토술폰 유도체, 디페닐디술폰, 디시클로헥실디술폰 등의 디술폰 유도체, p-톨루엔술폰산 2,6-디니트로벤질, p-톨루엔술폰산 2,4-디니트로벤질 등의 니트로벤질술포네이트 유도체, 1,2,3-트리스(메탄술포닐옥시)벤젠, 1,2,3-트리스(트리플루오로메탄술포닐옥시)벤젠, 1,2,3-트리스 (p-톨루엔술포닐옥시)벤젠 등의 술폰산 에스테르 유도체, N-히드록시숙신이미드 메탄술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드 트리플루오로메탄술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드 에탄술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드-1-프로판술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드-2-프로판술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드-1-펜탄술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드-1-옥탄술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드-p-톨루엔술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드-p-메톡시벤젠술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드-2-클로로에탄술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드벤젠술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드-2,4,6-트리메틸벤젠술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드-1-나프탈렌술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드-2-나프탈렌술폰산 에스테르, N-히드록시-2-페닐숙신이미드 메탄술폰산 에스테르, N-히드록시말레이미드 메탄술폰산 에스테르, N-히드록시말레이미드 에탄술폰산 에스테르, N-히드록시-2-페닐말레이미드 메탄술폰산 에스테르, N-히드록시글루탈이미드 메탄술폰산 에스테르, N-히드록시글루탈이미드 벤젠술폰산 에스테르, N-히드록시프탈이미드 메탄술폰산 에스테르, N-히드록시프탈이미드 벤젠술폰산 에스테르, N-히드록시프탈이미드 트리플루오로메탄술폰산 에스테르, N-히드록시프탈이미드-p-톨루엔술폰산 에스테르, N-히드록시나프탈이미드 메탄술폰산 에스테르, N-히드록시나프탈이미드 벤젠술폰산 에스테르, N-히드록시-5-노르보르넨-2,3-디카르복시이미드 메탄술폰산 에스테르, N-히드록시-5-노르보르넨-2,3-디카르복시이미드 트리플루오로메탄술폰산 에스테르, N-히드록시-5-노르보르넨-2,3-디카르복시이미드-p-톨루엔술폰산 에스테르 등의 N-히드록시이미드 화합물의 술폰산 에스테르 유도체 등을 들 수 있지만, 트리플루오로메탄술폰산 트리페닐술포늄, 트리플루오로메탄술폰산 (p-tert-부톡시페닐)디페닐술포늄, 트리플루오로메탄술폰산 트리스(p-tert-부톡시페닐)술포늄, p-톨루엔술폰산 트리페닐술포늄, p-톨루엔술폰산 (p-tert-부톡시페닐)디페닐술포늄, p-톨루엔술폰산 트리스(p-tert-부톡시페닐)술포늄, 트리플루오로메탄술폰산 트리나프틸술포늄, 트리플루오로메탄술폰산 시클로헥실메틸(2-옥소시클로헥실)술포늄, 트리플루오로메탄술폰산 (2-노르보르닐)메틸(2-옥소시클로헥실)술포늄, 1,2'-나프틸카르보닐메틸 테트라히드로티오페늄트리플레이트 등의 오늄염, 비스(벤젠술포닐)디아조메탄, 비스(p-톨루엔술포닐)디아조메탄, 비스(시클로헥실술포닐)디아조메탄, 비스(n-부틸술포닐)디아조메탄, 비스(이소부틸술포닐)디아조메탄, 비스 (sec-부틸술포닐)디아조메탄, 비스(n-프로필술포닐)디아조메탄, 비스(이소프로필술포닐)디아조메탄, 비스(tert-부틸술포닐)디아조메탄 등의 디아조메탄 유도체, 비스-O-(p-톨루엔술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-O-(n-부탄술포닐)-α-디메틸글리옥심 등의 글리옥심 유도체, 비스나프틸술포닐메탄 등의 비스술폰 유도체, N-히드록시숙신이미드 메탄술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드 트리플루오로메탄술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드-1-프로판술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드-2-프로판술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드-1-펜탄술폰산 에스테르, N-히드록시숙신이미드-p-톨루엔술폰산 에스테르, N-히드록시나프탈이미드 메탄술폰산 에스테르, N-히드록시나프탈이미드 벤젠술폰산 에스테르 등의 N-히드록시이미드 화합물의 술폰산 에스테르 유도체가 바람직하게 사용된다. 또한, 상기 산발생제는 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 오늄염은 직사각형성 향상 효과가 우수하고, 디아조메탄 유도체 및 글리옥심 유도체는 정재파 저감 효과가 우수하기 때문에 양자를 조합함으로써 프로파일의 미세 조정을 행하는 것이 가능하다.
산발생제의 첨가량은 베이스 수지 100 부(중량부, 이하 동일)에 대하여 바람직하게는 0.1 내지 15 부, 보다 바람직하게는 0.5 내지 8 부이다. 0.1 부 보다 적으면 감도가 나쁜 경우가 있고, 15 부보다 많으면 투명성이 낮아져 해상성이 저하하는 경우가 있다.
본 발명에서 사용되는 유기 용제로서는 베이스 수지, 산발생제, 그 밖의 첨가제 등을 용해할 수 있는 유기 용제라면 어떠한 것이든 상관없다. 이러한 유기 용제로서는 예를 들면 시클로헥사논, 메틸-2-n-아밀케톤 등의 케톤류, 3-메톡시부탄올, 3-메틸-3-메톡시부탄올, 1-메톡시-2-프로판올, 1-에톡시-2-프로판올 등의 알콜류, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 프로필렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르 등의 에테르류, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르아세테이트, 젖산 에틸, 피루브산 에틸, 아세트산 부틸, 3-메톡시프로피온산 메틸, 3-에톡시프로피온산 에틸, 아세트산 tert-부틸, 프로피온산 tert-부틸, 프로필렌글리콜 모노-tert-부틸에테르아세테이트 등의 에스테르류를 들 수 있으며, 이들 중 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서는 이들 유기 용제 중에서도 레지스트 성분 중의 산발생제 용해성이 가장 우수한 디에틸렌글리콜 디메틸에테르나 1-에톡시-2-프로판올 외에 안전 용제인 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트 및 그 혼합 용제가 바람직하게 사용된다.
유기 용제의 사용량은 베이스 수지 100 부에 대하여 200 내지 1,000 부, 특히 400 내지 800 부가 적합하다.
본 발명의 레지스트 재료에는 상기 화학식 1로 표시되는 에스테르 화합물을 원료로 하는 상기 화학식 1aa 또는 1ab로 표시되는 반복 단위를 함유하는 고분자 화합물과는 별도의 고분자 화합물을 첨가할 수 있다.
상기 고분자 화합물의 구체적인 예로서는 하기 화학식 1r 및(또는) 하기 화학식 2r로 표시되는 중량 평균 분자량 1,000 내지 500,000, 바람직하게는 5,000 내지 100,000의 것을 들 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
식 중, R001은 수소 원자, 메틸기 또는 CH2CO2R003을 나타내고, R002는 수소 원자, 메틸기 또는 CO2R003을 나타내고, R003은 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내고, R004는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 카르복시기 또는 수산기를 함유하는 1가의 탄화수소기를 나타내고, R005 내지 R008 중 1개 이상은 탄소수 1 내지 15의 카르복시기 또는 수산기를 함유하는 1가의 탄화수소기를 나타내고, 나머지는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내고, R005 내지 R008은 서로 환을 형성할 수도 있으며, 그 경우 R005 내지 R008 중 1개 이상은 탄소수 1 내지 15의 카르복시기 또는 수산기를 함유하는 2가의 탄화수소기를 나타내고, 나머지는 각각 독립적으로 단결합 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬렌기를 나타내고, R009는 탄소수 3 내지 15의 -CO2- 부분 구조를 함유하는 1가의 탄화수소기를 나타내고, R010 내지 R013 중 1개 이상은 탄소수 2 내지 15의 -CO2- 부분 구조를 함유하는 1가의 탄화수소기를 나타내고, 나머지는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내고, R010 내지 R013은 서로 환을 형성할 수도 있으며, 그 경우 R010 내지 R013 중 1개 이상은 탄소수 1 내지 15의 -CO2 - 부분 구조를 함유하는 2가의 탄화수소기를 나타내고, 나머지는 각각 독립적으로 단결합 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬렌기를 나타내고, R014는 탄소수 7 내지 15의 다환식 탄화수소기 또는 다환식 탄화수소기를 함유하는 알킬기를 나타내고, R015는 산불안정기를 나타내며, R016은 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고, R017은 탄소수 1 내지 8의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내고, X는 CH2 또는 산소 원자를 나타내고, k'는 0 또는 1이며, a1', a2', a3', b1', b2', b3', c1', c2', c3', d1', d2', d3', e'는 0 이상 1 미만의 수이고, a1'+a2'+ a3'+b1'+b2'+b3'+c1'+c2'+c3'+d1'+d2'+d3'+e'=1을 만족하고, f', g', h', i', j'는 0 이상 1 미만의 수이며, f'+g'+h'+i'+j'=1을 만족한다.
또한, 각각의 기의 구체예에 대해서는 R1 내지 R16에서 설명한 것과 동일하다.
상기 화학식 1aa 또는 1ab로 표시되는 반복 단위를 함유하는 고분자 화합물과 별도의 고분자 화합물과의 배합 비율은 10:90 내지 90:10, 특히 20:80 내지 80:20의 중량비 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 상기 화학식 1aa 또는 1ab로 표시되는 반복 단위를 함유하는 고분자 화합물의 배합비가 이보다 적으면 레지스트 재료로서 바람직한 성능을 얻지 못하는 경우가 있다. 상기한 배합 비율을 적절히 변경함으로써 레지스트 재료의 성능을 조정할 수 있다.
또한, 상기 고분자 화합물은 1종에 한정되지 않고, 2종 이상을 첨가할 수 있다. 복수종의 고분자 화합물을 사용함으로써 레지스트 재료의 성능을 조정할 수 있다.
본 발명의 레지스트 재료에는 용해 제어제를 더 첨가할 수 있다. 용해 제어제로서는 평균 분자량이 100 내지 1,000, 바람직하게는 150 내지 800이고, 동시에 분자 내에 페놀성 수산기를 2개 이상 포함하는 화합물의 상기 페놀성 수산기의 수소 원자를 산불안정기에 의해 전체적으로 평균 0 내지 100 몰%의 비율로 치환한 화합물 또는 분자 내에 카르복시기를 포함하는 화합물의 상기 카르복시기의 수소 원자를 산불안정기에 의해 전체적으로 평균 50 내지 100 몰%의 비율로 치환한 화합물을 배합한다.
또한, 페놀성 수산기 수소 원자의 산불안정기에 의한 치환율은 평균적으로 페놀성 수산기 전체의 0 몰% 이상, 바람직하게는 30 몰% 이상이며, 그 상한은 100 몰%, 보다 바람직하게는 80 몰%이다. 카르복시기 수소 원자의 산불안정기에 의한 치환율은 평균적으로 카르복시기 전체의 50 몰% 이상, 바람직하게는 70 몰% 이상이며, 그 상한은 100 몰%이다.
이 경우, 이러한 페놀성 수산기를 2개 이상 포함하는 화합물 또는 카르복시기를 포함하는 화합물로서는 하기 화학식 1d 내지 14d로 표시되는 것이 바람직하다.
단, 식 중 R201, R202는 각각 수소 원자, 또는 탄소수 1 내지 8의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 또는 알케닐기를 나타내고, R203은 수소 원자, 또는 탄소수 1 내지 8의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 또는 알케닐기, 또는 -(R207)hCOOH를 나타내고, R204는 -(CH2)i- (i=2 내지 10), 탄소수 6 내지 10의 아릴렌기, 카르보닐기, 술포닐기, 산소 원자 또는 황 원자를 나타내고, R205는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 탄소수 6 내지 10의 아릴렌기, 카르보닐기, 술포닐기, 산소 원자 또는 황 원자를 나타내고, R206은 수소 원자, 탄소수 1 내지 8의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 알케닐기, 또는 각각 수산기로 치환된 페닐기 또는 나프틸기를 나타내고, R207은 탄소수 1 내지 10의 직쇄상 또는 분지상의 알킬렌기를 나타내고, R208은 수소 원자 또는 수산기를 나타내며, j는 0 내지 5의 정수이고, u, h는 0 또는 1이며, s, t, s', t', s'', t''는 각각 s+t=8, s'+t'=5, s''+t''=4를 만족하고, 동시에 각 페닐 골격 중 하나 이상의 수산기를 포함하는 수이며, α는 화학식 8d, 9d 화합물의 분자량을 100 내지 1,000으로 하는 수이다.
상기 식 중 R201, R202로서는 예를 들면 수소 원자, 메틸기, 에틸기, 부틸기, 프로필기, 에티닐기, 시클로헥실기, R203으로서는 예를 들면 R201, R202와 동일한 것, 또는 -COOH, -CH2COOH, R204로서는 예를 들면 에틸렌기, 페닐렌기, 카르보닐기, 술포닐기, 산소 원자, 황 원자 등, R205로서는 예를 들면 메틸렌기, 또는 R204와 동일한 것, R206으로서는 예를 들면 수소 원자, 메틸기, 에틸기, 부틸기, 프로필기, 에티닐기, 시클로헥실기, 각각 수산기로 치환된 페닐기, 나프틸기 등을 들 수 있다.
여기에서, 용해 제어제의 산불안정기로서는 하기 화학식 1l 내지 4l로 표시되는 기, 탄소수 4 내지 20의 3급 알킬기, 각 알킬기의 탄소수가 각각 1 내지 6의 트리알킬실릴기, 탄소수 4 내지 20의 옥소알킬기 등을 들 수 있다.
<화학식 1l>
<화학식 2l>
<화학식 3l>
<화학식 4l>
식 중, RL01, RL02는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 18의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내고, RL03은 탄소수 1 내지 18의 산소 원자 등의 헤테로 원자를 포함할 수도 있는 1가의 탄화수소기를 나타내고, RL01과 RL02, RL01과 RL03, RL02와 RL03은 환을 형성할 수도 있으며, 환을 형성하는 경우 RL01, RL02, RL03 은 각각 탄소수 1 내지 18의 직쇄상 또는 분지상의 알킬렌기를 나타내고, RL04는 탄소수 4 내지 20의 3급 알킬기, 각 알킬기가 각각 탄소수 1 내지 6의 트리알킬실릴기, 탄소수 4 내지 20의 옥소알킬기 또는 상기 화학식 1l로 표시되는 기를 나타내고, RL05는 탄소수 1 내지 8의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 치환될 수도 있는 아릴기를 나타내고, RL06은 탄소수 1 내지 8의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 치환될 수도 있는 아릴기를 나타내고, RL07 내지 RL16은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 헤테로 원자를 포함할 수도 있는 1가의 탄화수소기를 나타내고, RL07 내지 RL16은 서로 환을 형성할 수도 있으며, 그 경우 탄소수 1 내지 15의 헤테로 원자를 포함할 수도 있는 2가의 탄화수소기를 나타내고, 또한 RL07 내지 RL16은 인접하는 탄소에 결합하는 것들이 직접 결합하여 이중 결합을 형성할 수도 있으며, y는 0 내지 6의 정수이고, m은 0 또는 1, n은 0, 1, 2, 3 중 어느 하나이고, 2m+n=2 또는 3을 만족하는 수이다.
상기 용해 제어제의 배합량은 베이스 수지 100 부에 대하여 0 내지 50 부, 바람직하게는 5 내지 50 부, 보다 바람직하게는 10 내지 30 부이고, 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 배합량이 5 부 미만이면 해상성이 향상되지 않는 경우가 있고, 50 부를 넘으면 패턴의 막 감소가 생겨 해상도가 저하하는 경우가 있다.
또한, 상기한 바와 같은 용해 제어제는 페놀성 수산기 또는 카르복시기를 포함하는 화합물에 대하여 유기 화학적 방법을 사용하여 산불안정기를 도입함으로써 합성된다.
또한, 본 발명의 레지스트 재료에는 염기성 화합물을 배합할 수 있다.
염기성 화합물로서는 산발생제로부터 발생하는 산이 레지스트막으로 확산할 때의 확산 속도를 억제할 수 있는 화합물이 적합하다. 염기성 화합물 배합에 의해 레지스트막에서의 산의 확산 속도가 억제되어 해상도가 향상되고, 노광 후의 감도 변화를 억제하거나 기판 및 환경 의존성을 적게 하여 노광 여유도 및 패턴 프로파일 등을 향상시킬 수 있다.
이러한 염기성 화합물로서는 1급, 2급, 3급의 지방족 아민류, 혼성 아민류, 방향족 아민류, 복소환 아민류, 카르복시기를 포함하는 질소 함유 화합물, 술포닐기를 포함하는 질소 함유 화합물, 수산기를 포함하는 질소 함유 화합물, 히드록시페닐기를 포함하는 질소 함유 화합물, 알콜성 질소 함유 화합물, 아미드 유도체, 이미드 유도체 등을 들 수 있다.
구체적으로는 1급의 지방족 아민류로서 암모니아, 메틸아민, 에틸아민, n-프로필아민, 이소프로필아민, n-부틸아민, 이소부틸아민, sec-부틸아민, tert-부틸아민, 펜틸아민, tert-아밀아민, 시클로펜틸아민, 헥실아민, 시클로헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 노닐아민, 데실아민, 도데실아민, 세틸아민, 메틸렌디아민, 에틸렌디아민, 테트라에틸렌펜타민 등이 예시되고, 2급의 지방족 아민류로서 디메틸아민, 디에틸아민, 디-n-프로필아민, 디이소프로필아민, 디-n-부틸아민, 디이소부틸아민, 디-sec-부틸아민, 디펜틸아민, 디시클로펜틸아민, 디헥실아민, 디시클로헥실아민, 디헵틸아민, 디옥틸아민, 디노닐아민, 디데실아민, 디도데실아민, 디세틸아민, N,N-디메틸메틸렌디아민, N,N-디메틸에틸렌디아민, N,N-디메틸테트라에틸렌펜타민 등이 예시되고, 3급의 지방족 아민류로서 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리-n-프로필아민, 트리이소프로필아민, 트리-n-부틸아민, 트리이소부틸아민, 트리-sec-부틸아민, 트리펜틸아민, 트리시클로펜틸아민, 트리헥실아민, 트리시클로헥실아민, 트리헵틸아민, 트리옥틸아민, 트리노닐아민, 트리데실아민, 트리도데실아민, 트리세틸아민, N,N,N',N'-테트라메틸메틸렌디아민, N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민, N,N,N',N'-테트라메틸테트라에틸렌펜타민 등이 예시된다.
또한, 혼성 아민류로서는 예를 들면 디메틸에틸아민, 메틸에틸프로필아민, 벤질아민, 펜에틸아민, 벤질디메틸아민 등이 예시된다. 방향족 아민류 및 복소환 아민류의 구체예로서는 아닐린 유도체(예를 들면 아닐린, N-메틸아닐린, N-에틸아닐린, N-프로필아닐린, N,N-디메틸아닐린, 2-메틸아닐린, 3-메틸아닐린, 4-메틸아닐린, 에틸아닐린, 프로필아닐린, 트리메틸아닐린, 2-니트로아닐린, 3-니트로아닐린, 4-니트로아닐린, 2,4-디니트로아닐린, 2,6-디니트로아닐린, 3,5-디니트로아닐린, N,N-디메틸톨루이딘 등), 디페닐(p-톨릴)아민, 메틸디페닐아민, 트리페닐아민, 페닐렌디아민, 나프틸아민, 디아미노나프탈렌, 피롤 유도체(예를 들면 피롤, 2H-피롤, 1-메틸피롤, 2,4-디메틸피롤, 2,5-디메틸피롤, N-메틸피롤 등), 옥사졸 유도체 (예를 들면 옥사졸, 이소옥사졸 등), 티아졸 유도체(예를 들면 티아졸, 이소티아졸 등), 이미다졸 유도체(예를 들면 이미다졸, 4-메틸이미다졸, 4-메틸-2-페닐이미다졸 등), 피라졸 유도체, 푸라잔 유도체, 피롤린 유도체(예를 들면 피롤린, 2-메틸-1-피롤린 등), 피롤리딘 유도체(예를 들면 피롤리딘, N-메틸피롤리딘, 피롤리디논, N-메틸피롤리돈 등), 이미다졸린 유도체, 이미다졸리딘 유도체, 피리딘 유도체(예를 들면 피리딘, 메틸피리딘, 에틸피리딘, 프로필피리딘, 부틸피리딘, 4-(1-부틸펜틸)피리딘, 디메틸피리딘, 트리메틸피리딘, 트리에틸피리딘, 페닐피리딘, 3-메틸-2-페닐피리딘, 4-tert-부틸피리딘, 디페닐피리딘, 벤질피리딘, 메톡시피리딘, 부톡시피리딘, 디메톡시피리딘, 1-메틸-2-피리딘, 4-피롤리디노피리딘, 1-메틸-4-페닐피리딘, 2-(1-에틸프로필)피리딘, 아미노피리딘, 디메틸아미노피리딘 등), 피리다진 유도체, 피리미딘 유도체, 피라진 유도체, 피라졸린 유도체, 피라졸리딘 유도체, 피페리딘 유도체, 피페라진 유도체, 모르폴린 유도체, 인돌 유도체, 이소인돌 유도체, 1H-인다졸 유도체, 인돌린 유도체, 퀴놀린 유도체 (예를 들면 퀴놀린, 3-퀴놀린카르보니트릴 등), 이소퀴놀린 유도체, 신놀린 유도체, 퀴나졸린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 프탈라진 유도체, 푸린 유도체, 프테리딘 유도체, 카르바졸 유도체, 페난트리딘 유도체, 아크리딘 유도체, 페나딘 유도체, 1,10-페난트롤린 유도체, 아데닌 유도체, 아데노신 유도체, 구아닌 유도체, 구아노신 유도체, 우라실 유도체, 우리딘 유도체 등이 예시된다.
또한, 카르복시기를 포함하는 질소 함유 화합물로서는 예를 들면 아미노벤조산, 인돌카르복실산, 아미노산 유도체(예를 들면 니코틴산, 알라닌, 아르기닌, 아스파라긴산, 글루타민산, 글리신, 히스티딘, 이소루신, 글리실루신, 루신, 메티오닌, 페닐알라닌, 트레오닌, 리신, 3-아미노피라진-2-카르복실산, 메톡시알라닌 등) 등이 예시되고, 술포닐기를 포함하는 질소 함유 화합물로서 3-피리딘술폰산, p-톨루엔술폰산 피리디늄 등이 예시되며, 수산기를 포함하는 질소 함유 화합물, 히드록시페닐기를 포함하는 질소 함유 화합물, 알콜성 질소 함유 화합물로서는 2-히드록시피리딘, 아미노크레졸, 2,4-퀴놀린디올, 3-인돌메탄올히드레이트, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, N-에틸디에탄올아민, N,N-디에틸에탄올아민, 트리이소프로판올아민, 2,2'-이미노디에탄올, 2-아미노에탄올, 3-아미노-1-프로판올, 4-아미노-1-부탄올, 4-(2-히드록시에틸)모르폴린, 2-(2-히드록시에틸)피리딘, 1-(2-히드록시에틸)피페라진, 1-[2-(2-히드록시에톡시)에틸]피페라진, 피페리딘에탄올, 1-(2-히드록시에틸)피롤리딘, 1-(2-히드록시에틸)-2-피롤리디논, 3-피페리디노-1,2-프로판디올, 3-피롤리디노-1,2-프로판디올, 8-히드록시유롤리딘, 3-퀴누클리딘올, 3-트로판올, 1-메틸-2-피롤리딘에탄올, 1-아지리딘에탄올, N-(2-히드록시에틸)프탈이미드, N-(2-히드록시에틸)이소니코틴아미드 등이 예시된다. 아미드 유도체로서는 포름아미드, N-메틸포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, 아세트아미드, N-메틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 프로피온아미드, 벤즈아미드 등이 예시된다. 이미드 유도체로서는 프탈이미드, 숙신이미드, 말레이미드 등이 예시된다.
또한, 하기 화학식 1b으로 표시되는 염기성 화합물로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 배합할 수도 있다.
N(X)n(Y)3-n
식 중, n=1, 2 또는 3이고, Y는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 직쇄상, 분지상 또는 환상의 탄소수 1 내지 20의 알킬기를 나타내고, 히드록시기 또는 에테르를 포함할 수도 있으며, X는 각각 독립적으로 하기 화학식 1x 내지 3x로 표시되는 어느 하나의 기를 나타내고, 2개 또는 3개의 X가 결합하여 환을 형성할 수도 있다.
식 중 R300, R302, R305는 탄소수 1 내지 4의 직쇄상 또는 분지상의 알킬렌기를 나타내고, R301, R304는 수소 원자, 또는 탄소수 1 내지 20의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내며, 히드록시기, 에테르, 에스테르 또는 락톤환을 1개 또는 여러개 포함할 수도 있으며, R303은 단결합 또는 탄소수 1 내지 4의 직쇄상 또는 분지상의 알킬렌기를 나타낸다.
상기 화학식 1b로 표시되는 화합물로서 구체적으로는 트리스(2-메톡시메톡시에틸)아민, 트리스{2-(2-메톡시에톡시)에틸}아민, 트리스{2-(2-메톡시에톡시메톡시)에틸}아민, 트리스{2-(1-메톡시에톡시)에틸}아민, 트리스{2-(1-에톡시에톡시)에틸}아민, 트리스{2-(1-에톡시프로폭시)에틸}아민, 트리스[2-{2-(2-히드록시에톡시)에톡시}에틸]아민, 4,7,13,16,21,24-헥사옥사-1,10-디아자비시클로[8.8.8]헥사코산, 4,7,13,18-테트라옥사-1,10-디아자비시클로[8.5.5]에이코산, 1,4,10,13-테트라옥사-7,16-디아자비시클로옥타데칸, 1-아자-12-크라운-4,1-아자-15-크라운-5,1-아자-18-크라운-6, 트리스(2-포르밀옥시에틸)아민, 트리스(2-포르밀옥시에틸)아민, 트리스(2-아세톡시에틸)아민, 트리스(2-프로피오닐옥시에틸)아민, 트리스(2-부티릴옥시에틸)아민, 트리스(2-이소부티릴옥시에틸)아민, 트리스(2-발레릴옥시에틸)아민, 트리스(2-피발로일옥시에틸)아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-(아세톡시아세톡시)에틸아민, 트리스(2-메톡시카르보닐옥시에틸)아민, 트리스(2-tert-부톡시카르보닐옥시에틸)아민, 트리스[2-(2-옥소프로폭시)에틸]아민, 트리스[2-(메톡시카르보닐메틸)옥시에틸]아민, 트리스[2-(tert-부톡시카르보닐메틸옥시)에틸]아민, 트리스[2-(시클로헥실옥시카르보닐메틸옥시)에틸]아민, 트리스(2-메톡시카르보닐에틸)아민, 트리스(2-에톡시카르보닐에틸)아민, N,N-비스(2-히드록시에틸) 2-(메톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-(메톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-히드록시에틸) 2-(에톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-(에톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-히드록시에틸) 2-(2-메톡시에톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-(2-메톡시에톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-히드록시에틸) 2-(2-히드록시에톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-(2-아세톡시에톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-히드록시에틸) 2-[(메톡시카르보닐)메톡시카르보닐]에틸아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-[(메톡시카르보닐)메톡시카르보닐]에틸아민, N,N-비스(2-히드록시에틸) 2-(2-옥소프로폭시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-(2-옥소프로폭시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-히드록시에틸) 2-(테트라히드로푸르푸릴옥시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-(테트라히드로푸르푸릴옥시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-히드록시에틸) 2-[(2-옥소테트라히드로푸란-3-일)옥시카르보닐]에틸아민, N,N-비스 (2-아세톡시에틸) 2-[(2-옥소테트라히드로푸란-3-일)옥시카르보닐]에틸아민, N,N-비스(2-히드록시에틸) 2-(4-히드록시부톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-포르밀옥시에틸) 2-(4-포르밀옥시부톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-포르밀옥시에틸) 2-(2-포르밀옥시에톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-메톡시에틸) 2-(메톡시카르보닐)에틸아민, N-(2-히드록시에틸)비스[2-(메톡시카르보닐)에틸]아민, N-(2-아세톡시에틸)비스[2-(메톡시카르보닐)에틸]아민, N-(2-히드록시에틸)비스[2-(에톡시카르보닐)에틸]아민, N-(2-아세톡시에틸)비스[2-(에톡시카르보닐)에틸]아민, N-(3-히드록시-1-프로필)비스[2-(메톡시카르보닐)에틸]아민, N-(3-아세톡시-1-프로필)비스 [2-(메톡시카르보닐)에틸]아민, N-(2-메톡시에틸)비스[2-(메톡시카르보닐)에틸]아민, N-부틸비스[2-(메톡시카르보닐)에틸]아민, N-부틸비스[2-(2-메톡시에톡시카르보닐)에틸]아민, N-메틸비스(2-아세톡시에틸)아민, N-에틸비스(2-아세톡시에틸)아민, N-메틸비스(2-피발로일옥시에틸)아민, N-에틸비스[2-(메톡시카르보닐옥시)에틸]아민, N-에틸비스[2-(tert-부톡시카르보닐옥시)에틸]아민, 트리스(메톡시카르보닐메틸)아민, 트리스(에톡시카르보닐메틸)아민, N-부틸비스(메톡시카르보닐메틸)아민, N-헥실비스(메톡시카르보닐메틸)아민, β-(디에틸아미노)-δ-발레로락톤 등을 들 수 있다.
상기 염기성 화합물의 배합량은 산발생제 1 부에 대하여 0.001 내지 10 부, 바람직하게는 0.01 내지 1 부이다. 배합량이 0.001 부 미만이면 첨가제로서의 효과를 충분히 얻지 못하는 경우가 있고, 10 부를 넘으면 해상도 및 감도가 저하하는 경우가 있다.
또한, 본 발명의 레지스트 재료에는 분자 내에 ≡C-COOH로 표시되는 기를 포함하는 화합물을 배합할 수 있다.
분자 내에 ≡C-COOH로 표시되는 기를 포함하는 화합물로서는 예를 들면 하기 I군 및 II군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 화합물을 사용할 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 본 성분의 배합에 의해 레지스트의 PED 안정성이 향상되고 질화막 기판 상에서의 엣지 러프니스가 개선되는 것이다.
[I군]
하기 화학식 1c 내지 10c로 표시되는 화합물의 페놀성 수산기의 수소 원자 중 일부 또는 전부를 -R401-COOH(R401은 탄소수 1 내지 10의 직쇄상 또는 분지상의 알킬렌기)에 의해 치환하여 이루어지고, 동시에 분자 중의 페놀성 수산기(C)와 ≡C-COOH로 표시되는 기(D)와의 몰 비율이 C/(C+D)=0.1 내지 1.0인 화합물.
[II군]
하기 화학식 11c 내지 15c로 표시되는 화합물.
단, 식 중 R408은 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고, R402, R403은 각각 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 또는 알케닐기를 나타내며, R404는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 또는 알케닐기, 또는 -(R409)h-COOR'기(R'는 수소 원자 또는 -R409-COOH)를 나타내고, R405는 -(CH2)i-(i=2 내지 10), 탄소수 6 내지 10의 아릴렌기, 카르보닐기, 술포닐기, 산소 원자 또는 황 원자를 나타내고, R406은 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 탄소수 6 내지 10의 아릴렌기, 카르보닐기, 술포닐기, 산소 원자 또는 황 원자를 나타내고, R407은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 알케닐기, 각각 수산기로 치환된 페닐기 또는 나프틸기를 나타내고, R409는 탄소수 1 내지 10의 직쇄상 또는 분지상의 알킬렌기를 나타내고, R410은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 또는 알케닐기 또는 -R411-COOH기를 나타내고, R411은 탄소수 1 내지 10의 직쇄상 또는 분지상의 알킬렌기를 나타내며, j는 0 내지 5의 정수이고, u, h는 0 또는 1이며, s1, t1, s2, t2, s3, t3, s4, t4는 각각 s1+t1=8, s2+t2=5, s3+t3=4, s4+t4=6을 만족하고, 동시에 각 페닐 골격 중에 1개 이상의 수산기를 포함하는 수이며, κ는 화학식 6c의 화합물을 중량 평균 분자량 1,000 내지 5,000으로 하는 수이고, λ는 화학식 7c의 화합물을 중량 평균 분자량 1,000 내지 10,000으로 하는 수이다.
R402, R403, R411은 상기와 동일한 의미를 나타내고, R412는 수소 원자 또는 수산기를 나타내며, s5, t5는 s5≥0, t5≥0이고, s5+t5=5를 만족하는 수이며, h'는 0 또는 1이다.
본 성분으로서 구체적으로는 하기 화학식 1f 내지 14f 및 1e 내지 10e로 표시되는 화합물을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.
R''는 수소 원자 또는 CH2COOH 기를 나타내고, 각 화합물에 있어서 R''의 10 내지 100 몰%는 CH2COOH 기이며, α, κ는 상기와 동일한 의미를 나타낸다.
또한, 상기 분자 내에 ≡C-COOH로 표시되는 기를 포함하는 화합물은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 분자 내에 ≡C-COOH로 표시되는 기를 포함하는 화합물의 첨가량은 베이스 수지 100 부에 대하여 0 내지 5 부, 바람직하게는 0.1 내지 5 부, 보다 바람직하게는 0.1 내지 3 부, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 2 부이다. 5 부보다 많으면 레지스트 재료의 해상성이 저하하는 경우가 있다.
또한, 본 발명의 레지스트 재료에는 첨가제로서 아세틸렌알콜 유도체를 배합할 수 있으며, 이에 따라 보존 안정성을 향상시킬 수 있다.
아세틸렌알콜 유도체로서는 하기 화학식 1s, 2s로 표시되는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
식 중, R501, R502, R503, R504, R505는 각각 수소 원자, 또는 탄소수 1 내지 8의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기이고, X, Y는 0 또는 양수를 나타내며, 하기 0≤X≤30, 0≤Y≤30, 0≤X+Y≤40의 값을 만족한다.
아세틸렌알콜 유도체로서 바람직하게는 서피놀 61, 서피놀 82, 서피놀 104, 서피놀 104E, 서피놀 104H, 서피놀 104A, 서피놀 TG, 서피놀 PC, 서피놀 440, 서피놀 465, 서피놀 485(Air Products and Chemicals Inc.제조), 서피놀 E1004(닛신 가가꾸 고교(주) 제조) 등을 들 수 있다.
상기 아세틸렌알콜 유도체의 첨가량은 레지스트 재료 100 중량% 중 0.01 내지 2 중량%, 보다 바람직하게는 0.02 내지 1 중량%이다. 0.01 중량%보다 적으면 도포성 및 보존 안정성 개선 효과를 충분히 얻지 못하는 경우가 있고, 2 중량%보다 많으면 레지스트 재료의 해상성이 저하하는 경우가 있다.
본 발명의 레지스트 재료에는 상기 성분 외에 임의 성분으로서 도포성을 향상시키기 위해 관용되고 있는 계면 활성제를 첨가할 수 있다. 또한, 임의 성분의 첨가량은 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 통상량으로 할 수 있다.
여기에서 계면 활성제로서는 비이온성의 것이 바람직하며, 퍼플루오로알킬폴리옥시에틸렌에탄올, 불소화 알킬에스테르, 퍼플루오로알킬아민옥시드, 퍼플루오로알킬 EO 부가물, 불소 함유 오르가노실록산계 화합물 등을 들 수 있다. 예를 들면, 플로라이드 "FC-430", "FC-431"(모두 스미또모 쓰리엠(주) 제조), 서프론 "S-141", "S-145"(모두 아사히 가라스(주) 제조), 유니다인 "DS-401", "DS-403", "DS-451"(모두 다이킨 고교(주) 제조), 메가팩 "F-8151"(다이닛본 잉크 고교(주) 제조), "X-70-092", "X-70-093"(모두 신에쯔 가가꾸 고교(주) 제조) 등을 들 수 있다. 바람직하게는 플로라이드 "FC-430"(스미또모 쓰리엠(주) 제조), "X-70-093" (신에쯔 가가꾸 고교(주) 제조)를 들 수 있다.
본 발명의 레지스트 재료를 사용하여 패턴을 형성하기 위해서는 공지된 리소그래피 기술을 이용하여 행할 수 있으며, 예를 들면 실리콘 웨이퍼 등의 기판 상에 스핀 코팅 등의 방법으로 막 두께가 0.3 내지 2.0 ㎛가 되도록 도포하고, 이것을 핫 플레이트 상에서 60 내지 150 ℃로 1 내지 10분간, 바람직하게는 80 내지 130 ℃로 1 내지 5분간 예비 베이킹한다. 이어서 목적하는 패턴을 형성하기 위한 마스크를 상기한 레지스트막 상에 덮고 원자외선, 엑시머 레이저, X선 등의 고에너지선 또는 전자선을 노광량 1 내지 200 mJ/㎠ 정도, 바람직하게는 10 내지 100 mJ/㎠ 정도가 되도록 조사한 후, 핫 플레이트 상에서 60 내지 150 ℃로 1 내지 5분간, 바람직하게는 80 내지 130 ℃로 1 내지 3분간 포스트 익스포저 베이킹(PEB)한다. 또한, 0.1 내지 5 %, 바람직하게는 2 내지 3 %의 테트라메틸암모늄히드록시드 (TMAH) 등의 알칼리 수용액 현상액을 사용하여 0.1 내지 3분간, 바람직하게는 0.5 내지 2분간 침지(dip)법, 퍼들(puddle)법, 스프레이(spray)법 등의 상법에 의해 현상함으로써 기판 상에 목적하는 패턴이 형성된다. 또한, 본 발명의 재료는 특히 고에너지선 중에서도 248 내지 193 nm의 원자외선 또는 엑시머 레이저, X선 및 전자선에 의한 미세 패터닝에 최적이다. 또한, 상기 범위를 상한 및 하한에서 벗어나는 경우에는 목적하는 패턴을 얻지 못하는 경우가 있다.
<실시예>
이하, 합성예 및 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.
<합성예>
본 발명의 에스테르 화합물 및 그것을 포함하는 고분자 화합물을 이하에 나타낸 방법으로 합성하였다.
<합성예 1-1> 단량체 1의 합성
74.4 g의 3-히드록시부탄산 2-에틸-2-비시클로[2.2.1]헵틸(아세트산 2-에틸-2-비시클로[2.2.1]헵틸과 아세트알데히드를 리튬헥사메틸디실라지드의 존재하에서 반응시켜 합성)을 350 ml의 염화메틸렌에 용해하고, 이어서 39.0 g의 피리딘과 촉매량의 4-(N,N-디메틸아미노)피리딘을 첨가하여 빙냉하면서 교반하였다. 이 반응 혼합물에 대하여 66.8 g의 2-노르보르넨-5-카르복실산 클로라이드를 10 ℃ 이하에서 1시간에 걸쳐 적하하였다. 3시간 교반을 계속한 후, 통상의 반응 후 처리를 행하고 얻어진 유상 물질을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래프로 정제했더니 96.7 g의 2-노르보르넨-5-카르복실산 2-(2-에틸-2-비시클로[2.2.1]헵틸옥시카르보닐)프로필(단량체 1)을 얻을 수 있었다. 수율은 84.9 %였다.
이 화합물의 1H-NMR(CDCl3, 270MHz)를 도 1에, FT-IR을 도 2에 나타내었다.
<합성예 1-2 내지 6> 단량체 2 내지 6의 합성
상기와 동일하게 하여 또는 공지된 방법으로 단량체 2 내지 6을 합성하였다.
<합성예 2-1> 중합체 1의 합성
86.5 g의 단량체 1과 24.5 g의 말레산 무수물을 1 L의 테트라히드로푸란에 용해하고, 1.8 g의 2,2'-아조비스이소부티로니트릴을 첨가하였다. 60 ℃에서 15시간 교반한 후 감압하에 농축하였다. 얻어진 잔사를 400 ml의 테트라히드로푸란에 용해하고, 10 L의 n-헥산에 적하하였다. 발생한 고형물을 여과하여 취하고, 더욱 10 L의 n-헥산으로 세정하여 40 ℃에서 6시간 진공 건조했더니 68.0 g의 하기 식 중합체 1로 표시되는 고분자 화합물을 얻을 수 있었다. 수율은 61.3 %였다.
<합성예 2-2 내지 12> 중합체 2 내지 12의 합성
상기와 동일하게 하여 또는 공지된 방법으로 중합체 2 내지 12를 합성하였다.
<실시예 I>
본 발명의 레지스트 재료에 대하여 KrF 엑시머 레이저 노광에서의 해상성을 평가하였다.
<실시예 I-1 내지 22> 레지스트의 해상성 평가
상기 화학식으로 표시되는 중합체(중합체 1 내지 12)를 베이스 수지로 하고, 하기 식으로 표시되는 산발생제(PAG 1, 2), 하기 식으로 표시되는 용해 제어제(DRR 1 내지 4), 염기성 화합물, 하기 식으로 표시되는 분자 내에 ≡C-COOH로 표시되는 기를 포함하는 화합물(ACC 1, 2) 및 용제를 표 1에 나타낸 조성으로 혼합하였다. 이어서, 이것들을 테플론제 필터(공경 0.2 ㎛)로 여과하여 레지스트 재료로 하였다.
레지스트액을 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 코팅하고 0.5 ㎛의 두께로 도포하였다. 이어서, 이 실리콘 웨이퍼를 핫 플레이트를 사용하여 110 ℃에서 90초간 베이킹하였다. 이것을 KrF 엑시머 레이저 스테퍼(니콘사 제조, NA=0.5)를 사용하여 노광하고 110 ℃에서 90초간 베이킹(PEB)하고, 2.38 %의 테트라메틸암모늄히드록시드 수용액으로 현상했더니 포지티브형의 패턴을 얻을 수 있었다.
레지스트의 평가는 이하의 항목에 대하여 행하였다. 우선, 감도(Eth, mJ/㎠)를 구하였다. 이어서, 0.30 ㎛의 라인 앤드 스페이스를 1:1로 해상하는 노광량을 최적 노광량(Eop, mJ/㎠)으로 하고, 이 노광량에서 분리되어 있는 라인 앤드 스페이스의 최소 선폭(㎛)을 평가 레지스트의 해상도로 하였다. 해상한 레지스트 패턴의 형상은 주사형 전자 현미경을 사용하여 관찰하였다.
각 레지스트의 조성 및 평가 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 표 1, 2에 있어서 용제 및 염기성 화합물은 하기와 같다. 또한, 용제는 모두 FC-430(스미또모 쓰리엠(주) 제조)을 0.01 중량% 포함하는 것을 사용하였다.
PGMEA: 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트
TBA: 트리부틸아민
TEA: 트리에탄올아민
TMMEA: 트리스메톡시메톡시에틸아민
TMEMEA: 트리스메톡시에톡시메톡시에틸아민
표 1의 결과로부터 본 발명의 레지스트 재료가 KrF 엑시머 레이저 노광에 있어서 고감도, 고해상성을 갖는 것이 확인되었다.
<실시예 II>
본 발명의 레지스트 재료에 대하여 ArF 엑시머 레이저 노광에서의 해상성을 평가하였다.
<실시예 II-1, 2> 레지스트의 해상성 평가
상기와 마찬가지로 표 2에 나타낸 조성으로 레지스트 재료를 제조하였다.
레지스트액을 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 코팅하고 0.5 ㎛의 두께로 도포하였다. 이어서, 이 실리콘 웨이퍼를 핫 플레이트를 사용하여 110 ℃에서 90초간 베이킹하였다. 이것을 ArF 엑시머 레이저 스테퍼(니콘사 제조, NA=0.55)를 사용하여 노광하고 110 ℃에서 90초간 베이킹(PEB)하고, 2.38 %의 테트라메틸암모늄히드록시드 수용액으로 현상했더니 포지티브형의 패턴을 얻을 수 있었다.
레지스트의 평가는 이하의 항목에 대하여 행하였다. 우선, 감도(Eth, mJ/㎠)를 구하였다. 이어서, 0.25 ㎛의 라인 앤드 스페이스를 1:1로 해상하는 노광량을 최적 노광량(Eop, mJ/㎠)으로 하고, 이 노광량에서 분리되어 있는 라인 앤드 스페이스의 최소 선폭(㎛)을 평가 레지스트의 해상도로 하였다. 해상한 레지스트 패턴의 형상은 주사형 전자 현미경을 사용하여 관찰하였다.
각 레지스트의 조성 및 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
표 2의 결과로부터 본 발명의 레지스트 재료가 ArF 엑시머 레이저 노광에 있어서 고감도, 고해상성을 갖는 것이 확인되었다.
본 발명의 고분자 화합물을 베이스 수지로 사용한 레지스트 재료는 고에너지선에 감응하고, 감도, 해상성, 에칭 내성이 우수하기 때문에 전자선이나 원자외선에 의한 미세 가공에 유용하다. 특히 ArF 엑시머 레이저, KrF 엑시머 레이저의 노광 파장에서의 흡수가 작기 때문에 미세하고, 나아가 기판에 대하여 수직인 패턴을 쉽게 형성할 수 있다는 특징을 갖는다.
도 1은, 합성예 1-1에서 얻어진 단량체 1의 1H-NMR(CDCl3, 270MHz)을 나타낸다.
도 2는, 합성예 1-1에서 얻어진 단량체 1의 FT-IR을 나타낸다.

Claims (5)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 에스테르 화합물.
    <화학식 1>
    식 중, R1은 수소 원자, 메틸기 또는 CH2CO2R3을 나타내고,
    R2는 수소 원자, 메틸기 또는 CO2R3을 나타내고,
    R3은 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내고,
    R4는 2-(2-비시클로[2.2.1]헵틸)프로판-2-일기, 2-(1-아다만틸)프로판-2-일기, 2-메틸아다만틸기, 2-에틸아다만틸기 또는 하기 화학식 3l 또는 4l로 표시되는 기를 나타내며,
    Z는 탄소수 1 내지 10의 2가의 탄화수소기를 나타내고,
    k는 0 또는 1이다.
    <화학식 3l>
    <화학식 4l>
    식 중, 쇄선은 결합 이음매를 나타내고,
    RL05는 탄소수 1 내지 8의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 치환될 수도 있는 아릴기를 나타내고,
    m은 0 또는 1, n은 0, 1, 2, 3 중 어느 하나이고, 2m+n=2 또는 3을 만족하는 수이고,
    RL06은 탄소수 1 내지 8의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 치환될 수도 있는 아릴기를 나타내고,
    RL07 내지 RL16은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 헤테로 원자를 포함할 수도 있는 1가의 탄화수소기를 나타내고, RL07 내지 RL16은 서로 환을 형성할 수도 있으며, 그 경우에는 탄소수 1 내지 15의 헤테로 원자를 포함할 수도 있는 2가의 탄화수소기를 나타내고, 또한, RL07 내지 RL16은 인접하는 탄소에 결합하는 것들이 직접 결합하여 이중 결합을 형성할 수도 있다.
  2. 상기 화학식 1로 표시되는 에스테르 화합물을 원료로 하는 하기 화학식 1aa 또는 1ab로 표시되는 반복 단위를 함유하는 것을 특징으로 하는 중량 평균 분자량 1,000 내지 500,000의 고분자 화합물.
    <화학식 1aa>
    <화학식 1ab>
    식 중, R1, R2, R4, Z, k는 상기와 동일한 의미를 나타낸다.
  3. 제2항에 있어서, 하기 화학식 2a 내지 10a로 표시되는 반복 단위로부터 선택되는 1종 이상을 더 함유하는 고분자 화합물.
    <화학식 2a>
    <화학식 3a>
    <화학식 4a>
    <화학식 5a>
    <화학식 6aa>
    <화학식 7aa>
    <화학식 8aa>
    <화학식 9aa>
    <화학식 6ab>
    <화학식 7ab>
    <화학식 8ab>
    <화학식 9ab>
    <화학식 10a>
    식 중, R1, R2, k는 상기와 동일하고，
    R5는 수소 원자, 또는 탄소수 1 내지 15의 카르복시기 또는 수산기를 함유하는 1가의 탄화수소기를 나타내고,
    R6 내지 R9 중 1개 이상은 탄소수 1 내지 15의 카르복시기 또는 수산기를 함유하는 1가의 탄화수소기를 나타내고, 나머지는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내며, R6 내지 R9는 서로 환을 형성할 수도 있으며, 그 경우 R6 내지 R9 중 1개 이상은 탄소수 1 내지 15의 카르복시기 또는 수산기를 함유하는 2가의 탄화수소기를 나타내고, 나머지는 각각 독립적으로 단결합 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬렌기를 나타내고,
    R10은 탄소수 3 내지 15의 -CO2- 부분 구조를 함유하는 1가의 탄화수소기를 나타내고,
    R11 내지 R14 중 1개 이상은 탄소수 2 내지 15의 -CO2- 부분 구조를 함유하는 1가의 탄화수소기를 나타내고, 나머지는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타내며, R11 내지 R14는 서로 환을 형성할 수도 있으며, 그 경우 R11 내지 R14 중 1개 이상은 탄소수 1 내지 15의 -CO2- 부분 구조를 함유하는 2가의 탄화수소기를 나타내고, 나머지는 각각 독립적으로 단결합 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬렌기를 나타내고,
    R15는 탄소수 7 내지 15의 다환식 탄화수소기 또는 다환식 탄화수소기를 함유하는 알킬기를 나타내고,
    R16은 산불안정기를 나타내며,
    X는 CH2 또는 산소 원자를 나타내고,
    Y는 -O- 또는 -(NR17)-을 나타내고,
    R17은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상, 분지상 또는 환상의 알킬기를 나타낸다.
  4. 제2항 또는 제3항에 기재된 고분자 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트 재료.
  5. 제4항에 기재된 레지스트 재료를 기판 상에 도포하는 공정과, 가열 처리 후 포토마스크를 통하여 고에너지선 또는 전자선으로 노광하는 공정과, 필요에 따라 가열 처리한 후 현상액을 사용하여 현상하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
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