KR102148073B1 - 레지스트 재료 및 패턴 형성 방법 - Google Patents

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마사키 오하시
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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 포지티브형 레지스트 재료에 있어서도 네거티브형 레지스트 재료에 있어서도, 고감도 및 최소의 LWR 또는 개선된 CDU를 갖는 레지스트 재료, 및 이것을 이용하는 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

레지스트 재료 및 패턴 형성 방법{RESIST COMPOSITION AND PATTERNING PROCESS}
관련 출원의 상호 참조
본 정규 출원은 35 U.S.C. §119(a) 하에서 일본 특허 출원 번호 제2017-116931호(2017년 6월 14일)의 우선권을 주장하며, 이에 따라 이의 전체 내용은 참고 인용된다.
기술 분야
본 발명은, 레지스트 재료 및 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
LSI의 고집적화와 고속도화에 따라, 패턴 룰의 미세화가 급속히 진행되고 있다. 특히, 플래시 메모리 시장의 확대와 기억 용량의 증대화가 미세화를 견인하고 있다. 최첨단 미세화 기술로서는, ArF 리소그래피에 의한 65 ㎚ 노드의 디바이스가 양산되고 있다. 차세대 ArF 액침 리소그래피에 의한 45 ㎚ 노드의 양산 준비가 진행중이다. 차세대 32 ㎚ 노드로는, 물보다도 고굴절률의 액체와 고굴절률 렌즈, 고굴절률 레지스트 재료를 조합한 초고NA 렌즈에 의한 액침 리소그래피, 파장 13.5 ㎚의 극단자외선(EUV) 리소그래피, ArF 리소그래피의 이중 노광(더블 패터닝 리소그래피) 등이 후보로서, 검토가 진행되고 있다.
미세화가 진행되어, 광의 회절 한계에 근접함에 따라, 광의 콘트라스트가 저하되게 된다. 광의 콘트라스트 저하에 의해, 포지티브형 레지스트막에 있어서는 홀 패턴이나 트렌치 패턴의 해상성이나 포커스 마진의 저하가 발생한다. 광의 콘트라스트 저하에 의한 레지스트 패턴의 해상성 저하의 영향을 막기 위해, 레지스트막의 용해 콘트라스트를 향상시키는 시도가 행해지고 있다.
산 발생제를 첨가하고, 광 혹은 전자선(EB)의 조사에 의해 산을 발생시켜 탈보호 반응을 일으키는 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료, 및 산에 의한 가교 반응을 일으키는 화학 증폭 네거티브형 레지스트 재료에 있어서, 산의 미노광 부분으로의 확산을 제어하여 콘트라스트를 향상시킬 목적에서의 켄처의 첨가 효과는, 매우 효과적이었다. 그 때문에, 많은 아민 켄처가 제안되었다(특허문헌 1∼3).
ArF 레지스트 재료용의 (메타)아크릴레이트 폴리머에 이용되는 산불안정기는, α 위치가 불소로 치환된 술폰산이 발생하는 광산 발생제를 사용함으로써 탈보호 반응이 진행되지만, α 위치가 불소로 치환되어 있지 않은 술폰산이나 카르복실산이 발생하는 산 발생제에서는 탈보호 반응이 진행되지 않는다. α 위치가 불소로 치환된 술폰산이 발생하는 술포늄염이나 요오도늄염에, α 위치가 불소로 치환되어 있지 않은 술폰산이 발생하는 술포늄염이나 요오도늄염을 혼합하면, α 위치가 불소로 치환되어 있지 않은 술폰산이 발생하는 술포늄염이나 요오도늄염은, α 위치가 불소로 치환된 술폰산과 이온 교환을 일으킨다. 광에 의해 발생한 α 위치가 불소로 치환된 술폰산은, 이온 교환에 의해 술포늄염이나 요오도늄염으로 되돌아가기 때문에, α 위치가 불소로 치환되어 있지 않은 술폰산이나 카르복실산의 술포늄염이나 요오도늄염은 켄처로서 기능한다.
또한, α 위치가 불소로 치환되어 있지 않은 술폰산이 발생하는 술포늄염이나 요오도늄염은, 광분해에 의해 켄처능으로서의 능력을 잃기 때문에, 광분해성 켄처로서도 기능한다. 구조식은 밝혀져 있지 않지만, 광분해성 켄처의 첨가에 의해 트렌치 패턴의 마진이 확대되는 것이 나타내어져 있다(비특허문헌 1). 그러나, 성능 향상에 미치는 영향은 미미하여, 보다 콘트라스트를 향상시키는 켄처의 개발이 요구되고 있다.
특허문헌 4에는, 광에 의해 아미노기를 갖는 카르복실산이 발생하고, 이것이 산에 의해 락탐이 생성됨으로써 염기성이 저하되는 오늄염형의 켄처가 제안되어 있다. 산에 의해 염기성이 저하되는 기구에 의해, 산의 발생량이 적은 미노광 부분은 높은 염기성에 의해 산의 확산이 제어되어 있고, 산의 발생량이 많은 과노광 부분은 켄처의 염기성이 저하됨으로써 산의 확산이 커지고 있다. 이에 따라 노광부와 미노광부의 산량의 차를 벌릴 수 있어, 콘트라스트가 향상된다. 그러나, 이 경우는 콘트라스트가 향상되는 메리트가 있지만, 산확산의 제어 효과는 저하된다.
패턴의 미세화에 따라, 라인 패턴의 에지 러프니스(LWR) 및 홀 패턴의 임계 치수 균일성(CDU)이 문제시되고 있다. 베이스 폴리머나 산 발생제의 편재나 응집의 영향이나, 산확산의 영향이 지적되고 있다. 또한, 레지스트막의 박막화에 따라서 LWR이 커지는 경향이 있어, 미세화의 진행에 따른 박막화에 의한 LWR의 열화는 심각한 문제가 되고 있다.
EUV 레지스트에 있어서는, 고감도화, 고해상도화 및 저LWR화를 동시에 달성할 필요가 있다. 산확산 거리를 짧게 하면 LWR은 작아지지만, 저감도화된다. 예컨대, 포스트 익스포져 베이크(PEB) 온도를 낮춤으로써 LWR은 작아지지만, 저감도화된다. 켄처의 첨가량을 늘려도 LWR이 작아지지만, 저감도화된다. 감도와 LWR의 트레이드오프의 관계를 타파할 필요가 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2001-194776호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2002-226470호 공보 [특허문헌 3] 일본 특허 공개 제2002-363148호 공보 [특허문헌 4] 일본 특허 공개 제2015-90382호 공보
[비특허문헌 1] SPIE Vol. 7639 p76390W(2010)
산을 촉매로 하는 화학 증폭 레지스트 재료에 있어서, 고감도 및 감소된 LWR 또는 홀 패턴의 개선된 CDU를 제공할 수 있는 산 발생제나 켄처의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은, 포지티브형 레지스트 재료에 있어서도 네거티브형 레지스트 재료에 있어서도, 고감도 및 감소된 LWR 또는 개선된 CDU를 나타내는 레지스트 재료 및 이것을 이용하는 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 브롬화된 벤젠환을 포함하는 카르복실산을 발생시키는 술포늄염 또는 요오도늄염을 산 발생제나 켄처로서 이용함으로써, 감소된 LWR, 개선된 CDU, 고콘트라스트, 개선된 해상성 및 넓은 프로세스 마진을 갖는 레지스트 재료를 얻을 수 있는 것을 발견하였다.
일 양태에서, 본 발명은, 베이스 폴리머, 및 하기 식 (A-1)로 표시되는 술포늄염 및/또는 (A-2)로 표시되는 요오도늄염을 포함하는 레지스트 재료를 제공한다.
Figure 112018055296796-pat00001
식 중, R1은 히드록시기, 카르복시기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C6의 알킬기, 알콕시기 또는 알콕시카르보닐기, C2-C6의 알케닐옥시기 혹은 알키닐옥시기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C6의 아실옥시기, 불소 원자, 염소 원자, 아미노기, -NR7-C(=O)-R8, 또는 -NR7-C(=O)-O-R8이며, R7은 수소 원자, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C6의 알킬기이며, R8은 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C8의 알킬기, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C8의 알케닐기이고; R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C12의 알킬기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C12의 알케닐기, C6-C20의 아릴기, C7-C12의 아랄킬기 혹은 C7-C12의 아릴옥소알킬기이며, 이들 기의 수소 원자 중 적어도 하나가, 히드록시기, 카르복시기, 할로겐 원자, 옥소기, 시아노기, 아미드기, 니트로기, 술톤기, 술폰기 또는 술포늄염 함유기로 치환되어 있어도 좋고, 이들 기의 탄소 원자 중 적어도 하나가, 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기, 카르보네이트기 또는 술폰산 에스테르기로 치환되어 있어도 좋고, 또는 R2와 R3이 결합하여, 이들이 결합하는 황 원자와 함께 고리를 형성하여도 좋고; R5 및 R6은 각각 독립적으로 C6-C10의 아릴기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C6의 알케닐기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C6의 알키닐기, 또는 트리플루오로메틸기이며, 이들 기의 수소 원자 중 적어도 하나가, 할로겐 원자, 트리플루오로메틸기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C10의, 알킬기 혹은 알콕시기, 히드록시기, 카르복시기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C10의 알콕시카르보닐기, 니트로기 또는 시아노기로 치환되어 있어도 좋고; X는 단결합, 또는 에테르기, 카르보닐기, 에스테르기, 아미드기, 술톤기, 락탐기, 카르보네이트기, 할로겐 원자, 히드록시기 혹은 카르복시기를 포함하고 있어도 좋은 C1-C20의 (p+1)가의 연결기이고; m은 1∼5, 바람직하게는 2∼5의 정수이고, n은 0∼3의 정수이고, p는 1∼3의 정수이다.
일 실시양태에서, 상기 술포늄염 및/또는 요오도늄염이, 켄처로서 기능한다. 레지스트 재료가 술폰산, 이미드산 또는 메티드산을 발생시키는 산 발생제를 더 포함할 수 있다.
또다른 실시양태에서, 상기 술포늄염 및/또는 요오도늄염이, 산 발생제로서 기능한다. 레지스트 재료가 켄처를 더 포함한다.
실시양태에서, 레지스트 재료가 유기 용제를 더 포함할 수 있다.
바람직한 일 실시양태에서, 상기 베이스 폴리머가, 하기 식 (a1)로 표시되는 반복 단위, 또는 하기 식 (a2)로 표시되는 반복 단위를 포함한다.
Figure 112018055296796-pat00002
식 중, RA는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸기이고, Y1은 단결합, 페닐렌기, 나프틸렌기, 또는 에스테르기 및/또는 락톤환을 포함하는 C1-C12의 연결기이고, Y2는 단결합 또는 에스테르기이고, R11 및 R12는 각각 산불안정기이고, R13은 할로겐 원자, 트리플루오로메틸기, 시아노기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의, C1-C6의 알킬기 혹은 알콕시기, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의, C2-C7의 아실기, 아실옥시기 혹은 알콕시카르보닐기이고, R14는 단결합, 또는 직쇄상 혹은 분기상의 C1-C6의 알킬렌기이고, 그 탄소 원자 중 적어도 하나가 에테르기 또는 에스테르기로 치환되어 있어도 좋고, q1은 1 또는 2이고, q2는 0∼4의 정수이다.
레지스트 재료가, 용해 저지제를 더 포함할 수 있다.
일 실시양태에서, 레지스트 재료가, 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료가다.
또다른 실시양태에서, 상기 베이스 폴리머가, 산불안정기를 포함하지 않는 다. 레지스트 재료가, 가교제를 더 포함할 수 있다. 레지스트 재료가, 화학 증폭 네거티브형 레지스트 재료이다.
레지스트 재료가, 계면활성제를 더 포함할 수 있다.
일 실시양태에서, 상기 베이스 폴리머가, 하기 식 (f1)∼(f3)으로 표시되는 반복 단위로부터 선택되는 적어도 1종을 더 포함한다.
Figure 112018055296796-pat00003
식 중, RA는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸기이고; Z1은 단결합, 페닐렌기, -O-Z12-, 또는 -C(=O)-Z11-Z12-이고, Z11은 -O- 또는 -NH-이며, Z12는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의, C1-C6의 알킬렌기 혹은 C2-C6의 알케닐렌기, 또는 페닐렌기이며, 카르보닐기, 에스테르기, 에테르기 또는 히드록시기를 포함하고 있어도 좋고; R31∼R38은 각각 독립적으로 카르보닐기, 에스테르기 혹은 에테르기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C12의 알킬기, 또는 C6-C12의 아릴기 혹은 C7-C20의 아랄킬기이며, 이들의 수소 원자 중 적어도 하나가, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C10의 알킬기, 할로겐 원자, 트리플루오로메틸기, 시아노기, 니트로기, 히드록시기, 머캅토기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C10의 알콕시기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C10의 알콕시카르보닐기, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C10의 아실옥시기로 치환되어 있어도 좋고, 또한, R33, R34 및 R35 중 어느 2개가 또는 R36, R37 및 R38 중 어느 2개가, 서로 결합하여 이들이 결합하는 황 원자와 함께 고리를 형성하고 있어도 좋고; Z2는 단결합, -Z21-C(=O)-O-, -Z21-O- 또는 -Z21-O-C(=O)-이고, Z21은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 C1-C12의 알킬렌기이며, 카르보닐기, 에스테르기 또는 에테르기를 포함하고 있어도 좋고; A는 수소 원자 또는 트리플루오로메틸기이고; Z3은 단결합, 메틸렌기, 에틸렌기, 페닐렌기, 불소화 페닐렌기, -O-Z32- 또는 -C(=O)-Z31-Z32-이고, Z31은 -O- 또는 -NH-이며, Z32는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C6의 알킬렌기, 페닐렌기, 불소화 페닐렌기, 트리플루오로메틸기로 치환된 페닐렌기, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C6의 알케닐렌기이며, 카르보닐기, 에스테르기, 에테르기 또는 히드록시기를 포함하고 있어도 좋고; M-는 비구핵성 대향 이온이다.
또다른 양태에서, 본 발명은 상기 정의된 레지스트 재료를 기판 상에 도포하고, 가열 처리를 하여 레지스트막을 형성하는 공정과, 상기 레지스트막을 고에너지선으로 노광하는 공정과, 현상액을 이용하여 노광한 레지스트막을 현상하는 공정을 포함하는 패턴 형성 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 고에너지선이, 파장 193 ㎚의 ArF 엑시머 레이저 또는 파장 248 ㎚의 KrF 엑시머 레이저, EB 또는 파장 3∼15 ㎚의 EUV이다.
브롬화벤젠환 함유 카르복실산을 발생시키는 술포늄염 또는 요오도늄염은, 브롬의 원자량이 크기 때문에, 산확산을 억제하는 효과가 높다. 이에 따라, LWR을 감소시키고 CDU를 개선할 수 있다. 나아가서는, 파장 13.5 ㎚의 EUV의 브롬에 의한 흡수가 크기 때문에, 노광 중에 브롬으로부터 2차 전자가 발생하여, 고감도화된다. 이들에 의해, 고감도, 감소된 LWR 및 개선된 CDU의 레지스트 재료를 구축할 수 있게 된다.
본원에 사용된 바와 같이, 단수 형태는 달리 명백하게 언급되지 않는 한 복수 형태를 포함한다. (Cn-Cm) 표기는 기당 n 내지 m개의 탄소 원자를 함유하는 기를 의미한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "브롬화" 화합물은 브롬 함유 화합물을 의미한다. 화학식에서, Me는 메틸을 의미하고, Ac는 아세틸을 의미한다.
약어와 두문자어는 하기 의미를 갖는다.
EB: 전자선
EUV: 극단자외선
Mw: 중량 평균 분자량
Mn: 수 평균 분자량
Mw/Mn: 분자량 분포 또는 분산도
GPC: 겔 퍼미에이션 크로마토그래피
PEB: 포스트 익스포져 베이크
PAG: 광산 발생제
LWR: 선폭 러프니스
CDU: 임계 치수 균일성
레지스트 재료
본 발명의 레지스트 재료는, 베이스 폴리머, 및 브롬화벤젠환 함유 카르복실산의 술포늄염 및/또는 요오도늄염을 포함하는 것으로 정의된다. 상기 오늄염은, 광조사에 의해 브롬화벤젠환 함유 카르복실산을 발생시키는 산 발생제이지만, 강염기성의 술포늄 또는 요오도늄을 갖고 있기 때문에 켄처로서도 기능할 수 있다. 상기 브롬화벤젠환 함유 카르복실산은, 산불안정기가 3급 에스테르나 3급 에테르인 경우, 탈보호 반응을 일으킬 정도의 산성도는 없기 때문에, 후술하는 바와 같이, 별도 산불안정기의 탈보호 반응을 일으키기 위해, 강산인 α 위치가 불소화된 술폰산, 이미드산 또는 메티드산을 발생시키는 산 발생제를 첨가하는 것이 유효하다. 또한, α 위치가 불소화된 술폰산, 이미드산 또는 메티드산을 발생시키는 산 발생제는 첨가형이라도 좋지만, 베이스 폴리머에 결합되어 있는 바운드형이라도 좋다.
상기 브롬화벤젠환 함유 카르복실산을 발생시키는 오늄염과, 초강산의 퍼플루오로알킬술폰산을 발생시키는 산 발생제를 혼합한 상태에서 광조사를 행하면, 브롬화벤젠환 함유 카르복실산과 퍼플루오로알킬술폰산이 발생한다. 산 발생제는 전부 분해되어 있는 것은 아니기 때문에, 근방에 분해되지 않는 산 발생제가 존재하고 있다. 여기서, 브롬화벤젠환 함유 카르복실산을 발생시키는 오늄염과 퍼플루오로알킬술폰산이 공존하면, 최초로 퍼플루오로알킬술폰산이 브롬화벤젠환 함유 카르복실산을 발생시키는 오늄염과 이온 교환을 일으켜, 퍼플루오로알킬술폰산오늄염이 생성되고, 브롬화벤젠환 함유 카르복실산이 릴리스된다. 이것은, 산으로서의 강도가 높은 퍼플루오로알킬술폰산염 쪽이 안정적이기 때문이다. 한편, 퍼플루오로알킬술폰산오늄염과 브롬화벤젠환 함유 카르복실산이 존재하고 있어도 이온 교환은 일어나지 않는다. 퍼플루오로알킬술폰산뿐만 아니라, 브롬화벤젠환 함유 카르복실산보다도 산강도가 높은 아릴술폰산, 알킬술폰산, 이미드산, 메티드산 등에 있어서 동일한 이온 교환이 일어난다.
브롬화벤젠환 함유 카르복실산은, 무치환의 벤젠환에 결합하는 카르복실산보다도 분자량이 크고, 이 때문에 산확산을 억제하는 능력이 높다. 또한, 브롬은, 파장 13.5 ㎚의 EUV의 흡수가 크기 때문에, 이에 따라 노광 중에 2차 전자가 발생하여, 산 발생제로 2차 전자의 에너지가 이동함으로써 분해가 촉진되고, 이에 따라 고감도화된다. 특히, 브롬의 치환수가 2 이상, 바람직하게는 3 이상인 경우, 이 효과가 높다.
상기 오늄염이 켄처로서 기능하는 경우, 본 발명의 레지스트 재료는, 다른 술포늄염 또는 요오도늄염을 켄처로서 별도 첨가하여도 좋다. 이 때에 켄처로서 첨가하는 술포늄염이나 요오도늄염으로는, 카르복실산, 술폰산, 이미드산, 사카린 등의 술포늄염이나 요오도늄염이 적당하다. 이 때의 카르복실산은, α 위치가 불소화되어 있어도 좋고 되어 있지 않아도 좋다.
LWR 개선을 위해서는, 전술한 바와 같이 폴리머나 산 발생제의 응집을 억제하는 것이 효과적이다. 폴리머의 응집을 억제하기 위해서는, 소수성과 친수성의 차를 작게 하는 것, 유리 전이점(Tg)을 낮추는 것 등이 효과적이다. 구체적으로는, 소수성의 산불안정기와 친수성의 밀착성기의 극성차를 작게 하는 것, 단환의 락톤과 같은 콤팩트한 밀착성기를 이용하여 Tg를 낮추는 것 등이 효과적이다. 산 발생제의 응집을 억제하기 위해서는, 트리페닐술포늄의 양이온 부분에 치환기를 도입하는 것 등이 효과적이다. 특히, 지환족 보호기와 락톤의 밀착성기로 형성되어 있는 ArF용 메타크릴레이트 폴리머에 대해서는, 방향족기만으로 형성되어 있는 트리페닐술포늄은 이질적인 구조이며, 상용성이 낮다. 트리페닐술포늄에 도입하는 치환기로는, 베이스 폴리머에 이용되고 있는 것과 동일한 지환족기나 락톤을 생각할 수 있다. 술포늄염은 친수성이기 때문에, 락톤을 도입한 경우는 친수성이 너무 높아져서 폴리머와의 상용성이 저하되어, 술포늄염의 응집이 일어난다. 소수성의 알킬기를 도입하는 쪽이, 술포늄염을 레지스트막 내에 균일 분산할 수 있다. 국제 공개 제2011/048919호에는, α 위치가 불소화된 술폰이미드산이 발생하는 술포늄염에 알킬기를 도입하여, LWR을 개선시키는 수법이 제안되어 있다.
LWR 개선에 관하여, 더욱 주목해야 할 점은 켄처의 분산성이다. 산 발생제의 레지스트막 내에서의 분산성이 향상되어도, 켄처가 불균일하게 존재하고 있으면, LWR 저하의 원인이 될 수 있다. 술포늄염형의 켄처에 있어서도, 트리페닐술포늄의 양이온 부분에 알킬기와 같은 치환기를 도입하는 것은, LWR 개선에 대하여 유효하다. 또한, 술포늄염형의 켄처에 할로겐 원자를 도입하는 것은, 효율적으로 소수성을 높여 분산성을 향상시킨다. 브롬 등의 벌키한 할로겐 원자의 도입은, 술포늄염의 양이온 부분뿐만 아니라, 음이온 부분에 있어서도 유효하다. 상기 브롬화벤젠환 함유 카르복실산의 오늄염은, 음이온 부분에 브롬 원자(들)를 도입함으로써 레지스트막 중에 있어서의 켄처의 분산성을 높여 LWR을 저감시키는 것이다.
상기 브롬화벤젠환 함유 카르복실산을 발생시키는 오늄염에 의한 LWR 저감 효과는, 알칼리 수용액 현상에 의한 포지티브 패턴 형성이나 네거티브 패턴 형성에 있어서도, 유기 용제 현상에 있어서의 네거티브 패턴 형성의 어느 쪽에 있어서도 유효하다.
브롬화벤젠환 함유 카르복실산의 술포늄염 및 요오도늄염
본 발명의 레지스트 재료는, 하기 식 (A-1)로 표시되는 술포늄염 및/또는 하기 식 (A-2)로 표시되는 요오도늄염을 포함한다.
Figure 112018055296796-pat00004
식 중, R1은 히드록시기, 카르복시기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C6의 알킬기, 알콕시기 또는 알콕시카르보닐기, C2-C6의 알케닐옥시기 혹은 알키닐옥시기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C6의 아실옥시기, 불소 원자, 염소 원자, 아미노기, -NR7-C(=O)-R8, 또는 -NR7-C(=O)-O-R8이며, R7은 수소 원자, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C6의 알킬기이고, R8은 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C8의 알킬기, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C8의 알케닐기이다. R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C12의 알킬기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C12의 알케닐기, C6-C20의 아릴기, C7-C12의 아랄킬기 혹은 C7-C12의 아릴옥소알킬기이다. 이들 기의 수소 원자 중 적어도 하나(하나 이상 또는 심지어 모든 수소 원자)가, 히드록시기, 카르복시기, 할로겐 원자, 옥소기, 시아노기, 아미드기, 니트로기, 술톤기, 술폰기 또는 술포늄염 함유기로 치환되어 있어도 좋고, 또는 이들 기의 탄소 원자 중 적어도 하나가, 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기, 카르보네이트기 또는 술폰산 에스테르기로 치환되어 있어도 좋다. 또한, R2와 R3이 결합하여, 이들이 결합하는 황 원자와 함께 고리를 형성하여도 좋다. R5 및 R6은 각각 독립적으로 C6-C10의 아릴기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C6의 알케닐기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C6의 알키닐기, 또는 트리플루오로메틸기이다. 이들 기의 수소 원자 중 적어도 하나(하나 이상 또는 심지어 모든 수소 원자)가, 할로겐 원자, 트리플루오로메틸기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C10의, 알킬기 혹은 알콕시기, 히드록시기, 카르복시기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C10의 알콕시카르보닐기, 니트로기 또는 시아노기로 치환되어 있어도 좋다. X는 단결합, 또는 에테르기, 카르보닐기, 에스테르기, 아미드기, 술톤기, 락탐기, 카르보네이트기, 할로겐 원자, 히드록시기 혹은 카르복시기를 포함하고 있어도 좋은 C1-C20의 (p+1)가의 연결기이고, m은 1∼5의 정수이고, n은 0∼3의 정수이고, p는 1∼3의 정수이다.
여기서, 식 (A-1) 및 (A-2) 중, 본 발명의 효과를 높이기 위해서는, m이 2∼5의 정수인 것이 바람직하고, 3∼5의 정수인 것이 보다 바람직하다.
식 (A-1)로 표시되는 술포늄염의 양이온 부분으로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
Figure 112018055296796-pat00005
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Figure 112018055296796-pat00007
Figure 112018055296796-pat00008
Figure 112018055296796-pat00009
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Figure 112018055296796-pat00014
Figure 112018055296796-pat00015
식 (A-2)로 표시되는 요오도늄염의 양이온 부분으로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
Figure 112018055296796-pat00016
식 (A-1)로 표시되는 술포늄염 및 식 (A-2)로 표시되는 요오도늄염의 음이온 부분으로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
Figure 112018055296796-pat00017
Figure 112018055296796-pat00018
Figure 112018055296796-pat00019
Figure 112018055296796-pat00020
Figure 112018055296796-pat00021
Figure 112018055296796-pat00022
Figure 112018055296796-pat00023
Figure 112018055296796-pat00024
식 (A-1)로 표시되는 술포늄염 및 식 (A-2)로 표시되는 요오도늄염의 합성 방법으로는, 브롬화벤젠환 함유 카르복실산보다도 약산인 술포늄염, 요오도늄염과 이온 교환을 하는 방법을 들 수 있다. 브롬화벤젠환 함유 카르복실산보다도 약한 산으로는, 탄산, 염산 등을 들 수 있다. 또한, 브롬화벤젠환 함유 카르복실산이나 그 나트륨염 등의 염을 술포늄클로라이드나 요오도늄클로라이드와 이온 교환하여 합성할 수도 있다.
본 발명의 레지스트 재료에 있어서, 식 (A-1)로 표시되는 술포늄염 또는 식 (A-2)로 표시되는 요오도늄염의 함유량은, 후술하는 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 감도와 산확산 억제 효과의 점에서 0.001∼50 중량부가 바람직하고, 0.01∼40 중량부가 보다 바람직하다.
베이스 폴리머
본 발명의 레지스트 재료에 포함되는 베이스 폴리머는, 포지티브형 레지스트 재료의 경우, 산불안정기를 포함하는 반복 단위를 포함한다. 산불안정기를 포함하는 반복 단위로는, 하기 식 (a1)로 표시되는 반복 단위(이하, 반복 단위 a1이라고 함), 또는 하기 식 (a2)로 표시되는 반복 단위(이하, 반복 단위 a2라고 함)가 바람직하다.
Figure 112018055296796-pat00025
식 (a1) 및 (a2) 중, RA는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸기이다. Y1은 단결합, 페닐렌기, 나프틸렌기, 또는 에스테르기 및/또는 락톤환을 포함하는 C1-C12의 연결기이다. Y2는 단결합 또는 에스테르기이다. R11 및 R12는 각각 산불안정기이다. R13은 할로겐 원자, 트리플루오로메틸기, 시아노기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의, C1-C6의 알킬기 혹은 알콕시기, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의, C2-C7의 아실기, 아실옥시기 혹은 알콕시카르보닐기이다. R14는 단결합, 또는 직쇄상 혹은 분기상의 C1-C6의 알킬렌기이고, 그 탄소 원자 중 적어도 하나가 에테르기 또는 에스테르기로 치환되어 있어도 좋고, q1은 1 또는 2이고, q2는 0∼4의 정수이다. 또한, 상기 베이스 폴리머가 반복 단위 (a1) 및 반복 단위 (a2)를 모두 포함하는 경우, R11 및 R12는 서로 동일하여도 좋고 상이하여도 좋다.
반복 단위 (a1)로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, RA 및 R11은 상기와 동일하다.
Figure 112018055296796-pat00026
반복 단위 (a2)로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, RA 및 R12는 상기와 동일하다.
Figure 112018055296796-pat00027
식 (a1) 및 (a2) 중, R11 및 R12로 표시되는 산불안정기로는, 예컨대, 일본 특허 공개 제2013-80033호 공보(USP 8,574,817), 일본 특허 공개 제2013-83821호 공보(USP 8,846,303)에 기재된 것을 들 수 있다.
전형적으로는, 상기 산불안정기로는, 하기 식 (AL-1)∼(AL-3)으로 표시되는 것을 들 수 있다.
Figure 112018055296796-pat00028
식 (AL-1) 및 (AL-2) 중, R15 및 R18은 각각 독립적으로 직쇄상, 분기상 또는 환상의 알킬기 등의 C1-C40, 바람직하게는 C1-C20의 1가 탄화수소기이고, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 또는 불소 원자 등의 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋다. R16 및 R17은 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 알킬기 등의 C1-C20의 1가 탄화수소기이고, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 또는 불소 원자 등의 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋다. 또한, R16, R17 및 R18 중 어느 2개가, 서로 결합하여 이들이 결합하는 탄소 원자 또는 탄소 원자와 산소 원자와 함께 C3-C20, 바람직하게는 C4-C16의 고리, 특히 지환을 형성하여도 좋다. A1은 0∼10, 바람직하게는 1∼5의 정수이다.
식 (AL-3) 중, R19, R20 및 R21은 각각 독립적으로 직쇄상, 분기상 또는 환상의 알킬기 등의 C1-C20의 1가 탄화수소기이며, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자, 불소 원자 등의 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋다. 또한, R19, R20 및 R21 중 어느 2개가, 서로 결합하여 이들이 결합하는 탄소 원자와 함께 C3-C20, 바람직하게는 C4-C16의 고리, 특히 지환을 형성하여도 좋다.
상기 베이스 폴리머는, 밀착성기로서 페놀성 히드록시기를 포함하는 반복 단위 (b)를 더 포함하여도 좋다. 반복 단위 (b)를 부여하는 모노머로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, RA는 상기와 동일하다.
Figure 112018055296796-pat00029
상기 베이스 폴리머는, (페놀성 히드록시기 이외의) 히드록시기, 락톤환, 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기, 시아노기 및 카르복시기로부터 선택되는 다른 밀착성기를 포함하는 반복 단위 (c)를 더 포함하여도 좋다. 반복 단위 (c)를 부여하는 모노머로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, RA는 상기와 동일하다.
Figure 112018055296796-pat00030
Figure 112018055296796-pat00031
Figure 112018055296796-pat00032
Figure 112018055296796-pat00033
Figure 112018055296796-pat00034
Figure 112018055296796-pat00035
Figure 112018055296796-pat00036
Figure 112018055296796-pat00037
Figure 112018055296796-pat00038
히드록시기를 포함하는 모노머의 경우, 중합시에 히드록시기를 에톡시에톡시기 등의 산에 의해 탈보호하기 쉬운 아세탈기로 치환해 두고 중합 후에 약산과 물에 의해 탈보호를 행하여도 좋으며, 아세틸기, 포르밀기, 피발로일기 등으로 치환해 두고 중합 후에 알칼리 가수 분해를 행하여도 좋다.
상기 베이스 폴리머는, 인덴, 벤조푸란, 벤조티오펜, 아세나프틸렌, 크로몬, 쿠마린, 노르보르나디엔 또는 이들의 유도체에서 유래되는 반복 단위 (d)를 더 포함하여도 좋다. 반복 단위 (d)를 부여하는 모노머로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
Figure 112018055296796-pat00039
상기 베이스 폴리머는, 스티렌, 비닐나프탈렌, 비닐안트라센, 비닐피렌, 메틸렌인단, 비닐피리딘 또는 비닐카르바졸에서 유래되는 반복 단위 (e)를 더 포함하여도 좋다.
상기 베이스 폴리머는, 중합성 불포화 결합을 포함하는 오늄염에서 유래되는 반복 단위 (f)를 더 포함하여도 좋다. 바람직한 반복 단위 (f)로는, 하기 식 (f1)로 표시되는 반복 단위(이하, 반복 단위 (f1)이라고 함), 하기 식 (f2)로 표시되는 반복 단위(이하, 반복 단위 (f2)라고 함) 및 하기 식 (f3)으로 표시되는 반복 단위(이하, 반복 단위 (f3)이라고 함)를 들 수 있다. 또한, 반복 단위 (f1), (f2) 및 (f3)은 1종 단독으로도, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다.
Figure 112018055296796-pat00040
식 중, RA는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸기이다. Z1은 단결합, 페닐렌기, -O-Z12-, 또는 -C(=O)-Z11-Z12-이고, Z11은 -O- 또는 -NH-이며, Z12는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의, C1-C6의 알킬렌기, C2-C6의 알케닐렌기, 또는 페닐렌기이고, 카르보닐기, 에스테르기, 에테르기 또는 히드록시기를 포함하고 있어도 좋다. R31∼R38은 각각 독립적으로 카르보닐기, 에스테르기 혹은 에테르기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C12의 알킬기, 또는 C6-C12의 아릴기 혹은 C7-C20의 아랄킬기이며, 이들의 수소 원자 중 적어도 하나(하나 이상 또는 심지어 모든 수소 원자)가, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C10의 알킬기, 할로겐 원자, 트리플루오로메틸기, 시아노기, 니트로기, 히드록시기, 머캅토기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C10의 알콕시기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C10의 알콕시카르보닐기, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C10의 아실옥시기로 치환되어 있어도 좋다. 또한, R33, R34 및 R35 중 어느 2개가 또는 R36, R37 및 R38 중 어느 2개가, 서로 결합하여 이들이 결합하는 황 원자와 함께 고리를 형성하고 있어도 좋다. Z2는 단결합, -Z21-C(=O)-O-, -Z21-O- 또는 -Z21-O-C(=O)-이고, Z21은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 C1-C12의 알킬렌기이며, 카르보닐기, 에스테르기 또는 에테르기를 포함하고 있어도 좋다. A는 수소 원자 또는 트리플루오로메틸기이다. Z3은 단결합, 메틸렌기, 에틸렌기, 페닐렌기, 불소화 페닐렌기, -O-Z32- 또는 -C(=O)-Z31-Z32-이고, Z31은 -O- 또는 -NH-이며, Z32는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C6의 알킬렌기, 페닐렌기, 불소화 페닐렌기, 트리플루오로메틸기로 치환된 페닐렌기, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C6의 알케닐렌기이고, 카르보닐기, 에스테르기, 에테르기 또는 히드록시기를 포함하고 있어도 좋다. M-는 비구핵성 대향 이온이다.
반복 단위 (f1)을 부여하는 모노머로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, RA 및 M-는 상기와 동일한다.
Figure 112018055296796-pat00041
M-로 표시되는 비구핵성 대향 이온으로는, 염화물 이온, 브롬화물 이온 등의 할라이드 이온; 트리플레이트 이온, 1,1,1-트리플루오로에탄술포네이트 이온 및 노나플루오로부탄술포네이트 이온 등의 플루오로알킬술포네이트 이온; 토실레이트 이온, 벤젠술포네이트 이온, 4-플루오로벤젠술포네이트 이온 및 1,2,3,4,5-펜타플루오로벤젠술포네이트 이온 등의 아릴술포네이트 이온; 메실레이트 이온 및 부탄술포네이트 이온 등의 알킬술포네이트 이온; 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 이온, 비스(퍼플루오로에틸술포닐)이미드 이온 및 비스(퍼플루오로부틸술포닐)이미드 이온 등의 이미드산 이온; 트리스(트리플루오로메틸술포닐)메티드 이온 및 트리스(퍼플루오로에틸술포닐)메티드 이온 등의 메티드산 이온을 들 수 있다.
상기 비구핵성 대향 이온으로는, 또한, 하기 식 (K-1)로 표시되는 α 위치가 불소로 치환된 술폰산 이온, 하기 식 (K-2)로 표시되는 α 및 β 위치가 불소로 치환된 술폰산 이온 등을 들 수 있다.
Figure 112018055296796-pat00042
식 (K-1) 중, R51은 수소 원자, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의, C1-C20의 알킬기, C2-C20의 알케닐기, 또는 C6-C20의 아릴기이고, 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기, 락톤환 또는 불소 원자를 포함하고 있어도 좋다.
식 (K-2) 중, R52는 수소 원자, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의, C1-C30의 알킬기, C2-C20의 아실기 혹은 C2-C20의 알케닐기, C6-C20의 아릴기 혹은 C6-C20의 아릴옥시기이며, 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기 또는 락톤환을 포함하고 있어도 좋다.
반복 단위 (f2)를 부여하는 모노머로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, RA는 상기와 동일하다.
Figure 112018055296796-pat00043
Figure 112018055296796-pat00044
Figure 112018055296796-pat00045
반복 단위 (f3)을 부여하는 모노머로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, RA는 상기와 동일하다.
Figure 112018055296796-pat00046
Figure 112018055296796-pat00047
폴리머 주쇄에 산 발생제를 결합시킴으로써 산확산을 작게 하고, 산확산의 둔화에 따른 해상성의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 산 발생제가 균일하게 분산됨으로써 에지 러프니스가 개선된다. 또한, 반복 단위 (f)를 포함하는 베이스 폴리머를 이용하는 경우, 후술하는 산 발생제의 배합을 생략할 수 있다.
포지티브형 레지스트 재료를 조제하기 위한 베이스 폴리머는, 산불안정기를 갖는 반복 단위 (a1) 또는 (a2)를 필수 성분으로서, 추가적인 반복 단위 (a1), (a2), (b), (c), (d), (e) 및 (f)를 임의적 성분으로서 포함한다. 반복 단위 (a1), (a2), (b), (c), (d), (e) 및 (f)의 함유 비율은, 0≤a1<1.0, 0≤a2<1.0, 0<a1+a2<1.0, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.9, 0≤d≤0.8, 0≤e≤0.8 및 0≤f≤0.5가 바람직하고, 0≤a1≤0.9, 0≤a2≤0.9, 0.1≤a1+a2≤0.9, 0≤b≤0.8, 0≤c≤0.8, 0≤d≤0.7, 0≤e≤0.7, 및 0≤f≤0.4가 보다 바람직하며, 0≤a1≤0.8, 0≤a2≤0.8, 0.1≤a1+a2≤0.8, 0≤b≤0.75, 0≤c≤0.75, 0≤d≤0.6, 0≤e≤0.6, 및 0≤f≤0.3이 더욱 바람직하다. 또한, 반복 단위 (f)가 반복 단위 (f1)∼(f3)으로부터 선택되는 적어도 1종인 경우, f=f1+f2+f3이다. 또한, a1+a2+b+c+d+e+f=1.0이다.
한편, 네거티브형 레지스트 재료용의 베이스 폴리머는, 산불안정기는 반드시 필요한 것은 아니다. 이러한 베이스 폴리머로는, 반복 단위 (b)를 포함하고, 필요에 따라 반복 단위 (c), (d), (e) 및/또는 (f)를 더 포함하는 것을 들 수 있다. 이들 반복 단위의 함유 비율은, 0<b≤1.0, 0≤c≤0.9, 0≤d≤0.8, 0≤e≤0.8, 및 0≤f≤0.5가 바람직하고, 0.2≤b≤1.0, 0≤c≤0.8, 0≤d≤0.7, 0≤e≤0.7, 및 0≤f≤0.4가 보다 바람직하며, 0.3≤b≤1.0, 0≤c≤0.75, 0≤d≤0.6, 0≤e≤0.6, 및 0≤f≤0.3이 더욱 바람직하다. 또한, 반복 단위 (f)가 반복 단위 (f1)∼(f3)으로부터 선택되는 적어도 1종인 경우, f=f1+f2+f3이다. 또한, b+c+d+e+f=1.0이다.
상기 베이스 폴리머를 합성하기 위해서는, 예컨대, 전술한 반복 단위를 부여하는 모노머를, 유기 용제 중, 라디칼 중합개시제를 첨가하여 가열하여, 중합을 행하면 좋다. 중합시에 사용하는 유기 용제로는, 톨루엔, 벤젠, 테트라히드로푸란, 디에틸에테르, 디옥산 등을 들 수 있다. 중합개시제로는, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴), 디메틸2,2-아조비스(2-메틸프로피오네이트), 벤조일퍼옥시드, 라우로일퍼옥시드 등을 들 수 있다. 중합시의 온도는, 바람직하게는 50∼80℃이다. 반응 시간은, 바람직하게는 2∼100시간, 보다 바람직하게는 5∼20시간이다.
히드록시스티렌이나 히드록시비닐나프탈렌을 공중합하는 경우는, 히드록시스티렌이나 히드록시비닐나프탈렌 대신에 아세톡시스티렌이나 아세톡시비닐나프탈렌을 이용하고, 중합 후 상기 알칼리 가수 분해에 의해 아세톡시기를 탈보호하여 히드록시스티렌이나 히드록시비닐나프탈렌으로 하여도 좋다.
알칼리 가수 분해시의 염기로는, 암모니아수, 트리에틸아민 등을 사용할 수 있다. 또한, 반응 온도는, 바람직하게는 -20∼100℃, 보다 바람직하게는 0∼60℃이다. 반응 시간은, 바람직하게는 0.2∼100시간, 보다 바람직하게는 0.5∼20시간이다.
상기 베이스 폴리머는, 용제로서 테트라히드로푸란(THF)을 이용한 GPC에 의한 폴리스티렌 환산 중량 평균 분자량(Mw)이, 바람직하게는 1,000∼500,000, 보다 바람직하게는 2,000∼30,000이다. Mw가 지나치게 작으면 레지스트 재료가 내열성이 뒤떨어진다. Mw가 지나치게 크면 폴리머는 알칼리 용해성이 저하되어, 패턴 형성 후에 푸팅 현상이 발생하기 쉬워진다.
상기 베이스 폴리머에 있어서 분자량 분포(Mw/Mn)가 넓은 경우는, 저분자량이나 고분자량의 폴리머가 존재하기 때문에, 노광 후, 패턴 상에 이물이 보이거나, 패턴의 형상이 악화되거나 할 우려가 있다. 패턴 룰이 미세화됨에 따라, 분자량이나 분자량 분포의 영향이 커지기 쉽다. 따라서, 미세한 패턴 치수에 적합하게 이용되는 레지스트 재료를 얻기 위해서는, 상기 베이스 폴리머의 분자량 분포(Mw/Mn)는, 1.0∼2.0, 특히 1.0∼1.5로 협분산(narrow dispersity)인 것이 바람직하다.
상기 베이스 폴리머는, 조성 비율, Mw, Mw/Mn가 상이한 2개 이상의 폴리머를 포함하여도 좋다.
산 발생제
본 발명의 레지스트 재료는, 상기 브롬화벤젠환 함유 카르복실산보다도 강산을 발생시키는 산 발생제를 더 포함하여도 좋다. 이러한 산 발생제를 포함함으로써, 상기 오늄염이 켄처로서 기능하고, 본 발명의 레지스트 재료가, 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료 또는 화학 증폭 네거티브형 레지스트 재료로서 기능할 수 있다. 상기 산 발생제로는, 예컨대, 활성 광선 또는 방사선에 감응하여 산을 발생시키는 화합물(PAG)을 들 수 있다. PAG로는, 고에너지선 조사에 의해 산을 발생시키는 화합물이라면 어떠한 것이라도 상관없지만, 술폰산, 이미드산 또는 메티드산을 발생시키는 것이 바람직하다. 적합한 PAG로는 술포늄염, 요오도늄염, 술포닐디아조메탄, N-술포닐옥시이미드, 옥심-O-술포네이트형 산 발생제 등이 있다. PAG의 구체예로는, 일본 특허 공개 제2008-111103호 공보의 단락 [0122]∼[0142](USP 7,537,880)에 기재되어 있는 것을 들 수 있다.
또한, PAG로서, 하기 식 (1-1)로 표시되는 술포늄염이나, 하기 식 (1-2)로 표시되는 요오도늄염도 적합하게 사용할 수 있다.
Figure 112018055296796-pat00048
식 (1-1) 및 (1-2) 중, R101, R102, R103, R104 및 R105는 각각 독립적으로 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 C1-C20의 1가 탄화수소기를 나타낸다. 또한, R101, R102 및 R103 중 어느 2개가, 서로 결합하여 이들이 결합하는 황 원자와 함께 고리를 형성하여도 좋다.
식 (1-1)로 표시되는 술포늄염의 양이온 부분으로는, 식 (A-1)로 표시되는 술포늄염의 양이온 부분으로서 전술한 것과 동일한 것을 들 수 있다. 또한, 식 (1-2)로 표시되는 요오도늄염의 양이온 부분으로는, 식 (A-2)로 표시되는 요오도늄염의 양이온 부분으로서 전술한 것과 동일한 것을 들 수 있다.
식 (1-1) 및 (1-2) 중, X-는 하기 식 (1A), (1B), (1C) 또는 (1D)로부터 선택되는 음이온을 나타낸다.
Figure 112018055296796-pat00049
식 (1A) 중, Rfa는 불소 원자, 또는 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C40의 1가 탄화수소기를 나타낸다.
식 (1A)로 표시되는 음이온으로는, 하기 식 (1A')로 표시되는 것이 바람직하다.
Figure 112018055296796-pat00050
식 (1A') 중, R106은 수소 원자 또는 트리플루오로메틸기를 나타내고, 바람직하게는 트리플루오로메틸기이다. R107은 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 C1-C38의 1가 탄화수소기를 나타낸다. 상기 헤테로 원자로는, 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 할로겐 원자 등이 바람직하고, 산소 원자가 보다 바람직하다. R107로 표시되는 1가 탄화수소기로는, 미세 패턴 형성에 있어서 고해상성을 얻는다는 점에서, 특히 C6-C30인 것이 바람직하다. 상기 1가 탄화수소기로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 네오펜틸기, 시클로펜틸기, 헥실기, 시클로헥실기, 3-시클로헥세닐기, 헵틸기, 2-에틸헥실기, 노닐기, 운데실기, 트리데실기, 펜타데실기, 헵타데실기, 1-아다만틸기, 2-아다만틸기, 1-아다만틸메틸기, 노르보르닐기, 노르보르닐메틸기, 트리시클로데카닐기, 테트라시클로도데카닐기, 테트라시클로도데카닐메틸기, 디시클로헥실메틸기, 이코사닐기, 알릴기, 벤질기, 디페닐메틸기, 테트라히드로푸릴기, 메톡시메틸기, 에톡시메틸기, 메틸티오메틸기, 아세트아미드메틸기, 트리플루오로에틸기, (2-메톡시에톡시)메틸기, 아세톡시메틸기, 2-카르복시-1-시클로헥실기, 2-옥소프로필기, 4-옥소-1-아다만틸기, 3-옥소시클로헥실기 등을 들 수 있다. 또한, 이들 기 중 하나 이상의 수소 원자가 산소 원자, 황 원자, 질소 원자, 할로겐 원자 등의 헤테로 원자 함유기로 치환되어 있어도 좋거나, 혹은 이들 기 중 하나 이상의 탄소 원자가 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등의 헤테로 원자 함유기로 치환되어 있어도 좋으며, 그 결과, 히드록시기, 시아노기, 카르보닐기, 에테르기, 에스테르기, 술폰산 에스테르기, 카르보네이트기, 락톤환, 술톤환, 카르복실산무수물, 할로알킬기 등을 포함하고 있어도 좋다.
식 (1A')로 표시되는 음이온을 포함하는 술포늄염의 합성에 관해서는, 일본 특허 공개 제2007-145797호 공보, 일본 특허 공개 제2008-106045호 공보, 일본 특허 공개 제2009-7327호 공보, 일본 특허 공개 제2009-258695호 공보 등에 상세히 기재되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2010-215608호 공보, 일본 특허 공개 제2012-41320호 공보, 일본 특허 공개 제2012-106986호 공보, 일본 특허 공개 제2012-153644호 공보 등에 기재된 술포늄염도 적합하게 이용된다.
식 (1A)로 표시되는 음이온으로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
Figure 112018055296796-pat00051
Figure 112018055296796-pat00052
식 (1B) 중, Rfb1 및 Rfb2는 각각 독립적으로 불소 원자, 또는 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C40의 1가 탄화수소기를 나타낸다. 상기 1가 탄화수소기로는, 상기 R107의 설명에서 예를 든 것과 동일한 것을 들 수 있다. Rfb1 및 Rfb2로서 바람직하게는, 불소 원자 또는 C1-C4의 직쇄상 불소화알킬기이다. 또한, Rfb1과 Rfb2는 서로 결합하여 이들이 결합하는 기(-CF2-SO2-N--SO2-CF2-)와 함께 고리를 형성하여도 좋다. 특히 불소화에틸렌기 또는 불소화프로필렌기로 고리 구조를 형성하는 것이 바람직하다.
식 (1C) 중, Rfc1, Rfc2 및 Rfc3은 각각 독립적으로 불소 원자, 또는 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C40의 1가 탄화수소기를 나타낸다. 상기 1가 탄화수소기로는, 상기 R107의 설명에서 예를 든 것과 동일한 것을 들 수 있다. Rfc1, Rfc2 및 Rfc3으로서 바람직하게는, 불소 원자 또는 C1-C4의 직쇄상 불소화알킬기이다. 또한, Rfc1과 Rfc2는 서로 결합하여 이들이 결합하는 기(-CF2-SO2-C--SO2-CF2-)와 함께 고리를 형성하여도 좋다. 특히 불소화에틸렌기나 불소화프로필렌기로 고리 구조를 형성하는 것이 바람직하다.
식 (1D) 중, Rfd는 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 C1-C40의 1가 탄화수소기를 나타낸다. 상기 1가 탄화수소기로는, 상기 R107의 설명에서 예를 든 것과 동일한 것을 들 수 있다.
식 (1D)로 표시되는 음이온을 포함하는 술포늄염의 합성에 관해서는, 일본 특허 공개 제2010-215608호 공보 및 일본 특허 공개 제2014-133723호 공보에 상세히 기재되어 있다.
식 (1D)로 표시되는 음이온으로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
Figure 112018055296796-pat00053
또한, 식 (1D)의 음이온을 갖는 화합물은, 술포기의 α 위치에 불소는 갖고 있지 않지만, β 위치에 2개의 트리플루오로메틸기를 갖는다. 이러한 이유로, 레지스트 폴리머 중의 산불안정기를 절단하기에는 충분한 산성도를 갖고 있다. 그 때문에, 화합물은 효과적인 PAG이다.
또한, PAG로서, 하기 식 (2)로 표시되는 것도 적합하게 사용할 수 있다.
Figure 112018055296796-pat00054
식 (2) 중, R201 및 R202는 각각 독립적으로 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 C1-C30의 1가 탄화수소기이다. R203은 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 C1-C30의 2가 탄화수소기이다. 또한, R201, R202 및 R203 중 어느 2개가, 서로 결합하여 이들이 결합하는 황 원자와 함께 고리를 형성하여도 좋다. LA는 단결합, 에테르기, 또는 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C20의 2가 탄화수소기이다. XA, XB, XC 및 XD는 각각 독립적으로 수소 원자, 불소 원자 또는 트리플루오로메틸기이고, 단 XA, XB, XC 및 XD 중 적어도 하나는 불소 원자 또는 트리플루오로메틸기이고, k는 0∼3의 정수이다.
상기 1가 탄화수소기로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, tert-펜틸기, n-헥실기, n-옥틸기, n-노닐기, n-데실기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 2-에틸헥실기, 시클로펜틸메틸기, 시클로펜틸에틸기, 시클로펜틸부틸기, 시클로헥실메틸기, 시클로헥실에틸기, 시클로헥실부틸기, 노르보르닐기, 옥사노르보르닐기, 트리시클로[5.2.1.02,6]데카닐기, 아다만틸기, 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기 등을 들 수 있다. 또한, 이들 기 중 하나 이상의 수소 원자가 산소 원자, 황 원자, 질소 원자, 할로겐 원자 등의 헤테로 원자로 치환되어 있어도 좋고, 또는 이들 기 중 하나 이상의 탄소 원자가 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등의 헤테로 원자 함유기로 치환되어 있어도 좋으며, 그 결과 히드록시기, 시아노기, 카르보닐기, 에테르기, 에스테르기, 술폰산 에스테르기, 카르보네이트기, 락톤환, 술톤환, 카르복실산무수물, 할로알킬기 등을 포함하고 있어도 좋다.
적당한 2가 탄화수소기로는, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로판-1,3-디일기, 부탄-1,4-디일기, 펜탄-1,5-디일기, 헥산-1,6-디일기, 헵탄-1,7-디일기, 옥탄-1,8-디일기, 노난-1,9-디일기, 데칸-1,10-디일기, 운데칸-1,11-디일기, 도데칸-1,12-디일기, 트리데칸-1,13-디일기, 테트라데칸-1,14-디일기, 펜타데칸-1,15-디일기, 헥사데칸-1,16-디일기, 헵타데칸-1,17-디일기 등의 직쇄상 알칸디일기; 시클로펜탄디일기, 시클로헥산디일기, 노르보르난디일기, 아다만탄디일기 등의 포화 환상 2가 탄화수소기; 페닐렌기, 나프틸렌기 등의 불포화 환상 2가 탄화수소기 등을 들 수 있다. 또한, 이들 기 중 하나 이상의 수소 원자가 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기 등의 알킬기로 치환되어 있어도 좋고; 이들 기 중 하나 이상의 수소 원자가 산소 원자, 황 원자, 질소 원자, 할로겐 원자 등의 헤테로 원자 함유기로 치환되어 있어도 좋으며; 또는 이들 기 중 하나 이상의 탄소 원자가 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등의 헤테로 원자 함유기로 치환되어 있어도 좋고, 그 결과, 히드록시기, 시아노기, 카르보닐기, 에테르기, 에스테르기, 술폰산 에스테르기, 카르보네이트기, 락톤환, 술톤환, 카르복실산무수물, 할로알킬기 등을 포함하고 있어도 좋다. 상기 헤테로 원자로는, 산소 원자가 바람직하다.
식 (2)로 표시되는 PAG로는, 하기 식 (2')로 표시되는 것이 바람직하다.
Figure 112018055296796-pat00055
식 (2') 중, LA는 상기와 동일하다. R은 수소 원자 또는 트리플루오로메틸기이며, 바람직하게는 트리플루오로메틸기이다. R301, R302 및 R303은 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 C1-C20의 1가 탄화수소기이다. 적당한 1가 탄화수소기로는, 상기 R107의 설명에서 예를 든 것과 동일한 것을 들 수 있다. x 및 y는 각각 독립적으로 0∼5의 정수이고, z는 0∼4의 정수이다.
식 (2)로 표시되는 PAG로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, R은 상기와 동일하다.
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상기 PAG 중, 식 (1A') 또는 (1D)로 표시되는 음이온을 포함하는 것은, 산확산이 작고, 또한 레지스트 용제에 대한 용해성도 우수하여, 특히 바람직하다. 또한, 식 (2')로 표시되는 음이온을 포함하는 것은, 산확산이 매우 작아, 특히 바람직하다.
다른 유용한 PAG로서, 하기 식 (3-1) 및 (3-2)로 각각 표시되는 요오드화벤조일옥시기 함유 불소화술폰산의 술포늄염 및 요오도늄염을 이용할 수도 있다.
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식 (3-1) 및 (3-2) 중, R41은 수소 원자, 히드록시기, 카르복시기, 니트로기, 시아노기, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 아미노기, 혹은 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 히드록시기, 아미노기 혹은 알콕시기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 혹은 환상의, C1-C20의 알킬기, C1-C20의 알콕시기, C2-C20의 알콕시카르보닐기, C2-C20의 아실옥시기 혹은 C1-C4의 알킬술포닐옥시기, 또는 -NR47-C(=O)-R48 혹은 -NR47-C(=O)-O-R48이고, R47은 수소 원자, 또는 할로겐 원자, 히드록시기, 알콕시기, 아실기 혹은 아실옥시기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C6의 알킬기이며, R48은 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C16의 알킬기 혹은 C2-C16의 알케닐기, 또는 C6-C12의 아릴기이고, 할로겐 원자, 히드록시기, 알콕시기, 아실기 또는 아실옥시기를 포함하고 있어도 좋다. X11은 r이 1일 때에는 단결합 또는 C1-C20의 2가의 연결기이고, r이 2 또는 3일 때에는 C1-C20의 3가 또는 4가의 연결기이며, 이 연결기는 산소 원자, 황 원자 또는 질소 원자를 포함하고 있어도 좋다. Rf11∼Rf14는 각각 독립적으로 수소 원자, 불소 원자 또는 트리플루오로메틸기이지만, 이들 중 적어도 하나는 불소 원자 또는 트리플루오로메틸기이고, 또는 Rf11과 Rf12가 합쳐져 카르보닐기를 형성하여도 좋다. R42, R43, R44, R45 및 R46은 각각 독립적으로 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C12의 알킬기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C12의 알케닐기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C12의 알키닐기, C6-C20의 아릴기, 또는 C7-C12의 아랄킬기 혹은 아릴옥시알킬기이고, 이들 기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 히드록시기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 옥소기, 아미드기, 니트로기, 술톤기, 술폰기 또는 술포늄염 함유기로 치환되어 있어도 좋으며, 이들 기의 탄소 원자의 일부가 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기, 카르보네이트기 또는 술폰산 에스테르기로 치환되어 있어도 좋고, 또는 R42와 R43이 서로 결합하여 이들이 결합하는 황 원자와 함께 고리를 형성하여도 좋고, r은 1∼3의 정수이고, s는 1∼5의 정수이고, t는 0∼3의 정수이다.
또한, 유용한 PAG로서, 하기 식 (3-3) 및 (3-4)로 각각 표시되는 요오드화벤젠환 함유 불소화술폰산의 술포늄염 또는 요오도늄염을 이용할 수도 있다.
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식 (3-3) 및 (3-4) 중, R51은 각각 독립적으로 히드록시기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C20의 알킬기 혹은 알콕시기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C20의 아실기 혹은 아실옥시기, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 아미노기, 알콕시카르보닐 치환 아미노기이다. R52는 각각 독립적으로 단결합, 또는 C1-C4의 알킬렌기이다. R53은 u가 1일 때에는 단결합 또는 C1-C20의 2가의 연결기이고, u가 2 또는 3일 때에는 C1-C20의 3가 또는 4가의 연결기이며, 이 연결기는 산소 원자, 황 원자 또는 질소 원자를 포함하고 있어도 좋다. Rf21∼Rf24는 각각 독립적으로 수소 원자, 불소 원자 또는 트리플루오로메틸기이지만, 적어도 하나는 불소 원자 또는 트리플루오로메틸기이고, 또는 Rf21과 Rf22가 합쳐져 카르보닐기를 형성하여도 좋다. R54, R55, R56, R57 및 R58은 각각 독립적으로 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C12의 알킬기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C12의 알케닐기, C6-C20의 아릴기, 또는 C7-C12의 아랄킬기 혹은 아릴옥시알킬기이며, 이들 기 중 수소 원자의 적어도 하나(하나 이상 또는 심지어 모든 수소 원자)가 히드록시기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 옥소기, 아미드기, 니트로기, 술톤기, 술폰기 또는 술포늄염 함유기로 치환되어 있어도 좋고, 또는 이들 기 중 적어도 하나의 탄소 원자가 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기, 카르보네이트기 또는 술폰산 에스테르기로 치환되어 있어도 좋고, 또는 R54와 R55가 서로 결합하여 이들이 결합하는 황 원자와 함께 고리를 형성하여도 좋고, u는 1∼3의 정수이고, v는 1∼5의 정수이고, w는 0∼3의 정수이다.
식 (3-1) 및 (3-3)으로 표시되는 술포늄염의 양이온 부분으로는, 식 (A-1)로 표시되는 술포늄염의 양이온 부분으로서 전술한 것과 동일한 것을 들 수 있다. 또한, 식 (3-2) 및 (3-4)로 표시되는 요오도늄염의 양이온 부분으로는 식 (A-2)로 표시되는 요오도늄염의 양이온 부분으로서 전술한 것과 동일한 것을 들 수 있다.
식 (3-1)∼(3-4)로 표시되는 오늄염의 음이온 부분으로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
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산 발생제의 함유량은, 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 0.1∼50 중량부가 바람직하고, 1∼40 중량부가 보다 바람직하다. 또한, 상기 반복 단위 (f)를 함유하고, 산 발생제가 베이스 폴리머 중에 포함되어 있는 경우는, 첨가형의 산 발생제는 반드시 필요한 것은 아니다.
유기 용제
본 발명의 레지스트 재료에는, 유기 용제를 배합하여도 좋다. 상기 유기 용제로는, 전술한 각 성분 및 후술하는 각 성분을 용해할 수 있는 것이면, 특별히 한정되지 않는다. 이러한 유기 용제로는, 일본 특허 공개 제2008-111103호 공보의 단락 [0144]∼[0145](USP 7,537,880)에 기재된 시클로헥사논, 시클로펜타논, 메틸-2-n-펜틸케톤 등의 케톤류, 3-메톡시부탄올, 3-메틸-3-메톡시부탄올, 1-메톡시-2-프로판올, 1-에톡시-2-프로판올 등의 알코올류, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌 글리콜디메틸 에테르, 디에틸렌글리콜디메틸 에테르 등의 에테르류, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 프로필렌 글리콜모노에틸에테르 아세테이트, 젖산에틸, 피루브산에틸, 아세트산부틸, 3-메톡시프로피온산메틸, 3-에톡시프로피온산에틸, 아세트산tert-부틸, 프로피온산 tert-부틸, 프로필렌 글리콜모노 tert-부틸에테르 아세테이트 등의 에스테르류, γ-부티로락톤 등의 락톤류, 및 이들의 혼합 용제를 들 수 있다.
상기 유기 용제의 함유량은, 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 100∼10,000 중량부가 바람직하고, 200∼8,000 중량부가 보다 바람직하다.
그 밖의 성분
전술된 베이스 폴리머, 오늄 염 및 용제와 함께, 계면활성제, 용해 저지제 및 가교제 등의 다른 성분을 목적에 따라 적절하게 조합하여 배합하여 포지티브형 레지스트 재료 및 네거티브형 레지스트 재료를 구성하였다. 노광부에서는 상기 베이스 폴리머가 촉매 반응에 의해 현상액에 대한 용해 속도가 가속되기 때문에, 매우 고감도의 포지티브형 레지스트 재료 또는 네거티브형 레지스트 재료로 할 수 있다. 또한, 레지스트막의 용해 콘트라스트 및 해상성이 높고, 노광 여유도가 있어, 프로세스 적응성이 우수하고, 노광 후의 패턴 형상이 양호하면서, 특히 산확산을 억제할 수 있기 때문에 조밀 치수차가 작다. 이러한 장점으로 인해, 조성물은 실용성이 높고, VLSI의 제작을 위한 패턴 형성 재료로서 매우 유효한 것으로 할 수 있다. 특히, 산 발생제를 함유시키고, 산촉매 반응을 이용한 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료로 하면, 보다 고감도의 것으로 할 수 있음과 더불어, 여러 가지 특성이 한층 더 우수한 것으로 되어 매우 유용한 것이 된다.
포지티브형 레지스트 재료의 경우는, 용해 저지제를 배합함으로써, 노광부와 미노광부의 용해 속도의 차를 한층 더 크게 할 수 있어, 해상도를 더욱 향상시킬 수 있다. 네거티브형 레지스트 재료의 경우는, 가교제를 첨가함으로써, 노광부의 용해 속도를 저하시킴으로써 네거티브 패턴을 얻을 수 있다.
상기 계면활성제로는, 일본 특허 공개 제2008-111103호 공보의 단락 [0165]∼[0166]에 기재된 것을 들 수 있다. 계면활성제를 첨가함으로써, 레지스트 재료의 도포성을 한층 더 향상시키거나 혹은 제어할 수 있다. 본 발명의 레지스트 재료에 있어서, 계면활성제의 함유량은, 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 0.0001∼10 중량부가 바람직하다.
상기 용해 저지제로는, 분자량이 바람직하게는 100∼1,000, 보다 바람직하게는 150∼800이며, 또한 분자 내에 페놀성 히드록시기를 2개 이상 포함하는 화합물의 상기 페놀성 히드록시기의 수소 원자를 산불안정기에 의해 전체적으로 0∼100 몰%의 비율로 치환한 화합물, 또는 분자 내에 카르복시기를 포함하는 화합물의 상기 카르복시기의 수소 원자를 산불안정기에 의해 전체적으로 평균 50∼100 몰%의 비율로 치환한 화합물을 들 수 있다. 구체적으로는, 비스페놀 A, 트리스페놀, 페놀프탈레인, 크레졸노볼락, 나프탈렌카르복실산, 아다만탄카르복실산, 콜산의 히드록시기, 카르복시기의 수소 원자를 산불안정기로 치환한 화합물 등을 들 수 있고, 예컨대, USP 7,771,914(일본 특허 공개 제2008-122932호 공보의 단락 [0155]∼[0178])에 기재되어 있다.
본 발명의 레지스트 재료가 포지티브형 레지스트 재료인 경우, 용해 저지제의 함유량은, 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 0∼50 중량부가 바람직하고, 5∼40 중량부가 보다 바람직하다.
적당한 가교제로는, 메틸올기, 알콕시메틸기 및 아실옥시메틸기로부터 선택되는 적어도 하나의 기로 치환된, 에폭시 화합물, 멜라민 화합물, 구아나민 화합물, 글리콜우릴 화합물 또는 우레아 화합물, 이소시아네이트 화합물, 아지드 화합물, 알케닐 에테르기 등의 이중 결합을 포함하는 화합물 등을 들 수 있다. 이들은, 첨가제로서 이용하여도 좋지만, 폴리머 측쇄에 팬던트기로서 도입하여도 좋다. 또한, 히드록시기를 포함하는 화합물도 가교제로서 이용할 수 있다.
상기 가교제 중, 적당한 상기 에폭시 화합물로는, 트리스(2,3-에폭시프로필)이소시아누레이트, 트리메틸올메탄트리글리시딜에테르, 트리메틸올프로판트리글리시딜에테르, 트리에틸올에탄트리글리시딜에테르 등을 들 수 있다. 상기 멜라민 화합물로는, 헥사메틸올멜라민, 헥사메톡시메틸멜라민, 헥사메틸올멜라민의 1∼6개의 메틸올기가 메톡시메틸화한 화합물 또는 그 혼합물, 헥사메톡시에틸멜라민, 헥사아실옥시메틸멜라민, 헥사메틸올멜라민의 메틸올기의 1∼6개가 아실옥시메틸화한 화합물 또는 그 혼합물 등을 들 수 있다. 구아나민 화합물로는, 테트라메틸올구아나민, 테트라메톡시메틸구아나민, 테트라메틸올구아나민의 1∼4개의 메틸올기가 메톡시메틸화한 화합물 또는 그 혼합물, 테트라메톡시에틸구아나민, 테트라아실옥시구아나민, 테트라메틸올구아나민의 1∼4개의 메틸올기가 아실옥시메틸화한 화합물 또는 그 혼합물 등을 들 수 있다. 글리콜우릴 화합물로는, 테트라메틸올글리콜우릴, 테트라메톡시글리콜우릴, 테트라메톡시메틸글리콜우릴, 테트라메틸올글리콜우릴의 메틸올기의 1∼4개가 메톡시메틸화한 화합물 또는 그 혼합물, 테트라메틸올글리콜우릴의 메틸올기의 1∼4개가 아실옥시메틸화한 화합물 또는 그 혼합물 등을 들 수 있다. 우레아 화합물로는 테트라메틸올우레아, 테트라메톡시메틸우레아, 테트라메틸올우레아의 1∼4개의 메틸올기가 메톡시메틸화한 화합물 또는 그 혼합물, 테트라메톡시에틸우레아 등을 들 수 있다.
적당한 이소시아네이트 화합물로는, 톨릴렌디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 시클로헥산디이소시아네이트 등을 들 수 있다. 아지드 화합물로는, 1,1'-비페닐-4,4'-비스아지드, 4,4'-메틸리덴비스아지드, 4,4'-옥시비스아지드 등을 들 수 있다. 알케닐 에테르기를 포함하는 화합물로는, 에틸렌글리콜디비닐에테르, 트리에틸렌글리콜디비닐에테르, 1,2-프로판디올디비닐에테르, 1,4-부탄디올디비닐에테르, 테트라메틸렌글리콜디비닐에테르, 네오펜틸글리콜디비닐에테르, 트리메틸올프로판트리비닐에테르, 헥산디올디비닐에테르, 1,4-시클로헥산디올디비닐에테르, 펜타에리스리톨트리비닐에테르, 펜타에리스리톨테트라비닐에테르, 소르비톨테트라비닐에테르, 소르비톨펜타비닐에테르, 트리메틸올프로판트리비닐에테르 등을 들 수 있다.
본 발명의 레지스트 재료가 네거티브형 레지스트 재료인 경우, 가교제의 함유량은, 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 0.1∼50 중량부가 바람직하고, 1∼40 중량부가 보다 바람직하다.
본 발명의 레지스트 재료는, 상기 오늄염이 켄처로서 기능하는 경우 또는 산 발생제로서 기능하는 경우, 상기 오늄염 이외의 켄처(이하, 그 밖의 켄처라고 함)를 포함하여도 좋다. 그 밖의 켄처로는, 종래형의 염기성 화합물을 들 수 있다. 종래형의 염기성 화합물로는, 제1급, 제2급, 제3급의 지방족 아민류, 혼성 아민류, 방향족 아민류, 복소환 아민류, 카르복시기를 갖는 함질소 화합물, 술포닐기를 갖는 함질소 화합물, 히드록시기를 갖는 함질소 화합물, 히드록시페닐기를 갖는 함질소 화합물, 알코올성 함질소 화합물, 아미드류, 이미드류, 카바메이트류 등을 들 수 있다. 특히, 일본 특허 공개 제2008-111103호 공보의 단락 [0146]∼[0164]에 기재된 제1급, 제2급, 제3급의 아민 화합물, 특히 히드록시기, 에테르기, 에스테르기, 락톤환, 시아노기, 술폰산 에스테르기를 갖는 아민 화합물 혹은 일본 특허 제3790649호 공보에 기재된 카바메이트기를 갖는 화합물 등이 바람직하다. 이러한 염기성 화합물을 첨가함으로써, 예컨대, 레지스트막 중에서의 산의 확산 속도를 더욱 억제하거나, 형상을 보정하거나 할 수 있다.
또한, 그 밖의 켄처로서, USP 8,795,942(일본 특허 공개 제2008-158339호 공보)에 기재되어 있는 α 위치가 불소화되어 있지 않은 술폰산 및 카르복실산의, 술포늄염, 요오도늄염, 암모늄염 등의 오늄염을 들 수 있다. α 위치가 불소화된 술폰산, 이미드산 또는 메티드산은, 카르복실산에스테르의 산불안정기를 탈보호시키기 위해 필요하지만, α 위치가 불소화되어 있지 않은 오늄염과의 염교환에 의해 α 위치가 불소화되어 있지 않은 술폰산 또는 카르복실산이 방출된다. α 위치가 불소화되어 있지 않은 술폰산 및 카르복실산은 탈보호 반응을 일으키지 않기 때문에, 켄처로서 기능한다.
그 밖의 켄처로는, USP 7,598,016(일본 특허 공개 제2008-239918호 공보)에 기재된 폴리머형의 켄처를 더 들 수 있다. 이것은, 코트 후의 레지스트 표면에 배향함으로써 패턴 후의 레지스트의 직사각형성을 높인다. 폴리머형 켄처는, 액침 노광용 보호막을 적용했을 때의 패턴의 막감소나 패턴 톱의 라운딩을 방지하는 효과도 있다.
그 밖의 켄처의 함유량은, 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 0∼5 중량부가 바람직하고, 0∼4 중량부가 보다 바람직하다.
본 발명의 레지스트 재료에는, 스핀 코트 후의 레지스트 표면의 발수성을 향상시키기 위한 고분자 화합물 (또는 발수성 향상제)을 배합하여도 좋다. 상기 발수성 향상제는, 탑코트를 이용하지 않는 액침 리소그래피에 이용할 수 있다. 상기 발수성 향상제로는, 불화알킬기를 포함하는 고분자 화합물, 특정 구조의 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올 잔기를 포함하는 고분자 화합물 등이 바람직하고, 일본 특허 공개 제2007-297590호 공보, 일본 특허 공개 제2008-111103호 공보 등에 예시되어 있는 것이 보다 바람직하다. 상기 발수성 향상제는, 유기 용제 현상액에 용해할 필요가 있다. 전술한 특정 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올 잔기를 갖는 발수성 향상제는, 현상액에 대한 용해성이 양호하다. 발수성 향상제로서, 아미노기나 아민염을 포함하는 반복 단위를 포함하는 고분자 화합물은, PEB 중의 산의 증발을 막아 현상 후의 홀 패턴의 개구 불량을 방지하는 효과가 높다. 본 발명의 레지스트 재료에 있어서, 발수성 향상제의 함유량은, 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 0∼20 중량부가 바람직하고, 0.5∼10 중량부가 보다 바람직하다.
본 발명의 레지스트 재료에는, 아세틸렌알코올류를 배합할 수도 있다. 상기 아세틸렌알코올류로는, 일본 특허 공개 제2008-122932호 공보의 단락 [0179]∼[0182]에 기재된 것을 들 수 있다. 본 발명의 레지스트 재료에 있어서, 아세틸렌알코올류의 함유량은, 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 0∼5 중량부가 바람직하다.
패턴 형성 방법
본 발명의 레지스트 재료는 여러 가지 집적 회로 제조에 사용된다. 상기 레지스트 재료를 사용하는 패턴 형성은 잘 공지된 리소그래피 기술을 적용할 수 있다. 상기 공정은 일반적으로 코트, 프리베이크, 노광, 포스트-익스포저 베이포스트 익스포져 베이크(PEB), 및 현상을 포함한다. 필요한 경우, 임의의 추가 단계를 추가할 수 있다.
예컨대, 본 발명의 포지티브형 레지스트 재료를, 집적 회로 제조용 기판(Si, SiO2, SiN, SiON, TiN, WSi, BPSG, SOG 또는 유기 반사 방지막 등) 혹은 마스크 회로 제조용 기판(Cr, CrO, CrON, MoSi2 또는 SiO2 등) 상에 스핀 코트, 롤 코트, 플로우 코트, 딥 코트, 스프레이 코트 또는 닥터 코트 등의 적당한 도포 방법에 의해 도포막 두께가 0.01∼2.0 ㎛가 되도록 도포한다. 이것을 핫플레이트 상에서, 바람직하게는 60∼150℃, 10초∼30분간, 보다 바람직하게는 80∼120℃, 30초∼20분간 프리베이크한다.
계속해서, 자외선, 원자외선, EB, EUV, X선, 연 X선, 엑시머 레이저, γ선, 싱크로트론 방사선 등의 고에너지선으로, 목적으로 하는 패턴을 소정의 마스크를 통해 또는 직접 노광을 행한다. 노광량은, 1∼200 mJ/㎠ 정도, 특히 10∼100 mJ/㎠ 정도, 또는 0.1∼100 μC/㎠ 정도, 특히 0.5∼50 μC/㎠ 정도가 되도록 노광하는 것이 바람직하다. 다음에, 핫플레이트 상에서, 바람직하게는 60∼150℃, 10초∼30분간, 보다 바람직하게는 80∼120℃, 30초∼20분간 PEB한다.
또한, 0.1∼10 중량%, 바람직하게는 2∼5 중량%의 테트라메틸암모늄히드록시드(TMAH), 테트라에틸암모늄히드록시드(TEAH), 테트라프로필암모늄히드록시드(TPAH), 테트라부틸암모늄히드록시드(TBAH) 등의 알칼리 수용액의 현상액을 이용하여, 3초∼3분간, 바람직하게는 5초∼2분간, 침지(dip)법, 퍼들(puddle)법, 스프레이(spray)법 등의 통상적인 방법에 의해 현상함으로써, 광을 조사한 부분은 현상액에 용해되고, 노광되지 않은 부분은 용해되지 않아, 기판 상에 원하는 포지티브형의 패턴이 형성된다. 네거티브 레지스트의 경우는 포지티브 레지스트의 경우와는 반대이며, 즉 광을 조사한 부분은 현상액에 불용화되고, 노광되지 않은 부분은 용해된다. 또한, 본 발명의 레지스트 재료는, 특히 고에너지선 중에서도 KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저, EB, EUV, X선, 연 X선, γ선, 싱크로트론 방사선에 의한 미세 패터닝에 최적이다.
대안적인 실시양태에서, 산불안정기를 포함하는 베이스 폴리머를 포함하는 포지티브형 레지스트 재료를 이용하여, 유기 용제 현상에 의해 네거티브 패턴을 얻는 네거티브 현상을 행할 수도 있다. 이 때에 이용하는 현상액으로는, 2-옥타논, 2-노나논, 2-헵타논, 3-헵타논, 4-헵타논, 2-헥사논, 3-헥사논, 디이소부틸케톤, 메틸시클로헥사논, 아세토페논, 메틸아세토페논, 아세트산프로필, 아세트산부틸, 아세트산이소부틸, 아세트산펜틸, 아세트산부테닐, 아세트산이소펜틸, 포름산프로필, 포름산부틸, 포름산이소부틸, 포름산펜틸, 포름산이소펜틸, 발레르산메틸, 펜텐산메틸, 크로톤산메틸, 크로톤산에틸, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, 3-에톡시프로피온산에틸, 젖산메틸, 젖산에틸, 젖산프로필, 젖산부틸, 젖산이소부틸, 젖산펜틸, 젖산이소펜틸, 2-히드록시이소부티르산메틸, 2-히드록시이소부티르산에틸, 안식향산메틸, 안식향산에틸, 아세트산페닐, 아세트산벤질, 페닐아세트산메틸, 포름산벤질, 포름산페닐에틸, 3-페닐프로피온산메틸, 프로피온산벤질, 페닐아세트산에틸, 아세트산2-페닐에틸 등을 들 수 있다. 이들 유기 용제는, 1종 단독으로도, 2종 이상을 혼합하여 사용하여도 좋다.
현상의 종료시에는, 린스를 행한다. 린스액으로는, 현상액과 혼용(miscible)되어, 레지스트막을 용해시키지 않는 용제가 바람직하다. 이러한 용제로는, C3-C10의 알코올, C8-C12의 에테르 화합물, C6-C12의 알칸, 알켄, 알킨, 방향족계의 용제가 바람직하게 이용된다. 구체적으로, C3-C10의 적당한 알코올로는, n-프로필알코올, 이소프로필알코올, 1-부틸알코올, 2-부틸알코올, 이소부틸알코올, tert-부틸알코올, 1-펜탄올, 2-펜탄올, 3-펜탄올, tert-펜틸알코올, 네오펜틸알코올, 2-메틸-1-부탄올, 3-메틸-1-부탄올, 3-메틸-3-펜탄올, 시클로펜탄올, 1-헥산올, 2-헥산올, 3-헥산올, 2,3-디메틸-2-부탄올, 3,3-디메틸-1-부탄올, 3,3-디메틸-2-부탄올, 2-에틸-1-부탄올, 2-메틸-1-펜탄올, 2-메틸-2-펜탄올, 2-메틸-3-펜탄올, 3-메틸-1-펜탄올, 3-메틸-2-펜탄올, 3-메틸-3-펜탄올, 4-메틸-1-펜탄올, 4-메틸-2-펜탄올, 4-메틸-3-펜탄올, 시클로헥산올, 1-옥탄올 등을 들 수 있다. C8-C12의 적당한 에테르 화합물로는, 디-n-부틸에테르, 디이소부틸에테르, 디-sec-부틸에테르, 디-n-펜틸에테르, 디이소펜틸에테르, 디-sec-펜틸에테르, 디-tert-펜틸에테르, 디-n-헥실에테르로부터 선택되는 1종 이상의 용제를 들 수 있다. C6-C12의 적당한 알칸으로는, 헥산, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸, 운데칸, 도데칸, 메틸시클로펜탄, 디메틸시클로펜탄, 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 디메틸시클로헥산, 시클로헵탄, 시클로옥탄, 시클로노난 등을 들 수 있다. C6-C12의 알켄으로는, 헥센, 헵텐, 옥텐, 시클로헥센, 메틸시클로헥센, 디메틸시클로헥센, 시클로헵텐, 시클로옥텐 등을 들 수 있다. C6-C12의 적당한 알킨으로는, 헥신, 헵틴, 옥틴 등을 들 수 있다. 적당한 방향족계의 용제로는, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠, 이소프로필벤젠, tert-부틸벤젠, 메시틸렌 등을 들 수 있다. 용제는 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
린스를 행함으로써 레지스트 패턴의 붕괴나 결함의 발생을 저감시킬 수 있다. 또한, 린스는 반드시 필수는 아니며, 린스를 행하지 않음으로써 용제의 사용량을 삭감할 수 있다.
현상 후의 홀 패턴이나 트렌치 패턴을, 서멀 플로우, RELACS® 또는 DSA 공정으로 쉬링크할 수도 있다. 홀 패턴 상에 쉬링크제를 도포하고, 베이크 중의 레지스트층으로부터의 산촉매의 확산에 의해 레지스트의 표면에서 쉬링크제의 가교가 일어나, 쉬링크제가 홀 패턴의 측벽에 부착된다. 베이크 온도는, 바람직하게는 70∼180℃, 보다 바람직하게는 80∼170℃이고, 시간은, 바람직하게는 10∼300초이며, 여분의 쉬링크제를 제거하고, 홀 패턴을 축소시킨다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 한정되지 않는다. 약어 "pbw"는 중량부이다.
레지스트 재료에 이용한 술포늄염 1∼8 및 요오도늄염 1∼7의 구조를 이하에 나타낸다. 술포늄염 1∼8 및 요오도늄염 1∼7은 각각 하기 음이온을 부여하는 브롬화벤젠환 함유 카르복실산과, 하기 양이온을 부여하는 술포늄클로라이드 또는 요오도늄클로라이드와의 이온 교환에 의해 합성하였다.
Figure 112018055296796-pat00085
Figure 112018055296796-pat00086
합성예
베이스 폴리머(폴리머 1∼4)의 합성
적당한 모노머를 조합하여 용제인 테트라히드로푸란(THF) 중에서 공중합 반응을 행하여, 메탄올에 정출하고, 또한 헥산으로 세정을 반복한 후에 단리, 건조시켜, 베이스 폴리머(폴리머 1∼4)를 얻었다. 얻어진 베이스 폴리머의 조성은 1H-NMR에 의해, Mw 및 Mw/Mn는 GPC(용제: THF, 표준: 폴리스티렌)에 의해 확인하였다.
Figure 112018055296796-pat00087
실시예 및 비교예
계면활성제로서 3M사 제조 FC-4430을 100 ppm 용해시킨 용제에, 표 1 및 2에 나타내는 조성으로 각 성분을 용해시킨 용액을, 0.2 ㎛ 사이즈의 필터로 여과하여 레지스트 재료를 조제하였다. 실시예 1∼17 및 비교예 1∼6의 레지스트 재료는 포지티브형, 실시예 18 및 비교예 7의 레지스트 재료는 네거티브형이다. 표 1 및 2 중, 각 성분은 이하와 같다.
유기 용제:
PGMEA(프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트)
CyH(시클로헥사논)
PGME(프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르)
산 발생제: PAG 1∼4(하기 구조식 참조)
Figure 112018055296796-pat00088
비교 켄처 1∼7(하기 구조식 참조)
Figure 112018055296796-pat00089
EUV 노광 평가
실시예 1-18, 비교예 1-7
표 1 및 표 2에 나타내는 각 레지스트 재료를, 신에츠카가쿠고교(주) 제조 규소 함유 스핀온 하드 마스크 SHB-A940(규소의 함유량이 43 중량%)을 20 ㎚ 막 두께로 형성한 Si 기판 상에 스핀 코트하고, 핫플레이트를 이용하여 105℃에서 60초간 프리베이크하여 막 두께 60 ㎚의 레지스트막을 제작하였다. 이것에, ASML사 제조 EUV 스캐너 NXE3300(NA 0.33, σ 0.9/0.6, 4중극 조명, 웨이퍼 상의 치수가 피치 46 ㎚, +20% 바이어스의 홀 패턴의 마스크)을 이용하여 노광하고, 핫플레이트 상에서 표 1 및 표 2에 기재된 온도에서 60초간 PEB를 행하고, 2.38 중량% TMAH 수용액으로 30초간 현상을 행하여, 실시예 1∼17, 비교예 1∼6에서는 치수 23 ㎚의 홀 패턴, 실시예 18과 비교예 7에서는 치수 23 ㎚의 도트 패턴을 얻었다.
레지스트 패턴을 평가하였다. (주)히타치하이테크놀로지즈 제조 측장 SEM(CG5000)을 이용하여 홀 또는 도트 치수가 23 ㎚로 형성될 때의 노광량을 측정하여 이것을 감도로 하고, 또한, 이 때의 홀 또는 도트 50개의 치수를 측정하여, 치수 편차(CDU, 3σ)를 구하였다.
EUV 리소그래피의 감도 및 CDU와 함께 레지스트 재료의 결과를 표 1 및 표 2에 병기한다.
Figure 112018055296796-pat00090
Figure 112018055296796-pat00091
표 1 및 표 2에 나타낸 결과로부터, 식 (A-1)로 표시되는 술포늄염 또는 식 (A-2)로 표시되는 요오도늄염을 포함하는 본 발명의 레지스트 재료는, 고감도 및 개선된 CDU를 제공하는 것을 알 수 있었다.
일본 특허 출원 번호 제2017-116931호는 본원에 참고 인용된다.
일부 바람직한 구체예가 기술되었지만, 상기 교시의 관점에서 다수의 변형 및 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위로부터 벗어나는 일 없이 구체적으로 기술된 바와 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (19)

  1. 베이스 폴리머 및 하기 식 (A-1)로 표시되는 술포늄염 또는 하기 식 (A-2)로 표시되는 요오도늄염 또는 둘다를 포함하는 레지스트 재료:
    Figure 112018055296796-pat00092

    식 중, R1은 히드록시기, 카르복시기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C6의 알킬기, 알콕시기 또는 알콕시카르보닐기, C2-C6의 알케닐옥시기 혹은 알키닐옥시기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C6의 아실옥시기, 불소 원자, 염소 원자, 아미노기, -NR7-C(=O)-R8, 또는 -NR7-C(=O)-O-R8이며, R7은 수소 원자, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C6의 알킬기이며, R8은 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C8의 알킬기, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C8의 알케닐기이고,
    R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C12의 알킬기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C12의 알케닐기, C6-C20의 아릴기, C7-C12의 아랄킬기 혹은 C7-C12의 아릴옥소알킬기이며, 이들 기 중 수소 원자의 적어도 하나가, 히드록시기, 카르복시기, 할로겐 원자, 옥소기, 시아노기, 아미드기, 니트로기, 술톤기, 술폰기 또는 술포늄염 함유기로 치환되어 있어도 좋고, 이들 기 중 탄소 원자의 적어도 하나가, 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기, 카르보네이트기 또는 술폰산 에스테르기로 치환되어 있어도 좋고, 또는 R2와 R3은 결합하여 이들이 결합하는 황 원자와 함께 고리를 형성하여도 좋고,
    R5 및 R6은 각각 독립적으로 C6-C10의 아릴기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C6의 알케닐기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C6의 알키닐기, 또는 트리플루오로메틸기이며, 이들의 수소 원자의 적어도 하나가, 할로겐 원자, 트리플루오로메틸기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C10의 알킬기 혹은 알콕시기, 히드록시기, 카르복시기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C10의 알콕시카르보닐기, 니트로기 또는 시아노기로 치환되어 있어도 좋고,
    X는 단결합, 또는 에테르기, 카르보닐기, 에스테르기, 아미드기, 술톤기, 락탐기, 카르보네이트기, 할로겐 원자, 히드록시기 혹은 카르복시기를 포함하고 있어도 좋은 C1-C20의 (p+1)가의 연결기이고,
    m은 1∼5의 정수이고, n은 0∼3의 정수이고, p는 1∼3의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서, m은 2∼5의 정수인 레지스트 재료.
  3. 제1항에 있어서, 술포늄염 또는 요오도늄염 또는 둘다는 켄처로서 기능하는 것인 레지스트 재료.
  4. 제3항에 있어서, 술폰산, 이미드산 또는 메티드산을 발생시킬 수 있는 산 발생제를 더 포함하는 레지스트 재료.
  5. 제1항에 있어서, 술포늄염 또는 요오도늄염 또는 둘다는 산 발생제로서 기능하는 것인 레지스트 재료.
  6. 제5항에 있어서, 켄처를 더 포함하는 레지스트 재료.
  7. 제1항에 있어서, 유기 용제를 더 포함하는 레지스트 재료.
  8. 제1항에 있어서, 베이스 폴리머는 하기 식 (a1)로 표시되는 반복 단위 또는 하기 식 (a2)로 표시되는 반복 단위를 포함하는 것인 레지스트 재료:
    Figure 112018055296796-pat00093

    식 중, RA는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸기이고, Y1은 단결합, 페닐렌기, 나프틸렌기, 또는 에스테르기 또는 락톤환 또는 둘다를 함유하는 C1-C12의 연결기이고, Y2는 단결합 또는 에스테르기이고, R11 및 R12는 각각 산불안정기이고, R13은 할로겐 원자, 트리플루오로메틸기, 시아노기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C6의 알킬기 혹은 알콕시기, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C7의 아실기, 아실옥시기 혹은 알콕시카르보닐기이고, R14는 단결합, 또는 직쇄상 혹은 분기상의 C1-C6의 알킬렌기이고, 그의 탄소 원자의 적어도 하나가 에테르기 또는 에스테르기로 치환되어 있어도 좋고, q1은 1 또는 2이고, q2는 0∼4의 정수이다.
  9. 제8항에 있어서, 용해 저지제를 더 포함하는 레지스트 재료.
  10. 제8항에 있어서, 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료인 레지스트 재료.
  11. 제1항에 있어서, 베이스 폴리머는 산불안정기를 포함하지 않는 것인 레지스트 재료.
  12. 제11항에 있어서, 가교제를 더 포함하는 레지스트 재료.
  13. 제11항에 있어서, 화학 증폭 네거티브형 레지스트 재료인 레지스트 재료.
  14. 제1항에 있어서, 계면활성제를 더 포함하는 레지스트 재료.
  15. 제1항에 있어서, 베이스 폴리머는 하기 식 (f1)∼(f3)로부터 선택되는 적어도 1종의 반복 단위를 더 포함하는 것인 레지스트 재료:
    Figure 112018055296796-pat00094

    식 중, RA는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸기이고,
    Z1은 단결합, 페닐렌기, -O-Z12-, 또는 -C(=O)-Z11-Z12-이고, Z11은 -O- 또는 -NH-이며, Z12는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C6의 알킬렌기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C6의 알케닐렌기, 또는 페닐렌기이며, 카르보닐기, 에스테르기, 에테르기 또는 히드록시기를 포함하고 있어도 좋고,
    R31∼R38은 각각 독립적으로 카르보닐기, 에스테르기 혹은 에테르기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C12의 알킬기, 또는 C6-C12의 아릴기 혹은 C7-C20의 아랄킬기이며, 이들의 수소 원자의 적어도 하나가, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C10의 알킬기, 할로겐 원자, 트리플루오로메틸기, 시아노기, 니트로기, 히드록시기, 머캅토기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C10의 알콕시기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C10의 알콕시카르보닐기, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C10의 아실옥시기로 치환되어 있어도 좋고, R33, R34 및 R35 중 어느 2개 또는 R36, R37 및 R38 중 어느 2개는 결합하여 이들이 결합하는 황 원자와 함께 고리를 형성하고 있어도 좋고,
    Z2는 단결합, -Z21-C(=O)-O-, -Z21-O- 또는 -Z21-O-C(=O)-이고, Z21은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 C1-C12의 알킬렌기이며, 카르보닐기, 에스테르기 또는 에테르기를 포함하고 있어도 좋고,
    A는 수소 원자 또는 트리플루오로메틸기이고,
    Z3은 단결합, 메틸렌기, 에틸렌기, 페닐렌기, 불소화 페닐렌기, -O-Z32- 또는 -C(=O)-Z31-Z32-이고, Z31은 -O- 또는 -NH-이며, Z32는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C6의 알킬렌기, 페닐렌기, 불소화 페닐렌기, 트리플루오로메틸기로 치환된 페닐렌기, 또는 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C6의 알케닐렌기이며, 카르보닐기, 에스테르기, 에테르기 또는 히드록시기를 포함하고 있어도 좋고,
    M-는 비구핵성 대향 이온이다.
  16. 제1항에 기재된 레지스트 재료를 기판 상에 도포하는 단계, 베이크하여 레지스트막을 형성하는 단계, 레지스트막을 고에너지선으로 노광하는 단계, 및 현상액 중에서 노광한 레지스트막을 현상하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
  17. 제16항에 있어서, 고에너지선은 파장 193 ㎚의 ArF 엑시머 레이저 또는 파장 248 ㎚의 KrF 엑시머 레이저인 패턴 형성 방법.
  18. 제16항에 있어서, 고에너지선은 전자선 또는 파장 3∼15 ㎚의 극단자외선인 패턴 형성 방법.
  19. 제1항에 있어서, R1이, 카르복시기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C1-C6의 알킬기, 알콕시기 또는 알콕시카르보닐기, C2-C6의 알케닐옥시기 혹은 알키닐옥시기, 직쇄상, 분기상 혹은 환상의 C2-C6의 아실옥시기, 불소 원자, 염소 원자, 아미노기, -NR7-C(=O)-R8, 또는 -NR7-C(=O)-O-R8인 것인 레지스트 재료.
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