KR102476090B1 - 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물, 레지스트막, 패턴 형성 방법, 전자 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물, 레지스트막, 패턴 형성 방법, 전자 디바이스의 제조 방법 Download PDF

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쿄헤이 사키타
미치히로 시라카와
아키요시 고토
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후지필름 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는, 패턴 선폭의 러프니스(LWR)가 우수한 패턴을 형성할 수 있는 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물을 제공하는 것이다. 또, 본 발명의 다른 과제는,
상기 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물을 이용한 레지스트막, 패턴 형성 방법, 및 전자 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물은, 염 구조를 갖는 모노머에서 유래하는 반복 단위와, 산의 작용에 의하여 분해되어 극성이 증대하는 기를 갖는 반복 단위를 포함하는 수지를 포함하고,
상기 염 구조는, 음이온 구조 부위와, 감활성광선 분해성 또는 감방사선 분해성의 양이온 구조 부위로 이루어지며,
상기 염 구조 중의 상기 양이온 구조 부위를 수소 원자로 치환하여 이루어지는 모노머의 pKa가, -0.80 이상이다.

Description

감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물, 레지스트막, 패턴 형성 방법, 전자 디바이스의 제조 방법
본 발명은, 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물, 레지스트막, 패턴 형성 방법, 및 전자 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, IC(Integrated Circuit, 집적 회로) 및 LSI(Large Scale Integrated circuit, 대규모 집적 회로) 등의 반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는, 화학 증폭형 레지스트 조성물을 이용한 리소그래피에 의한 미세 가공이 행해지고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1의 실시예란에서는, 광산발생제와, 상기 광산발생제보다 상대적으로 염기성인 화합물(산확산 제어제)을 포함하는 레지스트 조성물을 개시하고 있다. 상기 산확산 제어제는, 노광에 의하여 상기 광산발생제로부터 발생하는 산을 트랩하는 ?처로서 작용한다. 상기 ?처의 작용에 의하여, 상기 광산발생제로부터 발생하는 산의 미노광 부분으로의 확산이 제어된다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2012-242800호
본 발명자들은, 특허문헌 1에 기재된 레지스트 조성물에 대하여 검토했는데, 산확산 제어제는 응집체를 형성하기 쉬워, 계 중에서 불균일하게 존재하는 경향이 있는 것을 밝혀냈다. 또, 그 결과로서, 레지스트막 중에 있어서 산확산 제어제의 농도 분포가 불균일한 것에 의하여, 광산발생제로부터 발생하는 산의 확산 억제(중화)가 균일하게 진행되지 않아, 형성되는 패턴은, 패턴 선폭의 러프니스(LWR(line width roughness))가 반드시 충분하지는 않다는 것을 밝혀냈다.
따라서, 본 발명은, 패턴 선폭의 러프니스(LWR)가 우수한 패턴을 형성할 수 있는 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물을 제공하는 것을 과제로 한다.
또, 본 발명은, 상기 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물을 이용한 레지스트막, 패턴 형성 방법, 및 전자 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 달성하기 위하여 예의 검토한 결과, 특정 구조의 수지를 포함하는 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물에 의하면 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성시켰다.
즉, 이하의 구성에 의하여 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 알아내었다.
〔1〕 염 구조를 갖는 모노머에서 유래하는 반복 단위와, 산의 작용에 의하여 분해되어 극성이 증대하는 기를 갖는 반복 단위를 포함하는 수지를 포함하고,
상기 염 구조는, 음이온 구조 부위와, 감활성광선 분해성 또는 감방사선 분해성의 양이온 구조 부위로 이루어지며,
상기 염 구조 중의 상기 양이온 구조 부위를 수소 원자로 치환하여 이루어지는 모노머의 pKa가, -0.80 이상인, 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물.
〔2〕 상기 염 구조를 갖는 모노머가, 후술하는 일반식 (X1)로 나타나는 모노머인, 〔1〕에 기재된 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물.
〔3〕 활성광선 또는 방사선의 조사에 의하여 산을 발생하는 광산발생제를 더 포함하는, 〔1〕 또는 〔2〕에 기재된 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물.
〔4〕 상기 광산발생제로부터 발생하는 산의 pKa가, 상기 염 구조 중의 상기 양이온 구조 부위를 수소 원자로 치환하여 이루어지는 모노머의 pKa보다 작은, 〔3〕에 기재된 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물.
〔5〕 〔1〕 내지 〔4〕 중 어느 하나에 기재된 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물을 이용하여 형성된 레지스트막.
〔6〕 〔1〕 내지 〔4〕 중 어느 하나에 기재된 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물을 이용하여 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성 공정과,
상기 레지스트막을 노광하는 노광 공정과,
노광된 상기 레지스트막을, 현상액을 이용하여 현상하는 현상 공정을 포함하는, 패턴 형성 방법.
〔7〕 〔6〕에 기재된 패턴 형성 방법을 포함하는, 전자 디바이스의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 패턴 선폭의 러프니스(LWR)가 우수한 패턴을 형성할 수 있는 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물을 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 상기 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물을 이용한 레지스트막, 패턴 형성 방법, 및 전자 디바이스의 제조 방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
이하에 기재하는 구성 요건의 설명은, 본 발명의 대표적인 실시형태에 근거하여 이루어지는 경우가 있지만, 본 발명은 그와 같은 실시형태에 제한되지 않는다.
본 명세서 중에 있어서의 "활성광선" 또는 "방사선"이란, 예를 들면 수은등의 휘선 스펙트럼, 엑시머 레이저로 대표되는 원자외선, 극자외선(EUV광: Extreme Ultraviolet), X선, 및 전자선(EB: Electron Beam) 등을 의미한다. 본 명세서 중에 있어서의 "광"이란, 활성광선 또는 방사선을 의미한다.
본 명세서 중에 있어서의 "노광"이란, 특별히 설명하지 않는 한, 수은등의 휘선 스펙트럼, 엑시머 레이저로 대표되는 원자외선, 극자외선, X선, 및 EUV광 등에 의한 노광뿐만 아니라, 전자선, 및 이온빔 등의 입자선에 의한 묘화도 포함한다.
본 명세서에 있어서, "~"란 그 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 의미로 사용된다.
본 명세서에 있어서, (메트)아크릴레이트는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 나타낸다.
본 명세서에 있어서, 수지의 중량 평균 분자량(Mw), 수평균 분자량(Mn), 및 분산도(분자량 분포라고도 함)(Mw/Mn)는, GPC(Gel Permeation Chromatography) 장치(도소제 HLC-8120GPC)에 의한 GPC 측정(용매: 테트라하이드로퓨란, 유량(샘플 주입량): 10μL, 칼럼: 도소사제 TSK gel Multipore HXL-M, 칼럼 온도: 40℃, 유속: 1.0mL/분, 검출기: 시차 굴절률 검출기(Refractive Index Detector))에 의한 폴리스타이렌 환산값으로서 정의된다.
본 명세서 중에 있어서의 기(원자단)의 표기에 대하여, 치환 및 무치환을 기재하지 않은 표기는, 치환기를 갖지 않는 기와 함께 치환기를 갖는 기도 포함한다. 예를 들면, "알킬기"란, 치환기를 갖지 않는 알킬기(무치환 알킬기)뿐만 아니라, 치환기를 갖는 알킬기(치환 알킬기)도 포함한다.
또, 본 명세서에 있어서, "치환기를 갖고 있어도 된다"라고 할 때의 치환기의 종류, 치환기의 위치, 및 치환기의 수는 특별히 제한되지 않는다. 치환기의 수는 예를 들면, 1개, 2개, 3개, 또는 그 이상이어도 된다. 치환기의 예로서는 수소 원자를 제거한 1가의 비금속 원자단을 들 수 있고, 예를 들면 이하의 치환기군 T로부터 선택할 수 있다.
(치환기 T)
치환기 T로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브로민 원자 및 아이오딘 원자 등의 할로젠 원자; 메톡시기, 에톡시기 및 tert-뷰톡시기 등의 알콕시기; 페녹시기 및 p-톨릴옥시기 등의 아릴옥시기; 메톡시카보닐기, 뷰톡시카보닐기 및 페녹시카보닐기 등의 알콕시카보닐기; 아세톡시기, 프로피온일옥시기 및 벤조일옥시기 등의 아실옥시기; 아세틸기, 벤조일기, 아이소뷰티릴기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기 및 메톡살일기 등의 아실기; 메틸설판일기 및 tert-뷰틸설판일기 등의 알킬설판일기; 페닐설판일기 및 p-톨릴설판일기 등의 아릴설판일기; 알킬기; 사이클로알킬기; 아릴기; 헤테로아릴기; 수산기; 카복시기; 폼일기; 설포기; 사이아노기; 알킬아미노카보닐기; 아릴아미노카보닐기; 설폰아마이드기; 실릴기; 아미노기; 모노알킬아미노기; 다이알킬아미노기; 아릴아미노기; 및 이들의 조합을 들 수 있다.
〔감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물〕
본 발명의 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물(이하, "본 발명의 조성물"이라고도 함)은, 염 구조를 갖는 모노머에서 유래하는 반복 단위(이하 "반복 단위 A"라고도 함)와, 산의 작용에 의하여 분해되어 극성이 증대하는 기(이하 "산분해성기"라고도 함)를 갖는 반복 단위(이하 "반복 단위 B"라고도 함)를 포함하는 수지(이하 "수지 (A)"라고도 함)를 포함하고,
상기 염 구조는, 음이온 구조 부위와, 감활성광선 분해성 또는 감방사선 분해성의 양이온 구조 부위로 이루어지며,
상기 염 구조 중의 상기 양이온 구조 부위를 수소 원자로 치환하여 이루어지는 모노머의 pKa(산해리 상수)가, -0.80 이상이다.
상기 구성으로 함으로써, 본 발명의 조성물에 의하여 형성되는 패턴은, 패턴 선폭의 러프니스(LWR)가 우수하다.
이것은, 상세한 것은 명확하지 않지만, 본 발명자들은 이하와 같이 추측하고 있다.
상술한 바와 같이, 반복 단위 A를 유도하는 모노머는, 염 구조 중의 상기 양이온 구조 부위를 수소 원자로 치환한 경우, 그 pKa는 -0.80 이상이다. 이 pKa값은, 전형적으로는, 광산발생제로부터 발생하여 산분해성기의 탈보호 반응에 기여하는 산의 pKa값보다 크다. 즉, 반복 단위 A는, 광산발생제로부터 발생하는 산보다 약산을 발생할 수 있는 염 구조(바람직하게는 오늄염 구조)를 갖는다.
이 때문에, 감활성광선 분해성 또는 감방사선 수지막(이하 "레지스트막"이라고도 함)의 미노광부에서는, 활성광선성 또는 방사선의 조사에 의하여 광산발생제로부터 발생한 산은, 반복 단위 A 중의 염 구조와 충돌하면, 염 교환에 의하여 약산과 강산 음이온을 갖는 염을 발생시킨다. 즉, 이 과정에서 강산이 보다 촉매능이 낮은 약산으로 교환되기 때문에, 외관상, 산이 실활하여 산확산의 제어를 행할 수 있다. 한편, 노광부에서는, 상술한 수지 (A) 중의 반복 단위 A 중의 염 구조는, 양이온 구조 부위가 분해되고, 또한 음이온 구조 부위가 프로톤화됨으로써, 산 구조로 변환된다. 반복 단위 A 중의 염 구조는 산 구조로 변환되면, 활성광선성 또는 방사선의 조사에 의하여 광산발생제로부터 발생한 산에 대한 염기성이 저하한다. 이 때문에, 노광부에서는, 광산발생제로부터 발생하여 산분해성기의 탈보호 반응이 양호하게 진행된다.
본 발명의 조성물에 의하여 형성되는 레지스트막은, 상술한 바와 같이, 수지 (A)가, 산확산 제어 기능을 갖는 반복 단위 A를 포함한다. 이 구성에 의하여, 수지와는 별도로 산확산 제어제를 단독으로 포함하는 레지스트 조성물로 형성되는 레지스트막(종래 기술)에서 발생하고 있던, 산확산 제어제끼리의 응집 등을 기인으로 하는 산확산 제어제의 농도 분포가 불균일하다는 문제가 해소될 수 있다. 즉, 본 발명의 조성물에 의하면, 광산발생제로부터 발생하는 산의 확산 억제(중화)가 균일하게 진행되어, 결과적으로, 형성되는 패턴의 LWR 성능이 우수하다.
이하, 본 발명의 조성물에 포함되는 성분에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명의 조성물은, 이른바 레지스트 조성물이며, 포지티브형 레지스트 조성물이어도 되고, 네거티브형 레지스트 조성물이어도 된다. 또, 알칼리 현상용 레지스트 조성물이어도 되고, 유기 용제 현상용 레지스트 조성물이어도 된다.
본 발명의 조성물은, 전형적으로는, 화학 증폭형 레지스트 조성물이다.
<수지 (A)>
본 발명의 조성물은, 수지(이하, "수지 (A)"라고도 함)를 포함한다.
수지 (A)로서는, 예를 들면 후술하는 수지 (AX1), 및 후술하는 수지 (AX2) 등을 사용할 수 있고, 그 중에서도, 수지 (AX1)이 바람직하다.
(수지 (AX1))
수지 (AX1)은, 염 구조를 갖는 모노머에서 유래하는 반복 단위(반복 단위 A)와, 산분해성기를 갖는 반복 단위(반복 단위 B)를 포함하는 수지를 포함한다.
본 발명의 조성물이 수지 (AX1)을 포함하는 경우, 형성되는 패턴으로서는, 통상, 현상액으로서 알칼리 현상액을 채용했을 때는 포지티브형 패턴이 되고, 현상액으로서 유기계 현상액을 채용했을 때는 네거티브형 패턴이 된다.
·반복 단위 A
수지 (AX1)은, 염 구조를 갖는 모노머에서 유래하는 반복 단위(반복 단위 A)를 포함한다.
상기 염 구조는, 음이온 구조 부위와, 감활성광선 분해성 또는 감방사선 분해성의 양이온 구조 부위로 이루어진다.
또, 상기 염 구조 중의 상기 양이온 구조 부위를 수소 원자로 치환하여 이루어지는 모노머의 pKa가, -0.80 이상이다. 상기 pKa는, -0.50 이상이 바람직하고, 0 이상이 보다 바람직하다. 또한, 상기 pKa의 상한값은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 30 이하이다.
또, 상기 pKa의 값은, 활성광선 또는 방사선의 조사에 의하여 광산발생제(산분해성기의 탈보호 반응에 기여하는 광산발생제이며, 예를 들면 후술하는 광산발생제 (B)가 해당함)로부터 발생하는 산의 pKa보다 큰 것이 바람직하다. 또한, pKa는 하기 방법에 의하여 측정할 수 있다.
≪산해리 상수 pKa의 측정≫
본 명세서에 있어서, 산해리 상수 pKa란, 수용액 중에서의 산해리 상수 pKa를 나타내고, 예를 들면 화학 편람(II)(개정 4판, 1993년, 일본 화학회 편, 마루젠 주식회사)에 기재된 것이며, 이 값이 낮을수록 산 강도가 큰 것을 나타내고 있다. 수용액 중에서의 산해리 상수 pKa는, 구체적으로는, 무한 희석 수용액을 이용하여, 25℃에서의 산해리 상수를 측정함으로써 실측할 수 있고, 또 하기 소프트웨어 패키지 1을 이용하여, 하메트의 치환기 상수 및 공지 문헌값의 데이터베이스에 근거한 값을, 계산에 의하여 구할 수도 있다. 본 명세서 중에 기재한 pKa의 값은, 모두 이 소프트웨어 패키지를 이용하여 계산에 의하여 구한 값을 나타내고 있다.
소프트웨어 패키지 1: Advanced Chemistry Development(ACD/Labs) Software V8.14 for Solaris(1994-2007 ACD/Labs)
염 구조를 갖는 모노머로서는, 그 중에서도 형성되는 패턴의 LWR이 보다 우수한 점에서, 하기 일반식 (X1)로 나타나는 모노머인 것이 바람직하다. 하기 일반식 (X1)로 나타나는 모노머는, 염 구조 중의 상기 양이온 구조 부위를 수소 원자로 치환하여 이루어지는 모노머의 pKa가 -0.80 이상을 충족시킨다.
[화학식 1]
Figure 112020090290118-pct00001
P11은, 중합성기를 나타낸다. 중합성기의 종류는 특별히 제한되지 않고, 공지의 중합성기를 들 수 있으며, 반응성의 점에서, 부가 중합 반응이 가능한 관능기가 바람직하고, 중합성 에틸렌성 불포화기가 보다 바람직하다. 중합성기로서는, 예를 들면 이하에 나타내는 (Q1)~(Q7)로 나타나는 치환기 등을 들 수 있다. 또한, 이하에 나타내는 (Q1)~(Q7)로 나타나는 치환기 중의 수소 원자는, 할로젠 원자 등 다른 치환기로 치환되어 있어도 된다.
[화학식 2]
Figure 112020090290118-pct00002
L11은, 단결합, 또는 m+1가의 연결기를 나타낸다.
상기 L11로 나타나는 m+1가의 연결기로서는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 하기 (A1)~(A5)로 나타나는 기를 들 수 있다. 또한, 하기 (A1)~(A5) 중, *1은, P11과의 결합 위치를 나타내고, *2는, Y11-와의 결합 위치를 나타낸다.
단, 후술하는 Y11-가 후술하는 일반식 (Y1)로 나타나는 음이온성 관능기인 경우, L11은, *1-CO-O-LS1-*2를 나타낸다. LS1은, -O-CO-를 포함하지 않는 2가의 연결기를 나타낸다. 또, 후술하는 Y11-가 후술하는 일반식 (Y2)로 나타나는 음이온성 관능기인 경우, L11은, 페닐렌기, 및 락톤 구조를 포함하지 않는다.
상기 LS1로서는, 탄소수 1~20의 알킬기(직쇄상, 분기쇄상, 및 환상 중 어느 것이어도 됨)가 바람직하다.
[화학식 3]
Figure 112020090290118-pct00003
상기 (A1)~(A5) 중, T11은, 단결합, 2가의 탄화 수소환기, 또는 2가의 복소환기를 나타내고, T12는, 3가의 탄화 수소환기 또는 3가의 복소환기를 나타내며, T13은, 4가의 탄화 수소환기 또는 4가의 복소환기를 나타내고, T14는, 5가의 탄화 수소환기 또는 5가의 복소환기를 나타내며, T15는, 6가의 탄화 수소환기 또는 6가의 복소환기를 나타낸다.
상기 탄화 수소환기는, 방향족 탄화 수소환기여도 되고, 지방족 탄화 수소환기여도 된다. 상기 탄화 수소환기에 포함되는 탄소수는, 6~18이 바람직하고, 6~14가 보다 바람직하다.
상기 복소환기는, 방향족 복소환기여도 되고, 지방족 복소환기여도 된다. 상기 복소환은, 적어도 하나의 N 원자, O 원자, S 원자, 또는 Se 원자를 환 구조 내에 갖는 5~10원환인 것이 바람직하고, 5~7원환이 보다 바람직하며, 5~6원환이 더 바람직하다.
또, 상기 (A1)~(A5) 중, L21~L40은, 각각 독립적으로 단결합 또는 2가의 연결기를 나타낸다.
L21~L40으로 나타나는 2가의 연결기로서는, 예를 들면 -N=N-, -O-, -S-, -NRa-, -CO-, 알킬렌기(환상, 분기쇄상, 및 직쇄상 중 어느 것이어도 됨), 알켄일렌기, 알카인일렌기, 또는 이들을 조합하여 이루어지는 2가의 기를 들 수 있다. Ra는, 수소 원자, 또는 치환기(예를 들면, 알킬기)를 나타낸다.
상기 알킬렌기의 탄소수로서는, 1~10이 바람직하고, 1~6이 보다 바람직하며, 1~4가 더 바람직하다.
상기 알켄일렌기의 탄소수로서는, 2~10이 바람직하고, 2~6이 보다 바람직하며, 2~4가 더 바람직하다.
상기 알카인일렌기의 탄소수로서는, 2~10이 바람직하고, 2~6이 보다 바람직하며, 2~4가 더 바람직하다.
상기 L21~L40으로 나타나는 알킬렌기, 알켄일렌기, 및 알카인일렌기는, 치환기를 갖고 있어도 된다. 치환기로서는, 할로젠 원자가 바람직하고, 불소 원자가 보다 바람직하다.
Y11-는, 하기 일반식 (Y1)~(Y8)로 나타나는 음이온성 관능기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 기를 나타낸다.
[화학식 4]
Figure 112020090290118-pct00004
일반식 (Y1) 중, *는 L11과의 결합 위치를 나타낸다.
[화학식 5]
Figure 112020090290118-pct00005
일반식 (Y2) 중, R11 및 R12는, 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 1가의 유기기를 나타낸다.
R11 및 R12로 나타나는 1가의 유기기로서는 특별히 제한되지 않고, 상술한 치환기군 T로 예시된 기를 들 수 있다. R11 및 R12로 나타나는 1가의 유기기로서는, 알킬기(직쇄상, 분기쇄상, 및 환상 중 어느 것이어도 된다. 탄소수는 1~20이 바람직하고, 1~10이 보다 바람직하며, 1~6이 더 바람직하다), 플루오로알킬기(적어도 하나의 불소 원자로 치환된 알킬기를 나타내고, 예를 들면 퍼플루오로알킬기가 바람직하다. 플루오로알킬기 중의 탄소수는, 1~10이 바람직하고, 1~4가 보다 바람직하다), 할로젠 원자(할로젠 원자로서는, 예를 들면 불소 원자, 염소 원자, 브로민 원자, 및 아이오딘 원자 등을 들 수 있음), 또는 알콕시기(직쇄상, 분기쇄상, 및 환상 중 어느 것이어도 된다. 탄소수는, 1~20이 바람직하고, 1~10이 보다 바람직하며, 1~6이 더 바람직하다)가 바람직하다.
단, R11 및 R12 중 한쪽이 불소 원자 또는 플루오로알킬기를 나타내는 경우, R11 및 R12 중 다른 쪽은, 수소 원자를 나타내거나, 또는 불소 원자 및 플루오로알킬기와는 다른 1가의 유기기를 나타낸다.
또한, R11 및 R12는, 서로 결합하여 환을 형성해도 된다. 또, R11 및 R12는, 일반식 (X1) 중의 L11과 결합하여 환을 형성해도 된다. 단, R11과 일반식 (X1) 중의 L11이 결합하여 형성하는 환, 및 R12와 일반식 (X1) 중의 L11이 결합하여 형성하는 환은, 벤젠환을 포함하지 않는다.
*는 L11과의 결합 위치를 나타낸다.
[화학식 6]
Figure 112020090290118-pct00006
일반식 (Y3) 중, R13은, 1가의 유기기를 나타낸다.
R13으로 나타나는 1가의 유기기로서는, 일반식 (Y2) 중의 R11 및 R12로 나타나는 1가의 유기기와 동일한 것을 들 수 있고, 그 중에서도, 알킬기(직쇄상, 분기쇄상, 및 환상 중 어느 것이어도 된다. 탄소수는 1~20이 바람직하고, 1~10이 보다 바람직하며, 1~6이 더 바람직하다)가 바람직하다.
단, R13에 있어서, 황 원자(일반식 (Y3)에 명시된, R13과 연결되는 황 원자를 의도함)에 인접하는 기가 탄소 원자인 경우, 상기 탄소 원자는, 불소 원자를 치환기로서 갖지 않는다. 또, R13은, 일반식 (X1) 중의 L11과 결합하여 환을 형성해도 된다. *는 L11과의 결합 위치를 나타낸다.
[화학식 7]
Figure 112020090290118-pct00007
일반식 (Y4) 중, L12는, 단결합 또는 2가의 연결기를 나타낸다.
L12로 나타나는 2가의 연결기로서는, 예를 들면 -N=N-, -O-, -S-, -NRa-, -CO-, 알킬렌기(환상, 분기쇄상, 및 직쇄상 중 어느 것이어도 됨), 알켄일렌기, 알카인일렌기, 또는 이들을 조합하여 이루어지는 2가의 기를 들 수 있다. Ra는, 수소 원자, 또는 치환기(예를 들면, 알킬기)를 나타낸다.
상기 알킬렌기의 탄소수로서는, 1~10이 바람직하고, 1~6이 보다 바람직하며, 1~4가 더 바람직하다.
상기 알켄일렌기의 탄소수로서는, 2~10이 바람직하고, 2~6이 보다 바람직하며, 2~4가 더 바람직하다.
상기 알카인일렌기의 탄소수로서는, 2~10이 바람직하고, 2~6이 보다 바람직하며, 2~4가 더 바람직하다.
상기 알킬렌기, 상기 알켄일렌기, 및 상기 알카인일렌기는, 치환기를 갖고 있어도 된다. 치환기로서는, 할로젠 원자가 바람직하고, 불소 원자가 보다 바람직하다.
L12로 나타나는 2가의 연결기로서는, 그 중에서도, -CO-O-알킬렌기가 바람직하다.
R14, R15 및 R16은, 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 1가의 유기기를 나타낸다.
R14, R15 및 R16으로 나타나는 1가의 유기기로서는, 일반식 (Y2) 중의 R11 및 R12로 나타나는 1가의 유기기와 동일한 것을 들 수 있고, 그 중에서도, 알킬기(직쇄상, 분기쇄상, 및 환상 중 어느 것이어도 된다. 탄소수는 1~20이 바람직하고, 1~10이 보다 바람직하며, 1~6이 더 바람직하다)가 바람직하다.
단, R14, R15 및 R16 중 2개가 불소 원자 또는 플루오로알킬기를 나타내는 경우, R14, R15 및 R16 중 하나는, 수소 원자를 나타내거나, 또는 불소 원자 및 플루오로알킬기와는 다른 1가의 유기기를 나타낸다. 또한, R14, R15 및 R16 중 2개가 불소 원자 또는 플루오로알킬기를 나타내고, 또한 L12에 있어서, 아마이드기(일반식 (Y4)에 명시된, L12와 연결되는 아마이드기를 의도함)에 인접하는 기가 탄소 원자인 경우, 상기 탄소 원자는, 치환기로서 불소 원자 및 플루오로알킬기를 2개 이상 갖지 않는다.
또한, R14, R15 및 R16은, 서로 결합하여 환을 형성해도 된다. 또, R14, R15 및 R16은, 각각 독립적으로 L12와 결합하여 환을 형성해도 된다. 또, R14, R15 및 R16은, 각각 독립적으로 일반식 (X1) 중의 L11과 결합하여 환을 형성해도 된다. *는 L11과의 결합 위치를 나타낸다.
[화학식 8]
Figure 112020090290118-pct00008
일반식 (Y5) 중, L13은, 단결합 또는 2가의 연결기를 나타낸다.
L13으로 나타나는 2가의 연결기로서는, 일반식 (Y4) 중의 L12로 나타나는 2가의 연결기와 동일한 것을 들 수 있다. L13으로 나타나는 2가의 연결기로서는, 그 중에서도, -CO-O-알킬렌기가 바람직하다.
R17, R18 및 R19는, 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 1가의 유기기를 나타낸다.
R17, R18 및 R19로 나타나는 1가의 유기기로서는, 일반식 (Y2) 중의 R11 및 R12로 나타나는 1가의 유기기와 동일한 것을 들 수 있고, 그 중에서도, 알킬기(직쇄상, 분기쇄상, 및 환상 중 어느 것이어도 된다. 탄소수는 1~20이 바람직하고, 1~10이 보다 바람직하며, 1~6이 더 바람직하다)가 바람직하다.
단, R17, R18 및 R19 중 2개 이상이 불소 원자 또는 플루오로알킬기를 나타내고, 또한, L13에 있어서, 설폰아마이드기(일반식 (Y5)에 명시된, L13과 연결되는 설폰아마이드기를 의도함)에 인접하는 기가 탄소 원자인 경우, 상기 탄소 원자는, 치환기로서 불소 원자 및 플루오로알킬기를 2개 이상 갖지 않는다.
또한, R17, R18 및 R19는, 서로 결합하여 환을 형성해도 된다. 또, R17, R18 및 R19는, 각각 독립적으로 L13과 결합하여 환을 형성해도 된다. 또, R17, R18 및 R19는, 각각 독립적으로 일반식 (X1) 중의 L11과 결합하여 환을 형성해도 된다. *는 L11과의 결합 위치를 나타낸다.
[화학식 9]
Figure 112020090290118-pct00009
일반식 (Y6) 중, R20은, 1가의 유기기를 나타낸다.
R20으로 나타나는 1가의 유기기로서는, 일반식 (Y2) 중의 R11 및 R12로 나타나는 1가의 유기기와 동일한 것을 들 수 있고, 그 중에서도, 알킬기(직쇄상, 분기쇄상, 및 환상 중 어느 것이어도 된다. 탄소수는 1~20이 바람직하고, 1~10이 보다 바람직하며, 1~6이 더 바람직하다)가 바람직하다.
또한, R20은, 일반식 (X1) 중의 L11과 결합하여 환을 형성해도 된다. *는 L11과의 결합 위치를 나타낸다.
[화학식 10]
Figure 112020090290118-pct00010
일반식 (Y7) 중, *는 L11과의 결합 위치를 나타낸다. 단, L11 중의 *와 결합하는 원자는, 카보닐기가 아닌 탄소 원자이다.
[화학식 11]
Figure 112020090290118-pct00011
일반식 (Y8) 중, L14는, 단결합 또는 2가의 연결기를 나타낸다.
L14로 나타나는 2가의 연결기로서는, 일반식 (Y4) 중의 L12로 나타나는 2가의 연결기와 동일한 것을 들 수 있다. L14로 나타나는 2가의 연결기로서는, 그 중에서도, -CO-O-알킬렌기가 바람직하다.
R21, R22, R23, R24, 및 R25는, 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 1가의 유기기를 나타낸다.
R21, R22, R23, R24, 및 R25로 나타나는 1가의 유기기로서는, 일반식 (Y2) 중의 R11 및 R12로 나타나는 1가의 유기기와 동일한 것을 들 수 있고, 그 중에서도, 알킬기(직쇄상, 분기쇄상, 및 환상 중 어느 것이어도 된다. 탄소수는 1~20이 바람직하고, 1~10이 보다 바람직하며, 1~6이 더 바람직하다)가 바람직하다.
또한, R23, R24, 및 R25는, 서로 결합하여 환을 형성해도 된다. 또, R23, R24, 및 R25는, 각각 독립적으로 L14, R21, 및 R22와 결합하여 환을 형성해도 된다. 또, R21, R22, 및 L14는, 서로 결합하여 환을 형성해도 된다. 또, R23, R24, 및 R25는, 각각 독립적으로 일반식 (X1) 중의 L11과 결합하여 환을 형성해도 된다.
Z11+는, 감활성광선 분해성 또는 감방사선 분해성의 양이온을 나타낸다.
감활성광선 분해성 또는 감방사선 분해성의 양이온으로서는, 활성광선 또는 방사선의 조사에 의하여, 반복 단위 A 중의 염 구조를 상술한 산 구조로 변환할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다.
감활성광선 분해성 또는 감방사선 분해성의 양이온으로서는, 예를 들면 하기 일반식 (XI)로 나타나는 양이온, 일반식 (XII)로 나타나는 양이온, 또는 일반식 (XIII)으로 나타나는 양이온이 바람직하다.
[화학식 12]
Figure 112020090290118-pct00012
상기 일반식 (XI)에 있어서,
R101, R102 및 R103은, 각각 독립적으로 유기기를 나타낸다.
R101, R102 및 R103으로서의 유기기의 탄소수는, 일반적으로 1~30이며, 1~20이 바람직하다.
또, R101~R103 중 2개가 결합하여 환 구조를 형성해도 되고, 환 내에 산소 원자, 황 원자, 에스터 결합, 아마이드 결합, 또는 카보닐기를 포함하고 있어도 된다. R101~R103 중 2개가 결합하여 형성하는 기로서는, 알킬렌기(예를 들면, 뷰틸렌기, 및 펜틸렌기 등), 및 -CH2-CH2-O-CH2-CH2-를 들 수 있다.
일반식 (XI)로 나타나는 양이온으로서는, 일반식 (XI-1)로 나타나는 양이온, 일반식 (XI-2)로 나타나는 양이온, 일반식 (XI-3)으로 나타나는 양이온, 또는 일반식 (XI-4)로 나타나는 양이온이 바람직하다.
먼저, 일반식 (XI-1)로 나타나는 양이온에 대하여 설명한다.
일반식 (XI-1)로 나타나는 양이온은, 상기 일반식 (XI)의 R101~R103 중 적어도 하나가 아릴기인 양이온(아릴설포늄 양이온)이다.
일반식 (XI-1)로 나타나는 양이온은, R101~R103의 모두가 아릴기여도 되고, R101~R103의 일부가 아릴기이며, 나머지가 알킬기 또는 사이클로알킬기여도 된다.
일반식 (XI-1)로 나타나는 양이온으로서는, 예를 들면 트라이아릴설포늄 양이온, 다이아릴알킬설포늄 양이온, 아릴다이알킬설포늄 양이온, 다이아릴사이클로알킬설포늄 양이온, 및 아릴다이사이클로알킬설포늄 양이온을 들 수 있다.
아릴설포늄 양이온에 포함되는 아릴기로서는, 페닐기, 또는 나프틸기가 바람직하고, 페닐기가 보다 바람직하다. 아릴기는, 산소 원자, 질소 원자, 또는 황 원자 등을 갖는 복소환 구조를 갖는 아릴기여도 된다. 복소환 구조로서는, 피롤 잔기, 퓨란 잔기, 싸이오펜 잔기, 인돌 잔기, 벤조퓨란 잔기, 및 벤조싸이오펜 잔기 등을 들 수 있다. 아릴설포늄 양이온이 2개 이상의 아릴기를 갖는 경우에, 2개 이상 있는 아릴기는 동일해도 되고 달라도 된다.
아릴설포늄 양이온이 필요에 따라 갖고 있는 알킬기 또는 사이클로알킬기는, 탄소수 1~15의 직쇄상 알킬기, 탄소수 3~15의 분기쇄상 알킬기, 또는 탄소수 3~15의 사이클로알킬기가 바람직하고, 예를 들면 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-뷰틸기, sec-뷰틸기, t-뷰틸기, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 및 사이클로헥실기 등을 들 수 있다.
R101~R103으로 나타나는 아릴기, 알킬기, 및 사이클로알킬기는, 각각 독립적으로 알킬기(예를 들면 탄소수 1~15), 사이클로알킬기(예를 들면 탄소수 3~15), 아릴기(예를 들면 탄소수 6~14), 알콕시기(예를 들면 탄소수 1~15), 할로젠 원자, 수산기, 또는 페닐싸이오기를 치환기로서 가져도 된다.
다음으로, 일반식 (XI-2)로 나타나는 양이온에 대하여 설명한다.
일반식 (XI-2)로 나타나는 양이온은, 식 (XI)에 있어서의 R101~R103이, 각각 독립적으로 방향환을 갖지 않는 유기기를 나타내는 양이온이다. 여기에서 방향환이란, 헤테로 원자를 포함하는 방향족환도 포함한다.
R101~R103으로서의 방향환을 갖지 않는 유기기는, 일반적으로 탄소수 1~30이며, 탄소수 1~20이 바람직하다.
R101~R103은, 각각 독립적으로 알킬기, 사이클로알킬기, 알릴기, 또는 바이닐기가 바람직하고, 직쇄상 또는 분기쇄상의 2-옥소알킬기, 2-옥소사이클로알킬기, 또는 알콕시카보닐메틸기가 보다 바람직하며, 직쇄상 또는 분기쇄상의 2-옥소알킬기가 더 바람직하다.
R101~R103의 알킬기 및 사이클로알킬기로서는, 탄소수 1~10의 직쇄상 알킬기 또는 탄소수 3~10의 분기쇄상 알킬기(예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 뷰틸기, 및 펜틸기), 또는 탄소수 3~10의 사이클로알킬기(예를 들면 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 및 노보닐기)가 바람직하다.
R101~R103은, 할로젠 원자, 알콕시기(예를 들면 탄소수 1~5), 수산기, 사이아노기, 또는 나이트로기에 의하여 더 치환되어 있어도 된다.
다음으로, 일반식 (XI-3)으로 나타나는 양이온에 대하여 설명한다.
일반식 (XI-3)으로 나타나는 양이온은, 하기 일반식으로 나타나는 페나실설포늄 양이온이다.
[화학식 13]
Figure 112020090290118-pct00013
일반식 (XI-3) 중,
R101c~R105c는, 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 알콕시기, 아릴옥시기, 알콕시카보닐기, 알킬카보닐옥시기, 사이클로알킬카보닐옥시기, 할로젠 원자, 수산기, 나이트로기, 알킬싸이오기, 또는 아릴싸이오기를 나타낸다.
R106c 및 R107c는, 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 사이클로알킬기, 할로젠 원자, 사이아노기, 또는 아릴기를 나타낸다.
R101x 및 R101y는, 각각 독립적으로 알킬기, 사이클로알킬기, 2-옥소알킬기, 2-옥소사이클로알킬기, 알콕시카보닐알킬기, 알릴기, 또는 바이닐기를 나타낸다.
R101c~R105c 중 어느 2개 이상, R105c와 R106c, R106c와 R107c, R105c와 R101x, 및 R101x와 R101y는, 각각 결합하여 환 구조를 형성해도 되고, 이 환 구조는, 각각 독립적으로 산소 원자, 황 원자, 케톤기, 에스터 결합, 또는 아마이드 결합을 포함하고 있어도 된다.
상기 환 구조로서는, 방향족 또는 비방향족의 탄화 수소환, 방향족 또는 비방향족의 복소환, 및 이들 환이 2개 이상 조합하여 이루어지는 다환 축합환을 들 수 있다. 환 구조로서는, 3~10원환을 들 수 있고, 4~8원환이 바람직하며, 5 또는 6원환이 보다 바람직하다.
R101c~R105c 중 어느 2개 이상, R106c와 R107c, 및 R101x와 R101y가 결합하여 형성하는 기로서는, 뷰틸렌기, 및 펜틸렌기 등을 들 수 있다.
R105c와 R106c, 및 R105c와 R101x가 결합하여 형성하는 기로서는, 단결합 또는 알킬렌기가 바람직하다. 알킬렌기로서는, 메틸렌기, 및 에틸렌기 등을 들 수 있다.
다음으로, 일반식 (XI-4)로 나타나는 양이온에 대하여 설명한다.
[화학식 14]
Figure 112020090290118-pct00014
일반식 (XI-4) 중,
l101은 0~2의 정수를 나타낸다.
r101은 0~8의 정수를 나타낸다.
R113은, 수소 원자, 불소 원자, 수산기, 알킬기, 사이클로알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 또는 사이클로알킬기를 갖는 기를 나타낸다. 이들 기는 치환기를 가져도 된다.
R114는, 수산기, 알킬기, 사이클로알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 알킬카보닐기, 알킬설폰일기, 사이클로알킬설폰일기, 또는 사이클로알킬기를 갖는 기를 나타낸다. 이들 기는 치환기를 가져도 된다. R114는, 복수 존재하는 경우는 각각 독립적으로 수산기 등의 상기 기를 나타낸다.
R115는, 각각 독립적으로 알킬기, 사이클로알킬기, 또는 나프틸기를 나타낸다. 이들 기는 치환기를 가져도 된다. 2개의 R115가 서로 결합하여 환을 형성해도 된다. 2개의 R115가 서로 결합하여 환을 형성할 때, 환 골격 내에, 산소 원자, 또는 질소 원자 등의 헤테로 원자를 포함해도 된다. 일 양태에 있어서, 2개의 R115가 알킬렌기이며, 서로 결합하여 환 구조를 형성하는 것이 바람직하다.
일반식 (XI-4)에 있어서, R113, R114 및 R115로 나타나는 알킬기는, 직쇄상 또는 분기쇄상이다. 알킬기의 탄소수는, 1~10이 바람직하다. 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, n-뷰틸기, 또는 t-뷰틸기가 바람직하다.
다음으로, 일반식 (XII), 및 일반식 (XIII)에 대하여 설명한다.
일반식 (XII), 및 일반식 (XIII) 중, R104~R107은, 각각 독립적으로 아릴기, 알킬기, 또는 사이클로알킬기를 나타낸다.
R104~R107로 나타나는 아릴기로서는, 페닐기, 또는 나프틸기가 바람직하고, 페닐기가 보다 바람직하다. R104~R107로 나타나는 아릴기는, 산소 원자, 질소 원자, 또는 황 원자 등을 갖는 복소환 구조를 갖는 아릴기여도 된다. 복소환 구조를 갖는 아릴기의 골격으로서는, 예를 들면 피롤, 퓨란, 싸이오펜, 인돌, 벤조퓨란, 및 벤조싸이오펜 등을 들 수 있다.
R104~R107로 나타나는 알킬기 및 사이클로알킬기로서는, 탄소수 1~10의 직쇄상 알킬기, 탄소수 3~10의 분기쇄상 알킬기(예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 뷰틸기, 및 펜틸기 등), 또는 탄소수 3~10의 사이클로알킬기(예를 들면 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 및 노보닐기 등)가 바람직하다.
R104~R107로 나타나는 아릴기, 알킬기, 및 사이클로알킬기는, 각각 독립적으로 치환기를 갖고 있어도 된다. R104~R107로 나타나는 아릴기, 알킬기, 및 사이클로알킬기가 갖고 있어도 되는 치환기로서는, 예를 들면 알킬기(예를 들면 탄소수 1~15), 사이클로알킬기(예를 들면 탄소수 3~15), 아릴기(예를 들면 탄소수 6~15), 알콕시기(예를 들면 탄소수 1~15), 할로젠 원자, 수산기, 및 페닐싸이오기 등을 들 수 있다.
일반식 (XI)에 있어서의 설포늄 양이온, 및 일반식 (XII)에 있어서의 아이오도늄 양이온의 바람직한 예를 이하에 나타낸다.
[화학식 15]
Figure 112020090290118-pct00015
[화학식 16]
Figure 112020090290118-pct00016
m은 1 이상의 정수를 나타낸다.
m으로서는 특별히 제한되지 않지만, 그 상한은, 예를 들면 10이며, 1~6이 바람직하고, 1~4가 보다 바람직하며, 1 또는 2가 더 바람직하다.
수지 (AX1)은, 반복 단위 A를, 1종 단독으로 포함해도 되고, 2종 이상을 병용하여 포함해도 된다.
수지 (AX1)에 포함되는 반복 단위 A의 함유량(반복 단위 A가 복수 존재하는 경우는 그 합계)은, 수지 (AX1)의 전체 반복 단위에 대하여, 0.5~15몰%가 바람직하고, 0.5~10몰%가 보다 바람직하며, 1~10몰%가 더 바람직하다.
·반복 단위 B
수지 (AX1)은, 산분해성기를 갖는 반복 단위(반복 단위 B)를 포함한다.
산분해성기는, 극성기가 산의 작용에 의하여 분해되어 탈리하는 기(탈리기)로 보호된 구조를 갖는 것이 바람직하다.
극성기로서는, 카복시기, 페놀성 수산기, 불소화 알코올기, 설폰산기, 설폰아마이드기, 설폰일이미드기, (알킬설폰일)(알킬카보닐)메틸렌기, (알킬설폰일)(알킬카보닐)이미드기, 비스(알킬카보닐)메틸렌기, 비스(알킬카보닐)이미드기, 비스(알킬설폰일)메틸렌기, 비스(알킬설폰일)이미드기, 트리스(알킬카보닐)메틸렌기, 및 트리스(알킬설폰일)메틸렌기 등의 산성기(2.38질량% 테트라메틸암모늄하이드록사이드 수용액 중에서 해리되는 기), 및 알코올성 수산기 등을 들 수 있다.
또한, 알코올성 수산기란, 탄화 수소기에 결합한 수산기이며, 방향환 상에 직접 결합한 수산기(페놀성 수산기) 이외의 수산기를 말하고, 수산기로서 α위가 불소 원자 등의 전자 구인성기로 치환된 지방족 알코올(예를 들면, 헥사플루오로아이소프로판올기 등)은 제외한다. 알코올성 수산기로서는, pKa(산해리 상수)가 12 이상 20 이하의 수산기인 것이 바람직하다.
바람직한 극성기로서는, 카복시기, 페놀성 수산기, 불소화 알코올기(바람직하게는 헥사플루오로아이소프로판올기), 및 설폰산기를 들 수 있다.
산분해성기로서 바람직한 기는, 이들 기의 수소 원자를 산의 작용에 의하여 탈리하는 기(탈리기)로 치환한 기이다.
산의 작용에 의하여 탈리하는 기(탈리기)로서는, 예를 들면 -C(R36)(R37)(R38), -C(R36)(R37)(OR39), 및 -C(R01)(R02)(OR39) 등을 들 수 있다.
식 중, R36~R39는, 각각 독립적으로 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 아랄킬기, 또는 알켄일기를 나타낸다. R36과 R37은, 서로 결합하여 환을 형성해도 된다.
R01 및 R02는, 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 아랄킬기, 또는 알켄일기를 나타낸다.
R36~R39, R01, 및 R02로 나타나는 알킬기로서는, 탄소수 1~8의 알킬기가 바람직하고, 예를 들면 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-뷰틸기, sec-뷰틸기, 헥실기, 및 옥틸기 등을 들 수 있다.
R36~R39, R01 및 R02로 나타나는 사이클로알킬기로서는, 단환이어도 되고, 다환이어도 된다. 단환의 사이클로알킬기로서는, 탄소수 3~8의 사이클로알킬기가 바람직하고, 예를 들면 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 및 사이클로옥틸기 등을 들 수 있다. 다환의 사이클로알킬기로서는, 탄소수 6~20의 사이클로알킬기가 바람직하고, 예를 들면 아다만틸기, 노보닐기, 아이소보닐기, 캄판일기, 다이사이클로펜틸기, α-피넨기, 트라이사이클로데칸일기, 테트라사이클로도데실기, 및 안드로스탄일기 등을 들 수 있다. 또한, 사이클로알킬기 중의 적어도 하나의 탄소 원자가 산소 원자 등의 헤테로 원자에 의하여 치환되어 있어도 된다.
R36~R39, R01 및 R02로 나타나는 아릴기로서는, 탄소수 6~10의 아릴기가 바람직하고, 예를 들면 페닐기, 나프틸기, 및 안트릴기 등을 들 수 있다.
R36~R39, R01 및 R02로 나타나는 아랄킬기는, 탄소수 7~12의 아랄킬기가 바람직하고, 예를 들면 벤질기, 펜에틸기, 및 나프틸메틸기 등을 들 수 있다.
R36~R39, R01 및 R02로 나타나는 알켄일기는, 탄소수 2~8의 알켄일기가 바람직하고, 예를 들면 바이닐기, 알릴기, 뷰텐일기, 및 사이클로헥센일기 등을 들 수 있다.
R36과 R37이 서로 결합하여 형성되는 환으로서는, 사이클로알킬기(단환 또는 다환)인 것이 바람직하다. 사이클로알킬기로서는, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등의 단환의 사이클로알킬기, 또는 노보닐기, 테트라사이클로데칸일기, 테트라사이클로도데칸일기, 및 아다만틸기 등의 다환의 사이클로알킬기가 바람직하다.
산분해성기를 갖는 반복 단위로서는, 그 중에서도, -COO-기가 산의 작용에 의하여 분해되어 탈리하는 탈리기로 보호된 구조(산분해성기)를 갖는 반복 단위, 또는 페놀성 수산기가 산의 작용에 의하여 분해되어 탈리하는 탈리기로 보호된 구조(산분해성기)를 갖는 반복 단위가 바람직하다.
또한, -COO-기가 산의 작용에 의하여 분해되어 탈리하는 탈리기로 보호된 구조(산분해성기)로서는, 예를 들면 큐밀에스터기, 에놀에스터기, 아세탈에스터기, 또는 제3급의 알킬에스터기 등을 들 수 있고, 아세탈에스터기, 또는 제3급 알킬에스터기가 바람직하다.
·-COO-기가 산의 작용에 의하여 분해되어 탈리하는 탈리기로 보호된 구조를 갖는 반복 단위
-COO-기가 산의 작용에 의하여 분해되어 탈리하는 탈리기로 보호된 구조를 갖는 반복 단위로서는, 하기 일반식 (AI)로 나타나는 반복 단위가 바람직하다.
[화학식 17]
Figure 112020090290118-pct00017
일반식 (AI)에 있어서,
Xa1은, 수소 원자, 할로젠 원자, 또는 1가의 유기기를 나타낸다.
T는, 단결합 또는 2가의 연결기를 나타낸다.
Rx1~Rx3은, 각각 독립적으로 알킬기, 또는 사이클로알킬기를 나타낸다.
Rx1~Rx3 중 어느 2개가 결합하여 환 구조를 형성해도 되고, 형성하지 않아도 된다.
T로 나타나는 2가의 연결기로서는, 알킬렌기, 아릴렌기, -COO-Rt-, 및 -O-Rt- 등을 들 수 있다. 식 중, Rt는, 알킬렌기, 사이클로알킬렌기, 또는 아릴렌기를 나타낸다.
T는, 단결합, 또는 -COO-Rt-가 바람직하다. Rt는, 탄소수 1~5의 쇄상 알킬렌기가 바람직하고, -CH2-, -(CH2)2-, 또는 -(CH2)3-이 보다 바람직하다.
T로서는, 단결합인 것이 보다 바람직하다.
Xa1은, 수소 원자, 또는 알킬기인 것이 바람직하다.
Xa1로 나타나는 알킬기로서는, 치환기를 갖고 있어도 되고, 치환기로서는, 예를 들면 수산기, 및 할로젠 원자(바람직하게는, 불소 원자)를 들 수 있다.
Xa1로 나타나는 알킬기로서는, 탄소수 1~4가 바람직하고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 하이드록시메틸기, 및 트라이플루오로메틸기 등을 들 수 있다. Xa1의 알킬기로서는, 메틸기인 것이 바람직하다.
Rx1, Rx2 및 Rx3으로 나타나는 알킬기로서는, 직쇄상이어도 되고, 분기쇄상이어도 되며, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 아이소프로필기, n-뷰틸기, 아이소뷰틸기, 또는 t-뷰틸기 등이 바람직하다. 알킬기의 탄소수로서는, 1~10이 바람직하고, 1~5가 보다 바람직하며, 1~3이 더 바람직하다. Rx1, Rx2, 및 Rx3으로 나타나는 알킬기는, 탄소 간 결합의 일부가 이중 결합이어도 된다.
Rx1, Rx2 및 Rx3으로 나타나는 사이클로알킬기로서는, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등의 단환의 사이클로알킬기, 또는 노보닐기, 테트라사이클로데칸일기, 테트라사이클로도데칸일기, 및 아다만틸기 등의 다환의 사이클로알킬기가 바람직하다.
Rx1, Rx2 및 Rx3 중 2개가 결합하여 형성하는 환 구조로서는, 사이클로펜틸환, 사이클로헥실환, 사이클로헵틸환, 및 사이클로옥테인환 등의 단환의 사이클로알케인환, 또는 노보네인환, 테트라사이클로데케인환, 테트라사이클로도데케인환, 및 아다만테인환 등의 다환의 사이클로알킬환이 바람직하다. 그 중에서도, 사이클로펜틸환, 사이클로헥실환, 또는 아다만테인환이 보다 바람직하다. Rx1, Rx2 및 Rx3 중 2개가 결합하여 형성하는 환 구조로서는, 하기에 나타내는 구조도 바람직하다.
[화학식 18]
Figure 112020090290118-pct00018
이하에 일반식 (AI)로 나타나는 반복 단위에 상당하는 모노머의 구체예를 들지만, 본 발명은, 이들 구체예에 제한되지 않는다. 하기의 구체예는, 일반식 (AI)에 있어서의 Xa1이 메틸기인 경우에 상당하지만, Xa1은, 수소 원자, 할로젠 원자, 또는 1가의 유기기로 임의로 치환할 수 있다.
[화학식 19]
Figure 112020090290118-pct00019
·페놀성 수산기가 산의 작용에 의하여 분해되어 탈리하는 탈리기로 보호된 구조(산분해성기)를 갖는 반복 단위
본 명세서에 있어서, 페놀성 수산기란, 방향족 탄화 수소기의 수소 원자를 하이드록실기로 치환하여 이루어지는 기이다. 방향족 탄화 수소기의 방향환은 단환 또는 다환의 방향환이며, 벤젠환 및 나프탈렌환 등을 들 수 있다.
산의 작용에 의하여 분해되어 탈리하는 탈리기로서는, 예를 들면 식 (Y1)~(Y4)로 나타나는 기를 들 수 있다.
식 (Y1): -C(Rx1)(Rx2)(Rx3)
식 (Y2): -C(=O)OC(Rx1)(Rx2)(Rx3)
식 (Y3): -C(R36)(R37)(OR38)
식 (Y4): -C(Rn)(H)(Ar)
식 (Y1), (Y2) 중, Rx1~Rx3은, 각각 독립적으로 알킬기(직쇄상 혹은 분기쇄상) 또는 사이클로알킬기(단환 혹은 다환)를 나타낸다. 단, Rx1~Rx3의 모두가 알킬기(직쇄상 혹은 분기쇄상)인 경우, Rx1~Rx3 중 적어도 2개는 메틸기인 것이 바람직하다.
그 중에서도, Rx1~Rx3은, 각각 독립적으로 직쇄상 또는 분기쇄상의 알킬기를 나타내는 반복 단위인 것이 보다 바람직하며, Rx1~Rx3이, 각각 독립적으로 직쇄상의 알킬기를 나타내는 반복 단위인 것이 더 바람직하다.
Rx1~Rx3 중 2개가 결합하여, 단환 혹은 다환을 형성해도 된다.
Rx1~Rx3의 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 아이소프로필기, n-뷰틸기, 아이소뷰틸기, 및 t-뷰틸기 등의 탄소수 1~4의 알킬기가 바람직하다.
Rx1~Rx3의 사이클로알킬기로서는, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기 등의 단환의 사이클로알킬기, 또는 노보닐기, 테트라사이클로데칸일기, 테트라사이클로도데칸일기, 및 아다만틸기 등의 다환의 사이클로알킬기가 바람직하다.
Rx1~Rx3 중 2개가 결합하여 형성되는 사이클로알킬기로서는, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등의 단환의 사이클로알킬기, 또는 노보닐기, 테트라사이클로데칸일기, 테트라사이클로도데칸일기, 및 아다만틸기 등의 다환의 사이클로알킬기가 바람직하다. 그 중에서도, 탄소수 5~6의 단환의 사이클로알킬기가 보다 바람직하다.
Rx1~Rx3 중 2개가 결합하여 형성되는 사이클로알킬기는, 예를 들면 환을 구성하는 메틸렌기의 하나가, 산소 원자 등의 헤테로 원자, 또는 카보닐기 등의 헤테로 원자를 갖는 기로 치환되어 있어도 된다.
식 (Y1) 및 (Y2)로 나타나는 기는, 예를 들면 Rx1이 메틸기 또는 에틸기이며, Rx2와 Rx3이 결합하여 상술한 사이클로알킬기를 형성하고 있는 양태가 바람직하다.
식 (Y3) 중, R36~R38은, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 1가의 유기기를 나타낸다. R37과 R38은, 서로 결합하여 환을 형성해도 된다. 1가의 유기기로서는, 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 아랄킬기, 및 알켄일기 등을 들 수 있다. R36은, 수소 원자인 것이 바람직하다.
식 (Y4) 중, Ar은, 방향족 탄화 수소기를 나타낸다. Rn은, 알킬기, 사이클로알킬기, 또는 아릴기를 나타낸다. Rn과 Ar은 서로 결합하여 비방향족환을 형성해도 된다. Ar은 보다 바람직하게는 아릴기이다.
페놀성 수산기가 산의 작용에 의하여 분해되어 탈리하는 탈리기로 보호된 구조(산분해성기)를 갖는 반복 단위로서는, 페놀성 수산기에 있어서의 수소 원자가 식 (Y1)~(Y4)로 나타나는 기에 의하여 보호된 구조를 갖는 것이 바람직하다.
페놀성 수산기가 산의 작용에 의하여 분해되어 탈리하는 탈리기로 보호된 구조를 갖는 반복 단위로서는, 하기 일반식 (AII)로 나타나는 반복 단위가 바람직하다.
[화학식 20]
Figure 112020090290118-pct00020
일반식 (AII) 중,
R61, R62 및 R63은, 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 사이클로알킬기, 할로젠 원자, 사이아노기, 또는 알콕시카보닐기를 나타낸다. 단, R62는 Ar6과 결합하여 환을 형성하고 있어도 되고, 그 경우의 R62는 단결합 또는 알킬렌기를 나타낸다.
X6은, 단결합, -COO-, 또는 -CONR64-를 나타낸다. R64는, 수소 원자 또는 알킬기를 나타낸다.
L6은, 단결합 또는 알킬렌기를 나타낸다.
Ar6은, (n+1)가의 방향족 탄화 수소기를 나타내고, R62와 결합하여 환을 형성하는 경우에는 (n+2)가의 방향족 탄화 수소기를 나타낸다.
Y2는, n≥2인 경우에는 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 산의 작용에 의하여 탈리하는 기를 나타낸다. 단, Y2 중 적어도 하나는, 산의 작용에 의하여 탈리하는 기를 나타낸다. Y2로서의 산의 작용에 의하여 탈리하는 기는, 식 (Y1)~(Y4)인 것이 바람직하다.
n은, 1~4의 정수를 나타낸다.
상기 각 기는 치환기를 갖고 있어도 되고, 치환기로서는, 예를 들면 알킬기(탄소수 1~4), 할로젠 원자, 수산기, 알콕시기(탄소수 1~4), 카복실기, 및 알콕시카보닐기(탄소수 2~6) 등을 들 수 있으며, 탄소수 8 이하인 것이 바람직하다.
[화학식 21]
Figure 112020090290118-pct00021
[화학식 22]
Figure 112020090290118-pct00022
수지 (A)는, 반복 단위 B를, 1종 단독으로 포함해도 되고, 2종 이상을 병용하여 포함해도 된다.
수지 (AX1)은, 반복 단위 B로서, 미국 특허출원 공개공보 2016/0070167A1호의 단락 [0336]~[0369]에 기재된 반복 단위를 포함하는 것도 바람직하다.
또, 수지 (AX1)은, 반복 단위 B로서, 미국 특허출원 공개공보 2016/0070167A1호의 단락 [0363]~[0364]에 기재된 산의 작용에 의하여 분해되어 알코올성 수산기를 발생시키는 기를 갖는 반복 단위를 포함하고 있어도 된다.
수지 (AX1)에 포함되는 반복 단위 B의 함유량(반복 단위 B가 복수 존재하는 경우는 그 합계)은, 수지 (AX1)의 전체 반복 단위에 대하여, 10~90몰%가 바람직하고, 20~80몰%가 보다 바람직하며, 30~70몰%가 더 바람직하다.
·반복 단위 C
또, 수지 (AX1)은, 락톤 구조, 설톤 구조, 및 카보네이트 구조로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 갖는 반복 단위(이하 "반복 단위 C"라고도 함)를 포함하고 있는 것이 바람직하다.
락톤 구조 또는 설톤 구조로서는, 락톤 구조 또는 설톤 구조를 갖고 있으면 되고, 5~7원환 락톤 구조 또는 5~7원환 설톤 구조가 바람직하다. 그 중에서도, 바이사이클로 구조 혹은 스파이로 구조를 형성하는 형태로 5~7원환 락톤 구조에 다른 환 구조가 축환되어 있는 것, 또는 바이사이클로 구조 혹은 스파이로 구조를 형성하는 형태로 5~7원환 설톤 구조에 다른 환 구조가 축환되어 있는 것이 보다 바람직하다.
수지 (AX1)은, 하기 일반식 (LC1-1)~(LC1-21) 중 어느 하나로 나타나는 락톤 구조, 또는 하기 일반식 (SL1-1)~(SL1-3) 중 어느 하나로 나타나는 설톤 구조를 갖는 반복 단위를 포함하는 것이 더 바람직하다. 또, 락톤 구조 또는 설톤 구조가 주쇄에 직접 결합하고 있어도 된다. 바람직한 구조로서는, 일반식 (LC1-1), 일반식 (LC1-4), 일반식 (LC1-5), 일반식 (LC1-8), 일반식 (LC1-16), 혹은 일반식 (LC1-21)로 나타나는 락톤 구조, 또는 일반식 (SL1-1)로 나타나는 설톤 구조를 들 수 있다.
[화학식 23]
Figure 112020090290118-pct00023
락톤 구조 부분 또는 설톤 구조 부분은, 치환기 (Rb2)를 갖고 있어도 되고, 갖고 있지 않아도 된다. 바람직한 치환기 (Rb2)로서는, 탄소수 1~8의 알킬기, 탄소수 4~7의 사이클로알킬기, 탄소수 1~8의 알콕시기, 탄소수 2~8의 알콕시카보닐기, 카복시기, 할로젠 원자, 수산기, 사이아노기, 및 산분해성기 등을 들 수 있고, 탄소수 1~4의 알킬기, 사이아노기, 또는 산분해성기가 바람직하다. n2는, 0~4의 정수를 나타낸다. n2가 2 이상일 때, 복수 존재하는 치환기 (Rb2)는, 동일해도 되고 달라도 된다. 또, 복수 존재하는 치환기 (Rb2)끼리가 결합하여 환을 형성해도 된다.
락톤 구조 또는 설톤 구조를 갖는 반복 단위로서는, 하기 일반식 (III)으로 나타나는 반복 단위가 바람직하다.
[화학식 24]
Figure 112020090290118-pct00024
상기 일반식 (III) 중,
A는, 에스터 결합(-COO-로 나타나는 기) 또는 아마이드 결합(-CONH-로 나타나는 기)을 나타낸다.
n은, -R0-Z-로 나타나는 구조의 반복수이며, 0~5의 정수를 나타내고, 0 또는 1인 것이 바람직하고, 0인 것이 보다 바람직하다. n이 0인 경우, -R0-Z-는 존재하지 않고, 단결합이 된다.
R0은, 알킬렌기, 사이클로알킬렌기, 또는 그 조합을 나타낸다. R0이 복수 개 존재하는 경우, R0은, 각각 독립적으로 알킬렌기, 사이클로알킬렌기, 또는 그 조합을 나타낸다.
Z는, 단결합, 에터 결합, 에스터 결합, 아마이드 결합, 유레테인 결합 또는 유레아 결합을 나타낸다. Z가 복수 개 존재하는 경우에는, Z는, 각각 독립적으로 단결합, 에터 결합, 에스터 결합, 아마이드 결합, 유레테인 결합 또는 유레아 결합을 나타낸다.
R8은, 락톤 구조 또는 설톤 구조를 갖는 1가의 유기기를 나타낸다.
R7은, 수소 원자, 할로젠 원자 또는 1가의 유기기(바람직하게는 메틸기)를 나타낸다.
R0의 알킬렌기 또는 사이클로알킬렌기는 치환기를 가져도 된다.
Z로서는, 에터 결합, 또는 에스터 결합이 바람직하고, 에스터 결합이 보다 바람직하다.
수지 (AX1)은, 카보네이트 구조를 갖는 반복 단위를 갖고 있어도 된다. 카보네이트 구조는, 환상 탄산 에스터 구조인 것이 바람직하다.
환상 탄산 에스터 구조를 갖는 반복 단위는, 하기 일반식 (A-1)로 나타나는 반복 단위인 것이 바람직하다.
[화학식 25]
Figure 112020090290118-pct00025
일반식 (A-1) 중, RA 1은, 수소 원자, 할로젠 원자 또는 1가의 유기기(바람직하게는 메틸기)를 나타낸다.
n은 0 이상의 정수를 나타낸다.
RA 2는, 치환기를 나타낸다. n이 2 이상인 경우, RA 2는, 각각 독립적으로 치환기를 나타낸다.
A는, 단결합, 또는 2가의 연결기를 나타낸다.
Z는, 식 중의 -O-C(=O)-O-로 나타나는 기와 함께 단환 구조 또는 다환 구조를 형성하는 원자단을 나타낸다.
수지 (AX1)은, 반복 단위 C로서, 미국 특허출원 공개공보 2016/0070167A1호의 단락 [0370]~[0414]에 기재된 반복 단위를 포함하는 것도 바람직하다.
이하에 일반식 (III)으로 나타나는 반복 단위에 상당하는 모노머의 구체예, 및 일반식 (A-1)로 나타나는 반복 단위에 상당하는 모노머의 구체예를 들지만, 본 발명은, 이들 구체예에 제한되지 않는다. 하기의 구체예는, 일반식 (III)에 있어서의 R7 및 일반식 (A-1)에 있어서의 RA 1이 메틸기인 경우에 상당하지만, R7 및 RA 1은, 수소 원자, 할로젠 원자, 또는 1가의 유기기로 임의로 치환할 수 있다.
[화학식 26]
Figure 112020090290118-pct00026
상기 모노머 외에, 하기에 나타내는 모노머도 수지 (AX1)의 원료로서 적합하게 이용된다.
[화학식 27]
Figure 112020090290118-pct00027
수지 (AX1)은, 반복 단위 C를, 1종 단독으로 갖고 있어도 되고, 2종 이상을 병용하여 포함하고 있어도 된다.
수지 (AX1)에 포함되는 반복 단위 C의 함유량(반복 단위 C가 복수 존재하는 경우는 그 합계)은, 수지 (AX1) 중의 전체 반복 단위에 대하여, 5~70몰%가 바람직하고, 10~65몰%가 보다 바람직하며, 20~60몰%가 더 바람직하다.
·반복 단위 D
수지 (AX1)은, 극성기를 갖는 반복 단위(이하 "반복 단위 D"라고도 함)를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 반복 단위 D는, 상술한 반복 단위 A, 반복 단위 B, 및 반복 단위 C를 포함하지 않는다.
극성기로서는, 수산기, 사이아노기, 카복시기, 및 불소화 알코올기(예를 들면, 헥사플루오로아이소프로판올기) 등을 들 수 있다.
반복 단위 D로서는, 극성기로 치환된 지환 탄화 수소 구조를 갖는 반복 단위가 바람직하다. 극성기로 치환된 지환 탄화 수소 구조에 있어서의, 지환 탄화 수소 구조(지환 탄화 수소기)로서는, 사이클로헥실기, 아다만틸기, 또는 노보네인기가 바람직하다.
이하에, 반복 단위 D에 상당하는 모노머의 구체예를 들지만, 본 발명은, 이들 구체예에 제한되지 않는다.
[화학식 28]
Figure 112020090290118-pct00028
이 밖에도, 반복 단위 D의 구체예로서는, 미국 특허출원 공개공보 2016/0070167A1호의 단락 [0415]~[0433]에 개시된 반복 단위를 들 수 있다.
수지 (AX1)은, 반복 단위 D를, 1종 단독으로 갖고 있어도 되고, 2종 이상을 병용하여 포함하고 있어도 된다.
반복 단위 D의 함유량(반복 단위 D가 복수 존재하는 경우는 그 합계)은, 수지 (AX1) 중의 전체 반복 단위에 대하여, 5~60몰%가 바람직하다.
·반복 단위 E
수지 (AX1)은, 또한 불소 원자 또는 아이오딘 원자를 갖는 반복 단위(이하 "반복 단위 E"라고도 함)를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 반복 단위 E는, 상술한 반복 단위 A, 반복 단위 B, 반복 단위 C, 및 반복 단위 D를 포함하지 않는다. 특히, EUV 노광에 의한 패턴 형성의 경우, 수지 (AX1)은, 반복 단위 E를 포함하는 것이 바람직하다.
이하에, 반복 단위 E에 상당하는 모노머의 구체예를 들지만, 본 발명은, 이들 구체예에 제한되지 않는다.
[화학식 29]
Figure 112020090290118-pct00029
·반복 단위 F
수지 (AX1)은, 또한 상술한 반복 단위 A, 반복 단위 B, 반복 단위 C, 반복 단위 D, 및 반복 단위 E 이외의 그 외의 반복 단위(이하, "반복 단위 F"라고도 함)를 포함하고 있어도 된다.
반복 단위 F는, 지환 탄화 수소 구조를 갖는 것이 바람직하다. 반복 단위 F로서는, 예를 들면 미국 특허출원 공개공보 2016/0026083A1호의 단락 [0236]~[0237]에 기재된 반복 단위를 들 수 있다.
이하에, 반복 단위 F에 상당하는 모노머의 바람직한 예를 이하에 나타낸다.
[화학식 30]
Figure 112020090290118-pct00030
이 밖에도, 반복 단위 F의 구체예로서는, 미국 특허출원 공개공보 2016/0070167A1호의 단락 [0433]에 개시된 반복 단위를 들 수 있다.
수지 (AX1)은, 반복 단위 F를, 1종 단독으로 포함하고 있어도 되고, 2종 이상을 병용하여 포함하고 있어도 된다.
반복 단위 F(반복 단위 F가 복수 존재하는 경우는 그 합계)의 함유량은, 수지 (AX1) 중의 전체 반복 단위에 대하여, 5~40몰%가 바람직하고, 5~30몰%가 보다 바람직하며, 5~25몰%가 더 바람직하다.
또한, 수지 (AX1)은, 반복 단위 F로서, 상기의 반복 구조 단위 이외에, 드라이에칭 내성, 표준 현상액 적성, 기판 밀착성, 레지스트 프로파일, 또는 추가로 레지스트의 일반적으로 필요한 특성인 해상력, 내열성, 및 감도 등을 조절할 목적으로 다양한 반복 구조 단위를 갖고 있어도 된다.
이와 같은 반복 구조 단위로서는, 소정의 단량체에 상당하는 반복 구조 단위를 들 수 있지만, 이들에 제한되지 않는다.
소정의 단량체로서는, 예를 들면 아크릴산 에스터류, 메타크릴산 에스터류, 아크릴아마이드류, 메타크릴아마이드류, 알릴 화합물, 바이닐에터류, 및 바이닐에스터류 등으로부터 선택되는 부가 중합성 불포화 결합을 하나 갖는 화합물 등을 들 수 있다.
그 외에도, 상기 다양한 반복 구조 단위에 상당하는 단량체와 공중합 가능한 부가 중합성의 불포화 화합물을 이용해도 된다.
수지 (AX1)에 있어서, 각 반복 구조 단위의 함유 몰비는, 다양한 성능을 조절하기 위하여 적절히 설정된다.
본 발명의 조성물이 ArF 노광용일 때, ArF광의 투과성의 관점에서, 수지 (AX1) 중의 전체 반복 단위에 대하여, 방향족기를 갖는 반복 단위가 15몰% 이하인 것이 바람직하고, 10몰% 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 조성물이 ArF 노광용일 때, ArF광의 투과성의 관점에서, 수지 (AX1)은, 반복 단위 B로서, -COO-기가 산의 작용에 의하여 분해되어 탈리하는 탈리기로 보호된 구조를 갖는 반복 단위를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 조성물이 ArF 노광용일 때, 수지 (AX1)은, 반복 단위의 모두가 (메트)아크릴레이트계 반복 단위로 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 반복 단위의 모두가 메타크릴레이트계 반복 단위인 것, 반복 단위의 모두가 아크릴레이트계 반복 단위인 것, 반복 단위의 모두가 메타크릴레이트계 반복 단위와 아크릴레이트계 반복 단위에 의한 것 어느 것도 이용할 수 있지만, 아크릴레이트계 반복 단위가 수지 (AX1)의 전체 반복 단위에 대하여 50몰% 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 조성물이 KrF 노광용, EB 노광용 또는 EUV 노광용일 때, 수지 (AX1)은 방향족 탄화 수소환기를 갖는 반복 단위를 갖는 것이 바람직하고, 반복 단위 B로서, 페놀성 수산기가 산의 작용에 의하여 분해되어 탈리하는 탈리기로 보호된 구조(산분해성기)를 갖는 반복 단위를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 조성물이 KrF 노광용, EB 노광용 또는 EUV 노광용일 때, 수지 (AX1)에 포함되는 방향족 탄화 수소환기를 갖는 반복 단위의 함유량은, 수지 (AX1) 중의 전체 반복 단위에 대하여, 30몰% 이상이 바람직하다. 또한, 상한은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 100몰% 이하이다.
또, 본 발명의 조성물이 KrF 노광용, EB 노광용 또는 EUV 노광용일 때, 수지 (AX1)은, 불소 원자 또는 아이오딘 원자를 포함하는 것이 바람직하고, 예를 들면 반복 단위 D로서 불소화 알코올기(예를 들면, 헥사플루오로아이소프로판올기) 등의 극성기를 갖는 반복 단위를 포함하거나, 또는 반복 단위 E를 포함하는 것이 바람직하다. 수지 (AX1)가 불소 원자 또는 아이오딘 원자를 포함하는 경우, 조성물의 감도가 향상되고, 포톤 숏 노이즈의 영향을 저감시킬 수 있으며, 결과적으로 형성되는 패턴의 LWR이 보다 우수하기 때문이다. 또한, 수지 (AX1)은, 불소 원자 또는 아이오딘 원자를 포함하는 경우, 수지 (AX1) 중, 불소 원자 또는 아이오딘 원자의 함유량은 특별히 제한되지 않지만, 수지 (AX1) 전체 질량에 대하여, 2질량% 이상인 것이 바람직하고, 10질량% 이상이 보다 바람직하며, 20질량% 이상이 더 바람직하다. 또한, 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 70질량%이며, 50질량% 이하가 바람직하다.
수지 (AX1)의 중량 평균 분자량은, 1,000~200,000이 바람직하고, 2,000~20,000이 보다 바람직하며, 3,000~20,000이 더 바람직하다. 분산도(Mw/Mn)는, 통상 1.0~3.0이며, 1.0~2.6이 바람직하고, 1.0~2.0이 보다 바람직하며, 1.1~2.0이 더 바람직하다.
수지 (AX1)은, 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
본 발명의 조성물 중, 수지 (AX1)의 함유량은, 전고형분에 대하여, 일반적으로 20.0질량% 이상인 경우가 많으며, 40.0질량% 이상이 바람직하고, 60.0질량% 이상이 보다 바람직하며, 80.0질량% 이상이 더 바람직하다. 상한은 특별히 제한되지 않지만, 99.5질량% 이하가 바람직하고, 99.0질량% 이하가 보다 바람직하며, 97.0질량% 이하가 더 바람직하다.
(수지 (AX2))
수지 (AX2)는, 상술한 반복 단위 A와 상술한 반복 단위 B를 포함하고, 또한 페놀성 수산기를 포함하는 알칼리 가용성 수지이다.
또한, 본 발명의 조성물이 상기 수지 (AX2)를 포함하는 경우, 본 발명의 조성물은, 수지 (AX2)와 함께, 후술하는 가교제 (G)를 포함한다. 또한, 가교제 (G)는, 수지 (AX2)에 담지된 형태여도 된다.
본 발명의 조성물이 수지 (AX2)를 포함하는 경우, 형성되는 패턴은, 통상, 네거티브형 패턴이 된다.
수지 (AX2)로서는, 그 중에서도, 상술한 반복 단위 A와 상술한 반복 단위 B와, 페놀성 수산기를 갖는 반복 단위를 포함하는 것이 바람직하다.
수지 (AX2)가 갖는 페놀성 수산기를 갖는 반복 단위로서는, 하기 일반식 (II)로 나타나는 반복 단위가 바람직하다.
[화학식 31]
Figure 112020090290118-pct00031
일반식 (II) 중,
R2는, 수소 원자, 알킬기(바람직하게는 메틸기), 또는 할로젠 원자(바람직하게는 불소 원자)를 나타낸다.
B'는, 단결합 또는 2가의 연결기를 나타낸다.
Ar'는, 방향환기를 나타낸다.
m은 1 이상의 정수를 나타낸다.
B'로 나타나는 2가의 연결기로서는, 일반식 (AI) 중의 T와 동일한 의미이며, 적합 양태도 동일하다.
Ar'로 나타나는 방향환기로서는, 벤젠환이 바람직하다.
m은, 1 이상의 정수이면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 1~4가 바람직하고, 1~3이 보다 바람직하며, 1 또는 2가 더 바람직하다.
또, 수지 (AX2)가 포함하는 반복 단위 A 및 반복 단위 B로서는, 상술한 바와 같다.
수지 (AX2)는, 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
본 발명의 조성물의 전고형분 중의 수지 (AX2)의 함유량은, 일반적으로 30질량% 이상인 경우가 많으며, 40질량% 이상이 바람직하고, 50질량% 이상이 보다 바람직하다. 상한은 특별히 제한되지 않지만, 99질량% 이하가 바람직하고, 90질량% 이하가 보다 바람직하며, 85질량% 이하가 더 바람직하다.
수지 (AX2)로서는, 미국 특허출원 공개공보 2016/0282720A1호의 단락 [0142]~[0347]에 개시된 수지를 적합하게 들 수 있다.
본 발명의 조성물은, 수지 (AX1)과 수지 (AX2)의 양쪽 모두를 포함하고 있어도 된다.
<광산발생제 (B)>
본 발명의 조성물은, 활성광선 또는 방사선의 조사에 의하여 산을 발생하는 화합물(이하, "산발생제 (B)"라고도 함)을 포함하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 여기에서 말하는 광산발생제 (B)는, 수지 성분의 탈보호 반응(산 분해성 수지의 탈보호 반응)을 발생시키기 위하여, 또는 수지 성분의 가교 반응을 발생시키기 위하여 통상 이용되는 산발생제가 해당한다.
광산발생제 (B)로서는, 활성광선 또는 방사선의 조사에 의하여 유기산을 발생하는 화합물이 바람직하다. 예를 들면, 설포늄염 화합물, 아이오도늄염 화합물, 다이아조늄염 화합물, 포스포늄염 화합물, 이미드설포네이트 화합물, 옥심설포네이트 화합물, 다이아조다이설폰 화합물, 다이설폰 화합물, 및 o-나이트로벤질설포네이트 화합물을 들 수 있다.
광산발생제 (B)로서는, 활성광선 또는 방사선의 조사에 의하여 산을 발생하는 공지의 화합물을, 단독 또는 그들의 혼합물로서 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 미국 특허출원 공개공보 2016/0070167A1호의 단락 [0125]~[0319], 미국 특허출원 공개공보 2015/0004544A1호의 단락 [0086]~[0094], 및 미국 특허출원 공개공보 2016/0237190A1호의 단락 [0323]~[0402]에 개시된 공지의 화합물을 광산발생제 (B)로서 적합하게 사용할 수 있다.
광산발생제 (B)로서는, 예를 들면 하기 일반식 (ZI), 일반식 (ZII), 또는 일반식 (ZIII)로 나타나는 화합물이 바람직하다.
[화학식 32]
Figure 112020090290118-pct00032
상기 일반식 (ZI)에 있어서,
R201, R202 및 R203은, 각각 독립적으로 유기기를 나타낸다.
R201, R202 및 R203으로서의 유기기의 탄소수는, 일반적으로 1~30이며, 1~20이 바람직하다.
또, R201~R203 중 2개가 결합하여 환 구조를 형성해도 되고, 환 내에 산소 원자, 황 원자, 에스터 결합, 아마이드 결합, 또는 카보닐기를 포함하고 있어도 된다. R201~R203 중 2개가 결합하여 형성하는 기로서는, 알킬렌기(예를 들면, 뷰틸렌기, 및 펜틸렌기 등), 및 -CH2-CH2-O-CH2-CH2-를 들 수 있다.
Z-는, 음이온을 나타낸다.
일반식 (ZI)에 있어서의 양이온의 적합한 양태로서는, 후술하는 화합물 (ZI-1), 화합물 (ZI-2), 화합물 (ZI-3), 및 화합물 (ZI-4)에 있어서의 대응하는 기를 들 수 있다.
또한, 광산발생제 (B)는, 일반식 (ZI)로 나타나는 구조를 복수 갖는 화합물이어도 된다. 예를 들면, 일반식 (ZI)로 나타나는 화합물의 R201~R203 중 적어도 하나와, 일반식 (ZI)로 나타나는 또 하나의 화합물의 R201~R203 중 적어도 하나가, 단결합 또는 연결기를 통하여 결합한 구조를 갖는 화합물이어도 된다.
먼저, 화합물 (ZI-1)에 대하여 설명한다.
화합물 (ZI-1)은, 상기 일반식 (ZI)의 R201~R203 중 적어도 하나가 아릴기인, 아릴설포늄 화합물, 즉, 아릴설포늄을 양이온으로 하는 화합물이다.
아릴설포늄 화합물은, R201~R203의 모두가 아릴기여도 되고, R201~R203의 일부가 아릴기이며, 나머지가 알킬기 또는 사이클로알킬기여도 된다.
아릴설포늄 화합물로서는, 예를 들면 트라이아릴설포늄 화합물, 다이아릴알킬설포늄 화합물, 아릴다이알킬설포늄 화합물, 다이아릴사이클로알킬설포늄 화합물, 및 아릴다이사이클로알킬설포늄 화합물을 들 수 있다.
아릴설포늄 화합물에 포함되는 아릴기로서는, 페닐기, 또는 나프틸기가 바람직하고, 페닐기가 보다 바람직하다. 아릴기는, 산소 원자, 질소 원자, 또는 황 원자 등을 갖는 복소환 구조를 갖는 아릴기여도 된다. 복소환 구조로서는, 피롤 잔기, 퓨란 잔기, 싸이오펜 잔기, 인돌 잔기, 벤조퓨란 잔기, 및 벤조싸이오펜 잔기 등을 들 수 있다. 아릴설포늄 화합물이 2개 이상의 아릴기를 갖는 경우에, 2개 이상 있는 아릴기는 동일해도 되고 달라도 된다.
아릴설포늄 화합물이 필요에 따라 갖고 있는 알킬기 또는 사이클로알킬기는, 탄소수 1~15의 직쇄상 알킬기, 탄소수 3~15의 분기쇄상 알킬기, 또는 탄소수 3~15의 사이클로알킬기가 바람직하고, 예를 들면 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-뷰틸기, sec-뷰틸기, t-뷰틸기, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 및 사이클로헥실기 등을 들 수 있다.
R201~R203으로 나타나는 아릴기, 알킬기, 및 사이클로알킬기는, 각각 독립적으로 알킬기(예를 들면 탄소수 1~15), 사이클로알킬기(예를 들면 탄소수 3~15), 아릴기(예를 들면 탄소수 6~14), 알콕시기(예를 들면 탄소수 1~15), 할로젠 원자, 수산기, 또는 페닐싸이오기를 치환기로서 가져도 된다.
다음으로, 화합물 (ZI-2)에 대하여 설명한다.
화합물 (ZI-2)는, 식 (ZI)에 있어서의 R201~R203이, 각각 독립적으로 방향환을 갖지 않는 유기기를 나타내는 화합물이다. 여기에서 방향환이란, 헤테로 원자를 포함하는 방향족환도 포함한다.
R201~R203으로서의 방향환을 갖지 않는 유기기는, 일반적으로 탄소수 1~30이며, 탄소수 1~20이 바람직하다.
R201~R203은, 각각 독립적으로 알킬기, 사이클로알킬기, 알릴기, 또는 바이닐기가 바람직하고, 직쇄상 또는 분기쇄상의 2-옥소알킬기, 2-옥소사이클로알킬기, 또는 알콕시카보닐메틸기가 보다 바람직하며, 직쇄상 또는 분기쇄상의 2-옥소알킬기가 더 바람직하다.
R201~R203의 알킬기 및 사이클로알킬기로서는, 탄소수 1~10의 직쇄상 알킬기 또는 탄소수 3~10의 분기쇄상 알킬기(예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 뷰틸기, 및 펜틸기), 또는 탄소수 3~10의 사이클로알킬기(예를 들면 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 및 노보닐기)가 바람직하다.
R201~R203은, 할로젠 원자, 알콕시기(예를 들면 탄소수 1~5), 수산기, 사이아노기, 또는 나이트로기에 의하여 더 치환되어 있어도 된다.
다음으로, 화합물 (ZI-3)에 대하여 설명한다.
화합물 (ZI-3)은, 하기 일반식 (ZI-3)로 나타나며, 페나실설포늄염 구조를 갖는 화합물이다.
[화학식 33]
Figure 112020090290118-pct00033
일반식 (ZI-3) 중,
R1c~R5c는, 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 알콕시기, 아릴옥시기, 알콕시카보닐기, 알킬카보닐옥시기, 사이클로알킬카보닐옥시기, 할로젠 원자, 수산기, 나이트로기, 알킬싸이오기 또는 아릴싸이오기를 나타낸다.
R6c 및 R7c는, 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 사이클로알킬기, 할로젠 원자, 사이아노기 또는 아릴기를 나타낸다.
Rx 및 Ry는, 각각 독립적으로 알킬기, 사이클로알킬기, 2-옥소알킬기, 2-옥소사이클로알킬기, 알콕시카보닐알킬기, 알릴기 또는 바이닐기를 나타낸다.
R1c~R5c 중 어느 2개 이상, R5c와 R6c, R6c와 R7c, R5c와 Rx, 및 Rx와 Ry는, 각각 결합하여 환 구조를 형성해도 되고, 이 환 구조는, 각각 독립적으로 산소 원자, 황 원자, 케톤기, 에스터 결합, 또는 아마이드 결합을 포함하고 있어도 된다.
상기 환 구조로서는, 방향족 또는 비방향족의 탄화 수소환, 방향족 또는 비방향족의 복소환, 및 이들 환이 2개 이상 조합하여 이루어지는 다환 축합환을 들 수 있다. 환 구조로서는, 3~10원환을 들 수 있고, 4~8원환이 바람직하며, 5 또는 6원환이 보다 바람직하다.
R1c~R5c 중 어느 2개 이상, R6c와 R7c, 및 Rx와 Ry가 결합하여 형성하는 기로서는, 뷰틸렌기, 및 펜틸렌기 등을 들 수 있다.
R5c와 R6c, 및 R5c와 Rx가 결합하여 형성하는 기로서는, 단결합 또는 알킬렌기가 바람직하다. 알킬렌기로서는, 메틸렌기, 및 에틸렌기 등을 들 수 있다.
Zc-는, 음이온을 나타낸다.
다음으로, 화합물 (ZI-4)에 대하여 설명한다.
화합물 (ZI-4)는, 하기 일반식 (ZI-4)로 나타난다.
[화학식 34]
Figure 112020090290118-pct00034
일반식 (ZI-4) 중,
l은 0~2의 정수를 나타낸다.
r은 0~8의 정수를 나타낸다.
R13은, 수소 원자, 불소 원자, 수산기, 알킬기, 사이클로알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 또는 사이클로알킬기를 갖는 기를 나타낸다. 이들 기는 치환기를 가져도 된다.
R14는, 수산기, 알킬기, 사이클로알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 알킬카보닐기, 알킬설폰일기, 사이클로알킬설폰일기, 또는 사이클로알킬기를 갖는 기를 나타낸다. 이들 기는 치환기를 가져도 된다. R14는, 복수 존재하는 경우는 각각 독립적으로 수산기 등의 상기 기를 나타낸다.
R15는, 각각 독립적으로 알킬기, 사이클로알킬기, 또는 나프틸기를 나타낸다. 이들 기는 치환기를 가져도 된다. 2개의 R15가 서로 결합하여 환을 형성해도 된다. 2개의 R15가 서로 결합하여 환을 형성할 때, 환 골격 내에, 산소 원자, 또는 질소 원자 등의 헤테로 원자를 포함해도 된다. 일 양태에 있어서, 2개의 R15가 알킬렌기이며, 서로 결합하여 환 구조를 형성하는 것이 바람직하다.
Z-는, 음이온을 나타낸다.
일반식 (ZI-4)에 있어서, R13, R14 및 R15로 나타나는 알킬기는, 직쇄상 또는 분기쇄상이다. 알킬기의 탄소수는, 1~10이 바람직하다. 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, n-뷰틸기, 또는 t-뷰틸기가 바람직하다.
다음으로, 일반식 (ZII), 및 (ZIII)에 대하여 설명한다.
일반식 (ZII), 및 (ZIII) 중, R204~R207은, 각각 독립적으로 아릴기, 알킬기 또는 사이클로알킬기를 나타낸다.
R204~R207로 나타나는 아릴기로서는, 페닐기, 또는 나프틸기가 바람직하고, 페닐기가 보다 바람직하다. R204~R207로 나타나는 아릴기는, 산소 원자, 질소 원자, 또는 황 원자 등을 갖는 복소환 구조를 갖는 아릴기여도 된다. 복소환 구조를 갖는 아릴기의 골격으로서는, 예를 들면 피롤, 퓨란, 싸이오펜, 인돌, 벤조퓨란, 및 벤조싸이오펜 등을 들 수 있다.
R204~R207로 나타나는 알킬기 및 사이클로알킬기로서는, 탄소수 1~10의 직쇄상 알킬기, 탄소수 3~10의 분기쇄상 알킬기(예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 뷰틸기, 및 펜틸기 등), 또는 탄소수 3~10의 사이클로알킬기(예를 들면 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 및 노보닐기 등)가 바람직하다.
R204~R207로 나타나는 아릴기, 알킬기, 및 사이클로알킬기는, 각각 독립적으로 치환기를 갖고 있어도 된다. R204~R207로 나타나는 아릴기, 알킬기, 및 사이클로알킬기가 갖고 있어도 되는 치환기로서는, 예를 들면 알킬기(예를 들면 탄소수 1~15), 사이클로알킬기(예를 들면 탄소수 3~15), 아릴기(예를 들면 탄소수 6~15), 알콕시기(예를 들면 탄소수 1~15), 할로젠 원자, 수산기, 및 페닐싸이오기 등을 들 수 있다.
Z-는, 음이온을 나타낸다.
일반식 (ZI)에 있어서의 Z-, 일반식 (ZII)에 있어서의 Z-, 일반식 (ZI-3)에 있어서의 Zc-, 및 일반식 (ZI-4)에 있어서의 Z-로서는, 하기 일반식 (3)으로 나타나는 음이온이 바람직하다.
[화학식 35]
Figure 112020090290118-pct00035
일반식 (3) 중,
o는, 1~3의 정수를 나타낸다. p는, 0~10의 정수를 나타낸다. q는, 0~10의 정수를 나타낸다.
Xf는, 불소 원자, 또는 적어도 하나의 불소 원자로 치환된 알킬기를 나타낸다. 이 알킬기의 탄소수는, 1~10이 바람직하고, 1~4가 보다 바람직하다. 또, 적어도 하나의 불소 원자로 치환된 알킬기로서는, 퍼플루오로알킬기가 바람직하다.
Xf는, 불소 원자 또는 탄소수 1~4의 퍼플루오로알킬기인 것이 바람직하고, 불소 원자 또는 CF3인 것이 보다 바람직하다. 특히, 쌍방의 Xf가 불소 원자인 것이 더 바람직하다.
R4 및 R5는, 각각 독립적으로 수소 원자, 불소 원자, 알킬기, 또는 적어도 하나의 불소 원자로 치환된 알킬기를 나타낸다. R4 및 R5가 복수 존재하는 경우, R4 및 R5는, 각각 동일해도 되고 달라도 된다.
R4 및 R5로 나타나는 알킬기는, 치환기를 갖고 있어도 되고, 탄소수 1~4가 바람직하다. R4 및 R5는, 바람직하게는 수소 원자이다.
적어도 하나의 불소 원자로 치환된 알킬기의 구체예 및 적합한 양태는 일반식 (3) 중의 Xf의 구체예 및 적합한 양태와 동일하다.
L은, 2가의 연결기를 나타낸다. L이 복수 존재하는 경우, L은, 각각 동일해도 되고 달라도 된다.
2가의 연결기로서는, 예를 들면 -COO-(-C(=O)-O-), -OCO-, -CONH-, -NHCO-, -CO-, -O-, -S-, -SO-, -SO2-, 알킬렌기(바람직하게는 탄소수 1~6), 사이클로알킬렌기(바람직하게는 탄소수 3~15), 알켄일렌기(바람직하게는 탄소수 2~6), 및 이들의 복수를 조합한 2가의 연결기 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, -COO-, -OCO-, -CONH-, -NHCO-, -CO-, -O-, -SO2-, -COO-알킬렌기-, -OCO-알킬렌기-, -CONH-알킬렌기-, 또는 -NHCO-알킬렌기-가 바람직하고, -COO-, -OCO-, -CONH-, -SO2-, -COO-알킬렌기-, 또는 -OCO-알킬렌기-가 보다 바람직하다.
W는, 환상 구조를 포함하는 유기기를 나타낸다. 이들 중에서도, 환상의 유기기인 것이 바람직하다.
환상의 유기기로서는, 예를 들면 지환기, 아릴기, 및 복소환기를 들 수 있다.
지환기는, 단환식이어도 되고, 다환식이어도 된다. 단환식의 지환기로서는, 예를 들면 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 및 사이클로옥틸기 등의 단환의 사이클로알킬기를 들 수 있다. 다환식의 지환기로서는, 예를 들면 노보닐기, 트라이사이클로데칸일기, 테트라사이클로데칸일기, 테트라사이클로도데칸일기, 및 아다만틸기 등의 다환의 사이클로알킬기를 들 수 있다. 그 중에서도, 노보닐기, 트라이사이클로데칸일기, 테트라사이클로데칸일기, 테트라사이클로도데칸일기, 및 아다만틸기 등의 탄소수 7 이상의 벌키 구조를 갖는 지환기가 바람직하다.
아릴기는, 단환식이어도 되고, 다환식이어도 된다. 이 아릴기로서는, 예를 들면 페닐기, 나프틸기, 페난트릴기, 및 안트릴기를 들 수 있다.
복소환기는, 단환식이어도 되고, 다환식이어도 된다. 다환식이 보다 산의 확산을 억제 가능하다. 또, 복소환기는, 방향족성을 갖고 있어도 되고, 방향족성을 갖고 있지 않아도 된다. 방향족성을 갖고 있는 복소환으로서는, 예를 들면 퓨란환, 싸이오펜환, 벤조퓨란환, 벤조싸이오펜환, 다이벤조퓨란환, 다이벤조싸이오펜환, 및 피리딘환을 들 수 있다. 방향족성을 갖고 있지 않은 복소환으로서는, 예를 들면 테트라하이드로피란환, 락톤환, 설톤환, 및 데카하이드로아이소퀴놀린환을 들 수 있다. 락톤환 및 설톤환의 예로서는, 전술한 수지에 있어서 예시한 락톤 구조 및 설톤 구조를 들 수 있다. 복소환기에 있어서의 복소환으로서는, 퓨란환, 싸이오펜환, 피리딘환, 또는 데카하이드로아이소퀴놀린환이 특히 바람직하다.
상기 환상의 유기기는, 치환기를 갖고 있어도 된다. 이 치환기로서는, 예를 들면 알킬기(직쇄상 및 분기쇄상 중 어느 것이어도 되고, 탄소수 1~12가 바람직함), 사이클로알킬기(단환, 다환, 및 스파이로환 중 어느 것이어도 되고, 탄소수 3~20이 바람직함), 아릴기(탄소수 6~14가 바람직함), 수산기, 알콕시기, 에스터기, 아마이드기, 유레테인기, 유레이도기, 싸이오에터기, 설폰아마이드기, 및 설폰산 에스터기를 들 수 있다. 또한, 환상의 유기기를 구성하는 탄소(환 형성에 기여하는 탄소)는 카보닐 탄소여도 된다.
일반식 (3)으로 나타나는 음이온으로서는, SO3 --CF2-CH2-OCO-(L)q'-W, SO3 --CF2-CHF-CH2-OCO-(L)q'-W, SO3 --CF2-COO-(L)q'-W, SO3 --CF2-CF2-CH2-CH2-(L)q-W, 또는 SO3 --CF2-CH(CF3)-OCO-(L)q'-W가 바람직하다. 여기에서, L, q 및 W는, 일반식 (3)과 동일하다. q'는, 0~10의 정수를 나타낸다.
일 양태에 있어서, 일반식 (ZI)에 있어서의 Z-, 일반식 (ZII)에 있어서의 Z-, 일반식 (ZI-3)에 있어서의 Zc-, 및 일반식 (ZI-4)에 있어서의 Z-로서는, 하기의 일반식 (4)로 나타나는 음이온도 바람직하다.
[화학식 36]
Figure 112020090290118-pct00036
일반식 (4) 중,
XB1 및 XB2는, 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 불소 원자를 갖지 않는 1가의 유기기를 나타낸다. XB1 및 XB2는, 수소 원자인 것이 바람직하다.
XB3 및 XB4는, 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 1가의 유기기를 나타낸다. XB3 및 XB4 중 적어도 한쪽이 불소 원자 또는 불소 원자를 갖는 1가의 유기기인 것이 바람직하고, XB3 및 XB4의 양쪽 모두가 불소 원자 또는 불소 원자를 갖는 1가의 유기기인 것이 보다 바람직하다. XB3 및 XB4의 양쪽 모두가, 불소로 치환된 알킬기인 것이 더 바람직하다.
L, q 및 W는, 일반식 (3)과 동일하다.
일반식 (ZI)에 있어서의 Z-, 일반식 (ZII)에 있어서의 Z-, 일반식 (ZI-3)에 있어서의 Zc-, 및 일반식 (ZI-4)에 있어서의 Z-로서는, 하기 일반식 (5)로 나타나는 음이온이 바람직하다.
[화학식 37]
Figure 112020090290118-pct00037
일반식 (5)에 있어서, Xa는, 각각 독립적으로 불소 원자, 또는 적어도 하나의 불소 원자로 치환된 알킬기를 나타낸다. Xb는, 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 불소 원자를 갖지 않는 유기기를 나타낸다. o, p, q, R4, R5, L, 및 W의 정의 및 바람직한 양태는, 일반식 (3)과 동일하다.
일반식 (ZI)에 있어서의 Z-, 일반식 (ZII)에 있어서의 Z-, 일반식 (ZI-3)에 있어서의 Zc-, 및 일반식 (ZI-4)에 있어서의 Z-는, 벤젠설폰산 음이온이어도 되고, 분기쇄상 알킬기 또는 사이클로알킬기에 의하여 치환된 벤젠설폰산 음이온인 것이 바람직하다.
일반식 (ZI)에 있어서의 Z-, 일반식 (ZII)에 있어서의 Z-, 일반식 (ZI-3)에 있어서의 Zc-, 및 일반식 (ZI-4)에 있어서의 Z-로서는, 하기의 일반식 (SA1)로 나타나는 방향족 설폰산 음이온도 바람직하다.
[화학식 38]
Figure 112020090290118-pct00038
식 (SA1) 중,
Ar은, 아릴기를 나타내고, 설폰산 음이온 및 -(D-B)기 이외의 치환기를 더 갖고 있어도 된다. 더 가져도 되는 치환기로서는, 불소 원자 및 수산기 등을 들 수 있다.
n은, 0 이상의 정수를 나타낸다. n으로서는, 1~4가 바람직하고, 2~3이 보다 바람직하며, 3이 더 바람직하다.
D는, 단결합 또는 2가의 연결기를 나타낸다. 2가의 연결기로서는, 에터기, 싸이오에터기, 카보닐기, 설폭사이드기, 설폰기, 설폰산 에스터기, 에스터기, 및 이들의 2종 이상의 조합으로 이루어지는 기 등을 들 수 있다.
B는, 탄화 수소기를 나타낸다.
D는 단결합이며, B는 지방족 탄화 수소 구조인 것이 바람직하다. B는, 아이소프로필기 또는 사이클로헥실기가 보다 바람직하다.
일반식 (ZI)에 있어서의 설포늄 양이온, 및 일반식 (ZII)에 있어서의 아이오도늄 양이온의 바람직한 예를 이하에 나타낸다.
[화학식 39]
Figure 112020090290118-pct00039
일반식 (ZI)에 있어서의 음이온 Z-, 일반식 (ZII)에 있어서의 음이온 Z-, 일반식 (ZI-3)에 있어서의 Zc-, 및 일반식 (ZI-4)에 있어서의 Z-의 바람직한 예를 이하에 나타낸다.
[화학식 40]
Figure 112020090290118-pct00040
상기의 양이온 및 음이온을 임의로 조합하여 광산발생제 (B)로서 사용할 수 있다.
광산발생제 (B)는, 저분자 화합물의 형태여도 되고, 중합체의 일부에 도입된 형태여도 된다. 또, 저분자 화합물의 형태와 중합체의 일부에 도입된 형태를 병용해도 된다.
광산발생제 (B)는, 저분자 화합물의 형태인 것이 바람직하다.
광산발생제 (B)가, 저분자 화합물의 형태인 경우, 분자량은 3,000 이하가 바람직하고, 2,000 이하가 보다 바람직하며, 1,000 이하가 더 바람직하다.
광산발생제 (B)가, 중합체의 일부에 도입된 형태인 경우, 전술한 수지 (A)의 일부에 도입되어도 되고, 수지 (A)와는 다른 수지에 도입되어도 된다.
광산발생제 (B)는, 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
조성물 중, 광산발생제 (B)의 함유량(복수 종 존재하는 경우는 그 합계)은, 조성물의 전고형분을 기준으로 하여, 0.1~35.0질량%가 바람직하고, 0.5~25.0질량%가 보다 바람직하며, 3.0~20.0질량%가 더 바람직하다.
광산발생제로서, 상기 일반식 (ZI-3) 또는 (ZI-4)로 나타나는 화합물을 포함하는 경우, 조성물 중에 포함되는 광산발생제의 함유량(복수 종 존재하는 경우는 그 합계)은, 조성물의 전고형분을 기준으로 하여, 5~35질량%가 바람직하고, 7~30질량%가 보다 바람직하다.
또, 활성광선 또는 방사선의 조사에 의하여 광산발생제 (B)가 분해되어 발생하는 산의 산해리 상수 pKa로서는, 상술한 반복 단위 A를 유도하는 모노머에 있어서 염 구조 중의 양이온 구조 부위를 수소 원자로 치환하여 이루어지는 모노머로부터 발생하는 산의 pKa보다 작은 것이 바람직하다.
활성광선 또는 방사선의 조사에 의하여 광산발생제 (B)가 분해되어 발생하는 산의 산해리 상수 pKa로서는, 예를 들면 -0.01 이하이며, -1.00 이하인 것이 바람직하고, -1.50 이하인 것이 보다 바람직하며, -2.00 이하인 것이 더 바람직하다. pKa의 하한값은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 -5.00 이상이다. pKa는 상술한 방법에 의하여 측정할 수 있다.
<산확산 제어제 (C)>
본 발명의 조성물은, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 산확산 제어제를 포함하고 있어도 된다.
산확산 제어제 (D)는, 노광 시에 산발생제 등으로부터 발생하는 산을 트랩하여, 여분의 발생산에 의한, 미노광부에 있어서의 산 분해성 수지의 반응을 억제하는 ?처로서 작용하는 것이다. 산확산 제어제 (C)로서는, 예를 들면 염기성 화합물 (CA), 활성광선 또는 방사선의 조사에 의하여 염기성이 저하 또는 소실되는 염기성 화합물 (CB), 산발생제에 대하여 상대적으로 약산이 되는 오늄염 (CC), 질소 원자를 갖고, 산의 작용에 의하여 탈리하는 기를 갖는 저분자 화합물 (CD), 또는 양이온부에 질소 원자를 갖는 오늄염 화합물 (CE) 등을 산확산 제어제로서 사용할 수 있다. 본 발명의 조성물에 있어서는, 공지의 산확산 제어제를 적절히 사용할 수 있다. 예를 들면, 미국 특허출원 공개공보 2016/0070167A1호의 단락 [0627]~[0664], 미국 특허출원 공개공보 2015/0004544A1호의 단락 [0095]~[0187], 미국 특허출원 공개공보 2016/0237190A1호의 단락 [0403]~[0423], 및 미국 특허출원 공개공보 2016/0274458A1호의 단락 [0259]~[0328]에 개시된 공지의 화합물을 산확산 제어제 (C)로서 적합하게 사용할 수 있다.
염기성 화합물 (CA)로서는, 하기 식 (A)~(E)로 나타나는 구조를 갖는 화합물이 바람직하다.
[화학식 41]
Figure 112020090290118-pct00041
일반식 (A) 및 (E) 중,
R200, R201 및 R202는, 동일해도 되고 달라도 되며, 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기(바람직하게는 탄소수 1~20), 사이클로알킬기(바람직하게는 탄소수 3~20) 또는 아릴기(탄소수 6~20)를 나타낸다. R201과 R202는, 서로 결합하여 환을 형성해도 된다.
R203, R204, R205 및 R206은, 동일해도 되고 달라도 되며, 각각 독립적으로 탄소수 1~20의 알킬기를 나타낸다.
일반식 (A) 및 (E) 중의 알킬기는, 치환기를 갖고 있어도 되고 무치환이어도 된다.
상기 알킬기에 대하여, 치환기를 갖는 알킬기로서는, 탄소수 1~20의 아미노알킬기, 탄소수 1~20의 하이드록시알킬기, 또는 탄소수 1~20의 사이아노알킬기가 바람직하다.
일반식 (A) 및 (E) 중의 알킬기는, 무치환인 것이 보다 바람직하다.
염기성 화합물 (CA)로서는, 구아니딘, 아미노피롤리딘, 피라졸, 피라졸린, 피페라진, 아미노모폴린, 아미노알킬모폴린, 또는 피페리딘 등이 바람직하고, 이미다졸 구조, 다이아자바이사이클로 구조, 오늄하이드록사이드 구조, 오늄카복실레이트 구조, 트라이알킬아민 구조, 아닐린 구조 혹은 피리딘 구조를 갖는 화합물, 수산기 및/혹은 에터 결합을 갖는 알킬아민 유도체, 또는 수산기 및/혹은 에터 결합을 갖는 아닐린 유도체 등이 보다 바람직하다.
활성광선 또는 방사선의 조사에 의하여 염기성이 저하 또는 소실되는 염기성 화합물 (CB)(이하, "화합물 (CB)"라고도 함)는, 프로톤 억셉터성 관능기를 갖고, 또한 활성광선 또는 방사선의 조사에 의하여 분해되어, 프로톤 억셉터성이 저하, 소실, 또는 프로톤 억셉터성으로부터 산성으로 변화하는 화합물이다.
프로톤 억셉터성 관능기란, 프로톤과 정전적으로 상호 작용할 수 있는 기 또는 전자를 갖는 관능기이며, 예를 들면 환상 폴리에터 등의 매크로사이클릭 구조를 갖는 관능기, 또는 π 공액에 기여하지 않는 비공유 전자쌍을 가진 질소 원자를 갖는 관능기를 의미한다. π 공액에 기여하지 않는 비공유 전자쌍을 갖는 질소 원자란, 예를 들면 하기 식에 나타내는 부분 구조를 갖는 질소 원자이다.
[화학식 42]
Figure 112020090290118-pct00042
프로톤 억셉터성 관능기의 바람직한 부분 구조로서, 예를 들면 크라운에터 구조, 아자크라운에터 구조, 1~3급 아민 구조, 피리딘 구조, 이미다졸 구조, 및 피라진 구조 등을 들 수 있다.
화합물 (CB)는, 활성광선 또는 방사선의 조사에 의하여 분해되어 프로톤 억셉터성이 저하 혹은 소실되거나, 또는 프로톤 억셉터성으로부터 산성으로 변화한 화합물을 발생한다. 여기에서 프로톤 억셉터성의 저하 혹은 소실, 또는 프로톤 억셉터성으로부터 산성으로의 변화란, 프로톤 억셉터성 관능기에 프로톤이 부가하는 것에 기인하는 프로톤 억셉터성의 변화이며, 구체적으로는, 프로톤 억셉터성 관능기를 갖는 화합물 (CB)와 프로톤으로부터 프로톤 부가체가 생성할 때, 그 화학 평형에 있어서의 평형 상수가 감소하는 것을 의미한다.
프로톤 억셉터성은, pH 측정을 행함으로써 확인할 수 있다.
활성광선 또는 방사선의 조사에 의하여 화합물 (CB)가 분해되어 발생하는 화합물의 산해리 상수 pKa는, pKa<-1을 충족시키는 것이 바람직하고, -13<pKa<-1을 충족시키는 것이 보다 바람직하며, -13<pKa<-3을 충족시키는 것이 더 바람직하다.
또한, 산해리 상수 pKa란, 상술한 방법에 의하여 구할 수 있다.
본 발명의 조성물에서는, 산발생제에 대하여 상대적으로 약산이 되는 오늄염 (CC)를 산확산 제어제로서 사용할 수 있다.
산발생제와, 산발생제로부터 발생한 산에 대하여 상대적으로 약산인 산을 발생하는 오늄염을 혼합하여 이용한 경우, 활성광선성 또는 방사선의 조사에 의하여 산발생제로부터 발생한 산이 미반응의 약산 음이온을 갖는 오늄염과 충돌하면, 염 교환에 의하여 약산을 방출하여 강산 음이온을 갖는 오늄염을 발생시킨다. 이 과정에서 강산이 보다 촉매능이 낮은 약산으로 교환되기 때문에, 외관상, 산이 실활하여 산확산의 제어를 행할 수 있다.
산발생제에 대하여 상대적으로 약산이 되는 오늄염으로서는, 하기 일반식 (d1-1)~(d1-3)으로 나타나는 화합물이 바람직하다.
[화학식 43]
Figure 112020090290118-pct00043
식 중, R51은 치환기를 갖고 있어도 되는 탄화 수소기이며, Z2c는 치환기를 갖고 있어도 되는 탄소수 1~30의 탄화 수소기(단, S에 인접하는 탄소에는 불소 원자는 치환되어 있지 않은 것으로 함)이고, R52는 유기기이며, Y3은 직쇄상, 분기쇄상 혹은 환상의 알킬렌기 또는 아릴렌기이고, Rf는 불소 원자를 포함하는 탄화 수소기이며, M+는 각각 독립적으로, 암모늄 양이온, 설포늄 양이온 또는 아이오도늄 양이온이다.
M+로서 나타나는 설포늄 양이온 또는 아이오도늄 양이온의 바람직한 예로서는, 일반식 (ZI)로 예시한 설포늄 양이온 및 일반식 (ZII)로 예시한 아이오도늄 양이온을 들 수 있다.
산발생제에 대하여 상대적으로 약산이 되는 오늄염 (CC)는, 양이온 부위와 음이온 부위를 동일 분자 내에 갖고, 또한 그 양이온 부위와 음이온 부위가 공유결합에 의하여 연결되어 있는 화합물(이하, "화합물 (CCA)"라고도 함)이어도 된다.
화합물 (CCA)로서는, 하기 일반식 (C-1)~(C-3) 중 어느 하나로 나타나는 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 44]
Figure 112020090290118-pct00044
일반식 (C-1)~(C-3) 중,
R1, R2, 및 R3은, 각각 독립적으로 탄소수 1 이상의 치환기를 나타낸다.
L1은, 양이온 부위와 음이온 부위를 연결하는 2가의 연결기 또는 단결합을 나타낸다.
-X-는, -COO-, -SO3 -, -SO2 -, 및 -N--R4로부터 선택되는 음이온 부위를 나타낸다. R4는, 인접하는 N원자와의 연결 부위에, 카보닐기(-C(=O)-), 설폰일기(-S(=O)2-), 및 설핀일기(-S(=O)-) 중 적어도 하나를 갖는 1가의 치환기를 나타낸다.
R1, R2, R3, R4, 및 L1은, 서로 결합하여 환 구조를 형성해도 된다. 또, 일반식 (C-3)에 있어서, R1~R3 중 2개를 합하여 하나의 2가의 치환기를 나타내고, N 원자와 2중 결합에 의하여 결합하고 있어도 된다.
R1~R3에 있어서의 탄소수 1 이상의 치환기로서는, 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 알킬옥시카보닐기, 사이클로알킬옥시카보닐기, 아릴옥시카보닐기, 알킬아미노카보닐기, 사이클로알킬아미노카보닐기, 및 아릴아미노카보닐기 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 알킬기, 사이클로알킬기, 또는 아릴기가 바람직하다.
2가의 연결기로서의 L1은, 직쇄 혹은 분기쇄상 알킬렌기, 사이클로알킬렌기, 아릴렌기, 카보닐기, 에터 결합, 에스터 결합, 아마이드 결합, 유레테인 결합, 유레아 결합, 및 이들의 2종 이상을 조합하여 이루어지는 기 등을 들 수 있다. L1은, 바람직하게는, 알킬렌기, 아릴렌기, 에터 결합, 에스터 결합, 또는 이들의 2종 이상을 조합하여 이루어지는 기이다.
질소 원자를 갖고, 산의 작용에 의하여 탈리하는 기를 갖는 저분자 화합물 (CD)(이하, "화합물 (CD)"라고도 함)는, 산의 작용에 의하여 탈리하는 기를 질소 원자 상에 갖는 아민 유도체인 것이 바람직하다.
산의 작용에 의하여 탈리하는 기로서는, 아세탈기, 카보네이트기, 카바메이트기, 3급 에스터기, 3급 수산기, 또는 헤미아미날에터기가 바람직하고, 카바메이트기, 또는 헤미아미날에터기가 보다 바람직하다.
화합물 (CD)의 분자량은, 100~1000이 바람직하고, 100~700이 보다 바람직하며, 100~500이 더 바람직하다.
화합물 (CD)는, 질소 원자 상에 보호기를 갖는 카바메이트기를 가져도 된다. 카바메이트기를 구성하는 보호기로서는, 하기 일반식 (d-1)로 나타난다.
[화학식 45]
Figure 112020090290118-pct00045
일반식 (d-1)에 있어서,
Rb는, 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기(바람직하게는 탄소수 1~10), 사이클로알킬기(바람직하게는 탄소수 3~30), 아릴기(바람직하게는 탄소수 3~30), 아랄킬기(바람직하게는 탄소수 1~10), 또는 알콕시알킬기(바람직하게는 탄소수 1~10)를 나타낸다. Rb는 서로 연결되어 환을 형성하고 있어도 된다.
Rb가 나타내는 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 및 아랄킬기는, 각각 독립적으로 수산기, 사이아노기, 아미노기, 피롤리디노기, 피페리디노기, 모폴리노기, 옥소기 등의 관능기, 알콕시기, 또는 할로젠 원자로 치환되어 있어도 된다. Rb가 나타내는 알콕시알킬기에 대해서도 동일하다.
Rb로서는, 직쇄상 혹은 분기쇄상의 알킬기, 사이클로알킬기, 또는 아릴기가 바람직하고, 직쇄상 혹은 분기쇄상의 알킬기, 또는 사이클로알킬기가 보다 바람직하다.
2개의 Rb가 서로 연결되어 형성하는 환으로서는, 지환식 탄화 수소, 방향족 탄화 수소, 복소환식 탄화 수소, 및 그 유도체 등을 들 수 있다.
일반식 (d-1)로 나타나는 기의 구체적인 구조로서는, 미국 특허공보 US2012/0135348A1호의 단락 [0466]에 개시된 구조를 들 수 있지만, 이것에 제한되지 않는다.
화합물 (CD)는, 하기 일반식 (6)으로 나타나는 구조를 갖는 것이 바람직하다.
[화학식 46]
Figure 112020090290118-pct00046
일반식 (6)에 있어서,
l은 0~2의 정수를 나타내고, m은 1~3의 정수를 나타내며, l+m=3을 충족시킨다.
Ra는, 수소 원자, 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기 또는 아랄킬기를 나타낸다. l이 2일 때, 2개의 Ra는 동일해도 되고 달라도 되며, 2개의 Ra는 서로 연결되어 식 중의 질소 원자와 함께 복소환을 형성하고 있어도 된다. 이 복소환에는 식 중의 질소 원자 이외의 헤테로 원자를 포함하고 있어도 된다.
Rb는, 상기 일반식 (d-1)에 있어서의 Rb와 동일한 의미이며, 바람직한 예도 동일하다.
일반식 (6)에 있어서, Ra로서의 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 및 아랄킬기는, 각각 독립적으로 Rb로서의 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 및 아랄킬기가 치환되어 있어도 되는 기로서 전술한 기와 동일한 기로 치환되어 있어도 된다.
상기 Ra의 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 및 아랄킬기(이들 기는, 상기 기로 치환되어 있어도 됨)의 구체예로서는, Rb에 대하여 전술한 구체예와 동일한 기를 들 수 있다.
본 발명에 있어서의 특히 바람직한 화합물 (CD)의 구체예로서는, 미국 특허출원 공개공보 2012/0135348A1호의 단락 [0475]에 개시된 화합물을 들 수 있지만, 이것에 제한되지 않는다.
양이온부에 질소 원자를 갖는 오늄염 화합물 (CE)(이하, "화합물 (CE)"라고도 함)는, 양이온부에 질소 원자를 포함하는 염기성 부위를 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 염기성 부위는, 아미노기인 것이 바람직하고, 지방족 아미노기인 것이 보다 바람직하다. 염기성 부위 중의 질소 원자에 인접하는 원자의 모두가, 수소 원자 또는 탄소 원자인 것이 더 바람직하다. 또, 염기성 향상의 관점에서, 질소 원자에 대하여, 전자 구인성의 관능기(카보닐기, 설폰일기, 사이아노기, 및 할로젠 원자 등)가 직결하고 있지 않은 것이 바람직하다.
화합물 (CE)의 바람직한 구체예로서는, 미국 특허출원 공개공보 2015/0309408A1호의 단락 [0203]에 개시된 화합물을 들 수 있지만, 이것에 제한되지 않는다.
산확산 제어제 (C)의 바람직한 예를 이하에 나타낸다.
[화학식 47]
Figure 112020090290118-pct00047
[화학식 48]
Figure 112020090290118-pct00048
본 발명의 조성물에 있어서, 산확산 제어제 (C)는 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
조성물 중, 산확산 제어제 (C)를 포함하는 경우, 산확산 제어제 (C)의 함유량(복수 종 존재하는 경우는 그 합계)은, 조성물의 전고형분을 기준으로 하여, 0.1~10.0질량%가 바람직하고, 0.1~5.0질량%가 보다 바람직하다.
<소수성 수지 (D)>
본 발명의 조성물은, 소수성 수지 (D)를 포함하고 있어도 된다. 또한, 소수성 수지 (D)는, 수지 (AX1) 및 수지 (AX2)와는 다른 수지인 것이 바람직하다.
본 발명의 조성물이, 소수성 수지 (D)를 포함함으로써, 감활성광선성 또는 감방사선성막의 표면에 있어서의 정적/동적인 접촉각을 제어할 수 있다. 이로써, 현상 특성의 개선, 아웃 가스의 억제, 액침 노광에 있어서의 액침액 추종성의 향상, 및 액침 결함의 저감 등이 가능해진다.
소수성 수지 (D)는, 레지스트막의 표면에 편재하도록 설계되는 것이 바람직하지만, 계면활성제와는 달리, 반드시 분자 내에 친수기를 가질 필요는 없고, 극성/비극성 물질을 균일하게 혼합하는 것에 기여하지 않아도 된다.
소수성 수지 (D)는, 막표층으로의 편재화의 관점에서, "불소 원자", "규소 원자", 및 "수지의 측쇄 부분에 함유된 CH3 부분 구조"로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 갖는 반복 단위를 갖는 수지인 것이 바람직하다.
소수성 수지 (D)가, 불소 원자 및/또는 규소 원자를 포함하는 경우, 소수성 수지 (D)에 있어서의 상기 불소 원자 및/또는 규소 원자는, 수지의 주쇄 중에 포함되어 있어도 되고, 측쇄 중에 포함되어 있어도 된다.
소수성 수지 (D)가 불소 원자를 포함하는 경우, 불소 원자를 갖는 부분 구조로서, 불소 원자를 갖는 알킬기, 불소 원자를 갖는 사이클로알킬기, 또는 불소 원자를 갖는 아릴기를 갖는 수지인 것이 바람직하다.
소수성 수지 (D)는, 하기 (x)~(z)의 군으로부터 선택되는 기를 적어도 하나를 갖는 것이 바람직하다.
(x) 산기
(y) 알칼리 현상액의 작용에 의하여 분해되어 알칼리 현상액에 대한 용해도가 증대하는 기(이하, 극성 변환기라고도 함)
(z) 산의 작용에 의하여 분해되는 기
산기 (x)로서는, 페놀성 수산기, 카복실산기, 불소화 알코올기, 설폰산기, 설폰아마이드기, 설폰일이미드기, (알킬설폰일)(알킬카보닐)메틸렌기, (알킬설폰일)(알킬카보닐)이미드기, 비스(알킬카보닐)메틸렌기, 비스(알킬카보닐)이미드기, 비스(알킬설폰일)메틸렌기, 비스(알킬설폰일)이미드기, 트리스(알킬카보닐)메틸렌기, 및 트리스(알킬설폰일)메틸렌기 등을 들 수 있다.
산기로서는, 불소화 알코올기(바람직하게는 헥사플루오로아이소프로판올), 설폰이미드기, 또는 비스(알킬카보닐)메틸렌기가 바람직하다.
알칼리 현상액의 작용에 의하여 분해되어 알칼리 현상액에 대한 용해도가 증대하는 기 (y)로서는, 예를 들면 락톤기, 카복실산 에스터기(-COO-), 산무수물기(-C(O)OC(O)-), 산이미드기(-NHCONH-), 카복실산 싸이오에스터기(-COS-), 탄산 에스터기(-OC(O)O-), 황산 에스터기(-OSO2O-), 및 설폰산 에스터기(-SO2O-) 등을 들 수 있고, 락톤기 또는 카복실산 에스터기(-COO-)가 바람직하다.
이들 기를 포함하는 반복 단위로서는, 예를 들면 수지의 주쇄에 이들 기가 직접 결합하고 있는 반복 단위이며, 예를 들면 아크릴산 에스터 및 메타크릴산 에스터에 의한 반복 단위 등을 들 수 있다. 이 반복 단위는, 이들 기가 연결기를 통하여 수지의 주쇄에 결합하고 있어도 된다. 또는, 이 반복 단위는, 이들 기를 갖는 중합 개시제 또는 연쇄 이동제를 중합 시에 이용하여, 수지의 말단에 도입되어 있어도 된다.
락톤기를 갖는 반복 단위로서는, 예를 들면 먼저 수지 (AX1)의 항에서 설명한 락톤 구조를 갖는 반복 단위와 동일한 것을 들 수 있다.
알칼리 현상액의 작용에 의하여 분해되어 알칼리 현상액에 대한 용해도가 증대하는 기 (y)를 갖는 반복 단위의 함유량은, 소수성 수지 (D) 중의 전체 반복 단위에 대하여, 1~100몰%가 바람직하고, 3~98몰%가 보다 바람직하며, 5~95몰%가 더 바람직하다.
소수성 수지 (D)에 있어서의, 산의 작용에 의하여 분해되는 기 (z)를 갖는 반복 단위는, 수지 (AX1)로 든 산분해성기를 갖는 반복 단위와 동일한 것을 들 수 있다. 산의 작용에 의하여 분해되는 기 (z)를 갖는 반복 단위는, 불소 원자 및 규소 원자 중 적어도 어느 하나를 갖고 있어도 된다. 산의 작용에 의하여 분해되는 기 (z)를 갖는 반복 단위의 함유량은, 소수성 수지 (D) 중의 전체 반복 단위에 대하여, 1~80몰%가 바람직하고, 10~80몰%가 보다 바람직하며, 20~60몰%가 더 바람직하다.
소수성 수지 (D)는, 또한, 상술한 반복 단위와는 다른 반복 단위를 갖고 있어도 된다.
불소 원자를 갖는 반복 단위는, 소수성 수지 (D) 중의 전체 반복 단위에 대하여, 10~100몰%가 바람직하고, 30~100몰%가 보다 바람직하다. 또, 규소 원자를 갖는 반복 단위는, 소수성 수지 (D) 중의 전체 반복 단위에 대하여, 10~100몰%가 바람직하고, 20~100몰%가 보다 바람직하다.
한편, 특히 소수성 수지 (D)가 측쇄 부분에 CH3 부분 구조를 포함하는 경우에 있어서는, 소수성 수지 (D)가, 불소 원자 및 규소 원자를 실질적으로 포함하지 않는 형태도 바람직하다. 또, 소수성 수지 (D)는, 탄소 원자, 산소 원자, 수소 원자, 질소 원자 및 황 원자로부터 선택되는 원자만으로 구성된 반복 단위만으로 실질적으로 구성되는 것이 바람직하다.
소수성 수지 (D)의 표준 폴리스타이렌 환산의 중량 평균 분자량은, 1,000~100,000이 바람직하고, 1,000~50,000이 보다 바람직하다.
소수성 수지 (D)에 포함되는 잔존 모노머 및/또는 올리고머 성분의 합계 함유량은, 0.01~5질량%가 바람직하고, 0.01~3질량%가 보다 바람직하다. 또, 분산도(Mw/Mn)는, 1~5의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1~3의 범위이다.
소수성 수지 (D)로서는, 공지의 수지를, 단독 또는 그들의 혼합물로서 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 미국 특허출원 공개공보 2015/0168830A1호의 단락 [0451]~[0704], 및 미국 특허출원 공개공보 2016/0274458A1호의 단락 [0340]~[0356]에 개시된 공지의 수지를 소수성 수지 (D)로서 적합하게 사용할 수 있다. 또, 미국 특허출원 공개공보 2016/0237190A1호의 단락 [0177]~[0258]에 개시된 반복 단위도, 소수성 수지 (D)를 구성하는 반복 단위로서 바람직하다.
소수성 수지 (D)를 구성하는 반복 단위에 상당하는 모노머의 바람직한 예를 이하에 나타낸다.
[화학식 49]
Figure 112020090290118-pct00049
[화학식 50]
Figure 112020090290118-pct00050
소수성 수지 (D)는, 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
표면 에너지가 다른 2종 이상의 소수성 수지 (D)를 혼합하여 사용하는 것이, 액침 노광에 있어서의 액침액 추종성과 현상 특성의 양립의 관점에서 바람직하다.
조성물 중, 소수성 수지 (D)의 함유량은, 조성물 중의 전고형분에 대하여, 0.01~10.0질량%가 바람직하고, 0.05~8.0질량%가 보다 바람직하다.
<용제 (E)>
본 발명의 조성물은, 용제를 포함하고 있어도 된다.
본 발명의 조성물에 있어서는, 공지의 레지스트 용제를 적절히 사용할 수 있다. 예를 들면, 미국 특허출원 공개공보 2016/0070167A1호의 단락 [0665]~[0670], 미국 특허출원 공개공보 2015/0004544A1호의 단락 [0210]~[0235], 미국 특허출원 공개공보 2016/0237190A1호의 단락 [0424]~[0426], 및 미국 특허출원 공개공보 2016/0274458A1호의 단락 [0357]~[0366]에 개시된 공지의 용제를 적합하게 사용할 수 있다.
조성물을 조제할 때에 사용할 수 있는 용제로서는, 예를 들면 알킬렌글라이콜모노알킬에터카복실레이트, 알킬렌글라이콜모노알킬에터, 락트산 알킬에스터, 알콕시프로피온산 알킬, 환상 락톤(바람직하게는 탄소수 4~10), 환을 가져도 되는 모노케톤 화합물(바람직하게는 탄소수 4~10), 알킬렌카보네이트, 알콕시아세트산 알킬, 및 피루브산 알킬 등의 유기 용제를 들 수 있다.
유기 용제로서, 구조 중에 수산기를 갖는 용제와, 수산기를 갖지 않는 용제를 혼합한 혼합 용제를 사용해도 된다.
수산기를 갖는 용제, 및 수산기를 갖지 않는 용제로서는, 전술한 예시 화합물을 적절히 선택할 수 있지만, 수산기를 포함하는 용제로서는, 알킬렌글라이콜모노알킬에터, 또는 락트산 알킬 등이 바람직하고, 프로필렌글라이콜모노메틸에터(PGME), 프로필렌글라이콜모노에틸에터(PGEE), 2-하이드록시아이소뷰티르산 메틸, 또는 락트산 에틸이 보다 바람직하다. 또, 수산기를 갖지 않는 용제로서는, 알킬렌글라이콜모노알킬에터아세테이트, 알킬알콕시프로피오네이트, 환을 갖고 있어도 되는 모노케톤 화합물, 환상 락톤, 또는 아세트산 알킬 등이 바람직하고, 이들 중에서도, 프로필렌글라이콜모노메틸에터아세테이트(PGMEA), 에틸에톡시프로피오네이트, 2-헵탄온, γ-뷰티로락톤, 사이클로헥산온, 사이클로펜탄온 또는 아세트산 뷰틸이 보다 바람직하며, 프로필렌글라이콜모노메틸에터아세테이트, γ-뷰티로락톤, 에틸에톡시프로피오네이트, 사이클로헥산온, 사이클로펜탄온 또는 2-헵탄온이 더 바람직하다. 수산기를 갖지 않는 용제로서는, 프로필렌카보네이트도 바람직하다.
수산기를 갖는 용제와 수산기를 갖지 않는 용제의 혼합비(질량비)는, 1/99~99/1이며, 10/90~90/10이 바람직하고, 20/80~60/40이 보다 바람직하다. 수산기를 갖지 않는 용제를 50질량% 이상 포함하는 혼합 용제가, 도포 균일성의 점에서 바람직하다.
용제는, 프로필렌글라이콜모노메틸에터아세테이트를 포함하는 것이 바람직하고, 프로필렌글라이콜모노메틸에터아세테이트 단독 용제여도 되며, 프로필렌글라이콜모노메틸에터아세테이트를 포함하는 2종류 이상의 혼합 용제여도 된다.
<가교제 (F)>
본 발명의 조성물은, 산의 작용에 의하여 수지를 가교하는 화합물(이하, 가교제 (F)라고도 함)을 포함하고 있어도 된다. 가교제 (F)로서는, 공지의 화합물을 적절하게 사용할 수 있다. 예를 들면, 미국 특허출원 공개공보 2016/0147154A1호의 단락 [0379]~[0431], 및 미국 특허출원 공개공보 2016/0282720A1호의 단락 [0064]~[0141]에 개시된 공지의 화합물을 가교제 (F)로서 적합하게 사용할 수 있다.
가교제 (F)는, 수지를 가교할 수 있는 가교성기를 갖고 있는 화합물이며, 가교성기로서는, 하이드록시메틸기, 알콕시메틸기, 아실옥시메틸기, 알콕시메틸에터기, 옥실레인환, 및 옥세테인환 등을 들 수 있다.
가교성기는, 하이드록시메틸기, 알콕시메틸기, 옥실레인환 또는 옥세테인환인 것이 바람직하다.
가교제 (F)는, 가교성기를 2개 이상 갖는 화합물(수지도 포함함)인 것이 바람직하다.
가교제 (F)는, 하이드록시메틸기 또는 알콕시메틸기를 갖는, 페놀 유도체, 유레아계 화합물(유레아 구조를 갖는 화합물) 또는 멜라민계 화합물(멜라민 구조를 갖는 화합물)인 것이 보다 바람직하다.
가교제는 1종 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
가교제 (F)의 함유량은, 레지스트 조성물의 전고형분에 대하여, 1.0~50질량%가 바람직하고, 3.0~40질량%가 바람직하며, 5.0~30질량%가 더 바람직하다.
<계면활성제 (G)>
본 발명의 조성물은, 계면활성제를 포함하고 있어도 된다. 계면활성제를 포함하는 경우, 불소계 및/또는 실리콘계 계면활성제(구체적으로는, 불소계 계면활성제, 실리콘계 계면활성제, 또는 불소 원자와 규소 원자의 양쪽 모두를 갖는 계면활성제)가 바람직하다.
본 발명의 조성물이 계면활성제를 포함함으로써, 250nm 이하, 특히 220nm 이하의 노광 광원을 사용한 경우에, 양호한 감도 및 해상도로, 밀착성 및 현상 결함이 적은 패턴을 얻을 수 있다.
불소계 및/또는 실리콘계 계면활성제로서, 미국 특허출원 공개공보 제2008/0248425호의 단락 [0276]에 기재된 계면활성제를 들 수 있다.
또, 미국 특허출원 공개공보 제2008/0248425호의 단락 [0280]에 기재된, 불소계 및/또는 실리콘계 계면활성제 이외의 다른 계면활성제를 사용할 수도 있다.
이들 계면활성제는 1종 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
본 발명의 조성물이 계면활성제를 포함하는 경우, 계면활성제의 함유량은, 조성물의 전고형분에 대하여, 0.0001~2.0질량%가 바람직하고, 0.0005~1.0질량%가 보다 바람직하다.
한편, 계면활성제의 함유량을, 조성물의 전고형분에 대하여 10ppm 이상으로 함으로써, 소수성 수지 (D)의 표면 편재성이 높아진다. 이로써, 감활성광선성 또는 감방사선성막의 표면을 보다 소수적으로 할 수 있으며, 액침 노광 시의 물 추종성이 향상된다.
(그 외의 첨가제)
본 발명의 조성물은, 또한, 산증식제, 염료, 가소제, 광증감제, 광흡수제, 알칼리 가용성 수지, 용해 저지제, 및 용해 촉진제 등의 다른 첨가제를 포함하고 있어도 된다.
<조제 방법>
본 발명의 조성물의 고형분 농도는, 통상 1.0~10질량%가 바람직하고, 2.0~5.7질량%가 보다 바람직하며, 2.0~5.3질량%가 더 바람직하다. 고형분 농도란, 조성물의 총 질량에 대한, 용제를 제외한 다른 레지스트 성분의 질량의 질량 백분율이다.
또한, 본 발명의 조성물로 이루어지는 감활성광선성 또는 감방사선성막의 막두께는, 해상력 향상의 관점에서, 90nm 이하가 바람직하고, 85nm 이하가 보다 바람직하다. 조성물 중의 고형분 농도를 적절한 범위로 설정하여 적당한 점도를 갖게 하여, 도포성 또는 제막성을 향상시킴으로써, 이와 같은 막두께로 할 수 있다.
본 발명의 조성물은, 상기의 성분을 소정의 유기 용제, 바람직하게는 상기 혼합 용제에 용해하고, 이것을 필터 여과한 후, 소정의 지지체(기판) 상에 도포하여 이용한다. 필터 여과에 이용하는 필터의 포어 사이즈는 0.1μm 이하가 바람직하고, 0.05μm 이하가 보다 바람직하며, 0.03μm 이하가 더 바람직하다. 또, 조성물의 고형분 농도가 높은 경우(예를 들면, 25질량% 이상)는, 필터 여과에 이용하는 필터의 포어 사이즈는 3μm 이하가 바람직하고, 0.5μm 이하가 보다 바람직하며, 0.3μm 이하가 더 바람직하다. 이 필터는, 폴리테트라플루오로에틸렌제, 폴리에틸렌제, 또는 나일론제인 것이 바람직하다. 필터 여과에 있어서는, 예를 들면 일본 특허출원 공개공보 제2002-062667호(일본 공개특허공보 2002-062667)에 개시되는 바와 같이, 순환적인 여과를 행해도 되고, 복수 종류의 필터를 직렬 또는 병렬로 접속하여 여과를 행해도 된다. 또, 조성물을 복수 회 여과해도 된다. 또한, 필터 여과의 전후로, 조성물에 대하여 탈기 처리 등을 행해도 된다.
<용도>
본 발명의 조성물은, 활성광선 또는 방사선의 조사에 의하여 반응하여 성질이 변화하는 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물에 관한 것이다. 더 자세하게는, 본 발명의 조성물은, IC(Integrated Circuit) 등의 반도체 제조 공정, 액정 혹은 서멀 헤드 등의 회로 기판의 제조, 임프린트용 몰드 구조체의 제작, 그 외의 포토패브리케이션 공정, 또는 평판 인쇄판, 혹은 산경화성 조성물의 제조에 사용되는 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 있어서 형성되는 패턴은, 에칭 공정, 이온 임플랜테이션 공정, 범프 전극 형성 공정, 재배선 형성 공정, 및 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 등에 있어서 사용할 수 있다.
〔패턴 형성 방법〕
본 발명은 상기 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물을 이용한 패턴 형성 방법에도 관한 것이다. 이하, 본 발명의 패턴 형성 방법에 대하여 설명한다. 또, 패턴 형성 방법의 설명과 함께, 본 발명의 감활성광선성 또는 감방사선성막에 대해서도 설명한다.
본 발명의 패턴 형성 방법은,
(i) 상술한 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물에 의하여 레지스트막(감활성광선성 또는 감방사선성막)을 지지체 상에 형성하는 공정(레지스트막 형성 공정),
(ii) 상기 레지스트막을 노광하는(활성광선 또는 방사선을 조사하는) 공정(노광 공정), 및
(iii) 상기 노광된 레지스트막을, 현상액을 이용하여 현상하는 공정(현상 공정)을 갖는다.
본 발명의 패턴 형성 방법은, 상기 (i)~(iii)의 공정을 포함하고 있으면 특별히 제한되지 않고, 하기의 공정을 더 갖고 있어도 된다.
본 발명의 패턴 형성 방법은, (ii) 노광 공정에 있어서의 노광 방법이, 액침 노광이어도 된다.
본 발명의 패턴 형성 방법은, (ii) 노광 공정 전에, (iv) 전 가열(PB: PreBake) 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 패턴 형성 방법은, (ii) 노광 공정 후, 또한 (iii) 현상 공정 전에, (v) 노광 후 가열(PEB: Post Exposure Bake) 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 패턴 형성 방법은, (ii) 노광 공정을, 복수 회 포함하고 있어도 된다.
본 발명의 패턴 형성 방법은, (iv) 전 가열 공정을, 복수 회 포함하고 있어도 된다.
본 발명의 패턴 형성 방법은, (v) 노광 후 가열 공정을, 복수 회 포함하고 있어도 된다.
본 발명의 패턴 형성 방법에 있어서, 상술한 (i) 성막 공정, (ii) 노광 공정, 및 (iii) 현상 공정은, 일반적으로 알려져 있는 방법에 의하여 행할 수 있다.
또, 필요에 따라, 레지스트막과 지지체의 사이에 레지스트 하층막(예를 들면, SOG(Spin On Glass), SOC(Spin On Carbon), 및 반사 방지막)을 형성해도 된다. 레지스트 하층막을 구성하는 재료로서는, 공지의 유기계 또는 무기계의 재료를 적절히 이용할 수 있다.
레지스트막의 상층에, 보호막(톱 코트)을 형성해도 된다. 보호막으로서는, 공지의 재료를 적절히 이용할 수 있다. 예를 들면, 미국 특허출원 공개공보 제2007/0178407호, 미국 특허출원 공개공보 제2008/0085466호, 미국 특허출원 공개공보 제2007/0275326호, 미국 특허출원 공개공보 제2016/0299432호, 미국 특허출원 공개공보 제2013/0244438호, 국제 특허출원 공개공보 제2016/157988A호에 개시된 보호막 형성용 조성물을 적합하게 사용할 수 있다. 보호막 형성용 조성물로서는, 상술한 산확산 제어제를 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 소수성 수지를 포함하는 레지스트막의 상층에 보호막을 형성해도 된다.
지지체는, 특별히 제한되는 것은 아니며, IC 등의 반도체의 제조 공정, 또는 액정 혹은 서멀 헤드 등의 회로 기판의 제조 공정 외, 그 외의 포토패브리케이션의 리소그래피 공정 등에서 일반적으로 이용되는 기판을 이용할 수 있다. 지지체의 구체예로서는, 실리콘, SiO2, 및 SiN 등의 무기 기판 등을 들 수 있다.
가열 온도는, (iv) 전 가열 공정 및 (v) 노광 후 가열 공정 중 어느 것에 있어서도, 70~130℃가 바람직하고, 80~120℃가 보다 바람직하다.
가열 시간은, (iv) 전 가열 공정 및 (v) 노광 후 가열 공정 중 어느 것에 있어서도, 30~300초가 바람직하고, 30~180초가 보다 바람직하며, 30~90초가 더 바람직하다.
가열은, 노광 장치 및 현상 장치에 구비되어 있는 수단으로 행할 수 있으며, 핫플레이트 등을 이용하여 행해도 된다.
노광 공정에 이용되는 광원 파장에 제한은 없지만, 예를 들면 적외광, 가시광, 자외광, 원자외광, 극자외광(EUV), X선, 및 전자선 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 원자외광이 바람직하며, 그 파장은 250nm 이하가 바람직하고, 220nm 이하가 보다 바람직하며, 1~200nm가 더 바람직하다. 구체적으로는, KrF 엑시머 레이저(248nm), ArF 엑시머 레이저(193nm), F2 엑시머 레이저(157nm), X선, EUV(13nm), 또는 전자선 등이며, KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저, EUV 또는 전자선이 바람직하다.
(iii) 현상 공정에 있어서는, 알칼리 현상액이어도 되고, 유기 용제를 포함하는 현상액(이하, 유기계 현상액이라고도 함)이어도 된다.
알칼리 현상액으로서는, 통상, 테트라메틸암모늄하이드록사이드로 대표되는 4급 암모늄염이 이용되지만, 이외에도 무기 알칼리, 1~3급 아민, 알코올 아민, 및 환상 아민 등의 알칼리 수용액도 사용 가능하다.
또한, 상기 알칼리 현상액은, 알코올류, 및/또는 계면활성제를 적당량 포함하고 있어도 된다. 알칼리 현상액의 알칼리 농도는, 통상 0.1~20질량%이다. 알칼리 현상액의 pH는, 통상 10~15이다.
알칼리 현상액을 이용하여 현상을 행하는 시간은, 통상 10~300초이다.
알칼리 현상액의 알칼리 농도, pH, 및 현상 시간은, 형성하는 패턴에 따라, 적절히 조정할 수 있다.
유기계 현상액은, 케톤계 용제, 에스터계 용제, 알코올계 용제, 아마이드계 용제, 에터계 용제, 및 탄화 수소계 용제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 유기 용제를 포함하는 현상액인 것이 바람직하다.
케톤계 용제로서는, 예를 들면 1-옥탄온, 2-옥탄온, 1-노난온, 2-노난온, 아세톤, 2-헵탄온(메틸아밀케톤), 4-헵탄온, 1-헥산온, 2-헥산온, 다이아이소뷰틸케톤, 사이클로헥산온, 메틸사이클로헥산온, 페닐아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸아이소뷰틸케톤, 아세틸아세톤, 아세톤일아세톤, 아이오논, 다이아세톤일알코올, 아세틸카비놀, 아세토페논, 메틸나프틸케톤, 아이소포론, 및 프로필렌카보네이트 등을 들 수 있다.
에스터계 용제로서는, 예를 들면 아세트산 메틸, 아세트산 뷰틸, 아세트산 에틸, 아세트산 아이소프로필, 아세트산 펜틸, 아세트산 아이소펜틸, 아세트산 아밀, 프로필렌글라이콜모노메틸에터아세테이트, 에틸렌글라이콜모노에틸에터아세테이트, 다이에틸렌글라이콜모노뷰틸에터아세테이트, 다이에틸렌글라이콜모노에틸에터아세테이트, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 3-메톡시뷰틸아세테이트, 3-메틸-3-메톡시뷰틸아세테이트, 폼산 메틸, 폼산 에틸, 폼산 뷰틸, 폼산 프로필, 락트산 에틸, 락트산 뷰틸, 락트산 프로필, 뷰테인산 뷰틸, 2-하이드록시아이소뷰티르산 메틸, 아세트산 아이소아밀, 아이소뷰티르산 아이소뷰틸, 및 프로피온산 뷰틸 등을 들 수 있다.
알코올계 용제, 아마이드계 용제, 에터계 용제, 및 탄화 수소계 용제로서는, 미국 특허출원 공개공보 2016/0070167A1호의 단락 [0715]~[0718]에 개시된 용제를 사용할 수 있다.
상기의 용제는, 복수 혼합해도 되고, 상기 이외의 용제 또는 물과 혼합해도 된다. 현상액 전체로서의 함수율은, 50질량% 미만이 바람직하고, 20질량% 미만이 보다 바람직하며, 10질량% 미만이 더 바람직하고, 0~5질량% 미만이 가장 바람직하며, 실질적으로 수분을 포함하지 않는 것이 특히 바람직하다.
유기계 현상액에 대한 유기 용제의 함유량은, 현상액의 전체량에 대하여, 50~100질량%가 바람직하고, 80~100질량%가 보다 바람직하며, 90~100질량%가 더 바람직하고, 95~100질량%가 특히 바람직하다.
유기계 현상액은, 필요에 따라 공지의 계면활성제를 적당량 포함하고 있어도 된다.
계면활성제의 함유량은 현상액의 전체량에 대하여, 통상 0.001~5질량%이며, 0.005~2질량%가 바람직하고, 0.01~0.5질량%가 보다 바람직하다.
유기계 현상액은, 상술한 산확산 제어제를 포함하고 있어도 된다.
현상 방법으로서는, 예를 들면 현상액이 채워진 조 중에 기판을 일정 시간 침지하는 방법(딥법), 기판 표면에 현상액을 표면 장력에 의하여 융기시켜 일정 시간 정지시키는 방법(퍼들법), 기판 표면에 현상액을 분무하는 방법(스프레이법), 또는 일정 속도로 회전하고 있는 기판 상에 일정 속도로 현상액 토출 노즐을 스캔하면서 현상액을 계속 토출하는 방법(다이나믹 투여법) 등을 들 수 있다.
알칼리 수용액을 이용하여 현상을 행하는 공정(알칼리 현상 공정), 및 유기 용제를 포함하는 현상액을 이용하여 현상하는 공정(유기 용제 현상 공정)을 조합해도 된다. 이로써, 중간적인 노광 강도의 영역만을 용해시키지 않고 패턴 형성을 행할 수 있으므로, 보다 미세한 패턴을 형성할 수 있다.
(iii) 현상 공정 후에, 린스액을 이용하여 세정하는 공정(린스 공정)을 포함하는 것이 바람직하다.
알칼리 현상액을 이용한 현상 공정의 후의 린스 공정에 이용하는 린스액은, 예를 들면 순수를 사용할 수 있다. 순수는, 계면활성제를 적당량 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 현상 공정 또는 린스 공정의 후에, 패턴 상에 부착되어 있는 현상액 또는 린스액을 초임계 유체에 의하여 제거하는 처리를 추가해도 된다. 또한, 린스 처리 또는 초임계 유체에 의한 처리 후, 패턴 중에 잔존하는 수분을 제거하기 위하여 가열 처리를 행해도 된다.
유기 용제를 포함하는 현상액을 이용한 현상 공정의 후의 린스 공정에 이용하는 린스액은, 패턴을 용해하지 않는 것이면 특별히 제한은 없고, 일반적인 유기 용제를 포함하는 용액을 사용할 수 있다. 린스액으로서는, 탄화 수소계 용제, 케톤계 용제, 에스터계 용제, 알코올계 용제, 아마이드계 용제, 및 에터계 용제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 유기 용제를 포함하는 린스액을 이용하는 것이 바람직하다.
탄화 수소계 용제, 케톤계 용제, 에스터계 용제, 알코올계 용제, 아마이드계 용제, 및 에터계 용제의 구체예로서는, 유기 용제를 포함하는 현상액에 있어서 설명한 것과 동일한 것을 들 수 있다.
이 경우의 린스 공정에 이용하는 린스액으로서는, 1가 알코올을 포함하는 린스액이 보다 바람직하다.
린스 공정에서 이용되는 1가 알코올로서는, 직쇄상, 분기쇄상, 또는 환상의 1가 알코올을 들 수 있다. 구체적으로는, 1-뷰탄올, 2-뷰탄올, 3-메틸-1-뷰탄올, tert-뷰틸알코올, 1-펜탄올, 2-펜탄올, 1-헥산올, 4-메틸-2-펜탄올, 1-헵탄올, 1-옥탄올, 2-헥산올, 사이클로펜탄올, 2-헵탄올, 2-옥탄올, 3-헥산올, 3-헵탄올, 3-옥탄올, 4-옥탄올, 및 메틸아이소뷰틸카비놀을 들 수 있다. 탄소수 5 이상의 1가 알코올로서는, 1-헥산올, 2-헥산올, 4-메틸-2-펜탄올, 1-펜탄올, 3-메틸-1-뷰탄올, 및 메틸아이소뷰틸카비놀 등을 들 수 있다.
각 성분은, 복수 혼합해도 되고, 상기 이외의 유기 용제와 혼합하여 사용해도 된다.
린스액 중의 함수율은, 10질량% 이하가 바람직하고, 5질량% 이하가 보다 바람직하며, 3질량% 이하가 더 바람직하다. 함수율을 10질량% 이하로 함으로써, 양호한 현상 특성이 얻어진다.
린스액은, 계면활성제를 적당량 포함하고 있어도 된다.
린스 공정에 있어서는, 유기계 현상액을 이용하는 현상을 행한 기판을, 유기 용제를 포함하는 린스액을 이용하여 세정 처리한다. 세정 처리의 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 일정 속도로 회전하고 있는 기판 상에 린스액을 계속 토출하는 방법(회전 도포법), 린스액이 채워진 조 중에 기판을 일정 시간 침지하는 방법(딥법), 또는 기판 표면에 린스액을 분무하는 방법(스프레이법) 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 회전 도포법으로 세정 처리를 행하고, 세정 후에 기판을 2,000~4,000rpm의 회전수로 회전시켜, 린스액을 기판 상으로부터 제거하는 것이 바람직하다. 또, 린스 공정의 후에 가열 공정(Post Bake)을 포함하는 것도 바람직하다. 이 가열 공정에 의하여 패턴 간 및 패턴 내부에 잔류한 현상액 및 린스액이 제거된다. 린스 공정의 후의 가열 공정에 있어서, 가열 온도는 통상 40~160℃이며, 70~95℃가 바람직하고, 가열 시간은 통상 10초~3분이며, 30초~90초가 바람직하다.
본 발명의 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물, 및 본 발명의 패턴 형성 방법에 있어서 사용되는 각종 재료(예를 들면, 레지스트 용제, 현상액, 린스액, 반사 방지막 형성용 조성물, 또는 톱 코트 형성용 조성물 등)는, 금속 성분, 이성체, 및 잔존 모노머 등의 불순물을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 상기의 각종 재료에 포함되는 이들 불순물의 함유량으로서는, 1ppm 이하가 바람직하고, 100 ppt 이하가 보다 바람직하며, 10 ppt 이하가 더 바람직하고, 실질적으로 포함하지 않는 것(측정 장치의 검출 한계 이하인 것)이 특히 바람직하다.
상기 각종 재료로부터 금속 등의 불순물을 제거하는 방법으로서는, 예를 들면 필터를 이용한 여과를 들 수 있다. 필터 구멍 직경으로서는, 포어 사이즈 10nm 이하가 바람직하고, 5nm 이하가 보다 바람직하며, 3nm 이하가 더 바람직하다. 필터의 재질로서는, 폴리테트라플루오로에틸렌제, 폴리에틸렌제, 또는 나일론제의 필터가 바람직하다. 필터는, 유기 용제로 미리 세정한 것을 이용해도 된다. 필터 여과 공정에서는, 복수 종류의 필터를 직렬 또는 병렬로 접속하여 이용해도 된다. 복수 종류의 필터를 사용하는 경우는, 구멍 직경 및/또는 재질이 다른 필터를 조합하여 사용해도 된다. 또, 각종 재료를 복수 회 여과해도 되고, 복수 회 여과하는 공정이 순환 여과 공정이어도 된다. 필터로서는, 일본 특허출원 공개공보 제2016-201426호(일본 공개특허공보 2016-201426)에 개시되는 바와 같은 용출물이 저감된 것이 바람직하다.
필터 여과 외, 흡착재에 의한 불순물의 제거를 행해도 되고, 필터 여과와 흡착재를 조합하여 사용해도 된다. 흡착재로서는, 공지의 흡착재를 이용할 수 있고, 예를 들면, 실리카 젤 혹은 제올라이트 등의 무기계 흡착재, 또는 활성탄 등의 유기계 흡착재를 사용할 수 있다. 금속 흡착제로서는, 예를 들면 일본 특허출원 공개공보 제2016-206500호(일본 공개특허공보 2016-206500)에 개시되는 것을 들 수 있다.
또, 상기 각종 재료에 포함되는 금속 등의 불순물을 저감하는 방법으로서는, 각종 재료를 구성하는 원료로서 금속 함유량이 적은 원료를 선택하거나, 각종 재료를 구성하는 원료에 대하여 필터 여과를 행하거나, 또는 장치 내를 테프론(등록 상표)으로 라이닝하거나 하여 컨태미네이션을 가능한 한 억제한 조건하에서 증류를 행하는 등의 방법을 들 수 있다. 레지스트 성분의 각종 재료(수지 및 광산발생제 등)를 합성하는 제조 설비의 전체 공정에 글라스 라이닝의 처리를 실시하는 것도, ppt 오더까지 금속 등의 불순물을 저감하기 위하여 바람직하다. 각종 재료를 구성하는 원료에 대하여 행하는 필터 여과에 있어서의 바람직한 조건은, 상기한 조건과 동일하다.
상기의 각종 재료는, 불순물의 혼입을 방지하기 위하여, 미국 특허출원 공개공보 제2015/0227049호, 일본 특허출원 공개공보 제2015-123351호(일본 공개특허공보 2015-123351), 일본 특허출원 공개공보 제2017-013804호(일본 공개특허공보 2017-013804) 등에 기재된 용기에 보존되는 것이 바람직하다.
본 발명의 패턴 형성 방법에 의하여 형성되는 패턴에, 패턴의 표면 거칠어짐을 개선하는 방법을 적용해도 된다. 패턴의 표면 거칠어짐을 개선하는 방법으로서는, 예를 들면 미국 특허출원 공개공보 제2015/0104957호에 개시된, 수소를 포함하는 가스의 플라즈마에 의하여 패턴을 처리하는 방법을 들 수 있다. 그 외에도, 일본 특허출원 공개공보 제2004-235468호(일본 공개특허공보 2004-235468), 미국 특허출원 공개공보 제2010/0020297호, Proc. of SPIE Vol. 8328 83280N-1 "EUV Resist Curing Technique for LWR Reduction and Etch Selectivity Enhancement"에 기재되는 바와 같은 공지의 방법을 적용해도 된다.
또, 상기 방법에 의하여 형성된 패턴은, 예를 들면 일본 특허출원 공개공보 제1991-270227호(일본 공개특허공보 평3-270227) 및 미국 특허출원 공개공보 제2013/0209941호에 개시된 스페이서 프로세스의 심재(Core)로서 사용할 수 있다.
〔전자 디바이스의 제조 방법〕
또, 본 발명은, 상기한 패턴 형성 방법을 포함하는, 전자 디바이스의 제조 방법에도 관한 것이다. 본 발명의 전자 디바이스의 제조 방법에 의하여 제조된 전자 디바이스는, 전기 전자 기기(예를 들면, 가전, OA(Office Automation) 관련 기기, 미디어 관련 기기, 광학용 기기, 및 통신 기기 등)에, 적합하게 탑재된다.
실시예
이하에 실시예에 근거하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다. 이하의 실시예에 나타내는 재료, 사용량, 비율, 처리 내용, 및 처리 수순 등은, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한 적절히 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하에 나타내는 실시예에 의하여 한정적으로 해석되어서는 안된다.
〔감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물(ArF 노광용)의 조제〕
이하에, 표 4에 나타내는 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물에 포함되는 각종 성분을 나타낸다.
<수지 (AX1)>
표 4에 나타나는 수지 (A-1~A-11, B-1~B-3)을 이하에 나타낸다.
또한, 수지 A-1~A-11, B-1~B-3의 중량 평균 분자량(Mw) 및 분산도(Mw/Mn)는 GPC(캐리어: 테트라하이드로퓨란(THF))에 의하여 측정했다(폴리스타이렌 환산량이다). 또, 수지의 조성비(몰%비)는, 13C-NMR(nuclear magnetic resonance)에 의하여 측정했다.
[화학식 51]
Figure 112020090290118-pct00051
[화학식 52]
Figure 112020090290118-pct00052
[화학식 53]
Figure 112020090290118-pct00053
[화학식 54]
Figure 112020090290118-pct00054
또, 표 4에 나타나는 수지 (A-1~A-11, B-3) 중의 염 구조를 갖는 모노머 유래의 반복 단위(반복 단위 A에 해당)에 대하여, 표 1에, 반복 단위 중의 주쇄부가 이중 결합이며, 염 구조를 갖는 모노머 중의 양이온 구조 부위를 수소 원자로 치환하여 이루어지는 모노머의 pKa를 나타낸다. pKa의 측정은, 상술한 방법에 의하여 행했다.
또한, 예를 들면 수지 A-1의 경우, 염 구조를 갖는 모노머 유래의 반복 단위(반복 단위 A에 해당)에 있어서, 염 구조 중의 양이온 구조 부위를 수소 원자로 치환하여 이루어지는 모노머는, 하기에 나타내는 구조이다.
[화학식 55]
Figure 112020090290118-pct00055
[표 1]
Figure 112020090290118-pct00056
<산발생제 (B)>
표 4에 나타나는 산발생제 (B)(PAG-1~PAG-8)의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 56]
Figure 112020090290118-pct00057
표 2에, 상술한 산발생제 (B)(PAG-1~PAG-8)로부터 발생하는 산의 pKa를 나타낸다. pKa의 측정은, 상술한 방법에 의하여 행했다.
[표 2]
Figure 112020090290118-pct00058
<산확산 제어제(염기성 화합물)>
표 4에 나타나는 산확산 제어제 (N-1~N-4)의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 57]
Figure 112020090290118-pct00059
<소수성 수지>
표 4에 나타나는 소수성 수지 (1b 및 2b)의 구조를 이하에 나타낸다. 또한, 소수성 수지 (1b 및 2b)의 중량 평균 분자량(Mw) 및 분산도(Mw/Mn)는 GPC(캐리어: 테트라하이드로퓨란(THF))에 의하여 측정했다(폴리스타이렌 환산량이다). 또, 수지의 조성비(몰%비)는, 13C-NMR(nuclear magnetic resonance)에 의하여 측정했다.
표 3에, 소수성 수지 (1b 및 2b)의 중량 평균 분자량(Mw), 분산도(Mw/Mn), 및 몰 비율(각 반복 단위의 몰 비율을 왼쪽부터 순서대로 나타냄)을 나타낸다.
[화학식 58]
Figure 112020090290118-pct00060
[표 3]
Figure 112020090290118-pct00061
<계면활성제>
표 4에 나타나는 계면활성제를 이하에 나타낸다.
W-1: PolyFox PF-6320(OMNOVA Solutions Inc.제; 불소계)
<용제>
표 4에 나타나는 용제를 이하에 나타낸다.
SL-1: 프로필렌글라이콜모노메틸에터아세테이트(PGMEA)
SL-2: 프로필렌글라이콜모노메틸에터(PGME)
SL-3: 사이클로헥산온
SL-4: γ-뷰티로락톤
〔ArF 노광 패턴 형성 및 성능 평가〕
<감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물의 조제>
표 4에 나타낸 각 성분을, 고형분 농도가 3.8질량%가 되도록 혼합했다. 이어서, 얻어진 혼합액을, 0.1μm의 포어 사이즈를 갖는 폴리에틸렌 필터로 여과함으로써, 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물(이하 "레지스트 조성물"이라고도 함)을 조제했다. 또한, 레지스트 조성물에 있어서, 고형분이란, 용제 이외의 모든 성분을 의미한다. 얻어진 레지스트 조성물을, 실시예 및 비교예에서 사용했다.
<패턴 형성>
실리콘 웨이퍼 상에 유기 반사 방지막 형성용 조성물 ARC29SR(닛산 가가쿠사제)을 도포하고, 205℃에서 60초간 베이크를 행하여, 막두께 95nm의 반사 방지막을 형성했다. 얻어진 반사 방지막 상에 레지스트 조성물을 도포하고, 100℃에서 60초 간에 걸쳐 베이크(PB: Prebake)를 행하여, 막두께 85nm의 레지스트막을 형성했다.
얻어진 웨이퍼를 ArF 엑시머 레이저 액침 스캐너(ASML사제; XT1700i, NA1.20, C-Quad, 아우터 시그마 0.900, 이너 시그마 0.812, XY 편향)을 이용하여 선폭 44nm의 1:1 라인 앤드 스페이스 패턴의 6% 하프톤 마스크를 통하여 노광했다. 액침액으로서는 초순수를 이용했다. 그 후, 105℃에서 60초간 가열(PEB: Post Exposure Bake)했다. 이어서, 네거티브형 현상액(아세트산 뷰틸) 또는 포지티브 현상액(테트라메틸암모늄하이드록사이드(TMAH) 수용액)으로 30초간 퍼들하여 현상하고, 4000rpm의 회전수로 30초간 웨이퍼를 회전시킴으로써, 선폭 44nm의 1:1 라인 앤드 스페이스의 패턴을 형성했다.
<성능 평가>
(LWR 성능 평가)
얻어진 선폭 44nm의 1:1 라인 앤드 스페이스 패턴에 대하여, 측장 주사형 전자 현미경(SEM((주)히타치 세이사쿠쇼 S-8840))으로 패턴 상부로부터 관찰하고, 라인 패턴의 길이 방향의 에지 2μm의 범위에 대하여, 선폭을 50포인트 측정하며, 그 측정 편차에 대하여 표준 편차를 구하여, 3σ를 산출했다. 값이 작을수록 양호한 성능인 것을 나타낸다.
결과를 표 4에 나타낸다.
[표 4]
Figure 112020090290118-pct00062
표 4의 결과로부터, 실시예의 조성물을 이용한 경우, ArF 노광 평가에 있어서, 형성되는 패턴이 LWR이 우수한 것이 명확하다.
한편, 비교예의 조성물에 의하여 얻어지는 패턴은, LWR이 원하는 요구를 충족시키지 않는 것이 명확하다.
〔감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물(EUV 노광용)의 조제〕
이하에, 표 8에 나타내는 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물에 포함되는 각종 성분을 나타낸다.
<수지 (AX1)>
표 8에 나타나는 수지 (A-12~A-15, B-4)를 이하에 나타낸다.
또한, 수지 A-12~A-15, B-4의 중량 평균 분자량(Mw) 및 분산도(Mw/Mn)는 GPC(캐리어: 테트라하이드로퓨란(THF))에 의하여 측정했다(폴리스타이렌 환산량이다). 또, 수지의 조성비(몰%비)는, 13C-NMR(nuclear magnetic resonance)에 의하여 측정했다.
[화학식 59]
Figure 112020090290118-pct00063
[화학식 60]
Figure 112020090290118-pct00064
또, 표 8에 나타나는 수지 (A-12~A-15) 중의 염 구조를 갖는 모노머 유래의 반복 단위(반복 단위 A에 해당)에 대하여, 표 5에, 반복 단위 중의 주쇄부가 이중 결합이며, 염 구조를 갖는 모노머 중의 양이온 구조 부위를 수소 원자로 치환하여 이루어지는 모노머의 pKa를 나타낸다. pKa의 측정은, 상술한 방법에 의하여 행했다.
또한, 예를 들면 수지 A-12의 경우, 염 구조를 갖는 모노머 유래의 반복 단위(반복 단위 A에 해당)에 있어서, 염 구조 중의 양이온 구조 부위를 수소 원자로 치환하여 이루어지는 모노머는, 하이드록시스타이렌이다.
[표 5]
Figure 112020090290118-pct00065
<산발생제 (B)>
표 8에 나타나는 산발생제 (B)(PAG-9~PAG-12)의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 61]
Figure 112020090290118-pct00066
표 6에, 상술한 산발생제 (B)(PAG-9~PAG-12)로부터 발생하는 산의 pKa를 나타낸다. pKa의 측정은, 상술한 방법에 의하여 행했다.
[표 6]
Figure 112020090290118-pct00067
<산확산 제어제(염기성 화합물)>
표 8에 나타나는 산확산 제어제 (N-1, N-4)의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 62]
Figure 112020090290118-pct00068
<소수성 수지>
표 8에 나타나는 소수성 수지 (3b)의 구조를 이하에 나타낸다. 또한, 소수성 수지 (3b)의 중량 평균 분자량(Mw) 및 분산도(Mw/Mn)는 GPC(캐리어: 테트라하이드로퓨란(THF))에 의하여 측정했다(폴리스타이렌 환산량이다). 또, 수지의 조성비(몰%비)는, 13C-NMR(nuclear magnetic resonance)에 의하여 측정했다.
표 7에, 소수성 수지 (3b)의 중량 평균 분자량(Mw), 분산도(Mw/Mn), 및 몰 비율을 나타낸다.
[화학식 63]
Figure 112020090290118-pct00069
[표 7]
Figure 112020090290118-pct00070
<계면활성제>
표 8에 나타나는 계면활성제를 이하에 나타낸다.
W-1: 메가팍 F176(DIC(주)제; 불소계)
W-2: 메가팍 R08(DIC(주)제; 불소계 및 실리콘계)
<용제>
표 8에 나타나는 용제를 이하에 나타낸다.
SL-1: 프로필렌글라이콜모노메틸에터아세테이트(PGMEA)
SL-2: 프로필렌글라이콜모노메틸에터(PGME)
SL-3: 사이클로헥산온
SL-4: γ-뷰티로락톤
SL-5: 락트산 에틸
〔EUV 노광 패턴 형성 및 성능 평가〕
<감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물의 조제>
표 8에 나타낸 각 성분을, 고형분 농도가 1.4질량%가 되도록 혼합했다. 이어서, 얻어진 혼합액을, 0.03μm의 포어 사이즈를 갖는 폴리에틸렌 필터로 여과함으로써, 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물(레지스트 조성물이라고도 함)을 조제했다. 또한, 레지스트 조성물에 있어서, 고형분이란, 용제 이외의 모든 성분을 의미한다. 얻어진 레지스트 조성물을, 실시예 및 비교예에서 사용했다.
<패턴 형성>
하층막 AL412(Brewer Science사제)를 형성한 실리콘 웨이퍼(12인치) 상에, 레지스트 조성물을 도포하고, 도막을 100℃에서 60초간에 걸쳐 베이크(PB: Prebake)를 행하여, 레지스트막을 갖는 실리콘 웨이퍼를 얻었다.
EUV 노광 장치(Exitech사제, Micro Exposure Tool, NA0.3, Quadrupol, 아우터 시그마 0.68, 이너 시그마 0.36)를 이용하여, 얻어진 레지스트막을 갖는 실리콘 웨이퍼에 대하여 패턴 조사를 행했다. 또한, 레티클로서는, 라인 사이즈=20nm이며, 또한 라인:스페이스=1:1인 마스크를 이용했다.
그 후, 105℃에서 60초간 가열(PEB: Post Exposure Bake)한 후, 네거티브형 현상액(아세트산 뷰틸) 또는 포지티브 현상액(테트라메틸암모늄하이드록사이드(TMAH) 수용액)으로 30초간 퍼들하여 현상하고, 순수로 퍼들하여 린스한 후, 4000rpm의 회전수로 30초간 실리콘 웨이퍼를 회전시키며, 또한, 90℃에서 60초간 베이크함으로써, 피치 40nm, 라인폭 20nm(스페이스폭 20nm)의 라인 앤드 스페이스 패턴을 얻었다.
<성능 평가>
(LWR 성능 평가)
얻어진 선폭 20nm의 1:1 라인 앤드 스페이스 패턴에 대하여, 측장 주사형 전자 현미경(SEM((주)히타치 세이사쿠쇼 S-8840))으로 패턴 상부로부터 관찰하고, 라인 패턴의 길이 방향의 에지 2μm의 범위에 대하여, 선폭을 50포인트 측정하며, 그 측정 편차에 대하여 표준 편차를 구하여, 3σ를 산출했다. 값이 작을수록 양호한 성능인 것을 나타낸다.
결과를 표 8에 나타낸다.
[표 8]
Figure 112020090290118-pct00071
표 4의 결과로부터, 실시예의 조성물을 이용한 경우, EUV 노광 평가에 있어서, 형성되는 패턴이 LWR이 우수한 것이 분명하다.
한편, 비교예의 조성물에 의하여 얻어지는 패턴은, LWR이 원하는 요구를 충족시키지 않는 것이 분명하다.

Claims (7)

  1. 염 구조를 갖는 모노머에서 유래하는 반복 단위와, 산의 작용에 의하여 분해되어 극성이 증대하는 기를 갖는 반복 단위를 포함하는 수지, 및
    활성광선 또는 방사선의 조사에 의하여 산을 발생하는 광산발생제를 포함하고,
    상기 염 구조는, 음이온 구조 부위와, 감활성광선 분해성 또는 감방사선 분해성의 양이온 구조 부위로 이루어지며,
    상기 염 구조 중의 상기 양이온 구조 부위를 수소 원자로 치환하여 이루어지는 모노머의 pKa가, -0.80 이상이고,
    상기 광산발생제로부터 발생하는 산의 pKa가, 상기 염 구조 중의 상기 양이온 구조 부위를 수소 원자로 치환하여 이루어지는 모노머의 pKa보다 작고,
    상기 염 구조를 갖는 모노머가, 하기 일반식 (X1)로 나타나는 모노머인, 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물.
    Figure 112022066217819-pct00072

    P11은, 중합성기를 나타낸다. Y11-는, 하기 일반식 (Y3)~(Y8)로 나타나는 음이온성 관능기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 기를 나타낸다. Z11+는, 감활성광선 분해성 또는 감방사선 분해성의 양이온을 나타낸다. m은 1 이상의 정수를 나타낸다. L11은, 단결합, 또는 m+1가의 연결기를 나타낸다.
    Figure 112022066217819-pct00075

    일반식 (Y3) 중, R13은, 1가의 유기기를 나타낸다. 단, R13에 있어서, 황 원자에 인접하는 기가 탄소 원자인 경우, 상기 탄소 원자는, 불소 원자를 치환기로서 갖지 않는다. 또, R13은, 일반식 (X1) 중의 L11과 결합하여 환을 형성해도 된다. *는, L11과의 결합 위치를 나타낸다.
    Figure 112022066217819-pct00076

    일반식 (Y4) 중, L12는, 단결합 또는 2가의 연결기를 나타낸다. R14, R15 및 R16은, 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 1가의 유기기를 나타낸다.
    단, R14, R15 및 R16 중 2개가 불소 원자 또는 플루오로알킬기를 나타내는 경우, R14, R15 및 R16 중 하나는, 수소 원자를 나타내거나, 또는 불소 원자 및 플루오로알킬기와는 다른 1가의 유기기를 나타낸다. 또한, R14, R15 및 R16 중 2개가 불소 원자 또는 플루오로알킬기를 나타내고, 또한, L12에 있어서, 아마이드기에 인접하는 기가 탄소 원자인 경우, 상기 탄소 원자는, 치환기로서 불소 원자 및 플루오로알킬기를 2개 이상 갖지 않는다.
    또한, R14, R15 및 R16은, 서로 결합하여 환을 형성해도 된다. 또, R14, R15 및 R16은, 각각 독립적으로 L12와 결합하여 환을 형성해도 된다. 또, R14, R15 및 R16은, 각각 독립적으로 일반식 (X1) 중의 L11과 결합하여 환을 형성해도 된다. *는, L11과의 결합 위치를 나타낸다.
    Figure 112022066217819-pct00077

    일반식 (Y5) 중, L13은, 단결합 또는 2가의 연결기를 나타낸다. R17, R18 및 R19는, 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 1가의 유기기를 나타낸다.
    단, R17, R18 및 R19 중 2개 이상이 불소 원자 또는 플루오로알킬기를 나타내고, 또한, L13에 있어서, 설폰아마이드기에 인접하는 기가 탄소 원자인 경우, 상기 탄소 원자는, 치환기로서 불소 원자 및 플루오로알킬기를 2개 이상 갖지 않는다.
    또한, R17, R18 및 R19는, 서로 결합하여 환을 형성해도 된다. 또, R17, R18 및 R19는, 각각 독립적으로 L13과 결합하여 환을 형성해도 된다. 또, R17, R18 및 R19는, 각각 독립적으로 일반식 (X1) 중의 L11과 결합하여 환을 형성해도 된다. *는, L11과의 결합 위치를 나타낸다.
    Figure 112022066217819-pct00078

    일반식 (Y6) 중, R20은, 1가의 유기기를 나타낸다. 또한, R20은, 일반식 (X1) 중의 L11과 결합하여 환을 형성해도 된다. *는, L11과의 결합 위치를 나타낸다.
    Figure 112022066217819-pct00079

    일반식 (Y7) 중, *는, L11과의 결합 위치를 나타낸다. 단, L11 중의 *와 결합하는 원자는, 카보닐기가 아닌 탄소 원자이다.
    Figure 112022066217819-pct00080

    일반식 (Y8) 중, L14는, 단결합 또는 2가의 연결기를 나타낸다. R21, 및 R22는, 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 1가의 유기기를 나타낸다. R23, R24, 및 R25는, 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 알킬기를 나타낸다. 또한, R23, R24, 및 R25는, 서로 결합하여 환을 형성해도 된다. 또, R23, R24, 및 R25는, 각각 독립적으로 L14, R21, 및 R22와 결합하여 환을 형성해도 된다. 또, R21, R22, 및 L14는, 서로 결합하여 환을 형성해도 된다. 또, R23, R24, 및 R25는, 각각 독립적으로 일반식 (X1) 중의 L11과 결합하여 환을 형성해도 된다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 Z11+는, 하기 일반식 (XI-3)으로 나타나는 양이온을 나타내는, 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물.
    Figure 112022066217819-pct00081

    일반식 (XI-3) 중,
    R101c~R105c는, 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 알콕시기, 아릴옥시기, 알콕시카보닐기, 알킬카보닐옥시기, 사이클로알킬카보닐옥시기, 할로젠 원자, 수산기, 나이트로기, 알킬싸이오기, 또는 아릴싸이오기를 나타낸다.
    R106c 및 R107c는, 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 사이클로알킬기, 할로젠 원자, 사이아노기, 또는 아릴기를 나타낸다.
    R101x 및 R101y는, 각각 독립적으로 알킬기, 사이클로알킬기, 2-옥소알킬기, 2-옥소사이클로알킬기, 알콕시카보닐알킬기, 알릴기, 또는 바이닐기를 나타낸다.
    R101c~R105c 중 어느 2개 이상, R105c와 R106c, R106c와 R107c, R105c와 R101x, 및 R101x와 R101y는, 각각 결합하여 환 구조를 형성해도 되고, 이 환 구조는, 각각 독립적으로 산소 원자, 황 원자, 케톤기, 에스터 결합, 또는 아마이드 결합을 포함하고 있어도 된다.
  3. 염 구조를 갖는 모노머에서 유래하는 반복 단위와, 산의 작용에 의하여 분해되어 탈리하는 탈리기로 페놀성 수산기가 보호된 구조를 갖는 반복 단위를 포함하는 수지, 및
    활성광선 또는 방사선의 조사에 의하여 산을 발생하는 광산발생제를 포함하고,
    상기 염 구조는, 음이온 구조 부위와, 감활성광선 분해성 또는 감방사선 분해성의 양이온 구조 부위로 이루어지며,
    상기 염 구조 중의 상기 양이온 구조 부위를 수소 원자로 치환하여 이루어지는 모노머의 pKa가, -0.80 이상이고,
    상기 광산발생제로부터 발생하는 산의 pKa가, 상기 염 구조 중의 상기 양이온 구조 부위를 수소 원자로 치환하여 이루어지는 모노머의 pKa보다 작고,
    상기 염 구조를 갖는 모노머가, 하기 일반식 (X1)로 나타나는 모노머인, 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물.
    Figure 112022066217819-pct00082

    P11은, 중합성기를 나타낸다. Y11-는, 하기 일반식 (Y1)로 나타나는 음이온성 관능기를 나타낸다. Z11+는, 감활성광선 분해성 또는 감방사선 분해성의 양이온을 나타낸다. m은 1 이상의 정수를 나타낸다. L11은, *1-CO-O-LS1-*2를 나타낸다. LS1은, -O-CO-를 포함하지 않는 2가의 연결기를 나타낸다. *1은 P11과의 결합 위치, *2는 Y11-와의 결합 위치를 나타낸다.
    Figure 112022066217819-pct00083

    일반식 (Y1) 중, *는, 일반식 (X1) 중의 L11과의 결합 위치를 나타낸다.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 기재된 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물을 이용하여 형성된 레지스트막.
  5. 청구항 1 또는 청구항 3에 기재된 감활성광선성 또는 감방사선성 수지 조성물을 이용하여 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성 공정과,
    상기 레지스트막을 노광하는 노광 공정과,
    노광된 상기 레지스트막을, 현상액을 이용하여 현상하는 현상 공정을 포함하는, 패턴 형성 방법.
  6. 청구항 5에 기재된 패턴 형성 방법을 포함하는, 전자 디바이스의 제조 방법.
  7. 삭제
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