KR20150015382A - 상분리 구조를 포함하는 구조체의 제조 방법, 패턴 형성 방법 및 미세 패턴 형성 방법 - Google Patents

상분리 구조를 포함하는 구조체의 제조 방법, 패턴 형성 방법 및 미세 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

기판 상에, 복수 종류의 블록이 결합된 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정과, 당해 블록 코폴리머를 함유하는 층을 상분리시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 상분리 구조를 포함하는 구조체의 제조 방법. 본 발명에 있어서는, 추가로 기판 상에, 중성화막을 도포하고, 그 중성화막으로 이루어지는 층을 형성하는 공정, 가이드 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것이 바람직하다.

Description

상분리 구조를 포함하는 구조체의 제조 방법, 패턴 형성 방법 및 미세 패턴 형성 방법 {METHOD OF PRODUCING STRUCTURE CONTAINING PHASE-SEPARATION STRUCTURE, METHOD OF FORMING PATTERN, AND METHOD OF FORMING FINE PATTERN}
본 발명은 상(相)분리 구조체의 제조 방법, 패턴 형성 방법 및 미세 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
본원은, 2013 년 7 월 31 일에 일본에 출원된, 특허출원 2013-159897호에 기초하여 우선권 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
최근, 대규모 집적 회로 (LSI) 의 가일층의 미세화에 수반하여, 보다 섬세한 구조체를 가공하는 기술이 요구되고 있다. 이와 같은 요망에 대해, 서로 비상용성의 블록끼리를 결합시킨 블록 코폴리머의 자기 조직화에 의해 형성되는 상분리 구조를 이용하여, 보다 미세한 패턴을 형성하는 시도가 시작되고 있다. (예를 들어, 특허문헌 1 참조.).
블록 코폴리머의 상분리 구조를 이용하기 위해서는, 미크로 상분리에 의해 형성되는 자기 조직화 나노 구조를, 특정 영역에만 형성하고, 또한, 원하는 방향으로 배열시키는 것이 필수가 된다. 이들의 위치 제어 및 배향 제어를 실현하기 위해서, 가이드 패턴에 의해, 상분리 패턴을 제어하는 그래포에피택시나, 기판의 화학 상태의 차이에 의해 상분리 패턴을 제어하는 케미컬 에피택시 등의 프로세스가 제안되어 있다 (예를 들어, 비특허문헌 1 참조).
상기 위치 제어 및 배향 제어를 실현하기 위해, 가이드 패턴의 형성에는, 수지 등의 기재 성분을 함유하는 레지스트 재료가 사용되고 있다. 상기 레지스트 재료는 포지티브형과 네거티브형으로 나누어지고, 노광된 부분의 현상액에 대한 용해성이 증대하는 레지스트 재료를 포지티브형, 노광된 부분의 현상액에 대한 용해성이 저하되는 레지스트 재료를 네거티브형이라고 한다.
블록 코폴리머의 자기 조직화를 이용한 미세 패턴을 형성하기 위해서 사용하는 가이드 패턴의 형성시에, 네거티브형 현상 프로세스를 사용하는 것이 제안되어 있다. 네거티브형 현상 프로세스는 상기 포지티브형의 화학 증폭형 레지스트 조성물과, 유기 용제를 함유하는 현상액 (이하 「유기계 현상액」 이라고 하는 경우가 있다.) 을 조합한 프로세스 (이하, 유기계 현상액을 사용하는 프로세스를 「용제 현상 프로세스」 또는 「용제 현상 네거티브형 프로세스」 라고 하는 경우가 있다) 이다. 일반적으로, 포지티브형의 화학 증폭형 레지스트 조성물은, 노광에 의해 알칼리 현상액에 대한 용해성이 증대하지만, 이 때 상대적으로 유기 용제에 대한 용해성이 감소한다. 그 때문에, 용제 현상 네거티브형 프로세스에 있어서는, 레지스트막의 미노광부가 유기계 현상액에 의해 용해되고, 제거되어, 레지스트 패턴이 형성된다 (예를 들어, 특허문헌 2 참조).
일본 공개특허공보 2008-36491호 일본 공개특허공보 2009-025723호
프로시딩스 오브 에스피아이이 (Proceedings of SPIE), 제 7637 권, 제 76370G-1 (2010 년).
향후, 리소그래피 기술의 더 나은 진보에 수반하여, 블록 코폴리머의 상분리를 이용하여 형성되는 패턴의 미세화나 형상 결함의 저감이 요구된다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 패턴 결함이 적은 패턴을 형성하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 제 1 양태는, 복수 종류의 블록이 결합된 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정과, 당해 블록 코폴리머를 함유하는 층을 상분리시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 상분리 구조를 포함하는 구조체의 제조 방법이다.
본 발명의 제 2 양태는, 기판 상에, 복수 종류의 블록이 결합된 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정과, 당해 블록 코폴리머를 함유하는 층을 상분리시키는 공정과, 상기 블록 코폴리머를 함유하는 층 중, 상기 블록 코폴리머를 구성하는 복수 종류의 블록 중 적어도 1 종류의 블록으로 이루어지는 상을 선택적으로 제거하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머를 함유하는 층의 패턴 형성 방법이다.
본 발명의 제 3 양태는, 상기 제 2 양태의 패턴 형성 방법에 의해 형성된 패턴을 마스크로 하여, 기판의 에칭을 실시하는 에칭 공정을 갖는 미세 패턴 형성 방법이다.
본 명세서 및 본 특허청구의 범위에 있어서, 「지방족」 이란, 방향족에 대한 상대적인 개념으로서, 방향족성을 가지지 않는 기, 화합물 등을 의미하는 것으로 정의한다.
「알킬기」 는, 특별히 언급이 없는 한, 직사슬형, 분기 사슬형 및 고리형의 1 가의 포화 탄화수소기를 포함하는 것으로 한다.
「알킬렌기」 는, 특별히 언급이 없는 한, 직사슬형, 분기 사슬형 및 고리형의 2 가의 포화 탄화수소기를 포함하는 것으로 한다. 알콕시기 중의 알킬기도 동일하다.
「할로겐화 알킬기」 는 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 할로겐 원자로 치환된 기이며, 그 할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자를 들 수 있다.
「불소화 알킬기」 또는 「불소화 알킬렌기」 는 알킬기 또는 알킬렌기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 불소 원자로 치환된 기를 말한다.
「구성 단위」 란, 고분자 화합물 (수지, 중합체, 공중합체) 을 구성하는 모노머 단위 (단량체 단위) 를 의미한다.
「아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위」 란, 아크릴산에스테르의 에틸렌성 이중 결합이 개열하여 구성되는 구성 단위를 의미한다.
「아크릴산에스테르」 는 아크릴산 (CH2=CH-COOH) 의 카르복시기 말단의 수소 원자가 유기기로 치환된 화합물이다.
아크릴산에스테르는 α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 된다. 그 α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자를 치환하는 치환기는 수소 원자 이외의 원자 또는 기이며, 예를 들어 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기, 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기, 하이드록시알킬기 등을 들 수 있다. 또한, 아크릴산에스테르의 α 위치의 탄소 원자란, 특별히 언급이 없는 한, 카르보닐기가 결합되어 있는 탄소 원자이다.
이하, α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환된 아크릴산에스테르를 α 치환 아크릴산에스테르라고 하는 경우가 있다. 또, 아크릴산에스테르와 α 치환 아크릴산에스테르를 포괄하여 「(α 치환) 아크릴산에스테르」 라고 하는 경우가 있다.
「하이드록시스티렌 혹은 하이드록시스티렌 유도체로부터 유도되는 구성 단위」 란, 하이드록시스티렌 혹은 하이드록시스티렌 유도체의 에틸렌성 이중 결합이 개열하여 구성되는 구성 단위를 의미한다.
「하이드록시스티렌 유도체」 란, 하이드록시스티렌의 α 위치의 수소 원자가 알킬기, 할로겐화 알킬기 등의 다른 치환기로 치환된 것, 그리고 그들의 유도체를 포함하는 개념으로 한다. 그들의 유도체로서는, α 위치의 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 되는 하이드록시스티렌의 수산기의 수소 원자를 유기기로 치환한 것, α 위치의 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 되는 하이드록시스티렌의 벤젠 고리에, 수산기 이외의 치환기가 결합한 것 등을 들 수 있다. 또한, α 위치 (α 위치의 탄소 원자) 란, 특별히 언급이 없는 한, 벤젠 고리가 결합되어 있는 탄소 원자를 말한다.
하이드록시스티렌의 α 위치의 수소 원자를 치환하는 치환기로서는, 상기 α치환 아크릴산에스테르에 있어서, α 위치의 치환기로서 예시한 것과 동일한 것을 들 수 있다.
「비닐벤조산 혹은 비닐벤조산 유도체로부터 유도되는 구성 단위」 란, 비닐벤조산 혹은 비닐벤조산 유도체의 에틸렌성 이중 결합이 개열하여 구성되는 구성 단위를 의미한다.
「비닐벤조산 유도체」 란, 비닐 벤조산의 α 위치의 수소 원자가 알킬기, 할로겐화 알킬기 등의 다른 치환기로 치환된 것, 그리고 그들의 유도체를 포함하는 개념으로 한다. 그들의 유도체로서는, α 위치의 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 되는 비닐벤조산의 카르복시기의 수소 원자를 유기기로 치환한 것, α 위치의 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 되는 비닐벤조산의 벤젠 고리에, 수산기 및 카르복시기 이외의 치환기가 결합한 것 등을 들 수 있다. 또한, α 위치 (α 위치의 탄소 원자) 란, 특별히 언급이 없는 한, 벤젠 고리가 결합되어 있는 탄소 원자를 말한다.
「스티렌」 이란, 스티렌 및 스티렌의 α 위치의 수소 원자가 알킬기, 할로겐화 알킬기 등의 다른 치환기로 치환된 것도 포함하는 개념으로 한다.
「스티렌으로부터 유도되는 구성 단위」, 「스티렌 유도체로부터 유도되는 구성 단위」 란, 스티렌 또는 스티렌 유도체의 에틸렌성 이중 결합이 개열하여 구성되는 구성 단위를 의미한다.
상기 α 위치의 치환기로서의 알킬기는 직사슬형 또는 분기 사슬형의 알킬기가 바람직하고, 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기) 등을 들 수 있다.
또, α 위치의 치환기로서의 할로겐화 알킬기는, 구체적으로는, 상기 「α 위치의 치환기로서의 알킬기」 의 수소 원자의 일부 또는 전부를 할로겐 원자로 치환한 기를 들 수 있다. 그 할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 특히 불소 원자가 바람직하다.
또, α 위치의 치환기로서의 하이드록시알킬기는, 구체적으로는, 상기 「α 위치의 치환기로서의 알킬기」 의 수소 원자의 일부 또는 전부를, 수산기로 치환한 기를 들 수 있다. 그 하이드록시알킬기에 있어서의 수산기의 수는 1 ∼ 5 가 바람직하고, 1 이 가장 바람직하다.
「노광」 은 방사선의 조사 전반을 포함하는 개념으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 패턴 결함이 적은 패턴을 형성할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 및 2 의 양태의 실시 형태예를 설명하는 개략 공정 도이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 및 2 의 양태의 실시 형태예를 설명하는 개략 공정 도이다.
≪상분리 구조를 포함하는 구조체의 제조 방법≫
본 발명의 상분리 구조를 포함하는 구조체의 제조 방법은, 기판 상에, 복수 종류의 블록이 결합된 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정과, 당해 블록 코폴리머를 함유하는 층을 상분리시키는 공정을 포함한다.
본 발명의 상분리 구조를 포함하는 구조체의 제조 방법에 대해, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.
[기판 상에, 복수 종류의 블록이 결합된 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정]
먼저, 기판 상에, 복수 종류의 블록이 결합된 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성한다.
＜기판＞
기판 (1) 은, 그 표면 상에 블록 코폴리머를 함유하는 용액을 도포할 수 있는 것이면, 그 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 실리콘, 구리, 크롬, 철, 알루미늄 등의 금속, 유리, 산화티탄, 실리카, 마이카 등의 무기물로 이루어지는 기판, 아크릴판, 폴리스티렌, 셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트, 페놀 수지 등의 유기 화합물로 이루어지는 기판 등을 들 수 있다.
또, 본 발명에 있어서 사용되는 기판 (1) 의 크기나 형상은 특별히 한정되는 것은 아니다. 기판 (1) 은 반드시 평활한 표면을 가질 필요는 없고, 여러 가지 재질이나 형상의 기판을 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 곡면을 갖는 기판, 표면이 요철 형상의 평판, 박편상 등의 여러 가지 형상의 것까지 다양하게 사용할 수 있다.
또, 기판 (1) 의 표면에는, 무기계 및/또는 유기계의 막이 형성되어 있어도 된다.
무기계의 막으로서는, 무기 반사 방지막 (무기 BARC) 을 들 수 있다. 유기계의 막으로서는, 유기 반사 방지막 (유기 BARC) 을 들 수 있다.
기판에 중성화막을 형성하기 전에, 기판 (1) 의 표면을 세정해도 된다. 기판 (1) 의 표면을 세정함으로써, 이후의 중성화막 형성 공정을 양호하게 실시할 수 있는 경우가 있다.
세정 처리로서는, 종래 공지된 방법을 이용할 수 있고, 예를 들어 산소 플라즈마 처리, 수소 플라즈마 처리, 오존 산화 처리, 산알칼리 처리, 화학 수식 처리 등을 들 수 있다. 예를 들어, 기판을 황산/과산화수소 수용액 등의 산 용액에 침지시킨 후, 수세하여, 건조시킨다. 그 후, 당해 기판의 표면에, 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성할 수 있다.
＜블록 코폴리머＞·블록 코폴리머
본 발명에 있어서 블록 코폴리머란, 동종의 구성 단위만이 결합된 부분 구성 성분 (블록) 이, 복수 결합된 고분자로서, 순도가 98 ％ 이상의 것을 말한다. 블록 코폴리머를 구성하는 블록의 종류는 2 종류이어도 되고, 3 종류 이상이어도 된다. 본 발명에 있어서는, 블록 코폴리머를 구성하는 복수 종류의 블록은 상분리가 일어나는 조합이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 서로 비상용인 블록끼리의 조합인 것이 바람직하다. 또, 블록 코폴리머를 구성하는 복수 종류의 블록 중의 적어도 1 종류의 블록으로 이루어지는 상이, 다른 종류의 블록으로 이루어지는 상보다, 용이하게 선택적으로 제거 가능한 조합인 것이 바람직하다. 용이하게 선택적으로 제거 가능한 조합으로서는, 에칭 선택비가 1 보다 큰, 1 종 또는 2 종 이상의 블록이 결합된 블록 코폴리머를 들 수 있다.
본 발명에 있어서 「블록 코폴리머의 주기」 란, 상분리 구조가 형성되었을 때에 관찰되는 상구조의 주기를 의미하고, 서로 비상용인 각 상의 길이의 합이다. 블록 코폴리머의 주기는 그 블록 코폴리머의 분자 1 개분의 길이에 상당한다.
블록 코폴리머의 주기는 중합도 N, 및, 플로리-하긴즈 (Flory-Huggins) 의 상호작용 파라미터 χ 등의 고유 중합 특성에 의해 정해진다. 즉, 「χN」 이 커질수록, 블록 코폴리머에 있어서의 상이한 블록간의 상호 반발은 커진다. 이 때문에, χN ＞ 10 (이하 「강도 분리 한계점」 이라고 한다) 일 때에는, 블록 코폴리머에 있어서의 이(異)종류의 블록간의 반발이 크고, 상분리가 일어나는 경향이 강해진다. 그리고, 강도 분리 한계점에 있어서는, 블록 코폴리머의 주기는 대략 N2 /3χ1/6 이 된다. 요컨대, 블록 코폴리머의 주기는 분자량 Mn 과, 상이한 블록간의 분자량비에 상관하는 중합도 N 에 비례한다. 따라서, 사용하는 블록 코폴리머의 조성 및 총 분자량을 조정함으로써, 블록 코폴리머의 주기를 용이하게 조절할 수 있다.
블록 코폴리머로서는, 예를 들어, 방향족기를 갖는 구성 단위의 블록과, (α 치환) 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위의 블록을 결합시킨 블록 코폴리머 ； 방향족기를 갖는 구성 단위의 블록과, (α 치환) 아크릴산으로부터 유도되는 구성 단위의 블록을 결합시킨 블록 코폴리머 ； 방향족기를 갖는 구성 단위의 블록과, 실록산 또는 그 유도체로부터 유도되는 구성 단위의 블록을 결합시킨 블록 코폴리머 ； 방향족기를 갖는 구성 단위의 블록과, 락트산으로부터 유도되는 구성 단위의 블록을 결합시킨 블록 코폴리머 ； 알킬렌옥사이드로부터 유도되는 구성 단위의 블록과, (α 치환) 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위의 블록을 결합시킨 블록 코폴리머 ； 알킬렌옥사이드로부터 유도되는 구성 단위의 블록과, (α 치환) 아크릴산으로부터 유도되는 구성 단위의 블록을 결합시킨 블록 코폴리머 ； 바구니형 실세스퀴옥산 구조 함유 구성 단위의 블록과, (α 치환) 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위의 블록을 결합시킨 블록 코폴리머 ； 바구니형 실세스퀴옥산 구조 함유 구성 단위의 블록과, (α 치환) 아크릴산으로부터 유도되는 구성 단위의 블록을 결합시킨 블록 코폴리머 ； 바구니형 실세스퀴옥산 구조 함유 구성 단위의 블록과, 실록산 또는 그 유도체로부터 유도되는 구성 단위의 블록을 결합시킨 블록 코폴리머 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 블록 코폴리머로서는, 상기 중에서도 방향족기를 갖는 구성 단위와, (α 치환) 아크릴산, (α 치환) 아크릴산에스테르 또는 락트산으로부터 유도되는 구성 단위를 포함하는 것이 바람직하다.
방향족기를 갖는 구성 단위로서는, 페닐기, 나프틸기 등의 방향족기를 갖는 구성 단위를 들 수 있고, 본 발명에 있어서는 스티렌 또는 그 유도체로부터 유도되는 구성 단위인 것이 바람직하다.
스티렌 또는 그 유도체로서는, 예를 들어, α-메틸스티렌, 2-메틸스티렌, 3-메틸스티렌, 4-메틸스티렌, 4-t-부틸스티렌, 4-n-옥틸스티렌, 2,4,6-트리메틸스티렌, 4-메톡시스티렌, 4-t-부톡시스티렌, 4-트리메틸실릴스티렌, 4-하이드록시스티렌, 4-니트로스티렌, 3-니트로스티렌, 4-클로로스티렌, 4-플루오로스티렌, 4-아세톡시비닐스티렌, 4-비닐벤질클로라이드, 1-비닐나프탈렌, 4-비닐비페닐, 1-비닐-2-피롤리돈, 9-비닐안트라센, 비닐피리딘 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 스티렌 또는 4-트리메틸실릴스티렌이 바람직하다.
(α 치환) 아크릴산은 아크릴산, 또는, 아크릴산에 있어서의 α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환되어 있는 것의 일방 또는 양방을 의미한다. 그 치환기로서는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 등을 들 수 있다.
(α 치환) 아크릴산으로서는, 예를 들어, 아크릴산, 메타크릴산 등을 들 수 있다.
(α 치환) 아크릴산에스테르는 아크릴산에스테르, 또는, 아크릴산에스테르에 있어서의 α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환되어 있는 것의 일방 또는 양방을 의미한다. 그 치환기로서는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 등을 들 수 있다.
(α 치환) 아크릴산에스테르로서는, 예를 들어, 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산프로필, 아크릴산n-부틸, 아크릴산t-부틸, 아크릴산시클로헥실, 아크릴산옥틸, 아크릴산노닐, 아크릴산하이드록시에틸, 아크릴산하이드록시프로필, 아크릴산벤질, 아크릴산안트라센, 아크릴산글리시딜, 아크릴산3,4-에폭시시클로헥실메탄, 아크릴산프로필트리메톡시실란 등의 아크릴산에스테르 ； 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산프로필, 메타크릴산n-부틸, 메타크릴산t-부틸, 메타크릴산시클로헥실, 메타크릴산옥틸, 메타크릴산노닐, 메타크릴산하이드록시에틸, 메타크릴산하이드록시프로필, 메타크릴산벤질, 메타크릴산안트라센, 메타크릴산글리시딜, 메타크릴산3,4-에폭시시클로헥실메탄, 메타크릴산프로필트리메톡시실란 등의 메타크릴산에스테르 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산t-부틸, 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산t-부틸이 바람직하다.
실록산 또는 그 유도체로서는, 예를 들어, 디메틸실록산, 디에틸실록산, 디페닐실록산, 메틸페닐실록산 등을 들 수 있다.
알킬렌옥사이드로서는, 예를 들어, 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드, 이소 프로필렌옥사이드, 부틸렌옥사이드 등을 들 수 있다.
바구니형 실세스퀴옥산 (POSS) 구조 함유 구성 단위로서는, 하기 일반식 (a0-1) 로 나타내는 구성 단위를 들 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[식 중, R 은 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기를 나타낸다. V0 은 치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기를 나타낸다. R0 은 치환기를 가지고 있어도 되는 1 가의 탄화수소기를 나타내고, 복수의 R0 은 각각 동일하거나 상이해도 된다.]
상기 식 (a0-1) 중, R 의 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기는 탄소수 1 ∼ 5 의 직사슬형 또는 분기 사슬형의 알킬기가 바람직하고, 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기 등을 들 수 있다. 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기는 상기 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 할로겐 원자로 치환된 기이다. 그 할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 특히 불소 원자가 바람직하다.
R 로서는, 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 알킬기가 바람직하고, 공업상의 입수의 용이함에서, 수소 원자 또는 메틸기가 가장 바람직하다.
상기 식 (a0-1) 중, R0 에 있어서의 1 가의 탄화수소기는 탄소수 1 ∼ 20 이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 ∼ 10 이며, 더욱 바람직하게는 1 ∼ 8 이다. 단, 그 탄소수에는, 후술하는 치환기에 있어서의 탄소수를 포함하지 않는 것으로 한다.
R0 에 있어서의 1 가의 탄화수소기로서는, 지방족 탄화수소기이어도 되고, 방향족 탄화수소기이어도 되고, 그 중에서도 지방족 탄화수소기인 것이 바람직하고, 1 가의 지방족 포화 탄화수소기 (알킬기) 인 것이 보다 바람직하다.
상기 알킬기로서, 보다 구체적으로는, 사슬형의 지방족 탄화수소기 (직사슬형 또는 분기 사슬형의 알킬기), 구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기 등을 들 수 있다.
직사슬형의 알킬기는 탄소수가 1 ∼ 8 이 바람직하고, 1 ∼ 5 가 보다 바람직하고, 1 ∼ 3 이 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, n-펜틸기 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 메틸기, 에틸기, n-프로필기가 바람직하고, 메틸기, 에틸기 또는 이소부틸기가 보다 바람직하고, 에틸기 또는 이소부틸기가 더욱 바람직하고, 에틸기가 특히 바람직하다.
분기 사슬형의 알킬기는 탄소수가 3 ∼ 5 가 바람직하다. 구체적으로는, 이소프로필기, 이소부틸기, tert-부틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기 등을 들 수 있고, 이소프로필기 또는 tert-부틸기인 것이 가장 바람직하다.
구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기로서는, 고리형의 지방족 탄화수소기 (지방족 탄화수소 고리로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기), 그 고리형의 지방족 탄화수소기가 전술한 사슬형의 지방족 탄화수소기의 말단에 결합하거나, 또는 그 고리형의 지방족 탄화수소기가 전술한 사슬형의 지방족 탄화수소기의 도중에 개재되는 기 등을 들 수 있다.
고리형의 지방족 탄화수소기는 탄소수가 3 ∼ 8 인 것이 바람직하고, 4 ∼ 6 인 것이 보다 바람직하고, 다고리형기이어도 되고, 단고리형기이어도 된다. 단고리형기로서는, 탄소수 3 ∼ 6 의 모노시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하고, 그 모노시클로알칸으로서는, 시클로펜탄, 시클로헥산 등을 예시할 수 있다. 다고리형기로서는, 탄소수 7 ∼ 12 의 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하고, 그 폴리시클로알칸으로서 구체적으로는, 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등을 들 수 있다.
사슬형의 지방족 탄화수소기는 치환기를 가지고 있어도 된다. 이 치환기로서는, 불소 원자, 불소 원자로 치환된 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 알킬기, 산소 원자 (=O) 등을 들 수 있다.
고리형의 지방족 탄화수소기는 치환기를 가지고 있어도 된다. 이 치환기로서는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기, 불소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 알킬기, 산소 원자 (=O) 등을 들 수 있다.
R0 에 있어서의 1 가의 탄화수소기가 방향족 탄화수소기가 되는 경우, 그 방향족 탄화수소기로서는, 방향 고리를 적어도 1 개 갖는 1 가의 탄화수소기이다.
이 방향 고리는 4n ＋ 2 개의 π 전자를 가지는 고리형 공액계이면 특별히 한정되지 않고, 단고리형이거나 다고리형이어도 된다. 방향 고리의 탄소수는 5 ∼ 30 인 것이 바람직하고, 5 ∼ 20 이 보다 바람직하고, 6 ∼ 15 가 더욱 바람직하고, 6 ∼ 12 가 특히 바람직하다. 단, 그 탄소수에는, 후술하는 치환기에 있어서의 탄소수를 포함하지 않는 것으로 한다.
방향 고리로서 구체적으로는, 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌 등의 방향족 탄화수소 고리 ； 상기 방향족 탄화수소 고리를 구성하는 탄소 원자의 일부가 헤테로 원자로 치환된 방향족 복소 고리 등을 들 수 있다. 방향족 복소 고리에 있어서의 헤테로 원자로서는, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등을 들 수 있다. 방향족 복소 고리로서 구체적으로는, 피리딘 고리, 티오펜 고리 등을 들 수 있다.
방향족 탄화수소기로서 구체적으로는, 상기 방향족 탄화수소 고리 또는 방향족 복소 고리로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기 (아릴기 또는 헤테로 아릴기) ； 2 이상의 방향 고리를 포함하는 방향족 화합물 (예를 들어 비페닐, 플루오렌 등) 로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기 ； 상기 방향족 탄화수소 고리 또는 방향족 복소 고리의 수소 원자의 하나가 알킬렌기로 치환된 기 (예를 들어, 벤질기, 페네틸기, 1-나프틸메틸기, 2-나프틸메틸기, 1-나프틸에틸기, 2-나프틸에틸기 등의 아릴알킬기) 등을 들 수 있다.
상기 아릴기 또는 헤테로 아릴기에 결합하는 알킬렌기의 탄소수는 1 ∼ 4 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 2 인 것이 보다 바람직하고, 1 인 것이 특히 바람직하다.
방향족 탄화수소기는 치환기를 가지고 있어도 되고, 가지지 않아도 된다. 치환기로서는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기, 불소 원자, 불소 원자로 치환된 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 알킬기, 산소 원자 (=O) 등을 들 수 있다.
상기 식 (a0-1) 중, V0 에 있어서의 2 가의 탄화수소기는 지방족 탄화수소기이어도 되고, 방향족 탄화수소기이어도 된다. 지방족 탄화수소기는 방향족성을 가지지 않는 탄화수소기를 의미한다.
V0 에 있어서의 2 가의 탄화수소기로서의 지방족 탄화수소기는 포화이어도 되고, 불포화이어도 되고, 통상적으로는 포화인 것이 바람직하다.
그 지방족 탄화수소기로서, 보다 구체적으로는, 직사슬형 혹은 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기, 또는 구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기 등을 들 수 있다.
상기 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기는 탄소수가 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 6 이 보다 바람직하고, 1 ∼ 4 가 더욱 바람직하고, 1 ∼ 3 이 가장 바람직하다.
직사슬형의 지방족 탄화수소기로서는, 직사슬형의 알킬렌기가 바람직하고, 구체적으로는, 메틸렌기[-CH2-], 에틸렌기[-(CH2)2-], 트리메틸렌기[-(CH2)3-], 테트라메틸렌기[-(CH2)4-], 펜타메틸렌기[-(CH2)5-] 등을 들 수 있다.
분기 사슬형의 지방족 탄화수소기로서는, 분기 사슬형의 알킬렌기가 바람직하고, 구체적으로는, -CH(CH3)-, -CH(CH2CH3)-, -C(CH3)2-, -C(CH3)(CH2CH3)-, -C(CH3)(CH2CH2CH3)-, -C(CH2CH3)2- 등의 알킬메틸렌기 ； -CH(CH3)CH2-, -CH(CH3)CH(CH3)-, -C(CH3)2CH2-, -CH(CH2CH3)CH2-, -C(CH2CH3)2-CH2- 등의 알킬에틸렌기 ； -CH(CH3)CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2- 등의 알킬트리메틸렌기 ； -CH(CH3)CH2CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2CH2- 등의 알킬테트라메틸렌기 등의 알킬알킬렌기 등을 들 수 있다. 알킬알킬렌기에 있어서의 알킬기로서는, 탄소수 1 ∼ 5 의 직사슬형의 알킬기가 바람직하다.
상기 구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기로서는, 지환식 탄화수소기 (지방족 탄화수소 고리로부터 수소 원자를 2 개 제거한 기), 지환식 탄화수소기가 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기의 말단에 결합한 기, 지환식 탄화수소기가 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기의 도중에 개재되는 기 등을 들 수 있다. 상기 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기로서는 상기와 동일한 것을 들 수 있다.
상기 지환식 탄화수소기는 탄소수가 3 ∼ 20 인 것이 바람직하고, 3 ∼ 12 인 것이 보다 바람직하다.
상기 지환식 탄화수소기는 다고리형기이어도 되고, 단고리형기이어도 된다. 단고리형의 지환식 탄화수소기로서는, 모노시클로알칸으로부터 2 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하다. 그 모노시클로알칸으로서는, 탄소수 3 ∼ 6 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 시클로펜탄, 시클로헥산 등을 들 수 있다.
다고리형의 지환식 탄화수소기로서는, 폴리시클로알칸으로부터 2 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하고, 그 폴리시클로알칸으로서는, 탄소수 7 ∼ 12 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등을 들 수 있다.
방향족 탄화수소기는 방향 고리를 갖는 탄화수소기이다.
이 방향 고리는 4n ＋ 2 개의 π 전자를 가지는 고리형 공액계이면 특별히 한정되지 않고, 단고리형이거나 다고리형이어도 된다. 방향 고리의 탄소수는 5 ∼ 30 인 것이 바람직하고, 5 ∼ 20 이 보다 바람직하고, 6 ∼ 15 가 더욱 바람직하고, 6 ∼ 12 가 특히 바람직하다. 단, 그 탄소수에는, 후술하는 치환기에 있어서의 탄소수를 포함하지 않는 것으로 한다.
방향 고리로서 구체적으로는, 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌 등의 방향족 탄화수소 고리 ； 상기 방향족 탄화수소 고리를 구성하는 탄소 원자의 일부가 헤테로 원자로 치환된 방향족 복소 고리 등을 들 수 있다. 방향족 복소 고리에 있어서의 헤테로 원자로서는, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등을 들 수 있다. 방향족 복소 고리로서 구체적으로는, 피리딘 고리, 티오펜 고리 등을 들 수 있다.
방향족 탄화수소기로서 구체적으로는, 상기 방향족 탄화수소 고리 또는 방향족 복소 고리로부터 수소 원자를 2 개 제거한 기 (아릴렌기 또는 헤테로 아릴렌기) ； 2 이상의 방향 고리를 포함하는 방향족 화합물 (예를 들어 비페닐, 플루오렌 등) 로부터 수소 원자를 2 개 제거한 기 ； 상기 방향족 탄화수소 고리 또는 방향족 복소 고리로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기 (아릴기 또는 헤테로 아릴기) 의 수소 원자의 하나가 알킬렌기로 치환된 기 (예를 들어, 벤질기, 페네틸기, 1-나프틸메틸기, 2-나프틸메틸기, 1-나프틸에틸기, 2-나프틸에틸기 등의 아릴알킬기에 있어서의 아릴기로부터 수소 원자를 추가로 1 개 제거한 기) 등을 들 수 있다.
상기 아릴기 또는 헤테로 아릴기에 결합하는 알킬렌기의 탄소수는 1 ∼ 4 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 2 인 것이 보다 바람직하고, 1 인 것이 특히 바람직하다.
이하에, 상기 식 (a0-1) 로 나타내는 구성 단위의 구체예를 나타낸다. 이하의 각 식 중, Rα 는 수소 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기를 나타낸다.
[화학식 2]
Figure pat00002
본 발명에 있어서는, 방향족기를 갖는 구성 단위와, 상기 (α 치환) 아크릴산 또는 (α 치환) 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위의 몰비가 60 ： 40 ∼ 90 ： 10 인 것이 바람직하고, 65 ： 35 ∼ 80 ： 20 인 것이 보다 바람직하다.
방향족기를 갖는 구성 단위, (α 치환) 아크릴산, 또는 (α 치환) 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위의 비율이 상기의 바람직한 범위 내이면, 지지체 표면에 대해 수직 방향으로 배향한 실린더상의 상분리 구조를 얻기 쉽다.
이러한 블록 코폴리머로서 구체적으로는, 스티렌의 블록과 아크릴산의 블록을 갖는 블록 코폴리머, 스티렌의 블록과 아크릴산메틸의 블록을 갖는 블록 코폴리머, 스티렌의 블록과 아크릴산에틸의 블록을 갖는 블록 코폴리머, 스티렌의 블록과 아크릴산t-부틸의 블록을 갖는 블록 코폴리머, 스티렌의 블록과 메타크릴산의 블록을 갖는 블록 코폴리머, 스티렌의 블록과 메타크릴산메틸의 블록을 갖는 블록 코폴리머, 스티렌의 블록과 메타크릴산에틸의 블록을 갖는 블록 코폴리머, 스티렌의 블록과 메타크릴산t-부틸의 블록을 갖는 블록 코폴리머, 바구니형 실세스퀴옥산 (POSS) 구조 함유 구성 단위의 블록과 아크릴산의 블록을 갖는 블록 코폴리머, 바구니형 실세스퀴옥산 (POSS) 구조 함유 구성 단위의 블록과 아크릴산메틸의 블록을 갖는 블록 코폴리머 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 블록 코폴리머는 순도가 98 ％ 이상이면 특별히 한정되지 않고, 원하는 패턴에 맞추어 적절히 선택할 수 있다.
블록 코폴리머의 합성 공정에 있어서, 모노머의 투입시에 산소나 수분이 혼입됨으로써, 폴리머의 성장 말단의 정지 반응이 일어난다. 이로써, 합성 도중에 반응이 정지되어 버리고, 불순물이 부생된다. 이와 같은 불순물은 패턴 형성시에 패턴 결함의 원인이 된다. 본 발명은, 정제 등에 의해, 순도 98 ％ 이상으로 고순도의 블록 코폴리머를 사용함으로써, 패턴 결함이 적은 패턴을 형성할 수 있다.
복수 종류의 블록이 결합된 블록 코폴리머의 합성 공정에서는 상기와 같이 호모폴리머를 불순물로서 함유할 가능성이 있다. 예를 들어, 2 종류의 블록이 결합된 블록 코폴리머에 대해,
A-B 타입의 디블록 코폴리머에서는, 합성 공정에서 최초로 투입한 모노머로 이루어지는 호모폴리머를 불순물로서 함유할 가능성이 있고,
또 A-B-A 타입의 트리 블록 코폴리머에서는, 합성 공정에서 최초로 투입한 모노머로 이루어지는 호모폴리머 뿐만이 아니라, A-B 의 디블록체도 합성 공정에 있어서의 부생성물이기 때문에 불순물로서 함유될 가능성이 있다.
본 발명에 있어서, 블록 코폴리머의 순도로서, [{(고형 전체량) - (고형 불순물량)/(고형 전체량)}× 100] 을 채용할 수 있다.
여기서, 고형 불순물량이란, 호모폴리머에 한정하지 않고, 잔존 모노머 등 모든 불순물량을 의미한다. 또, 고형 불순물량은 각종 크로마토그래피에 의해 측정된 값을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 합성된 블록 코폴리머를 정제하여, 순도 98 ％ 이상의 블록 코폴리머로 하는 것이 바람직하다.
정제 방법으로서는 특별히 한정되지 않고, 수세나 적절한 용매를 조합함으로써 잔류 단량체나 올리고머 성분 등의 불순물을 제거하는 액 추출법, 특정의 분자량 이하의 것만을 추출 제거하는 한외 여과 등의 용액 상태에서의 정제 방법이나, 수지 용액을 빈용매에 적하함으로써 수지를 빈용매 중에 응고시킴으로써 잔류 단량체 등을 제거하는 재침전법이나 여과 분리한 수지 슬러리를 빈용매로 세정하는 등의 고체 상태에서의 정제 방법 등의 통상적인 방법을 적용할 수 있다.
이들의 방법은 어느 1 종을 1 회 실시해도 되고, 반복해도 된다. 또, 2 종 이상을 조합해도 된다.
본 발명에 있어서는, 합성된 블록 코폴리머를 정제함으로써, 전술한 블록 코폴리머 합성 공정 중에 일어나는 정지 반응에 의해 부생되는 호모폴리머 등을 제거하는 것이 특히 양호한 패턴을 형성하는 것에 유효하다고 생각된다.
본 발명에 있어서는, 메탄올, 이소프로판올 등의 알코올류, 또는, 시클로헥산, 헵탄 등의 포화 탄화수소류 등을 사용하여 세정함으로써, 정제하는 것이 바람직하다. 또, 이들의 용매를 사용하여, 1 회 이상, 바람직하게는 2 회 이상, 보다 바람직하게는 3 회 이상 정제함으로써 얻어지는, 보다 고순도의 블록 코폴리머를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 블록 코폴리머의 순도는 98 ％ 이상이며, 98.2 ％ 이상인 것이 바람직하고, 99 ％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 있어서, 블록 코폴리머의 순도는 고정밀의 분석이 가능한 분석 장치에 의한 정량에 의해 산출하는 것이 바람직하다. 사용하는 분석 장치 등은 고정밀한 것이면 특별히 한정되지 않지만, 액체 크로마토그래피 또는 가스 크로마토그래피 등의 공지된 분석 수단을 채용하여 측정할 수 있다. 본 발명에 있어서는 액체 크로마토그래피에 의해 분석하는 것이 바람직하다. 액체 크로마토그래피로서는, 순상 크로마토그래피나 역상 크로마토그래피를 사용해도 되고, 검출기에는, 흡광 광도 검출기, 형광 검출기, 질량 분석기 등을 사용해도 된다.
액체 크로마토그래피에 의한 분석에 있어서, 사용하는 칼럼의 종류는 적절히 선택하면 된다.
본 발명에 있어서는, 특히, 스티렌의 블록과 메타크릴산메틸의 블록을 갖는 순도 98 ％ 이상의 블록 코폴리머, 메타크릴산메틸의 블록과 바구니형 실세스퀴옥산 (POSS) 구조 함유 구성 단위의 블록을 갖는 순도 98 ％ 이상의 블록 코폴리머, 4-트리메틸실릴스티렌의 블록과 메타크릴산메틸의 블록을 갖는 순도 98 ％ 이상의 블록 코폴리머, 및 스티렌의 블록과 락트산의 블록을 갖는 순도 98 ％ 이상의 블록 코폴리머로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 블록 코폴리머를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 상분리 구조를 포함하는 구조체의 제조 방법에 있어서는, 블록 코폴리머를 함유하는 조성물은 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 2 종 이상 함유하고 있어도 된다.
블록 코폴리머를 함유하는 조성물은 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 2 종 이상 함유한다 란, 예를 들어, 제 1 블록 코폴리머로서, 스티렌의 블록과 아크릴산의 블록을 갖는 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 함유하고, 또한 제 2 블록 코폴리머로서, 제 1 블록 코폴리머와 조성비가 상이한 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 함유하는 경우를 들 수 있다.
조성비 등이 상이한 블록 코폴리머를 혼합함으로써, 패턴 사이즈의 미조정 등을 실현할 수 있어, 원하는 패턴을 얻을 수 있다고 생각된다.
블록 코폴리머를 구성하는 각 폴리머의 질량 평균 분자량 (Mw) (겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 의한 폴리스티렌 환산 기준) 은 상분리를 일으키는 것이 가능한 크기이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 5000 ∼ 500000 이 바람직하고, 5000 ∼ 400000 이 보다 바람직하고, 5000 ∼ 300000 이 더욱 바람직하다.
또 블록 코폴리머의 분산도 (Mw/Mn) 는 1.0 ∼ 3.0 이 바람직하고, 1.0 ∼ 1.5 가 보다 바람직하고, 1.0 ∼ 1.3 이 더욱 바람직하다. 또한, Mn 은 수평균 분자량을 나타낸다.
블록 코폴리머를 함유하는 조성물에는, 상기 블록 코폴리머 이외에, 추가로 원하는 바에 따라, 혼화성이 있는 첨가제, 예를 들어 중성화막으로 이루어지는 층의 성능을 개량하기 위한 부가적 수지, 도포성을 향상시키기 위한 계면 활성제, 용해 억제제, 가소제, 안정제, 착색제, 할레이션 방지제, 염료, 증감제, 염기 증식제, 염기성 화합물 등을 적절히 첨가 함유시킬 수 있다.
·유기 용제
블록 코폴리머를 함유하는 조성물은 상기 블록 코폴리머를 유기 용제에 용해하여 제작할 수 있다. 유기 용제로서는, 사용하는 각 성분을 용해하고, 균일한 용액으로 할 수 있는 것이면 되고, 종래, 수지를 주성분으로 하는 막 조성물의 용제로서 공지된 것 중에서 임의의 것을 1 종 또는 2 종 이상 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
예를 들어, γ-부티로락톤 등의 락톤류 ； 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, 메틸-n-펜틸케톤, 메틸이소펜틸케톤, 2-헵타논 등의 케톤류 ； 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜 등의 다가 알코올류 ； 에틸렌글리콜모노아세테이트, 디에틸렌글리콜모노아세테이트, 프로필렌글리콜모노아세테이트, 또는 디프로필렌글리콜모노아세테이트 등의 에스테르 결합을 갖는 화합물, 상기 다가 알코올류 또는 상기 에스테르 결합을 갖는 화합물의 모노메틸에테르, 모노에틸에테르, 모노프로필에테르, 모노부틸에테르 등의 모노알킬에테르 또는 모노페닐에테르 등의 에테르 결합을 갖는 화합물 등의 다가 알코올류의 유도체 [이들 중에서는, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 (PGMEA), 프로필렌글리콜모노메틸에테르 (PGME) 가 바람직하다] ； 디옥산과 같은 고리형 에테르류나, 락트산메틸, 락트산에틸 (EL), 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 피루브산메틸, 피루브산에틸, 메톡시프로피온산메틸, 에톡시프로피온산에틸 등의 에스테르류 ； 아니솔, 에틸벤질에테르, 크레질메틸에테르, 디페닐에테르, 디벤질에테르, 페네톨, 부틸페닐에테르, 에틸벤젠, 디에틸벤젠, 펜틸벤젠, 이소프로필벤젠, 톨루엔, 자일렌, 시멘, 메시틸렌 등의 방향족계 유기 용제 등을 들 수 있다.
이들의 유기 용제는 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상의 혼합 용제로서 사용해도 된다.
그 중에서도, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 (PGMEA), 프로필렌글리콜모노메틸에테르 (PGME), 시클로헥사논, EL 이 바람직하다.
또, PGMEA 와 극성 용제를 혼합한 혼합 용매도 바람직하다. 그 배합비 (질량비) 는 PGMEA 와 극성 용제의 상용성 등을 고려하여 적절히 결정하면 되지만, 바람직하게는 1 ： 9 ∼ 9 ： 1, 보다 바람직하게는 2 ： 8 ∼ 8 ： 2 의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 극성 용제로서 EL 을 배합하는 경우에는, PGMEA ： EL 의 질량비는 바람직하게는 1 ： 9 ∼ 9 ： 1, 보다 바람직하게는 2 ： 8 ∼ 8 ： 2 이다. 또, 극성 용제로서 PGME 를 배합하는 경우에는, PGMEA ： PGME 의 질량비는 바람직하게는 1 ： 9 ∼ 9 ： 1, 보다 바람직하게는 2 ： 8 ∼ 8 ： 2, 더욱 바람직하게는 3 ： 7 ∼ 7 ： 3 이다. 또, 극성 용제로서 PGME 및 시클로헥사논을 배합하는 경우에는, PGMEA ： (PGME ＋ 시클로헥사논) 의 질량비는 바람직하게는 1 ： 9 ∼ 9 ： 1, 보다 바람직하게는 2 ： 8 ∼ 8 ： 2, 더욱 바람직하게는 3 ： 7 ∼ 7 ： 3 이다.
또, 블록 코폴리머를 함유하는 조성물 중의 유기 용제로서, 그 외에는, PGMEA, EL, 또는 상기 PGMEA 와 극성 용제의 혼합 용매와, γ-부티로락톤의 혼합 용제도 바람직하다. 이 경우, 혼합 비율로서는, 전자와 후자의 질량비가 바람직하게는 70 ： 30 ∼ 95 ： 5 가 된다.
블록 코폴리머를 함유하는 조성물 중의 유기 용제의 사용량은 특별히 한정되는 것이 아니고, 도포 가능한 농도로, 도포 막두께에 따라 적절히 설정되는 것이지만, 일반적으로는 블록 코폴리머의 고형분 농도가 0.2 ∼ 70 질량％, 바람직하게는 0.2 ∼ 50 질량％ 의 범위 내가 되도록 사용된다.
또한, 이하에 있어서, 블록 코폴리머를 구성하는 블록 중, 이후의 임의 공정에서 선택적으로 제거되지 않은 블록을 PA 블록, 선택적으로 제거되는 블록을 PB 블록이라고 한다. 예를 들어, PS-PMMA 블록 코폴리머를 함유하는 층을 상분리한 후, 당해 층에 대해 산소 플라즈마 처리나 수소 플라즈마 처리 등을 실시함으로써, PMMA 로 이루어지는 상이 선택적으로 제거된다. 이 경우, PS 가 PA 블록이며, PMMA 가 PB 블록이다.
본 발명에 있어서, 선택적으로 제거되는 상 (즉, PB 블록으로 이루어지는 상) 의 형상이나 크기는 블록 코폴리머를 구성하는 각 블록의 체적분율이나, 블록 코폴리머의 분자량에 의해 규정된다. 예를 들어, 블록 코폴리머 중에 차지하는 PB 블록의 체적분율을 비교적 작게 함으로써, PA 블록으로 이루어지는 상 중에 PB 블록으로 이루어지는 상이 실린더상으로 존재하는 실린더 구조를 형성시킬 수 있다. 한편, 블록 코폴리머 중에 차지하는 PB 블록과 PA 블록의 체적분율을 동일한 정도로 함으로써, PA 블록으로 이루어지는 상과 PB 블록으로 이루어지는 상이 교대로 적층된 라메라 구조를 형성시킬 수 있다. 또, 블록 코폴리머의 분자량을 크게 함으로써, 각 상의 크기를 크게 할 수 있다.
[블록 코폴리머를 함유하는 층을 상분리시키는 공정]
본 발명에 있어서, 상기 공정 (상기 중성화막으로 이루어지는 층 상에, 복수 종류의 블록이 결합된 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정) 후, 중성화막 상의, 당해 블록 코폴리머를 함유하는 층을 상분리시킨다.
블록 코폴리머를 함유하는 층 (도 1 에 있어서의 층 (3)) 의 상분리는, 블록 코폴리머를 함유하는 층이 형성된 후에 열처리하여, 상분리 구조를 형성시킨다. 열처리의 온도는 사용하는 블록 코폴리머를 함유하는 층의 유리 전이 온도 이상이며, 또한 열분해 온도 미만에서 실시하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 블록 코폴리머가 PS-PMMA (Mw ： 18k-18k) 의 경우에는, 160 ∼ 270 ℃ 에서 30 ∼ 3600 초간 열처리를 실시하는 것이 바람직하다.
또, 열처리는 질소 등의 반응성이 낮은 가스 중에서 실시되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 상기의 열처리에 의해, 블록 코폴리머를 함유하는 층을, PA 블록으로 이루어지는 상과 PB 블록으로 이루어지는 상으로 상분리시킨 상분리 구조를 포함하는 구조체를 얻을 수 있다.
[기판 상에, 중성화막을 도포하여, 중성화막으로 이루어지는 층을 형성하는 공정]
본 발명의 상분리 구조를 포함하는 구조체의 제조 방법에 있어서는, 예를 들어 도 1 에 나타내는 바와 같이, 상기 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정 전에 기판 상에, 중성화막을 도포하여, 중성화막으로 이루어지는 층을 형성하는 공정을 갖는 것이 바람직하다.
중성화막으로 이루어지는 층은 블록 코폴리머를 구성하는 어느 폴리머와도 친화성을 갖는 층을 말한다. 중성화막으로 이루어지는 층을 형성함으로써, 상분리에 의해 특정 폴리머로 이루어지는 상만이 기판 표면에 접하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 상분리에 의해 기판 표면에 대해 수직 방향으로 배향된 라메라 구조 또는 실린더상의 상분리 구조를 형성시키기 위해서는, 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하기 전에, 기판 표면에, 사용하는 블록 코폴리머의 종류에 따른 중성화막으로 이루어지는 층을 형성해 두는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 예를 들어, 기판 표면에, 블록 코폴리머를 구성하는 어느 폴리머와도 친화성을 갖는 박막 (중성화막으로 이루어지는 층 (2)) 을 형성한다. 본 발명에 있어서, 중성화막으로 이루어지는 층은 블록 코폴리머를 구성하는 어느 폴리머와도 친화성을 갖는 표면 처리제를 함유하는 것이 바람직하다.
이와 같은 중성화막으로 이루어지는 층 (2) 으로서는, 수지 조성물로 이루어지는 막을 사용할 수 있다. 중성화막으로 이루어지는 층으로서 사용되는 수지 조성물은, 블록 코폴리머를 구성하는 폴리머의 종류에 따라, 박막 형성에 사용되는 종래 공지된 수지 조성물 중에서 적절히 선택할 수 있다. 중성화막으로 이루어지는 층으로서 사용되는 수지 조성물은 열중합성 수지 조성물이어도 되고, 포지티브형 레지스트 조성물이나 네거티브형 레지스트 조성물 등의 레지스트 조성물이어도 된다.
그 외, 화합물을 중성화막으로 하고, 당해 화합물을 도포하여 형성된 비중합성 막을 중성화막으로 해도 된다. 예를 들어, 페네틸트리클로로실란, 옥타데실트리클로로실란, 헥사메틸디실라잔 등을 중성화막으로서 형성된 실록산계 유기 단분자막도, 중성화막으로서 바람직하게 사용할 수 있다.
이들의 중성화막으로 이루어지는 층 (2) 은 통상적인 방법에 의해 형성할 수 있다.
이와 같은 중성화막으로서는, 예를 들어, 블록 코폴리머를 구성하는 각 폴리머의 구성 단위를 모두 함유하는 수지 조성물이나, 블록 코폴리머를 구성하는 각 폴리머와 친화성이 높은 구성 단위를 모두 함유하는 수지 등을 들 수 있다.
예를 들어, 후술하는, PS-PMMA 블록 코폴리머를 사용하는 경우에는, 중성화막으로서 PS 와 PMMA 의 양방을 구성 단위로서 함유하는 수지 조성물이나, 방향 고리 등의 PS 와 친화성이 높은 부위와, 극성이 높은 관능기 등의 PMMA 와 친화성이 높은 부위의 양방을 함유하는 화합물 또는 조성물을 사용하는 것이 바람직하다.
PS 와 PMMA 의 양방을 구성 단위로서 함유하는 수지 조성물로서는, 예를 들어, PS 와 PMMA 의 랜덤 코폴리머, PS 와 PMMA 의 교호 폴리머 (각 모노머가 교대로 공중합되어 있는 것) 등을 들 수 있다.
또, PS 와 친화성이 높은 부위와 PMMA 와 친화성이 높은 부위의 양방을 함유하는 조성물로서는, 예를 들어, 모노머로서 적어도, 방향 고리를 갖는 모노머와 극성이 높은 치환기를 갖는 모노머를 중합시켜 얻어지는 수지 조성물을 들 수 있다. 방향 고리를 갖는 모노머로서는, 페닐기, 비페닐 (biphenyl) 기, 플루오레닐 (fluorenyl) 기, 나프틸기, 안트릴 (anthryl) 기, 페난트릴기 등의, 방향족 탄화수소의 고리로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기, 및 이들 기의 고리를 구성하는 탄소 원자의 일부가 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등의 헤테로 원자로 치환된 헤테로 아릴기 등을 갖는 모노머를 들 수 있다. 또, 극성이 높은 치환기를 갖는 모노머로서는, 트리메톡시실릴기, 트리클로로실릴기, 카르복시기, 수산기, 시아노기, 알킬기의 수소 원자의 일부가 불소 원자로 치환된 하이드록시알킬기 등을 갖는 모노머를 들 수 있다.
그 외에, PS 와 친화성이 높은 부위와 PMMA 와 친화성이 높은 부위의 양방을 함유하는 화합물로서는, 페네틸트리클로로실란 등의 아릴기와 극성이 높은 치환기의 양방을 함유하는 화합물이나, 알킬실란 화합물 등의 알킬기와 극성이 높은 치환기의 양방을 함유하는 화합물 등을 들 수 있다.
또, 패턴의 밀착성의 관점에서 중성화막은 레지스트 조성물과 가까운 극성인 것이 보다 바람직하다.
[가이드 패턴 형성 공정]
본 발명의 상분리 구조를 포함하는 구조체의 제조 방법에 있어서, 예를 들어 도 2 에 나타내는 바와 같이, 상기 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정 전에, 기판 상에 가이드 패턴을 형성하고, 블록 코폴리머로 이루어지는 층의 상분리에 의해 패턴을 형성시키는 것이 바람직하다.
단, 본 발명에 있어서는, 도 2 에 나타내는 바와 같은 중성화막의 도포는 반드시 필요한 것은 아니다.
도 2 에 나타내는 바와 같이 중성화막을 도포하는 경우에는, 상기 [기판 상에, 중성화막을 도포하고, 그 중성화막으로 이루어지는 층을 형성하는 공정] 후에, 가이드 패턴을 형성하는 공정을 가지고 있어도 되고, 상기 [기판 상에, 중성화막을 도포하고, 그 중성화막으로 이루어지는 층을 형성하는 공정] 전에, 가이드 패턴을 형성하는 공정을 가지고 있어도 되지만, 상기 [기판 상에, 중성화막을 도포하고, 그 중성화막으로 이루어지는 층을 형성하는 공정] 의 후에, 가이드 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것이 바람직하다.
가이드 패턴의 형성에는, 예를 들어 레지스트 조성물을 사용한 레지스트 패턴 형성 방법, 나노 임프린팅에 의한 패턴 형성 방법 등을 채용할 수 있다.
레지스트 조성물을 사용한 레지스트 패턴 형성 방법에 의해 가이드 패턴을 형성하는 경우, 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 변화하는 기재 성분 (A), 및 노광에 의해 산을 발생하는 산발생제 성분 (B) 를 함유하는 레지스트 조성물을, 지지체 상에 도포하여 레지스트막을 형성하는 공정과, 상기 레지스트막을 노광하는 공정과, 상기 레지스트막을, 현상액을 사용하여 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 상기의 공정을 거침으로써, 레지스트 패턴의 방향을 따른 상분리 구조를 포함하는 구조체를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명에 의해, 상분리 구조의 배향성이 제어 가능해진다고 생각된다.
또한, 본 발명은 레지스트 조성물 등을 물리적인 가이드에 사용하여 상분리 패턴의 배향성을 제어하는 수법 (그래포에피택시) 을 사용해도 된다.
＜레지스트 조성물＞
본 발명에 있어서, 레지스트 조성물은 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 변화하는 기재 성분 (A) (이하 「(A) 성분」 이라고도 한다.) 및 노광에 의해 산을 발생하는 산발생제 성분 (B) (이하 「(B) 성분」 이라고도 한다.) 를 함유하고 있는 것이 바람직하다.
이러한 레지스트 조성물을 사용하여 레지스트막을 형성하고, 그 레지스트막에 대해 선택적 노광을 실시하면, 노광부에서는 산이 발생하고, 그 산의 작용에 의해 (A) 성분의 현상액에 대한 용해성이 변화하는 한편, 미노광부에서는 (A) 성분의 현상액에 대한 용해성이 변화하지 않기 때문에, 노광부와 미노광부 사이에서 현상액에 대한 용해성의 차가 생긴다. 그 때문에, 그 레지스트막을 현상하면, 당해 레지스트 조성물이 포지티브형의 경우에는 노광부가 용해 제거되어 포지티브형의 레지스트 패턴이 형성되고, 당해 레지스트 조성물이 네거티브형의 경우에는 미노광부가 용해 제거되어 네거티브형의 레지스트 패턴이 형성된다.
본 명세서에 있어서는, 노광부가 용해 제거되어 포지티브형 레지스트 패턴을 형성하는 레지스트 조성물을 포지티브형 레지스트 조성물이라고 하고, 미노광부가 용해 제거되는 네거티브형 레지스트 패턴을 형성하는 레지스트 조성물을 네거티브형 레지스트 조성물이라고 한다.
본 발명에 있어서, 레지스트 조성물은 포지티브형 레지스트 조성물이어도 되고, 네거티브형 레지스트 조성물이어도 된다.
또, 본 발명에 있어서, 레지스트 조성물은 레지스트 패턴 형성시의 현상 처리에 알칼리 현상액을 사용하는 알칼리 현상 프로세스용이어도 되고, 그 현상 처리에 유기 용제를 함유하는 현상액 (유기계 현상액) 을 사용하는 용제 현상 프로세스용이어도 되지만, 용제 현상 프로세스인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 레지스트 조성물은 노광에 의해 산을 발생하는 산발생능을 갖는 것이며, (A) 성분이 노광에 의해 산을 발생해도 되고, (A) 성분과는 별도로 배합된 첨가제 성분이 노광에 의해 산을 발생해도 된다.
구체적으로는, 본 발명에 있어서, 레지스트 조성물은,
(1) 노광에 의해 산을 발생하는 산발생제 성분 (B) (이하 「(B) 성분」 이라고 한다.) 를 함유하는 것이어도 되고 ；
(2) (A) 성분이 노광에 의해 산을 발생하는 성분이어도 되고 ；
(3) (A) 성분이 노광에 의해 산을 발생하는 성분이며, 또한, 추가로 (B) 성분을 함유하는 것이어도 된다.
즉, 상기 (2) 및 (3) 의 경우, (A) 성분은 「노광에 의해 산을 발생하고, 또한, 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 변화하는 기재 성분」 이 된다. (A) 성분이 노광에 의해 산을 발생하고, 또한, 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 변화하는 기재 성분인 경우, 후술하는 (A1) 성분이 노광에 의해 산을 발생하고, 또한, 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 변화하는 고분자 화합물인 것이 바람직하다. 이와 같은 고분자 화합물로서는, 노광에 의해 산을 발생하는 구성 단위를 갖는 수지를 사용할 수 있다. 노광에 의해 산을 발생하는 구성 단위로서는, 공지된 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 레지스트 조성물은 상기 (1) 의 경우인 것이 특히 바람직하다.
＜(A) 성분＞
본 발명에 있어서, 「기재 성분」 이란, 막형성능을 갖는 유기 화합물이며, 바람직하게는 분자량이 500 이상의 유기 화합물이 사용된다. 그 유기 화합물의 분자량이 500 이상임으로써, 막형성능이 향상되고, 더하여, 나노 레벨의 감광성 수지 패턴을 형성하기 쉽다.
기재 성분으로서 사용되는 유기 화합물은 비중합체와 중합체로 대별된다.
비중합체로서는, 통상적으로, 분자량이 500 이상 4000 미만의 것이 사용된다. 이하, 「저분자 화합물」 이라고 하는 경우에는, 분자량이 500 이상 4000 미만의 비중합체를 나타낸다.
중합체로서는, 통상적으로, 분자량이 1000 이상의 것이 사용된다. 이하, 「수지」 라고 하는 경우에는, 분자량이 1000 이상의 중합체를 나타낸다.
중합체의 분자량으로서는, GPC (겔 퍼미에이션 크로마토그래피) 에 의한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량을 사용하는 것으로 한다.
(A) 성분으로서는, 수지를 사용해도 되고, 저분자 화합물을 사용해도 되고, 이들을 병용해도 된다.
(A) 성분은 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 증대하는 것이어도 되고, 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 감소하는 것이어도 된다.
또, 본 발명에 있어서 (A) 성분은 노광에 의해 산을 발생하는 것이어도 된다.
본 발명에 있어서, (A) 성분은 산의 작용에 의해 극성이 증대하는 산분해성기를 포함하는 구성 단위 (이하, 「구성 단위 (a1)」 이라고 하는 경우가 있다.), -SO2- 함유 고리형기를 포함하는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위 (이하, 「구성 단위 (a2)」 라고 하는 경우가 있다.), 극성기 함유 지방족 탄화수소기를 포함하는 구성 단위 (이하, 「구성 단위 (a3)」 이라고 하는 경우가 있다.), 산비해리성 고리형기를 포함하는 구성 단위 (이하, 「구성 단위 (a4)」 라고 하는 경우가 있다.), 락톤 함유 고리형기 또는 카보네이트 함유 고리형기를 포함하는 구성 단위 (이하, 「구성 단위 (a5)」 라고 하는 경우가 있다.), 및 에테르 함유 고리형기를 포함하는 구성 단위 (이하, 「구성 단위 (a13)」 이라고 하는 경우가 있다.) 를 갖는 고분자 화합물 (A1) 을 포함하고 있는 것이 바람직하다.
(구성 단위 (a1))
구성 단위 (a1) 은 산의 작용에 의해 극성이 증대하는 산분해성기를 포함하는 구성 단위이다.
「산분해성기」 는, 산의 작용에 의해, 당해 산분해성기의 구조 중의 적어도 일부의 결합을 개열할 수 있는 산분해성을 갖는 기이다.
산의 작용에 의해 극성이 증대하는 산분해성기로서는, 예를 들어, 산의 작용에 의해 분해되어 극성기를 일으키는 기를 들 수 있다.
극성기로서는, 예를 들어 카르복시기, 수산기, 아미노기, 술포기 (-SO3H) 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 구조 중에 -OH 를 함유하는 극성기 (이하 「OH 함유 극성기」 라고 하는 경우가 있다.) 가 바람직하고, 카르복시기 또는 수산기가 바람직하고, 카르복시기가 특히 바람직하다.
산분해성기로서 보다 구체적으로는, 상기 극성기가 산해리성기로 보호된 기 (예를 들어 OH 함유 극성기의 수소 원자를, 산해리성기로 보호한 기) 를 들 수 있다.
여기서 「산해리성기」 란, (i) 산의 작용에 의해, 당해 산해리성기와 그 산해리성기에 인접하는 원자 사이의 결합을 개열할 수 있는 산해리성을 갖는 기, 또는, (ii) 산의 작용에 의해 일부의 결합이 개열된 후, 추가로 탈탄산 반응이 발생함으로써, 당해 산해리성기와 그 산해리성기에 인접하는 원자 사이의 결합을 개열할 수 있는 기의 쌍방을 말한다.
산분해성기를 구성하는 산해리성기는 당해 산해리성기의 해리에 의해 생성되는 극성기보다 극성이 낮은 기인 것이 필요하고, 이로써, 산의 작용에 의해 그 산해리성기가 해리되었을 때에, 그 산해리성기보다 극성이 높은 극성기가 발생하여 극성이 증대한다. 그 결과, (A1) 성분 전체의 극성이 증대한다. 극성이 증대함으로써, 상대적으로, 현상액에 대한 용해성이 변화하고, 현상액이 유기계 현상액의 경우에는 용해성이 감소한다.
산해리성기로서는, 특별히 한정되지 않고, 지금까지, 화학 증폭형 레지스트용의 베이스 수지의 산해리성기로서 제안되어 있는 것을 사용할 수 있다.
상기 극성기 중, 카르복시기 또는 수산기를 보호하는 산해리성기로서는, 예를 들어, 하기 일반식 (a1-r-1) 로 나타내는 산해리성기 (이하, 편의상 「아세탈형 산해리성기」 라고 하는 경우가 있다) 를 들 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00003
[식 중, Ra'1, Ra'2 는 수소 원자 또는 알킬기, Ra'3 은 탄화수소기, Ra'3 은 Ra'1, Ra'2 중 어느 것과 결합하여 고리를 형성해도 된다.]
식 (a1-r-1) 중, Ra'1, Ra'2 의 알킬기로서는, 상기 α 치환 아크릴산에스테르에 대한 설명에서, α 위치의 탄소 원자에 결합해도 되는 치환기로서 예시한 알킬기와 동일한 것을 들 수 있고, 메틸기 또는 에틸기가 바람직하고, 메틸기가 가장 바람직하다.
Ra'3 의 탄화수소기로서는, 탄소수 1 ∼ 20 의 알킬기가 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 10 의 알킬기가 보다 바람직하고 ； 직사슬형 또는 분기 사슬형의 알킬기가 바람직하고, 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, 1,1-디메틸에틸기, 1,1-디에틸프로필기, 2,2-디메틸프로필기, 2,2,-디메틸부틸기 등을 들 수 있다.
Ra'3 이 고리형의 탄화수소기가 되는 경우, 지방족이거나 방향족이어도 되고, 또 다고리형이어도 되고, 단고리형이어도 된다. 단고리형의 지환식 탄화수소기로서는, 모노시클로알칸으로부터 1 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하다. 그 모노시클로알칸으로서는 탄소수 3 ∼ 8 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 시클로펜탄, 시클로헥산, 시클로옥탄 등을 들 수 있다. 다고리형의 지환식 탄화수소기로서는, 폴리시클로알칸으로부터 1 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하고, 그 폴리시클로알칸으로서는 탄소수 7 ∼ 12 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등을 들 수 있다.
방향족 탄화수소기가 되는 경우, 포함되는 방향 고리로서 구체적으로는, 벤젠, 비페닐, 플루오렌, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌 등의 방향족 탄화수소 고리 ； 상기 방향족 탄화수소 고리를 구성하는 탄소 원자의 일부가 헤테로 원자로 치환된 방향족 복소 고리 등을 들 수 있다. 방향족 복소 고리에 있어서의 헤테로 원자로서는, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등을 들 수 있다.
그 방향족 탄화수소기로서 구체적으로는, 상기 방향족 탄화수소 고리로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기 (아릴기) ； 상기 아릴기의 수소 원자의 하나가 알킬렌기로 치환된 기 (예를 들어, 벤질기, 페네틸기, 1-나프틸메틸기, 2-나프틸메틸기, 1-나프틸에틸기, 2-나프틸에틸기 등의 아릴알킬기) 등을 들 수 있다. 상기 알킬렌기 (아릴알킬기 중의 알킬 사슬) 의 탄소수는 1 ∼ 4 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 2 인 것이 보다 바람직하고, 1 인 것이 특히 바람직하다.
Ra'3 이 Ra'1, Ra'2 중 어느 것과 결합하여 고리를 형성하는 경우, 그 고리형기로서는, 4 ∼ 7 원자 고리가 바람직하고, 4 ∼ 6 원자 고리가 보다 바람직하다. 그 고리형기의 구체예로서는, 테트라하이드로피라닐기, 테트라하이드로푸라닐기 등을 들 수 있다.
상기 극성기 중, 카르복시기를 보호하는 산해리성기로서는, 예를 들어, 하기 일반식 (a1-r-2) 로 나타내는 산해리성기를 들 수 있다 (하기 식 (a1-r-2) 로 나타내는 산해리성기 중, 알킬기에 의해 구성되는 것을, 이하, 편의상 「제 3 급 알킬에스테르형 산해리성기」 라고 하는 경우가 있다).
[화학식 4]
Figure pat00004
[식 중, Ra'4 ∼ Ra'6 은 탄화수소기이며, Ra'5, Ra'6 은 서로 결합하여 고리를 형성해도 된다.]
Ra'4 ∼ Ra'6 의 탄화수소기로서는 상기 Ra'3 과 동일한 것을 들 수 있다. Ra'4 는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기인 것이 바람직하다. Ra'5, Ra'6 이 서로 결합하여 고리를 형성하는 경우, 하기 일반식 (a1-r2-1) 로 나타내는 기를 들 수 있다.
한편, Ra'4 ∼ Ra'6 이 서로 결합하지 않고, 독립된 탄화수소기인 경우, 하기 일반식 (a1-r2-2) 로 나타내는 기를 들 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00005
[식 중, Ra'10 은 탄소수 1 ∼ 10 의 알킬기, Ra'11 은 Ra'10 이 결합된 탄소 원자와 함께 지방족 고리형기를 형성하는 기, Ra'12 ∼ Ra'14 는 각각 독립적으로 탄화수소기를 나타낸다.]
식 (a1-r2-1) 중, Ra'10 의 탄소수 1 ∼ 10 의 알킬기의 알킬기는 식 (a1-r-1) 에 있어서의 Ra'3 의 직사슬형 또는 분기 사슬형의 알킬기로서 예시한 기가 바람직하다. 식 (a1-r2-1) 중, Ra'11 이 구성하는 지방족 고리형기는 식 (a1-r-1) 에 있어서의 Ra'3 의 고리형의 알킬기로서 예시한 기가 바람직하다.
식 (a1-r2-2) 중, Ra'12 및 Ra'14 는 각각 독립적으로 탄소수 1 ∼ 10 의 알킬기인 것이 바람직하고, 그 알킬기는 식 (a1-r-1) 에 있어서의 Ra'3 의 직사슬형 또는 분기 사슬형의 알킬기로서 예시한 기가 보다 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 5 의 직사슬형 알킬기인 것이 더욱 바람직하고, 메틸기 또는 에틸기인 것이 특히 바람직하다.
식 (a1-r2-2) 중, Ra'13 은 식 (a1-r-1) 에 있어서의 Ra'3 의 탄화수소기로서 예시된 직사슬형, 분기 사슬형 또는 고리형의 알킬기인 것이 바람직하다.
이들 중에서도, Ra'3 의 고리형의 알킬기로서 예시된 기인 것이 보다 바람직하다.
상기 식 (a1-r2-1) 의 구체예를 이하에 예시한다. 이하의 식 중, 「*」 는 결합손을 나타낸다.
[화학식 6]
Figure pat00006
상기 식 (a1-r2-2) 의 구체예를 이하에 예시한다.
[화학식 7]
Figure pat00007
또, 상기 극성기 중 수산기를 보호하는 산해리성기로서는, 예를 들어, 하기 일반식 (a1-r-3) 으로 나타내는 산해리성기 (이하, 편의상 「제 3 급 알킬옥시카르보닐 산해리성기」 라고 하는 경우가 있다) 를 들 수 있다.
[화학식 8]
Figure pat00008
[식 중, Ra'7 ∼ Ra'9 는 알킬기를 나타낸다.]
식 (a1-r-3) 중, Ra'7 ∼ Ra'9 는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 1 ∼ 3 이 보다 바람직하다.
또, 각 알킬기의 합계의 탄소수는 3 ∼ 7 인 것이 바람직하고, 3 ∼ 5 인 것이 보다 바람직하고, 3 ∼ 4 인 것이 가장 바람직하다.
구성 단위 (a1) 로서는, α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 되는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위로서, 산의 작용에 의해 극성이 증대하는 산분해성기를 포함하는 구성 단위 ； 하이드록시스티렌 혹은 하이드록시스티렌 유도체로부터 유도되는 구성 단위의 수산기에 있어서의 수소 원자의 적어도 일부가 상기 산분해성기를 포함하는 치환기에 의해 보호된 구성 단위 ； 비닐벤조산 혹은 비닐벤조산 유도체로부터 유도되는 구성 단위의 -C(=O)-OH 에 있어서의 수소 원자의 적어도 일부가 상기 산분해성기를 포함하는 치환기에 의해 보호된 구성 단위 등을 들 수 있다.
구성 단위 (a1) 로서는, 상기 중에서도, α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 되는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위가 바람직하다.
구성 단위 (a1) 로서, 하기 일반식 (a1-1) 또는 (a1-2) 로 나타내는 구성 단위가 바람직하다.
[화학식 9]
Figure pat00009
[식 중, R 은 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기이다. Va1 은 에테르 결합, 우레탄 결합, 또는 아미드 결합을 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기이며, na1 은 0 ∼ 2 이다.
Ra1 은 상기 식 (a1-r-1) ∼ (a1-r-2) 로 나타내는 산해리성기이다.
Wa1 은 na2 ＋ 1 가의 탄화수소기이며, na2 는 1 ∼ 3 이며, Ra2 는 상기 식 (a1-r-1) 또는 (a1-r-3) 으로 나타내는 산해리성기이다.]
상기 일반식 (a1-1) 중, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기는 탄소수 1 ∼ 5 의 직사슬형 또는 분기 사슬형의 알킬기가 바람직하고, 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기 등을 들 수 있다. 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기는 상기 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 할로겐 원자로 치환된 기이다. 그 할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 특히 불소 원자가 바람직하다.
R 로서는, 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 알킬기가 바람직하고, 공업 상의 입수의 용이함에서, 수소 원자 또는 메틸기가 가장 바람직하다.
Va1 의 탄화수소기는 지방족 탄화수소기이어도 되고, 방향족 탄화수소기이어도 된다. 지방족 탄화수소기는 방향족성을 가지지 않는 탄화수소기를 의미한다. Va1 에 있어서의 2 가의 탄화수소기로서의 지방족 탄화수소기는 포화이어도 되고, 불포화이어도 되고, 통상적으로는 포화인 것이 바람직하다.
그 지방족 탄화수소기로서, 보다 구체적으로는, 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기, 구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기 등을 들 수 있다.
또 Va1 로서는 상기 2 가의 탄화수소기가 에테르 결합, 우레탄 결합, 또는 아미드 결합을 개재하여 결합한 것을 들 수 있다.
상기 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기는 탄소수가 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 6 이 보다 바람직하고, 1 ∼ 4 가 더욱 바람직하고, 1 ∼ 3 이 가장 바람직하다.
직사슬형의 지방족 탄화수소기로서는, 직사슬형의 알킬렌기가 바람직하고, 구체적으로는, 메틸렌기[-CH2-], 에틸렌기[-(CH2)2-], 트리메틸렌기[-(CH2)3-], 테트라메틸렌기[-(CH2)4-], 펜타메틸렌기[-(CH2)5-] 등을 들 수 있다.
분기 사슬형의 지방족 탄화수소기로서는, 분기 사슬형의 알킬렌기가 바람직하고, 구체적으로는, -CH(CH3)-, -CH(CH2CH3)-, -C(CH3)2-, -C(CH3)(CH2CH3)-, -C(CH3)(CH2CH2CH3)-, -C(CH2CH3)2- 등의 알킬메틸렌기 ； -CH(CH3)CH2-, -CH(CH3)CH(CH3)-, -C(CH3)2CH2-, -CH(CH2CH3)CH2-, -C(CH2CH3)2-CH2- 등의 알킬에틸렌기 ； -CH(CH3)CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2- 등의 알킬트리메틸렌기 ； -CH(CH3)CH2CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2CH2- 등의 알킬테트라메틸렌기 등의 알킬알킬렌기 등을 들 수 있다. 알킬알킬렌기에 있어서의 알킬기로서는, 탄소수 1 ∼ 5 의 직사슬형의 알킬기가 바람직하다.
상기 구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기로서는, 지환식 탄화수소기 (지방족 탄화수소 고리로부터 수소 원자를 2 개 제거한 기), 지환식 탄화수소기가 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기의 말단에 결합한 기, 지환식 탄화수소기가 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기의 도중에 개재되는 기 등을 들 수 있다. 상기 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기로서는 상기와 동일한 것을 들 수 있다.
상기 지환식 탄화수소기는 탄소수가 3 ∼ 20 인 것이 바람직하고, 3 ∼ 12 인 것이 보다 바람직하다.
상기 지환식 탄화수소기는 다고리형이어도 되고, 단고리형이어도 된다. 단고리형의 지환식 탄화수소기로서는, 모노시클로알칸으로부터 2 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하다. 그 모노시클로알칸으로서는 탄소수 3 ∼ 6 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 시클로펜탄, 시클로헥산 등을 들 수 있다. 다고리형의 지환식 탄화수소기로서는, 폴리시클로알칸으로부터 2 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하고, 그 폴리시클로알칸으로서는 탄소수 7 ∼ 12 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등을 들 수 있다.
방향족 탄화수소기는 방향 고리를 갖는 탄화수소기이다.
상기 Va1 에 있어서의 2 가의 탄화수소기로서의 방향족 탄화수소기는 탄소수가 3 ∼ 30 인 것이 바람직하고, 5 ∼ 30 인 것이 보다 바람직하고, 5 ∼ 20 이 더욱 바람직하고, 6 ∼ 15 가 특히 바람직하고, 6 ∼ 10 이 가장 바람직하다. 단, 그 탄소수에는, 치환기에 있어서의 탄소수를 포함하지 않는 것으로 한다.
방향족 탄화수소기가 갖는 방향 고리로서 구체적으로는, 벤젠, 비페닐, 플루오렌, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌 등의 방향족 탄화수소 고리 ； 상기 방향족 탄화수소 고리를 구성하는 탄소 원자의 일부가 헤테로 원자로 치환된 방향족 복소 고리 등을 들 수 있다. 방향족 복소 고리에 있어서의 헤테로 원자로서는, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등을 들 수 있다.
그 방향족 탄화수소기로서 구체적으로는, 상기 방향족 탄화수소 고리로부터 수소 원자를 2 개 제거한 기 (아릴렌기) ； 상기 방향족 탄화수소 고리로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기 (아릴기) 의 수소 원자의 하나가 알킬렌기로 치환된 기 (예를 들어, 벤질기, 페네틸기, 1-나프틸메틸기, 2-나프틸메틸기, 1-나프틸에틸기, 2-나프틸에틸기 등의 아릴알킬기에 있어서의 아릴기로부터 수소 원자를 추가로 1 개 제거한 기) 등을 들 수 있다. 상기 알킬렌기 (아릴알킬기 중의 알킬 사슬) 의 탄소수는 1 ∼ 4 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 2 인 것이 보다 바람직하고, 1 인 것이 특히 바람직하다.
상기 식 (a1-2) 중, Wa1 에 있어서의 na2 ＋ 1 가의 탄화수소기는 지방족 탄화수소기이어도 되고, 방향족 탄화수소기이어도 된다. 그 지방족 탄화수소기는 방향족성을 가지지 않는 탄화수소기를 의미하고, 포화이어도 되고, 불포화이어도 되고, 통상적으로는 포화인 것이 바람직하다. 상기 지방족 탄화수소기로서는, 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기, 구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기, 혹은 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기와 구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기를 조합한 기를 들 수 있고, 구체적으로는, 상기 서술한 식 (a1-1) 의 Va1 과 동일한 기를 들 수 있다.
상기 na2 ＋ 1 가는 2 ∼ 4 가가 바람직하고, 2 또는 3 가가 보다 바람직하다.
상기 식 (a1-2) 로서는, 특히, 하기 일반식 (a1-2-01) 로 나타내는 구성 단위가 바람직하다.
[화학식 10]
Figure pat00010
식 (a1-2-01) 중, Ra2 는 상기 식 (a1-r-1) 또는 (a1-r-3) 으로 나타내는 산해리성기이다. na2 는 1 ∼ 3 의 정수이며, 1 또는 2 인 것이 바람직하고, 1 인 것이 보다 바람직하다. c 는 0 ∼ 3 의 정수이며, 0 또는 1 인 것이 바람직하고, 1 인 것이 보다 바람직하다. R 은 상기와 동일하다.
이하에 상기 식 (a1-1), (a1-2) 의 구체예를 나타낸다. 이하의 각 식 중, Rα 는 수소 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기를 나타낸다.
[화학식 11]
Figure pat00011
[화학식 12]
Figure pat00012
[화학식 13]
Figure pat00013
[화학식 14]
Figure pat00014
[화학식 15]
Figure pat00015
(A) 성분 중의 구성 단위 (a1) 의 비율은, (A) 성분을 구성하는 전체 구성 단위에 대해, 20 ∼ 80 몰％ 가 바람직하고, 20 ∼ 75 몰％ 가 보다 바람직하고, 25 ∼ 70 몰％ 가 더욱 바람직하다. 하한치 이상으로 함으로써, 감도, 해상성, LWR 등의 리소그래피 특성도 향상된다. 또, 상한치 이하로 함으로써 다른 구성 단위와의 밸런스를 취할 수 있다.
(구성 단위 (a2))
구성 단위 (a2) 는 -SO2- 함유 고리형기를 포함하는 구성 단위이다.
구성 단위 (a2) 의 -SO2- 함유 고리형기는, (A1) 성분을 레지스트막의 형성에 사용한 경우에, 레지스트막의 기판에 대한 밀착성을 높이는데 유효한 것이다.
본 발명에 있어서, (A1) 성분은 구성 단위 (a2) 를 가지고 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 구성 단위 (a1) 이 그 구조 중에 -SO2- 함유 고리형 기를 포함하는 것인 경우, 그 구성 단위는 구성 단위 (a2) 에도 해당하지만, 이와 같은 구성 단위는 구성 단위 (a1) 에 해당하고, 구성 단위 (a2) 에는 해당하지 않는 것으로 한다.
구성 단위 (a2) 는 하기 일반식 (a2-1) 로 나타내는 구성 단위인 것이 바람직하다.
[화학식 16]
Figure pat00016
[식 중, R 은 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기이며, Ya21 은 단결합 또는 2 가의 연결기이며, La21 은 -O-, -COO-, -CON(R')-, -OCO-, -CONHCO- 또는 -CONHCS- 이며, R' 는 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다. 단 La21 이 -O- 인 경우, Ya21 은 -CO- 는 되지 않는다. Ra21 은 -SO2- 함유 고리형기이다.]
Ya21 의 2 가의 연결기로서는 특별히 한정되지 않지만, 치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기, 헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기 등을 바람직한 것으로서 들 수 있다.
(치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기)
2 가의 연결기로서의 탄화수소기는 지방족 탄화수소기이어도 되고, 방향족 탄화수소기이어도 된다.
지방족 탄화수소기는 방향족성을 가지지 않는 탄화수소기를 의미한다. 그 지방족 탄화수소기는 포화이어도 되고, 불포화이어도 되고, 통상적으로는 포화인 것이 바람직하다.
상기 지방족 탄화수소기로서는, 직사슬형 혹은 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기 또는 구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기 등을 들 수 있고, 구체적으로는, 상기 서술한 식 (a1-1) 에 있어서의 Va1 에서 예시한 기를 들 수 있다.
상기 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기는 치환기를 가지고 있어도 되고, 가지지 않아도 된다. 그 치환기로서는, 불소 원자, 불소 원자로 치환된 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 알킬기, 카르보닐기 등을 들 수 있다.
상기 구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기로서는, 고리 구조 중에 헤테로 원자를 포함하는 치환기를 포함해도 되는 고리형의 지방족 탄화수소기 (지방족 탄화수소 고리로부터 수소 원자를 2 개 제거한 기), 상기 고리형의 지방족 탄화수소기가 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기의 말단에 결합한 기, 상기 고리형의 지방족 탄화수소기가 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기의 도중에 개재되는 기 등을 들 수 있다. 상기 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기로서는 상기와 동일한 것을 들 수 있다.
고리형의 지방족 탄화수소기는 탄소수가 3 ∼ 20 인 것이 바람직하고, 3 ∼ 12 인 것이 보다 바람직하다.
고리형의 지방족 탄화수소기로서는, 구체적으로는, 상기 서술한 식 (a1-1) 에 있어서의 Va1 에서 예시한 기를 들 수 있다.
고리형의 지방족 탄화수소기는 치환기를 가지고 있어도 되고, 가지지 않아도 된다. 그 치환기로서는, 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, 카르보닐기 등을 들 수 있다.
상기 치환기로서의 알킬기로서는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기인 것이 가장 바람직하다.
상기 치환기로서의 알콕시기로서는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, iso-프로폭시기, n-부톡시기, tert-부톡시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기가 가장 바람직하다.
상기 치환기로서의 할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 불소 원자가 바람직하다.
상기 치환기로서의 할로겐화 알킬기로서는, 상기 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 상기 할로겐 원자로 치환된 기를 들 수 있다.
고리형의 지방족 탄화수소기는 그 고리 구조를 구성하는 탄소 원자의 일부가 헤테로 원자를 포함하는 치환기로 치환되어도 된다. 그 헤테로 원자를 포함하는 치환기로서는, -O-, -C(=O)-O-, -S-, -S(=O)2-, -S(=O)2-O- 가 바람직하다.
2 가의 탄화수소기로서의 방향족 탄화수소기로서는, 구체적으로는, 상기 서술한 식 (a1-1) 에 있어서의 Va1 에서 예시된 기를 들 수 있다.
상기 방향족 탄화수소기는 당해 방향족 탄화수소기가 갖는 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 된다. 예를 들어 당해 방향족 탄화수소기 중의 방향 고리에 결합된 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 된다. 그 치환기로서는, 예를 들어, 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기 등을 들 수 있다.
상기 치환기로서의 알킬기로서는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기인 것이 가장 바람직하다.
상기 치환기로서의 알콕시기, 할로겐 원자 및 할로겐화 알킬기로서는, 상기 고리형의 지방족 탄화수소기가 갖는 수소 원자를 치환하는 치환기로서 예시한 것을 들 수 있다.
(헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기)
헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기에 있어서의 헤테로 원자란, 탄소 원자 및 수소 원자 이외의 원자이며, 예를 들어 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 할로겐 원자 등을 들 수 있다.
Ya21 이 헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기인 경우, 그 연결기로서 바람직한 것으로서, -O-, -C(=O)-O-, -C(=O)-, -O-C(=O)-O-, -C(=O)-NH-, -NH-, -NH-C(=NH)- (H 는 알킬기, 아실기 등의 치환기로 치환되어 있어도 된다.), -S-, -S(=O)2-, -S(=O)2-O-, 일반식 -Y21-O-Y22-, -Y21-O-, -Y21-C(=O)-O-, -C(=O)-O-Y21, [Y21-C(=O)-O]m'-Y22- 또는 -Y21-O-C(=O)-Y22- 로 나타내는 기 [식 중, Y21 및 Y22 는 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기이며, O 는 산소 원자이며, m' 는 0 ∼ 3 의 정수이다.] 등을 들 수 있다.
상기 헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기가 -C(=O)-NH-, -NH-, -NH-C(=NH)- 의 경우, 그 H 는 알킬기, 아실 등의 치환기로 치환되어 있어도 된다. 그 치환기 (알킬기, 아실기 등) 는 탄소수가 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 8 인 것이 더욱 바람직하고, 1 ∼ 5 인 것이 특히 바람직하다.
식 -Y21-O-Y22-, -Y21-O-, -Y21-C(=O)-O-, -C(=O)-O-Y21, -[Y21-C(=O)-O]m'-Y22- 또는 -Y21-O-C(=O)-Y22- 중, Y21 및 Y22 는 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기이다. 그 2 가의 탄화수소기로서는, 상기 2 가의 연결기로서의 설명에서 예시한 「치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기」 와 동일한 것을 들 수 있다.
Y21 로서는, 직사슬형의 지방족 탄화수소기가 바람직하고, 직사슬형의 알킬렌기가 보다 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 5 의 직사슬형의 알킬렌기가 더욱 바람직하고, 메틸렌기 또는 에틸렌기가 특히 바람직하다.
Y22 로서는, 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기가 바람직하고, 메틸렌기, 에틸렌기 또는 알킬메틸렌기가 보다 바람직하다. 그 알킬메틸렌기에 있어서의 알킬기는 탄소수 1 ∼ 5 의 직사슬형의 알킬기가 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 3 의 직사슬형의 알킬기가 바람직하고, 메틸기가 가장 바람직하다.
식 -[Y21-C(=O)-O]m'-Y22- 로 나타내는 기에 있어서, m' 는 0 ∼ 3 의 정수이며, 0 ∼ 2 의 정수인 것이 바람직하고, 0 또는 1 이 보다 바람직하고, 1 이 특히 바람직하다. 요컨대, 식 -[Y21-C(=O)-O]m'-Y22- 로 나타내는 기로서는, 식 -Y21-C(=O)-O-Y22- 로 나타내는 기가 특히 바람직하다. 그 중에서도, 식 -(CH2)a'-C(=O)-O-(CH2)b'- 로 나타내는 기가 바람직하다. 그 식 중, a' 는 1 ∼ 10 의 정수이며, 1 ∼ 8 의 정수가 바람직하고, 1 ∼ 5 의 정수가 보다 바람직하고, 1 또는 2 가 더욱 바람직하고, 1 이 가장 바람직하다. b' 는 1 ∼ 10 의 정수이며, 1 ∼ 8 의 정수가 바람직하고, 1 ∼ 5 의 정수가 보다 바람직하고, 1 또는 2 가 더욱 바람직하고, 1 이 가장 바람직하다.
본 발명에 있어서, Ya21 로서는, 단결합, 또는 에스테르 결합[-C(=O)-O-], 에테르 결합 (-O-), 직사슬형 혹은 분기 사슬형의 알킬렌기 혹은 이들의 조합인 것이 바람직하다.
상기 식 (a2-1) 중, Ra21 은 -SO2- 함유 고리형기이다.
「-SO2- 함유 고리형기」 란, 그 고리 골격 중에 -SO2- 를 포함하는 고리를 함유하는 고리형기를 나타내고, 구체적으로는, -SO2- 에 있어서의 황 원자 (S) 가 고리형기의 고리 골격의 일부를 형성하는 고리형기이다. 그 고리 골격 중에 -SO2- 를 포함하는 고리를 첫 번째의 고리로서 세고, 그 고리만의 경우에는 단고리형기, 추가로 다른 고리 구조를 갖는 경우에는, 그 구조에 상관없이 다고리형기라고 칭한다. -SO2- 함유 고리형기는 단고리형이어도 되고, 다고리형이어도 된다.
R1 에 있어서의 고리형의 탄화수소기로서의 -SO2- 함유 고리형기는, 특히, 그 고리 골격 중에 -O-SO2- 를 포함하는 고리형기, 즉 -O-SO2- 중의 -O-S- 가 고리 골격의 일부를 형성하는 술톤 (sultone) 고리를 함유하는 고리형기인 것이 바람직하다. -SO2- 함유 고리형기로서, 보다 구체적으로는, 하기 일반식 (a5-r-1) ∼ (a5-r-4) 로 나타내는 기를 들 수 있다.
[화학식 17]
Figure pat00017
[식 중, Ra'51 은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, -COOR'', -OC(=O)R'', 하이드록시알킬기 또는 시아노기이며 ； R'' 는 수소 원자 또는 알킬기이며 ； A'' 는 산소 원자 혹은 황 원자를 함유하고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기, 산소 원자 또는 황 원자이며, n' 는 0 ∼ 2 의 정수이다.]
상기 일반식 (a5-r-1) ∼ (a5-r-4) 중, A'' 는 상기 일반식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 중의 A'' 와 동일하다. Ra'51 에 있어서의 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, -COOR'', -OC(=O)R'', 하이드록시알킬기로서는, 상기 일반식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 중의 Ra'21 과 동일하다.
하기에 일반식 (a5-r-1) ∼ (a5-r-4) 로 나타내는 기의 구체예를 든다. 식 중의 「Ac」 는 아세틸기를 나타낸다.
[화학식 18]
Figure pat00018
[화학식 19]
Figure pat00019
[화학식 20]
Figure pat00020
-SO2- 함유 고리형기로서는, 상기 중에서도, 상기 일반식 (a5-r-1) 로 나타내는 기가 바람직하고, 상기 화학식 (r-sl-1-1), (r-sl-1-18), (r-sl-3-1) 및 (r-sl-4-1) 중 어느 것으로 나타내는 기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 사용하는 것이 보다 바람직하고, 상기 화학식 (r-sl-1-1) 로 나타내는 기가 가장 바람직하다.
(A1) 성분이 갖는 구성 단위 (a2) 는 1 종이거나 2 종 이상이어도 된다.
(A1) 성분이 구성 단위 (a2) 를 갖는 경우, 구성 단위 (a2) 의 비율은, 당해 (A1) 성분을 구성하는 전체 구성 단위의 합계에 대해, 1 ∼ 80 몰％ 인 것이 바람직하고, 5 ∼ 70 몰％ 인 것이 보다 바람직하고, 10 ∼ 65 몰％ 인 것이 더욱 바람직하고, 10 ∼ 60 몰％ 가 특히 바람직하다. 하한치 이상으로 함으로써 구성 단위 (a2) 를 함유시키는 것에 의한 효과가 충분히 얻어지고, 상한치 이하로 함으로써 다른 구성 단위와의 밸런스를 취할 수 있어 여러 가지의 리소그래피 특성 및 패턴 형상이 양호해진다.
(구성 단위 (a3))
구성 단위 (a3) 은 극성기 함유 지방족 탄화수소기를 포함하는 구성 단위 (단, 상기 서술한 구성 단위 (a1), (a2) 에 해당하는 것을 제외한다) 이다.
(A1) 성분이 구성 단위 (a3) 을 가짐으로써, (A) 성분의 친수성이 높아져, 해상성의 향상에 기여한다고 생각된다.
극성기로서는, 수산기, 시아노기, 카르복시기, 알킬기의 수소 원자의 일부가 불소 원자로 치환된 하이드록시알킬기 등을 들 수 있고, 특히 수산기가 바람직하다.
지방족 탄화수소기로서는, 탄소수 1 ∼ 10 의 직사슬형 또는 분기 사슬형의 탄화수소기 (바람직하게는 알킬렌기) 나, 고리형의 지방족 탄화수소기 (고리형기) 를 들 수 있다. 그 고리형기로서는, 단고리형기거나 다고리형기이어도 되고, 예를 들어 ArF 엑시머 레이저용 레지스트 조성물용의 수지에 있어서, 다수 제안되어 있는 것 중에서 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 그 고리형기로서는 다고리형기인 것이 바람직하고, 탄소수는 7 ∼ 30 인 것이 보다 바람직하다.
그 중에서도, 수산기, 시아노기, 카르복시기, 또는 알킬기의 수소 원자의 일부가 불소 원자로 치환된 하이드록시알킬기를 함유하는 지방족 다고리형기를 포함하는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위가 보다 바람직하다. 그 다고리형기로서는, 비시클로알칸, 트리시클로알칸, 테트라시클로알칸 등에서 2 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 예시할 수 있다. 구체적으로는, 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등의 폴리시클로알칸으로부터 2 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 들 수 있다. 이들의 다고리형기 중에서도, 아다만탄으로부터 2 개 이상의 수소 원자를 제거한 기, 노르보르난으로부터 2 개 이상의 수소 원자를 제거한 기, 테트라시클로도데칸으로부터 2 개 이상의 수소 원자를 제거한 기가 공업 상 바람직하다.
구성 단위 (a3) 으로서는, 극성기 함유 지방족 탄화수소기를 포함하는 것이면 특별히 한정되는 일 없이 임의의 것이 사용 가능하다.
구성 단위 (a3) 으로서는, α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 되는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위로서 극성기 함유 지방족 탄화수소기를 포함하는 구성 단위가 바람직하다.
구성 단위 (a3) 으로서는, 극성기 함유 지방족 탄화수소기에 있어서의 탄화수소기가 탄소수 1 ∼ 10 의 직사슬형 또는 분기 사슬형의 탄화수소기일 때에는, 아크릴산의 하이드록시에틸에스테르로부터 유도되는 구성 단위가 바람직하고, 그 탄화수소기가 다고리형기일 때에는, 하기의 식 (a3-1) 로 나타내는 구성 단위, 식 (a3-2) 로 나타내는 구성 단위, 식 (a3-3) 으로 나타내는 구성 단위를 바람직한 것으로서 들 수 있다.
[화학식 21]
Figure pat00021
[식 중, R 은 상기와 동일하고, j 는 1 ∼ 3 의 정수이며, k 는 1 ∼ 3 의 정수이며, t' 는 1 ∼ 3 의 정수이며, l 은 1 ∼ 5 의 정수이며, s 는 1 ∼ 3 의 정수이다.]
식 (a3-1) 중, j 는 1 또는 2 인 것이 바람직하고, 1 인 것이 더욱 바람직하다. j 가 2 인 경우, 수산기가 아다만틸기의 3 위치와 5 위치에 결합되어 있는 것이 바람직하다. j 가 1 인 경우, 수산기가, 아다만틸기의 3 위치에 결합되어 있는 것이 바람직하다.
j 는 1 인 것이 바람직하고, 특히, 수산기가 아다만틸기의 3 위치에 결합되어 있는 것이 바람직하다.
식 (a3-2) 중, k 는 1 인 것이 바람직하다. 시아노기는 노르보르닐기의 5 위치 또는 6 위치에 결합되어 있는 것이 바람직하다.
식 (a3-3) 중, t' 는 1 인 것이 바람직하다. l 은 1 인 것이 바람직하다. s 는 1 인 것이 바람직하다. 이들은, 아크릴산의 카르복시기의 말단에, 2-노르보르닐기 또는 3-노르보르닐기가 결합되어 있는 것이 바람직하다. 불소화 알킬알코올은 노르보르닐기의 5 또는 6 위치에 결합되어 있는 것이 바람직하다.
(A1) 성분이 함유하는 구성 단위 (a3) 은 1 종이어도 되고 2 종 이상이어도 된다.
(A1) 성분 중, 구성 단위 (a3) 의 비율은, 당해 수지 성분 (A1) 을 구성하는 전체 구성 단위의 합계에 대해, 5 ∼ 50 몰％ 인 것이 바람직하고, 5 ∼ 40 몰％ 가 보다 바람직하고, 5 ∼ 25 몰％ 가 더욱 바람직하다.
구성 단위 (a3) 의 비율을 하한치 이상으로 함으로써, 구성 단위 (a3) 을 함유시키는 것에 의한 효과가 충분히 얻어지고, 상한치 이하로 함으로써, 다른 구성 단위와의 밸런스를 취하기 쉬워진다.
(구성 단위 (a4))
구성 단위 (a4) 는 산비해리성 고리형기를 포함하는 구성 단위이다. (A1) 성분이 구성 단위 (a4) 를 가짐으로써, 형성되는 레지스트 패턴의 드라이 에칭 내성이 향상된다. 또, (A1) 성분의 소수성이 높아진다. 소수성의 향상은, 특히 유기 용제 현상의 경우에, 해상성, 레지스트 패턴 형상 등의 향상에 기여한다고 생각된다.
구성 단위 (a4) 에 있어서의 「산비해리성 고리형기」 는, 노광에 의해 후술하는 (B) 성분으로부터 산이 발생했을 때에, 그 산이 작용해도 해리되는 일 없이 그대로 당해 구성 단위 중에 남는 고리형기이다.
구성 단위 (a4) 로서는, 예를 들어 산비해리성의 지방족 고리형기를 포함하는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위 등이 바람직하다. 그 고리형기는, 예를 들어, 상기의 구성 단위 (a1) 의 경우에 예시한 것과 동일한 것을 예시할 수 있고, ArF 엑시머 레이저용, KrF 엑시머 레이저용 (바람직하게는 ArF 엑시머 레이저용) 등의 레지스트 조성물의 수지 성분에 사용되는 것으로서 종래부터 알려져 있는 다수의 것이 사용 가능하다.
특히 트리시클로데실기, 아다만틸기, 테트라시클로도데실기, 이소보르닐기, 노르보르닐기로부터 선택되는 적어도 1 종이면, 공업 상 입수하기 쉬운 등의 점에서 바람직하다. 이들의 다고리형기는 탄소수 1 ∼ 5 의 직사슬형 또는 분기 사슬형의 알킬기를 치환기로서 가지고 있어도 된다.
구성 단위 (a4) 로서 구체적으로는, 하기 일반식 (a4-1) ∼ (a4-7) 의 구조의 것을 예시할 수 있다.
[화학식 22]
Figure pat00022
[식 중, Rα 는 수소 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기를 나타낸다.]
(A1) 성분이 함유하는 구성 단위 (a4) 는 1 종이어도 되고 2 종 이상이어도 된다.
구성 단위 (a4) 를 (A1) 성분에 함유시킬 때, 구성 단위 (a4) 의 비율은, (A1) 성분을 구성하는 전체 구성 단위의 합계에 대해, 1 ∼ 30 몰％ 인 것이 바람직하고, 10 ∼ 20 몰％ 인 것이 보다 바람직하다.
(구성 단위 (a5))
구성 단위 (a5) 는 락톤 함유 고리형기 또는 카보네이트 함유 고리형기를 포함하는 구성 단위이다.
구성 단위 (a5) 의 락톤 함유 고리형기 또는 카보네이트 함유 고리형기는, (A1) 성분을 레지스트막의 형성에 사용한 경우에, 레지스트막의 기판에 대한 밀착성을 높이는데 유효한 것이다.
또한, 상기 구성 단위 (a1) 이 그 구조 중에 락톤 함유 고리형기 또는 카보네이트 함유 고리형기를 포함하는 것인 경우, 그 구성 단위는 구성 단위 (a5) 에도 해당하지만, 이와 같은 구성 단위는 구성 단위 (a1) 에 해당하고, 구성 단위 (a5) 에는 해당하지 않는 것으로 한다.
구성 단위 (a5) 는 상기 식 (a2-1) 중의 Ra21 이 락톤 함유 고리형기 또는 카보네이트 함유 고리형기인 구성 단위인 것이 바람직하다.
「락톤 함유 고리형기」 란, 그 고리 골격 중에 -O-C(=O)- 를 포함하는 고리 (락톤 고리) 를 함유하는 고리형기를 나타낸다. 락톤 고리를 첫 번째의 고리로서 세고, 락톤 고리만의 경우에는 단고리형기, 추가로 다른 고리 구조를 갖는 경우에는, 그 구조에 상관없이 다고리형기라고 칭한다. 락톤 함유 고리형기는 단고리형기이어도 되고, 다고리형기이어도 된다.
R1 에 있어서의 고리형의 탄화수소기로서의 락톤 함유 고리형기로서는, 특별히 한정되는 일 없이 임의의 것이 사용 가능하다. 구체적으로는, 하기 일반식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 로 나타내는 기를 들 수 있다. 이하, 「*」 는 결합손을 나타낸다.
[화학식 23]
Figure pat00023
[식 중, Ra'21 은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, -COOR'', -OC(=O)R'', 하이드록시알킬기 또는 시아노기이며 ； R'' 는 수소 원자 또는 알킬기이며 ； A'' 는 산소 원자 혹은 황 원자를 함유하고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기, 산소 원자 또는 황 원자이며, n' 는 0 ∼ 2 의 정수이며, m' 는 0 또는 1 이다.]
상기 일반식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 중, A'' 는 산소 원자 (-O-) 혹은 황 원자 (-S-) 를 함유하고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기, 산소 원자 또는 황 원자이다. A'' 에 있어서의 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기로서는, 직사슬형 또는 분기 사슬형의 알킬렌기가 바람직하고, 메틸렌기, 에틸렌기, n-프로필렌기, 이소프로필렌기 등을 들 수 있다. 그 알킬렌기가 산소 원자 또는 황 원자를 함유하는 경우, 그 구체예로서는, 상기 알킬렌기의 말단 또는 탄소 원자간에 -O- 또는 -S- 가 개재되는 기를 들 수 있고, 예를 들어 -O-CH2-, -CH2-O-CH2-, -S-CH2-, -CH2-S-CH2- 등을 들 수 있다. A'' 로서는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기 또는 -O- 가 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기가 보다 바람직하고, 메틸렌기가 가장 바람직하다. Ra'21 은 각각 독립적으로 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, -COOR'', -OC(=O)R'', 하이드록시알킬기 또는 시아노기이다.
Ra'21 에 있어서의 알킬기로서는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하다. Ra'21 에 있어서의 알콕시기로서는, 탄소수 1 ∼ 6 의 알콕시기가 바람직하다.
그 알콕시기는 직사슬형 또는 분기 사슬형인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 Ra'21 에 있어서의 알킬기로서 예시한 알킬기와 산소 원자 (-O-) 가 연결된 기를 들 수 있다.
Ra'21 에 있어서의 할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 불소 원자가 바람직하다.
Ra'21 에 있어서의 할로겐화 알킬기로서는, 상기 Ra'21 에 있어서의 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 상기 할로겐 원자로 치환된 기를 들 수 있다. 그 할로겐화 알킬기로서는, 불소화 알킬기가 바람직하고, 특히 퍼플루오로알킬기가 바람직하다.
하기에 일반식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 로 나타내는 기의 구체예를 든다.
[화학식 24]
Figure pat00024
「카보네이트 함유 고리형기」 란, 그 고리 골격 중에 -O-C(=O)-O- 를 포함하는 고리 (카보네이트 고리) 를 함유하는 고리형기를 나타낸다. 카보네이트 고리를 첫 번째의 고리로서 세고, 카보네이트 고리만의 경우에는 단고리형기, 추가로 다른 고리 구조를 갖는 경우에는, 그 구조에 상관없이 다고리형기라고 칭한다. 카보네이트 함유 고리형기는 단고리형기이어도 되고, 다고리형기이어도 된다.
R1 에 있어서의 고리형의 탄화수소기로서의 카보네이트 고리 함유 고리형기로서는, 특별히 한정되는 일 없이 임의의 것이 사용 가능하다. 구체적으로는, 하기 일반식 (ax3-r-1) ∼ (ax3-r-3) 으로 나타내는 기를 들 수 있다.
[화학식 25]
Figure pat00025
[식 중, Ra'x31 은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, -COOR'', -OC(=O)R'', 하이드록시알킬기 또는 시아노기이며 ； R'' 는 수소 원자 또는 알킬기이며 ； A'' 는 산소 원자 혹은 황 원자를 함유하고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기, 산소 원자 또는 황 원자이며 q' 는 0 또는 1 이다.]
상기 일반식 (ax3-r-1) ∼ (ax3-r-3) 중의 A'' 는 상기 일반식 (a2-r-1) 중의 A'' 와 동일하다.
Ra'31 에 있어서의 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, -COOR'', -OC(=O)R'', 하이드록시알킬기로서는, 각각 상기 일반식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 중의 Ra'21 의 설명에서 예시한 것과 동일한 것을 들 수 있다.
하기에 일반식 (ax3-r-1) ∼ (ax3-r-3) 으로 나타내는 기의 구체예를 든다.
[화학식 26]
Figure pat00026
상기 중에서도, 락톤 함유 고리형기로서는, 상기 일반식 (a2-r-1) 또는 (a2-r-2) 로 나타내는 기가 바람직하고, 상기 화학식 (r-lc-1-1) 의 기가 보다 바람직하다.
(A1) 성분이 갖는 구성 단위 (a5) 는 1 종이거나 2 종 이상이어도 된다.
(A1) 성분이 구성 단위 (a5) 를 갖는 경우, 구성 단위 (a5) 의 비율은, 당해 (A1) 성분을 구성하는 전체 구성 단위의 합계에 대해, 1 ∼ 80 몰％ 인 것이 바람직하고, 5 ∼ 70 몰％ 인 것이 보다 바람직하고, 10 ∼ 65 몰％ 인 것이 더욱 바람직하고, 10 ∼ 60 몰％ 가 특히 바람직하다. 하한치 이상으로 함으로써 구성 단위 (a5) 를 함유시키는 것에 의한 효과가 충분히 얻어지고, 상한치 이하로 함으로써 다른 구성 단위와의 밸런스를 취할 수 있어 DOF, CDU 등의 여러 가지의 리소그래피 특성 및 패턴 형상이 양호해진다.
(구성 단위 (a13))
구성 단위 (a13) 은 에테르 함유 고리형기를 포함하는 구성 단위이다. 구성 단위 (a13) 으로서는, 하기 일반식 (a13-1) ∼ (a13-3) 중 어느 것으로 나타내는 구성 단위를 들 수 있다.
[화학식 27]
Figure pat00027
[식 중, R 은 상기와 동일하며, X 는 단결합 또는 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬렌기이며, n 은 1 ∼ 5 이며, Rm 은 수소 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기이며, n' 는 0 ∼ 2 이며, n'' 는 0 ∼ 2 이다.]
상기 식 (a13-1) ∼ (a13-3) 으로 나타내는 것 중, 바람직한 구체예를 이하에 나타낸다.
[화학식 28]
Figure pat00028
[식 중, R 은 상기와 동일하다.]
(A1) 성분이 갖는 구성 단위 (a13) 은 1 종이거나 2 종 이상이어도 된다.
(A1) 성분이 구성 단위 (a13) 을 갖는 경우, 구성 단위 (a13) 의 비율은, 당해 (A1) 성분을 구성하는 전체 구성 단위의 합계에 대해, 1 ∼ 80 몰％ 인 것이 바람직하고, 5 ∼ 70 몰％ 인 것이 보다 바람직하고, 10 ∼ 65 몰％ 인 것이 더욱 바람직하고, 10 ∼ 60 몰％ 가 특히 바람직하다. 하한치 이상으로 함으로써 구성 단위 (a13) 을 함유시키는 것에 의한 효과가 충분히 얻어지고, 상한치 이하로 함으로써 다른 구성 단위와의 밸런스를 취할 수 있어 DOF, CDU 등의 여러 가지의 리소그래피 특성 및 패턴 형상이 양호해진다.
(A1) 성분은 (a1), (a2), (a3), (a4), (a5) 또는 (a13) 중 어느 것을 갖는 공중합체인 것이 바람직하고, 구성 단위 (a1) 및 (a2), 구성 단위 (a1), (a2) 및 (a5), 또는 구성 단위 (a1), (a2), (a3) 및 (a13) 을 갖는 공중합체인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 있어서, (A1) 성분의 중량 평균 분자량 (Mw) (겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 의한 폴리스티렌 환산 기준) 은 특별히 한정되는 것이 아니고, 1000 ∼ 50000 이 바람직하고, 1500 ∼ 30000 이 보다 바람직하고, 2000 ∼ 20000 이 가장 바람직하다. 이 범위의 상한치 이하이면, 레지스트로서 사용하는데 충분한 레지스트 용제에 대한 용해성이 있고, 이 범위의 하한치 이상이면, 내드라이 에칭성이나 레지스트 패턴 단면 형상이 양호하다.
(A1) 성분은 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
기재 성분 (A) 중의 (A1) 성분의 비율은, 기재 성분 (A) 의 총 질량에 대해, 25 질량％ 이상이 바람직하고, 50 질량％ 가 보다 바람직하고, 75 질량％ 가 더욱 바람직하고, 100 질량％ 이어도 된다. 그 비율이 25 질량％ 이상이면, 리소그래피 특성이 보다 향상된다.
본 발명의 레지스트 조성물에 있어서, (A) 성분은 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
본 발명의 레지스트 조성물 중, (A) 성분의 함유량은 형성하고자 하는 레지스트막 두께 등에 따라 조정하면 된다.
＜산발생제 성분 ； (B) 성분＞
본 발명의 레지스트 조성물은 노광에 의해 산을 발생하는 산발생제 성분 (B) (이하, (B) 성분이라고 한다.) 를 함유하고 있어도 된다. (B) 성분으로서는, 특별히 한정되지 않고, 지금까지 화학 증폭형 레지스트용의 산발생제로서 제안되어 있는 것을 사용할 수 있다.
이와 같은 산발생제로서는, 요오드늄염이나 술포늄염 등의 오늄염계 산발생제, 옥심술포네이트계 산발생제, 비스알킬 또는 비스아릴술포닐디아조메탄류, 폴리 (비스술포닐) 디아조메탄류 등의 디아조메탄계 산발생제, 니트로벤질술포네이트계 산발생제, 이미노술포네이트계 산발생제, 디술폰계 산발생제 등 다종의 것을 들 수 있다. 그 중에서도, 오늄염계 산발생제를 사용하는 것이 바람직하다.
오늄염계 산발생제로서는, 예를 들어, 하기의 일반식 (b-1) 로 나타내는 화합물 (이하 「(b-1) 성분」 이라고도 한다), 일반식 (b-2) 로 나타내는 화합물 (이하 「(b-2) 성분」 이라고도 한다), 또는 일반식 (b-3) 으로 나타내는 화합물 (이하 「(b-3) 성분」 이라고도 한다) 을 사용할 수 있다.
[화학식 29]
Figure pat00029
[식 중, R101, R104 ∼ R108 은 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기이다. R104, R105 는 서로 결합하여 고리를 형성하고 있어도 된다. R106 ∼ R107 중 어느 2 개는 서로 결합하여 고리를 형성하고 있어도 된다. R102 는 불소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 알킬기이다. Y101 은 단결합 또는 산소 원자를 포함하는 2 가의 연결기이다. V101 ∼ V103 은 각각 독립적으로 단결합, 알킬렌기, 또는 불소화 알킬렌기이다. L101 ∼ L102 는 각각 독립적으로 단결합 또는 산소 원자이다. L103 ∼ L105 는 각각 독립적으로 단결합, -CO- 또는 -SO2- 이다. M'm＋ 는 m 가의 유기 카티온인 (상기 식 (b1-1) 의 화합물에 있어서의 카티온을 제외한다).]
{아니온 부}·(b-1) 성분의 아니온부
식 (b-1) 중, R101 은 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기이다.
(치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기)
상기 고리형기는 고리형의 탄화수소기인 것이 바람직하고, 그 고리형의 탄화수소기는 방향족 탄화수소기이어도 되고, 지방족 탄화수소기이어도 된다.
R101 에 있어서의 방향족 탄화수소기는 상기 식 (a1-1) 의 Va1 에 있어서의 2 가의 방향족 탄화수소기에서 예시한 방향족 탄화수소 고리, 또는 2 이상의 방향 고리를 포함하는 방향족 화합물로부터 수소 원자를 1 개 제거한 아릴기를 들 수 있고, 페닐기, 나프틸기가 바람직하다.
R101 에 있어서의 고리형의 지방족 탄화수소기는 상기 식 (a1-1) 의 Va1 에 있어서의 2 가의 지방족 탄화수소기에서 예시한 모노시클로알칸 또는 폴리시클로알칸으로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기를 들 수 있고, 아다만틸기, 노르보르닐기가 바람직하다.
또, R101 에 있어서의 고리형의 탄화수소기는 복소 고리 등과 같이 헤테로 원자를 포함해도 되고, 구체적으로는 상기 일반식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 로 각각 나타내는 락톤 함유 고리형기, 상기 일반식 (a5-r-1) ∼ (a5-r-4) 로 각각 나타내는 -SO2- 함유 고리형기, 그 외 이하에 예시하는 복소 고리형기를 들 수 있다.
[화학식 30]
Figure pat00030
R101 의 고리형의 탄화수소기에 있어서의 치환기로서는, 예를 들어, 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, 카르보닐기, 니트로기 등을 들 수 있다.
치환기로서의 알킬기로서는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기인 것이 가장 바람직하다.
치환기로서의 알콕시기로서는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, iso-프로폭시기, n-부톡시기, tert-부톡시기가 보다 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기가 가장 바람직하다.
치환기로서의 할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 불소 원자가 바람직하다.
치환기로서의 할로겐화 알킬기로서는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기 등의 수소 원자의 일부 또는 전부가 상기 할로겐 원자로 치환된 기를 들 수 있다.
(치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기)
R101 의 사슬형의 알킬기로서는, 직사슬형 또는 분기 사슬형 중 어느 것이어도 된다.
직사슬형의 알킬기로서는, 탄소수가 1 ∼ 20 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 15 인 것이 보다 바람직하고, 1 ∼ 10 이 가장 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데카닐기, 운데실기, 도데실기, 트리데실기, 이소트리데실기, 테트라데실기, 펜타데실기, 헥사데실기, 이소헥사데실기, 헵타데실기, 옥타데실기, 노나데실기, 이코실기, 헨이코실기, 도코실기 등을 들 수 있다.
분기 사슬형의 알킬기로서는, 탄소수가 3 ∼ 20 인 것이 바람직하고, 3 ∼ 15 인 것이 보다 바람직하고, 3 ∼ 10 이 가장 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어, 1-메틸에틸기, 1-메틸프로필기, 2-메틸프로필기, 1-메틸부틸기, 2-메틸부틸기, 3-메틸부틸기, 1-에틸부틸기, 2-에틸부틸기, 1-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 4-메틸펜틸기 등을 들 수 있다.
(치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기)
R101 의 사슬형의 알케닐기로서는, 직사슬형 또는 분기 사슬형 중 어느 것이어도 되고, 탄소수가 2 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 2 ∼ 5 가 보다 바람직하고, 2 ∼ 4 가 더욱 바람직하고, 3 이 특히 바람직하다. 직사슬형의 알케닐기로서는, 예를 들어, 비닐기, 프로페닐기 (알릴기), 부티닐기 등을 들 수 있다. 분기 사슬형의 알케닐기로서는, 예를 들어, 1-메틸프로페닐기, 2-메틸프로페닐기 등을 들 수 있다.
사슬형의 알케닐기로서는, 상기 중에서도, 특히 프로페닐기가 바람직하다.
R101 의 사슬형의 알킬기 또는 알케닐기에 있어서의 치환기로서는, 예를 들어, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, 카르보닐기, 니트로기, 아미노기, 상기 R101 에 있어서의 고리형기 등을 들 수 있다.
그 중에서도, R101 은 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기가 바람직하고, 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형의 탄화수소기인 것이 보다 바람직하다. 보다 구체적으로는, 페닐기, 나프틸기, 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기, 상기 식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 로 각각 나타내는 락톤 함유 고리형기, 상기 일반식 (a5-r-1) ∼ (a5-r-4) 로 각각 나타내는 -SO2- 함유 고리형기 등이 바람직하다.
식 (b-1) 중, Y101 은 단결합 또는 산소 원자를 포함하는 2 가의 연결기이다.
Y101 이 산소 원자를 포함하는 2 가의 연결기인 경우, 그 Y101 은 산소 원자 이외의 원자를 함유해도 된다. 산소 원자 이외의 원자로서는, 예를 들어 탄소 원자, 수소 원자, 황 원자, 질소 원자 등을 들 수 있다.
산소 원자를 포함하는 2 가의 연결기로서는, 예를 들어, 산소 원자 (에테르 결합 ： -O-), 에스테르 결합 (-C(=O)-O-), 옥시카르보닐기 (-O-C(=O)-), 아미드 결합 (-C(=O)-NH-), 카르보닐기 (-C(=O)-), 카보네이트 결합 (-O-C(=O)-O-) 등의 비탄화수소계의 산소 원자 함유 연결기 ； 그 비탄화수소계의 산소 원자 함유 연결기와 알킬렌기의 조합 등을 들 수 있다. 당해 조합에, 추가로 술포닐기 (-SO2-) 가 연결되어 있어도 된다. 당해 조합으로서는, 예를 들어 하기 식 (y-al-1) ∼ (y-al-7) 로 각각 나타내는 연결기를 들 수 있다.
[화학식 31]
Figure pat00031
[식 중, V'101 은 단결합 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기이며, V'102 는 탄소수 1 ∼ 30 의 2 가의 포화 탄화수소기이다.]
V'102 에 있어서의 2 가의 포화 탄화수소기는 탄소수 1 ∼ 30 의 알킬렌기인 것이 바람직하다.
V'101 및 V'102 에 있어서의 알킬렌기로서는, 직사슬형의 알킬렌기이어도 되고 분기 사슬형의 알킬렌기이어도 되고, 직사슬형의 알킬렌기가 바람직하다.
V'101 및 V'102 에 있어서의 알킬렌기로서 구체적으로는, 메틸렌기[-CH2-] ； -CH(CH3)-, -CH(CH2CH3)-, -C(CH3)2-, -C(CH3)(CH2CH3)-, -C(CH3)(CH2CH2CH3)-, -C(CH2CH3)2- 등의 알킬메틸렌기 ； 에틸렌기[-CH2CH2-] ； -CH(CH3)CH2-, -CH(CH3)CH(CH3)-, -C(CH3)2CH2-, -CH(CH2CH3)CH2- 등의 알킬에틸렌기 ； 트리메틸렌기 (n-프로필렌기)[-CH2CH2CH2-] ； -CH(CH3)CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2- 등의 알킬트리메틸렌기 ； 테트라메틸렌기[-CH2CH2CH2CH2-] ； -CH(CH3)CH2CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2CH2- 등의 알킬테트라메틸렌기 ； 펜타메틸렌기[-CH2CH2CH2CH2CH2-] 등을 들 수 있다.
또, V'101 또는 V'102 에 있어서의 상기 알킬렌기에 있어서의 일부의 메틸렌기가 탄소수 5 ∼ 10 의 2 가의 지방족 고리형기로 치환되어 있어도 된다. 당해 지방족 고리형기는 상기 식 (a1-r-1) 중의 Ra'3 의 고리형의 지방족 탄화수소기로부터 수소 원자를 추가로 1 개 제거한 2 가의 기가 바람직하고, 시클로헥실렌기, 1,5-아다만틸렌기 또는 2,6-아다만틸렌기가 보다 바람직하다.
Y101 로서는, 에스테르 결합 또는 에테르 결합을 포함하는 2 가의 연결기가 바람직하고, 상기 식 (y-al-1) ∼ (y-al-5) 로 각각 나타내는 연결기가 바람직하다.
식 (b-1) 중, V101 은 단결합, 알킬렌기, 또는 불소화 알킬렌기이다. V101 에 있어서의 알킬렌기, 불소화 알킬렌기는 탄소수 1 ∼ 4 인 것이 바람직하다. V101 에 있어서의 불소화 알킬렌기로서는, V101 에 있어서의 알킬렌기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 불소 원자로 치환된 기를 들 수 있다. 그 중에서도, V101 은 단결합, 또는 탄소수 1 ∼ 4 의 불소화 알킬렌기인 것이 바람직하다.
식 (b-1) 중, R102 는 불소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 알킬기이다. R102 는 불소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 퍼플루오로알킬기인 것이 바람직하고, 불소 원자인 것이 보다 바람직하다.
(b-1) 성분의 아니온부의 구체예로서는, 예를 들어,
Y101 이 단결합이 되는 경우, 트리플루오로메탄술포네이트 아니온이나 퍼플루오로부탄술포네이트 아니온 등의 불소화 알킬술포네이트 아니온을 들 수 있고 ； Y101 이 산소 원자를 포함하는 2 가의 연결기인 경우, 하기 식 (an-1) ∼ (an-3) 중 어느 것으로 나타내는 아니온을 들 수 있다.
[화학식 32]
Figure pat00032
[식 중, R''101 은 치환기를 가지고 있어도 되는 지방족 고리형기, 상기 식 (r-hr-1) ∼ (r-hr-6) 으로 각각 나타내는 기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기이며 ； R''102 는 치환기를 가지고 있어도 되는 지방족 고리형기, 상기 식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 로 각각 나타내는 락톤 함유 고리형기, 또는 상기 일반식 (a5-r-1) ∼ (a5-r-4) 로 각각 나타내는 -SO2- 함유 고리형기이며 ； R''103 은 치환기를 가지고 있어도 되는 방향족 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 지방족 고리형기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기이며 ； V''101 은 불소화 알킬렌기이며 ； L''101 은 -C(=O)- 또는 -SO2- 이며 ； v'' 는 각각 독립적으로 0 ∼ 3 의 정수이며, q'' 는 각각 독립적으로 1 ∼ 20 의 정수이며, n'' 는 0 또는 1 이다.]
R''101, R''102 및 R''103 의 치환기를 가지고 있어도 되는 지방족 고리형기는 상기 R101 에 있어서의 고리형의 지방족 탄화수소기로서 예시한 기인 것이 바람직하다. 상기 치환기로서는, R101 에 있어서의 고리형의 지방족 탄화수소기를 치환해도 되는 치환기와 동일한 것을 들 수 있다.
R''103 에 있어서의 치환기를 가지고 있어도 되는 방향족 고리형기는 상기 R101 에 있어서의 고리형의 탄화수소기에 있어서의 방향족 탄화수소기로서 예시한 기인 것이 바람직하다. 상기 치환기로서는, R101 에 있어서의 그 방향족 탄화수소기를 치환해도 되는 치환기와 동일한 것을 들 수 있다.
R''101 에 있어서의 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기는 상기 R101 에 있어서의 사슬형의 알킬기로서 예시한 기인 것이 바람직하다. R''103 에 있어서의 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기는 상기 R101 에 있어서의 사슬형의 알케닐기로서 예시한 기인 것이 바람직하다. V''101 은 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 3 의 불소화 알킬렌기이며, 특히 바람직하게는, -CF2-, -CF2CF2-, -CHFCF2-, -CF(CF3)CF2-, -CH(CF3)CF2- 이다.
·(b-2) 성분의 아니온부
식 (b-2) 중, R104, R105 는 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기이며, 각각, 식 (b-1) 중의 R101 과 동일한 것을 들 수 있다. 단, R104, R105 는 서로 결합하여 고리를 형성하고 있어도 된다.
R104, R105 는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기가 바람직하고, 직사슬형 혹은 분기 사슬형의 알킬기, 또는 직사슬형 혹은 분기 사슬형의 불소화 알킬기인 것이 보다 바람직하다.
그 사슬형의 알킬기의 탄소수는 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 7, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 3 이다. R104, R105 의 사슬형의 알킬기의 탄소수는, 상기 탄소수의 범위 내에 있어서, 레지스트 용매에 대한 용해성도 양호한 등의 이유에 의해, 작을수록 바람직하다. 또, R104, R105 의 사슬형의 알킬기에 있어서는, 불소 원자로 치환되어 있는 수소 원자의 수가 많을수록, 산의 강도가 강해지고, 또, 200 nm 이하의 고에너지 광이나 전자선에 대한 투명성이 향상되므로 바람직하다. 상기 사슬형의 알킬기 중의 불소 원자의 비율, 즉 불소화율은 바람직하게는 70 ∼ 100 ％, 더욱 바람직하게는 90 ∼ 100 ％ 이며, 가장 바람직하게는, 모든 수소 원자가 불소 원자로 치환된 퍼플루오로알킬기이다.
식 (b-2) 중, V102, V103 은 각각 독립적으로 단결합, 알킬렌기, 또는 불소화 알킬렌기이며, 각각, 식 (b-1) 중의 V101 과 동일한 것을 들 수 있다.
식 (b-2) 중, L101 ∼ L102 는 각각 독립적으로 단결합 또는 산소 원자이다.
·(b-3) 성분의 아니온부
식 (b-3) 중, R106 ∼ R108 은 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기이며, 각각, 식 (b-1) 중의 R101 과 동일한 것을 들 수 있다.
L103 ∼ L105 는 각각 독립적으로 단결합, -CO- 또는 -SO2- 이다.
{카티온부}
식 (b-1), (b-2) 및 (b-3) 중, M'm ＋ 는 상기 식 (b1-1) 의 화합물에 있어서의 카티온 이외의 m 가의 유기 카티온이며, 그 중에서도 술포늄 카티온 또는 요오드늄 카티온인 것이 바람직하고, 하기의 일반식 (ca-1) ∼ (ca-4) 로 각각 나타내는 카티온이 특히 바람직하다.
[화학식 33]
Figure pat00033
[식 중, R201 ∼ R207, 및 R211 ∼ R212 는 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 알킬기 또는 알케닐기를 나타내고, R201 ∼ R203, R206 ∼ R207, R211 ∼ R212 는 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 고리를 형성해도 된다. R208 ∼ R209 는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기를 나타내고, R210 은 치환기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 알킬기, 알케닐기, 또는 -SO2- 함유 고리형기이며, L201 은 -C(=O)- 또는 -C(=O)-O- 를 나타내고, Y201 은 각각 독립적으로 아릴렌기, 알킬렌기 또는 알케닐렌기를 나타내고, x 는 1 또는 2 이며, W201 은 (x ＋ 1) 가의 연결기를 나타낸다.]
R201 ∼ R207, 및 R211 ∼ R212 에 있어서의 아릴기로서는, 탄소수 6 ∼ 20 의 무치환의 아릴기를 들 수 있고, 페닐기, 나프틸기가 바람직하다.
R201 ∼ R207, 및 R211 ∼ R212 에 있어서의 알킬기로서는, 사슬형 또는 고리형의 알킬기로서, 탄소수 1 ∼ 30 의 것이 바람직하다.
R201 ∼ R207, 및 R211 ∼ R212 에 있어서의 알케닐기로서는, 탄소수가 2 ∼ 10 인 것이 바람직하다.
R201 ∼ R207, 및 R210 ∼ R212 가 가지고 있어도 되는 치환기로서는, 예를 들어, 알킬기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 카르보닐기, 시아노기, 아미노기, 아릴기, 아릴티오기, 하기 식 (ca-r-1) ∼ (ca-r-7) 로 각각 나타내는 기를 들 수 있다.
치환기로서의 아릴티오기에 있어서의 아릴기로서는, R101 에서 예시한 것과 동일하고, 구체적으로 페닐티오기 또는 비페닐티오기를 들 수 있다.
[화학식 34]
Figure pat00034
[식 중, R'201 은 각각 독립적으로 수소 원자, 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기, 사슬형의 알킬기, 또는 사슬형의 알케닐기이다.]
R'201 의 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기는, 상기 식 (b-1) 중의 R101 과 동일한 것을 들 수 있는 것 외에, 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기로서 상기 식 (a1-r-2) 로 나타내는 산해리성기와 동일한 것도 들 수 있다.
R201 ∼ R203, R206 ∼ R207, R211 ∼ R212 는, 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 고리를 형성하는 경우, 황 원자, 산소 원자, 질소 원자 등의 헤테로 원자나, 카르보닐기, -SO-, -SO2-, -SO3-, -COO-, -CONH- 또는 -N(RN)- (그 RN 은 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기이다.) 등의 관능기를 개재하여 결합해도 된다. 형성되는 고리로서는, 식 중의 황 원자를 그 고리 골격에 포함하는 1 개의 고리가, 황 원자를 포함하여, 3 ∼ 10 원자 고리인 것이 바람직하고, 5 ∼ 7 원자 고리인 것이 특히 바람직하다. 형성되는 고리의 구체예로서는, 예를 들어 티오펜 고리, 티아졸 고리, 벤조티오펜 고리, 티안트렌 고리, 벤조티오펜 고리, 디벤조티오펜 고리, 9H-티오크산텐 고리, 티오크산톤 고리, 티안트렌 고리, 페녹사티인 고리, 테트라하이드로티오페늄 고리, 테트라하이드로티오피라늄 고리 등을 들 수 있다.
R208 ∼ R209 는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기를 나타내고, 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기가 바람직하고, 알킬기가 되는 경우 서로 결합하여 고리를 형성해도 된다.
R210 은 치환기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 치환기를 가지고 있어도 되는 알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 알케닐기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 -SO2- 함유 고리형기이다.
R210 에 있어서의 아릴기로서는, 탄소수 6 ∼ 20 의 무치환의 아릴기를 들 수 있고, 페닐기, 나프틸기가 바람직하다.
R210 에 있어서의 알킬기로서는, 사슬형 또는 고리형의 알킬기로서, 탄소수 1 ∼ 30 의 것이 바람직하다.
R210 에 있어서의 알케닐기로서는, 탄소수가 2 ∼ 10 인 것이 바람직하다.
R210 에 있어서의, 치환기를 가지고 있어도 되는 -SO2- 함유 고리형기로서는, 상기 일반식 (a2-1) 중의 Ra21 의 「-SO2- 함유 고리형기」 와 동일한 것을 들 수 있고, 상기 일반식 (a5-r-1) 로 나타내는 기가 바람직하다.
Y201 은 각각 독립적으로 아릴렌기, 알킬렌기 또는 알케닐렌기를 나타낸다.
Y201 에 있어서의 아릴렌기는 상기 식 (b-1) 중의 R101 에 있어서의 방향족 탄화수소기로서 예시한 아릴기로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기를 들 수 있다.
Y201 에 있어서의 알킬렌기, 알케닐렌기는 상기 일반식 (a1-1) 중의 Va1 에 있어서의 2 가의 탄화수소기로서의 지방족 탄화수소기와 동일한 것을 들 수 있다.
상기 식 (ca-4) 중, x 는 1 또는 2 이다.
W201 은 (x ＋ 1) 가, 즉 2 가 또는 3 가의 연결기이다.
W201 에 있어서의 2 가의 연결기로서는, 치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기가 바람직하고, 상기 일반식 (a2-1) 에 있어서의 Ya21 과 동일한 탄화수소기를 예시할 수 있다. W201 에 있어서의 2 가의 연결기는 직사슬형, 분기 사슬형, 고리형 중 어느 것이어도 되고, 고리형인 것이 바람직하다. 그 중에서도, 아릴렌기의 양단에 2 개의 카르보닐기가 조합된 기가 바람직하다. 아릴렌기로서는, 페닐렌기, 나프틸렌기 등을 들 수 있고, 페닐렌기가 특히 바람직하다.
W201 에 있어서의 3 가의 연결기로서는, 상기 W201 에 있어서의 2 가의 연결기로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기, 상기 2 가의 연결기에 추가로 상기 2 가의 연결기가 결합된 기 등을 들 수 있다. W201 에 있어서의 3 가의 연결기로서는, 아릴렌기에 2 개의 카르보닐기가 결합된 기가 바람직하다.
식 (ca-1) 로 나타내는 바람직한 카티온으로서 구체적으로는, 하기 식 (ca-1-1) ∼ (ca-1-63) 으로 각각 나타내는 카티온을 들 수 있다.
[화학식 35]
Figure pat00035
[화학식 36]
Figure pat00036
[화학식 37]
Figure pat00037
[식 중, g1, g2, g3 은 반복수를 나타내고, g1 은 1 ∼ 5 의 정수이며, g2 는 0 ∼ 20 의 정수이며, g3 은 0 ∼ 20 의 정수이다.]
[화학식 38]
Figure pat00038
[식 중, R''201 은 수소 원자 또는 치환기이고, 치환기로서는 상기 R201 ∼ R207, 및 R210 ∼ R212 가 가지고 있어도 되는 치환기로서 예시한 것과 동일하다.]
상기 식 (ca-3) 으로 나타내는 바람직한 카티온으로서 구체적으로는, 하기 식 (ca-3-1) ∼ (ca-3-6) 으로 각각 나타내는 카티온을 들 수 있다.
[화학식 39]
Figure pat00039
상기 식 (ca-4) 로 나타내는 바람직한 카티온으로서 구체적으로는, 하기 식 (ca-4-1) ∼ (ca-4-2) 로 각각 나타내는 카티온을 들 수 있다.
[화학식 40]
Figure pat00040
(B) 성분은 상기 서술한 산발생제를 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
본 발명의 레지스트 조성물이 (B) 성분을 함유하는 경우, (B) 성분의 함유량은 (A) 성분 100 질량부에 대해 0.5 ∼ 60 질량부가 바람직하고, 1 ∼ 50 질량부가 보다 바람직하고, 1 ∼ 40 질량부가 더욱 바람직하다. (B) 성분의 함유량을 상기 범위로 함으로써, 패턴 형성이 충분히 이루어진다. 또, 레지스트 조성물의 각 성분을 유기 용제에 용해했을 때, 균일한 용액이 얻어지고, 보존 안정성이 양호해지기 때문에 바람직하다.
＜염기성 화합물 성분 ； (D) 성분＞
본 발명의 레지스트 조성물은, (A) 성분에 더하여, 또는 (A) 성분 및 (B) 성분에 더하여, 추가로 산확산 제어제 성분 (이하 「(D) 성분」 이라고도 한다.) 을 함유해도 된다.
(D) 성분은 상기 (B) 성분 등으로부터 노광에 의해 발생하는 산을 트랩하는 퀀처 (산확산 제어제) 로서 작용하는 것이다.
본 발명에 있어서의 (D) 성분은 노광에 의해 분해되어 산확산 제어성을 상실하는 광 붕괴성 염기 (D1) (이하 「(D1) 성분」 이라고 한다.) 이어도 되고, 그 (D1) 성분에 해당하지 않는 함질소 유기 화합물 (D2) (이하 「(D2) 성분」 이라고 한다.) 이어도 된다.
[(D1) 성분]
(D1) 성분을 함유하는 레지스트 조성물로 함으로써, 레지스트 패턴을 형성할 때에, 노광부와 비노광부의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.
(D1) 성분으로서는, 노광에 의해 분해되어 산확산 제어성을 상실하는 것이면 특별히 한정되지 않고, 하기 일반식 (d1-1) 로 나타내는 화합물 (이하 「(d1-1) 성분」 이라고 한다.), 하기 일반식 (d1-2) 로 나타내는 화합물 (이하 「(d1-2) 성분」 이라고 한다.) 및 하기 일반식 (d1-3) 으로 나타내는 화합물 (이하 「(d1-3) 성분」 이라고 한다.) 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 화합물이 바람직하다.
(d1-1) ∼ (d1-3) 성분은 노광부에 있어서는 분해되어 산확산 제어성 (염기성) 을 상실하기 때문에 퀀처로서 작용하지 않고, 미노광부에 있어서 퀀처로서 작용한다.
[화학식 41]
Figure pat00041
[식 중, Rd1 ∼ Rd4 는 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기이다. 단, 식 (d1-2) 중의 Rd2 에 있어서의, S 원자에 인접하는 탄소 원자에는 불소 원자는 결합되어 있지 않은 것으로 한다. Yd1 은 단결합, 또는 2 가의 연결기이다. Mm ＋ 는 각각 독립적으로 m 가의 유기 카티온이다.]
{(d1-1) 성분}·아니온부
식 (d1-1) 중, Rd1 은 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기이며, R101 과 동일한 것을 들 수 있다.
이들 중에서도, Rd1 로서는, 치환기를 가지고 있어도 되는 방향족 탄화수소기, 치환기를 가지고 있어도 되는 지방족 고리형기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 탄화수소기가 바람직하다. 이들의 기가 가지고 있어도 되는 치환기로서는 수산기, 불소 원자 또는 불소화 알킬기가 바람직하다.
상기 방향족 탄화수소기로서는 페닐기 혹은 나프틸기가 보다 바람직하다.
상기 지방족 고리형기로서는, 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등의 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기인 것이 보다 바람직하다.
상기 사슬형의 탄화수소기로서는, 사슬형의 알킬기가 바람직하다. 사슬형의 알킬기로서는, 탄소수가 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기 등의 직사슬형의 알킬기 ； 1-메틸에틸기, 1-메틸프로필기, 2-메틸프로필기, 1-메틸부틸기, 2-메틸부틸기, 3-메틸부틸기, 1-에틸부틸기, 2-에틸부틸기, 1-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 4-메틸펜틸기 등의 분기 사슬형의 알킬기를 들 수 있다.
상기 사슬형의 알킬기가 치환기로서 불소 원자 또는 불소화 알킬기를 갖는 불소화 알킬기인 경우, 불소화 알킬기의 탄소수는 1 ∼ 11 이 바람직하고, 1 ∼ 8 이 보다 바람직하고, 1 ∼ 4 가 더욱 바람직한 그 불소화 알킬기는 불소 원자 이외의 원자를 함유해도 된다. 불소 원자 이외의 원자로서는, 예를 들어 산소 원자, 탄소 원자, 수소 원자, 황 원자, 질소 원자 등을 들 수 있다.
Rd1 로서는, 직사슬형의 알킬기를 구성하는 일부 또는 전부의 수소 원자가 불소 원자에 의해 치환된 불소화 알킬기인 것이 바람직하고, 직사슬형의 알킬기를 구성하는 수소 원자 모두가 불소 원자로 치환된 불소화 알킬기 (직사슬형의 퍼플루오로알킬기) 인 것이 바람직하다.
이하에 (d1-1) 성분의 아니온부의 바람직한 구체예를 나타낸다.
[화학식 42]
Figure pat00042
·카티온부
식 (d1-1) 중, Mm ＋ 는 m 가의 유기 카티온이다.
Mm ＋ 의 유기 카티온으로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 상기 일반식 (ca-1) ∼ (ca-4) 로 각각 나타내는 카티온과 동일한 것을 들 수 있고, 상기 식 (ca-1-1) ∼ (ca-1-63) 으로 각각 나타내는 카티온이 바람직하다.
(d1-1) 성분은 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
{(d1-2) 성분}·아니온부
식 (d1-2) 중, Rd2 는 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기이며, R101 과 동일한 것을 들 수 있다.
단, Rd2 에 있어서의, S 원자에 인접하는 탄소 원자에는 불소 원자는 결합되어 있지 않은 (불소 치환되어 있지 않은) 것으로 한다. 이로써, (d1-2) 성분의 아니온이 적당한 약산 아니온이 되고, (D) 성분의 퀀칭능이 향상된다.
Rd2 로서는, 치환기를 가지고 있어도 되는 지방족 고리형 기인 것이 바람직하고, 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 (치환기를 가지고 있어도 된다) ； 캄파 등으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기인 것이 보다 바람직하다.
Rd2 의 탄화수소기는 치환기를 가지고 있어도 되고, 그 치환기로서는, 상기 식 (d1-1) 의 Rd1 에 있어서의 탄화수소기 (방향족 탄화수소기, 지방족 탄화수소기) 가 가지고 있어도 되는 치환기와 동일한 것을 들 수 있다.
이하에 (d1-2) 성분의 아니온부의 바람직한 구체예를 나타낸다.
[화학식 43]
Figure pat00043
·카티온부
식 (d1-2) 중, Mm ＋ 는 m 가의 유기 카티온이며, 상기 식 (d1-1) 중의 Mm ＋ 와 동일하다.
(d1-2) 성분은 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
{(d1-3) 성분}·아니온 부
식 (d1-3) 중, Rd3 은 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기이며, R101 과 동일한 것을 들 수 있고, 불소 원자를 포함하는 고리형기, 사슬형의 알킬기, 또는 사슬형의 알케닐기인 것이 바람직하다. 그 중에서도, 불소화 알킬기가 바람직하고, 상기 Rd1 의 불소화 알킬기와 동일한 것이 보다 바람직하다.
식 (d1-3) 중, Rd4 는 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기이며, R101 과 동일한 것을 들 수 있다.
그 중에서도, 치환기를 가지고 있어도 되는 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 고리형기인 것이 바람직하다.
Rd4 에 있어서의 알킬기는 탄소수 1 ∼ 5 의 직사슬형 또는 분기 사슬형의 알킬기가 바람직하고, 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기 등을 들 수 있다. Rd4 의 알킬기의 수소 원자의 일부가 수산기, 시아노기 등으로 치환되어 있어도 된다.
Rd4 에 있어서의 알콕시기는 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기가 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기로서 구체적으로는, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, iso-프로폭시기, n-부톡시기, tert-부톡시기를 들 수 있다. 그 중에서도, 메톡시기, 에톡시기가 바람직하다.
Rd4 에 있어서의 알케닐기는 상기 R101 과 동일한 것을 들 수 있고, 비닐기, 프로페닐기 (알릴기), 1-메틸프로페닐기, 2-메틸프로페닐기가 바람직하다. 이들의 기는 추가로 치환기로서 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기를 가지고 있어도 된다.
Rd4 에 있어서의 고리형기는 상기 R101 과 동일한 것을 들 수 있고, 시클로펜탄, 시클로헥산, 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등의 시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 지환식기, 또는, 페닐기, 나프틸기 등의 방향족기가 바람직하다. Rd4 가 지환식기인 경우, 레지스트 조성물이 유기 용제에 양호하게 용해됨으로써, 리소그래피 특성이 양호해진다. 또, Rd4 가 방향족기인 경우, EUV 등을 노광 광원으로 하는 리소그래피에 있어서, 그 레지스트 조성물이 광 흡수 효율이 우수하고, 감도나 리소그래피 특성이 양호해진다.
식 (d1-3) 중, Yd1 은 단결합, 또는 2 가의 연결기이다.
Yd1 에 있어서의 2 가의 연결기로서는, 특별히 한정되지 않지만, 치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기 (지방족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기), 헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기 등을 들 수 있다. 이들은 각각 상기 식 (a2-1) 에 있어서의 Ya21 의 2 가의 연결기의 설명에서 예시한 것과 동일한 것을 들 수 있다.
Yd1 로서는, 카르보닐기, 에스테르 결합, 아미드 결합, 알킬렌기 또는 이들의 조합인 것이 바람직하다. 알킬렌기로서는, 직사슬형 또는 분기 사슬형의 알킬렌기인 것이 보다 바람직하고, 메틸렌기 또는 에틸렌기인 것이 더욱 바람직하다.
이하에 (d1-3) 성분의 아니온부의 바람직한 구체예를 나타낸다.
[화학식 44]
Figure pat00044
[화학식 45]
Figure pat00045
·카티온부
식 (d1-3) 중, Mm ＋ 는 m 가의 유기 카티온이며, 상기 식 (d1-1) 중의 Mm ＋ 와 동일하다.
(d1-3) 성분은 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
(D1) 성분은 상기 (d1-1) ∼ (d1-3) 성분 중 어느 1 종만을 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
(D1) 성분의 함유량은, (A) 성분 100 질량부에 대해, 0.5 ∼ 10 질량부인 것이 바람직하고, 0.5 ∼ 8 질량부인 것이 보다 바람직하고, 1 ∼ 8 질량부인 것이 더욱 바람직하다.
(D1) 성분의 함유량이 바람직한 하한치 이상이면, 특히 양호한 리소그래피 특성 및 레지스트 패턴 형상이 얻어진다. 한편, 상한치 이하이면, 감도를 양호하게 유지할 수 있고, 스루풋도 우수하다.
상기의 (d1-1) 성분, (d1-2) 성분의 제조 방법은 특별히 한정되지 않고, 공지된 방법에 의해 제조할 수 있다.
(D1) 성분의 함유량은, (A) 성분 100 질량부에 대해, 0.5 ∼ 10.0 질량부인 것이 바람직하고, 0.5 ∼ 8.0 질량부인 것이 보다 바람직하고, 1.0 ∼ 8.0 질량부인 것이 더욱 바람직하다. 상기 범위의 하한치 이상이면, 특히 양호한 리소그래피 특성 및 레지스트 패턴 형상이 얻어진다. 상기 범위의 상한치 이하이면, 감도를 양호하게 유지할 수 있고, 스루풋도 우수하다.
((D2) 성분)
(D) 성분은 상기 (D1) 성분에 해당하지 않는 함질소 유기 화합물 성분 (이하, (D2) 성분이라고 한다.) 을 함유하고 있어도 된다.
(D2) 성분으로서는, 산확산 제어제로서 작용하는 것이며, 또한 (D1) 성분에 해당하지 않는 것이면 특별히 한정되지 않고, 공지된 것으로부터 임의로 사용하면 된다. 그 중에서도, 지방족 아민, 특히 제 2 급 지방족 아민이나 제 3 급 지방족 아민이 바람직하다.
지방족 아민이란, 1 개 이상의 지방족기를 갖는 아민이며, 그 지방족기는 탄소수가 1 ∼ 12 인 것이 바람직하다.
지방족 아민으로서는, 암모니아 NH3 의 수소 원자의 적어도 1 개를, 탄소수 12 이하의 알킬기 또는 하이드록시알킬기로 치환한 아민 (알킬아민 또는 알킬알코올아민) 또는 고리형 아민을 들 수 있다.
알킬아민 및 알킬알코올아민의 구체예로서는, n-헥실아민, n-헵틸아민, n-옥틸아민, n-노닐아민, n-데실아민 등의 모노알킬아민 ； 디에틸아민, 디-n-프로필아민, 디-n-헵틸아민, 디-n-옥틸아민, 디시클로헥실아민 등의 디알킬아민 ； 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리-n-프로필아민, 트리-n-부틸아민, 트리-n-펜틸아민, 트리-n-헥실아민, 트리-n-헵틸아민, 트리-n-옥틸아민, 트리-n-노닐아민, 트리-n-데실아민, 트리-n-도데실아민 등의 트리알킬아민 ； 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 디이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, 디-n-옥탄올아민, 트리-n-옥탄올아민 등의 알킬알코올아민을 들 수 있다. 이들 중에서도, 탄소수 5 ∼ 10 의 트리알킬아민이 더욱 바람직하고, 트리-n-펜틸아민 또는 트리-n-옥틸아민이 특히 바람직하다.
고리형 아민으로서는, 예를 들어, 헤테로 원자로서 질소 원자를 함유하는 복소 고리 화합물을 들 수 있다. 그 복소 고리 화합물로서는, 단고리형의 것 (지방족 단고리형 아민) 이거나 다고리형의 것 (지방족 다고리형 아민) 이어도 된다.
지방족 단고리형 아민으로서 구체적으로는, 피페리딘, 피페라진 등을 들 수 있다.
지방족 다고리형 아민으로서는, 탄소수가 6 ∼ 10 의 것이 바람직하고, 구체적으로는, 1,5-디아자비시클로[4.3.0]-5-노넨, 1,8-디아자비시클로[5.4.0]-7-운데센, 헥사메틸렌테트라민, 1,4-디아자비시클로[2.2.2]옥탄 등을 들 수 있다.
그 밖의 지방족 아민으로서는, 트리스(2-메톡시메톡시에틸)아민, 트리스{2-(2-메톡시에톡시)에틸}아민, 트리스{2-(2-메톡시에톡시메톡시)에틸}아민, 트리스{2-(1-메톡시에톡시)에틸}아민, 트리스{2-(1-에톡시에톡시)에틸}아민, 트리스{2-(1-에톡시프로폭시)에틸}아민, 트리스[2-{2-(2-하이드록시에톡시)에톡시}에틸]아민, 트리에탄올아민트리아세테이트 등을 들 수 있고, 트리에탄올아민트리아세테이트가 바람직하다.
또, (D2) 성분으로서는, 방향족 아민을 사용해도 된다.
방향족 아민으로서는, 아닐린, 피리딘, 4-디메틸아미노피리딘, 피롤, 인돌, 피라졸, 이미다졸 또는 이들의 유도체, 디페닐아민, 트리페닐아민, 트리벤질아민, 2,6-디이소프로필아닐린, N-tert-부톡시카르보닐피롤리딘 등을 들 수 있다.
(D2) 성분은 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
(D2) 성분은, (A) 성분 100 질량부에 대해, 통상적으로 0.01 ∼ 5.0 질량부의 범위에서 사용된다. 상기 범위로 함으로써, 레지스트 패턴 형상, 노광 후 시간 경과적 안정성 등이 향상된다.
(D) 성분은 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
본 발명의 레지스트 조성물이 (D) 성분을 함유하는 경우, (D) 성분은, (A) 성분 100 질량부에 대해, 0.1 ∼ 15 질량부인 것이 바람직하고, 0.3 ∼ 12 질량부인 것이 보다 바람직하고, 0.5 ∼ 12 질량부인 것이 더욱 바람직하다. 상기 범위의 하한치 이상이면, 레지스트 조성물로 했을 때, LWR 등의 리소그래피 특성이 보다 향상된다. 또, 보다 양호한 레지스트 패턴 형상이 얻어진다. 상기 범위의 상한치 이하이면, 감도를 양호하게 유지할 수 있고, 스루풋도 우수하다.
＜임의 성분＞
[(E) 성분]
본 발명에 있어서, 레지스트 조성물에는, 감도 열화의 방지나, 레지스트 패턴 형상, 노광 후 시간 경과적 안정성 등의 향상의 목적으로, 임의의 성분으로서 유기 카르복실산, 그리고 인의 옥소산 및 그 유도체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 화합물 (E) (이하, (E) 성분이라고 한다.) 를 함유시킬 수 있다.
유기 카르복실산으로서는, 예를 들어, 아세트산, 말론산, 시트르산, 말산, 숙신산, 벤조산, 살리실산 등이 바람직하다.
인의 옥소산으로서는, 인산, 포스폰산, 포스핀산 등을 들 수 있고, 이들 중에서도 특히 포스폰산이 바람직하다.
인의 옥소산의 유도체로서는, 예를 들어, 상기 옥소산의 수소 원자를 탄화수소기로 치환한 에스테르 등을 들 수 있고, 상기 탄화수소기로서는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기, 탄소수 6 ∼ 15 의 아릴기 등을 들 수 있다.
인산의 유도체로서는, 인산디-n-부틸에스테르, 인산디페닐에스테르 등의 인산에스테르 등을 들 수 있다.
포스폰산의 유도체로서는, 포스폰산디메틸에스테르, 포스폰산-디-n-부틸에스테르, 페닐포스폰산, 포스폰산디페닐에스테르, 포스폰산디벤질에스테르 등의 포스폰산에스테르 등을 들 수 있다.
포스핀산의 유도체로서는, 포스핀산에스테르나 페닐포스핀산 등을 들 수 있다.
(E) 성분은 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
(E) 성분은, (A) 성분 100 질량부에 대해, 통상적으로, 0.01 ∼ 5.0 질량부의 범위에서 사용된다.
[(F) 성분]
본 발명에 있어서, 레지스트 조성물은, 레지스트막에 발수성을 부여하기 위해, 불소 첨가제 (이하 「(F) 성분」 이라고 한다.) 를 함유하고 있어도 된다.
(F) 성분으로서는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2010-002870호, 일본 공개특허공보 2010-032994호, 일본 공개특허공보 2010-277043호, 일본 공개특허공보 2011-13569호, 일본 공개특허공보 2011-128226호에 기재된 함불소 고분자 화합물을 사용할 수 있다.
(F) 성분으로서 보다 구체적으로는, 하기 식 (f1-1) 로 나타내는 구성 단위 (f1) 을 갖는 중합체를 들 수 있다. 상기 중합체로서는, 하기 식 (f1-1) 로 나타내는 구성 단위 (f1) 만으로 이루어지는 중합체 (호모폴리머) ； 하기 식 (f1-1) 로 나타내는 구성 단위 (f1) 과, 상기 구성 단위 (a1) 의 공중합체 ； 하기 식 (f1-1) 로 나타내는 구성 단위 (f1) 과, 아크릴산 또는 메타크릴산으로부터 유도되는 구성 단위와, 상기 구성 단위 (a1) 의 공중합체인 것이 바람직하다. 여기서, 하기 식 (f1-1) 로 나타내는 구성 단위 (f1) 과 공중합되는 상기 구성 단위 (a1) 로서는, 1-에틸-1-시클로옥틸(메트)아크릴레이트 또는 상기 식 (a1-2-01) 로 나타내는 구성 단위가 바람직하다.
[화학식 46]
Figure pat00046
[식 중, R 은 상기와 동일하며, Rf102 및 Rf103 은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기, 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기를 나타내고, Rf102 및 Rf103 은 동일하거나 상이해도 된다. nf1 은 1 ∼ 5 의 정수이며, Rf101 은 불소 원자를 함유하는 유기기이다.]
식 (f1-1) 중, R 은 상기와 동일하다. R 로서는, 수소 원자 또는 메틸기가 바람직하다.
식 (f1-1) 중, Rf102 및 Rf103 의 할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 특히 불소 원자가 바람직하다. Rf102 및 Rf103 의 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기로서는, 상기 R 의 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기와 동일한 것을 들 수 있고, 메틸기 또는 에틸기가 바람직하다. Rf102 및 Rf103 의 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기로서 구체적으로는, 상기 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 할로겐 원자로 치환된 기를 들 수 있다. 그 할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 특히 불소 원자가 바람직하다. 그 중에서도 Rf102 및 Rf103 으로서는, 수소 원자, 불소 원자, 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 수소 원자, 불소 원자, 메틸기, 또는 에틸기가 바람직하다.
식 (f1-1) 중, nf1 은 1 ∼ 5 의 정수로서, 1 ∼ 3 의 정수가 바람직하고, 1 또는 2 인 것이 보다 바람직하다.
식 (f1-1) 중, Rf101 은 불소 원자를 함유하는 유기기로서, 불소 원자를 함유하는 탄화수소기인 것이 바람직하다.
불소 원자를 함유하는 탄화수소기로서는, 직사슬형, 분기 사슬형 또는 고리형 중 어느 것이어도 되고, 탄소수는 1 ∼ 20 인 것이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 15 인 것이 보다 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 10 이 특히 바람직하다.
또, 불소 원자를 함유하는 탄화수소기는 당해 탄화수소기에 있어서의 수소 원자의 25 ％ 이상이 불소화되어 있는 것이 바람직하고, 50 ％ 이상이 불소화되어 있는 것이 보다 바람직하고, 60 ％ 이상이 불소화되어 있는 것이, 침지 노광시의 레지스트막의 소수성이 높아지는 점에서, 특히 바람직하다.
그 중에서도, Rf101 로서는, 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 탄화수소기가 특히 바람직하고, 메틸기, -CH2-CF3, -CH2-CF2-CF3, -CH(CF3)2, -CH2-CH2-CF3, -CH2-CH2-CF2-CF2-CF2-CF3 이 가장 바람직하다.
(F) 성분의 중량 평균 분자량 (Mw) (겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 의한 폴리스티렌 환산 기준) 은 1000 ∼ 50000 이 바람직하고, 5000 ∼ 40000 이 보다 바람직하고, 10000 ∼ 30000 이 가장 바람직하다. 이 범위의 상한치 이하이면, 레지스트로서 사용하는데 충분한 레지스트 용제에 대한 용해성이 있고, 이 범위의 하한치 이상이면, 내드라이 에칭성이나 레지스트 패턴 단면 형상이 양호하다.
(F) 성분의 분산도 (Mw/Mn) 는 1.0 ∼ 5.0 이 바람직하고, 1.0 ∼ 3.0 이 보다 바람직하고, 1.2 ∼ 2.5 가 가장 바람직하다.
(F) 성분은 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
(F) 성분은, (A) 성분 100 질량부에 대해, 0.5 ∼ 10 질량부의 비율로 사용된다.
본 발명에 있어서, 레지스트 조성물에는, 추가로 원하는 바에 따라 혼화성이 있는 첨가제, 예를 들어 레지스트막의 성능을 개량하기 위한 부가적 수지, 용해 억제제, 가소제, 안정제, 착색제, 할레이션 방지제, 염료 등을 적절히 첨가 함유시킬 수 있다.
[(S) 성분]
본 발명에 있어서, 레지스트 조성물은 재료를 유기 용제 (이하, (S) 성분이라고 하는 경우가 있다) 에 용해시켜 제조할 수 있다.
(S) 성분으로서는, 사용하는 각 성분을 용해하여, 균일한 용액으로 할 수 있는 것이면 되고, 종래, 화학 증폭형 레지스트의 용제로서 공지된 것 중에서 임의의 것을 1 종 또는 2 종 이상 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
예를 들어, γ-부티로락톤 등의 락톤류 ； 아세톤, 메틸에틸케톤 (MEK), 시클로헥사논, 메틸-n-펜틸케톤(2-헵타논), 메틸이소펜틸케톤 등의 케톤류 ； 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜 등의 다가 알코올류 ； 에틸렌글리콜모노아세테이트, 디에틸렌글리콜모노아세테이트, 프로필렌글리콜모노아세테이트, 또는 디프로필렌글리콜모노아세테이트 등의 에스테르 결합을 갖는 화합물, 상기 다가 알코올류 또는 상기 에스테르 결합을 갖는 화합물의 모노메틸에테르, 모노에틸에테르, 모노프로필에테르, 모노부틸에테르 등의 모노알킬에테르 또는 모노페닐에테르 등의 에테르 결합을 갖는 화합물 등의 다가 알코올류의 유도체[이들 중에서는, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 (PGMEA), 프로필렌글리콜모노메틸에테르 (PGME) 가 바람직하다] ； 디옥산과 같은 고리형 에테르류나, 락트산메틸, 락트산에틸 (EL), 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 피루브산메틸, 피루브산에틸, 메톡시프로피온산메틸, 에톡시프로피온산에틸 등의 에스테르류 ； 아니솔, 에틸벤질에테르, 크레질메틸에테르, 디페닐에테르, 디벤질에테르, 페네톨, 부틸페닐에테르, 에틸벤젠, 디에틸벤젠, 펜틸벤젠, 이소프로필벤젠, 톨루엔, 자일렌, 시멘, 메시틸렌 등의 방향족계 유기 용제, 디메틸술폭사이드 (DMSO) 등을 들 수 있다.
이들의 유기 용제는 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상의 혼합 용제로서 사용해도 된다.
그 중에서도, PGMEA, PGME, γ-부티로락톤, EL 이 바람직하다.
또, PGMEA 와 극성 용제를 혼합한 혼합 용매도 바람직하다. 그 배합비 (질량비) 는 PGMEA 와 극성 용제의 상용성 등을 고려하여 적절히 결정하면 되지만, 바람직하게는 1 ： 9 ∼ 9 ： 1, 보다 바람직하게는 2 ： 8 ∼ 8 ： 2 의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는, 극성 용제로서 EL 또는 시클로헥사논을 배합하는 경우에는, PGMEA ： EL 또는 시클로헥사논의 질량비는 바람직하게는 1 ： 9 ∼ 9 ： 1, 보다 바람직하게는 2 ： 8 ∼ 8 ： 2 이다. 또, 극성 용제로서 PGME 를 배합하는 경우에는, PGMEA ： PGME 의 질량비는 바람직하게는 1 ： 9 ∼ 9 ： 1, 보다 바람직하게는 2 ： 8 ∼ 8 ： 2, 더욱 바람직하게는 3 ： 7 ∼ 7 ： 3 이다.
또, (S) 성분으로서 그 외에는, PGMEA 및 EL 중에서 선택되는 적어도 1 종과 γ-부티로락톤의 혼합 용제도 바람직하다. 이 경우, 혼합 비율로서는, 전자와 후자의 질량비가 바람직하게는 70 ： 30 ∼ 95 ： 5 가 된다.
(S) 성분의 사용량은 특별히 한정되지 않고, 기판 등에 도포 가능한 농도로, 도포 막두께에 따라 적절히 설정된다. 일반적으로는 레지스트 조성물의 고형분 농도가 1 ∼ 20 질량％, 바람직하게는 2 ∼ 15 질량％ 의 범위 내가 되도록 사용된다.
구체적으로는, 먼저 표면 처리제를 함유하는 중성화막 상에 후술하는 레지스트 조성물을 스피너 등으로 도포하고, 베이크 (포스트 어플라이 베이크 (PAB)) 처리를, 예를 들어 80 ∼ 150 ℃ 의 온도 조건에서 40 ∼ 120 초간, 바람직하게는 60 ∼ 90 초간 실시하여 레지스트막을 형성한다.
다음으로, 그 레지스트막에 대해, 예를 들어 ArF 노광 장치, 전자선 묘화 장치, EUV 노광 장치 등의 노광 장치를 사용하여, 소정의 패턴이 형성된 마스크 (마스크 패턴) 를 개재한 노광, 또는 마스크 패턴을 개재하지 않은 전자선의 직접 조사에 의한 묘화 등에 의한 선택적 노광을 실시한 후, 베이크 (포스트 익스포저 베이크 (PEB)) 처리를, 예를 들어 80 ∼ 150 ℃ 의 온도 조건에서 40 ∼ 120 초간, 바람직하게는 60 ∼ 90 초간 실시한다.
다음으로, 상기 레지스트막을 현상 처리한다.
현상 처리는, 알칼리 현상 프로세스의 경우에는, 알칼리 현상액을 사용하고, 용제 현상 프로세스의 경우에는, 유기 용제를 함유하는 현상액 (유기계 현상액) 사용하여 실시한다.
현상 처리 후, 바람직하게는 린스 처리를 실시한다. 린스 처리는, 알칼리 현상 프로세스의 경우에는, 순수를 사용한 물 린스가 바람직하고, 용제 현상 프로세스의 경우에는, 유기 용제를 함유하는 린스액을 사용하는 것이 바람직하다.
용제 현상 프로세스의 경우, 상기 현상 처리 또는 린스 처리 후에, 패턴 상에 부착되어 있는 현상액 또는 린스액을 초임계 유체에 의해 제거하는 처리를 실시해도 된다.
현상 처리 후 또는 린스 처리 후, 건조를 실시한다. 또, 본 발명에 있어서는, 상기 현상 처리 후에 베이크 처리 (포스트 베이크) 를 실시하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여, 레지스트 패턴을 얻을 수 있다. 본 발명에 있어서는, 현상 후의 베이크 처리를 180 ℃ 이상에서 실시하는 것이 바람직하고, 190 ℃ 이상에서 실시하는 것이 보다 바람직하고, 200 ℃ 이상에서 실시하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 현상 후의 베이크 처리를, 예를 들어 180 ℃ 이상의 고온에서 실시함으로써, 후술하는, 패턴 및 중성화막을 피복하도록, 복수 종류의 폴리머가 결합된 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정에 있어서, 레지스트 패턴에 블록 코폴리머를 함유하는 층의 용제에 대한 내성을 부여할 수 있다고 생각된다.
레지스트 패턴에 블록 코폴리머를 함유하는 층의 용제에 대한 내성을 부여함으로써, 레지스트 패턴의 상부에도 블록 코폴리머를 도포하는 것이 가능해지고, 또한, 레지스트 패턴 상에 있어서도 블록 코폴리머를 상분리시키는 것이 가능해진다고 생각된다.
또, 이 고온에서의 베이크 처리에 의해 레지스트 패턴이 적당히 플로우된다. 그 결과, 후술하는, 레지스트 패턴 (3) 의 기판 표면 (혹은 중성화막 표면) 으로부터의 높이, 및 형상이 최적인 것이 되어, 레지스트 패턴 (3) 상에 블록 코폴리머의 상분리 구조를 형성할 수 있다고 생각된다.
노광에 사용하는 파장은 특별히 한정되지 않고, ArF 엑시머 레이저, KrF 엑시머 레이저, F2 엑시머 레이저, EUV (극자외선), VUV (진공 자외선), EB (전자선), X 선, 연 X 선 등의 방사선을 사용하여 실시할 수 있다. 상기 레지스트 조성물은 KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저, EB 또는 EUV 용으로서의 유용성이 높다.
레지스트막의 노광 방법은 공기나 질소 등의 불활성 가스 중에서 실시하는 통상적인 노광 (드라이 노광) 이어도 되고, 액침 노광 (Liquid Immersion Lithography) 이어도 된다.
액침 노광은 미리 레지스트막과 노광 장치의 최하 위치의 렌즈 사이를 공기의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 용매 (액침 매체) 로 채우고, 그 상태에서 노광 (침지 노광) 을 실시하는 노광 방법이다.
액침 매체로서는, 공기의 굴절률보다 크고, 또한 노광되는 레지스트막이 갖는 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 용매가 바람직하다. 이러한 용매의 굴절률로서는, 상기 범위 내이면 특별히 제한되지 않는다.
공기의 굴절률보다 크고, 또한 상기 레지스트막의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 용매로서는, 예를 들어, 물, 불소계 불활성 액체, 실리콘계 용제, 탄화수소계 용제 등을 들 수 있다.
불소계 불활성 액체의 구체예로서는, C3HCl2F5, C4F9OCH3, C4F9OC2H5, C5H3F7 등의 불소계 화합물을 주성분으로 하는 액체 등을 들 수 있고, 비점이 70 ∼ 180 ℃ 인 것이 바람직하고, 80 ∼ 160 ℃ 인 것이 보다 바람직하다. 불소계 불활성 액체가 상기 범위의 비점을 갖는 것이면, 노광 종료 후에, 액침에 사용한 매체의 제거를, 간편한 방법으로 실시할 수 있는 점에서 바람직하다.
불소계 불활성 액체로서는, 특히, 알킬기의 수소 원자가 모두 불소 원자로 치환된 퍼플루오로알킬 화합물이 바람직하다. 퍼플루오로알킬 화합물로서는, 구체적으로는, 퍼플루오로알킬에테르 화합물이나 퍼플루오로알킬아민 화합물을 들 수 있다.
또한, 구체적으로는, 상기 퍼플루오로알킬에테르 화합물로서는, 퍼플루오로(2-부틸-테트라하이드로푸란) (비점 102 ℃) 을 들 수 있고, 상기 퍼플루오로알킬아민 화합물로서는, 퍼플루오로트리부틸아민 (비점 174℃) 을 들 수 있다.
액침 매체로서는, 비용, 안전성, 환경 문제, 범용성 등의 관점에서, 물이 바람직하게 사용된다.
알칼리 현상 프로세스에서 현상 처리에 사용하는 알칼리 현상액으로서는, 예를 들어 0.1 ∼ 10 질량％ 테트라메틸암모늄하이드록사이드 (TMAH) 수용액을 들 수 있다.
용제 현상 프로세스에서 현상 처리에 사용하는 유기계 현상액이 함유하는 유기 용제로서는, (A) 성분 (노광 전의 (A) 성분) 을 용해할 수 있는 것이면 되고, 공지된 유기 용제 중에서 적절히 선택할 수 있다. 구체적으로는, 케톤계 용제, 에스테르계 용제, 알코올계 용제, 아미드계 용제, 에테르계 용제 등의 극성 용제 및 탄화수소계 용제를 사용할 수 있다.
유기계 현상액에는, 필요에 따라 공지된 첨가제를 배합할 수 있다. 그 첨가제로서는 예를 들어 계면 활성제를 들 수 있다. 계면 활성제로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 이온성이나 비이온성의 불소계 및/또는 실리콘계 계면 활성제 등을 사용할 수 있다.
계면 활성제를 배합하는 경우, 그 배합량은, 유기계 현상액의 전체량에 대해, 통상적으로 0.001 ∼ 5 질량％ 이며, 0.005 ∼ 2 질량％ 가 바람직하고, 0.01 ∼ 0.5 질량％ 가 보다 바람직하다.
현상에 사용하는 유기계 용제가 함유하는 유기 용제로서는, 기재 성분 (A) (노광 전의 기재 성분 (A)) 를 용해할 수 있는 것이면 되고, 공지된 유기 용제 중에서 적절히 선택할 수 있다. 구체적으로는, 케톤계 용제, 에스테르계 용제, 니트릴계 용제 등을 들 수 있다. 에스테르계 용제로서는, 아세트산부틸이 바람직하다. 케톤계 용제로서는 메틸아밀케톤(2-헵타논) 이 바람직하다.
케톤계 용제는 구조 중에 C-C(=O)-C 를 함유하는 유기 용제이다. 에스테르계 용제는 구조 중에 C-C(=O)-O-C 를 함유하는 유기 용제이다. 알코올계 용제는 구조 중에 알코올성 수산기를 함유하는 유기 용제이며, 「알코올성 수산기」 는 지방족 탄화수소기의 탄소 원자에 결합한 수산기를 의미한다. 아미드계 용제는 구조 중에 아미드기를 함유하는 유기 용제이다. 에테르계 용제는 구조 중에 C-O-C 를 함유하는 유기 용제이다. 유기 용제 중에는, 구조 중에 상기 각 용제를 특징짓는 관능기를 복수 종 함유하는 유기 용제도 존재하지만, 그 경우는, 당해 유기 용제가 갖는 관능기를 함유하는 어느 용제종에도 해당하는 것으로 한다. 예를 들어, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르는, 상기 분류 중의, 알코올계 용제, 에테르계 용제 어느 것에나 해당하는 것으로 한다. 또, 탄화수소계 용제는 탄화수소로 이루어지고, 치환기 (수소 원자 및 탄화수소기 이외의 기 또는 원자) 를 갖지 않는 탄화수소 용제이다.
각 용제의 구체예로서 케톤계 용제로서는, 예를 들어, 1-옥타논, 2-옥타논, 1-노나논, 2-노나논, 아세톤, 4-헵타논, 1-헥사논, 2-헥사논, 디이소부틸케톤, 시클로헥사논, 메틸시클로헥사논, 페닐아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 아세틸아세톤, 아세토닐아세톤, 이오논, 디아세토닐알코올, 아세틸카비놀, 아세토페논, 메틸나프틸케톤, 이소포론, 프로필렌카보네이트, γ-부티로락톤, 메틸아밀케톤(2-헵타논) 등을 들 수 있다.
에스테르계 용제로서는, 예를 들어, 아세트산메틸, 아세트산부틸, 아세트산에틸, 아세트산이소프로필, 아세트산아밀, 아세트산이소아밀, 메톡시아세트산에틸, 에톡시아세트산에틸, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노프로필에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노페닐에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노프로필에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노페닐에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 2-메톡시부틸아세테이트, 3-메톡시부틸아세테이트, 4-메톡시부틸아세테이트, 3-메틸-3-메톡시부틸아세테이트, 3-에틸-3-메톡시부틸아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노프로필에테르아세테이트, 2-에톡시부틸아세테이트, 4-에톡시부틸아세테이트, 4-프로폭시부틸아세테이트, 2-메톡시펜틸아세테이트, 3-메톡시펜틸아세테이트, 4-메톡시펜틸아세테이트, 2-메틸-3-메톡시펜틸아세테이트, 3-메틸-3-메톡시펜틸아세테이트, 3-메틸-4-메톡시펜틸아세테이트, 4-메틸-4-메톡시펜틸아세테이트, 프로필렌글리콜디아세테이트, 포름산메틸, 포름산에틸, 포름산부틸, 포름산프로필, 락트산에틸, 락트산부틸, 락트산프로필, 탄산에틸, 탄산프로필, 탄산부틸, 피루브산메틸, 피루브산에틸, 피루브산프로필, 피루브산부틸, 아세토아세트산메틸, 아세토아세트산에틸, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, 프로피온산프로필, 프로피온산이소프로필, 2-하이드록시프로피온산메틸, 2-하이드록시프로피온산에틸, 메틸-3-메톡시프로피오네이트, 에틸-3-메톡시프로피오네이트, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 프로필-3-메톡시프로피오네이트 등을 들 수 있다.
니트릴계 용제로서는, 예를 들어, 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 발레로니트릴, 부티로니트릴 등을 들 수 있다.
유기계 현상액에는, 첨가제로서 필요에 따라 공지된 계면 활성제를 배합할 수 있다.
현상 처리는 공지된 현상 방법에 의해 실시하는 것이 가능하고, 예를 들어 현상액 중에 지지체를 일정 시간 침지하는 방법 (딥법), 지지체 표면에 현상액을 표면 장력에 의해 마운팅하여 일정 시간 정지하는 방법 (패들법), 지지체 표면에 현상액을 분무하는 방법 (스프레이법), 일정 속도로 회전하고 있는 지지체 상에 일정 속도로 현상액 도출 노즐을 스캔하면서 현상액을 계속 도출하는 방법 (다이나믹 디스펜스법) 등을 들 수 있다.
린스액을 사용한 린스 처리 (세정 처리) 는 공지된 린스 방법에 의해 실시할 수 있다. 그 방법으로서는, 예를 들어 일정 속도로 회전하고 있는 지지체 상에 린스액을 계속 도출하는 방법 (회전 도포법), 린스액 중에 지지체를 일정 시간 침지하는 방법 (딥법), 지지체 표면에 린스액을 분무하는 방법 (스프레이법) 등을 들 수 있다.
또, 본 발명에 있어서는 가이드 패턴의 형성에 있어서, 나노 임프린트 리소그래피에 의해, 가이드 패턴을 형성해도 된다. 나노 임프린트 리소그래피는, 원하는 패턴이 형성된 몰드를, 표면에 수지층이 형성된 기체에 가압하여, 몰드 패턴을 수지층에 전사하는 방법이다.
나노 임프린트에 의한 가이드 패턴 형성 방법으로서는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2007-072374, 일본 공개특허공보 2007-329276, 일본 공개특허공보 2008-246876 에 기재된 방법 등을 들 수 있다.
≪패턴 형성 방법≫
본 발명의 제 2 양태는, 기판 상에, 복수 종류의 블록이 결합된 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정과, 당해 블록 코폴리머를 함유하는 층을 상분리시키는 공정과, 상기 블록 코폴리머를 함유하는 층 중, 상기 블록 코폴리머를 구성하는 복수 종류의 블록 중 적어도 1 종류의 블록으로 이루어지는 상을 선택적으로 제거하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머를 함유하는 층의 패턴 형성 방법이다.
본 발명의 제 2 양태의 패턴 형성 방법은, [기판 상에, 복수 종류의 블록이 결합된 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정] 전에, [기판 상에, 중성화막을 도포하고, 그 중성화막으로 이루어지는 층을 형성하는 공정] 및/또는 [가이드 패턴을 형성하는 공정] 을 가지고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 양태의 패턴 형성 방법은, 상기 [기판 상에, 중성화막을 도포하고, 그 중성화막으로 이루어지는 층을 형성하는 공정] 후에, 가이드 패턴을 형성하는 공정을 가지고 있어도 되고, 상기 [기판 상에, 중성화막을 도포하고, 그 중성화막으로 이루어지는 층을 형성하는 공정] 전에, 가이드 패턴을 형성하는 공정을 가지고 있어도 되지만, 상기 [기판 상에, 중성화막을 도포하고, 그 중성화막으로 이루어지는 층을 형성하는 공정] 후에, 가이드 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 양태의 패턴 형성 방법에 있어서의, [기판 상에, 복수 종류의 블록이 결합된 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정], [블록 코폴리머를 함유하는 층을 상분리시키는 공정], [기판 상에, 중성화막을 도포하고, 그 중성화막으로 이루어지는 층을 형성하는 공정], [가이드 패턴을 형성하는 공정] 에 대한 설명은 상기 제 1 양태에 있어서의 설명과 동일하다.
본 발명의 제 2 양태의 패턴 형성 방법에 있어서는, [블록 코폴리머를 함유하는 층 중, 블록 코폴리머를 구성하는 복수 종류의 블록 중 적어도 1 종류의 블록으로 이루어지는 상을 선택적으로 제거하는 공정] 을 갖는다.
본 발명에 있어서, 상기 공정 [블록 코폴리머를 함유하는 층을 상분리시키는 공정] 후, 상기 블록 코폴리머를 함유하는 층 중, 상기 블록 코폴리머를 구성하는 복수 종류의 블록 중 적어도 1 종류의 블록으로 이루어지는 상을 선택적으로 제거함으로써, 패턴을 형성하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 상분리 구조를 형성시킨 후의 기판 상의 블록 코폴리머를 함유하는 층 중, PB 블록으로 이루어지는 상 중의 블록의 적어도 일부 (도 1 에 있어서의 상 (3a)) 를 선택적으로 제거 (저분자량화) 함으로써, 패턴을 형성하는 방법을 들 수 있다. 미리 PB 블록의 일부를 선택적으로 제거함으로써, 현상액에 대한 용해성을 높일 수 있는 결과, PB 블록으로 이루어지는 상이 PA 블록으로 이루어지는 상보다 선택적으로 제거하기 쉬워진다.
이와 같은 선택적 제거 처리는, PA 블록에 대해서는 영향을 미치지 않고, PB 블록을 분해 제거할 수 있는 처리이면, 특별히 한정되는 것이 아니고, 수지막의 제거에 사용되는 수법 중에서, PA 블록과 PB 블록의 종류에 따라, 적절히 선택하여 실시할 수 있다. 또, 기판 표면에 미리 중성화막이 형성되어 있는 경우에는, 당해 중성화막도 PB 블록으로 이루어지는 상과 동일하게 제거된다. 이와 같은 제거 처리로서는, 예를 들어, 산소 플라즈마 처리, 오존 처리, UV 조사 처리, 열분해 처리, 및 화학 분해 처리 등을 들 수 있다.
상기와 같이 하여 블록 코폴리머로 이루어지는 층의 상분리에 의해 패턴을 형성시킨 기판은 그대로 사용할 수도 있지만, 추가로 열처리를 실시함으로써, 기판 상의 고분자 나노 구조체의 형상을 변경할 수도 있다. 열처리의 온도는 사용하는 블록 코폴리머의 유리 전이 온도 이상이며, 또한 열분해 온도 미만에서 실시하는 것이 바람직하다. 또, 열처리는 질소 등의 반응성이 낮은 가스 중에서 실시되는 것이 바람직하다.
≪미세 패턴 형성 방법≫
본 발명의 제 3 양태는, 상기 제 2 양태의 패턴 형성 방법에 의해 형성한 패턴을 마스크로 하여, 기판의 에칭을 실시하는 에칭 공정을 갖는 미세 패턴 형성 방법이다.
[에칭 공정]
에칭 공정은 상기 상분리 구조에 의해 형성된 패턴을 마스크로 하여 기판의 에칭을 실시하는 공정이다.
에칭 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 드라이 에칭이 바람직하고, 산소 (O2) 플라즈마 에칭, 또는 CF4 가스, CHF3 가스, Ar/CF4 가스를 사용한 에칭을 사용하는 것이 효율의 점에서 보다 바람직하고, 그 중에서도 산소 플라즈마 에칭이 바람직하다.
드라이 에칭의 조건은 특별히 한정되는 것이 아니고, 상기 상분리 구조에 의해 형성된 패턴의 재료나 기판 표면으로부터의 높이에 따라 적절히 결정할 수 있다. 예를 들어, 산소 플라즈마 처리를 사용하는 경우, 산소 플라즈마 처리시의 압력은 1.33 ∼ 66.5 Pa (10 ∼ 50 mtorr) 가 바람직하고, 13.3 ∼ 26.6 Pa (100 ∼ 200 mtorr) 가 보다 바람직하다. 또, 산소 플라즈마 처리시의 플라즈마 출력은 5 ∼ 500 W 가 바람직하고, 5 ∼ 50 W 가 보다 바람직하다. 또, 산소 플라즈마 처리시의 처리 시간은 1 ∼ 100 초가 바람직하고, 2 ∼ 60 초가 보다 바람직하다. 또, 산소 플라즈마 처리의 온도는 -30 ∼ 300 ℃ 가 바람직하고, 0 ∼ 100 ℃ 가 보다 바람직하고, 가장 바람직하게는 실온 (5 ∼ 40 ℃) 이다. 산소 플라즈마 처리에 사용하는 플라즈마 장치는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 사우스베이사 제조 (South Bay Technology, USA) 의 PE-2000 플라즈마 에처 (Plasma etcher) 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 패턴 결함이 적은 패턴 (예를 들어, CDU, 개구율이 개선된 홀 패턴, LWR 이 개선된 라인 패턴 등) 을 형성할 수 있다. 그 이유로서는, 복수 종류의 블록이 결합된 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 사용함으로써, 패턴 결함의 원인이 되는 불순물 등 (예를 들어, 블록 코폴리머를 구성하는 블록의 잔류물이나, 블록 코폴리머를 조제할 때에 생기는 부생성물 등) 이 적어지기 때문이라고 생각된다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[블록 코폴리머의 조제 (1)]
＜PS-PMMA 의 블록 코폴리머 1 ∼ 4＞
PS-PMMA 의 블록 코폴리머를 표 1 에 나타내는 각 횟수의 시클로헥산 세정에 의한 정제를 실시하여, PS-PMMA 의 블록 코폴리머 1 ∼ 4 (이하, 「BCP1 ∼ 4」 라고 기재하는 경우가 있다.) 를 얻었다. 정제 후의 순도는 액체 크로마토그래피에 의해 정량했다.
Figure pat00047
＜POSS-PMMA 의 블록 코폴리머 5 ∼ 8＞
하기에 나타내는 POSS-PMMA 의 블록 코폴리머를 표 2 에 나타내는 각 횟수의 메탄올 세정에 의한 정제를 실시하여, POSS-PMMA 의 블록 코폴리머 5 ∼ 8 (이하, 「BCP5 ∼ 8」 이라고 기재하는 경우가 있다.) 을 얻었다. 정제 후의 순도는 액체 크로마토그래피에 의해 정량했다.
[화학식 47]
Figure pat00048
Figure pat00049
[실시예 1 ∼ 2, 비교예 1 ∼ 2]
실리콘 기판에, 하지제로서 PGMEA 를 사용하여 0.5 ∼ 1.0 질량％ 의 농도로 조정한 수지 조성물 (스티렌/메타크릴산 3,4-에폭시시클로헥실메탄/메타크릴산프로필트리메톡시실란 = 88/17/5 로 이루어지는 Mw 43400, Mw/Mn 1.77 의 공중합체) 을, 스피너를 사용하여 도포하고, 250 ℃, 1 분간 소성하여 건조시킴으로써, 막두께 10 nm 의 하지제로 이루어지는 층을 기판 상에 형성했다.
이어서, 표 1 에 나타내는 BCP 를 실리콘 기판 상에서 막두께 20 nm 가 되는 조건으로 스핀 코트했다. 그 후, 질소 기류하, 240 ℃ 에서 60 초간 가열 처리를 실시하여, 상분리 구조를 형성시켰다.
상분리가 형성된 기판을, TCA-3822 (토쿄 오카 공업 제조) 를 사용하여, 산소 플라즈마 처리 (200 ㎖/분, 40 Pa, 40 ℃, 200 W, 20 초간) 를 실시하여 PMMA 로 이루어지는 상을 선택적으로 제거하고, 얻어진 기판의 표면을 주사형 전자 현미경 SU8000 (히타치 하이테크놀로지즈사 제조) 으로 관찰했다.
실시예 1 ∼ 2, 비교예 1 ∼ 2 에 대해, 홀 직경이 22 nm 의 홀 패턴이 형성되었다.
[패턴 치수의 면내 균일성 (CDU) 의 평가]
상기 CH 패턴 중의 100 개의 홀을, 측장 SEM (주사형 전자 현미경, 가속 전압 300 V, 상품명 ： S-9380, 히타치 하이테크놀로지즈사 제조) 에 의해, CH 패턴 상공으로부터 관찰하여, 각 홀의 홀 직경 (nm) 을 측정했다. 그리고, 그 측정 결과로부터 산출한 표준 편차 (σ) 의 3 배값 (3σ) 을 구했다. 그 결과를 「CDU (nm)」 로서 표 3 에 나타낸다.
이와 같이 하여 구해지는 3σ 는, 그 값이 작을수록, 그 레지스트막에 형성된 복수의 홀의 치수 (CD) 균일성이 높은 것을 의미한다.
또, 홀 패턴을 구성하는 복수의 가이드 홀 중, 양호한 원형 홀 (○) 이 형성된 가이드 홀의 비율을 홀 개구율로서 구했다. 그 결과를 표 3 에 병기한다.
Figure pat00050
［실시예 3 ∼ 4, 비교예 3 ∼ 4］
하기에 나타내는 고분자 화합물 (A) 를 100 질량부, 하기에 나타내는 화합물 (B) 를 10.00 질량부, 트리펜틸아민을 1.2 질량부, 살리실산을 2.0 질량부, 함불소 고분자 화합물 (F) 를 3.0 질량부, 및, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 (PGMEA) 에 고형분 농도가 5 질량％ 가 되도록, 혼합하여 용해함으로써 레지스트 조성물을 조제했다.
8 인치의 실리콘 웨이퍼 상에, 유기계 반사 방지막 조성물 「ARC29」(상품명, 브류워사이엔스사 제조) 를, 스피너를 사용하여 도포하고, 핫 플레이트 상에서 205 ℃, 60 초간 소성하여 건조시킴으로써, 막두께 82 nm 의 유기계 반사 방지막을 형성했다.
이어서, 그 하지제 상에, 상기 레지스트 조성물을, 스피너를 사용하여 도포하고, 핫 플레이트 상에서, 온도 85 ℃ 에서 60 초간의 조건으로 프리베이크 (PAB) 처리를 실시하여, 건조시킴으로써, 막두께 50 nm 의 레지스트막을 형성했다.
이어서, 그 레지스트막에, 노광 장치 NSR-S609B (니콘사 제조 NA = 1.07 2/3 Annular) 에 의해, ArF 엑시머 레이저 (193 nm) 를, 마스크 패턴 (6 ％ 하프톤) 을 개재하여 선택적으로 조사했다.
이어서, 온도 115 ℃ 에서 60 초간의 노광 후 가열 (PEB) 처리를 실시하고, 추가로 23 ℃ 에서 아세트산부틸로 20 초간 네거티브형 현상하여, 물기를 털어 건조를 실시했다.
그 결과, 폭 70 nm 의 트렌치 가이드 패턴이 형성되었다.
[화학식 48]
Figure pat00051
이어서, 상기 레지스트 패턴이 형성된 기판 상에, 표 2 에 나타내는 BCP5 ∼ 8 을 실리콘 기판 상에서 막두께 15 nm 가 되는 조건으로 스핀 코트했다.
그 후, 질소 기류하, 180 ℃ 에서 1 시간 가열 처리를 실시하여, 상분리 구조를 형성시켰다. 상분리가 형성된 기판을, TCA-3822 (토쿄 오카 공업 제조) 를 사용하여, 산소 플라즈마 처리 (200 ㎖/분, 40 Pa, 40 ℃, 200 W, 20 초간) 를 실시하여 PMMA 로 이루어지는 상을 선택적으로 제거하고, 얻어진 기판의 표면을 주사형 전자 현미경 SU8000 (히타치 하이테크놀로지즈사 제조) 으로 관찰했다.
실시예 3 ∼ 4, 비교예 3 ∼ 4 에 대해, 라인폭 9 nm, 피치폭 18 nm 의 1 ： 1 라인 앤드 스페이스 (LS) 패턴이 형성되었다.
[LWR (라인 위드스 러프니스) 평가]
상기 SL 패턴에 있어서, 측장 SEM (주사형 전자 현미경, 가속 전압 300 V, 상품명 ： S-9380, 히타치 하이테크놀로지즈사 제조) 에 의해, 스페이스폭을, 스페이스의 길이 방향으로 400 지점 측정하고, 그 결과로부터 표준 편차 (s) 의 3 배값 (3s) 을 구하고, 400 지점의 3s 에 대해 평균화한 값을, LWR 을 나타내는 척도로서 산출했다. 그 결과를 표 4 에 나타낸다.
이 3s 의 값이 작을수록, 그 선폭의 러프니스가 작고, 보다 균일폭의 SL 패턴이 얻어진 것을 의미한다.
Figure pat00052
<PTMSS-b-PMMA 의 블록 코폴리머 9 ∼12>
하기에 나타내는 PTMSS-b-PMMA [폴리(4-트리메틸실릴스티렌)-b-폴리메틸메타크릴레이트] 의 블록 코폴리머를 표 5 에 나타내는 각 횟수의 시클로헥산 세정에 의한 정제를 실시하여, PTMSS-b-PMMA 의 블록 코폴리머 9 ∼ 12 (이하, 「BCP 9 ∼12」라고 기재하는 경우가 있다.) 를 얻었다. 정제 후의 순도는 액체 크로마토그래피에 의해 정량했다.
[화학식 49]
Figure pat00053
Figure pat00054
<PS-b-PLA 의 블록 코폴리머 13 ∼16>
PS-b-PLA (폴리스티렌-b-폴리락트산) 의 블록 코폴리머를 표 6 에 나타내는 각 횟수의 시클로헥산 세정에 의한 정제를 실시하여, PS-b-PLA 의 블록 코폴리머 13 ∼ 16 (이하, 「BCP 13 ∼16」 이라고 기재하는 경우가 있다.) 을 얻었다. 정제 후의 순도는 액체 크로마토그래피에 의해 정량했다.
[화학식 50]
Figure pat00055
Figure pat00056
[실시예 5 ∼ 6, 비교예 5 ∼ 6]
실리콘 기판에, 하지제로서 PGMEA 를 사용하여 0.5 ∼ 1.0 질량％ 의 농도로 조정한 수지 조성물 (스티렌/메타크릴산3,4-에폭시시클로헥실메탄/메타크릴산프로필트리메톡시실란 = 88/17/5 로 이루어지는 Mw 43400, Mw/Mn 1.77 의 공중합체) 을, 스피너를 사용하여 도포하고, 250 ℃, 1 분간 소성하여 건조시킴으로써, 막두께 10 nm 의 하지제로 이루어지는 층을 기판 상에 형성했다.
이어서, 표 5 에 나타내는 BCP 를 실리콘 기판 상에서 막두께 15 nm 가 되는 조건으로 스핀 코트했다. 그 후, 질소 기류하, 200 ℃ 에서 1 시간 가열 처리를 실시하여, 상분리 구조를 형성시켰다. 상분리가 형성된 기판을, TCA-3822 (토쿄 오카 공업 제조) 를 사용하여, 산소 플라즈마 처리 (200 ㎖/분, 40 Pa, 40 ℃, 200 W, 20 초간) 를 실시하여 PMMA 로 이루어지는 상을 선택적으로 제거하고, 얻어진 기판의 표면을 주사형 전자 현미경 SU8000 (히타치 하이테크놀로지즈사 제조) 으로 관찰했다.
실시예 5 ∼ 6, 비교예 5 ∼ 6 에 대해, 홀 직경이 22 nm 의 홀 패턴이 형성되었다.
[패턴 치수의 면내 균일성 (CDU) 의 평가]
상기 CH 패턴에 대해, 실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 2 와 동일하게 하여 CDU 및 개구율을 평가했다. 결과를 표 7 에 나타낸다.
Figure pat00057
[실시예 7 ∼ 8, 비교예 7 ∼ 8]
실시예 3 ∼ 4 및 비교예 3 ∼ 4 와 동일하게 하여 기판 상에 폭 70 ㎚ 의 트렌치 가이드 패턴을 형성했다.
이어서, 상기 레지스트 패턴이 형성된 기판 상에, 표 6 에 나타내는 BCP13 ∼ 16 을 실리콘 기판 상에서 막두께 15 nm 가 되는 조건으로 스핀 코트했다.
그 후, 질소 기류하, 150 ℃ 에서 3 시간 가열 처리를 실시하여, 상분리 구조를 형성시켰다. 상분리가 형성된 기판을, TCA-3822 (토쿄 오카 공업 제조) 를 사용하여, 산소 플라즈마 처리 (200 ㎖/분, 40 Pa, 40 ℃, 200 W, 20 초간) 를 실시하여 PMMA 로 이루어지는 상을 선택적으로 제거하고, 얻어진 기판의 표면을 주사형 전자 현미경 SU8000 (히타치 하이테크놀로지즈사 제조) 으로 관찰했다.
실시예 7 ∼ 8, 비교예 7 ∼ 8 에 대해, 라인폭 9 nm, 피치폭 18 nm 의 1 ： 1 라인 앤드 스페이스 (LS) 패턴이 형성되었다.
[LWR (라인 위드스 러프니스) 평가]
상기 LS 패턴에 대해서, 실시예 3 ∼ 4 및 비교예 3 ∼ 4 와 동일하게 하여 LWR 을 평가했다. 결과를 표 8 에 나타낸다.
Figure pat00058
이상의 결과로 부터, 본 발명의 순도 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 사용함으로써, 패턴 결함이 적은 패턴을 형성할 수 있었다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명했지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 경우는 없다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 부가, 생략, 치환, 및 그 밖의 변경이 가능하다. 본 발명은 전술한 설명에 의해 한정되는 경우는 없고, 첨부된 클레임의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (7)

  1. 기판 상에, 복수 종류의 블록이 결합된 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정과,
    당해 블록 코폴리머를 함유하는 층을 상분리시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 상분리 구조를 포함하는 구조체의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정 전에
    기판 상에, 중성화막을 도포하고, 그 중성화막으로 이루어지는 층을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 상분리 구조를 포함하는 구조체의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정 전에
    가이드 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 상분리 구조를 포함하는 구조체의 제조 방법.
  4. 기판 상에, 복수 종류의 블록이 결합된 순도가 98 ％ 이상의 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정과, 당해 블록 코폴리머를 함유하는 층을 상분리시키는 공정과, 상기 블록 코폴리머를 함유하는 층 중, 상기 블록 코폴리머를 구성하는 복수 종류의 블록 중 적어도 1 종류의 블록으로 이루어지는 상을 선택적으로 제거하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머를 함유하는 층의 패턴 형성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정 전에
    기판 상에, 중성화막을 도포하고, 그 중성화막으로 이루어지는 층을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 블록 코폴리머를 함유하는 층을 형성하는 공정 전에
    가이드 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  7. 제 4 항에 기재된 패턴을 마스크로 하여 기판의 에칭을 실시하는 에칭 공정을 갖는 미세 패턴 형성 방법.
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