KR20160122682A - 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료 및 패턴 형성 방법 - Google Patents

화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료 및 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

[해결 수단] (A) 산 불안정기로 보호된 산성 관능기를 가지는 알칼리 불용성 또는 난용성 고분자 화합물로서, 상기 산 불안정기가 탈리되었을 때 알칼리 가용성으로 되는 고분자 화합물, (B) 산 발생제, 및 (C) 퍼플루오로알킬에틸렌옥사이드 부가물로 이루어지는 비이온성 질소 함유 계면활성제 및 퍼플루오로폴리에테르기를 함유하고 또한 폴리옥시알킬렌형 폴리에테르 결합을 가지는 비이온성 질소 함유 오르가노실록산계 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 비이온성 불소계 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는, 파장 150nm 이상의 자외선을 노광 광원으로 하는 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료.
[효과] 본 발명에 의하면, 스캠을 형성하지 않는 레지스트 재료로서, 도포 균일성이 우수하고, 기판 주변부에서 막 두께가 극단적으로 두꺼워지는 현상인 에지 크라운을 억제할 수 있는 화학 증폭형 레지스트 재료를 제공할 수 있다.

Description

화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료 및 패턴 형성 방법 {CHEMICALLY AMPLIFIED POSITIVE RESIST COMPOSITION AND PATTERNING PROCESS}
본 발명은 파장 150nm 이상(근자외 및 원자외 영역)의 자외선 노광에 의해, 스캠이라 불리는 레지스트 잔사를 생성하지 않는 레지스트 재료 및 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 특히 레지스트 재료가 기판 상에 도포된, 막 두께가 5∼100㎛으로 두껍게 형성될 때의 도포 균일성(coating uniformity)을 향상시켜, 에지 크라운(edge crown)이라 불리는 기판 주변에서 레지스트 재료의 도포막이 지나치게 두꺼워지는 현상을 억제하는 데 적합한 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료 및 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 집적회로에 사용되는 레지스트 재료에 요구되는 성능 중 하나로서, 스캠이라 불리는 레지스트 잔사가 발생되지 않는 것이 요구된다. 스캠이란, 노광 후의 알칼리 현상 공정에서 형성되는 불용화(不溶化)된 레지스트 성분인 것이다. 현상 후에 이러한 스캠이 존재하면, 그후의 프로세스인 에칭이나 전해 도금 등을 실행할 때, 에칭 불량이나 도금 불량이 생기고, 원하는 마감처리 형상을 얻을 수 없게 되는, 치명적인 결함을 일으킨다. 특히 최근, 현저하게 선폭의 미세화가 진행되고 있기 때문에, 매우 적은 스캠의 존재로도 커다란 문제로 된다. 이것을 개선하는 시도로서는, 널리 사용되고 있는 유기 염기로 이루어지는 수용액(예를 들면, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드) 중에, 어느 특정한 계면활성제를 첨가하는 방법이 보고되어 있다(예를 들면, 일본 특개평6-118660호 공보: 특허 문헌 1, 특개평11-352700호 공보: 특허 문헌 2 등).
한편, 레지스트 재료측으로부터의 개량도 여러 가지 이루어지고 있고, 화학 증폭형 레지스트 재료에서는, 일본 특개평11-030856호 공보: 특허 문헌 3, 특개평11-030865호 공보: 특허 문헌 4, 특개평11-109629호 공보: 특허 문헌 5 등에 특정의 수지나 산 발생제를 사용하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 상기 방법은 수지, 산 발생제 등에 의한 스캠의 개선이기 때문에, 레지스트 재료에 요구되는 각종 성능의 일부에 제한을 가하게 된다. 따라서, 수지 및 산 발생제의 재료 선택성이 넓은 스캠의 개선 방법이 요망되고 있다.
최근, 전자기기의 소형화에 따라, LSI의 고집적화 및 ASIC화가 급속히 진행되고, 그 때문에 멀티핀 박층 실장이 널리 이용되고 있다. 이러한 멀티핀 구조에서는, 접속용 단자인 높이 10㎛ 이상의 돌기 전극(솔더 범프)이 필수이고, 그것을 형성하기 위한 기술이 요구되고 있다. 이 범프를 도금법에 의해 LSI 상에 형성할 때에는 포토레지스트 재료가 사용된다. 이 경우에, 종래의 박막 레지스트를 사용하여 형성되는 매쉬룸형 범프 형상에서는 LSI의 멀티핀화 및 핀 간격의 고밀도화를 실현하는 것은 곤란하며, 따라서, 후막(厚膜) 레지스트를 사용하여 범프 형상의 측벽의 수직화(straight side wall화)를 도모하는 것이 필요하게 된다. 솔더 범프는 레지스트 재료에 의해 형성된 패턴 사이에 형성되는데, 도금액에 침지되는 동안 전해 도금에 의해 형성된다. 필요한 솔더 범프의 높이는 수십㎛∼100㎛이므로, 형성되는 레지스트 패턴도 수십㎛∼100㎛의 깊이가 필요하게 된다. 이에 따라, 도포되는 레지스트 재료의 막 두께도 수십㎛∼100㎛으로 매우 두껍게 도포되지 않으면 안된다.
레지스트 재료의 막 두께가 두꺼워질수록, 막 두께를 균일하게 도포하는 것이 어려워진다. 레지스트 재료의 도포 막 두께가 균일하지 않은 경우, 전해 도금 후, 형성되는 솔더 범프의 높이가 균일하지 않게 되므로, 전극의 접합에 문제가 생기는 결점이 나타난다. 도포되는 레지스트 재료의 막 두께도 수십㎛∼100㎛으로 매우 두껍게 도포되는 공정에 있어서, 도포 막 두께가 균일해지는 것이 요구된다.
레지스트 재료를 도포하는 공정에 있어서, 가장 범용인 도포 방법으로서 스핀 코팅법을 들 수 있다. 도포되는 레지스트 재료의 막 두께를 수십㎛∼100㎛으로 매우 두껍게 스핀코팅하는 경우, 기판의 주변에 있어서 레지스트 재료의 막 두께가 솟아오를 정도로 두꺼워지는 현상이 있다. 이 현상을 에지 크라운이라 부른다. 기판 주변 부분에서만 레지스트 막 두께가 두꺼워진 경우, 레지스트 재료의 패터닝을 행하면, 막 두께가 두꺼워진 부분의 레지스트 패턴 크기가 목표로 하는 크기로부터 벗어나는 문제가 발생된다. 예를 들면, 스페이스 패턴이나 컨택 홀을 형성하고자 한 경우에, 막 두께가 두꺼워진 기판 주변 부분의 패턴 크기가 변화되고, 스페이스라면 목표보다 가늘고, 컨택 홀이라면 목표보다 작게 형성된다. 그 결과, 기판 중심의 패턴 크기와 기판 주변의 패턴 크기에 차이가 생기게 된다. 기판 내에서의 레지스트 패턴 크기가 다르다는 것은, 전해 도금 후 형성되는 솔더 범프의 크기도 다르게 되어 문제가 된다. 극단적으로 기판 주변 부분에서만 막 두께가 두꺼워진 경우에는, 패턴을 형성할 수 없는 문제를 일으키는 경우도 있다.
한편, 솔더 범프 패턴 형성을 위한 레지스트 재료는, 그것의 막 두께를 수십㎛∼100㎛으로 매우 두껍게 도포하는 것이므로, 감도, 레지스트 패턴 형상에 문제가 생기는 경우가 있다. 종래부터 범용되는 노볼락 수지와 나프토퀴논디아지드기 함유 화합물로 이루어지는 포지티브형 레지스트 재료는, 막 두께를 수십㎛∼100㎛으로 한 경우, 감도가 저하되고, 패턴 형성의 생산 효율을 저하시키거나, 패턴 형상이 테이퍼를 이루고, 범프 형상의 측벽의 수직화(스트레이트 사이드 웰화)를 도모하는 것이 필요함에도 불구하고, 형상의 문제를 초래하거나 하는 경우가 많다. 따라서, 막 두께를 수십㎛∼100㎛으로 할 필요가 있는 솔더 범프 형성용 레지스트 재료로는, 고감도이면서 측벽의 수직성이 높은 패턴을 형성할 수 있는 화학 증폭형의 레지스트 재료가 요망된다.
[특허 문헌 1] 일본 특개평6-118660호 공보 [특허 문헌 2] 일본 특개평11-352700호 공보 [특허 문헌 3] 일본 특개평11-030856호 공보 [특허 문헌 4] 일본 특개평11-030865호 공보 [특허 문헌 5] 일본 특개평11-109629호 공보 [특허 문헌 6] 일본 특개 2002-6503호 공보 [특허 문헌 7] 일본 특개평3-47190호 공보
본 발명은, 상기 요망에 대응한 것으로, 스캠을 형성하지 않는 레지스트 재료로서, 막 두께를 수십㎛∼100㎛으로 매우 두껍게 도포한 경우, 도포 균일성이 우수하고, 기판 주변부에서 막 두께가 지나치게 두꺼워지는 현상인 에지 크라운을 억제할 수 있는 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료 및 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 집중적으로 연구를 행한 결과, (A) 산 불안정기로 보호된 산성 관능기를 가진 알칼리 불용성 또는 난용성의 고분자 화합물로서, 상기 산 불안정기가 탈리(脫離)되었을 때, 알칼리 가용성으로 되는 고분자 화합물, (B) 산 발생제, 필요에 따라서 (D) 염기성 화합물을 함유하는 레지스트 조성물에, (C) 퍼플루오로알킬에틸렌옥사이드 부가물로 이루어지는 비이온성 질소 함유계 계면활성제 및 퍼플루오로폴리에테르기를 함유하고 또한 폴리옥시알킬렌형 폴리에테르 결합을 가지는 비이온성 질소 함유 오르가노실록산계 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 비이온성 불소계 화합물을 소량 첨가함으로써, 자외선 노광, 현상에 의해 얻어지는 패턴에 있어서, 스캠이 발생되지 않게 된다는 것, 레지스트 재료를 기판에 도포했을 때의 도포 균일성이 우수하다는 것, 기판 주변의 막 두께가 두꺼워지는 현상인 에지 크라운을 억제할 수 있다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은 하기 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료 및 패턴 형성 방법을 제공한다.
[I] (A) 산 불안정기로 보호된 산성 관능기를 가지는 알칼리 불용성 또는 난용성 고분자 화합물로서, 상기 산 불안정기가 탈리되었을 때 알칼리 가용성으로 되는 고분자 화합물,
(B) 산 발생제, 및
(C) 퍼플루오로알킬에틸렌옥사이드 부가물로 이루어지는 비이온성 질소 함유 계면활성제 및 퍼플루오로폴리에테르기를 함유하고 또한 폴리옥시알킬렌형 폴리에테르 결합을 가지는 비이온성 질소 함유 오르가노실록산계 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 비이온성 불소계 화합물
을 함유하는 것을 특징으로 하는, 파장 150nm 이상의 자외선을 노광 광원으로 하는 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료.
[II] (C) 성분의 비이온성 불소 화합물이, 하기 일반식(1)으로 표시되는 비이온성 질소 함유 오르가노실록산계 화합물인, [I]에 기재된 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료:
Figure pat00001
(식에서, Rf는 탄소수 5∼30의 분자 사슬 중에 에테르 결합을 1개 이상 포함하는 퍼플루오로알킬기를 나타내고, Q는 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜의 단독 중합 사슬 또는 이들 양자의 공중합 사슬로 이루어지는 폴리에테르기이고, R은 수소 원자 또는 탄소수 1∼4의 알킬기이고, X는 산소 원자를 제외한 2가의 연결기이고, Y는 2가의 연결기임. p는 3 이상의 정수(整數)이고, n은 0＜n＜3을 충족시키는 양의 정수임).
[III] 상기 일반식(1)의 Rf가, 하기 식(2)으로 표시되는 기인, [II]에 기재된 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료:
Figure pat00002
(식에서, s는 1∼9의 정수임).
[IV] (C) 성분이, 퍼플루오로폴리에테르기를 함유하고 또한 폴리옥시알킬렌형 폴리에테르 결합을 가지는 비이온성 질소 함유 오르가노실록산계 화합물이고, 이 화합물의 불소의 함유율이 7∼35질량%이고, 또한 폴리에테르기 함유율이 15∼55질량%인, [I]∼[III] 중 어느 하나에 기재된 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료.
[V] (C) 성분의 비이온성 불소계 화합물의 함유량이, (A) 성분 80질량부에 대해 100∼8,000ppm인, [I]∼[IV] 중 어느 하나에 기재된 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료.
[VI] 추가로, (D) 염기성 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, [I]∼[V] 중 어느 하나에 기재된 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료.
[VII] (i) [I]∼[IV] 중 어느 하나에 기재된 레지스트 재료를 기판 상에 도포하는 공정,
(ii) 이어서, 가열 처리 후, 포토마스크를 거쳐, 파장 150nm 이상의 자외선으로 노광하는 공정, 및
(iii) 필요에 따라 가열 처리한 후, 현상액을 사용하여 현상하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
[VIII] [VII]에 기재된 방법에 있어서, (iii)의 현상 공정 후, 전해 도금 또는 무전해 도금에 의해 기판 상에 금속 도금층을 형성하는 공정을 포함하는, 도금 패턴 형성 방법.
본 발명의 레지스트 재료에 의하면, 스캠을 형성하지 않는 레지스트 재료에 있어서 막 두께를 수십㎛∼100㎛으로 매우 두껍게 도포한 경우, 도포 균일성이 우수하고, 기판 주변부에서 막 두께가 극단적으로 두꺼워지는 현상인 에지 크라운을 억제할 수 있는 화학 증폭형 레지스트 재료를 제공할 수 있고, 양호한 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명의 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료는,
(A) 산 불안정기로 보호된 산성 관능기를 가지는 알칼리 불용성 또는 난용성 고분자 화합물로서, 상기 산 불안정기가 탈리되었을 때 알칼리 가용성으로 되는 고분자 화합물,
(B) 산 발생제, 및
(C) 퍼플루오로알킬에틸렌옥사이드 부가물로 이루어지는 비이온성 질소 함유 계면활성제 및 퍼플루오로폴리에테르기를 함유하고 또한 폴리옥시알킬렌형 폴리에테르 결합을 가지는 비이온성 질소 함유 오르가노실록산계 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 비이온성 불소계 화합물
을 함유하는 것을 특징으로 하는, 파장 150nm 이상의 자외선을 노광 광원으로 하는 것이다.
(A) 성분의 고분자 화합물은, 산 불안정기로 보호된 산성 관능기를 가지는 알칼리 불용성 또는 난용성 고분자 화합물로서, 상기 산 불안정기가 탈리되었을 때, 알칼리 가용성으로 되는 고분자 화합물이며, 예를 들면, 하기 일반식(3)으로 표시되는 반복 단위를 가지는 고분자 화합물의 페놀성 수산기의 일부의 수소 원자가 1종 또는 2종 이상의 산 불안정기에 의해 부분 치환되고, 산 불안정기가 상기 일반식(3)의 페놀성 수산기의 수소 원자 전체의 평균 0몰%를 초과하고, 80몰% 이하의 비율, 바람직하게는 7∼50몰%의 비율인, 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리스티렌 환산 중량평균 분자량이 3,000∼300,000인 고분자 화합물을 들 수 있다. 특히, 폴리하이드록시스티렌 및 그의 유도체의 페놀성 수산기의 수소 원자를 산 불안정기로 부분적으로 치환한 단분산(單分散)(분자량 분포(Mw/Mn): 1.0∼2.5, 바람직하게는 1.0∼2.0)인 것이 적합하다.
Figure pat00003
여기서, R1은 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고, R2는 탄소수 1∼8의 직쇄형, 분지형 또는 환형 알킬기를 나타낸다. 또한, x는 0 또는 양의 정수, y는 양의 정수이고, x+y≤5를 충족시키는 수이다.
산 불안정기로서는, 여러 가지를 선정할 수 있지만, 특히 하기 일반식(4), (5)로 표시되는 기, tert-알킬기, 트리알킬실릴기, 케토알킬기 등인 것이 바람직하다.
Figure pat00004
여기서, R3, R4는 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 탄소수 1∼6의 직쇄형 또는 분지형 알킬기를 나타내고, R5는 탄소수 1∼10의 직쇄형, 분지형 또는 환형 알킬기이거나, 또는 R3와 R4, R3와 R5, 또는 R4와 R5는 이것들이 결합되는 탄소 원자 또는 탄소 원자 및 산소 원자와 함께 고리를 형성할 수도 있다. 고리를 형성하는 경우, 고리를 형성하는 데 관여하는 R3, R4, R5는 각각 독립적으로 탄소수 1∼6의 직쇄형 또는 분지형 알킬렌기를 나타낸다.
구체적으로는, 상기 식(4)의 기로서, 1-에톡시에틸기, 1-n-프로폭시에틸기, 1-이소프로폭시에틸기, 1-n-부톡시에틸기, 1-이소부톡시에틸기, 1-sec-부톡시에틸기, 1-tert-부톡시에틸기, 1-tert-아밀옥시에틸기, 1-에톡시-n-프로필기, 1-시클로헥실옥시에틸기 등의 직쇄형 또는 분지형 아세탈기, 테트라하이드로퓨라닐기 등의 환형 아세탈기 등을 들 수 있고, 바람직하게는 1-에톡시에틸기, 1-에톡시-n-프로필기를 들 수 있다.
상기 식(5)에 있어서, R6는 탄소수 4∼12, 바람직하게는 4∼8, 더욱 바람직하게는 4∼6의 3급 알킬기를 나타내고, a는 0∼6의 정수이다.
구체적으로는, 상기 식(5)의 기로서, tert-부톡시카르보닐기, tert-부톡시카르보닐메틸기, tert-아밀옥시카르보닐기, tert-아밀옥시카르보닐메틸기 등을 들 수 있다.
또한, 상기 tert-알킬기로서는, tert-부틸기, tert-아밀기, 1-메틸시클로헥실기 등을 들 수 있다.
상기 트리알킬실릴기로서는, 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, 디메틸-tert-부틸실릴기 등의 각 알킬기의 탄소수가 1∼6인 것, 케토알킬기로서는, 3-옥소시클로헥실기, 및 하기 식으로 나타내는 기 등을 들 수 있다.
Figure pat00005
(A) 성분의 고분자 화합물은, 산 불안정기로 보호된 산성 관능기를 가지는 알칼리 불용성 또는 난용성의 고분자 화합물로서, 상기 산 불안정기가 이탈되었을 때 알칼리 가용성으로 되는 고분자 화합물에서는, 하기 일반식(6)으로 나타낸 바와 같은 아크릴산 에스테르 또는 메타크릴산 에스테르의 단위를 상기 일반식(3)에 공중합한 것도 적합하다. 아크릴산 에스테르 또는 메타크릴산 에스테르의 단위를 상기 일반식(3)에 공중합한 중합체(6)에 있어서, 상기 일반식(3)과 동일하게 페놀성 수산기의 수소 원자를 산 불안정기로 부분적으로 치환한 것도 적합하다.
Figure pat00006
(식에서, R1, R2, x, y는 상기 정의와 동일하다. R7은 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다. R8은 산과 반응하여 탈리하는 산 불안정기를 나타내고, 구체적으로는 탄소수 4∼20의 3급 알킬기, 보다 구체적으로는 tert-부틸기를 나타낸다. b, c는 정수를 나타내고, 바람직하게는 0.50≤b≤0.85, 0.15≤c≤0.50이고, b+c=1이다.)
다음으로, (B) 성분의 광산 발생제로서는, 고에너지선 조사에 의해 산을 발생하는 화합물이면 어느 것이라도 상관없다. 적합한 광산 발생제로서는 술포늄염, 요오도늄염, 술포닐디아조메탄, N-술포닐옥시이미드형 산 발생제 등이 있다. 이하에서 상세하게 설명하지만, 이것들은 단독으로, 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
술포늄염은 술포늄 양이온과 술포네이트의 염이며, 술포늄 양이온으로서 트리페닐술포늄, (4-tert-부톡시페닐)디페닐술포늄, 비스(4-tert-부톡시페닐)페닐술포늄, 트리스(4-tert-부톡시페닐)술포늄, (3-tert-부톡시페닐)디페닐술포늄, 비스(3-tert-부톡시페닐)페닐술포늄, 트리스(3-tert-부톡시페닐)술포늄, (3,4-디 tert-부톡시페닐)디페닐술포늄, 비스(3,4-디 tert-부톡시페닐)페닐술포늄, 트리스(3,4-디 tert-부톡시페닐)술포늄, 디페닐(4-티오페녹시페닐)술포늄, (4-tert-부톡시카르보닐메틸옥시페닐)디페닐술포늄, 트리스(4-tert-부톡시카르보닐메틸옥시페닐)술포늄, (4-tert-부톡시페닐)비스(4-디메틸아미노페닐)술포늄, 트리스(4-디메틸아미노페닐)술포늄, 2-나프틸디페닐술포늄, 디메틸-2-나프틸술포늄, 4-하이드록시 페닐디메틸술포늄, 4-메톡시페닐디메틸술포늄, 트리메틸술포늄, 2-옥소시클로헥실시클로헥실메틸술포늄, 트리나프틸술포늄, 트리벤질술포늄 등을 들 수 있고, 술포네이트로서는, 트리플루오로메탄술포네이트, 노나플루오로부탄술포네이트, 헵타데카플루오로옥탄술포네이트, 2,2,2-트리플루오로에탄술포네이트, 펜타플루오로벤젠술포네이트, 4-트리플루오로메틸벤젠술포네이트, 4-플루오로벤젠술포네이트, 톨루엔술포네이트, 벤젠술포네이트, 4-(4-톨루엔술포닐옥시)벤젠술포네이트, 나프탈렌술포네이트, 캠퍼술포네이트, 옥탄술포네이트, 도데실벤젠술포네이트, 부탄술포네이트, 메탄술포네이트 등을 들 수 있고, 이것들의 조합의 술포늄염을 들 수 있다.
요오도늄염은 요오도늄 양이온과 술포네이트의 염이며, 디페닐요오도늄, 비스(4-tert-부틸페닐)요오도늄, 4-tert-부톡시페닐페닐요오도늄, 4-메톡시페닐페닐요오도늄 등의 아릴요오도늄 양이온과 술포네이트로서 트리플루오로메탄술포네이트, 노나플루오로부탄술포네이트, 헵타데카플루오로옥탄술포네이트, 2,2,2-트리루오로에탄술포네이트, 펜타플루오로벤젠술포네이트, 4-트리플루오로메틸벤젠술포네이트, 4-플루오로벤젠술포네이트, 톨루엔술포네이트, 벤젠술포네이트, 4-(4-톨루엔술포닐옥시)벤젠술포네이트, 나프탈렌술포네이트, 캠퍼술포네이트, 옥탄술포네이트, 도데실벤젠술포네이트, 부탄술포네이트, 메탄술포네이트 등을 들 수 있고, 이것들의 조합의 요오도늄염을 들 수 있다.
술포닐디아조메탄으로서는, 비스(에틸술포닐)디아조메탄, 비스(1-메틸프로필술포닐)디아조메탄, 비스(2-메틸프로필술포닐)디아조메탄, 비스(1,1-디메틸에틸술포닐)디아조메탄, 비스(시클로헥실술포닐)디아조메탄, 비스(퍼플루오로이소프로필술포닐)디아조메탄, 비스(페닐술포닐)디아조메탄, 비스(4-메틸페닐술포닐)디아조메탄, 비스(2,4-디메틸페닐술포닐)디아조메탄, 비스(2-나프틸술포닐)디아조메탄, 4-메틸페닐술포닐벤조일디아조메탄, tert-부틸카르보닐-4-메틸페닐술포닐 디아조메탄, 2-나프틸술포닐벤조일디아조메탄, 4-메틸페닐술포닐-2-나프토일디아조메탄, 메틸술포닐벤조일디아조메탄, tert-부톡시카르보닐-4-메틸페닐술포닐디아조메탄 등의 비스술포닐디아조메탄과 술포닐카르보닐디아조메탄을 들 수 있다.
N-술포닐옥시이미드형 광산 발생제로서는, 숙신산이미드, 나프탈렌디카르복시산이미드, 프탈산이미드, 시클로헥실디카르복시산이미드, 5-노르보르넨-2,3-디카르복시산이미드, 7-옥사비시클로[2.2.1]-5-헵텐-2,3-디카르복시산이미드 등의 이미드 골격과 트리플루오로메탄술포네이트, 노나플루오로부탄술포네이트, 헵타데카플루오로옥탄술포네이트, 2,2,2-트리플루오로에탄술포네이트, 펜타플루오로벤젠술포네이트, 4-트리플루오로메틸벤젠술포네이트, 4-플루오로벤젠술포네이트, 톨루엔술포네이트, 벤젠술포네이트, 나프탈렌술포네이트, 캠퍼술포네이트, 옥탄술포네이트, 도데실벤젠술포네이트, 부탄술포네이트, 메탄술포네이트 등의 조합의 화합물을 들 수 있다.
벤조인술포네이트형 광산 발생제로서는, 벤조인토실레이트, 벤조인메실레이트, 벤조인부탄술포네이트 등을 들 수 있다.
피로갈롤트리술포네이트형 광산 발생제로서는, 피로갈롤, 플루오로글리신, 카테콜, 레조르시놀, 하이드로퀴논의 히드록실기의 전부를, 트리플루오로메탄술포네이트, 노나플루오로부탄술포네이트, 헵타데카플루오로옥탄술포네이트, 2,2,2-트리루오로에탄술포네이트, 펜타플루오로벤젠술포네이트, 4-트리플루오로메틸벤젠술포네이트, 4-플루오로벤젠술포네이트, 톨루엔술포네이트, 벤젠술포네이트, 나프탈렌술포네이트, 캠퍼술포네이트, 옥탄술포네이트, 도데실벤젠술포네이트, 부탄술포네이트, 메탄술포네이트 등으로 치환한 화합물을 들 수 있다.
니트로벤질술포네이트형 광산 발생제로서는, 2,4-디니트로벤질술포네이트, 2-니트로벤질술포네이트, 2,6-디니트로벤질술포네이트를 들 수 있고, 술포네이트로서는, 구체적으로 트리플루오로메탄술포네이트, 노나플루오로부탄술포네이트, 헵타데카플루오로옥탄술포네이트, 2,2,2-트리루오로에탄술포네이트, 펜타플루오로벤젠술포네이트, 4-트리플루오로메틸벤젠술포네이트, 4-플루오로벤젠술포네이트, 톨루엔술포네이트, 벤젠술포네이트, 나프탈렌술포네이트, 캠퍼술포네이트, 옥탄술포네이트, 도데실벤젠술포네이트, 부탄술포네이트, 메탄술포네이트 등을 들 수 있다. 또 벤질측의 니트로기를 트리플루오로메틸기로 치환한 화합물도 마찬가지로 사용할 수 있다.
술폰형 광산 발생제의 예로서는, 비스(페닐술포닐)메탄, 비스(4-메틸페닐술포닐)메탄, 비스(2-나프틸술포닐)메탄, 2,2-비스(페닐술포닐)프로판, 2,2-비스(4-메틸페닐술포닐)프로판, 2,2-비스(2-나프틸술포닐)프로판, 2-메틸-2-(p-톨루엔술포닐)프로피오페논, 2-(시클로헥실카르보닐)-2-(p-톨루엔술포닐)프로판, 2,4-디메틸-2-(p-톨루엔술포닐)펜탄-3-온 등을 들 수 있다.
글리옥심 유도체형의 광산 발생제의 예로서는, 비스-o-(p-톨루엔술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(p-톨루엔술포닐)-α-디페닐글리옥심, 비스-o-(p-톨루엔술포닐)-α-디시클로헥실글리옥심, 비스-o-(p-톨루엔술포닐)-2,3-펜탄디온글리옥심, 비스-o-(p-톨루엔술포닐)-2-메틸-3,4-펜탄디온글리옥심, 비스-o-(n-부탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(n-부탄술포닐)-α-디페닐글리옥심, 비스-o-(n-부탄술포닐)-α-디시클로헥실글리옥심, 비스-o-(n-부탄술포닐)-2,3-펜탄디온글리옥심, 비스-o-(n-부탄술포닐)-2-메틸-3,4-펜탄디온글리옥심, 비스-o-(메탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(트리플루오로메탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(1,1,1-트리플루오로에탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(tert-부탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(퍼플루오로옥탄술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(시클로헥실술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(벤젠술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(p-플루오로벤젠술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(p-tert-부틸벤젠술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(크실렌술포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(캠퍼술포닐)-α-디메틸글리옥심 등을 들 수 있다.
그 중에서도 바람직하게 사용되는 광산 발생제로서는, 술포늄염, 비스술포닐 디아조메탄, N-술포닐옥시이미드이다.
(A) 성분에 사용되는 산 불안정기가 끊어지기 쉬운 점 등을 고려하여 최적인 발생산의 음이온은 상이하지만, 일반적으로는 휘발성이 없는 것, 극단적으로 확산성이 높지 않은 것이 선택된다. 이 경우에 바람직한 음이온은, 벤젠술폰산 음이온, 톨루엔술폰산 음이온, 4-(4-톨루엔술포닐옥시)벤젠술폰산 음이온, 펜타플루오로벤젠술폰산 음이온, 2,2,2-트리플루오로에탄술폰산 음이온, 노나플루오로부탄술폰산 음이온, 헵타데카플루오로옥탄술폰산 음이온, 캠퍼술폰산 음이온이다.
본 발명의 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료에 있어서의 광산 발생제(B)의 첨가량으로서는, (A) 성분의 고분자 화합물 80부(질량부, 이하 동일)에 대하여 0.5∼15부, 바람직하게는 1∼8부이다. 0.5부보다 적으면 감도가 나쁜 경우가 있고, 15부보다 많으면 레지스트 재료의 해상성이 저하되는 경우가 있고, 모노머 성분이 과잉으로 되므로 내열성이 저하되는 경우가 있다.
본 발명의 조성물에 있어서, (C) 퍼플루오로알킬에틸렌옥사이드 부가물로 이루어지는 비이온성 불소 함유 계면활성제로서는, 구체적으로 AGC 세이미케미칼(주) 제조의 S-242, S-243, S-420을 들 수 있고, 도포되는 레지스트 재료의 막 두께도 5∼100㎛로 매우 두껍게 도포되는 경우의 도포 균일성을 크게 개선하는 효과를 나타낼 뿐 아니라, 기판 주변부의 막 두께가 두꺼워지는 현상인 에지 크라운을 개선하는 효과가 절대적이므로 매우 적합하다.
한편, 본 발명 조성물에 있어서, (C) 성분인 퍼플루오로폴리에테르기를 함유하고 또한, 폴리옥시알킬렌형 폴리에테르 결합을 가지는 비이온성 불소 함유 오르가노실록산계 화합물은, 계면활성제로서의 기능을 가지는 것이다. 폴리옥시알킬렌형 폴리에테르 결합으로서는, 폴리옥시에틸렌, 폴리옥시프로필렌을 가지는 에테르를 들 수 있다. 하기 일반식(1):
Figure pat00007
(식에서, Rf는 탄소수 5∼30의 분자 사슬 중에 에테르 결합을 1개 이상 포함하는 퍼플루오로알킬기를 나타내고, Q는 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜의 단독 중합 사슬 또는 이들 양자의 공중합 사슬로 이루어지는 폴리에테르기, R은 수소 원자 또는 탄소수 1∼4의 알킬기이며, X는 산소 원자를 제외한 2가의 연결기이며, Y는 2가의 연결기임. p는 3 이상의 정수이며, n은 0<n<3을 충족시키는 정수임)으로 표시되는 비이온성 불소 함유 오르가노실록산계 화합물을 들 수 있다.
여기서, Rf는 탄소수 5∼30의 분자 사슬 중에 에테르 결합을 1개 이상 포함하는 퍼플루오로알킬기이며, 바람직하게는 탄소수 8∼20의 것이다. 탄소수가 상기 범위보다 많으면 계면활성제로서 사용할 때 전체의 분자량이 커지게 되므로 용매에 대한 용해성이 저하된다. 또한, 탄소수가 상기 범위보다 적으면 불소 함유기의 특징이 충분히 발현되지 않고, 높은 계면활성의 효과를 얻을 수 없다.
Rf의 구체예로서는, 하기에 나타내는 기 등을 들 수 있다.
-CF2CF2CF2OCF2CF3
-CF2CF2CF2OCF2CF2CF2OCF3
Figure pat00008
특히, 하기 식(2)으로 표시되는 바와 같은 Rf기가 바람직하다.
Figure pat00009
(식에서, s는 1∼9의 정수임).
본 발명의 비이온성 불소 함유 오르가노실록산계 화합물은, 상기 Rf기가 에테르 결합을 1개 이상 포함하는 퍼플루오로알킬기이며, 동일한 불소 변성율인 경우에, 퍼플루오로알킬 변성인 것보다 표면 장력을 저하시키는 효과가 높으므로, 소량만 첨가하면 되는 이점이 있다.
상기 일반식(1) 중의 Q는 폴리에테르기이며, 이 폴리에테르기는, 에틸렌글리콜의 단독 중합 사슬, 프로필렌글리콜의 단독 중합 사슬, 에틸렌글리콜과 프로필렌글리콜의 공중합(블록 중합, 랜덤 중합) 사슬 중 어느 하나로 이루어지는 것일 수 있고, 이 비이온성 불소 함유 오르가노실록산계 화합물의 용도에 따라 적절히 선택할 수 있다.
상기 폴리에테르기의 중합도는, 통상, 소수성의 불소 함유 유기기 Rf를 고려하여 결정하면 되고, 에틸렌글리콜을 단독 중합 사슬로서 사용하는 경우에는, 바람직한 평균 중합도로서 3∼20, 보다 바람직하게는 3∼12이다. 또한, 에틸렌글리콜보다 친수성이 낮은 프로필렌글리콜을 단독 중합 사슬로서 사용하는 경우에는, 상대적으로는 고중합도의 중합 사슬이 바람직하고, 보다 바람직하게는 평균 중합도가 100∼200인 것이다. 또한, 에틸렌글리콜과 프로필렌글리콜의 공중합 사슬인 경우에는, 프로필렌글리콜의 폴리에테르기 전체에서 차지하는 함유량이, 통상, 0.1∼50몰%의 범위, 바람직하게는 2∼10몰%의 범위인 것이며, 평균 중합도는 10∼150의 범위이다.
Q의 구체적인 예로서는, 하기의 기를 들 수 있다.
Figure pat00010
R은 수소 원자 또는 탄소수 1∼4의 알킬기이며, 알킬기로서는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기를 들 수 있지만, R은 바람직하게는 수소 원자, 메틸기 또는 n-부틸기이다.
X는 산소를 제외한 2가의 연결기이고, 구체적으로는, 탄소수 2∼10의 알킬렌기나 불소화 알킬렌기 등을 들 수가 있고, 특히 에틸렌기, -CH2CH2C6F12CH2CH2-등이 제조상 용이하며 바람직하다.
Y는 2가의 연결기이며, 탄소수 2∼10의 알킬렌기 등의 탄화수소기가 바람직하고, 또한 에테르 결합(-O-)이 개재하고 있어도 되고, 카르보닐기나 이미노기, 이것들이 결합한 -CONH-기가 개재되어 있을 수도 있는 알킬렌기를 들 수 있다. 구체적인 예로서 하기의 기를 들 수 있다.
Figure pat00011
상기 p는 3 이상의 정수이며, -(CH2)p-는 구체적으로는 탄소수 3 이상, 바람직하게는 3∼6의 알킬렌기, 특히 프로필렌기인 것이 제조상 용이하며 바람직하다. n은 0<n<3을 충족시키는 정수이며, n의 값을 변경함으로써, 본 발명의 불소 함유 오르가노실록산계 화합물의 특성을 컨트롤할 수 있다.
본 발명에 있어서의 불소 함유 오르가노실록산계 화합물은 전술한 바와 같이, n의 값을 변경함으로써 계면활성제로서 사용하는 경우의 특성을 컨트롤할 수 있지만, 식(1)으로 표시되는 불소 함유 오르가노실록산계 화합물을 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료에 첨가하는 경우에는, 불소 함유율이 7∼35질량%, 특히 9∼30질량%, 또한 폴리에테르기 함유율이 15∼55질량%, 특히 30∼45질량%인 것이 바람직하고, 또한 상기 불소 함유 오르가노실록산계 화합물의 HLB(친수성/소수성 밸런스)가 4.0∼10.0, 특히 5.5∼9.5인 것이 특별히 바람직하다.
불소 함유율 및 폴리에테르기 함유율이 상기 범위이고, 또한 바람직하게는 HLB가 상기 범위에서 있음으로써, 표면 장력 저하능이 극히 높아지고, 용매에 대한 용해성의 밸런스가 더욱 양호해지기 때문에, 계면활성제로서 매우 유효하다. 그 결과, 포토레지스트 조성물로 했을 때, 현저하게 양호한 도포 균일성을 발휘하고, 기판 주변부에 생기는, 막 두께가 솟아오르는 현상인 에지 크라운을 개선하는 효과를 발휘하여, 매우 우수한 레지스트 패턴을 형성하는 성능을 발현한다. 또한, 상기의 범위이면, 계면활성제의 첨가량을 적게 사용한 경우에 있어서도, 그 효과가 발현되기 때문에, 레지스트 막의 제특성의 영향을 적게 억제하는 이점이 있다.
불소기 함유율이 상기 범위보다 작은 경우나, HLB의 값이 상기 값보다 작으면, 불소 특유의 발수(撥水), 발유성이 충분히 발현되지 않기 때문에, 계면활성제로서의 기능이 저하될 우려가 있고, 한편, 불소 함유율, HLB 값이 상기 값보다 큰 경우, 용매에 대한 용해성이 나빠지므로, 계면활성제로서의 역할을 충분히 완수할 수 없는 경우가 있다.
또한, 폴리에테르기의 함유율이 너무 작으면 용매에 대한 용해성이 저하되는 경우가 있다. 폴리에테르기의 함유율이 너무 크면 상대적으로 불소 함유율이 저하되므로, 상기와 동일한 이유에서 계면활성제로서의 기능이 저하되는 경우가 있다.
한편, HLB 값의 산출에는, 하기의 식을 이용하였다.
HLB=[{(알킬렌옥사이드 사슬의 분자량)/(계면활성제의 분자량)}×100]÷5
본 발명의 식(1)으로 표시되는 불소 함유 오르가노실록산계 화합물은, 예를 들면 하기 일반식(7)
Figure pat00012
(식에서, X는 상기와 동일함)
으로 표시되는 유기 규소 화합물에, 말단에 반응성 불포화 탄화수소 결합을 가지는 불소 함유 유기 화합물과, 하기 일반식(8)
Figure pat00013
(식에서, p, Q 및 R은 상기와 동일함)
으로 표시되는 폴리에테르 화합물을, 백금계 촉매의 존재 하에 하이드로실릴화 반응시킴으로써 용이하게 제조할 수 있다.
여기서, 말단에 반응성 불포화 탄화수소 결합을 가지는 불소 함유 유기 화합물로서는, 상기 식(1) 중의 Y-Rf에 대응하는 화합물로서 Y'-Rf(Y'는 말단이 CH2=CH기이며, 이것에 수소 원자가 부가된 경우, 상기 Y로 되는 기임)로 표시되는 화합물이 사용된다.
상기 실릴화 반응에 있어서, 식(7)의 유기 규소 화합물과 말단에 반응성 불포화 탄화수소 결합을 가지는 불소 함유 유기 화합물과 식(8)의 폴리에테르 화합물의 혼합의 비율은, 적절히 조정할 수 있고, 불소 함유 규소 화합물을 계면활성제로서 사용하는 경우에는, 부가 반응물이 생성되었을 때, 불소 함유율, 폴리에테르 함유율, 및 HLB의 값이 상기 범위가 되도록 하는 비율로 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 백금 촉매로서는, 백금, 백금 화합물 등의 하이드로실릴화 반응에 사용되는 것을 촉매량으로 사용할 수 있고, 하이드로실릴화도 통상적인 반응 조건으로 행할 수 있고, 실온∼140℃에서 0.5∼6시간 동안 반응시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 퍼플루오로폴리에테르기를 함유하고, 또한 폴리옥시알킬렌형 폴리에테르 결합을 가지는 비이온성 불소 함유 오르가노실록산계 화합물은, 1개의 규소 원자에 복수 개의 불소 변성기나 친수기가 결합되어 있으므로, 불소 변성기와 친수기가 1 대 1로 결합한 구조를 가지는 일반적인 불소 함유 계면활성제에 비하여, 소량의 사용으로도 표면 장력을 현저하게 내릴 수 있고, 불소 함유 계면활성제로서 유용하다. 발명의 불소 함유 유기 규소 화합물을 계면활성제로서 사용할 때에는, 일반식(1)으로 표시되고, 불소 함유율, 폴리에테르 함유율, 또한 바람직하게는 HLB의 값이 상기의 범위인 퍼플루오로폴리에테르기를 함유하고, 또한 폴리옥시알킬렌형 폴리에테르 결합을 가지는 비이온성 불소 함유 오르가노실록산계 화합물의 1종을 단독으로 사용해도 되고, 적절히 2종 이상 조합해도 된다.
본 발명의 퍼플루오로알킬에틸렌옥사이드 부가물로 이루어지는 비이온성 불소 함유 계면활성제 또는 퍼플루오로폴리에테르기를 함유하고 또한, 폴리옥시알킬렌형 폴리에테르 결합을 가지는 비이온성 불소 함유 오르가노실록산계 화합물 중에서 선택된 적어도 1종의 비이온성 불소계 화합물을 레지스트 조성물에 첨가하는 경우, 그 첨가량은(A) 성분 80질량부에 대하여 100∼8,000ppm이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 100∼6,000ppm이다. 첨가량이 100ppm 미만이면, 레지스트 재료를 스핀코트한 경우, 스트리에이션이라 불리는 도포 불균일이 발생하고, 도포 균일성이 나빠진다. 8,000ppm을 넘으면, 조성물의 연화(軟化) 온도가 저하되므로 바람직하지 않다.
(D) 성분의 알칼리성 화합물은, 광산 발생제로부터 발생되는 산이 레지스트 막 중에 확산될 때의 확산 속도를 억제할 수 있는 화합물이 적합하고, 이와 같은 알칼리성 화합물의 배합에 의해, 레지스트 막 중의 산의 확산 속도가 억제되어 해상도가 향상되고, 노광 후의 감도 변화를 억제하고, 기판 및 환경 의존성을 감소시키고, 노광 여유도나 패턴 프로파일 등을 향상시킬 수 있다.
이와 같은(D) 성분의 알칼리성 화합물로서는, 제1급, 제2급, 제3급의 지방족 아민류, 혼성 아민류, 방향족 아민류, 복소환 아민류, 카르복시기를 가지는 질소 함유 화합물, 술포닐기를 가지는 질소 함유 화합물, 하이드록시기를 가지는 질소 함유 화합물, 하이드록시페닐기를 가지는 질소 함유 화합물, 알코올성 함유 질소 화합물, 아미드 유도체, 이미드 유도체 등을 들 수 있다.
구체적으로는, 제1급의 지방족 아민류로서 암모니아, 메틸아민, 에틸아민, n-프로필아민, 이소프로필아민, n-부틸아민, 이소부틸아민, sec-부틸아민, tert-부틸아민, 펜틸아민, tert-아밀아민, 시클로펜틸아민, 헥실아민, 시클로헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 노닐아민, 데실아민, 도데실아민,세틸아민, 메틸렌디아민, 에틸렌디아민, 테트라에틸렌펜타민 등을 예시할 수 있고, 제2급의 지방족 아민류로서 디메틸아민, 디에틸아민, 디-n-프로필아민, 디이소프로필아민, 디-n-부틸아민, 디이소부틸아민, 디-sec-부틸아민, 디펜틸아민, 디시클로펜틸아민, 디헥실아민, 디시클로헥실아민, 디헵틸아민, 디옥틸아민, 디노닐아민, 디데실아민, 디도데실아민, 디세틸아민, N,N-디메틸메틸렌디아민, N,N-디메틸에틸렌디아민, N,N-디메틸테트라에틸렌펜타민 등을 예시할 수 있고, 제3급의 지방족 아민류로서 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리-n-프로필아민, 트리이소프로필아민, 트리-n-부틸아민, 트리이소부틸아민, 트리-sec-부틸아민, 트리펜틸아민, 트리시클로펜틸아민, 트리헥실아민, 트리시클로헥실아민, 트리헵틸아민, 트리옥틸아민, 트리노닐아민, 트리데실아민, 트리도데실아민, 트리세틸아민, N,N,N',N'-테트라메틸메틸렌디아민, N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민, N,N,N',N'-테트라메틸테트라에틸렌펜타민 등을 예시할 수 있다.
또, 혼성 아민류로서는, 예를 들면, 디메틸에틸아민, 메틸에틸프로필아민, 벤질아민, 펜에틸아민, 벤질디메틸아민 등을 예시할 수 있다. 방향족 아민류 및 복소환 아민류의 구체예로서는, 아닐린 유도체(예를 들면,아닐린, N-메틸아닐린, N-에틸아닐린, N-프로필아닐린, N,N-디메틸아닐린, 2-메틸아닐린, 3-메틸아닐린, 4-메틸아닐린, 에틸아닐린, 프로필아닐린, 트리메틸아닐린, 2-니트로아닐린, 3-니트로아닐린, 4-니트로아닐린, 2,4-디니트로아닐린, 2,6-디니트로아닐린, 3,5-디니트로아닐린, N,N-디메틸톨루이딘 등), 디페닐(p-톨릴)아민, 메틸디페닐아민, 트리페닐아민, 페닐렌디아민, 나프틸아민, 디아미노나프탈렌, 피롤 유도체(예를 들면, 피롤, 2H-피롤, 1-메틸피롤, 2,4-디메틸피롤, 2,5-디메틸피롤, N-메틸피롤 등), 옥사졸 유도체(예를 들면, 옥사졸, 이속사졸 등), 티아졸 유도체(예를 들면, 티아졸, 이소티아졸 등), 이미다졸 유도체(예를 들면, 이미다졸, 4-메틸이미다졸, 4-메틸-2-페닐이미다졸 등), 피라졸 유도체, 푸라잔 유도체, 피롤린 유도체(예를 들면, 피롤린, 2-메틸-1-피롤린 등), 피롤리딘 유도체(예를 들면, 피롤리딘, N-메틸피롤리딘, 피롤리디논, N-메틸피롤리돈 등), 이미다졸린 유도체, 이미다졸리딘 유도체, 피리딘 유도체(예를 들면,피리딘, 메틸피리딘, 에틸피리딘, 프로필피리딘, 부틸피리딘, 4-(1-부틸펜틸)피리딘, 디메틸피리딘, 트리메틸피리딘, 트리에틸피리딘, 페닐피리딘, 3-메틸-2-페닐피리딘, 4-tert-부틸피리딘, 디페닐피리딘, 벤질피리딘, 메톡시피리딘, 부톡시피리딘, 디메톡시피리딘, 1-메틸-2-피리딘, 4-피롤리디노피리딘, 1-메틸-4-페닐피리딘, 2-(1-에틸프로필)피리딘, 아미노피리딘, 디메틸아미노피리딘 등), 피리다진 유도체, 피리미딘 유도체, 피라진 유도체, 피라졸린 유도체, 피라졸리딘 유도체, 피페리딘 유도체, 피페라진 유도체, 모르폴린 유도체, 인돌 유도체, 이소인돌 유도체, 1H-인다졸 유도체, 인돌린 유도체, 퀴놀린 유도체(예를 들면, 퀴놀린, 3-퀴놀린카르보니트릴 등), 이소퀴놀린 유도체, 신놀린 유도체, 퀴나졸린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 프탈라진 유도체, 퓨린 유도체, 프테리진 유도체, 카르바졸 유도체, 페난트리진 유도체, 아크리딘 유도체, 페나진 유도체, 1,10-페난트롤린 유도체, 아데닌 유도체, 아데노신 유도체, 구아닌 유도체, 구아노신 유도체, 우라실 유도체, 우리딘 유도체 등을 예시할 수 있다.
또한, 카르복실기를 가지는 질소 함유 화합물로서는, 예를 들면, 아미노벤조산, 인돌카르복시산, 아미노산 유도체(예를 들면, 니코틴산, 알라닌, 아르기닌, 아스파라긴산, 글루탐산, 글리신, 히스티딘, 이소류신, 글리실류신, 류신, 메티오닌, 페닐알라닌, 트레오닌, 리신, 3-아미노피라진-2-카르복시산, 메톡시알라닌 등) 등을 예시할 수 있고, 술포닐기를 가지는 질소 함유 화합물로서 3-피리딘술폰산, p-톨루엔술폰산피리디늄 등을 예시할 수 있고, 하이드록시기를 가지는 질소 함유 화합물, 하이드록시페닐기를 가지는 질소 함유 화합물, 알코올성 질소 함유 화합물로서는, 2-하이드록시피리딘, 아미노크레졸, 2,4-퀴놀린디올, 3-인돌메탄올하이드레이트, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에타놀아민, N-에틸디에탄올아민, N,N-디에틸에탄올아민, 트리이소프로판올아민, 2,2'-이미노디에탄올, 2-아미노에탄올, 3-아미노-1-프로판올, 4-아미노-1-부탄올, 4-(2-하이드록시에틸)모르폴린, 2-(2-하이드록시에틸)피리딘, 1-(2-하이드록시에틸)피페라진, 1-[2-(2-하이드록시에톡시)에틸]피페라진, 피페리딘에탄올, 1-(2-하이드록시에틸)피롤리딘, 1-(2-하이드록시에틸)-2-피롤리디논, 3-피페리디노-1,2-프로판디올, 3-피롤리디노-1,2-프로판디올, 8-하이드록시유롤리딘, 3-퀴누클리디놀, 3-트로파놀, 1-메틸-2-피롤리딘에탄올, 1-아지리딘에탄올, N-(2-하이드록시에틸)프탈이미드, N-(2-하이드록시에틸)이소니코틴아미드 등을 예시할 수 있다. 아미드 유도체로서는, 포름아미드, N-메틸포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, 아세트아미드, N-메틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 프로피온아미드, 벤즈아미드 등을 예시할 수 있다. 이미드 유도체로서는, 프탈이미드, 숙신이미드, 말레이미드 등을 예시할 수 있다.
또한 하기 일반식(D)-1로 표시되는 알칼리성 화합물로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 첨가할 수도 있다.
N(U)u(V)3-u (D)-1
식에서, u=1, 2 또는 3이다. 측쇄 U는 동일할 수도, 상이할 수도 있고, 하기 일반식(U)-1∼(U)-3으로 나타낼 수 있다. 측쇄 V는 동종 또는 이종의, 수소 원자, 또는 직쇄형, 분지형 또는 환형의 탄소수 1∼20의 알킬기를 나타내고, 에테르기 또는 히드록실기를 포함할 수도 있다. 또한, U가 서로 결합하여 환을 형성할 수도 있다.
Figure pat00014
여기서, R300, R302, R305는 탄소수 1∼4의 직쇄형 또는 분지형의 알킬렌기이며, R301, R304는 수소 원자, 또는 탄소수 1∼20의 직쇄형, 분지형 또는 환형의 알킬기이며, 하이드록시기, 에테르기, 에스테르기, 또는 락톤환을 1개 또는 복수 개 포함할 수도 있다. R303는 단결합, 또는 탄소수 1∼4의 직쇄형 또는 분지형의 알킬렌기이며, R306는 탄소수 1∼20의 직쇄형, 분지형 또는 환형의 알킬기이며, 하이드록시기, 에테르, 에스테르기, 또는 락톤환을 1개 또는 복수 개 포함할 수도 있다.
일반식(D)-1로 표시되는 화합물은, 구체적으로 하기에 예시된다. 트리스(2-메톡시메톡시에틸)아민, 트리스{2-(2-메톡시에톡시)에틸}아민, 트리스{2-(2-메톡시 에톡시메톡시)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, 4,7,13,16,21,24-헥사옥사-1,10-디아자비시클로[8.8.8]헥사코산, 4,7,13,18-테트라옥사-1,10-디아자비시클로[8.5.5]에이코산, 1,4,10,13-테트라옥사-7,16-디아자비시클로옥타데칸, 1-아자-12-크라운-4,1-아자- 15-크라운-5,1-아자-18-크라운-6, 트리스(2-포르밀옥시에틸)아민, 트리스(2-포르밀옥시에틸)아민, 트리스(2-아세톡시에틸)아민, 트리스(2-프로피오닐옥시에틸)아민, 트리스(2-부티릴옥시에틸)아민, 트리스(2-이소부티릴옥시에틸)아민, 트리스(2-발레릴옥시에틸)아민, 트리스(2-피바로일옥시에틸)아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-(아세톡시아세톡시)에틸아민, 트리스(2-메톡시카르보닐옥시에틸)아민, 트리스(2-tert-부톡시카르보닐옥시에틸)아민, 트리스[2-(2-옥소프로폭시)에틸]아민, 트리스[2-(메톡시카르보닐메틸)옥시에틸]아민, 트리스[2-(tert-부톡시카르보닐메틸옥시)에틸]아민, 트리스[2-(시클로헥실옥시카르보닐메틸옥시)에틸]아민, 트리스(2-메톡시카르보닐에틸)아민, 트리스(2-에톡시카르보닐에틸)아민, N,N-비스(2-하이드록시에틸) 2-(메톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-(메톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-하이드록시에틸) 2-(에톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-(에톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-하이드록시에틸) 2-(2-메톡시에톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-(2-메톡시에톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-하이드록시에틸) 2-(2-하이드록시에톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-(2-아세톡시에톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-하이드록시에틸) 2-[(메톡시카르보닐)메톡시카르보닐]에틸아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-[(메톡시카르보닐)메톡시카르보닐]에틸아민, N,N-비스(2-하이드록시에틸) 2-(2-옥소프로폭시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-(2-옥소프로폭시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-하이드록시에틸) 2-(테트라하이드로푸르푸릴옥시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-(테트라하이드로푸르푸릴옥시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-하이드록시에틸) 2-[(2-옥소테트라하이드로퓨란-3-일)옥시카르보닐]에틸아민, N,N-비스(2-아세톡시에틸) 2-[(2-옥소테트라히드로프란-3-일)옥시카르보닐]에틸아민, N,N-비스(2-하이드록시에틸) 2-(4-하이드록시부톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-포르밀옥시에틸) 2-(4-포르밀옥시부톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-포르밀옥시에틸) 2-(2-포르밀옥시에톡시카르보닐)에틸아민, N,N-비스(2-메톡시에틸) 2-(메톡시카르보닐)에틸아민, N-(2-하이드록시에틸)비스[2-(메톡시카르보닐)에틸]아민, N-(2-아세톡시에틸)비스[2-(메톡시카르보닐)에틸]아민, N-(2-하이드록시에틸)비스[2-(에톡시카르보닐)에틸]아민, N-(2-아세톡시에틸)비스[2-(에톡시카르보닐)에틸]아민, N-(3-하이드록시-1-프로필)비스[2-(메톡시카르보닐)에틸]아민, N-(3-아세톡시 1-프로필) 비스[2-(메톡시카르보닐)에틸]아민, N-(2-메톡시에틸)비스[2-(메톡시카르보닐)에틸]아민, N-부틸비스[2-(메톡시카르보닐)에틸]아민, N-부틸비스[2-(2-메톡시에톡시카르보닐)에틸]아민, N-메틸비스(2-아세톡시에틸)아민, N-에틸비스(2-아세톡시에틸)아민, N-메틸비스(2-피바로일옥시에틸)아민, N-에틸비스[2-(메톡시카르보닐옥시)에틸]아민, N-에틸비스[2-(tert-부톡시카르보닐옥시)에틸]아민, 트리스(메톡시카르보닐메틸)아민, 트리스(에톡시카르보닐메틸)아민, N-부틸비스(메톡시카르보닐메틸)아민, N-헥실비스(메톡시카르보닐메틸)아민, β-(디에틸아미노)-δ-발레로락톤을 예시할 수 있지만, 이것들에 제한되지 않는다.
한편, 알칼리성 화합물은, 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜 사용할 수 있고, 그 배합량은, (A) 성분 80부에 대하여 0∼2부, 특히 0.01∼1부를 혼합한 것이 적합하다. 배합량이 2부를 넘으면 감도가 너무 저하되는 경우가 있다.
레지스트 재료를 만들기 위해서 사용되는 유기 용제로서는, 시클로헥산온, 2-헵타논, 3-헵타논, 4-헵타논 등의 케톤류, 3-메톡시부탄올, 3-메틸-3-메톡시부탄올, 1-메톡시-2-프로판올, 1-에톡시-2-프로판올 등의 알코올류, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르, 프로필렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 에틸렌글리콜-tert-부틸에테르메틸에테르(1-tert-부톡시-2-메톡시에탄), 에틸렌글리콜-tert-부틸에테르에틸에테르(1-tert-부톡시-2-에톡시에탄) 등의 에테르류, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르아세테이트, 락트산에틸, 피루브산에틸, 아세트산부틸, 메틸-3-메톡시프로피오네이트, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 아세트산 tert-부틸, 프로피온산 tert-부틸, β-메톡시이소부탄산메틸 등의 에스테르류 등을 들 수 있다. 이것들 중에서는, 레지스트 성분의 용해성이 우수한 1-에톡시-2-프로판올, 또는 레지스트 성분의 용해성, 안전성이 우수한 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(α형, β형)가 바람직하게 사용된다. 한편, 상기 유기 용제는 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
유기 용제의 첨가량은, (A) 성분의 고분자 화합물 80부에 대하여 50∼750부가 바람직하고, 보다 바람직하게는 100∼500부이다.
본 발명의 레지스트 재료에는, 상기 성분 이외에 임의 성분으로서 기판으로부터의 난반사를 적게 하기 위한 흡광성 재료, 추가로 1,2-나프토퀴논디아지드술포닐기를 분자 중에 가지는 화합물, 용해 촉진제 등을 첨가할 수 있다. 그리고, 임의 성분의 첨가량은, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 통상적인 양으로 할 수 있다.
흡광성 재료로서는, 2-벤젠아조-4-메틸페놀, 4-하이드록시-4'-디메틸아미노아조벤젠 등의 아조 화합물이나 글루쿠민 등을 들 수 있다.
1,2-나프토퀴논디아지드술포닐기를 분자 중에 가지는 화합물로서는, 하기 일반식(9) 또는 (10)으로 표시되는 1,2-나프토퀴논디아지드술포닐기를 분자 중에 가지는 화합물을 들 수 있다.
Figure pat00015
구체적으로는, 상기 1,2-나프토퀴논디아지드술포닐기가 도입되는 화합물로서 트리 또는 테트라하이드록시벤조페논, 페놀성 수산기를 가지는 하기 일반식(11)으로 표시되는 발라스트 분자 또는 하기 식(16)으로 표시되는 반복 단위를 가지는 중량평균 분자량이 2,000∼20,000, 바람직하게는 3,000∼10,000의 범위인 노볼락 수지가 바람직하게 사용된다.
Figure pat00016
여기서, R101∼R106는 각각 독립적으로, 수소 원자, 메틸기, 하기 식(12)으로 표시되는 기, 또는 하기 식(13)으로 표시되는 기이다. j는 0∼2의 정수, k는 0∼2의 정수이며, k가 0인 경우, j는 1 또는 2이다. A는, k가 0이고 또한 j가 1인 경우, 수소 원자, 메틸기 또는 하기 식(12)으로 표시되는 기이며, k가 0이고 또한, j가 2인 경우, 한쪽이 메틸렌기 또는 하기 식(14)으로 표시되는 기이고, 다른 쪽이 수소 원자, 메틸기 또는 하기 식(12)으로 표시되는 기이고, k가 1인 경우, 메틸렌기 또는 하기 식(14)으로 표시되는 기이다. k가 2인 경우, j가 1일 때는 A는 메틴기 또는 하기 식(15)으로 표시되는 기이고, j가 2일 때는 A의 한쪽이 메틸렌기 또는 하기 식(14)으로 표시되는 기이고, 다른 쪽이 메틴기 또는 하기 식(15)으로 표시되는 기이다.
Figure pat00017
(식에서, d, e, f, g, h, q, r은 각각 0∼3의 정수이고, 여기서 d+e≤5, f+g≤4, q+r≤3이다.)
이 경우, 상기 식(11)의 저핵체(低核體)(발라스트 분자)는 벤젠환의 수가 2∼20개, 보다 바람직하게는 2∼10개, 더욱 바람직하게는 3∼6개이고, 또한 페놀성 수산기의 수와 벤젠환의 수의 비율이 0.5∼2.5, 보다 바라직하게는 0.7∼2.0, 더욱 바람직하게는 0.8∼1.5인 것이 적합하다.
Figure pat00018
(식에서, m은 0∼3의 정수이다.)
상기 식(16)의 노볼락 수지는, 하기 식(17)으로 표시되는 페놀류, 구체적으로는 o-크레졸, m-크레졸, p-크레졸, 3,5-자일레놀 등의 1종 이상의 페놀류와 알데히드류를 통상적인 방법으로 축합함으로써 합성할 수 있다.
Figure pat00019
(식에서, m은 0∼3의 정수이다.)
이 경우, 알데히드류로서는, 예를 들면 포름알데히드, 파라포름알데히드, 아세트알데히드, 벤즈알데히드 등을 들 수 있지만, 포름알데히드가 적합하다.
한편, 상기 식(17)의 페놀류와 알데히드류의 비율은 몰비로, 0.2∼1, 특히 0.3∼2의 비율이 바람직하다.
상기 1,2-나프토퀴논디아지드술포닐기가 도입되는 화합물에 1,2-나프토퀴논디아지드술포닐기를 도입하는 방법으로서는, 1,2-나프토퀴논디아지드술포닐 클로라이드와 페놀성 수산기의 염기성 촉매에 의한 탈염산 축합 반응을 이용하는 것이 바람직하다. 식(11)의 발라스트 분자, 트리 또는 테트라하이드록시벤조페논의 경우에는, 페놀성 수산기의 수소 원자를 1,2-나프토퀴논디아지드술포닐기로 치환하는 비율은 10∼100몰%, 바람직하게는 50∼100몰%이며, 식(16)의 노볼락 수지의 경우, 페놀성 수산기의 수소 원자를 1,2-나프토퀴논디아지드술포닐기로 치환하는 비율은 2∼50몰%, 바람직하게는 3∼27몰%가 바람직하다.
1,2-나프토퀴논디아지드술포닐기를 분자 중에 가지는 화합물의 첨가량은, (A) 성분의 고분자 화합물 80부에 대해 0.1∼15부, 보다 바람직하게는 0.5∼10부인 것이 바람직하다. 0.1보다 적으면 레지스트 재료의 해상성이 저하되는 경우가 있고, 15부보다 많으면 감도가 나쁜 경우가 있다.
또한, 용해 촉진제로서는, 페놀성 수산기를 가지고, 또한 벤젠환의 수가 2∼20개, 보다 바람직하게는 2∼10개, 더욱 바람직하게는 3∼6개이고, 또한 페놀성 수산기의 수와 벤젠환의 수의 비율이 0.5∼2.5, 보다 바람직하게는 0.7∼2.0, 더욱 바람직하게는 0.8∼1.5인 것인, 전술한 일반식(11)으로 표시되는 저핵체를 들 수 있다.
이와 같은 저핵체로서 구체적으로는 하기의 물질을 들 수 있다.
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
용해 촉진제는 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있고, 그 배합량은 (A) 성분의 고분자 화합물 80부에 대해 0∼10부, 특히 0.05∼5부를 혼합한 것이 적합하다. 10부보다 많으면 해상성 및 내열성이 저하되는 경우가 있다.
상기 레지스트 재료를 사용하여 패턴을 형성하는 방법으로서는, 통상적 방법에 따라 레지스트 재료를 기판 상에 도포한다. 이 경우, 기판의 종류에 특별히 제한은 없지만, Si, Ni, Fe, Zn, Mg, Co, Al, Pt, Pd, Ta, Au, Cu, Ti, Cr, NiFe, SiON, 알루미나, 그 외의 산화막, 질화막 기판 등을 들 수 있다. 또한, 레지스트 막의 두께로서는, 특별히 제한되지 않지만, 5∼100㎛, 바람직하게는 5∼80㎛, 더욱 바람직하게는 10∼60㎛이다. 다음으로, 바람직하게는 90∼130℃, 1∼15분간 가열한 후, 포토마스크를 통하여 노광하는데, 본 발명에 있어서, 노광은 파장 150nm 이상, 바람직하게는 193nm 이상, 더욱 바람직하게는 248nm 이상의 자외선을 사용하며, 500nm 이하의 i선, h선, g선 등을 사용할 수 있다. 그 후, 필요에 따라 바람직하게는 70∼130℃, 1∼5분간의 가열 처리를 행하고, 이어서, 현상액을 사용하여 현상을 행한다. 이 경우, 현상액으로서는, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH) 등의 유기계 알칼리 수용액이나 수산화나트륨, 수산화칼륨, 메타붕산칼륨 등의 무기계 알칼리 수용액 등을 사용할 수 있다. 이와 같이 하여, 포지티브형 패턴을 얻을 수 있다.
다음으로, 패턴을 형성한 기판을 전해 또는 무전해 도금을 행할 수 있지만, 특히 전기 도금은, 본 발명의 레지스트 조성에 있어서 내산성을 가지므로 효과적이다. 상기 도금막을 형성함으로써 기판 상에 금속 패턴을 얻을 수 있다. 한편, 도금의 종류로서는, Au, Ag, Cu, Fe, Ni 등을 들 수 있고, 그 막의 두께는 1∼100㎛, 특히 5∼70㎛로 하는 것이 바람직하고, 더욱 적합한 것은 10∼60㎛이다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 제시하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 한편, 각각의 예에 있어서 부는 모두 질량부이다.
[실시예 1∼8, 비교예 1, 2]
하기 반복 단위(Polymer-1)를 가지는 베이스 수지 80부, 하기 식(PAG-1)으로 표시되는 산 발생제 2부, 염기성 화합물로서 트리에탄올아민 0.1부를 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트 65부에 용해하고, 하기 표 1에 나타내는 퍼플루오로알킬에틸렌옥사이드 부가물로 이루어지는 비이온성 불소 함유 계면활성제, 퍼플루오로폴리에테르기를 함유하고 또한 폴리옥시알킬렌형 폴리에테르 결합을 가지는 비이온성 불소 함유 오르가노실록산계 화합물(Si-1), (Si-2), 또한 비교예로서 하기에 나타내는 계면활성제를 하기 표 1의 배합량으로 첨가하고, 레지스트 용액을 조제한 후, 1.0㎛의 멤브레인 필터로 여과했다. 얻어진 레지스트 용액을 8인치의 Si 기판 상에 스핀코팅하고, 핫 플레이트 상에 130℃에서 300초간의 소프트베이크를 행하고, 목표로 하는 두께 50.0㎛의 레지스트 막을 형성하였다.
도포하여 얻어진 레지스트 막을 육안관찰에 의해, 스트리에이션(striation), 도포 불균일 등이 발현되어 있지 않은지 관찰하고, 발현이 없는 경우를 양호한 결과로 하고, 하기 표 1에 ○으로 기재했다. 한편, 스트리에이션, 도포 불균일이 발현된 경우에는 ×를 기재했다.
또한, 도포한 레지스트의 막 두께를, 막 두께계(다이니폰스크린 제조; RE-3100)를 사용하여 기판의 직경 방향으로 6mm 간격 29점을 측정하고, 막 두께의 평균과 도포 균일성으로서 막 두께의 불균일을 막 두께 편차로 표 2에 나타낸다. 또 에지 크라운을 측정하기 위하여, 기판의 주변(기판의 단부로부터 5 mm)의 막 두께를 측정하고, 앞서 얻은 막 두께의 평균과의 차이를 표 2에 나타낸다.
다음으로, 레티클을 통하여 i선용 축소투영형 노광장치((주)니콘 제조, NSR-1755i7A, NA=0.50)를 사용하여 노광하고, 80℃에서 120초간의 PEB를 행한 후, 2.38질량%의 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 수용액으로 300초간 현상을 행하고, 이어서, 순수로 헹구고, 건조를 행하였다.
Si 기판 상의 평가에 대하여는, 50㎛의 라인 앤드 스페이스가 1: 1로 해상하는 노광량을 주사형 전자 현미경을 사용하여 관찰을 행하고, 패턴 형상에 문제없고, 스페이스 부분에 레지스트 잔사가 보이지 않는 것을 취하여 스캠 없는 것으로 판단하고(표 2에서의 ○), 스캠의 존재가 확인된 것 및 패턴 형상이 좋지 않은 것을 표 2에서는 ×로 표시했다.
Figure pat00027
x=0.28, y=0.72
중량평균 분자량; 18,900
분자량 분포; 1.3
Figure pat00028
Figure pat00029
*1 S-420; AGC 세이미케미칼(주) 제조(퍼플루오로알킬에틸렌옥사이드 부가 물형 계면활성제)
*2 FC-430; 스미토모 3M(주) 제조, 비이온성 퍼플루오로옥탄술폰산 유도체
Figure pat00030
도포 불균일,
스트리에이션		 막 두께
(㎛)		 막 두께
편차
(㎛)		 Edge Crown(㎛)
기판 주변부 막두께
- 평균 막 두께		 레지스트
패턴 스캠
의 관찰
실시예 1 ○ 50.1 2.59 6.2 ○
실시예 2 ○ 51.7 1.41 4.7 ○
실시예 3 ○ 52.0 2.88 5.1 ○
실시예 4 ○ 50.9 2.86 5.7 ○
실시예 5 ○ 50.8 2.50 6.1 ○
실시예 6 ○ 51.1 2.97 5.3 ○
실시예 7 ○ 51.0 3.10 5.6 ○
실시예 8 ○ 51.1 3.71 6.0 ○
비교예 1 × 49.9 6.01 25.8 ×
비교예 2 × 50.2 5.11 20.8 ×
[실시예 9∼16, 비교예 3∼5]
상기 레지스트 조성 중, 반복 단위를 하기 식의 것(Polymer-2)으로 하고, 베이스 수지 80부, 하기 식(PAG-2)으로 표시되는 산 발생제 3부, 염기성 화합물로서 하기 식(Amine-1) 0.2부를 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트 65부에 용해하고, 표 3에 나타내는 비이온성 불소계 화합물을 표 3에 나타내는 배합량으로 첨가하고, 레지스트 용액을 조제한 후, 1.0㎛의 멤브레인 필터로 여과했다. 얻어진 레지스트 용액을 구리 기판 상에 스핀코팅하고, 핫 플레이트 상에 140℃에서 300초간의 소프트베이크를 행하고, 목표로 하는 두께 40㎛의 레지스트 막을 형성하였다.
또한, 도포한 레지스트의 막 두께를 막 두께계(다이니폰스크린 제조; RE-3100)를 사용하여 기판의 직경 방향으로 6mm 간격 29점을 측정하고, 막 두께의 평균과 도포 균일성으로서 막 두께의 불균일을 막 두께 편차로 표 4에 나타냈다. 또 에지 크라운을 측정하기 위하여, 기판의 주변(기판의 말단으로부터 5mm)의 막 두께를 측정하고, 앞서 얻은 막 두께의 평균과의 차이를 표 4에 나타냈다.
다음으로, 레티클을 통하여 엑시머-레이저 축소투영형 노광장치((주)니콘 제조, NSR-2005EX, NA=0.50)를 사용하여 노광하고, 110℃에서 120초간의 PEB를 행한 후, 2.38질량%의 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 수용액으로 100초간의 현상을 행하고, 이어서, 순수로 헹구고, 건조를 행하였다.
구리 기판 상의 평가에 대하여는, 40㎛의 1:3의 비율로 배치된 컨택 홀로 해상하는 노광량을 주사형 전자현미경을 사용하여 관찰하고, 패턴 형상에 문제없고, 컨택 홀 패턴의 저부의 잔사가 보이지 않는 것을 취하고, 잔사 없는 것으로 판단하고(표 4에서 ○), 스캠의 존재가 확인된 것 및 패턴 형상이 좋지 않은 것을 표 4에서는 ×로 표시했다.
Figure pat00031
x=0.71, y=0.20, z=0.09
중량평균 분자량; 12,000
분자량 분포; 1.85
Figure pat00032
계면활성제 첨가량 (ppm)
실시예 9 S-420 *1 1,000
실시예 10 S-420 *1 3,000
실시예 11 Si-1 3,000
실시예 12 Si-1 800
실시예 13 Si-1 600
실시예 14 Si-2 3,000
실시예 15 Si-2 800
실시예 16 Si-2 600
비교예 3 FC-430*2 1,000
비교예 4 FC-430*2 3,000
비교예 5 Megafac R08*3 3,000
*3 Megafac R08; DIC(주) 제조, 비이온성 퍼플루오로옥틸 말단기 함유 계면활성제
도포 불균일,
스트리에이션		 막 두께
(㎛)		 막 두께
편차
(㎛)		 Edge Crown(㎛)
기판 주변부 막두께
- 평균 막 두께		 레지스트
패턴 스캠
의 관찰
실시예 9 ○ 40.5 1.66 2.8 ○
실시예 10 ○ 42.1 1.21 3.1 ○
실시예 11 ○ 41.3 1.89 4.3 ○
실시예 12 ○ 41.2 1.70 5.0 ○
실시예 13 ○ 41.7 1.68 5.4 ○
실시예 14 ○ 41.7 1.95 4.7 ○
실시예 15 ○ 41.5 1.80 5.2 ○
실시예 16 ○ 41.6 1.78 5.5 ○
비교예 3 × 49.9 5.01 20.1 ×
비교예 4 × 40.3 5.21 19.9 ×
비교예 5 ○ 50.9 4.00 19.2 ○

Claims (13)

  1. (A) 산 불안정기로 보호된 산성 관능기를 가지는 알칼리 불용성 고분자 화합물로서, 상기 산 불안정기가 탈리(脫離)되었을 때 알칼리 가용성으로 되며, 하기 일반식(3)으로 표시되는 페놀성 수산기를 가지는 반복 단위를 포함하되, 상기 페놀성 수산기의 수소가 1종 이상의 산 불안정기에 의해 부분 치환되고, 상기 산 불안정기가, 상기 페놀성 수산기의 수소 원자 전체의 평균 7∼50몰%의 비율이며, 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리스티렌 환산 중량평균 분자량이 3,000∼300,000이며, 상기 산 불안정기는 하기 일반식(4)로 표시되는 기, tert-알킬기, 트리알킬실릴기, 및 케토알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되는, 고분자 화합물:
    Figure pat00033

    (상기 식(3)에서, R1은 수소 원자 또는 메틸기이고, R2는 탄소수 1∼8의 직쇄형, 분지형 또는 환형 알킬기이고, x는 0 또는 양의 정수이고, y는 양의 정수이고, x+y≤5를 충족시키는 수이거나, 또는 하기 일반식(6)으로 나타내는 반복 단위를 포함함:
    Figure pat00034

    (상기 식(6)에서, R1은 수소 원자 또는 메틸기이고, R2는 탄소수 1∼8의 직쇄형, 분지형 또는 환형 알킬기이고, x는 0 또는 양의 정수이고, y는 양의 정수이고, x+y≤5를 충족시키는 수이고, R7은 수소 원자 또는 메틸기이고, R8은 산과 반응하여 탈리하는 산 불안정기이고, b 및 c는 0.50≤b≤0.85, 0.15≤c≤0.50 및 b+c=1을 충족시키는 양수임)),
    Figure pat00035

    (상기 식(4)에서, R3 및 R4는 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 탄소수 1∼6의 직쇄형 또는 분지형 알킬기이고, R5는 탄소수 1∼10의 직쇄형, 분지형 또는 환형 알킬기이거나, 또는 R3와 R4, R3와 R5, 또는 R4와 R5는 이것들이 결합되는 탄소 원자 또는 탄소 원자 및 산소 원자와 함께 고리를 형성할 수도 있고, 고리를 형성하는 경우, 고리를 형성하는 데 관여하는 R3, R4, R5는 각각 독립적으로 탄소수 1∼6의 직쇄형 또는 분지형 알킬렌기임),
    (B) 산 발생제, 및
    (C) 하기 일반식(1)으로 표시되는 하나 이상의 비이온성 불소계 오르가노실록산계 화합물로서, 불소의 함유율이 7∼35질량%이고, 폴리에테르기 함유율이 15∼55질량%인 비이온성 불소계 오르가노실록산계 화합물:
    Figure pat00036

    (상기 식(1)에서, Rf는 탄소수 5∼30의 분자 사슬 중에 에테르 결합을 1개 이상 포함하는 퍼플루오로알킬기를 나타내고, Q는 에틸렌글리콜의 단독 중합 사슬, 프로필렌글리콜의 단독 중합 사슬, 또는 에틸렌글리콜과 프로필렌글리콜의 공중합 사슬로 이루어지는 폴리에테르기이고, R은 수소 원자 또는 탄소수 1∼4의 알킬기이고, X는 산소 원자를 제외한 2가의 연결기이고, Y는 2가의 연결기이고, p는 3~6의 정수(整數)이고, n은 0＜n＜3을 충족시키는 양수임)
    을 포함하는, 파장 150nm 이상의 자외선을 노광 광원으로 하는, 화학 증폭 포지티브형 레지스트 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 일반식(1)의 Rf가 하기 식(2)으로 표시되는 기인, 화학 증폭 포지티브형 레지스트 조성물:
    Figure pat00037

    (식에서, s는 1∼9의 정수임).
  3. 제1항에 있어서,
    X는 탄소수 2∼10의 알킬렌기나 불소화 알킬렌기이고, Y는 탄소수 2∼10의 알킬렌기이되, 에테르 결합 또는 하기의 기에 의해 개재될 수 있는, 화학 증폭 포지티브형 레지스트 조성물.
    Figure pat00038
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (C) 성분의 비이온성 불소계 오르가노실록산계 화합물의 함유량이, (A) 성분 80질량부에 대해 100∼8,000ppm인, 화학 증폭 포지티브형 레지스트 조성물.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고분자 화합물이 하기 반복 단위:
    Figure pat00039

    를 가지거나, 또는 하기 반복 단위:
    Figure pat00040

    를 가지는, 화학 증폭 포지티브형 레지스트 조성물.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일반식(6)으로 나타내는 반복 단위에서, 페놀성 수산기의 수소가 산 불안정기에 의해 부분 치환되는, 화학 증폭 포지티브형 레지스트 조성물.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (B) 성분의 산 발생제가 술포늄염, 요오도늄염, 술포닐디아조메탄, 및 N-술포닐옥시이미드형 산 발생제로 이루어진 군으로부터 선택되는, 화학 증폭 포지티브형 레지스트 조성물.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가로 (D) 염기성 화합물을 포함하는, 화학 증폭 포지티브형 레지스트 조성물.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    솔더 범프 형성을 위한 레지스트 재료로서 사용되는, 화학 증폭 포지티브형 레지스트 조성물.
  10. (i) 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 레지스트 조성물을 기판 상에 도포하고, 예비 열 처리하여 레지스트 막을 형성하는 공정,
    (ii) 상기 레지스트 막을 포토마스크를 거쳐, 파장 150nm 이상의 자외선으로 노광하는 공정, 및
    (iii) 필요에 따라 가열 처리한 후, 현상액을 사용하여 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정
    을 포함하는, 패턴 형성 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    (iii)의 현상 공정 후, 전해 도금 또는 무전해 도금에 의해 기판 상에 금속 도금층을 형성하는 공정을 더 포함하는, 패턴 형성 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 레지스트 막은 5∼100㎛의 두께를 가지는, 패턴 형성 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 레지스트 막은 10∼60㎛의 두께를 가지는, 패턴 형성 방법.
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