KR20180031594A - 레지스트 재료 및 패턴 형성 방법 - Google Patents

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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 증감 효과가 높고, 산 확산을 억제하는 효과도 가지며, 해상성, LWR, CDU가 양호한 레지스트 재료 및 이것을 이용하는 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제는, 베이스 폴리머와, 요오드화 방향족기를 갖는 카르복실산의, 2,5,8,9-테트라아자-1-포스파비시클로[3.3.3]운데칸 염, 비구아니드 염 또는 포스파젠 염을 포함하는 레지스트 재료에 의해 해결된다.

Description

레지스트 재료 및 패턴 형성 방법{RESIST COMPOSITION AND PATTERNING PROCESS}
본 발명은, 요오드화 방향족기 함유 카르복실산의, 2,5,8,9-테트라아자-1-포스파비시클로[3.3.3]운데칸 염, 비구아니드 염 또는 포스파젠 염을 포함하는 레지스트 재료 및 이것을 이용하는 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
LSI의 고집적화와 고속도화에 따라, 패턴 룰의 미세화가 급속히 진행되고 있다. 특히, 플래시 메모리 시장의 확대와 기억 용량의 증대화가 미세화를 견인하고 있다. 최첨단의 미세화 기술로는, ArF 리소그래피에 의한 65 ㎚ 노드의 디바이스의 양산이 행해지고 있고, 차세대의 ArF 액침 리소그래피에 의한 45 ㎚ 노드의 양산 준비가 진행중이다. 차세대의 32 ㎚ 노드로는, 물보다 고굴절률의 액체와 고굴절률 렌즈, 고굴절률 레지스트 재료를 조합한 초고 NA 렌즈에 의한 액침 리소그래피, 파장 13.5 ㎚의 극단 자외선(EUV) 리소그래피, ArF 리소그래피의 이중 노광(더블 패터닝 리소그래피) 등이 후보로서, 검토가 진행되고 있다.
마스크 제작용 노광 장치로는, 선폭의 정밀도를 높이기 위해, 레이저 빔에 의한 노광 장치 대신에 전자선(EB)에 의한 노광 장치가 이용되어 왔다. 또한 EB의 전자총에 있어서의 가속 전압을 높임으로써 미세화가 한층 더 가능해지기 때문에, 10 kV로부터 30 kV, 최근에는 50 kV가 주류이며, 100 kV의 검토도 진행되고 있다.
미세화가 진행되어 광의 회절 한계에 근접함에 따라 광의 콘트라스트가 저하되게 된다. 광의 콘트라스트 저하에 의해, 포지티브형 레지스트막에 있어서는 홀 패턴이나 트렌치 패턴의 해상성이나, 포커스 마진의 저하가 발생한다.
패턴의 미세화와 함께 라인 패턴의 에지 러프니스(LWR) 및 홀 패턴의 치수 균일성(CDU)이 문제시되고 있다. 베이스 폴리머나 산 발생제의 편재나 응집의 영향, 산 확산의 영향이 지적되고 있다. 또한, 레지스트막의 박막화에 따라 LWR이 커지는 경향이 있어, 미세화의 진행에 따른 박막화에 의한 LWR의 열화는, 심각한 문제가 되고 있다.
EUV 리소그래피용 레지스트 재료에 있어서는, 고감도화, 고해상도화, 저LWR화를 동시에 달성할 필요가 있다. 산 확산 거리를 짧게 하면 LWR는 작아지지만, 저감도화한다. 예컨대, 포스트 익스포져 베이크(PEB) 온도를 낮춤으로써 LWR은 작아지지만, 저감도화한다. 켄처의 첨가량을 늘려도, LWR이 작아지지만 저감도화한다. 감도와 LWR과의 트레이드 오프의 관계를 타파하는 것이 필요하여, 고감도 또한 해상성이 높고, LWR과 CDU가 우수한 레지스트 재료의 개발이 요구되고 있다.
비구아니드 염이나 포스파젠 염을 발생시키는 염기 발생제가 제안되어 있다(특허문헌 1). 광조사에 의해 강염기인 비구아니드나 포스파젠을 발생시켜, 에폭시기 등의 가교를 촉진시킨다. 또한, 산 발생제를 포함하고, 비구아니드가 산을 트랩하는 켄처로서 포함하는 레지스트 재료도 제안되어 있다(특허문헌 2).
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2010-84144호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2013-15565호 공보
단파장이 되면 될수록 광의 에너지 밀도가 증가하기 때문에, 노광에 의해 발생하는 광자수가 감소한다. 광자의 편차가, LWR과 CDU의 편차를 낳는 요인이 되고 있다. 노광량을 높여 나가면 광자의 수가 증가하여, 광자의 편차가 작아지게 된다. 이것에 의해, 감도와 해상성, LWR, CDU의 트레이드 오프의 관계가 존재하고 있다. 특히, EUV 리소그래피용 레지스트 재료에 있어서는, 저감도인 쪽이 LWR과 CDU가 양호한 경향이 있다.
산의 확산의 증대에 의해서도, 해상성, LWR, CDU가 열화한다. 산 확산은 상 흐릿함의 원인일 뿐만 아니라, 레지스트막 중의 산 확산은 불균일하게 진행되기 때문이다. 산 확산을 작게 하기 위해서는 PEB 온도를 낮추거나, 확산되기 어려운 벌키한 산을 적용하거나, 켄처의 첨가량을 늘리거나 하는 것이 효과적이다. 그러나, 이들 산 확산을 작게 하는 수법에서는, 어떤 방법에 있어서도 감도가 저하된다. 광자의 편차를 줄이는 방법, 산 확산의 편차를 줄이는 방법 어떤 것에 있어서도 레지스트의 감도가 낮아진다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 증감 효과가 높고, 산 확산을 억제하는 효과도 가지며, 해상성, LWR, CDU가 양호한 레지스트 재료 및 이것을 이용하는 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
산의 발생 효율을 한층 더 높일 수 있고, 또한 산 확산을 한층 더 억제할 수 있으면, 감도와 해상성, LWR, CDU의 트레이드 오프의 관계를 타파하는 것이 가능해진다.
요오드는 원자수가 크기 때문에 파장 13.5 ㎚의 EUV 및 EB의 흡수가 크고, 분자 내에 많은 전자 궤도를 갖고 있기 때문에 노광에 의해 많은 이차 전자가 발생한다. 발생한 이차 전자가 산 발생제로 에너지 이동함으로써, 높은 증감 효과를 얻을 수 있다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 요오드화 방향족기를 갖는 카르복실산과, 2,5,8,9-테트라아자-1-포스파비시클로[3.3.3]운데칸류, 비구아니드류 또는 포스파젠류(이하, 이들을 총칭하여 유기 염기라고 함)와의 염을 레지스트 재료에 첨가함으로써, 증감 효과가 높고, 또한 산 확산을 억제하는 효과도 가지며, 고감도 또한 LWR과 CDU가 작은 레지스트막을 얻을 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
따라서, 본 발명은 하기 레지스트 재료 및 패턴 형성 방법을 제공한다.
1. 베이스 폴리머와, 요오드화 방향족기를 갖는 카르복실산의, 2,5,8,9-테트라아자-1-포스파비시클로[3.3.3]운데칸 염, 비구아니드 염 또는 포스파젠 염을 포함하는 레지스트 재료.
2. 상기 염이 하기 식 (A)로 표시되는 것인 1의 레지스트 재료.
Figure pat00001
[식 중, R1은 수소 원자, 히드록시기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼6의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼6의 알콕시기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼6의 아실옥시기, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 아미노기, -NR2-C(=O)-R3, 또는 -NR2-C(=O)-O-R3이며, R2는 수소 원자, 또는 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼6의 알킬기이고, R3은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼6의 알킬기, 또는 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼8의 알케닐기이다. G는 단결합, 또는 탄소수 1∼20의 (p+1)가의 연결기이며, 에테르기, 카르보닐기, 에스테르기, 아미드기, 술톤기, 락탐기, 카르보네이트기, 할로겐 원자, 히드록시기, 카르복시기를 갖고 있어도 좋다. p는 1∼3의 정수이다. m은 1∼5의 정수이다. n은 0∼3의 정수이다.
A+는 하기 식 (A)-1, (A)-2 또는 (A)-3으로 표시되는 양이온이다.
Figure pat00002
(식 중, R11∼R13은 각각 독립적으로 수소 원자, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼24의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알케닐기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알키닐기, 또는 탄소수 6∼20의 아릴기이다.
R14∼R21은 수소 원자, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼24의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알케닐기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알키닐기, 또는 탄소수 6∼20의 아릴기이며, 이들 중에 에스테르기, 에테르기, 술피드기, 술폭시드기, 카르보네이트기, 카르바메이트기, 술폰기, 할로겐 원자, 아미노기, 아미드기, 히드록시기, 티올기, 또는 니트로기를 포함하고 있어도 좋고, R14와 R15, R15와 R16, R16과 R17, R17과 R18, R18과 R19, R19와 R20, 또는 R20과 R21은 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋으며, 상기 고리 중에 에테르기를 포함하고 있어도 좋다.
R22∼R29는 수소 원자, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼24의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알케닐기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알키닐기, 또는 탄소수 6∼20의 아릴기이며, 이들 중에 에스테르기, 에테르기, 술피드기, 술폭시드기, 카르보네이트기, 카르바메이트기, 술폰기, 할로겐 원자, 아미노기, 아미드기, 히드록시기, 티올기, 또는 니트로기를 포함하고 있어도 좋고, R22와 R23, R23과 R24, R24와 R25, R25와 R26, R26과 R27, 또는 R27과 R28는 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋으며, R23과 R24, R25와 R26, R27과 R28, 또는 R28과 R29는 합하여 하기 식 (A)-3-1로 표시되는 기를 형성하여도 좋고, R22가 수소 원자인 경우에는, R23은 하기 식 (A)-3-2로 표시되는 기여도 좋다.
Figure pat00003
(식 중, R30∼R39는 수소 원자, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼24의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알케닐기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알키닐기, 또는 탄소수 6∼20의 아릴기이고, R30과 R31, R31과 R32, R32와 R33, R33과 R34, R34와 R35, R36과 R37, 또는 R38과 R39는 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋으며, 또한 R30과 R31, R32와 R33, 또는 R34와 R35는 합하여 식 (A)-3-1로 표시되는 기를 형성하여도 좋다.))]
3. 술폰산, 술폰이미드 또는 술폰메티드를 발생시키는 산 발생제를 더 포함하는 1 또는 2의 레지스트 재료.
4. 유기 용제를 더 포함하는 1∼3 중 어느 하나의 레지스트 재료.
5. 상기 베이스 폴리머가 하기 식 (a1)로 표시되는 반복 단위 또는 하기 식 (a2)로 표시되는 반복 단위를 포함하는 것인 1∼4 중 어느 하나의 레지스트 재료.
Figure pat00004
(식 중, RA는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸기이다. R41 및 R42는 각각 독립적으로 산 불안정기이다. X는 단결합, 페닐렌기, 나프틸렌기, 또는 에스테르기 또는 락톤 고리를 포함하는 탄소수 1∼12의 연결기이다. Y는 단결합 또는 에스테르기이다.)
6. 용해 저지제를 더 포함하는 5의 레지스트 재료.
7. 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료인 5 또는 6의 레지스트 재료.
8. 상기 베이스 폴리머가 산 불안정기를 포함하지 않는 것인 1∼4 중 어느 하나의 레지스트 재료.
9. 가교제를 더 포함하는 8의 레지스트 재료.
10. 화학 증폭 네거티브형 레지스트 재료인 8 또는 9의 레지스트 재료.
11. 상기 베이스 폴리머가 하기 식 (f1)∼(f3)으로 표시되는 반복 단위로부터 선택되는 적어도 하나의 반복 단위를 더 포함하는 1∼10 중 어느 하나의 레지스트 재료.
Figure pat00005
(식 중, RA는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸기이다. Z1은 단결합, 페닐렌기, -O-Z11-, 또는 -C(=O)-Z12-Z11-이고, Z11은 카르보닐기, 에스테르기, 에테르기 또는 히드록시기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의, 탄소수 1∼6의 알킬렌기 또는 탄소수 2∼6의 알케닐렌기, 또는 페닐렌기이며, Z12는 -O- 또는 -NH-이다. R51, R52, R53, R54, R55, R56, R57 및 R58은 각각 독립적으로 카르보닐기, 에스테르기 또는 에테르기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼12의 알킬기, 또는 탄소수 6∼12의 아릴기, 탄소수 7∼20의 아랄킬기, 또는 메르캅토페닐기이다. Z2는 단결합, -Z21-C(=O)-O-, -Z21-O- 또는 -Z21-O-C(=O)-이고, Z21은 카르보닐기, 에스테르기 또는 에테르기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼12의 알킬렌기이다. Z3은 단결합, 메틸렌기, 에틸렌기, 페닐렌기, 불소화된 페닐렌기, -O-Z31-, 또는 -C(=O)-Z32-Z31-이며, Z31은 카르보닐기, 에스테르기, 에테르기 또는 히드록시기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의, 탄소수 1∼6의 알킬렌기 또는 탄소수 2∼6의 알케닐렌기, 또는 페닐렌기, 불소화된 페닐렌기, 또는 트리플루오로메틸기로 치환된 페닐렌기이고, Z32는 -O- 또는 -NH-이다. A1은 수소 원자 또는 트리플루오로메틸기이다. M-는 비구핵성 대향 이온을 나타낸다.)
12. 계면활성제를 더 포함하는 1∼11 중 어느 하나의 레지스트 재료.
13. 1∼12 중 어느 하나의 레지스트 재료를 기판 상에 도포하는 공정과, 가열 처리 후, 고에너지선으로 노광하는 공정과, 현상액을 이용하여 현상하는 공정을 포함하는 패턴 형성 방법.
14. 상기 고에너지선이 파장 193 ㎚의 ArF 엑시머 레이저 또는 파장 248 ㎚의 KrF 엑시머 레이저인 13의 패턴 형성 방법.
15. 상기 고에너지선이 EB 또는 파장 3∼15 ㎚의 EUV인 13의 패턴 형성 방법.
요오드화 방향족기를 갖는 카르복실산의, 2,5,8,9-테트라아자-1-포스파비시클로[3.3.3]운데칸 염, 비구아니드 염 또는 포스파젠 염을 포함하는 레지스트막은, 광흡수가 큰 요오드를 포함하고 있기 때문에, 노광 중에 이것으로부터 발생하는 이차 전자에 의한 증감 효과가 있고, 나아가서는 산 확산을 억제하는 효과가 높으며, 용해 콘트라스트가 높기 때문에, 알칼리 현상에 있어서의 포지티브형 레지스트막, 네거티브형 레지스트막 및 유기 용제 현상에 있어서의 네거티브형 레지스트막으로서 우수한 해상성을 가지며, 특히 고감도 또한 LWR이 작은 특징을 갖는다.
[레지스트 재료]
본 발명의 레지스트 재료는, 베이스 폴리머와, 요오드화 방향족기를 갖는 카르복실산의, 2,5,8,9-테트라아자-1-포스파비시클로[3.3.3]운데칸 염, 비구아니드 염 또는 포스파젠 염(이하, 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염이라고도 함)을 포함하는 것이다. 상기 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염은, 산 발생제로부터 발생한 술폰산, 술폰이미드 또는 술폰메티드, 특히 불소화된 알킬기를 포함하는 술폰산, 비스술폰이미드 또는 트리스술폰메티드와 이온 교환을 일으켜 염을 형성하고, 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염이 방출된다. 상기 유기 염기는, 산의 포집 능력과 산 확산을 억제하는 효과가 높다. 상기 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염은, 감광성이 없어, 광에 의해 분해되는 일이 없고, 노광 부분에서도 충분한 산을 포착하는 능력이 있다. 따라서, 노광부로부터 미노광부로의 산의 확산을 억제할 수 있다.
본 발명의 레지스트 재료에는, 상기 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염 이외에, 다른 아민 화합물, 암모늄염, 술포늄염 또는 요오도늄염을 켄처로서 별도 첨가하여도 좋다. 이 때, 켄처로서 첨가하는 암모늄염, 술포늄염 또는 요오도늄염으로는, 카르복실산, 술폰산, 술폰아미드 및 사카린의 술포늄염 또는 요오도늄염이 적당하다. 이때의 카르복실산은, α 위치가 불소화되어 있어도 좋고 되어 있지 않아도 좋다.
상기 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염에 의한 산 확산 억제 효과 및 콘트라스트 향상 효과는, 알칼리 현상에 의한 포지티브 패턴 형성이나 네거티브 패턴 형성에 있어서도, 유기 용제 현상에 있어서의 네거티브 패턴 형성 어느 쪽에 있어서도 유효하다.
[요오드화 방향족기 함유 카르복실산염]
본 발명의 레지스트 재료에 포함되는 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염은, 요오드화 방향족기를 갖는 카르복실산의, 2,5,8,9-테트라아자-1-포스파비시클로[3.3.3]운데칸 염, 비구아니드 염 또는 포스파젠 염이며, 하기 식 (A)로 표시되는 것이 바람직하다.
Figure pat00006
식 중, R1은 수소 원자, 히드록시기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼6의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼6의 알콕시기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼6의 아실옥시기, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 아미노기, -NR2-C(=O)-R3, 또는 -NR2-C(=O)-O-R3이며, R2는 수소 원자, 또는 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼6의 알킬기이고, R3은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼6의 알킬기, 또는 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼8의 알케닐기이다. G는 단결합, 또는 탄소수 1∼20의 (p+1)가의 연결기이며, 에테르기, 카르보닐기, 에스테르기, 아미드기, 술톤기, 락탐기, 카르보네이트기, 할로겐 원자, 히드록시기, 카르복시기를 갖고 있어도 좋다. p는 1∼3의 정수이다. m은 1∼5의 정수이다. n은 0∼3의 정수이다.
식 중, A+는 하기 식 (A)-1, (A)-2 또는 (A)-3으로 표시되는 양이온이다.
Figure pat00007
식 (A)-1 중, R11∼R13은 각각 독립적으로 수소 원자, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼24의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알케닐기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알키닐기, 또는 탄소수 6∼20의 아릴기이다.
식 (A)-2 중, R14∼R21은 수소 원자, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼24의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알케닐기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알키닐기, 또는 탄소수 6∼20의 아릴기이며, 이들 중에 에스테르기, 에테르기, 술피드기, 술폭시드기, 카르보네이트기, 카르바메이트기, 술폰기, 할로겐 원자, 아미노기, 아미드기, 히드록시기, 티올기, 또는 니트로기를 포함하고 있어도 좋고, R14와 R15, R15와 R16, R16과 R17, R17과 R18, R18과 R19, R19와 R20, 또는 R20과 R21은 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋으며, 상기 고리 중에 에테르기를 포함하고 있어도 좋다.
식 (A)-3 중, R22∼R29는 수소 원자, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼24의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알케닐기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알키닐기, 또는 탄소수 6∼20의 아릴기이며, 이들 중에 에스테르기, 에테르기, 술피드기, 술폭시드기, 카르보네이트기, 카르바메이트기, 술폰기, 할로겐 원자, 아미노기, 아미드기, 히드록시기, 티올기, 또는 니트로기를 포함하고 있어도 좋고, R22와 R23, R23과 R24, R24와 R25, R25와 R26, R26과 R27, 또는 R27과 R28는 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋으며, R23과 R24, R25와 R26, R27과 R28, 또는 R28과 R29는 합하여 하기 식 (A)-3-1로 표시되는 기를 형성하여도 좋고, R22가 수소 원자인 경우에는, R23은 하기 식 (A)-3-2로 표시되는 기여도 좋다.
Figure pat00008
식 중, R30∼R39는 수소 원자, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼24의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알케닐기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알키닐기, 또는 탄소수 6∼20의 아릴기이며, R30과 R31, R31과 R32, R32와 R33, R33과 R34, R34와 R35, R36과 R37, 또는 R38과 R39는 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋고, 또한 R30과 R31, R32와 R33이 또는 R34와 R35가 합하여 식 (A)-3-1로 표시되는 기를 형성하여도 좋다.
식 (A)로 표시되는 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염의 음이온 부분으로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
식 (A)-1로 표시되는 2,5,8,9-테트라아자-1-포스파비시클로[3.3.3]운데칸 양이온으로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
Figure pat00012
식 (A)-2로 표시되는 비구아니드 양이온으로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
식 (A)-3으로 표시되는 포스파젠 양이온으로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
양이온화한 상기 유기 염기의 플러스 전하는, 복수의 질소 원자에 비국재화되어 있다. 이 때문에, 술폰산, 술폰이미드, 술폰메티드의 음이온을 트랩하여 중화하는 포인트가 도처에 존재하고, 이것에 의해 신속하게 음이온을 트랩할 수 있다. 상기 유기 염기는, 높은 염기성도와 높은 트랩능을 갖고 있는 우수한 켄처이다.
상기 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염이 식 (A)-1로 표시되는 양이온을 갖는 경우의 합성 방법으로는, 2,5,8,9-테트라아자-1-포스파비시클로[3.3.3]운데칸류와, 요오드화 방향족기 함유 카르복실산을 혼합하는 방법을 들 수 있다.
상기 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염이 식 (A)-2로 표시되는 양이온을 갖는 경우의 합성 방법으로는, 구아니딘류 및 카르보디이미드류를 반응시킴으로써 얻어진 비구아니드류와, 요오드화 방향족기 함유 카르복실산을 혼합하는 방법을 들 수 있다.
상기 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염이 식 (A)-3으로 표시되는 양이온을 갖는 경우의 합성 방법으로는, 포스파젠류와, 요오드화 방향족기 함유 카르복실산을 혼합하는 방법을 들 수 있다.
상기 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염은, 분자 내에 요오드를 갖고 있기 때문에, EUV의 흡수가 크다. EUV 노광에 의해 이차 전자가 발생하고, 이것이 산 발생제로 에너지 이동하여 증감한다. 이것에 의해, 고감도 또한 저산 확산을 실현할 수 있고, LWR 또는 CDU와 감도 양쪽 모두의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 레지스트 재료에 있어서, 상기 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염의 함유량은, 후술하는 베이스 폴리머 100 질량부에 대하여, 감도와 산 확산 억제 효과의 점에서, 0.001∼50 질량부가 바람직하고, 0.01∼20 질량부가 보다 바람직하다.
[베이스 폴리머]
본 발명의 레지스트 재료에 포함되는 베이스 폴리머는, 포지티브형 레지스트 재료의 경우, 산 불안정기를 포함하는 반복 단위를 포함한다. 산 불안정기를 포함하는 반복 단위로는, 하기 식 (a1)로 표시되는 반복 단위(이하, 반복 단위 a1이라고 함), 또는 식 (a2)로 표시되는 반복 단위(이하, 반복 단위 a2라고 함)가 바람직하다.
Figure pat00019
식 중, RA는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸기이다. R41 및 R42는 각각 독립적으로 산 불안정기이다. X는 단결합, 페닐렌기, 나프틸렌기, 또는 에스테르기 또는 락톤 고리를 포함하는 탄소수 1∼12의 연결기이다. Y는 단결합 또는 에스테르기이다.
반복 단위 a1로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, RA 및 R41은 상기와 동일하다.
Figure pat00020
반복 단위 a1 및 a2 중의 R41 및 R42로 표시되는 산 불안정기로는 여러 가지 선정되지만, 예컨대, 일본 특허 공개 제2013-80033호 공보나 일본 특허 공개 제2013-83821호 공보에 기재된 산 불안정기를 이용할 수 있다.
전형적으로는, 상기 산 불안정기로는, 하기 식 (AL-1)∼(AL-3)으로 표시되는 것을 들 수 있다.
Figure pat00021
식 (AL-1) 및 (AL-2) 중, R43 및 R46은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼40, 특히 1∼20의 알킬기 등의 1가 탄화수소기이고, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자, 불소 원자 등의 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋다. R44 및 R45는 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼20의 알킬기 등의 1가 탄화수소기이며, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자, 불소 원자 등의 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋다. A1은 0∼10, 특히 1∼5의 정수이다. R44와 R45, R44와 R46, 또는 R45와 R46은 서로 결합하여 이들이 결합하는 탄소 원자 또는 탄소 원자와 산소 원자와 함께 탄소수 3∼20, 바람직하게는 4∼16의 고리, 특히 지환을 형성하여도 좋다.
식 (AL-3) 중, R47, R48 및 R49는 각각 독립적으로 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼20의 알킬기 등의 1가 탄화수소기이고, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자, 불소 원자 등의 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋다. R47과 R48, R47과 R49, 또는 R48과 R49는 서로 결합하여 이들이 결합하는 탄소 원자와 함께 탄소수 3∼20, 바람직하게는 4∼16의 고리, 특히 지환을 형성하여도 좋다.
상기 베이스 폴리머는, 밀착성기로서 페놀성 히드록시기를 포함하는 반복 단위 b를 더 포함하여도 좋다. 반복 단위 b를 부여하는 모노머로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, RA는 상기와 동일하다.
Figure pat00022
상기 베이스 폴리머는, 다른 밀착성기로서, 페놀성 히드록시기 이외의 히드록시기, 락톤 고리, 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기 또는 시아노기를 포함하는 반복 단위 c를 더 포함하여도 좋다. 반복 단위 c를 부여하는 모노머로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, RA는 상기와 동일하다.
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
히드록시기를 포함하는 모노머의 경우, 중합시에 히드록시기를 에톡시에톡시기 등의 산에 의해 탈보호하기 쉬운 아세탈기로 치환해 두고 중합 후에 약산과 물에 의해 탈보호를 행하여도 좋으며, 아세틸기, 포르밀기, 피발로일기 등으로 치환해 두고 중합 후에 알칼리 가수분해를 행하여도 좋다.
상기 베이스 폴리머는, 인덴, 벤조푸란, 벤조티오펜, 아세나프틸렌, 크로몬, 쿠마린, 노르보르나디엔 또는 이들의 유도체에서 유래되는 반복 단위 d를 더 포함하여도 좋다. 반복 단위 d를 부여하는 모노머로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
Figure pat00031
상기 베이스 폴리머는, 스티렌, 비닐나프탈렌, 비닐안트라센, 비닐피렌, 메틸렌인단, 비닐피리딘 또는 비닐카르바졸에서 유래되는 반복 단위 e를 더 포함하여도 좋다.
상기 베이스 폴리머는, 중합성 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 오늄염에서 유래되는 반복 단위 f를 더 포함하여도 좋다. 일본 특허 공개 제2005-84365호 공보에는, 특정 술폰산이 발생하는 중합성 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 술포늄염이나 요오도늄염이 제안되어 있다. 일본 특허 공개 제2006-178317호 공보에는, 술폰산이 주쇄에 직결된 술포늄염이 제안되어 있다.
바람직한 반복 단위 f로는, 하기 식 (f1)로 표시되는 반복 단위(이하, 반복 단위 f1이라고 함), 하기 식 (f2)로 표시되는 반복 단위(이하, 반복 단위 f2라고 함) 및 하기 식 (f3)으로 표시되는 반복 단위(이하, 반복 단위 f3이라고 함)를 들 수 있다. 또한, 반복 단위 f1∼f3은 1종 단독으로도, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다.
Figure pat00032
식 중, RA는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸기이다. Z1은 단결합, 페닐렌기, -O-Z11-, 또는 -C(=O)-Z12-Z11-이고, Z11은 카르보닐기, 에스테르기, 에테르기 또는 히드록시기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의, 탄소수 1∼6의 알킬렌기 또는 탄소수 2∼6의 알케닐렌기, 또는 페닐렌기이며, Z12는 -O- 또는 -NH-이다. R51, R52, R53, R54, R55, R56, R57 및 R58은 각각 독립적으로 카르보닐기, 에스테르기 또는 에테르기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼12의 알킬기, 또는 탄소수 6∼12의 아릴기, 탄소수 7∼20의 아랄킬기, 또는 메르캅토페닐기이다. Z2는 단결합, -Z21-C(=O)-O-, -Z21-O- 또는 -Z21-O-C(=O)-이며, Z21은 카르보닐기, 에스테르기 또는 에테르기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기형 또는 환상의 탄소수 1∼12의 알킬렌기이다. Z3은 단결합, 메틸렌기, 에틸렌기, 페닐렌기, 불소화된 페닐렌기, -O-Z31-, 또는 -C(=O)-Z32-Z31-이고, Z31은 카르보닐기, 에스테르기, 에테르기 또는 히드록시기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의, 탄소수 1∼6의 알킬렌기 또는 탄소수 2∼6의 알케닐렌기 또는 페닐렌기, 불소화된 페닐렌기, 또는 트리플루오로메틸기로 치환된 페닐렌기이며, Z32는 -O- 또는 -NH-이다. A1은 수소 원자 또는 트리플루오로메틸기이다. M-는 비구핵성 대향 이온을 나타낸다.
반복 단위 f1을 부여하는 모노머로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, M- 및 RA는 상기와 동일하다.
Figure pat00033
M-로 표시되는 비구핵성 대향 이온으로는, 염화물 이온, 브롬화물 이온 등의 할라이드 이온, 트리플레이트 이온, 1,1,1-트리플루오로에탄술포네이트 이온, 노나플루오로부탄술포네이트 이온 등의 플루오로알킬술포네이트 이온, 토실레이트 이온, 벤젠술포네이트 이온, 4-플루오로벤젠술포네이트 이온, 1,2,3,4,5-펜타플루오로벤젠술포네이트 이온 등의 아릴술포네이트 이온, 메실레이트 이온, 부탄술포네이트 이온 등의 알킬술포네이트 이온, 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 이온, 비스(퍼플루오로에틸술포닐)이미드 이온, 비스(퍼플루오로부틸술포닐)이미드 이온 등의 술폰이미드 이온, 트리스(트리플루오로메틸술포닐)메티드 이온, 트리스(퍼플루오로에틸술포닐)메티드 이온 등의 술폰메티드 이온을 들 수 있다.
상기 비구핵성 대향 이온으로는, 하기 식 (K-1)로 표시되는 α 위치가 플루오로 치환된 술폰산 이온, 하기 식 (K-2)로 표시되는 α 및 β 위치가 플루오로 치환된 술폰산 이온 등을 더 들 수 있다.
Figure pat00034
식 (K-1) 중, R61은 수소 원자, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼20의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼20의 알케닐기, 또는 탄소수 6∼20의 아릴기이며, 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기, 락톤 고리 또는 불소 원자를 포함하고 있어도 좋다.
식 (K-2) 중, R62는 수소 원자, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼30의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼30의 아실기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼20의 알케닐기, 탄소수 6∼20의 아릴기, 또는 탄소수 6∼20의 아릴옥시기이며, 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기 또는 락톤 고리를 포함하고 있어도 좋다.
반복 단위 f2를 부여하는 모노머로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, RA는 상기와 동일하다.
Figure pat00035
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
반복 단위 f3을 부여하는 모노머로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, RA는 상기와 동일하다.
Figure pat00040
Figure pat00041
폴리머 주쇄에 산 발생제를 결합시킴으로써 산 확산을 작게 하고, 산 확산의 흐릿함에 의한 해상성의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 산 발생제가 균일하게 분산됨으로써 에지 러프니스가 개선된다.
포지티브형 레지스트 재료용 베이스 폴리머로는, 산 불안정기를 포함하는 반복 단위 a1 또는 a2를 필수로 한다. 이 경우, 반복 단위 a1, a2, b, c, d, e 및 f의 함유 비율은 0≤a1<1.0, 0≤a2<1.0, 0<a1+a2<1.0, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.9, 0≤d≤0.8, 0≤e≤0.8 및 0≤f≤0.5가 바람직하고, 0≤a1≤0.9, 0≤a2≤0.9, 0.1≤a1+a2≤0.9, 0≤b≤0.8, 0≤c≤0.8, 0≤d≤0.7, 0≤e≤0.7 및 0≤f≤0.4가 보다 바람직하며, 0≤a1≤0.8, 0≤a2≤0.8, 0.1≤a1+a2≤0.8, 0≤b≤0.75, 0≤c≤0.75, 0≤d≤0.6, 0≤e≤0.6 및 0≤f≤0.3이 더욱 바람직하다. 또한, 반복 단위 f가 반복 단위 f1∼f3으로부터 선택되는 적어도 1종인 경우, f=f1+f2+f3이다. 또한, a1+a2+b+c+d+e+f=1.0이다.
한편, 네거티브형 레지스트 재료용 베이스 폴리머는, 산 불안정기는 반드시 필요한 것은 아니다. 이러한 베이스 폴리머로는, 반복 단위 b를 포함하며, 필요에 따라 반복 단위 c, d, e 및/또는 f를 더 포함하는 것을 들 수 있다. 이들 반복 단위의 함유 비율은 0<b≤1.0, 0≤c≤0.9, 0≤d≤0.8, 0≤e≤0.8 및 0≤f≤0.5가 바람직하고, 0.2≤b≤1.0, 0≤c≤0.8, 0≤d≤0.7, 0≤e≤0.7 및 0≤f≤0.4가 보다 바람직하며, 0.3≤b≤1.0, 0≤c≤0.75, 0≤d≤0.6, 0≤e≤0.6 및 0≤f≤0.3이 더욱 바람직하다. 또한, 반복 단위 f가 반복 단위 f1∼f3으로부터 선택되는 적어도 1종인 경우, f=f1+f2+f3이다. 또한, b+c+d+e+f=1.0이다.
상기 베이스 폴리머를 합성하기 위해서는 예컨대 전술한 반복 단위를 부여하는 모노머를, 유기 용제 중, 라디칼 중합개시제를 첨가하여 가열 중합을 행하면 좋다.
중합시에 사용하는 유기 용제로는, 톨루엔, 벤젠, 테트라히드로푸란, 디에틸에테르, 디옥산 등을 들 수 있다. 중합개시제로는, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴), 디메틸2,2-아조비스(2-메틸프로피오네이트), 벤조일퍼옥시드, 라우로일퍼옥시드 등을 들 수 있다. 중합시의 온도는, 바람직하게는 50∼80℃이다. 반응 시간은, 바람직하게는 2∼100시간, 보다 바람직하게는 5∼20시간이다.
히드록시스티렌이나 히드록시비닐나프탈렌을 공중합하는 경우에는, 히드록시스티렌이나 히드록시비닐나프탈렌 대신에 아세톡시스티렌이나 아세톡시비닐나프탈렌을 이용하고, 중합 후 상기 알칼리 가수분해에 의해 아세톡시기를 탈보호하여 히드록시스티렌이나 히드록시비닐나프탈렌으로 하여도 좋다.
알칼리 가수분해시의 염기로는, 암모니아수, 트리에틸아민 등을 사용할 수 있다. 또한, 반응 온도는, 바람직하게는 -20∼100℃, 보다 바람직하게는 0∼60℃이다. 반응 시간은, 바람직하게는 0.2∼100시간, 보다 바람직하게는 0.5∼20시간이다.
상기 베이스 폴리머는, 용제로서 테트라히드로푸란(THF)을 이용한 겔 퍼미에이션 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리스티렌 환산 중량 평균 분자량(Mw)이, 바람직하게는 1,000∼500,000, 보다 바람직하게는 2,000∼30,000이다. Mw가 지나치게 작으면 레지스트 재료의 내열성이 뒤떨어지게 되고, 지나치게 크면 알칼리 용해성이 저하하여, 패턴 형성 후에 풋팅 현상이 발생하기 쉬워진다.
또한, 상기 베이스 폴리머에 있어서 분자량 분포(Mw/Mn)가 넓은 경우에는, 저분자량이나 고분자량의 폴리머가 존재하기 때문에, 노광 후, 패턴 상에 이물이 보이거나, 패턴의 형상이 악화되거나 할 우려가 있다. 패턴 룰이 미세화함에 따라, Mw나 분자량 분포의 영향이 커지기 쉽기 때문에, 미세한 패턴 치수에 적합하게 이용되는 레지스트 재료를 얻기 위해서는, 상기 베이스 폴리머의 분자량 분포는, 1.0∼2.0, 특히 1.0∼1.5로 좁은 분산인 것이 바람직하다.
상기 베이스 폴리머는, 조성 비율, Mw, 분자량 분포가 상이한 2개 이상의 폴리머를 포함하여도 좋다.
[산 발생제]
상기 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염 및 상기 베이스 폴리머를 포함하는 레지스트 재료에 산 발생제를 첨가함으로써, 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료 또는 화학 증폭 네거티브형 레지스트 재료로서 기능하게 할 수 있다. 상기 산 발생제로는, 예컨대, 활성 광선 또는 방사선에 감응하여 산을 발생시키는 화합물(광산 발생제)을 들 수 있다. 광산 발생제로는, 고에너지선 조사에 의해 산을 발생시키는 화합물이라면 어떠한 것이라도 상관없지만, 술폰산, 술폰이미드 또는 술폰메티드를 발생시키는 것이 바람직하다. 적합한 광산 발생제로는 술포늄염, 요오도늄염, 술포닐디아조메탄, N-술포닐옥시이미드, 옥심-O-술포네이트형 산 발생제 등이 있다. 광산 발생제의 구체예로는, 일본 특허 공개 제2008-111103호 공보의 단락 [0122]∼[0142]에 기재되어 있는 것을 들 수 있다.
또한, 광산 발생제로는, 하기 식 (1) 또는 (2)로 표시되는 것도 적합하게 사용할 수 있다.
Figure pat00042
식 (1) 중, R101, R102 및 R103은 각각 독립적으로 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼20의 1가 탄화수소기를 나타낸다. 또한, R101, R102 및 R103 중 어느 2개가, 서로 결합하여 이들이 결합하는 황 원자와 함께 고리를 형성하여도 좋다.
식 (1) 중, X-는 하기 식 (1A)∼(1D)로부터 선택되는 음이온을 나타낸다.
Figure pat00043
식 (1A) 중, Rfa는 불소 원자, 또는 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼40의 1가 탄화수소기를 나타낸다.
식 (1A)로 표시되는 음이온으로는, 하기 식 (1A')로 표시되는 것이 바람직하다.
Figure pat00044
식 (1A') 중, R104는 수소 원자 또는 트리플루오로메틸기를 나타내고, 바람직하게는 트리플루오로메틸기이다. R105는 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼38의 1가 탄화수소기를 나타낸다. 상기 헤테로 원자로는, 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 할로겐 원자 등이 바람직하고, 산소 원자가 보다 바람직하다. 상기 1가 탄화수소기로는, 미세 패턴 형성에 있어서 고해상성을 얻는다는 점에서, 특히 탄소수 6∼30인 것이 바람직하다. 상기 1가 탄화수소기로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 네오펜틸기, 시클로펜틸기, 헥실기, 시클로헥실기, 3-시클로헥세닐기, 헵틸기, 2-에틸헥실기, 노닐기, 운데실기, 트리데실기, 펜타데실기, 헵타데실기, 1-아다만틸기, 2-아다만틸기, 1-아다만틸메틸기, 노르보르닐기, 노르보르닐메틸기, 트리시클로데카닐기, 테트라시클로도데카닐기, 테트라시클로도데카닐메틸기, 디시클로헥실메틸기, 이코사닐기, 알릴기, 벤질기, 디페닐메틸기, 테트라히드로푸릴기, 메톡시메틸기, 에톡시메틸기, 메틸티오메틸기, 아세트아미드메틸기, 트리플루오로에틸기, (2-메톡시에톡시)메틸기, 아세톡시메틸기, 2-카르복시-1-시클로헥실기, 2-옥소프로필기, 4-옥소-1-아다만틸기, 3-옥소시클로헥실기 등을 들 수 있다. 또한, 이들 기의 수소 원자의 일부가, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자, 할로겐 원자 등의 헤테로 원자 함유기로 치환되어 있어도 좋고, 또는 이들 기의 일부의 탄소 원자 사이에 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등의 헤테로 원자 함유기가 개재되어 있어도 좋으며, 그 결과, 히드록시기, 시아노기, 카르보닐기, 에테르기, 에스테르기, 술폰산에스테르기, 카르보네이트기, 락톤 고리, 술톤 고리, 카르복실산무수물, 할로알킬기 등을 포함하고 있어도 좋다.
식 (1A')로 표시되는 음이온을 포함하는 술포늄염의 합성에 관해서는, 일본 특허 공개 제2007-145797호 공보, 일본 특허 공개 제2008-106045호 공보, 일본 특허 공개 제2009-7327호 공보, 일본 특허 공개 제2009-258695호 공보 등에 상세히 기재되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2010-215608호 공보, 일본 특허 공개 제2012-41320호 공보, 일본 특허 공개 제2012-106986호 공보, 일본 특허 공개 제2012-153644호 공보 등에 기재된 술포늄염도 적합하게 이용된다.
식 (1A)로 표시되는 음이온을 포함하는 술포늄염으로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, Ac는 아세틸기, Ph는 페닐기를 나타낸다.
Figure pat00045
Figure pat00046
Figure pat00047
식 (1B) 중, Rfb1 및 Rfb2는 각각 독립적으로 불소 원자, 또는 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼40의 1가 탄화수소기를 나타낸다. 상기 1가 탄화수소기로는 , 상기 R105의 설명에 있어서 예를 든 것과 동일한 것을 들 수 있다. Rfb1 및 Rfb2로서 바람직하게는, 불소 원자, 또는 탄소수 1∼4의 직쇄상 불소화알킬기이다. 또한, Rfb1과 Rfb2는 서로 결합하여 이들이 결합하는 기(-CF2-SO2-N--SO2-CF2-)와 함께 고리를 형성하여도 좋고, 특히 불소화에틸렌기 또는 불소화프로필렌기로 고리 구조를 형성하는 것이 바람직하다.
식 (1C) 중, Rfc1, Rfc2 및 Rfc3은 각각 독립적으로 불소 원자, 또는 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼40의 1가 탄화수소기를 나타낸다. 상기 1가 탄화수소기로는, 상기 R105의 설명에 있어서 예를 든 것과 동일한 것을 들 수 있다. Rfc1, Rfc2 및 Rfc3으로서 바람직하게는, 불소 원자, 또는 탄소수 1∼4의 직쇄상 불소화알킬기이다. 또한, Rfc1과 Rfc2는 서로 결합하여 이들이 결합하는 기(-CF2-SO2-C--SO2-CF2-)와 함께 고리를 형성하여도 좋고, 특히 불소화에틸렌기나 불소화프로필렌기로 고리 구조를 형성하는 것이 바람직하다.
식 (1D) 중, Rfd는 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼40의 1가 탄화수소기를 나타낸다. 상기 1가 탄화수소기로는, 상기 R105의 설명에 있어서 예를 든 것과 동일한 것을 들 수 있다.
식 (1D)로 표시되는 음이온을 포함하는 술포늄염의 합성에 대해서는 일본 특허 공개 제2010-215608호 공보 및 일본 특허 공개 제2014-133723호 공보에 상세히 기재되어 있다.
식 (1D)로 표시되는 음이온을 포함하는 술포늄염으로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, Ph는 페닐기를 나타낸다.
Figure pat00048
Figure pat00049
또한, 식 (1D)로 표시되는 음이온을 포함하는 광산 발생제는, 술포기의 α 위치에 불소는 갖고 있지 않지만, β 위치에 2개의 트리플루오로메틸기를 갖고 있는 것에 기인하여, 레지스트 폴리머 중의 산 불안정기를 절단하기 위해서는 충분한 산성도를 갖고 있다. 그 때문에, 광산 발생제로서 사용할 수 있다.
식 (2) 중, R201 및 R202는 각각 독립적으로 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼30의 1가 탄화수소기를 나타낸다. R203은 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼30의 2가 탄화수소기를 나타낸다. 또한, R201, R202 및 R203 중 어느 2개가 서로 결합하여 이들이 결합하는 황 원자와 함께 고리를 형성하여도 좋다. LA는 단결합, 에테르기, 또는 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼20의 2가 탄화수소기를 나타낸다. XA, XB, XC 및 XD는 각각 독립적으로 수소 원자, 불소 원자 또는 트리플루오로메틸기를 나타낸다. 단, XA, XB, XC 및 XD 중 적어도 하나는 수소 원자 이외의 치환기를 나타낸다. k는 0∼3의 정수를 나타낸다.
상기 1가 탄화수소기로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, tert-펜틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-옥틸기, n-노닐기, n-데실기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 2-에틸헥실기, 시클로펜틸메틸기, 시클로펜틸에틸기, 시클로펜틸부틸기, 시클로헥실메틸기, 시클로헥실에틸기, 시클로헥실부틸기, 노르보르닐기, 옥사노르보르닐기, 트리시클로[5.2.1.02,6]데카닐기, 아다만틸기, 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기 등을 들 수 있다. 또한, 이들 기의 수소 원자의 일부가, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자, 할로겐 원자 등의 헤테로 원자 함유기로 치환되어 있어도 좋고, 또는 탄소 원자의 일부가, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등의 헤테로 원자 함유기로 치환되어 있어도 좋으며, 그 결과, 히드록시기, 시아노기, 카르보닐기, 에테르기, 에스테르기, 술폰산에스테르기, 카르보네이트기, 락톤 고리, 술톤 고리, 카르복실산무수물, 할로알킬기 등을 포함하고 있어도 좋다.
상기 2가 탄화수소기로는, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로판-1,3-디일기, 부탄-1,4-디일기, 펜탄-1,5-디일기, 헥산-1,6-디일기, 헵탄-1,7-디일기, 옥탄-1,8-디일기, 노난-1,9-디일기, 데칸-1,10-디일기, 운데칸-1,11-디일기, 도데칸-1,12-디일기, 트리데칸-1,13-디일기, 테트라데칸-1,14-디일기, 펜타데칸-1,15-디일기, 헥사데칸-1,16-디일기, 헵타데칸-1,17-디일기 등의 직쇄상 알칸디일기; 시클로펜탄디일기, 시클로헥산디일기, 노르보르난디일기, 아다만탄디일기 등의 포화 환상 2가 탄화수소기; 페닐렌기, 나프틸렌기 등의 불포화 환상 2가 탄화수소기 등을 들 수 있다. 또한, 이들 기의 수소 원자의 일부가, 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기 등의 알킬기로 치환되어 있어도 좋다. 또한, 이들 기의 수소 원자의 일부가, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자, 할로겐 원자 등의 헤테로 원자 함유기로 치환되어 있어도 좋고, 또는 이들 기의 일부의 탄소 원자 사이에 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등의 헤테로 원자 함유기가 개재되어 있어도 좋으며, 그 결과, 히드록시기, 시아노기, 카르보닐기, 에테르기, 에스테르기, 술폰산에스테르기, 카르보네이트기, 락톤 고리, 술톤 고리, 카르복실산무수물, 할로알킬기 등을 포함하고 있어도 좋다. 상기 헤테로 원자로는, 산소 원자가 바람직하다.
식 (2)로 표시되는 광산 발생제로는, 하기 식 (2')로 표시되는 것이 바람직하다.
Figure pat00050
식 (2') 중, LA는 상기와 동일하다. R은 수소 원자 또는 트리플루오로메틸기를 나타내고, 바람직하게는 트리플루오로메틸기이다. R301, R302 및 R303은 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 헤테로 원자를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼20의 1가 탄화수소기를 나타낸다. 상기 1가 탄화수소기로는, 상기 R105의 설명에 있어서 예를 든 것과 동일한 것을 들 수 있다. x 및 y는 각각 독립적으로 0∼5의 정수를 나타내고, z는 0∼4의 정수를 나타낸다.
식 (2)로 표시되는 광산 발생제로는, 이하에 나타내는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 하기 식 중, R은 상기와 동일하고, Me는 메틸기를 나타낸다.
Figure pat00051
Figure pat00052
Figure pat00053
상기 광산 발생제 중, 식 (1A') 또는 (1D)로 표시되는 음이온을 포함하는 것은, 산 확산이 작고, 또한 레지스트 용제에 대한 용해성도 우수하여, 특히 바람직하다. 또한, 식 (2')로 표시되는 음이온을 포함하는 것은, 산 확산이 매우 작아, 특히 바람직하다.
산 발생제의 배합량은, 베이스 폴리머 100 질량부에 대하여, 0.1∼50 질량부가 바람직하고, 1∼40 질량부가 보다 바람직하다.
[그 밖의 성분]
상기 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염, 베이스 폴리머 및 산 발생제를 포함하는 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료 또는 화학 증폭 네거티브형 레지스트 재료에, 유기 용제, 계면활성제, 용해 저지제, 가교제 등을 목적에 따라 적절하게 조합하여 배합하여 포지티브형 레지스트 재료 및 네거티브형 레지스트 재료를 구성함으로써, 노광부에서는 상기 베이스 폴리머가 촉매 반응에 의해 현상액에 대한 용해 속도가 가속되기 때문에, 매우 고감도의 포지티브형 레지스트 재료 및 네거티브형 레지스트 재료로 할 수 있다. 이 경우, 레지스트막의 용해 콘트라스트 및 해상성이 높고, 노광 여유도가 있으며, 프로세스 적응성이 우수하고, 노광 후의 패턴 형상이 양호하면서, 특히 산 확산을 억제할 수 있기 때문에 조밀 치수차가 작고, 이들로부터 실용성이 높고, 초LSI용 레지스트 재료로서 매우 유효한 것으로 할 수 있다. 특히, 산 발생제를 함유시켜, 산촉매 반응을 이용한 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료로 하면, 보다 고감도의 것으로 할 수 있음과 더불어, 여러 가지 특성이 한층 더 우수한 것으로 되어 매우 유용한 것이 된다.
포지티브형 레지스트 재료의 경우에는, 용해 저지제를 배합함으로써, 노광부와 미노광부의 용해 속도의 차를 한층 더 크게 할 수 있어, 해상도를 한층 더 향상시킬 수 있다. 네거티브형 레지스트 재료의 경우에는, 가교제를 첨가함으로써, 노광부의 용해 속도를 저하시킴으로써 네거티브 패턴을 얻을 수 있다.
상기 유기 용제로는, 일본 특허 공개 제2008-111103호 공보의 단락 [0144]∼[0145]에 기재된 시클로헥사논, 시클로펜타논, 메틸-2-n-펜틸케톤 등의 케톤류, 3-메톡시부탄올, 3-메틸-3-메톡시부탄올, 1-메톡시-2-프로판올, 1-에톡시-2-프로판올 등의 알코올류, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸 에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르 등의 에테르류, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 젖산에틸, 피루브산에틸, 아세트산부틸, 3-메톡시프로피온산메틸, 3-에톡시프로피온산에틸, 아세트산 tert-부틸, 프로피온산 tert-부틸, 프로필렌 글리콜모노 tert-부틸에테르 아세테이트 등의 에스테르류, γ-부티로락톤 등의 락톤류 및 이들의 혼합 용제를 들 수 있다.
상기 유기 용제의 배합량은, 베이스 폴리머 100 질량부에 대하여, 100∼10,000 질량부가 바람직하고, 200∼8,000 질량부가 보다 바람직하다.
상기 계면활성제로는, 일본 특허 공개 제2008-111103호 공보의 단락 [0165]∼[0166]에 기재된 것을 들 수 있다. 계면활성제를 첨가함으로써, 레지스트 재료의 도포성을 한층 더 향상시키거나 또는 제어할 수 있다. 계면활성제의 배합량은, 베이스 폴리머 100 질량부에 대하여, 0.0001∼10 질량부가 바람직하다.
상기 용해 저지제로는, 분자량이 바람직하게는 100∼1,000, 보다 바람직하게는 150∼800이며, 또한 분자 내에 페놀성 히드록시기를 2개 이상 포함하는 화합물의 상기 페놀성 히드록시기의 수소 원자를 산 불안정기에 의해 전체로서 0∼100 몰%의 비율로 치환한 화합물, 또는 분자 내에 카르복시기를 포함하는 화합물의 상기 카르복시기의 수소 원자를 산 불안정기에 의해 전체로서 평균 50∼100 몰%의 비율로 치환한 화합물을 들 수 있다. 구체적으로는, 비스페놀 A, 트리스페놀, 페놀프탈레인, 크레졸노볼락, 나프탈렌카르복실산, 아다만탄카르복실산, 콜산의 히드록시기, 카르복시기의 수소 원자를 산 불안정기로 치환한 화합물 등을 들 수 있고, 예컨대, 일본 특허 공개 제2008-122932호 공보의 단락 [0155]∼[0178]에 기재되어 있다.
용해 저지제의 배합량은, 포지티브형 레지스트 재료의 경우, 베이스 폴리머 100 질량부에 대하여, 0∼50 질량부가 바람직하고, 5∼40 질량부가 보다 바람직하다.
가교제로는, 메틸올기, 알콕시메틸기 및 아실옥시메틸기로부터 선택되는 적어도 하나의 기로 치환된, 에폭시 화합물, 멜라민 화합물, 구아나민 화합물, 글리콜우릴 화합물 또는 우레아 화합물, 이소시아네이트 화합물, 아지드 화합물, 알케닐에테르기 등의 이중 결합을 포함하는 화합물 등을 들 수 있다. 이들은, 첨가제로서 이용하여도 좋지만, 폴리머 측쇄에 팬던트기로서 도입하여도 좋다. 또한, 히드록시기를 포함하는 화합물도 가교제로서 이용할 수 있다.
상기 에폭시 화합물로는, 트리스(2,3-에폭시프로필)이소시아누레이트, 트리메틸올메탄트리글리시딜에테르, 트리메틸올프로판트리글리시딜에테르, 트리에틸에탄트리글리실에테르 등을 들 수 있다.
상기 멜라민 화합물로는, 헥사메틸올멜라민, 헥사메톡시메틸멜라민, 헥사메틸올멜라민의 1∼6개의 메틸올기가 메톡시메틸화한 화합물 또는 그 혼합물, 헥사메톡시에틸멜라민, 헥사아실옥시메틸멜라민, 헥사메틸올멜라민의 메틸올기의 1∼6개가 아실옥시메틸화한 화합물 또는 그 혼합물 등을 들 수 있다.
구아나민 화합물로는, 테트라메틸올구아나민, 테트라메톡시메틸구아나민, 테트라메틸올구아나민의 1∼4개의 메틸올기가 메톡시메틸화한 화합물 또는 그 혼합물, 테트라메톡시에틸구아나민, 테트라아실옥시구아나민, 테트라메틸올구아나민의 1∼4개의 메틸올기가 아실옥시메틸화한 화합물 또는 그 혼합물 등을 들 수 있다.
글리콜우릴 화합물로는, 테트라메틸글리콜우릴, 테트라메톡시글리콜우릴, 테트라메톡시메틸글리콜우릴, 테트라메틸올글리콜우릴의 메틸올기의 1∼4개가 메톡시메틸화한 화합물 또는 그 혼합물, 테트라메틸올글리콜우릴의 메틸올기의 1∼4개가 아실옥시메틸화한 화합물 또는 그 혼합물 등을 들 수 있다. 우레아 화합물로는 테트라메틸올우레아, 테트라메톡시메틸우레아, 테트라메틸올우레아의 1∼4개의 메틸올기가 메톡시메틸화한 화합물 또는 그 혼합물, 테트라메톡시에틸우레아 등을 들 수 있다.
이소시아네이트 화합물로는, 톨릴렌디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 시클로헥산디이소시아네이트 등을 들 수 있다.
아지드 화합물로는, 1,1'-비페닐-4,4'-비스아지드, 4,4'-메틸리덴비스아지드, 4,4'-옥시비스아지드를 들 수 있다.
알케닐에테르기를 포함하는 화합물로는, 에틸렌글리콜디비닐에테르, 트리에틸렌글리콜디비닐에테르, 1,2-프로판디올디비닐에테르, 1,4-부탄디올디비닐에테르, 테트라메틸렌글리콜디비닐에테르, 네오펜틸글리콜디비닐에테르, 트리메틸올프로판트리비닐에테르, 헥산디올디비닐에테르, 1,4-시클로헥산디올디비닐에테르, 펜타에리스리톨트리비닐에테르, 펜타에리스리톨테트라비닐에테르, 소르비톨테트라비닐에테르, 소르비톨펜타비닐에테르, 트리메틸올프로판트리비닐에테르 등을 들 수 있다.
가교제의 배합량은, 네거티브형 레지스트 재료의 경우, 베이스 폴리머 100 질량부에 대하여, 0.1∼50 질량부가 바람직하고, 1∼40 질량부가 보다 바람직하다.
본 발명의 레지스트 재료에는, 상기 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염 이외의 켄처(이하, 그 밖의 켄처라고 함)를 배합하여도 좋다. 그 밖의 켄처로는, 종래 타입의 염기성 화합물을 들 수 있다. 종래 타입의 염기성 화합물로는, 제1급, 제2급, 제3급의 지방족 아민류, 혼성 아민류, 방향족 아민류, 복소환 아민류, 카르복시기를 갖는 함질소 화합물, 술포닐기를 갖는 함질소 화합물, 히드록시기를 갖는 함질소 화합물, 히드록시페닐기를 갖는 함질소 화합물, 알코올성 함질소 화합물, 아미드류, 이미드류, 카르바메이트류 등을 들 수 있다. 특히, 일본 특허 공개 제2008-111103호 공보의 단락 [0146]∼[0164]에 기재된 제1급, 제2급, 제3급의 아민 화합물, 특히 히드록시기, 에테르기, 에스테르기, 락톤 고리, 시아노기, 술폰산에스테르기를 갖는 아민 화합물 또는 일본 특허 제3790649호 공보에 기재된 카르바메이트를 갖는 화합물 등이 바람직하다. 이러한 염기성 화합물을 첨가함으로써, 예컨대, 레지스트막 중에서의 산의 확산 속도를 더 억제하거나, 형상을 보정하거나 할 수 있다.
그 밖의 켄처로는, 일본 특허 공개 제2008-239918호 공보에 기재된 폴리머형 켄처를 더 들 수 있다. 이것은, 코트 후의 레지스트 표면에 배향함으로써 패턴 후의 레지스트의 직사각형성을 높인다. 폴리머형 켄처는, 액침 노광용의 보호막을 적용했을 때의 패턴의 막감소나 패턴 톱의 라운딩을 방지하는 효과도 있다.
그 밖의 켄처의 배합량은, 베이스 폴리머 100 질량부에 대하여, 0∼5 질량부가 바람직하고, 0∼4 질량부가 보다 바람직하다.
본 발명의 레지스트 재료에는, 스핀 코트 후의 레지스트 표면의 발수성을 향상시키기 위한 고분자 화합물(발수성 향상제)을 배합하여도 좋다. 발수성 향상제는, 탑코트를 이용하지 않는 액침 리소그래피에 이용할 수 있다. 발수성 향상제로는, 불화알킬기를 포함하는 고분자 화합물, 특정 구조의 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올 잔기를 포함하는 고분자 화합물 등이 바람직하고, 일본 특허 공개 제2007-297590호 공보, 일본 특허 공개 제2008-111103호 공보 등에 예시되어 있다. 상기 발수성 향상제는, 유기 용제 현상액에 용해해야 한다. 전술한 특정 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올 잔기를 갖는 발수성 향상제는, 현상액에 대한 용해성이 양호하다. 발수성 향상제로서, 아미노기나 아민염을 포함하는 반복 단위를 포함하는 고분자 화합물은, PEB 중의 산의 증발을 막아 현상 후의 홀 패턴의 개구 불량을 방지하는 효과가 높다. 발수성 향상제의 배합량은, 베이스 폴리머 100 질량부에 대하여 0∼20 질량부가 바람직하고, 0.5∼10 질량부가 보다 바람직하다.
본 발명의 레지스트 재료에는, 아세틸렌알코올류를 배합할 수도 있다. 상기 아세틸렌알코올류로는, 일본 특허 공개 제2008-122932호 공보의 단락 [0179]∼[0182]에 기재된 것을 들 수 있다. 아세틸렌알코올류의 배합량은, 베이스 폴리머 100 질량부에 대하여, 0∼5 질량부가 바람직하다.
[패턴 형성 방법]
본 발명의 레지스트 재료를 각종 집적 회로 제조에 이용하는 경우에는, 공지된 리소그래피 기술을 적용할 수 있다.
예컨대, 본 발명의 포지티브형 레지스트 재료를, 집적 회로 제조용 기판(Si, SiO2, SiN, SiON, TiN, WSi, BPSG, SOG, 유기 반사 방지막 등) 또는 마스크 회로 제조용 기판(Cr, CrO, CrON, MoSi2, SiO2 등) 상에 스핀 코트, 롤 코트, 플로우 코트, 딥 코트, 스프레이 코트, 닥터 코트 등의 적당한 도포 방법에 의해 도포막 두께가 0.1∼2 ㎛가 되도록 도포한다. 이것을 핫플레이트 상에서, 바람직하게는 60∼150℃, 10초∼30분간, 보다 바람직하게는 80∼120℃, 30초∼20분간 프리베이크한다. 계속해서, 자외선, 원자외선, EB, EUV, X선, 연X선, 엑시머 레이저, γ선, 싱크로트론 방사선 등의 고에너지선으로, 목적으로 하는 패턴을 소정의 마스크를 통해 또는 직접 노광을 행한다. 노광량은, 1∼200 mJ/㎠ 정도, 특히 10∼100 mJ/㎠, 또는 0.1∼100 μC/㎠ 정도, 특히 0.5∼50 μC/㎠가 되도록 노광하는 것이 바람직하다. 다음에, 핫플레이트 상에서, 바람직하게는 60∼150℃, 10초∼30분간, 보다 바람직하게는 80∼120℃, 30초∼20분간 PEB한다.
또한, 0.1∼10 질량%, 바람직하게는 2∼5 질량%의 테트라메틸암모늄히드록시드(TMAH), 테트라에틸암모늄히드록시드(TEAH), 테트라프로필암모늄히드록시드(TPAH), 테트라부틸암모늄히드록시드(TBAH) 등의 알칼리 수용액의 현상액을 이용하여, 3초∼3분간, 바람직하게는 5초∼2분간, 침지(dip)법, 퍼들(puddle)법, 스프레이(spray)법 등의 통상적인 방법에 의해 현상함으로써, 광을 조사한 부분은 현상액에 용해되고, 노광되지 않은 부분은 용해되지 않아, 기판 상에 원하는 포지티브형의 패턴이 형성된다. 네거티브 레지스트의 경우에는 포지티브 레지스트의 경우와는 반대이며, 즉 광을 조사한 부분은 현상액에 불용화되고, 노광되지 않은 부분은 용해된다. 또한, 본 발명의 레지스트 재료는, 특히 고에너지선 중에서도 KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저, EB, EUV, X선, 연X선, 감마선, 싱크로트론 방사선에 의한 미세 패터닝에 최적이다.
산 불안정기를 포함하는 베이스 폴리머를 포함하는 포지티브형 레지스트 재료를 이용하여, 유기 용제 현상에 의해 네거티브 패턴을 얻는 네거티브 현상을 행할 수도 있다. 이 때에 이용하는 현상액으로는, 2-옥타논, 2-노나논, 2-헵타논, 3-헵타논, 4-헵타논, 2-헥사논, 3-헥사논, 디이소부틸케톤, 메틸시클로헥사논, 아세토페논, 메틸아세토페논, 아세트산프로필, 아세트산부틸, 아세트산이소부틸, 아세트산펜틸, 아세트산부테닐, 아세트산이소펜틸, 포름산프로필, 포름산부틸, 포름산이소부틸, 포름산펜틸, 포름산이소펜틸, 발레르산메틸, 펜텐산메틸, 크로톤산메틸, 크로톤산에틸, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, 3-에톡시프로피온산에틸, 젖산메틸, 젖산에틸, 젖산프로필, 젖산부틸, 젖산이소부틸, 젖산펜틸, 젖산이소펜틸, 2-히드록시이소부티르산메틸, 2-히드록시이소부티르산에틸, 안식향산메틸, 안식향산에틸, 아세트산페닐, 아세트산벤질, 페닐아세트산메틸, 포름산벤질, 포름산페닐에틸, 3-페닐프로피온산메틸, 프로피온산벤질, 페닐아세트산에틸, 아세트산2-페닐에틸 등을 들 수 있다. 이들 유기 용제는, 1종 단독으로도, 2종 이상을 혼합하여 사용하여도 좋다.
현상의 종료시에는, 린스를 행한다. 린스액으로는, 현상액과 혼용(混溶)되고, 레지스트막을 용해시키지 않는 용제가 바람직하다. 이러한 용제로는, 탄소수 3∼10의 알코올, 탄소수 8∼12의 에테르 화합물, 탄소수 6∼12의 알칸, 알켄, 알킨, 방향족계의 용제가 바람직하게 이용된다.
구체적으로, 탄소수 3∼10의 알코올로는, n-프로필알코올, 이소프로필알코올, 1-부틸알코올, 2-부틸알코올, 이소부틸알코올, tert-부틸알코올, 1-펜탄올, 2-펜탄올, 3-펜탄올, tert-펜틸알코올, 네오펜틸알코올, 2-메틸-1-부탄올, 3-메틸-1-부탄올, 3-메틸-3-펜탄올, 시클로펜탄올, 1-헥산올, 2-헥산올, 3-헥산올, 2,3-디메틸-2-부탄올, 3,3-디메틸-1-부탄올, 3,3-디메틸-2-부탄올, 2-에틸-1-부탄올, 2-메틸-1-펜탄올, 2-메틸-2-펜탄올, 2-메틸-3-펜탄올, 3-메틸-1-펜탄올, 3-메틸-2-펜탄올, 3-메틸-3-펜탄올, 4-메틸-1-펜탄올, 4-메틸-2-펜탄올, 4-메틸-3-펜탄올, 시클로헥산올, 1-옥탄올 등을 들 수 있다.
탄소수 8∼12의 에테르 화합물로는, 디-n-부틸에테르, 디이소부틸에테르, 디-sec-부틸에테르, 디-n-펜틸에테르, 디이소펜틸에테르, 디-sec-펜틸에테르, 디-tert-펜틸에테르, 디-n-헥실에테르로부터 선택되는 1종 이상의 용제를 들 수 있다.
탄소수 6∼12의 알칸으로는, 헥산, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸, 운데칸, 도데칸, 메틸시클로펜탄, 디메틸시클로펜탄, 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 디메틸시클로헥산, 시클로헵탄, 시클로옥탄, 시클로노난 등을 들 수 있다. 탄소수 6∼12의 알켄으로는, 헥센, 헵텐, 옥텐, 시클로헥센, 메틸시클로헥센, 디메틸시클로헥센, 시클로헵텐, 시클로옥텐 등을 들 수 있다. 탄소수 6∼12의 알킨으로는, 헥신, 헵틴, 옥틴 등을 들 수 있다.
방향족계의 용제로는, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠, 이소프로필벤젠, tert-부틸벤젠, 메시틸렌 등을 들 수 있다.
린스를 행함으로써 레지스트 패턴의 붕괴나 결함의 발생을 저감시킬 수 있다. 또한, 린스는 반드시 필수는 아니며, 린스를 행하지 않음으로써 용제의 사용량을 삭감할 수 있다.
현상 후의 홀 패턴이나 트렌치 패턴을 서멀 플로우, RELACS 기술 또는 DSA 기술로 수축할 수도 있다. 홀 패턴 상에 수축제를 도포하고, 베이크 중의 레지스트층으로부터의 산촉매의 확산에 의해 레지스트의 표면에서 수축제의 가교가 일어나고, 수축제가 홀 패턴의 측벽에 부착된다. 베이크 온도는, 바람직하게는 70∼180℃, 보다 바람직하게는 80∼170℃이며, 시간은, 바람직하게는 10∼300초이며, 여분의 수축제를 제거하고, 홀 패턴을 축소시킨다.
실시예
이하, 합성예, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
레지스트 재료에 이용한 요오드화 방향족기 함유 카르복실산염으로 이루어진 켄처 1∼13의 구조를 이하에 나타낸다. 켄처 1∼13은, 하기 음이온을 부여하는 요오드화 방향족기 함유 카르복실산과, 하기 양이온을 부여하는 2,5,8,9-테트라아자-1-포스파비시클로[3.3.3]운데칸류, 비구아니드류 또는 포스파젠류를 혼합함으로써 조제하였다.
Figure pat00054
Figure pat00055
[합성예] 베이스 폴리머(폴리머 1∼3)의 합성
각각의 모노머를 조합하여 THF 용제 하에서 공중합 반응을 행하고, 메탄올에 정출하고, 헥산으로 세정을 반복한 후에 단리, 건조시켜, 이하에 나타내는 조성의 베이스 폴리머(폴리머 1∼3)를 얻었다. 얻어진 베이스 폴리머의 조성은 1H-NMR에 의해, Mw 및 분산도(Mw/Mn)는 GPC(용제: THF, 표준: 폴리스티렌)에 의해 확인하였다.
Figure pat00056
[실시예, 비교예]
계면활성제로서 3M사 제조 FC-4430을 100 ppm 용해시킨 용제에, 표 1 및 2에 나타내는 조성으로 각 성분을 용해시킨 용액을, 0.2 ㎛ 사이즈의 필터로 여과하여 레지스트 재료를 조제하였다.
표 1 및 2 중, 각 성분은 이하와 같다.
폴리머 1∼3(상기 구조식 참조)
유기 용제: PGMEA(프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트)
CyH(시클로헥사논)
PGME(프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르)
산 발생제: PAG1, PAG2(하기 구조식 참조)
Figure pat00057
비교 켄처 1∼6
Figure pat00058
[EB 묘화 평가]
표 1 및 2에 나타내는 레지스트 재료를, 헥사메틸디실라잔 베이퍼 프라임(vapor prime) 처리한 Si 기판 상에 스핀 코트하고, 핫플레이트를 이용하여 110℃에서 60초간 프리베이크하여 80 ㎚의 레지스트막을 제작하였다. 이것에, (주)히타치세이사쿠쇼 제조 HL-800D를 이용하여 가속 전압 50 kV로 진공 챔버내 묘화를 행하였다. 묘화 후, 즉시 핫플레이트 상, 표 1 및 2에 나타내는 온도로 60초간 PEB를 행하고, 2.38 질량% TMAH 수용액으로 30초간 현상을 행하여 패턴을 얻었다.
얻어진 레지스트 패턴에 대해서 다음 평가를 행하였다.
포지티브형 레지스트막의 경우, 120 ㎚의 트렌치를 치수대로 해상하는 노광량에 있어서의 최소의 트렌치의 치수를 해상력으로 하였다. 네거티브형 레지스트막의 경우, 120 ㎚의 고립 라인을 치수대로 해상하는 노광량에 있어서의 최소의 고립 라인의 치수를 해상력으로 하였다. 또한, 포지티브형 레지스트막의 경우, 120 ㎚의 트렌치 패턴을 해상하는 감도를, 네거티브형 레지스트막의 경우, 120 ㎚의 고립 라인 패턴을 해상하는 감도를, 레지스트 감도로 하여, LWR을 SEM으로 측정하였다. 또한, 실시예 1∼14, 비교예 1∼7은 포지티브형 레지스트 재료, 실시예 15, 비교예 8은 네거티브형 레지스트 재료이다.
결과를 표 1 및 2에 병기한다.
Figure pat00059
Figure pat00060
표 1 및 2에 나타낸 결과로부터, 요오드화 방향족기 함유 카르복실산의, 2,5,8,9-테트라아자-1-포스파비시클로[3.3.3]운데칸 염, 비구아니드 염 또는 포스파젠 염을 포함하는 본 발명의 레지스트 재료는, 고감도이고, 충분한 해상력을 가지며, LWR도 작은 것을 알았다.

Claims (15)

  1. 베이스 폴리머와, 요오드화 방향족기를 갖는 카르복실산의, 2,5,8,9-테트라아자-1-포스파비시클로[3.3.3]운데칸 염, 비구아니드 염 또는 포스파젠 염을 포함하는 레지스트 재료.
  2. 제1항에 있어서, 상기 염이 하기 식 (A)로 표시되는 것인 레지스트 재료.
    Figure pat00061

    [식 중, R1은 수소 원자, 히드록시기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼6의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼6의 알콕시기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼6의 아실옥시기, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 아미노기, -NR2-C(=O)-R3, 또는 -NR2-C(=O)-O-R3이며, R2는 수소 원자, 또는 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼6의 알킬기이고, R3은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼6의 알킬기, 또는 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼8의 알케닐기이다. G는 단결합, 또는 탄소수 1∼20의 (p+1)가의 연결기이며, 에테르기, 카르보닐기, 에스테르기, 아미드기, 술톤기, 락탐기, 카르보네이트기, 할로겐 원자, 히드록시기, 카르복시기를 갖고 있어도 좋다. p는 1∼3의 정수이다. m은 1∼5의 정수이다. n은 0∼3의 정수이다.
    A+는 하기 식 (A)-1, (A)-2 또는 (A)-3으로 표시되는 양이온이다.
    Figure pat00062

    (식 중, R11∼R13은 각각 독립적으로 수소 원자, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼24의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알케닐기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알키닐기, 또는 탄소수 6∼20의 아릴기이다.
    R14∼R21은 수소 원자, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼24의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알케닐기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알키닐기, 또는 탄소수 6∼20의 아릴기이며, 이들 중에 에스테르기, 에테르기, 술피드기, 술폭시드기, 카르보네이트기, 카르바메이트기, 술폰기, 할로겐 원자, 아미노기, 아미드기, 히드록시기, 티올기, 또는 니트로기를 포함하고 있어도 좋고, R14와 R15, R15와 R16, R16과 R17, R17과 R18, R18과 R19, R19와 R20, 또는 R20과 R21은 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋으며, 상기 고리 중에 에테르기를 포함하고 있어도 좋다.
    R22∼R29는 수소 원자, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼24의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알케닐기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알키닐기, 또는 탄소수 6∼20의 아릴기이며, 이들 중에 에스테르기, 에테르기, 술피드기, 술폭시드기, 카르보네이트기, 카르바메이트기, 술폰기, 할로겐 원자, 아미노기, 아미드기, 히드록시기, 티올기, 또는 니트로기를 포함하고 있어도 좋고, R22와 R23, R23과 R24, R24와 R25, R25와 R26, R26과 R27, 또는 R27과 R28은 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋으며, R23과 R24, R25와 R26, R27과 R28, 또는 R28과 R29는 합하여 하기 식 (A)-3-1로 표시되는 기를 형성하여도 좋고, R22가 수소 원자인 경우에는, R23은 하기 식 (A)-3-2로 표시되는 기여도 좋다.
    Figure pat00063

    (식 중, R30∼R39는 수소 원자, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼24의 알킬기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알케닐기, 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 2∼24의 알키닐기, 또는 탄소수 6∼20의 아릴기이고, R30과 R31, R31과 R32, R32와 R33, R33과 R34, R34와 R35, R36과 R37, 또는 R38과 R39는 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋으며, 또한 R30과 R31, R32와 R33, 또는 R34와 R35는 합하여 식 (A)-3-1로 표시되는 기를 형성하여도 좋다.))]
  3. 제1항에 있어서, 술폰산, 술폰이미드 또는 술폰메티드를 발생시키는 산 발생제를 더 포함하는 레지스트 재료.
  4. 제1항에 있어서, 유기 용제를 더 포함하는 레지스트 재료.
  5. 제1항에 있어서, 상기 베이스 폴리머가 하기 식 (a1)로 표시되는 반복 단위 또는 하기 식 (a2)로 표시되는 반복 단위를 포함하는 것인 레지스트 재료.
    Figure pat00064

    (식 중, RA는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸기이다. R41 및 R42는 각각 독립적으로 산 불안정기이다. X는 단결합, 페닐렌기, 나프틸렌기, 또는 에스테르기 또는 락톤 고리를 포함하는 탄소수 1∼12의 연결기이다. Y는 단결합 또는 에스테르기이다.)
  6. 제5항에 있어서, 용해 저지제를 더 포함하는 레지스트 재료.
  7. 제5항에 있어서, 화학 증폭 포지티브형 레지스트 재료인 레지스트 재료.
  8. 제1항에 있어서, 상기 베이스 폴리머가 산 불안정기를 포함하지 않는 것인 레지스트 재료.
  9. 제8항에 있어서, 가교제를 더 포함하는 레지스트 재료.
  10. 제8항에 있어서, 화학 증폭 네거티브형 레지스트 재료인 레지스트 재료.
  11. 제1항에 있어서, 상기 베이스 폴리머가 하기 식 (f1)∼(f3)으로 표시되는 반복 단위로부터 선택되는 적어도 하나의 반복 단위를 더 포함하는 것인 레지스트 재료.
    Figure pat00065

    (식 중, RA는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸기이다. Z1은 단결합, 페닐렌기, -O-Z11-, 또는 -C(=O)-Z12-Z11-이고, Z11은 카르보닐기, 에스테르기, 에테르기 또는 히드록시기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의, 탄소수 1∼6의 알킬렌기 또는 탄소수 2∼6의 알케닐렌기, 또는 페닐렌기이며, Z12는 -O- 또는 -NH-이다. R51, R52, R53, R54, R55, R56, R57 및 R58은 각각 독립적으로 카르보닐기, 에스테르기 또는 에테르기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼12의 알킬기, 또는 탄소수 6∼12의 아릴기, 탄소수 7∼20의 아랄킬기, 또는 메르캅토페닐기이다. Z2는 단결합, -Z21-C(=O)-O-, -Z21-O- 또는 -Z21-O-C(=O)-이고, Z21은 카르보닐기, 에스테르기 또는 에테르기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의 탄소수 1∼12의 알킬렌기이다. Z3은 단결합, 메틸렌기, 에틸렌기, 페닐렌기, 불소화된 페닐렌기, -O-Z31-, 또는 -C(=O)-Z32-Z31-이며, Z31은 카르보닐기, 에스테르기, 에테르기 또는 히드록시기를 포함하고 있어도 좋은 직쇄상, 분기상 또는 환상의, 탄소수 1∼6의 알킬렌기 또는 탄소수 2∼6의 알케닐렌기, 또는 페닐렌기, 불소화된 페닐렌기, 또는 트리플루오로메틸기로 치환된 페닐렌기이고, Z32는 -O- 또는 -NH-이다. A1은 수소 원자 또는 트리플루오로메틸기이다. M-는 비구핵성 대향 이온을 나타낸다.)
  12. 제1항에 있어서, 계면활성제를 더 포함하는 레지스트 재료.
  13. 제1항에 기재된 레지스트 재료를 기판 상에 도포하는 공정과, 가열 처리 후, 고에너지선으로 노광하는 공정과, 현상액을 이용하여 현상하는 공정을 포함하는 패턴 형성 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 고에너지선이 파장 193 ㎚의 ArF 엑시머 레이저 또는 파장 248 ㎚의 KrF 엑시머 레이저인 패턴 형성 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 고에너지선이 전자선 또는 파장 3∼15 ㎚의 극단 자외선인 패턴 형성 방법.
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