KR20200067759A - 레지스트 조성물, 레지스트 패턴 형성 방법, 및 화합물 - Google Patents

레지스트 조성물, 레지스트 패턴 형성 방법, 및 화합물 Download PDF

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도오꾜오까고오교 가부시끼가이샤
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Abstract

(해결 수단) 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 변화하는 기재 성분, 및 일반식 (bd1) 로 나타내는 화합물을 함유하는, 레지스트 조성물. 식 중, Rbd1 ∼ Rbd3 은, 각각 독립적으로 치환기를 가져도 되는 아릴기이고, Rbd1 ∼ Rbd3 중 하나 이상은, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기를 갖는 아릴기이다. 이 아릴기가 갖는 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 적어도 하나는, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 결합하고 있고, 그 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 총수는 2 개 이상이다. X- 는, 카운터 아니온이다.

Description

레지스트 조성물, 레지스트 패턴 형성 방법, 및 화합물{RESIST COMPOSITION, METHOD OF FORMING RESIST PATTERN, AND COMPOUND}
본 발명은 레지스트 조성물, 레지스트 패턴 형성 방법, 및 화합물에 관한 것이다.
본원은 2018년 12월 4일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2018-227686호에 기초하여 우선권 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
리소그래피 기술에 있어서는, 예를 들어 기판 상에 레지스트 재료로 이루어지는 레지스트막을 형성하고, 그 레지스트막에 대해 선택적 노광을 실시하고, 현상 처리를 실시함으로써, 상기 레지스트막에 소정 형상의 레지스트 패턴을 형성하는 공정이 실시된다. 레지스트막의 노광부가 현상액에 용해되는 특성으로 변화하는 레지스트 재료를 포지티브형, 레지스트막의 노광부가 현상액에 용해되지 않는 특성으로 변화하는 레지스트 재료를 네거티브형이라고 한다.
최근, 반도체 소자나 액정 표시 소자의 제조에 있어서는, 리소그래피 기술의 진보에 의해 급속히 패턴의 미세화가 진행되고 있다. 미세화의 수법으로는, 일반적으로, 노광 광원의 단파장화 (고에너지화) 가 실시되고 있다. 구체적으로는, 종래는, g 선, i 선으로 대표되는 자외선이 사용되고 있었지만, 현재는, KrF 엑시머 레이저나, ArF 엑시머 레이저를 사용한 반도체 소자의 양산이 실시되고 있다. 또, 이들 엑시머 레이저보다 단파장 (고에너지) 의 EUV (극단 자외선) 나, EB (전자선), X 선 등에 대해서도 검토가 이루어지고 있다.
레지스트 재료에는, 이들 노광 광원에 대한 감도, 미세한 치수의 패턴을 재현할 수 있는 해상성 등의 리소그래피 특성이 요구된다.
이와 같은 요구를 만족시키는 레지스트 재료로서, 종래, 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 변화하는 기재 성분과, 노광에 의해 산을 발생하는 산 발생제 성분을 함유하는 화학 증폭형 레지스트 조성물이 사용되고 있다.
예를 들어 상기 현상액이 알칼리 현상액 (알칼리 현상 프로세스) 인 경우, 포지티브형의 화학 증폭형 레지스트 조성물로는, 산의 작용에 의해 알칼리 현상액에 대한 용해성이 증대되는 수지 성분 (베이스 수지) 과 산 발생제 성분을 함유하는 것이 일반적으로 사용되고 있다. 이러한 레지스트 조성물을 사용하여 형성되는 레지스트막은, 레지스트 패턴 형성시에 선택적 노광을 실시하면, 노광부에 있어서, 산 발생제 성분으로부터 산이 발생하고, 그 산의 작용에 의해 베이스 수지의 극성이 증대되어, 레지스트막의 노광부가 알칼리 현상액에 대해 가용이 된다. 그 때문에 알칼리 현상함으로써, 레지스트막의 미노광부가 패턴으로서 남는 포지티브형 패턴이 형성된다.
한편, 이와 같은 화학 증폭형 레지스트 조성물을, 유기 용제를 포함하는 현상액 (유기계 현상액) 을 사용한 용제 현상 프로세스에 적용했을 경우, 베이스 수지의 극성이 증대되면 상대적으로 유기계 현상액에 대한 용해성이 저하되기 때문에, 레지스트막의 미노광부가 유기계 현상액에 의해 용해, 제거되어, 레지스트막의 노광부가 패턴으로서 남는 네거티브형의 레지스트 패턴이 형성된다. 이와 같이 네거티브형의 레지스트 패턴을 형성하는 용제 현상 프로세스를 네거티브형 현상 프로세스라고 하는 경우가 있다.
화학 증폭형 레지스트 조성물에 있어서 사용되는 베이스 수지는, 일반적으로, 리소그래피 특성 등의 향상을 위해, 복수의 구성 단위를 가지고 있다.
예를 들어, 산의 작용에 의해 알칼리 현상액에 대한 용해성이 증대되는 수지 성분의 경우, 산 발생제 등으로부터 발생한 산의 작용에 의해 분해되어 극성이 증대되는 산 분해성기를 포함하는 구성 단위가 사용되고, 그 밖에, 락톤 함유 고리형기를 포함하는 구성 단위, 수산기 등의 극성기를 포함하는 구성 단위 등이 병용되어 있다.
또, 레지스트 패턴의 형성에 있어서는, 노광에 의해 산 발생제 성분으로부터 발생하는 산의 거동이 리소그래피 특성에 큰 영향을 미치는 한 요소가 된다.
화학 증폭형 레지스트 조성물에 있어서 사용되는 산 발생제로는, 지금까지 다종 다양한 것이 제안되어 있다. 예를 들어, 요오드늄염이나 술포늄염 등의 오늄염계 산 발생제, 옥심술포네이트계 산 발생제, 디아조메탄계 산 발생제, 니트로벤질술포네이트계 산 발생제, 이미노술포네이트계 산 발생제, 디술폰계 산 발생제 등이 알려져 있다.
오늄염계 산 발생제로는, 주로, 카티온부에 트리페닐술포늄 등의 오늄 이온을 갖는 것이 사용되고 있다. 오늄염계 산 발생제의 아니온부에는, 일반적으로, 알킬술폰산 이온이나 그 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 불소 원자로 치환된 불소화 알킬술폰산 이온이 사용되고 있다.
또, 레지스트 패턴의 형성에 있어서 리소그래피 특성의 향상을 도모하기 위해, 오늄염계 산 발생제의 아니온부로서, 방향족 고리를 포함하는 특정 구조를 갖는 아니온을 갖는 오늄염계 산 발생제도 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 제5149236호
리소그래피 기술의 더 나은 진보, 레지스트 패턴의 미세화가 점점 진행되는 가운데, 예를 들어 전자선이나 EUV 에 의한 리소그래피에서는, 수십 ㎚ 의 미세한 패턴 형성을 목표로 한다. 이와 같이 레지스트 패턴 치수가 작아질수록, 레지스트 조성물에는, 노광 광원에 대해 높은 감도, 및 러프니스 저감 등의 양호한 리소그래피 특성이 요구된다.
그러나, 상기 서술한 바와 같은 종래의 오늄염계 산 발생제를 함유하는 레지스트 조성물에 있어서는, EUV 등의 노광 광원에 대해 고감도화를 도모하면, 원하는 레지스트 패턴 형상 등이 얻어지기 어려워진다는 문제가 있어, 이들 특성을 모두 만족시키는 것이 곤란하였다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 레지스트 조성물용의 신규한 화합물, 당해 화합물을 함유하는 레지스트 조성물 및 당해 레지스트 조성물을 사용한 레지스트 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 채용하였다.
즉, 본 발명의 제 1 양태는, 노광에 의해 산을 발생하고, 또한, 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 변화하는 레지스트 조성물로서, 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 변화하는 기재 성분 (A), 및 하기 일반식 (bd1) 로 나타내는, 아니온부와 카티온부로 이루어지는 화합물 (BD1) 을 함유하는, 레지스트 조성물이다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[식 중, Rbd1 ∼ Rbd3 은, 각각 독립적으로 치환기를 가져도 되는 아릴기이다. 단, Rbd1 ∼ Rbd3 중 하나 이상은, 치환기를 갖는 아릴기이고, 상기 치환기는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이다. 이 아릴기가 갖는 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 적어도 하나는, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 결합하고 있다. 또, Rbd1 ∼ Rbd3 에 있어서, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 결합하고 있는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 총수는 2 개 이상이다. Rbd1 ∼ Rbd3 중 2 개는, 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 축합 고리를 형성하고 있어도 된다. X- 는 카운터 아니온이다.]
본 발명의 제 2 양태는, 지지체 상에, 상기 제 1 양태에 관련된 레지스트 조성물을 사용하여 레지스트막을 형성하는 공정, 상기 레지스트막을 노광하는 공정, 및 상기 노광 후의 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 레지스트 패턴 형성 방법이다.
본 발명의 제 3 양태는, 하기 일반식 (bd1) 로 나타내는 아니온부와 카티온부로 이루어지는 화합물이다.
[화학식 2]
Figure pat00002
[식 중, Rbd1 ∼ Rbd3 은, 각각 독립적으로 치환기를 가져도 되는 아릴기이다. 단, Rbd1 ∼ Rbd3 중 하나 이상은 치환기를 갖는 아릴기이고, 상기 치환기는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이다. 이 아릴기가 갖는 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 적어도 하나는, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 결합하고 있다. 또, Rbd1 ∼ Rbd3 에 있어서, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 결합하고 있는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 총수는 2 개 이상이다. Rbd1 ∼ Rbd3 중 2 개는, 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 축합 고리를 형성하고 있어도 된다. X- 는, 카운터 아니온이다.]
본 발명에 의하면, 레지스트 조성물용의 신규한 화합물, 당해 화합물을 함유하는 레지스트 조성물, 및 당해 레지스트 조성물을 사용한 레지스트 패턴 형성 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 레지스트 조성물에 의하면, 레지스트 패턴의 형성에 있어서, 리소그래피 특성 (러프니스 저감 등) 이 향상된 레지스트 패턴을 형성할 수 있음과 함께, 고감도화를 도모할 수 있다.
본 명세서 및 본 특허청구의 범위에 있어서, 「지방족」 이란, 방향족에 대한 상대적인 개념으로서, 방향족성을 갖지 않는 기, 화합물 등을 의미하는 것으로 정의한다.
「알킬기」 는, 특별히 언급하지 않는 한, 직사슬형, 분기 사슬형 및 고리형의 1 가의 포화 탄화수소기를 포함하는 것으로 한다. 알콕시기 중의 알킬기도 동일하다.
「알킬렌기」 는, 특별히 언급하지 않는 한, 직사슬형, 분기 사슬형 및 고리형의 2 가의 포화 탄화수소기를 포함하는 것으로 한다.
「할로겐화 알킬기」 는, 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 할로겐 원자로 치환된 기이고, 그 할로겐 원자로는, 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 치환한 기를 말한다.
「구성 단위」 란, 고분자 화합물 (수지, 중합체, 공중합체) 을 구성하는 모노머 단위 (단량체 단위) 를 의미한다.
「치환기를 가지고 있어도 되는」 또는 「치환기를 가져도 되는」 이라고 기재하는 경우, 수소 원자 (-H) 를 1 가의 기로 치환하는 경우와, 메틸렌기 (-CH2-) 를 2 가의 기로 치환하는 경우의 양방을 포함한다.
「노광」 은, 방사선의 조사 전반을 포함하는 개념으로 한다.
「아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위」 란, 아크릴산에스테르의 에틸렌성 이중 결합이 개열되어 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 치환기 (Rα0) 는, 수소 원자 이외의 원자 또는 기이고, 예를 들어 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기, 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기 등을 들 수 있다. 또, 치환기 (Rα0) 가 에스테르 결합을 포함하는 치환기로 치환된 이타콘산디에스테르나, 치환기 (Rα0) 가 하이드록시알킬기나 그 수산기를 수식한 기로 치환된 α 하이드록시아크릴에스테르도 포함하는 것으로 한다. 또한, 아크릴산에스테르의 α 위치의 탄소 원자란, 특별히 언급하지 않는 한, 아크릴산의 카르보닐기가 결합하고 있는 탄소 원자를 말한다.
이하, α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환된 아크릴산에스테르를, α 치환 아크릴산에스테르라고 하는 경우가 있다. 또, 아크릴산에스테르와 α 치환 아크릴산에스테르를 포괄하여 「(α치환) 아크릴산에스테르」 라고 하는 경우가 있다.
「아크릴아미드로부터 유도되는 구성 단위」 란, 아크릴아미드의 에틸렌성 이중 결합이 개열되어 구성되는 구성 단위를 의미한다.
아크릴아미드는, α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 되고, 아크릴아미드의 아미노기의 수소 원자의 일방 또는 양방이 치환기로 치환되어 있어도 된다. 또한, 아크릴아미드의 α 위치의 탄소 원자란, 특별히 언급하지 않는 한, 아크릴아미드의 카르보닐기가 결합하고 있는 탄소 원자를 말한다.
아크릴아미드의 α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자를 치환하는 치환기로는, 상기 α 치환 아크릴산에스테르에 있어서, α 위치의 치환기로서 예시한 것 (치환기 (Rα0)) 과 동일한 것을 들 수 있다.
「하이드록시스티렌으로부터 유도되는 구성 단위」 란, 하이드록시스티렌의 에틸렌성 이중 결합이 개열되어 구성되는 구성 단위를 의미한다. 「하이드록시스티렌 유도체로부터 유도되는 구성 단위」 란, 하이드록시스티렌 유도체의 에틸렌성 이중 결합이 개열되어 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 유도체로는, 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 언급하지 않는 한, 벤젠 고리가 결합하고 있는 탄소 원자를 말한다.
하이드록시스티렌의 α 위치의 수소 원자를 치환하는 치환기로는, 상기 α 치환 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 개열되어 구성되는 구성 단위를 의미한다.
「비닐벤조산 유도체」 란, 비닐벤조산의 α 위치의 수소 원자가 알킬기, 할로겐화 알킬기 등의 다른 치환기로 치환된 것, 그리고 그들의 유도체를 포함하는 개념으로 한다. 그들의 유도체로는, 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 언급하지 않는 한, 벤젠 고리가 결합하고 있는 탄소 원자를 말한다.
「스티렌 유도체」 란, 스티렌의 α 위치의 수소 원자가 알킬기, 할로겐화 알킬기 등의 다른 치환기로 치환된 것, 그리고 그들의 유도체를 포함하는 개념으로 한다. 그들의 유도체로는, α 위치의 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 되는 하이드록시스티렌의 벤젠 고리에 치환기가 결합한 것 등을 들 수 있다. 또한, α 위치 (α 위치의 탄소 원자) 란, 특별히 언급하지 않는 한, 벤젠 고리가 결합하고 있는 탄소 원자를 말한다.
「스티렌으로부터 유도되는 구성 단위」, 「스티렌 유도체로부터 유도되는 구성 단위」 란, 스티렌 또는 스티렌 유도체의 에틸렌성 이중 결합이 개열되어 구성되는 구성 단위를 의미한다.
상기 α 위치의 치환기로서의 알킬기는, 직사슬형 또는 분기 사슬형의 알킬기가 바람직하고, 구체적으로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 (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 원자로는, 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.
본 명세서 및 본 특허청구의 범위에 있어서, 화학식으로 나타내는 구조에 따라서는, 부제 탄소가 존재하고, 에난티오 이성체 (enantiomer) 나 디아스테레오 이성체 (diastereomer) 가 존재할 수 있는 것이 있다. 그 경우는 하나의 화학식으로 그들 이성체를 대표하여 나타낸다. 그들 이성체는 단독으로 사용해도 되고, 혼합물로서 사용해도 된다.
(레지스트 조성물)
본 발명의 제 1 양태에 관련된 레지스트 조성물은, 노광에 의해 산을 발생하고, 또한, 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 변화하는 것으로서, 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 변화하는 기재 성분 (A) (이하 「(A) 성분」 이라고도 한다) 와, 일반식 (bd1) 로 나타내는 화합물 (BD1) (이하 「(BD1) 성분」 이라고도 한다) 을 함유한다.
이러한 레지스트 조성물의 일 실시형태로는, 상기 (A) 성분과, 노광에 의해 산을 발생하는 산 발생제 성분 (B) (이하 「(B) 성분」 이라고도 한다) 를 함유하는 레지스트 조성물을 들 수 있다. 바람직하게는, (A) 성분 및 (B) 성분에 더하여, 노광에 의해 (B) 성분으로부터 발생하는 산을 트랩 (즉, 산의 확산을 제어) 하는 염기 성분 (이하 「(D) 성분」 이라고도 한다) 을 추가로 함유하는 것을 들 수 있다.
본 실시형태의 레지스트 조성물에 있어서, (BD1) 성분은, 분자 내의 아니온기를 선택함으로써, (B) 성분으로서 사용할 수도 있고 (D) 성분으로서 사용할 수도 있다.
본 실시형태의 레지스트 조성물을 사용하여 레지스트막을 형성하고, 그 레지스트막에 대해 선택적 노광을 실시하면, 그 레지스트막의 노광부에서는 (B) 성분으로부터 산이 발생하고, 그 산의 작용에 의해 (A) 성분의 현상액에 대한 용해성이 변화하는 한편, 그 레지스트막의 미노광부에서는 (A) 성분의 현상액에 대한 용해성이 변화하지 않기 때문에, 노광부와 미노광부 사이에서 현상액에 대한 용해성의 차가 발생한다. 그 때문에, 그 레지스트막을 현상하면, 그 레지스트 조성물이 포지티브형인 경우에는 레지스트막 노광부가 용해 제거되어 포지티브형의 레지스트 패턴이 형성되고, 그 레지스트 조성물이 네거티브형인 경우에는 레지스트막 미노광부가 용해 제거되어 네거티브형의 레지스트 패턴이 형성된다.
본 명세서에 있어서는, 레지스트막 노광부가 용해 제거되어 포지티브형 레지스트 패턴을 형성하는 레지스트 조성물을 포지티브형 레지스트 조성물이라고 하고, 레지스트막 미노광부가 용해 제거되어 네거티브형 레지스트 패턴을 형성하는 레지스트 조성물을 네거티브형 레지스트 조성물이라고 한다.
본 실시형태의 레지스트 조성물은, 포지티브형 레지스트 조성물이어도 되고, 네거티브형 레지스트 조성물이어도 된다. 또, 본 실시형태의 레지스트 조성물은, 레지스트 패턴 형성시의 현상 처리에 알칼리 현상액을 사용하는 알칼리 현상 프로세스용이어도 되고, 그 현상 처리에 유기 용제를 포함하는 현상액 (유기계 현상액) 을 사용하는 용제 현상 프로세스용이어도 된다.
본 실시형태의 레지스트 조성물은, 노광에 의해 산을 발생하는 산 발생능을 갖는 것이고, (B) 성분에 더하여, (A) 성분이 노광에 의해 산을 발생해도 된다.
(A) 성분이 노광에 의해 산을 발생하는 경우, 이 (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 화합물로는, 노광에 의해 산을 발생하는 구성 단위를 갖는 수지를 들 수 있다. 노광에 의해 산을 발생하는 구성 단위를 유도하는 모노머에는, 공지된 것을 사용할 수 있다.
<(A) 성분>
본 실시형태의 레지스트 조성물에 있어서, (A) 성분은, 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 변화하는 기재 성분이다.
본 실시형태에 있어서 「기재 성분」 이란, 막형성능을 갖는 유기 화합물이고, 바람직하게는 분자량이 500 이상인 유기 화합물이 사용된다. 그 유기 화합물의 분자량이 500 이상임으로써, 막형성능이 향상되고, 또한, 나노 레벨의 레지스트 패턴을 형성하기 쉬워진다.
기재 성분으로서 사용되는 유기 화합물은, 비중합체와 중합체로 대별된다.
비중합체로는, 통상, 분자량이 500 이상 4000 미만인 것이 사용된다. 이하 「저분자 화합물」 이라고 하는 경우에는, 분자량이 500 이상 4000 미만인 비중합체를 나타낸다.
중합체로는, 통상, 분자량이 1000 이상인 것이 사용된다. 이하 「수지」, 「고분자 화합물」 또는 「폴리머」 라고 하는 경우에는, 분자량이 1000 이상인 중합체를 나타낸다.
중합체의 분자량으로는, GPC (겔 퍼미에이션 크로마토그래피) 에 의한 폴리스티렌 환산의 질량 평균 분자량을 사용하는 것으로 한다.
본 실시형태의 레지스트 조성물이, 알칼리 현상 프로세스에 있어서 네거티브형 레지스트 패턴을 형성하는 「알칼리 현상 프로세스용 네거티브형 레지스트 조성물」 인 경우, 또는 용제 현상 프로세스에 있어서 포지티브형 레지스트 패턴을 형성하는 「용제 현상 프로세스용 포지티브형 레지스트 조성물」 인 경우, (A) 성분으로는, 바람직하게는, 알칼리 현상액에 가용성의 기재 성분 (A-2) (이하 「(A-2) 성분」 이라고 한다) 가 사용되고, 또한 가교제 성분이 배합된다. 이러한 레지스트 조성물은, 예를 들어, 노광에 의해 (B) 성분으로부터 산이 발생하면, 그 산이 작용하여 그 (A-2) 성분과 가교제 성분 사이에서 가교가 일어나고, 이 결과, 알칼리 현상액에 대한 용해성이 감소 (유기계 현상액에 대한 용해성이 증대) 한다.
그 때문에, 레지스트 패턴의 형성에 있어서, 그 레지스트 조성물을 지지체 상에 도포하여 얻어지는 레지스트막을 선택적으로 노광하면, 레지스트막 노광부는 알칼리 현상액에 대해 난용성 (유기계 현상액에 대해 가용성) 으로 바뀌는 한편, 레지스트막 미노광부는 알칼리 현상액에 대해 가용성 (유기계 현상액에 대해 난용성) 인 채로 변화하지 않기 때문에, 알칼리 현상액으로 현상함으로써 네거티브형 레지스트 패턴이 형성된다. 또, 이 때 유기계 현상액으로 현상함으로써 포지티브형의 레지스트 패턴이 형성된다.
(A-2) 성분의 바람직한 것으로는, 알칼리 현상액에 대해 가용성의 수지 (이하 「알칼리 가용성 수지」 라고 한다) 가 사용된다.
알칼리 가용성 수지로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2000-206694호에 개시되어 있는 α-(하이드록시알킬)아크릴산, 또는 α-(하이드록시알킬)아크릴산의 알킬에스테르 (바람직하게는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬에스테르) 에서 선택되는 적어도 하나로부터 유도되는 구성 단위를 갖는 수지 ; 미국 특허 6949325호에 개시되어 있는 술폰아미드기를 갖는 α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 되는 아크릴 수지 또는 폴리시클로올레핀 수지 ; 미국 특허 6949325호, 일본 공개특허공보 2005-336452호, 일본 공개특허공보 2006-317803호에 개시되어 있는 불소화 알코올을 함유하고, α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 되는 아크릴 수지 ; 일본 공개특허공보 2006-259582호에 개시되어 있는 불소화 알코올을 갖는 폴리시클로올레핀 수지 등이 팽윤이 적은 양호한 레지스트 패턴을 형성할 수 있으므로 바람직하다.
또한, 상기 α-(하이드록시알킬)아크릴산은, α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 되는 아크릴산 중, 카르복시기가 결합하는 α 위치의 탄소 원자에 수소 원자가 결합하고 있는 아크릴산과, 이 α 위치의 탄소 원자에 하이드록시알킬기 (바람직하게는 탄소수 1 ∼ 5 의 하이드록시알킬기) 가 결합하고 있는 α-하이드록시알킬아크릴산의 일방 또는 양방을 나타낸다.
가교제 성분으로는, 예를 들어, 팽윤이 적은 양호한 레지스트 패턴이 형성되기 쉬우므로, 메틸올기 혹은 알콕시메틸기를 갖는 글리콜우릴 등의 아미노계 가교제, 또는 멜라민계 가교제 등을 사용하는 것이 바람직하다. 가교제 성분의 배합량은, 알칼리 가용성 수지 100 질량부에 대하여 1 ∼ 50 질량부인 것이 바람직하다.
본 실시형태의 레지스트 조성물이, 알칼리 현상 프로세스에 있어서 포지티브형 레지스트 패턴을 형성하는 「알칼리 현상 프로세스용 포지티브형 레지스트 조성물」 인 경우, 또는, 용제 현상 프로세스에 있어서 네거티브형 레지스트 패턴을 형성하는 「용제 현상 프로세스용 네거티브형 레지스트 조성물」 인 경우, (A) 성분으로는, 바람직하게는, 산의 작용에 의해 극성이 증대되는 기재 성분 (A-1) (이하 「(A-1) 성분」 이라고 한다) 이 사용된다. (A-1) 성분을 사용함으로써, 노광 전후에서 기재 성분의 극성이 변화하기 때문에, 알칼리 현상 프로세스뿐만 아니라, 용제 현상 프로세스에 있어서도, 양호한 현상 콘트라스트를 얻을 수 있다.
알칼리 현상 프로세스를 적용하는 경우, 그 (A-1) 성분은, 노광 전은 알칼리 현상액에 대해 난용성이고, 예를 들어, 노광에 의해 (B) 성분으로부터 산이 발생하면, 그 산의 작용에 의해 극성이 증대되어 알칼리 현상액에 대한 용해성이 증대된다. 그 때문에, 레지스트 패턴의 형성에 있어서, 그 레지스트 조성물을 지지체 상에 도포하여 얻어지는 레지스트막에 대해 선택적으로 노광하면, 레지스트막 노광부는 알칼리 현상액에 대해 난용성으로부터 가용성으로 변화하는 한편, 레지스트막 미노광부는 알칼리 난용성인 채로 변화하지 않기 때문에, 알칼리 현상함으로써 포지티브형 레지스트 패턴이 형성된다.
한편, 용제 현상 프로세스를 적용하는 경우, 그 (A-1) 성분은, 노광 전은 유기계 현상액에 대해 용해성이 높고, 노광에 의해 (B) 성분으로부터 산이 발생하면, 그 산의 작용에 의해 극성이 높아지고, 유기계 현상액에 대한 용해성이 감소한다. 그 때문에, 레지스트 패턴의 형성에 있어서, 당해 레지스트 조성물을 지지체 상에 도포하여 얻어지는 레지스트막에 대해 선택적으로 노광하면, 레지스트막 노광부는 유기계 현상액에 대해 가용성으로부터 난용성으로 변화하는 한편, 레지스트막 미노광부는 가용성인 채로 변화하지 않기 때문에, 유기계 현상액으로 현상함으로써, 노광부와 미노광부 사이에서 콘트라스트를 부여할 수 있어, 네거티브형 레지스트 패턴이 형성된다.
본 실시형태의 레지스트 조성물에 있어서, (A) 성분은, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
본 실시형태의 레지스트 조성물에 있어서, (A) 성분은, 상기 (A-1) 성분인 것이 바람직하다. 즉, 본 실시형태의 레지스트 조성물은, 알칼리 현상 프로세스에 있어서 포지티브형 레지스트 패턴을 형성하는 「알칼리 현상 프로세스용 포지티브형 레지스트 조성물」, 또는 용제 현상 프로세스에 있어서 네거티브형 레지스트 패턴을 형성하는 「용제 현상 프로세스용 네거티브형 레지스트 조성물」 인 것이 바람직하다. (A) 성분에는, 고분자 화합물 및 저분자 화합물의 적어도 일방을 사용할 수 있다.
(A) 성분이 (A-1) 성분인 경우, (A-1) 성분으로는, 수지 성분 (A1) (이하 「(A1) 성분」 이라고도 한다) 을 포함하는 것이 바람직하다.
·(A1) 성분에 대해
(A1) 성분은, 수지 성분이고, 산의 작용에 의해 극성이 증대되는 산 분해성기를 포함하는 구성 단위 (a1) 을 갖는 고분자 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
(A1) 성분으로는, 구성 단위 (a1) 에 더하여, 추가로 하이드록시스티렌 골격을 포함하는 구성 단위 (a10) 을 갖는 것이 바람직하다.
또, (A1) 성분으로는, 구성 단위 (a1) 에 더하여, 추가로 락톤 함유 고리형기, -SO2- 함유 고리형기 또는 카보네이트 함유 고리형기를 포함하는 구성 단위 (a2) 를 갖는 것도 바람직하다.
또, (A1) 성분으로는, 구성 단위 (a1) 에 더하여, 추가로 극성기 함유 지방족 탄화수소기를 포함하는 구성 단위 (a3) (단, 구성 단위 (a1) 혹은 구성 단위 (a2) 에 해당하는 것을 제외한다) 을 갖는 것도 바람직하다.
또, (A1) 성분은, 구성 단위 (a1), 구성 단위 (a2), 구성 단위 (a3), 구성 단위 (a10) 이외의 구성 단위를 가져도 된다.
≪구성 단위 (a1)≫
구성 단위 (a1) 은, 산의 작용에 의해 극성이 증대되는 산 분해성기를 포함하는 구성 단위이다.
「산 분해성기」 는, 산의 작용에 의해, 당해 산 분해성기의 구조 중 적어도 일부의 결합이 개열될 수 있는 산 분해성을 갖는 기이다.
산의 작용에 의해 극성이 증대되는 산 분해성기로는, 예를 들어, 산의 작용에 의해 분해되어 극성기를 생성하는 기를 들 수 있다.
극성기로는, 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 보다 바람직하고, 카르복시기가 특히 바람직하다.
산 분해성기로서 보다 구체적으로는, 상기 극성기가 산 해리성기로 보호된 기 (예를 들어 OH 함유 극성기의 수소 원자를 산 해리성기로 보호한 기) 를 들 수 있다.
여기서 「산 해리성기」 란, (i) 산의 작용에 의해, 당해 산 해리성기와 그 산 해리성기에 인접하는 원자 사이의 결합이 개열될 수 있는 산 해리성을 갖는 기, 또는 (ii) 산의 작용에 의해 일부의 결합이 개열된 후, 추가로 탈탄산 반응이 발생함으로써, 당해 산 해리성기와 그 산 해리성기에 인접하는 원자 사이의 결합이 개열될 수 있는 기의 쌍방을 말한다.
산 분해성기를 구성하는 산 해리성기는, 당해 산 해리성기의 해리에 의해 생성되는 극성기보다 극성이 낮은 기인 것이 필요하고, 이로써, 산의 작용에 의해 그 산 해리성기가 해리되었을 때, 그 산 해리성기보다 극성이 높은 극성기가 생성되어 극성이 증대된다. 그 결과, (A1) 성분 전체의 극성이 증대된다. 극성이 증대됨으로써, 상대적으로, 현상액에 대한 용해성이 변화하고, 현상액이 알칼리 현상액인 경우에는 용해성이 증대되고, 현상액이 유기계 현상액인 경우에는 용해성이 감소한다.
산 해리성기로는, 지금까지, 화학 증폭형 레지스트 조성물용의 베이스 수지의 산 해리성기로서 제안되어 있는 것을 들 수 있다.
화학 증폭형 레지스트 조성물용의 베이스 수지의 산 해리성기로서 제안되어 있는 것으로서 구체적으로는, 이하에 설명하는 「아세탈형 산 해리성기」, 「제 3 급 알킬에스테르형 산 해리성기」, 「제 3 급 알킬옥시카르보닐 산 해리성기」 를 들 수 있다.
아세탈형 산 해리성기 :
상기 극성기 중 카르복시기 또는 수산기를 보호하는 산 해리성기로는, 예를 들어, 하기 일반식 (a1-r-1) 로 나타내는 산 해리성기 (이하 「아세탈형 산 해리성기」 라고 하는 경우가 있다) 를 들 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00003
[식 중, Ra'1, Ra'2 는 수소 원자 또는 알킬기이다. Ra'3 은 탄화수소기로서, Ra'3 은, Ra'1, Ra'2 중 어느 것과 결합하여 고리를 형성해도 된다.]
식 (a1-r-1) 중, Ra'1 및 Ra'2 중, 적어도 일방이 수소 원자인 것이 바람직하고, 양방이 수소 원자인 것이 보다 바람직하다.
Ra'1 또는 Ra'2 가 알킬기인 경우, 그 알킬기로는, 상기 α 치환 아크릴산에스테르에 대한 설명에서, α 위치의 탄소 원자에 결합해도 되는 치환기로서 예시한 알킬기와 동일한 것을 들 수 있고, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하다. 구체적으로는, 직사슬형 또는 분기 사슬형의 알킬기를 바람직하게 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기 등을 들 수 있고, 메틸기 또는 에틸기가 보다 바람직하고, 메틸기가 특히 바람직하다.
식 (a1-r-1) 중, Ra'3 의 탄화수소기로는, 직사슬형 혹은 분기 사슬형의 알킬기, 또는 고리형의 탄화수소기를 들 수 있다.
그 직사슬형의 알킬기는, 탄소수가 1 ∼ 5 인 것이 바람직하고, 탄소수가 1 ∼ 4 가 보다 바람직하고, 탄소수 1 또는 2 가 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, n-부틸기, n-펜틸기 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 메틸기, 에틸기 또는 n-부틸기가 바람직하고, 메틸기 또는 에틸기가 보다 바람직하다.
그 분기 사슬형의 알킬기는, 탄소수가 3 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 탄소수 3 ∼ 5 가 보다 바람직하다. 구체적으로는, 이소프로필기, 이소부틸기, tert-부틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, 1,1-디에틸프로필기, 2,2-디메틸부틸기 등을 들 수 있고, 이소프로필기인 것이 바람직하다.
Ra'3 이 고리형의 탄화수소기가 되는 경우, 그 탄화수소기는, 지방족 탄화수소기이어도 되고 방향족 탄화수소기이어도 되고, 또, 다고리형기이어도 되고 단고리형기이어도 된다.
단고리형기인 지방족 탄화수소기로는, 모노시클로알칸으로부터 1 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하다. 그 모노시클로알칸으로는, 탄소수 3 ∼ 6 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 시클로펜탄, 시클로헥산 등을 들 수 있다.
다고리형기인 지방족 탄화수소기로는, 폴리시클로알칸으로부터 1 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하고, 그 폴리시클로알칸으로는, 탄소수 7 ∼ 12 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등을 들 수 있다.
Ra'3 의 고리형의 탄화수소기가 방향족 탄화수소기가 되는 경우, 그 방향족 탄화수소기는, 방향 고리를 적어도 1 개 갖는 탄화수소기이다.
이 방향 고리는, 4 n + 2 개의 π 전자를 갖는 고리형 공액계이면 특별히 한정되지 않고, 단고리형이어도 되고 다고리형이어도 된다. 방향 고리의 탄소수는 5 ∼ 30 인 것이 바람직하고, 탄소수 5 ∼ 20 이 보다 바람직하고, 탄소수 6 ∼ 15 가 더욱 바람직하고, 탄소수 6 ∼ 12 가 특히 바람직하다.
방향 고리로서 구체적으로는, 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌 등의 방향족 탄화수소 고리 ; 상기 방향족 탄화수소 고리를 구성하는 탄소 원자의 일부가 헤테로 원자로 치환한 방향족 복소 고리 등을 들 수 있다. 방향족 복소 고리에 있어서의 헤테로 원자로는, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등을 들 수 있다. 방향족 복소 고리로서 구체적으로는, 피리딘 고리, 티오펜 고리 등을 들 수 있다.
Ra'3 에 있어서의 방향족 탄화수소기로서 구체적으로는, 상기 방향족 탄화수소 고리 또는 방향족 복소 고리로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기 (아릴기 또는 헤테로아릴기) ; 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 치환한 기 (예를 들어, 벤질기, 페네틸기, 1-나프틸메틸기, 2-나프틸메틸기, 1-나프틸에틸기, 2-나프틸에틸기 등의 아릴알킬기 등) 등을 들 수 있다. 상기 방향족 탄화수소 고리 또는 방향족 복소 고리에 결합하는 알킬렌기의 탄소수는, 1 ∼ 4 인 것이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 2 인 것이 보다 바람직하고, 탄소수 1 인 것이 특히 바람직하다.
Ra'3 에 있어서의 고리형의 탄화수소기는, 치환기를 가지고 있어도 된다. 이 치환기로는, 예를 들어, -RP1, -RP2-O-RP1, -RP2-CO-RP1, -RP2-CO-ORP1, -RP2-O-CO-RP1, -RP2-OH, -RP2-CN 또는 -RP2-COOH (이하 이들 치환기를 정리하여 「Ra05」 라고도 한다) 등을 들 수 있다.
여기서, RP1 은, 탄소수 1 ∼ 10 의 1 가의 사슬형 포화 탄화수소기, 탄소수 3 ∼ 20 의 1 가의 지방족 고리형 포화 탄화수소기 또는 탄소수 6 ∼ 30 의 1 가의 방향족 탄화수소기이다. 또, RP2 는, 단결합, 탄소수 1 ∼ 10 의 2 가의 사슬형 포화 탄화수소기, 탄소수 3 ∼ 20 의 2 가의 지방족 고리형 포화 탄화수소기 또는 탄소수 6 ∼ 30 의 2 가의 방향족 탄화수소기이다.
단, RP1 및 RP2 의 사슬형 포화 탄화수소기, 지방족 고리형 포화 탄화수소기 및 방향족 탄화수소기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 불소 원자로 치환되어 있어도 된다. 상기 지방족 고리형 탄화수소기는, 상기 치환기를 1 종 단독으로 1 개 이상 가지고 있어도 되고, 상기 치환기 중 복수종을 각 1 개 이상 가지고 있어도 된다.
탄소수 1 ∼ 10 의 1 가의 사슬형 포화 탄화수소기로는, 예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 데실기 등을 들 수 있다.
탄소수 3 ∼ 20 의 1 가의 지방족 고리형 포화 탄화수소기로는, 예를 들어, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 시클로데실기, 시클로도데실기 등의 단고리형 지방족 포화 탄화수소기 ; 비시클로[2.2.2]옥타닐기, 트리시클로[5.2.1.02,6]데카닐기, 트리시클로[3.3.1.13,7]데카닐기, 테트라시클로[6.2.1.13,6.02,7]도데카닐기, 아다만틸기 등의 다고리형 지방족 포화 탄화수소기를 들 수 있다.
탄소수 6 ∼ 30 의 1 가의 방향족 탄화수소기로는, 예를 들어, 벤젠, 비페닐, 플루오렌, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌 등의 방향족 탄화수소 고리로부터 수소 원자 1 개를 제거한 기를 들 수 있다.
Ra'3 이, Ra'1, Ra'2 중 어느 것과 결합하여 고리를 형성하는 경우, 그 고리형기로는, 4 ∼ 7 원 (員) 고리가 바람직하고, 4 ∼ 6 원 (員) 고리가 보다 바람직하다. 그 고리형기의 구체예로는, 테트라하이드로피라닐기, 테트라하이드로푸라닐기 등을 들 수 있다.
제 3 급 알킬에스테르형 산 해리성기 :
상기 극성기 중, 카르복시기를 보호하는 산 해리성기로는, 예를 들어, 하기 일반식 (a1-r-2) 로 나타내는 산 해리성기를 들 수 있다.
또한, 하기 식 (a1-r-2) 로 나타내는 산 해리성기 중, 알킬기에 의해 구성되는 것을, 이하, 편의상 「제 3 급 알킬에스테르형 산 해리성기」 라고 하는 경우가 있다.
[화학식 4]
Figure pat00004
[식 중, Ra'4 ∼ Ra'6 은 각각 탄화수소기로서, Ra'5, Ra'6 은 서로 결합하여 고리를 형성해도 된다]
Ra'4 의 탄화수소기로는, 직사슬형 혹은 분기 사슬형의 알킬기, 사슬형 혹은 고리형의 알케닐기, 또는 고리형의 탄화수소기를 들 수 있다.
Ra'4 에 있어서의 직사슬형 혹은 분기 사슬형의 알킬기, 고리형의 탄화수소기 (단고리형기인 지방족 탄화수소기, 다고리형기인 지방족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기) 는, 상기 Ra'3 과 동일한 것을 들 수 있다.
Ra'4 에 있어서의 사슬형 혹은 고리형의 알케닐기는, 탄소수 2 ∼ 10 의 알케닐기가 바람직하다.
Ra'5, Ra'6 의 탄화수소기로는, 상기 Ra'3 과 동일한 것을 들 수 있다.
Ra'5 와 Ra'6 이 서로 결합하여 고리를 형성하는 경우, 하기 일반식 (a1-r2-1) 로 나타내는 기, 하기 일반식 (a1-r2-2) 로 나타내는 기, 하기 일반식 (a1-r2-3) 으로 나타내는 기를 바람직하게 들 수 있다.
한편, Ra'4 ∼ Ra'6 이 서로 결합하지 않고, 독립된 탄화수소기인 경우, 하기 일반식 (a1-r2-4) 로 나타내는 기를 바람직하게 들 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00005
[식 (a1-r2-1) 중, Ra'10 은, 탄소수 1 ∼ 10 의 알킬기, 또는 하기 일반식 (a1-r2-r1) 로 나타내는 기를 나타낸다. Ra'11 은 Ra'10 이 결합한 탄소 원자와 함께 지방족 고리형기를 형성하는 기를 나타낸다. 식 (a1-r2-2) 중, Ya 는 탄소 원자이다. Xa 는, Ya 와 함께 고리형의 탄화수소기를 형성하는 기이다. 이 고리형의 탄화수소기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환되어 있어도 된다. Ra01 ∼ Ra03 은, 각각 독립적으로, 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 10 의 1 가의 사슬형 포화 탄화수소기 또는 탄소수 3 ∼ 20 의 1 가의 지방족 고리형 포화 탄화수소기이다. 이 사슬형 포화 탄화수소기 및 지방족 고리형 포화 탄화수소기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환되어 있어도 된다. Ra01 ∼ Ra03 의 2 개 이상이 서로 결합하여 고리형 구조를 형성하고 있어도 된다. 식 (a1-r2-3) 중, Yaa 는 탄소 원자이다. Xaa 는, Yaa 와 함께 지방족 고리형기를 형성하는 기이다. Ra04 는, 치환기를 가지고 있어도 되는 방향족 탄화수소기이다. 식 (a1-r2-4) 중, Ra'12 및 Ra'13 은, 각각 독립적으로, 탄소수 1 ∼ 10 의 1 가의 사슬형 포화 탄화수소기 또는 수소 원자이다. 이 사슬형 포화 탄화수소기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환되어 있어도 된다. Ra'14 는, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄화수소기이다. * 는 결합손을 나타낸다 (이하 동일).]
[화학식 6]
Figure pat00006
[식 중, Ya0 은, 제 4 급 탄소 원자이다. Ra031, Ra032 및 Ra033 은, 각각 독립적으로, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄화수소기이다. 단, Ra031, Ra032 및 Ra033 중 하나 이상은, 적어도 하나의 극성기를 갖는 탄화수소기이다.]
상기 식 (a1-r2-1) 중, Ra'10 의 탄소수 1 ∼ 10 의 알킬기는, 식 (a1-r-1) 에 있어서의 Ra'3 의 직사슬형 또는 분기 사슬형의 알킬기로서 예시한 기가 바람직하다. Ra'10 은, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기인 것이 바람직하다.
상기 식 (a1-r2-r1) 중, Ya0 은, 제 4 급 탄소 원자이다. 즉, Ya0 (탄소 원자) 에 결합하는 옆의 탄소 원자가 4 개이다.
상기 식 (a1-r2-r1) 중, Ra031, Ra032 및 Ra033 은, 각각 독립적으로, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄화수소기이다. Ra031, Ra032 및 Ra033 에 있어서의 탄화수소기로는, 각각 독립적으로, 직사슬형 혹은 분기 사슬형의 알킬기, 사슬형 혹은 고리형의 알케닐기, 또는 고리형의 탄화수소기를 들 수 있다.
Ra031, Ra032 및 Ra033 에 있어서의 직사슬형의 알킬기는, 탄소수가 1 ∼ 5 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 4 가 보다 바람직하고, 1 또는 2 가 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, n-부틸기, n-펜틸기 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 메틸기, 에틸기 또는 n-부틸기가 바람직하고, 메틸기 또는 에틸기가 보다 바람직하다.
Ra031, Ra032 및 Ra033 에 있어서의 분기 사슬형의 알킬기는, 탄소수가 3 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 3 ∼ 5 가 보다 바람직하다. 구체적으로는, 이소프로필기, 이소부틸기, tert-부틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, 1,1-디에틸프로필기, 2,2-디메틸부틸기 등을 들 수 있고, 이소프로필기인 것이 바람직하다.
Ra031, Ra032 및 Ra033 에 있어서의 사슬형 혹은 고리형의 알케닐기는, 탄소수 2 ∼ 10 의 알케닐기가 바람직하다.
Ra031, Ra032 및 Ra033 에 있어서의 고리형의 탄화수소기는, 지방족 탄화수소기이어도 되고 방향족 탄화수소기이어도 되고, 또, 다고리형기이어도 되고 단고리형기이어도 된다.
단고리형기인 지방족 탄화수소기로는, 모노시클로알칸으로부터 1 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하다. 그 모노시클로알칸으로는, 탄소수 3 ∼ 6 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 시클로펜탄, 시클로헥산 등을 들 수 있다.
다고리형기인 지방족 탄화수소기로는, 폴리시클로알칸으로부터 1 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하고, 그 폴리시클로알칸으로는, 탄소수 7 ∼ 12 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등을 들 수 있다.
Ra031, Ra032 및 Ra033 에 있어서의 그 방향족 탄화수소기는, 방향 고리를 적어도 1 개 갖는 탄화수소기이다. 이 방향 고리는, 4 n + 2 개의 π 전자를 갖는 고리형 공액계이면 특별히 한정되지 않고, 단고리형이어도 되고 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. 방향 고리로서 구체적으로는, 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌 등의 방향족 탄화수소 고리 ; 상기 방향족 탄화수소 고리를 구성하는 탄소 원자의 일부가 헤테로 원자로 치환한 방향족 복소 고리 등을 들 수 있다. 방향족 복소 고리에 있어서의 헤테로 원자로는, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등을 들 수 있다. 방향족 복소 고리로서 구체적으로는, 피리딘 고리, 티오펜 고리 등을 들 수 있다. 그 방향족 탄화수소기로서 구체적으로는, 상기 방향족 탄화수소 고리 또는 방향족 복소 고리로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기 (아릴기 또는 헤테로아릴기) ; 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 등) 등을 들 수 있다. 상기 방향족 탄화수소 고리 또는 방향족 복소 고리에 결합하는 알킬렌기의 탄소수는, 1 ∼ 4 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 2 인 것이 보다 바람직하고, 1 인 것이 특히 바람직하다.
상기의 Ra031, Ra032 및 Ra033 으로 나타내는 탄화수소기가 치환되어 있는 경우, 그 치환기로는, 예를 들어, 하이드록실기, 카르복시기, 할로겐 원자 (불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 등), 알콕시기 (메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기 등), 알킬옥시카르보닐기 등을 들 수 있다.
상기 중에서도, Ra031, Ra032 및 Ra033 에 있어서의 치환기를 가지고 있어도 되는 탄화수소기는, 치환기를 가지고 있어도 되는 직사슬형 혹은 분기 사슬형의 알킬기가 바람직하고, 직사슬형의 알킬기가 보다 바람직하다.
단, Ra031, Ra032 및 Ra033 중 하나 이상은, 적어도 극성기를 갖는 탄화수소기이다.
「극성기를 갖는 탄화수소기」 란, 탄화수소기를 구성하는 메틸렌기 (-CH2-) 를 극성기로 치환하고 있는 것, 또는 탄화수소기를 구성하는 적어도 1 개의 수소 원자가 극성기로 치환되어 있는 것을 모두 포함한다.
이러한 「극성기를 갖는 탄화수소기」 로는, 하기 일반식 (a1-p1) 로 나타내는 관능기가 바람직하다.
[화학식 7]
Figure pat00007
[식 중, Ra07 은, 탄소수 2 ∼ 12 의 2 가의 탄화수소기를 나타낸다. Ra08 은, 헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기를 나타낸다. Ra06 은, 탄소수 1 ∼ 12 의 1 가의 탄화수소기를 나타낸다.
np0 은, 1 ∼ 6 의 정수 (整數) 이다.]
상기 식 (a1-p1) 중, Ra07 은, 탄소수 2 ∼ 12 의 2 가의 탄화수소기를 나타낸다.
Ra07 의 탄소수는, 2 ∼ 12 이고, 탄소수 2 ∼ 8 이 바람직하고, 탄소수 2 ∼ 6 이 보다 바람직하고, 탄소수 2 ∼ 4 가 더욱 바람직하고, 탄소수 2 가 특히 바람직하다.
Ra07 에 있어서의 탄화수소기는, 사슬형 또는 고리형의 지방족 탄화수소기가 바람직하고, 사슬형의 탄화수소기가 보다 바람직하다.
Ra07 로는, 예를 들어, 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 등의 직사슬형 알칸디일기 ; 프로판-1,2-디일기, 1-메틸부탄-1,3-디일기, 2-메틸프로판-1,3-디일기, 펜탄-1,4-디일기, 2-메틸부탄-1,4-디일기 등의 분기 사슬형 알칸디일기 ; 시클로부탄-1,3-디일기, 시클로펜탄-1,3-디일기, 시클로헥산-1,4-디일기, 시클로옥탄-1,5-디일기 등의 시클로알칸디일기 ; 노르보르난-1,4-디일기, 노르보르난-2,5-디일기, 아다만탄-1,5-디일기, 아다만탄-2,6-디일기 등의 다고리형의 2 가의 지환식 탄화수소기 등을 들 수 있다.
상기 중에서도, 알칸디일기가 바람직하고, 직사슬형 알칸디일기가 보다 바람직하다.
상기 식 (a1-p1) 중, Ra08 은, 헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기를 나타낸다.
Ra08 로는, 예를 들어, -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- 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 현상액에 대한 용해성의 점에서, -O-, -C(=O)-O-, -C(=O)-, -O-C(=O)-O- 가 바람직하고, -O-, -C(=O)- 가 특히 바람직하다.
상기 식 (a1-p1) 중, Ra06 은, 탄소수 1 ∼ 12 의 1 가의 탄화수소기를 나타낸다.
Ra06 의 탄소수는, 1 ∼ 12 이고, 현상액에 대한 용해성의 점에서, 탄소수 1 ∼ 8 이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 5 가 보다 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 3 이 더욱 바람직하고, 탄소수 1 또는 2 가 특히 바람직하고, 1 이 가장 바람직하다.
Ra06 에 있어서의 탄화수소기는, 사슬형 탄화수소기 혹은 고리형 탄화수소기, 또는 사슬형과 고리형을 조합한 탄화수소기를 들 수 있다.
사슬형 탄화수소기로는, 예를 들어, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, 2-에틸헥실기, n-옥틸기, n-노닐기, n-데실기, n-운데실기, n-도데실기 등을 들 수 있다.
고리형 탄화수소기는, 지환식 탄화수소기이어도 되고, 방향족 탄화수소기이어도 된다.
지환식 탄화수소기로는, 단고리형 또는 다고리형 중 어느 것이어도 되고, 단고리형의 지환식 탄화수소기로는, 예를 들어, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 메틸시클로헥실기, 디메틸시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 시클로데실기 등의 시클로알킬기를 들 수 있다. 다고리형의 지환식 탄화수소기로는, 예를 들어, 데카하이드로나프틸기, 아다만틸기, 2-알킬아다만탄-2-일기, 1-(아다만탄-1-일)알칸-1-일기, 노르보르닐기, 메틸노르보르닐기, 이소보르닐기 등을 들 수 있다.
방향족 탄화수소기로는, 예를 들어, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, p-메틸페닐기, p-tert-부틸페닐기, p-아다만틸페닐기, 톨릴기, 자일릴기, 쿠메닐기, 메시틸기, 비페닐기, 페난트릴기, 2,6-디에틸페닐기, 2-메틸-6-에틸페닐기 등을 들 수 있다.
Ra06 으로는, 현상액에 대한 용해성의 점에서, 사슬형 탄화수소기가 바람직하고, 알킬기가 보다 바람직하고, 직사슬형 알킬기가 더욱 바람직하다.
상기 식 (a1-p1) 중, np0 은, 1 ∼ 6 의 정수이고, 1 ∼ 3 의 정수가 바람직하고, 1 또는 2 가 보다 바람직하고, 1 이 더욱 바람직하다.
이하에, 적어도 극성기를 갖는 탄화수소기의 구체예를 나타낸다.
이하의 식 중, * 는, 제 4 급 탄소 원자 (Ya0) 에 결합하는 결합손이다.
[화학식 8]
Figure pat00008
상기 식 (a1-r2-r1) 중, Ra031, Ra032 및 Ra033 중, 적어도 극성기를 갖는 탄화수소기의 개수는, 1 개 이상이지만, 레지스트 패턴 형성시에 있어서의 현상액에 대한 용해성을 고려하여 적절히 결정하면 되고, 예를 들어, Ra031, Ra032 및 Ra033 중 1 개 또는 2 개인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 1 개이다.
상기의 적어도 극성기를 갖는 탄화수소기는, 극성기 이외의 치환기를 가져도 된다.
이 치환기로는, 예를 들어, 할로겐 원자 (불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 등), 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기를 들 수 있다.
식 (a1-r2-1) 중, Ra'11 (Ra'10 이 결합한 탄소 원자와 함께 형성하는 지방족 고리형기) 은, 식 (a1-r-1) 에 있어서의 Ra'3 의 단고리형기 또는 다고리형기인 지방족 탄화수소기로서 예시한 기가 바람직하다.
식 (a1-r2-2) 중, Xa 가 Ya 와 함께 형성하는 고리형의 탄화수소기로는, 상기 식 (a1-r-1) 중의 Ra'3 에 있어서의 고리형의 1 가의 탄화수소기 (지방족 탄화수소기) 로부터 수소 원자 1 개 이상을 추가로 제거한 기를 들 수 있다.
Xa 가 Ya 와 함께 형성하는 고리형의 탄화수소기는, 치환기를 가지고 있어도 된다. 이 치환기로는, 상기 Ra'3 에 있어서의 고리형의 탄화수소기가 가지고 있어도 되는 치환기와 동일한 것을 들 수 있다.
식 (a1-r2-2) 중, Ra01 ∼ Ra03 에 있어서의 탄소수 1 ∼ 10 의 1 가의 사슬형 포화 탄화수소기로는, 예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 데실기 등을 들 수 있다.
Ra01 ∼ Ra03 에 있어서의 탄소수 3 ∼ 20 의 1 가의 지방족 고리형 포화 탄화수소기로는, 예를 들어, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 시클로데실기, 시클로도데실기 등의 단고리형 지방족 포화 탄화수소기 ; 비시클로[2.2.2]옥타닐기, 트리시클로[5.2.1.02,6]데카닐기, 트리시클로[3.3.1.13,7]데카닐기, 테트라시클로[6.2.1.13,6.02,7]도데카닐기, 아다만틸기 등의 다고리형 지방족 포화 탄화수소기 등을 들 수 있다.
Ra01 ∼ Ra03 은, 그 중에서도, 구성 단위 (a1) 을 유도하는 단량체 화합물의 합성 용이성의 관점에서, 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 10 의 1 가의 사슬형 포화 탄화수소기가 바람직하고, 그 중에서도, 수소 원자, 메틸기, 에틸기가 보다 바람직하고, 수소 원자가 특히 바람직하다.
상기 Ra01 ∼ Ra03 으로 나타내는 사슬형 포화 탄화수소기, 또는 지방족 고리형 포화 탄화수소기가 갖는 치환기로는, 예를 들어, 상기 서술한 Ra05 와 동일한 기를 들 수 있다.
Ra01 ∼ Ra03 의 2 개 이상이 서로 결합하여 고리형 구조를 형성함으로써 생성되는 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 기로는, 예를 들어, 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 메틸시클로펜테닐기, 메틸시클로헥세닐기, 시클로펜틸리덴에테닐기, 시클로헥실리덴에테닐기 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 구성 단위 (a1) 을 유도하는 단량체 화합물의 합성 용이성의 관점에서, 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 시클로펜틸리덴에테닐기가 바람직하다.
식 (a1-r2-3) 중, Xaa 가 Yaa 와 함께 형성하는 지방족 고리형기는, 식 (a1-r-1) 에 있어서의 Ra'3 의 단고리형기 또는 다고리형기인 지방족 탄화수소기로서 예시한 기가 바람직하다.
식 (a1-r2-3) 중, Ra04 에 있어서의 방향족 탄화수소기로는, 탄소수 5 ∼ 30 의 방향족 탄화수소 고리로부터 수소 원자 1 개 이상을 제거한 기를 들 수 있다. 그 중에서도, Ra04 는, 탄소수 6 ∼ 15 의 방향족 탄화수소 고리로부터 수소 원자 1 개 이상을 제거한 기가 바람직하고, 벤젠, 나프탈렌, 안트라센 또는 페난트렌으로부터 수소 원자 1 개 이상을 제거한 기가 보다 바람직하고, 벤젠, 나프탈렌 또는 안트라센으로부터 수소 원자 1 개 이상을 제거한 기가 더욱 바람직하고, 벤젠 또는 나프탈렌으로부터 수소 원자 1 개 이상을 제거한 기가 특히 바람직하고, 벤젠으로부터 수소 원자 1 개 이상을 제거한 기가 가장 바람직하다.
식 (a1-r2-3) 중의 Ra04 가 가지고 있어도 되는 치환기로는, 예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 하이드록실기, 카르복실기, 할로겐 원자 (불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 등), 알콕시기 (메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기 등), 알킬옥시카르보닐기 등을 들 수 있다.
식 (a1-r2-4) 중, Ra'12 및 Ra'13 은, 각각 독립적으로, 탄소수 1 ∼ 10 의 1 가의 사슬형 포화 탄화수소기 또는 수소 원자이다. Ra'12 및 Ra'13 에 있어서의 탄소수 1 ∼ 10 의 1 가의 사슬형 포화 탄화수소기로는, 상기의 Ra01 ∼ Ra03 에 있어서의 탄소수 1 ∼ 10 의 1 가의 사슬형 포화 탄화수소기와 동일한 것을 들 수 있다. 이 사슬형 포화 탄화수소기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환되어 있어도 된다.
Ra'12 및 Ra'13 은, 그 중에서도, 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 보다 바람직하고, 메틸기, 에틸기가 더욱 바람직하고, 메틸기가 특히 바람직하다.
상기 Ra'12 및 Ra'13 으로 나타내는 사슬형 포화 탄화수소기가 치환되어 있는 경우, 그 치환기로는, 예를 들어, 상기 서술한 Ra05 와 동일한 기를 들 수 있다.
식 (a1-r2-4) 중, Ra'14 는, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄화수소기이다. Ra'14 에 있어서의 탄화수소기로는, 직사슬형 혹은 분기 사슬형의 알킬기, 또는 고리형의 탄화수소기를 들 수 있다.
Ra'14 에 있어서의 직사슬형의 알킬기는, 탄소수가 1 ∼ 5 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 4 가 보다 바람직하고, 1 또는 2 가 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, n-부틸기, n-펜틸기 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 메틸기, 에틸기 또는 n-부틸기가 바람직하고, 메틸기 또는 에틸기가 보다 바람직하다.
Ra'14 에 있어서의 분기 사슬형의 알킬기는, 탄소수가 3 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 3 ∼ 5 가 보다 바람직하다. 구체적으로는, 이소프로필기, 이소부틸기, tert-부틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, 1,1-디에틸프로필기, 2,2-디메틸부틸기 등을 들 수 있고, 이소프로필기인 것이 바람직하다.
Ra'14 가 고리형의 탄화수소기가 되는 경우, 그 탄화수소기는, 지방족 탄화수소기이어도 되고 방향족 탄화수소기이어도 되고, 또, 다고리형기이어도 되고 단고리형기이어도 된다.
단고리형기인 지방족 탄화수소기로는, 모노시클로알칸으로부터 1 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하다. 그 모노시클로알칸으로는, 탄소수 3 ∼ 6 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 시클로펜탄, 시클로헥산 등을 들 수 있다.
다고리형기인 지방족 탄화수소기로는, 폴리시클로알칸으로부터 1 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하고, 그 폴리시클로알칸으로는, 탄소수 7 ∼ 12 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등을 들 수 있다.
Ra'14 에 있어서의 방향족 탄화수소기로는, Ra04 에 있어서의 방향족 탄화수소기와 동일한 것을 들 수 있다. 그 중에서도, Ra'14 는, 탄소수 6 ∼ 15 의 방향족 탄화수소 고리로부터 수소 원자 1 개 이상을 제거한 기가 바람직하고, 벤젠, 나프탈렌, 안트라센 또는 페난트렌으로부터 수소 원자 1 개 이상을 제거한 기가 보다 바람직하고, 벤젠, 나프탈렌 또는 안트라센으로부터 수소 원자 1 개 이상을 제거한 기가 더욱 바람직하고, 나프탈렌 또는 안트라센으로부터 수소 원자 1 개 이상을 제거한 기가 특히 바람직하고, 나프탈렌으로부터 수소 원자 1 개 이상을 제거한 기가 가장 바람직하다.
Ra'14 가 가지고 있어도 되는 치환기로는, Ra04 가 가지고 있어도 되는 치환기와 동일한 것을 들 수 있다.
식 (a1-r2-4) 중의 Ra'14 가 나프틸기인 경우, 상기 식 (a1-r2-4) 에 있어서의 제 3 급 탄소 원자와 결합하는 위치는, 나프틸기의 1 위치 또는 2 위치 중 어느 것이어도 된다.
식 (a1-r2-4) 중의 Ra'14 가 안트릴기인 경우, 상기 식 (a1-r2-4) 에 있어서의 제 3 급 탄소 원자와 결합하는 위치는, 안트릴기의 1 위치, 2 위치 또는 9 위치 중 어느 것이어도 된다.
상기 식 (a1-r2-1) 로 나타내는 기의 구체예를 이하에 든다.
[화학식 9]
Figure pat00009
[화학식 10]
Figure pat00010
[화학식 11]
Figure pat00011
상기 식 (a1-r2-2) 로 나타내는 기의 구체예를 이하에 든다.
[화학식 12]
Figure pat00012
[화학식 13]
Figure pat00013
[화학식 14]
Figure pat00014
상기 식 (a1-r2-3) 으로 나타내는 기의 구체예를 이하에 든다.
[화학식 15]
Figure pat00015
상기 식 (a1-r2-4) 로 나타내는 기의 구체예를 이하에 든다.
[화학식 16]
Figure pat00016
제 3 급 알킬옥시카르보닐 산 해리성기 :
상기 극성기 중 수산기를 보호하는 산 해리성기로는, 예를 들어, 하기 일반식 (a1-r-3) 으로 나타내는 산 해리성기 (이하 편의상 「제 3 급 알킬옥시카르보닐 산 해리성기」 라고 하는 경우가 있다) 를 들 수 있다.
[화학식 17]
Figure pat00017
[식 중, Ra'7 ∼ Ra'9 는 각각 알킬기이다]
식 (a1-r-3) 중, Ra'7 ∼ Ra'9 는, 각각 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기가 보다 바람직하다.
또, 각 알킬기의 합계의 탄소수는, 3 ∼ 7 인 것이 바람직하고, 탄소수 3 ∼ 5 인 것이 보다 바람직하고, 탄소수 3 ∼ 4 인 것이 가장 바람직하다.
구성 단위 (a1) 로는, α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 되는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위, 아크릴아미드로부터 유도되는 구성 단위, 하이드록시스티렌 혹은 하이드록시스티렌 유도체로부터 유도되는 구성 단위의 수산기에 있어서의 수소 원자의 적어도 일부가 상기 산 분해성기를 포함하는 치환기에 의해 보호된 구성 단위, 비닐벤조산 혹은 비닐벤조산 유도체로부터 유도되는 구성 단위의 -C(=O)-OH 에 있어서의 수소 원자의 적어도 일부가 상기 산 분해성기를 포함하는 치환기에 의해 보호된 구성 단위 등을 들 수 있다.
구성 단위 (a1) 로는, 상기 중에서도, α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 되는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위가 바람직하다.
이러한 구성 단위 (a1) 의 바람직한 구체예로는, 하기 일반식 (a1-1) 또는 (a1-2) 로 나타내는 구성 단위를 들 수 있다.
[화학식 18]
Figure pat00018
[식 중, R 은, 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기이다. Va1 은, 에테르 결합을 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기이다. na1 은, 0 ∼ 2 의 정수이다. Ra1 은, 상기의 일반식 (a1-r-1) 또는 (a1-r-2) 로 나타내는 산 해리성기이다. Wa1 은 na2 + 1 가의 탄화수소기이고, na2 는 1 ∼ 3 의 정수이고, Ra2 는 상기의 일반식 (a1-r-1) 또는 (a1-r-3) 으로 나타내는 산 해리성기이다.]
상기 식 (a1-1) 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 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 특히 불소 원자가 바람직하다.
R 로는, 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 알킬기가 바람직하고, 공업상 입수의 용이함에서, 수소 원자 또는 메틸기가 가장 바람직하다.
상기 식 (a1-1) 중, Va1 에 있어서의 2 가의 탄화수소기는, 지방족 탄화수소기이어도 되고, 방향족 탄화수소기이어도 된다.
Va1 에 있어서의 2 가의 탄화수소기로서의 지방족 탄화수소기는, 포화이어도 되고, 불포화이어도 되고, 통상은 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 직사슬형의 지방족 탄화수소기는, 탄소수가 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 6 이 보다 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 4 가 더욱 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 3 이 가장 바람직하다.
직사슬형의 지방족 탄화수소기로는, 직사슬형의 알킬렌기가 바람직하고, 구체적으로는, 메틸렌기 [-CH2-], 에틸렌기 [-(CH2)2-], 트리메틸렌기 [-(CH2)3-], 테트라메틸렌기 [-(CH2)4-], 펜타메틸렌기 [-(CH2)5-] 등을 들 수 있다.
상기 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기는, 탄소수가 2 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 탄소수 3 ∼ 6 이 보다 바람직하고, 탄소수 3 또는 4 가 더욱 바람직하고, 탄소수 3 이 가장 바람직하다.
분기 사슬형의 지방족 탄화수소기로는, 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 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 직사슬형의 알킬기가 바람직하다.
상기 구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기로는, 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 개재하는 기 등을 들 수 있다. 상기 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기로는, 상기 직사슬형의 지방족 탄화수소기 또는 상기 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기와 동일한 것을 들 수 있다.
상기 지환식 탄화수소기는, 탄소수가 3 ∼ 20 인 것이 바람직하고, 탄소수 3 ∼ 12 인 것이 보다 바람직하다.
상기 지환식 탄화수소기는, 다고리형이어도 되고, 단고리형이어도 된다. 단고리형의 지환식 탄화수소기로는, 모노시클로알칸으로부터 2 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하다. 그 모노시클로알칸으로는 탄소수 3 ∼ 6 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 시클로펜탄, 시클로헥산 등을 들 수 있다. 다고리형의 지환식 탄화수소기로는, 폴리시클로알칸으로부터 2 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하고, 그 폴리시클로알칸으로는 탄소수 7 ∼ 12 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등을 들 수 있다.
Va1 에 있어서의 2 가의 탄화수소기로서의 방향족 탄화수소기는, 방향 고리를 갖는 탄화수소기이다.
이러한 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 ∼ 12 가 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 원자로는, 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 치환한 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 (a1-1) 중, Ra1 은, 상기 식 (a1-r-1) 또는 (a1-r-2) 로 나타내는 산 해리성기이다.
상기 식 (a1-2) 중, Wa1 에 있어서의 na2 + 1 가의 탄화수소기는, 지방족 탄화수소기이어도 되고, 방향족 탄화수소기이어도 된다. 그 지방족 탄화수소기는, 방향족성을 갖지 않는 탄화수소기를 의미하고, 포화이어도 되고, 불포화이어도 되고, 통상은 포화인 것이 바람직하다. 상기 지방족 탄화수소기로는, 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 있다.
상기 na2 + 1 가는, 2 ∼ 4 가가 바람직하고, 2 또는 3 가가 보다 바람직하다.
상기 식 (a1-2) 중, Ra2 는, 상기의 일반식 (a1-r-1) 또는 (a1-r-3) 으로 나타내는 산 해리성기이다.
이하에 상기 식 (a1-1) 로 나타내는 구성 단위의 구체예를 나타낸다. 이하의 각 식 중, Rα 는, 수소 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기를 나타낸다.
[화학식 19]
Figure pat00019
[화학식 20]
Figure pat00020
[화학식 21]
Figure pat00021
[화학식 22]
Figure pat00022
[화학식 23]
Figure pat00023
[화학식 24]
Figure pat00024
[화학식 25]
Figure pat00025
[화학식 26]
Figure pat00026
[화학식 27]
Figure pat00027
[화학식 28]
Figure pat00028
[화학식 29]
Figure pat00029
이하에 상기 식 (a1-2) 로 나타내는 구성 단위의 구체예를 나타낸다.
[화학식 30]
Figure pat00030
(A1) 성분이 갖는 구성 단위 (a1) 은, 1 종이어도 되고 2 종 이상이어도 된다.
구성 단위 (a1) 로는, 전자선이나 EUV 에 의한 리소그래피에서의 특성 (감도, 형상 등) 을 보다 높이기 쉬운 점에서, 상기 식 (a1-1) 로 나타내는 구성 단위가 보다 바람직하다.
이 중에서도, 구성 단위 (a1) 로는, 하기 일반식 (a1-1-1) 로 나타내는 구성 단위를 포함하는 것이 특히 바람직하다.
[화학식 31]
Figure pat00031
[식 중, Ra1" 는, 일반식 (a1-r2-1), (a1-r2-3) 또는 (a1-r2-4) 로 나타내는 산 해리성기이다]
상기 식 (a1-1-1) 중, R, Va1 및 na1 은, 상기 식 (a1-1) 중의 R, Va1 및 na1 과 동일하다.
일반식 (a1-r2-1), (a1-r2-3) 또는 (a1-r2-4) 로 나타내는 산 해리성기에 대한 설명은 상기 서술한 바와 같다.
상기 식 (a1-1-1) 중의 Ra1" 는, 상기 중에서도 (a1-r2-1), 또는 (a1-r2-3) 으로 나타내는 산 해리성기인 것이 바람직하다. 또한 식 (a1-r2-1) 중, Ra'11 (Ra'10 이 결합한 탄소 원자와 함께 형성하는 지방족 고리형기) 은, 지방족 단고리형기인 것이 바람직하고, 구체적으로는, 식 (a1-r-1) 에 있어서의 Ra'3 의 지방족 단고리형기로서 설명한 것을 들 수 있다. 또, 식 (a1-r2-3) 중, Xaa 가 Yaa 와 함께 형성하는 지방족 고리형기는, 지방족 단고리형기인 것이 바람직하고, 구체적으로는, 식 (a1-r-1) 에 있어서의 Ra'3 의 지방족 단고리형기로서 설명한 것을 들 수 있다.
(A1) 성분 중의 구성 단위 (a1) 의 비율은, (A1) 성분을 구성하는 전체 구성 단위의 합계 (100 몰％) 에 대하여, 5 ∼ 80 몰％ 가 바람직하고, 10 ∼ 75 몰％ 가 보다 바람직하고, 30 ∼ 70 몰％ 가 더욱 바람직하다.
구성 단위 (a1) 의 비율을 상기의 바람직한 범위의 하한값 이상으로 함으로써, 감도, 해상성, 러프니스 개선 등의 리소그래피 특성이 향상된다. 한편, 상기의 바람직한 범위의 상한값 이하이면, 다른 구성 단위와의 균형을 잡을 수 있어, 여러 가지 리소그래피 특성이 양호해진다.
≪하이드록시스티렌 골격을 포함하는 구성 단위 (a10)≫
(A1) 성분은, 구성 단위 (a1) 에 더하여, 추가로 하이드록시스티렌 골격을 포함하는 구성 단위 (a10) 을 갖는 것이 바람직하다.
이러한 구성 단위 (a10) 으로는, 예를 들어, 하기 일반식 (a10-1) 로 나타내는 구성 단위를 바람직하게 들 수 있다.
[화학식 32]
Figure pat00032
[식 중, R 은, 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기이다. Yax1 은, 단결합 또는 2 가의 연결기이다. Wax1 은, (nax1 + 1) 가의 방향족 탄화수소기이다. nax1 은, 1 ∼ 3 의 정수이다.]
상기 식 (a10-1) 중, R 은, 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기이다.
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. R 의 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기는, 상기 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 할로겐 원자로 치환한 기이다. 그 할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 특히 불소 원자가 바람직하다.
R 로는, 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 알킬기가 바람직하고, 공업상 입수의 용이함에서, 수소 원자 또는 메틸기가 가장 바람직하다.
상기 식 (a10-1) 중, Yax1 은, 단결합 또는 2 가의 연결기이다.
Yax1 에 있어서의 2 가의 연결기로는, 예를 들어, 치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기, 헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기를 바람직한 것으로서 들 수 있다.
·치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기 :
Yax1 이 치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기인 경우, 그 탄화수소기는, 지방족 탄화수소기이어도 되고, 방향족 탄화수소기이어도 된다.
··Yax1 에 있어서의 지방족 탄화수소기
그 지방족 탄화수소기는, 방향족성을 갖지 않는 탄화수소기를 의미한다. 그 지방족 탄화수소기는, 포화이어도 되고 불포화이어도 되고, 통상은 포화인 것이 바람직하다.
상기 지방족 탄화수소기로는, 직사슬형 혹은 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기, 또는 구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기 등을 들 수 있다.
···직사슬형 혹은 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기
그 직사슬형의 지방족 탄화수소기는, 탄소수가 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 6 이 보다 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 4 가 더욱 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 3 이 가장 바람직하다.
직사슬형의 지방족 탄화수소기로는, 직사슬형의 알킬렌기가 바람직하고, 구체적으로는, 메틸렌기 [-CH2-], 에틸렌기 [-(CH2)2-], 트리메틸렌기 [-(CH2)3-], 테트라메틸렌기 [-(CH2)4-], 펜타메틸렌기 [-(CH2)5-] 등을 들 수 있다.
그 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기는, 탄소수가 2 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 탄소수 3 ∼ 6 이 보다 바람직하고, 탄소수 3 또는 4 가 더욱 바람직하고, 탄소수 3 이 가장 바람직하다.
분기 사슬형의 지방족 탄화수소기로는, 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 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 직사슬형의 알킬기가 바람직하다.
상기의 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기는, 치환기를 가지고 있어도 되고, 가지고 있지 않아도 된다. 그 치환기로는, 불소 원자, 불소 원자로 치환된 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 알킬기, 카르보닐기 등을 들 수 있다.
···구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기
그 구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기로는, 고리 구조 중에 헤테로 원자를 포함하는 치환기를 포함해도 되는 고리형의 지방족 탄화수소기 (지방족 탄화수소 고리로부터 수소 원자 2 개를 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 개재하는 기 등을 들 수 있다. 상기의 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기로는 상기와 동일한 것을 들 수 있다.
고리형의 지방족 탄화수소기는, 탄소수가 3 ∼ 20 인 것이 바람직하고, 탄소수 3 ∼ 12 인 것이 보다 바람직하다.
고리형의 지방족 탄화수소기는, 다고리형기이어도 되고, 단고리형기이어도 된다. 단고리형의 지환식 탄화수소기로는, 모노시클로알칸으로부터 2 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하다. 그 모노시클로알칸으로는, 탄소수 3 ∼ 6 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 시클로펜탄, 시클로헥산 등을 들 수 있다. 다고리형의 지환식 탄화수소기로는, 폴리시클로알칸으로부터 2 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하고, 그 폴리시클로알칸으로는, 탄소수 7 ∼ 12 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등을 들 수 있다.
고리형의 지방족 탄화수소기는, 치환기를 가지고 있어도 되고, 가지고 있지 않아도 된다. 그 치환기로는, 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, 카르보닐기 등을 들 수 있다.
상기 치환기로서의 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기인 것이 가장 바람직하다.
상기 치환기로서의 알콕시기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, iso-프로폭시기, n-부톡시기, tert-부톡시기가 보다 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기가 가장 바람직하다.
상기 치환기로서의 할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 불소 원자가 바람직하다.
상기 치환기로서의 할로겐화 알킬기로는, 상기 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 상기 할로겐 원자로 치환한 기를 들 수 있다.
고리형의 지방족 탄화수소기는, 그 고리 구조를 구성하는 탄소 원자의 일부가 헤테로 원자를 포함하는 치환기로 치환되어도 된다. 그 헤테로 원자를 포함하는 치환기로는, -O-, -C(=O)-O-, -S-, -S(=O)2-, -S(=O)2-O- 가 바람직하다.
··Yax1 에 있어서의 방향족 탄화수소기
그 방향족 탄화수소기는, 방향 고리를 적어도 1 개 갖는 탄화수소기이다.
이 방향 고리는, 4 n + 2 개의 π 전자를 갖는 고리형 공액계이면 특별히 한정되지 않고, 단고리형이어도 되고 다고리형이어도 된다. 방향 고리의 탄소수는 5 ∼ 30 인 것이 바람직하고, 탄소수 5 ∼ 20 이 보다 바람직하고, 탄소수 6 ∼ 15 가 더욱 바람직하고, 탄소수 6 ∼ 12 가 특히 바람직하다. 단, 그 탄소수에는, 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 원자로는, 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 원자 2 개를 제거한 기 (아릴렌기 또는 헤테로아릴렌기) ; 2 이상의 방향 고리를 포함하는 방향족 화합물 (예를 들어 비페닐, 플루오렌 등) 로부터 수소 원자 2 개를 제거한 기 ; 상기 방향족 탄화수소 고리 또는 방향족 복소 고리로부터 수소 원자 1 개를 제거한 기 (아릴기 또는 헤테로아릴기) 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. 상기의 아릴기 또는 헤테로아릴기에 결합하는 알킬렌기의 탄소수는, 1 ∼ 4 인 것이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 2 인 것이 보다 바람직하고, 탄소수 1 인 것이 특히 바람직하다.
상기 방향족 탄화수소기는, 당해 방향족 탄화수소기가 갖는 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 된다. 예를 들어, 당해 방향족 탄화수소기 중의 방향 고리에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 된다. 그 치환기로는, 예를 들어, 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기 등을 들 수 있다.
상기 치환기로서의 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기인 것이 가장 바람직하다.
상기 치환기로서의 알콕시기, 할로겐 원자 및 할로겐화 알킬기로는, 상기 고리형의 지방족 탄화수소기가 갖는 수소 원자를 치환하는 치환기로서 예시한 것을 들 수 있다.
·헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기 :
Yax1 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-, -Y21-O-C(=O)-Y22- 또는 -Y21-S(=O)2-O-Y22- 로 나타내는 기 [식 중, Y21 및 Y22 는 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기이고, O 는 산소 원자이고, m" 는 0 ∼ 3 의 정수이다] 등을 들 수 있다.
상기의 헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기가 -C(=O)-NH-, -C(=O)-NH-C(=O)-, -NH-, -NH-C(=NH)- 인 경우, 그 H 는 알킬기, 아실기 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.
일반식 -Y21-O-Y22-, -Y21-O-, -Y21-C(=O)-O-, -C(=O)-O-Y21-, -[Y21-C(=O)-O]m"-Y22-, -Y21-O-C(=O)-Y22- 또는 -Y21-S(=O)2-O-Y22- 중, Y21 및 Y22 는, 각각 독립적으로, 치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기이다. 그 2 가의 탄화수소기로는, 상기 2 가의 연결기로서의 설명에서 예시한 (치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기) 와 동일한 것을 들 수 있다.
Y21 로는, 직사슬형의 지방족 탄화수소기가 바람직하고, 직사슬형의 알킬렌기가 보다 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 5 의 직사슬형의 알킬렌기가 더욱 바람직하고, 메틸렌기 또는 에틸렌기가 특히 바람직하다.
Y22 로는, 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 보다 바람직하고, 메틸기가 가장 바람직하다.
식 -[Y21-C(=O)-O]m"-Y22- 로 나타내는 기에 있어서, m" 는 0 ∼ 3 의 정수이고, 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 기로는, 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 정수이고, 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 정수이고, 1 ∼ 8 의 정수가 바람직하고, 1 ∼ 5 의 정수가 보다 바람직하고, 1 또는 2 가 더욱 바람직하고, 1 이 가장 바람직하다.
Yax1 로는, 단결합, 에스테르 결합 [-C(=O)-O-], 에테르 결합 (-O-), -C(=O)-NH-, 직사슬형 혹은 분기 사슬형의 알킬렌기, 또는 이들의 조합인 것이 바람직하고, 그 중에서도 단결합이 특히 더 바람직하다.
상기 식 (a10-1) 중, Wax1 은, (nax1 + 1) 가의 방향족 탄화수소기이다.
Wax1 에 있어서의 방향족 탄화수소기로는, 방향 고리로부터 (nax1 + 1) 개의 수소 원자를 제거한 기를 들 수 있다. 여기서의 방향 고리는, 4 n + 2 개의 π 전자를 갖는 고리형 공액계이면 특별히 한정되지 않고, 단고리형이어도 되고 다고리형이어도 된다. 방향 고리의 탄소수는 5 ∼ 30 인 것이 바람직하고, 탄소수 5 ∼ 20 이 보다 바람직하고, 탄소수 6 ∼ 15 가 더욱 바람직하고, 탄소수 6 ∼ 12 가 특히 바람직하다. 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 원자로는, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등을 들 수 있다. 방향족 복소 고리로서 구체적으로는, 피리딘 고리, 티오펜 고리 등을 들 수 있다.
상기 식 (a10-1) 중, nax1 은, 1 ∼ 3 의 정수이고, 1 또는 2 가 바람직하고, 1 이 보다 바람직하다.
이하에, 상기 일반식 (a10-1) 로 나타내는 구성 단위의 구체예를 나타낸다.
하기 식 중, Rα 는, 수소 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기를 나타낸다.
[화학식 33]
Figure pat00033
(A1) 성분이 갖는 구성 단위 (a10) 은, 1 종이어도 되고 2 종 이상이어도 된다.
(A1) 성분 중, 구성 단위 (a10) 의 비율은, 그 (A1) 성분을 구성하는 전체 구성 단위의 합계 (100 몰％) 에 대하여, 예를 들어, 0 ∼ 80 몰％ 이고, 10 ∼ 80 몰％ 가 바람직하고, 20 ∼ 70 몰％ 가 보다 바람직하고, 30 ∼ 60 몰％ 가 특히 바람직하다.
구성 단위 (a10) 의 비율을 상기의 바람직한 범위의 하한값 이상으로 함으로써, 감도, 해상성, 러프니스 개선 등의 리소그래피 특성이 향상된다. 한편, 상기의 바람직한 범위의 상한값 이하이면, 다른 구성 단위와의 균형을 잡을 수 있어, 여러 가지 리소그래피 특성이 양호해진다.
≪구성 단위 (a2)≫
(A1) 성분은, 구성 단위 (a1) 에 더하여, 추가로 락톤 함유 고리형기, -SO2- 함유 고리형기 또는 카보네이트 함유 고리형기를 포함하는 구성 단위 (a2) (단, 구성 단위 (a1) 에 해당하는 것을 제외한다) 를 갖는 것이 바람직하다.
구성 단위 (a2) 의 락톤 함유 고리형기, -SO2- 함유 고리형기 또는 카보네이트 함유 고리형기는, (A1) 성분을 레지스트막의 형성에 사용한 경우에, 레지스트막의 기판에 대한 밀착성을 높이는 데에 있어서 유효한 것이다. 또, 구성 단위 (a2) 를 가짐으로써, 예를 들어 산 확산 길이를 적절히 조정하고, 레지스트막의 기판에 대한 밀착성을 높이고, 현상시의 용해성을 적절히 조정하는 등의 효과에 의해, 리소그래피 특성 등이 양호해진다.
「락톤 함유 고리형기」 란, 그 고리 골격 중에 -O-C(=O)- 를 포함하는 고리 (락톤 고리) 를 함유하는 고리형기를 나타낸다. 락톤 고리를 첫 번째 고리로서 세어, 락톤 고리만인 경우에는 단고리형기, 추가로 다른 고리 구조를 갖는 경우에는, 그 구조에 상관없이 다고리형기라고 칭한다. 락톤 함유 고리형기는, 단고리형기이어도 되고, 다고리형기이어도 된다.
구성 단위 (a2) 에 있어서의 락톤 함유 고리형기로는, 특별히 한정되지 않고 임의의 것을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 하기 일반식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 로 각각 나타내는 기를 들 수 있다.
[화학식 34]
Figure pat00034
[식 중, Ra'21 은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, -COOR", -OC(=O)R", 하이드록시알킬기 또는 시아노기이고 ; R" 는 수소 원자, 알킬기, 락톤 함유 고리형기, 카보네이트 함유 고리형기, 또는 -SO2- 함유 고리형기이고 ; A" 는 산소 원자 (-O-) 혹은 황 원자 (-S-) 를 포함하고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기, 산소 원자 또는 황 원자이고, n' 는 0 ∼ 2 의 정수이고, m' 는 0 또는 1 이다.]
상기 일반식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 중, Ra'21 에 있어서의 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기가 바람직하다. 그 알킬기는, 직사슬형 또는 분기 사슬형인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, 헥실기 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 메틸기 또는 에틸기가 바람직하고, 메틸기가 특히 바람직하다.
Ra'21 에 있어서의 알콕시기로는, 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 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 불소 원자가 바람직하다.
Ra'21 에 있어서의 할로겐화 알킬기로는, 상기 Ra'21 에 있어서의 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 상기 할로겐 원자로 치환한 기를 들 수 있다. 그 할로겐화 알킬기로는, 불소화 알킬기가 바람직하고, 특히 퍼플루오로알킬기가 바람직하다.
Ra'21 에 있어서의 -COOR", -OC(=O)R" 에 있어서, R" 는 모두 수소 원자, 알킬기, 락톤 함유 고리형기, 카보네이트 함유 고리형기, 또는 -SO2- 함유 고리형기이다.
R" 에 있어서의 알킬기로는, 직사슬형, 분기 사슬형, 고리형 중 어느 것이어도 되고, 탄소수는 1 ∼ 15 가 바람직하다.
R" 가 직사슬형 혹은 분기 사슬형의 알킬기인 경우에는, 탄소수 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 5 인 것이 더욱 바람직하고, 메틸기 또는 에틸기인 것이 특히 바람직하다.
R" 가 고리형의 알킬기인 경우에는, 탄소수 3 ∼ 15 인 것이 바람직하고, 탄소수 4 ∼ 12 인 것이 더욱 바람직하고, 탄소수 5 ∼ 10 이 가장 바람직하다. 구체적으로는, 불소 원자 또는 불소화 알킬기로 치환되어 있어도 되고, 되어 있지 않아도 되는 모노시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 ; 비시클로알칸, 트리시클로알칸, 테트라시클로알칸 등의 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 예시할 수 있다. 보다 구체적으로는, 시클로펜탄, 시클로헥산 등의 모노시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 ; 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등의 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 들 수 있다.
R" 에 있어서의 락톤 함유 고리형기로는, 상기 일반식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 로 각각 나타내는 기와 동일한 것을 들 수 있다.
R" 에 있어서의 카보네이트 함유 고리형기로는, 후술하는 카보네이트 함유 고리형기와 동일하고, 구체적으로는 일반식 (ax3-r-1) ∼ (ax3-r-3) 으로 각각 나타내는 기를 들 수 있다.
R" 에 있어서의 -SO2- 함유 고리형기로는, 후술하는 -SO2- 함유 고리형기와 동일하고, 구체적으로는 일반식 (a5-r-1) ∼ (a5-r-4) 로 각각 나타내는 기를 들 수 있다.
Ra'21 에 있어서의 하이드록시알킬기로는, 탄소수가 1 ∼ 6 인 것이 바람직하고, 구체적으로는, 상기 Ra'21 에 있어서의 알킬기의 수소 원자의 적어도 1 개가 수산기로 치환된 기를 들 수 있다.
상기 일반식 (a2-r-2), (a2-r-3), (a2-r-5) 중, A" 에 있어서의 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기로는, 직사슬형 또는 분기 사슬형의 알킬렌기가 바람직하고, 메틸렌기, 에틸렌기, n-프로필렌기, 이소프로필렌기 등을 들 수 있다. 그 알킬렌기가 산소 원자 또는 황 원자를 포함하는 경우, 그 구체예로는, 상기 알킬렌기의 말단 또는 탄소 원자 사이에 -O- 또는 -S- 가 개재하는 기를 들 수 있고, 예를 들어 -O-CH2-, -CH2-O-CH2-, -S-CH2-, -CH2-S-CH2- 등을 들 수 있다. A" 로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기 또는 -O- 가 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기가 보다 바람직하고, 메틸렌기가 가장 바람직하다.
하기에 일반식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 로 각각 나타내는 기의 구체예를 든다.
[화학식 35]
Figure pat00035
[화학식 36]
Figure pat00036
「-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 번째 고리로서 세어, 그 고리만인 경우에는 단고리형기, 추가로 다른 고리 구조를 갖는 경우에는, 그 구조에 상관없이 다고리형기라고 칭한다. -SO2- 함유 고리형기는, 단고리형기이어도 되고 다고리형기이어도 된다.
-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 각각 나타내는 기를 들 수 있다.
[화학식 37]
Figure pat00037
[식 중, Ra'51 은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, -COOR", -OC(=O)R", 하이드록시알킬기 또는 시아노기이고 ; R" 는 수소 원자, 알킬기, 락톤 함유 고리형기, 카보네이트 함유 고리형기, 또는 -SO2- 함유 고리형기이고 ; A" 는 산소 원자 혹은 황 원자를 포함하고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기, 산소 원자 또는 황 원자이고, n' 는 0 ∼ 2 의 정수이다]
상기 일반식 (a5-r-1) ∼ (a5-r-2) 중, A" 는, 상기 일반식 (a2-r-2), (a2-r-3), (a2-r-5) 중의 A" 와 동일하다.
Ra'51 에 있어서의 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, -COOR", -OC(=O)R", 하이드록시알킬기로는, 각각 상기 일반식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 중의 Ra'21 에 대한 설명에서 예시한 것과 동일한 것을 들 수 있다.
하기에 일반식 (a5-r-1) ∼ (a5-r-4) 로 각각 나타내는 기의 구체예를 든다. 식 중의 「Ac」 는, 아세틸기를 나타낸다.
[화학식 38]
Figure pat00038
[화학식 39]
Figure pat00039
[화학식 40]
Figure pat00040
「카보네이트 함유 고리형기」 란, 그 고리 골격 중에 -O-C(=O)-O- 를 포함하는 고리 (카보네이트 고리) 를 함유하는 고리형기를 나타낸다. 카보네이트 고리를 첫 번째 고리로서 세어, 카보네이트 고리만인 경우에는 단고리형기, 추가로 다른 고리 구조를 갖는 경우에는, 그 구조에 상관없이 다고리형기라고 칭한다. 카보네이트 함유 고리형기는 단고리형기이어도 되고, 다고리형기이어도 된다.
카보네이트 고리 함유 고리형기로는, 특별히 한정되지 않고 임의의 것을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 하기 일반식 (ax3-r-1) ∼ (ax3-r-3) 으로 각각 나타내는 기를 들 수 있다.
[화학식 41]
Figure pat00041
[식 중, Ra'x31 은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, -COOR", -OC(=O)R", 하이드록시알킬기 또는 시아노기이고 ; R" 는 수소 원자, 알킬기, 락톤 함유 고리형기, 카보네이트 함유 고리형기, 또는 -SO2- 함유 고리형기이고 ; A" 는 산소 원자 혹은 황 원자를 포함하고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기, 산소 원자 또는 황 원자이고, p' 는 0 ∼ 3 의 정수이고, q' 는 0 또는 1 이다.]
상기 일반식 (ax3-r-2) ∼ (ax3-r-3) 중, A" 는, 상기 일반식 (a2-r-2), (a2-r-3), (a2-r-5) 중의 A" 와 동일하다.
Ra'31 에 있어서의 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, -COOR", -OC(=O)R", 하이드록시알킬기로는, 각각 상기 일반식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 중의 Ra'21 에 대한 설명에서 예시한 것과 동일한 것을 들 수 있다.
하기에 일반식 (ax3-r-1) ∼ (ax3-r-3) 으로 각각 나타내는 기의 구체예를 든다.
[화학식 42]
Figure pat00042
구성 단위 (a2) 로는, 그 중에서도, α 위치의 탄소 원자에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 되는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위가 바람직하다.
이러한 구성 단위 (a2) 는, 하기 일반식 (a2-1) 로 나타내는 구성 단위인 것이 바람직하다.
[화학식 43]
Figure pat00043
[식 중, R 은 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기이다. Ya21 은 단결합 또는 2 가의 연결기이다. La21 은 -O-, -COO-, -CON(R')-, -OCO-, -CONHCO- 또는 -CONHCS- 이고, R' 는 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다. 단 La21 이 -O- 인 경우, Ya21 은 -CO- 는 되지 않는다. Ra21 은 락톤 함유 고리형기, 카보네이트 함유 고리형기, 또는 -SO2- 함유 고리형기이다.]
상기 식 (a2-1) 중, R 은 상기와 동일하다. R 로는, 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 알킬기가 바람직하고, 공업상 입수의 용이함에서, 수소 원자 또는 메틸기가 특히 바람직하다.
상기 식 (a2-1) 중, Ya21 의 2 가의 연결기로는, 특별히 한정되지 않지만, 치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기, 헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기 등을 바람직하게 들 수 있다. Ya21 에 있어서의 치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기, 헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기에 대한 설명은, 상기 서술한 일반식 (a10-1) 중의 Yax1 에 있어서의, 치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기, 헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기에 대한 설명과 각각 동일하다.
Ya21 로는, 단결합, 에스테르 결합 [-C(=O)-O-], 에테르 결합 (-O-), 직사슬형 혹은 분기 사슬형의 알킬렌기, 또는 이들의 조합인 것이 바람직하다.
상기 식 (a2-1) 중, Ra21 은 락톤 함유 고리형기, -SO2- 함유 고리형기 또는 카보네이트 함유 고리형기이다.
Ra21 에 있어서의 락톤 함유 고리형기, -SO2- 함유 고리형기, 카보네이트 함유 고리형기로는 각각, 전술한 일반식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 로 각각 나타내는 기, 일반식 (a5-r-1) ∼ (a5-r-4) 로 각각 나타내는 기, 일반식 (ax3-r-1) ∼ (ax3-r-3) 으로 각각 나타내는 기를 바람직하게 들 수 있다.
그 중에서도, 락톤 함유 고리형기 또는 -SO2- 함유 고리형기가 바람직하고, 상기 일반식 (a2-r-1), (a2-r-2), (a2-r-6) 또는 (a5-r-1) 로 각각 나타내는 기가 보다 바람직하다. 구체적으로는, 상기 화학식 (r-lc-1-1) ∼ (r-lc-1-7), (r-lc-2-1) ∼ (r-lc-2-18), (r-lc-6-1), (r-sl-1-1), (r-sl-1-18) 로 각각 나타내는 어느 기가 보다 바람직하고, (r-lc-1-1) 로 나타내는 기가 더욱 바람직하다.
(A1) 성분이 갖는 구성 단위 (a2) 는, 1 종이어도 되고 2 종 이상이어도 된다.
(A1) 성분이 구성 단위 (a2) 를 갖는 경우, 구성 단위 (a2) 의 비율은, 당해 (A1) 성분을 구성하는 전체 구성 단위의 합계 (100 몰％) 에 대하여, 1 ∼ 50 몰％ 인 것이 바람직하고, 5 ∼ 45 몰％ 인 것이 보다 바람직하고, 10 ∼ 40 몰％ 인 것이 더욱 바람직하고, 10 ∼ 30 몰％ 가 특히 바람직하다.
구성 단위 (a2) 의 비율을 바람직한 하한값 이상으로 함으로써, 구성 단위 (a2) 를 함유시키는 것에 의한 효과가 충분히 얻어지고, 상한값 이하이면, 다른 구성 단위와의 균형을 잡을 수 있어, 여러 가지 리소그래피 특성이 양호해진다.
≪구성 단위 (a3)≫
(A1) 성분은, 구성 단위 (a1) 에 더하여, 추가로 극성기 함유 지방족 탄화수소기를 포함하는 구성 단위 (a3) (단, 구성 단위 (a1), 구성 단위 (a2) 에 해당하는 것을 제외한다) 을 갖는 것이 바람직하다. (A1) 성분이 구성 단위 (a3) 을 가짐으로써, 예를 들어 산 확산 길이를 적절히 조정하고, 레지스트막의 기판에 대한 밀착성을 높이고, 현상시의 용해성을 적절히 조정하고, 에칭 내성을 향상시키는 등의 효과에 의해, 리소그래피 특성 등이 양호해진다.
극성기로는, 수산기, 시아노기, 카르복시기, 알킬기의 수소 원자의 일부가 불소 원자로 치환된 하이드록시알킬기 등을 들 수 있고, 특히 수산기가 바람직하다.
지방족 탄화수소기로는, 탄소수 1 ∼ 10 의 직사슬형 또는 분기 사슬형의 탄화수소기 (바람직하게는 알킬렌기) 나, 고리형의 지방족 탄화수소기 (고리형기) 를 들 수 있다. 그 고리형기로는, 단고리형기이어도 되고 다고리형기이어도 되고, 예를 들어 ArF 엑시머 레이저용 레지스트 조성물용의 수지에 있어서, 다수 제안되어 있는 것 중에서 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 그 고리형기로는 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 다고리형기로는, 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. 이들 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 공업상 바람직하다.
구성 단위 (a3) 으로는, 극성기 함유 지방족 탄화수소기를 포함하는 것이면 특별히 한정되지 않고 임의의 것을 사용할 수 있다.
구성 단위 (a3) 으로는, 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) 으로는, 극성기 함유 지방족 탄화수소기에 있어서의 탄화수소기가 탄소수 1 ∼ 10 의 직사슬형 또는 분기 사슬형의 탄화수소기일 때, 아크릴산의 하이드록시에틸에스테르로부터 유도되는 구성 단위가 바람직하다.
또, 구성 단위 (a3) 으로는, 극성기 함유 지방족 탄화수소기에 있어서의 그 탄화수소기가 다고리형기일 때, 하기 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 있고, 특히 하기 식 (a3-1) 로 나타내는 구성 단위가 보다 바람직하다.
[화학식 44]
Figure pat00044
[식 중, R 은 상기와 동일하고, j 는 1 ∼ 3 의 정수이고, k 는 1 ∼ 3 의 정수이고, t' 는 1 ∼ 3 의 정수이고, l 은 1 ∼ 5 의 정수이고, 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 결합하고 있는 것이 바람직하다. j 가 1 인 경우, 수산기가 아다만틸기의 3 위치에 결합하고 있는 것이 바람직하다.
j 는 1 인 것이 바람직하고, 수산기가 아다만틸기의 3 위치에 결합하고 있는 것이 특히 바람직하다.
식 (a3-2) 중, k 는 1 인 것이 바람직하다. 시아노기는, 노르보르닐기의 5 위치 또는 6 위치에 결합하고 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 결합하고 있는 것이 바람직하다. 불소화 알킬알코올은, 노르보르닐기의 5 또는 6 위치에 결합하고 있는 것이 바람직하다.
(A1) 성분이 갖는 구성 단위 (a3) 은, 1 종이어도 되고 2 종 이상이어도 된다.
(A1) 성분이 구성 단위 (a3) 을 갖는 경우, 당해 (A1) 성분을 구성하는 전체 구성 단위의 합계에 대하여 1 ∼ 40 몰％ 인 것이 바람직하고, 2 ∼ 30 몰％ 가 보다 바람직하고, 5 ∼ 25 몰％ 가 더욱 바람직하고, 5 ∼ 20 몰％ 가 특히 바람직하다.
구성 단위 (a3) 의 비율을 상기의 바람직한 범위의 하한값 이상으로 함으로써, 구성 단위 (a3) 을 함유시키는 것에 의한 효과가 충분히 얻어지고, 상기의 바람직한 범위의 상한값 이하이면, 다른 구성 단위와의 균형을 잡을 수 있어, 여러 가지 리소그래피 특성이 양호해진다.
≪그 밖의 구성 단위≫
(A1) 성분은, 상기 서술한 구성 단위 (a1), 구성 단위 (a10), 구성 단위 (a2), 구성 단위 (a3) 이외의 그 밖의 구성 단위를 가져도 된다.
그 밖의 구성 단위로는, 예를 들어, 후술하는 일반식 (a9-1) 로 나타내는 구성 단위 (a9), 스티렌으로부터 유도되는 구성 단위, 스티렌 유도체로부터 유도되는 구성 단위 (단, 구성 단위 (a10) 에 해당하는 것을 제외한다), 산 비해리성의 지방족 고리형기를 포함하는 구성 단위 등을 들 수 있다.
구성 단위 (a9) :
구성 단위 (a9) 는, 하기 일반식 (a9-1) 로 나타내는 구성 단위이다.
[화학식 45]
Figure pat00045
[식 중, R 은, 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 할로겐화 알킬기이다. Ya91 은, 단결합 또는 2 가의 연결기이다. Ya92 는, 2 가의 연결기이다. R91 은, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄화수소기이다.]
상기 식 (a9-1) 중, R 은 상기와 동일하다.
R 로는, 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 알킬기가 바람직하고, 공업상 입수의 용이함에서, 수소 원자 또는 메틸기가 특히 바람직하다.
상기 식 (a9-1) 중, Ya91 에 있어서의 2 가의 연결기는, 상기 서술한 일반식 (a10-1) 중의 Yax1 에 있어서의 2 가의 연결기와 동일한 것을 들 수 있다. 그 중에서도, Ya91 로는, 단결합인 것이 바람직하다.
상기 식 (a9-1) 중, Ya92 에 있어서의 2 가의 연결기는, 상기 서술한 일반식 (a10-1) 중의 Yax1 의 2 가의 연결기와 동일한 것을 들 수 있다.
Ya92 에 있어서의 2 가의 연결기에 있어서, 치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기로는, 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기가 바람직하다.
또, Ya92 에 있어서의 2 가의 연결기에 있어서, 헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기로는, -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-, -C(=S)-, 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 탄화수소기이고, O 는 산소 원자이고, m' 는 0 ∼ 3 의 정수이다.] 등을 들 수 있다. 그 중에서도, -C(=O)-, -C(=S)- 가 바람직하다.
상기 식 (a9-1) 중, R91 에 있어서의 탄화수소기로는, 알킬기, 1 가의 지환식 탄화수소기, 아릴기, 아르알킬기 등을 들 수 있다.
R91 에 있어서의 알킬기는, 탄소수 1 ∼ 8 이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 6 이 보다 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 4 가 더욱 바람직하고, 직사슬형이어도 되고 분기 사슬형이어도 된다. 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 헥실기, 옥틸기 등을 바람직한 것으로서 들 수 있다.
R91 에 있어서의 1 가의 지환식 탄화수소기는, 탄소수 3 ∼ 20 이 바람직하고, 탄소수 3 ∼ 12 가 보다 바람직하고, 다고리형이어도 된고, 단고리형이어도 된다. 단고리형의 지환식 탄화수소기로는, 모노시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하다. 그 모노시클로알칸으로는 탄소수 3 ∼ 6 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 시클로부탄, 시클로펜탄, 시클로헥산 등을 들 수 있다. 다고리형의 지환식 탄화수소기로는, 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하고, 그 폴리시클로알칸으로는 탄소수 7 ∼ 12 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등을 들 수 있다.
R91 에 있어서의 아릴기는, 탄소수 6 ∼ 18 인 것이 바람직하고, 탄소수 6 ∼ 10 인 것이 보다 바람직하고, 구체적으로는 페닐기가 특히 바람직하다.
R91 에 있어서의 아르알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 8 의 알킬렌기와 상기 「R91 에 있어서의 아릴기」 가 결합한 아르알킬기가 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬렌기와 상기 「R91 에 있어서의 아릴기」 가 결합한 아르알킬기가 보다 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬렌기와 상기 「R91 에 있어서의 아릴기」 가 결합한 아르알킬기가 특히 바람직하다.
R91 에 있어서의 탄화수소기는, 당해 탄화수소기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 불소 원자로 치환되어 있는 것이 바람직하고, 당해 탄화수소기의 수소 원자의 30 ∼ 100 ％ 가 불소 원자로 치환되어 있는 것이 보다 바람직하다. 그 중에서도, 상기 서술한 알킬기의 수소 원자의 전부가 불소 원자로 치환된 퍼플루오로알킬기인 것이 특히 바람직하다.
R91 에 있어서의 탄화수소기는, 치환기를 가지고 있어도 된다. 그 치환기로는, 할로겐 원자, 옥소기 (=O), 수산기 (-OH), 아미노기 (-NH2), -SO2-NH2 등을 들 수 있다. 또, 그 탄화수소기를 구성하는 탄소 원자의 일부가 헤테로 원자를 포함하는 치환기로 치환되어도 된다. 그 헤테로 원자를 포함하는 치환기로는, -O-, -NH-, -N=, -C(=O)-O-, -S-, -S(=O)2-, -S(=O)2-O- 를 들 수 있다.
R91 에 있어서, 치환기를 갖는 탄화수소기로는, 상기의 일반식 (a2-r-1) ∼ (a2-r-7) 로 각각 나타내는 락톤 함유 고리형기를 들 수 있다.
또, R91 에 있어서, 치환기를 갖는 탄화수소기로는, 상기의 일반식 (a5-r-1) ∼ (a5-r-4) 로 각각 나타내는 -SO2- 함유 고리형기 ; 하기 화학식으로 나타내는 치환 아릴기, 1 가의 복소 고리형기 등도 들 수 있다.
[화학식 46]
Figure pat00046
구성 단위 (a9) 중에서도, 하기 일반식 (a9-1-1) 로 나타내는 구성 단위가 바람직하다.
[화학식 47]
Figure pat00047
[식 중, R 은 상기와 동일하고, Ya91 은 단결합 또는 2 가의 연결기이고, R91 은 치환기를 가지고 있어도 되는 탄화수소기이고, R92 는 산소 원자 또는 황 원자이다]
일반식 (a9-1-1) 중, Ya91, R91, R 에 대한 설명은 상기와 동일하다.
또, R92 는 산소 원자 또는 황 원자이다.
이하에, 상기 식 (a9-1) 또는 일반식 (a9-1-1) 로 나타내는 구성 단위의 구체예를 나타낸다. 하기 식 중, Rα 는, 수소 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기를 나타낸다.
[화학식 48]
Figure pat00048
[화학식 49]
Figure pat00049
[화학식 50]
Figure pat00050
(A1) 성분이 함유하는 구성 단위 (a9) 는 1 종이어도 되고 2 종 이상이어도 된다.
(A1) 성분이 구성 단위 (a9) 를 갖는 경우, 구성 단위 (a9) 의 비율은, 그 (A1) 성분을 구성하는 전체 구성 단위의 합계 (100 몰％) 에 대하여, 1 ∼ 40 몰％ 인 것이 바람직하고, 3 ∼ 30 몰％ 가 보다 바람직하고, 5 ∼ 25 몰％ 가 더욱 바람직하고, 10 ∼ 20 몰％ 가 특히 바람직하다.
구성 단위 (a9) 의 비율을 상기의 바람직한 범위의 하한값 이상으로 함으로써, 예를 들어 산 확산 길이를 적절히 조정하고, 레지스트막의 기판에 대한 밀착성을 높이고, 현상시의 용해성을 적절히 조정하고, 에칭 내성을 향상시키는 등의 효과가 얻어지고, 상기의 바람직한 범위의 상한값 이하이면, 다른 구성 단위와의 균형을 잡을 수 있어, 여러 가지 리소그래피 특성이 양호해진다.
레지스트 조성물이 함유하는 (A1) 성분은, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
(A1) 성분은, 구성 단위 (a1) 을 갖는 고분자 화합물 (A1-1) (이하 「(A1-1) 성분」 이라고도 한다) 을 포함하는 것이 바람직하다.
바람직한 (A1-1) 성분으로는, 예를 들어, 구성 단위 (a1) 과 구성 단위 (a10) 의 반복 구조를 갖는 고분자 화합물 등을 들 수 있다.
상기 2 개의 각 구성 단위의 조합에 더하여, 추가로 3 개째 또는 3 개 이상의 구성 단위로서, 상기에서 설명한 구성 단위를 적절히 원하는 효과에 맞추어 조합해도 된다. 3 개째의 구성 단위로서 바람직하게는, 구성 단위 (a3) 을 들 수 있다.
상기 3 개의 각 구성 단위의 조합에 더하여, 추가로 4 개째의 구성 단위로서, 바람직하게는, 구성 단위 (a2) 를 들 수 있다.
이러한 (A1) 성분은, 각 구성 단위를 유도하는 모노머를 중합 용매에 용해시키고, 여기에, 예를 들어 아조비스이소부티로니트릴 (AIBN), 아조비스이소부티르산디메틸 (예를 들어 V-601 등) 등의 라디칼 중합 개시제를 첨가하여 중합함으로써 제조할 수 있다. 혹은, 이러한 (A1) 성분은, 구성 단위 (a1) 을 유도하는 모노머와, 필요에 따라 구성 단위 (a1) 이외의 구성 단위를 유도하는 전구체 모노머 (관능기가 보호된 모노머) 를 중합 용매에 용해시키고, 여기에, 상기와 같은 라디칼 중합 개시제를 첨가하여 중합하고, 그 후, 탈보호 반응을 실시함으로써 제조할 수 있다. 또한, 중합시에, 예를 들어, HS-CH2-CH2-CH2-C(CF3)2-OH 와 같은 연쇄 이동제를 병용하여 사용함으로써, 말단에 -C(CF3)2-OH 기를 도입해도 된다. 이와 같이, 알킬기의 수소 원자의 일부가 불소 원자로 치환된 하이드록시알킬기가 도입된 공중합체는, 현상 결함의 저감이나 LER (라인 에지 러프니스 : 라인 측벽의 불균일한 요철) 의 저감에 유효하다.
(A1) 성분의 질량 평균 분자량 (Mw) (겔 퍼미에이션 크로마토그래피 (GPC) 에 의한 폴리스티렌 환산 기준) 은, 특별히 한정되는 것은 아니며, 1000 ∼ 50000 이 바람직하고, 2000 ∼ 30000 이 보다 바람직하고, 3000 ∼ 20000 이 더욱 바람직하다.
(A1) 성분의 Mw 가 이 범위의 바람직한 상한값 이하이면, 레지스트로서 사용하는 데에 충분한 레지스트 용제에 대한 용해성이 있고, 이 범위의 바람직한 하한값 이상이면, 내드라이 에칭성이나 레지스트 패턴 단면 형상이 양호하다.
(A1) 성분의 분산도 (Mw/Mn) 는, 특별히 한정되지 않고, 1.0 ∼ 4.0 이 바람직하고, 1.0 ∼ 3.0 이 보다 바람직하고, 1.0 ∼ 2.0 이 특히 바람직하다. 또한, Mn 은 수평균 분자량을 나타낸다.
·(A2) 성분에 대해
본 실시형태의 레지스트 조성물은, (A) 성분으로서, 상기 (A1) 성분에 해당하지 않는, 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 변화하는 기재 성분 (이하 「(A2) 성분」 이라고 한다) 을 병용해도 된다.
(A2) 성분으로는, 특별히 한정되지 않고, 화학 증폭형 레지스트 조성물용의 기재 성분으로서 종래부터 알려져 있는 다수의 것에서 임의로 선택하여 사용하면 된다.
(A2) 성분은, 고분자 화합물 또는 저분자 화합물의 1 종을 단독으로 사용해도 되고 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
(A) 성분 중의 (A1) 성분의 비율은, (A) 성분의 총질량에 대하여, 25 질량％ 이상이 바람직하고, 50 질량％ 이상이 보다 바람직하고, 75 질량％ 이상이 더욱 바람직하고, 100 질량％ 이어도 된다. 그 비율이 25 질량％ 이상이면, 고감도화나 해상성, 러프니스 개선 등의 여러 가지 리소그래피 특성이 우수한 레지스트 패턴이 형성되기 쉬워진다. 이와 같은 효과는, 특히 전자선이나 EUV 에 의한 리소그래피에 있어서 현저하다.
본 실시형태의 레지스트 조성물 중, (A) 성분의 함유량은, 형성하고자 하는 레지스트 막두께 등에 따라 조정하면 된다.
<화합물 (BD1)>
본 실시형태의 레지스트 조성물에 있어서, (BD1) 성분은, 하기 일반식 (bd1) 로 나타내는, 아니온부와 카티온부로 이루어지는 화합물이다.
[화학식 51]
Figure pat00051
[식 중, Rbd1 ∼ Rbd3 은, 각각 독립적으로 치환기를 가져도 되는 아릴기이다. 단, Rbd1 ∼ Rbd3 중 하나 이상은, 치환기를 갖는 아릴기이고, 상기 치환기는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이다. 이 아릴기가 갖는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 적어도 하나는, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 결합하고 있다. 또, Rbd1 ∼ Rbd3 에 있어서, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 결합하고 있는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 총수는 2 개 이상이다. Rbd1 ∼ Rbd3 중 2 개는, 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 축합 고리를 형성하고 있어도 된다. X- 는, 카운터 아니온이다.]
·카티온부에 대하여
식 중, Rbd1 ∼ Rbd3 은, 각각 독립적으로 치환기를 가져도 되는 아릴기이다. 단, Rbd1 ∼ Rbd3 중 하나 이상은, 치환기를 갖는 아릴기이고, 상기 치환기는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이다. 이 아릴기가 갖는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 적어도 하나는, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 결합하고 있다.
Rbd1 ∼ Rbd3 의 아릴기로는, 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 비페닐, 플루오렌 등의 방향족 탄화수소 고리로부터 수소 원자 1 개를 제거한 기를 들 수 있다. 그 중에서도, Rbd1 ∼ Rbd3 의 아릴기로는, 벤젠 또는 나프탈렌으로부터 수소 원자 1 개를 제거한 기 (페닐기 또는 나프틸기) 가 바람직하고, 벤젠으로부터 수소 원자 1 개를 제거한 기 (페닐기) 가 보다 바람직하다.
상기 Rbd1 ∼ Rbd3 의 아릴기가 가지고 있어도 되는 치환기로는, 알킬기, 알콕시기, 아실기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 술포닐기, 술포닐알킬기, 수산기, 카르보닐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 할로겐화 알킬기가 바람직하고, 불소화 알킬기가 보다 바람직하다.
Rbd1 ∼ Rbd3 중 하나 이상은, 치환기를 갖는 아릴기이고, 상기 치환기는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이다. 즉, Rbd1 ∼ Rbd3 중 하나 이상은, 치환기를 갖는 아릴기이고, 그 치환기로는, 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가, 적어도 불소 원자로 치환된 불소화 알킬기이다. 그 알킬기는, 사슬형이어도 되고, 고리형이어도 되지만, 사슬형인 것이 바람직하다. 그 사슬형의 알킬기는, 분기 사슬형이어도 되고, 직사슬형이어도 된다. 그 알킬기의 불소 원자 이외의 치환기로는, 할로겐 원자 (불소 원자를 제외한다), 수산기, 시아노기, 아미노기, 술포기, 술포알킬기 등을 들 수 있다.
불소화 알킬기에 있어서의 알킬기는, 탄소수 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 탄소수가 1 ∼ 8 인 것이 보다 바람직하고, 탄소수가 1 ∼ 4 인 것이 더욱 바람직하다.
구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기 등의 직사슬형의 알킬기 ; 이소프로필기, 이소부틸기, tert-부틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, 1,1-디에틸프로필기, 2,2-디메틸부틸기 등의 분기 사슬형의 알킬기를 들 수 있다.
불소화 알킬기 중의 불소 원자의 비율, 즉 불소화율은, 바람직하게는 70 ∼ 100 ％, 더욱 바람직하게는 90 ∼ 100 ％ 이고, 가장 바람직하게는, 모든 수소 원자가 불소 원자로 치환된 퍼플루오로알킬기이다.
상기 중에서도, Rbd1 ∼ Rbd3 중, 2 개가, 치환기로서 불소화 알킬기 (치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기) 를 1 개 이상 갖는 아릴기인 것이 바람직하고, Rbd1 ∼ Rbd3 모두가, 치환기로서 불소화 알킬기 (치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기) 를 1 개 이상 갖는 아릴기인 것이 보다 바람직하다.
치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기를 1 개 이상 갖는 아릴기에 있어서, 이 아릴기가 갖는 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 적어도 하나는, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 결합하고 있다. 이로써, 노광에 의한 카티온부의 분해 효율이 보다 높아진다.
Rbd1 ∼ Rbd3 에 있어서, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 결합하고 있는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 총수는 2 개 이상이 바람직하다. Rbd1 ∼ Rbd3 에 있어서, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에, 모두 (6 개) 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기가 결합하고 있어도 된다. 즉, Rbd1 ∼ Rbd3 중 하나가, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기를 갖는 아릴기인 경우에는, 이 아릴기에 있어서의, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 2 개의 탄소 원자 각각에, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기를 갖는다. 또, Rbd1 ∼ Rbd3 중 2 개 이상이, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기를 갖는 아릴기인 경우에는, Rbd1 ∼ Rbd3 중 어느 아릴기에 있어서의, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 2 개의 탄소 원자 각각에, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기를 갖거나, 또는 Rbd1 ∼ Rbd3 중 적어도 2 개의 아릴기에 있어서의, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 각각 적어도 1 개의 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기를 갖는다.
이 위치에 2 개 이상의 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기가 결합하고 있음으로써, 본 실시형태의 효과가 얻어진다.
Rbd1 ∼ Rbd3 중 2 개는, 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 축합 고리를 형성하고 있어도 된다. Rbd1 ∼ Rbd3 중 2 개가, 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 축합 고리를 형성하는 경우, 황 원자, 산소 원자, 질소 원자 등의 헤테로 원자나, 카르보닐기, -SO-, -SO2-, -COO-, -CONH- 또는 -N(RN)- (그 RN 은 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기이다) 등의 관능기를 개재하여 결합해도 된다.
형성되는 축합 고리의 구체예로는, 디벤조티오펜 고리 등을 들 수 있다.
화합물 (BD1) 에 있어서의 카티온부로서 구체적으로는, 하기 식 (ca0-1) ∼ (ca0-23), (ca0-100) ∼ (ca0-107) 로 각각 나타내는 카티온을 들 수 있다.
[화학식 52]
Figure pat00052
[화학식 53]
Figure pat00053
[화학식 54]
Figure pat00054
화합물 (BD1) 에 있어서의 카티온부로는, 하기 일반식 (ca-bd0-1) 로 나타내는 카티온이 바람직하다.
[화학식 55]
Figure pat00055
[식 중, R01 ∼ R15 는, 각각 독립적으로 치환기 또는 수소 원자이다. 단, R01, R05, R06, R10, R11 및 R15 중, 2 개 이상은, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이다.]
상기 식 (ca-bd0-1) 중, R01 ∼ R15 는, 전술한 식 (bd1) 중, Rbd1 ∼ Rbd3 이 갖는 치환기와 동일한 것을 들 수 있다. 단, R01, R05, R06, R10, R11 및 R15 중, 2 개 이상은, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이다. 그 중에서도, R01 또는 R05 중 1 개, R06 또는 R10 중 1 개, R11 또는 R15 중 1 개가 각각 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기인 것이 바람직하다. R01, R05, R06, R10, R11 및 R15 모두가 각각 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이어도 된다.
화합물 (BD1) 에 있어서의 카티온부로는, 상기 식 (ca0-1) ∼ (ca0-23), (ca0-100) ∼ (ca0-107) 중 어느 것으로 나타내는 카티온이 바람직하다. 그 중에서도, 상기 일반식 (ca-bd0-1) 의 카티온에 상당하는, 상기 식 (ca0-1) ∼ (ca0-23) 중 어느 것으로 나타내는 카티온이 보다 바람직하고, 상기 식 (ca0-1), (ca0-5), (ca0-6) 중 어느 것으로 나타내는 카티온이 더욱 바람직하다.
·아니온부에 대하여
식 (bd1) 중, X- 는, 카운터 아니온이다.
그 카운터 아니온으로는 특별히 한정되지 않고, 술폰산 아니온, 카르복실산 아니온, 이미드 아니온, 메티드 아니온, 카르보 아니온, 보레이트 아니온, 할로겐 아니온, 인산 아니온, 안티몬산 아니온, 비소산 아니온 등을 들 수 있다.
본 실시형태의 레지스트 조성물에 있어서, (BD1) 성분은, 상기 카운터 아니온 (아니온부) 을 선택함으로써, (B) 성분으로서 사용할 수도 있고 (D) 성분으로서 사용할 수도 있다.
(BD1) 성분을, 산 발생제로서 사용하는 경우를 (B1) 성분, (B) 성분으로부터 발생하는 산을 트랩 (산의 확산을 제어) 하는 염기 성분으로서 사용하는 경우를 (D1) 성분이라고 한다.
이하 (BD1) 성분의 아니온부를, (B1) 성분의 아니온부 (카운터 아니온) 와, (D1) 성분의 아니온부 (카운터 아니온) 로 나누고, 각각 바람직한 아니온에 대해 설명한다.
·(B1) 성분의 아니온부
(BD1) 성분을 산 발생제로서 사용하는 경우, 식 (bd1) 중의 X- 는, 레지스트 조성물용의 산 발생제 성분의 아니온부로서 알려져 있는 아니온을 적절히 사용할 수 있다.
예를 들어, X- 로는, 하기 일반식 (b1-1-an1) 로 나타내는 아니온, 일반식 (b1-1-an2) 로 나타내는 아니온 또는 일반식 (b1-1-an3) 으로 나타내는 아니온을 들 수 있다.
[화학식 56]
Figure pat00056
[식 중, R101 및 R104 ∼ R108 은, 각각 독립적으로, 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기이다. R104 와 R105 는 서로 결합하여 고리 구조를 형성하고 있어도 된다. R102 는, 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 알킬기 또는 불소 원자이다. Y101 은, 산소 원자를 포함하는 2 가의 연결기 또는 단결합이다. 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.]
·일반식 (b1-1-an1) 로 나타내는 아니온
식 (b1-1-an1) 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 :
그 고리형기는, 고리형의 탄화수소기인 것이 바람직하고, 그 고리형의 탄화수소기는, 방향족 탄화수소기이어도 되고, 지방족 탄화수소기이어도 된다. 지방족 탄화수소기는, 방향족성을 갖지 않는 탄화수소기를 의미한다. 또, 지방족 탄화수소기는, 포화이어도 되고, 불포화이어도 되고, 통상은 포화인 것이 바람직하다.
R101 에 있어서의 방향족 탄화수소기는, 방향 고리를 갖는 탄화수소기이다. 그 방향족 탄화수소기의 탄소수는 3 ∼ 30 인 것이 바람직하고, 5 ∼ 30 인 것이 보다 바람직하고, 5 ∼ 20 이 더욱 바람직하고, 6 ∼ 18 이 특히 바람직하다. 단, 그 탄소수에는, 치환기에 있어서의 탄소수를 포함하지 않는 것으로 한다.
R101 에 있어서의 방향족 탄화수소기가 갖는 방향 고리로서 구체적으로는, 벤젠, 플루오렌, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 비페닐, 또는 이들 방향 고리를 구성하는 탄소 원자의 일부가 헤테로 원자로 치환된 방향족 복소 고리 등을 들 수 있다. 방향족 복소 고리에 있어서의 헤테로 원자로는, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등을 들 수 있다.
R101 에 있어서의 방향족 탄화수소기로서 구체적으로는, 상기 방향 고리로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기 (아릴기 : 예를 들어, 페닐기, 나프틸기 등), 상기 방향 고리의 수소 원자의 하나가 알킬렌기로 치환된 기 (예를 들어, 벤질기, 페네틸기, 1-나프틸메틸기, 2-나프틸메틸기, 1-나프틸에틸기, 2-나프틸에틸기 등의 아릴알킬기 등), 비시클로헵탄, 비시클로옥탄 등의 가교 지방족 고리에 상기 방향족 고리가 축합된 축합 고리로부터 수소 원자를 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.
R101 에 있어서의 고리형의 지방족 탄화수소기는, 구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기를 들 수 있다.
이 구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기로는, 지환식 탄화수소기 (지방족 탄화수소 고리로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기), 지환식 탄화수소기가 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기의 말단에 결합한 기, 지환식 탄화수소기가 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기의 도중에 개재하는 기 등을 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 탄화수소기로는, 모노시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하다. 그 모노시클로알칸으로는, 탄소수 3 ∼ 6 의 것이 바람직하고, 구체적으로는 시클로펜탄, 시클로헥산 등을 들 수 있다. 다고리형의 지환식 탄화수소기로는, 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하고, 그 폴리시클로알칸으로는, 탄소수 7 ∼ 30 의 것이 바람직하다. 그 중에서도, 그 폴리시클로알칸으로는, 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등의 가교 고리계의 다고리형 골격을 갖는 폴리시클로알칸 ; 스테로이드 골격을 갖는 고리형기 등의 축합 고리계의 다고리형 골격을 갖는 폴리시클로알칸이 보다 바람직하다.
그 중에서도, R101 에 있어서의 고리형의 지방족 탄화수소기로는, 모노시클로알칸 또는 폴리시클로알칸으로부터 수소 원자를 1 개 이상 제거한 기가 바람직하고, 폴리시클로알칸으로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기가 보다 바람직하고, 아다만틸기, 노르보르닐기가 특히 바람직하고, 아다만틸기가 가장 바람직하다.
지환식 탄화수소기에 결합해도 되는, 직사슬형의 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 탄화수소기로는, 직사슬형의 알킬렌기가 바람직하고, 구체적으로는, 메틸렌기 [-CH2-], 에틸렌기 [-(CH2)2-], 트리메틸렌기 [-(CH2)3-], 테트라메틸렌기 [-(CH2)4-], 펜타메틸렌기 [-(CH2)5-] 등을 들 수 있다.
지환식 탄화수소기에 결합해도 되는, 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기는, 탄소수가 2 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 3 ∼ 6 이 보다 바람직하고, 3 또는 4 가 더욱 바람직하고, 3 이 가장 바람직하다. 분기 사슬형의 지방족 탄화수소기로는, 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 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 직사슬형의 알킬기가 바람직하다.
또, R101 에 있어서의 고리형의 탄화수소기는, 복소 고리 등과 같이 헤테로 원자를 포함해도 된다. 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 밖에 상기 화학식 (r-hr-1) ∼ (r-hr-16) 으로 각각 나타내는 복소 고리형기를 들 수 있다.
R101 의 고리형기에 있어서의 치환기로는, 예를 들어, 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, 카르보닐기, 니트로기 등을 들 수 있다.
치환기로서의 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기가 가장 바람직하다.
치환기로서의 알콕시기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, iso-프로폭시기, n-부톡시기, tert-부톡시기가 보다 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기가 가장 바람직하다.
치환기로서의 할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 불소 원자가 바람직하다.
치환기로서의 할로겐화 알킬기로는, 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.
치환기로서의 카르보닐기는, 고리형의 탄화수소기를 구성하는 메틸렌기 (-CH2-) 를 치환하는 기이다.
R101 의 고리형기에 있어서의 치환기로는, 상기 중에서도 수산기, 알콕시기가 바람직하고, 수산기가 보다 바람직하다.
치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기 :
R101 의 사슬형의 알킬기로는, 직사슬형 또는 분기 사슬형 중 어느 것이어도 좋다.
직사슬형의 알킬기로는, 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 알킬기로는, 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 알케닐기로는, 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 알케닐기로는, 예를 들어, 비닐기, 프로페닐기 (알릴기), 부티닐기 등을 들 수 있다. 분기 사슬형의 알케닐기로는, 예를 들어, 1-메틸비닐기, 2-메틸비닐기, 1-메틸프로페닐기, 2-메틸프로페닐기 등을 들 수 있다.
사슬형의 알케닐기로는, 상기 중에서도, 직사슬형의 알케닐기가 바람직하고, 비닐기, 프로페닐기가 보다 바람직하고, 비닐기가 특히 바람직하다.
R101 의 사슬형의 알킬기 또는 알케닐기에 있어서의 치환기로는, 예를 들어, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, 카르보닐기, 니트로기, 아미노기, 상기 R101 에 있어서의 고리형기 등을 들 수 있다.
상기 중에서도, R101 은, 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기가 바람직하고, 치환기를 가지고 있어도 되는 다고리형 탄화수소기인 것이 보다 바람직하고, 치환기를 가지고 있어도 되는 가교 고리계의 다고리형 탄화수소기인 것이 더욱 바람직하다. 그 고리형기 (다고리형 탄화수소기) 는, 복소 고리 등과 같이 헤테로 원자를 포함해도 된다.
다고리형 탄화수소기로는, 다고리형 골격을 갖는 폴리시클로알칸으로부터 1 개의 수소 원자를 제거한 기, 다고리형 골격을 갖는 폴리시클로알칸에 방향족 고리가 축합된 축합 고리로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기 등을 들 수 있다. 그 폴리시클로알칸으로는, 아다만탄, 노르보르난 (비시클로헵탄), 비시클로옥탄 등의 가교 고리계의 다고리형 골격을 갖는 폴리시클로알칸 ; 스테로이드 골격을 갖는 고리형기 등의 축합 고리계의 다고리형 골격을 갖는 폴리시클로알칸 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 가교 고리계의 다고리형 골격을 갖는 폴리시클로알칸이 바람직하다. 다고리형 지방족 탄화수소기의 바람직한 구체예로는, 아다만틸기, 노르보르닐기를 들 수 있다.
다고리형 골격을 갖는 폴리시클로알칸에 방향족 고리가 축합된 축합 고리로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기로는, 상기 폴리시클로알칸과 벤젠 고리의 축합 고리로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기를 들 수 있다.
복소 고리를 갖는 다고리형 탄화수소기로는, 복소 고리를 갖는 가교 고리계의 다고리형 탄화수소기가 바람직하고, 구체적으로는, 상기 일반식 (a5-r-1), (a5-r-1) 로 각각 나타내는 -SO2- 함유 가교 고리계의 다고리형기 등을 들 수 있다.
식 (b1-1-an1) 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 원자로는, 예를 들어 탄소 원자, 수소 원자, 황 원자, 질소 원자 등을 들 수 있다.
산소 원자를 포함하는 2 가의 연결기로는, 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. 이 조합에, 추가로 술포닐기 (-SO2-) 가 연결되어 있어도 된다. 이러한 산소 원자를 포함하는 2 가의 연결기로는, 예를 들어 하기 일반식 (y-al-1) ∼ (y-al-7) 로 각각 나타내는 연결기를 들 수 있다.
[화학식 57]
Figure pat00057
[식 중, V'101 은 단결합 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기이고, 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 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 10 의 알킬렌기인 것이 보다 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기인 것이 더욱 바람직하다.
V'101 및 V'102 에 있어서의 알킬렌기로는, 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 탄화수소기 (단고리형의 지방족 탄화수소기, 다고리형의 지방족 탄화수소기) 로부터 수소 원자를 추가로 1 개 제거한 2 가의 기가 바람직하고, 시클로헥실렌기, 1,5-아다만틸렌기 또는 2,6-아다만틸렌기가 보다 바람직하다.
상기 중에서도, Y101 은, 단결합 또는 에스테르 결합 (-C(=O)-O-), 옥시카르보닐기 (-O-C(=O)-) 인 것이 바람직하다.
식 (b1-1-an1) 중, V101 은, 단결합, 알킬렌기 또는 불소화 알킬렌기이다. V101 에 있어서의 알킬렌기, 불소화 알킬렌기는, 탄소수 1 ∼ 4 인 것이 바람직하다. V101 에 있어서의 불소화 알킬렌기로는, V101 에 있어서의 알킬렌기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 불소 원자로 치환한 기를 들 수 있다. 그 중에서도, V101 은, 단결합, 또는 탄소수 1 ∼ 3 의 불소화 알킬렌기인 것이 바람직하다.
식 (b1-1-an1) 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.
·일반식 (b1-1-an2) 로 나타내는 아니온
식 (b1-1-an2) 중, R104, R105 는, 각각 독립적으로, 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기이고, 각각, 식 (b1-1-an1) 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, 레지스트용 용제에 대한 용해성도 양호하다는 등의 이유에 의해, 작을수록 바람직하다. 또, R104, R105 의 사슬형의 알킬기에 있어서는, 불소 원자로 치환되어 있는 수소 원자의 수가 많을수록, 산의 강도가 강해지기 때문에 바람직하다. 상기 사슬형의 알킬기 중의 불소 원자의 비율, 즉 불소화율은, 바람직하게는 70 ∼ 100 ％, 더욱 바람직하게는 90 ∼ 100 ％ 이고, 가장 바람직하게는, 모든 수소 원자가 불소 원자로 치환된 퍼플루오로알킬기이다.
식 (b1-1-an2) 중, V102, V103 은, 각각 독립적으로, 단결합, 알킬렌기, 또는 불소화 알킬렌기이고, 각각, 식 (b1-1-an1) 중의 V101 과 동일한 것을 들 수 있다.
식 (b1-1-an2) 중, L101, L102 는, 각각 독립적으로 단결합 또는 산소 원자이다.
·일반식 (b1-1-an3) 으로 나타내는 아니온
식 (b1-1-an3) 중, R106 ∼ R108 은, 각각 독립적으로, 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기이고, 각각, 식 (b1-1-an1) 중의 R101 과 동일한 것을 들 수 있다.
식 (b1-1-an3) 중, L103 ∼ L105 는, 각각 독립적으로, 단결합, -CO- 또는 -SO2- 이다.
상기 식 (bd1) 중, X- 는, 상기 중에서도, 일반식 (b1-1-an1) 로 나타내는 아니온이 바람직하다.
이하에 일반식 (b1-1-an1) 로 나타내는 아니온의 바람직한 구체예를 나타낸다.
[화학식 58]
Figure pat00058
·(D1) 성분의 아니온부
(BD1) 성분을 산 확산 제어제로서 사용하는 경우, 식 (bd1) 중의 X- 는, 레지스트 조성물용의 산 확산 제어제 성분의 아니온부로서 알려져 있는 아니온을 적절히 사용할 수 있다.
예를 들어, X- 로는, 하기 일반식 (d1-1-an1) 로 나타내는 아니온, 일반식 (d1-1-an2) 로 나타내는 아니온 또는 일반식 (d1-1-an3) 으로 나타내는 아니온을 들 수 있다.
[화학식 59]
Figure pat00059
[식 중, Rd1 ∼ Rd4 는 치환기를 가져도 되는 고리형기, 치환기를 가져도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가져도 되는 사슬형의 알케닐기이다. 단, 일반식 (d1-1-an2) 중의 Rd2 에 있어서의, S 원자에 인접하는 탄소 원자에는 불소 원자가 결합하고 있지 않은 것으로 한다. Yd1 은 단결합 또는 2 가의 연결기이다.]
식 (d1-1-an1) 중, Rd1 은, 치환기를 가져도 되는 고리형기, 치환기를 가져도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가져도 되는 사슬형의 알케닐기이다. 각각, 식 (b1-1-an1) 중의 R101 과 동일한 것을 들 수 있다. 이들 중에서도, Rd1 은, 치환기를 가져도 되는 고리형기가 바람직하고, 치환기를 가져도 되는 방향족 탄화수소기가 보다 바람직하다.
이하에 일반식 (d1-1-an1) 로 나타내는 아니온의 바람직한 구체예를 나타낸다.
[화학식 60]
Figure pat00060
[화학식 61]
Figure pat00061
식 (d1-1-an2) 중, Rd2 는, 치환기를 가져도 되는 고리형기, 치환기를 가져도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가져도 되는 사슬형의 알케닐기이다. 각각, 식 (b1-1-an1) 중의 R101 과 동일한 것을 들 수 있다. 단, Rd2 에 있어서의 S 원자에 인접하는 탄소 원자에는 불소 원자는 결합하고 있지 않은 (불소 치환되어 있지 않다) 것으로 한다.
이하에 일반식 (d1-1-an2) 로 나타내는 아니온의 바람직한 구체예를 나타낸다.
[화학식 62]
Figure pat00062
식 (d1-1-an3) 중, Rd3 및 Rd4 는, 치환기를 가져도 되는 고리형기, 치환기를 가져도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가져도 되는 사슬형의 알케닐기이다. 각각, 식 (b1-1-an1) 중의 R101 과 동일한 것을 들 수 있다.
식 (d1-1-an3) 중, Yd1 은 단결합 또는 2 가의 연결기이다.
Yd1 에 있어서의 2 가의 연결기로는, 특별히 한정되지 않지만, 치환기를 가져도 되는 2 가의 탄화수소기 (지방족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기), 헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기 등을 들 수 있다. 이들은 각각, 상기 식 (a10-1) 중의 Yax1 에 있어서의 2 가의 연결기에 대한 설명 중에서 예시한, 치환기를 가져도 되는 2 가의 탄화수소기, 헤테로 원자를 포함하는 2 가의 연결기와 동일한 것을 들 수 있다.
Yd1 로는, 카르보닐기, 에스테르 결합, 아미드 결합, 알킬렌기 또는 이들의 조합인 것이 바람직하다. 알킬렌기로는, 직사슬형 또는 분기 사슬형의 알킬렌기인 것이 보다 바람직하고, 메틸렌기 또는 에틸렌기인 것이 더욱 바람직하다.
이하에 일반식 (d1-1-an3) 으로 나타내는 아니온의 바람직한 구체예를 나타낸다.
[화학식 63]
Figure pat00063
[화학식 64]
Figure pat00064
[화학식 65]
Figure pat00065
본 실시형태의 레지스트 조성물에 있어서, (BD1) 성분은, 하기 일반식 (bd1-1) 로 나타내는 화합물인 것이 보다 바람직하다.
[화학식 66]
Figure pat00066
[식 중, R01 ∼ R15 는, 각각 독립적으로 치환기 또는 수소 원자이다. 단, R01, R05, R06, R10, R11 및 R15 중, 2 개 이상은, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이다. X- 는, 카운터 아니온이다.]
상기 식 (bd1-1) 중, R01 ∼ R15 는, 상기 식 (ca-bd0-1) 에서 설명한 내용과 동일하다.
상기 식 (bd1-1) 중, X- 는, 카운터 아니온이다. 카운터 아니온에 대해서는, 상기 식 (bd1) 에서 설명한 내용과 동일하다.
본 실시형태의 레지스트 조성물에 있어서, (B1) 성분으로는, 하기 일반식 (b0-1) 로 나타내는 산 발생제가 바람직하다.
[화학식 67]
Figure pat00067
[식 중, R01 ∼ R15 는, 각각 독립적으로 치환기 또는 수소 원자이다. 단, R01, R05, R06, R10, R11 및 R15 중, 2 개 이상은, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이다. R101 은, 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 사슬형의 알케닐기이다. R102 는, 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 알킬기 또는 불소 원자이다. Y101 은, 산소 원자를 포함하는 2 가의 연결기 또는 단결합이다. V101 은, 단결합, 알킬렌기 또는 불소화 알킬렌기이다.]
상기 식 (b0-1) 중, 카티온부는, 전술한 일반식 (bd1-1) 중의 카티온부에서 각각 설명한 내용과 동일하고, 아니온부는, 전술한 일반식 (b1-1-an1) 에서 각각 설명한 내용과 동일하다.
(B1) 성분으로서 구체적으로는, 상기 식 (ca0-1) ∼ (ca0-23), (ca0-100) ∼ (ca0-107) 중 어느 것으로 나타내는 카티온과, 일반식 (b1-1-an1) 로 나타내는 아니온의 여러 가지 조합의 산 발생제가 바람직하고, 상기 식 (ca0-1) ∼ (ca0-23) 중 어느 것으로 나타내는 카티온과, 일반식 (b1-1-an1) 로 나타내는 아니온의 여러 가지 조합의 산 발생제가 보다 바람직하고, 상기 식 (ca0-1), (ca0-5), (ca0-6) 중 어느 것으로 나타내는 카티온과, 일반식 (b1-1-an1) 로 나타내는 아니온의 여러 가지 조합의 산 발생제가 더욱 바람직하다.
이하에 (B1) 성분의 구체예를 들지만, 이들에 한정되지 않는다.
[화학식 68]
Figure pat00068
[화학식 69]
Figure pat00069
본 실시형태의 레지스트 조성물에 있어서, (B1) 성분은, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
본 실시형태의 레지스트 조성물 중, (B1) 성분의 함유량은, (A) 성분 100 질량부에 대하여, 5 ∼ 65 질량부인 것이 바람직하고, 5 ∼ 55 질량부인 것이 보다 바람직하고, 10 ∼ 45 질량부인 것이 더욱 바람직하고, 10 ∼ 40 질량부인 것이 특히 바람직하다.
레지스트 조성물에 있어서의 (A) 성분에 작용하는 산을 발생하는 산 발생제 성분 (B) 성분 전체 중, 상기 (B1) 성분의 비율은, 예를 들어, 50 질량％ 이상이고, 바람직하게는 70 질량％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 95 질량％ 이상이다. 또한, 100 질량％ 이어도 된다.
(B1) 성분의 함유량이 상기의 바람직한 범위의 하한값 이상이면, 레지스트 패턴 형성에 있어서, 감도, 해상 성능, LWR (라인 위드스 러프니스) 저감, 형상 등의 리소그래피 특성이 보다 향상된다. 한편, 바람직한 범위의 상한값 이하이면, 레지스트 조성물의 각 성분을 유기 용제에 용해시켰을 때, 균일한 용액이 얻어지기 쉽고, 레지스트 조성물로서의 보존 안정성이 보다 높아진다.
본 실시형태의 레지스트 조성물에 있어서, (D1) 성분으로는, 하기 일반식 (d0-1) 로 나타내는 산 확산 제어제가 바람직하다.
[화학식 70]
Figure pat00070
[식 중, R01 ∼ R15 는, 각각 독립적으로 치환기 또는 수소 원자이다. 단, R01, R05, R06, R10, R11 및 R15 중, 1 개 이상은, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이다. Rd1 은, 치환기를 가져도 되는 고리형기, 치환기를 가져도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가져도 되는 사슬형의 알케닐기이다.]
상기 식 (d0-1) 중, 카티온부는, 전술한 일반식 (bd1-1) 중의 카티온부에서 각각 설명한 내용과 동일하고, 아니온부는, 전술한 일반식 (d1-1-an1) 에서 각각 설명한 내용과 동일하다.
(D1) 성분으로서 구체적으로는, 상기 식 (ca0-1) ∼ (ca0-23), (ca0-100) ∼ (ca0-107) 중 어느 것으로 나타내는 카티온과, 일반식 (d1-1-an1) 로 나타내는 아니온의 여러 가지 조합의 산 확산 제어제가 바람직하고, 상기 식 (ca0-1) ∼ (ca0-23) 중 어느 것으로 나타내는 카티온과, 일반식 (d1-1-an1) 로 나타내는 아니온의 여러 가지 조합의 산 확산 제어제가 보다 바람직하고, 상기 식 (ca0-1), (ca0-5), (ca0-6) 중 어느 것으로 나타내는 카티온과, 일반식 (d1-1-an1) 로 나타내는 아니온의 여러 가지 조합의 산 확산 제어제가 더욱 바람직하다.
이하에 (D1) 성분의 구체예를 들지만, 이들에 한정되지 않는다.
[화학식 71]
Figure pat00071
본 실시형태의 레지스트 조성물에 있어서, (D1) 성분은, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
본 실시형태의 레지스트 조성물 중, (D1) 성분의 함유량은, (A) 성분 100 질량부에 대하여, 1 ∼ 35 질량부가 바람직하고, 2 ∼ 25 질량부가 보다 바람직하고, 3 ∼ 20 질량부가 더욱 바람직하고, 3 ∼ 15 질량부가 특히 바람직하다.
레지스트 조성물에 있어서의, 노광에 의해 (B) 성분으로부터 발생하는 산을 트랩 (산의 확산을 제어) 하는 염기 성분 ((D) 성분) 전체 중, 상기 (D1) 성분의 비율은, 예를 들어, 50 질량％ 이상이고, 바람직하게는 70 질량％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 95 질량％ 이상이다. 또한, 100 질량％ 이어도 된다.
또한, 레지스트 조성물이 (B1) 성분을 포함하는 경우의 (D) 성분 전체 중 상기 (D1) 성분의 비율은, 특별히 한정되지 않고, 0 질량％ 이상 100 질량％ 의 범위에서 적절히 조정하면 된다.
(D1) 성분의 함유량이 바람직한 범위의 하한값 이상이면, 양호한 리소그래피 특성 및 레지스트 패턴 형상이 얻어지기 쉽다. 한편, 바람직한 범위의 상한값 이하이면, 다른 성분과의 균형을 잡을 수 있어, 여러 가지 리소그래피 특성이 양호해진다.
<임의 성분>
본 실시형태의 레지스트 조성물은, 상기 서술한 (A) 성분 및 화합물 (BD1) ((B1) 성분, (D1) 성분) 이외의 성분 (임의 성분) 을 추가로 함유해도 된다.
이러한 임의 성분으로는, 예를 들어, 이하에 나타내는 (B2) 성분, (D2) 성분, (D3) 성분, (E) 성분, (F) 성분, (S) 성분 등을 들 수 있다.
≪(B2) 성분≫
본 실시형태의 레지스트 조성물은, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 상기 서술한 (B1) 성분 이외의 산 발생제 성분 (이하 「(B2) 성분」 이라고 한다) 을 함유해도 된다.
(B2) 성분으로는, 특별히 한정되지 않고, 지금까지 화학 증폭형 레지스트 조성물용의 산 발생제로서 제안되어 있는 것을 사용할 수 있다.
이와 같은 산 발생제로는, 요오드늄염이나 술포늄염 등의 오늄염계 산 발생제, 옥심술포네이트계 산 발생제 ; 비스알킬 또는 비스아릴술포닐디아조메탄류, 폴리(비스술포닐)디아조메탄류 등의 디아조메탄계 산 발생제 ; 니트로벤질술포네이트계 산 발생제, 이미노술포네이트계 산 발생제, 디술폰계 산 발생제 등 다종의 것을 들 수 있다.
오늄염계 산 발생제로는, 예를 들어, 하기 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 들 수 있다.
[화학식 72]
Figure pat00072
[식 중, R101, R104 ∼ R108 은 각각 독립적으로, 치환기를 가져도 되는 고리형기, 치환기를 가져도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가져도 되는 사슬형의 알케닐기이다. R104, R105 는, 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 은 1 이상의 정수로서, M'm+ 는 m 가의 오늄 카티온이다.]
{카티온부}
식 (b-1), (b-2) 및 (b-3) 중, m 은 1 이상의 정수로서, M'm+ 는 m 가의 오늄 카티온이다. 단, 일반식 (bd1) 로 나타내는 화합물 (BD1) 의 카티온부와 동일한 것은 포함하지 않는다.
구체적으로는, 술포늄 카티온, 요오드늄 카티온을 들 수 있고, 예를 들어 하기 화학식 (ca-1-1) ∼ (ca-1-78), (ca-1-101) ∼ (ca-1-149), (ca-2-1), (ca-2-2), (ca-3-1) ∼ (ca-3-7), (ca-4-1), (ca-4-2) 로 각각 나타내는 카티온을 들 수 있다.
하기 화학식 중, g1 은 반복수를 나타내고, g1 은 1 ∼ 5 의 정수이다. g2 는 반복수를 나타내고, g2 는 0 ∼ 20 의 정수이다. g3 은 반복수를 나타내고, g3 은 0 ∼ 20 의 정수이다. R"201 은 수소 원자 또는 치환기이다. 그 치환기로는, 알킬기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 카르보닐기, 시아노기, 아미노기, 아릴기 등을 들 수 있다.
[화학식 73]
Figure pat00073
[화학식 74]
Figure pat00074
[화학식 75]
Figure pat00075
[화학식 76]
Figure pat00076
[화학식 77]
Figure pat00077
[화학식 78]
Figure pat00078
[화학식 79]
Figure pat00079
[화학식 80]
Figure pat00080
[화학식 81]
Figure pat00081
[화학식 82]
Figure pat00082
[화학식 83]
Figure pat00083
[화학식 84]
Figure pat00084
[화학식 85]
Figure pat00085
{아니온부}
(B2) 성분의 아니온부로는, 상기 서술한 (B1) 성분의 아니온부에서 설명한 내용과 동일한 것을 들 수 있다.
본 실시형태의 레지스트 조성물에 있어서, (B2) 성분은, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
레지스트 조성물이 (B2) 성분을 함유하는 경우, 레지스트 조성물 중, (B2) 성분의 함유량은, (A) 성분 100 질량부에 대하여, 50 질량부 이하가 바람직하고, 1 ∼ 40 질량부가 보다 바람직하고, 5 ∼ 30 질량부가 더욱 바람직하다.
또, 레지스트 조성물이 (B2) 성분을 함유하는 경우, 레지스트 조성물 중, (A) 성분에 작용하는 산을 발생하는 산 발생제 성분 (B) 전체 중, (B2) 성분의 함유량은, 예를 들어, 50 질량％ 이하이고, 30 질량％ 이하가 보다 바람직하고, 0 질량％ 이상 5 질량％ 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 레지스트 조성물이 (D1) 성분을 포함하는 경우의 (B) 성분 전체 중 상기 (B2) 성분의 비율은, 특별히 한정되지 않고, 0 질량％ 이상 100 질량％ 의 범위에서 적절히 조정하면 된다.
≪(D2) 성분≫
(D2) 성분은, 염기 성분으로서, 노광에 의해 분해되어 산 확산 제어성을 상실하는 광 붕괴성 염기 (단, 상기 (D1) 성분에 해당하는 것을 제외한다) 이다.
(D2) 성분을 함유하는 레지스트 조성물로 함으로써, 레지스트 패턴을 형성할 때, 레지스트막의 노광부와 미노광부의 콘트라스트를 보다 향상시킬 수 있다.
(D2) 성분으로는, 노광에 의해 분해되어 산 확산 제어성을 상실하는 것이면 특별히 한정되지 않고, 하기 일반식 (d2-1) 로 나타내는 화합물 (이하 「(d2-1) 성분」 이라고 한다), 하기 일반식 (d2-2) 로 나타내는 화합물 (이하 「(d2-2) 성분」 이라고 한다) 및 하기 일반식 (d2-3) 으로 나타내는 화합물 (이하 「(d2-3) 성분」 이라고 한다) 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 화합물이 바람직하다.
(d2-1) ∼ (d2-3) 성분은, 레지스트막의 노광부에 있어서 분해되어 산 확산 제어성 (염기성) 을 상실하기 때문에 퀀처로서 작용하지 않고, 레지스트막의 미노광부에 있어서 퀀처로서 작용한다.
[화학식 86]
Figure pat00086
[식 중, Rd1 ∼ Rd4 는 치환기를 가져도 되는 고리형기, 치환기를 가져도 되는 사슬형의 알킬기, 또는 치환기를 가져도 되는 사슬형의 알케닐기이다. 단, 일반식 (d2-2) 중의 Rd2 에 있어서의, S 원자에 인접하는 탄소 원자에는 불소 원자가 결합하지 않는 것으로 한다. Yd1 은 단결합 또는 2 가의 연결기이다. m 은 1 이상의 정수로서, M'm+ 는 각각 독립적으로 m 가의 오늄 카티온이다.]
{카티온부}
식 (d2-1) ∼ (d2-3) 중, M'm+ 는, m 가의 오늄 카티온이다.
M'm+ 의 오늄 카티온으로는, (D1) 성분과 상이하도록, 상기 식 (b-1) ∼ (b-3) 중의 M'm+ 와 동일한 것 중에서 적절히 선택할 수 있다.
{아니온부}
식 (d2-1) ∼ (d2-3) 중의 아니온부로는, 상기 서술한 (D1) 성분의 아니온부에서 설명한 내용과 동일한 것을 들 수 있다.
(d2-1) 성분은, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
(D2) 성분은, 상기 (d2-1) ∼ (d2-3) 성분 중 어느 1 종만을 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
레지스트 조성물이 (D2) 성분을 함유하는 경우, 레지스트 조성물 중, (D2) 성분의 함유량은, (A) 성분 100 질량부에 대하여, 0.5 ∼ 10 질량부가 바람직하고, 0.5 ∼ 8 질량부가 보다 바람직하고, 1 ∼ 6 질량부가 더욱 바람직하다.
또, 레지스트 조성물이 (D2) 성분을 함유하는 경우, 레지스트 조성물 중, 노광에 의해 (B) 성분으로부터 발생하는 산을 트랩 (산의 확산을 제어) 하는 염기 성분 (D) 전체 중, (D2) 성분의 함유량은, 예를 들어, 50 질량％ 이하이고, 30 질량％ 이하가 보다 바람직하고, 0 질량％ 이상 5 질량％ 이하가 더욱 바람직하다.
(D2) 성분의 제조 방법 :
상기의 (d2-1) 성분, (d2-2) 성분의 제조 방법은, 특별히 한정되지 않고, 공지된 방법에 의해 제조할 수 있다.
또, (d2-3) 성분의 제조 방법은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, US2012-0149916호에 기재된 방법과 동일하게 하여 제조된다.
≪(D3) 성분≫
(D3) 성분은, 염기 성분으로서, 레지스트 조성물 중에서 산 확산 제어제로서 작용하는 함질소 유기 화합물 성분 (단, 상기의 (D1) 성분 및 (D2) 성분에 해당하는 것을 제외한다) 이다.
(D3) 성분으로는, 산 확산 제어제로서 작용하는 것이고, 또한 (D1) 성분 및 (D2) 성분에 해당하지 않는 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 아니온부와 카티온부로 이루어지는 화합물, 지방족 아민 등을 들 수 있다.
(D3) 성분에 있어서의 아니온부와 카티온부로 이루어지는 화합물로는, 상기의 (d2-1) ∼ (d2-3) 성분에 있어서의 카티온부를 암모늄 카티온으로 한 것을 들 수 있다. 여기서의 암모늄 카티온으로는, NH4 +, 또는 그 질소 원자에 결합하는 H 를, 헤테로 원자를 가져도 되는 탄화수소기로 치환한 카티온 (제 1 ∼ 4 급 암모늄 카티온) 혹은 그 질소 원자와 함께 고리를 형성한 고리형 카티온을 들 수 있다.
지방족 아민은, 그 중에서도, 제 2 급 지방족 아민이나 제 3 급 지방족 아민이 바람직하다.
지방족 아민이란, 1 개 이상의 지방족기를 갖는 아민이고, 그 지방족기는 탄소수가 1 ∼ 12 인 것이 바람직하다.
지방족 아민으로는, 암모니아 NH3 의 수소 원자의 적어도 1 개를, 탄소수 12 이하의 알킬기 혹은 하이드록시알킬기로 치환한 아민 (알킬아민 혹은 알킬알코올아민) 또는 고리형 아민을 들 수 있다.
알킬아민 및 알킬알코올아민의 구체예로는, 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 아민으로는, 예를 들어, 헤테로 원자로서 질소 원자를 포함하는 복소 고리 화합물을 들 수 있다. 그 복소 고리 화합물로는, 단고리형의 것 (지방족 단고리형 아민) 이어도 되고 다고리형의 것 (지방족 다고리형 아민) 이어도 된다.
지방족 단고리형 아민으로서 구체적으로는, 피페리딘, 피페라진 등을 들 수 있다.
지방족 다고리형 아민으로는, 탄소수가 6 ∼ 10 인 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 아민으로는, 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, (D3) 성분으로는, 방향족 아민을 사용해도 된다.
방향족 아민으로는, 4-디메틸아미노피리딘, 피롤, 인돌, 피라졸, 이미다졸 또는 이들의 유도체, 트리벤질아민, 2,6-디이소프로필아닐린, N-tert-부톡시카르보닐피롤리딘 등을 들 수 있다.
(D3) 성분은, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
레지스트 조성물이 (D3) 성분을 함유하는 경우, 레지스트 조성물 중, (D3) 성분은, (A) 성분 100 질량부에 대하여, 통상, 0.01 ∼ 5 질량부의 범위에서 사용된다.
≪(E) 성분 : 유기 카르복실산 그리고 인의 옥소산 및 그 유도체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 화합물≫
본 실시형태의 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) 성분」 이라고 한다) 를 함유시킬 수 있다.
유기 카르복실산으로는, 예를 들어, 아세트산, 말론산, 시트르산, 말산, 숙신산, 벤조산, 살리실산 등이 바람직하다.
인의 옥소산으로는, 인산, 포스폰산, 포스핀산 등을 들 수 있고, 이들 중에서도 특히 포스폰산이 바람직하다.
인의 옥소산의 유도체로는, 예를 들어, 상기 옥소산의 수소 원자를 탄화수소기로 치환한 에스테르 등을 들 수 있고, 상기 탄화수소기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기, 탄소수 6 ∼ 15 의 아릴기 등을 들 수 있다.
인산의 유도체로는, 인산디-n-부틸에스테르, 인산디페닐에스테르 등의 인산에스테르 등을 들 수 있다.
포스폰산의 유도체로는, 포스폰산디메틸에스테르, 포스폰산-디-n-부틸에스테르, 페닐포스폰산, 포스폰산디페닐에스테르, 포스폰산디벤질에스테르 등의 포스폰산에스테르 등을 들 수 있다.
포스핀산의 유도체로는, 포스핀산에스테르나 페닐포스핀산 등을 들 수 있다.
본 실시형태의 레지스트 조성물에 있어서, (E) 성분은, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
레지스트 조성물이 (E) 성분을 함유하는 경우, (E) 성분의 함유량은, (A) 성분 100 질량부에 대하여, 통상, 0.01 ∼ 5 질량부의 범위에서 사용된다.
≪(F) 성분 : 불소 첨가제 성분≫
본 실시형태에 있어서의 레지스트 조성물은, 레지스트막에 발수성을 부여하기 위해 또는 리소그래피 특성을 향상시키기 위해, 불소 첨가제 성분 (이하 「(F) 성분」 이라고 한다) 을 함유해도 된다.
(F) 성분으로는, 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. 이 중합체로는, 하기 식 (f1-1) 로 나타내는 구성 단위 (f1) 만으로 이루어지는 중합체 (호모폴리머) ; 그 구성 단위 (f1) 과 상기 구성 단위 (a4) 의 공중합체 ; 그 구성 단위 (f1) 과 상기 구성 단위 (a1) 의 공중합체 ; 그 구성 단위 (f1) 과 아크릴산 또는 메타크릴산으로부터 유도되는 구성 단위와 상기 구성 단위 (a1) 의 공중합체인 것이 바람직하다. 여기서, 그 구성 단위 (f1) 과 공중합되는 상기 구성 단위 (a1) 로는, 1-에틸-1-시클로옥틸(메트)아크릴레이트로부터 유도되는 구성 단위, 1-메틸-1-아다만틸(메트)아크릴레이트로부터 유도되는 구성 단위가 바람직하다.
[화학식 87]
Figure pat00087
[식 중, R 은 상기와 동일하고, 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 동일해도 되고 상이해도 된다. nf1 은 0 ∼ 5 의 정수이고, Rf101 은 불소 원자를 포함하는 유기기이다.]
식 (f1-1) 중, α 위치의 탄소 원자에 결합한 R 은 상기와 동일하다. R 로는, 수소 원자 또는 메틸기가 바람직하다.
식 (f1-1) 중, Rf102 및 Rf103 의 할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 특히 불소 원자가 바람직하다. Rf102 및 Rf103 의 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기로는, 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, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가, 할로겐 원자로 치환된 기를 들 수 있다.
그 할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 특히 불소 원자가 바람직하다. 그 중에서도 Rf102 및 Rf103 으로는, 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 0 ∼ 5 의 정수이고, 0 ∼ 3 의 정수가 바람직하고, 0 또는 1 인 것이 보다 바람직하다.
식 (f1-1) 중, Rf101 은, 불소 원자를 포함하는 유기기이고, 불소 원자를 포함하는 탄화수소기인 것이 바람직하다.
불소 원자를 포함하는 탄화수소기로는, 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.
그 중에서도, Rf101 로는, 탄소수 1 ∼ 6 의 불소화 탄화수소기가 보다 바람직하고, 트리플루오로메틸기, -CH2-CF3, -CH2-CF2-CF3, -CH(CF3)2, -CH2-CH2-CF3, -CH2-CH2-CF2-CF2-CF2-CF3 이 특히 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 상한값 이하이면, 레지스트로서 사용하는 데에 레지스트용 용제에 대한 충분한 용해성이 있고, 이 범위의 하한값 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, 1.0 ∼ 2.5 가 가장 바람직하다.
본 실시형태에 있어서의 레지스트 조성물에 있어서, (F) 성분은, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
레지스트 조성물이 (F) 성분을 함유하는 경우, (F) 성분의 함유량은, (A) 성분 100 질량부에 대하여, 통상, 0.5 ∼ 10 질량부의 비율로 사용된다.
≪(S) 성분 : 유기 용제 성분≫
본 실시형태의 레지스트 조성물은, 레지스트 재료를 유기 용제 성분 (이하 「(S) 성분」 이라고 한다) 에 용해시켜 제조할 수 있다.
(S) 성분으로는, 사용하는 각 성분을 용해시켜, 균일한 용액으로 할 수 있는 것이면 되고, 종래, 화학 증폭형 레지스트 조성물의 용제로서 공지된 것 중에서 임의의 것을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
(S) 성분으로는, 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, 크레실메틸에테르, 디페닐에테르, 디벤질에테르, 페네톨, 부틸페닐에테르, 에틸벤젠, 디에틸벤젠, 펜틸벤젠, 이소프로필벤젠, 톨루엔, 자일렌, 시멘, 메시틸렌 등의 방향족계 유기 용제, 디메틸술폭사이드 (DMSO) 등을 들 수 있다.
본 실시형태의 레지스트 조성물에 있어서, (S) 성분은, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상의 혼합 용제로서 사용해도 된다.
그 중에서도, PGMEA, PGME, γ-부티로락톤, EL, 시클로헥사논이 바람직하다.
또, PGMEA 와 극성 용제를 혼합한 혼합 용제도 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. 또한 PGMEA 와 PGME 와 시클로헥사논의 혼합 용제도 바람직하다.
또, (S) 성분으로서, 그 밖에는, PGMEA 및 EL 중에서 선택되는 적어도 1 종과 γ-부티로락톤의 혼합 용제도 바람직하다. 이 경우, 혼합 비율로는, 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 0.1 ∼ 20 질량％, 바람직하게는 0.2 ∼ 15 질량％ 의 범위 내가 되도록 (S) 성분은 사용된다.
본 실시형태의 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.
또, 본 실시형태의 레지스트 조성물은, 상기 레지스트 재료를 (S) 성분에 용해시킨 후, 폴리이미드 다공질막, 폴리아미드이미드 다공질막 등을 사용하여, 불순물 등의 제거를 실시해도 된다. 예를 들어, 폴리이미드 다공질막으로 이루어지는 필터, 폴리아미드이미드 다공질막으로 이루어지는 필터, 폴리이미드 다공질막 및 폴리아미드이미드 다공질막으로 이루어지는 필터 등을 사용하여, 레지스트 조성물의 여과를 실시해도 된다. 상기 폴리이미드 다공질막 및 상기 폴리아미드이미드 다공질막으로는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2016-155121호에 기재된 것 등이 예시된다.
본 실시형태의 레지스트 조성물은, 상기 서술한 (A) 성분과, (BD1) 성분과, 필요에 따라 상기의 임의 성분을 함유하는 것이다.
예를 들어, (BD1) 성분을 (B1) 성분으로서 사용하는 경우, (A) 성분과, (B1) 성분과, (D2) 성분 또는 (D3) 성분을 함유하는 레지스트 조성물을 바람직하게 들 수 있다. 예를 들어, (BD1) 성분을 (D1) 성분으로서 사용하는 경우, (A) 성분과, (B2) 성분과, (D1) 성분을 함유하는 레지스트 조성물을 바람직하게 들 수 있다.
또한 예를 들어, (BD1) 성분을 (B1) 성분 및 (D1) 성분으로서 각각 사용하는 경우, (A) 성분과, (B1) 성분과, (D1) 성분을 함유하는 레지스트 조성물을 바람직하게 들 수 있다.
본 실시형태의 레지스트 조성물은, 상기 중에서도, (A) 성분과, (B1) 성분과, (D2) 성분 또는 (D3) 성분을 함유하는 레지스트 조성물, 또는 (A) 성분과, (B1) 성분과, (D1) 성분을 함유하는 레지스트 조성물이 보다 바람직하고, (A) 성분과, (B1) 성분과, (D1) 성분을 함유하는 레지스트 조성물이 더욱 바람직하다.
이상 설명한 본 실시형태의 레지스트 조성물은, 일반식 (bd1) 로 나타내는 화합물 (BD1) 을 함유한다. 이 (BD1) 성분에 대해서는, 카티온부의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 불소화 알킬기를 갖는다. 이로써, (BD1) 성분의 카티온부는 노광에 의한 분해 효율이 높아지고, (BD1) 성분을 (B) 성분으로서 사용하는 경우에는, 레지스트막의 노광부에 있어서, 산을 효율적으로 발생시킬 수 있다. 또, (BD1) 성분을 (D) 성분으로서 사용하는 경우에는, 레지스트막의 미노광부에 있어서는 퀀처로서 작용하면서, 레지스트막의 노광부에 있어서는, 분해 효율이 높기 때문에, 충분히 산 확산 제어성 (염기성) 을 상실하여, 미노광부와 노광부의 콘트라스트가 보다 향상된다. 그 때문에, 이러한 아니온부와 카티온부로 이루어지는 (BD1) 성분을 함유함으로써, 본 실시형태의 레지스트 조성물에 의하면, 고감도화가 도모되고, 또한 리소그래피 특성 (러프니스 저감 등) 이 보다 향상되는 것으로 추측된다.
또, 실시형태의 레지스트 조성물을 사용하면, 형성되는 레지스트막 내에서 화합물 (BD1) 의 균일성이 높아지기 때문에, 고해상도로 러프니스가 저감된 양호한 형상의 레지스트 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.
(레지스트 패턴 형성 방법)
본 발명의 제 2 양태에 관련된 레지스트 패턴 형성 방법은, 지지체 상에, 상기 서술한 실시형태의 레지스트 조성물을 사용하여 레지스트막을 형성하는 공정, 상기 레지스트막을 노광하는 공정, 및 상기 노광 후의 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 갖는 방법이다.
이러한 레지스트 패턴 형성 방법의 일 실시형태로는, 예를 들어 이하와 같이 하여 실시하는 레지스트 패턴 형성 방법을 들 수 있다.
먼저, 상기 서술한 실시형태의 레지스트 조성물을, 지지체 상에 스피너 등으로 도포하고, 베이크 (포스트 어플라이 베이크 (PAB)) 처리를, 예를 들어 80 ∼ 150 ℃ 의 온도 조건으로 40 ∼ 120 초간, 바람직하게는 60 ∼ 90 초간 실시하여 레지스트막을 형성한다.
다음으로, 그 레지스트막에 대해, 예를 들어 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 조건으로 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) 을 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, 경우에 따라서는, 상기 현상 처리 후에 베이크 처리 (포스트베이크) 를 실시해도 된다.
이와 같이 하여, 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
지지체로는, 특별히 한정되지 않고, 종래 공지된 것을 사용할 수 있고, 예를 들어, 전자 부품용의 기판이나, 이것에 소정의 배선 패턴이 형성된 것 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 실리콘 웨이퍼, 구리, 크롬, 철, 알루미늄 등의 금속제의 기판이나, 유리 기판 등을 들 수 있다. 배선 패턴의 재료로는, 예를 들어 구리, 알루미늄, 니켈, 금 등을 사용할 수 있다.
또, 지지체로는, 상기 서술한 바와 같은 기판 상에, 무기계 및/또는 유기계의 막이 형성된 것이어도 된다. 무기계의 막으로는, 무기 반사 방지막 (무기 BARC) 을 들 수 있다. 유기계의 막으로는, 유기 반사 방지막 (유기 BARC) 이나, 다층 레지스트법에 있어서의 하층 유기막 등의 유기막을 들 수 있다.
여기서, 다층 레지스트법이란, 기판 상에, 적어도 1 층의 유기막 (하층 유기막) 과, 적어도 1 층의 레지스트막 (상층 레지스트막) 을 형성하고, 상층 레지스트막에 형성한 레지스트 패턴을 마스크로 하여 하층 유기막의 패터닝을 실시하는 방법이고, 고애스펙트비의 패턴을 형성할 수 있다고 되어 있다. 즉, 다층 레지스트법에 의하면, 하층 유기막에 의해 소요되는 두께를 확보할 수 있기 때문에, 레지스트막을 박막화할 수 있어, 고애스펙트비의 미세 패턴 형성이 가능해진다.
다층 레지스트 법에는, 기본적으로, 상층 레지스트막과, 하층 유기막의 2 층 구조로 하는 방법 (2 층 레지스트법) 과, 상층 레지스트막과 하층 유기막 사이에 1 층 이상의 중간층 (금속 박막 등) 을 형성한 3 층 이상의 다층 구조로 하는 방법 (3 층 레지스트법) 으로 나눌 수 있다.
노광에 사용하는 파장은, 특별히 한정되지 않고, ArF 엑시머 레이저, KrF 엑시머 레이저, F2 엑시머 레이저, EUV (극단 자외선), 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 높고, ArF 엑시머 레이저, EB 또는 EUV 용으로서의 유용성이 보다 높고, EB 또는 EUV 용으로서의 유용성이 특히 높다. 즉, 본 실시형태의 레지스트 패턴 형성 방법은, 레지스트막을 노광하는 공정이, 상기 레지스트막에, EUV (극단 자외선) 또는 EB (전자선) 를 노광하는 조작을 포함하는 경우에 특히 유용한 방법이다.
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 매체로는, 공기의 굴절률보다 크고, 또한 노광되는 레지스트막의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 용매가 바람직하다. 이러한 용매의 굴절률로는, 상기 범위 내이면 특별히 제한되지 않는다.
공기의 굴절률보다 크고, 또한 상기 레지스트막의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 용매로는, 예를 들어, 물, 불소계 불활성 액체, 실리콘계 용제, 탄화수소계 용제 등을 들 수 있다.
불소계 불활성 액체의 구체예로는, 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 있으므로 바람직하다.
불소계 불활성 액체로는, 특히, 알킬기의 수소 원자가 모두 불소 원자로 치환된 퍼플루오로알킬 화합물이 바람직하다. 퍼플루오로알킬 화합물로는, 구체적으로는, 퍼플루오로알킬에테르 화합물, 퍼플루오로알킬아민 화합물을 들 수 있다.
또한 구체적으로는, 상기 퍼플루오로알킬에테르 화합물로는, 퍼플루오로(2-부틸-테트라하이드로푸란) (비점 102 ℃) 을 들 수 있고, 상기 퍼플루오로알킬아민 화합물로는, 퍼플루오로트리부틸아민 (비점 174 ℃) 을 들 수 있다.
액침 매체로는, 비용, 안전성, 환경 문제, 범용성 등의 관점에서, 물이 바람직하게 사용된다.
알칼리 현상 프로세스에서 현상 처리에 사용하는 알칼리 현상액으로는, 예를 들어 0.1 ∼ 10 질량％ 테트라메틸암모늄하이드록사이드 (TMAH) 수용액을 들 수 있다.
용제 현상 프로세스에서 현상 처리에 사용하는 유기계 현상액이 함유하는 유기 용제로는, (A) 성분 (노광 전의 (A) 성분) 을 용해시킬 수 있는 것이면 되고, 공지된 유기 용제 중에서 적절히 선택할 수 있다. 구체적으로는, 케톤계 용제, 에스테르계 용제, 알코올계 용제, 니트릴계 용제, 아미드계 용제, 에테르계 용제 등의 극성 용제, 탄화수소계 용제 등을 들 수 있다.
케톤계 용제는, 구조 중에 C-C(=O)-C 를 포함하는 유기 용제이다. 에스테르계 용제는, 구조 중에 C-C(=O)-O-C 를 포함하는 유기 용제이다. 알코올계 용제는, 구조 중에 알코올성 수산기를 포함하는 유기 용제이다. 「알코올성 수산기」 는, 지방족 탄화수소기의 탄소 원자에 결합한 수산기를 의미한다. 니트릴계 용제는, 구조 중에 니트릴기를 포함하는 유기 용제이다. 아미드계 용제는, 구조 중에 아미드기를 포함하는 유기 용제이다. 에테르계 용제는, 구조 중에 C-O-C 를 포함하는 유기 용제이다.
유기 용제 중에는, 구조 중에 상기 각 용제를 특징 짓는 관능기를 복수종 포함하는 유기 용제도 존재하지만, 그 경우는, 당해 유기 용제가 갖는 관능기를 포함하는 어느 용제종에도 해당하는 것으로 한다. 예를 들어, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르는, 상기 분류 중의 알코올계 용제, 에테르계 용제 중 어느 것에도 해당하는 것으로 한다.
탄화수소계 용제는, 할로겐화되어 있어도 되는 탄화수소로 이루어지고, 할로겐 원자 이외의 치환기를 갖지 않는 탄화수소 용제이다. 할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 불소 원자가 바람직하다.
유기계 현상액이 함유하는 유기 용제로는, 상기 중에서도, 극성 용제가 바람직하고, 케톤계 용제, 에스테르계 용제, 니트릴계 용제 등이 바람직하다.
케톤계 용제로는, 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. 이들 중에서도, 케톤계 용제로는, 메틸아밀케톤(2-헵타논) 이 바람직하다.
에스테르계 용제로는, 예를 들어, 아세트산메틸, 아세트산부틸, 아세트산에틸, 아세트산이소프로필, 아세트산아밀, 아세트산이소아밀, 메톡시아세트산에틸, 에톡시아세트산에틸, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노프로필에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노페닐에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노프로필에테르아세테이트, 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. 이들 중에서도, 에스테르계 용제로는, 아세트산부틸이 바람직하다.
니트릴계 용제로는, 예를 들어, 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 발레로니트릴, 부티로니트릴 등을 들 수 있다.
유기계 현상액에는, 필요에 따라 공지된 첨가제를 배합할 수 있다. 그 첨가제로는, 예를 들어 계면 활성제를 들 수 있다. 계면 활성제로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 이온성이나 비이온성의 불소계 및/또는 실리콘계 계면 활성제 등을 사용할 수 있다.
계면 활성제로는, 비이온성의 계면 활성제가 바람직하고, 비이온성의 불소계 계면 활성제, 또는 비이온성의 실리콘계 계면 활성제가 보다 바람직하다.
계면 활성제를 배합하는 경우, 그 배합량은, 유기계 현상액의 전체량에 대하여, 통상 0.001 ∼ 5 질량％ 이고, 0.005 ∼ 2 질량％ 가 바람직하고, 0.01 ∼ 0.5 질량％ 가 보다 바람직하다.
현상 처리는, 공지된 현상 방법에 의해 실시하는 것이 가능하고, 예를 들어 현상액 중에 지지체를 일정 시간 침지시키는 방법 (딥법), 지지체 표면에 현상액을 표면 장력에 의해 마운팅하여 일정 시간 정지시키는 방법 (패들법), 지지체 표면에 현상액을 분무하는 방법 (스프레이법), 일정 속도로 회전하고 있는 지지체 상에 일정 속도로 현상액 도출 (塗出) 노즐을 스캔하면서 현상액을 계속해서 도출하는 방법 (다이나믹 디스펜스법) 등을 들 수 있다.
용제 현상 프로세스에서 현상 처리 후의 린스 처리에 사용하는 린스액이 함유하는 유기 용제로는, 예를 들어 상기 유기계 현상액에 사용하는 유기 용제로서 예시한 유기 용제 중, 레지스트 패턴을 잘 용해시키지 않는 것을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 통상, 탄화수소계 용제, 케톤계 용제, 에스테르계 용제, 알코올계 용제, 아미드계 용제 및 에테르계 용제에서 선택되는 적어도 1 종류의 용제를 사용한다. 이들 중에서도, 탄화수소계 용제, 케톤계 용제, 에스테르계 용제, 알코올계 용제 및 아미드계 용제에서 선택되는 적어도 1 종류가 바람직하고, 알코올계 용제 및 에스테르계 용제에서 선택되는 적어도 1 종류가 보다 바람직하고, 알코올계 용제가 특히 바람직하다.
린스액에 사용하는 알코올계 용제는, 탄소수 6 ∼ 8 의 1 가 알코올이 바람직하고, 그 1 가 알코올은 직사슬형, 분기형 또는 고리형 중 어느 것이어도 된다. 구체적으로는, 1-헥산올, 1-헵탄올, 1-옥탄올, 2-헥산올, 2-헵탄올, 2-옥탄올, 3-헥산올, 3-헵탄올, 3-옥탄올, 4-옥탄올, 벤질알코올 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 1-헥산올, 2-헵탄올, 2-헥산올이 바람직하고, 1-헥산올, 2-헥산올이 보다 바람직하다.
이들 유기 용제는, 어느 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 또, 상기 이외의 유기 용제나 물과 혼합하여 사용해도 된다. 단, 현상 특성을 고려하면, 린스액 중의 물의 배합량은, 린스액의 전체량에 대하여, 30 질량％ 이하가 바람직하고, 10 질량％ 이하가 보다 바람직하고, 5 질량％ 이하가 더욱 바람직하고, 3 질량％ 이하가 특히 바람직하다.
린스액에는, 필요에 따라 공지된 첨가제를 배합할 수 있다. 그 첨가제로는, 예를 들어 계면 활성제를 들 수 있다. 계면 활성제는, 상기와 동일한 것을 들 수 있고, 비이온성의 계면 활성제가 바람직하고, 비이온성의 불소계 계면 활성제, 또는 비이온성의 실리콘계 계면 활성제가 보다 바람직하다.
계면 활성제를 배합하는 경우, 그 배합량은, 린스액의 전체량에 대하여, 통상 0.001 ∼ 5 질량％ 이고, 0.005 ∼ 2 질량％ 가 바람직하고, 0.01 ∼ 0.5 질량％ 가 보다 바람직하다.
린스액을 사용한 린스 처리 (세정 처리) 는, 공지된 린스 방법에 의해 실시할 수 있다. 그 린스 처리의 방법으로는, 예를 들어 일정 속도로 회전하고 있는 지지체 상에 린스액을 계속해서 도출하는 방법 (회전 도포법), 린스액 중에 지지체를 일정 시간 침지시키는 방법 (딥법), 지지체 표면에 린스액을 분무하는 방법 (스프레이법) 등을 들 수 있다.
이상 설명한 본 실시형태의 레지스트 패턴 형성 방법에 있어서는, 상기 서술한 제 1 양태에 관련된 레지스트 조성물이 사용되고 있기 때문에, 레지스트 패턴을 형성할 때, 높은 감도로, 보다 양호한 리소그래피 특성 (러프니스 저감 등) 의 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
(화합물)
본 발명의 제 3 양태에 관련된 화합물은, 하기 일반식 (bd1) 로 나타내는 아니온부와 카티온부로 이루어지는 것이다.
[화학식 88]
Figure pat00088
[식 중, Rbd1 ∼ Rbd3 은, 각각 독립적으로 치환기를 가져도 되는 아릴기이다. 단, Rbd1 ∼ Rbd3 중 하나 이상은, 치환기를 갖는 아릴기이고, 상기 치환기는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이다. 이 아릴기가 갖는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 적어도 하나는, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 결합하고 있다. 또, Rbd1 ∼ Rbd3 에 있어서, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 결합하고 있는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 총수는 2 개 이상이다. Rbd1 ∼ Rbd3 중 2 개는, 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 축합 고리를 형성하고 있어도 된다. X- 는, 카운터 아니온이다.]
상기 화합물은, 하기 일반식 (bd1-1) 로 나타내는 아니온부와 카티온부로 이루어지는 화합물인 것이 보다 바람직하다.
[화학식 89]
Figure pat00089
[식 중, R01 ∼ R15 는, 각각 독립적으로 치환기 또는 수소 원자이다. 단, R01, R05, R06, R10, R11 및 R15 중, 2 개 이상은, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이다. X- 는, 카운터 아니온이다.]
상기 일반식 (bd1) 및 (bd1-1) 로 나타내는 화합물은, 상기 서술한 레지스트 조성물에 대한 설명에 있어서의 (BD1) 성분과 동일한 화합물이다.
[화합물 (BD1) 의 제조 방법]
화합물 (BD1) 은, 공지된 방법을 사용하여 제조할 수 있다.
예를 들어, 이하의 제조 방법으로 제조할 수 있다.
[화학식 90]
Figure pat00090
상기의 반응 식 중, A 는 할로겐 원자를 나타내고, X'- 는, Cl- 또는 트리플루오로메탄술폰산 아니온을 나타내고, MX 는, 알칼리 금속 (리튬, 나트륨 및 칼륨 등) 카티온이나 암모늄 카티온 (치환기를 가지고 있어도 된다) 등과, 카운터 아니온 (예를 들어, 상기 일반식 (b1-1-an1) 로 나타내는 아니온) 의 염을 나타낸다.
Rbd1 ∼ Rbd3, 및 X- 는, 상기 일반식 (bd1) 에 있어서의 정의와 동일하다.
X'- 는, 예를 들어, 상기와 같이 복분해 반응에 의해, 화합물 (BD1) 의 아니온 (X-) 으로 교환할 수 있다.
상기 반응식 중, 제 1 단째의 반응은, 무용제하에서 실시해도 되고, 필요에 따라 유기 용매 (테트라하이드로푸란, 클로로포름, 디클로로메탄 등 그리냐르 반응에서 사용되는 일반적인 용매류 등) 중에서 실시해도 된다. 반응 온도는, 사용하는 용매의 비점에 따라 다르기도 하지만 -20 ∼ 150 ℃ 정도이다. 반응 시간은, 1 시간 이상, 수십 시간 이하 정도이다.
제 2 단째의 반응은, 제 1 단째의 반응에 계속해서 실시해도 되고, 전구체를 단리 (필요에 따라 정제) 하고 나서 실시해도 된다. 전구체와, 염 (MX) 의 수용액을 혼합·교반하여, 복분해 반응을 실시하고, 석출되는 고체를 여과 분리하거나, 또는 분리한 유상물 (油狀物) 을 유기 용매로 추출하여 유기 용매를 제거함으로써, 화합물 (BD1) 이 고체 혹은 점조한 액체로서 얻어진다. 얻어지는 고체 또는 점조 액체는 필요에 따라 적당한 유기 용매로 세정하거나, 재결정법 혹은 칼럼 크로마토그래피법에 의해 정제할 수 있다.
화합물 (BD1) 의 화학 구조는, 일반적인 분석 수법 (예를 들어, 1H-, 11B-, 13C-, 19F-, 31P- 핵자기 공명 스펙트럼, 적외 흡수 스펙트럼 및/또는 원소 분석 등) 에 의해 동정할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<화합물의 제조>
(제조예 1)
마그네슘 (11 g), 테트라하이드로푸란 (49 g) 을 50 ℃ 에서 교반하고, 여기에 2-브로모-벤조트리플루오라이드 (97 g) 의 테트라하이드로푸란 (190 g) 용액을 빙랭하에서 적하하였다. 적하 종료 후, 2 시간 교반하여, 용액 (1) 을 얻었다. 다른 용기에, 염화티오닐 (26 g), 테트라하이드로푸란 (1100 g) 을 넣고, 빙랭 교반하였다. 여기에 용액 (1) 을 적하하고, 1 시간 교반하여, 용액 (2) 를 얻었다.
용액 (2) 를 초순수 (1100 g) 에 1 시간에 걸쳐 투입하고, 그 후, 디클로로메탄 (440 g) 을 첨가하고, 30 분 교반 후, 수층을 제거하였다. 유기층을 초순수 (110 g) 로 3 회 세정하고, 그 유기층을 감압 농축하였다. 농축 잔류물을 tert-부틸메틸에테르/시클로헥산으로 정석하여, 중간체 1 (55 g) 을 백색 고체로 얻었다.
[화학식 91]
Figure pat00091
중간체 1 (15 g), 벤젠 (100 g) 을 10 ℃ 에서 교반하였다. 여기에 트리플루오로메탄술폰산 무수물 (15 g) 을 적하하고, 1 시간 교반하였다. 가만히 정지시키고 상청만을 제거하고, 벤젠층을 제거한 후에, 잔류물을 디클로로메탄 (100 g) 으로 용해시키고, 초순수 (60 g) 로 3 회 세정한 후, 유기층을 감압 농축하였다. 농축 잔류물을 디클로로메탄/디이소프로필에테르로 정석하여, 화합물 (C-1) (4.8 g) 을 얻었다.
[화학식 92]
Figure pat00092
(제조예 2)
마그네슘 (8.3 g), 테트라하이드로푸란 (38 g) 을 50 ℃ 에서 교반하고, 여기에 2-브로모벤조트리플루오라이드 (76 g) 의 테트라하이드로푸란 (150 g) 용액을 동온에서 적하하였다. 적하 종료 후, 2 시간 교반하고, 실온으로 냉각 후에, 테트라하이드로푸란 (150 g) 을 첨가하고 용액 (3) 으로 하였다. 다른 용기에, 중간체 1 (38 g), 테트라하이드로푸란 (150 g) 을 넣고, 실온에서 교반하였다. 여기에 트리메틸실릴트리플루오로메탄술포네이트 (125 g), 상기의 용액 (3) 을 적하하였다. 적하 종료 후, 실온에서 1 시간 반응을 계속하여, 반응을 완결시켰다. 그 후, 디클로로메탄 (200 g) 을 첨가하고, 30 분 교반 후, 수층을 제거하였다. 유기층을 초순수 (200 g) 로 3 회 세정한 후, 감압 농축하였다. 농축 잔류물을 디클로로메탄/tert-부틸메틸에테르로 정석하여, 화합물 (C-2) (13 g) 를 백색 고체로 얻었다.
[화학식 93]
Figure pat00093
(제조예 3)
마그네슘 (8.3 g), 테트라하이드로푸란 (38 g) 을 50 ℃ 에서 교반하고, 여기에 2,6-비스(트리플루오로메틸)브로모벤젠 (99 g) 의 테트라하이드로푸란 (150 g) 용액을 동온에서 적하하였다. 적하 종료 후, 2 시간 교반하고, 실온으로 냉각 후에, 테트라하이드로푸란 (150 g) 을 첨가하여, 용액 (4) 로 하였다. 다른 용기에, 디페닐술폭사이드 (23 g), 테트라하이드로푸란 (150 g) 을 넣고, 실온에서 교반하였다. 여기에 트리메틸실릴트리플루오로메탄술포네이트 (125 g), 상기의 용액 (4) 를 적하하였다. 적하 종료 후, 실온에서 1 시간 반응을 계속하여, 반응을 완결시켰다. 그 후, 디클로로메탄 (200 g) 을 첨가하고, 30 분 교반 후, 수층을 제거하였다. 유기층을 초순수 (200 g) 로 3 회 세정한 후, 감압 농축하였다. 농축 잔류물을 디클로로메탄/tert-부틸메틸에테르로 정석하여, 화합물 (C-3) (7.2 g) 을 백색 고체로 얻었다.
[화학식 94]
Figure pat00094
(화합물 (B1-1) 의 제조예)
화합물 (C-1) (10 g) 과 화합물 (A-1) (10 g) 을 디클로로메탄 (80 g) 에 용해시키고, 초순수 (25 g) 를 첨가하고, 실온에서 30 분 교반하였다. 수층을 제거한 후, 유기층을 초순수 (25 g) 로 4 회 세정하였다. 유기층을 감압 농축하여, 화학식 (B1-1) 로 나타내는 화합물 (B1-1) (13 g) 을 백색 고체로 얻었다.
[화학식 95]
Figure pat00095
(화합물 (B1-2) ∼ (B1-9) 의 제조예)
화합물 (C-1) ∼ (C-3) 과, 화합물 (A-1) ∼ (A-4) 의 조합을 변경한 것 이외에는, 상기의 「화합물 (B1-1) 의 제조예」 와 동일하게 하여, 이하에 나타내는 화학식 (B1-2) ∼ (B1-11) 로 각각 나타내는 화합물 (B1-2) ∼ (B1-9) 를 각각 얻었다.
[화학식 96]
Figure pat00096
(화합물 (D1-2) 의 제조예)
화합물 (C-1) (10 g) 을 디클로로메탄 (200 g) 에 용해시켰다. 그 후, 여기에, 초순수 (100 g), 및 살리실산나트륨 (12 g) 을 첨가하고, 30 분 교반하였다. 그 후, 유기층을 초순수 (100 g) 로 3 회 세정한 후, 감압 농축하였다. 농축 잔류물을 디클로로메탄/tert-부틸메틸에테르로 정석하여, 화합물 (D1-2) (13 g) 를 백색 고체로 얻었다.
[화학식 97]
Figure pat00097
(화합물 (D1-1) 의 제조예)
화합물 (C-2) 를 화합물 (C-3) 으로 변경한 것 이외에는, 상기의 「화합물 (D1-2) 의 제조예」 와 동일하게 하여, 이하에 나타내는 화학식 (D1-1) 로 나타내는 화합물 (D1-1) 을 얻었다.
얻어진 각 화합물에 대해 NMR 측정을 실시하고, 이하의 분석 결과로부터 그 구조를 동정하였다.
[화학식 98]
Figure pat00098
[화학식 99]
Figure pat00099
화합물 (B1-1) : 화합물 (A-1) 과 화합물 (C-1) 의 조합
Figure pat00100
화합물 (B1-2) : 화합물 (A-1) 과 화합물 (C-2) 의 조합
Figure pat00101
화합물 (B1-3) : 화합물 (A-1) 과 화합물 (C-3) 의 조합
Figure pat00102
화합물 (B1-4) : 화합물 (A-2) 와 화합물 (C-1) 의 조합
Figure pat00103
화합물 (B1-5) : 화합물 (A-2) 와 화합물 (C-3) 의 조합
Figure pat00104
화합물 (B1-6) : 화합물 (A-3) 과 화합물 (C-1) 의 조합
Figure pat00105
화합물 (B1-7) : 화합물 (A-3) 과 화합물 (C-2) 의 조합
Figure pat00106
화합물 (B1-8) : 화합물 (A-4) 와 화합물 (C-1) 의 조합
Figure pat00107
화합물 (B1-9) : 화합물 (A-4) 와 화합물 (C-2) 의 조합
Figure pat00108
[화학식 100]
Figure pat00109
화합물 (D1-1) : 살리실산나트륨과 화합물 (C-2) 의 조합
Figure pat00110
화합물 (D1-2) : 살리실산나트륨과 화합물 (C-1) 의 조합
Figure pat00111
<레지스트 조성물의 조제>
(실시예 1 ∼ 14, 비교예 1 ∼ 12)
표 1 ∼ 5 에 나타내는 각 성분을 혼합하여 용해시켜, 각 예의 레지스트 조성물 (고형분 농도 1.7 질량％) 을 각각 조제하였다.
Figure pat00112
Figure pat00113
Figure pat00114
Figure pat00115
Figure pat00116
표 1 ∼ 5 중, 각 약호는 각각 이하의 의미를 갖는다. [ ] 안의 수치는 배합량 (질량부) 이다.
(A)-1 : 하기 화학식 (A-1) 로 나타내는 고분자 화합물. 이 고분자 화합물 (A-1) 은, 그 고분자 화합물을 구성하는 구성 단위를 유도하는 모노머를, 소정의 몰비로 사용하여 라디칼 중합시킴으로써 얻었다. 이 고분자 화합물 (A-1) 에 대해, GPC 측정에 의해 구한 표준 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량 (Mw) 은 6900, 분자량 분산도 (Mw/Mn) 는 1.72. 13C-NMR 에 의해 구해진 공중합 조성비 (구조식 중의 각 구성 단위의 비율 (몰비)) 은 l/m/n = 30/60/10.
(A)-2 : 하기 화학식 (A-2) 로 나타내는 고분자 화합물. 이 고분자 화합물 (A-2) 에 대해, GPC 측정에 의해 구한 표준 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량 (Mw) 은 6400, 분자량 분산도 (Mw/Mn) 는 1.66. 13C-NMR 에 의해 구해진 공중합 조성비 (구조식 중의 각 구성 단위의 비율 (몰비)) 는 l/m = 40/60.
(A)-3 : 하기 화학식 (A-3) 으로 나타내는 고분자 화합물. 이 고분자 화합물 (A-3) 에 대해, GPC 측정에 의해 구한 표준 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량 (Mw) 은 6900, 분자량 분산도 (Mw/Mn) 는 1.76. 13C-NMR 에 의해 구해진 공중합 조성비 (구조식 중의 각 구성 단위의 비율 (몰비)) 는 l/m = 40/60.
(A)-4 : 하기 화학식 (A-4) 로 나타내는 고분자 화합물. 이 고분자 화합물 (A-4) 에 대해, GPC 측정에 의해 구한 표준 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량 (Mw) 은 7200, 분자량 분산도 (Mw/Mn) 는 1.69. 13C-NMR 에 의해 구해진 공중합 조성비 (구조식 중의 각 구성 단위의 비율 (몰비)) 는 l/m/n/o = 15/30/50/5.
(A)-5 : 하기 화학식 (A-5) 로 나타내는 고분자 화합물. 이 고분자 화합물 (A-5) 에 대해, GPC 측정에 의해 구한 표준 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량 (Mw) 은 7200, 분자량 분산도 (Mw/Mn) 는 1.69. 13C-NMR 에 의해 구해진 공중합 조성비 (구조식 중의 각 구성 단위의 비율 (몰비)) 는 l/m/n/o = 15/30/50/5.
[화학식 101]
Figure pat00117
(B1)-1 ∼ (B1)-11 : 상기의 화합물 (B1-1) ∼ 화합물 (B1-11) 로 이루어지는 각각의 산 발생제.
(B2)-1 ∼ (B2)-12 : 하기의 화합물 (B2-1) ∼ 화합물 (B2-12) 로 이루어지는 각각의 산 발생제.
[화학식 102]
Figure pat00118
[화학식 103]
Figure pat00119
(D1)-1 : 상기의 화학식 (D1-1) 로 나타내는 화합물로 이루어지는 산 확산 제어제.
(D1)-2 : 상기의 화학식 (D1-2) 로 나타내는 화합물로 이루어지는 산 확산 제어제.
(D2)-1 : 하기 화학식 (D2-1) 로 나타내는 화합물로 이루어지는 산 확산 제어제.
(S)-1 : 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트/프로필렌글리콜모노메틸에테르 = 60/40 (질량비) 의 혼합 용제.
[화학식 104]
Figure pat00120
<레지스트 패턴의 형성>
헥사메틸디실라잔 (HMDS) 처리를 실시한 8 인치 실리콘 기판 상에, 각 예의 레지스트 조성물을 각각, 스피너를 사용하여 도포하고, 핫 플레이트 상에서, 온도 110 ℃ 에서 60 초간의 프리베이크 (PAB) 처리를 실시하고, 건조시킴으로써, 막두께 30 ㎚ 의 레지스트막을 형성하였다.
다음으로, 상기 레지스트막에 대해, 전자선 묘화 장치 JEOL-JBX-9300FS (닛폰 전자 주식회사 제조) 를 사용하여, 가속 전압 100 ㎸ 로, 타깃 사이즈를 라인폭 20 ∼ 50 ㎚ 의 1 : 1 라인 앤드 스페이스 패턴 (이하 「LS 패턴」) 으로 하는 묘화 (노광) 를 실시하였다. 그 후, 110 ℃ 에서 60 초간의 노광 후 가열 (PEB) 처리를 실시하였다.
이어서, 23 ℃ 에서, 2.38 질량％ 테트라메틸암모늄하이드록사이드 (TMAH) 수용액 「NMD-3」 (상품명, 도쿄 오카 공업 주식회사 제조) 을 사용하여, 60 초간의 알칼리 현상을 실시하였다.
그 후, 순수를 사용하여 15 초간 물 린스를 실시하였다.
그 결과, 라인폭 20 ∼ 50 ㎚ 의 1 : 1 의 LS 패턴이 형성되었다.
[최적 노광량 (Eop) 의 평가]
상기의 레지스트 패턴의 형성 방법에 의해 타깃 사이즈의 LS 패턴이 형성되는 최적 노광량 Eop (μC/㎠) 를 구하였다. 이것을 「Eop (μC/㎠)」 로 하여 표 6 ∼ 10 에 나타냈다.
[LWR (라인 위드스 러프니스) 의 평가]
상기 <레지스트 패턴의 형성> 에서 형성한 LS 패턴에 대해, LWR 을 나타내는 척도인 3σ 를 구하였다. 이것을 「LWR (㎚)」 로 하여 표 6 ∼ 10 에 나타냈다.
「3σ」 는, 주사형 전자 현미경 (가속 전압 800 V, 상품명 : S-9380, 히타치 하이테크놀로지즈사 제조) 에 의해, 라인의 길이 방향으로 라인 포지션을 400 지점 측정하고, 그 측정 결과로부터 구한 표준 편차 (σ) 의 3 배값 (3σ) (단위 : ㎚) 을 나타낸다.
그 3σ 의 값이 작을수록, 라인 측벽의 러프니스가 작고, 보다 균일한 폭의 LS 패턴이 얻어진 것을 의미한다.
Figure pat00121
Figure pat00122
Figure pat00123
Figure pat00124
Figure pat00125
표 6 ∼ 10 에 나타내는 결과로부터, 실시예의 레지스트 조성물에 의하면, 레지스트 패턴의 형성에 있어서 고감도화가 도모되고, 또한 러프니스가 저감된 양호한 형상의 레지스트 패턴을 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명했지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 부가, 생략, 치환, 및 그 밖의 변경이 가능하다. 본 발명은 전술한 설명에 의해 한정되지 않고, 첨부된 클레임의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (6)

  1. 노광에 의해 산을 발생하고, 또한 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 변화하는 레지스트 조성물로서,
    산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해성이 변화하는 기재 성분 (A), 및
    하기 일반식 (bd1) 로 나타내는, 아니온부와 카티온부로 이루어지는 화합물 (BD1) 을 함유하는, 레지스트 조성물.
    Figure pat00126

    [식 중, Rbd1 ∼ Rbd3 은, 각각 독립적으로 치환기를 가져도 되는 아릴기이다. 단, Rbd1 ∼ Rbd3 중 하나 이상은, 치환기를 갖는 아릴기이고, 상기 치환기는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이다. 이 아릴기가 갖는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 적어도 하나는, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 결합하고 있다. 또, Rbd1 ∼ Rbd3 에 있어서, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 결합하고 있는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 총수는 2 개 이상이다. Rbd1 ∼ Rbd3 중 2 개는, 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 축합 고리를 형성하고 있어도 된다. X- 는, 카운터 아니온이다.]
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화합물 (BD1) 이, 하기 일반식 (bd1-1) 로 나타내는 화합물인, 레지스트 조성물.
    Figure pat00127

    [식 중, R01 ∼ R15 는, 각각 독립적으로 치환기 또는 수소 원자이다. 단, R01, R05, R06, R10, R11 및 R15 중, 2 개 이상은, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이다. X- 는, 카운터 아니온이다.]
  3. 지지체 상에, 제 1 항에 기재된 레지스트 조성물을 사용하여 레지스트막을 형성하는 공정, 상기 레지스트막을 노광하는 공정, 및 상기 노광 후의 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 갖는, 레지스트 패턴 형성 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기의 레지스트막을 노광하는 공정에 있어서, 상기 레지스트막에, EUV (극단 자외선) 또는 EB (전자선) 를 노광하는, 레지스트 패턴 형성 방법.
  5. 하기 일반식 (bd1) 로 나타내는, 아니온부와 카티온부로 이루어지는 화합물.
    Figure pat00128

    [식 중, Rbd1 ∼ Rbd3 은, 각각 독립적으로 치환기를 가져도 되는 아릴기이다. 단, Rbd1 ∼ Rbd3 중 하나 이상은, 치환기를 갖는 아릴기이고, 상기 치환기는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이다. 이 아릴기가 갖는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 적어도 하나는, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 결합하고 있다. 또, Rbd1 ∼ Rbd3 에 있어서, 식 중의 황 원자와 결합하는 탄소 원자와 인접하는 탄소 원자에 결합하고 있는, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기의 총수는 2 개 이상이다. Rbd1 ∼ Rbd3 중 2 개는, 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 축합 고리를 형성하고 있어도 된다. X- 는, 카운터 아니온이다.]
  6. 제 5 항에 있어서,
    하기 일반식 (bd1-1) 로 나타내는, 아니온부와 카티온부로 이루어지는 화합물인, 화합물.
    Figure pat00129

    [식 중, R01 ∼ R15 는, 각각 독립적으로 치환기 또는 수소 원자이다. 단, R01, R05, R06, R10, R11 및 R15 중, 2 개 이상은, 치환기를 가져도 되는 불소화 알킬기이다. X- 는, 카운터 아니온이다.]
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