JP2014006403A

JP2014006403A - ポジ型レジスト材料及びパターン形成方法

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Publication number: JP2014006403A
Application number: JP2012142479A
Authority: JP
Inventors: Jun Hatakeyama; 畠山　　潤
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2032-06-25
Also published as: JP5735458B2

Abstract

【課題】高反射基板上でパターンを形成するための適度な吸収を有し、露光後のパターン形状と密着性と段差基板での埋め込み特性が良好で、また、イオンインプランテーションを行う際のイオンインプラント耐性を有するポジ型レジスト材料、及びパターン形成方法を提供することを目的とする。
【解決手段】カルボキシル基の水素原子が環構造を有する酸不安定基で置換された構造を有する繰り返し単位を含む重量平均分子量が１，０００〜５００，０００の範囲である高分子化合物と、置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド及びチモールフタレインから選ばれる１種以上のノボラック樹脂と、光酸発生剤とを含有するものであることを特徴とするポジ型レジスト材料を提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポジ型レジスト材料、特にイオンインプランテーションプロセスに好適な化学増幅ポジ型レジスト材料、及び該ポジ型レジスト材料を用いたパターン形成方法に関する。

近年、ＬＳＩの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が求められている中、現在汎用技術として用いられている光露光では、光源の波長に由来する本質的な解像度の限界に近づきつつある。レジストパターン形成の際に使用する露光光として、１９８０年代には水銀灯のｇ線（４３６ｎｍ）もしくはｉ線（３６５ｎｍ）を光源とする光露光が広く用いられた。更なる微細化のための手段として、露光波長を短波長化する方法が有効とされ、１９９０年代の６４Ｍビット（加工寸法が０．２５μｍ以下）ＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリー）以降の量産プロセスには、露光光源としてｉ線（３６５ｎｍ）に代わって短波長のＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）が利用された。しかし、更に微細な加工技術（加工寸法が０．２μｍ以下）を必要とする集積度２５６Ｍ及び１Ｇ以上のＤＲＡＭの製造には、より短波長の光源が必要とされ、１０年ほど前からＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）を用いたフォトリソグラフィーが本格的に検討されてきた。当初ＡｒＦリソグラフィーは１８０ｎｍノードのデバイス作製から適用されるはずであったが、ＫｒＦリソグラフィーは１３０ｎｍノードデバイス量産まで延命され、ＡｒＦリソグラフィーの本格適用は９０ｎｍノードからである。更に、ＮＡを０．９にまで高めたレンズと組み合わせた６５ｎｍノードデバイスの検討が行われている。次の４５ｎｍノードデバイスには露光波長の短波長化が推し進められ、波長１５７ｎｍのＦ_２リソグラフィーが候補に挙がった。しかしながら、投影レンズに高価なＣａＦ_２単結晶を大量に用いることによるスキャナーのコストアップ、ソフトペリクルの耐久性が極めて低いためのハードペリクル導入に伴う光学系の変更、レジスト膜のエッチング耐性低下等の種々の問題により、Ｆ_２リソグラフィーの先送りと、ＡｒＦ液浸リソグラフィーの早期導入が提唱された。

ＡｒＦ液浸リソグラフィーにおいては、投影レンズとウエハーの間に水を含浸させることが提案されている。１９３ｎｍにおける水の屈折率は１．４４であり、ＮＡ（開口数）１．０以上のレンズを使ってもパターン形成が可能で、理論上はＮＡを１．４４近くにまで上げることができる。当初、水温変化に伴う屈折率変化による解像性の劣化やフォーカスのシフトが指摘された。水温を１／１００℃以内にコントロールすることと、露光によるレジスト膜からの発熱による影響もほぼ心配ないことが確認され、屈折率変化の問題が解決された。水中のマイクロバブルがパターン転写されることも危惧されたが、水の脱気を十分に行うことと、露光によるレジスト膜からのバブル発生の心配がないことが確認された。１９８０年代の液浸リソグラフィーの初期段階では、ステージを全て水に浸ける方式が提案されていたが、高速スキャナーの動作に対応するために投影レンズとウエハーの間のみに水を挿入し、水の給排水ノズルを備えたパーシャルフィル方式が採用された。水を用いた液浸によって原理的にはＮＡが１以上のレンズ設計が可能になったが、従来の屈折率系による光学系では巨大なレンズになってしまい、レンズが自身の自重によって変形してしまう問題が生じた。よりコンパクトなレンズ設計のために反射屈折（Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ）光学系が提案され、ＮＡ１．０以上のレンズ設計が加速された。ＮＡ１．３５のレンズと強い超解像技術の組み合わせで４５ｎｍノードのデバイスの量産が行われている。

ＣＭＯＳデバイスのｐウエルとｎウエルを形成するためＫｒＦレジストパターンをマスクにしてイオンを打ち込んで形成される場合があるが、微細化の進行と共にＡｒＦレジストパターンが検討されるようになってきた。イオンインプランテーションのためには、レジストパターンのスペース部分の基板面が現れている必要がある。レジスト膜の下に反射防止膜（ＢＡＲＣ）層が存在すると、ＢＡＲＣ層によってイオンがトラップされてしまうのである。しかしながら、ＢＡＲＣ無しでフォトレジスト膜をパターニングすると、基板反射による定在波が発生し、現像後のレジストパターンの側壁に強い凹凸が生じてしまう。定在波による凹凸をスムージングによって滑らかにするために、酸の拡散を大きくするための酸拡散し易い分子量の小さい酸が発生する酸発生剤（ＰＡＧ）や高温ＰＥＢの適用が効果的とされている。ＫｒＦ露光のイオンインプランテーションレジストパターンが解像する２００〜３００ｎｍの寸法では酸拡散の増大によって解像性が劣化することがなかったが、ＡｒＦ露光のイオンインプランテーションレジストパターンが解像する２００ｎｍ以下の寸法では酸の拡散によって解像性が劣化したりプロキシミティーバイアスが大きくなったりするため、好ましいことではない。

フォトレジスト膜自体に吸収を持たせることによって定在波の発生を防止するダイ入りレジストは、最も古典的な方法であり、ｉ線やｇ線のノボラックレジストから検討されてきた。ＡｒＦ露光に用いられる吸収成分としてはベンゼン環がベースポリマーへ導入されたり、ベンゼン環を有する添加剤の検討が行われている。しかしながら、吸収成分によって完全に定在波を防止することはできないし、吸収を大きくすると定在波は低減するもののレジストパターンの断面が台形のテーパー形状になってしまう問題が生じる。

ナフタレン環はベンゼン環よりもエッチング耐性が高いために、レジストポリマーへの適用が試みられている（特許文献１，２）。特にヒドロキシ基を有するナフタレン環やアセナフテンは、ラクトン環だけを密着性基として用いた場合よりも基板への密着性が向上するメリットがある。

酸不安定基を有するメタクリレートをクレゾールノボラックとブレンドしたＫｒＦ露光でパターンを形成するイオンインプランテーションレジスト材料が提案されている（特許文献３）。この場合、安価なクレゾールノボラック樹脂を用いることができる価格的なメリットがあるが、クレゾールノボラック樹脂の強い吸収のためにＡｒＦ露光には適用することができない。

酸不安定基で置換又は未置換のヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシナフタレンを添加したイオンインプランテーションレジスト材料が提案されている（特許文献４）。モノマー成分を添加することによって、段差基板上での埋め込み特性を向上させることができる。しかしながら、ナフタレンは昇華性があるためにベーク中にナフタレン成分が蒸発し、ホットプレートの天板に付着する問題を引き起こすリスクがある。

ナフタレン環、アセナフテンを有するイオンインプランテーションレジスト材料が提案されている（特許文献５）。ナフタレンを有するモノマー及びアセナフチレンを、酸不安定基を有するモノマー及びラクトンを有する密着性基のモノマーと共重合した高分子化合物をベースポリマーとして用いている。ここで、ナフタレンがヒドロキシ基を有している場合は基板密着性が向上するが、埋め込み特性が向上することはない。

ｔ−ブチル（メタ）アクリレートとノボラック樹脂をブレンドした厚膜レジスト材料が提案されている（特許文献６）。ここでノボラック樹脂としてジヒドロキシナフタレンを用いたノボラック樹脂が挙げられている。しかしながら、イオンインプランテーション用途とした場合、酸不安定基がｔ−ブチルでは溶解阻止能が不足するためにリソグラフィー特性が劣り、イオンを打ち込んだときのマスク機能が劣る問題がある。

ヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基で置換されたフェノールフタレイン、フェノールレッド、ナフトールフタレイン、フルオレセインを溶解阻止剤として添加したＫｒＦ、ＥＢレジストが提案されている（特許文献７）。フェノールフタレイン、フェノールレッド、ナフトールフタレイン、フルオレセインはアルカリ水溶液中でカルボキシル基やスルホ基を発生させ、酸の脱保護と相まって露光部の溶解速度が増加することが記載されている。

特許第３８２９９１３号公報特許第３７９６５６８号公報米国特許第５３７２９１２号明細書特開２００７−７９５５２号公報特開２００８−１９７６０６号公報特開２００８−２４９９９３号公報特開平５−１３４４１５号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、高反射基板上でパターンを形成するための適度な吸収を有し、露光後のパターン形状と密着性と段差基板での埋め込み特性が良好で、また、イオンインプランテーションを行う際のイオンインプラント耐性を有するポジ型レジスト材料、及びパターン形成方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明によれば、カルボキシル基の水素原子が環構造を有する酸不安定基で置換された構造を有する繰り返し単位を含む重量平均分子量が１，０００〜５００，０００の範囲である高分子化合物と、置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド及びチモールフタレインから選ばれる１種以上のノボラック樹脂と、光酸発生剤とを含有するものであることを特徴とするポジ型レジスト材料を提供する。

このような、ベース樹脂として前記高分子化合物と、置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインのノボラック樹脂とをブレンドしたものを用いた本発明のポジ型レジスト材料は、特に高反射の段差基板上での解像性、埋め込み特性及び密着性、プロセス適応性に優れ、露光後のパターン形状が良好となる。また、イオンインプランテーションを行う際のイオンインプラント耐性を有する。

また、前記カルボキシル基の水素原子が環構造を有する酸不安定基で置換された構造を有する繰り返し単位が、下記一般式（１）で示される繰り返し単位ａであることが好ましい。

（式中、Ｒ^１は水素原子又はメチル基である。Ｘは単結合、エステル基，エーテル基及びラクトン環から選ばれる１種又は２種以上を有する炭素数１〜１４の連結基、又はナフチレン基であり、Ｒ^２は環構造を有する酸不安定基である。）

このように、前記高分子化合物中に含まれるカルボキシル基の水素原子が環構造を有する酸不安定基で置換された構造を有する繰り返し単位は、上記一般式（１）で示されるような、カルボキシル基の水素原子が環構造を有する酸不安定基Ｒ^２で置換された構造を有するものであることが好ましい。

また、前記置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド及びチモールフタレインから選ばれる１種以上のノボラック樹脂が、下記一般式（２）で示される繰り返し単位を有する重量平均分子量が４００〜２０，０００の範囲の樹脂であることが好ましい。

（式中、Ｒ^３、Ｒ^４は水素原子、又は酸不安定基である。Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７は水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基及び炭素数１〜４のアルコキシ基のいずれか、又は、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシロキシ基、エーテル基及びスルフィド基のいずれかを有していてもよい、炭素数１〜１０の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数２〜１０のアルケニル基、又は炭素数６〜１０のアリール基である。Ｒ^８は水素原子、又は、ヒドロキシ基、アルコキシ基、エーテル基及びチオエーテル基のいずれかを有していてもよい炭素数１〜６の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数２〜１０のアルケニル基、炭素数６〜１０のアリール基である。Ｙは−Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｓ（＝Ｏ）_２−、であり、ｍ、ｎ、ｐ、ｑ、ｒは１又は２である。）

このように、置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインのノボラック樹脂としては、上記一般式（２）で示される繰り返し単位を有する重量平均分子量が４００〜２０，０００の樹脂であることが好ましい。

また、前記高分子化合物は、上記一般式（１）で示される繰り返し単位ａに加えて、ヒドロキシ基、カルボキシル基、ラクトン環、カーボネート基、チオカーボネート基、カルボニル基、環状アセタール基、エーテル基、エステル基、スルホン酸エステル基、シアノ基及びアミド基から選ばれる密着性基を有する繰り返し単位ｂを有する（ここで０＜ａ＜１．０、０＜ｂ＜１．０、０．２≦ａ＋ｂ≦１．０の範囲である。）重量平均分子量が１，０００〜５００，０００の範囲である高分子化合物であることが好ましい。

このように、前記高分子化合物が、前記一般式（１）で示される繰り返し単位ａに加えて、上記のような密着性基を有する繰り返し単位ｂを含むものであれば、更に、基板への密着性が向上するために好ましい。

また、更に、有機溶剤を含有し、化学増幅型のレジスト材料であることが好ましい。

このように、更に有機溶剤を配合することによって、例えば、レジスト材料の基板等への塗布性を向上させることができる。また、化学増幅型のレジスト材料であれば、高感度のレジストを高い生産性で製造でき、また半導体回路形成におけるリソグラフィーだけでなく、マスク回路パターンの形成、あるいはマイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド回路形成にも応用することができる。

更に、添加剤として、塩基性化合物及び／又は界面活性剤を含有するものであることが好ましい。

このように塩基性化合物を配合することによって、レジスト膜中での酸の拡散速度を抑制し、解像度を一層向上させることができ、界面活性剤を添加することによってレジスト材料の塗布性を一層向上あるいは制御することができる。

また、本発明では、前記ポジ型レジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後、高エネルギー線で露光する工程と、現像液を用いて現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法を提供する。

このように、上記本発明のポジ型レジスト材料を用いたパターン形成方法であれば、矩形性や密着性に優れ、側壁ラフネスが抑制されたレジストパターンを形成することが可能となる。

また、高エネルギー線としてＡｒＦエキシマレーザーを用いることが好ましい。

前記ノボラック樹脂を含むベース樹脂は、高エネルギー線の中でも、特に波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーにおいて適度な吸収を有するため、高エネルギー線としてＡｒＦエキシマレーザーを用いる時に好適である。

また、前記現像液を用いて現像する工程後に、基板にイオンを打ち込むことが好ましい。

このように、現像液を用いて現像して形成したレジストパターンをマスクにして基板にイオンの打ち込みを行うことによって、イオンインプランテーションを行うことができる。本発明のポジ型レジスト材料は、イオン打ち込み耐性を有するために、イオンインプランテーションを好適に行うことができる。

本発明のポジ型レジスト材料は、高反射の段差基板上での解像性、感度、埋め込み特性及び基板への密着性に優れ、露光後のパターン形状とエッジラフネスが良好である。また、イオンインプランテーションを行う際のイオンインプラント耐性を有する。従って、特に超ＬＳＩ製造用あるいはＥＢ描画によるフォトマスクの微細パターン形成材料等として好適なポジ型レジスト材料、特には化学増幅ポジ型レジスト材料を得ることができる。

以下、本発明につき更に詳しく説明する。
上記のように、高反射基板上でパターンを形成するための適度な吸収を有し、露光後のパターン形状と密着性と段差基板での埋め込み特性が良好で、また、イオンインプランテーションを行う際のイオンインプラント耐性を有するポジ型レジスト材料が求められていた。

本発明者らは、上記目的を達成するため、近年要望されるＡｒＦ露光でパターンを形成した後にイオンインプランテーションを行うためのレジスト材料を得るべく鋭意検討を重ねた。

本発明者らは、高反射基板で露光するために、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーに適度な吸収を有するフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインから選ばれる１種以上のノボラック樹脂を用いることを考えた。しかし、フェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインを前記特許文献７に挙げられているような酸不安定基を繰り返し単位として有するメタクリレートに共重合して導入した場合、基板反射を抑え無機基板での密着性を向上させることはできるが、段差基板上での埋め込み特性を向上させることはできない。埋め込み特性を向上させるには、低分子体を添加することが効果的であるが、酸不安定基を有する樹脂の分子量を下げると酸の拡散が大きくなって解像性を劣化させる。フェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインのモノマーの添加はベーク中の昇華成分の発生や、ＰＥＢ中の酸拡散の増大により解像性能の低下につながる。

そこで、本発明者らは、カルボキシル基の水素原子が環構造を有する酸不安定基で置換された構造を有する繰り返し単位を含む重量平均分子量が１，０００〜５００，０００の範囲である高分子化合物と、フェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインから選ばれる１種以上のノボラック樹脂とをブレンドした樹脂を、ポジ型レジスト材料、特に化学増幅ポジ型レジスト材料のベース樹脂として用いれば極めて有効であることを知見し、本発明を完成させたものである。

以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明に係るポジ型レジスト材料は、カルボキシル基の水素原子が環構造を有する酸不安定基で置換された構造を有する繰り返し単位を含む高分子化合物と、置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインから選ばれる１種以上のノボラック樹脂とをベース樹脂として含有し、更に、光酸発生剤を含有するものである。

本発明のポジ型レジスト材料は、特に高反射の段差基板上での解像性と埋め込み特性と密着性に優れ、高解像性を有し、プロセス適応性に優れ、露光後のパターン形状が良好である。従って、これらの優れた特性を有することから実用性が極めて高く、超ＬＳＩ用のイオンインプランテーションプロセス用レジスト材料及びマスクパターン形成材料として非常に有効である。

カルボキシル基の水素原子が環構造を有する酸不安定基で置換された構造を有する繰り返し単位としては、好ましくは下記一般式（１）で示される繰り返し単位ａが挙げられる。

上記一般式（１）で示される、環構造を有する酸不安定基で置換された構造を有する繰り返し単位ａを得るためのモノマーＭａとしては、下記一般式で示すことができる。

（ここで、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｘは前述の通りである。）

この場合、Ｘの炭素数１〜１４の連結基としては、直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基，フェニレン基，ナフチレン基等のアリーレン基、及びこれらのアルキレン基とアリーレン基が結合したアラルキレン基等が挙げられる。また、Ｘのラクトン環を有する炭素数１〜１４の連結基としては、下記のものを例示することができる。

繰り返し単位ａを得るためのモノマーＭａとしては、具体的には下記に例示される。

上記一般式（１）中のＲ^２の酸不安定基は、種々選定されるが、同一でも異なっていてもよく、特に下記一般式（Ａ−１）で示されるものが挙げられる。

（式中、Ｒ^３４は炭素数１〜１６の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数６〜１０のアリール基、炭素数２〜１６のアルケニル基であり、酸素原子、硫黄原子などを含んでいてもよい。Ｒ^３５とＲ^３６は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に炭素数３〜２０、特に４〜１６の非芳香環を形成する。）

式（Ａ−１）の酸不安定基としては、下記式（Ａ−１）−１〜（Ａ−１）−１０で示される基等を具体的に挙げることができる。

また、Ｒ^２としては、下記式（Ａ−１）−１１〜（Ａ−１）−１８で示される基等も好ましく使用できる。

式（Ａ−１）−１〜（Ａ−１）−１０、（Ａ−１）−１１〜（Ａ−１）−１８中、Ｒ^４３は同一又は異種の炭素数１〜８の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は炭素数６〜２０のフェニル基、ナフチレン基等のアリール基を示す。Ｒ^４４、Ｒ^４５は水素原子、又は炭素数１〜２０の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示す。

前記一般式（１）で示される繰り返し単位ａとしては、特に好ましくは、下記一般式（３）に示されるエキソ体構造を有する（メタ）アクリル酸エステルの繰り返し単位が好ましく挙げられる。

（式中、Ｒ^１は前述の通り、Ｒ^ｃ３は炭素数１〜８の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又は炭素数６〜２０の置換されていてもよいアリール基を示す。Ｒ^ｃ４〜Ｒ^ｃ９及びＲ^ｃ１２、Ｒ^ｃ１３はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数１〜１５のヘテロ原子を含んでもよい１価の炭化水素基を示し、Ｒ^ｃ１０、Ｒ^ｃ１１は水素原子又は炭素数１〜１５のヘテロ原子を含んでもよい１価の炭化水素基を示す。Ｒ^ｃ４とＲ^ｃ５、Ｒ^ｃ６とＲ^ｃ８、Ｒ^ｃ６とＲ^ｃ９、Ｒ^ｃ７とＲ^ｃ９、Ｒ^ｃ７とＲ^ｃ１３、Ｒ^ｃ８とＲ^ｃ１２、Ｒ^ｃ１０とＲ^ｃ１１又はＲ^ｃ１１とＲ^ｃ１２は互いに環を形成していてもよく、その場合には環の形成に関与する基は炭素数１〜１５のヘテロ原子を含んでもよい２価の炭化水素基を示す。またＲ^ｃ４とＲ^ｃ１３、Ｒ^ｃ１０とＲ^ｃ１３又はＲ^ｃ６とＲ^ｃ８は隣接する炭素に結合するもの同士で何も介さずに結合し、二重結合を形成してもよい。また、本式により、鏡像体も表す。）

ここで、上記一般式（３）に示すエキソ構造を有する繰り返し単位を得るためのエステル体のモノマーとしては特開２０００−３２７６３３号公報に示されている。具体的には下記に挙げることができるが、これらに限定されることはない。

また、酸不安定基を有する繰り返し単位ａとしては、下記式（４）に示されるフランジイル基、テトラヒドロフランジイル基又はオキサノルボルナンジイル基を有する（メタ）アクリル酸エステルの繰り返し単位を挙げることができる。

（式中、Ｒ^１は前述の通りである。Ｒ^ｃ１４、Ｒ^ｃ１５はそれぞれ独立に炭素数１〜１０の直鎖状、分岐状又は環状の１価炭化水素基を示す。Ｒ^ｃ１４、Ｒ^ｃ１５は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。Ｒ^ｃ１６はフランジイル基、テトラヒドロフランジイル基又はオキサノルボルナンジイル基から選ばれる２価の基を示す。Ｒ^ｃ１７は水素原子又はヘテロ原子を含んでもよい炭素数１〜１０の直鎖状、分岐状又は環状の１価炭化水素基を示す。）

フランジイル基、テトラヒドロフランジイル基又はオキサノルボルナンジイル基を有する酸不安定基で置換された繰り返し単位を得るためのモノマーは、下記に例示される。なお、Ａｃはアセチル基、Ｍｅはメチル基を示す。

また、上記一般式（１）中のＲ^２の環構造を有する酸不安定基としては、下記一般式（Ａ−２）で示される酸不安定基も挙げることができる。

（式中、Ｒ^１９は水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、アルコキシ基、アルカノイル基又はアルコキシカルボニル基である。ｍ１９は１〜４の整数である。）

式（Ａ−２）で示される酸不安定基によって置換されたカルボキシル基を有するモノマーは、具体的には下記に例示される。

また、本発明において、ベース樹脂として用いる前記高分子化合物が、前記一般式（１）で示される繰り返し単位ａに加えて、ヒドロキシ基、カルボキシル基、ラクトン環、カーボネート基、チオカーボネート基、カルボニル基、環状アセタール基、エーテル基、エステル基、スルホン酸エステル基、シアノ基及びアミド基から選ばれる密着性基を有する繰り返し単位ｂを含む高分子化合物（該高分子化合物に含まれる全繰り返し単位に対する前記繰り返し単位ａ及び前記繰り返し単位ｂのモル比は、０＜ａ＜１．０、０＜ｂ＜１．０、０．２≦ａ＋ｂ≦１．０の範囲である。）であることが好ましい。

ヒドロキシ基、カルボキシル基、ラクトン環、カーボネート基、チオカーボネート基、カルボニル基、環状アセタール基、エーテル基、エステル基、スルホン酸エステル基、シアノ基及びアミド基から選ばれる密着性基を有する繰り返し単位ｂを得るためのモノマーとしては、具体的には下記に例示することができる。

ヒドロキシ基を有するモノマーの場合、重合時にヒドロキシ基をエトキシエトキシ基などの酸によって脱保護し易いアセタール基で置換しておいて重合後に弱酸と水によって脱保護を行ってもよいし、アセチル基、ホルミル基、ピバロイル基等で置換しておいて重合後にアルカリ加水分解を行ってもよい。

本発明の高分子化合物は、上記一般式（１）で示される繰り返し単位ａ、密着性基を有する繰り返し単位ｂ以外の繰り返し単位を共重合することもでき、下記一般式（５）で示されるスルホニウム塩ｃ１、ｃ２、ｃ３の繰り返し単位ｃを共重合することができる。特開平４−２３０６４５号公報、特開２００５−８４３６５号公報、特開２００６−０４５３１１号公報には、特定のスルホン酸が発生する重合性オレフィンを有するスルホニウム塩、ヨードニウム塩が提案されている。特開２００６−１７８３１７号公報には、スルホン酸が主鎖に直結したスルホニウム塩が提案されている。

（式中、Ｒ^２０、Ｒ^２４、Ｒ^２８は水素原子又はメチル基、Ｒ^２１は単結合、フェニレン基、−Ｏ−Ｒ−、又は−Ｃ（＝Ｏ）−Ｗ−Ｒ−である。Ｗは酸素原子又はＮＨ、Ｒは炭素数１〜６の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、アルケニレン基又はフェニレン基であり、カルボニル基（−ＣＯ−）、エステル基（−ＣＯＯ−）、エーテル基（−Ｏ−）又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。Ｒ^２２、Ｒ^２３、Ｒ^２５、Ｒ^２６、Ｒ^２７、Ｒ^２９、Ｒ^３０、Ｒ^３１は同一又は異種の炭素数１〜１２の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、カルボニル基、エステル基又はエーテル基を含んでいてもよく、又は炭素数６〜１２のアリール基、炭素数７〜２０のアラルキル基又はチオフェニル基を表す。Ｚ^０は単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化されたフェニレン基、−Ｏ−Ｒ^３２−、又は−Ｃ（＝Ｏ）−Ｚ^１−Ｒ^３２−である。Ｚ^１は酸素原子又はＮＨ、Ｒ^３２は炭素数１〜６の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、アルケニレン基又はフェニレン基であり、カルボニル基、エステル基、エーテル基又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。Ｍ⁻は非求核性対向イオンを表す。０≦ｃ１≦０．５、０≦ｃ２≦０．５、０≦ｃ３≦０．５、０≦ｃ１＋ｃ２＋ｃ３≦０．５である。）

このように、ポリマー（高分子化合物）主鎖に酸発生剤を結合させることによって酸拡散を小さくし、酸拡散のぼけによる解像性の低下を防止できる。また、酸発生剤が均一に分散することによってエッジラフネス（ＬＥＲ、ＬＷＲ）が改善される。

Ｍ⁻の非求核性対向イオンとしては、塩化物イオン、臭化物イオン等のハライドイオン、トリフレート、１，１，１−トリフルオロエタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート等のフルオロアルキルスルホネート、トシレート、ベンゼンスルホネート、４−フルオロベンゼンスルホネート、１，２，３，４，５−ペンタフルオロベンゼンスルホネート等のアリールスルホネート、メシレート、ブタンスルホネート等のアルキルスルホネート、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、ビス（パーフルオロエチルスルホニル）イミド、ビス（パーフルオロブチルスルホニル）イミド等のイミド酸、トリス（トリフルオロメチルスルホニル）メチド、トリス（パーフルオロエチルスルホニル）メチドなどのメチド酸を挙げることができる。

Ｍ⁻の非求核性対向イオンとしては、更には、下記一般式（Ｋ−１）に示されるα位がフルオロ置換されたスルホネート、下記一般式（Ｋ−２）に示されるα，β位がフルオロ置換されたスルホネートが挙げられる。

一般式（Ｋ−１）中、Ｒ^１０２は水素原子、炭素数１〜２０の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数２〜２０のアルケニル基、又は炭素数６〜２０のアリール基であり、エーテル基、エステル基、カルボニル基、ラクトン環、又はフッ素原子を有していてもよい。
一般式（Ｋ−２）中、Ｒ^１０３は水素原子、炭素数１〜３０の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アシル基、炭素数２〜２０のアルケニル基、炭素数６〜２０のアリール基、又はアリーロキシ基であり、エーテル基、エステル基、カルボニル基、又はラクトン環を有していてもよい。

また、下記一般式（６）に示されるインデンｄ１、アセナフチレンｄ２、クロモンｄ３、クマリンｄ４、ノルボルナジエンｄ５などの繰り返し単位ｄを共重合することもできる。

（式中、Ｒ^１１０〜Ｒ^１１４は水素原子、炭素数１〜３０のアルキル基、一部又は全てがハロゲン原子で置換されたアルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルカノイル基又はアルコキシカルボニル基、又は炭素数６〜１０のアリール基、ハロゲン原子、又は１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２−プロパノール基である。Ｘはメチレン基、酸素原子、又は硫黄原子である。０≦ｄ１≦０．４、０≦ｄ２≦０．４、０≦ｄ３≦０．４、０≦ｄ４≦０．４、０≦ｄ５≦０．４、０≦ｄ１＋ｄ２＋ｄ３＋ｄ４＋ｄ５≦０．５である。）

上記繰り返し単位ａ、ｂ、ｃ、ｄ以外に共重合できる繰り返し単位ｅとしては、スチレン、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、ビニルピレン、メチレンインダンなどに由来するものが挙げられる。

本発明の高分子化合物を合成するには、１つの方法としては、繰り返し単位ａ〜ｅを与えるモノマーのうち所望のモノマーを、有機溶剤中、ラジカル重合開始剤を加えて加熱重合を行い、共重合体の高分子化合物を得ることができる。

重合時に使用する有機溶剤としてはトルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジオキサン、シクロヘキサン、シクロペンタン、メチルエチルケトン、γ−ブチロラクトン等が例示できる。重合開始剤としては、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、ジメチル２，２−アゾビス（２−メチルプロピオネート）、ベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド等が例示でき、好ましくは５０〜８０℃に加熱して重合できる。反応時間としては２〜１００時間、好ましくは５〜２０時間である。

ヒドロキシスチレン、ヒドロキシビニルナフタレンを共重合する場合は、ヒドロキシスチレン、ヒドロキシビニルナフタレンの代わりにアセトキシスチレン、アセトキシビニルナフタレンを用い、重合後上記アルカリ加水分解によってアセトキシ基を脱保護してヒドロキシスチレン単位、ヒドロキシビニルナフタレン単位にする方法もある。

アルカリ加水分解時の塩基としては、アンモニア水、トリエチルアミン等が使用できる。また反応温度としては−２０〜１００℃、好ましくは０〜６０℃であり、反応時間としては０．２〜１００時間、好ましくは０．５〜２０時間である。

ここで、繰り返し単位ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの割合は、０＜ａ≦１．０、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５、０≦ｄ≦０．５、０≦ｅ≦０．５、特に０．１≦ａ≦０．９、０．１≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．４、０≦ｄ≦０．４、０≦ｅ≦０．４であり、好ましくは０．１５≦ａ≦０．８、０．２≦ｂ≦０．８、０≦ｃ≦０．３、０≦ｄ≦０．３、０≦ｅ≦０．３、より好ましくは０．２０≦ａ≦０．７、０．２５≦ｂ≦０．７、０≦ｃ≦０．２５、０≦ｄ≦０．２５、０≦ｅ≦０．２５である。ここで、ｃ＝ｃ１＋ｃ２＋ｃ３、ｄ＝ｄ１＋ｄ２＋ｄ３＋ｄ４＋ｄ５である。この場合、繰り返し単位ａ〜ｅの合計はａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１である。

本発明のポジ型レジスト材料に用いられる本発明の高分子化合物は、重量平均分子量が１，０００〜５００，０００である。好ましくは２，０００〜３０，０００である。重量平均分子量が小さすぎるとレジスト材料が耐熱性に劣るものとなり、大きすぎるとアルカリ溶解性が低下し、パターン形成後に裾引き現象が生じ易くなってしまう。
なお、重量平均分子量（Ｍｗ）は溶剤としてテトラヒドロフランを用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）によるポリスチレン換算の測定値である（以下、同じ）。

更に、本発明のポジ型レジスト材料に用いられる本発明の高分子化合物においては、多成分共重合体の分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が広い場合は低分子量や高分子量のポリマーが存在するために、露光後パターン上に異物が見られたり、パターンの形状が悪化したりする。それ故、パターンルールが微細化するに従ってこのような分子量、分子量分布の影響が大きくなり易いことから、微細なパターン寸法に好適に用いられるレジスト材料を得るには、使用する多成分共重合体の分子量分布は１．０〜２．０、特に１．０〜１．５と狭分散であることが好ましい。
また、組成比率や分子量分布や分子量が異なる２つ以上の本発明に係る高分子化合物を用いることも可能である。

本発明のポジ型レジスト材料は、前述の高分子化合物に加えて置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインから選ばれる１種以上のノボラック樹脂をブレンドしたものをベース樹脂とすることを特徴とする。フェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインから選ばれる１種以上のノボラック樹脂をブレンドすることによって、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーにおける適度な吸収を有することにより基板反射を抑える効果がある。ノボラック樹脂は分子量分布が広く、分子量自体が低いために段差基板上での埋め込み特性に優れ、モノマー成分の添加に比べて昇華成分の発生と酸拡散の増大を抑えることができ、無機基板上の密着性を向上させることもできる。

本発明の置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインから選ばれる１種以上のノボラック樹脂としては、下記一般式（２）で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂が好ましい。

上記一般式（２）で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂を得るためのモノマーとしては、具体的には下記に例示することが出来る。

置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインをノボラック化する場合、他のモノマーと共縮合することが出来る。共縮合できるモノマーとしては具体的には、フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、２，３−ジメチルフェノール、２，５−ジメチルフェノール、３，４−ジメチルフェノール、３，５−ジメチルフェノール、２，４−ジメチルフェノール、２，６−ジメチルフェノール、２，３，５−トリメチルフェノール、３，４，５−トリメチルフェノール、２−ｔ−ブチルフェノール、３−ｔ−ブチルフェノール、４−ｔ−ブチルフェノール、２−フェニルフェノール、３−フェニルフェノール、４−フェニルフェノール、３，５−ジフェニルフェノール、２−ナフチルフェノール、３−ナフチルフェノール、４−ナフチルフェノール、４−トリチルフェノール、レゾルシノール、２−メチルレゾルシノール、４−メチルレゾルシノール、５−メチルレゾルシノール、カテコール、４−ｔ−ブチルカテコール、２−メトキシフェノール、３−メトキシフェノール、２−プロピルフェノール、３−プロピルフェノール、４−プロピルフェノール、２−イソプロピルフェノール、３−イソプロピルフェノール、４−イソプロピルフェノール、２−メトキシ−５−メチルフェノール、２−ｔ−ブチル−５−メチルフェノール、ピロガロール、チモール、イソチモール、４，４’−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビスフェノール、２，２’ジメチル−４，４’−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビスフェノール、２，２’ジアリル−４，４’−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビスフェノール、２，２’ジフルオロ−４，４’−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビスフェノール、２，２’ジフェニル−４，４’−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビスフェノール、２，２’ジメトキシ−４，４’−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビスフェノール、２，３，２’，３’−テトラヒドロ−（１，１’）−スピロビインデン−６，６’−ジオール、３，３，３’，３’−テトラメチル−２，３，２’，３’−テトラヒドロ−（１，１’）−スピロビインデン−６，６’−ジオール、３，３，３’，３’，４，４’−ヘキサメチル−２，３，２’，３’−テトラヒドロ−（１，１’）−スピロビインデン−６，６’−ジオール、２，３，２’，３’−テトラヒドロ−（１，１’）−スピロビインデン−５，５’−ジオール、５，５‘−ジメチル−３，３，３’，３’−テトラメチル−２，３，２’，３’−テトラヒドロ−（１，１’）−スピロビインデン−６，６’−ジオール、１，２−ジヒドロキシナフタレン、１，３−ジヒドロキシナフタレン、１，４−ジヒドロキシナフタレン、１，５−ジヒドロキシナフタレン、１，６−ジヒドロキシナフタレン、１，７−ジヒドロキシナフタレン、１，８−ジヒドロキシナフタレン、２，３−ジヒドロキシナフタレン、２，４−ジヒドロキシナフタレン、２，５−ジヒドロキシナフタレン、２，６−ジヒドロキシナフタレン、２，７−ジヒドロキシナフタレン、２，８−ジヒドロキシナフタレンを挙げることができる。ジヒドロキシナフタレンと共縮合できる化合物としては、１−ナフトール、２−ナフトール、２−メチル−１−ナフトール、４−メトキシ−１−ナフトール、７−メトキシ−２−ナフトール、６−メトキシ−２−ナフトール、３−メトキシ−２−ナフトール、１，４−ジメトキシナフタレン、１，５−ジメトキシナフタレン、１，６−ジメトキシナフタレン、１，７−ジメトキシナフタレン、１，８−ジメトキシナフタレン、２，３−ジメトキシナフタレン、２，６−ジメトキシナフタレン、２，７−ジメトキシナフタレン、３−ヒドロキシ−ナフタレン−２−カルボン酸メチル、ナフタレン、１−メチルナフタレン、２−メチルナフタレン、１，２−ジメチルナフタレン、１，３−ジメチルナフタレン、１，４−ジメチルナフタレン、１，５−ジメチルナフタレン、１，６−ジメチルナフタレン、１，７−ジメチルナフタレン、１，８−ジメチルナフタレン、２，３−ジメチルナフタレン、２，６−ジメチルナフタレン、２，７−ジメチルナフタレン、１−エチルナフタレン、２−エチルナフタレン、１−プロピルナフタレン、２−プロピルナフタレン、１−ブチルナフタレン、２−ブチルナフタレン、１−フェニルナフタレン、１−シクロヘキシルナフタレン、１−シクロペンチルナフタレン、１，１’−ビ（２−ナフトール）、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、インデン、ヒドロキシアントラセン、アセナフチレン、アセナフテン、ビフェニル、ビスフェノール、トリスフェノール、ジシクロペンタジエン、１，５−ジメチルナフタレン、６，６’−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビス−２−ナフトールを挙げることができる。

ノボラック樹脂のアルカリ溶解速度が速すぎるとレジストパターンの膜減りを生じさせることがある。アルカリ溶解速度を低下させるためにヒドロキシ基が１つのナフトールあるいはヒドロキシ基がアルコキシ基で置換されたアルコキシナフタレン、ジアルコキシナフタレンを共縮合すること、あるいはフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインノボラック樹脂のヒドロキシ基を酸不安定基で置換することが有効である。

置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインをノボラック樹脂にする場合、アルデヒド類を加えてノボラック化する。ノボラック化することによって分子量が増大し、ベーク時の低分子量体によるアウトガスやパーティクルの発生を抑えることができる。
ここで用いられるアルデヒド類としては、例えばホルムアルデヒド、トリオキサン、パラホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド、メトキシベンズアルデヒド、フェニルベンズアルデヒド、トリチルベンズアルデヒド、シクロヘキシルベンズアルデヒド、シクロペンチルベンズアルデヒド、ｔ−ブチルベンズアルデヒド、ナフタレンアルデヒド、ヒドロキシナフタレンアルデヒド、アントラセンアルデヒド、フルオレンアルデヒド、ピレンアルデヒド、メトキシナフタレンアルデヒド、ジメトキシナフタレンアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、ナフタレンアセトアルデヒド、置換又は非置換のカルボキシルナフタレンアセトアルデヒド、α−フェニルプロピルアルデヒド、β−フェニルプロピルアルデヒド、ｏ−ヒドロキシベンズアルデヒド、ｍ−ヒドロキシベンズアルデヒド、ｐ−ヒドロキシベンズアルデヒド、ｏ−クロロベンズアルデヒド、ｍ−クロロベンズアルデヒド、ｐ−クロロベンズアルデヒド、ｏ−ニトロベンズアルデヒド、ｍ−ニトロベンズアルデヒド、ｐ−ニトロベンズアルデヒド、ｏ−メチルベンズアルデヒド、ｍ−メチルベンズアルデヒド、ｐ−メチルベンズアルデヒド、ｐ−エチルベンズアルデヒド、ｐ−ｎ−ブチルベンズアルデヒド、フルフラール、フランカルボキシアルデヒド、チオフェンアルデヒド等を挙げることができる。これらのうち、特にホルムアルデヒドを好適に用いることができる。これらのアルデヒド類は、単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
上記アルデヒド類の使用量は、フェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレイン１モルに対して０．２〜５モルが好ましく、より好ましくは０．５〜２モルである。

置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインとアルデヒド類の縮合反応に触媒を用いることもできる。具体的には塩酸、硝酸、硫酸、ギ酸、シュウ酸、酢酸、メタンスルホン酸、カンファースルホン酸、トシル酸、トリフルオロメタンスルホン酸等の酸性触媒を挙げることができる。
これらの酸性触媒の使用量は、フェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレイン類１モルに対して１×１０^−５〜５×１０^−１モルである。

上記（２）式で示される繰り返し単位を有する置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインのノボラック樹脂の分子量は、重量平均分子量で４００〜２０，０００の範囲である。好ましくは５００〜１０，０００、より好ましくは６００〜１０，０００である。分子量が小さい方が埋め込み特性に優れるが、酸拡散が拡大することによってリソグラフィー特性が劣化することがあるので、埋め込み特性とリソグラフィー特性の観点で最適化することが好ましい。埋め込み特性とリソグラフィー特性の両立を行うための一つの方法としては、未重合のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインをできるだけカットすることであり、低分子の２量体、３量体もできるだけ少ない量にすることが好ましい。

本発明の、カルボキシル基の水素原子が環構造を有する酸不安定基で置換された構造を有する繰り返し単位を含む高分子化合物と、置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインから選ばれる１種以上のノボラック樹脂との好ましいブレンド比率は、前記高分子化合物が５０〜９８質量％であり、置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインから選ばれるノボラック樹脂が２〜５０質量％の範囲である。置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインから選ばれるノボラック樹脂は、アルカリ可溶性であるために、ブレンド比率が高い場合に現像後のレジストパターンに膜減りが生じる場合がある。また、フェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインのノボラック樹脂の波長１９３ｎｍにおける吸収のために、このブレンド比率が高すぎると、現像後のレジストパターンがテーパー形状になることがある。上記のブレンド比率であれば、このような恐れがないために好ましい。

本発明のポジ型レジスト材料は、高エネルギー線に感応して酸を発生する化合物（光酸発生剤）を含有する。光酸発生剤の成分としては、高エネルギー線照射により酸を発生する化合物であればいずれでも構わない。好適な光酸発生剤としてはスルホニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニルジアゾメタン、Ｎ−スルホニルオキシイミド、オキシム−Ｏ−スルホネート型酸発生剤等があり、これらは単独であるいは２種以上混合して用いることができる。
光酸発生剤の具体例としては、特開２００８−１１１１０３号公報の段落（０１２２）〜（０１４２）に記載されている。

特開２００８−１５８３３９号公報に記載されているα位がフッ素化されていないスルホン酸、及びカルボン酸のスルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩等のオニウム塩をクエンチャーとして用いることもできる。α位がフッ素化されたスルホン酸、イミド酸、メチド酸はカルボン酸エステルの酸不安定基を脱保護させるために必要であるが、α位がフッ素化されていないオニウム塩との塩交換によってα位がフッ素化されていないスルホン酸、及びカルボン酸が放出される。α位がフッ素化されていないスルホン酸、及びカルボン酸は脱保護反応を起こさないために、クエンチャーとして機能する。特にα位がフッ素化されていないスルホン酸、及びカルボン酸のスルホニウム塩、ヨードニウム塩は光分解性があるために、光強度が強い部分のクエンチ能が低下すると共にα位がフッ素化されたスルホン酸、イミド酸、メチド酸の濃度が増加する。これによって露光部分のコントラストが向上する。α位がフッ素化されていないスルホン酸、及びカルボン酸のスルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩等のオニウム塩は、α位がフッ素化されたスルホン酸、イミド酸、メチド酸の拡散を抑える効果が高い。これは、交換後のオニウム塩の分子量が大きいために、動きにくくなっていることによる。α位がフッ素化されていないスルホン酸、及びカルボン酸のスルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩等のオニウム塩や、酸によってアミン化合物が発生するカルバメート化合物の添加は、酸拡散の制御の観点から重要である。

なお、光酸発生剤の配合量は、ベース樹脂（前記高分子化合物及びフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインのノボラック樹脂）１００質量部に対し０．０１〜１００質量部、特に０．１〜８０質量部とすることが好ましい。

本発明のレジスト材料は、更に、有機溶剤、塩基性化合物、界面活性剤、溶解制御剤、アセチレンアルコール類のいずれか１つ以上を含有することができる。
有機溶剤の具体例としては特開２００８−１１１１０３号公報の段落（０１４４）〜（０１４５）、塩基性化合物としては段落（０１４６）〜（０１６４）、界面活性剤としては段落（０１６５）〜（０１６６）、溶解制御剤としては特開２００８−１２２９３２号公報の段落（０１５５）〜（０１７８）、アセチレンアルコール類は段落（０１７９）〜（０１８２）に記載されている。また、酸によってアミンが発生する化合物を添加することもでき、例えば特許第３７９０６４９号公報記載のカルバメート基を有する化合物を用いることができる。特開２００８−２３９９１８号公報に記載のポリマー型のクエンチャーを添加することもできる。これは、コート後のレジスト表面に配向することによってパターン後のレジストの矩形性を高める。ポリマー型クエンチャーは、液浸露光用の保護膜を適用したときのパターンの膜減りやパターントップのラウンディングを防止する効果もある。

有機溶剤の配合量は、ベース樹脂１００質量部に対し５０〜１０，０００質量部、特に１００〜５，０００質量部であることが好ましい。また、ベース樹脂１００質量部に対し、溶解制御剤は０〜５０質量部、特に０〜４０質量部、塩基性化合物は０〜１００質量部、特に０．００１〜５０質量部、界面活性剤は０〜１０質量部、特に０．０００１〜５質量部の配合量とすることが好ましい。

以上のような本発明のポジ型レジスト材料、特には化学増幅ポジ型レジスト材料の用途としては、例えば、半導体回路形成におけるリソグラフィーだけでなく、マスク回路パターンの形成、あるいはマイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド回路形成にも応用することができる。

本発明のポジ型レジスト材料は、例えば有機溶剤と、好ましくは上記一般式（１）で示される繰り返し単位ａを含む高分子化合物と、好ましくは上記一般式（２）で示される繰り返し単位を有するフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインのノボラック樹脂と、光酸発生剤、塩基性化合物を含む本発明の化学増幅ポジ型レジスト材料を、種々の集積回路製造に用いる場合は、特に限定されないが公知のリソグラフィー技術を適用することができる。

本発明のパターン形成方法は、例えば本発明のポジ型レジスト材料を、集積回路製造用の基板（Ｓｉ、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＴｉＮ、ＷＳｉ、ＢＰＳＧ、ＳＯＧ、有機反射防止膜等）あるいはマスク回路製造用の基板（Ｃｒ、ＣｒＯ、ＣｒＯＮ、ＭｏＳｉ等）上にスピンコート、ロールコート、フローコート、ディップコート、スプレーコート、ドクターコート等の適当な塗布方法により塗布膜厚が０．１〜２．０μｍとなるように塗布する。これをホットプレート上で６０〜１５０℃、１０秒〜３０分間、好ましくは８０〜１２０℃、３０秒〜２０分間プリベークする。

イオンインプランテーションプロセスに用いる場合は、下地はＳｉ基板が多く用いられる。レジスト膜と基板との間に有機反射防止膜（ＢＡＲＣ）を敷くことは、レジスト膜の密着性向上によってパターン倒れ防止に効果的であるが、レジストパターンの開口部分がＢＡＲＣ膜で覆われているためにイオンを打ち込むことができない。そのため、イオンインプランテーション用レジスト膜はＳｉ基板上に直接形成される。このため、下地からの反射が大きくなるだけでなく密着性低下によるパターン倒れが問題となる。
密着性向上のために、基板をヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）処理を行うことは有効である。ＨＭＤＳの分解によってＳｉ基板のシラノールをトリメチルシリル基に変えることによって疎水性が向上し、レジスト膜と同程度の表面エネルギーとなることによって接着力が向上する。

レジスト膜の上に反射防止膜（トップコート）を形成することもできる。トップコートとしては、レジスト膜とインターミキシングしないこと、現像時に剥離可能であることから、水溶性のトップコートが主に用いられている。また、後述する液浸露光用の高撥水性のトップコートを形成することもできる。液浸用トップコートは、液浸露光だけでなくドライ露光においても適用することができる。

次いで、紫外線、遠紫外線、電子線、Ｘ線、エキシマレーザー、γ線、シンクロトロン放射線、真空紫外線（軟Ｘ線）等の高エネルギー線から選ばれる光源で目的とするパターンを所定のマスクを通じてもしくは直接露光を行う。露光量は１〜２００ｍＪ／ｃｍ^２程度、特に１０〜１００ｍＪ／ｃｍ^２、又は０．１〜１００μＣ／ｃｍ^２程度、特に０．５〜５０μＣ／ｃｍ^２となるように露光することが好ましい。次に、ホットプレート上で６０〜１５０℃、１０秒〜３０分間、好ましくは８０〜１２０℃、３０秒〜２０分間ポストエクスポージャベーク（ＰＥＢ）する。

更に、０．１〜１５質量％、好ましくは２〜１０質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＥＡＨ）、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド（ＴＰＡＨ）、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＢＡＨ）、コリンヒドロキシド、モルフォリン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ水溶液の現像液を用い、３秒〜３分間、好ましくは５秒〜２分間、浸漬（ｄｉｐ）法、パドル（ｐｕｄｄｌｅ）法、スプレー（ｓｐｒａｙ）法等の常法により現像することにより、光を照射した部分は現像液に溶解し、露光されなかった部分は溶解せず、基板上に目的のポジ型のパターンが形成される。
なお、本発明のポジ型レジスト材料は、特に高エネルギー線の中でもエキシマレーザー電子線、真空紫外線（軟Ｘ線）、Ｘ線、γ線、シンクロトロン放射線による微細パターニングに好適であり、これらの中でも波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーによる微細パターニングが最適である。ＡｒＦエキシマレーザーによるパターニングはレンズをウエハーの間が大気中あるいは窒素雰囲気中であるドライ露光であってもよいが、液体を挿入する液浸露光であってもよい。

ＡｒＦ液浸リソグラフィーにおいては液浸溶剤として純水、又はアルカンなどの屈折率が１以上で、露光波長に高透明の液体が用いられる。液浸リソグラフィーでは、プリベーク後のレジスト膜と投影レンズの間に、純水やその他の液体を挿入する。これによってＮＡが１．０以上のレンズ設計が可能となり、より微細なパターン形成が可能になる。液浸リソグラフィーはＡｒＦリソグラフィーを４５ｎｍノードまで延命させるための重要な技術である。液浸露光の場合は、レジスト膜上に残った水滴残りを除去するための露光後の純水リンス（ポストソーク）を行ってもよいし、レジスト膜からの溶出物を防ぎ、膜表面の滑水性を上げるために、プリベーク後のレジスト膜上に保護膜を形成させてもよい。液浸リソグラフィーに用いられるレジスト保護膜としては、例えば、水に不溶でアルカリ現像液に溶解する１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２−プロパノール残基を有する高分子化合物をベースとし、炭素数４以上のアルコール系溶剤、炭素数８〜１２のエーテル系溶剤、及びこれらの混合溶剤に溶解させた材料が好ましい。レジスト膜形成後に、純水リンスを行うことによって膜表面からの酸発生剤などの抽出、あるいはパーティクルの洗い流しを行ってもよく、露光後に膜上に残った水を取り除くためのリンス（ポストソーク）を行ってもよい。

レジスト材料として、レジスト表面の撥水性を上げるための添加剤を加えてもよい。このものは、フルオロアルコール基を有する高分子体であり、スピンコート後のレジスト表面に配向することによって表面エネルギーを低下させ、滑水性が向上する。このような材料は、特開２００７−２９７５９０号公報、特開２００８−１２２９３２号公報に示される。このような撥水性向上剤は、保護膜を使用しないで液浸露光を行う場合は必須の添加剤であるが、ドライ露光の場合でも添加することができる。スピンコート後のレジスト表面が撥水性向上剤で覆われることによって酸やアミンの蒸発と再付着を防いでケミカルフレアの発生を防止することができる。

イオン打ち込み耐性とフルオロカーボン系ガスを用いたエッチング耐性とはある程度相関があると言われている。ノボラック樹脂ベースのｉ線レジスト材料よりもヒドロキシスチレンベースのＫｒＦレジスト材料の方がエッチング耐性とイオン打ち込み耐性が低下し、ＫｒＦレジスト材料よりも脂環族構造のＡｒＦレジスト材料の方がエッチング耐性とイオン打ち込み耐性が低下している。ＡｒＦレジスト材料は、脂環族構造だけではイオン打ち込み耐性が足りず、耐性を高める必要がある。本発明のポジ型レジスト材料は、イオン打ち込み耐性を有するために、イオンインプランテーションを好適に行うことができる。

以下、合成例、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。なお、重量平均分子量（Ｍｗ）は、溶剤としてテトラヒドロフランを用いたＧＰＣによるポリスチレン換算重量平均分子量を示す。

（合成例１）高分子化合物の合成
ポジ型レジスト材料に用いる高分子化合物として、各々のモノマーを組み合わせてテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）溶剤下で共重合反応を行い、メタノールに晶出し、更にヘキサンで洗浄を繰り返した後に単離、乾燥して、以下に示す組成の高分子化合物（ポリマー１〜１２及び比較ポリマー１）を得た。得られた高分子化合物の組成は^１Ｈ−ＮＭＲ、分子量及び分散度はＴＨＦ溶剤によるゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより確認した。

ポリマー１
分子量（Ｍｗ）＝７，３００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．７３

ポリマー２
分子量（Ｍｗ）＝７，１００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．７０

ポリマー３
分子量（Ｍｗ）＝６，８００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．７６

ポリマー４
分子量（Ｍｗ）＝９，５００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．９１

ポリマー５
分子量（Ｍｗ）＝８，９００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．８９

ポリマー６
分子量（Ｍｗ）＝７，６００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．６９

ポリマー７
分子量（Ｍｗ）＝６，６００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．９８

ポリマー８
ポリマー８
分子量（Ｍｗ）＝６，８００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．９３

ポリマー９
分子量（Ｍｗ）＝７，６００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．６９

ポリマー１０
分子量（Ｍｗ）＝７，９００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．７９

ポリマー１１
分子量（Ｍｗ）＝７，３００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．７４

ポリマー１２
分子量（Ｍｗ）＝７，７００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．９７

比較ポリマー１
分子量（Ｍｗ）＝９，３００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．７９

（合成例２）ノボラック樹脂の合成
フェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、その他共縮合化合物、３７質量％ホルマリン水溶液、シュウ酸を加え、１００℃で２４時間撹拌した。反応後、メチルイソブチルケトン５００ｍｌに溶解し、十分な水洗により触媒と金属不純物を除去し、溶剤を減圧除去し、１５０℃，２ｍｍＨｇまで減圧し、水分、未反応モノマーを除き、以下に示すノボラック樹脂１〜１８、及び同様にして比較ノボラック樹脂１，２を得た。
なお、ノボラック樹脂６の場合は３７質量％ホルマリン水溶液を６−ヒドロキシ−２−ナフトアルデヒド、ノボラック樹脂７の場合は３７質量％ホルマリン水溶液を３−フランカルボキシアルデヒド、ノボラック樹脂８の場合は３７質量％ホルマリン水溶液を３−チオフェンアルデヒドに変えてノボラック樹脂を得た。
ノボラック樹脂１３は３７質量％ホルマリン水溶液を５０質量％の下記アルデヒド１のジオキサン溶液に、ノボラック樹脂１４は３７質量％ホルマリン水溶液を５０質量％のアルデヒド２のジオキサン溶液に、ノボラック樹脂１５は３７質量％ホルマリン水溶液を５０質量％のアルデヒド３のジオキサン溶液に、ノボラック樹脂１６は３７％質量％ホルマリン水溶液を５０質量％のアルデヒド４のジオキサン溶液に、ノボラック樹脂１７は３７質量％ホルマリン水溶液を５０質量％のアルデヒド５、ノボラック樹脂１８は３７質量％ホルマリン水溶液を５０質量％のアルデヒド６のジオキサン溶液に変えてノボラック樹脂を得た。

ノボラック樹脂１
分子量（Ｍｗ）＝３，６００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝４．６０

ノボラック樹脂２
分子量（Ｍｗ）＝５，８００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝４．７７

ノボラック樹脂３
分子量（Ｍｗ）＝３，１００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝３．８８

ノボラック樹脂４
分子量（Ｍｗ）＝５，３００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝２．６４

ノボラック樹脂５
分子量（Ｍｗ）＝６，２００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝５．２０

ノボラック樹脂６
分子量（Ｍｗ）＝４，１００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝４．１６

ノボラック樹脂７
分子量（Ｍｗ）＝３，５００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝３．６５

ノボラック樹脂８
分子量（Ｍｗ）＝４，１００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝４．１０

ノボラック樹脂９
分子量（Ｍｗ）＝２，９００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝３．９０

ノボラック樹脂１０
分子量（Ｍｗ）＝５，１００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝４．８０

ノボラック樹脂１１
分子量（Ｍｗ）＝３，３００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝４．３０

ノボラック樹脂１２
分子量（Ｍｗ）＝２，５００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝３．７０

ノボラック樹脂１３
分子量（Ｍｗ）＝３，２００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝３．６０

ノボラック樹脂１４
分子量（Ｍｗ）＝３，３００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝３．７０

ノボラック樹脂１５
分子量（Ｍｗ）＝２，５００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝３．６０

ノボラック樹脂１６
分子量（Ｍｗ）＝２，８００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝３．９０

ノボラック樹脂１７
分子量（Ｍｗ）＝２，９００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝４．９０

ノボラック樹脂１８
分子量（Ｍｗ）＝３，９００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝５．９０

ノボラック樹脂１９
分子量（Ｍｗ）＝３，８００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝４．３３

比較ノボラック樹脂１
分子量（Ｍｗ）＝１，８００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝３．３３

比較ノボラック樹脂２
分子量（Ｍｗ）＝６，９００
分散度（Ｍｗ／Ｍｓｎ）＝５．５３

（実施例１〜３０、比較例１〜６）
上記で合成した高分子化合物及びノボラック樹脂を、界面活性剤としてのＦＣ−４４３０（住友スリーエム（株）製）を１００ｐｐｍの濃度で溶解させた溶剤に表１に示される組成で溶解させた溶液を、０．２μｍサイズのフィルターで濾過してポジ型レジスト材料を調製した。

表１中の各組成は次の通りである。
ポリマー１〜１２、ノボラック樹脂１〜１９、比較ポリマー１、比較ノボラック樹脂１，２：上記合成例で得られたもの

比較添加剤１、２（下記構造式参照）

有機溶剤：ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）
ＣｙＨ（シクロヘキサノン）

酸発生剤：ＰＡＧ１〜４（下記構造式参照）

塩基性化合物：Ｑｕｅｎｃｈｅｒ１〜４（下記構造式参照）

（実施例２−１〜２−３０、比較例２−１〜２−６）
ＡｒＦ露光実験
表１に示されるレジスト材料を、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）ベーパープライムしたＳｉ基板にスピンコートし、ホットプレートを用いて１１０℃で６０秒間ベークし、レジスト膜の厚みを２００ｎｍにした。これをＡｒＦエキシマレーザースキャナー（（株）ニコン製、ＮＳＲ−Ｓ３０７Ｅ，ＮＡ０．８５、σ０．９３、２／３輪帯照明、６％ハーフトーン位相シフトマスク）を用いて９０ｎｍライン，１８０ｎｍピッチのパターンを露光し、露光後直ちに表２に記載の温度で６０秒間ＰＥＢし、２．３８質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液で３０秒間現像を行って、９０ｎｍラインアンドスペースパターンを得、この時の感度とパターンの断面形状をＳＥＭにて観察した。結果を表２に示す。

（実施例３−１〜３−３０、比較例３−１〜３−６）
ＣＦ _４／ＣＨＦ _３系ガスでのエッチング試験
表１に示されるレジスト材料をシリコン基板上に塗布して、１１０℃で６０秒間ベークし、膜厚２００ｎｍのレジスト膜を形成し、下記条件でＣＦ_４／ＣＨＦ_３系ガスでのエッチング試験を行った。この場合、東京エレクトロン（株）製ドライエッチング装置ＴＥ−８５００を用い、エッチング前後のポリマー膜の膜厚差を測定し、１分あたりのエッチング速度を求めた。結果を表３に示す。
エッチング条件は下記に示す通りである。
チャンバー圧力４０．０Ｐａ
ＲＦパワー１，０００Ｗ
ＣＨＦ_３ガス流量３０ｍｌ／ｍｉｎ
ＣＦ_４ガス流量３０ｍｌ／ｍｉｎ
Ａｒガス流量１００ｍｌ／ｍｉｎ
時間６０ｓｅｃ

レジスト密着性試験
表１に示されるレジスト材料を、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）ベーパープライムせずにＳｉ基板にスピンコートし、ホットプレートを用いて１１０℃で６０秒間ベークし、レジスト膜の厚みを２００ｎｍにした。これをＡｒＦエキシマレーザースキャナー（（株）ニコン製、ＮＳＲ−Ｓ３０７Ｅ，ＮＡ０．８５、σ０．９３、コンベンショナル照明、バイナリーマスク）を用いて３００ｎｍライン，６００ｎｍピッチのパターンを露光し、露光後直ちに表２に記載の温度で６０秒間ＰＥＢし、２．３８質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液で３０秒間現像を行って、３００ｎｍラインアンドスペースパターンが剥がれているかどうかを光学顕微鏡にて観察した。結果を表３に示す。

埋め込み試験
Ｓｉ基板上に作製された膜厚３００ｎｍのＳｉＯ_２膜のピッチ３６０ｎｍ，直径１８０ｎｍのホールパターンの段差基板上に、平板上基板でレジスト膜の厚みが２００ｎｍになる条件でスピンコートし、ホットプレートを用いて１１０℃で６０秒間ベークした。基板を割断し、ＳＥＭを用いて酸化膜のホールの底までレジスト膜が埋まっているかどうかを観察した。結果を表３に示す。

表２，３の結果より、環構造を有する酸不安定基を有していない（メタ）アクリレートの高分子化合物を用いたレジスト材料（比較例１）は、酸不安定基の溶解阻止性が不十分なため現像後のパターンがテーパー形状となり、エッチング耐性（即ちイオンインプラント耐性）も低かった。フェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインのノボラック樹脂をブレンドしない場合（比較例２）は埋め込み特性と密着性が不十分であった。ヒドロキシナフタレンノボラック樹脂をブレンドした場合（比較例３）は、密着性が不十分であり、現像後のレジストパターンのスペース部分に残渣が残った。クレゾールノボラック樹脂をブレンドした場合（比較例４）は、強い吸収のためにＡｒＦ露光で垂直なパターンを得ることができなかった。フェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインのモノマーをブレンドした場合（比較例５、６）は酸拡散とアルカリ溶解速度が大きくなりすぎて、現像後のレジストパターンがテーパー形状になってしまった。
本発明の、フェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレインのノボラック樹脂と環状の酸不安定基を有する高分子化合物をブレンドして用いたポジ型レジスト材料は、十分な解像力、感度、パターン形状、密着性、エッチング耐性及び埋め込み特性を有しており、また、フルオロカーボンに対するエッチング耐性も十分であることからイオンインプランテーションプロセス用レジスト材料として優れた特性を有していることが分かった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に含有される。

Claims

カルボキシル基の水素原子が環構造を有する酸不安定基で置換された構造を有する繰り返し単位を含む重量平均分子量が１，０００〜５００，０００の範囲である高分子化合物と、置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド及びチモールフタレインから選ばれる１種以上のノボラック樹脂と、光酸発生剤とを含有するものであることを特徴とするポジ型レジスト材料。
前記カルボキシル基の水素原子が環構造を有する酸不安定基で置換された構造を有する繰り返し単位が、下記一般式（１）で示される繰り返し単位ａであることを特徴とする請求項１に記載のポジ型レジスト材料。

（式中、Ｒ^１は水素原子又はメチル基である。Ｘは単結合、エステル基，エーテル基及びラクトン環から選ばれる１種又は２種以上を有する炭素数１〜１４の連結基、又はナフチレン基であり、Ｒ^２は環構造を有する酸不安定基である。）
前記置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド及びチモールフタレインから選ばれる１種以上のノボラック樹脂が、下記一般式（２）で示される繰り返し単位を有する重量平均分子量が４００〜２０，０００の範囲の樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載のポジ型レジスト材料。

（式中、Ｒ^３、Ｒ^４は水素原子、又は酸不安定基である。Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７は水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基及び炭素数１〜４のアルコキシ基のいずれか、又は、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシロキシ基、エーテル基及びスルフィド基のいずれかを有していてもよい、炭素数１〜１０の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数２〜１０のアルケニル基、又は炭素数６〜１０のアリール基である。Ｒ^８は水素原子、又は、ヒドロキシ基、アルコキシ基、エーテル基及びチオエーテル基のいずれかを有していてもよい炭素数１〜６の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数２〜１０のアルケニル基、炭素数６〜１０のアリール基である。Ｙは−Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｓ（＝Ｏ）_２−、であり、ｍ、ｎ、ｐ、ｑ、ｒは１又は２である。）
前記高分子化合物は、上記一般式（１）で示される繰り返し単位ａに加えて、ヒドロキシ基、カルボキシル基、ラクトン環、カーボネート基、チオカーボネート基、カルボニル基、環状アセタール基、エーテル基、エステル基、スルホン酸エステル基、シアノ基及びアミド基から選ばれる密着性基を有する繰り返し単位ｂを有する（ここで０＜ａ＜１．０、０＜ｂ＜１．０、０．２≦ａ＋ｂ≦１．０の範囲である。）重量平均分子量が１，０００〜５００，０００の範囲である高分子化合物であることを特徴とする請求項２に記載のポジ型レジスト材料。
更に、有機溶剤を含有し、化学増幅型のレジスト材料であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のポジ型レジスト材料。
更に、添加剤として塩基性化合物及び／又は界面活性剤を含有するものであることを特徴とする請求項５に記載のポジ型レジスト材料。
請求項１乃至６のいずれか１項記載のポジ型レジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後、高エネルギー線で露光する工程と、現像液を用いて現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
高エネルギー線としてＡｒＦエキシマレーザーを用いることを特徴とする請求項７に記載のパターン形成方法。
前記現像液を用いて現像する工程後に基板にイオンを打ち込むことを特徴とする請求項７又は８に記載のパターン形成方法。