JP2018049056A - レジスト材料及びパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】増感効果が高く、酸拡散を抑える効果も有し、解像性、ＬＷＲ、ＣＤＵが良好なレジスト材料、及びこれを用いるパターン形成方法を提供する。
【解決手段】ベースポリマーと、テトラヨードフェノールフタレイン、テトラヨードフェノールスルホンフタレイン、テトラヨードフルオレセイン及びこれらの誘導体から選ばれる化合物のアルカリ金属塩とを含むレジスト材料。
【選択図】なし

Description

本発明は、テトラヨードフェノールフタレイン、テトラヨードフェノールスルホンフタレイン、テトラヨードフルオレセイン及びこれらの誘導体から選ばれる化合物のアルカリ金属塩を含むレジスト材料、及びこれを用いるパターン形成方法に関する。

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急速に進んでいる。特に、フラッシュメモリー市場の拡大と記憶容量の増大化が微細化を牽引している。最先端の微細化技術としては、ＡｒＦリソグラフィーによる６５ｎｍノードのデバイスの量産が行われており、次世代のＡｒＦ液浸リソグラフィーによる４５ｎｍノードの量産準備が進行中である。次世代の３２ｎｍノードとしては、水よりも高屈折率の液体と高屈折率レンズ、高屈折率レジスト材料を組み合わせた超高ＮＡレンズによる液浸リソグラフィー、波長１３.５ｎｍの極端紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィー、ＡｒＦリソグラフィーの二重露光（ダブルパターニングリソグラフィー）等が候補であり、検討が進められている。

マスク製作用露光装置としては、線幅の精度を上げるため、レーザービームによる露光装置にかわって電子線（ＥＢ）による露光装置が用いられてきた。更にＥＢの電子銃における加速電圧を上げることによってより一層の微細化が可能になることから、１０ｋＶから３０ｋＶ、最近は５０ｋＶが主流であり、１００ｋＶの検討も進められている。

微細化が進行し、光の回折限界に近づくにつれて、光のコントラストが低下してくる。光のコントラストの低下によって、ポジ型レジスト膜においてはホールパターンやトレンチパターンの解像性や、フォーカスマージンの低下が生じる。

パターンの微細化と共にラインパターンのエッジラフネス（ＬＷＲ）及びホールパターンの寸法均一性（ＣＤＵ）が問題視されている。ベースポリマーや酸発生剤の偏在や凝集の影響、酸拡散の影響が指摘されている。更に、レジスト膜の薄膜化にしたがってＬＷＲが大きくなる傾向があり、微細化の進行に伴う薄膜化によるＬＷＲの劣化は、深刻な問題になっている。

ＥＵＶリソグラフィー用レジスト材料においては、高感度化、高解像度化、低ＬＷＲ化を同時に達成する必要がある。酸拡散距離を短くするとＬＷＲは小さくなるが、低感度化する。例えば、ポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ）温度を低くすることによってＬＷＲは小さくなるが、低感度化する。クエンチャーの添加量を増やしても、ＬＷＲが小さくなるが低感度化する。感度とＬＷＲとのトレードオフの関係を打ち破ることが必要であり、高感度かつ解像性が高く、ＬＷＲとＣＤＵが優れたレジスト材料の開発が望まれている。

フェノールフタレインは、アルカリ水中で開環してカルボキシル基が発生する。これによってアルカリ溶解速度が向上することを利用した、フェノールフタレインを含むポジ型レジスト材料が提案されている（特許文献１）。フェノール性ヒドロキシ基が酸不安定基で置換されたフェノールフタレインを含むポジ型レジスト材料も提案されている（特許文献２）。

金属のカルボン酸塩を含む化学増幅型レジスト材料が提案されている（特許文献３）。金属のカルボン酸塩は、光照射によって酸発生剤から発生したフルオロスルホン酸とアニオン交換する。すなわち、フルオロスルホン酸と金属のカルボン酸塩とからフルオロスルホン酸の金属塩が生成し、カルボン酸が放出される。金属塩となったフルオロスルホン酸は中性なので、脱保護反応を引き起こすことがなく、金属のカルボン酸塩はフルオロスルホン酸のクエンチャーとして作用する。金属は、炭水化物よりも分子量が大きいため酸拡散を抑える効果も高く、優れたクエンチャーとして機能する。

特開２００５−３３８４８１号公報 特開平５−３１３３７１号公報 特開２０１３−２５２１１号公報

短波長になればなるほど光のエネルギー密度が増加するため、露光によって発生するフォトン数が減少する。フォトンのバラツキが、ＬＷＲとＣＤＵのバラツキを生む要因となっている。露光量を上げていくとフォトンの数が増加し、フォトンのバラツキが小さくなっていく。これによって、感度と解像性、ＬＷＲ、ＣＤＵのトレードオフの関係が存在している。特に、ＥＵＶリソグラフィー用レジスト材料においては、低感度である方がＬＷＲとＣＤＵが良好な傾向にある。

酸の拡散の増大によっても、解像性、ＬＷＲ、ＣＤＵが劣化する。酸拡散は像ぼけの原因であるだけでなく、レジスト膜中の酸の拡散は不均一に進行するためである。酸拡散を小さくするためには、ＰＥＢ温度を下げたり、拡散しにくいバルキーな酸を適用したり、クエンチャーの添加量を増やしたりすることが効果的である。しかしながら、これら酸拡散を小さくする手法では、何れの方法においても感度が低下する。フォトンのバラツキを小さくする方法、酸拡散のバラツキを小さくする方法の何れにおいてもレジストの感度が低くなる。

本発明は、前記事情に鑑みなされたもので、増感効果が高く、酸拡散を抑える効果も有し、解像性、ＬＷＲ、ＣＤＵが良好なレジスト材料、及びこれを用いるパターン形成方法を提供することを目的とする。

酸の発生効率を一段と高めることができ、かつ酸拡散を一段と抑えることができれば、感度と解像性、ＬＷＲ、ＣＤＵのトレードオフの関係を打破することが可能となる。

テトラヨードフェノールフタレイン、テトラヨードフェノールスルホンフタレイン及びテトラヨードフルオレセインは、分子内に４つのヨウ素原子を有する。ヨウ素は原子数が大きいために波長１３.５ｎｍのＥＵＶ及びＥＢの吸収が大きく、分子内に多くの電子軌道を有しているために露光により多くの二次電子が発生する。発生した二次電子が酸発生剤にエネルギー移動することによって、高い増感効果を得ることができる。しかしながら、テトラヨードフェノールフタレイン、テトラヨードフェノールスルホンフタレイン及びテトラヨードフルオレセインは酸拡散を抑える効果がほとんどなく、また、アルカリ溶解性が非常に高いために、これを添加したレジストは微細パターンにおいてラインの膜減りが生じる。

本発明者は、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、テトラヨードフェノールフタレイン、テトラヨードフェノールスルホンフタレイン又はテトラヨードフルオレセインをアルカリ金属で中和した塩をレジスト材料に添加することによって、増感効果が高く、かつ酸拡散を抑える効果も有し、高感度かつＬＷＲとＣＤＵが小さいレジスト膜が得られることを見出し、本発明を完成させた。

したがって、本発明は、下記レジスト材料及びパターン形成方法を提供する。
１．ベースポリマーと、テトラヨードフェノールフタレイン、テトラヨードフェノールスルホンフタレイン、テトラヨードフルオレセイン及びこれらの誘導体から選ばれる化合物のアルカリ金属塩とを含むレジスト材料。
２．前記アルカリ金属塩が、下記式（Ａ）−１又は（Ａ）−２で表されるものである１のレジスト材料。

（式中、Ｒ¹及びＲ²は、水素原子であり、又はＲ¹とＲ²とが互いに結合してエーテル基を形成してもよい。Ｒ³は、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又は炭素数１〜４のアルコキシ基である。Ｇは、カルボニル基又はスルホニル基である。Ａ⁺は、ナトリウムイオン、カリウムイオン、ルビジウムイオン及びセシウムイオンから選ばれるアルカリ金属イオンである。）
３．更に、スルホン酸、スルホンイミド又はスルホンメチドを発生する酸発生剤を含む１又は２のレジスト材料。
４．更に、有機溶剤を含む１〜３のいずれかのレジスト材料。
５．前記ベースポリマーが、下記式（ａ１）で表される繰り返し単位又は下記式（ａ２）で表される繰り返し単位を含むものである１〜４のいずれかのレジスト材料。

（式中、Ｒ^Aは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。Ｒ¹¹及びＲ¹²は、それぞれ独立に、酸不安定基である。Ｘは、単結合、フェニレン基、ナフチレン基、又はエステル基若しくはラクトン環を含む炭素数１〜１２の連結基である。Ｙは、単結合又はエステル基である。）
６．更に、溶解阻止剤を含む５のレジスト材料。
７．化学増幅ポジ型レジスト材料である５又は６のレジスト材料。
８．前記ベースポリマーが、酸不安定基を含まないものである１〜４のいずれかのレジスト材料。
９．更に、架橋剤を含む８のレジスト材料。
１０．化学増幅ネガ型レジスト材料である８又は９のレジスト材料。
１１．前記ベースポリマーが、更に下記式（ｆ１）〜（ｆ３）で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも１つの繰り返し単位を含む１〜１０のいずれかのレジスト材料。

（式中、Ｒ^Aは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。Ｚ¹は、単結合、フェニレン基、−Ｏ−Ｚ¹¹−、又は−Ｃ(＝Ｏ)−Ｚ¹²−Ｚ¹¹−であり、Ｚ¹¹は、カルボニル基、エステル基、エーテル基若しくはヒドロキシ基を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の、炭素数１〜６のアルキレン基若しくは炭素数２〜６のアルケニレン基、又はフェニレン基であり、Ｚ¹²は、−Ｏ−又は−ＮＨ−である。Ｒ²¹、Ｒ²²、Ｒ²³、Ｒ²⁴、Ｒ²⁵、Ｒ²⁶、Ｒ²⁷及びＲ²⁸は、それぞれ独立に、カルボニル基、エステル基若しくはエーテル基を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数１〜１２のアルキル基、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、若しくはメルカプトフェニル基である。Ｚ²は、単結合、−Ｚ²¹−Ｃ(＝Ｏ)−Ｏ−、−Ｚ²¹−Ｏ−又は−Ｚ²¹−Ｏ−Ｃ(＝Ｏ)−であり、Ｚ²¹は、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い直鎖状、分岐状又は環状の炭素数１〜１２のアルキレン基である。Ｚ³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−Ｚ³¹、又は−Ｃ(＝Ｏ)−Ｚ³²−Ｚ³¹−であり、Ｚ³¹は、カルボニル基、エステル基、エーテル基若しくはヒドロキシ基を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の、炭素数１〜６のアルキレン基若しくは炭素数２〜６のアルケニレン基、又はフェニレン基、フッ素化されたフェニレン基、若しくはトリフルオロメチル基で置換されたフェニレン基であり、Ｚ³²は、−Ｏ−又は−ＮＨ−である。Ａ¹は、水素原子又はトリフルオロメチル基である。Ｍ^-は、非求核性対向イオンを表す。）
１２．更に、界面活性剤を含む１〜１１のいずれかのレジスト材料。
１３．１〜１２のいずれかの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パターン形成方法。
１４．前記高エネルギー線が、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー又は波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーである１３のパターン形成方法。
１５．前記高エネルギー線が、電子線又は波長３〜１５ｎｍの極端紫外線である１３のパターン形成方法。

テトラヨードフェノールフタレイン、テトラヨードフェノールスルホンフタレイン、テトラヨードフルオレセイン及びこれらの誘導体から選ばれる化合物のアルカリ金属塩を含むレジスト膜は、光吸収の大きいヨウ素を多く含んでいるため、露光中にこれから発生する二次電子による増感効果があり、更には酸拡散を抑える効果が高く、溶解コントラストが高いために、アルカリ現像におけるポジ型レジスト膜やネガ型レジスト膜及び有機溶剤現像におけるネガ型レジスト膜として優れた解像性を有し、ＬＷＲが小さいという特徴を有する。

［レジスト材料］
本発明のレジスト材料は、ベースポリマーと、テトラヨードフェノールフタレイン、テトラヨードフェノールスルホンフタレイン、テトラヨードフルオレセイン及びこれらの誘導体から選ばれる化合物のアルカリ金属塩（以下、フタレイン系アルカリ金属塩ともいう。）とを含むものである。前記フタレイン系アルカリ金属塩は、酸発生剤から発生したスルホン酸、スルホンイミド又はスルホンメチド、特にはフッ素化されたアルキル基を含むスルホン酸、ビススルホンイミド又はトリススルホンメチドとイオン交換を起こして塩を形成し、テトラヨードフェノールフタレイン、テトラヨードフェノールスルホンフタレイン、テトラヨードフルオレセインが放出される。アルカリ金属は、酸の捕集能力と酸拡散を抑える効果が高い。前記フタレイン系アルカリ金属塩は、感光性がなく、光によって分解されることがないし、未露光部分でも十分な酸を補足する能力がある。よって、露光部から未露光部への酸の拡散を抑えることができる。

本発明のレジスト材料には、前記フタレイン系アルカリ金属塩のほかに、他のアミン化合物、アンモニウム塩、スルホニウム塩又はヨードニウム塩をクエンチャーとして別途添加してもよい。このとき、クエンチャーとして添加するアンモニウム塩、スルホニウム塩又はヨードニウム塩としては、カルボン酸、スルホン酸、スルホンアミド及びサッカリンのスルホニウム塩又はヨードニウム塩が適当である。このときのカルボン酸は、α位がフッ素化されていてもいなくてもよい。

前記フタレイン系アルカリ金属塩による酸拡散抑制効果及びコントラスト向上効果は、アルカリ現像によるポジティブパターン形成やネガティブパターン形成においても、有機溶剤現像におけるネガティブパターン形成のどちらにおいても有効である。

［フタレイン系アルカリ金属塩］
本発明のレジスト材料に含まれるフタレイン系アルカリ金属塩は、テトラヨードフェノールフタレイン、テトラヨードフェノールスルホンフタレイン、テトラヨードフルオレセイン及びこれらの誘導体から選ばれる化合物のアルカリ金属塩であり、下記式（Ａ）−１又は（Ａ）−２で表されるものが好ましい。

式中、Ｒ¹及びＲ²は、水素原子であり、又はＲ¹とＲ²とが互いに結合してエーテル基を形成してもよい。Ｒ³は、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又は炭素数１〜４のアルコキシ基である。Ｇは、カルボニル基又はスルホニル基である。Ａ⁺は、ナトリウムイオン、カリウムイオン、ルビジウムイオン及びセシウムイオンから選ばれるアルカリ金属イオンである。Ａ⁺で表されるアルカリ金属イオンは、１種単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。

式（Ａ）−１又は（Ａ）−２で表されるフタレイン系アルカリ金属塩としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、Ａ⁺は、前記と同じである。

前記フタレイン系アルカリ金属塩は、分子内にヨウ素原子を４つ有しているために、ＥＵＶの吸収が大きい。ＥＵＶ露光によって二次電子が発生し、これが酸発生剤にエネルギー移動して増感する。

テトラヨードフェノールフタレイン、テトラヨードフェノールスルホンフタレイン及びテトラヨードフルオレセインは、フェノール性ヒドロキシ基の両隣に電子吸引基のヨウ素が付いているため、酸性度が高く、アルカリ現像速度が大きい。このため、これらを含むレジスト膜においては、アルカリ現像後のラインパターンの膜減りが生じる。また、酸拡散を抑える効果がないため、酸拡散の増大によって解像性やＬＷＲやＣＤＵが劣化する。

一方、前記フタレイン系アルカリ金属塩は、アルカリ金属によって中和されているので、アルカリ溶解速度はそれほど大きくはない。よって、前記フタレイン系アルカリ金属塩を含んでもアルカリ現像後のラインパターンの膜減りが生じることがない。アルカリ金属は、酸発生剤から発生した酸を中和する能力が非常に高く、分子量の大きいアルカリ金属は一度中和した酸を拡散させることもなく、酸拡散の制御能力も高い。アルカリ金属の中でも分子量が大きいセシウムが最も酸拡散を抑制する効果が高く、次いでルビジウム、カリウム、ナトリウムの順である。

前記フタレイン系アルカリ金属塩は、例えば、テトラヨードフェノールフタレイン、テトラヨードフェノールスルホンフタレイン、テトラヨードフルオレセインと、アルカリ金属の水酸化物や炭酸塩との混合によって容易に調製することができる。

本発明のレジスト材料において、前記フタレイン系アルカリ金属塩の含有量は、後述するベースポリマー１００質量部に対し、感度と酸拡散抑制効果の点から、０.００１〜５０質量部が好ましく、０.０１〜２０質量部がより好ましい。

［ベースポリマー］
本発明のレジスト材料に含まれるベースポリマーは、ポジ型レジスト材料の場合、酸不安定基を含む繰り返し単位を含む。酸不安定基を含む繰り返し単位としては、下記式（ａ１）で表される繰り返し単位（以下、繰り返し単位ａ１という。）、又は式（ａ２）で表される繰り返し単位（以下、繰り返し単位ａ２という。）が好ましい。

式中、Ｒ^Aは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。Ｒ¹¹及びＲ¹²は、それぞれ独立に、酸不安定基である。Ｘは、単結合、フェニレン基、ナフチレン基、又はエステル基若しくはラクトン環を含む炭素数１〜１２の連結基である。Ｙは、単結合又はエステル基である。

繰り返し単位ａ１としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、Ｒ^A及びＲ¹¹は、前記と同じである。

繰り返し単位ａ１及びａ２中のＲ¹¹及びＲ¹²で表される酸不安定基としては種々選定されるが、例えば、特開２０１３−８００３３号公報や特開２０１３−８３８２１号公報に記載の酸不安定基を用いることができる。

典型的には、前記酸不安定基としては、下記式（ＡＬ−１）〜（ＡＬ−３）で表されるものが挙げられる。

式（ＡＬ−１）及び（ＡＬ−２）中、Ｒ¹³及びＲ¹⁶は、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数１〜４０、特に１〜２０のアルキル基等の１価炭化水素基であり、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、フッ素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。Ｒ¹⁴及びＲ¹⁵は、それぞれ独立に、水素原子、又は直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数１〜２０のアルキル基等の１価炭化水素基であり、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、フッ素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。Ａ１は０〜１０、特に１〜５の整数である。Ｒ¹⁴とＲ¹⁵と、Ｒ¹⁴とＲ¹⁶と、又はＲ¹⁵とＲ¹⁶とは、互いに結合してこれらが結合する炭素原子又は炭素原子と酸素原子と共に炭素数３〜２０、好ましくは４〜１６の環、特に脂環を形成してもよい。

式（ＡＬ−３）中、Ｒ¹⁷、Ｒ¹⁸及びＲ¹⁹は、それぞれ独立に、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数１〜２０のアルキル基等の１価炭化水素基であり、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、フッ素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。Ｒ¹⁷とＲ¹⁸と、Ｒ¹⁷とＲ¹⁹と、又はＲ¹⁸とＲ¹⁹とは、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、好ましくは４〜１６の環、特に脂環を形成してもよい。

前記ベースポリマーは、更に、密着性基としてフェノール性ヒドロキシ基を含む繰り返し単位ｂを含んでもよい。繰り返し単位ｂを与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、Ｒ^Aは、前記と同じである。

前記ベースポリマーは、更に、他の密着性基として、フェノール性ヒドロキシ基以外のヒドロキシ基、ラクトン環、エーテル基、エステル基、カルボニル基又はシアノ基を含む繰り返し単位ｃを含んでもよい。繰り返し単位ｃを与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、Ｒ^Aは、前記と同じである。

ヒドロキシ基を含むモノマーの場合、重合時にヒドロキシ基をエトキシエトキシ基等の酸によって脱保護しやす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。

前記ベースポリマーは、更に、インデン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、アセナフチレン、クロモン、クマリン、ノルボルナジエン又はこれらの誘導体に由来する繰り返し単位ｄを含んでもよい。繰り返し単位ｄを与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

前記ベースポリマーは、更に、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、ビニルピリジン又はビニルカルバゾールに由来する繰り返し単位ｅを含んでもよい。

前記ベースポリマーは、更に、重合性炭素−炭素二重結合を含むオニウム塩に由来する繰り返し単位ｆを含んでもよい。特開２００５−８４３６５号公報には、特定のスルホン酸が発生する重合性炭素−炭素二重結合を含むスルホニウム塩や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。

好ましい繰り返し単位ｆとしては、下記式（ｆ１）で表される繰り返し単位（以下、繰り返し単位ｆ１という。）、下記式（ｆ２）で表される繰り返し単位（以下、繰り返し単位ｆ２という。）、及び下記式（ｆ３）で表される繰り返し単位（以下、繰り返し単位ｆ３という。）が挙げられる。なお、繰り返し単位ｆ１〜ｆ３は、１種単独でも、２種以上を組み合せて使用してもよい。

式中、Ｒ^Aは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。Ｚ¹は、単結合、フェニレン基、−Ｏ−Ｚ¹¹−、又は−Ｃ(＝Ｏ)−Ｚ¹²−Ｚ¹¹−であり、Ｚ¹¹は、カルボニル基、エステル基、エーテル基若しくはヒドロキシ基を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の、炭素数１〜６のアルキレン基若しくは炭素数２〜６のアルケニレン基、又はフェニレン基であり、Ｚ¹²は、−Ｏ−又は−ＮＨ−である。Ｒ²¹、Ｒ²²、Ｒ²³、Ｒ²⁴、Ｒ²⁵、Ｒ²⁶、Ｒ²⁷及びＲ²⁸は、それぞれ独立に、カルボニル基、エステル基若しくはエーテル基を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数１〜１２のアルキル基、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、若しくはメルカプトフェニル基である。Ｚ²は、単結合、−Ｚ²¹−Ｃ(＝Ｏ)−Ｏ−、−Ｚ²¹−Ｏ−又は−Ｚ²¹−Ｏ−Ｃ(＝Ｏ)−であり、Ｚ²¹は、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い直鎖状、分岐状又は環状の炭素数１〜１２のアルキレン基である。Ｚ³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−Ｚ³¹、又は−Ｃ(＝Ｏ)−Ｚ³²−Ｚ³¹−であり、Ｚ³¹は、カルボニル基、エステル基、エーテル基若しくはヒドロキシ基を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の、炭素数１〜６のアルキレン基若しくは炭素数２〜６のアルケニレン基、又はフェニレン基、フッ素化されたフェニレン基、若しくはトリフルオロメチル基で置換されたフェニレン基であり、Ｚ³²は、−Ｏ−又は−ＮＨ−である。Ａ¹は、水素原子又はトリフルオロメチル基である。Ｍ^-は、非求核性対向イオンを表す。

繰り返し単位ｆ１を与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、Ｍ^-及びＲ^Aは、前記と同じである。

Ｍ^-で表される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)イミド等のスルホンイミド、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)メチド等のスルホンメチドが挙げられる。

前記非求核性対向イオンとしては、更に、下記式（Ｋ−１）表されるα位がフルオロ置換されたスルホン酸イオン、下記式（Ｋ−２）で表されるα及びβ位がフルオロ置換されたスルホン酸イオン等が挙げられる。

式（Ｋ−１）中、Ｒ³¹は、水素原子、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数１〜２０のアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数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含んでいてもよい。

式（Ｋ−２）中、Ｒ³²は、水素原子、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数１〜３０のアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数２〜３０のアシル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数２〜２０のアルケニル基、炭素数６〜２０のアリール基、又は炭素数６〜２０のアリールオキシ基であり、エーテル基、エステル基、カルボニル基又はラクトン環を含んでいてもよい。

繰り返し単位ｆ２を与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、Ｒ^Aは、前記と同じである。

繰り返し単位ｆ３を与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、Ｒ^Aは、前記と同じである。

ポリマー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が改善される。

ポジ型レジスト材料用のベースポリマーとしては、酸不安定基を含む繰り返し単位ａ１又はａ２を必須とする。この場合、繰り返し単位ａ１、ａ２、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆの含有比率は、０≦ａ１＜１.０、０≦ａ２＜１.０、０＜ａ１＋ａ２＜１.０、０≦ｂ≦０.９、０≦ｃ≦０.９、０≦ｄ≦０.８、０≦ｅ≦０.８、及び０≦ｆ≦０.５が好ましく、０≦ａ１≦０.９、０≦ａ２≦０.９、０.１≦ａ１＋ａ２≦０.９、０≦ｂ≦０.８、０≦ｃ≦０.８、０≦ｄ≦０.７、０≦ｅ≦０.７、及び０≦ｆ≦０.４がより好ましく、０≦ａ１≦０.８、０≦ａ２≦０.８、０.１≦ａ１＋ａ２≦０.８、０≦ｂ≦０.７５、０≦ｃ≦０.７５、０≦ｄ≦０.６、０≦ｅ≦０.６、及び０≦ｆ≦０.３が更に好ましい。なお、繰り返し単位ｆが繰り返し単位ｆ１〜ｆ３から選ばれる少なくとも１種である場合、ｆ＝ｆ１＋ｆ２＋ｆ３である。また、ａ１＋ａ２＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＝１.０である。

一方、ネガ型レジスト材料用のベースポリマーは、酸不安定基は必ずしも必要ではない。このようなベースポリマーとしては、繰り返し単位ｂを含み、必要に応じて更に繰り返し単位ｃ、ｄ、ｅ及び／又はｆを含むものが挙げられる。これらの繰り返し単位の含有比率は、０＜ｂ≦１.０、０≦ｃ≦０.９、０≦ｄ≦０.８、０≦ｅ≦０.８、及び０≦ｆ≦０.５が好ましく、０.２≦ｂ≦１.０、０≦ｃ≦０.８、０≦ｄ≦０.７、０≦ｅ≦０.７、及び０≦ｆ≦０.４がより好ましく、０.３≦ｂ≦１.０、０≦ｃ≦０.７５、０≦ｄ≦０.６、０≦ｅ≦０.６、及び０≦ｆ≦０.３が更に好ましい。なお、繰り返し単位ｆが繰り返し単位ｆ１〜ｆ３から選ばれる少なくとも１種である場合、ｆ＝ｆ１＋ｆ２＋ｆ３である。また、ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＝１.０である。

前記ベースポリマーを合成するには、例えば、前述した繰り返し単位を与えるモノマーを、有機溶剤中、ラジカル重合開始剤を加えて加熱重合を行えばよい。

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、ジオキサン等が挙げられる。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挙げられる。重合時の温度は、好ましくは５０〜８０℃である。反応時間は、好ましくは２〜１００時間、より好ましくは５〜２０時間である。

ヒドロキシスチレンや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やヒドロキシビニルナフタレンのかわりにアセトキシスチレンやアセトキシビニルナフタレンを用い、重合後前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やヒドロキシビニルナフタレンにしてもよい。

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、反応温度は、好ましくは−２０〜１００℃、より好ましくは０〜６０℃である。反応時間は、好ましくは０.２〜１００時間、より好ましくは０.５〜２０時間である。

前記ベースポリマーは、溶剤としてテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）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重量平均分子量（Ｍｗ）が、好ましくは１,０００〜５００,０００、より好ましくは２,０００〜３０,０００である。Ｍｗ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やすくなる。

更に、前記ベースポリマーにおいて分子量分布（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おそれがある。パターンルールが微細化するに従って、Ｍｗや分子量分布の影響が大きくなりやすいことから、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、前記ベースポリマーの分子量分布は、１.０〜２.０、特に１.０〜１.５と狭分散であることが好ましい。

前記ベースポリマーは、組成比率、Ｍｗ、分子量分布が異なる２つ以上のポリマーを含んでもよい。

［酸発生剤］
前記フタレイン系アルカリ金属塩、及び前記ベースポリマーを含むレジスト材料に酸発生剤を添加することで、化学増幅ポジ型レジスト材料あるいは化学増幅ネガ型レジスト材料として機能させることができる。前記酸発生剤としては、例えば、活性光線又は放射線に感応して酸を発生する化合物（光酸発生剤）が挙げられる。光酸発生剤としては、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かなるものでも構わないが、スルホン酸、スルホンイミド又はスルホンメチドを発生するものが好ましい。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］に記載されているものが挙げられる。

また、光酸発生剤としては、下記式（１）又は（２）で表されるものも好適に使用できる。

式（１）中、Ｒ¹⁰¹、Ｒ¹⁰²及びＲ¹⁰³は、それぞれ独立に、ヘテロ原子を含んでいてもよい直鎖状、分岐状又は環状の炭素数１〜２０の１価炭化水素基を表す。また、Ｒ¹⁰¹、Ｒ¹⁰²及びＲ¹⁰³のうちのいずれか２つが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。

式（１）中、Ｘ^-は、下記式（１Ａ）〜（１Ｄ）から選ばれるアニオンを表す。

式（１Ａ）中、Ｒ^faは、フッ素原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数１〜４０の１価炭化水素基を表す。

式（１Ａ）で表されるアニオンとしては、下記式（１Ａ'）で表されるものが好ましい。

式（１Ａ'）中、Ｒ¹⁰⁴は、水素原子又はトリフルオロメチル基を表し、好ましくはトリフルオロメチル基である。Ｒ¹⁰⁵は、ヘテロ原子を含んでいてもよい直鎖状、分岐状又は環状の炭素数１〜３８の１価炭化水素基を表す。前記ヘテロ原子としては、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ハロゲン原子等が好ましく、酸素原子がより好ましい。前記１価炭化水素基としては、微細パターン形成において高解像性を得る点から、特に炭素数６〜３０であるものが好ましい。前記１価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、３−シクロヘキセニル基、ヘプチル基、２−エチルヘキシル基、ノニル基、ウンデシル基、トリデシル基、ペンタデシル基、ヘプタデシル基、１−アダマンチル基、２−アダマンチル基、１−アダマンチルメチル基、ノルボルニル基、ノルボルニルメチル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、テトラシクロドデカニルメチル基、ジシクロヘキシルメチル基、イコサニル基、アリル基、ベンジル基、ジフェニルメチル基、テトラヒドロフリル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、メチルチオメチル基、アセトアミドメチル基、トリフルオロエチル基、(２−メトキシエトキシ)メチル基、アセトキシメチル基、２−カルボキシ−１−シクロヘキシル基、２−オキソプロピル基、４−オキソ−１−アダマンチル基、３−オキソシクロヘキシル基等が挙げられる。また、これらの基の水素原子の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、あるいはこれらの基の一部の炭素原子間に酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子含有基が介在していてもよく、その結果、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボニル基、エーテル基、エステル基、スルホン酸エステル基、カーボネート基、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物、ハロアルキル基等を含んでいてもよい。

式（１Ａ'）で表されるアニオンを含むスルホニウム塩の合成に関しては、特開２００７−１４５７９７号公報、特開２００８−１０６０４５号公報、特開２００９−７３２７号公報、特開２００９−２５８６９５号公報等に詳しい。また、特開２０１０−２１５６０８号公報、特開２０１２−４１３２０号公報、特開２０１２−１０６９８６号公報、特開２０１２−１５３６４４号公報等に記載のスルホニウム塩も好適に用いられる。

式（１Ａ）で表されるアニオンを含むスルホニウム塩としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、Ａｃはアセチル基、Ｐｈはフェニル基を表す。

式（１Ｂ）中、Ｒ^fb1及びＲ^fb2は、それぞれ独立に、フッ素原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数１〜４０の１価炭化水素基を表す。前記１価炭化水素基としては、前記Ｒ¹⁰⁵の説明において挙げたものと同様のものが挙げられる。Ｒ^fb1及びＲ^fb2として好ましくは、フッ素原子、又は炭素数１〜４の直鎖状フッ素化アルキル基である。また、Ｒ^fb1とＲ^fb2とは、互いに結合してこれらが結合する基（−ＣＦ₂−ＳＯ₂−Ｎ^-−ＳＯ₂−ＣＦ₂−）と共に環を形成してもよく、特にフッ素化エチレン基又はフッ素化プロピレン基で環構造を形成するものが好ましい。

式（１Ｃ）中、Ｒ^fc1、Ｒ^fc2及びＲ^fc3は、それぞれ独立に、フッ素原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数１〜４０の１価炭化水素基を表す。前記１価炭化水素基としては、前記Ｒ¹⁰⁵の説明において挙げたものと同様のものが挙げられる。Ｒ^fc1、Ｒ^fc2及びＲ^fc3として好ましくは、フッ素原子、又は炭素数１〜４の直鎖状フッ素化アルキル基である。また、Ｒ^fc1とＲ^fc2とは、互いに結合してこれらが結合する基（−ＣＦ₂−ＳＯ₂−Ｃ^-−ＳＯ₂−ＣＦ₂−）と共に環を形成してもよく、特にフッ素化エチレン基やフッ素化プロピレン基で環構造を形成するものが好ましい。

式（１Ｄ）中、Ｒ^fdは、ヘテロ原子を含んでいてもよい直鎖状、分岐状又は環状の炭素数１〜４０の１価炭化水素基を表す。前記１価炭化水素基としては、前記Ｒ¹⁰⁵の説明において挙げたものと同様のものが挙げられる。

式（１Ｄ）で表されるアニオンを含むスルホニウム塩の合成に関しては、特開２０１０−２１５６０８号公報及び特開２０１４−１３３７２３号公報に詳しい。

式（１Ｄ）で表されるアニオンを含むスルホニウム塩としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、Ｐｈはフェニル基を表す。

なお、式（１Ｄ）で表されるアニオンを含む光酸発生剤は、スルホ基のα位にフッ素は有していないが、β位に２つのトリフルオロメチル基を有していることに起因して、レジストポリマー中の酸不安定基を切断するには十分な酸性度を有している。そのため、光酸発生剤として使用することができる。

式（２）中、Ｒ²⁰¹及びＲ²⁰²は、それぞれ独立に、ヘテロ原子を含んでいてもよい直鎖状、分岐状又は環状の炭素数１〜３０の１価炭化水素基を表す。Ｒ²⁰³は、ヘテロ原子を含んでいてもよい直鎖状、分岐状又は環状の炭素数１〜３０の２価炭化水素基を表す。また、Ｒ²⁰¹、Ｒ²⁰²及びＲ²⁰³のうちのいずれか２つが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。Ｌ^Aは、単結合、エーテル基、又はヘテロ原子を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数１〜２０の２価炭化水素基を表す。Ｘ^A、Ｘ^B、Ｘ^C及びＸ^Dは、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はトリフルオロメチル基を表す。ただし、Ｘ^A、Ｘ^B、Ｘ^C及びＸ^Dのうち少なくとも１つは、水素原子以外の置換基を表す。ｋは、０〜３の整数を表す。

前記１価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｔ−ペンチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−オクチル基、ｎ−ノニル基、ｎ−デシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、２−エチルヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロペンチルエチル基、シクロペンチルブチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、シクロヘキシルブチル基、ノルボルニル基、オキサノルボルニル基、トリシクロ[５.２.１.０^2,6]デカニル基、アダマンチル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等が挙げられる。また、これらの基の水素原子の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、あるいは炭素原子の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボニル基、エーテル基、エステル基、スルホン酸エステル基、カーボネート基、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物、ハロアルキル基等を含んでいてもよい。

前記２価炭化水素基としては、メチレン基、エチレン基、プロパン−１,３−ジイル基、ブタン−１,４−ジイル基、ペンタン−１,５−ジイル基、ヘキサン−１,６−ジイル基、ヘプタン−１,７−ジイル基、オクタン−１,８−ジイル基、ノナン−１,９−ジイル基、デカン−１,１０−ジイル基、ウンデカン−１,１１−ジイル基、ドデカン−１,１２−ジイル基、トリデカン−１,１３−ジイル基、テトラデカン−１,１４−ジイル基、ペンタデカン−１,１５−ジイル基、ヘキサデカン−１,１６−ジイル基、ヘプタデカン−１,１７−ジイル基等の直鎖状アルカンジイル基；シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基等の飽和環状２価炭化水素基；フェニレン基、ナフチレン基等の不飽和環状２価炭化水素基等が挙げられる。また、これらの基の水素原子の一部が、メチル基、エチル基、プロピル基、ｎ−ブチル基、ｔ−ブチル基等のアルキル基で置換されていてもよい。また、これらの基の水素原子の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、あるいはこれらの基の一部の炭素原子間に酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子含有基が介在していてもよく、その結果、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボニル基、エーテル基、エステル基、スルホン酸エステル基、カーボネート基、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物、ハロアルキル基等を含んでいてもよい。前記ヘテロ原子としては、酸素原子が好ましい

式（２）で表される光酸発生剤としては、下記式（２'）で表されるものが好ましい。

式（２'）中、Ｌ^Aは、前記と同じ。Ｒは、水素原子又はトリフルオロメチル基を表し、好ましくはトリフルオロメチル基である。Ｒ³⁰¹、Ｒ³⁰²及びＲ³⁰³は、それぞれ独立に、水素原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数１〜２０の１価炭化水素基を表す。前記１価炭化水素基としては、前記Ｒ¹⁰⁵の説明において挙げたものと同様のものが挙げられる。ｘ及びｙは、それぞれ独立に、０〜５の整数を表し、ｚは、０〜４の整数を表す。

式（２）で表される光酸発生剤としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、Ｒは前記と同じであり、Ｍｅはメチル基を表す。

前記光酸発生剤のうち、式（１Ａ'）又は（１Ｄ）で表されるアニオンを含むものは、酸拡散が小さく、かつレジスト溶剤への溶解性にも優れており、特に好ましい。また、式（２'）で表されるアニオンを含むものは、酸拡散が極めて小さく、特に好ましい。

酸発生剤の配合量は、ベースポリマー１００質量部に対し、０.１〜５０質量部が好ましく、１〜４０質量部がより好ましい。

［その他の成分］
前記フタレイン系アルカリ金属塩、ベースポリマー及び酸発生剤を含む化学増幅ポジ型レジスト材料あるいは化学増幅ネガ型レジスト材料に、有機溶剤、界面活性剤、溶解阻止剤、架橋剤等を目的に応じて適宜組み合わせて配合してポジ型レジスト材料及びネガ型レジスト材料を構成することによって、露光部では前記ベースポリマーが触媒反応により現像液に対する溶解速度が加速されるので、極めて高感度のポジ型レジスト材料及びネガ型レジスト材料とすることができる。この場合、レジスト膜の溶解コントラスト及び解像性が高く、露光余裕度があり、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りながら、特に酸拡散を抑制できることから粗密寸法差が小さく、これらのことから実用性が高く、超ＬＳＩ用レジスト材料として非常に有効なものとすることができる。特に、酸発生剤を含有させ、酸触媒反応を利用した化学増幅ポジ型レジスト材料とすると、より高感度のものとすることができると共に、諸特性が一層優れたものとなり極めて有用なものとなる。

ポジ型レジスト材料の場合は、溶解阻止剤を配合することによって、露光部と未露光部との溶解速度の差を一層大きくすることができ、解像度を一層向上させることができる。ネガ型レジスト材料の場合は、架橋剤を添加することによって、露光部の溶解速度を低下させることによりネガティブパターンを得ることができる。

前記有機溶剤としては、特開２００８−１１１１０３号公報の段落［０１４４］〜［０１４５］に記載の、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチル−２−ｎ−ペンチルケトン等のケトン類、３−メトキシブタノール、３−メチル−３−メトキシブタノール、１−メトキシ−２−プロパノール、１−エトキシ−２−プロパノール等のアルコール類、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、３−メトキシプロピオン酸メチル、３−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸ｔ−ブチル、プロピオン酸ｔ−ブチル、プロピレングリコールモノｔ−ブチルエーテルアセテート等のエステル類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、及びこれらの混合溶剤が挙げられる。

前記有機溶剤の配合量は、ベースポリマー１００質量部に対し、１００〜１０,０００質量部が好ましく、２００〜８,０００質量部がより好ましい。

前記界面活性剤としては、特開２００８−１１１１０３号公報の段落［０１６５］〜［０１６６］に記載されたものが挙げられる。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。界面活性剤の配合量は、ベースポリマー１００質量部に対し、０.０００１〜１０質量部が好ましい。

前記溶解阻止剤としては、分子量が好ましくは１００〜１,０００、より好ましくは１５０〜８００で、かつ分子内にフェノール性ヒドロキシ基を２つ以上含む化合物の該フェノール性ヒドロキシ基の水素原子を酸不安定基によって全体として０〜１００モル％の割合で置換した化合物、又は分子内にカルボキシル基を含む化合物の該カルボキシル基の水素原子を酸不安定基によって全体として平均５０〜１００モル％の割合で置換した化合物が挙げられる。具体的には、ビスフェノールＡ、トリスフェノール、フェノールフタレイン、クレゾールノボラック、ナフタレンカルボン酸、アダマンタンカルボン酸、コール酸のヒドロキシ基、カルボキシル基の水素原子を酸不安定基で置換した化合物等が挙げられ、例えば、特開２００８−１２２９３２号公報の段落［０１５５］〜［０１７８］に記載されている。

溶解阻止剤の配合量は、ポジ型レジスト材料の場合、ベースポリマー１００質量部に対し、０〜５０質量部が好ましく、５〜４０質量部がより好ましい。

架橋剤としては、メチロール基、アルコキシメチル基及びアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも１つの基で置換された、エポキシ化合物、メラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物又はウレア化合物、イソシアネート化合物、アジド化合物、アルケニルエーテル基等の二重結合を含む化合物等が挙げられる。これらは、添加剤として用いてもよいが、ポリマー側鎖にペンダント基として導入してもよい。また、ヒドロキシ基を含む化合物も架橋剤として用いることができる。

前記エポキシ化合物としては、トリス(２,３−エポキシプロピル)イソシアヌレート、トリメチロールメタントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、トリエチロールエタントリグリシジルエーテル等が挙げられる。

前記メラミン化合物としては、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンの１〜６個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、ヘキサメトキシエチルメラミン、ヘキサアシロキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンのメチロール基の１〜６個がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物等が挙げられる。

グアナミン化合物としては、テトラメチロールグアナミン、テトラメトキシメチルグアナミン、テトラメチロールグアナミンの１〜４個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメトキシエチルグアナミン、テトラアシロキシグアナミン、テトラメチロールグアナミンの１〜４個のメチロール基がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物等が挙げられる。

グリコールウリル化合物としては、テトラメチロールグリコールウリル、テトラメトキシグリコールウリル、テトラメトキシメチルグリコールウリル、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の１〜４個がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の１〜４個がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物等が挙げられる。ウレア化合物としてはテトラメチロールウレア、テトラメトキシメチルウレア、テトラメチロールウレアの１〜４個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメトキシエチルウレア等が挙げられる。

イソシアネート化合物としては、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート等が挙げられる。

アジド化合物としては、１,１'−ビフェニル−４,４'−ビスアジド、４,４'−メチリデンビスアジド、４,４'−オキシビスアジドが挙げられる。

アルケニルエーテル基を含む化合物としては、エチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、１,２−プロパンジオールジビニルエーテル、１,４−ブタンジオールジビニルエーテル、テトラメチレングリコールジビニルエーテル、ネオペンチルグリコールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、１,４−シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ソルビトールテトラビニルエーテル、ソルビトールペンタビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル等が挙げられる。

架橋剤の配合量は、ネガ型レジスト材料の場合、ベースポリマー１００質量部に対し、０.１〜５０質量部が好ましく、１〜４０質量部がより好ましい。

本発明のレジスト材料には、前記フタレイン系アルカリ金属塩以外のクエンチャー（以下、その他のクエンチャーという。）を配合してもよい。その他のクエンチャーとしては、従来型の塩基性化合物が挙げられる。従来型の塩基性化合物としては、第１級、第２級、第３級の脂肪族アミン類、混成アミン類、芳香族アミン類、複素環アミン類、カルボキシル基を有する含窒素化合物、スルホニル基を有する含窒素化合物、ヒドロキシ基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物、アミド類、イミド類、カーバメート類等が挙げられる。特に、特開２００８−１１１１０３号公報の段落［０１４６］〜［０１６４］に記載の第１級、第２級、第３級のアミン化合物、特にはヒドロキシ基、エーテル基、エステル基、ラクトン環、シアノ基、スルホン酸エステル基を有するアミン化合物あるいは特許第３７９０６４９号公報に記載のカーバメート基を有する化合物等が好ましい。このような塩基性化合物を添加することによって、例えば、レジスト膜中での酸の拡散速度を更に抑制したり、形状を補正したりすることができる。

その他のクエンチャーとしては、更に、特開２００８−２３９９１８号公報に記載のポリマー型クエンチャーが挙げられる。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。

その他のクエンチャーの配合量は、ベースポリマー１００質量部に対し、０〜５質量部が好ましく、０〜４質量部がより好ましい。

本発明のレジスト材料には、スピンコート後のレジスト表面の撥水性を向上させるための高分子化合物（撥水性向上剤）を配合してもよい。撥水性向上剤は、トップコートを用いない液浸リソグラフィーに用いることができる。撥水性向上剤としては、フッ化アルキル基を含む高分子化合物、特定構造の１,１,１,３,３,３−ヘキサフルオロ−２−プロパノール残基を含む高分子化合物等が好ましく、特開２００７−２９７５９０号公報、特開２００８−１１１１０３号公報等に例示されている。前記撥水性向上剤は、有機溶剤現像液に溶解する必要がある。前述の特定の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撥水性向上剤は、現像液への溶解性が良好である。撥水性向上剤として、アミノ基やアミン塩を含む繰り返し単位を含む高分子化合物は、ＰＥＢ中の酸の蒸発を防いで現像後のホールパターンの開口不良を防止する効果が高い。撥水性向上剤の配合量は、ベースポリマー１００質量部に対し、０〜２０質量部が好ましく、０.５〜１０質量部がより好ましい。

本発明のレジスト材料には、アセチレンアルコール類を配合することもできる。前記アセチレンアルコール類としては、特開２００８−１２２９３２号公報の段落［０１７９］〜［０１８２］に記載されたものが挙げられる。アセチレンアルコール類の配合量は、ベースポリマー１００質量部に対し、０〜５質量部が好ましい。

［パターン形成方法］
本発明のレジスト材料を種々の集積回路製造に用いる場合は、公知のリソグラフィー技術を適用することができる。

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、ＳｉＯ₂、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、ＭｏＳｉ₂、ＳｉＯ₂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０.１〜２μｍとなるように塗布する。これをホットプレート上で、好ましくは６０〜１５０℃、１０秒〜３０分間、より好ましくは８０〜１２０℃、３０秒〜２０分間プリベークする。次いで、紫外線、遠紫外線、ＥＢ、ＥＵＶ、Ｘ線、軟Ｘ線、エキシマレーザー、γ線、シンクロトロン放射線等の高エネルギー線で、目的とするパターンを所定のマスクを通じて又は直接露光を行う。露光量は、１〜２００ｍＪ／ｃｍ²程度、特に１０〜１００ｍＪ／ｃｍ²、又は０.１〜１００μＣ／ｃｍ²程度、特に０.５〜５０μＣ／ｃｍ²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、好ましくは６０〜１５０℃、１０秒〜３０分間、より好ましくは８０〜１２０℃、３０秒〜２０分間ＰＥＢする。

更に、０.１〜１０質量％、好ましくは２〜５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）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。ネガレジストの場合はポジレジストの場合とは逆であり、即ち光を照射した部分は現像液に不溶化し、露光されなかった部分は溶解する。なお、本発明のレジスト材料は、特に高エネルギー線の中でもＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザー、ＥＢ、ＥＵＶ、Ｘ線、軟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最適である。

酸不安定基を含むベースポリマーを含むポジ型レジスト材料を用いて、有機溶剤現像によってネガティブパターンを得るネガティブ現像を行うこともできる。このときに用いる現像液としては、２−オクタノン、２−ノナノン、２−ヘプタノン、３−ヘプタノン、４−ヘプタノン、２−ヘキサノン、３−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、メチルシクロヘキサノン、アセトフェノン、メチルアセトフェノン、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、酢酸ブテニル、酢酸イソペンチル、ギ酸プロピル、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、ギ酸ペンチル、ギ酸イソペンチル、吉草酸メチル、ペンテン酸メチル、クロトン酸メチル、クロトン酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、３−エトキシプロピオン酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル、乳酸イソブチル、乳酸ペンチル、乳酸イソペンチル、２−ヒドロキシイソ酪酸メチル、２−ヒドロキシイソ酪酸エチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、酢酸フェニル、酢酸ベンジル、フェニル酢酸メチル、ギ酸ベンジル、ギ酸フェニルエチル、３−フェニルプロピオン酸メチル、プロピオン酸ベンジル、フェニル酢酸エチル、酢酸２−フェニルエチル等が挙げられる。これらの有機溶剤は、１種単独でも、２種以上を混合して使用してもよい。

現像の終了時には、リンスを行う。リンス液としては、現像液と混溶し、レジスト膜を溶解させない溶剤が好ましい。このような溶剤としては、炭素数３〜１０のアルコール、炭素数８〜１２のエーテル化合物、炭素数６〜１２のアルカン、アルケン、アルキン、芳香族系の溶剤が好ましく用いられる。

具体的に、炭素数３〜１０のアルコールとしては、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、１−ブチルアルコール、２−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｔ−ブチルアルコール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、ｔ−ペンチルアルコール、ネオペンチルアルコール、２−メチル−１−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、３−メチル−３−ペンタノール、シクロペンタノール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、２,３−ジメチル−２−ブタノール、３,３−ジメチル−１−ブタノール、３,３−ジメチル−２−ブタノール、２−エチル−１−ブタノール、２−メチル−１−ペンタノール、２−メチル−２−ペンタノール、２−メチル−３−ペンタノール、３−メチル−１−ペンタノール、３−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、４−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、４−メチル−３−ペンタノール、シクロヘキサノール、１−オクタノール等が挙げられる。

炭素数８〜１２のエーテル化合物としては、ジ−ｎ−ブチルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジ−ｓ−ブチルエーテル、ジ−ｎ−ペンチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジ−ｓ−ペンチルエーテル、ジ−ｔ−ペンチルエーテル、ジ−ｎ−ヘキシルエーテルから選ばれる１種以上の溶剤が挙げられる。

炭素数６〜１２のアルカンとしては、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、メチルシクロペンタン、ジメチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン等が挙げられる。炭素数６〜１２のアルケンとしては、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、シクロヘキセン、メチルシクロヘキセン、ジメチルシクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン等が挙げられる。炭素数６〜１２のアルキンとしては、ヘキシン、ヘプチン、オクチン等が挙げられる。

芳香族系の溶剤としては、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、ｔ−ブチルベンゼン、メシチレン等が挙げられる。

リンスを行うことによってレジストパターンの倒れや欠陥の発生を低減させることができる。また、リンスは必ずしも必須ではなく、リンスを行わないことによって溶剤の使用量を削減することができる。

現像後のホールパターンやトレンチパターンをサーマルフロー、ＲＥＬＡＣＳ技術あるいはＤＳＡ技術でシュリンクすることもできる。ホールパターン上にシュリンク剤を塗布し、ベーク中のレジスト層からの酸触媒の拡散によってレジストの表面でシュリンク剤の架橋が起こり、シュリンク剤がホールパターンの側壁に付着する。ベーク温度は、好ましくは７０〜１８０℃、より好ましくは８０〜１７０℃であり、時間は、好ましくは１０〜３００秒であり、余分なシュリンク剤を除去し、ホールパターンを縮小させる。

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、本発明は下記の実施例に限定されない。

レジスト材料に用いた、フタレイン系アルカリ金属塩からなるクエンチャー１〜８の構造を以下に示す。クエンチャー１〜８は、下記アニオンを与えるテトラヨードフェノールフタレイン、テトラヨードフェノールスルホンフタレイン、テトラヨードフルオレセイン又はこれらの誘導体と、アルカリ金属の水酸化物とを混合することによって調製した。

［合成例］ベースポリマー（ポリマー１〜３）の合成
各々のモノマーを組み合わせて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、以下に示す組成のベースポリマー（ポリマー１〜３）を得た。得られたベースポリマーの組成は¹Ｈ−ＮＭＲにより、Ｍｗ及び分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）はＧＰＣ（溶剤：ＴＨＦ、標準：ポリスチレン）により確認した。

［実施例、比較例］
界面活性剤としてスリーエム社製FC-4430を１００ｐｐｍ溶解させた溶剤に、表１及び２に示される組成で各成分を溶解させた溶液を、０.２μｍサイズのフィルターで濾過してレジスト材料を調製した。

表１及び２中、各成分は、以下のとおりである。
ポリマー１〜３（前記構造式参照）
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）
ＰＧＭＥ（プロピレングリコールモノメチルエーテル）

酸発生剤：ＰＡＧ１、ＰＡＧ２（下記構造式参照）

比較クエンチャー１〜６

比較添加剤１（下記構造式参照）

［ＥＢ描画評価］
表１及び２に示すレジスト材料を、ヘキサメチルジシラザンベーパープライム処理したＳｉ基板上にスピンコートし、ホットプレートを用いて１１０℃で６０秒間プリベークして８０ｎｍのレジスト膜を作製した。これに、(株)日立製作所製HL-800Dを用いて加速電圧５０ｋＶで真空チャンバー内描画を行った。描画後、直ちにホットプレート上、表１及び２に示す温度で６０秒間ＰＥＢを行い、２.３８質量％ＴＭＡＨ水溶液で３０秒間現像を行ってパターンを得た。
得られたレジストパターンについて次の評価を行った。
ポジ型レジスト膜の場合、１２０ｎｍのトレンチを寸法通りで解像する露光量における最小のトレンチの寸法を解像力とした。ネガ型レジスト膜の場合、１２０ｎｍの孤立ラインを寸法通りで解像する露光量における最小の孤立ラインの寸法を解像力とした。また、ポジ型レジスト膜の場合、１２０ｎｍのトレンチパターンを解像する感度を、ネガ型レジスト膜の場合、１２０ｎｍの孤立ラインパターンを解像する感度を、レジスト感度とし、ＬＷＲをＳＥＭで測定した。なお、実施例１〜９、比較例１〜８はポジ型レジスト材料、実施例１０、比較例９はネガ型レジスト材料である。
結果を表１及び２に併記する。

表１及び２に示した結果より、テトラヨードフェノールフタレイン、テトラヨードフェノールスルホンフタレイン、テトラヨードフルオレセイン及びこれらの誘導体から選ばれる化合物のアルカリ金属塩を含む本発明のレジスト材料は、高感度で十分な解像力を有し、ＬＷＲも小さいことがわかった。

Claims (15)

1. ベースポリマーと、テトラヨードフェノールフタレイン、テトラヨードフェノールスルホンフタレイン、テトラヨードフルオレセイン及びこれらの誘導体から選ばれる化合物のアルカリ金属塩とを含むレジスト材料。
2. 前記アルカリ金属塩が、下記式（Ａ）−１又は（Ａ）−２で表されるものである請求項１記載のレジスト材料。
   

   

   （式中、Ｒ¹及びＲ²は、水素原子であり、又はＲ¹とＲ²とが互いに結合してエーテル基を形成してもよい。Ｒ³は、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又は炭素数１〜４のアルコキシ基である。Ｇは、カルボニル基又はスルホニル基である。Ａ⁺は、ナトリウムイオン、カリウムイオン、ルビジウムイオン及びセシウムイオンから選ばれるアルカリ金属イオンである。）
3. 更に、スルホン酸、スルホンイミド又はスルホンメチドを発生する酸発生剤を含む請求項１又は２記載のレジスト材料。
4. 更に、有機溶剤を含む請求項１〜３のいずれか１項記載のレジスト材料。
5. 前記ベースポリマーが、下記式（ａ１）で表される繰り返し単位又は下記式（ａ２）で表される繰り返し単位を含むものである請求項１〜４のいずれか１項記載のレジスト材料。
   

   

   （式中、Ｒ^Aは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。Ｒ¹¹及びＲ¹²は、それぞれ独立に、酸不安定基である。Ｘは、単結合、フェニレン基、ナフチレン基、又はエステル基若しくはラクトン環を含む炭素数１〜１２の連結基である。Ｙは、単結合又はエステル基である。）
6. 更に、溶解阻止剤を含む請求項５記載のレジスト材料。
7. 化学増幅ポジ型レジスト材料である請求項５又は６記載のレジスト材料。
8. 前記ベースポリマーが、酸不安定基を含まないものである請求項１〜４のいずれか１項記載のレジスト材料。
9. 更に、架橋剤を含む請求項８記載のレジスト材料。
10. 化学増幅ネガ型レジスト材料である請求項８又は９記載のレジスト材料。
11. 前記ベースポリマーが、更に下記式（ｆ１）〜（ｆ３）で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも１つの繰り返し単位を含む請求項１〜１０のいずれか１項記載のレジスト材料。
    

    

    （式中、Ｒ^Aは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。Ｚ¹は、単結合、フェニレン基、−Ｏ−Ｚ¹¹−、又は−Ｃ(＝Ｏ)−Ｚ¹²−Ｚ¹¹−であり、Ｚ¹¹は、カルボニル基、エステル基、エーテル基若しくはヒドロキシ基を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の、炭素数１〜６のアルキレン基若しくは炭素数２〜６のアルケニレン基、又はフェニレン基であり、Ｚ¹²は、−Ｏ−又は−ＮＨ−である。Ｒ²¹、Ｒ²²、Ｒ²³、Ｒ²⁴、Ｒ²⁵、Ｒ²⁶、Ｒ²⁷及びＲ²⁸は、それぞれ独立に、カルボニル基、エステル基若しくはエーテル基を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数１〜１２のアルキル基、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、若しくはメルカプトフェニル基である。Ｚ²は、単結合、−Ｚ²¹−Ｃ(＝Ｏ)−Ｏ−、−Ｚ²¹−Ｏ−又は−Ｚ²¹−Ｏ−Ｃ(＝Ｏ)−であり、Ｚ²¹は、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い直鎖状、分岐状又は環状の炭素数１〜１２のアルキレン基である。Ｚ³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−Ｚ³¹、又は−Ｃ(＝Ｏ)−Ｚ³²−Ｚ³¹−であり、Ｚ³¹は、カルボニル基、エステル基、エーテル基若しくはヒドロキシ基を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の、炭素数１〜６のアルキレン基若しくは炭素数２〜６のアルケニレン基、又はフェニレン基、フッ素化されたフェニレン基、若しくはトリフルオロメチル基で置換されたフェニレン基であり、Ｚ³²は、−Ｏ−又は−ＮＨ−である。Ａ¹は、水素原子又はトリフルオロメチル基である。Ｍ^-は、非求核性対向イオンを表す。）
12. 更に、界面活性剤を含む請求項１〜１１のいずれか１項記載のレジスト材料。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項記載の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パターン形成方法。
14. 前記高エネルギー線が、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー又は波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーである請求項１３記載のパターン形成方法。
15. 前記高エネルギー線が、電子線又は波長３〜１５ｎｍの極端紫外線である請求項１３記載のパターン形成方法。