KR100445920B1 - Photoresist compositions with cyclic olefin polymers and additive - Google Patents
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Abstract
193 nm 방사선으로 이미징할 수 있고(imageable) 현상성이어서 고분해 및 높은 에칭 방지성의 포토레지스트(photoresist) 구조물을 형성하는 산 촉진된 양성 포토레지스트 조성물은 환형 올레핀 중합체, 감광성 산 발생제, 및 193 nm에 대해 실질적으로 투명한 벌키성 소수성 첨가제, 소수성 비스테로이드성 지환족 성분, 복수의 산 불안정성 결합 기를 함유하는 소수성 비스테로이드성 다중-지환족 성분 또는 포화 스테로이드 성분의 조합을 사용하여 가능하다. 환형 올레핀 중합체는 i) 알칼리 수용액 중의 용해도를 증진시키는 산성이며 극성인 작용성 잔기, 또는 극성 작용성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위, 및 (ii) 알칼리 수용액 중의 용해도를 억제하는 산 불안정성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위를 함유한다.Acid-promoted amphoteric photoresist compositions that are imageable and developable with 193 nm radiation to form highly resolved and highly etch resistant photoresist structures include cyclic olefin polymers, photosensitive acid generators, and 193 nm. It is possible using a combination of a bulky hydrophobic additive, a hydrophobic nonsteroidal cycloaliphatic component, a hydrophobic nonsteroidal multi-alicyclic component containing a plurality of acid labile linking groups or a saturated steroid component substantially transparent to. The cyclic olefin polymer is an cyclic olefin having i) acidic and polar functional moieties which enhance solubility in aqueous alkali solution, or cyclic olefin units having polar functional moieties, and (ii) acid labile moieties which inhibit solubility in aqueous alkali solution. Contains units.
Description
극소 구조물의 조립(예를 들면, 마이크로 기계, 자기저항 헤드 등)을 포함하는 다른 산업 뿐만 아니라 마이크로전자 산업에서, 구조적 형상의 크기를 감소시려는 요구가 계속되고 있다. 마이크로전자 산업에서, 마이크로전자 디바이스의 크기를 감소시키고/시키거나 소정의 칩 크기에 대해 보다 다수의 회로를 제공하려는 요구가 있다.In the microelectronics industry as well as in other industries including the assembly of microstructures (eg, micromachines, magnetoresistive heads, etc.), there is a continuing need to reduce the size of structural shapes. In the microelectronics industry, there is a desire to reduce the size of microelectronic devices and / or to provide more circuits for a given chip size.
보다 작은 디바이스의 제조능은 보다 작은 형상 및 간격을 확실하게 분해할 수 있는 포토리쏘그래피 기법의 능력에 의해 제한된다. 광학 특성은, 미세한 분해능을 달성할 수 있는 능력이 리쏘그래피 패턴을 생성하는데 사용되는 광(또는 기타 방사선)의 파장에 의해 부분적으로 제한된다. 따라서, 포토리쏘그래피 방법을 위해 짧은 파장을 사용하는 경향이 계속되고 있다. 최근에, 소위 I-라인 방사선(350 nm)으로부터 248 nm 방사선으로 이동하는 경향이 있다.The manufacturability of smaller devices is limited by the ability of photolithographic techniques to reliably resolve smaller shapes and spacing. Optical properties are limited in part by the ability to achieve fine resolution by the wavelength of light (or other radiation) used to produce the lithographic pattern. Thus, there is a continuing trend to use short wavelengths for photolithographic methods. Recently, there is a tendency to shift from the so-called I-line radiation (350 nm) to 248 nm radiation.
크기를 추가로 감소하기 위해, 193 nm 방사선을 사용할 필요가 있게 되었다. 불행하게도, 최근의 248 nm 포토리쏘그래피 방법의 중심에서의 포토레지스트(photoresist) 조성물은 더 짧은 파장에서의 사용에 전형적으로 부적합하다.In order to further reduce the size, it became necessary to use 193 nm radiation. Unfortunately, photoresist compositions at the heart of recent 248 nm photolithography methods are typically unsuitable for use at shorter wavelengths.
포토레지스트 조성물은 목적하는 방사선 파장에서 이미지 분해가 가능한 바람직한 광학 특성을 가져야 하고, 포토레지스트 조성물은 또한 패턴화된 포토레지스트로부터 하부의 기판 층(들)으로 상을 전달할 수 있는 적합한 화학적 및 기계적 성질을 가져야 한다. 따라서, 패턴화하고자 하는 위치의 노출된 양성 포토레지스트는 목적하는 포토레지스트 구조를 수득하도록 적당한 분해 반응(즉, 노출 영역의 선택적인 분해)을 가능하게 해야 한다. 수성 알칼리 현상제의 사용이 포토리쏘그래피 분야에서 일반적이기 때문에, 일반적으로 사용되는 이와 같은 현상액에서 적당한 용해 거동을 달성할 수 있는 것이 중요하다.The photoresist composition should have desirable optical properties capable of image resolution at the desired wavelength of radiation, and the photoresist composition also possesses suitable chemical and mechanical properties that can transfer an image from the patterned photoresist to the underlying substrate layer (s). Should have Thus, the exposed positive photoresist at the location to be patterned should allow for adequate degradation reactions (ie, selective degradation of the exposed areas) to obtain the desired photoresist structure. Since the use of aqueous alkaline developers is common in the field of photolithography, it is important to be able to achieve adequate dissolution behavior in such commonly used developer solutions.
패턴화된 포토레지스트 구조물(현상 후)은 하부층(들)에 패턴의 전달을 충분하게 방지해야 한다. 전형적으로, 패턴 전달은 습윤 화학 에칭법 또는 이온 에칭법의 일부 형태로 수행된다. 패턴화된 포토레지스트 층이 패턴 전달 에칭 방법을 견딜 수 있는 능력(즉, 포토레지스트 층의 에칭 방지성)은 포토레지스트 조성물의 중요한 특성이다.The patterned photoresist structure (after development) should sufficiently prevent the transfer of the pattern to the underlying layer (s). Typically, pattern transfer is performed in some form of wet chemical etching or ion etching. The ability of the patterned photoresist layer to withstand pattern transfer etching methods (ie, the etch resistance of the photoresist layer) is an important property of the photoresist composition.
일부 포토레지스트 조성물은 193 nm 방사선의 사용을 위해 고안되었지만, 이들 조성물은 일반적으로 상기 언급된 하나 이상의 영역에서 성능의 부족으로 인해 짧은 파장의 이미징(imaging)의 진정한 분해 잇점을 제공하지 못하였다. 따라서, 우수한 현상성 및 에칭 방지성을 보유하면서 짧은 파장의 방사선(예를 들면, 193 nm 자외선 방사선)로 이미징가능한(imageable) 포토레지스트 조성물이 요구되고 있다.Some photoresist compositions have been designed for the use of 193 nm radiation, but these compositions generally do not provide the true resolution advantage of short wavelength imaging due to the lack of performance in one or more of the areas mentioned above. Accordingly, there is a need for a photoresist composition that is imageable with short wavelength radiation (eg, 193 nm ultraviolet radiation) while retaining good developability and etch resistance.
본 발명의 목적은 우수한 현상성 및 에칭 방지성을 가지면서 짧은 파장 방사선에 의해 이미징할 수 있는 포토레지스트 조성물을 제공할 것이다.It is an object of the present invention to provide a photoresist composition which can be imaged by short wavelength radiation while having excellent developability and etch resistance.
본 발명은 193 nm의 이미징 방사선을 사용하여 고분해 리쏘그래피 성능을 가능하게 하는 포토레지스트 조성물을 제공한다. 본 발명의 포토레지스트 조성물은 이미징 방사선의 파장에 의해서만 제한되는 매우 높은 분해능으로 패턴을 전달하는데 필요한 이미지성(imageability), 현상성 및 에칭 방지성의 조합을 갖는다. 본 발명의 포토레지스트 조성물은 일반적으로 산 불안정성 작용기 및 산성 극성 작용기의 조합을 함유하는 환형 올레핀 중합체의 존재를 특징으로 한다. 본 발명의 포토레지스트 조성물은 바람직하게는 193 nm 방사선에 대해 실질적으로 투명한 벌크성 소수성 첨가제의 존재를 추가의 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 포토레지스트 조성물은 일반적으로 (a) 환형 올레핀 중합체, 및 (b) 소수성 비스테로이드성 지환족 성분, 복수의 산 불안정성 연결기를 함유하는 소수성 비스테로이드성 다중-지환족 성분("HNMP"), 또는 포화 스테로이드 성분의 존재를 특징으로 한다.The present invention provides a photoresist composition that enables high resolution lithography performance using imaging radiation of 193 nm. The photoresist composition of the present invention has the combination of imageability, developability and anti-etching necessary to deliver the pattern with very high resolution limited only by the wavelength of the imaging radiation. Photoresist compositions of the invention are generally characterized by the presence of cyclic olefin polymers containing a combination of acid labile functional groups and acidic polar functional groups. The photoresist compositions of the present invention are further characterized by the presence of bulky hydrophobic additives that are substantially transparent to 193 nm radiation. The photoresist compositions of the invention also generally comprise (a) a cyclic olefin polymer, and (b) a hydrophobic nonsteroidal cycloaliphatic component, a hydrophobic nonsteroidal poly-alicyclic component containing a plurality of acid labile linkages ("HNMP"). "), Or the presence of a saturated steroid component.
본 발명은 또한 본 발명의 포토레지스트 조성물을 사용하여 포토레지스트 구조물을 생성하는 포토리쏘그래피 방법, 및 포토레지스트 구조물을 사용하여 하부층(들)에 패턴을 전달하는 방법을 제공한다. 본 발명의 포토리쏘그래피 방법은 바람직하게는 패턴화하고자 하는 위치에 193 nm 자외선 방사선 노출시킴을 특징으로 한다. 본 발명의 방법은 상 이동 마스크를 사용하지 않으면서 크기가 약 150 nm 미만, 보다 바람직하게는 크기가 약 120 nm 미만의 형상을 분해할 수 있다.The present invention also provides a photolithography method for creating a photoresist structure using the photoresist composition of the invention, and a method for transferring a pattern to the underlying layer (s) using the photoresist structure. The photolithographic method of the invention is preferably characterized by exposing 193 nm ultraviolet radiation to the position to be patterned. The method of the present invention can resolve shapes less than about 150 nm in size, more preferably less than about 120 nm in size, without the use of a phase shift mask.
제 1 양태에서, 본 발명은In a first aspect, the present invention
(a) 환형 올레핀 중합체, (b) 감광성 산 발생제, 및 (c) 193 nm 방사선에 대해 실질적으로 투명한 벌키성 소수성 첨가제를 포함하며,
이때 상기 환형 올레핀 중합체(a)가(a) a cyclic olefin polymer, (b) a photosensitive acid generator, and (c) a bulky hydrophobic additive substantially transparent to 193 nm radiation,
At this time, the cyclic olefin polymer (a)
(i) 알칼리 수용액 중의 용해도를 증진시키는 산성이며 극성인 작용성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위, 및(i) cyclic olefin units having acidic and polar functional moieties that enhance solubility in aqueous alkali solutions, and
(ii) 알칼리 수용액 중의 용해도를 억제하는 산 불안정성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위를 포함하는 포토레지스트 조성물을 포함한다.(ii) a photoresist composition comprising a cyclic olefin unit having an acid labile moiety that inhibits solubility in an aqueous alkali solution.
본 발명의 환형 올레핀 중합체는 바람직하게는 약 5 내지 40 몰%의 단위 (i)를 함유한다. 본 발명의 환형 올레핀 중합체는 바람직하게는 필수적으로 환형 올레핀 단량체 단위로 구성되고; 보다 바람직하게는, 이들은 필수적으로 올레핀 단위 (i) 및 올레핀 단위 (ii)로 구성된다. 벌키성 소수성 첨가제는 바람직하게는 지환족 잔기를 포함한다.The cyclic olefin polymer of the invention preferably contains about 5 to 40 mole% of unit (i). The cyclic olefin polymer of the present invention preferably consists essentially of cyclic olefin monomer units; More preferably, they consist essentially of olefin units (i) and olefin units (ii). Bulky hydrophobic additives preferably include alicyclic moieties.
제 2 양태에서, 본 발명은In a second aspect, the present invention
(a) 환형 올레핀 중합체, (b) 감광성 산 발생제, 및 (c) 소수성 비스테로이드성 지환족 성분을 포함하는 조성물을 제공한다.A composition comprising (a) a cyclic olefin polymer, (b) a photosensitive acid generator, and (c) a hydrophobic nonsteroidal alicyclic component.
제 3 양태에서, 본 발명은In a third aspect, the present invention
(a) 환형 올레핀 중합체, (b) 감광성 산 발생제, 및 (c) 복수의 산 불안정성 연결기를 함유하는 소수성 비스테로이드성 다중-지환족(HNMP) 성분을 포함하는 포토레지스트 조성물을 제공한다.A photoresist composition is provided comprising (a) a cyclic olefin polymer, (b) a photosensitive acid generator, and (c) a hydrophobic nonsteroidal multi-alicyclic (HNMP) component containing a plurality of acid labile linking groups.
제 4 양태에서, 본 발명은In a fourth aspect, the present invention
(a) 환형 올레핀 중합체, (b) 감광성 산 발생제, 및 (c) 포화 스테로이드 성분을 포함하는 포토레지스트 조성물을 제공한다.A photoresist composition comprising (a) a cyclic olefin polymer, (b) a photosensitive acid generator, and (c) a saturated steroid component.
상기 조성물에서, 상기 환형 올레핀 중합체는In the composition, the cyclic olefin polymer is
(i) 극성 작용성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위, 및(i) cyclic olefin units having polar functional moieties, and
(ii) 알칼리 수용액 중의 용해도를 억제하는 산 불안정성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위를 포함하며; 바람직하게는 필수적으로 환형 올레핀 단량체 단위로 구성되고; 보다 바람직하게는, 이들은 필수적으로 올레핀 단위 (i) 및 (ii)로 구성된다. 올레핀 단위 (i)는 바람직하게는 13 이하의 pKa를 갖는 산성 극성 잔기를 포함한다.(ii) cyclic olefin units having acid labile moieties that inhibit solubility in aqueous alkali solution; Preferably consisting essentially of cyclic olefin monomer units; More preferably, they consist essentially of olefin units (i) and (ii). The olefin unit (i) preferably comprises an acidic polar moiety having a pK a of 13 or less.
제 2 양태의 소수성 비스테로이드성 지환족 성분 (c)는 바람직하게는 C10이상의 지환족 잔기를 포함한다.The hydrophobic nonsteroidal cycloaliphatic component (c) of the second aspect preferably comprises a cycloaliphatic residue of C 10 or higher.
제 3 양태의 HNMP 성분 (c)는 바람직하게는 2개 이상의 C7이상의 지환족 잔기를 포함한다. HNMP 성분의 산 쪼개짐은 바람직하게는 복수 산 극성 작용 기를 갖는 화합물 및/또는 각각 1개 이상의 산성 극성 기를 복수 화합물을 형성한다.The HNMP component (c) of the third aspect preferably comprises at least two C 7 or more cycloaliphatic residues. Acid cleavage of the HNMP component preferably forms a plural compound with a compound having plural acid polar functional groups and / or at least one acidic polar group each.
제 4 양태의 포화 스테로이드 성분 (c)는 바람직하게는 소수성이다. 바람직한 포화 스테로이드는 개질된 리토콜레이트이다.The saturated steroid component (c) of the fourth embodiment is preferably hydrophobic. Preferred saturated steroids are modified litocholates.
다른 양태에서, 본 발명은In another aspect, the present invention
(a) 본 발명의 포토레지스트 조성물의 표면 층을 갖는 기판을 제공하는 단계,(a) providing a substrate having a surface layer of a photoresist composition of the invention,
(b) 포토레지스트 층을 패턴화하고자 하는 위치로 방사선에 노출시켜 포토레지스트 층의 일부분을 방사선에 노출시키는 단계; 및(b) exposing the photoresist layer to radiation at a location to be patterned to expose a portion of the photoresist layer to radiation; And
(c) 포토레지스트 층을 알칼리 현상 수용액과 접촉시켜 포토레지스트 층의 노출 부분을 제거하여 패턴화된 포토레지스트 구조물을 생성하는 단계를 포함하는, 기판 상에 패턴화된 포토레지스트 구조물을 형성하는 방법을 포함한다.(c) contacting the photoresist layer with an aqueous alkali developing solution to remove the exposed portions of the photoresist layer to produce a patterned photoresist structure, the method comprising forming a patterned photoresist structure on the substrate. Include.
바람직하게는, 상기 방법에서 단계 (b)에 사용되는 방사선은 193 nm 자외선 방사선이다.Preferably, the radiation used in step (b) in the method is 193 nm ultraviolet radiation.
본 발명은 또한 본 발명의 조성물을 함유하는 패턴화된 포토레지스트 구조물을 사용하는 전도성, 반전도성, 자기성 또는 절연성 구조물의 제조 방법을 포함한다.The present invention also includes methods of making conductive, semiconducting, magnetic or insulating structures using patterned photoresist structures containing the compositions of the present invention.
본 발명의 이들 및 다른 양태는 추가로 하기 상세하게 논의된다.These and other aspects of the invention are discussed in further detail below.
본 발명의 포토레지스트 조성물은 일반적으로 i) 알칼리 수용액 중의 용해도를 증진시키는 산성 극성 작용성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위, 및 (ii) 알칼리 수용액 중의 용해도를 억제하는 산 불안정성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위를 함유하는 중합체의 존재를 특징으로 한다. 환형 올레핀 중합체는 바람직하게는 40 몰% 이하의 환형 올레핀 단위 (i)를 함유한다. 조성물은 193 nm 방사선에 대해 실질적으로 투명한 벌키성 소수성 첨가제의 존재를 추가의 특징으로 한다.The photoresist composition of the present invention generally contains i) cyclic olefin units having acidic polar functional moieties which enhance solubility in aqueous alkali solution, and (ii) cyclic olefin units having acid labile moieties which inhibit solubility in aqueous alkali solution. It is characterized by the presence of a polymer. The cyclic olefin polymer preferably contains up to 40 mol% cyclic olefin units (i). The composition is further characterized by the presence of a bulky hydrophobic additive that is substantially transparent to 193 nm radiation.
본 발명의 다른 포토레지스트 조성물은 일반적으로 (a) 환형 올레핀 중합체, 및 (b) 소수성 비스테로이드성 지환족 성분의 존재를 특징으로 한다. 환형 올레핀 중합체는 바람직하게는 (i) 극성 작용성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위, 및 (ii) 알칼리 수용액 중의 용해도를 억제하는 산 불안정성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위를 함유한다.Other photoresist compositions of the invention are generally characterized by the presence of (a) a cyclic olefin polymer, and (b) a hydrophobic nonsteroidal alicyclic component. The cyclic olefin polymer preferably contains (i) cyclic olefin units having polar functional moieties, and (ii) cyclic olefin units having acid labile moieties that inhibit solubility in aqueous alkali solution.
본 발명의 또다른 포토레지스트 조성물은 일반적으로 (a) 환형 올레핀 중합체, 및 (b) 복수개의 산 불안정성 연결기를 함유하는 소수성 비스테로이드성 다중-지환족 성분의 존재를 특징으로 한다. 환형 올레핀 중합체는 바람직하게는 (i) 극성 작용성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위, 및 (ii) 알칼리 수용액 중의 용해도를 억제하는 산 불안정성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위를 함유한다.Another photoresist composition of the invention is generally characterized by the presence of (a) a cyclic olefin polymer, and (b) a hydrophobic nonsteroidal poly-alicyclic component containing a plurality of acid labile linking groups. The cyclic olefin polymer preferably contains (i) cyclic olefin units having polar functional moieties, and (ii) cyclic olefin units having acid labile moieties that inhibit solubility in aqueous alkali solution.
본 발명의 4번째 포토레지스트 조성물은 일반적으로 (a) 환형 올레핀 중합체, 및 (b) 포화 스테로이드 성분의 존재를 특징으로 한다. 환형 올레핀 중합체는 1개 이상의 환형 올레핀 단량체 단위의 존재를 특징으로 한다. 환형 올레핀 중합체는 바람직하게는 i) 극성 작용성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위, 및 (ii) 알칼리 수용액 중의 용해도를 억제하는 산 불안정성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위를 함유한다.The fourth photoresist composition of the present invention is generally characterized by the presence of (a) a cyclic olefin polymer, and (b) a saturated steroid component. The cyclic olefin polymer is characterized by the presence of one or more cyclic olefin monomer units. The cyclic olefin polymer preferably contains i) cyclic olefin units with polar functional moieties and (ii) cyclic olefin units with acid labile moieties that inhibit solubility in aqueous alkali solution.
본 발명의 이들 포토레지스트 조성물은 우수한 현상성 및 패턴 전달 특성을 가지며, 193 nm 방사선을 사용하여 고분해 포토리쏘그래피 패턴을 제공할 수 있다.These photoresist compositions of the present invention have excellent developability and pattern transfer properties and can provide high resolution photolithography patterns using 193 nm radiation.
본 발명은 또한 본 발명의 포토레지스트 조성물을 함유하는 패턴화된 포토레지스트 구조물, 및 포토레지스트 구조물을 생성하고 포토레지스트 구조물을 사용하여 전도성, 반전도성 및/또는 절연성 구조물을 형성하는 방법을 포함한다.The invention also includes patterned photoresist structures containing the photoresist composition of the invention, and methods of creating the photoresist structures and using the photoresist structures to form conductive, semiconducting and / or insulating structures.
제 1 양태에서, 본 발명의 포토레지스트 조성물은 일반적으로In a first aspect, the photoresist composition of the invention is generally
(a) 환형 올레핀 중합체, (b) 감광성 성분, 및 (c) 193 nm 방사선에 대해 실질적으로 투명한 벌키성 소수성 첨가제를 포함하며, 이때 상기 환형 올레핀 중합체(a)가(a) a cyclic olefin polymer, (b) a photosensitive component, and (c) a bulky hydrophobic additive substantially transparent to 193 nm radiation, wherein the cyclic olefin polymer (a)
(i) 알칼리 수용액 중의 용해도를 증진시키는 산성이며 극성인 작용성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위, 및(i) cyclic olefin units having acidic and polar functional moieties that enhance solubility in aqueous alkali solutions, and
(ii) 알칼리 수용액 중의 용해도를 억제하는 산 불안정성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위를 포함한다.(ii) cyclic olefin units having acid labile moieties that inhibit solubility in aqueous alkali solution.
환형 올레핀 단위 (i)는 알칼리 용해도를 증진시키는 산성이며 극성인 작용기를 갖는 환형 올레핀 단량체 단위일 수 있다. 환형 올레핀 단량체의 예는 하기 화학식 1의 단량체를 포함한다.The cyclic olefin unit (i) may be a cyclic olefin monomer unit having an acidic and polar functional group which promotes alkali solubility. Examples of the cyclic olefin monomers include monomers of the following general formula (1).
상기 식에서,Where
R1은 산성 극성 잔기이고,R 1 is an acidic polar moiety,
n은 0 또는 일부 양의 정수이다.n is zero or some positive integer.
보다 바람직하게는, 환형 올레핀 단위 (i)는 화학식 2a 및 2b에서 선택된다.More preferably, the cyclic olefin unit (i) is selected from formulas 2a and 2b.
상기 식에서,Where
R1은 알칼리 수용액 중의 용해도를 증진시키는 산성 극성 잔기이다. 산성 극성 잔기는 바람직하게는 약 13 이하의 pKa를 갖는다. 바람직한 산성 극성 잔기는 카복실, 설폰아미딜, 플루오로알콜 및 다른 산성 극성 기로 구성된 군에서 선택되는 극성 기를 함유한다. 바람직한 산성 극성 잔기는 카복실 기이다. 경우에 따라, 다른 산성 극성 작용기를 갖는 환형 올레핀 단위 (i)의 조합이 사용될 수 있다.R 1 is an acidic polar moiety that enhances solubility in aqueous alkali solution. The acidic polar residues preferably have a pK a of about 13 or less. Preferred acidic polar moieties contain a polar group selected from the group consisting of carboxyl, sulfonamidyl, fluoroalcohol and other acidic polar groups. Preferred acidic polar moieties are carboxyl groups. If desired, combinations of cyclic olefin units (i) with other acidic polar functional groups can be used.
환형 올레핀 단위 (ii)는 알칼리 수용액 중의 용해도를 억제하는 산 불안정성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단량체 단위일 수 있다. 환형 올레핀 단량체의 예는 하기 화학식 3의 단량체를 포함한다.The cyclic olefin unit (ii) may be a cyclic olefin monomer unit having an acid labile moiety that inhibits solubility in aqueous alkali solution. Examples of the cyclic olefin monomers include monomers of the following general formula (3).
상기 식에서,Where
R2는 산 불안정성 보호 잔기이고,R 2 is an acid labile protective moiety,
n은 0 또는 일부 양의 정수이다.n is zero or some positive integer.
보다 바람직하게는, 환형 올레핀 단위 (ii)는 하기 화학식 4a 및 4b에서 선택된다.More preferably, the cyclic olefin unit (ii) is selected from the formulas 4a and 4b.
상기 식에서,Where
R2는 산 불안정성 보호 잔기이다. 바람직한 산 불안정성 보호 잔기는 3급 알킬(또는 사이클로알킬) 카복실 에스테르(예를 들면, t-부틸, 메틸 사이클로펜틸, 메틸 사이클로헥실, 메틸 아다만틸), 에스테르 케탈 및 에스테르 아세탈로 구성된 군에서 선택된다. 3급 부틸 카복실 에스테르는 가장 바람직한 산 불안정성 보호 잔기이다. 경우에 따라, 다른 보호 작용기를 갖는 환형 올레핀 단위 (ii)의 조합이 사용될 수 있다.R 2 is an acid labile protective moiety. Preferred acid labile protecting moieties are selected from the group consisting of tertiary alkyl (or cycloalkyl) carboxyl esters (e.g. t-butyl, methyl cyclopentyl, methyl cyclohexyl, methyl adamantyl), ester ketals and ester acetals . Tertiary butyl carboxyl esters are the most preferred acid labile protective moieties. If desired, combinations of cyclic olefin units (ii) with other protective functional groups can be used.
또한, 제 1 양태에서, 집적 회로 구조물 및 다른 극소 구조물의 제조에 사용되는 포토리쏘그래피 용도를 위해, 본 발명의 환형 올레핀 중합체는 바람직하게는 약 5 내지 80 몰%의 환형 올레핀 단위 (i)를 함유한다. 환형 올레핀 단위 (i)가 주로 카복실산 작용화된 단위로 구성되는 경우, 본 발명의 환형 올레핀 중합체는 바람직하게는 약 5 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 약 10 내지 25 중량%, 가장 바람직하게는 약 10 내지 20 몰%를 함유한다. 환형 올레핀 단위 (i)가 주로 다른 산 작용화된 단위로 구성되는 경우, 본 발명의 환형 올레핀 중합체는 바람직하게는 약 10 내지 80 중량%, 가장 바람직하게는 약 20 내지 40 몰%를 함유한다. 카복실산이 산성 기로서 사용되면 본 발명의 환형 올레핀 중합체는 약 30 몰% 이상, 보다 바람직하게는 약 40 내지 90 몰%, 가장 바람직하게는 80 내지 90 몰%의 환형 올레핀 단위 (ii)를 함유하거나, 다른 산 작용화된 단위가 사용되면 약 60 내지 80 몰%를 함유한다. 본 발명의 환형 올레핀 중합체는 올레핀 단위 (i) 및 (ii) 외에 다른 단량체 단위를 함유할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 환형 올레핀 중합체는 약 40 몰% 이하, 보다 바람직하게는 약 20 몰% 이하의 이러한 다른 단량체 단위를 함유한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 환형 올레핀 중합체는 필수적으로 환형 올레핀 단위 (i) 및 (ii)로 구성된다.In addition, in a first aspect, for photolithography applications used in the manufacture of integrated circuit structures and other microstructures, the cyclic olefin polymer of the present invention preferably contains from about 5 to 80 mole% of the cyclic olefin unit (i) It contains. When the cyclic olefin unit (i) consists mainly of carboxylic acid functionalized units, the cyclic olefin polymer of the present invention is preferably about 5 to 30% by weight, more preferably about 10 to 25% by weight, most preferably It contains about 10 to 20 mol%. When the cyclic olefin unit (i) consists mainly of other acid functionalized units, the cyclic olefin polymer of the invention preferably contains about 10 to 80% by weight, most preferably about 20 to 40 mol%. When carboxylic acid is used as the acidic group, the cyclic olefin polymer of the present invention contains at least about 30 mol%, more preferably about 40 to 90 mol%, most preferably 80 to 90 mol% of cyclic olefin units (ii) or If used, other acid functionalized units contain from about 60 to 80 mole percent. The cyclic olefin polymer of the present invention may contain other monomer units in addition to the olefin units (i) and (ii). Preferably, the cyclic olefin polymers of the present invention contain up to about 40 mol%, more preferably up to about 20 mol% of such other monomer units. Most preferably, the cyclic olefin polymer of the invention consists essentially of the cyclic olefin units (i) and (ii).
제 2 양태에서, 본 발명의 포토레지스트 조성물은 바람직하게는In a second aspect, the photoresist composition of the invention is preferably
(a) 환형 올레핀 중합체, (b) 감광성 산 발생제, 및 (c) 소수성 비스테로이드성 지환족 성분을 포함하며, 이때 상기 환형 올레핀 중합체(a)가(a) a cyclic olefin polymer, (b) a photosensitive acid generator, and (c) a hydrophobic nonsteroidal cycloaliphatic component, wherein the cyclic olefin polymer (a)
(i) 알칼리 수용액중의 용해도를 증가시키는 산성 잔기 및 비-산성 극성 잔기중에서 선택된 극성 작용성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위, 및(i) cyclic olefin units having a polar functional moiety selected from acidic and non-acidic polar moieties which increase solubility in aqueous alkali solution, and
(ii) 알칼리 수용액 중의 용해도를 억제하는 산 불안정성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위를 포함한다.(ii) cyclic olefin units having acid labile moieties that inhibit solubility in aqueous alkali solution.
제 3 양태에서, 본 발명의 포토레지스트 조성물은 바람직하게는In a third aspect, the photoresist composition of the present invention is preferably
(a) 환형 올레핀 중합체, (b) 감광성 산 발생제, 및 (c) 복수개의 산 불안정성 결합을 함유하는 소수성 비스테로이드성 다중-지환족 성분(HNMP)을 포함하며, 이때 상기 환형 올레핀 중합체가(a) a cyclic olefin polymer, (b) a photosensitive acid generator, and (c) a hydrophobic nonsteroidal poly-alicyclic component (HNMP) containing a plurality of acid labile bonds, wherein the cyclic olefin polymer is
(i) 알칼리 수용액 중의 용해도를 증진시키는 산성 잔기 및 비산성 극성 잔기에서 선택되는 극성 작용성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위, 및(i) cyclic olefin units having a polar functional moiety selected from acidic residues and non-acidic polar moieties which enhance solubility in aqueous alkali solution, and
(ii) 알칼리 수용액 중의 용해도를 억제하는 산 불안정성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위를 포함한다.(ii) cyclic olefin units having acid labile moieties that inhibit solubility in aqueous alkali solution.
제 4 양태에서, 본 발명의 포토레지스트 조성물은 바람직하게는In a fourth aspect, the photoresist composition of the invention is preferably
(a) 환형 올레핀 중합체, (b) 감광성 산 발생제, 및 (c) 포화 스테로이드 성분을 포함하며, 이때 상기 환형 올레핀 중합체가(a) a cyclic olefin polymer, (b) a photosensitive acid generator, and (c) a saturated steroid component, wherein the cyclic olefin polymer
(i) 알칼리 수용액 중의 용해도를 증진시키는 산성 잔기 및 비산성 극성 잔기에서 선택되는 극성 작용성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위, 및(i) cyclic olefin units having a polar functional moiety selected from acidic residues and non-acidic polar moieties which enhance solubility in aqueous alkali solution, and
(ii) 알칼리 수용액 중의 용해도를 억제하는 산 불안정성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단위를 포함한다.(ii) cyclic olefin units having acid labile moieties that inhibit solubility in aqueous alkali solution.
제 2 내지 제 4 양태에서, 환형 올레핀 단위 (i)는 알칼리 용해도를 증진시키는 산성 극성 작용기를 갖는 환형 올레핀 단량체 단위 또는 비산성 극성 기를 갖는 환형 올레핀 단량체 단위일 수 있다. 환형 올레핀 단량체의 예는 하기 화학식 1의 단량체를 포함한다.In the second to fourth embodiments, the cyclic olefin unit (i) may be a cyclic olefin monomer unit having an acidic polar functional group which promotes alkali solubility or a cyclic olefin monomer unit having a non acidic polar group. Examples of the cyclic olefin monomers include monomers of the following general formula (1).
화학식 1Formula 1
상기 식에서,Where
R1은 극성 잔기이고,R 1 is a polar residue,
n은 0 또는 일부 양의 정수이다.n is zero or some positive integer.
보다 바람직하게는, 환형 올레핀 단위 (i)는 화학식 2a 및 2b에서 선택된다.More preferably, the cyclic olefin unit (i) is selected from formulas 2a and 2b.
화학식 2aFormula 2a
화학식 2bFormula 2b
상기 식에서,Where
R1은 알칼리 수용액 중의 용해도를 증진시키는 산성 극성 잔기 또는 비산성 극성 기이다. 바람직한 산성 극성 잔기는 약 13 이하의 pKa를 갖는다. 바람직한 산성 극성 잔기는 카복실, 설폰아미딜, 플루오로알콜 및 다른 산성 극성 기로 구성된 군에서 선택되는 것을 함유한다. 바람직한 산성 극성 잔기는 카복실 기이다. 비산성 극성 잔기는 바람직하게는 13보다 큰 pKa를 갖고, 산소, 질소 또는 황과 같은 1개 이상의 헤테로원자를 함유한다. 경우에 따라, 다른 극성 작용기를 갖는 환형 올레핀 단위 (i)의 조합이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 환형 올레핀 단위 (i)의 몇몇 또는 전부는 산성 극성 작용기를 갖는다.R 1 is an acidic polar moiety or non-acidic polar group that enhances solubility in aqueous alkali solution. Preferred acidic polar residues have a pK a of about 13 or less. Preferred acidic polar moieties contain those selected from the group consisting of carboxyl, sulfonamidyl, fluoroalcohols and other acidic polar groups. Preferred acidic polar moieties are carboxyl groups. Non-acidic polar residues preferably have a pK a greater than 13 and contain one or more heteroatoms such as oxygen, nitrogen or sulfur. If desired, combinations of cyclic olefin units (i) with other polar functional groups can be used. Preferably, some or all of the cyclic olefin units (i) have acidic polar functional groups.
환형 올레핀 단위 (ii)는 알칼리 수용액 중의 용해도를 억제하는 산 불안정성 잔기를 갖는 환형 올레핀 단량체 단위일 수 있다. 환형 올레핀 단량체의 예는 하기 화학식 3의 단량체를 포함한다.The cyclic olefin unit (ii) may be a cyclic olefin monomer unit having an acid labile moiety that inhibits solubility in aqueous alkali solution. Examples of the cyclic olefin monomers include monomers of the following general formula (3).
화학식 3Formula 3
상기 식에서,Where
R2는 산 불안정성 보호 잔기이고,R 2 is an acid labile protective moiety,
n은 0 또는 일부 양의 정수이다.n is zero or some positive integer.
보다 바람직하게는, 환형 올레핀 단위 (ii)는 하기 화학식 4a 및 4b에서 선택된다.More preferably, the cyclic olefin unit (ii) is selected from the formulas 4a and 4b.
화학식 4aFormula 4a
화학식 4bFormula 4b
상기 식에서,Where
R2는 산 불안정성 보호 잔기이다. 바람직한 산 불안정성 보호 잔기는 3급 알킬(또는 사이클로알킬) 카복실 에스테르(예를 들면, t-부틸, 메틸 사이클로펜틸, 메틸 사이클로헥실, 메틸 아다만틸), 에스테르 케탈 및 에스테르 아세탈로 구성된 군에서 선택된다. 3급 부틸 카복실 에스테르는 가장 바람직한 산 불안정성 보호 잔기이다. 경우에 따라, 다른 보호 작용기를 갖는 환형 올레핀 단위 (ii)의 조합이 사용될 수 있다.R 2 is an acid labile protective moiety. Preferred acid labile protecting moieties are selected from the group consisting of tertiary alkyl (or cycloalkyl) carboxyl esters (e.g. t-butyl, methyl cyclopentyl, methyl cyclohexyl, methyl adamantyl), ester ketals and ester acetals . Tertiary butyl carboxyl esters are the most preferred acid labile protective moieties. If desired, combinations of cyclic olefin units (ii) with other protective functional groups can be used.
제 2 내지 제 4 양태에서, 집적 회로 구조물 및 다른 극소 구조물의 제조에 사용되는 포토리쏘그래피 용도를 위해, 본 발명의 환형 올레핀 중합체는 바람직하게는 약 20 몰% 이상, 보다 바람직하게는 약 40 내지 90 몰%, 가장 바람직하게는 약 60 내지 90 몰%의 환형 올레핀 단위 (ii)를 함유한다. 본 발명의 환형 올레핀 중합체는 약 10 내지 80 몰%, 보다 바람직하게는 10 내지 60 몰%의 환형 올레핀 단위 (i)를 함유한다. 환형 올레핀 단위 (i)가 카복실산 극성 기를 갖는 단위를 포함하면, 이들 단위는 전체 환형 올레핀 중합체 조성물을 기준으로 바람직하게는 약 5 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 약 10 내지 25 중량%, 가장 바람직하게는 약 10 내지 20 몰%로 존재한다. 환형 올레핀 단위 (i)가 설폰아미딜 산성 극성 기를 갖는 단위를 포함하면, 이들 단위는 전체 환형 올레핀 중합체 조성물을 기준으로 바람직하게는 약 15 내지 50 중량%, 보다 바람직하게는 약 20 내지 40 몰%를 함유한다. 본 발명의 환형 올레핀 중합체는 단위 (i) 및 (ii) 외에 다른 단량체 단위를 함유할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 환형 올레핀 중합체는 약 40 몰% 이하, 보다 바람직하게는 약 20 몰% 이하의 이러한 다른 단량체 단위를 함유한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 환형 올레핀 중합체는 필수적으로 환형 올레핀 단위 (i) 및 (ii)로 구성된다.In the second to fourth aspects, for photolithography applications used in the manufacture of integrated circuit structures and other microstructures, the cyclic olefin polymers of the present invention are preferably at least about 20 mol%, more preferably from about 40 to 90 mol%, most preferably about 60 to 90 mol% of cyclic olefin units (ii). The cyclic olefin polymer of the present invention contains about 10 to 80 mol%, more preferably 10 to 60 mol% of the cyclic olefin unit (i). If the cyclic olefin units (i) comprise units having carboxylic acid polar groups, these units are preferably from about 5 to 30% by weight, more preferably from about 10 to 25% by weight, most preferably based on the total cyclic olefin polymer composition Preferably from about 10 to 20 mole percent. If the cyclic olefin units (i) comprise units having sulfonamidyl acidic polar groups, these units are preferably from about 15 to 50% by weight, more preferably from about 20 to 40 mole%, based on the total cyclic olefin polymer composition. It contains. The cyclic olefin polymer of the present invention may contain other monomeric units in addition to units (i) and (ii). Preferably, the cyclic olefin polymers of the present invention contain up to about 40 mol%, more preferably up to about 20 mol% of such other monomer units. Most preferably, the cyclic olefin polymer of the invention consists essentially of the cyclic olefin units (i) and (ii).
본 발명의 포토레지스트 조성물은 소수성 비스테로이드성 지환족("HNA") 성분의 존재를 추가의 특징으로 한다. HNA 성분은 일반적으로 통상적인 수성 알칼리 현상제에 대응하는 초미세 리쏘그래피 형상을 분해할 수 있는 능력을 가능하게 하고/하거나 개선한다. HNA 성분은 비스테로이드성 지환족 구조(즉, 스테로이드 화합물의 C17축합 환형 구조를 함유하지 않는 구조)의 존재를 특징으로 한다. 지환족 고리 구조는 바람직하게는 탄소수가 6(C6) 이상, 보다 바람직하게는 10 이상, 가장 바람직하게는 약 10 내지 30이다. 전체 HNA 첨가제는 바람직하게는 탄소수가 약 14 이상, 보다 바람직하게는 14 내지 50이다. 경우에 따라, 본 발명의 HNA 첨가제는 1개 이상의 지환족 잔기를 함유할 수 있다. 조성물이 2개의 지환족 잔기를 포함하면, 이들은 산 불안정성 결합 기에 의해 분리되는 것이 바람직하다. 이런 다중-지환족 화합물의 예는 하기 화학식 5에 나타난다.The photoresist composition of the present invention is further characterized by the presence of hydrophobic nonsteroidal cycloaliphatic ("HNA") components. The HNA component generally enables and / or improves the ability to decompose ultrafine lithographic shapes corresponding to conventional aqueous alkaline developers. The HNA component is characterized by the presence of a nonsteroidal alicyclic structure (ie, a structure that does not contain the C 17 condensed cyclic structure of the steroid compound). The alicyclic ring structure preferably has 6 (C 6 ) or more carbon atoms, more preferably 10 or more carbon atoms, and most preferably about 10 to 30 carbon atoms. The total HNA additives preferably have at least about 14 carbon atoms, more preferably 14 to 50 carbon atoms. In some cases, the HNA additives of the present invention may contain one or more alicyclic moieties. If the composition comprises two alicyclic moieties, they are preferably separated by acid labile linking groups. Examples of such multi-alicyclic compounds are shown in the following formula (5).
바람직하게는, HNA 성분은 1개 이상의 펜던트 산 불안정성 잔기(예를 들면, 포토리쏘그래피 방법에서 발생된 산에 대응하여 잔기가 쪼개져서 알칼리 용해도를 증진시키는 작용을 하는 분자를 제공하는 잔기)를 함유한다. 바람직한 산 불안정성 잔기는 3급 알킬 (또는 사이클로알킬) 카복실 에스테르(예를 들면, t-부틸, 메틸 사이클로펜틸, 메틸 사이클로헥실, 메틸 아다만틸), 에스테르 케탈 및 에스테르 아세탈에서 선택된다. t-부틸 카복실레이트는 바람직한 산 불안정성 펜던트 기이다. HNA 성분은 또한 포토레지스트 조성물의 성능을 개선하는 방식으로 분자의 부피를 증가시키고/시키거나 분자의 소수성을 증가시키는 펜던트 기를 함유할 수 있다. 펜던트 산 불안정성 잔기(들)는 존재하면 1개 이상의 스페이서(spacer) 기에 의해 지환족 잔기로부터 분리될 수 있다. 경우에 따라, HNA 성분의 조합이 사용될 수 있다.Preferably, the HNA component contains at least one pendant acid labile moiety (e.g., a moiety that provides a molecule that acts to enhance alkali solubility by splitting the moiety corresponding to the acid generated in the photolithographic method). do. Preferred acid labile moieties are selected from tertiary alkyl (or cycloalkyl) carboxyl esters (eg t-butyl, methyl cyclopentyl, methyl cyclohexyl, methyl adamantyl), ester ketals and ester acetals. t-butyl carboxylate is a preferred acid labile pendant group. The HNA component may also contain pendant groups that increase the volume of the molecule and / or increase the hydrophobicity of the molecule in a manner that improves the performance of the photoresist composition. The pendant acid labile residue (s), if present, may be separated from the cycloaliphatic residue by one or more spacer groups. If desired, combinations of HNA components can be used.
바람직한 HNA 성분의 예는 아다만탄의 카복실 에스테르 및 고급 축합 지환족 고리 시스템을 포함한다. 가장 바람직한 HNA 성분은 아다만탄 t-부틸 카복실레이트이다.Examples of preferred HNA components include carboxyl esters of adamantane and higher condensed alicyclic ring systems. The most preferred HNA component is adamantane t-butyl carboxylate.
HNA 성분의 몇몇 예는 하기 화학식 6 내지 9에 의해 나타난다.Some examples of HNA components are represented by the following formulas 6-9.
본 발명의 포토레지스트 조성물은 복수 산 불안정성 결합 기를 함유하는 소수성 비스테로이드성 다중-지환족 성분("HNMP")의 존재를 추가의 특징으로 한다. HNMP 성분은 일반적으로 통상적인 수성 알칼리 현상제에 대응하는 초미세 리쏘그래피 형상을 분해할 수 있는 능력을 가능하게 하고/하거나 개선한다. HNMP 성분은 2개 이상의 독특한 비스테로이드성 지환족 구조(즉, 스테로이드 화합물의 C17축합 환형 구조를 함유하지 않는 구조)의 존재를 특징으로 한다. 지환족 고리 구조는 각각 펜던트 기를 제외하면 바람직하게는 탄소수가 7(C7) 이상, 보다 바람직하게는 약 10 내지 30이다. 전체 HNMP 성분은 바람직하게는 탄소수가 약 20 내지 60이다.The photoresist composition of the present invention is further characterized by the presence of a hydrophobic nonsteroidal multi-alicyclic component (“HNMP”) containing a plurality of acid labile linking groups. The HNMP component generally enables and / or improves the ability to decompose ultrafine lithographic shapes corresponding to conventional aqueous alkaline developers. The HNMP component is characterized by the presence of two or more unique nonsteroidal cycloaliphatic structures (ie, structures that do not contain the C 17 condensed cyclic structure of the steroid compound). The alicyclic ring structure preferably has 7 (C 7 ) or more, more preferably about 10 to 30 carbon atoms, except for pendant groups. The total HNMP component preferably has about 20 to 60 carbon atoms.
광범위하게, HNMP 성분은 산 불안정성 결합이 2개 이상의 지환족 잔기 사이에 존재하도록 2개 이상의 산 불안정성 결합 기 및 2개 이상의 지환족 잔기를 함유하는 화합물을 포함한다.Broadly, the HNMP component includes compounds containing two or more acid labile linking groups and two or more cycloaliphatic residues such that an acid labile bond is between two or more cycloaliphatic residues.
HNMP 화합물은 복수 산 불안정성 결합 잔기 및 복수 지환족 잔기를 함유한다. 화합물의 하나의 구조는 하기 화학식 10에 의해 나타낼 수 있다.HNMP compounds contain plural acid labile binding moieties and plural alicyclic moieties. One structure of the compound may be represented by the following formula (10).
R과 X 사이의 결합은 1개 이상의 Xc-R 유도체가 R-X 결합의 산 쪼개짐에 의해 형성되도록 산 불안정성이며, 이때 Xc는 R'으로부터의 산성 극성 펜던트 기이다. n은 2 이상이다. R이 지환족 잔기를 함유하면, 1개 이상의 R'은 지환족 잔기를 포함한다. R이 지환족 잔기를 함유하지 않으면, 2개 이상의 R' 기는 각각 지환족 잔기를 포함한다. X가 카복실 기이면, 구조는 하기 화학식 11이고, 이때 R-O에서의 결합은 산 불안정성이다. 쪼개진 후, 카복실산 기는 R'상에 펜던트로 남아 있다. n이 2이고, R'이 아다만탄 잔기이면, 구조는 하기 화학식 12일 수 있고, 이때 R은 바람직하게는 산 불안정성 에스테르 기의 조합, 예를 들면 함께 결합된 2개의 t-부틸 에스테르 기(화학식 12a(1은 산 불안정성 결합 부위의 위치를 나타낸다)) 또는 몇몇 다른 산 불안정성 결합이다. 쪼개짐의 결과는 펜던트 카복실 산 기를 갖는 R' 잔기를 함유하는 복수 화합물일 것이다.The bond between R and X is acid labile such that at least one X c -R derivative is formed by acid cleavage of the RX bond, where X c is an acidic polar pendant group from R '. n is 2 or more. If R contains an alicyclic moiety, at least one R 'includes an alicyclic moiety. If R does not contain an alicyclic moiety, at least two R 'groups each comprise an alicyclic moiety. If X is a carboxyl group, the structure is of formula 11 wherein the bond at RO is acid labile. After cleavage, the carboxylic acid group remains pendant on R '. If n is 2 and R 'is an adamantane residue, the structure may be of formula (12), where R is preferably a combination of acid labile ester groups, e.g. two t-butyl ester groups bonded together ( Formula 12a (1 indicates the location of the acid labile binding site) or some other acid labile bond. The result of the cleavage will be a plurality of compounds containing an R 'moiety with pendant carboxylic acid groups.
다르게는, HNMP 화합물은 하기 화학식 13을 가질 수 있고, 이때 R'과 X' 사이의 결합은 R-(Xc)n'유도체가 R'-X' 결합의 산 쪼개짐에 의해 형성되도록 산 불안정성이고, 이때 Xc는 R로부터의 산성 극성 펜던트 기이다. n'은 2 이상이다. 1개 이상의 R'은 지환족 잔기 및 전체 R 중 1개 이상을 포함하거나, 잔여 R' 잔기는 지환족 잔기를 포함한다. 어떠한 경우에서의 쪼개짐 후의 최종 결과는 각각 지환족잔기를 함유하는 2개의 더 작은 분자의 생성 및 R로부터의 복수 극성 작용 기의 생성일 것이다.Alternatively, the HNMP compound may have Formula 13 wherein the bond between R 'and X' is acid labile so that the R- (X c ) n ' derivative is formed by acid cleavage of the R'-X' bond Where X c is an acidic polar pendant group from R. n 'is two or more. At least one R 'comprises at least one of an alicyclic moiety and a total of R, or the remaining R' residues comprise an alicyclic moiety. In some cases the final result after cleavage will be the production of two smaller molecules each containing a cycloaliphatic residue and the generation of multiple polar functional groups from R.
X가 카복실 기이면, 하기 화학식 14가 된다.When X is a carboxyl group, it becomes following formula (14).
쪼개진 후, R은 복수(n') 카복실산 펜던트 기를 함유한다. R이 노보닐 지환족이고, n'이 2이고, R'이 각각 아다만탄을 함유하면, HNM 첨가제는 하기 화학식 15를 가질 수 있다.After cleavage, R contains plural (n ') carboxylic acid pendant groups. When R is a norbornyl alicyclic, n 'is 2, and R' each contains adamantane, the HNM additive may have the following formula (15).
쪼개진 후, 노보닐 화합물은 2개의 펜던트 카복실산 기를 가질 수 있다.After cleavage, the norbornyl compound may have two pendant carboxylic acid groups.
다른 가능한 HNMP 첨가제 구조의 예는 하기 화학식 16 및 17을 포함한다.Examples of other possible HNMP additive structures include the following formulas (16) and (17).
본 발명에 사용되는 HNMP 화합물에서, 산 불안정성 결합 기는 유리하게는 포토리쏘그래피 방법에서 생성된 산과 반응하여 잔기가 쪼개져서 분자 또는 실질적으로 감소된 분자량을 제공하여 포토레지스트의 방사선 노출 부분의 알칼리 용해도를 증진시키는 작용을 한다. 바람직한 산 불안정성 결합 잔기는 3급 알킬 (또는 사이클로알킬) 카복실 에스테르(예를 들면, t-부틸, 메틸 사이클로펜틸, 메틸 사이클로헥실, 메틸 아다만틸), 에스테르 케탈 및 에스테르 아세탈에서 선택되는 1개 이상의 잔기를 함유한다. HNMP 성분은 또한 포토레지스트 조성물의 성능을 개선하는 방식으로 분자의 부피를 증가시키고/시키거나 분자의 소수성을 증가시키는 펜던트 기를 함유할 수 있다. 경우에 따라, HNMP 성분의 조합이 사용될 수 있다.In the HNMP compounds used in the present invention, the acid labile linking groups advantageously react with the acids produced in the photolithographic method to cleave residues to provide molecules or substantially reduced molecular weights to provide alkali solubility of the radiation exposed portion of the photoresist. It works to promote. Preferred acid labile binding moieties are at least one selected from tertiary alkyl (or cycloalkyl) carboxyl esters (e.g. t-butyl, methyl cyclopentyl, methyl cyclohexyl, methyl adamantyl), ester ketals and ester acetals It contains a residue. The HNMP component may also contain pendant groups that increase the volume of the molecule and / or increase the hydrophobicity of the molecule in a manner that improves the performance of the photoresist composition. If desired, combinations of HNMP components may be used.
바람직한 HNMP 성분의 예는 아다만탄의 비스-카복실 에스테르 및 고급 융합 고리 시스템을 포함한다. 가장 바람직한 HNA 성분은 비스-아다만탄 t-부틸 카복실레이트이다.Examples of preferred HNMP components include bis-carboxyl esters of adamantane and higher fused ring systems. Most preferred HNA component is bis-adamantane t-butyl carboxylate.
본 발명의 포토레지스트 조성물은 포화 스테로이드(SS) 성분의 존재를 추가의 특징으로 한다. SS 성분은 일반적으로 통상적인 수성 알칼리 현상제에 대응하는 초미세 리쏘그래피 형상을 분해할 수 있는 능력을 가능하게 하고/하거나 개선한다. SS 성분은 1개 이상의 포화 스테로이드(C17) 지환족 골격 구조의 존재를 특징으로 한다. 포화 스테로이드 성분은 복수 포화 스테로이드 잔기를 갖는 화합물(예를 들면, 비스-스테로이드 또는 트리스-스테로이드)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, SS 성분은 산성 불안정성 잔기(예를 들면, 포토리쏘그래피 방법에서 생성된 산과 반응하여 잔기가 쪼개져서 분자를 제공하여 알칼리 용해도를 증진시키는 작용을 하는 잔기)로 구성된 군에서 선택되는 1개 이상의 펜던트 기를 함유한다. 바람직한 SS 성분은 추가의 펜던트 기, 예를 들면 포밀 기, 하이드록실 기 및 트리플루오로아세틸 기로 구성된 군으로부터 선택되는 잔기를 함유할 수 있다. 펜던트 산 불안정성 잔기(들)는 하기 구조로 나타난 것과 같은 1개 이상의 스페이서(spacer) 기에 의해 분리될 수 있다. 일반적으로, 보다 소수성인 SS 성분이 바람직하다. 경우에 따라, SS 성분의 조합이 사용될 수 있다.The photoresist composition of the present invention is further characterized by the presence of a saturated steroid (SS) component. The SS component generally enables and / or improves the ability to decompose ultrafine lithographic shapes corresponding to conventional aqueous alkaline developers. The SS component is characterized by the presence of at least one saturated steroid (C 17 ) alicyclic skeletal structure. Saturated steroid components may include compounds having plural saturated steroid residues (eg, bis-steroids or tris-steroids). Preferably, the SS component is selected from the group consisting of acid labile moieties (e.g., moieties that act to enhance the alkali solubility by reacting with the acid produced in the photolithographic method to cleave the moiety to provide molecules). It contains at least two pendant groups. Preferred SS components may contain residues selected from the group consisting of further pendant groups such as formyl groups, hydroxyl groups and trifluoroacetyl groups. The pendant acid labile moiety (s) may be separated by one or more spacer groups such as represented by the structure below. Generally, more hydrophobic SS components are preferred. If desired, a combination of SS components may be used.
바람직한 SS 성분의 예는 콜레이트 에스테르(예를 들면, t-부틸 리토콜레이트, t-부틸데옥시콜레이트, t-부틸콜레이트), 에스테르-개질된 리토콜레이트(예를 들면, t-부틸-3-트리플루오로아세틸리토콜레이트, t-부틸-3-아세틸리토콜레이트, t-부틸-3-피발릴리토콜레이트), 에스테르-개질된 콜레이트 에스테르(예를 들면, t-부틸-3,7,12-트리포밀콜레이트, t-부틸-트리스-(3,7,12-트리플루오로아세틸)콜레이트 및 하기 구조와 같은 공간을 갖는 리토콜레이트를 포함한다. 가장 바람직한 SS 성분은 t-부틸-3-트리플루오로아세틸리토콜레이트이다.Examples of preferred SS components include cholate esters (eg t-butyl litocholate, t-butyldeoxycholate, t-butyl cholate), ester-modified litocholate (eg t-butyl-3-tri Fluoroacetylritocholate, t-butyl-3-acetylritocholate, t-butyl-3-pivalilitocholate), ester-modified cholate esters (e.g. t-butyl-3,7,12-tri Formylcholate, t-butyl-tris- (3,7,12-trifluoroacetyl) cholate and lithocholate having a space such as the following: Most preferred SS component is t-butyl-3-trifluoro Acetylritocholate.
(이때, tBu는 3급 부틸기이다)(At this time tBu is a tertiary butyl group)
환형 올레핀 중합체 외에, 본 발명의 포토레지스트 조성물은 감광성 산 발생제(PAG)를 함유한다. 본 발명은 임의의 특정 PAG 또는 PAG의 조합의 사용으로 제한되지 않으며, 즉 본 발명의 잇점은 당해 분야에서 공지되어 있는 여러 감광성 산 발생제를 사용하여 이루어질 수 있다. 바람직한 PAG는 감소된 양(또는 바람직하게는 없음)의 아릴 잔기를 함유하는 것이다. 아릴 함유 PAG가 사용되면, 193 nm에서의 PAG의 흡수 특성은 배합물에 포함될 수 있는 PAG의 양을 제한할 수 있다.In addition to the cyclic olefin polymer, the photoresist composition of the present invention contains a photosensitive acid generator (PAG). The present invention is not limited to the use of any particular PAG or combination of PAGs, ie, the advantages of the present invention can be made using various photosensitive acid generators known in the art. Preferred PAGs are those containing reduced amounts (or preferably none) of aryl moieties. If aryl containing PAGs are used, the absorption properties of the PAGs at 193 nm may limit the amount of PAGs that may be included in the formulation.
적합한 감광성 산 발생제의 예는 오늄 염(그러나, 바람직하게는 하나 이상의 임의의 지시된 아릴 잔기에 대해 치환된 알킬), 예를 들면 트리아릴 설포늄 헥사플루오로안티모네이트, 디아릴요오도늄 헥사플루오로안티모네이트, 헥사플루오로아세네이트, 트리플레이트, 퍼플루오로알칼 설포네이트(예를 들면, 퍼플루오로메탄 설포네이트, 퍼플루오로부탄, 퍼플루오로헥산 설포네이트, 퍼플루오로옥탄 설포네이트 등), 치환된 아릴 설포네이트, 예를 들면 피로갈롤(예를 들면, 피로갈롤의 트리메실레이트 또는 피로갈롤의 트리(설포네이트)), 하이드록시이미드의 설포네이트에스테르, N-설포닐옥시나프탈이미드(N-캄포설포닐옥시나프탈이미드, N-펜타플루오로벤젠설포닐옥시나프탈이미드), α-α'비스설포닐 디아조메탄, 나프토퀴논-4-디아자이드, 알킬 디설폰 등을 포함한다.Examples of suitable photosensitive acid generators are onium salts (but preferably alkyl substituted for one or more of the indicated aryl moieties) such as triaryl sulfonium hexafluoroantimonate, diaryliodonium Hexafluoroantimonate, hexafluoroacenate, triflate, perfluoroalkali sulfonate (e.g. perfluoromethane sulfonate, perfluorobutane, perfluorohexane sulfonate, perfluorooctane Sulfonates, etc.), substituted aryl sulfonates, for example pyrogallol (e.g., trimethylate of pyrogallol or tri (sulfonate) of pyrogallol), sulfonate ester of hydroxyimide, N-sulfonyl Oxynaphthalimide (N-camphorsulfonyloxynaphthalimide, N-pentafluorobenzenesulfonyloxynaphthalimide), α-α'bissulfonyl diazomethane, naphthoquinone-4-dia Zaid, alkyl di It comprises a phone and the like.
본 발명의 포토레지스트 조성물은 193 nm 방사선에 대해 실질적으로 투명한 벌키성 소수성 첨가제("BH" 첨가제)의 존재를 추가의 특징으로 한다. BH 첨가제는 일반적으로 통상적인 수성 알칼리 현상제에 대응하는 초미세 리쏘그래피 형상을 분해할 수 있는 능력을 가능하게 하고/하거나 개선한다. BH 첨가제는 바람직하게는 하나 이상의 지환족 잔기의 존재를 특징으로 한다. 바람직하게는, BH 첨가제는 탄소수가 약 10 이상, 보다 바람직하게는 약 14 이상, 가장 바람직하게는 약 14 내지 60이다. BH 첨가제는 바람직하게는 포토레지스트의 방사선 노출 부분의 알칼리 용해도를 증진시키는 작용을 하는 구성성분을 제공하기 위해 산의 존재 하에서 쪼개지는 산 불안정성 펜던트 기와 같은 하나 이상의 추가의 기를 함유한다. 바람직한 BH 첨가제는 포화 스테로이드 화합물, 비스테로이드성 지환족 화합물, 및 2개 이상의 지환족 잔기 사이에 복수 산 불안정성 연결기를 갖는 비스테로이드성 다중-지환족 화합물로 구성된 군에서 선택된다. 보다 바람직한 BH 첨가제는 리토콜레이트, 예를 들면 t-부틸-3-트리플루오로아세틸리토콜레이트, t-부틸 아다만탄 카복실레이트 및 비스-아다만틸-t-부틸 카복실레이트를 포함한다. 경우에 따라, BH 첨가제의 조합이 사용될 수 있다.The photoresist composition of the present invention is further characterized by the presence of a bulky hydrophobic additive (“BH” additive) that is substantially transparent to 193 nm radiation. BH additives generally enable and / or improve the ability to decompose ultrafine lithographic shapes corresponding to conventional aqueous alkaline developers. The BH additive is preferably characterized by the presence of one or more cycloaliphatic residues. Preferably, the BH additive has about 10 or more carbon atoms, more preferably about 14 or more carbon atoms, and most preferably about 14 to 60 carbon atoms. The BH additive preferably contains one or more additional groups such as acid labile pendant groups that cleave in the presence of an acid to provide a component that acts to enhance the alkali solubility of the radiation exposed portion of the photoresist. Preferred BH additives are selected from the group consisting of saturated steroid compounds, nonsteroidal cycloaliphatic compounds, and nonsteroidal poly-alicyclic compounds having a plurality of acid labile linkages between two or more cycloaliphatic residues. More preferred BH additives include litocholates such as t-butyl-3-trifluoroacetyllitocholate, t-butyl adamantane carboxylate and bis-adamantyl-t-butyl carboxylate. If desired, a combination of BH additives may be used.
본 발명의 포토레지스트 조성물은 전형적으로 목적하는 기판에 이들을 도포하기 전에 용매를 함유할 것이다. 용매는 다른 방법으로 포토레지스트 조성물의성능에 과다한 악영향을 미치지 않는 산 촉진된 포토레지스트와 함께 통상적으로 사용될 수 있는 임의의 용매일 수 있다. 바람직한 용매는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 사이클로헥사논 및 에틸 셀로솔브 아세테이트이다.The photoresist compositions of the invention will typically contain a solvent prior to applying them to the desired substrate. The solvent may be any solvent that can be conventionally used with acid promoted photoresist that does not otherwise adversely affect the performance of the photoresist composition. Preferred solvents are propylene glycol monomethyl ether acetate, cyclohexanone and ethyl cellosolve acetate.
본 발명의 조성물은 당해 분야에 공지되어 있는, 소량의 보조 성분, 예를 들면 염료/감광약, 염기 첨가제 등을 추가로 함유할 수 있다. 바람직한 염기 첨가제는 포토레지스트의 성능에 과다한 영향을 미치지 않으면서 미량의 산을 제거하는 약 염기이다. 바람직한 염기 첨가제는 (지방족 또는 지환족) 3급 알킬 아민 또는 t-알킬 암모늄 하이드록사이드, 예를 들면 t-부틸 암모늄 하이드록사이드(TBAH)이다.The compositions of the present invention may further contain small amounts of auxiliary components, such as dyes / photosensitive agents, base additives, and the like, known in the art. Preferred base additives are weak bases that remove traces of acid without excessively affecting the performance of the photoresist. Preferred base additives are (aliphatic or cycloaliphatic) tertiary alkyl amines or t-alkyl ammonium hydroxides, for example t-butyl ammonium hydroxide (TBAH).
본 발명의 포토레지스트 조성물은 바람직하게는 조성물 중의 환형 올레핀 중합체의 총 중량을 기준으로 약 0.5 내지 20 중량%(보다 바람직하게는 약 3 내지 15 중량%)의 감광성 산 발생제를 함유한다. 용매가 존재하면, 전체 조성물은 바람직하게는 약 50 내지 90 중량%의 용매를 함유한다. 조성물은 바람직하게는 감산성 중합체의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 이하의 상기 염기 첨가제를 함유한다. 본 발명의 포토레지스트 조성물은 바람직하게는 조성물 중의 환형 올레핀 중합체의 총 중량을 기준으로 약 5 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 10 내지 25 중량%, 가장 바람직하게는 약 10 내지 20 중량%의 BH 첨가제 성분을 함유한다.The photoresist composition of the present invention preferably contains about 0.5 to 20% by weight (more preferably about 3 to 15% by weight) of the photosensitive acid generator based on the total weight of the cyclic olefin polymer in the composition. If solvent is present, the overall composition preferably contains about 50 to 90 weight percent solvent. The composition preferably contains up to about 1% by weight of said base additive based on the total weight of the subtractive polymer. The photoresist composition of the present invention preferably has a BH of at least about 5% by weight, more preferably from about 10 to 25% by weight, most preferably from about 10 to 20% by weight, based on the total weight of the cyclic olefin polymer in the composition. It contains an additive component.
본 발명은 본 발명에 사용되는 환형 올레핀 중합체를 합성하는 임의의 특정 방법으로 제한되지 않는다. 바람직하게는, 환형 올레핀 중합체는 부가 중합에 의해 형성된다. 적합한 기법의 예는 비 에프 굿리치 캄파니(B.F. Goodrich Company)에게 양도된 미국 특허 제 5,468,819 호 및 제 5,705,503 호이고, 이들은 본원에 참고로 인용되어 있다.The present invention is not limited to any particular method of synthesizing the cyclic olefin polymer used in the present invention. Preferably, the cyclic olefin polymer is formed by addition polymerization. Examples of suitable techniques are US Pat. Nos. 5,468,819 and 5,705,503, assigned to B.F. Goodrich Company, which are incorporated herein by reference.
본 발명의 환형 올레핀 중합체는 약 5,000 내지 100,000, 보다 바람직하게는 약 10,000 내지 50,000의 중량 평균 분자량을 갖는다.The cyclic olefin polymers of the present invention have a weight average molecular weight of about 5,000 to 100,000, more preferably about 10,000 to 50,000.
본 발명의 포토레지스트 조성물은 통상적인 방법을 사용하여 환형 올레핀 중합체, PAG, BH 첨가제, HNA 성분, HNMP 성분, SS 성분 및 임의의 다른 목적하는 성분을 조합하여 제조될 수 있다. 포토리쏘그래피 방법에 사용되는 포토레지스트 조성물은 일반적으로 상당량의 용매를 가질 것이다.The photoresist compositions of the present invention can be prepared by combining cyclic olefin polymers, PAGs, BH additives, HNA components, HNMP components, SS components and any other desired components using conventional methods. Photoresist compositions used in photolithographic methods will generally have a significant amount of solvent.
본 발명의 포토레지스트 조성물은 반도체 기판 상의 집적 회로의 제조에서 사용되는 포토리쏘그래피 방법에 특히 유용하다. 조성물은 193 nm UV 방사선을 사용하는 포토리쏘그래피 방법에 특히 유용하다. 다른 방사선(예를 들면, 중간-UV, 248 nm 딥 UV, x-레이 또는 e-빔)의 사용이 바람직하면, 본 발명의 조성물은 적당한 염료 또는 감광약을 조성물에 첨가하여 조정될 수 있다(필요하다면). 반도체에 대한 포토리쏘그래피에서 본 발명의 포토레지스트 조성물의 일반적인 사용은 하기 기술된다.The photoresist composition of the present invention is particularly useful for photolithographic methods used in the manufacture of integrated circuits on semiconductor substrates. The composition is particularly useful for photolithographic methods using 193 nm UV radiation. If the use of other radiation (eg, medium-UV, 248 nm deep UV, x-ray or e-beam) is desired, the composition of the present invention can be adjusted by adding a suitable dye or photosensitizer to the composition (if necessary). ). General use of the photoresist compositions of the invention in photolithography for semiconductors is described below.
반도체 포토리쏘그래피 용도는 반도체 기판상의 물질의 층에 패턴의 전달을 포함한다. 반도체 기판의 물질 층은 제조 방법의 단계 및 최종 제품을 위한 목적하는 물질에 따라 금속 전도체 층, 세라믹 전열체 층, 반도체 층 또는 다른 물질일 수 있다. 많은 경우에서, 반사방지 피복물(ARC)이 포토레지스트 층의 도포 전에 물질 층 상으로 도포된다. ARC 층은 산 촉진된 포토레지스트와 상용성인 임의의 통상적인 ARC일 수 있다.Semiconductor photolithography applications include the transfer of a pattern to a layer of material on a semiconductor substrate. The material layer of the semiconductor substrate may be a metal conductor layer, a ceramic heat transfer layer, a semiconductor layer or other material depending on the step of the manufacturing method and the desired material for the final product. In many cases, an antireflective coating (ARC) is applied onto the material layer prior to application of the photoresist layer. The ARC layer can be any conventional ARC that is compatible with acid promoted photoresist.
전형적으로, 용매 함유 포토레지스트 조성물은 스핀 피복 또는 다른 기법을 사용하여 목적하는 반도체 기판에 도포된다. 이어서, 포토레지스트 피복물을 갖는 기판은 바람직하게는 가열되어(예비-노출 가열) 용매를 제거하고, 포토레지스트 층의 결합력을 개선한다. 실질적으로 균일하고 포토레지스트 층이 하부 기판 물질 층에 리쏘그래피 패턴을 전달하기 위해 후속 가공(전형적으로 반응성 이온 에칭)을 견디기에 충분하다면 도포된 층의 두께는 가능한 한 얇은 것이 바람직하다. 예비-노출 베이킹 단계는 바람직하게는 약 10초 내지 15분, 보다 바람직하게는 약 15초 내지 1분동안 수행된다. 예비-노출 베이킹 온도는 포토레지스트의 유리 전이 온도에 따라 변할 수 있다. 바람직하게는, 예비-노출 베이킹은 Tg보다 20℃ 이상 낮은 온도에서 수행된다.Typically, solvent containing photoresist compositions are applied to the desired semiconductor substrate using spin coating or other techniques. Subsequently, the substrate with the photoresist coating is preferably heated (pre-exposure heating) to remove the solvent and improve the binding force of the photoresist layer. The thickness of the applied layer is preferably as thin as possible if it is substantially uniform and the photoresist layer is sufficient to withstand subsequent processing (typically reactive ion etching) to deliver the lithographic pattern to the underlying substrate material layer. The pre-exposure bake step is preferably performed for about 10 seconds to 15 minutes, more preferably about 15 seconds to 1 minute. The pre-exposure bake temperature may vary depending on the glass transition temperature of the photoresist. Preferably, the pre-exposure bake is performed at a temperature at least 20 ° C. below the T g .
용매를 제거한 후, 이어서 포토레지스트 층은 목적하는 방사선(예를 들면, 193 nm 자외선 방사선)에 패턴화하고자 하는 위치에서 노출된다. 주사 입자 빔, 예를 들면 전자 빔이 사용되는 경우, 패턴화하고자 하는 위치의 노출은 빔을 기판을 가로질러 주사하고, 빔을 목적하는 패턴으로 선택적으로 적용시켜 이루어질 수 있다. 보다 전형적으로, 파형의 방사선은 193 nm 자외선 방사선과 같은 방사선을 형성하면, 패턴화하고자 하는 위치의 노출은 포토레지스트 층 상에 위치한 마스크를 통해 수행된다. 193 nm UV 방사선에 있어서, 총 노출 에너지는 바람직하게는 약 100 mJ/cm2이하, 보다 바람직하게는 약 50 mJ/cm2이하(예를 들면, 15 내지 30mJ/cm2)이다.After removing the solvent, the photoresist layer is then exposed at the location to be patterned to the desired radiation (eg, 193 nm ultraviolet radiation). When a scanning particle beam, for example an electron beam, is used, the exposure of the position to be patterned can be made by scanning the beam across the substrate and selectively applying the beam in the desired pattern. More typically, when the wavy radiation forms radiation, such as 193 nm ultraviolet radiation, exposure of the location to be patterned is performed through a mask located on the photoresist layer. For 193 nm UV radiation, the total exposure energy is preferably about 100 mJ / cm 2 or less, more preferably about 50 mJ / cm 2 or less (eg 15 to 30 mJ / cm 2 ).
목적하는 패턴화하고자 하는 위치의 노출 후, 포토레지스트 층은 전형적으로 가열되어 추가로 산 촉진된 반응을 완료하고 노출된 패턴의 콘트라스트가 개선한다. 후-노출 가열은 바람직하게는 약 100 내지 175℃, 보다 바람직하게는 약 125 내지 160℃에서 수행된다. 후-노출 가열은 바람직하게는 약 30초 내지 5분동안 수행된다.After exposure of the desired position to be patterned, the photoresist layer is typically heated to further complete the acid promoted reaction and improve the contrast of the exposed pattern. Post-exposure heating is preferably performed at about 100 to 175 ° C, more preferably at about 125 to 160 ° C. Post-exposure heating is preferably performed for about 30 seconds to 5 minutes.
후-노출 베이킹 후, 목적하는 패턴을 갖는 포토레지스트 구조물은, 포토레지스트 층을 알칼리 용액과 접촉시키고 포토레지스트의 영역을 선택적으로 용해시키고 방사선에 노출시켜 수득된다(현상된다). 바람직한 알칼리 용액(현상제)는 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드의 수용액이다. 바람직하게는, 본 발명의 포토레지스트 조성물은 통상적인 0.26 N 알칼리 수용액으로 현상될 수 있다. 본 발명의 포토레지스트 조성물은 또한 0.14 N 또는 0.21 N 또는 다른 알칼리 수용액을 사용하여 현상될 수 있다. 이어서, 기판 상에 생성된 포토레지스트 조성물은 전형적으로 건조되어 임의의 잔여 현상제 용매를 제거한다. 본 발명의 포토레지스트 조성물은 일반적으로 생성된 포토레지스트 구조물이 높은 에칭 방지성을 갖음을 특징으로 한다. 몇몇 경우에서, 당해 분야에 공지되어 있는 후-실릴화 기법을 사용하여 포토레지스트 구조물의 에칭 방지성을 추가로 개선하는 것이 가능할 수 있다. 본 발명의 조성물은 리쏘그래피 형상의 재현을 가능하게 한다.After the post-exposure bake, a photoresist structure having the desired pattern is obtained (developed) by contacting the photoresist layer with an alkaline solution, selectively dissolving areas of the photoresist and exposing to radiation. Preferred alkaline solutions (developers) are aqueous solutions of tetramethyl ammonium hydroxide. Preferably, the photoresist composition of the present invention can be developed with conventional 0.26 N alkaline aqueous solution. Photoresist compositions of the invention can also be developed using 0.14 N or 0.21 N or other aqueous alkaline solutions. The photoresist composition produced on the substrate is then typically dried to remove any residual developer solvent. Photoresist compositions of the present invention are generally characterized in that the resulting photoresist structures have high etch resistance. In some cases, it may be possible to further improve the etch resistance of the photoresist structure using post-silylation techniques known in the art. The compositions of the present invention allow for the reproduction of lithographic shapes.
이어서, 포토레지스트 구조물로부터의 패턴은 하부의 기판의 물질(예를 들면, 세라믹, 금속 또는 반도체)에 전달될 수 있다. 전형적으로, 전달은 반응성 이온 에칭 또는 일부 다른 에칭 기법에 의해 이루어진다. 반응성 이온 에칭에 있어서, 포토레지스트 층의 에칭 방지성은 특히 중요하다. 따라서, 본 발명의 조성물 및 생성된 포토레지스트 구조물은 패턴화된 물질 층 구조물, 예를 들면 집적 회로 디바이스의 디자인에 사용될 수 있는, 금속 배선, 접촉부 또는 바이어용 홀, 절연부(예를 들면, 물결무늬 트렌치 또는 얕은 트렌치 분리부), 커퍼시터 구조물용 트렌치 등을 생성하기 위해 사용될 수 있다.The pattern from the photoresist structure may then be transferred to the material (eg, ceramic, metal or semiconductor) of the underlying substrate. Typically, the transfer is by reactive ion etching or some other etching technique. In reactive ion etching, the etch resistance of the photoresist layer is particularly important. Thus, the compositions of the present invention and the resulting photoresist structures can be used in the design of patterned material layer structures, for example integrated circuit devices, holes for metal wiring, contacts or vias, insulators (eg, waves). Patterned trench or shallow trench isolation), trenches for capacitor structures, and the like.
이들(세라믹, 금속 또는 반도체) 형상의 제조 방법은 일반적으로 물질 층 또는 기판의 부분을 제공하여 패턴화하는 것, 물질 층 또는 부분 상으로 포토레지스트의 층을 도포하는 것, 포토레지스트를 패턴화하고자 하는 위치로 방사선에 노출시키는 것, 노출된 포토레지스트를 용매와 접촉시켜 패턴을 현상하는 것, 패턴 중의 공간에서 포토레지스트 층 밑에 있는 층(들)을 에칭하여 패턴화된 물질 층 또는 기판 부분을 형성하는 것, 및 임의의 잔여 포토레지스트를 기판으로부터 제거하는 것을 포함한다. 몇몇 경우에서, 경질의 마스크는 패턴을 추가로 밑에 있는 물질 층 또는 부분에 전달을 용이하게 하기 위해 포토레지스트 층 밑에서 사용될 수 있다. 이런 방법의 예는 미국 특허 제 4,855,017 호; 제 5,362,663 호; 제 5,429,710 호; 제 5,562,801 호; 제 5,618,751 호; 제 5,744,376 호; 제 5,801,094 호; 및 제 5,821,469 호에서 개시되어 있고, 이들은 본원에 참고로 인용되어 있다. 패턴 전달 방법의 다른 예는 본원에 참고로 인용되어 있는 문헌[Chapter 12 and 13 of "Semiconductor Lithography, Principles, Practices, and Materials" by Wayne Moreau, Plenum Press, (1988)]에 기술되어 있다. 본 발명은 임의의 특정한 리쏘그래피 기법 또는 디바이스 구조로 제한되지 않아야 한다고 생각된다.Methods of making these (ceramic, metal or semiconductor) shapes are generally intended to provide and pattern portions of material layers or substrates, to apply layers of photoresist onto material layers or portions, and to pattern photoresists. Exposing the photoresist with a solvent to develop the pattern, etching the layer (s) underneath the photoresist layer in the space within the pattern to form a patterned material layer or substrate portion. And removing any residual photoresist from the substrate. In some cases, hard masks may be used under the photoresist layer to further facilitate transferring the pattern to underlying material layers or portions. Examples of such methods are described in US Pat. No. 4,855,017; No. 5,362,663; No. 5,429,710; 5,562,801; 5,562,801; 5,618,751; No. 5,744,376; No. 5,801,094; And 5,821,469, which are incorporated herein by reference. Other examples of pattern transfer methods are described in Chapter 12 and 13 of "Semiconductor Lithography, Principles, Practices, and Materials" by Wayne Moreau, Plenum Press, (1988). It is contemplated that the invention should not be limited to any particular lithography technique or device structure.
실시예 1(비교용)Example 1 (comparative)
리쏘그래피 실험의 목적을 위해, 85 %의 노보넨 t-부틸에스테르(NB-t-BE) 및 15 %의 노보넨-카복실산(펜던트 기로서)을 함유하는 노보넨 공중합체를 함유하는 포토레지스트 배합물을 중량부로 표현된 하기 개시된 물질을 조합하여 제조하였다.For the purpose of lithographic experiments, photoresist formulations containing norbornene copolymers containing 85% norbornene t-butylester (NB-t-BE) and 15% norbornene-carboxylic acid (as pendant groups) Was prepared by combining the following disclosed materials expressed in parts by weight.
포토레지스트 배합물을 규소 웨이퍼 상에 도포된 반사방지 물질(ArX(등록상표), 쉬플리 캄파니(Shipley Company)) 층 상으로 스핀-피복하였다(약 30초동안). 포토레지스트 층을 진공 고온 플레이트 상에서 60초동안 130℃에서 부드럽게 가열하여 약 0.4 ㎛ 두께의 필름을 제조하였다. 이어서, 웨이퍼를 193 nm 방사선(0.6 NA ArF, ISI 스텝퍼)에 노출시켰다. 노출 패턴은 크기가 0.1 ㎛ 까지 감소하는 일련의 줄 띄우기 패턴이다. 노출된 웨이퍼를 90초동안 150℃에서 진공 고온 플레이트 상에서 후-노출 베이킹하였다. 이어서, 패턴 노출된 포토레지스트를 0.263 N 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드 현상제를 사용하여 (퍼들(puddle)) 현상하였다. 이어서, 패턴을 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 검사하였다. 단면 SEM 패턴은 선들이 서로 붕괴되어 200 nm L/S(줄 띄우기 쌍) 이하의 분해능을 나타내지 못했다. 200 nm 이상의 줄 띄우기 쌍 조차도 선 사이에서 과다한 스커밍(scumming)/잔여물로 인해 전체적으로 분해되지 않았다.The photoresist formulation was spin-coated (for about 30 seconds) onto an antireflective material (ArX®, Shipley Company) layer applied onto the silicon wafer. The photoresist layer was gently heated at 130 ° C. for 60 seconds on a vacuum hot plate to produce a film of about 0.4 μm thick. The wafer was then exposed to 193 nm radiation (0.6 NA ArF, ISI stepper). The exposure pattern is a series of streak patterns whose size decreases to 0.1 μm. The exposed wafers were post-exposure baked on a vacuum hot plate at 150 ° C. for 90 seconds. The pattern exposed photoresist was then developed (puddle) using a 0.263 N tetramethyl ammonium hydroxide developer. The pattern was then examined by scanning electron microscopy (SEM). The cross-sectional SEM pattern did not show resolutions below 200 nm L / S (lined pair) due to the collapse of the lines. Even the striae pairs above 200 nm did not dissolve as a whole due to excessive scumming / residue between the lines.
실시예 2Example 2
이 실시예는 포화 스테로이드 첨가제를 함유하는 본 발명의 조성물의 잇점을 설명한다. 포토레지스트 배합물을 중량부로 표현된 하기 개시된 물질을 조합하여 제조하였다.This example illustrates the advantages of the compositions of the present invention containing saturated steroid additives. Photoresist formulations were prepared by combining the materials disclosed below expressed in parts by weight.
포토레지스트 배합물을 실시예 1과 동일한 방법으로 규소 웨이퍼 상에 도포된 반사방지 물질(ArX(등록상표), 쉬플리 캄파니) 상으로 스핀-피복하고, 패턴화하고자 하는 위치로 노출시키고(193 nm 방사선), 현상하였다. 이어서, 생성된 패턴을 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 방사선하였다. 140 nm 이상의 줄 띄우기 쌍을 깨끗한 프로필로 잘 분해하였다. 이 배합물에 대해 요구되는 노출 에너지는 25 내지 35 mJ/cm2이다.The photoresist formulation was spin-coated onto an antireflective material (ArX®, Shipley Company) applied onto the silicon wafer in the same manner as in Example 1, exposed to the position to be patterned (193 nm). Radiation). The resulting pattern was then irradiated with a scanning electron microscope (SEM). Stroke pairs of 140 nm and above were well resolved to a clean profile. The exposure energy required for this formulation is 25 to 35 mJ / cm 2 .
실시예 3Example 3
아다만탄-1-카복실산 t-부틸에스테르의 합성Synthesis of Adamantane-1-carboxylic acid t-butyl ester
600㎖의 메틸렌 클로라이드 중의 25.34 g(0.342 mol)의 t-부틸알콜을 함유하는 현탁액에 38.07 g(0.3815 mol)의 트리에틸아민을 실온에서 첨가하였다. 이것이 등명한 용액으로 변할 때까지, 생성된 현탁액을 실온에서 교반하였다. 74.75 g(0.3762 mol)의 아다만탄-1-카보닐 클로라이드를 0℃에서 상기 용액에 첨가하였다. 첨가를 완료한 후, 반응 혼합물을 12시간동안 실온에서, 후속적으로 2시간동안 환류 조건 하에서 교반하였다. 반응 혼합물을 여과시켜 반응하는 동안 형성된 트리에틸아민 하이드로클로라이드를 제거하였다. 여액을 물(× 500 ㎖)로 수 회 세척하고, 무수 황산 나트륨 상에서 건조시키고, 감압 하에서 농축시켰다. 컬럼 크로마토그래피(실리카 겔; 헥산/메틸렌 클로라이드: 9:1)를 통해 잔여물을 정제하여 48.4 g(약 60 %)의 백색 고체를 생성하고, 이것은 NMR 분광법에 의해 아다만탄-1-카복실산 t-부틸에스테르로 확인되었다.To a suspension containing 25.34 g (0.342 mol) t-butyl alcohol in 600 mL methylene chloride was added 38.07 g (0.3815 mol) triethylamine at room temperature. The resulting suspension was stirred at room temperature until this turned to a clear solution. 74.75 g (0.3762 mol) of adamantane-1-carbonyl chloride was added to the solution at 0 ° C. After the addition was complete, the reaction mixture was stirred at room temperature for 12 hours and subsequently at reflux for 2 hours. The reaction mixture was filtered to remove triethylamine hydrochloride formed during the reaction. The filtrate was washed several times with water (× 500 mL), dried over anhydrous sodium sulfate and concentrated under reduced pressure. Purification of the residue via column chromatography (silica gel; hexane / methylene chloride: 9: 1) yields 48.4 g (about 60%) of a white solid, which is adamantane-1-carboxylic acid t by NMR spectroscopy. It was confirmed by -butyl ester.
실시예 4Example 4
이 실시예는 아다만탄-1-카복실산 t-부틸에스테르를 함유하는 본 발명의 조성물의 잇점을 설명한다. 포토레지스트 배합물을 중량부로 표현된 하기 개시된 물질을 조합하여 제조하였다.This example illustrates the advantages of the compositions of the present invention containing adamantane-1-carboxylic acid t-butylester. Photoresist formulations were prepared by combining the materials disclosed below expressed in parts by weight.
포토레지스트 배합물을 실시예 1과 동일한 방법으로 규소 웨이퍼 상의 반사방지 물질(ArX(등록상표), 쉬플리 캄파니) 상으로 스핀-피복하고, 패턴화하고자 하는 위치로 노출시키고(193 nm 방사선), 현상하였다. 이어서, 생성된 패턴을 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 검사하였다. 140 nm 이상의 줄 띄우기 쌍을 깨끗한 프로필로 잘 분해하였다. 이 배합물에 대해 요구되는 노출 에너지는 20 내지 30 mJ/cm2이다.The photoresist formulation was spin-coated onto an antireflective material (ArX®, Shipley Company) on a silicon wafer in the same manner as in Example 1, exposed to the position to be patterned (193 nm radiation), Developed. The resulting pattern was then examined by scanning electron microscopy (SEM). Stroke pairs of 140 nm and above were well resolved to a clean profile. The exposure energy required for this formulation is 20 to 30 mJ / cm 2 .
실시예 5Example 5
2,5-비스(아다만탄-1-카복실옥시)-2,5-디메틸헥산의 합성Synthesis of 2,5-bis (adamantane-1-carboxyoxy) -2,5-dimethylhexane
600㎖의 메틸렌 클로라이드 중의 50 g(0.342 mol)의 2,6-디메틸-2,5-헥산디올을 함유하는 현탁액에, 76.14 g(0.762 mol)의 트리에틸아민을 실온에서 첨가하였다. 이것이 등명한 용액으로 변할 때까지, 생성된 현탁액을 실온에서 교반하였다. 149.5 g(0.7524 mol)의 아다만탄-1-카보닐 클로라이드를 0℃에서 상기 용액에 첨가하였다. 첨가를 완료한 후, 반응 혼합물을 12시간동안 실온에서, 후속적으로 2시간동안 환류 조건 하에서 교반하였다. 반응 혼합물을 여과시켜 반응하는 동안 형성된 트리에틸아민 하이드로클로라이드를 제거하였다. 여액을 물(× 500 ㎖)로 수 회 세척하고, 무수 황산 나트륨 상에서 건조시키고, 감압 하에서 농축시켰다. 컬럼 크로마토그래피(실리카 겔; 헥산/메틸렌 클로라이드: 9:1)를 통해 잔여물을 정제하여 128 g(∼80 %)의 백색 고체를 생성하고, 이것은 NMR 분광법에 의해 2,5-비스(아다만탄-1-카복실옥시)-2,5-디메틸헥산으로 확인되었다.To a suspension containing 50 g (0.342 mol) 2,6-dimethyl-2,5-hexanediol in 600 ml methylene chloride, 76.14 g (0.762 mol) triethylamine were added at room temperature. The resulting suspension was stirred at room temperature until this turned to a clear solution. 149.5 g (0.7524 mol) of adamantane-1-carbonyl chloride was added to the solution at 0 ° C. After the addition was complete, the reaction mixture was stirred at room temperature for 12 hours and subsequently at reflux for 2 hours. The reaction mixture was filtered to remove triethylamine hydrochloride formed during the reaction. The filtrate was washed several times with water (× 500 mL), dried over anhydrous sodium sulfate and concentrated under reduced pressure. Purification of the residue via column chromatography (silica gel; hexane / methylene chloride: 9: 1) yields 128 g (-80%) of a white solid, which is 2,5-bis (adama) by NMR spectroscopy. Tan-1-carboxyloxy) -2,5-dimethylhexane.
실시예 6Example 6
이 실시예는 2,5-비스(아다만탄-1-카복실옥시)-2,5-디메틸헥산을 함유하는 본 발명의 조성물의 잇점을 설명한다. 포토레지스트 배합물을 중량부로 표현된 하기 개시된 물질을 조합하여 제조하였다.This example illustrates the advantages of the compositions of the present invention containing 2,5-bis (adamantane-1-carboxyoxy) -2,5-dimethylhexane. Photoresist formulations were prepared by combining the materials disclosed below expressed in parts by weight.
포토레지스트 배합물을 실시예 1과 동일한 방법으로 규소 웨이퍼 상의 반사방지 물질(ArX(등록상표), 쉬플리 캄파니) 상으로 스핀-피복하고, 패턴화하고자 하는 위치로 노출시키고(193 nm 방사선), 현상하였다. 이어서, 생성된 패턴을 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 방사선하였다. 130 nm 이상의 줄 띄우기 쌍을 깨끗한 프로필로 잘 분해하였다. 이 배합물에 대해 요구되는 노출 에너지는 20 내지 30 mJ/cm2이다.The photoresist formulation was spin-coated onto an antireflective material (ArX®, Shipley Company) on a silicon wafer in the same manner as in Example 1, exposed to the position to be patterned (193 nm radiation), Developed. The resulting pattern was then irradiated with a scanning electron microscope (SEM). Stroke pairs of 130 nm and above were well resolved to a clean profile. The exposure energy required for this formulation is 20 to 30 mJ / cm 2 .
실시예 7Example 7
오버헤드 교반기, 열전쌍 온도 모니터 및 질소 유입구를 갖는 1 ℓ 일정압 부가 깔때기가 설치된 12 ℓ 4목 환저 플라스크에 500 g(1.328 mol)의 리토콜산 및 4 ℓ의 무수 THF를 첨가하였다. 이어서, 부가 깔때기를 1920 ㎖(13.6 mol)의 트리플루오로아세트산 무수물로 채웠다. 플라스크를 질소 하에서 얼음으로 냉각시키고, 트리플루오로아세트산 무수물을 10℃ 미만의 온도를 유지하면서 묽은 스트림으로 첨가하였다. 혼합물을 밤새 교반하면서 실온으로 가온시킨 후, 용매 및 과량의 트리플루오로아세트산 무수물을 회전 증발기 상에서 제거하였다. 진한 점성 중간체를 12 ℓ 플라스크로 다시 보내고, 추가의 4 ℓ의 THF로 재충전하였다. 부가 깔때기를 740 g(10 mol)의 t-부틸 알콜(응고를 방지하기 위해 소량의 THF로 희석된)로 채웠다. 플라스크를 다시 얼음으로 냉각시키고, 10℃ 미만의 온도를 유지하면서 t-부틸 알콜을 묽은 스트림으로 첨가하였다. 혼합물을 밤새 교반하면서 실온으로 도달시켰다. 이어서, 약 200 g의 고체 NaHCO3을 첨가하고, 교반을 추가의 2시간동안 계속하였다. 용매 및 과량의 t-부틸 알콜을 회전 증발기 상에서 제거하고, 혼합물을 4 ℓ의 에틸 에테르에 넣고, 조심스럽게 3 × 800 ㎖의 포화 NaHCO3, 이후 2 × 1000 ㎖의 물로 세척하였다. 용매를 교반하면서 1시간동안 MgSO4상에서 건조시키고, 여과시키고, 회전 증발기 상에서 증발시켰다. 진한 점성 잔여물을 헥산 중의 800 g의 실리카 겔을 함유하는 큰 컬럼을 통해 헥산으로 천천히 용출시켰다. 혼합된 생성물 분획을 회전 증발기 상에서 증발시키고, 잔여 용매를 질소의 묽은 스트림 하에서 40℃에서 진공 하에서 일정한 중량으로 제거하여 회백색 시럽으로서 620 g(88 %)의 목적하는 생성물을 수득하였다. 이 물질을 -78℃에서 연속적으로 펜탄으로부터 결정화하여 저 용융 백색 왁스를 수득하였다.500 g (1.328 mol) of lytocholic acid and 4 L of dry THF were added to a 12 L four-necked round bottom flask equipped with an 1 L constant pressure addition funnel with an overhead stirrer, thermocouple temperature monitor and nitrogen inlet. The addition funnel was then charged with 1920 mL (13.6 mol) of trifluoroacetic anhydride. The flask was cooled on ice under nitrogen and trifluoroacetic anhydride was added in a dilute stream while maintaining a temperature below 10 ° C. After the mixture was allowed to warm to room temperature with stirring overnight, the solvent and excess trifluoroacetic anhydride were removed on a rotary evaporator. The thick viscous intermediate was sent back to a 12 L flask and refilled with an additional 4 L THF. The addition funnel was charged with 740 g (10 mol) of t-butyl alcohol (diluted with a small amount of THF to prevent coagulation). The flask was cooled again with ice and t-butyl alcohol was added in a dilute stream while maintaining a temperature below 10 ° C. The mixture was allowed to reach room temperature with stirring overnight. Then about 200 g of solid NaHCO 3 was added and stirring continued for an additional 2 hours. Solvent and excess t-butyl alcohol were removed on a rotary evaporator and the mixture was placed in 4 L of ethyl ether and carefully washed with 3 x 800 ml of saturated NaHCO 3 followed by 2 x 1000 ml of water. The solvent was dried over MgSO 4 for 1 h with stirring, filtered and evaporated on a rotary evaporator. The thick viscous residue was slowly eluted with hexane through a large column containing 800 g of silica gel in hexane. The mixed product fractions were evaporated on a rotary evaporator and the remaining solvent was removed by constant weight under vacuum at 40 ° C. under a dilute stream of nitrogen to yield 620 g (88%) of the desired product as an off-white syrup. This material was crystallized from pentane continuously at −78 ° C. to give a low melting white wax.
실시예 8Example 8
이 실시예는 본 발명의 첨가물의 잇점을 설명한다. 포토레지스트 배합물을 중량부로 표현된 하기 개시된 물질을 조합하여 제조하였다.This example illustrates the benefits of the additives of the present invention. Photoresist formulations were prepared by combining the materials disclosed below expressed in parts by weight.
포토레지스트 배합물을 실시예 1과 동일한 방법으로 규소 웨이퍼 상의 반사방지 물질(ArX(등록상표), 쉬플리 캄파니) 상으로 스핀-피복하고, 패턴화하고자 하는 위치로 노출시키고(193 nm 방사선), 현상하였다. 이어서, 생성된 패턴을 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 방사선하였다. 140 nm 이상의 줄 띄우기 쌍을 깨끗한 프로필로 잘 분해하였다. 이 배합물에 대해 요구되는 노출 에너지는 25 내지 35 mJ/cm2이다.The photoresist formulation was spin-coated onto an antireflective material (ArX®, Shipley Company) on a silicon wafer in the same manner as in Example 1, exposed to the position to be patterned (193 nm radiation), Developed. The resulting pattern was then irradiated with a scanning electron microscope (SEM). Stroke pairs of 140 nm and above were well resolved to a clean profile. The exposure energy required for this formulation is 25 to 35 mJ / cm 2 .
본 발명의 포토레지스트 조성물은 우수한 현상성 및 에칭 방지성을 가지면서 더 짧은 파장 방사선로 이미징할 수 있다.The photoresist compositions of the present invention can image with shorter wavelength radiation while having good developability and anti-etching properties.
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