JP2001098034A - フォトレジスト用単量体とその製造方法、フォトレジスト用共重合体とその製造方法、フォトレジスト組成物、フォトレジストパターン形成方法、及び半導体素子 - Google Patents

フォトレジスト用単量体とその製造方法、フォトレジスト用共重合体とその製造方法、フォトレジスト組成物、フォトレジストパターン形成方法、及び半導体素子

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 遠紫外線領域で用いることができる新しいフ
ォトレジスト物質を提供する。 【解決手段】 式(1)に示されるビスノルボルネンカ
ルボキシレート、及びビス(ノルボルネンジカルボキシ
レート)化合物を含む重合体を含有する本発明のフォト
レジスト組成物は、優れたエッチング耐性及び耐熱性を
有するだけでなくレジストの解像力、及びプロフィール
(profile)を画期的に向上させることができる。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は新規のフォトレジス
ト用単量体とその製造方法、この単量体を含むフォトレ
ジスト用共重合体とその製造方法、この共重合体を利用
したフォトレジスト組成物、フォトレジストパターン形
成方法、及び半導体素子に関し、より詳しくは高集積半
導体素子の微細回路製造時に遠紫外線領域の光源を利用
したリソグラフィー工程に用いるのに適した、アセタル
グループで保護されたビスノルボルネンカルボキシレー
ト又はビス(ノルボルネンジカルボキシレート)単量体、
その重合体、その重合体を利用したフォトレジスト組成
物及びこれらの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体製造の微細加工工程で高感度を達
成するため、近来はKrF(248nm)、ArF(193nm)、VUV
及びEUVのような領域の光源を用いるリソグラフィーに
適したフォトレジストが脚光を浴びており、このような
フォトレジストは光酸発生剤(photoacid generator)
と酸に敏感に反応する構造のフォトレジスト用重合体を
配合して製造される。リソグラフィー工程で、解像度は
光源の波長に依存して光源の波長が小さくなるほど微細
パターンを形成させることができ、これに応じてこのよ
うな光源に適したフォトレジストが求められている。さ
らに、一般的にフォトレジストは優れたエッチング耐性
と耐熱性及び接着性を有しなければならず、公知の現像
液、例えば2.38wt%のテトラメチルアンモニウムヒ
ドロキシド(TMAH)水溶液に現像可能なものが工程費用
を節減できる等、幾多の面で有利である。
【0003】しかし、このような全ての性質を満足する
重合体、特に遠紫外線用フォトレジストを製造すること
は非常に困難である。例えば、主鎖がポリアクリレート
系の重合体は合成は容易であるが、エッチング耐性の確
保及び現像工程に問題がある。エッチング耐性を確保す
るためには主鎖に脂肪族環状単位体を添加する方法を考
慮することができるが、主鎖を全て脂肪族環状単位体に
構成することは非常に困難である。
【0004】前記のような問題を解決するため、主鎖が
ノボラン、アクリレート、無水マレイン酸に置換された
下記のような構造の重合体がベル研究所で開発されてい
る。
【化8】
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この樹脂は脂
肪族環状オレフィン基を重合させるため用いられる無水
マレイン酸部分(A)が非露光時にも2.38wt%濃度
のTMAHに非常によく溶解する問題がある。したがって、
非露光部分で重合体の溶解を抑制するためにはtert−ブ
チルが置換されたY部分の比率を増加させなければなら
ないが、そうなると相対的に基板(substrate)との接
着力を増加させるZ部分の比率が減少し、パターニング
時にフォトレジストが基板から剥離する問題があった。
このような問題点を解決するため、前記樹脂にコレステ
ロール系の溶解抑制剤を2成分系投入したが、これら溶
解抑制剤は樹脂の30重量%にも達するほど多量に添加
されなければならないため、再現性が低下して製造費用
が上昇する等の欠点がありフォトレジスト樹脂に用いる
ことが困難であった。それだけでなく接着力が良くな
く、食刻工程時レジストの上部損失(top loss)が極
めて激しくパターンプロフィール(profile)が良くな
いという欠点があった。
【0006】本発明の目的は遠紫外線領域で用いること
ができる新規のフォトレジスト用単量体とその製造方
法、前記単量体を含む共重合体とその製造方法、及び前
記共重合体を含むフォトレジスト組成物、これを用いた
フォトレジストパターン形成方法と半導体素子を提供す
ることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】ここに本発明者等は、前
記の従来技術の問題点を解決するための努力を続ける
中、アセタルグループで保護されたビスノルボルネンカ
ルボキシレート及びビス(ノルボルネンジカルボキシレ
ート)単量体を含む重合体が、フォトレジストパターン
の解像力及びプロフィールを画期的に向上させることが
でき、エッチング耐性及び耐熱性にも優れているという
点を見出し本発明を完成した。
【0008】すなわち、本発明の請求項1に記載の発明
は、式(1)で表される化合物であることを特徴とする
フォトレジスト用単量体である。
【化9】 前記式で、Aは水素又は−COOR1であり、A’は水
素又は−COOR2であり、R1及びR2は、それぞれ水
素又は炭素数1〜10の置換又は非置換された直鎖又は
側鎖アルキル、シクロアルキル、アルコキシアルキル又
はシクロアルコキシアルキルであり、Xは炭素数1〜1
0の置換又は非置換された直鎖又は側鎖アルキル、シク
ロアルキル、アルコキシアルキル又はシクロアルコキシ
アルキルであり、mは1〜8の中から選択される整数で
あり、nは1〜3の中から選択される整数である。
【0009】請求項2に記載の発明は、請求項1記載の
フォトレジスト用単量体において、R1及びR2は同じで
あり、水素、メチル、エチル又はtert−ブチルであるこ
とを特徴とする。
【0010】請求項3に記載の発明は、請求項1記載の
フォトレジスト用単量体において、前記化合物は、ビス
(5−ノルボルネン−2−カルボキシリル)−1,4−ブ
タンジオールジエチルエーテル、ビス(5−ノルボルネ
ン−2−カルボキシリル)−1,3−プロパンジオールジ
エチルエーテル、ビス(5−ノルボルネン−2−カルボ
キシリル)−1,4−シクロヘキサンジメタノールジエチ
ルエーテル、ビス(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボ
キシリル)−1,4−ブタンジオールジエチルエーテル、
ビス(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシリル)−
1,3−プロパンジオールジエチルエーテル、及びビス
(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシリル)−1,4
−シクロヘキサンジメタノールジエチルエーテルからな
る群から選択されることを特徴とする。
【0011】請求項4に記載の発明は、(a)下記式
(5)の化合物を有機溶媒に溶解させる段階、(b)前
記(a)段階の結果物溶液に、触媒とともに下記式
(6)の化合物を添加し、式(5)の化合物と式(6)
の化合物とを反応させる段階、及び(c)前記(b)段
階の結果物溶液から前記有機溶媒を除去し、目的化合物
を分離する段階を含むことを特徴とする下記式(1)の
フォトレジスト用単量体の製造方法である。
【化10】 前記式等で、Aは水素又は−COOR1であり、A’は
水素又は−COOR2であり、R1及びR2は、水素又は
炭素数1〜10の置換又は非置換された直鎖又は側鎖ア
ルキル、シクロアルキル、アルコキシアルキル又はシク
ロアルコキシアルキルであり、Xは炭素数1〜10の置
換又は非置換された直鎖又は側鎖アルキル、シクロアル
キル、アルコキシアルキル又はシクロアルコキシアルキ
ルであり、mは1〜8の中から選択される整数であり、
nは1〜3の中から選択される整数である。
【0012】請求項5に記載の発明は、請求項4記載の
フォトレジスト用単量体の製造方法において、有機溶媒
はテトラヒドロフラン(THF)、ジメチルホルムアミ
ド、ジメチルスルホキシド、ジオキサン、ベンゼン、ト
ルエン及びキシレンからなる群から選択されたものであ
ることを特徴とする。
【0013】請求項6に記載の発明は、請求項4記載の
フォトレジスト用単量体の製造方法において、前記触媒
はパラトルエンスルホン酸であることを特徴とする。
【0014】請求項7に記載の発明は、請求項4記載の
フォトレジスト用単量体の製造方法において、式(5)
の化合物は5−ノルボルネン−2−カルボン酸又は5−
ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸であり、式(6)
の化合物は1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、
1,3−プロパンジオールジビニルエーテル及び1,4−
シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテルからなる
群から選択される化合物であることを特徴とする。
【0015】請求項8に記載の発明は、下記式(1)の
化合物を含むことを特徴とするフォトレジスト用共重合
体である。
【化11】 前記式で、Aは水素又は−COOR1であり、A’は水
素又は−COOR2であり、R1及びR2は、それぞれ水
素又は炭素数1〜10の置換又は非置換された直鎖又は
側鎖アルキル、シクロアルキル、アルコキシアルキル又
はシクロアルコキシアルキルであり、Xは炭素数1〜1
0の置換又は非置換された直鎖又は側鎖アルキル、シク
ロアルキル、アルコキシアルキル又はシクロアルコキシ
アルキルであり、mは1〜8の中から選択される整数で
あり、nは1〜3の中から選択される整数である。
【0016】請求項9に記載の発明は、請求項8記載の
フォトレジスト用共重合体において、第2単量体として
下記式(7)の化合物をさらに含むことを特徴とする。
【化12】 前記式で、Yは炭素数1〜10の置換又は非置換された
直鎖又は側鎖アルキル、シクロアルキル、アルコキシア
ルキル又はシクロアルコキシアルキルであり、lは1〜
8の中から選択される整数であり、sは1〜3の中から
選択される整数である。
【0017】請求項10に記載の発明は、請求項9記載
のフォトレジスト用共重合体において、式(7)の化合
物は、2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−
カルボキシレート又は3−ヒドロキシプロピル−5−ノ
ルボルネン−2−カルボキシレートであることを特徴と
する。
【0018】請求項11に記載の発明は、請求項8又は
9記載のフォトレジスト用共重合体において、第3単量
体として下記式(8)又は式(9)の化合物の中から一
つ以上をさらに含むことを特徴とする。
【化13】 前記式で、R、R3及びR4は、水素又は炭素数1〜10
の置換又は非置換された直鎖又は側鎖アルキル、シクロ
アルキル、アルコキシアルキル又はシクロアルコキシア
ルキルであり、t及びuは1〜3の中から選択される整
数である。
【0019】請求項12に記載の発明は、請求項11記
載のフォトレジスト用共重合体において、式(8)の化
合物は、tert−ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボ
キシレート又は5−ノルボルネン−2−カルボン酸であ
り、式(9)の化合物は5−ノルボルネン−2,3−ジ
カルボン酸であることを特徴とする。
【0020】請求項13に記載の発明は、請求項11記
載のフォトレジスト用共重合体において、第4単量体と
して、無水マレイン酸をさらに含むことを特徴とする。
【0021】請求項14に記載の発明は、請求項8記載
のフォトレジスト用共重合体において、前記共重合体の
分子量は3,000〜100,000であることを特徴
とする。
【0022】請求項15に記載の発明は、請求項8記載
のフォトレジスト用共重合体において、ポリ[ビス(5−
ノルボルネン−2−カルボキシリル)−1,4−ブタンジ
オールジエチルエーテル/2−ヒドロキシエチル−5−
ノルボルネン−2−カルボキシレート/tert−ブチル−
5−ノルボルネン−2−カルボキシレート/5−ノルボ
ルネン−2−カルボン酸/無水マレイン酸]、ポリ[ビス
(5−ノルボルネン−2−カルボキシリル)−1,3−プ
ロパンジオールジエチルエーテル/2−ヒドロキシエチ
ル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート/tert−
ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート/5
−ノルボルネン−2−カルボン酸/無水マレイン酸]、
ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2−カルボキシリル)−
1,4−シクロヘキサンジメタノールジエチルエーテル
/2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カル
ボキシレート/tert−ブチル−5−ノルボルネン−2−
カルボキシレート/5−ノルボルネン−2−カルボン酸
/無水マレイン酸]、ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2,
3−ジカルボキシリル)−1,4−ブタンジオールジエチ
ルエーテル/2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン
−2−カルボキシレート/tert−ブチル−5−ノルボル
ネン−2−カルボキシレート/無水マレイン酸]、ポリ
[ビス(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシリル)−
1,3−プロパンジオールジエチルエーテル/2−ヒド
ロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレー
ト/tert−ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシ
レート/無水マレイン酸]、及びポリ[ビス(5−ノルボ
ルネン−2,3−ジカルボキシリル)−1,4−シクロヘ
キサンジメタノールジエチルエーテル/2−ヒドロキシ
エチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート/te
rt−ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート
/無水マレイン酸]からなる群から選択されることを特
徴とする。
【0023】請求項16に記載の発明は、(a)(i)
下記式(1)の化合物と、(ii)第2単量体である式
(7)の化合物と、選択的に(iii)第3単量体である
式(8)及び式(9)の化合物の中から一種類以上の化
合物と、(iv)第4単量体である無水マレイン酸と、を
有機溶媒に溶解させる段階、(b)前記(a)段階の結
果物溶液に重合開始剤を添加する段階、及び(c)前記
(b)段階の結果物溶液を窒素、又はアルゴン雰囲気下
で反応させる段階を含むことを特徴とするフォトレジス
ト用共重合体の製造方法である。
【化14】 前記式等で、Aは水素又は−COOR1であり、A’は
水素又は−COOR2であり、R、R1、R2、R3及びR
4は、水素又は炭素数1〜10の置換又は非置換された
直鎖又は側鎖アルキル、シクロアルキル、アルコキシア
ルキル又はシクロアルコキシアルキルであり、X及びY
は、炭素数1〜10の置換又は非置換された直鎖又は側
鎖アルキル、シクロアルキル、アルコキシアルキル又は
シクロアルコキシアルキルであり、m及びlは1〜8の
中から選択される整数であり、n、s、t及びuは1〜
3の中から選択される整数である。
【0024】請求項17に記載の発明は、請求項16記
載のフォトレジスト用共重合体の製造方法において、前
記有機溶媒は、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラ
ン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジ
オキサン、メチルエチルケトン、ベンゼン、トルエン及
びキシレンからなる群から選択されたものであることを
特徴とする。
【0025】請求項18に記載の発明は、請求項16記
載のフォトレジスト用共重合体の製造方法において、前
記重合開始剤は、ベンゾイルパーオキサイド、2,2’
−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、アセチル
パーオキサイド、ラウリルパーオキサイド、tert−ブチ
ルパーアセテート、tert−ブチルヒドロパーオキサイド
及びジ−tert−ブチルパーオキサイドからなる群から選
択されたことを特徴とする。
【0026】請求項19に記載の発明は、(a)式
(7)の化合物、式(8)及び式(9)の化合物のうち
の一種類以上と、無水マレイン酸とを有機溶媒に溶解さ
せる段階、(b)前記(a)段階の結果物溶液に重合開
始剤を添加する段階、(c)前記(b)段階の結果物溶
液を窒素又はアルゴン雰囲気下で反応させる段階、及び
(d)前記(c)段階の結果物である共重合体を酸触媒
存在下で式(6)の化合物と反応させる段階を含むこと
を特徴とする、フォトレジスト用共重合体の製造方法で
ある。
【化15】 前記式等で、R、R3及びR4は、水素又は炭素数1〜1
0の置換又は非置換された直鎖又は側鎖アルキル、シク
ロアルキル、アルコキシアルキル又はシクロアルコキシ
アルキルであり、X及びYは、炭素数1〜10の置換又
は非置換された直鎖又は側鎖アルキル、シクロアルキ
ル、アルコキシアルキル又はシクロアルコキシアルキル
であり、m及びlは1〜8の中から選択される整数であ
り、s、t及びuは1〜3の中から選択される整数であ
る。
【0027】請求項20に記載の発明は、フォトレジス
ト用樹脂と、有機溶媒と、光酸発生剤を含むフォトレジ
スト組成物において、前記フォトレジスト用樹脂は請求
項8〜15いずれか記載のフォトレジスト用共重合体で
あることを特徴とするフォトレジスト組成物である。
【0028】請求項21に記載の発明は、請求項20記
載のフォトレジスト組成物において、前記光酸発生剤は
硫化塩系又はオニウム系であることを特徴とする。
【0029】請求項22に記載の発明は、請求項20記
載のフォトレジスト組成物において、前記光酸発生剤
は、ジフェニル沃素塩ヘキサフルオロホスフェート、ジ
フェニル沃素塩ヘキサフルオロ−アルセネート、ジフェ
ニル沃素塩ヘキサフルオロ−アンチモネート、ジフェニ
ルパラメトキシフェニル−トリフレート、ジフェニルパ
ラトルエニル−トリフレート、ジフェニルパライソブチ
ルフェニル−トリフレート、ジフェニルパラ−tert−ブ
チルフェニル−トリフレート、トリフェニルスルホニウ
ム−ヘキサフルオロ−ホスフェート、トリフェニルスル
ホニウム−ヘキサフルオロ−アルセネート、トリフェニ
ルスルホニウム−ヘキサフルオロ−アンチモネート、ト
リフェニルスルホニウム−トリフレート及びジブチルナ
フチルスルホニウム−トリフレートからなる群から選択
されたものを1又は2以上含むことを特徴とする。
【0030】請求項23に記載の発明は、請求項20記
載のフォトレジスト組成物において、前記光酸発生剤
は、前記樹脂に対し0.1〜10重量%の比率で用いら
れることを特徴とする。
【0031】請求項24に記載の発明は、請求項20記
載のフォトレジスト組成物において、前記有機溶媒は、
メチル−3−メトキシプロピオネート、エチル−3−エ
トキシプロピオネート、プロピレングリコールメチルエ
ーテルアセテート、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン
及び(2−メトキシ)エチルアセテートからなる群から
選択されたものであることを特徴とする。
【0032】請求項25に記載の発明は、請求項20記
載のフォトレジスト組成物において、前記有機溶媒は、
前記樹脂に対し200〜1000重量%の比率で用いら
れることを特徴とする。
【0033】請求項26に記載の発明は、(a)請求項
20〜25のいずれかに記載されたフォトレジスト組成
物を被食刻層の上部に塗布してフォトレジスト膜を形成
する段階、(b)前記フォトレジスト膜を露光する段
階、及び(c)前記結果物を現像し、望むパターンを得
る段階を含むことを特徴とするフォトレジストパターン
形成方法である。
【0034】請求項27に記載の発明は、請求項26記
載のフォトレジストパターン形成方法において、前記
(b)段階のi)露光前及び露光後、又はii)露光前又
は露光後にそれぞれベーク工程を行う段階をさらに含む
ことを特徴とする。
【0035】請求項28に記載の発明は、請求項27記
載のフォトレジストパターン形成方法において、前記ベ
ーク工程は70〜200℃で行われることを特徴とす
る。
【0036】請求項29に記載の発明は、請求項26記
載のフォトレジストパターン形成方法において、前記露
光工程は光源として、ArF、KrF、VUV、EUV、E−ビー
ム、X線、又はイオンビームを利用して行われることを
特徴とする。請求項30に記載の発明は、請求項26記
載のフォトレジストパターン形成方法において、前記露
光工程は1〜100mJ/cm2の露光エネルギーで行われ
ることを特徴とする。
【0037】請求項31に記載の発明は、請求項26〜
30のいずれか記載のフォトレジストパターン形成方法
により製造されたことを特徴とする半導体素子である。
【0038】
【発明の実施の形態】前記の目的を達成するため、本発
明では新規のフォトレジスト用単量体であるアセタルグ
ループで保護されたビスノルボルネンカルボキシレート
及びビス(ノルボルネンジカルボキシレート)化合物及び
その製造方法、前記単量体の共重合体及びその製造方
法、前記共重合体を含むフォトレジスト組成物、及びフ
ォトレジスト組成物を利用するフォトレジストパターン
形成方法とこれにより製造された半導体素子を提供す
る。
【0039】以下、本発明を詳しく説明する。本発明で
は先ず、フォトレジスト用単量体として用いることがで
きる下記式(1)のビスノルボルネンカルボキシレート
又はビス(ノルボルネンジカルボキシレート)化合物を提
供する。
【化16】 前記式で、Aは水素又は−COOR1であり、A’は原
則的にAと同じで、水素又は−COOR2であり、R1
びR2は、それぞれ水素又は炭素数1〜10の置換又は
非置換された直鎖又は側鎖アルキル、シクロアルキル、
アルコキシアルキル又はシクロアルコキシアルキルであ
り、Xは炭素数1〜10の置換又は非置換された直鎖又
は側鎖アルキル、シクロアルキル、アルコキシアルキル
又はシクロアルコキシアルキルであり、mは1〜8の中
から選択される整数であり、nは1〜3の中から選択さ
れる整数である。
【0040】前記式(1)の化合物は、下記式(1a)
のビスノルボルネンカルボキシレート及び式(1b)の
ビス(ノルボルネンジカルボキシレート)に区分され得
る。
【化17】 前記式で、各置換基は前記式(1)で定義した通りであ
る。前記式(1)の化合物で、R1及びR2は互いに同じ
であり、水素、メチル、エチル又はtert−ブチルである
ことが好ましい。
【0041】前記式(1)の化合物の好ましい例として
は下記のような化合物等がある。ビス(5−ノルボルネ
ン−2−カルボキシリル)−1,4−ブタンジオールジエ
チルエーテル。
【化18】
【0042】ビス(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボ
キシリル)−1,4−ブタンジオールジエチルエーテル。
【化19】
【0043】ビス(5−ノルボルネン−2−カルボキシ
リル)−1,3−プロパンジオールジエチルエーテル。
【化20】
【0044】ビス(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボ
キシリル)−1,3−プロパンジオールジエチルエーテ
ル。
【化21】
【0045】ビス(5−ノルボルネン−2−カルボキシ
リル)−1,4−シクロヘキサンジメタノールジエチルエ
ーテル。
【化22】
【0046】ビス(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボ
キシリル)−1,4−シクロヘキサンジメタノールジエチ
ルエーテル。
【化23】
【0047】前記式(1)の化合物は、下記式(5)及
び式(6)の化合物を通常の有機媒中で反応させて製造
することができるが、その製造工程は下記のような段階
を含む。(a)下記式(5)の化合物を有機溶媒に溶解
させる段階、(b)前記(a)段階の結果物溶液に、触
媒とともに下記式(6)の化合物を投入し、10〜50
℃の温度で8〜12時間、式(5)と式(6)の化合物
を反応させる段階、及び(c)前記(b)段階の結果物
溶液から前記有機溶媒を除去し、目的化合物を分離する
段階とを含む。
【化24】 前記式等で、Aは水素又は−COOR1であり、R1は、
水素又は炭素数1〜10の置換又は非置換された直鎖又
は側鎖アルキル、シクロアルキル、アルコキシアルキル
又はシクロアルコキシアルキルであり、Xは炭素数1〜
10の置換又は非置換された直鎖又は側鎖アルキル、シ
クロアルキル、アルコキシアルキル又はシクロアルコキ
シアルキルであり、mは1〜8の中から選択される整数
であり、nは1〜3の中から選択される整数である。
【0048】前記製造過程で、有機溶媒はテトラヒドロ
フラン(THF)、ジメチルホルムアミド、ジメチルス
ルホキシド、ジオキサン、ベンゼン、トルエン及びキシ
レンからなる群から選択することができ、触媒はパラト
ルエンスルホン酸を用いることが好ましい。さらに、前
記製造過程で式(5)の化合物は5−ノルボルネン−2
−カルボン酸又は5−ノルボルネン−2,3−カルボン
酸であり、式(6)の化合物は1,4−ブタンジオール
ジビニルエーテル、1,3−プロパンジオールジビニル
エーテル及び1,4−シクロヘキサンジメタノールジビ
ニルエーテルからなる群から選択される化合物であるこ
とが好ましい。
【0049】本発明ではさらに、前記式(1)の化合物
を含むフォトレジスト用共重合体を提供する。前記本発
明の共重合体は、第2単量体として下記式(7)の化合
物をさらに含むことができる。
【化25】 前記式で、Yは炭素数1〜10の置換又は非置換された
直鎖又は側鎖アルキル、シクロアルキル、アルコキシア
ルキル又はシクロアルコキシアルキルであり、lは1〜
8の中から選択される整数であり、sは1〜3の中から
選択される整数である。
【0050】前記式(7)の化合物は、2−ヒドロキシ
エチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート又は
3−ヒドロキシプロピル−5−ノルボルネン−2−カル
ボキシレートであることが好ましい。なお前記共重合体
は、第3単量体として下記式(8)及び式(9)の化合
物のうちのいずれか一つ以上をさらに含むことができ
る。
【化26】 前記式で、R、R3及びR4は、水素又は炭素数1〜10
の置換又は非置換された直鎖又は側鎖アルキル、シクロ
アルキル、アルコキシアルキル又はシクロアルコキシア
ルキルであり、t及びuは1〜3の中から選択される整
数である。
【0051】このとき、前記式(8)の化合物はtert−
ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート又は
5−ノルボルネン−2−カルボン酸であり、式(9)の
化合物は5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸であ
ることが好ましい。前記本発明の共重合体は、第4単量
体として無水マレイン酸をさらに含むことができる。
【0052】本発明のフォトレジスト用共重合体は、3,
000〜100,000の分子量を有し具体的に下記のような共重
合体を含む。ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2−カルボ
キシリル)−1,4−ブタンジオールジエチルエーテル/
2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボ
キシレート/tert−ブチル−5−ノルボルネン−2−カ
ルボキシレート/5−ノルボルネン−2−カルボン酸/
無水マレイン酸]。
【化27】
【0053】ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2−カルボ
キシリル)−1,3−プロパンジオールジエチルエーテル
/2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カル
ボキシレート/tert−ブチル−5−ノルボルネン−2−
カルボキシレート/5−ノルボルネン−2−カルボン酸
/無水マレイン酸]。
【化28】
【0054】ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2−カルボ
キシリル)−1,4−シクロヘキサンジメタノールジエチ
ルエーテル/2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン
−2−カルボキシレート/tert−ブチル−5−ノルボル
ネン−2−カルボキシレート/5−ノルボルネン−2−
カルボン酸/無水マレイン酸]。
【化29】
【0055】ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2,3−ジ
カルボキシリル)−1,4−ブタンジオールジエチルエー
テル/2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−
カルボキシレート/tert−ブチル−5−ノルボルネン−
2−カルボキシレート/無水マレイン酸]。
【化30】
【0056】ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2,3−ジ
カルボキシリル)−1,3−プロパンジオールジエチルエ
ーテル/2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2
−カルボキシレート/tert−ブチル−5−ノルボルネン
−2−カルボキシレート/無水マレイン酸]。
【化31】
【0057】ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2,3−ジ
カルボキシリル)−1,4−シクロヘキサンジメタノール
ジエチルエーテル/2−ヒドロキシエチル−5−ノルボ
ルネン−2−カルボキシレート/tert−ブチル−5−ノ
ルボルネン−2−カルボキシレート/無水マレイン
酸]。
【化32】
【0058】前記式(10)〜式(15)の重合体で、
v:w:x:y:z=0〜99モル%:0〜99モル
%;0〜99モル%:0.1〜99モル%:0〜99モ
ル%である。
【0059】前記本発明の共重合体は、単量体等を通常
のラジカル重合開始剤でラジカル重合して製造すること
ができるが、その過程は下記のような段階を含む。 (a)(i)式(1)の化合物と、(ii)第2単量体で
ある式(7)の化合物と、選択的に(optionally)(ii
i)第3単量体である式(8)及び式(9)の化合物の
うちの一種類以上と、(iv)第4単量体である無水マレ
イン酸とを有機溶媒に溶解させる段階、(b)前記(a)
段階の結果物溶液に重合開始剤を添加する段階、及び
(c)前記(b)段階の結果物溶液を窒素又はアルゴン
雰囲気下で反応させる段階を含む。
【0060】一方、本発明の重合体は前記製造方法とは
別に、式(7)の化合物、式(8)及び式(9)の化合
物のうちの一種類以上と、無水マレイン酸とをラジカル
重合させ得られた共重合体を、酸触媒存在下で前記式
(6)の化合物と反応させることにより得ることもでき
る。
【0061】前記製造過程で重合はバルク重合又は溶液
重合等で行われ、重合溶媒である有機溶媒はシクロヘキ
サノン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、
ジメチルスルホキシド、ジオキサン、メチルエチルケト
ン、ベンゼン、トルエン及びキシレン等を単独に又は混
合して用いることができる。重合開始剤は、ベンゾイル
パーオキサイド、2,2’−アゾビスイソブチロニトリ
ル(AIBN)、アセチルパーオキサイド、ラウリルパ
ーオキサイド、tert−ブチルパーアセテート、tert−ブ
チルヒドロパーオキサイド及びジ−tert−ブチルパーオ
キサイドからなる群から選択することができる。
【0062】以上検討してみたように、本発明のフォト
レジスト用共重合体は重合体を部分的に架橋結合された
構造を有しているが、露光部では酸により保護基が離脱
すると同時に架橋結合をなすアセタルグループが離脱
し、非露光部では架橋結合が保持され露光部位と非露光
部位の溶解速度の差を著しく大きくすることができるた
め、これに応じて上部損失は減少しプロフィールを向上
させることができるのである。
【0063】本発明ではさらに、本発明のフォトレジス
ト用共重合体であるフォトレジスト用樹脂と、有機溶媒
と、光酸発生剤とを含むフォトレジスト組成物を提供す
る。前記光酸発生剤には、硫化塩系又はオニウム系化合
物が主に用いられ、具体的にはジフェニル沃素塩ヘキサ
フルオロホスフェート、ジフェニル沃素塩ヘキサフルオ
ロ−アルセネート、ジフェニル沃素塩ヘキサフルオロ−
アンチモネート、ジフェニルパラメトキシフェニル−ト
リフレート、ジフェニルパラトルエニル−トリフレー
ト、ジフェニルパライソブチルフェニル−トリフレー
ト、ジフェニルパラ−tert−ブチルフェニル−トリフレ
ート、トリフェニルスルホニウム−ヘキサフルオロ−ホ
スフェート、トリフェニルスルホニウム−ヘキサフルオ
ロ−アルセネート、トリフェニルスルホニウム−ヘキサ
フルオロ−アンチモネート、トリフェニルスルホニウム
−トリフレート及びジブチルナフチルスルホニウム−ト
リフレートの中から選択されるものをフォトレジスト共
重合体に対し0.1〜10重量%の比率で用いることが
好ましい。
【0064】さらに、前記有機溶媒はメチル−3−メト
キシプロピオネート、エチル−3−エトキシプロピオネ
ート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテー
ト、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン及び(2−メト
キシ)エチルアセテートからなる群から選択され、前記
フォトレジスト共重合体に対し200〜1000重量%
の比率で用いられるのが好ましい。前記のフォトレジス
ト組成物では、本発明の共重合体を有機溶媒に対し10
〜30重量%溶解させ、ここに光酸発生剤を前記共重合
体に対し0.1〜10重量%で配合し超微細フィルター
で濾過して製造される。
【0065】前記のように製造された本発明のフォトレ
ジスト組成物はエッチング耐性、耐熱性及び接着性に優
れるだけでなく、含まれた樹脂に部分的が架橋結合して
いるため解像度及びプロフィールが優れ、レジストの上
部損失を減少させることができるため特にArF感光膜と
して効果的に用いることができる。
【0066】本発明では、さらに下記のような段階を含
むフォトレジストパターン形成方法を提供する。 (a)本発明のフォトレジスト組成物を被食刻層の上部
に塗布し、フォトレジスト膜を形成する段階、(b)前
記フォトレジスト膜を露光する段階、及び(c)前記結
果物を現像して望むパターンを得る段階を含む。前記過
程で、(b)段階のi)露光前及び露光後、又はii)露
光前又は露光後にそれぞれベーク工程を行う段階をさら
に含むことができ、このようなベーク工程は70〜20
0℃で行われる。なお、前記(b)の露光工程は光源と
してArF、KrF、VUV、EUV、E−ビーム、X線又はイオン
ビームを利用し、1〜100mJ/cm2の露光エネルギ
ーで行われることが好ましい。
【0067】具体的に前記フォトレジストパターン形成
方法を例に挙げると、本発明のフォトレジスト組成物を
シリコンウェーハにスピン塗布し薄膜を製造した後、8
0〜150℃のオーブン又は熱板で1〜5分間ソフトベ
ークし、遠紫外線露光装置又はエキシマレーザ露光装置
を利用して露光した後、100〜200℃で露光後ベー
クする。このように露光したウェーハを2.38wt%T
MAH水溶液で1分30秒間沈漬することにより、超微
細レジスト画像を得ることができるようになる。
【0068】さらに、本発明では前記本発明のフォトレ
ジスト組成物を利用して製造された半導体素子を提供す
る。
【0069】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳しく説明す
る。但し、実施例は発明を例示するのみであり、本発明
が下記実施例により限定されるものではない。
【0070】I.フォトレジスト用単量体の製造 製造例1. 2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボ
キシレートの製造 反応器にシクロペンタジエン66gを投入した後、テト
ラヒドロフラン(THF)溶媒500gをよく混合した。
ここに2−ヒドロキシエチルアクリレート130gを投
入した後、−30℃で攪拌しながら10時間程度反応さ
せた。反応完了後、ロータリーエヴァポレーターで溶媒
を除去してから減圧蒸留して標題化合物を得た(収率8
5%)。
【0071】製造例2. t−ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート
の製造 2−ヒドロキシエチルアクリレート130gの代りにte
rt−ブチルアクリレート128gを用いることを除いて
は、前記製造例1と同様の方法で標題化合物を得た(収
率90%)。
【0072】製造例3. 5−ノルボルネン−2−カルボン酸の製造 2−ヒドロキシエチルアクリレート130gの代りにア
クリル酸72gを用いることを除いては、前記製造例1
と同様の方法で標題化合物を得た(収率90%)。
【0073】実施例1. ビス(5−ノルボルネン−2−カルボキシリル)−1,4
−ブタンジオールジエチルエーテルの製造 反応器に製造例3で製造した5−ノルボルネン−2−カ
ルボン酸13.8gを投入した後、THF溶媒100gを
入れてよく混合した。ここにパラトルエンスルホン酸
0.1gと1,4−ブタンジオールジビニルエーテル
7.1gを投入した後、10〜50℃で攪拌しながら1
0時間程度反応させた。反応完了後、ロータリーエヴァ
ポレーターで溶媒を除去してから減圧蒸留し、前記式
(2a)の標題化合物を得た(収率88%)。
【0074】実施例2. ビス(5−ノルボルネン−2−カルボキシリル)−1,3
−プロパンジオールジエチルエーテルの製造 1,4−ブタンジオールジビニルエーテル7.1gの代
りに1,3−プロパンジオールジビニルエーテル6.4
gを用いることを除いては、前記実施例1と同様の方法
で前記式(3a)の標題化合物を得た(収率89%)。
【0075】実施例3. ビス(5−ノルボルネン−2−カルボキシリル)−1,4
−シクロヘキサンジメタノールジエチルエーテルの製造 パラトルエンスルホン酸0.1gの代りにパラトルエン
スルホン酸0.12gを用い、1,4−ブタンジオール
ジビニルエーテル7.1gの代りに1,4−シクロヘキ
サンジメタノールジビニルエーテル9.8gを用いるこ
とを除いては、前記実施例1と同様の方法で前記式(4
a)の標題化合物を得た(収率86%)。
【0076】II.フォトレジスト用共重合体の製造 実施例4. ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2−カルボキシリル)−
1,4−ブタンジオールジエチルエーテル/2−ヒドロ
キシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート
/tert−ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレ
ート/5−ノルボルネン−2−カルボン酸/無水マレイ
ン酸]の製造 ビス(5−ノルボルネン−2−カルボキシリル)−1,4
−ブタンジオールジエチルエーテル0.1モル、2−ヒ
ドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレ
ート0.2モル、tert−ブチル−5−ノルボルネン−2
−カルボキシレート0.65モル、5−ノルボルネン−
2−カルボン酸0.05モル、無水マレイン酸1モルを
THF、ベンゼン又はトルエン等の溶媒に溶解させた。こ
れら混合溶液中に重合開始剤としてAIBN0.6gを
投入した後、窒素又はアルゴン雰囲気下において約70
℃の温度で12時間反応させた。このようにして生成さ
れた樹脂をエチルエーテル又はヘキサン等で沈殿させた
後、沈殿物を濾過して減圧乾燥させ前記式(10)のよ
うに部分的に架橋結合された標題化合物を得た。
【0077】実施例5 ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2−カルボキシリル)−
1,3−プロパンジオールジエチルエーテル/2−ヒド
ロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレー
ト/tert−ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシ
レート/5−ノルボルネン−2−カルボン酸/無水マレ
イン酸]の製造 ビス(5−ノルボルネン−2−カルボキシリル)−1,3
−プロパンジオールジエチルエーテル0.1モル、2−
ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシ
レート0.2モル、tert−ブチル−5−ノルボルネン−
2−カルボキシレート0.65モル、5−ノルボルネン
−2−カルボン酸0.05モル、無水マレイン酸1モル
をベンゼン溶媒に溶解した。これら混合溶液中に重合開
始剤としてAIBN0.6gを投入した後、窒素又はア
ルゴン雰囲気下において約70℃の温度で12時間の間
反応させた。このようにして生成される樹脂をエチルエ
ーテル又はヘキサン等で沈殿させた後、沈殿物を濾過し
て減圧乾燥させ前記式(11)のように部分的に架橋結
合された標題化合物を得た。
【0078】実施例6 ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2−カルボキシリル)−
1,4−シクロヘキサンジメタノールジエチルエーテル
/2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カル
ボキシレート/tert−ブチル−5−ノルボルネン−2−
カルボキシレート/5−ノルボルネン−2−カルボン酸
/無水マレイン酸]の製造 ビス(5−ノルボルネン−2−カルボキシリル)−1,4
−シクロヘキサンジメタノールジエチルエーテル0.1
モル、2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−
カルボキシレート0.2モル、tert−ブチル−5−ノル
ボルネン−2−カルボキシレート0.65モル、5−ノ
ルボルネン−2−カルボン酸0.05モル、無水マレイ
ン酸1モルをベンゼン溶媒に溶解した。これら混合溶液
中に重合開始剤としてAIBN0.6gを投入した後、
窒素又はアルゴン雰囲気下において約70℃の温度で1
2時間の間反応させた。このようにして生成される樹脂
をエチルエーテル又はヘキサン等で沈殿させた後、沈殿
物を濾過して減圧乾燥させ前記式(12)のように部分
的に架橋結合された標題化合物を得た。
【0079】前記実施例4〜6で得た共重合体は下記実
施例7〜9のような方法でも合成することができる。 実施例7〜9 前記実施例4〜6で共重合させるための単量体等の中、
それぞれビス(5−ノルボルネン−2−カルボキシリル)
−1,4−ブタンジオールジエチルエーテル、ビス(5−
ノルボルネン−2−カルボキシリル)−1,3−プロパン
ジオールジエチルエーテル及びビス(5−ノルボルネン
−2−カルボキシリル)−1,4−シクロヘキサンジメタ
ノールジエチルエーテルを除いた残りの単量体等のみを
重合して共重合体を得た後、これらを再びテトラヒドロ
フランに溶解し酸触媒条件下でそれぞれ1,4−ブタン
ジオールジビニルエーテル、1,3−プロパンジオール
ジビニルエーテル及び1,4−シクロヘキサンジメタノ
ールジビニルエーテルを0.1モル投入して10時間反
応させた後、この反応溶液をジエチルエーテルに付加し
て部分的に架橋結合された実施例4〜6の標題化合物を
それぞれ得た。
【0080】実施例10 ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシリ
ル)−1,4−ブタンジオールジエチルエーテル/2−ヒ
ドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレ
ート/tert−ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボキ
シレート/無水マレイン酸]の製造 2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボ
キシレート0.2モル、tert−ブチル−5−ノルボルネ
ン−2−カルボキシレート0.75モル、5−ノルボル
ネン−2,3−ジカルボン酸0.05モル、無水マレイ
ン酸1モルをTHF溶媒に溶解した。これら混合溶液中に
重合開始剤としてAIBN0.6gを投入した後、窒素
又はアルゴン雰囲気下において約70℃の温度で12時
間反応させた。このようにして生成された樹脂をエチル
エーテル又はヘキサン等で沈殿させた後、沈殿物を濾過
して減圧乾燥させ重合体を得てから再びこの重合体10
gをTHF100mlに溶解し、パラトルエンスルホン酸
0.05モルを投入して1,4−ブタンジオールジビニ
ルエーテル0.01モルを加えた後、10時間反応させ
て前記式(13)のように部分的に架橋結合された標題
化合物を得た。
【0081】実施例11 ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシリ
ル)−1,3−プロパンジオールジエチルエーテル/2−
ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシ
レート/tert−ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボ
キシレート/無水マレイン酸]の製造 2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボ
キシレート0.2モル、tert−ブチル−5−ノルボルネ
ン−2−カルボキシレート0.75モル、5−ノルボル
ネン−2,3−ジカルボン酸0.05モル、無水マレイ
ン酸1モルをTHF溶媒に溶解した。これら混合溶液中に
重合開始剤としてAIBN0.6gを投入した後、窒素
又はアルゴン雰囲気下において約70℃の温度で12時
間反応させた。このようにして生成された樹脂をエチル
エーテル又はヘキサン等で沈殿させた後、沈殿物を濾過
して減圧乾燥させ重合体を得てから再びこの重合体10
gをTHF100mlに溶解し、パラトルエンスルホン酸
0.05モルを投入して1,3−プロパンジオールジビ
ニルエーテル0.01モルを加えた後、10時間反応さ
せて前記式(14)のように部分的に架橋結合された標
題化合物を得た。
【0082】実施例12 ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシリ
ル)−1,4−シクロヘキサンジメタノールジエチルエー
テル/2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−
カルボキシレート/tert−ブチル−5−ノルボルネン−
2−カルボキシレート/無水マレイン酸]の製造 2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボ
キシレート0.2モル、tert−ブチル−5−ノルボルネ
ン−2−カルボキシレート0.75モル、5−ノルボル
ネン−2,3−ジカルボン酸0.05モル、無水マレイ
ン酸1モルをTHF溶媒に溶解した。これら混合溶液中に
重合開始剤としてAIBN0.6gを投入した後、窒素
又はアルゴン雰囲気下において約70℃の温度で12時
間反応させた。このようにして生成された樹脂をエチル
エーテル又はヘキサン等で沈殿させた後、沈殿物を濾過
して減圧乾燥させ重合体を得てから再びこの重合体10
gをTHF100mlに溶解し、パラトルエンスルホン酸
0.05モルを投入して1,4−シクロヘキサンジメタ
ノールジビニルエーテル0.01モルを加えた後、10
時間反応させて前記式(15)のように部分的に架橋結
合された標題化合物を得た。
【0083】III.フォトレジスト組成物の製造及びパ
ターン形成 実施例13 前記実施例4で製造した重合体10gを60gのプロピ
レングリコールメチルエーテルアセテート溶媒に溶解し
た後、光酸発生剤であるトリフェニルスルホニウムトリ
フレート0.12gを投入し攪拌してから、0.10μ
mフィルターで濾過させフォトレジスト組成物を製造し
た。前記フォトレジスト組成物をシリコンウェーハの被
食刻層上部にスピン塗布して薄膜を製造した後、80〜
150℃のオーブン又は熱板で1〜5分間ソフトベーク
を行い、遠紫外線露光装置又はエキシマレーザ露光装置
を利用して露光した後、100〜200℃で露光後ベー
クした。このように露光したウェーハを2.38wt%T
MAH水溶液で1分30秒間沈漬し、レジスト厚さ約
0.5μmで0.13μmL/Sパターンを得た。
【0084】実施例14 実施例4の重合体の代りに実施例5の重合体を用いるこ
とを除いては、実施例13と同様の方法でフォトレジス
ト組成物を製造しこれを利用してフォトレジストパター
ンを形成した。このとき、レジスト厚さ約0.5μmで
0.13μmL/Sパターンを得た。
【0085】実施例15 実施例4の重合体の代りに実施例6の重合体を用いるこ
とを除いては、実施例13と同様の方法でフォトレジス
ト組成物を製造しこれを利用してフォトレジストパター
ンを形成した。このとき、レジスト厚さ約0.5μmで
0.13μmL/Sパターンを得た。
【0086】実施例16 実施例4の重合体の代りに実施例10の重合体を用いる
ことを除いては、実施例13と同様の方法でフォトレジ
スト組成物を製造しこれを利用してフォトレジストパタ
ーンを形成した。このとき、レジスト厚さ約0.5μm
で0.13μmL/Sパターンを得た。
【0087】実施例17 実施例4の重合体の代りに実施例11の重合体を用いる
ことを除いては、実施例13と同様の方法でフォトレジ
スト組成物を製造しこれを利用してフォトレジストパタ
ーンを形成した。このとき、レジスト厚さ約0.5μm
で0.13μmL/Sパターンを得た。
【0088】実施例18 実施例4の重合体の代りに実施例12の重合体を用いる
ことを除いては、実施例13と同様の方法でフォトレジ
スト組成物を製造しこれを利用してフォトレジストパタ
ーンを形成した。このとき、レジスト厚さ約0.5μm
で0.13μmL/Sパターンを得た。
【0089】
【発明の効果】以上で検討してみたように、本発明に係
る部分的に架橋結合された共重合体を用いたフォトレジ
ストによれば、優れたエッチング耐性及び耐熱性を有す
るだけでなく、現像時にレジストの上部損失が減少し、
プロフィール及び解像度が向上しレジスト厚さ約0.5
μmで0.13μmL/Sパターンを得ることができ
た。さらに本発明のような方法で樹脂に部分的に架橋結
合を導入すれば解像度とプロフィールが優れ、レジスト
の上部損失が減少したフォトレジスト膜を合成できるこ
とが分かる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08K 5/59 C08K 5/59 C08L 45/00 C08L 45/00 G03F 7/039 601 G03F 7/039 601 H01L 21/027 C07B 61/00 300 // C07B 61/00 300 H01L 21/30 502R (72)発明者 李 根守 大韓民国京畿道利川市夫鉢邑 三益アパー ト 103−302 (72)発明者 白 基鎬 大韓民国京畿道利川市増浦洞大宇アパート 203−402

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 式(1)で表される化合物であることを
    特徴とするフォトレジスト用単量体。 【化1】 前記式で、Aは水素又は−COOR1であり、A’は水
    素又は−COOR2であり、R1及びR2は、それぞれ水
    素又は炭素数1〜10の置換又は非置換された直鎖又は
    側鎖アルキル、シクロアルキル、アルコキシアルキル又
    はシクロアルコキシアルキルであり、Xは炭素数1〜1
    0の置換又は非置換された直鎖又は側鎖アルキル、シク
    ロアルキル、アルコキシアルキル又はシクロアルコキシ
    アルキルであり、mは1〜8の中から選択される整数で
    あり、nは1〜3の中から選択される整数である。
  2. 【請求項2】 R1及びR2は同じであり、水素、メチ
    ル、エチル又はtert−ブチルであることを特徴とする請
    求項1記載のフォトレジスト用単量体。
  3. 【請求項3】 前記化合物は、ビス(5−ノルボルネン
    −2−カルボキシリル)−1,4−ブタンジオールジエチ
    ルエーテル、ビス(5−ノルボルネン−2−カルボキシ
    リル)−1,3−プロパンジオールジエチルエーテル、ビ
    ス(5−ノルボルネン−2−カルボキシリル)−1,4−
    シクロヘキサンジメタノールジエチルエーテル、ビス
    (5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシリル)−1,4
    −ブタンジオールジエチルエーテル、ビス(5−ノルボ
    ルネン−2,3−ジカルボキシリル)−1,3−プロパン
    ジオールジエチルエーテル、及びビス(5−ノルボルネ
    ン−2,3−ジカルボキシリル)−1,4−シクロヘキサ
    ンジメタノールジエチルエーテルからなる群から選択さ
    れることを特徴とする請求項1記載のフォトレジスト用
    単量体。
  4. 【請求項4】(a)下記式(5)の化合物を有機溶媒に
    溶解させる段階、 (b)前記(a)段階の結果物溶液に、触媒とともに下
    記式(6)の化合物を添加し、式(5)の化合物と式
    (6)の化合物とを反応させる段階、 及び(c)前記(b)段階の結果物溶液から前記有機溶
    媒を除去し、目的化合物を分離する段階を含むことを特
    徴とする下記式(1)のフォトレジスト用単量体の製造
    方法。 【化2】 前記式等で、Aは水素又は−COOR1であり、A’は
    水素又は−COOR2であり、R1及びR2は、水素又は
    炭素数1〜10の置換又は非置換された直鎖又は側鎖ア
    ルキル、シクロアルキル、アルコキシアルキル又はシク
    ロアルコキシアルキルであり、Xは炭素数1〜10の置
    換又は非置換された直鎖又は側鎖アルキル、シクロアル
    キル、アルコキシアルキル又はシクロアルコキシアルキ
    ルであり、mは1〜8の中から選択される整数であり、
    nは1〜3の中から選択される整数である。
  5. 【請求項5】 有機溶媒はテトラヒドロフラン(TH
    F)、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、
    ジオキサン、ベンゼン、トルエン及びキシレンからなる
    群から選択されたものであることを特徴とする請求項4
    記載のフォトレジスト用単量体の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記触媒はパラトルエンスルホン酸であ
    ることを特徴とする、請求項4記載のフォトレジスト用
    単量体の製造方法。
  7. 【請求項7】 式(5)の化合物は5−ノルボルネン−
    2−カルボン酸又は5−ノルボルネン−2,3−ジカル
    ボン酸であり、式(6)の化合物は1,4−ブタンジオ
    ールジビニルエーテル、1,3−プロパンジオールジビ
    ニルエーテル及び1,4−シクロヘキサンジメタノール
    ジビニルエーテルからなる群から選択される化合物であ
    ることを特徴とする請求項4記載のフォトレジスト用単
    量体の製造方法。
  8. 【請求項8】 下記式(1)の化合物を含むことを特徴
    とするフォトレジスト用共重合体。 【化3】 前記式で、Aは水素又は−COOR1であり、A’は水
    素又は−COOR2であり、R1及びR2は、それぞれ水
    素又は炭素数1〜10の置換又は非置換された直鎖又は
    側鎖アルキル、シクロアルキル、アルコキシアルキル又
    はシクロアルコキシアルキルであり、Xは炭素数1〜1
    0の置換又は非置換された直鎖又は側鎖アルキル、シク
    ロアルキル、アルコキシアルキル又はシクロアルコキシ
    アルキルであり、mは1〜8の中から選択される整数で
    あり、nは1〜3の中から選択される整数である。
  9. 【請求項9】 第2単量体として下記式(7)の化合物
    をさらに含むことを特徴とする請求項8記載のフォトレ
    ジスト用共重合体。 【化4】 前記式で、Yは炭素数1〜10の置換又は非置換された
    直鎖又は側鎖アルキル、シクロアルキル、アルコキシア
    ルキル又はシクロアルコキシアルキルであり、lは1〜
    8の中から選択される整数であり、sは1〜3の中から
    選択される整数である。
  10. 【請求項10】 式(7)の化合物は、2−ヒドロキシ
    エチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート又は
    3−ヒドロキシプロピル−5−ノルボルネン−2−カル
    ボキシレートであることを特徴とする請求項9記載のフ
    ォトレジスト用共重合体。
  11. 【請求項11】 第3単量体として下記式(8)又は式
    (9)の化合物の中から一つ以上をさらに含むことを特
    徴とする請求項8又は9記載のフォトレジスト用共重合
    体。 【化5】 前記式で、R、R3及びR4は、水素又は炭素数1〜10
    の置換又は非置換された直鎖又は側鎖アルキル、シクロ
    アルキル、アルコキシアルキル又はシクロアルコキシア
    ルキルであり、t及びuは1〜3の中から選択される整
    数である。
  12. 【請求項12】 式(8)の化合物は、tert−ブチル−
    5−ノルボルネン−2−カルボキシレート又は5−ノル
    ボルネン−2−カルボン酸であり、式(9)の化合物は
    5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸であることを
    特徴とする請求項11記載のフォトレジスト用共重合
    体。
  13. 【請求項13】 第4単量体として、無水マレイン酸を
    さらに含むことを特徴とする請求項11記載のフォトレ
    ジスト用共重合体。
  14. 【請求項14】 分子量は3,000〜100,000
    であることを特徴とする請求項8記載のフォトレジスト
    用共重合体。
  15. 【請求項15】 ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2−カ
    ルボキシリル)−1,4−ブタンジオールジエチルエーテ
    ル/2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カ
    ルボキシレート/tert−ブチル−5−ノルボルネン−2
    −カルボキシレート/5−ノルボルネン−2−カルボン
    酸/無水マレイン酸]、 ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2−カルボキシリル)−
    1,3−プロパンジオールジエチルエーテル/2−ヒド
    ロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレー
    ト/tert−ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシ
    レート/5−ノルボルネン−2−カルボン酸/無水マレ
    イン酸]、 ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2−カルボキシリル)−
    1,4−シクロヘキサンジメタノールジエチルエーテル
    /2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カル
    ボキシレート/tert−ブチル−5−ノルボルネン−2−
    カルボキシレート/5−ノルボルネン−2−カルボン酸
    /無水マレイン酸]、 ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシリ
    ル)−1,4−ブタンジオールジエチルエーテル/2−ヒ
    ドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレ
    ート/tert−ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボキ
    シレート/無水マレイン酸]、 ポリ[ビス(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシリ
    ル)−1,3−プロパンジオールジエチルエーテル/2−
    ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシ
    レート/tert−ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボ
    キシレート/無水マレイン酸]、 及びポリ[ビス(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキ
    シリル)−1,4−シクロヘキサンジメタノールジエチル
    エーテル/2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−
    2−カルボキシレート/tert−ブチル−5−ノルボルネ
    ン−2−カルボキシレート/無水マレイン酸]からなる
    群から選択されることを特徴とする請求項8記載のフォ
    トレジスト用共重合体。
  16. 【請求項16】(a)(i)下記式(1)の化合物と、
    (ii)第2単量体である式(7)の化合物と、選択的に
    (iii)第3単量体である式(8)及び式(9)の化合
    物の中から一種類以上の化合物と、(iv)第4単量体で
    ある無水マレイン酸と、を有機溶媒に溶解させる段階、 (b)前記(a)段階の結果物溶液に重合開始剤を添加
    する段階、及び(c)前記(b)段階の結果物溶液を窒
    素、又はアルゴン雰囲気下で反応させる段階を含むこと
    を特徴とするフォトレジスト用共重合体の製造方法。 【化6】 前記式等で、Aは水素又は−COOR1であり、A’は
    水素又は−COOR2であり、R、R1、R2、R3及びR
    4は、水素又は炭素数1〜10の置換又は非置換された
    直鎖又は側鎖アルキル、シクロアルキル、アルコキシア
    ルキル又はシクロアルコキシアルキルであり、X及びY
    は、炭素数1〜10の置換又は非置換された直鎖又は側
    鎖アルキル、シクロアルキル、アルコキシアルキル又は
    シクロアルコキシアルキルであり、m及びlは1〜8の
    中から選択される整数であり、n、s、t及びuは1〜
    3の中から選択される整数である。
  17. 【請求項17】 前記有機溶媒は、シクロヘキサノン、
    テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチル
    スルホキシド、ジオキサン、メチルエチルケトン、ベン
    ゼン、トルエン及びキシレンからなる群から選択された
    ものであることを特徴とする、請求項16記載のフォト
    レジスト用共重合体の製造方法。
  18. 【請求項18】 前記重合開始剤は、ベンゾイルパーオ
    キサイド、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(A
    IBN)、アセチルパーオキサイド、ラウリルパーオキ
    サイド、tert−ブチルパーアセテート、tert−ブチルヒ
    ドロパーオキサイド及びジ−tert−ブチルパーオキサイ
    ドからなる群から選択されたことを特徴とする請求項1
    6記載のフォトレジスト用共重合体の製造方法。
  19. 【請求項19】(a)式(7)の化合物、式(8)及び
    式(9)の化合物のうちの一種類以上と、無水マレイン
    酸とを有機溶媒に溶解させる段階、 (b)前記(a)段階の結果物溶液に重合開始剤を添加
    する段階、 (c)前記(b)段階の結果物溶液を窒素又はアルゴン
    雰囲気下で反応させる段階、 及び(d)前記(c)段階の結果物である共重合体を酸
    触媒存在下で式(6)の化合物と反応させる段階を含む
    ことを特徴とする、フォトレジスト用共重合体の製造方
    法。 【化7】 前記式等で、R、R3及びR4は、水素又は炭素数1〜1
    0の置換又は非置換された直鎖又は側鎖アルキル、シク
    ロアルキル、アルコキシアルキル又はシクロアルコキシ
    アルキルであり、X及びYは、炭素数1〜10の置換又
    は非置換された直鎖又は側鎖アルキル、シクロアルキ
    ル、アルコキシアルキル又はシクロアルコキシアルキル
    であり、m及びlは1〜8の中から選択される整数であ
    り、s、t及びuは1〜3の中から選択される整数であ
    る。
  20. 【請求項20】 フォトレジスト用樹脂と、有機溶媒
    と、光酸発生剤を含むフォトレジスト組成物において、
    前記フォトレジスト用樹脂は請求項8〜15いずれか記
    載のフォトレジスト用共重合体であることを特徴とする
    フォトレジスト組成物。
  21. 【請求項21】 前記光酸発生剤は硫化塩系又はオニウ
    ム系であることを特徴とする請求項20記載のフォトレ
    ジスト組成物。
  22. 【請求項22】 前記光酸発生剤は、ジフェニル沃素塩
    ヘキサフルオロホスフェート、ジフェニル沃素塩ヘキサ
    フルオロ−アルセネート、ジフェニル沃素塩ヘキサフル
    オロ−アンチモネート、ジフェニルパラメトキシフェニ
    ル−トリフレート、ジフェニルパラトルエニル−トリフ
    レート、ジフェニルパライソブチルフェニル−トリフレ
    ート、ジフェニルパラ−tert−ブチルフェニル−トリフ
    レート、トリフェニルスルホニウム−ヘキサフルオロ−
    ホスフェート、トリフェニルスルホニウム−ヘキサフル
    オロ−アルセネート、トリフェニルスルホニウム−ヘキ
    サフルオロ−アンチモネート、トリフェニルスルホニウ
    ム−トリフレート及びジブチルナフチルスルホニウム−
    トリフレートからなる群から選択されたものを1又は2
    以上含むことを特徴とする請求項20記載のフォトレジ
    スト組成物。
  23. 【請求項23】 前記光酸発生剤は、前記樹脂に対し
    0.1〜10重量%の比率で用いられることを特徴とす
    る請求項20記載のフォトレジスト組成物。
  24. 【請求項24】 前記有機溶媒は、メチル−3−メトキ
    シプロピオネート、エチル−3−エトキシプロピオネー
    ト、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、
    シクロヘキサノン、2−ヘプタノン及び(2−メトキ
    シ)エチルアセテートからなる群から選択されたもので
    あることを特徴とする請求項20記載のフォトレジスト
    組成物。
  25. 【請求項25】 前記有機溶媒は、前記樹脂に対し20
    0〜1000重量%の比率で用いられることを特徴とす
    る、請求項20記載のフォトレジスト組成物。
  26. 【請求項26】(a)請求項20〜25のいずれかに記
    載されたフォトレジスト組成物を被食刻層の上部に塗布
    してフォトレジスト膜を形成する段階、 (b)前記フォトレジスト膜を露光する段階、 及び(c)前記結果物を現像し、望むパターンを得る段
    階を含むことを特徴とするフォトレジストパターン形成
    方法。
  27. 【請求項27】 前記(b)段階のi)露光前及び露光
    後、又はii)露光前又は露光後にそれぞれベーク工程を
    行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項26記載
    のフォトレジストパターン形成方法。
  28. 【請求項28】 前記ベーク工程は70〜200℃で行
    われることを特徴とする請求項27記載のフォトレジス
    トパターン形成方法。
  29. 【請求項29】 前記露光工程は光源として、ArF、Kr
    F、VUV、EUV、E−ビーム、X線、又はイオンビームを
    利用して行われることを特徴とする請求項26記載のフ
    ォトレジストパターン形成方法。
  30. 【請求項30】 前記露光工程は1〜100mJ/cm2
    露光エネルギーで行われることを特徴とする請求項26
    記載のフォトレジストパターン形成方法。
  31. 【請求項31】 請求項26〜30のいずれか記載のフ
    ォトレジストパターン形成方法により製造されたことを
    特徴とする半導体素子。
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