JP4045210B2 - アダマンチルアルキルビニルエーテルの共重合体を含む感光性ポリマー及びこれを含むレジスト組成物 - Google Patents
アダマンチルアルキルビニルエーテルの共重合体を含む感光性ポリマー及びこれを含むレジスト組成物 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は感光性ポリマー及び化学増幅型レジスト組成物に係り、特にアダマンチルアルキルビニルエーテルの共重合体を含む感光性ポリマー及びこれを含むレジスト組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造工程が複雑になり、半導体素子の集積度が高まるにつれて微細なパターン形成が要求されている。さらに、半導体素子の容量が1ギガビットレベル以上の素子において、デザインルールが0.2μm以下のパターンサイズが要求され、それにより既存のKrFエキシマレーザ(248nm)を利用したレジスト材料を使用するのには限界がある。従って、新しいエネルギー露光源であるArFエキシマレーザ(193nm)を利用したリソグラフィ技術が登場した。
【0003】
かようなArFエキシマレーザを利用したリソグラフィに使われるレジスト材料は既存のレジスト材料に比べて商用化するには多くの問題点がある。最も代表的な問題点としてポリマーの透過度及び乾式エッチングに対する耐性が挙げられる。
【0004】
これまでに知られている従来のArFレジストとして、アクリル系またはメタクリル系ポリマーが主に使われてきた。その中で、ポリ(メタクリレート)系の高分子材料が最も普遍的に使われている。このようなポリマーの深刻な問題は、乾式エッチングに対する耐性が非常に悪いということである。すなわち、これらの材料は半導体素子製造工程中にプラズマガスを利用した乾式エッチング工程にて選択比が低すぎてエッチング工程を進め難いのである。
【0005】
従って、乾式エッチングに対する耐性を高めるために乾式エッチングに強い耐性を有する物質の脂環式化合物、例えばイソボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデカニル基などをポリマーの主鎖に導入する方法が利用されている。しかし、これらはポリマー中において脂環式基が占める割合が小さいために相変らず乾式エッチングに対する耐性が弱い。
【0006】
また、脂環式化合物は疎水性であってポリマー構造に脂環式化合物が含まれていれば、前記のようなポリマーから得られるレジスト膜の下部膜質に対する接着特性が悪くなる。
【0007】
他の従来技術によるポリマーとしてCOMA(CycloOlefin-Maleic Anhydride)交互重合体が提案されている。COMAシステムのような共重合体の製造においては、原料の製造コストは低いのに反し、ポリマー製造時の合成収率が顕著に低くなる問題がある。また、短波長領域、例えば193nm領域にてポリマーの透過度が非常に低いという短所を有している。さらに、前記構造にて合成されたポリマーは非常に疎水性の強い脂環式基を主鎖に有しているので、膜質に対する接着特性が悪い。
【0008】
また、前記構造を有するポリマーは主鎖の構造的特性により約200℃以上の高いガラス転移温度を有する。その結果、前記構造のポリマーから得られるレジスト膜内に存在する自由体積を除去するためのアニーリング工程を適用し難く、従って周囲環境による影響を多く受け、例えばレジストパターンにてT−トッププロファイルが引き起こされることがあり、PED(Post-Exposure Delay)時にもレジスト膜の周囲雰囲気に対する安全性が低下し、前記レジスト膜を利用する工程において多くの問題点を誘発しうる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記の従来技術の問題点を解決しようとするところにあり、製造コストが低く、かつ、乾式エッチングに対する耐性を十分に確保すると共に、下部膜質に対する優れた接着特性を有する感光性ポリマーを提供することである。
【0010】
本発明の他の目的は、248nmほどのDUV(Deep UV)領域はもとより、193nmほどの短波長領域の光源を利用するリソグラフィ工程でも優秀なリソグラフィパフォーマンスを提供できるレジスト組成物を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の第1様態による感光性ポリマーは下記化学式1に示される共重合体を含む。
【0012】
【化7】
【0013】
式中、xは1〜4の整数であり、R1は水素原子またはメチル基であり、R2は酸により分解可能なC4〜C20の炭化水素基、テトラヒドロピラニル基、または1−エトキシエチル基であり、p/(p+q+r)=0.1〜0.4、q/(p+q+r)=0.2〜0.5、r/(p+q+r)=0.1〜0.4である。前記感光性ポリマーは3,000〜50,000の重量平均分子量を有する。
【0014】
望ましくは、前記R2はt−ブチル基、テトラヒドロピラニル基、または1−エトキシエチル基である。また望ましくは、前記R2は脂環式炭化水素基、例えば2−メチル−2−ノルボルニル基、2−エチル−2−ノルボルニル基、2−メチル−2−イソボルニル基、2−エチル−2−イソボルニル基、8−メチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、8−エチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、2−メチル−2−アダマンチル基、2−エチル−2−アダマンチル基、2−プロピル−2−アダマンチル基、2−メチル−2−フェンチル基、または2−エチル−2−フェンチル基である。
【0015】
前記目的を達成するために、本発明の第2様態による感光性ポリマーは化学式2に示される共重合体を含む。
【0016】
【化8】
【0017】
式中、xは1〜4の整数であり、R3は水素原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、ニトリル基、アルキル基、アルコキシ基、スルホン酸基、または酸により分解可能なC4〜C20のエステル基であり、p/(p+q+s)=0.1〜0.4、q/(p+q+s)=0.3〜0.5、s/(p+q+s)=0.2〜0.5である。前記感光性ポリマーは3,000〜30,000の重量平均分子量を有する。
【0018】
望ましくは、R3はt−ブチルエステル基、テトラヒドロピラニルエステル基、または1−エトキシエチルエステル基である。また望ましくは、前記R3は2−メチル−2−ノルボルニルエステル基、2−エチル−2−ノルボルニルエステル基、2−メチル−2−イソボルニルエステル基、2−エチル−2−イソボルニルエステル基、8−メチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニルエステル基、8−エチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニルエステル基、2−メチル−2−アダマンチルエステル基、2−エチル−2−アダマンチルエステル基、2−プロピル−2−アダマンチルエステル基、2−メチル−2−フェンチルエステル基、または2−エチル−2−フェンチルエステル基である。
【0019】
前記目的を達成するために、本発明の第3様態による感光性ポリマーは化学式3に示される共重合体を含む。
【0020】
【化9】
【0021】
式中、xは1〜4の整数であり、R1は水素原子またはメチル基であり、R2はC4〜C20の炭化水素基、テトラヒドロピラニル基、または1−エトキシエチル基であり、R3は水素原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、ニトリル基、アルキル基、アルコキシ基、スルホン酸基、またはC4〜C20のエステル基であり、R2及びR3のうち少なくとも一つは酸により分解可能な基を含み、p/(p+q+r+s)=0.1〜0.3、q/(p+q+r+s)=0.2〜0.5、r/(p+q+r+s)=0.1〜0.4、s/(p+q+r+s)=0.1〜0.3である。前記感光性ポリマーは3,000〜30,000の重量平均分子量を有する。
【0022】
前記他の目的を達成するために、本発明によるレジスト組成物は化学式1、化学式2または化学式3に示される共重合体を含む感光性ポリマーと、PAG(Photoacid Generator:光酸発生剤)と、を含む。
【0023】
望ましくは、前記PAGは前記感光性ポリマーの質量を基準に1.0〜15質量%の量で含まれる。前記PAGは、例えばトリアリールスルホニウム、ジアリールヨードニウム、スルホネートまたはその混合物よりなる。
【0024】
本発明によるレジスト組成物は有機塩基をさらに含みうる。前記有機塩基は前記PAG濃度を基準に0.01〜2.0質量%の量で含まれることが望ましい。前記有機塩基は、例えばトリエチルアミン、トリイソブチルアミン、トリオクチルアミン、トリイソデシルアミン、トリエタノールアミンまたはその混合物よりなる。
【0025】
本発明による感光性ポリマーは、アダマンチルアルキルビニルエーテルモノマーと無水マレイン酸との共重合体から得られ、下部膜質に対して優れた接着力を提供できると共に乾式エッチングに対する耐性に優れるレジスト組成物が得られる。また、本発明による感光性ポリマーは既存のレジスト製造のためのポリマー材料に比べてバックボーン構造が非常に柔軟なために、相対的に低いガラス転移温度を有する。従って、これにより得られるレジスト組成物をフォトリソグラフィ工程に適用した場合に、非常に優れたリソグラフィパフォーマンスが得られる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による感光性ポリマーおよびこれを含む化学増幅型レジスト組成物について説明する。
【0027】
本発明の感光性ポリマーは、下記化学式1によって表わされる。
【0028】
【化10】
【0029】
式中、xは1〜4の整数である。xが1未満だと感光性ポリマーのガラス転移温度が所望の値(150〜180℃)より高くなる恐れがあり、4を超えると感光性ポリマーのガラス転移温度が所望の値より低くなる恐れがあるため、上記範囲が望ましい。
【0030】
R1は、水素原子またはメチル基である。
【0031】
R2は、酸により分解可能なC4〜C20の炭化水素基、テトラヒドロピラニル基、または1−エトキシエチル基である。前記炭化水素基として、望ましくは、t−ブチル基__が挙げられる。
【0032】
また、R2は、脂環式炭化水素基であってもよい。望ましくは、2−メチル−2−ノルボルニル、2−エチル−2−ノルボルニル、2−メチル−2−イソボルニル、2−エチル−2−イソボルニル、8−メチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル、8−エチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル、2−メチル−2−アダマンチル、2−エチル−2−アダマンチル、2−プロピル−2−アダマンチル、2−メチル−2−フェンチル、または2−エチル−2−フェンチル基などの脂環式炭化水素基が挙げられる。
【0033】
また前記感光性ポリマーにおいて、樹脂の接着特性および溶解度特性の観点から、p/(p+q+r)=0.1〜0.4、q/(p+q+r)=0.2〜0.5、r/(p+q+r)=0.1〜0.4である。p、q、および、rは、それぞれ1種単独でもよく、2種以上の単量体からなってもよい。p、q、および、rの合計量がそれぞれ上記範囲に含まれればよい。
【0034】
前記ポリマーの重量平均分子量は、3,000〜50,000が望ましい。重量平均分子量が3,000以上であるとガラス転移点(Tg)が上がり溶解度特性が向上し、50,000以下であると樹脂の接着特性および溶解度特性が向上するため、上記範囲が望ましい。
【0035】
また、本発明の感光性ポリマーは、下記化学式2で表わされる。
【0036】
【化11】
【0037】
式中、xは1〜4の整数である。xが1未満だと感光性ポリマーのガラス転移温度が所望の値(150〜180℃)より高くなる恐れがあり、4を超えると感光性ポリマーのガラス転移温度が所望の値より低くなる恐れがあるため、上記範囲が望ましい。
【0038】
R3は、水素原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、ニトリル基、アルキル基、アルコキシ基、スルホン酸基、またはC4〜C20の酸により分解可能なエステル基である。
【0039】
R3は、望ましくは、t−ブチルエステル基、テトラヒドロピラニルエステル基、または1−エトキシエチルエステル基などのC4〜C20の酸により分解可能なエステル基である。より望ましくは、R3は、2−メチル−2−ノルボルニルエステル基、2−エチル−2−ノルボルニルエステル基、2−メチル−2−イソボルニルエステル基、2−エチル−2−イソボルニルエステル基、8−メチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニルエステル基、8−エチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニルエステル基、2−メチル−2−アダマンチルエステル基、2−エチル−2−アダマンチルエステル基、2−プロピル−2−アダマンチルエステル基、2−メチル−2−フェンチルエステル基、または2−エチル−2−フェンチルエステル基などが挙げられる。
【0040】
前記感光性ポリマーにおいて、下部膜式への優れた接着性および溶解度特性の観点から、p/(p+q+s)=0.1〜0.4、q/(p+q+s)=0.3〜0.5、s/(p+q+s)=0.2〜0.5である。p、q、および、sは、それぞれ1種単独でもよく、2種以上の単量体からなってもよい。p、q、および、sの合計量がそれぞれ上記範囲に含まれればよい。
【0041】
前記ポリマーの重量平均分子量は、3,000〜30,000が望ましい。重量平均分子量が3,000以上であるとガラス転移点(Tg)が上がり溶解度特性が向上し、30,000を以下だと樹脂の接着特性および溶解度特性が向上するため、上記範囲が望ましい。
【0042】
さらに、本発明の感光性ポリマーは、下記化学式3で表わされる。
【0043】
【化12】
【0044】
ここで、R1、R2、および、R3は、上述したのと同様であるため、ここではその説明を省略する。
【0045】
式中、xは1〜4の整数である。xが1未満だと感光性ポリマーのガラス転移温度が所望の値(150〜180℃)より高くなる恐れがあり、4を超えると感光性ポリマーのガラス転移温度が所望の値より低くなる恐れがあるため、上記範囲が望ましい。
【0046】
前記感光性ポリマーにおいて、下部膜式への優れた接着性および溶解度特性の観点から、p/(p+q+r+s)=0.1〜0.3、q/(p+q+r+s)=0.2〜0.5、r/(p+q+r+s)=0.1〜0.4、s/(p+q+r+s)=0.1〜0.3である。p、q、r、および、sは、それぞれ1種単独でもよく、2種以上の単量体からなってもよい。p、q、r、および、sの合計量がそれぞれ上記範囲に含まれればよい。
【0047】
前記ポリマーの重量平均分子量は、3,000〜30,000が望ましい。重量平均分子量が3,000以上であるとガラス転移点(Tg)が上がり溶解度特性が向上し、30,000以下だと樹脂の接着特性および溶解度特性が向上するため、上記範囲が望ましい。
【0048】
上記化学式1〜3により示される本発明による感光性ポリマーは、アダマンチルアルキルビニルエーテルモノマーをその基本構造とする。本発明において、アダマンチルアルキルビニルエーテルモノマーとは、アダマンチル基とビニルエーテル基との間にC1〜C4の線型メチレン基を有する化合物を意味する。かような構造を有する本発明の感光性ポリマーから得られるレジスト組成物は、既存のレジスト材料に比べて乾式エッチング特性に非常に優れ、さらには、下部膜質に対して優れた接着力を有するものである。
【0049】
また、上記化学式1〜3により示される本発明による感光性ポリマーは、アダマンチルアルキルビニルエーテルモノマーユニットに含まれているアルキル鎖により柔軟性が与えられる。従って、本発明による感光性ポリマーは主鎖の構造が非常に柔軟なために、相対的に低いガラス転移温度を有している。
【0050】
次に、本発明による化学増幅型レジスト組成物について説明する。
【0051】
本発明によるレジスト組成物は上記化学式1〜3で示される共重合体を含む感光性ポリマーと、PAGと、を含む。
【0052】
望ましくは、PAGは前記感光性ポリマーの質量を基準に1.0〜15質量%の量で含まれる。ここでPAGの含有量が1質量%以上であると感度が向上して解像度が上がり、また、15質量%以下だと透過度特性及び溶解度特性が向上するため上記範囲が望ましい。
【0053】
PAGとしては、無機オニウム塩または有機スルホネートが単独にまたは2種以上が混合されたものを使用できる。例えば、トリアリールスルホニウムトリプレート、ジアリールヨードニウムトリプレート、トリアリールスルホニウムノナプレート、ジアリールヨードニウムノナプレート、スクシンイミジルトリプレート、2,6−ジニトロベンジルスルホネートなどのPAGが挙げられ、望ましくはトリアリールスルホニウム、ジアリールヨードニウム、スルホネート、および、これらの混合物が挙げられる。
【0054】
本発明によるレジスト組成物は、さらに、有機塩基を含みうる。前記有機塩基は前記PAG濃度を基準に0.01〜2.0質量%の量で含まれることが望ましい。ここで、有機塩基の含有量が、0.01質量%未満であると、フォトレジストが環境に敏感になる虞があり、例えばT−トッププロファイル減少が発生する虞があるため望ましくない。また、2.0質量%を超えると、感度の低下や解像度の劣化が発生する虞があるため望ましくない。
【0055】
前記有機塩基としては、アミン類よりなる有機塩基を用いることが望ましく、例えば、トリエチルアミン、トリイソブチルアミン、トリオクチルアミン、トリイソデシルアミン、トリエタノールアミン、またはその混合物などが挙げられる。
【0056】
有機塩基は、露光後、露光部に発生した酸が非露光部に拡散し、非露光部を構成するフォトレジスト組成物をも加水分解して、パターンを変形させる問題点を防止するために添加される。
【0057】
本発明による感光性ポリマーに用いられるモノマーの合成方法としては、各種公知技術を用いて合成してもよく、市販のものを用いてもよい。
【0058】
例えば、1−アダマンチルアルキルビニルエーテルモノマーの合成方法としては、アルキルビニルエーテル化合物を、酢酸水銀などの有機溶媒の存在下において、1−アダマンタンエタノールなど付加させたい化合物と還流条件下で反応させた後、真空蒸留などにより反応結果物から所望するモノマーの生成物を分離する方法である。
【0059】
本発明による感光性ポリマーは、無水マレイン酸のような電子吸引特性を有するモノマーと、交互共重合体の形成が容易な所望のビニルエーテル化合物との重合により得られる。
【0060】
重合体の重合方法としては、各種公知技術を用いた方法を使用でき、例えば、無水ジオキサン、THF(TetraHydroFuran)などの有機溶媒に、上記式(1)において、ビニルエーテル化合物、無水マレイン酸などの所望のモノマーをp:q:rが上述の範囲になるような量で溶解し、AIBN(azobisisobutyronitrile)などの重合開始剤を添加することにより重合を行い、窒素ガスなどの不活性ガスなどにでパージした後に、適切な条件下で重合反応を行う方法である。その後、得られた反応物を過量の用場(例えば、イソプロピルアルコール)などに滴下して沈殿させ、任意の方法により精製して目的のポリマーを分離する。
【0061】
本発明によるレジスト組成物の製造方法としては下記の方法が挙げられる。
【0062】
まず、上述した感光性ポリマーを、PAGと共に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルラクテート、シクロヘキサノン等の溶剤に溶かしてレジスト溶液を作る。
【0063】
前記レジスト溶液に、必要な場合アミン類よりなる有機塩基をPAGの重量を基準に約0.01〜2.0質量%の量で添加する。
【0064】
また、レジスト膜の全体的な溶解速度を調節するために溶解抑制剤を前記ポリマーの質量を基準に約5〜25質量%の量で添加してもよい。
【0065】
次に、リソグラフィ工程を進めるために、前記レジスト溶液を0.2μmメンブレンフィルタなどにより、ろ過を行いレジスト組成物を得る。
【0066】
上述した方法により得られたレジスト組成物を利用して、所望のパターンを形成するために次のような工程が利用され得る。
【0067】
ベアシリコンウェーハまたは上面にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはシリコン酸化窒化膜のような下部膜質が形成されているシリコンウェーハを準備し、前記シリコンウェーハをHMDS(hexamethyldisilazane)で処理する。その後、前記シリコン酸化膜上に前記レジスト組成物を約0.3μmの厚さにコーティングしてレジスト膜を形成する。
【0068】
前記レジスト膜が形成された前記シリコンウェーハを約120〜140℃の温度範囲にて60〜90秒間ほどプレベーキングして溶剤を除去し、さまざまな露光源、例えばKrFまたはArFのようなDUV、EUV(Extreme UV)、Eビーム、またはX線を利用して露光した後、前記レジスト膜の露光領域にて化学反応を起こさせるために、110〜140℃ほどの温度範囲にて60〜90秒ほどPEB(露光後焼成;Post-Exposure Baking)を行う。
【0069】
この時、前記レジスト膜の露光部では、ほとんど2.38質量%TMAH(Tetramethylammonium Hydroxide)溶液などの現像液に非常に大きな溶解度特性を示すため、現像時によく溶解し除去される。使われた露光源がArFエキシマレーザの場合、8〜25mJ/cm2ほどのドーズにて120〜140nmのラインアンドスペースパターンを形成できる。
【0070】
前述のような工程から得られたレジストパターンをマスクとして使用し、特定のエッチングガス、例えば、ハロゲンガスまたはCxFyガスなどのプラズマを使用して、シリコン酸化膜のような前記下部膜質をエッチングする。次に、ストリッパを使用して、ウェーハ上に残っているレジストパターンを除去し、所望のシリコン酸化膜パターンを形成する。
【0071】
上述した通り、本発明による感光性ポリマーは、アダマンチルアルキルビニルエーテルモノマーと無水マレイン酸との共重合体から得られ、下部膜質に対して優れた接着力を提供できると共に、乾式エッチングに対する耐性に優れるレジスト組成物が得られる。また、本発明による感光性ポリマーは既存のレジスト製造のためのポリマー材料に比べて主鎖の構造が非常に柔軟なために、相対的に低いガラス転移温度を有する。従って、これから得られるレジスト組成物をフォトリソグラフィ工程に適用すると、非常に優れたリソグラフィパフォーマンスが得られる。
【0072】
【実施例】
合成例1
1−アダマンチルエチルビニルエーテルの合成
【0073】
【化13】
【0074】
1−アダマンタンエタノール(36g,0.2mol)とエチルビニルエーテル(72g,1.0mol)とを丸底のフラスコに入れてTHF(100mL)に溶解した後、そこに酢酸水銀(5mol%)を共に入れた。その後、前記反応物を還流条件下で約12時間反応させた。
【0075】
反応が終わった後、反応結果物から真空蒸留を利用して所望のモノマー生成物を得た(収率50%)。
【0076】
1H−NMR(ppm、CDCl3);1.4〜2.2(17H)、3.8(2H、m)、4.0(1H、m)、4.2(1H、m)、6.4(1H、m)
合成例2
1−アダマンチルメチルビニルエーテルの合成
1−アダマンタンエタノールの代わりに1−アダマンタンメタノールを利用して合成例1と同じ方法で所望のモノマー生成物を得た(収率40%)。
【0077】
実施例1
感光性ポリマーの合成
【0078】
【化14】
【0079】
合成例1にて合成したモノマー(2.0g、10mmol)、無水マレイン酸(1.0g、10mmol)、そして2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート(2.4g、10mmol)をAIBN(0.15g、3mol%)と共にTHF(10g)に溶解した後、窒素ガスを利用してパージさせた。その後、65℃の温度にて約20時間、重合させた。
【0080】
重合が終わった後、反応物を過量のイソプロピルアルコールに徐々に滴下して沈殿させ、生成された沈殿物を濾過した後、もう一度沈殿物を適当量のTHFに溶解して、n−ヘキサン中に再沈殿させた。その後、得られた沈殿物を50℃に保持される真空オーブン内で約24時間乾燥し、前記構造式のようなターポリマーを回収した(収率70%)。
【0081】
この時、得られた生成物の重量平均分子量(Mw)は9,700であり、多分散度(Mw/Mn)は1.7であった。
【0082】
実施例2
感光性ポリマーの合成
【0083】
【化15】
【0084】
合成例1にて合成したモノマー(2.0g、10mmol)、無水マレイン酸(1.0g、10mmol)、そして2−メチル−2−アダマンチルアクリレート(2.2g、10mmol)をAIBN(3mol%)と共にTHF(10g)に溶かした後、実施例1と同じ方法で重合して前記構造式のようなターポリマーを回収した(収率68%)。
【0085】
この時、得られた生成物の重量平均分子量は10,700であり、多分散度は1.9であった。
【0086】
実施例3
感光性ポリマーーの合成
【0087】
【化16】
【0088】
合成例1にて合成したモノマー(2.0g、10mmol)、無水マレイン酸(2.0g、20mmol)、そして5−ノルボルネン−2−カルボキシレート(2.0g、10mmol)をAIBN(3mol%)と共にTHF(12g)に溶かした後、実施例1と同じ方法で重合して前記構造式のようなターポリマーを回収した(収率55%)。
【0089】
この時、得られた生成物の重量平均分子量は8,600であり、多分散度は1.9であった。
【0090】
実施例4
感光性ポリマーの合成
【0091】
【化17】
【0092】
合成例1にて得られたモノマー(2.0g、10mmol)、無水マレイン酸(1.5g、15mmol)、ノルボルネン(0.5g、5mmol)、そして2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート(3.5g、15mmol)をAIBN(3mol%)と共にTHF(15g)に溶解した後、実施例1と同じ方法で重合して、前記構造式のようなテトラポリマーを回収した(収率70%)。
【0093】
この時、得られた生成物の重量平均分子量は9,800であり、多分散度は1.8であった。
【0094】
実施例5
レジスト組成物の製造及びリソグラフィパフォーマンス
実施例1〜4にて合成した感光性ポリマー(1g)をそれぞれトリフェニルスルホニウム(TPS)トリプレート、TPSノナプレート、またはそれらの混合物よりなるPAGと共に、シクロヘキサン(8g)に溶解した後、ここに有機塩基のトリイソオクチルアミン(2mg)またはトリイソブチルアミン(2mg)を入れて完全に溶解した。その後、0.2μmのメンブレンフィルタを利用してレジスト溶液を濾過してレジスト組成物を得た。
【0095】
前記レジスト組成物をHMDS処理したベアシリコンウェーハ上に0.3μmの厚さにコーティングした後、表1にそれぞれ示された温度及び時間条件によりプレベーキング(SB:Soft Baking)し、ArFステッパ(0.6NA、σ=0.75)を利用して露光した。次に、表1にそれぞれ示された温度及び時間条件によりPEB(露光後焼成;Post-Exposure Baking)を実施した後、2.38wt%のTMAH溶液で60秒間現像した。その結果、得られた解像度を表1に示した。
【0096】
表1にて、実施例5−1の場合は有機塩基としてトリイソオクチルアミンを使用し、実施例5−2ないし実施例5−8の場合は有機塩基としてトリイソブチルアミンを使用した。
【0097】
【表1】
【0098】
表1から分かるように、それぞれの場合いずれも11〜17mJ/cm2のドーズにて120〜140nmのきれいなラインアンドスペースパターンが得られた。
【0099】
以上、本発明を望ましい実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の技術的思想範囲内で当分野にて当業者によりさまざまな変形が可能である。
【0100】
【発明の効果】
本発明による感光性ポリマーは無水マレイン酸のような電子吸引特性を有するモノマーとの重合において、交互共重合体形成が容易なビニルエーテル化合物から得られる。特に、本発明による感光性ポリマーはアダマンチルアルキルビニルエーテルモノマーをその基本構造とする。アダマンチルアルキルビニルエーテルモノマーはC1〜C4の線型メチレン基よりなる化合物である。本発明による感光性ポリマーから得られるレジスト組成物は既存のレジスト材料に比べて乾式エッチング特性に非常に優れ、下部膜質に対して優秀な接着力を提供できる。
【0101】
また、本発明による感光性ポリマーはアダマンチルアルキルビニルエーテルモノマーユニットに含まれているアルキル鎖により柔軟性が与えられる。従って、本発明による感光性ポリマーは主鎖の構造が非常に柔軟なために相対的に低いガラス転移温度を有している。従って、本発明による感光性ポリマーより製造されたレジスト膜はベーキング工程時における十分なアニーリング効果により、前記レジスト膜内の自由体積が減少し、ゆえに、PED時にもレジスト膜の周囲雰囲気に対する安定性が向上する。従って、本発明によるレジスト組成物をフォトリソグラフィ工程に適用する時に非常に優れたリソグラフィパフォーマンスを示すことにより、今後次世代半導体素子を製造するにあたって非常に有用に使われ得る。
Claims (44)
- 3,000〜50,000の重量平均分子量を有することを特徴とする請求項1に記載の感光性ポリマー。
- 前記R2はt−ブチル基、テトラヒドロピラニル基、または1−エトキシエチル基であることを特徴とする請求項1に記載の感光性ポリマー。
- 前記R2は脂環式炭化水素基であることを特徴とする請求項に記載1の感光性ポリマー。
- 前記R2は2−メチル−2−ノルボルニル基、2−エチル−2−ノルボルニル基、2−メチル−2−イソボルニル基、2−エチル−2−イソボルニル基、8−メチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、8−エチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、2−メチル−2−アダマンチル基、2−エチル−2−アダマンチル基、2−プロピル−2−アダマンチル基、2−メチル−2−フェンチル基、または2−エチル−2−フェンチル基であることを特徴とする請求項4に記載の感光性ポリマー。
- 3,000〜30,000の重量平均分子量を有することを特徴とする請求項6に記載の感光性ポリマー。
- 前記R3はt−ブチルエステル基、テトラヒドロピラニルエステル基、または1−エトキシエチルエステル基であることを特徴とする請求項6に記載の感光性ポリマー。
- 前記R3は2−メチル−2−ノルボルニルエステル基、2−エチル−2−ノルボルニルエステル基、2−メチル−2−イソボルニルエステル基、2−エチル−2−イソボルニルエステル基、8−メチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニルエステル基、8−エチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニルエステル基、2−メチル−2−アダマンチルエステル基、2−エチル−2−アダマンチルエステル基、2−プロピル−2−アダマンチルエステル基、2−メチル−2−フェンチルエステル基、または2−エチル−2−フェンチルエステル基であることを特徴とする請求項6に記載の感光性ポリマー。
- 下記化学式3で示される共重合体からなることを特徴とする感光性ポリマー。
- 3,000〜30,000の重量平均分子量を有することを特徴とする請求項10に記載の感光性ポリマー。
- 前記R2はt−ブチル基、テトラヒドロピラニル基、または1−エトキシエチル基であることを特徴とする請求項10に記載の感光性ポリマー。
- 前記R2は2−メチル−2−ノルボルニル基、2−エチル−2−ノルボルニル基、2−メチル−2−イソボルニル基、2−エチル−2−イソボルニル基、8−メチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、8−エチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、2−メチル−2−アダマンチル基、2−エチル−2−アダマンチル基、2−プロピル−2−アダマンチル基、2−メチル−2−フェンチル基、または2−エチル−2−フェンチル基であることを特徴とする請求項10に記載の感光性ポリマー。
- 前記R3はt−ブチルエステル基、テトラヒドロピラニルエステル基、または1−エトキシエチルエステル基であることを特徴とする請求項10に記載の感光性ポリマー。
- 前記R3は2−メチル−2−ノルボルニルエステル基、2−エチル−2−ノルボルニルエステル基、2−メチル−2−イソボルニルエステル基、2−エチル−2−イソボルニルエステル基、8−メチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニルエステル基、8−エチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニルエステル基、2−メチル−2−アダマンチルエステル基、2−エチル−2−アダマンチルエステル基、2−プロピル−2−アダマンチルエステル基、2−メチル−2−フェンチルエステル基、または2−エチル−2−フェンチルエステル基であることを特徴とする請求項10に記載の感光性ポリマー。
- 前記感光性ポリマーは3,000〜50,000の重量平均分子量を有することを特徴とする請求項16に記載のレジスト組成物。
- 前記R2はt−ブチル基、テトラヒドロピラニル基、または1−エトキシエチル基であることを特徴とする請求項16に記載のレジスト組成物。
- 前記R2は2−メチル−2−ノルボルニル基、2−エチル−2−ノルボルニル基、2−メチル−2−イソボルニル基、2−エチル−2−イソボルニル基、8−メチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、8−エチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、2−メチル−2−アダマンチル基、2−エチル−2−アダマンチル基、2−プロピル−2−アダマンチル基、2−メチル−2−フェンチル基、または2−エチル−2−フェンチル基であることを特徴とする請求項16に記載のレジスト組成物。
- 前記光酸発生剤(PAG)は前記感光性ポリマーの質量を基準に1.0〜15質量%の量で含まれることを特徴とする請求項16に記載のレジスト組成物。
- 前記光酸発生剤(PAG)はトリアリールスルホニウム、ジアリールヨードニウム、スルホネートまたはその混合物よりなることを特徴とする請求項16に記載のレジスト組成物。
- 有機塩基をさらに含むことを特徴とする請求項16に記載のレジスト組成物。
- 前記有機塩基は前記光酸発生剤(PAG)濃度を基準に0.01〜2.0質量%の量で含まれることを特徴とする請求項22に記載のレジスト組成物。
- 前記有機塩基はトリエチルアミン、トリイソブチルアミン、トリオクチルアミン、トリイソデシルアミン、トリエタノールアミンまたはその混合物であることを特徴とする請求項22に記載のレジスト組成物。
- 前記感光性ポリマーは3,000〜30,000の重量平均分子量を有することを特徴とする請求項25に記載のレジスト組成物。
- 前記R3はt−ブチルエステル基、テトラヒドロピラニルエステル基、または1−エトキシエチルエステル基であることを特徴とする請求項25に記載のレジスト組成物。
- 前記R3は2−メチル−2−ノルボルニルエステル基、2−エチル−2−ノルボルニルエステル基、2−メチル−2−イソボルニルエステル基、2−エチル−2−イソボルニルエステル基、8−メチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニルエステル基、8−エチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニルエステル基、2−メチル−2−アダマンチルエステル基、2−エチル−2−アダマンチルエステル基、2−プロピル−2−アダマンチルエステル基、2−メチル−2−フェンチルエステル基、または2−エチル−2−フェンチルエステル基であることを特徴とする請求項25に記載のレジスト組成物。
- 前記光酸発生剤(PAG)は前記感光性ポリマーの質量を基準に1.0〜15質量%の量で含まれることを特徴とする請求項25に記載のレジスト組成物。
- 前記光酸発生剤(PAG)はトリアリールスルホニウム、ジアリールヨードニウム、スルホネートまたはその混合物よりなることを特徴とする請求項25に記載のレジスト組成物。
- 有機塩基をさらに含むことを特徴とする請求項25に記載のレジスト組成物。
- 前記有機塩基は前記PAG濃度を基準に0.01〜2.0質量%の量で含まれることを特徴とする請求項31に記載のレジスト組成物。
- 前記有機塩基はトリエチルアミン、トリイソブチルアミン、トリオクチルアミン、トリイソデシルアミン、トリエタノールアミンまたはその混合物であることを特徴とする請求項31に記載のレジスト組成物。
- (a)下記化学式3で示される共重合体からなる感光性ポリマーと、
(b)光酸発生剤(PAG)とを含むこと、を特徴とするレジスト組成物。 - 前記感光性ポリマーは3,000〜30,000の重量平均分子量を有することを特徴とする請求項34に記載のレジスト組成物。
- 前記R2はt−ブチル基、テトラヒドロピラニル基、または1−エトキシエチル基であることを特徴とする請求項34に記載のレジスト組成物。
- 前記R2は2−メチル−2−ノルボルニル基、2−エチル−2−ノルボルニル基、2−メチル−2−イソボルニル基、2−エチル−2−イソボルニル基、8−メチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、8−エチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、2−メチル−2−アダマンチル基、2−エチル−2−アダマンチル基、2−プロピル−2−アダマンチル基、2−メチル−2−フェンチル基、または2−エチル−2−フェンチル基であることを特徴とする請求項34に記載のレジスト組成物。
- 前記R3はt−ブチルエステル基、テトラヒドロピラニルエステル基、または1−エトキシエチルエステル基であることを特徴とする請求項34に記載のレジスト組成物。
- 前記R3は2−メチル−2−ノルボルニルエステル基、2−エチル−2−ノルボルニルエステル基、2−メチル−2−イソボルニルエステル基、2−エチル−2−イソボルニルエステル基、8−メチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニルエステル基、8−エチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニルエステル基、2−メチル−2−アダマンチルエステル基、2−エチル−2−アダマンチルエステル基、2−プロピル−2−アダマンチルエステル基、2−メチル−2−フェンチルエステル基、または2−エチル−2−フェンチルエステル基であることを特徴とする請求項34に記載のレジスト組成物。
- 前記光酸発生剤(PAG)は前記感光性ポリマーの質量を基準に1.0〜15質量%の量で含まれることを特徴とする請求項34に記載のレジスト組成物。
- 前記光酸発生剤(PAG)はトリアリールスルホニウム、ジアリールヨードニウム、スルホネートまたはその混合物よりなることを特徴とする請求項34に記載のレジスト組成物。
- 有機塩基をさらに含むことを特徴とする請求項34に記載のレジスト組成物。
- 前記有機塩基は前記光酸発生剤(PAG)濃度を基準に0.01〜2.0質量%の量で含まれることを特徴とする請求項42に記載のレジスト組成物。
- 前記有機塩基はトリエチルアミン、トリイソブチルアミン、トリオクチルアミン、トリイソデシルアミン、トリエタノールアミンまたはその混合物であることを特徴とする請求項42に記載のレジスト組成物。
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