KR100287473B1 - 감광성조성물,이를사용한패턴형성방법및전자부품제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 감광성 조성물, 이를 사용한 패턴 형성방법 및 전자부품의 제조방법에 관한 것으로서,
상기 감광성 조성물은 하기의 화학식 1a로 표시되는 반복단위를 갖는 중합체 및 화학선의 조사에 의해 산을 발생시킬 수 있는 화합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
Figure kpo00001
(상기 화학식 1a에서, R11은 수소원자, 지방족 탄화수소기, 알콕시기, 할로겐 원자 또는 시아노기이며; R12는 지방족 탄화수소기 또는 고리형 올레핀이며; R13은 (a)2 내지 12개의 탄소원자를 갖는 직사슬 올레핀, 고리형 올레핀 또는 헤테로고리기 또는 (b)-(CH2)m-(m은 3 내지 9의 정수임)로 표시되는 탄화수소기이고; 및 R14는 친수성기이다)

Description

감광성 조성물, 이를 사용한 패턴 형성방법 및 전자부품 제조방법
제1a도 내지 제1e도는 본 발명의 감광성 조성물을 사용하여 전자부품을 제조하는 방법의 일부를 도식적으로 나타낸 단면도; 및
제2도는 본 발명의 감광성 조성물내에 함유된 고분자 중합체의 한 예의 적외선 스펙트럼을 나타낸다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11, 18: 실리콘 웨이퍼 13: 필름
14: 노출광 16: 광노출부분
17: 레지스트 패턴
본 발명은 반도체 장치(특히, 대규모의 집적회로(LSI)), 하드 디스크 드라이브와 같은 박막 자기 헤드 및 액정 표시장치의 정밀작업에 사용되는 레지스트로 적당한 감광성 조성물 및 패턴을 형성하는 방법과 전자부품의 제조방법에 관한 것이다.
LSI와 같은 반도체 집적 회로장치, 하드 디스크 드라이브와 같은 박막 자기 헤드 및 액정 표시장치를 포함하는 다양한 종류의 정밀작업이 요구되는 전자부품의 분야에서, 미세 패턴은 레지스트를 사용하는 사진 평판기술 방법으로 형성된다. 특히, 최근에 더 미세한 레지스트 패턴을 형성하는데는 다양한 기능과 고밀도 뿐만 아니라 다양성을 필요로 한다. 미세 레지스트 패턴을 형성하기 위한 한가지 방법에 있어서, 예를 들면 노광 광원의 단파장에 있다. 최근에, 노광 광원으로서 YAG 레이저의 5배 고조파(213nm) 및 ArF 엑시머 레이저와 같은 단파장(193nm) 광을 사용하여 레지스트 패턴을 형성하는 기술이 개발되어 왔다.
그러나 정상 레지스트 물질은 약 1/30 마이크론만 상기 파장에서 빛을 투과시키기 때문에 노출광이 노출시 레지스트 필름의 표면 즉, 레지스트 필름의 기관측면에서 떨어진 부분에 충분히 도달할 수 없다. 결과적으로 레지스트 물질은 심지어 단파장의 노출광원이 사용되더라도, 미세 패턴을 형성하기 어렵다는 문제를 가지고 있다.
노출광의 단파장화의 효과를 충분히 발휘하기 위해, 미세 패턴을 형성시키고, 상기 파장을 갖는 빛에 대한 높은 투명성을 갖는 레지스트가 필수적이다. 게다가 에칭 마스크로 생성된 레지스트 패턴을 사용하여 배선 패턴의 정밀작업을 실시하기위해 충분한 건조 부식 저항성을 갖는 레지스트가 요구된다.
그러므로 Jap. Pat. Appln. KOKAI 공보(이하 JP-A-로 언급함) 제4-39665호에서는 우수한 빛 투명성을 가지는 레지스트 물질로서 골격내 지방족 탄화수소를 갖는 단량체와 알칼리-용해성을 갖는 단량체를 공중합화하여 수득되는 공중합체로 구성된 레지스트를 기술하고 있다. 상기 레지스트는 우수한 빛 투명도와 충분한 건조 부식 저항성을 가지나, 현상액에 대한 용해성에서는 떨어진다. 상기 레지스트내에 함유된 공중합체는 알칼리-용해성을 나타내지 않는 지방족고리 화합물과 알칼리-용해성을 강하게 나타내는 카르복시산 화합물과 같이 서로 상충되는 물리적 특성을 갖는 두가지 종류의 단량체를 공중합화하여 수득되는 중합체이다. 따라서, 상기 레지스트를 사용하여 레지스트 패턴이 형성될때, 불균질한 용해를 이르키는 현상의 경우 알칼리-용해성을 나타내는 부분만이 용해되는 것을 피할 수 없다. 결과적으로 쉽게 충분한 분해능이 얻어지지 않으며, 크랙 또는 표면 조도는 레지스트필름의 비노출 부분에서 부분적으로 용해되기 쉬워서, 패턴형성의 재생능이 저조하다. 게다가 현상액은 레지스트 필름과 기판사이의 경계면으로 침투된다. 최악의 경우, 패턴은 붕괴된다. 게다가 상기 공중합체는 상 분리를 일으키기쉬우며, 용매로의 용해가 불균질하므로 기판상에 코팅되는 특성과 코팅용 용매를 선택하는데 큰 문제가 있다.
접합된 헤테로방향족 고리화합물을 함유하는 레지스트는 Jpn. Pat. Appl. No. 5-4953에 제시되어 있다. 상기 레지스트는 건조 부식 저항성에서 우수하며, 알칼리-용해성, 용매내 용해성 및 기판과의 부착성이 종래의 페놀 수지의 것과 동일하다. 그러나 상기 단파장광에 대한 투명도는 종래보다 떨어지기 때문에 고정밀도로 패턴이 형성될 수 없다.
상기에 기술된 바와 같이 우수한 알칼리-용해성과 ArF 엑시머 레이저 및 F2엑시머 레이저와 같이 단파장광에 대해 높은 투명성을 나타내며, 정밀작업을 위한 충분한 건조 부식 저항성 뿐만 아니라 양호만 분해능과 양호한 재생능을 가지는 레지스트 물질을 개발하는 것이 요구된다. 그러나 상기 조건을 갖춘 레지스트 물질이 수득되었다.
충분한 건조 부식 저항성을 수득하기 위해 지방족고리 화합물은 다중고리 화합물이 바람직하므로 벌크 치환체는 아크릴산 에스테르의 치환체로서 선택되는 경향이 있다.
그러나 벌크 지방족고리 화합물이 건조 부식 저항성을 향상시키기 위해 치환체로 선택되면, 하기와 같은 단점이 발생한다. 즉, 카르복시기와 같이 중합체에 대한 알칼리-용해성을 부여하는 산기는 지방족고리 화합물과 함께 공중합체의 동일한 아크릴 단위의 주사슬을 구성한다는 것이다. 그러므로 산기의 주사슬로부터의 거리는 보통 벌크 에스테르기의 주사슬로부터의 거리보다 더 짧아진다. 고차원 구조의 공중합체의 경우, 높은 소수성을 갖는 지방족고리 치환체의 입체장채의 영향을 받는다. 즉, 현상액내 알칼리성 분자가 산기로의 접근 또는 레지스트 필름과 기판표면사이에서 상호작용이 억제된다. 따라서, 현상액에 대해 레지스트 필름의 적당한 용해특성을 얻는 것이 어려워서 레지스트 필름과 기판사이의 충분한 부착력을 얻을 수 없다.
결과적으로 충분한 분해능이 쉽게 얻어질 수 없으며, 크랙 또는 표면 조도는 레지스트 필름의 비노출 부분에서 부분적으로 용해도기 쉬워서 패턴형성의 재생능력이 저조하다. 게다가 수득된 레지스트 패턴과 기판사이의 부착력은 불충분하기 때문에 형상액은 레지스트 필름과 기판사이의 경계면으로 침투된다. 최악의 경우, 패턴은 붕괴된다.
충분히 높은 건조 부식 저항성을 가지고, 알칼리성 현상을 실시할 수 있는 레지스트에 있어서, 예를 들어, JA-P-63-27829에는 화학적으로 증폭된 레지스트가 기술되어 있다. 상기 화학적으로 증폭된 레지스트는 알칼리-용해성 수지, 용해도 저해제 및 화학선의 조사에 의해 산을 발생시킬 수 있는 화합들(광-산성 발생제(photo-acid generator))을 함유하는 조성물이며, 알칼리성 현상액내 용해도는 비노출 상태에서 용해도 저해제에 의해 억제된다. 한편 기판상에 형성된 레지스트 필름이 자외선, X-레이 또는 고에너지 전자빔에 의해 조사되면, 상기 광-산성 발생제는 분해되어 산을 발생시킨다. 게다가 상기 산은 배소처리를 실시하여 용해도 저해제를 분해시키는 촉매로 작용한다. 결과적으로 레지스트 필름의 광노출 부분은 선택적으로 알칼리-용해도를 나타내며, 현상액에 용해되어 패턴을 형성한다. 상기 레지스트는 포지티브형 레지스트이다.
상기 화학적으로 증폭된 레지스트는 단시간동안 광 노출에 의해 발생되는 미량의 산을 촉매로 사용하여 배소단계에 의해 레지스트 필름내 광-노출 부분만의 알칼리-용해도를 증가시켜 비노출 부분에서의 용해도와 구별될 수 있다. 그러므로, 화학적으로 증폭된 레지스트를 사용하여 레지스트 패턴의 형성은 노출광의 양이 감소되고, 고감도가 쉽게 실시될 수 있는 잇점을 갖는다. 한편, 장치의 고치밀화와 고생산력의 필요조건에 의해 레지스트의 더 좋은 증감화를 실행하는데 필요하다.
화학적으로 증폭된 레지스트에서, 고 증감화는 하기의 광 노출단계에서 높은 온도로 배소를 실시할 수 있으며, 그럼으로써 열반응이 진행된다. 그러나 일반적으로 패턴 프로파일의 퇴화로 장시간 배소된다. 광 노출에 의해 발생되는 산의 양을 증가시키기 위한 열반응의 촉매로서 다량의 광-산성 발생제를 첨가하는 방법이 또한 효과적인 기술로 간주된다. 그러나 상기 경우, 노출광 파장에서 투명도가 저하되어 또한 패턴 프로파일을 퇴화시킨다. 투명도가 특정한 목적이 아닌 전자빔 레지스트에서, 상기 기술로 감도를 향상시키는 것이 유리하다. 한편, 장치의 고치밀화의 결과로서 경과시간의 감소는 사진 평판기술의 관점에서 많은 문제가 되므로, 레지스트의 고증감화가 소망된다.
상기와 같이 화학적으로 증폭된 레지스트에 의한 것보다 더 많이 증감화를 향상시킬수 있는 수단에는 알칼리-용해도, 고 건조 부식 저항성 및 고감도를 갖는 레지스트가 요구된다. 특히, 1 Gbit DRAM 장치에서 전자빔 자동 드로잉에 의한 생산은 연구중이며, 고감도가 필수적이다. 그러므로 화학적으로 증폭된 레지스트보다 더 큰 효과를 갖는 고 증감화 수단이 요구되고 있다.
[발명이이루고자하는기술적과제]
본 발명의 목적은 단파장을 갖는 심부 자외선에 대해 높은 광 투과율을 나타내고, 우수한 알칼리-용해도, 기판과의 양호한 부착성 및 양호한 건조 부식 저항성을 가지는 레지스트 물질로 사용하기에 적합한 감광성 조성물을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 목적은 높은 콘트라스트, 광 노출후 우수한 알칼리-용해도 및 고분해능에서 단파장 광에 대한 투명도 및 고 건조 부식 저항성을 유지하면서 기판과의 양호한 부착력을 갖는 레지스트 패턴을 형성할 수 있는 감광성 조성물을 제공하는데 있다.
또한 본 발명이 다른 목적은 화학선의 조사에 대한 고감도와 고분해능을 갖고, 알칼리성 현상으로 충분한 건조 부식 저항성을 갖는 레지스트 패턴을 형성할 수 있는 알칼리성 현상에 대한 감광성 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 감광성 조성물을 사용하여 패턴을 형성하는 방법과 전자부품을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
[발명의구성및작용]
본 발명에 있어서, 하기 화학식 제1a로 표시되는 반복단위를 갖는 중합체와 화학선의 조사에 의해 산을 발생시킬 수 있는 화합물로 구성된 감광성 조성물이 제공된다;
Figure kpo00002
(상기 화학식 a에서, R11은 수소원자, 지방족 탄화수고기, 알콕시기, 할로겐 원자 또는 시아노기이며; R12는 지방족 탄화수고기 또는 고리형 올레핀이며; R13은 (a)2 내지 12개의 탄소원자를 갖는 직사슬 올레핀, 고리형 올레핀 또는 헤테로고리기, 또는 (b)-(CH2)m-(m은 3 내지 9의 정수임)로 표시되는 탄화수소기이고; 및 R14는 친수성기이다)
본 발명에 있어서, 또한 하기 화학식 1b로 표시되는 반복단위를 갖는 중합체와 화학선의 조사에 의해 산을 발생시킬 수 있는 화합물로 구성된 감광성 조성물이 제공되며, 상기 조성물은 4 내지 12의 접합길이(conjugation length)를 갖는 방향족 고리를 가지며, 상기 방향족 고리는 고분자 중합체와 공중합화된 성분내에 함유되거나 따로 첨가된 다른 화합물내에 함유된다;
Figure kpo00003
(상기 화학식 1b에서, R11은 수소원자, 지방족 탄화수고기, 알콕시기, 할로겐 원자 또는 시아노기이며; R12는 지방족 탄화수소기 또는 고리형 올레핀이며; 및 R13은 (a)2 내지 12개의 탄소원자를 갖는 직사슬 올레핀, 고리형 올레핀 또는 헤테로 고리기, 또는 (b)-(CH2)m(m은 3 내지 9의 정수임)으로 표시되는 탄화수소기이다)
본 발명에 있어서, 또한 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위와 하기 화학식 3으로 표시되는 반복단위로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 가지는 중합체와 화학선의 조사에 의해 산을 발생시킬 수 있는 화합물로 구성된 감광성 조성물이 제공된다;
Figure kpo00004
(상기 화학식 2에서, R21은 수소원자, 지방족 탄화수소기, 알콕시기, 할로겐 원자 또는 시아노기이며; R22는 지방족 탄화수소기 또는 고리형 올레핀이며; 및 R23, R24, R25및 R26은 같거나 다르며, 각각 6개 이하의 탄소원자를 갖는 탄화수소기 또는 수소원자이다)
Figure kpo00005
(상기 화학식 3에서, R31은 수소원자, 지방족 탄화수소기, 알콕시기, 할로겐 원자 또는 시아노기이며; R32는 지방족 탄화수소기 또는 고리형 올레핀이며; 및 R33, R34, R35, R36및 R37중 적어도 하나는 6개 이하의 탄소원자를 갖는 탄화수소기이며, 이 중 나머지는 같거나 다르며, 각각 수소원자, 지방족 탄화수소, 알콕시기, 할로겐 원자 및 시아노기로 구성된 그룹으로부터 선택된다)
본 발명에 있어서, 또한 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 갖는 중합체와 화학선의 조사에 의해 산을 발생시킬 수 있는 화합물로 구성된 감광성 조성물이 제공된다.
Figure kpo00006
(상기 화학식 4에서, R41은 수소원자, 지방족 탄화수소기, 알콕시기, 할로겐 원자 또는 시아노기이며; R42와 R43은 같거나 다르며, 각각 지방족 탄화수소 또는 고리형 올레핀이며; R44는 시클로부탄고리, 시클로펜탄고리, 시클로헥산고리, 시클로헵탄고리, 시클로옥탄고리, 상기 각각에 가교된 탄화수소기를 포함한 것, 스피로고리, 테르펜고리, 스테로이드, 빌산, 디지탈로이드, 캄퍼고리, 이소-캄퍼고리, 세스퀴테르펜고리, 산톤고리, 디테르펜고리, 트리테르펜고리 및 스테로이드 사포닌으로 이루어진 그룹에서 선택된 기이며; 및 R45는 친수성기이다)
본 발명에 있어서, 또한 하기 화학식 6으로 표시되는 반복단위를 갖는 중합체와 화학선의 조사에 의해 산을 발생시킬 수 있는 화합물로 구성된 감광성 조성물이 제공된다.
Figure kpo00007
(상기 화학식 6에서, R51, R52, 및 R53은 같거나 다르며, 각각 수소원자, 할로겐 원자, 시아노기 또는 일가 유기기이고; R54는 일가 지방족고리 유기기이며; R55와 R56은 가거나 다르며, 각각 C, N, S 또는 0중 적어도 하나를 함유하는 이가기이며; 및 R57은 산의 촉매작용으로 분해되는 알칼리-용해성기를 발생시킬 수 있는 일가 유기기이고; p, q 및 r은 각각 p
Figure kpo00008
0, q
Figure kpo00009
0 및 r
Figure kpo00010
0(제공되는 p와 r은 동시에 0이 아니다)을 만족시키는 자연수이다)
본 발명에 있어서, 하기 화학식 7로 표시되는 반복단위 또는 하기 화학식 8로 표시되는 반복단위를 갖는 중합체와 화학선의 조사에 의해 산을 발생시킬 수 있는 화합물로 구성된 감광성 조성물이 제공된다;
Figure kpo00011
(상기 화학식 7에서, R61및 R62는 같거나 다르며, 각각 할로겐 원자, 수소원자, 알킬기, 방향족기 또는 일가 치환체이며, 제공된 R61또는 R62는 할로겐 원자이다)
Figure kpo00012
(상기 화학식에서 8에서, R63과 R64는 같거나 다르며, 각각 할로겐 원자, 수소원자, 알킬기, 방향족기 또는 일가 치환체이며, 제공된 R63또는 R64는 할로겐 원자이며; 및 R65와 R66은 각각 수소원자, 알킬기, 방향족기 또는 일가 치환체이다.)
본 발명에 있어서, 또한 하기 단계로 구성된 패턴 형성방법이 제공된다;
기판상에 상기 감광성 조성물 중 하나를 코팅하고, 가열하여 상기 조성물을 건조시켜서 수지층을 형성시키고; 광 조사(light irradiation)로 패턴 노출로 상기 수지층의 선정부위를 노출 시키고;
패턴 노출후, 상기 수지층을 열처리하고; 및 열처리후 알칼리 현상액을 사용하여, 상기 수지층을 현상한다.
본 발명에 있어서, 또한 하기 단계로 구성된 전자부품 제조방법이 제공된다;
기판상에 상기 감광성 조성물 중 하나를 코팅하여 레지스트 필름을 형서시키고; 광 조사에 의한 패턴 노출로 상기 레지스트 필름의 선정부위를 노출시키고; 패턴 노출후 현상액을 사용하여, 상기 수지 필름을 현상시켜 레지스트 패턴을 형성시키고; 및 에칭 마스크로서 레지스트 패턴을 사용하여 기판의 패턴을 실시한다.
본 발명의 부가적인 목적과 잇점은 하기에 설명되어 있으며, 일부는 명세서에 의해 명백해지거나 또는 본 발명의 실험에 의해 알 수 있다. 본 발명의 목적과 잇점은 하기의 특허 청구범위에서 특히 지적된 수단 및 조합으로 달성될 수 있다.
명세서의 일부를 구성하는 하기의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하며, 상기 일반적인 설명과 하기 바람직한 실시예의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위해 제공된다.
본 발명은 하기에 상세히 설명될 것이다.
본 발명의 제1 실시예의 감광성 조성물은 상기 화학식 1a, 화학식 1b 또는 화학식 4로 표시되는 반복단위를 갖는 중합체를 함유한다.
상기 화학식 1a 및 화학식 1b, R11로 소개된 알콕시기는 특별히 한정되지 않으며, 그의 예는 메톡시기와 에톡시기이다. R12로 소개된 지방족 탄화수소기의 예로는 메틸기와 에틸기이다. 게다가 고리형 올레핀의 예로는 시클로부탄 고리, 시클로펜탄 고리, 시클로헥산 고리, 시클로헵탄 고리, 시클로옥탄 고리, 가교 탄화 수소가 삽입된 고리, 스피로 고리(예를 들면, 스피로헵탄, 스피로옥탄 등), 테르펜고리(예를 들면, 노르보닐 고리, 보르넨 고리, 멘틸 고리, 멘탄 고리 등), 스테로이드(예를 들면, 투잔, 사비난, 투존, 카란, 카렌, 피난, 노르피난, 보르난, 펜칸, 트리시클렌, 콜레스테롤성 고리 등), 빌산, 디지탈로이드 고리, 캄퍼 고리, 이소-캄퍼 고리, 세스퀴테르펜 고리, 산톤 고리, 디테르펜 고리, 트리테르펜 고리 및 스테로이드 사포닌이 있다. 상기 고리형 올레핀은 고리내에 산소원자를 함유하여 푸란 또는 피란을 형성한다.
상기 화학식 1a와 화학식 1b내의 R13은 구조내에 가지를 함유하며, 고리내에 산소원자 또는 질소원자를 함유한다. 고리 부분의 안정성면에서, 약간의 스트레인을 갖는 6각 고리 또는 5각 고리 또는 그의 조합물은 R13으로서 바람직하다.
상기 화학식 1a에서 R14로 소개된 친수성기의 예는 히드록실기와 카르복시기이다.
상기 화학식 1b로 표시되는 반복단위의 예로는 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 표시되는 것이다.
[화학식 2]
Figure kpo00013
(상기 화학식 2에서, R21은 수소원자, 지방족 탄화수소기, 알콕시기, 할로겐 원자 또는 시아노기이며; R22는 지방족 탄화수소기 또는 고리형 올레핀이며; 및 R23, R24, R25및 R26은 같거나 다르며, 각각 6개 이하의 탄소원자를 갖는 탄화수소기 또는 수소원자이다)
[화학식 3]
Figure kpo00014
(상기 화학식 3에서, R31은 수소원자, 지방족 탄화수소기, 알콕시기, 할로겐 원자 또는 시아노기이며; R32는 지방족 탄화수소기 또는 고리형 올레핀이며; 및 R33, R34, R35, R36및 R37중 적어도 하나는 6개 이하의 탄소원자를 갖는 탄화수소기이며, 이 중 나머지는 같거나 다르며, 각각 수소원자, 지방족 탄화수소, 알콕시기, 할로겐 원자 및 시아노기로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
상기 화학식 2내 R21과 화학식 3내 R31에 있어서, 상기 화학식 1a와 화학식 1b내 R11과 같은 기를 도입할 수 있다. 화학식 2내 R22와 화학식 3내 R32에 있어서, 상기 화학식 1a와 1b내 R12와 같은 기를 도입할 수 있다.
화학식 2에서, 수소원자가 R23내지 R26모두로 도입되어도, 구조는 아다만틸유도체와 비교하여 유연성이 있어 바람직하다. 6개 이하의 탄소원자를 갖는 탄화수소기가 R23내지 R26중 적어도 하나로 도입되면, 대칭이 작아지므로 용해도의 향상면에서 유리하다. 도입된 탄화수소기의 예로는 메닐기, 에틸기 및 이소프로필기이다. 이들 중 메틸기가 특히 바람직하다. 상기 탄화수소기는 R33내지 R37의 어느 하나로 도입될 수 있다.
상기 화학식 4에서, R41로 도입된 지방족 탄화수소기 또는 알콕시기의 예로는 상기에 기술된 바와 같다. R42와 R43으로 도입된 고리형 올레핀에 있어서, 상기에 기술된 것이 사용될 수 있다. R44로 도입될 수 있는 헤테로고리기의 예로는 시클로부탄 고리, 시클로펜탄 고리, 시클로헥산 고리, 시클로헵탄 고리, 시클로옥탄 고리, 상기 각각에 가교 탄화수소가 도입된 고리, 스피로 고리(예를 들면, 스피로헵탄, 스피로옥탄 등), 테르펜 고리(예를 들면, 노르보닐 고리, 보르넨 고리, 멘틸 고리, 멘탄 고리 등), 스테로이드(예를 들면, 투잔, 사비난, 투존, 카란, 카렌, 피난, 노르피난, 보르난, 펜칸, 트리시클렌, 콜레스테롤성 고리 등), 빌산, 디지탈로이드 고리, 캄퍼 고리, 이소-캄퍼 고리, 세스퀴테르펜 고리, 산톤 고리, 디테르펜고리, 트리테르펜 고리 및 스테로이드 사포닌이 있다. R45로 도입된 친수성기의 예로는 히드록실기, 카르복시기, 설포닐기 및 카르보닐기가 있다.
화학식 4로 표시되는 반복단위에 있어서, 예를 들면 하기 화학식 5로 표시되는 것이 사용될 수 있다;
Figure kpo00015
(상기 화학식 5에서, R46은 수송원자, 지방족 탄화수소기, 알콕시기, 할로겐 원자 또는 시아노기이다)
본 발명의 제1 감광성 조성물에 있어서, 고분자 중합체는 상기 반복단위만 갖는 단일중합체 또는 다른 반복단위를 갖는 공중합체이며, 알칼리-용해성 수지로 사용된다. 공중합체를 제조하는 경우, 예를 들면 지방족고리 골격을 갖는 단량체, 알칼리-용해도가 산에 의해 변하는 단량체 및 알칼리-용해성기를 갖는 단량체는 곁사슬 즉, 상기 화학식 1 내지 화학식 4의 어느 하나로 표시되는 반복단위상에 히드록시알킬 에스테르를 갖는 단량체와 조합되어 사용될 수 있다. 상기 경우, 곁사슬상에 관능기를 가지는 알칼리-용해성 화합물의 비율은 약 20 내지 80 mole%이다. 상기 비율이 20 mole% 미만이라면, 건조 부식 저항성은 저하된다. 한편, 상기 비율이 80 mole%를 초과하면, 알칼리성 용액에서 용해도를 변화시킬 수 없으며, 패턴을 형성하는 것이 불가능해지기 쉽다. 지방족고리 골격을 갖는 단량체가 공중합성분으로 조합되는데 사용될때, 상기 화학식 1 내지 화학식 4로 표시되는 반복단위의 비율은 건조 부식 저항성이 역영향을 받지 않는 한 20 mole% 이하로 조정된다.
공중합화될 수 있는 지방족고리 골격을 갖는 단량체의 예로는 곁사슬 상에서 메타크릴산, 아크릴산,
Figure kpo00016
-시아노아크릴산, 에틸렌, 비닐 알콜, 각각 시클로부탄 고리, 시클로펜탄 고리, 시클로헥산 고리, 시클로헵탄 고리, 시클로옥탄 고리를 갖는 히드록시스티렌, 가교 탄화수소가 도입된 것, 스피로 고리(예를 들면, 스피로헵탄, 스피로옥탄 등), 테르펜 고리(예를 들면, 노르보닐 고리, 보르넨 고리, 멘틸 고리, 멘탄 고리 등), 스테로이드(예를 들면 투잔, 사비난, 투존, 카란, 카렌, 피난, 노르피난, 보르난, 펜칸, 트리스클렌, 콜레스테롤성 고리 등), 빌산, 디지탈로이드 고리, 캄퍼 고리, 이소-캄퍼 고리, 세스퀴테르펜 고리, 산톤 고리, 디테르펜 고리, 트리테르펜 고리 및 스테로이드 사포닌이 있다.
또한 상기 화학식 1 내지 화학식 4로 표시되는 반복단위는 4 내지 12의 결합 길이를 갖는 방향족 고리를 함유하는 중합성 화합물과 공중합화되며, 수득물은 공중합체로 사용된다. 상기 공중합체의 경우, 레지스트 용매 또는 알칼리성 단량체에 대한 용해도가 향상되며, 건조 부식 저항성도 향상된다. 4 내지 12의 접합길이를 갖는 방향족 고리를 함유하는 중합성 화합물의 예로는 비닐나프탈렌, 비닐나프톨, 나프틸 메타크릴레이트 및 나프틸 아크릴레이트가 있다. 상기 단량체는
Figure kpo00017
-위치에서 지방족 탄화수소기, 알콕시기, 할로겐 원자 또는 시아노기와 치환된다. 또한 나프탈렌 대신에 안트라센을 사용할 수 있다.
4 내지 12의 접합길이를 갖는 방향족 고리에서, 벤젠 고리에서 뚜렷하게 관찰되는 193nm의 흡광도는 장파장쪽으로 올라간다. 그러므로 벤젠 고리의 경우에 193nm의 빛에 대해 1㎛당 30을 초과하는 강한 흡광도는 나프탈렌 고리의 경우에 약 3 내지 5로 감소된다. 따라서, 193nm의 투과율은 뚜렷하게 향상된. 상기 화합물은 방향족 고리이기 때문에, 벤젠 고리를 함유하는 종래 레지스트의 부착력, 용해도 및 건조 부식 저항성이 떨어지지 않는다.
4 내지 12의 접합길이를 갖는 방향족 고리의 193nm의 흡광도가 벤젠 고리의 흡광도보다 작을지라도, 지방족 고리 화합물의 흡광도보다는 상당히 크다. 그러므로 193nm의 파장에 대한 레지스트를 제조하기 위해, 상기 화학식 1 내지 화학식 4의 반복단위와 조합된 경우 수득되는 공중합체로서 사용하는 것이 효과적이다.
4 내지 12의 접합길이를 갖는 방향족 고리를 함유하는 공중합체는 193nm의 파장을 갖는 빛의 적어도 10%를 투과하는 것이 바람직하다. 상기 수준을 얻기 위해, 도입되는 4 내지 12의 접합길이를 갖는 방향족 고리의 양은 레지스트의 필름 두께에 따라 바람직하게 결정된다. 특히, 레지스트의 필름 두께가 1㎛ 이상이면, 방향족 고리의 양은 20% 이하인 것이 바람직하다. 레지스트의 필름 두께가 0.5 내지 1㎛라면, 방향족 고리의 양은 30% 이하인 것이 바람직하다. 레지스트의 필름 두께가 0.3 내지 0.5㎛라면, 방향족 고리의 양은 50% 이하인 것이 바람직하다. 레지스트의 필름 두께가 0.2 내지 0.3㎛라면, 방향족 고리의 양은 70% 이하인 것이 바람직하다. 레지스트의 필름 두께가 0.2㎛ 미만이라면, 방향족 고리의 양은 100% 이하인 것이 바람직하다.
4 내지 12의 접합길이를 갖는 방향족 고리를 함유하는 공중합체는 193nm의 파장을 갖는 빛의 30% 이상의 투과율을 가지는 것이 바람직하다. 30% 이상의 투과율을 얻기 위해, 도입되는 방향족 고리의 양은 레지스트의 필름 두께에 따라 결정하는 것이 바람직하다. 즉, 레지스트 필름의 두께가 1㎛이상이면, 상기 양은 10% 이하가 바람직하다. 상기 필름 두께가 0.5 내지 1㎛이면, 상기 양은 20% 이하가 바람직하다. 상기 필름 두께가 0.3 내지 0.5㎛이면, 상기 양은 30% 이하가 바람직하다. 상기 필름 두께가 0.2 내지 0.5㎛이면, 상기 양은 50% 미만이 바람직하다. 상기 필름두께가 0.16 내지 0.2㎛이면, 상기 양은 70%가 바람직하다. 상기 두께가 0.16㎛미만이면, 양은 100% 이하가 바람직하다.
현상시 용해도를 유지하기위해서는, 공중합체내 4 내지 12의 접합길이를 갖는 방향족 고리의 비율은 1% 이상이 바람직하며, 5% 이상은 더 바람직하다. 레지스트 필름과 기판사이의 부착력을 향상시키기 위해서는 공중합체내 방향족 고리의 비율은 15% 이상이 가장 바람직하다.
4 내지 12의 접합길이를 갖는 방향족 고리는 건조 부식 저항성에 있어서 우수하기 때문에 지방족 고리 화합물로 기능할 수 있다. 그러나 4 내지 12의 접합길이를 갖는 방향족 고리는 투명도에 이써서 약간 떨어지기 때문에, 상기 화학식 1 내지 화학식 4의 반복단위와 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
알칼리-용해도가 산으로 변화되는 단량체의 예)로는 메타크릴산, 아크릴산,
Figure kpo00018
-시아노아크릴산, 비닐 알콜 및 히드록시스티렌이고, 곁사슬상에 각각 t-부틸 에스테르, 이소프로필 에스테르, 에틸 에스테르, 메틸 에스테르 및 벤질 에스테르와 같은 에스테르; 테트라히드로피라닐 에테르와 같은 에테르; t-부톡시카보네이트, 메톡시카보네이트 및 에톡시카보네이트와 같은 알콕시카보네이트; 트리메틸실일 에테르, 트리에틸실일 에테르 및 트리페닐실일 에테르와 같은 실일 에테르; 이소프로필 에스테르, 테트라히드로피라닐 에스테르, 테트라히드로푸라닐 에스테르, 메톡시 에톡시메틸 에스테르, 2-트리메틸실일에톡시메틸 에스테르, 3-옥소시클로헥실 에스테르, 이소보르닐 에스테르, 트리메틸실일 에스테르, 트리에틸실일 에스테르, 이소프로필디메틸실일 에스테르, 디-t-부틸메틸실일 에스테르, 옥사졸, 3-알킬-1 3-옥사졸린, 4-알킬-5-옥소-1,3-옥사졸린 및 5-알킬-4-옥소-1,3-디옥솔란과 같은 에스테르; t- 부톡시카르보닐 에테르, t-부톡시메틸 에테르, 4-0펜테닐옥시메틸 에테르, 테트라히드로피라닐 에테르, 테트라히드로티오피라닐 에테르, 3-브로모테트라히드 로피라닐 에테르, 1-메톡시시클로헥실 에테르, 4-메톡시테트라히드로피라닐 에테르,- 4-메톡시테트라히드로티오피라닐 1,4-디옥산-2-일 에테르, 테트라히드로 푸라닐 에테르, 테트라히드로티오푸라닐 에테르, 2,3,3a,4,5,6,7,7a-옥타히드로-7,8,8-트리메틸-4,7-메타노벤조푸란-2-일 에테르, t-부틸 에테르, 트리메틸실일 에테르, 트리에틸실일 에테르, 트리이소프로필실일 에테르, 디메틸이소프로필실일 에테르, 디에틸이소프로필실일 에테르, 디메틸섹실실일 에테르 및 t-부틸디메틸실일 에테르와 같은 에테르; 메틸렌 아세탈, 에틸리덴 아세탈 및 2,2,2-트리클로로에 틸리덴 아세탈과 같은 아세탈; 1-t-부틸에틸리덴 케탈, 이소프로필리덴 케탈(아세토니드), 시클로펜틸리덴 케탈, 시클로헥실리덴 케탈 및 시클로헵틸리덴 케탈과 같은 케탈; 메톡시메틸렌 아세탈, 에톡시메틸렌 아세탈, 디메톡시메틸렌 오르토에스테르, 1-메톡시에틸리덴 오르토에스테르, 1-에톡시에틸리덴 오르토에스테르, 1,2-이메톡시에틸리덴 오르토에스테르, 1-N, N-디메틸아미노에틸리덴 오르토에스테르 및 2-옥사시클로펜틸리덴 오르토에스테르와 같은 고리형 오르토에스테르, 트리메틸실일 케텐 아세탈, 트리에틸실일 케덴 아세탈 및 t-부틸디메틸실일 케텐 아세탈과 같은 실일케텐 아세탈; 디-t-부틸실일 에테르, 1,3,1´,1´,3´,3´-테트라이소프로필디실록사닐리덴 에테르 및 테트라-t-부톡시디실록산-1,3-디일리덴 에테르와 같은 실일 에테르; 디메틸 아세탈, 디메틸 케탈, 비스-2,2,2-트리클로로에틸 아세탈, 비스-2,2,2-트리클로로에틸 케탈, 디아세틸 아세탈 및 디아세틸 케탈과 같은 비고리형 아세탈 및 케탈; 1,3-디옥산, 5-메틸렌-1,3-디옥산, 5,5-디브로모-1,3-디옥산, 1,3-디옥솔란, 4-브로모메틸-1,3-디옥솔란, 4,3´-부테닐-1,3-디옥솔란 및 4,5-디메톡시메틸-1,3-디옥솔란과 같은 고리형 아세탈 및 케탈; 및 0-트리메틸실일시아노히드린, 0-1-에톡시에틸시아노히드린 및 0-테트라히드로피라닐시아노히드린과 같은 시아노히드린이 있다.
알칼리-용해성기를 갖는 단량체의 예로는 메타크릴산, 아크릴산,
Figure kpo00019
-시아노아크릴산,
Figure kpo00020
-클로로아크릴산, 비닐 알콜, 히드록시에틸메타크릴산 및 히드록시에틸아크릴산이 있다. 공중합체내에서 각 중합성 성분의 비율은 상기 조건을 만족시키는 한 특별히 한정되지 않으며, 수지의 용해도에 따라 적당히 변화될 수 있다.
상기 중합체가 방향족 치환체를 함유하지 않을때, 193nm에서의 투명도는 뚜렷하게 향상된다. 특히, 상기 중합체의 193nm에서의 흡광도는 바람직하게 1 마이크론당 2 이하이다. 중합체의 193nm에서의 흡광도를 1마이크론당 2 이하로 조정하기 위해서는 지방족고리 화합물과 조합될 때 산성 치환체를 사용하여 제조되는 단량체가 바람직하다. 이들의 예로는 케톤 옥심 구조(예를 들면, 프로파논 옥심 또는 프로파날 옥심기, 히드록시이미노펜타논 및 디메틸글리옥심)를 함유하는 알킬기; 디카르복시산 이미드(예를 들면, 숙신이미드 및 피롤리딘디온) 또는 N-히드록 시숙신이미드 구조를 함유하는 알킬기; 디카르보닐메틸렌 구조(예를 들면, 시클로펜텐-1,3-디온, 아세틸아세톤 및 3-메틸-2,4-펜탄디온)를 함유하는 치환체; 카르복시기; 설파미드 구조를 갖는 치환체; 다중치환된 설포닐메탄 구조를 갖는 알킬기; 티올(예를 들면, 헥산티올)을 함유하는 알킬기; 에놀 구조(예를 들면, 히드록시시클로펜테논)를 함유하는 알콜; 푸르푸릴 알콜 구조를 함유하는 치환체; 및 아미산구조를 함유하는 알킬기가 있다.
그러나 상기 화합물은 유기 용매내 용해도가 떨어지며, 알칼리성 현상액내용해도가 매우 떨어진다. 알칼리성 현상액내 용해도가 증가되면, 레지스트 패턴과 기판사이의 부착력은 저하되어 패턴이 프릴링된다. 게다가 수득된 패턴의 알칼리용해성 및 부착성 같은 특성은 건조 부식 저항성과 상충되며, 용해도 저해 효과와도 상충된다. 그러므로 각 특성이 다른 중합성 화합물에 부여되고, 다수의 단량체가 공중합될 때, 수득되는 효과는 감소되기 쉽다.
본 발명자들은 감광성 조성물의 성능이 상기 한 종류의 단량체에 상기에 기술된 두개 이상의 특성을 부여함에 의해서 향상될 수 있다는 사실에 주목하여 집중적으로 연구하여 왔다. 결과적으로 하기 사실이 얻어졌다. 즉, 분자궤도 계산의 결과로서 화합물이 알칼리-용해성 기를 발생시키기위해 산에 의해 분해되기 쉽기 때문에 용해도-저해기로서 3차 알콜 기능을 에스테르화하여 단량체가 제조된다는 사실을 발견했다. 상기는 산촉매의 존재하에서 반응에 의해 형성되는 물질이 1차 또는 2차 알콜의 에스테르 화합물의 분해생성물에 비해 열역학적으로 안정하기 때문이다. 따라서 3차 알콜 에스테르를 함유하는 중합체는 용해도가 산으로 분해되어 증가되는 부분과 분해되지 않는 부분사이에서 현상액에 대한 용해율의 차이를 증가시킬 수 있는 점에서 감광성 조성물의 성분으로 사용되기에 적합하다. 그리고, 알콜이 고리형 화합물이면, 건조 부식 저항성이 증가될 수 있다. 그러나 상기 고리형 화합물이 고강도를 갖는 벌크 아드만틸 유도체와 같은 구조를 가지면, 고리형 화합물과 촉매로서의 산 사이의 반응은 쉽게 진행되지 않아서, 상기는 감광성 조성물을 사용하는 경우 감도가 저하된다는 사실이 분자역학 계산에 의해 밝혀졌다. 상기에 따라, 본 발명자는 용해도-저해 효과가 부여되고, 동시에 고 건조 부식 저항성을 갖는 레지스트 패턴이 감광성 물질의 주성분으로서 상기 화학식 1 내지 4의 어느 하나로 표시되는 반복단위를 갖는 중합체를 혼련하여 형성될 수 있다는 사실을 발견하였다.
특히, 상기 화학식 2 또는 3으로 표시되는 반복단위를 갖는 중합체는 하기 이유로 아다만틸 유도체와 같은 골격을 갖는 중합체에 비해 유리하다.
첫번째로, 레지스트로 사용되는 감광성 조성물내 혼련되는 중합체의 기본 골격에 특정한 정도의 유연성이 요구된다. 레지스트 필름의 선정된 영역이 현상액내에 용해되면, 보통 임의적 코일의 형태로 용해된다. 그러므로 중합체 사슬의 유연성이 아다만틸 유도체와 같이 충분하지 않으면, 균일한 용해는 결정화 또는 형성된 액정 상태에 의해 저해된다. 상기 사용되는 "임의적 코일"이란 용어는 비결정 중합체가 용매내에 용해될때 증가되는 상태를 의미하고, 중합체 사슬의 나선반경이 중합도의 0.5 내지 0.6에 비례한다.
그리고 분자사슬의 운동은 분자역학 계산(MD)을 실시하여 계산될 수 있다. 예를 들면, 폴리메타크릴레이트의 카르복시산의 수소원자가 강성 구조(예를 들면, 아다만틸 및 테트라데카닐)를 갖는 지방족 고리형 올레핀을 사용하여 에스테르화되고, 상기 계산이 중합도를 50으로 가정하여 실시될때, 분자 사슬의 운동이 제한된다는 것이 확인된다. 한편, 6각 고리(예를 들면, 시클로헥산 및 멘틸)가 상기 화합물내에 삽입될때, 6각 고리 치환체는 보우트 형태와 의자 형태사이에서 다양할수 있어 중합체 사슬의 유연성은 증가된다.
그리고 메틸기와 같은 치환체는 지방족 고리형 올레핀에 첨가되어 용해도가 증가된다. 하기 사실은 통계열역학으로 설명될 수 있다. 즉, 상기 치환체가 도입될때, 중합체 사슬의 형태수는 증가하여 엔트로피는 증가된다. 결과적으로 혼합 자유에너지는 용해의 경우 감소되고, 용해도는 증가된다.
감광성 조성물은 히드록실기 또는 카르복시산을 갖는 지방족고리 탄화수소로 구성되며, 기판에 대한 부착력은 향상되고, 현상액에 대한 용해도도 증가된다. 상기 지방족고리 탄화수소는 하기 방법으로 합성될 수 있다. 첫번째로 시클로헥산, 멘톨, 노르보넨, 이소보르넨, 트리시클로데카닐 또는 아다만탄과 같은 화합물은 시클로헥산디올, 멘탄디올, 노르보넨디올, 이소보르넨디올, 트리시클로데칸디올 또는 아다만탄디올과 같은 디올을 수득하기 위해 산화된다. 그리고 수득된 디올은 아크릴산 또는 메타크릴산과 에스테르 결합을 형성하여 소망되는 지방족고리 탄화수소가 수득될 수 있다. 선택적으로, 시클로헥산카르복시산, 멘탄카르복시산, 노르보넨카르복시산, 이소보르넨카르복시산, 트리시클로데카닐카르복시산 및 아다만탄카르복시산과 같은 카르복시산을 사용할 수 있다. 첫번째로 상기 카르복시산은 시클로헥산올 카르복시산, 멘톨카르복시산, 노르보네올카르복시산, 이소보르네올카르복시산, 트리시클로데칸올카르복시산 또는 아다만탄올카르복시산을 수득하기 위해 산화되며, 그리고 상기 수득된 화합물은 아크릴산 또는 메타크릴산과 에스테르 결합을 형성한다.
상기 화학식 1 내지 화학식 4 중 어느 하나로 표시되는 반복단위의 정량느 본 발명의 제1 감광성 조성물의 고체 함량에 기초하여 바람직하게 약 5 내지 80 mole%이며, 더 바람직하게 약 30 내지 60 mole%이다. 상기 반복단위의 함량이 5 mole% 미만이며, 본 발명의 효과를 충분히 발휘하기 어렵게 된다. 한편, 상기가 80 mole%를 초과하면, 레지스트용매 및 현상액내 용해도는 떨어지기 쉽다.
하기에서, 상기 화학식에 의해 표시되는 반복단위를 갖는 중합체 또는 공중합체를 합성하는 방법이 설명될 것이다. 먼저 각 단량체는 선정된 용매, 예를 들면 톨루엔, THF(테트라히드로푸란)등에 용해되며, AIBN(아조비스이소부티로니트릴)이 개시제로 사용되며, 상기 용액이 라디칼 중합화에 사용된다. 선택적으로, 리빙 음이온(living anion) 중합화 또는 리빙 양이노(living cation) 중합화도 또한 사용된다. 그리고, 중합된 중합체는 적은 용매내에 적하되고, 고체 함유물이 침전된다. 적은 용매는 중합체의 극성에 따라 선택될 수 있다. 높은 극성을 갖는 중합체의 경우, 헥산이 사용될 수 있다. 낮은 극성을 갖는 중합체의 경우, 적은 용매로서 메탄올, 에탄올 또는 물 등이 사용될 수 있다. 이와같이 수득된 고체 함유물은 진공내에서 충분히 건조되어 제1 감광성 조성물내에 함유된 중합체를 수득할 수 있게 된다.
상기 방법으로 수득된 중합체의 중량-평균 분자량은 바람직하게 3000 내지 100000, 더 바람직하게 5000 내지 20000이다. 상기 중량-평균 분자량이 3000 미만이면, 코팅의 경우에 필름을 형성하기가 점점 어렵게 된다. 한편 상기가 100000을 초과하면, 레지스트 용매 및 현상액내에 중합체를 용해시키기 어렵게 되기 쉽다.
상기 중합체는 몇백 미만의 조사량(mJ/㎠)으로 사진 감도를 갖기 때문에, 상기 감광성 물질은 다른 감광제 성분과 혼련되지 않고 제조될 수 있다. 렌즈 물질의 내구도 면에서, 광 노출상에서의 조사량은 바람직하게 200mJ/㎠ 이하, 더 바람직하게 50mJ/㎠ 이하이다.
따라서 제1 발명에 있어서, 감광제로서 화학선의 조사에 의해 산을 발생시킬 수 있는 화합물("광-산성 발생제"로 언급함)은 중합체와 혼련된다. 필요하다면, 제1 감광성 조성물에 용해도 저해제가 혼련된다.
상기 경우, 감광성 조성물은 비방향족 고리(예를 들면, CMS-105, DAM-301, NDI-105 및 EPI-105(미도리 가가쿠 캄퍼니에 의해 제조됨)을 함유하는 광-산성 발생제와 용해 저해제(아다만탄-t-부틸 에스테르 또는 t-부틸 콜레이트를 결합시켜 제조함)를 혼련하여 제조된다. 열 저항성의 퇴화를 막기 위해, 광-산성 발생제 또는 용해도 저해제로서 방향족 고리를 갖는 화합물을 혼련시키는 것이 바람직하다.
방향족 화합물을 갖는 광-산성 발생제의 예로는 트리페닐설포늄 트리플레이트, 디페닐이오도늄 트리플레이트 및 나프토귀논 디아지드가 있다. 사용되는 광-산성 발생제의 특정 예로는 하기 화학물로 나타낸다.
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상기에서, C1과 C2는 단일 결합 또는 이중 결합을 형성하고; R0은 수소원자, 불소원자 또는 불소원자와 치환되는 알킬 또는 아릴기이며; R1과 R2는 같거나 다르며, 각각 일가 유기기이고, R1과 R2는 함께 연결되어 고리구조를 형성한다.
본 발명의 목적으로서 단파장 광에 대한 투명도가 떨어지지 않도록 접합된 다중고리형 방향족 화합물을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
"접합된 화합물 방향족 고리"라는 용어는 다수의 방향족 고리가 접합상태에서 특정 고정된 분자 구조를 가지는 것을 의미하며, "접합"이라는 용어는 이중 결합이 평면으로 폐쇄된 상태에서 선택적으로 배열된 상태를 의미한다.
상기 방향족 화합물의 예로는 나프탈렌 고리, 안트라센 고리, 페난트렌 고리, 피렌 고리, 나프타센 고리, 크리센 고리, 3,4-벤조페난트렌 고리, 페릴렌 고리, 펜타센 고리 및 피센 고리가 있다. 이들의 상응되는 예로는 피롤 고리, 벤조 푸란 고리, 벤조티오펜 고리, 인돌 고리, 벤족사졸 고리, 벤조티아졸 고리, 인다졸 고리, 크로멘 고리, 퀴놀린딘놀린 고리, 프탈라진 고리, 퀴나졸린 고리, 디벤조푸란 고리, 카바졸 고리, 아크리딘 고리, 페난트리딘 고리, 페난트롤린 고리, 페나진 고리, 티안트렌 고리, 인돌리진 고리, 나프티리딘 고리, 퓨린 고리, 프테리딘 고리 및 플루오렌 고리가 있다. 특히 방향족 고리(예를 들면, 나프탈렌 고리, 안트라센 고리 및 페난트렌 고리)를 함유하는 화합물이 그들의 투명도와 고 건조 부식 저항성때문에 바람직하다. 상기 방향족 고리 화합물은 광-산성 발생제 또는 용해도 저해제의 주골격 또는 곁사슬 골격으로 삽입될 수 있다.
광-산성 발생제의 특정 예로는 오늄염 및 설포네이트, 설포닐 및 설포미드 화합물이 있으며, 나트탈렌 골격 또는 디벤조티오펜 골격을 가진다. 특정 예로는 NAT-105 및 NDS-105와 같이 나프탈렌 고리를 갖는 설포늄 염; NDI-106과 같은 나프탈렌-함유 염화 트리아진; 나프탈리딜 트리플레이트와 같은 설폰산 이미드(미도리 가가쿠 캄퍼니에 의해 제조됨); 디벤조티오펜 유도체의 오늄염(다이키 가가쿠 캄퍼니에 의해 제조됨); 및 나프탈렌 비설폰과 같은 화합물이 있다. 그의 예로는 하기 화학물로 요약된다.
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Figure kpo00036
Figure kpo00037
상기 광-산성 발생제가 혼련될때, 첨가되는 광-산성 발생제의 정량은 알칼리-용해성 수지에 기초하여 바람직하게 0.1 중량% 이상 및 20 중량% 미만이다. 그 이유는 하기와 같다. 즉, 첨가되는 상기 광-산성 발생제의 정량이 0.1 중량% 미만이면, 감도는 퇴화되기 쉽다. 한편, 상기 정량이 20 중량% 이상이면, 코팅 특성은 점점 저하된다.
광-산성 발생제는 화학선의 조사에 의해 산을 발생시키며, 상기 화학식 1 내지 4로 표시되는 반복단위는 촉매반으로 분해된다. 따라서, 제1 감광성 조성물에서 용해도-저해 성분을 갖는 화합물(용해도 저해제)을 혼련시킬 필요가 없다. 그러나 레지스트 필름의 비노출 부분의 용해율로부터 광 노출 부분의 용해율의 충분히 미분한 차이를 위해 용해도 저해제로 알칼리-용해성 기를 발생시키기위해 산에 의해 분해되는 치환체를 갖는 화합물과 혼련되는 것이 바람직하다. U.S.P. 4,491,628, U.S.P. 4,603,101 및 JP-A-63-27829에 기술된 화합물 중에서 방향족 고리가 상기 축합된 다중고리형 방향족 고리인 특정 화합물은 용해도 저해제로 사용될 수 있다.
선택적으로 카르복시산 또는 페놀성 히드록실기가 산으로 분해될 수 있는 보호기와 함께 도입되는 축합된 다중고리형 방향족 고리 화합물의 일부 또는 전부의 히드록시 말단을 치환시킴에 의해 수득된 화합물을 용해도 저해제로서 사용할 수 있다. 상기 경우, 산으로 분해될 수 있는 보호기의 예로는 t-부틸 에스테르, t-부틸 카보네이트, 테트라히드로피라닐기, 아세탈기 및 트리메틸실일기가 있다. 상기 화합물의 특정 예로는 나프탈렌 또는 안트라센의 폴리히드록시 화합물 및 노보락형의 축합된 화합물의 t-부틸 카보네이트; 나프톨프탈레인의 t-부틸 카보네이트; 퀴나잘린 또는 퀴니잘린의 t-부틸 카보네이트; 나프탈렌 또는 안트라센의 폴리히드록시 화합물 및 그의 노보락형 축합된 화합물의 t-부틸옥시카보닐메틸 화합물; 및 나프톨프탈레인의 t-부틸옥시카보닐메틸 화합물이 있다.
산 분해성기를 갖는 화합물은 단독으로 또는 상기 알칼리-용해성 수지와 조합되어 혼련될 수 있다.
알칼리-용해성 수지에 첨가되는 상기 화합물의 정량은 바람직하게 3 내지 50 중량%이며, 더 바람직하게 10 내지 30 중량%이다. 상기 이유는 하기와 같다. 즉, 첨가되는 상기 용해도 저해제의 정량이 3 중량% 미만이면, 충분한 분해능이 수득하기 어렵게 된다. 한편, 상기 정량이 50 중량%를 초과하면, 현상의 경우에 코팅 특성 또는 용해율은 점점 저하되기 쉽다.
산에 의해 분해될 수 있는 치환체의 예로는 t-부틸 에스테르, 이소프로필 에스테르, 에틸 에스테르, 메틸 에스테르 및 벤질 에스테르와 같은 에스테르; 테트라 히드로피라닐 에테르와 같은 에테르; t-부톡시카보네이트, 메톡시카보네이트 및 에톡시카보네이트와 같은 알콕시카보네이트; 트리메틸실일 에테르, 트리에틸실일 에테르 및 트리페닐실일 에테르와 같은 실일 에테르; 이소프로필 에스테르, 테트라히 드로피라닐 에스테르, 테트라히드로푸라닐 에스테르, 메톡시에톡시메틸 에스테르, 2-트리메틸실일에톡시메틸 에스테르, 3-옥소시클로헥실 에스테르, 이소보르닐 에스테르, 트리메틸실일 에스테르, 트리에틸실일 에스테르, 이소프로필디메틸실일 에스테르, 디-t-부틸메틸실일 에스테르, 옥사졸, 3-알킬 1,3-옥사졸린, 4-알킬-5-옥소-1,3옥사졸린 및 5-알킬-4-옥소-1,3-디옥솔란과 같은 에스테르; t-부톡시카르보닐 에테르, t-부톡시메틸 에테르, 4-펜테닐옥시메틸 에테르, 테트라히드로피라닐 에테르, 테트라히드로티오피라닐 에테르, 3-브로모테트라히드로피라닐 에테르, 1-메톡시시클로헥실 에테르, 4-메톡시테트라히드로피라닐 에테르, 4-메톡시테트라히드로 티오피라닐 에테르, 1,4-디옥산-2-일-에테르, 테트라히드로푸라닐 에테르, 테트라 히드로티오푸라닐 에테르, 2,3,3,a,4,5,6,7,7a-옥타히드로-7,8,8-트리메틸-4,7-메타노벤조푸란-2-일 에테르, t-부틸 에테르, 트리메틸실일 에테르, 트리에틸실일 에테르, 트리이소프로필실일 에테르, 디메틸이소프로필실일 에테르, 디에틸이소프로 실일에테르, 디메틸섹실실일 에테르 및 t-부틸디메틸실일 에테르와 같은 에테르; 메틸렌 아세탈, 에틸리덴 아세탈 및 2,2,2-트리클로로에틸리덴 아세탈과 같은 아세탈; 1-t-부틸에틸리덴 케탈, 이소프로필리덴 케탈(아세토니드), 시클로펜틸리덴 케탈, 시클로헥실리덴 케탈 및 시클로헵틸리덴 케탈과 같은 케탈; 메톡시메틸렌 아세탈, 에톡시메틸렌 아세탈, 디메톡시메틸렌 오르토에스테르, 1-메톡시에틸리덴 오르토에스테르, 1-에톡시에틸리덴 오르토에스테르, 1,2-디메톡시에틸리덴 오르토에스테르, 1-N,N-디메틸아미노에틸리덴 오르토에스테르 및 2-옥사시클로펜틸리덴 오르토에스테르와 같은 고리형 오르토에스테르; 트리메틸실일 케텐 아세탈, 트리에틸실일 케텐 아세탈 및 t-부틸디메틸실일 케텐 아세탈과 같은 실일케텐 아세탈; 디-t-부틸 실일 에테르, 1,3,1´,1´,3´,3´-테트라이소프로필디실록사닐리덴 에테르 및 테트라-t-부톡시디실록산-1,3-디일리덴 에테르와 같은 실일 에테르; 디메틸 아세탈, 디메틸 케탈, 비스-2,2,2-트리클로로에틸 아세탈, 비스-2,2,2-트리클로로에틸 케탈, 디아세틸 아세탈 및 디아세틸 케탈과 같은 비고리형 아세탈과 케탈; 1,3-이옥산, 5-메틸렌-1,3-디옥산, 5,5-디브로모-1,3-디옥산, 1,3-디옥솔란, 4-브로모메틸-1,3-디옥솔란, 4,3´-부테닐-1,3-디옥솔란 및 4,5-디메톡시메틸-1,3-디옥솔란과 같은 고리형 아세탈 및 케탈; 및 0--트리메틸실일시아노히드린, 0-1-에톡시에틸시아노히드린 및 0-테트라히드로피라닐시아노히드린과 같은 시아노히드린이 있다.
상기 기를 갖는 용해도 저해제는 하기 화학물로 요약된다.
Figure kpo00038
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상기 용해도 저해제를 혼련하는 경우, 제1 감광성 조성물내 중합체는 상기 화학식 1 내지 화학식 4 중 어느 하나로 표시되는 반복단위 및 메타크릴산과 같이 알칼리-용해성을 제공하는 알칼리-용해성 기를 갖는 비닐 화합물로 구성된 공중합체일 수 있다.
선택적으로 제1 발명에서, 상기 용해도 저해제를 혼련할 뿐만 아니라 용해도-저해기를 알칼리-용해성 수지로 도입함에 의해서 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 상기 화학식 1 내지 화학식 4 중 어느 하나로 표시되는 반복단위에 뿐만아니라 용해도-저해기를 갖는 단위체가 공중합체내에 함유될 수 있다. 상기 경우, 공중합체내 용해도-저해기의 비율은 10 내지 50 mole%이 바람직하다. 상기 비율이 10 mole% 미만이면, 용해도-저해 기능이 충분히 발휘될 수 없기 때문에 패턴의 분해능을 실시하기 위해 비노출 부분을 용해시키기 어렵게 된다. 한편, 상기 비율이 50 mole%를 초과하면, 감광성 조성물은 매우 소수성으로 되며, 기판에 대한 부착력이 점점 저하되기 때문에 패턴을 형성하기 어렵게 된다.
제1 발명의 감광성 조성물에 있어서, 광-산성 발생제와 팔요하다면 하기의 중합체내 용해도 저해제를 혼련하여 제조된 조성물이 가장 바람직하다. 중합체에 있어서, 상기 화학식 1 내지 화학식 4 중 하나로 표시되는 반복단위와 함께 곁사슬상에서 t-부틸 에스테르, 트리메틸실일 에스테르 또는 테트라히드로피라닐 에스테르를 갖는 비닐 화합물 또는 아크릴산 화합물의 공중합화에 의해 제조된 공중합체(예를 들면, t-부틸 메타크릴레이트, t-부틸-3-나프틸-2-프로페노에이트, 트리메틸실일 메타크릴레이트 또는 테트라히드로피라닐 메타그릴레이드)이 가장 바람직하다.
지방족고리 화합물을 갖는 중합체는 투명도에 있어서 우수하기 때문에, 분자량을 낮추는 조절제를 갖는 접합길이 전이 형태 용해도 저해제를 첨가하는 것이 더 바람직하다.
3차 지방족고리 알콜의 에스테르를 함유하는 중합체가 사용될때, 4 내지 12의 접합길이를 갖는 방향족 화합물을 1 내지 5%의 정량으로 함유하는 용해도 저해제를 첨가하는 것이 효과적이다. 나프탈렌 유도체는 화합물 안정성 및 비용면에서 4 내지 12의 접합길이를 갖는 방향족 화합물로서 더 바람직하다.
4 내지 12의 접합길이를 갖는 방향족 화합물을 포함하는 용해도-저해제의 예로는 테트라히드로피라닐기, t-부틸기 또는 t-부톡시기로 보호된 나프톨 노보락; 및 테트라히드로피라닐기, t-부틸기 또는 t-부톡시기로 보호된 나프틸이미드가 있다.
3차 지방족고리 알콜의 에스테르는 용해도 저해제와 같은 다른 성분을 첨가하지 않고 패턴을 형성시킬 수 있다. 현상액에 대한 건조 부식 저항성과 용해도가 4 내지 12의 접합길이를 갖는 방향족 화합물을 함유하는 용해도 저해제를 5% 이상의 정량으로 첨가하여 향상된다. 그러나 상기 용해도 저해제의 양이 30% 이상이면, 감고아성 조성물의 투명도와 수득된 레지스트 패턴의 모양은 퇴화된다. 따라서 용해도 저해제의 정량은 5 내지 30%가 더 바람직하다.
특히, 중합체가 메타크릴산과
Figure kpo00050
-((1-메틸)시클로펜틸)메타크릴레이트를 공중합하여 제조된 공중합체일때, 현상액에 대한 건조 부식 저항성 및 용해도는 용해도 저해제로서 15 내지 25%의 테트라히드로피라닐기로 보호된 나프톨 노보락을 첨가하여 향상될 수 있다.
또한 제1 감광성 조성물에서, 필요하다면 다른 성분이 혼련된다. 특히 에폭시 수지, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리메틸 아크릴레이트, 프로필렌 옥시드, 에틸렌 옥시드 공중합체 및 폴리스티렌과 같은 다른 중합체; 환경적 안정성을 향상시키는 피리딘 유도체와 아민 화합물과 같은 염기성 화합물(basic compound); 코팅 특성을 변형시키기 위한 계면활성제; 및 반사 방지제로서의 염료를 적당하게 혼련시킬 수 있다.
본 발명의 감광성 조성물은 예를 들면, 상기 중합체 및 화학선의 조사에 의해 산을 발생시킬 수 있는 화합물과, 필요하다면 용매내 산의 작용으로 용해도가 변화되는 화합물을 용해시켜 니스로서 제조된다. 유기 용매의 예로는 아세톤, 시클로헥사논, 메틸 에틸 케톤 및 메틸 이소부틸 케톤과 같은 케톤류 용매; 메틸셀로솔브, 메틸셀로솔브 아세테이트, 에틸셀로솔브 아세테이트 및 부틸셀로솔브 아세테이트와 같은 셀로솔브류 용매; 및 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 이소아밀 아세테이트,
Figure kpo00051
-부틸 락톤 및 메틸 3-메톡시프로피오네이트와 같은 에스테르류 용매가 있다. 중합체의 종류에 따라서, 용해도를 향상시키기 위해 상기 용매에 디메틸설폭시드, 디메틸포름알데히드 또는 N-메틸피롤리디논을 첨가하여 제조된 혼합 용매가 사용될 수 있다. 그리고, 메틸 메틸프로피오네이트와 같은 프로피온산 유도체; 에틸 락테이트와 같은 락테이트; 및 PGMEA(프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트)가 그의 낮은 독성때문에 바람직하게 사용될 수 있다. 본 발명에서, 상기 용매는 단독으로 또는 그의 조합물로 사용될 수 있으며, 톨루엔, 크실렌 및 이소프로필 알콜과 같은 지방족 알콜을 함유한다.
본 발명의 제2 감광성 조성물은 하기에 상세히 설명될 것이다.
제2 감광성 조성물에 하기 화학식 6으로 표시되는 중합체가 혼련된다.
[화학식 6]
Figure kpo00052
(상기 화학식 6에서, R51, R52및 R53은 같거나 다르고, 각각 수소원자, 할로겐 원자, 시아노기 또는 일가 유기기이며; R54는 일가 지방족고리 유기기이며; R55와 R56은 같거나 다르고, 각각 C, N, S 또는 0 중 적어도 하나를 함유하는 이가기이며; 및 R57은 산의 촉매반응으로 분해될때 알칼리-용해성기를 발생시킬 수 있는 일가 유기기이며; p, q 및 r은 각각 p
Figure kpo00053
0, q
Figure kpo00054
0 및 r
Figure kpo00055
0(제공되는 p와 r은 동시에 0이 아니다)을 만족시키는 자연수이다)
상기 화학식 6으로 표시되는 중합체에서, R51, R52및 R53의 예로는 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기 또는 메틸기 및 에틸기와 같은 일가 유기기가 있다.
일가 지방족고리 유기기 R54는 건조 부식 저항성을 부가하는 작용을 하며, 그의 예로는 일반식 CnH2n(n은 3 이상의 정수)으로 표시되는 고리형 시클로 화합물 또는 고리형 비시클로 화합물 및 그의 축합된 고리가 있다. 그의 특정 예로는 시클로부탄 고리, 시클로펜탄 고리, 시클로헥산 고리, 시클로헵탄 고리, 상기 각각에 가교성 탄화수소가 도입된 것, 스피로 고리(예를 들면, 스피로헵탄, 스피로옥탄 등), 테르펜 고리(예를 들면, 노르보닐 고리, 아다만틸 고리, 보르넨 고리, 멘틸 고리, 멘탄 고리 등), 스테로이드(예를 들면, 투잔, 사비난, 투존, 카란, 카렌, 피난, 노르피난, 보르난, 펜칸, 트리시클렌, 콜레스토롤성 고리 등), 빌산, 디지탈로이드 고리, 캄퍼 고리, 이소-캄퍼 고리, 세스퀴테르펜 고리, 산톤 고리, 디테르펜 고리, 트리테르펜 고리 및 스테로이드 사포닌이 있다.
상기 화학식 6에 나타난 바와 같이, 제2 발명에 사용되는 중합체에서 알칼리-용해성을 부가하는 산성 치환기는 특정 이가 유기기 R55및 R56을 통해 중합체 골격에 연결된다. 상기 방법으로 벌크 지방족고리 유기기의 영향은 중합체 주사슬로부터 알칼리-용해도를 부가하는 극성기를 분리시킴에 의해 피할 수 있다. 그러나 중합체 주사슬과 극성기사이의 원자수가 증가할때, 중합체의 팽윤 및 유리전이온도(Tg)의 감소가 일어나기 쉽다. 상기를 억제하기 위해, R55와 R56으로 도입된 치환체의 원자수는 6 이하가 바람직하다. 상기 이가 R55와 R56이 고리형일때, 상기 규정은 적용되지 않는다. R55와 R56은 C, N, S 또는 0 중 적어도 하나를 함유하는 이가기이며, 특별히 한정되지 않는다. 안정성 및 건조 부식 저항성 면에서, 탄소를 함유하는 기(예를 들면, 메틸렌기 및 에틸렌기)가 바람직하다.
상기 중합체 구조단위의 특정 예로는 4-펜테노산과 6-펜테노산과 같이 분자 말단에서 카르복시기와 이중결합을 각각 갖는 유기 화합물; 및 비시클로펜타디엔카르복시산과 같이 이중결합을 각각 갖는 유기 화합물; 및 비시클로펜타디엔카르복시산과 같이 이중결합을 갖는 고리형 화합물의 다른 말단에서 카르복시기를 갖는 유기 화합물이 있다.
상기 화학식 6으로 표시되는 중합체는 플루오로알킬 알콜과 같은 다른 산성치환체 및 활성 메틸렌기를 갖는 다른 구성단위를 함유한다.
제2 발명에서, 상기 중합체의 산성 치환체의 일부는 알칼리-용해성 기를 발생시키는 산 촉매반응에 의해 분해되고 제거되는 치환체 R57에 의해 캡(cap)화된다. 상기 산 촉매반응에 의해 분해되고 제거되는 치환체 R57의 예로는 t-부틸 에스테르, 이소프로필 에스테르, 에틸 에스테르 및 메틸 에스테르와 같은 에스테르; 테트라히드로피라닐 에테르, 에톡시에틸 에테르 및 테트라히드로푸라닐 에테르와 같은 에테르; 아세탈; t-부톡시카보네이트, 메톡시카보네이트 및 에톡시카보네이트와 같은 알콕시카보네이트; 및 트리메틸실일 에테르 및 트리에틸실일 에테르와 같은 실일 에테르가 있다.
특히, 산 촉매반응에 의해 분해되고 제거되는 치환체 R57에 있어서, 화합물은 일반 구조로 3차 에스테르 구조를 갖는다. 예를 들면, 2-메틸-2-안다만틸 및 1-메틸시클로헥산올과 같은 3차 지방족고리 화합물이 사용될 수 있다. 지방족고리 화합물이 R57로 도입될때, 상기 치환체는 건조 부식 저항성을 부가하는 작용을 가지기 때문에 p는 상기 화학식 6에서 0이다. 상기 고분자 중합체를 함유하는 감광성 조성물이 사용될때, 치환체 R57은 산 촉매반응에 의해 제거되어 레지스트 박막의 광-노출부분에서 알칼리-용해도를 나타내는 반면, 지방족고리 골격은 비노출 부분에 남아 있으므로 우수한 건조 부식 저항성을 갖는 레지스트 패턴이 형성될 수 있다.
제2 감광성 조성물에서, 상기 화학식 6으로 표시되는 고분자 중합체는 상기 지방족고리 화합물의 아크릴산 유도체와 알칼리-용해도를 부가하는 카르복시산 유도체 및 필요하다면 산 부해성 기를 사용하여 알칼리-용해성 화합물의 알칼리-용해성기를 보호함에 의해서 제조된 화합물을 공중합하여 쉽게 수득될 수 있다. 상기 경우, 건조 부식 저항성을 향상시키기 위한 나프탈렌 유도체는 공중합화된다. 그러나 레지스트의 단파장광에 대한 투명도면에서, 단파장 부위에서 흡광도가 큰 분자 골격(벤젠 고리)을 가지고 있지 않는 화합물과 공중합화되는 것이 바람직하다.
특히, 고분자 화합물의 193nm의 파장에서 흡광도는 1㎛ 당 2 이하인 것이 바람직하다.
카르복시산을 함유하는 구조단위의 공중합율(q)은 공중합체내에서 바람직하게 5 내지 40%이며, 더 바람직하게 20 내지 40%이다. 그 이유는 하기와 같다. 즉, 상기 구조단위의 공중합율리 5% 미만이면, 중합체의 알칼리-용해도는 불충분해지기 쉽다. 한편, 공중합율이 40%를 초과하면 레지스트 패턴을 형성하는 경우의 감도는 저하되는 경향이 있다.
충분한 건조 부식 저항성을 수득하기 위해 지방족고리 유기기를 함유하는 구조단위의 공중합율은 바람직하게 공중합체내에서 20% 이상이다. 즉, 상기 화학식 5에서 p가 0이 아니면, p/(p+q+r)은 0.2 이상이 바람직하다. 한편, p가 0이면, R57은 상기된 바와 같은 일가 지방족고리 유기기이며, (r/q+r))은 0.2 이상이 바람직하다.
제2 감광성 조성물에서 상기 중합체의 평균 분자량은 바람직하게 1000 내지 100000의 범위내에서 설정된다. 그 이유는 하기와 같다. 즉, 중합체의 평균 분자량이 1000 미만이면, 충분한 기계적 강도를 갖는 레지스트 필름을 형성하는 것은 불리하다. 한편, 상기 중합체 화합물의 평균 분자량이 100,000을 초과하면, 양호한 분해능을 갖는 레지스트 패턴을 형성하기 어렵게 된다.
제2 발명의 감광성 조성물내에 혼련되는 화학선에 조사에 의해 산을 발생시킬 수 있는 화합물(이후에 "광-산성 발생제"라고 언급함)에 있어서, 예를 들면 오늄염 화합물(예를 들면, 설포닐 및 이오도늄) 및 설포닐 에스테르와 같은 제1 감광성 조성물의 설명에서 예시된 것과 같은 화합물이 사용될 수 있다.
제2 발명의 감광성 조성물에서, 혼련되는 광-산성 발생제의 바람직한 정량은 총 감광성 조성물에 기초하여 0.1 내지 30 중량부, 더 바람직하게 0.3 내지 15 중량부이다. 광-산성 발생제의 양이 0.1 중량부 미만이면, 고감도의 레지스트 패턴을 형성하기 어렵게 된다. 한편, 상기 정량이 30 중량부를 초과하면, 수득된 레지스트 필름의 기계적 강도는 저하되기 쉽다. 광-산성 발생제의 종류에 따라서, 193nm에서 감광성 조성물의 광 투과율은 퇴화되기 쉽다.
또한 제2 발명의 감광성 조성물에 알칼리-용해성을 나타내는 산의 촉매작용으로 분해되는 기를 갖는 화합물이 상기 성분에 더하여 용해도 저해제로서 각각 첨가될 수 있다. 산에 의해 분해되기 쉬운 저해기는 예를 들면, 상기 중합체의 산기를 캡화할 수 있는 것이다. 특히, 용해도 저해제로서 제1 감광성 조성물의 설명에서 예시화되는 것과 같은 화합물이 사용될 수 있다.
제2 발명의 감광성 조성물에서, 용해도 저해제가 혼련될때 조성물내 용해도-저해기의 총량이 총 아크릴산 유도체 단위에 기초하여 바람직하게 5 내지 95%, 더 바람직하게 10 내지 60%인 것이 바람직하다. 그 이유는 하기와 같다. 즉, 용해도 저해기의 비율이 5% 미만이면, 광노출부분과 비노출 부분사이의 콘트라스트가 조정될 수 없다. 한편, 상기 비율이 95%를 초과하면, 레지스트 필름과 기판사이의 부착력이 퇴화되기 쉽다.
제2 발명의 감광성 조성물은 건조 부식 저항성을 부가하는 적어도 한 기와 알칼리-용해도를 갖는 기를 함유하는 상기 공중합체 화합물과 광-산성 발생제 및 필요하다면, 유기용매내 용해도 저해제를 용해시키고, 상기 용액을 여과함에 의해 제조된다. 유기용매로는 제1 발명의 감광성 조성물의 설명에서 예시화된 것과 같은 용매이다.
본 발명의 제3 감광성 조성물은 하기에 상세히 설명될 것이다.
제3 감광성 조성물에 하기 화학식 7로 표시되는 반복단위 또는 하기 화학식 8로 표시되는 반복단위를 함유하는 중합체가 혼련된다.
[화학식7]
Figure kpo00056
(상기 화학식 7에서, R61및 R62는 같거나 다르며, 각각 할로겐 원자, 수소원자, 알킬기, 방향족기 또는 일가 치환체이며, 제공된 R61또는 R62는 할로겐 원자이다)
[화학식 8]
Figure kpo00057
(상기 화학식 8에서, R63및 R64는 같거나 다르며, 각각 할로겐 원자, 수소원자, 알킬기, 방향족기 또는 일가 치환체이며, 제공된 R63또는 R64는 할로겐 원자이며; 및 R65와 R66은 각각 수소원자, 알킬기, 방향족기 또는 일가 치환체이다) 또한 하기 화학식 9로 표시되는 반복단위를 갖는 중합체가 사용될 수 있다;
Figure kpo00058
(상기 화학식 9에서, R67은 할로겐 원자이며; 및 R68은 수소원자, 알킬기, 방향족기 또는 일가 치환체이다)
제3 발명의 감광성 조성물내에 혼련되는 중합체는 상기 화학식 7 내지 화학식 9로 표시되는 반복단위중 적어도 하나를 함유하며, 상기 반복단위는 아크릴산, 산 무수물 및 그의 에스테르 유도체로 언급될 수 있으며, 상기에서 할로겐 원자는
Figure kpo00059
-위치에 치환체로 도입된다. 할로겐 원자는
Figure kpo00060
-위치에서 도입되기 때문에, 제3 발명의 감광성 조성물의 주성분으로서 고분자 중합체는 주사슬 절단 기능을 가지므로 화학선의 조사로 고감도를 수득할 수 있게 된다.
상기 화학식 7 내지 화학식 9에서, R61, R62, R63, R64및 R65로 도입될 수 있는 할로겐 원자는 특별히 한정되지 않으나 염소원자가 특히 감도 및 화합물 안정성면에서 바람직하다. R61, R62, R63및 R64로 도입된 알킬기의 예로는 메틸기와 에틸기가 있다. 방향족기의 예로는 페닐기와 나프틸기가 있다. 일가 치환체는 예를 들면, 알킬실일기이다. 상기 예시화된 알킬기, 방향족기 및 일가 치환체는 화학식 8에서 R65와 R66으로, 화학식 9에서 R68로 도입될 수 있다.
상기 할로겐을 함유하는 아크릴산, 산 무수물 및 그의 에스테르 유도체의 특정 예로는
Figure kpo00061
-클로로아크릴산, 디클로로말레산, 디클로로말레산 무수물 및 모노클로로말레산이 있다. 상기 화합물의 에스테르의 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-부틸 및 t-부틸과 같은 알킬기; 및 페닐과 나프틸과 같은 방향족 화합물이 있다.
산 촉매반응에 의해 분해되기 쉬운 기가 상기 반복단위로 도입될때, 화학적 증폭반응은 레지스트 필름의 광노출 부분의 용해율을 증가시킬 수 있다. 특히, 카르복시산을 발생시키기 위해 산촉매에 의해 제거되기 쉬운 기는 상기 화학식 8에서 R65또는 R66또는 상기 화학식 9에서 R68로 도입될 수 있다.
산 촉매반응에 의해 분해되기 쉬운 기의 예로는 t-부틸 에스테르, 이소프로필 에스테르, 에틸 에스테르 및 메틸 에스테르와 같은 2차 또는 3차 에스테르; 테트라히드로피라닐 에테르, 에톡시에틸 에테르 및 t-부톡시에틸 에테르와 같은 에테르; 아세탈; t-부톡시카보네이트, 메톡시카보네이트 및 에톡시카보네이트와 같은 알콕시카보네이트; 및 트리메틸실일, 트리에틸실일 및 트리페닐실일과 같은 실리콘 함유 화합물이 있다.
상기 방향족 고리와 지방족고리 화합물과 같은 고리형 화합물이 상기 반복단위로 도입될때, 건조 부시 저항성이 고분자 중합체에 부가될 수 있다. 상기 효과를 수득하기 위해, 고리형 화합물은 화학식 8에서의 R65또는 R66또는 화학식 9에서의 R68로 도입된다. 고리 화합물에 있어서, 페닐, 나프틸, 안트라닐 및 피리딜과 같은 방향족 화합물 및 그의 유도체는 R65와 R66또는 R68중 적어도 하나로 도입될 수 있다. ArF 엑시머 레이저의 심부 자외선 영역의 복사면에서, 193nm 부위의 적은흡광도를 갖는 것이 도입되는 지방족고리 화합물로 바람직하다.
지방족고리 화합물의 예로는 일반식 CnH2n(n은 3 이상의 정수)으로 표시되는 고리형 화합물, 다중고리형 화합물 및 이들을 연결하여 제조한 구조가 있다. 상기의 특정 예로는 골격으로서 시클로부탄, 시클로펜탄, 시클로헥산 및 시클로헵탄을 갖는 화합물, 상기 화합물에 치환체가 도입되는 것, 상기 각각에 가교성 탄화수소가 상기 화합물에 도입되는 것, 스피로 화합물(예를 들면, 스피로헵탄 및 스피로옥탄), 노르보닐, 아다만틸, 보르넨, 멘틸, 멘탄, 고리형 테르페노이드 화합물, 스테로이드 골격(예를 들면, 투잔, 사비난, 투존, 카란, 카렌, 피난, 노르피난, 보르난, 펜칸, 트리시클렌 및 콜레스테롤성 유도체), 빌산, 디지탈로이드, 캄퍼, 이소-캄퍼, 세스퀴테르펜, 산톤, 디테르펜, 트리테르펜 유도체 및 스테로이드 사포닌이 있다. 에스테르의 예로는 아다만틸, 디시클로펜틸 에스테르, 시클로헥실 에스테르,시클로헵틸 에스테르, 노르보닐 에스테르, 보르닐 에스테르, 캄포닐 에스테르, 멘틸 에스테르, 아다만틸 에스테르 및 그의 유도체가 있다.
상기 에스테르를 합성하는 경우, 에스테르는 단량체의 카르복시기로 도입되고, 중합반응을 거친다. 특히 산 무수물의 경우, 에스테르 구조는 또한 중합체가 중합된후 알콜과 반응하여 도입될 수 있다.
제3 발명에서, 상기 화학식 7 내지 화학식 9 중 하나로 표시되는 반복단위를 함유하는 중합체는 다른 구성단위와 화합물을 공중합화하여 제조된 공중합체이다.
공중합화될 수 있는 화합물은 중합성기를 함유하는 특정한 화합물이며, 특별히 한정되지 않으며, 그의 예로는 아크릴산과 메타크릴산과 같은 유도체; 노르보넨과 그의 유도체와 같은 고리형 구조에서 이중결합을 갖는 화합물; 및 스티렌과 히드록시스티렌과 같은 방향족 화합물이 있다.
산 촉매반응에 의해 분해되기 쉬운 기가 상기 공중합화 성분중의 극성기로 도입되는 에스테르 또는 에테르를 사용할때, 화학적 증폭작용이 중합체에 부가될 수 있다. 상기 구조단위의 예로는 하기 화학식 10으로 표시되는 것이다;
Figure kpo00062
(상기 화학식 10에서, R69는 수소원자, 알킬기, 방향족기 또는 일가 치환체이며; 및 R70은 산에 의해 제거되기 쉬운 일가 치환체이다)
R69로 도입되는 알킬기의 예는 메틸과 에틸이 있다. 방향족기의 예로는 페닐과 나프틸이 있다. 일가 치환체는 예를 들면, 알킬실일기이다. 한편, R70으로 도입된 산에 의해 제거되기 쉬운 일가 치환체로서 상기와 같은 기, 예를 들면 t-부틸, 테트라히드로피란, 에톡시에틸 및 알킬실일이 도입될 수 있다.
즉, 본 발명의 제3 감광성 조성물내에 혼련된 중합체에서 산에 의해 제거되기 쉬운 일가 치환체는
Figure kpo00063
-위치에서 할로겐을 가지는 단량체(예를 들면, 아크릴산 유도체) 및 상기 단량체와 공중합화되는 다른 단량체의 곁사슬중 적어도 하나에 도입될 수 있다.
산에 의해 제거되기 쉬운 일가 기의 총량은 고분자 중합체내 바람직하게 15% 이상이다. 상기 일가 기의 총량이 15% 미만일때, 광노출 부위의 용해율을 충분히 증가시키기 어렵게 된다.
공중합화 성분에 의해 건조 부식 저항성을 유지하기 위해, 할로겐화 화합물 구성단위에 대해 개시된 바와 같이 에스테르 구조를 함유하는 구조가 바람직하다. 상기 구성단위의 예로는 하기 화학식 11로 표시되는 것이다;
Figure kpo00064
(상기 화학식 11에서, R71은 수소원자, 알킬기, 방향족기 또는 일가 치환체이고; 및 R72는 방향족 고리를 함유하는 일가 유기기 또는 고리형 지방족 치환체이다)
R71로 삽입될 수 있는 알킬기, 방향족기 및 일가 치환체는 R69의 경우에서 기술된 것과 같다. R72에 있어서, 상기 이유로 지방족고리 화합물이 바람직하다.
즉, 본 발명의 제3 감광성 조성물내 혼련되는 중합체에서 건조 부식 저항성을 부가하기 위한 고리형 치환체는
Figure kpo00065
-위치에서 할로겐을 갖는 단량체(예를 들면, 아크릴산 유도체) 및 상기 단량체와 공중합화되는 다른 단량체의 곁사슬중 적어도 하나로 삽입될 수 있다.
방향족 고리 또는 고리형 지방족 치환체를 함유하는 일가 유기기의 총량은 고분자 중합체내에서 바람직하게 10 내지 90%이다. 상기 총량이 10% 미만일때, 충분한 건조 부식 저항성을 수득하기 어렵게 된다. 한편, 상기 총량이 90%를 초과하면, 레지스트 필름과 기판사이의 부착력이 저하되기 쉽다.
본 발명의 제3 감광성 조성물내에 혼련되는 중합체에서, 상기 화학식 7 내지 화학식 9로 표시되는 반복단위의 비율은 공중합화 성분과의 조합에 의해 결정되지만, 10% 이상이 바람직하다. 상기 비율이 10% 미만이면, 충분한 감도를 수득하기 어렵다.
제3 감광성 조성물에서, 상기 중합체의 평균 분자량은 바람직하게 1000 내지 100000의 범위내에서 설정된다. 즉, 중합체의 평균 분자량이 1000미만이면, 충분한 기계적 강도를 갖는 레지스트 필름을 형성하는데 있어서 불리하다. 한편, 중합체의 평균 분자량이 100,000을 초과하면, 양호한 분해능을 갖는 레지스트 패턴을 형성하기 어렵게 된다.
감광성 조성물로 혼련된 상기 화학식 7 내지 화학식 9로 표시되는 반복단위중 적어도 하나를 함유하는 중합체의 정량은 필름 두께와 용매에 의해 적당하게 결정될 수 있으나, 보통 약 5 내지 30 중량%이다.
제3 발명의 감광성 조성물내에 혼련된 화학선의 조사에 의해 산을 발생시킬 수 있는 화합물(이후에 "광-산성 발생제"라고 언급함)에 있어서, 예를 들면 오늄염화합물(예를 들면, 설포닐과 이오도늄) 및 설포닐 에스테르와 같은 제1 감광성 조성물의 설명에서 예시한 것과 같은 화합물이 사용될 수 있다.
제3 발명의 감광성 조성물에서, 혼련된 광-산성 발생제의 바람직한 정량은 감광성 조성물의 총량이 기초하여 바람직하게 0.1 내지 30 중량%, 더 바람직하게 0.3 내지 15 중량%이다. 광-산성 발생제의 정량이 0.1 중량% 미만이면, 고감도의 레지스트 패턴을 형성시키기 어렵다. 한편, 상기 정량이 30중량%를 초과하면, 레지스트 필름을 형성하는 경우 코팅 특성이 저하되기 쉽다. 광-산성 발생제의 종류에 따라서, 193nm에서의 감광성 조성물 필름의 고아 투과율은 저하되기 쉽다.
그리고 제3 발명의 감광성 조성물에 알칼리-용해성을 나타내는 산의 촉매작용에 의해 분해되는 기를 갖는 화합물이 상기 성분과 함께 각각 용해도 저해제로 첨가된다. 산에 의해 분해되기 쉬운 저해기는 예를 들면, 상기 중합체의 산기를 캡화할 수 있는 기이다. 특히, 용해도 저해제로서 제1 감광성 조성물의 설명에서 예시된 것과 같은 화합물이 사용될 수 있다.
용해도 저해제에 있어서, 레지스트로서의 특성과 용해율을 유지하기 위해 두개 이상의 종류가 조합되어 사용될 수 있다.
제3 발명의 감광성 조성물에서, 용해도 저해제가 혼련될때 조성물내 용해도-저해기의 총량은 총 중합체 단위에 기초하여 바람직하게 5 내지 90%, 더 바람직하게 20 내지 50% 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 하기와 같다. 즉, 용해도-저해기의 비율이 5% 미만이면, 광 노출 부분과 비노출 부분사이의 콘트라스트는 조절될 수 없다. 한편, 상기 비율이 90%를 초과하면 레지스트 필름과 기판사이의 부착력이 퇴화되기 쉽다.
레지스트 특성에 영향을 미치는 화학적으로 증폭된 레지스트의 결점 중 하나로 환경에서 염기성 오염물의 흡수에 의해 불활성되는 영향을 감소시키기 위해 미량의 염기성 화합물이 첨과된다. 염기성 화학물로서 내재성 레지스트 감도를 퇴화시키지 않는 화합물이 사용될 수 있으며, 그의 예로는 t-부틸 피리딘, 벤질 피리딘 및 피리디늄염과 같은 피리딘 유도체; 및 N-메틸아닐린, N-에틸아닐린, N,N´-디메틸아닐린, 디페닐아닐린, N-메틸디페닐아민 및 인덴과 같은 방향족 아닐린으로서의 아닐린 유도체가 있다. 혼련되는 상기 염기성 물질의 정량은 광-산성 발생제에 기초하여 바람직하게 0.1 내지 50mole%, 더 바람직하게 1 내지 15mole%이다. 상기 정량이 1mole% 미만이면, 염기성 물질의 첨가로 인한 효과를 충분히 얻기 어렵게 된다. 한편, 상기 정량이 15mole%를 초과하면 레지스트의 내재성 감도의 톼화가 심각해지기 쉽다.
제3 발명의 감광성 조성물은 상기 화학식 7 내지 화학식 9로 표시되는 반복 단위 중 하나를 포함하는 중합체와 광-산성 발생제 및 필요하다면 유기용매내 용해도 저해제를 용해시켜 상기 용액을 여과하여 제조된다
유기용매로서, 제1 감광성 조성물의 설명에서 예시된 것과 같은 용매가 사용될 수 있다.
하기에 본 발명의 감광성 조성물을 사용하여 패턴을 형성하는 방법이 설명될 것이다. 먼저, 상기 유기용매내에 레지스트를 용해시켜 수득된 니스는 방사코팅법 또는 침지법으로 선정된 기판의 표면위를 코팅한다. 그리고나서, 코팅된 층은 200℃이하의 온도, 바람직하게 70 내지 120℃의 온도에서 건조되어 레지스트 필름을 형성한다. 상기 경우에 사용되는 기판은 예를 들면 실리콘 웨이퍼; 절연필름, 전극 또는 중간 배선의 다양한 종류를 갖춘 실리콘 웨이퍼; 바탕 마스크(blank mask); GaAs와 AlGaAs와 같은 3내지 5족 원소의 화합물 반도체 웨이퍼; 크롬 또는 크롬 산화물에 부착된 마스크; Al-부착성 기판; IBPSG-코팅 기판; PSG-코팅 기판; SOG-코팅 기판, 탄소필름-방사 기판 등이다.
그리고 레지스트 필름은 화학선에 의해 선정된 마스크 패턴을 통해 조사되거나 화학선에 의해 직접 스캔되어 레지스트 필름의 광 노출을 실시한다. 상기 노출에 사용되는 화학선은 자외선 중 하나; 수은등의 i-, h- 또는 g-선; 크세논 램프빔; KrF 또는 ArF 엑시머 레이저와 같은 심부 자외선; X-레이; 전자빔;
Figure kpo00066
-레이; 중성자; 및 이온빔이 있다. 본 발명의 감광성 조성물의 효과는 ArF 엑시머 레이저를 사용하는 광노출에 가장 효과적이다.
이와같이 패턴-노출된 레지스트 필름은 열판 또는 오븐에서 가열하거나 적외선 조사로 약 50 내지 180℃, 바람직하게 약 60 내지 120℃ 범위의 온도에서 보통 열처리(배소)된다. 상기 열처리에 따라, 레지스트 필름의 광노출 부분에서 광노출에 의해 발생되는 산은 촉매로서 기능하며, 산에 의해 분해되는 치환체를 갖는 화합물과 반응된다. 상기 경우, 열처리 온도가 50℃ 미만이면 산에 의해 분해되는 치환체를 갖는 화합물과 광-산성 발생제에 의해 발생되는 산 사이의 반응을 충분히 야기시키기 어렵다. 한편, 상기 온도가 180℃를 초과하면 레지스트 필름의 광노출 부분 및 비노출 부분 양쪽에서 과잉 분해 또는 경화가 발생되기 쉽다. 그래서 산에 의해 분해되는 치환체를 갖는 화합물에서, 치환체는 분해되어 알칼리-용해성을 나타낸다. 때때로 광노출후 배소되어 수득된 것과 동일한 효과가 실온에서 충분히 장시간동안 유지하여 수득될 수 있다.
연속적으로, 이와 같이 배소된 레지스트 필름을 침지법, 분사법 또는 교련법을 사용하여 현상처리하고, 레지스트 필름의 광노출부분을 선택적으로 용해 및 제거하여 소망의 패턴을 수득한다. 이 경우에 상기 알카리 용액은 형상액으로 사용하는 것이 바람직하다. 알카리 용액의 예로는 수산화나트륨, 탄산나트륨, 규산나트륨, 메타규산나트륨 수용액과 같은 무기 알카리 용액; 수산화 테트라메틸암모늄 및 수산화 트리메틸히드록시에틸암모늄 수용액과 같은 유기 알카리용액; 및 상기에 알콜 및 계면활성제를 첨가하여 수득된 것이 있다. 상기 알카리 용액은 노출되지 않은 부분에서의 용해율과 광노출부분의 용해율을 충분히 구별하기위하여 대개 15중량% 또는 그 이하의 농도가 사용된다. 상기 현상된 기판 및 레지스트 필름(레지스트 패턴)이 선택적으로 물을 사용하여 세정처리하고 건조시킨다.
본 발명의 감광성 조성물을 사용하여 형성된 레지스트 패턴은 하기와 같이 뛰어나다. 예를 들면 제1 감광성 조성물은 알카리-용해성이 우수하여, 상기 감광성 조성물을 사용한 레지스트 패턴은 크랙, 표면 조도 및 패턴의 붕괴가 없다.
제2 감광성 조성물은 상기에 기술된 것과 같이 주성분으로 적어도 하나의 원자를 통하여 중합체 주사슬에서 산 치환체를 연결하여 얻어지는 구성단위 및 곁사슬상의 지방족고리 유기기를 갖는 구성단위를 포함하는 중합체를 포함한다. 따라서, 상기 감광성 조성물을 사용함에 의해 형성된 레지스트 패턴은 산기를 갖는 벌크 지방족고리 화합물을 포함하는 공중합체로 구성된 종래의 조성물이 갖는 모든 결점을 피할 수 있다. 즉, 제2 감광성 조성물을 사용하여 형성된 레지스트 패턴은 기판에 부착력이 우수하기때문에, 알카리 용액에 의해 현상되는 경우에 프릴링이 일어나지 않는다. 반면에, 현상의 경우에 선정된 영역이 균일하게 용해되고 또한 생성된 패턴의 분해능이 양호하다.
제3 감광성 조성물은 주성분으로 말레산 무수물, 말레산,
Figure kpo00067
-위치에 도입된 할로겐 원자를 갖는 아크릴산, 또는 구성단위로서의 그의 에스테르 화합물을 포함하는 공중합체를 포함한다. 따라서, 상기 감광성 조성물을 사용하여 얻어진 상기 레지스트 필름이 화학선에 의해 조사될 때, 광노출부분에서 중합체의 주사슬이 절단되고, 상기 분자량이 감소된다. 한편, 광노출부분의 극성은 알카리 현상액에 대한 용해도를 나타내는 산의 촉매적 작용에 의해 변화되고, 용해율의 콘트라스트를 생성한다. 즉, 제3 감광성 조성물은 종래 산촉매의 작용에 의해 광노출부분의 용해도 뿐만아니라 중합체 주사슬의 절단기능을 갖기때문에, 콘트라스트에서 큰 변화가 쉽게 얻어질 수 있다.
이와 같이, 제1 내지 제3 감광성 조성물 중 어느 것이 사용되더라도, 좋은 분해능을 갖는 패턴이 좋은 재생성을 가지고 얻어질 수 있다. 따라서, 미세 레지스트 패턴(약 0.15㎛의 선너비)이 에치 마스크로 상기 패턴을 사용함에 의해 선정된 부식방법에 의해 노출된 기판의 표면으로 정확하게 전달될 수 있다. 예를 들면 상기에 기술된 것과 같은 레지스트 패턴이 기판으로 실리콘 웨이퍼상에 형성될 때, 미세 패턴이 CF4기체를 사용하는 평행판 형태의 반응성 이온 부식장치에서 기판을 처리함에 의해 정확하게 형성될 수 있다. 한편, 표면이 크롬층으로 코팅된 투명한 기판이 기판으로 사용되며, 상기에서 기술한 것과 같이 그위에 레지스트 패턴이 형성되고, 부식액으로 질산암모늄세륨 수용액을 사용하여 고정밀도로 선택적으로 부식시켜서, 빛-차폐 필름을 형성한다.
본 발명의 전자부품의 정밀작업 단계는 실리콘 웨이퍼가 기판으로 사용되는 한 실시예를 인용한 도면을 참고로 하여 부가적으로 설명한 것이다.
제1a도 내지 제1e도는 알카리 현상에 대해 포지티브형 레지스트를 사용하는 전자부품의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
먼저, 제1a도에서 볼 수 있는 것과 같이, 선정된 패턴의 노출광(14)이 실리콘 웨이퍼(11)의 표면에 형성된 레지스트 필름(13)상에 조사한다. 상기 광노출의 결과, 레지스트 필름(13)의 광노출부분에서 산이 생성된다.
그리고, 상기 광 노출된 레지스트 필름(13)이 약 30 내지 300초동안 50 내지 180℃ 온도의 열판에서 가열되거나 약 5 내지 60분동안 오븐에서 가열된다. 결과적으로, 산-분해성 화합물은 레지스트 필름의 광노출부분(16)에서 생성된 산에 의해 분해되고, 상기 광노출부분(16)이 제1b도에서 볼 수 있는 것과 같이 알카리-용해도를 나타낸다. 그후, 상기 빛 노출부분(16)이 알카리 용액에 선택적으로 용해되고, 제1c도에서 볼 수 있는 바와 같이 레지스트 필름(13)상에 소망의 레지스트 패턴(17)을 형성한다.
그리고, 생성된 레지스트 패턴(17)이 에칭 마스크로 CF4기체를 사용하는 실리콘 웨이퍼(11)의 부식공정에 사용된다. 결과적으로, 상기 레지스트 패턴(17)이 제1d도에서 볼 수 있는 것과 같이 실리콘 웨이퍼(11)상에 높은 정확도로 전달된다.
마지막으로, 하쿠리-10(Hakuri-10), 포지티브 내광성 스트립퍼 R-10과 같은 레지스트-이형액이 기판의 표면상에 레지스트 패턴(17)을 제거하기위해 사용되고, 제1e도에서 볼 수 있는 것과 같이 그위에 형성된 소망의 패턴을 갖는 실리콘 웨이퍼(18)를 수득한다.
상기에 설명된 것이외의 부가적인 단계가 실시될 수 있다. 예를 들면, 레지스트 필름에 대해 하층으로 편평한 층을 형성시키는 단계, 레지스트 필름과 하층 사이에 부착력을 향상시키는 예비처리단계, 레지스트 필름을 현상한 후에 물로 현상액을 제거하는 세척단계 및 건조부식전에 적외선을 재조사하는 단계가 종래에 실시되었다.
본 발명은 하기의 실시예 및 비교 실시예를 참고로 부가적으로 설명될 것이다.
(실시예 1)
상기 예에서, 감광성 조성물은 상기 화학식 1 내지 4로 표시되는 반복단위를 갖는 중합체를 혼련시킴에 의해 제조되고, 그의 특성이 시험된다.
먼저, 본 실시예의 감광성 조성물에서 혼련되는 중합체의 중합화에 단량체가 하기와 같이 합성된다.
(단량체(I-1))
1-메틸부탄올 44g 및 트리에틸아민 50.5g이 메틸렌 클로라이드 100g에 용해 시켜서 용액을 수득한다. 그리고, 메타크릴로일 클로라이드 52g이 열이 발생하지 않도록 -20℃로 유지시킨 상기 용액에 적상으로 첨가하여, 혼합용액을 수득한다.
생성된 혼합용액의 온도를 천천히 올리고, 20℃에서 2시간동안 교반한 후에, 트리에틸아민 히드로클로라이드염이 여과에 의해 제거된다. 마지막으로, 상기 용액이
Figure kpo00068
-((1-메틸)시클로부틸)메타크릴레이트 51g을 수득하기위하여 재결정된다.
(단량체(I-2))
1-메틸부탄올이 1-메틸펜탄올 50g으로 대체되는 것을 제외하고, 상기 단량체(I-1)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법으로 반복하여,
Figure kpo00069
-((1-메틸)시클로펜틸) 메타크릴레이트 53g을 수득한다.
(단량체(I-3))
1-메틸부탄올이 1-메틸헥산올 57g으로 대체되는 것을 제외하고, 상기 단량체(I-1)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법으로 반복하여,
Figure kpo00070
-((1-메틸)시클로헥실) 메타크릴레이트 68g을 수득한다.
(단량체(I-4))
1-메틸부탄올이 1-메틸헵탄올 63g으로 대체되는 것을 제외하고, 상기 단량체(I-1)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법으로 반복하여,
Figure kpo00071
-((1-메틸)시클로헵틸) 메타크릴레이트 74g을 수득한다.
(단량체(I-5))
1-메틸부탄올이 1-메틸옥탄올 69g으로 대체되는 것을 제외하고, 상기 단량체(I-1)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법으로,
Figure kpo00072
-((1-메틸)시클로옥틸) 메타크릴레이트 80g을 수득한다.
(단량체(I-6))
(1S,2S,3R,5S)-(+)-피난디올 17g 및 트리에틸아민 10g이 메틸렌 클로라이드 20g에 용해시켜서 용액을 수득한다. 그리고, 메타크릴로일 클로라이드 10g이 열이 발생하지 않도록 -20℃로 유지시킨 상기 용액에 적상으로 첨가하여 혼합용액을 수득한다. 상기에서 생성된 혼합용액의 온도를 천천히 올리고, 20℃에서 2시간동안 교반한 후에 트리에틸아민 히드로클로라이드염이 여과에 의해 제거된다. 마지막으로, 상기 용액이 하기 화합물로 표시되는 단량체 20g을 수득하기위해서 재결정된다;
Figure kpo00073
(단량체(I-7))
2-메틸이소보르네올 17g 및 트리에틸아민 10g이 메틸렌 클로라이드 20g에 용해시켜서 용액을 수득한다. 그리고, 메타크릴로일 클로라이드 10g이 열이 발생하지 않도록 -20℃로 유지시킨 상기 용액에 적상으로 첨가되어, 혼합용액을 수득한다.
생성된 혼합용액의 온도를 천천히 올리고, 20℃에서 2시간동안 교반한 후에, 트리에틸아민 히드로클로라이드염이 여과에 의해 제거된다. 마지막으로 상기 용액이
Figure kpo00074
-((2-메틸)이소보르닐)메타크릴레이트 21g을 수득하기위하여 재결정된다.
(단량체(I-8))
아세트산 무수물 및 p-멘탄-3,8-디올이 아세톤내에 교반하면서 혼합하고, 환류시킨다. 그리고, 상기 혼합물이 에테르로 추출하여 p-멘탈-3-아세톡시-8-올을 수득한다.
상기 생성물이 트리에틸아민 10g과 함께 메틸렌 클로라이드 20g에 용해시키고, 용액을 수득한다. 그리고, 메타크릴로일 클로라이드 10g이 열이 발생하지 않도록 -20℃로 유지시킨 상기 용액에 적상으로 첨가하여, 혼합용액을 수득한다. 생성된 혼합용액의 온도를 천천히 올리고, 20℃에서 2시간동안 교반한 후에, 트리에틸아민 히드로클로라이드염을 여과에 의해 제거한후, 재결정한다. 마지막으로, 상기 용액이
Figure kpo00075
-(p-멘탄-3-올)메타크릴레이트 20g을 수득하기위하여 강알카리로 가수분해한다.
(단량체(I-9))
멘탄디올, 클로라이드 아크릴레이트 및 부틸리튬이 테트라히드로푸란(THF)에서 혼합되어 THF용액을 수득하고, 8시간동안 실내온도에서 교반한다.
교반후 THF용액이 수성 포화 탄산수소나트륨용액과 반응하고, 에테르를 첨가한다. 상기 반응 용액이 두개의 층으로 분리되고, 수성층이 에테르로 추출된다. 그리고, 유기층이 조합되고, 수성 포화 탄산수소나트륨용액으로 세척된다. 상기 생성물이 수성 포화 염화나트륨용액으로 건조되고, 그리고, 무수 황산나트륨으로 건조된다.
농축후, 생성된 오일형 생성물이
Figure kpo00076
-(p-멘탄-3-올)아크릴레이트를 수득하기 위하여 실리카겔 컬럼에 의해 분리된다.
(단량체(I-10))
1-메틸펜탄올 50g 및 트리에틸아민 50.5g이 메틸렌 클로라이드 100g에 용해시켜서 용액을 수득한다. 그리고, 메타크릴로일 클로라이드 45g이 열이 발생하지 않도록 -20℃로 유지시킨 상기 용액에 적상으로 첨가되어, 혼합용액을 수득한다. 생성된 혼합용액의 온도를 천천히 올리고, 20℃에서 2시간동안 교반한 후에, 트리에틸아민 히드로클로라이드염이 여과에 의해 제거된다. 마지막으로, 상기 용액이
Figure kpo00077
-((1-메틸)시클로펜틸)아크릴레이트 51g을 수득하기위하여 재결정된다.
(단량체(I-11))
1-메틸펜탄올이 1-메틸헥산올 57g으로 대체되는 것을 제외하고, 상기 단량체(I-10)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법으로 반복하여,
Figure kpo00078
-((1-메틸)시클로헥실)아크릴레이트 58g을 수득한다.
(단량체(I-12))
2-메틸노르보르넨-2-올 13g 및 트리에틸아민 10g이 메틸렌 클로라이드 20g에 용해시켜서 용액을 수득한다. 그리고, 메타크릴로일 클로라이드 10g이 열이 발생하지 않도록 -20℃로 유지시킨 상기 용액에 적상으로 첨가하여, 혼합용액을 수득한다. 생성된 혼합용액의 온도를 천천히 올리고, 상기 혼합용액은 20℃에서 2시간동안 교반한다. 그리고, 트리에틸아민 히드로클로라이드염이 여과에 의해 제거되고, 재결정하여
Figure kpo00079
-((2-메틸)노르보르닐)메타크릴레이트 17g을 수득한다.
(단량체(I-13))
메타크릴로일 클로라이드 9.3g 및 2-히드록시-3-피난온 15g이 THF 50㎖에 용해시켜서 THF용액을 수득한다. 그리고, 트리에틸아민 9.0g이 0℃ 온도로 유지시킨 상기 THF용액에 첨가되고, 혼합용액(반응용액)이 제조된다. 상기 반응용액이 1시간동안 교반되고, 그리고 실내온도에서 3시간동안 교반되어 용매추출에 의해 형성된 에스테르 화합물이 수득된다. 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제가 실시된다. 담체로 실리카겔을 사용하고, 정제된 에스테르 화합물이 톨루엔으로 현상되어 하기 화합물로 표시되는 단량체를 수득한다.
Figure kpo00080
생성된 화합물의 적외선 스펙트럼을 제2도에 나타내었다. C-H의 흡수는 2900 내지 3000cm-1에서 나타나고, C-0 및 C-0-C의 흡수는 1720cm-1및 1150cm-1에서 각각 나타난다.
(단량체(I-14))
메타크릴로일 클로라이드가 아크릴로일 클로라이드로 대체되는 것을 제외하고, 상기 단량체(I-13)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법으로 반복하여, 하기의 화합물로 표시되는 단량체를 수득한다.
Figure kpo00081
(단량체(I-15))
아다만탄-1-카르복실산 및 과망간산칼륨이 촉매로 수산화나트륨을 사용하여 산화에 의해 반응시켜서 아다만탄-1-올-4-카르복실산을 수득한다.
상기 생성물이 트리에틸아민 10g과 함께 메틸렌 클로라이드 20g에서 용해시켜서 용액을 수득한다. 그리고, 아크릴로일 클로라이드 10g이 열이 발생하지 않도록 -20℃로 유지시킨 상기 용액에 적상으로 첨가하여, 혼합용액을 수득한다. 생성된 혼합용액의 온도를 천천히 올리고, 2시간동안 교반하고, 트리에틸아민 클로라이드염이 여과에 의해 제거되고, 재결정된다. 마지막으로 상기 용액이 아다만탄-4-카르복실산-1-아크릴레이트를 수득하기위하여 강알카리로 가수분해된다.
(단량체(I-16))
p-멘탄-3,8-디올 20g이 트리에틸아민 10g과 함께 메틸렌 클로라이드 20g에 용해시켜서 용액을 수득한다. 그리고, 아크릴로일 클로라이드 10g이 열이 발생하지 않도록 -20℃로 유지시킨 상기 용액에 적상으로 첨가하여, 혼합용액을 수득한다. 생성된 혼합용액의 온도를 천천히 올리고, 2시간동안 교반한 후, 트리에틸아민 클로라이드염이 여과에 의해 제거되고, 재결정된다. 마지막으로 상기 용액이 8-히드록시-3-멘틸아크릴레이트 20g을 수득하기위하여 강알카리로 가수분해된다.
(단량체(I-17))
1-메틸시클로헥산-4-카르복실산 및 과망간산칼륨이 촉매로 수산화나트륨을 사용하여 산화에 의해 반응시켜서 1-메틸시클로헥산-1-올-4-카르복실산을 수득한다.
상기 생성물 20g이 트리에틸아민 10g과 함께 메틸렌 클로라이드 20g에 용해시켜서 용액을 수득한다. 그리고, 아크릴로일 클로라이드 10g이 열이 발생하지 않도록 -20℃로 유지시킨 상기 용액에 적상으로 첨가하여, 혼합용액을 수득한다. 생성된 혼합용액의 농도를 천천히 올리고, 2시간동안 교반하고, 트리에틸아민 클로라이드염이 여과에 의해 제거되고, 재결정된다. 마지막으로 상기 용액이 1-메틸시클로헥산-4-카르복실산-1-아크릴레이트를 수득하기위하여 강알카리로 가수분해된다.
상기에서 기술된 것과 같이 수득된 단량체(I-1) 내지 (I-17)을 사용하여, 고분자 중합체가 하기와 같이 합성된다.
(중합체(PI-1))
Figure kpo00082
-((1-메틸)시클로펜틸)메타크릴레이트8.5g및아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 0.82g이 테트라히드로푸란(THF) 30g에 용해되어 THF용액을 수득한다. 상기 THF용액이 액체질소온도의 아르곤대기하에 3번 동결-탈기된다. 상기 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2㎖가 상기 반응용액에 첨가되고, THF 20g이 부가적으로 첨가된다. 상기 반응용액이 재침전을 실시하기위하여 교반하면 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 중합체를 수득하기위하여 3일동안 60℃진공-건조된다. 수득은 6.85g이고, 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00083
(상기에서 n은 정수이다)
(중합체(PI-2))
Figure kpo00084
-((1-메틸)시클로헥실)메타크릴레이트 9.2g 및 AIBN 0.82g이 THF 20g에 용해되고, 생성된 THF용액이 액체질소온도의 아르곤대기하에서 3번 동결-탈기된다. 상기 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2㎖가 상기 반응용액에 첨가되고, THF 20g이 부가적으로 첨가된다. 상기 반응용액이 재침전을 실시하기위하여 교반하면서 헥산 250g에 적상으로 첨가되고, 유리필터로 여과된다. 마지막으로, 상기 고체 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득하기위하여 3일동안 60℃에서 진공-건조된다. 수득은 7.6g이고, 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 1500이다.
Figure kpo00085
(상기에서 n은 정수이다)
(중합체(PI-3))
Figure kpo00086
-((1-메틸)시클로펜틸)메타크릴레이트 10.1g, 메타크릴산 3.3g 및 AIBN 1.64g이 THF 30g에 용해되고, 생성된 THF용액이 액체질송노도의 아르곤대기하에서 3번 동결-탈기된다. 상기 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2㎖가 반응용액에 첨가되고, THF 30g이 부가적으로 첨가된다. 상기 반응용액이 재침전을 실시하기위하여 교반하면서 헥산 500g에 적상으로 첨가되고, 유리필터로 여과된다. 마지막으로, 상기 고체 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득하기위하여 3일동안 60℃에서 진공-건조된다. 수득은 10.65g이고, 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00087
(상기에서 m 및 n은 각각 정수이다)
(중합체(PI-4))
Figure kpo00088
-((1-메틸)시클로펜틸)메타크릴레이트가
Figure kpo00089
-((1-메틸)시클로헥실)메타크릴레이트 11.0g으로 대체되는 것을 제외하고, 상기 중합체(PI-3)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득한다. 수득은 11.3g이고, 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00090
(상기에서 m 및 n은 각각 정수이다)
(중합체(PI-5))
Figure kpo00091
-((1-메틸)시클로펜틸)메타크릴레이트가
Figure kpo00092
-((1-메틸)시클로헵틸)메타크릴레이트 11.9g으로 대체되는 것을 제외하고, 상기 공중합체(PI-3)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단윌을 갖는 공중합체를 수득한다. 수득은 12.1g이고, 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00093
(상기에서 m 및 n은 각각 정수이다)
(중합체(PI-6))
Figure kpo00094
-((1-메틸)시클로펜틸)메타크릴레이트가
Figure kpo00095
-((1-메틸)시클로옥틸)메타크릴레이트 12.8g으로 대체되는 것을 제외하고, 상기 공중합체(PI-3)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득한다. 수득은 12.9g이고, 생성된 중합체의 중량체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00096
(상기에서 m 및 n은 각각 정수이다)
(중합체(PI-7))
Figure kpo00097
-((1-메틸)시클로펜틸)메타크릴레이트가
Figure kpo00098
-((2-메틸)이소보르닐)메타크릴레이트 13.4g으로 대체되는 것을 제외하고, 상기 공중합체(PI-3)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득한다. 수득은 13.9g이고, 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00099
(상기에서 m 및 n은 각각 정수이다)
(중합체(PI-8))
Figure kpo00100
-((1-메틸)시클로펜틸)메타크릴레이트가 상기 단량체(I-8) 13.6으로 대체되는 것을 제외하고, 상기 공중합체(PI-3)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득한다. 수득은 14.3g이고, 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00101
(상기에서 m 및 n은 각각 정수이다)
(중합체(PI-9))
Figure kpo00102
-((1-메틸)시클로펜틸)메타크릴레이트가
Figure kpo00103
-((1-메틸)시클로펜틸)아크릴레이트 9.2g으로 대체되는 것을 제외하고, 상기 공중합체(PI-3)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득한다. 수득은 10.05g이고, 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00104
(상기에서 m 및 n은 각각 정수이다)
(중합체(PI-10))
Figure kpo00105
-((1-메틸)시클로펜틸)메타크릴레이트가
Figure kpo00106
-((1-메틸)시클로헥셀)아크릴레이트 10.1g으로 대체되는 것을 제외하고, 상기 공중합체(PI-3)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득한다. 수득은 10.4g이고, 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00107
(상기에서 m 및 n은 각각 정수이다)
(중합체(Pi-11))
Figure kpo00108
-((1-메틸)시클로펜틸)메타크릴레이트가
Figure kpo00109
-((2-메틸)노르보르닐)아크릴레이트 12.6g으로 대체되는 것을 제외하고, 상기 공중합체(PI-3)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득한다. 수득은 13.2g이고, 생성된 중합체의 중량 평균분자량은 폴리스티렌으로 1500이다.
Figure kpo00110
(상기에서 m 및 n은 각각 정수이다)
(중합체(PI-12))
Figure kpo00111
-(p-멘탄-3-올)메타크릴레이트 0.020mol, 비닐나프탈렌 0.025mol, 테트라히드로피라닐 메타크릴레이트 0.034mol 및 메타크릴산 0.021mol이 THF 20g에 용해되고, 중합개시제로 AIBN 0.0125mol이 상기 생성용액에 첨가된다. 이와 같이 수득된 상기 THF용액(반응용액)이 액체질소온도의 아르곤대기하에서 3번 동결-탈기된다. 상기 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2㎖가 반응용액에 첨가된다. 상기 반응용액이 재침전을 실시하기위하여 교반하면서 헥산 250g이 적상으로 첨가되고, 유리필터로 여과된다. 마지막으로, 상기 고체 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득하기위하여 3일동안 60℃에서 진공-건조된다. 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00112
(중합체(PI-13))
비닐나프탈렌이 나프틸 메타크릴레이트 0.25mol로 대체되는 것을 제외하고, 상기 중합체(PI-12)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득한다. 생성된 중합체의 중량평균 분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00113
(중합체(PI-14))
비닐나프탈렌이 비닐나프톨 0.25mol로 대체되는 것을 제외하고, 상기 중합체(PI-12)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득한다. 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스 티렌으로 15000이다.
Figure kpo00114
(중합체(PI-15))
Figure kpo00115
-(p-멘탄-3-올)메타크릴레이트 0.055mol, 비닐나프톨 아세테이트 0.025mol고 메타크릴산 0.020mol이 THF 20g에 용해되고, 중합개시제로 AIBN 0.0125mol이 상기 생성용액에 첨가된다. 이와 같이 수득된 상기 THF용액(반응용액)이 액체질소온도의 아르곤대기하에서 3번 동결-탈기된다. 상기 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2㎖가 상기 반응용액에 첨가되고, THF 20g이 부가적으로 첨가된다. 상기 반응용액이 재침전을 실시하기위하여 교반하면서 헥산 250g에 적상으로 첨가된다. 생성된 고체 함유물이 1:1의 비율로 THF와 수성 IN 수산화나트륨용애글 혼합하여 제조된 용액내 용해되고, 상기 용액이 60℃에서 반응하여 아세테이트를 분해시킨다. 상기 용액이 헥산 500g으로 다시 침전시키고, 유리필터로 여과한다. 마지막으로, 상기 고체 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득하기위하여 3일동안 60℃에서 진공-건조된다. 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00116
(중합체(PI-16))
Figure kpo00117
-(p-멘탄-3-올)메타크릴레이트 0.075mol과 t-부틸비닐나프톨 0.025mol이 THF 20g에 용해되고, 중합개시제로 AIBN 0.0125mol이 상기 생성용액에 첨가된다. 이와 같이 수득된 상기 THF용액(반응용액)이 액체질소온도의 아르곤대기하에서 3번 동결-탈기된다. 상기 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2㎖가 상기 반응용개에 첨가되고, THF 20g이 부가적으로 첨가된다. 상기 반응용액이 재침전을 실시하기위하여 교반하면서 헥산 250g에 적상으로 첨가되고, 유리필터로 여과된다. 마지막으로, 상기 고체 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득하기위하여 3일동안 60℃에서 진공-건조된다. 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00118
(중합체(PI-17))
Figure kpo00119
-(p-멘탄-3-올)아크릴레이트 0.020mol, 비닐나프탈렌 0.025mol, 테트라히드로피라닐 메타크릴레이트 0.034mol 및 메타크릴산 0.021mol이 THF 20g에 용해되고, 중합개시제로 AIBN 0.0125mol이 상기 생성용액에 첨가된다. 이와 같이 수득된 상기 THF용액(반응용액)이 먼저 액체질소온도의 아르곤대기하에서 3번 동결-탈기된다. 상기 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2㎖가 상기 반응용액에 첨가되고, THF 20g이 부가적으로 첨가된다. 상기 반응용액이 재침전을 실시하기위하여 교반하면서 헥산 250g에 적상으로 첨가되고, 유리필터로 여과된다. 마지막으로, 상기 고체 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득하기위하여 3일동안 60℃에서 진공-건조된다. 생성된 중합체의 중량평균 분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00120
(중합체(PI-18))
비닐나프탈렌이 나프틸 메타크릴레이트 0.025mol로 대체되는 것을 제외하고, 상기중합체(PI-17)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득한다. 생성된 고분자 중합체의 중량평균분자량은 15000이다.
Figure kpo00121
(중합체(PI-19))
비닐나프탈렌이 비닐나트톨 0.025mol로 대체되는 것을 제외하고, 상기 종합체(PI-17)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득한다. 생성된 고분자 중합체의 중량평균분자량은 15000이다.
Figure kpo00122
(중합체(PI-20))
Figure kpo00123
-(p-멘탄-3-올)아크릴레이트 0.055mol, 비닐나프톨 아세테이트 0.025mol 및 메타크릴산 0.020mol이 THF 20g에 용해되고, 중합개시제로 AIBN 0.0125mol이 상기 생성용액에 첨가된다. 이와 같이 수득된 상기 THF용액(반응용개)이 먼저 액체질소온도의 아르곤대기하에서 3번 동결-탈기된다. 상기 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2㎖가 상기 반응용액에 첨가되고, THF 20g이 부가적으로 첨가된다. 상기 반응용액이 재침전을 실시하기위하여 교반하면서 헥산 250g에 적상으로 첨가된다. 상기 생성된 고체 함유물이 1:1의 비율로 THF와 수성 IN 수산화나트륨용액을 혼합하여 제조된 용액에 용해시키고, 상기 용액을 60℃에서 반응시켜서 아세테이트를 분해시킨다. 상기 용액이 헥산 500g에서 다시 침전되고, 유리필터로 여과된다. 마지막으로, 상기 고체 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득하기 위하여 3일동안 60℃에서 진공-건조된다. 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00124
(중합체(PI-21))
Figure kpo00125
-(p-멘탄-3-올)아크릴레이트 0.075mol과 t-부틸비닐나프톨 0.025mol이 THF 20g에 용해되고, 중합개시제로 AIBN 0.0125mol이 상기 생성용액에 첨가된다. 이와같이 수득된 상기 THF용액(반응용액)이 먼저 액체질소온도의 아르곤대기하에서 3번 동결-탈기된다. 상기 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2㎖가 상기 반응용액에 첨가되고, THF 20g이 부가적으로 첨가된다. 상기 반응용액이 재침전을 실시하기위하여 교반하면서 헥산 250g에 적상으로 첨가되고, 유리필터로 여과한다. 마지막으로 상기 고체 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득하기위하여 3일동안 60℃에서 진공-건조된다. 생서된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00126
(중합체(PI-22))
Figure kpo00127
-(p-멘탄-3-올)메타크릴레이트 0.020mol, 비닐나프탈렌 0.025mol, 테트라히드로피라닐 아크릴레이트 0.034mol 및 메타크릴산 0.021mol이 THF 20g에 용해되고, 중합개시제로 AIBN 0.0125mol이 상기 생성용액에 첨가된다. 이와 같이 수득된 상기 THF용액(반응용액)이 먼저 액체질소온도의 아르곤대기하에서 3번 동결-탈기된다. 상기 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2㎖가 반응용액에 첨가되고, THF 20g이 부가적으로 첨가된다. 상기 반응용액 재침전을 실시하기위하여 교반하면서 헥산 250g에 적상으로 첨가되고, 유리필터로 여과된다. 마지막으로, 상기 고체 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득하기위하여 3일동안 60℃에서 진공-건조된다. 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00128
(중합체(PI-23))
비닐나프탈렌이 나프틸 메타크릴레이트 0.025mol로 대체되는 것을 제외하고, 상기 중합체(PI-22)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득한다. 생성된 중합체의 중량평균 분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00129
(중합체(PI-24))
비닐나프탈렌이 비닐나프톨 0.025mol로 대체되는 것을 제외하고, 상기 중합체(PI-22)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득한다. 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00130
(중합체(PI-25))
Figure kpo00131
-(p-멘탄-3-올)아크릴레이트 0.020mol, 비닐나프탈렌 0.025mol, 테트라히드로피라닐 아크릴레이트 0.034mol 및 메타크릴산 0.021mol이 THF 20g에 용해되고, 중합개시제로 AIBN 0.0125mol이 상기 생성용액에 첨가된다. 이와 같이 수득된 상기 THF용액(반응용액)이 먼저 액체질소온도의 아르곤대기하에서 3번 동결-탈기된다. 상기 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2ml가 반응용액에 첨가되고, THF 20g이 부가적으로 첨가된다. 상기 반응용액이 재침전을 실시하기위하여 교반하면서 헥산 250g에 적상으로 첨가되고, 유리필터로 여과된다. 마지막으로, 상기 고체 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득하기위하여 3일동안 60℃에서 진공-건조된다. 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00132
(중합체(PI-26))
비닐나프탈렌이 나프틸 아크릴레이트 0.025mol로 대체되는 것을 제외하고, 상기 중합체(PI-25)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득한다. 생성된 중합체의 중량평균 분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00133
(중합체(PI-27))
비닐나프탈렌이 나프틸 아크릴레이트 0.025mol로 대체되고, 테트라히드로피라닐 아크릴레이트가 테트라히드로피라닐 메타크릴레이트 0.034mol로 대체되는 것을 제외하고, 상기 중합체(PI-25)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득한다. 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00134
(중합체(PI-28))
비닐나프탈렌이 나프틸 아크릴레이트 0.025mol로 대체되는 것을 제외하고, 상기 중합체(PI-25)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득한다. 생성된 중합체의 중량평균 분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00135
(중합체(PI-29))
비닐나프탈렌이 비닐나프톨 0.025mol로 대체되는 것을 제외하고, 상기 중합체(PI-25)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득한다. 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00136
(중합체(PI-30))
Figure kpo00137
-((2-메틸)이소보르닐)메타크릴레이트 0.020mol, 비닐나프탈렌 0.025mol, 테트라히드로피라닐 메타크릴레이트 0.034mol 및 메타크릴산 0.021mol이 THF 20g에 용해되고, 중합개시제로 AIBN 0.0125mol이 상기 생성용액에 첨가된다. 이와 같이 수득된 상기 THF용액(반응용액)이 먼저 액체질소온도의 질소대기하에서 3번 동결-탈기된다. 상기 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2ml가 상기 반응용액에 첨가되고, THF 20g이 부가적으로 첨가된다. 상기 반응용액이 재침전을 실시하기위하여 교반하면서 헥산 250g에 적상으로 첨가되고, 유리필터로 여과한다. 마지막으로 상기 고체 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득하기위하여 3일동안 60℃에서 진공-건조된다. 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00138
(중합체(PI-31))
Figure kpo00139
-((2-메틸)이소보르닐)메타크릴레이트가
Figure kpo00140
-((2-메틸)이소보르닐)아크릴레이트 0.020mol로 대체되는 것을 제외하고, 상기 중합체(PI-30)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득한다. 행성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00141
(중합체(PI-32))
Figure kpo00142
-((1-메틸)시클로헥실)메타크릴레이트 0.020mol, 비닐나프탈렌 0.025mol, 테트라히드로피라닐 메타크릴레이트 0.034mol 및 메타크릴산 0.021mol이 THF 20g에 용해되고, 중합개시제로 AIBN 0.0125mol이 상기 생성용액에 첨가된다. 이와 같이 수득된 상기 THF용액(반응용액)이 먼저 액체질소온도의 질소대기하에서 3번 동결-탈기된다. 상기 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2ml가 상기 반응용액에 첨가되고, THF 20g이 부가적으로 첨가된다. 상기 반응용액이 재침전을 실시하기위하여 교반하면서 헥산 250g에 적상으로 첨가되고, 유리필터로 여과된다. 마지막으로, 상기 고체 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득하기위하여 3일동안 60℃에서 진공-건조된다. 생성된 중합체의 중량 평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00143
(중합체(PI-33))
Figure kpo00144
-((1-메틸)시클로헥실)메타크릴레이트가
Figure kpo00145
-((1-메틸)시클로헥실)아크릴레이트로 대체되는 것을 제외하고, 상기 중합체(PI-32)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득한다. 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00146
(중합체(PI-34))
Figure kpo00147
-((1-메틸)시클로헥실)메타크릴레이트가 상기 단량체(I-6)로로 대체되는 것을 제외하고, 상기 중합체(PI-32)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득한다. 생성된 중합체의 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00148
(중합체(PI-35))
Figure kpo00149
-((1-메틸)시클로펜틸)아크릴레이트 7.9g과 AIBN 0.82g이 THF 30g에 용해된다. 생성된 THF용액이 액체질소온도의 질소대기하에서 3번 동결-탈기된다. 상기 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2㎖가 상기 반응용액에 첨가되고, THF 30g이 부가적으로 첨가된다. 상기 반응용액이 재침전을 실시하기위하여 교반하면서 헥산 500g에 적상으로 첨가되고, 유리필터로 여과된다. 마지막으로, 상기 고체 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득하기위하여 3일동안 60℃에서 진공-건조된다. 생성된 중합체의 수득은 10.65g이고, 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다.
Figure kpo00150
(상기에서 n은 정수이다)
(중합체(PI-36))
단량체(I-13) 3g 및 중합 개시제로서 AIBN 0.1g이 THF 12g에 용해되고, 생성된 용액(반응용액)이 탈기되고, 5시간동안 60℃에서 반응시킨다. 그리고, 상기 반응용액이 100㎖ 헥산에 적상으로 천천히 첨가되고, 상기 침전된 고분자 중합체가 여과에 의해 분회되어 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득한다.
Figure kpo00151
(중합체(PI-37)의 합성)
단량체(I-13) 및 메타크릴산이 예정된 비율로 혼합되고, THF에서 용해된다. 중합개시제로서의 AIBN이 상기 생성용액에 첨가되고, 5시간동안 60℃에서 반응하여 하기 화합물로 표시되는 고분자 중합체를 수득한다:
Figure kpo00152
(중합체(PI-38)의 합성)
단량체(I-13), 메타크릴산 및 멘틸 메타크릴산이 예정된 비율로 혼합되고, THF에서 용해된다. 중합개시제로서 AIBN이 상기 생성용액에 첨가되고, 25시간동안 60℃에서 반응하여 하기 화합물로 표시되는 고분자 중합체를 수득한다:
Figure kpo00153
(중합체(PI-39)의 합성)
단량체(I-14) 및 메타크릴산이 예정된 비율로 혼합되고, THF에서 용해된다. 중합개시제로서 AIBN이 생성용액에 첨가되고, 25시간동안 60℃에서 반응하여 하기화합물로 표시되는 고분자 중합체를 수득한다:
Figure kpo00154
(중합체(PI-40))
단량체(I-15) 0.060mol, t-부틸 메타크릴레이트 0.040mol 및 AIBN 0.0125mol이 THF 30g에 용해된다. 생성된 THF용액이 액체질소온도의 질소대기하에서 3번 동결-탈기된다. 사익 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2ml가 상기 반응용액에 첨가되고, THF 30g이 부가적으로 첨가된다. 상기 반응용액이 재침전을 실시하기위하여 교반하면서 헥산 500g에 적상으로 첨가되고, 유리필터로 여과된다. 마지막으로 상기 고체 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득하기위하여 3일동안 60℃에서 진공-건조된다. 생성된 중합체의 수득은 7.3g이고, 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 13000이다.
Figure kpo00155
(중합체(PI-41))
단량체(I-16) 0.064mol, 테트라히드로피라닐 메타크릴레이트 0.036mol 및 AIBN 0.0125mol이 THF 30g에 용해된다. 생성된 THF용액이 액체질소온도의 질소대기하에서 3번 동결-탈기된다. 상기 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2㎖가 상기 반응용액에 첨가되고, THF 30g이 부가적으로 첨가된다. 상기 반응용액이 재침전을 실시하기위하여 교반하면서 헥산 500g에 적상으로 첨가되고, 유리필터로 여과된다. 마지막으로, 상기 고체 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득하기위하여 3일동안 60℃에서 진공-건조된다. 생성된 중합체의 수득은 7.3g이고, 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 13000이다.
Figure kpo00156
(중합체(PI-42))
단량체(I-17) 0.055mol, t-부틸 메타크릴레이트 0.045mol 및 AIBN 0.0125mol이 THF 30g에 용해된다. 생성된 THF용액이 액체질소온도의 질소대기하에서 3번 동결-탈기된다. 상기 THF용액이 30시간동안 60℃에서 반응시킨후에, 메탄올 2㎖가 상기 반응용액에 첨가되고, THF 30g이 부가적으로 첨가된다. 상기 반응용액이 재침전을 실시하기위하여 교반하면서 헥산 500g에 적상으로 첨가되고, 유리필터로 여과된다. 마지막으로, 상기 고체 함유물이 하기 화합물로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 수득하기위하여 3일동안 60℃에서 진공-건조된다. 생성된 중합체의 수득은 7.0g이고, 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 14000이다.
Figure kpo00157
(중합체(PI-43))
비닐나프탈렌 1g, 리트콜산 2.4g, 메타크릴산 무수물 1g에 대해 AIBN 0.6388g을 첨가하여 30㎎의 THF에ㅐ 용해시키고, 60℃에서 40시간 반응시킨 후, 물 1g을 용해시킨 THF, 10g을 첨가하고, 부가적으로 8시간 반응했다. 불용성 물질을 여과하여 반응용액을 교반하여 물중에 적하하고, 석출된 침전물을 진공-건조하여 하기와 같은 중ㅎ바체를 수득했다(분자량 50,000).
Figure kpo00158
상기 중합체를 THF에 용해시키고, 염소 촉매의 작용으로 디히드로 2H 피란을 반응시켜 카르복실기의 35%를 피라닐화한 중합체를 수득했다.
(중합체(PI-44))
비닐나프탈렌 0.025mol과 2-메타크릴로일아다만틸 헥사히드로푸탈산 0.045mol, 2-메타크릴로일아다만틸 t-부톡시카르보닐 0.030mol과 아조비스부티로니트릴(AIBN) 0.0125mol을 테트라히드로푸란(THF) 30g에 용해시키고, 아르곤대기하의 액체질소온도에서 3회 동결-탈기를 실시했다. 이것을 아르곤대기하의 60℃에서 30시간 반응시켰다. 상기 반응용액에 메탄올을 2㎖가하고, 부가적으로 THF를 30g 첨가했다. 헥산 500g을 교반하면서 상기 반응용액에 적상으로 첨가하여 재침전하였다. 유리필터로 여과하고, 고형분을 60℃에서 3일간 진공-건조시켰다. 분자량은 폴리스틸렌으로 11000이었다.
Figure kpo00159
(비교 중합체(CI-1))
Figure kpo00160
-((1-메틸)시클로펜틸)메타크릴레이트가 시클로헥실 메타크릴레이트 10.1g으로 대체되는 것을 제외하고, 상기 중합체(PI-3)의 합성에서 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 고분자 중합체를 수득한다. 수득은 10.85g이고, 중량평균분자량은 폴리스티렌으로 15000이다. 상기 생성된 중합체는 3차 알콜 에스테르가 아닌 것을 제외하고, 상기 중합체(PI-4)에 기술된 것과 같다.
(비교 중합체(CI-2))
이소보르닐 메타크릴레이트, t-Bu 메타크릴레이트 및 메타크릴산이 예정된 비율ㄹ오 혼합되고, THF에서 용해된다. 중합개시제로서 AIBN이 상기 생성용액에 첨가되고, 30시간동안 60℃에서 반응하여 하기 화합물로 표시되는 고분자 중합체를 수득한다:
Figure kpo00161
상기에서 기술된 것과 같이 수득된 중합체 중에서, 하기의 광-산성 발생제는 중합체(PI-1) 내지 (PI-11)고 비교 중합체(C-1)에서 혼련되고, 광노출시험이 실시된다.
여기서 사용된 광-산성 발생제의 약어는 하기에 요약하였다.
TSPㆍOTf: 트리페닐설포늄 트리플루오로메탄설폰산
DPIㆍOTf: 디페닐아이오도늄 트리플루오로메탄설폰산
DNIㆍOTf: 디나프틸아이오도늄 트리플루오로메탄설폰산
S-TFDTㆍOTf: S-(트리플루오로메틸)디벤조티오페늄 트리플루오로메탄설폰산
Se-TFDTㆍOTf: Se-(트리플루오로메틸)디벤조티오페늄 트리플루오로메탄설폰산
I-DBTㆍOTf: I-디벤조티오페늄 트리플루오로메탄설폰산
(실시예 1-1)
상기 6가지의 광-산성 발생제(각 0.05g)가 각각 중합체(PI-1) 1.0g에 첨가되고, 상기 혼합물이 시클로헥산온 4.2g에 용해시켜서 감광성 용액을 수득한다.
각 생성용액이 방사코팅법을 사용하여 30초동안 3000rpm에서 실리콘 웨이퍼의 표면에 방사코팅된다. 그리고, 광노출전에 100초동안 110℃의 열판에서 배소가 실시되어 0.5㎛의 필름두께를 갖는 레지스트 필름을 형성한다. 연속적으로, 상기 레지스트 필름의 예정된 영역이 ArF 엑시며 레이저(파장:193nm)에 의해 조사되고, 선 및 공간의 패터닝을 실시한다. 이와 같이 광에 노출된 레지스트 필름이 180초동안 100℃에서 후노출 배소(PEB)를 실시한다. 연속적으로, 상기 배소된 레지스트 필름이 25℃에서 60초동안 0.14N 테트라메틸암모늄 히드록시드 수용액에서 현상되고, 레지스트 필름의 광노출부분이 선택적으로 용해 및 제거되어, 포지티브 패턴을 형성한다.
ArF 엑시머 레지저의 감도 및 생성된 패턴의 분해능이 혼련된 광-산성 발생제와 함께 하기의 표 1에 요약되어 있다.
Figure kpo00162
상기 표 1에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 감광성 조성물은 광-산성 발생제의 종류와 관계없이 0.35㎛의 선너비를 갖는 선 및 공간을 형성할 수 있다. 특히, DPIㆍOTf가 광-산성 발생제로 혼련될때, 0.25㎛의 선너비를 갖는 미세 패턴이 26mJ/㎠의 조사량에서 형성될 수 있다.
(실시예 1-2)
상기 6가지의 광-산성 발생제(각 0.05g)가 각각 중합체(PI-2) 1.0g에 첨가되고, 상기 혼합물이 시클로헥산온 4.2g에 용해시켜서 감광성 용액을 수득한다.
각 생성용액을 사용하여 상기 실시예 1-1에 기술된 것과 같은 방법으로 반복하여, 패턴을 형성한다. 결과적으로, 상기 레지스트 필름의 광노출 부분이 포지티브 패턴을 형성하기위하여 용해 및 제거된다. ArF 엑시머 레이저의 감도 및 생성된 패턴의 분해능이 혼련된 광-산성 발생제와 함께 하기의 표 2에 요약되어 있다.
Figure kpo00163
상기 표 2에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 감광성 조성물은 광-산성 발생제의 종류와 관계없이 0.35㎛의 선너비를 갖는 선 및 공간을 형성할 수 있다. 특히, DPIㆍOTf가 광-산성 발생제로 혼련될때, 0.25㎛의 선너비를 갖는 미세 패턴이 24mJ/㎠의 조사량에서 형성될 수 있다.
(실시예 1-3)
상기 6가지의 광-산성 발생제(각 0.015g)가 각각 중합체(PI-3) 1.0g에 첨가되고, 상기 혼합물이 시클로헥산온 4.2g에 용해시켜서 감광성 용액을 수득한다.
각 생성용액을 사용하여, 현상액이 0.028N 테트라메틸암모늄 히드록시드 수용액으로 대체되는 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1에 기술된 것과 같은 방법을 반복하여, 패턴을 형성한다. 결과적으로, 상기 레지스트 필름의 광노출 부분이 포지티브 패턴을 형성하기위하여 용해 및 제거된다. ArF 엑시머 레이저의 감도 및 생성된 패턴의 분해능이 혼련된 광-산성 발생제와 함께 하기의 표 3에 요약되어 있다.
Figure kpo00164
상기 표 3에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 감광성 조성물은 광-산성 발생제의 종류와 관계없이 0.40㎛의 선너비를 갖는 선 및 공간을 형성할 수 있다. 특히, DNIㆍOTf가 광-산성 발생제로 혼련될때, 0.35㎛의 선너비를 갖는 미세 패턴이 23mJ/㎠의 조사량에서 형성될 수 있다.
(실시예 1-4)
상기 6가지의 광-산성 발생제(각 0.015g)가 각각 중합체(PI-4) 1.0g에 첨가되고, 상기 혼합물이 시클로헥산온 4.2g에 용해시켜서 감광성 용액을 수득한다.
각 생성용액을 사용하여 상기 실시예 1-3에 기술된 것과 같은 방법을 반복하여, 패턴을 형성한다. 결과적으로, 상기 레지스트 필름의 광노출 부분이 포지티브 패턴을 형성하기위하여 용해 및 제거된다. ArF 엑시머 레이저의 감도 및 생성된 패턴의 분해능이 혼련된 광-산성 발생제와 함께 하기의 표 4에 요약되어 있다.
Figure kpo00165
상기 표 4에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 감광성 조성물은 광-산성 발생제의 종류와 관계없이 0.35㎛의 선너비를 갖는 선 및 공간을 형성할 수 있다. 특히, DPIㆍOTf가 광-산성 발생제로 혼련될때, 0.25㎛의 선너비를 갖는 미세 패턴이 26mJ/㎠의 조사량에서 형성될 수 있다.
(실시예 1-5)
광-산성 발생제로 TPSㆍOTf 0.015g이 중합체(PI-5) 내지 (PI-11) 1.0g에 각각 첨가되고, 상기 혼합물이 시클로헥산온 4.2g에 용해되어 감광성 용액을 수득한다.
각 생성용액을 사용하여 상기 실시예 1-3에 기술된 것과 같은 방법을 반복하여, 패턴을 형성한다. 결과적으로, 상기 레지스트 필름의 광노출 부분이 포지티브 패턴을 형성하기위하여 용해 및 제거된다. ArF 엑시머 레이저의 감도 및 생성된 패턴의 분해능이 사용된 수지와 함께 하기의 표 5에 요약되어 있다.
Figure kpo00166
상기 표 5에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 감광성 조성물은 0.30㎛의 선너비를 갖는 선 및 공간을 형성할 수 있다. 특히, 중합체(PI-10)가 사용될때, 0.20㎛의 선너비를 갖는 미세 패턴이 22mJ/㎠의 조사량에서 형성될 수 있다.
(실시예 1-6)
광-산성 발생제로 TPSㆍOTf 0.015g과 용해도 저해제로 하기의 화합물로 표시되는 화합물 0.2g이 중합체(PI-5) 내지 (PI-11) 0.8g에 각각 첨가되고, 상기 혼합물이 에틸 락테이트 4.2g에 용해되어 감광성 용액을 수득한다.
Figure kpo00167
(여기서 n은 정수이다)
각 생성용액을 사용하여 상기 실시예 1-3에 기술된 것과 같은 방법을 반복하여, 패턴을 형성한다. 결과적으로, 상기 레지스트 필름의 광노출 부분이 포지티브 패턴을 형성하기위하여 용해 및 제거된다. ArF 엑시머 레이저의 감도 및 생성된 패턴의 분해능이 사용된 수지와 함께 하기의 표 6에 요약되어 있다.
Figure kpo00168
상기 표 6에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 감광성 조성물은 0.30㎛의 선너비를 갖는 선 및 공간을 형성할 수 있다. 특히, 중합체(PI-10)가 사용될때, 0.20㎛의 선너비를 갖는 미세 패턴이 24mJ/㎠의 조사량에서 형성될 수 있다.
(실시예 1-7)
광-산성 발생제로 TPSㆍOTf 0.015g이 중합체(PI-12) 내지 (PI-34) 1.0g에 각각 첨가되고, 상기 혼합물이 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 4.2g에 용해되어 감광성 용액을 수득한다.
각 상기 생성용애글 사용하여 상기 실시예 1-3에 기술된 것과 같은 방법을 반복하여, 패턴을 형성한다. 결과적으로, 상기 레지스트 필름의 광노출 부분이 포지티브 패턴을 형성하기위하여 용해 및 제거된다. ArF 엑시머 레이저의 감도 및 생성된 패턴의 분해능이 사용된 수지와 함께 하기의 표 7에 요약되어 있다.
Figure kpo00169
상기 표 7에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 감광성 조성물은 0.2㎛의 선너비를 갖는 선 및 공간을 형성할 수 있다. 특히, 중합체(PI-15)가 사용될때, 0.18㎛의 선너비를 갖는 미세 패턴이 14mJ/㎠의 조사량에서 형성될 수 있다.
(실시예 1-8)
광-산성 발생제로 TPSㆍOTf 0.015g이 중합체(PI-40) 내지 (PI-42) 1.5g에 각각 첨가되고, 상기 혼합물이 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트에 용해된다. 생성용액이 10g의 감광성 용액을 수득하기위해서 희석된다.
각 생성용액이 3000rpm에서 8인치 실리콘 웨이퍼 표면상에 방사코팅된다. 그리고, 광 노출전에 90초동안 120℃에서 배소가 실시되어 레지스트 필름을 형성한다. 연속적으로 상기 레지스트 필름의 예정된 영역이 ArF 노출 장치(NA=0.55)에 의해 조사되고, 선 및 공간의 패턴을 형성한다.
상기 중합체(PI-14)로 구성된 레지스트 필름이 90초동안 110℃에서 후노출 배소된다. 다른 레지스트 필름에 대해 후노출 배소처리가 60초동안 140℃에서 실시된다.
연속적으로 상기 배소된 레지스트 필름이 테트라메틸암모늄 히드록시드 수용액에서 현상되고, 레지스트 필름의 광노출부분이 선택적으로 용해 및 제거되어 포지티브 패턴을 형성한다.
ArF 엑시머 레이저의 감도 및 생성된 패턴의 분해능이 수지와 함께 하기의 표 8에 요약되어 있다.
Figure kpo00170
상기 표 8에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 감광성 조성물은 0.20㎛이하의 선너비를 갖는 선 및 공간을 형성할 수 있다. 특히, 중합체(PI-41)가 사용될때, 0.18㎛의 선너비를 갖는 미세 패턴이 11mJ/㎠의 조사량에서 형성될 수 있다.
(비교 실시예 1-1)
광-산성 발생제로 트리페닐설포늄 트리플루오로메탄설폰산 0.015g이 비교 중합체(CI-1) 0.1g에 첨가되고, 상기 혼합물이 시클로헥산온 4.2g에 용해되어 비교 실시예의 감광성 조성물 용액을 수득한다. 이와 같이 제조된 용액은 상기 수지가 3차 알콜 에스테르가 아니라는 것을 제외하고 상기 실시예 1-4에서 사용된 것과 같다.
생성용액을 사용하여, 상기 실시예 1-3에서 기술된 것과 같은 방법으로 반복되고, 패턴을 형성한다. 결과적으로 분해능은 실시되지 않는다.
또한, 같은 시료가 방사코팅법을 사용하여 30초동안 3000rpm에서 실리콘 웨이퍼 표면에 방사코팅된다. 그리고, 상기 코팅된 층이 레지스트 필름을 형성하기 위해서 90초동안 120℃의 열판에서 열처리된다. 상기 레지스트 필름이 수은 램프에 의해 조사되어 광-산성 발생제에서 산을 발생시키고, 상기 레지스트 필름이 레이저를 사용하여 연마된다. 상기 시료가 열무게 측정(TG)에 의해 5℃/분의 온도증가율로 가열된다. 결과적으로 상기 무게가 약 180℃에서 감소된다. 상기 시험에 의해 3차 알콜이외의 알콜 에스테르가 산의 작용에 의해 쉽게 분해되지 않기때문에 상기 에스테르가 수용성-저해기로 작용하지 않는 것이 확인된다.
(건조 부식 저항성의 평가)
공중합체는 1:1의 비율로 메타크릴산으로 t-부틸을 공중합화함에 의해 수득된다. 대조군으로 상기 공중합체를 사용하여, 감광성 조성물이 제조되고, 생성된 감광성 조성물과 본 발명의 감광성 조성물 사이에서 건조 부식 저항성을 비교한다. 상기 중합체(PI-1) 내지 (PI-11)을 사용하여, 상기에 기술된 것과 같은 방법이 반복되고, 실리콘 웨이퍼상에 레지스트 필름을 형성한다. 상기 생성된 레지스트 필름이 조건하에서(30sccm, 0.01torr, 150W/20W) CF4에 의해 반응성 이온 부식(RIE)을 실시한다. 상기에서 생성된 부식속도는 하기의 표 9에 요약하였다.
Figure kpo00171
상기 표 9에서 알 수 있는 것과 같이, 대조군으로 지방족고리 화합물을 포함하지 않는 중합체가 혼련된 감광성 조성물은 건조 부식 저항성이 떨어진다. 반면에, 본 발명의 모든 감광성 조성물은 지방족고리 화합물을 포함하는 고분자 중합체와 혼련되기때문에 건조 부식 저항성이 높다.
(실시예 1-9)
예정된 성분이 하기의 표 10에 개시된 성분에 따라 비교 중합체(CI-2)와 중합체(PI-36) 내지 (PI-39)에 혼련되고, 상기 혼련물이 메틸 메톡시프로피오네이트에 용해되어, 감광성 조성물 용액을 제조한다.
Figure kpo00172
상기 표 10에서 볼 수 잇는 것과 같이, 광-산성 발생제 및 용해도 저해제가 그의 약어와 함께 하기에서 개시하였다.
Figure kpo00173
그리고, 상기의 각 감광성 조성물이 실리콘-웨이퍼의 표면에서 방사코팅되어, 0.5㎛의 필름 두께를 갖는 레지스트 필름을 형성한다. 생성된 레지스트 필름의 예정된 영역이 광원으로 193nm의 파장에서 ArF 엑시머 레이저를 갖춘 스텝퍼(NA:0.54)를 사용하여 빛에 노출시키고, 패턴 노출을 실시한다. 연속적으로, 상기 노출된 레지스트 필름이 하기의 표 11에 기술된 조건하에서 배소처리를 실시한다. 상기에서 배소된 레지스트 필름이 테트라히드로암모늄 히드록시드(TMAH) 수용액을 사용하여 현상처리된다. 결과적으로, 상기 레지스트 필름의 광-노출된 부분은 포지티브 패턴을 형성하기위하여 용해 및 제거된다. 상기 레지스트의 감도 및 분해능이 하기의 표 11에서 볼 수 있다.
Figure kpo00174
상기 표 11에서 볼 수 잇는 것과 같이, 중합체(PI-36) 내지 (PI-39)를 포함하는 레지스트에서 낮은 부착력 및 비균일의 용해에 의한 프릴링 및 팽윤과 같은 현상이 높은 감도로 현상하는 경우에 발견되지 않으므로, 양호한 분해능을 갖는 레지스트 패턴이 형성될 수 있다. 한편, 비교 중합체(CI-2)를 포함하는 레지스트에서 레지스트 필름과 기판의 불량부착이 프릴링의 원인이 되며, 미세 패턴이 형성되지 않는다. 상기 레지스트 필름의 용해의 균질성이 떨어지고, 프릴링 및 크랙이 레지스트 필름부분에서 일어난다.
또한, 상기 레지스트에 대해서, CF4플라스마에 의한 부식율이 측정된다. 결과적으로, 기본 중합체로 노볼락 수지를 포함하는 레지스트의 부식율이 1.0이고, 비교 중합체(CI-2)를 포함하는 레지스트 부식율은 1.3이며, 반면에 중합체(PI-36) 내지 (PI-39)를 포함하는 각 레지스트의 부식율은 1.1 내지 1.3이다. 상기 결과에 의해 본 발명의 모든 감광성 조성물이 높은 부식 저항성을 갖는 것이 확인된다.
(실시예 2)
상기 실시예에서, 감광성 조성물이 상기 화학식 6으로 표시되는 고분자 중합체를 사용하여 제조되고, 그의 특성이 측정되었다.
(고분자 화합물의 합성)
3,4-디히드로-2H-피란 및 4-펜테노산의 등량이 테트라히드로푸란(THF)에 용해되고, 상기 용액이 미량의 염기성 촉매 존재하에서 반응하여, 테트라히드로피라닐-4-펜테노산염(THP-PA)을 합성한다. THP-PA, 이소보르닐 아크릴레이트 및 4-펜테노산이 40:30:30의 비율로 THF에 용해되고, 중합개시제로 AIBN 2중량부가 첨가된다. 상기 혼합용액이 70℃에서 30시간동안 가열하여, 고분자 공중합체(IH-IT)를 수득한다.
4-펜테노산이 6-헵테노산으로 대체되는 것을 제외하고, 상기에 기술된 것과 같은 방법이 반복되어, 테트라히드로피라닐 6-헤테노에이트(THP-HA)를 합성한다. THP-HA, 이소보르닐 아크릴레이트 및 6-헵테노산이 40:30:30의 비율로 THF에 용해되고, 중합개시제로 AIBN 2중량부가 첨가된다. 상기 혼합용액이 70℃에서 30시간 동안 가열하여, 고분자 공중합체(IP-PT)를 수득한다.
고분자 공중합체가 용해도 저해제로 t-Bu기 또는 에톡시에틸기를 첨가하고, 지방족고리 화합물로 노르보르닐, 아다만틸 또는 멘틸을 포함하는 화합물을 사용함에 의해 수득된다.
상기에 기술된 것과 같이 수득된 고분자 공중합체의 화합물이 그의 평균분자량과 함께 하기에 기술되었다.
Figure kpo00175
Figure kpo00176
Figure kpo00177
또한, R55및 R56이 각각 1개의 탄소원자를 갖는 유기기인 상기 화학식 6으로 표시되는 고분자 공중합체 및 R57이 지방족고리 유기기인 고분자 공중합체가 하기와 같이 합성된다.
(R55및 R56이 각각 1개의 탄소원자를 갖는 유기기인 상기 화학식 6으로 표시되는 고분자 공중합체의 합성)
4-펜테노산이 비닐 아세테이트로 대체되는 것을 제외하고, 같은 방법으로 반복되어, 테트라히드로피라닐 비닐 아세테이트(THP-VA)를 합성한다. THP-VA, 이소보르닐 아크릴레이트 및 비닐 아세테이트가 40:30:30의 몰비로 THF에 용해되고, 중합개시제로 AIBN 2중량부가 첨가된다. 상기 혼합용액이 70℃에서 30시간동안 가열되어, 하기 화합물로 표시되는 고분자 공중합체(IP-VT)를 수득한다:
Figure kpo00178
(R57이 지방족고리 유기기인 고분자 공중합체의 합성)
4-펜타노산이 티오닐 클로라이드와 반응하여 클로라이드 4-펜타노산염을 합성하고, 트리에틸아민 존재하에서 2-메틸-2-아다만타놀과 반응하여 (2-메틸-2-아다만틸)-4-펜타노산염(MAD-PA)를 수득한다. 4-펜테노산 및 MAD-PA가 30:70의 몰비로 THF에 용해되고, 중합개시제로 AIBN 2중량부가 첨가된다. 상기 혼합용액이 70℃에서 30시간동안 가열되고, 하기 화합물로 표시되는 고분자 공중합체(MA-PA)가 수득된다:
Figure kpo00179
(비교 중합체의 합성)
상기에 기술된 것과 같은 방법을 반복하여 산기로 메타크릴산 및 용해도-저해기로 t-Bu 메타크릴레이트를 포함하는 고분자 중합체를 합성한다. 생성된 공중합체의 화합물이 하기에 개시되어 있다.
Figure kpo00180
Figure kpo00181
(레지스트의 제조 및 레지스트 패턴의 형성)
상기에 기술된 것과 같이 합성된 공중합체, 용해도 저해제 및 광-산성 발생제가 하기의 표 12에서 개시된 조성에 따라 시클로헥산온내 용해되어, 실시예 2-1 내지 2-12의 감광성 조성물의 니스를 제조한다. 광-산성 발생제로 NAT-105 또는 NDS-105(Midori Kagaku Co.에 의해 제조됨)가 사용된다.
한편, 광-산성 발생제로 NAT-105가 비교 중합체(IM-MB, IM-MT)와 혼합되어 비교 실시예 2-1 및 2-2의 감광성 조성물의 니스를 제조한다.
Figure kpo00182
상기 표 12에서, tBocBN, tBocNN 및 tBuCN이 하기의 화합물로 표시되는 화합물이다.
Figure kpo00183
그리고, 상기의 각 감광성 조성물은 실리콘 웨이퍼의 표면에 방사코팅하여 0.6㎛의 필름 두께를 갖는 레지스트 필름을 형성한다. 생성된 레지스트 필름의 예정된 영역이 광원으로 파장 193nm의 ArF 엑시머 레이저를 갖춘 스텝퍼(NA:0.54)를 사용하여 빛을 노출시키고, 패턴 노출을 실시한다. 연속적으로, 상기 노출된 레지스트 필름이 100℃에서 2분동안 배소처리되고, 배소된 레지스트 필름이 예정된 현상액을 사용하여 현상처리된다. 현상액으로, 테트라히드로암모늄 히드록시드(TMAH)수용액 또는 TMAH와 이소프로필 알콜의 혼합액이 사용된다. 결과적으로, 레지스트 필름의 광노출부분이 포지티브 패턴을 형성하기위하여 선택적으로 용해 및 제거된다. 기판으로부터 생성된 레지스트 패턴의 프릴링 및 용해의 균일성의 부재 또는 존재가 측정된다. 상기의 결과는 감도와 함께 하기의 표 13에 개시하였다.
Figure kpo00184
상기 표 13에서 볼 수 있는 것과 같이, 본 발명의 레지스트에서(실시예 2-1 내지 2-12), 비균일한 용해에 의한 프릴링 및 팽윤 뿐만아니라 불량 접착이 고감도로 현상하는 경우에서 발견되지 않으며, 그러므로 양호한 분해능을 갖는 레지스트 패턴이 형성될 수 있다. 특히 실시예 2-8 및 2-9에서, 생성된 패턴의 외형이 양호하며, 문제가 확인되지 않는다. 실시예 2-1 내지 2-5, 2-7 및 2-10에서, 초미세 패턴의 일부에서 프릴링이 확인되었다. 실시예 2-6, 2-11 및 2-12에서, 약간의 크랙이 확인되었다.
한편, 비교 실시예 2-1 및 2-2의 레지스트에서, 패턴의 프릴링이 레지스트의 부착력이 떨어뜨리는 원인이 되며, 미세 패턴이 형성되지 않는다. 레지스트 필름의 용해의 균일성이 떨어지고, 레지스트 필름의 일부에서 프릴링 및 크랙이 일어난다.
상기의 설명에서 알 수 있는 것과 같이, 제2 감광성 조성물은 단파장광에서 투광도 및 높은 건조 부식 저항성을 갖는다. 따라서, 상기 감광성 조성물을 사용하여, 알카리용액으로 현상하는 경우 프릴링 및 비균일한 용해가 억제되고, 양호한 레지스트 패턴이 형성될 수 있다.
(실시예 3)
상기 실시예에서, 감광성 조성물이 상기 화학식 7 내지 9 중 어느 하나로 표시되는 반복단위를 갖는 고분자 중합체를 사용하여 제조되고, 그의 특성이 측정되었다.
먼저, 본 실시예에서 사용된 고분자 중합체(PP-1) 내지 (PP-12)가 하기와 같이 각각 합성된다.
(합성 실시예 3-1)
먼저,
Figure kpo00185
-클로로아크릴산이 촉매로 염산존재하에서 이소보르네올과 반응하여 에스테르를 형성한다. 상기 에스테르, 테트라히드로피라닐 메타크릴레이트 및 메타크릴산이 예정된 비율로 혼합되고, THP에 용해되어, THF용액을 제조한다. 중합개시제로서 AIBN이 생성된 THP용액에 첨가되고, 상기 혼합용액이 60℃에서 3시간동안 반응되어 하기의 화합물(PP-1)로 표시되는 고분자 공중합체를 수득한다:
Figure kpo00186
(합성 실시예 3-2)
먼저,
Figure kpo00187
-클로로아크릴산이 촉매로 염산존재하에서 디히드로피란과 반응하여 아세탈을 수득한다. 상기 아세탈, 멘틸 메타크릴레이트 및 메타크릴산이 예정된 비율로 혼합되고, THP에 용해되어, THF용액을 제조한다. 중합개시제로서 AIBN이 상기 생성된 THP용액에 첨가되고, 상기 혼합용액이 60℃에서 3시간동안 반응하여 하기의 화합물(PP-2)로 표시되는 고분자 공중합체를 수득한다.
Figure kpo00188
(합성 실시예 3-3)
먼저, 모노클로로말레산 무수물이 THF에 용해되고, 멘톨의 등량이 첨가되고, 상기 용액이 3시간동안 환류된다. 상기 생성물을 분리하고, 실리카겔 컬럼으로 정제하여 모노멘틸클로로말레이트가 수득된다.
상기 모노멘틸클로로말레이트가 예정된 비율로 테트라히드로피라닐 메타크릴레이트와 혼련되고, 상기 혼련물이 중합개시제로서 AIBN을 사용하여 중합화되어 하기의 화합물(PP-3)로 표시되는 고분자 공중합체를 수득한다.
Figure kpo00189
(합성 실시예 3-4)
모노클로로말레산 무수물, 아다만틸 메타크릴레이트 및 t-Bu 메타크릴레이트가 예정된 비율로 혼련되고, 상기 혼련물이 AIBN 존재하에서 중합화되어 하기의 화합물(PP-4)로 표시되는 고분자 공중합체를 수득한다.
Figure kpo00190
(합성 실시예 3-5)
먼저, 디클로로말레산 무수물이 THF에 용해되고, 멘톨의 등량이 첨가되고, 상기 용액이 3시간동안 환류된다. 상기 생성물을 분리하고, 실리카겔 컬럼으로 정제하여 모노멘틸디클로로말레이트가 수득된다.
상기 모노멘틸디클로로말레이트가 예정된 비율로 테트라히드로피라닐 메타크릴레이트와 혼련되고, 상기 혼련물이 중합개시제로서 AIBN을 사용하여 중합화되어 하기의 화합물(PP-5)로 표시되는 고분자 공중합체를 수득한다.
Figure kpo00191
(합성 실시예 3-6)
먼저, 디히드로피란이 THF내 디클로로말레산과 반응하여, 모노테트라히드로피라닐 디클로로말레이트가 수득된다.
상기 모노테트라히드로피라닐 디클로로말레이트가 예정된 비율로 이소보르닐 메타크릴레이트와 혼련되고, 상기 혼련물이 AIBN 존재하에서 중합화되어 하기의 화합물(PP-6)로 표시되는 고분자 공중합체를 수득한다.
Figure kpo00192
(합성 실시예 3-7)
디클로로말레산 무수물, 이소보르닐 메타크릴레이트 및 테트라히드로피라닐 메타크릴레이트가 예정된 비율로 혼련되고, 상기 혼련물이 AIBN 존재하에서 중합화되어 하기의 화합물(PP-7)로 표시된느 고분자 공중합체를 수득한다.
Figure kpo00193
(합성 실시예 3-8)
먼저, 디클로로말레산 무수물이 1:1의 비율로 테트라히드로피라닐 메타크릴레이트와 공중합화하여 공중합체를 형성하고, THF용액을 수득한다. 상기 THF용액에 멘톨이 디클로로말레산 무수물을 기준으로 80mole% 비율로 첨가되고, 24시간동안 교반하여 하기의 화합물(PP-8)로 표시되는 고분자 공중합체를 수득한다.
Figure kpo00194
(비교 실시예 3-1)
테트라히드로피라닐 메타크릴레이트, 멘틸 메타크릴레이트 및 메타크릴산이 예정된 비율로 혼련되고, 상기 혼련물이 AIBN 존재하에서 중합화되어 하기의 화합물(PP-11)로 표시되는 고분자 공중합체를 수득한다.
Figure kpo00195
(비교 실시예 3-2)
말레산 무수물, 이소보르닐 메타크릴레이트 및 테트라히드로피라닐 메타크릴레이트가 예정된 비율로 혼련되고, 상기 혼련물이 AIBN 존재하에서 중합화되어 하기의 화합물(PP-12)로 표시되는 고분자 공중합체를 수득한다.
Figure kpo00196
(레지스트의 제조 및 레지스트 패턴의 형성)
광-산성 발생제 및 용해도 저해제가 하기의 표 14에 개시되어 있는 조성에 따라 상기에 기술된 것과 같이 합성된 고분자 공중합체와 혼련되고, 상기 혼련물이 시클로헥산온에 용해되어 실시예 3-1 내지 3-12와 비교 실시예 2-1 및 2-2의 레지스트를 제조한다.
Figure kpo00197
상기 표 14에서, 상기 표 14에 개시된 광-산성 발생제 및 용해도 저해제가 그의 약어와 함께 하기에 개시되어 있다.
Figure kpo00198
그리고, 상기의 각 감광성 조성물은 실리콘 웨이퍼의 표면에 방사코팅되어 0.6㎛의 필름 두께를 갖는 레지스트 필름을 형성한다. 생성된 레지스트 필름의 예정된 영역이 광원으로 파장 193nm의 ArF 엑시머 레이저를 갖춘 스텝퍼(NA:0.54) 또는 전자 빔 드로잉 장치(가속전압:50keV)를 사용하여 빛에 노출시키고, 패턴 노출을 실시한다.
연속적으로, 상기 노출된 레지스트 필름이 120℃에서 2분동안 배소처리되고, 배소도니 레지스트 필름이 테트라히드로암모늄 히드록시드(TMAH) 수용액을 사용하여 현상처리된다. 결과적으로 레지스트 필름의 공노출부분이 포지티브 패턴을 형성하기위하여 선택적으로 용해되거나 제거된다. 비교 실시예 2의 감광성 조성물에 대해, ArF 엑시머 레이저 및 전자빔과 같은 두종류의 노출광을 사용하여 패턴을 형성한다.
각 레지스트의 분해능 및 감도의 평가결과가 건조 부식 저항성과 함께 하기의 표 15에 개시되어 있다. 상기 건조 부식 저항성은 비교 실시예 3-1이 1.0이라는 가정하에 상대값으로 표시된다.
건조 부식 저항성에 대해, 종래의 폴리(
Figure kpo00199
-클로로아크릴레이트)와 같은 EBR-9가 하기 표 15에 비교 실시예 3-3과 같이 기술되었다.
Figure kpo00200
상기 표 15에서 볼 수 있는 것과 같이, 본 발명의 모든 레지스트(실시예 3-1 내지 3-12)가 감도 및 분해능이 뛰어나고, 또한 종래의
Figure kpo00201
-클로로아클리레이트 중합체에 대해 부식 저항성이 뛰어나다.
본 실시예의 감광성 조성물은 화학선의 조사에 대해 높은 감도 및 높은 분해능을 갖는다. 상기 감광성 조성물을 사용하여, 충분한 건조 부시 저항성을 갖는 레지스트 패턴이 알카리 현상에 의해 형성될 수 있다.
[발명의 효과]
상기에 설명한 것과 같이, 본 발명에 따르면, ArF 엑시머 레이저와 같은 초단파장광에 대한 뛰어난 투명성, 높은 감도, 높은 분해능 및 뛰어난 건조 부식 저항성을 갖는 레지스트 패턴을 형성할 수 있는 감광성 조성물을 제공한다. 상기 감광성 조성물은 전자부품의 제조공정시 정밀작업에 사용되는 레지스트로 유용하고, 산업적 견지에서 높은 유용성을 제공한다.
부가적 잇점 및 변형이 당분야의 기술을 가진 사람에 의해 나타날 수 있다. 그러므로, 넓은 측면에서 본 발명은 상기 상세한 설명 및 대표적인 실시양태에 의해 제한되지 않는다. 따라서, 다양한 변형이 하기의 청구범위에 의해 한정되도록 일반적인 발명 개념의 범위 또는 정신에서 벗어나지 않고 만들어 질 수 있다.

Claims (7)

  1. 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 갖는 중합체 및 화학선의 조사에 의해 산을 발생할 수 있는 화합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 감광성 조성물.
    [화학식 4]
    Figure kpo00202
    (상기 화학식 4에서, R41은 수소원자, 지방족 탄화수소기, 알콕시기, 할로겐 원자 또는 시아노기이며; R42와 R43은 같거나 다르며, 각각 지방족 탄화수소 또는 고리형 올레핀이며; R44는 시클로부탄고리, 시클로펜탄고리, 시클로헥산고리, 시클로헵탄고리, 시클로옥탄고리, 상기 각각에 가교된 탄화수소기를 포함한 것, 스피로고리, 테르펜고리, 스테로이드, 빌산, 디지탈로이드, 캄퍼고리, 이소-캄퍼고리, 세스퀴테르펜고리, 산톤고리, 디테르펜고리, 트리테르펜고리 및 스테로이드 사포닌으로 이루어진 그룹에서 선택된 기이며; 및 R45는 친수성기이다)
  2. 제1항에 있어서, 4 내지 12의 접합길이를 갖는 방향족 고리를 가지며, 상기 방향족 고리가 상기 중합체로 공중합화된 성분에 포함되거나, 또는 각각 첨가된 다른 화합물에 포함되는 것을 특징으로 하는 감광성 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 방향족 고리가 나프탈렌 또는 그의 유도체인 것을 특징으로 하는 감광성 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 산에 의해 분해되어 알카리-용해도를 나타낼 수 있는 그룹 및 알카리-용해기를 포함하는 관능기를 갖는 중합체로 구성되는 것을 특징으로 하는 감광성 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 화학식 4로 표시되는 반복단위가 하기 화학식 5로 표시되는 반복단위인 것을 특징으로 하는 감광성 조성물.
    [화학식 5]
    Figure kpo00203
    (상기 화학식 5에서, R46은 수소원자, 지방족 탄화수소기, 알콕시기, 할로겐원자 또는 시아노기이다)
  6. 기판상에 화학선의 조사에 의해 산을 발생시킬 수 있는 화합물 및 하기 화학식 4으로 표시되는 반복단위를 갖는 중합체로 구성되는 감고아성 조성물을 코팅하고, 가열하면서 상기 감광성 조성물을 건조하여 수지층을 형성하며; 광조사에 의해 노출에 상기 수지층의 열처리를 실시하고; 및 열처리후 현상액을 사용하여 상기 수지층을 현상시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 패턴의 형성방법.
    [화학식 4]
    Figure kpo00204
    (상기 화학식 4에서, R41은 수소원자, 지방족 탄화수소기, 알콕시기, 할로겐원자 또는 시아노기이며; R42와 R43은 같거나 다르며, 각각 지방족 탄화수소 또는 고리형 올레핀이며; R44는 시클로부탄고리, 시클로펜탄고리, 시클로헥산고리, 시클로헵탄고리, 시클로옥탄고리, 상기 각각에 가교된 탄화수소기를 포함한 것, 스피로고리, 테르펜고리, 스테로이드, 빌산, 디지탈로이드, 캄퍼고리, 이소-캄퍼고리, 세스퀴테르펜고리, 산톤고리, 디테르펜고리, 트리테르펜고리 및 스테로이드 사포닌으로 이루어진 그룹에서 선택된 기이며; 및 R45는 친수성기이다)
  7. 기판상에 화학선의 조사에 의해 산을 발생시킬 수 있는 화합물 및 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 갖는 중합체로 구성되는 감광성 조성물을 코팅하여, 레지스트 필르을 형성하고; 광조사에 의해 패턴 노출에 상기 레지스트 필름의 선정된 영역을 노출시키고; 패턴 노출후 현상액을 사용하여 상기 수지 필름을 현상하여, 레지스트 패턴을 형성하고; 및 에칭 마스크로 레지스트 패턴을 사용하여 기판의 패터닝을 실시하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자부품의 제조방법.
    [화학식 4]
    Figure kpo00205
    (상기 화학식 4에서, R41은 수소원자, 지방족 탄화수소기, 알콕시기, 할로겐원자 또는 시아노기이며; R42와 R43은 같거나 다르며, 각각 지방족 탄화수소 또는 고리형 올레핀이며; R44는 시클로부탄고리, 시클로펜탄고리, 시클로헥산고리, 시클로헵탄고리, 시클로옥탄고리, 상기 각각에 가교된 탄화수소기를 포함한 것, 스피로고리, 테르펜고리, 스테로이드, 빌산, 디지탈로이드, 캄퍼고리, 이소-캄퍼고리, 세스퀴테르펜고리, 산톤고리, 디테르펜고리, 트리테르펜고리 및 스테로이드 사포닌으로 이루어진 그룹에서 선택된 기이며; 및 R45는 친수성기이다)
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