KR100404951B1 - 레지스트표면의반사-방지코팅용조성물 - Google Patents

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쉬플리 캄파니, 엘.엘.씨.
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Abstract

본 발명은 수용성 불소 화합물과 물을 주성분으로 함유하는, 레지스트 표면의 반사-방지 코팅용 조성물로, 수용성 불소 화합물이 (A) 20 ℃, 1 기압에서 고체 상태인 수용성 불소 화합물과, (B) 20 ℃, 1 기압에서 액체 상태이고 1 기압 하에서 적어도 100 ℃ 의 끓는점을 갖는 수용성 불소 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 레지스트 표면의 반사-방지 코팅용 조성물에 관한 것이다.

Description

레지스트 표면의 반사-방지 코팅용 조성물
본 발명은 반도체 소자등의 제조에 있어서 미세 가공법에 사용되는 레지스트표면의 반사-방지 코팅용 조성물에 관한 것이다.
집적 회로 등을 제조하기 위한 미세 가공 기술들은 가공 정밀도에 있어서 해마다 개선되고 있고, 다이내믹 랜덤 액세스 메모리 (DRAM) 를 예로 들어, 서브미크론 정도의 가공 기술이 지금까지 대량 생산 단계에서 확립되었다.
서브미크론의 가공 기술에는 g-선 (436 nm), i-선 (365 nm) 및 KrF 엑시머 레이저 (248 nm) 등의 짧은 파장의 광선을 사용하는 사진 평판 인쇄 (寫眞平版印刷) 이 이용된다. 이러한 기술들에 사용되는 포토레지스트 조성물이 점차 개선되어 성능이 좋은 여러 가지 포토레지스트 조성물들이 제공되고 있다.
이러한 포토레지스트 조성물들에 요구되는 성능은 높은 해상력(解像力)
뿐만 아니라 미세한 전사 패턴이 코팅 막의 두께에 의해서 크기가 변동되는 것을 최소한으로 줄이는 것이다. 그러나, 사진 평판 인쇄에 있어서는, 빛의 간섭에 의한 영향 때문에, 코팅 막의 두께에 의한 미세 패턴의 크기 변동을 최소화하는 것이 제한되어 있다.
즉, 조사(照射)된 광선이 포토레지스트 코팅 막의 위쪽 표면과 아래쪽 표면 사이의 막 내부에서 다중(多重) 반사를 반복하고, 조사 광선은 단색(單色) 광이기 때문에, 반사광의 간섭에 의해 유효 광선량은 코팅 막의 두께에 따라 다르며, 따라서 크기 정밀도의 개선이 제한된다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 하나의 방법으로, 포토레지스트 코팅 막의 표면에 포토레지스트 코팅 막의 굴절 지수와는 다른 굴절 지수를 갖는 투명 막을 형성시켜, (i) 포토레지스트 코팅 막의 위쪽 표면에서 반사되는 광선과 (ⅱ) 포토레지스트 코팅 막의 위쪽 표면을 통과하고, 굴절 지수가 다른 새롭게 코팅된 투명 막의 위쪽 표면에서 반사되는 광선 간의 위상 간섭 (phase interference)을 사용하여 막 내부에서의 다중 간섭을 최소화시키는, 크기 정밀도를 개선하는 (크기 조절) 방법이 제안되었다 (일본국 특허 공개 제 85-149130 호, 일본국 특허 공개 제 87-62520 호, 일본국 특허 공개 제 87-62521 호 및 일본국 특허 공개 제 93-188598 호를 참조).
상기 투명 막의 가장 만족스러운 굴절 지수는 포토레지스트 코팅 막의 굴절 지수의 제곱근이며, 일반적으로 1.25 내지 1.35 의 범위이다. 그러나, 평판 인쇄 (平版印刷) 단계의 바람직한 구현예에서 수성 매질에서 코팅 막을 형성 및 제거시키는 것이 필요하며, 이러한 필요조건 하에서, 가능한 가장 낮은 굴절 지수는 현재로서는 1.4 정도이다.
따라서, 굴절 지수를 낮추기 위해 불소-함유 화합물을 사용하는 것이 일반적으로 바람직하나, 막-형성력이 있는 수용성 불소-함유 화합물이 거의 없다. 그러므로, 불소를 함유하지 않는 막-형성가능 중합체를 첨가해야 하며 이와 같은 막-형성가능 중합체의 첨가는 굴절 지수가 낮아지는 것을 방해한다.
또한, 종래의 레지스트 표면의 반사-방지 코팅용 조성물들은 코팅된 막의 두께가 균일하지 않다는 점 (이 현상을 "스트라이에이션(striation)"이라 부른다), 코팅 후 즉시 만족스러운 막이 만들어진다 해도 짧은 시간(예를 들면, 24 시간내) 에 막 내부에서 바람직하지 못한 입자-유사 물질들이 형성된다는 점, 사용된 포토레지스트에 따라서 현상 후에 많은 양의 찌꺼기 (뜬 찌끼) 가 형성된다는 점, 그리고 현상 중에 전사 패턴이 벗겨진다는 점과 같은 여러 가지 단점들을 제공한다. 이러한 조성물들은 설령 만족스러울 정도로 낮은 굴절 지수를 제공하여도 실제적으로 사용할 수 있지 않다.
이러한 상황하에서, 굴절 지수가 낮고 ( 최대 1.4 ), 수성 매질에서 코팅 막을 만족스러울 정도로 형성 혹은 제거시킬 수 있으며, 현상 찌꺼기(뜬 찌끼) 의 문제가 전혀 야기되지 않는, 레지스트 표면의 반사-방지 코팅용 조성물을 제공하기 위해 본 발명이 이루어졌다.
상기 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명자들은 연구를 한 결과, 굴절 지수가 낮아지는 것을 어렵게 하는 막-형성가능 중합체를 사용하지 않거나 극소량으로만 사용하면서, 특정 화합물을 사용하여, 레지스트 표면의 반사-방지 코팅용 조성물을 제조함으로써, 상기의 목적을 달성할 수 있다는 사실을 발견하였다.
즉, 본 발명의 중요한 특징은 수용성 불소 화합물과 물을 주성분으로 함유하는 레지스트 표면의 반사-방지 코팅용 조성물에 있으며, 여기서 수용성 불소 화합물은 (A) 20 ℃, 1 기압에서 고체인 수용성 불소 화합물과, (B) 20 ℃, 1기압에서 액체이고 1기압 하에서 적어도 100 ℃ 의 끓는점을 갖는 수용성 불소 화합물을 함유한다.
아래에, 본 발명을 더욱 더 상세하게 기술한다.
본 발명에서, (A) 20 ℃, 1 기압에서 고체인 수용성 불소 화합물은 상기의 조건을 만족시키는 한 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 25 ℃ 에서 고체인 수용성 불소 화합물이다. 또한, 수용성 고체 불소화합물 (A) 는 1 기압 하에서 바람직하게는 적어도 150 ℃ 의 끓는 점, 더 바람직하게는 적어도 200 ℃, 가장 바람직하게는 적어도 250 ℃ 의 끓는점을 갖는 것이 좋다. 본 발명에 사용된 "수용성(water-soluble)" 이라는 용어는 적어도 0.1 중량%, 바람직하게는 적어도 0.5 중량% 가 수용액에 용해되는 것을 의미하는 말이다. 여기에 사용된 "수용액 (aqueous solution)" 이라는 용어는 주로 물로 이루어지는 용액을 의미하는 것이며, 또한 물 단독 또는 물과 최대 30 중량%, 바람직하게는 최대 20 중량% 의 유기 용매의 혼합물을 의미하는 것이기도 하다. 유기용매의 예들은 본 발명의 조성물에 사용되는 용매의 설명에서 하기에 구체적으로 설명된다.
수용성 고체 불소 화합물 (A) 는 20 ℃ 에서 고체인 수용성 화합물, 예컨대 총 탄소수가 3 내지 30, 바람직하게는 5 내지 20 인 퍼플루오로알킬술폰산이나 퍼플루오로알킬카르복실산; 총 탄소수가 8 내지 40, 바람직하게는 9 내지 20 인 퍼플루오로알킬벤젠술폰산, 퍼플루오로알킬옥시벤젠술폰산, 퍼플루오로알킬벤젠카르복실산 또는 퍼플루오로알킬옥시벤젠카르복실산; 및 총 탄소수가 4 내지 1,000, 바람직하게는 4 내지 500인 퍼플루오로알킬폴리에테르 술폰산 또는 퍼플루오로알킬폴리에테르 카르복실산 등이다. 각각의 상기 불소-함유 유기화합물 (A) 는 불소로 치환될 수 있는 유리 산, 암모늄 염 또는 모노-내지 테트라알킬암모늄 염의 형태로 존재할 수 있다. 또한, 이러한 수용성 고체 불소 화합물 (A) 는 둘 이상의 혼합물로 사용될 수도 있다.
이들 중에서도, 바람직한 예들에는 퍼플루오로알킬술폰산, 퍼플루오로알킬카르복실산, 퍼플루오로알킬폴리에테르술폰산, 퍼플루오로알킬폴리에테르카르복실산 및 이들의 염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물이 포함된다.
상기 언급된 불소-함유 유기화합물의 더욱 특별한 예들은 퍼플루오로부탄술폰산, 퍼플루오로헵탄술폰산, 퍼플루오로옥탄술폰산, 퍼플루오로데칸술폰산, 퍼플루오로아디프산, 퍼플루오로옥탄산, 퍼플루오로아젤라산, 퍼플루오로세바크산, 퍼플루오로-1, 10-데칸디카르복실산, 퍼플루오로헵타옥시벤젠술폰산, 퍼플루오로알킬폴리에테르술폰산 (예를 들면 듀퐁사 제조의 Nafion?), 퍼플루오로알킬폴리에테르카르복실산, 퍼플루오로알킬폴리에테르디카르복실산, 및 20 ℃, 1 기압에서 고체 화합물인 플루오로알킬기를 갖는 수용성 아크릴산 유도체 중합체이다.
또한, 수용성 고체 불소 화합물 (A) 로서, 하기 화학식의 화합물, 예컨대 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로헥산-1,6-디올이 바람직하게 사용될 수 있다.
한편, (B) 20 ℃, 1 기압에서 액체이고 1 기압 하에서 적어도 100 ℃ 의 끓는점을 갖는 수용성 불소 화합물은 상기의 조건을 만족시키는한 한정되지 않고, 바람직하게는 10 ℃ 에서 액체인 수용성 불소 화합물이다. 또한, 수용성 액체 불소 화합물 (B) 는 1 기압 하에서 바람직하게는 적어도 150 ℃ 의 끓는 점, 더 바람직하게는 적어도 200 ℃ 의 끓는점을 갖는 것이 좋다. 더욱이, 액체 불소 화합물의 점성도가 너무 낮으면, 만족스러운 막을 거의 얻을 수가 없으며, 그러므로 액체 불소 화합물은 25 ℃ 에서 일반적으로 적어도 3 센티포아즈 (cP) 의 점성도, 바람직하게는 적어도 10 센티포아즈, 더욱 바람직하게는 적어도 30 센티포아즈, 가장 바람직하게는 적어도 50 센티포아즈의 점성도를 갖는다.
수용성 액체 불소 화합물 (B) 의 점성도의 상한 (上限) 은 실질적으로 제한되지 않으며, 젤리-유사 화합물도 수용액에 가용성인 한 사용될 수 있다.
수용성 액체 불소 화합물 (B)의 예들에는 하기의 화합물들이 포함된다 :
① 하기 화학식 (I)의 중성 수용성 불소 화합물 :
(여기서 R1은 불소-치환된 알킬기이며, R2는 불소로 치환될 수 있는 알킬렌기이고, X1, X2, X3, X4및 X5는 독립적으로 수소 원자 혹은 불소 원자이며, m 과 n 은 각각 0 에서 5 까지의 정수임) ;
② 퍼플루오로알킬술폰산 또는 퍼플루오로알킬카르복실산 예컨대 트리플루오로메탄술폰산과 헵타플루오로부탄산 ; 및
③ 20 ℃, 1 기압에서 액체인, 총 탄소수가 4 내지 1,000, 바람직하게는 4 내지 500 인 퍼플루오로알킬폴리에테르술폰산 및 퍼플루오로알킬폴리에테르카르복실산, 예컨대 퍼플루오로(2-에톡시에탄)술폰산, 퍼플루오로-2,5-디메틸-3,6-디옥사노난산 및 퍼플루오로-2,5,8-트리메틸-3,6,9-트리옥사도데칸산 등.
이러한 수용성 액체 불소 화합물 (B) 중에서도, 20 ℃, 1 기압에서 액체 상태인 상기 화학식 (I) 의 화합물 또는 퍼플루오로알킬폴리에테르카르복실산이 바람직하다.
이러한 예들 중에서, 바람직하게는 퍼플루오로알킬폴리에테르카르복실산의 중량 평균 분자량은 최대 6,000, 바람직하게는 1,000 내지 5,500, 더욱 바람직하게는 1,500 내지 5,000 이다. 분자량이 너무 적으면, 결정과 유사한 바람직하지 못한 물질들이 코팅막에서 발생된다. 반면에, 분자량이 너무 크면, 화합물이 수용액에 거의 용해될 수 없게 된다. 퍼플루오로알킬폴리에테르카르복실산의 더욱 특별한 예들에는 하기 화학식 (Ⅱ) 의 듀퐁사 제조의 Krytox?157FSL 및 Krytox?157FSM가 포함된다.
(n = 적어도 1 인 정수)
각각의 상기 불소-함유 유기화합물들은 불소로 치환될 수 있는 유리산, 암모늄 염, 또는 모노-내지 테트라알킬암모늄 염의 형태로 존재할 수 있다.
이러한 화합물들은 중성인 것이 좋으며, 이는 산성 화합물을 사용하는 경우, 그로 인해서 장치가 부식되기 쉽기 때문이다.
본 발명에서, "중성(neural)" 이라는 용어는 1 중량% 수용액의 pH가 4 내지 10, 바람직하게는 5 내지 9 범위인 것을 의미한다. (여기에 사용된 "수(aqueous)"용액이란 용어는 주성분으로서의 물을 적어도 50 중량% 함유하는 용액을 의미한다.)
상기 화학식 (I) 에서, R1으로 표시된 불소-치환된 알킬기의 더욱 바람직한 예들에는 탄소수가 2 내지 20, 바람직하게는 2 내지 15 인 불소화 알킬기가 포함되며, R2로 표시된 알킬렌기의 예들에는 불소로 치환될 수 있는 탄소수가 1 내지 5인 알킬렌기가 포함된다. 또한, m 과 n 은 각각 0 내지 5 의 정수이며, 바람직하게는 1 이다.
상기 화학식 (I)의 화합물의 예들에는 3-(2-퍼플루오로헥실)에톡시-1,2-디히드록시프로판 (끓는 점 : 적어도 300 ℃/1 원자, 125 ℃/0.2 mmHg) 등이 포함된다. 또한, 그 밖의 중성 수용성 불소 화합물의 예들에는 플루오로알킬 알코올, 예컨대 2,2,3,3-테트라플루오로프로판올 ( b.p. 110 ℃), 2,2,3,3,4,4-헥사플루오로부탄올 ( b.p. 약 125 ℃) 및 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로에탄올 ( b.p. 140 ℃) 등, 20 ℃, 1 기압에서 액체인 아크릴산 및/또는 메트아크릴산-플루오로알킬 에스테르와 같은 불소-함유 (메트)아크릴산 유도체 (구성 단위)로 이루어지는 중합체, 예를 들어 스미또모 3M사 제조의 FC-430 과 다이닛뽕 잉크 앤 케미칼즈사 제조의 F-177,F-179, 및 스미또모 3M사 제조의 FC-171 (퍼플루오로알킬알콕실레이트) 등이 포함된다. 이러한 불소 화합물들은 경우에 따라서는 둘 이상의 혼합물의 형태로 사용될 수 있으며, 1 기압하에서 100 ℃ 내지 200 ℃ 의 끓는점을 갖는 화합물과 1 기압 하에서 적어도 200 ℃ 의 끓는점을 갖는 화합물의 혼합물이 만족스러운 결과를 제공한다.
또한, 이러한 플루오로알킬 알코올들을 N 상기 화학식 (I) 및/또는 (II) 의 화합물들과 배합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 언급된 수용성 액체 불소 화합물들 (B) 중에서도, 바람직한 예들에는 상기 화학식 (I) 의 불소 화합물 및/또는 Krytox?157 FSL, Krytox?157 FSM, 등이 포함된다.
본 발명에 사용된, 수용성 고체 불소 화합물 (A) 와 수용성 액체 불소 화합물 (B) 는 화합물들의 수소 원자가 불소 원자로 치환된 화합물들이며, 불소 치환율이 더욱 높은 것이 좋으며 통상 수소 원자의 적어도 50 % 가 불소 원자로 치환되는 것이 좋다.
고체인 수용성 고체 불소 화합물 (A) / 액체인 수용성 액체 불소 화합물 (B)를 10/1 내지 1/20, 바람직하게는 5/1 내지 1/10 의 혼합 중량비로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 반사-방지 코팅 조성물은 이러한 수용성 불소 화합물 (A)와 (B)를 수용성 용매에 대하여 총 1 중량% 내지 10 중량% 로 함유한다.
또한, 본 발명의 반사-방지 코팅 조성물은 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴산, 폴리비닐 피롤리돈 및 폴리비닐 메틸 에테르와 같은 막-형성가능 중합체도 더 함유할 수 있다. 그러나, 이러한 중합체의 양은 굴절 지수에 불리한 영향을 미치지 않도록 불소 화합물의 총량에 대하여 최대 20 중량%, 바람직하게는 최대 10 중량% 여야 한다. 막-형성가능 중합체의 양이 너무 높으면, 만족스러운 굴절 지수를 얻을 수 없다.
본 발명의 조성물을 위한 용매로서 물을 사용하는 것이 일반적이나, 불소 화합물의 용해도를 향상시키기 위한 목적으로, 물과 혼화 (混和) 가능한 유기 용매들, 예컨대 불소 원자로 치환될 수 있는 메탄올, 에탄올 또는 프로판올을 포함하는 저급 알코올, 또는 아세트산을 포함하는 저급 알킬카르복실산을 혼합 용매의 형태로 물과 배합하여 사용할 수 있다. 이같은 경우에, 유기 용매의 혼합 비율이 너무 높으면, 유기 용매가 코팅시 하부의 포토레지스트 층을 용해시키는 경향이 있고, 따라서 유기 용매가 바람직하게는 최대 30 중량%, 더욱 바람직하게는 최대 20 중량% 의 양으로 사용된다.
본 발명의 조성물은 본 발명의 취지에서 벗어나는 일없이 낮은 굴절 지수를 갖는 그 밖의 불소-함유 화합물들도 더 함유할 수 있으나, 이같은 낮은 굴절 지수의 화합물은 상기의 용액에 가용성이어야 하며 이의 첨가량은 바람직하게는 본 발명에 사용된 불소-함유 화합물들의 총 중량에 대하여 최대 20 % 이어야 한다. 또한, 본 발명의 조성물은 코팅성, 발포억제성 등을 개선시키기 위한 목적으로 계면활성제 등을 더 함유할 수 있다.
평판 인쇄의 관점에서는, 투사(投射) 광선 파장의 흡광도를 감소시키는 기능을 갖는 화합물을 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 패턴 형성 방법은 포토레지스트 조성물을 기판에 코팅하는 단계, 수득된 포토레지스트막을 노광 (露光) 시켜 특정 패턴이 형성되도록 하는 단계, 및 상기 포토레지스트를 알칼리성 수용액으로 현상시키는 단계를 포함하는 공지된 패턴 형성 방법으로 본 발명에 따른 조성물을 노광 전에 포토레지스트막에 코팅하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 포토레지스트 조성물로서, 포지티브형이나 네가티브형 모두 사용될 수 있으며, 각종 공지된 포토레지스트 조성물들이 사용될 수 있다. 포지티브형의 포토레지스트 조성물로서, 알칼리-가용성 수지, 나프토퀴논디아지드형의 감광제(感光劑) 및 용매가 통상 함유된 나프토퀴논 디아지드형의 포지티브 포토레지스트 조성물들을 언급할 수 있다. (예를 들어, 일본국 공개 명세서 Sho 61-118744.)
화학적으로 강화된 형 (chemical amplification type) 의 포지티브 포토레지스트로서, 폴리히드록시스티렌의 히드록실기가 t-부톡시 카르보닐기에 의해 보호된 중합체와 빛에 의해 산 (酸)을 발생시키는 물질 (photo-acid-generating material) 의 배합물들을 예로서 들 수 있다 [ 이또(H.Ito), 윌슨 (C.G.Willson) : Polym. Eng. Sci., 제 23 권, 제 1012 호 (1983년) 등 참조].
네가티브형의 포토레지스트 조성물들 중에서 화학적으로 강화된 형의 네가티브 포토레지스트로서, 알칼리-가용성 수지들, 가교결합제로서의 헥사메톡시멜라민및 빛에 의해 산을 발생시키는 물질이 함유된 포토레지스트 조성물들을 들 수 있다. [예를 들어, 휠리 (W.E.Feely), 임호프 (J.C.Imhof), 슈타인 (C.M.Stein), 휘셔 (T.A.Fisher), 르젠저 (M.W.Legenza) : Polym. Eng. Sci., 제 26 권, 제 1101 호 (1986 년) 참조].
본 발명에 따른 패턴 형성 방법에 사용되는 기판은 특별히 제한되지 않으며, 실리콘 기판 및 갈륨-비소화물 기판 등과 같은 IC 제조용 기판이 일반적으로 사용된다.
포토레지스트 조성물을 기판에 코팅하는 방법은 통상의 방법, 예를 들면, 스핀-코팅기 (spin-coater) 등을 사용하여 실행한다.
수득된 포토레지스트의 막 두께는 일반적으로 0.3 ㎛ - 5.0 ㎛ 이다.
기판에 포토레지스트를 코팅한 후의 열-및-건조 처리 (heat-and-dry treatment) 는 핫 플레이트 (hot plate) 등을 사용하여, 보통 70 ℃ - 100 ℃ 에서 30 초 - 120 초간 실행한다.
본 발명에 따른 패턴 형성 방법은 상기 언급된 조성물을 포토레지스트에 코팅하여 레지스트 표면에 반사-방지 코팅막이 형성되게 하는 것을 특징으로 한다.
반사-방지 코팅막의 막 두께는 노출 파장 등에 따라 적절하게 최적화될 수 있다.
반사-방지 코팅막 형성을 위한 조성물로 수용성 불소 화합물의 수용액이 함유된 조성물을 사용하므로, 형성된 반사-방지 코팅막은 노출 후에 현상 중에 알칼리성 수용액에 의해 또는 물에 의한 헹굼으로 쉽게 제거될 수 있다. 이같은 반사-방지 코팅막은 포토레지스트 표면에서 형성되므로, 레지스트 패턴 크기의 변화 및 해상력이 개선된다.
수용성 불소 화합물을 함유하는, 포토레지스트 막 표면에 형성된 코팅막은 노출 후에 현상 중에 알칼리성 수성 현상액에 의해서 제거될 수 있지만, 현상 전에 물로 씻어내어 미리 제거해 주는 것이 좋다.
기판 표면에 형성된 포토레지스트 막을 배경으로 이미지 전사 (image transfer) 를 실행시키는 데 사용되는 노출 파장으로서는, g-선 (436 nm), i-선 (365 nm), Xe-Cl 엑시머 레이저 복사선 (308 nm), Kr-F 엑시머 레이저 복사선 (248 nm) 또는 Ar-F 엑시머 레이저 복사선 (193 nm) 이 일반적으로 언급되나, 추가적으로 다중-파장들도 사용될 수 있다.
포토레지스트막과 반사-방지 코팅막의 노출 후, 필요하다면 노출 후 (後)-베이킹 (PEB) 을 실행할 수도 있다. 바람직하게는 PEB 는 핫 플레이트 등을 사용하여, 90 ℃ -120 ℃ 에서 60 초 - 120 초 동안 실행된다. 핫 플레이트 대신에 대류식(對流式) 오븐을 사용할 수도 있으며, 이 경우에는 핫 플레이트를 사용하는 경우보다 일반적으로 시간이 더 오래 걸린다.
노출 후의 포토레지스트를 현상하기 위한 알칼리성 수용액으로서는, 무기 알칼리들 예컨대 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 탄산 나트륨, 암모니아, 규산나트륨, 메타규산 나트륨 등의 수용액들, 1차 아민들 예컨대 에틸아민과 n-프로필아민 등의 수용액들, 2차 아민들 예컨대 디에틸아민과 디-n-프로필아민 등의 수용액들, 3차 아민들 예컨대 트리에틸아민과 메틸디에틸아민 등의 수용액들, 및 4차 암모늄 염들예컨대 수산화 테트라메틸암모늄과 수산화 트리메틸히드록시에틸암모늄 등의 수용액들이, 그 자체로 혹은 알코올 등과 혼합된 상태로 사용될 수 있다.
더욱이, 필요하다면, 계면활성제 등도 첨가하여, 사용할 수도 있다. 현상 시간은 약 0 초 - 180 초, 현상 온도는 약 15 ℃ - 30 ℃ 인 것이 바람직하다. 포토레지스트 현상액은 불용성 물질들의 제거여과 후 사용될 수 있다.
이제, 실시예들에 관련하여 본 발명을 더욱 더 상세히 기술하고자 한다. 그렇지만, 본 발명이 이같은 실시예들에 한정되는 것은 결코 아님을 이해하여야 한다.
반사-방지 코팅 조성물의 제조
제조 실시예 1
수산화 테트라메틸암모늄 수용액으로 중화된 ( 중화율: 95 % ) 헵타데카플루오로옥탄술폰산 (퍼플루오로옥탄술폰산) 의 염과 3-(2-트리데카플루오로헥실)에톡시-1, 2-디히드록시프로판 (점성도가 적어도 100 센티포아즈인 것) 을 60 : 40 의 중량비로 혼합하였고, 혼합물을 물에 4 중량% (비(非)-용매 성분 농도) 의 양으로 용해시켰으며, 생성된 용액을 0.2 ㎛ 필터를 통해 여과시켜서 반사-방지 코팅 조성물 (A) 를 얻었다.
제조 실시예 2
혼합 비율을 65 : 35 로 바꾸고, 물에 대해 1 중량% 의 양으로 첨가된 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로펜탄올을 함유하는 혼합 용매를 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1 에서와 동일한 방식으로 반사-방지 코팅 조성물 (B) 를 제조하였다.
제조 실시예 3
헵타데카플루오로옥탄술폰산을 펜타데카플루오로옥탄산 (퍼플루오로옥탄산) 으로 바꾼 것을 제외하고는, 제조 실시예 1 에서와 동일한 방식으로 반사-방지 코팅 조성물 (C) 를 제조하였다.
제조 실시예 4
수산화 테트라메틸암모늄 수용액으로 중화된 ( 중화율: 95 % ) 펜타데카플루오로옥탄산의 염과, 수산화 테트라메틸암모늄 수용액으로 중화된 ( 중화율 : 100 % ) 퍼플루오로알킬폴리에테르카르복실산 [듀퐁사 제조의 Krytox?157 FSL (점성도 : 28 센티포아즈, 중량 평균 분자량 : 약 2,500)] 의 염을 50 : 50 의 중량비로 혼합하고, 혼합물을 이소프로필 알코올/물 (중량비 20/80) 의 용매에 4 중량% 의 양(비-용매 성분 농도) 으로 용해시키고, 생성된 용액을 0.2 ㎛ 필터를 통해 여과시킴으로써, 반사-방지 코팅 조성물 (D) 를 제조하였다.
제조 실시예 5
수산화 테트라메틸암모늄 수용액으로 중화된 ( 중화율: 95 % ) 헵타데카플루오로옥탄술폰산의 염, 수산화 테트라메틸암모늄 수용액으로 중화된 ( 중화율 : 95 % ) 퍼플루오로알킬폴리에테르카르복실산 (듀퐁사 제조의 Krytox?157 FSL ) 의 염, 및 폴리비닐 피롤리돈 (BASF사 제조의 Luviskol?K30) 을 45 : 50 : 5 의 중량비로 혼합하고, 혼합물을 이소프로필 알코올/물 (중량비 20/80) 의 용매에 4 중량%의 양 (비-용매 성분 농도)으로 용해시키고 생성된 용액을 0.2 ㎛ 필터를 통해 여과시킴으로써 반사-방지 코팅 조성물 (E) 를 제조하였다.
제조 실시예 6
3-(2-트리데카플루오로헥실)에톡시-1,2-디히드록시프로판을 사용하지 않은 것을 제외하고는, 제조 실시예 1 에서와 동일한 방식으로 비교용 반사-방지 코팅 조성물 (F) 를 제조하였다.
제조 실시예 7
수산화 테트라메틸암모늄 수용액으로 중화된 ( 중화율: 95 % ) 헵타데카플루오로옥탄술폰산의 염을 사용하지 않은 것을 제외하고는, 제조 실시예 1 에서와 동일한 방식으로 비교용 반사-방지 코팅 조성물 (G) 를 제조하였다.
제조 실시예 8
수산화 테트라메틸암모늄 수용액으로 중화된 ( 중화율: 95 % ) 펜타데카플루오로옥탄산의 염을 사용하지 않은 것을 제외하고는, 제조 실시예 4 에서와 동일한 방식으로 비교용 반사-방지 코팅 조성물 (H) 를 제조하였다.
제조 실시예 9
수산화 테트라메틸암모늄 수용액으로 중화된 ( 중화율: 100 % ) Krytox?157 FSL 의 염을 사용하지 않은 것을 제외하고는, 제조 실시예 4 에서와 동일한 방식으로 비교용 반사-방지 코팅 조성물 (I) 를 제조하였다.
제조 실시예 10
3-(2-트리 데카플루오로헥실)에톡시-1,2-디히드록시프로판을 폴리비닐 피롤리돈 (BASF사 제조의 Luviskol?K 90) 으로 바꾼 것을 제외하고는, 제조 실시예 1 에서와 동일한 방식으로 비교용 반사-방지 코팅 조성물 (J) 를 제조하였다.
제조 실시예 11
혼합 비율을 70 : 30 으로 한 것을 제외하고는, 제조 실시예 10 에서와 동일한 방식으로 비교용 반사-방지 코팅 조성물 (K) 를 제조하였다.
제조 실시예 12
혼합 비율을 80 : 20 으로 한 것을 제외하고는, 제조 실시예 10 에서와 동일한 방식으로 반사-방지 코팅 조성물 (L) 을 제조하였다.
제조 실시예 13
헵타데카플루오로옥탄 술폰산의 테트라메틸암모늄염을 펜타데카플루오로옥탄산의 암모늄염으로 바꾸고, 폴리비닐 피롤리돈을 α-퍼플루오로노네닐-ω-메톡시폴리옥시에틸렌 (Neos사 제조의 Ftergent 250) 으로 바꾼 것을 제외하고는, 제조 실시예 11 에서와 동일한 방식으로 비교용 반사-방지 코팅 조성물 (M) 을 제조하였다.
제조 실시예 14
헵타데카플루오로옥탄 술폰산의 테트라메틸암모늄염을 펜타데카플루오로옥탄산의 암모늄염으로 바꾸고, 폴리비닐 피롤리돈을 폴리아크릴산으로 바꾼 것을 제외하고는, 제조 실시예 10 에서와 동일한 방식으로 비교용 반사-방지 코팅 조성물(N) 을 제조하였다.
실시예 1 - 5 및 비교예 1 - 9
각각의 상기 제조된 반사-방지 코팅 조성물 (A) 에서 (N) 까지를 5인치-실리콘 웨이퍼에 스핀-코팅하였고, 코팅된 막을 막 두께가 약 400 Å 인 코팅막을 수득하기 위해 핫 플레이트상에서 80 ℃ 에서 90 초 동안 가열-베이킹 (heat-baking) 하여 건조시켰다. 이렇게 수득된 코팅막을 눈으로 관찰하여 코팅성을 평가하였으며 이의 굴절 지수를 측정하였다. 결과들은 다음의 표 1 에 나타나 있다. 이렇게 수득된 코팅막을 23 ℃ 의 물에 담갔고, 코팅막의 용해에 의해 박리성 (剝離性) 을 관찰하였다. 이러한 결과로서, 실시예들과 비교예들 양쪽 모두의 코팅막들은 어떠한 문제도 일으키지 않으면서 용해에 의해 벗겨질 수 있었다.
표 1
실시예 6 및 비교예 10 - 11
퀴논디아지드 포지티브형 포토레지스트 (도오꾜오오까 고교사 제조의 TSMR-V90) 를 5 인치-실리콘 웨이퍼에 스핀-코팅하였고, 코팅된 막을 막 두께가 약 10350 Å 인 포토레지스트 코팅막을 수득하기 위해 핫 플레이트 상에서 90 ℃ 에서 90 초 동안 가열-베이킹하여 건조시켰다. 또한, 각각의 상기 제조된 반사-방지 코팅 조성물들 (A), (M) 및 (N) 을 포토레지스트막에 스핀-코팅하였으며, 표면에 반사-방지 코팅막 (두께 : 700 Å ) 이 있는 포토레지스트막으로 코팅된 웨이퍼를 수득하기 위해 핫 플레이트 상에서 90 ℃ 에서 60 초 동안 가열-베이킹하여 건조시켰다.
이렇게 제조된 웨이퍼를 GCA사 제조의 g-선 스테퍼 (축소 투영 노광 (露光) 장치) DSW-6700B 로 시험 패턴들이 있는 마스크를 통해서 광선에 노출시켰고, 웨이퍼를 핫 플레이트 상에서 120 ℃ 에서 90 초 동안 노출후-베이킹시켰으며, 그 다음에는 2.38 % 의 수산화 테트라메틸암모늄 수용액을 사용하여, 60 초간 패들 현상 (paddle development)시켰다.
1 ㎛ 의 라인과 스페이스 ( 1 : 1 ) 패턴을 제공하도록 노출량을 결정하였으며 현상 패턴을 주사형 전자 현미경으로 관찰하였다. 결과들은 다음의 표 2 에 나타나 있다.
표 2
실시예 7 및 비교예 12 - 13
퀴논디아지드 포지티브형 포토레지스트 (미쓰비시 케미칼사 제조의 MCPR-i6600) 를 약 100 Å 의 간격으로 10,000 Å 내지 12,000 Å 의 두께를 갖는 포토레지스트 코팅막으로 코팅된 웨이퍼를 수득하기 위해 실시예 6 에서와 동일한 방식으로 복수의 웨이퍼들에 코팅하였다.
또한, 각각의 상기 제조된 반사-방지 코팅 조성물 (A) 와 (K) 를 실시예 6 에서와 동일한 방식으로 포토레지스트막에 코팅하여 반사-방지 코팅막을 형성시켰다 (두께 : 각각 670 Å(A) 와 640 Å). 반사-방지 코팅막이 있는 웨이퍼와 반사-방지 코팅막이 없는 웨이퍼를 각기 i-선 스테퍼 NSR1755i7A (닛꼰사 제품) 로 시험 패턴들이 있는 마스크를 통해서 광선에 노출시켰고, 핫 플레이트 상에서 120 ℃ 에서 90 초 동안 노출후-베이킹시켰으며, 그 다음에는 2.38 % 의 수산화 테트라메틸암모늄 수용액을 사용하여, 60 초간 패들 현상시켰다.
동일한 노출량 하에서 노출된 0.7 ㎛ 의 마스크 패턴 이미지의 현상된 라인 폭을 전자 현미경으로 측정하였다.
이러한 결과로, 포토레지스트 코팅막의 두께 변동 때문에 초래되는 현상 라인 폭의 변동은 반사-방지 코팅 조성물이 없는 시험 샘플의 경우에서 가장 컸고, 반사-방지 코팅 조성물 (A) 이 있는 시험 샘플의 경우에서 가장 작았다.
반사-방지 코팅 조성물 (K) 가 있는 시험 샘플의 경우에는, 현상 라인 폭의 변동이 반사-방지 코팅 조성물이 없는 시험 샘플의 경우보다 더 작았으나, 현상 라인 폭의 변동이 만족할만한 수준은 아니었다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명의 반사-방지 코팅 조성물은 낮은 굴절 지수와 만족스러운 코팅성을 제공하며, 찌꺼기 발생의 문제를 초래하는 일 없이 수용액에 의해서 쉽게 제거될 수 있다.

Claims (7)

  1. 수용성 불소 화합물과 물을 주성분으로 함유하는, 레지스트 표면의 반사-방지 코팅용 조성물로, 수용성 불소 화합물이 (A) 20 ℃, 1 기압에서 고체인 수용성 불소 화합물과, (B) 20 ℃, 1 기압에서 액체이고 1 기압 하에서 적어도 100 ℃ 의 끓는점을 갖는 수용성 불소 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 레지스트 표면의 반사-방지 코팅용 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, (A) 20 ℃, 1 기압에서 고체인 수용성 불소 화합물이 퍼플루오로알킬술폰산, 퍼플루오로알킬카르복실산, 퍼플루오로알킬폴리에테르술폰산, 퍼플루오로알킬폴리에테르카르복실산 및 이들의 염으로 이루지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, (B) 20 ℃, 1 기압에서 액체이고 1 기압 하에서 적어도 100 ℃ 의 끓는점을 갖는 수용성 불소 화합물이 25 ℃ 에서 적어도 3 센티포아즈 (cP) 의 점성도를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, (B) 20 ℃, 1 기압에서 액체 상태이고 1 기압 하에서 적어도 100 ℃ 의 끓는점을 갖는 수용성 불소 화합물이 하기 화학식 (I) 의 화합물인것을 특징으로 하는 조성물 :
    (여기서 R1은 불소-치환된 알킬기이며; R2는 불소로 치환될 수 있는 알킬렌기이고; X1, X2, X3, X4및 X5는 독립적으로 수소 원자 혹은 불소 원자이며, m 과 n은 각각 0 에서 5 까지의 정수임).
  5. 제 1 항에 있어서, (B) 20 ℃, 1 기압에서 액체 상태이고 1 기압 하에서 적어도 100 ℃ 의 끓는점을 갖는 수용성 불소화합물이 퍼플루오로알킬폴리에테르술폰산, 퍼플루오로알킬폴리에테르카르복실산 및 이들의 염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서, 퍼플루오로알킬폴리에테르카르복실산의 중량 평균 분자량이 최대 6,000 인 것을 특징으로 하는 조성물.
  7. 포토레지스트조성물을 기판에 코팅하는 단계; 수득된 포토레지스트에 레지스트 표면의 반사-방지 코팅용 조성물을 코팅하는 단계; 포토레지스트와 수득된 레지스트 표면의 반사-방지 코팅막을 노광시켜 특정 패턴이 형성되도록 하는 단계; 및 포토레지스트를 알칼리성 수용액으로 현상시키는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법으로, 제 1 항 내지 제 6 항의 어느 한 항에 따른 조성물을 상기 레지스트 표면의 반사-방지 코팅용 조성물로 사용하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
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