KR100737553B1 - High sensitivity resist compositions for electron-based lithography - Google Patents

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Abstract

본 발명의 레지스트 조성물은 산 민감성 이미징 폴리머와 방사 민감성 산 발생기 성분을 가지며, 상기 방사 민감성 산 발생기 성분은 (ⅰ) 용해-억제 산 발생기들로 이루어진 군에서 선택된 제 1 방사 민감성 산 발생기, 및 (ⅱ) 비보호된 산성 기-관능화된 산 발생기 및 산 불안정성 기-보호된 산성 기-관능화된 방사 민감성 산 발생기들로 이루어진 군에서 선택된 제 2 방사 민감성 산 발생기를 포함하고, 이것은 EPL, EUV, 소프트 x-레이, 및 기타 저 에너지 세기 리소그래피 이미징 적용에 사용하기 적합한 고 감도 레지스트의 형성을 가능하게 한다. 상기 레지스트 조성물은 마찬가지로 다른 리소그래피 공정에 유용하게 사용될 수 있다.The resist composition of the present invention has an acid sensitive imaging polymer and a radiation sensitive acid generator component, wherein the radiation sensitive acid generator component is (i) a first radiation sensitive acid generator selected from the group consisting of dissolution-inhibiting acid generators, and (ii ) A second radiation sensitive acid generator selected from the group consisting of an unprotected acid group-functionalized acid generator and an acid labile group-protected acid group-functionalized radiation sensitive acid generator, which includes EPL, EUV, soft It allows the formation of high sensitivity resists suitable for use in x-rays, and other low energy intensity lithography imaging applications. The resist composition may likewise be useful for other lithography processes.

레지스트, 조성물, 감도, 리소그래피Resist, composition, sensitivity, lithography

Description

전자계 리소그래피용 고감도 레지스트 조성물{HIGH SENSITIVITY RESIST COMPOSITIONS FOR ELECTRON-BASED LITHOGRAPHY}High sensitivity resist composition for electromagnetic lithography {HIGH SENSITIVITY RESIST COMPOSITIONS FOR ELECTRON-BASED LITHOGRAPHY}

본 발명은 전자계 리소그래피용 고감도 레지스트 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a highly sensitive resist composition for electromagnetic lithography.

반도체 제조 분야에서, 소자의 크기를 축소하려는 계속적인 요구가 있다. 이 과정은 보다 작은 피쳐 크기(feature sizes)를 제조하는 리소그래피 기술에 대한 요구를 이끌어 낸다.In the field of semiconductor manufacturing, there is a continuing need to reduce the size of devices. This process leads to the need for lithography techniques to produce smaller feature sizes.

웨이브 방사(예를 들면, 자외선, 딥(deep) 자외선(248㎚-KrF), 파(far) 자외선(193㎚-ArF))를 사용하는 리소그래피 공정에서, 해상될 수 있는 가장 작은 피쳐 크기는 이미징 방사의 파장과 관련된다. 193㎚ 리소그래피 공정의 실질적인 사용은 마이크로전자공학 산업에서 시작하고 있다. 157㎚ 방사를 사용하는 리소그래피 공정 및 툴이 계획되고 있지만, 상업적인 실행과는 여전히 멀리 떨어져 있다. 어느 정도, 소정의 이미징 방사 파장으로의 피쳐 크기 해상은 이층(bilayer) 리소그래피 공정 및/또는 마스크-관련 리소그래피 기술(예를 들면, 상 전이 마스크(phase shift masks), 등)과 같은 대안적인 기술을 사용하여 강화될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 추가적인 해상 강화 능력(예를 들면, 50㎚ 이하)이 소위 차세대 리소그래피 또는 NGL에 대해 요구되어질 것이라고 예상된다. NGL에 대한 가능한 루트는 (a) 소위 익스트림 자외선(EUV) 방사 리소그래피, (b) 소프트 x-레이 리소그래피, (c) 전자 프로젝션 리소그래피(EPL)가 있다.In lithography processes using wave radiation (e.g., ultraviolet, deep ultraviolet (248 nm-KrF), far ultraviolet (193 nm-ArF)), the smallest feature size that can be resolved is imaging It is related to the wavelength of the radiation. Practical use of the 193 nm lithography process is beginning in the microelectronics industry. Lithographic processes and tools using 157 nm emission are planned, but are still far from commercial practice. To some extent, feature size resolution at a given imaging emission wavelength can be achieved by alternative techniques such as bilayer lithography processes and / or mask-related lithography techniques (eg, phase shift masks, etc.). Can be enhanced using. Nevertheless, it is anticipated that additional resolution enhancement capabilities (eg, 50 nm or less) will be required for so-called next generation lithography or NGL. Possible routes to NGL include (a) so-called extreme ultraviolet (EUV) emission lithography, (b) soft x-ray lithography, and (c) electron projection lithography (EPL).

전자 빔 이미징은 마이크로전자공학 산업에서 수년 동안 통상적인 포토리소그래피 및 저 용적/저 처리량 직접-기록 웨이퍼(low volume/low throughput direct-write wafer) 적용을 위한 마스크의 제조에 사용되고 있다. 이들 사용에서, 상대적으로 높은 에너지의 좁은 전자 빔은 마스크 블랭크 또는 반도체 웨이퍼상의 레지스트 층의 선택된 영역으로 정확하게 집중된다. 마스크-제조/직접-기록 공정은 이것이 레지스트 표면을 가로질러 요구된 패턴을 기록하고, 노출된 패턴의 후속 현상을 위하여 레지스트 층의 요구된 부위에 충분한 에너지를 전달하기 때문에 일반적으로 빔 위치의 정확한 제어를 매우 느리게 하고 있다. 이들 전자 빔 공정에서의 사용을 위해 고도로 적합한 레지스트 물질의 실예는 본 명세서에 참조로서 포함되는 미국 특허 제6,043,003호 및 제6,037,097호에 개시되어 있다.Electron beam imaging has been used in the microelectronics industry for many years for the manufacture of masks for conventional photolithography and low volume / low throughput direct-write wafer applications. In these uses, a relatively high energy narrow electron beam is precisely focused into a selected area of the resist layer on the mask blank or semiconductor wafer. The mask-manufacturing / direct-writing process generally records precisely the required pattern across the resist surface and transfers sufficient energy to the required area of the resist layer for subsequent development of the exposed pattern, so the precise control of the beam position is generally Is very slow. Examples of highly suitable resist materials for use in these electron beam processes are disclosed in US Pat. Nos. 6,043,003 and 6,037,097, which are incorporated herein by reference.

NGL에 대한 전자 프로젝션 리소그래피(EPL)은 본 명세서에 참조로서 포함되는 미국 특허 제4,554,458호; 제5,866,913호; 제6,069,684호; 제6,296,976호; 및 제6,355,383호에 개시되어 있다. 통상적인 리소그패피 공정에서, EPL은 패턴화된 마스크를 통한 이미징 방사를 프로젝팅하는 것으로 이미징 방사에 레지스트 층의 패턴식 노출을 포함한다. EPL의 경우에서, 전자 프로젝션 방사는 이미징 방사이다. 노출(선택적으로 굽기(baking)가 이어짐)은 레지스트의 노출된 영역의 용해성을 변화시키는 레지스트의 노출된 부위에서의 화학 반응을 포함한다. 그 이후에, 적절한 현상액, 일반적으로 수성의 염기성 용액이 노출된 영역(포지티브-톤 레지스 트) 또는 비노출된 영역(네가티브-톤 레지스트)에서 레지스트를 선택적으로 제거하기 위해 사용된다. 따라서 한정된 패턴은 건식 또는 습식 에치 공정으로 레지스트에 의해 보호되지 않는 영역을 에칭해 내는 것으로 웨이퍼상에 흔적을 남기게 된다.Electronic projection lithography (EPL) for NGL is described in US Pat. No. 4,554,458, which is incorporated herein by reference; 5,866,913; 5,866,913; 6,069,684; 6,069,684; No. 6,296,976; And 6,355,383. In a typical lithography process, EPL projects the imaging radiation through a patterned mask, which includes patterned exposure of the resist layer to the imaging radiation. In the case of EPL, electron projection radiation is imaging radiation. Exposure (optionally followed by baking) involves chemical reactions at exposed areas of the resist that change the solubility of the exposed areas of the resist. Thereafter, a suitable developer, generally an aqueous basic solution, is used to selectively remove the resist in the exposed areas (positive-tone resist) or in the unexposed areas (negative-tone resist). The finite pattern thus leaves traces on the wafer by etching out areas that are not protected by the resist in a dry or wet etch process.

불행하게도, EPL은 상업적 반도체 공정을 위해 요구되는 높은 처리량이 현재 이용되는 레지스트 물질로는 성취될 수 없기 때문에 낮은 세기의 이미징 방사를 제공한다. EUV 리소그래피 및 소프트 x-레이 리소그래피도 이미징 방사의 세기의 부족에 기인하여 유사한 문제를 갖는다. 전형적으로, 통상적인 레지스트 물질은 충분한 감도(sensitivity), 노출 선량 범위(exposure dose latitude), 안정성(예를 들면, 수명(shelf-life), 상 분리에 대한 내성, 진공 노출에 대한 안정성, 등)이 부족하다. 따라서, EPL, EUV, 소프트 x-레이, 및 기타 낮은 에너지 세기 리소그래피 이미징 적용을 위해 사용될 수 있는 새로운 레지스트 조성물에 대한 요구가 있다.Unfortunately, EPL provides low intensity imaging radiation because the high throughput required for commercial semiconductor processes cannot be achieved with the resist materials currently used. EUV lithography and soft x-ray lithography also have similar problems due to the lack of intensity of imaging radiation. Typically, conventional resist materials have sufficient sensitivity, exposure dose latitude, stability (eg shelf-life, resistance to phase separation, stability to vacuum exposure, etc.) Lack of this. Thus, there is a need for new resist compositions that can be used for EPL, EUV, soft x-ray, and other low energy intensity lithography imaging applications.

본 발명은 개선된 레지스트 조성물 및 본 발명의 레지스트 조성물을 사용하는 리소그래피 방법을 제공한다. The present invention provides an improved resist composition and lithographic method using the resist composition of the present invention.

본 발명의 레지스트 조성물은The resist composition of the present invention

(ⅰ) 용해-억제 산 발생기들로 이루어진 군에서 선택된 제 1 방사 민감성 산 발생기, 및(Iii) a first radiation sensitive acid generator selected from the group consisting of dissolution-inhibiting acid generators, and

(ⅱ) 비보호된 산성 기(acidic group)-관능화된 산 발생기들 및 산 불안정성 기(acid labile group)-보호된 산성 기-관능화된 방사 민감성 산 발생기들로 이루어진 군에서 선택된 제 2 방사 민감성 산 발생기를 포함하는 방사 민감성 산 발생기의 존재를 특징으로 하는 산-촉매화된 레지스트이다.(Ii) a second radiation sensitivity selected from the group consisting of unprotected acidic group-functionalized acid generators and acid labile group-protected acidic group-functionalized radiation sensitive acid generators Acid-catalyzed resists characterized by the presence of a radiation sensitive acid generator comprising an acid generator.

산 발생기의 조합은 일반적으로 EPL, EUV, 소프트 x-레이, 및 기타 저 에너지 세기 리소그래피 이미징 적용에 사용하기 적합한 고 감도 레지스트의 형성을 가능하게 한다. 상기 레지스트 조성물은 마찬가지로 다른 리소그래피 공정에 사용될 수 있다.The combination of acid generators generally allow the formation of high sensitivity resists suitable for use in EPL, EUV, soft x-ray, and other low energy intensity lithography imaging applications. The resist composition can likewise be used in other lithography processes.

다른 측면에서, 본 발명은 레지스트 조성물을 포함하고, 상기 조성물은 하기의 성분들을 포함한다:In another aspect, the invention comprises a resist composition, the composition comprising the following components:

(a) 이미징 폴리머, 및(a) an imaging polymer, and

(b) 하기의 성분을 포함하는 방사 민감성 산 발생기 성분:(b) a radiation sensitive acid generator component comprising the following component:

(ⅰ) 용해-억제 산 발생기들로 이루어진 군에서 선택된 제 1 방사 민감성 산 발생기, 및(Iii) a first radiation sensitive acid generator selected from the group consisting of dissolution-inhibiting acid generators, and

(ⅱ) 비보호된 산성 기-관능화된 발생기들 및 산 불안정성 기-보호된 산성 기-관능화된 산 발생기들로 이루어진 군에서 선택된 제 2 방사 민감성 산 발생기.(Ii) a second radiation sensitive acid generator selected from the group consisting of unprotected acid group-functionalized generators and acid labile group-protected acid group-functionalized acid generators.

상기 이미징 폴리머는 바람직하게 케탈-관능화된 산 민감성 폴리머를 포함한다. 제 2 산 발생기는 페놀성, 카르복실성 및 플루오로알콜 산성 잔기로 이루어진 군에서 선택된 산성 잔기를 포함한다. 상기 레지스트 조성물은 바람직하게 이미징 폴리머의 중량에 기초하여 적어도 약 4중량%의 방사 민감성 산 발생기 성분을 포함한다.The imaging polymer preferably comprises a ketal-functionalized acid sensitive polymer. The second acid generator includes an acidic moiety selected from the group consisting of phenolic, carboxylic and fluoroalcoholic acidic moieties. The resist composition preferably comprises at least about 4% by weight radiation sensitive acid generator component based on the weight of the imaging polymer.

또 다른 측면에서, 본 발명은 본 발명의 레지스트 조성물을 사용하여 기판상에 패턴화된 물질 구조를 형성하는 방법을 포함하고, 상기 방법은 다음 단계를 포함한다:In another aspect, the present invention includes a method of forming a patterned material structure on a substrate using the resist composition of the present invention, the method comprising the following steps:

(A) 기판에 물질층을 제공하는 단계;(A) providing a layer of material on the substrate;

(B) 상기 기판상에 레지스트층을 형성하기 위해 상기 기판상에 본 발명의 레지스트 조성물을 적용하는 단계;(B) applying a resist composition of the present invention on the substrate to form a resist layer on the substrate;

(C) 방사에 상기 기판을 패턴식으로 노출시켜 상기 방사에 의해 상기 레지스트층의 노출된 영역에서 상기 레지스트의 산 발생기에 의해 산이 발생되는 단계;(C) patternwise exposing the substrate to radiation so that acid is generated by an acid generator of the resist in the exposed region of the resist layer by the radiation;

(D) 수성 알카리 현상액을 상기 기판에 접촉시켜 상기 레지스트층의 상기 노출 영역이 패턴화된 레지스트 구조를 드러내기 위해 상기 현상액에 의해 선택적으로 용해되는 단계; 및(D) contacting an aqueous alkaline developer to the substrate to selectively dissolve the exposed area of the resist layer by the developer to reveal a patterned resist structure; And

(E) 레지스트 구조 패턴으로 스페이스를 통해 상기 물질층을 에칭하여 상기 물질층에 상기 레지스트 구조 패턴을 전달하는 단계.(E) etching the material layer through a space with a resist structure pattern to transfer the resist structure pattern to the material layer.

상기 이미징 방사는 바람직하게 전자 프로젝션, EUV 또는 소프트 x-레이 방사이다. 패턴화되는 물질은 유기 유전체(organic dielectrics), 반도체, 세라믹 및 금속으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.The imaging radiation is preferably electron projection, EUV or soft x-ray radiation. The material to be patterned is preferably selected from the group consisting of organic dielectrics, semiconductors, ceramics and metals.

본 발명의 이들 및 다른 양태는 이하의 추가적인 설명에서 논의된다.These and other aspects of the invention are discussed in further description below.

본 발명은 개선된 레지스트 조성물 및 본 발명의 레지스트 조성물을 사용하는 리소그래피 방법을 제공한다. 본 발명의 레지스트 조성물은 The present invention provides an improved resist composition and lithographic method using the resist composition of the present invention. The resist composition of the present invention

(ⅰ) 용해-억제 산 발생기들로 이루어진 군에서 선택된 제 1 방사 민감성 산 발생기, 및(Iii) a first radiation sensitive acid generator selected from the group consisting of dissolution-inhibiting acid generators, and

(ⅱ) 비보호된 산성 기-관능화된 산 발생기 및 산 불안정성 기-보호된 산성기-관능호된 산 발생기들로 이루어진 군에서 선택된 제 2 방사 민감성 산 발생기를 포함하는 방사 민감성 산 발생기의 존재를 특징으로 하는 산-촉매화된 레지스트이다.(Ii) the presence of a radiation sensitive acid generator comprising a second radiation sensitive acid generator selected from the group consisting of an unprotected acid group-functionalized acid generator and an acid labile group-protected acid group-functionalized acid generator. Characterizing an acid-catalyzed resist.

산 발생기들의 조합은 EPL, EUV, 소프트 x-레이, 및 기타 저 에너지 세기 리소그래피 이미징 적용에의 사용에 적합한 고 감도 레지스트의 형성을 가능하게 한다. 상기 레지스트 조성물은 마찬가지로 다른 리소그래피 공정에서 유용하게 될 수 있다. 또한 본 발명은 물질을 패턴하는 이들 레지스트를 사용하는 방법을 포함한다.The combination of acid generators allows the formation of high sensitivity resists suitable for use in EPL, EUV, soft x-ray, and other low energy intensity lithography imaging applications. The resist composition may likewise be useful in other lithography processes. The invention also includes a method of using these resists to pattern the material.

본 발명의 레지스트 조성물은 일반적으로 다음을 포함한다:The resist composition of the present invention generally includes:

(a) 산-민감성 이미징 폴리머, 및(a) acid-sensitive imaging polymers, and

(b) 하기의 성분을 포함하는 방사 민감성 산 발생기 성분:(b) a radiation sensitive acid generator component comprising the following component:

(ⅰ) 용해-억제 산 발생기들로 이루어진 군에서 선택된 제 1 방사 민감성 산 발생기, 및(Iii) a first radiation sensitive acid generator selected from the group consisting of dissolution-inhibiting acid generators, and

(ⅱ) 비보호된 산성 기-관능화된 발생기들 및 산 불안정성 기-보호된 산성 기-관능화된 산 발생기들로 이루어진 군에서 선택된 제 2 방사 민감성 산 발생기.(Ii) a second radiation sensitive acid generator selected from the group consisting of unprotected acid group-functionalized generators and acid labile group-protected acid group-functionalized acid generators.

상기 발명은 임의의 특이적 산-민감성 이미징 폴리머로 제한되지 않는다. 상기 산-민감성 이미징 폴리머는 수성 알카리 용액중에서 레지스트의 용해를 억제하는 펜던트 산 불안정성 보호기들, 및 (b) 수성 알카리 용액중에서 레지스트 조성물의 용해를 촉진하는 펜던트 극성기들(예를 들면, 히드록실, 카르복실, 플루오로알콜, 등)을 갖는 폴리머인 것이 바람직하다. 바람직한 산-불안정성 보호기는 삼차 알킬(또는 시클로알킬)카르복실 에스테르(예를 들면, t-부틸, 메틸 시클로펜틸, 메틸 시클로헥실, 메틸 아다만틸), 케탈 및 아세탈로 이루어진 군에서 선택되는 산 불안정성 잔기를 포함한다. 보다 바람직하게 산 불안정성 잔기는 케탈이며, 가장 바람직한 것은 메톡시시클로프로파닐, 에톡시시클로프로파닐, 부톡시시클로헥사닐, 메톡시시클로부타닐, 에톡시시클로부타닐, 메톡시시클로펜타닐, 에톡시시클로펜타닐, 메톡시시클로헥사닐, 에톡시시클로헥사닐, 프로폭시시클로헥사닐, 메톡시시클로헵타닐, 메톡시시클로옥타닐 또는 메톡시아다만틸과 같은 지환식(cyclic aliphatic) 케탈이다. 바람직한 이미징 폴리머는 미국 특허 제6,037,097호 및 제6,043,003호에 설명되어 있고, 이것은 참조로서 본 명세서에 포함된다.The invention is not limited to any specific acid-sensitive imaging polymer. The acid-sensitive imaging polymer may comprise pendant acid labile protecting groups that inhibit dissolution of the resist in aqueous alkaline solution, and (b) pendant polar groups that promote dissolution of the resist composition in aqueous alkaline solution (e.g., hydroxyl, carr). It is preferable that it is a polymer which has a compound, a fluoro alcohol, etc.). Preferred acid-labile protecting groups are acid labile selected from the group consisting of tertiary alkyl (or cycloalkyl) carboxylic esters (e.g. t-butyl, methyl cyclopentyl, methyl cyclohexyl, methyl adamantyl), ketals and acetals It includes residues. More preferably the acid labile moiety is ketal, most preferred is methoxycyclopropanyl, ethoxycyclopropanyl, butoxycyclohexanyl, methoxycyclobutanyl, ethoxycyclobutanyl, methoxycyclopentanyl, ethoxy Cyclic aliphatic ketals such as cyclopentanyl, methoxycyclohexanyl, ethoxycyclohexanyl, propoxycyclohexanyl, methoxycycloheptanyl, methoxycyclooctanyl or methoxyadamantyl. Preferred imaging polymers are described in US Pat. Nos. 6,037,097 and 6,043,003, which are incorporated herein by reference.

상기 방사 산 발생기 성분은 방사 민감성 산 발생기들의 조합을 포함한다. 제 1 방사 민감성 산 발생기는 용해-억제 산 발생기들로 이루어진 군에서 선택된다. 이들 산 발생기들은 산 형성을 일으키는데 요구되는 이미징 방사의 부재하에서 용해-억제된다. 용해-억제 산 발생기는 일반적으로 (a) 산성의 관능성기, 및 (b) 산 불안정성 기-보호된 산성 관능성기의 부재를 특징으로 한다. 적합한 방사-민감성 용해-억제 산 발생기들의 실예는 (a) 산성의 관능성 기 및 (b) 산 불안정성 기-보호된 산성 관능성 기들을 갖지 않는 다음과 같은 산 발생기들의 버젼을 포함한다: 트리아릴 술포니움 헥사플루오로안티몬산염, 디아릴아이오도니움 헥사플루오로안티몬산염, 헥사플루오로비산염, 트리플레이트(triflate), 퍼플루오로알칸 술폰산염(예를 들면, 퍼플루오로메탄 술폰산염, 퍼플루오로부탄, 퍼플루오로헥산 술폰산염, 퍼플루오로옥탄 술폰산염, 등), 히드록시이미드의 술폰산 에스테르, N-술포닐옥시나프탈이미드(N-캄포어술포닐옥시나프탈이미드, N-펜타플루오로벤젠술포닐옥시나프탈이미드), a-a' 비스-술포닐 디아조메탄, 나프토퀴논-4-디아지드, 알킬 디술폰 및 등등과 같은 오니움 염. 바람직한 용해 억제 산 발생기는 트리페닐 술포니움 트리플레이트이다. 본 발명은 임의의 특정화된 용해-억제 산 발생기로 제한되지 않는다.The radiation acid generator component comprises a combination of radiation sensitive acid generators. The first radiation sensitive acid generator is selected from the group consisting of dissolution-inhibiting acid generators. These acid generators are dissolved-suppressed in the absence of imaging radiation required to cause acid formation. Dissolution-inhibiting acid generators are generally characterized by (a) an acidic functional group, and (b) an acid labile group-protected acidic functional group. Examples of suitable radiation-sensitive dissolution-inhibiting acid generators include the following versions of acid generators without (a) acidic functional groups and (b) acid labile group-protected acid functional groups: triaryl Sulfonium hexafluoroantimonate, diaryliodonium hexafluoroantimonate, hexafluorobirate, triflate, perfluoroalkane sulfonate (e.g., perfluoromethane sulfonate, purple Fluorobutane, perfluorohexane sulfonate, perfluorooctane sulfonate, etc.), sulfonic acid ester of hydroxyimide, N-sulfonyloxynaphthalimide (N-camphorsulfonyloxynaphthalimide, N Onium salts such as -pentafluorobenzenesulfonyloxynaphthalimide), aa 'bis-sulfonyl diazomethane, naphthoquinone-4-diazide, alkyl disulfone and the like. Preferred dissolution inhibiting acid generators are triphenyl sulfonium triflate. The present invention is not limited to any specified dissolution-inhibiting acid generator.

제 2 방사 민감성 산 발생기는 비보호된 산성 기-관능화된 산 발생기들 및 산 불안정성 기-보호된 산성 기-관능화된 산 발생기들로 이루어진 군에서 선택된다. 비보호된 상태로 제 2 산 발생기는 수성 알카리 용액중에서 레지스트의 용해를 촉진한다. 상기 산성 기-관능화된 산 발생기들은 바람직하게 약 13 또는 그 미만, 보다 바람직하게 약 10 또는 그 미만의 pKa를 갖는 산성의 관능성기를 갖는다. 산성의 관능성 기는 페놀성 잔기, 카르복실성 잔기 및 플루오로알콜 잔기로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다. 산 불안정성 기-보호된 산성 기-관능화된 산 발생기들은 산과의 반응에 의해 산성의 관능성(바람직하게 페놀성 잔기, 카르복실성 잔기 및 플루올알콜 잔기로 이루어진 군에서 선택됨)을 제공한다. 산 불안정성 기-보호된 산성 기-관능화된 산 발생기들의 실예는 미국 특허 제5,374,504호 및 제5,191,124호에 개시되어 있으며, 공개된 것은 참조로서 본 명세서에 포함된다. 바람직한 제 2 산 발생기는 디메틸(3,5-디메틸)-4-히드록시페닐 술포니움 퍼플루오루부탄 술폰산염이며, 이것의 구조는 이하에 나타낸 바와 같다:The second radiation sensitive acid generator is selected from the group consisting of unprotected acid group-functionalized acid generators and acid labile group-protected acid group-functionalized acid generators. In an unprotected state, the second acid generator promotes dissolution of the resist in an aqueous alkaline solution. The acidic group-functionalized acid generators preferably have an acidic functional group having a pKa of about 13 or less, more preferably about 10 or less. Acidic functional groups are preferably selected from the group consisting of phenolic residues, carboxyl residues and fluoroalcohol residues. Acid labile group-protected acidic group-functionalized acid generators provide acidic functionality (preferably selected from the group consisting of phenolic residues, carboxyl residues and fluol alcohol residues) by reaction with an acid. Examples of acid labile group-protected acid group-functionalized acid generators are disclosed in US Pat. Nos. 5,374,504 and 5,191,124, the disclosures of which are incorporated herein by reference. Preferred second acid generators are dimethyl (3,5-dimethyl) -4-hydroxyphenyl sulfonium perfluororubutane sulfonate whose structure is as shown below:

Figure 112005028667064-pct00001
Figure 112005028667064-pct00001

본 발명의 레지스트 조성물은 전형적으로 요구된 기판에 이들의 적용 전에 용매를 포함한다. 용매는 레지스트 조성물의 성능에 과하게 나쁘게 영향을 미치지 않으면서 산-촉매화된 레지스트에서 통상적으로 사용되는 임의의 용매일 수 있다. 바람직한 용매는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA) 및 시클로헥사논이다.The resist composition of the present invention typically comprises a solvent prior to their application to the required substrate. The solvent can be any solvent commonly used in acid-catalyzed resists without overly adversely affecting the performance of the resist composition. Preferred solvents are propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and cyclohexanone.

본 발명의 조성물은 이 분야에 공지된 보조 성분, 예를 들면, 염료/감광제, 염기성 첨가제 등을 미량 더 포함할 수 있다. 바람직한 염기성 첨가제들은 레지스트의 성능에 과도하게 영향을 미치지 않으면서 미량의 산을 제거하는 염기이다. 바람직한 염기성 첨가제로는 삼차 알킬 아민, 방향족 아민 또는 테트라알킬 암모니움 히드록사이드, 예를 들면 t-부틸 암모니움 히드록사이드(TBAH)이다. 바람직하게, 본 발명의 비노출된 레지스트 조성물은 실질적으로 리소그래피 이미지를 현상하기 위해 공통적으로 사용된 수성 알카리 용액중에서 불용성이다.The compositions of the present invention may further comprise minor amounts of auxiliary components known in the art, such as dyes / photosensitive agents, basic additives and the like. Preferred basic additives are bases which remove traces of acid without unduly affecting the performance of the resist. Preferred basic additives are tertiary alkyl amines, aromatic amines or tetraalkyl ammonium hydroxides such as t-butyl ammonium hydroxide (TBAH). Preferably, the unexposed resist composition of the present invention is substantially insoluble in aqueous alkaline solutions commonly used to develop lithographic images.

본 발명의 레지스트 조성물은 바람직하게 약 0.5 내지 20중량%(조성물중의 이미징 폴리머의 전체 중량에 기초)의 산 발생기 성분을 포함하고, 보다 바람직하게는 약 4 내지 20중량%, 가장 바람직하게는 약 7 내지 20중량%을 포함한다. 제 1 산 발생기 대 제 2 산 발생기들의 중량비는 바람직하게 약 5:1 내지 1:5이고, 보다 바람직하게는 약 3:1 내지 1:3이고, 가장 바람직하게는 약 2:1 내지 1:2이다. 상기 산 발생기 성분은 바람직하게 약 15μC/㎠ 미만의 고 KeV(예를 들면, 약 50 - 200 KeV) 전자원(electron sources)에 대한 이미징 에너지 선량 요구(imaging energy dose requirement)를 갖는 레지스트 조성물을 얻게 하고, 보다 바람직하게는 약 10μC/㎠ 미만, 가장 바람직하게는 약 5μC/㎠ 미만이다. 저 KeV(예를 들면, 약 500 eV 내지 10 KeV)의 전자원에서, 레지스트는 바람직하게 약 2μC/㎠ 미만의 이미징 에너지 선량 요구를 갖고, 보다 바람직하게는 약 1μC/㎠의 미만이다. EUV와 같은 방사원(radiation sources)에서, 본 발명의 레지스트 조성물은 바람직하게 약 5mJ/㎠ 미만의 이미징 에너지 선량 요구를 갖고, 보다 바람직하게는 약 2mJ/㎠ 미만, 가장 바람직하게는 약 1mJ/㎠ 미만이다. 용매가 존재하는 경우, 전체 조성물은 약 50 내지 90중량% 용매를 함유하는 것이 바람직하다. 조성물은 바람직하게 상기 염기성 첨가제를 폴리머성 성분의 전체 중량에 기초하여 약 1 중량% 또는 그 미만 함유하는 것이 바람직하다.The resist composition of the present invention preferably comprises about 0.5 to 20% by weight of acid generator components (based on the total weight of the imaging polymer in the composition), more preferably about 4 to 20% by weight, most preferably about 7 to 20% by weight. The weight ratio of the first acid generator to the second acid generator is preferably about 5: 1 to 1: 5, more preferably about 3: 1 to 1: 3, most preferably about 2: 1 to 1: 2 to be. The acid generator component preferably results in a resist composition having imaging energy dose requirements for high KeV (eg, about 50-200 KeV) electron sources of less than about 15 μC / cm 2. And more preferably less than about 10 μC / cm 2, most preferably less than about 5 μC / cm 2. At low KeV (eg, about 500 eV to 10 KeV) electron sources, the resist preferably has an imaging energy dose requirement of less than about 2 μC / cm 2, and more preferably less than about 1 μC / cm 2. In radiation sources such as EUV, the resist composition of the present invention preferably has an imaging energy dose requirement of less than about 5 mJ / cm 2, more preferably less than about 2 mJ / cm 2, most preferably less than about 1 mJ / cm 2. to be. If a solvent is present, it is preferred that the entire composition contains about 50 to 90 weight percent solvent. The composition preferably contains about 1% by weight or less of the basic additive based on the total weight of the polymeric component.

본 발명의 레지스트 조성물은 폴리머성 성분, 산 발생기 및 기타 다른 요구되는 성분을 통상적인 방법을 사용하여 조합하는 것으로 제조될 수 있다. 리소그래피 공정에서 사용될 수 있는 레지스트 조성물은 일반적으로 현저한 양의 용매를 가질 것이다.The resist composition of the present invention can be prepared by combining polymeric components, acid generators and other desired components using conventional methods. Resist compositions that can be used in the lithographic process will generally have a significant amount of solvent.

본 발명의 레지스트 조성물은 반도체 기판상의 집적 회로의 제조에서 사용되는 리소그래피 공정에 특히 유용하다. 상기 조성물은 특히 전자 빔 프로젝션 방사 또는 기타 낮은 에너지 세기 원(예를 들면, EUV, 소프트 x-레이, 등)을 사용하는 리소그래피 공정에 특히 유용하다. 기타 이미징 방사(예를 들면, mid-UV, 248㎚ 딥 UV, 193㎚ UV, 또는 x-레이)의 사용이 요구되는 경우, 본 발명의 조성물은 필요에 따라서 적절한 염료 또는 감광제를 조성물에 첨가하는 것에 의해, 산 발생기 성분의 양을 감소시키는 것에 의해 및/또는 특정 방사 파장에서 광학 밀도(optical density)에 영향을 줄 수 있는 잔기의 제거에 의해 제어될 수 있다.The resist composition of the present invention is particularly useful for lithographic processes used in the manufacture of integrated circuits on semiconductor substrates. The composition is particularly useful for lithographic processes using electron beam projection radiation or other low energy intensity sources (eg EUV, soft x-rays, etc.). If the use of other imaging radiation (eg mid-UV, 248 nm deep UV, 193 nm UV, or x-rays) is desired, the compositions of the present invention may be added to the composition by adding an appropriate dye or By controlling the amount of acid generator component and / or by removing residues that may affect the optical density at a particular emission wavelength.

본 발명은 본 발명의 레지스트 조성물을 사용하여 기판상에 패턴화된 물질 구조를 제조하는 방법을 포함하고, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:The present invention includes a method of producing a patterned material structure on a substrate using the resist composition of the present invention, the method comprising the following steps:

(A) 기판에 물질층을 제공하는 단계;(A) providing a layer of material on the substrate;

(B) 상기 기판상에 레지스트층을 형성하기 위해 상기 기판상에 본 발명의 레지스트 조성물을 적용하는 단계;(B) applying a resist composition of the present invention on the substrate to form a resist layer on the substrate;

(C) 방사에 상기 기판을 패턴식으로 노출시켜 상기 방사에 의해 상기 레지스트층의 노출된 영역에서 상기 레지스트의 산 발생기에 의해 산이 발생되는 단계;(C) patternwise exposing the substrate to radiation so that acid is generated by an acid generator of the resist in the exposed region of the resist layer by the radiation;

(D) 수성 알카리 현상액을 상기 기판에 접촉시켜 상기 레지스트층의 상기 노출 영역이 패턴화된 레지스트 구조를 드러내기 위해 상기 현상액 용액에 의해 선택적으로 용해되는 단계; 및(D) contacting the aqueous alkaline developer to the substrate to selectively dissolve the exposed area of the resist layer by the developer solution to reveal a patterned resist structure; And

(E) 레지스트 구조 패턴으로 스페이스를 통해 상기 물질층을 에칭하여 상기 물질층에 레지스트 구조 패턴을 전달하는 단계.(E) etching the material layer through the space into the resist structure pattern to transfer the resist structure pattern to the material layer.

기판의 물질층은 유기 유전체, 금속, 세라믹 반도체 또는 제조 공정 단계에 따른 기타 물질 및 최종 생성물을 위해 맞추어진 요구 물질로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다. 패턴화되는 물질은 임의의 적합한 기술을 사용하여 적용될 수 있다. 상기 기판으로는 반도체 웨이퍼 또는 유리(예를 들면, 융합된 석영) 판이 바람직하다.The material layer of the substrate is preferably selected from the group consisting of organic dielectrics, metals, ceramic semiconductors or other materials according to the manufacturing process steps and the required materials tailored for the final product. The material to be patterned can be applied using any suitable technique. The substrate is preferably a semiconductor wafer or a glass (eg fused quartz) plate.

요구되는 경우, 반반사 코팅(ARC)이 레지스트 층의 적용 전에 물질층 위에 적용될 수도 있다. ARC 층은 산 촉매화된 레지스트, 기저 물질층(the underlying material layer), 후속 공정 등과 상용되는 임의의 통상적인 ARC일 수 있다.If desired, an antireflective coating (ARC) may be applied over the material layer prior to application of the resist layer. The ARC layer can be any conventional ARC that is compatible with acid catalyzed resist, the underlying material layer, subsequent processes, and the like.

전형적으로, 용매-함유 레지스트 조성물은 이어서 스핀 코팅 또는 기타 기술을 사용하여 요구된 기판상에 적용될 수 있다. 레지스트 코팅을 갖는 기판은 이어서 용매를 제거하고 레지스트층의 부착성을 개선시키기 위해 구워지는 것이 바람직하다(전-노출 굽기). 적용된 층의 두께는 가능한 얇은 것이 바람직하지만, 단 (a) 두께는 실질적으로 균일한 것이 바람직하고, (b) 레지스트층이 리소그래피 패턴을 기저 기판 물질층에 전달하는 후속 공정(전형적으로 반응성 이온 에칭)을 견디기에 충분해야 한다. 전-노출 굽기 단계는 약 10초 내지 15분 동안 시행되는 것이 바람직하고, 보다 바람작히게는 약 15초 내지 1분이다. 전-노출 굽기 온도는 레지스트의 유리 전이 온도에 따라 다양해질 수 있다.Typically, the solvent-containing resist composition can then be applied onto the required substrate using spin coating or other techniques. The substrate with the resist coating is then baked preferably to remove the solvent and improve the adhesion of the resist layer (pre-exposure bake). It is preferred that the thickness of the applied layer is as thin as possible, provided that (a) the thickness is substantially uniform, and (b) a subsequent process in which the resist layer transfers the lithographic pattern to the underlying substrate material layer (typically reactive ion etching). Sufficient to withstand. The pre-exposure bake step is preferably performed for about 10 seconds to 15 minutes, more preferably about 15 seconds to 1 minute. The pre-exposure bake temperature may vary depending on the glass transition temperature of the resist.

용매 제거 후, 레지스트층은 이어서 요구된 이미징 방사에 패턴식으로 노출된다. 바람직하게, 이미징 방사는 전자 프로젝션 방사, EUV 또는 소프트 x-레이와 같은 낮은 세기 에너지원이다. (a) 고 KeV(예를 들면, 약 50 내지 200 KeV) 전자원에 대한 전체 노출 에너지 선량은 약 15μC/㎠ 미만인 것이 바람직하고, 약 10μC/㎠ 미만인 것이 보다 바람직하고, 약 5μC/㎠ 미만인 것이 가장 바람직하다; (b) 저 KeV(예를 들면, 약 500 eV 내지 10 KeV) 전자원에서, 에너지 선량은 약 2μC/㎠ 미만인 것이 바람직하고, 약 1μC/㎠ 미만인 것이 보다 바람직하다; EUV에 대해서는 이미징 에너지 선량은 약 5mJ/㎠ 미만인 것이 바람직하고, 약 2mJ/㎠ 미만인 것이 보다 바람직하고, 약 1mJ/㎠ 미만인 것이 가장 바람직하다.After removal of the solvent, the resist layer is then patternwise exposed to the desired imaging radiation. Preferably, the imaging radiation is a low intensity energy source such as electron projection radiation, EUV or soft x-rays. (a) The total exposure energy dose for high KeV (eg, about 50 to 200 KeV) electron sources is preferably less than about 15 μC / cm 2, more preferably less than about 10 μC / cm 2, and less than about 5 μC / cm 2. Most preferred; (b) For low KeV (eg, about 500 eV to 10 KeV) electron sources, the energy dose is preferably less than about 2 μC / cm 2, more preferably less than about 1 μC / cm 2; For EUV, the imaging energy dose is preferably less than about 5 mJ / cm 2, more preferably less than about 2 mJ / cm 2, and most preferably less than about 1 mJ / cm 2.

요구된 패턴식 노출 후에, 레지스트층은 전형적으로 산-촉매화된 반응을 추가로 완결시키고 노출된 패턴의 콘트라스트(contrast)를 증강시키기 위해 구워진다. 후반-노출 굽기는 약 60 내지 175℃에서 수행되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 약 90 내지 160℃이다. 후반-노출 굽기는 약 30 초 내지 5분 동안 수행되는 것이 바람직하다.After the required patterned exposure, the resist layer is typically baked to further complete the acid-catalyzed reaction and to enhance the contrast of the exposed pattern. Post-exposure bake is preferably performed at about 60 to 175 ° C, more preferably about 90 to 160 ° C. The post-exposure bake is preferably performed for about 30 seconds to 5 minutes.

후반-노출 굽기 후에, 요구된 패턴을 갖는 레지스트 구조는 레지스트층을 방사에 노출된 레지스트 영역을 선택적으로 용해하는 알칼리성 용액과 접촉하는 것으로 얻어진다(현상된다). 바람직한 알카리성 용액(현상액)은 테트라메틸 암모니움 히드록사이드의 수성 용액이다. 바람직하게, 본 발명의 레지스트 조성물은 통상적인 0.26N 수성 알카리성 용액으로 현상될 수 있다. 본 발명의 레지스트 조성물은 또한 0.14N 또는 0.21N 또는 기타 수성 알칼리성 용액을 사용하여 현상될 수 있다. 기판 상에 얻어지는 레지스트 구조는 이어서 임의의 남겨진 현상액 용매를 제거하기 위해 전형적으로 건조되어진다.After the post-exposure bake, a resist structure with the required pattern is obtained (developed) by contacting the resist layer with an alkaline solution that selectively dissolves the resist regions exposed to radiation. Preferred alkaline solutions (developers) are aqueous solutions of tetramethyl ammonium hydroxide. Preferably, the resist composition of the present invention can be developed with conventional 0.26N aqueous alkaline solution. The resist composition of the present invention can also be developed using 0.14N or 0.21N or other aqueous alkaline solutions. The resist structure obtained on the substrate is then typically dried to remove any remaining developer solvent.

레지스트 구조로부터 패턴은 기저 기판의 물질(예를 들면, 유기 유전체, 세라믹, 금속, 반도체, 등)으로 전달될 수 있다. 전형적으로, 전달은 반응성 이온 에칭 또는 일부의 다른 에칭 기술에 의해 성취될 수 있다. 임의의 적합한 에칭 기술이 사용될 수 있다. 일부의 실예에서, 하드 마스크가 추가의 기저 물질층 또는 섹션에 패턴의 전달을 촉진하기 위하여 레지스트 층 아래에 사용될 수 있다. 이런 공정의 실예는 미국 특허 제4,855,017호; 제5,362,663호; 제5,429,710호; 제5,562,801호; 제 5,618,751호; 제5,774,376호; 제5,801,094호; 제5,821,469호, 및 제5,948,570호에 개시되어 있으며, 상기 문헌에서 공개된 것은 참조로서 본 명세서에 포함된다. 패턴 전달 공정의 다른 실예는 문헌["Semiconductor Lithography, Principles, Practices, and Materials" by Wayne Moreau, Plenum Press, (1998)]의 챕터 12 및 13에 개시되어 있으며, 여기서 공개된 것은 참조로서 본 명세서에 포함된다. 본 발명은 임의의 특이적 리소그래피 기술 또는 장치 구조로 한정되지 않는다고 이해되어야 한다.The pattern from the resist structure can be transferred to the material of the underlying substrate (eg, organic dielectric, ceramic, metal, semiconductor, etc.). Typically, delivery can be accomplished by reactive ion etching or some other etching technique. Any suitable etching technique can be used. In some embodiments, hard masks may be used beneath the resist layer to facilitate the transfer of the pattern to additional base material layers or sections. Examples of such processes are described in US Pat. No. 4,855,017; No. 5,362,663; No. 5,429,710; 5,562,801; 5,562,801; 5,618,751; 5,618,751; No. 5,774,376; 5,801,094; 5,821,469, and 5,948,570, the disclosures of which are incorporated herein by reference. Other examples of pattern transfer processes are disclosed in chapters 12 and 13 of "Semiconductor Lithography, Principles, Practices, and Materials" by Wayne Moreau, Plenum Press, (1998), which are hereby incorporated by reference. Included. It is to be understood that the present invention is not limited to any specific lithography technique or device structure.

실시예 1Example 1

디메틸(3,5-디메틸)-4-히드록시페닐 술포니움 퍼플루오로부탄 술폰산염(DMPHS PFBUS)의 합성Synthesis of Dimethyl (3,5-dimethyl) -4-hydroxyphenyl sulfonium perfluorobutane sulfonate (DMPHS PFBUS)

부가 깔대기를 통해 8㎖의 이튼 시약(Eaton's Reagent)(알드리치(Aldrich), 메탄술폰산중의 P2O5 7.7 중량%)을 열전쌍, N2 입구 및 자석 교반기가 장착된 50㎖ 의 3목 둥근 바닥 플라스크중의 2.44g(0.02몰)의 2,6-디메틸페놀 및 1.56g(0.02몰)의 디메틸술폭사이드의 혼합물에 첨가하였다. 혼합물의 온도가 첨가 동안 60℃ 이상으로 올라가지 않도록 첨가 속도를 조절하였다. 발열반응이 잠잠해진 후에, 반응 혼합물을 실온에서 2시간 동안 교반하고, 40㎖의 증류수에 부었다. 상기 용액을 암모니움 히드록사이드 용액을 첨가하는 것으로 pH = 7로 중성화하였다. 얻어진 용액을 반시간 동안 실온에서 교반하고, 이어서 갈색의 오일류 부산물을 제거하기 위해 여과지를 통과시켜 여과하였다. 여액을 70㎖ 물중에 용해된 6.76g(0.02몰)의 포타지움 퍼플루오로부탄술폰산염(KPFBuS)의 용액중에 교반하면서 적가하였다. 혼합물을 추가로 밤새 교반하였다. 백색의 침전물을 흡입 여과에 의해 수집하고, 물과 에테르로 세번 세척하였다. 조 생성물을 15 내지 20㎖의 에틸 아세테이트중에 재용해시켰다. 이 용액에 200 내지 300㎎의 알루미늄 옥사이드(활성된, 염기성)를 첨가하였다. 혼합물을 밤새 롤러에 감고, 이어서 셀라이트를 통해 여과하였다. 여액을 교반하면서 100㎖의 에테르중에서 침전시켰다. 백색 침전물을 수집하고, 추가적으로 에테르로 세번 세척하였다. 최종 수율 : 2.2g(23%)8 ml of Eaton's Reagent (Aldrich, 7.7% by weight of P 2 O 5 in methanesulfonic acid) was added via an addition funnel to a 50 ml three-necked round bottom equipped with thermocouple, N 2 inlet and magnetic stirrer. To a mixture of 2.44 g (0.02 mole) 2,6-dimethylphenol and 1.56 g (0.02 mole) dimethyl sulfoxide in the flask was added. The rate of addition was adjusted so that the temperature of the mixture did not rise above 60 ° C. during the addition. After the exothermic reaction had subsided, the reaction mixture was stirred at room temperature for 2 hours and poured into 40 ml of distilled water. The solution was neutralized to pH = 7 by addition of ammonium hydroxide solution. The resulting solution was stirred for half an hour at room temperature and then filtered through filter paper to remove brown oil by-products. The filtrate was added dropwise with stirring in a solution of 6.76 g (0.02 mol) of potassium perfluorobutanesulfonate (KPFBuS) dissolved in 70 mL water. The mixture was stirred further overnight. The white precipitate was collected by suction filtration and washed three times with water and ether. The crude product was redissolved in 15-20 mL ethyl acetate. To this solution was added 200-300 mg of aluminum oxide (activated, basic). The mixture was rolled up on a roller overnight and then filtered through celite. The filtrate was precipitated in 100 ml ether with stirring. The white precipitate was collected and additionally washed three times with ether. Final yield: 2.2 g (23%)

실시예 2Example 2

디메틸 페닐 술포니움 퍼플루오로부탄 술폰산염(DMPS PFBUS)의 합성Synthesis of Dimethyl Phenylsulfonium Perfluorobutane Sulfonate (DMPS PFBUS)

30㎖의 니트로메탄중에 용해된 퍼플루오로부탄 술폰산은(silver perfluorobutane sulfonate) 4.07g(0.01몰)의 용액을 실온하에서 25㎖의 니트로메탄중의 1.24g(0.01몰)의 티오아니졸 및 4.26g(0.03몰)의 요오드화 메틸을 함유하는 혼합물 중에 적가하였다. 얻어지는 혼합물을 실온에서 15시간 동안 교반하였다. 반응 혼합물을 셀라이트를 통해 여과하여 백색 침전물을 제거하였다. 여액을 약 10㎖로 농축하고, 120㎖의 디에틸 에테르로 침전시켰다. 백색 고형물을 감압 여과에 의해 수집하였다. 조 생성물을 15 내지 20㎖의 에틸 아세테이트중에 재용해시켰다. 이 용액에 200 내지 300㎎의 알루미늄 옥사이드(활성화된, 염기성)을 첨가하였다. 상기 혼합물을 밤새 롤러에 감고, 이어서 셀라이트를 통해 여과했다. 상기 여액을 교반하면서 100㎖의 에테르로 침전시켰다. 백색 침전물을 수집하고, 추가적으로 에테르로 세번 세척하였다. 최종 수율 : 3.64g(83%). 상기 생성물은 NMR 분광기에 의해 디메틸 페닐 술포니움 퍼플루오로부탄 술폰산염로 확인되었다.A solution of 4.07 g (0.01 mol) of silver perfluorobutane sulfonate dissolved in 30 ml of nitromethane was dissolved at 1.24 g (0.01 mol) of thioanisol and 4.26 g in 25 ml of nitromethane at room temperature. (0.03 mol) was added dropwise in a mixture containing methyl iodide. The resulting mixture was stirred at rt for 15 h. The reaction mixture was filtered through celite to remove white precipitate. The filtrate was concentrated to about 10 mL and precipitated with 120 mL diethyl ether. White solid was collected by reduced pressure filtration. The crude product was redissolved in 15-20 mL ethyl acetate. To this solution was added 200-300 mg of aluminum oxide (activated, basic). The mixture was rolled up on a roller overnight and then filtered through celite. The filtrate was precipitated with 100 mL of ether with stirring. The white precipitate was collected and additionally washed three times with ether. Final yield: 3.64 g (83%). The product was identified as dimethyl phenyl sulfonium perfluorobutane sulfonate by NMR spectroscopy.

실시예 3Example 3

메톡시시클로헥산(MOCH)으로 보호된 폴리비닐페놀(단분산 폴리머)(PHMOCH)의 합성Synthesis of Polyvinylphenol (monodisperse polymer) (PHMOCH) protected with methoxycyclohexane (MOCH)

150g의 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA)을 50g의 폴리비닐페놀(토멘(Tomen)으로부터의 VP5000)에 투명한 용액이 얻어질 때까지 교반하면서 첨가하였다. 상기 용액을 이어서 대략 35㎎의 옥살산과 합쳤다. 산을 용해시킨 후, 18.5g의 1-메톡시시클로헥산을 용액중에 첨가하고, 밤새 교반하면서 실온하에서 반응시켰다. 이어서 반응을 염기성의 활성 알루미늄 옥사이드 6g으로 중지시켰다. 페놀기상에 25%의 보호 수준이 C13NMR에 의해 측정되었다.150 g of propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA) was added to 50 g of polyvinylphenol (VP5000 from Tomen) with stirring until a clear solution was obtained. The solution was then combined with approximately 35 mg of oxalic acid. After dissolving the acid, 18.5 g of 1-methoxycyclohexane was added into the solution and allowed to react at room temperature with stirring overnight. The reaction was then stopped with 6 g of basic activated aluminum oxide. A protection level of 25% on phenolic groups was determined by C 13 NMR.

실시예 4 (비교)Example 4 (comparative)

단일 용해 억제 산 발생기를 갖는 레지스트(TPS TRF)Resist with Single Dissolution Inhibitory Acid Generator (TPS TRF)

실시예 3의 부분적으로 보호된 폴리머, PHMOCH를 PGMEA 용매중의 0.14중량%(폴리머에 상대적임)의 테트라부틸 암모니움 히드록사이드(TBAH), 0.7중량% 트리페닐술포니움 트리플레이트(TPS TRF) 및 200 내지 400ppm의 FC-430 계면활성제(3M 컴퍼니)와 혼합하는 것으로 레지스트 제형물을 얻었다. 용액중의 전체 고형물 중량 함량은 약 12%였다. 유사한 제형물을 이하의 표에 보여진 TPS TRF의 로딩으로 만들었다. 상기 레지스트를 각각의 HMDS-프라임드된 웨이퍼 상에 스핀코팅하였다. 상기 코팅된 웨이퍼를 110℃의 핫플레이트상에서 1분 동안 구웠다. 상기 레지스트를 75kV에서 IBM-빌트 고 처리량 e-빔 프로젝션 시스템(IBM-built high throughput e-beam projection system)에 노출시켰다. 노출 후, 상기 레지스트를 0.263 N TMAH로 60초 동안 현상하기 전에 1분 동안 110℃에서 구웠다. 이하의 표는 100㎚ 라인/스페이스 이미지를 다른 TPS TRF 로딩으로 해상하기 위한 선량을 제시한다.Partially protected polymer of Example 3, PHMOCH in 0.14 wt% (relative to polymer) tetrabutyl ammonium hydroxide (TBAH), 0.7 wt% triphenylsulfonium triflate (TPS TRF) in PGMEA solvent ) And 200-400 ppm FC-430 surfactant (3M Company) to obtain a resist formulation. The total solids weight content in the solution was about 12%. Similar formulations were made with the loading of TPS TRF shown in the table below. The resist was spin coated onto each HMDS-primed wafer. The coated wafers were baked for 1 minute on a 110 ° C. hotplate. The resist was exposed to an IBM-built high throughput e-beam projection system at 75 kV. After exposure, the resist was baked at 110 ° C. for 1 minute before developing for 60 seconds with 0.263 N TMAH. The table below presents the dose for resolving 100 nm line / space images with different TPS TRF loadings.

TPS TRF 로딩TPS TRF Loading 100㎚ l/s을 해상하기 위한 선량Dose for resolving 100 nm l / s 이미지 프로파일Image profile 0.7중량%0.7 wt% 40μC/㎠40μC / ㎠ 직선Straight 1.4중량%1.4 wt% 24μC/㎠24μC / ㎠ 직선Straight 3중량%3 wt% 12μC/㎠12μC / ㎠ 직선Straight 5중량%5 wt% 9μC/㎠9μC / ㎠ 슬라이트 풋(slight foot)Slight foot 6중량%6% by weight 7μC/㎠7μC / ㎠ 언더컷(undercut) 프로파일Undercut profile 7중량%7 wt% 5μC/㎠5μC / ㎠ 코팅된 필름상에 상 분리Phase separation on coated film

실시예 5(비교)Example 5 (comparative)

단일 용해 촉진 산 발생기를 갖는 레지스트Resist with Single Dissolution Promoting Acid Generator

레지스트 제형물을 실시예 4의 방식으로 얻되, 실시예 1의 DMPHS PFBUS를 TPS TRF 대신 사용하였다. DMPHS PFBUS의 로딩은 이미징 폴리머의 중량에 기초하여 이하의 표에 나타내었다. 상기 레지스트를 각각의 HMDS-프라임드된 웨이퍼상에 스핀코팅하였다. 상기 웨이퍼를 1분 동안 110℃의 핫플레이트에서 구웠다. 상기 레지스트-코팅된 웨이퍼를 일렉트론 비젼 그룹(Electron Vision Group)에 의해 제작된 ElectronCureTM-200M 플로드(flood) 노출 툴에서 25 kV로 노출시켰다. 노출 후에, 레지스트를 0.263N TMAH로 60초 동안 현상시키기 전에 1분 동안 110℃에서 구웠다. 이하의 표는 다른 DMPHS PFBUS 로딩으로 노출된 대형 스퀘어를 깨끗하게 하는 선량을 제시한 것이다.A resist formulation was obtained in the manner of Example 4, but the DMPHS PFBUS of Example 1 was used in place of TPS TRF. The loading of the DMPHS PFBUS is shown in the table below based on the weight of the imaging polymer. The resist was spin coated onto each HMDS-primed wafer. The wafer was baked on a hotplate at 110 ° C. for 1 minute. The resist-coated wafers were exposed at 25 kV in an ElectronCure -200M float exposure tool manufactured by Electron Vision Group. After exposure, the resist was baked at 110 ° C. for 1 minute before developing for 60 seconds with 0.263 N TMAH. The table below presents the doses to clear large squares exposed by different DMPHS PFBUS loadings.

DMPHS PFBUS 로딩DMPHS PFBUS Loading Eo, 깨끗하게 하는 선량E o , dose clearing 0.82중량%0.82 wt% 12μC/㎠12μC / ㎠ 3.28중량%3.28% by weight 4μC/㎠4μC / ㎠ 4.91중량%4.91% by weight 3μC/㎠3μC / ㎠ 6.55중량%6.55 wt% 2.5μC/㎠2.5μC / ㎠ 8.19중량%8.19% by weight 2.1μC/㎠2.1μC / ㎠ 12.28중량%12.28% by weight 1.5μC/㎠(초세선화(extra thinning)를 보기 위해 개시)1.5 μC / cm 2 (started to see extra thinning)

실시예 6Example 6

본 발명에 따른 혼합된 산 발생기(DMPS PFBUS 및 DMPHS PFBUS)를 갖는 레지스트Resist with mixed acid generators (DMPS PFBUS and DMPHS PFBUS) according to the invention

레지스트 제형물을 실시예 4의 방식으로 얻되, 실시예 1의 DMPHS PFBUS와 실시예 2의 DMPS의 조합물이 TPS TRF 대신 사용되었다. 산 발생기의 로딩은 이미징 폴리머의 중량에 기초하여 이하의 표에 나타내었다. 상기 레지스트를 각각의 HMDS-프라임드된 웨이퍼상에 스핀코팅하였다. 상기 레지스트 코팅된 웨이퍼는 1분 동안 110℃의 핫플레이트에서 구웠다. 상기 레지스트-코팅된 웨이퍼를 IBM-빌트 25kV 가우시안-빔 시스템(FELS)을 사용하여 노출시켰다. 노출 후에, 레지스트를 0.263N TMAH로 60초 동안 현상시키기 전에 1분 동안 110℃에서 구웠다. 이하의 표는 다른 DMPS PFBUS와 DMPHS PFBUS 로딩으로 150㎚ l/s 이미지를 해상하기 위한 선량과 이미지 프로파일을 제시한 것이다. A resist formulation was obtained in the manner of Example 4, but a combination of DMPHS PFBUS of Example 1 and DMPS of Example 2 was used in place of TPS TRF. The loading of the acid generator is shown in the table below based on the weight of the imaging polymer. The resist was spin coated onto each HMDS-primed wafer. The resist coated wafers were baked on a hotplate at 110 ° C. for 1 minute. The resist-coated wafers were exposed using an IBM-built 25 kV Gaussian-beam system (FELS). After exposure, the resist was baked at 110 ° C. for 1 minute before developing for 60 seconds with 0.263 N TMAH. The table below shows dose and image profiles for resolving 150 nm l / s images with different DMPS PFBUS and DMPHS PFBUS loadings.

샘플Sample DMPS PFBUS 로딩DMPS PFBUS Loading DMPHS PFBUS 로딩DMPHS PFBUS Loading 100㎚ l/s를 해상하기 위한 선량Dose for resolving 100 nm l / s 이미지 프로파일Image profile 2x DMPS (1/0) (비교)2x DMPS (1/0) (comparative) 1.49중량%1.49 wt% 0중량%0% by weight 4.5μC/㎠4.5μC / ㎠ 언더컷Undercut 믹스 a(3/1)Mix a (3/1) 0.56중량%0.56% by weight 0.82중량%0.82 wt% 5μC/㎠5μC / ㎠ 스퀘어 및 직선Square and straight 믹스 b(1/1)Mix b (1/1) 0.74중량%0.74% by weight 1.64중량%1.64 wt% 5μC/㎠5μC / ㎠ 스퀘어 및 직선Square and straight 믹스 c(1/3)Mix c (1/3) 0.37중량%0.37 wt% 2.45중량%2.45 wt% 5μC/㎠5μC / ㎠ 스퀘어 및 직선Square and straight 4x DMPHS(0/1) (비교)4x DMPHS (0/1) (comparative) 0중량%0% by weight 3.27중량%3.27% by weight 5μC/㎠5μC / ㎠ 상부에 약간의 라운딩Slight rounding at the top

실시예 7Example 7

본 발명에 따른 혼합된 산 발생기(TPS TRF 및 DMPHS PFBUS)를 갖는 레지스트Resist with mixed acid generators (TPS TRF and DMPHS PFBUS) according to the invention

레지스트 제형물을 실시예 4의 방식으로 얻되, 실시예 1의 DMPHS PFBUS와 TPS TRF의 조합물이 TPS TRF 대신 사용되었다. 산 발생기의 로딩은 이미징 폴리머의 중량에 기초하여 이하의 표에 나타내었다. 상기 레지스트를 각각의 HMDS-프라임드된 웨이퍼상에 스핀코팅하였다. 상기 레지스트 코팅된 웨이퍼를 1분 동안 110℃의 핫플레이트에서 구웠다. 상기 레지스트-코팅된 웨이퍼를 IBM-빌트 25kV 가우시안-빔 시스템(FELS)을 사용하여 노출시켰다. 노출 후에, 레지스트를 0.263N TMAH로 60초 동안 현상시키기 전에 1분 동안 110℃에서 구웠다. 이하의 표는 1.5μC/㎠ 및 2.0μC/㎠ 모두에서 다른 TPS TRF 및 DMPHS PFBUS 로딩으로 150㎚ 및 200㎚ l/s 이미지를 위한 프로파일을 제시한다. A resist formulation was obtained in the manner of Example 4, but the combination of DMPHS PFBUS and TPS TRF of Example 1 was used in place of TPS TRF. The loading of the acid generator is shown in the table below based on the weight of the imaging polymer. The resist was spin coated onto each HMDS-primed wafer. The resist coated wafers were baked on a hotplate at 110 ° C. for 1 minute. The resist-coated wafers were exposed using an IBM-built 25 kV Gaussian-beam system (FELS). After exposure, the resist was baked at 110 ° C. for 1 minute before developing for 60 seconds with 0.263 N TMAH. The table below presents profiles for 150 nm and 200 nm l / s images with different TPS TRF and DMPHS PFBUS loading at both 1.5 μC / cm 2 and 2.0 μC / cm 2.

샘플Sample TPS TRF 로딩TPS TRF Loading DMPHS PFBUS 로딩DMPHS PFBUS Loading 1.5μC/㎠에서 이미지 프로파일Image profile at 1.5 μC / cm 2 2.0μC/㎠에서 이미지 프로파일Image profile at 2.0 μC / cm 2 8x TPS TRF (1/0) (비교)8x TPS TRF (1/0) (comparative) 5.6중량%5.6 wt% 0중량%0% by weight 언더컷Undercut 언더컷Undercut 믹스 d(3/1)Mix d (3/1) 4.2중량%4.2 wt% 3.28중량%3.28% by weight 약간 언더컷 Slightly undercut 약간 언더컷Slightly undercut 믹스 e(1/1)Mix e (1/1) 2.8중량%2.8 wt% 6.55중량%6.55 wt% 스퀘어 및 직선Square and straight 스퀘어 및 직선Square and straight 믹스 f(1/3)Mix f (1/3) 1.4중량%1.4 wt% 9.83중량%9.83% by weight 스퀘어 및 직선 Square and straight 스퀘어 및 직선Square and straight 16x DMPHS PFBUS (0/1) (비교)16x DMPHS PFBUS (0/1) (comparative) 0중량%0% by weight 13.10중량%13.10% by weight 심한 라운딩 및 필름 손실Severe rounding and film loss 심한 라운딩 및 필름 손실Severe rounding and film loss

실시예 8Example 8

최적화된 제형물Optimized Formulations

레지스트 성능 특징(예를 들면, 선량 범위(dose latitude), 비노출된 용해와 관련된 레지스트 프로파일, 감도, 및 Eo/ECD)의 연구를 실시예 3의 이미징 폴리머와 실시예 7의 산 발생기들의 조합물을 사용하여 최적의 조성을 결정하기 위하여 수행하였다. 이 연구로부터 0.28중량% TBAH, 7중량% TPS TRF 및 7.37중량% DMPHS PFBUS를 갖는 조성물이 최상의 전반적인 성능(수직의 레지스트 프로파일을 가지며, 31%의 선량 범위, 7.4Å/초 비노출된 용해율, 0.74의 Eo/Esize 및 0.39mC/㎠의 감도)을 제공하는 것으로 나타났다.Resist performance characteristics (e.g., the dose range (dose latitude), resist profile, sensitivity, and E o / E CD related to the unexposed dissolution) a combination of an acid generator in the studies in Example 3 of the imaging polymer as in Example 7, Water was used to determine the optimal composition. From this study, a composition with 0.28 wt% TBAH, 7 wt% TPS TRF and 7.37 wt% DMPHS PFBUS had the best overall performance (with a vertical resist profile, 31% dose range, 7.4 μs / sec unexposed dissolution rate, 0.74 E o / E size and sensitivity of 0.39 mC / cm 2).

실시예 4의 방식으로 얻은 제형물로 코팅된 웨이퍼를 JMAR 테크놀로지 인크.로부터의 소프트 x-레이(1.1㎚ 파장) 리소그래피 툴에서 촬영하였다. 소프트 x-레이의 사용에 따라, 본 발명의 레지스트는 15mJ/㎠ 미만의 선량을 요구했다. 상업적인 레지스트는 동일한 소프트 x-레이 노출 공정에 대해 50 내지 90mJ/㎠ 범위의 노출 선량 요구를 갖는다.Wafers coated with the formulations obtained in the manner of Example 4 were photographed in a soft x-ray (1.1 nm wavelength) lithography tool from JMAR Technology Inc. With the use of soft x-rays, the resist of the present invention required a dose of less than 15 mJ / cm 2. Commercial resists have exposure dose requirements ranging from 50 to 90 mJ / cm 2 for the same soft x-ray exposure process.

Claims (10)

(a) 케탈 관능화된 산 민감성 폴리머, 및 (b) 방사 민감성 산 발생기 성분을 포함하고, 상기 방사 민감성 산 발생기 성분은(a) a ketal functionalized acid sensitive polymer, and (b) a radiation sensitive acid generator component, wherein the radiation sensitive acid generator component (ⅰ) 산성의 관능성기 및 산 불안정성기-보호된 산성 관능성기를 갖지 않는 용해-억제 산 발생기들로 이루어진 군에서 선택된 제 1 방사 민감성 산 발생기, 및(Iii) a first radiation sensitive acid generator selected from the group consisting of an acidic functional group and a dissolution-inhibiting acid generator having no acid labile group-protected acidic functional group, and (ⅱ) 비보호된 산성 기-관능화된 방사 민감성 산 발생기들로 이루어진 군에서 선택된 제 2 방사 민감성 산 발생기, - 여기서, 산성 잔기는 카르복실성 잔기 및 플루오로알콜 잔기로 이루어진 군에서 선택됨-을 포함하는 것인 레지스트 조성물.(Ii) a second radiation sensitive acid generator selected from the group consisting of unprotected acidic group-functionalized radiation sensitive acid generators, wherein the acidic residues are selected from the group consisting of carboxyl residues and fluoroalcohol residues; Resist composition comprising. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 레지스트 조성물은 상기 방사 민감성 산 발생기 성분을 상기 케탈 관능화된 산 민감성 폴리머의 중량에 기초하여 4중량% 이상 함유하는 것인 레지스트 조성물.The resist composition of claim 1, wherein the resist composition contains at least 4% by weight of the radiation sensitive acid generator component based on the weight of the ketal functionalized acid sensitive polymer. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 산 발생기는 5:1 내지 1:5의 몰비로 존재하는 것인 레지스트 조성물.The resist composition of claim 1, wherein the first and second acid generators are present in a molar ratio of 5: 1 to 1: 5. 기판 상에 패턴화된 물질 구조를 형성하는 방법에 있어서, 상기 물질은 유기 유전체, 반도체, 세라믹 및 금속으로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 방법은, A method of forming a patterned material structure on a substrate, wherein the material is selected from the group consisting of organic dielectrics, semiconductors, ceramics, and metals. (A) 기판에 물질층을 제공하는 단계;(A) providing a layer of material on the substrate; (B) 상기 기판상에 레지스트층을 형성하기 위해 레지스트 조성물을 적용하는 단계, - 상기 레지스트 조성물은 케탈 관능화된 산 민감성 폴리머 및 방사 민감성 산 발생기 성분을 포함하고, 상기 방사 민감성 산 발생기 성분은(B) applying a resist composition to form a resist layer on the substrate, the resist composition comprising a ketal functionalized acid sensitive polymer and a radiation sensitive acid generator component, wherein the radiation sensitive acid generator component (ⅰ) 산성의 관능성기 및 산 불안정성기-보호된 산성 관능성기를 갖지 않는 용해-억제 산 발생기들로 이루어진 군에서 선택된 제 1 방사 민감성 산 발생기, 및(Iii) a first radiation sensitive acid generator selected from the group consisting of an acidic functional group and a dissolution-inhibiting acid generator having no acid labile group-protected acidic functional group, and (ⅱ) 비보호된 산성 기-관능화된 산 민감성 산 발생기들로 이루어진 군에서 선택된 제 2 방사 민감성 산 발생기(여기서, 산성 잔기는 카르복실성 잔기 및 플루오로알콜 잔기로 이루어진 군에서 선택됨)을 포함함;(Ii) a second radiation sensitive acid generator selected from the group consisting of unprotected acidic group-functionalized acid sensitive acid generators, wherein the acidic residues are selected from the group consisting of carboxylic and fluoroalcohol residues; box; (C) 상기 기판을 방사에 패턴식으로 노출시켜 상기 방사에 의해 상기 레지스트층의 노출된 영역에서 레지스트의 산 발생기에 의해 산이 발생되는 단계;(C) patternwise exposing the substrate to radiation to generate acid by an acid generator of the resist in the exposed region of the resist layer by the radiation; (D) 수성 알카리 현상액을 상기 기판에 접촉시켜 상기 레지스트층의 상기 노출 영역이 패턴화된 레지스트 구조를 드러내기 위해 상기 현상액 용액에 의해 선택적으로 용해되는 단계; 및(D) contacting the aqueous alkaline developer to the substrate to selectively dissolve the exposed area of the resist layer by the developer solution to reveal a patterned resist structure; And (E) 레지스트 구조 패턴으로 스페이스를 통해 상기 물질층을 에칭하여 상기 물질층에 상기 레지스트 구조 패턴을 전달하는 단계를 포함하는 것인 방법.(E) etching the material layer through a space with a resist structure pattern to transfer the resist structure pattern to the material layer. 제 7항에 있어서, 적어도 하나의 중간층이 상기 물질층과 상기 레지스트 층 사이에 제공되고, 단계(E)는 상기 중간층을 통해 에칭하는 단계를 포함하는 것인 방법.8. The method of claim 7, wherein at least one intermediate layer is provided between the material layer and the resist layer, and step (E) comprises etching through the intermediate layer. 제 7항에 있어서, 상기 방사는 전자 프로젝션 방사, EUV 방사 및 소프트 x-레이 방사로 이루어진 군에서 선택되는 것인 방법.8. The method of claim 7, wherein said radiation is selected from the group consisting of electron projection radiation, EUV radiation and soft x-ray radiation. 제 7항에 있어서, 상기 기판은 단계(C) 및 (D) 사이에서 구워지는 것인 방법.8. The method of claim 7, wherein the substrate is baked between steps (C) and (D).
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US5880169A (en) * 1995-11-02 1999-03-09 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Sulfonium salts and chemically amplified positive resist compositions
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