KR100811393B1 - Photoresist additive for inhibiting pattern collapse and photoresist composition containing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패턴 붕괴 개선용 포토레지스트 첨가제 및 이를 함유하는 포토레지스트 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포토레지스트 자체의 표면장력을 낮추어 포토레지스트 패턴과 피식각층과의 접착력을 높임으로써 패턴의 붕괴 현상을 개선시킬 목적으로 사용하는 포토레지스트 첨가제, 이를 함유하는 포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 패턴 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photoresist additive for improving pattern collapse and a photoresist composition containing the same. More particularly, the pattern collapse is improved by lowering the surface tension of the photoresist itself to increase adhesion between the photoresist pattern and the etched layer. It relates to a photoresist additive used for the purpose of improving, a photoresist composition containing the same and a pattern forming method using the same.

이러한 본 발명에 따른 포토레지스트 첨가제인 염 화합물을 포토레지스트 조성물에 첨가하여 포토레지스트 패턴을 형성하면 상기 염 화합물이 포토레지스트 자체의 표면장력을 낮춤으로써 피식각층과 포토레지스트 사이의 부착력을 높여 패턴 붕괴 현상을 개선시킬 수 있다.When the salt compound, which is a photoresist additive according to the present invention, is added to the photoresist composition to form a photoresist pattern, the salt compound lowers the surface tension of the photoresist itself, thereby increasing adhesion between the etched layer and the photoresist, thereby causing a pattern collapse. Can be improved.

Description

패턴 붕괴 개선용 포토레지스트 첨가제 및 이를 함유하는 포토레지스트 조성물{Photoresist additive for inhibiting pattern collapse and photoresist composition containing the same}Photoresist additive for inhibiting pattern collapse and photoresist composition containing same {Photoresist additive for inhibiting pattern collapse and photoresist composition containing the same}

도 1은 본 발명에 따른 실시예 1에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진.1 is a photoresist pattern photo formed by Example 1 according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 실시예 2에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진.Figure 2 is a photoresist pattern photo formed by Example 2 according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 실시예 3에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진.Figure 3 is a photoresist pattern photo formed by Example 3 according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 실시예 4에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진.4 is a photoresist pattern photo formed by Example 4 according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 실시예 5에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진.5 is a photoresist pattern photo formed by Example 5 according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 실시예 6에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진.6 is a photoresist pattern photo formed by Example 6 according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 실시예 7에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진.7 is a photoresist pattern photo formed by Example 7 according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 실시예 8에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진.8 is a photoresist pattern photo formed by Example 8 according to the present invention.

도 9는 본 발명에 따른 실시예 9에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진.9 is a photoresist pattern photo formed by Example 9 according to the present invention.

도 10은 비교예에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진.10 is a photoresist pattern photo formed by the comparative example.

본 발명은 패턴 붕괴 개선용 포토레지스트 첨가제 및 이를 함유하는 포토레 지스트 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포토레지스트 자체의 표면장력을 낮추어 포토레지스트 패턴과 피식각층과의 접착력을 높임으로써 패턴의 붕괴 현상을 개선시킬 목적으로 사용하는 포토레지스트 첨가제, 이를 함유하는 포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 패턴 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photoresist additive for improving pattern collapse and a photoresist composition containing the same. More specifically, the pattern collapse is enhanced by lowering the surface tension of the photoresist itself to increase adhesion between the photoresist pattern and the etched layer. It relates to a photoresist additive used for the purpose of improving the photoresist composition containing the same, and a pattern forming method using the same.

근래에 디바이스가 점점 미세화 되어감에 따라 포토레지스트의 코팅 두께도 함께 낮아지는 추세에 있고, 또한 포토레지스트의 코팅 두께가 낮아짐으로 인해 후속 공정인 식각 공정에서 피식각층을 효과적으로 제거하지 못하게 되어 회로 형성이 불가능해지는 문제점이 있다. 이에 대한 해결책으로 새로운 식각 공정을 개발하거나 또는 하드 마스크 공정을 추가로 도입할 수 있는데, 이러한 해결책은 생산 단가를 높이는 문제점을 야기하고, 아스펙트비(포토레지스트 두께, 즉 형성된 패턴의 높이/선폭)를 높이게 되면 패턴이 붕괴하는 문제가 발생한다.In recent years, as the device becomes more and more fine, the coating thickness of the photoresist is also decreasing. Also, since the coating thickness of the photoresist is reduced, the formation of the circuit is difficult because the etching layer is not effectively removed in the subsequent etching process. There is a problem that becomes impossible. As a solution to this, a new etching process or a hard mask process may be further introduced, which causes a problem of increasing production cost, and an aspect ratio (photoresist thickness, that is, the height / line width of the formed pattern). Increasing the problem causes the pattern to collapse.

한편, 반도체 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 일반적인 방법을 개략적으로 보면, 먼저 반도체 기판 상에 피식각층을 형성한 다음, 피식각층 위에 포토레지스트 막을 형성하고, 이를 노광 및 현상하여 상기 피식각층의 일부를 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이때 포지티브형 포토레지스트 막을 사용한 경우에는 현상액과 포토레지스트 막의 화학 반응에 의하여 노광 영역에서 포토레지스트 막이 제거되어 포토레지스트 패턴이 형성된다.Meanwhile, when a general method of forming a photoresist pattern on a semiconductor substrate is roughly described, first, an etching target layer is formed on a semiconductor substrate, and then a photoresist film is formed on the etching target layer, and the photoresist layer is exposed and developed to expose a portion of the etching target layer. A photoresist pattern is formed to expose the film. In this case, when a positive photoresist film is used, the photoresist film is removed from the exposure area by a chemical reaction between the developer and the photoresist film to form a photoresist pattern.

상기와 같이 포토레지스트 패턴을 형성한 다음에는 반도체 기판을 스핀시키면서 스핀 장치의 상부로부터 초순수 (deionized water)를 분사시켜서 반도체 기판을 세정하는 과정을 거치는데, 이 과정에서 초순수의 표면장력이 높아 패턴이 쓰러 지는 문제점이 발생한다.After forming the photoresist pattern as described above, the semiconductor substrate is cleaned by spraying deionized water from the top of the spin apparatus while spinning the semiconductor substrate. In this process, the surface tension of the ultrapure water is high and the pattern is removed. Falling problem occurs.

이를 위해 초순수의 표면장력을 낮추고자, 초순수에 첨가제 또는 계면활성제를 넣어 포토레지스트 패턴 붕괴를 개선시키고자 노력해 왔으나, 이는 현재 기존의 중앙공급식 초순수 공급체계에 비추어 볼 때 새로운 초순수 공급 라인을 만들어야 한다는 문제점을 안고 있다.To this end, efforts have been made to improve the photoresist pattern collapse by adding additives or surfactants to the ultrapure water to lower the surface tension of the ultrapure water, but this requires the creation of a new ultrapure water supply line in light of the existing centrally supplied ultrapure water supply system. I have a problem.

이러한 이유로 포토레지스트의 기판에 대한 접착력을 향상시키기 위해 많은 노력을 기울였으나 뚜렷한 결과를 얻지 못하고 있다.For this reason, many efforts have been made to improve the adhesion of the photoresist to the substrate, but no clear results are obtained.

포토레지스트 패턴의 붕괴는 형성된 포토레지스트 패턴의 높이가 임계 높이를 넘었을 때 모세관력 (capillary force)이 포토레지스트 자체의 탄성력을 능가하게 되어 패턴이 쓰러지게 되는 것이다.The collapse of the photoresist pattern is that when the height of the formed photoresist pattern exceeds the critical height, the capillary force exceeds the elastic force of the photoresist itself, causing the pattern to collapse.

따라서 포토레지스트 내부의 탄성을 증가시키거나, 포토레지스트 자체의 표면장력을 낮춰 피식각층과 포토레지스트 사이의 부착력을 높임으로써 패턴 붕괴를 방지할 수 있다.Therefore, the pattern collapse can be prevented by increasing the elasticity inside the photoresist or lowering the surface tension of the photoresist itself to increase the adhesion between the etched layer and the photoresist.

이에 본 발명자들은 상기한 문제점 해결을 위한 방안 중에서 포토레지스트 자체의 표면장력을 낮추는데 초점을 두고 노력하여 오던 중, 특정 염 화합물을 포토레지스트 조성물에 첨가하여 포토레지스트 자체의 표면장력을 낮춤으로써 피식각층과 포토레지스트 사이의 부착력을 높여 패턴 붕괴 현상을 개선시킬 수 있다는 것을 알아내어 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have been trying to focus on lowering the surface tension of the photoresist itself in a solution for the above problems, and by adding a specific salt compound to the photoresist composition to lower the surface tension of the photoresist itself, The present invention was completed by finding that the adhesion between the photoresists can be improved to improve the pattern collapse phenomenon.

본 발명의 목적은 포토레지스트의 표면장력을 낮춤으로써 포토레지스트 패턴 의 붕괴 현상을 개선시킬 목적으로 사용하는 포토레지스트 첨가제 및 이를 함유하는 포토레지스트 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a photoresist additive and a photoresist composition containing the same, which are used for the purpose of improving the collapse of the photoresist pattern by lowering the surface tension of the photoresist.

또한 본 발명의 목적은 상기 포토레지스트 조성물을 이용하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 방법 및 이러한 방법에 의해 얻어진 반도체 소자를 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide a method of forming a photoresist pattern using the photoresist composition and a semiconductor device obtained by the method.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 우선, 패턴 붕괴 개선용 포토레지스트 첨가제를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention first provides a photoresist additive for improving pattern collapse.

본 발명의 첨가제로는 티아졸리움 염(thiazolium salt), 인돌리움 염(indolium salt) 및 피릴리움 염(pyrylium salt)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 염 화합물을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.As the additive of the present invention, a salt compound selected from the group consisting of thiazolium salt, indolium salt, and pyrylium salt may be used alone or in combination.

상기 티아졸리움 염의 바람직한 예로는 하기 화학식 1a의 염 화합물을 들 수 있고, 인돌리움 염의 바람직한 예로는 하기 화학식 1b, 1c, 1d, 1g 및 1h의 염 화합물을 들 수 있으며, 피릴리움 염의 바람직한 예로는 하기 화학식 1e, 1f 및 1i의 염 화합물을 들 수 있다.Preferred examples of the thiazolium salts include salt compounds of the following Chemical Formula 1a, and preferred examples of indoleium salts include salt compounds of the following Chemical Formulas 1b, 1c, 1d, 1g, and 1h, and preferred examples of pyrilium salts. And salt compounds represented by the following formulas (1e), (1f) and (1i).

화학식 1a의 2-[3-(3-에틸-2(3H)-벤조티아졸리덴)-2-메틸-1-프로페닐]-3- [3-(술포옥시)-부틸]벤조티아졸리움 하이드록사이드; 2- [3- (3-ethyl-2 (3H) -benzothiazolidene) -2-methyl-1-propenyl] -3- [3- (sulfooxy) -butyl] benzothiazolium hydride of formula 1a Rockside;                     

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112001031919839-pat00001
Figure 112001031919839-pat00001

화학식 1b의 2-[2-[2-클로로-3-[(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-알킬-2H-인돌 -2-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-3,3-디메틸-1-알킬인돌리움 이오다이드;2- [2- [2-chloro-3-[(1,3-dihydro-3,3-dimethyl-1-alkyl-2H-indole-2-ylidene) ethylidene] -1-cyclo of formula 1b Hexen-1-yl] ethenyl] -3,3-dimethyl-1-alkylindolinium iodide;

[화학식 1b][Formula 1b]

Figure 112001031919839-pat00002
Figure 112001031919839-pat00002

화학식 1c의 2-[2-[3-(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-알킬-2H-인돌-2-일리덴)에틸리덴]-2-(페닐티오)-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-3,3-디메틸-1-알킬인돌리움 이오다이드; 2- [2- [3- (1,3-dihydro-3,3-dimethyl-1-alkyl-2H-indol-2-ylidene) ethylidene] -2- (phenylthio) -1 of formula 1c -Cyclohexen-1-yl] ethenyl] -3,3-dimethyl-1-alkylindolinium iodide;

[화학식 1c][Formula 1c]

Figure 112001031919839-pat00003
Figure 112001031919839-pat00003

화학식 1d의 1,1'-알킬-3,3,3',3'-테트라메틸-4,5,4',5'-디벤조인도-디카르 보시아닌;1,1'-alkyl-3,3,3 ', 3'-tetramethyl-4,5,4', 5'-dibenzoindo-dicarbocyanine of Formula 1d;

[화학식 1d][Formula 1d]

Figure 112001031919839-pat00004
Figure 112001031919839-pat00004

화학식 1e의 4-[2-[3-[(2,6-디페닐-4H-티오피란-4-일리덴)에틸리덴]-2-페닐-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-2,6-디페닐티오피릴리움 테트라플루오로보레이트;4- [2- [3-[(2,6-diphenyl-4H-thiopyran-4-ylidene) ethylidene] -2-phenyl-1-cyclohexen-1-yl] ethenyl of the formula 1e] -2,6-diphenylthiopyryllium tetrafluoroborate;

[화학식 1e][Formula 1e]

Figure 112001031919839-pat00005
Figure 112001031919839-pat00005

화학식 1f의 4-[2-[2-클로로-3-[(2,6-디페닐-4H-티오피란-4-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일}에테닐]-2,6-디페닐티오피릴리움 테트라플루오로보레이트; 4- [2- [2-chloro-3-[(2,6-diphenyl-4H-thiopyran-4-ylidene) ethylidene] -1-cyclohexen-1-yl} ethenyl of Formula 1f] -2,6-diphenylthiopyryllium tetrafluoroborate;                     

[화학식 1f][Formula 1f]

Figure 112001031919839-pat00006
Figure 112001031919839-pat00006

화학식 1g의 1-알킬-2-[2-[3-[(1-알킬-6-클로로벤즈[cd]인돌-2(1H)-일리덴)에틸리덴]-2-클로로-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-6-클로로벤즈[cd]인돌리움 테트라플루오로보레이트;1-alkyl-2- [2- [3-[(1-alkyl-6-chlorobenz [cd] indole-2 (1H) -ylidene) ethylidene] -2-chloro-1-cyclohexene of formula 1 g -1-yl] ethenyl] -6-chlorobenz [cd] indoleium tetrafluoroborate;

[화학식 1g][Formula 1g]

Figure 112001031919839-pat00007
Figure 112001031919839-pat00007

화학식 1h의 6-클로로-2-[2-[3-[(6-클로로-1-알킬벤즈[cd]인돌-2(1H)-일리덴)에틸리덴]-2-페닐-1-사이클로펜텐-1-일]에테닐]-1-알킬벤즈[cd]인돌리움 테트라플루오로보레이트; 6-chloro-2- [2- [3-[(6-chloro-1-alkylbenz [cd] indole-2 (1H) -ylidene) ethylidene] -2-phenyl-1-cyclopentene of formula 1h -1-yl] ethenyl] -1-alkylbenz [cd] indoleium tetrafluoroborate;                     

[화학식 1h][Formula 1h]

Figure 112001031919839-pat00008
Figure 112001031919839-pat00008

화학식 1i의 8-[[3-[(6,7-디하이드로-2,4-디페닐-5H-1-벤조피란-8-일)메틸렌]-2-페닐-1-사이클로펜텐-1-일]메틸렌]-5,6,7,8-테트라하이드로-2,4-디페닐-1-벤조피릴리움 테트라플루오로보레이트(m=1인 경우); 및 8-[[3-[(6,7-디하이드로-2,4-디페닐-5H-1-벤조피란-8-일)메틸렌]-2-페닐-1-사이클로헥센-1-일]메틸렌]-5,6,7,8-테트라하이드로-2,4-디페닐-1-벤조피릴리움 테트라플루오로보레이트(m=2인 경우).8-[[3-[(6,7-dihydro-2,4-diphenyl-5H-1-benzopyran-8-yl) methylene] -2-phenyl-1-cyclopentene-1- of Formula 1i Il] methylene] -5,6,7,8-tetrahydro-2,4-diphenyl-1-benzopyryllium tetrafluoroborate (if m = 1); And 8-[[3-[(6,7-dihydro-2,4-diphenyl-5H-1-benzopyran-8-yl) methylene] -2-phenyl-1-cyclohexen-1-yl] Methylene] -5,6,7,8-tetrahydro-2,4-diphenyl-1-benzopyryllium tetrafluoroborate (if m = 2).

[화학식 1i]Formula 1i]

Figure 112001031919839-pat00009
Figure 112001031919839-pat00009

상기 식에서,Where

R은 C1-C10의 직쇄 또는 측쇄 알킬 그룹이다.R is a straight or branched alkyl group of C 1 -C 10 .

상기 화학식 1a 내지 1i로 이루어지는 염 화합물인 포토레지스트 첨가제는 포토레지스트 조성물에 첨가되어 포토레지스트 자체의 표면장력을 낮춤으로써 피식 각층과 포토레지스트 사이의 부착력을 높여 패턴 붕괴 현상을 개선시키는 역할을 하는 것이다.The photoresist additive, which is a salt compound of Formulas 1a to 1i, is added to the photoresist composition to lower the surface tension of the photoresist itself, thereby improving the adhesion between the layer and the photoresist, thereby improving the pattern collapse phenomenon.

본 발명에서는 또한 (i) 전술한 상기 화학식 1a 내지 1i로 이루어진 군으로부터 선택되는 포토레지스트 첨가제 (ii) 베이스 수지 (iii) 유기용매 및 선택적으로 (iv) 광산발생제를 포함하는 포토레지스트 조성물을 제공한다. 즉, 본 발명에 따른 첨가제는 통상의 포토레지스트 조성물에 사용될 수 있으며, 특히 화학증폭형 포토레지스트 조성물에 유효하다.The present invention also provides a photoresist composition comprising (i) a photoresist additive selected from the group consisting of the above formulas (Ia) to (i) a base resin (iii) an organic solvent and optionally (iv) a photoacid generator. do. That is, the additive according to the present invention can be used in conventional photoresist compositions, and is particularly effective for chemically amplified photoresist compositions.

이러한 포토레지스트 조성물은 상기 요소들을 포함하여, 필요에 따라 기타 첨가제 등을 더 포함할 수 있다.Such a photoresist composition may further include other additives and the like, as necessary, including the above elements.

먼저, 포토레지스트 첨가제는 상기 베이스 수지에 대해 0.01 내지 0.2중량%의 비율로 사용되는 것이 바람직하다. 0.2중량% 이상의 너무 많은 양의 첨가제가 사용되면 포토레지스트의 해상능력 및 흡수도 증가로 인한 패턴 모양이 변형되는 문제점이 있다.First, the photoresist additive is preferably used in a ratio of 0.01 to 0.2% by weight based on the base resin. If too large amounts of additives of 0.2% by weight or more are used, there is a problem in that the pattern shape is deformed due to the increase in the resolution and absorption of the photoresist.

또한 상기 포토레지스트 조성물에 포함되는 베이스 수지, 광산발생제 및 유기용매는 통상의 화학증폭형 포토레지스트 조성물에 사용되는 것이면 무엇이든 가능하며 예를 들어 US 5,212,043 (1993. 5. 18), WO 97/33198 (1997. 9. 12), WO 96/37526 (1996. 11. 28), EP 0 794 458 (1997. 9. 10), EP 0 789 278 (1997. 8. 13), US 5,750,680 (1998. 5. 12), GB 2,340,830 A (2000. 3. 1), US 6,051,678 (2000. 4. 18), GB 2,345,286 A (2000. 7. 5), US 6,132,926 (2000. 10. 17), US 6,143,463 (2000. 11. 7), US 6,150,069 (2000. 11. 21), US 6,180,316 B1 (2001. 1. 30), US 6,225,020 B1 (2001. 5. 1), US 6,235,448 B1 (2001. 5. 22) 및 US 6,235,447 B1 (2001. 5. 22) 등에 개시된 것을 포함한다.In addition, the base resin, the photoacid generator and the organic solvent included in the photoresist composition may be any one used in a conventional chemically amplified photoresist composition, for example, US 5,212,043 (May 18, 1993), WO 97 / 33198 (September 12, 1997), WO 96/37526 (Nov. 28, 1996), EP 0 794 458 (September 10, 1997), EP 0 789 278 (August 13, 1997), US 5,750,680 (1998. 5.12), GB 2,340,830 A (March 1, 2000), US 6,051,678 (April 18, 2000), GB 2,345,286 A (May 5, 2000), US 6,132,926 (October 17, 2000), US 6,143,463 ( 7 November 2000), US 6,150,069 (11/21/2000), US 6,180,316 B1 (January 30, 2001), US 6,225,020 B1 (May 1, 2001), US 6,235,448 B1 (May 22, 2001) and US 6,235,447 B1 (May 22, 2001) and the like.

특히 베이스 수지는 사이클로 올레핀 백본(back bone) 구조를 갖는 것으로서, 소정의 기능기(functional group), 예를 들어, 용해억제기로 작용하는 산에 민감한 보호기 및 광 민감도 향상을 위한 카르복실산 등의 기능기를 갖는 사이클로올레핀계 공단량체들이 부가 중합된 사이클로 올레핀 백본의 고리(ring) 구조가 깨지지 않고 주쇄 내에 유지되어 있는 반복단위체를 포함하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 기판 접착성 및 민감성 조절을 위한 히드록시 알킬 기능기를 갖는 사이클로 올레핀 공단량체를 포함하는 것이 좋다.In particular, the base resin has a cycloolefin backbone structure and functions as a functional group, for example, an acid-sensitive protecting group that acts as a dissolution inhibitor, and a carboxylic acid for improving light sensitivity. It is preferable that the cycloolefin-based comonomers having groups include repeating units in which the ring structure of the cyclopolymerized cycloolefin backbone, which is addition-polymerized, is maintained in the main chain without breaking, and more preferably, it is used for controlling substrate adhesion and sensitivity. It is preferred to include cyclo olefin comonomers having oxyalkyl functional groups.

예를 들어 하기 화학식 2의 중합 반복 단위를 포함하는 베이스 수지를 들 수 있는데, 여기서 기판에 대한 접착성을 향상시키기 위하여 하기 화학식 2a와 같이 2-히드록시에틸 바이사이클로[2.2.1]헵트-5-엔-2-카르복실레이트(n=1) 또는 2-히드록시에틸 바이사이클로[2.2.2]옥트-5-엔-2-카르복실레이트(n=2) 공단량체를 포함하는 것이 바람직하다.For example, a base resin including a polymerized repeating unit represented by Chemical Formula 2 may be used, in which 2-hydroxyethyl bicyclo [2.2.1] hept-5 as shown in Chemical Formula 2a to improve adhesion to a substrate. -En-2-carboxylate (n = 1) or preferably 2-hydroxyethyl bicyclo [2.2.2] oct-5-ene-2-carboxylate (n = 2) comonomer .

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112001031919839-pat00010
Figure 112001031919839-pat00010

[화학식 2a][Formula 2a]

Figure 112001031919839-pat00011
Figure 112001031919839-pat00011

상기 식에서, Where

R1은 산에 민감한 보호기이고;R 1 is an acid sensitive protecting group;

R2는 C1-C10의 히드록시 알킬기이고;R 2 is a C 1 -C 10 hydroxy alkyl group;

a : b : c : d는 0-50몰% : 20-50몰% : 1-30몰% : 0-45몰%이며;a: b: c: d is 0-50 mol%: 20-50 mol%: 1-30 mol%: 0-45 mol%;

n은 1 또는 2이다.n is 1 or 2.

상기 산에 민감한 보호기는 산에 의해 탈리될 수 있는 그룹으로서, 산에 민감한 보호기가 붙어 있는 경우에는 포토레지스트가 알칼리 현상액에 의해 용해되는 것이 억제되고, 노광에 의해 발생된 산에 의해 민감한 보호기가 탈리되면 알칼리 현상액에 용해될 수 있다.The acid-sensitive protecting group is a group that can be detached by an acid. When an acid-sensitive protecting group is attached, the photoresist is prevented from being dissolved by an alkaline developer, and the sensitive protecting group is released by an acid generated by exposure. Can be dissolved in an alkaline developer.

이러한 산에 민감한 보호기는 상기와 같은 역할을 수행할 수 있는 것이면 무엇인든 가능하며 이는 상기 인용문헌에 개시된 것을 포함하고, 바람직하게는 t-부틸, 테트라하이드로피란-2-일, 2-메틸 테트라하이드로피란-2-일, 테트라하이드로퓨란-2-일, 2-메틸 테트라하이드로퓨란-2-일, 1-메톡시프로필, 1-메톡시-1-메틸에틸, 1-에톡시프로필, 1-에톡시-1-메틸에틸, 1-메톡시에틸, 1-에톡시에틸, t-부톡시에 틸, 1-이소부톡시에틸 또는 2-아세틸멘트-1-일 등이 될 수 있다.Such acid-sensitive protecting groups can be any so long as they can play such roles, including those disclosed in the above cited references, preferably t-butyl, tetrahydropyran-2-yl, 2-methyl tetra Hydropyran-2-yl, tetrahydrofuran-2-yl, 2-methyl tetrahydrofuran-2-yl, 1-methoxypropyl, 1-methoxy-1-methylethyl, 1-ethoxypropyl, 1- Ethoxy-1-methylethyl, 1-methoxyethyl, 1-ethoxyethyl, t-butoxy ethyl, 1-isobutoxyethyl or 2-acetylment-1-yl and the like.

상기 광산발생제로는 바람직하게 157nm 및 193nm에서 상대적으로 흡광도가 적은 디아조메탄계 화합물, 글리옥심계 화합물 및 벤질토실레이트계 화합물, 예를 들어 프탈이미도트리플루오로메탄술포네이트, 디니트로벤질토실레이트, n-데실디술폰 및 나프틸이미도트리플루오로메탄술포네이트가 주로 사용되며; 황화염계 화합물 및 오니움염계 화합물인 디페닐요도염 헥사플루오르포스페이트, 디페닐요도염 헥사플루오르 아르세네이트, 디페닐요도염 헥사플루오르 안티모네이트, 디페닐파라메톡시페닐 트리플레이트, 디페닐파라톨루에닐 트리플레이트, 디페닐파라이소부틸페닐 트리플레이트, 디페닐파라-t-부틸페닐 트리플레이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오르 포스페이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오르 아르세네이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오르 안티모네이트, 트리페닐설포늄 트리플레이트 또는 디부틸나프틸설포늄 트리플레이트 화합물을 겸용할 수도 있다.As the photoacid generator, diazomethane-based compounds, glyoxime-based compounds and benzyltosylate-based compounds having relatively low absorbance at 157 nm and 193 nm, for example, phthalimidotrifluoromethanesulfonate and dinitrobenzyltosylate n-decyldisulfone and naphthylimidotrifluoromethanesulfonate are mainly used; Diphenyl iodo hexafluorophosphate, diphenyl iodo hexafluoro arsenate, diphenyl iodo hexafluoro antimonate, diphenyl paramethoxy phenyl triflate, diphenyl paratoluenyl Triflate, Diphenylparaisobutylphenyl Triflate, Diphenylpara-t-butylphenyl Triflate, Triphenylsulfonium Hexafluor Phosphate, Triphenylsulfonium Hexafluor Arsenate, Triphenylsulfonium Hexafluor Antimonate , Triphenylsulfonium triflate or dibutylnaphthylsulfonium triflate compound may also be used.

상기 광산발생제는 포토레지스트 중합체에 대해 0.05 내지 10 중량% 비율로 사용되는 것이 바람직한데, 0.05중량% 이하의 양이 사용될 때에는 포토레지스트의 광에 대한 민감도가 취약하게 되고 10중량% 이상의 양이 사용될 때는 광산발생제가 원자외선을 많이 흡수하고 산이 다량 발생되어 단면이 좋지 않은 패턴을 얻게 된다.The photoacid generator is preferably used in a ratio of 0.05 to 10% by weight relative to the photoresist polymer, when the amount of 0.05% by weight or less is used, the sensitivity of the photoresist to light is used and an amount of 10% by weight or more may be used. In this case, the photoacid generator absorbs a lot of ultraviolet rays and a large amount of acid is generated to obtain a pattern having a bad cross section.

또한, 상기 유기용매로는 바람직하게 메틸 3-메톡시프로피오네이트, 에틸 3-에톡시프로피오네이트, 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트, 사이클로헥사논, 2-헵타논 또는 에틸락테이트를 사용하며, 상기 포토레지스트 중합체에 대해 200 내지 1000중량% 비율로 사용되는데, 이는 원하는 두께의 포토레지스트 막을 얻기 위한 것으로 예를 들면, 포토레지스트 중합체에 대해 유기용매가 800중량% 사용될 때의 포토레지스트 두께는 약 0.3㎛가 된다.In addition, the organic solvent is preferably methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, propylene glycol methyl ether acetate, cyclohexanone, 2-heptanone or ethyl lactate. It is used in a ratio of 200 to 1000% by weight based on the photoresist polymer, which is used to obtain a photoresist film having a desired thickness. For example, when the organic solvent is used in an amount of 800% by weight based on the photoresist polymer, the thickness of the photoresist is about 0.3 μm. Becomes

본 발명에서는 또한 하기와 같은 단계를 포함하는 포토레지스트 패턴 형성방법을 제공한다:The present invention also provides a method of forming a photoresist pattern comprising the following steps:

(a) 상기 본 발명에 따른 포토레지스트 조성물을 피식각층 상부에 코팅하여 포토레지스트 막을 형성하는 단계;(a) coating the photoresist composition according to the present invention on the etched layer to form a photoresist film;

(b) 상기 포토레지스트 막을 노광원으로 노광하는 단계; 및(b) exposing the photoresist film to an exposure source; And

(c) 상기 노광된 포토레지스트 막을 현상하여 포토레지스트 패턴을 얻는 단계.(c) developing the exposed photoresist film to obtain a photoresist pattern.

상기 과정에서 (b)단계의 노광전에 소프트 베이크 공정, 또는 (b)단계의 노광후에 포스트 베이크 공정을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 베이크 공정은 70 내지 200℃에서 수행되는 것이 바람직하다.The process may further include a soft bake process before the exposure of step (b), or a post bake process after the exposure of step (b), which is preferably carried out at 70 to 200 ℃. .

또한, 상기 노광공정은 VUV(157nm), ArF(193nm), KrF(248nm), EUV(13nm), E-빔, X-선 또는 이온빔을 노광원으로 사용하여, 0.1 내지 50mJ/cm2의 노광에너지로 수행되는 것이 바람직하다.In addition, the exposure process is exposed to 0.1 to 50mJ / cm 2 using VUV (157nm), ArF (193nm), KrF (248nm), EUV (13nm), E-beam, X-rays or ion beam as an exposure source It is preferably carried out with energy.

한편, 상기에서 현상 단계 (c)는 알칼리 현상액을 이용하여 수행될 수 있으며, 알칼리 현상액은 0.01 내지 5중량%의 테트라메틸암모늄하이드록사이드(TMAH) 수용액인 것이 바람직하다. On the other hand, the developing step (c) in the above may be carried out using an alkaline developer, the alkaline developer is preferably 0.01 to 5% by weight of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution.                     

본 발명에서는 또한 상기 본 발명의 포토레지스트 조성물을 이용하여 제조된 반도체 소자를 제공한다.The present invention also provides a semiconductor device manufactured using the photoresist composition of the present invention.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 단 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples. However, the examples are only to illustrate the invention and the present invention is not limited by the following examples.

실시예 1 : 포토레지스트 조성물의 제조 및 포토레지스트 패턴 형성(1)Example 1 Preparation of Photoresist Composition and Formation of Photoresist Pattern (1)

본 발명에 따른 첨가제로서 상기 화학식 1a의 화합물(0.001g), 베이스 수지로서 상기 화학식 2의 화합물(10g), 1중량%의 트리옥틸아민 용액(1g의 트리옥틸아민을 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트 99g에 녹인 용액)(0.2g) 및 광산발생제로서 프탈이미도트리플루오로메탄술포네이트(0.06g)와 트리페닐설포늄 트리플레이트(0.06g)를 유기용매인 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트 100g에 녹인 후 20㎛ 필터로 여과시켜 포토레지스트 조성물을 제조하였다.The compound of formula 1a (0.001 g) as an additive according to the present invention, the compound of formula 2 (10 g) as a base resin, 1% by weight of trioctylamine solution (1 g of trioctylamine to 99 g of propylene glycol methyl ether acetate) Dissolved solution) (0.2 g) and phthalimidotrifluoromethanesulfonate (0.06 g) and triphenylsulfonium triflate (0.06 g) as a photoacid generator were dissolved in 100 g of propylene glycol methyl ether acetate as an organic solvent. Filtration with a filter produced a photoresist composition.

이렇게 얻은 포토레지스트 조성물을 실리콘 웨이퍼의 피식각층 상부에 스핀 코팅하여 포토레지스트 박막을 제조한 다음, 140℃의 오븐 또는 열판에서 90초간 소프트 베이크를 하고, ArF 레이저 노광장비로 노광한 후 140℃에서 90초간 다시 포스트 베이크하였다. 이렇게 노광한 웨이퍼를 2.38중량% TMAH 수용액에서 40초간 침지하여 현상함으로써 110nm L/S 초미세 포토레지스트 패턴을 얻었다(도 1 참조).The photoresist composition thus obtained was spin-coated on the etching target layer of the silicon wafer to prepare a photoresist thin film, followed by soft baking for 90 seconds in an oven or hot plate at 140 ° C., and then exposed to light using an ArF laser exposure apparatus, followed by 90 ° at 140 ° C. Post bake again for a second. The wafer thus exposed was immersed in a 2.38 wt% TMAH aqueous solution for 40 seconds and developed to obtain a 110 nm L / S ultrafine photoresist pattern (see FIG. 1).

실시예 2 : 포토레지스트 조성물의 제조 및 포토레지스트 패턴 형성(2)Example 2 Preparation of Photoresist Composition and Forming Photoresist Pattern (2)

실시예 1의 첨가제인 화학식 1a의 화합물을 사용하는 대신 화학식 1b의 화합물(0.001g)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 포토레지스트 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 110nm L/S 초미세 포토레지스트 패턴을 얻었다( 도 2 참조). A photoresist composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound of Formula 1b (0.001 g) was used instead of the compound of Formula 1a, which is an additive of Example 1, and 110 nm L / S was used. An ultrafine photoresist pattern was obtained (see FIG. 2).

실시예 3 : 포토레지스트 조성물의 제조 및 포토레지스트 패턴 형성(3)Example 3 Preparation of Photoresist Composition and Formation of Photoresist Pattern (3)

실시예 1의 첨가제인 화학식 1a의 화합물을 사용하는 대신 화학식 1c 화합물(0.001g)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 포토레지스트 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 110nm L/S 초미세 포토레지스트 패턴을 얻었다(도 3 참조). A photoresist composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound of Formula 1a (0.001 g) was used instead of the compound of Formula 1a, which is an additive of Example 1, and 110 nm L / S second using the same. A fine photoresist pattern was obtained (see FIG. 3).

실시예 4 : 포토레지스트 조성물의 제조 및 포토레지스트 패턴 형성(4)Example 4 Preparation of Photoresist Composition and Forming Photoresist Pattern (4)

실시예 1의 첨가제인 화학식 1a의 화합물을 사용하는 대신 화학식 1d의 화합물(0.001g)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 포토레지스트 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 110nm L/S 초미세 포토레지스트 패턴을 얻었다(도 4 참조). A photoresist composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound of Formula 1d (0.001 g) was used instead of the compound of Formula 1a, which is an additive of Example 1, and 110 nm L / S was used. An ultrafine photoresist pattern was obtained (see FIG. 4).

실시예 5 : 포토레지스트 조성물의 제조 및 포토레지스트 패턴 형성(5)Example 5 Preparation of Photoresist Composition and Formation of Photoresist Pattern (5)

실시예 1의 첨가제인 화학식 1a의 화합물을 사용하는 대신 화학식 1e의 화합물(0.001g)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 포토레지스트 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 110nm L/S 초미세 포토레지스트 패턴을 얻었다(도 5 참조). A photoresist composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound of Formula 1e (0.001 g) was used instead of the compound of Formula 1a, which is an additive of Example 1, and 110 nm L / S was used. An ultrafine photoresist pattern was obtained (see FIG. 5).

실시예 6 : 포토레지스트 조성물의 제조 및 포토레지스트 패턴 형성(6)Example 6 Preparation of Photoresist Composition and Formation of Photoresist Pattern (6)

실시예 1의 첨가제인 화학식 1a의 화합물을 사용하는 대신 화학식 1f의 화합물(0.001g)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 포토레지스트 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 110nm L/S 초미세 포토레지스트 패턴을 얻었다( 도 6 참조). A photoresist composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound of Formula 1f (0.001 g) was used instead of the compound of Formula 1a, which is an additive of Example 1, and 110 nm L / S was used. An ultrafine photoresist pattern was obtained (see FIG. 6).

실시예 7 : 포토레지스트 조성물의 제조 및 포토레지스트 패턴 형성(7)Example 7 Preparation of Photoresist Composition and Formation of Photoresist Pattern (7)

실시예 1의 첨가제인 화학식 1a의 화합물을 사용하는 대신 화학식 1g의 화합물(0.001g)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 포토레지스트 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 110nm L/S 초미세 포토레지스트 패턴을 얻었다(도 7 참조).A photoresist composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound of Formula 1g (0.001 g) was used instead of the compound of Formula 1a, which is an additive of Example 1, and 110 nm L / S was used. An ultrafine photoresist pattern was obtained (see FIG. 7).

실시예 8 : 포토레지스트 조성물의 제조 및 포토레지스트 패턴 형성(8)Example 8 Preparation of Photoresist Composition and Photoresist Pattern Formation 8

실시예 1의 첨가제인 화학식 1a의 화합물을 사용하는 대신 화학식 1h의 화합물(0.001g)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 포토레지스트 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 110nm L/S 초미세 포토레지스트 패턴을 얻었다(도 8 참조). A photoresist composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound of Formula 1h (0.001 g) was used instead of the compound of Formula 1a, which is an additive of Example 1, and 110 nm L / S was used. An ultrafine photoresist pattern was obtained (see FIG. 8).

실시예 9 : 포토레지스트 조성물의 제조 및 포토레지스트 패턴 형성(9)Example 9 Preparation of Photoresist Composition and Forming Photoresist Pattern (9)

실시예 1의 첨가제인 화학식 1a의 화합물을 사용하는 대신 화학식 1i의 화합물(0.001g)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 포토레지스트 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 110nm L/S 초미세 포토레지스트 패턴을 얻었다(도 9 참조). A photoresist composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound of Formula 1i (0.001 g) was used instead of the compound of Formula 1a, which is an additive of Example 1, and 110 nm L / S was used. An ultrafine photoresist pattern was obtained (see FIG. 9).

비교예 : 포토레지스트 조성물의 제조 및 포토레지스트 패턴 형성(10)Comparative Example: Preparation of Photoresist Composition and Forming Photoresist Pattern (10)

상기 실시예 1에서와 달리 첨가제를 사용하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 포토레지스트 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 110nm L/S 초미세 포토레지스트 패턴을 얻었으나 상기 실시예에서 생성된 패턴과 달리 패턴이 붕괴되었다(도 10 참조).A photoresist composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the additive was not used unlike in Example 1, and a 110 nm L / S ultrafine photoresist pattern was obtained using the same. Unlike the pattern, the pattern collapsed (see FIG. 10).

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 포토레지스트 첨가제인 염 화합물을 포토레지스트 조성물을 첨가하여 포토레지스트 패턴을 형성하면 상기 염 화합물이 포토레지스트 자체의 표면장력을 낮춤으로써 피식각층과 포토레지스트 사이의 부착력을 높여 패턴 붕괴 현상을 개선시킬 수 있다.As described above, when a photoresist pattern is formed by adding a photoresist composition to the salt compound, which is a photoresist additive, according to the present invention, the salt compound lowers the surface tension of the photoresist itself, thereby reducing the adhesion between the etched layer and the photoresist. To increase the pattern collapse.

Claims (9)

사이클로 올레핀 백본(back bone) 구조를 갖는 화학증폭형 포토레지스트 중합체, 광산발생제 및 유기용매를 포함하는 포토레지스트 조성물에 있어서, 상기 조성물은 첨가제로서 티아졸리움 염(thiazolium salt), 인돌리움 염(indolium salt) 및 피릴리움 염(pyrylium salt)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 염 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 조성물.In a photoresist composition comprising a chemically amplified photoresist polymer having a cyclo olefin back bone structure, a photoacid generator and an organic solvent, the composition is an additive of thiazolilium salt and indolium salt. and at least one salt compound selected from the group consisting of salts and pyrylium salts. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 염 화합물은 하기 화학식 1a 내지 1i로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 포토레지스트 조성물.The salt compound is a photoresist composition, characterized in that selected from the group consisting of the formula 1a to 1i. [화학식 1a][Formula 1a]
Figure 112001031919839-pat00012
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[화학식 1b][Formula 1b]
Figure 112001031919839-pat00013
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[화학식 1c][Formula 1c]
Figure 112001031919839-pat00014
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[화학식 1d][Formula 1d]
Figure 112001031919839-pat00015
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[화학식 1e][Formula 1e]
Figure 112001031919839-pat00016
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[화학식 1f][Formula 1f]
Figure 112001031919839-pat00017
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[화학식 1g][Formula 1g]
Figure 112001031919839-pat00018
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[화학식 1h][Formula 1h]
Figure 112001031919839-pat00019
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[화학식 1i]Formula 1i]
Figure 112001031919839-pat00020
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상기 식에서,Where R은 C1-C10의 직쇄 또는 측쇄 알킬 그룹이고, m은 1 또는 2이다.R is a straight or branched alkyl group of C 1 -C 10 , and m is 1 or 2.
제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 포토레지스트 첨가제는 상기 베이스 수지에 대해 0.01 내지 0.2중량%의 비율로 사용되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 조성물.The photoresist additive is a photoresist composition, characterized in that used in a ratio of 0.01 to 0.2% by weight relative to the base resin. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 화학증폭형 포토레지스트 중합체는 하기 화학식 2의 중합반복단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 조성물.The chemically amplified photoresist polymer photoresist composition, characterized in that it comprises a polymerization repeating unit of the formula (2). [화학식 2][Formula 2]
Figure 112007070271211-pat00021
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상기 식에서, Where R1은 산에 민감한 보호기이고;R 1 is an acid sensitive protecting group; R2는 C1-C10의 히드록시 알킬기이고;R 2 is a C 1 -C 10 hydroxy alkyl group; a : b : c : d는 0-50몰% : 20-50몰% : 1-30몰% : 0-45몰%이며;a: b: c: d is 0-50 mol%: 20-50 mol%: 1-30 mol%: 0-45 mol%; n은 1 또는 2이다.n is 1 or 2.
(a) 제 1 항 기재의 포토레지스트 조성물을 피식각층 상부에 도포하여 포토레지스트 막을 형성하는 단계;(a) applying the photoresist composition of claim 1 over the etched layer to form a photoresist film; (b) 상기 포토레지스트 막을 노광원으로 노광하는 단계; 및(b) exposing the photoresist film to an exposure source; And (c) 상기 노광된 포토레지스트 막을 현상하여 원하는 패턴을 얻는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.(c) developing the exposed photoresist film to obtain a desired pattern. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 (b)단계의 노광전에 소프트 베이크 공정 및 (b)단계의 노광후에 포스트 베이크 공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.And performing a soft bake process before the exposure of step (b) and a post bake process after the exposure of step (b). 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 노광원은 VUV, ArF, KrF, EUV, E-빔, X-선 및 이온빔으로 이루어진 군 으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.The exposure source is a photoresist pattern forming method, characterized in that selected from the group consisting of VUV, ArF, KrF, EUV, E-beam, X-ray and ion beam. 제 6 항 기재의 방법을 이용하여 제조된 반도체 소자.A semiconductor device manufactured using the method of claim 6.
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