본 발명에 이르러, 본 발명자들은 오버코팅된 포토레지스트 층과 함께 특히 유용한 신규 유기 코팅 조성물을 제공한다. 본 발명의 바람직한 코팅 조성물은 스핀-코팅에 의해 도포되고(스핀-상태의 조성물) 용매 조성물로서 제제화될 수 있다. 본 발명의 코팅 조성물은 특히 오버코팅된 포토레지스트를 위한 반사방지 조성물 및/또는 오버코팅된 포토레지스트 조성물 코팅 층을 위한 평탄화 또는 바이어-충전 조성물로서 유용하다.
상술한 바와 같이, 에스테르 반복단위를 함유하는 유기 코팅 조성물이 제공된다. 에스테르 그룹은 포토애시드(photoacid)에 불안정하지 않다. 즉, 노광전 베이킹, 활성 조사선에의 노광, 노광후 가열, 및/또는 현상의 전형적인 리소그래피(lithographic) 처리동안 탈블로킹되거나 절단되지 않는다. 바람직하게, 에스테르 반복 단위는 폴리머 주쇄에 존재한다. 즉, 에스테르 그룹((-(C=O)O-)이 폴리머 길이를 형성하는 측쇄 또는 실질적으로 직쇄상에 존재한다. 폴리올과 알킬 프탈레이트의 반응에 의해 제공될 수 있는 방향족 치환체, 예를 페닐, 나프틸 또는 안트라센 그룹을 함유하는 에스테르 그룹이 또한 바람직하다.
이러한 폴리에스테르 수지는 다른 반복단위를 펜던트 또는 측쇄 단위로서, 또는 폴리머 주쇄를 따라 다른 반복 단위로서 함유할 수 있다. 예를 들어, 수지는 코폴리머(예를 들어 수지 주쇄를 따라 두 개의 다른 반복단위), 터폴리머(예를 들어 수지 주쇄를 따라 세 개의 다른 반복단위), 테트라폴리머(예를 들어 폴리머 주쇄를 따라 네 개의 다른 반복단위) 또는 펜타폴리머(예를 들어 폴리머 주쇄를 따라 다섯 개의 다른 반복단위)일 수 있다. 예를 들어, 에테르 및 에스테르 반복단위, 또는 에스테르 및 에테르 단위와 함께 알킬렌 반복단위를 함유하는 폴리머가 적합할 것이다. 하나 이상의 산소 원자를 함유하는 추가의 반복 단위가 많은 응용예에 대하여 바람직하다.
본 발명의 코팅 조성물에 사용될 수 있는 예시적인 바람직한 수지는 하나 이상의 카복실(예를 들어, 에스테르, 무수물, 카복사이클릭 산) 그룹을 하나 이상의 하이드록시 그룹, 바람직하게는 적어도 두 개의 하이드록시 그룹을 함유하는 화합물과 함께 반응시켜 형성된 것이 포함된다. 카복실-함유 화합물은 또한 바람직하게 두개 이상의 카복실(-C=OO-) 그룹을 함유할 수 있다. 카복실 및 하이드록시 화합물은 산의 존재하에, 코폴리머 또는 다른 고차 폴리머를 목적으로 하는 경우에는 임의로 다른 화합물과 함께, 적절히 반응하여 폴리에스테르 수지를 제공한다.
이러한 폴리에스테르 수지는 적합하게는 반응 용기에 폴리올, 카복실레이트 화합물, 및 형성된 수지내로 혼입될 다른 화합물, 산, 예를 들어 설폰산(예를 들어 메탄 설폰산 또는 파라-톨루엔 설폰산) 등을 도입하여 제조한다. 반응 혼합물을 적합하게는 승온, 예를 들어 적어도 약 80 ℃, 보다 전형적으로는 적어도 약 100 ℃, 110 ℃, 120 ℃, 130 ℃, 140 ℃ 또는 150 ℃에서 폴리머를 형성하기에 충분한 시간, 예를 들어 적어도 약 2, 3, 4, 5, 6, 8, 12, 16, 20, 24 시간동안 교반한다. 유용한 수지를 합성하기에 바람직한 예시적인 조건은 이후 실시예에 상세히 설명되었다.
상기 언급한 바와 같이, 다른 측면에서, 본 발명은 하나 이상의 모노머, 올리고머 또는 다른 중합 서브단위, 또는 하이드록시 그룹, 예를 들어 모노머 하나당 2, 3 또는 4개의 하이드록시 그룹을 포함하는 물질을 중합하여 수득된 수지 성분을 포함하는, 오버코팅된 포토레지스트와 함께 사용하기 위한 유기 코팅 조성물, 특히 반사방지 조성물을 제공한다.
바람직하게, 조성물을 형성하기 위한 다중 하이드록시 화합물의 반응후, 도입된 단위는 적어도 하나, 적합하게는 2 또는 3개, 또는 그 이상의 비반응 하이드록시 그룹을 가질 것이다. 특히, 조성물 수지의 하이드록시 그룹은 수지를 함유하는 반사방지 조성물의 가교결합를 위한 부위로서 작용할 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 다중 하이드록시 화합물은 적절히 반응하여 폴리에스테르 수지를 형성한다. 그러나, 다중 하이드록시 화합물은 본 발명에 따라 다른 수지, 예를 들어 폴리에테르, 폴리우레탄 또는 다른 수지내로 도입되어 반사방지 조성물에 사용될 수 있다.
예시적인 하이드록시-함유 중합성 물질로는 디올, 트리올 및 테트라올이 포함된다. 적합한 하이드록시-함유 중합성 물질은 다른 헤테로원자 치환체, 특히 질소 및 황(특히 알킬티오(설파이드), 알킬설피닐 또는 알킬설포닐 부분으로서 존재할 수 있는 황)을 포함할 수 있다. 반응하여 본 발명의 조성물 수지를 형성할 수 있는 대표적인 다중 하이드록시-함유 물질은 적어도 두개의 탄소원자, 더욱 전형적으로 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10개의 탄소원자를 갖는다. 중합성 다중 하이드록시-함유 물질은 적합하게는 측쇄 또는 직쇄 화합물일 수 있다.
본 발명의 반사방지 조성물을 형성하는 반응에 특히 적합한 디올로는 예를 들어 에틸렌 글리콜; 1,3-프로판디올; 1,2-프로판디올; 2,2-디메틸-1,3-프로판디올; 2,2-디에틸-1,3-프로판디올; 2-에틸-3-메틸-1,3-프로판디올; 2-메틸-2-프로필-1,3-프로판디올; 2-부틸-2-에틸-1,3-프로판디올; 1,4-부탄디올; 2-메틸-1,4-부탄디올; 1,2-부탄디올; 1,3-부탄디올; 2,3-부탄디올; 2,3-디메틸-2,3-부탄디올; 1,5-펜탄디올; 1,2-펜탄디올; 2,4-펜탄디올; 2-메틸-2,4-펜탄디올; 1,6-헥산디올; 2,5-헥산디올; 1,2-헥산디올; 1,5-헥산디올; 2-에틸-1,3-헥산디올; 2,5-디메틸-2,5-헥산디올; 1,7-헵탄디올; 1,8-옥탄디올; 1,2-옥탄디올; 1,9-노난디올; 1,10-데칸디올; 1,2-데칸디올; 1,12-도데칸디올; 1,2-도데칸디올; 1,2-테트라데칸디올; 1,2-헥사데칸디올; 1,16-헥사데칸디올; 1,2-사이클로부탄디메탄올; 1,4-사이클로헥산디메탄올; 1,2-사이클로헥산디메탄올; 5-노보넨-2,2-디메탄올; 3-사이클로헥센-1,1-디메탄올; 디사이클로헥실-4,4'-디올; 1,2-사이클로펜탄디올; 1,3-사이클로펜탄디올; 1,2-사이클로옥탄디올; 1,4-사이클로옥탄디올; 1,5-사이클로옥탄디올; 1,2-사이클로헥산디올; 1,3-사이클로헥산디올; 1,4-사이클로헥산디올; 1,2-사이클로헵탄디올; 2,2,4,4-테트라메틸-1,3-사이클로부탄디올; 1,2-사이클로도데칸디올; 데카하이드로나프탈렌-1,4-디올; 데카하이드로나프탈렌-1,5-디올; 3-클로로-1,2-프로판디올; 1,4-디브로모부탄-2,3-디올; 2,2,3,3-테트라플루오로-1,4-부탄디올; 디에틸렌 글리콜; 트리에틸렌 글리콜; 테트라에틸렌 글리콜; 펜타에틸렌 글리콜; 디프로필렌 글리콜; 이소소바이드; 이소만나이드; 1,3-디옥산-5,5-디메탄올; 1,4-디옥산-2,3-디올; 1,4-디에탄-2,5-디올; 1,2-디티안-4,5-디올; 2-하이드록시에틸디설파이드; 3,6-디티아-1,8-옥탄디올; 3,3'-티오디프로판올; 2,2'-티오디에탄올; 1,3-하이드록시아세톤; 1,5-디하이드록시-2,2,4,4-테트라클로로-3-펜타논; 글리세르알데하이드; 벤조피나콜; 1,1,4,4-테트라페닐-1,4-부탄디올; 3,4-비스(p-하이드록시페놀)-3,4-헥산디올; 1,2-벤젠디메탄올; 1,4-벤젠디메탄올; 2,3,5,6-테트라메틸-p-크실렌-α,α'-디올; 2,4,5,6-테트라클로로벤젠-1,3-디메탄올; 2,3,5,6-테트라클로로벤젠-1,4-디메탄올; 2,2-디페닐-1,3-프로판디올; 3-(4-클로로페녹시)-1,2-프로판디올; 2,2'-(p-페닐렌디옥시)-디에탄올; 5-니트로-m-크실렌-α,α'-디올; 1,8-비스(하이드록시메틸)나프탈렌; 2,6-비스(하이드록시메틸)-p-크레졸; O,O'-비스(2-하이드록시에틸)벤젠; 1,2-O-이소프로필리덴크실로푸라노스; 5,6-이소프로필리덴아스코르브산; 2,3-O-이소프로필리덴스레이톨 등이 포함된다.
본 발명의 반사방지 조성물을 형성하는 반응에 특히 적합한 트리올로는 예를들어 글리세롤; 1,1,1-트리스(하이드록시메틸)에탄; 2-하이드록시메틸-1,3-프로판디올; 2-에틸-2-(하이드록시메틸)-1,3-프로판디올; 2-하이드록시메틸-2-프로필-1,3-프로판디올; 2-하이드록시메틸-1,4-부탄디올; 2-하이드록시에틸-2-메틸-1,4-부탄디올; 2-하이드록시메틸-2-프로필-1,4-부탄디올; 2-에틸-2-하이드록시에틸-1,4-부탄디올; 1,2,3-부탄트리올; 1,2,4-부탄트리올; 3-(하이드록시메틸)-3-메틸-1,4-펜탄디올; 1,2,5-펜탄트리올; 1,3,5-펜탄트리올; 1,2,3-트리하이드록시헥산; 1,2,6-트리하이드록시헥산; 2,5-디메틸-1,2,6-헥산트리올; 트리스(하이드록시메틸)니트로메탄; 2-메틸-2-니트로-1,3-프로판디올; 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올; 1,2,4-사이클로펜탄트리올; 1,2,3-사이클로펜탄트리올; 1,3,5-사이클로헥산트리올; 1,3,5-사이클로헥산트리메탄올; 1,3,5-트리스(2-하이드록시에틸)시아누르산; 1,2-O-이소프로필리덴이도푸라노스; 1,2-O-이소프로필리덴글루코푸라노스; 메틸크실로피라노사이드; 크로콘산 등이 포함된다.
본 발명의 반사방지 조성물을 형성하는 반응에 특히 적합한 테트라올로는 예를 들어 1,2,3,4-부탄테트롤; 2,2-비스(하이드록시메틸)-1,3-프로판디올; 1,2,4,5-펜탄테트롤; 테트라하이드록시-1,4-벤조퀴논; α-메틸만노피라노사이드; 2-데옥시갈락토스; 3-O-메틸글루코스; 리보스; 크실로스 등이 포함된다.
반사방지 용도를 위해, 적합하게는, 수지를 형성하기 위해 반응시킨 하나 이상의 화합물은 발색단으로 작용하여 오버코팅된 포토레지스트 코팅 층을 노광하기 위해 사용된 조사선을 흡수할 수 있는 부분을 포함한다. 예를 들어, 프탈레이트 화합물(예를 들어, 프탈산 또는 디알킬 프탈레이트(즉, 각각의 에스테르가 1-6개의탄소원자를 갖는 디-에스테르, 바람직하게는 디-메틸 또는 에틸 프탈레이트))은 방향족 또는 비방향족 폴리올 및 임의로 다른 반응성 화합물과 중합하여 193 ㎚와 같은 서브-200 ㎚의 파장에서 이미지화되는 포토레지스트와 함께 사용되는 반사방지 조성물에 특히 유용한 폴리에스테르를 제공한다. 유사하게, 248 ㎚ 또는 193 ㎚과 같이 서브-300 ㎚ 또는 서브-200 ㎚의 파장에서 이미지화되는 오버코팅된 포토레지스트와 함께 조성물에 사용되는 수지의 경우에는, 나프틸 화합물, 이를테면 하나 또는 둘 또는 그 이상의 카복실 치환체, 예를 들어 디알킬, 특히 디-C1-6알킬 나프탈렌디카복실레이트를 함유하는 나프틸 화합물이 중합될 수 있다. 반응성 안트라센 화합물, 예를 들어 하나 이상의 메틸 에스테르 또는 에틸 에스테르 그룹과 같은 하나 이상의 카복시 또는 에스테르 그룹을 갖는 안트라센 화합물이 또한 바람직하다.
발색단 단위를 함유하는 화합물은 또한 하나, 바람직하게는 두개 이상의 하이드록시 그룹을 함유할 수 있으며, 카복실-함유 화합물과 반응할 수 있다. 예를 들어, 하나, 둘 또는 그 이상의 하이드록실 그룹을 갖는 페닐 화합물 또는 안트라센 화합물이 카복실-함유 화합물과 반응할 수 있다.
또한, 반사방지 조성물은 폴리에스테르 수지 성분과 별개의 발색단 단위를 함유하는 물질을 함유할 수 있다. 예를 들어, 코팅 조성물은 페닐, 안트라센, 나프틸 등의 단위를 함유하는 중합 또는 비중합 화합물을 포함할 수 있다. 그러나, 에스테르-수지가 발색단 부분을 함유하는 것이 때때로 바람직하다.
언급된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 반사방지 코팅 조성물은, 예를 들어 열 및/또는 조사선 처리에 의해 가교결합될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 바람직한 반사방지 코팅 조성물은 반사방지 조성물의 하나 이상의 다른 성분과 가교결합할 수 있는 별도의 가교결합제 성분을 포함할 수 있다. 일반적으로 바람직한 가교결합 반사방지 조성물은 별도의 가교결합제 성분을 포함한다. 본 발명의 특히 바람직한 반사방지 조성물은 별도의 성분들: 수지, 가교결합제 및 서멀 애시드 발생제 화합물을 함유한다. 또한, 본 발명의 가교결합 반사방지 조성물은 바람직하게는 또한 오버코팅된 포토레지스트 층의 푸팅(footing) 또는 노칭(notching)의 제거를 증진시키는 아민 염기성 첨가제를 함유할 수 있다. 가교결합 반사방지 조성물은 바람직하게는 반사방지 층상에 포토레지스트 층을 적용하기 전에 가교결합된다. 서멀 애시드 발생제의 활성화로 반사방지 조성물이 열에 의해 가교결합되는 것이 일반적으로 바람직하다.
본 발명의 가교결합 반사방지 조성물은 바람직하게는 반사방지 조성물 코팅 층의 경화동안 가교반응을 촉진하거나 증진시키기 위하여 이온성 또는 실질적으로 중성의 서멀 애시드 발생제, 예를 들어 암모늄 아렌설포네이트 염을 포함한다. 전형적으로, 하나 이상의 서멀 애시드 발생제가 반사방지 조성물에 조성물의 건조 성분들(용매 담체를 제외한 모든 성분)의 총 중량에 대해 약 0.1 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 약 2 중량%의 농도로 존재한다.
상술한 바와 같이, 반사방지 조성물은 적합하게는 추가의 수지 성분을 함유할 수 있다. 적합한 수지 성분은 바람직하지 않은 반사가 일어나기 전에 오버코팅된 레지스트 층을 이미지화하는데 사용된 조사선을 흡수하기 위한 발색단 단위를 함유할 수 있다.
딥(deep) UV 응용예(즉, 오버코팅된 레지스트가 딥 UV 조사선에 의해 이미지화됨)의 경우, 반사방지 조성물의 폴리머는 바람직하게는 딥 UV 범위(전형적으로 약 100 내지 300 ㎚)의 반사를 흡수할 것이다. 따라서, 폴리머는 바람직하게는 딥 UV 발색단인 단위, 즉 딥 UV 조사선을 흡수하는 단위를 함유한다. 고도로 콘쥬게이트된(conjugated) 부분이 일반적으로 적합한 발색단이다. 방향족 그룹, 특히 폴리사이클릭 탄화수소 또는 헤테로사이클릭 단위, 예를 들어 각 환에 3 내지 8 개의 멤버 및 환 1 개당 0 내지 3 개의 N, O 또는 S 원자를 가진 2 내지 3 또는 4 개의 융합되거나 개별적인 환을 갖는 그룹이 전형적으로 바람직한 딥 UV 발색단이다. 이러한 발색단은 임의로 치환된 페난트릴, 임의로 치환된 안트라실, 임의로 치환된 아크리딘, 임의로 치환된 나프틸, 임의로 치환된 퀴놀리닐, 및 하이드록시퀴놀리닐 그룹과 같은 환-치환된 퀴놀리닐을 포함한다. 임의로 치환된 안트라세닐 그룹이 오버코팅된 레지스트를 248 ㎚에서 이미지화하는데 특히 바람직하다. 바람직한 반사방지 조성물 수지는 펜던트 안트라센 그룹을 갖는다. 바람직한 수지는 쉬플리 캄파니의 유럽 공개출원 제 813114A2 호의 4 페이지에 설명된 화학식 I의 수지를 포함한다.
또 다른 바람직한 수지 결합제는 임의로 치환된 퀴놀리닐 그룹, 또는 하이드록시퀴놀리닐과 같은 하나 이상의 N, O 또는 S의 환 원자를 가진 퀴놀리닐 유도체를 포함한다. 폴리머는 폴리머 주쇄로부터 펜던트된 카복시 및/또는 알킬 에스테르 단위와 같은 다른 단위를 함유할 수 있다. 특히 바람직한 반사방지 조성물 수지는 이러한 단위를 함유한 아크릴 폴리머, 예를 들어 쉬플리 캄파니의 유럽 공개출원 제 813114A2 호의 4-5 페이지에 설명된 화학식 II의 수지이다.
193 ㎚에서 이미지화하는 경우, 반사방지 조성물은 바람직하게는 페닐 발색단 단위를 가진 수지를 함유할 수 있이다. 예를 들어, 193 ㎚에서 이미지화된 포토레지스트와 함께 사용하기에 적합한 반사방지 수지의 하나는 스티렌, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 및 메틸메타크릴레이트(30:38:32 몰비)의 중합 단위로 구성된 터폴리머이다. 이러한 페닐 그룹 함유 수지와 반사방지 조성물에서 이의 용도가 쉬플리 캄파니에 양도되고 1998년 출원된 미국출원 제 09/153,575호 및 대응 유럽 공개출원 제 EP87600A1에 개시되어 있다.
상술한 바와 같이, 특히 바람직한 발색단은 수지 성분상의 한 그룹(주쇄 단위 또는 측쇄) 또는 소형 분자(MW 약 1000 또는 500 미만) 성분으로서 존재할 수 있는 것과 같은 임의로 치환된 아릴 디카복실레이트 부분, 특히 임의로 치환된 카보사이클릭 아릴 부분, 예를 들어 페닐 또는 나프틸 디카복실레이트 그룹을 포함한다. 나프틸렌 디카복실레이트가 오버코팅된 포토레지스트의 노광 조사선의 바람직하지 않은 반사를 흡수하는데 특히 효과적일 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 아릴 디카복실레이트 그룹은 다양한 접근법으로 본 발명의 코팅 조성물에 포함될 수 있다. 예를 들어, 나프틸 디카복실레이트 단위를 포함하는 에스테르 반복 단위를 갖거나 갖지 않는 수지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 나프틸 디카복실레이트 그룹(예를 들어, 아크릴레이트의 에스테르 부분을 형성하는 카복실레이트 그룹의 하나)을 갖는 아크릴레이트가 다른 모노머와 중합하여 나프틸 디카복실레이트 부분을 갖는 수지를 제공할 수 있다. 다른 나프틸 환 위치에서 카복실레이트에 의해 치환되는 것이 또한 적합하다 할 지라도, 카복실레이트 그룹에 의해 2 및 6 위치가 치환된 나프틸렌이 특히 적합하다.
이와 같은 수지 또는 다른 성분을 포함하는 코팅 조성물은 상술된 바와 같이 사용된다. 따라서, 예를 들어 조성물은 적합하게는 가교결합제 및 산 공급원, 예를 들어 산 또는 산 발생제 화합물, 특히 서멀 애시드 발생제 화합물을 포함할 수 있으며, 이에 따라 적용된 코팅 조성물은 오버코팅된 포토레지스트 층의 도포전에 열 처리에 의해 가교결합될 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 반사방지 조성물의 수지는 약 1,000 내지 약 10,000,000 달톤, 보다 전형적으로는 약 5,000 내지 약 1,000,000 달톤의 중량 평균 분자량(Mw) 및 약 500 내지 약 1,000,000 달톤의 수평균 분자량(Mn)을 가질 것이다. 본 발명의 폴리머의 분자량(Mw 또는 Mn)은 겔투과 크로마토그래피에 의해 적절히 결정된다.
흡수 발색단을 갖는 코팅 조성물 수지가 일반적으로 바람직하지만, 본 발명의 반사방지 조성물은 공-수지로서 또는 단독 수지 결합제 성분으로서 다른 수지를 함유할 수 있다. 예를 들어, 페놀수지, 예컨대 폴리(비닐페놀) 및 노보락이 사용될 수 있다. 이러한 수지가 쉬플리 캄파니의 유럽출원 EP 542008호에 개시되어 있다. 포토레지스트 수지 결합제로서 이후 기재되는 다른 수지가 또한 본 발명의 반사방지 조성물의 수지 결합제 성분으로 사용될 수 있다.
본 발명의 반사방지 조성물의 이러한 수지 성분의 농도는 비교적 광범위하게 달라질 수 있으며, 일반적으로 수지 결합제는 코팅 조성물의 전체 건조 성분(용매 담체를 제외한 모든 성분)의 약 50 내지 95 중량%, 보다 전형적으로는 전체 건조 성분의 약 60 내지 90 중량%의 농도로 사용된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 가교결합형 코팅 조성물은 또한 가교결합제 성분을 함유한다. 본원에 참고로서 포함되는 쉬플리 캄파니의 유럽출원 제 542008호에 개시된 반사방지 조성물 가교결합제를 비롯한 다양한 가교결합제가 사용될 수 있다. 예를 들어, 적합한 반사방지 조성물 가교결합제는 아메리칸 시아나미드 (American Cyanamid)에 의해 제조되고 상표명 Cymel 300, 301, 303, 350, 370, 380, 1116 및 1130으로 시판되는 멜라민 수지를 비롯한 멜라민 수지와 같은 아민계 가교결합제를 포함한다. 아메리칸 시아나미드로부터 입수가능한 글리콜우릴 (glycoluril)을 비롯한 글리콜우릴이 특히 바람직하다. 명칭 Cymel 1123 및 1125하에 아메리칸 시아나미드로부터 입수가능한 벤조구아나민 수지, 및 명칭 Beetle 60, 65 및 80하에 아메리칸 시아나미드로부터 입수가능한 우레아 수지와 같은 수지를 비롯한 벤조구아나민 및 우레아계 물질이 또한 적합할 것이다. 상업적으로 입수가능한 것 이외에, 이러한 아민계 수지는 예를 들어 알코올-함유 용액에서 아크릴아미드 또는 메타크릴아미드 코폴리머를 포름알데하이드와 반응시킴에 의해, 또는 별법으로 N-알콕시메틸 아크릴아미드 또는 메타크릴아미드를 다른 적합한 모노머와 공중합시킴으로써 제조될 수 있다.
실질적으로 중성인 적합한 가교결합제는 하이드록시 화합물, 특히 C1-8하이드록시알킬 치환체와 같은 하나 이상의 하이드록시 또는 하이드록시 알킬 치환체를 가진 페닐 또는 다른 방향족 화합물과 같은 다작용성 화합물을 포함한다. 일반적으로 페놀 화합물, 예를 들어 디-메탄올페놀(C6H3(CH2OH)2OH) 및 인접한 (1-2개의 환 원자내에) 하이드록시 및 하이드록시알킬 치환체를 가진 다른 화합물, 특히 하나 이상의 메탄올 또는 다른 하이드록시알킬 환 치환체, 및 이러한 하이드록시알킬 치환체에 인접한 적어도 하나의 하이드록시를 가진 페닐 또는 다른 방향족 화합물이 바람직하다.
본 발명의 반사방지 조성물에 사용된 메톡시 메틸화된 글리콜우릴과 같은 실질적으로 중성인 가교결합제가 우수한 리소그래피 성능 특성을 제공할 수 있음이 밝혀졌다.
일반적으로 본 발명의 반사방지 조성물의 가교결합제 성분은 반사방지 조성물의 전체 고형분(용매 담체를 제외한 모든 성분)의 약 5 내지 50 중량%, 보다 전형적으로는 전체 고형분의 약 7 내지 25 중량%의 양으로 존재한다.
특히 반사 조절을 위해 사용되는 본 발명의 코팅 조성물은 또한 오버코팅된 포토레지스트 층을 노광하는데 사용된 조사선을 흡수하는 추가의 염료 화합물을 함유할 수 있다. 다른 임의의 첨가제로는 표면 평탄화제(leveling agent), 예를 들어 유니온 카바이드(Union Carbide)로부터 상표명 Silwet 7604로 입수가능한 평탄화제, 또는 3M 캄파니로부터 입수가능한 계면활성제 FC 171 또는 FC 431을 포함한다.
본 발명의 코팅 조성물은 또한 전형적으로 산 또는 서멀 애시드 발생제 화합물과 같은 다른 산 공급원 이외에 하나 이상의 포토애시드 발생제 화합물을 포함할 수 있다. 이와 같은 포토애시드 발생제 화합물(PAG)을 사용하는데 있어서, 포토애시드 발생제는 가교결합 반응을 촉진하기 위한 산 공급원으로는 사용되지 않으며, 따라서 바람직하게 포토애시드 발생제는 코팅 조성물(가교결합 코팅 조성물의 경우)의 가교결합동안 실질적으로 활성화되지 않는다. 이러한 포토애시드 발생제의 용도가 쉬플리 캄파니에 양도된 미국특허 제 6,261,743 호에 개시되었다. 특히, 열에 의해 가교결합되는 반사방지 조성물에 대해, 코팅 조성물 PAG는 오버코팅된 레지스트 층의 후속 노광 중에 PAG가 활성화되어 산을 생성할 수 있도록 가교결합 반응 조건에 실질적으로 안정해야 한다. 구체적으로, 바람직한 PAG는 약 140 또는 150 내지 190℃의 온도에서 5 내지 30 분 이상 노출시 실질적으로 분해되거나, 붕괴되지 않는다.
본 발명의 반사방지 조성물 또는 다른 코팅에 사용하기에 일반적으로 바람직한 포토애시드 발생제는, 예를 들어 오늄염, 예를 들면 디(4-t-부틸페닐)요오도늄 퍼플루오로옥탄 설포네이트, 할로겐화 비이온성 포토애시드 발생제, 예를 들어 1,1-비스[p-클로로페닐]-2,2,2-트리클로로에탄 및 포토레지스트 조성물에 사용할 수 있는 것으로 알려진 다른 포토애시드 발생제를 포함한다. 본 발명의 적어도 몇몇 반사방지 조성물의 경우, 계면활성제로서 작용할 수 있고, 반사방지 조성물/레지스트 코팅 층 계면에 인접한 반사방지 조성물 층의 상부 가까이에 집중될 수있는 반사방지 조성물 포토애시드 발생제가 바람직할 것이다. 따라서, 예를 들어 바람직한 PAG는 연장된 지방족 그룹, 예를 들어 탄소수 4 이상, 바람직하게는 6 내지 15의 치환되거나 비치환된 알킬 또는 알리사이클릭 그룹, 또는 불소화 그룹, 예를 들어 바람직하게는 2 이상의 플루오로 치환체를 갖는 C1-15알킬 또는 C2-15알케닐을 포함한다.
본 발명의 액체 코팅 조성물을 제조하기 위해, 코팅 조성물의 성분을 적합한 용매, 예를 들어 하나 이상의 옥시이소부티르산 에스테르, 특히 상기 언급된 바와 같은 메틸 2-하이드록시이소부티레이트, 에틸 락테이트 또는 하나 이상의 글리콜 에테르, 예를 들면 2-메톡시에틸 에테르(디글림), 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르; 에테르 및 하이드록시 부분 둘 다를 갖는 용매, 예를 들어 메톡시 부탄올, 에톡시 부탄올, 메톡시 프로판올 및 에톡시 프로판올; 에스테르, 예를 들어 메틸 셀로졸브(cellosolve) 아세테이트, 에틸 셀로졸브 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 및 이염기성 에스테르, 프로필렌 카보네이트 및 감마-부티로락톤과 같은 다른 용매중에 용해시킨다. 본 발명의 반사방지 코팅 조성물에 바람직한 용매는 임의로 아니솔과 혼합된 메틸-2-하이드록시이소부티레이트이다. 용매중의 건조 성분의 농도는 적용 방법과 같은 수개의 요인에 따라 달라질 것이다. 일반적으로, 반사방지 조성물의 고체 함량은 코팅 조성물의 총 중량에 대해 약 0.5 내지 20 중량%로 변하며, 바람직하게 고체 함량은 코팅 조성물의 총 중량에대해 약 2 내지 10 중량%로 변한다.
포지티브-작용성 및 네거티브-작용성 포토애시드-발생 조성물을 포함하여, 다양한 포토레지스트 조성물이 본 발명의 코팅 조성물과 함께 사용될 수 있다. 본 발명의 반사방지 조성물과 함께 사용되는 포토레지스트는 전형적으로 수지 결합제 및 광활성 성분, 전형적으로 포토애시드 발생제 화합물을 포함한다. 바람직하게, 포토레지스트 수지 결합제는 이미지화된 레지스트 조성물에 알칼리 수성 현상성을 부여하는 작용 그룹을 갖는다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 반사방지 조성물과 함께 사용하기에 특히 바람직한 포토레지스트는 화학 증폭형 레지스트, 특히 화학 증폭형 포지티브-작용성 레지스트 조성물이며, 이때 레지스트 층중의 광활성화 산은 하나 이상의 조성물 성분에 대해 탈보호형 반응을 유도하여 레지스트 코팅 층의 노광 및 비노광 영역 사이에 상이한 용해도를 제공한다. 여러 가지 화학 증폭형 레지스트 조성물이 예를 들어, 모두 화학 증폭형 포지티브-작용성 레지스트의 제조 및 사용에 대한 내용이 본 원에 참고로 인용되는 미국 특허 제 4,968,581호; 4,883,740호; 4,810,613호; 4,491,628호 및 5,492,793호에 기재되어 있다. 본 발명의 코팅 조성물은 포토애시드의 존재하에 탈블록킹화되는 아세탈 그룹을 갖는 포지티브 화학-증폭형 포토레지스트와 함께 특히 적합하게 사용된다. 이러한 아세탈계 레지스트가 예를 들어 미국 특허 제 5,929,176호 및 제 6,090,526호에 개시되어 있다.
본 발명의 반사방지 조성물은 또한 하이드록실 또는 카복실레이트와 같은 극성 작용 그룹을 포함하는 수지 결합제를 갖는 레지스트를 비롯한 다른 포지티브 레지스트와 함께 사용될 수 있으며, 수지 결합제는 레지스트를 수성 알칼리 용액으로 현상시키기에 충분한 양으로 레지스트 조성물에 사용된다. 일반적으로 바람직한 레지스트 수지 결합제는 당업계에서 노보락 수지로 알려진 페놀 알데하이드 축합물, 알케닐 페놀의 호모 및 코폴리머와 N-하이드록시페닐-말레이미드의 호모 및 코폴리머를 포함한 페놀수지이다.
본 발명의 기본 코팅 조성물과 함께 사용하기에 바람직한 포지티브-작용성 포토레지스트는 하기 1) 내지 4) 그룹중에서 하나 이상의 수지 및 이미지화에 유효한 양의 포토애시드 발생제 화합물을 함유한다:
1) 248 nm에서 이미지화하기에 특히 적합한 화학적 증폭형 포지티브 레지스트를 제공할 수 있는 산-불안정성 그룹을 포함하는 페놀 수지.
이러한 류의 특히 바람직한 수지는 다음과 같다:
i) 비닐 페놀 및 알킬 아크릴레이트의 중합 단위를 함유하는 폴리머(여기에서, 중합 알킬 아크릴레이트 단위는 포토애시드의 존재하에서 탈블록킹 반응될 수 있다). 포토애시드-유도된 탈블록킹 반응을 거칠 수 있는 알킬 아크릴레이트의 예로 t-부틸 아크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, 메틸아다만틸 아크릴레이트, 메틸아다만틸 메타크릴레이트, 및 포토애시드-유도된 반응을 거칠 수 있는 다른 비환식 알킬 및 알리사이클릭 아크릴레이트가 포함된다. 예를 들어 본 원에 참고로 인용된 미국 특허 제 6,042,997호 및 5,492,793호에 기술된 폴리머;
ii) 비닐 페놀, 하이드록시 또는 카복시 환 치환체를 함유하지 않는 임의로 치환된 비닐 페닐(예: 스티렌) 및 상기 i)의 폴리머에 대해 예시된 탈블록킹 그룹과 같은 알킬 아크릴레이트의 중합 단위를 함유하는 폴리머, 예를 들어 본 원에 참고로 인용된 미국 특허 제 6,042,997호에 기술된 폴리머; 및
iii) 포토애시드와 반응할 아세탈 또는 케탈 부분을 포함하는 반복 단위 및 임의로 페닐 또는 페놀 그룹과 같은 방향족 반복 단위를 함유하는 폴리머, 예를 들어 본 원에 참고로 인용된 미국 특허 제 5,929,176호 및 6,090,526호에 기술된 폴리머.
2) 페닐, 또는 서브-200 nm 파장, 예를 들어 193 nm에서 이미지화하기에 특히 적합한 화학적 증폭형 포지티브 레지스트를 제공할 수 있는 다른 방향족 그룹을 실질적으로 또는 전혀 함유하지 않는 수지.
이러한 류의 특히 바람직한 수지는 다음과 같다:
i) 예를 들어 임의로 치환된 노보넨과 같은 비방향족 사이클릭 올레핀(엔도사이클릭 이중결합)의 중합 단위를 함유하는 폴리머, 예를 들어 본 원에 참고로 인용된 미국 특허 제 5,843,624호 및 6,048,664호에 기술된 폴리머;
ii) 알킬 아크릴레이트 단위, 예를 들어 t-부틸 아크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, 메틸아다만틸 아크릴레이트, 메틸아다만틸 메타크릴레이트, 및 다른 비환식 알킬 및 알리사이클릭 아크릴레이트를 함유하는 폴리머, 예를 들어 모두 본 원에 참고로 인용된 미국 특허 제 6,057,083호, 유럽 공개출원 EP01008913A1 및 EP00930542A1 및 미국의 계류중인 특허 출원 제 09/143,462호에 기술된 폴리머;
iii) 중합 무수물 단위, 특히 중합 무수 말레산 및/또는 무수 이타콘산 단위를 함유하는 폴리머, 예를 들어 본 원에 참고로 인용된 유럽 공개출원EP01008913A1 및 미국 특허 제 6,048,662호에 기술된 폴리머.
3) 헤테로원자, 특히 산소 및/또는 황(무수물 이외, 즉 단위는 케토 환 원자를 함유하지 않는다)을 함유하는 반복 단위를 가지며 어떠한 방향족 단위도 실질적으로 또는 전혀 갖지 않는 갖는 수지. 바람직하게, 헤테로알리사이클릭 단위는 수지 주쇄에 융합되며, 수지가 노보넨 그룹 및/또는 무수 말레산 또는 무수 이타콘산의 중합으로 제공된 것과 같은 무수물 단위가 중합하여 제공된 융합된 탄소 알리사이클릭 단위를 포함하는 것이 또한 바람직하다. 이러한 수지는 PCT/US01/14914 및 미국 출원 제 09/567,634호에 기술되어 있다.
4) 예를 들어, 테트라플루오로에틸렌, 불소화 방향족 그룹, 예컨대 플루오로-스티렌 화합물 등이 중합하여 제공될 수 있는 것과 같은 불소 치환체를 함유하는 수지(플루오로중합체). 이러한 수지의 예가 PCT/US99/21912에 기술되어 있다.
본 발명의 코팅 조성물상에 오버코팅된 포지티브 또는 네거티브 작용성 포토레지스트에 사용하기에 적합한 포토애시드 발생제로는 하기 화학식의 화합물과 같은 이미도설포네이트가 포함된다:
상기 식에서,
R은 캄포르, 아다만탄, 알킬(예를 들어 C1-12알킬), 및 퍼플루오로(C1-12알킬)과 같은 퍼플루오로알킬(특히 퍼플루오로옥탄설포네이트, 퍼플루오로노난설포네이트) 등이다.
특히 바람직한 PAG는 N-[(퍼플루오로옥탄설포닐)옥시]-5-노보넨-2,3-디카복스이미드이다.
본 발명의 코팅 조성물로 오버코팅된 레지스트의 경우 설포네이트 화합물, 특히 설포네이트 염이 또한 적합한 PAG이다. 193 ㎚ 및 248 ㎚ 이미지화에 적합한 두 가지 시약은 하기 PAG 1 및 2 이다:
이러한 설포네이트 화합물은 상기 PAG 1의 합성을 상세히 설명하고 있는 유럽 특허출원 제 96118111.2호(공개번호 0783136)에 기술된 바와 같이 제조될 수 있다.
상기-서술한 캄포르설포네이트 그룹 이외에 음이온과 복합된 상기 두 개의 요오도늄 화합물이 또한 적합하다. 특히, 바람직한 음이온은 화학식 RSO3-[여기서, R은 아다만탄, 알킬(예를 들어 C1-12알킬), 및 퍼플루오로(C1-12알킬)과 같은퍼플루오로알킬], 특히 퍼플루오로옥탄설포네이트, 퍼플루오로노난설포네이트 등인 것을 포함한다.
다른 공지된 PAG가 또한 본 발명의 레지스트에 사용될 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물로 오버코팅된 포토레지스의 바람직한 임의의 첨가제는 현상된 레지스트 릴리프 이미지의 해상도를 향상시킬 수 있는 첨가 염기, 특히 테트라부틸암모늄 하이드록사이드(TBAH), 또는 테트라부틸암모늄 락테이트이다. 193 ㎚에서 이미지화된 레지스트의 경우, 바람직한 첨가 염기는 디아자바이사이클로 운데센 또는 디아자바이사이클로노넨과 같은 입체장해(hindered) 아민이다. 첨가 염기는 비교적 소량, 예를 들어 총 고체에 대하여 약 0.03 내지 5 중량%으로 적절히 사용된다.
본 발명의 오버코팅된 코팅 조성물과 함께 사용하기에 바람직한 네거티브-작용성 레지스트 조성물은 산에 노출시 경화하거나 가교결합하거나 경질되는 물질과 포토애시드 발생제의 혼합물을 포함한다.
특히 바람직한 네거티브-작용성 레지스트 조성물은 페놀 수지와 같은 수지 결합제, 가교결합제 성분 및 본 발명의 광활성 성분을 포함한다. 이러한 조성물 및 그의 용도가 유럽 특허출원 제 0164248호 및 0232972호, 및 새커레이 (Thackeray) 등에 의한 미국 특허 제 5,128,232호에 기재되어 있다. 수지 결합제 성분으로서 사용하기에 바람직한 페놀 수지는 노보락 및 상기 언급된 바와 같은 폴리(비닐페놀)을 포함한다. 바람직한 가교결합제는 멜라민, 글리콜우릴을 포함한 아민계 물질, 벤조구아나민계 물질 및 우레아계 물질을 포함한다. 일반적으로,멜라민-포름알데하이드 수지가 가장 바람직하다. 이러한 가교결합제는 시판되고 있으며, 예로는 Cymel 300, 301 및 303의 상품명으로 아메리칸 시아나미드에 의해 판매되고 있는 멜라민 수지가 있다. 글리콜우릴 수지는 Cymel 1170, 1171, 1172, Powderlink 1174의 상품명으로 아메리칸 시아나미드에 의해 시판되고 있고, 우레아계 수지는 Beetle 60, 65 및 80의 상품명으로 시판되고 있으며, 벤조구아나민 수지는 Cymel 1123 및 1125의 상품명으로 시판되고 있다.
본 발명의 반사방지조성물과 함께 사용되는 레지스트의 적합한 포토애시드 발생제 화합물은 각각 본 원에 참고로 인용되는 미국특허 제 4,442,197호, 4,603,101호 및 4,624,912호에 개시된 것과 같은 오늄염; 및 새커레이 등에 의한 미국 특허 제 5,128,232호에서의 할로겐화 광활성 화합물 및 설폰화 에스테르 및 설포닐옥시 케톤을 포함한 설포네이트 포토애시드 발생제와 같은 비이온성 유기 광활성 화합물을 포함한다. 벤조인 토실레이트, t-부틸페닐 알파-(p-톨루엔설포닐옥시)-아세테이트 및 t-부틸 알파-(p-톨루엔설포닐옥시)-아세테이트를 포함한 적합한 설포네이트 PAG의 개시에 대해서는 문헌[J. of Photopolymer Science and Technology, 4(3): 337-340 (1991)]을 참조 바란다. 바람직한 설포네이트 PAG가 또한 신타(Sinta) 등에 의한 미국 특허 제 5,344,742 호에 개시되어 있다. 상기 캄포설포네이트 PAG 1 및 2가 또한 본 발명의 반사방지 조성물과 함께 사용되는 레지스트 조성물, 특히 본 발명의 화학-증폭형 레지스트에 대한 바람직한 포토애시드 발생제이다.
본 발명의 반사방지 조성물과 함께 사용하기 위한 포토레지스트는 또한 다른물질을 함유할 수 있다. 예를 들어, 다른 임의의 첨가제는 액티닉(actinic) 및 콘트라스트(contrast) 염료, 줄무늬 방지제(anti-striation agent), 가소제, 속도 향상제 등을 포함한다. 이러한 임의의 첨가제는 전형적으로 포토레지스트 조성물에 적은 농도로 존재할 것이나, 이중 충전제 및 염료는 비교적 상당한 농도, 예를 들면 레지스트 건조 성분의 총 중량에 대해 약 5 내지 50 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
"임의로 치환된" 다양한 치환체 및 물질(수지, 소형 분자 화합물, 산 발생제 등을 포함)은 하나이상의 가능한 위치에서, 예를 들어 할로겐(F, Cl, Br, I); 니트로; 하이드록시; 아미노; C1-8알킬과 같은 알킬; C2-8알케닐과 같은 알케닐; C1-8알킬아미노와 같은 알킬아미노; 페닐, 나프틸, 안트라세닐 등과 같은 카보사이클릭 아릴 등에 의해 적절히 치환될 수 있다.
사용시, 본 발명의 코팅 조성물은 스핀 코팅과 같은 다양한 방법에 의해 기판에 코팅 층으로 도포된다. 일반적으로, 코팅 조성물은 약 0.02 내지 0.5 ㎛의 건조층 두께, 바람직하게는 약 0.04 내지 0.20 ㎛의 건조층 두께로 기판상에 도포된다. 기판은 적합하게는 포토레지스트를 포함한 프로세스에 사용되는 기판이다. 예를 들어, 기판은 실리콘, 이산화규소 또는 알루미늄-알루미늄 옥사이드 마이크로일렉트로닉 웨이퍼일 수 있다. 갈륨 아르세나이드, 실리콘 카바이드, 세라믹, 석영 또는 구리 기판이 또한 사용될 수 있다. 액정 디스플레이 또는 다른 평판 디스플레이 응용에 사용되는 기판, 예를 들어 유리 기판, 인듐 틴 옥사이드가 코팅된기판 등이 또한 적절히 사용된다. 광학 및 광전자 장치(예 도파관)용 기판이 또한 사용될 수 있다.
바람직하게, 도포된 코팅 층은 포토레지스트 조성물이 반사방지 조성물위에 도포되기 전에 경화된다. 경화 조건은 반사방지 조성물의 성분에 따라 달라질 것이다. 특히, 경화 온도는 코팅 조성물에 사용되는 특정 산 또는 산 (열) 발생제에 따라 달라질 것이다. 전형적인 경화 조건은 약 80 내지 225 ℃에서 약 0.5 내지 40 분이다. 경화 조건은 바람직하게는 코팅 조성물의 코팅 층을 포토레지스트 용매 및 알칼리 현상 수용액에 실질적으로 용해되지 않도록 한다.
상기 경화 후, 포토레지스트를 코팅 조성물의 표면 위에 도포한다. 하부(bottom) 코팅 조성물의 도포와 함께, 오버코팅된 포토레지스트는 스피닝, 딥핑(dipping), 메니스커스(meniscus) 또는 롤러 코팅(roller coating)과 같은 표준 수단에 의해 도포될 수 있다. 도포후, 포토레지스트 코팅 층을 전형적으로 가열에 의해 바람직하게는 레지스트 층으로부터 점착성이 없어질 때까지 건조시켜 용매를 제거한다. 최선으로는, 하부 조성물 층과 오버코팅된 포토레지스트 층의 상호 혼합이 절대로 일어나지 않아야 한다.
그후, 레지스트 층을 종래의 방식으로 마스크를 통해 활성화 조사선에 의해 이미지화시킨다. 노광 에너지는 레지스트 시스템의 광활성 성분을 효과적으로 활성화시켜 레지스트 코팅 층에 패턴화 이미지를 제공할 만큼 충분하여야 한다. 전형적으로, 노광 에너지는 약 3 내지 300 mJ/㎠의 범위이며, 부분적으로 노광 도구(tool) 및 사용되는 특정 레지스트와 레지스트 처리에 따라 달라진다. 노광된 레지스트 층을, 필요하다면, 노광후 베이크(bake) 처리하여 코팅 층의 노광 영역과 비노광 영역 사이에 용해도 차이를 제공하거나 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 네거티브 산-경화 포토레지스트는 전형적으로 산-촉진된 가교결합 반응을 유도하는 노광후 가열을 필요로 하며, 많은 종류의 화학 증폭형 포지티브-작용성 레지스트는 산-촉진된 탈보호반응을 유도하도록 노광후 가열을 필요로 한다. 전형적으로, 노광후 베이크 조건은 약 50 ℃ 이상의 온도, 보다 구체적으로는 약 50 내지 약 160 ℃의 온도를 포함한다.
그후 노광된 레지스트 코팅 층을 바람직하게 수성 염기성 현상액, 예를 들어 테트라부틸 암모늄 하이드록사이드, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 소듐 실리케이트, 소듐 메타실리케이트, 수성 암모니아 등으로 예시되는 알칼리에 의해 현상한다. 또한, 유기 현상액이 사용될 수도 있다. 일반적으로, 현상은 당업계에서 인정한 방법에 따른다. 현상에 이어, 산-경화 포토레지스트의 최종 베이크를 때로 약 100 내지 약 150 ℃의 온도에서 수분동안 수행하여 현상된 노광 코팅 층 영역을 추가로 경화시킨다.
그후 현상된 기판은 포토레지스트가 벗겨진 기판 영역이 선택적으로 처리될 수 있으며, 예를 들어 당업계에 잘 알려진 방법에 따라 포토레지스트가 벗겨진 기판 영역을 화학적으로 에칭하거나 플레이팅한다. 적합한 에칭제는 불화수소산 에칭 용액 및 산소 플라즈마 에칭과 같은 플라즈마 가스 에칭을 포함한다. 플라즈마 가스 에칭은 반사방지 코팅 층을 제거한다.
이후 실시예가 본 발명을 설명하나, 이들로 한정되지 않는다. 본 발명에언급된 모든 문헌은 참고로 인용된다.
실시예 1-24: 수지 합성
하기 실시예 1 내지 16 각각에서, 모든 시약은 먼저 반응기에 첨가 순서를 거의 상관치 않고 반응기에 도입되었다. 반응 설비는 100 ㎖(실시예 1-3, 7, 8, 10, 12-16 및 20-24) 또는 250 ㎖(실시예 4-6, 9, 11, 17-19) 삼목 플라스크, 기계 교반기가 설치된 환저 플라스크, 온도 조절 박스, 온도 프로브, 가열 맨틀, 응축기, Dean-Stark 트랩 및 질소 퍼지 주입구(스위프(sweep))로 구성된다. 각 반응물은 하기 표 1에 제시된 시간 및 온도로 가열되었다. GPC는 하기 표 1에 제시된 모든 폴리머 샘플 및 용액에 수행되었다. Buchner 깔대기에서 여과에 의해 모든 고체 폴리머를 수집한 후, 공기 건조시키고, 진공중 40-70 ℃에서 건조시켰다. 단일 용기 제조의 경우, 용융 폴리머를 제제화에 유리한 용매에 용해시켰다. 용액 백분율은 이론적 수율에 대한 것이다.
실시예 1: 193 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 니트로테레프탈레이트(12.48 g, 52.17 밀리몰), 디메틸 1,4-사이클로헥산디카복실레이트(4.91 g, 24.5 밀리몰), 디메틸 프탈레이트(2.34 g, 12.0 밀리몰), 디메틸 이소프탈레이트(2.34 g, 12.0 밀리몰), 이소소르바이드(5.86 g, 40.1 밀리몰), 글리세롤(2.81 g, 30.5 밀리몰), p-톨루엔설폰산 모노하이드레이트 (PTSA)(0.26 g, 1.4 밀리몰) 및 톨루엔(20 ㎖). 생성된 폴리머를 테트라하이드로푸란(THF)에 용해시키고, t-부틸메틸 에테르(MTBE)와 헥산의 혼합물에 침전시켜 11.6 g(42%)을 수득하였다.
실시예 2: 193 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 이소프탈레이트(18.52 g, 95.37 밀리몰), 디메틸 프탈레이트(2.33 g, 12.0 밀리몰), 1,3,5-트리스(2-하이드록시에틸)시아누르산 (15.63 g, 59.39 밀리몰), 글리세롤(4.80 g, 52.1 밀리몰) 및 PTSA(0.54 g, 2.8 밀리몰). 생성된 폴리머를 THF에 용해시켰다. 폴리머를 물, 이소프로판올(IPA) 또는 MTBE로부터 침전시킬 수 있다. 총 26 g(70%)의 폴리머를 수득하였다.
실시예 3: 193 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 니트로테레프탈레이트(18.26 g, 76.34 밀리몰), 디메틸 이소프탈레이트(2.33 g, 12.0 밀리몰), 디메틸 프탈레이트(2.33 g, 12.0 밀리몰), 1,3,5-트리스(2-하이드록시에틸)시아누르산(15.91 g, 60.91 밀리몰), 글리세롤(5.58 g, 60.6 밀리몰) 및 PTSA(0.55 g, 2.9 밀리몰). 생성된 폴리머를 THF에 용해시키고, MTBE에서 침전시켜 26 g(69%)을 수득하였다.
실시예 4: 193 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 니트로테레프탈레이트(45.5 g, 190 밀리몰), 디메틸 이소프탈레이트(5.8 g, 30 밀리몰), 디메틸 프탈레이트(5.8 g, 30 밀리몰), 1,3,5-트리스(2-하이드록시에틸)시아누르산(39.2 g, 150 밀리몰), 글리세롤(14.3 g, 155 밀리몰) 및 PTSA(1.1 g, 5.8 밀리몰). 생성된 폴리머를 충분한 메틸 2-하이드록시이소부티레이트(HBM)에 용해시켜 9.5% 용액을 제조하였다.
실시예 5: 193 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 니트로테레프탈레이트(58.7 g, 245 밀리몰), 글리세롤(27.1 g, 294 밀리몰) 및 파라-톨루엔 설폰산 모노하이드레이트(PTSA)(0.57 g, 3.0 밀리몰). 충분한 메틸 2-하이드록시이소부티레이트(HBM)을 첨가하여 11% 용액을 제조하였다.
실시예 6: 193 nm ARC 및 248 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 테레프탈레이트(48.5 g, 250 밀리몰), 에틸렌 글리콜(12.4 g, 200 밀리몰), 글리세롤(9.0 g, 100 밀리몰) 및 PTSA(0.54 g, 2.8 밀리몰). 충분한 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PMA)를 첨가하여 8% 용액을 제조하였다.
실시예 7: 248 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 2,6-나프탈렌디카복실레이트(24.33 g, 99.63 밀리몰), 디메틸테레프탈레이트(19.44 g, 100.1 밀리몰), 에틸렌 글리콜(7.63 g, 123 밀리몰), 글리세롤(7.29 g, 79.2 밀리몰) 및 PTSA(0.46 g, 2.4 밀리몰). 생성된 폴리머를 HBM, 아니솔 및 메틸 2-메톡시이소부티레이트(MBM)의 용매 혼합물에 용해시켜 10% 용액을 제조하였다.
실시예 8: 248 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 2,6-나프탈렌디카복실레이트(30.5 g, 125 밀리몰), 디메틸테레프탈레이트(14.5 g, 74.7 밀리몰), 에틸렌 글리콜(7.20 g, 116 밀리몰), 글리세롤(7.30 g, 79.3 밀리몰) 및 PTSA(0.47 g, 2.5 밀리몰). 생성된 폴리머를 아니솔과 테트라하이드로푸르푸릴 알콜의 혼합물에 용해시켜 10% 용액을 제조하였다.
실시예 9: 248 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 2,6-나프탈렌디카복실레이트(47.70 g, 195.3 밀리몰), 디메틸테레프탈레이트(25.90 g, 133.4 밀리몰), 글리세롤(32.90 g, 357.2 밀리몰), PTSA(0.84 g, 4.4 밀리몰) 및 아니솔(36 g). 생성된 폴리머를 메틸 2-하이드록시이소부티레이트(HBM)과 아니솔의 용매 혼합물에 용해시켜 10% 용액을 제조하였다.
실시예 10: 248 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 2,6-나프탈렌디카복실레이트(25.61 g, 104.8 밀리몰), 디메틸테레프탈레이트(13.58 g, 69.93 밀리몰), 글리세롤(16.72 g, 181.5 밀리몰), PTSA(0.45 g, 2.4 밀리몰) 및 아니솔(18.8 g). 생성된 폴리머를 THF에 용해시키고, IPA에 침전시켜 36.9 g(83%)을 제조하였다.
실시예 11: 193 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 니트로테레프탈레이트(31.78 g, 132.9 밀리몰), 디메틸 이소프탈레이트(4.09 g, 21.1 밀리몰), 디메틸 프탈레이트(4.10 g, 21.1 밀리몰), 1,3,5-트리스(2-하이드록시에틸)시아누르산(27.42 g, 105.0 밀리몰), 글리세롤(9.65 g, 105 밀리몰), PTSA(0.65 g, 3.4 밀리몰) 및 아니솔(25 g). 생성된 폴리머를 THF에 용해시키고, MTBE에 침전시켜 47.2 g(72%)을 제조하였다.
실시예 12: 193 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 니트로테레프탈레이트(16.7 g, 70.0 밀리몰), 디메틸 테레프탈레이트(34.9 g, 180 밀리몰), 에틸렌 글리콜(7.80 g, 126 밀리몰), 글리세롤(13.8 g, 150 밀리몰), PTSA(0.28 g, 1.5 밀리몰) 및 아니솔(8 g). 생성된 폴리머를 충분한 HBM에 용해시켜 10% 용액을 제조하였다.
실시예 13: 248 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 나프탈렌디카복실레이트(16.82 g, 68.88 밀리몰), 디메틸 테레프탈레이트(8.91 g, 45.9 밀리몰), 글리세롤(10.99 g, 119 밀리몰), PTSA(0.44 g, 2.3 밀리몰) 및 아니솔(37 g). 생성된 폴리머를 HBM과 아니솔의 용매 혼합물에 용해시켜 6.5% 용액을 제조하였다. Buchner 깔대기에 통과시켜 잔류 모노머 내용물을 용액으로부터 여과하였다.
실시예 14: 248 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 나프탈렌디카복실레이트(30.48 g, 124.8 밀리몰), 글리세롤 (11.96 g, 129.9 밀리몰), PTSA(0.69 g, 3.6 밀리몰) 및 아니솔(43 g). 생성된 폴리머를 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 알콜(PM)과 아니솔의 용매 혼합물에 용해시켜 18.4% 용액을 제조하였다.
실시예 15: 248 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 나프탈렌디카복실레이트(32.46 g, 132.9 밀리몰), 디메틸 이소프탈레이트(3.20 g, 16.5 밀리몰), 디메틸 프탈레이트(3.25 g, 16.7 밀리몰), 글리세롤(15.96 g, 173.3 밀리몰), PTSA(0.44 g, 2.3 밀리몰) 및 아니솔(38 g). 생성된 폴리머를 PM과 아니솔의 용매 혼합물에 용해시켜 21.1% 용액을 제조하였다.
실시예 16: 248 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 나프탈렌디카복실레이트(25.59 g, 104.7 밀리몰), 디메틸 테레프탈레이트(13.57 g, 69.88 밀리몰), 글리세롤(15.32 g, 166.3 밀리몰), 도데실벤젠설폰산(DDBSA)(0.91 g, 2.8 밀리몰) 및 아니솔(19 g). 생성된 폴리머를 PM과 아니솔의 용매 혼합물에 용해시켜 22.3% 용액을 제조하였다.
실시예 17: 248 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 2,6-나프탈렌디카복실레이트(61.1 g, 250 밀리몰), 트리스(하이드록시메틸)에탄(30.0 g, 250 밀리몰), PTSA(10.2 g, 53.6 밀리몰) 및 아니솔(68 g). 생성된 폴리머를 HBM을 사용하여 25% 용액으로 희석한 후, IPA에서 침전시켜 64.1 g(85%)을 수득하였다.
실시예 18: 193 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 테레프탈레이트(31.15 g, 16.04 밀리몰), 1,3,5-트리스(2-하이드록시에틸)시아누르산(46.09 g, 17.64 밀리몰), PTSA(1.35 g, 0.710 밀리몰) 및 아니솔(52 g). 생성된 폴리머를 HBM을 사용하여 25% 용액으로 희석한 후, IPA에서 침전시켜 45.3 g(67%)을 수득하였다.
실시예 19: 248 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 니트로테레프탈레이트(63.53 g, 265.6 밀리몰), 디메틸 이소프탈레이트(8.15 g, 42.0 밀리몰), 디메틸 프탈레이트(8.27 g, 42.6 밀리몰), 1,3,5-트리스(2-하이드록시에틸)시아누르산(54.90 g, 210.2 밀리몰), 글리세롤(19.32 g, 209.8 밀리몰) 및 PTSA(1.31 g, 6.89 밀리몰). 생성된 폴리머를 THF에 용해시키고, MTBE에서 침전시켜 97.5 g(74%)을 수득하였다.
실시예 20: 193 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 니트로테레프탈레이트(27.23 g, 113.8 밀리몰), 디메틸 이소프탈레이트(3.65 g, 18.8 밀리몰), 디메틸 프탈레이트(3.37 g, 17.4 밀리몰), 1,3,5-트리스(2-하이드록시에틸)시아누르산(43.12 g, 165.1 밀리몰) 및 PTSA(0.68 g, 3.6밀리몰). 생성된 폴리머를 THF에 용해시키고, MTBE에서 침전시켜 62.6 g(92%)을 수득하였다.
실시예 21: 193 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 니트로테레프탈레이트(35.80 g, 149.7 밀리몰), 1,3,5-트리스 (2-하이드록시에틸)시아누르산(43.07 g, 164.9 밀리몰) 및 PTSA(0.69 g, 3.6 밀리몰). 생성된 폴리머를 THF에 용해시키고, IPA에서 침전시켜 53.2 g(77%)을 수득하였다.
실시예 22: 193 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 니트로테레프탈레이트(11.08 g, 46.32 밀리몰), 디메틸 5-니트로이소프탈레이트(24.73 g, 103.4 밀리몰), 1,3,5-트리스(2-하이드록시에틸)시아누르산(43.06 g, 164.9 밀리몰) 및 PTSA(0.69 g, 3.6 밀리몰). 생성된 폴리머를 THF에 용해시키고, IPA에서 침전시켜 53.4 g(77%)을 수득하였다.
실시예 23: 193 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 테레프탈레이트(31.11 g, 160.2 밀리몰), 1,3,5-트리스(2-하이드록시에틸)시아누르산(45.80 g, 175.3 밀리몰) 및 PTSA(0.67 g, 3.5 밀리몰). 생성된 폴리머를 THF에 용해시키고, MTBE에서 침전시켜 50.0 g(75%)을 수득하였다.
실시예 24: 193 nm ARC에 특히 적합한 폴리머
충전: 디메틸 프탈레이트(30.91 g, 159.2 밀리몰), 1,3,5-트리스(2-하이드록시에틸)시아누르산(46.06 g, 176.3 밀리몰) 및 PTSA(0.67 g, 3.5 밀리몰). 생성된 폴리머를 THF에 용해시키고, MTBE에서 침전시켜 51.1 g(76%)을 수득하였다.
실시예 25-41: 폴리머 평가
상기 언급된 실시예의 폴리머가 광밀도(OD)(하기 표 2 참조), 내용매성(하기 표 3 참조), 산화물 에칭율(하기 표 4 참조) 또는 광학적 파라미터(하기 표 5 참조)에 의해 추가로 특정화되었다. 실시예 25-41은 수행된 시험(들)과 관련하여 고유한 제제임을 설명하고 있다.
제시된 성분들을 도입 순서는 상관치 않고 깨끗한 병에 도입하여 제제화된 각 샘플을 제조하였다. 샘플을 완전히 용해될 때까지 진탕하거나 롤러상에 놓아 둔다. 그후, 각 샘플을 0.2 ㎛의 PTFE 막 필터에 통과시켜 깨끗한 병에 도입하였다.
제제화된 샘플로 스핀-코팅된 모든 웨이퍼(실리콘 또는 석영)의 경우, 스핀 시간은 30초이고, 스핀-속도는 대응되는 표에 제시된 바와 같이 다양하다. 이어서, 웨이퍼를 표에 제시된 온도에서 60 초간 열판(hotplate)상에서 베이킹하였다 (baked). 실리콘 웨이퍼상의 필름 두께를 엘립소메트리(ellipsometry)로 측정하였다.
일반적인 OD 결정법
OD 측정을 위해, 제제화된 샘플을 실리콘 및 석영 웨이퍼상에 코팅하였다. 실리콘상의 필름 두께를 측정하였다. 석영상의 필름 흡수율을 UV 스펙트로포토메트리(spectrophotometry)로 결정하였다. 흡수율을 블랭크 석영 웨이퍼에 대해 측정하였다. 두께 및 흡수율 측정으로부터, OD가 표 2에 제시된 대응 파장에서 계산되었다.
일반적인 내용매성 측정법
내용매성을 시험하기 위한 각 샘플 용액을 실리콘 웨이퍼상에 스핀-코팅하였다. 웨이퍼의 두께를 를 엘립소메트리로 측정하였다. 포토레지스트 업계에 일반적으로 사용되는 용매인 에틸 락테이트(EL)를 웨이퍼 표면상에 붓고 60초간 고정되도록 방치하였다. 그후, 웨이퍼를 4000 rpm에서 60 초간 스핀 건조하였다. 두께를 다시 측정하고, 차이를 하기 표 3에 나타내었다.
일반적인 에칭율 측정법
에칭율을 시험하기 위한 각 샘플 용액을 두개의 실리콘 웨이퍼상에 스핀-코팅하고, 필름 두께를 측정하였다. 그후, 필름을 30 초간 산화물 에칭(Honeywell)하였다. 이어서, 에칭된 필름의 두께를 측정하고, 차이를 평균내어 표 4에 기록된 에칭율을 얻었다.
일반적인 광학적 파라미터 측정법
광학적 파라미터를 시험하기 위한 각 샘플 용액을 실리콘 웨이퍼상에 스핀-코팅하였다. 엘립소메트리 기술을 응용하여 실(n) 및 허 (k) 굴절율을 결정하였다. 결과를 표 5에 나타내었다.
실시예 25
제제: 실시예 1에서 제조된 폴리머(1 g) 및 PM(19 g). 샘플의 OD를 조사하였다.
실시예 26
제제: 실시예 2에서 제조된 폴리머(1.237 g), 테트라메톡시글리콜우릴 가교결합제(TMG)(0.234 g), 가소제(0.301 g), PTSA(0.0054 g), 포토애시드 발생제(0.0090 g), 계면활성제(0.0126 g) 및 HBM(28.2 g). 샘플의 에칭율을 조사하였다.
실시예 27
제제: 실시예 2에서 제조된 폴리머(0.466 g), HBM(9.57 g), TMG(0.121 g) 및 PTSA(0.0075 g). 샘플의 내용매성, 에칭율 및 광학적 파라미터를 조사하였다.
실시예 28
제제: 실시예 3에서 제조된 폴리머(0.474 g), HBM(9.67 g), TMG(0.137 g) 및 PTSA(0.0070 g). 샘플의 내용매성, 에칭율 및 광학적 파라미터를 조사하였다.
실시예 29
제제: 실시예 4에서 제조된 폴리머 용액(4.28 g), HBM(5.62 g) 및 TMG(0.10g). 샘플의 OD 및 내용매성을 조사하였다.
실시예 30
제제: 실시예 5에서 제조된 폴리머 용액(3.66 g), HBM(6.25 g) 및 TMG(0.10 g). 샘플의 OD, 내용매성 및 광학적 파라미터를 조사하였다.
실시예 31
제제: 실시예 6에서 제조된 폴리머 용액(4.62 g), PMA(5.26 g) 및 TMG(0.12 g). 샘플의 OD, 내용매성, 에칭율 및 광학적 파라미터를 조사하였다.
실시예 32
제제: 실시예 5에서 제조된 폴리머 용액(4.00 g), 실시예 6에서 제조된 폴리머 용액(4.50 g), HBM(11.32 g) 및 TMG(0.20 g). 샘플의 OD, 내용매성, 에칭율 및 광학적 파라미터를 조사하였다.
실시예 33
제제: 실시예 7에서 제조된 폴리머 용액(7.99 g), TMG(0.20 g), HBM(1.8 g), PMA(5.0 g) 및 아니솔(5.0 g). 샘플의 OD 및 내용매성을 조사하였다.
실시예 34
제제: 실시예 8에서 제조된 폴리머 용액(8.02 g), TMG(0.20 g), 아니솔(8.19 g) 및 테트라하이드로푸르푸릴 알콜(3.60 g). 샘플의 OD 및 내용매성을 조사하였다.
실시예 35
제제: 실시예 9에서 제조된 폴리머 용액(4.00 g), HBM(20.90 g) 및 TMG(0.10 g). 샘플의 OD 및 내용매성을 조사하였다.
실시예 36
실시예 9에서 제조된 폴리머 용액(200 g)에 Amberlite IRN-150(5 g)을 첨가하였다. 샘플을 롤러상에 24 시간동안 놓아 둔 후, 여과에 의해 용액으로부터 이온-교환 수지를 제거하였다. 샘플(4.0 g)을 HBM(20 g) 및 TMG(0.10 g)와 함께 제제화하는데 사용하였다. 샘플의 내용매성을 조사하였다.
실시예 37
제제: 실시예 9에서 제조된 폴리머 용액(12.00 g), HBM(17.71 g) 및 TMG(0.30 g). 샘플의 에칭율을 조사하였다.
실시예 38
제제: 실시예 10에서 제조된 폴리머(0.400 g), 아니솔(6.13 g), 테트라하이드로푸르푸릴 알콜(8.09 g), HBM(10.29 g), PTSA(2.5 ㎎) 및 TMG(0.100 g). 샘플의 내용매성을 조사하였다.
실시예 39
제제: 실시예 12에서 제조된 폴리머 용액(12.0 g), HBM(7.4 g), TMG(0.6 g) 및 PTSA(60 ㎎). 샘플의 에칭율을 조사하였다.
실시예 40
제제: 실시예 14에서 제조된 폴리머 용액(4.8 g), PM(7.0 g), 아니솔(8.0 g) 및 TMG(0.24 g). 샘플의 에칭율을 조사하였다.
실시예 41
제제: 실시예 16에서 제조된 폴리머 용액(4.8 g), PM(12.4 g), 아니솔(2.6 g) 및 TMG(0.24 g). 샘플의 내용매성을 조사하였다.
실시예 42: ARC 제조 및 리소그래피 처리
본 발명의 ARC 조성물을 나프틸 및 테레프탈릴 그룹을 함유하는 저분자량 폴리에스테를 사용하여 단일용기 반응으로 제조하였다. ARC는 또한 가교결합제 성분(멜라민/벤조구아니민 가교결합제)을 함유한다.
70 중량% 메틸 2-하이드록시이소부티레이트 및 30 중량% 아니솔로 구성된 용매를 70 중량% 폴리머, 29.3 중량% 아니솔 및 0.7% p-톨루엔설폰산으로 구성된 따뜻한 폴리머 용융물에 첨가하여 70 중량% 메틸 2-하이드록시이소부티레이트 및 30 중량% 아니솔로 구성된 용매 혼합물중의 약 25 몰% 2,6-나프탈렌디카복실레이트 그룹, 25 몰% 테레프탈레이트 그룹, 50% 글리세롤 및 0.070% p-톨루엔설폰산으로 구성된 저 MW 폴리에스테르(MW 800)의 10 중량% 용액을 제조하였다. 그후, 이 10% 폴리머 용액을 반사방지 조성물을 제조하는데 사용하였다.
상기 10% 폴리머 용액 6.986 g, Cymel 1123 0.2 g, 헥사메톡시 멜라민 0.1g, R-08 계면활성제(DaiNippon Ink Co.) 0.0014 g을 1-메톡시-2-프로판올 13.654 g 및 메틸 2-하이드록시이소부티레이트 29.059 g에 용해시켜 반사방지 조성물을 제조하였다. 이어서, 용액을 0.1 마이크론 기공 크기의 Teflon 막을 통해 여과하여 깨끗한 병에 도입하였다.
반사방지 코팅을 150 mm 실리콘 웨이퍼상에 약 2000 rpm으로 스핀 코팅하고, Tel Mark 8 웨이퍼 코팅 트랙 머신을 사용하여 200 ℃, 근접(proximity) 열판상에서 베이킹하였다. 베이킹후 반사방지 필름 코팅 두께는 34 nm이었다.
이어서, ShinEtsu-551 딥-UV 포토레지스트를 반사반지 필름의 상부에 스핀 코팅하고, 110 ℃에서 60 초간 베이킹하여 410 nm 두께의 포토레지스트 필름을 수득하였다. 그후, 포토레지스트를 0.60 개구수(NA)(2/3 애뉼라 세팅(annular setting))를 갖는 248 nm KrF 웨이퍼 스테퍼를 사용하여 표적 마스크를 통해 노광하였다. 레지스트 필름을 115 ℃에서 60 초간 후-노광 베이킹한 후, Shipley MF CD-26 현상액(2.38% 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드 수용액)을 사용하여 표준 60초 단일-퍼들(single-puddle) 과정으로 현상하였다.
60,000 배율의 주사 전자 현미경으로 레지스트 패턴의 질을 조사하였다. 결과는 레지스트와 반사방지 층 사이의 계면이 샤프하고 깨끗하며 패턴 충실성이 우수하였다. 레지스트 패턴은 반사 간섭 현상에 의해 야기되는 "정재파(standing wave)" 인위구조를 갖지 않는다. 반사방지 코팅사의 레지스트 패턴의 주사 전자 현미경 이미지(SEM)가 도 1에 나타나 있다. 이 SEM은 상기 제조된 실시예 34의 반사방지 조성물을 사용한 0.18 마이크론 1:1 라인:스페이스 패턴의 결과이다.
실리콘 웨이퍼상에 도포된 상기 제조된 실시예 42의 반사방지 층에 대한 실 및 허 굴절율을 엘립소메트리 기술을 이용하여 측정하였다. 실 굴절율은 n = 1.986이고, 허 굴절율은 k = 0.536이다.
상기 제조된 실시예 42의 반사방지 조성물에 대한 실 및 허 굴절율은 PROLITH 2 시뮬레이션 패키지(Finle Technology, division of ASML, The Netherlands)를 사용하여 포토레지스트내 반사방지 스택(stack)에 대해 248 nm에서 반사율을 계산하기 위한 입력 파라미터로 사용되었다. 결과는 두께 34 nm의 반사방지 필름을 사용하였을 때 반사율이 0.5%이었다.
실시예 43: ARC 제조 및 리소그래피 처리
본 발명의 ARC를 단일-용기 제조로 제조하였다. ARC는 나프틸 및 테레프탈릴 그룹을 갖는 적당한 분자량의 폴리에스테르 및 가교결합제(멜라민/글리콜우릴 가교결합제)를 함유한다.
상기 실시예 34의 10% 폴리머 용액 6.986 g, 테트라메톡시글리콜우릴 0.2 g, 헥사메톡시 멜라민 0.1 g, R-08 계면활성제(DaiNippon Ink Co.) 0.0014 g을 1-메톡시-2-프로판올 13.654 g 및 메틸 2-하이드록시이소부티레이트 29.059 g에 용해시켜 반사방지 조성물을 제조하였다.
반사방지 조성물을 상기 실시예 42와 동일한 방법으로 여과하여 리소그래피에 대해 시험하였다. 60,000 배율의 주사 전자 현미경으로 레지스트 패턴의 질을 조사하였다. 결과는 레지스트와 반사방지 층 사이의 계면이 샤프하고 깨끗하며패턴 충실성이 우수하였다. 레지스트 패턴은 반사 간섭 현상에 의해 야기되는 "정재파" 인위구조를 갖지 않는다. 반사방지 코팅상의 레지스트 패턴의 주사 전자 현미경 이미지(SEM)가 도 2에 나타나 있다. 이 SEM은 상기 제조된 실시예 43의 반사방지 조성물을 사용한 0.18 마이크론 1:1 라인:스페이스 패턴의 결과이다.
실리콘 웨이퍼상에 도포된 상기 제조된 실시예 43의 반사방지 층에 대한 실 및 허 굴절율을 엘립소메트리 기술을 이용하여 측정하였다. 실 굴절율은 n = 1.984이고, 허 굴절율은 k = 0.502이다.
상기 제조된 실시예 43의 반사방지 조성물에 대한 실 및 허 굴절율은 PROLITH 2 시뮬레이션 패키지(Finle Technology, division of ASML, The Netherlands)를 사용하여 포토레지스트내 반사방지 스택에 대해 248 nm에서 반사율을 계산하기 위한 입력 파라미터로 사용되었다. 결과는 두께 33 nm의 반사방지 필름을 사용하였을 때 반사율이 1.0%이었다.
실시예 44: ARC 제조 및 리소그래피 처리
나프틸 및 테레프탈릴 그룹을 갖는 폴리에스테르와 가교결합제(멜라민/벤조구아나민 가교결합제)를 혼합하여 본 발명의 ARC를 단일 용기 방법으로 제조하였다.
Mw가 3000으로 증가되고 반응 시간을 연장한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 관련된 폴리머를 합성하였다. 70 중량% 메틸 2-하이드록시이소부티레이트 및 30 중량% 아니솔의 용매 혼합물중의 0.070 중량% p-톨루엔설폰산을 갖는 Mw 3000의 폴리에스테르의 10 중량% 용액을 상기 실시예 42와 동일한 방법으로 제조하였다.
상기 폴리머는 반사방지 조성물로 제제화되었을 때 실시예 42의 폴리머와 다소 상이한 용해성을 나타낸 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명자들은 용매 조성물을 조정하여 스핀하게 되면 결함이 실질적으로 없는 반사방지 조성물을 제공하는 균질 용액을 얻을 수 있음을 알아냈다. 이에 따라, 실시예 3의 10% 폴리머 용액 6.986 g, 테트라메톡시글리콜우릴 0.2 g, 헥사메톡시 멜라민 0.1 g, R-08 계면활성제 (DaiNippon Ink Co.) 0.0014 g을 1-메톡시-2-프로판올 22.05 g, 아니솔 4.90 g 및 메틸 2-하이드록시이소부티레이트 17.65 g에 용해시켜 반사방지 조성물을 제조하였다.
반사방지 조성물을 상기 실시예 42와 동일한 방법으로 여과하였다. 반사방지 필름 질을 KLA8100 "톱-다운(top-down)" 저전압 주사 전자 현미경 조사 도구로 조사하였다. 필름은 광학적 결합이 없으며 또한 조사 도구로 관찰될 수 있는 결함도 없었다.
반사방지 조성물을 실시예 42와 동일한 방법으로 리소그래피에 대해 시험하였다. 60,000 배율의 주사 전자 현미경으로 레지스트 패턴의 질을 조사하였다. 결과는 레지스트와 반사방지 층 사이의 계면이 샤프하고 깨끗하며 패턴 충실성이 우수하였다. 레지스트 패턴은 반사 간섭 현상에 의해 야기되는 "정재파" 인위구조를 갖지 않는다. 반사방지 코팅상의 레지스트 패턴의 주사 전자 현미경 이미지 (SEM)가 도 3에 나타나 있다. 이 SEM은 상기 제조된 실시예 44의 반사방지 조성물을 사용한 0.18 마이크론 1:1 라인:스페이스 패턴의 결과이다.
실리콘 웨이퍼상에 도포된 상기 제조된 실시예 44의 반사방지 층에 대한 실 및 허 굴절율을 엘립소메트리 기술을 이용하여 측정하였다. 실 굴절율은 n = 1.985이고, 허 굴절율은 k = 0.598이다.
실시예 45: ARC 제조 및 리소그래피 처리
나프틸 및 테레프탈릴 그룹을 함유하는 단일 용기 폴리에스테르와 멜라민/벤조구아나민 가교결합제 및 안트라세닐 아크릴레이트 폴리머의 혼합물로부터 ARC를 제조하여 평가하였다. 실시예 45d의 경우, ARC는 나프틸 그룹 및 트리스(하이드록시메틸)에탄을 포함하는 실시예 17의 폴리에스테르와 벤조구아나민 가교결합제 및 안트라세닐 아크릴레이트 폴리머로부터 제조되었다.
본 실시예에서, 폴리에스테르와 안트라센을 포함하는 아크릴레이트 폴리머를 반사방지 조성물에 혼합하였다. 즉, 23 몰% 9-안트라세닐 메틸렌 메타크릴레이트, 29 몰% 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 45.6 몰% 메틸 메타크릴레이트 및 2,4 몰% 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트로 구성된 Mw 160,000의 측쇄 아크릴레이트 폴리머와 실시예 3의 10 중량% 폴리에스테르 용액을 혼합하여 반사방지 조성물을 제조하였다. 따라서, 반사방지 조성물은 상기 언급된 폴리머를 사용하여 하기 표(건조 폴리머로서 g으로 표시된 중량)에 따라 제조되었다:
조성물 |
아크릴레이트폴리머 |
폴리에스테르 |
Cymel 1123 |
헥사메톡시멜라민 |
p-톨루엔설폰산 |
아니솔 |
1-메톡시-2-프로판올 |
R-08 |
메틸2-하이드록시이소부티레이트 |
45a |
0 |
0.699 |
0.200 |
0.100 |
0.007 |
4.90 |
22.05 |
0.0014 |
22.05 |
45b |
0.489 |
0.210 |
0.200 |
0.100 |
0.007 |
4.90 |
22.05 |
0.0014 |
22.05 |
45c |
0.349 |
0.349 |
0.200 |
0.100 |
0.007 |
4.90 |
22.05 |
0.0014 |
22.05 |
실리콘 웨이퍼상에 도포된 상기 제조된 실시예 45의 반사방지 층에 대한 실 및 허 굴절율(n 및 k)을 엘립소메트리 기술을 이용하여 측정하였다. 실 및 허 굴절율은 반사를 최소화하는 최적의 반사방지 두께를 결정하기 위해, PROLITH 2 시뮬레이션 패키지(Finle Technology, division of ASML, The Netherlands)를 사용하여 포토레지스트내 반사방지 스택에 대해 248 nm에서 반사율을 계산하기 위한 입력 파라미터로 사용되었다. 결과는 다음과 같다:
조성물 |
실 지수 n |
허 지수 k |
반사를 최소화하는 두께 |
45a |
1.9489 |
0.5885 |
33 nm |
45b |
1.8042 |
0.5496 |
39 nm |
45c |
1.7359 |
0.5092 |
43 nm |
45d |
1.82 |
0.59 |
40 nm |
반사방지 코팅 45a 내지 45c를 200 mm 실리콘 웨이퍼상에 약 2000 rpm으로 스핀 코팅하고, Tel Mark 8 웨이퍼 코팅 트랙 머신을 사용하여 200 ℃, 근접 열판상에서 베이킹하였다. 베이킹후 반사방지 필름 코팅 두께는 34 nm이었다. 이어서, ShinEtsu-551 딥-UV 포토레지스트를 반사반지 필름의 상부에 스핀 코팅하고, 90 ℃에서 60 초간 베이킹하여 600 nm 두께의 포토레지스트 필름을 수득하였다. 그후, 포토레지스트를 0.60 NA를 갖는 248 nm KrF 웨이퍼 스테퍼를 사용하여 표적 마스크를 통해 노광하였다. 레지스트 필름을 110 ℃에서 60 초간 후-노광 베이킹한 후, Shipley MF CD-26 현상액(2.38% 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드 수용액)을 사용하여 표준 60초 단일-퍼들 과정으로 현상하였다.
반사방지제상의 1:1 180 nm L:S 패턴의 주사 전자 현미경 결과를 도 4에 나타내었다. 실시예 45a 내지 45c의 릴리프 이미지는 모두 레지스트:반사방지제 계면에서 "푸팅" 또는 언더커팅(undercutting) 없이 우수한 패턴 충실성을 나타내었다.
실시예 46: ARC 제조 및 리소그래피 처리
다량의 나프토에이트 그룹을 함유하는 폴리에스테르로부터 ARC를 제조하여 평가하였다.
폴리에스테르 폴리머내 2,6-나프탈렌디카복시레이트 그룹의 농도가 증가한 것을 제외하고 상기 실시예 45와 유사한 폴리머를 합성하였다. 반사방지 조성물을 이들 폴리머로부터 제조하고, 상기 실시예 45와 유사한 방법으로 테스트하였다. 결과는 다음과 같다:
실시예 |
Mw |
실 지수 n |
허 지수 k |
레지스트:반사방지제 계면의리소그래피 결과 |
45a |
3000 |
2.012 |
0.5946 |
깨끗한 계면, 푸팅 없음 |
45b |
3000 |
2.059 |
0.5749 |
깨끗한 계면, 푸팅 없음 |
상기 결과로부터 2,6-나프탈렌디카복실레이트를 고농도로 함유하는 폴리머는 또한 고성능 반사방지 코팅을 제공할 것임을 알 수 있다.
실시예 47: 193 nm에 특히 적합한 ARC
폴리에스테르 폴리머를 사용하여 193 nm 반사 조절용 조성물을 제조하였다. 폴리에스테르는 디메틸니트로테레프탈레이트, 1,3,5-트리스하이드록시에틸시아누르산, 디메틸이소프탈레이트, 디메틸프탈레이트 및 글리세롤의 열 축합 반응으로 제조되었다. 반사방지 조성물은 2.6% 폴리에스테르 폴리머 GW3488-13, 0.75% 테트라메톡시글리콜우릴(Cytec), 0.041% Nacure 5225(King Ind.) 및 96.6% 메틸-2-하이드록시이소부티레이트(Aldrich)를 포함한다. 조성물을 0.2 ㎛ 필터를 통해 여과하였다.
제조된 반사방지 조성물을 스핀 코터에 의해 실리콘 웨이퍼상에 코팅하고, 215 ℃의 온도에서 60 초간 열판상에서 가열하였다. 81 nm의 균일한 두께의 가교결합된 유기 필름이 수득되었다. 포지티브 작용성 193 nm 포토레지스트(Shipley Company TS10)를 가교결합된 유기 반사방지 필름 상부에 스핀 코팅하였다; 그후, 포토레지스트 필름을 120 ℃의 온도에서 60 초간 열판상에서 가열하였다. 포토레지스트를 NA가 0.60 이고 부분 간섭성이 0.70인 GCA 193 nm 스테퍼에서 패턴화된 193 nm 조사선에 노광시켰다. 노광후, 포토레지스트를 120 ℃의 온도에서 60 초간 열판상에서 가열하였다. 이어서, 포토레지스트를 테트라메틸암모늄 하이드록사이드의 0.26N 수용액과 접촉시켰다. 60 초후, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 용액을 증류 탈염수로 웨이퍼로부터 세정해 내고 웨이퍼를 스핀 건조시켰다. 라인 및 스페이스 패턴이 얻어졌다.
실시예 48: 193 nm에 특히 적합한 ARC
디메틸니트로테레프탈레이트, 디메틸테레프탈레이트, 에틸렌 글리콜 및 글리세롤을 열 축합 반응시켜 제조된 폴리에스테르 폴리머를 사용하여 193 nm 반사 조절용 조성물을 제조하였다. 반사방지 조성물은 3.06 중량% 폴리에스테르 폴리머,0.80 중량% 테트라메톡시글리콜우릴(Cytec), 0.14 중량% p-톨루엔설폰산(Aldrich) 및 96.0 중량% 메틸-2-하이드록시이소부티레이트를 혼합하여 제조된다. 퍼센트는 조성물의 총 중량에 기준한다. 조성물을 0.2 ㎛ 필터를 통해 여과하였다.
반사방지 조성물을 스핀 코터에 의해 실리콘 웨이퍼상에 코팅하고, 215 ℃의 온도에서 60 초간 열판상에서 가열하였다. 82 nm의 균일한 두께의 가교결합된 유기 필름이 수득되었다. 포지티브 작용성 193 nm 포토레지스트(Shipley Company TS10)를 가교결합된 유기 반사방지 필름 상부에 스핀 코팅하였다; 그후, 포토레지스트 필름을 120 ℃의 온도에서 60 초간 열판상에서 가열하였다. 포토레지스트를 NA가 0.60 이고 부분 간섭성이 0.70인 GCA 193 nm 스테퍼에서 패턴화된 193 nm 조사선에 노광시켰다. 노광후, 포토레지스트를 120 ℃의 온도에서 60 초간 열판상에서 가열하였다. 이어서, 포토레지스트를 테트라메틸암모늄 하이드록사이드의 0.26N 수용액과 접촉시켰다. 60 초후, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 용액을 증류 탈염수로 웨이퍼로부터 세정해 내고 웨이퍼를 스핀 건조시켰다. 라인 및 스페이스 패턴이 얻어졌다.
리소그래피 결과
193 nm 조사선으로 패턴화된 웨이퍼의 단면을 절단하고, 주사 전자 현미경(SEM)으로 조사하였다. 150 nm 피쳐(feature) 크기에서 조밀(dense) 라인 및 스페이스 패턴과 분리된 라인 패턴을 "정재파"(노광후 반사광 간섭을 변조하는 포토애시드 농도에 의해 레지스트 측벽에 얼룩)를 포함한 프로파일 결함에 대해 평가하였다. 실시예 45 또는 실시예 46의 반사방지 조성물상에 패턴화된 레지스트 피쳐에서는 정재파가 관찰되지 않았다.
AR 코팅 |
레지스트 |
E사이즈(150 nm 1:1) |
결과 |
실시예 45 |
TS10 |
24 mJ/㎠ |
정재파 없음 |
실시예 46 |
TS10 |
24 mJ/㎠ |
정재파 없음 |
실시예 49-54: 반사방지 코팅 제제 및 특정화
상기 실시예의 반사방지 코팅 조성물을 광밀도(OD), 193 nm에서 광학적 성질, 산화물 에칭율 및 리소그래피 성질에 대해 특정화하였다(표 6, 도 5 참조).
제시된 성분들을 깨끗한 병에 도입하여 테스트용 샘플을 제조하였다. 샘플을 완전히 용해될 때까지 진탕하거나 롤러상에 놓아 두었다. 그후, 각 샘플을 0.2 ㎛의 PTFE 막 필터에 통과시켜 깨끗한 병에 도입하였다. 웨이퍼(실리콘 또는 석영)를 제제화된 샘플로 30-60 초의 스핀 시간동안 스핀-코팅하며; 이때 스핀-속도는 40-120 nm의 필름 두께를 얻기 위하여 필요에 따라 변화시킨다. 이어서, 스핀-코팅된 웨이퍼를 215 ℃의 온도에서 60 초간 열판상에서 베이킹하였다. 필름 두께를 엘립소메트리로 측정하였다.
일반적인 OD 결정법
샘플을 실리콘 및 석영 웨이퍼상에 스핀-코팅하였다. 실리콘상의 필름 두께를 석영 웨이퍼상의 필름 두께에 대한 대용으로 측정하였다. 비코팅된 석영 웨이퍼에 대한 석영상의 필름 흡수율을 UV 스펙트로포토메트리에 의해 193 nm에서 결정하였다. 제제의 OD를 필름 두께 및 흡수율 측정치를 이용하여 산정하였다(표 6 참조).
일반적인 광학적 파라미터 측정법
제제화된 샘플을 실리콘 웨이퍼상에 스핀-코팅하였다. 엘립소메트리 기술을 응용하여 193 nm에서 실(n) 및 허 (k) 굴절율을 결정하였다(표 6 참조).
일반적인 에칭율 측정법
제제화된 샘플을 실리콘 웨이퍼상에 스핀-코팅하였다. 엘립소메트리를 사용하여 필름 두께를 측정하였다. 이어서, 필름을 30-60 초간 산화물 에칭(C4F8/O2/CO/Ar)하였다. 에칭된 필름의 두께를 재측정하고, 벌크 에칭율을 계산하였다(표 6 참조).
일반적인 리소그래피 평가 방법
실시예 50-54의 반사방지 코팅을 150 mm 실리콘 웨이퍼상에 약 2000-3000 rpm으로 스핀 코팅하고, FSI Polaris 2200 웨이퍼 코팅 트랙 머신을 사용하여 215 ℃, 근접 열판상에서 베이킹하였다. 베이킹후 반사방지 필름 코팅 두께는 80-82 nm이었다. 이어서, 193 nm 포토레지스트를 반사반지 필름 상부에 스핀 코팅하고, 120 ℃에서 90 초간 베이킹하여 330 nm 두께의 포토레지스트 필름을 수득하였다.그후, 포토레지스트를 0.60 NA 및 0.70 부분 감섭성을 갖는 193 nm ArF 웨이퍼 스테퍼를 사용하여 표적 마스크를 통해 노광하였다. 노광된 레지스트 필름을 120 ℃에서 60 초간 후-노광 베이킹한 후, 시판 현상액(2.38% 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드 수용액)을 사용하여 표준 60초 단일-퍼들 과정으로 현상하였다.
75,000 배율의 주사 전자 현미경(SEM)으로 레지스트 패턴의 질을 조사하였다. SEM 이미지는 레지스트와 반사방지 층 사이의 계면이 샤프하고 깨끗하며 패턴 충실성이 우수한 것으로 나타났다. 레지스트 패턴은 반사 간섭 현상에 의해 야기되는 "정재파" 인위구조를 갖지 않는다. 실시예 49-53의 반사방지 코팅상의 140 nm 1:1 라인:스페이스 레지스트 패턴의 SEM 이미지가 도 5에 나타나 있다.
실시예 46의 반사방지 조성물에 대한 실 및 허 굴절율은 PROLITH 2 시뮬레이션 패키지(Finle Technology, division of ASML, The Netherlands)를 사용하여 포토레지스트내 반사방지 스택(stack)에 대해 193 nm에서 반사율을 계산하기 위한 입력 파라미터로 사용되었다. 시뮬레이션 결과는 두께 80 nm의 실시예 49 반사방지 필름을 사용하였을 때 반사율이 0.9%인 것으로 나타났다.
상기 본 발명의 설명은 단지 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 이후 청구범위에 기술된 본 발명의 내용 또는 영역을 벗어남이 없이 수정 및 변형될 수 있다.