KR20070067840A - Dissolution inhibitor and chemically amplified photoresist composition including the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 내지 5는 각각 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 포토레지스트 조성물을 사용하여 형성한 포토레지스트 패턴의 전자 주사 현미경 사진.1 to 5 are electron scanning micrographs of photoresist patterns formed using photoresist compositions according to Examples and Comparative Examples of the present invention, respectively.
본 발명은 용해 억제제 및 이를 포함하는 화학 증폭형 레지스트 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 포토리소그래피 공정에서 노광부와 비노광부의 용해도 차이를 증가시킬 수 있는 용해 억제제 및 이를 포함하는 화학 증폭형 레지스트 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a dissolution inhibitor and a chemically amplified resist composition comprising the same, and more particularly, a dissolution inhibitor and a chemically amplified resist composition including the same, which can increase the solubility difference between the exposed portion and the non-exposed portion in a photolithography process. It is about.
최근 반도체 소자들의 집적도가 증가함에 따라서 기가비트급 이상의 기억용량을 가진 다이나믹 랜덤 액서스 메모리(이하 DRAM이라고 함) 개발이 활발히 진행 되고 있다. 1기가 비트급 이상의 DRAM을 제조하기 위해서는, 하프피치 90nm 이하의 선폭을 가지는 초미세 패턴의 형성이 요구되는데, 이를 위하여 KrF 엑시머 레이저(248nm) 또는 더욱 단파장인 ArF 엑시머 레이저(193nm)를 노광원으로 사용하는 포토리소그래피 기술이 도입되었고, 이와 같이 노광원이 점점 단파장화 됨에 따라 고해상력을 갖고 투명성, 건식 식각 내성, 접착성 등이 우수한 포토레지스트 개발이 절실히 요구되었다. 일반적으로 ArF 엑시머 레이저용 포토레지스트 조성물은 193nm 파장에서의 투명성, 건식 식각 내성 및 하부 막질에 대한 접착성이 높아야 하며, 현상액으로 널리 사용되는 2.38중량% 테트라메틸암모늄 히드록사이드(TMAH) 수용액에 대한 친화도가 높아야 한다. 특히 패턴이 초미세화 될수록 레지스트 조성물의 해상력과 라인 에지 러프니스 특성이 우수해야 하며, 또한 패턴의 무너짐 현상(pattern collapse)을 방지하기 위해서 포토레지스트 층의 두께를 감소시켜야 하므로 포토레지스트 층의 투명성과 건식 식각 내성의 특성이 더욱 우수하여야 한다. Recently, as the degree of integration of semiconductor devices increases, development of a dynamic random access memory (hereinafter referred to as DRAM) having a storage capacity of more than a gigabit level has been actively conducted. In order to manufacture a DRAM of 1 gigabit or more, it is required to form an ultrafine pattern having a line width of less than half pitch of 90 nm. For this purpose, an KrF excimer laser (248 nm) or a shorter ArF excimer laser (193 nm) is used as an exposure source. Photolithography technology has been introduced, and as the exposure source becomes shorter in wavelength, the development of a photoresist having high resolution and excellent transparency, dry etching resistance, and adhesiveness is urgently required. In general, the photoresist composition for ArF excimer laser should have high transparency at 193 nm wavelength, dry etching resistance and high adhesion to the underlying film, and to the 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution widely used as developer. Affinity should be high. In particular, the finer the pattern, the better the resolution and line edge roughness characteristics of the resist composition, and the thickness of the photoresist layer should be reduced in order to prevent pattern collapse. Etch resistance should be better.
통상적인 ArF 엑시머 레이저(193nm) 레지스트에서는, 고분자 수지 내에 이소보닐, 아다만틸, 트리시클로데카닐과 같은 벌키(bulky)한 환형 또는 다환형의 고리 화합물을 도입하여 투명성과 건식 식각 내성을 향상시키는 방법이 많이 사용되었다. 그러나 레지스트의 두께가 계속해서 감소함에 따라, 고분자 수지 내에 지방족 고리 화합물의 벌키니스(bulkyness) 만을 증가시키는 방법은 하부 막질에 대한 접착성을 저하시키고 라인 에지 러프니스 증가나 패턴의 형상을 나쁘게 하는 한계를 보였다. 따라서 투명성을 높이고 건식 식각 내성을 향상시키기 위해서는 수지 자체의 벌키니스 조절과 함께 투명성과 건식 식각 내성이 우수한 첨가제의 개발이 요구된다.In conventional ArF excimer laser (193 nm) resists, bulky cyclic or polycyclic cyclic compounds such as isobonyl, adamantyl, and tricyclodecanyl are introduced into the polymer resin to improve transparency and dry etching resistance. The method was used a lot. However, as the thickness of the resist continues to decrease, the method of increasing only the bulkyness of aliphatic ring compounds in the polymer resin limits the adhesion to the underlying film quality and increases the line edge roughness or worses the shape of the pattern. Showed. Therefore, in order to increase transparency and improve dry etching resistance, development of additives having excellent transparency and dry etching resistance as well as bulkiness control of the resin itself is required.
따라서 본 발명의 목적은 248nm, 193nm 등의 단파장 노광원 하에서 투명성과 건식 식각 내성을 높여, 우수한 초미세 레지스트 패턴을 형성시킬 수 있는 용해 억제제 및 이를 포함하는 화학 증폭형 레지스트 조성물을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a dissolution inhibitor and a chemically amplified resist composition including the same, which can improve transparency and dry etching resistance under short wavelength exposure sources such as 248 nm and 193 nm to form an excellent ultra-fine resist pattern.
본 발명의 다른 목적은 노광부에서 발생한 산이 레지스트로 확산되는 것을 억제하여 라인 에지 러프니스를 감소시키고, 노광후 베이크 온도안정성(PEB sensitivity)을 높이고, 스웰링을 방지 할 수 있는 용해 억제제 및 이를 포함하는 화학 증폭형 레지스트 조성물을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to suppress the diffusion of acid generated in the exposed portion into the resist to reduce the line edge roughness, to increase the post-exposure bake temperature stability (PEB sensitivity), and to prevent the swelling and includes It is to provide a chemically amplified resist composition.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 용해 억제제를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a dissolution inhibitor represented by the following formula (1).
[화학식 1] [Formula 1]
상기 화학식 1에서, R은 탄소수 1 내지 30의 선형, 분지형, 단일환형, 또는 다형환형의 지방족 탄화수소이고, n은 1 내지 4의 정수이다. In Formula 1, R is a linear, branched, monocyclic, or polycyclic aliphatic hydrocarbon having 1 to 30 carbon atoms, and n is an integer of 1 to 4.
본 발명은 또한 상기 화학식 1로 표시되는 용해 억제제; 감광성 고분자 수지; 산을 발생시키는 광산발생제 및 유기 용매를 포함하는 화학 증폭형 포토레지스트 조성물을 제공한다. The present invention also comprises a dissolution inhibitor represented by the formula (1); Photosensitive polymer resins; It provides a chemically amplified photoresist composition comprising a photoacid generator for generating an acid and an organic solvent.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명에 따른 포토레지스트용 용해 억제제는 하기 화학식 1로 표시된다.The dissolution inhibitor for photoresists according to the present invention is represented by the following formula (1).
상기 화학식 1에서, R은 탄소수 1 내지 30의 선형, 분지형, 단일환형, 또는 다환형의 지방족 탄화수소, 바람직하게는 , , 또는 이고(여기서, 나선()은 연결부(connecting bond)를 나타낸다.), n은 1 내지 4의 정수이다.In Formula 1, R is a linear, branched, monocyclic, or polycyclic aliphatic hydrocarbon having 1 to 30 carbon atoms, preferably , , or And (where spirals ( ) Represents a connecting bond.) N is an integer of 1 to 4.
본 발명에 따른 용해 억제제의 바람직한 예는 하기 화학식 1a 내지 1d로 표 시되는 화합물이다.Preferred examples of the dissolution inhibitor according to the present invention are compounds represented by the following Chemical Formulas 1a to 1d.
상기 화학식 1로 표시되는 용해 억제제는 선형, 환형, 다환형 등의 벌키한 포화탄화수소, 예를 들면 지방족 고리 탄화수소와 전기음성도가 큰 트리플루오로메틸(CF3)기를 포함하므로, 포토레지스트의 투명성 및 건식 식각 내성 특성을 향상시킨다. 또한 노광부에서는 산의 작용에 의하여 사이클로 헥실기를 포함한 말단의 포화 탄화수소가 분해되어, 현상액에 대한 친화도 증가로 인해 쉽게 용해되며, 비노광부에서는 페놀과 유사한 산성도로 인한 스웰링 현상을 방지하며, 현상액에 대한 용해성을 억제시켜 콘트라스트를 향상시키고, 그 결과 라인 에지 러프니스 및 해상도가 개선된 패턴을 얻을 수 있다. The dissolution inhibitor represented by Chemical Formula 1 includes linear, cyclic, and polycyclic bulky saturated hydrocarbons, for example, aliphatic ring hydrocarbons and trifluoromethyl (CF 3 ) groups having high electronegativity, and thus transparency of photoresist. And improve dry etching resistance properties. In addition, in the exposed portion, the saturated hydrocarbon at the terminal including the cyclohexyl group is decomposed by the action of acid, and is easily dissolved due to an increase in affinity for the developing solution.In the non-exposed portion, the swelling phenomenon is prevented due to the acidity similar to phenol. The solubility in the developer can be suppressed to improve the contrast, resulting in a pattern with improved line edge roughness and resolution.
본 발명에 따른 용해 억제제는 공지의 다양한 유기합성법에 의하여 합성될 수 있다. 예를 들면, 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 알코올(OH)기를 포함하는 탄화수소와 아세틸렌을 반응시켜 비닐옥사이드기를 포함하는 탄화수소를 제조한 후, 하기 반응식 2에 나타낸 바와 같이, 비닐옥사이드기를 포함하는 탄화수소와 3,5-비스(헥사플루오로-2-히드록시-2-프로필)시클로헥실 알코올을 반응시켜 상기 화학식 1로 표시되는 용해 억제제를 제조할 수 있다. The dissolution inhibitor according to the present invention can be synthesized by various known organic synthesis methods. For example, as shown in Scheme 1 below, a hydrocarbon containing a vinyl oxide group is prepared by reacting a hydrocarbon containing an alcohol (OH) group with acetylene, and then a hydrocarbon containing a vinyl oxide group as shown in Scheme 2 below. A dissolution inhibitor represented by Chemical Formula 1 may be prepared by reacting with 3,5-bis (hexafluoro-2-hydroxy-2-propyl) cyclohexyl alcohol.
상기 반응식 1 및 2에서, R 및 n은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.In Schemes 1 and 2, R and n are as defined in Formula 1.
상기 반응은 테트라히드로푸란, 메틸렌클로라이드, 아세톤, 아세토나이트릴 등의 유기용매 중에서 수행될 수 있으며, 상기 반응식 2에서는 피리디늄 p-톨루엔설포네이트 등의 촉매를 사용할 수 있다. 상기 반응식 1의 반응은 20 내지 200℃, 바람직하게는 100 내지 120℃의 온도, 1 내지 50atm, 바람직하게는 5 내지 6atm의 기압하에서 10 내지 12시간동안 수행할 수 있고, 상기 반응식 2의 반응은 상온에서 48시간동안 수행할 수 있다.The reaction may be performed in an organic solvent such as tetrahydrofuran, methylene chloride, acetone, acetonitrile, etc. In Scheme 2, a catalyst such as pyridinium p-toluenesulfonate may be used. The reaction of Scheme 1 may be performed for 10 to 12 hours at a temperature of 20 to 200 ℃, preferably 100 to 120 ℃, 1 to 50 atm, preferably 5 to 6 atm, the reaction of Scheme 2 It can be performed at room temperature for 48 hours.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 용해 억제제; 감광성 고분자 수지; 산을 발생시키는 광산발생제; 및 유기 용매를 포함하는 화학 증폭형 포토레지스트 조성물을 제공한다. In addition, the present invention is a dissolution inhibitor represented by the formula (1); Photosensitive polymer resins; Photoacid generators generating acid; And it provides a chemically amplified photoresist composition comprising an organic solvent.
상기 화학식 1로 표시되는 용해 억제제는 비노광부와 노광부의 용해도 차이를 크게 만들어서 콘트라스트를 향상시키는 것으로, 상기 용해 억제제의 함량은 전체 포토레지스트 조성물에 대하여 0.1 내지 50중량%, 바람직하게는 0.1 내지 20중량%이다. 상기 용해 억제제의 함량이 0.1중량% 미만인 경우, 원하는 용해 억제 효 과를 얻을 수 없으며, 50중량%를 초과할 경우 노광 영역에서 필요이상의 -COOH가 생성되어 비노광 영역까지 영향을 미치게 된다. 그 결과 콘트라스트가 저하되고, 어두운 부식(Dark erosion)이 발생되어, 필름 손실이 유발되는 문제점이 있다.The dissolution inhibitor represented by Chemical Formula 1 improves the contrast by increasing the solubility difference between the non-exposed part and the exposed part, and the content of the dissolution inhibitor is 0.1 to 50% by weight, preferably 0.1 to 20% by weight based on the total photoresist composition. %to be. When the content of the dissolution inhibitor is less than 0.1% by weight, the desired dissolution inhibiting effect cannot be obtained. When the content of the dissolution inhibitor exceeds 50% by weight, more -COOH is generated in the exposure area, which affects the non-exposure area. As a result, the contrast is lowered, dark erosion occurs, and film loss is caused.
상기 감광성 고분자 수지로는 화학 증폭형 포토레지스트 조성물의 제조에 통상적으로 사용되는 감광성 고분자 수지를 제한없이 사용할 수 있다. 상기 감광성 고분자 수지의 중량평균분자량(Mw)은 통상 1,000 내지 150,000이고, 알카리 불용성 또는 가용성 관능기를 포함할 수 있다. 상기 고분자 수지의 함량은 전체 포토레지스트 조성물에 대하여 1 내지 50중량%인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1 내지 20중량%이다. 만일 고분자 수지의 함량이 1중량% 미만인 경우에는 코팅 후 남게 되는 레지스트층이 너무 얇아 원하는 두께의 패턴을 형성하기 어렵고, 50중량%를 초과하면 코팅 균일성이 저하될 우려가 있다.As the photosensitive polymer resin, a photosensitive polymer resin conventionally used for preparing a chemically amplified photoresist composition may be used without limitation. The weight average molecular weight (Mw) of the photosensitive polymer resin is usually 1,000 to 150,000, and may include an alkali insoluble or soluble functional group. The content of the polymer resin is preferably 1 to 50% by weight, more preferably 1 to 20% by weight based on the total photoresist composition. If the content of the polymer resin is less than 1% by weight, the resist layer remaining after coating is too thin to form a pattern having a desired thickness. If the content exceeds 50% by weight, the coating uniformity may be deteriorated.
상기 광산발생제는 노광에 의해 H+ 등 산성분을 생성하여, 상기 감광성 고분자 수지의 보호기를 탈보호 시키는 역할을 하는 것으로서, 빛에 의해 산을 발생할 수 있는 화합물을 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 N-이미노설포네이트, 디설폰, 비스아릴설포닐다이아조메탄, 아릴카보닐아릴설포닐디아조메탄 등의 설폰(sulfone)계 화합물, 오니움염 등의 오니움염(onium)계 화합물, 요오드늄(iodonium)염 화합물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 광산발생제의 비한정적인 예로는 디페닐요오드늄 헥사 플루오로포스페이트, 디페닐요오드늄 헥사플루 오로 아르세네이트, 디페닐요오드늄 헥사플루오로 안티모네이트, 디페닐파라메톡시페닐설포늄 트리플레이트, 디페닐파라톨루에닐설포늄 트리플레이트, 디페닐파라이소부틸페닐설포늄 트리플레이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오로 포스페이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오로 아르세네이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오로 안티모네이트, 트리페닐설포늄 트리플레이트, 디부틸나프틸설포늄 트리플레이트, 프탈이미도트리플루오로메탄설포네이트, 디니트로벤질토실레이트, n-데실디설폰, 나프틸이미도트리플루오로메탄설포네이트, 이들의 혼합물 등을 예시할 수 있다. 상기 광산발생제의 함량은 전체 포토레지스트 조성물에 대하여 0.1 내지 50중량%인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 20중량%이다. 만약 상기 광산발생제의 함량이 0.1중량% 미만인 경우에는 포토레지스트 조성물의 빛에 대한 민감도가 저하되어 보호기의 탈보호가 곤란할 염려가 있고, 50중량%를 초과하면 광산발생제가 원자외선을 많이 흡수하고, 산이 다량 발생되어 레지스트 패턴의 단면이 불량해질 염려가 있다. The photoacid generator generates an acid component such as H + by exposure, and serves to deprotect the protecting group of the photosensitive polymer resin, and a compound capable of generating an acid by light may be used without limitation. Onium-based compounds such as sulfone-based compounds such as N-iminosulfonate, disulfone, bisarylsulfonyldiazomethane, arylcarbonylarylsulfonyldiazomethane, and onium salt, and iodine Ionium salt compounds and mixtures thereof can be used. Non-limiting examples of the photoacid generator include diphenyl iodonium hexa fluorophosphate, diphenyl iodonium hexafluoro arsenate, diphenyl iodonium hexafluoro antimonate, diphenyl paramethoxy phenyl sulfonium tri Plate, diphenylparatoluenylsulfonium triflate, diphenylparaisobutylphenylsulfonium triflate, triphenylsulfonium hexafluoro phosphate, triphenylsulfonium hexafluoro arsenate, triphenylsulfonium hexafluoro Antimonate, triphenylsulfonium triflate, dibutylnaphthylsulfonium triflate, phthalimidotrifluoromethanesulfonate, dinitrobenzyltosylate, n-decyldisulfone, naphthylimidotrifluoromethanesulfonate, Mixtures thereof and the like can be exemplified. The content of the photoacid generator is preferably 0.1 to 50% by weight, more preferably 0.1 to 20% by weight based on the total photoresist composition. If the content of the photoacid generator is less than 0.1% by weight, the sensitivity of the photoresist composition to light decreases, which may cause deprotection of the protecting group. If the photoacid generator exceeds 50% by weight, the photoacid generator absorbs a lot of ultraviolet rays. There is a possibility that a large amount of acid is generated, resulting in poor cross section of the resist pattern.
상기 유기 용매로는 포토레지스트 조성물의 제조에 통상적으로 사용되는 다양한 유기 용매를 광범위하게 사용할 수 있으며, 비한정적인 예로는 에틸렌글리콜모노메틸에틸, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 톨루엔, 크실렌, 메틸에틸케톤, 시클로헥산온, 2-히드록시프로피온에틸, 2-히드록시 2-메틸프로피온산에틸, 에톡시초산에틸, 히드록시초산에틸, 2-히드록시 3-메틸부탄산메 틸, 3-메톡시 2-메칠프로피온산메틸, 3-에톡시프로피온산에틸, 3-메톡시 2-메틸프로피온산에틸, 초산에틸, n-헵탄온, 에틸 락테이트, 초산부틸, 이들의 혼합물 등을 예시할 수 있다. 상기 유기용매의 함량은 전체 포토레지스트 조성물에 대하여 0.1 내지 98.8중량%, 바람직하게는 30 내지 98중량%이다.As the organic solvent, various organic solvents commonly used in the preparation of the photoresist composition may be widely used. Non-limiting examples include ethylene glycol monomethyl ethyl, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, and diethylene. Glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, 2-hydroxypropionethyl, 2-hydroxyethyl 2-ethylpropionate, ethyl ethoxy acetate, ethyl hydroxy acetate , 2-hydroxy methyl 3-methylbutyrate, methyl 3-methoxy 2-methylpropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, ethyl 3-methoxy 2-methylpropionate, ethyl acetate, n-heptanone, ethyl lac Tate, butyl acetate, a mixture thereof, etc. can be illustrated. The content of the organic solvent is 0.1 to 98.8% by weight, preferably 30 to 98% by weight based on the total photoresist composition.
또한, 본 발명의 레지스트 조성물은 필요에 따라 유기염기를 더욱 포함할 수 있으며, 상기 유기염기의 비한정적인 예로는 트리에틸아민, 트리이소부틸아민, 트리이소옥틸아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 및 이들의 혼합물을 예시할 수 있다. 상기 유기염기의 함량은 전체 포토레지스트 조성물에 대하여 0.01 내지 20중량%인 것이 바람직하다. 상기 유기염기의 함량이 0.01중량% 미만이면 레지스트 패턴에 티탑(t-top) 현상이 발생할 염려가 있고, 함량이 20중량%를 초과하면 포토레지스트 조성물의 감도가 떨어져 공정진행률이 저하될 염려가 있다. In addition, the resist composition of the present invention may further include an organic base, if necessary, non-limiting examples of the organic base is triethylamine, triisobutylamine, triisooctylamine, diethanolamine, triethanolamine and Mixtures of these can be exemplified. The content of the organic base is preferably 0.01 to 20% by weight based on the total photoresist composition. When the content of the organic base is less than 0.01% by weight, a t-top phenomenon may occur in the resist pattern, and when the content is more than 20% by weight, the sensitivity of the photoresist composition may be lowered, thereby lowering the process progress rate. .
본 발명에 따른 포토레지스트 조성물을 이용하여, 포토레지스트 패턴을 형성하기 위해서는, 먼저, 실리콘 웨이퍼, 알루미늄 기판 등의 기판에 스핀 코터 등을 이용하여 상기 포토레지스트 조성물을 도포하여 포토레지스트막을 형성하고, 상기 포토레지스트막을 소정 패턴으로 노광한 다음, 노광된 포토레지스트 패턴을 가열하고(PEB: Post Exposure Bake), 현상하는 통상의 포토리쏘그래피 공정으로 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 원하는 패턴을 갖는 반도체 소자를 제조할 수 있다. 상기 현상 공정에 사용되는 현상액으로는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 테트라메틸암모늄 히드록사이드(TMAH) 등의 알칼리성 화합물을 0.1 내지 10중량%의 농 도로 용해시킨 알칼리 수용액을 사용할 수 있으며, 필요에 따라 상기 현상액에 메탄올, 에탄올 등과 같은 수용성 유기용매 및 계면활성제를 적정량 첨가하여 사용할 수도 있다. 또한 이와 같은 현상 공정을 수행한 후에는 초순수로 기판을 세정하는 세정 공정을 더욱 수행할 수도 있다.In order to form a photoresist pattern using the photoresist composition according to the present invention, first, the photoresist composition is applied to a substrate such as a silicon wafer or an aluminum substrate using a spin coater to form a photoresist film. After exposing the photoresist film in a predetermined pattern, the exposed photoresist pattern is heated (PEB: Post Exposure Bake), a photoresist pattern is formed by a conventional photolithography process of developing, and then a semiconductor device having a desired pattern is formed. It can manufacture. As a developing solution used in the developing step, an alkaline aqueous solution in which an alkaline compound such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate and tetramethylammonium hydroxide (TMAH) is dissolved at a concentration of 0.1 to 10% by weight may be used. Accordingly, an appropriate amount of a water-soluble organic solvent such as methanol and ethanol and a surfactant may be added to the developer. In addition, after the development process, the cleaning process may be further performed to clean the substrate with ultrapure water.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. The following examples are intended to illustrate the present invention more specifically, but the scope of the present invention is not limited by the following examples.
[실시예 1-1] 상기 화학식 1a로 표시되는 용해 억제제 제조 Example 1-1 Preparation of a Dissolution Inhibitor of Formula 1a
가. 1,4-시클로헥산 디메탄올 디비닐 에테르 제조 end. Preparation of 1,4-cyclohexane dimethanol divinyl ether
고압반응기에 1,4-시클로헥산 디메탄올 14.42g(0.10몰)을 넣고, 테트라히드로푸란 40g으로 녹인 후, 아세틸렌 6.51g(0.25몰)을 첨가하였다. 다음으로 반응기내의 혼합물을 100 내지 120℃의 온도, 5 내지 6atm의 기압에서 10 내지 12시간동안 교반하면서 반응시켰다. 반응이 종결된 후, 반응물을 컬럼크로마트그래피(용매:헥산, 에틸아세테이트)로 분리하고, 건조시켜 하기 반응식 3과 같이 1,4-시클로헥산 디메탄올 디비닐 에테르 9.23g을 47% 수율로 얻었다{1H-NMR(CDCl3, 내부표준물질) : δ(ppm) 3.92(CH2, 2H), 1.74(CH, 2H), 1.40(CH2, 4H)}. 14.42 g (0.10 mol) of 1,4-cyclohexane dimethanol was added to the high pressure reactor, and dissolved in 40 g of tetrahydrofuran, followed by addition of 6.51 g (0.25 mol) of acetylene. Next, the mixture in the reactor was reacted while stirring for 10 to 12 hours at a temperature of 100 to 120 ° C. and an atmospheric pressure of 5 to 6 atm. After the reaction was completed, the reaction was separated by column chromatography (solvent: hexane, ethyl acetate) and dried to obtain 9.23 g of 1,4-cyclohexane dimethanol divinyl ether in 47% yield as in Scheme 3 below. {1H-NMR (CDCl 3 , internal standard): δ (ppm) 3.92 (CH 2 , 2H), 1.74 (CH, 2H), 1.40 (CH 2 , 4H)}.
나. 화학식 1a로 표시되는 용해 억제제 제조 I. Preparation of Dissolution Inhibitor represented by Formula 1a
3,5-비스(헥사플루오로-2-히드록시-2-프로필)시클로헥실 알코올 10.81g (0.025몰) 및 1,4-시클로헥산 디메탄올 디비닐 에테르 1.96g(0.010몰)을 100ml 플라스크에 넣은 후, 테트라히드로퓨란 30g을 첨가시켜 녹였다. 이어서 촉매인 피리디늄 p-톨루엔설포네이트 0.10g을 넣고, 상온에서 48시간동안 교반하면서 반응시켰다. 반응이 종결된 후, 반응물을 컬럼크로마트그래피(용매:헥산, 에틸아세테이트)로 분리시키고, 건조하여, 하기 반응식 4와 같이 상기 화학식 1a로 표시되는 용해 억제제 4.45g을 42%의 수율로 얻었다{1H-NMR(CDCl3, 내부표준물질) : δ(ppm) 1.76(CH, 2H), 1.40(CH2, 4H), 3.33(CH2, 1H), 4.37(CH, 2H), 1.36(CH3, 2H), 2.79(CH, 2H), 1.53(CH2, 4H), 1.50(CH, 4H), 1.36(CH2, 1H), 3.20(OH, 4H)}.10.81 g (0.025 mol) of 3,5-bis (hexafluoro-2-hydroxy-2-propyl) cyclohexyl alcohol and 1.96 g (0.010 mol) of 1,4-cyclohexane dimethanol divinyl ether were added to a 100 ml flask. After the addition, 30 g of tetrahydrofuran was added and dissolved. Subsequently, 0.10 g of pyridinium p-toluenesulfonate as a catalyst was added thereto, and reacted with stirring at room temperature for 48 hours. After the reaction was completed, the reaction was separated by column chromatography (solvent: hexane, ethyl acetate) and dried to obtain 4.45 g of a dissolution inhibitor represented by Chemical Formula 1a in a yield of 42% as in Scheme 4 below. 1 H-NMR (CDCl 3 , internal standard): δ (ppm) 1.76 (CH, 2H), 1.40 (CH 2 , 4H), 3.33 (CH 2 , 1H), 4.37 (CH, 2H), 1.36 (CH 3 , 2H), 2.79 (CH, 2H), 1.53 (CH 2 , 4H), 1.50 (CH, 4H), 1.36 (CH 2 , 1H), 3.20 (OH, 4H)}.
[실시예 1-2] 상기 화학식 1b로 표시되는 용해 억제제 제조 Example 1-2 Preparation of Dissolution Inhibitor represented by Formula 1b
가. 4,4'-이소프로필리덴 디비닐옥시 시클로헥산의 제조 end. Preparation of 4,4'-isopropylidene divinyloxy cyclohexane
고압반응기에 4,4'-이소프로필리덴디 시클로헥산올 24.03g (0.10몰)을 넣고, 테트라히드로푸란 40g으로 녹인 후, 아세틸렌 6.51g (0.25몰)을 첨가하였다. 다음으로 반응기내의 혼합물을 100 내지 120℃의 온도, 5 내지 6atm의 기압에서 10 내지 12시간동안 교반하면서 반응시켰다. 반응이 종결된 후, 반응물을 컬럼크로마트그래피(용매:헥산, 에틸아세테이트)로 분리시키고, 건조하여, 하기 반응식 5와 같이 4,4'-이소프로필리덴 디비닐옥시 시클로헥산 11.03g을 36% 수율로 얻었다{1H-NMR(CDCl3, 내부표준물질) : δ(ppm) 3.44(CH, 2H), 1.77(CH2, 4H), 1.40(CH2, 4H), 1.41(CH, 2H), 1.11(CH3, 2H)}.24.03 g (0.10 mol) of 4,4'-isopropylidenedicyclohexanol was put into a high pressure reactor, and it melt | dissolved in 40 g of tetrahydrofuran, and 6.51 g (0.25 mol) of acetylene were added. Next, the mixture in the reactor was reacted while stirring for 10 to 12 hours at a temperature of 100 to 120 ° C. and an atmospheric pressure of 5 to 6 atm. After the reaction was completed, the reaction was separated by column chromatography (solvent: hexane, ethyl acetate) and dried, and 11.03 g of 4,4'-isopropylidene divinyloxy cyclohexane was 36% as in Scheme 5 below. Yield {1H-NMR (CDCl 3 , internal standard): δ (ppm) 3.44 (CH, 2H), 1.77 (CH 2 , 4H), 1.40 (CH 2 , 4H), 1.41 (CH, 2H), 1.11 (CH 3 , 2H)}.
나. 화학식 1b로 표시되는 용해 억제제 제조 I. Preparation of Dissolution Inhibitor represented by Formula 1b
3,5-비스(헥사플루오로-2-히드록시-2-프로필)시클로헥실 알코올 10.81g (0.025몰) 및 4,4'-이소프로필리덴 디비닐옥시 시클로헥산 2.92g(0.010몰)을 사용 한 것을 제외하고는 상기 "실시예 1-1의 나"와 동일한 방법으로 반응시켰다. 반응이 종결된 후, 반응물을 컬럼크로마트그래피(용매:헥산, 에틸아세테이트)로 분리시키고, 건조하여, 하기 반응식 6과 같이 상기 화학식 1b로 표시되는 용해 억제제 4.63g을 40%의 수율로 얻었다{1H-NMR(CDCl3, 내부표준물질) : δ(ppm) 2.79(CH, 4H), 1.53(CH2, 4H), 1.50(CH, 4H), 1.36(CH2, 2H), 3.20(OH, 4H), 4.37(CH, 2H), 1.36(CH3, 2H), 1.40(CH2, 4H), 1.41(CH, 2H), 1.57(CH2, 4H), 1.11(CH3, 2H)}.10.81 g (0.025 mol) of 3,5-bis (hexafluoro-2-hydroxy-2-propyl) cyclohexyl alcohol and 2.92 g (0.010 mol) of 4,4'-isopropylidene divinyloxy cyclohexane The reaction was carried out in the same manner as in the "b of Example 1-1" except for the one. After the reaction was completed, the reaction was separated by column chromatography (solvent: hexane, ethyl acetate), and dried to obtain 4.63 g of a dissolution inhibitor represented by Chemical Formula 1b as shown in Scheme 6 below in a yield of 40% { 1 H-NMR (CDCl 3 , internal standard): δ (ppm) 2.79 (CH, 4H), 1.53 (CH 2 , 4H), 1.50 (CH, 4H), 1.36 (CH 2 , 2H), 3.20 (OH, 4H), 4.37 (CH, 2H), 1.36 (CH 3 , 2H), 1.40 (CH 2 , 4H), 1.41 (CH, 2H), 1.57 (CH 2 , 4H), 1.11 (CH 3 , 2H)}.
[실시예 1-3] 상기 화학식 1c로 표시되는 용해 억제제 제조 Example 1-3 Preparation of Dissolution Inhibitor represented by Formula 1c
가. 2-비닐옥시아다만탄의 제조 end. Preparation of 2-vinyloxyadamantane
고압반응기에 2-아다만탄올 15.22g(0.10몰)을 넣고, 테트라히드로푸란 40g으로 녹인 후, 아세틸렌 6.51g(0.25몰)을 첨가하였다. 다음으로 반응기내의 혼합물을 100 내지 120℃의 온도, 5 내지 6atm의 기압에서 10 내지 12시간동안 교반하면서 반응시켰다. 반응이 종결된 후, 반응물을 컬럼크로마트그래피(용매:헥산, 에틸아세테이트)로 분리시키고, 건조하여, 하기 반응식 7과 같이 2-비닐옥시아다만탄 8.02g을 45% 수율로 얻었다{1H-NMR(CDCl3, 내부표준물질) : δ(ppm) 3.42(CH, 1H)}. 15.22 g (0.10 mol) of 2-adamantol were added to a high-pressure reactor, and dissolved in 40 g of tetrahydrofuran, followed by addition of 6.51 g (0.25 mol) of acetylene. Next, the mixture in the reactor was reacted while stirring for 10 to 12 hours at a temperature of 100 to 120 ° C. and an atmospheric pressure of 5 to 6 atm. After the reaction was completed, the reaction was separated by column chromatography (solvent: hexane, ethyl acetate) and dried to give 8.02 g of 2-vinyloxyadamantane in 45% yield as in Scheme 7 below. NMR (CDCl 3 , internal standard): δ (ppm) 3.42 (CH, 1H)}.
나. 화학식 1c로 표시되는 용해 억제제 제조 I. Preparation of Dissolution Inhibitor represented by Formula 1c
3,5-비스(헥사플루오로-2-히드록시-2-프로필)시클로헥실 알코올 10.81g (0.025몰) 및 2-비닐옥시아다만탄 1.78g(0.010몰)을 사용한 것을 제외하고는 상기 "실시예 1-1의 나"와 동일한 방법으로 반응시켰다. 반응이 종결된 후, 반응물을 컬럼크로마트그래피(용매:헥산, 에틸아세테이트)로 분리시키고, 건조하여, 하기 반응식 8과 같이 상기 화학식 1c로 표시되는 용해 억제제 2.69g을 44%의 수율로 얻었다{1H-NMR(CDCl3, 내부표준물질) : δ(ppm) 2.77(CH, 1H), 4.37(CH, 1H), 2.79(CH, 1H), 1.53(CH2, 2H), 1.50(CH, 2H), 1.36(CH2, 1H), 1.36(CH3, 1H), 3.20(OH, 2H)}Except for using 10.81 g (0.025 mol) of 3,5-bis (hexafluoro-2-hydroxy-2-propyl) cyclohexyl alcohol and 1.78 g (0.010 mol) of 2-vinyloxyadamantane, The reaction was carried out in the same manner as in "I" of Example 1-1. After the reaction was completed, the reaction was separated by column chromatography (solvent: hexane, ethyl acetate), and dried to obtain 2.69 g of a dissolution inhibitor represented by Chemical Formula 1c as shown in Scheme 8 below in a yield of 44%. 1H-NMR (CDCl 3 , Internal standard): δ (ppm) 2.77 (CH, 1H), 4.37 (CH, 1H), 2.79 (CH, 1H), 1.53 (CH 2 , 2H), 1.50 (CH, 2H ), 1.36 (CH 2 , 1H), 1.36 (CH 3 , 1H), 3.20 (OH, 2H)}
[실시예 1-4] 상기 화학식 1d로 표시되는 용해 억제제 제조 Example 1-4 A Dissolution Inhibitor Prepared by Formula 1d
가. 1,3,5-트리비닐옥시시클로헥산의 제조 end. Preparation of 1,3,5-trivinyloxycyclohexane
고압반응기에 1,3,5-시클로헥산트리올 13.22g (0.10몰)을 넣고, 테트라히드로푸란 40g으로 녹인 후, 아세틸렌 9.11g(0.35몰)을 첨가하였다. 다음으로 반응기내의 혼합물을 100 내지 120℃의 온도, 5 내지 6atm의 기압에서 10 내지 12시간동안 교반하면서 반응시켰다. 반응이 종결된 후, 반응물을 컬럼크로마트그래피(용매:헥산, 에틸아세테이트)로 분리시키고, 건조하여, 하기 반응식 9와 같이 1,3,5-트리비닐옥시시클로헥산 6.94g을 33% 수율로 얻었다{1H-NMR(CDCl3, 내부표준물질) : δ(ppm) 3.44(CH, 3H), 2.10(CH2, 3H)}.13.22 g (0.10 mol) of 1,3,5-cyclohexanetriol was added to the high pressure reactor, and dissolved in 40 g of tetrahydrofuran, followed by 9.11 g (0.35 mol) of acetylene. Next, the mixture in the reactor was reacted while stirring for 10 to 12 hours at a temperature of 100 to 120 ° C. and an atmospheric pressure of 5 to 6 atm. After the reaction was completed, the reaction was separated by column chromatography (solvent: hexane, ethyl acetate), dried, and 6.94 g of 1,3,5-trivinyloxycyclohexane in 33% yield as in Scheme 9 below. Obtained {1H-NMR (CDCl 3 , internal standard): δ (ppm) 3.44 (CH, 3H), 2.10 (CH 2 , 3H)}.
나. 화학식 1d로 표시되는 용해 억제제 제조 I. Preparation of Dissolution Inhibitor represented by Formula 1d
3,5-비스(헥사플루오로-2-히드록시-2-프로필)시클로헥실 알코올 15.13g (0.035몰) 및 1,3,5-트리비닐옥시시클로헥산 2.10g(0.010몰)을 사용한 것을 제외하고는 상기 "실시예 1-1의 나"와 동일한 방법으로 반응시켰다. 반응이 종결된 후, 반응물을 컬럼크로마트그래피(용매:헥산, 에틸아세테이트)로 분리시키고, 건조하여, 하기 반응식 10과 같이 상기 화학식 1d로 표시되는 용해 억제제 4.82g을 32%의 수율로 얻었다{1H-NMR(CDCl3, 내부표준물질) : δ(ppm) 2.79(CH, 6H), 1.70(CH2, 3H), 4.37(CH, 3H), 1.36(CH3, 3H), 1.53(CH2, 6H), 1.50(CH, 6H), 1.36(CH2, 3H), 3.20(OH, 4H)}.15.13 g (0.035 mole) of 3,5-bis (hexafluoro-2-hydroxy-2-propyl) cyclohexyl alcohol and 2.10 g (0.010 mole) of 1,3,5-trivinyloxycyclohexane were used. And reacted in the same manner as in "b of Example 1-1". After the reaction was completed, the reaction was separated by column chromatography (solvent: hexane, ethyl acetate), and dried to obtain 4.82 g of a dissolution inhibitor represented by Chemical Formula 1d as shown in Scheme 10 below in a yield of 32% { 1 H-NMR (CDCl 3 , internal standard): δ (ppm) 2.79 (CH, 6H), 1.70 (CH 2 , 3H), 4.37 (CH, 3H), 1.36 (CH 3 , 3H), 1.53 (CH 2 , 6H), 1.50 (CH, 6H), 1.36 (CH 2 , 3H), 3.20 (OH, 4H)}.
[실시예 2-1 내지 2-4] 상기 실시예 1-1 내지 1-4에서 제조한 용해 억제제를 포함하는 포토레지스트 조성물 제조 [Examples 2-1 to 2-4] Preparation of a photoresist composition comprising a dissolution inhibitor prepared in Examples 1-1 to 1-4
상기 실시예 1-1에서 제조된 용해 억제제(화학식 1a) 0.12g과 하기 화학식 2로 표시되는 고분자 수지(중량평균분자량: 1,000~150,000) 4.0g 및 트리페닐 설포 늄 트리플레이트 0.04g을 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 53g에 녹인 후, 0.2㎛의 디스크 필터로 여과시켜 포토레지스트 조성물을 제조하였다(실시예 2-1). 또한, 상기 실시예 1-1에서 제조한 용해 억제제 0.12g 대신에, 실시예 1-2 내지 1-4에서 제조한 용해 억제제 0.12g을 사용한 것을 제외하고는 이와 동일한 방법으로 포토레지스트 조성물을 제조하였다(실시예 2-2 내지 2-4).0.12 g of the dissolution inhibitor (Formula 1a) prepared in Example 1-1 and 4.0 g of the polymer resin represented by the following Formula 2 (weight average molecular weight: 1,000 to 150,000) and 0.04 g of triphenylsulfonium triflate were added to propylene glycol mono After dissolving in 53 g of methyl ether acetate, it was filtered through a 0.2 μm disk filter to prepare a photoresist composition (Example 2-1). Also, instead of 0.12 g of the dissolution inhibitor prepared in Example 1-1, a photoresist composition was prepared in the same manner except that 0.12 g of the dissolution inhibitor prepared in Examples 1-2 to 1-4 was used. (Examples 2-2 to 2-4).
[실시예 3-1 내지 3-4, 비교예 1] 포토레지스트 조성물을 사용한 노광 패턴형성 [Examples 3-1 to 3-4, Comparative Example 1] Exposure pattern formation using photoresist composition
상기 실시예 2-1 내지 2-4에서 제조한 포토레지스트 조성물 및 용해 억제제를 포함하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 2-1 내지 2-4와 동일한 성분을 갖는 포토레지스트 조성물을 두께가 약 0.2㎛이 되도록 유기 반사 방지막으로 코팅된 실리콘 웨이퍼의 피식각층 상부에 스핀 코팅하여 포토레지스트 박막을 제조한 후, 130℃의 오븐 또는 열판에서 90초 동안 프리베이킹 하고, 개구수 0.60인 ArF 레이저 노광장비로 노광한 후, 130℃동안 다시 가열(bake)하였다. 가열된 웨이퍼를 2.38중량% TMAH 수용액에 30초 동안 침지하여 현상하여, 노광량이 약 20mJ/㎠일 때, 직사각형 모양의 0.09㎛ 라인 및 스페이스 패턴을 얻었다. 형성된 포토레지스트 패턴의 물성을 하기 표 1에 나타내었고, 실시예 2-1 내지 2-4 및 비교예 1에서 제조된 조성물을 사용하여 형성된 포토레지스트 패턴의 전자 주사 현미경 사진을 도 1 내지 도 5에 각각 나타내었다.Photoresist compositions having the same components as Examples 2-1 to 2-4 and having a thickness of about 0.2 except that the photoresist compositions prepared in Examples 2-1 to 2-4 and the dissolution inhibitor were not included After the spin coating on the etched layer of the silicon wafer coated with an organic anti-reflection film to a ㎛ to prepare a photoresist thin film, and prebaked for 90 seconds in an oven or hot plate at 130 ℃, ArF laser exposure equipment having a numerical aperture of 0.60 After exposure, it was again baked for 130 ° C. The heated wafer was immersed in a 2.38 wt% TMAH aqueous solution for 30 seconds and developed to obtain a rectangular 0.09 μm line and space pattern when the exposure amount was about 20 mJ / cm 2. Physical properties of the formed photoresist pattern are shown in Table 1 below, and electron scanning micrographs of the photoresist patterns formed using the compositions prepared in Examples 2-1 to 2-4 and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 1 to 5. Respectively.
상기 표 1로부터, 본 발명에 따른 용해 억제제를 포함하는 레지스트 조성물이 용해 억제제를 첨가하지 않은 레지스트 조성물(비교예 1) 보다 건식 식각 내성과 라인 에지 러프니스 면에서 우수함을 알 수 있다. From Table 1, it can be seen that the resist composition comprising a dissolution inhibitor according to the present invention is superior in terms of dry etching resistance and line edge roughness than a resist composition without a dissolution inhibitor (Comparative Example 1).
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 용해 억제제 및 이를 포함하는 포토레지스트 조성물은 248nm와 193nm의 단파장 노광원 하에서 투명성과 건식 식각 내성을 높여 우수한 초미세 패턴을 형성시킬 뿐만 아니라, 노광부와 비노광부에서의 현상액에 대한 용해도 차이를 증가시켜 라인에지러프니스를 개선시키고, 해상도를 높일 수 있다.As described above, the dissolution inhibitor according to the present invention and the photoresist composition including the same increase the transparency and dry etching resistance under the short wavelength exposure sources of 248 nm and 193 nm, thereby forming an excellent ultra fine pattern, as well as an exposed part and a non-exposed part. Increasing the difference in solubility of the developer in the solution can improve the line edge roughness and increase the resolution.
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