KR20090127600A - I-line chemically amplified positive photoreist and pattern forming method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 i-선을 이용하는 서브마이크론 리소그래피(submicron lithography)의 포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 패턴형성방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 폴리(히드록시스티렌)계 구조단위와 아크릴레이트계 구조단위를 포함하는 수지 및 i-선에 감응하는 광산발생제를 혼합하여 i-선을 이용하는 서브마이크론 리소그래피용 i-선 화학증폭 포지티브형 포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 패턴형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photoresist composition of submicron lithography using i-rays and a pattern forming method using the same, and more particularly, to a poly (hydroxystyrene) structural unit and an acrylate structural unit. The present invention relates to an i-ray chemically amplified positive photoresist composition for submicron lithography using i-rays by mixing a resin and a photoacid generator sensitive to i-rays and a pattern forming method using the same.
본 발명은 포토레지스트 조성물에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 i-선 또는 원자외선과 같은 방사선을 사용하는 초미세 가공에 적합한 i-선 화학증폭형 포토레지스트 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a photoresist composition. More specifically, the present invention relates to i-ray chemically amplified photoresist compositions suitable for ultrafine processing using radiation such as i-rays or far ultraviolet rays.
집적회로의 제조로 대표되는 미세가공분야에 있어서, 리소그라피(lithography)에서의 가공 사이즈는 미세화되는 추세에 있다. 최근에는 폭 0.5㎛ 이하의 미세 가공을 안정적으로 수행할 수 있는 기술이 필요하게 되었다. 그러므로, 이 목적을 위해 사용되는 레지스트에 있어서도 0.5㎛ 이하의 선 폭을 갖는 패턴을 양호한 정밀도로 형성할 수 있는 것이 필요하다. 따라서, 보다 파장이 짧은 방사선을 사용한 리소그라피 기술이 연구되고 있다. 상기 방사선으로서는, i-선(365㎚)으로 대표되는 자외선, KrF 엑시머 레이저(248㎚)로 대표되는 원자외선, 신크로트론(synchrotron) 방사선으로 대표되는 X선, 전자선으로 대표되는 하전 입자선 등을 들 수 있다. 최근, 이들 방사선에 대응해서 사용하기 위한 각종 레지스트가 제안되고 있다. 이들 레지스트 가운데서도 특히 주목되고 있는 것이, 방사선의 조사에 의해 생성된 산의 촉매 작용에 의해서 현상액에 대한 그의 용해성을 변화시키는 반응을 일으킬 수 있는 레지스트이다. 이러한 종류의 레지스트를 일반적으로 “화학 증폭형 레지스트”라고 부른다. 이중에서 지금까지 i-선(365㎚)으로 대표되는 자외선을 이용하여 서브마이크론 패턴(pattern)을 개선하는 방법으로서는 g-선 레지스트용의 노볼락 수지를 개량하거나, 벤존페논 감광제(Photo Active Compounds: 이하 PAC라 함)의 물성조정으로 그 패턴 개선에 접근하였다. In the microfabrication field represented by the manufacture of integrated circuits, the processing size in lithography is on the trend to miniaturization. Recently, there is a need for a technique capable of stably performing micromachining having a width of 0.5 μm or less. Therefore, also in the resist used for this purpose, it is necessary to be able to form a pattern having a line width of 0.5 mu m or less with good accuracy. Therefore, lithography techniques using shorter radiation have been studied. Examples of the radiation include ultraviolet rays represented by i-rays (365 nm), ultraviolet rays represented by KrF excimer lasers (248 nm), X-rays represented by synchrotron radiation, charged particle beams represented by electron beams, and the like. Can be mentioned. In recent years, various resists for use in response to these radiations have been proposed. Of particular interest among these resists are resists capable of causing a reaction to change their solubility in a developer by the catalysis of an acid generated by irradiation of radiation. This kind of resist is commonly referred to as "chemically amplified resist". Among these, as a method of improving the submicron pattern using ultraviolet rays represented by i-rays (365 nm) so far, a novolak resin for g-ray resists or a Benzonphenone sensitizer (Photo Active Compounds): The improvement of the pattern was approached by adjusting the physical properties of PAC.
그러나 기판의 특이성이 있는 경우의 포토리소그래피에 의한 패턴 형성에서는 초점심도의 편차에 따라 레지스트 패턴의 완성 치수도 편차가 생기기 쉽고 초점심도가 작으며 잔사가 남는 문제가 발생하였다. 또한 고해상력의 미세패턴과 고감도의 레지스트를 구현하기에는 한계가 있는 것으로 판명되었다.However, in the case of pattern formation by photolithography in the case of the specificity of the substrate, there is a problem in that the complete dimension of the resist pattern is easily varied according to the variation in the depth of focus, the depth of focus is small, and the residue remains. In addition, it turns out that there is a limit to the implementation of high resolution micropatterns and high sensitivity resists.
따라서, 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 새로운 i-선 포지티브 포토레지스트 조성물의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for developing a new i-ray positive photoresist composition to solve this problem.
본 발명의 목적은 자외선 365㎚(i-선) 광원에 적합한 레지스트로서 0.4㎛이하의 미세구조 패턴이 구현 가능하고 기판에 따른 편차가 적도록 폴리(히드록시스티렌)계 구조단위와 아크릴레이트계 구조단위를 포함하는 수지 및 i-선에 감응하는 광산발생제를 혼합하여 조성물의 보존 안정성의 문제를 개선하는 것이다. 또한 현상결함에 따른 스컴(scum)문제를 해결하여 고감도, 고해상도의 성능을 나타내는 서브마이크론 리소그래피용 i-선 화학증폭형 포지티브 포토레지스트 조성물을 제공하는 것이다.An object of the present invention is a resist suitable for an ultraviolet 365 nm (i-ray) light source, so that a microstructure pattern of 0.4 μm or less can be realized and poly (hydroxystyrene) -based structural units and acrylate-based structures have a small variation according to a substrate. It is to improve the problem of storage stability of the composition by mixing the resin containing the unit and the photo-acid generator sensitive to i-rays. The present invention also provides an i-ray chemically amplified positive photoresist composition for submicron lithography that exhibits high sensitivity and high resolution performance by solving a scum problem due to development defects.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (A)하기 화학식 1로 표시되는 구조단위와 화학식 2로 표시되는 구조단위를 2:8 내지 5:5의 몰비로 포함하고 유리전이온도(Tg)가 150 내지 170℃이고 중량평균분자량이 9,000 내지 11,000인 화합물을 포함하는 수지; (B)하기 화학식 3 및 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 광산발생제; 및 (C)퀀쳐를 포함하는 것을 특징으로 하는 i-선 화학증폭형 포지티브 포토레지스트 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention (A) comprises a structural unit represented by the formula (1) and a structural unit represented by the formula (2) in a molar ratio of 2: 8 to 5: 5 and the glass transition temperature (Tg) is Resin comprising a compound having a weight average molecular weight of 9,000 to 11,000 and 150 to 170 ℃; (B) a photoacid generator comprising a compound represented by Formula 3 and Formula 4; And (C) provides an i-ray chemically amplified positive photoresist composition comprising a quencher.
<화학식 1><Formula 1>
<화학식 2><Formula 2>
<화학식 3><Formula 3>
<화학식 4><Formula 4>
상기 화학식 1, 3 및 4에서, R1은 수소 또는 메틸기이고, R2는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, R3은 불소, 염소, 브롬, 히드록시기, 니트로기, 옥소기, 에스테르기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 탄소수 1 내지 12의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 18의 아릴기이고, R4은 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 할로겐 원자 또는 탄소수 6 내지 12의 고리형 알킬기로 치환되거나 비치환된 탄소수 1 내지 12의 직쇄형 또는 분지쇄형 알킬기; 탄소수 1 내지 20의 직쇄형 또는 분지쇄형의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기 또는 할로겐 원자로 치환되거나 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기이다.In Formulas 1, 3 and 4, R 1 is hydrogen or methyl, R 2 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, R 3 is fluorine, chlorine, bromine, hydroxy group, nitro group, oxo group, ester group, carbon number 1 An alkoxy group having 6 to 6 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, and R 4 is unsubstituted or substituted with a aryl group having 6 to 12 carbon atoms, a halogen atom or a cyclic alkyl group having 6 to 12 carbon atoms. Linear or branched alkyl groups having 1 to 12 carbon atoms; It is a C1-C20 linear or branched alkyl group, a C1-C6 alkoxy group, or a C6-C18 aryl group unsubstituted or substituted by a halogen atom.
또한, 본 발명은 상기 화학증폭형 포지티브 포토레지스트 조성물을 이용한 포토레지스트막을 기판 상에 형성하고, 상기 포토레지스트막을 선택적으로 노광하고, 상기 선택적으로 노광된 포토레지스트막을 노광후굽기(post exposure bake: PEB)하고, 상기 노광후굽기된 포토레지스트막을 현상하는 것을 특징으로 하는 레지스트 패턴 형성방법을 제공한다.The present invention also provides a photoresist film using the chemically amplified positive photoresist composition on a substrate, selectively exposing the photoresist film, and post exposure bake (PEB) of the selectively exposed photoresist film. And developing the post-exposure baked photoresist film.
본 발명에 따른 화학증폭형 포지티브 포토레지스트 조성물은 365㎚(i-선) 광원에 적합한 레지스트로써 0.4㎛이하의 미세구조의 패턴이 구현 가능하다. 기판의 특성에 따라 레지스트 패턴의 측벽에 발생하는 정재파 현상을 감소시킬 수 있다. 편평도, 감도 및 해상도가 우수한 레지스트 조성물을 제공할 수 있다. 또한 보존 안정성에 문제가 없으며 기판특성에 따라 발생하는 스컴(scum)이 없는 레지스트 성능 구현에 있어서 한층 더 개량된 정밀한 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.The chemically amplified positive photoresist composition according to the present invention is a resist suitable for a 365 nm (i-ray) light source, and a microstructure pattern of 0.4 μm or less can be realized. According to the characteristics of the substrate, standing waves occurring on the sidewalls of the resist pattern may be reduced. It is possible to provide a resist composition having excellent flatness, sensitivity, and resolution. In addition, there is no problem in storage stability, and it is possible to form a more precise resist pattern which is further improved in realizing a scum-free resist performance caused by substrate characteristics.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
Ⅰ. i-선 화학증폭형 포지티브 I. i-ray chemically amplified positive 포토레지스트Photoresist 조성물 Composition
본 발명의 마이크로 렌즈용 i-선 화학증폭형 포지티브 포토레지스트 조성물은 (A)수지, (B)광산발생제, 및 (C)퀀쳐를 포함한다.The i-ray chemically amplified positive photoresist composition for a microlens of the present invention includes (A) a resin, (B) a photoacid generator, and (C) a quencher.
본 발명의 i-선 화학증폭형 포지티브 포토레지스트 조성물은 (A)수지를 포함한다. 상기 (A)수지는 본래 알칼리 수용액에 불용성 또는 난용성이지만, 산에 대해 불안정한 작용기가 산의 작용에 의해 해리된 후에는 알칼리 수용액에 가용성이 되는 수지이다. 상기 (A)수지는 하기 화학식 1로 표시되는 구조단위와 화학식 2로 표시되는 구조단위가 2:8 내지 5:5의 몰비로 선상으로 배열되며 유리전이온도(Tg)가 150 내지 170℃이고 중량평균분자량이 9,000 내지 11,000이다.The i-ray chemically amplified positive photoresist composition of the present invention comprises (A) resin. The resin (A) is insoluble or poorly soluble in aqueous alkali solution, but is a resin that becomes soluble in aqueous alkali solution after dissociation of a functional group unstable with acid by the action of acid. The resin (A) is a structural unit represented by the following formula (1) and the structural unit represented by the formula (2) is arranged in a linear form with a molar ratio of 2: 8 to 5: 5, the glass transition temperature (Tg) is 150 to 170 ℃ and weight The average molecular weight is 9,000 to 11,000.
<화학식 1><Formula 1>
<화학식 2><Formula 2>
상기 화학식 1에서, R1은 수소 또는 메틸기이고, R2는 탄소수 1 내지 10의 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형의 알킬기이다. 바람직하게는 R1은 메틸기이고 R2는 에틸기이다.In Formula 1, R 1 is hydrogen or a methyl group, R 2 is a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. Preferably, R 1 is a methyl group and R 2 is an ethyl group.
상기 (A)수지는 상기 화학식 1로 표시되는 구조단위 1개와 화학식 2로 표시되는 구조단위 2 내지 6개가 교대로 선상으로 배열되며, 이로 인해 유리전이 온도가 150 내지 170℃가 된다. 이와 같이 상기 (A)수지는 상기 화학식 1로 표시되는 구조단위와 화학식 2로 표시되는 구조단위가 균일하게 분포되는 것을 알 수 있다. The resin (A) is one structural unit represented by the formula (1) and 2 to 6 structural units represented by the formula (2) are alternately arranged in a line, thereby the glass transition temperature is 150 to 170 ℃. As described above, the resin (A) may be uniformly distributed between the structural unit represented by Chemical Formula 1 and the structural unit represented by Chemical Formula 2.
상기 중량평균분자량은 폴리스티렌을 환산물질로 하여 겔투과 크로마토그라피법을 이용하여 측정하였고, 상기 중량평균분자량이 9,000 내지 11,000이면 분 자사슬이 뒤엉키지 않아 보호기의 탈리가 용이한 이점이 있다.The weight average molecular weight was measured by gel permeation chromatography using polystyrene as a conversion material. When the weight average molecular weight is 9,000 to 11,000, the powder is not entangled, and thus, the detachment of the protecting group is easy.
종래 이 분야에서 사용되던 상기 (A)수지와 유사한 수지는 분자 단위에서 친수성, 소수성 그룹끼리 따로 모여 있어 각각의 특성에 따라 분리되는 블록공중합체이어서 유리전이온도(Tg)가 130 내지 140℃이다. 이와 달리, 본 발명의 (A)수지는 분자 단위에서부터 서로의 중합 단위까지 친수성, 소수성 그룹이 서로 균일하게 분포되어 있어 유리전이온도(Tg) 150 내지 170℃이며, 이로 인해 레지스트의 특성, 즉, 현상결함을 억제하고, 정재파, 프로파일, 및 잔막률 등을 향상시키는데 유리한 구조를 갖는다.The resin similar to the resin (A), which is used in the related art, is a block copolymer separated by hydrophilic and hydrophobic groups in molecular units and separated according to their characteristics, so that the glass transition temperature (Tg) is 130 to 140 ° C. In contrast, the resin (A) of the present invention has a glass transition temperature (Tg) of 150 to 170 ° C. due to the homogeneous distribution of hydrophilic and hydrophobic groups from the molecular unit to the polymerized unit of each other. It has a structure that is advantageous for suppressing development defects and improving standing waves, profiles, residual film ratios, and the like.
상기 (A)수지를 i-선 포토레지스트 공정에 사용하면 현상결함에 따른 잔사현상이 없으며 해상도에서도 우수한 이점이 있다.When the resin (A) is used in the i-ray photoresist process, there is no residual phenomenon due to development defects and there is an excellent advantage in resolution.
상기 (A)수지는 보호율이 19.5 내지 35% 인 것이 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 우수한 해상도를 구현하여 패턴프로파일이 우수하고, 현상결함을 방지하여 잔사현상이 방지되는 이점이 있다.It is preferable that the said (A) resin is 19.5 to 35% of a protection rate. If the above-mentioned range is satisfied, the pattern profile is excellent by implementing excellent resolution, and there is an advantage in that residual phenomenon is prevented by preventing development defects.
상기 (A)수지는 분산도가 1.4 내지 1.6인 것이 바람직하다.It is preferable that said (A) resin has a dispersity of 1.4-1.6.
또한, 상기 (A)수지는 직접 제조하거나 시중에서 구입하여 사용할 수 있다. In addition, the (A) resin can be manufactured directly or purchased commercially.
본 발명의 i-선 화학증폭형 포지티브 포토레지스트 조성물은 (B)광산발생제를 포함한다. 상기 (B)광산발생제는 빛 또는 방사선의 작용에 의해 산을 발생하는 화합물이고, 물질 자체 또는 이러한 물질을 포함하는 레지스트 조성물에 자외 선, 원자외선, 전자선, X-선, 또는 방사광과 같은 고에너지의 방사선을 조사함으로써 산을 생성시키는 물질이다. 상기 (B)광산발생제로부터 생성되는 산은 상기 (A)수지에 작용하여 상기 (A)수지에 존재하는 산에 불안정한 작용기인 아다만틸기 를 해리시킨다.The i-ray chemically amplified positive photoresist composition of the present invention contains (B) a photoacid generator. The photoacid generator (B) is a compound that generates an acid by the action of light or radiation, and the material itself or a resist composition containing such a material may be used as a substance such as ultraviolet rays, far ultraviolet rays, electron beams, X-rays, or radiation. It is a substance that generates acid by irradiating energy radiation. The acid produced from the photoacid generator (B) acts on the resin (A) to dissociate the adamantyl group, which is a functional group unstable to the acid present in the resin (A).
상기 (B)광산발생제는 i-선(365㎚)에서 감응하고 상기 (A)수지와 반응하여 특히 우수한 결과를 구현하는 하기 화학식 3 및 4로 표시되는 화합물을 포함한다. The photoacid generator (B) includes a compound represented by the following Chemical Formulas 3 and 4, which reacts with i-rays (365 nm) and reacts with the resin (A) to produce particularly good results.
<화학식 3><Formula 3>
<화학식 4><Formula 4>
상기 화학식 3에서 R3은 불소, 염소, 브롬, 히드록시기, 니트로기, 옥소기, 에스테르기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 탄소수 1 내지 12의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 18의 아릴기이다.In Formula 3, R 3 is fluorine, chlorine, bromine, hydroxy group, nitro group, oxo group, ester group, alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, alkyl group having 1 to 12 carbon atoms or aryl group having 6 to 18 carbon atoms.
상기 화학식 4에서, R4은 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 할로겐 원자 또는 탄소수 6 내지 12의 고리형 알킬기로 치환되거나 비치환된 탄소수 1 내지 12의 직쇄형 또는 분지쇄형 알킬기; 탄소수 1 내지 20의 직쇄형 또는 분지쇄형의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기 또는 할로겐 원자로 치환되거나 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기이다.In Formula 4, R 4 is a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms unsubstituted or substituted with an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, a halogen atom or a cyclic alkyl group having 6 to 12 carbon atoms; It is a C1-C20 linear or branched alkyl group, a C1-C6 alkoxy group, or a C6-C18 aryl group unsubstituted or substituted by a halogen atom.
바람직하게는 R3 및 R4는 각각 독립적으로 n-프로필기, n-부틸기, n-옥틸기, 톨루일기, 트리플루오로메틸기, 2,4,6-트리메틸페닐기, 2,4,6-트리이소프로필페닐기, 4-도데실페닐기, 4-메톡시페닐기, 2-나프틸기, 벤질기 및 의 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종이다.Preferably, R 3 and R 4 are each independently n-propyl group, n-butyl group, n-octyl group, toluyl group, trifluoromethyl group, 2,4,6-trimethylphenyl group, 2,4,6- Triisopropylphenyl group, 4-dodecylphenyl group, 4-methoxyphenyl group, 2-naphthyl group, benzyl group and It is 1 type chosen from the group which consists of a compound of.
상기 (B)광산발생제는 상기 (A)수지 100중량부에 대하여, 2.2 내지 14.8 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상술한 범위로 포함되면, 현상결함이 발생되지 않아 해상도가 우수해지고, 패턴 프로파일이 우수한 이점이 있다. 상술한 범위로 포함되지 않으면, 패턴 형태가 붕괴되어 패턴화된 레지스트층을 거의 형성할 수 없다. 여기서, 상기 (A)수지와 (B)광산발생제의 함량은 고형분으로 환산된 것이 바람직하다.The photoacid generator (B) is preferably contained in 2.2 to 14.8 parts by weight based on 100 parts by weight of the (A) resin. When included in the above-described range, the development defect does not occur, the resolution is excellent, there is an advantage that the pattern profile is excellent. If it is not included in the above-described range, the pattern shape is collapsed to hardly form a patterned resist layer. Here, the content of the (A) resin and (B) photoacid generator is preferably converted to solid content.
본 발명의 i-선 화학증폭형 포지티브 포토레지스트 조성물은 (C)퀀 쳐(quencher)를 포함한다. 상기 (C)퀀쳐(quencher)는 노광 이후 방출과 관련 있는 산의 활성저하(deactivation)에 의해 야기되는 성능상 저하를 예방한다. 상기 (C)퀀쳐(quencher)로서 염기성 화합물(들), 특히 아민과 같은 염기성 질소-함유 유기화합물들을 추가로 포함할 수 있다. 상기 (C)퀀쳐로 사용되는 염기성 화합물의 구체적인 예들은 하기 화학식 5a 내지 5j로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.The i-ray chemically amplified positive photoresist composition of the present invention comprises (C) a quencher. The (C) quencher prevents performance degradation caused by deactivation of the acid associated with release after exposure. The (C) quencher may further comprise basic compound (s), in particular basic nitrogen-containing organic compounds such as amines. Specific examples of the basic compound used as the (C) quencher may include a compound represented by the following Chemical Formulas 5a to 5j.
<화학식 5a><Formula 5a>
<화학식 5b><Formula 5b>
<화학식 5c><Formula 5c>
<화학식 5d><Formula 5d>
<화학식 5e><Formula 5e>
<화학식 5f><Formula 5f>
<화학식 5g><Formula 5g>
<화학식 5h><Formula 5h>
<화학식 5i><Formula 5i>
<화학식 5j><Formula 5j>
상기 화학식 5a 내지 5j에서, R5 내지 R8, R10 내지 R12, R16, R17, R24, R25, R35, R36, R39 내지 R41은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 시클로알킬기 또는 아릴기이다. 상기 알킬기, 시클로알킬기 또는 아릴기는 각각 수산기, 아미노기 또는 탄소수 1 내지 6인 알콕시기로 치환 또는 비치환될 수 있다. 상기 아미노기는 탄소수 1 내지 4의 알킬기로 치환될 수 있다. 상기 알킬기는 탄소수 1 내지 6인 것이 바람직하고, 상기 시클로알킬기는 탄소수 5 내지 10인 것이 바람직하고, 상기 아릴기는 탄소수 6 내지 10인 것이 바람직하다.In Formulas 5a to 5j, R 5 to R 8 , R 10 to R 12 , R 16 , R 17 , R 24 , R 25 , R 35 , R 36 , and R 39 to R 41 each independently represent a hydrogen atom and an alkyl group. , A cycloalkyl group or an aryl group. The alkyl group, cycloalkyl group or aryl group may be substituted or unsubstituted with a hydroxyl group, an amino group or an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, respectively. The amino group may be substituted with an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. The alkyl group preferably has 1 to 6 carbon atoms, the cycloalkyl group preferably has 5 to 10 carbon atoms, and the aryl group preferably has 6 to 10 carbon atoms.
R9, R13 내지 R15, R18 내지 R23, R26 내지 R34은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기 또는 알콕시기이다. 상기 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기 또는 알콕시기는 각각 수산기, 아미노기 또는 탄소수 1 내지 6인 알콕시기로 치환 또는 비치환될 수 있다. 상기 아미노기는 탄소수 1 내지 4의 알킬기로 치환될 수 있다. 상기 알킬기는 탄소수 1 내지 6인 것이 바람직하고, 상기 시클로알킬기는 탄소수 5 내지 10인 것이 바람직하고, 상기 아릴기는 탄소수 6 내지 10인 것이 바람직하고, 상기 알콕시기는 탄소수 1 내지 6인 것이 바람직하다.R 9 , R 13 to R 15 , R 18 to R 23 , and R 26 to R 34 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group or an alkoxy group. The alkyl group, cycloalkyl group, aryl group or alkoxy group may be substituted or unsubstituted with hydroxyl group, amino group or alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, respectively. The amino group may be substituted with an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. The alkyl group preferably has 1 to 6 carbon atoms, the cycloalkyl group preferably has 5 to 10 carbon atoms, the aryl group preferably has 6 to 10 carbon atoms, and the alkoxy group preferably has 1 to 6 carbon atoms.
R37 및 R38은 알킬기 또는 시클로알킬기를 나타낸다. 상기 알킬기 또는 시클로알킬기는 각각 수산기, 아미노기 또는 탄소수 1 내지 6인 알콕시기로 치환 또는 비치환될 수 있다. 상기 아미노기는 탄소수 1 내지 4의 알킬기로 치환 또는 비치환될 수 있다. 상기 알킬기는 탄소수 1 내지 6인 것이 바람직하고, 상기 시클로알킬기는 탄소수 5 내지 10인 것이 바람직하다.R 37 And R 38 represents an alkyl group or a cycloalkyl group. The alkyl group or cycloalkyl group may be substituted or unsubstituted with a hydroxyl group, an amino group or an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, respectively. The amino group may be substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. It is preferable that the said alkyl group is C1-C6, and it is preferable that the said cycloalkyl group is C5-C10.
A는 알킬렌, 카르보닐, 이미노, 황화물 또는 이황화물이다. 상기 알킬렌은 탄소수 2 내지 6인 것이 바람직하다.A is alkylene, carbonyl, imino, sulfide or disulfide. It is preferable that the said alkylene is C2-C6.
상기 화학식 5a 내지 5j로 표시되는 화합물의 특정 예는 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 노닐아민, 데실아민, 아닐린, 2-, 3- 또는 4-메틸아닐린, 4-니트로아닐린, 1- 또는 2-나프틸아민, 에틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 4,4'-디아미노-1,2-디페닐에탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디메틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸디페닐메탄, 디부틸아민, 디펜틸아민, 디헥실아민, 디헵틸아민, 디옥틸아민, 디노닐아민, 디데실아민, N-메틸아닐린, 페페리딘, 디페닐아민, 트리에틸아민, 트리메틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 트리펜틸아민, 트리헥실아민, 트리헵틸아민, 트리옥틸아민, 트리노닐아민, 트리데실아민, 메틸디부틸아민, 메틸디펜틸아민, 메틸디헥실아민, 메틸디시클로헥실아민, 메틸디헵틸아민, 메틸디옥틸아민, 메틸디노닐아민, 메틸디데실아민, 에틸디부틸아민, 에틸디펜틸아민, 에틸디헥실아민, 에틸디헵틸아민, 에틸디옥틸아민, 에틸디노닐아민, 에틸디데실아민, 디시클로헥실메틸아민, 트리스{2-(2-메톡시에톡시)에틸}아민, 트리이 소프로판올아민, N,N-디메틸아닐린, 2,6-이소프로필아닐린, 이미다졸, 피리딘, 4-메틸피리딘, 4-메틸이미다졸, 비피리딘, 2,2'-디피리딜아민, 디-2-피리딜케톤, 1,2-디(2-피리딜)에탄, 1,2-디(4-피리딜)에탄, 1,3-디(4-피리딜)프로탄, 1,2-비스(2-피리딜옥시)에틸렌, 1,2-비스(4-피리딜)에틸렌, 1,2-비스(2-피리딜옥시)에탄, 4,4-디피리딜술피드, 4,4-디피리딜디술피드, 1,2-비스(4-피리딜)에틸렌, 2,2'-디피코릴아민, 3,3'-디피코릴아민, 테트라메틸암모늄 수산화물, 테트라이소프로필암모늄 수산화물, 테트라부틸암모늄 수산화물 등을 들 수 있다.Specific examples of the compound represented by Formulas 5a to 5j include hexylamine, heptylamine, octylamine, nonylamine, decylamine, aniline, 2-, 3- or 4-methylaniline, 4-nitroaniline, 1- or 2 Naphthylamine, ethylenediamine, tetramethylenediamine, hexamethylenediamine, 4,4'-diamino-1,2-diphenylethane, 4,4'-diamino-3,3'-dimethyldiphenylmethane, 4,4'-diamino-3,3'-diethyldiphenylmethane, dibutylamine, dipentylamine, dihexylamine, diheptylamine, dioctylamine, dinonylamine, didecylamine, N-methyl Aniline, Peperidine, Diphenylamine, Triethylamine, Trimethylamine, Tripropylamine, Tributylamine, Tripentylamine, Trihexylamine, Triheptylamine, Trioctylamine, Trinonylamine, Tridecylamine, Methyldi Butylamine, methyldipentylamine, methyldihexylamine, methyldicyclohexylamine, methyldiheptylamine, methyldioctylamine, methyldinonylamine, methyl Decylamine, ethyldibutylamine, ethyldipentylamine, ethyldihexylamine, ethyldiheptylamine, ethyldioctylamine, ethyldinonylamine, ethyldidecylamine, dicyclohexylmethylamine, tris {2- (2 -Methoxyethoxy) ethyl} amine, triisopropanolamine, N, N-dimethylaniline, 2,6-isopropylaniline, imidazole, pyridine, 4-methylpyridine, 4-methylimidazole, bipyridine, 2,2'-dipyridylamine, di-2-pyridylketone, 1,2-di (2-pyridyl) ethane, 1,2-di (4-pyridyl) ethane, 1,3-di ( 4-pyridyl) propane, 1,2-bis (2-pyridyloxy) ethylene, 1,2-bis (4-pyridyl) ethylene, 1,2-bis (2-pyridyloxy) ethane, 4 , 4-dipyridylsulfide, 4,4-dipyridyldisulfide, 1,2-bis (4-pyridyl) ethylene, 2,2'-dipicorylamine, 3,3'-dipicorylamine , Tetramethylammonium hydroxide, tetraisopropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide and the like.
상기 (C)퀀쳐는, 상기 (A)수지 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 10 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상술한 범위로 포함되면, 포토레지스트 공정 시 적정량의 산이 확산되고 이로 인해 노광부위만 현상되어 패턴 프로파일이 우수해진다. 또한 감도가 우수하여 현상결함에 따른 패턴 프로파일의 변화를 방지하여 우수한 감광성을 구현할 수 있다. 여기서, 상기 (A)수지와 (C)퀀쳐의 함량은 고형분으로 환산된 것이 바람직하다.It is preferable that the said (C) quencher is contained in 0.01-10 weight part with respect to 100 weight part of said (A) resins. When included in the above-described range, an appropriate amount of acid is diffused during the photoresist process, thereby developing only the exposed portion, thereby improving the pattern profile. In addition, since the sensitivity is excellent, excellent photosensitivity can be realized by preventing the pattern profile from being changed due to development defects. Here, the content of the (A) resin and (C) quencher is preferably converted to solid content.
또한, 본 발명의 화학증폭형 포지티브 포토레지스트 조성물은 상기 (C)퀀쳐를 제외한 증감제, 용해억제제, 기타 수지, 계면활성제, 안정화제, 염료 등과 같은 다양한 첨가제를 추가로 소량 포함할 수 있다.In addition, the chemically amplified positive photoresist composition of the present invention may further include a small amount of various additives such as sensitizers, dissolution inhibitors, other resins, surfactants, stabilizers, dyes and the like except for the (C) quencher.
본 발명의 i-선 화학증폭형 포지티브 포토레지스트 조성물은 통상적인 용매에 용해된 성분들을 포함하는 레지스트 액체 조성물 형태로 제공될 수 있다. 상 기 용매는 성분들을 용해시키고 적합한 건조 속도를 나타내며 용매 증발 후 균일하고 매끄러운 피막을 제공하는 것이 바람직하며, 이 분야에서 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 이의 예로는 에틸셀로솔브 아세테이트, 메틸셀로솔브 아세테이트 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트와 같은 글리콜 에테르 에스테르; 에틸 락테이트, 부틸 아세테이트, 아밀 아세테이트 및 에틸 피루베이트와 같은 에스테르; 아세톤, 메틸 이소부틸 케톤, 2-헵타논 및 시클로헥사논과 같은 케톤; γ-부티로락톤과 같은 시클릭 에스테르; 3-메톡시-1-부탄올 등과 같은 알코올 등을 들 수 있다. 이들 용매는 각각 단독으로 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.The i-ray chemically amplified positive photoresist composition of the present invention may be provided in the form of a resist liquid composition comprising components dissolved in conventional solvents. The solvent preferably dissolves the components, exhibits a suitable drying rate, and provides a uniform and smooth coating after evaporation of the solvent, and those conventionally used in this field may be used. Examples thereof include glycol ether esters such as ethylcellosolve acetate, methylcellosolve acetate and propylene glycol monomethyl ether acetate; Esters such as ethyl lactate, butyl acetate, amyl acetate and ethyl pyruvate; Ketones such as acetone, methyl isobutyl ketone, 2-heptanone and cyclohexanone; cyclic esters such as γ-butyrolactone; Alcohol, such as 3-methoxy- 1-butanol, etc. are mentioned. Each of these solvents may be used alone or in combination of two or more.
Ⅱ. 패턴 형성 방법II. Pattern Formation Method
본 발명에 따른 i-선 화학증폭형 포지티브 포토레지스트 조성물을 사용하여, 하기와 같은 방법으로 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.Using the i-ray chemically amplified positive photoresist composition according to the present invention, a resist pattern can be formed in the following manner.
본 발명에 따른 화학증폭형 포지티브 포토레지스트 조성물을 기판 의 피식각층 상부에 스핀코팅법을 이용하여 포토레지스트막을 형성한다. 상기 포토레지스트막을 고형의 레지스트로 형성시키기 위하여 선굽기(pre baking)를 수행할 수도 있다. 상기 포토레지스트막에 노광원으로 전자선을 주사한 다음, 노광된 산의 확산을 위하여 노광된 레지스트막을 후굽기(post exposure bake)를 수행한다. 상기 후굽기된 포토레지스트막을 알칼리 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴을 형성한다. The chemically amplified positive photoresist composition according to the present invention is formed on the etching target layer of the substrate by using a spin coating method. Pre-baking may be performed to form the photoresist film into a solid resist. An electron beam is injected into the photoresist film as an exposure source, and then a post exposure bake is performed on the exposed resist film to diffuse the exposed acid. The baked photoresist film is developed with an alkaline developer to form a resist pattern .
본 발명에서 사용되는 알칼리 현상액으로는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄 산나트륨, 규산나트륨, 메타규산나트륨, 암모니아수, 에틸아민, n-프로필아민, 트리에틸아민, 테트라메틸암모늄 히드록사이드, 테트라에틸암모늄 히드록사이드, (2-히드록시에틸)트리메틸암모늄 히드록사이드 등의 각종 알칼리 수용액으로부터 선택될 수 있으며, 이들 중 테트라메틸암모늄 히드록사이드 및 (2-히드록시에틸)트리메틸암모늄 히드록사이드(통상, 콜린이라고 함)가 바람직하다.The alkaline developer used in the present invention includes sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, ammonia water, ethylamine, n-propylamine, triethylamine, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium It can be selected from various aqueous alkali solutions, such as hydroxide and (2-hydroxyethyl) trimethylammonium hydroxide, among which tetramethylammonium hydroxide and (2-hydroxyethyl) trimethylammonium hydroxide (usually , Choline).
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to aid in understanding the present invention. However, the following examples are merely provided to more easily understand the present invention, and the contents of the present invention are not limited thereto.
실시예Example 1 내지 3 및 1 to 3 and 비교예Comparative example 1 내지 4: 화학증폭형 포지티브 1 to 4: Chemically Amplified Positive 포토레지스트Photoresist 조성물의 제조 Preparation of the composition
표 1에 제시된 성분을 제시된 조성비로 혼합하고, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 815 중량부의 용매에 용해시킨 다음, 기공 직경이 0.1㎛인 불소 수지 필터를 통해 여과하여, 레지스트 용액을 제조하였다. The components shown in Table 1 were mixed at the indicated composition ratios, dissolved in 815 parts by weight of propylene glycol monomethyl ether acetate, and then filtered through a fluorine resin filter having a pore diameter of 0.1 μm to prepare a resist solution.
A-1: 화학식 1로 표시되는 구조단위(R1: 메틸기, R2: 에틸기)와 화학식 2로 표시되는 구조단위가 선상으로 교대로 배열되며, 상기 구조단위의 몰비가 2.5:7.5이며, 유리전이온도(Tg)가 150℃이고, 분자량이 9,150인 수지(제조사: Dupont, 상품명: SRC-D90)A-1: The structural units represented by Formula 1 (R 1 : methyl group, R 2 : ethyl group) and the structural units represented by Formula 2 are alternately arranged in a line, and the molar ratio of the structural units is 2.5: 7.5, free Resin having a transition temperature (Tg) of 150 ° C. and a molecular weight of 9,150 (manufacturer: Dupont, trade name: SRC-D90)
A-2: 화학식 2으로 표시되는 구조단위에 히드록시기 중 25%가 에톡시에틸 보호기로 보호된 분자량 10,000인 수지 A-2: 25% of the hydroxyl groups in the structural unit represented by the formula (2) have a molecular weight of 10,000 protected with an ethoxyethyl protecting group
B-1: 화학식 3에서 R3이 노말프로필기인 설포네이트 타입 광산발생제 (제조사: Ciba, 상품명: CGI-1397)B-1: Sulfonate type photoacid generator in which R 3 is a normal propyl group in Chemical Formula 3 (manufacturer: Ciba, trade name: CGI-1397)
B-2: 화학식 4에서 R4이 트리플루오로메틸기인 말레이미드 타입 광산발생제 (제조사: Ciba, 상품명: CGI-NIT)B-2: Maleimide-type photoacid generator in which R 4 is trifluoromethyl group in Chemical Formula 4 (manufacturer: Ciba, trade name: CGI-NIT)
B-3: 디아조타입 광산발생제 B-3: Diazo type photoacid generator
B-4: 트리페닐설포늄 타입 광산발생제 B-4: triphenylsulfonium type photoacid generator
C-1: 트리이소프로파놀아민C-1: triisopropanolamine
C-2: 2,6-디이소프로필아닐린 C-2: 2,6-diisopropylaniline
시험예Test Example : 화학증폭형 포지티브 : Chemically amplified positive 포토레지스트Photoresist 용액의 성능 테스트 Performance test of the solution
실시예1 내지 3 및 비교예1 내지 4의 레지스트 용액을 헥사메틸디실라잔으로 처리된 실리콘 웨이퍼에 스핀 피복기를 사용하여 도포하면, 건조시킨 후의 막두께가 0.42㎛이었다. 상기 건조된 레지스트막이 형성된 기판을 100℃의 열판에서 60초 동안 선굽기를 수행하였다. 상기 선굽기된 레지스트막을 갖는 웨이퍼를 노광 파장이 365㎚(i-선)인 스테퍼 방식 노광기['NSR-I11D', 제조원: Nikon Corp., NA = 0.63, σ=0.38]를 사용하여 노광량을 서서히 변화시키면서 노광시켜 미세크기의 라인 패턴을 형성시켰다. 이어서, 열판에서, 노광후굽기를 110℃에서 60초 동안 수행하였다. 추가로, 2.38% 테트라메틸암모늄히드록사이드 수용액을 사용하여 60초 동안 패들 현상을 수행하였다. 현상 후의 패턴을 주사 전자 현미경을 사용하여 0.4㎛의 라인 패턴에서 초점심도 및 프로파일을 측정하였다.When the resist solutions of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-4 were applied to a silicon wafer treated with hexamethyldisilazane using a spin coater, the film thickness after drying was 0.42 mu m. The substrate on which the dried resist film was formed was performed for 60 seconds on a hot plate at 100 ° C. The exposure dose of the wafer having the precured resist film was gradually reduced using a stepper type exposure machine ['NSR-I11D' manufactured by Nikon Corp., NA = 0.63, sigma = 0.038], having an exposure wavelength of 365 nm (i-ray). Exposure was carried out while changing to form a fine-sized line pattern. Subsequently, in the hot plate, post-exposure bake was performed at 110 ° C. for 60 seconds. In addition, paddle development was performed for 60 seconds using an aqueous 2.38% tetramethylammonium hydroxide solution. The pattern after development was measured for depth of focus and profile in a line pattern of 0.4 mu m using a scanning electron microscope.
결과는 표 2에 나타내었다.The results are shown in Table 2.
※정재파 현상: ◎: 매우 낮음, ○: 낮음, △: 높음, X: 불량* Standing wave phenomenon: ◎: Very low, ○: Low, △: High, X: Poor
※해상도: ◎: 매우 높음, ○: 높음, △: 낮음, X: 불량※ Resolution: ◎: Very high, ○: High, △: Low, X: Poor
※스컴 현상: ◎: 매우 낮음, ○: 낮음, △: 높음, X: 불량* Scum phenomenon: ◎: Very low, ○: Low, △: High, X: Poor
표 2에 나타난 바와 같이, 실시예1 내지 3의 i-선 화학증폭형 포지티브 포토레지스트 조성물은 레지스트 패턴의 측벽에 발생하는 정재파 현상이 매우 낮고 스컴현상이 없으며 해상도가 우수한 패턴이 형성되었다(도면 1 내지 3).As shown in Table 2, the i-ray chemically amplified positive photoresist compositions of Examples 1 to 3 formed a pattern having a very low standing wave phenomenon, no scum, and a high resolution pattern on the sidewall of the resist pattern (Fig. 1). To 3).
반면, 비교예1 내지 비교예3의 i-선 화학증폭형 포지티브 포토레지스트 조성물은 i-선 파장(365㎚)에 감응하지 않는 광산발생제를 사용하여 산의 발생이 적어 보호기의 해리가 일어나지 않아 패턴의 형성이 일어나지 않음을 확인하였다(도면 1 내지 3). 또한 비교예4의 i-선 화학증폭형 포지티브 포토레지스트 조성물은 i-선 파장(365㎚)에 감응하는 광산발생제를 사용하였으나 보호기의 해리 에너지가 낮고 기판 특이성에 많은 영향을 받아 패턴형상이 불량하게 나타나며 스컴(Scum)이 많이 발생하는 것을 확인하였다(도면 4).On the other hand, the i-ray chemically amplified positive photoresist compositions of Comparative Examples 1 to 3 use a photoacid generator that does not respond to the i-ray wavelength (365 nm), so that less acid is generated, so that dissociation of the protecting group does not occur. It was confirmed that the formation of the pattern did not occur (Figs. 1 to 3). In addition, in the i-ray chemically amplified positive photoresist composition of Comparative Example 4, a photoacid generator sensitive to the i-ray wavelength (365 nm) was used, but the dissociation energy of the protecting group was low and the pattern specificity was poor due to the influence of the substrate specificity. Appeared to confirm that a lot of scum (Scum) occurs (Fig. 4).
도 1은 실시예 1의 레지스트 조성물로 패턴을 형성하고 주사 전자 현미경을 사용하여 프로파일을 촬영한 사진이다.1 is a photograph taken of a profile formed of a resist composition of Example 1 using a scanning electron microscope.
도 2는 실시예 2의 레지스트 조성물로 패턴을 형성하고 주사 전자 현미경을 사용하여 프로파일을 촬영한 사진이다.FIG. 2 is a photograph of a pattern formed of the resist composition of Example 2 and taken of a profile using a scanning electron microscope. FIG.
도 3은 실시예 3의 레지스트 조성물로 패턴을 형성하고 주사 전자 현미경을 사용하여 프로파일을 촬영한 사진이다.3 is a photograph taken of a profile formed of a resist composition of Example 3 using a scanning electron microscope.
도 4는 비교예 1의 레지스트 조성물로 패턴을 형성하고 주사 전자 현미경을 사용하여 프로파일을 촬영한 사진이다.4 is a photograph of a pattern formed of a resist composition of Comparative Example 1 and taken of a profile using a scanning electron microscope.
도 5는 비교예 2의 레지스트 조성물로 패턴을 형성하고 주사 전자 현미경을 사용하여 프로파일을 촬영한 사진이다.FIG. 5 is a photograph of a pattern formed of the resist composition of Comparative Example 2 and taken of a profile using a scanning electron microscope. FIG.
도 6은 비교예 3의 레지스트 조성물로 패턴을 형성하고 주사 전자 현미경을 사용하여 프로파일을 촬영한 사진이다.6 is a photograph in which a pattern is formed of the resist composition of Comparative Example 3 and the profile is taken using a scanning electron microscope.
도 7은 비교예 4의 레지스트 조성물로 패턴을 형성하고 주사 전자 현미경을 사용하여 프로파일을 촬영한 사진이다.7 is a photograph in which a pattern is formed of the resist composition of Comparative Example 4 and a profile is taken using a scanning electron microscope.
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