WO2023018308A1 - Multi-layered molecular film photoresist having molecular line structure and method for manufacturing same - Google Patents

Multi-layered molecular film photoresist having molecular line structure and method for manufacturing same Download PDF

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WO2023018308A1
WO2023018308A1 PCT/KR2022/012143 KR2022012143W WO2023018308A1 WO 2023018308 A1 WO2023018308 A1 WO 2023018308A1 KR 2022012143 W KR2022012143 W KR 2022012143W WO 2023018308 A1 WO2023018308 A1 WO 2023018308A1
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WO
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layer
formula
bond
inorganic
film photoresist
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PCT/KR2022/012143
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Korean (ko)
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성명모
안진호
박영은
지현석
이재혁
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한양대학교 산학협력단
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Publication date
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    • G03F7/16Coating processes; Apparatus therefor

Definitions

  • the present invention relates to a photoresist, and more particularly to a photoresist for EUV.
  • CAR chemically amplified photoresist
  • PAG photo-acid generator
  • quencher base
  • EUV photo lithography using an extreme ultraviolet (EUV) light source capable of forming ultra-fine patterns of 10 nm or less.
  • EUV extreme ultraviolet
  • EUV has a photon density as low as 1/14 of that of 193 nm deep UV (DUV)
  • it may cause stochastic failure, specifically, chemical stochastic failure.
  • stochastic failure specifically, chemical stochastic failure.
  • shot noise may occur due to a low probability that the PAG responds due to a low photon density.
  • the size of the polymer resin particles is larger than 4 nm, resulting in relatively large line edge roughness.
  • an object to be solved by the present invention is to provide a photoresist having excellent photon absorption and low edge roughness.
  • a multilayer molecular film photoresist includes a plurality of molecular lines extending in an upper direction of the substrate and arranged in a transverse direction. Each molecular line is formed by bonding a plurality of inorganic single molecules and organic single molecules interposed between at least some of the inorganic single molecules among the inorganic single molecules.
  • Van der Waals interactions may exist between the organic monomolecules in horizontally adjacent molecular lines among the molecular lines.
  • the van der Waals interaction may be a ⁇ - ⁇ bond.
  • Each of the molecular lines may be obtained by alternately stacking and combining the inorganic single molecule and the organic single molecule.
  • Inorganic monomolecules included in the molecular wires may be equally arranged in a lateral direction to form an inorganic monomolecular layer, and inorganic monomolecules included in the molecular wires may be equally arranged in a lateral direction to constitute an organic monomolecular layer.
  • the multilayer molecular film photoresist may have at least one of a light absorbing layer including light absorbing inorganic single molecules, a photoreactive layer including photoreactive inorganic single molecules, and an etch resistant layer including etch resistant inorganic single molecules.
  • the light-absorbing inorganic inorganic molecule may be an inorganic inorganic molecule having a metal element having a d orbital.
  • the metal element in the light-absorbing inorganic group molecule may be Sn, Sb, Te, or Bi.
  • the photoreactive inorganic single molecule may have a metal element such as Zr, Al, Hf, Zn, or In.
  • the etch-resistant inorganic single molecule may have a metal element such as Al, Ti, W, Zn, or Cu.
  • the multilayer molecular film photoresist includes a plurality of molecular lines extending in an upper direction of the substrate and arranged in a transverse direction. Each of the above molecular lines has a layer represented by Formula 1 below.
  • one of * is a bond with a functional group in the lower layer, the other is a bond with a functional group in the upper layer, M is an inorganic single molecule containing a metal element, O is an organic single molecule, and m is 1 to 2, n is 1 to 2, and l is 1 to 1000.
  • the organic single molecule may be represented by Formula 3 below.
  • one of * is a bond with a functional group in the lower layer, the other is a bond with a functional group in the upper layer, and X b is O, S, Se, NR (R is H or CH 3 ) or PR ( R is H or CH 3 ), MR is a substituted or unsubstituted aromatic ring, or a C1 to C18 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group, and when MR is the above aromatic ring, Z 3 and Z 4 are, independently of each other, a bond or a C1 to C5 substituted or unsubstituted and linear or branched alkylene group, and when MR is the alkylene group, Z 3 and Z 4 are bonds.
  • M is a light absorbing inorganic single molecule containing a metal element having d orbital, a photoreactive inorganic single molecule including Zr, Al, Hf, Zn, or In, or Al, Ti, Cu, W, Or it may be an etch-resistant inorganic single molecule containing Zn.
  • the layer represented by Chemical Formula 1 may be a layer represented by Chemical Formula 1A below.
  • one of * is a bond with a functional group in the lower layer, and the other is a bond with a functional group in the upper layer
  • M1 is a light-absorbing inorganic monomolecule containing a metal element having a d orbital
  • O1 is It is an organic single molecule
  • m1 may be 1 to 2
  • n1 may be 1 to 2
  • l1 may be 1 to 1000.
  • Each of the molecular wires may include a layer represented by Chemical Formula 1B below or above the layer represented by Chemical Formula 1A.
  • one of * is a bond with a functional group in the lower layer, and the other is a bond with a functional group in the upper layer
  • M2 is a photoreactive inorganic monomolecule including Zr, Al, Hf, Zn, or In
  • O2 is an organic monomer
  • m2 is 1 to 2
  • n2 is 1 to 2
  • l2 may be 1 to 1000.
  • Each of the molecular lines may include a layer represented by the following Chemical Formula 1C above or below the layer represented by the Chemical Formula 1A.
  • one of * is a bond with a functional group in the lower layer, and the other is a bond with a functional group in the upper layer
  • M3 is an etch-resistant inorganic monomolecule including Al, Ti, Cu, W, and Zn
  • O3 is an organic monomer
  • m3 may be 1 to 2
  • n3 may be 1 to 2
  • l3 may be 1 to 1000.
  • the multilayer molecular film photoresist may be a photoresist for EUV.
  • the multilayer molecular film photoresist deposition equipment is provided with a plurality of molecular lines extending in the upper direction of the substrate and arranged in a lateral direction, wherein each molecular line has a layer represented by the following formula (1)
  • the layer represented by Chemical Formula 1 is formed by performing a plurality of cycles including forming a metal monomolecular layer and forming an organic molecular layer on a substrate.
  • one of * is a bond with a functional group in the lower layer, the other is a bond with a functional group in the upper layer, M is an inorganic single molecule containing a metal element, O is an organic single molecule, and m is 1 to 2, n is 1 to 2, and l is 1 to 1000.
  • the organic single molecule may be represented by Formula 3 below.
  • one of * is a bond with a functional group in the lower layer, the other is a bond with a functional group in the upper layer, and X b is O, S, Se, NR (R is H or CH 3 ) or PR ( R is H or CH 3 ), MR is a substituted or unsubstituted aromatic ring, or a C1 to C18 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group, and when MR is the above aromatic ring, Z 3 and Z 4 are, independently of each other, a bond or a C1 to C5 substituted or unsubstituted and linear or branched alkylene group, and when MR is the alkylene group, Z 3 and Z 4 are bonds.
  • M is a light absorbing inorganic single molecule containing a metal element having d orbital, a photoreactive inorganic single molecule including Zr, Al, Hf, Zn, or In, or Al, Ti, Cu, W, Or it may be an etch-resistant inorganic single molecule containing Zn.
  • the multilayer molecular film photoresist according to an embodiment of the present invention has Line Edge Roughness (LER) of 1.2 nm or less, which means pattern side roughness, as it separates between molecular lines rather than particles during exposure and development. It may be low, and also the resolution (resolution) can also be greatly improved to 6 nm or less.
  • LER Line Edge Roughness
  • the multilayer molecular film photoresist includes, in one example, an inorganic atom having a very high light absorption rate for EUV, specifically, a light absorbing inorganic single molecule having a metal atom having a 4d or 5d orbital, and thus having a low photon density for EUV. It can exhibit high photosensitivity (ex. 10 mJ/cm 2 ) while having a low stochastic failure.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a multilayer molecular film photoresist having a vertical molecular beam structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of a light absorbing layer in a multilayer molecular film photoresist having a vertical molecular beam structure according to an embodiment of the present invention.
  • 3 to 7 are schematic diagrams sequentially showing a photolithography method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows a unit cycle configuration for forming an inorganic molecular layer.
  • Figure 9 is a vertical design formed with reference to Figure 8 This is a SEM image taken after patterning the inorganic multilayer molecular film photoresist.
  • FIG. 10 shows a unit cycle configuration for forming a multilayer molecular film photoresist having a vertical molecular line structure.
  • 11A, 11B, and 11C are SEM images taken after patterning the photoresist formed using the method described with reference to FIG. 10 .
  • FIG. 12 is a graph showing the electron beam sensitivity of a photoresist formed using the method described with reference to FIG. 10 .
  • FIG. 13a is a schematic diagram showing a form of irradiating EUV and a dose condition
  • FIG. 13b is a photoresist obtained when irradiating EUV as shown in FIG. 13a to a photoresist using an Hf precursor formed using the method described with reference to FIG. 10
  • This is an optical photograph of a photoresist pattern.
  • FIG. 14a is an atomic force microscopy (AFM) image obtained after electron beam exposure and development of a photoresist using a Zn precursor formed by the method described with reference to FIG. 10, and FIG. 14b is an atomic force microscopy (AFM) image obtained after electron beam exposure and development of a PMMA photoresist. This is an AFM (Atomic force microscopy) image.
  • AFM Atomic force microscopy
  • the metal may be a concept including all metals, but as an example, it may be a transition metal, a post-transition metal, or a metalloid.
  • radiation may be, for example, EUV or E-beam. However, in some cases, it is not limited to this.
  • a single molecule refers to a molecule other than a polymer, and as an example, a small molecule may refer to a molecule having 100 or less atoms, specifically, 30 or less atoms.
  • molecules or functional groups "linked by a bond” may mean that they are directly linked or indirectly linked by placing another molecule(s) or functional group therebetween.
  • carbon number (C)X to carbon number (C)Y when “carbon number (C)X to carbon number (C)Y” is described, it should be interpreted as having a number of carbon atoms corresponding to all integers between carbon number X and carbon number Y.
  • C1 to C10 when C1 to C10 are described, it should be interpreted that C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, and C10 are all described.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a multilayer molecular film photoresist having a vertical molecular beam structure according to an embodiment of the present invention.
  • a substrate 10 may be provided.
  • the substrate may be a bare substrate such as a semiconductor substrate, a glass substrate, or a flexible substrate.
  • the flexible substrate may be a polymer substrate.
  • at least one device such as a transistor, memory, diode, solar cell, optical device, biosensor, nanoelectromechanical system (NEMS), microelectromechanical system (MEMS), nanodevice, or chemical sensor is provided.
  • the device may be an organic electronic device such as an organic light emitting diode and an organic solar cell.
  • the substrate 10 may be the bare substrate or the element formed on top of the bare substrate.
  • the layer to be etched 20 is a layer that is etched using the photoresist pattern as an etching mask to form a pattern after forming a photoresist pattern, and may be formed of various materials used in a semiconductor process.
  • the layer to be etched 20 may be a metal film, a semiconductor film, an insulating film, or a composite film including any one of these.
  • the metal film is for forming a wire, and may be aluminum, tungsten, titanium, or a composite film containing any one of these.
  • the semiconductor film may be a silicon film, for example, a single crystal silicon film, polysilicon film, an amorphous silicon film, or a composite film including any one of these.
  • the insulating film may include an inorganic insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film; organic insulating films such as amorphous carbon films; Or it may be a composite film containing any one of these.
  • the layer to be etched 20 may be the bare substrate.
  • the surface functional group of the layer 20 to be etched may have a hydroxyl group, a thiol group, an amine group, or a phosphine group, or may be surface-treated to have it.
  • a multilayer molecular film photoresist 30 having a molecular beam structure may be formed on the layer 20 to be etched.
  • the multilayer molecular film photoresist 30 may include a plurality of molecular lines ML in a transverse direction to which inorganic single molecules M1 , M2 , or M3 are directly or indirectly connected by bonding.
  • being indirectly connected means that an organic single molecule (O1, O2, or O3) or a functional group, which will be described later as an example of another single molecule, is bonded between the inorganic single molecules (M1, M2, or M3).
  • the bond may be a covalent bond or a coordinate bond.
  • the molecular lines ML may each extend in an upward direction, for example, a vertical direction with respect to the substrate 10, and the transverse direction may be a direction substantially parallel to the surface of the substrate 10. .
  • the multilayer molecular film photoresist 30 since the multilayer molecular film photoresist 30 is formed using atomic layer deposition or molecular layer deposition, almost all of the molecular lines in the multilayer molecular film photoresist 30 (ML) may have substantially the same laminated structure.
  • the molecular lines ML in the multilayer molecular film photoresist 30 may have the same inorganic monolayer and the same organic monolayer in the lateral direction.
  • the inorganic monomolecules included in the molecular lines are equally arranged in the lateral direction to form an inorganic monomolecular layer
  • the organic monomolecules provided in the molecular lines are equally arranged in the lateral direction to form an organic monomolecular layer.
  • the multilayer molecular film photoresist 30 may be an organic/inorganic multilayer molecular film photoresist. Specifically, in the multilayer molecular film photoresist 30, organic single molecules (O1, O2, O3) are interposed between some inorganic single molecules (M1, M2, M3) included in each molecular line (ML). can mean combined. In this case, the multilayer molecular film photoresist 30 has a plurality of molecular lines (ML) in which organic single molecules (O1, O2, and O3) and inorganic single molecules (M1, M2, and M3) are connected by bonds in the transverse direction.
  • ML molecular lines
  • the van der Waals interaction may serve to stabilize the molecular lines (ML) adjacent in the lateral direction so that the pattern does not collapse even when the aspect ratio is high.
  • the van der Waals interaction may be a ⁇ - ⁇ bond between aromatic groups.
  • the multilayer molecular film photoresist 30 may have a layer configuration represented by Chemical Formula 1 below.
  • one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule.
  • the bond may be, for example, a covalent bond.
  • OM may be an organic monomer.
  • the OM may be an organic single molecule represented by Chemical Formula 3 below.
  • m may be 0 to 10
  • n may be 1 to 10
  • l may be 1 to 10000, specifically 20 to 1000, and more specifically 25 to 100.
  • m may be 1 to 2
  • n may be 1.
  • MM may be an inorganic single molecule containing a metal element, specifically, an organometallic single molecule.
  • MM is, for example, a light absorbing inorganic single molecule containing a metal element having a d orbital, a photoreactive inorganic single molecule including Zr, Al, Hf, Zn, or In, or Al, Ti, Cu, W, Or it may be an etch-resistant inorganic single molecule containing Zn.
  • the metal element having the d orbital, specifically, the 4d or 5d orbital may be, for example, Sn, Sb, Te, or Bi.
  • the classification of inorganic single molecules refers to the main function, and all inorganic single molecules described can perform light absorption and photoreaction.
  • the MM may be an organometallic single molecule represented by Formula 2 below, specifically Formula 2A, 2B, or 2B below.
  • one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule.
  • the bond may be, for example, a covalent bond.
  • Z 1 and Z 2 are a bond regardless of each other, a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group, a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene oxide, a C1 to C20 substituted linear or branched alkylene group or unsubstituted linear or branched alkyleneamino, C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylenesilylamino, C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylenethio, C1 to C20 It may be a substituted or unsubstituted linear or branched alkylene seleno, or a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene phosphino.
  • M 0 may be a light absorbing metal atom having a d orbital, a photoreactive metal atom such as Zr, Al, Hf, Zn, or In, or an etch-resistant metal atom such as Al, Ti, Cu, W, or Zn.
  • the metal element having the d orbital, specifically, the 4d or 5d orbital may be, for example, Sn, Sb, Te, or Bi.
  • X a can be O, S, Se, NR (R is H or CH 3 ) or PR (R is H or CH 3 ).
  • L a and L b are ligands bound to M 0 , and the sum of the number of these ligands, na and nb, can be determined by the coordination number caused by M 0 .
  • the sum of na and nb may be an integer from 1 to 4.
  • L a and L b are, regardless of each other, a halogen group (ex.
  • a C1 to C5 alkyl group a C1 to C5 alkylsilylamino group, a C1 to C5 alkoxy group, a C1 to C5 alkyl group It may be an organic group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamino group, or a C1 to C5 alkylphosphino group.
  • the C1 to C5 alkyl groups may be substituted or unsubstituted, linear or branched alkyl groups.
  • L a and/or L b may be selected regardless of each other among the above examples.
  • na and nb when the sum of na and nb is 2 or more, two of L a and L b may be taken together with M 0 to which they are attached to form a heterocyclyl or heteroaryl.
  • Each bond between Z 1 , Z 2 , L a , or L b and M 0 may be a covalent bond or a coordinate bond regardless of each other.
  • the multilayer molecular film photoresist 30 includes a light absorption layer (FL 1 ), a photoreaction layer (FL 2 ), and an etch-resistant layer ( FL 3 ) may be provided with at least one layer.
  • the classification of each layer refers to the main function, and all layers may generate secondary electrons according to light absorption and perform a photoreaction described later.
  • the multilayer molecular film photoresist 30 may include at least a light absorption layer FL 1 .
  • the stacking order of the light absorption layer (FL 1 ), the photoreaction layer (FL 2 ), and the etching resistance layer (FL 3 ) depends on the type of the layer to be etched 20 and/or the type of pattern to be formed through photolithography. may vary depending on
  • the light absorbing layer FL 1 may be a layer capable of generating secondary electrons by absorbing radiation and having excellent radiation, specifically, EUV or E-beam absorption.
  • the light absorption layer FL 1 may have a layer structure represented by Chemical Formula 1A below.
  • one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule.
  • the bond may be, for example, a covalent bond.
  • M1 is a light-absorbing inorganic single molecule, for example, a metal element having a d orbital, specifically a 4d or 5d orbital, and may be an organometallic single molecule including Sn, Sb, Te, or Bi, as an example, and O1 may be an organic single molecule.
  • m1 may be 0 to 10
  • n1 may be 1 to 10
  • l1 may be 1 to 1000.
  • m1 may be 1 to 2
  • m1 may be 1.
  • n1 Also, 1 to 2, for example, n1 may be 1.
  • the light-absorbing inorganic single molecule (M1) may be a light-absorbing organometallic single molecule represented by Formula 2A, and when n1 is 2 or more or l1 is 2 or more in Formula 1A, the light-absorbing inorganic single molecule (M1 of each layer) ) may be the same as or different from each other.
  • one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule.
  • the bond may be, for example, a covalent bond.
  • Z 1 and Z 2 are a bond regardless of each other, a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group, a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene oxide, a C1 to C20 substituted linear or branched alkylene group or unsubstituted linear or branched alkyleneamino, C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylenesilylamino, C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylenethio, C1 to C20 It may be a substituted or unsubstituted linear or branched alkylene seleno, or a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene phosphino.
  • M a is an inorganic atom having excellent radiation, specifically EUV or E-beam absorption, and may be a metal atom having a d orbital, for example, a 4d or 5d orbital. Specifically, the metal atom may be Sn, Bi, Sb, or Te.
  • X a can be O, S, Se, NR (R is H or CH 3 ) or PR (R is H or CH 3 ).
  • L 1 and L 2 are ligands bound to M a , and the sum of n1 and n2 , which are the number of ligands, may be determined by the coordination number caused by M a .
  • the sum of n1 and n2 may be an integer from 1 to 4.
  • L 1 and L 2 are independently of each other a halogen group (ex.
  • a C1 to C5 alkyl group a C1 to C5 alkylsilylamino group, a C1 to C5 alkoxy group, a C1 to C5 alkyl group It may be an alkylthio group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamino group, or a C1 to C5 alkylphosphino group.
  • the C1 to C5 alkyl groups may be substituted or unsubstituted, linear or branched alkyl groups.
  • L 1 and/or L 2 may be selected regardless of each other among the above examples.
  • n1 and n2 when the sum of n1 and n2 is greater than or equal to 2, two of L 1 and L 2 may be taken together with M a to which they are attached to form a heterocyclyl or heteroaryl.
  • Each bond between Z 1 , Z 2 , L 1 , or L 2 and M a may be a covalent bond or a coordinate bond regardless of each other.
  • the organic single molecule (O1) may be represented by the following Chemical Formula 3, and when m1 is 2 or more or l1 is 2 or more in Chemical Formula 1A, the organic single molecules (O1) of each layer may be the same as or different from each other.
  • one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule.
  • the bond may be, for example, a covalent bond.
  • X b can be O, S, Se, NR (R is H or CH 3 ) or PR (R is H or CH 3 ).
  • MR of Chemical Formula 3 may be a substituted or unsubstituted aromatic ring.
  • the substitution may be one in which hydrogen of an aromatic ring is substituted with various functional groups.
  • Z 3 and Z 4 may each independently be a bond or a C1 to C5 substituted or unsubstituted, linear or branched alkylene group.
  • the substitution may be one in which the hydrogen of the alkylene group is substituted with OH, SH, SeH, NR 2 (R is H or CH 3 regardless of each other) or PR 2 (R is H or CH 3 regardless of each other) .
  • MR in Formula 3 may be a C1 to C18 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group.
  • Substitution is a functional group in which hydrogen of an alkylene group can be crosslinked by radiation, for example, substitution by a functional group including a vinyl group. or OH, SH, SeH, NR 2 (R is H or CH 3 regardless of each other) or PR 2 (R is H or CH 3 regardless of each other).
  • Z 3 and Z 4 may be bonds.
  • the multilayer molecular film photoresist 30 may further include a photoreactive layer FL 2 in addition to the light absorption layer FL 1 .
  • the photoreactive layer FL 2 may have a layer structure represented by Chemical Formula 1B below.
  • one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule.
  • the bond may be, for example, a covalent bond.
  • M2 is a photoreactive inorganic single molecule, and may be, for example, an organometallic single molecule including Zr, Al, Hf, Zn, or In, and O2 may be an organic single molecule.
  • m2 may be 0 to 10
  • n2 may be 1 to 10
  • l2 may be 1 to 1000.
  • m2 may be 1 to 2
  • m2 may be 1.
  • n2 Also, 1 to 2, for example, n2 may be 1.
  • the photoreactive inorganic single molecule (M2) may be a photoreactive organometallic single molecule represented by Formula 2B, and when n2 is 2 or more or l2 is 2 or more in Formula 2B, the photoreactive inorganic single molecule (M2) of each layer ) may be the same as or different from each other.
  • one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule.
  • the bond may be, for example, a covalent bond.
  • Z 1 and Z 2 are a bond regardless of each other, a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group, a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene oxide, a C1 to C20 substituted linear or branched alkylene group or unsubstituted linear or branched alkyleneamino, C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylenesilylamino, C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylenethio, C1 to C20 It may be a substituted or unsubstituted linear or branched alkylene seleno, or a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene phosphino.
  • M b is a metal atom, and specifically, may be Zr, Al, Hf, Zn, or In.
  • L 3 and L 4 are ligands bound to M b , and the sum of n1 and n2 , the number of these ligands, can be determined by the coordination number caused by M b .
  • the sum of n1 and n2 may be an integer from 1 to 4.
  • L 3 and L 4 are independently of each other a halogen group (ex.
  • a C1 to C5 alkyl group a C1 to C5 alkylsilylamino group, a C1 to C5 alkoxy group, a C1 to C5 alkyl group It may be an organic group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamino group, or a C1 to C5 alkylphosphino group.
  • the C1 to C5 alkyl groups may be substituted or unsubstituted, linear or branched alkyl groups.
  • L 3 and/or L 4 may be selected regardless of each other among the above examples.
  • n1 and n2 when the sum of n1 and n2 is greater than or equal to 2, two of L 3 and L 4 may be taken together with the M b to which they are attached to form a heterocyclyl or heteroaryl.
  • Each bond between Z 1 , Z 2 , L 3 , or L 4 and M b may be a covalent bond or a coordinate bond regardless of each other.
  • the organic single molecule (O2) may be represented by Chemical Formula 3 above. However, it may be the same as or different from the organic single molecule (O1) in the light absorption layer (FL 1 ), and when m2 is 2 or more or l2 is 2 or more in Chemical Formula 1B, the organic single molecule (O2) of each layer is the same as each other. or may be different.
  • adjacent A crosslink may be formed between the photoreactive inorganic single molecules M2 in the molecular beams ML.
  • M b -L 4 and L 3 -M b bonds between adjacent photoreactive inorganic monomers (M2) react with the secondary electrons to form M b -Y 2 -M b bonds. can do.
  • This M b -Y 2 -M b bond is an example of a developer that develops a multilayer molecular film photoresist pattern formed by exposure, and may not be etched by a developing gas or a developing plasma.
  • the type of M b may be selected as above.
  • Y 2 may be O, S, Se, N, or P.
  • crosslinks may also be formed between light absorbing inorganic single molecules M1 in adjacent molecular lines ML by secondary electrons generated in the light absorbing layer FL 1 .
  • the M a -L 2 and L 1 -M a bonds between the adjacent light-absorbing inorganic monomers M1 react with the secondary electrons to form a M a -Y 1 -M a bond. can do.
  • This bond may also not be etched by the developer.
  • Y 1 may be O, S, Se, N, or P.
  • the multilayer molecular film photoresist 30 may further include an etching resistant layer FL 3 in addition to the light absorption layer FL 1 .
  • the etching resistant layer FL 3 may have a layer structure represented by Chemical Formula 1C below.
  • one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule.
  • the bond may be, for example, a covalent bond.
  • M3 is an etch-resistant inorganic single molecule, and may be, for example, an organometallic single molecule including Al, Ti, Cu, W, or Zn, and O3 may be an organic single molecule.
  • m3 may be 0 to 10
  • n3 may be 1 to 10
  • l3 may be 1 to 1000.
  • m3 may be 1 to 2
  • n3 may be 1.
  • 1 to 2 as an example, n3 may be 1.
  • the etch-resistant inorganic single molecule (M3) may be an etch-resistant organometallic single molecule represented by Formula 2C, and when n3 is 2 or more or l3 is 2 or more in Formula 1C, the etch-resistant inorganic single molecule (M3 ) may be the same as or different from each other.
  • one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule.
  • the bond may be, for example, a covalent bond.
  • Z 1 and Z 2 are a bond regardless of each other, a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group, a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene oxide, a C1 to C20 substituted linear or branched alkylene group or unsubstituted linear or branched alkyleneamino, C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylenesilylamino, C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylenethio, C1 to C20 It may be a substituted or unsubstituted linear or branched alkylene seleno, or a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene phosphino.
  • M c is a metal atom, and specifically, may be Al, Ti, W, Zn, or Cu.
  • X a
  • L 5 and L 6 are ligands bound to M c , and the sum of n1 and n2 , the number of these ligands, can be determined by the coordination number caused by M c .
  • the sum of n1 and n2 may be an integer from 1 to 4.
  • L 5 and L 6 are independently of each other a halogen group (ex.
  • a C1 to C5 alkyl group a C1 to C5 alkylsilylamino group, a C1 to C5 alkoxy group, a C1 to C5 alkyl group It may be an organic group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamino group, or a C1 to C5 alkylphosphino group.
  • the C1 to C5 alkyl groups may be substituted or unsubstituted, linear or branched alkyl groups.
  • L 5 and/or L 6 may be selected regardless of each other among the above examples.
  • n1 and n2 when the sum of n1 and n2 is greater than or equal to 2, two of L 5 and L 6 may be taken together with the M c to which they are attached to form a heterocyclyl or heteroaryl.
  • Each bond between Z 1 , Z 2 , L 5 , or L 6 and M c may be a covalent bond or a coordinate bond regardless of each other.
  • the organic single molecule (O3) may be represented by Chemical Formula 3 above.
  • the organic single molecule (O3) may be the same as or different from the organic single molecule (O3) in the light absorption layer (FL 1 ) or the organic single molecule (O2) in the photoreactive layer (FL 2 ).
  • organic monomers (O3) in each layer may be the same or different.
  • adjacent Crosslinks may be formed between the etch-resistant inorganic single molecules M3 in the molecular wires ML.
  • M c -L 5 or M c -L 6 bonds in the etch-resistant inorganic monomolecules (M3) adjacent to each other react with the secondary electron to form an M c -Y 3 -M c bond. can do.
  • This M c -Y 3 -M c bond may not be etched by a developer and, as an example of an etchant for etching the layer 20 to be etched, may not be etched even by plasma.
  • the type of M c can be selected as above.
  • Y 3 may be O, S, Se, N, or P.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of a light absorbing layer in a multilayer molecular film photoresist having a vertical molecular beam structure according to an embodiment of the present invention.
  • m1 in FIG. 1 is 1
  • n1 is 1
  • l1 is 2.
  • the photoreactive layer FL 2 and/or the etching resistant layer FL 3 of FIG. 1 may also have one of these exemplary structures.
  • the multilayer molecular film photoresist 30 is an inorganic single molecule ( MM, M1, M2, or M3) and organic monomolecules (OM, O1, O2, or O3) may have a structure in which they are alternately stacked, and in this case, between the inorganic monomolecules (MM, M1, M2, or M3)
  • organic single molecule OM, O1, O2, or O3
  • OM, O1, O2, or O3 organic single molecule
  • both an inorganic single molecule (MM, M1, M2, or M3) and an organic single molecule (OM, O1, O2, or O3) are placed on the bottom (single molecule).
  • the molecular lines ML may each extend in a vertical direction, for example, in an upward direction with respect to the substrate 10 while being spaced apart from each other.
  • 3 to 7 are schematic diagrams sequentially showing a photolithography method according to an embodiment of the present invention.
  • 3 to 7 illustrate a case in which n1, n2, n3, m1, m2, m3, l1, l2, and l3 in FIG. 1 are all 1 in the multilayer molecular film photoresist 30 for convenience of description.
  • Formulas 2A, 2B, and 2C representing inorganic monomolecules (M1, M2, and M3), Z1 and Z2 are both bonds, and n1 and n2 are both 1.
  • a substrate 10 on which an etched layer 20 is formed may be provided.
  • the substrate 10 and the layer to be etched 20 may be the same as those described with reference to FIG. 1 .
  • a multilayer molecular film photoresist 30 may be formed on the layer 20 to be etched.
  • the multilayer molecular film photoresist 30 may be the same as the embodiment described with reference to FIG. 1 except for the description below.
  • the multilayer molecular film photoresist 30 is described by taking an example in which an etch-resistant layer (FL 3 ), a light absorption layer (FL 1 ), and a photoreactive layer (FL 2 ) are sequentially stacked. It is not limited, and the stacking order may vary depending on the type of the layer to be etched 20 and/or the type of pattern to be formed through photolithography.
  • the multilayer molecular film photoresist 30 may be formed using atomic layer deposition equipment or molecular layer deposition equipment.
  • a light absorption layer FL 1 may be formed on the layer 20 to be etched. Forming the light absorption layer FL 1 may be performed using an atomic layer deposition method, specifically, a molecular layer deposition method.
  • the light absorbing layer FL 1 is formed by performing a cycle including forming the light absorbing metal monomolecular layer M1 and forming the organic molecular layer O1 a plurality of times (l1 in Chemical Formula 1A). It can be. an organic precursor dosing step of dosing the organic precursor in the step of forming the organic molecular layer O1 and chemically bonding the organic precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted organic precursors and reaction products by supplying a purge gas.
  • the purge gas may be argon.
  • the organic precursor may be represented by Formula 4 below.
  • R a1 and R a2 may be hydrogen or an alkyl group of C1 to C2 independently of each other, and X b and X a are O, S, Se, NR regardless of each other (R is H or CH 3 ) or PR (R is H or CH 3 ). Meanwhile, Z 3 , Z 4 , and MR are as defined in Formula 3 above.
  • organic precursor may be as follows.
  • R 0 is a functional group on the surface of the lower layer
  • R 0 is hydrogen, a hydroxy group, a thiol group, an amine group, a phosphine group, a C1 to C5 alkyl group, a C1 to C5 alkoxy group, a C1 to C5 alkoxy group, It may be a C5 alkylthio group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamine group, or a C1 to C5 alkylphosphino group.
  • R a1 X b -Z 3 -MR-Z 4 -X a R a2 is an organic precursor, and each functional group is as defined in Chemical Formula 4 above.
  • the organic precursor may self-assemble on the lower layer by reacting with functional groups on the surface of the lower layer.
  • R 0 R a1 may be generated as a reaction by-product.
  • the remaining organic precursor and the reaction byproducts may be purged.
  • the purge gas may be argon.
  • a metal precursor for forming the light-absorbing metal monomolecular layer M1 may be represented by Chemical Formula 5A below.
  • R b1 and R b2 are independently of each other a halogen group (ex. Cl, Br, or I), a C1 to C5 alkyl group, a C1 to C5 alkylsilylamino group, a C1 to C5 alkoxy group, a C1 to C5 alkoxy group, and a C1 to C5 alkylsilylamino group. It may be a C5 alkylthio group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamino group, or a C1 to C5 alkylphosphino group.
  • the C1 to C5 alkyl groups may be substituted or unsubstituted linear or branched alkyl groups.
  • Z 1 , Z 2 , L 1 , L 2 , n 1 , n 2 , and M a are as defined in Formula 2A.
  • two of R bi , R b2 , L 1 , and L 2 may be taken together with M a to which they are directly or indirectly bonded to form a heterocyclyl or heteroaryl.
  • at least one of R b1 and R b2 may be in a state coordinated with M a .
  • metal precursor for forming the light-absorbing metal monomolecular layer M1 may be as follows.
  • R1, R2, R3, and R4 are C1 to C5 regardless of each other.
  • It may be an alkyl group.
  • reaction Formula 2 may occur.
  • *-X a R a2 is a surface functional group of the lower layer, specifically, a surface functional group of the previously formed organic molecular layer (O1), and the metal precursor of Chemical Formula 5A is the surface of the previously formed organic molecular layer (O1). It may react with functional groups to self-assemble on the surface of the organic molecular layer O1.
  • R a2 R b1 may be produced as a reaction by-product. Thereafter, in the purging step, the remaining metal precursor and the reaction byproducts may be purged.
  • each functional group may be the same as defined in Chemical Formulas 4 and 5A.
  • the light absorption layer FL 1 is formed of a plurality of metal monolayers M1 (when n1 in Formula 1A is 2 or more), a metal precursor dosing step and a purge step according to Scheme 2 described above are performed. Then, a reaction gas dosing step of dosing the reaction gas to react with the metal precursor chemically bonded to the lower layer; and a purge step of purging the unreacted reaction gas and the reaction product by supplying the purge gas to repeat the unit cycle.
  • the reaction gas may be a gas containing hydrogen, oxygen (ex. O 2 , O 3 , H 2 O), a gas containing nitrogen (ex. NH 3 ), and the like.
  • a photoreactive layer FL 2 may be formed on the light absorbing layer FL 1 or on the substrate before forming the light absorbing layer FL 1 .
  • Forming the photoreactive layer FL 2 may be performed using an atomic layer deposition method, specifically, a molecular layer deposition method.
  • the photoreactive layer FL 2 may be formed by performing a cycle including forming the photoreactive metal monomolecular layer M2 and forming the organic molecular layer O2 .
  • the forming of the organic molecular layer O2 may be formed using the same or similar method as the method of forming the organic molecular layer O1 described in the light absorption layer FL 1 .
  • -R 0 may be substituted with -R b2 which is an end group of the metal precursor self-assembled on the lower layer described in Scheme 2 above.
  • Forming the photoreactive metal monolayer M2 may include a metal precursor dosing step of dosing a metal precursor and chemically bonding the metal precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted metal precursors and reaction products by supplying a purge gas.
  • the purge gas may be argon.
  • a metal precursor for forming the photoreactive metal monolayer M2 may be represented by Chemical Formula 5B below.
  • R b1 and R b2 are independently of each other a halogen group (ex. Cl, Br, or I), a C1 to C5 alkyl group, a C1 to C5 alkylsilylamino group, a C1 to C5 alkoxy, C1 to C5 It may be a C5 alkylthio group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamino group, or a C1 to C5 alkylphosphino group.
  • the C1 to C5 alkyl groups may be substituted or unsubstituted, linear or branched alkyl groups.
  • Z 1 , Z 2 , L 3 , L 4 , n 1 , n 2 , and M b are as defined in Formula 2B.
  • R bi , R b2 , L 3 , and L 4 may be taken together with M b to which they are directly or indirectly bonded to form a heterocyclyl or heteroaryl.
  • at least one of R b1 and R b2 may be in a state coordinated with M b .
  • metal precursor for forming the photoreactive metal monolayer M2 may be as follows.
  • reaction Formula 3 may occur.
  • R a2 is a surface functional group of the lower layer, specifically, a surface functional group of the organic molecular layer (O2) formed previously, and the metal precursor of Formula 5B is the surface of the organic molecular layer (O2) formed previously. It may react with functional groups to self-assemble on the surface of the organic molecular layer O2.
  • R a2 R b1 may be produced as a reaction by-product. Thereafter, in the purging step, the remaining metal precursor and the reaction byproducts may be purged.
  • each functional group may be the same as defined in Formula 4 and Formula 5B.
  • the photoreaction layer FL 1 is formed of a plurality of metal monomolecular layers M2 (when n2 in Formula 1B is 2 or more), a metal precursor dosing step and a purge step according to Scheme 3 described above
  • a reaction gas dosing step of dosing a reaction gas to react with a metal precursor chemically bonded to the lower layer After performing, a reaction gas dosing step of dosing a reaction gas to react with a metal precursor chemically bonded to the lower layer; and a purge step of purging the unreacted reaction gas and the reaction product by supplying the purge gas to repeat the unit cycle.
  • the reaction gas may be hydrogen, a gas containing oxygen (ex. O 2 , O 3 , H 2 O), a gas containing nitrogen (ex. NH 3 ), and the like.
  • An etching resistant layer FL 3 may be formed on the light absorbing layer FL 1 or on the substrate before forming the light absorbing layer FL 1 .
  • Forming the etching resistant layer FL 3 may be performed using an atomic layer deposition method, specifically, a molecular layer deposition method.
  • the etch-resistant layer FL 3 may be formed by performing a cycle including forming the etch-resistant metal monomolecular layer M3 and forming the organic molecular layer O3 .
  • the forming of the organic molecular layer O3 may be formed using the same or similar method as the method of forming the organic molecular layer O1 described in the light absorption layer FL 1 .
  • -R 0 may be a surface functional group bonded to the surface to be etched.
  • Forming the etching-resistant metal monolayer M3 may include a metal precursor dosing step of dosing a metal precursor and chemically bonding the metal precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted metal precursors and reaction products by supplying a purge gas.
  • the purge gas may be argon.
  • a metal precursor for forming the etching-resistant metal monolayer M3 may be represented by Chemical Formula 5C.
  • R b1 and R b2 are independently of each other a halogen group (ex. Cl, Br, or I), a C1 to C5 alkyl group, a C1 to C5 alkylsilylamino group, a C1 to C5 alkoxy group, a C1 to C5 alkoxy group, and a C1 to C5 alkylsilylamino group. It may be a C5 alkylthio group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamino group, or a C1 to C5 alkylphosphino group.
  • the C1 to C5 alkyl groups may be substituted or unsubstituted, linear or branched alkyl groups.
  • Z 1 , Z 2 , L 5 , L 6 , n 1 , n 2 , and M c are as defined in Formula 2C.
  • optionally two of R bi , R b2 , L 5 , and L 6 may be taken together with M c to which they are directly or indirectly bonded to form a heterocyclyl or heteroaryl.
  • at least one of Rb1 and Rb2 may be coordinately bonded to M c .
  • metal precursor for forming the etch-resistant metal monolayer M3 may be as follows.
  • reaction Formula 4 may occur.
  • Reaction Formula 4 -X a R a2 is a surface functional group of the lower layer, specifically, a surface functional group of the organic molecular layer (O3) formed previously, and the metal precursor of Formula 5C is a surface functional group of the organic molecular layer (O3) formed previously. and may be self-assembled on the surface of the organic molecular layer O3.
  • R a2 R b1 may be produced as a reaction by-product. Thereafter, in the purging step, the remaining metal precursor and the reaction byproducts may be purged.
  • each functional group may be the same as defined in Formula 4 and Formula 5C.
  • the etching-resistant layer FL 1 is formed of a plurality of metal monolayers M3 (when n3 in Formula 1C is 2 or more), a metal precursor dosing step and a purge step according to Scheme 4 described above
  • a reaction gas dosing step of dosing a reaction gas to react with a metal precursor chemically bonded to the lower layer After performing, a reaction gas dosing step of dosing a reaction gas to react with a metal precursor chemically bonded to the lower layer; and a purge step of purging the unreacted reaction gas and the reaction product by supplying the purge gas to repeat the unit cycle.
  • the reaction gas may be hydrogen, a gas containing oxygen (ex. O 2 , O 3 , H 2 O), a gas containing nitrogen (ex. NH 3 ), and the like.
  • the multilayer molecular film photoresist 30 is formed by forming a metal monomolecular layer (MM in Formula 1) and forming an organic molecular layer (OM in Formula 1). It can be formed by performing a cycle comprising the steps.
  • the forming of the organic molecular layer (OM of Chemical Formula 1) may include an organic precursor dosing step of dosing the organic precursor of Chemical Formula 4 to chemically bond the organic precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted organic precursors and reaction products by supplying a purge gas.
  • the purge gas may be argon.
  • a reaction according to Scheme 1 may occur.
  • Forming the metal monomolecular layer may include a metal precursor dosing step of dosing a metal precursor of Chemical Formula 5 to chemically bond the metal precursor to a lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted metal precursors and reaction products by supplying a purge gas.
  • the purge gas may be argon.
  • R b1 and R b2 are independently of each other a halogen group (ex. Cl, Br, or I), a C1 to C5 alkyl group, a C1 to C5 alkylsilylamino group, a C1 to C5 alkoxy group, a C1 to C5 alkoxy group, and a C1 to C5 alkylsilylamino group. It may be a C5 alkylthio group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamino group, or a C1 to C5 alkylphosphino group.
  • the C1 to C5 alkyl groups may be substituted or unsubstituted linear or branched alkyl groups.
  • Z 1 , Z 2 , L a , L b , n a , n b , and M 0 are as defined in Formula 2.
  • R bi , R b2 , L a , and L b may be taken together with M 0 to which they are directly or indirectly bonded to form a heterocyclyl or heteroaryl.
  • at least one of R b1 and R b2 may be in a state coordinated with M 0 .
  • reaction Formula 5 may occur.
  • R a2 is a surface functional group of the lower layer, specifically, a surface functional group of the previously formed organic molecular layer (O), and the metal precursor of Chemical Formula 5 is the surface of the previously formed organic molecular layer (O). It may react with functional groups to self-assemble on the surface of the organic molecular layer (O).
  • R a2 R b1 may be produced as a reaction by-product. Thereafter, in the purging step, the remaining metal precursor and the reaction byproducts may be purged.
  • each functional group may be the same as defined in Chemical Formulas 4 and 5.
  • the metal precursor may be represented by Chemical Formulas 5A, 5B, or 5C.
  • the reaction according to Reaction Formula 2, 3, or 4 may occur in the metal precursor dosing step.
  • a portion of the multilayer molecular film photoresist 30 may be irradiated with radiation (hv), specifically, EUV or Ebeam.
  • radiation specifically, EUV or Ebeam.
  • M a which is a metal atom having a 4d or 5d orbital, may absorb the radiation to generate secondary electrons.
  • metal atoms or other elements in the photoreactive layer FL 2 and/or the etching resistant layer FL 3 may also absorb radiation to generate secondary electrons.
  • Crosslinks may be formed between photoreactive inorganic single molecules M2 in adjacent molecular lines ML by secondary electrons generated in the light absorption layer FL 1 .
  • M b -L 4 and L 3 -M b in the photoreactive inorganic single molecules (M2) adjacent to each other react by the secondary electron to form an M b -Y 2 -M b bond.
  • Y 2 may be O, S, Se, N, or P.
  • cross-links may also be formed between light-absorbing inorganic single molecules M1 in adjacent molecular lines ML by secondary electrons generated in the light-absorbing layer FL 1 .
  • M a -L 2 and L 1 -M a bonds in the light absorbing inorganic monomers M1 may react with the secondary electrons to form M a -Y 1 -M a bonds.
  • Y 1 may be O, S, Se, N, or P.
  • crosslinks may be formed between etch-resistant inorganic single molecules M3 in adjacent molecular lines ML by secondary electrons generated in the light absorption layer FL 1 .
  • the M c -L 6 and L 5 -M c bonds in the etched inorganic monomers (M3) may react with the secondary electron to form an M c -Y 3 -M c bond.
  • Y 3 may be O, S, Se, N, or P.
  • the multilayer molecular film photoresist 30 exposed by radiation may be exposed to a developer.
  • the multilayer molecular film photoresist pattern 31 is formed by removing the cross-linked portion between the inorganic monomolecules M1, M2, and M3 in the adjacent molecular lines ML by removing the crosslinks by the developer.
  • the developer is a developing solution, for example, water, isopropyl alcohol (IPA), methyl isobutyl ketone (MIBK), tetramethylammonium hydroxide (TMAH), or a developing gas, for example, CF 4 , Ar, O 2 , CHF 3 etc. or a plasma generated therefrom.
  • IPA isopropyl alcohol
  • MIBK methyl isobutyl ketone
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • a developing gas for example, CF 4 , Ar, O 2 , CHF 3 etc. or a plasma generated therefrom.
  • the film to be etched 20 may be etched using the multilayer molecular film photoresist pattern 31 as a mask.
  • This etching may be, for example, plasma etching.
  • the etching resistance of the multilayer molecular film photoresist pattern 31 is increased due to the M c -Y 3 -M c bond between the etch-resistant inorganic single molecules M3, thereby selectively forming the film to be etched 20. can be etched with
  • the multilayer molecular film photoresist pattern 31 may be removed. This can be done using the ashing method.
  • Molecular layer deposition equipment is a cycle including the step of forming a metal monomolecular layer (MM of Formula 1) and the step of forming an organic molecular layer (OM of Formula 1) a plurality of times, specifically Formula 1 It can be performed as many times as indicated by l of
  • the forming of the organic molecular layer (OM of Chemical Formula 1) may include an organic precursor dosing step of dosing the organic precursor of Chemical Formula 4 to chemically bond the organic precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted organic precursors and reaction products by supplying a purge gas.
  • the purge gas may be argon.
  • a reaction according to Scheme 1 may occur.
  • the forming of the metal monolayer may include a metal precursor dosing step of dosing the metal precursor of Chemical Formula 5 to chemically bond the metal precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted metal precursors and reaction products by supplying a purge gas.
  • the purge gas may be argon.
  • a reaction according to Scheme 5 may occur.
  • the metal precursor may be represented by Chemical Formulas 5A, 5B, or 5C.
  • the reaction according to Reaction Formula 2, 3, or 4 may occur in the metal precursor dosing step.
  • a cycle including forming a light absorbing metal monomolecular layer (M1) and forming an organic molecular layer (O1) on a substrate is specifically specified a plurality of times.
  • the light absorbing layer FL 1 may be formed by performing the light absorption layer FL 1 as many times as indicated by l1 in Chemical Formula 1A.
  • the purge gas may be argon.
  • a reaction according to Scheme 1 may occur.
  • the forming of the light-absorbing metal monolayer M1 may include a metal precursor dosing step of dosing the metal precursor of Chemical Formula 5A to chemically bond the metal precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted metal precursors and reaction products by supplying a purge gas.
  • the purge gas may be argon.
  • a reaction according to Scheme 2 may occur.
  • the photoreactive layer FL 2 may be formed by performing the cycle a plurality of times, specifically, as many times as indicated by l2 in Chemical Formula 1B.
  • the forming of the organic molecular layer O2 may be formed using the same or similar method as the method described for the light absorption layer FL 1 .
  • Forming the photoreactive metal monolayer M2 may include a metal precursor dosing step of dosing the metal precursor of Chemical Formula 5B to chemically bond the metal precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted metal precursors and reaction products by supplying a purge gas.
  • the purge gas may be argon.
  • a reaction according to Scheme 3 may occur.
  • an etching-resistant metal monomolecular layer (M3) on the light absorption layer (FL 1 ) or on the substrate before forming the light absorption layer (FL 1 ) and forming an organic molecular layer (O3).
  • the etching resistant layer FL 3 may be formed by performing the cycle a plurality of times, specifically, as many times as indicated by l3 in Chemical Formula 1C.
  • the forming of the organic molecular layer O3 may be formed using the same or similar method as the method described for the light absorption layer FL 1 .
  • Forming the etching-resistant metal monolayer M3 may include a metal precursor dosing step of dosing the metal precursor of Chemical Formula 5C to chemically bond the metal precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted metal precursors and reaction products by supplying a purge gas.
  • the purge gas may be argon.
  • a reaction according to Scheme 4 may occur.
  • inorganic single molecules and organic single molecules connected by bonding in the molecular lines are formed by self-assembly, so that each molecular line is formed on the top of the substrate. direction, and the molecular lines may be uniformly arranged in the transverse direction.
  • the distance between the molecular lines is very small, such as 1 nm or less, specifically 0.5 nm or less.
  • Line Edge Roughness which means pattern side roughness
  • LER Line Edge Roughness
  • the multilayer molecular film photoresist 30 includes a light-absorbing inorganic single molecule (M1) having an inorganic atom having a very high light absorption rate for EUV, specifically, a metal atom having a 4d or 5d orbital, Even for EUV with low stochastic failure, high photosensitivity (ex. 10 mJ/cm 2 ) can be exhibited.
  • FIG. 8 shows a unit cycle configuration for forming an inorganic molecular layer.
  • a unit cycle of dosing DEZ (diethylzinc) in the chamber for 2 seconds, purging the chamber for 30 seconds, dosing water (H 2 O) for 2 seconds, and purging the chamber for 30 seconds A plurality of times (30 times) was performed to form a ZnO inorganic molecular layer.
  • Figure 9 is a vertical design formed with reference to Figure 8 This is a SEM image taken after patterning the inorganic multilayer molecular film photoresist. Specifically, after irradiating e - beam at a voltage of 100 kV and a dose of 2500 uC/cm 2 on the vertically designed inorganic multilayer molecular film formed with reference to FIG. 8, in TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) in H 2 O It was developed by sonication for 2 minutes.
  • TMAH Tetramethylammonium hydroxide
  • FIG. 10 shows a unit cycle configuration for forming a multilayer molecular film photoresist having a vertical molecular line structure.
  • a substrate is loaded into a chamber, and while the substrate temperature is maintained at 100 to 300° C. (specifically, 100 to 150° C.), Hf precursor (Tetrakisdimethylamido Hafnium) and Ti precursor (Tetrakisdimethylamido Titanium) are used as inorganic precursors.
  • Hf precursor Tetrakisdimethylamido Hafnium
  • Ti precursor Tetrakisdimethylamido Titanium
  • Al precursor Trimethyl Aluminum
  • DEZ diethylzinc
  • dosing for 1 second purging the chamber for 5 seconds
  • 4-mercaptophenol as an organic precursor at a pressure of 0.01 to 10 torr (0.01 to 0.5 torr).
  • Dosing at a pressure of 10 torr (0.01 torr) for 1 second and purging the chamber for 5 seconds were performed multiple times (about 30 times) to form a multilayer molecular film photoresist having a thickness of about 20 nm.
  • 11A, 11B, and 11C are SEM images taken after patterning the photoresist formed using the method described with reference to FIG. 10 .
  • TMAH Tetramethylammonium hydroxide
  • a pattern having a half pitch and a line width of 500 nm is clearly formed.
  • a pattern is formed in the exposed portion, and the photoresist according to the present embodiment may be defined as a negative photoresist.
  • FIG. 12 is a graph showing the electron beam sensitivity of a photoresist formed using the method described with reference to FIG. 10 .
  • TMAH Tetramethylammonium hydroxide
  • the normalized thickness of the negative photoresist was expressed as 1 nm when the thickness immediately after deposition was maintained even after development, and the multilayer molecular film photoresist formed using the Hf precursor was the most As it shows a normalized thickness of 1 nm at a low e-beam dose, it can be seen that the sensitivity is excellent.
  • FIG. 13a is a schematic diagram showing a form of irradiating EUV and a dose condition
  • FIG. 13b is a photoresist obtained when irradiating EUV as shown in FIG. 13a to a photoresist using an Hf precursor formed using the method described with reference to FIG. 10
  • This is an optical photograph of a photoresist pattern.
  • FIG. 13a shows exposure by irradiating EUV as shown in FIG. 13a on a photoresist using the Hf precursor formed with reference to FIG. 10, and then in TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) in H 2 O for 2 minutes.
  • TMAH Tetramethylammonium hydroxide
  • FIG. 14a is an atomic force microscopy (AFM) image obtained after electron beam exposure and development of a photoresist using a Zn precursor formed by the method described with reference to FIG. 10, and FIG. 14b is an atomic force microscopy (AFM) image obtained after electron beam exposure and development of a PMMA photoresist.
  • AFM atomic force microscopy
  • the electron beam irradiated to the two photoresists was commonly irradiated under conditions of a voltage of 100 kV, 100 pA, and a dose of 2500 uC/cm 2 .
  • the photoresist using the Zn precursor was ultrasonically treated in TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) in H 2 O for 2 minutes, and the unexposed portion was removed by development.
  • TMAH Tetramethylammonium hydroxide
  • the photoresist using the Zn precursor has lower edge roughness than the PMMA photoresist.

Abstract

A multi-layered molecular film photoresist is provided. The multi-layered molecular film photoresist includes a plurality of molecular lines arranged in a longitudinal direction of a substrate, each of the molecular lines being extended in an upper direction of the substrate. Each of the molecular lines is in a connected state in which a plurality of inorganic single molecules are bonded to organic single molecules each interposed between at least some of the inorganic single molecules.

Description

분자선 구조를 갖는 다층 분자막 포토레지스트 및 이의 제조방법 Multilayer Molecular Film Photoresist with Molecular Line Structure and Manufacturing Method Thereof
본 발명은 포토레지스트에 관한 것으로 자세하게는 EUV용 포토레지스트에 관한 것이다.The present invention relates to a photoresist, and more particularly to a photoresist for EUV.
포토레지스트 관련하여 지속적으로 연구가 이루어져왔으며 특히 액체상태의 감광액을 제조한 후 스핀코팅하여 기판에 증착하는 방식이 가장 활발하게 연구되어 왔다. 이러한 전통적인 포토레지스트로 고분자 수지, PAG(Photo-Acid Generator), 및 베이스 (퀜처, quencher)를 함유하는 화학증폭형 포토레지스트(Chemically Amplified Resist; CAR)가 주로 사용된다.Research has been continuously conducted in relation to photoresist, and in particular, a method of preparing a photoresist in a liquid state and then spin-coating it to deposit it on a substrate has been studied most actively. As such a conventional photoresist, a chemically amplified photoresist (CAR) containing a polymer resin, a photo-acid generator (PAG), and a base (quencher) is mainly used.
최근, 반도체 업계에서는 10 nm 이하의 초미세 패턴 형성이 가능한 극자외선(Extreme Ultraviolet, EUV) 광원을 사용하는 EUV 노광기술(Photo Lithography)를 도입하고 있다.Recently, the semiconductor industry has introduced EUV photo lithography using an extreme ultraviolet (EUV) light source capable of forming ultra-fine patterns of 10 nm or less.
그러나, EUV는 193nm의 DUV(deep UV) 대비 1/14로 낮은 광자 밀도를 가짐에 따라 확률적 불량(stochastic failure) 구체적으로, 화학 확률적 불량 (chemical stochastic failure)을 유발할 수 있다. 예를 들어, 상기 CAR의 경우 낮은 광자 밀도로 인해 PAG가 반응할 확률이 낮아 샷 노이즈가 발생할 수 있다. 이와 더불어, CAR의 경우 고분자 수지 입자의 크기가 4 nm 이상으로 커서 비교적 큰 선단거칠기(line edge roughness)를 나타내는 단점이 있다고 알려져 있다. However, since EUV has a photon density as low as 1/14 of that of 193 nm deep UV (DUV), it may cause stochastic failure, specifically, chemical stochastic failure. For example, in the case of the CAR, shot noise may occur due to a low probability that the PAG responds due to a low photon density. In addition, it is known that in the case of CAR, there is a disadvantage in that the size of the polymer resin particles is larger than 4 nm, resulting in relatively large line edge roughness.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 광자 흡수성이 우수하고, 선단거칠기가 낮은 포토레지스트를 제공함에 있다.Accordingly, an object to be solved by the present invention is to provide a photoresist having excellent photon absorption and low edge roughness.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 분자막 포토레지스트가 제공된다. 상기 다층 분자막 포토레지스트는 기판의 상부방향으로 각각 연장되고 횡방향으로 다수개 배치된 분자선들을 구비한다. 각 분자선은 다수의 무기 단분자들과 상기 무기 단분자들 중 적어도 일부의 무기 단분자들 사이에 개재된 유기 단분자가 결합에 의해 연결된 것이다.According to one embodiment of the present invention, a multilayer molecular film photoresist is provided. The multilayer molecular film photoresist includes a plurality of molecular lines extending in an upper direction of the substrate and arranged in a transverse direction. Each molecular line is formed by bonding a plurality of inorganic single molecules and organic single molecules interposed between at least some of the inorganic single molecules among the inorganic single molecules.
상기 분자선들 중 횡방향으로 인접하는 분자선들 내의 상기 유기 단분자들 사이에 반데르발스 상호작용이 존재할 수 있다. 상기 반데르발스 상호작용은 π-π 결합일 수 있다.Van der Waals interactions may exist between the organic monomolecules in horizontally adjacent molecular lines among the molecular lines. The van der Waals interaction may be a π-π bond.
상기 각 분자선은 상기 무기 단분자와 상기 유기 단분자가 교호 적층되어 결합된 것일 수 있다. Each of the molecular lines may be obtained by alternately stacking and combining the inorganic single molecule and the organic single molecule.
상기 분자선들에 구비된 무기 단분자들은 횡방향으로 동일하게 배치되어 무기 단분자층을 구성하고, 상기 분자선들에 구비된 무기 단분자들은 횡방향으로 동일하게 배치되어 유기단분자층을 구성할 수 있다.Inorganic monomolecules included in the molecular wires may be equally arranged in a lateral direction to form an inorganic monomolecular layer, and inorganic monomolecules included in the molecular wires may be equally arranged in a lateral direction to constitute an organic monomolecular layer.
상기 다층 분자막 포토레지스트는 광흡수 무기단분자를 구비하는 광흡수층, 광반응 무기 단분자를 구비하는 광반응층, 및 내에칭 무기 단분자를 구비하는 내에칭성층 중 적어도 하나의 층을 가질 수 있다. 상기 광흡수 무기단분자는 d 오비탈을 구비하는 금속원소를 갖는 무기단분자일 수 있다. 상기 광흡수 무기단분자 내 상기 금속원소는 Sn, Sb, Te, 또는 Bi일 수 있다. 상기 광반응 무기단분자는 Zr, Al, Hf, Zn, 또는 In의 금속원소를 가질 수 있다. 상기 내에칭 무기 단분자는, Al, Ti, W, Zn, 또는 Cu의 금속원소를 가질 수 있다.The multilayer molecular film photoresist may have at least one of a light absorbing layer including light absorbing inorganic single molecules, a photoreactive layer including photoreactive inorganic single molecules, and an etch resistant layer including etch resistant inorganic single molecules. there is. The light-absorbing inorganic inorganic molecule may be an inorganic inorganic molecule having a metal element having a d orbital. The metal element in the light-absorbing inorganic group molecule may be Sn, Sb, Te, or Bi. The photoreactive inorganic single molecule may have a metal element such as Zr, Al, Hf, Zn, or In. The etch-resistant inorganic single molecule may have a metal element such as Al, Ti, W, Zn, or Cu.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 분자막 포토레지스트의 다른 예가 제공된다. 상기 다층 분자막 포토레지스트는 기판의 상부방향으로 각각 연장되고 횡방향으로 다수개 배치된 분자선들을 구비한다. 상기 각 분자선은 하기 화학식 1로 나타낸 층을 갖는다.According to one embodiment of the present invention, another example of a multilayer molecular film photoresist is provided. The multilayer molecular film photoresist includes a plurality of molecular lines extending in an upper direction of the substrate and arranged in a transverse direction. Each of the above molecular lines has a layer represented by Formula 1 below.
[화학식 1][Formula 1]
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000001
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000001
상기 화학식 1에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기와의 결합이고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기와의 결합이고, M는 금속원소를 포함하는 무기 단분자이고, O는 유기 단분자이고, m는 1 내지 2이고, n는 1 내지 2이고, l는 1 내지 1000이다.In Formula 1, one of * is a bond with a functional group in the lower layer, the other is a bond with a functional group in the upper layer, M is an inorganic single molecule containing a metal element, O is an organic single molecule, and m is 1 to 2, n is 1 to 2, and l is 1 to 1000.
상기 유기 단분자는 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.The organic single molecule may be represented by Formula 3 below.
[화학식 3] [Formula 3]
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000002
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000002
상기 화학식 3에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기와의 결합이고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기와의 결합이고, Xb은 O, S, Se, NR(R은 H 또는 CH3) 또는 PR(R은 H 또는 CH3)이고, MR은 치환 또는 비치환된 방항족 고리, 또는 C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 그리고 선형 또는 분지형 알킬렌기이고, MR이 상기 방향족 고리인 경우에, Z3 및 Z4는 서로에 관계없이 결합 혹은 C1 내지 C5의 치환 또는 비치환된 그리고 선형 또는 분지형 알킬렌기이고, MR이 상기 알킬렌기인 경우에, Z3 및 Z4는 결합이다.In Formula 3, one of * is a bond with a functional group in the lower layer, the other is a bond with a functional group in the upper layer, and X b is O, S, Se, NR (R is H or CH 3 ) or PR ( R is H or CH 3 ), MR is a substituted or unsubstituted aromatic ring, or a C1 to C18 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group, and when MR is the above aromatic ring, Z 3 and Z 4 are, independently of each other, a bond or a C1 to C5 substituted or unsubstituted and linear or branched alkylene group, and when MR is the alkylene group, Z 3 and Z 4 are bonds.
상기 화학식 1에서 M은 d 오비탈을 구비하는 금속원소를 포함하는 광흡수 무기 단분자, Zr, Al, Hf, Zn, 또는 In를 포함하는 광반응 무기 단분자, 혹은 Al, Ti, Cu, W, 또는 Zn를 포함하는 내에칭 무기 단분자일 수 있다.In Formula 1, M is a light absorbing inorganic single molecule containing a metal element having d orbital, a photoreactive inorganic single molecule including Zr, Al, Hf, Zn, or In, or Al, Ti, Cu, W, Or it may be an etch-resistant inorganic single molecule containing Zn.
상기 화학식 1로 나타낸 층은 하기 화학식 1A로 나타낸 층일 수 있다. The layer represented by Chemical Formula 1 may be a layer represented by Chemical Formula 1A below.
[화학식 1A][Formula 1A]
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000003
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000003
상기 화학식 1A에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기와의 결합이고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기와의 결합이고, M1는 d 오비탈을 구비하는 금속원소를 포함하는 광흡수 무기 단분자이고, O1는 유기 단분자이고, m1는 1 내지 2이고, n1는 1 내지 2이고, l1는 1 내지 1000일 수 있다.In Chemical Formula 1A, one of * is a bond with a functional group in the lower layer, and the other is a bond with a functional group in the upper layer, M1 is a light-absorbing inorganic monomolecule containing a metal element having a d orbital, and O1 is It is an organic single molecule, m1 may be 1 to 2, n1 may be 1 to 2, and l1 may be 1 to 1000.
상기 각 분자선은 상기 화학식 1A로 나타낸 층의 상부 또는 하부에 하기 화학식 1B로 나타낸 층을 구비할 수 있다.Each of the molecular wires may include a layer represented by Chemical Formula 1B below or above the layer represented by Chemical Formula 1A.
[화학식 1B][Formula 1B]
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000004
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000004
상기 화학식 1B에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기와의 결합이고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기와의 결합이고, M2는 Zr, Al, Hf, Zn, 또는 In를 포함하는 광반응 무기 단분자이고, O2는 유기 단분자이고, m2는 1 내지 2이고, n2는 1 내지 2이고, l2는 1 내지 1000일 수 있다.In Formula 1B, one of * is a bond with a functional group in the lower layer, and the other is a bond with a functional group in the upper layer, M2 is a photoreactive inorganic monomolecule including Zr, Al, Hf, Zn, or In, , O2 is an organic monomer, m2 is 1 to 2, n2 is 1 to 2, and l2 may be 1 to 1000.
상기 각 분자선은 상기 화학식 1A로 나타낸 층의 상부 또는 하부에 하기 화학식 1C로 나타낸 층을 구비할 수 있다.Each of the molecular lines may include a layer represented by the following Chemical Formula 1C above or below the layer represented by the Chemical Formula 1A.
[화학식 1C][Formula 1C]
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000005
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000005
상기 화학식 1C에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기와의 결합이고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기와의 결합이고, M3는 Al, Ti, Cu, W, Zn를 포함하는 내에칭 무기 단분자이고, O3는 유기 단분자이고, m3는 1 내지 2이고, n3는 1 내지 2이고, l3는 1 내지 1000일 수 있다.In Formula 1C, one of * is a bond with a functional group in the lower layer, and the other is a bond with a functional group in the upper layer, M3 is an etch-resistant inorganic monomolecule including Al, Ti, Cu, W, and Zn, O3 is an organic monomer, m3 may be 1 to 2, n3 may be 1 to 2, and l3 may be 1 to 1000.
상기 다층 분자막 포토레지스트는 EUV용 포토레지스트일 수 있다.The multilayer molecular film photoresist may be a photoresist for EUV.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 다층 분자막 포토레지스트 증착장비를 제공할 수 있다. 상기 다층 분자막 포토레지스트 증착장비는 기판의 상부방향으로 각각 연장되고 횡방향으로 다수개 배치된 분자선들을 구비하되, 상기 각 분자선은 하기 화학식 1로 나타낸 층을 갖는 다층 분자막 포토레지스트를 제조하되, 상기 화학식 1로 나타낸 층은 기판 상에 금속 단분자층을 형성하는 단계와 유기 분자층을 형성하는 단계를 포함하는 사이클을 다수회 수행하여 형성한다.According to another embodiment of the present invention, it is possible to provide a multilayer molecular film photoresist deposition equipment. The multilayer molecular film photoresist deposition equipment is provided with a plurality of molecular lines extending in the upper direction of the substrate and arranged in a lateral direction, wherein each molecular line has a layer represented by the following formula (1) To prepare a multilayer molecular film photoresist, The layer represented by Chemical Formula 1 is formed by performing a plurality of cycles including forming a metal monomolecular layer and forming an organic molecular layer on a substrate.
[화학식 1][Formula 1]
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000006
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000006
상기 화학식 1에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기와의 결합이고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기와의 결합이고, M는 금속원소를 포함하는 무기 단분자이고, O는 유기 단분자이고, m는 1 내지 2이고, n는 1 내지 2이고, l는 1 내지 1000이다.In Formula 1, one of * is a bond with a functional group in the lower layer, the other is a bond with a functional group in the upper layer, M is an inorganic single molecule containing a metal element, O is an organic single molecule, and m is 1 to 2, n is 1 to 2, and l is 1 to 1000.
상기 유기 단분자는 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.The organic single molecule may be represented by Formula 3 below.
[화학식 3] [Formula 3]
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000007
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000007
상기 화학식 3에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기와의 결합이고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기와의 결합이고, Xb은 O, S, Se, NR(R은 H 또는 CH3) 또는 PR(R은 H 또는 CH3)이고, MR은 치환 또는 비치환된 방항족 고리, 또는 C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 그리고 선형 또는 분지형 알킬렌기이고, MR이 상기 방향족 고리인 경우에, Z3 및 Z4는 서로에 관계없이 결합 혹은 C1 내지 C5의 치환 또는 비치환된 그리고 선형 또는 분지형 알킬렌기이고, MR이 상기 알킬렌기인 경우에, Z3 및 Z4는 결합이다.In Formula 3, one of * is a bond with a functional group in the lower layer, the other is a bond with a functional group in the upper layer, and X b is O, S, Se, NR (R is H or CH 3 ) or PR ( R is H or CH 3 ), MR is a substituted or unsubstituted aromatic ring, or a C1 to C18 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group, and when MR is the above aromatic ring, Z 3 and Z 4 are, independently of each other, a bond or a C1 to C5 substituted or unsubstituted and linear or branched alkylene group, and when MR is the alkylene group, Z 3 and Z 4 are bonds.
상기 화학식 1에서 M은 d 오비탈을 구비하는 금속원소를 포함하는 광흡수 무기 단분자, Zr, Al, Hf, Zn, 또는 In를 포함하는 광반응 무기 단분자, 혹은 Al, Ti, Cu, W, 또는 Zn를 포함하는 내에칭 무기 단분자일 수 있다.In Formula 1, M is a light absorbing inorganic single molecule containing a metal element having d orbital, a photoreactive inorganic single molecule including Zr, Al, Hf, Zn, or In, or Al, Ti, Cu, W, Or it may be an etch-resistant inorganic single molecule containing Zn.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층 분자막 포토레지스트는 노광 및 현상시에 입자가 아닌 분자선들 사이를 분리함에 따라 패턴 측면 거칠기를 의미하는 선단 거칠기(Line Edge Roughness, LER)가 1.2nm 이하로 매우 낮을 수 있으며, 또한 해상도(resolution) 또한 6 nm 이하로 크게 향상될 수 있다. The multilayer molecular film photoresist according to an embodiment of the present invention has Line Edge Roughness (LER) of 1.2 nm or less, which means pattern side roughness, as it separates between molecular lines rather than particles during exposure and development. It may be low, and also the resolution (resolution) can also be greatly improved to 6 nm or less.
이와 더불어, 다층 분자막 포토레지스트는 일 예에서 EUV에 대한 광흡수율이 매우 높은 무기 원자 구체적으로, 4d 또는 5d 오비탈을 갖는 금속 원자를 구비하는 광흡수 무기 단분자를 포함하여, 광자밀도가 낮은 EUV에 대해서도 스토캐스틱 결함(Stochastic Failure)이 낮으면서도 높은 광감도(ex. 10 mJ/cm2)를 나타낼 수 있다.In addition, the multilayer molecular film photoresist includes, in one example, an inorganic atom having a very high light absorption rate for EUV, specifically, a light absorbing inorganic single molecule having a metal atom having a 4d or 5d orbital, and thus having a low photon density for EUV. It can exhibit high photosensitivity (ex. 10 mJ/cm 2 ) while having a low stochastic failure.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 분자선 구조를 갖는 다층 분자막 포토레지스트를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a multilayer molecular film photoresist having a vertical molecular beam structure according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 분자선 구조를 갖는 다층 분자막 포토레지스트 중 광흡수층의 다른 예를 나타낸 개략도이다. 2 is a schematic diagram showing another example of a light absorbing layer in a multilayer molecular film photoresist having a vertical molecular beam structure according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토리소그라피법을 순차적으로 나타낸 개략도들이다.3 to 7 are schematic diagrams sequentially showing a photolithography method according to an embodiment of the present invention.
도 8은 무기분자층을 형성하기 위한 단위 사이클 구성을 나타낸다.8 shows a unit cycle configuration for forming an inorganic molecular layer.
도 9는 도 8을 참조하여 형성한 수직 설계된 무기다층분자막 포토레지스트를 를 패터닝한 후 촬영한 SEM 이미지이다.Figure 9 is a vertical design formed with reference to Figure 8 This is a SEM image taken after patterning the inorganic multilayer molecular film photoresist.
도 10은 수직분자선 구조를 갖는 다층 분자막 포토레지스트을 형성하기 위한 단위 사이클 구성을 나타낸다.10 shows a unit cycle configuration for forming a multilayer molecular film photoresist having a vertical molecular line structure.
도 11a, 도 11b, 및 도 11c는 도 10을 참조하여 설명한 방법을 사용하여 형성한 포토레지스트를 패터닝한 후 촬영한 SEM 이미지들이다.11A, 11B, and 11C are SEM images taken after patterning the photoresist formed using the method described with reference to FIG. 10 .
도 12는 도 10을 참조하여 설명한 방법을 사용하여 형성한 포토레지스트의 전자빔에 관한 민감도를 보여주는 그래프이다.FIG. 12 is a graph showing the electron beam sensitivity of a photoresist formed using the method described with reference to FIG. 10 .
도 13a는 EUV를 조사하는 형태와 도즈조건을 나타낸 개략도이고, 도 13b는 도 13a에 도시된 바와 같은 EUV를 도 10을 참조하여 설명한 방법을 사용하여 형성한 Hf 전구체를 사용한 포토레지스트에 조사한 경우 얻어지는 포토레지스트 패턴을 촬영한 광학사진이다.FIG. 13a is a schematic diagram showing a form of irradiating EUV and a dose condition, and FIG. 13b is a photoresist obtained when irradiating EUV as shown in FIG. 13a to a photoresist using an Hf precursor formed using the method described with reference to FIG. 10 This is an optical photograph of a photoresist pattern.
도 14a는 도 10을 참조하여 설명한 방법을 사용하여 형성한 Zn 전구체를 사용한 포토레지스트를 전자빔 노광 및 현상 후 얻어진 AFM (Atomic force microscopy)이미지이고, 도 14b는 PMMA 포토레지스트를 전자빔 노광 및 현상 후 얻어진 AFM (Atomic force microscopy)이미지이다.FIG. 14a is an atomic force microscopy (AFM) image obtained after electron beam exposure and development of a photoresist using a Zn precursor formed by the method described with reference to FIG. 10, and FIG. 14b is an atomic force microscopy (AFM) image obtained after electron beam exposure and development of a PMMA photoresist. This is an AFM (Atomic force microscopy) image.
본 명세서에서, 금속은 모든 금속을 포함하는 개념일 수 있으나, 일 예로서, 전이금속, 전이후금속, 혹은 준금속일 수 있다.In this specification, the metal may be a concept including all metals, but as an example, it may be a transition metal, a post-transition metal, or a metalloid.
본 명세서에서, 방사선은 일 예로서, EUV 혹은 E-beam일 수 있다. 그러나, 경우에 따라서는 이에 한정되지 않는다.In this specification, radiation may be, for example, EUV or E-beam. However, in some cases, it is not limited to this.
본 명세서에서, 단분자는 고분자가 아닌 분자를 의미하며, 일 예로서, 저분자(small molecule) 구체적으로, 원자수 100개 이하, 구체적으로 원자수 30개 이하의 분자를 의미할 수 있다.In the present specification, a single molecule refers to a molecule other than a polymer, and as an example, a small molecule may refer to a molecule having 100 or less atoms, specifically, 30 or less atoms.
본 명세서에서, 분자들이 혹은 작용기들이"결합에 의해 연결됨"은 이들이 직접적으로 연결되거나 혹은 이들 사이에 다른 분자(들) 혹은 작용기가 배치되어 간접적으로 연결된 것을 의미할 수도 있다.In the present specification, molecules or functional groups "linked by a bond" may mean that they are directly linked or indirectly linked by placing another molecule(s) or functional group therebetween.
본 명세서에서 "탄소수(C)X 내지 탄소수(C)Y"라고 기재한 경우에는, 탄소수 X와 탄소수 Y 사이의 모든 정수에 해당하는 수의 탄소수를 갖는 경우도 함께 기재된 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, C1 내지 C10으로 기재한 경우, C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, 및 C10이 모두 기재된 것으로 해석되어야 한다.In the present specification, when "carbon number (C)X to carbon number (C)Y" is described, it should be interpreted as having a number of carbon atoms corresponding to all integers between carbon number X and carbon number Y. For example, when C1 to C10 are described, it should be interpreted that C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, and C10 are all described.
본 명세서에서 "X 내지 Y"라고 기재한 경우에는, X와 Y 사이의 모든 정수에 해당하는 수도 함께 기재된 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 1 내지 10으로 기재한 경우, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 및 10이 모두 기재된 것으로 해석되어야 한다.In this specification, when "X to Y" is described, it should be interpreted that the numbers corresponding to all integers between X and Y are also described. For example, when written as 1 to 10, it should be interpreted that 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, and 10 are all described.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 분자선 구조를 갖는 다층 분자막 포토레지스트를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a multilayer molecular film photoresist having a vertical molecular beam structure according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 기판(10)이 제공될 수 있다. 상기 기판은 반도체 기판, 유리 기판, 또는 플렉시블 기판인 베어(bare) 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 플렉시블 기판은 고분자 기판일 수 있다. 상기 기판 상에는 트랜지스터, 메모리, 다이오드, 태양 전지, 광 소자, 생체 센서, 나노 전자 기계 시스템(NEMS), 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS), 나노 소자, 또는 화학 센서 등의 소자(미도시)가 적어도 하나 형성된 것일 수 있다. 상기 소자는 유기발광다이오드, 유기태양전지 등의 유기전자소자일 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에서, 기판(10)은 상기 베어(bare) 기판, 또는 상기 베어 기판의 상부에 상기 소자가 형성된 것일 수 있다.Referring to FIG. 1 , a substrate 10 may be provided. The substrate may be a bare substrate such as a semiconductor substrate, a glass substrate, or a flexible substrate. For example, the flexible substrate may be a polymer substrate. On the substrate, at least one device (not shown) such as a transistor, memory, diode, solar cell, optical device, biosensor, nanoelectromechanical system (NEMS), microelectromechanical system (MEMS), nanodevice, or chemical sensor is provided. may have been formed. The device may be an organic electronic device such as an organic light emitting diode and an organic solar cell. As such, in the present embodiment, the substrate 10 may be the bare substrate or the element formed on top of the bare substrate.
상기 기판(10) 상에 피식각층(20)이 형성될 수 있다. 상기 피식각층(20)은 포토레지스트 패턴 형성 후 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 식각되어 패턴을 형성하는 층으로, 반도체 공정에서 사용하는 다양한 재질로 형성될 수 있다. 일 예로서, 상기 피식각층(20)은 금속막, 반도체막, 절연막, 또는 이들 중 어느 하나가 포함된 복합막일 수 있다. 상기 금속막은 배선을 형성하기 위한 것으로, 알루미늄, 텅스텐, 티타늄, 또는 이들 중 어느 하나가 포함된 복합막일 수 있다. 상기 반도체막은 실리콘막, 예를 들어, 단결정 실리콘, 폴리실리콘, 비정질 실리콘막, 또는 이들 중 어느 하나가 포함된 복합막일 수 있다. 상기 절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등의 무기절연막; 비정질 탄소막 등의 유기절연막; 또는 이들 중 어느 하나가 포함된 복합막일 수 있다. 일 예에서, 상기 피식각층(20)은 상기 베어(bare) 기판일 수도 있다.An etching target layer 20 may be formed on the substrate 10 . The layer to be etched 20 is a layer that is etched using the photoresist pattern as an etching mask to form a pattern after forming a photoresist pattern, and may be formed of various materials used in a semiconductor process. As an example, the layer to be etched 20 may be a metal film, a semiconductor film, an insulating film, or a composite film including any one of these. The metal film is for forming a wire, and may be aluminum, tungsten, titanium, or a composite film containing any one of these. The semiconductor film may be a silicon film, for example, a single crystal silicon film, polysilicon film, an amorphous silicon film, or a composite film including any one of these. The insulating film may include an inorganic insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film; organic insulating films such as amorphous carbon films; Or it may be a composite film containing any one of these. In one example, the layer to be etched 20 may be the bare substrate.
상기 피식각층(20)의 표면 작용기 일 예로서, 하이드록시기, 티올기, 아민기, 또는 포스핀기(phosphine group)를 구비하거나 혹은 이를 구비하도록 표면처리된 것일 수 있다.As an example of the surface functional group of the layer 20 to be etched, it may have a hydroxyl group, a thiol group, an amine group, or a phosphine group, or may be surface-treated to have it.
상기 피식각층(20) 상에 분자선 구조를 갖는 다층 분자막 포토레지스트(30)가 형성될 수 있다.A multilayer molecular film photoresist 30 having a molecular beam structure may be formed on the layer 20 to be etched.
상기 다층 분자막 포토레지스트(30)는 각각이 무기 단분자들(M1, M2, 또는 M3)이 직접 또는 간접적으로 결합에 의해 연결된 분자선들(ML)을 횡방향으로 다수 개 구비하는 것일 수 있다. 이 때, 간접적으로 연결되어 있다는 것은 무기 단분자들 (M1, M2, 또는 M3) 사이에 다른 단분자 일 예로서 후술하는 유기 단분자(O1, O2, 또는 O3), 혹은 작용기가 결합되어 있음을 의미할 수 있다. 상기 결합은 공유결합 또는 배위결합일 수 있다. 일 예에서, 상기 분자선들(ML)은 기판(10)에 대해 상부방향 일 예로서, 수직방향으로 각각 연장될 수 있고, 상기 횡방향은 기판(10) 표면과 실질적으로 평행한 방향일 수 있다. The multilayer molecular film photoresist 30 may include a plurality of molecular lines ML in a transverse direction to which inorganic single molecules M1 , M2 , or M3 are directly or indirectly connected by bonding. At this time, being indirectly connected means that an organic single molecule (O1, O2, or O3) or a functional group, which will be described later as an example of another single molecule, is bonded between the inorganic single molecules (M1, M2, or M3). can mean The bond may be a covalent bond or a coordinate bond. In one example, the molecular lines ML may each extend in an upward direction, for example, a vertical direction with respect to the substrate 10, and the transverse direction may be a direction substantially parallel to the surface of the substrate 10. .
본 실시예에서, 다층 분자막 포토레지스트(30)는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition) 혹은 분자층 증착법 (Molecular Layer Deposition)을 사용하여 형성되므로, 다층 분자막 포토레지스트(30)내의 거의 모든 분자선들(ML)은 실질적으로 동일 적층구조를 가질 수 있다. 그 결과, 다층 분자막 포토레지스트(30) 내의 분자선들(ML)은 횡방향으로 동일한 무기 단분자층과 동일한 유기 단분자층을 가질 수 있다. 다시 말해서, 상기 분자선들에 구비된 무기 단분자들은 횡방향으로 동일하게 배치되어 무기 단분자층을 구성하고, 상기 분자선들에 구비된 유기 단분자들은 횡방향으로 동일하게 배치되어 유기단분자층을 구성할 수 있다.In this embodiment, since the multilayer molecular film photoresist 30 is formed using atomic layer deposition or molecular layer deposition, almost all of the molecular lines in the multilayer molecular film photoresist 30 (ML) may have substantially the same laminated structure. As a result, the molecular lines ML in the multilayer molecular film photoresist 30 may have the same inorganic monolayer and the same organic monolayer in the lateral direction. In other words, the inorganic monomolecules included in the molecular lines are equally arranged in the lateral direction to form an inorganic monomolecular layer, and the organic monomolecules provided in the molecular lines are equally arranged in the lateral direction to form an organic monomolecular layer. .
상기 다층 분자막 포토레지스트(30)는 유무기 다층 분자막 포토레지스트일 수 있다. 구체적으로, 상기 다층 분자막 포토레지스트(30)는, 각 분자선(ML)에 포함된 일부의 무기 단분자들(M1, M2, M3) 사이에 유기 단분자(O1, O2, O3)가 개재되어 결합된 것을 의미할 수 있다. 이 경우, 상기 다층 분자막 포토레지스트(30)는 유기 단분자(O1, O2, O3)와 무기 단분자(M1, M2, M3)가 결합에 의해 연결된 분자선들(ML)을 횡방향으로 다수 개 구비하고, 상기 분자선들(ML) 중 서로 인접하는 분자선들(ML) 내의 유기 단분자들(O1, O2, O3) 사이에 반데르발스 상호작용(VI)을 갖는 것일 수 있다. 이 때, 반데르발스 상호작용(VI)은 횡방향으로 인접하는 분자선들(ML)을 안정화시켜, 높은 종횡비를 갖는 경우에도 패턴이 무너지지 않도록 하는 역할을 할 수 있다. 상기 반데르발스 상호작용은 일 예에서, 방향족기들 사이의 π-π 결합일 수 있다. The multilayer molecular film photoresist 30 may be an organic/inorganic multilayer molecular film photoresist. Specifically, in the multilayer molecular film photoresist 30, organic single molecules (O1, O2, O3) are interposed between some inorganic single molecules (M1, M2, M3) included in each molecular line (ML). can mean combined. In this case, the multilayer molecular film photoresist 30 has a plurality of molecular lines (ML) in which organic single molecules (O1, O2, and O3) and inorganic single molecules (M1, M2, and M3) are connected by bonds in the transverse direction. and may have van der Waals interactions (VI) between organic single molecules O1 , O2 , and O3 in adjacent molecular lines ML among the molecular lines ML. At this time, the van der Waals interaction (VI) may serve to stabilize the molecular lines (ML) adjacent in the lateral direction so that the pattern does not collapse even when the aspect ratio is high. In one example, the van der Waals interaction may be a π-π bond between aromatic groups.
상기 다층 분자막 포토레지스트(30)는 하기 화학식 1로 표시되는 층 구성을 가질 수 있다.The multilayer molecular film photoresist 30 may have a layer configuration represented by Chemical Formula 1 below.
[화학식 1][Formula 1]
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000008
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상기 화학식 1에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기 혹은 하부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기 혹은 상부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있다. 이 때 결합은 일 예로서, 공유결합일 수 있다. OM은 유기 단분자일 수 있다. 구체적으로, 상기 OM은 하기 화학식 3으로 표시되는 유기 단분자일 수 있다. 상기 화학식 1에서, m은 0 내지 10일 수 있고, n는 1 내지 10일 수 있고, l는 1 내지 10000 구체적으로 20 내지 1000, 더 구체적으로 25 내지 100일 수 있다. 구체적으로, m은 1 내지 2, 일 예로서, m은 1일 수 있다. n 또한, 1 내지 2, 일 예로서 n은 1일 수 있다.In Chemical Formula 1, one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule. In this case, the bond may be, for example, a covalent bond. OM may be an organic monomer. Specifically, the OM may be an organic single molecule represented by Chemical Formula 3 below. In Formula 1, m may be 0 to 10, n may be 1 to 10, and l may be 1 to 10000, specifically 20 to 1000, and more specifically 25 to 100. Specifically, m may be 1 to 2, for example, m may be 1. n Also, 1 to 2, as an example, n may be 1.
MM은 금속원소를 포함하는 무기 단분자, 구체적으로는 유기금속 단분자일 수 있다. MM은 일 예로서, d 오비탈을 구비하는 금속원소를 포함하는 광흡수 무기 단분자, Zr, Al, Hf, Zn, 또는 In를 포함하는 광반응 무기 단분자, 혹은 Al, Ti, Cu, W, 또는 Zn를 포함하는 내에칭 무기 단분자일 수 있다. 상기 d 오비탈 구체적으로 4d 또는 5d 오비탈을 구비하는 금속원소는 일 예로서, Sn, Sb, Te, 또는 Bi일 수 있다. 여기서, 무기 단분자의 구분은 주기능을 지칭하는 것으로, 기재된 모든 무기 단분자는 광흡수와 광반응을 수행할 수 있다. 상기 MM은 하기 화학식 2, 구체적으로 하기 화학식 2A, 2B, 또는 2B로 표시되는 유기금속 단분자일 수 있다.MM may be an inorganic single molecule containing a metal element, specifically, an organometallic single molecule. MM is, for example, a light absorbing inorganic single molecule containing a metal element having a d orbital, a photoreactive inorganic single molecule including Zr, Al, Hf, Zn, or In, or Al, Ti, Cu, W, Or it may be an etch-resistant inorganic single molecule containing Zn. The metal element having the d orbital, specifically, the 4d or 5d orbital may be, for example, Sn, Sb, Te, or Bi. Here, the classification of inorganic single molecules refers to the main function, and all inorganic single molecules described can perform light absorption and photoreaction. The MM may be an organometallic single molecule represented by Formula 2 below, specifically Formula 2A, 2B, or 2B below.
[화학식 2][Formula 2]
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상기 화학식 2에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기 혹은 하부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기 혹은 상부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있다. 이 때 결합은 일 예로서, 공유결합일 수 있다. Z1 및 Z2는 서로에 관계없이 결합, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌기, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌옥사이드, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌아미노, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌실릴아미노, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌티오, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌셀레노, 또는 C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌포스피노일 수 있다. M0은 d 오비탈을 구비하는 광흡수 금속원자, Zr, Al, Hf, Zn, 또는 In인 광반응 금속원자, 혹은 Al, Ti, Cu, W, 또는 Zn인 내에칭 금속원자일 수 있다. 상기 d 오비탈 구체적으로 4d 또는 5d 오비탈을 구비하는 금속원소는 일 예로서, Sn, Sb, Te, 또는 Bi일 수 있다. Xa은 O, S, Se, NR(R은 H 또는 CH3) 또는 PR(R은 H 또는 CH3) 일 수 있다.In Formula 2, one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule. In this case, the bond may be, for example, a covalent bond. Z 1 and Z 2 are a bond regardless of each other, a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group, a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene oxide, a C1 to C20 substituted linear or branched alkylene group or unsubstituted linear or branched alkyleneamino, C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylenesilylamino, C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylenethio, C1 to C20 It may be a substituted or unsubstituted linear or branched alkylene seleno, or a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene phosphino. M 0 may be a light absorbing metal atom having a d orbital, a photoreactive metal atom such as Zr, Al, Hf, Zn, or In, or an etch-resistant metal atom such as Al, Ti, Cu, W, or Zn. The metal element having the d orbital, specifically, the 4d or 5d orbital may be, for example, Sn, Sb, Te, or Bi. X a can be O, S, Se, NR (R is H or CH 3 ) or PR (R is H or CH 3 ).
La과 Lb는 M0에 결합된 리간드들로서, 이 리간드들의 개수인 na과 nb의 합은 M0에 의해 기인하는 배위수에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, na과 nb의 합은 1 내지 4의 정수일 수 있다. La과 Lb는 서로에 관계없이 할로겐기(ex. Cl, Br, 또는 I), C1 내지 C5의 알킬기, C1 내지 C5의 알킬실릴아미노기, C1 내지 C5의 알콕시기, C1 내지 C5의 알킬티오기, C1 내지 C5의 알킬셀레노기, 또는 C1 내지 C5의 알킬아미노기, 또는 C1 내지 C5의 알킬포스피노기일 수 있다. 여기서, C1 내지 C5의 알킬기들은 치환 또는 비치환된, 선형 또는 분지형 알킬기일 수 있다. 또한, 상기 화학식 2에서 na 및/또는 nb가 2 이상인 경우 La 및/또는 Lb는 위 예시들 중 서로에 관계없이 선택될 수 있다. 일 예에서 na과 nb의 합이 2 이상인 경우 La과 Lb 중 둘은 이들이 부착된 M0와 함께 합쳐져 헤테로사이클릴 또는 헤테로아릴을 형성할 수 있다. Z1, Z2, La, 또는 Lb와 M0 사이의 각 결합은 서로에 관계없이 공유결합 또는 배위결합일 수 있다. L a and L b are ligands bound to M 0 , and the sum of the number of these ligands, na and nb, can be determined by the coordination number caused by M 0 . For example, the sum of na and nb may be an integer from 1 to 4. L a and L b are, regardless of each other, a halogen group (ex. Cl, Br, or I), a C1 to C5 alkyl group, a C1 to C5 alkylsilylamino group, a C1 to C5 alkoxy group, a C1 to C5 alkyl group It may be an organic group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamino group, or a C1 to C5 alkylphosphino group. Here, the C1 to C5 alkyl groups may be substituted or unsubstituted, linear or branched alkyl groups. In addition, when na and/or nb in Formula 2 is 2 or more, L a and/or L b may be selected regardless of each other among the above examples. In one example, when the sum of na and nb is 2 or more, two of L a and L b may be taken together with M 0 to which they are attached to form a heterocyclyl or heteroaryl. Each bond between Z 1 , Z 2 , L a , or L b and M 0 may be a covalent bond or a coordinate bond regardless of each other.
일 예에서, 상기 다층 분자막 포토레지스트(30)는 상기 무기 단분자 구체적으로 유기금속 단분자의 종류에 따라 구분되는 광흡수층(FL1), 광반응층(FL2), 및 내에칭성층(FL3) 중 적어도 하나의 층을 구비할 수 있다. 이 때, 각층의 구분은 주기능을 지칭하는 것으로, 모든 층은 광흡수에 따른 2차 전자 발생 및 후술하는 광반응을 수행할 수도 있다. 일 예로서, 상기 다층 분자막 포토레지스트(30)는 적어도 광흡수층(FL1)을 포함할 수 있다. 상기 광흡수층(FL1), 광반응층(FL2), 및 내에칭성층(FL3)의 적층 순서는 상기 피식각층(20)의 종류 및/또는 포토리소그라피를 통해 형성하고자 하는 패턴의 종류에 따라 달라질 수 있다.In one example, the multilayer molecular film photoresist 30 includes a light absorption layer (FL 1 ), a photoreaction layer (FL 2 ), and an etch-resistant layer ( FL 3 ) may be provided with at least one layer. At this time, the classification of each layer refers to the main function, and all layers may generate secondary electrons according to light absorption and perform a photoreaction described later. As an example, the multilayer molecular film photoresist 30 may include at least a light absorption layer FL 1 . The stacking order of the light absorption layer (FL 1 ), the photoreaction layer (FL 2 ), and the etching resistance layer (FL 3 ) depends on the type of the layer to be etched 20 and/or the type of pattern to be formed through photolithography. may vary depending on
상기 광흡수층(FL1)은 방사선 구체적으로 EUV 또는 E-beam 흡수율이 우수하며, 방사선을 흡수하여 2차 전자를 생성할 수 있는 층일 수 있다. 상기 광흡수층(FL1)은 하기 화학식 1A로 표시되는 층 구성을 가질 수 있다.The light absorbing layer FL 1 may be a layer capable of generating secondary electrons by absorbing radiation and having excellent radiation, specifically, EUV or E-beam absorption. The light absorption layer FL 1 may have a layer structure represented by Chemical Formula 1A below.
[화학식 1A][Formula 1A]
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상기 화학식 1A에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기 혹은 하부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기 혹은 상부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있다. 이 때 결합은 일 예로서, 공유결합일 수 있다. M1는 광흡수 무기 단분자로서, 일 예로서, d 오비탈 구체적으로 4d 또는 5d 오비탈을 구비하는 금속원소 일 예로서, Sn, Sb, Te, 또는 Bi를 포함하는 유기금속 단분자일 수 있고, O1는 유기 단분자일 수 있다. 또한, m1는 0 내지 10일 수 있고, n1는 1 내지 10일 수 있고, l1는 1 내지 1000일 수 있다. 구체적으로, m1은 1 내지 2, 일 예로서, m1은 1일 수 있다. n1 또한, 1 내지 2, 일 예로서 n1은 1일 수 있다.In Chemical Formula 1A, one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule. In this case, the bond may be, for example, a covalent bond. M1 is a light-absorbing inorganic single molecule, for example, a metal element having a d orbital, specifically a 4d or 5d orbital, and may be an organometallic single molecule including Sn, Sb, Te, or Bi, as an example, and O1 may be an organic single molecule. Also, m1 may be 0 to 10, n1 may be 1 to 10, and l1 may be 1 to 1000. Specifically, m1 may be 1 to 2, for example, m1 may be 1. n1 Also, 1 to 2, for example, n1 may be 1.
상기 광흡수 무기 단분자(M1)는 하기 화학식2A로 표시되는 광흡수 유기금속 단분자일 수 있고, 상기 화학식 1A에서 n1이 2 이상 혹은 l1이 2 이상인 경우 각 층의 광흡수 무기 단분자(M1)는 서로 같거나 다를 수 있다.The light-absorbing inorganic single molecule (M1) may be a light-absorbing organometallic single molecule represented by Formula 2A, and when n1 is 2 or more or l1 is 2 or more in Formula 1A, the light-absorbing inorganic single molecule (M1 of each layer) ) may be the same as or different from each other.
[화학식 2A][Formula 2A]
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Figure PCTKR2022012143-appb-img-000011
상기 화학식 2A에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기 혹은 하부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기 혹은 상부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있다. 이 때 결합은 일 예로서, 공유결합일 수 있다. Z1 및 Z2는 서로에 관계없이 결합, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌기, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌옥사이드, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌아미노, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌실릴아미노, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌티오, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌셀레노, 또는 C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌포스피노일 수 있다. Ma은 방사선 구체적으로 EUV 또는 E-beam 흡수율이 우수한 무기 원자 일 예로서, d 오비탈 일 예로서, 4d 또는 5d 오비탈을 갖는 금속 원자일 수 있다. 상기 금속 원자는 구체적으로, Sn, Bi, Sb, 또는 Te일 수 있다. Xa은 O, S, Se, NR(R은 H 또는 CH3) 또는 PR(R은 H 또는 CH3) 일 수 있다.In Formula 2A, one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule. In this case, the bond may be, for example, a covalent bond. Z 1 and Z 2 are a bond regardless of each other, a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group, a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene oxide, a C1 to C20 substituted linear or branched alkylene group or unsubstituted linear or branched alkyleneamino, C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylenesilylamino, C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylenethio, C1 to C20 It may be a substituted or unsubstituted linear or branched alkylene seleno, or a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene phosphino. M a is an inorganic atom having excellent radiation, specifically EUV or E-beam absorption, and may be a metal atom having a d orbital, for example, a 4d or 5d orbital. Specifically, the metal atom may be Sn, Bi, Sb, or Te. X a can be O, S, Se, NR (R is H or CH 3 ) or PR (R is H or CH 3 ).
상기 화학식 2A에서, L1 과 L2는 Ma에 결합된 리간드들로서, 이 리간드들의 개수인 n1과 n2의 합은 Ma에 의해 기인하는 배위수에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, n1과 n2의 합은 1 내지 4의 정수일 수 있다. L1 과 L2는 서로에 관계없이 할로겐기(ex. Cl, Br, 또는 I), C1 내지 C5의 알킬기, C1 내지 C5의 알킬실릴아미노기, C1 내지 C5의 알콕시기, C1 내지 C5의 알킬티오기(alkylthio group), C1 내지 C5의 알킬셀레노기(alkylseleno group), C1 내지 C5의 알킬아미노(alkylamino group), 또는 C1 내지 C5의 알킬포스피노(alkylphosphino group)일 수 있다. 여기서, C1 내지 C5의 알킬기들은 치환 또는 비치환된, 그리고 선형 또는 분지형 알킬기일 수 있다. 또한, 상기 화학식 2A에서 n1 및/또는 n2가 2 이상인 경우 L1 및/또는 L2는 위 예시들 중 서로에 관계없이 선택될 수 있다. 일 예에서 n1과 n2의 합이 2 이상인 경우 L1 과 L2 중 둘은 이들이 부착된 Ma와 함께 합쳐져 헤테로사이클릴 또는 헤테로아릴을 형성할 수 있다. Z1, Z2, L1, 또는 L2와 Ma 사이의 각 결합은 서로에 관계없이 공유결합 또는 배위결합일 수 있다. In Chemical Formula 2A, L 1 and L 2 are ligands bound to M a , and the sum of n1 and n2 , which are the number of ligands, may be determined by the coordination number caused by M a . For example, the sum of n1 and n2 may be an integer from 1 to 4. L 1 and L 2 are independently of each other a halogen group (ex. Cl, Br, or I), a C1 to C5 alkyl group, a C1 to C5 alkylsilylamino group, a C1 to C5 alkoxy group, a C1 to C5 alkyl group It may be an alkylthio group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamino group, or a C1 to C5 alkylphosphino group. Here, the C1 to C5 alkyl groups may be substituted or unsubstituted, linear or branched alkyl groups. In addition, when n1 and/or n2 is 2 or more in Formula 2A, L 1 and/or L 2 may be selected regardless of each other among the above examples. In one example, when the sum of n1 and n2 is greater than or equal to 2, two of L 1 and L 2 may be taken together with M a to which they are attached to form a heterocyclyl or heteroaryl. Each bond between Z 1 , Z 2 , L 1 , or L 2 and M a may be a covalent bond or a coordinate bond regardless of each other.
상기 유기 단분자(O1)는 하기 화학식 3으로 표시될 수 있고, 상기 화학식 1A에서 m1이 2 이상 혹은 l1이 2 이상인 경우 각 층의 유기 단분자(O1)는 서로 같거나 다를 수 있다.The organic single molecule (O1) may be represented by the following Chemical Formula 3, and when m1 is 2 or more or l1 is 2 or more in Chemical Formula 1A, the organic single molecules (O1) of each layer may be the same as or different from each other.
[화학식 3][Formula 3]
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상기 화학식 3에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기 혹은 하부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기 혹은 상부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있다. 이 때 결합은 일 예로서, 공유결합일 수 있다. Xb은 O, S, Se, NR(R은 H 또는 CH3) 또는 PR(R은 H 또는 CH3) 일 수 있다.In Chemical Formula 3, one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule. In this case, the bond may be, for example, a covalent bond. X b can be O, S, Se, NR (R is H or CH 3 ) or PR (R is H or CH 3 ).
일 예에서, 상기 화학식 3의 MR은 치환 또는 비치환된 방항족 고리일 수 있다. 여기서, 치환은 방향족 고리의 수소가 다양한 작용기로 치환된 것일 수 있다. MR이 방향족 고리인 경우에, Z3 및 Z4는 서로에 관계없이 결합 혹은 C1 내지 C5의 치환 또는 비치환된 그리고 선형 또는 분지형 알킬렌기일 수 있다. 여기서, 치환은 알킬렌기의 수소가 OH, SH, SeH, NR2(R은 서로에 관계없이 H 또는 CH3) 또는 PR2(R은 서로에 관계없이 H 또는 CH3)로 치환된 것일 수 있다.In one example, MR of Chemical Formula 3 may be a substituted or unsubstituted aromatic ring. Here, the substitution may be one in which hydrogen of an aromatic ring is substituted with various functional groups. When MR is an aromatic ring, Z 3 and Z 4 may each independently be a bond or a C1 to C5 substituted or unsubstituted, linear or branched alkylene group. Here, the substitution may be one in which the hydrogen of the alkylene group is substituted with OH, SH, SeH, NR 2 (R is H or CH 3 regardless of each other) or PR 2 (R is H or CH 3 regardless of each other) .
다른 예에서, 상기 화학식 3의 MR은 C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 그리고 선형 또는 분지형 알킬렌기일 수 있다. 치환은 알킬렌기의 수소가 방사선에 의해 가교결합이 가능한 작용기 일 예로서, 비닐기를 포함하는 작용기에 의한 치환 또는 OH, SH, SeH, NR2(R은 서로에 관계없이 H 또는 CH3) 또는 PR2(R은 서로에 관계없이 H 또는 CH3)로 치환된 것을 의미할 수 있다. MR이 알킬렌기인 경우에, Z3 및 Z4는 결합일 수 있다.In another example, MR in Formula 3 may be a C1 to C18 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group. Substitution is a functional group in which hydrogen of an alkylene group can be crosslinked by radiation, for example, substitution by a functional group including a vinyl group. or OH, SH, SeH, NR 2 (R is H or CH 3 regardless of each other) or PR 2 (R is H or CH 3 regardless of each other). When MR is an alkylene group, Z 3 and Z 4 may be bonds.
상기 다층 분자막 포토레지스트(30)는 상기 광흡수층(FL1) 외에 광반응층(FL2)을 더 구비할 수 있다. 상기 광반응층(FL2)은 하기 화학식 1B로 표시되는 층 구성을 가질 수 있다.The multilayer molecular film photoresist 30 may further include a photoreactive layer FL 2 in addition to the light absorption layer FL 1 . The photoreactive layer FL 2 may have a layer structure represented by Chemical Formula 1B below.
[화학식 1B][Formula 1B]
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000013
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상기 화학식 1B에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기 혹은 하부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기 혹은 상부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있다. 여기서, 결합은 일 예로서, 공유결합일 수 있다. M2는 광반응 무기 단분자로서, 일 예로서, Zr, Al, Hf, Zn, 또는 In를 포함하는 유기금속 단분자일 수 있고, O2는 유기 단분자일 수 있다. 또한, m2는 0 내지 10일 수 있고, n2는 1 내지 10일 수 있고, l2는 1 내지 1000일 수 있다. 구체적으로, m2은 1 내지 2, 일 예로서, m2은 1일 수 있다. n2 또한, 1 내지 2, 일 예로서 n2은 1일 수 있다.In Chemical Formula 1B, one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule. Here, the bond may be, for example, a covalent bond. M2 is a photoreactive inorganic single molecule, and may be, for example, an organometallic single molecule including Zr, Al, Hf, Zn, or In, and O2 may be an organic single molecule. Also, m2 may be 0 to 10, n2 may be 1 to 10, and l2 may be 1 to 1000. Specifically, m2 may be 1 to 2, for example, m2 may be 1. n2 Also, 1 to 2, for example, n2 may be 1.
상기 광반응 무기 단분자(M2)는 하기 화학식 2B로 표시되는 광반응 유기금속 단분자일 수 있고, 상기 화학식 2B에서 n2가 2 이상 혹은 l2가 2 이상인 경우 각 층의 광반응 무기 단분자(M2)는 서로 같거나 다를 수 있다.The photoreactive inorganic single molecule (M2) may be a photoreactive organometallic single molecule represented by Formula 2B, and when n2 is 2 or more or l2 is 2 or more in Formula 2B, the photoreactive inorganic single molecule (M2) of each layer ) may be the same as or different from each other.
[화학식 2B][Formula 2B]
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상기 화학식 2B에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기 혹은 하부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기 혹은 상부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있다. 여기서, 결합은 일 예로서, 공유결합일 수 있다. Z1 및 Z2는 서로에 관계없이 결합, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌기, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌옥사이드, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌아미노, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌실릴아미노, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌티오, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌셀레노, 또는 C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌포스피노일 수 있다. Mb은 금속 원자로서, 구체적으로, Zr, Al, Hf, Zn, 또는 In일 수 있다. Xa은 O, S, Se, NR(R은 H 또는 CH3) 또는 PR(R은 H 또는 CH3) 일 수 있다.In Chemical Formula 2B, one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule. Here, the bond may be, for example, a covalent bond. Z 1 and Z 2 are a bond regardless of each other, a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group, a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene oxide, a C1 to C20 substituted linear or branched alkylene group or unsubstituted linear or branched alkyleneamino, C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylenesilylamino, C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylenethio, C1 to C20 It may be a substituted or unsubstituted linear or branched alkylene seleno, or a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene phosphino. M b is a metal atom, and specifically, may be Zr, Al, Hf, Zn, or In. X a can be O, S, Se, NR (R is H or CH 3 ) or PR (R is H or CH 3 ).
L3과 L4는 Mb에 결합된 리간드들로서, 이 리간드들의 개수인 n1과 n2의 합은 Mb에 의해 기인하는 배위수에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, n1과 n2의 합은 1 내지 4의 정수일 수 있다. L3과 L4는 서로에 관계없이 할로겐기(ex. Cl, Br, 또는 I), C1 내지 C5의 알킬기, C1 내지 C5의 알킬실릴아미노기, C1 내지 C5의 알콕시기, C1 내지 C5의 알킬티오기, C1 내지 C5의 알킬셀레노기, 또는 C1 내지 C5의 알킬아미노기, 또는 C1 내지 C5의 알킬포스피노기일 수 있다. 여기서, C1 내지 C5의 알킬기들은 치환 또는 비치환된, 선형 또는 분지형 알킬기일 수 있다. 또한, 상기 화학식 2B에서 n1 및/또는 n2가 2 이상인 경우 L3 및/또는 L4는 위 예시들 중 서로에 관계없이 선택될 수 있다. 일 예에서 n1과 n2의 합이 2 이상인 경우 L3 과 L4 중 둘은 이들이 부착된 Mb와 함께 합쳐져 헤테로사이클릴 또는 헤테로아릴을 형성할 수 있다. Z1, Z2, L3, 또는 L4와 Mb 사이의 각 결합은 서로에 관계없이 공유결합 또는 배위결합일 수 있다. L 3 and L 4 are ligands bound to M b , and the sum of n1 and n2 , the number of these ligands, can be determined by the coordination number caused by M b . For example, the sum of n1 and n2 may be an integer from 1 to 4. L 3 and L 4 are independently of each other a halogen group (ex. Cl, Br, or I), a C1 to C5 alkyl group, a C1 to C5 alkylsilylamino group, a C1 to C5 alkoxy group, a C1 to C5 alkyl group It may be an organic group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamino group, or a C1 to C5 alkylphosphino group. Here, the C1 to C5 alkyl groups may be substituted or unsubstituted, linear or branched alkyl groups. In addition, when n1 and/or n2 is 2 or more in Formula 2B, L 3 and/or L 4 may be selected regardless of each other among the above examples. In one example, when the sum of n1 and n2 is greater than or equal to 2, two of L 3 and L 4 may be taken together with the M b to which they are attached to form a heterocyclyl or heteroaryl. Each bond between Z 1 , Z 2 , L 3 , or L 4 and M b may be a covalent bond or a coordinate bond regardless of each other.
상기 유기 단분자(O2)는 상기 화학식 3으로 표시될 수 있다. 다만, 상기 광흡수층(FL1) 내의 유기 단분자(O1)과 같거나 다를 수 있고, 또한 상기 화학식 1B에서 m2이 2 이상 혹은 l2이 2 이상인 경우 각 층의 유기 단분자(O2)는 서로 같거나 다를 수 있다.The organic single molecule (O2) may be represented by Chemical Formula 3 above. However, it may be the same as or different from the organic single molecule (O1) in the light absorption layer (FL 1 ), and when m2 is 2 or more or l2 is 2 or more in Chemical Formula 1B, the organic single molecule (O2) of each layer is the same as each other. or may be different.
상기 광흡수층(FL1)에서 생성된 2차 전자에 의해 혹은 광반응 무기 단분자 (M2) 및/또는 하기 내에칭 무기 단분자(M3)에 포함된 금속에서 생성된 2차 전자에 의해, 인접하는 분자선들(ML) 내의 광반응 무기 단분자들(M2) 사이에 가교결합이 형성될 수 있다. 구체적으로, 서로 인접하는 광반응 무기 단분자들(M2) 사이의 Mb-L4 및 L3-Mb 결합들은 상기 2차 전자에 의해 반응하여, Mb-Y2-Mb 결합을 형성할 수 있다. 이러한 Mb-Y2-Mb결합은 노광에 의해 형성된 다층 분자막 포토레지스트 패턴을 현상하는 현상제 일 예로서, 현상기체 혹은 현상플라즈마에 의해 식각되지 않을 수 있다. 이를 위해 상기 Mb의 종류는 위와 같이 선택될 수 있다. 여기서, Y2는 O, S, Se, N, 또는 P일 수 있다.By secondary electrons generated in the light absorption layer (FL 1 ) or by secondary electrons generated from a metal included in the photoreactive inorganic single molecule (M2) and/or the etched inorganic single molecule (M3) described below, adjacent A crosslink may be formed between the photoreactive inorganic single molecules M2 in the molecular beams ML. Specifically, M b -L 4 and L 3 -M b bonds between adjacent photoreactive inorganic monomers (M2) react with the secondary electrons to form M b -Y 2 -M b bonds. can do. This M b -Y 2 -M b bond is an example of a developer that develops a multilayer molecular film photoresist pattern formed by exposure, and may not be etched by a developing gas or a developing plasma. To this end, the type of M b may be selected as above. Here, Y 2 may be O, S, Se, N, or P.
그러나, 이에 한정되지 않고, 상기 광흡수층(FL1)에서 생성된 2차 전자에 의해 인접하는 분자선들(ML) 내의 광흡수 무기 단분자들(M1) 사이에도 가교결합이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 인접하는 광흡수 무기 단분자들(M1) 사이의 Ma-L2 및 L1-Ma 결합들은 상기 2차 전자에 의해 반응하여, Ma-Y1-Ma결합을 형성할 수 있다. 이 결합 또한, 현상제에 의해 식각되지 않을 수 있다. 여기서, Y1는 O, S, Se, N, 또는 P일 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and crosslinks may also be formed between light absorbing inorganic single molecules M1 in adjacent molecular lines ML by secondary electrons generated in the light absorbing layer FL 1 . Specifically, the M a -L 2 and L 1 -M a bonds between the adjacent light-absorbing inorganic monomers M1 react with the secondary electrons to form a M a -Y 1 -M a bond. can do. This bond may also not be etched by the developer. Here, Y 1 may be O, S, Se, N, or P.
상기 다층 분자막 포토레지스트(30)는 상기 광흡수층(FL1) 외에 내에칭층(FL3)을 더 구비할 수 있다. 상기 내에칭층(FL3)은 하기 화학식 1C로 표시되는 층 구성을 가질 수 있다.The multilayer molecular film photoresist 30 may further include an etching resistant layer FL 3 in addition to the light absorption layer FL 1 . The etching resistant layer FL 3 may have a layer structure represented by Chemical Formula 1C below.
[화학식 1C] [Formula 1C]
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상기 화학식 1C에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기 혹은 하부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기 혹은 상부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있다. 여기서, 결합은 일 예로서, 공유결합일 수 있다. M3는 내에칭 무기 단분자로서, 일 예로서, Al, Ti, Cu, W, 또는 Zn를 포함하는 유기금속 단분자일 수 있고, O3는 유기 단분자일 수 있다. 또한, m3는 0 내지 10일 수 있고, n3는 1 내지 10일 수 있고, l3는 1 내지 1000일 수 있다. 구체적으로, m3은 1 내지 2, 일 예로서, m3은 1일 수 있다. n3 또한, 1 내지 2, 일 예로서 n3은 1일 수 있다.In Chemical Formula 1C, one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule. Here, the bond may be, for example, a covalent bond. M3 is an etch-resistant inorganic single molecule, and may be, for example, an organometallic single molecule including Al, Ti, Cu, W, or Zn, and O3 may be an organic single molecule. Also, m3 may be 0 to 10, n3 may be 1 to 10, and l3 may be 1 to 1000. Specifically, m3 may be 1 to 2, for example, m3 may be 1. n3 Also, 1 to 2, as an example, n3 may be 1.
상기 내에칭 무기 단분자(M3)는 하기 화학식 2C로 표시되는 내에칭 유기금속 단분자일 수 있고, 상기 화학식 1C에서 n3가 2 이상 혹은 l3가 2 이상인 경우 각 층의 내에칭 무기 단분자(M3)는 서로 같거나 다를 수 있다.The etch-resistant inorganic single molecule (M3) may be an etch-resistant organometallic single molecule represented by Formula 2C, and when n3 is 2 or more or l3 is 2 or more in Formula 1C, the etch-resistant inorganic single molecule (M3 ) may be the same as or different from each other.
[화학식 2C][Formula 2C]
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000016
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000016
상기 화학식 2C에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기 혹은 하부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기 혹은 상부 단분자 내 작용기와의 결합일 수 있다. 여기서, 결합은 일 예로서, 공유결합일 수 있다. Z1 및 Z2는 서로에 관계없이 결합, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌기, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌옥사이드, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌아미노, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌실릴아미노, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌티오, C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌셀레노, 또는 C1 내지 C20의 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬렌포스피노일 수 있다. Mc은 금속 원자로서, 구체적으로, Al, Ti, W, Zn, 또는 Cu일 수 있다. Xa은 O, S, Se, NR(R은 H 또는 CH3) 또는 PR(R은 H 또는 CH3) 일 수 있다.In Chemical Formula 2C, one of * may be a bond with a functional group in a lower layer or a functional group in a lower single molecule, and the other may be a bond with a functional group in an upper layer or a functional group in an upper single molecule. Here, the bond may be, for example, a covalent bond. Z 1 and Z 2 are a bond regardless of each other, a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group, a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene oxide, a C1 to C20 substituted linear or branched alkylene group or unsubstituted linear or branched alkyleneamino, C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylenesilylamino, C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylenethio, C1 to C20 It may be a substituted or unsubstituted linear or branched alkylene seleno, or a C1 to C20 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene phosphino. M c is a metal atom, and specifically, may be Al, Ti, W, Zn, or Cu. X a can be O, S, Se, NR (R is H or CH 3 ) or PR (R is H or CH 3 ).
L5 과 L6는 Mc에 결합된 리간드들로서, 이 리간드들의 개수인 n1과 n2의 합은 Mc에 의해 기인하는 배위수에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, n1과 n2의 합은 1 내지 4의 정수일 수 있다. L5와 L6는 서로에 관계없이 할로겐기(ex. Cl, Br, 또는 I), C1 내지 C5의 알킬기, C1 내지 C5의 알킬실릴아미노기, C1 내지 C5의 알콕시기, C1 내지 C5의 알킬티오기, C1 내지 C5의 알킬셀레노기, 또는 C1 내지 C5의 알킬아미노기, 또는 C1 내지 C5의 알킬포스피노기일 수 있다. 여기서, C1 내지 C5의 알킬기들은 치환 또는 비치환된, 선형 또는 분지형 알킬기일 수 있다. 또한, 상기 화학식 2C에서 n1 및/또는 n2가 2 이상인 경우 L5 및/또는 L6는 위 예시들 중 서로에 관계없이 선택될 수 있다. 일 예에서 n1과 n2의 합이 2 이상인 경우 L5 과 L6 중 둘은 이들이 부착된 Mc와 함께 합쳐져 헤테로사이클릴 또는 헤테로아릴을 형성할 수 있다. Z1, Z2, L5, 또는 L6와 Mc 사이의 각 결합은 서로에 관계없이 공유결합 또는 배위결합일 수 있다. L 5 and L 6 are ligands bound to M c , and the sum of n1 and n2 , the number of these ligands, can be determined by the coordination number caused by M c . For example, the sum of n1 and n2 may be an integer from 1 to 4. L 5 and L 6 are independently of each other a halogen group (ex. Cl, Br, or I), a C1 to C5 alkyl group, a C1 to C5 alkylsilylamino group, a C1 to C5 alkoxy group, a C1 to C5 alkyl group It may be an organic group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamino group, or a C1 to C5 alkylphosphino group. Here, the C1 to C5 alkyl groups may be substituted or unsubstituted, linear or branched alkyl groups. In addition, when n1 and/or n2 is 2 or more in Formula 2C, L 5 and/or L 6 may be selected regardless of each other among the above examples. In one example, when the sum of n1 and n2 is greater than or equal to 2, two of L 5 and L 6 may be taken together with the M c to which they are attached to form a heterocyclyl or heteroaryl. Each bond between Z 1 , Z 2 , L 5 , or L 6 and M c may be a covalent bond or a coordinate bond regardless of each other.
상기 유기 단분자(O3)는 상기 화학식 3으로 표시될 수 있다. 상기 유기 단분자(O3)는 상기 광흡수층(FL1) 내의 유기 단분자(O3) 혹은 상기 광반응층(FL2) 내의 유기 단분자(O2)와 같거나 다를 수 있고, 또한 상기 화학식 1C에서 m3이 2 이상 혹은 l3이 2 이상인 경우 각 층의 유기 단분자(O3)는 서로 같거나 다를 수 있다.The organic single molecule (O3) may be represented by Chemical Formula 3 above. The organic single molecule (O3) may be the same as or different from the organic single molecule (O3) in the light absorption layer (FL 1 ) or the organic single molecule (O2) in the photoreactive layer (FL 2 ). When m3 is 2 or more or l3 is 2 or more, organic monomers (O3) in each layer may be the same or different.
상기 광흡수층(FL1)에서 생성된 2차 전자에 의해 혹은 광반응 무기 단분자 (M2) 및/또는 내에칭 무기 단분자(M3)에 포함된 금속에서 생성된 2차 전자에 의해, 인접하는 분자선들(ML) 내의 내에칭 무기 단분자들(M3) 사이에 가교결합이 형성될 수 있다. 구체적으로, 서로 인접하는 상기 내에칭 무기 단분자들(M3) 내 Mc-L5 또는 Mc-L6 결합들은 상기 2차 전자에 의해 반응하여, Mc-Y3-Mc결합을 형성할 수 있다. 이러한 Mc-Y3-Mc결합은 현상제에 의해 식각되지 않을 수 있고 나아가 상기 피식각층(20)을 식각하는 식각제 일 예로서, 플라즈마에 의해서도 식각되지 않을 수 있다. 이를 위해 위와 같이 Mc의 종류를 선택할 수 있다. 여기서, Y3는 O, S, Se, N, 또는 P일 수 있다.By secondary electrons generated in the light absorption layer (FL 1 ) or by secondary electrons generated from a metal included in the photoreactive inorganic single molecule (M2) and/or the etch-resistant inorganic single molecule (M3), adjacent Crosslinks may be formed between the etch-resistant inorganic single molecules M3 in the molecular wires ML. Specifically, M c -L 5 or M c -L 6 bonds in the etch-resistant inorganic monomolecules (M3) adjacent to each other react with the secondary electron to form an M c -Y 3 -M c bond. can do. This M c -Y 3 -M c bond may not be etched by a developer and, as an example of an etchant for etching the layer 20 to be etched, may not be etched even by plasma. To this end, the type of M c can be selected as above. Here, Y 3 may be O, S, Se, N, or P.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 분자선 구조를 갖는 다층 분자막 포토레지스트 중 광흡수층의 다른 예를 나타낸 개략도이다. 2 is a schematic diagram showing another example of a light absorbing layer in a multilayer molecular film photoresist having a vertical molecular beam structure according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 광흡수층(FL1)은 도 1의 m1이 1, n1이 1, 그리고 l1이 2인 경우이다. 도 2에서 광흡수층(FL1)을 예시로 도시하였으나, 도 1의 광반응층(FL2) 및/또는 내에칭층(FL3)도 이러한 예시적 구조들 중 하나를 가질 수도 있다.In the light absorption layer FL 1 shown in FIG. 2 , m1 in FIG. 1 is 1, n1 is 1, and l1 is 2. Although the light absorption layer FL 1 is shown as an example in FIG. 2 , the photoreactive layer FL 2 and/or the etching resistant layer FL 3 of FIG. 1 may also have one of these exemplary structures.
이와 같이, 상기 화학식들 1, 1A, 1B, 또는 1C에서 m, m1, m2, m3와 n, n1, n2, n3가 모두 1인 경우, 상기 다층 분자막 포토레지스트(30)는 무기 단분자(MM, M1, M2, 또는 M3)과 유기 단분자(OM, O1, O2, 또는 O3)가 교호적층된 구조를 가질 수 있고, 이 경우 무기 단분자들(MM, M1, M2, 또는 M3) 사이마다 유기 단분자(OM, O1, O2, 또는 O3)가 배치되면서 무기 단분자(MM, M1, M2, 또는 M3)와 유기 단분자(OM, O1, O2, 또는 O3)가 모두 하부(단분자)층에 자기조립될 수 있다. 그 결과, 상기 분자선들(ML)은 서로 이격되어 배치된 상태로 기판(10)에 대해 상부방향 일 예로서, 수직방향으로 각각 연장될 수 있다.As such, when m, m1, m2, m3 and n, n1, n2, n3 are all 1 in Formulas 1, 1A, 1B, or 1C, the multilayer molecular film photoresist 30 is an inorganic single molecule ( MM, M1, M2, or M3) and organic monomolecules (OM, O1, O2, or O3) may have a structure in which they are alternately stacked, and in this case, between the inorganic monomolecules (MM, M1, M2, or M3) As an organic single molecule (OM, O1, O2, or O3) is disposed in each, both an inorganic single molecule (MM, M1, M2, or M3) and an organic single molecule (OM, O1, O2, or O3) are placed on the bottom (single molecule). ) layer can be self-assembled. As a result, the molecular lines ML may each extend in a vertical direction, for example, in an upward direction with respect to the substrate 10 while being spaced apart from each other.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토리소그라피법을 순차적으로 나타낸 개략도들이다. 도 3 내지 도 7은 설명의 편의를 위해 다층 분자막 포토레지스트(30)는 도 1의 n1, n2, n3, m1, m2, m3, l1, l2, 및 l3가 모두 1인 경우를 예시적으로 나타내며, 무기 단분자(M1, M2, M3)를 나타내는 화학식들 2A, 2B, 및 2C에서 Z1과 Z2가 모두 결합이며, n1과 n2가 모두 1인 경우를 예시적으로 나타낸다.3 to 7 are schematic diagrams sequentially showing a photolithography method according to an embodiment of the present invention. 3 to 7 illustrate a case in which n1, n2, n3, m1, m2, m3, l1, l2, and l3 in FIG. 1 are all 1 in the multilayer molecular film photoresist 30 for convenience of description. In Formulas 2A, 2B, and 2C representing inorganic monomolecules (M1, M2, and M3), Z1 and Z2 are both bonds, and n1 and n2 are both 1.
도 3을 참조하면, 피식각층(20)이 형성된 기판(10)이 제공될 수 있다. 기판(10)과 피식각층(20)은 도 1을 참조하여 설명한 바와 동일할 수 있다.Referring to FIG. 3 , a substrate 10 on which an etched layer 20 is formed may be provided. The substrate 10 and the layer to be etched 20 may be the same as those described with reference to FIG. 1 .
상기 피식각층(20) 상에 다층 분자막 포토레지스트(30)를 형성할 수 있다. 상기 다층 분자막 포토레지스트(30)는 후술하는 것을 제외하고는 도 1을 참조하여 설명한 실시예와 동일할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 다층 분자막 포토레지스트(30)는 내에칭성층(FL3), 광흡수층(FL1), 및 광반응층(FL2)이 차례로 적층된 것을 예시로 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 적층순서는 상기 피식각층(20)의 종류 및/또는 포토리소그라피를 통해 형성하고자 하는 패턴의 종류에 따라 달라질 수 있다. 상기 다층 분자막 포토레지스트(30)는 원자층 증착장비 혹은 분자층 증착장비를 사용하여 형성할 수 있다.A multilayer molecular film photoresist 30 may be formed on the layer 20 to be etched. The multilayer molecular film photoresist 30 may be the same as the embodiment described with reference to FIG. 1 except for the description below. In one embodiment, the multilayer molecular film photoresist 30 is described by taking an example in which an etch-resistant layer (FL 3 ), a light absorption layer (FL 1 ), and a photoreactive layer (FL 2 ) are sequentially stacked. It is not limited, and the stacking order may vary depending on the type of the layer to be etched 20 and/or the type of pattern to be formed through photolithography. The multilayer molecular film photoresist 30 may be formed using atomic layer deposition equipment or molecular layer deposition equipment.
일 예로서, 상기 피식각층(20) 상에 광흡수층(FL1)을 형성할 수 있다. 상기 광흡수층(FL1)을 형성하는 것은 원자층 증착법 구체적으로, 분자층 증착법을 사용하여 수행할 수 있다.As an example, a light absorption layer FL 1 may be formed on the layer 20 to be etched. Forming the light absorption layer FL 1 may be performed using an atomic layer deposition method, specifically, a molecular layer deposition method.
일 예에서, 상기 광흡수층(FL1)은 광흡수 금속 단분자층(M1)을 형성하는 단계와 유기 분자층(O1)을 형성하는 단계를 포함하는 사이클을 복수회(화학식 1A의 l1) 수행하여 형성될 수 있다. 유기 분자층(O1)을 형성하는 단계에서 유기 전구체를 도징하여 하부층에 유기 전구체를 자기조립 방식으로 화학결합시키는 유기 전구체 도징단계; 및 퍼지가스를 공급하여 미반응 유기전구체 및 반응 생성물을 퍼지하는 퍼지 단계를 구비하는 단위 사이클을 수행할 수 있다. 여기서, 퍼지가스는 아르곤일 수 있다.In one example, the light absorbing layer FL 1 is formed by performing a cycle including forming the light absorbing metal monomolecular layer M1 and forming the organic molecular layer O1 a plurality of times (l1 in Chemical Formula 1A). It can be. an organic precursor dosing step of dosing the organic precursor in the step of forming the organic molecular layer O1 and chemically bonding the organic precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted organic precursors and reaction products by supplying a purge gas. Here, the purge gas may be argon.
상기 유기 전구체는 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.The organic precursor may be represented by Formula 4 below.
[화학식 4][Formula 4]
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000017
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상기 화학식 4에서, Ra1와 Ra2는 서로에 관계없이 수소 또는 C1 내지 C2의 알킬기일 수 있고, Xb 및 Xa는 서로에 관계없이 O, S, Se, NR(R은 H 또는 CH3) 또는 PR(R은 H 또는 CH3) 일 수 있다. 한편, Z3, Z4, 및 MR은 상기 화학식 3에서 정의한 바와 같다.In Formula 4, R a1 and R a2 may be hydrogen or an alkyl group of C1 to C2 independently of each other, and X b and X a are O, S, Se, NR regardless of each other (R is H or CH 3 ) or PR (R is H or CH 3 ). Meanwhile, Z 3 , Z 4 , and MR are as defined in Formula 3 above.
상기 유기전구체의 구체적 예시는 다음과 같을 수 있다.Specific examples of the organic precursor may be as follows.
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000018
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Figure PCTKR2022012143-appb-img-000019
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상기 유기 전구체 도징단계에서 하기 반응식 1에 따른 반응이 일어날 수 있다.In the step of dosing the organic precursor, a reaction according to Scheme 1 below may occur.
[반응식 1][Scheme 1]
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000021
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상기 반응식 1에서, R0는 하부층 표면 상의 작용기로서, R0는 수소, 하이드록시기, 티올기, 아민기, 포스핀기(phosphine group), C1 내지 C5의 알킬기, C1 내지 C5의 알콕시, C1 내지 C5의 알킬티오기, C1 내지 C5의 알킬셀레노기, C1 내지 C5의 알킬아민기, 또는 C1 내지 C5의 알킬포스피노기일 수 있다. Ra1Xb-Z3-MR-Z4-XaRa2는 유기전구체로서 각 작용기는 상기 화학식 4에서 정의한 바와 같다. In Scheme 1, R 0 is a functional group on the surface of the lower layer, R 0 is hydrogen, a hydroxy group, a thiol group, an amine group, a phosphine group, a C1 to C5 alkyl group, a C1 to C5 alkoxy group, a C1 to C5 alkoxy group, It may be a C5 alkylthio group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamine group, or a C1 to C5 alkylphosphino group. R a1 X b -Z 3 -MR-Z 4 -X a R a2 is an organic precursor, and each functional group is as defined in Chemical Formula 4 above.
상기 반응식 1을 참조하면, 유기 전구체는 하부층 표면 상의 작용기와 반응하여 하부층 상에 자기조립될 수 있다. 이 과정에서 R0Ra1가 반응부산물로서 생성될 수 있다. 이 후, 퍼지 단계에서 잔존하는 유기 전구체와 상기 반응부산물을 퍼지할 수 있다.Referring to Scheme 1, the organic precursor may self-assemble on the lower layer by reacting with functional groups on the surface of the lower layer. In this process, R 0 R a1 may be generated as a reaction by-product. Thereafter, in the purging step, the remaining organic precursor and the reaction byproducts may be purged.
광흡수 금속 단분자층(M1)을 형성하는 단계에서 금속 전구체를 도징하여 하부층에 금속 전구체를 자기조립 방식으로 화학결합시키는 금속 전구체 도징단계; 및 퍼지가스를 공급하여 미반응 금속 전구체 및 반응 생성물을 퍼지하는 퍼지 단계를 구비하는 단위 사이클을 수행할 수 있다. 여기서, 퍼지가스는 아르곤일 수 있다.A metal precursor dosing step of dosing a metal precursor in the step of forming the light absorbing metal monomolecular layer M1 and chemically bonding the metal precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted metal precursors and reaction products by supplying a purge gas. Here, the purge gas may be argon.
상기 광흡수 금속 단분자층(M1)을 형성하기 위한 금속 전구체는 하기 화학식 5A로 표시될 수 있다.A metal precursor for forming the light-absorbing metal monomolecular layer M1 may be represented by Chemical Formula 5A below.
[화학식 5A][Formula 5A]
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상기 화학식 5A에서, Rb1과 Rb2는 서로에 관계없이 할로겐기(ex. Cl, Br, 또는 I), C1 내지 C5의 알킬기, C1 내지 C5의 알킬실릴아미노기, C1 내지 C5의 알콕시, C1 내지 C5의 알킬티오기, C1 내지 C5의 알킬셀레노기, C1 내지 C5의 알킬아미노기, 또는 C1 내지 C5의 알킬포스피노기일 수 있다. 여기서, C1 내지 C5의 알킬기들은 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬기일 수 있다. Z1, Z2, L1, L2, n1, n2, 및 Ma는 화학식 2A에 정의된 바와 같다. 이에 더하여, 경우에 따라서는 Rb1, Rb2, L1, 및 L2 중 둘은 이들이 직간접적으로 결합된 Ma와 함께 합쳐져 헤테로사이클릴 또는 헤테로아릴을 형성할 수 있다. 혹은 Rb1과 Rb2 중 적어도 하나는 Ma에 배위결합된 상태일 수 있다.In Formula 5A, R b1 and R b2 are independently of each other a halogen group (ex. Cl, Br, or I), a C1 to C5 alkyl group, a C1 to C5 alkylsilylamino group, a C1 to C5 alkoxy group, a C1 to C5 alkoxy group, and a C1 to C5 alkylsilylamino group. It may be a C5 alkylthio group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamino group, or a C1 to C5 alkylphosphino group. Here, the C1 to C5 alkyl groups may be substituted or unsubstituted linear or branched alkyl groups. Z 1 , Z 2 , L 1 , L 2 , n 1 , n 2 , and M a are as defined in Formula 2A. In addition, optionally two of R bi , R b2 , L 1 , and L 2 may be taken together with M a to which they are directly or indirectly bonded to form a heterocyclyl or heteroaryl. Alternatively, at least one of R b1 and R b2 may be in a state coordinated with M a .
상기 광흡수 금속 단분자층(M1)을 형성하기 위한 금속전구체의 구체적 예시는 다음과 같을 수 있다.Specific examples of the metal precursor for forming the light-absorbing metal monomolecular layer M1 may be as follows.
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000023
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Figure PCTKR2022012143-appb-img-000024
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상기 금속전구체에서 R1, R2, R3, 및 R4는 서로에 관계없이 C1 내지 C5의 In the metal precursor, R1, R2, R3, and R4 are C1 to C5 regardless of each other.
알킬기일 수 있다.It may be an alkyl group.
상기 금속 전구체 도징단계에서 하기 반응식 2에 따른 반응이 일어날 수 있다.In the metal precursor dosing step, a reaction according to Reaction Formula 2 may occur.
[반응식 2][Scheme 2]
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000025
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상기 반응식 2에서, *-XaRa2는 하부층의 표면 작용기 구체적으로, 앞서 형성한 유기 분자층(O1)의 표면 작용기이고, 화학식 5A의 금속 전구체는 앞서 형성한 유기 분자층(O1)의 표면 작용기와 반응하여 유기 분자층(O1)의 표면 상에 자기조립될 수 있다. 이 과정에서 Ra2Rb1이 반응부산물로서 생성될 수 있다. 이 후, 퍼지 단계에서 잔존하는 금속 전구체와 상기 반응부산물을 퍼지할 수 있다. 상기 반응식 2에서, 각 작용기는 화학식 4 및 화학식 5A에서 정의된 것과 동일할 수 있다.In Scheme 2, *-X a R a2 is a surface functional group of the lower layer, specifically, a surface functional group of the previously formed organic molecular layer (O1), and the metal precursor of Chemical Formula 5A is the surface of the previously formed organic molecular layer (O1). It may react with functional groups to self-assemble on the surface of the organic molecular layer O1. In this process, R a2 R b1 may be produced as a reaction by-product. Thereafter, in the purging step, the remaining metal precursor and the reaction byproducts may be purged. In Scheme 2, each functional group may be the same as defined in Chemical Formulas 4 and 5A.
도시된 바와는 달리, 상기 광흡수층(FL1)이 다수의 금속 단분자층(M1)으로 형성된 경우(화학식 1A의 n1이 2 이상인 경우), 앞서 설명한 반응식 2에 따른 금속 전구체 도징단계 및 퍼지 단계를 수행한 후, 반응가스를 도징하여 상기 하부층에 화학결합된 금속 전구체와 반응시키는 반응가스 도징단계; 및 퍼지가스를 공급하여 미반응 반응가스 및 반응 생성물을 퍼지하는 퍼지 단계를 구비하는 단위 사이클을 반복할 수 있다. 이 때, 반응가스는 수소, 산소를 포함하는 가스(ex. O2, O3, H2O), 질소를 포함하는 가스(ex. NH3)등일 수 있다.Unlike the drawing, when the light absorption layer FL 1 is formed of a plurality of metal monolayers M1 (when n1 in Formula 1A is 2 or more), a metal precursor dosing step and a purge step according to Scheme 2 described above are performed. Then, a reaction gas dosing step of dosing the reaction gas to react with the metal precursor chemically bonded to the lower layer; and a purge step of purging the unreacted reaction gas and the reaction product by supplying the purge gas to repeat the unit cycle. At this time, the reaction gas may be a gas containing hydrogen, oxygen (ex. O 2 , O 3 , H 2 O), a gas containing nitrogen (ex. NH 3 ), and the like.
상기 광흡수층(FL1) 상에 또는 상기 광흡수층(FL1)을 형성하기 전에 상기 기판 상에 광반응층(FL2)을 형성할 수 있다. 상기 광반응층(FL2)을 형성하는 것은 원자층 증착법 구체적으로, 분자층 증착법을 사용하여 수행할 수 있다. A photoreactive layer FL 2 may be formed on the light absorbing layer FL 1 or on the substrate before forming the light absorbing layer FL 1 . Forming the photoreactive layer FL 2 may be performed using an atomic layer deposition method, specifically, a molecular layer deposition method.
일 예로서, 상기 광반응층(FL2)은 광반응 금속 단분자층(M2)을 형성하는 단계와 유기 분자층(O2)을 형성하는 단계를 포함하는 사이클을 수행하여 형성될 수 있다. 유기 분자층(O2)을 형성하는 단계는 상기 광흡수층(FL1)에서 설명한 유기 분자층(O1)을 형성하는 방법과 동일 또는 유사한 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 다만, 반응식 1의 유기 전구체 도징 단계에서, -R0는 상기 반응식 2에 기재된 하부층 상에 자기조립된 금속 전구체의 말단기인 -Rb2로 치환될 수 있다.As an example, the photoreactive layer FL 2 may be formed by performing a cycle including forming the photoreactive metal monomolecular layer M2 and forming the organic molecular layer O2 . The forming of the organic molecular layer O2 may be formed using the same or similar method as the method of forming the organic molecular layer O1 described in the light absorption layer FL 1 . However, in the organic precursor dosing step of Reaction Scheme 1, -R 0 may be substituted with -R b2 which is an end group of the metal precursor self-assembled on the lower layer described in Scheme 2 above.
광반응 금속 단분자층(M2)을 형성하는 단계는 금속 전구체를 도징하여 하부층에 금속 전구체를 자기조립 방식으로 화학결합시키는 금속 전구체 도징단계; 및 퍼지가스를 공급하여 미반응 금속 전구체 및 반응 생성물을 퍼지하는 퍼지 단계를 구비하는 단위 사이클을 수행할 수 있다. 여기서, 퍼지가스는 아르곤일 수 있다.Forming the photoreactive metal monolayer M2 may include a metal precursor dosing step of dosing a metal precursor and chemically bonding the metal precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted metal precursors and reaction products by supplying a purge gas. Here, the purge gas may be argon.
상기 광반응 금속 단분자층(M2)을 형성하기 위한 금속 전구체는 하기 화학식 5B로 표시될 수 있다. A metal precursor for forming the photoreactive metal monolayer M2 may be represented by Chemical Formula 5B below.
[화학식 5B][Formula 5B]
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상기 화학식 5B에서, Rb1과 Rb2는 서로에 관계없이 할로겐기(ex. Cl, Br, 또는 I), C1 내지 C5의 알킬기, C1 내지 C5의 알킬실릴아미노기, C1 내지 C5의 알콕시, C1 내지 C5의 알킬티오기, C1 내지 C5의 알킬셀레노기, C1 내지 C5의 알킬아미노기, 또는 C1 내지 C5의 알킬포스피노기일 수 있다. 여기서, C1 내지 C5의 알킬기들은 치환 또는 비치환된, 그리고 선형 또는 분지형 알킬기일 수 있다. Z1, Z2, L3, L4, n1, n2, 및 Mb는 화학식 2B에 정의된 바와 같다. 이에 더하여, 경우에 따라서는 Rb1, Rb2, L3, 및 L4 중 둘은 이들이 직간접적으로 결합된 Mb와 함께 합쳐져 헤테로사이클릴 또는 헤테로아릴을 형성할 수 있다. 혹은 Rb1과 Rb2 중 적어도 하나는 Mb에 배위결합된 상태일 수 있다.In Formula 5B, R b1 and R b2 are independently of each other a halogen group (ex. Cl, Br, or I), a C1 to C5 alkyl group, a C1 to C5 alkylsilylamino group, a C1 to C5 alkoxy, C1 to C5 It may be a C5 alkylthio group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamino group, or a C1 to C5 alkylphosphino group. Here, the C1 to C5 alkyl groups may be substituted or unsubstituted, linear or branched alkyl groups. Z 1 , Z 2 , L 3 , L 4 , n 1 , n 2 , and M b are as defined in Formula 2B. In addition, optionally two of R bi , R b2 , L 3 , and L 4 may be taken together with M b to which they are directly or indirectly bonded to form a heterocyclyl or heteroaryl. Alternatively, at least one of R b1 and R b2 may be in a state coordinated with M b .
상기 광반응 금속 단분자층(M2)을 형성하기 위한 금속전구체의 구체적 예시는 다음과 같을 수 있다.Specific examples of the metal precursor for forming the photoreactive metal monolayer M2 may be as follows.
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000027
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상기 금속 전구체 도징단계에서 하기 반응식 3에 따른 반응이 일어날 수 있다.In the metal precursor dosing step, a reaction according to Reaction Formula 3 may occur.
[반응식 3][Scheme 3]
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000028
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상기 반응식 3에서, *-XaRa2는 하부층의 표면 작용기 구체적으로, 앞서 형성한 유기 분자층(O2)의 표면 작용기이고, 화학식 5B의 금속 전구체는 앞서 형성한 유기 분자층(O2)의 표면 작용기와 반응하여 유기 분자층(O2)의 표면 상에 자기조립될 수 있다. 이 과정에서 Ra2Rb1이 반응부산물로서 생성될 수 있다. 이 후, 퍼지 단계에서 잔존하는 금속 전구체와 상기 반응부산물을 퍼지할 수 있다. 상기 반응식 3에서, 각 작용기는 화학식 4 및 화학식 5B에서 정의된 것과 동일할 수 있다.In Reaction Formula 3, *-X a R a2 is a surface functional group of the lower layer, specifically, a surface functional group of the organic molecular layer (O2) formed previously, and the metal precursor of Formula 5B is the surface of the organic molecular layer (O2) formed previously. It may react with functional groups to self-assemble on the surface of the organic molecular layer O2. In this process, R a2 R b1 may be produced as a reaction by-product. Thereafter, in the purging step, the remaining metal precursor and the reaction byproducts may be purged. In Scheme 3, each functional group may be the same as defined in Formula 4 and Formula 5B.
도시된 바와는 달리, 상기 광반응층(FL1)이 다수의 금속 단분자층(M2)으로 형성된 경우(화학식 1B의 n2가 2 이상인 경우), 앞서 설명한 반응식 3에 따른 금속 전구체 도징단계 및 퍼지 단계를 수행한 후, 반응가스를 도징하여 상기 하부층에 화학결합된 금속 전구체와 반응시키는 반응가스 도징단계; 및 퍼지가스를 공급하여 미반응 반응가스 및 반응 생성물을 퍼지하는 퍼지 단계를 구비하는 단위 사이클을 반복할 수 있다. 이 때, 반응가스는 수소, 산소를 포함하는 가스(ex. O2, O3, H2O), 질소를 포함하는 가스(ex. NH3)등일 수 있다.Unlike the drawing, when the photoreaction layer FL 1 is formed of a plurality of metal monomolecular layers M2 (when n2 in Formula 1B is 2 or more), a metal precursor dosing step and a purge step according to Scheme 3 described above After performing, a reaction gas dosing step of dosing a reaction gas to react with a metal precursor chemically bonded to the lower layer; and a purge step of purging the unreacted reaction gas and the reaction product by supplying the purge gas to repeat the unit cycle. At this time, the reaction gas may be hydrogen, a gas containing oxygen (ex. O 2 , O 3 , H 2 O), a gas containing nitrogen (ex. NH 3 ), and the like.
상기 광흡수층(FL1) 상에 또는 상기 광흡수층(FL1)을 형성하기 전에 상기 기판 상에 내에칭층(FL3)을 형성할 수 있다. 상기 내에칭층(FL3)을 형성하는 것은 원자층 증착법 구체적으로, 분자층 증착법을 사용하여 수행할 수 있다. An etching resistant layer FL 3 may be formed on the light absorbing layer FL 1 or on the substrate before forming the light absorbing layer FL 1 . Forming the etching resistant layer FL 3 may be performed using an atomic layer deposition method, specifically, a molecular layer deposition method.
일 예로서, 상기 내에칭층(FL3)은 내에칭 금속 단분자층(M3)을 형성하는 단계와 유기 분자층(O3)을 형성하는 단계를 포함하는 사이클을 수행하여 형성될 수 있다. 유기 분자층(O3)을 형성하는 단계는 상기 광흡수층(FL1)에서 설명한 유기 분자층(O1)을 형성하는 방법과 동일 또는 유사한 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 다만, 반응식 1의 유기 전구체 도징 단계에서, -R0는 피식각측 표면 상에 결합된 표면작용기일 수 있다.As an example, the etch-resistant layer FL 3 may be formed by performing a cycle including forming the etch-resistant metal monomolecular layer M3 and forming the organic molecular layer O3 . The forming of the organic molecular layer O3 may be formed using the same or similar method as the method of forming the organic molecular layer O1 described in the light absorption layer FL 1 . However, in the organic precursor dosing step of Scheme 1, -R 0 may be a surface functional group bonded to the surface to be etched.
내에칭 금속 단분자층(M3)을 형성하는 단계는 금속 전구체를 도징하여 하부층에 금속 전구체를 자기조립 방식으로 화학결합시키는 금속 전구체 도징단계; 및 퍼지가스를 공급하여 미반응 금속 전구체 및 반응 생성물을 퍼지하는 퍼지 단계를 구비하는 단위 사이클을 수행할 수 있다. 여기서, 퍼지가스는 아르곤일 수 있다.Forming the etching-resistant metal monolayer M3 may include a metal precursor dosing step of dosing a metal precursor and chemically bonding the metal precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted metal precursors and reaction products by supplying a purge gas. Here, the purge gas may be argon.
상기 내에칭 금속 단분자층(M3)을 형성하기 위한 금속 전구체는 하기 화학식 5C로 표시될 수 있다. A metal precursor for forming the etching-resistant metal monolayer M3 may be represented by Chemical Formula 5C.
[화학식 5C] [Formula 5C]
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상기 화학식 5C에서, Rb1과 Rb2는 서로에 관계없이 할로겐기(ex. Cl, Br, 또는 I), C1 내지 C5의 알킬기, C1 내지 C5의 알킬실릴아미노기, C1 내지 C5의 알콕시, C1 내지 C5의 알킬티오기, C1 내지 C5의 알킬셀레노기, C1 내지 C5의 알킬아미노기, 또는 C1 내지 C5의 알킬포스피노기일 수 있다. 여기서, C1 내지 C5의 알킬기들은 치환 또는 비치환된, 그리고 선형 또는 분지형 알킬기일 수 있다. Z1, Z2, L5, L6, n1, n2, 및 Mc는 화학식 2C에 정의된 바와 같다. 이에 더하여, 경우에 따라서는 Rb1, Rb2, L5, 및 L6 중 둘은 이들이 직간접적으로 결합된 Mc와 함께 합쳐져 헤테로사이클릴 또는 헤테로아릴을 형성할 수 있다. 혹은 Rb1과 Rb2 중 적어도 하나는 Mc에 배위결합된 상태일 수 있다.In Formula 5C, R b1 and R b2 are independently of each other a halogen group (ex. Cl, Br, or I), a C1 to C5 alkyl group, a C1 to C5 alkylsilylamino group, a C1 to C5 alkoxy group, a C1 to C5 alkoxy group, and a C1 to C5 alkylsilylamino group. It may be a C5 alkylthio group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamino group, or a C1 to C5 alkylphosphino group. Here, the C1 to C5 alkyl groups may be substituted or unsubstituted, linear or branched alkyl groups. Z 1 , Z 2 , L 5 , L 6 , n 1 , n 2 , and M c are as defined in Formula 2C. In addition, optionally two of R bi , R b2 , L 5 , and L 6 may be taken together with M c to which they are directly or indirectly bonded to form a heterocyclyl or heteroaryl. Alternatively, at least one of Rb1 and Rb2 may be coordinately bonded to M c .
상기 내에칭 금속 단분자층(M3)을 형성하기 위한 금속전구체의 구체적 예시는 다음과 같을 수 있다.Specific examples of the metal precursor for forming the etch-resistant metal monolayer M3 may be as follows.
Figure PCTKR2022012143-appb-img-000030
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상기 금속 전구체 도징단계에서 하기 반응식 4에 따른 반응이 일어날 수 있다.In the metal precursor dosing step, a reaction according to Reaction Formula 4 may occur.
[반응식 4][Scheme 4]
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상기 반응식 4에서, -XaRa2는 하부층의 표면 작용기 구체적으로, 앞서 형성한 유기 분자층(O3)의 표면 작용기이고, 화학식 5C의 금속 전구체는 앞서 형성한 유기 분자층(O3)의 표면 작용기와 반응하여 유기 분자층(O3)의 표면 상에 자기조립될 수 있다. 이 과정에서 Ra2Rb1이 반응부산물로서 생성될 수 있다. 이 후, 퍼지 단계에서 잔존하는 금속 전구체와 상기 반응부산물을 퍼지할 수 있다. 상기 반응식 4에서, 각 작용기는 화학식 4 및 화학식 5C에서 정의된 것과 동일할 수 있다.In Reaction Formula 4, -X a R a2 is a surface functional group of the lower layer, specifically, a surface functional group of the organic molecular layer (O3) formed previously, and the metal precursor of Formula 5C is a surface functional group of the organic molecular layer (O3) formed previously. and may be self-assembled on the surface of the organic molecular layer O3. In this process, R a2 R b1 may be produced as a reaction by-product. Thereafter, in the purging step, the remaining metal precursor and the reaction byproducts may be purged. In Scheme 4, each functional group may be the same as defined in Formula 4 and Formula 5C.
도시된 바와는 달리, 상기 내에칭층(FL1)이 다수의 금속 단분자층(M3)으로 형성된 경우(화학식 1C의 n3가 2 이상인 경우), 앞서 설명한 반응식 4에 따른 금속 전구체 도징단계 및 퍼지 단계를 수행한 후, 반응가스를 도징하여 상기 하부층에 화학결합된 금속 전구체와 반응시키는 반응가스 도징단계; 및 퍼지가스를 공급하여 미반응 반응가스 및 반응 생성물을 퍼지하는 퍼지 단계를 구비하는 단위 사이클을 반복할 수 있다. 이 때, 반응가스는 수소, 산소를 포함하는 가스(ex. O2, O3, H2O), 질소를 포함하는 가스(ex. NH3)등일 수 있다.Unlike the drawing, when the etching-resistant layer FL 1 is formed of a plurality of metal monolayers M3 (when n3 in Formula 1C is 2 or more), a metal precursor dosing step and a purge step according to Scheme 4 described above After performing, a reaction gas dosing step of dosing a reaction gas to react with a metal precursor chemically bonded to the lower layer; and a purge step of purging the unreacted reaction gas and the reaction product by supplying the purge gas to repeat the unit cycle. At this time, the reaction gas may be hydrogen, a gas containing oxygen (ex. O 2 , O 3 , H 2 O), a gas containing nitrogen (ex. NH 3 ), and the like.
그러나, 위에 한정되지 않고, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 다층 분자막 포토레지스트(30)는 금속 단분자층(화학식 1의 MM)을 형성하는 단계와 유기 분자층(화학식 1의 OM)을 형성하는 단계를 포함하는 사이클을 수행하여 형성될 수 있다. 상기 유기 분자층(화학식 1의 OM)을 형성하는 단계는 상기 화학식 4의 유기 전구체를 도징하여 하부층에 유기 전구체를 자기조립 방식으로 화학결합시키는 유기 전구체 도징단계; 및 퍼지가스를 공급하여 미반응 유기전구체 및 반응 생성물을 퍼지하는 퍼지 단계를 구비하는 단위 사이클을 수행할 수 있다. 여기서, 퍼지가스는 아르곤일 수 있다. 상기 유기 전구체 도징단계에서 상기 반응식 1에 따른 반응이 일어날 수 있다.However, without being limited to the above, in another embodiment of the present invention, the multilayer molecular film photoresist 30 is formed by forming a metal monomolecular layer (MM in Formula 1) and forming an organic molecular layer (OM in Formula 1). It can be formed by performing a cycle comprising the steps. The forming of the organic molecular layer (OM of Chemical Formula 1) may include an organic precursor dosing step of dosing the organic precursor of Chemical Formula 4 to chemically bond the organic precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted organic precursors and reaction products by supplying a purge gas. Here, the purge gas may be argon. In the step of dosing the organic precursor, a reaction according to Scheme 1 may occur.
상기 금속 단분자층(화학식 1의 MM)을 형성하는 단계는 하기 화학식 5의 금속 전구체를 도징하여 하부층에 금속 전구체를 자기조립 방식으로 화학결합시키는 금속 전구체 도징단계; 및 퍼지가스를 공급하여 미반응 금속 전구체 및 반응 생성물을 퍼지하는 퍼지 단계를 구비하는 단위 사이클을 수행할 수 있다. 여기서, 퍼지가스는 아르곤일 수 있다. Forming the metal monomolecular layer (MM of Chemical Formula 1) may include a metal precursor dosing step of dosing a metal precursor of Chemical Formula 5 to chemically bond the metal precursor to a lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted metal precursors and reaction products by supplying a purge gas. Here, the purge gas may be argon.
[화학식 5][Formula 5]
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상기 화학식 5에서, Rb1과 Rb2는 서로에 관계없이 할로겐기(ex. Cl, Br, 또는 I), C1 내지 C5의 알킬기, C1 내지 C5의 알킬실릴아미노기, C1 내지 C5의 알콕시, C1 내지 C5의 알킬티오기, C1 내지 C5의 알킬셀레노기, C1 내지 C5의 알킬아미노기, 또는 C1 내지 C5의 알킬포스피노기일 수 있다. 여기서, C1 내지 C5의 알킬기들은 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬기일 수 있다. Z1, Z2, La, Lb, na, nb, 및 M0는 화학식 2에 정의된 바와 같다. 이에 더하여, 경우에 따라서는 Rb1, Rb2, La, 및 Lb 중 둘은 이들이 직간접적으로 결합된 M0와 함께 합쳐져 헤테로사이클릴 또는 헤테로아릴을 형성할 수 있다. 혹은 Rb1과 Rb2 중 적어도 하나는 M0에 배위결합된 상태일 수 있다.In Formula 5, R b1 and R b2 are independently of each other a halogen group (ex. Cl, Br, or I), a C1 to C5 alkyl group, a C1 to C5 alkylsilylamino group, a C1 to C5 alkoxy group, a C1 to C5 alkoxy group, and a C1 to C5 alkylsilylamino group. It may be a C5 alkylthio group, a C1 to C5 alkylseleno group, a C1 to C5 alkylamino group, or a C1 to C5 alkylphosphino group. Here, the C1 to C5 alkyl groups may be substituted or unsubstituted linear or branched alkyl groups. Z 1 , Z 2 , L a , L b , n a , n b , and M 0 are as defined in Formula 2. In addition, optionally two of R bi , R b2 , L a , and L b may be taken together with M 0 to which they are directly or indirectly bonded to form a heterocyclyl or heteroaryl. Alternatively, at least one of R b1 and R b2 may be in a state coordinated with M 0 .
상기 금속 전구체 도징단계에서 하기 반응식 5에 따른 반응이 일어날 수 있다.In the metal precursor dosing step, a reaction according to Reaction Formula 5 may occur.
[반응식 5][Scheme 5]
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상기 반응식 5에서, *-XaRa2는 하부층의 표면 작용기 구체적으로, 앞서 형성한 유기 분자층(O)의 표면 작용기이고, 화학식 5의 금속 전구체는 앞서 형성한 유기 분자층(O)의 표면 작용기와 반응하여 유기 분자층(O)의 표면 상에 자기조립될 수 있다. 이 과정에서 Ra2Rb1이 반응부산물로서 생성될 수 있다. 이 후, 퍼지 단계에서 잔존하는 금속 전구체와 상기 반응부산물을 퍼지할 수 있다. 상기 반응식 5에서, 각 작용기는 화학식 4 및 화학식 5에서 정의된 것과 동일할 수 있다.In Reaction Formula 5, *-X a R a2 is a surface functional group of the lower layer, specifically, a surface functional group of the previously formed organic molecular layer (O), and the metal precursor of Chemical Formula 5 is the surface of the previously formed organic molecular layer (O). It may react with functional groups to self-assemble on the surface of the organic molecular layer (O). In this process, R a2 R b1 may be produced as a reaction by-product. Thereafter, in the purging step, the remaining metal precursor and the reaction byproducts may be purged. In Reaction Scheme 5, each functional group may be the same as defined in Chemical Formulas 4 and 5.
구체적으로, 금속 전구체는 상기 화학식 5A, 5B, 또는 5C로 표시될 수 있다. 또한, 구체적으로는 상기 금속 전구체 도징단계에서 상기 반응식 2, 3, 또는 4에 따른 반응이 일어날 수 있다.Specifically, the metal precursor may be represented by Chemical Formulas 5A, 5B, or 5C. In addition, specifically, the reaction according to Reaction Formula 2, 3, or 4 may occur in the metal precursor dosing step.
도 4를 참조하면, 다층 분자막 포토레지스트(30)의 일부분에 방사선(hv) 구체적으로, EUV 또는 Ebeam이 조사될 수 있다. 이 경우, 상기 광흡수층(FL1) 내의 d 오비탈 일 예로서, 4d 또는 5d 오비탈을 갖는 금속 원자인 Ma은 상기 방사선을 흡수하여 2차 전자를 생성할 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 상기 광반응층(FL2) 및/또는 상기 내에칭층(FL3) 내의 금속 원자 혹은 다른 원소들도 방사선을 흡수하여 2차 전자를 생성할 수도 있다. Referring to FIG. 4 , a portion of the multilayer molecular film photoresist 30 may be irradiated with radiation (hv), specifically, EUV or Ebeam. In this case, as an example of a d orbital in the light absorption layer FL 1 , M a , which is a metal atom having a 4d or 5d orbital, may absorb the radiation to generate secondary electrons. However, it is not limited thereto, and metal atoms or other elements in the photoreactive layer FL 2 and/or the etching resistant layer FL 3 may also absorb radiation to generate secondary electrons.
상기 광흡수층(FL1)에서 생성된 2차 전자에 의해 인접하는 분자선들(ML) 내의 광반응 무기 단분자들(M2) 사이에 가교결합이 형성될 수 있다. 구체적으로, 서로 인접하는 상기 광반응 무기 단분자들(M2) 내 Mb-L4 및 L3-Mb는 상기 2차 전자에 의해 반응하여, Mb-Y2-Mb결합을 형성할 수 있다. 여기서, Y2는 O, S, Se, N, 또는 P일 수 있다. 또한, 상기 광흡수층(FL1)에서 생성된 2차 전자에 의해 인접하는 분자선들(ML) 내의 광흡수 무기 단분자들(M1) 사이에도 가교결합이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 광흡수 무기 단분자들(M1) 내 Ma-L2 및 L1-Ma 결합들은 상기 2차 전자에 의해 반응하여, Ma-Y1-Ma결합을 형성할 수 있다. 여기서, Y1는 O, S, Se, N, 또는 P일 수 있다. 또한, 상기 광흡수층(FL1)에서 생성된 2차 전자에 의해 인접하는 분자선들(ML) 내의 내에칭 무기 단분자들(M3) 사이에도 가교결합이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 내에칭 무기 단분자들(M3) 내 Mc-L6 및 L5-Mc 결합들은 상기 2차 전자에 의해 반응하여, Mc-Y3-Mc결합을 형성할 수 있다. 여기서, Y3는 O, S, Se, N, 또는 P일 수 있다. Crosslinks may be formed between photoreactive inorganic single molecules M2 in adjacent molecular lines ML by secondary electrons generated in the light absorption layer FL 1 . Specifically, M b -L 4 and L 3 -M b in the photoreactive inorganic single molecules (M2) adjacent to each other react by the secondary electron to form an M b -Y 2 -M b bond. can Here, Y 2 may be O, S, Se, N, or P. In addition, cross-links may also be formed between light-absorbing inorganic single molecules M1 in adjacent molecular lines ML by secondary electrons generated in the light-absorbing layer FL 1 . Specifically, M a -L 2 and L 1 -M a bonds in the light absorbing inorganic monomers M1 may react with the secondary electrons to form M a -Y 1 -M a bonds. . Here, Y 1 may be O, S, Se, N, or P. Also, crosslinks may be formed between etch-resistant inorganic single molecules M3 in adjacent molecular lines ML by secondary electrons generated in the light absorption layer FL 1 . Specifically, the M c -L 6 and L 5 -M c bonds in the etched inorganic monomers (M3) may react with the secondary electron to form an M c -Y 3 -M c bond. . Here, Y 3 may be O, S, Se, N, or P.
도 5를 참조하면, 방사선에 의해 노광된 다층 분자막 포토레지스트(30)를 현상제에 노출시킬 수 있다. 이 경우, 인접하는 분자선들(ML) 내의 무기 단분자들(M1, M2, 및 M3) 사이에도 가교결합이 형성된 부분을 제외하고는 현상제에 의해 제거되어 다층 분자막 포토레지스트 패턴(31)이 형성될 수 있다. 상기 현상제는 현상용 용액 일 예로서, 물, Isopropyl alcohol(IPA), Methyl isobutyl ketone(MIBK), tetramethylammonium hydroxide(TMAH), 또는 현상용 기체, 일 예로서, CF4, Ar, O2, CHF3 등 또는 이로부터 생성된 플라즈마일 수 있다.Referring to FIG. 5 , the multilayer molecular film photoresist 30 exposed by radiation may be exposed to a developer. In this case, the multilayer molecular film photoresist pattern 31 is formed by removing the cross-linked portion between the inorganic monomolecules M1, M2, and M3 in the adjacent molecular lines ML by removing the crosslinks by the developer. can be formed The developer is a developing solution, for example, water, isopropyl alcohol (IPA), methyl isobutyl ketone (MIBK), tetramethylammonium hydroxide (TMAH), or a developing gas, for example, CF 4 , Ar, O 2 , CHF 3 etc. or a plasma generated therefrom.
도 6을 참조하면, 다층 분자막 포토레지스트 패턴(31)을 마스크로 하여 피식각막(20)을 식각할 수 있다. 이 식각은 일 예로서, 플라즈마 식각일 수 있다. 이 때, 상기 내에칭 무기 단분자들(M3) 사이의 Mc-Y3-Mc결합으로 인해 다층 분자막 포토레지스트 패턴(31)의 내에칭성이 증가되어, 피식각막(20)을 선택적으로 식각할 수 있다. Referring to FIG. 6 , the film to be etched 20 may be etched using the multilayer molecular film photoresist pattern 31 as a mask. This etching may be, for example, plasma etching. At this time, the etching resistance of the multilayer molecular film photoresist pattern 31 is increased due to the M c -Y 3 -M c bond between the etch-resistant inorganic single molecules M3, thereby selectively forming the film to be etched 20. can be etched with
도 7을 참조하면, 다층 분자막 포토레지스트 패턴(31)을 제거할 수 있다. 이는 애슁법을 사용하여 수행할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the multilayer molecular film photoresist pattern 31 may be removed. This can be done using the ashing method.
도 3을 다시 참조하여 다층 분자막 포토레지스트를 제조하는 분자층 증착장비를 설명하기로 한다. 후술하는 것을 제외하고는 도 1, 도 2a, 도 2b, 및 도 3을 참조하여 설명한 것을 참조하기로 한다. Referring again to FIG. 3, a molecular layer deposition equipment for manufacturing a multilayer molecular film photoresist will be described. Except for the description below, reference will be made to what has been described with reference to FIGS. 1, 2a, 2b, and 3 .
본 발명의 일 실시에에 따른 분자층 증착장비는 금속 단분자층(화학식 1의 MM)을 형성하는 단계와 유기 분자층(화학식 1의 OM)을 형성하는 단계를 포함하는 사이클을 복수회 구체적으로 화학식 1의 l로 나타낸 횟수만큼 수행할 수 있다. 상기 유기 분자층(화학식 1의 OM)을 형성하는 단계는 상기 화학식 4의 유기 전구체를 도징하여 하부층에 유기 전구체를 자기조립 방식으로 화학결합시키는 유기 전구체 도징단계; 및 퍼지가스를 공급하여 미반응 유기전구체 및 반응 생성물을 퍼지하는 퍼지 단계를 구비하는 단위 사이클을 수행할 수 있다. 여기서, 퍼지가스는 아르곤일 수 있다. 상기 유기 전구체 도징단계에서 상기 반응식 1에 따른 반응이 일어날 수 있다.Molecular layer deposition equipment according to an embodiment of the present invention is a cycle including the step of forming a metal monomolecular layer (MM of Formula 1) and the step of forming an organic molecular layer (OM of Formula 1) a plurality of times, specifically Formula 1 It can be performed as many times as indicated by l of The forming of the organic molecular layer (OM of Chemical Formula 1) may include an organic precursor dosing step of dosing the organic precursor of Chemical Formula 4 to chemically bond the organic precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted organic precursors and reaction products by supplying a purge gas. Here, the purge gas may be argon. In the step of dosing the organic precursor, a reaction according to Scheme 1 may occur.
상기 금속 단분자층(화학식 1의 MM)을 형성하는 단계는 상기 화학식 5의 금속 전구체를 도징하여 하부층에 금속 전구체를 자기조립 방식으로 화학결합시키는 금속 전구체 도징단계; 및 퍼지가스를 공급하여 미반응 금속 전구체 및 반응 생성물을 퍼지하는 퍼지 단계를 구비하는 단위 사이클을 수행할 수 있다. 여기서, 퍼지가스는 아르곤일 수 있다. 상기 금속 전구체 도징단계에서 상기 반응식 5에 따른 반응이 일어날 수 있다. 구체적으로, 금속 전구체는 상기 화학식 5A, 5B, 또는 5C로 표시될 수 있다. 또한, 구체적으로는 상기 금속 전구체 도징단계에서 상기 반응식 2, 3, 또는 4에 따른 반응이 일어날 수 있다.The forming of the metal monolayer (MM of Chemical Formula 1) may include a metal precursor dosing step of dosing the metal precursor of Chemical Formula 5 to chemically bond the metal precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted metal precursors and reaction products by supplying a purge gas. Here, the purge gas may be argon. In the metal precursor dosing step, a reaction according to Scheme 5 may occur. Specifically, the metal precursor may be represented by Chemical Formulas 5A, 5B, or 5C. In addition, specifically, the reaction according to Reaction Formula 2, 3, or 4 may occur in the metal precursor dosing step.
본 발명의 일 실시에에 따른 분자층 증착장비는 구체적으로, 기판 상에 광흡수 금속 단분자층(M1)을 형성하는 단계와 유기 분자층(O1)을 형성하는 단계를 포함하는 사이클을 복수회 구체적으로 화학식 1A의 l1로 나타낸 횟수만큼 수행하여 광흡수층(FL1)을 형성할 수 있다. In the molecular layer deposition equipment according to an embodiment of the present invention, a cycle including forming a light absorbing metal monomolecular layer (M1) and forming an organic molecular layer (O1) on a substrate is specifically specified a plurality of times. The light absorbing layer FL 1 may be formed by performing the light absorption layer FL 1 as many times as indicated by l1 in Chemical Formula 1A.
상기 유기 분자층(O1)을 형성하는 단계에서 상기 화학식 4의 유기 전구체를 도징하여 하부층에 유기 전구체를 자기조립 방식으로 화학결합시키는 유기 전구체 도징단계; 및 퍼지가스를 공급하여 미반응 유기전구체 및 반응 생성물을 퍼지하는 퍼지 단계를 구비하는 단위 사이클을 수행할 수 있다. 여기서, 퍼지가스는 아르곤일 수 있다. 상기 유기 전구체 도징단계에서 상기 반응식 1에 따른 반응이 일어날 수 있다.an organic precursor dosing step of dosing the organic precursor of Chemical Formula 4 in the forming of the organic molecular layer O1 and chemically bonding the organic precursor to a lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted organic precursors and reaction products by supplying a purge gas. Here, the purge gas may be argon. In the step of dosing the organic precursor, a reaction according to Scheme 1 may occur.
상기 광흡수 금속 단분자층(M1)을 형성하는 단계는 상기 화학식 5A의 금속 전구체를 도징하여 하부층에 금속 전구체를 자기조립 방식으로 화학결합시키는 금속 전구체 도징단계; 및 퍼지가스를 공급하여 미반응 금속 전구체 및 반응 생성물을 퍼지하는 퍼지 단계를 구비하는 단위 사이클을 수행할 수 있다. 여기서, 퍼지가스는 아르곤일 수 있다. 상기 금속 전구체 도징단계에서 상기 반응식 2에 따른 반응이 일어날 수 있다.The forming of the light-absorbing metal monolayer M1 may include a metal precursor dosing step of dosing the metal precursor of Chemical Formula 5A to chemically bond the metal precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted metal precursors and reaction products by supplying a purge gas. Here, the purge gas may be argon. In the metal precursor dosing step, a reaction according to Scheme 2 may occur.
상기 광흡수층(FL1) 상에 또는 상기 광흡수층(FL1)을 형성하기 전에 상기 기판 상에 광반응 금속 단분자층(M2)을 형성하는 단계와 유기 분자층(O2)을 형성하는 단계를 포함하는 사이클을 복수회 구체적으로 화학식 1B의 l2로 나타낸 횟수만큼 수행하여 광반응층(FL2)을 형성할 수 있다. 유기 분자층(O2)을 형성하는 단계는 상기 광흡수층(FL1)에서 설명한 방법과 동일 또는 유사한 방법을 사용하여 형성할 수 있다.Forming a photoreactive metal monomolecular layer (M2) on the light absorbing layer (FL 1 ) or on the substrate before forming the light absorbing layer (FL 1 ) and forming an organic molecular layer (O2). The photoreactive layer FL 2 may be formed by performing the cycle a plurality of times, specifically, as many times as indicated by l2 in Chemical Formula 1B. The forming of the organic molecular layer O2 may be formed using the same or similar method as the method described for the light absorption layer FL 1 .
광반응 금속 단분자층(M2)을 형성하는 단계는 상기 화학식 5B의 금속 전구체를 도징하여 하부층에 금속 전구체를 자기조립 방식으로 화학결합시키는 금속 전구체 도징단계; 및 퍼지가스를 공급하여 미반응 금속 전구체 및 반응 생성물을 퍼지하는 퍼지 단계를 구비하는 단위 사이클을 수행할 수 있다. 여기서, 퍼지가스는 아르곤일 수 있다. 상기 금속 전구체 도징단계에서 상기 반응식 3에 따른 반응이 일어날 수 있다.Forming the photoreactive metal monolayer M2 may include a metal precursor dosing step of dosing the metal precursor of Chemical Formula 5B to chemically bond the metal precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted metal precursors and reaction products by supplying a purge gas. Here, the purge gas may be argon. In the metal precursor dosing step, a reaction according to Scheme 3 may occur.
상기 광흡수층(FL1) 상에 또는 상기 광흡수층(FL1)을 형성하기 전에 상기 기판 상에 내에칭 금속 단분자층(M3)을 형성하는 단계와 유기 분자층(O3)을 형성하는 단계를 포함하는 사이클을 복수회 구체적으로 화학식 1C의 l3로 나타낸 횟수만큼 수행하여 내에칭층(FL3)을 형성할 수 있다. 유기 분자층(O3)을 형성하는 단계는 상기 광흡수층(FL1)에서 설명한 방법과 동일 또는 유사한 방법을 사용하여 형성할 수 있다.Forming an etching-resistant metal monomolecular layer (M3) on the light absorption layer (FL 1 ) or on the substrate before forming the light absorption layer (FL 1 ) and forming an organic molecular layer (O3). The etching resistant layer FL 3 may be formed by performing the cycle a plurality of times, specifically, as many times as indicated by l3 in Chemical Formula 1C. The forming of the organic molecular layer O3 may be formed using the same or similar method as the method described for the light absorption layer FL 1 .
내에칭 금속 단분자층(M3)을 형성하는 단계는 상기 화학식 5C의 금속 전구체를 도징하여 하부층에 금속 전구체를 자기조립 방식으로 화학결합시키는 금속 전구체 도징단계; 및 퍼지가스를 공급하여 미반응 금속 전구체 및 반응 생성물을 퍼지하는 퍼지 단계를 구비하는 단위 사이클을 수행할 수 있다. 여기서, 퍼지가스는 아르곤일 수 있다. 상기 금속 전구체 도징단계에서 상기 반응식 4에 따른 반응이 일어날 수 있다.Forming the etching-resistant metal monolayer M3 may include a metal precursor dosing step of dosing the metal precursor of Chemical Formula 5C to chemically bond the metal precursor to the lower layer in a self-assembly manner; and a purge step of purging unreacted metal precursors and reaction products by supplying a purge gas. Here, the purge gas may be argon. In the metal precursor dosing step, a reaction according to Scheme 4 may occur.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 분자막 포토레지스트(30)는 상기 분자선들 내에 결합에 의해 연결되는 무기 단분자들과 유기 단분자들은 자기조립에 의해 형성됨에 따라 각 분자선이 기판 상부 방향으로 성장될 수 있고, 또한 상기 분자선들이 횡방향으로 균일하게 배치될 수 있다.As described above, in the multilayer molecular film photoresist 30 according to an embodiment of the present invention, inorganic single molecules and organic single molecules connected by bonding in the molecular lines are formed by self-assembly, so that each molecular line is formed on the top of the substrate. direction, and the molecular lines may be uniformly arranged in the transverse direction.
이 때, 분자선들 사이의 간격(도 1 또는 도 4의 D)이 1nm 이하 구체적으로 0.5nm 이하로 매우 작다. 또한, 노광 및 현상시에 입자가 아닌 분자선들 사이를 분리함에 따라 패턴 측면 거칠기를 의미하는 선단 거칠기(Line Edge Roughness, LER)가 1.2nm 이하로 매우 낮을 수 있으며, 또한 해상도(resolution) 또한 6 nm 이하로 크게 향상될 수 있다. 이와 더불어, 다층 분자막 포토레지스트(30)는 EUV에 대한 광흡수율이 매우 높은 무기 원자 구체적으로, 4d 또는 5d 오비탈을 갖는 금속 원자를 구비하는 광흡수 무기 단분자(M1)를 포함하여, 광자밀도가 낮은 EUV에 대해서도 스토캐스틱 결함(Stochastic Failure)이 낮으면서도 높은 광감도(ex. 10 mJ/cm2)를 나타낼 수 있다.At this time, the distance between the molecular lines (D in FIG. 1 or 4) is very small, such as 1 nm or less, specifically 0.5 nm or less. In addition, as the separation between molecular lines rather than particles during exposure and development, Line Edge Roughness (LER), which means pattern side roughness, can be very low as 1.2 nm or less, and resolution is also 6 nm The following can be greatly improved. In addition, the multilayer molecular film photoresist 30 includes a light-absorbing inorganic single molecule (M1) having an inorganic atom having a very high light absorption rate for EUV, specifically, a metal atom having a 4d or 5d orbital, Even for EUV with low stochastic failure, high photosensitivity (ex. 10 mJ/cm 2 ) can be exhibited.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred experimental examples are presented to aid understanding of the present invention. However, the following experimental examples are only for helping understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following experimental examples.
도 8은 무기분자층을 형성하기 위한 단위 사이클 구성을 나타낸다.8 shows a unit cycle configuration for forming an inorganic molecular layer.
도 8을 참조하면, 챔버 내에 DEZ(diethylzinc)를 2초 동안 도징하고, 30초 동안 챔버를 퍼지하고, 물(H2O)을 2초 동안 도징하고, 30초 동안 챔버를 퍼지하는 단위 사이클을 다수회(30회) 진행하여 ZnO 무기 분자층을 형성하였다.Referring to FIG. 8, a unit cycle of dosing DEZ (diethylzinc) in the chamber for 2 seconds, purging the chamber for 30 seconds, dosing water (H 2 O) for 2 seconds, and purging the chamber for 30 seconds A plurality of times (30 times) was performed to form a ZnO inorganic molecular layer.
도 9는 도 8을 참조하여 형성한 수직 설계된 무기다층분자막 포토레지스트를 를 패터닝한 후 촬영한 SEM 이미지이다. 구체적으로, 도 8을 참조하여 형성한 수직 설계된 무기다층분자막 상에 100 kV의 전압 및 2500 uC/cm2의 dose 조건에서 e- beam을 조사한 후, TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) in H2O 내에서 2분 동안 초음파처리하여 현상하였다.Figure 9 is a vertical design formed with reference to Figure 8 This is a SEM image taken after patterning the inorganic multilayer molecular film photoresist. Specifically, after irradiating e - beam at a voltage of 100 kV and a dose of 2500 uC/cm 2 on the vertically designed inorganic multilayer molecular film formed with reference to FIG. 8, in TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) in H 2 O It was developed by sonication for 2 minutes.
도 9를 참조하면, 1um의 선폭을 갖는 패턴과 500 nm의 선폭을 갖는 패턴이 깨끗하게 형성된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 9 , it can be seen that a pattern having a line width of 1 μm and a pattern having a line width of 500 nm are clearly formed.
도 10은 수직분자선 구조를 갖는 다층 분자막 포토레지스트을 형성하기 위한 단위 사이클 구성을 나타낸다.10 shows a unit cycle configuration for forming a multilayer molecular film photoresist having a vertical molecular line structure.
도 10을 참조하면, 챔버 내에 기판을 로딩하고, 기판 온도를 100 내지 300℃(구체적으로 100~150℃)로 유지한 상태에서, 무기전구체로서 Hf 전구체(Tetrakisdimethylamido Hafnium), Ti 전구체(Tetrakisdimethylamido Titanium), Al 전구체(Trimethyl Aluminum), 또는 DEZ(diethylzinc)를 0.01 내지 10 torr (0.05 ~ 0.5 torr)의 압력으로 1초 동안 도징하고, 5초 동안 챔버를 퍼지하고, 유기전구체로서 4-mercaptophenol를 0.01 내지 10 torr (0.01 torr)의 압력으로 1초 동안 도징하고, 5초 동안 챔버를 퍼지하는 단위 사이클을 다수회(약 30회) 진행하여 약 20nm 두께의 다층 분자막 포토레지스트를 형성하였다. Referring to FIG. 10, a substrate is loaded into a chamber, and while the substrate temperature is maintained at 100 to 300° C. (specifically, 100 to 150° C.), Hf precursor (Tetrakisdimethylamido Hafnium) and Ti precursor (Tetrakisdimethylamido Titanium) are used as inorganic precursors. , Al precursor (Trimethyl Aluminum), or DEZ (diethylzinc) at a pressure of 0.01 to 10 torr (0.05 to 0.5 torr), dosing for 1 second, purging the chamber for 5 seconds, and 4-mercaptophenol as an organic precursor at a pressure of 0.01 to 10 torr (0.01 to 0.5 torr). Dosing at a pressure of 10 torr (0.01 torr) for 1 second and purging the chamber for 5 seconds were performed multiple times (about 30 times) to form a multilayer molecular film photoresist having a thickness of about 20 nm.
도 11a, 도 11b, 및 도 11c는 도 10을 참조하여 설명한 방법을 사용하여 형성한 포토레지스트를 패터닝한 후 촬영한 SEM 이미지들이다. 구체적으로, 도 10을 참조하여 형성한 포토레지스트 상에 100 kV의 전압, 100pA, 및 2500 uC/cm2의 dose 조건에서 e- beam을 조사하여 노광한 후, TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) in H2O 내에서 2분 동안 초음파처리하여 현상하였다.11A, 11B, and 11C are SEM images taken after patterning the photoresist formed using the method described with reference to FIG. 10 . Specifically, after exposure by irradiating e - beam on the photoresist formed with reference to FIG. 10 under conditions of a voltage of 100 kV, a voltage of 100 pA, and a dose of 2500 uC/cm 2 , TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) in H 2 O It was developed by sonicating for 2 minutes in
도 11a, 도 11b, 및 도 11c 를 참조하면, 하프 피치(half pitch) 가 500 nm의 선폭을 갖는 패턴이 깨끗하게 형성된 것을 알 수 있다. 이 때, 패턴은 노광된 부분에서 형성되어, 본 실시예에 따른 포토레지스트는 네가티브 포토레지스트로 정의될 수 있다.Referring to FIGS. 11A, 11B, and 11C , it can be seen that a pattern having a half pitch and a line width of 500 nm is clearly formed. At this time, a pattern is formed in the exposed portion, and the photoresist according to the present embodiment may be defined as a negative photoresist.
도 12는 도 10을 참조하여 설명한 방법을 사용하여 형성한 포토레지스트의 전자빔에 관한 민감도를 보여주는 그래프이다. 구체적으로, 도 10을 참조하여 형성한 포토레지스트 상에 100 kV의 전압, 100 pA 및 1 내지 10,000 uC/cm2의 dose 조건에서 e- beam 을 조사하여 노광한 후, TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) in H2O 내에서 2분동안 초음파 처리하여 현상하고 노광량에 따른 패턴의 두께를 측정하여 나타내었다.FIG. 12 is a graph showing the electron beam sensitivity of a photoresist formed using the method described with reference to FIG. 10 . Specifically, after exposure by irradiating e-beam on the photoresist formed with reference to FIG. 10 under conditions of a voltage of 100 kV, 100 pA and a dose of 1 to 10,000 uC/cm 2 , TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) in H It was developed by ultrasonic treatment for 2 minutes in 2 O, and the thickness of the pattern according to the amount of exposure was measured and expressed.
도 12를 참조하면, 본 실험에서 네가티브 포토레지스트의 정규화된 두께(normalized thickness)는 현상 후에도 증착직후의 두께를 유지하는 경우 1nm로 표시하였는데, Hf 전구체를 사용하여 형성한 다층 분자막 포토레지스트는 가장 낮은 e-beam 도즈에서 1nm의 정규화된 두께를 나타냄에 따라 가장 민감도가 우수한 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 12, in this experiment, the normalized thickness of the negative photoresist was expressed as 1 nm when the thickness immediately after deposition was maintained even after development, and the multilayer molecular film photoresist formed using the Hf precursor was the most As it shows a normalized thickness of 1 nm at a low e-beam dose, it can be seen that the sensitivity is excellent.
도 13a는 EUV를 조사하는 형태와 도즈조건을 나타낸 개략도이고, 도 13b는 도 13a에 도시된 바와 같은 EUV를 도 10을 참조하여 설명한 방법을 사용하여 형성한 Hf 전구체를 사용한 포토레지스트에 조사한 경우 얻어지는 포토레지스트 패턴을 촬영한 광학사진이다. 구체적으로, 도 13a는 도 10을 참조하여 형성한 Hf 전구체를 사용한 포토레지스트 상에 도 13a에 도시된 바와 같은 EUV를 조사하여 노광한 후, TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) in H2O 내에서 2분동안 초음파 처리하여 현상한 사진이다.FIG. 13a is a schematic diagram showing a form of irradiating EUV and a dose condition, and FIG. 13b is a photoresist obtained when irradiating EUV as shown in FIG. 13a to a photoresist using an Hf precursor formed using the method described with reference to FIG. 10 This is an optical photograph of a photoresist pattern. Specifically, FIG. 13a shows exposure by irradiating EUV as shown in FIG. 13a on a photoresist using the Hf precursor formed with reference to FIG. 10, and then in TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) in H 2 O for 2 minutes. This is a photograph developed by sonication.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 증착직후 약 20 nm의 두께를 나타내는 Hf 전구체를 사용한 포토레지스트를 EUV를 사용하여 노광한 경우 약 40 mJ/cm2 이상의 도즈에서 노광되고 현상되었을 때 약 10nm 이상의 두께를 보여주는데, 이를 통해 본 실험예에 따른 Hf 전구체를 사용한 포토레지스트의 EUV 민감도는 40 mJ/cm2 임을 알 수 있다.Referring to FIGS. 13A and 13B, when a photoresist using an Hf precursor having a thickness of about 20 nm immediately after deposition is exposed using EUV, a thickness of about 10 nm or more when exposed and developed at a dose of about 40 mJ/cm 2 or more. , which shows that the EUV sensitivity of the photoresist using the Hf precursor according to this experimental example is 40 mJ/cm 2 .
도 14a는 도 10을 참조하여 설명한 방법을 사용하여 형성한 Zn 전구체를 사용한 포토레지스트를 전자빔 노광 및 현상 후 얻어진 AFM (Atomic force microscopy)이미지이고, 도 14b는 PMMA 포토레지스트를 전자빔 노광 및 현상 후 얻어진 AFM (Atomic force microscopy)이미지이다. 이 때, PMMA 포토레지스트는 PMMA를 클로로벤젠에 녹인 용액을 도포한 후 전자빔 조사하여 조사된 부분을 현상에 의해 제거하여 패턴을 얻었다. 두 포토레지스트에 조사된 전자빔은 공통적으로 100 kV의 전압, 100 pA, 2500 uC/cm2의 dose 조건에서 조사되었다. Zn 전구체를 사용한 포토레지스트는 TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) in H2O 내에서 2분동안 초음파 처리하여 노광되지 않은 부분을 현상에 의해 제거하였다. FIG. 14a is an atomic force microscopy (AFM) image obtained after electron beam exposure and development of a photoresist using a Zn precursor formed by the method described with reference to FIG. 10, and FIG. 14b is an atomic force microscopy (AFM) image obtained after electron beam exposure and development of a PMMA photoresist. This is an AFM (Atomic force microscopy) image. At this time, the PMMA photoresist was coated with a solution in which PMMA was dissolved in chlorobenzene, and then irradiated with an electron beam, and the irradiated portion was removed by development to obtain a pattern. The electron beam irradiated to the two photoresists was commonly irradiated under conditions of a voltage of 100 kV, 100 pA, and a dose of 2500 uC/cm 2 . The photoresist using the Zn precursor was ultrasonically treated in TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) in H 2 O for 2 minutes, and the unexposed portion was removed by development.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, Zn 전구체를 사용한 포토레지스트가 PMMA 포토레지스트에 비해 선단거칠기가 더 낮은 것을 알 수 있다. Referring to FIGS. 14A and 14B , it can be seen that the photoresist using the Zn precursor has lower edge roughness than the PMMA photoresist.

Claims (20)

  1. 기판의 상부방향으로 각각 연장되고 횡방향으로 다수개 배치된 분자선들을 구비하되,Equipped with a plurality of molecular lines extending in the upper direction of the substrate and arranged in a lateral direction,
    각 분자선은 다수의 무기 단분자들과 상기 무기 단분자들 중 적어도 일부의 무기 단분자들 사이에 개재된 유기 단분자가 결합에 의해 연결된 것인 다층 분자막 포토레지스트.Each molecular beam is a multilayer molecular film photoresist in which a plurality of inorganic single molecules and organic single molecules interposed between at least some of the inorganic single molecules are connected by bonds.
  2. 청구항 1에 있어서,The method of claim 1,
    상기 분자선들 중 횡방향으로 인접하는 분자선들 내의 상기 유기 단분자들 사이에 반데르발스 상호작용이 존재하는 다층 분자막 포토레지스트.A multilayer molecular film photoresist in which van der Waals interactions exist between the organic monomolecules in horizontally adjacent molecular lines among the molecular lines.
  3. 청구항 2에 있어서,The method of claim 2,
    상기 반데르발스 상호작용은 π-π 결합인 다층 분자막 포토레지스트.The van der Waals interaction is a π-π bond multilayer molecular film photoresist.
  4. 청구항 1에 있어서,The method of claim 1,
    상기 각 분자선은 상기 무기 단분자와 상기 유기 단분자가 교호 적층되어 결합된 것인 다층 분자막 포토레지스트.The multilayer molecular film photoresist of claim 1 , wherein each of the molecular lines is a combination of the inorganic single molecule and the organic single molecule that are alternately laminated.
  5. 청구항 1에 있어서,The method of claim 1,
    상기 분자선들에 구비된 무기 단분자들은 횡방향으로 동일하게 배치되어 무기 단분자층을 구성하고,The inorganic monomolecules provided on the molecular lines are equally arranged in the transverse direction to form an inorganic monomolecular layer,
    상기 분자선들에 구비된 무기 단분자들은 횡방향으로 동일하게 배치되어 유기단분자층을 구성하는 다층 분자막 포토레지스트.A multilayer molecular film photoresist in which inorganic monomolecules provided on the molecular lines are equally arranged in a transverse direction to form an organic monomolecular layer.
  6. 청구항 5에 있어서,The method of claim 5,
    상기 다층 분자막 포토레지스트는 광흡수 무기단분자를 구비하는 광흡수층, 광반응 무기 단분자를 구비하는 광반응층, 및 내에칭 무기 단분자를 구비하는 내에칭성층 중 적어도 하나의 층을 갖는 다층 분자막 포토레지스트.The multilayer molecular film photoresist is a multi-layered layer having at least one of a light absorbing layer including light absorbing inorganic single molecules, a photoreactive layer including photoreactive inorganic single molecules, and an etch-resistant layer including etch-resistant inorganic single molecules. Molecular film photoresist.
  7. 청구항 6에 있어서,The method of claim 6,
    상기 광흡수 무기단분자는 d 오비탈을 구비하는 금속원소를 갖는 무기단분자인 다층 분자막 포토레지스트.The multilayer molecular film photoresist wherein the light-absorbing inorganic molecules are inorganic molecules having a metal element having a d orbital.
  8. 청구항 7에 있어서,The method of claim 7,
    상기 금속원소는 Sn, Sb, Te, 또는 Bi인 다층 분자막 포토레지스트.The metal element is Sn, Sb, Te, or Bi multilayer molecular film photoresist.
  9. 청구항 6에 있어서,The method of claim 6,
    상기 광반응 무기단분자는 Zr, Al, Hf, Zn, 또는 In의 금속원소를 갖는 무기단분자인 다층 분자막 포토레지스트.The multilayer molecular film photoresist wherein the photoreactive inorganic molecules are inorganic molecules having a metal element of Zr, Al, Hf, Zn, or In.
  10. 청구항 6에 있어서,The method of claim 6,
    상기 내에칭 무기 단분자는 , Al, Ti, W, Zn, 또는 Cu의 금속원소를 갖는 무기단분자인 다층 분자막 포토레지스트.The etch-resistant inorganic single molecule is an inorganic single molecule having a metal element of Al, Ti, W, Zn, or Cu multilayer molecular film photoresist.
  11. 기판의 상부방향으로 각각 연장되고 횡방향으로 다수개 배치된 분자선들을 구비하되,Equipped with a plurality of molecular lines extending in the upper direction of the substrate and arranged in a lateral direction,
    상기 각 분자선은 하기 화학식 1로 나타낸 층을 갖는 다층 분자막 포토레지스트:Each of the molecular lines is a multilayer molecular film photoresist having a layer represented by Formula 1 below:
    [화학식 1][Formula 1]
    Figure PCTKR2022012143-appb-img-000034
    Figure PCTKR2022012143-appb-img-000034
    상기 화학식 1에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기와의 결합이고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기와의 결합이고,In Formula 1, one of * is a bond with a functional group in the lower layer, and the other is a bond with a functional group in the upper layer,
    MM는 금속원소를 포함하는 무기 단분자이고,MM is an inorganic single molecule containing a metal element,
    OM는 유기 단분자이고,OM is an organic monomer,
    m는 1 내지 2이고, n는 1 내지 2이고, l는 1 내지 1000이다.m is 1 to 2, n is 1 to 2, and l is 1 to 1000.
  12. 청구항 11에 있어서,The method of claim 11,
    상기 유기 단분자는 하기 화학식 3으로 표시되는 다층 분자막 포토레지스트:The organic single molecule is a multilayer molecular film photoresist represented by Formula 3 below:
    [화학식 3][Formula 3]
    Figure PCTKR2022012143-appb-img-000035
    Figure PCTKR2022012143-appb-img-000035
    상기 화학식 3에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기와의 결합이고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기와의 결합이고,In Formula 3, one of the * is a bond with a functional group in the lower layer, and the other is a bond with a functional group in the upper layer,
    Xb은 O, S, Se, NR(R은 H 또는 CH3) 또는 PR(R은 H 또는 CH3)이고,X b is O, S, Se, NR (R is H or CH 3 ) or PR (R is H or CH 3 );
    MR은 치환 또는 비치환된 방항족 고리, 또는 C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 그리고 선형 또는 분지형 알킬렌기이고,MR is a substituted or unsubstituted aromatic ring or a C1 to C18 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group;
    MR이 상기 방향족 고리인 경우에, Z3 및 Z4는 서로에 관계없이 결합 혹은 C1 내지 C5의 치환 또는 비치환된 그리고 선형 또는 분지형 알킬렌기이고,When MR is the above aromatic ring, Z 3 and Z 4 are independently of each other a bond or a C1 to C5 substituted or unsubstituted and linear or branched alkylene group,
    MR이 상기 알킬렌기인 경우에, Z3 및 Z4는 결합이다.When MR is the above alkylene group, Z 3 and Z 4 are bonds.
  13. 청구항 11에 있어서,The method of claim 11,
    M은 d 오비탈을 구비하는 금속원소를 포함하는 광흡수 무기 단분자, Zr, Al, Hf, Zn, 또는 In를 포함하는 광반응 무기 단분자, 혹은 Al, Ti, Cu, W, 또는 Zn를 포함하는 내에칭 무기 단분자인 다층 분자막 포토레지스트.M includes a light-absorbing inorganic single molecule containing a metal element having d orbital, a photoreactive inorganic single molecule including Zr, Al, Hf, Zn, or In, or Al, Ti, Cu, W, or Zn A multilayer molecular film photoresist that is an inorganic monomolecule that is resistant to etching.
  14. 청구항 11에 있어서,The method of claim 11,
    상기 화학식 1로 나타낸 층은 하기 화학식 1A로 나타낸 층인 다층 분자막 포토레지스트:The layer represented by Formula 1 is a multilayer molecular film photoresist layer represented by Formula 1A below:
    [화학식 1A][Formula 1A]
    Figure PCTKR2022012143-appb-img-000036
    Figure PCTKR2022012143-appb-img-000036
    상기 화학식 1A에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기와의 결합이고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기와의 결합이고,In Formula 1A, one of * is a bond with a functional group in the lower layer, and the other is a bond with a functional group in the upper layer,
    M1는 d 오비탈을 구비하는 금속원소를 포함하는 광흡수 무기 단분자이고,M1 is a light-absorbing inorganic single molecule containing a metal element having a d orbital,
    O1는 유기 단분자이고,O1 is an organic monomer,
    m1는 1 내지 2이고, n1는 1 내지 2이고, l1는 1 내지 1000이다.m1 is 1 to 2, n1 is 1 to 2, and l1 is 1 to 1000.
  15. 청구항 14에 있어서,The method of claim 14,
    상기 각 분자선은 상기 화학식 1A로 나타낸 층의 상부 또는 하부에 하기 화학식 1B로 나타낸 층을 구비하는 다층 분자막 포토레지스트:Each of the molecular lines is a multilayer molecular film photoresist having a layer represented by the following Chemical Formula 1B above or below the layer represented by the Chemical Formula 1A:
    [화학식 1B][Formula 1B]
    Figure PCTKR2022012143-appb-img-000037
    Figure PCTKR2022012143-appb-img-000037
    상기 화학식 1B에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기와의 결합이고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기와의 결합이고,In Formula 1B, one of * is a bond with a functional group in the lower layer, and the other is a bond with a functional group in the upper layer,
    M2는 Zr, Al, Hf, Zn, 또는 In를 포함하는 광반응 무기 단분자이고,M2 is a photoreactive inorganic single molecule containing Zr, Al, Hf, Zn, or In;
    O2는 유기 단분자이고,O2 is an organic monomer,
    m2는 1 내지 2이고, n2는 1 내지 2이고, l2는 1 내지 1000이다.m2 is 1 to 2, n2 is 1 to 2, and l2 is 1 to 1000.
  16. 청구항 14에 있어서,The method of claim 14,
    상기 각 분자선은 상기 화학식 1A로 나타낸 층의 상부 또는 하부에 하기 화학식 1C로 나타낸 층을 구비하는 다층 분자막 포토레지스트:Each of the molecular lines is a multilayer molecular film photoresist having a layer represented by the following Chemical Formula 1C above or below the layer represented by the Chemical Formula 1A:
    [화학식 1C][Formula 1C]
    Figure PCTKR2022012143-appb-img-000038
    Figure PCTKR2022012143-appb-img-000038
    상기 화학식 1C에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기와의 결합이고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기와의 결합이고,In Formula 1C, one of the * is a bond with a functional group in the lower layer, and the other is a bond with a functional group in the upper layer,
    M3는 Al, Ti, Cu, W, 또는 Zn를 포함하는 내에칭 무기 단분자이고,M3 is an etch-resistant inorganic monomolecule containing Al, Ti, Cu, W, or Zn;
    O3는 유기 단분자이고,O3 is an organic monomer,
    m3는 1 내지 2이고, n3는 1 내지 2이고, l3는 1 내지 1000이다.m3 is 1 to 2, n3 is 1 to 2, and l3 is 1 to 1000.
  17. 청구항 1 또는 청구항 11에 있어서,According to claim 1 or claim 11,
    상기 다층 분자막 포토레지스트는 EUV용 포토레지스트인 다층 분자막 포토레지스트.The multilayer molecular film photoresist is a multilayer molecular film photoresist for EUV.
  18. 기판의 상부방향으로 각각 연장되고 횡방향으로 다수개 배치된 분자선들을 구비하되, 상기 각 분자선은 하기 화학식 1로 나타낸 층을 갖는 다층 분자막 포토레지스트를 제조하되,A multilayer molecular film photoresist having a layer represented by Chemical Formula 1 is prepared by providing a plurality of molecular lines each extending in the upper direction of the substrate and disposed in a transverse direction,
    상기 화학식 1로 나타낸 층은 기판 상에 금속 단분자층을 형성하는 단계와 유기 분자층을 형성하는 단계를 포함하는 사이클을 다수회 수행하여 형성하는 다층 분자막 포토레지스트 증착장비:The layer represented by Chemical Formula 1 is formed by performing a plurality of cycles including forming a metal monomolecular layer and forming an organic molecular layer on a substrate. Multilayer molecular film photoresist deposition equipment:
    [화학식 1][Formula 1]
    Figure PCTKR2022012143-appb-img-000039
    Figure PCTKR2022012143-appb-img-000039
    상기 화학식 1에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기와의 결합이고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기와의 결합이고,In Formula 1, one of * is a bond with a functional group in the lower layer, and the other is a bond with a functional group in the upper layer,
    MM는 금속원소를 포함하는 무기 단분자이고,MM is an inorganic single molecule containing a metal element,
    OM는 유기 단분자이고,OM is an organic monomer,
    m는 1 내지 2이고, n는 1 내지 2이고, l는 1 내지 1000이다.m is 1 to 2, n is 1 to 2, and l is 1 to 1000.
  19. 청구항 18에 있어서,The method of claim 18
    M은 d 오비탈을 구비하는 금속원소를 포함하는 광흡수 무기 단분자, Zr, Al, Hf, Zn, 또는 In를 포함하는 광반응 무기 단분자, 혹은 Al, Ti, Cu, W, 또는 Zn를 포함하는 내에칭 무기 단분자인 다층 분자막 포토레지스트 증착장비.M includes a light-absorbing inorganic single molecule containing a metal element having d orbital, a photoreactive inorganic single molecule including Zr, Al, Hf, Zn, or In, or Al, Ti, Cu, W, or Zn A multi-layer molecular film photoresist deposition equipment, which is an inorganic monomolecule that is resistant to etching.
  20. 청구항 18에 있어서,The method of claim 18
    상기 유기 단분자는 하기 화학식 3으로 표시되는 다층 분자막 포토레지스트 증착장비:The organic single molecule is a multilayer molecular film photoresist deposition equipment represented by the following formula (3):
    [화학식 3][Formula 3]
    Figure PCTKR2022012143-appb-img-000040
    Figure PCTKR2022012143-appb-img-000040
    상기 화학식 3에서, *들 중 하나는 하부층 내 작용기와의 결합이고, 나머지 하나는 상부층 내의 작용기와의 결합이고,In Formula 3, one of the * is a bond with a functional group in the lower layer, and the other is a bond with a functional group in the upper layer,
    Xb은 O, S, Se, NR(R은 H 또는 CH3) 또는 PR(R은 H 또는 CH3)이고,X b is O, S, Se, NR (R is H or CH 3 ) or PR (R is H or CH 3 );
    MR은 치환 또는 비치환된 방항족 고리, 또는 C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 그리고 선형 또는 분지형 알킬렌기이고,MR is a substituted or unsubstituted aromatic ring or a C1 to C18 substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group;
    MR이 상기 방향족 고리인 경우에, Z3 및 Z4는 서로에 관계없이 결합 혹은 C1 내지 C5의 치환 또는 비치환된 그리고 선형 또는 분지형 알킬렌기이고,When MR is the above aromatic ring, Z 3 and Z 4 are independently of each other a bond or a C1 to C5 substituted or unsubstituted and linear or branched alkylene group,
    MR이 상기 알킬렌기인 경우에, Z3 및 Z4는 결합이다.When MR is the above alkylene group, Z 3 and Z 4 are bonds.
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