KR102904140B1 - Semiconductor photoresist composition and method of forming patterns using the composition - Google Patents
Semiconductor photoresist composition and method of forming patterns using the compositionInfo
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Abstract
주석(Sn)-탄소(C) 결합, 및 상기 주석에 대해 가수분해성 결합을 갖는 치환기를 적어도 하나 포함하는 주석이 분자 내에 4개 함유된 유기 주석 화합물, 및 용매를 포함하는 반도체 포토레지스트용 조성물과, 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for a semiconductor photoresist, comprising an organic tin compound having four tin atoms in the molecule, each of which contains a tin (Sn)-carbon (C) bond and at least one substituent having a hydrolyzable bond to the tin, and a solvent, and a method for forming a pattern using the same.
Description
본 기재는 반도체 포토레지스트용 조성물 및 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for semiconductor photoresist and a method for forming a pattern using the same.
차세대의 반도체 디바이스를 제조하기 위한 요소 기술의 하나로서, EUV(극자외선광) 리소그래피가 주목받고 있다. EUV 리소그래피는 노광 광원으로서 파장 13.5 nm의 EUV 광을 이용하는 패턴 형성 기술이다. EUV 리소그래피에 의하면, 반도체 디바이스 제조 프로세스의 노광 공정에서, 극히 미세한 패턴(예를 들어 20 nm 이하)을 형성할 수 있음이 실증되어 있다.Extreme ultraviolet (EUV) lithography is attracting attention as a key technology for manufacturing next-generation semiconductor devices. EUV lithography is a pattern-forming technology that utilizes EUV light with a wavelength of 13.5 nm as an exposure light source. EUV lithography has been demonstrated to be capable of forming extremely fine patterns (e.g., 20 nm or less) during the exposure process of semiconductor device manufacturing.
극자외선(extreme ultraviolet, EUV) 리소그래피의 구현은 16 nm 이하의 공간 해상도(spatial resolutions)에서 수행할 수 있는 호환 가능한 포토레지스트들의 현상(development)을 필요로 한다. 현재, 전통적인 화학 증폭형(CA: chemically amplified) 포토레지스트들은, 차세대 디바이스들을 위한 해상도(resolution), 광속도(photospeed), 및 피쳐 거칠기(feature roughness), 라인 에지 거칠기(line edge roughness 또는 LER)에 대한 사양(specifications)을 충족시키기 위해 노력하고 있다. The implementation of extreme ultraviolet (EUV) lithography requires the development of compatible photoresists capable of performing at spatial resolutions down to 16 nm. Currently, conventional chemically amplified (CA) photoresists struggle to meet the resolution, photospeed, feature roughness, and line edge roughness (LER) specifications for next-generation devices.
이들 고분자형 포토레지스트들에서 일어나는 산 촉매 반응들(acid catalyzed reactions)에 기인한 고유의 이미지 흐려짐(intrinsic image blur)은 작은 피쳐(feature) 크기들에서 해상도를 제한하는데, 이는 전자빔(e-beam) 리소그래피에서 오랫동안 알려져 왔던 사실이다. 화학 증폭형(CA) 포토레지스트들은 높은 민감도(sensitivity)를 위해 설계되었으나, 그것들의 전형적인 원소 구성(elemental makeup)이 13.5 nm의 파장에서 포토레지스트들의 흡광도를 낮추고, 그 결과 민감도를 감소시키기 때문에, 부분적으로는 EUV 노광 하에서 더 어려움을 겪을 수 있다.Intrinsic image blur due to acid-catalyzed reactions in these polymeric photoresists limits resolution at small feature sizes, a problem long known in electron-beam lithography. Chemically amplified (CA) photoresists are designed for high sensitivity, but can struggle more under EUV exposure, in part because their typical elemental makeup lowers their absorbance at a wavelength of 13.5 nm, thereby reducing their sensitivity.
CA 포토레지스트들은 또한, 작은 피쳐 크기들에서 거칠기(roughness) 이슈들로 인해 어려움을 겪을 수 있고, 부분적으로 산 촉매 공정들의 본질에 기인하여, 광속도(photospeed)가 감소함에 따라 라인 에지 거칠기(LER)가 증가하는 것이 실험으로 나타났다. CA 포토레지스트들의 결점들 및 문제들에 기인하여, 반도체 산업에서는 새로운 유형의 고성능 포토레지스트들에 대한 요구가 있다.CA photoresists can also suffer from roughness issues at small feature sizes, and experimentally have shown that line edge roughness (LER) increases with decreasing photospeed, partly due to the nature of acid-catalyzed processes. Due to the shortcomings and issues with CA photoresists, there is a need in the semiconductor industry for new types of high-performance photoresists.
상기 설명한 화학 증폭형 유기계 감광성 조성물의 단점을 극복하기 위하여 무기계 감광성 조성물이 연구되어 왔다. 무기계 감광성 조성물의 경우 주로 비화학 증폭형 기작에 의한 화학적 변성으로 현상제 조성물에 의한 제거에 내성을 갖는 네거티브 톤 패터닝에 사용된다. 무기계 조성물의 경우 탄화수소에 비해 높은 EUV 흡수율을 가진 무기계 원소를 함유하고 있어, 비화학 증폭형 기작으로도 민감성이 확보될 수 있으며, 스토캐스틱 효과에도 덜 민감하여 선 에지 거칠기 및 결함 개수도 적다고 알려져 있다.To overcome the shortcomings of the chemically amplified organic photosensitive compositions described above, inorganic photosensitive compositions have been studied. Inorganic photosensitive compositions are primarily used for negative tone patterning, which is resistant to removal by developer compositions due to chemical modification by a non-chemically amplified mechanism. Inorganic compositions contain inorganic elements with higher EUV absorption than hydrocarbons, enabling them to maintain sensitivity even through a non-chemically amplified mechanism. They are also known to be less susceptible to stochastic effects, resulting in fewer line edge roughness and fewer defects.
텅스텐, 및 니오븀(niobium), 티타늄(titanium), 및/또는 탄탈륨(tantalum)과 혼합된 텅스텐의 퍼옥소폴리산(peroxopolyacids)에 기초한 무기 포토레지스트들은 패터닝을 위한 방사민감성 재료들(radiation sensitive materials)용으로 보고되어 왔다 (US5061599; H. Okamoto, T. Iwayanagi, K. Mochiji, H. Umezaki, T. Kudo, Applied Physics Letters, 49(5), 298-300, 1986).Inorganic photoresists based on peroxopolyacids of tungsten and tungsten mixed with niobium, titanium, and/or tantalum have been reported for patterning radiation sensitive materials (US5061599; H. Okamoto, T. Iwayanagi, K. Mochiji, H. Umezaki, T. Kudo, Applied Physics Letters, 49(5), 298-300, 1986).
이들 재료들은 원자외선(deep UV), x-선, 및 전자빔 소스들로써 이중층 구성(bilayer configuration)에 큰 피쳐들을 패터닝 함에 있어서 효과적이었다. 더 최근에는, 프로젝션 EUV 노광에 의해 15 nm 하프-피치(HP)를 이미징(image)하기 위해 퍼옥소 착화제(peroxo complexing agent)와 함께 양이온 하프늄 메탈 옥사이드 설페이트(cationic hafnium metal oxide sulfate, HfSOx) 재료를 사용하는 경우 인상적인 성능을 보였다(US2011-0045406; J. K. Stowers, A. Telecky, M. Kocsis, B. L. Clark, D. A. Keszler, A. Grenville, C. N. Anderson, P. P. Naulleau, Proc. SPIE, 7969, 796915, 2011). 이 시스템은 비-CA 포토레지스트(non-CA photoresist)의 최상의 성능을 보였고, 실행 가능한 EUV 포토레지스트를 위한 요건에 접근하는 광속도를 갖는다. 그러나 퍼옥소 착화제를 갖는 하프늄 메탈 옥사이드 설페이트 재료(hafnium metal oxide sulfate materials)는 몇 가지 현실적인 결점들을 갖는다. 첫째, 이 재료들은 높은 부식성의 황산(corrosive sulfuric acid)/과산화수소(hydrogen peroxide) 혼합물에서 코팅되며, 보존기간(shelf-life) 안정성(stability)이 좋지 않다. 둘째, 복합 혼합물로서 성능 개선을 위한 구조변경이 용이하지 않다. 셋째, 25 wt% 정도의 극히 높은 농도의 TMAH (tetramethylammonium hydroxide) 용액 등에서 현상되어야 한다.These materials have been effective in patterning large features in a bilayer configuration with deep UV, x-ray, and electron beam sources. More recently, impressive performance has been demonstrated using cationic hafnium metal oxide sulfate (HfSOx) materials in combination with a peroxo complexing agent to image 15 nm half-pitch (HP) features by projection EUV lithography (US2011-0045406; J. K. Stowers, A. Telecky, M. Kocsis, B. L. Clark, D. A. Keszler, A. Grenville, C. N. Anderson, P. P. Naulleau, Proc. SPIE, 7969, 796915, 2011). This system demonstrated the best performance of any non-CA photoresist and possessed a photovoltaic speed approaching the requirements for viable EUV photoresists. However, hafnium metal oxide sulfate materials with peroxo complexing agents have several practical drawbacks. First, these materials are coated in a highly corrosive sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture, resulting in poor shelf-life stability. Second, as a complex mixture, structural modification for performance improvement is not easily possible. Third, they must be developed in extremely high concentrations, such as 25 wt% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solutions.
최근에는 주석을 포함하는 분자가 극자외선 흡수가 탁월하다는 것이 알려지면서 활발한 연구가 이루어지고 있다. 그 중 하나인 유기주석 고분자의 경우 광흡수 또는 이에 의해 생성된 이차 전자에 의해 알킬 리간드가 해리되면서, 주변 사슬과의 옥소 결합을 통한 가교를 통해 유기계 현상액으로 제거되지 않는 네거티브 톤 패터닝이 가능하다. 이와 같은 유기주석 고분자는 해상도, 라인 에지 거칠기를 유지하면서도 비약적으로 감도가 향상됨을 보여주었으나, 상용화를 위해서는 상기 패터닝 특성의 추가적인 향상이 필요하다. Recently, active research has been conducted on tin-containing molecules that exhibit excellent extreme ultraviolet absorption. Organotin polymers, for example, enable negative-tone patterning that is not removed by organic developers through cross-linking via oxo bonds with surrounding chains, resulting from the dissociation of alkyl ligands by light absorption or the secondary electrons generated by light absorption. These organotin polymers have demonstrated dramatic improvements in sensitivity while maintaining resolution and line edge roughness. However, further improvements in these patterning characteristics are necessary for commercialization.
일 구현예는 라인 에지 거칠기를 유지하면서도 감도는 현저히 향상된 패턴을 구현할 수 있는 반도체 포토레지스트용 조성물을 제공한다. One embodiment provides a composition for a semiconductor photoresist capable of implementing a pattern with significantly improved sensitivity while maintaining line edge roughness.
다른 구현예는 상기 반도체 포토레지스트용 조성물을 이용한 패턴 형성 방법을 제공한다.Another embodiment provides a method for forming a pattern using the composition for semiconductor photoresist.
일 구현예에 따른 반도체 포토레지스트용 조성물은 주석(Sn)-탄소(C) 결합, 및 상기 주석에 대해 가수분해성 결합을 갖는 치환기를 적어도 하나 포함하는 주석이 분자 내에 4개 함유된 유기 주석 화합물, 및 용매를 포함한다.A composition for a semiconductor photoresist according to one embodiment comprises an organotin compound having four tin atoms in the molecule, each of which contains a tin (Sn)-carbon (C) bond and at least one substituent having a hydrolyzable bond to the tin, and a solvent.
상기 가수분해성 결합을 갖는 치환기는, 할로겐, 티올기, 아미노기(-NRaRb, 여기서 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹), 실릴옥소기(-OSiRaRbRc, 여기서 Ra, Rb, 및 Rc는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹이다), 실릴아미노기(-N(SiRa 3)(Rb), 여기서 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹이다), 디실릴아미노기(-N(SiRa 3)(SiRb 3), 여기서 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹이다), 알콕소기 및 아릴옥소기(-ORa, 여기서 Ra은 수소 또는 탄소수 1 내지 30인 알킬 또는 아릴 그룹이다), 카르복실기(-O(CORa), 여기서 Ra는 수소 또는 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹이다), 아지도기(-N3), 알카인기(-C≡CRa, 여기서 Ra은 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹이다), 아미도기(-NRa(CORb), 여기서 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹이다), 아미디네이토(amidinato)(-NRaC(NRb)Rc , 여기서 Ra, Rb, 및 Rc는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹이다), 이미도기(-N(CORa)(CORb), 여기서 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹이다), 또는 이의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.The substituent having the hydrolyzable bond is a halogen, a thiol group, an amino group (-NR a R b , wherein R a and R b are each independently hydrogen or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), a silyloxo group (-OSiR a R b R c , wherein R a , R b , and R c are each independently a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), a silylamino group (-N(SiR a 3 )(R b ), wherein R a and R b are each independently a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), a disilylamino group (-N(SiR a 3 )(SiR b 3 ), wherein R a and R b are each independently a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), an alkoxy group, and an aryloxo group (-OR a , wherein R a is hydrogen or an alkyl or aryl group having 1 to 30 carbon atoms). It can be selected from the group consisting of a carboxyl group (-O(COR a ), where R a is hydrogen or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), an azido group (-N 3 ), an alkyne group (-C≡CR a , where R a is a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), an amido group (-NR a (COR b ), where R a and R b are each independently hydrogen or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), an amidinato (-NR a C(NR b )R c , where R a , R b , and R c are each independently hydrogen or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), an imido group (-N(COR a )(COR b ), where R a and R b are each independently hydrogen or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), or a combination thereof.
상기 유기 주석 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The above organic tin compound can be represented by the following chemical formula 1.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
(X1 m1(R1)3-m1SnOSn(R2)3-m2X2 m2)2 ( X 1 m1 (R 1 ) 3-m1 SnOSn(R 2 ) 3 - m2
상기 화학식 1에서,In the above chemical formula 1,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 할로겐, -N3, -NR3R4, -O(COR5), -NR6(COR7), -NR8C(NR9)R10, -N(COR11)(COR12), OSiR13R14R15, -N(SiR16 3)(R17), -N(SiR18 3)(SiR19 3), OR20, SR21, 및 -C≡CR22 중에서 선택되고,X 1 and X 2 are each independently selected from halogen, -N 3 , -NR 3 R 4 , -O(COR 5 ), -NR 6 (COR 7 ), -NR 8 C(NR 9 )R 10 , -N(COR 11 )(COR 12 ), OSiR 13 R 14 R 15 , -N(SiR 16 3 )(R 17 ), -N(SiR 18 3 )(SiR 19 3 ), OR 20 , SR 21 , and -C≡CR 22 ,
R1 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알카이닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알카이닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 이들의 조합이며,R 1 to R 22 are each independently hydrogen, halogen, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkynyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, or a combination thereof,
m1 및 m2는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수 중 하나이다.m1 and m2 are each independently an integer from 1 to 3.
상기 X1 및 X2는 각각 독립적으로 할로겐, -O(COR5), OR20 또는 SR21이고,The above X 1 and X 2 are each independently halogen, -O(COR 5 ), OR 20 or SR 21 ,
R5, R20 및 R21은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 이들의 조합일 수 있다.R 5 , R 20 and R 21 may each independently be hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, or a combination thereof.
상기 X1 및 X2 중 적어도 하나는 -O(COR5)이고,At least one of the above X 1 and X 2 is -O(COR 5 ),
R5는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 이들의 조합일 수 있다. R 5 may be hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, or a combination thereof.
상기 유기 주석 화합물은, 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 표시될 수 있다.The above organic tin compound can be represented by the following chemical formula 2 or chemical formula 3.
[화학식 2] [화학식 3][Chemical Formula 2] [Chemical Formula 3]
상기 화학식 2 및 화학식 3에서,In the above chemical formulas 2 and 3,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고,R 1 and R 2 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group,
R21 내지 R32는 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이다.R 21 to R 32 are each independently hydrogen or a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group.
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 아이소프로필기, tert-부틸기, 2,2-디메틸프로필기, 또는 이들의 조합일 수 있다.The above R 1 and R 2 can each independently be a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an isopropyl group, a tert-butyl group, a 2,2-dimethylpropyl group, or a combination thereof.
상기 유기 주석 화합물은 하기 그룹 1에 나열된 화합물 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The above organic tin compound may include any one or a combination of compounds listed in Group 1 below.
[그룹 1][Group 1]
[화학식 4][Chemical Formula 4]
[화학식 5][Chemical Formula 5]
[화학식 6][Chemical Formula 6]
[화학식 7][Chemical Formula 7]
상기 반도체 포토레지스트용 조성물 100 중량%를 기준으로, 상기 유기 주석 화합물을 1 중량% 내지 30 중량%로 포함할 수 있다.Based on 100 wt% of the composition for the semiconductor photoresist, the organic tin compound may be included in an amount of 1 wt% to 30 wt%.
상기 반도체 포토레지스트용 조성물은 계면활성제, 가교제, 레벨링제, 또는 이들의 조합의 첨가제를 더 포함할 수 있다.The composition for the semiconductor photoresist may further include an additive such as a surfactant, a cross-linking agent, a leveling agent, or a combination thereof.
다른 구현예에 따른 패턴 형성 방법은 기판 위에 식각 대상 막을 형성하는 단계, 상기 식각 대상 막 위에 전술한 반도체 포토레지스트용 조성물을 적용하여 포토레지스트 막을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 막을 패터닝하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 및 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 식각 대상막을 식각하는 단계를 포함한다.A pattern forming method according to another embodiment includes a step of forming an etching target film on a substrate, a step of forming a photoresist film by applying the aforementioned semiconductor photoresist composition on the etching target film, a step of patterning the photoresist film to form a photoresist pattern, and a step of etching the etching target film using the photoresist pattern as an etching mask.
상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는 5 nm 내지 150 nm 파장의 광을 사용할 수 있다.The step of forming the above photoresist pattern can use light with a wavelength of 5 nm to 150 nm.
상기 패턴 형성 방법은 상기 기판과 상기 포토레지스트 막 사이에 형성되는 레지스트 하층막을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.The above pattern forming method may further include a step of providing a resist underlayer film formed between the substrate and the photoresist film.
상기 포토레지스트 패턴은 5 nm 내지 100 nm의 폭을 가질 수 있다.The above photoresist pattern may have a width of 5 nm to 100 nm.
일 구현예에 따른 반도체 포토레지스트용 조성물은 라인 에지 거칠기는 유지하면서도, 감도가 향상된 포토레지스트 패턴을 제공할 수 있다.A composition for a semiconductor photoresist according to one embodiment can provide a photoresist pattern with improved sensitivity while maintaining line edge roughness.
도 1 내지 도 5는 일 구현예에 따른 반도체 포토레지스트용 조성물을 이용한 패턴 형성방법을 설명하기 위한 단면도이다.FIGS. 1 to 5 are cross-sectional views illustrating a pattern forming method using a composition for semiconductor photoresist according to one embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 기재를 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 기재의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, in describing this disclosure, descriptions of functions or configurations already known will be omitted to clarify the gist of this disclosure.
본 기재를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로 본 기재가 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.To clarify this description, irrelevant parts have been omitted, and identical or similar components are designated by the same reference numerals throughout the specification. Furthermore, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of explanation, and therefore this description is not necessarily limited to what is shown.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “위에” 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 위에” 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.To clearly illustrate various layers and regions in the drawings, their thicknesses have been enlarged. Furthermore, for convenience of explanation, the thicknesses of some layers and regions have been exaggerated in the drawings. When a layer, membrane, region, plate, or other part is said to be "over" or "on" another part, this includes not only cases where it is "directly over" another part, but also cases where there is another part in between.
본 기재에서, "치환"이란 수소 원자가 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 니트로기, -NRR’(여기서, R 및 R’은, 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 포화 또는 불포화 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 포화 또는 불포화 지환족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 탄화수소기이다), -SiRR’R” (여기서, R, R’, 및 R”은, 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 포화 또는 불포화 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 포화 또는 불포화 지환족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 탄화수소기이다), C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, C1 내지 C10 알킬실릴기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C20 알콕시기, 또는 이들의 조합으로 치환된 것을 의미한다. "비치환"이란 수소 원자가 다른 치환기로 치환되지 않고 수소 원자로 남아있는 것을 의미한다.In the present invention, "substitution" means a hydrogen atom is substituted with deuterium, a halogen group, a hydroxyl group, a cyano group, a nitro group, -NRR' (wherein, R and R' are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 saturated or unsaturated alicyclic hydrocarbon group, or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic hydrocarbon group), -SiRR'R" (wherein, R, R', and R" are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 saturated or unsaturated alicyclic hydrocarbon group, or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic hydrocarbon group), a C1 to C30 alkyl group, a C1 to C10 haloalkyl group, a C1 to C10 It means substituted with a C10 alkylsilyl group, a C3 to C30 cycloalkyl group, a C6 to C30 aryl group, a C1 to C20 alkoxy group, or a combination thereof. "Unsubstituted" means that a hydrogen atom is not replaced by another substituent and remains a hydrogen atom.
본 명세서에서 "알킬(alkyl)기"이란, 별도의 정의가 없는 한, 직쇄형 또는 분지쇄형 지방족 탄화수소기를 의미한다. 알킬기는 어떠한 이중결합이나 삼중결합을 포함하고 있지 않은 "포화 알킬(saturated alkyl)기"일 수 있다.As used herein, "alkyl group" means a straight-chain or branched-chain aliphatic hydrocarbon group, unless otherwise defined. The alkyl group may be a "saturated alkyl group" that does not contain any double bond or triple bond.
상기 알킬기는 C1 내지 C10인 알킬기일 수 있다. 예를 들어, 상기 알킬기는 C1 내지 C8 알킬기, C1 내지 C7 알킬기, C1 내지 C6 알킬기, C1 내지 C5 알킬기, 또는 C1 내지 C4 알킬기일 수 있다. 예를 들어, C1 내지 C4 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, n-부틸기, 아이소부틸기, sec-부틸기, 또는 tert-부틸기, 2,2-디메틸프로필기일 수 있다.The alkyl group may be a C1 to C10 alkyl group. For example, the alkyl group may be a C1 to C8 alkyl group, a C1 to C7 alkyl group, a C1 to C6 alkyl group, a C1 to C5 alkyl group, or a C1 to C4 alkyl group. For example, the C1 to C4 alkyl group may be a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, or a 2,2-dimethylpropyl group.
본 기재에서 "사이클로알킬(cycloalkyl)기"란 별도의 정의가 없는 한, 1가의 고리형 지방족 포화 탄화수소기를 의미한다.In this description, “cycloalkyl group” means a monovalent cyclic aliphatic saturated hydrocarbon group, unless otherwise defined.
사이클로알킬기는 C3 내지 C10인 사이클로알킬기, 예를 들어, C3 내지 C8 사이클로알킬기, C3 내지 C7 사이클로알킬기, C3 내지 C6 사이클로알킬기, C3 내지 C5 사이클로알킬기, C3 내지 C4 사이클로알킬기일 수 있다. 예를 들어, 사이클로알킬기는 사이클로프로필기, 사이클로부틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.The cycloalkyl group can be a C3 to C10 cycloalkyl group, for example, a C3 to C8 cycloalkyl group, a C3 to C7 cycloalkyl group, a C3 to C6 cycloalkyl group, a C3 to C5 cycloalkyl group, or a C3 to C4 cycloalkyl group. For example, the cycloalkyl group can be, but is not limited to, a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, or a cyclohexyl group.
본 명세서에서, "아릴(aryl)기"는, 고리형인 치환기의 모든 원소가 p-오비탈을 가지고 있으며, 이들 p-오비탈이 공액(conjugation)을 형성하고 있는 치환기를 의미하고, 모노사이클릭 또는 융합 고리 폴리사이클릭(즉, 탄소원자들의 인접한 쌍들을 나눠 가지는 고리) 작용기를 포함한다.As used herein, "aryl group" means a substituent in which all atoms of the cyclic substituent have p-orbitals and these p-orbitals form conjugation, and includes a monocyclic or fused ring polycyclic (i.e., a ring that shares adjacent pairs of carbon atoms) functional groups.
본 명세서에서, “알케닐(alkenyl)기”란, 별도의 정의가 없는 한, 직쇄형 또는 분지쇄형의 지방족 탄화수소기로서, 하나 이상의 이중결합을 포함하고 있는 지방족 불포화 알케닐(unsaturated alkenyl)기를 의미한다.In this specification, unless otherwise defined, “alkenyl group” means an aliphatic unsaturated alkenyl group, which is a straight-chain or branched-chain aliphatic hydrocarbon group containing one or more double bonds.
본 명세서에서, “알카이닐(alkynyl)기”란, 별도의 정의가 없는 한, 직쇄형 또는 분지쇄형의 지방족 탄화수소기로서, 하나 이상의 삼중결합을 포함하고 있는 지방족 불포화 알카이닐(unsaturated alkynyl)기를 의미한다.In this specification, unless otherwise defined, “alkynyl group” means a straight-chain or branched-chain aliphatic hydrocarbon group, which is an aliphatic unsaturated alkynyl group containing one or more triple bonds.
본 명세서에 기재된 화학식에서, t-Bu는 tert-부틸기를 의미한다.In the chemical formula described herein, t-Bu means a tert-butyl group.
이하 일 구현예에 따른 반도체 포토레지스트용 조성물을 설명한다.A composition for semiconductor photoresist according to the following implementation example is described.
본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 포토레지스트용 조성물은 주석(Sn)-탄소(C) 결합, 및 상기 주석에 대해 가수분해성 결합을 갖는 치환기를 적어도 하나 포함하는 주석이 분자 내에 4개 함유된 유기 주석 화합물 및 용매를 포함한다.A composition for a semiconductor photoresist according to one embodiment of the present invention comprises an organic tin compound having four tin atoms in the molecule, each of which includes a tin (Sn)-carbon (C) bond and at least one substituent having a hydrolyzable bond to the tin, and a solvent.
일 구현예에 따른 반도체 포토레지스트용 조성물은 분자 내에 주석 1개가 포함된 모노머 타입이 아닌, 주석 4개가 사다리 형태(Ladder type)으로 연결된 형태로서 유기물 대비 주석양이 높아 감도가 향상될 수 있다.According to one embodiment, a composition for a semiconductor photoresist is not a monomer type containing one tin in a molecule, but a type in which four tin atoms are connected in a ladder type, and thus the amount of tin is high compared to the organic material, so that sensitivity can be improved.
상기 유기 주석 화합물은, 주석-탄소 결합 및 상기 주석에 대해 가수분해성 결합을 갖는 치환기를 적어도 하나 포함할 수 있다.The above organic tin compound may include at least one substituent having a tin-carbon bond and a hydrolyzable bond to the tin.
상기 가수분해성 결합을 갖는 치환기는, 할로겐, 티올기, 아미노기(-NRaRb, 여기서 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹), 실릴옥소기(-OSiRaRbRc, 여기서 Ra, Rb, 및 Rc는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹이다), 실릴아미노기(-N(SiRa 3)(Rb), 여기서 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹이다), 디실릴아미노기(-N(SiRa 3)(SiRb 3), 여기서 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹이다), 알콕소기 및 아릴옥소기(-ORa, 여기서 Ra은 수소 또는 탄소수 1 내지 30인 알킬 또는 아릴 그룹이다), 카르복실기(-O(CORa), 여기서 Ra는 수소 또는 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹이다), 아지도기(-N3), 알카인기(-C≡CRa, 여기서 Ra은 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹이다), 아미도기(-NRa(CORb), 여기서 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹이다), 아미디네이토(amidinato)(-NRaC(NRb)Rc , 여기서 Ra, Rb, 및 Rc는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹이다), 이미도기(-N(CORa)(CORb), 여기서 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 30인 탄화수소 그룹이다), 또는 이의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.The substituent having the hydrolyzable bond is a halogen, a thiol group, an amino group (-NR a R b , wherein R a and R b are each independently hydrogen or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), a silyloxo group (-OSiR a R b R c , wherein R a , R b , and R c are each independently a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), a silylamino group (-N(SiR a 3 )(R b ), wherein R a and R b are each independently a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), a disilylamino group (-N(SiR a 3 )(SiR b 3 ), wherein R a and R b are each independently a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), an alkoxy group, and an aryloxo group (-OR a , wherein R a is hydrogen or an alkyl or aryl group having 1 to 30 carbon atoms). It can be selected from the group consisting of a carboxyl group (-O(COR a ), where R a is hydrogen or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), an azido group (-N 3 ), an alkyne group (-C≡CR a , where R a is a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), an amido group (-NR a (COR b ), where R a and R b are each independently hydrogen or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), an amidinato (-NR a C(NR b )R c , where R a , R b , and R c are each independently hydrogen or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), an imido group (-N(COR a )(COR b ), where R a and R b are each independently hydrogen or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms), or a combination thereof.
일 예로 상기 유기 주석 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.For example, the organic tin compound may be represented by the following chemical formula 1.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
(X1 m1(R1)3-m1SnOSn(R2)3-m2X2 m2)2 ( X 1 m1 (R 1 ) 3-m1 SnOSn(R 2 ) 3 - m2
상기 화학식 1에서,In the above chemical formula 1,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 할로겐, -N3, -NR3R4, -O(COR5), -NR6(COR7), -NR8C(NR9)R10, -N(COR11)(COR12), OSiR13R14R15, -N(SiR16 3)(R17), -N(SiR18 3)(SiR19 3), OR20, SR21, 및 -C≡CR22 중에서 선택되고,X 1 and X 2 are each independently selected from halogen, -N 3 , -NR 3 R 4 , -O(COR 5 ), -NR 6 (COR 7 ), -NR 8 C(NR 9 )R 10 , -N(COR 11 )(COR 12 ), OSiR 13 R 14 R 15 , -N(SiR 16 3 )(R 17 ), -N(SiR 18 3 )(SiR 19 3 ), OR 20 , SR 21 , and -C≡CR 22 ,
R1 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알카이닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알카이닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 이들의 조합이며,R 1 to R 22 are each independently hydrogen, halogen, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkynyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, or a combination thereof,
m1 및 m2는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수 중 하나이다.m1 and m2 are each independently an integer from 1 to 3.
예컨대 상기 X1 및 X2는 각각 독립적으로 할로겐, -O(COR5), OR20 또는 SR21이고,For example, the above X 1 and X 2 are each independently halogen, -O(COR 5 ), OR 20 or SR 21 ,
R5, R20 및 R21은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 이들의 조합일 수 있다.R 5 , R 20 and R 21 may each independently be hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, or a combination thereof.
예컨대 상기 X1 및 X2 중 적어도 하나는 -O(COR5)이고,For example, at least one of the above X 1 and X 2 is -O(COR 5 ),
R5는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 이들의 조합일 수 있다. R 5 may be hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, or a combination thereof.
일 실시예에서 상기 유기 주석 화합물은, 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 표시될 수 있다.In one embodiment, the organic tin compound may be represented by the following chemical formula 2 or chemical formula 3.
[화학식 2] [화학식 3][Chemical Formula 2] [Chemical Formula 3]
상기 화학식 2 및 화학식 3에서,In the above chemical formulas 2 and 3,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고,R 1 and R 2 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group,
R21 내지 R32는 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이다.R 21 to R 32 are each independently hydrogen or a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group.
가장 구체적인 일 예로 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 아이소프로필기, tert-부틸기, 2,2-디메틸프로필기, 또는 이들의 조합일 수 있다.As a most specific example, R 1 and R 2 may each independently be a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an isopropyl group, a tert-butyl group, a 2,2-dimethylpropyl group, or a combination thereof.
상기 유기 주석 화합물의 더욱 구체적인 예로는 하기 그룹 1에 나열된 화합물을 들 수 있다.More specific examples of the above organic tin compounds include the compounds listed in Group 1 below.
[그룹 1][Group 1]
[화학식 4][Chemical Formula 4]
[화학식 5][Chemical Formula 5]
[화학식 6][Chemical Formula 6]
[화학식 7][Chemical Formula 7]
주석은 13.5 nm에서 극자외선 광을 강하게 흡수하여 고에너지를 갖는 광에 대한 감도가 우수할 수 있다. Tin can strongly absorb extreme ultraviolet light at 13.5 nm, giving it excellent sensitivity to high-energy light.
일 구현예에 따른 반도체 포토레지스트 조성물에서, 상기 반도체 포토레지스트용 조성물 100 중량%를 기준으로, 상기 유기 주석 화합물 1 중량% 내지 30 중량%, 예를 들어, 1 중량% 내지 25 중량%, 예를 들어, 1 중량% 내지 20 중량%, 예를 들어, 1 중량% 내지 15 중량%, 예를 들어, 1 중량% 내지 10 중량%, 예를 들어, 1 중량% 내지 5 중량%의 함량으로 포함될 수 있고, 이들에 제한되지 않는다. 유기 주석 화합물이 상기 범위의 함량으로 포함될 경우, 반도체 포토레지스트용 조성물의 보관안정성 및 에치 내성이 향상되고, 해상도 특성이 개선된다.In a semiconductor photoresist composition according to one embodiment, the organic tin compound may be included in an amount of 1 wt% to 30 wt%, for example, 1 wt% to 25 wt%, for example, 1 wt% to 20 wt%, for example, 1 wt% to 15 wt%, for example, 1 wt% to 10 wt%, for example, 1 wt% to 5 wt%, based on 100 wt% of the composition for semiconductor photoresist, but is not limited thereto. When the organic tin compound is included in an amount within the above range, the storage stability and etch resistance of the composition for semiconductor photoresist are improved, and the resolution characteristics are improved.
본 발명에 따르면 우수한 감도 및 패턴형성성을 갖는 반도체 포토레지스트용 조성물을 제공할 수 있다.According to the present invention, a composition for a semiconductor photoresist having excellent sensitivity and pattern formation properties can be provided.
일 구현예에 따른 반도체 레지스트 조성물에 포함되는 용매는 유기용매일 수 있으며, 일 예로, 방향족 화합물류(예를 들어, 자일렌, 톨루엔), 알콜류(예를 들어, 4-메틸-2-펜탄올(MIBC), 4-메틸-2-프로판올, 1-부탄올, 메탄올, 이소프로필 알콜, 1-프로판올), 에테르류(예를 들어, 아니솔, 테트라하이드로푸란), 에스테르류(n-부틸 아세테이트, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르(PGME), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 에틸 아세테이트, 에틸 락테이트), 케톤류(예를 들어, 메틸 에틸 케톤, 2-헵타논), 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The solvent included in the semiconductor resist composition according to one embodiment may be an organic solvent, and may include, but is not limited to, aromatic compounds (e.g., xylene, toluene), alcohols (e.g., 4-methyl-2-pentanol (MIBC), 4-methyl-2-propanol, 1-butanol, methanol, isopropyl alcohol, 1-propanol), ethers (e.g., anisole, tetrahydrofuran), esters (n-butyl acetate, propylene glycol methyl ether (PGME), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), ethyl acetate, ethyl lactate), ketones (e.g., methyl ethyl ketone, 2-heptanone), mixtures thereof, and the like.
일 구현예에서, 상기 반도체 레지스트 조성물은 전술한 유기 주석 화합물, 및 용매 외에, 추가로 수지를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the semiconductor resist composition may further include a resin in addition to the organic tin compound and solvent described above.
상기 수지로는 하기 그룹 2에 나열된 방향족 모이어티를 적어도 하나 이상 포함하는 페놀계 수지일 수 있다. The above resin may be a phenolic resin containing at least one aromatic moiety listed in Group 2 below.
[그룹 2][Group 2]
상기 수지는 중량평균분자량이 500 내지 20,000일 수 있다.The above resin may have a weight average molecular weight of 500 to 20,000.
상기 수지는 상기 반도체 레지스트용 조성물의 총 함량에 대하여 0.1 중량% 내지 50 중량%로 포함될 수 있다.The above resin may be included in an amount of 0.1 wt% to 50 wt% based on the total content of the composition for the semiconductor resist.
상기 수지가 상기 함량 범위로 함유될 경우, 우수한 내식각성 및 내열성을 가질 수 있다.When the above resin is contained in the above content range, it can have excellent etch resistance and heat resistance.
한편, 일 구현예에 따른 반도체 레지스트용 조성물은 전술한 유기 주석 화합물, 용매, 및 수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 다만, 전술한 구현예에 따른 반도체 레지스트용 조성물은 경우에 따라 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 예시로는 계면활성제, 가교제, 레벨링제, 유기산, 억제제(quencher) 또는 이들의 조합을 들 수 있다.Meanwhile, the semiconductor resist composition according to one embodiment preferably comprises the aforementioned organic tin compound, solvent, and resin. However, the semiconductor resist composition according to the aforementioned embodiment may further comprise additives, as the case may be. Examples of the additives include surfactants, crosslinking agents, leveling agents, organic acids, quenchers, or combinations thereof.
계면활성제는 예컨대 알킬벤젠설폰산 염, 알킬피리디늄 염, 폴리에틸렌글리콜, 제4 암모늄 염, 또는 이들의 조합을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Surfactants may include, but are not limited to, alkylbenzenesulfonic acid salts, alkylpyridinium salts, polyethylene glycols, quaternary ammonium salts, or combinations thereof.
가교제는 예컨대 멜라민계 가교제, 치환요소계 가교제, 아크릴계 가교제, 에폭시계 가교제, 또는 폴리머계 가교제 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 적어도 2개의 가교형성 치환기를 갖는 가교제로, 예를 들면, 메톡시메틸화 글리코루릴, 부톡시메틸화 글리코루릴, 메톡시메틸화 멜라민, 부톡시메틸화 멜라민, 메톡시메틸화 벤조구아나민, 부톡시메틸화 벤조구아나민, 4-히드록시부틸 아크릴레이트, 아크릴산, 우레탄 아크릴레이트, 아크릴 메타크릴레이트, 1,4-부탄디올 디클리시딜 에테르, 글리시돌, 디글리시딜 1,2-시클로헥산 디크르복실레이트, 트리메틸프로판 트리글리시딜 에테르, 1,3-비스(글리시독시프로필_)테트라메틸디실록산, 메톡시메틸화요소, 부톡시메틸화요소, 또는 메톡시메틸화 티오요소 등의 화합물을 사용할 수 있다.Examples of the crosslinking agent include, but are not limited to, a melamine-based crosslinking agent, a substituted urea-based crosslinking agent, an acrylic-based crosslinking agent, an epoxy-based crosslinking agent, or a polymer-based crosslinking agent. As a crosslinking agent having at least two crosslinking-forming substituents, for example, compounds such as methoxymethylated glycoluril, butoxymethylated glycoluril, methoxymethylated melamine, butoxymethylated melamine, methoxymethylated benzoguanamine, butoxymethylated benzoguanamine, 4-hydroxybutyl acrylate, acrylic acid, urethane acrylate, acrylic methacrylate, 1,4-butanediol diglycidyl ether, glycidol, diglycidyl 1,2-cyclohexane dicarboxylate, trimethylpropane triglycidyl ether, 1,3-bis(glycidoxypropyl_)tetramethyldisiloxane, methoxymethylated urea, butoxymethylated urea, or methoxymethylated thiourea can be used.
레벨링제는 인쇄시 코팅 평탄성을 향상시키기 위한 것으로, 상업적인 방법으로 입수 가능한 공지의 레벨링제를 사용할 수 있다.The leveling agent is used to improve the coating flatness during printing, and any known leveling agent available commercially can be used.
유기산은 p-톨루엔설폰산, 벤젠설폰산, p-도데실벤젠설폰산, 1,4-나프탈렌디설폰산, 메탄설폰산, 플루오르화 술포늄염, 말론산, 시트르산, 프로피온산, 메타크릴산, 옥살산, 락트산, 글리콜릭산, 석시닉산, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The organic acid may be, but is not limited to, p-toluenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-dodecylbenzenesulfonic acid, 1,4-naphthalenedisulfonic acid, methanesulfonic acid, a fluorinated sulfonium salt, malonic acid, citric acid, propionic acid, methacrylic acid, oxalic acid, lactic acid, glycolic acid, succinic acid, or a combination thereof.
억제제(quencher)는 디페닐(p-트릴) 아민, 메틸 디페닐 아민, 트리페닐 아민, 페닐렌디아민, 나프틸아민, 디아미노나프탈렌, 또는 이들의 조합일 수 있다.The quencher may be diphenyl(p-trimethyl)amine, methyl diphenyl amine, triphenyl amine, phenylenediamine, naphthylamine, diaminonaphthalene, or a combination thereof.
상기 이들 첨가제의 사용량은 원하는 물성에 따라 용이하게 조절될 수 있으며, 생략될 수도 있다.The amount of these additives used can be easily adjusted according to the desired properties and may be omitted.
또한 상기 반도체 레지스트용 조성물은 기판과의 밀착력 등의 향상을 위해 (예컨대 반도체 레지스트용 조성물의 기판과의 접착력 향상을 위해), 접착력 증진제로서 실란 커플링제를 첨가제로 더 사용할 수 있다. 상기 실란 커플링제는 예컨대, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐 트리클로로실란, 비닐트리스(β-메톡시에톡시)실란; 또는 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, p-스티릴 트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디 에톡시실란; 트리메톡시[3-(페닐아미노)프로필]실란 등의 탄소-탄소 불포화 결합 함유 실란 화합물 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the semiconductor resist composition may further use a silane coupling agent as an additive as an adhesion promoter to improve adhesion to a substrate (e.g., to improve adhesion of the semiconductor resist composition to a substrate). The silane coupling agent may be, but is not limited to, a carbon-carbon unsaturated bond-containing silane compound such as vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltris(β-methoxyethoxy)silane; or 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, p-styryl trimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane; or trimethoxy[3-(phenylamino)propyl]silane.
상기 반도체 포토레지스트용 조성물은 높은 종횡비(aspect ratio)를 가지는 패턴을 형성해도 패턴 무너짐이 발생하지 않을 수 있다. 따라서, 예를 들어, 5nm 내지 100nm의 폭을 가지는 미세 패턴, 예를 들어, 5nm 내지 80 nm의 폭을 가지는 미세 패턴, 예를 들어, 5nm 내지 70 nm의 폭을 가지는 미세 패턴, 예를 들어, 5nm 내지 50nm의 폭을 가지는 미세 패턴, 예를 들어, 5nm 내지 40nm의 폭을 가지는 미세 패턴, 예를 들어, 5nm 내지 30nm의 폭을 가지는 미세 패턴, 예를 들어, 5nm 내지 20nm의 폭을 가지는 미세 패턴을 형성하기 위하여, 5nm 내지 150nm 파장의 광을 사용하는 포토레지스트 공정, 예를 들어, 5nm 내지 100nm 파장의 광을 사용하는 포토레지스트 공정, 예를 들어, 5nm 내지 80nm 파장의 광을 사용하는 포토레지스트 공정, 예를 들어, 5nm 내지 50nm 파장의 광을 사용하는 포토레지스트 공정, 예를 들어, 5nm 내지 30nm 파장의 광을 사용하는 포토레지스트 공정, 예를 들어, 5nm 내지 20nm 파장의 광을 사용하는 포토레지스트 공정에 사용할 수 있다. 따라서, 일 구현예에 따른 반도체 포토레지스트용 조성물을 이용하면, 약 13.5nm 파장의 EUV 광원을 사용하는 극자외선 리소그래피를 구현할 수 있다. The above composition for semiconductor photoresist can form a pattern having a high aspect ratio without causing pattern collapse. Therefore, for example, a photoresist process using light having a wavelength of 5 nm to 150 nm, for example, a photoresist process using light having a wavelength of 5 nm to 100 nm, for example, a photoresist process using light having a wavelength of 5 nm to 80 nm, for example, a photoresist process using light having a wavelength of 5 nm to 50 nm, for example, a photoresist process using light having a wavelength of 5 nm to 80 nm, for example, a photoresist process using light having a wavelength of 5 nm to 50 nm, for example, a photoresist process using light having a wavelength of 5 nm to 30 nm, for example, a photoresist process using light having a wavelength of 5 nm to 30 nm, for example, a photoresist process using light having a wavelength of 5 nm to 20 nm, for example, For example, it can be used in a photoresist process using light with a wavelength of 5 nm to 20 nm. Therefore, by using the composition for semiconductor photoresist according to one embodiment, extreme ultraviolet lithography using an EUV light source with a wavelength of about 13.5 nm can be implemented.
한편, 다른 일 구현예에 따르면, 상술한 반도체 포토레지스트용 조성물을 사용하여 패턴을 형성하는 방법이 제공될 수 있다. 일 예로, 제조된 패턴은 포토레지스트 패턴일 수 있다. Meanwhile, according to another embodiment, a method for forming a pattern using the above-described semiconductor photoresist composition may be provided. For example, the pattern formed may be a photoresist pattern.
일 구현예에 다른 패턴 형성 방법은 기판 위에 식각 대상 막을 형성하는 단계, 상기 식각 대상 막 위에 전술한 반도체 포토레지스트용 조성물을 적용하여 포토레지스트 막을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 막을 패터닝하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 및 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 식각 대상막을 식각하는 단계를 포함한다. Another embodiment of the method for forming a pattern includes the steps of forming an etching target film on a substrate, applying the aforementioned semiconductor photoresist composition on the etching target film to form a photoresist film, patterning the photoresist film to form a photoresist pattern, and etching the etching target film using the photoresist pattern as an etching mask.
이하, 상술한 반도체 포토레지스트용 조성물을 사용하여 패턴을 형성하는 방법에 대하여 도 1 내지 5를 참고하여 설명한다. 도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 반도체 포토레지스트용 조성물을 이용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. Hereinafter, a method for forming a pattern using the above-described semiconductor photoresist composition will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIGS. 1 to 5 are cross-sectional views for explaining a method for forming a pattern using the semiconductor photoresist composition according to the present invention.
도 1을 참조하면, 우선 식각 대상물을 마련한다. 상기 식각 대상물의 예로서는 반도체 기판(100) 상에 형성되는 박막(102)일 수 있다. 이하에서는 상기 식각 대상물이 박막(102)인 경우에 한해 설명한다. 상기 박막(102)상에 잔류하는 오염물 등을 제거하기 위해 상기 박막(102)의 표면을 세정한다. 상기 박막(102)은 예컨대 실리콘 질화막, 폴리실리콘막 또는 실리콘 산화막일 수 있다.Referring to Fig. 1, first, an etching target is prepared. An example of the etching target may be a thin film (102) formed on a semiconductor substrate (100). The following description will be limited to the case where the etching target is a thin film (102). The surface of the thin film (102) is cleaned to remove contaminants remaining on the thin film (102). The thin film (102) may be, for example, a silicon nitride film, a polysilicon film, or a silicon oxide film.
이어서, 세정된 박막(102)의 표면상에 레지스트 하층막(104)을 형성하기 위한 레지스트 하층막 형성용 조성물을 스핀 코팅방식을 적용하여 코팅한다. 다만, 일 구현예가 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 공지된 다양한 코팅 방법, 예를 들어 스프레이 코팅, 딥 코팅, 나이프 엣지 코팅, 프린팅법, 예컨대 잉크젯 프린팅 및 스크린 프린팅 등을 이용할 수도 있다.Next, a composition for forming a resist underlayer film (104) is coated on the surface of the cleaned thin film (102) by applying a spin coating method. However, one embodiment is not necessarily limited thereto, and various known coating methods, for example, spray coating, dip coating, knife edge coating, printing methods such as inkjet printing and screen printing, etc. may be used.
상기 레지스트 하층막 코팅과정은 생략할 수 있으며 이하에서는 상기 레지스트 하층막을 코팅하는 경우에 대해 설명한다.The above resist underlayer coating process can be omitted, and the following describes a case where the resist underlayer is coated.
이후 건조 및 베이킹 공정을 수행하여 상기 박막(102) 상에 레지스트 하층막(104)을 형성한다. 상기 베이킹 처리는 약 100 내지 약 500℃에서 수행하고, 예컨대 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃에서 수행할 수 있다. Thereafter, a drying and baking process is performed to form a resist underlayer film (104) on the thin film (102). The baking process is performed at about 100 to about 500°C, and may be performed at about 100 to about 300°C, for example.
레지스트 하층막(104)은 기판(100)과 포토레지스트 막(106) 사이에 형성되어, 기판(100)과 포토레지스트 막(106)의 계면 또는 층간 하드마스크(hardmask)로부터 반사되는 조사선이 의도되지 않은 포토레지스트 영역으로 산란되는 경우 포토레지스트 선폭(linewidth)의 불균일 및 패턴 형성성을 방해하는 것을 방지할 수 있다. The resist underlayer film (104) is formed between the substrate (100) and the photoresist film (106), so that when the radiation reflected from the interface or interlayer hardmask of the substrate (100) and the photoresist film (106) is scattered into an unintended photoresist region, it can prevent the unevenness of the photoresist linewidth and the interference with the pattern formation.
도 2를 참조하면, 상기 레지스트 하층막(104) 위에 상술한 반도체 포토레지스트용 조성물을 코팅하여 포토레지스트 막(106)을 형성한다. 상기 포토레지스트 막(106)은 기판(100) 상에 형성된 박막(102) 위에 상술한 반도체 포토레지스트용 조성물을 코팅한 후 열처리 과정을 통해 경화한 형태일 수 있다.Referring to FIG. 2, the semiconductor photoresist composition described above is coated on the resist underlayer film (104) to form a photoresist film (106). The photoresist film (106) may be in the form of a thin film (102) formed on a substrate (100) coated with the semiconductor photoresist composition described above and then cured through a heat treatment process.
보다 구체적으로, 반도체 포토레지스트용 조성물을 사용하여 패턴을 형성하는 단계는, 상술한 반도체 레지스트용 조성물을 박막(102)이 형성된 기판(100) 상에 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 잉크젯 프린팅 등으로 도포하는 공정 및 도포된 반도체 포토레지스트용 조성물을 건조하여 포토 레지스트 막(106)을 형성하는 공정을 포함할 수 있다. More specifically, the step of forming a pattern using a composition for semiconductor photoresist may include a step of applying the above-described composition for semiconductor photoresist onto a substrate (100) on which a thin film (102) is formed by spin coating, slit coating, inkjet printing, etc., and a step of drying the applied composition for semiconductor photoresist to form a photoresist film (106).
반도체 포토레지스트용 조성물에 대해서는 이미 상세히 설명하였으므로, 중복 설명은 생략하기로 한다. Since the composition for semiconductor photoresist has already been described in detail, a duplicate description will be omitted.
이어서, 상기 포토레지스트 막(106)이 형성되어 있는 기판(100)을 가열하는 제1 베이킹 공정을 수행한다. 상기 제1 베이킹 공정은 약 80℃ 내지 약 120℃의 온도에서 수행할 수 있다.Next, a first baking process is performed to heat the substrate (100) on which the photoresist film (106) is formed. The first baking process can be performed at a temperature of about 80°C to about 120°C.
도 3을 참조하면, 상기 포토레지스트 막(106)을 선택적으로 노광한다. Referring to FIG. 3, the photoresist film (106) is selectively exposed.
일 예로, 상기 노광 공정에서 사용할 수 있는 광의 예로는 활성화 조사선도 i-line(파장 365nm), KrF 엑시머 레이저(파장 248nm), ArF 엑시머 레이저(파장 193nm) 등의 단파장을 가지는 광 뿐만 아니라, EUV(Extreme UltraViolet; 파장 13.5 nm), E-Beam(전자빔)등의 고에너지 파장을 가지는 광 등을 들 수 있다. For example, examples of light that can be used in the above exposure process include light having a short wavelength, such as an activating irradiance i-line (wavelength 365 nm), a KrF excimer laser (wavelength 248 nm), and an ArF excimer laser (wavelength 193 nm), as well as light having a high energy wavelength, such as EUV (Extreme UltraViolet; wavelength 13.5 nm) and E-Beam (electron beam).
보다 구체적으로, 일 구현예에 따른 노광용 광은 5 nm 내지 150 nm 파장 범위를 가지는 단파장 광일 수 있으며, EUV(Extreme UltraViolet; 파장 13.5 nm), E-Beam(전자빔)등의 고에너지 파장을 가지는 광일 수 있다. More specifically, the exposure light according to one embodiment may be short-wavelength light having a wavelength range of 5 nm to 150 nm, and may be light having a high-energy wavelength such as EUV (Extreme UltraViolet; wavelength 13.5 nm) or E-Beam (electron beam).
포토레지스트 막(106) 중 노광된 영역(106b)은 유기금속화합물간의 축합 등 가교 반응에 의해 중합체를 형성함에 따라 포토레지스트 막(106)의 미노광된 영역(106a)과 서로 다른 용해도를 갖게 된다. The exposed area (106b) of the photoresist film (106) forms a polymer through a cross-linking reaction such as condensation between organometallic compounds, and thus has a different solubility from the unexposed area (106a) of the photoresist film (106).
이어서, 상기 기판(100)에 제2 베이킹 공정을 수행한다. 상기 제2 베이킹 공정은 약 90℃ 내지 약 200℃의 온도에서 수행할 수 있다. 상기 제2 베이킹 공정을 수행함으로 인해, 상기 포토레지스트 막(106)의 노광된 영역(106b)은 현상액에 용해가 어려운 상태가 된다. Next, a second baking process is performed on the substrate (100). The second baking process can be performed at a temperature of about 90° C. to about 200° C. By performing the second baking process, the exposed area (106b) of the photoresist film (106) becomes difficult to dissolve in a developer.
도 4에는, 현상액을 이용하여 상기 미노광된 영역에 해당하는 포토레지스트 막(106a)을 용해시켜 제거함으로써 형성된 포토레지스트 패턴(108)이 도시되어 있다. 구체적으로, 2-햅타논(2-heptanone) 등의 유기 용매를 사용하여 상기 미노광된 영역에 해당하는 포토레지스트 막(106a)을 용해시킨 후 제거함으로써 상기 네가티브 톤 이미지에 해당하는 포토레지스트 패턴(108)이 완성된다. In Fig. 4, a photoresist pattern (108) formed by dissolving and removing a photoresist film (106a) corresponding to the unexposed area using a developer is illustrated. Specifically, the photoresist pattern (108) corresponding to the negative tone image is completed by dissolving and then removing the photoresist film (106a) corresponding to the unexposed area using an organic solvent such as 2-heptanone.
앞서 설명한 것과 같이, 일 구현예에 따른 패턴 형성 방법에서 사용되는 현상액은 유기 용매 일 수 있다. 일 구현예에 따른 패턴 형성 방법에서 사용되는 유기 용매의 일 예로, 메틸에틸케톤, 아세톤, 사이클로헥사논, 2-햅타논 등의 케톤류, 4-메틸-2-프로판올, 1-부탄올, 이소프로판올, 1-프로판올, 메탄올 등의 알코올 류, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 에틸 아세테이트, 에틸 락테이트, n-부틸 아세테이트, 부티로락톤 등의 에스테르 류, 벤젠, 자일렌, 톨루엔 등의 방향족 화합물, 또는 이들의 조합을 들 수 있다.As described above, the developer used in the pattern forming method according to one embodiment may be an organic solvent. Examples of the organic solvent used in the pattern forming method according to one embodiment include ketones such as methyl ethyl ketone, acetone, cyclohexanone, and 2-heptanone; alcohols such as 4-methyl-2-propanol, 1-butanol, isopropanol, 1-propanol, and methanol; esters such as propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl acetate, ethyl lactate, n-butyl acetate, and butyrolactone; aromatic compounds such as benzene, xylene, and toluene; or combinations thereof.
다만, 일 구현예에 따른 포토레지스트 패턴이 반드시 네가티브 톤 이미지로 형성되는 것에 제한되는 것은 아니며, 포지티브 톤 이미지를 갖도록 형성될 수도 있다. 이 경우, 포지티브 톤 이미지 형성을 위해 사용될 수 있는 현상제로는 테트라에틸암모늄 하이드록사이드, 테트라프로필암모늄 하이드록사이드, 테트라부틸암모늄 하이드록사이드 또는 이들의 조합과 같은 제4 암모늄 하이드록사이드 조성물 등을 들 수 있다.However, the photoresist pattern according to one embodiment is not necessarily limited to being formed as a negative tone image, and may also be formed to have a positive tone image. In this case, a developer that can be used to form a positive tone image may include a quaternary ammonium hydroxide composition such as tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, or a combination thereof.
앞서 설명한 것과 같이, i-line(파장 365 nm), KrF 엑시머 레이저(파장 248 nm), ArF 엑시머 레이저(파장 193 nm) 등의 파장을 가지는 광 뿐만 아니라, EUV(Extreme UltraViolet; 파장 13.5 nm), E-Beam(전자빔)등의 고에너지를 가지는 광 등에 의해 노광되어 형성된 포토레지스트 패턴(108)은 5 nm 내지 100 nm 두께의 폭을 가질 수 있다. 일 예로, 상기 포토레지스트 패턴(108)은, 5 nm 내지 90 nm, 5 nm 내지 80 nm, 5 nm 내지 70 nm, 5 nm 내지 60 nm, 5 nm 내지 50 nm, 5 nm 내지 40 nm, 5 nm 내지 30 nm, 5 nm 내지 20 nm 두께의 폭으로 형성될 수 있다.As described above, the photoresist pattern (108) formed by exposure to light having a wavelength such as i-line (wavelength 365 nm), KrF excimer laser (wavelength 248 nm), ArF excimer laser (wavelength 193 nm), or light having high energy such as EUV (Extreme UltraViolet; wavelength 13.5 nm) or E-Beam (electron beam) may have a width of 5 nm to 100 nm. For example, the photoresist pattern (108) may be formed to have a width of 5 nm to 90 nm, 5 nm to 80 nm, 5 nm to 70 nm, 5 nm to 60 nm, 5 nm to 50 nm, 5 nm to 40 nm, 5 nm to 30 nm, or 5 nm to 20 nm.
한편, 상기 포토레지스트 패턴(108)은 약 50 nm 이하, 예를 들어 40 nm 이하, 예를 들어 30 nm 이하, 예를 들어 20 nm 이하, 예를 들어 15 nm 이하의 반피치(half-pitch) 및, 약 10 nm 이하, 약 5 nm 이하, 약 3 nm 이하, 약 2 nm 이하의 선폭 거칠기을 갖는 피치를 가질 수 있다.Meanwhile, the photoresist pattern (108) may have a pitch having a half-pitch of about 50 nm or less, for example, 40 nm or less, for example, 30 nm or less, for example, 20 nm or less, for example, 15 nm or less, and a line width roughness of about 10 nm or less, about 5 nm or less, about 3 nm or less, or about 2 nm or less.
이어서, 상기 포토레지스트 패턴(108)을 식각 마스크로 하여 상기 레지스트 하층막(104)을 식각한다. 상기와 같은 식각 공정으로 유기막 패턴(112)이 형성된다. 형성된 상기 유기막 패턴(112) 역시 포토레지스트 패턴(108)에 대응되는 폭을 가질 수 있다. Next, the resist underlayer film (104) is etched using the photoresist pattern (108) as an etching mask. An organic film pattern (112) is formed through the etching process described above. The formed organic film pattern (112) may also have a width corresponding to the photoresist pattern (108).
도 5를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(108)을 식각 마스크로 적용하여 노출된 박막(102)을 식각한다. 그 결과 상기 박막은 박막 패턴(114)으로 형성된다. Referring to FIG. 5, the photoresist pattern (108) is applied as an etching mask to etch the exposed thin film (102). As a result, the thin film is formed into a thin film pattern (114).
상기 박막(102)의 식각은 예컨대 식각 가스를 사용한 건식 식각으로 수행할 수 있으며, 식각 가스는 예컨대 CHF3, CF4, Cl2, BCl3 및 이들의 혼합 가스를 사용할 수 있다.The etching of the above thin film (102) can be performed by dry etching using, for example, an etching gas, and the etching gas can be, for example, CHF 3 , CF 4 , Cl 2 , BCl 3 , or a mixed gas thereof.
앞서 수행된 노광 공정에서, EUV 광원을 사용하여 수행된 노광 공정에 의해 형성된 포토레지스트 패턴(108)을 이용하여 형성된 박막 패턴(114)은 상기 포토레지스트 패턴(108)에 대응되는 폭을 가질 수 있다. 일 예로, 상기 포토레지스트 패턴(108)과 동일하게 5 nm 내지 100 nm의 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, EUV 광원을 사용하여 수행된 노광 공정에 의해 형성된 박막 패턴(114)은 상기 포토레지스트 패턴(108)과 마찬가지로 5 nm 내지 90 nm, 5 nm 내지 80 nm, 5 nm 내지 70 nm, 5 nm 내지 60 nm, 5 nm 내지 50 nm, 5 nm 내지 40 nm, 5 nm 내지 30 nm, 5 nm 내지 20 nm의 폭을 가질 수 있으며, 보다 구체적으로 20 nm 이하의 폭으로 형성될 수 있다.In the previously performed exposure process, the thin film pattern (114) formed using the photoresist pattern (108) formed by the exposure process performed using the EUV light source may have a width corresponding to the photoresist pattern (108). For example, it may have a width of 5 nm to 100 nm, similar to the photoresist pattern (108). For example, the thin film pattern (114) formed by the exposure process performed using the EUV light source may have a width of 5 nm to 90 nm, 5 nm to 80 nm, 5 nm to 70 nm, 5 nm to 60 nm, 5 nm to 50 nm, 5 nm to 40 nm, 5 nm to 30 nm, 5 nm to 20 nm, similar to the photoresist pattern (108), and more specifically, it may be formed with a width of 20 nm or less.
이하, 상술한 반도체 포토레지스트용 조성물의 제조에 관한 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 실시예들에 의하여 본 발명의 기술적 특징이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples relating to the preparation of the semiconductor photoresist composition described above. However, the technical features of the present invention are not limited by the following examples.
(유기 주석 화합물의 합성)(Synthesis of organic tin compounds)
합성예 1Synthesis Example 1
100 mL 둥근 바닥 플라스크에 Dibutyltin Oxide 10 g(40.17 mmol), Formic acid 1.8 g(40.17 mmol)을 10 mL MeOH(메탄올)에 넣고 24시간 동안 가열 환류하였다. 이후 진공 건조하여 용매를 완전히 제거하여 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 얻었다.In a 100 mL round-bottom flask, 10 g (40.17 mmol) of dibutyltin oxide and 1.8 g (40.17 mmol) of formic acid were added to 10 mL of MeOH (methanol), and the mixture was heated and refluxed for 24 hours. Afterwards, the solvent was completely removed by vacuum drying to obtain a compound represented by the following chemical formula 4.
[화학식 4][Chemical Formula 4]
합성예 2Synthesis Example 2
100 mL 둥근 바닥 플라스크에 Dibutyltin Oxide 10 g(40.17 mmol), Acetic acid 2.4 g(40.17 mmol)을 10 mL MeOH에 넣고 24시간 동안 가열 환류하였다. 이후 진공 건조하여 용매를 완전히 제거하여 하기 화학식 5로 표시되는 화합물을 얻었다.In a 100 mL round-bottom flask, 10 g (40.17 mmol) of dibutyltin oxide and 2.4 g (40.17 mmol) of acetic acid were added to 10 mL of MeOH and heated under reflux for 24 hours. Afterwards, the solvent was completely removed by vacuum drying to obtain a compound represented by the following chemical formula 5.
[화학식 5][Chemical Formula 5]
합성예 3Synthesis Example 3
100 mL 둥근 바닥 플라스크에 Diisobutyltin Oxide 10 g(40.17 mmol), Acetic acid 2.4 g(40.17 mmol)을 10 mL MeOH에 넣고 24시간 동안 가열 환류하였다. 이후 진공 건조하여 용매를 완전히 제거하여 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 얻었다.In a 100 mL round-bottom flask, 10 g (40.17 mmol) of diisobutyltin oxide and 2.4 g (40.17 mmol) of acetic acid were added to 10 mL of MeOH and heated under reflux for 24 hours. Afterwards, the solvent was completely removed by vacuum drying to obtain a compound represented by the following chemical formula 6.
[화학식 6][Chemical Formula 6]
합성예 4Synthesis Example 4
100 mL 둥근 바닥 플라스크에 Butyl stannoic acid 10 g(47.89 mmol), Formic acid 6.6 g(143.66 mmol)을 10 mL MeOH에 넣고 24시간 동안 가열 환류하였다. 이후 진공 건조하여 용매를 완전히 제거하여 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 얻었다.In a 100 mL round-bottom flask, 10 g (47.89 mmol) of butyl stannoic acid and 6.6 g (143.66 mmol) of formic acid were added to 10 mL of MeOH and heated under reflux for 24 hours. Afterwards, the solvent was completely removed by vacuum drying to obtain a compound represented by the following chemical formula 7.
[화학식 7][Chemical Formula 7]
비교합성예 1Comparative synthesis example 1
100 mL 둥근 바닥 플라스크에 iPrSnPh3 10 g(25.44 mmol) Acetic acid 4.6 g(76.31 mmol)를 35 mL의 acetonitrile에 녹이고 24시간 동안 가열 환류하였다. 이후 진공 건조하여 용매를 완전히 제거하여 하기 화학식 8로 표시되는 화합물을 얻었다.In a 100 mL round-bottom flask, 10 g (25.44 mmol) of iPrSnPh 3 and 4.6 g (76.31 mmol) of acetic acid were dissolved in 35 mL of acetonitrile and heated under reflux for 24 hours. Afterwards, the solvent was completely removed by vacuum drying to obtain a compound represented by the following chemical formula 8.
[화학식 8][Chemical Formula 8]
비교합성예 2Comparative synthesis example 2
100 mL의 둥근 바닥플라스크에 LiNMe2 5 g(102.03 mmol)에 무수 헥산을 녹이고 플라스크를 -78 ℃로 냉각하였다. Isopropyltin trichloride 8.2 g(34.01 mmol)을 천천히 적가한 후 상온(23℃)에서 24 시간 반응한다. 반응이 종료되면 여과하고 농축 후, 진공 건조하여 하기 화학식 9로 표시되는 화합물을 얻었다.In a 100 mL round-bottom flask, 5 g (102.03 mmol) of LiNMe 2 was dissolved in anhydrous hexane, and the flask was cooled to -78°C. 8.2 g (34.01 mmol) of isopropyltin trichloride was slowly added dropwise, and the mixture was reacted at room temperature (23°C) for 24 hours. Upon completion of the reaction, the mixture was filtered, concentrated, and dried under vacuum to obtain a compound represented by the following chemical formula 9.
[화학식 9][Chemical Formula 9]
비교합성예 3Comparative synthesis example 3
하기 화학식 10으로 표현되는 화합물 10 g(13.2 mmol)에 Acetic acid 2.38 g(39.67 mmol)을 상온에서 천천히 적가한 후, 110 ℃에서 24시간 가열 환류하였다.Acetic acid 2.38 g (39.67 mmol) was slowly added dropwise to 10 g (13.2 mmol) of a compound represented by the following chemical formula 10 at room temperature, and then heated and refluxed at 110°C for 24 hours.
[화학식 10][Chemical Formula 10]
이후, 온도를 상온으로 내린 후 Acetic acid를 진공 증류하여 하기 화학식 11로 표시되는 화합물을 얻었다.Afterwards, the temperature was lowered to room temperature and acetic acid was distilled under vacuum to obtain a compound represented by the following chemical formula 11.
[화학식 11][Chemical Formula 11]
용해도 평가Solubility evaluation
합성예 1 내지 4 및 비교합성예 1 내지 3 으로부터 얻어진 유기주석화합물을 각각 PGMEA, PGME, MIBC 및 Xylene에 고형분 3 wt%로 녹인 다음, 1시간 후 분산물 또는 침전물 여부를 관찰하였다. 초기와 같이 화합물이 용해된 상태의 용액으로 존재하는 경우 ‘○’, 분산물 또는 침전물이 확인되는 경우 ‘X’로 하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The organotin compounds obtained from Synthetic Examples 1 to 4 and Comparative Synthetic Examples 1 to 3 were dissolved in PGMEA, PGME, MIBC, and Xylene, respectively, at a solid content of 3 wt%, and then observed for dispersions or precipitates after 1 hour. If the compound existed as a solution in a dissolved state as in the beginning, it was marked as ‘○’, and if a dispersion or precipitate was observed, it was marked as ‘X’, and the results are shown in Table 1 below.
표 1의 결과로부터, 합성예 1 내지 4에 따른 유기주석화합물은 상기 용매들에 대해 우수한 용해도를 가짐을 확인할 수 있다.From the results in Table 1, it can be confirmed that the organotin compounds according to Synthetic Examples 1 to 4 have excellent solubility in the above solvents.
실시예 1 내지 4, 및 비교예 1 내지 3: 반도체 포토레지스트용 조성물의 제조Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3: Preparation of compositions for semiconductor photoresists
합성예 1 내지 4 및 비교합성예 1 내지 3에서 얻어진 화합물을 각각 4-methyl-2-pentanol에 1 wt%의 농도로 녹이고, 0.1 ㎛ PTFE (폴리테트라플루오로에틸렌) syringe filter로 여과하여, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에 해당하는 포토레지스트 조성물을 제조하였다.The compounds obtained in Synthetic Examples 1 to 4 and Comparative Synthetic Examples 1 to 3 were each dissolved in 4-methyl-2-pentanol at a concentration of 1 wt%, and filtered through a 0.1 ㎛ PTFE (polytetrafluoroethylene) syringe filter to prepare photoresist compositions corresponding to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3.
포토레지스트 막의 형성Formation of photoresist film
네이티브-산화물 표면을 가지는 직경 4인치의 원형 실리콘 웨이퍼를 박막 증착용 기판으로 사용하고, 상기 박막을 증착하기 전에 웨이퍼를 UV 오존 클리닝 시스템에서 10분 간 처리한다. 처리된 기재 상에 상기 실시예 1 내지 실시예 4, 및 비교예 1 내지 3에 따른 반도체 포토레지스트용 조성물을 1500rpm에서 30초 간 스핀코팅하고, 100 ℃에서 120초간 소성 (적용 후 소성, post-apply bake, PAB)하여 박막을 형성한다. A 4-inch diameter circular silicon wafer having a native-oxide surface is used as a substrate for thin film deposition, and prior to depositing the thin film, the wafer is treated in a UV ozone cleaning system for 10 minutes. The compositions for semiconductor photoresists according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 are spin-coated on the treated substrate at 1500 rpm for 30 seconds, and baked at 100° C. for 120 seconds (post-apply bake, PAB) to form a thin film.
이후 편광계측법(ellipsometry)을 통해 코팅 및 소성 후의 필름의 두께를 측정한 결과 실시예 1 내지 4의 경우 25 nm이었고,Afterwards, the thickness of the film after coating and firing was measured using ellipsometry, and the results were 25 nm for Examples 1 to 4.
비교예 1 내지 3의 경우 20 nm이었다.For comparative examples 1 to 3, it was 20 nm.
감도 및 라인 에지 거칠기(LER) 평가Sensitivity and Line Edge Roughness (LER) Evaluation
직경이 500㎛인 50개의 원형 패드 직선 어레이를 EUV 광(Lawrence Berkeley National Laboratory Micro Exposure Tool, MET)을 사용하여 실시예 1 내지 4, 및 비교예 1 내지 3의 포토 레지스트용 조성물이 코팅된 웨이퍼에 투사하였다. 패드 노출 시간을 조절하여 EUV 증가 선량이 각 패드에 적용되도록 하였다. A linear array of 50 circular pads each having a diameter of 500 μm was projected onto a wafer coated with the photoresist compositions of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 using EUV light (Lawrence Berkeley National Laboratory Micro Exposure Tool, MET). The pad exposure time was adjusted so that an increased EUV dose was applied to each pad.
이후 레지스트와 기재를 hotplate 상에서 160 ℃ 에서 120 초 동안 노출 후 소성(post-exposure bake, PEB)하였다. 소성된 필름을 현상액(2-heptanone)에 각각 30 초 동안 침지시킨 후, 동일한 현상제로 추가로 10초간 세정하여 네가티브 톤 이미지를 형성, 즉 비노출된 코팅 부분을 제거하였다. 최종적으로 150 ℃, 2 분 열판 소성을 수행하여 공정을 종결하였다. The resist and substrate were then exposed on a hotplate at 160°C for 120 seconds and then baked (post-exposure bake, PEB). The baked films were then immersed in a developer (2-heptanone) for 30 seconds each, and then rinsed with the same developer for an additional 10 seconds to form a negative-tone image, i.e., to remove the unexposed coating portion. Finally, the process was completed by hotplate baking at 150°C for 2 minutes.
편광계측법(Ellipsometer)을 사용하여 노출된 패드의 잔류 레지스트 두께를 측정하였다. 각 노출양에 대해 남아있는 두께를 측정하여 노출양에 대한 함수로 그래프화 하여, 레지스트의 종류별로 Dg(현상이 완료되는 에너지 레벨)를 측정하여 하기 표 2에 표시하였다.The residual resist thickness of the exposed pad was measured using an ellipsometer. The remaining thickness was measured for each exposure amount and plotted as a function of the exposure amount. Dg (the energy level at which development is complete) was measured for each resist type and is shown in Table 2 below.
FE-SEM 이미지로부터 확인된 형성된 선의 라인 에지 거칠기(LER)를 측정한 후, 하기 표 2에 표시하였다.The line edge roughness (LER) of the formed lines confirmed from the FE-SEM images was measured and shown in Table 2 below.
표 2의 결과로부터, 실시예 1 내지 4에 따른 반도체용 포토레지스트 조성물을이용하여 형성된 패턴은 비교예 1 내지 3 대비 라인 에지 거칠기는 크게 증가하지 않으면서 우수한 감도를 가짐을 확인할 수 있다.From the results in Table 2, it can be confirmed that the patterns formed using the semiconductor photoresist compositions according to Examples 1 to 4 have excellent sensitivity without a significant increase in line edge roughness compared to Comparative Examples 1 to 3.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.While specific embodiments of the present invention have been described and illustrated above, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, such modifications or variations should not be understood individually from the technical spirit or perspective of the present invention, and such modified embodiments should fall within the scope of the claims of the present invention.
100: 기판 102: 박막
104: 레지스트 하층막 106: 포토레지스트 막
106a: 미노광된 영역 106b: 노광된 영역
108: 포토레지스트 패턴 112: 유기막 패턴
114: 박막 패턴100: Substrate 102: Thin film
104: Resist underlayer 106: Photoresist film
106a: Unexposed area 106b: Exposed area
108: Photoresist pattern 112: Organic film pattern
114: Thin film pattern
Claims (14)
용매
를 포함하는 반도체 포토레지스트용 조성물:
[화학식 1]
(X1 m1(R1)3-m1SnOSn(R2)3-m2X2 m2)2
상기 화학식 1에서,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 할로겐, -N3, -NR3R4, -O(COR5), -NR6(COR7), -NR8C(NR9)R10, -N(COR11)(COR12), OSiR13R14R15, -N(SiR16 3)(R17), -N(SiR18 3)(SiR19 3), OR20, SR21, 및 -C≡CR22 중에서 선택되고,
R1 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알카이닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알카이닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 이들의 조합이며,
m1 및 m2는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수 중 하나이다.An organic tin compound represented by the following chemical formula 1, and
menstruum
Composition for semiconductor photoresist comprising:
[Chemical Formula 1]
( X 1 m1 (R 1 ) 3-m1 SnOSn(R 2 ) 3 - m2
In the above chemical formula 1,
X 1 and X 2 are each independently selected from halogen, -N 3 , -NR 3 R 4 , -O(COR 5 ), -NR 6 (COR 7 ), -NR 8 C(NR 9 )R 10 , -N(COR 11 )(COR 12 ), OSiR 13 R 14 R 15 , -N(SiR 16 3 )(R 17 ), -N(SiR 18 3 )(SiR 19 3 ), OR 20 , SR 21 , and -C≡CR 22 ,
R 1 to R 22 are each independently hydrogen, halogen, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkynyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, or a combination thereof,
m1 and m2 are each independently an integer from 1 to 3.
상기 X1 및 X2는 각각 독립적으로 할로겐, -O(COR5), OR20 또는 SR21이고,
R5, R20 및 R21은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 이들의 조합인 반도체 포토레지스트용 조성물.In paragraph 1,
The above X 1 and X 2 are each independently halogen, -O(COR 5 ), OR 20 or SR 21 ,
A composition for a semiconductor photoresist, wherein R 5 , R 20 and R 21 are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, or a combination thereof.
상기 X1 및 X2 중 적어도 하나는 -O(COR5)이고,
R5는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 또는 이들의 조합인, 반도체 포토레지스트용 조성물.In paragraph 4,
At least one of the above X 1 and X 2 is -O(COR 5 ),
A composition for a semiconductor photoresist, wherein R 5 is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, or a combination thereof.
상기 유기 주석 화합물은, 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 표시되는 것인, 반도체 포토레지스트용 조성물:
[화학식 2] [화학식 3]
상기 화학식 2 및 화학식 3에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고,
R21 내지 R32는 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이다.In paragraph 5,
The organic tin compound is a composition for a semiconductor photoresist, represented by the following chemical formula 2 or chemical formula 3:
[Chemical Formula 2] [Chemical Formula 3]
In the above chemical formulas 2 and 3,
R 1 and R 2 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group,
R 21 to R 32 are each independently hydrogen or a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group.
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 아이소프로필기, tert-부틸기, 2,2-디메틸프로필기, 또는 이들의 조합인 반도체 포토레지스트용 조성물.In paragraph 6,
A composition for a semiconductor photoresist, wherein the above R 1 and R 2 are each independently a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an isopropyl group, a tert-butyl group, a 2,2-dimethylpropyl group, or a combination thereof.
상기 유기 주석 화합물은 하기 그룹 1에 나열된 화합물 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 반도체 포토레지스트용 조성물:
[그룹 1]
[화학식 4]
[화학식 5]
[화학식 6]
[화학식 7]
.In paragraph 1,
The organic tin compound is a composition for a semiconductor photoresist comprising any one or a combination of compounds listed in Group 1 below:
[Group 1]
[Chemical Formula 4]
[Chemical Formula 5]
[Chemical Formula 6]
[Chemical Formula 7]
.
반도체 포토레지스트용 조성물 100 중량%를 기준으로, 상기 유기 주석 화합물 1 중량% 내지 30 중량%를 포함하는 반도체 포토레지스트용 조성물.In paragraph 1,
A composition for a semiconductor photoresist comprising 1 to 30 wt% of the organic tin compound based on 100 wt% of the composition for a semiconductor photoresist.
상기 반도체 포토레지스트용 조성물은 계면활성제, 가교제, 레벨링제, 또는 이들의 조합의 첨가제를 더 포함하는 반도체 포토레지스트용 조성물.In paragraph 1,
The composition for semiconductor photoresist further comprises an additive of a surfactant, a cross-linking agent, a leveling agent, or a combination thereof.
상기 식각 대상 막 위에 제1항 및 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 반도체 포토레지스트용 조성물을 적용하여 포토 레지스트 막을 형성하는 단계;
상기 포토 레지스트 막을 패터닝하여 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 식각 대상막을 식각하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.A step of forming an etching target film on a substrate;
A step of forming a photoresist film by applying a semiconductor photoresist composition according to any one of claims 1 and 4 to 10 on the etching target film;
A step of forming a photoresist pattern by patterning the photoresist film; and
A pattern forming method comprising a step of etching the etching target film using the photoresist pattern as an etching mask.
상기 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계는 5 nm 내지 150 nm 파장의 광을 사용하는 패턴 형성 방법.In Article 11,
The step of forming the above photoresist pattern is a pattern forming method using light having a wavelength of 5 nm to 150 nm.
상기 기판과 상기 포토 레지스트 막 사이에 형성되는 레지스트 하층막을 제공하는 단계를 더 포함하는 패턴 형성 방법.In Article 11,
A pattern forming method further comprising the step of providing a resist underlayer film formed between the substrate and the photoresist film.
상기 포토 레지스트 패턴은 5 nm 내지 100 nm의 폭을 가지는 패턴 형성 방법.In Article 11,
A method for forming a pattern, wherein the photoresist pattern has a width of 5 nm to 100 nm.
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