광활성 화합물 document_id A220623107808

포토레지스트 조성물은 초소형 전자 부품 제조의 마이크로리소그래피 공정에, 예컨대 컴퓨터 칩 및 집적 회로의 제조에 사용된다. 일반적으로, 이러한 공정에서는 포토레지스트 조성물 필름의 얇은 코팅을 우선 기판 재료, 예컨대 집적 회로 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼에 도포한다. 그 다음 코팅된 기판을 소성시켜 포토레지스트 조성물 중 임의의 용매를 증발시키고, 기판 상에 코팅을 고정시킨다. 그 다음 기판 상에 코팅된 포토레지스트를 방사선에 이미지 형성 방식(image-wise)으로 노광 처리한다. 이러한 방사선 노광은 코팅된 표면의 노광 영역에서 화학 변형을 일으킨다. 가시광선, 자외선(UV), 전자 빔 및 X-선 방사 에너지가 마이크로리소그래피 공정에서 오늘날 일반적으로 사용되는 방사선 유형이다. 이러한 이미지 형성 방식 노광 후, 코팅된 기판은 현상액으로 처리하여, 포토레지스트의 방사선 노광된 영역을 용해 및 제거하거나, 또는 포토레지스트의 방사선 비노광된 영역을 용해 및 제거한다. 반도체 소자의 초소형화에 대한 경향은 훨씬 더 낮은 파장의 방사선에 감광성이 있는 새로운 포토레지스트의 사용을 유도하고, 또한 이러한 초소형화와 관련된 난점을 극복하기 위한 복잡한 다단계 시스템의 사용을 유도한다. 포토레지스트 조성물은 네거티브 작용 포토레지스트 조성물 및 포지티브 작용 포토레지스트 조성물로서 두가지 유형이 존재한다. 리소그래피 공정의 특정 시점에 사용되는 포토레지스트의 유형은 반도체 소자의 설계에 의해 결정된다. 네거티브 작용 포토레지스트 조성물이 방사선에 이미지 형성 방식으로 노광될 경우, 방사선에 노광된 포토레지스트 조성물의 영역은 현상액에 대하여 보다 덜한 용해성을 갖게 되지만(예, 가교 반응이 일어나지만), 포토레지스트 코팅의 비노광된 영역은 그러한 현상액에 대하여 상대적으로 용해성을 유지하게 된다. 따라서, 현상액을 이용하여 노광된 네거티브 작용 레지스트를 처리하면, 포토레지스트 코팅의 비노광 영역이 제거되고 코팅 중 네거티브 이미지가 생성됨으로써, 상부에 포토레지스트 조성물이 증착되어 아래에 놓인 기판 표면의 소정의 부분이 벗겨진다. 한편, 포지티브 작용 포토레지스트 조성물이 방사선에 이미지 형성 방식으로 노광될 경우, 방사선에 노광된 포토레지스트 조성물의 영역은 현상액에 대하여 보다 더한 용해성을 갖게 되지만(예, 재배열 반응이 일어나지만), 방사선에 노광되지 않은 포토레지스트 조성물의 영역은 그 현상액에 대하여 상대적으로 불용성을 유지하게 된다. 따라서, 현상액을 이용하여 노광된 포지티브 작용 포토레지스트를 처리하면, 코팅의 노광된 영역이 제거되고, 포토레지스트 코팅 중에 포지티브 이미지가 생성된다. 역시 마찬가지로, 아래에 놓인 기판 표면의 소정의 부분이 벗겨진다. 포토레지스트 해상도는 레지스트 조성물이 노광 및 현상 후 고도의 이미지 에지 선명도(edge acuity)로 포토마스크에서 기판으로 전사할 수 있는 가장 작은 피처(feature)로서 정의된다. 오늘날 다수의 주요 에지 제조 용도에서, 1/2 마이크론 미만 정도의 포토레지스트 해상도가 요구된다. 또한, 현상된 포토레지스트 벽 프로파일이 기판에 대해 거의 수직인 것이 대체로 항상 바람직하다. 레지스트 코팅의 현상된 영역과 비현상된 영역의 이러한 경계(demarcation)는 기판 상의 마스크 이미지로 정확한 패턴 전사를 이동시킨다. 이는, 초소형화 추세가 소자 상의 임계 치수를 감소시킴에 따라 더욱 더 중요해진다. 포토레지스트 치수가 150 nm 이하로 감소된 경우, 포토레지스트 패턴의 조도는 중요한 문제가 된다. 통상적으로 포토레지스트 라인에 따른 조도로서 라인 및 공간 패턴에 대해, 그리고 측벽 조도로서 접촉 정공에 대해 라인 에지 조도로서 일반적으로 공지된 에지 조도가 관찰된다. 에지 조도는 특히 결정적인 치수 관용도를 감소시키고 또한 포토레지스트의 라인 에지 조도를 기판에 전사하는 데에 있어서 포토레지스트의 리소그래피 기능에 역효과를 미칠 수 있다. 따라서, 에지 조도를 최소화한 포토레지스트가 매우 바람직하다. 약 100 nm와 약 300 nm 사이의 단파장에 감광성이 있는 포토레지스트는 1/2 마이크론 이하(subhalfmicron) 기하 구조가 요구되는 경우에 종종 사용된다. 비방향족 중합체, 광산 생성제(photoacid generator), 임의로 용해도 억제제 및 용매를 포함하는 포토레지스트가 특히 바람직하다. 고해상도의 화학적으로 증폭된 원자외선(100 내지 300 nm) 포지티브 및 네거티브 톤 포토레지스트는 1/4 마이크론 기하 구조 미만으로 이미지를 패턴화시키는 데에 유용하다. 현재까지, 초소형화에서 상당한 발전을 제공한 3가지의 주요한 원자외선(UV) 노광 기법이 존재하고 있는데, 이들은 248 nm, 193 nm 및 157 nm에서 방사선을 방출하는 레이저를 사용한다. 원자외선에 사용되는 포토레지스트는 통상적으로 산에 불안정한 기를 포함하며 산의 존재 하에 탈보호될 수 있는 중합체, 광 흡수시 산을 생성시키는 광활성 성분 및 용매를 포함한다. 248 nm에 대한 포토레지스트는 통상적으로 US 4,491,628 및 US 5,350,660에 개시된 것들과 같은 치환된 폴리히드록시스티렌 및 이의 공중합체를 주성분으로 하였다. 한편, 193 nm 노광을 위한 포토레지스트는 비방향족 중합체를 필요로 하는데, 이는 방향족이 이 파장을 통과하지 않기 때문이다. US 5,843,624 및 GB 2,320,718은 193 nm 노광에 유용한 포토레지스트를 개시한다. 일반적으로, 지환족 탄화수소를 함유하는 중합체를 200 nm 이하에서의 노광을 위한 포토레지스트에 사용한다. 다수의 이유로 지환족 탄화수소를 중합체에 혼입하는데, 우선 이는 지환족 탄화수소가 내에칭성을 개선시키는 비교적 높은 탄소:수소 비를 가지기 때문에, 낮은 파장에서 트랜스페어런시(transparency)를 제공하고 비교적 높은 유리 전이 온도를 갖는다. 157 nm에서 감광성이 있는 포토레지스트는 이 파장을 실질적으로 통과하는 것으로 공지된 불소화 중합체를 주성분으로 하였다. 불소화 기를 함유하는 중합체로부터 유도된 포토레지스트는 WO 00/67072 및 WO 00/17712에 개시되어 있다. 포토레지스트에 사용되는 중합체는 이미지화 파장을 통과하도록 설계하지만, 다른 한편 광활성 성분은 통상적으로 감광성을 최대화하기 위해 이미지화 파장에서 흡수되도록 설계하였다. 포토레지스트의 감광성은 광활성 성분의 흡수 특성에 따라 달라지며, 흡수도가 더 높고 산을 생성시키는 데에 필요한 에너지가 더 적을수록, 포토레지스트는 더욱 감광성이 된다.