KR101361623B1 - Photoacid generator and resist composition comprising same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레지스트막 형성시 노광지역에서 비노광지역으로의 산의 확산을 조절하여 비노광 계면과 노광계면에서의 라인 에지 러프니스를 감소시킬 수 있는 신규 광산발생제 및 이를 포함하는 레지스트 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a novel photoacid generator that can reduce line edge roughness at an unexposed interface and an exposure interface by controlling acid diffusion from an exposed area to a non-exposed area when forming a resist film, and a resist composition comprising the same. will be.
리소그래피 공정을 포함하는 반도체 미세 가공에 사용되는 화학 증폭형 포지티브 레지스트 조성물은 빛의 조사에 의해 산을 발생시키는 화합물을 포함하는 광산발생제(photoacid generator)를 함유한다.The chemically amplified positive resist composition used in semiconductor microfabrication including a lithography process contains a photoacid generator comprising a compound that generates an acid by irradiation of light.
상기 광산발생제로 주로 사용되는 오늄 염은 양이온 쪽이 라디칼 형태로 분해(degradation)되어 다른 형태의 분자로 존재하게 되며, 음이온 쪽은 산을 발생하여 조사 후 웨이퍼의 베이킹시에 레지스트 필름상에서 확산이 일어나게 된다. 이러한 과정에서 광산발생제는 빛을 흡수하는 능력, 빛의 흡수에 따라 발생시키는 산의 발생효율, 음이온에서 발생한 산의 확산능력, 음이온의 산의 강도 등과 같은 여러가지 요인에 의해서 레지스트의 해상도와 라인 에지 러프니스 등에 직접적인 영향을 미치게 된다.The onium salt mainly used as the photoacid generator has a cation side degraded into a radical form to exist as a molecule of another type, and an anion side generates an acid to cause diffusion on the resist film during baking of the wafer after irradiation. do. In this process, the photoacid generator can be used to absorb light, acid generation efficiency due to light absorption, acid diffusion ability in anions, acid strength of anions, and so on. It will have a direct impact on roughness.
최근 리소그래피 기술은 ArF 이머젼(액침노광기술) 기술에 의한 HVM(high volumn manufacturing)이 활발히 진행되고 있으며, 주로 50nm 이하의 선폭을 구현하는 기술 개발이 진행되고 있다. 이와 같이 구현하고자 하는 선폭이 점점 좁아짐에 따라, 레지스트에 대해서도 고해상도, 공정에 적용할 만큼의 충분한 마진(에너지 마진, 포커스마진) 확보, 선폭 감소와 이에 따른 두께의 감소에 따른 에치에 대한 충분한 내성 등의 물성이 요구되며, 그 중에서도 특히 라인 에지 러프니스 특성의 개선이 요구된다. Recently, lithography technology is actively progressing high volumn manufacturing (HVM) by ArF immersion (liquid immersion lithography) technology, and the development of technology for implementing line widths of 50 nm or less is being progressed. As the line width to be realized becomes narrower, it is possible to obtain a high resolution for resist, sufficient margin (energy margin, focus margin) to be applied to the process, and sufficient resistance to etch due to the decrease in the line width and the thickness thereof. Physical properties are required, and in particular, improvement of the line edge roughness characteristics is required.
라인 에지 러프니스는 노광영역과 비노광영역 사이 계면의 균일도를 의미하는 것으로서, 최근 ArF 액침노광방식에서의 러프니스는 2 내지 3nm 정도의 정밀함이 요구된다. The line edge roughness means the uniformity of the interface between the exposure area and the non-exposure area. Recently, the roughness in the ArF liquid immersion exposure method is required to be about 2 to 3 nm in precision.
이 같은 라인 에지 러프니스에 영향을 미치는 요인은 다양하나, 그 중에서도 광산발생제는 노광에 의한 산 발생 후 노광시 혹은 PEB시의 산의 확산거리 및 산의 강도에 영향을 미치기 때문에 주된 요인으로 생각되며, 이에 따라 광산발생제의 산의 확산을 조절하여 좋은 라인 에지 러프니스 특성을 얻기 위한 연구가 주로 이루어지고 있다. 또한, 산의 확산이 빠를 때보다는 상대적으로 산의 확산이 느릴 때 비노광/노광의 접경 영역에서 산의 확산으로 인한 러프니스를 줄일 수 있는 것으로 알려짐에 따라, 산의 확산을 줄이기 위한 방법으로 음이온의 크기를 크게 만들어 산이 발생하였을 때 확산을 조절하는 방식이 많이 연구되고 있다.The factors affecting such line edge roughness are various, but among them, the photoacid generator is considered to be the main factor because it affects the acid diffusion distance and acid strength during exposure after exposure to acid or during PEB. Accordingly, studies to obtain good line edge roughness characteristics by controlling acid diffusion of photoacid generators have been mainly conducted. In addition, it is known that roughness due to the diffusion of acid in the border region of non-exposure / exposure can be reduced when the acid diffusion is slower than when the diffusion of acid is faster. Therefore, as a method for reducing acid diffusion, And the diffusion is controlled when the acid is generated.
본 발명의 목적은 레지스트막 형성시 노광지역에서 비노광지역으로의 산의 확산을 방지하여 비노광 계면과 노광계면에서의 라인에지러프니스를 감소시킬 수 있는 광산발생제(photoacid generator; 이하 "PAG"라 함)를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to prevent diffusion of acid from an exposed area to an unexposed area when forming a resist film, thereby reducing line edge roughness at the non-exposed interface and exposure interface. "").
본 발명의 다른 목적은 상기 광산발생제를 포함하는 레지스트 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a resist composition comprising the photoacid generator.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 광산발생제는 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물이다:In order to achieve the above object, a photoacid generator according to an embodiment of the present invention is a compound having a structure represented by the following Formula 1:
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, In Formula 1,
상기 Q1 및 Q1'은 각각 독립적으로 할로겐기이고,Q 1 and Q 1 ′ are each independently a halogen group,
상기 Q2 및 Q2'은 각각 독립적으로 수소원자 또는 할로겐기이며.Q 2 and Q 2 ′ are each independently a hydrogen atom or a halogen group.
상기 R은 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고,R is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
상기 V1 및 V2는 각각 독립적으로 산소 원자(O) 또는 황 원자(S)이며,V 1 and V 2 are each independently an oxygen atom (O) or a sulfur atom (S),
상기 W1 및 W2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 30의 아릴기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, W 1 and W 2 are each independently selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, an aryl group having 3 to 30 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, and a combination thereof Will,
상기 X는 알칸디일, 알켄디일, NR', S, O, CO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, 이때 상기 R'는 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며,Wherein X is selected from the group consisting of alkandiyl, alkenediyl, NR ', S, O, CO and combinations thereof, wherein R' is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
상기 a 는 1 내지 4의 정수이고, b는 0 내지 5의 정수이며, c는 1내지 3의 정수이고, 그리고 d는 1 내지 3의 정수이며, 그리고A is an integer of 1 to 4, b is an integer of 0 to 5, c is an integer of 1 to 3, and d is an integer of 1 to 3, and
상기 A+는 유기 짝이온이다.A + is an organic counterion.
바람직하게는 상기 화학식 1에서, 상기 X는 카르보닐기(CO)이다.Preferably, in Chemical Formula 1, X is a carbonyl group (CO).
보다 바람직하게는 상기 화학식 1에서 상기 Q1 및 Q1'은 각각 독립적으로 플루오로기이고, 상기 Q2 및 Q2'은 각각 독립적으로 수소원자 또는 플루오로기이며, 상기 R은 수소원자 또는 메틸기이고, 상기 V1 및 V2는 각각 독립적으로 산소 원자 또는 황 원자이며, 상기 W1 및 W2는 각각 독립적으로 메틸기, 에틸기, 사이클로프로필기, 페닐기, 메톡시기 및 에톡시기로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, 상기 X는 카르보닐기이며, 그리고 상기 a 는 1 내지 3의 정수이고, b는 0 내지 2의 정수이며, c는 1또는 2의 정수이고, 그리고 d는 1 또는 2의 정수일 수 있다.More preferably, in
보다 바람직하게는 상기 화학식 1에서의 음이온 부분은 하기 화학식 2a 내지 2f로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다: More preferably, the anion moiety in Formula 1 may be selected from the group consisting of the following Formulas 2a to 2f:
[화학식 2a](2a)
[화학식 2b](2b)
[화학식 2c][Chemical Formula 2c]
[화학식 2d](2d)
[화학식 2e][Formula 2e]
[화학식 2f](2f)
또한 바람직하게는 상기 화학식 1에서 상기 A+는 술포늄계, 요오드늄계, 포스포늄계, 디아조늄계, 피리디늄계 및 이미드계로 이루어진 군에서 선택되는 유기 짝이온일 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 A+는 하기 화학식 3a 또는 3b로 표시되는 유기 짝이온일 수 있다:Also preferably, in Formula 1, A + may be an organic counterion selected from the group consisting of sulfonium-based, iodonium-based, phosphonium-based, diazonium-based, pyridinium-based, and imide-based compounds, more preferably A + May be an organic counterion represented by Formula 3a or 3b:
[화학식 3a][Chemical Formula 3]
[화학식 3b](3b)
상기 화학식 3a 및 3b에 있어서, In Chemical Formulas 3a and 3b,
상기 X1, X2, Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 알릴기, 탄소수 1 내지 10의 퍼플루오로알킬기, 벤질기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 X1과 X2, 및 Y1과 Y2는 서로 결합하여 탄소수 3 내지 30의 포화 또는 불포화 탄화수소 고리를 형성할 수 있으며, 그리고X 1 , X 2 , Y 1 and Y 2 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an allyl group, a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a benzyl group, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, And X 1 and X 2 , and Y 1 and Y 2 may combine with each other to form a saturated or unsaturated hydrocarbon ring having 3 to 30 carbon atoms, and
X3, X4, X5, Y3, Y4 및 Y5는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 할로겐기, 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 티오펜옥시기(thiophenoxy), 탄소수 1 내지 30의 티오알콕시기(thioalkoxy), 탄소수 1 내지 20의 알콕시카르보닐메톡시기(alkoxycarbonylmethoxy) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. X 3 , X 4 , X 5 , Y 3 , Y 4 and Y 5 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a halogen group, an alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, Thiophenoxy group, thioalkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, alkoxycarbonylmethoxy group having 1 to 20 carbon atoms, and combinations thereof.
보다 더 바람직하게는 상기 A+는 하기 화학식 4a 내지 4v로 표시되는 구조를 갖는 유기 짝이온일 수 있다:Even more preferably, A + may be an organic counterion having a structure represented by Formulas 4a to 4v:
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 하기 화학식 7의 화합물을, 카보닐 디이미다졸(carbonyl diimidazole), N-할로숙신이미드(N-halosuccinic imide), 포타슘 아이오다이드(potassium iodide), 티오닐 클로라이드(thionyl chloride) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물과 반응시켜 하기 화학식 9의 화합물을 제조하는 단계; 상기에서 제조된 화학식 9의 화합물을 하기 화학식 10의 화합물과 반응시켜 하기 화학식 11의 화합물을 제조하는 단계; 그리고, 상기에서 제조된 화학식 11의 화합물을 하기 화학식 12의 화합물과 반응시키는 단계를 포함하는 상기 화학식 1의 광산발생제의 제조방법을 제공한다:According to another embodiment of the present invention, the compound of
[화학식 7][Formula 7]
[화학식 9][Chemical Formula 9]
[화학식 10][Formula 10]
[화학식 11][Formula 11]
[화학식 12][Chemical Formula 12]
상기 화학식 7 내지 12에 있어서, In
상기 Q1 및 Q1'은 각각 독립적으로 할로겐기이고,Q 1 and Q 1 ′ are each independently a halogen group,
상기 Q2 및 Q2'은 각각 독립적으로 수소원자 또는 할로겐기이며.Q 2 and Q 2 ′ are each independently a hydrogen atom or a halogen group.
상기 R은 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고,R is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
상기 V1 및 V2는 각각 독립적으로 산소 원자(O) 또는 황 원자(S)이며,V 1 and V 2 are each independently an oxygen atom (O) or a sulfur atom (S),
상기 W1 및 W2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 30의 아릴기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, W 1 and W 2 are each independently selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, an aryl group having 3 to 30 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, and a combination thereof Will,
상기 X는 알칸디일, 알켄디일, NR', S, O, CO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, 이때 상기 R'는 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며,Wherein X is selected from the group consisting of alkandiyl, alkenediyl, NR ', S, O, CO and combinations thereof, wherein R' is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
상기 a 는 1 내지 4의 정수이고, b는 0 내지 5의 정수이며, c는 1내지 3의 정수이고, 그리고 d는 1 내지 3의 정수이며, A is an integer of 1 to 4, b is an integer of 0 to 5, c is an integer of 1 to 3, and d is an integer of 1 to 3,
상기 A+는 유기 짝이온이고,A + is an organic counterion,
상기 M+는 Li+, Na+ 및 K+으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며, M + is any one selected from the group consisting of Li +, Na + and K +,
상기 Q3은 이미다졸릴기, 플루오로, 클로로, 브로모 및 아이오도로 이루어진 군에서 선택되고, 그리고 Q 3 is selected from the group consisting of imidazolyl, fluoro, chloro, bromo and iodo, and
상기 Z-는 (OSO2CF3)-, (OSO2C4F9)-, (OSO2C8F17)-, (N(CF3)2)-, (N(C2F5)2)-, (N(C4F9)2)-, (C(CF3)3)-, (C(C2F5)3)-, (C(C4F9)3)-, F-, Cl-, Br-, I-, BF4-, AsF6- 및 PF6- 으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.Z- is (OSO 2 CF 3 )-, (OSO 2 C 4 F 9 )-, (OSO 2 C 8 F 17 )-, (N (CF 3 ) 2 )-, (N (C 2 F 5 ) 2 )-, (N (C 4 F 9 ) 2 )-, (C (CF 3 ) 3 )-, (C (C 2 F 5 ) 3 )-, (C (C 4 F 9 ) 3 )-, F-, Cl-, Br-, I-, BF 4- , AsF 6 -and PF 6 -are any one selected from the group consisting of.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 하기 화학식 11의 화합물을 제공한다:According to another embodiment of the present invention there is provided a compound of formula 11:
[화학식 11] [Formula 11]
상기 화학식 11에서 In the above formula (11)
상기 Q1 및 Q1'은 각각 독립적으로 할로겐기이고,Q 1 and Q 1 ′ are each independently a halogen group,
상기 Q2 및 Q2'은 각각 독립적으로 수소원자 또는 할로겐기이며.Q 2 and Q 2 ′ are each independently a hydrogen atom or a halogen group.
상기 R은 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고,R is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
상기 V1 및 V2는 각각 독립적으로 산소 원자(O) 또는 황 원자(S)이며,V 1 and V 2 are each independently an oxygen atom (O) or a sulfur atom (S),
상기 W1 및 W2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 30의 아릴기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, W 1 and W 2 are each independently selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, an aryl group having 3 to 30 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, and a combination thereof Will,
상기 X는 알칸디일, 알켄디일, NR', S, O, CO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, 이때 상기 R'는 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며,Wherein X is selected from the group consisting of alkandiyl, alkenediyl, NR ', S, O, CO and combinations thereof, wherein R' is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
상기 a 는 1 내지 4의 정수이고, b는 0 내지 5의 정수이며, c는 1 내지 3의 정수이고, d는 1 내지 3의 정수이며, 그리고A is an integer of 1 to 4, b is an integer of 0 to 5, c is an integer of 1 to 3, d is an integer of 1 to 3, and
상기 M+는 Li+, Na+ 및 K+으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.M + is any one selected from the group consisting of Li +, Na + and K +.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기한 광산발생제를 포함하는 레지스트 조성물을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a resist composition comprising the photoacid generator.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other details of the embodiments of the present invention are included in the following detailed description.
본 발명에 따른 광산발생제는 레지스트막 형성시 노광지역에서 비노광지역으로의 산의 확산을 방지하여 비노광 계면과 노광계면에서의 라인에지러프니스를 감소시킬 수 있다.The photoacid generator according to the present invention can reduce the line edge roughness at the non-exposed interface and the exposure interface by preventing the diffusion of acid from the exposed area to the non-exposed area when forming the resist film.
도 1은 합성예 1에서 제조된 트리메틸 디옥산 카르복실산(i)에 대한 1H NMR 관찰 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 1의 단계 1에서 제조된 화합물(iii)에 대한 1H NMR 관찰 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1의 단계 2에서 제조된 화합물(v)에 대한 1H NMR 관찰 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1의 단계 3에서 제조된 고체상의 화합물(vii)에 대한 1H NMR 관찰 결과를 나타낸 그래프이다. 1 is a graph showing the 1H NMR observation results for the trimethyl dioxane carboxylic acid (i) prepared in Synthesis Example 1.
2 is a graph showing the 1H NMR observation results for the compound (iii) prepared in
3 is a graph showing the results of 1 H NMR observation for the compound (v) prepared in
4 is a graph showing the results of 1 H NMR observation for the compound (vii) in the solid phase prepared in
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, by which the present invention is not limited and the present invention is defined only by the scope of the claims to be described later.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 '할로겐기'는 플루오르, 클로로, 브로모 및 아이요도로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 의미한다.Unless otherwise specified herein, the term "halogen group" means any one selected from the group consisting of fluorine, chloro, bromo, and isoiodo.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 '알킬기'는 직쇄 또는 분쇄의 탄소수 1 내지 30인 알킬기를 의미하며, 상기 알킬기는 1차 알킬기, 2차 알킬기 및 3차 알킬기를 포함한다. 상기 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Unless otherwise specified herein, the term "alkyl group" means an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, which is linear or branched, and the alkyl group includes a primary alkyl group, a secondary alkyl group, and a tertiary alkyl group. Specific examples of the alkyl group include, but are not limited to, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group and a t-butyl group.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 '시클로알킬기'는 탄소수 3 내지 30인 시클로알킬기를 의미하며, 일환식, 이환식, 삼환식, 사환식을 포함한다. 또한, 아다만틸기, 노보닐기, 및 노보닐기를 포함하는 다환식 시클로알킬기를 포함한다.Unless otherwise specified, the term "cycloalkyl group" means a cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, and includes a monocyclic, bicyclic, tricyclic, and sicyclic group. Further, it includes a polycyclic cycloalkyl group containing an adamantyl group, a norbornyl group, and a norbornyl group.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 '아릴기'는 벤젠고리를 포함하는 화합물 및 이의 유도체를 의미하며, 예를 들면 벤젠고리에 알킬 곁사슬이 붙은 톨루엔 또는 자일렌 등, 2개 이상의 벤젠고리가 단일결합으로 결합한 비페닐 등, 2개 이상의 벤젠고리가 시클로알킬기 또는 헤테로시클로알킬기를 매개로 결합한 플루오렌, 크산텐 또는 안트라퀴논 등, 2개 이상의 벤젠고리가 축합한 나프탈렌 또는 안트라센 등일 수 있다. 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 상기 아릴기는 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 의미한다.Unless otherwise specified herein, an "aryl group" means a compound including a benzene ring and derivatives thereof, for example, two or more benzene rings, such as toluene or xylene having an alkyl side chain attached to a benzene ring, , Naphthalene or anthracene condensed with two or more benzene rings such as fluorene, xanthene, or anthraquinone in which two or more benzene rings are bonded through a cycloalkyl group or a heterocycloalkyl group, and the like. Unless otherwise specified in the specification, the aryl group means an aryl group having 6 to 30 carbon atoms.
본 명세서에서 모든 화합물 또는 치환기는 특별한 언급이 없는 한 치환되거나 비치환된 것일 수 있다. 여기서, '치환된'이란 수소가 할로겐 원자, 알킬기, 퍼플루오로알킬기, 퍼플루오로알콕시기, 히드록시기, 카르복시기, 카르보닐기, 시아노기, 니트릴기, 니트로기, 아미노기, 티오기, 알킬티오기, 알콕시기, 아실기, 알데히드기, 시클로알킬기, 헤테로사이클기, 알릴기, 아릴기, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 대체된 것을 의미한다.In the present specification, all the compounds or substituents may be substituted or unsubstituted unless otherwise specified. The term "substituted" as used herein refers to a group in which hydrogen is replaced by a halogen atom, an alkyl group, a perfluoroalkyl group, a perfluoroalkoxy group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group, a cyano group, a nitrile group, a nitro group, Means a substituted one selected from the group consisting of an acyl group, an acyl group, an aldehyde group, a cycloalkyl group, a heterocycle group, an allyl group, an aryl group, a derivative thereof, and a combination thereof.
또한, 본 명세서에서 '이들의 조합'이란 특별한 언급이 없는 한, 둘 이상의 치환기가 단일 결합 또는 연결기로 결합되어 있거나, 둘 이상의 치환기가 축합하여 연결되어 있는 것을 의미한다.In the present specification, "a combination thereof" means that two or more substituents are bonded to each other through a single bond or a linking group, or two or more substituents are condensed and connected to each other.
본 발명은 종래 광산발생제가 비노광 및 노광의 접경 영역에서 산의 확산으로 인한 러프니스를 감소시키기 위해 음이온의 크기에 의존하는 것과는 달리, 빛의 조사 후 발생한 산에 의하여 음이온의 일부가 분해되면서 알코올기가 생성되도록 하고, 이러한 알코올기와 산의 수소결합에 의하여 산의 확산을 현저하게 감소시킴으로써 라인러프니스를 감소시키는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, unlike the conventional photoacid generators, which rely on the size of the anion to reduce roughness due to the diffusion of acid in the non-exposure and exposure regions, alcohols are partially decomposed by the acid generated after irradiation. The group is produced, and the line roughness is reduced by remarkably reducing the diffusion of the acid by the hydrogen bonding of the alcohol group and the acid.
즉, 본 발명의 일 구현예에 따른 광산발생제는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:That is, the photoacid generator according to the embodiment of the present invention may be represented by the following Chemical Formula 1:
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1의 음이온부에 있어서, In the anion moiety of
상기 Q1 및 Q1'은 각각 독립적으로 할로겐기일 수 있으며, 바람직하게는 각각 독립적으로 플루오로기일 수 있다.Q 1 and Q 1 ′ may be each independently a halogen group, preferably each independently a fluoro group.
상기 Q2 및 Q2'은 각각 독립적으로 수소원자 또는 할로겐기일 수 있으며, 바람직하게는 각각 독립적으로 수소원자 또는 플루오로기일 수 있다.Q 2 and Q 2 ′ may each independently be a hydrogen atom or a halogen group, preferably each independently may be a hydrogen atom or a fluoro group.
상기 R은 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기일 수 있으며, 바람직하게는 수소원자 또는 메틸기일 수 있다.The R may be a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, preferably a hydrogen atom or a methyl group.
상기 V1 및 V2는 각각 독립적으로 산소 원자(O) 또는 황 원자(S)일 수 있으며, 바람직하게는 산소 원자일 수 있다.V 1 and V 2 may be each independently an oxygen atom (O) or a sulfur atom (S), preferably an oxygen atom.
상기 W1 및 W2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 30의 아릴기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으며, 바람직하게는 각각 독립적으로 메틸기, 에틸기, 사이클로프로필기, 페닐기, 메톡시기 및 에톡시기로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.W 1 and W 2 are each independently selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, an aryl group having 3 to 30 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, and a combination thereof It may be, preferably each independently may be selected from the group consisting of methyl group, ethyl group, cyclopropyl group, phenyl group, methoxy group and ethoxy group.
상기 X는 알칸디일, 알켄디일, NR', S, O, CO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 이때 상기 R'는 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이다. 바람직하게는 상기 X는 카르보닐기(CO)이다.X may be any one selected from the group consisting of alkanediyl, alkenediyl, NR ′, S, O, CO, and a combination thereof, wherein R ′ is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Preferably, X is a carbonyl group (CO).
또한, 상기 a 는 1 내지 4의 정수이고, b는 0 내지 5의 정수이며, c는 1내지 3의 정수이고, 그리고 d는 1 내지 3의 정수일 수 있으며, 바람직하게는 상기 a 는 1 내지 3의 정수이고, b는 0 내지 2의 정수이며, c는 1또는 2의 정수이고, 그리고 d는 1 또는 2의 정수일 수 있다.A is an integer of 1 to 4, b is an integer of 0 to 5, c is an integer of 1 to 3, and d may be an integer of 1 to 3, B is an integer of 0 to 2, c is an integer of 1 or 2, and d may be an integer of 1 or 2.
바람직하게는 상기 화학식 1에 있어서의 하기 화학식 1a의 음이온 부분은 하기 화학식 2a 내지 2f로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다:Preferably, the anion moiety of Formula 1a in
[화학식 1a][Formula 1a]
상기 화학식 1a에서 각 치환기의 정의는 앞서 정의한 바와 동일하다.The definition of each substituent in Formula 1a is the same as defined above.
(2a) (2b) (2c)(2a) (2b) (2c)
(2d) (2e) (2f)(2d) (2e) (2f)
한편, 상기 화학식 1의 양이온부에 있어서, 상기 A는 유기 짝이온으로, 구체적으로는 술포늄계, 요오드늄계, 포스포늄계, 디아조늄계, 피리디늄계 및 이미드계로 이루어진 군에서 선택되는 양이온일 수 있다.On the other hand, in the cation part of the above formula (1), A is an organic counter ion, specifically, a cation selected from the group consisting of a sulfonium type, an iodonium type, a phosphonium type, a diazonium type, a pyridinium type, .
상기 A+가 술포늄계 유기 짝이온인 경우, 상기 A+는 하기 화학식 3a 또는 3b로 표시되는 유기 양이온인 것이 바람직할 수 있다:When A + is a sulfonium-based organic counterion, it may be preferable that A + is an organic cation represented by the following Chemical Formula 3a or 3b:
[화학식 3a][Chemical Formula 3]
[화학식 3b](3b)
상기 화학식 3a 및 3b에 있어서, In Chemical Formulas 3a and 3b,
상기 X1, X2, Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 알릴기, 탄소수 1 내지 10의 퍼플루오로알킬기, 벤질기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 X1과 X2, 및 Y1과 Y2는 서로 결합하여 탄소수 3 내지 30의 포화 또는 불포화 탄화수소 고리를 형성할 수 있으며, 그리고X 1 , X 2 , Y 1 and Y 2 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an allyl group, a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a benzyl group, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, And X 1 and X 2 , and Y 1 and Y 2 may combine with each other to form a saturated or unsaturated hydrocarbon ring having 3 to 30 carbon atoms, and
X3, X4, X5, Y3, Y4 및 Y5는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 할로겐기, 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 티오펜옥시기(thiophenoxy), 탄소수 1 내지 30의 티오알콕시기(thioalkoxy), 탄소수 1 내지 20의 알콕시카르보닐메톡시기(alkoxycarbonylmethoxy) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.X 3 , X 4 , X 5 , Y 3 , Y 4 and Y 5 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a halogen group, an alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, Thiophenoxy group, thioalkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, alkoxycarbonylmethoxy group having 1 to 20 carbon atoms, and combinations thereof.
보다 바람직하게는 상기 A+는 하기 화학식 4a 내지 4v로 표시되는 구조를 갖는 유기 짝이온 일 수 있다:More preferably, A + may be an organic counterion having a structure represented by Formulas 4a to 4v:
또한 상기 A가 요오드늄계 유기 짝이온인 경우, 상기 A+는 하기 화학식 5a 또는 5b로 표시되는 유기 양이온인 것이 바람직할 수 있다:In addition, when A is an iodonium-based organic counterion, it may be preferable that A + is an organic cation represented by Formula 5a or 5b:
[화학식 5a][Chemical Formula 5a]
[화학식 5b][Chemical Formula 5b]
상기 화학식 5a 및 5b에 있어서, In the above formulas (5a) and (5b)
상기 R11 내지 R13 및 R21 내지 R23은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 알릴기, 탄소수 1 내지 10의 퍼플루오로알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, R 11 to R 13 and R 21 to R 23 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an allyl group, a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, and a combination thereof It may be any one selected from the group consisting of,
상기 R14 및 R24은 각각 독립적으로 할로겐기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 티오펜옥시기, 탄소수 1 내지 30의 티오알콕시기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시카르보닐메톡시기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.R 14 and R 24 are each independently a halogen group, an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, a thiophenoxy group, a thioalkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, It may be any one selected from the group consisting of alkoxycarbonylmethoxy group having 1 to 20 carbon atoms and combinations thereof.
보다 바람직하게는 상기 A+는 하기 화학식 6a 내지 6i로 표시되는 구조를 갖는 유기 짝이온 일 수 있다:More preferably, A + may be an organic counterion having a structure represented by the following Chemical Formulas 6a to 6i:
상기한 유기 짝이온 중에서도 설포늄계 유기 짝이온이 보다 더 바람직하다.Of the above organic counterions, sulfone based organic counter ions are even more preferred.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 구현예에 따른 광산발생제는 하기 화학식 7의 화합물을, 하기 화학식 8a의 카보닐 디이미다졸(carbonyl diimidazole), 하기 화학식 8b의 N-할로숙시닉 이미드(N-halosuccinic imide), 하기 화학식 8c의 포타슘 아이오다이드(potassium iodide), 하기 화학식 8d의 티오닐 클로라이드(thionyl chloride) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물과 반응시켜 하기 화학식 9의 화합물을 제조하는 단계(단계 1); 상기에서 제조된 화학식 9의 화합물을 하기 화학식 10의 화합물과 반응시켜 하기 화학식 11의 화합물을 제조하는 단계(단계 2); 그리고, 상기 단계에서 제조된 화학식 11의 화합물을 하기 화학식 12의 화합물과 반응시켜 하기 화학식 1의 화합물을 제조하는 단계(단계 3)를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다:Photoacid generator according to an embodiment of the present invention having the structure as described above is a compound of formula (7), carbonyl diimidazole of formula (8a), N-halosuccinic imide of formula (8b) (N-halosuccinic imide), potassium iodide of formula (8c), thionyl chloride of formula (8d), and mixtures thereof to react with a compound selected from the group consisting of Preparing (step 1); Preparing a compound of
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 7][Formula 7]
[화학식 8a][Chemical Formula 8a]
[화학식 8b][Formula 8b]
[화학식 8c][Chemical Formula 8c]
[화학식 8d][Chemical Formula 8d]
[화학식 9][Chemical Formula 9]
[화학식 10][Formula 10]
[화학식 11][Formula 11]
[화학식 12][Chemical Formula 12]
상기 화학식 1 및 7 내지 12에 있어서, A+, Q1, Q1', Q2, Q2', V1, V2, W1, W2, R, X 및 a 내지 d는 앞서 정의한 바와 동일하고, In
상기 M+는 Li+, Na+ 및 K+으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, M + is any one selected from the group consisting of Li +, Na +, and K +
상기 Q3은 화학식 8a 내지 8d의 화합물로부터 유도된 작용기로, 구체적으로는 이미다졸릴기, 플루오로, 클로로, 브로모 및 아이오도로 이루어진 군에서 선택되며,Q 3 is a functional group derived from a compound of Formulas 8a to 8d, and is specifically selected from the group consisting of imidazolyl group, fluoro, chloro, bromo and iodo,
상기 Y는 플루오로, 클로로, 브로모 및 아이오도로 이루어진 군에서 선택되는 할로겐기이며, Y is a halogen group selected from the group consisting of fluoro, chloro, bromo and iodo,
상기 Z-는 (OSO2CF3)-, (OSO2C4F9)-, (OSO2C8F17)-, (N(CF3)2)-, (N(C2F5)2)-, (N(C4F9)2)-, (C(CF3)3)-, (C(C2F5)3)-, (C(C4F9)3)-, F-, Cl-, Br-, I-, BF4-, AsF6- 및 PF6- 으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.Z- is (OSO 2 CF 3 )-, (OSO 2 C 4 F 9 )-, (OSO 2 C 8 F 17 )-, (N (CF 3 ) 2 )-, (N (C 2 F 5 ) 2 )-, (N (C 4 F 9 ) 2 )-, (C (CF 3 ) 3 )-, (C (C 2 F 5 ) 3 )-, (C (C 4 F 9 ) 3 )-, F-, Cl-, Br-, I-, BF 4- , AsF 6 -and PF 6 -are any one selected from the group consisting of.
하기 반응식은 본 발명의 일 구현예에 따른 광산발생제의 제조를 위한 반응단계를 나타낸 것이다. 하기 반응식 1은 본 발명을 설명하기 위한 일례일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The following scheme shows a reaction step for the preparation of a photoacid generator according to an embodiment of the present invention.
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
상기 반응식 1에서 각 화합물에서의 치환기는 앞서 정의한 바와 동일하다.Substituents in each compound in
이하에서는 상기 반응식 1을 참조하여 각 단계 별로 설명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to
단계 1은 상기 화학식 7의 화합물을 상기 화학식 8a의 카보닐 디이미다졸(carbonyl diimidazole)과 반응시켜 상기 화학식 9의 화합물을 제조하는 단계이다.
상기 화학식 7의 화합물은 상업적으로 입수할 수도 있고, 공지의 방법에 따라 제조할 수도 있다. 구체적으로는 하기 반응식 2에서와 같이, (2,2-비스(히드록시메틸)프로피온산(2,2-bis(hydroxymethyl)propionic acid) 등과 같은 디히드록시계 화합물(13)을, p-톨루엔 술폰산(p-toluene sulfonic acid, p-TSA) 등과 같은 산 촉매하에서, 2,2-디메톡시 프로판(2,2-dimethoxy propane) 등과 같은 디알콕시 알칸 화합물(14)와 반응시킴으로써 화학식 7의 화합물(7a)를 제조할 수 있다. The compound of
[반응식 2][Reaction Scheme 2]
구체적으로 상기 화학식 7의 화합물로는 트리메틸 디옥산 카르복실산(trimethyl dioxane carboxylic acid) 등을 사용할 수 있다.Specifically, as the compound of
또한, 상기 반응식 1의 단계 1에서 상기 화학식 8a의 카보닐 디이미다졸을 대체하여, N-브로모숙시닉 이미드(N-bromosuccinic imide)과 같은 N-할로숙시닉 이미드, 포타슘 아이오다이드(potassium iodide), 티오닐 클로라이드(thionyl chloride) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수도 있다.In addition, N-halosuccinic imide, such as N-bromosuccinic imide, potassium iodide in place of the carbonyl diimidazole of Formula 8a in
상기 단계 1의 반응시 화학식 7의 화합물과 반응가능한 화학식 8a 내지 8d의 화합물은 1:1 내지 1:1.2의 몰비로 반응시키는 것이 정제 및 수율 향상면에서 바람직하다.In the reaction of
상기 단계 1의 반응은 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran, THF) 등과 같은 용매중에서 실시될 수 있다. The reaction of
상기 단계 1에서의 반응시 이산화탄소 가스가 발생하게 되며, 또한 상기 반응의 결과로 수득된 반응물 중에는 화학식 9의 화합물이 이미다졸과 함께 포함되어 있다. 이에 따라 결과의 반응물에 대해 추가의 분리 및 정제 공정을 통상의 방법으로 실시하여 생성된 화학식 9의 화합물을 분리할 수도 있고, 별도의 분리 공정없이 단계 1에서의 반응물을 그대로 다음 단계의 반응에 이용할 수도 있다. Carbon dioxide gas is generated during the reaction in
이어 단계 2는 단계 1에서 제조한 화학식 9의 화합물을 화학식 10의 화합물과 반응시켜 화학식 11의 화합물을 제조하는 단계이다.
구체적으로 상기 화학식 10의 화합물로는 1,1-디플로로메틸-2-히드록시-에탄 술폰산(1,1-difluoromethyl-2-hydroxy-ethanesulfonic acid), 1,1-디플루오로메틸-2-히드록시-프로판 술폰산(1,1-difluoromethyl-2-hydroxy-propanesulfonic acid), 또는 1,1-디플루오로메틸-2-히드록시-부탄 술폰산(1,1-difluoromethyl-2-hydroxy-butanesulfonic acid) 등의 리튬염, 나트륨 또는 나트륨염이 사용될 수 있다.Specifically, the compound of
상기 단계 2의 반응은 용매 중에서 수행될 수 있고, 이때 용매로는 에스테르류, 에테르류, 락톤류, 케톤류, 아미드류, 알코올류 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있으며, 바람직하게 상기 용매는 디클로로메탄, 클로로포름, 디클로로에탄, 아세트니드릴, 톨루엔 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. The reaction of
상기 화학식 9의 화합물과 상기 화학식 10의 화합물은 1:1 내지 1:1.2의 몰비로 반응하는 것이 정제가 용이하여 바람직하다.It is preferable that the compound of
단계 3은 단계 2에서 제조한 화학식 11의 화합물을 화학식 12의 화합물과 반응시켜 화학식 1의 화합물을 제조하는 단계이다.
구체적으로, 상기 화학식 12의 화합물로는 트리페닐술포늄 트리플레이트, 디페닐 알킬페닐 술포늄 트리플레이트, 트리페닐 술포늄 클로라이드 등이 사용될 수 있다.Specifically, as the compound of Formula 12, triphenylsulfonium triflate, diphenyl alkylphenyl sulfonium triflate, triphenyl sulfonium chloride, and the like may be used.
상기 단계 3의 반응은 상기 화학식 11의 화합물과 상기 화학식 12의 화합물을 1:1 내지 1:2의 몰비로 반응시키는 것이 반응 처리 시간을 최소화할 수 있으며 과도한 반응물의 사용으로 인한 부 반응을 억제할 수 있고 고수율로 화학식 1의 화합물을 제조할 수 있어 바람직하다.In the reaction of
상기 치환 반응은 재결정법이나 수득된 염을 잘 녹이는 용매(양용매)와 잘 녹이지 못하는 용매(빈용매)를 혼합하여 사용하여 고체화시켜 회수하는 방법을 사용할 수 있고, 용매로 추출하거나 농축 회수하는 방법도 사용할 수 있다.The substitution reaction may be a method of solidifying and recovering by using a recrystallization method or a mixture of a solvent (good solvent) that dissolves well with a solvent (poor solvent) that does not dissolve well. The method can also be used.
바람직하게 디클로로메탄과 물에 녹여서 두개의 층을 형성한 후에 교반하여 치환반응이 일어나도록 할 수 있다. 이러한 두층 반응 방법을 사용하는 경우에는 생성물의 분리를 위한 추가의 방법이 필요하지 않다는 점에서 유리하다. 상기 교반은 2 내지 6시간 이루어질 수 있고, 2 내지 4시간 동안 이루어질 수도 있다. 상기 시간의 범위에서 반응이 이루어지는 경우 생성물의 수득률을 최대한 높일 수 있다는 효과가 있다.Preferably, the solution may be dissolved in dichloromethane and water to form two layers, followed by stirring to cause a substitution reaction. The use of this two-layer reaction method is advantageous in that no additional method for separation of the product is required. The stirring may be performed for 2 to 6 hours, or for 2 to 4 hours. When the reaction is carried out within the time range described above, the effect of the present invention can be maximized.
상기 과정을 통하여 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 경우 효율적이면서도 간단한 방법으로 상기 화학식1로 표시되는 화합물을 제조할 수 있다.When the compound represented by
상기와 같은 제조방법으로 제조된 화학식 1의 광산발생제는 레지스트 조성물에 적용시 빛을 충분히 조사하게 되면 산이 발생하여 산의 확산이 빨리 진행되나, 이들 산에 의해서 산을 포함하는 음이온이 분해되면서 1분자당 2개의 알코올기를 발생시키고, 발생된 알코올기는 다른 산과의 수소결합에 의하여 산 확산을 감소시킨다. 그 결과로 노광영역에서 비노광 영역으로의 산의 침투가 방지됨으로써 라인에치 러프니스를 감소시키는 효과를 극대화할 수 있다. The photoacid generator of
하기 반응식 3은 본 발명에 따른 광산발생제의 노광에 따른 산 확산 감소 효과를 개략적으로 나타낸 것이다. 이는 본 발명을 설명하기 위한 일 례일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The following
[반응식 3]
일 예로 본 발명에 따른 광산발생제로서 화합물 A를 레지스트 조성물로 사용할 때, 광조사에 의해 광이온이 분해되면 음이온이 B와 같은 산을 형성하게 된다. 생성된 산 B은 리소그래피 공정상에 PEB(post exposure baking)를 할 때 산 B의 확산을 겪게 되면서 초기에는 상대적으로 확산속도가 빠르다가 B 자체의 산에 의하여 산 민감성 그룹인 트리메틸 디옥산 기(trimethyl dioxane group)가 분해되어 C와 같은 디올이 산을 함유하는 음이온에 생성이 된다. 이때 산의 확산은 디올의 수소결합에 의하여 급격히 줄어들게 되고 노광지역에서 비노광지역으로의 산의 확산을 방지하여 비노광/노광계면에서 라인에지러프니스를 줄이는 효과를 나타내게 된다.For example, when using the compound A as a resist composition according to the present invention, when the photoion is decomposed by light irradiation, the anion forms an acid such as B. The produced acid B undergoes diffusion of acid B when PEB (post exposure baking) is performed in the lithography process, and the diffusion rate is relatively high at an early stage. The dioxane group is decomposed to form a diol such as C in an anion containing an acid. At this time, the diffusion of acid is abruptly reduced by hydrogen bonding of diol, and it prevents the diffusion of acid from the exposure area to the non-exposure area, thereby reducing the line edge roughness at the non-exposure / exposure interface.
이에 따라 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 광산발생제를 포함하는 레지스트 조성물을 제공한다.Accordingly, according to another embodiment of the present invention, a resist composition comprising the photoacid generator is provided.
상세하게는 상기 레지스트 조성물은 상기한 광산발생제, 베이스 공중합체 및 용제를 포함한다.Specifically, the resist composition includes the photoacid generator, the base copolymer and the solvent.
상기 광산발생제는 앞서 설명한 바와 동일하며, 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 또한 상기 산 발생제는 중합체 고형분 함량 100 중량부에 대해 0.3 내지 15 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.5 내지 10중량부, 보다 더 바람직하게는 2 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 산 발생제의 함량이 15중량부를 초과하는 경우에는 패턴의 수직성이 현저히 떨어지고, 0.3중량부 미만일 경우에는 패턴의 굴곡성이 저하될 우려가 있다.The photoacid generators are the same as those described above, and may be used alone or in combination of two or more. The acid generator may be included in an amount of 0.3 to 15 parts by weight, preferably 0.5 to 10 parts by weight, more preferably 2 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polymer solid content. When the content of the acid generator is more than 15 parts by weight, the perpendicularity of the pattern is remarkably decreased. When the content of the acid generator is less than 0.3 parts by weight, the flexibility of the pattern may be lowered.
상기 레지스트용 베이스 공중합체는 레지스트막 형성시 베이스 수지로서 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용가능하다. 구체적인 예로는 (메트)아크릴산에스테르 중합체, (α-트리플루오로메틸)아크릴산 에스테르-무수 말레산 공중합체, 시클로올레핀-무수 말레산 공중합체, 폴리노르보넨, 시클로올레핀의 개환 복분해 반응에 의해 얻어지는 고분자 화합물, 시클로올레핀의 개환 복분해 반응에 의해 얻어지는 중합체를 수소 첨가하여 얻어지는 고분자 화합물, 히드록시스티렌과 (메트)아크릴산에스테르 유도체, 스티렌, 비닐나프탈렌, 비닐안트라센, 비닐피렌, 히드록시비닐나프탈렌, 히드록시비닐안트라센, 인덴, 히드록시인덴, 아세나프틸렌, 노보나디엔류 중 어느 하나를 공중합한 고분자 화합물, 노볼락 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. The base copolymer for resist can be used without any particular limitation as long as it is used as a base resin at the time of forming a resist film. Specific examples thereof include polymers obtained by a ring-opening metathesis reaction of a (meth) acrylic acid ester polymer, (? -Trifluoromethyl) acrylic acid ester-maleic anhydride copolymer, cycloolefin-maleic anhydride copolymer, polynorbornene and cycloolefin (Meth) acrylic acid ester derivatives, styrene, vinylnaphthalene, vinyl anthracene, vinyl pyrene, hydroxyvinyl naphthalene, hydroxyvinyl (meth) acrylate, and the like. A polymer compound obtained by copolymerizing any one of anthracene, indene, hydroxyindene, acenaphthylene, and norbornadiene, a novolak resin, and a mixture thereof.
상기 베이스 공중합체는 레지스트 조성물 총 중량에 대하여 3 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 상기 중합체의 함량이 그 함량이 3 중량% 미만이면 조성물에 점도가 너무 낮아져 원하는 두께의 필름을 형성할 수 없으며 상대적으로 많은 광산발생제에 의하여 패턴 손실(pattern loss)이 심해지는 문제가 있고, 20 중량%를 초과하면 필름 두께가 너무 두꺼워져 방사선의 투과성이 떨어지고 수직한 패턴을 얻기가 어려운 문제가 있다.The base copolymer may be contained in an amount of 3 to 20% by weight based on the total weight of the resist composition. If the content of the polymer is less than 3% by weight, the viscosity of the composition becomes too low to form a film having a desired thickness, and there is a problem that the pattern loss is increased by a relatively large amount of the photoacid generator. If the weight% is exceeded, the thickness of the film becomes too thick, the transmittance of the radiation becomes poor, and it is difficult to obtain a vertical pattern.
균일하고 평탄한 레지스트 도포막을 얻기 위해서는 적당한 증발속도와 점성을 가진 용매에 상기 공중합체 및 광산발생제를 용해시켜 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용가능한 용매로는 에틸렌글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌글리콜 모노프로필 에테르, 메틸셀로솔브 아세테이트, 에틸셀로솔브 아세테이트, 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 프로필렌글리콜 모노프로필 에테르 아세테이트 등의 에스테르류; 메틸 이소프로필 케톤, 시클로헥사논, 메틸 2-히드록시프로피온네이트, 에틸 2-히드록시프로피온네이트, 2-헵타논, 에틸 락테이트, 감마-부티로락톤 등의 케톤류 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. In order to obtain a uniform and flat resist coating film, it is preferable to use the copolymer and the photoacid generator dissolved in a solvent having a suitable evaporation rate and viscosity. Examples of the solvent usable in the present invention include ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether Esters such as acetate and propylene glycol monopropyl ether acetate; Ketones such as methyl isopropyl ketone, cyclohexanone, methyl 2-hydroxypropionate, ethyl 2-hydroxypropionate, 2-heptanone, ethyl lactate and gamma-butyrolactone. They may be used singly or in combination of two or more.
상기 용매는 균일한 레지스트막이 형성될 수 있도록 용매의 물성 즉, 휘발성, 점도 등에 따라 그 사용량을 적절히 조절할 수 있다. The amount of the solvent to be used can be appropriately controlled depending on the physical properties of the solvent, such as volatility, viscosity, etc., so that a uniform resist film can be formed.
또한, 본 발명에 따른 레지스트 조성물은 도포성 향상 등 목적에 따라 첨가제를 더 포함할 수 있다.In addition, the resist composition according to the present invention may further contain additives in accordance with the purpose of improving the coatability and the like.
상기 첨가제로는 통상 레지스트 조성물에 적용되는 첨가제라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 구체적으로는 알카리 용해 억제제, 산확산 억제제, 계면활성제 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 포함할 수 있다.As the additive, any additive which is usually applied to a resist composition can be used without any particular limitation, and specific examples thereof include an alkali dissolution inhibitor, an acid diffusion inhibitor, and a surfactant, and one kind or two or more kinds thereof .
상기 알카리 용해 억제제는 통상 레지스트 조성물에 적용되는 알카리 용해 억제제라면 적용할 수 있으며, 구체적인 예로는 페놀 또는 카르복실산 유도체 등을 들 수 있다.The above-mentioned alkali dissolution inhibitor can be applied as long as it is an alkali dissolution inhibitor generally applied to a resist composition. Specific examples thereof include phenol and carboxylic acid derivatives.
상기 산 확산 억제제는 광조사에 의해 광산발생제로부터 발생한 산이 레지스트 막으로 확산할 때의 확산 현상을 제어하고, 노광하지 않은 부분에서의 화학반응을 억제하는 작용을 한다. 이러한 산 확산 억제제를 사용함으로써 감방사선성 수지 조성물의 저장 안정성을 향상 시킬 수 있음과 동시에 레지스트로의 해상도를 더욱 향상시키며, 노광부터 현상 처리까지의 시간(PED)의 변동에 의한 레지스트 패턴의 선폭의 변화를 억제할 수 있다. The acid diffusion inhibitor acts to control the diffusion phenomenon when the acid generated from the photo-acid generator diffuses into the resist film by light irradiation and to suppress the chemical reaction in the unexposed area. By using such an acid diffusion inhibitor, it is possible to improve the storage stability of the radiation-sensitive resin composition and to further improve the resolution of the resist, and to improve the resolution of the resist pattern by changing the line width of the resist pattern The change can be suppressed.
이와 같은 산 확산 억제제로는 염기성 화합물을 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 암모니아, 메틸아민, 이소프로필아민, n-헥실아민, 시클로펜틸아민, 메틸렌디아민, 에틸렌디아민, 디메틸아민, 디이소프로필아민, 디에틸렌디아민, N,N-디메틸메틸렌디아민, N,N-디메틸에틸렌디아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, N,N,N',N'-테트라메틸메틸렌디아민, N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민, N,N,N',N'-테트라메틸테트라에틸렌펜타민, 디메틸에틸아민, 메틸에틸프로필아민, 벤질아민, 펜에틸아민, 벤질디메틸아민, 테트라메틸 암모니움히드록시드, 아닐린, N,N-디메틸톨루이딘 트리페닐아민, 페닐렌디아민, 피롤, 옥사졸, 이소옥사졸, 티아졸, 이소티아졸, 이미다졸, 피라졸, 피롤린, 피롤리딘, 이미다졸린 유도체, 이미다졸리딘 유도체, 피리딘 유도체, 피리다진유도체, 피리미딘 유도체, 피라진 유도체, 피라졸린 유도체, 피라졸리딘 유도체, 피페리딘 유도체, 피페라진 유도체, 모르폴린 등의 아민류; 아미노벤조산, 인돌카르복실산, 아미노산 유도체(예를들면 니코틴산, 알라닌, 아르기닌, 아스파라긴산 등), 3-피리딘술폰산, p-톨루엔술폰산 피리디늄, 2-히드록시피리딘, 아미노크레졸, 2,4-퀴놀린디올, 2-(2-히드록시에틸)피리딘, 1-(2-히드록시에틸)피페라진 등의 질소 함유 화합물; 포름아미드, N-메틸포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, 아세트아미드, N-메틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 프로피온아미드, 벤즈아미드 등의 아미드 유도체; 또는 프탈이미드, 숙신이미드, 말레이미드 등 이미드 유도체 등을 들 수 있다.Examples of such an acid diffusion inhibitor include basic compounds such as ammonia, methylamine, isopropylamine, n-hexylamine, cyclopentylamine, methylenediamine, ethylenediamine, dimethylamine, diisopropylamine, N, N ', N', N ', N'-tetramethylmethylenediamine, N, N'-dimethylethylenediamine, N, N-dimethylethylenediamine, trimethylamine, N, N, N ', N'-tetramethyltetraethylenepentamine, dimethylethylamine, methylethylpropylamine, benzylamine, phenethylamine, benzyldimethylamine, tetramethylammonium hydroxide Aniline, aniline, aniline, N, N-dimethyltoluidine triphenylamine, phenylenediamine, pyrrole, oxazole, isoxazole, thiazole, isothiazole, imidazole, pyrazole, pyrroline, pyrrolidine, imidazoline Derivatives, imidazolidine derivatives, pyridine derivatives, pyridazine derivatives Amines such as pyrimidine derivatives, pyrazine derivatives, pyrazoline derivatives, pyrazolidine derivatives, piperidine derivatives, piperazine derivatives and morpholine; (2-hydroxypyridine, 2-hydroxypyridine, aminocresol, 2,4-quinolinone, and the like) Diol, 2- (2-hydroxyethyl) pyridine, 1- (2-hydroxyethyl) piperazine; Amide derivatives such as formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, propionamide and benzamide; And imide derivatives such as phthalimide, succinimide and maleimide.
상기 산 확산 억제제는 중합체 고형분 함량 100중량부에 대하여 0.01 내지 5중량부, 바람직하게는 0.1 내지 1 중량부로 포함될 수 있다. 산 확산 억제제의 함량이 0.01 중량부 미만이면 노광 후 지체시간에 따라 영향이 커져 패턴의 형상에 영향을 미칠 우려가 있고, 5중량부를 초과하면 해상도 및 감도가 저하될 우려가 있다.The acid diffusion inhibitor may be contained in an amount of 0.01 to 5 parts by weight, preferably 0.1 to 1 part by weight, based on 100 parts by weight of the polymer solid content. When the content of the acid diffusion inhibitor is less than 0.01 part by weight, the influence of the retardation after exposure is increased, which may affect the shape of the pattern. If the content is more than 5 parts by weight, the resolution and sensitivity may decrease.
상기 계면활성제는 도포성 및 현상성 등을 개선시키기 위한 것으로, 구체적인 예로는 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌스티아릴에테르, 폴리옥시에틸렌, 폴리에틸렌글리콜디라우레이트 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the surfactant include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene, and polyethylene glycol dilaurate. However, the surfactant is not limited thereto. It is not.
상기와 같은 조성을 갖는 본 발명에 따른 레지스트 조성물은 산 확산 억제 효과를 갖는 광산발생제로서 포함함으로써 레지스트막 형성시 비노광/노광의 접경영역에서 산의 확산으로 인한 라인에지러프니스를 감소시킬 수 있다.The resist composition according to the present invention having such a composition as described above can be included as a photoacid generator having an acid diffusion inhibiting effect to reduce the line edge roughness due to the diffusion of acid in the border region of the non-exposure / exposure during the resist film formation .
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
[[ 합성예Synthetic example ]]
둥근바닥 플라스크에 스핀 바(spin bar)를 넣어 교반하면서 (2,2-비스(히드록시메틸)프로피온산(2,2-bis(hydroxymethyl)propionic acid) 100g을 아세톤 500ml에 용해시킨 후, 2,2-디메톡시 프로판(2,2-dimethoxy propane) 116g을 추가하여 용해시켰다. 결과의 혼합물을 계속해서 교반하면서 p-톨루엔 술폰산(p-toluene sulfonic acid, p-TSA) 7g을 산촉매로 첨가하고, 상온에서 3시간 동안 교반하였다. NMR에 의하여 반응종결을 확인한 후, 결과로 수득된 반응물을 감압증류하여 용매인 아세톤을 제거하고, 결과로 수득된 반응물을 디클로로메탄(dichloromethane)에 용해시킨 후 암모니아수(NH4OH, 35wt%) 10ml를 첨가하여 p-TSA를 제거하였다.Into a round bottom flask, spin bar was dissolved and 100 g of (2,2-bis (hydroxymethyl) propionic acid) was dissolved in 500 ml of acetone while stirring. 116 g of 2,2-dimethoxy propane was added to dissolve, and the resulting mixture was continuously added with 7 g of p-toluene sulfonic acid (p-TSA) as an acid catalyst with continuous stirring. After confirming the completion of the reaction by NMR, the resulting reaction was distilled under reduced pressure to remove acetone as a solvent, and the resulting reaction was dissolved in dichloromethane, followed by aqueous ammonia (NH). 4 OH, 35 wt%) was added to remove p-TSA.
결과로 수득된 반응물을 증류수로 3회 세척한 후, 유기층을 모아 감압증류하여 상기 반응식에서의 목적 화합물인 트리메틸 디옥산 카르복실산(trimethyl dioxane carboxylic acid) (i)을 수득하였다(110g, 수율: 63%). The resulting reaction was washed three times with distilled water, and then the organic layers were collected and distilled under reduced pressure to obtain trimethyl dioxane carboxylic acid (i), which is the target compound in the reaction scheme (110 g, yield: 63%).
수득된 화합물의 구조를 1H NMR로 확인하였다. 그 결과를 도 1에 나타내었다.The structure of the obtained compound was confirmed by 1 H NMR. The results are shown in Fig.
1H NMR (CDCl3, 내부 기준: 테트라메틸실란): (ppm) 1.20(s, 3H), 1.4(2s, 6H), 3.6(d, 2H), 4.2 (d, 2H)
1 H NMR (CDCl 3 , internal standard: tetramethylsilane): (ppm) 1.20 (s, 3H), 1.4 (2s, 6H), 3.6 (d, 2H), 4.2 (d, 2H)
[[ 실시예Example 1] One]
단계 1
상기 합성예 1에서 제조된 트리메틸 디옥산 카르복실산(i) 50g을 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran, THF) 250ml에 용해시켜 제조한 용액을 상온에서 교반하면서 카보닐 디이미다졸(carbonyl diimidazole) (ii) 46g을 서서히 적가한 후 상온에서 4시간 교반하였다. 이때 이산화탄소 가스가 발생하는 것을 눈으로 확인하였다. 결과로 수득된 반응물의 반응진행 여부를 1H NMR에 의하여 확인하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다. 2단계 반응을 위해서 워크업(work up) 없이 화합물 (iii)로의 전환율(conversion)을 확인하고 다음 단계의 반응을 진행하였다. Carbonyl diimidazole (ii) was prepared by dissolving 50 g of trimethyl dioxane carboxylic acid (i) prepared in Synthesis Example 1 in 250 ml of tetrahydrofuran (THF) while stirring at room temperature. 46 g was slowly added dropwise and stirred at room temperature for 4 hours. At this time, the generation of carbon dioxide gas was visually confirmed. It was confirmed by 1 H NMR whether the reaction of the resulting reaction proceeds. The results are shown in Fig. For the two-step reaction, the conversion to compound (iii) was confirmed without work up, and the reaction of the next step was carried out.
1H NMR (CDCl3, 내부 기준 : 테트라메틸실란): (ppm) 1.4(s, 3H), 1.5(2s, 6H), 3.8(d, 2H), 4.3(d, 2H), 7.0(s, 1H), 7.6(s, 1H), 8.3(s, 1H)
1 H NMR (CDCl 3 , internal standard: tetramethylsilane): (ppm) 1.4 (s, 3H), 1.5 (2s, 6H), 3.8 (d, 2H), 4.3 (d, 2H), 7.0 (s, 1H), 7.6 (s, 1H), 8.3 (s, 1H)
단계 2
상기 단계 1에서의 반응이 완료된 혼합용액(화합물 (iii) 및 이미다졸 포함)에, 1,1-디플로로메틸-2-히드록시-에탄 술폰산의 소듐염(sodium 1,1-difluoromethyl-2-hydroxy-ethanesulfonic acid) (iv)을 물에 용해시켜 제조한 용액을 첨가한 후 배쓰(bath) 온도를 75℃로 올려 4시간 동안 교반 및 환류시켰다. 결과로 수득된 반응물에 대해 1H NMR을 이용하여 반응의 진행정도(1H NMR에 의해 화합물 (v)로의 전환율(95%) 확인)를 확인하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.Sodium salt of 1,1-difluoromethyl-2-hydroxy-ethane sulfonic acid (
1H NMR (CDCl3, 내부 기준 : 테트라메틸실란): (ppm) 1.4(s, 3H), 1.5(2s, 6H), 3.8(d, 2H), 4.3(d, 2H), 4.8(t, 2H)
1 H NMR (CDCl 3 , internal standard: tetramethylsilane): (ppm) 1.4 (s, 3H), 1.5 (2s, 6H), 3.8 (d, 2H), 4.3 (d, 2H), 4.8 (t, 2H)
단계 3
상기 단계 2에서 수득한 반응용액(화합물 (v) 및 이미다졸 포함)을 감압증류하여 THF를 제거하고, 증류수에 다시 용해시켰다. 결과로 수득된 용액에, 트리페닐술포늄 트리플레이트 (vi)를 디클로로메탄에 용해시켜 제조한 용액을 첨가한 후 2시간 동안 격렬히 교반하였다. 결과로 수득된 반응물에 대해 19F NMR을 이용하여 음이온의 치환정도 및 반응의 완결을 확인하였다. 반응이 완결된 반응물에서 유기층을 분리한 후 증류수로 3회 세척하고, 유기층을 모아 감압증류하여 고체상의 파우더(vii)를 수득하였다.The reaction solution (compound (v) and imidazole) obtained in
수득된 고체상의 파우더 구조를 1H NMR를 이용하여 확인하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.The obtained solid powder structure was confirmed using 1 H NMR. The results are shown in Fig.
1H NMR (CDCl3, 내부 기준 : 테트라메틸실란): (ppm) 1.2(s, 3H), 1.4(2s, 6H), 3.6(d, 2H), 4.2(d, 2H), 4.8(t,2H), 7.7(m, 15H)
1 H NMR (CDCl 3 , internal standard: tetramethylsilane): (ppm) 1.2 (s, 3H), 1.4 (2s, 6H), 3.6 (d, 2H), 4.2 (d, 2H), 4.8 (t, 2H), 7.7 (m, 15H)
시험예Test Example 1 One
상기 실시예 1에서 제조된 광산발생제를 이용하여 레지스트 패턴을 형성한 후 제조된 레지스트 패턴에 대해 각종 평가를 실시하였다. After the resist pattern was formed using the photoacid generator prepared in Example 1, various evaluations were performed on the prepared resist pattern.
상세하게는, 베이스 수지로서 하기 화학식 13으로 표시되는 화합물(Mw: 8,500g/mol, Mw/Mn: 1.75, 각 반복단위의 몰비(x:y:z:w)는 1:1:1:1임) 100 중량부, 광산발생제로 상기 실시예 1에서 제조된 화합물 각각 0.5, 1 또는 1.5 중량부, 그리고 염기성 첨가제로 테트라메틸 암모니움하이드록시드 0.5 중량부를 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트 1,000 중량부에 용해시킨 다음 0.2um 막 필터로 여과하여 광산발생제의 함량에 따른 레지스트 조성물(제조실시예 1, 2 및 3)을 제조하였다.Specifically, as the base resin, the compound represented by the following formula (Mw: 8,500 g / mol, Mw / Mn: 1.75, and the molar ratio (x: y: z: w) of each repeating unit is 1: 1: 1: 1) 100 parts by weight, 0.5, 1 or 1.5 parts by weight of the compound prepared in Example 1 as a photoacid generator, and 0.5 parts by weight of tetramethyl ammonium hydroxide as basic additives are dissolved in 1,000 parts by weight of propylene glycol methyl ether acetate. After filtering with a 0.2um membrane filter to prepare a resist composition (preparation examples 1, 2 and 3) according to the content of the photoacid generator.
[화학식 13][Chemical Formula 13]
얻어진 레지스트 조성물을 스피너를 사용하여 기판에 도포하고 110℃에서 90초간 건조시켜 0.20um 두께의 피막을 형성하였다. 형성된 피막에 ArF 엑시머 레이저 스텝퍼(렌즈 개구수: 0.78)를 사용하여 노광시킨 후 110℃에서 90초간 열처리하였다. 이어서 2.38 중량% 테트라메틸암모늄하이드록시드 수용액으로 40초간 현상, 세척 및 건조하여 레지스트 패턴을 형성하였다.The resist composition thus obtained was applied to a substrate using a spinner and dried at 110 DEG C for 90 seconds to form a coating having a thickness of 0.20 mu m. The formed film was exposed using an ArF excimer laser stepper (lens numerical aperture: 0.78), and then heat-treated at 110 DEG C for 90 seconds. Then, the resist was developed, washed and dried with a 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution for 40 seconds to form a resist pattern.
상기 제조된 레지스트 패턴에 대하여 각종 평가를 실시하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Various evaluations were performed on the resist pattern thus prepared, and the results are shown in Table 1 below.
하기 표 1에서 감도는 현상 후 형성된 0.10um 라인 앤드 스페이스(L/S) 패턴을 1대 1의 선폭으로 형성하는 노광량을 최적노광량으로 하고 이 최적노광량을 감도로 하였으며, 이때 해상되는 최소 패턴 치수를 해상도라 하였다.In Table 1 below, the exposure amount for forming a 0.10-μm line-and-space (L / S) pattern formed after development with a line width of 1: 1 is defined as an optimum exposure amount, and the optimum exposure amount is defined as sensitivity. Resolution.
또한, LWR(line width roughness) 의 경우, 현상 후 형성된 0.10um 라인 앤드 스페이스 (L/S) 패턴에 대하여 패턴의 조도를 관찰하고, LWR을 측정하였다(숫자가 작을수록 우수한 LWR을 나타낸다).Also, in the case of the line width roughness (LWR), the illuminance of the pattern was observed with respect to the 0.10um line-and-space (L / S) pattern formed after the development and the LWR was measured.
(mJ/cm2)Sensitivity
(mJ / cm 2 )
(nm)resolution
(nm)
(0.5중량부)Example 1
(0.5 parts by weight)
(1.0중량부)Example 1
(1.0 parts by weight)
(1.5중량부)Example 1
(1.5 parts by weight)
(1.5중량부)Triphenyl sulfonium triflate
(1.5 parts by weight)
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 제조 실시예 1 내지 3의 레지스트 조성물은 해상도와 LWR면에서 비교예의 레지스트 조성물에 비해 개선된 특성을 나타내었다. 반면 감도면에서는 비교예의 레지스트에 비해 낮은 특성을 나타내었는데, 이와 같이 낮은 감도는 느린 산의 확산 속도에 따른 것이다. 그러나 느린 산 확산 속도로 인해 보다 우수한 LWR을 얻을 수 있다.
As shown in Table 1, the resist compositions of Preparation Examples 1 to 3 exhibited improved properties compared to the resist compositions of Comparative Examples in terms of resolution and LWR. On the other hand, the sensitivity was lower than the resist of the comparative example, but this low sensitivity is due to the slow diffusion rate of the acid. However, due to the slow acid diffusion rate, better LWRs can be obtained.
시험예Test Example 2 2
상기 실시예 1에서 제조된 광산발생제를 이용한 레지스트 패턴 형성시 노광 후 발생된 산의 확산속도를 Modified Fick's equation을 이용하여 측정하였다. 이때 비교를 위해 광산발생제의 음이온부에 벌키한 작용기로서 아다만탄기를 포함하는 광산발생제인 트리페닐술포늄 아다만탄 카르복실산 2,2-디플루오로-2-술포에틸에스터(triphenylsulfonium adamantane carboxylic acid 2,2-difluoro-2-sulo ethyl ester)에 대해서도 동일한 방법으로 산 확산속도를 측정하였다.The diffusion rate of acid generated after exposure in forming a resist pattern using the photoacid generator prepared in Example 1 was measured using a Modified Fick's equation. At this time, triphenylsulfonium
측정 결과, 실시예 1의 광산발생제의 산 확산 속도는 15.6 nm2/sec인 반면, 비교로 사용된 광산발생제의 산 확산 속도는 33.1 nm2/sec이었다. As a result, the acid diffusion rate of the photoacid generator of Example 1 was 15.6 nm 2 / sec, while the acid diffusion rate of the photoacid generator used in comparison was 33.1 nm 2 / sec.
이와 같이 본 발명에 따른 광산발생제는 음이온부의 크기가 훨씬 작음에도 불구하고 더 느린 산 확산 속도를 나타내었으며, 이 같은 결과로부터 레지스트 패턴 형성시 보다 개선된 LWR을 나타낼 수 있음을 예상할 수 있다.As described above, the photoacid generator according to the present invention exhibited a slower acid diffusion rate even though the size of the anion part was much smaller, and it can be expected from this result that the LWR can be improved.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of right.
Claims (10)
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
상기 Q1 및 Q1'은 각각 독립적으로 할로겐기이고,
상기 Q2 및 Q2'은 각각 독립적으로 수소원자 또는 할로겐기이며.
상기 R은 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고,
상기 V1 및 V2는 각각 독립적으로 산소 원자(O) 또는 황 원자(S)이며,
상기 W1 및 W2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 30의 아릴기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
상기 X는 알칸디일, 알켄디일, NR', S, O, CO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, 이때 상기 R'는 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며,
상기 a 는 1 내지 4의 정수이고, b는 0 내지 5의 정수이며, c는 1내지 3의 정수이고, 그리고 d는 1 내지 3의 정수이며, 그리고
상기 A는 유기 짝이온이다.A photo acid generator represented by the following formula (1)
[Chemical Formula 1]
In Formula 1,
Q 1 and Q 1 ′ are each independently a halogen group,
Q 2 and Q 2 ′ are each independently a hydrogen atom or a halogen group.
R is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
V 1 and V 2 are each independently an oxygen atom (O) or a sulfur atom (S),
W 1 and W 2 are each independently selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, an aryl group having 3 to 30 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, and a combination thereof Will,
Wherein X is selected from the group consisting of alkandiyl, alkenediyl, NR ', S, O, CO and combinations thereof, wherein R' is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
A is an integer of 1 to 4, b is an integer of 0 to 5, c is an integer of 1 to 3, and d is an integer of 1 to 3, and
A is an organic counterion.
상기 X는 카르보닐기인 광산발생제.The method of claim 1,
And X is a carbonyl group.
상기 Q1 및 Q1'은 각각 독립적으로 플루오로기이고,
상기 Q2 및 Q2'은 각각 독립적으로 수소원자 또는 플루오로기이며,
상기 R은 수소원자 또는 메틸기이고,
상기 V1 및 V2는 각각 독립적으로 산소 원자 또는 황 원자 이며,
상기 W1 및 W2는 각각 독립적으로 메틸기, 에틸기, 사이클로프로필기, 페닐기, 메톡시기 및 에톡시기로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
상기 X는 카르보닐기이며,
상기 a 는 1 내지 3의 정수이고, b는 0 내지 2의 정수이며, c는 1또는 2의 정수이고, 그리고 d는 1 또는 2의 정수인 광산발생제.The method of claim 1,
Q 1 and Q 1 ′ are each independently a fluoro group,
Q 2 and Q 2 ′ are each independently a hydrogen atom or a fluoro group,
R is a hydrogen atom or a methyl group,
V 1 and V 2 are each independently an oxygen atom or a sulfur atom,
W 1 and W 2 are each independently selected from the group consisting of methyl group, ethyl group, cyclopropyl group, phenyl group, methoxy group and ethoxy group,
X is a carbonyl group,
Wherein a is an integer of 1 to 3, b is an integer of 0 to 2, c is an integer of 1 or 2, and d is an integer of 1 or 2.
상기 화학식 1에서의 음이온 부분은 하기 화학식 2a 내지 2f로 이루어진 군에서 선택되는 것인 광산발생제:
[화학식 2a]
[화학식 2b]
[화학식 2c]
[화학식 2d]
[화학식 2e]
[화학식 2f]
The method of claim 1,
The anion moiety in Chemical Formula 1 is selected from the group consisting of the following Chemical Formulas 2a to 2f:
(2a)
(2b)
[Chemical Formula 2c]
(2d)
[Formula 2e]
(2f)
상기 A+는 술포늄계, 요오드늄계, 포스포늄계, 디아조늄계, 피리디늄계 및 이미드계로 이루어진 군에서 선택되는 유기 짝이온인 광산발생제.The method of claim 1,
Wherein A + is an organic counter ion selected from the group consisting of a sulfonium-based, iodonium-based, phosphonium-based, diazonium-based, pyridinium-based and imide-based.
상기 A+는 하기 화학식 3a 또는 3b로 표시되는 유기 양이온인 광산발생제:
[화학식 3a]
[화학식 3b]
상기 화학식 3a 및 3b에 있어서,
상기 X1, X2, Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 알릴기, 탄소수 1 내지 10의 퍼플루오로알킬기, 벤질기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 X1과 X2, 및 Y1과 Y2는 서로 결합하여 탄소수 3 내지 30의 포화 또는 불포화 탄화수소 고리를 형성할 수 있으며, 그리고
X3, X4, X5, Y3, Y4 및 Y5는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 할로겐기, 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 티오펜옥시기(thiophenoxy), 탄소수 1 내지 30의 티오알콕시기(thioalkoxy), 탄소수 1 내지 20의 알콕시카르보닐메톡시기(alkoxycarbonylmethoxy) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다. The method of claim 1,
A + is a photoacid generator which is an organic cation represented by the following Chemical Formula 3a or 3b:
[Chemical Formula 3]
(3b)
In Chemical Formulas 3a and 3b,
X 1 , X 2 , Y 1 and Y 2 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an allyl group, a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a benzyl group, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, And X 1 and X 2 , and Y 1 and Y 2 may combine with each other to form a saturated or unsaturated hydrocarbon ring having 3 to 30 carbon atoms, and
X 3 , X 4 , X 5 , Y 3 , Y 4 and Y 5 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a halogen group, an alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, Thiophenoxy group, thioalkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, alkoxycarbonylmethoxy group having 1 to 20 carbon atoms, and combinations thereof.
상기 A+는 하기 화학식 4a 내지 4v로 표시되는 구조를 갖는 유기 짝이온인 광산발생제:
The method of claim 1,
A + is a photoacid generator which is an organic counter ion having a structure represented by the following Chemical Formulas 4a to 4v:
상기에서 제조된 화학식 9의 화합물을 하기 화학식 10의 화합물과 반응시켜 하기 화학식 11의 화합물을 제조하는 단계; 그리고,
상기에서 제조된 화학식 11의 화합물을 하기 화학식 12의 화합물과 반응시키는 단계
를 포함하는 하기 화학식 1의 광산발생제의 제조방법:
[화학식 1]
[화학식 7]
[화학식 9]
[화학식 10]
[화학식 11]
[화학식 12]
상기 화학식 1 및 7, 9 내지 12에 있어서,
상기 Q1 및 Q1'은 각각 독립적으로 할로겐기이고,
상기 Q2 및 Q2'은 각각 독립적으로 수소원자 또는 할로겐기이며.
상기 R은 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고,
상기 V1 및 V2는 각각 독립적으로 산소 원자(O) 또는 황 원자(S)이며,
상기 W1 및 W2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 30의 아릴기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
상기 X는 알칸디일, 알켄디일, NR', S, O, CO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, 이때 상기 R'는 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며,
상기 a 는 1 내지 4의 정수이고, b는 0 내지 5의 정수이며, c는 1내지 3의 정수이고, 그리고 d는 1 내지 3의 정수이며,
상기 A+는 유기 짝이온이고.
상기 M+는 Li+, Na+ 및 K+으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며,
상기 Q3은 이미다졸릴기, 플루오로, 클로로, 브로모 및 아이오도로 이루어진 군에서 선택되고
상기 Z-는 (OSO2CF3)-, (OSO2C4F9)-, (OSO2C8F17)-, (N(CF3)2)-, (N(C2F5)2)-, (N(C4F9)2)-, (C(CF3)3)-, (C(C2F5)3)-, (C(C4F9)3)-, F-, Cl-, Br-, I-, BF4-, AsF6- 및 PF6- 으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.To the compound of formula 7 carbonyl diimidazole (carbonyl diimidazole), N-halosuccinic imide (N-halosuccinic imide), potassium iodide (potassium iodide), thionyl chloride (thionyl chloride) and mixtures thereof Reacting with a compound selected from the group consisting of preparing a compound of Formula 9;
Preparing a compound of formula 11 by reacting the compound of formula 9 prepared above with a compound of formula 10; And,
Reacting the compound of Chemical Formula 11 prepared above with a compound of Chemical Formula 12
Method for producing a photoacid generator of the formula 1 comprising a:
[Chemical Formula 1]
(7)
[Chemical Formula 9]
[Formula 10]
(11)
[Chemical Formula 12]
In Chemical Formulas 1 and 7, 9 to 12,
Q 1 and Q 1 ′ are each independently a halogen group,
Q 2 and Q 2 ′ are each independently a hydrogen atom or a halogen group.
R is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
V 1 and V 2 are each independently an oxygen atom (O) or a sulfur atom (S),
W 1 and W 2 are each independently selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, an aryl group having 3 to 30 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, and a combination thereof Will,
Wherein X is selected from the group consisting of alkandiyl, alkenediyl, NR ', S, O, CO and combinations thereof, wherein R' is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
A is an integer of 1 to 4, b is an integer of 0 to 5, c is an integer of 1 to 3, and d is an integer of 1 to 3,
A + is an organic counterion.
M + is any one selected from the group consisting of Li +, Na + and K +,
Q 3 is selected from the group consisting of imidazolyl, fluoro, chloro, bromo and iodo
Z- is (OSO 2 CF 3 )-, (OSO 2 C 4 F 9 )-, (OSO 2 C 8 F 17 )-, (N (CF 3 ) 2 )-, (N (C 2 F 5 ) 2 )-, (N (C 4 F 9 ) 2 )-, (C (CF 3 ) 3 )-, (C (C 2 F 5 ) 3 )-, (C (C 4 F 9 ) 3 )-, F-, Cl-, Br-, I-, BF 4- , AsF 6 -and PF 6 -are any one selected from the group consisting of.
[화학식 11]
상기 화학식 11에서
상기 Q1 및 Q1'은 각각 독립적으로 할로겐기이고,
상기 Q2 및 Q2'은 각각 독립적으로 수소원자 또는 할로겐기이며.
상기 R은 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고,
상기 V1 및 V2는 각각 독립적으로 산소 원자(O) 또는 황 원자(S)이며,
상기 W1 및 W2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 30의 아릴기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
상기 X는 알칸디일, 알켄디일, NR', S, O, CO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, 이때 상기 R'는 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며,
상기 a 는 1 내지 4의 정수이고, b는 0 내지 5의 정수이며, c는 1내지 3의 정수이고, 그리고 d는 1 내지 3의 정수이며, 그리고
상기 M+는 Li+, Na+ 및 K+으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다A compound of formula (11)
(11)
In Chemical Formula 11
Q 1 and Q 1 ′ are each independently a halogen group,
Q 2 and Q 2 ′ are each independently a hydrogen atom or a halogen group.
R is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
V 1 and V 2 are each independently an oxygen atom (O) or a sulfur atom (S),
W 1 and W 2 are each independently selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, an aryl group having 3 to 30 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, and a combination thereof Will,
Wherein X is selected from the group consisting of alkandiyl, alkenediyl, NR ', S, O, CO and combinations thereof, wherein R' is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
A is an integer of 1 to 4, b is an integer of 0 to 5, c is an integer of 1 to 3, and d is an integer of 1 to 3, and
M + is any one selected from the group consisting of Li +, Na + and K +
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