KR100315726B1 - Imide monomer for silylation photoresist, copolymer resin using the same, and method for producing the pattern of photoresist using the same resin - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 실릴레이션 감광막용 이미드계 단량체, 이 단량체를 이용한 포토레지스트 공중합체 및 이 공중합체를 이용한 감광막 패턴의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 내열성이 강한 이미드를 포함한 화학증폭형 감광막(chemically amplified photoresist)을 사용함으로써 KrF 나 ArF등의 원자외선 광원을 이용하여 0.1㎛ 이하의 미세패턴을 형성하고, 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an imide monomer for a silicide photosensitive film, a photoresist copolymer using the monomer and a method for producing a photosensitive film pattern using the copolymer. Specifically, by using a chemically amplified photoresist (chemically amplified photoresist) containing a heat-resistant imide to form a fine pattern of 0.1 ㎛ or less by using an ultraviolet light source such as KrF or ArF, according to the semiconductor device It relates to a technology that enables high integration.
일반적으로 반도체소자의 제조공정에 있어서, 소정 형상의 반도체소자 패턴을 형성하기 위해서는 식각마스크로서 감광막 패턴을 사용하고 있다. 감광막 패턴을 얻기 위해서는 반도체기판 상에 감광막을 도포하고, 상기 도포된 감광막을 선택 노광한 후, 현상공정을 실시하여 피식각층 상에 원하는 감광막 패턴을 형성한다.Generally, in the manufacturing process of a semiconductor device, in order to form the semiconductor device pattern of a predetermined shape, the photosensitive film pattern is used as an etching mask. In order to obtain a photoresist pattern, a photoresist is applied on a semiconductor substrate, the exposed photoresist is selectively exposed, and then a developing process is performed to form a desired photoresist pattern on the etched layer.
종래의 일반적인 실릴레이션 공정(silylation)을 이용하여 감광막 패턴을 제조함에 있어서, 감광막(도 1의 15 참조)은 감광성 물질과 노볼락 수지로 이루어져 있다. 따라서 노광 후 베이크(bake)를 해주면 노광부에서는 알콜기가 형성된다. 베이크 후 실릴레이션 에이젠트(silylation agent)로 실릴레이션을 시키는데, 이때 사용되는 실릴레이션 에이젼트는 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisilazane) 또는 테트라메틸 디실라잔(tetramethyl disilazane) 등 주로 N-Si 결합을 갖는 것을 사용한다. 여기서 N-Si 결합은 결합력이 약하기 때문에 수지의 R-O-H와 반응하여 R-O-Si 결합이 생긴다. 상기의 수지와 결합한 실리콘은 O2플라즈마를 이용한 건식 현상(dry develop) 공정시 실리콘 산화막을 형성하게 되고, 이 부분의 하단부는 현상후 그대로 남아 패턴을 형성하게 된다. 따라서 이런 방법으로 패턴을 형성하면 노광부위에 실릴레이션이 일어나므로 콘택 홀(contact hole) 형성에 매우 유리하다.In preparing a photoresist pattern by using a conventional general silylation process, the photoresist (see 15 in FIG. 1) is made of a photosensitive material and a novolak resin. Therefore, when baking is performed after exposure, an alcohol group is formed in the exposed portion. After baking, the silylation is performed with a silylation agent, and the silylation agent used is mainly one having an N-Si bond such as hexamethyldisilazane or tetramethyl disilazane. use. Since the N-Si bond has a weak bonding force, the N-Si bond reacts with the ROH of the resin to form a RO-Si bond. The silicon combined with the resin forms a silicon oxide film during a dry develop process using an O 2 plasma, and the lower end of the portion remains as it is after development to form a pattern. Therefore, when the pattern is formed in this way, the silicide occurs in the exposed portion, which is very advantageous for forming contact holes.
그러나 상기한 종래의 실릴레이션 공정에 의해 감광막 패턴을 형성하는 방법은 KrF 엑시머 레이저를 사용하는 경우 0.1㎛ 이하의 미세패턴 형성이 불가능하고, ArF 광원을 사용하면 ArF 광의 높은 에너지에 의해 노광 장비의 렌즈가 손상되므로10mJ/㎠ 이하의 낮은 노광에너지로 노광하여야 하지만, 이처럼 낮은 에너지로는 감광막이 충분히 노광되지 않아 패턴을 형성할 수 없었다. 또한 실리레이션 공정 자체의 문제점인 패턴의 거칠어짐 현상이 나타나거나 해상력 부족 등에 의해 반도체소자의 고집적화가 저하된다는 등의 문제점이 있다.However, in the method of forming the photoresist pattern by the conventional silylation process, when the KrF excimer laser is used, it is impossible to form a fine pattern of 0.1 μm or less. However, the photoresist film was exposed at a low exposure energy of 10 mJ / cm 2 or less, but the photosensitive film was not sufficiently exposed at such a low energy, so that a pattern could not be formed. In addition, there are problems such as roughness of the pattern, which is a problem of the silicide process itself, or high integration of the semiconductor device due to lack of resolution.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위한 시도로서 TSI공정(top surface image) 공정이 제안되었으나, 이 TSI공정을 사용하더라도 기존의 KrF 엑시머 레이져를 사용하여 0.10 ㎛ 이하의 라인/스페이스 패턴 형성이 불가능하여 소자의 고집적화를 방해하는 문제점이 있다.Therefore, the TSI process (top surface image) process has been proposed as an attempt to solve this problem, but even using this TSI process, it is impossible to form a line / space pattern of less than 0.10 μm using the existing KrF excimer laser, resulting in high integration of the device. There is a problem that hinders.
이에 본 발명자들은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 수 많은 연구와 실험을 거듭한 결과, 포토레지스트 수지내에 내열성이 강한 이미드(imide)를 사용함으로써, TSI 공정에 수반되는 공정중 온도가 높은 노광후 베이크 공정(post exposure bake)과 실릴레이션 공정에 견딜 수 있는 내열성을 확보할 수 있고, 또한 화학증폭형 감광막을 사용함으로써, ArF 광원의 사용할 때 ArF광에 의해 노광 장비의 렌즈가 손상되지 않고 적은 양의 에너지 (10 mJ/㎠ 이하)에서도 해상이 가능하다는 놀라운 사실을 밝혀내고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.Accordingly, the present inventors have conducted numerous studies and experiments to solve the above-mentioned problems of the prior art, and as a result, by using imides having high heat resistance in the photoresist resin, the in-process temperature accompanying the TSI process is high. The heat resistance to withstand the post exposure bake process and the silylation process can be ensured, and by using a chemically amplified photosensitive film, the lens of the exposure equipment is not damaged by the ArF light when the ArF light source is used. It has been surprisingly found that resolution is possible even at low energy (10 mJ / cm 2 or less) and the present invention has been completed.
도 1a 내지 도 1e 는 본 발명에 따른 실릴레이션 공정을 이용한 감광막 패턴 제조 공정도.Figure 1a to 1e is a photosensitive film pattern manufacturing process chart using the sililation process according to the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
11 : 웨이퍼 13 : 피식각층11
15 : 감광막 17 : 노광마스크15
19 : 실릴레이션막 21 : 실리콘 산화막19: silylation film 21: silicon oxide film
본 발명의 제 1 태양은 하기 화학식 1로 표시되는 신규한 살릴레이션 감광막용 이미드계 단량체에 관한 것이다.The 1st aspect of this invention relates to the novel imide type monomer for salicylation photosensitive film represented by following General formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
상기식에서,In the above formula,
R은 p-(t-부톡시카르복실레이트)페닐, 2-(t-부톡시카르복실레이트)에틸 또는 3-(t-부톡시카르복실레이트)프로필을 나타낸다.R represents p- (t-butoxycarboxylate) phenyl, 2- (t-butoxycarboxylate) ethyl or 3- (t-butoxycarboxylate) propyl.
본 발명의 제 2 태양은 상기 화학식 1의 이미드 단량체로부터 제조된 하기 화학식 2로 표시되는 부분을 포함하는 실릴레이션용 포토레지스트 공중합체에 관한 것이다.The second aspect of the present invention relates to a photoresist copolymer for silicide comprising a moiety represented by the following formula (2) prepared from the imide monomer of formula (1).
[화학식 2][Formula 2]
상기식에서,In the above formula,
R은 p-(t-부톡시카르복실레이트)페닐, 2-(t-부톡시카르복실레이트)에틸 또는 3-(t-부톡시카르복실레이트)프로필을 나타내며,R represents p- (t-butoxycarboxylate) phenyl, 2- (t-butoxycarboxylate) ethyl or 3- (t-butoxycarboxylate) propyl,
n은 중합도로서 10∼2000의 수이다.n is a number of 10-2000 as polymerization degree.
본 발명의 제 3 태양은 상기 화학식 2의 실릴레이션용 포토레지스트 공중합체 수지를 사용하는 감광막 패턴의 제조방법에 관한 것이다.The third aspect of the present invention relates to a method for producing a photosensitive film pattern using the photoresist copolymer resin for silylation of the formula (2).
그 외에 본 발명의 제 4 태양은 전술한 감광막 패턴을 이용하여 제조된 반도체소자에 관한 것이다.In addition, the fourth aspect of the present invention relates to a semiconductor device manufactured using the photosensitive film pattern described above.
이하, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명에 따른 화학식 1의 이미드계 포토레지스트 단량체의 바람직한 예로는 p-(t-부톡시카르복실레이트)페닐 말레이미드, 2-(t-부톡시카르복실레이트)에틸 말레이미드 또는 3-(t-부톡시카르복실레이트)프로필 말레이미드 등이 있다.Preferred examples of the imide-based photoresist monomer of Formula 1 according to the present invention include p- (t-butoxycarboxylate) phenyl maleimide, 2- (t-butoxycarboxylate) ethyl maleimide or 3- (t -Butoxycarboxylate) propyl maleimide and the like.
본 발명에 따른 화학식 1의 이미드계 포토레지스트 단량체는 아미노 페놀, 에탄올아민 또는 3-아미노프로판올 등을 말레익안하이드라이드(maleic anhydride)와 반응시킨 후 아세틱안하이드라이드(acetic anhydride)의 존재하에 이미드화시켜 제조할 수 있다.The imide-based photoresist monomer of Formula 1 according to the present invention is imidized in the presence of acetic anhydride after reacting amino phenol, ethanolamine or 3-aminopropanol with maleic anhydride. Can be prepared.
구체적으로, 아미노 페놀, 에탄올아민 또는 3-아미노프로판올 등을 정제된 디메칠포름 아마이드(DMF) 용매에 녹인 다음, 말레익 안하이드라이드를 넣고 5 ∼ 10 시간 교반시킨다. 반응완료후 아세틱 안하이드라이드와 소듐 아세테이트를 넣고 60 ∼ 100 ℃에서 20 ∼ 30 시간 반응시켜 이미드화시킨다. 이어서 부산물인 빙초산과 용매를 로타리 증류기(rotary evaporator)로 제거하고, 물과 테트라하이드로퓨란(THF)을 넣어준 후 분액 깔대기를 사용하여 유기층을 분리한다. 상기 유기층에 있는 생성물인 p-말레이미드페닐아세테이트, 2-말레이미드 에틸아세테이트 또는 3-말레이미드프로필아세테이트 등에 5wt% 테트라메틸암모늄하이드록사이드(TMAH) 수용액을 넣고 50 ∼ 70 ℃에서 5 ∼ 15시간 반응시킨 다음 분리하여 p-말레이미드페놀, 2-말레이미드에탄올 또는 3-말레이미드-1-프로판올 등을 얻고, 이를 디메틸포름아미드(DMF)에 녹인 후, 디-t-부톡시 카보네이트와 포타슘 t-부톡사이드를 넣고 12 ∼ 16 시간 교반시킨다. 반응 완료후 증류기로 용매를 제거하고, n-헥산과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 전개용매로 사용하여 화학식 1의 이미드계 포토레지스트 단량체를 얻는다.Specifically, amino phenol, ethanolamine, or 3-aminopropanol is dissolved in a purified dimethylformamide (DMF) solvent, and then maleic anhydride is added and stirred for 5 to 10 hours. After completion of the reaction, acetic anhydride and sodium acetate were added and reacted at 60 to 100 ° C. for 20 to 30 hours for imidization. Subsequently, the by-product glacial acetic acid and the solvent are removed using a rotary evaporator, water and tetrahydrofuran (THF) are added thereto, and the organic layer is separated using a separatory funnel. 5 wt% aqueous tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution was added to p-maleimide phenyl acetate, 2-maleimide ethyl acetate, or 3-maleimide propyl acetate, which are the products in the organic layer, at 50 to 70 ° C. for 5 to 15 hours. After reaction, the mixture is separated to obtain p-maleimide phenol, 2-maleimide ethanol or 3-maleimide-1-propanol, and the like is dissolved in dimethylformamide (DMF), followed by di-t-butoxy carbonate and potassium t. Add butoxide and stir for 12 to 16 hours. After completion of the reaction, the solvent was removed by a still, and a mixed solvent of n-hexane and ethyl acetate was used as a developing solvent to obtain an imide-based photoresist monomer of the formula (1).
본 발명에 따른 화학식 2의 실릴레이션용 포토레지스트 공중합체는 구체적으로 폴리[p-(t-부톡시카르복실레이트)페닐 말레이미드], 폴리[2-(t-부톡시카르복실레이트)에틸 말레이미드] 또는 폴리[3-(t-부톡시카르복실레이트)프로필 말레이미드] 부분을 포함하는 공중합체이다.The photoresist copolymer for silylation according to the present invention is specifically poly [p- (t-butoxycarboxylate) phenyl maleimide], poly [2- (t-butoxycarboxylate) ethyl malee Mid] or poly [3- (t-butoxycarboxylate) propyl maleimide] moiety.
본 발명에 따른 화학식 2의 실릴레이션용 포토레지스트 공중합체는 상기 화학식 1로 표시되는 적어도 하나의 이미드계 단량체와 기타의 적합한 포토레지스트 단량체들을 디메틸포름아마이드(DMF)와 같은 유기 용매에 녹이고, AIBN과 같은 중합개시제의 존재하에 중합시켜 제조할 수 있다.The photoresist copolymer for siliculation of formula (2) according to the present invention dissolves at least one imide monomer and other suitable photoresist monomers represented by the formula (1) in an organic solvent such as dimethylformamide (DMF), It can be prepared by polymerization in the presence of the same polymerization initiator.
구체적으로, p-(t-부톡시카르복실레이트)페닐 말레이미드, 2-(t-부톡시카르복실레이트)에틸 말레이미드 또는 3-(t-부톡시카르복실레이트)프로필 말레이미드 등의 이미드계 단량체를 DMF 용매에 녹인 후, 중합개시제로 아조비스이소부티로니트릴(AIBN)을 넣고 질소 또는 아르곤 분위기에서 60∼75℃ 온도에서 4∼24 시간 반응시킨다. 상기 반응으로 생성된 수지를 에틸에테르 또는 헥산으로 침전 건조시켜 화학식 2의 포토레지스트 공중합체를 얻는다.Specifically, p- (t-butoxycarboxylate) phenyl maleimide, 2- (t-butoxycarboxylate) ethyl maleimide or 3- (t-butoxycarboxylate) propyl maleimide or the like After dissolving the de-based monomer in a DMF solvent, azobisisobutyronitrile (AIBN) is added as a polymerization initiator and reacted for 4 to 24 hours at a temperature of 60 to 75 ° C. in a nitrogen or argon atmosphere. The resin produced by the reaction is precipitated and dried with ethyl ether or hexane to obtain a photoresist copolymer of the formula (2).
본 발명에서는 또한 전술한 본 발명의 포토레지스트 공중합체, 유기용매 및 광산 발생제를 함유하는 포토레지스트 조성물을 제공한다.The present invention also provides a photoresist composition containing the photoresist copolymer, organic solvent and photoacid generator of the present invention described above.
상기 유기용매는 일반적으로 사용되는 유기용매이면 어느 것이나 사용가능하나 메틸 3-메톡시 프로피오네이트인 것이 바람직하다.The organic solvent may be any organic solvent that is generally used, but is preferably methyl 3-methoxy propionate.
또한 상기 광산 발생제는 황화염계 또는 오니움염계 화합물들을 사용할 수 있으며, 트리페닐설포늄 트리플레이트 또는 디부틸나프틸 설포늄 트리플레이트를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the photoacid generator may use sulfide-based or onium salt-based compounds, preferably triphenylsulfonium triflate or dibutylnaphthyl sulfonium triflate.
본 발명에 따른 감광막 패턴은 하기 공정 (a) 내지 (g)를 거쳐 제조할 수 있다:The photosensitive film pattern according to the present invention can be prepared through the following steps (a) to (g):
(a) 상기 화학식 2로 표시되는 부분을 포함하는 적어도 하나의 포토레지스트 공중합체를 용매에 녹이고 광산발생제와 혼합하여 전술한 포토레지스트 조성물을 형성시키는 공정,(a) dissolving at least one photoresist copolymer comprising the moiety represented by Formula 2 in a solvent and mixing with a photoacid generator to form the photoresist composition described above;
(b) 패턴을 형성시키고자 하는 기판상에 피식각층을 형성하는 공정,(b) forming an etching target layer on the substrate on which the pattern is to be formed;
(c) 상기 피식각층상에 상기 포토레지스트 조성물을 도포하여 감광막을 형성하는 공정,(c) forming a photosensitive film by applying the photoresist composition on the etched layer;
(d) 상기 감광막을 선택노광하는 공정,(d) selectively exposing the photosensitive film;
(e) 상기 감광막의 노광된 부분에 실릴레이션막을 형성하는 공정,(e) forming a silylation film on the exposed portion of the photosensitive film,
(f) 상기 감광막을 O2플라즈마로 건식 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 공정, 및(f) dry developing the photosensitive film with O 2 plasma to form a photosensitive film pattern, and
(g) 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 하여 피식각층을 식각하여 피식각층 패턴을 형성하는 공정.(g) forming an etched layer pattern by etching the etched layer using the photoresist pattern as an etching mask.
본 발명에 따라 실릴레이션 공정을 이용한 감광막 패턴의 제조방법을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 감다.Referring to the drawings, a method of manufacturing a photosensitive film pattern using a silylation process according to the present invention is wound as follows.
도 1a 내지 1e에 도시된 바와 같이, 먼저 웨이퍼(11) 상부에 패턴을 형성하고자 하는 피식각층(13)을 형성하고, 상기 피식각층(13) 상부에 화학식 2의 실릴레이션용 공중합체 수지를 포함하는 감광막(15)를 형성한 후, 상기 감광막(15)을 노광마스크(17)를 사용하여 ArF 광원으로 선택 노광시킨 후 (도 1a 참조), 베이크 한다. 이때 상기 감광막(15)의 노광부는 산이 발생하고, 비노광부는 산이 발생하지 않는다. (도 1b 참조). 광산발생제는 황화염계 또는 오니움염계 화합물을 주로 사용하고, 바람직하게는 트리페닐설포늄 트리플레이트 또는 디부틸나프틸 설포늄 트리플레이트를 사용한다.As shown in FIGS. 1A to 1E, first, an
이어서, 실릴레이션 에이젼트로서 헥사메틸디실라잔 또는 테트라메틸디실라잔을 사용하여 상기 감광막(15)의 노광부분을 실릴레이션시켜 실릴레이션막(19)을 형성한다 (도 1c 참조).Subsequently, hexamethyldisilazane or tetramethyldisilazane is used as the silylation agent to silylate the exposed portion of the
그후, 상기 감광막(15)을 O2플라즈마를 이용한 건식현상(dry development) 공정으로 현상하면, 건식현상으로 인해 상시 감광막(15)의 노광부인 실릴레이션막(19)상에는 실리콘 산화막(21)이 형성되어 산소 플라즈마에 내성을 가지게 되고, 상기 감광막(15)의 비노광부는 제거되어 감광막 패턴이 형성된다 (도 1d 참조).Thereafter, when the
그후, 상기 감광막 패턴을 식각마스크를 사용하여 노출되어 있는피식각층(13)을 식각하여 피식각층 패턴을 형성한다(도 1e 참조).Thereafter, the etched
이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 기술적 범위가 이들로 제한되는 것으로 이해해서는 안된다.Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, it should not be understood that the technical scope of this invention is limited to these.
실시예 1: p-(t-부톡시카르복실레이트)페닐말레이미드(화학식3)의 합성Example 1 Synthesis of p- (t-butoxycarboxylate) phenylmaleimide (Formula 3)
[화학식 3][Formula 3]
아미노 페놀 54.5g을 정제된 디메틸포름 아마이드(DMF) 200g에 녹인 다음, 말레익 안하이드라이드 49g을 넣고 8 시간 교반시킨다. 반응완료후 아세틱 안하이드라이드 250g과 소듐 아세테이트 15g을 넣고 80 ℃에서 24 시간 반응시켜 이미드화시킨다. 이어서 부산물인 빙초산과 용매를 로타리 증류기로 제거하고, 물과 테트라하이드로푸란(THF)을 넣어준 후 분액 깔대기를 사용하여 유기층을 분리한다. 상기 유기층에 있는 생성물인 p-말레이미드 페닐아세테이트에 5wt% TMAH 수용액 100g을 넣고, 60℃에서 10 시간 반응시킨 다음 분리하여 p-말레이미드 페놀을 얻고, 상기 p-말레이이드 페놀 95g을 DMF 400g에 녹인 후, 디-t-부톡시 카보네이트 87g과 포타슘 t-부톡사이드 10g을 넣고 14 시간 교반시킨다. 반응 완료후 증류기로 용매를 제거하고, n-헥산과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 전개용매로 사용하여 p-(t-부톡시카르복실레이트)페닐 말레이미드(화학식 3) 86.9g을 얻었다. (수율 : 60%).54.5 g of amino phenol was dissolved in 200 g of purified dimethylformamide (DMF), and 49 g of maleic anhydride was added thereto and stirred for 8 hours. After completion of the reaction, acetic anhydride 250g and sodium acetate 15g were added and reacted at 80 ° C. for 24 hours for imidization. Next, by-product glacial acetic acid and the solvent are removed by rotary distillation, water and tetrahydrofuran (THF) are added thereto, and the organic layer is separated using a separatory funnel. 100 g of a 5 wt% aqueous TMAH solution was added to p-maleimide phenyl acetate, the product in the organic layer, and reacted at 60 ° C. for 10 hours, followed by separation to obtain p-maleimide phenol, and 95 g of the p-maleimide phenol to 400 g of DMF. After melting, 87 g of di-t-butoxy carbonate and 10 g of potassium t-butoxide were added thereto, followed by stirring for 14 hours. After completion of the reaction, the solvent was removed by a still, and 86.9 g of p- (t-butoxycarboxylate) phenyl maleimide (Formula 3) was obtained using a mixed solvent of n-hexane and ethyl acetate as a developing solvent. (Yield 60%).
실시예 2: 2-(t-부톡시카르복실레이트)에틸말레이미드(화학식 4)의 합성Example 2: Synthesis of 2- (t-butoxycarboxylate) ethylmaleimide (Formula 4)
[화학식 4][Formula 4]
에탄올아민 31g을 정제된 디메틸포름 아마이드 200g에 녹인 다음, 말레익 안하이드라이드 49g을 넣고 8 시간 교반시킨다. 반응완료후 아세틱 안하이드라이드 250g과 소듐 아세테이트 15g을 넣고 80 ℃에서 24 시간 반응시켜 이미드화시킨다. 이어서 부산물인 빙초산과 용매를 로타리 증류기로 제거하고, 물과 THF을 넣어준 후 분액 깔대기를 사용하여 유기층을 분리한다. 상기 유기층에 있는 생성물인 2-말레이미드에틸아세테이트에 5wt% TMAH 수용액 100 g을 넣고 60 ℃에서 10 시간 반응시킨 다음 분리하여 2-말레이미드 에탄올을 얻고, 상기 2-말레이미드 에탄올 70g을 DMF 400g에 녹여 디-t-부톡시 카보네이트 87g과 포타슘 t-부톡사이드 10g을 넣고 14 시간 교반시킨다. 반응 완료후 증류기로 용매를 제거하고, n-헥산과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 전개용매로 사용하여 2-(t-부톡시카르복실레이트)에틸 말레이미드(화학식 4) 77g을 얻었다 (수율: 64%).31 g of ethanolamine was dissolved in 200 g of purified dimethylformamide, and 49 g of maleic anhydride was added thereto, followed by stirring for 8 hours. After completion of the reaction, acetic anhydride 250g and sodium acetate 15g were added and reacted at 80 ° C. for 24 hours for imidization. Then, by-product glacial acetic acid and the solvent are removed by a rotary distiller, water and THF are added, and an organic funnel is separated using a separatory funnel. 100 g of 5 wt% TMAH aqueous solution was added to 2-maleimide ethyl acetate, which is a product in the organic layer, and reacted at 60 ° C. for 10 hours to separate 2-maleimide ethanol, and 70 g of 2-maleimide ethanol was added to 400 g of DMF. After melting, 87 g of di-t-butoxy carbonate and 10 g of potassium t-butoxide were added thereto, followed by stirring for 14 hours. After completion of the reaction, the solvent was removed by a distillation, and 77 g of 2- (t-butoxycarboxylate) ethyl maleimide (Formula 4) was obtained using a mixed solvent of n-hexane and ethyl acetate as a developing solvent (yield: 64 %).
실시예 3: 3-(t-부톡시카르복실레이트)프로필말레이미드(화학식 5)의 합성Example 3: Synthesis of 3- (t-butoxycarboxylate) propylmaleimide (Formula 5)
[화학식 5][Formula 5]
3-아미노프로판올 38g을 정제된 디메틸포름 아마이드(DMF) 200g에 녹인 다음, 말레익 안하이드라이드 49g을 넣고 8 시간 교반시킨다. 반응완료후 아세틱 안하이드라이드 250g과 소듐 아세테이트 15g을 넣고 80℃에서 24 시간 반응시켜 이미드화시킨다. 이어서 부산물인 빙초산과 용매를 로타리 증류기로 제거하고, 물과 THF을 넣어준 후 분액 깔대기를 사용하여 유기층을 분리한다. 상기 유기층에 있는 생성물인 3-말레이미드 프로필 아세테이트에 5wt% TMAH 수용액 100g을 넣고 60℃에서 10 시간 반응시킨 다음 분리하여 3-말레이미드-1-프로판올 얻고, 상기 3-말레이미드-1-프로판올 77g을 DMF 400g에 녹여 디-t-부톡시 카보네이트 87g과 포타슘 t-부톡사이드 10g을 넣고 14 시간 교반시킨다. 반응 완료후 증류기로 용매를 제거하고, n-헥산과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 전개용매로 사용하여 3-(t-부톡시카르복실레이트)프로필 말레이미드(화학식 5) 79g을 얻었다 (수율 : 62%).Dissolve 38 g of 3-aminopropanol in 200 g of purified dimethylformamide (DMF), add 49 g of maleic anhydride, and stir for 8 hours. After completion of the reaction, acetic anhydride 250g and sodium acetate 15g were added and reacted at 80 ° C for 24 hours for imidization. Then, by-product glacial acetic acid and the solvent are removed by a rotary distiller, water and THF are added, and an organic funnel is separated using a separatory funnel. 100 g of 5 wt% TMAH aqueous solution was added to 3-maleimide propyl acetate, which is the product in the organic layer, and reacted at 60 ° C. for 10 hours to separate 3-maleimide-1-propanol to obtain 3-maleimide-1-propanol. 77 g The mixture was dissolved in 400 g of DMF, 87 g of di-t-butoxy carbonate and 10 g of potassium t-butoxide were added thereto, followed by stirring for 14 hours. After completion of the reaction, the solvent was removed by a distiller, and 79 g of 3- (t-butoxycarboxylate) propyl maleimide (Formula 5) was obtained using a mixed solvent of n-hexane and ethyl acetate as a developing solvent (yield: 62 %).
하기 실시예 4 내지 6은 상기 실시예 1 내지 3에서 합성한 단량체를 이용하여 포토레지스트 공중합체를 얻는 방법이다. 이때 중합과정에서 첨가되는 단량체는 실시예 1 내지 3의 단량체 외에 기타 필요한 단량체들을 더 포함시켜 중합반응을 수행함으로써 포토레지스트 공중합체를 제조할 수 있다.Examples 4 to 6 below are methods for obtaining photoresist copolymers using the monomers synthesized in Examples 1 to 3. In this case, the monomer added in the polymerization process may further include a monomer required in addition to the monomers of Examples 1 to 3 to perform a polymerization reaction to prepare a photoresist copolymer.
실시예 4: 폴리[p-(t-부톡시카르복실레이트)페닐말레이미드]공중합체 수지 (화학식 6)의 합성Example 4: Synthesis of Poly [p- (t-butoxycarboxylate) phenylmaleimide] copolymer resin (Formula 6)
[화학식 6][Formula 6]
실시예 1에서 수득된 p-(t-부톡시카르복실레이트)페닐 말레이미드 50g을 DMF 용매에 녹인 후, 아조비스이소부티로니트릴 (AIBN) 1 g을 넣고 질소 또는 아르곤 분위기에서 67 ℃의 온도에서 10 시간 반응시킨다. 상기 반응으로 생성된 수지를 에틸에테르 또는 헥산으로 침전 건조시켜 폴리[p-(t-부톡시카르복실레이트)페닐 말레이미드] 공중합체 수지 (화학식 6) 35g을 얻었다 (수율: 70%).After dissolving 50 g of p- (t-butoxycarboxylate) phenyl maleimide obtained in Example 1 in a DMF solvent, 1 g of azobisisobutyronitrile (AIBN) was added thereto and a temperature of 67 ° C. in a nitrogen or argon atmosphere was used. The reaction is carried out for 10 hours. The resin produced by the reaction was precipitated and dried with ethyl ether or hexane to obtain 35 g of a poly [p- (t-butoxycarboxylate) phenyl maleimide] copolymer resin (Formula 6) (yield: 70%).
실시예 5: 폴리[2-(t-부톡시카르복실레이트)에틸말레이미드]공중합체 수지 (화학식 7)의 합성Example 5: Synthesis of Poly [2- (t-butoxycarboxylate) ethylmaleimide] copolymer resin (Formula 7)
[화학식 7][Formula 7]
실시예 2에서 수득된 2-(t-부톡시카르복실레이트)에틸 말레이미드 50g을 DMF 용매에 녹인 후, 실시예 4와 동일한 절차를 수행하여 폴리[2-(t-부톡시카르복실레이트)에틸 말레이미드] 공중합체 수지 (화학식 7) 36g을 얻었다 (수율: 72%).After dissolving 50 g of 2- (t-butoxycarboxylate) ethyl maleimide obtained in Example 2 in DMF solvent, the same procedure as in Example 4 was carried out to give poly [2- (t-butoxycarboxylate) Ethyl maleimide] 36 g of a copolymer resin (Formula 7) was obtained (yield: 72%).
실시예 6: 폴리[3-(t-부톡시카르복실레이트)프로필말레이미드]공중합체 수지 (화학식 8)의 합성Example 6: Synthesis of Poly [3- (t-butoxycarboxylate) propylmaleimide] copolymer resin (Formula 8)
[화학식 8][Formula 8]
실시예 3에서 수득된 3-(t-부톡시카르복실레이트)프로필 말레이미드 50g을DMF 용매에 녹인 후, 실시예 4와 동일한 절차를 수행하여 폴리[3-(t-부톡시카르복실레이트)프로필 말레이미드]공중합체 수지(화학식 8) 35g을 얻었다 (수율: 69%).After dissolving 50 g of 3- (t-butoxycarboxylate) propyl maleimide obtained in Example 3 in DMF solvent, the same procedure as in Example 4 was carried out to obtain poly [3- (t-butoxycarboxylate) 35 g of propyl maleimide] copolymer resin (Formula 8) was obtained (yield: 69%).
실시예 7 : 감광막 패턴의 제조Example 7 Preparation of Photosensitive Film Pattern
실시예 4 내지 6 에서 수득한 3종류 공중합체 수지 각각의 10g씩을 40g의 메틸 3-메톡시 프로피오네이트 용매에 각각 녹인후, 광산발생제로서 트리페닐설포늄 트리플레이트 또는 디부틸나프틸 설포늄 트리플레이트 0.2∼1g을 넣고 교반시킨 다음, 0.10 ㎛ 필터로 여과시켜 3종류의 포토레지스트 조성물을 얻는다.10 g of each of the three copolymer resins obtained in Examples 4 to 6 was dissolved in 40 g of methyl 3-methoxy propionate solvent, and then triphenylsulfonium triflate or dibutylnaphthyl sulfonium was used as a photoacid generator. 0.2-1 g of triflate was added and stirred, followed by filtration with a 0.10 µm filter to obtain three types of photoresist compositions.
이어서, 웨이퍼 상부에 패턴 형성을 위한 피식각층을 형성하고, 그 표면에 헥사메틸디실라잔(HMDS)을 분사하는 전처리 공정을 수행한다. 여기서, 상기 공정은 고온의 베이크 공정을 통한 건조(dehydration) 공정으로도 가능하지만, 처리효과를 극대화시키기 위하여 HMDS를 이용하여 피식각층 표면에 Si-O-H 형태의 친수성(hydrophilic) 상태를 소수성(hydrophobic) 상태로 바꿔서, 피식각층 표면과 감광막과의 접착력을 향상시키며 감광막 코팅 불량을 방지할 수 있다.Subsequently, an etching target layer is formed on the wafer, and a pretreatment step of spraying hexamethyldisilazane (HMDS) on the surface thereof is performed. Here, the process may be a dehydration process through a high temperature bake process, but in order to maximize the treatment effect, the hydrophilic state of the Si-OH type hydrophilic state is hydrophobic on the surface of the etching layer using HMDS. By changing to a state, it is possible to improve the adhesion between the surface of the etched layer and the photoresist film and to prevent the photoresist coating defect.
그후, 상기 피식각층 상부에 상기에서 얻은 포토레지스트 조성물 중 하나를 스핀 도포하여 감광막을 형성한다. 이때, 상기 감광막은 수지가 이미드를 포함하고 있어 후속공정인 노광 및 베이크 공정에서 견딜 수 있도록 내열성을 가지며, 화학증폭형 감광막을 사용하므로 0.1∼10mJ/cm2정도의 적은 양의 에너지에서도 해상이 가능하다.Thereafter, one of the photoresist compositions obtained above is spin coated on the etched layer to form a photosensitive film. In this case, the photosensitive resin is already because it contains a de has a heat resistance to withstand the exposure and the baking step in a subsequent process, using a chemically amplified photoresist layer, so the resolution in a small amount of energy of about 0.1~10mJ / cm 2 It is possible.
그다음 상기 감광막은 노광마스크를 사용하여 노광한다. 이때, 상기 노광공정은 ArF, KrF, E-beam 또는 X선을 사용하여 실시한다.The photoresist film is then exposed using an exposure mask. In this case, the exposure process is performed using ArF, KrF, E-beam or X-rays.
그후, 상기 감광막을 베이크하고, 실릴레이션 에이젼트로서 헥사메틸디실라잔 또는 테트라메틸디실라잔을 사용하여 상기 감광막의 노광부를 실릴레이션시켜 실릴레이션막을 형성한다. 상기 실릴레이션 에이젼트의 N-Si 결합은 수지의 R-O-H 와 반응하여 R-O-Si 결합을 형성한다.Thereafter, the photosensitive film is baked, and the exposed portion of the photosensitive film is silylated using hexamethyldisilazane or tetramethyldisilazane as a silylation agent to form a silicide film. The N-Si bond of the silylation agent reacts with R-O-H of the resin to form an R-O-Si bond.
그 다음 상기 감광막을 O2플라즈마를 이용한 건식현상 공정으로 현상하면, 실릴레이션막 상에는 실리콘 산화막이 형성되어 산소 플라즈마에 내성을 가지며 나머지 부분은 제거되어 감광막 패턴이 형성되고, 그후에, 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 사용하여 노출되어 있는 상기 피식각층을 식각하여 피식각층 패턴을 형성한다.Then, when the photoresist film is developed by a dry development process using an O 2 plasma, a silicon oxide film is formed on the silicide film, which is resistant to oxygen plasma, and the remaining part is removed to form a photoresist pattern. Then, the photoresist pattern is etched. The exposed etching target layer is etched using a mask to form an etching target layer pattern.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 ArF 광원을 이용한 미세패턴 형성시 피식각층 상부에 내열성이 강한 이미드를 포함하고, 적은 양의 에너지에서도 해상이 가능한 화학증폭형 감광막을 도포하고, O2플라즈마를 이용한 실릴레이션 공정으로 실리콘 산화막을 형성시킨 후 건식현상법으로 미세패턴을 형성함으로써 습식현상시 발생하는 감광막의 거칠어짐을 방지하고, 적은 양의 에너지에서도 해상이 가능하게 한다. 따라서 본 발명에 따른 포토레지스트 공중합체 의한 감광막을 이용하면 반도체 소자의 고집적화가 가능하다.As described above, the present invention includes a chemically-amplified photosensitive film containing imide with high heat resistance on the etched layer when forming a micro pattern using an ArF light source, and capable of resolving even at a small amount of energy, and applying O 2 plasma. After forming the silicon oxide film by the silylation process, a fine pattern is formed by the dry development method to prevent roughening of the photoresist film generated during the wet development, and to enable resolution at a small amount of energy. Therefore, the use of the photoresist film of the photoresist copolymer according to the present invention enables high integration of semiconductor devices.
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