KR100638957B1 - Photoresist Polymer and Photoresist Composition Containing it - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포토레지스트 중합체 및 포토레지스트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게 포토레지스트 단량체로 사용되는 하기 화학식 1의 화합물과, 이를 포함하는 포토레지스트 중합체 및 이 중합체를 함유하는 본 발명의 포토레지스트 조성물은 193㎚ 및 157㎚ 파장에서 투과율, 에칭 내성, 내열성, 접착성 및 낮은 광흡수도를 가지며, 현상액에 대한 친화도가 높기 때문에, LER(line edge roughness)를 개선시킬 수 있다.The present invention relates to a photoresist polymer and a photoresist composition, and more particularly, to a compound of formula 1 used as a photoresist monomer, a photoresist polymer comprising the same, and a photoresist composition of the present invention containing the polymer. Since the film has transmittance, etching resistance, heat resistance, adhesion, and low light absorption at wavelengths of nm and 157 nm, and has high affinity for a developer, line edge roughness (LER) can be improved.
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서, Where
R, R', R'', R1, R2, R3, R4, R5 및 m은 명세서에 정의한 바와 같다.R, R ', R'', R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and m are as defined in the specification.
Description
도 1은 실시예 13에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진. 1 is a photoresist pattern photo formed by Example 13. FIG.
도 2는 실시예 14에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진. 2 is a photoresist pattern photo formed by Example 14.
도 3은 실시예 15에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진. 3 is a photoresist pattern photo formed by Example 15.
도 4는 실시예 16에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진. 4 is a photoresist pattern photo formed by Example 16.
도 5는 실시예 17에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진. 5 is a photoresist pattern photo formed by Example 17. FIG.
도 6은 실시예 18에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진.6 is a photoresist pattern photo formed by Example 18. FIG.
본 발명은 포토레지스트 중합체 및 포토레지스트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게 포토레지스트 단량체로 사용되는 하기 화학식 1의 화합물과, 이를 포함하는 포토레지스트 중합체 및 이 중합체를 함유하는 본 발명의 포토레지스트 조성물은 1938㎚ 및 157㎚ 파장에서 투과율, 에칭 내성, 내열성 및 접착성이 우수하고, 낮은 광흡수도를 가지며, 현상액에 대한 친화도가 높기 때문에, LER(line edge roughness)를 개선시킬 수 있다.The present invention relates to a photoresist polymer and a photoresist composition, and more particularly, to a compound of formula 1 used as a photoresist monomer, a photoresist polymer comprising the same, and a photoresist composition of the present invention containing the polymer is 1938. It is possible to improve line edge roughness (LER) because of excellent transmittance, etching resistance, heat resistance and adhesion at wavelengths of nm and 157 nm, low light absorption, and high affinity for a developer.
일반적으로, ArF 및 VUV(vacuum ultraviolet)용 포토레지스트로 이용되기 위해서는 193nm 및 157nm 파장에서 광 흡수도가 낮아야 하고, 에칭 내성과 기판에 대한 접착성이 우수하여야 하며, 2.38wt% 및 2.6wt%의 테트라메틸 암모늄히드록사이드(TMAH) 수용액으로 현상이 가능해야 하는 등의 많은 요건을 충족시켜야 한다. In general, in order to be used as photoresist for ArF and vacuum ultraviolet light (VUV), the light absorption at the wavelength of 193nm and 157nm should be low, the etching resistance and the adhesion to the substrate should be excellent, and the 2.38wt% and 2.6wt% Many requirements must be met, such as developing with an aqueous tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH) solution.
현재까지의 주된 연구 방향은 248nm 및 193nm에서 높은 투명성이 있으면서, 에칭 내성이 노볼락 수지와 같은 수준의 수지를 탐색하는 것이다.The main research direction to date has been to search for resins with high transparency at 248 nm and 193 nm with the same etching resistance as novolak resin.
그러나 대부분의 이들 레지스트들은 소자의 회로가 점점 미세화 되면서 레지스트 두께도 낮아짐에 따라, 패턴의 LER를 개선하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 157nm의 파장 영역에서 강한 흡광도를 보이므로 157nm용 레지스트로는 부적합하다.However, most of these resists are not suitable as resists for 157nm, as the circuit of the device becomes smaller and the thickness of the resist becomes lower, which makes it difficult to improve the LER of the pattern and also shows strong absorbance in the wavelength region of 157nm.
상기와 같은 문제점을 보완하기 위하여, 불소(fluorine)를 포함하는 폴리에틸렌 및 폴리아크릴레이트계 수지가 이용되었으나, 상기 불소를 포함하는 폴리에틸렌 및 폴리아크릴레이트계 수지의 경우 에칭내성이 약하고, 실리콘 기판에 대한 접착력이 크게 떨어지는 단점이 있다.In order to solve the above problems, polyethylene and polyacrylate-based resins containing fluorine have been used, but polyethylene and polyacrylate-based resins containing fluorine have weak etching resistance and There is a disadvantage that the adhesion is greatly reduced.
또한, 상기 폴리에틸렌 및 폴리아크릴레이트계 수지의 경우 대량 생산이 어렵고 가격이 높아서 상업용으로 사용되기에는 적합하지 않을 뿐만 아니라. 기존의 화학증폭형 포토레지스트를 이용한 패턴 형성 공정의 경우 노광 후, 베이킹(baking) 공정 시에 산에 민감한 보호기가 끊어지면서 유리되어 가스가 배출되는 탈가스 반응(outgassing)이 발생되어 렌즈가 손상된다.In addition, the polyethylene and polyacrylate-based resins are not suitable for commercial use due to the difficulty in mass production and high price. In case of the pattern forming process using the conventional chemically amplified photoresist, after exposure, the acid-sensitive protecting group is broken during the baking process, the glass is released, and the outgassing of the gas is generated, which damages the lens. .
본 발명은 LER이 개선된 패턴을 얻기 위하여 투과율, 에칭 내성, 내열성, 접 착성 및 낮은 광흡수도를 가지며, 157nm 파장에서 낮은 광흡수도를 가지는 포토레지스트용 중합체 및 상기 중합체를 함유한 포토레지스트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is a polymer for photoresist having a transmittance, etching resistance, heat resistance, adhesion and low light absorbance, and low light absorbance at a wavelength of 157 nm in order to obtain an improved pattern of LER and a photoresist composition containing the polymer. The purpose is to provide.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 포토레지스트 단량체로 사용되는 설톤(sultone)계 화합물, 상기 화합물을 포함하는 포토레지스트 중합체, 상기 중합체를 포함하는 조성물 및 이를 이용한 포토레지스트 패턴 형성 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a sultone compound used as a photoresist monomer, a photoresist polymer including the compound, a composition containing the polymer, and a method of forming a photoresist pattern using the same.
이하 본 발명에서는In the present invention below
포토레지스트 단량체로 사용되는 하기 화학식 1의 화합물을 제조한다.To prepare a compound of formula 1 used as a photoresist monomer.
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서, Where
R은 CH2, CHCH2 또는 C(CH2)2이고, R is CH 2 , CHCH 2 or C (CH 2 ) 2 ,
R' 및 R''는 H 또는 CH3이며,R 'and R''are H or CH 3 ,
R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 H, F, C1∼C 20의 알킬, C1∼C20의 퍼플루오로알킬, 에테르 그룹(-O-)을 포함하는 C1∼C20의 알킬, 에테르 그룹(-O-)을 포함하는 C1 ∼C20의 퍼플루오로알킬, 부분적으로 F가 치환된 C1∼C20의 알킬 또는 에테르 그룹을 포함하면서 부분적으로 F가 치환된 C1∼C20의 알킬이고,R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are each H, F, C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 perfluoroalkyl, ether containing ether group (-O-) 1, containing the ~C 20 alkyl, an ether group (-O-) C 1 ~C 20 alkyl, perfluoroalkyl, containing a part of the alkyl ether or F-substituted C 1 ~C 20 group in part F Is substituted C 1 -C 20 alkyl,
m은 0 내지 3의 정수이다.m is an integer of 0-3.
이때, 상기 화학식 1의 화합물은 Tetrahedron. Vol.33, pp 1113~1118 (1977) 및 J. Am. Chem. SOC.82, 6181 (1960)의 방법에 의해 합성될 수 있다. In this case, the compound of Formula 1 is Tetrahedron. 33, pp 1113-1118 (1977) and J. Am. Chem. Synthesis by the method of SOC. 82, 6181 (1960).
상기 본 발명의 포토레지스트 단량체로 사용되는 화학식 1의 화합물의 바람직한 예는 하기와 같다. 즉, 상기 m이 0인 경우 상기 화합물은 하기 화학식 1a 내지 1f인 것이 바람직하다.Preferred examples of the compound of formula 1 used as the photoresist monomer of the present invention are as follows. That is, when m is 0, the compound is preferably the following Formulas 1a to 1f.
[화학식 1a][Formula 1a]
[화학식 1b][Formula 1b]
[화학식 1c][Formula 1c]
[화학식 1d][Formula 1d]
[화학식 1e][Formula 1e]
[화학식 1f][Formula 1f]
또한, 상기 R이 CH2이고, m이 1인 경우 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 1g 내지 1l인 것이 바람직하다.In addition, when R is CH 2 and m is 1, the compound of Formula 1 is preferably 1g to 1l.
[화학식 1g][Formula 1g]
[화학식 1h][Formula 1h]
[화학식 1i]Formula 1i]
[화학식 1j][Formula 1j]
[화학식 1k][Formula 1k]
[화학식 1l][Formula 1l]
또한, 본 발명에서는 하기 화학식 2의 중합반복단위를 포함하는 중합체를 제조한다.In addition, the present invention prepares a polymer comprising a polymerization repeating unit of the formula (2).
[화학식 2][Formula 2]
상기 식에서, Where
R은 CH2, CHCH2 또는 C(CH2)2이고, R is CH 2 , CHCH 2 or C (CH 2 ) 2 ,
R' 및 R''는 H 또는 CH3이며,R 'and R''are H or CH 3 ,
R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 H, F, C1∼C 20의 알킬, C1∼C20의 퍼플루오로알킬, 에테르 그룹(-O-)을 포함하는 C1∼C20의 알킬, 에테르 그룹(-O-)을 포함하는 C1 ∼C20의 퍼플루오로알킬, 부분적으로 F가 치환된 C1∼C20의 알킬 또는 에테르 그룹을 포함하면서 부분적으로 F가 치환된 C1∼C20의 알킬이고,R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are each H, F, C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 perfluoroalkyl, ether containing ether group (-O-) 1, containing the ~C 20 alkyl, an ether group (-O-) C 1 ~C 20 alkyl, perfluoroalkyl, containing a part of the alkyl ether or F-substituted C 1 ~C 20 group in part F Is substituted C 1 -C 20 alkyl,
m은 0 내지 3의 정수이며, n은 10∼150의 정수이다.m is an integer of 0-3, n is an integer of 10-150.
이와 같이, 상기 본 발명의 중합체는 설톤을 포함하고 있으므로, 실리콘 기판에 대한 접착력이 높고, 193nm 및 157nm 파장에서 낮은 흡수도를 가질 뿐만 아니라, 베이킹(baking) 공정 시에 노광 시 발생된 산에 의해 하기 식 1과 같은 메커니즘이 발생되므로, 종래 화학증폭형 레지스트의 문제점과 같은 탈가스 반응은 발생되지 않아 렌즈의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 이러한 메커니즘에 의해 생성된 황산(sulfonic acid)을 포함하는 노광 부위의 생성물은 현상액에 용이하게 용해되므로, 패턴의 LER(line edge roughness)을 개선시킬 수 있다.Thus, since the polymer of the present invention contains sultone, it has a high adhesion to the silicon substrate, has a low absorbance at wavelengths of 193 nm and 157 nm, and is also caused by an acid generated during exposure during the baking process. Since a mechanism such as the following Equation 1 is generated, a degassing reaction such as a problem of the conventional chemically amplified resist does not occur and damage to the lens can be prevented. In addition, since the product of the exposed portion including sulfuric acid produced by this mechanism is easily dissolved in the developer, the line edge roughness (LER) of the pattern can be improved.
[반응식 1]Scheme 1
상기 화학식 2의 중합반복단위의 바람직한 예는 하기 화학식 2a 내지 2l과 같다. Preferred examples of the polymerization repeating unit of Chemical Formula 2 are as shown in Chemical Formulas 2a to 2l.
[화학식 2a][Formula 2a]
[화학식 2b][Formula 2b]
[화학식 2c][Formula 2c]
[화학식 2d][Formula 2d]
[화학식 2e][Formula 2e]
[화학식 2f][Formula 2f]
[화학식 2g][Formula 2g]
[화학식 2h][Formula 2h]
[화학식 2i][Formula 2i]
[화학식 2j][Formula 2j]
[화학식 2k][Formula 2k]
[화학식 2l][Formula 2l]
상기 식 2a 내지 2l에서, In the formula 2a to 2l,
n은 10∼150의 정수이다.n is an integer of 10-150.
또한, 본 발명에서는In the present invention,
(a) 하기 화학식 3과 화학식 4의 화합물을 염 존재 하에서 반응시켜 상기 화학식 1의 화합물을 얻는 단계; 및(a) reacting a compound of formula 3 with a compound of formula 4 in the presence of a salt to obtain a compound of formula 1; And
(b) 상기 화학식 1의 화합물을 중합개시제의 존재 하에서 중합시켜 상기 화학식 2의 중합체를 제조한다.(b) polymerizing the compound of Chemical Formula 1 in the presence of a polymerization initiator to prepare a polymer of
[화학식 3][Formula 3]
[화학식 4][Formula 4]
상기 화학식 3 및 4에서, In Chemical Formulas 3 and 4,
R은 CH2, CHCH2 또는 C(CH2)2이고, R is CH 2 , CHCH 2 or C (CH 2 ) 2 ,
R' 및 R''는 H 또는 CH3이며,R 'and R''are H or CH 3 ,
R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 H, F, C1∼C 20의 알킬, C1∼C20의 퍼플루오로알킬, 에테르 그룹(-O-)을 포함하는 C1∼C20의 알킬, 에테르 그룹(-O-)을 포함하는 C1 ∼C20 의 퍼플루오로알킬, 부분적으로 F가 치환된 C1∼C20의 알킬 또는 에테르 그룹을 포함하면서 부분적으로 F가 치환된 C1∼C20의 알킬이고,R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are each H, F, C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 perfluoroalkyl, ether containing ether group (-O-) 1, containing the ~C 20 alkyl, an ether group (-O-) C 1 ~C 20 alkyl, perfluoroalkyl, containing a part of the alkyl ether or F-substituted C 1 ~C 20 group in part F Is substituted C 1 -C 20 alkyl,
X는 F, Cl 또는 Br이며,X is F, Cl or Br,
m은 0 내지 3의 정수이다.m is an integer of 0-3.
상기 중합 반응은 라디칼 중합으로 벌크중합 또는 용액중합 등으로 수행되며, WO 96/37526 (1996.11.28)에 개시된 바와 같이 금속 촉매를 사용하여 형성할 수도 있다. The polymerization reaction is carried out by radical polymerization, bulk polymerization or solution polymerization, or the like, and may be formed using a metal catalyst as disclosed in WO 96/37526 (Nov. 28, 1996).
상기 (a) 단계의 염은 소듐 하이드라이드(NaH), 부틸 리튬(n-BuLi), 리튬 디아이소프로필아민(Lithium diisopropylamine;LDA) 및 리튬 하이드라이드(LiH) 중에서 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하다.The salt of step (a) is preferably selected from sodium hydride (NaH), butyl lithium (n-BuLi), lithium diisopropylamine (LDA) and lithium hydride (LiH).
상기 (b) 단계의 중합은 용액 중합으로, 사이클로헥사논, 사이클로펜타논, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 메틸에틸케톤, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 단독용매 또는 혼합용매를 사용한다.The polymerization of step (b) is solution polymerization, selected from the group consisting of cyclohexanone, cyclopentanone, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, dioxane, methylethylketone, benzene, toluene and xylene A single solvent or a mixed solvent is used.
또한, 상기 (b) 단계의 중합개시제는 벤조일퍼옥사이드, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 (AIBN), 아세틸퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, t-부틸퍼아세테이트, t-부틸하이드로퍼옥사이드 및 디-t-부틸퍼옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the polymerization initiator of step (b) is benzoyl peroxide, 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN), acetyl peroxide, lauryl peroxide, t- butyl per acetate, t- butyl hydroper Preference is given to using those selected from the group consisting of oxides and di-t-butylperoxides.
상기 방법으로 제조된 중합체는 디에틸에테르, 석유에테르(petroleum ether), 메탄올, 에탄올 또는 이소프로판올을 포함하는 저급 알코올 또는 물을 단독 또는 혼합 용매로 사용하여 결정 정제하는 것이 바람직하다.The polymer prepared by the above method is preferably crystallized using a lower alcohol or water containing diethyl ether, petroleum ether, methanol, ethanol or isopropanol alone or as a mixed solvent.
또한, 본 발명에서는 상기 중합체와, 광산발생제 및 유기용매를 포함하여 포토레지스트 조성물을 제조한다. 이때, 상기 조성물은 비닐렌계 또는 아크릴계 중합체를 더 포함할 수 있다.In the present invention, a photoresist composition is prepared by including the polymer, a photoacid generator, and an organic solvent. In this case, the composition may further include a vinylene-based or acrylic polymer.
상기 광산발생제는 빛에 의해 산을 발생할 수 있는 화합물이면 무엇이든 사용가능하며, US 5,212,043 (1993. 5. 18), WO 97/33198 (1997. 9. 12), WO 96/37526 (1996. 11. 28), EP 0794458 (1997. 9. 10), EP 0789278 (1997. 8. 13), US 5,750,680 (1998. 5. 12), US 6,051,678 (2000. 4. 18), GB 2,345,286 A (2000. 7. 5), US 6,132,926 (2000. 10. 17), US 6,143,463 (2000. 11. 7), US 6,150,069 (2000. 11. 21), US 6.180.316 B1 (2001. 1. 30), US 6,225,020 B1 (2001. 5. 1), US 6,235,448 B1 (2001. 5. 22) 및 US 6,235,447 B1 (2001. 5. 22)등에 개시된 것을 포함하고, 주로 황화염계 또는 오니움염계 화합물을 사용한다. 특히, 157nm 및 193nm에서 흡광도가 적은 프탈이미도트리플루오로메탄술포네이트 (phthalimidotrifluoromethane sulfonate), 디니트로벤질토실레이트 (dinitrobenzyltosylate), n-데실디술폰 (n-decyl disulfone) 및 나프틸이미도트리플루오로메탄술포네이트 (naphthylimido trifluoromethane sulfonate)로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하고, 이와 함께, 디페닐요도염 헥사플루오로포스페이트, 디페닐요도염 헥사플루오로 아르세네이트, 디페닐요도염 헥사플루오로 안티모네이트, 디페닐파라메톡시페닐설포늄 트리플레이트, 디페닐파라톨 루에닐설포늄 트리플레이트, 디페닐파라이소부틸페닐설포늄 트리플레이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오로 아르세네이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오로 안티모네이트, 트리페닐설포늄 트리플레이트 및 디부틸나프틸설포늄 트리플레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 광산발생제를 겸용할 수 있으며, 상기 포토레지스트 중합체에 대해 0.05 내지 10wt%의 비율로 사용되는 것이 바람직하다. 광산발생제가 0.05wt% 이하의 양으로 사용될 때에는 포토레지스트의 광에 대한 민감도가 취약하게 되고 10wt% 이상 사용될 때에는 광산발생제가 원자외선을 많이 흡수하고 산이 다량 발생되어 단면이 좋지 않은 패턴을 얻게 된다The photoacid generator may be used as long as the compound can generate an acid by light, US 5,212,043 (May 18, 1993), WO 97/33198 (September 12, 1997), WO 96/37526 (1996. 11.28), EP 0794458 (September 10, 1997), EP 0789278 (August 13, 1997), US 5,750,680 (May 12, 1998), US 6,051,678 (April 18, 2000), GB 2,345,286 A (2000) 7. 5), US 6,132,926 (October 17, 2000), US 6,143,463 (11/7/2000), US 6,150,069 (11/21/2000), US 6.180.316 B1 (January 30, 2001), US 6,225,020 B1 (May 1, 2001), US 6,235,448 B1 (May 22, 2001), and US 6,235,447 B1 (May 22, 2001) and the like, and mainly sulfur-based or onium salt-based compounds are used. In particular, low absorbance phthalimidotrifluoromethane sulfonate, dinitrobenzyltosylate, n-decyl disulfone and naphthylimidotrifluoromethane at 157 nm and 193 nm Preference is given to using those selected from the group consisting of naphthylimido trifluoromethane sulfonate, together with diphenylurodoxyl hexafluorophosphate, diphenylurodoxyl hexafluoro arsenate, diphenylurodoxyl hexafluoro antimonate, Diphenylparamethoxyphenylsulfonium triflate, diphenylparatol ruenylsulfonium triflate, diphenylparaisobutylphenylsulfonium triflate, triphenylsulfonium hexafluoro arsenate, triphenylsulfonium hexafluor Rho antimonate, triphenylsulfonium triflate and dibutylnaphthylsulfonium It can also be used for the photo acid generator selected from the group consisting of a plate, is preferably used in a ratio of 0.05 to 10wt% with respect to the photoresist polymer. When the photoacid generator is used in an amount of 0.05wt% or less, the sensitivity of the photoresist to light is weak. When the photoacid generator is used at 10wt% or more, the photoacid generator absorbs a lot of ultraviolet rays and generates a large amount of acid, thereby obtaining a pattern having a bad cross section.
또한, 상기 유기용매는 무엇이든 사용가능하며, US 5,212,043 (1993. 5. 18), WO 97/33198 (1997. 9. 12), WO 96/37526 (1996. 11. 28), EP 0 794 458 (1997. 9. 10) EP 0 789 278 (1997. 8. 13), US 5,750,680 (1998. 5. 12), US 6,051,678 (2000. 4. 18), GB 2,345,286 A (2000. 7. 5), US 6,132,926 (2000. 10. 17), US 6,143,463 (2000. 11. 7), US 6,150,069 (2000. 11. 21), US 6.180.316 B1 (2001. 1. 30), US 6,225,020 B1 (2001. 5. 1), US 6,235,448 B1 (2001. 5. 22) 및 US 6,235,447 B1 (2001. 5. 22) 등에 개시된 것을 포함하고, 바람직하게는 디에틸렌글리콜디에틸에테르 (diethylene glycol diethyl ether), 메틸 3-메톡시프로피오네이트 (methyl 3-methoxypropionate), 에틸 3-에톡시프로피오네이트, 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트, 사이클로헥사논 (cyclohexanon), 2-헵타논 (n-heptanone) 또는 에틸 락테이트등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 포토레지스트 중합체에 대해 500 내지 2000wt% 비율로 사용되는데, 이는 원하는 두께의 포토레지스트 막을 얻기 위한 것인데, 예를 들면, 포토레지스트 중합체에 대해 유기용매가 1000wt% 사용될 때의 포토레지스트 두께는 약 0.25㎛ 이다.In addition, the organic solvent can be used in any one, US 5,212,043 (May 18, 1993), WO 97/33198 (September 12, 1997), WO 96/37526 (Nov. 28, 1996), EP 0 794 458 (October 10, 1997) EP 0 789 278 (August 13, 1997), US 5,750,680 (May 12, 1998), US 6,051,678 (April 18, 2000), GB 2,345,286 A (2000. 7. 5), US 6,132,926 (October 17, 2000), US 6,143,463 (11/7/2000), US 6,150,069 (11/21/2000), US 6.180.316 B1 (January 30, 2001), US 6,225,020 B1 (2001. 5) 1), US 6,235,448 B1 (May 22, 2001) and US 6,235,447 B1 (May 22, 2001) and the like, preferably diethylene glycol diethyl ether, methyl 3- Methoxy propionate (methyl 3-methoxypropionate), ethyl 3-ethoxypropionate, propylene glycol methyl ether acetate, cyclohexanon (cyclohexanon), 2-heptanone (n-heptanone) or ethyl lactate alone Can be used in combination or in combination with It is used in a ratio of 2000 wt% to obtain a photoresist film having a desired thickness, for example, the thickness of the photoresist when the organic solvent is used is 1000wt% with respect to the photoresist polymer.
본 발명에서는 또한 하기와 같은 단계로 이루어지는 포토레지스트 패턴 형성방법을 제공한다 :The present invention also provides a method of forming a photoresist pattern consisting of the following steps:
(a) 전술한 본 발명의 포토레지스트 조성물을 피식각층 상부에 도포하여 포토레지스트 막을 형성하는 단계;(a) applying the above-described photoresist composition of the present invention on the etched layer to form a photoresist film;
(b) 상기 포토레지스트 막을 노광하는 단계; (b) exposing the photoresist film;
(c) 상기 노광 된 포토레지스트 막을 베이크하는 단계; 및(c) baking the exposed photoresist film; And
(d) 상기 결과물을 현상하여 원하는 패턴을 얻는 단계.(d) developing the resultant to obtain a desired pattern.
상기 과정에서, 노광 전에 베이크 공정을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이러한 베이크 공정은 70 내지 200℃에서 수행된다.In the above process, it may further comprise the step of performing a baking process before exposure, this baking process is carried out at 70 to 200 ℃.
상기 노광 공정은 Ar뿐만 아니라, KrF, EUV(Extreme Ultra Violet), VUV (Vacuum Ultra Violet), E-빔, X-선 또는 이온빔을 이용하고, 1 내지 100mJ/cm2의 노광에너지로 수행되는 것이 바람직하다.The exposure process is performed using an exposure energy of 1 to 100 mJ / cm 2 using Ar, as well as KrF, Extreme Ultra Violet (EUV), Vacuum Ultra Violet (VUV), E-beam, X-ray or ion beam. desirable.
한편, 상기 (d) 단계의 현상은 알칼리 현상액, 예를 들면 0.01 내지 5wt%의 TMAH 수용액을 이용하여 수행하는 것이 바람직하다.On the other hand, the development of step (d) is preferably carried out using an alkaline developer, for example 0.01 to 5wt% TMAH aqueous solution.
본 발명에서는 또한 전술한 패턴 형성방법을 이용하여 제조된 반도체 소자를 제공한다.The present invention also provides a semiconductor device manufactured using the pattern formation method described above.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 단 실시예는 발명을 예 시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples. However, the examples are only to illustrate the invention and the present invention is not limited by the following examples.
I. 포토레지스트 단량체의 제조 I. Preparation of Photoresist Monomer
실시예 1. 화학식 1b의 합성Example 1 Synthesis of Formula 1b
2,3,3-트리메틸-1,3-프로판 설톤 (2,3,3-trimethyl-1,3-propane sultone) (0.1M)을 질소 분위기 하에서 무수 테트라하이드로퓨란에 녹인 후, NaH(0.1M)를 첨가하였다. 그리고, 10분 동안 교반한 다음, 비닐 브로마이드(vinyl bromide)(0.11M)를 첨가하고, 온도를 상온으로 가하여 주면서 3시간 동안 더 반응하였다. 반응 종결 후, 반응 혼합물을 여과하여 NaBr을 제거한 다음, 디메틸에테르/펜탄(dimethyl ether/pentane) 혼합 용액에서 결정화시켜 순수한 화학식 1b의 화합물을 얻었다(92%). 2,3,3-trimethyl-1,3-propane sultone (0.1 M) was dissolved in anhydrous tetrahydrofuran under a nitrogen atmosphere, followed by NaH (0.1 M). ) Was added. Then, after stirring for 10 minutes, vinyl bromide (vinyl bromide) (0.11M) was added, and further reacted for 3 hours while adding the temperature to room temperature. After completion of the reaction, the reaction mixture was filtered to remove NaBr, and then crystallized in a dimethyl ether / pentane mixed solution to obtain a pure compound of formula 1b (92%).
실시예 2. 화학식 1c의 합성Example 2. Synthesis of Formula 1c
상기 실시예 1의 2,3,3-트리메틸-1,3-프로판 설톤 대신 2,2,3,3-테트라메틸-1,3-프로판 설톤을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 합성하여 화학식 1c의 화합물을 얻었다(96%).Same as Example 1 except that 2,2,3,3-tetramethyl-1,3-propane sultone is used instead of 2,3,3-trimethyl-1,3-propane sultone of Example 1 Synthesis was carried out to give a compound of formula 1c (96%).
실시예 3. 화학식 1e의 합성Example 3. Synthesis of Formula 1e
상기 실시예 1의 2,3,3-트리메틸-1,3-프로판 설톤 대신 1,2,3,3-테트라메틸-1,3-프로판 설톤을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 합성하여 화학식 1e의 화합물을 얻었다(92%).Example 1, except that 1,2,3,3-tetramethyl-1,3-propane sultone is used instead of 2,3,3-trimethyl-1,3-propane sultone of Example 1 Synthesis was carried out to give a compound of formula 1e (92%).
실시예 4. 화학식 1h의 합성Example 4. Synthesis of Formula 1h
상기 실시예 1의 비닐 브로마이드 대신 알릴 브로마이드(allyl bromide)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 합성하여 화학식 1h의 화합물을 얻었다(86%).Except for using allyl bromide (allyl bromide) instead of the vinyl bromide of Example 1 was synthesized in the same manner as in Example 1 to obtain a compound of formula 1h (86%).
실시예 5. 화학식 1i의 합성Example 5 Synthesis of Formula 1i
상기 실시예 2의 비닐 브로마이드 대신 알릴 브로마이드를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 합성하여 화학식 1i의 화합물을 얻었다(89%).Except for using allyl bromide instead of the vinyl bromide of Example 2 was synthesized in the same manner as in Example 2 to obtain a compound of Formula 1i (89%).
실시예 6. 화학식 1k의 합성Example 6 Synthesis of Chemical Formula 1k
상기 실시예 3의 비닐 브로마이드 대신 알릴 브로마이드를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 합성하여 화학식 1k의 화합물을 얻었다(87%).Except for using allyl bromide instead of the vinyl bromide of Example 3 was synthesized in the same manner as in Example 3 to obtain a compound of formula (1k) (87%).
II. 포토레지스트 중합체의 제조II. Preparation of Photoresist Polymer
실시예 7. 화학식 2b의 중합체의 합성Example 7. Synthesis of Polymer of Formula 2b
상기 실시예 1에서 제조된 화학식 1b의 화합물(0.05M)과 AIBN(0.20g)을 테트라하이드로퓨란(30ml)에 용해시킨 후, 65℃에서 6시간 동안 반응시켰다. 반응 종결 후, 반응혼합물에 헥산을 첨가하여 얻어진 고체를 진공 건조시켜 화학식 2b의 중합체를 얻었다(53%).Compound (0.05M) and AIBN (0.20 g) of Formula 1b prepared in Example 1 were dissolved in tetrahydrofuran (30 ml), and then reacted at 65 ° C. for 6 hours. After completion of the reaction, the solid obtained by adding hexane to the reaction mixture was dried in vacuo to give a polymer of formula 2b (53%).
실시예 8. 화학식 2c의 중합체의 합성Example 8. Synthesis of Polymer of Formula 2c
상기 실시예 2에서 제조된 화학식 1c의 화합물(0.05M)과 AIBN(0.20g)을 테트라하이드로퓨란(30ml)에 용해시킨 후, 65℃에서 6시간 동안 반응시켰다. 반응 종결 후, 반응혼합물에 헥산을 첨가하여 얻어진 고체를 진공 건조시켜 화학식 2c의 중합 체를 얻었다(52%).The compound of Formula 1c (0.05M) and AIBN (0.20g) prepared in Example 2 were dissolved in tetrahydrofuran (30ml), and then reacted at 65 ° C for 6 hours. After completion of the reaction, the solid obtained by adding hexane to the reaction mixture was dried in vacuo to obtain a polymer of formula 2c (52%).
실시예 9. 화학식 2e의 중합체의 합성Example 9 Synthesis of Polymer of Formula 2e
상기 실시예 3에서 제조된 화학식 1e의 화합물(0.05M)과 AIBN(0.20g)을 테트라하이드로퓨란(30ml)에 용해시킨 후, 65℃에서 6시간 동안 반응시켰다. 반응 종결 후, 반응혼합물에 헥산을 첨가하여 얻어진 고체를 진공 건조시켜 화학식 2e의 중합체를 얻었다(53%).Compound (0.05M) and AIBN (0.20 g) of Formula 1e prepared in Example 3 were dissolved in tetrahydrofuran (30 ml), and then reacted at 65 ° C. for 6 hours. After completion of the reaction, the solid obtained by adding hexane to the reaction mixture was dried in vacuo to give a polymer of formula 2e (53%).
실시예 10. 화학식 2h의 중합체의 합성Example 10 Synthesis of Polymer of Formula 2h
상기 실시예 4에서 제조된 화학식 1h의 화합물(0.05M)과 AIBN(0.20g)을 테트라하이드로퓨란(30ml)에 용해시킨 후, 65℃에서 6시간 동안 반응시켰다. 반응 종결 후 반응혼합물에 헥산을 첨가하여 얻어진 고체를 진공 건조시켜 화학식 2h의 중합체를 얻었다(50%).The compound of Formula 1h prepared in Example 4 (0.05M) and AIBN (0.20g) were dissolved in tetrahydrofuran (30ml), and then reacted at 65 ° C for 6 hours. After completion of the reaction, the solid obtained by adding hexane to the reaction mixture was dried in vacuo to obtain a polymer of formula 2h (50%).
실시예 11. 화학식 2i의 중합체의 합성Example 11 Synthesis of Polymer of Formula 2i
상기 실시예 5에서 제조된 화학식 1i의 화합물(0.05M)과 AIBN(0.20g)을 테트라하이드로퓨란(30ml)에 용해시킨 후, 65℃에서 6시간 동안 반응시켰다. 반응 종결 후 반응혼합물에 헥산을 첨가하여 얻어진 고체를 진공 건조시켜 화학식 2i의 중합체를 얻었다(50%).The compound of Formula 1i prepared in Example 5 (0.05M) and AIBN (0.20g) were dissolved in tetrahydrofuran (30ml), and then reacted at 65 ° C for 6 hours. After completion of the reaction, the solid obtained by adding hexane to the reaction mixture was dried in vacuo to obtain a polymer of formula 2i (50%).
실시예 12. 화학식 2k의 중합체의 합성Example 12. Synthesis of Polymer of Formula 2k
상기 실시예 6에서 제조된 화학식 1k의 화합물(0.05M)과 AIBN(0.20g)을 테트라하이드로퓨란(30ml)에 용해시킨 후, 65℃에서 6시간 동안 반응시켰다. 반응 종결 후 반응혼합물에 헥산을 첨가하여 얻어진 고체를 진공 건조시켜 화학식 2k의 중합 체를 얻었다(50%).The compound of Formula 1k (0.05M) and AIBN (0.20g) prepared in Example 6 were dissolved in tetrahydrofuran (30ml), and then reacted at 65 ° C for 6 hours. After completion of the reaction, the solid obtained by adding hexane to the reaction mixture was dried in vacuo to obtain a polymer of formula 2k (50%).
III. 포토레지스트 조성물의 제조 및 패턴 형성III. Preparation and Pattern Formation of Photoresist Composition
실시예 13.Example 13.
상기 실시예 7에서 제조한 중합체(2g)와 광산발생제인 프탈이미도트리플루오로메탄술포네이트(0.024g)와 트리페닐설포늄 트리플레이트(0.06g)를 프로필렌글리콜메틸에틸아세테이트(PGMEA)(30g)에 녹인 후 0.20 ㎛ 필터로 여과시켜 포토레지스트 조성물을 얻었다.The polymer (2 g) prepared in Example 7, phthalimidotrifluoromethanesulfonate (0.024 g) and triphenylsulfonium triflate (0.06 g), which are photoacid generators, were propylene glycol methyl ethyl acetate (PGMEA) (30 g). It was dissolved in and filtered through a 0.20 μm filter to obtain a photoresist composition.
이렇게 얻은 포토레지스트 조성물을 실리콘 웨이퍼의 피식각층 상부에 스핀 코팅하여 포토레지스트 박막을 제조한 다음, 130℃의 오븐 또는 열판에서 90초간 소프트 베이크를 하고, ArF 레이저 노광장비로 노광한 후 130℃에서 90초간 다시 베이크 하였다. 이렇게 베이크한 웨이퍼를 2.38wt% TMAH 수용액에서 40초간 침지하여 현상함으로써 0.08㎛의 L/S 패턴을 형성하였다(도 1 참조).The photoresist composition thus obtained was spin-coated on the etching target layer of the silicon wafer to prepare a photoresist thin film, followed by soft baking for 90 seconds in an oven or hot plate at 130 ° C., and then exposed to light using an ArF laser exposure apparatus, followed by 90 ° at 130 ° C. Bake again for a second. The baked wafer was immersed in a 2.38 wt% TMAH aqueous solution for 40 seconds to develop an L / S pattern of 0.08 μm (see FIG. 1).
실시예 14.Example 14.
상기 실시예 7에서 제조한 중합체 대신 실시예 8에서 제조한 중합체(2g)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 13과 동일한 방법으로 포토레지스트 조성물을 제조하고 이 조성물을 이용하여 0.08㎛의 L/S 패턴을 형성하였다(도 2 참조).A photoresist composition was prepared in the same manner as in Example 13, except that the polymer (2 g) prepared in Example 8 was used instead of the polymer prepared in Example 7, and L / S of 0.08 μm was used using the composition. An S pattern was formed (see FIG. 2).
실시예 15.Example 15.
상기 실시예 7에서 제조한 중합체 대신 실시예 9에서 제조한 중합체(2g)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 13과 동일한 방법으로 포토레지스트 조성물을 제조하고 이 조성물을 이용하여 0.08㎛의 L/S 패턴을 형성하였다(도 3 참조).A photoresist composition was prepared in the same manner as in Example 13, except that the polymer (2 g) prepared in Example 9 was used instead of the polymer prepared in Example 7. An S pattern was formed (see FIG. 3).
실시예 16.Example 16.
상기 실시예 7에서 제조한 중합체 대신 실시예 10에서 제조한 중합체(2g)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 13과 동일한 방법으로 포토레지스트 조성물을 제조하고 이 조성물을 이용하여 0.08㎛의 L/S 패턴을 형성하였다(도 4 참조).A photoresist composition was prepared in the same manner as in Example 13, except that the polymer (2 g) prepared in Example 10 was used instead of the polymer prepared in Example 7. An S pattern was formed (see FIG. 4).
실시예 17.Example 17.
상기 실시예 7에서 제조한 중합체 대신 실시예 11에서 제조한 중합체(2g)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 13과 동일한 방법으로 포토레지스트 조성물을 제조하고 이 조성물을 이용하여 0.08㎛의 L/S 패턴을 형성하였다(도 5 참조).A photoresist composition was prepared in the same manner as in Example 13, except that the polymer (2 g) prepared in Example 11 was used instead of the polymer prepared in Example 7, and the L / S of 0.08 μm was used. An S pattern was formed (see FIG. 5).
실시예 18.Example 18.
상기 실시예 7에서 제조한 중합체 대신 실시예 12에서 제조한 중합체(2g)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 13과 동일한 방법으로 포토레지스트 조성물을 제조하고 이 조성물을 이용하여 0.08㎛의 L/S 패턴을 형성하였다(도 6 참조).A photoresist composition was prepared in the same manner as in Example 13, except that the polymer (2 g) prepared in Example 12 was used instead of the polymer prepared in Example 7. An S pattern was formed (see FIG. 6).
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 중합체는 설톤을 포함하고 있으므로, 실리콘 기판에 대한 접착력이 높고, 193nm 및 157nm 파장에서 낮은 흡수도를 가질 뿐만 아니라, 노광 후 베이킹 공정 시에 탈가스 반응이 발생되지 않아 렌즈의 손상을 방지할 수 있고, 193nm 및 157nm 영역에서 낮은 흡광도를 가지며, 더하여 내구성, 에칭내성, 재현성 및 해상력이 뛰어나, 1G 이하의 DRAM은 물론 4G, 16G DRAM 이상의 초미세 패턴을 형성할 수 있다.As described above, since the polymer of the present invention includes sultone, it has high adhesion to the silicon substrate, low absorption at wavelengths of 193 nm and 157 nm, and does not generate a degassing reaction during the post-exposure baking process. This prevents damage to the lens, has low absorbance in the 193nm and 157nm range, and also has excellent durability, etching resistance, reproducibility and resolution, and can form ultra-fine patterns of 4G and 16G DRAMs as well as DRAMs of 1G or less. have.
Claims (22)
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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