KR100989150B1 - 광산발생기를 포함하는 레지스트용 공중합체 및 그 제조 방법 - Google Patents

광산발생기를 포함하는 레지스트용 공중합체 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100989150B1
KR100989150B1 KR1020080080543A KR20080080543A KR100989150B1 KR 100989150 B1 KR100989150 B1 KR 100989150B1 KR 1020080080543 A KR1020080080543 A KR 1020080080543A KR 20080080543 A KR20080080543 A KR 20080080543A KR 100989150 B1 KR100989150 B1 KR 100989150B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
copolymer
group
resist
scheme
present
Prior art date
Application number
KR1020080080543A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100021886A (ko
Inventor
이해원
정미혜
아쇽 나뉴 사가
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020080080543A priority Critical patent/KR100989150B1/ko
Priority to US12/312,231 priority patent/US8481663B2/en
Priority to JP2010525772A priority patent/JP5144762B2/ja
Priority to PCT/KR2009/000628 priority patent/WO2010021442A1/en
Publication of KR20100021886A publication Critical patent/KR20100021886A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100989150B1 publication Critical patent/KR100989150B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/0045Photosensitive materials with organic non-macromolecular light-sensitive compounds not otherwise provided for, e.g. dissolution inhibitors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10Esters
    • C08F220/12Esters of monohydric alcohols or phenols
    • C08F220/16Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms
    • C08F220/18Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms with acrylic or methacrylic acids
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0002Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/0047Photosensitive materials characterised by additives for obtaining a metallic or ceramic pattern, e.g. by firing
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/038Macromolecular compounds which are rendered insoluble or differentially wettable
    • G03F7/0382Macromolecular compounds which are rendered insoluble or differentially wettable the macromolecular compound being present in a chemically amplified negative photoresist composition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10Esters
    • C08F220/12Esters of monohydric alcohols or phenols
    • C08F220/16Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms
    • C08F220/18Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms with acrylic or methacrylic acids
    • C08F220/1805C5-(meth)acrylate, e.g. pentyl (meth)acrylate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10Esters
    • C08F220/26Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen
    • C08F220/32Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen containing epoxy radicals
    • C08F220/325Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen containing epoxy radicals containing glycidyl radical, e.g. glycidyl (meth)acrylate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10Esters
    • C08F220/38Esters containing sulfur
    • C08F220/382Esters containing sulfur and containing oxygen, e.g. 2-sulfoethyl (meth)acrylate

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

본 발명은 AFM 리소그래피용 레지스트 또는 포토레지스트로 사용할 수 있는 공중합체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기용매에 대한 용해성과 도포 성능이 우수하며, 리소그래피 공정에서 더욱 향상된 패턴 형성이 가능한 플루오로알킬술폰늄염의 광산발생기를 포함하는 공중합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
레지스트, 광산발생기, 리소그래피, 플루오로알킬술폰염

Description

광산발생기를 포함하는 레지스트용 공중합체 및 그 제조 방법{Copolymer Comprising Photoacid Generator and the Method for Preparing the Same}
본 발명은 AFM 리소그래피 레지스트 또는 포토레지스트로 사용할 수 있는 공중합체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기용매에 대한 용해성과 도포 성능이 우수하며, 리소그래피 공정에서 더욱 향상된 패턴 형성이 가능한 플루오로알킬술폰늄염의 광산발생기를 포함하는 공중합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
AFM(Atomic Force Microscope: AFM)은 Scanning Probe Microscope(SPM)의 한 종류로써, 뾰족한 탐침(probe)과 시료표면 사이의 인력 또는 척력 등의 상호작용에 필요한 힘을 이용하여 원자수준의 분해능을 가지고 시료표면을 분석할 수 있는 정밀한 측정 장비이다. 최근 AFM은 극미세패턴 형성에 유용한 방법으로 각광을 받고 있는데, 일반적으로 시료의 손상 없이 시료의 표면을 형상화하는데 사용된다.
그러나 시료의 표면이 손상될 정도의 힘을 가하면 시료 표면의 원자나 분자 배열을 조작할 수 있으며, 이러한 기술을 나노리소그래피(Nanolithography)라고 한다. 나노리소그래피를 이용하여 인위적인 나노 구조물을 제작함으로써, 전자밀도나 에너지준위가 같은 물리적인 양들을 나노 차원에서 제어할 수 있다.
현재 AFM을 이용한 나노리소그래피 연구 분야에서 레지스트 물질을 이용하여 초미세 패턴을 형성시키는 방법, 수소 Passivation Si-wafer 또는, poly-Si 등의 표면 위에 AFM 팁의 전계에 의한 산화막 형성 패턴을 얻는 방법 등 다양한 방법들이 진행되고 있으며, EFM(electrostatic force microscopy), SCM(scanning capacitance microscopy)와 결합되어 차세대 데이터 축적 분야에 응용할 수 있다는 장점이 있다.
AFM을 이용한 산화패턴의 형성 기술의 메카니즘을 간단히 살펴보면 다음과 같다. 실리콘 기판 위에 소정 두께의 유기 박막을 도포하고 AFM의 팁을 통하여 국부적으로 수 볼트의 전압을 가해 주어 산화패턴을 형성된다. 이때 전압이 가해진 부분의 레지스트층이 가교화되면서 다음 반응 메카니즘(J. Vac. Sci. Technol. A14(3),1996, 1223)에 따라 Si가 공기중의 수분과 반응하여 SiOx 가 형성되어 레지스트 박막 위로 튀어나온다.
(반응 메카니즘)
AFM 팁 (Cathode reaction)
2n H2 O + 2ne- → n H2+ 2nOH-
실리콘 기판 (Anode reaction)
Si + n H2O → SiOn+ 2n H+ + 2ne-
이때 형성된 산화 실리콘의 구조물은 그 구조가 매우 엉성하여 식각시 다른 부분보다 식각 속도가 매우 빠르게 된다. 또한, 전압이 가해지지 않은 부분은 현상액이 녹아나오고, 전압이 가해진 부분은 현상액이 녹지 않아 패턴을 만들 수 있다.
AFM 리소그래피에서 중요하게 작용하는 요소는 인가되는 전압과 흐르는 전류, 스캔(scan) 속도, 습도 등이다. 따라서 최적조건이 아닌 상태에서 리소그래피를 진행하면 선폭이 일정하지 않고 선이 끊기는 패턴이 형성됨을 알 수 있다. 보다 좋은 패턴 형성을 위해서는 고성능 레지스트, 인가되는 전압과 scan 속도와 습도 등을 잘 조절하여야 한다. 또한 얇고 균일한 박막을 형성하는 것도 매우 중요하다.
본 발명자는 스핀 도포법으로 쉽게 대면적 기판 위에 적용할 수 있는 초 박막 레지스트를 개발하였으며, 이를 이용하여 0.1 ㎛ 이하의 선폭을 갖는 패턴 공정이 가능하도록 하였다. 본 발명에 따른 레지스트 물질을 이용하여 최적 공정조건을 개선하면 수 nm 수준의 극미세 패턴 형성이 가능하게 되어, 이와 관련된 기술은 테라비트급 반도체 기억소자와 초박막 패턴 형성 기술을 응용하는 매스미디어 분야의 중요한 원천요소기술이 될 수 있다.
한편 본 발명은 AFM 리소그래피용 레지스트 뿐만 아닐 포토레지스트로도 사용할 수 있다는 특징이 있다. 포토레지스트(감광성 고분자)는 각종 정밀 전자/정보 산업제품 생산공정에 필요한 유기 감광재료로써, 현재와 같이 발달된 첨단기술 산업에 많이 이용되고 있다. 감광성 고분자는 일반적으로 광 및 방사선의 에너지를 받아 물리적·화학적 변화가 일어나는 고분자 조성물계를 지칭한다. 미세형상 가공에 이용되는 포토레지스트는 현재의 고도로 발전한 인쇄와 반도체 및 전자·정보 산업의 중요한 소재이고 또한 광경화, 표면 코팅 및 패턴제조용 감광성 재료로 널리 사용된다.
AFM을 이용한 리소그래피 기술과 이에 사용되는 레지스트들은 지금까지 여러 문헌(Small, 2006, 2, 481-484, S. Jegadesan; S. Valiyaveettill, Easy writing of Nanopatterns on a Polymer Film Using Electrostatic Nanolithography 와 Langmuir 2006, 22, 3807-3811, Subbiah Jegadesan; Prasad Taranekar; Swaminathan Sindhu; Rigoberto C.Adrincula; Suresh Valiyaveettil, Electrochemically Nanopatterned Conducting Coronas of a conjugated polymer Precursor; SPM Parameters and Polymer Composition Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2007,7 ,2172-2175, S. Jegadesan; S.Sindhu; S.Valiyaveettil, Fabrication of Nanostructure on a Polymer Film Using Atomic Force Microscope)을 통하여 많이 알려져 있다.
한편 본 발명자는 미국 특허 출원 제08/942,249호(1999. 9)를 통해 실리콘 함유한 단량체(1,3-비스(트리메틸실릴)이소프로필 메타크릴레이트 ; BPMA)를 공개한 바 있으며, 여러 문헌(J. Photopolymer. Science and Technology, No. 4, Vol. 10, 1997, Kang, Y. J., Lee, H. 외, Chamically Amplified Silicon Containing Resist for ArF Excimer Laser Lithography, p585 과 Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1999, 327, Kim, Y. D., Lee, H. 외, New Bilayer Positive Photoresists for 193 nm Photolithography, p.279) 및 국내 특허등록공고 제10-1999-230417(1999. 11. 15)호를 통해 상기 단량체를 이용한 레지스트에 관한 연구를 보고한 바 있다.
또한 본 발명자는 플루오로알킬술폰늄염의 광산발생기가 치환된 화합물과 이를 중합한 공중합체(국내등록특허 제0637450호 및 PCT/KR2006/000535) 및 플루오로알킬술폰늄염의 광산발생기가 측쇄에 도입된 호모폴리머 제조용 화합물의 제조방법과 이를 이용한 호모폴리머(국내등록특허 제0823471호)를 공개한 바 있는데, 상기 공중합체보다 고감도의 더욱 뛰어난 해상도를 나타낼 수 있는 레지스트용 공중합체를 개발하기 위해 연구를 계속한 결과, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 낮은 전압에서도 쉽게 가교화되어 고해상도를 가지며, 이에 따라 미세 패턴 형성이 가능한 AFM 리소그래피 레지스트 및 포토레지스트용 광산발생기를 포함하는 공중합체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 공중합체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 첫 번째 과제를 해결하기 위하여 하기 화학식 (1) 또는 화학식 (2)로 표시되는 광산발생기를 포함하는 레지스트용 공중합체를 제공한다.
Figure 112010037048434-pat00031
Figure 112010037048434-pat00032
(1) (2)
상기 식에서,
R1과 R2는 각각 C1 ~ C6의 알킬카르보닐기, 알데히드기, 시아노기, 니트로기 및 페닐기 중에서 선택되고,
R3는 C1 ~ C20의 직쇄상, 측쇄상 또는 고리형 알킬기이며,
R4는 T-BOC 스타이렌기, 메톡시기, 메톡시에탄기, 메톡시프로판기, 프로필렌옥사이드기 중에서 선택되고,
R5, R6, R7은 각각 수소원자 또는 C1 ~ C20의 직쇄상, 측쇄상 또는 고리형 알킬기이며,
n은 0 ~ 20 의 정수이고, x+y+z=1이며, p+q=1이고, 0 < x ≤ 0.99, 0 < y ≤ 0.99, 0 < z ≤ 0.99, 0 < p ≤ 0.99, 0 < q ≤ 0.99이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광산발생기를 포함하는 레지스트용 공중합체는 하기 화학식 (3) 또는 화학식 (4)로 표시되는 글리시딜메타크릴레이트를 단량체를 포함하는 레지스트용 공중합체일 수 있다.
Figure 112010037048434-pat00033
Figure 112010037048434-pat00034
(3) (4)
상기 식에서, x+y+z=1이며, p+q=1이고, 0 < x ≤ 0.99, 0 < y ≤ 0.99, 0 < z ≤ 0.99, 0 < p ≤ 0.99, 0 < q ≤ 0.99이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 레지스트는 AFM 리소그래피용 레지스트 또는 포토레지스트 중 하나인 것이 바람직하다.
본 발명은 두 번째 과제를 해결하기 위하여 하기 반응식 1 또는 반응식 2에 따라 화학식 (1) 또는 화학식 (2)로 표시되는 광산발생기를 포함하는 레지스트용 공중합체를 제조하는 방법을 제공한다.
반응식 1
Figure 112010037048434-pat00035
(1)
상기 식에서,
R1내지 R7, n, x, y 및 z는 상기 화학식 (1)에 정의된 바와 같다.
반응식 2
Figure 112010037048434-pat00036
(2)
상기 식에서,
R1내지 R7, n, p 및 q는 상기 화학식 (2)에 정의된 바와 같다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 하기 반응식 3에 따라 하기 화학식 (3)으로 표시되는 글리시딜메타크릴레이트 단량체를 포함하는 레지스트용 3원 공중합체를 제조하는 방법이 제공된다.
[반응식 3]
Figure 112010037048434-pat00037
(3)
상기 식에서, x+y+z=1이고, 0 < x ≤ 0.99, 0 < y ≤ 0.99, 0 < z ≤ 0.99이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 하기 반응식 4에 따라 하기 화학식 (4)로 표시되는 글리시딜메타크릴레이트 단량체를 포함하는 레지스트용 공중합체를 제조하는 방법이 제공된다.
[반응식 4]
Figure 112010037048434-pat00038
(4)
상기 식에서, p+q=1이고, 0 < p ≤ 0.99, 0 < q ≤ 0.99이다.
본 발명에 따른 광산발생기를 포함하는 공중합체는 AFM 리소그래피용 레지스트 또는 포토레지스트로 사용할 수 있으며, 해상도가 좋은 전자빔 레지스트에도 적용할 수 있어 매우 유용하다고 할 수 있다. 특히 본 발명에 따른 공중합체를 레지스트로 사용하면 반도체 직접회로 장치, TFT-LCD 등 반도체 관련 제조 공정에서의 리소그래피 기술에 적용하는데 매우 유용하다. 구체적으로 소자의 고집적화를 위해선 노광 공정에서의 미세 선폭을 요구하게 되는데, 본 발명은 이러한 요구에 따른 고해상도 극미세선폭을 구현할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 하기 화학식 (1) 또는 (2)로 표시되는 광산발생기를 포함하는 레지스트용 공중합체에 관한 것이다.
Figure 112010037048434-pat00039
Figure 112010037048434-pat00040

(1) (2)
삭제
상기 식에서,
R1과 R2는 각각 C1 ~ C6의 알킬카르보닐기, 알데히드기, 시아노기, 니트로기 및 페닐기 중에서 선택되고,
R3는 C1 ~ C20의 직쇄상, 측쇄상 또는 고리형 알킬기이며,
R4는 T-BOC 스타이렌기, 메톡시기, 메톡시에탄기, 메톡시프로판기 중에서 선택되고,
R5, R6, R7은 각각 수소원자 또는 C1 ~ C20의 직쇄상, 측쇄상 또는 고리형 알킬기이며,
n은 0 ~ 20 의 정수이고, x+y+z=1이며, p+q=1이고, 0 < x ≤ 0.99, 0 < y ≤ 0.99, 0 < z ≤ 0.99, 0 < p ≤ 0.99, 0 < q ≤ 0.99이다.
또한 본 발명은 하기 반응식 1 또는 반응식 2에 따라 하기 화학식 (1) 또는 화학식 (2)의 레지스트용 공중합체를 제조하는 방법을 제공한다:
[반응식 1]
Figure 112010037048434-pat00041
(1)
상기 식에서,
R1내지 R7, n, x, y 및 z는 상기 화학식 (1)에 정의된 바와 같다.
[반응식 2]
Figure 112010037048434-pat00042
(2)
상기 식에서,
R1 내지 R7, n, p 및 q는 화학식 (2)에 정의된 바와 같다.
일반적으로 술포늄 염은 폴리머 중합에 있어서 광산개시제 또는 라디칼 광개시제로 사용되거나 유기화합물의 탈보호화 반응을 진행하는데 산촉매 발생제로 사용된다. 특정영역의 자외선 빛에 감응하여 양이온 광산개시제를 발생시키는 술포늄 염은 종래의 라디칼 경화에서 얻을 수 없는 여러 가지 종류의 용도가 개발되어 왔다.
플루오로알킬술폰늄염의 광산발생기가 치환된 화합물과 이를 중합한 공중합체의 플루오로알킬술폰늄염이 치환된 광산발생기가 측쇄에 도입된 공중합체는 유기용매에 대한 용해성이 우수하며, 술포늄염의 우수한 광 중합능을 갖는다.
본 발명은 먼저 플루오로알킬술폰늄염의 광산발생기가 측쇄에 도입된 단량체를 제조하고, 이 단량체와 다른 알킬레이트계 공중합체를 1종 이상 반응시켜 공중합체를 제조한다. 이때 하기 화학식 (5)로 표시되는 플루오로알킬술폰늄염의 광산발생기가 측쇄에 도입된 단량체는 4-바이페닐 술포니움트리플릭벤질메타크릴레이트일 수 있으며, 다른 단량체는 글리시딜메타크릴레이트와 메틸메타크릴레이트일 수 있다. 본 발명에 따른 레지스트용 공중합체는 각 단량체를 테트라하이드로퓨란에 용해시킨 후 일정 온도하에서 교반하면 생성된다.
이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명 이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 화학식 (1) 또는 화학식 (2)의 공중합체를 합성하기 위해서는 먼저 하기 화학식 (5)로 표시되는 플루오로알킬술폰늄염의 광산발생기가 치환된 단량체 화합물이 먼저 준비되어야 한다.
Figure 112010037048434-pat00043
(5)
상기 화학식 (5)로 표시되는 화합물은 두 가지 방법으로 합성할 수 있다. 먼저 본 발명자에 의해 한국특허등록 제10-637450호에서 개시된 3단계 합성 방법을 들 수 있는데, 구체적으로 디페닐 술폭사이드로부터 알킬술포늄 트리플레이트 합성하는 1단계; 할로겐이 치환된 알킬술포늄 트리플레이트 합성하는 2단계; 및 알킬아크릴로옥시 알킬술포늄 트리플레이트 합성하는 3단계 과정을 거쳐 합성이 이루어진다. 그러나 상기 합성 방법은 3단계의 복잡한 공정을 거치고, 반응 시간이 길며, 정제 과정에서 단량체가 완벽하게 분리되지 않는 문제점이 있어, 본 발명자는 이를 더욱 개선하여 단일 공정으로 플루오로알킬술폰늄염의 광산발생기가 치환된 단량체 화합물을 합성하였으며 이와 관련된 내용은 한국특허등록 제10-823471호에 개시되어 있다.
본 발명에서는 예시적으로 상기 2가지 합성 방법 중 더욱 개선된 방법인 단 일 공정 방법만을 기술하겠으나, 상기 화학식 (5)의 구조를 갖는 화합물이면 합성된 방법에 제한되지 않고 본 발명의 레지스트용 공중합체의 합성을 위한 단량체 화합물로서 사용될 수 있다.
실시예 1 : 광산발생기가 치환된 단량체 화합물의 합성
본 발명에 따른 레지스트용 공중합체를 합성하기 위한 광산발생기가 치환된 단량체 화합물로서 4-바이페닐 술포니움트리플릭벤질메타아크릴레이트를 합성하는 방법은 다음과 같다.
디페닐 술폭사이드 10 g(49.4 mmol)과 메타아크릴로일페닐 8.7 g(49.4 mmol)을 디클로메탄 500 mL에 용해시킨 후 아세톤-드라이아이스 중탕을 이용하여 반응기 온도를 -78 ℃ 정도로 맞춘 다음, 트리플릭 언하이드라이드 16.72 g(59.28 mmol)를 서서히 적가하였다. 첨가가 끝난 후 1시간 동안 같은 온도에서 교반한 후에 실온까지 서서히 온도를 높이면서 30분 동안 교반하여 준 후, 반응 용액을 탄산수소나트륨 포화 용액과 증류수로 차례로 씻어 준 후 무수 황산마그네슘 상에서 건조시킨 다음 회전 증발기로 용매를 제거하고 컬럼크로마토그래피법으로 분리 정제하여 60%의 수율로 4-바이페닐 술포니움트리플릭벤질메타아크릴레이트를 얻었다.
상기에서 얻어진 4-바이페닐 술포니움트리플릭벤질메타아크릴레이트의 구조를 확인하기 위하여 1H-NMR을 측정하고 그 결과를 다음에 나타내었다.
1H-NMR(CDCl3, ppm): 1.97(s, 1H, C-CH3), 5.28(2H, O-CH3), 5.64(1H, CH2=), 6.66(1H, CH2=), 7.70(14H, phenyl)
실시예 2: 광산발생기를 포함하는 공중합체의 합성
본 발명에 따른 광산발생를 포함하는 공중합체의 합성 방법은 다음과 같다.
Figure 112008058713062-pat00014
글리시딜메타아크릴레이트 1.137 g(8 mol)과 4-바이페닐 술포니움트리플릭벤질메타아크릴레이트 1.00 g (1 mol) 을 테트라하이드로퓨란 300 ml 에 용해시킨 후 AIBN 개시제 (10 mol)를 적가한다. 서큘레이터로 반응기온도를 50℃ ~ 70 ℃ 정도로 24시간 유지하면서 교반한다. 교반이 끝나면 테트라하이드로퓨란을 증발시킨 후 메틸렌클로라이드를 적당량 첨가한다. 이조프로판알코올과 헥산(부피비 7:3 ~5:5)으로 재침전한다.
상기 실험에서 얻어진 본 발명의 3원 공중합체 화합물을 1H-NMR과 TGA(Thermal Gravimetric Analysis)로 분석한 결과를 다음 도 1과 도 2에 나타내었다.
실시예 3: 광산발생기를 포함하는 3원 공중합체의 합성
본 발명에 따른 글리시딜메타크릴레이트 단량체를 포함하는 3원 공중합체의 합성 방법은 다음과 같다.
Figure 112008058713062-pat00015
글리시딜메타아크릴레이트 0.1g(0.7 mmol) 메틸메타아크릴레이트 0.8 g (8.0 mmol)과 4-바이페닐 술포니움트리플릭벤질메타아크릴레이트 0.1 g (0.2mmol) 을 테트라하이드로퓨란 350 ml 에 용해시킨 후 AIBN 개시제 (10 mol)를 적가한다. 서큘레이터로 반응기온도를 50℃ ~ 70 ℃ 정도로 24시간 유지하면서 교반한다. 교반이 끝나면 테트라하이드로퓨란을 증발시킨 후 메틸렌클로라이드를 적당량 첨가한다. 이조프로판알코올과 헥산(부피비 7:3 ~5:5)으로 재침전한다.
상기 실험에서 얻어진 본 발명의 3원 공중합체 화합물을 1H-NMR과 TGA(Thermal Gravimetric Analysis)로 분석한 결과를 다음 도 3과 도 4에 나타내었다.
비교예 1: 글리시딜메타크릴레트 단량체를 포함하지 않는 공중합체의 합성
본 발명과의 비교를 위해 하기 반응식에 따라 글리시딜메타크릴레트 단량체를 포함하지 않는 공중합체를 제조한다. 구체적으로 본 실험에서는 폴리(메틸메타 크릴레이트-코-4-디페닐술포늄트리플레이트벤질메타크릴레이트)를 합성하였다.
Figure 112008058713062-pat00016
메틸메타크릴레이트 1.35 g(13.5 mmol)과 상기 실시예 2에서 합성된 화합물 3.45 g(6.75 mmol)을 정제된 아세토나이트릴 300 mL에 용해시킨 후, 아조비스이소부티로니트릴 22 mg(0.27 mmol)을 넣어 준 다음 가열 환류하면서 19시간 교반하였다. 이 반응 용액을 이소프로필 용액에 서서히 부어 침전시키고 침전물을 여과하여 진공 건조시켜서 폴리(메틸메타크릴레이트-코-4-디페닐술포늄트리플레이트벤질메타아크릴레이트)를 87%의 수율로 얻었다.
실험예 1
상기 실시예 3에서 합성된 본 발명에 따른 레지스트용 3원 공중합체와 상기 비교예에서 합성된 공중합체의 가교성 테스트를 수행하였으며, 그 결과를 도 5와 도6에 나타내었다. 테스트 조건은 다음과 같다.
Thickness: 10nm
Lithography speed : 600㎛/sec
PEB: 120℃/90sec
development: IPA:H2O = 7:3
두 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 글리시딜메타크릴레이트 단량체를 중합시킨 공중합체가 더 낮은 전압에서도 쉽게 가교화(crosslinking)되며, 피크의 선폭이 더욱 선명하고 좁게 나타난다는 사실로부터 본 발명의 공중합체를 레지스트로 사용할 경우 종래의 공중합체를 레지스트로 사용할 경우보다 더욱 뛰어난 해상도를 갖는 미세 선폭 구현이 가능함을 확인할 수 있었다.
도 1은 본 발명에 따라 실시예 2에서 합성한 공중합체의 1H-NMR 분석결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따라 실시예 2에서 합성한 공중합체의 TGA 분석결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따라 실시예 3에서 합성한 3원 공중합체의 1H-NMR 분석결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따라 실시예 3에서 합성한 3원 공중합체의 TGA 분석결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따라 실시예 3에서 합성한 3원 공중합체의 가교화 경향을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 비교예에서 합성한 글리시딜메타크릴레이트 단량체를 포함하지 않는 공중합체의 가교화 경향을 나타내는 그래프이다.

Claims (8)

  1. 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 광산발생기를 포함하는 레지스트용 공중합체:
    Figure 112010037048434-pat00044
    Figure 112010037048434-pat00045
    (1) (2)
    상기 식에서,
    R1과 R2는 각각 C1 ~ C6의 알킬카르보닐기, 알데히드기, 시아노기, 니트로기 및 페닐기 중에서 선택되고,
    R3는 C1 ~ C20의 직쇄상, 측쇄상 또는 고리형 알킬기이며,
    R4는 T-BOC 스타이렌기, 메톡시기, 메톡시에탄기, 메톡시프로판기, 프로필렌옥사이드기 중에서 선택되고,
    R5, R6, R7은 각각 수소원자 또는 C1 ~ C20의 직쇄상, 측쇄상 또는 고리형 알킬기이며,
    n은 0 ~ 20 의 정수이고, x+y+z=1이며, p+q=1이고, 0 < x ≤ 0.99, 0 < y ≤ 0.99, 0 < z ≤ 0.99, 0 < p ≤ 0.99, 0 < q ≤ 0.99이다.
  2. 제 1항에 있어서,
    하기 화학식 (3)으로 표시되는 것을 특징으로 하는 레지스트용 공중합체.
    Figure 112010037048434-pat00046
    (3)
    상기 식에서, x+y+z=1이며, 0 < x ≤ 0.99, 0 < y ≤ 0.99, 0 < z ≤ 0.99, 0이다.
  3. 제 1항에 있어서,
    하기 화학식 (4)로 표시되는 것을 특징으로 하는 레지스트용 공중합체.
    Figure 112010037048434-pat00047
    (4)
    상기 식에서, p+q=1이며, 0 < p ≤ 0.99, 0 < q ≤ 0.99이다.
  4. 제1항에 있어서, 상기 레지스트가 AFM 리소그래피용 레지스트 또는 포토레지스트 중 하나인 것을 특징으로 하는 공중합체.
  5. 하기 반응식 1에 따라 하기 화학식 (1)의 레지스트용 공중합체를 제조하는 방법:
    [반응식 1]
    Figure 112010037048434-pat00048
    (1)
    상기 식에서,
    R1과 R2는 각각 C1 ~ C6의 알킬카르보닐기, 알데히드기, 시아노기, 니트로기 및 페닐기 중에서 선택되고,
    R3는 C1 ~ C20의 직쇄상, 측쇄상 또는 고리형 알킬기이며,
    R4는 T-BOC 스타이렌기, 메톡시기, 메톡시에탄기, 메톡시프로판기, 프로필렌옥사이드기 중에서 선택되고,
    R5, R6, R7은 각각 수소원자 또는 C1 ~ C20의 직쇄상, 측쇄상 또는 고리형 알킬기이며,
    n은 0 ~ 20 의 정수이고,
    x+y+z=1이며, 0 < x ≤ 0.99, 0 < y ≤ 0.99, 0 < z ≤ 0.99이다.
  6. 제 5항에서 있어서,
    하기 반응식 3에 따라 하기 화학식 (3)의 레지스트용 공중합체를 제조하는 방법:
    [반응식 3]
    Figure 112010037048434-pat00049
    (3)
    상기 식에서, x+y+z=1이며, 0 < x ≤ 0.99, 0 < y ≤ 0.99, 0 < z ≤ 0.99이다.
  7. 하기 반응식 2에 따라 하기 화학식 (2)의 레지스트용 공중합체를 제조하는 방법:
    [반응식 2]
    Figure 112010037048434-pat00050
    (2)
    상기 식에서,
    R1과 R2는 각각 C1 ~ C6의 알킬카르보닐기, 알데히드기, 시아노기, 니트로기 및 페닐기 중에서 선택되고,
    R4는 T-BOC 스타이렌기, 메톡시기, 메톡시에탄기, 메톡시프로판기, 프로필렌옥사이드기 중에서 선택되고,
    R5, R6, R7은 각각 수소원자 또는 C1 ~ C20의 직쇄상, 측쇄상 또는 고리형 알킬기이며,
    n은 0 ~ 20 의 정수이고, p+q=1이며, 0 < p ≤ 0.99, 0 < q ≤ 0.99이다.
  8. 제7항에 있어서,
    하기 반응식 4에 따라 하기 화학식 (4)의 레지스트용 공중합체를 제조하는 방법:
    [반응식 4]
    Figure 112010037048434-pat00051
    (4)
    상기 식에서, p+q=1이며, 0 < p ≤ 0.99, 0 < q ≤ 0.99이다.
KR1020080080543A 2008-08-18 2008-08-18 광산발생기를 포함하는 레지스트용 공중합체 및 그 제조 방법 KR100989150B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080080543A KR100989150B1 (ko) 2008-08-18 2008-08-18 광산발생기를 포함하는 레지스트용 공중합체 및 그 제조 방법
US12/312,231 US8481663B2 (en) 2008-08-18 2009-02-11 Resist copolymers containing photoacid generators for lithographic applications and its method of preparation
JP2010525772A JP5144762B2 (ja) 2008-08-18 2009-02-11 光酸発生剤を含むレジスト用共重合体及びその製造方法
PCT/KR2009/000628 WO2010021442A1 (en) 2008-08-18 2009-02-11 Resist copolymers containing photoacid generators for lithographic applications and its method of preparation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080080543A KR100989150B1 (ko) 2008-08-18 2008-08-18 광산발생기를 포함하는 레지스트용 공중합체 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100021886A KR20100021886A (ko) 2010-02-26
KR100989150B1 true KR100989150B1 (ko) 2010-10-22

Family

ID=41707306

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080080543A KR100989150B1 (ko) 2008-08-18 2008-08-18 광산발생기를 포함하는 레지스트용 공중합체 및 그 제조 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8481663B2 (ko)
JP (1) JP5144762B2 (ko)
KR (1) KR100989150B1 (ko)
WO (1) WO2010021442A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101229960B1 (ko) 2011-01-28 2013-02-06 한양대학교 산학협력단 광산발생제를 포함하는 테트라 폴리머 레지스트 및 이의 제조 방법

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5788014B2 (ja) * 2011-10-14 2015-09-30 三井化学株式会社 組成物及びそれからなる膜
JP5663526B2 (ja) * 2012-06-06 2015-02-04 富士フイルム株式会社 化学増幅型レジスト組成物、並びに、それを用いたレジスト膜、マスクブランクス、及びレジストパターン形成方法
JP2014019741A (ja) * 2012-07-13 2014-02-03 Sumitomo Chemical Co Ltd 樹脂の製造方法
US10242871B2 (en) * 2014-10-21 2019-03-26 Nissan Chemical Industries, Ltd. Resist underlayer film-forming composition including a compound having an amino group protected with a tert-butoxycarbonyl group
JP7004230B2 (ja) 2018-10-31 2022-01-21 エルジー・ケム・リミテッド 光酸発生基を含む重合体

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06228086A (ja) * 1993-02-02 1994-08-16 Sanshin Chem Ind Co Ltd モノマーおよびその重合体
KR100570285B1 (ko) 2004-02-03 2006-04-12 학교법인 한양학원 산화패턴용 공중합체 및 이를 이용한 산화패턴의 형성방법
KR100637450B1 (ko) * 2005-02-16 2006-10-23 한양대학교 산학협력단 플루오로알킬술폰늄염의 광산발생기가 치환된 화합물과 이를 중합한 공중합체

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5518673A (en) * 1978-07-28 1980-02-08 Chiyou Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai Ionized radiation sensitive negative type resist
KR100230417B1 (ko) 1997-04-10 1999-11-15 윤종용 실리콘을 함유하는 화학증폭형 레지스트 조성물
JP4218851B2 (ja) * 1999-02-25 2009-02-04 大日本印刷株式会社 カラーフィルタ保護膜形成用感光性樹脂組成物
JP2007086772A (ja) * 2005-08-26 2007-04-05 Toray Ind Inc パターン形成方法、平面ディスプレイ用部材の製造方法ならびにプラズマディスプレイ用部材およびフィールドエミッションディスプレイ用部材。
JP4666163B2 (ja) * 2006-03-17 2011-04-06 Jsr株式会社 感放射線性樹脂組成物、スペーサーおよび液晶表示素子
KR100823471B1 (ko) 2006-11-01 2008-04-21 한양대학교 산학협력단 플루오로알킬술폰늄염의 광산발생기가 측쇄에 도입된 호모폴리머 제조용 화합물의 제조방법
JP2009080161A (ja) * 2007-09-25 2009-04-16 Fujifilm Corp 感光性組成物、該感光性組成物を用いたパターン形成方法及び該感光性組成物に於ける化合物

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06228086A (ja) * 1993-02-02 1994-08-16 Sanshin Chem Ind Co Ltd モノマーおよびその重合体
KR100570285B1 (ko) 2004-02-03 2006-04-12 학교법인 한양학원 산화패턴용 공중합체 및 이를 이용한 산화패턴의 형성방법
KR100637450B1 (ko) * 2005-02-16 2006-10-23 한양대학교 산학협력단 플루오로알킬술폰늄염의 광산발생기가 치환된 화합물과 이를 중합한 공중합체

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101229960B1 (ko) 2011-01-28 2013-02-06 한양대학교 산학협력단 광산발생제를 포함하는 테트라 폴리머 레지스트 및 이의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100021886A (ko) 2010-02-26
US8481663B2 (en) 2013-07-09
US20110098433A1 (en) 2011-04-28
JP5144762B2 (ja) 2013-02-13
WO2010021442A1 (en) 2010-02-25
JP2010538155A (ja) 2010-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4642860B2 (ja) フルオロアルキルスルホンの光酸発生部が置換された新規の単量体およびその重合体
EP2859023B1 (en) Neutral layer polymer composition for directed self assembly and processes thereof
KR100989150B1 (ko) 광산발생기를 포함하는 레지스트용 공중합체 및 그 제조 방법
JP5082101B2 (ja) ナノポーラス基板の製造方法
US8653211B2 (en) Random copolymer for forming neutral surface and methods of manufacturing and using the same
US8450043B2 (en) Patterning nano-scale patterns on a film comprising unzipping copolymers
US7862858B2 (en) Scanning probe-based lithography method
JP2022517412A (ja) パターン形成のための低Tgオリゴマーの存在下での増強された誘導自己集合
CN117279967A (zh) 用于定向自组装应用的具有强化动力的可容许多间距的嵌段共聚物
KR100570285B1 (ko) 산화패턴용 공중합체 및 이를 이용한 산화패턴의 형성방법
Woo et al. Non-chemically amplified resists containing polyhedral oligomeric silsesquioxane for a bilayer resist system
KR101229960B1 (ko) 광산발생제를 포함하는 테트라 폴리머 레지스트 및 이의 제조 방법
US20200019062A1 (en) Novel compositions and processes for self-assembly of block copolymers
KR101529940B1 (ko) 플루오로알킬술폰늄염의 광산발생기가 측쇄에 도입된단량체 제조방법
KR100823471B1 (ko) 플루오로알킬술폰늄염의 광산발생기가 측쇄에 도입된 호모폴리머 제조용 화합물의 제조방법
Järvholm Mechanisms and Development of Etch Resistance for Highly Aromatic Monomolecular Etch Masks-Towards Molecular Lithography
KR101385508B1 (ko) 광산발생제를 포함하는 포지티브형 폴리머 레지스트 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130930

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140923

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151012

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161004

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170926

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181008

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190905

Year of fee payment: 10