KR102587517B1 - A composition of photoresist and photosensitive polymers - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 (메타)아크릴레이트 화합물을 포함하는 감광성 고분자 및 레지스트 조성물에 관한 것이다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 각 치환기의 정의는 명세서에 기재된 바와 같다.The present invention relates to a photosensitive polymer and resist composition containing a (meth)acrylate compound having the structure of Formula 1 below.
[Formula 1]
The definition of each substituent in Formula 1 is as described in the specification.
Description
본 발명은 방향족 플루렌기를 갖는 (메타) 아크릴레이트 화합물, 및 감광성 고분자, 및 레지스트 조성물 관한 것으로, 보다 상세하게는 하부 막질에 대한 우수한 접착 특성 및 드라이 에칭 내성이 우수한 방향족 산 분해성 플루렌기를 갖는 (메타)아크릴레이트 화합물로 이루어지는 감광성 고분자, 및 상기 감광성 고분자를 포함하는 레지스트 조성물 관한 것이다.The present invention relates to a (meth)acrylate compound having an aromatic fluorene group, a photosensitive polymer, and a resist composition, and more specifically, to a (meth)acrylate compound having an aromatic acid-decomposable fluorene group (which has excellent adhesion properties to the underlying film material and excellent dry etching resistance) It relates to a photosensitive polymer made of a meth)acrylate compound and a resist composition containing the photosensitive polymer.
반도체 제조 공정이 복잡해지고 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 미세한 패턴 형성이 요구된다. 포토지스트 재료에 있어서도 기존의 KrF 엑시머 레이저(248nm)를 이용한 레지스트 재료에서 보다 단파장을 사용하는 ArF 엑시머 레이저(193nm)를 이용한 레지스트 재료가 사용되게 되었다.As semiconductor manufacturing processes become more complex and the degree of integration of semiconductor devices increases, fine pattern formation is required. In terms of photoist materials, resist materials using an ArF excimer laser (193 nm), which uses a shorter wavelength, have come to be used rather than resist materials using the existing KrF excimer laser (248 nm).
그러나, 반도체 소자의 용량이 16기가(giga) 비트급 이상인 소자에 있어서, 디자인 룰이 70nm 이하인 패턴 사이즈가 요구됨에 따라서, 레지스트 필름의 두께가 점점 작아지게 되고 하부 막질을 에칭하는 공정에 있어서 공정마진이 줄어들게 되면서 ArF 엑시머 레이저를 이용한 레지스트 재료를 사용하는 데에 있어서도 점점 한계가 대두되고 있는 실정이다. However, in semiconductor devices with a capacity of 16 gigabit or more, as the design rule requires a pattern size of 70 nm or less, the thickness of the resist film becomes increasingly smaller and the process margin in the process of etching the lower film material increases. As this decreases, limitations are increasingly emerging in the use of resist materials using ArF excimer lasers.
이와 같은 ArF 엑시머 레이저를 이용한 리소그래피에 사용되는 레지스트 재료는 기존의 레지스트 재료에 비해 상용화하기에는 많은 문제점들이 있다. 가장 대표적인 문제점으로서 감광성 수지의 건식 식각에 대한 내성을 들 수 있다.Resist materials used in lithography using ArF excimer lasers have many problems compared to existing resist materials for commercialization. The most representative problem is the resistance of photosensitive resin to dry etching.
지금까지 알려진 종래의 ArF 레지스트로서 아크릴계 또는 메타크릴계 폴리머들이 주로 사용되어 왔다. 그 중에서, 폴리(메타크릴레이트) 계통의 고분자 재료들이 가장 보편적으로 사용되었다. 이러한 폴리머들의 심각한 문제는 건식 식각에 대한 내성이 매우 나쁘다는 것이다. 즉, 이들 재료는 반도체 소자 제조공정 중 플라즈마 가스를 이용한 건식 식각 공정에서 선택비가 너무 낮아 식각 공정을 진행하는 데 어려움이 있다.As conventional ArF resists known so far, acrylic or methacrylic polymers have been mainly used. Among them, poly(methacrylate)-based polymer materials were most commonly used. A serious problem with these polymers is that their resistance to dry etching is very poor. In other words, the selectivity of these materials is too low in the dry etching process using plasma gas during the semiconductor device manufacturing process, making it difficult to proceed with the etching process.
그에 따라, 건식 식각에 대한 내성을 증가시키기 위하여 건식 식각에 강한 내성을 갖는 물질인 지환식 화합물(alicyclic compound), 예를 들면 이소보르닐기(isobornyl group), 아다만틸기(adamantyl group), 트리시클로데카닐기(tricyclodecanyl group) 등을 폴리머의 치환기로 도입하는 방법을 사용하고 있었다. 그러나, 이들은 포토 레지스트 재료의 특성을 만족시키기 위한 감광성 수지의 요구 조건인 현상액에 대한 용해도 및 하부 막질에 대한 접착 특성을 만족시키기 위해 고분자 형태가 주로 삼중 공중합체(terpolymer) 이상의 구조를 가지게 되어 이중에서 지환식 기가 차지하는 부분이 작기 때문에 여전히 건식 식각에 대한 내성이 약하게 된다. 또한, 지환식 화합물은 소수성(hydrophobic)이므로, 상기와 같은 삼중 공중합체 구조에 지환식 화합물이 많이 포함되어 있으면 레지스트막의 하부 막질에 대한 접착 특성이 나빠진다.Accordingly, in order to increase the resistance to dry etching, alicyclic compounds, which are materials with strong resistance to dry etching, such as isobornyl group, adamantyl group, and tricyclo A method of introducing a decanyl group (tricyclodecanyl group) as a substituent to the polymer was used. However, in order to satisfy the photosensitive resin requirements for satisfying the characteristics of photoresist materials, solubility in developer and adhesion to the underlying film, the polymer form mainly has a structure higher than a triple copolymer (terpolymer). Since the alicyclic group occupies a small portion, the resistance to dry etching is still weak. In addition, since alicyclic compounds are hydrophobic, if a large amount of alicyclic compounds are included in the above triple copolymer structure, the adhesion characteristics to the lower layer of the resist film deteriorate.
다른 종래 기술에 따른 폴리머로서 COMA(cycloolefin-maleic anhydride) 교호 중합체가 제안되었다. COMA 형태의 공중합체의 제조에 있어서는, 원료(raw material)의 제조 단가는 저렴한 데 반하여 폴리머 제조시 합성 수율 및 해상도 측면에서 여전히 부족한 문제가 있다.As another prior art polymer, COMA (cycloolefin-maleic anhydride) alternating polymer has been proposed. In the production of COMA-type copolymers, the manufacturing cost of raw materials is low, but there are still problems in terms of synthesis yield and resolution during polymer production.
그리고, 상기 구조로 합성된 폴리머들은 매우 소수성이 강한 지환식 기를 백본으로 가지고 있으므로 막질에 대한 접착 특성이 나쁘다. 또한, 무엇보다 상기 COMA 타입의 감광성 수지의 경우에는 레지스트 조성물의 보관 안정성 문제를 단점으로 가지고 있다.In addition, polymers synthesized with the above structure have a very hydrophobic alicyclic group as a backbone, and therefore have poor adhesion properties to membrane materials. In addition, above all, the COMA type photosensitive resin has a disadvantage in that it has a storage stability problem of the resist composition.
본 발명은 제조 단가가 저렴하면서 건식 식각에 대한 내성 및 하부 막질에 대한 접착 특성이 우수한 동시에 안정되고 간편하게 감광성 고분자 제조에 적용할 수 있는 방향족 산 분해성 플루렌기를 갖는 (메타)아크릴레이트 화합물을 제공하고자 한다.The present invention aims to provide a (meth)acrylate compound having an aromatic acid-decomposable fluorene group that is inexpensive to manufacture, has excellent resistance to dry etching and adhesion characteristics to the underlying film, and is stable and easily applicable to the production of photosensitive polymers. do.
본 발명은 또한 상기 방향족 산 분해성 플루렌기를 갖는 (메타)아크릴레이트 화합물을 모노머로 포함하여 건식 식각에 대한 내성이 우수한 감광성 고분자를 제공하고자 한다.The present invention also seeks to provide a photosensitive polymer with excellent resistance to dry etching, including the (meth)acrylate compound having the aromatic acid-decomposable fluorene group as a monomer.
본 발명은 또한 상기 감광성 고분자를 이용하여 248nm, 193nm 영역 및 EUV(13.5nm)와 같은 극단파장 영역의 광원을 이용하는 리소그래피 공정에서도 우수한 리소그래피 퍼포먼스를 제공할 수 있는 레지스트 조성물을 제공하고자 한다. The present invention also seeks to provide a resist composition that can provide excellent lithography performance even in lithography processes using light sources in extreme wavelength regions such as 248 nm, 193 nm, and EUV (13.5 nm) using the photosensitive polymer.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other technical problems will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예에 따르면 방향족 산 분해성 플루렌기를 갖는 방향족 (메타)아크릴레이트 화합물을 제공한다.In order to achieve the above object, according to one embodiment of the present invention, an aromatic (meth)acrylate compound having an aromatic acid-decomposable fluorene group is provided.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면 상기 화합물을 모노머로 하여 상기 화합물로부터 유도된 반복단위를 포함하는 감광성 고분자를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a photosensitive polymer containing a repeating unit derived from the above compound as a monomer is provided.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면 상기 감광성 고분자를 포함하는 레지스트 조성물을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a resist composition containing the photosensitive polymer is provided.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments of the present invention are included in the detailed description below.
본 발명에 따른 방향족 플루렌기를 포함하는 (메타)아크릴레이트 화합물을 이용하여 막질에 대한 접착 특성 및 드라이 에칭 내성이 우수한 감광성 고분자 및 화학증폭형 레지스트 조성물을 쉽게 제조할 수가 있다.By using the (meth)acrylate compound containing an aromatic fluorene group according to the present invention, photosensitive polymer and chemically amplified resist compositions with excellent adhesion properties to film materials and dry etching resistance can be easily manufactured.
또한 상기 방향족 산 분해성 플루렌기를 포함하는 (메타)아크릴레이트 화합물을 모노머로 하여 제조된 감광성 고분자 물질은 드라이 에칭에 대한 식각 내성을 가지는 동시에 방향족 플루렌 치환기가 산 촉매 하에서 분해 반응이 일어나는 형태를 가지는 것으로, 레지스트 콘트라스트 조절 기능을 함께 가진 화합물 형태를 그 기본 구조로 가지게 된다.In addition, the photosensitive polymer material manufactured using a (meth)acrylate compound containing an aromatic acid-decomposable fluorene group as a monomer has etching resistance to dry etching and has a form in which the aromatic fluorene substituent undergoes a decomposition reaction under an acid catalyst. In other words, it has a compound form that also has a resist contrast control function as its basic structure.
그러므로, 본 발명에 따른 감광성 폴리머로부터 얻어지는 레지스트 조성물은 기존의 ArF용 레지스트 재료들에 비해 건식 식각 특성이 매우 우수하여 향후 차세대 반도체 소자를 제조하는 데 있어서 매우 유용하게 사용될 수 있다.Therefore, the resist composition obtained from the photosensitive polymer according to the present invention has very excellent dry etching properties compared to existing ArF resist materials and can be very useful in manufacturing next-generation semiconductor devices in the future.
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, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "알킬"란 C1 내지 C20의 알킬기를, 보다 바람직하게는 C1 내지 C12의 알킬기Unless otherwise specified herein, “alkyl” refers to a C1 to C20 alkyl group, more preferably a C1 to C12 alkyl group.
를 의미하며, "저급 알킬"이란 C1 내지 C4의 알킬기를 의미하며, "알콕시"란 C1 내지 C20의 알콕시기를, 보다 바람직하게는 C1 내지 C12의 알콕시기를 의미하며, "알킬렌"란 C1 내지 C20의 알킬렌기을, 보다 바람직하게는 C1 내지 C12의 알킬렌기를 의미하며, "아릴"이란 C6 내지 C20의 아릴기를, 보다 바람직하게는 C6 내지 C12의 아릴기를 의미하며, "시클로알킬"란 C3 내지 C14의 시클로알킬기를 의미한다.means, “lower alkyl” means a C1 to C4 alkyl group, “alkoxy” means a C1 to C20 alkoxy group, more preferably a C1 to C12 alkoxy group, and “alkylene” means a C1 to C20 alkoxy group. means an alkylene group, more preferably a C1 to C12 alkylene group, “aryl” means a C6 to C20 aryl group, more preferably a C6 to C12 aryl group, and “cycloalkyl” means a C3 to C12 aryl group. It refers to a cycloalkyl group of C14.
본 발명의 일 구현예에 따른 방향족 산 분해성 플루렌기를 갖는 (메타)아크릴레이트 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 갖는다.The (meth)acrylate compound having an aromatic acid-decomposable fluorene group according to an embodiment of the present invention has the structure of Formula 1 below.
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서, R1은 수소 또는 메틸기이고, R2는 C1~C20의 알킬기; C2~C20의 알케닐기; C6~C20의 아릴기 또는 헤테로 원자를 포함한 아릴기; 또는 수산기, 불소, 니트로, 니트릴기로 치환되어 있을 수도 있는 C6~C20의 아릴기;이다In the above formula, R1 is hydrogen or a methyl group, R2 is an alkyl group of C1 to C20; Alkenyl group of C2~C20; An aryl group containing C6 to C20 or a hetero atom; or an aryl group from C6 to C20 that may be substituted with a hydroxyl group, fluorine, nitro, or nitrile group;
여기서, 상기 화학식 1의 구조를 갖는 (메타)아크릴레이트는 바람직하게는 아래와 같은 형태 중 어느 하나일 수 있다.Here, the (meth)acrylate having the structure of Formula 1 may preferably be in any of the following forms.
상기 방향족 산 분해성 플루렌기를 갖는 (메타)아크릴레이트 화합물은 여러 가지 방향족 케톤 화합물과 그리그나드 화합물들의 반응으로 합성될 수 있다. 특히 본 발명에서는 방향족 케톤 화합물로서 플루렌논 화합물을 이용한 그리그나드 치환 반응으로 원하는 모노머들을 합성할 수 있다. The (meth)acrylate compound having the aromatic acid-decomposable fluorene group can be synthesized through the reaction of various aromatic ketone compounds and Grignard compounds. In particular, in the present invention, desired monomers can be synthesized through Grignard substitution reaction using a fluorenone compound as an aromatic ketone compound.
상기와 같은 방법으로 제조된 (메타)아크릴레이트 화합물들은 드라이 에칭에 대한 식각 내성을 가지는 동시에 산 촉매 조건하에서 방향족 아릴기의 분해 반응이 용이하여 레지스트 콘트라스트 조절 기능을 함께 나타낸다. 그 결과 기존의 ArF 레지스트 재료가 가지는 건식 식각 내성에 대한 단점을 극복하여 보다 높은 해상력을 요구하는 반도체 디바이스에서도 충분한 식각 마스크 역할을 할 수가 있다.(Meth)acrylate compounds prepared by the above method have etching resistance to dry etching and also exhibit a resist contrast control function by easily decomposing aromatic aryl groups under acid catalyst conditions. As a result, it overcomes the shortcomings of existing ArF resist materials in terms of dry etching resistance and can serve as a sufficient etch mask even in semiconductor devices that require higher resolution.
이에 따라 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면 상기 화학식 1의 방향족 산 분해성 (메타)아크릴레이트를 모노머로 이루어지는 감광성 고분자를 포함한다.Accordingly, according to another embodiment of the present invention, a photosensitive polymer composed of the aromatic acid-decomposable (meth)acrylate of Formula 1 as a monomer is included.
상기 감광성 고분자는 산 분해성 플루렌기를 갖는 방향족 (메타)아크릴레이트로부터 유도된 반복단위와 함께 하기 화학식 2 및 3의 화합물로부터 유도된 반복단위를 더 포함할 수 있다.The photosensitive polymer may further include a repeating unit derived from the compounds of formulas 2 and 3 below, along with a repeating unit derived from aromatic (meth)acrylate having an acid-decomposable fluorene group.
[화학식 2][Formula 2]
[화학식 3][Formula 3]
상기 식에서, R3 및 R5은 각각 독립적으로 수소 또는 메틸기이고,In the above formula, R3 and R5 are each independently hydrogen or a methyl group,
R4은 산 촉매 존재하에서 분해가 일어나는 C4 내지 C20의 산 분해성기(acid-labile group) 또는 락톤(lactone) 유도체이다.R4 is a C4 to C20 acid-labile group or a lactone derivative that decomposes in the presence of an acid catalyst.
상기 산 분해성기로는 바람직하게는 노르보닐, 이소보닐, 시클로데카닐, 아다만틸, 저급 알킬기로 치환된 노르보닐, 저급 알킬기로 치환된 이소보닐, 저급 알킬기로 치환된 시클로데카닐, 저급 알킬기로 치환된 아다만틸, 알콕시카르보닐, 알콕시카르보닐알킬, 아밀옥시카르보닐, 아밀옥시카르보닐알킬, 2-테트라히드로피라닐옥시카르보닐알킬, 2-테트라히드로푸라닐옥시카르보닐알킬, 3급 알킬기, 및 아세탈기로 이루어진 군에서 선택되며, 보다 바람직하게는 2-메틸-2-노르보닐, 2-에틸-2-노르보닐, 2-메틸-2-이소보닐, 2-에틸-2-이소보닐, 8-메틸-8-트리시클로데카닐, 8-에틸-8-트리시클로데카닐, 2-메틸-2-아다만틸, 2-에틸-2-아다만틸, 2-프로필-2-아다만틸, t-부톡시카르보닐, t-부톡시카르보닐메틸, t-아밀옥시카르보닐, t-아밀옥시카르보닐메틸, 1-에톡시에톡시카르보닐메틸, 2-테트라히드로피라닐옥시카르보닐알킬, 2-테트라히드로푸라닐옥시카르보닐알킬, t-부틸기, 트리에틸카르빌기, 1-메틸 시클로헥실기, 1-에틸시클로펜틸기, t-아밀기 및 아세탈기로 이루어진 군에서 선택되는 것을 들 수 있다.The acid-decomposable group is preferably norbornyl, isobornyl, cyclodecanyl, adamantyl, norbornyl substituted with a lower alkyl group, isobornyl substituted with a lower alkyl group, cyclodecanyl substituted with a lower alkyl group, Substituted adamantyl, alkoxycarbonyl, alkoxycarbonylalkyl, amyloxycarbonyl, amyloxycarbonylalkyl, 2-tetrahydropyranyloxycarbonylalkyl, 2-tetrahydrofuranyloxycarbonylalkyl, tertiary It is selected from the group consisting of an alkyl group and an acetal group, more preferably 2-methyl-2-norbornyl, 2-ethyl-2-norbornyl, 2-methyl-2-isobornyl, and 2-ethyl-2-isobornyl. , 8-methyl-8-tricyclodecanyl, 8-ethyl-8-tricyclodecanyl, 2-methyl-2-adamantyl, 2-ethyl-2-adamantyl, 2-propyl-2-ah Damantyl, t-butoxycarbonyl, t-butoxycarbonylmethyl, t-amyloxycarbonyl, t-amyloxycarbonylmethyl, 1-ethoxyethoxycarbonylmethyl, 2-tetrahydropyranyloxy Selected from the group consisting of carbonylalkyl, 2-tetrahydrofuranyloxycarbonylalkyl, t-butyl group, triethylcarbyl group, 1-methyl cyclohexyl group, 1-ethylcyclopentyl group, t-amyl group, and acetal group. You can hear what happens.
또한 상기 락톤(lactone) 유도체로는 락톤(lactone) 유도체기로, 바람직하게는 하기 화학식 4 및 5의 구조를 갖는 치환기를 들 수 있다.In addition, the lactone derivative includes a lactone derivative group, preferably a substituent group having the structures of the following formulas 4 and 5.
[화학식 4][Formula 4]
[화학식 5][Formula 5]
상기 화학식 4에서 X1 내지 X4 중 두개는 각각 독립적으로 C=O 및 O이고, C=O 및 O를 제외한 나머지는 CR7(여기서 R7은 수소, 알킬 또는 오각링과 융합링을 형성하는 알킬렌임)이다.In the above formula (4), two of X1 to .
상기 화학식 5에서 X5 내지 X9 중 두개는 각각 독립적으로 C=O 및 O이고, C=O 및 O를 제외한 나머지는 CR8(여기서 R8은 수소, 알킬 또는 육각링과 융합링을 형성하는 알킬렌임)이거나; X5 내지 X9가 모두 CR8(여기서 R8은 수소, 알킬, 또는 육각링과 융합링을 형성하는, 에스테르기-함유 알킬렌임)이고 적어도 두개의 R8이 서로 연결되어 락톤환을 형성한다.In the above formula (5), two of X5 to ; All of X5 to
보다 바람직하게는 R4은 부티로락토닐, 발레로락토닐, 1,3-시클로헥산카르보락토닐, 2,6-노르보난카르보락톤-5-일, 및 7-옥사-2,6-노르보난카르보락톤-5-일로 이루어진 군에서 선택된다.More preferably, R4 is butyrolactonyl, valerolactonyl, 1,3-cyclohexanecarbolactonyl, 2,6-norbonanecarbolacton-5-yl, and 7-oxa-2,6-nor. is selected from the group consisting of bonancarbolactone-5-yl.
R6는 수소; 또는 히드록시기, 카르복실기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 극성 관능기(polar group)를 포함하는 알킬기 또는 시클로알킬기이다. 상기 알킬기는 C2 내지 C14의 알킬기이고, 시클로알킬기는C3 내지 C14의 시클로알킬기이다. 바람직하게는 2-히드록시에틸, 3-히드록시-1-아다만틸 등을 들 수 있다.R6 is hydrogen; Or, it is an alkyl group or cycloalkyl group containing a polar group selected from the group consisting of a hydroxy group, a carboxyl group, and a combination thereof. The alkyl group is a C2 to C14 alkyl group, and the cycloalkyl group is a C3 to C14 cycloalkyl group. Preferred examples include 2-hydroxyethyl and 3-hydroxy-1-adamantyl.
즉, 상기 감광성 고분자는 화학식 1의 방향족 산 분해성 플루렌기를 갖는 (메타)아크릴레이트, 화학식 2 및 3의 화합물의 랜덤 공중합체이다. 바람직하게는 상기 감광성 고분자는 3,000 내지 20,000의 중량 평균 분자량(Mw)을 가지는 것이 바람직하다.That is, the photosensitive polymer is a (meth)acrylate having an aromatic acid-decomposable fluorene group of Formula 1 and a random copolymer of compounds of Formulas 2 and 3. Preferably, the photosensitive polymer has a weight average molecular weight (Mw) of 3,000 to 20,000.
또한, 상기 감광성 고분자는 1.5 내지 2.5의 분산도(Mw/Mn)를 갖는 것이 바람직하다. 상기 범위 내에서 우수한 식각 내성 및 해상성을 나타낼 수 있다.In addition, the photosensitive polymer preferably has a dispersion degree (Mw/Mn) of 1.5 to 2.5. Within the above range, excellent etching resistance and resolution can be achieved.
본 발명에 따른 감광성 고분자들은 새로운 기능성을 가지는 산 분해성 방향족 화합물들로부터 얻어지는 공중합체 형태로, 기존 레지스트 재료에 비해 건식 식각에 대한 내성이 매우 우수한 레지스트 조성물을 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다. The photosensitive polymers according to the present invention are in the form of copolymers obtained from acid-decomposable aromatic compounds with new functionality, and have the advantage of producing a resist composition that has excellent resistance to dry etching compared to existing resist materials.
또한, 모노머로서 포함되는 방향족 산 분해성 플루렌기를 갖는 (메타)아크릴레이트 화합물들은 산 촉매 조건에서 방향족 플루렌 치환기가 쉽게 분해가 일어날 수 있는 특성을 지닌 화합물들이다. 그러므로, 이러한 화합물들을 이용한 감광성 고분자는 기존 아다만틸 산 분해성기에 비해 식각 내성에 대한 개선 효과를 가질 수 있는 것으로, 기존의 ArF 레지스트 재료가 가지는 건식 식각 내성에 대한 단점을 극복하여 보다 높은 해상력을 요구하는 반도체 디바이스에서도 충분한 식각 마스크 역할을 할 수가 있다. In addition, (meth)acrylate compounds having an aromatic acid-decomposable fluorene group included as monomers are compounds whose aromatic fluorene substituent can be easily decomposed under acid catalyst conditions. Therefore, photosensitive polymers using these compounds can have an improvement effect on etching resistance compared to existing adamantyl acid decomposable groups, and require higher resolution by overcoming the disadvantages of dry etching resistance of existing ArF resist materials. It can also serve as a sufficient etch mask in semiconductor devices.
이로부터 얻어지는 레지스트 조성물을 포토 리소그래피 공정에 적용할 때 매우 우수한 리소그래피 퍼포먼스를 얻을 수 있다.When the resist composition obtained from this is applied to a photo lithography process, very excellent lithography performance can be obtained.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면 상기 감광성 고분자를 포함하는 레지스트 조성물을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a resist composition containing the photosensitive polymer is provided.
구체적으로 상기 레지스트 조성물은 상기 (a) 감광성 고분자와 함께 (b) 광산 발생제(PAG: photoacid generator) 및 (c) 용제를 포함한다.Specifically, the resist composition includes (a) the photosensitive polymer, (b) a photoacid generator (PAG), and (c) a solvent.
이하 본 발명의 일 구현예에 따른 레지스트 조성물에 포함되는 각 성분에 대하여 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, each component included in the resist composition according to one embodiment of the present invention will be examined in detail.
(a) 감광성 고분자 (a) Photosensitive polymer
상기 감광성 고분자는 앞서 설명한 바와 동일하다. 여기서, 상기 감광성 고분자는 레지스트 조성물 100 중량부에 대하여 5 내지 50 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.The photosensitive polymer is the same as previously described. Here, the photosensitive polymer is preferably included in an amount of 5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the resist composition.
상기와 같은 함량 범위로 레지스트 조성물 중에 포함될 때 우수한 식각 내성 및 접착특성을 얻을 수 있다.When included in the resist composition in the above content range, excellent etching resistance and adhesion characteristics can be obtained.
(b) 광산 발생제(PAG) (b) Photoacid generator (PAG)
상기 광산 발생제는 무기 오늄염(inorganic onium salts), 유기 술포네이트(organic sulfonates) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 구체적으로는 트리아릴술포늄염(triarylsulfonium salts), 디아릴이오도늄염(diaryliodonium salts), 술포네이트(sulfonates) 또는 그 혼합물로부터 선택되는 술포늄염 또는 이오도늄염이 사용될 수 있다. 보다 바람직하게는, 트리아릴술포늄 트리플레이트, 디아릴이오도늄 트리플레이트, 트리아릴술포늄 노나플레이트, 디아릴이오도늄 노나플레이트, 숙신이미딜 트리플레이트, 2,6-디니트로벤질 술포네이트 및 그 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다.The photoacid generator may be selected from the group consisting of inorganic onium salts, organic sulfonates, and mixtures thereof. Specifically, a sulfonium salt or iodonium salt selected from triarylsulfonium salts, diaryliodonium salts, sulfonates, or mixtures thereof may be used. More preferably, triarylsulfonium triflate, diaryliodonium triflate, triarylsulfonium nonaplate, diaryliodonium nonaplate, succinimidyl triflate, 2,6-dinitrobenzyl sulfonate. and mixtures thereof.
상기 광산 발생제는 감광성 고분자 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 광산 발생제의 함량이 1 중량부 미만이면, 레지스트 조성물에 대한 노광량이 과도하게 증가될 우려가 있고, 10 중량부를 초과하면 레지스트 조성물에 대한 투과도가 부족한 문제가 있을 수 있다.The photoacid generator is preferably included in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the photosensitive polymer. If the content of the photoacid generator is less than 1 part by weight, there is a risk that the exposure amount to the resist composition may be excessively increased, and if it exceeds 10 parts by weight, there may be a problem of insufficient transmittance of the resist composition.
(c) 용제(solvent) (c) solvent
상기 용제로는 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르아세테이트(PGMEA), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(PGME), 에틸 락테이트(EL), 시클로헥사논 (cyclohexanone), 2-헵톤(2-heptanone), 감마-부티로락톤(GBL) 등으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.The solvents include propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether (PGME), ethyl lactate (EL), cyclohexanone, 2-heptanone, and gamma-butyro. One or more types may be selected and used from the group consisting of lactones (GBL) and the like.
상기 용제는 레지스트 조성물중에 나머지 성분으로 포함되는 것으로 그 함량이 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 레지스트 조성물 100 중량부에 대하여 50 중량부 내지 95 중량부로 포함된다.The solvent is included as a remaining component in the resist composition and its content is not particularly limited, but is preferably included in an amount of 50 to 95 parts by weight based on 100 parts by weight of the resist composition.
(d) 산 억제제(acid quencher) (d) acid quencher
상기 레지스트 조성물은 상기 (a) 내지 (c)의 구성성분들과 함께, 노광량 조절 및 레지스트 프로파일 형성의 목적으로 유기 염기(base)를 추가로 포함할 수 있다.In addition to the components (a) to (c), the resist composition may further include an organic base for the purpose of controlling exposure dose and forming a resist profile.
상기 유기 염기는 주로 3가 아민(amine) 형태로 이루어지며, 예를 들면 트리에틸아민, 트리이소부틸아민, 트리옥틸아민, 트리이소데실아민, 트리에탄올아민 또는 그 혼합물로부터 선택되는 아민계 화합물을 사용할 수 있다.The organic base is mainly in the form of a trivalent amine, for example, an amine-based compound selected from triethylamine, triisobutylamine, trioctylamine, triisodecylamine, triethanolamine, or mixtures thereof may be used. You can.
상기 유기 염기의 함량은 감광성 고분자 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부의 양으로 포함되는 것이 바람직하다. 유기염기의 함량이 0.01 중량부 미만이면, 상기 목적하는 효과를 기대할 수 없으며, 1 중량부를 초과하는 경우에는 노광량을 과도하게 증가시키고 심하면 패턴 형성이 안되는 문제가 있을 수 있다.The content of the organic base is preferably 0.01 to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the photosensitive polymer. If the content of the organic base is less than 0.01 parts by weight, the desired effect cannot be expected, and if it exceeds 1 part by weight, the exposure amount is excessively increased and in severe cases, there may be a problem of pattern formation not being possible.
상기와 같은 조성을 갖는 레지스트 조성물을 이용하여 원하는 패턴을 형성하기 위하여 다음과 같은 공정을 이용한다.The following process is used to form a desired pattern using a resist composition having the above composition.
베어 실리콘 웨이퍼(bare silicon wafer) 또는 상면에 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화질화막과 같은 하부 막질이 형성되어 있는 실리콘 웨이퍼를 준비하고, 상기 실리콘 웨이퍼를 HMDS 처리 또는 유기 반사방지막으로 처리한다. 그 후, 상기 실리콘 웨이퍼 위에 상기 레지스트 조성물을 약 100 내지 500nm 정도의 두께로 코팅하여 레지스트 막을 형성한다.Prepare a bare silicon wafer or a silicon wafer on which a lower layer such as a silicon oxide film, silicon nitride film, or silicon oxynitride film is formed on the upper surface, and the silicon wafer is treated with HMDS treatment or an organic anti-reflection film. Thereafter, the resist composition is coated on the silicon wafer to a thickness of approximately 100 to 500 nm to form a resist film.
상기 레지스트 막이 형성된 상기 실리콘 웨이퍼를 약 90 내지 150℃의 온도 범위에서 약 60 내지 120초 동안 프리베이킹(SB)하여 용제를 제거하고, 여러가지 노광원, 예를 들면 KrF, ArF 또는 EUV(extreme UV), E-빔 등을 이용하여 노광한 후, 상기 레지스트 막의 노광 영역에서 화학 반응을 일으키도록 하기 위하여 약 90 내지 120℃의 온도 범위에서 약 60 내지 120초 동안 포스트익스포저 베이킹(PEB)를 실시한다.The silicon wafer on which the resist film is formed is prebaked (SB) for about 60 to 120 seconds at a temperature range of about 90 to 150° C. to remove the solvent, and then exposed to various exposure light sources, such as KrF, ArF, or extreme UV (EUV). After exposure using an E-beam, etc., post-exposure baking (PEB) is performed for about 60 to 120 seconds at a temperature range of about 90 to 120°C to cause a chemical reaction in the exposed area of the resist film.
그런 다음, 상기 레지스트 막을 2.38wt% 테트라메틸암모늄히드록사이드(TMAH) 용액으로 현상하게 되는데, 이때 노광부에서는 염기성 수용액 현상액에 대하여 매우 큰 용해도 특성을 보임으로써, 현상 시 잘 용해되어 제거된다. 사용된 노광원이 ArF 엑시머 레이저인 경우, 약 5 내지 30 mJ/㎠의 도즈(dose)에서 80 내지 100nm의 라인 앤드 스페이스 패턴(line and space pattern)을 형성할 수 있다.Then, the resist film is developed with a 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution. At this time, the exposed area shows very high solubility in a basic aqueous developer solution, so it is easily dissolved and removed during development. When the exposure source used is an ArF excimer laser, a line and space pattern of 80 to 100 nm can be formed at a dose of about 5 to 30 mJ/cm2.
상기 설명한 바와 같은 과정으로부터 얻어진 레지스트 패턴을 마스크로 사용하고, 특정한 에칭 가스, 예를 들면 할로겐 가스 또는 CxFy 가스 등의 플라즈마를 사용하여 실리콘 산화막과 같은 상기 하부 막질을 에칭한다. 이어서 스트립퍼(stripper)를 사용하여 웨이퍼상에 남아 있는 레지스트 패턴을 제거하여 원하는 실리콘 산화막 패턴을 형성할 수 있다.The resist pattern obtained from the process described above is used as a mask, and the lower film material, such as a silicon oxide film, is etched using a specific etching gas, such as plasma such as halogen gas or CxFy gas. Subsequently, the resist pattern remaining on the wafer can be removed using a stripper to form a desired silicon oxide film pattern.
이하 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세히 설명할 것이나, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예 일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to examples below. However, the following examples are only preferred examples of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.
실시예-1) 모노머-I의 합성Example-1) Synthesis of Monomer-I
둥근 바닥 플라스크에서 플루렌논 17g를 THF(100mL)에 녹인 다음에, 여기에 메칠마그네슘 브로마이드 용액(0.5M in THF) 200mL를 천천히 적하하면서 첨가한 다음, 약 60도 온도에서 2시간 정도 반응시켰다.17 g of fluorenone was dissolved in THF (100 mL) in a round bottom flask, and then 200 mL of methylmagnesium bromide solution (0.5 M in THF) was slowly added dropwise, followed by reaction at a temperature of about 60 degrees for about 2 hours.
반응이 끝난 다음, 로타리에바프레이터를 이용해 THF 용매를 적당량 날린 후 반응물을 과량의 물에 떨어뜨린 다음에 묽은 염산으로 중화시킨 뒤, 디에틸에테르를 이용하여 추출하고, 칼럼 크로마토그라피(hexane:ethyl acetate=2:1)를 통해 정제하여 생성물을 얻었다.After the reaction was completed, an appropriate amount of THF solvent was blown off using a rotary evaporator, the reactant was dropped into excess water, neutralized with diluted hydrochloric acid, extracted using diethyl ether, and column chromatography (hexane:ethyl The product was obtained by purification using acetate=2:1).
상기 얻어진 생성물 13.2g(50mmol)과 TEA(triethylamine) 5g을 THF 200mL에 녹인 다음에, 여기에 메타크릴로일 클로라이드 6g를 천천히 떨어뜨린 다음에 약 50도 온도에서 4시간 정도 반응시켰다. 반응이 끝난 후 과량의 THF를 날린 다음 얻어진 생성물을 과량의 물에 떨어뜨린 다음에, 묽은 염산으로 중화 시킨 뒤, 디에틸에테르를 이용해 생성물을 추출하고 칼럼 크로마토그라피(hexane:ethyl acetate=3:1)를 통해 정제하여 모노머-I를 얻었다(수율: 50%)13.2 g (50 mmol) of the obtained product and 5 g of triethylamine (TEA) were dissolved in 200 mL of THF, and then 6 g of methacryloyl chloride was slowly added thereto and reacted at a temperature of about 50 degrees for about 4 hours. After the reaction was over, the excess THF was blown away, the obtained product was dropped into excess water, neutralized with diluted hydrochloric acid, and the product was extracted using diethyl ether and subjected to column chromatography (hexane:ethyl acetate=3:1). ) was purified to obtain monomer-I (yield: 50%)
실시예-2) 모노머-II의 합성Example-2) Synthesis of Monomer-II
구체적으로는, 메틸마그네슘 브로마이드 대신에 시클로펜틸마그네슘 클로라이드를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 모노머-II을 제조하였다(수율: 50%).Specifically, monomer-II was prepared in the same manner as in Example 1, except that cyclopentylmagnesium chloride was used instead of methylmagnesium bromide (yield: 50%).
실시예-3) 모노머-III의 합성Example-3) Synthesis of Monomer-III
구체적으로는, 메틸마그네슘 브로마이드 대신에 벤질마그네슘 클로라이드를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 모노머-III을 제조하였다(수율: 40%).Specifically, monomer-III was prepared in the same manner as in Example 1, except that benzylmagnesium chloride was used instead of methylmagnesium bromide (yield: 40%).
실시예-4) 감광성 고분자의 합성Example-4) Synthesis of photosensitive polymer
실시예-1)에서 합성한 모노머(20mmol), t-부틸 메타크릴레이트(20mmol), γ-부티로락토닐 메타크릴레이트(GBLMA)(40mmol), 및 3-히드록시-1-아다만틸 메타크릴레이트(HAMA)(20mmol)를 둥근 플라스크에 넣고 다이옥산 용매(모노머 총 중량에 대하여 3배)에 용해시킨 후, 여기에 중합개시제로서 BPO(모노머 농도의 2%)를 넣고 질소로 약 20분 정도 퍼징한 다음, 80℃ 온도에서 약 20시간 동안 중합시켰다.Monomer synthesized in Example-1) (20 mmol), t-butyl methacrylate (20 mmol), γ-butyrolactonyl methacrylate (GBLMA) (40 mmol), and 3-hydroxy-1-adamantyl Put methacrylate (HAMA) (20 mmol) in a round flask and dissolve it in dioxane solvent (3 times the total weight of monomers), then add BPO (2% of monomer concentration) as a polymerization initiator and incubate under nitrogen for about 20 minutes. After purging for some time, polymerization was performed at a temperature of 80°C for about 20 hours.
중합이 끝난 후, 반응물을 과량의 메탄올/물 공용매에서 천천히 침전시키고, 생성된 침전물을 필터링한 다음에, 다시 침전물을 적당량의 THF에 녹여서 메탄올/물 공용매에서 재침전시켰다. 그 후, 얻어진 침전물을 80℃ 진공오븐 내에서 약 24시간 동안 말려서 고분자를 합성하였다(수율: 80%). After polymerization was completed, the reactant was slowly precipitated in an excess of methanol/water co-solvent, the resulting precipitate was filtered, and then the precipitate was dissolved in an appropriate amount of THF and reprecipitated in the methanol/water co-solvent. Afterwards, the obtained precipitate was dried in a vacuum oven at 80°C for about 24 hours to synthesize a polymer (yield: 80%).
합성된 중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은 14,800이고, 분산도(Mw/Mn)는 1.6이었다.The weight average molecular weight (Mw) of the synthesized polymer was 14,800, and the dispersion degree (Mw/Mn) was 1.6.
실시예-5) 감광성 고분자의 합성Example-5) Synthesis of photosensitive polymer
상기 실시예-2)에서 합성한 모노머(20mmol), t-부틸 메타크릴레이트(20mmol), γ-부티로락토닐 메타크릴레이트(GBLMA)(40mmol), 및 3-히드록시-1-아다만틸 메타크릴레이트(HAMA)(20mmol)를 실시예-4)과 동일한 방법으로 중합하여 고분자를 합성하였다(수율: 75%). The monomer synthesized in Example-2) (20 mmol), t-butyl methacrylate (20 mmol), γ-butyrolactonyl methacrylate (GBLMA) (40 mmol), and 3-hydroxy-1-adamane A polymer was synthesized by polymerizing hel methacrylate (HAMA) (20 mmol) in the same manner as in Example-4) (yield: 75%).
이때, 얻어진 중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은 13,600이고, 분산도(Mw/Mn)는 1.7이었다.At this time, the weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 13,600, and the dispersion degree (Mw/Mn) was 1.7.
실시예-6) 감광성 고분자의 합성Example-6) Synthesis of photosensitive polymer
상기 실시예-3)에서 합성한 모노머(20mmol), t-부틸 메타크릴레이트(20mmol), γ-부티로락토닐 메타크릴레이트(GBLMA)(40mmol), 및 3-히드록시-1-아다만틸 메타크릴레이트(HAMA)(20mmol)를 실시예-4)과 동일한 방법으로 중합하여 고분자를 합성하였다(수율: 75%). The monomer synthesized in Example-3) (20 mmol), t-butyl methacrylate (20 mmol), γ-butyrolactonyl methacrylate (GBLMA) (40 mmol), and 3-hydroxy-1-adamane A polymer was synthesized by polymerizing hel methacrylate (HAMA) (20 mmol) in the same manner as in Example-4) (yield: 75%).
이때, 얻어진 중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은 14,500이고, 분산도(Mw/Mn)는 1.7이었다.At this time, the weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 14,500, and the dispersion degree (Mw/Mn) was 1.7.
실시예-7) 감광성 고분자의 합성Example-7) Synthesis of photosensitive polymer
상기 실시예-1)에서 합성한 모노머(20mmol), t-부틸 메타크릴레이트(20mmol), 2-히드록시에칠 메타크릴레이트(HEMA)(40mmol), 및 1-아다만틸 아크릴레이트(HAMA)(20mmol)를 실시예-4)과 동일한 방법으로 중합하여 고분자를 합성하였다(수율: 70%). The monomer synthesized in Example-1) (20 mmol), t-butyl methacrylate (20 mmol), 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) (40 mmol), and 1-adamantyl acrylate (HAMA) ) (20 mmol) was polymerized in the same manner as in Example-4) to synthesize a polymer (yield: 70%).
이때, 얻어진 중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은 15,500이고, 분산도(Mw/Mn)는 1.7이었다.At this time, the weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 15,500, and the dispersion degree (Mw/Mn) was 1.7.
실시예-8) 감광성 고분자의 합성Example-8) Synthesis of photosensitive polymer
상기 실시예-1)에서 합성한 모노머(20mmol), γ-부티로락토닐 메타크릴레이트(GBLMA)(30mmol), 2-히드록시에칠 메타크릴레이트(HEMA)(20mmol) 및 2-메칠-2-아다만틸 메타크릴레이트(MAMA)(30mmol)를 실시예-4)과 동일한 방법으로 중합하여 고분자를 합성하였다(수율: 75%). The monomer synthesized in Example-1) (20 mmol), γ-butyrolactonyl methacrylate (GBLMA) (30 mmol), 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) (20 mmol), and 2-methyl- 2-Adamantyl methacrylate (MAMA) (30 mmol) was polymerized in the same manner as in Example-4) to synthesize a polymer (yield: 75%).
이때, 얻어진 중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은 15,500이고, 분산도(Mw/Mn)는 1.7이었다.At this time, the weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 15,500, and the dispersion degree (Mw/Mn) was 1.7.
실시예-9) 감광성 고분자의 합성Example-9) Synthesis of photosensitive polymer
상기 실시예-1)에서 합성한 모노머(20mmol), 스타이렌(10mmol), 2-히드록시에칠 메타크릴레이트(40mmol) 및 2-메칠-2-아다만틸 메타크릴레이트(MAMA)(30mmol)를 실시예-4)과 동일한 방법으로 중합하여 고분자를 합성하였다(수율: 75%). The monomer synthesized in Example-1) (20 mmol), styrene (10 mmol), 2-hydroxyethyl methacrylate (40 mmol), and 2-methyl-2-adamantyl methacrylate (MAMA) (30 mmol) ) was polymerized in the same manner as in Example-4) to synthesize a polymer (yield: 75%).
이때, 얻어진 중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은 15,300이고, 분산도(Mw/Mn)는 1.7이었다.At this time, the weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 15,300, and the dispersion degree (Mw/Mn) was 1.7.
실시예-10) 감광성 고분자의 합성Example-10) Synthesis of photosensitive polymer
상기 실시예-1)에서 합성한 모노머(40mmol), 스타이렌(10mmol), γ-부티로락토닐 메타크릴레이트(20mmol) 및 3-히드록시-1-아다만틸 메타크릴레이트(30mmol)를 실시예-4)과 동일한 방법으로 중합하여 고분자를 합성하였다(수율: 75%). The monomer (40 mmol), styrene (10 mmol), γ-butyrolactonyl methacrylate (20 mmol) and 3-hydroxy-1-adamantyl methacrylate (30 mmol) synthesized in Example-1) above were A polymer was synthesized by polymerization in the same manner as in Example-4) (yield: 75%).
이때, 얻어진 중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은 15,800이고, 분산도(Mw/Mn)는 1.7이었다.At this time, the weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 15,800, and the dispersion degree (Mw/Mn) was 1.7.
실시예-11) 감광성 고분자의 합성Example-11) Synthesis of photosensitive polymer
상기 실시예-1)에서 합성한 모노머(20mmol), t-부틸 메타크릴레이트(20mmol), γ-부티로락토닐 메타크릴레이트(40mmol), 및 스타이렌(20mmol)를 실시예-4)과 동일한 방법으로 중합하여 고분자를 합성하였다(수율: 75%). The monomer (20 mmol), t-butyl methacrylate (20 mmol), γ-butyrolactonyl methacrylate (40 mmol), and styrene (20 mmol) synthesized in Example-1) were mixed with Example-4). A polymer was synthesized by polymerization using the same method (yield: 75%).
이때, 얻어진 중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은 15,800이고, 분산도(Mw/Mn)는 1.7이었다.At this time, the weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 15,800, and the dispersion degree (Mw/Mn) was 1.7.
실시예-12) 감광성 고분자의 합성Example-12) Synthesis of photosensitive polymer
상기 실시예-1)에서 합성한 모노머(20mmol), t-부틸 메타크릴레이트(20mmol), γ-부티로락토닐 메타크릴레이트(40mmol), 및 4-히드록시스타이렌(20mmol)를 실시예-4)과 동일한 방법으로 중합하여 고분자를 합성하였다(수율: 75%). The monomer (20 mmol), t-butyl methacrylate (20 mmol), γ-butyrolactonyl methacrylate (40 mmol), and 4-hydroxystyrene (20 mmol) synthesized in Example-1) above were A polymer was synthesized by polymerization in the same manner as in -4) (yield: 75%).
이때, 얻어진 중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은 15,300이고, 분산도(Mw/Mn)는 1.7이었다.At this time, the weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 15,300, and the dispersion degree (Mw/Mn) was 1.7.
실시예-13) 감광성 고분자의 합성Example-13) Synthesis of photosensitive polymer
상기 실시예-1)에서 합성한 모노머(20mmol), t-부틸 메타크릴레이트(20mmol), 2-히드록시에칠 메타크릴레이트(40mmol), 및 스타이렌(20mmol)를 실시예-4)과 동일한 방법으로 중합하여 고분자를 합성하였다(수율: 75%). The monomer (20 mmol), t-butyl methacrylate (20 mmol), 2-hydroxyethyl methacrylate (40 mmol), and styrene (20 mmol) synthesized in Example-1) were mixed with Example-4). A polymer was synthesized by polymerization using the same method (yield: 75%).
이때, 얻어진 중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은 16,100이고, 분산도(Mw/Mn)는 1.7이었다.At this time, the weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 16,100, and the dispersion degree (Mw/Mn) was 1.7.
비교 실시예) 감광성 고분자의 합성Comparative Example) Synthesis of photosensitive polymer
t-부틸 메타크릴레이트(40mmol), γ-부티로락토닐 메타크릴레이트(GBLMA)(40mmol), 및 3-히드록시-1-아다만틸 메타크릴레이트(HAMA)(20mmol)를 실시예-4)과 동일한 방법으로 중합하여 고분자를 합성하였다(수율: 80%). t-butyl methacrylate (40 mmol), γ-butyrolactonyl methacrylate (GBLMA) (40 mmol), and 3-hydroxy-1-adamantyl methacrylate (HAMA) (20 mmol) were prepared in Example- A polymer was synthesized by polymerization in the same manner as in 4) (yield: 80%).
이때, 얻어진 중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은 15,500이고, 분산도(Mw/Mn)는 1.7이었다.At this time, the weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 15,500, and the dispersion degree (Mw/Mn) was 1.7.
실시예-14) 레지스트 조성물의 제조 및 리소그래피 퍼포먼스Example-14) Preparation and lithography performance of resist composition
상기 실시예-4~13) 및 비교 실시예에서 합성한 각각의 감광성 고분자(1g)를 트리페닐슐포늄 노나플레이트(0.02g)와 함께 PGMEA/EL(6/4)(17g)에 용해시킨 후, 유기 염기인 트리에탄올아민(1mg)를 넣고 완전히 용해시켜 각각의 레지스트 조성물을 제조하였다.Each photosensitive polymer (1g) synthesized in Examples-4 to 13) and Comparative Examples was dissolved in PGMEA/EL (6/4) (17g) together with triphenylsulfonium nonaplate (0.02g). , triethanolamine (1 mg), an organic base, was added and completely dissolved to prepare each resist composition.
실시예-15) 해상도 평가Example-15) Resolution evaluation
상기 실시예-14)에서 제조된 각각의 레지스트 용액을 0.1㎛ 멤브레인 필터를 이용하여 필터하였다. 필터된 레지스트 용액을 유기 BARC(AR46, Rhom&Hass Company) 600Å 두께 처리한 실리콘 웨이퍼상에 140nm 두께로 코팅한 후, 130도 온도에서 60초 동안 프리베이킹(soft baking: SB) 하였다.Each resist solution prepared in Example-14) was filtered using a 0.1㎛ membrane filter. The filtered resist solution was coated to a thickness of 140 nm on a 600Å thick organic BARC (AR46, Rhom & Hass Company) silicon wafer, and then pre-baked (soft baking: SB) at a temperature of 130 degrees for 60 seconds.
ArF scanner(0.78NA, dipole)를 이용하여 20~50mj/cm2 노광한 다음, 110도 온도에서 60초 동안 PEB(post-exposure bake)를 실시한 다음, 2.38중량% TMAH 용액에 60초 동안 현상하였다. 그 결과, 아래 표-1과 같은 깨끗한 90~100nm L/S 패턴 결과를 얻었으며, 비교 실시예 고분자에 비해 해상도가 우수함을 확인하였다.After exposure at 20~50mj/cm2 using an ArF scanner (0.78NA, dipole), PEB (post-exposure bake) was performed at 110 degrees for 60 seconds, and then developed in a 2.38% by weight TMAH solution for 60 seconds. As a result, a clean 90~100nm L/S pattern result was obtained as shown in Table-1 below, and it was confirmed that the resolution was superior to that of the comparative example polymer.
실시예-16) 식각 내성 평가Example-16) Etch resistance evaluation
상기 실시예-14)에서 제조된 각각의 레지스트 조성물의 에치 특성을 평가하기 위해 RIE(reactive ion etching) 방식으로 CF4 가스 (조성; power 100W, pressure 5Pa, flow rate 30ml/min) 조건에서 벌크 에치(bulk etch) 평가를 진행하였다. 이때, 사용한 레퍼런스(reference)는 KrF용 레지스트인 폴리히드록시스티렌(PHS) 고분자의 에칭 속도(etching rate)를 기준으로 표준화(normalized)하여 평가하였다. 측정 결과, 표-2에서 보여주고 있으며 본 발명의 고분자의 경우 KrF용 고분자 대비 각각 약 1.1 배(normalized) 정도의 에칭 속도를 나타내고 있으며, 비교 실시예 고분자의 경우는 1.5배 정도의 에치 속도를 보여줘 본 발명의 고분자들이 매우 에치 내성이 강하다는 걸 확인할 수 있었다. In order to evaluate the etching characteristics of each resist composition prepared in Example-14), bulk etching (composition; power 100W, pressure 5Pa, flow rate 30ml/min) was performed using RIE (reactive ion etching) under CF4 gas (composition; power 100W, pressure 5Pa, flow rate 30ml/min) bulk etch) evaluation was conducted. At this time, the reference used was normalized and evaluated based on the etching rate of polyhydroxystyrene (PHS) polymer, which is a resist for KrF. The measurement results are shown in Table-2, and the polymer of the present invention shows an etching rate of about 1.1 times (normalized) compared to the polymer for KrF, and the polymer of the comparative example shows an etching rate of about 1.5 times. It was confirmed that the polymers of the present invention have very strong etch resistance.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.Above, the present invention has been described in detail with preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. possible.
Claims (7)
[화학식 1] [화학식 2]
상기 식에서, R1 및 R3은 수소 또는 메틸기이고,
R2는 C1~C20의 알킬기; C2~C20의 알케닐기; C6~C20의 아릴기 또는 헤테로 원자를 포함한 아릴기; 또는 수산기, 불소, 니트로, 니트릴기로 치환되어 있을 수도 있는 C6~C20의 아릴기;이고,
R4는 t-butyl기이다.A photosensitive polymer comprising a repeating unit derived from a (meth)acrylate compound having an aromatic fluorene group of Formula 1 below and a repeating unit derived from Formula 2 below.
[Formula 1] [Formula 2]
In the above formula, R1 and R3 are hydrogen or methyl groups,
R2 is an alkyl group of C1~C20; Alkenyl group of C2~C20; An aryl group containing C6 to C20 or a hetero atom; Or an aryl group from C6 to C20 that may be substituted with a hydroxyl group, fluorine, nitro, or nitrile group;
R4 is a t-butyl group.
상기 화합물은 하기 구조를 갖는 화합물들로부터 이루어진 군에서 선택되는 것인 (메타)아크릴레이트 화합물로부터 유도된 반복단위를 포함하는 감광성 고분자.
According to paragraph 1,
The compound is a photosensitive polymer comprising a repeating unit derived from a (meth)acrylate compound selected from the group consisting of compounds having the following structure.
하기 화학식 3의 화합물로부터 유도된 반복단위를 더 포함하는 감광성 고분자.
[화학식 3]
상기 화학식 3에 있어서, R5은 수소 또는 메틸기이고,
R6는 수소; 히드록시기, 카르복실기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 극성 관능기(polar group)를 포함하는 알킬기 또는 시클로알킬기이다.According to paragraph 1,
A photosensitive polymer further comprising a repeating unit derived from a compound of formula 3 below.
[Formula 3]
In Formula 3, R5 is hydrogen or a methyl group,
R6 is hydrogen; It is an alkyl group or cycloalkyl group containing a polar group selected from the group consisting of a hydroxy group, a carboxyl group, and a combination thereof.
상기 R2는 메틸, 에칠, 이소부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 벤질기인 감광성 고분자.According to paragraph 1,
The photosensitive polymer wherein R2 is a methyl, ethyl, isobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, or benzyl group.
(b) 광산발생제(PAG); 및
(c) 유기 용매를 포함하는 레지스트 조성물.
(a) the photosensitive polymer according to any one of claims 1 to 3 or 6;
(b) photoacid generator (PAG); and
(c) A resist composition containing an organic solvent.
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