KR19980015736A

KR19980015736A - 화학증폭형 베이스 수지

Info

Publication number: KR19980015736A
Application number: KR1019960035174A
Authority: KR
Inventors: 최상준
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1996-08-23
Filing date: 1996-08-23
Publication date: 1998-05-25

Abstract

본 발명은 화학증폭형 베이스 수지에 관한 것으로서, 화학식 2로 표시되고 중량평균분자량이 10000∼50000인 것을 특징으로 하는 화학증폭형 베이스 수지가 개시되어 있다. 본 발명에 따라 제조된 고분자는 소수성기와 친수성기를 가지고 있어서 노광 전, 후의 용해도 차이가 크고 막질과의 접착력도 우수하므로 화학증폭형 레지스트용 베이스 수지로서 사용하는 데 적절할 뿐만 아니라, 한 종류의 모노머를 합성하여 제조되므로 그 제조공정이 간단하다.

[화학식 2]

여기에서, R은 메틸, 에틸, 부틸 또는 t-부틸기이다.

Description

화학증폭형 레지스트용 베이스수지

본 발명은 화학증폭형 레지스트용 베이스 수지에 관한 것으로서, 상세하기로는 하나의 반복단위에 소수성기와 친수성기를 동시에 가지고 있어서 그 제조하기가 용이한 화학증폭형 베이스 수지에 관한 것이다.

반도체 칩의 집적도가 증가함에 따라 리소그라피 공정에서 쿼터-마이크론(quarter-micron)급의 미세 패턴 형성이 요구되고 있다. 이에 따라, 기존의 심자외선(deep-UV: 248nm)보다 더욱 단파장의 ArF 엑시머 레이저(193nm)를 이용하는 리소그래피 기술이 도입되었는데, 이를 위하여 고 감광도(sensitivity), 고 해상도(resolution)의 패턴을 형성할 수 있는 새로운 재료의 도입이 필요하게 되었다.

화학증폭형 레지스트는 노광에 의해 생성된 H⁺(proton)을 촉매로 이용하는 것으로서, H⁺의 확산 및 분해 반응이 연쇄적으로 일어나 고투명도를 유지하면서 패턴을 형성할 수 있는 재료이다.

일반적으로, 화학증폭형 레지스트를 이루는 필수 구성 성분으로서 용해도를 제어하기 위하여 용해 억제 그룹(dissolution inhibiting group)이 도입된 베이스 수지(base resin)와 PAG(photoacid generator)가 있다.

이 중, 베이스 수지는 2종 이상의 구성 단위로 이루어진 공중합체인 것이 일반적이며, 구체적으로 용해 억제 그룹(dissolution inhibiting group)이 치환되어 있는 소수성의 반복단위와 막질(substrate)과의 접착력을 좋게 하기 위하여 도입된 친수성의 반복단위가 적절한 비율로 이루어져 있다. 그러므로, 화학 증폭형 레지스트용 베이스 수지를 제조하기 위하여 적어도 2가지 이상의 모노머가 필요하기 때문에, 그 제조상의 어려움과 비용이 크다는 단점이 있다.

화학증폭형 레지스트용 베이스 수지로 사용되는 대표적인 화합물로서 하기 화학식 1로 표시되는 고분자가 있다.

이 화합물은 상기 구조식에서 알 수 있는 바와 같이 두 개의 모노머를 공중합시켜 얻어진 코폴리머임을 알 수 있다. 즉 상기 화학식 1의 화합물의 제조시 비용이 높고 제조하기가 어렵다는 문제점을 가지고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 하나의 반복단위에 친수성기와 소수성기를 함께 함유하고 있어서, 제조하기가 용이하면서 저렴한 생산비용으로 얻을 수 있는 화학증폭형 베이스 수지를 제공하는 것이다.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 화학식 2로 표시되고 중량평균분자량이 10000∼50000인 것을 특징으로 하는 화학증폭형 베이스 수지가 제공된다.

여기에서, R은 메틸, 에틸, 부틸 또는 t-부틸기이다.

본 발명에서는 용해억제그룹으로 작용하는 소수성기와 막질과 결합하여 레지스트의 도포성을 향상시킬 수 있는 친수성기를 모두 갖는 수지를 제공함에 그 특징이 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제공된 고분자의 노광에 의한 반응 메카니즘이 반응식 1에 나타나 있는데, 이를 참고하여 반응 메카니즘을 설명하면 다음과 같다.

상기 반응식 1로부터 알 수 있듯이, 상기 화학식 1의 화합물은 노광공정을 거치기 이전에는 현상액에 잘 용해되지 않는 성질을 가지고 있는 동시에 하이드록시기를 갖고 있기 때문에, 기판과의 결합력도 우수하다. 반면, 노광공정을 거치면, t-부톡시기가 하이드록시기로 전환되면서 현상액에 대한 용해도가 크게 증가된다.

하기 반응식 2를 참조하여, 상기와 같은 성질을 갖는 본 발명의 베이스 수지는 우선적으로 모노머를 합성한 다음, 이를 중합시킴으로써 얻을 수 있다.

여기에서, R은 전술한 바와 같다.

먼저, 4-(t-부톡시) 벤즈알데히드와 아크릴레이트 유도체를 혼합한 다음, 여기에 1,4-디아조바이사이클로[2.2.2]옥탄(1,4-diazobicyclo[2.2.2]octane 이하, DABCO)을 첨가하고 일정시간 교반한다.

이어서 반응 생성물을 워크-업하면 모노머가 얻어진다. 이 경우 아크릴레이트 유도체는 1당량 이상 투여하는 것이 바람직하다.

상기 결과물을 유기용매에 녹인 후, 중합개시제를 부가하고 중합반응을 개시하면 화학식 1의 화합물을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하되, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

세 개의 가지달린 플라스크 500ml에 t-부톡시 벤즈알데히드 89g(0.5mol)와 메틸 아크릴레이트 65g(0.75mol)을 부가한 다음, DABCO 8g(0.075mol)을 혼합하였다.

상기 반응물을 상온에서 6일동안 교반하여 반응을 진행시켰다. 반응이 완결되면 감압증발하였고, 반응물을 과량의 물에 떨어뜨렸다. 이어서 염산용액으로 중화시킨 다음, 디에틸에테르(100ml×4)를 이용하여 추출하였다. 그 후 황산마그네슘으로 건조한 다음, 여과, 증발하였다. 그 후 칼럼크로마토그래피로 정제하여 생성물을 얻었다(수율: 85%).

[실시예 2]

실시예 1에 따라 얻은 모노머 26.4g(0.1mol)를 1,4-디옥산 120ml에 용해하였다. 여기에 중합개시제로서 아조비스이소부틸로니트릴 0.82g을 첨가한 다음, 70℃에서 24시간동안 중합반응시켰다.

본 발명에 따라 제조된 고분자는 소수성기와 친수성기를 가지고 있어서 노광 전, 후의 용해도 차이가 크고 막질과의 접착력도 우수하므로 화학증폭형 레지스트용 베이스 수지로서 사용하는 데 적절할 뿐만 아니라, 한 종류의 모노머를 합성하여 제조되므로 그 제조공정이 간단하다.

Claims

화학식 2로 표시되고 중량평균분자량이 10000∼50000인 것을 특징으로 하는 화학증폭형 베이스 수지.

여기에서, R은 메틸, 에틸, 부틸 또는 t-부틸기이다.