KR20010011767A - Novel photoresist polymer and photoresist composition containing it - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A novel photoresist copolymer suitable for use in a lithography process using a light source in an area of deep ultraviolet rays in the manufacture of a fine circuit of highly integrated semiconductors, photoresist composition using the same and process for producing the same are provided, which can be effectively applied to an ArF photoresist film. CONSTITUTION: A photoresist copolymer of formula 6 comprises a compound of formula 1, one or more compounds of formula 2 and maleic anhydride copolymer of formula 3, and has a molecular weight of 3,000 to 100,000. In formula, w, x, y and z represent a mole equivalent ratio of w : x : y : z of 0.1 to 0.9 : 0.1 to 0.9 : 0.9 : 0.1 based on the z; R1 is C1-10 substituted or nonsubstituted straight or side chained alkyl, preferably t-butyl as a protecting group; R2 is H, C1-10 substituted or nonsubstituted straight or side chained alkyl; R is H, C1-10 substituted or nonsubstituted straight or side chained alkyl or alcohol; m and n are the same or different 1 or 2; and n is 1 or 2. The process for forming a photoresist pattern comprises the steps of: forming a photoresist film by coating a photoresist composition on a wafer; exposing the photoresist film with an exposure source; and obtaining a desired pattern by developing the photoresist film, optionally executing a baking process at 70 to 200deg.C before and/or after the exposing process.

Description

신규의 포토레지스트용 공중합체 및 이를 이용한 포토레지스트 조성물{Novel photoresist polymer and photoresist composition containing it}Novel photoresist polymer and photoresist composition containing it

본 발명은 신규의 포토레지스트용 중합체 및 그 중합체를 이용한 포토레지스트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고집적 반도체 소자의 미세회로 제조시 원자외선 영역의 광원을 이용한 리소그래피 공정에 사용하기에 적합한 포토레지스트용 중합체, 그 중합체를 이용한 포토레지스트 조성물 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel photoresist polymer and a photoresist composition using the polymer, and more particularly, to a photoresist suitable for use in a lithography process using a light source in the far ultraviolet region in the manufacture of a microcircuit of a highly integrated semiconductor device. The present invention relates to a polymer, a photoresist composition using the polymer, and a production method thereof.

반도체 제조의 미세가공 공정에서 고감도를 달성하기 위하여, 근래에는 KrF (249nm), ArF (193nm) 또는 EUV와 같은 화학증폭성인 원자외선 (DUV: Deep Ultra Violet) 영역의 광원을 사용하는 리소그래피에 적합한 포토레지스트가 각광을 받고 있으며, 이러한 포토레지스트는 광산 발생제 (photoacid generator)와 산에 민감하게 반응하는 구조의 포토레지스트용 중합체를 배합하여 제조된다.In order to achieve high sensitivity in the microfabrication process of semiconductor manufacturing, photolithography is suitable for lithography using a light source in a chemically amplified deep ultra violet (DUV) region such as KrF (249 nm), ArF (193 nm) or EUV. The resist is in the spotlight, and such a photoresist is prepared by combining a photoacid generator and a polymer for photoresist having a structure sensitive to acid.

이러한 포토레지스트의 작용 기전은 광원으로부터 자외선 빛을 받은 광산 발생제가 산을 발생시키고, 이렇게 발생된 산에 의해 노광부위의 중합체 주쇄 또는 측쇄가 반응하여 분해된 후, 현상액에 용해되는 반면, 비노광부위는 현상액 처리후에도 본래의 구조를 그대로 갖기 때문에 마스크의 상이 기판 위에 양화상으로 남겨진다. 이와 같은 리소그래피 공정에서 해상도는 광원의 파장에 의존하여 광원의 파장이 작아질수록 미세 패턴을 형성시킬 수 있으며, 이에 따라 이러한 광원에 적합한 포토레지스트가 요구되고 있다.The mechanism of action of the photoresist is that the photoacid generator that receives ultraviolet light from the light source generates an acid, and the polymer main chain or side chain of the exposed portion is decomposed by the acid, and then dissolved in the developer, while the non-exposed site is dissolved. Since the film retains its original structure after the developer treatment, the mask image remains as a positive image on the substrate. In such a lithography process, the resolution is dependent on the wavelength of the light source, and as the wavelength of the light source becomes smaller, a fine pattern can be formed. Accordingly, a photoresist suitable for such a light source is required.

또한, 일반적으로 포토레지스트는 우수한 에칭 내성과 내열성 및 접착성을 가져야 하며, 공지의 현상액, 예를 들어 2.38% 테트라메틸암모늄하이드록사이드 (TMAH) 수용액에 현상 가능한 것이 공정비용 절감 등의 측면에서 유리하다. 그러나 이러한 모든 성질을 만족하는 중합체 특히, 원자외선용 포토레지스트를 제조하기는 매우 어렵다. 예를 들어 주쇄가 폴리아크릴레이트계인 중합체는 합성하기는 쉽지만, 에칭 내성의 확보 및 현상 공정에 문제가 있다. 에칭 내성을 확보하기 위하여는 주쇄에 지방족환형 단위체를 첨가하는 방안을 고려할 수 있으나, 주쇄를 모두 지방족환형 단위체로 구성하기는 매우 어렵다.In addition, photoresists generally have to have excellent etching resistance, heat resistance and adhesion, and can be developed in a known developer, for example, an aqueous solution of 2.38% tetramethylammonium hydroxide (TMAH), in view of reducing process costs. Do. However, it is very difficult to produce a polymer that satisfies all these properties, especially photoresist for far ultraviolet rays. For example, polymers having a main chain of polyacrylate are easy to synthesize, but have problems in securing etching resistance and developing processes. In order to secure etching resistance, a method of adding an aliphatic cyclic unit to the main chain may be considered, but it is very difficult to configure all of the main chains with aliphatic cyclic units.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 주쇄가 노보란, 아크릴레이트, 말레익 안하이드라이드로 치환된 하기와 같은 구조의 중합체가 벨 연구소에서 개발된 바 있다.In order to solve the above problems, polymers having the following structures in which main chains are substituted with noborane, acrylate, and maleic anhydride have been developed in Bell Labs.

그러나. 이 수지는 지방족 환형올레핀기를 중합시키기 위해 사용되는 말레익 안하이드라이드 부분(A)이 비노광시에도 2.38% TMAH에 매우 잘 용해되는 문제가 있다. 따라서, 비노광 부분에서 중합체의 용해를 억제하기 위해서는 t-부틸이 치환된 Y 부분의 비율을 증가시켜야 하나, 그렇게 되면 상대적으로 기판 (substrate)과의 접착력을 증가시켜 주는 Z 부분의 비율이 감소하여 패터닝시 포토레지스트가 떨어지는 문제가 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 수지에 콜레스테롤계의 용해 억제제를 2 성분계로 넣어 주었으나, 이들 용해 억제제는 수지의 30 중량%나 되는 다량으로 첨가되어야 하기 때문에, 재현성이 떨어지고 제조비용이 상승하는 등의 단점이 있어 포토레지스트 수지로 사용하기가 곤란하였다.But. This resin has a problem that the maleic anhydride portion (A) used to polymerize aliphatic cyclic olefin groups is very well soluble in 2.38% TMAH even when unexposed. Therefore, in order to suppress the dissolution of the polymer in the non-exposed part, the proportion of the Y-substituted part of t-butyl should be increased, but then the proportion of the Z part which increases the adhesion with the substrate is reduced. There was a problem that the photoresist fell during patterning. In order to solve this problem, a cholesterol dissolution inhibitor was added to the resin as a two-component system, but since these dissolution inhibitors must be added in a large amount of 30% by weight of the resin, the reproducibility is low and the manufacturing cost is increased. It was difficult to use as a photoresist resin because of the disadvantages.

이 외에도 포토레지스트 수지의 에칭 내성을 증가시키기 위한 많은 연구가 보고되었으나 (Journal of photopolymer science and Technology Vol. 10, No. 3, 511-520 (1997)), 0.10㎛ 이하의 초미세 패턴 형성시 필수적으로 포토레지스트의 두께가 0.3 ㎛ 이하가 되어야 하는데, 이러한 두께에서 에칭 가스에 견딜 수 있는 포토레지스트는 아직 개발되지 않았다.In addition, many studies have been reported to increase the etching resistance of photoresist resins (Journal of photopolymer science and Technology Vol. 10, No. 3, 511-520 (1997)), but are essential for the formation of ultrafine patterns of 0.10 μm or less. As a result, the thickness of the photoresist should be 0.3 μm or less, and a photoresist capable of withstanding the etching gas at this thickness has not yet been developed.

이에 본 발명자들은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 노력하여 오던 중, 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3의 화합물들이 뛰어난 접착성을 가지는 동시에 에칭 내성이 우수한 지방족환 올레핀 구조를 가진다는 점에 착안하여 이들 화합물이 주쇄에 포함된 중합체를 합성하고, 이들 중합체가 에칭 내성 및 접착성을 가질 뿐만 아니라 현상액에 대한 노광 부위와 비노광 부위에서의 용해도 차가 현저하다는 점을 확인하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have been trying to solve the above-mentioned problems of the prior art, and focus on the fact that the compounds of the formulas (1), (2) and (3) have an aliphatic olefin structure with excellent adhesion and excellent etching resistance. The present invention was completed by synthesizing polymers containing these compounds in the main chain, and confirming that these polymers not only had etching resistance and adhesion, but also had a significant difference in solubility at exposed and non-exposed sites for the developer.

본 발명의 목적은 신규의 포토레지스트용 공중합체 및 상기 공중합체를 함유하는 포토레지스트 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a novel photoresist copolymer and a photoresist composition containing the copolymer.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 신규의 포토레지스트용 공중합체 및 그의 제조방법; 상기 공중합체를 함유하는 포토레지스트 조성물; 및 상기 포토레지스트 조성물을 이용하여 제조된 반도체 소자를 제공한다.In order to achieve the above object, in the present invention, a novel photoresist copolymer and a method of manufacturing the same; A photoresist composition containing the copolymer; And it provides a semiconductor device manufactured using the photoresist composition.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에서는 우선 (a) 하기 화학식 1의 화합물과, (b) 한 종류 이상의 하기 화학식 2의 화합물과, (c) 하기 화학식 3의 말레익 안하이드라이드를 포함하는 포토레지스트용 공중합체를 제공한다.The present invention first provides a copolymer for photoresist comprising (a) a compound of formula (1), (b) at least one compound of formula (2), and (c) maleic anhydride of formula (3) .

상기 식에서, m은 1 또는 2이다.Wherein m is 1 or 2.

상기 식에서 R은 수소, 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄 알킬 또는 알콜이며, n은 1 또는 2이다.Wherein R is hydrogen, substituted or unsubstituted straight or branched chain alkyl or alcohol having 1 to 10 carbon atoms, and n is 1 or 2.

상기에서, 화학식 1의 화합물은 시스-5-노르보넨-엔도-2,3-디카르복실릭 안하이드라이드 또는 시스-바이사이클로-[2.2.2]옥트-5-엔-엔도-2,3-디카르복실릭 안하이드라이드이고; 화학식 2의 화합물은 2-하이드록시에틸 5-노르보넨-2-카르복실레이트, t-부틸 5-노르보넨-2-카르복실레이트, 2-하이드록시에틸 바이사이클로 [2.2.2]옥트-5-엔-2-카르복실레이트 및 t-부틸 바이사이클로[2.2.2]옥트-5-엔-2-카르복실레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하다.In the above, the compound of formula 1 is cis-5-norbornene-endo-2,3-dicarboxylic anhydride or cis-bicyclo- [2.2.2] oct-5-ene-endo-2,3 -Dicarboxylic anhydride; The compound of formula 2 is 2-hydroxyethyl 5-norbornene-2-carboxylate, t-butyl 5-norbornene-2-carboxylate, 2-hydroxyethyl bicyclo [2.2.2] oct-5 Preference is given to those selected from the group consisting of -ene-2-carboxylate and t-butyl bicyclo [2.2.2] oct-5-ene-2-carboxylate.

이 때 상기 화학식 2의 화합물은 다시 하기 화학식 4 및 화학식 5의 2 그룹으로 분류될 수 있는 바, 본 발명에 따른 포토레지스트 공중합체는 이들 각 그룹으로부터 선택된 단량체를 각각 하나 이상 포함하는 것이 바람직하다.In this case, the compound of Formula 2 may be further classified into two groups of Formula 4 and Formula 5, and the photoresist copolymer according to the present invention preferably includes one or more monomers selected from each of these groups.

상기 식에서, R1은 산에 민감한 보호기로서, 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄 알킬, 바람직하게는 t-부틸이다.Wherein R 1 is an acid sensitive protecting group, which is substituted or unsubstituted linear or branched alkyl having 1 to 10 carbon atoms, preferably t-butyl.

상기 식에서, R2는 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄 알킬이다.Wherein R 2 is substituted or unsubstituted straight or branched alkyl having 1 to 10 carbon atoms.

또한 상기 공중합체는 하기 화학식 6의 구조를 가지며, 3,000 내지 100,000의 분자량을 가지는 것이 바람직하다.In addition, the copolymer has a structure of Formula 6, and preferably has a molecular weight of 3,000 to 100,000.

상기 식에서, w, x, y 및 z는 각각 z를 기준으로 할 때, 몰 당량비가 w : x : y : z = 0.1∼0.9 : 0.1∼0.9 : 0.1∼0.9 : 1이며, R1은 산에 민감한 보호기로서, 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄 알킬, 바람직하게는 t-부틸이고, R2는 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄 알킬이며, m 및 n은 같거나 다르며 각각 1 또는 2이다.In the above formula, when w, x, y and z are each based on z, the molar equivalence ratio is w: x: y: z = 0.1 to 0.9: 0.1 to 0.9: 0.1 to 0.9: 1, and R 1 represents acid. As sensitive protecting groups, substituted or unsubstituted straight or branched chain alkyl having 1 to 10 carbon atoms, preferably t-butyl, R 2 is substituted or unsubstituted straight or branched chain alkyl having 1 to 10 carbon atoms, m and n are Equal or different, 1 or 2, respectively.

상기 공중합체의 바람직한 예로는Preferred examples of the copolymer

폴리(말레익 안하이드라이드 / 시스-5-노르보넨-엔도-2,3-디카르복실릭 안하이드라이드 / 2-하이드록시에틸 5-노르보넨-2-카르복실레이트 / t-부틸 5-노르보넨-2-카르복실레이트); 및Poly (maleic anhydride / cis-5-norbornene-endo-2,3-dicarboxylic anhydride / 2-hydroxyethyl 5-norbornene-2-carboxylate / t-butyl 5- Norbornene-2-carboxylate); And

폴리(말레익 안하이드라이드 / 시스-5-노르보넨-엔도-2,3-디카르복실릭 안하이드라이드 / 2-하이드록시에틸 바이사이클로[2.2.2]옥트-5-엔-2-카르복실레이트 / t-부틸 5-노르보넨-2-카르복실레이트) 등이 있다.Poly (maleic anhydride / cis-5-norbornene-endo-2,3-dicarboxylic anhydride / 2-hydroxyethyl bicyclo [2.2.2] oct-5-en-2-car Carboxylate / t-butyl 5-norbornene-2-carboxylate).

상기 본 발명의 공중합체는 상기 화학식 1의 화합물과, 한 종류 이상의 상기 화학식 2의 화합물과, 상기 화학식 3의 말레익 안하이드라이드를 유기용매에 녹인 다음, 여기에 라디칼 중합개시제를 첨가하여 라디칼 중합시킴으로써 제조되는데, 그 과정은 하기와 같은 단계로 구성된다;The copolymer of the present invention is a radical polymerization by dissolving the compound of Formula 1, at least one compound of Formula 2, and maleic anhydride of Formula 3 in an organic solvent, and then adding a radical polymerization initiator thereto. It is prepared by the process, which consists of the following steps;

(a) 상기 화학식 1의 화합물과, 한 종류 이상의 상기 화학식 2의 화합물과, 상기 화학식 3의 말레익 안하이드라이드를 유기용매에 용해시키는 단계;(a) dissolving the compound of Formula 1, at least one compound of Formula 2, and maleic anhydride of Formula 3 in an organic solvent;

(b) 상기 (a)단계의 결과물 용액에 중합 개시제를 첨가하는 단계; 및(b) adding a polymerization initiator to the resultant solution of step (a); And

(c) 상기 (b)단계의 결과물 용액을 질소 또는 아르곤 분위기 하에서 60 내지 70℃ 온도로 4 내지 24 시간 동안 반응시키는 단계.(c) reacting the resultant solution of step (b) for 4 to 24 hours at a temperature of 60 to 70 ° C. under a nitrogen or argon atmosphere.

상기 제조과정에서 라디칼 중합은 벌크중합 또는 용액중합 등으로 수행되고, 중합용매인 상기 유기용매는 사이클로헥사논, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 메틸에틸케톤, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 단독용매 또는 혼합용매를 사용하며;In the preparation process, radical polymerization is carried out by bulk polymerization or solution polymerization, and the organic solvent which is a polymerization solvent is cyclohexanone, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, dioxane, methyl ethyl ketone, benzene, toluene And a single solvent or a mixed solvent selected from the group consisting of xylene;

중합 개시제는 벤조일퍼옥사이드, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 (AIBN), 아세틸퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, t-부틸퍼아세테이트, t-부틸하이드로퍼옥사이드 및 디-t-부틸퍼옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하다.The polymerization initiator is benzoyl peroxide, 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN), acetyl peroxide, lauryl peroxide, t-butyl peracetate, t-butyl hydroperoxide and di-t-butylper Preference is given to using those selected from the group consisting of oxides.

본 발명에서는 또한 상기 본 발명의 공중합체, 유기용매 및 광산 발생제를 포함하는 포토레지스트 조성물을 제공한다.The present invention also provides a photoresist composition comprising the copolymer of the present invention, an organic solvent and a photoacid generator.

상기 광산 발생제로는 디페닐요도염 헥사플루오르포스페이트, 디페닐요도염 헥사플루오르 아르세네이트, 디페닐요도염 헥사플루오르 안티모네이트, 디페닐파라메톡시페닐 트리플레이트, 디페닐파라톨루에닐 트리플레이트, 디페닐파라이소부틸페닐 트리플레이트, 디페닐파라-t-부틸페닐 트리플레이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오르 포스페이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오르 아르세네이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오르 안티모네이트, 트리페닐설포늄 트리플레이트 및 디부틸나프틸설포늄 트리플레이트 중에서 선택되는 황화염계 또는 오니움염계 화합물이 주로 사용되며, 상기 공중합체에 대하여 0.1 내지 10 중량% 비율로 함유되는 것이 바람직하다.Examples of the photoacid generator include diphenyl iodo hexafluorophosphate, diphenyl iodo hexafluoro arsenate, diphenyl iodo hexafluoro antimonate, diphenyl paramethoxy phenyl triflate, diphenyl paratoluenyl triflate and diphenyl Paraisobutylphenyl triflate, diphenylpara-t-butylphenyl triflate, triphenylsulfonium hexafluoro phosphate, triphenylsulfonium hexafluoro arsenate, triphenylsulfonium hexafluoro antimonate, triphenylsulfonium Sulfur-based or onium salt-based compounds selected from triflate and dibutylnaphthylsulfonium triflate are mainly used, and are preferably contained in a proportion of 0.1 to 10% by weight based on the copolymer.

또한 상기 유기용매는 메틸 3-메톡시프로피오네이트, 에틸 3-에톡시프로피오네이트, 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트 및 사이클로헥사논으로 이루어진 군으로부터 선택된다.The organic solvent is also selected from the group consisting of methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, propylene glycol methyl ether acetate and cyclohexanone.

상기의 포토레지스트 조성물은 본 발명의 공중합체를 유기용매에 대하여 10 내지 30 중량%로 용해시키고, 여기에 광산 발생제를 레지스트 고분자에 대해 0.1 내지 10중량%로 배합하고 초미세 필터로 여과하여 제조된다.The photoresist composition is prepared by dissolving the copolymer of the present invention in an amount of 10 to 30% by weight with respect to an organic solvent, by adding a photoacid generator in an amount of 0.1 to 10% by weight with respect to a resist polymer and filtering with an ultrafine filter. do.

상기와 같이 제조된 본 발명의 포토레지스트 조성물은 에칭 내성, 내열성 및 접착성이 우수할 뿐만 아니라, 2.38% TMAH 수용액에 현상 가능하여 특히, ArF 감광막으로 사용될 수 있다.The photoresist composition of the present invention prepared as described above is not only excellent in etching resistance, heat resistance and adhesion, but also developable in an aqueous 2.38% aqueous solution of TMAH, and thus may be used as an ArF photosensitive film.

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) 본 발명의 포토레지스트 조성물을 웨이퍼 상에 도포하여 포토레지스트 막을 형성하는 단계;(a) applying the photoresist composition of the present invention onto a wafer to form a photoresist film;

(b) 상기 포토레지스트 막을 노광원으로 노광하는 단계; 및(b) exposing the photoresist film to an exposure source; And

(c) 상기 포토레지스트 막을 현상액으로 현상하여 원하는 패턴을 얻는 단계.(c) developing the photoresist film with a developer to obtain a desired pattern.

상기 과정에서, (b)단계의 i) 노광전 및 노광후; 또는 ii) 노광전 또는 노광후에 각각 베이크 공정을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이러한 베이크 공정은 70 내지 200℃에서 수행된다.In the process, i) before and after exposure of step (b); Or ii) pre- or post-exposure each of which may further comprise a baking process, which is carried out at 70 to 200 ° C.

또한 상기 노광공정은 광원으로서 ArF, KrF 및 EUV를 포함하는 원자외선 (DUV; Deep Ultra Violet), E-빔, X-선 또는 이온빔을 이용하고, 0.1 내지 10 mJ/cm2의 노광에너지로 수행되는 것이 바람직하다.In addition, the exposure process is performed using an exposure energy of 0.1 to 10 mJ / cm 2 using a deep ultra violet (DUV; E-beam, X-ray or ion beam including ArF, KrF and EUV as a light source It is desirable to be.

구체적으로 상기 포토레지스트 패턴 형성방법을 예로 들면; 본 발명의 포토레지스트 조성물을 실리콘 웨이퍼에 스핀 도포하여 박막을 제조한 다음, 80 내지 150℃의 오븐 또는 열판에서 1 내지 5분간 소프트 베이크하고, 원자외선 노광장치 또는 엑시머 레이져 노광장치를 이용하여 노광한 후, 100 내지 200℃에서 노광후 베이크한다. 이렇게 노광한 웨이퍼를 2.38% TMAH 수용액에서 1분 30초간 침지함으로써 초미세 포지티브 레지스트 화상을 얻을 수 있게 된다.Specifically, for example, the photoresist pattern forming method; The photoresist composition of the present invention was spin-coated onto a silicon wafer to prepare a thin film, and then soft-baked in an oven or hot plate at 80 to 150 ° C. for 1 to 5 minutes, and exposed using an ultraviolet ray exposure apparatus or an excimer laser exposure apparatus. Then, it bakes after exposure at 100-200 degreeC. The wafer thus exposed is immersed in a 2.38% TMAH aqueous solution for 1 minute 30 seconds to obtain an ultrafine positive resist image.

또한 본 발명에서는 상기 본 발명의 포토레지스트 조성물을 이용하여 제조된 반도체 소자를 제공한다.The present invention also provides a semiconductor device manufactured using the photoresist composition of the present invention.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 단 실시예는 발명을 예시하는 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. 포토레지스트용 중합체의 제조I. Preparation of Polymer for Photoresist

실시예 1 : 폴리(말레익 안하이드라이드 / 시스-5-노르보넨-엔도-2,3-디카르복실릭 안하이드라이드 / 2-하이드록시에틸 5-노르보넨-2-카르복실레이트/ t-부틸 5-노르보넨-2-카르복실레이트)Example 1 poly (maleic anhydride / cis-5-norbornene-endo-2,3-dicarboxylic anhydride / 2-hydroxyethyl 5-norbornene-2-carboxylate / t -Butyl 5-norbornene-2-carboxylate)

말레익 안하이드라이드 1.0몰, 시스-5-노르보넨-엔도-2,3-디카르복실릭 안하이드라이드 0.2몰, 2-하이드록시에틸 5-노르보넨-2-카르복실레이트 0.2몰, t-부틸 5-노르보넨-2-카르복실레이트 0.6몰을 테트라하이드로퓨란에 녹이고, 중합개시제인 AIBN 0.5 내지 15g 넣어 준 다음 질소 또는 아르곤 분위기 하에서 약 60 내지 70 ℃의 온도로 4 내지 24시간 동안 반응시켰다.1.0 mol maleic anhydride, 0.2 mol cis-5-norbornene-endo-2,3-dicarboxylic anhydride, 0.2 mol 2-hydroxyethyl 5-norbornene-2-carboxylate, t 0.6 mol of -butyl 5-norbornene-2-carboxylate was dissolved in tetrahydrofuran, and 0.5 to 15 g of AIBN, a polymerization initiator, was added, followed by reaction at a temperature of about 60 to 70 ° C. under nitrogen or argon for 4 to 24 hours. I was.

이렇게 하여 생성되는 중합체를 에틸 에테르 또는 헥산에서 침전시키고 건조하여 상기 표제화합물을 얻었다.The polymer thus formed was precipitated in ethyl ether or hexane and dried to afford the title compound.

실시예 2 : 폴리(말레익 안하이드라이드 / 시스-5-노르보넨-엔도-2,3-디카르복실릭 안하이드라이드 / 2-하이드록시에틸 바이사이클로[2.2.2]옥트-5-엔-2-카르복실레이트 / t-부틸 5-노르보넨-2-카르복실레이트)Example 2 Poly (maleic anhydride / cis-5-norbornene-endo-2,3-dicarboxylic anhydride / 2-hydroxyethyl bicyclo [2.2.2] oct-5-ene -2-carboxylate / t-butyl 5-norbornene-2-carboxylate)

상기 실시예 1에서 2-하이드록시에틸 5-노르보넨-2-카르복실레이트 0.2몰 대신에 2-하이드록시에틸 바이사이클로[2.2.2]옥트-5-엔-2-카르복실레이트 0.2몰을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 반응을 수행하여 표제 화합물을 얻었다.In Example 1, instead of 0.2 mol of 2-hydroxyethyl 5-norbornene-2-carboxylate, 0.2 mol of 2-hydroxyethyl bicyclo [2.2.2] oct-5-ene-2-carboxylate was added. Except for using the reaction in the same manner as in Example 1 to give the title compound.

Ⅱ. 포토레지스트 조성물의 제조 및 패턴 형성II. Preparation and Pattern Formation of Photoresist Composition

실시예 3Example 3

상기 실시예 1에서 제조한 중합체 10g을 70g의 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트 용매에 녹인 후, 광산 발생제인 트리페닐설포늄 트리플레이트 0.2g을 넣고 교반시킨 다음, 0.10㎛ 필터로 여과시켜 포토레지스트 조성물을 제조하였다.10 g of the polymer prepared in Example 1 was dissolved in 70 g of propylene glycol methyl ether acetate solvent, 0.2 g of triphenylsulfonium triflate as a photoacid generator was added thereto, stirred, and filtered with a 0.10 μm filter to prepare a photoresist composition. It was.

상기 포토레지스트 조성물을 실리콘 웨이퍼의 피식각층 상부에 스핀 도포하여 박막을 제조한 다음, 150℃의 오븐 또는 열판에서 90초간 소프트 베이크를 하고, 193nm ArF 광원을 사용하여 노광후 140℃에서 90초간 베이크하였다. 이렇게 노광한 웨이퍼를 2.38% TMAH 수용액에서 1분간 침지하여 형상함으로써 초미세 포토레지스트 패턴을 형성하였다. 이 때 포토레지스트의 두께가 약 0.45㎛인 경우에 0.15㎛의 수직한 L/S 패턴을 얻었다.The photoresist composition was spin-coated on the etched layer of the silicon wafer to prepare a thin film, then soft baked for 90 seconds in an oven or hot plate at 150 ° C., and baked at 140 ° C. for 90 seconds using an 193 nm ArF light source. . The wafer thus exposed was immersed in a 2.38% TMAH aqueous solution for 1 minute to form an ultrafine photoresist pattern. At this time, when the thickness of the photoresist was about 0.45 mu m, a vertical L / S pattern of 0.15 mu m was obtained.

실시예 4Example 4

실시예 1의 중합체 대신에 실시예 2에서 제조한 중합체를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 포토레지스트 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 포토레지스트 패턴을 형성하였다. 이 때 포토레지스트의 두께가 약 0.45㎛인 경우에 0.15㎛의 수직한 L/S 패턴을 얻었다.A photoresist composition was prepared in the same manner as in Example 3, except that the polymer prepared in Example 2 was used instead of the polymer of Example 1, thereby forming a photoresist pattern. At this time, when the thickness of the photoresist was about 0.45 mu m, a vertical L / S pattern of 0.15 mu m was obtained.

본 발명에 따른 공중합체를 이용하여 제조된 포토레지스트 조성물은 에칭 내성, 내열성 및 기판과의 접착성이 우수할 뿐만 아니라, 현상액인 2.38% TMAH 수용액에 현상 가능하여 ArF 감광막으로 유용하게 적용될 수 있는 장점이 있다.The photoresist composition prepared by using the copolymer according to the present invention is not only excellent in etching resistance, heat resistance and adhesion to the substrate, but also developable in a 2.38% TMAH aqueous solution which is a developer, which can be usefully applied as an ArF photosensitive film. There is this.

특히, 기판과의 접착성이 뛰어난 본 발명의 포토레지스트 조성물을 이용하면 포토레지스트의 두께가 0.45㎛인 경우에도 0.15㎛의 L/S 패턴의 해상도와 초점점도가 만족되는 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 본 발명의 포토레지스트 조성물을 이용하면 고집적 반도체 소자를 신뢰성 있게 제조할 수 있다.In particular, when the photoresist composition of the present invention having excellent adhesion to the substrate was used, even when the thickness of the photoresist was 0.45 µm, the resolution and the focus viscosity of the L / S pattern of 0.15 µm were obtained. Therefore, by using the photoresist composition of the present invention it is possible to reliably manufacture a highly integrated semiconductor device.

Claims (22)

(a) 하기 화학식 1의 화합물과, (b) 한 종류 이상의 하기 화학식 2의 화합물과, (c) 하기 화학식 3의 말레익 안하이드라이드를 포함하는 포토레지스트용 공중합체.A copolymer for a photoresist comprising (a) a compound of formula (1), (b) at least one compound of formula (2), and (c) maleic anhydride of formula (3). 화학식 1Formula 1 상기 식에서, m은 1 또는 2이다.Wherein m is 1 or 2. 화학식 2Formula 2 상기 식에서 R은 수소, 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄 알킬 또는 알콜이며, n은 1 또는 2이다.Wherein R is hydrogen, substituted or unsubstituted straight or branched chain alkyl or alcohol having 1 to 10 carbon atoms, and n is 1 or 2. 화학식 3Formula 3 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 중합체는 3,000 내지 100,000의 분자량을 가지는 것을 특징으로 하는 포토레지스트용 공중합체.The polymer is a copolymer for photoresist, characterized in that having a molecular weight of 3,000 to 100,000. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공중합체는 화학식 2의 화합물에 속하는 하기 화학식 4 및 화학식 5로 이루어진 군으로부터 선택된 단량체를 각각 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트용 공중합체.The copolymer is a photoresist copolymer, characterized in that it comprises at least one monomer each selected from the group consisting of the formula (4) and formula (5) belonging to the compound of formula (2). 화학식 4Formula 4 상기 식에서, R1은 산에 민감한 보호기로서, 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄 알킬, 바람직하게는 t-부틸이다.Wherein R 1 is an acid sensitive protecting group, which is substituted or unsubstituted linear or branched alkyl having 1 to 10 carbon atoms, preferably t-butyl. 화학식 5Formula 5 상기 식에서, R2는 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄 알킬이다.Wherein R 2 is substituted or unsubstituted straight or branched alkyl having 1 to 10 carbon atoms. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공중합체는 하기 화학식 6의 화합물인 것을 특징으로 하는 포토레지스트용 공중합체.The copolymer is a photoresist copolymer, characterized in that the compound of formula (6). 화학식 6Formula 6 상기 식에서, w, x, y 및 z는 각각 z를 기준으로 할 때, 몰 당량비가 w : x : y : z = 0.1∼0.9 : 0.1∼0.9 : 0.1∼0.9 : 1이며, R1은 산에 민감한 보호기로서, 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄 알킬, 바람직하게는 t-부틸이고, R2는 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄 알킬이며, m 및 n은 같거나 다르며 각각 1 또는 2이다.In the above formula, when w, x, y and z are each based on z, the molar equivalence ratio is w: x: y: z = 0.1 to 0.9: 0.1 to 0.9: 0.1 to 0.9: 1, and R 1 represents acid. As sensitive protecting groups, substituted or unsubstituted straight or branched chain alkyl having 1 to 10 carbon atoms, preferably t-butyl, R 2 is substituted or unsubstituted straight or branched chain alkyl having 1 to 10 carbon atoms, m and n are Equal or different, 1 or 2, respectively. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 화학식 1의 화합물은 시스-5-노르보넨-엔도-2,3-디카르복실릭 안하이드라이드 또는 시스-바이사이클로-[2.2.2]옥트-5-엔-엔도-2,3-디카르복실릭 안하이드라이드이고; 화학식 2의 화합물은 2-하이드록시에틸 5-노르보넨-2-카르복실레이트, t-부틸 5-노르보넨-2-카르복실레이트, 2-하이드록시에틸 바이사이클로[2.2.2]옥트-5-엔-2-카르복실레이트 및 t-부틸 바이사이클로[2.2.2]옥트-5-엔-2-카르복실레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 포토레지스트용 공중합체.Compounds of formula (I) may be cis-5-norbornene-endo-2,3-dicarboxylic anhydride or cis-bicyclo- [2.2.2] oct-5-ene-endo-2,3-dicar Cyclic anhydride; The compound of formula 2 is 2-hydroxyethyl 5-norbornene-2-carboxylate, t-butyl 5-norbornene-2-carboxylate, 2-hydroxyethyl bicyclo [2.2.2] oct-5 -Ene-2-carboxylate and t-butyl bicyclo [2.2.2] oct-5-ene-2-carboxylate. Copolymer for photoresist, characterized in that selected from the group consisting of. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공중합체는 폴리(말레익 안하이드라이드 / 시스-5-노르보넨-엔도-2,3-디카르복실릭 안하이드라이드 / 2-하이드록시에틸 5-노르보넨-2-카르복실레이트 / t-부틸 5-노르보넨-2-카르복실레이트) 또는 폴리(말레익 안하이드라이드 / 시스-5-노르보넨-엔도-2,3-디카르복실릭 안하이드라이드 / 2-하이드록시에틸 바이사이클로[2.2.2]옥트-5-엔-2-카르복실레이트 / t-부틸 5-노르보넨-2-카르복실레이트)인 것을 특징으로 하는 포토레지스트용 공중합체.The copolymer is poly (maleic anhydride / cis-5-norbornene-endo-2,3-dicarboxylic anhydride / 2-hydroxyethyl 5-norbornene-2-carboxylate / t -Butyl 5-norbornene-2-carboxylate) or poly (maleic anhydride / cis-5-norbornene-endo-2,3-dicarboxylic anhydride / 2-hydroxyethyl bicyclo [2.2.2] Oct-5-ene-2-carboxylate / t-butyl 5-norbornene-2-carboxylate). (a) 하기 화학식 1의 화합물과, 한 종류 이상의 하기 화학식 2의 화합물과, 하기 화학식 3의 말레익 안하이드라이드를 유기용매에 용해시키는 단계;(a) dissolving a compound of Formula 1, at least one compound of Formula 2, and maleic anhydride of Formula 3 in an organic solvent; (b) 상기 (a)단계의 결과물 용액에 중합 개시제를 첨가하는 단계; 및(b) adding a polymerization initiator to the resultant solution of step (a); And (c) 상기 (b)단계의 결과물 용액을 질소 또는 아르곤 분위기 하에서 60 내지 70℃ 온도로 4 내지 24 시간 동안 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트용 공중합체의 제조방법.(C) the method of producing a copolymer for a photoresist comprising the step of reacting the resulting solution of step (b) for 4 to 24 hours at a temperature of 60 to 70 ℃ under nitrogen or argon atmosphere. 화학식 1Formula 1 상기 식에서, m은 1 또는 2이다.Wherein m is 1 or 2. 화학식 2Formula 2 상기 식에서 R은 수소, 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄 알킬 또는 알콜이며, n은 1 또는 2이다.Wherein R is hydrogen, substituted or unsubstituted straight or branched chain alkyl or alcohol having 1 to 10 carbon atoms, and n is 1 or 2. 화학식 3Formula 3 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 유기용매는 사이클로헥사논, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 메틸에틸케톤, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 단독용매 또는 혼합용매인 것을 특징으로 하는 포토레지스트용 공중합체의 제조방법.The organic solvent is a photoresist characterized in that it is a single solvent or a mixed solvent selected from the group consisting of cyclohexanone, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, dioxane, methyl ethyl ketone, benzene, toluene and xylene Method for producing a copolymer for use. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 중합 개시제는 벤조일퍼옥사이드, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 (AIBN), 아세틸퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, t-부틸퍼아세테이트, t-부틸하이드로퍼옥사이드 및 디-t-부틸퍼옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 포토레지스트용 공중합체의 제조방법.The polymerization initiators are benzoyl peroxide, 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN), acetyl peroxide, lauryl peroxide, t-butyl peracetate, t-butyl hydroperoxide and di-t-butyl Method for producing a photoresist copolymer, characterized in that selected from the group consisting of peroxides. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 라디칼 중합은 벌크중합 또는 용액중합인 것을 특징으로 하는 포토레지스트용 공중합체의 제조방법.The radical polymerization is a method for producing a copolymer for photoresist, characterized in that the bulk polymerization or solution polymerization. 포토레지스트용 수지와, 유기용매와, 광산 발생제를 포함하는 포토레지스트 조성물에 있어서, 상기 포토레지스트용 수지는 하기 화학식 6의 공중합체인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 조성물.A photoresist composition comprising a photoresist resin, an organic solvent, and a photoacid generator, wherein the photoresist resin is a copolymer represented by the following formula (6). 화학식 6Formula 6 상기 식에서, w, x, y 및 z는 각각 z를 기준으로 할 때, 몰 당량비가 w : x : y : z = 0.1∼0.9 : 0.1∼0.9 : 0.1∼0.9 : 1이며, R1은 산에 민감한 보호기로서, 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄 알킬, 바람직하게는 t-부틸이고, R2는 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄 알킬이며, m 및 n은 같거나 다르며 각각 1 또는 2이다.In the above formula, when w, x, y and z are each based on z, the molar equivalence ratio is w: x: y: z = 0.1 to 0.9: 0.1 to 0.9: 0.1 to 0.9: 1, and R 1 represents acid. As sensitive protecting groups, substituted or unsubstituted straight or branched chain alkyl having 1 to 10 carbon atoms, preferably t-butyl, R 2 is substituted or unsubstituted straight or branched chain alkyl having 1 to 10 carbon atoms, m and n are Equal or different, 1 or 2, respectively. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 광산 발생제는 황화염계 또는 오니움염계인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 조성물.The photoresist composition is a photoresist composition, characterized in that the sulfur salt or onium salt. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 광산 발생제는 디페닐요도염 헥사플루오르포스페이트, 디페닐요도염 헥사플루오르 아르세네이트, 디페닐요도염 헥사플루오르 안티모네이트, 디페닐파라메톡시페닐 트리플레이트, 디페닐파라톨루에닐 트리플레이트, 디페닐파라이소부틸페닐 트리플레이트, 디페닐파라-t-부틸페닐 트리플레이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오르 포스페이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오르 아르세네이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오르 안티모네이트, 트리페닐설포늄 트리플레이트 및 디부틸나프틸설포늄 트리플레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 하나 또는 둘 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 조성물.The photoacid generator is diphenyl iodo hexafluorophosphate, diphenyl iodo hexafluoro arsenate, diphenyl iodo hexafluoro antimonate, diphenyl paramethoxyphenyl triflate, diphenyl paratoluenyl triflate, diphenyl Paraisobutylphenyl triflate, diphenylpara-t-butylphenyl triflate, triphenylsulfonium hexafluoro phosphate, triphenylsulfonium hexafluoro arsenate, triphenylsulfonium hexafluoro antimonate, triphenylsulfonium A photoresist composition comprising one or more selected from the group consisting of triflate and dibutylnaphthylsulfonium triflate. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 광산 발생제는 상기 수지에 대해 0.1 내지 10 중량% 비율로 사용되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 조성물.The photoresist composition is a photoresist composition, characterized in that used in 0.1 to 10% by weight relative to the resin. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 유기용매는 메틸 3-메톡시프로피오네이트, 에틸 3-에톡시프로피오네이트, 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트 및 사이클로헥사논으로 이루어진 군으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 포토레지스트 조성물.The organic solvent is selected from the group consisting of methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, propylene glycol methyl ether acetate and cyclohexanone. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 포토레지스트용 수지는 상기 유기용매에 대해 10 내지 30 중량% 비율로 사용되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 조성물.The photoresist resin is a photoresist composition, characterized in that used in 10 to 30% by weight relative to the organic solvent. (a) 제 11항에 기재된 포토레지스트 조성물을 웨이퍼 상에 도포하여 포토레지스트 막을 형성하는 단계;(a) applying the photoresist composition of claim 11 onto a wafer to form a photoresist film; (b) 상기 포토레지스트 막을 노광원으로 노광하는 단계; 및(b) exposing the photoresist film to an exposure source; And (c) 상기 포토레지스트 막을 현상액으로 현상하여 원하는 패턴을 얻는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.(c) developing the photoresist film with a developer to obtain a desired pattern. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 (b)단계의 i) 노광전 및 노광후; 또는 ii) 노광전 또는 노광후에 각각 베이크 공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.I) pre-exposure and post-exposure of step (b); Or ii) performing a baking process before or after exposure, respectively. 제 18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 베이크 공정은 70 내지 200℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.The baking process is a photoresist pattern forming method, characterized in that performed at 70 to 200 ℃. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 노광원은 ArF, KrF 및 EUV를 포함하는 원자외선 (DUV; Deep Ultra Violet), E-빔, X-선 및 이온빔으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.The exposure source is a method of forming a photoresist pattern, characterized in that selected from the group consisting of deep ultra violet (DUV; E-beam, X-ray and ion beam including ArF, KrF and EUV. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 노광공정은 1 내지 10 mJ/cm2의 노광에너지로 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.The exposure process is a photoresist pattern forming method, characterized in that carried out with an exposure energy of 1 to 10 mJ / cm 2 . 제 17항 기재의 방법에 의하여 제조된 반도체 소자.A semiconductor device manufactured by the method of claim 17.
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