KR20020058336A - Polymer for photoresist and prepartion thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자 공정 중 초미세 패턴 형성 공정에 사용되는 포토 레지스트(photo resist)용 중합체에 대한 것으로, 특히 활성화 에너지가 큰 보호기를 포함하고 있어서, 포토 레지스트에 대한 소프트 베이크(SOFT BAKE:SOB) 또는 노광시 일어날 수 있는, 상기 보호기의 과도한 탈보호 현상 및 이에 의한 가스의 발생을 방지할 수 있고, 이로 인해 상기 가스에 의한 노광 렌즈 및 코팅 장비의 오염을 막을 수 있으며, 포토 레지스트의 두께 손실을 최소화할 수 있어, 빈도체 소자 제조 공정의 안정화 및 수율 항상을 기할 수 있는 신규한 포토 레지스트용 중합체와 이의 제조 방법 및 이를 이용한 패턴 형성 방법에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoresist polymer used in an ultrafine pattern forming process in a semiconductor device process, and particularly includes a protecting group having a large activation energy, and thus soft bake to a photoresist (SOFT BAKE: SOB). Or to prevent excessive deprotection of the protecting group and the generation of gas, which may occur during exposure, thereby preventing contamination of the exposure lens and coating equipment by the gas and reducing the thickness loss of the photoresist. The present invention relates to a novel photoresist polymer capable of minimizing, stabilizing and yielding a frequency element manufacturing process, and a method of manufacturing the same and a pattern forming method using the same.
반도체 소자 공정 중 초미세 패턴 형성 공정에 있어서, 종래에는 아세탈계 또는 T-BOC계의 중합체 등으로 이루어진 화학 증폭형 포토 레지스트가 주로 사용되어 왔다. 상기와 같은 포토 레지스트를 사용하는 경우, 일단 포토 레지스트에 대한 노광이 이루어지면, 상기 노광에 의해 공급되는 에너지로 인하여 포토레지스트용 중합체로부터 낮은 활성화 에너지를 가지는 보호기가 탈보호화(deprotecting)되고, 이후 상기 탈보호화된 보호기가 알칼리 수용액에 의하여 현상됨으로써, 패턴이 형성되게 된다.In the process of forming an ultrafine pattern in a semiconductor device process, a chemically amplified photoresist made of acetal-based or T-BOC-based polymer and the like has been mainly used. In the case of using such a photoresist, once exposure to the photoresist is made, a protecting group having a low activation energy from the polymer for photoresist is deprotected due to the energy supplied by the exposure, and then the The deprotected protecting group is developed by aqueous alkali solution, whereby a pattern is formed.
그러나, 아세탈계 또는 T-BOC계 중합체로 이루어진 종래의 포토 레지스트를 이용하여 상기와 같은 패턴 형성 공정을 진행하는 경우, 상기 중합체에 결합된 보호기가 너무 낮은 활성화 에너지를 가지기 때문에, 패턴 형성에 필요한 정도에 비해 과도한 탈보호화가 일어날 수 있으며, 이 때문에 패턴 형성에 필요한 노광과 포스트 익스포주얼 베이킹(post exposure baking, PEB)을 진행하는 과정에서 포토 레지스트의 심한 두께 손상이 발생하여, 패턴 형성 공정의 마진이 감소되는 문제점이 나타날 수 있고, 이후 에칭 공정 단계에서도 에칭 식각비를 감소시키는 문제점이 발생할 수 있다.However, when the above pattern forming process is performed using a conventional photoresist made of an acetal-based or T-BOC-based polymer, since the protecting group bound to the polymer has too low activation energy, it is necessary to form the pattern. Compared to this, excessive deprotection may occur, which causes severe thickness damage of the photoresist during exposure and post exposure baking (PEB) required for pattern formation, resulting in a pattern formation process margin. This reduced problem may appear, and the problem of reducing the etching etch rate may also occur in the subsequent etching process step.
또한, 상기와 같은 과도한 탈보호화로 인하여 폴리 비닐 하이드록시 스틸렌,이산화 탄소, 이소 부텐 등의 가스가 발생할 수 있는데, 상기 가스가 노광 렌즈 및 코팅 장비를 오염시켜 상기 노광 렌즈의 효율과 수명을 낮추고, 안정된 반도체 소자의 제조 공정에 비효율적 영향을 미칠 수 있는 문제점이 있어 왔다.In addition, due to such excessive deprotection, gases such as polyvinyl hydroxy styrene, carbon dioxide, isobutene, etc. may be generated. The gas contaminates the exposure lens and the coating equipment, thereby lowering the efficiency and life of the exposure lens. There has been a problem that may have an inefficient effect on the manufacturing process of a stable semiconductor device.
상기와 같은 종래 포토 레지스트의 문제점으로 인하여, 포토 레지스트용 중합체에 포함된 보호기에 대한 과도한 탈보호화가 일어나지 않아서, 포토 레지스트의 두께 손실을 막을 수 있고, 과도한 탈보호화에 의한 가스의 발생을 막을 수 있어서, 상기 가스에 의한 노광 렌즈 및 코팅 장비의 오염을 막을 수 있는 중합체로 이루어진 포토 레지스트가 절실히 요구되고 있다.Due to the problems of the conventional photoresist as described above, excessive deprotection of the protecting group contained in the photoresist polymer does not occur, thereby preventing the loss of thickness of the photoresist and preventing generation of gas due to excessive deprotection. There is an urgent need for a photoresist made of a polymer capable of preventing contamination of the exposure lens and coating equipment by the gas.
이에 본 발명의 목적은 반도체 제조 공정 중 초미세 패턴 형성 공정에 사용될 수 있는 신규한 포토레지스트용 중합체 및 이에 대한 제조 방법을 제공함으로써, 상기 패턴 형성 공정에서 발생할 수 있는 과도한 탈보호화를 방지하고, 이에 따른 포토 레지스트 두께 손상을 방지하여, 결과적으로 보다 안정된 초미세 패턴 형상을 갖는 반도체 소자를 제조하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel photoresist polymer that can be used in an ultra-fine pattern forming process and a method for manufacturing the same, thereby preventing excessive deprotection that may occur in the pattern forming process. It is to prevent the damage of the photoresist thickness according to the result, to thereby produce a semiconductor device having a more stable ultra-fine pattern shape.
도 1은 실시예 1의 중합체를 가지고, 본 발명에 따르는 포토 레지스트 패턴 형성 방법을 적용하여 형성된 패턴을 나타낸 사진이며,1 is a photograph showing a pattern formed by applying the photoresist pattern forming method according to the present invention having the polymer of Example 1,
도 2는 실시예 2의 중합체를 가지고, 본 발명에 따르는 포토 레지스트 패턴 형성 방법을 적용하여 형성된 패턴을 나타낸 사진이고,2 is a photograph showing a pattern formed by applying the photoresist pattern forming method according to the present invention having the polymer of Example 2,
도 3은 실시예 5의 중합체를 가지고, 본 발명에 따르는 포토 레지스트 패턴 형성 방법을 적용하여 형성된 패턴을 나타낸 사진이다.3 is a photograph showing a pattern formed by applying the photoresist pattern forming method according to the present invention with the polymer of Example 5.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1 네지 5의 구조를 가지는 포토 레지스트용 중합체를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a photoresist polymer having a structure represented by the following Chemical Formula 1.
(폴리[스티렌-하이드록시 스티렌-펜에틸 스티릴 아세탈]공중합체)(Poly [styrene-hydroxy styrene-phenethyl styryl acetal] copolymer)
(폴리[스티렌-하이드록시 스티렌-(나프틸에틸) 스티릴 아세탈 공중합체)(Poly [styrene-hydroxy styrene- (naphthylethyl) styryl acetal copolymer)
(폴리[스티렌-하이드록시 스티렌-노필 스티릴 아세탈]공중합체)(Poly [styrene-hydroxy styrene-nofil styryl acetal] copolymer)
(폴리[스티렌-하이드록시 스티렌- t-부틸 스티릴 아세탈]공중합체)(Poly [styrene-hydroxy styrene-t-butyl styryl acetal] copolymer)
(폴리[스티렌-하이드록시 스티렌- t-부틸 스티릴 아세탈-펜에틸 스티릴 아세탈]공중합체)(Poly [styrene-hydroxy styrene-t-butyl styryl acetal-phenethyl styryl acetal] copolymer)
상기 각각의 식에서, W, X, Y는 각각 0.01 내지 0.95의 몰 분율을, Z는 0.01 내지 0.98의 몰 분율을 나타낸다.In each of the above formulas, W, X, and Y each represent a mole fraction of 0.01 to 0.95, and Z represents a mole fraction of 0.01 to 0.98.
상기 화학식 1 내지 5에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의한 포토 레지스트용 중합체는 하이드록시 스티렌 모노머에 펜에틸기, 나프틸 에틸기, 노필기, t-부틸기와 같은 벌키한 보호기를 도입하고 있는 바, 상기와 같은 벌키한 보호기를 탈보호화시키기 위해서는 높은 활성화 에너지가 필요하게 되어, 기존의 아세탈 또는 T-BOC계의 포토 레지스트에 적용되는 소프트 베이크 온도에서도 탈보호화가 일어나지 않고, 포토 레지스트에 대한 노광 및 PEB를 진행하는 과정에서도 패턴 형성에 필요한 정도보다 과도한 탈보호화는 일어나지 않으므로, 상기 과더한 탈보호화에 의해 발생할 수 있는 가스를 최소화할 수 있다.As shown in Chemical Formulas 1 to 5, the photoresist polymer according to the present invention introduces bulky protecting groups such as phenethyl group, naphthyl ethyl group, nophil group, and t-butyl group into the hydroxy styrene monomer. In order to deprotect the same bulky protecting group, high activation energy is required, and deprotection does not occur even at the soft bake temperature applied to the existing acetal or T-BOC-based photoresist, and exposure to the photoresist and PEB are performed. In this process, since excessive deprotection does not occur than necessary to form a pattern, gas generated by the excessive deprotection can be minimized.
상기 화학식 1 내지 5의 구조를 가지는 중합체의 분자량은 3000 내지 15000인 것이 바람직하다.The molecular weight of the polymer having a structure of Formulas 1 to 5 is preferably 3000 to 15000.
상기 화학식 1 내지 5의 중합체는 각 중합체를 구성하는 모노머를 유기 용매에 용해시킨 후, 상기 결과물에 중합 개시제를 첨가하여 질소 또는 아르곤 분위기 하에서 반응시킴으로써 제조할 수 있는 바, 상기 유기 용매로는 통상적인 유기 용매를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 톨루엔 또는 테트라하이드로퓨란(THF)를 사용할 수 있다. 그리고, 상기 제조 공정에 있어서, 화학식 1의 중합체를 제조함에 있어서는, 스티렌(하기 화학식 6), 하이드록시 스티렌(하기 화학식 7), 펜에틸 스티릴 아세탈(phenethyl styryl acetal, 하기 화학식 8)를 모노머로 사용하고, 화학식 2의 경우는 스티렌, 하이드록시 스티렌, (나프틸에틸) 스티릴 아세탈((naphtylethyl) styryl acetal, 하기 화학식 9)을 사용하며, 화학식 3의 경우에는 스티렌, 하이드록시 스티렌, 노필 스티릴 아세탈(하기 화학식 10)을 사용하고, 화학식 4의 경우에는 스티렌, 하이드록시 스티렌, t-부틸 스티릴 아세탈(하기 화학식 11)을 사용하며, 화학식 5의 중합체를 제조함에 있어서는 스티렌, 하이드록시 스티렌, t-부틸 스티릴 아세탈, 펜에틸 스티릴 아세탈을 모노머로 사용함이 바람직하다. 상기 각각의 바람직한 모노머는 하기의 화학식 6 내지 11과 같은 구조를 가진다.The polymers of Chemical Formulas 1 to 5 may be prepared by dissolving the monomers constituting each polymer in an organic solvent, and then adding a polymerization initiator to the resultant to react in a nitrogen or argon atmosphere. Organic solvents may be used, preferably toluene or tetrahydrofuran (THF). In the manufacturing process, in the preparation of the polymer of Chemical Formula 1, styrene (Formula 6), hydroxy styrene (Formula 7), phenethyl styryl acetal (Formula 8) as monomers In the case of Formula 2, styrene, hydroxy styrene, (naphthylethyl) styryl acetal (Formula 9) is used, and in the case of Formula 3, styrene, hydroxy styrene, nofil sty Reyl acetal (Formula 10) is used, and in the case of Formula 4, styrene, hydroxy styrene, t-butyl styryl acetal (Formula 11) is used, and in preparing the polymer of Formula 5, styrene, hydroxy styrene , t-butyl styryl acetal, phenethyl styryl acetal are preferably used as monomers. Each of the preferred monomers has a structure such as the following Chemical Formulas 6 to 11.
(스티렌 모노머)(Styrene monomer)
(하이드록시 스티렌 모노머)(Hydroxy styrene monomer)
(펜에틸 스티릴 아세탈 모노머)(Phenethyl Styryl Acetal Monomer)
((나프틸에틸) 스티릴 아세탈 모노머)((Naphthylethyl) styryl acetal monomer)
(노필 스티릴 아세탈 모노머)(Nofil Styryl Acetal Monomer)
(t-부틸 스티릴 아세탈 모노머)(t-butyl styryl acetal monomer)
그리고, 상기 중합체의 제조 방법에서 상기와 같은 중합 반응은 60-70℃의 반응 온도에서 수행함이 바람직하며, 상기 중합 개시제로는 일반적인 라디칼 개시제를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 AIBN (azobisisobutyronitrile)을 사용할 수 있다.In addition, the polymerization reaction as described above may be performed at a reaction temperature of 60-70 ° C., and a general radical initiator may be used as the polymerization initiator, but preferably AIBN (azobisisobutyronitrile) may be used. have.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1 내지 5의 중합체를 유기 용매에 용해시킨 후, 상기 결과물에 광산 발생제를 첨가함으로써 얻어지는 포토레지스트액을 제공한다. 상기 유기 용매로는 통상적인 유기 용매를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 메틸 3-메톡시 프로피오네이트 또는 에틸 3-에톡시 프로피오네이트를 사용할 수 있으며, 상기 광산 발생제로는 황화염계 또는 오니움염계 작용기를 포함하는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 광산 발생제로는 디페닐요도염 헥사플로오르 포스페이트, 디페닐요도염 헥사플로오르 아르세네이트, 디페닐요도염 헥사플로오르 안티모네이트, 디페닐파라메톡시페닐 트리플레이트, 디페닐파라톨루에닐 트리플레이트, 디페닐설포늄 헥사플로오르 포스페이트, 트리페닐설포늄 헥사플로오르 아르세네이트, 트리페닐설포늄 헥사플로오르 안티모네이트, 트리페닐설포늄 트리플레이트, 디부틸나프틸 설포늄 트리플레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나의 물질 또는 둘 이상의 혼합물을 사용함이 바람직하다.In addition, the present invention provides a photoresist liquid obtained by dissolving the polymer of Formulas 1 to 5 in an organic solvent and then adding a photoacid generator to the resultant. As the organic solvent, a conventional organic solvent may be used, but preferably methyl 3-methoxy propionate or ethyl 3-ethoxy propionate may be used, and the photoacid generator may be a sulfide-based or onium compound. Preference is given to using substances comprising salt-based functional groups. Such photoacid generators include diphenyl iodo hexafluoro phosphate, diphenyl iodo hexafluoro arsenate, diphenyl iodo hexafluoro antimonate, diphenyl paramethoxy phenyl triflate, diphenyl paratoluenyl Triflate, diphenylsulfonium hexafloor phosphate, triphenylsulfonium hexafloor arsenate, triphenylsulfonium hexafloor antimonate, triphenylsulfonium triflate, dibutylnaphthyl sulfonium triflate Preference is given to using one substance or a mixture of two or more selected from the group consisting of.
본 발명은 또한, 상기 본 발명에 의한 포토 레지스트액을 피식각층 상부에 도포하는 단계; 상기 과정을 진행한 후, 소프트 베이크 공정을 진행하는 단계; 상기 형성된 포토레지스트에 노광한 후 현상하여 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 형성된 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 피식각층의 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 포토 레지스트 패턴 형성 방법을 제공한다.The present invention also comprises the steps of applying the photoresist liquid according to the present invention on the etched layer; After the process, the soft baking process; Exposing and then developing the formed photoresist to form a photoresist pattern; It provides a photoresist pattern forming method comprising the step of forming a pattern of the layer to be etched using the formed photoresist pattern as an etching mask.
상기 포토 레지스트 패턴 형성 방법에 있어서, 포토 레지스트액은 2500Å 내지 3000Å의 두께가 되도록 도포함이 바람직하며, 이후 진행되는 상기 소프트 베이크 공정은 90℃ 내지 180℃의 온도에서 30초 내지 300초간 진행함이 바람직하다.In the method of forming the photoresist pattern, the photoresist liquid is preferably coated so as to have a thickness of 2500 kPa to 3000 kPa. desirable.
또한, 상기 패턴 형성 공정에 있어서, 상기 노광 후에 베이크 공정(PEB)을 실시하는 단계를 부가적으로 포함할 수 있는 바, 상기 베이크 공정은 70 내지 200℃로 수행함이 바람직하다.Further, in the pattern forming process, the baking process (PEB) may be additionally included after the exposure, and the baking process is preferably performed at 70 to 200 ° C.
그리고, 상기 패턴 형성 공정에 있어서, 상기 노광 공정은 광원으로서 KrF, ArF, EUV를 포함하는 원자외선(DUV), 전자빔(E-beam), X-선 및 이온빔(i-beam)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 또는 그 이상을 사용하는 것이 바람직하며, 0.1 내지 10mJ/cm2의 노광 에너지로 진행함이 바람직하다. 그러므로, 상기 본 발명에 의한포토 레지스트는 이온빔, KrF, ArF, 157nm EUV, 전자선, 또는 X-선용으로 사용함이 바람직하다.In the pattern forming process, the exposure process is performed in a group consisting of deep ultraviolet (DUV), electron beam (E-beam), X-ray and ion beam (i-beam) including KrF, ArF, EUV as a light source. It is preferred to use one or more selected, and it is preferred to proceed with an exposure energy of 0.1 to 10 mJ / cm 2 . Therefore, the photoresist according to the present invention is preferably used for ion beam, KrF, ArF, 157 nm EUV, electron beam, or X-ray.
상기 본 발명에 의한 패턴 형성 방법은 반도체 소자의 공정 중 라인, 스페이스, 또는 콘택홀 패턴 형성 공정에 적용할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 상기 패턴 형성 방법을 포함하여 제조된 것을 특징으로 하는 반도체 소자를 제공한다.The pattern forming method according to the present invention can be applied to the process of forming a line, a space, or a contact hole pattern during a process of a semiconductor device. Therefore, the present invention provides a semiconductor device, which is manufactured including the pattern forming method.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 권리 범위를 한정하는 것은 아니며, 단지 예시로 제시된 것이다.Hereinafter will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. However, the following examples are not intended to limit the scope of the present invention, but are presented by way of example only.
실시예 1Example 1
폴리[스티렌-하이드록시 스티렌-펜에틸 스티릴 아세탈] 3원 공중합체의 합성(화학식 1)Synthesis of Poly [styrene-hydroxy styrene-phenethyl styryl acetal] terpolymer (Formula 1)
스티렌 0.05 네지 0,5 몰과 하이드록시 스티렌 모노머 0.05 내지 0.8 몰과 펜에틸 스티릴 아세탈 모노머 0.4 내지 0.9 몰을 테트라하이드로퓨란 또는 톨루엔 150ml가 있는 500ml 둥근 플라스크에 넣고 용해시킨 후, 상기 결과물에 개시제 AIBN을 0.5 내지 10g 첨가한 다음, 질소 또는 아르곤 분위기 하에서 약 60 내지 70℃의 온도로 4 내지 24시간 동안 반응시킨다.0,5 mol of styrene 0.05 N, 0.5-0.8 mol of hydroxy styrene monomer and 0.4-0.9 mol of phenethyl styryl acetal monomer were placed in a 500 ml round flask containing 150 ml of tetrahydrofuran or toluene and dissolved, and the initiator AIBN was added to the resultant. 0.5 to 10 g was added, followed by reaction for 4 to 24 hours at a temperature of about 60 to 70 ° C. under nitrogen or argon atmosphere.
이후, 상기 결과물을 상온에서 식힌 다음, 500ml의 에틸 에테르 또는 헥산이 있는 비이커에 쏟아부어, 반응물을 침전시킨다. 그리고, 상기 침전물을 여과하여 30℃에서 건조시키면, 상기 화학식 1의 폴리[스티렌-하이드록시 스티렌- 펜에틸 스티릴 아세탈] 3원 공중합체를 얻을 수 있다.The resultant is then cooled to room temperature and then poured into a beaker with 500 ml of ethyl ether or hexane to precipitate the reaction. When the precipitate is filtered and dried at 30 ° C., a poly [styrene-hydroxy styrene-phenethyl styryl acetal] terpolymer of formula 1 may be obtained.
실시예 2Example 2
폴리[스티렌-하이드록시 스티렌-(나프틸에틸) 스티릴 아세탈] 3원 공중합체의 합성(화학식 2)Synthesis of Poly [styrene-hydroxy styrene- (naphthylethyl) styryl acetal] terpolymer (Formula 2)
스티렌 0.05 네지 0,5 몰과 하이드록시 스티렌 모노머 0.05 내지 0.8 몰과 (나프틸에틸) 스티릴 아세탈 모노머 0.4 내지 0.9 몰을 테트라하이드로퓨란 또는 톨루엔 150ml가 있는 500ml 둥근 플라스크에 넣고 용해시킨 후, 상기 결과물에 개시제 AIBN을 0.5 내지 10g 첨가한 다음, 질소 또는 아르곤 분위기 하에서 약 60 내지 70℃의 온도로 4 내지 24시간 동안 반응시킨다.After dissolving 0.05 Negine 0,5 mol of styrene and 0.05 to 0.8 mol of hydroxy styrene monomer and 0.4 to 0.9 mol of (naphthylethyl) styryl acetal monomer in a 500 ml round flask containing tetrahydrofuran or 150 ml of toluene, the resulting product was dissolved. 0.5 to 10 g of an initiator AIBN was added thereto, followed by reaction for 4 to 24 hours at a temperature of about 60 to 70 ° C. under a nitrogen or argon atmosphere.
이후, 상기 결과물을 상온에서 식힌 다음, 500ml의 에틸 에테르 또는 헥산이 있는 비이커에 쏟아부어, 반응물을 침전시킨다. 그리고, 상기 침전물을 여과하여 30℃에서 건조시키면, 상기 화학식 2의 폴리[스티렌-하이드록시 스티렌- (나프틸에틸) 스티릴 아세탈] 3원 공중합체를 얻을 수 있다.The resultant is then cooled to room temperature and then poured into a beaker with 500 ml of ethyl ether or hexane to precipitate the reaction. When the precipitate is filtered and dried at 30 ° C., a poly [styrene-hydroxy styrene- (naphthylethyl) styryl acetal] terpolymer of formula 2 can be obtained.
실시예 3Example 3
폴리[스티렌-하이드록시 스티렌-노필 스티릴 아세탈] 3원 공중합체의 합성(화학식 3)Synthesis of Poly [styrene-hydroxy styrene-nophil styryl acetal] terpolymer (Formula 3)
스티렌 0.05 네지 0,5 몰과 하이드록시 스티렌 모노머 0.05 내지 0.8 몰과 노필 스티릴 아세탈 모노머 0.4 내지 0.9 몰을 테트라하이드로퓨란 또는 톨루엔150ml가 있는 500ml 둥근 플라스크에 넣고 용해시킨 후, 상기 결과물에 개시제 AIBN을 0.5 내지 10g 첨가한 다음, 질소 또는 아르곤 분위기 하에서 약 60 내지 70℃의 온도로 4 내지 24시간 동안 반응시킨다.0,5 mol of styrene 0.05 N, 0.5-0.8 mol of hydroxy styrene monomer and 0.4-0.9 mol of nofil styryl acetal monomer were dissolved in a 500 ml round flask containing 150 ml of tetrahydrofuran or toluene, and then the initiator AIBN was added to the resultant. 0.5 to 10 g is added, followed by reaction for 4 to 24 hours at a temperature of about 60 to 70 ° C. under nitrogen or argon atmosphere.
이후, 상기 결과물을 상온에서 식힌 다음, 500ml의 에틸 에테르 또는 헥산이 있는 비이커에 쏟아부어, 반응물을 침전시킨다. 그리고, 상기 침전물을 여과하여 30℃에서 건조시키면, 상기 화학식 3의 폴리[스티렌-하이드록시 스티렌- 노필 스티릴 아세탈] 3원 공중합체를 얻을 수 있다.The resultant is then cooled to room temperature and then poured into a beaker with 500 ml of ethyl ether or hexane to precipitate the reaction. When the precipitate is filtered and dried at 30 ° C., a poly [styrene-hydroxy styrene-nofil styryl acetal] terpolymer of formula 3 may be obtained.
실시예 4Example 4
폴리[스티렌-하이드록시 스티렌- t-부틸 스티릴 아세탈] 3원 공중합체의 합성(화학식 4)Synthesis of Poly [styrene-hydroxy styrene-t-butyl styryl acetal] terpolymer (Formula 4)
스티렌 0.05 네지 0,5 몰과 하이드록시 스티렌 모노머 0.05 내지 0.8 몰과 t-부틸 스티릴 아세탈 0.4 내지 0.9 몰을 테트라하이드로퓨란 또는 톨루엔 150ml가 있는 500ml 둥근 플라스크에 넣고 용해시킨 후, 상기 결과물에 개시제 AIBN을 0.5 내지 10g 첨가한 다음, 질소 또는 아르곤 분위기 하에서 약 60 내지 70℃의 온도로 4 내지 24시간 동안 반응시킨다.After dissolving 0.05 Negine 0,5 mole of styrene and 0.05 to 0.8 mole of hydroxy styrene monomer and 0.4 to 0.9 mole of t-butyl styryl acetal in a 500 ml round flask containing 150 ml of tetrahydrofuran or toluene, the resultant was added to the initiator AIBN. 0.5 to 10 g was added, followed by reaction for 4 to 24 hours at a temperature of about 60 to 70 ° C. under nitrogen or argon atmosphere.
이후, 상기 결과물을 상온에서 식힌 다음, 500ml의 에틸 에테르 또는 헥산이 있는 비이커에 쏟아부어, 반응물을 침전시킨다. 그리고, 상기 침전물을 여과하여 30℃에서 건조시키면, 상기 화학식 4의 폴리[스티렌-하이드록시 스티렌- t-부틸 스티릴 아세탈] 3원 공중합체를 얻을 수 있다.The resultant is then cooled to room temperature and then poured into a beaker with 500 ml of ethyl ether or hexane to precipitate the reaction. When the precipitate is filtered and dried at 30 ° C., a poly [styrene-hydroxy styrene-t-butyl styryl acetal] terpolymer of formula 4 can be obtained.
실시예 5Example 5
폴리[스티렌-하이드록시 스티렌- t-부틸 스티릴 아세탈- 펜에틸 스티릴 아세탈] 4원 공중합체의 합성(화학식 5)Synthesis of Poly [styrene-hydroxy styrene-t-butyl styryl acetal-phenethyl styryl acetal] quaternary copolymer (Formula 5)
스티렌 0.05 네지 0,5 몰과 하이드록시 스티렌 모노머 0.05 내지 0.8 몰과 t-부틸 스티릴 아세탈 0.4 내지 0.9 몰 및 펜에틸 스티릴 아세탈 모노머 0.4 내지 0.9몰을 테트라하이드로퓨란 또는 톨루엔 150ml가 있는 500ml 둥근 플라스크에 넣고 용해시킨 후, 상기 결과물에 개시제 AIBN을 0.5 내지 10g 첨가한 다음, 질소 또는 아르곤 분위기 하에서 약 60 내지 70℃의 온도로 4 내지 24시간 동안 반응시킨다.500 ml round flask with 0.05 Negative 0,5 mol of styrene and 0.05 to 0.8 mol of hydroxy styrene monomer, 0.4 to 0.9 mol of t-butyl styryl acetal and 0.4 to 0.9 mol of phenethyl styryl acetal monomer 150 ml of tetrahydrofuran or toluene After dissolving in the solution, 0.5 to 10 g of initiator AIBN was added to the resultant, and then reacted at a temperature of about 60 to 70 ° C. for 4 to 24 hours under an atmosphere of nitrogen or argon.
이후, 상기 결과물을 상온에서 식힌 다음, 500ml의 에틸 에테르 또는 헥산이 있는 비이커에 쏟아부어, 반응물을 침전시킨다. 그리고, 상기 침전물을 여과하여 30℃에서 건조시키면, 상기 화학식 5의 폴리[스티렌-하이드록시 스티렌- t-부틸 스치릴 아세탈-펜에틸 스티릴 아세탈] 4원 공중합체를 얻을 수 있다.The resultant is then cooled to room temperature and then poured into a beaker with 500 ml of ethyl ether or hexane to precipitate the reaction. When the precipitate is filtered and dried at 30 ° C., a poly [styrene-hydroxy styrene-t-butyl styryl acetal-phenethyl styryl acetal] quaternary copolymer of Chemical Formula 5 can be obtained.
실시예 6Example 6
포토 레지스트액의 준비Preparation of Photoresist Liquid
상기 실시예 1에서 합성된 폴리[스티렌-하이드록시 스티렌-펜에틸 스티릴 아세탈] 공중합체 10g을 50g의 메틸 3-메톡시프로피오네이트 또는 에틸 3-에톡시프로피오네이트 용매에 용해시킨 후, 상기 결과물에 광산 발생제인 페닐 설포늄 트리플레이트 또는 디부틸 나프틸 설포늄트리플레이트를 0.01 내지 1g 넣고 교반시킨 다음, 이를 0.10㎛ 필터로 여과시키면 포토 레지스트액를 얻을 수 있다.10 g of the poly [styrene-hydroxy styrene-phenethyl styryl acetal] copolymer synthesized in Example 1 was dissolved in 50 g of methyl 3-methoxypropionate or ethyl 3-ethoxypropionate solvent. The resultant was added with 0.01-1 g of phenyl sulfonium triflate or dibutyl naphthyl sulfonium triflate as a photo-acid generator, stirred, and filtered through a 0.10 μm filter to obtain a photoresist solution.
또한, 실시예 2-5에서 합성된 중합체의 경우에도, 상기와 같은 방법으로 하여, 본 발명에 의한 포토 레지스트액을 제조할 수 있다.Also in the case of the polymer synthesized in Example 2-5, the photoresist liquid according to the present invention can be produced in the same manner as described above.
실시예 7Example 7
포토 레지스트 패턴 형성 방법Photoresist Pattern Formation Method
상기 실시예 6과 같은 방법으로 형성된 포토 레지스트액을 웨이퍼에 코팅한 후, 소프트 베이크를 90℃의 온도에서 90초간 실시하고, 노광한 후, 다시 110℃에서 90초 동안 베이크(PEB)를 실시한 다음, 상기 결과물을 2.38wt의 테트라 메틸 암모늄 하이드록시 알칼리 수용액에 현상하여, 하기 도 1 내지 도 3과 같은 모양의 미세 패턴을 얻을 수 있었다.After coating the photoresist liquid formed in the same manner as in Example 6 on the wafer, the soft bake was performed for 90 seconds at a temperature of 90 ℃, exposed, then baked (PEB) at 110 ℃ for 90 seconds again , The resultant was developed in a 2.38wt% tetramethylammonium hydroxyalkali aqueous solution to obtain a fine pattern having a shape as shown in FIGS. 1 to 3.
실시예 8Example 8
코팅 필름의 두께 측정Thickness Measurement of Coating Film
종래에 사용되어 오던, 아세탈계 포토 레지스트를 웨이퍼 위에 코팅하고, 소프트 베이크를 실시한 후 두께를 측정하면 4600Å 이었으나, 상기 결과물에 대해 노광과 PEB를 진행한 후, 두께를 측정하면 3800Å이 되어 큰 두께 손실이 발생하였다.Acetal photoresist, which has been used in the past, was coated on a wafer and subjected to soft baking to measure the thickness of the wafer, which was 4600 mW. However, after exposure and PEB were carried out on the resultant, the thickness was 3800 mW, resulting in a large thickness loss. This occurred.
이에 비해, 본 발명의 실시예 1에 의한 포토 레지스트를 사용하여 상기와 같은 과정을 진행한 결과, 하기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이 노광전 4800Å 에서 노광 및 PEB후 4600Å 으로 두께 손실이 거의 없었다.On the other hand, as a result of the above process using the photoresist according to Example 1 of the present invention, as shown in Table 1, there was almost no thickness loss from 4800Å before exposure to 4600Å after PEB.
또한, 본 발명의 실시예 2, 3의 포토 레지스트를 가지고 상기 과정을 진행한 경우에도, 하기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 두께 손실이 없었다.In addition, even when the above process was performed with the photoresists of Examples 2 and 3 of the present invention, as shown in Table 1 below, there was no thickness loss.
상기한 바와 같이 본 발명은 높은 활성화 에너지를 가지는 벌키한 그룹을 보호기로 가지는 포토 레지스트용 중합체를 제공함으로써, 반도체 소자 공정 중 초미세 패턴 형성 공정에서 일어날 수 있는 보호기의 과도한 탈보호화를 막을 수 있어서, 상기 과도한 탈보호화에 의한 포토 레지스트의 두께 손상 및 가스의 발생을 최소화할 수 있고, 상기 발생 가스에 의한 노광 렌즈 및 코팅 렌즈의 오염을 막을 수 있다.As described above, the present invention provides a polymer for photoresist having a bulky group having a high activation energy as a protecting group, thereby preventing excessive deprotection of the protecting group that may occur in the ultra-fine pattern forming process of the semiconductor device process, It is possible to minimize the thickness damage of the photoresist and the generation of gas due to the excessive deprotection, and to prevent contamination of the exposure lens and the coating lens by the generated gas.
따라서, 본 발명에 의한 중합체를 초미세 패턴 형성공정에서의 포토 레지스트로 사용함으로써, 안정화된 초미세 패턴을 얻을 수 있어서, 반도체 소자 공정의 안정화를 기할 수 있고, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.Therefore, by using the polymer according to the present invention as a photoresist in the ultrafine pattern forming step, a stabilized ultrafine pattern can be obtained, whereby the semiconductor element process can be stabilized and the yield of the product can be improved.
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