KR20080107871A - 감광성 화합물 및 이를 포함하는 포토레지스트 조성물 - Google Patents

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KR20080107871A
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장유진
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Abstract

초미세 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있는 감광성 화합물 및 이를 포함하는 포토레지스트 조성물이 개시된다. 상기 감광성 화합물은 하기 화학식의 구조를 가진다.
Figure 112007041824022-PAT00001
상기 화학식에서, x는 1 내지 5의 정수이고, y는 2 내지 6의 정수이며, R은 탄소수 2 내지 20의 탄화수소기이다. 또한, 상기 포토레지스트 조성물은 상기 화학식 1의 구조를 가지는 감광성 화합물 1 내지 85중량%; 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 히드록시기(-OH)와 반응하여, 상기 화학식 1로 표시되는 감광성 화합물과 결합하는 화합물 1 내지 55중량%; 광산발생제 1 내지 15중량%; 및 유기용매 12 내지 97중량%를 포함한다.
포토레지스트, 감광성 화합물, 광산발생제

Description

감광성 화합물 및 이를 포함하는 포토레지스트 조성물{Photo-sensitive compound and photoresist composition including the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 조성물을 이용하여 형성한 포토레지스트 패턴의 전자현미경 사진.
본 발명은 감광성 화합물 및 이를 포함하는 포토레지스트 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초미세 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있는 감광성 화합물 및 이를 포함하는 포토레지스트 조성물에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼나 디스플레이용 글라스를 가공하여, 반도체 칩이나 디스플레이 소자를 제조하기 위해서는, 포토리쏘그라피 공정(photolithography process)을 이용하여, 소정 패턴의 회로 구조를 형성하여야 한다. 감광제, 즉 포토레지스트 조성물은, 상기 포토리쏘그라피 공정에 사용되는 가장 중요한 재료로서, 최근, 반도 체 또는 디스플레이 소자의 회로 패턴이 미세화됨에 따라, 높은 해상도를 가지는 감광제의 필요성이 증대되고 있다.
통상적인 산증폭형 포토레지스트 조성물은, 고분자 레진, 광산발생제 (photoacid generator: PAG) 및 염기 첨가제를 포함한다. 상기 통상의 포토레지스트 조성물은, 주성분으로서 고분자 레진을 포함하므로, 가공성, 코팅 안정성, 식각 저항성 등의 기계적 특성이 우수할 뿐만 아니라, 식각 공정, 이온주입 공정 등의 후속 공정 후, 제거가 용이한 장점이 있다. 상기 포토레지스트 조성물에 있어서는, 고분자 레진의 크기에 따라, 감광제의 한계 해상도가 결정되는 것으로 알려져 있다. 즉, 감광제의 고분자 레진이, 형성하고자 하는 패턴의 크기 보다 큰 경우에는, 원하는 해상도의 미세 패턴을 형성하기 어렵다. 또한, 고분자 레진은, 다양한 구조 및 크기를 가지는 고분자 사슬의 집합체, 즉 불균일 혼합물이므로, 이를 이용한 미세 패턴의 형성은 더욱 어려운 실정이다. 따라서, 통상의 포토레지스트 조성물을 이용하여서는, 디자인룰(design rule) 65nm 이하의 미세 구조 반도체 소자를 형성하기 어려운 것으로 알려져 있으며, 이를 극복하기 위하여, 고분자 레진을 대체할 수 있는 새로운 감광성 물질의 개발이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 고분자 보다 크기가 작고, 보다 잘 정의된 구조를 가지는 감광성 화합물 및 이를 포함하는 포토레지스트 조성물을 제공하는 것이 다.
본 발명의 다른 목적은, 코팅 균일성 및 해상력(Resolution)이 우수할 뿐 만 아니라, 패턴 가장자리 거칠기(Line edge roughness: LER)를 감소시킬 수 있는, 감광성 화합물 및 이를 포함하는 포토레지스트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 현상(develop) 특성 및 건식 식각 저항성(dry etch resistance)이 우수한 감광성 화합물 및 이를 포함하는 포토레지스트 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1의 구조를 가지는 감광성 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112007041824022-PAT00002
상기 화학식 1에서, x는 1 내지 5의 정수이고, y는 2 내지 6의 정수이며, R은 탄소수 2 내지 20의 탄화수소기이다.
본 발명은 또한, 상기 화학식 1의 구조를 가지는 감광성 화합물 1 내지 85중량%; 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 히드록시기(-OH)와 반응하여, 상기 화학식 1로 표시되는 감광성 화합물과 결합하는 화합물 1 내지 55중량%; 광산발생제 1 내지 15중량%; 및 유기용매 12 내지 97중량%를 포함하는 포토레지스트 조성물을 제 공한다. 여기서, 상기 화학식 1로 표시되는 감광성 화합물과 결합하는 화합물은
Figure 112007041824022-PAT00003
(*는 결합 부위를 나타낸다.) 부분을 포함하는 화합물인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 감광성 화합물은, 산촉매의 존재 하에서, 히드록시기(-OH)와 반응하는 화합물과 결합하여, 현상액에 대한 용해도가 달라지는 화합물로서, 하기 화학식 1의 구조를 가진다.
Figure 112007041824022-PAT00004
상기 화학식 1에서, x는 1 내지 5의 정수, 바람직하게는 1, 2 또는 3이고, y는 2 내지 6의 정수, 바람직하게는 3이며, R은 탄소수 2 내지 20의 탄화수소기로서, 치환되거나 치환되어 있지 않을 수 있으며, 예를 들면, 카보닐, 페닐, 설포닐, 플로로알킬 등의 치환기로 치환되거나, 0 내지 8개의 이종 원자(hetero-atom) 등을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 2 내지 20의 사슬형 또는 고리형 지방족(aliphatic) 또는 방향족 (aromatic) 탄화수소기이다.
상기 화학식 1로 표시되는 감광성 화합물의 대표적인 예는 다음과 같다.
Figure 112007041824022-PAT00005
Figure 112007041824022-PAT00006
Figure 112007041824022-PAT00007
산촉매의 존재 하에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 히드록시기 (-OH), 바람직하게는 카르복시기(-COOH)와 반응하여, 상기 화학식 1로 표시되는 감광 성 화합물과 결합하는 화합물로는,
Figure 112007041824022-PAT00008
(*는 결합 부위를 나타낸다.) 부분을 포함하는 화합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 하기 화학식 2, 화학식 3a ~ 3c 및 화학식 4로 표시되는 화합물을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
Figure 112007041824022-PAT00009
상기 화학식 2에서, z는 1 내지 20의 정수이고, R' 및 R"은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기로서, 치환되거나 치환되어 있지 않을 수 있고, 0 내지 5개의 이종 원자 (hetero-atom)를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 2 내지 30의 사슬형 또는 고리형 지방족(aliphatic) 또는 방향족 (aromatic) 탄화수소기이다.
상기 화학식 2로 표시되는 감광성 화합물의 대표적인 예로는,
Figure 112007041824022-PAT00010
(화학식 2a),
Figure 112007041824022-PAT00011
(화학식 2b),
Figure 112007041824022-PAT00012
(화학식 2c),
Figure 112007041824022-PAT00013
(화학식 2d),
Figure 112007041824022-PAT00014
(화학식 2e),
Figure 112007041824022-PAT00015
(화학식 2f),
Figure 112007041824022-PAT00016
(화학식 2g),
Figure 112007041824022-PAT00017
(화학식 2h),
Figure 112007041824022-PAT00018
(화학식 2i),
Figure 112007041824022-PAT00019
(화학식 2j) 등을 예시할 수 있다.
Figure 112007041824022-PAT00020
Figure 112007041824022-PAT00021
Figure 112007041824022-PAT00022
Figure 112007041824022-PAT00023
상기 화학식 4에 있어서, a 및 b는 화학식 4로 표시되는 고분자를 구성하는 전체 반복단위에 대한 각 반복단위의 몰%로서, 각각 1 내지 99몰% 및 1 내지 99몰%이며, R1 및 R2는 각각 독립적으로 상기 R'에 대하여 정의한 바와 같다. 상기 화학식 4로 표시되는 고분자의 중량평균 분자량은 100 내지 100,000인 것이 바람직하며, 상기 고분자의 예는 하기 화학식 4a로 표시되는 고분자 (중량 평균분자량: 4,200, 분산도(Polydispersity index: PDI): 1.68)이다.
Figure 112007041824022-PAT00024
본 발명에 따른, 화학식 1로 표시되는 감광성 화합물은, 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 아세토페논 유도체의 축합(condensation) 반응으로 합성할 수 있으며, 화학식 2로 표시되는 감광성 화합물은 아마이드 유도체의 친핵성 치환 방법으로 합성하거나, 고분자를 구성하는 각 단량체를 통상의 방법으로 중합하여 제조할 수 있으며, 이때 아조비스(이소부틸로니트릴) (AIBN) 등 당업계에 통상적으로 알려진 중합개시제를 사용할 수 있다. 하기 반응식 1에서, R은 H 혹은 탄소수 1 내지 20의 사슬형 또는 고리형 지방족(aliphatic) 또는 방향족 (aromatic) 탄화수소기이며, n은 1 내지 5의 정수이다.
Figure 112007041824022-PAT00025
본 발명에 따른 감광성 화합물은, 하기 반응식 2에 나타낸 바와 같이, 레지스트의 노광부에서, 산촉매의 존재 하에서 가교반응함으로서, 현상액에 대한 레지 스트막의 용해도를 변화시킨다.
Figure 112007041824022-PAT00026
본 발명에 따른 포토레지스트 조성물은, 상기 화학식 1로 표시되는 감광성 화합물, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 히드록시기(-OH)와 반응하여, 상기 화학식 1로 표시되는 감광성 화합물과 결합하는 화합물(바람직하게는, 상기 화학식 2, 화학식 3a ~ 3c, 화학식 4로 표시되는 화합물), 광산발생제 및 유기용매를 포함하며, 필요에 따라, 레지스트 안정제(Quencher)로서 염기성 화합물을 더욱 포함할 수 있다. 상기 포토레지스트 조성물에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량은 1 내지 85중량%, 바람직하게는 10 내지 55중량%이고, 상기 화학식 1과 결합하는 화학식 2, 화학식 3a ~ 3c, 또는 화학식 4로 표시되는 화합물의 함량은 1 내지 55중량%, 바람직하게는 5 내지 45중량%이며, 상기 광산발생제의 함량은 1 내지 15중량%, 바람직하게는 1 내지 8중량%이고, 나머지 성분인 상기 유기용매의 함량은 12 내지 97중량%, 바람직하게는 15 내지 95중량%이며, 염기성 화합물이 사용될 경우, 그 사용량은 1 내지 10 질량%, 바람직하게는 0.01 내지 2중량%이다.
상기 광산발생제로는, 빛의 조사에 의해 산을 발생시키는 화합물을 제한없이 사용할 수 있으며, 포토레지스트 조성물의 광산발생제로서 통상 사용되는 오니움 염(onium salt), 예를 들면, 설포늄염계 또는 아이오도늄염계 화합물을 사용할 수 있다. 특히 프탈이미도트리 플루오로메탄술포네이트 (phthalimidotrifluoromethane sulfonate), 디니트로벤질 토실레이트 (dinitrobenzyltosylate), n-데실디술폰 (n-decyl disulfone) 및 나프틸이미도트리 플루오로메탄술포네이트 (naphthylimido trifluoromethane sulfonate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있고, 또한, 디페닐요도염 트리플레이트, 디페닐요도염 노나플레이트, 디페닐요도염 헥사플루오로포스페이트, 디페닐요도염 헥사플루오로아르세네이트, 디페닐요도염 헥사플루오로안티모네이트, 디페닐파라메톡시페닐설포늄 트리플레이트, 디페닐 파라톨루에닐설포늄 트리플레이트, 디페닐파라터셔리부틸페닐설포늄 트리플레이트, 디페닐파라이소부틸 페닐설포늄 트리플레이트, 트리페닐설포늄 트리플레이트, 트리스파라터셔리부틸 페닐설포늄 트리플레이트, 디페닐파라메톡시페닐설포늄 노나플레이트, 디페닐파라톨루에닐설포늄 노나플레이트, 디페닐파라터셔리부틸 페닐설포늄 노나플레이트, 디페닐파라이소부틸페닐설포늄 노나플레이트, 트리페닐설포늄 노나플레이트, 트리스파라터셔리부틸페닐설포늄 노나플레이트, 헥사플루오로 아르세네이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트, 트리페닐설포늄 트리플레이트 및 디부틸나프틸설포늄 트리플레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 광산발생제를 사용할 수 있다. 상기 광산발생제는, 감광성 화합물 100중량부에 대하여 0.05 내지 10중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 광산발생제의 사용량이 너무 적으면, 포토레지스트의 광에 대한 민감도가 저하되고, 너무 많으면, 광산발생제가 원자외선을 많이 흡수하고, 과량의 산이 생성되어, 패턴의 단면 형상이 불균일하게될 우 려가 있다.
상기 유기용매로는, 포토레지스트 조성물의 용매로서 통상 사용되는 유기용매를 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 에틸렌글리콜모노메틸에틸, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 모노아세테이트, 디에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA), 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜 모노아세테이트, 톨루엔, 자일렌, 메틸에틸케톤, 메틸이소아밀케톤, 시클로헥산온, 디옥산, 메틸락테이트, 에틸락테이트, 메틸피루베이트, 에틸피루베이트, 메틸메톡시프로피오네이트, 에틸에톡시 프로피오네이트, N,N-디메틸포름아마이드, N,N-디메틸아세트아마이드, N-메틸 2-피롤리돈, 3-에톡시에틸프로피오네이트, 2-헵탄온, 감마-부티로락톤, 2-히드록시프로피온에틸, 2-히드록시 2-메틸프로피온산에틸, 에톡시초산에틸, 히드록시초산에틸, 2-히드록시 3-메틸부탄산메틸, 3-메톡시 2-메틸프로피온산메틸, 3-에톡시프로피온산에틸, 3-메톡시 2-메틸프로피온산에틸, 초산에틸, 초산부틸, 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 반응억제제(Quencher)로 사용되는 염기성 화합물로는, 트리에틸아민, 트리이소부틸아민, 트리이소옥틸아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 이들의 혼합물 등을 예시할 수 있다.
본 발명의 포토레지스트 조성물을 이용하여, 포토레지스트 패턴을 형성하기 위해서는, (i) 먼저, 실리콘 웨이퍼, 알루미늄 기판 등의 피식각층 상부에, 스핀 코터 등를 이용하여, 상기 포토레지스트 조성물을 도포하여, 포토레지스트막을 형성하고, (ii) 상기 포토레지스트막을 소정 패턴으로 노광한 다음, (iii) 노광된 포토레지스트막을 가열(bake) 및 현상한다. 상기 현상 공정에 사용되는 현상액으로는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 테트라메틸암모늄히드록 사이드(TMAH) 등의 알칼리성 화합물을 0.1 내지 10중량%의 농도로 용해시킨 알칼리 수용액을 사용할 수 있으며, 상기 현상액에는 메탄올, 에탄올 등과 같은 수용성 유기용매 및 계면활성제를 적정량 첨가할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[합성 실시예 1] 화학식 1a로 표시되는 감광성 화합물의 합성
하기 반응식 3에 나타낸 바와 같이, 500ml 2구 둥근바닥 플라스크에, 3,5-디히드록시 아세토페논 0.1몰(15.2g)을 넣은 후, 테트라히드로푸란(THF) 용매 200ml를 넣고 교반하여 용해시켰다. 다음으로, 건조한 질소를 30분 동안 퍼징하여 공기를 완전히 제거한 다음, 반응 플라스크를 얼음물에 넣어 고정시켰다. 얼음물에 30분 동안 방치하여, 반응물의 온도를 0℃로 유지시킨 후, 염화수소 가스를 90분 동안 버블링시켰다. 그 후, 12시간 동안 상온에서 반응을 진행시키고, 감압증류기로 반응 용매를 제거하여, 화학식 1a로 표시되는 감광성 화합물의 중간체(1H-NMR: s(7.66, 3H), s(6.51, 6H), s(6.16, 3H), br(5.2, 6H))를 45%의 수율로 얻었다.
Figure 112007041824022-PAT00027
250ml 둥근바닥 플라스크에, 상기 과정에서 얻은 중간체 0.01몰(4.02g) 및 글루타릭안하이드라이드 0.065몰(7.41g)을 넣고, 톨루엔 150ml로 용해시킨 후, 질소 하에서 교반하면서, 12시간 동안 리플럭스 반응을 진행하였다. 반응이 완료되면, 용매를 제거하고, 추가 정제과정 없이, 흰색 분말 형태의 화학식 1a로 표시되는 감광성 화합물(1H-NMR: s(7.66, 3H), s(7.1, 6H), s(6.84, 3H), m(2.23, 24H), m(1.83, 12H), br(10.8, 6H))을 75%의 수율로 얻었다.
Figure 112007041824022-PAT00028
[합성 실시예 2] 화학식 1b로 표시되는 감광성 화합물의 합성
500ml 2구 둥근바닥 플라스크에, 4-히드록시 아세토페논 0.1몰(13.6g)을 넣은 후, 테트라히드로푸란(THF) 용매 200ml를 넣고 교반하여 용해시켰다. 다음으로, 건조한 질소를 30분 동안 퍼징하여 공기를 완전히 제거한 다음, 반응 플라스크를 얼음물에 넣어 고정시켰다. 얼음물에 30분 동안 방치하여, 반응물의 온도를 0℃로 유지시킨 후, 염화수소 가스를 90분 동안 버블링시켰다. 그 후, 12시간 동안 상온에서 반응을 진행시키고, 감압증류기로 반응 용매를 제거하여, 화학식 1b로 표시되는 감광성 화합물의 중간체(1H-NMR: s(7.6, 3H), s(7.31, 6H), s(6.79, 6H), br(5.0, 3H))를 55%의 수율로 얻었다.
250ml 둥근바닥 플라스크에, 상기 과정에서 얻은 중간체 0.01몰(3.54g) 및 글루타릭안하이드라이드 0.065몰(7.41g)을 넣고, 톨루엔 150ml로 용해시킨 후, 질소 하에서 교반하면서, 12시간 동안 리플럭스 반응을 진행하였다. 반응이 완료되면, 용매를 제거하고, 추가 정제과정 없이, 흰색 분말 형태의 화학식 1b로 표시되는 감광성 화합물(1H-NMR: s(7.66, 3H), s(7.45, 6H), s(7.13, 6H), m(2.23, 12H), m(1.83, 6H), br(11, 3H))을 78%의 수율로 얻었다.
[합성 실시예 3] 화학식 1c로 표시되는 감광성 화합물의 합성
실시예 1과 동일한 방법으로, 3,5-디히드록시 아세토페논의 축 합(condensation) 반응을 통하여, 화학식 1c로 표시되는 감광성 화합물의 중간체(1H-NMR: s(7.6, 3H), s(7.31, 6H), s(6.79, 6H), br(5.0, 3H))를 55%의 수율로 얻었다.
250ml 둥근바닥 플라스크에, 상기 과정에서 얻은 중간체 0.01몰(4.02g) 및 4-브로모메틸-벤조익에시드 0.065몰(14.0g)을 넣고, 테트라히드로푸란 150ml로 용해시킨 후, 질소 하에서 교반하면서, 12시간 동안 리플럭스 반응을 진행하였다. 반응이 완료되면, 컬럼크로마토그래피법(용매: 에틸아세테이트/메탄올 = 9/1)으로 정제하여, 흰색 분말 형태의 화학식 1c로 표시되는 감광성 화합물(1H-NMR: s(8.06,12H), s(7.66, 3H), s(7.4,12H), s(6.45, 6H), s(6.24, 3H), s(5.2, 12H), br(10.8, 6H))을 55%의 수율로 얻었다.
[실시예 1 내지 9] 포토레지스트 조성물 제조 및 포토레지스트 노광 패턴 형성
하기 표 1에 기재된 성분 및 함량의 감광성 화합물, 유기 용매로서 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트 100g, 광산발생제로서 트리페닐설포늄 트리플레이트 4.5중량%, 및 반응 억제제로서 트리옥틸아민 2중량%를 혼합하고, 상온에서 4시간 교반하여, 포토레지스트 조성물을 제조하였다(중량%는 전체 조성물 기준).
Figure 112007041824022-PAT00029
제조된 포토레지스트 조성물을, 실리콘 웨이퍼의 피식각층 상부에 3000Å의 두께로 스핀 코팅하여, 포토레지스트 박막을 형성한 다음, 130℃의 오븐 또는 열판에서 90초간 소프트 베이크 하고, EUVL(extreme ultraviolet lithography) 노광장비로 노광한 후, 130℃에서 90초간 다시 베이크 하였다. 이렇게 베이크한 웨이퍼를 2.38wt% TMAH 수용액에 40초간 침지하여 현상함으로써, 32nm 해상도의 L/S(line/space) 패턴을 형성하였다. 형성된 포토레지스트 패턴의 성능을 평가하여, 하기 표 2에 나타내었으며, 실시예 8에 따른 포토레지스트 패턴의 전자현미경 사진을 도 1에 나타내었다.
해상력 LER 코팅 균일성 노볼락 레진 대비 식각 내성 Scum 제어 프로파일 형태
실시예 1 < 32nm 1.6nm 3.2% 93% Free Rectangular
실시예 2 < 32nm 2.0nm 4.5% 95% Free Rectangular
실시예 3 < 32nm 1.3nm 2.9% 100% Free Rectangular
실시예 4 < 32nm 1.6nm 3.7% 87% Free Rectangular
실시예 5 < 32nm 1.4nm 4.7% 91% Free Rectangular
실시예 6 < 32nm 2.1nm 4.5% 95% Free Rectangular
실시예 7 < 32nm 1.0nm 3.5% 98% Free Rectangular
실시예 8 < 32nm 0.9nm 2.5% 105% Free Rectangular
실시예 9 < 32nm 2.3nm 1.9% 101% Free Rectangular
상기 표 2에서, 코팅 균일성은 나노스펙 장비로 측정한 값이고, 식각 내성은 건식식각 후 레지스트 두께 변화를 나노스펙 장비를 이용하여 측정하였으며, 스컴(scum) 및 프로파일의 형태는 육안으로 관찰한 결과이다. 상기 표 2로부터, 본 발명에 따른 감광성 화합물 및 이를 포함하는 포토레지스트 조성물을 사용할 경우, 최소화된 크기의 단일 순물질로 패턴을 형성하므로, 리쏘그라피 공정의 최소 해상력(Resolution)을 32nm 이하까지 증가시킬 수 있으며, 패턴 가장자리 거칠기(Line edge roughness: LER)를 3시그마 3nm 이하로 제어함으로서, 양호한 반도체 소자 특성을 확보할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 포토레지스트 조성물은, 균일한 순물질로 코팅막을 형성하므로, 코팅막 형성 물질들 사이의 인력이 균일하고, 코팅 공정으로 얻어지는 코팅막 두께의 불균일성이 3% 이내로 최소화되어, 코팅 균일성 (Coating uniformity)을 확보할 수 있을 뿐 만 아니라, 감광막을 구성하는 최소 분자 내에 벤젠 고리 함량이 크므로, 건식 식각 저항성(dry etch resistance)이 노볼락 레진 수준으로 우수한 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 포토레지스트 조성물을 사용할 경우, 현상액에 대한 불용성분에 의해서 발생하며, 불균일한 식각의 원인이 되는, 현상 잔류물(scum)의 발생을 감소시킬 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 감광성 화합물은, 고분자 보다 크기가 작고, 보다 잘 정의된 구조를 가진다. 또한, 상기 감광성 화합물을 포함하는 포토레지스트 조성물은 코팅 균일성 및 해상력(Resolution)이 우수할 뿐 만 아니라, 패턴 가장자리 거칠기(Line edge roughness: LER)를 감소시킬 수 있고, 현상(develop) 특성 및 건식 식각 저항성(dry etch resistance)이 우수한 장점이 있다.

Claims (8)

  1. 하기 화학식 1의 구조를 가지는 감광성 화합물.
    [화학식 1]
    Figure 112007041824022-PAT00030
    상기 화학식 1에서, x는 1 내지 5의 정수이고, y는 2 내지 6의 정수이며, R은 탄소수 2 내지 20의 탄화수소기이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감광성 화합물은
    Figure 112007041824022-PAT00031
    ,
    Figure 112007041824022-PAT00032
    , 및
    Figure 112007041824022-PAT00033
    로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 감광성 화합물.
  3. 하기 화학식 1의 구조를 가지는 감광성 화합물 1 내지 85중량%,
    [화학식 1]
    Figure 112007041824022-PAT00034
    상기 화학식 1에서, x는 1 내지 5의 정수이고, y는 2 내지 6의 정수이며, R은 탄소수 2 내지 20의 탄화수소기이다;
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 히드록시기(-OH)와 반응하여, 상기 화학식 1로 표시되는 감광성 화합물과 결합하는 화합물 1 내지 55중량%;
    광산발생제 1 내지 15중량%; 및
    유기용매 12 내지 97중량%를 포함하는 포토레지스트 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 감광성 화합물과 결합하는 화합물은
    Figure 112007041824022-PAT00035
    (*는 결합 부위를 나타낸다.) 부분을 포함하는 화합물인 것인 포토레지스트 조성물.
  5. 제3항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 감광성 화합물과 결합하는 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것인 포토레지스트 조성물.
    [화학식 2]
    Figure 112007041824022-PAT00036
    상기 화학식 2에서, z는 1 내지 20의 정수이고, R' 및 R"은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기이다.
  6. 제3항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 감광성 화합물과 결합하는 화합물은
    Figure 112007041824022-PAT00037
    ,
    Figure 112007041824022-PAT00038
    및
    Figure 112007041824022-PAT00039
    로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 포토레지스트 조성물.
  7. 제3항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 감광성 화합물과 결합하는 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물인 것인 포토레지스트 조성물.
    [화학식 4]
    Figure 112007041824022-PAT00040
    상기 화학식 4에 있어서, a 및 b는 화학식 4로 표시되는 고분자를 구성하는 전체 반복단위에 대한 각 반복단위의 몰%로서, 각각 1 내지 99몰% 및 1 내지 99몰%이며, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기이다.
  8. a) 상기 화학식 1의 구조를 가지는 감광성 화합물 1 내지 85중량%, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 히드록시기(-OH)와 반응하여, 상기 화학식 1로 표시되는 감광성 화합물과 결합하는 화합물 1 내지 55중량%; 광산발생제 1 내지 15중량%; 및 유기용매 12 내지 97중량%를 포함하는 포토레지스트 조성물을 피식각층 상부에 도포하여 포토레지스트막을 형성하는 단계;
    b) 상기 포토레지스트막을 소정 패턴으로 노광하는 단계;
    c) 상기 노광된 포토레지스트막을 가열하는 단계; 및
    d) 상기 가열된 포토레지스트막을 현상하여 원하는 패턴을 얻는 단계를 포함하는 포토레지스트 패턴의 형성방법.
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