KR980011711A - Base resin for chemically amplified resist - Google Patents

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최상준
박춘근
고영범
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김광호
삼성전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 화학 증폭형 레지스트용 베이스 수지에 관한 것이다. 본 발명의 고분자는 소수성기와 친수성기를 가지고 있어서, 노광 전,후의 용해도 차이가 크고 막질과의 접착력도 우수하므로 화학 증폭형 레지스트용 베이스 수지로 사용하는데 적합하다. 또한, 반복 단위의 종류가 적어서 그 제조 공정이 간단하다.The present invention relates to a base resin for chemically amplified resists. The polymer of the present invention has a hydrophobic group and a hydrophilic group, and has a large difference in solubility before and after exposure, and is excellent in adhesion to a film and is therefore suitable for use as a base resin for chemically amplified resists. In addition, since the kinds of the repeating units are small, the manufacturing process is simple.

Description

화학 증폭형 레지스트용 베이스 수지Base resin for chemically amplified resist

본 내용은 요부공개 건이므로 전문내용을 수록하지 않았음Since this is a trivial issue, I did not include the contents of the text.

본 발명은 화학 증폭형 레지스트용 베이스 수지에 관한 것으로서, 상세하게는 반도체 칩의 고집적화에 따라 새롭게 이용하는 ArF 엑시머 레이저의 파장(193nm)으로 노광시 투명도가 유지될 뿐말 아니라, 하나의 반복단위에 소수성기와 친수성기를 동시에 가지고 있기 때문에 그 제조가 용이한 화학 증폭형 레지스트용 베이스 수지에 관한 것이다.More specifically, the present invention relates to a base resin for chemically amplified resists, and more particularly to a base resin for chemically amplified resists, which not only maintains transparency upon exposure with a wavelength (193 nm) of an ArF excimer laser newly used in accordance with high integration of semiconductor chips, The present invention relates to a base resin for a chemically amplified resist which has a hydrophilic group at the same time.

반도체 칩의 집적도가 1 기가디램(Giga Dram) 이상으로 갈수록 리소그래피 공정에서 서브쿼터-마이크론(subquarter-micron)급의 미세 패턴 형성이 요구되고 있다. 이에 따라, 기존의 심자외선(deep-UV: 248nm)보다 더욱 단파장의 ArF 엑시머 레이저(193nm)를 이용하는 리소그래피 기술을 도입되었는데, 이에 따라 감광도 (sensitivity)가 커서 고 해상도(resolution)의 패턴을 형성할 수 있는 새로운 재료의 도입이 필요하게 되었다.As the degree of integration of a semiconductor chip increases to more than 1 giga-Dram, it is required to form a subquarter-micron-level fine pattern in a lithography process. Accordingly, a lithography technique using an ArF excimer laser (193 nm) having a shorter wavelength than a conventional deep ultraviolet (UV) (248 nm) has been introduced, thereby forming a pattern of high resolution with a high sensitivity It is necessary to introduce new materials that can be used.

화학 증폭형 레지스트는 노광에 의해 생성된 H-(proton)을 촉매로 이용하는 것으로서, H-의 확산 및 분해 반응이 연쇄적으로 일어나 고투명도를 유지하면 패턴을 형성할 수 있는 재료이다.A chemically amplified resist is a material that can form a pattern if H - (proton) generated by exposure is used as a catalyst and the diffusion and decomposition reaction of H - occurs in a chain and maintains transparency.

일반적으로, 화학 증폭형 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.Generally, a base resin and a photoacid generator (PAG) into which a dissolution inhibiting group is introduced are used as an essential constituent of a chemically amplified resist to control solubility.

이 중, 베이스 수지는 공중합체인 것이 일반적이며, 구체적으로 용해 억제 그룹(dissolution inhibiting group)이 치환되어 있는 소수성의 반복단위와 막질(substrate)과의 접착력을 좋게 하기 이하여 도입된 친수성의 반복단위가 적절한 비율로 이루어져 있다. 또한, 베이스 수지는 에칭에 대한 내성의 향상을 위하여 도입된 벌키한 그룹을 갖는 반복단위도 포함하고 있다. 따라서, 리소그래피 공정에 적합한 ArF용 화학 증폭형 레지스트용 베이스 수지를 제조하기 위하여 일반적으로 3가지 이상의 모노머가 필요하기 때문에, 그 제조상의 어려움과 비용이 크다는 단점이 있다.Among them, the base resin is generally a copolymer, and more specifically, a hydrophilic repeating unit introduced with a hydrophobic repeating unit substituted with a dissolution inhibiting group and a substrate improves the adhesion between the substrate and the hydrophilic repeating unit It is made in an appropriate proportion. The base resin also contains a repeating unit having a bulky group introduced for the purpose of improving resistance to etching. Therefore, in order to produce a base resin for a chemically amplified resist for ArF suitable for a lithography process, generally three or more monomers are required, which is disadvantageous in terms of difficulty in manufacturing and cost.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하나의 반복단위가 소수성기와 친수성기를 가지고 있어서 두종류의 반복단위를 갖고 있음에도 노광 전, 후의 용해도 차이와 에칭에 대한 내성이 클 뿐만 아니라 막질과의 접착력도 우수한 화학 증폭형 레지스트용 베이스 수지를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a resin composition which has both a hydrophobic group and a hydrophilic group and has two types of repeating units, Type resist base resin.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 화학식 1로 표시되는 화학 증폭형 레지스트용 베이스 수지가 제공된다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a base resin for a chemically amplified resist represented by Chemical Formula 1.

(화학식 1)(Formula 1)

여기에서, R1은 메틸, 에틸, 사이클로헥실 또는 페닐기이고, R2는 메틸 또는 t-부틸기이고, R3는 수소 원자 또는 메틸기이며,임.Wherein R 1 is a methyl, ethyl, cyclohexyl or phenyl group, R 2 is a methyl or t-butyl group, R 3 is a hydrogen atom or a methyl group, being.

본 발명에서는 하나의 반복단위가 용해 억제 그룹으로서 작용하는 소수성기와 막질과의 결합하여 레지스트의 도포성을 향상시킬 수 있는 친수성기를 모두 갖는 수지를 제공하는 것을 특징으로 한다. 아래에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제공된 고분자(화학식 2의 Ⅰ-1)의 노광에 의한 반응 메카니즘이 나타나 있는데, 이를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다.The present invention provides a resin having both hydrophilic groups in which one repeating unit functions as a dissolution inhibiting group and hydrophilic groups capable of improving the applicability of the resist by bonding with membrane quality. Hereinafter, a reaction mechanism by exposure of the polymer (I-1 of formula (II)) provided according to a preferred embodiment of the present invention is shown and will be described in more detail with reference to it.

(화학식 2)(2)

상기 화학식 2로부터 알수 있는 바와 같이, 본발명의 고분자는 노광 공정을 거치기 이전에는 현상액에 잘용해되지 않는 성질을 갖는 동시에 하이드록시기를 갖고 있기 때문에, 기판과의 결합력도 우수하다. 반면, 노광공정을 거치면, t-부톡시카르보닐가 카르복실기로 전환되면서 현상액에 대한 용해도가 크게 증가하게 된다.As can be seen from the above formula (2), the polymer of the present invention has a property of not dissolving well in a developing solution before the exposure process, and has a hydroxy group. On the other hand, through the exposure process, the t-butoxycarbonyl is converted to a carboxyl group and the solubility in the developer is greatly increased.

이러한 성질을 갖는 본 발명의 베이스 수지는 다음과 같은 공정을 통하여 제조된다.The base resin of the present invention having such properties is produced through the following process.

우선, 다음과 같은 반응을 통하여 모노머 (Ⅳ)를 제조한다.First, the monomer (IV) is prepared through the following reaction.

(화학식 3)(Formula 3)

상기 화학식 3으로부터 개략적으로 알 수 있는 바와 같이, 우선 알데히드와 아크릴레이트 유도체를 섞은 후, 1,4-디아자바이사이클로[2,2,2]옥탄을 넣고 교반한 다음, 방치하면 화학식 3의 Ⅳ에 나타난 바와 같은 모노머가 얻어진다. 이 경우, 아크릴레이트 유도체는 당량비를 초과하는 과량을 투여하는 것이 바람직하다.Diazabicyclo [2,2,2] octane is added to an aldehyde and an acrylate derivative, followed by stirring. As a result, the compound of formula A monomer as shown is obtained. In this case, the acrylate derivative is preferably administered in an excess amount exceeding the equivalence ratio.

상기 반응에 따라 친수성기와 소수성기를 동시에 갖는 모노머가 제조되면, 다음과 같은 반응에 따라 고분자를 합성한다.When a monomer having both a hydrophilic group and a hydrophobic group is prepared according to the above reaction, a polymer is synthesized according to the following reaction.

(화학식 4)(Formula 4)

즉, 화학식 4에 나타난 모노머(Ⅳ 및 Ⅴ)를 소정의 몰비로 유기용매에 용해시킨다. 이 경우, (Ⅳ)와 (Ⅴ) 화합물의 반응 몰비는 0.3:0.7 내지 0.7:0.3로 하는 것이 바람직하며, 1,4-디옥산이 바람직하다. 이어 상기 반응 혼합물에 중합개시제를 투여하면 (Ⅳ)으로 표시되는 공중합체가 얻어진다.That is, the monomers (IV and V) represented by the general formula (4) are dissolved in an organic solvent at a predetermined molar ratio. In this case, the reaction molar ratio of the compound (IV) to the compound (V) is preferably 0.3: 0.7 to 0.7: 0.3, and 1,4-dioxane is preferable. Subsequently, a polymerization initiator is added to the reaction mixture to obtain a copolymer represented by (IV).

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 고분자 합성 방법을 보다 구체적으로 설명하기로 하되, 본 발명을 반드시 이에 한정하려는 것을 아니다.Hereinafter, the polymer synthesis method of the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not necessarily limited thereto.

실시예 1Example 1

플라스크에 아세트알데히트 22g(0.5mol)과 t-부틸아크릴레이트 96g(0.75mol)을 넣은 후, 1,4-디아자바이사이클로[2,2,2] 8g(0.075mol)을 놓고 교반한 다음, 상온에서 6일동안 유지하였다. 반응 종료 후, 미반응물을 증발시키고, 고량의물에 떨어뜨린 ㄷ음, 염산 용액으로 중화시켰다. 이어, 디에틸에테르(50ml × 4)를 이용하여 추출한후, 추출액에 황산마그네숨을 넣어 물을 제거한 다음, 칼럼크로마토그래피를 이용하여 화학식 5(Ⅳ-1)로 표시되는 t-부틸-(1-하이드록시)에틸아크릴레이트를 분리해냈다.(수율 98%)22 g (0.5 mol) of acetaldehyde and 96 g (0.75 mol) of t-butyl acrylate were placed in a flask and then 8 g (0.075 mol) of 1,4-diazabicyclo [2.2.2] And maintained at room temperature for 6 days. After completion of the reaction, the unreacted material was evaporated, dropped into a large amount of water, and neutralized with a hydrochloric acid solution. After extracting with diethyl ether (50 ml x 4), magnesium sulfate was added to the extract to remove water, and then t-butyl (1 (IV-1) -Hydroxy) ethyl acrylate (yield: 98%).

실시예 2Example 2

실시에 1에서 제조된 모노머 12.0g[0.07mol]과 화학식6(Ⅴ-1)으로 표시되는 모노머 6.6g[0.03mol]을 1,4-디옥신 74ml에 용해시켰다. 여기에, 중합개시제로서 아조비스이소부티로니트릴 0.82g을 투여한 다음, 70℃에서 24시간 동안 중합반응시켜, 본 발명의 고분자 (화학식 2의 Ⅰ-1)를 제조하였다.12.0 g (0.07 mol) of the monomer prepared in Example 1 and 6.6 g (0.03 mol) of the monomer represented by the formula 6 (V-1) were dissolved in 74 ml of 1,4-dioxin. Thereto was added 0.82 g of azobisisobutyronitrile as a polymerization initiator, followed by polymerization at 70 DEG C for 24 hours to prepare the polymer (I-1 of formula (2)) of the present invention.

이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 고분자는 하나의 반복단위가 소수성기와 친수성기를 가지고 있어서 노광 전, 후의 용해도 차이가 크고 막질과의 접착력도 우수하므로 화학 증폭형 레지스트용 베이스 수지로 사용하는 데 적합하다. 또한 고분자의 반복단위 수가 적어서 그 제조에 이용되는 모노머 종류가 적다는 장점이 있다.As can be seen from the above, the polymer produced according to the present invention has a hydrophobic group and a hydrophilic group in one repeating unit, and thus has a large difference in solubility before and after exposure and has excellent adhesion to a film. It is suitable for use. Also, there is an advantage that the number of repeating units of the polymer is small and the types of monomers used in the production thereof are small.

Claims (1)

1. 화학식 1로 표시되는 화학 증폭형 레지스트용 베이스 수지.1. A base resin for a chemically amplified resist represented by Chemical Formula (1). 여기에서, R1은 메틸, 에틸, 사이클로헥실 또는 페닐기이고, R2는 메틸 또는 t-부틸기이고, R3는 수소 원자 또는 메틸기이며,임.Wherein R 1 is a methyl, ethyl, cyclohexyl or phenyl group, R 2 is a methyl or t-butyl group, R 3 is a hydrogen atom or a methyl group, being. ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.※ Note: It is disclosed by the contents of the first application.
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