광산발생제를 함유한 레지스트 합성 및 원자힘 현미경 리소그래피 적용을 위한 연구

Abstract

광산발생제는 포토레지스트를 구성하는 첨가제의 하나로서 빛을 받으면 강산이 발생하여 주로 폴리머의 말단기를 끊어냄으로써 용해도의 변화를 일으키는 것이 주목적이다. 이러한 광개시제는 일반적으로 단분자 형태로 사용된다. 하지만 고분자와 함께 사용될 때 첨가되는 양(量)은 한계가 있으며, 이것은 고분자와의 상분리를 일으키거나 노광시 발생하는 산의 분포가 고르지 못함으로써 균일한 패턴을 얻기 힘들게 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 고분자 사슬에 광개시제를 직접 도입하였다. 원자힘현미경을 이용한 나노패턴 형성 중에 영향을 주는 인자는 인가전압, 인가속도, 습도, 온도, 레지스트 등 여러가지가 있는데, 그 중 레지스트를 중심으로 형성된 패턴의 경향을 살펴보기로 한다. 본 논문에서는 포토레지스트로서의 작용과 원자힘 현미경 리소그래피, 전자빔 리소그래피에 응용이 가능할 것으로 예상되는 술폰산 염 광개시제를 포함하는 아크릴레이트계 고분자의 합성과 그 응용에 관한 결과를 소개한다. 원자힘 현미경 리소그래피를 통해 패턴이 형성되는 문턱전압은 4 V임을 확인했으며, 인가전압 4~11 V에서 리소그래피 속도 5 ㎛/s 에서 패턴을 얻었다. 같은 전압을 인가했을 때, 실리콘 표면에서보다 높이가 높은 패턴을 얻을 수 있었다. 전자를 잘 받아들이는 광개시제를 레지스트로 사용함으로써 고속에서도 패턴 형성이 용이함을 확인할 수 있었다. 합성된 고분자에 대한 자외선 노광실험을 FT-IR, 1H NMR을 통하여 메커니즘 분석을 하였다. 또한 광개시제를 포함하고 있는 합성된 고분자는 일반적으로 사용되는 레지스트에 비해 감도가 좋은 것을 확인했으며, 전자빔 리소그래피에서의 응용도 가능할 것으로 사료된다.; Photoacid generators (PAGs) have been widely used as a key component in the development of chemically amplified photoresist. The PAGs are used almost exclusively in their monomolecular form. A photoresist is an important factor in photolithography process. Most of the fabricated nanostructures by lithography are based on the selective removal or accumulation of resist. Upon irradiation with ultraviolet (UV) or electron radiation, the PAG releases a strong acid which acts as a catalyst for solubility-differentiating reactions within the irradiated regions of the resist film. But poor compatibility between the PAG and the polymer matrix could cause phase separation and non-uniform acid distribution. To solve these problems, it is proposed that photoacid generating units can be incorporated in the polymer chain, rather than adding PAG into the main chain polymer resist. The novel polymer which contains PAG with good thermal stability and electron-withdrawing group was applied to AFM anodization lithography. Based on this concept, the fabrication of anodization patterns will be achieved at the low bais voltage and the high speed of AFM lithographic patterning. In this paper, the anodized nanostructures were successfully fabricated by AFM lithography on the silicon substrate coated by PAG-containing polymer. Therefore, PAG-containing polymer investigated by exposure to 254nm deep-ultraviolet (DUV). The structures, properties and degradation mechanism of PAG-containing polymer were evaluated by FT-IR, 1H-NMR, GPC, DSC and TGA.