KR102632885B1 - Fluorene-based organic compound, organic film having thereof and application thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하기 화학식 1의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물과, 이를 이용한 유기막 형성용 조성물, 유기막, 유기막 제조 방법, 패턴 형성 방법 및 반도체 소자에 관한 것이다. 본 발명에 따라 합성된 플루오렌계 유기 화합물로부터 얻어진 하층막을 도입하여, 레지스트 패턴 특성과 코팅 특성이 우수한 포토레지스트 패턴을 형성하여, 미세 반도체 소자를 구현할 수 있다.
[화학식 1]
The present invention relates to a fluorene-based organic compound having the structure of the following formula (1), a composition for forming an organic film using the same, an organic film, a method for manufacturing an organic film, a method for forming a pattern, and a semiconductor device. By introducing the underlayer film obtained from the fluorene-based organic compound synthesized according to the present invention, a photoresist pattern with excellent resist pattern characteristics and coating characteristics can be formed, thereby realizing a fine semiconductor device.
[Formula 1]
Description
본 특허출원은 대한민국정부 중소벤처기업부의 "메모리 반도체 노광 공정을 위한 2um 두께의 스핀코팅용 하드마스크 소재 개발" 과제(과제번호: S2829770, 주관기관: 디씨티머리티얼)의 지원을 받은 연구성과물이다. This patent application is a research result supported by the "Development of 2um thick spin coating hard mask material for memory semiconductor exposure process" project (Project number: S2829770, Host organization: DCTM Material) of the Ministry of SMEs and Startups of the Government of the Republic of Korea. .
본 발명은 유기 화합물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레지스트 하층막에 적용될 수 있는 플루오렌계 유기 화합물, 이를 포함하는 유기막 및 반도체 소자 공정에서의 산업적 응용 및 용도에 관한 것이다. The present invention relates to organic compounds, and more specifically, to fluorene-based organic compounds that can be applied to resist underlayer films, organic films containing them, and industrial applications and uses in semiconductor device processes.
반도체를 제조하는 과정에서 요구되는 메모리 소자를 비롯한 반도체 소자는 점차 소형화, 고집적화 되고 있다. 반도체 소자가 고집적화 됨에 따라, 반도체 소자를 제조할 때 종래의 반도체 소자 패턴에 비하여 더욱 미세한 패턴을 형성하여야 한다. 현재 반도체 패턴 제조에 범용기술로서 사용되고 있는 광원을 이용한 포토리소그래피(Photo lithography) 공정에서는, 광원의 파장에 유래하는 본질적인 해상도의 한계에 근접하고 있다. Semiconductor devices, including memory devices required in the process of manufacturing semiconductors, are gradually becoming smaller and more highly integrated. As semiconductor devices become more highly integrated, finer patterns must be formed when manufacturing semiconductor devices compared to conventional semiconductor device patterns. In the photo lithography process using a light source, which is currently used as a general-purpose technology in semiconductor pattern manufacturing, the intrinsic resolution limit derived from the wavelength of the light source is approaching.
레지스트 패턴 형성에 사용되는 포토리소그래피 공정에 사용되는 광원은 수은 램프를 이용하는 g-선(line)(436nm), i-선(365nm)이 널리 사용되었으며, 패턴의 미세화를 위하여, KrF 엑시머 레이저(excimer laser)(248nm), ArF 엑시머 레이저(193nm) 등의 단파장의 광원을 주로 사용하여 포토리소그래피 공정을 수행하고 있다. 최근에는 이보다 단파장인 13.5 nm 파장대의 EUV(Extreme Ultraviolet)를 광원으로 하는 포토리소그래피 공정이 상용화 단계에 있으며 이러한 초 단파장의 광원을 사용한 공정에서 발생되는 문제점을 해결하기 위하여 많은 연구 및 개발이 시도되고 있다.As light sources used in the photolithography process used to form resist patterns, g-line (436nm) and i-line (365nm) using mercury lamps are widely used, and to refine the pattern, a KrF excimer laser (excimer The photolithography process is performed mainly using short-wavelength light sources such as laser (248 nm) and ArF excimer laser (193 nm). Recently, a photolithography process using EUV (Extreme Ultraviolet) in the shorter wavelength 13.5 nm wavelength range as a light source is in the commercialization stage, and many research and development efforts are being attempted to solve problems arising from processes using such ultra-short wavelength light sources. .
현재 반도체 소자의 패턴 형성을 위한 포토리소그래피 공정에서 범용되고 있는 ArF 엑시머 레이저 광원을 사용하는 경우, 광원 고유의 파장에서 유래되는 본질적인 해상도(resolution)의 한계에 직면하고 있다. 이를 극복하여 보다 미세한 패턴을 형성하기 위한 방법으로서, 포토리소그래피 공정을 2회 반복하여 초 미세 패턴을 구현하는 이중 패터닝 기술(double patterning technology), 노광 공정을 2회 진행하여 원하는 해상도의 패턴을 얻는 이중 노광 패터닝 공정(double expose patterning technology), 또는 노광 공정을 1회 진행한 뒤, 희생막(Sacrificial layer) 패턴에 스페이서(spacer)를 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)법으로 형성하고 희생막을 제거하여 원하는 해상력의 패턴을 얻는 스페이서 패터닝 기술(spacer patterning technology) 등이 제안되었으며, 현재 반도체 소자의 양산 공정에 적용되고 있다.When using an ArF excimer laser light source, which is currently widely used in the photolithography process for forming patterns in semiconductor devices, there is a limit to the intrinsic resolution derived from the unique wavelength of the light source. As a method to overcome this and form finer patterns, double patterning technology is used to realize ultra-fine patterns by repeating the photolithography process twice, and double patterning technology is used to obtain patterns with the desired resolution by performing the exposure process twice. After performing the double expose patterning technology or the exposure process once, a spacer is formed on the sacrificial layer pattern using Chemical Vapor Deposition (CVD) and the sacrificial layer is removed. Spacer patterning technology has been proposed to obtain patterns with desired resolution, and is currently being applied to the mass production process of semiconductor devices.
그런데, 미세 포토레지스트 패턴을 사용하여 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판을 바로 식각(etching)할 수는 없다. 따라서 레지스트막과 반도체 기판 사이에 레지스트 하층막 또는 하드마스크 막을 도입하고, 하층막 또는 하드마스크 막을 패터닝 한 뒤에 기판을 식각하는 하층막 공정이 일반적으로 적용된다. However, it is not possible to directly etch a semiconductor substrate such as a silicon wafer using a fine photoresist pattern. Therefore, an underlayer film process is generally applied in which a resist underlayer or hard mask film is introduced between the resist film and the semiconductor substrate, the underlayer film or hard mask film is patterned, and then the substrate is etched.
레지스트 하층막은 무기물로 이루어지며, 실리콘 나이트라이드(SiNx), 실리콘 옥시나이트라이드(SiOxNy), 폴리실리콘, 티타늄 나이트라이드, 비정질 탄소 (amorphous carbon) 등으로 이루어지며, 통상적으로 화학기상증착(chemical vapor deposition: CVD)법으로 형성된다. The resist underlayer is made of inorganic materials, such as silicon nitride (SiN x ), silicon oxynitride ( SiO It is formed by the (chemical vapor deposition: CVD) method.
화학기상증착에 의해 생성된 무기 소재의 레지스트 하층막은 식각 선택성 및 식각 내성이 우수하다. 하지만, 무기 소재는 증착 공정을 통하여 레지스트 하층막을 형성하기 때문에, 하부 단차(step)가 그대로 하층막에 반영된다. 뿐만 아니라, 무기 소재를 사용하여 레지스트 하층막을 형성할 때 패턴 미세화에 따른 빈 공간(Void)이 발생하여, 평탄화 공정을 진행하는데 어려움이 있다. 또한, 무기 소재를 이용하여 레지스트 하층막을 형성하기 위해서는 진공 증착 장치 등의 고가의 설비가 필요하기 때문에 초기 투자 비용이 높고, 공정의 생산성이 떨어지는 단점이 있다.The resist underlayer made of inorganic material produced by chemical vapor deposition has excellent etch selectivity and etch resistance. However, since the inorganic material forms a resist underlayer film through a deposition process, the lower step is directly reflected in the underlayer film. In addition, when forming a resist underlayer using an inorganic material, voids are generated due to pattern miniaturization, making it difficult to proceed with the planarization process. In addition, forming a resist underlayer using an inorganic material requires expensive equipment such as a vacuum deposition device, which has the disadvantage of high initial investment cost and low productivity of the process.
본 발명의 목적은 높은 열 안정성을 가지며, 갭 필(gap fill) 특성 및 평탄화 특성이 우수한 플루오렌계 유기 화합물과, 상기 플루오렌계 유기 화합물을 포함하는 유기막 형성용 조성물, 상기 플루오렌계 유기 화합물로부터 얻어지는 유기막, 유기막 제조 방법 및 이를 이용하여 반도체 소자를 제조하기 위한 레지스트 패턴을 형성하는 방법을 제공하고자 하는 것이다. An object of the present invention is to provide a fluorene-based organic compound having high thermal stability and excellent gap fill properties and planarization characteristics, a composition for forming an organic film comprising the fluorene-based organic compound, and the fluorene-based organic compound. The object is to provide an organic film obtained from a compound, a method for manufacturing an organic film, and a method for forming a resist pattern for manufacturing a semiconductor device using the same.
본 발명의 다른 목적은 고가의 증착 장비를 도입하지 않으면서 제조할 수 있는 플루오렌계 유기 화합물과, 상기 플루오렌계 유기 화합물을 포함하는 유기막 형성용 조성물, 상기 플루오렌계 유기 화합물로부터 얻어지는 유기막, 유기막 제조 방법 및 이를 이용하여 반도체 소자를 제조하기 위한 레지스트 패턴을 형성하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fluorene-based organic compound that can be produced without introducing expensive deposition equipment, a composition for forming an organic film containing the fluorene-based organic compound, and an organic film obtained from the fluorene-based organic compound. The object is to provide a method for manufacturing a film and an organic film, and a method for forming a resist pattern for manufacturing a semiconductor device using the same.
일 측면에 따르면, 하기 화학식 1의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물이 개시된다. According to one aspect, a fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 below is disclosed.
[화학식 1][Formula 1]
화학식 1에서, R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소, C1~C20 알킬기, C2~C20 알케닐기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C4~C20 사이클로 알킬기, C3~C20 헤테로 사이클로 알킬기, C6~C30 아릴기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 또는 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기이고, 상기 C1~C20 알킬기, C2~C20 알케닐기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C4~C20 사이클로 알킬기, C3~C20 헤테로 사이클로 알킬기, C6~C30 아릴기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 및 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기는 각각 독립적으로 할로겐 원자, C1~C20 알킬기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C4~C20 사이클로 알킬기, C3~C20 헤테로 사이클로 알킬기, C6~C30 아릴기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 및 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 적어도 하나의 다른 작용기로 더욱 치환될 수 있음; 각각의 R1은 상이하거나 동일할 수 있음; p는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 10의 정수이고, q는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 4의 정수이며, p가 복수인 경우 각각의 R2는 상이하거나 동일할 수 있고, q가 복수인 경우 각각의 R3는 상이하거나 동일할 수 있음; Z는 각각 독립적으로 *=X 또는 *-Y이고(별표는 연결 부위를 나타냄), 각각의 Z는 상이하거나 동일할 수 있음; X는 각각 독립적으로 NR4, O 또는 S이고, R4는 수소, 하이드록시기, C1~C20 알킬기, C2~C20 알케닐기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C4~C20 사이클로 알킬기, C3~C20 헤테로 사이클로 알킬기, C6~C30 아릴기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 또는 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기이고, 상기 C1~C20 알킬기, C2~C20 알케닐기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C4~C20 사이클로 알킬기, C3~C20 헤테로 사이클로 알킬기, C6~C30 아릴기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 및 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기는 각각 독립적으로 할로겐 원자, C1~C20 알킬기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C4~C20 사이클로 알킬기, C3~C20 헤테로 사이클로 알킬기, C6~C30 아릴기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 및 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 적어도 하나의 다른 작용기로 더욱 치환될 수 있음; Y는 각각 독립적으로 하이드록시기, 아미노기, 티올기, 아미노 하이드록시기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 또는 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기이고, 상기 C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 및 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기는 각각 독립적으로 할로겐 원자, C1~C20 알킬기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C4~C20 사이클로 알킬기, C3~C20 헤테로 사이클로 알킬기, C6~C30 아릴기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 및 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 적어도 하나의 다른 작용기로 더욱 치환될 수 있음. In Formula 1, R 1 to R 3 are each independently hydrogen, C 1 to C 20 alkyl group, C 2 to C 20 alkenyl group, C 1 to C 20 alkoxy group, C 1 to C 20 alkylamino group, C 4 to C 20 cycloalkyl group, C 3 ~ C 20 heterocycloalkyl group, C 6 ~ C 30 aryl group, C 6 ~ C 30 aryloxy group, C 6 ~ C 30 aryl amino group, C 3 ~ C 30 heteroaryl group, C 3 ~ C 30 heteroaryloxy group or C 3 to C 30 heteroarylamino group, and the C 1 to C 20 alkyl group, C 2 to C 20 alkenyl group, C 1 to C 20 alkoxy group, C 1 to C 20 alkyl amino group, C 4 ~C 20 cycloalkyl group, C 3 ~C 20 heterocycloalkyl group, C 6 ~C 30 aryl group, C 6 ~C 30 aryloxy group, C 6 ~ C 30 aryl amino group, C 3 ~C 30 heteroaryl group, C 3 ~ C 30 heteroaryloxy group and C 3 ~ C 30 heteroarylamino group are each independently a halogen atom, C 1 ~ C 20 alkyl group, C 1 ~ C 20 alkoxy group, C 1 ~ C 20 alkylamino group, C 4 ~C 20 cycloalkyl group, C 3 ~C 20 heterocycloalkyl group, C 6 ~C 30 aryl group, C 6 ~C 30 aryloxy group, C 6 ~C 30 aryl amino group, C 3 ~C 30 heteroaryl group, C may be further substituted with at least one other functional group consisting of a 3 to C 30 heteroaryloxy group and a C 3 to C 30 heteroaryl amino group; Each R 1 may be different or the same; p is the number of substituents other than hydrogen and is an integer of 0 to 10, q is the number of substituents other than hydrogen and is an integer of 0 to 4, and when p is plural, each R 2 may be different or the same, and q When there is a plurality, each R 3 may be different or the same; Each Z is independently * =X or * -Y (asterisks indicate linkages), and each Z may be different or the same; Each of _ _ _ _ _ _ _ _ Alkyl amino group, C 4 ~ C 20 cyclo alkyl group, C 3 ~ C 20 heterocyclo alkyl group, C 6 ~ C 30 aryl group, C 6 ~ C 30 aryloxy group, C 6 ~ C 30 aryl amino group, C 3 ~ C 30 heteroaryl group, C 3 to C 30 heteroaryloxy group or C 3 to C 30 heteroaryl amino group, and the C 1 to C 20 alkyl group, C 2 to C 20 alkenyl group, C 1 to C 20 alkoxy group, C 1 ~C 20 alkyl amino group, C 4 ~C 20 cycloalkyl group, C 3 ~C 20 heterocyclo alkyl group, C 6 ~C 30 aryl group, C 6 ~C 30 aryloxy group, C 6 ~C 30 aryl amino group, C 3 ~C 30 heteroaryl group, C 3 ~C 30 heteroaryloxy group, and C 3 ~C 30 heteroaryl amino group are each independently a halogen atom, C 1 ~C 20 alkyl group, C 1 ~C 20 alkoxy group, C 1 ~ C 20 alkylamino group, C 4 ~ C 20 cycloalkyl group, C 3 ~ C 20 heterocycloalkyl group, C 6 ~ C 30 aryl group, C 6 ~ C 30 aryloxy group, C 6 ~ C 30 aryl amino group, C 3 ~ may be further substituted with at least one other functional group consisting of a C 30 heteroaryl group, a C 3 to C 30 heteroaryloxy group and a C 3 to C 30 hetero aryl amino group; Y is each independently hydroxy group, amino group, thiol group, amino hydroxy group, C 1 ~ C 20 alkoxy group, C 1 ~ C 20 alkyl amino group, C 6 ~ C 30 aryloxy group, C 6 ~ C 30 aryl Amino group, C 3 ~ C 30 heteroaryloxy group or C 3 ~ C 30 heteroaryl amino group, and the C 1 ~ C 20 alkoxy group, C 1 ~ C 20 alkyl amino group, C 6 ~ C 30 aryloxy group, C 6 ~C 30 aryl amino group, C 3 ~C 30 heteroaryloxy group, and C 3 ~C 30 heteroaryl amino group are each independently a halogen atom, C 1 ~C 20 alkyl group, C 1 ~C 20 alkoxy group, C 1 ~C 20 alkylamino group, C 4 ~ C 20 cyclo alkyl group, C 3 ~ C 20 heterocyclo alkyl group, C 6 ~ C 30 aryl group, C 6 ~ C 30 aryloxy group, C 6 ~ C 30 aryl amino group, C 3 ~ C It may be further substituted with at least one other functional group consisting of a 30 heteroaryl group, a C 3 -C 30 heteroaryloxy group, and a C 3 -C 30 heteroaryl amino group.
일례로, 상기 플루오렌계 유기 화합물은 하기 화학식 2의 구조를 가질 수 있다. As an example, the fluorene-based organic compound may have the structure of Formula 2 below.
[화학식 2][Formula 2]
화학식 2에서, R1 내지 R3, Z 및 q는 화학식 1에서 정의된 것과 동일함; p는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 4의 정수이고, p가 복수인 경우 각각의 R2는 상이하거나 동일할 수 있음. In Formula 2, R 1 to R 3 , Z and q are as defined in Formula 1; p is the number of substituents other than hydrogen and is an integer of 0 to 4, and when p is plural, each R 2 may be different or the same.
예시적인 측면에서, 상기 플루오렌계 유기 화합물은 하기 화학식 3의 구조를 가질 수 있다. In an exemplary aspect, the fluorene-based organic compound may have the structure of Formula 3 below.
[화학식 3][Formula 3]
화학식 3에서, R1 내지 R3, X 및 q는 화학식 1에서 정의된 것과 동일함; p는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 4의 정수이고, p가 복수인 경우 각각의 R2는 상이하거나 동일할 수 있음. In Formula 3, R 1 to R 3 , X and q are as defined in Formula 1; p is the number of substituents other than hydrogen and is an integer of 0 to 4, and when p is plural, each R 2 may be different or the same.
선택적인 측면에서, 상기 플루오렌계 유기 화합물은 하기 화학식 4의 구조를 가질 수 있다. In an optional aspect, the fluorene-based organic compound may have the structure of Formula 4 below.
[화학식 4][Formula 4]
화학식 4에서, R1 내지 R3, Y 및 q는 화학식 1에서 정의된 것과 동일함; p는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 4의 정수이고, p가 복수인 경우 각각의 R2는 상이하거나 동일할 수 있음. In Formula 4, R 1 to R 3 , Y and q are as defined in Formula 1; p is the number of substituents other than hydrogen and is an integer of 0 to 4, and when p is plural, each R 2 may be different or the same.
예를 들어, 화학식 1의 상기 R1은 수소, C1~C10 알킬기, C6~C20 아릴기, C6~C20 아릴옥시기 또는 C6~C20 아릴 아미노기이고, 상기 C6~C20 아릴기, C6~C20 아릴옥시기 및 C6~C20 아릴 아미노기는 각각 독립적으로 C1-C10 알킬기, C6~C20 아릴기 및 C3~C20 헤테로 아릴기로 구성되는 적어도 하나의 다른 작용기로 더욱 치환될 수 있으며, 상기 R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소, C1~C20 알킬기, C2~C10 알케닐기 또는 C1~C10 알콕시기 또는 C1~C10 아미노기이며, p와 q는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이고, 상기 X는 NR5, O 또는 S이고, R5는 수소, 하이드록시기 또는 C1~C20 알콕시기이고, 상기 Y는 하이드록시기 또는 C1~C20 알콕시기일 수 있다. For example, in Formula 1, R 1 is hydrogen, a C 1 to C 10 alkyl group, a C 6 to C 20 aryl group, a C 6 to C 20 aryloxy group, or a C 6 to C 20 aryl amino group, and the C 6 to C 20 aryl group, C 6 ~C 20 aryloxy group, and C 6 ~C 20 aryl amino group are each independently composed of a C 1 -C 10 alkyl group, a C 6 ~C 20 aryl group, and a C 3 ~C 20 heteroaryl group. It may be further substituted with at least one other functional group, and R 2 and R 3 are each independently hydrogen, C 1 ~ C 20 alkyl group, C 2 ~ C 10 alkenyl group, C 1 ~ C 10 alkoxy group, or C 1 ~ C 10 amino group, p and q are each independently integers of 0 to 2, X is NR 5 , O or S, R 5 is hydrogen, hydroxy group or C 1 to C 20 alkoxy group, and Y may be a hydroxy group or a C 1 to C 20 alkoxy group.
다른 측면에서, 전술한 플루오렌계 유기 화합물; 및 상기 플루오렌계 유기 화합물을 분산시키는 유기 용매를 포함하는 유기막 형성용 조성물이 개시된다. In another aspect, the fluorene-based organic compounds described above; and an organic solvent for dispersing the fluorene-based organic compound. A composition for forming an organic film is disclosed.
일례로, 유기막 형성용 조성물은 막 두께 증진용 폴리머를 더욱 포함할 수 있다. For example, the composition for forming an organic film may further include a polymer for enhancing film thickness.
예를 들어, 상기 막 두께 증진용 폴리머의 중량평균분자량(Mw)은 2000 ~ 4000일 수 있다. For example, the weight average molecular weight (M w ) of the film thickness enhancing polymer may be 2000 to 4000.
상기 유기막 형성용 조성물 중의 상기 유기 용매를 제외한 고형체 성분 중에서 상기 플루오렌계 유기 화합물의 함량은 적어도 25 중량%일 수 있다. The content of the fluorene-based organic compound among the solid components excluding the organic solvent in the composition for forming an organic film may be at least 25% by weight.
예시적인 측면에서, 상기 막 두께 증진용 폴리머는 하기 화학식 5의 반복단위를 갖는 플루오렌계 폴리머 및 하기 화학식 6의 반복단위를 갖는 비스페놀계 폴리머 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. In an exemplary aspect, the film thickness enhancing polymer may include at least one of a fluorene-based polymer having a repeating unit of Formula 5 below and a bisphenol-based polymer having a repeating unit of Formula 6 below.
[화학식 5][Formula 5]
[화학식 6][Formula 6]
화학식 5와 화학식 6에서, A와 B는 각각 독립적으로 C6~C30 방향족 고리 또는 C3~C30 헤테로 방향족 고리임; R11은 각각 독립적으로 수소, 글리시딜기, C1~C10 알킬기, C2~C10 알케닐기, C4~C20 사이클로 알킬기, C6~C20 아릴기 또는 C3~C20 헤테로 아릴기임; R12 및 R13은 각각 독립적으로 수소, C1~C10 알킬기, C2~C10 알케닐기, C4~C20 사이클로 알킬기, C6~C20 아릴기 또는 C3~C20 헤테로 아릴기임; L1 및 L2는 각각 독립적으로 단일 결합, 에테르기, 에스테르기, C1~C10 알킬렌기, C6~C20 아릴렌기 또는 C3~C20 헤테로 아릴렌기임; m과 n은 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이고, m과 n이 복수인 경우, 각각의 R11과 각각의 R12는 상이하거나 동일할 수 있음; q는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 4의 정수이며, q가 복수인 경우 각각의 R13은 상이하거나 동일할 수 있음. In Formulas 5 and 6, A and B are each independently a C 6 to C 30 aromatic ring or a C 3 to C 30 heteroaromatic ring; R 11 is each independently hydrogen, glycidyl group, C 1 ~ C 10 alkyl group, C 2 ~ C 10 alkenyl group, C 4 ~ C 20 cycloalkyl group, C 6 ~ C 20 aryl group, or C 3 ~ C 20 heteroaryl appointment; R 12 and R 13 are each independently hydrogen, a C 1 to C 10 alkyl group, a C 2 to C 10 alkenyl group, a C 4 to C 20 cycloalkyl group, a C 6 to C 20 aryl group, or a C 3 to C 20 heteroaryl group. ; L 1 and L 2 are each independently a single bond, an ether group, an ester group, a C 1 to C 10 alkylene group, a C 6 to C 20 arylene group, or a C 3 to C 20 hetero arylene group; m and n are each independently integers from 0 to 2, and when m and n are plural, each R 11 and each R 12 may be different or the same; q is the number of substituents other than hydrogen and is an integer from 0 to 4, and when q is plural, each R 13 may be different or the same.
또 다른 측면에서, 전술한 유기막 형성용 조성물의 경화 생성물을 포함하는 유기막이 개시된다. In another aspect, an organic film comprising a cured product of the composition for forming an organic film described above is disclosed.
또 다른 측면에서, 전술한 유기막 형성용 조성물을 도포하는 단계; 및 상기 기재 상에 도포된 상기 유기막 형성용 조성물을 경화하는 단계를 포함하는 유기막 제조 방법이 개시된다. In another aspect, applying the composition for forming an organic film described above; and curing the composition for forming an organic film applied on the substrate.
또 다른 측면에서, 전술한 유기막 형성용 조성물을 도포하는 단계; 상기 기재 상에 도포된 상기 유기막 형성용 조성물을 경화하여 하층막을 형성하는 단계; 상기 하층막 상에 레지스트막을 형성하는 단계; 상기 레지스트막에 대하여 노광 공정을 수행하는 단계; 및 상기 노광 처리된 레지스트막에 대하여 현상 공정을 진행하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법이 개시된다. In another aspect, applying the composition for forming an organic film described above; forming an underlayer film by curing the composition for forming an organic film applied on the substrate; forming a resist film on the underlayer film; performing an exposure process on the resist film; and forming a resist pattern by performing a development process on the exposed resist film.
일례로, 상기 레지스트 패턴을 형성하는 단계 이후에, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 하층막을 식각(etching)하여 패턴화된 하층막을 얻는 단계와, 상기 패턴화된 하층막을 마스크로 하여 상기 기재를 식각하여 상기 기재에 패턴을 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. For example, after forming the resist pattern, etching the lower layer using the resist pattern as a mask to obtain a patterned lower layer, and etching the substrate using the patterned lower layer as a mask. Thus, the step of forming a pattern on the substrate may be further included.
선택적인 측면에서, 상기 하층막을 형성하는 단계와 상기 레지스트막을 형성하는 단계 사이에 상기 하층막 상에 중간층 막을 형성하는 단계와, 상기 레지스트 패턴을 형성하는 단계와 상기 패턴화된 하층막을 얻는 단계 사이에 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 중간층 막을 식각하여 패턴화된 중간층 막을 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. In an optional aspect, between forming the underlayer film and forming the resist film, forming an intermediate layer film on the underlayer film, and between forming the resist pattern and obtaining the patterned underlayer film. The method may further include forming a patterned intermediate layer film by etching the intermediate layer film using the resist pattern as a mask.
예를 들어, 상기 중간층 막은 티타늄 나이트라이드, 티타늄 옥시나이트라이드, 실리콘 옥사이드, 실리콘 옥시나이트라이드, 실리콘 나이트라이드 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 무기 소재로 이루어질 수 있다. For example, the intermediate layer film may be made of an inorganic material selected from the group consisting of titanium nitride, titanium oxynitride, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, and combinations thereof.
또 다른 측면에서, 전술한 패턴 형성 방법을 통하여 제조되는 반도체 소자가 개시된다. In another aspect, a semiconductor device manufactured through the above-described pattern forming method is disclosed.
본 발명의 플루오렌계 유기 화합물은 플루오렌 모이어티에 연결되는 2개의 벤젠 고리가 각각 다수의 에테르 결합을 통해 소정의 작용기로 치환된 방향족 고리가 연결된다. 플루오렌계 화합물은 열 안정성이 우수하며, 갭 필 특성 및 평탄화 특성이 우수하다. In the fluorene-based organic compound of the present invention, two benzene rings connected to a fluorene moiety are each connected to an aromatic ring substituted with a predetermined functional group through multiple ether bonds. Fluorene-based compounds have excellent thermal stability and excellent gap filling and planarization properties.
본 발명의 플루오렌계 유기 화합물을 단독으로 또는 막 두께 증진용 폴리머와 조합한 유기막 형성용 조성물을 적절한 기재의 일면에 코팅하고, 유기 용매를 휘발시키는 방법으로 물성이 우수한 유기막을 구현할 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 유기막은 반도체 소자의 레지스트 하층막 공정에서 수행되는 250 내지 500℃의 고온에서도 손상이 없으며, 레지스트 패턴을 형성하기 위한 식각 후 형성되는 패턴의 프로파일에서도 요철 형상이 없다. An organic film with excellent physical properties can be created by coating one side of an appropriate substrate with a composition for forming an organic film containing the fluorene-based organic compound of the present invention alone or in combination with a film thickness enhancing polymer, and volatilizing the organic solvent. The organic film manufactured according to the present invention is not damaged even at a high temperature of 250 to 500° C. performed in the resist underlayer film process of a semiconductor device, and there is no uneven shape in the profile of the pattern formed after etching to form a resist pattern.
따라서, 본 발명에 따른 플루오렌계 유기 화합물을 사용하여 반도체 미세 패턴을 구현하기 위한 포토레지스트 공정의 난이도를 크게 낮출 수 있다. Therefore, the difficulty of the photoresist process for implementing a semiconductor micropattern can be greatly reduced by using the fluorene-based organic compound according to the present invention.
또한, 본 발명에 따른 플루오렌계 유기 화합물을 포함하는 유기막 형성용 조성물은 우수한 유동성을 가지고 있다. 따라서, 반도체 공정 온도에서 흐름성을 증가시켜 우수한 갭 필 특성 및 평탄화 특성을 갖는 유기막 형성용 조성물 소재로 활용될 수 있다. 예를 들어, 반도체 포토리소그래피 공정에서 단차(step)가 있는 웨이퍼 등의 기판에 적용할 경우에도, 본 발명의 플루오렌계 유기 화합물을 사용하여, 별도의 평탄화 공정이 필요 없는 우수한 유기막을 제조할 수 있다.In addition, the composition for forming an organic film containing a fluorene-based organic compound according to the present invention has excellent fluidity. Therefore, it can be used as a composition material for forming an organic film with excellent gap filling and planarization properties by increasing flowability at the semiconductor processing temperature. For example, even when applied to substrates such as wafers with steps in a semiconductor photolithography process, an excellent organic film can be manufactured without the need for a separate planarization process by using the fluorene-based organic compound of the present invention. there is.
이에 따라, 본 발명에 따라 합성된 플루오렌계 유기 화합물을 함유하는 유기막 형성용 조성물을 예를 들어 반도체 기판과 같은 기재 상부에 도포, 경화시키고, 적절한 패턴을 가지는 포토레지스트를 형성한 뒤, 노광을 통한 레지스트 공정을 수행하여, 기재에 미세한 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.Accordingly, the composition for forming an organic film containing a fluorene-based organic compound synthesized according to the present invention is applied and cured on a substrate such as a semiconductor substrate, a photoresist having an appropriate pattern is formed, and then exposed to light. By performing a resist process through, a fine pattern can be easily formed on the substrate.
도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 유기막에 대한 열중량분석(TGA) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 유기막의 평탄 특성을 평가한 결과를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 6은 비교예에 따라 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 유기막의 평탄 특성을 평가한 결과를 보여주는 SEM 사진이다. 1 to 3 are graphs showing thermogravimetric analysis (TGA) results for an organic film formed on a silicon wafer according to an exemplary embodiment of the present invention, respectively.
4 and 5 are scanning electron microscope (SEM) photographs showing the results of evaluating the flatness characteristics of an organic film formed on a silicon wafer according to an exemplary embodiment of the present invention, respectively.
Figure 6 is an SEM photograph showing the results of evaluating the flatness characteristics of an organic film formed on a silicon wafer according to a comparative example.
이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings where necessary.
[플루오렌계 유기 화합물 및 제조 방법][Fluorene-based organic compounds and production methods]
종래의 증착 방법을 이용한 무기 소재의 레지스트 하층막을 대신하여, 용액 공정이 가능한 유기 소재의 레지스트 하층막은 증착 공정을 사용하지 않기 때문에, 하부 단차를 완화할 수 있고, 패턴 내에서 빈 공간(void)의 발생이 무기물 하층막에 비해 적다. 또한 유기 소재의 레지스트 하층막은 코팅 특성이 우수할 뿐만 아니라, 포토레지스트 공정 상 별도의 설비가 필요하지 않아 비용이 절감되며 생산성 (throughput)이 뛰어난 장점이 있다. 하지만, 유기 소재 레지스트 하층막은 식각 선택비(etch selectivity)가 무기 소재 레지스트 하층막 대비 낮은 단점이 있다. Instead of a resist underlayer made of an inorganic material using a conventional deposition method, a resist underlayer made of an organic material that can be solution processed does not use a deposition process, so the lower step can be alleviated and the voids within the pattern can be reduced. The occurrence is less than that of the inorganic underlayer film. In addition, the resist underlayer film made of organic material not only has excellent coating characteristics, but also has the advantage of reducing costs and providing excellent throughput because it does not require separate equipment during the photoresist process. However, the organic resist underlayer has a disadvantage in that the etch selectivity is lower than that of the inorganic resist underlayer.
기재와 레지스트막 사이에 형성되는 유기 소재의 레지스트 하층막은 산소 가스(gas)에 의한 식각 공정(etching process)이 가능한 탄화수소 화합물이다. 유기 소재의 레지스트 하층막은 그 아래쪽의 기재를 식각하는 경우, 하드마스크(hard mask)의 역할을 해야 하므로 높은 식각 내성을 가져야 하고, 산소 가스 식각을 위해서는 규소 원자를 포함하지 않은 탄화수소만으로 구성될 필요가 있다.The resist underlayer film of organic material formed between the substrate and the resist film is a hydrocarbon compound capable of an etching process using oxygen gas. The resist underlayer made of organic material must have high etching resistance because it must act as a hard mask when etching the substrate underneath, and for oxygen gas etching, it must be composed only of hydrocarbons that do not contain silicon atoms. there is.
이와 같이 형성되는 미세 반도체 패턴의 선폭과 높이는 약 수십 내지 수백 나노미터에 불과하다. 따라서 미세 반도체 패턴이 형성되는 기재와 레지스트막 사이에 위치하는 레지스트 하층막을 구성하는 유기 소재는 높은 단차를 가지는 패턴과 패턴의 사이에 효과적으로 채워질 수 있도록 갭 필(gap fill) 특성이 요구된다. 이와 같은 식각 내성, 갭 필 특성과 함께, 상기 레지스트 하층막은, KrF 및 ArF 광원 또는 EUV 광원을 사용하는 노광 공정에서, 상층 레지스트막의 스탠딩 웨이브(standing wave)를 제어하고, 미세 패턴이 무너지는 현상을 방지하기 위하여, 광원의 난반사 방지막의 기능도 가질 필요가 있다. 예를 들어, 레지스트 하층막으로부터 레지스트막으로의 반사율을 1% 이하로 억제할 필요가 있다. The line width and height of the fine semiconductor pattern formed in this way are only about tens to hundreds of nanometers. Therefore, the organic material constituting the resist underlayer located between the substrate on which the fine semiconductor pattern is formed and the resist film is required to have gap fill characteristics so that it can effectively fill the space between patterns with high step differences. In addition to these etch resistance and gap fill characteristics, the resist underlayer controls the standing wave of the upper resist layer and prevents the collapse of fine patterns in an exposure process using a KrF and ArF light source or an EUV light source. To prevent this, it is necessary to also have the function of an anti-reflection film on the light source. For example, it is necessary to suppress the reflectance from the resist underlayer film to the resist film to 1% or less.
즉, 반도체 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피(photolithography) 공정을 이용하여 레지스트 패턴을 형성할 때, 기재(substrate)의 상부와 레지스트막 사이에 레지스트 하층막 또는 하드마스크 막이 사용된다. 유기 소재의 레지스트 하층막 또는 하드마스크 막은 포토레지스트 공정을 통하여 소정의 미세 패턴이 형성되어야 하는 기재의 요철 형상을 평탄화 할 수 있어야 한다. 특히, 레지스트 하층막 또는 하드마스크 막으로 활용될 수 있는 유기 소재는 우수한 갭 필(gap fill) 특성과, 평탄화 특성을 가지며, 포토레지스트 공정과 관련한 고온 조건(예를 들어 240 내지 500℃)에서 분해되지 않는 충분한 고 내열성을 가져야 한다.That is, when forming a resist pattern using a photolithography process to form a semiconductor pattern, a resist underlayer or hard mask film is used between the top of the substrate and the resist film. The resist underlayer or hard mask film made of organic material must be able to flatten the uneven shape of the substrate on which a predetermined fine pattern is to be formed through a photoresist process. In particular, organic materials that can be used as a resist underlayer or hard mask film have excellent gap fill and planarization characteristics, and decompose under high temperature conditions (e.g., 240 to 500°C) associated with the photoresist process. It must have sufficient high heat resistance to prevent heat dissipation.
특히, 피 가공 기재에 홀(hole)이나 트렌치(trench) 등과 같은 미세 패턴을 형성하기 위한 과정에서 형성되는 요철 형상이 있는 경우, 패턴 내부를 공극 없이 적절한 막으로 매립하여 갭 필 특성을 충족하여야 한다. 아울러, 피 가공 기재에 단차(step)가 있거나, 또는 미세 패턴이 밀집된 영역과 패턴이 없는 영역이 동일 기재 상에 존재하는 경우, 하드마스크 막을 이용하여 기판 표면을 평탄화시킬 필요가 있다. In particular, if the substrate to be processed has an uneven shape formed in the process of forming a fine pattern such as a hole or trench, the inside of the pattern must be filled with an appropriate film without any voids to satisfy gap fill characteristics. . In addition, if there are steps in the substrate to be processed, or if an area with dense fine patterns and an area without a pattern exist on the same substrate, it is necessary to planarize the substrate surface using a hard mask film.
레지스트 하층막으로서 하드마스크 막의 표면을 평탄화시킴으로써, 그 위에 중간층이나 레지스트막을 형성할 때, 영역에 따른 두께 변동을 최소화할 수 있으며, 이를 통하여 포토리소그래피 공정에서의 포커스 마진(focus margin)이나 그 후의 피 가공 기판의 충분한 공정 마진을 얻을 수 있다.By flattening the surface of the hard mask film as a resist underlayer film, when forming an intermediate layer or resist film thereon, thickness variation depending on the area can be minimized, thereby creating a focus margin in the photolithography process or the subsequent mask film. Sufficient process margin of the processed substrate can be obtained.
뿐만 아니라, 고성능의 반도체 패턴을 형성하기 위해 적층형 구조를 사용할 경우, 관통형 전극을 만들기 위해 사용되는 레지스트 하층막의 두께 또한 두꺼워 질 수 있다. 레지스트막을 현상하고, 레지스트 패턴을 전사하기 위해서는 하드마스크 막의 두께가 높아야 하며, 그로 인해 선택적인 식각이 가능하여 최소한의 포토레지스트 막 두께로도 충분히 깊은 패턴의 식각이 가능해진다.In addition, when using a stacked structure to form a high-performance semiconductor pattern, the thickness of the resist underlayer used to make the through-type electrode can also become thick. In order to develop a resist film and transfer a resist pattern, the thickness of the hardmask film must be high, which allows selective etching, making it possible to etch a sufficiently deep pattern even with the minimum photoresist film thickness.
본 발명에 따른 플루오렌계 유기 화합물은 내열 특성은 물론이고, 갭 필 특성 및 평탄화 특성이 우수한 유기막을 형성할 수 있다. 본 발명의 플루오렌계 유기 화합물은 내열성의 손실이 없는 강한 결합력을 가지는 방향족 에테르 결합, 4차 탄소 결합 등의 구조를 내부에 포함한다. 일례로, 본 발명에 따라 내열 특성, 갭 필 특성 및 평탄화 특성 등의 물성이 개선된 플루오렌계 유기 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 가질 수 있다. The fluorene-based organic compound according to the present invention can form an organic film with excellent heat resistance properties as well as gap fill properties and planarization properties. The fluorene-based organic compound of the present invention contains structures such as aromatic ether bonds and quaternary carbon bonds with strong bonding strength without loss of heat resistance. For example, the fluorene-based organic compound with improved physical properties such as heat resistance, gap fill, and planarization properties according to the present invention may have the structure of Formula 1 below.
[화학식 1][Formula 1]
화학식 1에서, R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소, C1~C20 알킬기, C2~C20 알케닐기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C4~C20 사이클로 알킬기, C3~C20 헤테로 사이클로 알킬기, C6~C30 아릴기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 또는 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기이고, 상기 C1~C20 알킬기, C2~C20 알케닐기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C4~C20 사이클로 알킬기, C3~C20 헤테로 사이클로 알킬기, C6~C30 아릴기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 및 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기는 각각 독립적으로 할로겐 원자, C1~C20 알킬기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C4~C20 사이클로 알킬기, C3~C20 헤테로 사이클로 알킬기, C6~C30 아릴기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 및 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 적어도 하나의 다른 작용기로 더욱 치환될 수 있음; 각각의 R1은 상이하거나 동일할 수 있음; p는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 10의 정수이고, q는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 4의 정수이며, p가 복수인 경우 각각의 R2는 상이하거나 동일할 수 있고, q가 복수인 경우 각각의 R3는 상이하거나 동일할 수 있음; Z는 각각 독립적으로 *=X 또는 *-Y이고(별표는 연결 부위를 나타냄), 각각의 Z는 상이하거나 동일할 수 있음; X는 각각 독립적으로 NR4, O 또는 S이고, R4는 수소, 하이드록시기, C1~C20 알킬기, C2~C20 알케닐기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C4~C20 사이클로 알킬기, C3~C20 헤테로 사이클로 알킬기, C6~C30 아릴기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 또는 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기이고, 상기 C1~C20 알킬기, C2~C20 알케닐기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C4~C20 사이클로 알킬기, C3~C20 헤테로 사이클로 알킬기, C6~C30 아릴기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 및 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기는 각각 독립적으로 할로겐 원자, C1~C20 알킬기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C4~C20 사이클로 알킬기, C3~C20 헤테로 사이클로 알킬기, C6~C30 아릴기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 및 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 적어도 하나의 다른 작용기로 더욱 치환될 수 있음; Y는 각각 독립적으로 하이드록시기, 아미노기, 티올기, 아미노 하이드록시기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 또는 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기이고, 상기 C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 및 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기는 각각 독립적으로 할로겐 원자, C1~C20 알킬기, C1~C20 알콕시기, C1~C20 알킬 아미노기, C4~C20 사이클로 알킬기, C3~C20 헤테로 사이클로 알킬기, C6~C30 아릴기, C6~C30 아릴옥시기, C6~C30 아릴 아미노기, C3~C30 헤테로 아릴기, C3~C30 헤테로 아릴옥시기 및 C3~C30 헤테로 아릴 아미노기로 구성되는 적어도 하나의 다른 작용기로 더욱 치환될 수 있음. In Formula 1, R 1 to R 3 are each independently hydrogen, C 1 to C 20 alkyl group, C 2 to C 20 alkenyl group, C 1 to C 20 alkoxy group, C 1 to C 20 alkylamino group, C 4 to C 20 cycloalkyl group, C 3 ~ C 20 heterocycloalkyl group, C 6 ~ C 30 aryl group, C 6 ~ C 30 aryloxy group, C 6 ~ C 30 aryl amino group, C 3 ~ C 30 heteroaryl group, C 3 ~ C 30 heteroaryloxy group or C 3 to C 30 heteroarylamino group, and the C 1 to C 20 alkyl group, C 2 to C 20 alkenyl group, C 1 to C 20 alkoxy group, C 1 to C 20 alkyl amino group, C 4 ~C 20 cycloalkyl group, C 3 ~C 20 heterocycloalkyl group, C 6 ~C 30 aryl group, C 6 ~C 30 aryloxy group, C 6 ~ C 30 aryl amino group, C 3 ~C 30 heteroaryl group, C 3 ~ C 30 heteroaryloxy group and C 3 ~ C 30 heteroarylamino group are each independently a halogen atom, C 1 ~ C 20 alkyl group, C 1 ~ C 20 alkoxy group, C 1 ~ C 20 alkylamino group, C 4 ~C 20 cycloalkyl group, C 3 ~C 20 heterocycloalkyl group, C 6 ~C 30 aryl group, C 6 ~C 30 aryloxy group, C 6 ~C 30 aryl amino group, C 3 ~C 30 heteroaryl group, C may be further substituted with at least one other functional group consisting of a 3 to C 30 heteroaryloxy group and a C 3 to C 30 heteroaryl amino group; Each R 1 may be different or the same; p is the number of substituents other than hydrogen and is an integer of 0 to 10, q is the number of substituents other than hydrogen and is an integer of 0 to 4, and when p is plural, each R 2 may be different or the same, and q When there is a plurality, each R 3 may be different or the same; Each Z is independently * = Each of _ _ _ _ _ _ _ _ Alkyl amino group, C 4 ~ C 20 cyclo alkyl group, C 3 ~ C 20 heterocyclo alkyl group, C 6 ~ C 30 aryl group, C 6 ~ C 30 aryloxy group, C 6 ~ C 30 aryl amino group, C 3 ~ C 30 heteroaryl group, C 3 to C 30 heteroaryloxy group or C 3 to C 30 heteroaryl amino group, and the C 1 to C 20 alkyl group, C 2 to C 20 alkenyl group, C 1 to C 20 alkoxy group, C 1 ~C 20 alkyl amino group, C 4 ~C 20 cycloalkyl group, C 3 ~C 20 heterocyclo alkyl group, C 6 ~C 30 aryl group, C 6 ~C 30 aryloxy group, C 6 ~C 30 aryl amino group, C 3 ~C 30 heteroaryl group, C 3 ~C 30 heteroaryloxy group, and C 3 ~C 30 heteroaryl amino group are each independently a halogen atom, C 1 ~C 20 alkyl group, C 1 ~C 20 alkoxy group, C 1 ~ C 20 alkylamino group, C 4 ~ C 20 cycloalkyl group, C 3 ~ C 20 heterocycloalkyl group, C 6 ~ C 30 aryl group, C 6 ~ C 30 aryloxy group, C 6 ~ C 30 aryl amino group, C 3 ~ may be further substituted with at least one other functional group consisting of a C 30 heteroaryl group, a C 3 to C 30 heteroaryloxy group and a C 3 to C 30 heteroaryl amino group; Y is each independently hydroxy group, amino group, thiol group, amino hydroxy group, C 1 ~ C 20 alkoxy group, C 1 ~ C 20 alkyl amino group, C 6 ~ C 30 aryloxy group, C 6 ~ C 30 aryl Amino group, C 3 ~ C 30 heteroaryloxy group or C 3 ~ C 30 heteroaryl amino group, and the C 1 ~ C 20 alkoxy group, C 1 ~ C 20 alkyl amino group, C 6 ~ C 30 aryloxy group, C 6 ~C 30 aryl amino group, C 3 ~C 30 heteroaryloxy group, and C 3 ~C 30 heteroaryl amino group are each independently a halogen atom, C 1 ~C 20 alkyl group, C 1 ~C 20 alkoxy group, C 1 ~C 20 alkylamino group, C 4 ~ C 20 cyclo alkyl group, C 3 ~ C 20 heterocyclo alkyl group, C 6 ~ C 30 aryl group, C 6 ~ C 30 aryloxy group, C 6 ~ C 30 aryl amino group, C 3 ~ C It may be further substituted with at least one other functional group consisting of a 30 heteroaryl group, a C 3 to C 30 heteroaryloxy group and a C 3 to C 30 heteroaryl amino group.
본 명세서에서 '치환되지 않은'이란, 수소 원자가 연결된 것을 의미하며, 이 경우 수소 원자는 경수소, 중수소 및 삼중수소가 포함된다. In this specification, 'unsubstituted' means that the hydrogen atom is connected, and in this case, the hydrogen atom includes light hydrogen, deuterium, and tritium.
하나의 예시적인 측면에서, 화학식 1의 상기 R1은 수소, C1~C10 알킬기, C6~C20 아릴기, C6~C20 아릴옥시기 또는 C6~C20 아릴 아미노기이고, 상기 C6~C20 아릴기, C6~C20 아릴옥시기 및 C6~C20 아릴 아미노기는 각각 독립적으로 C1-C10 알킬기, C6~C20 아릴기 및 C3~C20 헤테로 아릴기로 구성되는 적어도 하나의 다른 작용기로 더욱 치환될 수 있으며, 상기 R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소, C1~C20 알킬기, C2~C10 알케닐기 또는 C1~C10 알콕시기 또는 C1~C10 아미노기이며, p와 q는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이고, 상기 X는 NR5, O 또는 S이고, R5는 수소, 하이드록시기 또는 C1~C20 알콕시기이고, 상기 Y는 하이드록시기 또는 C1~C20 알콕시기일 수 있다. In one exemplary aspect, R 1 of Formula 1 is hydrogen, a C 1 to C 10 alkyl group, a C 6 to C 20 aryl group, a C 6 to C 20 aryloxy group, or a C 6 to C 20 aryl amino group, C 6 to C 20 aryl group, C 6 to C 20 aryloxy group and C 6 to C 20 aryl amino group are each independently C 1 -C 10 alkyl group, C 6 to C 20 aryl group and C 3 to C 20 heteroaryl. may be further substituted with at least one other functional group consisting of a group, and R 2 and R 3 are each independently hydrogen, a C 1 to C 20 alkyl group, a C 2 to C 10 alkenyl group, or a C 1 to C 10 alkoxy group, or C 1 ~ C 10 It is an amino group, p and q are each independently an integer of 0 to 2, X is NR 5 , O or S, R 5 is hydrogen, a hydroxy group or a C 1 ~ C 20 alkoxy group. , Y may be a hydroxy group or a C 1 to C 20 alkoxy group.
일례로, 화학식 1에서 R1은 수소; 메틸기, 에틸기, 삼불화메틸기 등의 사슬 구조의 치환기; 사이클로 헥실기와 같은 C3-C10 사이클로 알킬기; 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 바이페닐기, 파이레닐기, 트리페닐레닐기, 펜타플루오로페닐기, 페녹시페닐기, 메톡시페닐기와 같은 C6~C20 아릴기 또는 C6~C20 아릴옥시기일 수 있으며, R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C20 알킬기일 수 있다. 또한, 화학식 1에서 X는 O, S 또는 N-OH기이고, Y는 하이드록시기, C1~C10 알콕시기, 치환되지 않거나 C1~C10 알킬 또는 할로겐으로 치환된 페닐기, 치환되지 않거나 C1~C10 알킬 또는 할로겐으로 치환된 나프틸기 또는 치환되지 않거나 C1~C10 알킬 또는 할로겐으로 치환된 카바졸일기일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. For example, in Formula 1, R 1 is hydrogen; Substituents with chain structures such as methyl group, ethyl group, and methyl trifluoride group; C 3 -C 10 cycloalkyl groups such as cyclohexyl groups; C 6 to C 20 aryl group or C 6 to C 20 aryloxy such as phenyl group, naphthyl group, anthracenyl group, biphenyl group, pyrenyl group, triphenylenyl group, pentafluorophenyl group, phenoxyphenyl group, and methoxyphenyl group. It may be a group, and R 2 and R 3 may each independently be hydrogen or a C 1 to C 20 alkyl group. Additionally , in Formula 1 , It may be a naphthyl group substituted with C 1 to C 10 alkyl or halogen, or a carbazolyl group unsubstituted or substituted with C 1 to C 10 alkyl or halogen, but is not limited thereto.
한편, 화학식 1에서 Ar은 벤젠 고리, 나프탈렌 고리, 안트라센 고리, 바이페닐 고리, 파이렌 고리, 트리페닐렌 고리와 같은 방향족 고리일 수 있다. 하나의 예시적인 측면에서, Ar은 벤젠 고리일 수 있으며, 플루오렌계 유기 화합물은 하기 화학식 2의 구조를 가질 수 있다. Meanwhile, Ar in Formula 1 may be an aromatic ring such as a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, biphenyl ring, pyrene ring, or triphenylene ring. In one exemplary aspect, Ar may be a benzene ring, and the fluorene-based organic compound may have the structure of Formula 2 below.
[화학식 2][Formula 2]
화학식 2에서, R1 내지 R3, Z 및 q는 화학식 1에서 정의된 것과 동일함; p는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 4의 정수이고, p가 복수인 경우 각각의 R2는 상이하거나 동일할 수 있음. In Formula 2, R 1 to R 3 , Z and q are as defined in Formula 1; p is the number of substituents other than hydrogen and is an integer of 0 to 4, and when p is plural, each R 2 may be different or the same.
예를 들어, 화학식 2에서 Z를 포함하는 작용기는 벤젠 고리의 에테르 결합 위치에 대하여 메타 또는 파라 위치에 연결될 수 있다. 예시적인 측면에서 Z를 포함하는 작용기는 벤젠 고리의 에테르 결합 위치에 대하여 파라 위치에 연결될 수 있다. 일례로, 화학식 1 또는 화학식 2에서 Z가 *=X일 수 있는 플루오렌계 유기 화합물은 하기 화학식 3의 구조를 가질 수 있다. For example, the functional group containing Z in Formula 2 may be connected to the meta or para position with respect to the ether bond position of the benzene ring. In an exemplary aspect, the functional group containing Z may be connected in the para position with respect to the ether bond position of the benzene ring. For example, a fluorene-based organic compound in which Z in Formula 1 or Formula 2 may be * =X may have the structure of Formula 3 below.
[화학식 3][Formula 3]
화학식 3에서, R1 내지 R3, X 및 q는 화학식 1에서 정의된 것과 동일함; p는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 4의 정수이고, p가 복수인 경우 각각의 R2는 상이하거나 동일할 수 있음. In Formula 3, R 1 to R 3 , X and q are as defined in Formula 1; p is the number of substituents other than hydrogen and is an integer of 0 to 4, and when p is plural, each R 2 may be different or the same.
선택적으로, 화학식 1 또는 화학식 2에서 Z가 *-Y일 수 있는 플루오렌계 유기 화합물은 하기 화학식 4의 구조를 가질 수 있다.Optionally, the fluorene-based organic compound in which Z may be * -Y in Formula 1 or Formula 2 may have the structure of Formula 4 below.
[화학식 4][Formula 4]
화학식 4에서, R1 내지 R3, Y 및 q는 화학식 1에서 정의된 것과 동일함; p는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 4의 정수이고, p가 복수인 경우 각각의 R2는 상이하거나 동일할 수 있음. In Formula 4, R 1 to R 3 , Y and q are as defined in Formula 1; p is the number of substituents other than hydrogen and is an integer of 0 to 4, and when p is plural, each R 2 may be different or the same.
후술하는 바와 같이, 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물을 포함하는 유기막 형성용 조성물은 우수한 내열성 및 갭-필 특성과 높은 평탄화 특성을 갖는다. 따라서 상기 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물은 반도체 미세 패턴을 구현하기 위한 유기막, 예를 들어 레지스트 하층막 또는 하드마스크를 위한 구성 성분으로서 사용될 수 있다. As will be described later, the composition for forming an organic film containing a fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4 has excellent heat resistance, gap-fill properties, and high planarization properties. Therefore, fluorene-based organic compounds having the structures of Formulas 1 to 4 can be used as a component for an organic layer for implementing a semiconductor micropattern, for example, a resist underlayer or a hard mask.
화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 갖는 플루오렌계 유기 화합물의 경화 생성물이 기재의 일면에 코팅 막을 형성할 수 있다면, 상기 플루오렌계 유기 화합물의 분자량은 특별히 한정되지 않는다. 하나의 예시적인 측면에서, 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 갖는 플루오렌계 유기 화합물의 분자량, 예를 들어 중량평균분자(Mw)은1000 ~ 3,000, 예를 들어, 1,500 내지 2,500 일 수 있다. As long as the cured product of the fluorene-based organic compound having the structures of Formulas 1 to 4 can form a coating film on one side of the substrate, the molecular weight of the fluorene-based organic compound is not particularly limited. In one exemplary aspect, the molecular weight, for example, the weight average molecule (M w ), of the fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4 may be 1,000 to 3,000, for example, 1,500 to 2,500.
화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물의 분자량이 전술한 범위를 충족할 때, 충분한 열 안정성을 확보할 수 있으며, 우수한 갭 필 특성 및 평탄화 특성을 구현할 수 있다. 또한, 유기막 형성용 조성물에 포함될 수 있는 유기 용매에 안정적으로 분산될 수 있다. 하나의 예시적인 측면에서, 화학식 1 내지 화학식 4의 반복단위를 가지는 플루오렌계 유기 화합물의 중량평균분자량(Mw)은 폴리스티렌(poly styrene을 표준 물질로 사용하여, 겔-투과 크로마토그래피(GPC)를 이용하여 측정할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. When the molecular weight of the fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4 satisfies the above-mentioned range, sufficient thermal stability can be secured and excellent gap filling and planarization characteristics can be realized. Additionally, it can be stably dispersed in an organic solvent that may be included in the composition for forming an organic film. In one exemplary aspect, the weight average molecular weight (M w ) of the fluorene-based organic compound having the repeating units of Formulas 1 to 4 is determined by gel-permeation chromatography (GPC) using polystyrene as a standard material. It can be measured using , but the present invention is not limited thereto.
계속해서, 본 발명에 따른 플루오렌계 유기 화합물을 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물 중에서, 말단 치환기가 케톤(ketone) 또는 티오케톤(thio-ketone), 즉, 화학식 1에서 Z가 =X1 (X1은 O 또는 S)인 플루오렌계 유기 화합물은 플루오렌(fluorene)이 치환된 방향족 고리에 6개의 하이드록시기가 치환된 출발 물질과, 불소기와 같은 할로겐 그룹 및 케톤/티오케톤 그룹으로 치환된 방향족 고리 화합물을 염기의 존재 하에서 반응시켜 치환 반응을 수행하고, 선택적으로 반응에 의해 얻어진 생성물을 정제 용매로 침전시키고, 생성물과 용액을 분리하여 제조될 수 있다. 일례로, 화학식 1에서 Z가 =X1 (X1은 O 또는 S)인 플루오렌계 유기 화합물은 하기 합성 스킴(scheme) 1에 따라 합성될 수 있다. Next, a method for producing a fluorene-based organic compound according to the present invention will be described. Among the fluorene-based organic compounds having the structures of Formulas 1 to 4, the terminal substituent is ketone or thio-ketone, that is, in Formula 1, Z is =X 1 (X 1 is O or S) Phosphorus fluorene-based organic compounds consist of a starting material in which six hydroxy groups are substituted in an aromatic ring substituted with fluorene, and an aromatic ring compound substituted with a halogen group such as a fluorine group and a ketone/thioketone group in the presence of a base. It can be prepared by performing a substitution reaction by reacting under the following conditions, optionally precipitating the product obtained by the reaction with a purification solvent, and separating the product and the solution. For example, a fluorene-based organic compound in which Z in Formula 1 is =X 1 (X 1 is O or S) can be synthesized according to synthesis scheme 1 below.
[합성 스킴 1][Synthesis Scheme 1]
합성 스킴 1에서, R1 내지 R3, Ar, p, q는 각각 화학식 1에서 정의한 것과 동일하고, X1은 O 또는 S임. In Synthesis Scheme 1, R 1 to R 3 , Ar, p, and q are each as defined in Formula 1, and X 1 is O or S.
상기 합성 단계에서 사용될 수 있는 염기에는 제한이 없으며, 하나의 예시적인 측면에서, 합성 스킴 1에 따른 플루오렌계 유기 화합물을 합성하는 과정에서 사용될 수 있는 염기는 탄산나트륨, 탄산칼륨 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 6개의 하이드록시기를 갖는 플루오렌계 출발 물질 1 당량에 대하여, 염기의 투입량은 6 내지 7 당량, 예를 들어 6.1 내지 6.2 당량일 수 있다. There is no limitation to the base that can be used in the above synthesis step, and in one exemplary aspect, the base that can be used in the process of synthesizing the fluorene-based organic compound according to synthesis scheme 1 includes sodium carbonate, potassium carbonate, etc., It is not limited. For 1 equivalent of the fluorene-based starting material having 6 hydroxy groups, the input amount of base may be 6 to 7 equivalents, for example, 6.1 to 6.2 equivalents.
염기의 사용량이 6개의 하이드록시기를 갖는 플루오렌계 출발 물질 1 당량에 대하여 7 당량을 초과하는 경우, 미-반응 염기의 양이 많아져 이후 정제 과정에서 과량의 산이 필요하게 된다. 염기의 사용량이 6개의 하이드록시기를 가지는 플루오렌계 출발 물질 1 당량에 대하여 6 당량 미만인 경우, 합성 반응이 충분히 이루어지지 않아 원하는 구조의 플루오렌계 유기 화합물을 합성하기 어려울 수 있다. If the amount of base used exceeds 7 equivalents per 1 equivalent of the fluorene-based starting material having 6 hydroxy groups, the amount of unreacted base increases and an excess amount of acid is required in the subsequent purification process. If the amount of base used is less than 6 equivalents per 1 equivalent of the fluorene-based starting material having 6 hydroxy groups, the synthetic reaction may not sufficiently occur, making it difficult to synthesize a fluorene-based organic compound with the desired structure.
다른 선택적인 측면에서, 합성 스킴 1에 따라 말단 작용기가 케톤 또는 티오케톤 그룹인 플루오렌계 유기 화합물은 말단 작용기를 구성하는 Z가 =X2 (X2는 NR4)인 플루오렌계 유기 화합물은 합성 스킴 1에 따라 얻어진 플루오렌계 유기 화합물의 말단 작용기 X1을 X2로 치환하여 얻어질 수 있다. X1를 다른 X2로 치환하는 방법으로, X2 시약 (아래 합성 스킴 2에서 A-X2로 표시)을 첨가하고, 반응 용매에 녹여 열을 가하며 교반하여 반응시켜 얻는다. 이 때 반응이 진행되지 않을 경우 산 또는 금속을 포함하는 루이스 산(Lewis acid) 또는 염기 촉매가 사용될 수 있다. 이 때 선택적으로 반응에 의해 얻어진 생성물을 정제 용매로 침전시키고, 생성물과 용액을 분리하여 제조될 수 있다.In another optional aspect, the fluorene-based organic compound whose terminal functional group is a ketone or thioketone group according to Synthesis Scheme 1 is a fluorene-based organic compound where Z constituting the terminal functional group is =X 2 (X 2 is NR 4 ) It can be obtained by substituting the terminal functional group X 1 of the fluorene-based organic compound obtained according to Synthesis Scheme 1 with X 2 . As a method of substituting X 1 with another At this time, if the reaction does not proceed, a Lewis acid or base catalyst containing an acid or metal may be used. At this time, it can be prepared by selectively precipitating the product obtained by the reaction with a purification solvent and separating the product and the solution.
[합성 스킴 2][Synthesis Scheme 2]
합성 스킴 2에서, R1 내지 R3, Ar, p, q는 각각 화학식 1에서 정의한 것과 동일하고, X2는 NR4임. In synthesis scheme 2, R 1 to R 3 , Ar, p, and q are each the same as defined in Formula 1, and X 2 is NR 4 .
상기 합성 단계에서 사용될 수 있는 X2 시약은 특별히 한정되지 않는다. 하나의 예시적인 측면에서, X2 시약은 염화하이드록실암모늄(NH2OH-HCl), 염화아닐리늄염, 아미노페놀(aminophenol), 소듐설파이드-수화물(Na2S-H2O)등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 시약의 투입량은 합성 스킴 2에서 최종적으로 합성되는 플루오렌계 유기 화합물 1 당량에 대하여, 2 내지 8 당량, 바람직하게는 6.1 내지 6.5 당량이다. 최종 합성 물질 1 당량에 대하여 X2 시약 시약의 당량을 2 내지 5로 하는 경우 합성 스킴 1에 따라 말단 작용기가 X1인 그룹과, 합성 스킴 2에 따라 말단 작용기가 X2인 그룹이 공존하는 화합물이 얻어질 수 있다. The X 2 reagent that can be used in the above synthesis step is not particularly limited. In one exemplary aspect , the It is not limited to this. The amount of reagent added is 2 to 8 equivalents, preferably 6.1 to 6.5 equivalents, based on 1 equivalent of the fluorene-based organic compound finally synthesized in Synthesis Scheme 2. When the equivalent weight of the This can be achieved.
한편, X2 시약의 사용량이 합성 스킴 2에서 합성된 플루오렌계 유기 화합물 1 당량에 대하여 전술한 범위를 초과하는 경우, 미-반응 산 또는 미-반응 염기의 양이 많아져 이후 정제 과정에서 과량의 중화제가 필요하게 된다. X2 시약의 사용량이 합성 스킴 2에서 합성된 플루오렌계 유기 화합물 1 당량에 대하여 전술한 범위 미만인 경우, 반응이 충분히 이루어지지 않아 원하는 구조의 플루오렌계 유기 화합물을 합성하기 어려울 수 있다. On the other hand, if the amount of the A neutralizing agent is required. If the amount of reagent
선택적으로, 합성 스킴 2에 따른 합성 반응에서 산(acid) 및/또는 염기(base)가 사용될 수 있다. 합성 스킴 2에 따른 합성 단계에서 사용될 수 있는 산과 염기는 특별히 한정되지 않는다. 하나의 예시적인 측면에서, 합성 스킴 2에 따른 합성 반응에서 사용될 수 있는 산은 파라톨루엔술폰산, 아세트산, 트리플루오르아세트산, 메탄술폰산 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 합성 스킴 2에 따른 합성 반응에서 사용될 수 있는 염기는 탄산수소나트륨, 피리딘, 탄산나트륨, 탄산칼륨 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. Optionally, an acid and/or a base may be used in the synthesis reaction according to Synthesis Scheme 2. Acids and bases that can be used in the synthesis step according to Synthesis Scheme 2 are not particularly limited. In one exemplary aspect, the acid that can be used in the synthesis reaction according to Synthesis Scheme 2 may be selected from the group consisting of paratoluenesulfonic acid, acetic acid, trifluoroacetic acid, methanesulfonic acid, and combinations thereof, but is not limited thereto. The base that can be used in the synthesis reaction according to Synthesis Scheme 2 may be selected from the group consisting of sodium bicarbonate, pyridine, sodium carbonate, potassium carbonate, and combinations thereof, but is not limited thereto.
합성 스킴 2에 따른 합성 반응에서 산 또는 염기의 투입량은 합성 스킴 2에서 합성된 플루오렌계 유기 화합물 1 당량에 대하여, 0.1 내지 3 당량, 바람직하게는 0.1 내지 0.5 당량이다. In the synthesis reaction according to Synthesis Scheme 2, the input amount of acid or base is 0.1 to 3 equivalents, preferably 0.1 to 0.5 equivalents, based on 1 equivalent of the fluorene-based organic compound synthesized in Synthesis Scheme 2.
산 또는 염기의 사용량이 합성 스킴 2에서 합성된 플루오렌계 유기 화합물 1 당량에 대하여 전술한 범위를 초과하는 경우, 미-반응 산 또는 미-반응 염기의 양이 많아져 이후 정제 과정에서 과량의 중화제가 필요하게 된다. 산 또는 염기의 사용량이 합성 스킴 2에서 합성된 플루오렌계 유기 화합물 1 당량에 대하여 전술한 범위 미만인 경우, 반응이 충분히 이루어지지 않아, 원하는 구조의 화합물을 얻기 어려울 수 있다. If the amount of acid or base used exceeds the above-mentioned range for 1 equivalent of the fluorene-based organic compound synthesized in Synthesis Scheme 2, the amount of unreacted acid or unreacted base increases, resulting in an excessive amount of neutralizing agent in the subsequent purification process. becomes necessary. If the amount of acid or base used is less than the above-mentioned range for 1 equivalent of the fluorene-based organic compound synthesized in Synthesis Scheme 2, the reaction may not occur sufficiently, and it may be difficult to obtain a compound with the desired structure.
한편, 화학식 1에서 말단 작용기 Z가 -Y인 단일 결합을 가지는 플루오렌계 유기 화합물은 전술한 합성 스킴 1 및 2에서 얻어진 플루오렌계 유기 화합물을 환원시켜 얻어질 수 있다. 즉, 합성 스킴 1 및 합성 스킴 2에 따라 Z가 =X인 플루오렌계 유기 화합물에 환원제를 투입하여 이중 결합으로 구성된 부분(=X)을 단일 결합(-Y)으로 바꾸어 주는 환원 반응을 진행한 후, 선택적으로 반응에 의해 얻어진 생성물을 정제 용매로 침전시키고, 생성물과 용액을 분리하여 제조될 수 있다.Meanwhile, a fluorene-based organic compound in which the terminal functional group Z in Formula 1 has a single bond of -Y can be obtained by reducing the fluorene-based organic compounds obtained in the above-described synthesis schemes 1 and 2. That is, according to Synthesis Scheme 1 and Synthesis Scheme 2, a reduction reaction was performed by adding a reducing agent to a fluorene-based organic compound with Z = Afterwards, the product obtained by the reaction can optionally be precipitated with a purification solvent, and the product and the solution can be separated.
[합성 스킴 3][Synthesis Scheme 3]
합성 스킴 3에서, R1 내지 R3, Ar, p, q, X, Y는 각각 화학식 1에서 정의한 것과 동일함. In Synthesis Scheme 3, R 1 to R 3 , Ar, p, q, X, and Y are each the same as defined in Formula 1.
상기 환원 단계에서 사용될 수 있는 환원제는 특별히 한정되지 않는다. 하나의 예시적인 측면에서, 환원제는 리튬-알루미늄-하이드라이드(LiAlH4),소듐-보로-하이드라이드(NaBH4)를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. The reducing agent that can be used in the reduction step is not particularly limited. In one exemplary aspect, reducing agents include, but are not limited to, lithium-aluminum-hydride (LiAlH 4 ), sodium-boro-hydride (NaBH 4 ).
환원제의 투입량은 합성 스킴 3에 따라 얻어진 플루오렌계 유기 화합물 1 당량에 대하여, 0.5 내지 6 당량, 바람직하게는 2 내지 4 당량이다. 환원제 사용량이 최종적으로 합성된 플루오렌계 유기 화합물 1 당량에 대하여 전술한 범위를 초과하는 경우, 미-반응 산 또는 미-반응 염기의 양이 많아져 이후 정제 과정에서 다량의 수소기체가 나타나고 과량의 중화제가 필요하게 된다. 환원제의 사용량이 최종적으로 합성된 플루오렌계 유기 화합물 1 당량에 대하여 전술한 범위 미만인 경우, 반응이 충분히 이루어 지지 않아 원하는 구조의 화합물을 얻을 수 없다.The amount of reducing agent added is 0.5 to 6 equivalents, preferably 2 to 4 equivalents, based on 1 equivalent of the fluorene-based organic compound obtained according to Synthesis Scheme 3. If the amount of reducing agent used exceeds the above-mentioned range for 1 equivalent of the finally synthesized fluorene-based organic compound, the amount of unreacted acid or unreacted base increases, and a large amount of hydrogen gas appears during the subsequent purification process, resulting in excessive A neutralizer is needed. If the amount of the reducing agent used is less than the above-mentioned range relative to 1 equivalent of the finally synthesized fluorene-based organic compound, the reaction does not occur sufficiently and a compound with the desired structure cannot be obtained.
합성 스킴 1 내지 합성 스킴 3에 따른 플루오렌계 유기 화합물을 합성할 때, 각각의 출발 물질인 하이드록시기를 갖는 방향족 화합물 등의 반응물은 합성 용매에 첨가된다. 이때, 합성 스킴 1 내지 합성 스킴 3에서 각각 사용될 수 있는 합성 용매는 플루오렌계 유기 화합물의 합성 반응을 매개할 수 있는 임의의 유기 용매를 사용할 수 있다. 일반적으로 합성 단계는 균일 용액을 형성할 수 있는 가용성 용매 하에서 진행된다. 예를 들어, 유기 용매는 C2-C10 지방족 에테르, C2-C10 지방족 케톤, C3-C10 지방족 에스테르, C4-C10 지환족 에테르, C4-C10 지환족 케톤, C4-C10 지환족 에스테르, C1-C10 지방족 알코올, 치환되지 않거나 치환된 C5-C10 방향족 알코올, C1-C5 알킬 치환된 C3-C10 지방족 아마이드, C3-C10 알칸, 치환되지 않거나 C1-C5 알킬 치환된 C5-C20 아릴 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. When synthesizing fluorene-based organic compounds according to Synthesis Scheme 1 to Synthesis Scheme 3, reactants such as aromatic compounds having a hydroxy group, which are each starting material, are added to the synthesis solvent. At this time, the synthetic solvent that can be used in Synthesis Scheme 1 to Synthesis Scheme 3, respectively, can be any organic solvent that can mediate the synthesis reaction of the fluorene-based organic compound. Generally, the synthesis step is carried out in the presence of a soluble solvent capable of forming a homogeneous solution. For example, organic solvents include C 2 -C 10 aliphatic ethers, C 2 -C 10 aliphatic ketones, C 3 -C 10 aliphatic esters, C 4 -C 10 cycloaliphatic ethers, C 4 -C 10 cycloaliphatic ketones, C 4 -C 10 Cycloaliphatic ester, C 1 -C 10 aliphatic alcohol, unsubstituted or substituted C 5 -C 10 aromatic alcohol, C 1 -C5 alkyl Substituted C 3 -C 10 aliphatic amide, C 3 -C 10 alkane , unsubstituted or C 1 -C 5 alkyl substituted C 5 -C 20 aryl, and combinations thereof.
보다 구체적으로, 플루오렌계 출발 물질 또는 플루오렌계 유기 화합물일 수 있는 반응물로부터 말단 작용기인 Z를 가지는 플루오렌계 유기 화합물을 합성하기 위해 사용될 수 있는 합성 용매는 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 디메틸포름아마이드(N,N-Dimethylformamide, DMF), 디메틸아세트아마이드(N,N- Dimethylacetamide, DMAc), 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO), 디클로로벤젠 (Dichlorobenzene), 메시칠렌(Mesitylene), 벤질알코올(Benzyl alcohol), 아밀알코올(Amyl alcohol) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있지만, 본 발명에서 사용 가능한 합성 용매가 이들로 한정되지 않는다.More specifically, the synthetic solvent that can be used to synthesize a fluorene-based organic compound having Z as a terminal functional group from a fluorene-based starting material or a reactant that can be a fluorene-based organic compound is N-methyl-2-pyrrolidone. (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), dimethylformamide (N,N-Dimethylformamide, DMF), dimethylacetamide (N,N- Dimethylacetamide, DMAc), dimethyl sulfoxide (DMSO), dichlorobenzene It may be selected from the group consisting of (Dichlorobenzene), Mesitylene, Benzyl alcohol, Amyl alcohol, and combinations thereof, but the synthetic solvent usable in the present invention is not limited to these. .
합성 반응에서, 합성 스킴 1 내지 합성 스킴 3에 따라 각각 합성된 플루오렌계 유기 화합물을 합성하는데 사용될 수 있는 반응물로서, 방향족 화합물 또는 플루오렌계 유기 화합물인 고형분 함량은 해당 화합물이 합성 용매에 균일하게 용해될 수 있다면 특별히 제한되지 않는다. 이때 사용되는 염기는 촉매로써, 용해되지 않은 상태에서, 국소적인 부분만 순간적으로 용해되어 반응이 진행된 후 간단한 제거 과정을 거쳐 제거할 수 있기 때문에 고형분 함량에서 배제하도록 한다. In the synthesis reaction, as a reactant that can be used to synthesize fluorene-based organic compounds synthesized according to Synthesis Scheme 1 to Synthesis Scheme 3, the solid content of the aromatic compound or fluorene-based organic compound is such that the compound is uniformly distributed in the synthesis solvent. There is no particular limitation as long as it can be dissolved. The base used at this time is a catalyst, and in an undissolved state, only a local portion is instantaneously dissolved and can be removed through a simple removal process after the reaction has progressed, so it should be excluded from the solid content.
하나의 예시적인 측면에서, 합성 스킴 1 내지 합성 스킴 3에 따른 각각의 합성 반응에서 합성 용매의 사용량은 합성 용매 중의 각 반응물의 총 함량을 기준으로 약 5 내지 60 중량부, 바람직하게는 약 20 내지 50 중량부가 되는 범위로 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 하이드록시기를 가지는 방향족 화합물 또는 말단 작용기가 케톤/티오케톤 등의 이중 결합을 가질 수 있는 플루오렌계 유기 화합물일 수 있는 반응물인 고형분은 20 ~ 50 중량부, 바람직하게는 25 ~ 45 중량부, 합성 용매는 50 ~ 80 중량부, 바람직하게는 55 ~ 75 중량부의 비율로 사용될 수 있다. 본 명세서에서 달리 언급하지 않는 한 '중량부'는 배합되는 다른 성분 사이의 상대적 중량 비율을 의미하는 것으로 해석된다. In one exemplary aspect, the amount of synthesis solvent used in each synthesis reaction according to Synthesis Scheme 1 to Synthesis Scheme 3 is about 5 to 60 parts by weight, preferably about 20 to 20 parts by weight, based on the total content of each reactant in the synthesis solvent. It can be adjusted to a range of 50 parts by weight. For example, the solid content of the reactant, which may be an aromatic compound having the hydroxy group or a fluorene-based organic compound whose terminal functional group may have a double bond such as a ketone/thioketone, is 20 to 50 parts by weight, preferably 25 to 25 parts by weight. 45 parts by weight, the synthetic solvent can be used in a ratio of 50 to 80 parts by weight, preferably 55 to 75 parts by weight. Unless otherwise stated herein, 'parts by weight' is interpreted to mean the relative weight ratio between the different ingredients being combined.
한편, 상기 합성 스킴 1 내지 합성 스킴 3에 따른 플루오렌계 유기 화합물의 합성 반응이 종료된 후에, 반응 시스템 내에 존재하는 미-반응 원료, 촉매 등을 제거하기 위한 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어, 합성 반응이 완료되어 실온으로 냉각시킨 반응조의 온도를 130 ~ 230℃까지 상승시켜 휘발 성분을 제거하는 방법, 적절한 용매를 첨가한 후 미-용해된 고체 물질을 여과하여 분리하는 방법 및 합성된 플루오렌계 유기 화합물을 양-용매에 용해 후 반-용매 중에 재-침전시키는 방법 등이 사용될 수 있다. Meanwhile, after the synthesis reaction of the fluorene-based organic compound according to Synthesis Scheme 1 to Synthesis Scheme 3 is completed, a step for removing unreacted raw materials, catalysts, etc. present in the reaction system may be performed. For example, a method of removing volatile components by raising the temperature of the reaction tank cooled to room temperature after completion of the synthesis reaction to 130 ~ 230°C, a method of adding an appropriate solvent and then filtering and separating the undissolved solid material, and A method of dissolving the synthesized fluorene-based organic compound in a positive solvent and then re-precipitating it in an anti-solvent may be used.
예를 들어, 합성 반응에서 얻어진 생성물인 플루오렌계 유기 화합물을 합성 과정에서 사용된 용액과 분리하기 위하여 정제 용매가 사용될 수 있다. 정제 용매는 합성 반응에 의하여 얻어진 생성물을 침전시켜, 이 침전된 생성물과 용액을 분리하는 데 사용된다. 하나의 예시적인 실시형태에서 정제 용매는 헥산과 같은 C3~C10 알칸, 메탄올, 에탄올과 같은 C1-C5 알코올 및/또는 물(예컨대 증류수)을 특히 사용할 수 있지만, 정제 용매가 이들로 한정되는 것은 아니다.For example, a purification solvent may be used to separate the fluorene-based organic compound, which is a product obtained from a synthesis reaction, from the solution used in the synthesis process. The purification solvent is used to precipitate the product obtained by the synthesis reaction and separate the solution from the precipitated product. In one exemplary embodiment, the purification solvent may be a C 3 -C 10 alkane such as hexane, a C 1 -C 5 alcohol such as methanol, ethanol, and/or water (such as distilled water), although the purification solvent may be any of these. It is not limited.
[유기막 형성용 조성물, 유기막, 패턴 형성 방법 및 응용][Composition for forming organic films, organic films, pattern formation methods and applications]
다른 측면에 따르면, 본 발명은 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물을 포함하는 유기막 형성용 조성물, 상기 유기막 형성용 조성물로부터 얻어질 수 있는 유기막, 이를 이용한 유기막 제조 방법 및 레지스트 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다. According to another aspect, the present invention provides a composition for forming an organic film containing a fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4, an organic film obtainable from the composition for forming an organic film, and manufacturing an organic film using the same. It relates to a method and a method of forming a resist pattern.
유기막 형성용 조성물은 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물과, 필요에 따라 막 두께 증진용 폴리머와, 상기 플루오렌계 유기 화합물 및 막 두께 증진용 폴리머를 분산시키는 유기 용매를 포함할 수 있다. 이 유기막 형성용 조성물을 경화시키는 방법으로 유기막을 제조할 수 있으며, 필요에 따라 원하는 패턴을 형성할 수 있다.The composition for forming an organic film includes a fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4, a polymer for film thickness enhancement if necessary, and an organic solvent for dispersing the fluorene-based organic compound and the polymer for film thickness enhancement. It can be included. An organic film can be manufactured by curing the composition for forming an organic film, and a desired pattern can be formed as needed.
화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물을 포함하는 유기막 형성용 조성물을 이용하여 내열성, 갭 필 특성 및 평탄화 특성이 우수한 유기막을 제조할 수 있다. 하나의 예시적인 측면에서, 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물의 경화 생성물을 포함하는 유기막은 포토리소그래피 공정에서 포토레지스트의 하층막 또는 하드마스크를 위한 고온 공정을 필요로 하는 유기막 등으로 활용될 수 있다. An organic film having excellent heat resistance, gap fill properties, and planarization properties can be manufactured using a composition for forming an organic film containing a fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4. In one exemplary aspect, the organic film containing the cured product of the fluorene-based organic compound having the structure of Chemical Formula 1 to Chemical Formula 4 is an organic film that requires a high temperature process for a photoresist underlayer or hard mask in a photolithography process. It can be used as a membrane, etc.
예를 들어, 유기막 형성용 조성물 중에 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물은 2.5 ~ 30 중량부, 예를 들어 2.5 ~ 25 중량부의 비율로 첨가되고, 유기 용매는 70 ~ 97.5 중량부, 예를 들어 75 ~ 97.5 중량부의 비율로 첨가될 수 있다. 이에 따라 유기막 형성용 조성물을 기판과 같은 기재에 도포할 때, 작업성 및 유기막 형성용 조성물의 안전성이 향상될 수 있다. For example, in the composition for forming an organic film, the fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4 is added at a ratio of 2.5 to 30 parts by weight, for example, 2.5 to 25 parts by weight, and the organic solvent is added at a ratio of 70 to 97.5 parts by weight. It may be added at a ratio of 75 to 97.5 parts by weight, for example. Accordingly, when the composition for forming an organic film is applied to a substrate such as a substrate, workability and safety of the composition for forming an organic film can be improved.
유기막 형성용 조성물 중에 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 갖는 플루오렌계 유기 화합물의 함량이 전술한 범위를 초과하고, 유기 용매의 함량이 전술한 범위 미만인 경우, 유기막 형성용 조성물의 농도가 지나치게 높아져서 코팅 공정이 어려워질 수 있다. 반면, 유기막 형성용 조성물 중에 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 갖는 플루오렌계 유기 화합물의 함량이 전술한 범위 미만이고, 유기 용매의 함량이 전술한 범위를 초과하면 원하는 특성의 유기막을 얻기가 힘들며 코팅 특성이 오히려 저하될 수도 있다. If the content of the fluorene-based organic compound having the structure of Chemical Formula 1 to Chemical Formula 4 in the composition for forming an organic film exceeds the above-mentioned range, and the content of the organic solvent is less than the above-mentioned range, the concentration of the composition for forming an organic film is excessive. As the temperature rises, the coating process may become difficult. On the other hand, if the content of the fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4 in the composition for forming an organic film is less than the above-mentioned range, and the content of the organic solvent exceeds the above-mentioned range, it is difficult to obtain an organic film with the desired characteristics. Coating properties may actually deteriorate.
유기막 형성용 조성물 중에 첨가될 수 있는 유기 용매는 C2-C10 지방족 에테르, C2-C10 지방족 케톤, C3-C10 지방족 에스테르, C4-C10 지환족 에테르, C4-C10 지환족 케톤, C4-C10 지환족 에스테르, C1-C10 지방족 알코올, 치환되지 않거나 치환된 C5-C10 방향족 알코올, C1-C5 알킬 치환된 C3-C10 지방족 아마이드, C3-C10 알칸, 치환되지 않거나 C3-C10 알킬 치환된 C5-C20 아릴 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. Organic solvents that can be added to the composition for forming an organic film include C 2 -C 10 aliphatic ether, C 2 -C 10 aliphatic ketone, C 3 -C 10 aliphatic ester, C 4 -C 10 alicyclic ether, C 4 -C 10 cycloaliphatic ketone, C 4 -C 10 cycloaliphatic ester, C 1 -C 10 aliphatic alcohol, unsubstituted or substituted C 5 -C 10 aromatic alcohol, C 1 -C 5 alkyl substituted C 3 -C 10 aliphatic amide , C 3 -C 10 alkane, unsubstituted or C 3 -C 10 alkyl substituted C 5 -C 20 aryl, and combinations thereof.
구체적으로, 상기 유기막 형성용 조성물에 첨가될 수 있는 유기 용매는 프로필렌글리콜모노메틸에테르(Propylene glycol monomethyl ether, PGME), 프로필렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트(Propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA), 프로필렌글리콜디아세테이트(Propylene glycol diacetate, PGDA), 프로필렌글리콜노멀프로필에테르(Propylene glycol normal propyl ether, PnP), 프로필렌글리콜노멀부틸에테르(Propylene glycol normal butyl ether, PnB), 부틸셀로솔브(butyl cellosolve, BC), 메틸셀로솔브(methyl cellosolve, MC), 에틸렌글리콜(ethylene glycol, EG), 프로필렌글리콜(Propylene glycol, PG), 사이클로헥산온(Cyclohexanone), 감마-부티로락톤(γ-butyrolactone, GBL), 에틸 락테이트(Ethyl lactate), n-부틸아세테이트(n-butylacetate, NBA), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl -2-pyrrolidone, NMP), 디메틸포름아마이드(N,N-Dimethylformamide, DMF), 디메틸 아세트아마이드(N,N-Dimethyl acetamide, DMAc), 테트라하이드로퓨란(Tetra -hydrofuran, THF), 에틸-3-에톡시 프로피오네이트(Ethyl-3-ethoxypropionate), 톨루엔(Toluene), 자일렌(Xylene), 부틸아세테이트(Butylacetate), 아세톤 (Acetone), 메틸에틸케톤(Methyl ethyl ketone), 메틸이소부틸케톤(Methyl isobutylketone), 메탄올(Methanol), 에탄올(Ethanol), n-프로판올(n-propanol), 이소프로판올(isopropanol, IPA), 부탄올(Butanol), 부톡시에탄올(Butoxy ethanol), 펜탄올(Pentanol), 옥탄올(Octanol), 헥산(n-Hexane), 헵탄(Heptane), 에테르(Ether), 케톤(Ketone) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. Specifically, the organic solvent that can be added to the composition for forming an organic film is propylene glycol monomethyl ether (PGME), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), and propylene glycol dimethyl ether. Acetate (Propylene glycol diacetate, PGDA), Propylene glycol normal propyl ether (PnP), Propylene glycol normal butyl ether (PnB), butyl cellosolve (BC), Methyl cellosolve (MC), ethylene glycol (EG), Propylene glycol (PG), Cyclohexanone, γ-butyrolactone (GBL), ethyl Ethyl lactate, n-butylacetate (NBA), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (N,N-Dimethylformamide, DMF), dimethyl acetamide (N,N-Dimethyl acetamide, DMAc), tetra-hydrofuran (THF), ethyl-3-ethoxypropionate, toluene, Xylene, Butylacetate, Acetone, Methyl ethyl ketone, Methyl isobutylketone, Methanol, Ethanol, n-propanol (n) -propanol, isopropanol (IPA), butanol, butoxy ethanol, pentanol, octanol, hexane (n-Hexane), heptane, ether ( It may be selected from the group consisting of ether, ketone, and combinations thereof, but the present invention is not limited thereto.
본 발명에 따른 유기막 형성용 조성물이 예를 들어 레지스트 하층막 또는 유기막을 형성하기 위해 사용되는 경우, 유기막 형성용 조성물은 필요에 따라 막 두께 증진용 폴리머를 함께 조성하여 첨가할 수 있다. 이와 같은 막 두께 증진용 폴리머가 유기막 형성용 조성물에 포함되는 경우, 기재의 일면에 견고한 유기막을 형성할 수 있다. When the composition for forming an organic film according to the present invention is used to form, for example, a resist underlayer film or an organic film, the composition for forming an organic film may be combined with a polymer for film thickness enhancement and added as necessary. When such a film thickness enhancing polymer is included in the composition for forming an organic film, a strong organic film can be formed on one side of the substrate.
막 두께 증진용 폴리머는 방향족 알코올 구조를 가지는 폴리머를 사용할 수 있다. 예시적인 측면에서, 막 두께 증진용 폴리머는 페놀이나 나프톨(나프탈렌-알코올)이 포함된 플루오렌계 폴리머 및/또는 비스페놀계의 폴리머를 포함할 수 있다. 일례로, 마구 두께 증진용 폴리머의 중량평균분자량(Mw)은 2000 ~ 40000, 예를 들어, 5000 ~ 30000일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The polymer for increasing film thickness may be a polymer having an aromatic alcohol structure. In an exemplary aspect, the polymer for enhancing film thickness may include a fluorene-based polymer containing phenol or naphthol (naphthalene-alcohol) and/or a bisphenol-based polymer. For example, the weight average molecular weight (M w ) of the polymer for increasing the harness thickness may be 2000 to 40000, for example, 5000 to 30000, but is not limited thereto.
유기막 형성용 조성물 중에 첨가제로 사용하는 막 두께 증진용 폴리머의 중량평균분자량(Mw)이 전술한 범위를 초과하는 경우, 막 두께 증진용 폴리머를 포함하는 유기막 형성용 조성물을 도포할 때, 갭-필(gap-fill)이 충분히 이루어지지 않을 수 있고, 용매에 대한 용해도가 낮아져 조성물의 보관 안정성에 문제가 생길 수 있다. 하나의 예시적인 측면에서, 막 두께 증진용 폴리머의 중량평균분자량(Mw)은 폴리스티렌(poly styrene)을 표준 물질로 사용하여, 겔-투과 크로마토그래피(GPC)를 이용하여 측정할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.If the weight average molecular weight (M w ) of the film thickness enhancing polymer used as an additive in the organic film forming composition exceeds the above-mentioned range, when applying the organic film forming composition containing the film thickness enhancing polymer, Gap-fill may not be sufficiently achieved, and the solubility in the solvent may be lowered, which may cause problems with the storage stability of the composition. In one exemplary aspect, the weight average molecular weight (M w ) of the film thickness enhancing polymer may be measured using gel-permeation chromatography (GPC) using polystyrene as a standard material, but this The invention is not limited to this.
예시적인 측면에서, 막 두께 증진용 폴리머는 하기 화학식 5의 반복단위를 갖는 플루오렌계 폴리머 및 하기 화학식 6의 반복단위를 갖는 비스페놀계 폴리머 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. In an illustrative aspect, the polymer for increasing film thickness may include at least one of a fluorene-based polymer having a repeating unit of Formula 5 below and a bisphenol-based polymer having a repeating unit of Formula 6 below.
[화학식 5][Formula 5]
[화학식 6][Formula 6]
화학식 5와 화학식 6에서, A와 B는 각각 독립적으로 C6~C30 방향족 고리 또는 C3~C30 헤테로 방향족 고리임; R11은 각각 독립적으로 수소, 글리시딜기, C1~C10 알킬기, C2~C10 알케닐기, C4~C20 사이클로 알킬기, C6~C20 아릴기 또는 C3~C20 헤테로 아릴기임; R12 및 R13은 각각 독립적으로 수소, C1~C10 알킬기, C2~C10 알케닐기, C4~C20 사이클로 알킬기, C6~C20 아릴기 또는 C3~C20 헤테로 아릴기임; L1 및 L2는 각각 독립적으로 단일 결합, 에테르기, 에스테르기, C1~C10 알킬렌기, C6~C20 아릴렌기 또는 C3~C20 헤테로 아릴렌기임; m과 n은 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이고, m과 n이 복수인 경우, 각각의 R11과 각각의 R12는 상이하거나 동일할 수 있음; q는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 4의 정수이며, q가 복수인 경우 각각의 R13은 상이하거나 동일할 수 있음. In Formulas 5 and 6, A and B are each independently a C 6 to C 30 aromatic ring or a C 3 to C 30 heteroaromatic ring; R 11 is each independently hydrogen, a glycidyl group, a C 1 to C 10 alkyl group, a C 2 to C 10 alkenyl group, a C 4 to C 20 cycloalkyl group, a C 6 to C 20 aryl group, or a C 3 to C 20 heteroaryl group. appointment; R 12 and R 13 are each independently hydrogen, a C 1 to C 10 alkyl group, a C 2 to C 10 alkenyl group, a C 4 to C 20 cycloalkyl group, a C 6 to C 20 aryl group, or a C 3 to C 20 heteroaryl group. ; L 1 and L 2 are each independently a single bond, an ether group, an ester group, a C 1 to C 10 alkylene group, a C 6 to C 20 arylene group, or a C 3 to C 20 hetero arylene group; m and n are each independently integers from 0 to 2, and when m and n are plural, each R 11 and each R 12 may be different or the same; q is the number of substituents other than hydrogen and is an integer from 0 to 4, and when q is plural, each R 13 may be different or the same.
예를 들어, 화학식 5와 화학식 6에서 A와 B는 각각 독립적으로 벤젠 고리, 나프탈렌 고리, 안트라센 고리, 플루오렌 고리, 바이페닐 고리, 트리페닐렌 고리, 파이렌 고리 또는 카바졸 고리일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. For example, in Formula 5 and Formula 6, A and B may each independently be a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, a fluorene ring, a biphenyl ring, a triphenylene ring, a pyrene ring, or a carbazole ring. It is not limited to this.
예시적인 측면에 따라 유기막 형성용 조성물의 고형분으로 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 갖는 플루오렌계 유기 화합물과, 화학식 5 및 화학식 6의 구조를 가질 수 있는 막 두께 증진용 폴리머를 포함하는 경우, 전체 고형분 중에서 상기 플루오렌계 유기 화합물의 함량은 적어도 25 중량부, 예를 들어 25 ~ 80 중량부일 수 있다. According to an exemplary aspect, when the solid content of the composition for forming an organic film includes a fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4, and a film thickness enhancement polymer that may have the structure of Formula 5 and Formula 6, The content of the fluorene-based organic compound in the total solid content may be at least 25 parts by weight, for example, 25 to 80 parts by weight.
예를 들어, 유기 용매를 포함하는 전체 유기막 형성용 조성물 중에 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물의 함량은 적어도 2.5 중량부, 예를 들어 2.5 내지 30 중량부일 수 있다. 유기막 형성용 조성물 중에 플루오렌계 유기 화합물의 함량이 2.5 중량부 미만인 경우, 최종적으로 제조되는 유기막의 막의 내열 특성이나 갭-필 특성, 평탄화 특성 등이 충분히 발현되지 않을 수 있다. For example, the content of the fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4 in the entire composition for forming an organic film including the organic solvent may be at least 2.5 parts by weight, for example, 2.5 to 30 parts by weight. If the content of the fluorene-based organic compound in the composition for forming an organic film is less than 2.5 parts by weight, the heat resistance characteristics, gap-fill characteristics, planarization characteristics, etc. of the finally manufactured organic film may not be sufficiently expressed.
하나의 예시적인 측면에서, 유기막 형성용 조성물 중에 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물은 2.5~ 30 중량부, 바람직하게는 2.5 ~ 15 중량부의 비율로 첨가되고, 막 두께 증진용 폴리머는 0 ~ 30 중량부, 바람직하게는 0 ~ 27.5 중량부의 비율로 첨가되며, 유기 용매는 40 ~ 97.5 중량부, 바람직하게는 70~95의 중량부로 첨가될 수 있다. In one exemplary aspect, the fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4 is added in a ratio of 2.5 to 30 parts by weight, preferably 2.5 to 15 parts by weight, in the composition for forming an organic film, to increase the film thickness. The polymer may be added at a rate of 0 to 30 parts by weight, preferably 0 to 27.5 parts by weight, and the organic solvent may be added at a rate of 40 to 97.5 parts by weight, preferably 70 to 95 parts by weight.
비제한적인 예를 들어, 낮은 두께를 조성하기 위한 유기막 형성용 조성물은 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물 3 ~ 10 중량부, 예를 들어 4.9의 중량부와 막 두께 증진용 폴리머 0.05 ~ 1.0 중량부, 예를 들어 0.1 중량부, 유기 용매 90 ~ 99 중량부, 예를 들어 95 중량부로 조성할 수 있다. 또 하나의 비제한적인 예를 들어, 높은 두께를 조성하기 위한 유기막 형성용 조성물은 플루오렌계 유기 화합물 7 ~ 15 중량부, 예를 들어 10 중량부, 막 두께 증진용 폴리머 15~25 중량부, 예를 들어 20 중량부, 유기 용매 65 ~ 75 중량부, 예를 들어 70 중량부를 포함할 수 있다. As a non-limiting example, the composition for forming an organic film to form a low thickness may include 3 to 10 parts by weight, for example, 4.9 parts by weight, of a fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4 and film thickness enhancement. It may be composed of 0.05 to 1.0 parts by weight, for example, 0.1 parts by weight of the polymer, and 90 to 99 parts by weight, for example, 95 parts by weight of the organic solvent. As another non-limiting example, the composition for forming an organic film to create a high thickness may include 7 to 15 parts by weight of a fluorene-based organic compound, for example, 10 parts by weight, and 15 to 25 parts by weight of a polymer for enhancing film thickness. , for example, 20 parts by weight, 65 to 75 parts by weight, for example, 70 parts by weight of an organic solvent.
유기막 형성용 조성물 중에 막 두께 증진용 폴리머의 함량이 전술한 범위를 초과하는 경우, 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물 대비 막 두께 증진용 폴리머가 과량으로 포함되어, 원하는 내열성 및 평탄화 특성의 유기막을 얻기 어려울 수 있다. If the content of the polymer for film thickness enhancement in the composition for forming an organic film exceeds the above-mentioned range, the polymer for film thickness enhancement is included in excess compared to the fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4, thereby reducing the desired heat resistance. And it may be difficult to obtain an organic film with flattening characteristics.
화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물, 선택적으로 막 두께 증진용 폴리머를 적절한 유기 용매와 혼합하여 유기막 형성용 조성물을 제조할 수 있고, 상기 유기막 형성용 조성물을 경화시킴으로써, 플루오렌계 유기 화합물의 경화 생성물을 포함하는 유기막을 제조할 수 있으며, 필요에 따라 원하는 반도체 소자의 패턴을 형성할 수 있다.A composition for forming an organic film can be prepared by mixing a fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4, and optionally a film thickness enhancing polymer, with an appropriate organic solvent, and curing the composition for forming an organic film, An organic film containing a cured product of a fluorene-based organic compound can be manufactured, and if necessary, a pattern of a desired semiconductor device can be formed.
예를 들어, 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물을 포함하는 유기막 형성용 조성물을 기재 상부에 코팅한 뒤, 유기 용매를 열처리 등의 방법으로 제거하여 플루오렌계 유기 화합물의 경화 생성물을 포함하는 유기막을 형성할 수 있다. 유기막 형성용 조성물을 기재 상부에 코팅하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. For example, a composition for forming an organic film containing a fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4 is coated on the top of the substrate, and then the organic solvent is removed by a method such as heat treatment to form the fluorene-based organic compound. An organic film containing the cured product can be formed. The method of coating the composition for forming an organic film on the top of the substrate is not particularly limited.
또한, 본 발명에 따른 유기막 형성용 조성물이 예를 들어 레지스트 하층막 또는 유기막을 형성하기 위해 사용되는 경우, 유기막 형성용 조성물은 필요에 따라 계면활성제, 밀착성 개량제 및 가교제 중에서 선택되는 적어도 하나의 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 그 외에도 유기막 형성용 조성물은 안정제, 레벨링제, 소포제 등의 다른 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 이들 기능성 첨가제는 유기막 형성용 조성물 중에 각각 예를 들어 0.01 ~ 5 중량부, 바람직하게는 0.01 ~ 1 중량부의 비율로 첨가될 수 있다. In addition, when the composition for forming an organic film according to the present invention is used to form, for example, a resist underlayer film or an organic film, the composition for forming an organic film may optionally contain at least one selected from a surfactant, an adhesion improver, and a crosslinking agent. Additional additives may be included. In addition, the composition for forming an organic film may further include other additives such as stabilizers, leveling agents, and anti-foaming agents. These functional additives may be added to the composition for forming an organic film in an amount of, for example, 0.01 to 5 parts by weight, preferably 0.01 to 1 part by weight.
계면활성제(surfactant)는 본 발명에 따른 유기막 형성용 조성물과 기재인 기판 사이의 밀착성을 개선시킨다. 사용될 수 있는 계면활성제의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 비이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제 및 실리콘 계면활성제 등을 1종 또는 2종 이상 병용할 수 있다. 사용될 수 있는 계면활성제의 구체적인 예는 폴리옥시에틸렌알킬에테르류, 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 폴리옥시에틸렌알킬알릴에테르류, 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌 블록 코폴리머류, 소르비탄 지방산 에스테르류, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르, 폴리아크릴레이트 등의 비이온성 계면 활성제를 포함할 수 있다.The surfactant improves adhesion between the composition for forming an organic film according to the present invention and the substrate. The type of surfactant that can be used is not particularly limited, and one or two or more types of nonionic surfactants, cationic surfactants, anionic surfactants, and silicone surfactants can be used in combination. Specific examples of surfactants that can be used include polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene octylphenyl ether, polyoxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyethylene alkyl allyl ethers, polyoxyethylene polyoxypropylene block copolymers, and sorbitol. It may contain nonionic surfactants such as bitan fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, and polyacrylates.
필요에 따라 유기막 형성용 조성물 중에 포함될 수 있는 가교제(cross-linking agent)는 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물 사이의 가교 결합 반응을 유도하기 위한 것으로 열-가교제일 수 있다. 유기막 형성용 조성물 중에 첨가될 수 있는 가교제는 특별히 한정되지 않는다. A cross-linking agent that may be included in the composition for forming an organic film as needed is for inducing a cross-linking reaction between fluorene-based organic compounds having the structures of Formulas 1 to 4 and may be a heat-crosslinking agent. . The crosslinking agent that can be added to the composition for forming an organic film is not particularly limited.
일례로, 유기막 형성용 조성물 중에 첨가될 수 있는 가교제는 멜라민 포름알데하이드류와 같은 멜라민계 가교제, 벤조구아닌 -포름알데하이드류와 같은 벤조구아닌계 가교제, 글리콜우릴 포름알데하이드류와 같은 글리콜우릴계 가교졔, 우레아 포름알데하이드류와 같은 우레아계 가교제, 페놀계 가교제, 벤질 알코올류 가교제, 에폭시계 가교제, 이소시아네이트 및 알콕시 메틸 멜라민계 가교제 중에서 1종 이상 선택될 수 있다. 상용화된 가교제가 잘 알려져 있으며 용이하게 구입할 수 있다. 본 발명에 따른 유기막 형성용 조성물 중에 상기 가교제는 0 내지 5 중량부, 바람직하게는 0 내지 0.5 중량부의 비율로 첨가될 수 있다. 전술한 범위를 초과하면 유기막의 안정성을 저하시킬 수 있다. For example, cross-linking agents that can be added to the composition for forming an organic film include melamine-based cross-linking agents such as melamine formaldehydes, benzoguanine-based cross-linking agents such as benzoguanine-formaldehydes, and glycoluryl-based cross-linking agents such as glycoluryl formaldehydes. , one or more types may be selected from urea-based crosslinking agents such as urea formaldehyde, phenol-based crosslinking agents, benzyl alcohol crosslinking agents, epoxy-based crosslinking agents, isocyanate, and alkoxy methyl melamine-based crosslinking agents. Commercially available crosslinking agents are well known and readily available. In the composition for forming an organic film according to the present invention, the crosslinking agent may be added in an amount of 0 to 5 parts by weight, preferably 0 to 0.5 parts by weight. If the above-mentioned range is exceeded, the stability of the organic film may be reduced.
필요한 경우, 유기막 형성용 조성물은 가교 촉진제로서 산 발생제를 더욱 포함할 수 있다. 산 발생제는 전술한 가교제와, 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물 사이의 가교 반응을 활성화시키기 위한 것이다. 산 발생제를 포함하는 유기막 형성용 조성물을 적절한 기재에 도포한 후, 베이킹(baking) 공정 등의 열처리 공정을 수행하면 산 발생제로부터 발생된 산의 존재 하에서 가교 반응이 촉진될 수 있으며, 포토레지스트의 용매에 용해되지 않는 유기막을 형성할 수 있다. 산 발생제는 본 발명에 따른 유기 반사 방지막 형성용 조성물 중에 0.01 내지 4 중량부, 바람직하게는 0.01 내지 0.4 중량부의 비율로 배합될 수 있다.If necessary, the composition for forming an organic film may further include an acid generator as a crosslinking accelerator. The acid generator is used to activate the crosslinking reaction between the above-described crosslinking agent and the fluorene-based organic compounds having the structures of Formulas 1 to 4. After applying the composition for forming an organic film containing an acid generator to an appropriate substrate, performing a heat treatment process such as a baking process can promote the crosslinking reaction in the presence of the acid generated from the acid generator. An organic film that is insoluble in the resist solvent can be formed. The acid generator may be mixed in the composition for forming an organic anti-reflective film according to the present invention at a ratio of 0.01 to 4 parts by weight, preferably 0.01 to 0.4 parts by weight.
예를 들어, 유기막 형성용 조성물 중에 첨가될 수 있는 산 발생제는 디아조늄염계, 포스포늄염계, 술포늄염계, 요오드늄염계 및 이들의 조합에서 선택될 수 있는 오늄염계 산 발생제, 술포닐디아조메탄계 산 발생제, N-술포닐옥시이미드계 산 발생제, 벤조인 술포네이트계 산 발생제, 니트로벤질 술포네이트계 산 발생제, 술폰계 산 발생제, 글리옥심계 산 발생제, 트리아진계 산 발생제 등에서 1종 이상 선택될 수 있다. 예를 들어 산 발생제로서는 방향족 술폰산, 지환족 술폰산, 술포살리신산 및 이들의 염에서 선택되는 적어도 1종의 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 피리디늄-p-톨루엔술폰산, 2,6-디메틸피리디늄-p-톨루엔술폰산, 2,4,6-트리메틸피리디늄-p-톨루엔술폰산 등에서 1종 이상 선택될 수 있다.For example, the acid generator that can be added to the composition for forming an organic film is an onium salt-based acid generator that can be selected from diazonium salts, phosphonium salts, sulfonium salts, iodonium salts, and combinations thereof, and sulfonyl salts. Diazomethane-based acid generator, N-sulfonyloxyimide-based acid generator, benzoin sulfonate-based acid generator, nitrobenzyl sulfonate-based acid generator, sulfone-based acid generator, glyoxime-based acid generator, One or more types may be selected from triazine-based acid generators, etc. For example, as the acid generator, at least one compound selected from aromatic sulfonic acid, alicyclic sulfonic acid, sulfosalicic acid, and salts thereof can be used. For example, one or more types may be selected from pyridinium-p-toluenesulfonic acid, 2,6-dimethylpyridinium-p-toluenesulfonic acid, 2,4,6-trimethylpyridinium-p-toluenesulfonic acid, etc.
밀착성 개량제는 기재가 되는 무기물, 예를 들어 실리콘, 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 등의 실리콘 화합물과 본 발명에 따라 형성되는 유기막과의 밀착성을 향상시킨다. 밀착성 개량제의 종류는 특별히 한정되지 않으며 구체적인 예로는 실란계 커플링제 또는 티올계 화합물을 들 수 있으며, 바람직하게는 실란계 커플링제이다.The adhesion improver improves the adhesion between the inorganic material used as a substrate, for example, a silicon compound such as silicon, silicon oxide, or silicon nitride, and the organic film formed according to the present invention. The type of adhesion improving agent is not particularly limited, and specific examples include silane-based coupling agents or thiol-based compounds, and preferably silane-based coupling agents.
안정제로서, 본 발명에 따라 제조되는 유기막의 내광성을 개선시키기 위한 광 안정제가 사용될 수 있다. 안정제의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 구체적인 예로는 벤조트리아졸계, 트리아진계, 벤조페논계, 힌더드 아미노에테르(hindered aminoether)계, 힌더드 아민(hindered amine)계 화합물 등을 1종 또는 2종 이상 병용할 수 있다. As a stabilizer, a light stabilizer can be used to improve the light resistance of the organic film produced according to the present invention. The type of stabilizer is not particularly limited, and specific examples include one or two or more types of benzotriazole-based, triazine-based, benzophenone-based, hindered aminoether-based, and hindered amine-based compounds. Can be used together.
본 발명에 따라 제조되는 유기막 형성용 조성물을 이용하여 우수한 내열성, 식각 내성, 갭 필 특성 및 높은 평탄화 특성을 갖는 유기막을 형성할 수 있다. 따라서 상기 유기막 형성용 조성물을 적절한 기재에 도포, 경화시킴으로써 반도체 소자 또는 디스플레이 소자의 미세 패턴을 구현하기 위한 포토레지스트 공정에서 기재와 레지스트막 사이의 레지스트 하층막 또는 하드마스크 막으로 사용될 수 있다. Using the composition for forming an organic film prepared according to the present invention, an organic film having excellent heat resistance, etching resistance, gap fill characteristics, and high planarization characteristics can be formed. Therefore, the composition for forming an organic film can be applied to an appropriate substrate and cured to be used as a resist underlayer or hard mask layer between the substrate and the resist layer in the photoresist process for implementing fine patterns of semiconductor devices or display devices.
따라서 다른 측면에 따르면, 본 발명은 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물의 가교 결합에 의한 경화 생성물, 예를 들어 전술한 유기막 형성용 조성물의 가교 반응에 의한 경화 생성물을 포함하는 유기막 또는 레지스트 하층막, 이 유기막을 형성하는 방법 및 기재의 상부에 적절한 레지스트 패턴을 형성하는 방법 및 이러한 방법에 의하여 제조되는 반도체 소자에 관한 것이다. Therefore, according to another aspect, the present invention includes a cured product by cross-linking of a fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4, for example, a cured product by cross-linking of the composition for forming an organic film described above. It relates to an organic film or resist underlayer film, a method of forming the organic film, a method of forming an appropriate resist pattern on top of a substrate, and a semiconductor device manufactured by this method.
전술한 유기막 형성용 조성물로부터 유기막을 제조하기 위하여, 화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물과 유기 용매 및 필요에 따라 막 두께 증진용 폴리머를 포함하는 유기막 형성용 조성물을 적절한 기재 상에 도포하고, 유기막 형성용 조성물을 소정의 온도에서 전-열처리(pre-baking)할 수 있다. In order to manufacture an organic film from the above-described composition for forming an organic film, an appropriate composition for forming an organic film containing a fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 to Formula 4, an organic solvent, and, if necessary, a polymer for enhancing film thickness is used. After being applied on a substrate, the composition for forming an organic film can be pre-baked at a predetermined temperature.
예시적인 실시형태에서 전술한 유기막 형성용 조성물을 적절한 기재에 코팅한다. 유기막 형성용 조성물이 코팅되는 기재는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 유기막 형성용 조성물은 유리 기판, 투명 플라스틱 기판, 실리콘 웨이퍼 또는 SiO2 웨이퍼 등의 상부에 코팅될 수 있다. In an exemplary embodiment, the composition for forming an organic film described above is coated on a suitable substrate. The substrate on which the composition for forming an organic film is coated is not particularly limited. For example, the composition for forming an organic film may be coated on a glass substrate, a transparent plastic substrate, a silicon wafer, or a SiO 2 wafer.
본 발명에 따른 유기막 형성용 조성물을 적절한 기재 상에 코팅하는 방법은 중앙 적하 스핀법 등과 같은 스핀 코팅, 롤 코팅, 스프레이 코팅, 바 코팅, 토출 노즐식 코팅과 같은 슬릿 노즐을 이용한 슬릿 코팅 등의 방법을 이용할 수 있으며, 2가지 이상의 코팅 방법을 조합하여 코팅할 수 있다. 이때, 코팅된 막의 두께는 코팅 방법, 반사방지막 형성용 조성물 중의 고형분의 농도, 점도 등에 따라 달라질 수 있지만, 예를 들어 50 내지 2000 ㎚의 두께로 도포될 수 있다. Methods for coating the composition for forming an organic film according to the present invention on a suitable substrate include spin coating such as the central drop spin method, roll coating, spray coating, bar coating, and slit coating using a slit nozzle such as discharge nozzle coating. Methods can be used, and coating can be done by combining two or more coating methods. At this time, the thickness of the coated film may vary depending on the coating method, the concentration of solids in the composition for forming an antireflection film, viscosity, etc., but for example, it may be applied at a thickness of 50 to 2000 nm.
이어서, 기재 상에 코팅된 반사방지막 형성용 조성물에 대하여 열처리(baking) 공정, 예를 들어 전-열처리 공정을 진행할 수 있다. 이 공정에 의하여 기재에 코팅된 유기막 형성용 조성물의 용매가 휘발되어 도막을 얻을 수 있다. 이 공정에서는 통상적으로 적절한 열을 가하여 유기 용매를 휘발시키는데, 예를 들어 핫-플레이트(hot plate) 가열의 경우에는 60 ~ 550℃, 바람직하게는 100 ~ 350℃, 더욱 바람직하게는 100 ~ 250℃에서 10 ~ 300 초간 수행될 수 있으며, 열 오븐을 사용하는 경우라면 60 ~ 550℃, 바람직하게는 100 ~ 350℃, 더욱 바람직하게는 100 ~ 250℃에서 20 ~ 500 초간 수행될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. Next, a heat treatment (baking) process, for example, a pre-heat treatment process, may be performed on the composition for forming an anti-reflection film coated on the substrate. Through this process, the solvent of the composition for forming an organic film coated on the substrate is volatilized to obtain a coating film. In this process, the organic solvent is typically volatilized by applying appropriate heat, for example, in the case of hot plate heating, 60 to 550°C, preferably 100 to 350°C, more preferably 100 to 250°C. It may be performed for 10 to 300 seconds, and if a heat oven is used, it may be performed at 60 to 550°C, preferably 100 to 350°C, more preferably 100 to 250°C for 20 to 500 seconds, but is limited thereto. It doesn't work.
한편, 전술한 유기막 형성용 조성물은 이용하여 반도체 미세 패턴과 같은 레지스트 패턴을 형성하는 공정에 활용될 수 있다. 일례로, 레지스트 패턴을 형성하는 방법은 기재(예를 들어, 알루미늄 층과 같이 금속 층이 형성된 실리콘 웨이퍼 기판)의 상부에 전술한 유기막 형성용 조성물을 도포하는 단계와, 기재 상에 도포된 유기막 형성용 조성물을 경화하여 기재 상에 하층막으로서의 유기막을 형성하는 단계와, 선택적으로 유기막 상부에 중간층 막을 형성하는 단계와, 유기막 또는 중간층 막 상부에 포토레지스트를 도포하여 레지스트막을 형성하는 단계와, 형성된 레지스트막을 소정 패턴으로 광원에 노출시켜 레지스트 패턴을 형성하는 노광 공정을 수행하는 단계와, 노광 처리된 레지스트막에 대하여 현상 공정을 수행하여 최종적으로 레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 필요한 경우, 레지스트 패턴을 형성하는 단계 이후에, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 하층막을 식각하여 패턴화된 하층막을 얻는 단계와, 상기 패턴화된 하층막을 마스크로 하여 상기 기재를 식각하여 상기 기재에 패턴을 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. Meanwhile, the composition for forming an organic film described above can be used in a process of forming a resist pattern such as a semiconductor micropattern. For example, a method of forming a resist pattern includes the steps of applying the above-described composition for forming an organic film on top of a substrate (e.g., a silicon wafer substrate on which a metal layer such as an aluminum layer is formed), and the organic film forming composition applied on the substrate. Curing the composition for forming a film to form an organic film as a lower layer on a substrate, optionally forming an intermediate layer on top of the organic film, and forming a resist film by applying a photoresist on the organic film or the middle layer. It may include performing an exposure process to form a resist pattern by exposing the formed resist film to a light source in a predetermined pattern, and performing a development process on the exposed resist film to finally form a resist pattern. . If necessary, after forming a resist pattern, etching the lower layer film using the resist pattern as a mask to obtain a patterned lower layer film, and etching the substrate using the patterned lower layer film as a mask to form a pattern on the substrate. The step of forming may be further included.
선택적으로, 하층막과 레지스트막 사이에 중간층 막이 형성된 경우, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 중간층 막을 식각하여 패턴화된 중간층 막을 얻는 단계와, 패턴화된 중간층 막을 마스크로 하여 하층막을 식각하여 패턴화된 하층막을 얻는 단계와, 패턴화된 하층막을 마스크로 하여 기재를 식각하여 기재에 패턴을 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. Optionally, when an intermediate layer film is formed between the lower layer film and the resist film, etching the middle layer film using the resist pattern as a mask to obtain a patterned middle layer film, and etching the lower layer film using the patterned middle layer film as a mask to form a patterned lower layer. It may further include obtaining a film and etching the substrate using the patterned lower layer as a mask to form a pattern on the substrate.
일례로, 상기 중간층 막은 티타늄 나이트라이드(TiOx), 티타늄 옥시나이트라이드(TiOxNy), 실리콘 옥사이드(SiOx), 실리콘 옥시나이트라이드(SiOxNy), 실리콘 나이트라이드(SiNy) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 무기 소재로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 중간층 막은 고온에서의 화학기상증착법(CVD)을 이용하여 하층막 상부에 형성될 수 있으며, 예를 들어 반사방지 효과가 우수한 실리콘 옥시나이트라이드 소재로 이루어질 수 있다. 중간층 막의 두께는 5 ~ 200 nm, 예를 들어, 10 ~ 100 nm이다. 예를 들어, 중간층 막을 형성할 때, 증착 온도는 240 ~ 500℃일 수 있다. For example, the intermediate layer film is titanium nitride (TiO x ), titanium oxynitride (TiO x N y ), silicon oxide ( SiO x ) , silicon oxynitride ( SiO and a combination thereof, but is not limited thereto. For example, the middle layer film can be formed on the lower layer film using chemical vapor deposition (CVD) at high temperature, and can be made of, for example, a silicon oxynitride material with excellent anti-reflection effect. The thickness of the intermediate layer is 5 to 200 nm, for example 10 to 100 nm. For example, when forming an intermediate layer film, the deposition temperature may be 240 to 500°C.
화학식 1 내지 화학식 4의 구조를 가지는 플루오렌계 유기 화합물은 높은 열 안정성을 가지고 있기 때문에, 무기 소재로 이루어지는 중간층 막을 형성하더라도, 플루오렌계 유기 화합물의 경화 생성물을 포함하는 레지스트 하층막이 열-분해되지 않는다. 즉, 고온에서 수행되는 중간층 막 형성 공정에서 레지스트 하층막의 분해에 의하여 장비 내부가 오염되는 것을 방지할 수 있다. Since the fluorene-based organic compounds having the structures of Formulas 1 to 4 have high thermal stability, even if an intermediate layer film made of an inorganic material is formed, the resist underlayer film containing the cured product of the fluorene-based organic compound is not thermally decomposed. No. In other words, it is possible to prevent the inside of the equipment from being contaminated by decomposition of the resist lower layer film during the middle layer film forming process performed at high temperature.
필요에 따라, 노광 공정 전후에 열처리(baking) 공정, 예를 들어 후-열처리(post-baking) 공정이 부가적으로 진행될 수 있다. If necessary, a heat treatment (baking) process, for example, a post-baking process, may be additionally performed before and after the exposure process.
구체적으로, 기재의 상부에 소정의 패턴을 형성하기 위해서 다음의 공정이 수행될 수 있다. 기재의 상부에 전술한 유기막 형성용 조성물을 도포하고, 전-열처리 공정을 수행하여 유기막을 형성하고, 유기막의 상부에 포토레지스트를 도포하여 소정의 레지스트막을 형성한다. 선택적인 측면에서, 유기막과 레지스트막 상부에 무기 소재로 이루어지는 중간층 막을 형성할 수 있다. Specifically, the following process may be performed to form a predetermined pattern on the top of the substrate. The composition for forming an organic film described above is applied on the top of the substrate, a pre-heat treatment process is performed to form an organic film, and a photoresist is applied on top of the organic film to form a predetermined resist film. In an optional aspect, an intermediate layer film made of an inorganic material may be formed on the organic film and the resist film.
이어서, 포토레지스트를 소정 패턴에 따라 선택적으로 노광시켜 패턴을 갖는 레지스트막을 형성할 수 있다. 예시적으로 노광 공정은 엑시머 레이저(예를 들어 파장 193 nm의 ArF 엑시머 레이저, KrF 엑시머 레이저, EUV, 원자외선, 자외선, 가시광선, 전자선, X선 또는 g-선(파장 436 nm), h-선(파장 405 nm), i-선(파장 365 nm) 또는 이들의 혼합 광선을 조사하여 수행될 수 있다. Next, the photoresist can be selectively exposed according to a predetermined pattern to form a resist film with a pattern. Exemplarily, the exposure process may be performed using an excimer laser (e.g., ArF excimer laser with a wavelength of 193 nm, KrF excimer laser, EUV, deep ultraviolet ray, ultraviolet ray, visible light, electron beam, X-ray or g-ray (wavelength 436 nm), h- It can be performed by irradiating light (wavelength 405 nm), i-ray (wavelength 365 nm), or a mixture of these.
이러한 노광 공정이 원활하게 수행될 수 있도록, 전-열처리(pre-baking) 공정이 완료된 유기막 상부에 위치한 레지스트막 상부에 마스크 얼라이너, 스테퍼 및 스캐터 등의 노광 장비를 이용할 수 있다. 노광은 접촉식(contact), 근접식(proximity), 투영식(projection) 노광법 등으로 수행될 수 있다. 노광 에너지는 제조된 레지스트 막의 감도에 따라 달라질 수 있지만, 보통 30 내지 300 mJ/cm2, 바람직하게는 30 내지 200 mJ/cm2의 노광 에너지를 적용할 수 있다. In order for this exposure process to be performed smoothly, exposure equipment such as a mask aligner, stepper, and scatterer can be used on the resist film located on top of the organic film for which the pre-baking process has been completed. Exposure may be performed using contact, proximity, or projection exposure methods. Exposure energy may vary depending on the sensitivity of the produced resist film, but usually an exposure energy of 30 to 300 mJ/cm 2 , preferably 30 to 200 mJ/cm 2 can be applied.
노광 공정이 완료된 후, 최종적으로 패턴화된 레지스트막을 얻기 위하여, 유기막이 도포된 기재와 레지스트막을 적절한 현상액에 침지(dip)하거나 현상액을 기재에 스프레이(spray)하여 노광 부위의 막을 제거하거나 또는 CHF3/CF4 혼합 가스 등을 이용하는 드라이 식각을 통하여 수행될 수 있다. 현상액으로는 알칼리성인 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 소듐실리케이트, 포타슘실리케이트 등의 무기 알칼리 화합물 또는 트라이에틸아민, 트라이에탄올아민, 테트라메틸암모늄하이드록사이드, 테트라에틸암모늄하이드록사이드 등의 유기 알칼리 수용액을 사용할 수 있다. 예를 들어, 현상액으로는 0.01 내지 5% (w/v) 테트라메틸암모늄하이독사이드 수용액을 사용할 수 있다. After the exposure process is completed, in order to obtain a final patterned resist film, the substrate with the organic film applied and the resist film are dipped in an appropriate developer solution or the developer solution is sprayed on the substrate to remove the film in the exposed area, or CHF 3 /CF 4 It can be performed through dry etching using mixed gas, etc. The developing solution is an alkaline inorganic alkali compound such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, or potassium silicate, or an organic alkaline aqueous solution such as triethylamine, triethanolamine, tetramethylammonium hydroxide, or tetraethylammonium hydroxide. can be used. For example, a 0.01 to 5% (w/v) aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide can be used as a developer.
또한, 선택적인 측면에서, 유기막이 제거되어 소정 패턴 형태로 노출된 기재를 식각하기 위하여, Cl2 또는 HBr 가스를 이용한 플라즈마 식각 공정이 수행될 수 있다. Additionally, in an optional aspect, a plasma etching process using Cl 2 or HBr gas may be performed to etch the substrate exposed in a predetermined pattern by removing the organic layer.
전술한 본 발명의 방법에 따라 제조된 플루오렌계 유기 화합물의 경화 생성물을 포함하는 유기 소재의 레지스트 하층막은 우수한 갭 필 특성 및 평탄화 특성과, 양호한 열 안정성을 가지고 있다. 따라서 KrF(248 nm), ArF(193 nm) 파장은 물론이고 EUV 파장을 이용하는 포토레지스트 공정에서 기재와 레지스트막 사이의 하층막으로 유용하게 활용될 수 있다. The resist underlayer film of an organic material containing a cured product of a fluorene-based organic compound prepared according to the method of the present invention described above has excellent gap filling and planarization properties and good thermal stability. Therefore, it can be usefully used as an underlayer between the substrate and the resist film in photoresist processes using EUV wavelengths as well as KrF (248 nm) and ArF (193 nm) wavelengths.
이하, 예시적인 실시형태를 통하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다. Hereinafter, the present invention will be described through exemplary embodiments, but the present invention is not limited to the technical ideas described in the following examples.
합성예 1: 플루오렌계 유기 화합물 합성Synthesis Example 1: Synthesis of fluorene-based organic compounds
[반응식 1][Scheme 1]
질소 분위기 하에서 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) (40.27 g)을 포함하는 반응 용기에 5,5'-(9H-플루오렌-9,9'-디일)비스(벤젠-1,2,3트리올) (6.22 g, 15 mmol)과 4-플루오로프로피오페논 (13.92 g, 90.15 mmol)을 넣고 50℃에서 용해시킨 후 촉매로 포타슘카보네이트 (12.65 g, 90.15 mmol)을 첨가하고, 170℃에서 8 시간 환류, 교반하였다. 교반이 종료된 용액을 여과한 뒤, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)으로 세척된 이온교환수지(Trilite, SCR-BH, 삼양사) 50 mL를 통과시킨 후 반응 용액의 10배에 달하는 메탄올을 부어 침전시켰다. 침전물은 60℃ 진공 건조 상태로 72시간 건조시켜 말단 작용기로서 케톤 그룹을 포함하는 플루오렌계 유기 화합물을 합성하였다. 이어서, 플루오렌계 유기 화합물의 중량평균분자량을 겔투과 크로마토그래피 (GPC)를 이용하여 측정하였다. GPC 칼럼(Styragel HR 1, Styragel HR 3: Water 사, 7.8 mm X 300mm). 측정 조건은 칼럼 온도 4 ℃, 측정 농도 10%, 주입량 20μL, 캐리어 용매 테트라하이드로퓨란(THF), 유량 1 mL/min, 표준시료 검량선 표준 폴리스티렌(Shodex 사, 모델명: SL-105)을 사용하였다. 얻어진 단일 화합물에 대하여 GPC 분석 결과, 중량평균분자량(Mw)은 약 1,200이었다5,5'-(9H-fluorene-9,9'-diyl)bis(benzene-1,2) in a reaction vessel containing N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) (40.27 g) under nitrogen atmosphere. ,3triol) (6.22 g, 15 mmol) and 4-fluoropropiophenone (13.92 g, 90.15 mmol) were added and dissolved at 50°C, then potassium carbonate (12.65 g, 90.15 mmol) was added as a catalyst, The mixture was refluxed and stirred at 170°C for 8 hours. After the stirring was completed, the solution was filtered and passed through 50 mL of ion exchange resin (Trilite, SCR-BH, Samyang Corporation) washed with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), followed by 10 times the volume of the reaction solution. Methanol was poured to precipitate. The precipitate was dried under vacuum at 60°C for 72 hours to synthesize a fluorene-based organic compound containing a ketone group as a terminal functional group. Next, the weight average molecular weight of the fluorene-based organic compound was measured using gel permeation chromatography (GPC). GPC column (Styragel HR 1, Styragel HR 3: Water, 7.8 mm The measurement conditions were column temperature of 4°C, measurement concentration of 10%, injection volume of 20 μL, carrier solvent tetrahydrofuran (THF), flow rate of 1 mL/min, standard sample calibration curve, and standard polystyrene (Shodex, model name: SL-105). As a result of GPC analysis of the obtained single compound, the weight average molecular weight (M w ) was about 1,200.
합성예 2: 플루오렌계 유기 화합물 합성Synthesis Example 2: Synthesis of fluorene-based organic compounds
[반응식 2][Scheme 2]
질소 분위기 하에서 테트라하이드로퓨란(THF, 85. 1g), 증류수 (H2O, 9.9 g), 수산화나트륨(NaOH, 4.96 g, 0.124 mol) 및 톨루엔(toluene, 33.5 g)을 포함하는 딘-스탁(Dean-Stark) 장치가 설치된 반응 용기에 (((5-(9-(3-(3-(4-메톡시벤조일)페녹시)페닐)-9H-플루오렌-9-일)벤젠-1,2,3-트릴)트리스(벤젠-4,1-다일)트리스(4-메톡시페닐)메탄온 (33.52 g, 0.02 mol)과 히드록시아민 염산염 (9.03 g, 0.13 mmol)을 넣고 25에서 6시간 동안 점차 100℃까지 승온한 후 6 시간 교반하였다. 이 후 120℃까지 승온하여 2 시간 더 교반하였다. 교반이 종료된 용액을 냉각한 후, 반응 용액의 10배에 달하는 증류수를 부어 침전시켰다. 침전물을 50℃ 진공 건조 상태로 12 시간 건조시켜 말단 작용기로서 =NOH를 포함하는 플루오렌계 유기 화합물을 합성하였다. GPC 분석을 실시한 결과, 표준 폴리스티렌 환산법에 따른 하기 단일 화합물의 중량평균분자량(Mw)은 약 1,800으로 측정되었다.Dean-Stark solution containing tetrahydrofuran (THF, 85.1 g), distilled water (H 2 O, 9.9 g), sodium hydroxide (NaOH, 4.96 g, 0.124 mol) and toluene (33.5 g) under a nitrogen atmosphere. (((5-(9-(3-(3-(4-methoxybenzoyl)phenoxy)phenyl)-9H-fluoren-9-yl)benzene-1, Add 2,3-tril)tris(benzene-4,1-diyl)tris(4-methoxyphenyl)methanone (33.52 g, 0.02 mol) and hydroxyamine hydrochloride (9.03 g, 0.13 mmol) and mix from 25 to 6. Over time, the temperature was gradually raised to 100° C. and stirred for 6 hours. Afterwards, the temperature was raised to 120° C. and stirred for an additional 2 hours. After the stirring was completed, the solution was cooled, and distilled water 10 times the amount of the reaction solution was poured into the solution to cause precipitation. The precipitate was dried under vacuum at 50°C for 12 hours to synthesize a fluorene-based organic compound containing =NOH as a terminal functional group. As a result of GPC analysis, the weight average molecular weight (M w ) was measured to be approximately 1,800.
합성예 3: 플루오렌계 유기 화합물 합성Synthesis Example 3: Synthesis of fluorene-based organic compounds
[반응식 3][Scheme 3]
질소 분위기 하에서 프로필렌글리콜 메틸 에스테르(PGME, 82 g)과 테트라하이드로퓨란(THF, 123 g)을 포함하는 반응 용기에 (((5-(9-(3-(4-(4-(4-페녹시)벤조일)페녹시)-4,5-비스(4-(4-페녹시벤조일)페녹시)페닐)-9H-플루오렌-9-일)벤젠-1,2,3-트릴)트리스(옥시)트리스(벤젠-4,1-다일))트리스((4-페녹시 페닐)메탄온) (40.96 g, 20 mmol)과 소듐보로하이드라이드(NaBH4, 4.54 g, 120 mmol)을 넣고 50℃에서 용해시킨 후, 60℃에서 6 시간 환류, 교반하였다. 교반이 종료된 용액을 10℃로 냉각한 후, 초산 (10 g)과 프로필렌글리콜 메틸 에스테르(PGME, 20 g)의 혼합액을 서서히 적가하였다. 기포 발생이 멈춘 뒤, 반응 용액의 20배에 달하는 물을 부어 침전시켰다. 침전물을 여과한 뒤 메탄올과 물의 혼합액으로 세척하고, 40℃ 진공 건조 상태에서 72시간 건조시켜 하기의 화합물을 합성하였다. 이어서, 화합물의 중량평균분자량을 겔투과 크로마토그래피 (GPC)를 이용하여 측정하였다. GPC 칼럼(Styragel HR 1, Styragel HR 3: Water 사, 7.8 mm X 300mm). 측정 조건은 칼럼 온도 40 , 측정 농도 10%, 주입량 20μL, 캐리어 용매 테트라하이드로퓨란(THF), 유량 1 mL/min, 표준시료 검량선 표준 폴리스티렌(Shodex 사, 모델명: SL-105)을 사용하였다. 얻어진 단일 화합물에 대하여 GPC 분석 결과, 중량평균분자량(Mw)은 약 2,350 이었다.(((5-(9-(3-(4-(4-(4-phenol)) in a reaction vessel containing propylene glycol methyl ester (PGME, 82 g) and tetrahydrofuran (THF, 123 g) under a nitrogen atmosphere. si)benzoyl)phenoxy)-4,5-bis(4-(4-phenoxybenzoyl)phenoxy)phenyl)-9H-fluoren-9-yl)benzene-1,2,3-tril)tris( Add oxy)tris(benzene-4,1-dyl))tris((4-phenoxyphenyl)methanone) (40.96 g, 20 mmol) and sodium borohydride (NaBH 4 , 4.54 g, 120 mmol). After dissolution at 50°C, it was refluxed and stirred for 6 hours at 60°C. After cooling the solution to 10°C, a mixture of acetic acid (10 g) and propylene glycol methyl ester (PGME, 20 g) was slowly added. It was added dropwise. After the generation of bubbles stopped, 20 times more water than the reaction solution was poured to precipitate. The precipitate was filtered, washed with a mixture of methanol and water, and dried in a vacuum at 40°C for 72 hours to synthesize the following compound. Next, the weight average molecular weight of the compound was measured using gel permeation chromatography (GPC). GPC column (Styragel HR 1, Styragel HR 3: Water, 7.8 mm Measurement concentration 10%, injection volume 20 μL, carrier solvent tetrahydrofuran (THF), flow rate 1 mL/min, standard sample calibration curve standard polystyrene (Shodex, model name: SL-105) was used. GPC analysis results for the single compound obtained. , the weight average molecular weight (Mw) was about 2,350.
제조예 1: 플루오렌계 폴리머 합성Preparation Example 1: Synthesis of fluorene-based polymer
[플루오렌계 폴리머][Fluorene-based polymer]
질소 분위기 하에서 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 (PGMEA, 345 g)를 포함하는 반응 용기에 4,4'-(9H-플루오렌-9,9-다일)디페놀 (106.142g, 0.300 mol), 파라포름알데히드 (8.918 g, 0.294 mol), 촉매로 파라톨루엔술폰산 (0.576 g, 0.003 mmol)을 넣고, 교반하여 용해시킨 후 100℃, 환류 분위기하에서 12 시간 교반하였다. 교반 종료된 용액을 상온에서 냉각한 후, 반응 용액의 5 배에 달하는 메탄올을 붓고, 5 배에 달하는 증류수를 부어 침전시켰다. 침전물은 60℃ 진공 건조 상태에서 24 시간 건조시켜 플루오렌계 폴리머를 얻었다. GPC 분석을 실시한 결과, 표준 폴리스티렌 환산법에 따른 하기 플루오렌계 폴리머의 중량평균분자량(Mw)은 약 18,000으로 측정되었다.4,4'-(9H-fluorene-9,9-dyl)diphenol (106.142 g, 0.300 mol) and paraform were added to a reaction vessel containing propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA, 345 g) under a nitrogen atmosphere. Aldehyde (8.918 g, 0.294 mol) and paratoluenesulfonic acid (0.576 g, 0.003 mmol) as a catalyst were added, stirred to dissolve, and stirred for 12 hours at 100°C under reflux atmosphere. After the stirring was completed, the solution was cooled to room temperature, then 5 times the amount of methanol as the reaction solution was poured, and 5 times the amount of distilled water was poured into it to precipitate it. The precipitate was dried in vacuum at 60°C for 24 hours to obtain a fluorene-based polymer. As a result of GPC analysis, the weight average molecular weight (M w ) of the following fluorene-based polymer according to the standard polystyrene conversion method was measured to be about 18,000.
제조예 2: 비스페놀계 폴리머 합성Preparation Example 2: Bisphenol-based polymer synthesis
[비스페놀계 폴리머][Bisphenol-based polymer]
질소 분위기 하에서 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 (PGMEA, 234 g)를 포함하는 반응 용기에 비스페놀 A (69.18 g, 0.300 mol), 파라포름알데히드 (8.918 g, 0.294 mol), 촉매로 파라톨루엔술폰산 (0.576 g, 0.003 mmol)을 넣고, 교반하여 용해시킨 후 80℃, 환류 분위기하에서 12 시간 교반하였다. 교반이 종료된 용액을 상온에서 냉각한 후, 반응 용액의 5 배에 달하는 메탄올을 붓고, 5 배에 달하는 증류수를 부어 침전시켰다. 침전물은 60℃ 진공 건조 상태에서 24 시간 건조시켜 비스페놀계 폴리머를 얻었다. GPC 분석을 실시한 결과, 표준 폴리스티렌 환산법에 따른 비스페놀계 폴리머의 중량평균분자량(Mw)은 약 21,800으로 측정되었다.In a reaction vessel containing propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA, 234 g) under a nitrogen atmosphere, bisphenol A (69.18 g, 0.300 mol), paraformaldehyde (8.918 g, 0.294 mol), and paratoluenesulfonic acid (0.576 g) were added as a catalyst. , 0.003 mmol) was added, stirred to dissolve, and then stirred for 12 hours at 80°C under reflux atmosphere. After the stirring was completed, the solution was cooled to room temperature, and then 5 times the amount of methanol as the reaction solution was poured, followed by 5 times the amount of distilled water to precipitate it. The precipitate was dried in vacuum at 60°C for 24 hours to obtain a bisphenol-based polymer. As a result of GPC analysis, the weight average molecular weight (M w ) of the bisphenol-based polymer according to the standard polystyrene conversion method was measured to be about 21,800.
실시예 1: 유기막 형성용 조성물 제조Example 1: Preparation of composition for forming organic film
합성예 1에서 얻은 플루오렌계 유기 화합물을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 (PGMEA)와 사이클로헥산온(cyclohexanone)의 혼합 용액에 녹인 후 여과하여, 유기막 형성용 조성물을 제조하였다.The fluorene-based organic compound obtained in Synthesis Example 1 was dissolved in a mixed solution of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and cyclohexanone and then filtered to prepare a composition for forming an organic film.
실시예 2: 유기막 형성용 조성물의 제조Example 2: Preparation of composition for forming organic film
합성예 2에서 얻은 플루오렌계 유기 화합물을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 (PGMEA)에 녹인 후 여과하여 유기막 형성용 조성물을 제조하였다.The fluorene-based organic compound obtained in Synthesis Example 2 was dissolved in propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and then filtered to prepare a composition for forming an organic film.
실시예 3: 유기막 형성용 조성물의 제조Example 3: Preparation of composition for forming organic film
합성예 3에서 얻은 플루오렌계 유기 화합물을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 (PGMEA)에 녹인 후 여과하여 유기막 형성용 조성물을 제조하였다.The fluorene-based organic compound obtained in Synthesis Example 3 was dissolved in propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and then filtered to prepare a composition for forming an organic film.
실시예 4: 유기막 형성용 조성물의 제조Example 4: Preparation of composition for forming organic film
합성예 2에서 얻은 플루오렌계 유기 화합물과 제조예 1에서 얻은 플루오렌계 폴리머를 5:5의 중량 비율로 조성하고, 이 혼합물을 함께 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 (PGMEA)에 녹인 후 여과하여 유기막 형성용 조성물을 제조하였다.The fluorene-based organic compound obtained in Synthesis Example 2 and the fluorene-based polymer obtained in Preparation Example 1 were mixed in a weight ratio of 5:5, and the mixture was dissolved in propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and then filtered to obtain organic A composition for film formation was prepared.
실시예 5: 유기막 형성용 조성물의 제조Example 5: Preparation of composition for forming organic film
합성예 3에서 얻은 플루오렌계 유기 화합물과 제조예 1에서 얻은 플루오렌계 폴리머를 5:5의 중량 비율로 조성하고, 이 혼합물을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 (PGMEA)에 녹인 후 여과하여 유기막 형성용 조성물을 제조하였다.The fluorene-based organic compound obtained in Synthesis Example 3 and the fluorene-based polymer obtained in Preparation Example 1 were composed in a weight ratio of 5:5, and this mixture was dissolved in propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and filtered to form an organic membrane. A composition for forming was prepared.
실시예 6: 유기막 형성용 조성물의 제조Example 6: Preparation of composition for forming organic film
합성예 3에서 얻은 플루오렌계 유기 화합물과 제조예 2에서 얻은 비스페놀계 폴리머를 7:3의 중량 비율로 조성하고, 이 혼합물을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 (PGMEA)에 녹인 후 여과하여 유기막 형성용 조성물을 제조하였다.The fluorene-based organic compound obtained in Synthesis Example 3 and the bisphenol-based polymer obtained in Preparation Example 2 were mixed in a weight ratio of 7:3, and this mixture was dissolved in propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and filtered to form an organic film. A composition was prepared.
비교예 1: 유기막 형성용 조성물의 제조Comparative Example 1: Preparation of composition for forming organic film
제조예 1에서 얻은 플루오렌계 폴리머를 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 (PGMEA)에 녹인 후 여과하여 유기막 형성용 조성물을 제조하였다. The fluorene-based polymer obtained in Preparation Example 1 was dissolved in propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and then filtered to prepare a composition for forming an organic film.
비교예 2: 유기막 형성용 조성물의 제조Comparative Example 2: Preparation of composition for forming organic film
제조예 2에서 얻은 비스페놀계 폴리머를 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 (PGMEA)에 녹인 후 여과하여 유기막 형성용 조성물을 제조하였다.The bisphenol-based polymer obtained in Preparation Example 2 was dissolved in propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and then filtered to prepare a composition for forming an organic film.
실험예 1: 유기막 제조 및 내열성 평가Experimental Example 1: Organic film production and heat resistance evaluation
실리콘 웨이퍼 위에 실시예 1 내지 6와, 비교예 1 내지 2에 따른 유기막 형성용 조성물을 5000 Å 두께로 스핀 코팅한 후, 400℃에서 1분 동안 bake하여 경화하였다. 이어 웨이퍼 상부의 막을 긁어 시료를 채취하여 질소 가스 안에서 열중량분석(Thermogravimetric analysis, TGA)을 통해 초당 10 ℃의 승온 속도에서, 400℃까지 승화되고 남은 중량을 측정하였다. 400℃ 도달 시 남아있는 중량부는 하기 표 1과 같다. 도 1 내지 도 3은 각각 실시예 3, 실시예 5 및 비교예 1에 따라 제조된 유기막 형성용 조성물로부터 얻어진 유기막에 대한 열중량분석 결과를 나타낸다. 표 1, 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 합성예 1 내지 합성예 3에서 합성된 플루오렌계 유기 화합물을 포함하는 유기막은 고온에서도 유기막 성분의 대부분이 열-분해되지 않고 잔류하는 것을 확인하였다. The compositions for forming organic films according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 2 were spin-coated to a thickness of 5000 Å on a silicon wafer, and then cured by baking at 400°C for 1 minute. Next, a sample was collected by scraping the film on the top of the wafer, and the weight remaining after sublimation to 400°C was measured at a temperature increase rate of 10°C per second through thermogravimetric analysis (TGA) in nitrogen gas. The remaining weight portion upon reaching 400°C is shown in Table 1 below. Figures 1 to 3 show the results of thermogravimetric analysis of organic films obtained from the compositions for forming organic films prepared according to Examples 3, 5, and Comparative Example 1, respectively. As shown in Table 1 and Figures 1 to 3, the organic film containing the fluorene-based organic compound synthesized in Synthesis Examples 1 to 3 confirmed that most of the organic film components remained without being thermally decomposed even at high temperatures. did.
실험예 2: 평탄화 특성 평가Experimental Example 2: Evaluation of flattening characteristics
1000 Å 높이의 패턴이 형성된 실리콘 웨이퍼 위에 실시예1 내지 비교예 1에 따른 하드마스크 조성물을 1000 로 스핀 코팅하고 400℃에서 1분 동안 경화한 후, 전계방출 전자주사현미경 (FE-SEM) 장비를 사용하여 평탄화 특성을 관찰하였다. 평탄화 특성은 하기 계산식 1로 수치화 하였다. h2와 h3 은 h1 보다 1.8 ~ 2.2 ㎛ 왼쪽 부분의 패턴 중 하나를 특정하여 지정한다. 평탄화 특성은 h2와 h3의 평균값이 h1의 값에 가까울수록 좋으며, 평탄화도의 수치가 작을수록 성능이 우수한 것이다.The hardmask composition according to Examples 1 to Comparative Examples 1 was applied on a silicon wafer with a pattern of 1000 Å in height. After spin coating and curing at 400°C for 1 minute, the flattening characteristics were observed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) equipment. The flattening characteristics were quantified using the following calculation equation 1. h 2 and h 3 are designated by specifying one of the patterns 1.8 to 2.2 ㎛ left of h 1 . The flattening characteristics are better the closer the average value of h 2 and h 3 is to the value of h 1 , and the smaller the flatness value, the better the performance.
[평탄화 계산][Smoothing Calculation]
평탄화도 = h1 - {(h2+h3)/2}Flatness = h 1 - {(h 2 +h 3 )/2}
실시예와 비교예에 따라 각각 제조된 유기막의 평탄화도를 측정한 결과를 하기 표 2에 나타낸다. 또한, 실시예 3, 실시예 5 및 비교예 2에서 제조된 유기막 형성용 조성물로부터 제조된 유기막의 단면 프로파일에 대한 SEM 이미지를 각각 도 4 내지 도 6에 나타낸다. 표 2, 도 4 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 합성예 1 내지 합성예 3에서 합성된 플루오렌계 유기 화합물을 포함하는 유기막은 매우 우수한 평탄화 특성을 구현할 수 있다는 것을 확인하였다. The results of measuring the degree of flatness of the organic films prepared according to Examples and Comparative Examples are shown in Table 2 below. In addition, SEM images of the cross-sectional profiles of organic films prepared from the compositions for forming organic films prepared in Example 3, Example 5, and Comparative Example 2 are shown in Figures 4 to 6, respectively. As shown in Table 2 and FIGS. 4 to 6, it was confirmed that the organic film containing the fluorene-based organic compound synthesized in Synthesis Examples 1 to 3 could achieve excellent planarization characteristics.
실험예 3: 유기막 두께 구현 평가Experimental Example 3: Evaluation of organic film thickness implementation
실리콘 웨이퍼 위에 실시예 4 내지 6와 비교예 1 내지 2에 따른 유기막 형성용 조성물을 20000 Å 두께로 스핀 코팅한 후, 400℃에서 1분 동안 bake하여 경화하였다. 이어 엘립소미터(ellipsometer) 분석을 통해 웨이퍼 내 25 지점의 두께를 측정한 후, ((최대값)-(최소값))/(평균값 x 2)의에 따라 유기막의 두께 구현을 평가하였다. 평가 결과를 하기 표 3에 나타낸다. 표 3에서 코팅 불량이란, 실리콘 웨이퍼의 90%의 면적 이상으로 코팅 막이 형성되고, 두께도 20000 Å를 넘지만, 현미경 상 미세 기포가 상당히 많고 형성된 코팅 막의 위치 별 두께 차이가 상당한 성막을 의미한다. 표 3에 나타낸 바와 같이, 합성예에서 합성한 플루오렌계 유기 화합물을 포함한 유기막에서도 원하는 두께의 유기막을 형성할 수 있다는 것을 확인하였다. The compositions for forming organic films according to Examples 4 to 6 and Comparative Examples 1 to 2 were spin-coated to a thickness of 20,000 Å on a silicon wafer, and then cured by baking at 400°C for 1 minute. After measuring the thickness at 25 points within the wafer through ellipsometer analysis, the thickness realization of the organic film was evaluated according to ((maximum value) - (minimum value))/(average value x 2). The evaluation results are shown in Table 3 below. In Table 3, coating defects mean that a coating film is formed over an area of more than 90% of the silicon wafer and the thickness exceeds 20,000 Å, but there are a significant number of microbubbles on a microscope and the thickness difference between positions of the formed coating film is significant. As shown in Table 3, it was confirmed that an organic film of the desired thickness could be formed even in the organic film containing the fluorene-based organic compound synthesized in the synthesis example.
상기에서는 본 발명의 예시적인 실시형태 및 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 상기 실시형태 및 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되는 것은 아니다. 오히려 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시형태 및 실시예를 토대로 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있다. 하지만, 이러한 변형과 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 점은, 첨부하는 청구범위에서 분명하다. Although the present invention has been described above based on exemplary embodiments and examples of the present invention, the present invention is not limited to the technical ideas described in the above embodiments and examples. Rather, anyone skilled in the art to which the present invention pertains can easily make various modifications and changes based on the above-described embodiments and examples. However, it is clear from the appended claims that all such modifications and changes fall within the scope of rights of the present invention.
Claims (17)
[화학식 1]
화학식 1에서, R1 은 수소, C1~C20 알킬기 또는 C6~C30 아릴기이고, 상기 C6~C30 아릴기는 C1~C20 알킬기, C1~C20 알콕시기 또는 C6~C30 아릴옥시기인 다른 작용기로 더욱 치환될 수 있음; R2 내지 R3는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C20 알킬기임; 각각의 R1은 상이하거나 동일할 수 있음; p는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 10의 정수이고, q는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 4의 정수이며, p가 복수인 경우 각각의 R2는 상이하거나 동일할 수 있고, q가 복수인 경우 각각의 R3는 상이하거나 동일할 수 있음; Z는 각각 독립적으로 *=X 또는 *-Y이고(별표는 연결 부위를 나타냄), 각각의 Z는 상이하거나 동일할 수 있음; X는 각각 독립적으로 NR4, O 또는 S이고, R4는 수소, 하이드록시기, C1~C20 알킬기 또는 C1~C20 알콕시기임; Y는 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 C1~C20 알콕시기임; Ar은 벤젠 고리, 나프탈렌 고리, 안트라센 고리, 파이렌 고리 또는 트리페닐렌 고리인 방향족 고리임.
A fluorene-based organic compound having the structure of Formula 1 below.
[Formula 1]
In Formula 1, R 1 is hydrogen, a C 1 to C 20 alkyl group, or a C 6 to C 30 aryl group, and the C 6 to C 30 aryl group is a C 1 to C 20 alkyl group, a C 1 to C 20 alkoxy group, or C 6 ~C 30 may be further substituted with another functional group, which is an aryloxy group; R 2 to R 3 are each independently hydrogen or a C 1 to C 20 alkyl group; Each R 1 may be different or the same; p is the number of substituents other than hydrogen and is an integer of 0 to 10, q is the number of substituents other than hydrogen and is an integer of 0 to 4, and when p is plural, each R 2 may be different or the same, and q When there is a plurality, each R 3 may be different or the same; Each Z is independently * =X or * -Y (asterisks indicate linkages), and each Z may be different or the same; X is each independently NR 4 , O or S, and R 4 is hydrogen, a hydroxy group, a C 1 to C 20 alkyl group, or a C 1 to C 20 alkoxy group; Y is each independently a hydroxy group or a C 1 to C 20 alkoxy group; Ar is an aromatic ring that is a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, pyrene ring, or triphenylene ring.
[화학식 2]
화학식 2에서, R1 내지 R3, Z 및 q는 화학식 1에서 정의된 것과 동일함; p는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 4의 정수이고, p가 복수인 경우 각각의 R2는 상이하거나 동일할 수 있음.
The fluorene-based organic compound according to claim 1, wherein the fluorene-based organic compound has the structure of Formula 2 below.
[Formula 2]
In Formula 2, R 1 to R 3 , Z and q are as defined in Formula 1; p is the number of substituents other than hydrogen and is an integer of 0 to 4, and when p is plural, each R 2 may be different or the same.
[화학식 3]
화학식 3에서, R1 내지 R3, X 및 q는 화학식 1에서 정의된 것과 동일함; p는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 4의 정수이고, p가 복수인 경우 각각의 R2는 상이하거나 동일할 수 있음.
The fluorene-based organic compound according to claim 1, wherein the fluorene-based organic compound has the structure of Formula 3 below.
[Formula 3]
In Formula 3, R 1 to R 3 , X and q are as defined in Formula 1; p is the number of substituents other than hydrogen and is an integer of 0 to 4, and when p is plural, each R 2 may be different or the same.
[화학식 4]
화학식 4에서, R1 내지 R3, Y 및 q는 화학식 1에서 정의된 것과 동일함; p는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 4의 정수이고, p가 복수인 경우 각각의 R2는 상이하거나 동일할 수 있음.
The fluorene-based organic compound according to claim 1, wherein the fluorene-based organic compound has the structure of the following formula (4).
[Formula 4]
In Formula 4, R 1 to R 3 , Y and q are as defined in Formula 1; p is the number of substituents other than hydrogen and is an integer of 0 to 4, and when p is plural, each R 2 may be different or the same.
The fluorene-based organic compound according to claim 1, wherein p and q in Formula 1 are each independently an integer of 0 to 2.
상기 플루오렌계 유기 화합물을 분산시키는 유기 용매를 포함하는 유기막 형성용 조성물.
The fluorene-based organic compound according to claim 1; and
A composition for forming an organic film comprising an organic solvent for dispersing the fluorene-based organic compound.
[화학식 5]
[화학식 6]
화학식 5와 화학식 6에서, A와 B는 각각 독립적으로 C6~C30 방향족 고리임; R11은 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C10 알킬기임; R12 및 R13은 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C10 알킬기임; L1 및 L2는 각각 독립적으로 단일 결합 또는 C1~C10 알킬렌기임; m과 n은 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이고, m과 n이 복수인 경우, 각각의 R11과 각각의 R12는 상이하거나 동일할 수 있음; q는 수소 이외의 치환기의 개수로서 0 내지 4의 정수이며, q가 복수인 경우 각각의 R13은 상이하거나 동일할 수 있음.
The method of claim 6, further comprising a film thickness enhancing polymer, wherein the film thickness enhancing polymer is at least one of a fluorene-based polymer having a repeating unit of the following formula (5) and a bisphenol-based polymer having a repeating unit of the following formula (6) A composition for forming an organic film comprising a.
[Formula 5]
[Formula 6]
In Formulas 5 and 6, A and B are each independently a C 6 to C 30 aromatic ring; R 11 is each independently hydrogen or a C 1 to C 10 alkyl group; R 12 and R 13 are each independently hydrogen or a C 1 to C 10 alkyl group; L 1 and L 2 are each independently a single bond or a C 1 to C 10 alkylene group; m and n are each independently integers from 0 to 2, and when m and n are plural, each R 11 and each R 12 may be different or the same; q is the number of substituents other than hydrogen and is an integer from 0 to 4, and when q is plural, each R 13 may be different or the same.
The composition for forming an organic film according to claim 7, wherein the weight average molecular weight (M w ) of the film thickness enhancing polymer is 2000 to 4000.
The composition for forming an organic film according to claim 7, wherein the content of the fluorene-based organic compound is at least 25 parts by weight based on 100 parts by weight of solid content excluding the organic solvent in the composition for forming an organic film.
The composition for forming an organic film according to claim 7, wherein the film thickness enhancing polymer includes at least one of the polymers having the following repeating units.
An organic film comprising a cured product of the composition for forming an organic film according to any one of claims 6 to 10.
상기 기재 상에 도포된 상기 유기막 형성용 조성물을 경화하는 단계를 포함하는 유기막 제조 방법.
Applying the composition for forming an organic film according to any one of claims 6 to 10 on a substrate; and
A method of producing an organic film comprising curing the composition for forming an organic film applied on the substrate.
상기 기재 상에 도포된 상기 유기막 형성용 조성물을 경화하여 하층막을 형성하는 단계;
상기 하층막 상에 레지스트막을 형성하는 단계;
상기 레지스트막에 대하여 노광 공정을 수행하는 단계; 및
상기 노광 처리된 레지스트막에 대하여 현상 공정을 진행하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
Applying the composition for forming an organic film according to any one of claims 6 to 10 on a substrate;
forming an underlayer film by curing the composition for forming an organic film applied on the substrate;
forming a resist film on the underlayer film;
performing an exposure process on the resist film; and
A pattern forming method comprising forming a resist pattern by performing a development process on the exposed resist film.
The method of claim 13, after forming the resist pattern, etching the underlayer using the resist pattern as a mask to obtain a patterned underlayer, and using the patterned underlayer as a mask. The method further includes etching the substrate to form a pattern on the substrate.
15. The method of claim 14, wherein between forming the underlayer film and forming the resist film, forming an intermediate layer film on the underlayer film, and forming the resist pattern and obtaining the patterned underlayer film. The method further includes the step of etching the intermediate layer film using the resist pattern as a mask to obtain a patterned intermediate layer film.
16. The method of claim 15, wherein the intermediate layer film is made of an inorganic material selected from the group consisting of titanium nitride, titanium oxynitride, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, and combinations thereof.
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |