KR20130078745A - Monomer for hardmask composition and hardmask composition including the monomer and method of forming patterns using the hardmask composition - Google Patents
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Abstract
Description
하드마스크 조성물용 모노머, 상기 모노머를 포함하는 하드마스크 조성물 및 상기 하드마스크 조성물을 사용하는 패턴형성방법에 관한 것이다.
It relates to a monomer for a hard mask composition, a hard mask composition comprising the monomer, and a pattern forming method using the hard mask composition.
최근 반도체 산업은 수백 나노미터 크기의 패턴에서 수 내지 수십 나노미터 크기의 패턴을 가지는 초미세 기술로 발전하고 있다. 이러한 초미세 기술을 실현하기 위해서는 효과적인 리쏘그래픽 기법이 필수적이다. BACKGROUND ART [0002] In recent years, the semiconductor industry has developed into an ultrafine technology having a pattern of a few to a few nanometers in a pattern of a size of several hundred nanometers. Effective lithographic techniques are essential to realize this ultrafine technology.
전형적인 리쏘그래픽 기법은 반도체 기판 위에 재료층을 형성하고 그 위에 포토레지스트 층을 코팅하고 노광 및 현상을 하여 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 재료층을 식각하는 과정을 포함한다.A typical lithographic technique involves forming a material layer on a semiconductor substrate, coating a photoresist layer thereon, exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern, and etching the material layer using the photoresist pattern as a mask do.
근래, 형성하고자 하는 패턴의 크기가 감소함에 따라 상술한 전형적인 리쏘그래픽 기법만으로는 양호한 프로파일을 가진 미세 패턴을 형성하기 어렵다. 이에 따라 식각하고자 하는 재료층과 포토레지스트 층 사이에 일명 하드마스크 층(hardmask layer)이라고 불리는 층을 형성하여 미세 패턴을 형성할 수 있다.In recent years, as the size of a pattern to be formed decreases, it is difficult to form a fine pattern having a good profile only by the typical lithographic technique described above. Accordingly, a layer called a hardmask layer may be formed between the material layer to be etched and the photoresist layer to form a fine pattern.
하드마스크 층은 선택적 식각 과정을 통하여 포토레지스트의 미세 패턴을 재료 층으로 전사해주는 중간막으로서 역할을 한다. 따라서 하드마스크 층은 다중 식각 과정 동안 견딜 수 있도록 내화학성, 내열성 및 식각 저항성 등의 특성이 요구된다. The hard mask layer acts as an interlayer to transfer the fine pattern of the photoresist to the material layer through the selective etching process. Therefore, the hard mask layer requires properties such as chemical resistance, heat resistance, and etching resistance to withstand multiple etching processes.
한편, 근래 하드마스크 층은 화학기상증착 방법 대신 스핀 온 코팅(spin-on coating) 방법으로 형성하는 것이 제안되었다. 스핀 온 코팅 방법은 용매에 대한 용해성을 가지는 하드마스크 조성물을 사용할 수 있다.On the other hand, it has recently been proposed that the hard mask layer is formed by a spin-on coating method instead of a chemical vapor deposition method. Spin on coating method for solvent A hard mask composition having solubility can be used.
그러나 하드마스크 층에 요구되는 상술한 특성과 용해성은 서로 상충 관계에 있어서 이들을 모두 만족할 수 있는 하드마스크 조성물이 필요하다. 또한 하드마스크 층의 적용 범위가 넓어짐에 따라 소정의 패턴 위에 스핀-온 코팅 방법으로 하드마스크 층을 형성할 수 있는데, 이 경우 하드마스크 조성물로 패턴들 사이의 갭(gap)을 채울 수 있는 갭-필(gap fill) 특성 및 평탄화 특성 또한 필요하다.
However, the above-described properties and solubility required for the hard mask layer need a hard mask composition that can satisfy all of them in a mutually conflicting relationship. In addition, as the application range of the hard mask layer increases, a hard mask layer may be formed on a predetermined pattern by a spin-on coating method. In this case, the gap between the patterns may be filled with the hard mask composition. Fill and planarization properties are also required.
일 구현예는 용매에 대한 용해성, 갭-필 특성 및 평탄화 특성을 만족하면서도 내화학성, 내열성 및 식각 저항성 또한 확보할 수 있는 하드마스크 조성물용 모노머를 제공한다.One embodiment provides a monomer for a hard mask composition that satisfies solubility, gap-fill characteristics, and planarization characteristics in a solvent, while also securing chemical resistance, heat resistance, and etching resistance.
다른 구현예는 상기 모노머를 포함하는 하드마스크 조성물을 제공한다.Another embodiment provides a hardmask composition comprising the monomer.
또 다른 구현예는 상기 하드마스크 조성물을 사용한 패턴 형성 방법을 제공한다.
Another embodiment provides a method of forming a pattern using the hard mask composition.
일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표현되는 하드마스크 조성물용 모노머를 제공한다.According to one embodiment, a monomer for a hard mask composition represented by Chemical Formula 1 is provided.
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
A는 치환 또는 비치환된 벤젠 기, 치환 또는 비치환된 나프탈렌 기, 치환 또는 비치환된 바이페닐 기 또는 이들의 조합이고,A is a substituted or unsubstituted benzene group, a substituted or unsubstituted naphthalene group, a substituted or unsubstituted biphenyl group, or a combination thereof,
A'는 치환 또는 비치환된 다환 방향족 기(polycyclic aromatic group)이고,A 'is a substituted or unsubstituted polycyclic aromatic group,
L은 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기이고,L is a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkylene group,
n은 1 내지 5 이다.n is 1 to 5 ms.
상기 다환 방향족 기는 피렌 기, 퍼릴렌 기, 벤조퍼릴렌 기, 코로넨 기 또는 이들의 조합일 수 있다.The polycyclic aromatic group may be a pyrene group, a perylene group, a benzoperylene group, a coronene group, or a combination thereof.
상기 하드마스크 조성물용 모노머는 하기 화학식 1a로 표현될 수 있다.The monomer for the hard mask composition may be represented by the formula (1a).
[화학식 1a][Formula 1a]
상기 화학식 1a에서,In formula (1a)
L1 및 L2는 각각 독립적으로 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기이다.L 1 and L 2 are each independently a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkylene group.
상기 하드마스크 조성물용 모노머는 상기 화학식 1aa 또는 1ab로 표현될 수 있다.The monomer for the hard mask composition may be represented by Formula 1aa or 1ab.
[화학식 1aa](1aa)
[화학식 1ab][Chemical Formula 1ab]
상기 하드마스크 조성물용 모노머는 약 500 내지 3,000 의 분자량을 가질 수 있다.The monomer for the hard mask composition may have a molecular weight of about 500 kPa to 3,000 kPa.
다른 구현예에 따르면, 상술한 모노머 및 용매를 포함하는 하드마스크 조성물을 제공한다.According to another embodiment, a hard mask composition including the monomer and the solvent is provided.
상기 모노머는 상기 하드마스크 조성물 총 함량에 대하여 약 0.1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.The monomer may be included in an amount of about 0.1 to 30 wt% based on the total content of the hard mask composition.
또 다른 구현예에 따르면, 기판 위에 재료 층을 제공하는 단계, 상기 재료 층 위에 상술한 하드마스크 조성물을 적용하는 단계, 상기 하드마스크 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계, 상기 하드마스크 층 위에 실리콘 함유 박막층을 형성하는 단계, 상기 실리콘 함유 박막층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 실리콘 함유 박막층 및 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고 상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법을 제공한다.According to another embodiment, providing a material layer on a substrate, applying the hardmask composition described above on the material layer, heat treating the hardmask composition to form a hardmask layer, on the hardmask layer Forming a silicon-containing thin film layer, forming a photoresist layer on the silicon-containing thin film layer, exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern, the silicon-containing thin film layer using the photoresist pattern, and Selectively removing the hardmask layer, exposing a portion of the material layer, and etching the exposed portion of the material layer.
상기 하드마스크 조성물을 적용하는 단계는 스핀-온 코팅 방법으로 수행할 수 있다.Applying the hard mask composition may be performed by a spin-on-coating method.
상기 하드마스크 층을 형성하는 단계는 약 100 내지 500℃에서 열처리할 수 있다.
Forming the hard mask layer may be heat-treated at about 100 to 500 ℃.
용매에 대한 용해성, 갭-필 특성 및 평탄화 특성을 만족하면서 내화학성, 내열성 및 식각 저항성 또한 확보할 수 있다.
It is also possible to secure chemical resistance, heat resistance and etching resistance while satisfying solubility in solvents, gap-fill characteristics and planarization characteristics.
이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자(F, Br, Cl, 또는 I), 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30의 아릴알킬기, C1 내지 C4의 알콕시기, C1 내지 C20의 헤테로알킬기, C3 내지 C20의 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C15의 사이클로알키닐기, C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.Unless otherwise defined herein, 'substituted' means that a hydrogen atom in a compound is a halogen atom (F, Br, Cl, or I), a hydroxyl group, an alkoxy group, a nitro group, a cyano group, an amino group, an azido group, an amino group Dino group, hydrazino group, hydrazono group, carbonyl group, carbamyl group, thiol group, ester group, carboxyl group or salt thereof, sulfonic acid group or salt thereof, phosphoric acid or salt thereof, C1 to C20 alkyl group, C2 to C20 alkenyl group, C2 to C20 alkynyl group, C6 to C30 aryl group, C7 to C30 arylalkyl group, C1 to C4 alkoxy group, C1 to C20 heteroalkyl group, C3 to C20 heteroarylalkyl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C15 It means substituted with a substituent selected from a cycloalkenyl group of, a cycloalkynyl group of C6 to C15, a C2 to C30 heterocycloalkyl group and a combination thereof.
또한, 본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '헤테로'란, N, O, S 및 P에서 선택된 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유한 것을 의미한다.In addition, unless otherwise defined herein, "hetero" means containing 1 to 3 heteroatoms selected from N, O, S and P.
이하 일 구현예에 따른 하드마스크 조성물용 모노머를 설명한다.Hereinafter, a monomer for a hard mask composition will be described.
일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.Hard mask composition according to one embodiment may be represented by the formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, A, A', L 및 n의 정의는 다음과 같다.In Formula 1, A, A ', L and n are defined as follows.
A는 치환 또는 비치환된 하나 또는 둘의 고리를 가지는 아릴기로, 치환 또는 비치환된 벤젠 기, 치환 또는 비치환된 나프탈렌 기, 치환 또는 비치환된 바이페닐 기 또는 이들의 조합일 수 있다.A is an aryl group having one or two rings, which may be substituted or unsubstituted, and may be a substituted or unsubstituted benzene group, a substituted or unsubstituted naphthalene group, a substituted or unsubstituted biphenyl group, or a combination thereof.
A'는 치환 또는 비치환된 융합된 다환 방향족 기(polycyclic aromatic group)으로, 상기 다환 방향족 기는 예컨대 피렌 기, 퍼릴렌 기, 벤조퍼릴렌 기, 코로넨 기 또는 이들의 조합일 수 있다.A ′ is a substituted or unsubstituted fused polycyclic aromatic group, wherein the polycyclic aromatic group may be, for example, a pyrene group, a perylene group, a benzoperylene group, a coronene group, or a combination thereof.
L은 연결기로, 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기일 수 있다.L may be a linking group and may be a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkylene group.
n은 1 내지 5 이다.n is 1 to 5 ms.
상기 모노머는 치환기에 적어도 하나의 다환 방향족 기를 가짐으로써 단단한(rigid) 특성을 가질 수 있다. The monomer may have rigid properties by having at least one polycyclic aromatic group in a substituent.
특히, 상기 모노머는 상기 다환 방향족 기의 양쪽에 각각 히드록시기와 히드록시알킬렌기를 가진 구조이며 두 작용기의 축합 반응을 바탕으로 증폭 가교가 가능하여 우수한 가교 특성을 나타낼 수 있다. In particular, the monomer has a structure having a hydroxy group and a hydroxyalkylene group on both sides of the polycyclic aromatic group, and amplification crosslinking is possible based on the condensation reaction of the two functional groups can exhibit excellent crosslinking properties.
따라서 상기 모노머는 비교적 저온에서 열처리하여도 단시간 내에 높은 분자량의 고분자 형태로 가교됨으로써 우수한 기계적 특성, 내열 특성, 내화학성 및 식각 저항성과 같은 하드마스크 층에서 요구되는 특성을 나타낼 수 있다.Therefore, the monomer may be crosslinked into a high molecular weight polymer in a short time even after heat treatment at a relatively low temperature, thereby exhibiting properties required in a hard mask layer such as excellent mechanical properties, heat resistance, chemical resistance, and etching resistance.
또한 상기 모노머는 치환기에 복수의 히드록시기를 포함함으로써 용매에 대한 용해성 또한 높아서 용액 형태로 제조되어 스핀-온 코팅 방법으로 형성할 수 있다. In addition, since the monomer includes a plurality of hydroxyl groups in the substituent, the solubility in the solvent is also high, so that the monomer may be prepared in a solution form and formed by a spin-on coating method.
또한 상기 모노머는 소정의 패턴을 가지는 하부막 위에 스핀-온 코팅 방법으로 형성될 때 패턴들 사이의 갭을 채울 수 있는 갭-필 특성 및 평탄화 특성 또한 우수하다. In addition, the monomer is excellent in the gap-fill characteristics and planarization characteristics that can fill the gap between the patterns when formed by the spin-on coating method on the lower layer having a predetermined pattern.
상기 모노머는 예컨대 하기 화학식 1a로 표현될 수 있다.The monomer may be represented by, for example, the following Formula 1a.
[화학식 1a][Formula 1a]
상기 화학식 1a에서, L1 및 L2는 각각 독립적으로 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기이다.In Formula 1a, L 1 and L 2 are each independently a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkylene group.
상기 모노머는 예컨대 하기 화학식 1aa 또는 1ab로 표현될 수 있다.The monomer may be, for example, represented by the formula 1aa or 1ab.
[화학식 1aa](1aa)
[화학식 1ab][Chemical Formula 1ab]
상기 모노머는 약 500 내지 3,000 의 분자량을 가질 수 있다. 상기 범위의 분자량을 가짐으로써 고탄소 함량의 상기 모노머가 용매에 대한 우수한 용해도를 가지게 되며 스핀-온 코팅에 의한 양호한 박막을 얻을 수 있다.The monomer may have a molecular weight of about 500 kPa to 3,000 kPa. By having a molecular weight in the above range, the monomer having a high carbon content has excellent solubility in a solvent and a good thin film by spin-on coating can be obtained.
이하 일 구현예에 따른 하드마스크 조성물에 대하여 설명한다.Hereinafter, a hard mask composition according to an embodiment will be described.
일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 상술한 모노머 및 용매를 포함한다.The hardmask composition according to one embodiment includes the monomer and the solvent described above.
상기 모노머는 전술한 바와 같으며, 1종의 모노머가 단독으로 포함될 수도 있고 2종 이상의 모노머가 혼합되어 포함될 수도 있다.The monomer is as described above, one monomer may be included alone or two or more monomers may be mixed and included.
상기 용매는 상기 모노머에 대한 충분한 용해성 또는 분산성을 가지는 것이면 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜 디아세테이트, 메톡시 프로판디올, 디에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 부틸에테르, 트리(에틸렌글리콜)모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 사이클로헥사논, 에틸락테이트, 감마-부티로락톤, 메틸피롤리돈, 아세틸아세톤 및 에틸 3-에톡시프로피오네이트에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The solvent is not particularly limited as long as it has sufficient solubility or dispersibility in the monomer, for example, propylene glycol, propylene glycol diacetate, methoxy propanediol, diethylene glycol, diethylene glycol butyl ether, tri (ethylene glycol) mono Methyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, cyclohexanone, ethyl lactate, gamma-butyrolactone, methylpyrrolidone, Acetyl acetone, and ethyl 3-ethoxypropionate.
상기 모노머는 상기 하드마스크 조성물 총 함량에 대하여 약 0.1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 상기 모노머가 상기 범위로 포함됨으로써 목적하고자 하는 두께의 박막으로 코팅 할 수 있다.The monomer may be included in an amount of about 0.1 to 30 wt% based on the total content of the hard mask composition. By including the monomer in the above range it can be coated with a thin film of the desired thickness.
상기 하드마스크 조성물은 추가적으로 계면 활성제를 더 포함할 수 있다.The hard mask composition may further comprise a surfactant.
상기 계면 활성제는 예컨대 알킬벤젠설폰산 염, 알킬피리디늄 염, 폴리에틸렌글리콜, 제4 암모늄 염 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The surfactant may be, for example, an alkylbenzenesulfonate, an alkylpyridinium salt, a polyethylene glycol, or a quaternary ammonium salt, but is not limited thereto.
상기 계면 활성제는 상기 하드마스크 조성물 100 중량부에 대하여 약 0.001 내지 3 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함함으로써 하드마스크 조성물의 광학적 특성을 변경시키지 않으면서 용해도를 확보할 수 있다. The surfactant may be included in an amount of about 0.001 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the hard mask composition. By including in the said range, solubility can be ensured without changing the optical characteristic of a hard mask composition.
이하 상술한 하드마스크 조성물을 사용하여 패턴을 형성하는 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of forming a pattern using the hard mask composition described above will be described.
일 구현예에 따른 패턴 형성 방법은 기판 위에 재료 층을 제공하는 단계, 상기 재료 층 위에 상술한 모노머 및 용매를 포함하는 하드마스크 조성물을 적용하는 단계, 상기 하드마스크 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계, 상기 하드마스크 층 위에 실리콘 함유 박막층을 형성하는 단계, 상기 실리콘 함유 박막층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 실리콘 함유 박막층 및 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고 상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계를 포함한다.According to one or more exemplary embodiments, a method of forming a pattern includes: providing a material layer on a substrate, applying a hardmask composition including the monomer and a solvent on the material layer, and heat treating the hardmask composition to form a hardmask layer. Forming a photoresist layer on the hard mask layer; forming a photoresist layer on the silicon mask layer; exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern; Selectively removing the silicon-containing thin film layer and the hardmask layer and exposing a portion of the material layer; and etching the exposed portion of the material layer.
상기 기판은 예컨대 실리콘웨이퍼, 유리 기판 또는 고분자 기판일 수 있다.The substrate may be, for example, a silicon wafer, a glass substrate, or a polymer substrate.
상기 재료 층은 최종적으로 패턴하고자 하는 재료이며, 예컨대 알루미늄, 구리 등과 같은 금속층, 실리콘과 같은 반도체 층 또는 산화규소, 질화규소 등과 같은 절연층일 수 있다.상기 재료 층은 예컨대 화학기상증착 방법으로 형성될 수 있다.The material layer is a material to be finally patterned, and may be, for example, a metal layer such as aluminum or copper, a semiconductor layer such as silicon, or an insulating layer such as silicon oxide, silicon nitride, or the like. The material layer may be formed by, for example, a chemical vapor deposition method. have.
상기 하드마스크 조성물은 용액 형태로 제조되어 스핀-온 코팅(spin-on coating) 방법으로 도포될 수 있다. 이 때 상기 하드마스크 조성물의 도포 두께는 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 약 100 내지 10,000Å 두께로 도포될 수 있다.The hard mask composition may be prepared in the form of a solution and applied by a spin-on coating method. At this time, the coating thickness of the hard mask composition is not particularly limited, but may be applied, for example, to a thickness of about 100 to 10,000 kPa.
상기 하드마스크 조성물을 열처리하는 단계는 예컨대 약 100 내지 500 ℃에서 약 10초 내지 10분 동안 수행할 수 있다. 상기 열처리 단계에서, 상기 모노머는 자기 가교 및/또는 상호 가교 반응을 일으킬 수 있다. The heat treatment of the hard mask composition may be performed at, for example, about 10 seconds to 10 minutes at about 100 ° C to 500 ° C. In the heat treatment step, the monomer may cause self-crosslinking and / or cross-linking reaction.
상기 실리콘 함유 박막층은 예컨대 질화규소 또는 산화규소로 만들어질 수 있다.The silicon-containing thin film layer may be made of, for example, silicon nitride or silicon oxide.
또한 상기 실리콘 함유 박막층 상부에 바닥 반사방지 층(bottom anti-reflective coating, BARC)을 더 형성할 수도 있다.In addition, a bottom anti-reflective coating (BARC) may be further formed on the silicon-containing thin film layer.
상기 포토레지스트 층을 노광하는 단계는 예컨대 ArF, KrF 또는 EUV 등을 사용하여 수행할 수 있다. 또한 노광 후 약 100 내지 500℃에서 열처리 공정을 수행할 수 있다.The step of exposing the photoresist layer may be performed using, for example, ArF, KrF or EUV. In addition, heat treatment may be performed at about # 100 ° C to 500 ° C after exposure.
상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계는 식각 가스를 사용한 건식 식각으로 수행할 수 있으며, 식각 가스는 예컨대 CHF3, CF4, Cl2, BCl3 및 이들의 혼합 가스를 사용할 수 있다.The step of etching the exposed portion of the material layer may be performed by dry etching using an etching gas, and the etching gas may be, for example, CHF 3 , CF 4 , Cl 2 , BCl 3 and a mixed gas thereof.
상기 식각된 재료 층은 복수의 패턴으로 형성될 수 있으며, 상기 복수의 패턴은 금속 패턴, 반도체 패턴, 절연 패턴 등 다양할 수 있으며, 예컨대 반도체 집적 회로 디바이스 내의 다양한 패턴으로 적용될 수 있다.The etched material layer may be formed in a plurality of patterns, and the plurality of patterns may be a metal pattern, a semiconductor pattern, an insulation pattern, or the like, and may be applied to various patterns in a semiconductor integrated circuit device, for example.
이하 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to examples. The following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention.
모노머의Monomeric 합성 synthesis
합성예Synthetic example 1 One
제1 단계: Step 1: 프리델Friedel -- 크래프트Craft 아실레이션Acylation (( FriedelFriedel -- CraftCraft AcylationAcylation ) 반응) reaction
플라스크에 테레프탈로일 클로라이드 20.6g(0.101 mol), 4-메톡시파이렌 47.0g(0.203 mol) 및 1,2-다이클로로에탄 221g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 이어서 상기 용액에 알루미늄 클로라이드 27g(0.203 mol)를 상온에서 천천히 첨가한 후 60 ℃로 승온하여 8 시간 동안 교반하였다. 반응이 완결되면 상기 용액에 메탄올을 첨가하여 형성된 침전을 여과하여 비스(메톡시파이레닐카르보닐)벤젠을 얻었다. A solution was prepared by adding 20.6 g (0.101 mol) of terephthaloyl chloride, 47.0 g (0.203 mol) of 4-methoxypyrene and 221 g of 1,2-dichloroethane to the flask. Subsequently, 27 g (0.203 mol) of aluminum chloride was slowly added to the solution at room temperature, and then heated to 60 ° C. and stirred for 8 hours. When the reaction was completed, the precipitate formed by adding methanol to the solution was filtered to obtain bis (methoxypyrenylcarbonyl) benzene.
제2 단계: 메틸기 제거(Step 2: Removal of methyl groups ( demethylationdemethylation ) 반응) reaction
플라스크에 상기 제1 단계에서 얻은 비스(메톡시파이레닐카르보닐)벤젠53.5g(0.0900 mol), 1-도데칸사이올 91.1g(0.450 mol), 수산화칼륨 30.3 g(0.540 mol) 및 N,N-다이메틸포름아마이드 262g을 첨가한 후, 120℃에서 8 시간 동안 교반하였다. 이어서 상기 혼합물을 냉각하고 5% 염화수소 용액으로 pH 7 정도로 중화한 후 형성된 침전물을 여과하여 비스(히드록시파이레닐카르보닐)벤젠을 얻었다.In the flask, 53.5 g (0.0900 mol) of bis (methoxypyrenylcarbonyl) benzene obtained in the first step, 91.1 g (0.450 mol) of 1-dodecanethiol, 30.3 g (0.540 mol) of potassium hydroxide and N, N- 262 g of dimethylformamide were added and then stirred at 120 ° C. for 8 hours. Subsequently, the mixture was cooled, neutralized with a 5% hydrogen chloride solution to pH 7, and the formed precipitate was filtered to obtain bis (hydroxypyrenylcarbonyl) benzene.
제3 단계: 환원(Step 3: Reduction ( reductionreduction ) 반응) reaction
플라스크에 상기 제2 단계에서 얻은 비스(히드록시파이레닐카르보닐)벤젠 24.0g(0.0424 mol)과 테트라하이드로퓨란 160g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 상기 용액에 수소화 붕소 나트륨 수용액 16.0g(0.424 mol)을 천천히 첨가하여 24시간 동안 상온에서 교반하였다. 반응이 완결되면 5% 염화수소 용액으로 pH 7 정도로 중화한 후 에틸 아세테이트로 추출하여 하기 화학식 1aa로 표현되는 모노머를 얻었다.A solution was prepared by adding 24.0 g (0.0424 mol) of bis (hydroxypyrenylcarbonyl) benzene obtained in the second step and 160 g of tetrahydrofuran to the flask. 16.0 g (0.424 mol) of aqueous sodium borohydride solution was slowly added to the solution, followed by stirring at room temperature for 24 hours. Upon completion of the reaction, the mixture was neutralized with a 5% hydrogen chloride solution to pH 7 and extracted with ethyl acetate to obtain a monomer represented by the following Chemical Formula 1aa.
[화학식 1aa](1aa)
합성예Synthetic example 2 2
제1 단계: Step 1: 프리델Friedel -- 크래프트Craft 아실레이션Acylation (( FriedelFriedel -- CraftCraft AcylationAcylation ) 반응) reaction
플라스크에 이소프탈로일 클로라이드 20.0g(0.0985 mol), 4-메톡시파이렌 45.8g(0.197 mol) 및 1,2-다이클로로에탄 215g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 이어서 상기 용액에 알루미늄 클로라이드 26.3g(0.197 mol)를 상온에서 천천히 첨가한 후 60℃로 승온하여 8 시간 동안 교반하였다. 반응이 완결되면 상기 용액에 메탄올을 첨가하여 형성된 침전을 여과하여 비스(메톡시파이레닐카르보닐)벤젠을 얻었다. A solution was prepared by adding 20.0 g (0.0985 mol) of isophthaloyl chloride, 45.8 g (0.197 mol) of 4-methoxypyrene and 215 g of 1,2-dichloroethane to the flask. Subsequently, 26.3 g (0.197 mol) of aluminum chloride was slowly added to the solution at room temperature, and then heated to 60 ° C. and stirred for 8 hours. When the reaction was completed, the precipitate formed by adding methanol to the solution was filtered to obtain bis (methoxypyrenylcarbonyl) benzene.
제2 단계: 메틸기 제거(Step 2: Removal of methyl groups ( demethylationdemethylation ) 반응) reaction
플라스크에 상기 제1 단계에서 얻은 비스(메톡시파이레닐카르보닐)벤젠50.0g(0.0840 mol), 1-도데칸사이올 85.1g(0.420 mol), 수산화칼륨 28.3g(0.504 mol) 및 N,N-다이메틸포름아마이드 245g을 첨가한 후, 120℃에서 8 시간 동안 교반하였다. 이어서 상기 혼합물을 냉각하고 5% 염화수소 용액으로 pH 7 정도로 중화한 후 형성된 침전물을 여과하여 비스(히드록시파이레닐카르보닐)벤젠을 얻었다.In the flask, 50.0 g (0.0840 mol) of bis (methoxypyrenylcarbonyl) benzene obtained in the first step, 85.1 g (0.420 mol) of 1-dodecanethiol, 28.3 g (0.504 mol) of potassium hydroxide and N, N- 245 g of dimethylformamide was added and then stirred at 120 ° C. for 8 hours. Subsequently, the mixture was cooled, neutralized with a 5% hydrogen chloride solution to pH 7, and the formed precipitate was filtered to obtain bis (hydroxypyrenylcarbonyl) benzene.
제3 단계: 환원(Step 3: Reduction ( reductionreduction ) 반응) reaction
플라스크에 상기 제2 단계에서 얻은 비스(4-히드록시파이레닐카르보닐)벤젠 24.0g(0.0424 mol)과 테트라하이드로퓨란 160g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 상기 용액에 수소화 붕소 나트륨 수용액 16.0g(0.424 mol)을 천천히 첨가하여 24시간 동안 상온에서 교반하였다. 반응이 완결되면 5% 염화수소 용액으로 pH 7 정도로 중화한 후 에틸 아세테이트로 추출하여 하기 화학식 1ab로 표현되는 모노머를 얻었다.A solution was prepared by adding 24.0 g (0.0424 mol) of bis (4-hydroxypyrenylcarbonyl) benzene obtained in the second step and 160 g of tetrahydrofuran to the flask. 16.0 g (0.424 mol) of aqueous sodium borohydride solution was slowly added to the solution, followed by stirring at room temperature for 24 hours. Upon completion of the reaction, the mixture was neutralized to pH 7 with 5% hydrogen chloride solution and extracted with ethyl acetate to obtain a monomer represented by the following Chemical Formula 1ab.
[화학식 1ab][Chemical Formula 1ab]
비교합성예Comparative Synthetic Example 1 One
플라스크에 α, α'-디클로로-p-크실렌 8.75g(0.05 mol), 알루미늄 클로라이드 26.66g 및 γ-부티로락톤 200g을 첨가하였다. 상기 용액에 4,4'-(9-플루오레닐리덴)디페놀 35.03g(0.10 mol)을 γ-부티로락톤 200g에 녹인 용액을 천천히 첨가한 후 120 ℃에서 12 시간 동안 교반하였다. 중합 후, 물을 사용하여 산을 제거한 후에 농축하였다. 이어서 메틸아밀케톤과 메탄올을 사용하여 중합 생성물을 희석하고 다시 15 중량% 농도의 메틸아밀케톤/메탄올 = 4/1 (중량비)의 용액을 첨가하여 농도를 조절하였다. 이 용액을 분액깔대기에 넣고 n-헵탄을 첨가하여 모노머 및 저분자량체를 제거하여 하기 화학식 2로 표현되는 중합체를 얻었다.To the flask was added 8.75 g (0.05 mol) of α, α'-dichloro-p-xylene, 26.66 g of aluminum chloride and 200 g of γ-butyrolactone. A solution of 35.03 g (0.10 mol) of 4,4 '-(9-fluorenylidene) diphenol in 200 g of γ-butyrolactone was slowly added to the solution, followed by stirring at 120 ° C. for 12 hours. After polymerization, the acid was removed using water and then concentrated. Subsequently, the polymerization product was diluted with methylamylketone and methanol, and the concentration was adjusted by adding a solution of methylamylketone / methanol = 4/1 (weight ratio) at a concentration of 15% by weight again. The solution was placed in a separatory funnel, and n-heptane was added to remove the monomer and the low molecular weight to obtain a polymer represented by the following formula (2).
[화학식 2][Formula 2]
상기 중합체의 중량평균분자량은 12,000 이었고, 분산도는 2.04 였다.The weight average molecular weight of the polymer was 12,000, and the degree of dispersion was 2.04.
비교합성예Comparative Synthetic Example 2 2
제1 단계: Step 1: 프리델Friedel -- 크래프트Craft 아실레이션Acylation (( FriedelFriedel -- CraftCraft AcylationAcylation ) 반응) reaction
플라스크에 벤조일 클로라이드 13.9g(0.0989 mol), 파이렌 10.0g(0.0495 mol) 및 1,2-다이클로로에탄 87g을 첨가하였다. 이 용액에 알루미늄 클로라이드 13.2g(0.0989 mol)를 상온에서 천천히 첨가한 후 60℃로 올려 8 시간동안 교반하였다. 반응이 완결되면 메탄올을 첨가한 후 형성된 침전을 여과하여 다이벤조일파이렌을 얻었다. To the flask was added 13.9 g (0.0989 mol) of benzoyl chloride, 10.0 g (0.0495 mol) of pyrene and 87 g of 1,2-dichloroethane. 13.2 g (0.0989 mol) of aluminum chloride was slowly added to the solution at room temperature, and then stirred at 8 ° C. for 8 hours. After the reaction was completed, methanol was added and the precipitate formed was filtered to obtain dibenzoylpyrene.
제2 단계: 환원(Step 2: Reduction ( reductionreduction ) 반응) reaction
플라스크에 다이벤조일파이렌 5.00g(0.0122 mol)과 테트라하이드로퓨란 57g을 첨가하였다. 이 용액에 수소화 붕소 나트륨 4.60g(0.122 mol) 수용액을 천천히 첨가하여 24시간 동안 상온에서 교반하였다. 반응이 완결되면 5% 염화수소 용액으로 pH 7 정도로 중화한 후 에틸아세테이트로 추출하여 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물을 얻었다. To the flask was added 5.00 g (0.0122 mol) of dibenzoylpyrene and 57 g of tetrahydrofuran. To this solution was slowly added an aqueous solution of 4.60 g (0.122 mol) of sodium borohydride and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. Upon completion of the reaction, neutralized with a 5% hydrogen chloride solution to pH 7 and extracted with ethyl acetate to obtain a compound represented by the following formula (3).
[화학식3](3)
하드마스크Hard mask 조성물의 제조 Preparation of the composition
실시예Example 1 One
합성예 1에서 얻은 모노머를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)와 사이클로헥사논(cyclohexanone)(7:3 (v/v))의 혼합 용매에 녹인 후 여과하여 하드마스크 조성물을 제조하였다. The monomer obtained in Synthesis Example 1 was dissolved in a mixed solvent of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and cyclohexanone (7: 3 (v / v)), followed by filtration and hard mask composition. Was prepared.
실시예 2 Example 2
합성예 1에서 얻은 모노머 대신 합성예 2에서 얻은 모노머를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hardmask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the monomer obtained in Synthesis Example 2 was used instead of the monomer obtained in Synthesis Example 1.
비교예Comparative example 1 One
합성예 1에서 얻은 모노머 대신 비교합성예 1에서 얻은 중합체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hardmask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the polymer obtained in Comparative Synthesis Example 1 was used instead of the monomer obtained in Synthesis Example 1.
비교예Comparative example 2 2
합성예 1에서 얻은 모노머 대신 비교합성예 2에서 얻은 중합체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hardmask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the polymer obtained in Comparative Synthesis Example 2 was used instead of the monomer obtained in Synthesis Example 1.
평가 1: 내화학성Evaluation 1: Chemical Resistance
실리콘 웨이퍼 위에 실시예 1, 2와 비교예 2에 따른 10.0 중량%의 하드마스크 조성물을 스핀-온 코팅 방법으로 도포한 후, 핫플레이트 위에서 240℃로 1분간 열처리하여 박막을 형성하였다. K-MAC社의 박막두께측정기로 초기 박막 두께를 측정하였다.After applying the 10.0% by weight of the hard mask composition according to Examples 1, 2 and Comparative Example 2 on the silicon wafer by a spin-on coating method, the film was heat-treated at 240 ° C. for 1 minute on a hot plate to form a thin film. Initial thin film thickness was measured with a thin film thickness meter of K-MAC.
이어서 상기 박막을 박리액인 에틸 3-에톡시프로피오네이트 (Ethyl 3-ethoxypropionate, EEP)와 에틸 락테이드(ethyl lactate, EL)의 혼합 용매 (7:3 (v/v)에 1분 동안 담침하고 꺼낸 후 박막의 두께를 측정하였다.The thin film was then immersed in a mixed solvent of ethyl 3-ethoxypropionate (EEP) and ethyl lactate (EL) (7: 3v (v / v) for 1 minute. After immersion and removal, the thickness of the thin film was measured.
그 결과는 표 1과 같다.The results are shown in Table 1.
표 1을 참고하면, 실시예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막은 비교예 2에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막과 비교하여 담침 이후에 두께 감소율이 적은 것을 알 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the thin film formed from the hard mask composition according to Examples 1 and 2 has a smaller thickness reduction rate after immersion compared to the thin film formed from the hard mask composition according to Comparative Example 2.
이로부터 실시예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물은 비교예 2에 따른 하드마스크 조성물과 비교하여 비교적 저온인 240℃ 에서의 열처리에서도 충분한 가교가 이루어져 내화학성이 높은 박막을 형성할 수 있음을 알 수 있다.From this, it can be seen that the hard mask compositions according to Examples 1 and 2 are sufficiently crosslinked even at heat treatment at a relatively low temperature of 240 ° C. as compared with the hard mask compositions according to Comparative Example 2, thereby forming a thin film having high chemical resistance. have.
평가 2: 내열성Evaluation 2: Heat resistance
실리콘 웨이퍼 위에 실시예 1, 2와 비교예 2에 따른 10.0 중량%의 하드마스크 조성물을 스핀-온 코팅 방법으로 도포한 후, 핫플레이트 위에서 240℃로 1분간 열처리하여 박막을 형성하였다. K-MAC社의 박막두께측정기로 초기 박막의 두께를 측정하였다.After applying the 10.0% by weight of the hard mask composition according to Examples 1, 2 and Comparative Example 2 on the silicon wafer by a spin-on coating method, the film was heat-treated at 240 ° C. for 1 minute on a hot plate to form a thin film. The thickness of the initial thin film was measured with a thin film thickness meter of K-MAC.
이어서 상기 박막을 400℃에서 2분 동안 다시 열처리한 후 박막의 두께를 측정하였다.Subsequently, the thin film was heat-treated again at 400 ° C. for 2 minutes, and the thickness of the thin film was measured.
그 결과는 표 2와 같다.The results are shown in Table 2.
표 2를 참고하면, 실시예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막은 비교예 2에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막과 비교하여 400℃ 열처리 후 두께 감소율이 적은 것을 알 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the thin film formed from the hard mask composition according to Examples 1 and 2 has a smaller thickness reduction rate after heat treatment after 400 ° C. compared with the thin film formed from the hard mask composition according to Comparative Example 2.
이로부터 실시예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물은 비교예 2에 따른 하드마스크 조성물과 비교하여 박막의 가교도가 높아 400℃의 고온에서도 내열성이 높은 것을 알 수 있다.From this, it can be seen that the hard mask composition according to Examples 1 and 2 has a high crosslinking degree of thin film and high heat resistance even at a high temperature of 400 ° C. as compared with the hard mask composition according to Comparative Example 2.
평가 3: Rating 3: 내식각성Awareness of corrosion
실리콘 웨이퍼 위에 실시예 1, 2와 비교예 1, 2에 따른 13.0 중량%의 하드마스크 조성물을 스핀-온 코팅 방법으로 도포한 후, 핫플레이트 위에서 240℃로 1분간 열처리하여 박막을 형성하였다. K-MAC社의 박막두께측정기로 상기 박막의 두께를 측정하였다.After applying the 13.0% by weight of the hard mask composition according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 by the spin-on coating method on the silicon wafer, the film was heat-treated at 240 ° C. for 1 minute on a hot plate to form a thin film. The thickness of the thin film was measured by a thin film thickness gauge of K-MAC.
이어서 상기 박막에 N2/O2 혼합 기체를 사용하여 60초 동안 건식 식각한 후, 박막의 두께를 측정하였다. 또한, 상기 박막에 CFx 혼합 기체를 사용하여 100초 동안 건식 식각한 후, 박막의 두께를 측정하였다.Subsequently, after dry etching for 60 seconds using N 2 / O 2 mixed gas in the thin film, the thickness of the thin film was measured. In addition, after the dry etching for 100 seconds using a CFx mixed gas to the thin film, the thickness of the thin film was measured.
그 결과는 표 3과 같다.The results are shown in Table 3.
(Å/s)Etching rate
(Å / s)
(Å)Initial thin film thickness
(A)
박막 두께
(Å)After etching
Thin film thickness
(A)
(Å/s)Etching rate
(Å / s)
* 식각율(bulk etch rate, BER)* Bulk etch rate (BER)
: (초기 박막 두께 - 식각 후 박막 두께)/식각 시간(초): (Initial thin film thickness-thin film thickness after etching) / etching time (seconds)
표 3을 참고하면, 실시예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막은 비교예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막과 비교하여 식각율이 낮은 것을 알 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that the thin film formed from the hard mask compositions according to Examples 1 and 2 has a lower etching rate than the thin film formed from the hard mask compositions according to Comparative Examples 1 and 2.
이로부터 실시예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물은 비교예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물과 비교하여 박막의 내식각성이 높은 것을 알 수 있다.From this, it can be seen that the hard mask compositions according to Examples 1 and 2 have high etching resistance of the thin film as compared with the hard mask compositions according to Comparative Examples 1 and 2.
평가 4: 패턴 형성Evaluation 4: pattern formation
실리콘 웨이퍼 위에 3,000Å 두께의 산화규소(SiO2) 층을 화학기상증착 방법으로 형성하였다. 이어서 상기 산화규소 층 위에 실시예 1, 2와 비교예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물을 스핀-온 코팅 방법으로 도포한 후, 핫플레이트 위에서 240℃로 1분간 열처리하여 하드마스크 층을 형성하였다. 이어서 상기 하드마스크 층 위에 질화 규소(SiN) 층을 화학기상증착법에 의해 형성하였다. 이어서 KrF용 포토레지스트를 코팅하여 110℃에서 60초 동안 열처리한 후 ASML(XT: 1400, NA 0.93) 노광 장비를 사용하여 노광하고 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(2.38wt% TMAH 수용액)로 현상하였다. 이어서 상기 과정에 의해 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 CHF3/CF4 혼합가스를 사용하여 질화규소 층을 건식 식각하였다. 이어서 상기 과정에 의해 패터닝된 질화규소 층을 마스크로 N2/O2 혼합가스를 사용하여 하드마스크 층을 건식 식각하였다. 이어서 상기 과정에 의해 패터닝된 하드마스크 층을 마스크로 CHF3/CF4 혼합가스를 사용하여 산화 규소층을 건식 식각한 후, O2 가스를 사용하여 남아있는 유기물을 모두 제거하였다. A silicon oxide (SiO 2 ) layer having a thickness of 3,000 Pa was formed on the silicon wafer by chemical vapor deposition. Subsequently, the hard mask compositions according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were applied onto the silicon oxide layer by a spin-on coating method, followed by heat treatment at 240 ° C. on a hot plate for 1 minute to form a hard mask layer. Subsequently, a silicon nitride (SiN) layer was formed on the hard mask layer by chemical vapor deposition. Subsequently, a photoresist for KrF was coated and heat-treated at 110 ° C. for 60 seconds, and then exposed using an ASML (XT: 1400, NA 0.93) exposure equipment and developed with tetramethylammonium hydroxide (2.38 wt% TMAH aqueous solution). Subsequently, the silicon nitride layer was dry-etched using CHF 3 / CF 4 mixed gas as a mask using the photoresist patterned by the above procedure. Subsequently, the hard mask layer was dry-etched using N 2 / O 2 mixed gas as a mask using the silicon nitride layer patterned by the above procedure. Subsequently, the silicon oxide layer was dry-etched using CHF 3 / CF 4 mixed gas as a mask using the hard mask layer patterned by the above process, and then all remaining organic substances were removed using O 2 gas.
전자주사현미경(SEM)을 사용하여 상기 하드마스크 층 및 상기 산화규소 층 패턴의 단면을 관찰하였다. 그 결과는 표 4와 같다.The cross section of the hard mask layer and the silicon oxide layer pattern was observed using an electron scanning microscope (SEM). The results are shown in Table 4.
표 4를 참고하면, 실시예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물로 형성된 하드마스크 층 및 그 하부의 산화규소 층은 모두 수직 모양으로 패터닝된 반면, 비교예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물로 형성된 하드마스크 층은 수직 모양으로 패터닝되지 못하여 테이퍼진 모양으로 패터닝된 것을 알 수 있다.Referring to Table 4, the hard mask layer formed of the hard mask composition according to Examples 1 and 2 and the silicon oxide layer below are all patterned in a vertical shape, whereas the hard mask layer formed from the hard mask composition according to Comparative Examples 1 and 2 It can be seen that the mask layer was not patterned in a vertical shape and thus patterned in a tapered shape.
이로부터 실시예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물을 사용한 경우 비교예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물을 사용한 경우보다 식각 내성이 우수하여 양호한 패턴으로 형성되고 그로부터 하드마스크 층의 하부에 위치하는 재료층 또한 양호한 패턴으로 형성되는 것을 알 수 있다.From this, when the hard mask composition according to Examples 1 and 2 is used, the material layer is formed in a good pattern due to better etching resistance than when using the hard mask compositions according to Comparative Examples 1 and 2, and is located below the hard mask layer. It can also be seen that it is formed in a good pattern.
평가 5: 갭-필 및 평탄화 특성Evaluation 5: gap-fill and planarization characteristics
패턴화된 실리콘웨이퍼에 실시예 1, 2와 비교예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물을 스핀-온 코팅하고 240℃에서 60초 동안 열처리한 후, FE-SEM 장비를 이용하여 갭-필 특성 및 평탄화 특성을 관찰하였다.After spin-on coating the hard mask composition according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 on the patterned silicon wafer and heat-treating at 240 ° C. for 60 seconds, the gap-fill characteristics and the FE-SEM equipment were used. The planarization characteristics were observed.
갭-필 특성은 패턴 단면을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰하여 보이드(void) 발생 유무로 판별하였고, 평탄화 특성은 하기 계산식 1로 수치화하였다. 평탄화 특성은 h1 및 h2의 차이가 크기 않을수록 우수한 것이므로 그 수치가 작을수록 평탄화 특성이 우수한 것이다.The gap-fill characteristics were determined by the presence of voids by observing the pattern cross section with an electron scanning microscope (SEM), and the planarization characteristics were quantified by Equation 1 below. The flattening characteristics are excellent as the difference between h 1 and h 2 is not large, and the smaller the number, the better the flattening characteristics.
[계산식][formula]
그 결과는 표 5와 같다.The results are shown in Table 5.
표 5를 참고하면, 실시예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물을 사용한 경우 비교예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물을 사용한 경우와 비교하여 평탄화 정도가 우수하고 보이드 또한 관찰되지 않아 우수한 갭-필 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. Referring to Table 5, in the case of using the hard mask composition according to Examples 1 and 2, compared to the case of using the hard mask composition according to Comparative Examples 1 and 2, the degree of planarization was excellent and no voids were observed, thereby providing excellent gap-fill characteristics. It can be seen that represents.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And falls within the scope of the invention.
Claims (10)
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
A는 치환 또는 비치환된 벤젠 기, 치환 또는 비치환된 나프탈렌 기, 치환 또는 비치환된 바이페닐 기 또는 이들의 조합이고,
A'는 치환 또는 비치환된 다환 방향족 기(polycyclic aromatic group)이고,
L은 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기이고,
n은 1 내지 5 이다.
Monomer for a hard mask composition represented by the formula (1):
[Formula 1]
In Chemical Formula 1,
A is a substituted or unsubstituted benzene group, a substituted or unsubstituted naphthalene group, a substituted or unsubstituted biphenyl group or a combination thereof,
A 'is a substituted or unsubstituted polycyclic aromatic group,
L is a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkylene group,
n is 1-5.
상기 다환 방향족 기는 피렌 기, 퍼릴렌 기, 벤조퍼릴렌 기, 코로넨 기 또는 이들의 조합을 포함하는 하드마스크 조성물용 모노머.
In claim 1,
The polycyclic aromatic group is a monomer for a hard mask composition comprising a pyrene group, a perylene group, a benzoperylene group, a coronene group or a combination thereof.
상기 모노머는 하기 화학식 1a로 표현되는 하드마스크 조성물용 모노머.
[화학식 1a]
상기 화학식 1a에서,
L1 및 L2는 각각 독립적으로 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기이다.
In claim 1,
The monomer is a monomer for a hard mask composition represented by the formula (1a).
[Formula 1a]
In formula (1a)
L 1 and L 2 are each independently a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkylene group.
상기 모노머는 하기 화학식 1aa 또는 1ab로 표현되는 하드마스크 조성물용 모노머:
[화학식 1aa]
[화학식 1ab]
4. The method of claim 3,
The monomer is a monomer for a hard mask composition represented by Formula 1aa or 1ab:
(1aa)
[Chemical Formula 1ab]
상기 모노머는 500 내지 3,000 의 분자량을 가지는 하드마스크 조성물용 모노머.
In claim 1,
The monomer is a monomer for a hard mask composition having a molecular weight of 500 to 3,000.
용매
를 포함하는 하드마스크 조성물.
The monomer according to any one of claims 1 to 5, and
menstruum
Hard mask composition comprising a.
상기 모노머는 상기 하드마스크 조성물 총함량에 대하여 0.1 내지 30 중량%로 포함되어 있는 하드마스크 조성물.
The method of claim 6,
The monomer is a hard mask composition containing 0.1 to 30% by weight based on the total content of the hard mask composition.
상기 재료 층 위에 제6항에 따른 하드마스크 조성물을 적용하는 단계,
상기 하드마스크 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계,
상기 하드마스크 층 위에 실리콘 함유 박막층을 형성하는 단계,
상기 실리콘 함유 박막층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계,
상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계,
상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 실리콘 함유 박막층 및 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고
상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계
를 포함하는 패턴 형성 방법.
Providing a layer of material over the substrate,
Applying a hardmask composition according to claim 6 on said material layer,
Heat treating the hard mask composition to form a hard mask layer,
Forming a silicon-containing thin film layer on the hard mask layer,
Forming a photoresist layer on the silicon-containing thin film layer,
Exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern,
Selectively removing the silicon-containing thin film layer and the hard mask layer using the photoresist pattern and exposing a portion of the material layer, and
Etching the exposed portion of the material layer
≪ / RTI >
상기 하드마스크 조성물을 적용하는 단계는 스핀-온 코팅 방법으로 수행하는 패턴 형성 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the step of applying the hard mask composition is performed by a spin-on coating method.
상기 하드마스크 층을 형성하는 단계는 100 내지 500℃에서 열처리하는 패턴 형성 방법.9. The method of claim 8,
Forming the hard mask layer is a pattern forming method which is heat-treated at 100 to 500 ℃.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9725389B2 (en) | 2011-12-30 | 2017-08-08 | Cheil Industries, Inc. | Monomer for a hardmask composition, hardmask composition comprising the monomer, and method for forming a pattern using the hardmask composition |
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