WO2014129701A1 - 모노머, 상기 모노머를 포함하는 하드마스크 조성물 및 상기 하드마스크 조성물을 사용하는 패턴형성방법 - Google Patents

모노머, 상기 모노머를 포함하는 하드마스크 조성물 및 상기 하드마스크 조성물을 사용하는 패턴형성방법 Download PDF

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이성재
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박유정
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    • G03F7/34—Imagewise removal by selective transfer, e.g. peeling away

Definitions

  • It relates to a monomer, a hard mask composition comprising the monomer, and a pattern formation method using the hard mask composition.
  • a typical lithographic technique involves forming a material layer on a semiconductor substrate, coating a photoresist layer thereon, exposing and developing a photoresist pattern, and then etching the material layer using the photoresist pattern as a mask. do.
  • a fine pattern may be formed by forming a layer called a hardmask layer between the material layer to be etched and the photoresist layer.
  • the hard mask layer serves as an interlayer that transfers the fine pattern of the photoresist to the material layer through a selective etching process. Therefore, the hard mask layer requires properties such as heat resistance and etching resistance to withstand multiple etching processes.
  • One embodiment provides a monomer for a hard mask composition that can reduce the generation of outgas by having excellent crosslinkability.
  • Another embodiment provides a hardmask composition comprising the monomer.
  • Another embodiment provides a method of forming a pattern using the hard mask composition.
  • a monomer for a hard mask composition represented by Chemical Formula 1 is provided:
  • A is a substituted or unsubstituted polycyclic aromatic group
  • a ' is a substituted or unsubstituted C6 to C20 arylene group
  • X is an epoxy group
  • l is an integer of 0 to 6
  • m and n are each independently an integer of 1 to 4.
  • A may be a substituted or unsubstituted polycyclic aromatic group selected from Group 1 below.
  • a ′ may be a C6 to C20 arylene group substituted with a hydroxy group, thionyl group, thiol group, cyano group, substituted or unsubstituted amino group, substituted or unsubstituted C1 to C10 alkylamine group, or a combination thereof.
  • the monomer may be represented by any one of the following Chemical Formulas 2 to 5.
  • n is each independently an integer of 1 to 4.
  • the monomer may have a molecular weight of 200 to 5,000.
  • a hard mask composition including the monomer and the solvent is provided.
  • the monomer may be included in about 0.1 to 50% by weight based on the total content of the hard mask composition.
  • 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.
  • Applying the hard mask composition may be performed by a spin-on coating method.
  • Forming the hard mask layer may include a heat treatment at 100 °C to 500 °C.
  • '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
  • hetero means containing 1 to 3 heteroatoms selected from N, O, S and P.
  • Hard mask composition according to one embodiment may be represented by the formula (1).
  • A is a substituted or unsubstituted polycyclic aromatic group
  • a ' is a substituted or unsubstituted C6 to C20 arylene group
  • X is an epoxy group
  • l is an integer of 0 to 6
  • m and n are each independently an integer of 1 to 4.
  • the monomer has a polycyclic aromatic group, rigid properties can be secured.
  • the epoxy group may increase the crosslinking force of the monomer during curing to increase the crosslinking density. Therefore, it can be cured at a relatively low temperature to form a highly uniform thin film excellent in chemical resistance and etching resistance.
  • the number of epoxy groups connected to the polycyclic aromatic group is 1 to 4, and in particular, may be 2 or more.
  • the monomer may include an epoxy group in the substituent as well as the core.
  • A may be a substituted or unsubstituted polycyclic aromatic group selected from Group 1 below.
  • a thin film was formed by heat treatment at 240 ° C. and 400 ° C. for 120 seconds on a hot plate. Subsequently, the thickness of the thin film was measured with a thin film thickness meter manufactured by K-MAC.
  • the thin film was dry etched for 60 seconds using N 2 / O 2 mixed gas, and then the thickness of the thin film was measured.
  • the thin film was dry etched for 100 seconds using CF x gas and the thickness of the thin film was measured.
  • the thin film formed from the hard mask compositions according to Examples 1 and 2 has a low etching rate due to sufficient etching resistance to the etching gas as compared with the thin film formed from the hard mask compositions according to Comparative Examples 1 and 2. You can see that.

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Abstract

하기 화학식 1로 표현되는 하드마스크 조성물용 모노머, 상기 모노머를 포함하는 하드마스크 조성물 및 상기 하드마스크 조성물을 사용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

Description

모노머, 상기 모노머를 포함하는 하드마스크 조성물 및 상기 하드마스크 조성물을 사용하는 패턴형성방법
모노머, 상기 모노머를 포함하는 하드마스크 조성물 및 상기 하드마스크 조성물을 사용하는 패턴형성방법에 관한 것이다.
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.
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.
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.
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 내열성 및 내식각성 등의 특성이 요구된다.
일 구현예는 우수한 가교성을 가짐으로써 아웃가스의 발생을 저감할 수 있는 하드마스크 조성물용 모노머를 제공한다.
다른 구현예는 상기 모노머를 포함하는 하드마스크 조성물을 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 하드마스크 조성물을 사용한 패턴 형성 방법을 제공한다.
일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표현되는 하드마스크 조성물용 모노머를 제공한다:
[화학식 1]
Figure PCTKR2013003993-appb-I000001
상기 화학식 1에서,
A는 치환 또는 비치환된 다환 방향족 기이고, A′는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고, X는 에폭시기이고, Y는 수소, 히드록시기, C1 내지 C10 알킬아민기, 아미노기(-NH2), 카보닐기(=O), 또는 이들의 조합이고, l은 0 내지 6인 정수이고, m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 4인 정수이다.
상기 A는 하기 그룹 1에서 선택된 치환 또는 비치환된 다환 방향족 기일 수 있다.
[그룹 1]
Figure PCTKR2013003993-appb-I000002
상기 A′는 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬아민기 또는 이들의 조합으로 치환된 C6 내지 C20 아릴렌기일 수 있다.
상기 모노머는 하기 화학식 2 내지 하기 화학식 5 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
[화학식 2]
Figure PCTKR2013003993-appb-I000003
[화학식 3]
Figure PCTKR2013003993-appb-I000004
[화학식 4]
Figure PCTKR2013003993-appb-I000005
[화학식 5]
Figure PCTKR2013003993-appb-I000006
상기 화학식 2 내지 5에서, n은 각각 독립적으로 1 내지 4인 정수이다.
상기 모노머는 200 내지 5,000의 분자량을 가질 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상술한 모노머 및 용매를 포함하는 하드마스크 조성물을 제공한다.
상기 모노머는 상기 하드마스크 조성물의 총 함량에 대하여 약 0.1 내지 50 중량%로 포함될 수 있다.
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.
상기 하드마스크 조성물을 적용하는 단계는 스핀-온 코팅 방법으로 수행할 수 있다.
상기 하드마스크 층을 형성하는 단계는 100℃ 내지 500℃에서 열처리하는 과정을 포함할 수 있다.
우수한 가교성을 가짐으로써 아웃가스의 발생을 저감할 수 있는 동시에 내식각성을 개선할 수 있다.
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.
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.
또한, 본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '헤테로'란, N, O, S 및 P에서 선택된 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유한 것을 의미한다.
이하 일 구현예에 따른 하드마스크 조성물용 모노머를 설명한다.
일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2013003993-appb-I000007
상기 화학식 1에서,
A는 치환 또는 비치환된 다환 방향족 기이고, A′는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고, X는 에폭시기이고, Y는 수소, 히드록시기, C1 내지 C10 알킬아민기, 아미노기(-NH2), 카보닐기(=O), 또는 이들의 조합이고, l은 0 내지 6인 정수이고, m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 4인 정수이다.
상기 모노머는 코어(core)에 위치하는 다환 방향족 기를 포함하고, 상기 다환 방향족 기에 연결되어 있는 에폭시기를 포함한다.
상기 모노머는 다환 방향족 기를 가짐으로써, 강직한(rigid) 특성을 확보할 수 있다.
상기 에폭시기는 경화시 모노머의 가교력을 높여 가교 밀도를 높일 수 있다. 따라서 비교적 저온에서 경화되어 내화학성 및 내식각성이 우수한 균일도 높은 박막을 형성할 수 있다. 상기 다환 방향족 기에 연결되어 있는 에폭시기의 수는 1 내지 4이며, 그 중에서도 2 이상일 수 있다.
한편 코어에 연결된 치환기는 C6 내지 C20 아릴렌기를 포함하며, 상기 아릴렌기의 탄소수를 변경함에 따라 물성 조절이 가능하다.
상기 모노머는 코어뿐만 아니라 치환기에도 에폭시기를 포함할 수 있다.
상기 A는 하기 그룹 1에서 선택된 치환 또는 비치환된 다환 방향족 기일 수 있다.
[그룹 1]
Figure PCTKR2013003993-appb-I000008
상기 그룹 1에서, 각 고리의 연결 위치는 특별히 한정되지 않으며, 각 고리는 치환 또는 비치환될 수 있다. 상기 그룹 1에 나열된 고리가 치환된 고리인 경우, 예컨대 C1 내지 C20 알킬기, 할로겐 원자, 히드록시기 등으로 치환될 수 있으나, 치환기는 한정되지 않는다.
상기 C6 내지 C20 아릴렌기는 적어도 하나의 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬아민기 또는 이들의 조합으로 치환될 수 있으며, 이들은 상기 화학식 1에서 Y로 표현되는 작용기와의 축합 반응을 바탕으로 증폭 가교가 가능하다.
상기 모노머는 하기 화학식 2 내지 하기 화학식 5 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
[화학식 2]
Figure PCTKR2013003993-appb-I000009
[화학식 3]
Figure PCTKR2013003993-appb-I000010
[화학식 4]
Figure PCTKR2013003993-appb-I000011
[화학식 5]
Figure PCTKR2013003993-appb-I000012
상기 화학식 2 내지 5에서, n은 각각 독립적으로 1 내지 4인 정수이다.
상기 모노머는 200 내지 5000의 분자량을 가질 수 있으며, 그 중에서 300 내지 2,000일 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.
이하 일 구현예에 따른 하드마스크 조성물에 대하여 설명한다.
일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 상술한 모노머 및 용매를 포함한다.
상기 모노머는 전술한 바와 같으며, 1종의 모노머가 단독으로 포함될 수도 있고 2종 이상의 모노머가 혼합되어 포함될 수도 있다.
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.
상기 모노머는 상기 하드마스크 조성물 총 함량에 대하여 약 0.1 내지 50 중량%로 포함될 수 있다. 상기 모노머가 상기 범위로 포함됨으로써 목적하고자 하는 두께의 박막으로 코팅 할 수 있다.
상기 하드마스크 조성물은 추가적으로 계면 활성제를 더 포함할 수 있다.
상기 계면 활성제는 예컨대 알킬벤젠설폰산 염, 알킬피리디늄 염, 폴리에틸렌글리콜, 제4 암모늄 염 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
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.
이하 상술한 하드마스크 조성물을 사용하여 패턴을 형성하는 방법에 대하여 설명한다.
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.
상기 기판은 예컨대 실리콘웨이퍼, 유리 기판 또는 고분자 기판일 수 있다.
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.
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 50Å 내지 50,000Å 두께로 도포될 수 있다.
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.
상기 실리콘 함유 박막층은 예컨대 질화규소 또는 산화규소로 만들어질 수 있다.
또한 상기 실리콘 함유 박막층 상부에 바닥 반사방지 층(bottom anti-reflective coating, BARC)을 더 형성할 수도 있다.
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.
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.
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.
이하 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
모노머의 합성
합성예 1
질소 대기 하에서 2,7-디(옥시란-2-일)피렌(2,7-di(oxiran-2-yl)pyrene) 2.86 g(0.01 mol)과 2-나프토일클로라이드(2-naphthoylchloride) 5.72 g(0.03 mol) 및 디클로로에탄(dichloroethane) 50ml를 100ml 플라스크에 넣고 1시간 교반한 후, 여기에 AlCl3 2.93 g(0.022 mol)을 천천히 투입하였다. 이어서 상온에서 교반하였다. 겔 투과 크로마토그래피(gel permeation chromatography, GPC)로 시작물질이 모두 제거된 것을 확인한 후, 탈이온수 50ml를 투입하여 반응을 종료하였다(12hr, RT). 에틸아세테이트 50ml로 유기층을 추출한 후, 상기 유기층을 탈이온수 30ml로 2번 세정하고 감압농축하여 하기 화학식 6로 표현되는 화합물을 얻었다.
[화학식 6]
Figure PCTKR2013003993-appb-I000013
수율은 81%이고, 얻어진 화합물의 평균분자량은 510이었다.
합성예 2
질소 대기 하에서 1,7-디비닐피렌(1,7-divinylperylene) 3 g(0.29 mol)과 과벤조산(perbenzoic acid) 1.41g(0.3 mol) 및 클로로포름 50ml을 100ml 플라스크에 넣고 0℃에서 24시간 교반한 후, NaOH 용액 50ml을 추가하였다. 30분 간 교반한 후 유기층을 추출하여 물 30ml으로 2회 세정하였다. 유기층에 Na2SO4 1g을 넣어 물을 제거한 뒤 유기층을 감압 농축하여, 2,7-디(옥시란-2-일)피렌(2,7-di(oxiran-2-yl)perylene)을 얻었다.
상기 2,7-디(옥시란-2-일)피렌 3.36 g(0.01 mol)과 4-히드록시 벤조일 클로라이드(4-hydroxybenzoylchloride) 4.68 g(0.03 mol) 및 디클로로에탄 50ml를 100ml 플라스크에 넣고 1시간 교반한 후, AlCl3 4.39 g(0.033 mol)을 천천히 투입하였다. 이어서 상온에서 교반하였다. 겔 투과 크로마토그래피(gel permeation chromatography, GPC)로 시작물질이 모두 제거된 것을 확인한 후, 탈이온수 50ml를 투입하여 반응을 종료하였다(18hr, RT). 에틸아세테이트 50ml로 유기층을 추출한 후, 상기 유기층을 탈이온수 30ml로 2번 세정하고 감압농축하여 하기 화학식 7로 표현되는 화합물을 얻었다.
[화학식 7]
Figure PCTKR2013003993-appb-I000014
수율은 72%이고, 얻어진 화합물의 평균분자량은 565이었다.
비교합성예 1
피렌을 시작 물질로 사용한 것을 제외하고는 합성예 1과 동일한 방법으로 합성하여 하기 화학식 8로 표현되는 화합물을 얻었다.
[화학식 8]
Figure PCTKR2013003993-appb-I000015
수율은 68%이고, 얻어진 화합물의 평균분자량은 470이었다.
비교합성예 2
퍼릴렌을 시작 물질로 사용한 것을 제외하고는 합성예 2와 동일한 방법으로 합성하여 하기 화학식 9로 표현되는 화합물을 얻었다.
[화학식 9]
Figure PCTKR2013003993-appb-I000016
수율은 79%이고, 얻어진 화합물의 평균분자량은 553 이었다.
하드마스크 조성물의 제조
실시예 1
합성예 1에서 얻은 화합물 1g을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA) 9g에 완전히 용해하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.
실시예 2
합성예 2에서 얻은 화합물 1g을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 9g에 완전히 용해하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.
비교예 1
비교합성예 1에서 얻은 화합물 1g을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 9g에 완전히 용해하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.
비교예 2
비교합성예 2에서 얻은 화합물 1g을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 9g에 완전히 용해하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.
평가
평가 1: 아웃가스 평가
실리콘 웨이퍼 위에 실시예 1, 2와 비교예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물을 스핀-온 코팅 방법으로 도포하여 약 2,000Å 두께의 박막을 형성하였다. 그 후 180℃에서 120초 간 베이크 시에 생성되는 아웃 가스를 QCM(Quartz Crystal Microbalance)을 이용하여 측정하였다.
아웃 가스 평가 결과는 표 1과 같다.
표 1
아웃가스 (ng/100Å)
실시예 1 1.7
실시예 2 1.6
비교예 1 2.4
비교예 2 2.1
표 1을 참고하면, 실시예 1 및 2에 따른 하드마스크 조성물을 사용한 경우는 비교예 1 및 2에 따른 하드마스크 조성물을 사용한 경우와 비교하여 동일한 온도 조건(180℃)에서 아웃가스의 발생량이 적음을 알 수 있다.
이는 실시예 1 및 2에 따른 하드마스크 조성물은 비교예 1 및 2에 따른 하드마스크 조성물에 비해 우수한 가교성을 가지기 때문인 것으로 이해되며, 이에 따라 실시예 1 및 2에 따른 하드마스크 조성물을 사용하는 경우 안정적으로 베이크 공정을 수행할 수 있음을 알 수 있다.
평가 2: 내식각성 평가
실리콘웨이퍼 위에 실시예 1, 2와 비교예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물을 스핀-온 코팅 방법으로 도포한 후, 핫 플레이트에서 240℃ 및 400℃에서 120초간 열처리하여 박막을 각각 형성하였다. 이어서 K-MAC 사의 박막두께측정기로 상기 박막의 두께를 측정하였다.
이어서 상기 박막을 N2/O2 혼합 가스를 사용하여 60초 동안 건식 식각한 후 박막의 두께를 측정하였다. 또한 상기 박막을 CFx 가스를 사용하여 100초 동안 건식 식각한 후 박막의 두께를 측정하였다.
건식 식각 전후의 박막의 두께와 식각 시간으로부터 하기 계산식 1에 의해 식각율(bulk etch rate, BER)을 계산하였다.
[계산식 1]
(초기 박막 두께 - 식각 후 박막 두께)/식각 시간 (Å/s)
그 결과는 표 2과 같다.
표 2
식각율(Å/s)
N2/O2 CFX
240 ℃ 400 ℃ 240 ℃ 400 ℃
실시예 1 22.08 18.71 24.54 26.17
실시예 2 21.24 17.36 23.22 26.20
비교예 1 24.72 22.35 27.07 30.33
비교예 2 23.57 22.21 26.94 29.12
표 2를 참고하면, 실시예 1 및 2에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막은 비교예 1 및 2에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막과 비교하여 식각 가스에 대한 충분한 내식각성이 있어서 낮은 식각율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
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.

Claims (14)

  1. 하기 화학식 1로 표현되는 하드마스크 조성물용 모노머:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2013003993-appb-I000017
    상기 화학식 1에서,
    A는 치환 또는 비치환된 다환 방향족 기이고,
    A′는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고,
    X는 에폭시기이고,
    Y는 수소, 히드록시기, C1 내지 C10 알킬아민기, 아미노기(-NH2), 카보닐기(=O), 또는 이들의 조합이고,
    l은 0 내지 6인 정수이고,
    m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 4인 정수이다.
  2. 제1항에서,
    상기 A는 하기 그룹 1에서 선택된 치환 또는 비치환된 다환 방향족 기인 모노머:
    [그룹 1]
    Figure PCTKR2013003993-appb-I000018
  3. 제1항에서,
    상기 A′는 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬아민기 또는 이들의 조합으로 치환된 C6 내지 C20 아릴렌기인 모노머.
  4. 제1항에서,
    하기 화학식 2 내지 하기 화학식 5 중 어느 하나로 표현되는 하드마스크 조성물용 모노머:
    [화학식 2]
    Figure PCTKR2013003993-appb-I000019
    [화학식 3]
    Figure PCTKR2013003993-appb-I000020
    [화학식 4]
    Figure PCTKR2013003993-appb-I000021
    [화학식 5]
    Figure PCTKR2013003993-appb-I000022
    상기 화학식 2 내지 5에서, n은 각각 독립적으로 1 내지 4인 정수이다.
  5. 제1항에서,
    상기 모노머는 200 내지 5,000의 분자량을 가지는 모노머.
  6. 하기 화학식 1로 표현되는 모노머, 그리고
    용매
    를 포함하는 하드마스크 조성물:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2013003993-appb-I000023
    상기 화학식 1에서,
    A는 치환 또는 비치환된 다환 방향족 기이고,
    A′는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고,
    X는 에폭시기이고,
    Y는 수소, 히드록시기, C1 내지 C10 알킬아민기, 아미노기(-NH2), 카보닐기(=O), 또는 이들의 조합이고,
    l은 0 내지 6인 정수이고,
    m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 4인 정수이다.
  7. 제6항에서,
    상기 A는 하기 그룹 1에서 선택된 치환 또는 비치환된 다환 방향족 기인 하드마스크 조성물:
    [그룹 1]
    Figure PCTKR2013003993-appb-I000024
  8. 제6항에서,
    상기 A′는 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬아민기, 또는 이들의 조합으로 치환된 C6 내지 C20 아릴렌기인 하드마스크 조성물.
  9. 제6항에서,
    상기 모노머는 하기 화학식 2 내지 하기 화학식 5 중 어느 하나로 표현되는 하드마스크 조성물:
    [화학식 2]
    Figure PCTKR2013003993-appb-I000025
    [화학식 3]
    Figure PCTKR2013003993-appb-I000026
    [화학식 4]
    Figure PCTKR2013003993-appb-I000027
    [화학식 5]
    Figure PCTKR2013003993-appb-I000028
    상기 화학식 2 내지 5에서, n은 각각 독립적으로 1 내지 4인 정수이다.
  10. 제6항에서,
    상기 모노머는 200 내지 5000의 분자량을 가지는 하드마스크 조성물.
  11. 제6항에서,
    상기 모노머는 상기 하드마스크 조성물의 총 함량에 대하여 0.1 내지 50 중량%로 포함되어 있는 하드마스크 조성물.
  12. 기판 위에 재료 층을 제공하는 단계,
    상기 재료 층 위에 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 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.
  13. 제12항에서,
    상기 하드마스크 조성물을 적용하는 단계는 스핀-온 코팅 방법으로 수행하는 패턴 형성 방법.
  14. 제12항에서,
    상기 하드마스크 층을 형성하는 단계는 100℃ 내지 500℃에서 열처리하는 과정을 포함하는 패턴 형성 방법.
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