KR101357611B1 - 에칭률이 우수한 유기 반사방지막 형성용 중합체 및 이를포함하는 조성물 - Google Patents

에칭률이 우수한 유기 반사방지막 형성용 중합체 및 이를포함하는 조성물 Download PDF

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Abstract

에칭률(etch rate)이 우수할 뿐 만 아니라, 고굴절률을 갖는 유기 반사방지막 형성용 중합체 및 이를 포함하는 조성물이 개시된다. 상기 유기 반사방지막 형성용 중합체는 하기 화학식으로 표시되는 반복단위를 포함한다.
Figure 112008008379133-pat00001
상기 화학식에서, R1은 수소(H) 또는 메틸기(-CH3)이고, R2는 S, O 또는 NH 이며, R3는 황(S)을 포함하는 헤테로고리기이다.
유기반사방지막, 굴절률, 접착력, 포토리쏘그래피

Description

에칭률이 우수한 유기 반사방지막 형성용 중합체 및 이를 포함하는 조성물{Polymer for forming organic anti-reflective coating layer having high etch rate, and composition including the same}
본 발명은 유기 반사방지막 형성용 중합체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에칭률(etch rate)이 우수할 뿐 만 아니라, 고굴절률을 갖는 유기반사방지막 형성용 중합체 및 이를 포함하는 조성물에 관한 것이다.
최근, 포토리쏘그래피 공정에 있어서, 포토레지스트 패턴의 한계 해상도를 향상시키기 위하여, 파장이 짧은 ArF(193nm) 엑사이머 레이저 등이 노광원으로 사용되고 있다. 그러나, 노광원의 파장이 짧아지면, 반도체 기판의 피식각층에서 반사되는 반사광에 의한 광 간섭 효과가 증대되고, 언더컷팅(undercutting), 노칭(notching) 등에 의하여 패턴 프로파일이 불량해지거나, 크기 균일도가 저하되는 문제가 발생한다. 이를 방지하기 위하여, 피식각층과 포토레지스트막 사이에 노광광(반사광)을 흡수하기 위한 반사방지막(bottom anti-reflective coatings: BARCs) 이 통상적으로 형성되고 있다. 이와 같은 반사방지막은 사용되는 물질의 종류에 따라, 티탄, 이산화티탄, 질화티탄, 산화크롬, 탄소, 비정질(amorphous) 실리콘 등의 무기계 반사방지막과 고분자 재료로 이루어진 유기계 반사방지막으로 구분된다. 일반적으로 유기계 반사방지막은, 무기계 반사방지막과 비교하여, 막 형성을 위한 진공증발장치, 화학기상증착(chemical vapor deposition: CVD) 장치, 스퍼터(sputter) 장치 등을 필요로 하지 않고, 방사선에 대한 흡수성이 우수하며, 가열, 코팅, 건조되는 동안 저분자량의 물질이 유기 반사방지막으로부터 포토레지스트막으로 확산되지 않으며, 포토레지스트에 대한 건식 식각 공정에서 에칭률(etch rate, 식각률)이 상대적으로 우수하다는 장점이 있다.
본 발명의 목적은, ArF 등의 다양한 방사선을 노광원으로 사용하는 포토리쏘그래피 공정에서, 에칭률 및 굴절률이 모두 우수한 유기 반사방지막 형성용 중합체 및 이를 포함하는 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 언더컷팅, 노칭 등을 효과적으로 억제할 수 있는 유기 반사방지막 형성용 중합체 및 이를 포함하는 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 반복단 위를 포함하는 유기 반사방지막 형성용 중합체를 제공한다.
Figure 112008008379133-pat00002
상기 화학식 1에서, R1은 수소(H) 또는 메틸기(-CH3)이고, R2는 S, O 또는 NH 이며, R3는 황(S)을 포함하는 헤테로고리기이다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 유기 반사방지막 형성용 중합체 0.1 내지 69.9중량%; 노광광을 흡수하는 광흡수제 0.1 내지 30중량%; 및 상기 유기 반사방지막 형성용 중합체를 용해시키는 유기용매 30 내지 99.8중량%를 포함하는 유기 반사방지막 형성용 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 유기 반사방지막 형성용 중합체 및 이를 포함하는 조성물은, 에칭률 및 굴절률이 모두 우수한 유기 반사방지막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 반사광에 의한 언더컷팅, 노칭 등을 효과적으로 억제할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 유기 반사방지막 형성용 중합체는, 주쇄(main chain)가 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide) 구조를 가지는 것으로서, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112008008379133-pat00003
상기 화학식 1에서, R1은 수소(H) 또는 메틸기(-CH3)이고, R2는 S, O 또는 NH 이며, R3는 황(S)을 포함하는 헤테로고리기, 바람직하게는 황(S)을 포함하는 탄소수 2 내지 10의 헤테로고리기로서, 필요에 따라 질소(N) 등의 이종원소를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 유기 반사방지막 형성용 중합체에 있어서, 중합체를 구성하는 전체 반복단위에 대하여, 상기 화학식 1의 반복단위의 몰%는 1~99몰%, 바람직하게는 1 내지 98몰%, 더욱 바람직하게는 5~90몰%이며, 나머지 반복단위는 유기 반사방지막 형성용 중합체에 사용되는 통상의 반복단위를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유기반사방지막 형성용 중합체는, 하기 화학식 1a에 나타낸 바와 같이, R4를 포함하는 반복단위를 더욱 포함하거나, 하기 화학식 1b에 나타낸 바와 같이, R4 및 R5를 포함하는 반복단위를 더욱 포함하는 것이 바람직하다.
[화학식 1a]
Figure 112008008379133-pat00004
상기 화학식 1a에서, R1은 각각 독립적으로 수소(H) 또는 메틸기(-CH3)이고, R2는 각각 독립적으로 S, O 또는 NH 이며, R3는 황(S)을 포함하는 헤테로고리기, 바람직하게는 황(S)을 포함하는 탄소수 2 내지 10의 헤테로고리기, 더욱 바람직하게는 황(S) 및 질소(N)을 포함하는 탄소수 2 내지 10의 헤테로고리기이며, R4는 히드록시기(-OH)를 포함하는 기(group), 바람직하게는 히드록시기(-OH)를 포함하는 탄소수 1 내지 20의 탄화수소기로서, 더욱 바람직하게는 히드록시기(-OH)를 포함하는 탄소수 1 내지 20의 선형 또는 가지형 알킬기로서, 필요에 따라 황(S) 등의 이종원소를 포함할 수 있으며, a 및 b는 상기 중합체를 구성하는 반복단위의 몰%로서, 각각 독립적으로 1~99몰% 및 1~99몰%이고, 바람직하게는 5~95몰% 및 5~95몰%이다.
[화학식 1b]
Figure 112008008379133-pat00005
상기 화학식 1b에서, R1, R2, R3 및 R4는 화학식 1a에서 정의한 바와 같고, R5는 페닐(phenyl)기를 포함하는 기(group), 바람직하게는 페닐기를 포함하는 탄소수 6 내지 20의 탄화수소기로서, 필요에 따라 황(S) 등의 이종원소 또는 히드록시기(- OH) 등의 치환기를 포함할 수 있고, a, b 및 c는 상기 중합체를 구성하는 반복단위의 몰%로서, 각각 독립적으로 1~98몰%, 1~98몰% 및 1~98몰%, 더욱 바람직하게는 5~90몰%, 5~90몰% 및 5~90몰%이다.
상기 R3의 구체적인 예로는
Figure 112008008379133-pat00006
,
Figure 112008008379133-pat00007
,
Figure 112008008379133-pat00008
,
Figure 112008008379133-pat00009
,
Figure 112008008379133-pat00010
,
Figure 112008008379133-pat00011
,
Figure 112008008379133-pat00012
,
Figure 112008008379133-pat00013
,
Figure 112008008379133-pat00014
,
Figure 112008008379133-pat00015
등을 예시할 수 있고, 상기 R4의 구체적인 예로는
Figure 112008008379133-pat00016
,
Figure 112008008379133-pat00017
,
Figure 112008008379133-pat00018
,
Figure 112008008379133-pat00019
,
Figure 112008008379133-pat00020
등을 예시할 수 있으며, 상기 R5의 구체적인 예로는
Figure 112008008379133-pat00021
,
Figure 112008008379133-pat00022
,
Figure 112008008379133-pat00023
,
Figure 112008008379133-pat00024
,
Figure 112008008379133-pat00025
등을 예시할 수 있다.
상기 화학식 1a로 표시되는 유기 반사방지막 형성용 중합체는, (i) 황(S)을 포함하는 헤테로고리 화합물을 (메타)크릴산 또는 (메타)크릴산 할라이드와 반응시켜, R2 및 R3를 포함하는 불포화 에틸렌 단량체를 얻고, 이를 산화시켜 옥시란(oxirane) 단량체를 얻고, (ii) 히드록시기(-OH)를 포함하는 화합물을 (메타)크 릴산 또는 (메타)크릴산 할라이드와 반응시켜, R2 및 R4를 포함하는 불포화 에틸렌 단량체를 얻고, 이를 산화시켜 옥시란(oxirane) 단량체를 얻고, (iii) 페닐(phenyl)기를 포함하는 화합물을 (메타)크릴산 또는 (메타)크릴산 할라이드와 반응시켜, R2 및 R5를 포함하는 불포화 에틸렌 단량체를 얻고, 이를 산화시켜 옥시란(oxirane) 단량체를 얻은 다음, 상기 (ii) 반응의 생성물과 (i) 반응의 생성물을 중합하거나, 필요에 따라, (iii) 반응 생성물을 더욱 중합하여 제조할 수 있다.
상기 황(S)을 포함하는 헤테로고리 화합물(R2 및 R3)로는,
Figure 112008008379133-pat00026
(화학식 2a),
Figure 112008008379133-pat00027
(화학식 2b),
Figure 112008008379133-pat00028
(화학식 2c),
Figure 112008008379133-pat00029
(화학식 2d),
Figure 112008008379133-pat00030
(화학식 2e),
Figure 112008008379133-pat00031
(화학식 2f),
Figure 112008008379133-pat00032
(화학식 2g),
Figure 112008008379133-pat00033
(화학식 2h),
Figure 112008008379133-pat00034
(화학식 2i),
Figure 112008008379133-pat00035
(화학식 2j),
Figure 112008008379133-pat00036
(화학식 2k) 등을 예시할 수 있고,
상기 히드록시기(-OH)를 포함하는 화합물(R2 및 R4)로는,
Figure 112008008379133-pat00037
(화학식 3a),
Figure 112008008379133-pat00038
(화학식 3b) 등을 예시할 수 있으며,
상기 페닐(phenyl)기를 포함하는 화합물(R2 및 R5)로는,
Figure 112008008379133-pat00039
(화학식 4a),
Figure 112008008379133-pat00040
(화학식 4b),
Figure 112008008379133-pat00041
(화학식 4c),
Figure 112008008379133-pat00042
(화학식 4d),
Figure 112008008379133-pat00043
(화학식 4e) 등을 예시할 수 있다.
또한, (i) 상기 황(S)을 포함하는 헤테로고리 화합물의 불포화 에틸렌 단량체로는,
Figure 112008008379133-pat00044
(화학식 5a),
Figure 112008008379133-pat00045
(화학식 5b),
Figure 112008008379133-pat00046
(화학식 5c),
Figure 112008008379133-pat00047
(화학식 5d),
Figure 112008008379133-pat00048
(화학식 5e),
Figure 112008008379133-pat00049
(화학식 5f),
Figure 112008008379133-pat00050
(화학식 5g),
Figure 112008008379133-pat00051
(화학식 5h),
Figure 112008008379133-pat00052
(화학식 5i),
Figure 112008008379133-pat00053
(화학식 5j),
Figure 112008008379133-pat00054
(화학식 5k) 등을 예시할 수 있고,
(ii) 히드록시기(-OH)를 포함하는 화합물의 불포화 에틸렌 단량체로는,
Figure 112008008379133-pat00055
(화학식 6a),
Figure 112008008379133-pat00056
(화학식 6b) 등을 예시할 수 있으며,
(iii) 페닐(phenyl)기를 포함하는 화합물의 불포화 에틸렌 단량체로는,
Figure 112008008379133-pat00057
(화학식 7a),
Figure 112008008379133-pat00058
(화학식 7b),
Figure 112008008379133-pat00059
(화학식 7c),
Figure 112008008379133-pat00060
(화학식 7d),
Figure 112008008379133-pat00061
(화학식 7e) 등을 예시할 수 있다.
본 발명에 따른, 유기 반사방지막 형성용 중합체를 제조하기 위한 옥시란 단량체로는,
Figure 112008008379133-pat00062
(화학식 8a),
Figure 112008008379133-pat00063
(화학식 8b),
Figure 112008008379133-pat00064
(화학식 8c),
Figure 112008008379133-pat00065
(화학식 8d),
Figure 112008008379133-pat00066
(화학식 8e),
Figure 112008008379133-pat00067
(화학식 8f),
Figure 112008008379133-pat00068
(화학식 8g),
Figure 112008008379133-pat00069
(화학 식 8h),
Figure 112008008379133-pat00070
(화학식 8i),
Figure 112008008379133-pat00071
(화학식 8j),
Figure 112008008379133-pat00072
(화학식 9a),
Figure 112008008379133-pat00073
(화학식 9b),
Figure 112008008379133-pat00074
(화학식 10a),
Figure 112008008379133-pat00075
(화학식 10b),
Figure 112008008379133-pat00076
(화학식 10c),
Figure 112008008379133-pat00077
(화학식 10d),
Figure 112008008379133-pat00078
(화학식 10e) 등을 예시할 수 있다.
상기 유기 반사방지막 형성용 중합체는, 라디칼 중합, 벌크 중합 등, 통상의 중합반응으로 제조될 수 있다. 용액 중에서의 라디칼 중합은, 예를 들면, 각각의 옥시란 단량체를 중합 용매에 용해시키고, 중합 개시제를 첨가하고, 반응물을 질소 또는 아르곤 분위기 하에서 중합시켜, 수행될 수 있다. 상기 중합 용매로는 통상의 중합용매를 광범위하게 사용할 수 있고, 예를 들면, 사이클로헥사논, 사이클로펜타논, 테트라하이드로퓨란(THF), 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥 산, 메틸에틸케톤, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있으며, 상기 중합 개시제 역시 통상의 중합 개시제를 광범위하게 사용할 수 있고, 비한정적으로는 벤조일퍼옥사이드, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 (AIBN), 아세틸퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, t-부틸퍼아세테이트, t-부틸하이드로퍼옥사이드, 디-t-부틸퍼옥사이드로, 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 얻어진 중합체를 정제하는 용매로는 저급 알코올, 에테르 화합물 또는 물을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 예를 들면, 디에틸에테르, 석유에테르(petroleum ether), 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 유기반사방지막 형성용 중합체의 중량평균 분자량은 1,000 내지 100,000인 것이 바람직하며, 5,000 내지 30,000이면 더욱 바람직하고, 만일, 상기 분자량이 1,000 미만이면 유기 반사방지막이 포토레지스트 용매에 의해 용해될 우려가 있고, 상기 분자량이 100,000을 초과하면 유기 반사방지막 형성용 조성물의 용매에 대한 용해성이 낮고, 건식 식각 공정에서 유기반사방지막의 식각률이 저하될 우려가 있다. 상기 화학식 1a로 표시되는 중합체는, 황(sulfur) 및/또는 질소(nitrogen)를 포함하는 헤테로고리기를 포함하므로, 193nm의 파장에서 높은 굴절률(refractive index)을 나타내며(따라서, 반사방지막의 두께를 감소시킬 수 있다), 히드록시기를 포함하므로, 열에 의해(thermal) 가교결합(cross linking)되어 네트워크 구조를 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 페닐기(phenyl group)을 포함하므로, 193nm의 파장에서 우수한 흡광도를 가진다. 또한, 본 발명에 따른 중합체는 주체 인(main chain)이 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide) 구조를 가지므로, 에칭률(etch rate)이 우수한 장점이 있다.
본 발명에 따른 유기 반사방지막 형성용 조성물은, 상기 유기 반사방지막 형성용 중합체, 광흡수제 및 용매를 포함한다. 본 발명에 따른 조성물에 있어서, 상기 유기 반사방지막 형성용 중합체의 함량은 바람직하게는 0.1 내지 69.9중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 48중량%며, 상기 중합체의 함량이 너무 작거나, 너무 많으면, 유기 반사방지막의 형성이 곤란하거나, 형성된 유기 반사방지막의 균일성 등, 물성이 저하될 우려가 있다. 본 발명에 따른 유기 반사방지막 형성용 조성물은 도포되는 조성물의 도포 특성을 개선하고, 가열에 의한 경화작용 등으로 유기 반사방지막의 결합력을 높이기 위하여, 통상적으로 사용되는 중합체 및 가교제를 더욱 포함할 수 있으며, 이러한 중합체의 비한정적인 예로는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 스티렌, 옥시알킬렌 등을 예시할 수 있다.
상기 광흡수제는, 포토리쏘그래피 공정에 있어서, 반도체 기판의 피식각층으로부터 반사되는 반사광을 흡수하여, 반사광에 의한 언더커팅, 노칭 등의 현상을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 통상의 광흡수제를 제한없이 사용할 수 있다. 구체적으로는, 특허출원 제2004-76011호에 개시된 광흡수제를 제한없이 사용할 수 있 고, 예를 들면,
Figure 112008008379133-pat00079
,
Figure 112008008379133-pat00080
,
Figure 112008008379133-pat00081
,
Figure 112008008379133-pat00082
,
Figure 112008008379133-pat00083
,
Figure 112008008379133-pat00084
등을 사용할 수 있다. 상기 광흡수제의 함량은, 전체 유기 반사방지막 형성용 조성물에 대하여 0.1 내지 30중량%이고, 바람직하게는 1 내지 20중량%이다. 만일, 상기 광흡수제의 사용량이 0.1중량% 미만이면, 노광광의 흡수도가 낮아, 포토레지스트 패턴에 언더커팅, 노칭 등이 발생할 염려가 있고, 30중량%를 초과하면, 소성 등의 가열공정시 흄(fume)이 발생하여 장비를 오염시킬 우려가 있다. 상기 광흡수제는 벌키한 구조를 가지므로, 광 가교시 유기 반사방지막의 과도한 수축이 발생하지 않고, 가소제 역할을 하므로, 굴곡이 심한 반도체 기판에도 도포 균일성을 향상시키며, 고분자와의 상용성이 우수하고, 유기 용매에 대한 용해도 및 광 가교제와의 가교 반응성이 우수하므로, 포토레지스트 용매에 의한 막두께 손실이 적은 반사방지막을 형성할 수 있다. 상기 광흡수제는, 특히 ArF 노광원에 대한 흡광 계수 및 흡수도가 크므로, 고반사성 반도체 기판을 사용하는 경우에도 효율적으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 반사방지막 형성용 조성물에 사용되는 유기용매로는, 유기 반사방지막 형성용 조성물에 통상적으로 사용되는 유기용매를 광범위하게 사용할 수 있으며, 비한정적인 예로는 부티로락톤(butyrolactone), 시클로펜타논, 시클로헥사논, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, N-메틸 피롤리돈, 테트라히드로퍼퓨랄 알코올(tetrahydro furfural alcohol), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA), 에틸락테이트 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있고, 바람직하게는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 에틸락테이트 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 유기용매의 함량은 전체 유기 반사방지막 형성용 조성물에 대하여 30 내지 99.8중량%이고, 바람직하게는 40 내지 98중량%이고, 만일 그 함량이 30중량% 미만이면 유기 반사방지막의 두께가 불균일하게 될 우려가 있고, 99.8중량%를 초과하면 형성된 유기 반사방지막의 노광원 흡수도 등의 물성이 저하될 우려가 있다. 또한 본 발명에 따른 유기 반사방지막 형성용 조성물은, 가교제, 저급 알코올, 산, 산 발생제 등의 가교반응 촉진제, 표면 균염제, 접착 촉진제, 소포제, 기타 첨가제 등을 더욱 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 조성물을 사용하여 유기 반사방지막을 형성하기 위해서는, 상기 유기 반사방지막 형성용 조성물을, 실리콘 웨이퍼나 알루미늄 기판 등의 피식각층 상부에 도포한 다음, 도포된 조성물을 열경화시킨다. 상기 조성물을 도포하는 단계는 스핀코팅, 롤러코팅 등 통상의 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 상기 조성물을 열경화하는 단계는 도포된 조성물을 고온 플레이트, 대류 오븐 등의 장치에서 가열하여 수행할 수 있다. 상기 열경화는 70 내지 240℃에서 수행하는 것이 바람직 하며, 만일 가열 온도가 70℃ 미만이면 유기 반사방지막 형성용 조성물 내에 함유되어 있는 용매가 충분히 제거되지 않고, 가교반응이 충분히 수행되지 않을 우려가 있으며, 가열 온도가 240℃를 초과하면 유기 반사방지막 형성용 조성물 및 유기 반사방지막이 화학적으로 불안정해질 우려가 있다.
본 발명에 따른 유기 반사방지막 형성용 조성물을 이용한 반도체 소자의 패턴의 형성방법은, 상기 유기 반사방지막 형성용 조성물을 피식각층 상부에 도포하는 단계; 피식각층 상부에 도포된 유기 반사방지막 형성용 조성물을 열경화시켜 유기 반사방지막을 형성하는 단계; 형성된 유기 반사방지막 상부에 포토레지스트를 도포하고, 소정 패턴으로 노광한 다음, 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 형성된 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 유기 반사방지막 및 피식각층을 식각함으로서, 피식각층 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는 통상적인 포토레지스트 패턴 형성 단계와 동일하다. 또한, 상기 유기 반사방지막 및 피식각층을 식각하는 단계는, 예를 들면, 통상적인 건식식각(dry etching)공정으로 수행할 수 있다. 상기 식각공정에서 유기 반사방지막 및 반도체 기판의 피식각층이 제거되면서 반도체 소자 패턴이 형성된다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되 는 것은 아니다.
[제조 실시예 1-1] 화학식 5a로 표시되는 단량체의 제조
하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 500 ml 2구(neck) 플라스크에 자석 교반 막대를 넣고, 화학식 2a로 표시되는 티오펜티올(Thiophenethiol) 30 g(0.256 mol), 트리에틸아민(Triethylamine: TEA) 27 g(0.268 mol) 및 테트라히드로퓨란(THF) 340 ml을 넣고, 얼음물로 냉각한 다음, 메타크릴로일 클로라이드(Methacryloyl Chloride) 25.43 ml(0.253 mol)을 천천히 적하하였다. 적하가 끝난 후, 반응물의 온도를 상온으로 상승시키고, 20시간 동안 반응을 수행하였다. 반응이 완결된 후, 반응물을 여과하여 부산물인 염(salt)을 제거한 다음, 탈이온수(Deionized water: DIW)로 수 차례 세정하여, 잔존하는 트리에틸아민 및 메타크릴로일 클로라이드를 제거하였다. 다음으로 마그네슘 설페이트로 건조하고, 감압 하에서 테트라히드로퓨란을 제거한 후, 진공 건조시켜 화학식 5a로 표시되는 단량체 21g을 얻었다{수율: 44%, H-NMR: CH3(1.93), CH(6.24, 7.55, 4.10), H(5.98, 5.49)}.
Figure 112008008379133-pat00085
[제조 실시예 1-2] 화학식 5b로 표시되는 단량체의 제조
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 30g 대신, 화학식 2b로 표시되는 화합물 30g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1-1과 같은 방법으로 화학식 5b로 표시되는 단량체 45g을 얻었다{수율: 94%, H-NMR: CH3(1.93), CH2(5.41), CH(6.60, 6.72, 6.91, 6.15, 5.58)}.
[제조 실시예 1-3] 화학식 5c로 표시되는 단량체의 제조
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 30g 대신, 화학식 2c로 표시되는 화합물 30g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1-1과 같은 방법으로 화학식 5c로 표시되는 단량체 39g을 얻었다{수율: 85%, H-NMR: CH3(1.93), CH2(4.48, 2.83), CH(6.60, 6.72, 6.91, 6.15, 5.58)}.
[제조 실시예 1-4] 화학식 5d로 표시되는 단량체의 제조
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 30g 대신, 화학식 2d로 표시되는 화합물 30g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1-1과 같은 방법으로 화학식 5d로 표시되는 단량체 33g을 얻었다{수율: 75%, H-NMR: CH3(1.93, 2.47), CH2(4.48, 2.83), CH(8.45), H(6.15, 5.58)}.
[제조 실시예 1-5] 화학식 5e로 표시되는 단량체의 제조
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 30g 대신, 화학식 2e로 표시되는 화합물 30g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1-1과 같은 방법으로 화학식 5e로 표시되는 단량체 32g을 얻었다{수율: 70%, H-NMR: CH3(1.93), H(5.98, 5.49)}.
[제조 실시예 1-6] 화학식 5f로 표시되는 단량체의 제조
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 30g 대신, 화학식 2f로 표시되는 화합물 30g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1-1과 같은 방법으로 화학식 5f로 표시되는 단량체 25g을 얻었다{수율: 62%, H-NMR: CH3(1.93), SH(3.0), H(5.98, 5.49)}.
[제조 실시예 1-7] 화학식 5g로 표시되는 단량체의 제조
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 30g 대신, 화학식 2g로 표시되는 화합물 30g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1-1과 같은 방법으로 화학식 5g로 표시되는 단량체 40g을 얻었다{수율: 84%, H-NMR: CH3(1.93), CH2(4.22), CH(6.60, 6.72, 6.91), H(5.89, 5.49), NH(8.0)}.
[제조 실시예 1-8] 화학식 5h로 표시되는 단량체의 제조
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 30g 대신, 화학식 2h로 표시되는 화합물 30g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1-1과 같은 방법으로 화학식 5h로 표 시되는 단량체 39g을 얻었다{수율: 88%, H-NMR: CH3(1.93), CH(7.06, 7.65, 7.61), H(5.89, 5.49), NH(8.0)}.
[제조 실시예 1-9] 화학식 5i로 표시되는 단량체의 제조
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 30g 대신, 화학식 2i로 표시되는 화합물 30g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1-1과 같은 방법으로 화학식 5i로 표시되는 단량체 28g을 얻었다{수율: 65%, H-NMR: CH3(1.93), CH2(2.0, 2.9), H(5.89, 5.49)}.
[제조 실시예 1-10] 화학식 5j로 표시되는 단량체의 제조
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 30g 대신, 화학식 2j로 표시되는 화합물 30g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1-1과 같은 방법으로 화학식 5j로 표시되는 단량체 32g을 얻었다{수율: 74%, H-NMR: CH3(1.93), CH2(2.59), CH(6.05, 3.77), H(6.15, 5.58), OH(2.0)}.
[제조 실시예 1-11] 화학식 6a로 표시되는 단량체의 제조
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 30g 대신, 화학식 3a로 표시되는 화합물 30g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1-1과 같은 방법으로 화학식 6a로 표시되는 단량체 41g을 얻었다{수율: 88%, H-NMR: CH3(1.93), CH2(4.52, 2.72, 2.63), H(6.15, 5.58), OH(2.0)}.
[제조 실시예 1-12] 화학식 6b로 표시되는 단량체의 제조
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 30g 대신, 화학식 3b로 표시되는 화합물 30g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1-1과 같은 방법으로 화학식 6b로 표시되는 단량체 34g을 얻었다{수율: 83%, H-NMR: CH3(1.93), CH2(4.52, 2.72, 2.81, 2.63), H(6.15, 5.58), OH(2.0)}.
[제조 실시예 1-13] 화학식 7a로 표시되는 단량체의 제조
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 30g 대신, 화학식 4a로 표시되는 화합물 30g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1-1과 같은 방법으로 화학식 7a로 표시되는 단량체 37g을 얻었다{수율: 83%, H-NMR: CH3(1.93, 2.47), CH(6.97, 7.15), H(8.98, 5.49)}.
[제조 실시예 1-14] 화학식 7b로 표시되는 단량체의 제조
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 30g 대신, 화학식 4b로 표시되는 화합물 30g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1-1과 같은 방법으로 화학식 7b로 표시되는 단량체 35g을 얻었다{수율: 81%, H-NMR: CH3(1.93), CH2(4.49, 3.05), CH(7.18, 7.16, 7.02), H(6.15, 5.58)}.
[제조 실시예 1-15] 화학식 7c로 표시되는 단량체의 제조
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 30g 대신, 화학식 4c로 표시되는 화합물 30g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1-1과 같은 방법으로 화학식 7c로 표시되는 단량체 29g을 얻었다{수율: 70%, H-NMR: CH3(1.93), CH2(3.71), CH(7.12, 6.78), H(5.98, 5.49)}.
[제조 실시예 1-16] 화학식 7d로 표시되는 단량체의 제조
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 30g 대신, 화학식 4d로 표시되는 화합물 30g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1-1과 같은 방법으로 화학식 7d로 표시되는 단량체 34g을 얻었다{수율: 85%, H-NMR: CH3(1.93), CH(7.12, 7.06, 6.87), H(5.98, 5.49)}.
[제조 실시예 1-17] 화학식 7e로 표시되는 단량체의 제조
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 30g 대신, 화학식 4e로 표시되는 화합물 30g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 1-1과 같은 방법으로 화학식 7e로 표시되는 단량체 22g을 얻었다{수율: 59%, H-NMR: CH3(1.93, 2.35), CH(7.68, 7.53, 7.12, 7.06, 6.87), H(5.98, 5.49), OH(5.0)}.
[제조 실시예 2-1] 화학식 8a로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
하기 반응식 2에 나타낸 바와 같이, 2리터 반응기에, 자석 교반 막대를 넣고, 화학식 5a로 표시되는 단량체 40g(0.217mol)과 클로로포름 1ml를 넣은 다음, 반응액을 얼음물로 냉각하고, 3-클로로퍼옥시벤조익액시드 66g(0.383mol)을 천천히 첨가하였다. 반응액의 온도를 상온으로 올리고, 24시간 동안 반응시킨 다음, 부산물인 3-로로벤조익액시드를 여과하여 제거하였다. 다음으로, 반응액을 포화 소듐설파이트 수용액으로 2회, 포화 소듐바이카보네이트 수용액으로 1회, 포화 소듐클로라이드 수용액으로 1회, 증류수로 1회 세척하여, 반응하고 남은 3-클로로벤조익액시드를 제거하였다. 다음으로, 반응액을 마그네슘 설페이트로 건조하고, 감압 하에서 클로로포름을 제거한 후, 1일 동안 진공 건조시켜, 화학식 8a로 표시되는 옥시란 단량체 35g을 얻었다{수율: 80%, H-NMR; CH3(1.39), CH2(2.79), CH(6.96, 6.76, 7.13)}.
Figure 112008008379133-pat00086
[제조 실시예 2-2] 화학식 8b로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
화학식 5a로 표시되는 단량체 40g 대신, 화학식 5b로 표시되는 화합물 40g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 2-1과 같은 방법으로 화학식 8b로 표시되 는 단량체 39g을 얻었다{수율: 90%, H-NMR: CH3(1.44), CH2(5.34, 2.85), CH(6.60, 6.72, 6.91)}.
[제조 실시예 2-3 화학식 8c로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
화학식 5a로 표시되는 단량체 40g 대신, 화학식 5c로 표시되는 화합물 40g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 2-1과 같은 방법으로, 화학식 8c로 표시되는 단량체 36g을 얻었다{수율: 83%, H-NMR: CH3(1.44), CH2(4.41, 2.83, 2.85), CH(6.60, 6.72, 6.91)}.
[제조 실시예 2-4] 화학식 8d로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
화학식 5a로 표시되는 단량체 40g 대신, 화학식 5d로 표시되는 화합물 40g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 2-1과 같은 방법으로, 화학식 8d로 표시되는 단량체 32g을 얻었다{수율: 74%, H-NMR: CH3(1.44, 2.47), CH2(4.41, 2.83, 2.85), CH(8.45)}.
[제조 실시예 2-5] 화학식 8e로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
화학식 5a로 표시되는 단량체 40g 대신, 화학식 5e로 표시되는 화합물 40g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 2-1과 같은 방법으로, 화학식 8e로 표시되는 단량체 33g을 얻었다{수율: 76%, H-NMR: CH3(2.35, 1.39), CH2(2.79)}
[제조 실시예 2-6] 화학식 8f로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
화학식 5a로 표시되는 단량체 40g 대신, 화학식 5f로 표시되는 화합물 40g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 2-1과 같은 방법으로, 화학식 8f로 표시되는 단량체 35g을 얻었다{수율: 80%, H-NMR: CH3(1.39), CH2(2.79), SH(3.0)}
[제조 실시예 2-7] 화학식 8g로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
화학식 5a로 표시되는 단량체 40g 대신, 화학식 5g로 표시되는 화합물 40g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 2-1과 같은 방법으로, 화학식 8g로 표시되는 단량체 35g을 얻었다{수율: 80%, H-NMR: CH3(1.44), CH2(4.46, 2.74), CH(6.60, 6.72, 6.91), NH(8.0)}.
[제조 실시예 2-8] 화학식 8h로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
화학식 5a로 표시되는 단량체 40g 대신, 화학식 5h로 표시되는 화합물 40g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 2-1과 같은 방법으로, 화학식 8h로 표시되는 단량체 36g을 얻었다{수율: 83%, H-NMR: CH3(1.44), CH2(2.74), CH(7.61, 7.06, 7.65), NH(8.0)}
[제조 실시예 2-2] 화학식 8i로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
화학식 5a로 표시되는 단량체 40g 대신, 화학식 5i로 표시되는 화합물 40g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 2-1과 같은 방법으로, 화학식 8i로 표시되는 단량체 31g을 얻었다{수율: 71%, H-NMR: CH3(1.39), CH2(2.0, 2.9, 2.79)}.
[제조 실시예 2-10] 화학식 8j로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
화학식 5a로 표시되는 단량체 40g 대신, 화학식 5j로 표시되는 화합물 40g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 2-1과 같은 방법으로, 화학식 8j로 표시되는 단량체 26g을 얻었다{수율: 60%, H-NMR: CH3(1.44), CH2(3.05, 2.96, 2.85), CH(5.28, 4.54), OH(2.0)}.
[제조 실시예 2-11] 화학식 9a로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
화학식 5a로 표시되는 단량체 40g 대신, 화학식 6a로 표시되는 화합물 40g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 2-1과 같은 방법으로, 화학식 9a로 표시되는 단량체 38g을 얻었다{수율: 87%, H-NMR: CH3(1.44), CH2(4.45, 2.72, 2.63, 3.90, 2.85), OH(2.0)}.
[제조 실시예 2-12] 화학식 9b로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
화학식 5a로 표시되는 단량체 40g 대신, 화학식 6b로 표시되는 화합물 40g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 2-1과 같은 방법으로, 화학식 9b로 표시 되는 단량체 35g을 얻었다{수율: 80%, H-NMR: CH3(1.44), CH2(4.45, 2.81, 2.72, 2.63, 3.90, 2.85), OH(2.0)}.
[제조 실시예 2-13] 화학식 10a로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
화학식 5a로 표시되는 단량체 40g 대신, 화학식 7a로 표시되는 화합물 40g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 2-1과 같은 방법으로, 화학식 10a로 표시되는 단량체 33g을 얻었다{수율: 76%, H-NMR: CH3(1.39, 2.47), CH2(2.73), CH(6.97, 7.15)}.
[제조 실시예 2-14] 화학식 10b로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
화학식 5a로 표시되는 단량체 40g 대신, 화학식 7b로 표시되는 화합물 40g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 2-1과 같은 방법으로, 화학식 10b로 표시되는 단량체 38g을 얻었다{수율: 87%, H-NMR: CH3(1.44), CH2(4.42, 3.05, 2.85) CH(7.18, 7.16, 7.02}.
[제조 실시예 2-15] 화학식 10c로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
화학식 5a로 표시되는 단량체 40g 대신, 화학식 7c로 표시되는 화합물 40g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 2-1과 같은 방법으로, 화학식 10c로 표시되는 단량체 22g을 얻었다{수율: 51%, H-NMR: CH3(1.39), CH2(3.71, 2.73), CH(6.78, 7.12, 6.78)}.
[제조 실시예 2-16] 화학식 10d로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
화학식 5a로 표시되는 단량체 40g 대신, 화학식 7d로 표시되는 화합물 40g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 2-1과 같은 방법으로, 화학식 10d로 표시되는 단량체 33g을 얻었다{수율: 71%, H-NMR: CH3(1.39), CH2(2.73), CH(6.87, 7.17, 7.20, 7.06, 7.00)}.
[제조 실시예 2-17] 화학식 10e로 표시되는 옥시란 단량체의 제조
화학식 5a로 표시되는 단량체 40g 대신, 화학식 7e로 표시되는 화합물 40g을 사용한 것을 제외하고는, 제조 실시예 2-1과 같은 방법으로, 화학식 10e로 표시되는 단량체 34g을 얻었다{수율: 78%, H-NMR: CH3(2.35, 1.39), CH2(2.73), CH(7.68, 7.67, 7.54, 7.53, 7.12)}.
[실시예 1-1] 화학식 11a로 표시되는 중합체 제조
하기 반응식 3에 나타낸 바와 같이, 500 mL 반응기에, 자석 교반 막대를 넣고, 화학식 8b로 표시되는 옥시란 단량체 5g(0.024mol) 및 화학식 9b로 표시되는 옥시란 단량체 4g(0.016mol)을 디클로로메탄으로 용해시킨 다음, 반응액을 얼음물로 냉각하고, 중합 촉매로서 보론트리플로로디에틸에테르 3mL를 주사기를 사용하여 아주 천천히 한 방울씩 주입하였다. 중합 촉매를 모두 첨가한 후, 반응액의 온도를 상온으로 높이고, 질소 기류 하에서 4일 동안 반응시켰다. 반응 완료 후, 3L의 물에 생성물을 떨어뜨려 침전시키고, 이를 여과하여, 순수한 고체상의 화학식 11a로 표시되는 중합체 6g을 얻었다(수율: 70%, Mw(중량평균분자량): 11200, PDI(분산도, polydispersity index): 2.09). 이하, 화학식 11a 내지 11k의 각 중합체에서, 각 반복단위의 몰%인 a, b, c 등은 각각 사용된 단량체의 몰%에 비례한다.
Figure 112008008379133-pat00087
[실시예 1-2] 화학식 11b로 표시되는 중합체 제조
단량체로서, 화학식 8a로 표시되는 옥시란 단량체 5g(0.024mol), 화학식 9b로 표시되는 옥시란 단량체 2g(0.008mol) 및 화학식 10a로 표시되는 옥시란 단량체 2g (0.008mol)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 같은 방법으로, 화학식 11b로 표시되는 중합체 5g을 얻었다(수율: 58%, Mw: 15400, PDI: 2.21).
[화학식 11b]
Figure 112008008379133-pat00088
[실시예 1-3] 화학식 11c로 표시되는 중합체 제조
단량체로서, 화학식 8b로 표시되는 옥시란 단량체 5g(0.024mol), 화학식 9b로 표시되는 옥시란 단량체 2g(0.008mol) 및 화학식 10a로 표시되는 옥시란 단량체 2g (0.008mol)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 같은 방법으로, 화학식 11c로 표시되는 중합체 6g을 얻었다(수율: 67%, Mw: 13100, PDI: 2.13).
[화학식 11c]
Figure 112008008379133-pat00089
[실시예 1-4] 화학식 11d로 표시되는 중합체 제조
단량체로서, 화학식 8d로 표시되는 옥시란 단량체 7g(0.032mol), 화학식 9b로 표시되는 옥시란 단량체 1g(0.004mol) 및 화학식 10b로 표시되는 옥시란 단량체 1g (0.004mol)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 같은 방법으로, 화학식 11d로 표시되는 중합체 5g을 얻었다(수율: 55%, Mw: 18500, PDI: 2.16).
[화학식 11d]
Figure 112008008379133-pat00090
[실시예 1-5] 화학식 11e로 표시되는 중합체 제조
단량체로서, 화학식 8e로 표시되는 옥시란 단량체 7g(0.032mol), 화학식 9b로 표시되는 옥시란 단량체 1g(0.004mol) 및 화학식 10b로 표시되는 옥시란 단량체 1g (0.004mol)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 같은 방법으로, 화학식 11e로 표시되는 중합체 6g을 얻었다(수율: 64%, Mw: 11500, PDI: 2.12).
[화학식 11e]
Figure 112008008379133-pat00091
[실시예 1-6] 화학식 11f로 표시되는 중합체 제조
단량체로서, 화학식 8f로 표시되는 옥시란 단량체 6g(0.024mol), 화학식 9a로 표시되는 옥시란 단량체 2g (0.008mol) 및 화학식 10c로 표시되는 옥시란 단량체 2g (0.008mol)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 같은 방법으로, 화학식 11f로 표시되는 중합체 7g을 얻었다(수율: 68%, Mw: 1200, PDI: 2.01).
[화학식 11f]
Figure 112008008379133-pat00092
[실시예 1-7] 화학식 11g로 표시되는 중합체 제조
단량체로서, 화학식 8g로 표시되는 옥시란 단량체 5g (0.024mol), 화학식 9a로 표시되는 옥시란 단량체 2g (0.008mol) 및 화학식 10c로 표시되는 옥시란 단량체 2g (0.008mol)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 같은 방법으로, 화학식 11g로 표시되는 중합체 6g을 얻었다(수율: 61%, Mw: 11800, PDI: 2.17).
[화학식 11g]
Figure 112008008379133-pat00093
[실시예 1-8] 화학식 11h로 표시되는 중합체 제조
단량체로서, 화학식 8h로 표시되는 옥시란 단량체 6g (0.024mol), 화학식 9a로 표시되는 옥시란 단량체 2g (0.008mol) 및 화학식 10d로 표시되는 옥시란 단량체 2g (0.008mol)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 같은 방법으로, 화학식 11h로 표시되는 중합체 5g을 얻었다(수율: 54%, Mw: 14400, PDI: 2.11).
[화학식 11h]
Figure 112008008379133-pat00094
[실시예 1-9] 화학식 11i로 표시되는 중합체 제조
단량체로서, 화학식 8i로 표시되는 옥시란 단량체 5g (0.024mol), 화학식 9a로 표시되는 옥시란 단량체 2g (0.008mol) 및 화학식 10d로 표시되는 옥시란 단량체 2g (0.008mol)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 같은 방법으로, 화학식 11i로 표시되는 중합체 6g을 얻었다(수율: 72%, Mw: 15400, PDI: 2.04).
[화학식 11i]
Figure 112008008379133-pat00095
[실시예 1-10] 화학식 11j로 표시되는 중합체 제조
단량체로서, 화학식 8j로 표시되는 옥시란 단량체 7g (0.028mol), 화학식 9a로 표시되는 옥시란 단량체 2g (0.008mol) 및 화학식 10e로 표시되는 옥시란 단량체 2g (0.004mol)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 같은 방법으로, 화학식 11j로 표시되는 중합체 7g을 얻었다(수율: 65%, Mw: 10600, PDI: 1.98).
[화학식 11j]
Figure 112008008379133-pat00096
[실시예 1-11] 화학식 11k로 표시되는 중합체 제조
단량체로서, 화학식 8j로 표시되는 옥시란 단량체 7g (0.028mol), 화학식 9b로 표시되는 옥시란 단량체 2g (0.008mol) 및 화학식 10e로 표시되는 옥시란 단량체 2g (0.004mol)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 같은 방법으로, 화학식 11k로 표시되는 중합체 8g을 얻었다(수율: 73%, Mw: 11200, PDI: 2.01).
[화학식 11k]
Figure 112008008379133-pat00097
[실시예 2-1 내지 2-11] 유기 반사방지막 형성용 조성물의 제조 및 유기반사방지막 형성
하기 표 1에 나타낸 조성으로, 상기 실시예 1-1 내지 1-11에서 제조한 유기반사방지막 형성용 중합체(화학식 11a 내지 11k) 0.13g, 하기 화학식 12a 내지 12c 로 표시되는 가교제(Crosslinker) 0.06g, 하기 화학식 13으로 표시되는 광흡수제 0.091g, 및 하기 화학식 14a 또는 14b로 표시되는 산 발생제 0.01g을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 13.7g에 녹인 후 교반하여, 유기 반사방지막 형성용 조성물을 제조하였다. 상기 유기 반사방지막 형성용 조성물을 실리콘 웨이퍼의 피식각층 상부에 스핀 코팅하여 240Å 두께의 유기반사방지막을 형성한 다음, 240℃에서 90초 동안 베이킹하였다. 얻어진 유기반사방지막에 대하여, 엘립소미터(Ellipsometer)를 이용하여 193nm의 파장에서 굴절률(n, real part) 및 흡광도(k, imaginary part)를 측정하여 표 1에 함께 나타내었다. 또한, 나노스펙으로 필름의 두께를 측정한 후, PGMEA 용매에 60초 동안 디핑(dipping)하고, 2000rpm에서 30초 동안 스핀하고, 100℃에서 60초 동안 가열한 후, 필름의 두께를 재측정한 결과, 필름 손실(Film Loss)은 발생하지 않았다.
중합체 가교제 산 발생제 굴절률(n) 흡광도(k)
실시예 2-1 화학식 11a 화학식 12a (PL-1174) 화학식 14a 1.93 0.29
실시예 2-2 화학식 11b 화학식 12a (PL-1174) TAG-2278 1.91 0.30
실시예 2-3 화학식 11c 화학식 12a (PL-1174) TAG-2278 1.94 0.30
실시예 2-4 화학식 11d 화학식 12a (PL-1174) TAG-2278 1.87 0.28
실시예 2-5 화학식 11e 화학식 12b (MW-30M) 화학식 14b 1.95 0.25
실시예 2-6 화학식 11f 화학식 12b (MW-30M) 화학식 14b 1.88 0.25
실시예 2-7 화학식 11g 화학식 12b (MW-30M) TAG-2172 1.88 0.27
실시예 2-8 화학식 11h 화학식 12b (MW-30M) 화학식 14a 1.96 0.33
실시예 2-9 화학식 11i 화학식 12c (MX-280) 화학식 14a 1.92 0.33
실시예 2-10 화학식 11j 화학식 12c (MX-280) TAG-2278 1.95 0.30
실시예 2-11 화학식 11k 화학식 12c (MX-280) TAG-2172 1.96 0.29
상기 표에서, TAG-2172, TAG-2278 등은 도데실벤젠설폰산(Dodecylbenzene sulfonic acid) 타입의 산 발생제(제조사: King Industries, Inc)이고, 화학식 14a 및 14b로 표시되는 화합물은 각각 TAG-2678 및 S-TAG이라는 제품명(제조사: King Industries, Inc)으로 시판되는 산 발생제이다.
[화학식 12a]
Figure 112008008379133-pat00098
[화학식 12b]
Figure 112008008379133-pat00099
[화학식 12c]
Figure 112008008379133-pat00100
[화학식 13]
Figure 112008008379133-pat00101
[화학식 14a]
Figure 112008008379133-pat00102
[화학식 14b]
Figure 112008008379133-pat00103
상기 표 1로부터, 본 발명의 조성물로 형성된 유기 반사방지막은 굴절률(n) 및 흡광도(k)가 우수할 뿐만 아니라, 막의 두께 손실(film loss)이 적으므로, 스트립 내성이 양호함을 알 수 있다. 통상적으로 주어진 파장에서 k값이 낮을 경우(예를 들면, k<0.2), 난반사에 의해 스탠딩웨이브, 노칭 등이 발생하여 패턴 프로파일(Pattern profile) 형성에 악영향을 미칠 수 있으며, k값이 너무 높을 경우(예를 들면, k>0.7) 흡광도가 증가하므로, 포토레지스트의 감도(Sensitivity)에 영향을 줄 수 있으며, 이는 반도체 장치의 생산 효율을 저하시킬 수 있다. 또한, n값이 높으면(n>1.8) 유기 반사방지막의 두께를 낮출 수 있기 때문에, 현재 해상할 수 있는 L/S(라인/스페이스) 패턴 사이즈(65nm)보다 더욱 미세한 패턴(45nm)을 해상할 수 있어, ArF 이머젼 공정(Immersion Process) 등에 적용시킬 수 있으며, 상대적으로 n값이 낮으면(n<1.4) 반사방지막의 두께가 두꺼워져야 하며, 이 경우 식각률이 낮아질 우려가 있다.
[실시예 3-1 내지 3-4, 비교예 1 내지 6] 유기 반사방지막 형성용 조성물의 제조 및 유기반사방지막 형성
하기 표 2에 나타낸 조성으로, 유기 반사방지막 형성용 중합체 0.13g, 가교제(Crosslinker) 0.06g, 상기 화학식 13으로 표시되는 광흡수제 0.091g, 및 산 발생제 0.01g을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 13.7g에 녹인 후 교반하여, 유기 반사방지막 형성용 조성물을 제조하였다. 상기 유기 반사방지막 형성용 조성물을 실리콘 웨이퍼의 피식각층 상부에 스핀 코팅하여 240Å 두께의 유기반사방지막을 형성한 다음, 240℃에서 90초 동안 베이킹하였다. 제조된 필름에 대하여, Exelan HTP 장비를 이용하여 에칭률(etch rate)을 측정하였다. 이때 에칭가스(etch gas)로는 O2 또는 CF4가 사용되었으며, 에칭률 측정 결과를 표 2에 함께 나타내었다. 하기 표 2에서, 화학식 15a는
Figure 112008008379133-pat00104
(중량평균분자량: 8000)로 표시되는 중합체이고, 화학식 15b는
Figure 112008008379133-pat00105
(중량평균분자량: 9400, a:b = 7:3)로 표시되는 중합체이고, 화학식 15c는
Figure 112008008379133-pat00106
(중량평균분자량: 11000, a:b:c = 6:2:2)로 표시되는 중합체이다.
중합체 가교제 산 발생제 에칭률(Å/sec) 에칭가스
(Etch gas)
비교예 1 화학식 15a 화학식 12a 화학식 14a 44 O2
비교예 2 화학식 15b 화학식 12a 화학식 14a 65 O2
비교예 3 화학식 15c 화학식 12a TAG-2278 63 O2
실시예 3-1 화학식 11a 화학식 12a 화학식 14a 87 O2
실시예 3-2 화학식 11b 화학식 12a TAG-2278 82 O2
비교예 4 화학식 15a 화학식 12a 화학식 14a 26 CF4
비교예 5 화학식 15b 화학식 12a 화학식 14a 39 CF4
비교예 6 화학식 15c 화학식 12a TAG-2278 38 CF4
실시예 3-3 화학식 11a 화학식 12a 화학식 14a 52 CF4
실시예 3-4 화학식 11b 화학식 12a TAG-2278 50 CF4
상기 표 2로부터, 본 발명의 조성물로 형성된 유기 반사방지막은, 동일한 에칭 조건에서, 에칭률이 월등히 우수함을 알 수 있다.

Claims (8)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 유기 반사방지막 형성용 중합체.
    [화학식 1]
    Figure 112008008379133-pat00107
    상기 화학식 1에서, R1은 수소(H) 또는 메틸기(-CH3)이고, R2는 S, O 또는 NH 이며, R3는 황(S)을 포함하는 헤테로고리기이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 R3
    Figure 112008008379133-pat00108
    ,
    Figure 112008008379133-pat00109
    ,
    Figure 112008008379133-pat00110
    ,
    Figure 112008008379133-pat00111
    ,
    Figure 112008008379133-pat00112
    , ,
    Figure 112008008379133-pat00114
    ,
    Figure 112008008379133-pat00115
    ,
    Figure 112008008379133-pat00116
    , 및
    Figure 112008008379133-pat00117
    로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 유기 반사방지막 형성용 중합체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유기 반사방지막 형성용 중합체를 구성하는 전체 반복단위에 대하여, 상기 화학식 1의 반복단위의 몰%는 1~99몰%인 것인 유기반사방지막 형성용 중합체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유기 반사방지막 형성용 중합체는 하기 화학식 1a로 표시되는 구조를 가지는 것인 유기 반사방지막 형성용 중합체.
    [화학식 1a]
    Figure 112008008379133-pat00118
    상기 화학식 1a에서, R1은 각각 독립적으로 수소(H) 또는 메틸기(-CH3)이고, R2는 각각 독립적으로 S, O 또는 NH 이며, R3는 황(S)을 포함하는 헤테로고리기이며, R4는 히드록시기(-OH)를 포함하는 기(group)이고, a 및 b는 상기 중합체를 구성하는 반복단위의 몰%로서, 각각 독립적으로 1~99몰% 및 1~99몰%이다.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유기 반사방지막 형성용 중합체는 하기 화학식 1b로 표시되는 구조를 가지는 것인 유기 반사방지막 형성용 중합체.
    [화학식 1b]
    Figure 112008008379133-pat00119
    상기 화학식에서, R1은 각각 독립적으로 수소(H) 또는 메틸기(-CH3)이고, R2 는 각각 독립적으로 S, O 또는 NH 이며, R3는 황(S)을 포함하는 헤테로고리기이며, R4는 히드록시기(-OH)를 포함하는 기(group)이고, R5는 페닐(phenyl)기를 포함하는 기(group)이고, a, b 및 c는 상기 중합체를 구성하는 반복단위의 몰%로서, 각각 독립적으로 1~99몰%, 1~99몰% 및 0~98몰%이다.
  6. 제5항에 있어서, 상기 R3는 황(S)을 포함하는 탄소수 2 내지 10의 헤테로고리기이고, R4는 히드록시기(-OH)를 포함하는 탄소수 1 내지 20의 탄화수소기이고, R5는 페닐기를 포함하는 탄소수 6 내지 20의 탄화수소기인 것인 유기 반사방지막 형성용 중합체.
  7. 하기 화학식으로 표시되는 반복단위를 포함하는 유기 반사방지막 형성용 중합체 0.1 내지 69.9중량%,
    Figure 112008008379133-pat00120
    (상기 화학식에서, R1은 수소(H) 또는 메틸기(-CH3)이고, R2는 S, O 또는 NH 이며, R3는 황(S)을 포함하는 헤테로고리기이다);
    노광광을 흡수하는 광흡수제 0.1 내지 30중량%; 및
    상기 유기 반사방지막 형성용 중합체를 용해시키는 유기용매 30 내지 99.8중량%를 포함하는 유기 반사방지막 형성용 조성물.
  8. 하기 화학식으로 표시되는 반복단위를 포함하는 유기 반사방지막 형성용 중합체 0.1 내지 69.9중량%, 노광광을 흡수하는 광흡수제 0.1 내지 30중량% 및 상기 유기 반사방지막 형성용 중합체를 용해시키는 유기용매 30 내지 99.8중량%를 포함하는 유기 반사방지막 형성용 조성물을 피식각층 상부에 도포하는 단계,
    Figure 112008008379133-pat00121
    (상기 화학식에서, R1은 수소(H) 또는 메틸기(-CH3)이고, R2는 S, O 또는 NH 이며, R3는 황(S)을 포함하는 헤테로고리기이다); 및
    피식각층 상부에 도포된 유기반사방지막 형성용 조성물을 열경화하는 단계를 포함하는 유기 반사방지막의 형성방법.
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