KR100367399B1 - Organic diffuse reflection prevention polymer and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자 제조 공정중 248 nm krF 및 193 nm ArF 리소그라피용포토레지스트를 사용하는 초미세 패턴 형성 공정에 있어서 하부막층의 반사를 방지하고 ArF 광 및 포토레지스트 자체의 두께 변화에 있어서 정현파를 제거할 수 있는 유기 난반사 방지 중합체 및 그의 합성방법에 관한 것으로서, 본 발명은 또한 이러한 유기난반사 방지 중합체를 함유하는 난반사방지 조성물, 이를 이용한 난반사 방지막 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 중합체를 반도체 제조 공정중 초미세 패턴형성공정에서의 반사반지막으로 사용하면, 하부막으로부터 기인되는 CD 변동을 제거함으로써 64M, 256M, IG, 4G, l6G DRAM 의 안정된 초미세 패턴을 형성할 수 있어 제품의 수율을 증대할 수 있다.The present invention prevents the reflection of the underlying layer in the ultrafine pattern formation process using 248 nm krF and 193 nm ArF lithography photoresist during the semiconductor device manufacturing process and removes the sine wave in the thickness change of ArF light and photoresist itself. The present invention relates to an organic anti-reflective polymer and a method for synthesizing the same, and the present invention also relates to an anti-reflective composition containing such an organic anti-reflective polymer, an anti-reflective coating using the same, and a method for producing the same. When the polymer according to the present invention is used as a reflective ring film in the ultrafine pattern forming process of the semiconductor manufacturing process, the stable ultrafine pattern of 64M, 256M, IG, 4G and l6G DRAMs is removed by eliminating the CD variation caused by the lower layer. It can form, and can increase the yield of a product.
Description
본 발명은 반도체 소자 제조 공정중 248 nm KrF 및 193 nm ArF 리소그라피용 포토레지스트를 사용하는 초미세 패턴 형성 공정에 있어서 하부막층의 반사를 방지하고 ArF 광 및 포토레지스트 자체의 두께 변화에 있어서 정현파를 제거할 수 있는 반사방지용 유기물질로서 64M, 256M, IG, 4G DRAM의 초미세 패턴형성시 사용할 수 있는 유기 난반사 방지 중합체 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 유기 난반사방지 중합체를 함유하는 난반사방지 조성물, 이를 이용한 반사 방지막 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention prevents the reflection of the underlying layer in the ultrafine pattern formation process using the photoresist for 248 nm KrF and 193 nm ArF lithography during the semiconductor device manufacturing process and removes the sine wave in the thickness change of ArF light and photoresist itself. The present invention relates to an organic anti-reflective polymer that can be used for forming ultrafine patterns of 64M, 256M, IG, and 4G DRAM as an antireflection organic material, and a method of manufacturing the same. The present invention also relates to an antireflective composition containing such an organic antireflective polymer, an antireflection film using the same, and a method of manufacturing the same.
반도체 제조 공정중 초미세 패턴 형성 공정에서는 웨이퍼상의 하부막층의 광학적 성질 및 감광막 두께의 변동에 의한 정현파(standing wave)의 반사 (reflective notching)와 하부막으로부터의 회절광 및 반사광에 의한 CD(critical dimension)의 변동이 불가피하게 일어난다. 따라서 노광원으로 사용하는 빛의 파장대에서 광흡수를 잘하는 유기물질을 도입하여 하부막층에서 반사를 막을 수 있는 막층의 도입이 제안되었으며, 이를 반사방지막이라고 부르고 있다.In the ultra-fine pattern formation process of the semiconductor manufacturing process, the reflective wave not only reflects the standing wave due to the optical properties of the lower layer on the wafer and the thickness of the photoresist layer, but also the CD (critical dimension) by diffracted and reflected light from the lower layer. ) Inevitably occurs. Therefore, the introduction of an organic material that absorbs light well in the wavelength range of light used as an exposure source has been proposed to introduce a film layer that can prevent reflection in the lower film layer, which is called an anti-reflection film.
반사방지막은 크게 사용되는 물질의 종류에 따라 무기계 반사방지막과 유기계 반사방지막으로 구분되거나, 기작(mechanism)에 따라 흡수계 반사방지막과 간섭계 반사방지막으로 나누어진다. 365nm 파장의 I-선(I-line)을 이용한 미세패턴 형성공정에서는 주로 무기계 반사방지막을 사용하는데, 흡수제로는 TiN 및 무정형카본(Amorphous C)을, 간섭계로서는 주로 SiON를 사용하여 왔다.The antireflection film is classified into an inorganic antireflection film and an organic antireflection film according to the type of material used largely, or is classified into an absorption antireflection film and an interferometer antireflection film according to a mechanism. In the micropattern forming process using an I-line having a wavelength of 365 nm, an inorganic antireflection film is mainly used. TiN and amorphous carbon (Amorphous C) are used as absorbers, and SiON is mainly used as an interferometer.
KrF 광을 이용하는 초미세패턴 형성 공정에서는 주로 무기계로서 SiON을 사용하여 왔으며, 최근 추세는 반사방지막에 유기계 화합물을 사용하려는 노력이 계속되고 있다. 현재까지의 동향에 비추어볼 때 기존의 KrF 용 유기 반사방지막의 대부분은 다음과 같은 기본 조건을 갖추어야 한다.In the ultrafine pattern formation process using KrF light, SiON has been mainly used as an inorganic type, and in recent years, efforts to use organic compounds in antireflection films have been continued. In light of the trends to date, most of the existing organic anti-reflective coatings for KrF must satisfy the following basic conditions.
첫째, 공정 적용시 포토레지스트가 용매에 의해 용해되어 벗겨지는 현상이 없어야 한다. 이를 위해서는 성형막이 가교구조를 이를 수 있게 설계되어야 하고, 이때 부산물로 화학물질이 발생해서는 안된다.First, there should be no phenomenon that the photoresist is dissolved and peeled off by the solvent when the process is applied. To this end, the molded film must be designed to achieve a crosslinked structure, and chemicals should not be generated as a by-product.
둘째, 반사방지막으로부터의 산 또는 아민 등의 화학물질의 출입이 없어야 한다. 만약, 반사방지막으로부터 산이 이행(migration)되면 패턴의 밑부분에 언더커팅(undercutting)이 일어나고, 아민 등 염기가 이행하면서 푸팅(footing) 현상을 유발하는 경향이 있기 때문이다.Second, there should be no entry of chemicals such as acids or amines from the antireflection film. If the acid is migrated from the anti-reflection film, undercutting occurs at the bottom of the pattern, and bases such as amines tend to cause footing phenomenon.
셋째, 반사방지막은 상부의 감광막에 비해 상대적으로 빠른 에칭 속도를 가져야 에칭시 감광막을 마스크로 하여 원활한 에칭공정을 행할 수 있다.Third, the anti-reflection film should have a relatively high etching rate compared to the upper photoresist so that a smooth etching process can be performed using the photoresist as a mask during etching.
넷째, 따라서 반사방지막을 가능한한 얇은 두께로 충분한 반사방지막으로서의 역할을 할 수 있어야 한다.Fourth, therefore, the antireflection film should be able to serve as a sufficient antireflection film with a thickness as thin as possible.
한편, ArF광을 사용하는 초미세패턴 형성곤정에서는 아직까지 이렇다할 반사방지막이 개발되어 있지 않다. 또한, 무기계 반사방지막의 경우에는 광원인 193 nm에서의 간섭현상을 제어할 물질이 아직 발표되고 있지 않고 있어 최근의 추세는 반사방지막에 유기계 화합물을 사용하려는 연구가 계속되고 있다.On the other hand, in the ultrafine pattern formation process using ArF light, such an anti-reflection film has not been developed yet. In addition, in the case of the inorganic antireflection film, a material for controlling the interference at 193 nm, which is a light source, has not been published yet, and the recent trend is to study the use of organic compounds in the antireflection film.
따라서, 모든 감광막에서는 노광시 발생되는 정현파와 반사를 방지하고 하부층으로부터의 후면 회절 및 반사광의 영향을 제거하기 위해서 특정 파장에 대한 흡수도가 큰 유기 난반사 방지물질의 사용이 필수적이며 이러한 물질의 개발이 시급한 과제가 되고 있다.Therefore, in all photoresist films, it is necessary to use an organic anti-reflective material having high absorption at a specific wavelength in order to prevent sine wave and reflection generated during exposure and to remove the influence of back diffraction and reflected light from the lower layer. It is an urgent task.
이에 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 반도체 제조 공정중 193 nm ArF및 248nm Krk 광을 이용한 초미세 패턴형성 공정에서 반사방지막으로 사용할 수 있는 신규한 화합물질을 제공하는 데에 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a novel compound that can be used as an anti-reflection film in the ultra-fine pattern formation process using 193 nm ArF and 248 nm Krk light during the semiconductor manufacturing process.
본 발명의 또 다른 목적은 난반사를 방지할 수 있는 화합물질을 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다.Still another object of the present invention is to provide a method for preparing a compound which can prevent diffuse reflection.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 난반사 방지용 화합물을 함유하는 난반사방지 조성물 및 그의 제조방법을 제공하는 데에 있다.Still another object of the present invention is to provide an anti-reflective composition containing the compound for preventing anti-reflection and a manufacturing method thereof.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 난반사 방지 조성물을 사용하여 형성된 난 반사 방지막 및 그 형성방법을 제공하는 데에 있다.Another object of the present invention is to provide an anti-reflection film formed using such an anti-reflective composition and a method of forming the same.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는 하기 화학식 1의 구조를 가지며, 500-100000의 평균 분자량을 가지는 유기 반사 방지막용 폴리[(메틸아크릴레이트)-(하이드록시 에틸 아크릴레이트)-(스티렌)] (Poly[(alkyl acrylate)-(hydroxy alkyl acryrene)]) 중합체를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention has a structure of Formula 1 below, and has a poly ((methyl acrylate)-(hydroxy ethyl acrylate)-(styrene)] for an organic antireflection film having an average molecular weight of 500-100000. (Poly [(alkyl acrylate)-(hydroxy alkyl acryrene)]) polymer is provided.
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서 ,Where
Rl은 수소, Cl~C4의 알킬, 하이드록시, 또는 하이드록시메틸기을 나타내며,R 1 represents hydrogen, C 1 -C 4 alkyl, hydroxy, or hydroxymethyl group,
R2은 수소, Cl~C4의 알킬, 하이드록시, 또는 하이드록시메틸기를 나타내고,R 2 represents hydrogen, a C 1 to C 4 alkyl, hydroxy, or hydroxymethyl group,
R3은 수소, Cl∼C4의 알킬, 하이드록시, Cl∼C3의 하이드록시알킬, 메톡시, 포르밀에틸, 또는 포르밀에톡시기를 나타내며,R 3 represents hydrogen, C 1 -C 4 alkyl, hydroxy, C 1 -C 3 hydroxyalkyl, methoxy, formylethyl, or formylethoxy group,
1, m 및 n은 1:m:n이 0.1∼0.9:0.1~0.9:0.1~0.9인 몰비를 나타낸다.1, m, and n show the molar ratio of 1: m: n is 0.1-0.9: 0.1-0.9: 0.1-0.9.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 상기 화학식 1의 중합체의 평균 분자량(Mn)은 500~100,000이 됨이 바람직한데. 평균 분자량이 500미만이 될 경우, 성형막이 가교 구조를 충분히 형성할 수 없어서, 상기 중합체에 의해 형성된 반사 방지막이 용매에 의해 벗겨질 수 있으며, 100,000이상이 될 경우, 중합체의 점도가 너무 높아지게 되므로, 반사 방지막의 도포 공정을 진행하는데 적당하지 아니하다. 다만, 이러한 반사 방지막용 중합체의 분자량은 당업자에게 자명한 통상의 것이다.As described above, the average molecular weight (Mn) of the polymer of Formula 1 according to the present invention is preferably 500 to 100,000. When the average molecular weight is less than 500, the molded film cannot form a crosslinked structure sufficiently, and thus the antireflection film formed by the polymer may be peeled off by the solvent, and when it is 100,000 or more, the viscosity of the polymer becomes too high, It is not suitable for advancing the application process of the antireflection film. However, the molecular weight of such an antireflection film polymer is a common one that will be apparent to those skilled in the art.
본 발명에 따르는 상기 화학식 1의 중합체는 l93nm 및 248nm 파장에서 흡수가 일어나도록 l93nm 파장에서 흡광도가 큰 페닐기를 함유하고, 발색단을 도입함으로써 248nm에서 흡수가 일어나도록 설계된 것이다.The polymer of Chemical Formula 1 according to the present invention contains a phenyl group having a high absorbance at l93 nm wavelength so that absorption occurs at l93 nm and 248 nm wavelengths, and is designed to absorb at 248 nm by introducing a chromophore.
본 발명에 따르는 상기 화학식 1 의 중합체는 하기 반응식 l과 같이 메틸아크릴레이트계 모노머(I), 하이드록시에틸아크릴레이트계 모노머(II) 및 스티렌계모노머(III)를 개시제와 함께 용매중에서 중합반응시켜 제조할 수 있다.The polymer of Chemical Formula 1 according to the present invention is polymerized by reacting methyl acrylate monomer (I), hydroxyethyl acrylate monomer (II) and styrene monomer (III) with an initiator in a solvent as shown in Scheme 1 below. It can manufacture.
[반응식 1]Scheme 1
상기식에서 ,Where
Rl은 수소, Cl∼C4의 알킬, 하이드록시, 또는 하이드록시메틸기을 나타내며,R 1 represents hydrogen, C 1 -C 4 alkyl, hydroxy, or hydroxymethyl group,
R2은 수소, Cl∼C4의 알킬, 하이드록시, 또는 하이드록시메틸기를 나타내고,R 2 represents hydrogen, a C 1 to C 4 alkyl, hydroxy, or hydroxymethyl group,
R3은 수소, Cl∼C4의 알킬, 하이드록시, Cl~C3의 하이드록시알킬, 메톡시, 포르밀에틸, 또는 포르밀에톡시기를 나타낸다.R 3 represents hydrogen, C 1 -C 4 alkyl, hydroxy, C 1 -C 3 hydroxyalkyl, methoxy, formylethyl, or formylethoxy group.
이 때, 상기 반응식 1에서 각 모노머의 몰비는 0.1∼0.9:0.1~0.9:0.1~0.9의 몰비로 구성될 수 있다. 이는 상기 반응식 1의 반응에 의하여 화학식 1의 중합체를제조하는 경우, 일부의 반응물이 반응하지 않고 남는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 반응식 1의 반응은 수율이 높은 에틸렌의 단순 중합으로써, 생성된 중합체에 포함되는 모노머의 몰비에 맞추어 각 반응물을 가함으로써, 일부의 반응물이 반응하지 않고 남는 것을 방지할 수 있다.At this time, the molar ratio of each monomer in Scheme 1 may be composed of a molar ratio of 0.1 to 0.9: 0.1 to 0.9: 0.1 to 0.9. This is to prevent some of the reactants from remaining unreacted when the polymer of Chemical Formula 1 is prepared by the reaction of Scheme 1, and the reaction of Scheme 1 is a simple polymerization of ethylene having a high yield. By adding each reactant in accordance with the molar ratio of the monomers included, it is possible to prevent some reactants from remaining unreacted.
본 발명에 따르는 상기 화학식 1의 중합체를 제조하기 위해서 사용할 수 있는 개시제는 일반적인 라디칼 개시제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 2,2-아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 아세틸퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, t-부틸퍼옥사이드로 이루어진 그룹에서 선택된 것을 사용할 수 있다.Initiators that can be used to prepare the polymer of Formula 1 according to the present invention may be used a general radical initiator, preferably 2,2-azobisisobutyronitrile (AIBN), acetyl peroxide, lauryl per Oxide, t-butylperoxide may be selected from the group consisting of.
본 발명에 따르는 상기 화학식 1의 중합체의 제조방법에서 사용되는 용매로는 일반적인 유기용매를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 테트라하이드록퓨란, 톨루엔, 벤젠, 메틸에틸케톤 또는 디옥산으로 이루어진 그룹에서 선택된 것을 사용할수 있다.As a solvent used in the method for preparing a polymer of Chemical Formula 1 according to the present invention, a general organic solvent may be used, and preferably selected from the group consisting of tetrahydroxyfuran, toluene, benzene, methyl ethyl ketone or dioxane. Can be used
본 발명에 따르는 상기 화학식 1의 중합체의 제조방법에서 반응 온도는 50~80℃에서 중합반응을 수행하는 것이 바람직하다. 상기 반응 온도는 단순 중합반응이 일어날 수 있는 통상의 반응 온도로써, 만일, 상기의 온도보다 낮은 온도로 반응을 진행할 경우, 상기 중합 반응이 완전히 일어나지 않게 되며, 높을 경우에는 보반응이 일어날 수 있다.In the method for preparing a polymer of Chemical Formula 1 according to the present invention, the reaction temperature is preferably performed at 50 to 80 ° C. The reaction temperature is a typical reaction temperature at which a simple polymerization reaction can occur. If the reaction proceeds at a temperature lower than the above temperature, the polymerization reaction does not occur completely, and when it is high, a co-reaction may occur.
본 발명은 또한 상기 화학식 1의 중합체를 단독으로 포함하거나, 상기 화학식 1의 중합체와 하기 표 la 및 표 1b에 기재된 안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 플루오렌 유도체, 크산톤, 퀴니자린 및 플루오레세인으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 또는 2 이상의 화합물로 이루어짐을 특징으로 하는 반사방지막 조성물을 제공하는 것을 특징으로 한다.The present invention also includes the polymer of Formula 1 alone or as an anthracene derivative, a fluorenone derivative, a fluorene derivative, a xanthone, quinizarine and fluorescein as described in Table 1 and Table 1 and It is characterized by providing an anti-reflective coating composition, characterized in that it consists of one or two or more compounds selected from the group consisting of.
하기 표 la에서, R5, R6, 또는 R7은 각각 독립적으로 수소, Cl∼C5의 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄 알킬, 시클로알킬, 알콕시알킬 또는 시클로알콕시알킬을 나타내며, p는 정수를 나타낸다.In Table la below, R 5 , R 6 , or R 7 each independently represent hydrogen, C 1 -C 5 substituted or unsubstituted straight or branched chain alkyl, cycloalkyl, alkoxyalkyl or cycloalkoxyalkyl, p is Represents an integer.
하기 표 1b에서, R8∼R15은 각각 독립적으로 수소, 하이드록시, Cl-C8의 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄 알킬, 시클로알킬, 알콕시알킬 또는 시클로알콕시알킬을 나타내며, Rl6및 R17는 각각 독립적으로 알킬기를 나타낸다.In Table 1b below, R 8 to R 15 each independently represent hydrogen, hydroxy, C 1 -C 8 substituted or unsubstituted straight or branched chain alkyl, cycloalkyl, alkoxyalkyl or cycloalkoxyalkyl, R 16 and R 17 each independently represents an alkyl group.
[표 la]Table la
[표 1b]TABLE 1b
본 발명에 따르는 반사방지막 조성물의 제조방법은 상기 화학식 1 의 중합체를 유기용매에 용해시킨 다음, 상기 표 la 및 표 1b에서 선택된 화합물을 0.1~40 중량% 첨가하여 제조한다. 상기 화합물은 광원에 대한 흡광도를 더욱 높이기 위한 것으로써, 상기 물질의 첨가량을 0.1 중량% 미만으로 할 경우, 상기 조성물에 의해형성된 반사 방지막의 흡광도를 충분히 높일 수 없으며, 40중량% 이상으로 할 경우에는, 상기 조성물에 포함된 화학식 1의 중합체의 양이 줄어들게 되어, 상기 조성물에 의해 형성된 반사 방지막이 가교 구조를 충분히 형성할 수 없게 된다.The method for preparing an antireflection film composition according to the present invention is prepared by dissolving the polymer of Chemical Formula 1 in an organic solvent and then adding 0.1 to 40% by weight of the compound selected from Table la and Table 1b. The compound is intended to further increase the absorbance of the light source. When the amount of the added substance is less than 0.1% by weight, the absorbance of the antireflective film formed by the composition cannot be sufficiently increased. The amount of the polymer of Formula 1 included in the composition is reduced, so that the antireflection film formed by the composition cannot sufficiently form a crosslinked structure.
이 때에 사용할 수 있는 유기용매로는 통상적인 유기용매를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에틸 3-에톡시프로피오네이트, 메밀 3-메톡시 프로피오네이트, 사이클로헥사논, 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트로 이루어진 그룹에서 선택된 것을 사용할 수 있다.In this case, a conventional organic solvent may be used as the organic solvent, and preferably, ethyl 3-ethoxypropionate, buckwheat 3-methoxy propionate, cyclohexanone, and propylene glycol methyl ether acetate are used. You can use the selected one from the group.
또한, 본 발명의 반사방지막 조성물의 제조에 사용되는 용매량은 상기 화학식 1의 중합체의 중량당 200~5000 중량%을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 용매량은 반사 방지막 조성물을 제조함에 있어서 통상적으로 사용되는 용매량으로, 이러한 용매량을 사용함으로써, 반사 방지막 중합체를 완전히 용해시킬 수 있고, 상기 조성물을 사용하여, 반사 방지막을 형성하는데 적당한 용매량이 된다.In addition, the amount of solvent used in the production of the antireflection film composition of the present invention is preferably used 200 to 5000% by weight per weight of the polymer of the formula (1). Such solvent amount is a solvent amount usually used in preparing an antireflection film composition, and by using such a solvent amount, the antireflection film polymer can be completely dissolved, and an appropriate amount of solvent for forming the antireflection film using the composition. do.
본 발명은 상기 화학식 1의 중합체 단독으로, 또는 상기 화학식 1의 중합체와 상기 표 la 및 표 1b에 기재된 안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 플루오렌 유도체, 크산톤, 퀴니자린 및 플루오레세인으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 또는 2 이상의 화합물을 함유하는 조성물로 이루어진 반사방지막을 제공한다.The present invention is the polymer of formula (I) alone or in the group consisting of the polymer of formula (I) and the anthracene derivatives, fluorenone derivatives, fluorene derivatives, xanthones, quinizarine and fluorescein described in Table la and Table 1b. An anti-reflection film made of a composition containing one or more selected compounds is provided.
본 발명에 따르는 반사방지막은 상기 화학식 1의 중합체를 단독으로, 또는 상기 화학식 1의 중합체와 상기표 la 및 표 1b에 기재된 안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 플루오렌 유도체, 크산톤, 퀴니자린 및 플루오레세인으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 또는 2 이상의 화합물을 함유하는 조성물을 필터링 한 후, 웨이퍼에 도포하고 100~300℃에서 10~1000초 동안 하드베이크하여 반사방지막 수지를 가교시켜 제조할 수 있다. 이러한 조건으로 하드베이크를 진행함으로써, 상기 반사방지막 수지를 가교시켜 성형막을 단단하게 만들 수 있으며, 공정 온도가 300℃보다 높아지거나, 공정 시간이 1000초보다 커지게 될 경우, 오히려, 성형막이 파괴될 수 있다.The antireflection film according to the present invention is a polymer of formula (I) alone, or the polymer of formula (I) and the anthracene derivatives, fluorenone derivatives, fluorene derivatives, xanthones, quinizarine and fluoresce described in Table la and Table 1b. After filtering the composition containing one or two or more compounds selected from the group consisting of phosphorus, it can be prepared by cross-linking the antireflection film resin by coating on a wafer and hard-baking for 10 to 1000 seconds at 100 ~ 300 ℃. By carrying out the hard bake under such conditions, the antireflection film resin can be crosslinked to harden the molded film, and when the process temperature is higher than 300 ° C. or the process time is greater than 1000 seconds, the molded film may be destroyed. Can be.
본 발명에 따르는 반사방지막에서의 가교반응은 하기 반응식 2와 같은 메커니즘으로 일어난다.The crosslinking reaction in the antireflection film according to the present invention takes place by the same mechanism as in Scheme 2 below.
[반응식 2]Scheme 2
상기식에서 ,Where
Rl은 수소, Cl∼C4의 알킬, 하이드록시, 또는 하이드록시메틸기을 나타내며,R 1 represents hydrogen, C 1 -C 4 alkyl, hydroxy, or hydroxymethyl group,
R2은 수소, Cl~C4의 알킬, 하이드록시, 또는 하이드록시메틸기를 나타내고,R 2 represents hydrogen, a C 1 to C 4 alkyl, hydroxy, or hydroxymethyl group,
R3은 수소, Cl∼C4의 알킬, 하이드록시, Cl~C3의 하이드록시알킬, 메톡시, 포르밀에틸, 또는 포르밀에톡시기를 나타내며,R 3 represents hydrogen, C 1 -C 4 alkyl, hydroxy, C 1 -C 3 hydroxyalkyl, methoxy, formylethyl, or formylethoxy group,
1, m 및 n은 1:m:n이 0.1∼0.9:0.1∼0.9:0.1~0.9인 몰비를 나타낸다.1, m, and n show the molar ratio of 1: m: n is 0.1-0.9: 0.1-0.9: 0.1-0.9.
본 발명에 따르는 반사방지막 조성물은 이를 웨이퍼상에 도포한 다음 고온에서 하드베이크하면 상기 화학식 1 의 중합체 내의 에스테르기와 아릴알콜기가 반응하여 에스테르교환(transesterification) 반응이 일어나 상기 반응식 2 와 같이 메탄올이 형성되고 수지는 서로 교차 가교구조를 이루게 된다.When the antireflection film composition according to the present invention is coated on a wafer and then hardbaked at a high temperature, an ester group and an aryl alcohol group in the polymer of Chemical Formula 1 react to produce a transesterification reaction to form methanol as shown in Scheme 2 above. The resins form a crosslinked structure with each other.
이러한 가교구조는 감광막을 도포할 때 유기 반사방지막으로서의 광학적으로 안정한 노광조건을 형성할 수 있게 해준다. 부산물인 메탄올은 하드베이크시 완전히 증발되므로 감광막과의 혼합(intermixing)은 전혀 일어나지 않으므로 구조적으로도 우수한 필름특성을 발현한다.This crosslinked structure makes it possible to form optically stable exposure conditions as the organic antireflection film when the photosensitive film is applied. By-product methanol is completely evaporated during hard baking, so intermixing with the photosensitive film does not occur at all, resulting in structurally excellent film characteristics.
본 발명에 따르는 상기 화학식 1의 중합체는 248nm KrF 및 193 ArF 레이저를 광원으로 사용하는 초미세패턴 형성공정의 유기반사방지막으로 우수한 성능을 나타내는 것으로 확인되었으며, ArF 광 이외에도 노광 광원으로서 E-빔, EUV(extremely ultraviolet), 이온빔 등을 사용할 경우에도 우수한 난반사방지 효과를 나타내는 것으로 확인되었다.The polymer of Chemical Formula 1 according to the present invention was found to exhibit excellent performance as an organic anti-reflective coating of the ultra-fine pattern forming process using 248nm KrF and 193 ArF laser as a light source, E-beam, EUV as an exposure light source in addition to ArF light (extremely ultraviolet), an ion beam, etc., it was confirmed that the excellent anti-reflective effect.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. In addition, the present embodiment is not intended to limit the scope of the present invention but is presented by way of example only.
실시예 1) 폴리(메틸메타크릴레이트-하이드록시 에틸메타크릴레이트-스티렌) 공중합체의 합성Example 1 Synthesis of Poly (methylmethacrylate-hydroxyethylmethacrylate-styrene) Copolymer
메틸메타크릴레이트 모노머 30g(0.3몰), 하이드록시 에틸메타크릴레이트 39g(0.3몰) 및 스티렌 41.7g(0.4몰)을 500㎖ 둥근바닥 플라스크에 넣고 교반하면서 미리 준비된 테트라하이드로퓨란(THF) 300g을 넣고 완전히 섞이면 2.2'-아조비스이소부티로아크릴레이트(AIBN)을 0.1g-3g 넣은 후 질소 분위기 하에서 60℃ 내지 75℃ 온도에서 5-20시간 반응시킨다. 반응 완료후 이 용액을 에틸에테르 또는 노르말 핵산 용매에 침전시킨 후 여과하여 건조시키면 본 발명에 따르는 중합체인 폴리(메틸메타크릴레이트-하이드록시 에틸메타크릴레이트-스티렌) 공중합체를 얻는다. 수율은 70~76% 이었다.30 g (0.3 mole) of methyl methacrylate monomer, 39 g (0.3 mole) of hydroxy ethyl methacrylate and 41.7 g (0.4 mole) of styrene were added to a 500 ml round bottom flask, and 300 g of tetrahydrofuran (THF) prepared in advance was stirred. After the mixture is completely mixed, 0.1 g-3 g of 2.2'-azobisisobutyroacrylate (AIBN) is added thereto, and the mixture is reacted at 60 ° C. to 75 ° C. for 5-20 hours under a nitrogen atmosphere. After completion of the reaction, the solution is precipitated in ethyl ether or normal nucleic acid solvent, filtered and dried to obtain a poly (methyl methacrylate-hydroxy ethyl methacrylate-styrene) copolymer which is a polymer according to the present invention. Yield was 70-76%.
실시예 2) 폴리(메틸메타크릴레이트-하이드록시 에틸아크릴레이트-α-메틸스티렌) 공중합체의 합성Example 2 Synthesis of Poly (methylmethacrylate-hydroxyethylacrylate-α-methylstyrene) Copolymer
메틸메타크릴레이트 모노머 30g(0.3몰), 하이드록시 에틸아크릴레이트 40.6g(0.35몰) 및 α -메틸스티렌 41.4g(0,35몰)을 500㎖ 둥근바닥 플라스크에 넣고 교반하면서 미리 준비된 테트라하이드로퓨란(THF) 300g을 넣고 완전히 섞이면 2.2'-아조비스이소부티로아크릴레이트(AIBN)을 0.1g-3g 넣은 후 질소 분위기 하에서 50℃ 내지 65℃ 온도에서 5-20시간 반응시킨다. 반응 완료후 이 용액을 에틸에테르 또는 노르말 핵산 용매에 침전시킨 후 여과하여 건조시키면 본 발명에 따르는 중합체인 폴리(메틸메타크릴레이트-하이드록시 에틸아크릴레이트-a -메틸스티렌)공중합체를 얻는다. 수율은 80~87% 이었다.30 g (0.3 mole) of methyl methacrylate monomer, 40.6 g (0.35 mole) of hydroxy ethyl acrylate and 41.4 g (0,35 mole) of α-methyl styrene were put into a 500 ml round bottom flask and prepared with tetrahydrofuran. (THF) When 300g is added and thoroughly mixed, 0.1g-3g of 2.2'-azobisisobutyroacrylate (AIBN) is added thereto, followed by reaction for 5-20 hours at a temperature of 50 ° C to 65 ° C under a nitrogen atmosphere. After completion of the reaction, the solution is precipitated in ethyl ether or normal nucleic acid solvent, filtered and dried to obtain a poly (methylmethacrylate-hydroxy ethylacrylate-a-methylstyrene) copolymer which is a polymer according to the present invention. The yield was 80-87%.
실시예 3) 폴리(메틸메타크릴레이트-하이드록시 에틸메타크릴레이트-비닐아니졸) 공중합체의 합성Example 3 Synthesis of Poly (methylmethacrylate-hydroxyethylmethacrylate-vinylanisol) copolymer
메틸메타크릴레이트 모노머 30g(0.3몰), 하이드록시 에틸메타크릴레이트 39g(0.3몰) 및 4-비닐아니졸 47g(0.35몰)을 500㎖ 둥근바닥 플라스크에 넣고 교반하면서 미리 준비된 테트라하이드로퓨란(THF) 300g을 넣고 완전히 섞이면 2.2'-아조비스이소부티로아크릴레이트(AIBN)을 0.1g-3g 넣은 후 질소 분위기 하에서 60℃ 내지 80℃ 온도에서 5-20시간 반응시킨다. 반응 완료후 이 용액을 에틸에테르 또는 노르말 핵산 용매에 침전시킨 후 여과하여 건조시키면 본 발명에 따르는 중합체인 폴리(메틸메타크릴레이트-하이드록시 에틸메타크릴레이트-비닐아니졸) 공중합체를 얻는다. 수율은 75∼80% 이었다.30 g (0.3 mole) of methyl methacrylate monomer, 39 g (0.3 mole) of hydroxy ethyl methacrylate and 47 g (0.35 mole) of 4-vinylanizol were put into a 500 ml round bottom flask and prepared with tetrahydrofuran (THF). ) 300g is added, and when thoroughly mixed, 0.1g-3g of 2.2'-azobisisobutyroacrylate (AIBN) is added thereto, and reacted at a temperature of 60 ° C. to 80 ° C. for 5-20 hours under a nitrogen atmosphere. After completion of the reaction, the solution is precipitated in ethyl ether or normal nucleic acid solvent, filtered and dried to obtain a poly (methyl methacrylate-hydroxy ethyl methacrylate-vinyl anisole) copolymer according to the present invention. The yield was 75 to 80%.
실시예 4) 폴리(메틸메타크릴레이트-하이드록시 에틸아크릴레이트-비닐벤조에이트) 공중합체의 합성Example 4 Synthesis of Poly (methylmethacrylate-hydroxy ethylacrylate-vinylbenzoate) copolymer
메틸메타크릴레이트 모노머 30g(0.3몰), 하이드록시 에틸아크릴레이트 40.6g(0.35몰) 및 비닐벤조에이트 44.4g(0.3몰)을 500㎖ 둥근바닥 플라스크에 넣고 교반하면서 미리 준비된 테트라하이드로퓨란(THF) 300g을 넣고 완전히 섞이면 2.2'-아조비스이소부티로아크릴레이트(AIBN)을 0.1g-3g 넣은 후 질소 분위기 하에서 60℃ 내지 75℃ 온도에서 5-20시간 반응시킨다. 반응 완료후 이 용액을 에틸에테르 또는 노르말 핵산 용매에 침전시킨 후 여과하여 건조시키면 본 발명에 따르는 중합체인 폴리 (메틸메타크릴레이트-하이드록시 에틸아크릴레이트-비닐벤조에이트)공중합체를 얻는다. 수율은 65~70% 이었다.30 g (0.3 mole) of methyl methacrylate monomer, 40.6 g (0.35 mole) of hydroxy ethyl acrylate and 44.4 g (0.3 mole) of vinyl benzoate were placed into a 500 ml round bottom flask and prepared with tetrahydrofuran (THF). When 300g is added and thoroughly mixed, 0.1g-3g of 2.2'-azobisisobutyroacrylate (AIBN) is added thereto, followed by reaction for 5-20 hours at a temperature of 60 ° C to 75 ° C under a nitrogen atmosphere. After completion of the reaction, the solution is precipitated in ethyl ether or normal nucleic acid solvent, filtered and dried to obtain a poly (methylmethacrylate-hydroxy ethylacrylate-vinylbenzoate) copolymer which is a polymer according to the present invention. Yield was 65-70%.
실시예 5) 반사방지막의 제조Example 5 Preparation of Anti-Reflection Film
상기 실시예 1 내지 4에서 제조된 본 발명에 따르는 중합체 각 50mg을 약 100g의 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트(PGMEA)에 녹인 후, 상기 표 la 및 표 1b의 화합물을 0.1∼30중량% 첨가하여 완전히 녹인 후, 여과한 용액을 웨이퍼에 도포하고 100~300℃에서 10∼1000초 동안 하드베이크를 행한다. 이후에 감광막을 도포하여 미세패턴 형성공정을 행한다.50 mg of each polymer according to the present invention prepared in Examples 1 to 4 was dissolved in about 100 g of propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA), and then 0.1 to 30% by weight of the compounds of Table la and Table 1b were completely dissolved. Then, the filtered solution is applied to a wafer and hardbaked at 100 to 300 ° C. for 10 to 1000 seconds. Thereafter, a photosensitive film is applied to perform a fine pattern forming step.
이상에서와 같이 본 발명에 따르는 상기 화학식 1의 중합체를 반도체 제조공정중 초미세 패턴형성공정에서의 반사방지막으로 사용하면, 하부막으로부터 기인되는 CD 변동을 제거함으로써 64M, 256M, IG, 4G, l6G DRAM 의 안정된 초미세 패턴을 형성할 수 있어 제품의 수율을 증대할 수 있다.As described above, when the polymer of Chemical Formula 1 according to the present invention is used as an anti-reflection film in an ultra-fine pattern forming process of a semiconductor manufacturing process, 64M, 256M, IG, 4G, l6G by removing the CD variation caused by the lower layer It is possible to form a stable ultra-fine pattern of DRAM can increase the yield of the product.
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