KR100894218B1 - 흡광제 및 이를 포함하는 유기 반사 방지막 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 반사 방지막 형성용 흡광제 및 이를 포함하는 유기 반사 방지막 조성물에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 유기 반사 방지막 형성용 흡광제는 하기 화학식1a, 1b, 1a및1b의 혼합물 또는 화학식2의 화합물이다.
화학식1a
Figure 112008083146363-pat00001
화학식1b
Figure 112008083146363-pat00002
화학식 1에서 X는 탄소수가 1 내지 20인 치환 또는 비치환된 고리화합물, 아릴, 디아릴 에테르, 디아릴설파이드, 디아릴설폭사이드 및 디아릴 케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물이고, R1 은 수소, 탄소수가 1 내지 10인 치환 또는 비치환된 알킬기, 또는 탄소수 1내지 14인 아릴기이다.
화학식 2
Figure 112008083146363-pat00003
화학식 2에서 X는 탄소수가 1 내지 20인 치환 또는 비치환된 고리화합물, 아릴, 디아릴 에테르, 디아릴설파이드, 디아릴설폭사이드 및 디아릴 케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물이고, R1 은 수소, 탄소수가 1 내지 10인 치환 또는 비치환된 알킬기, 또는 탄소수 1내지 14인 아릴기이다.
또한, 본 발명에 따른 유기 반사 방지막 조성물은 상기 화학식1a로 표시되는 흡광제, 중합체, 열산발생제, 가교결합제 및 용매를 포함한다.
본 발명의 화합물을 이용한 반사 방지막은 우수한 접착성, 보관 안정성, C/H 패턴 및 L/S패턴에서 모두 우수한 해상도를 나타낸다. 또한 우수한 공정 마진(process window)을 가지고 있어 기판의 종류에 관계없이 우수한 패턴 프로파일(pattern profile)을 얻을 수 있다.
Figure R1020080033712
반사방지막*흡광제*조성물*반도체

Description

흡광제 및 이를 포함하는 유기 반사 방지막 조성물{Absorber and organic antireflective protecting composition layer containing thereof}
본 발명은 리소그라피 공정에 있어서 하부막층의 반사를 방지하고 정재파(stationary wave)를 방지하며 빠른 드라이 에칭 속도(etching rate)를 갖는 유기 반사 방지막 조성물 및 조성물에 포함되는 신규한 흡광제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 KrF 엑시머 레이저를 사용하여 반도체 초미세 패터닝에 유용한 유기 반사 방지막을 제조하는데 사용할 수 있는 신규 흡광제 및 이를 함유하는 유기 반사 방지막 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 이와 같은 유기 반사 방지막 조성물을 이용한 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
최근반도체 소자의 고집적화에 따라 초LSI 등의 제조에 있어서 0.10 마이크론 이하의 초미세 패턴이 요구되고 있으며, 노광 파장도 종래에 사용하던 g선이나 i선 영역에서 더욱 낮은 파장의 빛을 이용한 리소그라피 공정이 요구되고 있다. 이 에 따라 반도체 소자 제조 공정에서 KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저를 이용한 마이크로 리소그라피 공정이 현재 사용되고 있다.
반도체 소자의 패턴의 크기가 작아지기 때문에 노광 공정이 진행되는 동안 반사율이 최소 1% 미만으로 유지되어야 균일한 패턴을 얻어낼 수 있고, 합당한 공정 마진을 얻어 원하는 수율을 달성할 수 있게 되었다.
따라서 반사율을 최대한 줄이기 위해 흡광할 수 있는 유기 분자들이 포함된 유기 반사 방지막을 포토레지스트 아래에 위치하게 하여 반사율을 조절하여 하부막층의 반사를 방지하고 정재파를 제거하는 기술이 중요하게 되었다.
그러므로, 상기 유기 반사 방지막 조성물은 하기의 요건을 만족하여야 한다.
첫째, 하부막층의 반사를 방지하기 위해 노광 광원의 파장영역의 빛을 흡수할 수 있는 물질을 함유하고 있어야 한다.
둘째, 반사 방지막을 적층한 후 포토레지스트를 적층하는 공정에서 포토레지스트의 용매에 의해 반사 방지막이 용해되어 파괴되지 않아야 한다. 이를 위하여 반사 방지막은 열에 의하여 경화될 수 있는 구조로 설계되어야 하며, 반사 방지막 적층 공정에 있어서, 코팅 후 베이킹 공정을 진행하여 경화를 진행시키게 된다.
셋째, 반사 방지막은 상부의 포토레지스트보다 빠르게 에칭되어 하부막층을 에칭하기 위한 포토레지스트의 손실을 줄일 수 있어야 한다.
넷째, 상부의 포토레지스트에 대한 반응성을 가지지 않아야 한다. 또한 아민, 산과 같은 화합물이 포토레지스트 층으로 이행(migration)되지 않아야 한다. 이는 포토레지스트 패턴의 모양, 특히 푸팅(footing) 혹은 언더컷(undercut)을 유 발할 수 있기 때문이다.
다섯째, 다양한 기판에 따른 여러 노광 공정에 적합한 광학적 성질, 즉 적당한 굴절율과 흡광계수를 가져야 하며 기판과 포토레지스트에 대한 접착력이 좋아야 한다.
상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 본 발명은 248 nm KrF 엑시머 레이저를 이용한 초미세 패턴 형성 리소그라피 공정에서 노광시에 발생하는 반사광을 흡수할 수 있는 유기 반사 방지막으로 사용될 수 있는 신규 흡광제 및 이를 포함하는 유기 반사 방지막 조성물을 제공하는 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 유기 반사 방지막의 에칭 속도를 빠르게 할 수 있는 화학적 구조로 반사 방지막의 기본 구조를 설계하고 이에 따라 중합체를 제조하여 이를 기초로 유기 반사 방지막을 제조하는 방법을 제공하여 에칭 공정이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 하며, 또한 언더컷, 푸팅 등을 제거하여 우수한 초미세 패턴 형성을 달성할 수 있는 상기 유기 반사 방지막 조성을 이용한 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명에 따른 유기 반사 방지막 형성용 흡광제는 하기 화학식1a, 1b, 1a및 1b의 혼합물 또는 화학식2의 화합물이다.
Figure 112008026014094-pat00004
Figure 112008026014094-pat00005
화학식 1a 및 1b에서 X는 탄소수가 1 내지 20인 치환 또는 비치환된 고리화합물, 아릴, 디아릴 에테르, 디아릴설파이드, 디아릴설폭사이드 및 디아릴 케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물이고, R1 은 수소, 탄소수가 1 내지 10인 치환 또는 비치환된 알킬기, 또는 탄소수 1내지 14인 아릴기이다.
Figure 112008026014094-pat00006
화학식 2에서 X는 탄소수가 1 내지 20인 치환 또는 비치환된 고리화합물, 아릴, 디아릴 에테르, 디아릴설파이드, 디아릴설폭사이드 및 디아릴 케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물이고, R1 은 수소, 탄소수가 1 내지 10인 치환 또는 비치환된 알킬기, 또는 탄소수 1내지 14인 아릴기이다.
유기 반사 방지막에 포함되는 흡광제는 광흡수가 가능한 화학종인 흡광제가 화합물에 포함되어 있는 경우와 흡광제가 광흡수를 할 수 없는 중합체와 따로 분리되어 있는 경우로 구별할 수 있으며 통상 광흡수 화학종의 양을 조절할 수 있도록 흡광제를 따로 사용한다.
본 발명의 일 실시예로 사용된 화학식 1과 2의 흡광제는 하기 화학식 3로 표시되는 치환 또는 비치환된 안트라센 알코올 화합물과 다양한 디언하이드라이드 화합물을 염기 환경 하에서 반응시킴으로써 제조한 후, 사용한 염기를 산을 이용하여 중화시킴으로써 제조된다.
Figure 112008026014094-pat00007
상기 식에서 R1 은 수소, 탄소수가 1 내지 10인 치환 또는 비치환된 알킬기, 또는 탄소수 1내지 14인 아릴기이다.
한편, 상기 화학식 3의 화합물과 디언하이드라이드 화합물을 반응시켜 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광제의 예로는 하기 화학식4a 내지 화학식7 또는 이들의 혼합물을 그 예로 들 수 있다.
Figure 112008026014094-pat00008
Figure 112008026014094-pat00009
상기 화학식 4a 및 4b중의 R1 및 R2 는 각각 독립적으로 또는 동시에 H, -OH, -OCOCH3, -COOH, -CH2OH 또는 탄소수1 내지 5의 치환 또는 비치환, 직쇄 또는 측쇄알킬 또는 알콕시알킬을 나타낸다. R3 은 수소, 탄소수가 1 내지 10인 치환 또는 비치환된 알킬기, 또는 탄소수 1내지 14인 아릴기이다.
Figure 112008026014094-pat00010
Figure 112008026014094-pat00011
상기 화학식 5a 및 5b 중의 R1 는 케톤, 산소, 황, 탄소수 1내지 5의 알킬 등을 나타내며, R2는 수소, 탄소수가 1 내지 10인 치환 또는 비치환된 알킬기, 또는 탄소수 1내지 14인 아릴기이다.
Figure 112008026014094-pat00012
상기 화학식 6중의 R1 및 R2 는 각각 독립적으로 또는 동시에 H, -OH, -OCOCH3, -COOH, -CH2OH 또는 탄소수1 내지 5의 치환 또는 비치환, 직쇄 또는 측쇄알킬 또는 알콕시알킬을 나타내며, R3 은 수소, 탄소수가 1 내지 10인 치환 또는 비치환된 알킬기, 또는 탄소수 1내지 14인 아릴기이다.
Figure 112008026014094-pat00013
상기 화학식 7중의 R1 는 케톤, 산소, 황, 탄소수 1내지 5의 알킬 등을 나타내며, R2는 수소, 탄소수가 1 내지 10인 치환 또는 비치환된 알킬기, 또는 탄소수 1내지 14인 아릴기이다.
상기 흡광제는 안트라센 발색단을 포함하고 있으며 열경화를 위한 작용기들을 함유하고 있다.
구체적으로, 안트라센 발색단 유도체들은 구조에따라 에칭 물성이 크게 변할 수 있기 때문에 본 발명에 있어서는 다양한 구조의 유도체를 도입하여 유기 반사 방지막 조성물에 적용하였다.
상기 흡광제와 후술할 중합체인 열경화 화합물과의 반응을 살펴보면, 상기 흡광제가 알코올 화합물로 개환하여 발생하는 카르복실산 작용기는 열경화 화합물의 아세탈, 에폭시, 헤미아세탈 등의 작용기와 반응하여 가교 구조를 형성한다.
다양한 디언하이드라이드는 알코올과의 반응성이 좋으며 4개의 반응기를 가짐으로써 발색단을 1 또는 2개 도입하고도 이후 공정에서 가교사이트(site)를 가질 수 있는 장점이 있다. 이와 같은 흡광제의 합성방법은 통상적인 방법에 의해 합성될 수 있으나 본 발명에 사용한 화합물의 반응성은 염기를 이용한 합성이 가장 바람직하다.
사용할 수 있는 염기로는 디메틸아미노피리딘, 피리딘, 1,4-디아자바이사이클로2,2,2 옥탄, 1,5-디아자바이사이클로 4,3,0노네인, 트리에틸아민, 2,6-디터트부틸피리딘, 디이소프로필에틸아민, 디아자바이사이클로운데센, 테트라메틸에틸렌디아민 등이 있으며 특별한 제한은 없다.
합성용매로는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 할로겐화벤젠, 디에틸에테르, 테트라하 이드로퓨란, 에스테르류, 에테르류, 락톤류, 케톤류, 아미드류 중에서 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
상기 화합물의 합성 온도는 용매에 따라서 선택하여 사용할 수 있으며 5℃~200℃, 바람직하게는 20℃~100℃이다.
이하, 본원발명에 따라 새롭게 창출된 흡광제를 포함하는 유기 반사 방지막 조성물에 대해 살펴보도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 반사 방지막 조성물은 흡광제와 중합체와 열산발생제와 가교결합제 및 용매를 포함한다.
상기 흡광제는 상술한 바와 같이 화학식1a, 1b, 1a및1b의 혼합물, 또는 화학식2에 의해 표시되는 흡광제이며, 본 발명의 유기 반사 방지막 조성물에 포함되는 중합체는 아크릴레이트계, 말레익 안하드라이드계, 페놀계, 에스터계의 단량체를 중합함으로써 얻어질 수 있는데 직쇄 또는 측쇄 말단에 가교 사이트를 포함하고 있는 중합체로 특별히 제한을 두지는 않는다.
이와 같은 중합체를 이용한 유기 반사 방지막은 기판 위에 도포 후 베이킹 공정을 거치면서 경화가 일어나 용매에 대한 내용해성을 지니게 된다.
따라서, 유기 반사 방지막 적층 후 감광제의 도포시 반사 방지막이 감광제의 용매에 의해 용해되는 현상이 일어나지 않으며 안정성을 부여할 수 있다.
또한, 본 발명의 유기 반사 방지막 조성물은 흡광제와 중합체의 경화 및 성능을 향상시키기 위해 첨가제를 포함할 수 있으며 이와 같은 첨가제에는 가교결합 제와 열산발생제를 그 예로 들 수 있다.
먼저, 상기 가교결합제는 바람직하게는 적어도 2개 이상의 가교 형성 관능기를 갖는 화합물로서 그 예로써 아미노플라스틱 화합물과 다관능성 에폭시 레진, 디언하이드라이드의 혼합물 등이 있다.
아미노플라스틱 화합물로는 디메톡시메틸글리코우릴, 디에톡시메틸글리코우릴 및 이들의 혼합물, 디에틸디메틸메틸글리코우릴, 테트라메톡시메틸글리코우릴, 또는 헥사메톡시메틸멜라민 수지 등의 화합물이 있을 수 있다.
또한, 다관능성 에폭시 화합물은 예를 들면 MY720, CY179MA, DENACOL 등과 이와 유사한 제품들을 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 경화반응을 촉진시키는 촉매제로서 열산발생제를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 포함되는 열산방생제로는, 예를 들어, 톨루엔 술폰산, 톨루엔 술폰산의 아민염 또는 피리딘염 화합물, 알킬술폰산, 알킬술폰산의 아민염 또는 피리딘염화합물 등을 사용할 수도 있다.
또한, 상기 본 발명의 유기 반사 방지막 조성물에 사용될 수 있는 유기 용매로는, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(PGME), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 시클로헥사논, 에틸락테이트, 프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 디메틸 포름아미드(DMF), 감마-부티로락톤, 에톡시 에탄올, 메톡시 에탄올, 메틸3-메톡시프로피오네이트(MMP), 에틸3-에톡시프로피오네이트(EEP) 등으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 용매를 사용함이 바람직하다.
그리고, 본 발명에 다른 실시예에 따른 유기 반사 방지막 조성물은 화학식 1또는 화학식2의 흡광제가 조성물 전체에 대하여 0.1~40중량%의 양으로 포함됨이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.1~15 중량%이다. 중합체는 조성물 전체에 대하여0.1~20중량%의 양으로 포함됨이 바람직하다. 또한, 가교결합제는 조성물 전체에 대하여 0.01~15중량%의 양으로포함됨이 바람직하며, 열산발생제는 조성물 전체에 대하여 0.01~20중량%의 양으로 포함됨이 바람직하며 더욱 바람직하게는 0.01~15중량%이다.
한편, 상기와 같은 구성 성분을 위 조성비로 포함하는 유기 반사 방지막 조성물을 웨이퍼 상에 도포한 후 베이킹 등의 열공정을 수행하면 상기의 열산발생제로부터 산이 발생되고, 발생된 산의 존재 하에 화학식 1또는 화학식2의 흡광제, 중합체와 첨가제로 사용된 가교결합제 사이에서 일어나는 가교 반응이 촉진되어 유기 용매에 용해되지 않는 유기 반사 방지막이 형성된다. 이러한 유기 반사 방지막은 포토레지스트를 투과하여 도달한 원자외선을 흡수하여 포토레지스트 하부막으로부터의 난반사를 방지할 수 있다.
상기와 같은 유기 반사 방지막을 이용한 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 유기 반사 방지막 조성물을 피식각층 상부에 도포하는 단계 도포된 조성물을 베이킹 공정을 통해 경화시키고, 가교 결합을 형성시켜 유기 반사 방지막을 형성하는 방지막형성단계 유기 반사 방지막 상부에 포토레지스트를 도포하고, 노광 후 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 및 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 유기 반사 방지막을 식각한 후, 피식각층을 식각하여 피식각층의 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 본 발명에 의한 유기 반사 방지막의 적층 공정에 있어서, 베이킹 공정은 150~250℃의 온도에서 0.5 내지 5분간 진행함이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 패턴 형성 방법에 있어서, 하드마스크를 도포한 후 상기 형성된 스핀 온 카본 하드마스크 상부에 반사 방지막 혹은 실리콘 반사 방지막 등의 유무기 조성물을 적층하기 전이나 후에 베이크 공정을 부가적으로 한번 더 진행할 수 있으며, 이러한 베이크 공정은 70~200℃의 온도에서 수행됨이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 반사 방지막 조성물은 우수한 접착성, 보관 안정성, C/H 패턴 및 L/S패턴에서 모두 우수한 해상도를 나타낸다. 또한 우수한 공정 마진(process window)을 가지고 있어 기판의 종류에 관계없이 우수한 패턴 프로파일(pattern profile)을 얻을 수 있다.
또한, 유기 반사 방지막 조성물을 이용하여 패턴을 형성시킴으로써 248 nm 광원을 사용하는 초미세 패턴 형성 공정에 있어서 반사 방지막을 빠르게 에칭시킬 수 있고, 그로 인하여 좀 더 원활한 고집적 반도체의 개발에 기여할 수 있다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예 및 비교예를 통해 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 본 발명이 이와 같은 실시예에 의해 한정되지 않음은 주지되어야 할 것이다.
합성예 1) 유기 반사방지막용 흡광제 합성
바이사이클로2,2,2옥텐2,3,5,6테트라카르복시산 디언하이드라이드 70g과 안트라센 메탄올 147g, 피리딘 46g 디메틸아미노피리딘0.6g을 1,4-디옥산 540g에 용해시킨 후, 50℃에서 24시간 동안 반응시킨다. 반응이 완료된 후 반응용액에 포름산을 떨어뜨려 중화시킨다. 이 반응물을 물에 떨어뜨려 생긴 침전물을 필터한 후 증류수로 여러 번 세척한 뒤 건조시켜 화합물 172.8g(수율 = 80%)을 얻을 수 있다. 합성예 1에 따라 제조된 공중합체의 1H-NMR 사진은 도 1에 나타내었다.
합성예 2) 유기 반사방지막용 흡광제 합성
바이사이클로2,2,2옥텐2,3,5,6테트라카르복시산 디언하이드라이드 70g과 안트라센 메탄올 147g, 피리딘 46g 디메틸아미노피리딘0.6g 을 1,4-디옥산 540g에 용해시킨 후, 50℃에서 24시간 동안 반응시킨다. 반응이 완료된 후 반응용액에 포름산을 떨어뜨려 중화시킨다. 이 반응물을 에틸초산으로 희석시킨뒤 물에서 추출한 뒤 에틸초산층을 진공건조시켜 화합물을 170.64g(수율 = 79%)을 얻을 수 있다.
합성예 3) 유기 반사방지막용 흡광제 합성
바이사이클로2,2,2옥텐2,3,5,6테트라카르복시산 디언하이드라이드 70g과 안트 라센 메탄올 147g, 트리에틸아민 57g디메틸아미노피리딘0.6g 을 1,4-디옥산 540g에 용해시킨 후, 50℃에서 24시간 동안 반응시킨다. 반응이 완료된 후 반응용액에 포름산을 떨어뜨려 중화시킨다. 이 반응물을 물에 떨어뜨려 생긴 침전물을 필터한 후 증류수로 여러 번 세척한 뒤 건조시켜 화합물 172.8(수율 = 80%)을 얻을 수 있다.
합성예 4) 유기 반사방지막용 흡광제 합성
바이사이클로2,2,2옥텐2,3,5,6테트라카르복시산 디언하이드라이드 70g과 안트라센 메탄올 147g, 디이소프로필에틸아민 7.3g을 1,4-디옥산 540g에 용해시킨 후, 50℃에서 16시간 동안 반응시킨다. 반응이 완료된 후 반응용액에 포름산을 떨어뜨려 중화시킨다. 이 반응물을 물에 떨어뜨려 생긴 침전물을 필터한 후 증류수로 여러 번 세척한 뒤 건조시켜 화합물 172.8(수율 = 80%)을 얻을 수 있다.
합성예 5) 유기 반사방지막용 흡광제 합성
벤조페논 테트라카복실릭 디언하이드라이드 109g과 안트라센 메탄올 140g, 디이소프로필에틸아민 7.3g을 1,4-디옥산 540g에 용해시킨 후, 50℃에서 16시간 동안 반응시킨다. 반응이 완료된 후 반응용액에 포름산을 떨어뜨려 중화시킨다. 이 반응물을 물에 떨어뜨려 생긴 침전물을 필터한 후 증류수로 여러 번 세척한 뒤 건조시켜 화합물 172.8(수율 = 70%)을 얻을 수 있다.
합성예 6) 유기 반사방지막용 흡광제 합성
4,4'-옥시디프탈릭언하이드라이드 75g과 안트라센 메탄올 100g, 디이소프로필에틸아민 7.3g을1,4-디옥산 540g에 용해시킨 후, 50℃에서 16시간 동안 반응시킨다. 반응이 완료된 후 반응용액에 포름산을 떨어뜨려 중화시킨다. 이 반응물을 물에 떨어뜨려 생긴 침전물을 필터한 후 증류수로 여러 번 세척한 뒤 건조시켜 화합물 172.8(수율 = 95%)을 얻을 수 있다. 합성예 6에 따라 제조된 공중합체의 1H-NMR 사진은 도 2에 나타내었다.
합성예 7) 유기 반사방지막용 흡광제 합성
4,4'-옥시디프탈릭언하이드라이드 75g과1,2,10-안트라센 트리올100g, 디이소프로필에틸아민 7.3g을 1,4-디옥산 540g에 용해시킨 후, 50℃에서 16시간 동안 반응시킨다. 반응이 완료된 후 반응용액에 포름산을 떨어뜨려 중화시킨다. 이 반응물을 물에 떨어뜨려 생긴 침전물을 필터한 후 증류수로 여러 번 세척한 뒤 건조시켜 화합물 86.4(수율 = 48% )을 얻을 수 있다.
합성예 8) 유기 반사방지막용 흡광제 합성
4,4'-옥시디프탈릭언하이드라이드 75g과 안트라센 메탄올50g, 디이소프로필에틸아민 3.65g을 1,4-디옥산 300g에 용해시킨 후, 50℃에서 16시간 동안 반응시킨다. 반응이 완료된 후 반응용액에 포름산을 떨어뜨려 중화시킨다. 이 반응물을 물에 떨어뜨려 생긴 침전물을 필터한 후 증류수로 여러 번 세척한 뒤 건조시켜 화합물 63(수율 = 50.4% )을 얻을 수 있다.
합성예 9) 유기 반사방지막용 중합체의 합성
말레익 언하이드라이드 29.4g과 메틸메타크릴레이트 30g, AIBN 2.97g을 1,4-디옥산 120g에 용해시킨 후, 70℃에서 12시간동안 중합 반응시킨다. 반응이 완료된 후 반응용액을 메틸알콜에 떨어뜨려 생긴 침전물을 필터한 후 메틸알콜로 여러 번 세척하여 진공 건조시킨다. (Mw = 47,100, PDI = 2.17, 수율 = 58%) 진공건조된 중합체 72g과 톨루엔 설폰산 모노하이드레이트 0.55g를 메틸알콜 725g에 섞어준 후 70℃에서 48시간동안 반응시킨다. 반응이 완료된 후 반응용액을 증류수에 떨어뜨려 생긴 침전물을 필터한 후 증류수로 여러 번 세척하여 진공 건조시킨다. (수율 = 58%)
실시예 1) 유기 반사 방지막 조성물 A의 제조
상기 합성예 1에서 제조된 유기 반사 방지막용 흡광제7 g과 상기 합성예 9에서 제조된 중합체 6 g, 테트라메톡시메틸글리코우릴 9 g, 그리고 피리디늄 p-톨루엔술폰산 1 g을 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 966 g에 용해시킨 후 지름 0.2㎛ 멤브레인 필터로 여과함으로써 유기 반사 방지막 조성물A를 제조한다.
실시예 2) 유기 반사 방지막 조성물B의 제조
상기 합성예 5에서 제조된 유기 반사 방지막용 흡광제 7 g과 상기 합성예 9에서 제조된 중합체17 g, 테트라메톡시메틸글리코우릴 8 g, 그리고 상기 화학식 8의 구조를 가지는 열산 발생제 3 g을 에틸락테이트 964g에 용해시킨 후 지름 0.2㎛ 멤브레인 필터로 여과함으로써 유기 반사 방지막 조성물B를 제조한다.
실시예 3) 유기 반사 방지막 조성물C의 제조
상기 합성예 6에서 제조된 유기 반사 방지막용 흡광제 8 g과 상기 합성예 9에서 제조된 중합체 10 g, 테트라메톡시메틸글리코우릴 9 g, 그리고 피리디늄 p-톨루엔술폰산 4 g을 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 970 g에 용해시킨 후 지름 0.2㎛ 멤브레인 필터로 여과함으로써 유기 반사 방지막 조성물C를 제조한다.
실시예 4) 유기 반사 방지막 조성물 D의 제조
상기 합성예 1에서 제조된 유기 반사 방지막용 흡광제7 g과 상기 합성예 9에서 제조된 중합체 6 g, 디에톡시디메톡시글리코우릴 9 g, 그리고 피리디늄 p-톨루엔술폰산 1 g을 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 966 g에 용해시킨 후 지름 0.2㎛ 멤브레인 필터로 여과함으로써 유기 반사 방지막 조성물D를 제조한다.
실시예 5) 유기 반사 방지막 조성물E의 제조
상기 합성예 7에서 제조된 유기 반사 방지막용 흡광제 8 g과 상기 합성예 9에서 제조된 중합체 10 g, 테트라메톡시메틸글리코우릴 9 g, 그리고 피리디늄 p-톨루엔술폰산 4 g을 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 970 g에 용해시킨 후 지름 0.2㎛ 멤브레인 필터로 여과함으로써 유기 반사 방지막 조성물E를 제조한다.
실시예 6) 유기 반사 방지막 조성물F의 제조
상기 합성예 8에서 제조된 유기 반사 방지막용 흡광제 8 g과 상기 합성예 9에서 제조된 중합체 10 g, 테트라메톡시메틸글리코우릴 9 g, 그리고 피리디늄 p-톨루엔술폰산 4 g을 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 970 g에 용해시킨 후 지름 0.2㎛ 멤브레인 필터로 여과함으로써 유기 반사 방지막 조성물F를 제조한다.
유기 반사 방지막의 물성 측정 및 포토레지스트 패턴 형성 결과
1) 스트리핑 테스트
실시예 1 내지 실시예 6 에서 제조된 유기 반사 방지막 조성물A, B, C, D, E, F 각각을 실리콘 웨이퍼 위에 스핀 도포 시킨 후, 230℃로 가열 된 플레이트 상에서 1 분간 베이크하여 유기 반사 방지막을 형성하였다. 웨이퍼 위에 적층 된 각각의 유기 반사 방지막들의 두께를 측정하고, 유기 반사 방지막이 적층 된 웨이퍼를 에틸락테이트에 1분간 담가 놓은 후 에틸락테이트를 완전히 제거하고 100℃ 핫플레이트 상에서 1 분간 베이킹한 후 다시 유기 반사 방지막의 두께를 측정하였다. 측정 결과, 에틸락테이트 처리 후의 두께와 처리 전의 막의 두께변화는 관찰할 수 없었다. 즉, 상기 제조된 유기 반사 방지막 조성물들은 베이킹 공정 중 완전 경화가 되어, 리소그래피 공정 진행 중 포토레지스트와 인터믹싱 등이 일어나지 않음을 확인할 수 있었다.
2) 굴절률(n)과 소광계수(k) 값의 측정
실시예 1 내지 실시예 6에서 제조된 유기 반사 방지막 조성물 A, B, C, D, E, F 각각을 실리콘 웨이퍼 위에 스핀 도포시킨 후, 230℃ 핫플레이트 상에서 1 분간 베이크하여 가교 된 유기 반사 방지막을 형성하였다. 각각의 유기 반사 방지막들을 분광엘립소미터를 이용하여248nm에서 굴절률(n)과 소광계수(k)를 측정하였다. 측정 결과, 유기 반사 방지막 조성물 A의 굴절률(n)은 1.457이었고, 소광계수(k)는 0.43였고, 유기 반사 방지막 조성물 B의 굴절률(n)은 1.456이었으며 소광계수(k)는 0.420였다. 유기 반사 방지막 조성물 C의 굴절률(n)은 1.457이었고, 소광계수(k)는 0.425였다. 또한, 유기 반사 방지막 조성물 D의 굴절률(n)은 1.455이었고, 소광계수(k)는 0.418였다. 유기 반사 방지막 조성물 E의 굴절률(n)은 1.542 이었고, 소광계수(k)는 0.423 였고, 유기 반사 방지막 조성물 F 의 굴절률(n)은 1.545 이었고, 소광계수(k)는 0.420 였다.
3) 유기 반사 방지막 및 포토레지스트 패턴 형성
실시예 1 내지 실시예 6에서 제조된 유기 반사 방지막 조성물A, B, C, D, E, F 각각을 실리콘 웨이퍼 위에 스핀 도포시킨 후, 230℃로 가열 된 플레이트 상에서 1분간 베이크하여 유기 반사 방지막을 형성하였다. 이후, 상기 반사 방지막의 상부에 KrF포토레지스트를 도포한 후 110℃에서 90초간 베이크하였다. 상기 베이크를 진행한 후, 스캐너 장비를 이용하여 노광시키고, 110℃에서 90초간 다시 베이크하 였다. 상기 노광한 웨이퍼를 TMAH 2.38중량%의 현상액을 사용하여 현상하여 최종 포토레지스트 패턴을 얻을 수 있었다. 패턴 크기는 150um의 C/H(Contact Hole)을 얻었다.
유기 반사 방지막 조성물 A를 이용한 포토레지스트 패턴은 양호한 수직성 패턴이었으며, 에너지 마진은 약 18%, 포커스심도마진은 약 0.5㎛였다. 유기 반사 방지막 조성물 B를 이용한 포토레지스트 패턴은 양호한 수직성 패턴이었으며, 에너지 마진은 약 17%, 포커스심도마진은 약 0.45㎛였다. 유기 반사 방지막 조성물 C를 이용한 포토레지스트 패턴은 양호한 수직성 패턴이었으며, 에너지 마진은 약 17%, 포커스심도마진은 약 0.5㎛였다. 또한, 유기 반사 방지막 조성물 D를 이용한 포토레지스트 패턴은 양호한 수직성 패턴이었으며, 에너지 마진은 약 19%, 포커스심도마진은 약 0.5㎛였다. 유기 반사 방지막 조성물 E를 이용한 포토레지스트 패턴은 양호한 수직성 패턴이었으며, 에너지 마진은 약 17%, 포커스심도마진은 약 0.4㎛였다. 유기 반사 방지막 조성물 F를 이용한 포토레지스트 패턴은 양호한 수직성 패턴이었으며, 에너지 마진은 약 16%, 포커스심도마진은 약 0.4㎛였다.
따라서, 상기와 같은 결과로부터 본 발명의 유기 반사 방지막 조성물로부터 얻은 반사 방지막은 충분히 넓은 에너지 마진과 포커스심도마진을 제공하는 것을 알 수 있다. 또한, 언더컷, 푸팅 등이 관찰되지 않는 수직한 우수한 패턴을 한다.
도 1은 합성예 1에 따라 제조된 공중합체의 1H-NMR 사진이다.
도 2는 합성예 6에 따라 제조된 공중합체의 1H-NMR 사진이다.
도 3은 합성예 7에 따라 제조된 공중합체의 1H-NMR 사진이다.

Claims (14)

  1. 하기 화학식1a, 1b또는 1a및1b의 혼합물로 표시되는 유기 반사 방지막 형성용 흡광제.
    화학식1a
    Figure 112008083146363-pat00014
    화학식1b
    Figure 112008083146363-pat00015
    화학식 1에서 X는 탄소수가 1 내지 20인 고리화합물, 아릴, 디아릴 에테르, 디아릴설파이드, 디아릴설폭사이드 및 디아릴 케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물이고, R1 은 수소, 탄소수가 1 내지 10인 알킬기, 또는 탄소수 1내지 14인 아릴기이다.
  2. 하기 화학식2로 표시되는 유기 반사 방지막 형성용 흡광제.
    화학식 2
    Figure 112008083146363-pat00016
    상기 화학식 2에서 X는 탄소수가 1 내지 20인 고리화합물, 아릴, 디아릴 에테르, 디아릴설파이드, 디아릴설폭사이드 및 디아릴 케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물이고, R1 은 수소, 탄소수가 1 내지 10인 알킬기, 또는 탄소수 1내지 14인 아릴기이다.
  3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학식1a, 1b또는 화학식2로 표시된 화합물은 염기 환경에서 반응시켜 제조된 것임을 특징으로 하는 유기 반사 방지막 형성용 흡광제.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 염기는 디메틸아미노피리딘, 피리딘, 1,4-디아자바이사이클로 2,2,2 옥 탄, 1,5-디아자바이사이클로 4,3,0 노네인, 트리에틸아민, 2,6-디터트부틸피리딘, 디이소프로필에틸아민, 디아자바이사이클로운데센, 테트라메틸에틸렌디아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 반사 방지막 형성용 흡광제.
  5. 흡광제, 중합체, 열산발생제, 가교결합제 및 용매를 포함하며, 상기 흡광제는 제1항에 기재된 화학식1a, 1b또는 1a및1b의 혼합물, 또는 제2항에 기재된 화학식2로 표시된 화합물인 유기 반사 방지막 조성물.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 조성물은, 흡광제 0.1내지 40중량%, 중합체 0.1내지 20 중량%, 열산발생제 0.01 내지 20 중량% 및 가교결합제 0.01 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 반사 방지막 조성물.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 중합체는 직쇄 또는 측쇄 말단에 가교 사이트(Site)를 갖는 수지를 특징으로 하는 유기 반사 방지막 조성물.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 가교결합제는 2개 이상의 가교 형성 관능기를 갖는 아미노플라스틱 화합물, 다관능성 에폭시 수지, 언하이드라이드 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 유기 반사 방지막 조성물.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 열산발생제는 톨루엔 술폰산, 톨루엔 술폰산의 아민염 또는 피리딘염 화합물, 알킬술폰산, 알킬술폰산의 아민염 또는 피리딘염인 것을 특징으로 하는 유기 반사 방지막 조성물.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 용매는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(PGME), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 시클로헥사논, 에틸락테이트, 프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 디메틸 포름아미드(DMF), 감마-부티로락톤, 에톡시 에탄올, 메톡시 에탄올, 메틸3-메톡시프로피오네이트(MMP), 에틸3-에톡시프로피오네이트(EEP)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유기 반사 방지막 조성물.
  11. 제 5항에 의한 유기 반사 방지막 조성물을 피식각층 상부에 도포하는 단계
    도포된 조성물을 베이킹 공정을 통해 경화시키고, 가교 결합을 형성시켜 유기 반사 방지막을 형성하는 방지막형성 단계
    유기 반사 방지막 상부에 포토레지스트를 도포하고, 노광 후 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 및
    포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 유기 반사 방지막을 식각한 후, 피식각층을 식각하여 피식각층의 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 방지막형성단계 중 베이킹 공정은 150 내지 250℃에서 1 내지 5분간 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    포토레지스트 패턴 형성 단계 중 노광하기 전후에 제2베이킹 공정이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.
  14. 제 11항에 의한 패턴 형성 방법을 통하여 제조된 반도체 소자.
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