KR101344788B1 - Hardmask composition and method of forming patterns and semiconductor integrated circuit device including the patterns - Google Patents
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Abstract
하기 화학식 1로 표현되는 구조 단위 및 하기 화학식 2로 표현되는 구조 단위 중 적어도 하나를 포함하는 방향족 고리 함유 화합물 및 용매를 포함하는 하드마스크 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 또는 2에서, A, B, R1, R2 및 n 의 정의는 명세서에서 정의한 바와 같다.
또한 상기 하드마스크 조성물을 사용한 패턴 형성 방법 및 상기 방법으로 형성된 복수의 패턴을 포함하는 반도체 집적회로 디바이스 또한 제공한다.Provided is a hard mask composition including an aromatic ring-containing compound and a solvent including at least one of a structural unit represented by the following Chemical Formula 1 and a structural unit represented by the following Chemical Formula 2.
[Chemical Formula 1]
(2)
In Formula 1 or 2, the definitions of A, B, R 1 , R 2, and n are as defined in the specification.
The present invention also provides a method of pattern formation using the hard mask composition and a semiconductor integrated circuit device including a plurality of patterns formed by the method.
Description
하드마스크 조성물, 이를 사용한 패턴 형성 방법 및 상기 패턴을 포함하는 반도체 집적회로 디바이스에 관한 것이다.
A hard mask composition, a pattern formation method using the same, and a semiconductor integrated circuit device including the pattern.
마이크로일렉트로닉스 뿐만 아니라 마이크로스코픽 구조물(예를 들어, 마이크로머신, 마그네토레지스트 헤드 등)의 제작을 비롯한 산업 분야에서 패턴의 크기를 감소시켜 주어진 칩 크기에 보다 많은 양의 회로를 제공하고자 하는 요구가 존재한다.There is a need to reduce the size of patterns to provide larger amounts of circuitry for a given chip size, as well as in microelectronics as well as in the fabrication of microscopic structures (eg, micromachines, magnetoresist heads, etc.). .
효과적인 리쏘그래픽 기법은 패턴 크기의 감소를 달성하는데 필수적이다. 리쏘그래픽은 소정의 기판 상에 패턴을 직접적으로 이미지화시킨다는 측면에서 뿐만 아니라 그러한 이미지화에 전형적으로 사용된 마스크를 제조한다는 측면에서 마이크로스코픽 구조물의 제조에 영향을 미친다.Effective lithographic techniques are essential to achieving a reduction in pattern size. Lithographic influences the fabrication of microscopic structures not only in terms of directly imaging the pattern on a given substrate, but also in the manufacture of masks typically used for such imaging.
전형적인 리쏘그래픽 공정은 이미지화 방사선에 방사선-민감성 레지스트를 패턴 방식으로 노출시킴으로써 패턴화된 레지스트 층을 형성하는 단계를 포함한다. 이어서, 노출된 레지스트 층을 현상액으로 현상한다. 이어서, 패턴은 패턴화된 레지스트 층의 개구부 내에 있는 물질을 에칭함으로써 이면 재료에 전사시킨다. 전사가 완료된 후, 잔류하는 레지스트 층은 제거한다.Typical lithographic processes include forming a patterned resist layer by patterning exposing the radiation-sensitive resist to imaging radiation. The exposed resist layer is then developed with a developer. The pattern is then transferred to the backing material by etching the material in the openings of the patterned resist layer. After the transfer is completed, the remaining resist layer is removed.
그러나, 일부 리쏘그래픽 이미지화 공정의 경우, 사용된 레지스트는 레지스트 이면에 있는 층으로 소정의 패턴을 효과적으로 전사시킬 수 있을 정도로 후속적인 에칭 단계에 대한 충분한 내성을 제공하지 못한다. 따라서, 예컨대 초박막 레지스트 층이 필요한 경우, 에칭 처리하고자 하는 이면 재료가 두꺼운 경우, 상당할 정도의 에칭 깊이가 필요한 경우 및/또는 소정의 이면 재료에 특정한 에칭액(etchant)을 사용하는 것이 필요한 경우, 일명 하드마스크 층을 레지스트 층과 패턴화된 레지스트로부터 전사에 의해 패턴화될 수 있는 이면 재료 사이에 중간층으로서 사용한다. However, for some lithographic imaging processes, the resist used does not provide sufficient resistance to subsequent etching steps to such an extent that it can effectively transfer the desired pattern to the layer underlying the resist. Thus, for example, when an ultra thin resist layer is required, when the backing material to be etched is thick, when a considerable etching depth is required and / or when it is necessary to use a specific etchant for a given backing material, The hardmask layer is used as an intermediate layer between the resist layer and the backing material that can be patterned by transfer from the patterned resist.
상기 하드마스크 층은 패턴화된 레지스트 층으로부터 패턴을 수용하고, 이면 재료로 패턴을 전사시키는 데 필요한 에칭 공정을 견디어 낼 수 있어야 한다.The hard mask layer must be able to withstand the etching process necessary to receive the pattern from the patterned resist layer and transfer the pattern to the backing material.
상기 하드마스크 층은 에칭 선택성이 높고, 다중 에칭에 대한 내성이 충분하며, 레지스트와 이면층 간의 반사성을 최소화하는 하드마스크 조성물을 사용하여 리쏘그래픽 기술을 수행하는 것이 요망된다. 이러한 하드마스크 조성물을 사용한 패턴은 광학적 특성이 개선될 수 있다.
The hard mask layer is desired to perform lithographic techniques using a hard mask composition that has high etch selectivity, is resistant to multiple etching, and minimizes the reflectivity between the resist and the backside layer. Patterns using such hardmask compositions may have improved optical properties.
본 발명의 일 측면은 에칭 선택성이 높고 광학적 특성을 개선할 수 있는 하드마스크 조성물을 제공한다.One aspect of the present invention provides a hard mask composition that has high etch selectivity and can improve optical properties.
본 발명의 다른 측면은 상기 하드마스크 조성물을 사용한 패턴 형성 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a method of forming a pattern using the hard mask composition.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 방법으로 형성된 패턴을 포함하는 반도체 집적회로 디바이스를 제공한다.
Another aspect of the present invention provides a semiconductor integrated circuit device including a pattern formed by the above method.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 화학식 1로 표현되는 구조 단위 및 하기 화학식 2로 표현되는 구조 단위 중 적어도 하나를 포함하는 방향족 고리 함유 화합물 및 용매를 포함하는 하드마스크 조성물을 제공한다.According to an aspect of the present invention, a hard mask composition including an aromatic ring-containing compound and a solvent including at least one of a structural unit represented by the following Chemical Formula 1 and a structural unit represented by the following Chemical Formula 2 is provided.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2](2)
상기 화학식 1 또는 2에서,In the above formula (1) or (2)
A는 방향족 고리기이고,A is an aromatic ring group,
B는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30 아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐렌기, 할로겐기 또는 이들의 조합이고, B is substituted or unsubstituted C1 to C30 alkylene group, substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkylene group, substituted or unsubstituted C6 to C30 arylene group, substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkenylene group, substituted Or an unsubstituted C7 to C30 arylalkylene group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroarylene group, a substituted or Unsubstituted C2 to C30 alkenylene group, substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynylene group, halogen group or a combination thereof,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기 또는 이들의 조합이고(단 R1 및 R2가 모두 수소인 경우는 제외),R 1 and R 2 are each independently hydrogen, a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkenyl group, substituted or unsubstituted C7 to C30 arylalkyl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 hetero An aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynyl group, or a combination thereof, except where both R 1 and R 2 are hydrogen;
n은 1 내지 190이다.n is 1 to 190.
상기 A는 하기 그룹 1에 나열된 치환 또는 비치환된 방향족 고리기에서 선택되는 하나일 수 있다.The A may be one selected from a substituted or unsubstituted aromatic ring group listed in Group 1 below.
[그룹 1][Group 1]
상기 그룹 1에서,In the group 1,
Y1 내지 Y16은 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C5 알킬기이다.Y 1 to Y 16 are each independently hydrogen or a C1 to C5 alkyl group.
상기 B는 하기 그룹 2에 나열된 치환 또는 비치환된 방향족 고리기에서 선택되는 하나일 수 있다.B may be one selected from substituted or unsubstituted aromatic ring groups listed in Group 2 below.
[그룹 2][Group 2]
상기 그룹 2에서,In group 2 above,
Z1 내지 Z16은 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C5 알킬기이다.Z 1 to Z 16 are each independently hydrogen or a C1 to C5 alkyl group.
상기 방향족 고리 함유 화합물은 중량 평균 분자량이 약 1000 내지 10000일 수 있다.The aromatic ring-containing compound may have a weight average molecular weight of about 1000 to 10000.
상기 방향족 고리 함유 화합물 및 상기 용매는 상기 하드마스크 조성물의 총 함량에 대하여 각각 약 1 내지 20중량% 및 약 80 내지 99중량%로 포함될 수 있다.The aromatic ring-containing compound and the solvent may be included in an amount of about 1 to 20 wt% and about 80 to 99 wt%, respectively, based on the total amount of the hard mask composition.
상기 용매는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME), 사이클로헥사논 및 에틸락테이트에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The solvent may include at least one selected from propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether (PGME), cyclohexanone, and ethyl lactate.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판 위에 재료 층을 제공하는 단계, 상기 재료 층 위에 하기 화학식 1로 표현되는 구조 단위 및 하기 화학식 2로 표현되는 구조 단위 중 적어도 하나를 포함하는 방향족 고리 함유 화합물 및 용매를 포함하는 하드마스크 조성물을 적용하여 하드마스크 층을 형성하는 단계, 상기 하드마스크 층 위에 레지스트 층을 형성하는 단계, 상기 레지스트 층을 노광 및 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 레지스트 패턴을 이용하여 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고 상기 재료 층의 노출된 부분을 에칭하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법을 제공한다.According to another aspect of the invention, the step of providing a material layer on the substrate, an aromatic ring containing compound and a solvent comprising at least one of a structural unit represented by the formula (1) and a structural unit represented by the formula (2) on the material layer Forming a hard mask layer by applying a hard mask composition comprising: forming a resist layer on the hard mask layer, exposing and developing the resist layer to form a resist pattern, using the resist pattern Selectively removing the hardmask layer, exposing a portion of the material layer, and etching the exposed portion of the material layer.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2](2)
상기 화학식 1 또는 2에서,In the above formula (1) or (2)
A는 방향족 고리기이고,A is an aromatic ring group,
B는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30 아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐렌기, 할로겐기 또는 이들의 조합이고, B is substituted or unsubstituted C1 to C30 alkylene group, substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkylene group, substituted or unsubstituted C6 to C30 arylene group, substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkenylene group, substituted Or an unsubstituted C7 to C30 arylalkylene group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroarylene group, a substituted or Unsubstituted C2 to C30 alkenylene group, substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynylene group, halogen group or a combination thereof,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기 또는 이들의 조합이고(단 R1 및 R2가 모두 수소인 경우는 제외),R 1 and R 2 are each independently hydrogen, a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkenyl group, substituted or unsubstituted C7 to C30 arylalkyl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 hetero An aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynyl group, or a combination thereof, except where both R 1 and R 2 are hydrogen;
n은 1 내지 190이다.n is 1 to 190.
상기 A는 하기 그룹 1에 나열된 치환 또는 비치환된 방향족 고리기에서 선택되는 하나일 수 있다.The A may be one selected from a substituted or unsubstituted aromatic ring group listed in Group 1 below.
[그룹 1][Group 1]
상기 그룹 1에서,In the group 1,
Y1 내지 Y16은 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C5 알킬기이다.Y 1 to Y 16 are each independently hydrogen or a C1 to C5 alkyl group.
상기 B는 하기 그룹 2에 나열된 치환 또는 비치환된 방향족 고리기에서 선택되는 하나일 수 있다.B may be one selected from substituted or unsubstituted aromatic ring groups listed in Group 2 below.
[그룹 2][Group 2]
상기 그룹 2에서,In group 2 above,
Z1 내지 Z16은 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C5 알킬기이다. Z 1 to Z 16 are each independently hydrogen or a C1 to C5 alkyl group.
상기 방향족 고리 함유 화합물은 중량 평균 분자량이 약 1000 내지 10000 일 수 있다.The aromatic ring-containing compound may have a weight average molecular weight of about 1000 to 10000.
상기 용매는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME), 사이클로헥사논 및 에틸락테이트에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The solvent may comprise at least one selected from propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether (PGME), cyclohexanone and ethyl lactate.
상기 하드마스크 층을 형성하는 단계는 스핀-온-코팅 방법으로 수행할 수 있다.The step of forming the hard mask layer may be performed by a spin-on-coating method.
상기 제조 방법은 상기 레지스트 층을 형성하는 단계 전에 상기 재료 층 위에 실리콘을 함유하는 보조층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method may further include forming an auxiliary layer containing silicon on the material layer before forming the resist layer.
상기 제조 방법은 상기 하드마스크 층을 형성하는 단계 전에 바닥 반사 방지 층(BARC)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method may further include forming a bottom anti-reflective layer (BARC) before forming the hard mask layer.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상술한 패턴 형성 방법으로 형성된 복수의 패턴을 포함하는 반도체 집적회로 디바이스를 제공한다.
According to still another aspect of the present invention, a semiconductor integrated circuit device including a plurality of patterns formed by the pattern forming method described above is provided.
에칭 선택성을 높이고 다중 에칭에 대한 내성을 확보하며 광학적 특성을 개선할 수 있다.
The etching selectivity can be enhanced, resistance against multiple etching can be ensured, and optical characteristics can be improved.
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, 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, 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C15의 사이클로알키닐기, 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, 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, cycloalkyl group, C3 to C15 cycloalkenyl group, C6 To C15 is substituted with a substituent selected from a cycloalkynyl group, a 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.Also, unless otherwise defined herein, 'hetero' means containing from 1 to 3 heteroatoms selected from N, O, S and P.
이하 일 구현예에 따른 하드마스크 조성물을 설명한다.The hard mask composition according to one embodiment will be described below.
일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 방향족 고리 함유 화합물 및 용매를 포함한다.The hard mask composition according to one embodiment comprises an aromatic ring-containing compound and a solvent.
상기 방향족 고리 함유 화합물은 하기 화학식 1로 표현되는 구조 단위 및 하기 화학식 2로 표현되는 구조 단위 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The aromatic ring-containing compound may include at least one of a structural unit represented by the following Chemical Formula 1 and a structural unit represented by the following Chemical Formula 2.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2](2)
상기 화학식 1 또는 2에서,In the above formula (1) or (2)
A는 방향족 고리기이다. 여기서 방향족 고리기는 전자가 비편재화(delocalization) 또는 공명(resonance)되는 고리기를 말하며, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 이들의 조합을 포함한다.A is an aromatic ring group. The aromatic ring group herein refers to a ring group in which electrons are delocalized or resonated, and include an aryl group, heteroaryl group, or a combination thereof.
상기 A는 하기 그룹 1에 나열된 치환 또는 비치환된 방향족 고리기에서 선택되는 하나일 수 있다.The A may be one selected from a substituted or unsubstituted aromatic ring group listed in Group 1 below.
[그룹 1][Group 1]
Y1 내지 Y16은 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C5 알킬기이다.Y 1 to Y 16 are each independently hydrogen or a C1 to C5 alkyl group.
상기 그룹 1에 나열된 방향족 고리기는 방향족 고리기의 어느 탄소 부분에서도 상기 화학식 1 또는 2의 이웃하는 부분과 연결될 수 있으며 그 위치는 특별히 한정되지 않는다.The aromatic ring groups listed in Group 1 may be linked to neighboring portions of Formula 1 or 2 in any carbon portion of the aromatic ring group, and the position thereof is not particularly limited.
B는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30 아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐렌기, 할로겐기 또는 이들의 조합이다. B is substituted or unsubstituted C1 to C30 alkylene group, substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkylene group, substituted or unsubstituted C6 to C30 arylene group, substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkenylene group, substituted Or an unsubstituted C7 to C30 arylalkylene group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroarylene group, a substituted or Unsubstituted C2 to C30 alkenylene group, substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynylene group, halogen group or a combination thereof.
상기 B가 아릴렌기인 경우, 하기 그룹 2에 나열된 치환 또는 비치환된 방향족 고리기에서 선택되는 하나일 수 있다.When B is an arylene group, it may be one selected from substituted or unsubstituted aromatic ring groups listed in Group 2 below.
[그룹 2][Group 2]
상기 그룹 2에서,In group 2 above,
Z1 내지 Z16은 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C5 알킬기이다.Z 1 to Z 16 are each independently hydrogen or a C1 to C5 alkyl group.
상기 그룹 2에 나열된 방향족 고리기는 방향족 고리기의 어느 탄소 부분에서도 상기 화학식 1 또는 2의 이웃하는 부분과 연결될 수 있으며 그 위치는 특별히 한정되지 않는다.The aromatic ring groups listed in Group 2 may be connected to neighboring portions of Formula 1 or 2 in any carbon portion of the aromatic ring group, and the position thereof is not particularly limited.
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기 또는 이들의 조합이고(단 R1 및 R2가 모두 수소인 경우는 제외),R 1 and R 2 are each independently hydrogen, a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkenyl group, substituted or unsubstituted C7 to C30 arylalkyl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 hetero An aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynyl group, or a combination thereof, except where both R 1 and R 2 are hydrogen;
n은 1 내지 190이다.n is 1 to 190.
상기 화학식 1 또는 화학식 2에 포함된 방향족 고리기는 소정 파장 영역의 빛을 흡수할 수 있으며, 소정 파장 영역의 빛은 예컨대 약 193nm 또는 243nm의 단파장 영역일 수 있다.The aromatic ring group included in Formula 1 or Formula 2 may absorb light of a predetermined wavelength region, and the light of the predetermined wavelength region may be, for example, a short wavelength region of about 193 nm or 243 nm.
상기 방향족 고리 함유 화합물은 치환기가 서로 상이한 2개 이상의 구조 단위를 포함하거나 치환기가 서로 상이한 2개 이상의 방향족 고리 함유 화합물이 혼합물의 형태로 포함될 수 있다.The aromatic ring-containing compound may include two or more structural units having different substituents or two or more aromatic ring-containing compounds having different substituents in the form of a mixture.
상기 방향족 고리 함유 화합물의 중량 평균 분자량은 약 1000 내지 10000일 수 있다. 상기 범위의 중량 평균 분자량을 가짐으로써 용해성을 확보하여 목적하는 코팅 두께를 구현할 수 있어서 양호한 박막을 형성할 수 있다.The weight average molecular weight of the aromatic ring-containing compound may be about 1000 to 10000. By having a weight average molecular weight in the above range, solubility can be ensured to achieve a desired coating thickness, and a good thin film can be formed.
상기 방향족 고리 함유 화합물은 상기 하드마스크 조성물의 총 함량에 대하여 약 1 내지 20중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 약 3 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 방향족 고리 함유 화합물이 상기 범위로 포함됨으로써 도포 특성을 확보하면서도 광학적 특성을 개선할 수 있다. The aromatic ring-containing compound may be included in an amount of about 1 to 20% by weight based on the total amount of the hard mask composition. It may be included in the range of about 3 to 15% by weight. By including the aromatic ring-containing compound within the above range, the optical characteristics can be improved while securing the coating properties.
상기 용매는 상기 방향족 고리 함유 화합물에 대한 충분한 용해성 또는 분산성을 가지는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME), 사이클로헥사논 및 에틸락테이트에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The solvent is not particularly limited as long as it has sufficient solubility or dispersibility to the aromatic ring-containing compound, and examples thereof include propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether (PGME), cyclohexanone and ethyl lactate As shown in FIG.
상기 용매는 상기 하드마스크 조성물의 총 함량에 대하여 약 80 내지 99중량%로 포함될 수 있다. 상기 용매가 상기 범위로 포함됨으로써 안정적인 용해도를 확보하여 도포 특성을 개선할 수 있다. The solvent may be included in an amount of about 80 to 99% by weight based on the total amount of the hard mask composition. By including the solvent within the above range, stable solubility can be ensured and coating properties can be improved.
상기 하드마스크 조성물은 추가적으로 계면 활성제, 가교제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. The hard mask composition may further comprise additives such as surfactants, crosslinking agents, and the like.
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 가교제는 자기 가교가 보다 잘 일어나도록 하기 위하여 사용하는 것으로,에테르화된 아미노 수지와 같은 아미노 수지; 하기 화학식 A1 또는 A2로 표시되는 화합물과 같은 글리콜루릴 화합물; 하기 화학식 B로 표현되는 화합물과 같은 비스에폭시 화합물; 예컨대 N-메톡시메틸 멜라민 수지, N-부톡시메틸 멜라민 수지 또는 하기 화학식 C로 표현되는 화합물과 같은 멜라민 수지; 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.The crosslinking agent is an amino resin such as an etherified amino resin, which is used in order to cause self-crosslinking to occur more easily. Glycoluril compounds such as compounds represented by the following formula (A1) or (A2); A bis epoxy compound such as a compound represented by the following formula (B); A melamine resin such as an N-methoxymethyl melamine resin, an N-butoxymethyl melamine resin or a compound represented by the following formula (C); Or a mixture thereof.
[화학식 A1](A1)
[화학식 A2](A2)
[화학식 B][Formula B]
[화학식 C]≪ RTI ID = 0.0 &
상기 계면 활성제 및 가교제는 상기 하드마스크 조성물에 대하여 각각 약 0.01 내지 5중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함함으로써 하드마스크 조성물의 광학적 특성을 변경시키지 않으면서 용해도 및 가교성을 확보할 수 있다.The surfactant and the crosslinking agent may be included in an amount of about 0.01 wt% to 5 wt% with respect to the hard mask composition. By including it in the above range, solubility and crosslinkability can be ensured without changing the optical properties of the 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 방향족 고리 함유 화합물 및 용매를 포함하는 하드마스크 조성물을 적용하여 하드마스크 층을 형성하는 단계, 상기 하드마스크 층 위에 레지스트 층을 형성하는 단계, 상기 레지스트 층을 노광 및 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 레지스트 패턴을 이용하여 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고 상기 재료 층의 노출된 부분을 에칭하는 단계를 포함한다.A patterning method according to one embodiment includes providing a layer of material on a substrate, applying a hard mask composition comprising an aromatic ring containing compound and a solvent on the layer of material to form a hard mask layer, Forming a resist layer, exposing and developing the resist layer to form a resist pattern, selectively removing the hard mask layer using the resist pattern and exposing a part of the material layer, And etching the exposed portions of the layer.
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 스퍼터링 또는 화학기상증착방법으로 형성될 수 있다.The material layer is a material to be finally patterned and may be a metal layer such as aluminum, copper, or the like, 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 sputtering or chemical vapor deposition method.
상기 하드마스크 층은 하드마스크 조성물을 도포하여 형성할 수 있다.The hard mask layer may be formed by applying a hard mask composition.
상기 하드마스크 조성물은 방향족 고리 함유 화합물 및 용매를 포함한다.The hard mask composition comprises an aromatic ring-containing compound and a solvent.
상기 방향족 고리 함유 화합물은 하기 화학식 1로 표현되는 구조 단위 또는 하기 화학식 2로 표현되는 구조 단위 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The aromatic ring-containing compound may include at least one of a structural unit represented by the following Chemical Formula 1 or a structural unit represented by the following Chemical Formula 2.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2](2)
상기 화학식 1 또는 2에서,In the above formula (1) or (2)
A는 방향족 고리기이다. 여기서 방향족 고리기는 전자가 비편재화 또는 공명되는 고리기를 말하며, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 이들의 조합을 포함한다.A is an aromatic ring group. An aromatic ring group herein refers to a ring group in which an electron is delocalized or resonated, and includes an aryl group, heteroaryl group, or a combination thereof.
상기 A는 하기 그룹 1에 나열된 치환 또는 비치환된 방향족 고리기에서 선택되는 하나일 수 있다.The A may be one selected from a substituted or unsubstituted aromatic ring group listed in Group 1 below.
[그룹 1][Group 1]
Y1 내지 Y16은 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C5 알킬기이다.Y 1 to Y 16 are each independently hydrogen or a C1 to C5 alkyl group.
상기 그룹 1에 나열된 방향족 고리기는 방향족 고리기의 어느 탄소 부분에서도 상기 화학식 1 또는 2의 이웃하는 부분과 연결될 수 있으며 그 위치는 특별히 한정되지 않는다.The aromatic ring groups listed in Group 1 may be linked to neighboring portions of Formula 1 or 2 in any carbon portion of the aromatic ring group, and the position thereof is not particularly limited.
B는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30 아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐렌기, 할로겐기 또는 이들의 조합이다. B is substituted or unsubstituted C1 to C30 alkylene group, substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkylene group, substituted or unsubstituted C6 to C30 arylene group, substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkenylene group, substituted Or an unsubstituted C7 to C30 arylalkylene group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroarylene group, a substituted or Unsubstituted C2 to C30 alkenylene group, substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynylene group, halogen group or a combination thereof.
상기 B가 아릴렌기인 경우, 하기 그룹 2에 나열된 치환 또는 비치환된 방향족 고리기에서 선택되는 하나일 수 있다.When B is an arylene group, it may be one selected from substituted or unsubstituted aromatic ring groups listed in Group 2 below.
[그룹 2][Group 2]
상기 그룹 2에서,In group 2 above,
Z1 내지 Z16은 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C5 알킬기이다.Z 1 to Z 16 are each independently hydrogen or a C1 to C5 alkyl group.
상기 그룹 2에 나열된 방향족 고리기는 방향족 고리기의 어느 탄소 부분에서도 상기 화학식 1 또는 2의 이웃하는 부분과 연결될 수 있으며 그 위치는 특별히 한정되지 않는다.The aromatic ring groups listed in Group 2 may be connected to neighboring portions of Formula 1 or 2 in any carbon portion of the aromatic ring group, and the position thereof is not particularly limited.
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기 또는 이들의 조합이고(단 R1 및 R2가 모두 수소인 경우는 제외),R 1 and R 2 are each independently hydrogen, a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkenyl group, substituted or unsubstituted C7 to C30 arylalkyl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 hetero An aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynyl group, or a combination thereof, except where both R 1 and R 2 are hydrogen;
n은 1 내지 190이다.n is 1 to 190.
상기 화학식 1 또는 화학식 2에 포함된 방향족 고리기는 소정 파장 영역의 빛을 흡수할 수 있으며, 소정 파장 영역의 빛은 예컨대 약 193nm 또는 243nm의 단파장 영역일 수 있다.The aromatic ring group included in Formula 1 or Formula 2 may absorb light of a predetermined wavelength region, and the light of the predetermined wavelength region may be, for example, a short wavelength region of about 193 nm or 243 nm.
상기 방향족 고리 함유 화합물은 치환기가 서로 상이한 2개 이상의 구조 단위를 포함하거나 치환기가 서로 상이한 2개 이상의 방향족 고리 함유 화합물이 혼합물의 형태로 포함될 수 있다.The aromatic ring-containing compound may include two or more structural units having different substituents or two or more aromatic ring-containing compounds having different substituents in the form of a mixture.
상기 방향족 고리 함유 화합물의 중량 평균 분자량은 약 1000 내지 10000일 수 있다. 상기 범위의 중량 평균 분자량을 가짐으로써 용해성을 확보하여 목적하는 코팅 두께를 구현할 수 있어서 양호한 박막을 형성할 수 있다.The weight average molecular weight of the aromatic ring-containing compound may be about 1000 to 10000. By having a weight average molecular weight in the above range, solubility can be ensured to achieve a desired coating thickness, and a good thin film can be formed.
상기 방향족 고리 함유 화합물은 상기 하드마스크 조성물의 총 함량에 대하여 약 1 내지 20중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 약 3 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 방향족 고리 함유 화합물이 상기 범위로 포함됨으로써 도포 특성을 확보하면서도 광학적 특성을 개선할 수 있다. The aromatic ring-containing compound may be included in an amount of about 1 to 20% by weight based on the total amount of the hard mask composition. It may be included in the range of about 3 to 15% by weight. By including the aromatic ring-containing compound within the above range, the optical characteristics can be improved while securing the coating properties.
상기 용매는 상기 방향족 고리 함유 화합물에 대한 충분한 용해성 또는 분산성을 가지는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME), 사이클로헥사논 및 에틸락테이트에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The solvent is not particularly limited as long as it has sufficient solubility or dispersibility to the aromatic ring-containing compound, and examples thereof include propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether (PGME), cyclohexanone and ethyl lactate As shown in FIG.
상기 용매는 상기 하드마스크 조성물의 총 함량에 대하여 약 80 내지 99중량%로 포함될 수 있다. 상기 용매가 상기 범위로 포함됨으로써 안정적인 용해도를 확보하여 도포 특성을 개선할 수 있다. The solvent may be included in an amount of about 80 to 99% by weight based on the total amount of the hard mask composition. By including the solvent within the above range, stable solubility can be ensured and coating properties can be improved.
상기 하드마스크 조성물은 추가적으로 계면 활성제, 가교제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. The hard mask composition may further comprise additives such as surfactants, crosslinking agents, and the like.
상기 하드마스크 조성물은 용액 형태로 제조되어 스핀-온-코팅(spin-on-coating) 방법으로 도포될 수 있다. 이어서 도포된 상기 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성한다. The hard mask composition may be prepared in the form of a solution and applied by a spin-on-coating method. The applied composition is then heat treated to form a hard mask layer.
이 때 상기 하드마스크 조성물의 도포 두께, 열처리 조건 등은 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 약 500 내지 7000Å 두께로 도포되고 예컨대 약 100 내지 500℃에서 10초 내지 10분간 열처리할 수 있다.At this time, the coating thickness and the heat treatment conditions of the hard mask composition are not particularly limited. For example, the hard mask composition may be applied in a thickness of about 500 to 7000 angstroms and heat-treated at about 100 to 500 DEG C for 10 seconds to 10 minutes.
상기 하드마스크 층을 형성하기 전에 또 다른 보조층을 더 형성할 수도 있다. 이 때 상기 보조층은 실리콘 함유 박막일 수 있으며, 예컨대 질화규소 또는 산화규소로 만들어진 박막일 수 있다.Another auxiliary layer may be further formed before forming the hard mask layer. The auxiliary layer may be a silicon-containing thin film, for example, a thin film made of silicon nitride or silicon oxide.
또한 상기 보조층을 형성하기 전에 바닥 반사방지 층(bottom anti-reflective coating, BARC)을 더 형성할 수도 있다.Further, a bottom anti-reflective coating (BARC) may be further formed before forming the auxiliary layer.
이어서 상기 하드마스크 층 위에 레지스트 층을 도포한다. 상기 레지스트 층은 감광성 물질을 포함하는 방사선-민감성 이미지화 층일 수 있다.A resist layer is then applied over the hardmask layer. The resist layer may be a radiation-sensitive imaging layer comprising a photosensitive material.
이어서 상기 레지스트 층을 노광 및 현상하여 레지스트 패턴을 형성한다.Then, the resist layer is exposed and developed to form a resist pattern.
이어서 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거한다. 이 때 상기 보조층 및/또는 바닥 반사방지 층이 형성되어 있는 경우에는 이들도 함께 제거될 수 있다. 이에 따라 하부의 상기 재료 층의 일부를 노출할 수 있다.Then, the hard mask layer is selectively removed using the resist pattern as a mask. At this time, if the auxiliary layer and / or the bottom anti-reflection layer are formed, they may be removed together. This may expose a portion of the underlying material layer.
이어서 상기 재료 층의 노출된 부분을 에칭한다. 이 때 에칭은 에칭 가스를 사용한 건식 식각으로 이루어질 수 있으며, 에칭 가스는 예컨대 CHF3, CF4, CH4, Cl2, BCl3 및 이들의 혼합 가스를 사용할 수 있다.The exposed portion of the material layer is then etched. Etching may be performed by dry etching using an etching gas. For example, CHF 3 , CF 4 , CH 4 , Cl 2 , BCl 3, or a mixed gas thereof may be used as the etching gas.
이어서 상기 하드마스크 층 및 레지스트 층 등은 통상의 박리제(stripper)를 사용하여 제거하여 상기 재료 층으로부터 형성된 복수의 패턴을 형성한다.The hard mask layer, the resist layer, and the like are then removed using a conventional stripper to form a plurality of patterns formed from the material layer.
상기 복수의 패턴은 금속 패턴, 반도체 패턴, 절연 패턴 등 다양할 수 있으며, 반도체 집적 회로 디바이스 내의 다양한 패턴일 수 있다. 반도체 집적 회로 디바이스에 상기 패턴이 포함되는 경우 예컨대 금속 배선; 반도체 패턴; 접촉 구멍, 바이어스 홀, 다마신 트렌치(damascene trench) 등을 포함하는 절연막일 수 있다.The plurality of patterns may vary from metal patterns, semiconductor patterns, insulating patterns, and the like, and may be various patterns in the semiconductor integrated circuit device. When the pattern is included in a semiconductor integrated circuit device, for example, a metal wiring; Semiconductor pattern; A contact hole, a bias hole, a damascene trench, or the like.
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.
방향족 고리 함유 화합물의 합성Synthesis of aromatic ring-containing compounds
합성예Synthetic example 1 One
기계교반기, 냉각관, 질소가스 도입관을 구비한 500ml의 4구 플라스크에 질소 가스를 유입하면서 피렌 2.02g (0.01몰) 및 나프탈렌 2-카르보닐 클로라이드 19.1g을 1,2-디클로로에탄 312g에 녹여 용액을 만든 후, 상기 용액을 교반하였다. 15분 후 상기 용액에 삼염화알루미늄 14.6g (0.109몰)을 천천히 투입한 후 상온에서 12시간 동안 반응을 수행하였다. 반응 종료 후 물을 사용하여 염을 제거한 후, 증발기로 농축하였다. 이어서 사이클로헥사논을 사용하여 희석하고 15중량% 농도의 용액으로 조정하였다. 이 용액을 1ℓ 분액깔대기에 넣고 n-헵탄을 첨가하여 침전 후 하기 화학식 1a로 표현되는 중합체를 얻었다.Into a 500 ml four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, and a nitrogen gas inlet tube, 2.02 g (0.01 mol) of pyrene and 19.1 g of naphthalene 2-carbonyl chloride were dissolved in 312 g of 1,2-dichloroethane. After making the solution, the solution was stirred. After 15 minutes, 14.6 g (0.109 mol) of aluminum trichloride was slowly added to the solution, and the reaction was performed at room temperature for 12 hours. After completion of the reaction, the salt was removed using water, and then concentrated by an evaporator. It was then diluted with cyclohexanone and adjusted to a solution of 15% by weight concentration. This solution was placed in a 1 L separatory funnel and n-heptane was added to precipitate to obtain a polymer represented by the following Chemical Formula 1a.
하기 화학식 1a로 표현되는 중합체는 중량 평균 분자량이 2,300이고, 분산도가 1.37 이다.The polymer represented by the following Chemical Formula 1a has a weight average molecular weight of 2,300 and a degree of dispersion of 1.37.
[화학식 1a][Formula 1a]
합성예Synthetic example 2 2
기계교반기, 냉각관, 질소가스 도입관을 구비한 500ml의 4구 플라스크에 질소 가스를 유입하면서 피렌 1.62g (0.008몰) 및 피렌 1-카르보닐 클로라이드 21.2g을 1,2-디클로로에탄 311g에 녹여 용액을 만든 후, 상기 용액을 교반하였다. 15분 후, 상기 용액에 삼염화알루미늄 11.7g (0.088몰)을 천천히 투입한 후, 상온에서 12시간 동안 반응을 수행하였다. 반응 종료 후 물을 사용하여 염을 제거한 후, 증발기로 농축하였다. 이어서 사이클로헥사논을 사용하여 희석하고 15중량% 농도의 용액으로 조정하였다. 이 용액을 1ℓ 분액깔대기에 넣고 n-헵탄을 첨가하여 침전 후 하기 화학식 1b로 표현되는 중합체를 얻었다.Nitrogen gas was introduced into a 500 ml four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, and a nitrogen gas introduction tube, and 1.62 g (0.008 mol) of pyrene and 21.2 g of pyrene 1-carbonyl chloride were dissolved in 311 g of 1,2-dichloroethane. After making the solution, the solution was stirred. After 15 minutes, 11.7 g (0.088 mol) of aluminum trichloride was slowly added to the solution, and the reaction was performed at room temperature for 12 hours. After completion of the reaction, the salt was removed using water, and then concentrated by an evaporator. It was then diluted with cyclohexanone and adjusted to a solution of 15% by weight concentration. This solution was placed in a 1 L separatory funnel and n-heptane was added to precipitate to obtain a polymer represented by the following Chemical Formula 1b.
하기 화학식 1b로 표현되는 중합체는 중량 평균 분자량이 2,600이고, 분산도가 1.31 이다.The polymer represented by the following Chemical Formula 1b has a weight average molecular weight of 2,600 and a degree of dispersion of 1.31.
[화학식 1b][Chemical Formula 1b]
합성예Synthetic example 3 3
기계교반기, 냉각관, 질소가스 도입관을 구비한 500ml의 4구 플라스크에 질소 가스를 유입하면서 콜로렌 2.42g (0.0008몰) 및 나프탈렌 2-카르보닐 클로라이드 15.3g을 1,2-디클로로에탄 264g에 녹여 용액을 만든 후, 상기 용액을 교반하였다. 15분 후 상기 용액에 삼염화알루미늄 11.7g (0.109몰)을 천천히 투입한 후 상온에서 12시간 동안 반응을 수행하였다. 반응 종료 후 물을 사용하여 염을 제거한 후, 증발기로 농축하였다. 이어서 사이클로헥사논을 사용하여 희석하고 15중량% 농도의 용액으로 조정하였다. 이 용액을 1ℓ 분액깔대기에 넣고 n-헵탄을 첨가하여 침전 후 하기 화학식 1c로 표현되는 중합체를 얻었다.Nitrogen gas was introduced into a 500 ml four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, and a nitrogen gas inlet tube, and 2.42 g (0.0008 mol) of styrene and 15.3 g of naphthalene 2-carbonyl chloride were added to 264 g of 1,2-dichloroethane. After melting to form a solution, the solution was stirred. After 15 minutes, 11.7 g (0.109 mol) of aluminum trichloride was slowly added to the solution, and the reaction was performed at room temperature for 12 hours. After completion of the reaction, the salt was removed using water, and then concentrated by an evaporator. It was then diluted with cyclohexanone and adjusted to a solution of 15% by weight concentration. This solution was placed in a 1 L separatory funnel and n-heptane was added to precipitate to obtain a polymer represented by the following Chemical Formula 1c.
하기 화학식 1c로 표현되는 중합체는 중량 평균 분자량이 3,100이고, 분산도가 1.28 이다.The polymer represented by the following Chemical Formula 1c has a weight average molecular weight of 3,100 and a degree of dispersion of 1.28.
[화학식 1c][Chemical Formula 1c]
합성예Synthetic example 4 4
기계교반기, 냉각관, 질소가스 도입관을 구비한 500ml의 4구 플라스크에 질소 가스를 유입하면서 콜로렌 2.42g (0.008몰) 및 에틸 피렌 1-카르보닐 클로라이드 19.8g을 1,2-디클로로에탄 284g에 녹여 용액을 만든 후, 상기 용액을 교반하였다. 15분 후 상기 용액에 삼염화알루미늄 9.4g (0.088몰)을 천천히 투입한 후 상온에서 12시간 동안 반응을 수행하였다. 반응 종료 후 물을 사용하여 염을 제거한 후, 수소화붕소나트륨(sodium borohydride) 3.63g을 메탄올과 함께 천천히 투입한 후 상온에서 12시간 동안 반응을 수행하였다. 반응 종료 후 물을 사용하여 염을 제거한 후 증발기로 농축하였다. 이어서 사이클로헥사논을 사용하여 희석하고 15중량% 농도의 용액으로 조정하였다. 이 용액을 1ℓ 분액깔대기에 넣고 n-헵탄을 첨가하여 침전 후 하기 화학식 2a로 표현되는 중합체를 얻었다.Nitrogen gas was introduced into a 500 ml four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, and a nitrogen gas inlet tube, while 2.42 g (0.008 mol) of chlorine and 19.8 g of ethyl pyrene 1-carbonyl chloride were 284 g of 1,2-dichloroethane. After dissolving in to form a solution, the solution was stirred. After 15 minutes, 9.4 g (0.088 mol) of aluminum trichloride was slowly added to the solution, and the reaction was performed at room temperature for 12 hours. After completion of the reaction, the salt was removed using water, and then slowly added 3.63 g of sodium borohydride with methanol, and the reaction was performed at room temperature for 12 hours. After completion of the reaction, the salt was removed using water, and then concentrated by an evaporator. It was then diluted with cyclohexanone and adjusted to a solution of 15% by weight concentration. This solution was placed in a 1 L separatory funnel, and n-heptane was added to precipitate to obtain a polymer represented by the following Chemical Formula 2a.
하기 화학식 2a로 표현되는 중합체는 중량 평균 분자량이 1,900이고, 분산도가 1.42 이다.The polymer represented by the following Chemical Formula 2a has a weight average molecular weight of 1,900 and a degree of dispersion of 1.42.
[화학식 2a](2a)
합성예 5 Synthesis Example 5
기계교반기, 냉각관, 질소가스 도입관을 구비한 500ml의 4구 플라스크에 질소 가스를 유입하면서 콜로렌 2.42g (0.008몰) 및 벤조페릴렌 5-카르보닐 클로라이드 19.1g을 1,2-디클로로에탄 26g에 녹여 용액을 만든 후, 상기 용액을 교반하였다. 15분 후 상기 용액에 삼염화알루미늄 8.2g (0.061몰)을 천천히 투입한 후 70℃에서 12시간 동안 반응을 수행하였다. 반응 종료 후 물을 사용하여 염을 제거한 후, 수소화붕소나트륨 3.18g을 메탄올과 함께 천천히 투입한 후 60℃에서 12시간 동안 반응을 수행하였다. 반응 종료 후 물을 사용하여 염을 제거한 후 증발기로 농축하였다. 이어서 사이클로헥사논을 사용하여 희석하고 15중량% 농도의 용액으로 조정하였다. 이 용액을 1ℓ 분액깔대기에 넣고 n-헵탄을 첨가하여 침전 후 하기 화학식 2b로 표현되는 중합체를 얻었다.Nitrogen gas was introduced into a 500 ml four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, and a nitrogen gas inlet tube, while 2.42 g (0.008 mol) of chlorine and 19.1 g of benzoperylene 5-carbonyl chloride were added to 1,2-dichloroethane. After dissolving in 26 g to form a solution, the solution was stirred. After 15 minutes, 8.2 g (0.061 mol) of aluminum trichloride was slowly added to the solution, and the reaction was performed at 70 ° C. for 12 hours. After completion of the reaction, the salt was removed using water, and then 3.18 g of sodium borohydride was slowly added with methanol, followed by reaction at 60 ° C. for 12 hours. After completion of the reaction, the salt was removed using water, and then concentrated by an evaporator. It was then diluted with cyclohexanone and adjusted to a solution of 15% by weight concentration. This solution was placed in a 1 L separatory funnel, and n-heptane was added to precipitate to obtain a polymer represented by the following Chemical Formula 2b.
하기 화학식 2b로 표현되는 중합체는 중량 평균 분자량이 1,500이고, 분산도가 1.44 이다.The polymer represented by the following Chemical Formula 2b has a weight average molecular weight of 1,500 and a degree of dispersion of 1.44.
[화학식 2b](2b)
비교합성예Comparative Synthetic Example 1 One
기계교반기, 냉각관, 300ml 적가깔대기, 질소가스 도입관을 구비한 1ℓ의 4구 플라스크에 질소가스를 유입하면서 α,α'-디클로로-p-크실렌 8.75g (0.05 mol), 알루미늄 클로라이드 26.66g 및 γ-부티로락톤 200g을 투입한 후 교반하였다.8.75 g (0.05 mol) of α, α'-dichloro-p-xylene, 26.66 g of aluminum chloride, while introducing nitrogen gas into a 1 L four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, a 300 ml dropping funnel and a nitrogen gas introduction tube. 200 g of γ-butyrolactone was added and stirred.
10분 후에, 상기 혼합액에 4,4'-(9-플루오레닐리덴)디페놀 35.03g(0.10 mol)을 γ-부티로락톤 200g에 녹인 용액을 30분간 천천히 적가한 다음, 12시간 동안 교반하여 중합을 실시하였다.After 10 minutes, a solution of 35.03 g (0.10 mol) of 4,4 '-(9-fluorenylidene) diphenol in 200 g of γ-butyrolactone was slowly added dropwise to the mixed solution for 30 minutes, followed by stirring for 12 hours. The polymerization was carried out.
반응 종료 후 물을 사용하여 산을 제거한 후에 증발기로 농축하였다. 이어서 메틸아밀케톤과 메탄올을 사용하여 중합 생성물을 희석하고, 다시 15중량% 농도의 메틸아밀케톤/메탄올(4/1, 중량비)의 용액을 첨가하여 농도를 조절하였다. 이 용액을 3ℓ 분액깔대기에 넣고 이것에 n-헵탄을 첨가하여 저분자량체를 제거하고 하기 화학식 3으로 표현되는 중합체를 얻었다.After completion of the reaction, the acid was removed using water and then concentrated using an evaporator. Subsequently, the polymerization product was diluted with methyl amyl ketone and methanol, and the concentration was adjusted by adding a solution of methyl amyl ketone / methanol (4/1, weight ratio) at a concentration of 15% by weight again. The solution was placed in a 3 L separatory funnel, and n-heptane was added thereto to remove the low molecular weight, to obtain a polymer represented by the following formula (3).
하기 화학식 3으로 표현되는 중합체는 중량 평균 분자량이 12,000이고, 분산도가 2.0 이다.The polymer represented by the following formula (3) has a weight average molecular weight of 12,000 and a degree of dispersion of 2.0.
[화학식 3] (3)
하드마스크Hard mask 조성물의 제조 Preparation of the composition
실시예Example 1 One
합성예 1에서 얻은 방향족 고리 함유 화합물을 1.0g, 하기 화학식 A2로 표현되는 가교제(Powerlink 1174) 0.1g 및 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트 0.1g을 사이클로헥사논 9g에 녹인 후 여과하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.1.0 g of the aromatic ring-containing compound obtained in Synthesis Example 1, 0.1 g of a crosslinking agent (Powerlink 1174) represented by the following Chemical Formula A2, and 0.1 g of pyridinium p-toluene sulfonate were dissolved in 9 g of cyclohexanone and filtered to obtain a hard mask composition. Prepared.
[화학식 A2](A2)
실시예Example 2 2
합성예 1에서 얻은 방향족 고리 함유 화합물 대신 합성예 2에서 얻은 방향족 고리 함유 화합물을 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 aromatic ring-containing compound obtained in Synthesis Example 2 was used instead of the aromatic ring-containing compound obtained in Synthesis Example 1.
실시예Example 3 3
합성예 1에서 얻은 방향족 고리 함유 화합물 대신 합성예 3에서 얻은 방향족 고리 함유 화합물을 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 aromatic ring-containing compound obtained in Synthesis Example 3 was used instead of the aromatic ring-containing compound obtained in Synthesis Example 1.
실시예Example 4 4
합성예 1에서 얻은 방향족 고리 함유 화합물 대신 합성예 4에서 얻은 방향족 고리 함유 화합물을 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 aromatic ring-containing compound obtained in Synthesis Example 4 was used instead of the aromatic ring-containing compound obtained in Synthesis Example 1.
실시예Example 5 5
합성예 1에서 얻은 방향족 고리 함유 화합물 대신 합성예 5에서 얻은 방향족 고리 함유 화합물을 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 aromatic ring-containing compound obtained in Synthesis Example 5 was used instead of the aromatic ring-containing compound obtained in Synthesis Example 1.
비교예Comparative Example 1 One
합성예 1에서 얻은 방향족 고리 함유 화합물 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 aromatic ring-containing compound obtained in Synthesis Example 1.
하드마스크Hard mask 층의 형성 Layer formation
테트라에틸 올쏘실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS)가 형성되어 있는 실리콘웨이퍼 위에 상기 실시예 1 내지 5와 비교예 1에 따른 하드마스크 조성물을 스핀 코팅 방법으로 도포한 후 200℃에서 60초 간 베이킹하여 약 1500Å 두께의 하드마스크 층을 형성하였다. After applying the hard mask composition according to Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 by spin coating on a silicon wafer on which tetraethyl orthosilicate (TEOS) is formed, it was baked at 200 ° C. for 60 seconds to be baked at about 1500 kPa. A thick hardmask layer was formed.
평가 - 1Rating-1
실시예 1 내지 5에 따른 하드마스크 조성물로 형성된 하드마스크 층의 굴절률(refractive index, n) 및 흡광 계수(extinction coefficient, k)를 측정하였다. The refractive index (n) and the extinction coefficient (k) of the hard mask layer formed from the hard mask composition according to Examples 1 to 5 were measured.
굴절률 및 흡광 계수는 193nm 광을 조사하면서 Ellipsometer(J.A.Woollam사 제조)를 사용하여 측정하였다.The refractive index and the extinction coefficient were measured using an Ellipsometer (manufactured by J.A. Woollam) while irradiating 193 nm light.
그 결과는 표 1과 같다.The results are shown in Table 1.
표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 5에 따른 하드마스크 조성물로 형성된 하드마스크 층은 193nm 광에 대하여 하드마스크 층으로 사용하기에 적합한 굴절률(n) 및 흡광계수(k)를 나타냄을 알 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the hard mask layer formed of the hard mask compositions according to Examples 1 to 5 exhibits a refractive index (n) and an extinction coefficient (k) suitable for use as a hard mask layer for 193 nm light. .
레지스트Resist 패턴의 형성 Formation of patterns
테트라에틸 올쏘실리케이트(TEOS)가 형성되어 있는 실리콘웨이퍼 위에 상기 실시예 1 내지 5와 비교예 1에 따른 하드마스크 조성물을 스핀 코팅 방법으로 도포한 후 200℃에서 60초 간 베이킹하여 약 1500Å 두께의 하드마스크 층을 형성하였다. After applying the hard mask composition according to Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 on a silicon wafer on which tetraethyl allosilicate (TEOS) is formed by spin coating, baking at 200 ° C. for 60 seconds to harden a hard disk having a thickness of about 1500 μs. A mask layer was formed.
상기 하드마스크 층 위에 KrF용 레지스트를 도포하고 110℃에서 60초간 베이킹한 후, KrF 노광장비인 ASML (XT:1450G, NA0.93)을 사용하여 노광을 하였다. 이어서 테트라메틸암모늄 히드록시드(tetramethylammonium hydroxide, TMAH) 2.38wt% 수용액으로 현상하였다.A KrF resist was applied on the hard mask layer and baked at 110 ° C. for 60 seconds, and then exposed using KrML exposure equipment ASML (XT: 1450G, NA0.93). It was then developed with a 2.38 wt% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH).
평가 - 2Rating-2
노광량의 변화에 따른 EL(expose latitude) 마진과 광원과의 거리 변동에 따른 DoF(depth of focus) 마진을 고찰하였다. 또한 FE-SEM을 사용하여 상기 패터닝된 하드마스크 층에 언더컷(undercut) 발생 여부를 관찰하였다. The expose latitude (EL) margin and the depth of focus (DoF) margin due to the distance between the light source and the light source were investigated. In addition, FE-SEM was used to observe whether an undercut occurred in the patterned hard mask layer.
그 결과는 표 2와 같다.The results are shown in Table 2.
(△CD/exposure energy, mJ)EL margin
(? CD / exposure energy, mJ)
표 2를 참고하면, 실시예 1 내지 5에 따른 하드마스크 조성물로 형성된 하드마스크 층은 비교예 1에 따른 하드마스크 조성물로 형성된 하드마스크 층과 비교하여 EL 마진 및 DoF 마진이 모두 높은 것을 알 수 있다. 또한 실시예 1 내지 5에 따른 하드마스크 조성물로 형성된 하드마스크 층은 언더컷이 관찰되지 않고 양호한 프로파일로 형성되었음을 알 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the hard mask layer formed of the hard mask composition according to Examples 1 to 5 has a higher EL margin and a DoF margin than the hard mask layer formed of the hard mask composition according to Comparative Example 1. . In addition, it can be seen that the hard mask layer formed of the hard mask composition according to Examples 1 to 5 was formed with a good profile without an undercut observed.
패턴의 형성Formation of patterns
상기 패터닝된 하드마스크 층을 마스크로 하여 CHF3/CF4 혼합가스를 사용하여 드라이 에칭을 진행하고 이어서 BCl3/Cl3 혼합가스를 사용하여 다시 드라이 에칭을 진행하였다. 이어서 O2 가스를 사용하여 남아있는 유기물을 모두 제거하였다.Dry etching was performed using the CHF 3 / CF 4 mixed gas using the patterned hard mask layer as a mask, followed by dry etching again using the BCl 3 / Cl 3 mixed gas. All remaining organic matter was then removed using O 2 gas.
평가 - 3Rating - 3
FE-SEM을 사용하여 상기 테트라에틸 올쏘실리케이트(TEOS) 패턴을 고찰하였다. 그 결과는 표 3과 같다.The tetraethyl allosilicate (TEOS) pattern was discussed using FE-SEM. The results are shown in Table 3.
표 3을 참고하면, 실시예 1 내지 5에 따른 하드마스크 조성물을 사용하여 형성된 패턴은 모두 수직모양으로 등방성 패터닝된 반면, 비교예 1에 따른 하드마스크 조성물을 사용하여 형성된 패턴은 등방성으로 패터닝되지 못하고 테이퍼진 모양 및 거친 표면을 나타내는 것을 알 수 있다. Referring to Table 3, the patterns formed using the hard mask compositions according to Examples 1 to 5 were all isotropically patterned in a vertical shape, whereas the patterns formed using the hard mask compositions according to Comparative Example 1 were not isotropically patterned. It can be seen that it shows a tapered shape and rough surface.
이는 실시예 1 내지 5에 따른 하드마스크 조성물을 사용한 경우 에칭 가스에 대한 내성이 충분하여 에칭이 양호하게 수행되는 반면, 비교예 1에 따른 하드마스크 조성물을 사용한 경우 에칭 가스에 대한 내성이 불충분하여 양호한 모양으로 패터닝하기 위한 에칭 선택비가 부족한 것으로 판단된다.This is because when the hard mask composition according to Examples 1 to 5 is used, the etching is performed well because the resistance to the etching gas is sufficient, whereas when the hard mask composition according to Comparative Example 1 is used, the resistance to the etching gas is insufficient. It is judged that the etching selectivity for patterning to a shape is lacking.
평가 - 4Rating - 4
실시예 1 내지 5 및 비교예 1에 따른 하드마스크 조성물의 내에칭성을 평가하였다.The etching resistance of the hard mask compositions according to Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 was evaluated.
알루미늄(Al)이 형성되어 있는 실리콘웨이퍼 위에 상기 실시예 1 내지 5와 비교예 1에 따른 하드마스크 조성물을 스핀 코팅 방법으로 도포한 후 300℃에서 60초 간 베이킹하여 약 3000Å 두께의 하드마스크 층을 형성하였다. After applying the hard mask composition according to Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 on a silicon wafer on which aluminum (Al) is formed by spin coating, baking at 300 ° C. for 60 seconds to form a hard mask layer having a thickness of about 3000 μm. Formed.
상기 하드마스크 층 위에 KrF용 레지스트를 도포하고 110℃에서 60초간 베이킹한 후, KrF 노광장비인 ASML (XT:1450G, NA0.93)을 사용하여 노광을 하였다. 이어서 테트라메틸암모늄 히드록시드(tetramethylammonium hydroxide, TMAH) 2.38wt% 수용액으로 현상하였다.A KrF resist was applied on the hard mask layer and baked at 110 ° C. for 60 seconds, and then exposed using KrML exposure equipment ASML (XT: 1450G, NA0.93). It was then developed with a 2.38 wt% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH).
상기 패터닝된 하드마스크 층을 마스크로 하여 CHF3/CF4 혼합가스를 사용하여 드라이 에칭을 진행하고 에칭 속도를 계산하였다.Dry etching was performed using the CHF 3 / CF 4 mixed gas using the patterned hard mask layer as a mask, and the etching rate was calculated.
그 결과는 표 4와 같다.The results are shown in Table 4.
표 4를 참고하면, 실시예 1 내지 5에 따른 하드마스크 조성물을 사용한 경우가 비교예 1에 따른 하드마스크 조성물을 사용한 경우보다 내에칭성이 개선되는 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 4, it can be seen that the use of the hard mask compositions according to Examples 1 to 5 improves the etching resistance than the case of using the hard mask composition according to Comparative Example 1.
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 (15)
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 또는 2에서,
A는 방향족 고리기이고,
B는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30 아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐렌기, 할로겐기 또는 이들의 조합이고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기 또는 이들의 조합이고(단 R1 및 R2가 모두 수소인 경우는 제외),
n은 1 내지 190이다.
A hard mask composition comprising an aromatic ring-containing compound and a solvent comprising at least one of a structural unit represented by Formula 1 and a structural unit represented by Formula 2 below:
[Chemical Formula 1]
(2)
In the above formula (1) or (2)
A is an aromatic ring group,
B is substituted or unsubstituted C1 to C30 alkylene group, substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkylene group, substituted or unsubstituted C6 to C30 arylene group, substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkenylene group, substituted Or an unsubstituted C7 to C30 arylalkylene group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroarylene group, a substituted or Unsubstituted C2 to C30 alkenylene group, substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynylene group, halogen group or a combination thereof,
R 1 and R 2 are each independently hydrogen, a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkenyl group, substituted or unsubstituted C7 to C30 arylalkyl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 hetero An aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynyl group, or a combination thereof, except where both R 1 and R 2 are hydrogen;
n is 1 to 190.
상기 A는 하기 그룹 1에 나열된 치환 또는 비치환된 방향족 고리기에서 선택되는 하나인 하드마스크 조성물:
[그룹 1]
상기 그룹 1에서,
Y1 내지 Y16은 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C5 알킬기이다.
In claim 1,
Wherein A is one selected from substituted or unsubstituted aromatic ring groups listed in Group 1 below:
[Group 1]
In the group 1,
Y 1 to Y 16 are each independently hydrogen or a C1 to C5 alkyl group.
상기 B는 하기 그룹 2에 나열된 치환 또는 비치환된 방향족 고리기에서 선택되는 하나인 하드마스크 조성물:
[그룹 2]
상기 그룹 2에서,
Z1 내지 Z16은 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C5 알킬기이다.
In claim 1,
Wherein B is one selected from substituted or unsubstituted aromatic ring groups listed in Group 2 below:
[Group 2]
In group 2 above,
Z 1 to Z 16 are each independently hydrogen or a C1 to C5 alkyl group.
상기 방향족 고리 함유 화합물은 중량 평균 분자량이 1000 내지 10000인 하드마스크 조성물.
In claim 1,
The aromatic ring-containing compound has a weight average molecular weight of 1000 to 10000 hard mask composition.
상기 방향족 고리 함유 화합물 및 상기 용매는 상기 하드마스크 조성물의 총 함량에 대하여 각각 1 내지 20중량% 및 80 내지 99중량%로 포함되어 있는 하드마스크 조성물.
In claim 1,
Wherein the aromatic ring-containing compound and the solvent are contained in an amount of 1 to 20 wt% and 80 to 99 wt%, respectively, based on the total content of the hard mask composition.
상기 용매는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME), 사이클로헥사논 및 에틸락테이트에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 하드마스크 조성물.
In claim 1,
Wherein the solvent comprises at least one selected from propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether (PGME), cyclohexanone and ethyl lactate.
상기 재료 층 위에 하기 화학식 1로 표현되는 구조 단위 및 하기 화학식 2로 표현되는 구조 단위 중 적어도 하나를 포함하는 방향족 고리 함유 화합물 및 용매를 포함하는 하드마스크 조성물을 적용하여 하드마스크 층을 형성하는 단계,
상기 하드마스크 층 위에 레지스트 층을 형성하는 단계,
상기 레지스트 층을 노광 및 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계,
상기 레지스트 패턴을 이용하여 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고
상기 재료 층의 노출된 부분을 에칭하는 단계
를 포함하는 패턴 형성 방법:
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 또는 2에서,
A는 방향족 고리기이고,
B는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30 아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐렌기, 할로겐기 또는 이들의 조합이고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기 또는 이들의 조합이고(단 R1 및 R2가 모두 수소인 경우는 제외),
n은 1 내지 190이다.
Providing a layer of material over the substrate,
Forming a hardmask layer on the material layer by applying a hardmask composition including a solvent and an aromatic ring-containing compound including at least one of a structural unit represented by Formula 1 and a structural unit represented by Formula 2 below;
Forming a resist layer over the hardmask layer,
Exposing and developing the resist layer to form a resist pattern,
Selectively removing the hard mask layer using the resist pattern and exposing a portion of the material layer, and
Etching the exposed portion of the material layer
: ≪ / RTI >
[Chemical Formula 1]
(2)
In the above formula (1) or (2)
A is an aromatic ring group,
B is substituted or unsubstituted C1 to C30 alkylene group, substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkylene group, substituted or unsubstituted C6 to C30 arylene group, substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkenylene group, substituted Or an unsubstituted C7 to C30 arylalkylene group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroarylene group, a substituted or Unsubstituted C2 to C30 alkenylene group, substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynylene group, halogen group or a combination thereof,
R 1 and R 2 are each independently hydrogen, a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkenyl group, substituted or unsubstituted C7 to C30 arylalkyl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 hetero An aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynyl group, or a combination thereof, except where both R 1 and R 2 are hydrogen;
n is 1 to 190.
상기 A는 하기 그룹 1에 나열된 치환 또는 비치환된 방향족 고리기에서 선택되는 하나인 패턴 형성 방법:
[그룹 1]
상기 그룹 1에서,
Y1 내지 Y16은 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C5 알킬기이다.
In claim 7,
Wherein A is one selected from substituted or unsubstituted aromatic ring groups listed in Group 1 below:
[Group 1]
In the group 1,
Y 1 to Y 16 are each independently hydrogen or a C1 to C5 alkyl group.
상기 B는 하기 그룹 2에 나열된 치환 또는 비치환된 방향족 고리기에서 선택되는 하나인 패턴 형성 방법:
[그룹 2]
상기 그룹 2에서,
Z1 내지 Z16은 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C5 알킬기이다.
In claim 7,
Wherein B is one selected from substituted or unsubstituted aromatic ring groups listed in Group 2 below:
[Group 2]
In group 2 above,
Z 1 to Z 16 are each independently hydrogen or a C1 to C5 alkyl group.
상기 방향족 고리 함유 화합물은 중량 평균 분자량이 1000 내지 10000인 패턴 형성 방법.
In claim 7,
The aromatic ring-containing compound has a weight average molecular weight of 1000 to 10000 pattern formation method.
상기 용매는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME), 사이클로헥사논 및 에틸락테이트에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 패턴 형성 방법.
In claim 7,
Wherein the solvent comprises at least one selected from the group consisting of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether (PGME), cyclohexanone and ethyl lactate.
상기 하드마스크 층을 형성하는 단계는 스핀-온-코팅 방법으로 수행하는 패턴 형성 방법.
In claim 7,
Wherein the step of forming the hard mask layer is performed by a spin-on-coating method.
상기 레지스트 층을 형성하는 단계 전에
상기 재료 층 위에 실리콘을 함유하는 보조층을 형성하는 단계를 더 포함하는 패턴 형성 방법.
In claim 7,
Before the step of forming the resist layer
And forming an auxiliary layer containing silicon on the material layer.
상기 하드마스크 층을 형성하는 단계 전에
바닥 반사 방지 층(BARC)을 형성하는 단계를 더 포함하는 패턴 형성 방법.
The method of claim 13,
Before the step of forming the hard mask layer
And forming a bottom anti-reflective layer (BARC).
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