KR101721979B1 - 스핀-온 카본 하드마스크용 중합체 및 이를 함유한 카본 하드마스크용 조성물 - Google Patents

스핀-온 카본 하드마스크용 중합체 및 이를 함유한 카본 하드마스크용 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스핀-온 카본 하드마스크용 중합체 및 이를 함유한 카본 하드마스크용 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 비스페닐페놀 플루오렌계 단량체를 함유하되, 특정의 중량평균분자량의 요건을 충족한 중합체, 더욱 바람직하게는 상기 비스페닐페놀 플루오렌계 단량체에, 부가 단량체 성분과 중합반응된 중합체로 이루어진 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료를 제공하고, 상기 비스페닐페놀 플루오렌(fluorene)계 중합체가 우수한 광학적 특성이 있고, 동시에 기판상에 스핀코팅으로 도포 가능하므로, 상기 조성물을 이용하여 포토리소그래피 공정 후 반도체 초미세 패터닝 공정이 가능하다.

Description

스핀-온 카본 하드마스크용 중합체 및 이를 함유한 카본 하드마스크용 조성물 {POLYMER FOR SPIN ON CARBON HARDMASK AND COMPOSITION INCLUDING SAME}
본 발명은 스핀-온 카본 하드마스크용 중합체 및 이를 함유한 카본 하드마스크용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비스페닐페놀 플루오렌계 단량체로부터 특정의 중량평균분자량의 요건을 충족한 신규한 중합체로 이루어진 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료를 제공하고, 이를 포함하는 조성물은 기판 상에 스핀코팅으로 도포가능하고, 포토리소그래피 공정 후 반도체 초미세 패터닝 공정이 가능한, 스핀-온 카본 하드마스크용 중합체 및 이를 함유한 카본 하드마스크용 조성물에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 소형화 및 집적화에 수반하여, 패턴의 크기가 작아짐에 따라, 포토레지스트 패턴의 쓰러짐 현상을 방지하기 위하여, 포토레지스트 막 및 패턴의 두께가 점차 얇아지고 있다.
그러나, 얇아진 포토레지스트 패턴을 사용하여 피식각층을 식각(etching)하기 어렵기 때문에, 포토레지스트와 피식각층 사이에 식각 내성이 강한 무기물막 또는 유기물막으로서, 실리콘막, 절연막, 도전막 등을 도입하는데, 이러한 막들을 하층막 또는 하드마스크라 칭한다.
포토레지스트 패턴을 이용하여 하층막을 식각하여 패터닝한 후, 하층막의 패턴을 이용하여 피식각층을 식각하는 공정을 레지스트 하층막 공정이라고 한다. 이때, 하층막 공정에 이용되는 무기물 하층막은 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시나이트라이드, 폴리실리콘, 티타늄 나이트라이드, 무정형 탄소(amorphous carbon) 등으로 이루어지며, 통상적으로 화학증기증착(chemical vapor deposition: CVD)법으로 형성된다.
상기 화학증기증착법에 의해 생성된 하층막은 식각 선택성이나 식각 내성이 우수하지만, 파티클(particle) 문제, 초기 설비 투자비 문제 등의 몇 가지 문제점이 있다.
이에, 반도체 소자 패턴의 미세화를 충족하기 위하여 KrF 엑시머 레이저나 ArF 엑시머 레이저의 광원을 이용한 마이크로 리소그래피 공정이 사용되고 있으며 이러한 공정에서 최대한 작은 패턴을 만들기 위한 기술들 중 하나가 하드마스크 공정이다. 따라서, 종래의 증착식 하드마스크 공정을 대체하여 스핀 도포가 가능한 스핀-온 카본 하드마스크 재료에 대한 연구가 활발하다.
최근 기상 증착된 재료들은 스핀-온 에칭 마스크로 대체되어 왔다. 예를 들면, van Delft 등에 의해 J. Vac . Sci . Technol . B, 18(2000) 3419에 보고된 대로, 노볼락-수소화 실세스퀴옥산(HSQ) 2층 적층체를 이용하여 종횡비 20:1의 분리된 40nm 라인 뿐 아니라 종횡비 3.25:1의 40nm 반-피치 해상도 달성을 보고한 바 있다. 그러나 하부의 HSQ 층을 불소를 이용하여 에칭하면, 패턴화된 노볼락 형상부가 팽창하여 파형 변형이 관찰되는 문제가 있다. 따라서 변형 없이 불소를 이용한 하부층의 에칭에 대해 내성이 있어 고해상도의 패턴을 형성할 수 있는 스핀-온 하드-마스크 재료가 요구된다.
그 일례로 대한민국 공개특허 제2015-28221호에는 풀러렌(Fullerene) 유도체 및 2개 이상의 열 또는 촉매 반응성 기를 갖는 가교제를 포함하는 스핀-온 하드-마스크 형성용 조성물을 개시하고 있다.
그러나, 본 발명자들은 종래의 증착식 하드마스크 공정을 대체하여 스핀 도포가 가능한 카본 하드마스크용 재료에 대한 연구를 진행한 결과, 비스페닐페놀 플루오렌계 단량체를 함유하되, 특정 중량평균분자량의 요건을 충족한 신규한 중합체 또는 상기 비스페닐페놀 플루오렌계 단량체에, 부가 단량체 성분과 중합반응된 중합체로 이루어진 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료를 제공하고, 이를 포함하는 조성물은 기판 상에 스핀코팅으로 도포 가능하므로, 상기 조성물을 이용하여 포토리소그래피 공정 후 반도체 초미세 패터닝 공정이 가능함을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 고해상도의 패턴을 형성할 수 있는 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료를 함유한 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 비스페닐페놀 플루오렌계 단량체를 함유하되, 중량평균분자량 1,000 내지 10,000을 충족하는 중합체로 이루어진 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료를 제공한다.
화학식 1
Figure 112015048365736-pat00001
구체적으로, 본 발명의 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료는 상기 비스페닐페놀 플루오렌계 단량체에, 하기 화학식 2 내지 화학식 5로 이루어진 단량체 중 적어도 1종 이상의 부가 단량체 성분과 중합 반응시켜 얻어진 중합체이다.
화학식 2
Figure 112015048365736-pat00002
화학식 3
Figure 112015048365736-pat00003
화학식 4
Figure 112015048365736-pat00004
화학식 5
Figure 112015048365736-pat00005
더욱 구체적으로, 본 발명의 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료로서, 바람직한 제1실시형태로는 하기 화학식 6으로 표시되는 중합체로 이루어진 것이다.
화학식 6
Figure 112015048365736-pat00006
(상기 식에서, R1 및 R2는 동일하거나 독립적일 수 있으며, 화학식 2 내지 화학식 5로 표시되는 화합물기 중 어느 하나의 화합물기이고, n은 반복단위로서 1 내지 10인 자연수이다.)
상기 제1실시형태의 유기재료의 구체적인 일례로는 하기 화학식 7로 표시되는 중합체이다.
화학식 7
Figure 112015048365736-pat00007
(상기 식에서, n1은 반복단위로서 1 내지 10인 자연수이다.)
또한, 본 발명의 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료로서 하기 화학식 8로 표시되는 중합체를 제공한다.
화학식 8
Figure 112015048365736-pat00008
(상기 식에서, n1은 반복단위로서 1 내지 10인 자연수이다.)
본 발명의 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료로서, 바람직한 제2실시형태로는 하기 화학식 9로 표시되는 중합체를 제공한다.
화학식 9
Figure 112015048365736-pat00009
(상기 식에서, l은 2 내지 20이고, m은 0 내지 40이고, n은 1 내지 65이다.)
나아가, 본 발명은 이상의 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료에서 선택되는 어느 하나의 중합체 1 내지 25 중량%가 유기용매에 함유된 스핀-온 카본 하드마스크용 조성물을 제공한다.
본 발명은 비스페닐페놀 플루오렌계 단량체로부터 특정의 중량평균분자량의 요건을 충족한 신규한 중합체로 이루어진 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료를 제공함으로써, 이를 포함하는 조성물은 스핀코팅으로 기판 상에 도포할 수 있다. 이에 별도의 특수 설비없이 일반적인 코팅장비에서 적층이 가능하므로 코팅시간이 짧고 간단하며, 용액에 첨가되는 첨가제들에 따라 두께 및 친수도 등을 비교적 자유롭게 조절할 수 있다.
나아가, 본 발명의 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료를 함유한 조성물을 이용하여 반도체 소자의 초미세 패턴을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 중합체의 중량평균분자량을 측정한 겔 투과 크로마토그래피(GPC) 결과이고,
도 2는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 중합체의 중량평균분자량을 측정한 겔 투과 크로마토그래피(GPC) 결과이고,
도 3은 본 발명의 실시예 3에서 제조된 중합체의 중량평균분자량을 측정한 겔 투과 크로마토그래피(GPC) 결과이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 비스페닐페놀 플루오렌계 단량체를 함유하되, 중량평균분자량 1,000 내지 10,000을 충족하는 중합체로 이루어진 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료를 제공한다.
화학식 1
Figure 112015048365736-pat00010
상기 비스페닐페놀 플루오렌(fluorene)계 단량체로부터 중합된 중합체는 짧은 파장 영역(예를 들어, 157, 193, 248nm)에서 강한 흡수를 갖는 특성에 의해 우수한 광학적 특성, 기계적 특성 및 에칭 선택비 특성을 제공하며, 동시에 스핀-온 도포 기법을 이용하여 도포 가능한 특성을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 단량체는 스핀 온 카본 하드마스크에 사용되는 중합체에 요구되는 높은 굴절률을 충족하고, 동시에 공지된 비스페놀 플루오렌(fluorene)계 단량체의 경우보다 탄소원자의 비율을 최대한 높여, 이로부터 중합된 중합체의 경우 높은 건식 식각 내성을 개선한다.
이에, 상기 화학식 1로 표시되는 비스페닐페놀 플루오렌계 단량체는 본 발명의 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료를 구성하는 필수 중합성분으로서 바람직하다.
구체적으로, 본 발명의 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료를 구성하는 중합체는 상기 비스페닐페놀 플루오렌계 단량체에, 하기 화학식 2 내지 화학식 5로 이루어진 단량체 중 적어도 1종 이상의 부가 단량체 성분과 중합반응시켜 얻어진 것을 특징으로 한다.
화학식 2
Figure 112015048365736-pat00011
화학식 3
Figure 112015048365736-pat00012
화학식 4
Figure 112015048365736-pat00013
화학식 5
Figure 112015048365736-pat00014
본 발명의 스핀-온 카본 하드마스크용 중합체는 겔 투과 크로마토그래피(gel permeation chromatography; GPC)로 측정하였을 때 폴리스티렌 환산 평균분자량으로 중합체의 중량평균분자량(Mw)이 1,000 내지 10,000, 바람직하게는 2,000 내지 6,000, 더욱 바람직하게는 3,000 내지 5,000을 충족하는 것을 특징으로 한다. 이때, 중합체의 중량평균분자량(Mw)이 1,000 미만이면, 코팅성, 내열성, 식각저항성 등이 저하될 수 있고, 중량평균분자량(Mw)이 10,000을 초과하면, 점도가 높아져 스핀 코터로 도포할 때 고르게 도포되지 않을 수 있다.
이상의 요건을 충족한 본 발명의 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료에 대하여 바람직한 제1실시형태로는 하기 화학식 6으로 표시되는 중합체로 이루어진 것이다.
화학식 6
Figure 112015048365736-pat00015
(상기 식에서, R1 및 R2는 동일하거나 독립적일 수 있으며, 화학식 2 내지 화학식 5로 표시되는 화합물기 중 어느 하나의 화합물기이고, n은 반복단위로서 1 내지 10인 자연수이다.)
더욱 바람직하게는 본 발명의 유기재료가 하기 화학식 7로 표시되는 중합체이다.
화학식 7
Figure 112015048365736-pat00016
(상기 식에서, n1은 반복단위로서 1 내지 10인 자연수이다.)
구체적으로는, 상기 화학식 7로 표시되는 중합체는 본 발명의 실시예 1에 개시된 것으로서, 중량평균분자량(Mw) 3,620인 중합체(n1=4)로서, 각 단량체간의 중합반응에 의해 얻을 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 부가 단량체 성분의 선택에 따라 다양한 중합체가 제공될 수 있다.
또 다른 일례로, 본 발명의 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료는 하기 화학식 8로 표시되는 중합체를 제공한다.
화학식 8
Figure 112015048365736-pat00017
(상기 식에서, n1은 반복단위로서 1 내지 10 인 자연수이다.)
또한, 본 발명의 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료의 바람직한 제2실시형태로는 하기 화학식 9로 표시되는 중합체를 제공한다.
화학식 9
Figure 112015048365736-pat00018
(상기 식에서, l은 2 내지 20이고, m은 0 내지 40이고, n은 1 내지 65이다.)
이상의 화학식 9로 표시되는 중합체의 일례로는 화학식 10으로 표시되는 중합체인 것이다.
하기 화학식 10으로 표시되는 중합체는 실시예 2 또는 실시예 3에 기재된 바와 같이, 각 단량체간의 중합반응에 의해 얻을 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 부가 단량체 성분과 몰비율의 선택에 따라 다양한 중합체가 제공될 수 있다. 이상의 중합체는 스핀 온 카본 하드마스크 적용에 요구되는 바람직한 중량평균분자량의 요건을 충족한다.
화학식 10
Figure 112015048365736-pat00019
(상기 식에서, l 및 n은 상기 화학식 9에서 정의한 바와 같다.)
나아가, 본 발명은 상기의 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료에서 선택되는 어느 하나의 중합체 1 내지 25 중량%가 유기용매에 함유된 카본 하드마스크용 조성물을 제공한다.
상기 카본 하드마스크용 조성물에 있어서, 상기 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료를 구성하는 중합체의 함량은 1 내지 25중량%, 바람직하게는 3 내지 20중량%, 더욱 바람직하게는 4 내지 16중량%이며, 상기 유기용매의 함량은 상기 중합체 등의 고형분을 제외한 나머지를 차지한다.
본 발명에 사용되는 유기용매는 중합체에 대한 용해성을 갖고 통상의 하드마스크용도에 사용되는 유기용매군에서 제한 없이 채용할 수 있으며, 바람직한 일례로는, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethylether acetate: PGMEA), 프로필렌글리콜모노메틸에테르(propyleneglycol monomethyl ether: PGME), 사이클로헥산온(cyclohexanone: CH), 에틸락테이트(ethyl lactate: EL), 감마부티로락톤(gamma-butyrolactone: GBL) 또는 이들의 혼합형태를 사용할 수 있다.
이에, 본 발명의 카본 하드마스크용 조성물은 한정되지는 않으나, 기판 상에 스프레이 코팅, 블레이드 코팅, 스핀코팅 또는 이들의 조합에 의해 코팅하는 것이 적절할 수 있다.
바람직하게는 스핀코팅에 의해 실시하는 것으로서, 본 발명의 카본 하드마스크용 조성물은 스핀코팅으로 기판 상에 도포할 수 있어 별도의 설비 없이 일반적인 코팅장비에서 적층이 가능하고 코팅시간이 짧고 간단하며, 용액에 첨가되는 첨가제들에 따라 두께 및 친수도 등 비교적 자유롭게 조절이 가능하다.
이때, 스핀 속도 범위는 100 내지 8000rpm이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 200 내지 2000rpm, 더욱 더 바람직하게는 800 내지 1500rpm으로 실시하는 것이다. 또한, 스핀 시간은 10초 내지 150초가 바람직하다.
상기 방법 중 어느 하나의 방법에 의해 코팅한 기판은 적절하게는 가교 전에 소프트 베이킹할 수 있는데, 이때 소프트 베이킹 온도 범위는 50 내지 150℃가 바람직하다.
또한, 본 발명의 카본 하드마스크용 조성물에는 가교성분, 산발생제 및 계면활성제가 더 함유될 수 있다.
상기 가교성분은 가교반응을 유도하여 더욱 경화시킬 목적으로 사용되며, 2개 이상의 가교 형성 관능기를 갖는 화합물로서, 가교 형성 관능기는 옥세타닐기, 옥사졸린기, 시클로카보네이트기, 알코올시시릴기, 아미노 메티올기 또는 알콕시메틸기, 아지리디닐기, 메티올기, 이소시아네이트기, 알콕시메틸아미노기, 또는 다관능성 에폭시기 등일 수 있다. 이에, 멜라민 타입, 에폭시 타입 등의 통상적인 가교 성분을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 상용화된 가교제로서, 산화케미칼사의 MX-270, MX-280, MX-390 및 2-{[4-(2-옥시라닐메톡시)페녹시]메틸}옥시란(2-{[4-(2-oxiranylmethoxy)phenoxy]methyl} oxirane) 등을 사용할 수 있다.
이때, 전체 조성물에 대하여, 가교성분의 함량은 0 내지 4중량%, 바람직하게는 0.5 내지 3 중량%이다. 상기 가교성분의 함량이 4중량%를 초과하면, 레지시트의 안정성을 저하시킬 우려가 있다.
또한, 산발생제는 중합체의 가교반응의 온도를 낮추어 주고, 가교율을 향상시키기 위하여 첨가되는데, 산발생제로는 통상의 광산발생제와 열산발생제를 사용할 수 있다. 바람직하게는 광산발생제보다 높은 온도에서 촉매로서의 효율이 우수한 열산발생제를 사용할 수 있으며, 예를 들면, 킹인더스트리사의 TAG-시리즈 등의 열산발생제를 사용할 수 있다. 상기 산발생제를 사용할 경우, p-톨루엔 술폰산 모노 하이드레이트(p-toluenesulfonic acid mono hydrate), 피리딘 p-톨루엔술폰산(Pyridine p-toluenesulfonic acid), 2,4,4,6-테트라브로모시클로헥사디엔온, 벤조인 토실레이트, 2-니트로벤질 토실레이트, 및 유기 술폰산의 다른 알킬 에스테르로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
이에, 전체 스핀-온 카본 하드마스크용 조성물에 대하여, 산발생제의 바람직한 함량은 0.25 중량% 이하, 바람직하게는 0.05 내지 0.2 중량%를 함유하는 것이다. 이때, 산발생제의 사용량이 0.25 중량%를 초과하면, 레지스트의 안정성을 저하시킬 우려가 있다.
상기 계면활성제는 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료를 구성하는 중합체 함량의 증가에 따라 발생하는 코팅불량의 개선하기 위해 사용한다.
일례로, 상용화된 계면활성제인 에어프로덕트사의 설피놀 계열, DIC사의 F-시리즈(F-410, F-444, F-477, R-08, R-30 등) 등을 사용할 수 있고 계면활성제의 바람직한 함량은 전체 스핀-온 카본 하드마스크용 조성물에 대하여, 0.0001 내지 0.001 중량%, 바람직하게는 0.0001 내지 0.0008중량%를 사용할 수 있으며, 상기 계면활성제의 함량이 0.001 중량%를 초과하면, 레지스트 막질이 불량해질 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
비스(오르쏘-페닐페놀)플루오렌 50.3g(0.1mol)과 1-하이드록시파이렌 21.8g(0.1mol), 1-나프톨 14.4g(0.1mol), 파라포름알데히드 9.1g(0.3mol), 파라-톨루엔설폰산 일수화물 17.1g(0.09mol)을 150㎖의 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA)에 현탁시킨 후, 상기 용액을 100℃에서 30시간 동안 교반하여 중합하였다. 반응 종료 후 상온으로 냉각하고 물과 메탄올의 혼합용매(1:10 부피비)를 사용하여 파라-톨루엔설폰산을 제거한 후, 메탄올을 사용하여 저분자량체를 제거하여 하기 화학식 7로 표시되는 중량평균분자량(Mw) 3,620의 중합체(n1=4)를 얻었다. 상기 얻어진 중합체의 겔 투과 크로마토그래피(GPC) 측정결과는 도 1에 도시되었다.
화학식 7
Figure 112015048365736-pat00020
< 실시예 2>
비스(오르쏘-페닐페놀)플루오렌 43.7g(0.087mol)과 1-나프톨 25.2g(0.174mol), 파라포름알데히드 9.0g(0.3mol), 파라-톨루엔설폰산 일수화물 13.2g(0.069mmol)을 320㎖의 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME)에 현탁시킨 후, 상기 용액을 100℃에서 44시간 동안 교반하여 중합하였다. 반응 종료 후 상온으로 냉각하고 테트라하이드로퓨란 100㎖와 28% 암모니아수 11㎖를 투입하고 교반하여 중화하였다. 반응혼합물을 노말헥산 2100㎖에 1시간 동안 적가하고 1시간 교반 후 여과하여 습체분말을 얻었다. 습체분말을 에틸아세테이트 200㎖에 녹이고 여과하여 불용물을 제거한 후 초순수로 유기층을 세척하였다. 얻어진 유기층을 노말헥산 280㎖에 적가하여 고체상 분말을 생성시켜 화학식 9로 표시되는 중량평균분자량(Mw) 4,275의 중합체(l=5, n=10)를 얻었다. 상기 얻어진 중합체의 겔 투과 크로마토그래피(GPC) 측정결과는 도 2에 도시되었다.
화학식 10
Figure 112015048365736-pat00021
< 실시예 3>
비스(오르쏘-페닐페놀)플루오렌 55.3g(0.110mol)과 1-하이드록시파이렌 12.0g(0.055mol), 파라포름알데히드 6.6g(0.220mol), 파라-톨루엔설폰산 일수화물 11.6g(0.061mmol)을 320㎖의 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME)에 현탁시킨 후, 상기 용액을 100℃에서 50시간 동안 교반하여 중합하였다. 반응 종료 후 상온으로 냉각하고 테트라하이드로퓨란 100㎖와 28% 암모니아수 11㎖를 투입하고 교반하여 중화하였다. 반응혼합물을 노말헥산 2100㎖에 1시간 동안 적가하고 1시간 교반 후 여과하여 습체분말을 얻었다. 습체분말을 에틸아세테이트 200㎖에 녹이고 여과하여 불용물을 제거한 후 초순수로 유기층을 세척하였다. 얻어진 유기층을 노말헥산 280㎖에 적가하여 고체상분말을 생성시켜 상기 화학식 10로 표시되는 중량평균분자량(Mw) 4,477의 중합체(l=8, n=4)를 얻었다. 상기 얻어진 중합체의 겔 투과 크로마토그래피(GPC) 측정결과는 도 3에 도시되었다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 비스페닐페놀 플루오렌계 단량체를 함유하되, 특정의 중량평균분자량의 요건을 충족한 중합체, 더욱 바람직하게는 상기 비스페닐페놀 플루오렌계 단량체에, 부가 단량체 성분과 중합반응된 중합체로 이루어진 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료를 제공하였다.
본 발명의 카본 하드마스크용 조성물은 상기 비스페닐페놀 플루오렌(fluorene)계 중합체가 짧은 파장 영역(예를 들어, 157, 193, 248nm)에서 강한 흡수를 갖는 우수한 광학적 특성을 가지며, 기계적 특성 및 에칭 선택비 특성을 제공하며, 동시에 스핀-온 도포 기법(spin-on application technique)을 이용하여 도포 가능하다.
특히, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 비스페닐페놀 플루오렌(fluorene)계 단량체는 스핀 온 카본 하드마스크에 사용되는 중합체에 요구되는 높은 가지고 동시에 탄소원자의 비율을 최대한 높여 건식 식각 내성을 강한 장점이 있다.
이에, 본 발명의 카본 하드마스크용 조성물을 이용하여 포토리소그래피 공정 후 반도체 초미세 패터닝 공정이 가능하다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 하기 화학식 1로 표시되는 비스페닐페놀 플루오렌계 단량체를 함유하여 중합된 하기 화학식 7로 표시되는 중합체로 이루어지되,
    상기 중합체의 중량평균분자량이 1,000 내지 10,000을 충족한 것을 특징으로 하는 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료:
    화학식 1
    Figure 112017018303579-pat00041

    화학식 7
    Figure 112017018303579-pat00028

    상기 화학식 7에서, n1은 반복단위로서 1 내지 10인 자연수이다.
  5. 하기 화학식 1로 표시되는 비스페닐페놀 플루오렌계 단량체에, 하기 화학식 2로 표시되는 단량체 성분이 부가되어 중합된 하기 화학식 8로 표시되는 중합체로 이루어지되,
    상기 중합체의 중량평균분자량이 1,000 내지 10,000을 충족한 것을 특징으로 하는 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료:
    화학식 1
    Figure 112017018303579-pat00039

    화학식 2
    Figure 112017018303579-pat00040

    화학식 8
    Figure 112017018303579-pat00029

    상기 화학식 8에서, n1은 반복단위로서 1 내지 10인 자연수이다.
  6. 하기 화학식 1로 표시되는 비스페닐페놀 플루오렌계 단량체를 함유하여 중합된 하기 화학식 9로 표시되는 중합체로 이루어지되,
    상기 중합체의 중량평균분자량이 1,000 내지 10,000을 충족한 것을 특징으로 하는 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료:
    화학식 1
    Figure 112017018303579-pat00042

    화학식 9
    Figure 112017018303579-pat00030

    상기 화학식 9에서, l은 2 내지 20이고, m은 0 내지 40이고, n은 1 내지 65이다.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항의 스핀-온 카본 하드마스크용 유기재료에서 선택되는 어느 하나의 중합체 1 내지 25 중량%가 유기용매에 함유된 스핀-온 카본 하드마스크용 조성물.
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