KR102510788B1 - A composition of anti-reflective hardmask - Google Patents

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Abstract

백본 또는 측쇄에 히드록시기를 가지는 유기 고분자를 포함하고, 상기 히드록시기에 금속 또는 준금속을 부분적으로 치환시킨 고분자 중합체를 포함하는 반사방지 하드마스크 조성물이 제공된다. An antireflection hard mask composition comprising an organic polymer having a hydroxyl group in a backbone or a side chain and a polymer in which a metal or metalloid is partially substituted for the hydroxyl group is provided.

Description

반사방지용 하드마스크 조성물{A COMPOSITION OF ANTI-REFLECTIVE HARDMASK}Hard mask composition for antireflection {A COMPOSITION OF ANTI-REFLECTIVE HARDMASK}

본 발명은 리소그래픽 공정에 유용한 반사방지막 특성을 갖는 하드마스크 조성물에 관한 것으로, 자외선 파장 영역에서 강한 흡수를 나타내며, 가시광선 영역에서는 상대적으로 투명한 고분자 형태를 가지는 유기금속(organometal)을 함유하는 방향족 고리(aromatic ring) 중합체 및 이를 포함하는 것을 특징으로 하는 하드마스크 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a hard mask composition having antireflection film properties useful for a lithographic process, which exhibits strong absorption in the ultraviolet wavelength region and is relatively transparent in the visible light region, and has an aromatic ring containing an organometal in the form of a polymer. It relates to an (aromatic ring) polymer and a hard mask composition comprising the same.

최근 반도체 산업은 점점 미세화 공정이 요구되면서 이러한 초미세 기술을 실현하기 위해서는 효과적인 리소그래픽 공정이 필수적이다. 특히 에칭 과정에 있어서 매우 필수적인 하드마스크 공정에 대한 새로운 재료에 대한 요구가 증가하고 있는 실정이다.As miniaturization processes are increasingly required in the semiconductor industry, an effective lithographic process is essential to realize these ultra-fine technologies. In particular, the demand for new materials for the hard mask process, which is very essential in the etching process, is increasing.

일반적으로, 하드마스크막은 선택적 식각 과정을 통하여 포토레지스트의 미세 패턴을 하부 기판 층으로 전사해주는 중간막으로서 역할을 한다. 따라서 하드마스크막은 다중 식각 과정 동안 견딜 수 있도록 내화학성, 내열성 및 식각 저항성 등의 특성이 요구된다. 기존에 사용되는 하드마스크막은 화학기상증착(CVD) 방식으로 만들어지는 ACL(amorphous carbon layer) 막을 사용하고 있었는데, 이것에 대한 단점으로 높은 단가의 설비투자 및 공정 시 발생하는 입자(particle), 막질 불투명으로 인한 사진오정렬(photo misalignment) 문제 등으로 인해 사용하기에 매우 불편한 점이 많았다. In general, a hard mask film serves as an intermediate film that transfers a fine pattern of photoresist to a lower substrate layer through a selective etching process. Therefore, the hard mask layer requires chemical resistance, heat resistance, and etching resistance to withstand multiple etching processes. The existing hard mask film used an ACL (amorphous carbon layer) film made by the chemical vapor deposition (CVD) method, but the disadvantages of this are the high unit cost of equipment investment and the particles generated during the process, and the film quality is opaque. There were many inconveniences in use due to photo misalignment problems caused by .

최근에, 이러한 화학기상증착 방법 대신 스핀-온 코팅(spin on coating) 방법으로 형성하는 하드마스크 방식(spin-on hardmask)이 도입되었다. 스핀-온 코팅 방법은 용매에 대한 용해성을 가지는 유기 고분자 물질을 이용하여 하드마스크 조성물을 형성하는데, 이때 가장 중요한 특성이 에칭 내성을 동시에 가지는 유기 고분자 코팅막을 형성해야 하는 점이다.Recently, a spin-on hardmask formed by a spin-on coating method has been introduced instead of such a chemical vapor deposition method. In the spin-on coating method, a hard mask composition is formed using an organic polymer material having solubility in a solvent. At this time, the most important characteristic is that an organic polymer coating film having etching resistance should be formed.

그러나, 이러한 유기 하드마스크 층에 요구되는 두가지 특성인 용해성과 에칭 내성에 대한 특성은 서로 상충 관계에 있어서 이들을 모두 만족할 수 있는 하드마스크 조성물이 필요하였다. 이러한 유기 하드마스크 재료의 특성을 만족시키면서 반도체 리소그래픽 공정에 도입한 재료들이 최근에 소개(공개특허 10-2009-0120827, 공개특허 10-2008-0107210, 특허 WO 2013100365 A1) 되었는데, 이것은 히드록시파이렌(hydroxypyrene)를 이용하여 기존의 페놀수지 제조법으로 합성된 적절한 고분자 분자량을 가지는 공중합체를 이용한 하드마스크 재료들이었다. However, since solubility and etching resistance, which are two characteristics required for such an organic hard mask layer, are in a conflicting relationship with each other, a hard mask composition capable of satisfying both of them was required. Materials introduced into the semiconductor lithography process while satisfying the characteristics of these organic hard mask materials have recently been introduced (Patent Publication 10-2009-0120827, Patent Publication 10-2008-0107210, Patent WO 2013100365 A1). They were hard mask materials using a copolymer having an appropriate high molecular weight synthesized by a conventional phenol resin manufacturing method using hydroxypyrene.

그러나, 최근 반도체 리소그래픽 공정이 더욱 더 미세화 과정을 거치면서 이러한 유기 하드마스크 재료의 경우에 기존의 무기 하드마스크 재료에 비해 에칭 공정에서의 에칭 선택비 부족에 따른 마스크 역할을 충분히 수행하기 어려운 단계에 이르게 되었다. However, as the recent semiconductor lithographic process undergoes further miniaturization, in the case of organic hard mask materials, it is difficult to sufficiently perform the mask role due to the lack of etching selectivity in the etching process compared to conventional inorganic hard mask materials. it has reached

또한, 유기 하드마스크 막질이 점점 두께가 커짐에 따라서 633nm 파장을 사용하는 사진 정렬(photo alignment) 공정에서 불투명하게 보이게 되므로 두께를 증가시큰데 한계를 나타내게 되었다. In addition, as the thickness of the organic hard mask film gradually increases, it appears opaque in a photo alignment process using a wavelength of 633 nm, so increasing the thickness is limited.

따라서, 기존 하드마스크 재료에 비해 633nm 영역에서 보다 투명하면서, 동시에 에칭 공정에서 보다 높은 선택비를 나타낼 수 있는 하드마스크 재료의 도입이 절실하게 필요하게 되었다. Therefore, it is urgently needed to introduce a hard mask material that is more transparent in the 633 nm region than conventional hard mask materials and can exhibit a higher selectivity in an etching process.

본 발명은 고분자 용해성이 우수한 유기금속 하드마스크 중합체 및 이를 포함하는 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide an organometallic hardmask polymer having excellent polymer solubility and a composition including the same.

본 발명은 에칭 선택성이 높고, 다중 에칭(multi etching)에 대한 내성이 충분한 유기금속 하드마스크 중합체 및 이를 포함하는 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide an organometallic hardmask polymer having high etching selectivity and sufficient resistance to multiple etching, and a composition including the same.

본 발명은 레지스트와 이면층 간의 반사성을 최소화할 수 있는 유기금속 하드마스크 중합체 및 이를 포함하는 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide an organometallic hardmask polymer capable of minimizing reflectivity between a resist and a back layer and a composition including the same.

본 발명의 실시예들에 따른 하드마스크 조성물은 백본 또는 측쇄에 히드록시기를 가지는 유기 분자를 모노머로 포함하고, 상기 히드록시기에 금속 또는 준금속을 부분적으로 치환시킨 고분자 중합체를 포함한다. A hard mask composition according to embodiments of the present invention includes a high molecular weight polymer including, as a monomer, an organic molecule having a hydroxyl group on a backbone or a side chain, and partially substituting a metal or metalloid for the hydroxyl group.

본 발명의 실시예들에 따른 하드마스크 조성물은 A hard mask composition according to embodiments of the present invention

(a) 하기 화학식 1로 표시되는 유기금속 방향족 중합체 또는 이를 포함하는 중합체 혼합물(blend); 및(a) an organometallic aromatic polymer represented by Formula 1 or a polymer blend including the same; and

(b) 유기 용매를 포함한다. (b) contains an organic solvent.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018054266141-pat00001
Figure 112018054266141-pat00001

상기 식에서, R1, R2, R3는 각각 C1~C10의 알킬(alkyl), C1~C10의 알콕시(alkoxy), C2~C10의 알케닐(alkenyl), 및 C6~C20의 아릴(aryl)기로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나이고, In the above formula, R1 , R2, and R3 is any one selected from the group consisting of C1~C10 alkyl, C1~C10 alkoxy, C2~C10 alkenyl, and C6~C20 aryl groups,

R1, R2, R3는 각각 서로 같거나 다를 수 있고, R1 , R2, and R3 is each may be the same or different,

M은 14족, 13족, 10족, 또는 4족의 금속 또는 준금속이며, M is a metal or metalloid of Group 14, 13, 10, or 4;

R4 및 R5는 수소(H), C1~C10의 알킬(alkyl), C2~C10의 알켄닐(alkenyl), 및 C6~C40의 아릴(aryl)그룹에서 선택된 어느 하나이고, R4 및 R5는 서로 같거나 다를 수 있고, A는 C6~C40의 아릴기이며, 할로겐기, 니트로기, 아미노기, 포밀기, 카르복실기, 또는 수산기로 치환되거나 비치환될 수 있고, 에테르 결합, 케톤 결합, 또는 에스테르 결합을 포함 또는 비포할 수 있고, R4 and R5 are any one selected from hydrogen (H), C1~C10 alkyl, C2~C10 alkenyl, and C6~C40 aryl groups, and R4 and R5 are may be the same as or different from each other, A is a C6~C40 aryl group, may be unsubstituted or substituted with a halogen group, a nitro group, an amino group, a formyl group, a carboxyl group, or a hydroxyl group, and an ether bond, a ketone bond, or an ester bond May contain or contain,

m/(m+n)= 0.1~0.9 이며, m/(m+n)= 0.1 to 0.9,

상기 중합체의 중량 평균분자량(Mw)는 1,000~30,000 이다. The weight average molecular weight (Mw) of the polymer is 1,000 to 30,000.

본 발명의 실시예들에 따른 유기금속 방향족 고분자에 기초한 하드마스크 조성물은 기존 노볼락계 고분자에 금속 또는 준금속 화합물을 반응시켜, 안정적인 고분자를 제조할 수가 있다. In the hard mask composition based on the organometallic aromatic polymer according to embodiments of the present invention, a stable polymer can be prepared by reacting a metal or metalloid compound with an existing novolak-based polymer.

본 발명의 실시예들에 따른 유기금속 고분자에 기초한 하드마스크 조성물은 금속 또는 준금속 성분에 의한 에치 방어막 역할이 매우 뛰어나 전체적인 하드마스크 박막의 에칭 내성이 매우 우수한 특성을 가지게 된다. 따라서, 기존 유기 하드마스크 대비 에칭 선택비가 높아 다중 에칭에 대한 내성이 충분하여, 우수한 패턴평가 결과를 가지는 리소그래픽 구조물을 제공할 수 있다.The hard mask composition based on the organometallic polymer according to embodiments of the present invention has a very excellent role as an etch barrier by a metal or metalloid component, so that the entire hard mask thin film has excellent etching resistance. Therefore, it is possible to provide a lithographic structure having excellent pattern evaluation results due to sufficient resistance to multiple etching due to a high etching selectivity compared to conventional organic hard masks.

본 발명의 실시예들에 따른 유기금속 방향족 고분자에 기초한 하드마스크 조성물은 필름 형성시 ArF(193nm), KrF(248nm) 등 Deep UV 영역에서의 반사방지막으로써 유용한 범위의 굴절율 및 흡수도를 가짐으로써 레지스트와 이면층 간의 반사성을 최소화할 수 있다.The hard mask composition based on organometallic aromatic polymer according to embodiments of the present invention has a refractive index and absorbance in a useful range as an antireflection film in the Deep UV region such as ArF (193 nm) and KrF (248 nm) when forming a film, thereby forming a resist. It is possible to minimize the reflectivity between the back layer and the back layer.

또한, 포토 얼라인먼트 공정에서 보다 투명한 막질을 제공함으로써 상대적으로 높은 두께의 유기 하드마스크 공정을 실현하기에 적합하다. In addition, by providing a more transparent film quality in the photo alignment process, it is suitable for realizing a relatively high thickness organic hard mask process.

실시예들에 따른 반사방지 하드마스크 조성물은 백본 또는 측쇄에 히드록시기를 가지는 유기 분자를 모노머로 포함하고 상기 히드록시기에 금속 또는 준금속을 부분적으로 치환시킨 고분자 중합체를 포함한다. An antireflection hard mask composition according to embodiments includes a high molecular weight polymer including an organic molecule having a hydroxyl group on a backbone or a side chain as a monomer and partially substituting a metal or metalloid for the hydroxyl group.

금속 또는 준금속은 에칭 공정시에 우수한 선택비를 나타낼 수 있는 금속 또는 준금속 중에서 선택될 수 있다. 금속 또는 준금속은 14족, 13족, 10족, 또는 4족 금속 또는 준금속일 수 있다. The metal or metalloid may be selected from metals or metalloids capable of exhibiting excellent selectivity in an etching process. The metal or metalloid may be a Group 14, 13, 10, or 4 metal or metalloid.

14족 준금속일 경우에는 실리콘(Si) 또는 저마늄(Ge)일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. In the case of a group 14 metalloid, it may be silicon (Si) or germanium (Ge), but is not limited thereto.

14족 금속일 경우에는 주석(Sn)일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. In the case of a Group 14 metal, it may be tin (Sn), but is not limited thereto.

13족 준금속(B)일 경우에는 붕소(B)일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. In the case of group 13 metalloid (B), it may be boron (B), but is not limited thereto.

13족 금속일 경우에는 알루미늄(Al) 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. In the case of a Group 13 metal, it may be aluminum (Al), but is not limited thereto.

10족 금속일 경우에는 니켈(Ni) 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. In the case of a Group 10 metal, it may be nickel (Ni), but is not limited thereto.

4족 금속일 경우에는 타이타늄(Ti) 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In the case of a Group 4 metal, it may be titanium (Ti), but is not limited thereto.

준금속 원자가 부분적으로 치환된 고분자 중합체가 반사방지 하드마스크 조성물에 더욱 바람직할 수 있다. 금속의 경우 에칭 공정 시에 매우 우수한 선택비를 나타내지만, 반대로 금속 성분의 입자(particle)에 의한 오염 문제가 생길 수 있다. 따라서, 입자의 오염 문제로부터 자유로는 준금속 성분이 보다 바람직할 수 있다. 또한 준금속 성분 중에서도 에칭 공정 후 에칭 공정 후 애싱(ashing) 공정에서 할로겐(Cl2, CFx)계 에칭 가스 조건으로 용이하게 제거할 수 있는 물질이 더욱 바람직할 수 있다. 따라서, 준금속은 14족의 저마늄 등일 수 있다. Higher polymers in which metalloid atoms are partially substituted may be more preferred for antireflective hardmask compositions. In the case of a metal, a very good selectivity is exhibited during an etching process, but conversely, a problem of contamination by particles of a metal component may occur. Therefore, a metalloid component may be more preferable as it is free from contamination problems of the particles. In addition, among metalloid components, a material that can be easily removed under halogen (Cl 2 , CFx)-based etching gas conditions in an ashing process after an etching process may be more preferable. Thus, the metalloid may be group 14 germanium or the like.

상기 백본 또는 측쇄에 히드록시기를 가지는 유기 분자는 1-나프톨, 1-파이렌올 또는 9,9-비스히드록시페닐플루오렌일 수 있다. The organic molecule having a hydroxyl group in the backbone or side chain may be 1-naphthol, 1-pyrenol or 9,9-bishydroxyphenylfluorene.

실시예들에 따르면, 반사방지 하드마스크 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 유기금속 방향족 화합물로 이루어지는 중합체 또는 이를 포함하는 중합체 혼합물(blend) 및 (b) 유기 용매를 포함할 수 있다. According to embodiments, the antireflection hard mask composition may include a polymer composed of an organometallic aromatic compound represented by the following Chemical Formula 1 or a polymer blend including the same, and (b) an organic solvent.

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112018054266141-pat00002
Figure 112018054266141-pat00002

상기 식에서, R1, R2, R3는 각각 C1~C10의 알킬(alkyl), C1~C10의 알콕시(alkoxy), C2~C10의 알케닐(alkenyl), 및 C6~C20의 아릴(aryl)기로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나이고, In the above formula, R1 , R2, and R3 is any one selected from the group consisting of C1~C10 alkyl, C1~C10 alkoxy, C2~C10 alkenyl, and C6~C20 aryl groups,

R1, R2, R3는 각각 서로 같거나 다를 수 있고, R1 , R2, and R3 is each may be the same or different,

M은 14족, 13족, 10족, 또는 4족의 금속 또는 준금속이며, M is a metal or metalloid of Group 14, 13, 10, or 4;

R4 및 R5는 수소(H), C1~C10의 알킬(alkyl), C2~C10의 알켄닐(alkenyl), 및 C6~C40의 아릴(aryl)그룹에서 선택된 어느 하나이고, R4 및 R5는 서로 같거나 다를 수 있고, A는 C6~C40의 아릴기이며, 할로겐기, 니트로기, 아미노기, 포밀기, 카르복실기, 또는 수산기로 치환되거나 비치환될 수 있고, 에테르 결합, 케톤 결합, 또는 에스테르 결합을 포함 또는 비포함할 수 있고, R4 and R5 are any one selected from hydrogen (H), C1~C10 alkyl, C2~C10 alkenyl, and C6~C40 aryl groups, and R4 and R5 are may be the same as or different from each other, A is a C6~C40 aryl group, may be unsubstituted or substituted with a halogen group, a nitro group, an amino group, a formyl group, a carboxyl group, or a hydroxyl group, and an ether bond, a ketone bond, or an ester bond may or may not include,

m/(m+n)= 0.1~0.9 이며, m/(m+n)= 0.1 to 0.9,

상기 중합체의 중량 평균분자량(Mw)는 1,000~30,000이다. The weight average molecular weight (Mw) of the polymer is 1,000 to 30,000.

중합체의 중량 평균분자량(Mw)는 2,000~10,000 일 수 있다. The weight average molecular weight (Mw) of the polymer may be 2,000 to 10,000.

M은 14족 준금속일 수 있다. M은 14족 금속일 수 있다. M may be a Group 14 metalloid. M may be a Group 14 metal.

R1, R2, 및 R3는 각각 C1~C10의 알킬(alkyl) 또는 C6~C20의 아릴(aryl)기로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나일 수 있다. R1, R2, and R3 may be any one selected from the group consisting of a C1~C10 alkyl group or a C6~C20 aryl group.

R4 및 R5는 각각 수소, 페닐(?), 비스메틸벤젠, 바이페닐, 및 페녹시페닐로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나일 수 있다. R4 and R5 may each be any one selected from the group consisting of hydrogen, phenyl(?), bismethylbenzene, biphenyl, and phenoxyphenyl.

A는 나프탈렌, 파이렌 또는 히드록시페닐플루오렌일 수 있다. A may be naphthalene, pyrene or hydroxyphenylfluorene.

반사방지 하드마스크 조성물을 만들기 위해서는 위의 (a) 유기금속 고분자 중합체는 사용하는 (b) 유기 용매 100중량부에 대해서 1~30% 중량부로 사용되는 것이 바람직하다. 유기금속 고분자 중합체가 1 중량부 미만이거나 30중량부를 초과하여 사용할 경우 목적하는 코팅두께 미만으로 되거나 초과하게 되어 정확한 코팅두께를 맞추기 어렵다.In order to prepare an antireflection hard mask composition, the above (a) organometallic polymer is preferably used in an amount of 1 to 30% by weight based on 100 parts by weight of (b) the organic solvent used. When the organometallic polymer is used in an amount of less than 1 part by weight or more than 30 parts by weight, the desired coating thickness is less than or exceeds, making it difficult to accurately match the coating thickness.

그리고 유기용매로는 위의 유기금속 방향족 고리 함유 중합체에 대한 충분한 용해성을 갖는 유기용매라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들자면, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA), 사이클로헥사논, 에틸락테이트 등을 들 수 있다.And, the organic solvent is not particularly limited as long as it has sufficient solubility for the organometallic aromatic ring-containing polymer, and examples thereof include propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), cyclohexanone, ethyl lactate, and the like. can be heard

또한, 본 발명의 반사방지 하드마스크 조성물은 추가적으로 (c) 가교제 성분 및 (d) 산(acid) 촉매를 더 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, the antireflective hard mask composition of the present invention may further include (c) a crosslinking agent component and (d) an acid catalyst.

본 발명의 하드마스크 조성물에 사용되는 상기 (c) 가교제 성분은 발생된 산에 의해 촉매 작용된 반응에서 가열에 의하여 중합체의 반복단위를 가교할 수 있는 것이 바람직하고, 상기 (d) 산 촉매는 열 활성화되는 산 촉매인 것이 바람직하다.The (c) crosslinking agent component used in the hard mask composition of the present invention is preferably capable of crosslinking the repeating units of the polymer by heating in a reaction catalyzed by the generated acid, and the (d) acid catalyst is heat It is preferably an acid catalyst that is activated.

본 발명의 하드마스크 조성물에 사용되는 상기 (c) 가교제 성분은 생성된 산에 의해 촉매 작용화될 수 있는 방식으로 방향족 고리 함유 중합체의 반응기(예., 히드록시기)와 반응될 수 있는 가교제라면 특별히 한정되지 않는다. 이에 대해 구체적으로 예를 들자면, 에테르화된 아미노 수지, 예를 들면 메틸화되거나 부틸화된 멜라민 수지(구체예로는, N-메톡시메틸-멜라민 수지 또는 N-부톡시메틸-멜라민 수지) 및 메틸화되거나 부틸화된 우레아 레진(Urea Resin) (구체예로는, Cymel U-65 Resin 또는 UFR 80 Resin), 글리콜루릴 화합물 (구체예로는, Powderlink 1174), 또는 비스에폭시 화합물(구체예로는 2,6-비스(히드록시메틸)-p-크레졸 화합물) 등을 예로 들 수 있다.The cross-linking agent component (c) used in the hard mask composition of the present invention is specifically limited as long as it is a cross-linking agent that can react with a reactive group (eg, a hydroxyl group) of an aromatic ring-containing polymer in a manner that can be catalyzed by the resulting acid. It doesn't work. As specific examples of this, etherified amino resins such as methylated or butylated melamine resins (specific examples are N-methoxymethyl-melamine resins or N-butoxymethyl-melamine resins) and methylated butylated or butylated urea resin (specifically, Cymel U-65 Resin or UFR 80 Resin), a glycoluril compound (specifically, Powderlink 1174), or a bisepoxy compound (specifically, 2 ,6-bis(hydroxymethyl)-p-cresol compound) and the like.

본 발명의 하드마스크 조성물에 사용되는 상기 (d) 산 촉매로는 p-톨루엔술폰산 모노 하이드레이트(p-toluenesulfonic acid monohydrate)과 같은 유기산이 사용될 수 있고, 또한 보관안정성을 도모한 TAG(Thermal Acid Generater)계통의 화합물을 촉매로 사용할 수도 있다. TAG는 열 처리시 산을 방출하도록 되어있는 산 발생제 화합물로서 예를 들어 피리디늄 P-톨루엔 술포네이트(Pyridinium P-toluene sulfonate), 2,4,4,6-테트라브로모시클로헥사디엔온, 벤조인 토실레이트, 2-니트로벤질 토실레이트 및 유기 술폰산의 알킬 에스테르 등을 사용하는 것이 바람직하다.As the (d) acid catalyst used in the hard mask composition of the present invention, an organic acid such as p-toluenesulfonic acid monohydrate may be used, and TAG (Thermal Acid Generator) with storage stability A compound of the system can also be used as a catalyst. TAG is an acid generator compound designed to release acid upon heat treatment, for example, pyridinium P-toluene sulfonate, 2,4,4,6-tetrabromocyclohexadienone, Preference is given to using benzoin tosylate, 2-nitrobenzyl tosylate and alkyl esters of organic sulfonic acids and the like.

최종 하드마스크 조성물에 있어서 (c) 가교제 성분 및 (d) 산 촉매를 더 포함하여 이루어지는 경우, 본 발명의 하드마스크 조성물은 (a) 자외선 영역에서 강한 흡수 특성을 갖는 유기금속 방향족 화합물로 이루어지는 중합체 또는 그를 포함하는 중합체 혼합물(blend) 1~30 중량%, (c) 가교제 성분 0.1~5 중량%, (d) 산 촉매 0.001~0.05 중량%, 및 (b) 잔량의 상기 유기용매를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 유기금속 방향족 화합물로 이루어지는 중합체 또는 그를 포함하는 중합체 혼합물(blend)이 1 중량% 미만이거나 30중량%를 초과할 경우 목적하는 코팅두께 미만으로 되거나 초과하게 되어 정확한 코팅두께를 맞추기 어렵다. 유기금속 방향족 화합물로 이루어지는 중합체 또는 그를 포함하는 중합체 혼합물은 3 중량% 내지 15중량%로 사용될 수 있다.When the final hardmask composition further comprises (c) a crosslinking agent component and (d) an acid catalyst, the hardmask composition of the present invention is (a) a polymer composed of an organometallic aromatic compound having strong absorption characteristics in the ultraviolet region, or 1 to 30% by weight of a polymer mixture including the same, (c) 0.1 to 5% by weight of a crosslinking agent component, (d) 0.001 to 0.05% by weight of an acid catalyst, and (b) the remaining amount of the organic solvent. . Here, when the amount of the polymer composed of the organometallic aromatic compound or a polymer blend containing the same is less than 1% by weight or more than 30% by weight, the desired coating thickness is less than or exceeds the desired coating thickness, making it difficult to accurately match the coating thickness. A polymer composed of an organometallic aromatic compound or a polymer mixture containing the same may be used in an amount of 3% to 15% by weight.

그리고 상기 가교제 성분이 0.1 중량% 미만일 경우 가교 특성이 나타나지 않을 수 있고, 5 중량%를 초과할 경우 과량투입에 의해 코팅막의 광학적 특성이 변경될 수 있다. 상기 가교제 성분은 0.1 내지 3 중량%로 사용될 수 있다. In addition, when the amount of the crosslinking agent component is less than 0.1% by weight, crosslinking properties may not appear, and when it exceeds 5% by weight, the optical properties of the coating film may be changed due to excessive input. The crosslinking agent component may be used in an amount of 0.1 to 3% by weight.

또한, 상기 산촉매가 0.001 중량% 미만일 경우 가교특성이 잘 나타나지 않을 수 있고, 0.05 중량%를 초과할 경우 과량투입에 의한 산도 증가로 보관안정성에 영향을 줄 수도 있다. 상기 산촉매는 0.001 내지 0.03 중량%로 사용될 수 있다. In addition, when the acid catalyst is less than 0.001% by weight, crosslinking properties may not be well displayed, and when it exceeds 0.05% by weight, storage stability may be affected due to an increase in acidity due to excessive input. The acid catalyst may be used in an amount of 0.001 to 0.03% by weight.

그리고 유기용매는 75~98 중량%로 사용될 수 있다. And the organic solvent may be used in an amount of 75 to 98% by weight.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples, but the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

제조예 1) Preparation Example 1)

Figure 112018054266141-pat00003
Figure 112018054266141-pat00003

둥근 플라스크에 1-나프톨(1-naphthol) 14.5g (100mmol)과 파라포름알데히드(paraformaldehyde) 3.3g(110mmol)를 프로필렌글리콜 모노메칠에테르 아세테이트(PGMEA) 45g(모노머 2.5배)에 녹인 다음에, 온도를 60도 정도 가열하여 약 15분 정도 깨끗하게 녹인다. In a round flask, 14.5 g (100 mmol) of 1-naphthol and 3.3 g (110 mmol) of paraformaldehyde were dissolved in 45 g (monomer 2.5 times) of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), followed by temperature Heat it to about 60 degrees and melt it cleanly for about 15 minutes.

여기에 진한 황산(sulfuric acid)을 촉매량(2~5mol%) 첨가한 다음에, 반응 온도를 100~130도 유지하면서 온도에 따라 약 4~10시간 중합시킨다. A catalytic amount (2-5 mol%) of concentrated sulfuric acid is added thereto, followed by polymerization for about 4-10 hours depending on the temperature while maintaining the reaction temperature at 100-130 degrees.

중합이 끝난 뒤, 반응물을 과량의 메탄올/물(7:3) 공용매에 떨어뜨린 후에 트리에칠아민(TEA)를 이용해 중화시킨다. After polymerization, the reactants were dropped into an excess of methanol/water (7:3) co-solvent and neutralized with triethylamine (TEA).

침전물을 적당량의 THF 용매에 녹인 다음에, 적당량의 피리딘(pyridine)를 넣어 깨끗이 녹인 다음에, 여기에 트리페닐저마늄 클로라이드(Triphenylgermanium chloride)를 부분적으로 치환하기 위해 1-나프톨 대비 20~80mol% 정도의 양으로 천천히 첨가한 후, 반응 온도를 60도에서 약 4시간 정도 반응시킨다.After dissolving the precipitate in an appropriate amount of THF solvent, add an appropriate amount of pyridine to dissolve it cleanly, and then partially substitute triphenylgermanium chloride in an amount of 20 to 80 mol% compared to 1-naphthol After adding slowly in an amount of, the reaction temperature is reacted at 60 degrees for about 4 hours.

반응이 끝난 뒤, 반응물을 과량의 물에 떨어뜨린 후에 생성되는 침전물을 걸려서 다시 적당량의 THF 용매에 녹인 다음, 과량의 메탄올을 이용해 재침전을 잡는다. 생성된 침전물을 필터하여 50도 진공 오븐에서 약 20시간 정도 말린 다음, 중량 평균분자량(Mw) 4,100 고분자를 얻을 수가 있었다.After the reaction is over, the precipitate produced after dropping the reactant into an excess of water is caught and dissolved again in an appropriate amount of THF solvent, and then reprecipitated using an excess of methanol. The resulting precipitate was filtered and dried in a vacuum oven at 50 degrees for about 20 hours, and then a polymer having a weight average molecular weight (Mw) of 4,100 could be obtained.

제조예 2) Preparation Example 2)

Figure 112018054266141-pat00004
Figure 112018054266141-pat00004

1-나프톨 14.5g(100mmol)과 벤즈알데히드(benzaldehyde) 12g(110mmol)를 PGMEA 용매 66g에 녹인 다음에, 제조예 1과 같은 방식으로 고분자를 합성한다.After dissolving 14.5 g (100 mmol) of 1-naphthol and 12 g (110 mmol) of benzaldehyde in 66 g of PGMEA solvent, a polymer was synthesized in the same manner as in Preparation Example 1.

합성된 고분자를 피리딘 존재 하에서, 적당량의 트리페닐저마늄 클로라이드를 이용하여 저마늄(Ge) 원소가 부분적으로 치환된 고분자를 최종 합성하였다.In the presence of pyridine, a polymer partially substituted with a germanium (Ge) element was finally synthesized using an appropriate amount of triphenylgermanium chloride.

고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 3,500 고분자를 얻을 수가 있었다.After polymer purification, a polymer having a weight average molecular weight (Mw) of 3,500 could be obtained.

제조예 3) Preparation Example 3)

Figure 112018054266141-pat00005
Figure 112018054266141-pat00005

1-파이렌올(1-pyrenol) 22g(100mmol)과 파라포름알데히드 3.3g(110mmol)를 PGMEA 용매 65g에 녹인 다음에, 제조예 1과 같은 방식으로 고분자를 합성한 뒤, 트리페닐저마늄 클로라이드를 부분 치환시켜 최종 고분자를 합성하였다. 고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 3,700 고분자를 얻을 수가 있었다.After dissolving 22g (100mmol) of 1-pyrenol and 3.3g (110mmol) of paraformaldehyde in 65g of PGMEA solvent, synthesizing a polymer in the same manner as in Preparation Example 1, triphenylgermanium chloride The final polymer was synthesized by partial substitution. After polymer purification, a polymer having a weight average molecular weight (Mw) of 3,700 could be obtained.

제조예 4) Preparation Example 4)

Figure 112018054266141-pat00006
Figure 112018054266141-pat00006

1-파이렌올 22g(100mmol)과 1,4-비스메톡시메칠벤젠 (1,4-Bis(methoxymethyl)benzene) 18.3g(110mmol)를 PGMEA 용매에 녹인 다음에, 제조예 1과 같은 방식으로 고분자를 합성한 뒤, 트리페닐저마늄 클로라이드를 부분 치환시켜 최종 고분자를 합성하였다. 고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 3,600 고분자를 얻을 수가 있었다.After dissolving 22g (100mmol) of 1-pyrenol and 18.3g (110mmol) of 1,4-bis(methoxymethyl)benzene in PGMEA solvent, polymer After synthesizing, the final polymer was synthesized by partial substitution of triphenylgermanium chloride. After polymer purification, a polymer having a weight average molecular weight (Mw) of 3,600 could be obtained.

제조예 5) Preparation Example 5)

Figure 112018054266141-pat00007
Figure 112018054266141-pat00007

9,9-비스히드록시페닐플루오렌{9,9-Bis(4-hydroxyphenyl)fluorene} 35g(100mmol)과 벤즈알데히드 13g(120mmol)를 PGMEA 용매에 녹인 다음에, 제조예 1과 같은 방식으로 고분자를 합성한 뒤, 트리페닐저마늄 클로라이드를 부분 치환시켜 최종 고분자를 합성하였다. 고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 4,100 고분자를 얻을 수가 있었다.After dissolving 35 g (100 mmol) of 9,9-bishydroxyphenylfluorene {9,9-Bis (4-hydroxyphenyl) fluorene} and 13 g (120 mmol) of benzaldehyde in a PGMEA solvent, the polymer was prepared in the same manner as in Preparation Example 1. After synthesis, triphenylgermanium chloride was partially substituted to synthesize the final polymer. After polymer purification, a polymer having a weight average molecular weight (Mw) of 4,100 could be obtained.

제조예 6) Preparation Example 6)

Figure 112018054266141-pat00008
Figure 112018054266141-pat00008

9,9-비스히드록시페닐플루오렌 18g(50mmol)과 바이페닐알데히드(biphenylaldehyde) 11g(60mmol)를 PGMEA 용매에 녹인 다음에, 제조예 1과 같은 방식으로 고분자를 합성한 뒤, 트리페닐저마늄 클로라이드를 부분 치환시켜 최종 고분자를 합성하였다. 고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 3,900 고분자를 얻을 수가 있었다.After dissolving 18g (50mmol) of 9,9-bishydroxyphenylfluorene and 11g (60mmol) of biphenylaldehyde in PGMEA solvent, synthesizing a polymer in the same manner as in Preparation Example 1, triphenylgermanium The final polymer was synthesized by partial substitution of chloride. After polymer purification, a polymer having a weight average molecular weight (Mw) of 3,900 could be obtained.

제조예 7) Preparation Example 7)

Figure 112018054266141-pat00009
Figure 112018054266141-pat00009

9,9-비스히드록시페닐플루오렌 18g(50mmol)과 4-페녹시벤즈알데히드 (4-Phenoxybenzaldehyde) 12g(60mmol)를 PGMEA 용매에 녹인 다음에, 제조예 1과 같은 방식으로 고분자를 합성한 뒤, 트리페닐저마늄 클로라이드를 부분 치환시켜 최종 고분자를 합성하였다. 고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 4,300 고분자를 얻을 수가 있었다.After dissolving 18 g (50 mmol) of 9,9-bishydroxyphenylfluorene and 12 g (60 mmol) of 4-phenoxybenzaldehyde in PGMEA solvent, the polymer was synthesized in the same manner as in Preparation Example 1, A final polymer was synthesized by partial substitution of triphenylgermanium chloride. After polymer purification, a polymer having a weight average molecular weight (Mw) of 4,300 could be obtained.

제조예 8) Preparation Example 8)

Figure 112018054266141-pat00010
Figure 112018054266141-pat00010

1-파이렌올 22g(100mmol)과 파라포름알데히드 3.3g(110mmol)를 PGMEA 용매에 녹인 다음에, 제조예 1과 같은 방식으로 고분자를 합성한 뒤, 트리페닐틴 클로라이드(Triphenyltin chloride)를 부분 치환시켜 최종 고분자를 합성하였다. 고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 3,900 고분자를 얻을 수가 있었다.After dissolving 22g (100mmol) of 1-pyrenol and 3.3g (110mmol) of paraformaldehyde in a PGMEA solvent, a polymer was synthesized in the same manner as in Preparation Example 1, and then partially substituted with triphenyltin chloride. The final polymer was synthesized. After polymer purification, a polymer having a weight average molecular weight (Mw) of 3,900 could be obtained.

제조예 9) Preparation Example 9)

Figure 112018054266141-pat00011
Figure 112018054266141-pat00011

9,9-비스히드록시페닐플루오렌 36g(100mmol)과 벤즈알데히드 13g(120mmol)를 PGMEA 용매에 녹인 다음에, 제조예 1과 같은 방식으로 고분자를 합성한 뒤, 트리메칠틴 클로라이드(Trimethyltin chloride)를 부분 치환시켜 최종 고분자를 합성하였다.After dissolving 36g (100mmol) of 9,9-bishydroxyphenylfluorene and 13g (120mmol) of benzaldehyde in a PGMEA solvent, synthesizing a polymer in the same manner as in Preparation Example 1, trimethyltin chloride (Trimethyltin chloride) The final polymer was synthesized by partial substitution.

고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 3,300 고분자를 얻을 수가 있었다.After polymer purification, a polymer having a weight average molecular weight (Mw) of 3,300 could be obtained.

제조예 10)Preparation Example 10)

Figure 112018054266141-pat00012
Figure 112018054266141-pat00012

9,9-비스히드록시페닐플루오렌 36g(100mmol)과 벤즈알데히드 13g(120mmol)를 PGMEA 용매에 녹인 다음에, 제조예 1과 같은 방식으로 고분자를 합성한 뒤, 클로로트리에톡시실란(Chlorotriethoxysilane)를 부분 치환시켜 최종 고분자를 합성하였다.After dissolving 36g (100mmol) of 9,9-bishydroxyphenylfluorene and 13g (120mmol) of benzaldehyde in PGMEA solvent, synthesizing a polymer in the same manner as in Preparation Example 1, chlorotriethoxysilane The final polymer was synthesized by partial substitution.

고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 3,500 고분자를 얻을 수가 있었다.After polymer purification, a polymer having a weight average molecular weight (Mw) of 3,500 could be obtained.

비교제조예) 페놀 노볼락 유도체 중합체 합성Comparative Preparation Example) Synthesis of Phenol Novolac Derivative Polymer

Figure 112018054266141-pat00013
Figure 112018054266141-pat00013

9,9-비스히드록시페닐플루오렌(BPF) 35g(100mmol)과 벤즈알데히드 12.7g (120mmol)를 PGMEA 115g에 녹인 다음에, 여기에 진한 황산 1g를 첨가한다.35 g (100 mmol) of 9,9-bishydroxyphenylfluorene (BPF) and 12.7 g (120 mmol) of benzaldehyde were dissolved in 115 g of PGMEA, and then 1 g of concentrated sulfuric acid was added thereto.

반응 온도를 120도에서 약 10시간 반응시킨 후, 반응물을 과량의 메탄올/물(7/3) 공용매에 떨어뜨려 침전시킨 후, 트리에칠아민을 이용해 중화시킨다. After reacting at a reaction temperature of 120 degrees for about 10 hours, the reactants were precipitated by dropping them into an excess of methanol/water (7/3) co-solvent, and then neutralized using triethylamine.

침전물을 적당량의 THF에 녹인 다음, 과량의 메탄올/물(9/1) 공용매에서 재침전을 잡은 다음에, 침전물을 걸려서 오븐에서 말린 후 중량 평균분자량 3,300 고분자를 얻을 수가 있었다.The precipitate was dissolved in an appropriate amount of THF, then re-precipitated in an excess of methanol/water (9/1) co-solvent, and then the precipitate was hung and dried in an oven to obtain a polymer having a weight average molecular weight of 3,300.

반사방지 하드마스크 조성물 제조Preparation of anti-reflection hard mask composition

제조예 1~10 및 비교제조예에서 만들어진 고분자를 각각 0.9g씩 계량하여 글리콜루릴 화합물 가교제(Powderlink 1174) 0.1g과 피리디늄 P-톨루엔 술포네이트(Pyridinium P-toluene sulfonate) 1mg을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA) 9g에 넣어서 녹인 후 여과하여 각각 제조예 1~10의 중합체로 이루어진 조성물 용액 및 비교제조예의 고분자로 이루어진 조성물 용액을 만들었다.0.9 g of each of the polymers prepared in Preparation Examples 1 to 10 and Comparative Preparation Example was weighed, and 0.1 g of a glycoluril compound crosslinking agent (Powderlink 1174) and pyridinium P-toluene sulfonate   1 mg were added to propylene glycol monomethyl After dissolving in 9g of ether acetate (PGMEA), it was filtered to make a composition solution consisting of the polymer of Preparation Examples 1 to 10 and a composition solution consisting of the polymer of Comparative Preparation Example, respectively.

하드마스크 조성물의 굴절률 및 흡광계수 측정Measurement of refractive index and extinction coefficient of hardmask composition

제조예 1~10의 중합체로 이루어진 하드마스크 조성물 용액과 비교제조예의 고분자로 이루어진 하드마스크 조성물 용액을 각각 실리콘웨이퍼에 스핀 코팅하여 60초간 240℃에서 구워서 두께 3000Å의 필름을 형성시켰다.이때 형성된 필름들에 대한 굴절률(refractive index) n과 흡광계수(extinction coefficient) k를 각각 구하였다. 사용기기는 Ellipsometer(J. A. Woollam사)이고, 그 측정결과를 표 1에 나타내었다.The hard mask composition solutions made of the polymers of Preparation Examples 1 to 10 and the hard mask composition solutions made of the polymers of Comparative Preparation Examples were each spin-coated on a silicon wafer and baked at 240° C. for 60 seconds to form a film with a thickness of 3000 Å. The refractive index n and extinction coefficient k were respectively obtained for . The device used was an ellipsometer (J. A. Woollam), and the measurement results are shown in Table 1.

평가결과, ArF(193nm) 및 KrF(248nm) 파장에서 반사방지막으로서 사용가능한 굴절율 및 흡수도가 있음을 확인하였다. 통상적으로 비교제조예에서 합성된 고분자는 633nm 영역에서 비교적 높은 투과도를 나타내는데, 본 발명의 제조예들에 따른 하드마스크 조성물은 비교제조예 고분자에 비해 상대적으로 낮은 흡수율을 나타내고 있음을 알수 있으며, 실제 633nm 영역에서 매우 투명한 반사방지막으로 사용될 수 있음을 알 수 있다. As a result of the evaluation, it was confirmed that there was a refractive index and absorbance usable as an antireflection film at ArF (193 nm) and KrF (248 nm) wavelengths. In general, the polymer synthesized in Comparative Preparation Example shows a relatively high transmittance in the 633 nm region, but it can be seen that the hard mask composition according to the Preparation Examples of the present invention shows a relatively low absorption rate compared to the polymer of Comparative Preparation Example. It can be seen that it can be used as a highly transparent antireflection film in the region.

샘플 종류sample type 광학특성 (193nm)Optical properties (193nm) 광학특성 (248nm)Optical properties (248nm) 굴절율 (n)Refractive index (n) 흡광계수 (k)Extinction coefficient (k) 굴절율 (n)Refractive index (n) 흡광계수 (k)Extinction coefficient (k) 제조예 1Preparation Example 1 1.501.50 0.400.40 1.671.67 0.230.23 제조예 2Preparation Example 2 1.501.50 0.550.55 1.711.71 0.330.33 제조예 3Preparation Example 3 1.491.49 0.640.64 1.701.70 0.460.46 제조예 4Production Example 4 1.521.52 0.650.65 1.731.73 0.450.45 제조예 5Preparation Example 5 1.541.54 0.500.50 1.721.72 0.220.22 제조예 6Preparation Example 6 1.531.53 0.510.51 1.721.72 0.230.23 제조예 7Preparation Example 7 1.521.52 0.490.49 1.731.73 0.210.21 제조예 8Preparation Example 8 1.521.52 0.650.65 1.731.73 0.430.43 제조예 9Preparation Example 9 1.531.53 0.430.43 1.711.71 0.220.22 제조예 10Preparation Example 10 1.551.55 0.410.41 1.731.73 0.210.21 비교제조예Comparative Manufacturing Example 1.481.48 0.680.68 1.951.95 0.350.35

반사방지 하드마스크 조성물에 대한 리소그래픽 평가Lithographic Evaluation of Antireflective Hardmask Compositions

제조예 1, 3, 5, 7 의 중합체 및 비교제조예의 고분자를 사용하여 앞에서 설명한 하드마스크 조성물 형성방법과 동일하게 하드마스크 조성물을 형성하였다. Hardmask compositions were formed using the polymers of Preparation Examples 1, 3, 5, and 7 and the polymers of Comparative Preparation Example in the same manner as the hardmask composition formation method described above.

이어서, 하드마스크 조성물을 각각 알루미늄이 입혀진 실리콘 웨이퍼 위에 스핀 코팅하여 90초간 400℃에서 구워서 두께 3000Å의 반사방지 하드마스크막을 형성시켰다. Then, the hard mask composition was spin-coated on each aluminum-coated silicon wafer and baked at 400° C. for 90 seconds to form an antireflection hard mask film having a thickness of 3000 Å.

형성된 각각의 반사방지 하드마스크막 위에 KrF용 포토레지스트를 코팅하고 110℃에서 60초간 굽고 ASML(XT:1400, NA 0.93)사의 노광장비를 사용해 각각 노광을 진행한 다음, TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide) 2.38wt% 수용액으로 각각 60초간 현상하였다. 그런 다음, V-SEM을 사용하여 90nm의 라인 앤드 스페이스(line and space) 패턴을 각각 고찰한 결과 하기 표 2와 같은 결과를 얻었다. 노광량의 변화에 따른 EL(expose latitude) 마진(margine)과 광원과의 거리변동에 따른 DoF(depth of focus) 마진(margine)을 고찰하여 표 2에 기록하였다. 패턴평가 결과, 프로파일이나 마진 면에서 양호한 결과를 확인할 수 있었으며 리소 패턴 평가에서 요구되는 EL 마진과 DoF 마진을 만족시키는 것을 알 수 있었다. KrF photoresist was coated on each formed antireflection hard mask film, baked at 110 ° C for 60 seconds, exposed using ASML (XT: 1400, NA 0.93) exposure equipment, and then TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide) 2.38 Each was developed for 60 seconds with a wt % aqueous solution. Then, as a result of examining each 90 nm line and space pattern using V-SEM, the results shown in Table 2 were obtained. The EL (expose latitude) margin according to the change in the exposure amount and the DoF (depth of focus) margin according to the change in the distance from the light source were considered and recorded in Table 2. As a result of the pattern evaluation, good results were confirmed in terms of profile or margin, and it was found that the EL margin and DoF margin required in the lithographic pattern evaluation were satisfied.

샘플 종류sample type 패턴 특성pattern characteristics EL 마진
(△mJ/energy mJ)
EL margin
(ΔmJ/energy mJ)
DoF 마진
(㎛)
DoF margin
(μm)
패턴 모양pattern shape
제조예 1Preparation Example 1 0.30.3 0.40.4 cubiccubic 제조예 3Preparation Example 3 0.30.3 0.30.3 cubiccubic 제조예 5Preparation Example 5 0.40.4 0.30.3 cubiccubic 제조예 7Preparation Example 7 0.30.3 0.40.4 cubiccubic 비교제조예Comparative Manufacturing Example 0.20.2 0.20.2 undercutundercut

반사방지 하드마스크 조성물에 대한 에칭 특성 평가Etching Characteristics Evaluation of Antireflective Hard Mask Compositions

실리콘 나이트라이드막이 형성된 웨이퍼 상에 제조예 3, 5, 및 6의 중합체 및 비교제조예의 고분자를 포함하는 하드마스크 조성물로 이루어진 반사방지 하드마스크막을 형성하고, 그 위에 SiON 반사방지막을 형성하고, KrF용 포토레지스트를 코팅하고 110℃에서 60초간 굽고 ASML(XT:1400, NA 0.93)사의 노광장비를 사용해 각각 노광을 진행한 다음, TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide) 2.38wt% 수용액으로 각각 60초간 현상하였다. 이어서, 패턴화된 PR을 마스크로 하고 CHF3/CF4 혼합가스를 사용하여 하부 SiON 반사방지막(BARC)를 드라이 에칭 진행하고, 이어서 O2/N2 혼합가스로 SiON 반사방지막을 마스크로 하여 반사방지 하드마스크막을 에칭하여 하드마스크를 형성하였다. 이후 CHF3/CF4 혼합가스로 하드마스크를 마스크로 하여 실리콘 나이트라이드(SiN) 막질을 드라이 에칭 진행하고 난 뒤 남아 있는 하드마스크 및 유기물에 대해 O2 애슁(ashing) 및 습식(wet) 스트립 공정을 진행하였다. An anti-reflection hard mask film made of a hard mask composition including the polymers of Preparation Examples 3, 5, and 6 and the polymer of Comparative Preparation Example was formed on the wafer on which the silicon nitride film was formed, an SiON anti-reflection film was formed thereon, and a KrF The photoresist was coated, baked at 110 ° C for 60 seconds, exposed using exposure equipment from ASML (XT: 1400, NA 0.93), and then developed for 60 seconds with a 2.38 wt% aqueous solution of TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide). Subsequently, the patterned PR is used as a mask and the lower SiON anti-reflection film (BARC) is dry etched using a CHF 3 /CF 4 mixed gas, and then the SiON anti-reflection film is used as a mask to reflect the O 2 /N 2 mixed gas The hard mask was formed by etching the prevention hard mask film. Thereafter, the silicon nitride (SiN) film is dry etched using the hard mask as a mask with the CHF 3 /CF 4 mixed gas, and then O 2 ashing and wet strip process for the remaining hard mask and organic materials proceeded.

하드마스크 에칭과 실리콘 나이트라이드 에칭 직후 각각의 시편에 대해 V-SEM으로 단면을 각각 고찰하여 표3에 결과를 수록하였다. 에칭 평가결과 하드마스크 에칭 후 및 실리콘 나이트라이드 에칭 후 패턴 모양이 각각의 경우 보잉(bowing)현상이 나타나지 않고 모두 양호하여 에칭 과정에 의한 내성이 충분하여 실리콘 나이트라이드 막질의 에칭 공정이 양호하게 수행된 것을 확인하였다.Immediately after hard mask etching and silicon nitride etching, cross-sections of each specimen were examined with V-SEM, and the results are listed in Table 3. As a result of the etching evaluation, the pattern shapes after hard mask etching and silicon nitride etching did not show bowing in each case and were all good, so that the etching process of the silicon nitride film was well performed due to sufficient resistance to the etching process. confirmed that

샘플Sample 패턴모양(하드마스크 에치 후)Pattern shape (after hard mask etch) 패턴모양(SiN 에칭 후)Pattern shape (after SiN etching) 제조예 3Preparation Example 3 수직모양vertical shape 수직모양vertical shape 제조예 5Preparation Example 5 수직모양vertical shape 수직모양vertical shape 제조예 6Preparation Example 6 수직모양vertical shape 수직모양vertical shape 비교제조예Comparative Manufacturing Example 약간 보잉모양slightly bowing 보잉모양Boeing shape

Claims (14)

백본 또는 측쇄에 히드록시기를 가지는 유기 고분자를 포함하고, 상기 히드록시기에 금속 또는 준금속을 부분적으로 치환시킨 고분자 중합체를 포함하며,
상기 금속 또는 준금속은 Ge, Sn, 13족, 10족, 또는 4족의 금속 또는 준금속인 것을 특징으로 하는, 반사방지 하드마스크 조성물.
It includes an organic polymer having a hydroxyl group in a backbone or a side chain, and a polymer in which a metal or metalloid is partially substituted for the hydroxyl group,
The metal or metalloid is Ge, Sn, Group 13, Group 10, or Group 4 metal or metalloid, characterized in that, the antireflection hard mask composition.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 금속 또는 준금속은 Ge, 또는 Sn인 반사방지 하드마스크 조성물.
According to claim 1,
Wherein the metal or metalloid is Ge or Sn.
제1항에 있어서,
상기 백본 또는 측쇄에 히드록시기를 가지는 유기 고분자는 1-나프톨, 1-파이렌올 또는 9,9-비스히드록시페닐플루오렌를 포함하는 형태인 반사방지 하드마스크 조성물.
According to claim 1,
The anti-reflection hard mask composition of claim 1 , wherein the organic polymer having a hydroxyl group in the backbone or side chain includes 1-naphthol, 1-pyrenol, or 9,9-bishydroxyphenylfluorene.
(a) 하기 화학식 1로 표시되는 유기금속 방향족 화합물로 이루어지는 중합체 또는 이를 포함하는 중합체 혼합물(blend); 및
(b) 유기 용매;
를 포함하여 이루어지는 반사방지 하드마스크 조성물.
[화학식 1]
Figure 112022106787311-pat00014

상기 식에서, R1, R2, R3는 각각 C1~C10의 알킬(alkyl), C1~C10의 알콕시(alkoxy), C2~C10의 알케닐(alkenyl), 및 C6~C20의 아릴(aryl)기로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나이고,
R1, R2, R3는 각각 서로 같거나 다를 수 있고,
M은 Ge, Sn, 13족, 10족, 또는 4족의 금속 또는 준금속이며,
R4 및 R5는 수소(H), C1~C10의 알킬(alkyl), C2~C10의 알켄닐(alkenyl), 및 C6~C40의 아릴(aryl)그룹에서 선택된 어느 하나이고, R4 및 R5는 서로 같거나 다를 수 있고, A는 C6~C40의 아릴기이며, 할로겐기, 니트로기, 아미노기, 포밀기, 카르복실기, 또는 수산기로 치환되거나 비치환될 수 있고, 에테르 결합, 케톤 결합, 또는 에스테르 결합을 포함 또는 비포함할 수 있고,
m/(m+n)= 0.1~0.9 이며,
상기 중합체의 중량 평균분자량(Mw)는 1,000~30,000 이다.
(a) a polymer composed of an organometallic aromatic compound represented by Formula 1 or a polymer blend including the same; and
(b) organic solvents;
Anti-reflection hard mask composition comprising a.
[Formula 1]
Figure 112022106787311-pat00014

In the above formula, R1 , R2, and R3 is any one selected from the group consisting of C1~C10 alkyl, C1~C10 alkoxy, C2~C10 alkenyl, and C6~C20 aryl groups,
R1 , R2, and R3 is each may be the same or different,
M is Ge, Sn, a metal or metalloid of Group 13, 10, or 4;
R4 and R5 are any one selected from hydrogen (H), C1~C10 alkyl, C2~C10 alkenyl, and C6~C40 aryl groups, and R4 and R5 are may be the same as or different from each other, A is an aryl group of C6~C40, and may be unsubstituted or substituted with a halogen group, a nitro group, an amino group, a formyl group, a carboxyl group, or a hydroxyl group, and an ether bond, a ketone bond, or an ester bond may or may not include,
m/(m+n)= 0.1 to 0.9,
The weight average molecular weight (Mw) of the polymer is 1,000 to 30,000.
제5항에 있어서,
상기 M은 Ge, 또는 Sn인 반사방지 하드마스크 조성물.
According to claim 5,
The M is Ge or Sn anti-reflection hard mask composition.
삭제delete 제5항에 있어서,
상기 R1, R2, 및 R3는 각각 C1~C10의 알킬(alkyl) 및 C6~C20의 아릴(aryl)기로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 반사방지 하드마스크 조성물.
According to claim 5,
Wherein R1, R2, and R3 are any one selected from the group consisting of C1-C10 alkyl and C6-C20 aryl groups, respectively.
제5항에 있어서,
상기 R4 및 R5는 각각 수소, 페닐, 비스메틸벤젠, 바이페닐, 및 페녹시페닐로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 반사방지 하드마스크 조성물.
According to claim 5,
wherein R4 and R5 are each selected from the group consisting of hydrogen, phenyl, bismethylbenzene, biphenyl, and phenoxyphenyl.
제5항에 있어서,
상기 A는 나프탈렌, 파이렌 또는 히드록시페닐플루오렌인 반사방지 하드마스크 조성물.
According to claim 5,
Wherein A is naphthalene, pyrene or hydroxyphenylfluorene antireflective hard mask composition.
제5항, 제6항, 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하드마스크 조성물은 가교제(crosslinker) 및 산(acid) 촉매 성분을 더 포함하여 이루어지는 반사방지 하드마스크 조성물.
The method of any one of claims 5, 6, 8 to 10,
The hard mask composition further comprises a crosslinker and an acid catalyst component.
제11항에 있어서,
상기 하드마스크 조성물은,
(a) 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 방향족 화합물로 이루어지는 중합체 또는 이를 포함하는 중합체 혼합물(blend)형태로 이루어지는 중합체 또는 그를 포함하는 중합체 혼합물(blend) 1~30 중량%; 
(b) 상기 가교제 성분 0.1~5 중량%;
(c) 상기 산 촉매 0.001~0.05 중량%; 및
(d) 잔량의 상기 유기용매를 포함하는 반사방지 하드마스크 조성물.
According to claim 11,
The hard mask composition,
(a) 1 to 30% by weight of a polymer composed of the organometallic aromatic compound represented by Formula 1 or a polymer mixture containing the polymer or a polymer blend containing the same;
(b) 0.1 to 5% by weight of the crosslinking agent component;
(c) 0.001 to 0.05% by weight of the acid catalyst; and
(d) An antireflective hard mask composition comprising a residual amount of the organic solvent.
제11항에 있어서,
상기 가교제는 멜라민 수지, 아미노 수지, 글리콜루릴 화합물 및 비스에폭시 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 반사방지 하드마스크 조성물.
According to claim 11,
The crosslinking agent is any one selected from the group consisting of a melamine resin, an amino resin, a glycoluril compound, and a bis-epoxy compound.
제11항에 있어서,
상기 산 촉매는 p-톨루엔 술폰산 모노 하이드레이트(p-toluenesulfonic acid monohydrate), 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트(Pyridinium p-toluene sulfonate), 2,4,4,6-테트라브로모시클로헥사디엔온, 벤조인 토실레이트, 2-니트로벤질 토실레이트 및 유기 술폰산의 알킬 에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 반사방지 하드마스크 조성물.
According to claim 11,
The acid catalyst is p-toluenesulfonic acid monohydrate, pyridinium p-toluene sulfonate, 2,4,4,6-tetrabromocyclohexadienone, benzo An antireflective hardmask composition selected from the group consisting of phosphorus tosylate, 2-nitrobenzyl tosylate and alkyl esters of organic sulfonic acids.
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