KR20010018906A - Organic polymer used for prevention of random reflection and process for preparation thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An organic polymer for preventing diffuse reflection is provided for blocking reflection at bottom layer of photoresist film in ultra-micro pattern process of semiconductor field. CONSTITUTION: An organic polymer for preventing diffuse reflection is prepared by comprising a polymer of formula 1 as hardening agent and a polyvinylphenol as photo-absorbing agent. The organic polymer film has improved absorbency for far-infrared ray to remarkably reduce standing wave effect. In formula, where R1 and R2 represent displaced branched chain or main chain alkyl groups having 1-10 carbon atoms, and R3 is hydrogen or methyl group. The organic polymer is available in ultra-micro pattern forming process using substantially ArF(193nm) light source.

Description

유기 난반사 방지막 중합체 및 그의 제조방법{Organic polymer used for prevention of random reflection and process for preparation thereof}Organic anti-reflective coating polymer and its manufacturing method {Organic polymer used for prevention of random reflection and process for preparation}

본 발명은 반도체 제조공정 중 초미세 패턴 형성 공정에서, 포토레지스트 막의 하부막 층에서의 반사를 막을 수 있는 유기 난반사 방지막용 중합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 난반사 방지막의 경화제로 사용되는 중합체 및 이 중합체와 함께 광 흡수제, 열산 발생제 및 유기 용매를 포함하는 유기 난반사 방지막 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer for an organic anti-reflective coating that can prevent reflection in a lower layer of a photoresist film in an ultra-fine pattern forming process of a semiconductor manufacturing process, and more particularly, a polymer used as a curing agent of an organic anti-reflective coating and The present invention relates to an organic anti-reflective coating composition comprising a light absorbent, a thermal acid generator, and an organic solvent together with the polymer.

초미세 패턴형성 공정에서는 포토레지스트 막의 하부막 층의 광학적 성질 및 레지스트 두께의 변동으로 인한 정현파 (standing wave) 및 반사 노칭 (reflective notching)과 하부막으로부터의 회절광 및 반사광에 의한 CD (Critical Dimension)의 변동이 불가피하게 일어난다. 따라서 노광원으로 사용하는 빛의 파장대에서 광흡수를 잘하는 물질을 도입하여 하부막 층에서의 반사를 막을 수 있는 반사 방지막을 포토레지스트의 하부에 적층하여 미세가공 공정에 사용할 수 있다.In the ultra-fine pattern forming process, CD (Critical Dimension) by standing wave and reflective notching due to the optical properties of the lower layer of the photoresist layer and the variation of the resist thickness and diffraction and reflected light from the lower layer Fluctuations inevitably occur. Therefore, an anti-reflection film that can prevent reflection in the lower layer by introducing a material that absorbs light well in the wavelength range of light used as the exposure source can be used in the microfabrication process by laminating it under the photoresist.

광원으로부터 자외선의 빛을 받게 되면, 포토레지스트 막을 투과하여 포토레지스트 막의 하부에 들어온 빛이 산란 또는 반사되게 되는데, 유기 난반사 방지막은 산란 또는 반사되는 빛을 흡수하여 포토레지스트의 미세가공에 직접적으로 영향을 주게 된다.When the ultraviolet light is received from the light source, light transmitted through the photoresist film is scattered or reflected from the lower part of the photoresist film. The organic anti-reflective film absorbs the scattered or reflected light and directly affects the microprocessing of the photoresist. Given.

반사방지막은 크게 물질의 종류에 따라 무기계 반사방지막과 유기계 반사방지막으로 구분될 수 있으며, 기작에 따라 흡수계 반사방지막과 간섭계 반사방지막으로 나눌 수 있다.The antireflection film can be largely classified into inorganic antireflection film and organic antireflection film according to the type of material, and can be divided into absorbing antireflection film and interferometer antireflection film according to the mechanism.

i선 (365nm)을 이용한 미세패턴 형성공정에서는 주로 무기계 반사방지막을 사용해 왔는데, 이들 중 흡수계 반사방지막으로는 TiN 및 아모포스 카본 (a-C)을, 간섭계 반사방지막으로는 주로 SiON을 사용하여 왔다. 또한 KrF 광 (248nm)을 이용하는 초미세 패턴 형성에서는 주로 무기계 반사방지막인 SiON을 사용하였으나, 종종 유기계 반사방지막도 사용하여 왔다.In the micropattern forming process using i line (365 nm), inorganic antireflection films have been mainly used. Among them, TiN and amorphous carbon (a-C) are used as the antireflective films, and SiON is mainly used as the antireflection films. In addition, in the ultrafine pattern formation using KrF light (248 nm), SiON, which is an inorganic antireflection film, was mainly used, but an organic antireflection film was also often used.

그러나 ArF 광을 이용하는 초미세 패턴 형성 공정에서는 아직까지 적절한 반사방지막이 개발되어 있지 않다. 무기계 반사방지막의 경우에는 광원인 193nm에서의 간섭현상을 제어할 물질이 아직 발표되고 있지 않아, 최근에는 반사방지막으로 사용할 수 있는 유기물을 개발하려는 노력이 계속되고 있다.However, in the ultrafine pattern formation process using ArF light, no suitable antireflection film has been developed. In the case of the inorganic anti-reflection film, a material for controlling the interference at 193 nm, which is a light source, has not been published yet. Recently, efforts have been made to develop an organic material that can be used as an anti-reflection film.

일반적으로 유기 난반사 방지막이 갖추어야 할 기본 조건은 하기와 같은 것들이 있다.Generally, the basic conditions that the organic anti-reflective coating should have are as follows.

첫째, 공정 적용시 포토레지스트 용매에 의해 반사방지막이 용해되어 벗겨지는 현상이 없어야 한다. 이를 위해서는 성형막이 가교구조를 이룰 수 있게 설계되어야 하며, 이 때 화학물질이 발생해서는 안된다.First, there should be no phenomenon that the antireflection film is dissolved and peeled off by the photoresist solvent during the process application. To this end, the molded film must be designed to achieve a crosslinked structure, and chemicals should not be generated at this time.

둘째, 반사방지막으로부터 산 또는 아민 등의 화학물질의 출입이 없어야 한다. 만약, 포지티브 포토레지스트의 경우 반사방지막으로부터 산이 비노광부의 포토레지스트 막으로 이행 (migration)되면 포토레지스트 패턴의 밑부분에 언더커팅 (undercutting)이 일어나고 아민 등 염기가 포토레지스트 막으로 이행되면 푸팅 (footing) 현상을 유발하는 경향이 있다.Second, there should be no entry of chemicals such as acids or amines from the antireflection film. In the case of positive photoresist, when acid is migrated from the anti-reflection film to the photoresist film of the non-exposed part, undercutting occurs at the bottom of the photoresist pattern, and footing is performed when base such as amine is transferred to the photoresist film. ) Tends to cause symptoms.

셋째, 반사방지막은 상부의 감광막에 비해 상대적으로 빠른 에칭 속도를 가져야 에칭시 감광막을 마스크로 하여 원활한 에칭 공정을 행할 수 있다.Third, the anti-reflection film should have a relatively high etching rate compared to the upper photoresist film, so that the etching process can be performed smoothly using the photoresist film as a mask during etching.

넷째, 반사방지막은 되도록 얇은 두께로 충분히 반사방지막으로서의 역할을 할 수 있어야 한다.Fourth, the anti-reflection film should be able to function as an anti-reflection film sufficiently thin as possible.

이에 본 발명자들은 적절한 유기계 반사방지막용 수지를 개발하기 위하여 연구를 계속하여 오던 중, 상기의 모든 요건을 만족하는 동시에 ArF 광을 이용한 초미세 패턴을 형성시 사용할 수 있는 반사방지막용 수지를 개발하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have continued research to develop suitable organic antireflective coating resins, and have developed an antireflective coating resin that satisfies all the above requirements and can be used to form an ultrafine pattern using ArF light. The invention has been completed.

본 발명의 목적은 반도체 제조공정 중, 주로 ArF (193nm) 광원을 이용한 초미세 패턴 형성 공정에서 사용되는 유기 난반사 방지막용 중합체 및 이를 포함하는 유기 난반사 방지막 조성물을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an organic anti-reflective coating polymer and an organic anti-reflection coating composition comprising the same, which are mainly used in an ultra-fine pattern forming process using an ArF (193 nm) light source during a semiconductor manufacturing process.

도 1은 본 발명의 유기 난반사 방지막의 흡광도를 측정한 그래프이고,1 is a graph measuring the absorbance of the organic anti-reflective coating of the present invention,

도 2는 실시예 5의 유기 난반사 방지막 조성물을 이용하여 얻어진 패턴을 나타낸 것이며,2 shows a pattern obtained using the organic anti-reflective coating composition of Example 5,

도 3은 실시예 6의 유기 난반사 방지막 조성물을 이용하여 얻어진 패턴을 나타낸 것이고,3 shows a pattern obtained using the organic anti-reflective coating composition of Example 6,

도 4는 실시예 7의 유기 난반사 방지막 조성물을 이용하여 얻어진 패턴을 나타낸 것이며,4 shows a pattern obtained using the organic anti-reflective coating composition of Example 7,

도 5는 실시예 8의 유기 난반사 방지막 조성물을 이용하여 얻어진 패턴을 나타낸 것이고,5 shows a pattern obtained using the organic anti-reflective coating composition of Example 8,

도 6은 유기 난반사 방지막을 사용하지 않은 경우에 얻어진 패턴을 나타낸 것이며,6 shows a pattern obtained when no organic diffuse reflection prevention film is used,

도 7은 본 발명의 유기 난반사 방지막 조성물의 작용기전을 예를 들어 도시한 것이다.7 illustrates the mechanism of action of the organic anti-reflective coating composition of the present invention by way of example.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 유기 난반사 방지막의 경화제로 사용할 수 있는 중합체; 및 이 중합체와 함께 광 흡수제인 폴리비닐페놀, 열산 발생제 및 유기용매를 포함하는 유기 난반사 방지막 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, in the present invention, a polymer that can be used as a curing agent of the organic diffuse reflection prevention film; And an organic anti-reflective coating composition comprising a polyvinylphenol, a thermal acid generator, and an organic solvent, which are light absorbents, together with the polymer.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

우선, 본 발명에서는 반도체 소자의 초미세 패턴 형성시, 유기 난반사 방지막의 경화제로 사용될 수 있는 하기 화학식 1의 중합체를 제공한다.First, the present invention provides a polymer represented by the following Chemical Formula 1, which may be used as a curing agent of an organic anti-reflective coating layer when forming an ultrafine pattern of a semiconductor device.

[화학식 1][Formula 1]

상기 식에서 R1및 R2는 측쇄 또는 주쇄 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, R3는 수소 또는 메틸이다.Wherein R 1 and R 2 are branched or main chain substituted alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, and R 3 is hydrogen or methyl.

상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 2 내지 화학식 5의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하다.The compound of Formula 1 is preferably selected from the group consisting of compounds of Formulas 2 to 5.

[화학식 2][Formula 2]

[화학식 3][Formula 3]

[화학식 4][Formula 4]

[화학식 5][Formula 5]

상기 화학식 2 내지 화학식 5의 화합물은 알코올기를 갖는 다른 중합체와 산의 존재 하에서 경화가 매우 잘 일어난다.The compounds of Formulas 2 to 5 cure very well in the presence of acids and other polymers having alcohol groups.

상기 화학식 1의 화합물은 (a) (메트)아크롤레인을 중합시켜 폴리(메트)아크롤레인을 제조하고; 다음 (b) 상기 결과물을 측쇄 또는 주쇄 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬알코올과 반응시켜서 제조된다.Compound (1) is prepared by (a) polymerizing (meth) acrolein to produce a poly (meth) acrolein; Next, (b) the resultant is prepared by reacting with a side or main chain substituted alkyl alcohol having 1 to 10 carbon atoms.

(a) 단계에서는 (메트)아크롤레인을 유기용매에 녹이고 여기에 중합개시제를 첨가한 다음 진공 상태의 60∼70℃ 온도에서 4∼6 시간 동안 중합반응시켜서 폴리(메트)아크롤레인을 제조한다.In step (a), (meth) acrolein is dissolved in an organic solvent, and a polymerization initiator is added thereto, followed by polymerization for 4 to 6 hours at a temperature of 60 to 70 ° C. under vacuum to prepare poly (meth) acrolein.

상기 중합용매는 테트라하이드로퓨란(THF), 사이클로헥사논, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 메틸에틸케톤, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 단독용매 또는 혼합용매를 사용한다.The polymerization solvent may be a single solvent or a mixed solvent selected from the group consisting of tetrahydrofuran (THF), cyclohexanone, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, dioxane, methyl ethyl ketone, benzene, toluene and xylene.

또한 상기 중합개시제는 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 벤조일퍼옥사이드, 아세틸퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, t-부틸퍼아세테이트, t-부틸하이드로퍼옥사이드 및 디-t-부틸퍼옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the polymerization initiator is 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN), benzoyl peroxide, acetyl peroxide, lauryl peroxide, t- butyl peracetate, t- butyl hydroperoxide and di-t- Preference is given to using those selected from the group consisting of butyl peroxide.

한편 상기 (b)단계에서는 (a)단계의 결과물과 측쇄 또는 주쇄 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬알코올을 트리플루오로메틸 설폰산을 촉매로 하여 상온에서 20∼30 시간 동안 반응시켜서 화학식 1의 화합물을 제조하는데, 이 때 측쇄 또는 주쇄 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬알코올은 메탄올 또는 에탄올인 것이 바람직하다.On the other hand, in step (b), the resultant of step (a) and the branched or main chain substituted alkyl alcohol having 1 to 10 carbon atoms as a catalyst of trifluoromethyl sulfonic acid at room temperature for 20 to 30 hours to react the compound of formula 1 To prepare a side chain or main chain substituted alkyl alcohol of 1 to 10 carbon atoms is preferably methanol or ethanol.

또한 본 발명에서는 경화제로서 화학식 1의 화합물, 광 흡수제로서 하기 화학식 6의 폴리비닐페놀, 열산 발생제 (thermal acid generator) 및 유기용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 난반사 방지막 조성물을 제공한다.In another aspect, the present invention provides an organic anti-reflective coating composition comprising a compound of the formula (1) as a curing agent, a polyvinylphenol of the formula (6) as a light absorber, a thermal acid generator and an organic solvent.

[화학식 6][Formula 6]

열산 발생제는 하기 화학식 7의 화합물인 것이 바람직하다.It is preferable that a thermal acid generator is a compound of following General formula (7).

[화학식 7][Formula 7]

또한 상기 유기용매는 메틸 3-메톡시프로피오네이트 (MMP), 에틸 3-에톡시프로피오네이트 (EEP), 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트 (PGMEA)및 사이클로헥사논으로 이루어진 군으로부터 선택된다.The organic solvent is also selected from the group consisting of methyl 3-methoxypropionate (MMP), ethyl 3-ethoxypropionate (EEP), propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA) and cyclohexanone.

상기 유기 난반사 방지막 조성물 중에 화학식 1의 중합체는 유기용매에 대하여 0.3∼10 중량%로 포함되고, 광 흡수제는 화학식 1의 중합체에 대하여 50∼250 중량%, 열산 발생제는 화학식 1의 중합체에 대하여 0.5∼40 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.In the organic anti-reflective coating composition, the polymer of Formula 1 is contained in an amount of 0.3 to 10% by weight based on the organic solvent, the light absorbing agent is 50 to 250% by weight based on the polymer of Formula 1, and the thermal acid generator is 0.5 to the polymer of Formula 1 It is preferable that it is contained by -40 weight%.

상기와 같은 성분을 포함하는 조성물을 웨이퍼 상에 도포한 후 열공정 (베이크 공정)을 수행하면 열산 발생제로부터 산이 발생되고, 이렇게 발생된 산에 의해 상기 화학식 1의 화합물이 광 흡수제인 화학식 6의 폴리비닐페놀과 가교결합 하여 경화되어 유기 난반사 방지막을 형성하므로, 원자외선이 포토레지스트를 투과하여 유기 난반사 방지막에 도달하게 되면 빛을 흡수하게 된다. 이 때 화학식 1의 화합물에 의한 가교 결합에 의하여 유기 난반사 방지막은 그 위에 도포되는 포토레지스트 용액에 의해 용해되지 않게 되고, 화학식 6의 화합물에 의하여 원자외선을 흡수하게 되는 것이다. 이러한 작용기전을 도 7에 예를 들어 도시하였다.When a composition including the above components is applied onto a wafer and a thermal process (baking process) is performed, an acid is generated from a thermal acid generator, and the compound of Chemical Formula 1 is a light absorber by the acid generated as described above. Since it cross-links with polyvinylphenol and hardens to form an organic anti-reflective film, when ultraviolet rays penetrate the photoresist and reach the organic anti-reflective film, light is absorbed. At this time, the organic diffuse reflection prevention film is prevented from being dissolved by the photoresist solution applied thereon due to the crosslinking by the compound of Formula 1, and absorbs far ultraviolet rays by the compound of Formula 6. This mechanism of action is illustrated in FIG. 7, for example.

본 발명에서는 또한 유기 난반사 방지용 조성물을 이용하는 패턴 형성방법을 제공하는데, 이 방법은 하기와 같은 단계를 포함한다 :The present invention also provides a pattern forming method using the organic anti-reflective composition, the method includes the following steps:

(a) 상기의 유기 난반사 방지막 조성물을 피식각층 상부에 도포하는 단계;(a) applying the organic anti-reflective coating composition on the etched layer;

(b) 베이크 공정으로 경화시켜 유기 난반사 방지막을 형성하는 단계;(b) curing the bake process to form an organic anti-reflective coating;

(c) 상기 유기 난반사 방지막 상부에 포토레지스트를 도포하고 노광한 다음 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성시키는 단계; 및(c) coating a photoresist on the organic anti-reflective coating, exposing the photoresist, and developing the photoresist pattern to form a photoresist pattern; And

(d) 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 유기 난반사 방지막을 식각하고, 피식각층을 식각하여 피식각층 패턴을 형성시키는 단계.(d) etching the organic anti-reflective coating using the photoresist pattern as an etching mask, and etching the etching target layer to form an etching target layer pattern.

상기 (b)단계의 베이크 공정은 150 내지 250℃의 온도에서 1 내지 5분간 수행된다.The baking process of step (b) is performed for 1 to 5 minutes at a temperature of 150 to 250 ℃.

또한, 상기 (c)단계의 i) 노광전 및 노광후; 또는 ii) 노광전 또는 노광후에 각각 베이크 공정을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이러한 베이크 공정은 70 내지 200℃에서 수행된다.In addition, i) before and after exposure of step (c); Or ii) pre- or post-exposure each of which may further comprise a baking process, which is carried out at 70 to 200 ° C.

또한 상기 노광공정은 광원으로서 ArF, KrF 및 EUV를 포함하는 원자외선 (DUV; Deep Ultra Violet), E-빔, X-선 또는 이온빔을 이용하여 0.1 내지 20 mJ/cm2의 노광에너지로 수행된다.In addition, the exposure process is performed using an exposure energy of 0.1 to 20 mJ / cm 2 using a deep ultra violet (DUV; E-beam, X-ray or ion beam including ArF, KrF and EUV as a light source. .

본 발명의 반사방지막은 특히, 노광원으로 193nm ArF 광을 이용한 초미세 패턴 형성 공정에 적용할 때 하부막 층으로부터의 반사를 효과적으로 방지하여 정현파 효과 (standing wave effect)를 현저히 감소시킬 수 있다.In particular, the antireflection film of the present invention can effectively prevent reflection from the underlying film layer when applied to an ultrafine pattern formation process using 193 nm ArF light as an exposure source, thereby significantly reducing the standing wave effect.

또한, 본 발명에서는 상기 유기 난반사 방지막을 이용하여 패턴을 형성함으로써 제조된 반도체 소자를 제공한다.In addition, the present invention provides a semiconductor device manufactured by forming a pattern using the organic diffuse reflection prevention film.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 단 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples. However, the examples are only to illustrate the invention and the present invention is not limited by the following examples.

Ⅰ. 경화제 중합체의 제조I. Preparation of Curing Agent Polymer

실시예 1)Example 1

아크롤레인 100g, THF 66g, AIBN 2g을 500ml의 둥근 바닥 (round bottom) 플라스크에 넣어준 후 진공 상태로 만든 후 65℃에서 5시간 반응시키고, 반응 완료후 생성된 흰색 고체(폴리 아크롤레인)를 필터한 후 에틸 에테르로 여러 번 닦아주었다 (수율 80%). 이 흰색 고체 80g, 메탄올 500g을 1000ml의 둥근 바닥 플라스크에 넣어준 후 트리플루오로메틸 설폰산 (trifluoromethyl sulfonic acid) 1ml을 촉매로 넣어준 후 상온 (25℃)에서 24시간 반응시켰다. 처음에 녹지 않았던 흰색 고체 (폴리 아크롤레인)는 반응이 완료됨에 따라 메탄올에 녹게된다. 반응완료후 적외선 흡수 분광기 (IR Spectrum)에서 1690 cm-1의 흡수 밴드 (band)가 없어지는 것을 확인하고 트리에틸아민으로 중화시킨 후 메탄올을 증류기로 제거하여 걸쭉한 상태로 만든 후 증류수에서 침전을 잡아 진공 건조하여 상기 화학식 2의 화합물을 얻었다 (수율 65%).100 g of acrolein, 66 g of THF, and 2 g of AIBN were placed in a 500 ml round bottom flask, made in a vacuum state, and reacted at 65 ° C. for 5 hours. Wipe several times with ethyl ether (yield 80%). 80 g of this white solid and 500 g of methanol were put in a 1000 ml round bottom flask, and 1 ml of trifluoromethyl sulfonic acid was added as a catalyst, followed by reaction at room temperature (25 ° C.) for 24 hours. The white solid (poly acrolein) that was not initially dissolved is dissolved in methanol as the reaction is completed. After completion of the reaction, the absorption spectrum of 1690 cm -1 disappeared from the IR Spectrum, neutralized with triethylamine, methanol was removed by distillation to make it thick, and the precipitate was caught in distilled water. Drying in vacuo afforded the compound of formula 2 (yield 65%).

분자량 6,820; 다분산도 (polydispersity) 1.60;Molecular weight 6,820; Polydispersity 1.60;

1H NMR 1.2∼2.1ppb(3H), 3.0∼3.8ppb(6H), 3.8∼4.7(1H). 1 H NMR 1.2-2.1 ppb (3H), 3.0-3.8 ppb (6H), 3.8-4.7 (1H).

실시예 2)Example 2)

아크롤레인 대신에 메트아크롤레인 (methacrolein)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 상기 화학식 3과 같은 중합체를 얻었다 (수율 65%).A polymer similar to that of Chemical Formula 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except for using methacrolein instead of acrolein (yield 65%).

분자량 6,800; 다분산도 (polydispersity)는 1.63;Molecular weight 6,800; Polydispersity is 1.63;

1H NMR 1.2∼2.1ppb(5H), 3.0∼3.8ppb(6H), 3.8∼4.7(1H). 1 H NMR 1.2-2.1 ppb (5H), 3.0-3.8 ppb (6H), 3.8-4.7 (1H).

실시예 3)Example 3

메탄올 대신 에탄올을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 상기 화학식 4와 같은 중합체를 얻었다 (수율 60%).Except for using ethanol instead of methanol in the same manner as in Example 1 to obtain a polymer of the formula (4) (yield 60%).

분자량 7,010; 다분산도 (polydispersity)는 1.78;Molecular weight 7,010; Polydispersity is 1.78;

1H NMR 1.2∼2.1ppb(9H), 3.0∼3.8ppb(4H), 3.8∼4.7(1H). 1 H NMR 1.2-2.1 ppb (9H), 3.0-3.8 ppb (4H), 3.8-4.7 (1H).

실시예 4)Example 4

메탄올 대신 에탄올을, 아크롤레인 대신에 메트아크롤레인을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 상기 화학식 5와 같은 중합체를 얻었다 (수율 61%).A polymer as in Chemical Formula 5 was obtained in the same manner as in Example 1, except that ethanol was used instead of methanol, and methacrolein was used instead of acrolein (yield 61%).

분자량 7,200; 다분산도 (polydispersity) 2.0;Molecular weight 7,200; Polydispersity 2.0;

1H NMR 1.2∼2.1ppb(11H), 3.0∼3.8ppb(4H), 3.8∼4.7(1H). 1 H NMR 1.2 to 2.1 ppb (11H), 3.0 to 3.8 ppb (4H), 3.8 to 4.7 (1H).

상기 화학식 1로 대표되는 실시예 1 내지 4의 화합물은 알코올기를 갖는 다른 중합체와 산의 존재 하에서 경화가 매우 잘 일어난다.Compounds of Examples 1 to 4 represented by the formula (1) is very hard to occur in the presence of the acid and other polymer having an alcohol group.

Ⅱ. 유기 난반사 방지막 조성물의 제조II. Preparation of organic diffuse reflection prevention film composition

실시예 5)Example 5

실시예 1에서 제조된 화학식 2의 경화제 0.57g과 화학식 6의 폴리비닐페놀 1.0g을 프로필렌글리콜 메틸 에테르 아세테이트 용매 4g, 메틸 3-메톡시 프로피오네이트 용매 10g, 2-헵타논 용매 10g, 테트라하이드로퓨란 용매 7g으로 이루어진 혼합용매에 녹였다. 여기에 상기 화학식 7의 산 발생제 0.1g을 넣어주어 잘 녹인 후 0.2 ㎛의 미세필터를 통과시켜 유기 난반사 방지막 조성물을 제조하였다.0.57 g of the curing agent of Formula 2 prepared in Example 1 and 1.0 g of polyvinylphenol of Formula 6 were prepared with 4 g of propylene glycol methyl ether acetate solvent, 10 g of methyl 3-methoxy propionate solvent, 10 g of 2-heptanone solvent, and tetrahydro. It was dissolved in a mixed solvent of 7 g of furan solvent. 0.1 g of the acid generator of Chemical Formula 7 was added thereto, and then dissolved, and then passed through a 0.2 μm microfilter to prepare an organic anti-reflective coating composition.

실시예 6)Example 6

화학식 2 대신에 화학식 3의 경화제를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 유기 난반사 방지막 조성물을 제조하였다.An organic anti-reflective coating composition was prepared in the same manner as in Example 5, except that the curing agent of Chemical Formula 3 was used instead of Chemical Formula 2.

실시예 7)Example 7

화학식 2 대신에 화학식 4의 경화제를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 유기 난반사 방지막 조성물을 제조하였다.An organic anti-reflective coating composition was prepared in the same manner as in Example 5, except that the curing agent of Formula 4 was used instead of Formula 2.

실시예 8)Example 8

화학식 2 대신에 화학식 5의 경화제를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 유기 난반사 방지막 조성물을 제조하였다.An organic anti-reflective coating composition was prepared in the same manner as in Example 5 except for using the curing agent of Formula 5 instead of Formula 2.

Ⅲ. 흡광도 측정III. Absorbance measurement

실시예 9)Example 9

실시예 5에 의해 제조된 유기 난반사 방지막 조성물을 석영 (quartz) 웨이퍼 위에 스핀 도포시킨 후 205℃에서 2분간 베이크하여 경화시켰다. 경화후 UV에 대한 흡광도를 측정한 결과 193nm에서 흡광도가 0.8로 193nm를 매우 잘 흡수하였다 (도 1 참조). 이로부터 본 발명의 조성물이 유기 난반사 방지막으로 적절한 성질을 지님을 알 수 있었다.The organic anti-reflective coating composition prepared in Example 5 was spin coated on a quartz wafer and then baked at 205 ° C. for 2 minutes to cure. As a result of measuring the absorbance against UV after curing, the absorbance was very good at 0.8 nm at 193 nm (see FIG. 1). This shows that the composition of the present invention has suitable properties as an organic anti-reflective coating.

한편 상기 193nm에 대한 흡광도는 광 흡수제로 사용되는 화학식 6의 폴리비닐페놀에 의한 것이기 때문에 실시예 6 내지 실시예 8에 대한 흡광도 평가 실험은 하지 않았다.On the other hand, the absorbance for the 193nm was due to the polyvinylphenol of the formula (6) used as the light absorber, so the absorbance evaluation experiments for Examples 6 to 8 were not performed.

Ⅳ. 패턴 형성Ⅳ. Pattern formation

실시예 10)Example 10)

실시예 5에 의해 제조된 유기 난반사 방지막 조성물을 실리콘 웨이퍼 위에 스핀 도포시킨 후 205℃에서 2분간 베이크하여 경화시켰다. 경화된 유기 난반사 방지막 위에 DHA1001 감광제를 코팅한 후 110℃에서 90초간 베이크 하였다. 베이크후 ISI사의 ArF 마이크로스테퍼 (Microstepper)를 이용하여 노광시킨 후 110℃에서 90초간 다시 베이크 하였다. 이 웨이퍼를 2.38 중량% 현상액을 이용하여 현상하여 도 2와 같이 수직의 양호한 패턴을 얻을 수 있었다.The organic diffuse reflection prevention film composition prepared in Example 5 was spin coated on a silicon wafer, and then baked by curing at 205 ° C. for 2 minutes. The DHA1001 photosensitive agent was coated on the cured organic anti-reflective coating and then baked at 110 ° C. for 90 seconds. After baking, the resultant was exposed using an ArF microstepper manufactured by ISI, and then baked again at 110 ° C. for 90 seconds. This wafer was developed using a 2.38 wt% developer to obtain a good vertical pattern as shown in FIG. 2.

실시예 11)Example 11

실시예 5에 의해 제조된 유기 난반사 방지막 조성물 대신에 실시예 6에 의해 제조된 유기 난반사 방지막 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 10과 동일한 방법으로 도 3과 같이 수직의 양호한 패턴을 얻을 수 있었다.A good vertical pattern as in FIG. 3 was obtained in the same manner as in Example 10 except for using the organic anti-reflection coating composition prepared in Example 6 instead of the organic anti-reflection coating composition prepared in Example 5. .

실시예 12)Example 12)

실시예 5에 의해 제조된 유기 난반사 방지막 조성물 대신에 실시예 7에 의해 제조된 유기 난반사 방지막 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 10과 동일한 방법으로 도 4와 같이 수직의 양호한 패턴을 얻을 수 있었다.A good vertical pattern as in FIG. 4 was obtained in the same manner as in Example 10 except for using the organic anti-reflective coating composition prepared in Example 7 instead of the organic anti-reflective coating composition prepared by Example 5. .

실시예 13)Example 13

실시예 5에 의해 제조된 유기 난반사 방지막 조성물 대신에 실시예 8에 의해 제조된 유기 난반사 방지막 조성물을 사용하는 것을 제외하고 실시예 10과 동일한 방법으로 도 5와 같이 수직의 양호한 패턴을 얻을 수 있었다.A good vertical pattern as in FIG. 5 was obtained in the same manner as in Example 10 except for using the organic anti-reflection coating composition prepared in Example 8 instead of the organic anti-reflection coating composition prepared in Example 5.

비교예)Comparative example)

실시예 10 내지 실시예 13과 달리 유기 난반사 방지막을 사용하지 않고 실리콘 웨이퍼 위에 직접 DHA1001 감광제를 코팅한 후 110℃에서 90초간 베이크 하였다. 베이크 후 ISI사의 ArF 마이크로스테퍼를 이용하여 노광시킨 후 110℃에서 90초간 다시 베이크하였다. 이 웨이퍼를 2.38 중량%의 현상액을 이용하여 현상한 결과 도 6과 같이 패턴의 측벽에 정현파 효과를 볼 수 있었다. 즉 유기 난반사 방지막을 사용하치 않을 경우는 실리콘 웨이퍼에서 반사가 일어나 패턴의 프로필 (profile)에 악영향을 준다는 것을 알 수 있었다.Unlike Examples 10 to 13, the DHA1001 photosensitive agent was coated directly on the silicon wafer without using an organic anti-reflective coating, and then baked at 110 ° C. for 90 seconds. After baking, the wafer was exposed using an ArF microstepper of ISI, and then baked again at 110 ° C. for 90 seconds. As a result of developing the wafer using a developer of 2.38 wt%, the sine wave effect was observed on the sidewalls of the pattern as shown in FIG. In other words, when the organic anti-reflective coating is not used, the reflection is generated on the silicon wafer, which adversely affects the profile of the pattern.

이상과 같이 실시예 10 내지 13 과 비교예를 비교해 보면 유기 난반사 방지막이 193nm의 빛을 흡수하여 정현파 효과를 없애주는 좋은 성질을 가지고 있음을 알 수 있었다.Comparing Examples 10 to 13 and Comparative Example as described above, it was found that the organic anti-reflective coating had a good property of absorbing light at 193 nm to eliminate the sine wave effect.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 화학식 1의 경화제는 알코올기를 가진 화합물과 경화가 잘 일어나는 화합물로서 광 흡수제인 폴리비닐페놀과 함께 우수한 유기 난반사 방지막을 형성하여, 그 위에 도포되는 포토레지스트 용액에 용해되는 등의 영향을 받지 않고 포토레지스트 막을 통과한 원자외선 영역의 빛을 매우 잘 흡수하여 정현파 효과를 현저하게 감소시킬 수 있다.As described above, the curing agent of Chemical Formula 1 of the present invention forms an excellent organic anti-reflective film together with a compound having an alcohol group and a polyvinylphenol which is a light absorbing agent as a compound that hardens well, and is dissolved in a photoresist solution applied thereon. It is possible to significantly reduce the sine wave effect by absorbing the light in the far ultraviolet region which has passed through the photoresist film very well without being influenced by it.

따라서 본 발명의 유기 난반사 방지막을 이용하여 형성된 패턴들은 매우 우수한 패턴 형상을 가지며, 이로부터 반도체의 고집적화에 더욱 기여할 수 있다.Therefore, the patterns formed by using the organic anti-reflective coating of the present invention have a very excellent pattern shape, thereby further contributing to high integration of the semiconductor.

Claims (19)

반도체 소자의 초미세 패턴 형성시, 유기 난반사 방지막의 경화제로 사용되는 것을 특징으로 하는 하기 화학식 1의 유기 난반사 방지막용 중합체.In forming an ultrafine pattern of a semiconductor device, the polymer for an organic antireflection coating of the formula (1), characterized in that it is used as a curing agent of the organic antireflection coating. [화학식 1][Formula 1] 상기 식에서 R1및 R2는 측쇄 또는 주쇄 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, R3는 수소 또는 메틸이다.Wherein R 1 and R 2 are branched or main chain substituted alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, and R 3 is hydrogen or methyl. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 2 내지 화학식 5의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 유기 난반사 방지막용 중합체.The compound of formula 1 is an organic anti-reflective coating polymer, characterized in that selected from the group consisting of the compound of formula 2 to formula 5. [화학식 2][Formula 2] [화학식 3][Formula 3] [화학식 4][Formula 4] [화학식 5][Formula 5] (a) (메트)아크롤레인을 중합시켜 폴리(메트)아크롤레인을 제조하는 단계; 및(a) polymerizing (meth) acrolein to produce poly (meth) acrolein; And (b) 상기 결과물을 측쇄 또는 주쇄 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬알코올과 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 난반사 방지막의 경화제로 사용되는 하기 화학식 1의 유기 난반사 방지막용 중합체의 제조방법.(b) reacting the resultant with a side chain or main chain substituted alkyl alcohol having 1 to 10 carbon atoms. The method for preparing an organic anti-reflective coating polymer of Chemical Formula 1 used as a curing agent of the organic anti-reflective coating. [화학식 1][Formula 1] 상기 식에서 R1및 R2는 측쇄 또는 주쇄 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, R3는 수소 또는 메틸이다.Wherein R 1 and R 2 are branched or main chain substituted alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, and R 3 is hydrogen or methyl. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 (a) 단계는 (메트)아크롤레인을 유기용매에 녹이고 여기에 중합개시제를 첨가한 다음 진공 상태의 60∼70℃ 온도에서 4∼6 시간 동안 반응시키는 것을 특징으로 하는 화학식 1의 유기 난반사 방지막용 중합체의 제조방법.In the step (a), (meth) acrolein is dissolved in an organic solvent, and a polymerization initiator is added thereto, followed by reaction for 4 to 6 hours at a temperature of 60 to 70 ° C. in a vacuum state, for the organic antireflection coating of Chemical Formula 1 Method of Making Polymers. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 유기용매는 테트라하이드로퓨란(THF), 사이클로헥사논, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 메틸에틸케톤, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 단독용매 또는 혼합용매인 것을 특징으로 하는 화학식 1의 유기 난반사 방지막용 중합체의 제조방법.The organic solvent is a tetrahydrofuran (THF), cyclohexanone, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, dioxane, methyl ethyl ketone, benzene, toluene and xylene, characterized in that the sole solvent or a mixed solvent selected from the group consisting of Method for producing a polymer for organic diffuse reflection prevention film of formula (1). 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 중합개시제는 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 벤조일퍼옥사이드, 아세틸퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, t-부틸퍼아세테이트, t-부틸하이드로퍼옥사이드 및 디-t-부틸퍼옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 화학식 1의 유기 난반사 방지막용 중합체의 제조방법.The polymerization initiator is 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN), benzoyl peroxide, acetyl peroxide, lauryl peroxide, t-butyl peracetate, t-butyl hydroperoxide and di-t-butyl Method for producing a polymer for organic diffuse reflection film of formula (1), characterized in that selected from the group consisting of peroxides. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 (b)단계의 측쇄 또는 주쇄 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬알코올은 메탄올 또는 에탄올인 것을 특징으로 하는 화학식 1의 유기 난반사 방지막용 중합체의 제조방법.The side chain or main chain substituted alkyl alcohol having 1 to 10 carbon atoms of step (b) is methanol or ethanol. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 (b)단계는 (a)단계의 결과물과 측쇄 또는 주쇄 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬알코올을 트리플루오로메틸 설폰산을 촉매로 하여 상온에서 20∼30 시간 동안 반응시키는 것을 특징으로 하는 화학식 1의 유기 난반사 방지막용 중합체의 제조방법.Step (b) is a chemical formula characterized in that the reaction of the product of step (a) and the side chain or main chain substituted alkyl alcohol of 1 to 10 carbon atoms with trifluoromethyl sulfonic acid as a catalyst for 20 to 30 hours at room temperature The manufacturing method of the polymer for organic anti-reflective films of 1. 경화제인 하기 화학식 1의 화합물, 광 흡수제인 하기 화학식 6의 폴리비닐페놀, 열산 발생제 (thermal acid generator) 및 유기용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 난반사 방지막 조성물.An organic anti-reflective coating composition comprising a compound of formula 1 as a curing agent, a polyvinylphenol of formula 6 as a light absorber, a thermal acid generator, and an organic solvent. [화학식 1][Formula 1] 상기 식에서 R1및 R2는 측쇄 또는 주쇄 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, R3는 수소 또는 메틸이다.Wherein R 1 and R 2 are branched or main chain substituted alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, and R 3 is hydrogen or methyl. [화학식 6][Formula 6] 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 열산 발생제는 하기 화학식 7의 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 난반사 방지막 조성물.The thermal acid generator is an organic diffuse reflection prevention film composition, characterized in that the compound of formula (7). [화학식 7][Formula 7] 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 유기용매는 메틸 3-메톡시프로피오네이트 (MMP), 에틸 3-에톡시프로피오네이트 (EEP), 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트 (PGMEA)및 사이클로헥사논으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 유기 난반사 방지막 조성물.The organic solvent is selected from the group consisting of methyl 3-methoxypropionate (MMP), ethyl 3-ethoxypropionate (EEP), propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA) and cyclohexanone. Anti-reflective coating composition. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 화학식 1의 중합체는 유기용매에 대하여 0.3∼10 중량%로 포함되고, 광 흡수제는 화학식 1의 중합체에 대하여 50∼250 중량%, 열산 발생제는 화학식 1의 중합체에 대하여 0.5∼40 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 유기 난반사 방지막 조성물.The polymer of Chemical Formula 1 is contained in an amount of 0.3 to 10% by weight based on the organic solvent, the light absorbing agent is contained in an amount of 50 to 250% by weight based on the polymer of Chemical Formula 1, and the thermal acid generator is 0.5 to 40% by weight based on a polymer of Formula 1 An organic diffuse reflection prevention film composition, characterized by the above-mentioned. (a) 제 9항 기재의 유기 난반사 방지막 조성물을 피식각층 상부에 도포하는 단계;(a) applying the organic anti-reflective coating composition of claim 9 over the etched layer; (b) 베이크 공정으로 경화시켜 유기 난반사 방지막을 형성하는 단계;(b) curing the bake process to form an organic anti-reflective coating; (c) 상기 유기 난반사 방지막 상부에 포토레지스트를 도포하고 노광한 다음 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성시키는 단계; 및(c) coating a photoresist on the organic anti-reflective coating, exposing the photoresist, and developing the photoresist pattern to form a photoresist pattern; And (d) 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 유기 난반사 방지막을 식각하고, 피식각층을 식각하여 피식각층 패턴을 형성시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 난반사 방지막 패턴 형성방법.and (d) etching the organic antireflection film using the photoresist pattern as an etch mask, and etching the etched layer to form an etched layer pattern. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 (b)단계의 베이크 공정은 150 내지 250℃의 온도에서 1 내지 5분간 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 난반사 방지막 패턴 형성방법.The baking process of step (b) is an organic diffuse reflection prevention film pattern forming method, characterized in that performed for 1 to 5 minutes at a temperature of 150 to 250 ℃. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 (c)단계의 i) 노광전 및 노광후; 또는 ii) 노광전 또는 노광후에 각각 베이크 공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 난반사 방지막 패턴 형성방법.I) pre-exposure and post-exposure of step (c); Or ii) performing a baking process before or after exposure, respectively. 제 15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 베이크 공정은 70 내지 200℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 난반사 방지막 패턴 형성방법.The baking process is an organic diffuse reflection prevention film pattern forming method, characterized in that carried out at 70 to 200 ℃. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 노광공정은 광원으로서 ArF, KrF 및 EUV를 포함하는 원자외선 (DUV; Deep Ultra Violet), E-빔, X-선 또는 이온빔을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 난반사 방지막 패턴 형성방법.The exposure process is an organic anti-reflective film pattern forming method using a deep ultraviolet (DUV; E-beam, X-ray or ion beam including ArF, KrF and EUV as a light source. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 노광공정은 0.1 내지 20 mJ/cm2의 노광에너지로 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 난반사 방지막 패턴 형성방법.The exposure process is an organic anti-reflective film pattern forming method characterized in that carried out with an exposure energy of 0.1 to 20 mJ / cm 2 . 제 13항 기재의 방법에 의하여 제조된 반도체 소자.A semiconductor device manufactured by the method of claim 13.
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