KR20120004192A - Aromatic ring-containing compound for resist underlayer, resist underlayer composition including same, and method of patterning device using same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An aromatic ring-containing compound for a resist under-layer, a resist under-layer composition including the same, and a pattern forming method for a device using the same are provided to improve the optical characteristic, the mechanical characteristic, and the etching selectivity of the compound. CONSTITUTION: An aromatic ring-containing compound includes repeating units represented by chemical formulas 1-1 and 1-2. In the chemical formula 1-1, the m is more than or equal to 1 and is less than 190. The p is 1 or 2. The Ar is an aromatic ring. The X is hydroxyl group, substituted or non-substituted C1-C10 alkoxy group, or substituted or non-substituted C6-C30 aryloxy group. The Ra is hydrogen, substituted or non-substituted C1-C10 alkyl group, substituted or non-substituted C3-C8 cycloalkyl group, substituted or non-substituted C6-C30 aryl group, substituted or non-substituted C2-C10 alkenyl group, or halogen. In the chemical formula 1-2, the n is more than or equal to 1 and is less than 190. The Ra and the Rc are identical or different and are hydrogen, substituted or non-substituted C3-C8 cycloalkyl group, or substituted or non-substituted C6-C30 aryl group.

Description

레지스트 하층막용 방향족 고리 함유 화합물, 이를 포함하는 레지스트 하층막 조성물 및 이를 이용하는 소자의 패턴 형성 방법{AROMATIC RING-CONTAINING COMPOUND FOR RESIST UNDERLAYER, RESIST UNDERLAYER COMPOSITION INCLUDING SAME, AND METHOD OF PATTERNING DEVICE USING SAME}Aromatic ring-containing compound for resist underlayer film, resist underlayer film composition comprising the same, and pattern formation method of device using same.

본 기재는 레지스트 하층막용 방향족 고리 함유 화합물, 이 화합물을 포함하는 레지스트 하층막 조성물 및 이를 이용하는 소자의 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
The present disclosure relates to an aromatic ring-containing compound for resist underlayer films, a resist underlayer film composition comprising the compound, and a pattern forming method of a device using the same.

마이크로일렉트로닉스 산업 및 마이크로스코픽 구조물(예를 들어, 마이크로머신, 마그네토레지스트(magnetoresist) 헤드 등) 등의 산업 분야에서, 구조적 형상의 크기를 감소시키고자 하는 요구가 지속되고 있다. 또한, 마이크로일렉트로닉스 산업에서, 마이크로일렉트로닉 디바이스의 크기를 감소시켜, 주어진 칩 크기에 보다 많은 양의 회로를 제공하고자 하는 요구가 존재한다.There is a continuing need to reduce the size of structural features in the microelectronics industry and in the industrial sector of microscopic structures (eg, micromachines, magnetoresist heads, etc.). In addition, there is a need in the microelectronics industry to reduce the size of microelectronic devices, thereby providing a larger amount of circuitry for a given chip size.

이러한 형상 크기를 감소시키기 위해서는 효과적인 리쏘그래픽 기법이 필수적이다. To reduce this shape size, effective lithographic techniques are essential.

전형적인 리쏘그래픽 공정은 먼저, 하층 재료에 레지스트를 도포한 후, 방사선에 노광하여 레지스트 층을 형성한다. 이어서, 레지스트 층을 현상액으로 현상하여 패턴화된 레지스트 층을 형성하고, 패턴화된 레지스트 층의 개구부 내에 있는 물질을 에칭시켜, 하층 재료에 패턴을 전사시킨다. 전사가 완료된 후, 잔류하는 레지스트 층은 제거한다.A typical lithographic process first applies a resist to an underlying material and then exposes it to radiation to form a resist layer. The resist layer is then developed with a developer to form a patterned resist layer, and the material in the openings of the patterned resist layer is etched to transfer the pattern to the underlying material. After the transfer is completed, the remaining resist layer is removed.

그러나 상기 레지스트는 하층 재료에 소정의 패턴을 효과적으로 전사시킬 수 있을 정도로 에칭 단계에 대하여 충분한 내성을 갖지 못하는 경우가 있다. 따라서, 레지스트 물질을 극히 얇게 사용하는 초박막 레지스트 층이 필요한 경우, 에칭 처리하고자 하는 기판이 두꺼운 경우, 에칭 깊이가 깊게 요구되는 경우, 소정의 하층재료에 대해 특정한 에칭제(etchant)를 사용하는 것이 필요한 경우 등에서 레지스트 하층막이 사용되어 왔다.However, in some cases, the resist may not have sufficient resistance to an etching step to effectively transfer a predetermined pattern to the underlying material. Therefore, when an ultra thin resist layer using an extremely thin resist material is required, when the substrate to be etched is thick, or when an etching depth is required deeply, it is necessary to use a specific etchant for a given underlayer material. In some cases, a resist underlayer film has been used.

레지스트 하층막은 레지스트 층과 패터닝하고자하는 기판 간의 중간층 역할을 하며, 패턴화된 레지스트 층의 패턴을 하층 재료로 전사시키는 역할을 하므로, 패턴을 전사하는데 필요한 에칭 공정을 견딜 수 있어야 한다.The resist underlayer film serves as an intermediate layer between the resist layer and the substrate to be patterned, and serves to transfer the pattern of the patterned resist layer to the underlayer material, and thus must withstand the etching process required to transfer the pattern.

이러한 하층막을 형성하기 위하여 많은 재료가 시도되었으나 여전히 개선된 하층막 조성물에 대한 요구가 지속되고 있다.Many materials have been attempted to form such underlayer films, but there is still a need for improved underlayer compositions.

종래의 레지스트 하층막을 형성하기 위한 재료들은 기판에 도포하기 어려워, 예를 들면 화학적 또는 물리적 증착, 특수 용매, 및/또는 고온 소성을 이용하나, 이들은 비용이 많이 드는 문제가 있다. 이에, 최근에는 고온 소성을 실시할 필요없이 스핀-코팅 기법에 의해 도포될 수 있는 레지스트 하층막 조성물에 관한 연구가 진행되고 있다. 또한, 상부에 형성되는 레지스트층을 마스크로 하여 선택적으로 용이하게 에칭될 수 있으며, 동시에 특히 하층이 금속층인 경우, 하층막층을 마스크로 하여 하층을 패턴화하는 데 필요한 에칭 공정에 내성이 있는 하층막 조성물에 관한 연구가 진행되고 있다.Conventional materials for forming resist underlayer films are difficult to apply to substrates, for example using chemical or physical vapor deposition, special solvents, and / or high temperature firing, but these are expensive problems. Therefore, in recent years, research on the resist underlayer film composition which can be applied by a spin-coating technique without performing high temperature baking is progressing. In addition, it is possible to easily etch selectively using a resist layer formed on top as a mask, and at the same time, when the lower layer is a metal layer, at the same time, the lower layer film resistant to the etching process required for patterning the lower layer using the lower layer layer as a mask. Studies on the composition are in progress.

또한, 적당한 저장 수명을 제공하고, 레지스트 층과의 저해한 상호작용(예를 들어, 하층막 조성물에 포함되어 있는 산 촉매에 의한 레지스트 또는 기판을 오염)을 피할 수 있는 하층막 조성물에 관한 연구도 진행되고 있으며, 추가로, 보다 짧은 파장(예, 157nm, 193nm 또는 248nm)의 방사선에 대한 소정의 광학 특성을 지닌 하층막 조성물에 관한 연구도 진행되고 있다.In addition, studies on underlayer film compositions that provide adequate shelf life and avoid interfering interactions with the resist layer (e.g., contaminating the resist or substrate by an acid catalyst included in the underlayer film composition) In addition, research is underway on the underlayer film composition having predetermined optical properties for radiation of shorter wavelengths (eg, 157 nm, 193 nm or 248 nm).

결론적으로 에칭 선택성이 높고, 다중 에칭에 대한 내성이 충분하며, 레지스트와 하층 재료 간의 반사성을 최소화하는 반사방지 조성물을 사용하여 리쏘그래픽 기술을 수행하는 것이 요망된다. 이러한 리쏘그래픽 기술은 매우 세부적인 반도체 장치를 생산할 수 있게 할 것이다.
In conclusion, it is desirable to perform lithographic techniques using antireflective compositions that have high etch selectivity, sufficient resistance to multiple etching, and minimize reflectivity between the resist and underlying material. This lithographic technology will enable the production of very detailed semiconductor devices.

본 발명의 일 측면은 스핀-온 도포 기법(spin-on application technique)을 이용하여 도포 가능한, 광학적 특성, 기계적 특성, 에칭 선택비(etch selectivity) 특성이 우수한 레지스트 하층막용 방향족 고리 함유 화합물을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide an aromatic ring-containing compound for resist underlayer films having excellent optical properties, mechanical properties, and etch selectivity properties, which can be applied using a spin-on application technique. will be.

본 발명의 다른 측면은 상기 화합물을 포함하여 에칭 선택비가 우수하여 다중 에칭에 대한 충분한 내성을 제공할 수 있으며, 산 촉매를 사용하지 않으므로, 산 촉매 사용으로 인한 오염 문제가 없는 레지스트 하층막 조성물을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a resist underlayer film composition including the compound is excellent in the etching selectivity to provide sufficient resistance to multiple etching, and does not use the acid catalyst, there is no contamination problem due to the use of the acid catalyst It is.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 레지스트 하층막 조성물을 이용한 소자의 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.
Another aspect of the present invention is to provide a method of forming a device pattern using the resist underlayer film composition.

본 발명의 일 측면은 하기 화학식 1-1로 표시되는 반복단위와 하기 화학식 1-2로 표시되는 반복단위를 포함하는 방향족 고리 함유 화합물을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide an aromatic ring-containing compound comprising a repeating unit represented by the following formula 1-1 and a repeating unit represented by the following formula 1-2.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 1-1에서,In Chemical Formula 1-1,

m은 1 ≤ m < 190의 범위에 있고.m is in the range 1 ≦ m <190.

p는 1 또는 2의 정수이고,p is an integer of 1 or 2,

Ar는 방향족 고리(aromatic ring)기이고,Ar is an aromatic ring group,

X는 히드록시기(-OH), 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알콕시기 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴 옥시기이고,X is a hydroxy group (-OH), a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkoxy group or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl oxy group,

Ra는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C8 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기 또는 할로겐기이다.R a is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C8 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, or a halogen group to be.

[화학식 1-2][Formula 1-2]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 화학식 1-2에서,In Chemical Formula 1-2,

n은 1 ≤ n < 190의 범위에 있고, Ra 및 Rc는 서로 동일하거나 상이하며, 수소, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C8 사이클로알킬기 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이고, 단 Ra 및 Rc는 동시에 수소는 아니다. n is in the range of 1 ≦ n <190, R a and R c are the same as or different from each other, and are hydrogen, a substituted or unsubstituted C3 to C8 cycloalkyl group, or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, provided that R a and R c are not simultaneously hydrogen.

상기 화학식 1-2에서 n은 1 ≤ n < 40 또는 n은 1 ≤ n < 20의 범위에 있을 수 있다.In Formula 1-2, n may be 1 ≦ n <40 or n may be in a range of 1 ≦ n <20.

상기 방향족 고리 함유 화합물의 중량 평균 분자량은 2,000 내지 10,000일 수 있다.The weight average molecular weight of the aromatic ring-containing compound may be 2,000 to 10,000.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 화학식 1-1로 표시되는 반복단위와 상기 화학식 1-2로 표시되는 반복단위를 포함하는 방향족 고리 함유 화합물 및 유기 용매를 포함하는 레지스트 하층막 조성물을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a resist underlayer film composition comprising an aromatic ring-containing compound and an organic solvent comprising a repeating unit represented by Chemical Formula 1-1 and a repeating unit represented by Chemical Formula 1-2.

상기 레지스트 하층막 조성물은 계면활성제 또는 가교성분을 더 포함할 수 있다. The resist underlayer film composition may further include a surfactant or a crosslinking component.

본 발명의 또 다른 일 측면은 (a) 기판 상에 재료층을 제공하는 단계; (b) 상기 재료층 위에 상기 레지스트 하층막 조성물을 사용하여 하층막을 형성하는 단계; (c) 상기 하층막 위에 레지스트 층을 형성하는 단계; (d) 상기 레지스트 층이 형성된 기판을 노광하는 단계; (e) 상기 노광된 기판을 현상하는 단계; 및 (f) 상기 현상된 기판을 에칭하는 단계를 포함하는 소자의 패턴 형성 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, the method comprising: (a) providing a layer of material on a substrate; (b) forming an underlayer film on the material layer using the resist underlayer film composition; (c) forming a resist layer on the underlayer film; (d) exposing the substrate on which the resist layer is formed; (e) developing the exposed substrate; And (f) etching the developed substrate.

상기 제조방법에서 (c) 레지스트 층을 형성하는 단계 이전에 실리콘 함유 레지스트 하층막을 형성시키는 공정을 추가로 실시할 수도 있다.In the manufacturing method, a step of forming a silicon-containing resist underlayer film may be further performed before the step (c) of forming a resist layer.

또한, 상기 (c) 레지스트 층을 형성하는 단계 이전에 반사방지층(bottom anti-reflective coating; BARC)을 형성시키는 공정을 추가로 실시할 수도 있다.
In addition, a step of forming a bottom anti-reflective coating (BARC) may be further performed before the forming of the (c) resist layer.

상기 방향족 고리 함유 화합물은 매우 우수한 광학적 특성, 기계적 특성 및 에칭 선택비 특성을 갖는다. 또한, 상기 화합물을 포함하는 하층막 조성물은 스핀-온 도포 기법으로 기판에 도포할 수 있으며, 보다 짧은 파장 리쏘그래픽 공정에 유용하며, 산 촉매에 의한 오염 문제가 없다.The aromatic ring containing compound has very good optical properties, mechanical properties and etching selectivity properties. In addition, the underlayer film composition including the compound may be applied to a substrate by a spin-on coating technique, is useful for a shorter wavelength lithographic process, and there is no problem of contamination by an acid catalyst.

또한, 상기 화합물을 포함하는 조성물은 필름형성시 ArF(193nm) 파장영역 등 DUV(Deep UV)영역에서의 반사방지막으로서 유용한 범위의 굴절율 및 흡수도를 가짐으로써 레지스트와 재료층 간의 반사성을 최소화할 수 있으며, 이에 의해 패턴 프로파일이나 마진면에서 우수한 패턴 형성능을 가지는 리쏘그래픽 구조물을 제공할 수 있다. 또한, 리쏘그래픽 기술 수행시 기존 물질과 비교하여 에칭 선택비가 매우 높고, 다중 에칭에 대한 내성이 충분하여 하부층에 전사할 이미지인 하층막의 에치 프로파일이 매우 양호하다.
In addition, the composition containing the compound may minimize the reflectivity between the resist and the material layer by having a refractive index and absorbance of the range useful as an antireflection film in the DUV (Deep UV) region, such as the ArF (193nm) wavelength region when forming the film. In this way, it is possible to provide a lithographic structure having an excellent pattern forming ability in the pattern profile or margin. In addition, when performing lithographic techniques, the etching selectivity is very high compared to the existing materials, and the resistance to multiple etching is sufficient, so that the etch profile of the underlayer film, which is an image to be transferred to the lower layer, is very good.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, by which the present invention is not limited and the present invention is defined only by the scope of the claims to be described later.

본 명세서에서 "치환"이란, 히드록시기, 할로겐, C1 내지 C10 알킬기, C5 내지 C20 아릴기 또는 C2 내지 C10의 알케닐기로 치환된 것을 의미한다. 상기 방향족 고리기는 전자가 비편재화(delocalization) 또는 공명(resonance)되는 형태의 작용기를 의미하며, 아릴기, 헤테로아릴기 등을 의미한다. 상기 헤테로아릴기는 N, O, S 또는 P의 헤테로원자를 고리(ring) 내에 1 내지 3개 포함하는 것을 의미한다.As used herein, "substituted" means substituted with a hydroxy group, a halogen, a C1 to C10 alkyl group, a C5 to C20 aryl group or a C2 to C10 alkenyl group. The aromatic ring group means a functional group in the form of electron delocalization or resonance, and means an aryl group, heteroaryl group, and the like. The heteroaryl group means containing 1 to 3 heteroatoms of N, O, S or P in the ring.

본 명세서에 별도의 정의가 없으면, 알킬기는 C1 내지 C10의 알킬기이고, 아릴기는 C6 내지 C20의 아릴기이고, 알케닐기는 비닐기 또는 알릴기와 같은 C2 내지 C10의 알케닐기이다. Unless otherwise specified, the alkyl group is a C1 to C10 alkyl group, the aryl group is a C6 to C20 aryl group, and the alkenyl group is a C2 to C10 alkenyl group such as a vinyl group or an allyl group.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1-1로 표시되는 반복단위와 하기 화학식 1-2로 표시되는 반복단위를 포함하는 레지스트 하층막용 방향족 고리 함유 화합물을 제공한다.
According to one embodiment of the present invention, an aromatic ring-containing compound for a resist underlayer film including a repeating unit represented by the following Formula 1-1 and a repeating unit represented by the following Formula 1-2 is provided.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 화학식 1-1에서,In Chemical Formula 1-1,

m은 1 ≤ m < 190의 범위에 있고.m is in the range 1 ≦ m <190.

p는 1 또는 2의 정수이고,p is an integer of 1 or 2,

Ar는 방향족 고리(aromatic ring)기이고,Ar is an aromatic ring group,

X는 히드록시기(-OH), 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알콕시기 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴 옥시기이고,X is a hydroxy group (-OH), a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkoxy group or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl oxy group,

Ra는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C8 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기 또는 할로겐기이다.Ra is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C8 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, or a halogen group .

[화학식 1-2][Formula 1-2]

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 화학식 1-2에서,In Chemical Formula 1-2,

n은 1 ≤ n < 190의 범위에 있고, n is in the range of 1 ≦ n <190,

Ra 및 Rc는 서로 동일하거나 상이하며, 수소, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C8 사이클로알킬기 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이고, 단 Ra 및 Rc는 동시에 수소는 아니다. R a and R c are the same as or different from each other, and are hydrogen, a substituted or unsubstituted C3 to C8 cycloalkyl group, or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, provided that R a and R c are not simultaneously hydrogen.

상기 화학식 1-1로 표시되는 반복단위와 상기 화학식 1-2로 표시되는 반복단위를 포함하는 방향족 고리 함유 화합물은 짧은 파장 영역(특히, 193nm 및 248nm)에서 강한 흡수를 갖는 방향족 고리(aromatic ring)를 화합물의 골격 부분에 포함하므로, 반사방지막으로 사용가능하다. 또한, 측쇄에 X와 Ra로 표시되는 작용기를 가짐으로써 에칭 선택성이 우수하며, 다중 에칭에 대한 내성, 내열성 등이 우수하다. An aromatic ring-containing compound comprising a repeating unit represented by Chemical Formula 1-1 and a repeating unit represented by Chemical Formula 1-2 has an aromatic ring having strong absorption in a short wavelength region (particularly, 193 nm and 248 nm). Since it is included in the skeleton portion of the compound, it can be used as an antireflection film. In addition, by having the functional groups represented by X and R a in the side chain, the etching selectivity is excellent, and the resistance to multiple etching, the heat resistance, and the like are excellent.

상기 화학식 1-2에서 n은 1 ≤ n < 40 또는 n은 1 ≤ n < 20의 범위에 있을 수 있다. 상기 화학식 1-1로 표시되는 반복단위와 상기 화학식 1-2로 표시되는 반복단위의 몰비를 바람직한 범위로 조절하여 에칭 선택성과 다중 에칭에 대한 내성, 내열성 등을 더 개선시킬 수 있다.In Formula 1-2, n may be 1 ≦ n <40 or n may be in a range of 1 ≦ n <20. By adjusting the molar ratio of the repeating unit represented by Formula 1-1 and the repeating unit represented by Formula 1-2 to a preferred range, etching selectivity, resistance to multiple etching, heat resistance, and the like may be further improved.

상기 화학식 1-1에서 방향족 고리기(Ar)는 하기 화학식 2 내지 13으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The aromatic ring group (Ar) in Chemical Formula 1-1 may be selected from the group consisting of the following Chemical Formulas 2 to 13.

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00005
Figure pat00005

[화학식 3](3)

Figure pat00006
Figure pat00006

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00007
Figure pat00007

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure pat00008
Figure pat00008

[화학식 6][Formula 6]

Figure pat00009
Figure pat00009

[화학식 7][Formula 7]

Figure pat00010
Figure pat00010

[화학식 8][Formula 8]

Figure pat00011
Figure pat00011

[화학식 9][Formula 9]

Figure pat00012
Figure pat00012

[화학식 10][Formula 10]

Figure pat00013
Figure pat00013

[화학식 11][Formula 11]

Figure pat00014
Figure pat00014

[화학식 12][Chemical Formula 12]

Figure pat00015
Figure pat00015

[화학식 13][Formula 13]

Figure pat00016
Figure pat00016

상기 화학식 2 내지 13에서,In Chemical Formulas 2 to 13,

R1 내지 R44는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 알킬기, 아릴기, 알케닐기 또는 할로겐기이고,R 1 to R 44 are each independently hydrogen, a hydroxy group, an alkyl group, an aryl group, an alkenyl group or a halogen group,

h1 내지 h44는 각각 독립적으로 0 내지 k-2이다(여기서 k는 각각의 방향족 고리에 존재할 수 있는 H의 총수에 대응한다).h 1 to h 44 are each independently 0 to k-2, where k corresponds to the total number of H that may be present in each aromatic ring.

상기 화학식 1-1에서 Ra는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C8 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기 또는 할로겐기이다.In Formula 1-1, R a is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C8 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group or halogen group.

상기 Ra는 하기 화학식 14 내지 25의 아릴기일 수 있다.R a may be an aryl group represented by Formulas 14 to 25.

[화학식 14][Formula 14]

Figure pat00017
Figure pat00017

[화학식 15][Formula 15]

Figure pat00018
Figure pat00018

[화학식 16][Formula 16]

Figure pat00019
Figure pat00019

[화학식 17][Formula 17]

Figure pat00020
Figure pat00020

[화학식 18][Formula 18]

Figure pat00021
Figure pat00021

[화학식 19][Formula 19]

Figure pat00022
Figure pat00022

[화학식 20][Formula 20]

Figure pat00023
Figure pat00023

[화학식 21][Formula 21]

Figure pat00024
Figure pat00024

[화학식 22] [Formula 22]

Figure pat00025
Figure pat00025

[화학식 23](23)

Figure pat00026
Figure pat00026

[화학식 24][Formula 24]

Figure pat00027
Figure pat00027

[화학식 25][Formula 25]

Figure pat00028
Figure pat00028

상기 화학식 14 내지 25에서,In Chemical Formulas 14 to 25,

Y1 내지 Y44는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 알킬기, 아릴기, 알케닐기 또는 할로겐기이고,Y 1 to Y 44 are each independently hydrogen, a hydroxy group, an alkyl group, an aryl group, an alkenyl group or a halogen group,

r1 내지 r44는 각각 독립적으로 0 내지 k-1이다(여기서 k는 각각의 방향족 고리에 존재할 수 있는 H의 총수에 대응한다).r1 to r44 are each independently 0 to k-1, where k corresponds to the total number of H that may be present in each aromatic ring.

상기 화학식 1-1에서 Ra 및 상기 화학식 1-2에서 Rc는 서로 동일하거나 상이하며, 수소, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C8 사이클로알킬기 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이고, 단 Ra 및 Rc는 동시에 수소는 아니다. R a in Formula 1-1 and R c in Formula 1-2 are the same as or different from each other, and are hydrogen, a substituted or unsubstituted C3 to C8 cycloalkyl group, or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, provided R a and R c are not simultaneously hydrogen.

상기 화학식 1-1에서 Ra 및 상기 화학식 1-2에서 Rc는 하기 화학식 26 내지 37의 아릴기일 수 있다.R a in Formula 1-1 and R c in Formula 1-2 may be aryl groups represented by Formulas 26 to 37.

[화학식 26][Formula 26]

Figure pat00029
Figure pat00029

[화학식 27][Formula 27]

Figure pat00030
Figure pat00030

[화학식 28][Formula 28]

Figure pat00031
Figure pat00031

[화학식 29][Formula 29]

Figure pat00032
Figure pat00032

[화학식 30][Formula 30]

Figure pat00033
Figure pat00033

[화학식 31][Formula 31]

Figure pat00034
Figure pat00034

[화학식 32][Formula 32]

Figure pat00035
Figure pat00035

[화학식 33][Formula 33]

Figure pat00036
Figure pat00036

[화학식 34][Formula 34]

Figure pat00037
Figure pat00037

[화학식 35][Formula 35]

Figure pat00038
Figure pat00038

[화학식 36][Formula 36]

Figure pat00039
Figure pat00039

[화학식 37][Formula 37]

Figure pat00040
Figure pat00040

상기 화학식 26 내지 37에서,In Chemical Formulas 26 to 37,

Z1 내지 Z44는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 알킬기, 아릴기, 알케닐기 또는 할로겐기이고,Z 1 to Z 44 are each independently hydrogen, a hydroxy group, an alkyl group, an aryl group, an alkenyl group or a halogen group,

s1 내지 s44는 각각 독립적으로 0 내지 k-1이다(여기서 k는 각각의 방향족 고리에 존재할 수 있는 H의 총수에 대응한다).s1 to s44 are each independently 0 to k-1, where k corresponds to the total number of H that may be present in each aromatic ring.

상기 방향족 고리 함유 화합물의 중량 평균 분자량은 약 2,000 내지 10,000일 수 있다. 방향족 고리 함유 화합물의 중량 평균 분자량이 상기 범위에 포함될 때, 목적하는 코팅 두께 구현 또는 양호한 박막을 형성할 수 있다. The weight average molecular weight of the aromatic ring-containing compound may be about 2,000 to 10,000. When the weight average molecular weight of the aromatic ring-containing compound is included in the above range, the desired coating thickness can be realized or a good thin film can be formed .

본 발명의 다른 구현예는 방향족 고리 함유 화합물을 포함하는 하층막 조성물를 제공한다. 상기 방향족 고리 함유 화합물은 상기 화학식 1-1로 표시되는 반복단위와 상기 화학식 1-2로 표시되는 반복단위를 포함하는 화합물이다. Another embodiment of the present invention provides an underlayer film composition comprising an aromatic ring-containing compound. The aromatic ring-containing compound is a compound including a repeating unit represented by Formula 1-1 and a repeating unit represented by Formula 1-2.

또한, 상기 레지스트 하층막 조성물은 유기 용매를 포함한다. 이 유기 용매로는 상기 중합체에 대하여 충분한 용해성을 갖는 유기 용매라면 특별하게 한정되지 않는다. 그러나 유기 용매의 대표적인 예를 들면 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate; PGMEA), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(propylene glycol monomethyl ether; PGME), 사이클로헥사논(cyclohexanone), 에틸락테이트(ethyl lactate), 감마-부티로락톤( -butyrolactone; GBL), 아세틸 아세톤(acetyl acetone) 등을 들 수 있다.In addition, the resist underlayer film composition includes an organic solvent. It will not specifically limit, if it is an organic solvent which has sufficient solubility with respect to the said polymer as this organic solvent. However, representative examples of organic solvents include propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether (PGME), cyclohexanone and ethyl lactate. lactate), gamma-butyrolactone (GBL), acetyl acetone, and the like.

본 발명의 일 구현예에 따른 하층막 조성물에서 방향족 고리 함유 화합물의 함량은 1 내지 20 중량%일 수 있고, 3 내지 10 중량%인 것이 더 바람직하다. 방향족 고리 함유 화합물의 함량이 상기 범위에 포함될 때, 이 조성물을 도포하여 하층막을 형성시 목적하는 코팅 두께로 적절하게 조절할 수 있다.In the lower layer film composition according to the embodiment of the present invention, the content of the aromatic ring-containing compound may be 1 to 20% by weight, more preferably 3 to 10% by weight. When the content of the aromatic ring-containing compound is included in the above range, the composition can be appropriately adjusted to the desired coating thickness when forming the underlayer film.

또한, 유기 용매의 함량은 잔부 즉, 80 내지 99 중량%일 수 있으며, 유기 용매의 함량이 상기 범위에 포함될 때, 이 조성물을 도포하여 하층막을 형성시 목적하는 코팅 두께로 목적하는 코팅 두께를 조절할 수 있다.In addition, the content of the organic solvent may be the remainder, that is, 80 to 99% by weight, when the content of the organic solvent is included in the above range, by applying the composition to adjust the desired coating thickness to the desired coating thickness when forming the underlayer film Can be.

본 발명의 일 구현예에 따른 하층막 조성물은 산촉매를 더 포함할 수 있다. 이때, 산촉매의 함량은 하층막 조성물 100 중량부에 대하여 0.001 내지 0.05 중량부일 수 있다. 상기 산촉매의 함량이 상기 범위에 포함되는 경우, 바람직한 가교특성을 얻을 수 있으며, 보관안정성도 우수하게 개선할 수 있다. 상기 산촉매의 예로는 p-톨루엔 술폰산 모노 하이드레이트(p-toluenesulfonic acid mono hydrate), 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 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The underlayer film composition according to the embodiment of the present invention may further include an acid catalyst. In this case, the content of the acid catalyst may be 0.001 to 0.05 parts by weight based on 100 parts by weight of the underlayer film composition. When the content of the acid catalyst is included in the above range, it is possible to obtain desirable crosslinking properties, it is possible to excellently improve the storage stability. Examples of the acid catalyst include p-toluenesulfonic acid mono hydrate, pyridinium p-toluene sulfonate, and 2,4,4,6-tetrabromocyclohexadienone. , Benzoin tosylate, 2-nitrobenzyl tosylate, and alkyl esters of organic sulfonic acid, but may be selected from the group.

본 발명의 일 구현예에 따른 하층막 조성물은 또한 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 이때, 계면활성제의 함량은 하층막 조성물 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부일 수 있다. 상기 계면활성제의 함량이 상기 범위에 포함되는 경우, 형성되는 하층막 조성물의 코팅성능 구현에 유리하다. 상기 계면활성제로는 알킬벤젠설폰산염, 알킬피리디늄염, 폴리에틸렌글리콜류, 제4암모늄염 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The underlayer film composition according to one embodiment of the present invention may further include a surfactant. In this case, the content of the surfactant may be 0.01 to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the underlayer film composition. When the content of the surfactant is included in the above range, it is advantageous to implement the coating performance of the underlayer film composition to be formed. The surfactant may be an alkylbenzene sulfonate, alkylpyridinium salt, polyethylene glycols, quaternary ammonium salts, etc., but is not limited thereto.

본 발명의 일 구현예에 따른 하층막 조성물은 또한 가교 성분을 추가로 포함할 수도 있다. 상기 가교 성분의 함량은 하층막 조성물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부일 수 있으며 0.1 내지 3 중량부인 것이 더 바람직하다. 상기 가교 성분의 함량이 상기 범위에 포함되는 경우, 형성되는 하층막의 광학적 특성이 변경되지 않으면서, 적절한 가교 특성을 얻을 수 있다.The underlayer film composition according to one embodiment of the present invention may further include a crosslinking component. The content of the crosslinking component may be 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the underlayer film composition, and more preferably 0.1 to 3 parts by weight. When the content of the crosslinking component is included in the above range, appropriate crosslinking properties can be obtained without changing the optical properties of the underlayer film to be formed.

상기 가교 성분의 구체적인 예를 들면, 에테르화된 아미노 수지, 예를 들면, 메틸화되거나 부틸화된 멜라민 수지(구체적인 예로는 N-메톡시메틸-멜라민 수지 또는 N-부톡시메틸-멜라민 수지) 및 메틸화되거나 부틸화된 우레아(urea) 수지(구체적인 예로는, Cymel U-65 Resin 또는 UFR 80 Resin), 하기 화학식 38로 표시되는 글리콜루릴 유도체(구체적인 예로는, Powderlink 1174), 2,6-비스(히드록시메틸)-p-크레졸 화합물) 등을 예로 들 수 있다. 또한 하기 화학식 39로 표시되는 비스에폭시 계통의 화합물 및 하기 화학식 40으로 표시되는 멜라민 유도체도 가교 성분으로 사용할 수 있다. Specific examples of the crosslinking component include etherified amino resins such as methylated or butylated melamine resins (specific examples being N-methoxymethyl-melamine resin or N-butoxymethyl-melamine resin) and methylation. Or butylated urea resins (specific examples are Cymel U-65 Resin or UFR 80 Resin), glycoluril derivatives represented by the following formula 38 (specific examples are Powderlink 1174), 2,6-bis (hydr Oxymethyl) -p-cresol compound). In addition, a bisepoxy-based compound represented by the following Chemical Formula 39 and a melamine derivative represented by the following Chemical Formula 40 may also be used as the crosslinking component.

[화학식 38][Formula 38]

Figure pat00041
Figure pat00041

[화학식 39][Formula 39]

Figure pat00042
Figure pat00042

[화학식 40][Formula 40]

Figure pat00043
Figure pat00043

본 발명의 또 다른 구현예는 레지스트 하층막 조성물을 사용하여 소자의 패턴 형성 방법을 제공하는 것으로서, (a) 기판 상에 재료층을 제공하는 단계; (b) 상기 재료층 위에 상기 레지스트 하층막 조성물을 사용하여 하층막을 형성하는 단계; (c) 상기 하층막 층 위에 레지스트 층을 형성하는 단계; (d) 상기 레지스트 층이 형성된 기판을 노광하는 단계; (e) 상기 노광된 기판을 현상하는 단계; 및 (f) 상기 현상된 기판을 에칭하는 단계를 포함하는 소자의 패턴 형성 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a method of forming a pattern of a device using a resist underlayer film composition, comprising: (a) providing a material layer on a substrate; (b) forming an underlayer film on the material layer using the resist underlayer film composition; (c) forming a resist layer on the underlayer film layer; (d) exposing the substrate on which the resist layer is formed; (e) developing the exposed substrate; And (f) etching the developed substrate.

이하, 이 패턴 형성 방법에 대하여 자세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, this pattern formation method is demonstrated in detail.

먼저, 기판 상에 재료 층을 형성한다.First, a material layer is formed on a substrate.

상기 기판으로는 실리콘 기판을 사용할 수 있고, 상기 재료 층을 구성하는 재료는 전도성, 반전도성, 자성 또는 절연성 재료 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 알루미늄, SiN(실리콘 나이트라이드) 등을 들 수 있다. 상기 재료 층을 형성하는 방법은 통상의 방법이므로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략하기로 한다.As the substrate, a silicon substrate may be used, and the material constituting the material layer may be any conductive, semiconducting, magnetic or insulating material, and representative examples thereof include aluminum and silicon nitride (SiN). have. Since the method of forming the material layer is a conventional method, detailed description thereof will be omitted.

이어서, 본 발명의 일 구현예에 따른 레지스트 하층막 조성물을 사용하여 하층막을 형성한다. 상기 하층막 형성 공정은 레지스트 하층막 조성물을 500 내지 4000 Å의 두께로 코팅하고, 베이킹하여 형성할 수 있다. 상기 코팅 공정은 스핀 코팅 공정으로 실시할 수 있으며, 상기 베이킹 공정은 100 내지 500 ℃에서 10초 내지 10분간 실시할 수 있다. 상기 코팅 공정, 하층막의 두께, 베이킹 온도 및 시간은 상기 범위로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Subsequently, an underlayer film is formed using a resist underlayer film composition according to an embodiment of the present invention. The underlayer film forming process may be formed by coating the resist underlayer film composition to a thickness of 500 to 4000 kPa and baking. The coating process may be performed by a spin coating process, and the baking process may be performed at 100 to 500 ° C. for 10 seconds to 10 minutes. The coating process, the thickness of the underlayer film, the baking temperature and time is not limited to the above range, can be prepared in a variety of different forms, those skilled in the art to which the present invention belongs It will be understood that other specific forms may be practiced without changing the essential features.

하층막이 형성되면, 이 하층막 층 위에 레지스트층(감광성 이미지화층)을 형성한다. 상기 레지스트층은 감광성 레지스트 조성물을 도포하고, 베이킹하는 일반적으로 알려진 공정으로 실시할 수 있으므로, 본 명세서에서 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.When an underlayer film is formed, a resist layer (photosensitive imaging layer) is formed on this underlayer film layer. Since the resist layer may be performed by a generally known process of coating and baking the photosensitive resist composition, detailed description thereof will be omitted herein.

상기 레지스트층을 형성하기 전에 실리콘 함유 레지스트 하층막을 형성하는 공정을 더욱 실시할 수도 있고, 또는 반사방지층을 형성시키는 공정을 더욱 실시할 수도 있다. 물론, 실리콘 함유 레지스트 하층막을 형성한 후, 반사방지층을 형성하는 공정을 모두 실시할 수도 있다. 실리콘 함유 레지스트 하층막 및 반사방지층 형성은 당해 분야에 널리 알려진 사항이므로 본 명세서에서 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Before forming the resist layer, a step of forming a silicon-containing resist underlayer film may be further performed, or a step of forming an antireflection layer may be further performed. Of course, after forming a silicon-containing resist underlayer film, you may perform all the processes of forming an antireflection layer. Since the silicon-containing resist underlayer film and the anti-reflection layer are well known in the art, detailed description thereof will be omitted herein.

이어서, 레지스트층을 노광(exposure)한다. 이 노광 공정은 여러가지 노광원, 예를 들면 ArF 또는 EUV(extreme UV), E-빔 등을 이용하여 실시한다. 노광이 완료되면, 노광 영역에서 화학 반응이 일어나도록 베이킹 공정을 실시한다. 이 베이킹 공정은 약 90 내지 120 ℃의 온도 범위에서 약 60 내지 90초 동안 실시할 수 있다.Subsequently, the resist layer is exposed. This exposure process is performed using various exposure sources, for example, ArF or EUV (extreme UV), an E-beam, and the like. When the exposure is completed, a baking process is performed to cause a chemical reaction in the exposure area. This baking process may be carried out for about 60 to 90 seconds in the temperature range of about 90 to 120 ℃.

그런 다음, 현상(develop) 공정을 실시하여, 하층막 및 레지스트층을 제거한다. 상기 현상 공정은 염기성 수용액으로 실시할 수 있다. 상기 염기성 수용액 현상액으로는 테트라메틸암모늄히드록사이드(tetramethylammonium hydroxide, TMAH) 수용액을 사용할 수 있다. 사용된 노광원이 ArF 엑시머 레이저인 경우, 약 5 내지 30 mJ/㎠의 도즈(dose)에서 80 내지 100nm의 라인 앤드 스페이스 패턴(line and space pattern)을 형성할 수 있다. Then, a development process is performed to remove the lower layer film and the resist layer. The said developing process can be performed with basic aqueous solution. As the basic aqueous solution developer, an aqueous tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution may be used. When the exposure source used is an ArF excimer laser, a line and space pattern of 80 to 100 nm may be formed at a dose of about 5 to 30 mJ / cm 2.

상기 설명한 바와 같은 과정으로부터 얻어진 레지스트 패턴을 마스크로 사용하고, 특정한 식각 가스, 예를 들면 할로겐 가스 또는 CHF3, CF4 등과 같은 플루오로카본 가스 등의 플라즈마를 사용하여 식각한다. 이어서, 스트립퍼(stripper)를 사용하여 기판 상에 남아 있는 레지스트 패턴을 제거하여 원하는 패턴을 형성할 수 있다. The resist pattern obtained from the process as described above is used as a mask, and is etched using a specific etching gas, for example, a halogen gas or a plasma such as a fluorocarbon gas such as CHF 3 , CF 4, or the like. The stripper may then be used to remove the resist pattern remaining on the substrate to form the desired pattern.

이 공정에 따라 반도체 집적회로 디바이스가 제공될 수 있다.According to this process, a semiconductor integrated circuit device can be provided.

따라서, 본 발명의 조성물 및 형성된 리쏘그래픽 구조물은 통상의 반도체 소자 제조공정에 따라 집적 회로 디바이스의 제조 및 설계에 사용될 수 있다. 예를 들면 금속 배선, 컨택트 또는 바이어스를 위한 홀, 절연 섹션 (예, DT(Damascene Trench) 또는 STI(Shallow Trench Isolation)), 커패시터 구조물을 위한 트렌치 등과 같은 패턴화된 재료 층 구조물을 형성시키는 데 사용할 수 있다. 또한 본 발명은 임의의 특정 리쏘그래픽 기법 또는 디바이스 구조물에 국한되는 것이 아님을 이해해야 한다.Thus, the compositions of the present invention and formed lithographic structures can be used in the manufacture and design of integrated circuit devices in accordance with conventional semiconductor device fabrication processes. For example, it can be used to form patterned material layer structures, such as metal wiring, holes for contact or bias, insulation sections (e.g., damascene or shallow trench isolation), trenches for capacitor structures, and the like. Can be. It is also to be understood that the invention is not limited to any particular lithographic technique or device structure.

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 with reference to Examples, but the following Examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

합성예Synthetic example 1: 1- 1: 1- 피렌에탄올과With pyreneethanol 벤조알데히드Benzoaldehyde 공중합체의 합성 Synthesis of Copolymer

기계교반기, 냉각관 및 질소가스 도입관을 구비한 500m 의 4구 플라스크에 질소가스를 유입하면서 1-피렌에탄올 73.9g(0.30몰)과 벤조알데히드 38.2g을 268g의 프로필렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트(Propyleneglycolmonomethyletheracetate, PGMEA)에 담고 잘 저어주었다. 15분 후에 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트(pyridinium p-toluene sulfonate) 2.86g (0.015몰)을 천천히 투입한 다음, 100 에서 12시간 동안 반응을 실시하였다. 반응종료 후 물을 사용하여 산을 제거한 후에 증발기로 농축하였다. 이어서 메탄올을 사용하여 희석하고 15 중량% 농도의 용액으로 조정하였다. 이 용액을 1 분액 깔대기에 넣고, 이것에 n-헵탄을 첨가하여 모노머를 함유하는 저분자량체를 제거하여 하기 화학식 41로 나타내어 지는 중합체(Mw= 4,400, polydispersity=1.19, n=10.8)를 얻었다.
A nitrogen gas was introduced into a 500 m four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, and a nitrogen gas inlet tube. , PGMEA) and stir well. After 15 minutes, 2.86 g (0.015 mol) of pyridinium p-toluene sulfonate was slowly added thereto, followed by reaction at 100 to 12 hours. After completion of the reaction, the acid was removed using water, and then concentrated by an evaporator. Then diluted with methanol and adjusted to a solution of 15 wt% concentration. The solution was placed in a separatory funnel, and n-heptane was added thereto to remove the low molecular weight containing monomer, thereby obtaining a polymer represented by the following formula (Mw = 4,400, polydispersity = 1.19, n = 10.8).

[화학식 41] [Formula 41]

Figure pat00044

Figure pat00044

합성예Synthetic example 2: 나프탈렌을 포함하는  2: containing naphthalene 피렌과Pyren and 벤조알데히드Benzoaldehyde 공중합체 합성 Copolymer synthesis

기계교반기, 냉각관 및 질소가스 도입관을 구비한 500m 의 4구 플라스크에 질소가스를 유입하면서 피렌카르보알데히드 69.1g(0.30몰)과 벤조알데히드 38.2g을 257g의 프로필렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트에 담고 잘 저어주었다. 15분 후에 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트 2.86g (0.015몰)을 천천히 투입한 다음, 100 에서 12시간 동안 반응을 실시하였다. 반응종료 후 물을 사용하여 산을 제거한 후에 증발기로 농축하였다. 이어서 메탄올을 사용하여 희석하고 15 중량% 농도의 용액으로 조정하였다. 이 용액을 1 분액 깔대기에 넣고, 이것에 n-헵탄을 첨가하여 모노머를 함유하는 저분자량체를 제거하여 중합체를 얻었다. 기계교반기, 냉각관 및 질소가스 도입관을 구비한 500m 의 4구 플라스크에 질소가스를 유입하면서 상기 중합체 20g을 261g의 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran, THF)에 담고 잘 저어주었다. 10분 후에 THF에 용해된 1mol의 나프틸 마그네슘 브롬용액 62.8ml를 천천히 투입한 다음, 6시간 동안 반응을 실시하였다. 반응종료 후 증발기로 농축한 후 물과 디클로로메탄을 사용하여 마그네슘염을 제거한 후 다시 증발기로 농축 후 20 중량% 농도의 용액으로 조정하였다. 이 용액을 1 분액 깔대기에 넣고, 이것에 n-헵탄을 첨가하여 침전 후 하기 화학식 42로 나타내어지는 중합체(Mw= 3,100, polydispersity=1.39, n=9.7)를 얻었다. Nitrogen gas was introduced into a 500 m four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, and a nitrogen gas introduction tube, and 69.1 g (0.30 mol) of pyrene carboaldehyde and 38.2 g of benzoaldehyde were contained in 257 g of propylene glycol monomethyl ether acetate. Stir well. After 15 minutes, 2.86 g (0.015 mol) of pyridinium p-toluene sulfonate was slowly added thereto, followed by reaction at 100 to 12 hours. After completion of the reaction, the acid was removed using water, and then concentrated by an evaporator. Then diluted with methanol and adjusted to a solution of 15 wt% concentration. This solution was put into a separatory funnel, n-heptane was added to this, the low molecular weight containing a monomer was removed, and the polymer was obtained. Nitrogen gas was introduced into a 500 m four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, and a nitrogen gas introduction tube, and 20 g of the polymer was added to 261 g of tetrahydrofuran (THF) and stirred well. After 10 minutes, 62.8 ml of 1 mol of naphthyl magnesium bromine solution dissolved in THF was slowly added thereto, followed by reaction for 6 hours. After completion of the reaction, the resultant was concentrated by an evaporator, magnesium salt was removed using water and dichloromethane, and then concentrated by an evaporator, and then adjusted to a solution of 20 wt% concentration. The solution was placed in a separatory funnel, and n-heptane was added thereto to precipitate to obtain a polymer represented by the following chemical formula (Mw = 3,100, polydispersity = 1.39, n = 9.7).

[화학식 42][Formula 42]

Figure pat00045

Figure pat00045

합성예Synthetic example 3:  3: 페닐을Phenyl 포함하는  Containing 히드록시피렌과With hydroxypyrene 2-나프탈렌  2-naphthalene 카르보알데히드Carboaldehyde 공중합체의 합성 Synthesis of Copolymer

기계교반기, 냉각관 및 질소가스 도입관을 구비한 500m 의 4구 플라스크에 질소가스를 유입하면서 히드록시피렌 카르보알데히드 54.2g(0.22몰)과 2-나프탈알데히드 41.2g을 227.5g의 프로필렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트에 담고 잘 저어주었다. 15분 후에 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트 2.10g (0.011몰)을 천천히 투입한 다음, 100 에서 24시간 동안 반응을 실시하였다. 반응종료 후 물을 사용하여 산을 제거한 후에 증발기로 농축하였다. 이어서 메탄올을 사용하여 희석하고 15 중량% 농도의 용액으로 조정하였다. 이 용액을 1 분액 깔대기에 넣고, 이것에 n-헵탄을 첨가하여 모노머를 함유하는 저분자량체를 제거하여 중합체를 얻었다. 기계교반기, 냉각관 및 질소가스 도입관을 구비한 500m 의 4구 플라스크에 질소가스를 유입하면서 앞의 중합체 20g을 223g의 테트라히드로퓨란에 담고 잘 저어주었다. 10분 후에 THF에 용해된 1mol의 페닐마그네슘 브롬용액 53.8ml를 천천히 투입한 다음, 6시간 동안 반응을 실시하였다. 반응종료 후 증발기로 농축한 후 물과 디클로로메탄을 사용하여 마그네슘염을 제거한 후 다시 증발기로 농축 후 20 중량% 농도의 용액으로 조정하였다. 이 용액을 1 분액 깔대기에 넣고, 이것에 n-헵탄을 첨가하여 침전 후 하기 화학식 43으로 나타내어지는 중합체(Mw=2,800, polydispersity=1.31, n=5.1)를 얻었다. Nitrogen gas was introduced into a 500m four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, and a nitrogen gas inlet tube, and 547.5 g (0.22 mol) of hydroxypyrene carboaldehyde and 41.2 g of 2-naphthalaldehyde were 227.5 g of propylene glycol. It was contained in monomethyl ether acetate and stirred well. After 15 minutes, 2.10 g (0.011 mol) of pyridinium p-toluene sulfonate was slowly added thereto, followed by reaction at 100 to 24 hours. After completion of the reaction, the acid was removed using water, and then concentrated by an evaporator. Then diluted with methanol and adjusted to a solution of 15 wt% concentration. This solution was put into a separatory funnel, n-heptane was added to this, the low molecular weight containing a monomer was removed, and the polymer was obtained. Nitrogen gas was introduced into a 500m four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, and a nitrogen gas introduction tube, and 20 g of the polymer was placed in 223 g of tetrahydrofuran and stirred well. After 10 minutes, 53.8 ml of 1 mol of phenylmagnesium bromine solution dissolved in THF was slowly added thereto, followed by reaction for 6 hours. After completion of the reaction, the resultant was concentrated by an evaporator, magnesium salt was removed using water and dichloromethane, and then concentrated by an evaporator, and then adjusted to a solution of 20 wt% concentration. The solution was placed in a separatory funnel, and n-heptane was added thereto to precipitate to obtain a polymer represented by the following Chemical Formula 43 (Mw = 2,800, polydispersity = 1.31, n = 5.1).

[화학식 43][Formula 43]

Figure pat00046
Figure pat00046

합성예Synthetic example 4:  4: 페닐을Phenyl 포함하는  Containing 페릴렌과Perylene and 헥사날Hexanal 공중합체의 합성 Synthesis of Copolymer

기계교반기, 냉각관 및 질소가스 도입관을 구비한 500m 의 4구 플라스크에 질소가스를 유입하면서 페릴렌카르보알데히드 70.1g(0.22몰)과 헥사날 30.4g을 230g의 프로필렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트에 담고 잘 저어주었다. 15분 후에 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트 2.38g (0.013몰)을 천천히 투입한 다음, 100 에서 24시간 동안 반응을 실시하였다. 반응종료 후 물을 사용하여 산을 제거한 후에 증발기로 농축하였다. 이어서 메탄올을 사용하여 희석하고 15 중량% 농도의 용액으로 조정하였다. 이 용액을 1 분액 깔대기에 넣고, 이것에 n-헵탄을 첨가하여 모노머를 함유하는 저분자량체를 제거하여 중합체를 얻었다. 기계교반기, 냉각관 및 질소가스 도입관을 구비한 500m 의 4구 플라스크에 질소가스를 유입하면서 앞의 중합체 20g을 223.4g의 테트라히드로퓨란에 담고 잘 저어주었다. 10분 후에 THF에 용해된 1mol의 페닐마그네슘 브롬용액 39.8ml를 천천히 투입한 다음, 6시간 동안 반응을 실시하였다. 반응종료 후 증발기로 농축한 후 물과 디클로로메탄을 사용하여 마그네슘염을 제거한 후 다시 증발기로 농축 후 20 중량% 농도의 용액으로 조정하였다. 이 용액을 1 분액 깔대기에 넣고, 이것에 n-헵탄을 첨가하여 침전 후 하기 화학식 44로 나타내어지는 중합체(Mw= 2,200, polydispersity=1.41, n=4.2)를 얻었다.
Nitrogen gas was introduced into a 500m four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, and a nitrogen gas introduction tube, and 70.1 g (0.22 mol) of perylene carboaldehyde and 30.4 g of hexanal were added to 230 g of propylene glycol monomethyl ether acetate. Contain and stir well. After 15 minutes, 2.38 g (0.013 mol) of pyridinium p-toluene sulfonate was slowly added thereto, followed by reaction at 100 to 24 hours. After completion of the reaction, the acid was removed using water, and then concentrated by an evaporator. Then diluted with methanol and adjusted to a solution of 15 wt% concentration. This solution was put into a separatory funnel, n-heptane was added to this, the low molecular weight containing a monomer was removed, and the polymer was obtained. Nitrogen gas was introduced into a 500m four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, and a nitrogen gas introduction tube, and 20 g of the polymer was placed in 223.4 g of tetrahydrofuran and stirred well. After 10 minutes, 39.8 ml of 1 mol of phenylmagnesium bromine solution dissolved in THF was slowly added thereto, followed by reaction for 6 hours. After completion of the reaction, the resultant was concentrated by an evaporator, and then magnesium salts were removed using water and dichloromethane. The solution was placed in a separatory funnel, and n-heptane was added thereto to precipitate to obtain a polymer represented by the following formula (44) (Mw = 2,200, polydispersity = 1.41, n = 4.2).

[화학식 44][Formula 44]

Figure pat00047

Figure pat00047

합성예Synthetic example 5: 나프탈렌을 포함하는  5: containing naphthalene 콜로렌과With chlorene 2-나프탈렌   2-naphthalene 카르보알데히드Carboaldehyde 공중합체의 합성 Synthesis of Copolymer

기계교반기, 냉각관 및 질소가스 도입관을 구비한 500m 의 4구 플라스크에 질소가스를 유입하면서 콜로렌카르보알데히드 56.2g(0.22몰)과 2-나프탈렌 카르보알데히드 31.9g을 209g의 프로필렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트에 담고 잘 저어주었다. 15분 후에 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트 1.62g (0.0085몰)을 천천히 투입한 다음, 130 에서 24시간 동안 반응을 실시하였다. 반응종료 후 물을 사용하여 산을 제거한 후에 증발기로 농축하였다. 이어서 메탄올을 사용하여 희석하고 15 중량% 농도의 용액으로 조정하였다. 이 용액을 1 분액 깔대기에 넣고, 이것에 n-헵탄을 첨가하여 모노머를 함유하는 저분자량체를 제거하여 중합체를 얻었다. 기계교반기, 냉각관, 질소가스 도입관을 구비한 500m 의 4구 플라스크에 질소가스를 유입하면서 앞의 중합체 20g을 235g의 테트라히드로퓨란(THF)에 담고 잘 저어주었다. 10분 후에 THF에 용해된 1mol의 나프틸 마그네슘 브롬용액 41.8ml를 천천히 투입한 다음, 6시간 동안 반응을 실시하였다. 반응종료 후 증발기로 농축한 후 물과 디클로로메탄을 사용하여 마그네슘염을 제거한 후 다시 증발기로 농축 후 20 중량% 농도의 용액으로 조정하였다. 이 용액을 1 분액 깔대기에 넣고, 이것에 n-헵탄을 첨가하여 침전 후 하기 화학식 45로 나타내어지는 중합체(Mw= 2,100, polydispersity=1.44, n=3.0)를 얻었다.
Nitrogen gas was introduced into a 500m four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, and a nitrogen gas inlet tube, and 56.2 g (0.22 mol) of chlorocarboaldehyde and 31.9 g of 2-naphthalene carboaldehyde were 209 g of propylene glycol mono Put in methyl ether acetate and stir well. After 15 minutes, 1.62 g (0.0085 mol) of pyridinium p-toluene sulfonate was slowly added thereto, followed by reaction at 130 at 24 hours. After completion of the reaction, the acid was removed using water, and then concentrated by an evaporator. Then diluted with methanol and adjusted to a solution of 15 wt% concentration. This solution was put into a separatory funnel, n-heptane was added to this, the low molecular weight containing a monomer was removed, and the polymer was obtained. Nitrogen gas was introduced into a 500m four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, and a nitrogen gas inlet tube, and 20 g of the polymer was placed in 235 g of tetrahydrofuran (THF) and stirred well. After 10 minutes, 41.8 ml of 1 mol of naphthyl magnesium bromine solution dissolved in THF was slowly added thereto, followed by reaction for 6 hours. After completion of the reaction, the resultant was concentrated by an evaporator, magnesium salt was removed using water and dichloromethane, and then concentrated by an evaporator, and then adjusted to a solution of 20 wt% concentration. The solution was placed in a separatory funnel, and n-heptane was added thereto to precipitate to obtain a polymer represented by the following Chemical Formula 45 (Mw = 2,100, polydispersity = 1.44, n = 3.0).

[화학식 45][Formula 45]

Figure pat00048
Figure pat00048

비교합성예Comparative Synthesis Example 1:  One: 플루오레닐리덴디페놀과Fluorenylidenediphenol 1,4- 1,4- 비스메톡시메틸벤젠Bismethoxymethylbenzene 공중합체의 합성 Synthesis of Copolymer

기계교반기, 냉각관 및 300ml 적가 깔대기 및 질소가스 도입관을 구비한 1 의 4구 플라스크에 질소가스를 유입하면서 a,a'-디클로로-p-크실렌 8.75g(0.05몰)과 알루미늄 클로라이드(aluminum chloride) 26.66g과 200g의 γ-부티로락톤을 담고 잘 저어주었다. 10분 후에 4,4'-(9-플루오레닐리덴)디페놀 35.03g (0.10몰)을 200g의 γ-부티로락톤에 녹인 용액을 30분간 천천히 적하한 다음, 12시간 동안 반응을 실시하였다. 반응종료 후 물을 사용하여 산을 제거한 후에 증발기로 농축하였다. 이어서 메틸아밀케톤(MAK)과 메탄올을 사용하여 희석하고 15 중량% 농도의 MAK/메탄올=4/1(중량비)의 용액으로 조정하였다. 이 용액을 3 분액깔대기에 넣고, 이것에 n-헵탄을 첨가하여 모노머를 함유하는 저분자량체를 제거하여 하기 화학식 46으로 나타내어지는 중합체(Mw=12,000, polydispersity=2.0, n=23)를 얻었다. 8.75 g (0.05 mol) of a, a'-dichloro-p-xylene and aluminum chloride with nitrogen gas flowing into a 1-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, a 300 ml dropping funnel and a nitrogen gas introduction tube. ) Stir well with 26.66 g and 200 g of γ-butyrolactone. After 10 minutes, a solution of 35.03 g (0.10 mol) of 4,4 '-(9-fluorenylidene) diphenol in 200 g of γ-butyrolactone was slowly added dropwise for 30 minutes, followed by reaction for 12 hours. . After completion of the reaction, the acid was removed using water, and then concentrated by an evaporator. It was then diluted with methylamyl ketone (MAK) and methanol and adjusted to a solution of 15 wt% MAK / methanol = 4/1 (weight ratio). This solution was put into a three-liquid funnel, n-heptane was added to this to remove the low molecular weight containing a monomer, and the polymer represented by following formula (46) (Mw = 12,000, polydispersity = 2.0, n = 23) was obtained.

[화학식 46][Formula 46]

Figure pat00049
Figure pat00049

비교합성예Comparative Synthesis Example 2 : 1- 2: 1- 히드록시피렌과With hydroxypyrene 파라포름알데히드Paraformaldehyde 공중합체 합성 Copolymer synthesis

기계교반기, 냉각관 및 질소가스 도입관을 구비한 500m 의 4구 플라스크에 질소가스를 유입하면서 1-히드록시피렌 109.2g(0.50몰)과 파라포름알데히드 18.2g을 308g의 프로필렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트(Propyleneglycolmonomethyletheracetate, PGMEA)에 담고 잘 저어주었다. 15분 후에 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트(pyridinium p-toluene sulfonate) 4.76g (0.025몰)을 천천히 투입한 다음, 100 에서 12시간 동안 반응을 실시하였다. 반응종료 후 물을 사용하여 산을 제거한 후에 증발기로 농축하였다. 이어서 메탄올을 사용하여 희석하고 15 중량% 농도의 용액으로 조정하였다. 이 용액을 1 분액 깔대기에 넣고, 이것에 n-헵탄을 첨가하여 모노머를 함유하는 저분자량체를 제거하여 하기 화학식 47로 나타내어 지는 중합체(Mw= 2,100, polydispersity=1.22, n=8.0)를 얻었다. Nitrogen gas was introduced into a 500-meter four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, and a nitrogen gas introduction tube, while 109.2 g (0.50 mol) of 1-hydroxypyrene and 18.2 g of paraformaldehyde were 308 g of propylene glycol monomethyl ether acetate. (Propyleneglycolmonomethyletheracetate, PGMEA) and stir well. After 15 minutes, 4.76 g (0.025 mol) of pyridinium p-toluene sulfonate was slowly added thereto, followed by reaction at 100 to 12 hours. After completion of the reaction, the acid was removed using water, and then concentrated by an evaporator. Then diluted with methanol and adjusted to a solution of 15 wt% concentration. The solution was placed in a separatory funnel, and n-heptane was added thereto to remove the low molecular weight containing monomer, thereby obtaining a polymer represented by the following formula (Mw = 2,100, polydispersity = 1.22, n = 8.0).

[화학식 47][Formula 47]

Figure pat00050

Figure pat00050

실시예Example 1 내지 5 1 to 5

합성예 1 내지 5 에서 만들어진 중합체를 각각 1.0 g씩 계량하여 하기 화학식 38로 나타내어지는 가교제(Powderlink 1174) 0.1g과 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트 100mg을 시클로헥사논(cyclohexanone) 9g에 넣어서 녹인 후 여과하여 각각 실시예 1 내지 5의 샘플용액을 만들었다.1.0 g of the polymers prepared in Synthesis Examples 1 to 5 were respectively weighed, and 0.1 g of a crosslinking agent (Powderlink 1174) represented by the following Chemical Formula 38 and 100 mg of pyridinium p-toluene sulfonate were dissolved in 9 g of cyclohexanone, and then filtered. To prepare a sample solution of Examples 1 to 5, respectively.

[화학식 38][Formula 38]

Figure pat00051
Figure pat00051

실시예 1 내지 5 에 의해 제조된 샘플용액을 각각 실리콘웨이퍼에 스핀-코팅법으로 코팅하여 60초간 200℃ 에서 구워서 두께 1500Å 의 필름을 형성시켰다.
Each of the sample solutions prepared in Examples 1 to 5 was coated on a silicon wafer by spin-coating to bake at 200 ° C. for 60 seconds to form a film having a thickness of 1500 Å.

비교예Comparative example 1 One

비교합성예 1에서 만들어진 고분자 1.0g과 가교제(Cymel 303) 0.1g 및 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트 100mg을 PGMEA 9g에 넣어서 녹인 후 여과하여 샘플용액을 만들었다.1.0 g of the polymer prepared in Comparative Synthesis Example 1, 0.1 g of crosslinking agent (Cymel 303), and 100 mg of pyridinium p-toluene sulfonate were dissolved in PGMEA 9 g, and then filtered to prepare a sample solution.

제조된 샘플용액을 실리콘웨이퍼에 스핀-코팅법으로 코팅하여 60초간 200℃ 에서 구워서 두께 1500Å 의 필름을 형성시켰다.
The prepared sample solution was coated on a silicon wafer by spin-coating to bake at 200 ° C. for 60 seconds to form a film having a thickness of 1500 Å.

비교예Comparative example 2 2

비교합성예 2에서 만들어진 중합체를 1.0 g을 계량하여 하기 화학식 38로 나타내어지는 가교제(Powderlink 1174) 0.1g과 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트 100mg을 시클로헥사논(cyclohexanone) 9g에 넣어서 녹인 후 여과하여 샘플용액을 만들었다.1.0 g of the polymer prepared in Comparative Synthesis Example 2 was weighed, and 0.1 g of a crosslinking agent (Powderlink 1174) represented by the following Chemical Formula 38 and 100 mg of pyridinium p-toluene sulfonate were dissolved in 9 g of cyclohexanone, and then filtered. A solution was made.

제조된 샘플용액을 실리콘웨이퍼에 스핀-코팅법으로 코팅하여 60초간 200℃ 에서 구워서 두께 1500Å 의 필름을 형성시켰다.
The prepared sample solution was coated on a silicon wafer by spin-coating to bake at 200 ° C. for 60 seconds to form a film having a thickness of 1500 Å.

굴절율과Refractive index and 흡광계수Extinction coefficient 측정 Measure

상기 형성된 필름에 대한 굴절율(refractive index) n과 흡광계수(extinction coefficient) k를 각각 구하였다. 사용기기는 Ellipsometer(J. A. Woollam 사)이고 그 측정결과를 표 1에 나타내었다.The refractive index n and extinction coefficient k of the formed film were obtained, respectively. The instrument used was Ellipsometer (J. A. Woollam) and the measurement results are shown in Table 1.

Figure pat00052
Figure pat00052

표 1에서 보는 바와 같이 실시예 1 내지 5에 따른 샘플용액으로 제조된 필름은 ArF(193nm) 파장에서 반사방지막으로서 사용가능한 굴절율 및 흡수도(흡광계수)를 가짐을 알 수 있다. 이에 비하여 비교예 1 및 2의 샘플용액으로 제조된 필름은 ArF(193nm) 파장에서는 반사방지막으로써 사용 가능한 굴절율 및 흡수도를 가지는 것으로 확인되었으나, 실시예 1 내지 5와 비교시 상대적으로 낮은 굴절율을 확인할 수 있었다.
As shown in Table 1 it can be seen that the film prepared with the sample solution according to Examples 1 to 5 has a refractive index and absorbance (absorption coefficient) that can be used as an antireflection film at an ArF (193 nm) wavelength. On the other hand, the films prepared with the sample solutions of Comparative Examples 1 and 2 were found to have a refractive index and an absorbance that can be used as antireflection films at an ArF (193 nm) wavelength, but compared to Examples 1 to 5, the relatively low refractive index was confirmed. Could.

패턴 특성 평가Pattern properties

실시예 1 내지 5 및 비교예 1, 2에서 만들어진 샘플용액을 각각 알루미늄이 입혀진 실리콘웨이퍼 위에 스핀-코팅법으로 코팅하여 60초간 200℃ 에서 구워서 두께 1500Å의 필름을 형성시켰다.The sample solutions prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 were respectively coated on a silicon wafer coated with aluminum by spin-coating, and baked at 200 ° C. for 60 seconds to form a film having a thickness of 1500 Å.

형성된 각각의 필름 위에 ArF용 포토레지스트를 코팅하고 110℃ 에서 60초간 굽고 ASML(XT:1450G, NA 0.93)사의 노광장비를 사용해 각각 노광을 한 다음 TMAH(2.38wt% 수용액)으로 각각 현상하였다. 그리고 FE-SEM을 사용하여 60nm의 라인 앤드 스페이스(line and space) 패턴을 각각 고찰하였다. 노광량의 변화에 따른 EL(expose latitude) 마진(margin)과 광원과의 거리변동에 따른 DoF(depth of focus) 마진을 고찰하였다. 그 결과를 표 2에 기재하였다. The ArF photoresist was coated on each of the formed films, baked at 110 ° C. for 60 seconds, exposed to light using an ASML (XT: 1450G, NA 0.93) exposure apparatus, and developed using TMAH (2.38 wt% aqueous solution). And the line and space pattern of 60nm was examined using FE-SEM, respectively. The margin of focus (EL) margin according to the change of the exposure dose and the depth of focus (DoF) margin due to the distance change with the light source were examined. The results are shown in Table 2.

비교예 1 및 2에서 만들어진 샘플용액을 알루미늄이 입혀진 실리콘웨이퍼 위에 스핀-코팅법으로 코팅하여 60초간 200℃ 에서 구워서 두께 1500Å 의 필름을 형성시켰다. 형성된 필름 위에 ArF용 포토레지스트를 코팅하고 110℃ 에서 60초간 굽고 ASML(XT:1450G, NA 0.93)사의 노광장비를 사용해 노광을 한 다음 TMAH(2.38wt% 수용액)으로 현상하였다. 그리고 FE-SEM을 사용하여 60nm의 라인 앤드 스페이스(line and space) 패턴을 고찰하였다. 노광량의 변화에 따른 EL(expose latitude) 마진과 광원과의 거리변동에 따른 DoF(depth of focus) 마진을 고찰하였다. 그 결과를 표 2에 기재하였다.      The sample solutions prepared in Comparative Examples 1 and 2 were coated on a silicon wafer coated with aluminum by spin-coating and baked at 200 ° C. for 60 seconds to form a film having a thickness of 1500 Å. The ArF photoresist was coated on the formed film, baked at 110 ° C. for 60 seconds, exposed to light using an exposure equipment of ASML (XT: 1450G, NA 0.93), and developed using TMAH (2.38 wt% aqueous solution). And the line and space pattern of 60nm was examined using FE-SEM. The margin of focus (DoF) margin due to the variation of the exposure latitude (EL) margin and the distance between the light source was investigated. The results are shown in Table 2.

Figure pat00053
Figure pat00053

상기 표 2에서 보는 바와 같이 실시예 1 내지 5의 샘플용액으로 얻어진 필름은 패턴 프로파일이나 마진면에서 양호한 결과를 보였다. 이에 비하여 비교예 1 및 2에 따른 샘플용액으로 제조된 필름은 패턴 프로파일이나 마진면에서 상대적으로 불리한 결과를 확인하였고 이는 ArF(193nm) 파장에서의 흡수특성의 차이에 기인한 것으로 판단된다.
As shown in Table 2, the films obtained with the sample solutions of Examples 1 to 5 showed good results in terms of pattern profile and margin. On the other hand, the films prepared with the sample solutions according to Comparative Examples 1 and 2 were found to be relatively disadvantageous in the pattern profile or margin, which may be due to the difference in absorption characteristics at ArF (193 nm) wavelength.

에치Etch 선택성 평가 Selectivity evaluation

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 및 2에서 만들어진 샘플용액을 각각 알루미늄이 입혀진 실리콘웨이퍼 위에 스핀-코팅법으로 코팅하여 60초간 200℃ 에서 구워서 두께 1500Å 의 필름을 형성시켰다. 형성된 각각의 필름 위에 ArF용 포토레지스트를 코팅하고 110℃ 에서 60초간 굽고 ASML(XT:1450G, NA 0.93)사의 노광장비를 사용해 각각 노광을 한 다음 TMAH(2.38wt% 수용액)으로 각각 현상하여 60nm의 라인 앤드 스페이스(line and space) 패턴을 얻었다. The sample solutions prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 were respectively coated on a silicon wafer coated with aluminum by spin-coating to bake at 200 ° C. for 60 seconds to form a film having a thickness of 1500 Å. The ArF photoresist was coated on each of the formed films, baked at 110 ° C. for 60 seconds, exposed to light using an ASML (XT: 1450G, NA 0.93) exposure apparatus, and then developed using TMAH (2.38 wt% aqueous solution), respectively. A line and space pattern was obtained.

비교예 1 및 2에서 만들어진 샘플용액을 알루미늄이 입혀진 실리콘웨이퍼 위에 스핀-코팅법으로 코팅하여 60초간 200℃ 에서 구워서 두께 1500Å 의 필름을 형성시켰다. 형성된 필름 위에 ArF용 포토레지스트를 코팅하고 110℃에서 60초간 굽고 ASML(XT:1450G, NA 0.93)사의 노광장비를 사용해 노광을 한 다음 TMAH(2.38wt% 수용액)으로 현상하하여 60nm의 라인 앤드 스페이스(line and space) 패턴을 얻었다.  The sample solutions prepared in Comparative Examples 1 and 2 were coated on a silicon wafer coated with aluminum by spin-coating and baked at 200 ° C. for 60 seconds to form a film having a thickness of 1500 Å. The ArF photoresist was coated on the formed film, baked at 110 ° C. for 60 seconds, exposed using ASML (XT: 1450G, NA 0.93) exposure equipment, and developed under TMAH (2.38 wt% aqueous solution) to give 60 nm line and space. (line and space) patterns were obtained.

얻어진 패턴화된 시편을 CHF3/CF4 혼합가스를 사용하여 각각 드라이 에칭을 진행하고 이어서 BCl3/Cl2 혼합가스를 사용하여 드라이 에칭을 다시 각각 진행하였다. 마지막으로 O2가스를 사용하여 남아 있는 유기물을 모두 제거한 다음, FE-SEM으로 단면을 각각 고찰하였다. 그 결과를 표 3에 기재하였다.The obtained patterned specimens were subjected to dry etching using CHF 3 / CF 4 mixed gas, respectively, followed by dry etching using BCl 3 / Cl 2 mixed gas, respectively. Finally, the remaining organics were removed using O 2 gas, and then the sections were examined by FE-SEM. The results are shown in Table 3.

필름 제조에 사용된 샘플Samples Used to Make Film 에칭 후 패턴 모양Pattern shape after etching 비교예 1Comparative Example 1 테이퍼진 모양, 거친 표면Tapered shape, rough surface 비교예 2Comparative Example 2 테이퍼진 모양, 거친 표면Tapered shape, rough surface 실시예 1Example 1 수직모양Vertical shape 실시예 2Example 2 수직모양Vertical shape 실시예 3Example 3 수직모양Vertical shape 실시예 4Example 4 수직모양Vertical shape 실시예 5Example 5 수직모양Vertical shape

상기 표 3의 결과로부터 실시예 1 내지 5의 샘플용액으로 제조된 패턴화된 시편은 양호한 에치 프로파일을 가짐을 확인할 수 있었으며, 이는 우수한 선택비를 가짐을 보여주는 것이다. 이에 비하여 비교예 1 및 2의 샘플용액으로 제조된 패턴화된 시편은 에치 평가결과 에치 프로파일에서 테이퍼 현상을 확인할 수 있었고, 이는 해당 에치 조건에서의 선택비가 부족하기 때문인 것으로 판단된다.From the results of Table 3, it was confirmed that the patterned specimens prepared with the sample solutions of Examples 1 to 5 had a good etch profile, which shows an excellent selectivity ratio. On the other hand, the patterned specimens prepared with the sample solutions of Comparative Examples 1 and 2 were able to confirm the taper phenomenon in the etch profile as a result of the etch evaluation, which is considered to be due to the lack of selectivity under the etch conditions.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

Claims (16)

화학식 1-1로 표시되는 반복단위와 하기 화학식 1-2로 표시되는 반복단위를 포함하는 레지스트 하층막용 방향족 고리 함유 화합물:

[화학식 1-1]
Figure pat00054

상기 화학식 1-1에서,
m은 1 ≤ m < 190의 범위에 있고.
p는 1 또는 2의 정수이고,
Ar는 방향족 고리(aromatic ring)기이고,
X는 히드록시기(-OH), 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알콕시기 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴 옥시기이고,
Ra는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C8 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기 또는 할로겐기임,
[화학식 1-2]
Figure pat00055

상기 화학식 1-2에서,
n은 1 ≤ n < 190의 범위에 있고,
Ra 및 Rc는 서로 동일하거나 상이하며, 수소, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C8 사이클로알킬기 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이고, 단 Ra 및 Rc는 동시에 수소는 아님.
An aromatic ring-containing compound for a resist underlayer film comprising a repeating unit represented by Formula 1-1 and a repeating unit represented by Formula 1-2 below:

[Formula 1-1]
Figure pat00054

In Chemical Formula 1-1,
m is in the range 1 ≦ m <190.
p is an integer of 1 or 2,
Ar is an aromatic ring group,
X is a hydroxy group (-OH), a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkoxy group or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl oxy group,
R a is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C8 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, or a halogen group ,
[Formula 1-2]
Figure pat00055

In Chemical Formula 1-2,
n is in the range of 1 ≦ n <190,
R a and R c are the same as or different from each other, and are hydrogen, a substituted or unsubstituted C3 to C8 cycloalkyl group, or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, provided that R a and R c are not simultaneously hydrogen.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1-2에서 n은 1 ≤ n < 40의 범위에 있는 레지스트 하층막용 방향족 고리 함유 화합물.
The method of claim 1,
N in the above formula 1-2 is an aromatic ring containing compound for resist underlayer film in the range of 1 ≤ n <40.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1-2에서 n은 1 ≤ n < 20의 범위에 있는 레지스트 하층막용 방향족 고리 함유 화합물.
The method of claim 1,
In Formula 1-2, n is an aromatic ring-containing compound for resist underlayer films in the range of 1 ≦ n <20.
제1항에 있어서,
상기 Ar은 하기 화학식 2 내지 13중 어느 하나의 화학식으로 표현되는 작용기인 레지스트 하층막용 방향족 고리 함유 화합물:
[화학식 2]
Figure pat00056

[화학식 3]
Figure pat00057

[화학식 4]
Figure pat00058

[화학식 5]
Figure pat00059

[화학식 6]
Figure pat00060

[화학식 7]
Figure pat00061

[화학식 8]
Figure pat00062

[화학식 9]
Figure pat00063

[화학식 10]
Figure pat00064

[화학식 11]
Figure pat00065

[화학식 12]
Figure pat00066

[화학식 13]
Figure pat00067

상기 화학식 2 내지 13에서,
R1 내지 R44는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 알킬기, 아릴기, 알케닐기 또는 할로겐기이고,
h1 내지 h44는 각각 독립적으로 0 내지 k-2이다(여기서 k는 각각의 방향족 고리에 존재할 수 있는 H의 총수에 대응한다).
The method of claim 1,
Ar is an aromatic ring-containing compound for a resist underlayer film which is a functional group represented by one of the following Chemical Formulas 2 to 13
(2)
Figure pat00056

(3)
Figure pat00057

[Chemical Formula 4]
Figure pat00058

[Chemical Formula 5]
Figure pat00059

[Formula 6]
Figure pat00060

[Formula 7]
Figure pat00061

[Chemical Formula 8]
Figure pat00062

[Formula 9]
Figure pat00063

[Formula 10]
Figure pat00064

(11)
Figure pat00065

[Formula 12]
Figure pat00066

[Formula 13]
Figure pat00067

In Chemical Formulas 2 to 13,
R 1 to R 44 are each independently hydrogen, a hydroxy group, an alkyl group, an aryl group, an alkenyl group or a halogen group,
h1 to h44 are each independently 0 to k-2, where k corresponds to the total number of H that may be present in each aromatic ring.
제1항에 있어서,
상기 방향족 고리 함유 화합물은 중량 평균 분자량이 2,000 내지 10,000인 것인 레지스트 하층막용 방향족 고리 함유 화합물.
The method of claim 1,
The said aromatic ring containing compound is an aromatic ring containing compound for resist underlayer films whose weight average molecular weights are 2,000-10,000.
하기 화학식 1-1로 표시되는 반복단위와 하기 화학식 1-2로 표시되는 반복단위를 포함하는 방향족 고리 함유 화합물 및 유기 용매를 포함하는 레지스트 하층막 조성물:
[화학식 1-1]
Figure pat00068

상기 화학식 1-1에서,
m은 1 ≤ m < 190의 범위에 있고.
p는 1 또는 2의 정수이고,
Ar는 방향족 고리(aromatic ring)기이고,
X는 히드록시기(-OH), 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알콕시기 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴 옥시기이고,
Ra는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C8 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C10 알케닐기 또는 할로겐기임,
[화학식 1-2]
Figure pat00069

상기 화학식 1-2에서,
n은 1 ≤ n < 190의 범위에 있고,
Ra 및 Rc는 서로 동일하거나 상이하며, 수소, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C8 사이클로알킬기 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이고, 단 Ra 및 Rc는 동시에 수소는 아님.
A resist underlayer film composition comprising an aromatic ring-containing compound and an organic solvent comprising a repeating unit represented by the following Formula 1-1 and a repeating unit represented by the following Formula 1-2:
[Formula 1-1]
Figure pat00068

In Chemical Formula 1-1,
m is in the range 1 ≦ m <190.
p is an integer of 1 or 2,
Ar is an aromatic ring group,
X is a hydroxy group (-OH), a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkoxy group or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl oxy group,
R a is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C8 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C10 alkenyl group, or a halogen group ,
[Formula 1-2]
Figure pat00069

In Chemical Formula 1-2,
n is in the range of 1 ≦ n <190,
R a and R c are the same as or different from each other, and are hydrogen, a substituted or unsubstituted C3 to C8 cycloalkyl group, or a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, provided that R a and R c are not simultaneously hydrogen.
제6항에 있어서,
상기 화학식 1-2에서 n은 1 ≤ n < 40의 범위에 있는 레지스트 하층막 조성물.
The method of claim 6,
N in the formula 1-2 is a resist underlayer film composition in the range of 1 ≤ n <40.
제6항에 있어서,
상기 화학식 1-2에서 n은 1 ≤ n < 20의 범위에 있는 레지스트 하층막 조성물.
The method of claim 6,
N in the formula 1-2 is a resist underlayer film composition in the range of 1 ≤ n <20.
제6항에 있어서,
상기 Ar은 하기 화학식 2 내지 13중 어느 하나의 화학식으로 표현되는 작용기인 레지스트 하층막 조성물:
[화학식 2]
Figure pat00070

[화학식 3]
Figure pat00071

[화학식 4]
Figure pat00072

[화학식 5]
Figure pat00073

[화학식 6]
Figure pat00074

[화학식 7]
Figure pat00075

[화학식 8]
Figure pat00076

[화학식 9]
Figure pat00077

[화학식 10]
Figure pat00078

[화학식 11]
Figure pat00079

[화학식 12]
Figure pat00080

[화학식 13]
Figure pat00081

상기 화학식 2 내지 13에서,
R1 내지 R44는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 알킬기, 아릴기, 알케닐기 또는 할로겐기이고,
h1 내지 h44는 각각 독립적으로 0 내지 k-2이다(여기서 k는 각각의 방향족 고리에 존재할 수 있는 H의 총수에 대응한다).
The method of claim 6,
Ar is a resist underlayer film composition which is a functional group represented by the formula of any one of Formulas 2 to 13:
(2)
Figure pat00070

(3)
Figure pat00071

[Chemical Formula 4]
Figure pat00072

[Chemical Formula 5]
Figure pat00073

[Formula 6]
Figure pat00074

[Formula 7]
Figure pat00075

[Chemical Formula 8]
Figure pat00076

[Formula 9]
Figure pat00077

[Formula 10]
Figure pat00078

(11)
Figure pat00079

[Formula 12]
Figure pat00080

[Formula 13]
Figure pat00081

In Chemical Formulas 2 to 13,
R 1 to R 44 are each independently hydrogen, a hydroxy group, an alkyl group, an aryl group, an alkenyl group or a halogen group,
h1 to h44 are each independently 0 to k-2, where k corresponds to the total number of H that may be present in each aromatic ring.
제6항에 있어서,
상기 방향족 고리 함유 화합물의 혼합물의 함량은 1 내지 20 중량%인 레지스트 하층막 조성물.
The method of claim 6,
The content of the mixture of the aromatic ring-containing compound is 1 to 20% by weight of the resist underlayer film composition.
제6항에 있어서,
상기 레지스트 하층막 조성물은 계면활성제를 추가로 포함하는 것인 레지스트 하층막 조성물.
The method of claim 6,
The resist underlayer film composition is a resist underlayer film composition further comprising a surfactant.
제6항에 있어서,
상기 레지스트 하층막 조성물은 가교 성분을 추가로 포함하는 것인 레지스트 하층막 조성물.
The method of claim 6,
The resist underlayer film composition is a resist underlayer film composition further comprising a crosslinking component.
(a) 기판 상에 재료 층을 형성하는 단계;
(b) 상기 재료 층 위에 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 레지스트 하층막 조성물을 사용하여 하층막을 형성하는 단계;
(c) 상기 하층막 층 위에 레지스트 층을 형성하는 단계;
(d) 상기 레지스트 층이 형성된 기판을 노광하는 단계;
(e) 상기 노광된 기판을 현상하는 단계; 및
(f) 상기 현상된 기판을 에칭하는 단계
를 포함하는 소자의 패턴 형성 방법.
(a) forming a material layer on the substrate;
(b) forming an underlayer film on the material layer using the resist underlayer film composition according to any one of claims 6 to 12;
(c) forming a resist layer on the underlayer film layer;
(d) exposing the substrate on which the resist layer is formed;
(e) developing the exposed substrate; And
(f) etching the developed substrate
Pattern forming method of the device comprising a.
제13항에 있어서,
상기 (c) 레지스트 층을 형성하는 단계 이전에 상기 레지스트 하층막 위에 실리콘 함유 레지스트 하층막을 형성시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 소자의 패턴 형성 방법.
The method of claim 13,
And (c) forming a silicon-containing resist underlayer film on the resist underlayer film prior to forming the resist layer.
제13항에 있어서,
상기 (c) 레지스트 층을 형성하는 단계 이전에 반사방지층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것인 소자의 패턴 형성 방법.
The method of claim 13,
And (c) forming an anti-reflective layer prior to forming the resist layer.
제13항에 있어서,
상기 소자는 반도체 집적회로 디바이스인 소자의 패턴 형성 방법.
The method of claim 13,
And the device is a semiconductor integrated circuit device.
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