KR20150015261A - Composition for the formation of a protective thin film having high heat resistance and chemical resistance, and method for preparing a protective thin film using same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 커플링 화합물을 포함하는 고내열성 및 고내화학성의 보호박막 조성물 및 이를 이용하여 보호박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a protective film composition having high heat resistance and high chemical resistance including a coupling compound and a method for producing a protective film using the same.
기존에 디스플레이 소자 또는 반도체 소자에 평탄화막, 절연재 또는 보호박막의 용도로 사용되는 유기 합성물은 아크릴계 또는 이미드계 조성물이 대부분을 차지한다. 아크릴계 조성물은 합성이 용이하고, 가공성 및 소자적용 시 코팅성능 등은 우수하나 내열성, 내화학성 등의 특성이 일부분 제한되며, 이미드계 조성물은 내열성, 내화학성 등의 특성은 우수하나, 합성법 및 가공 방법이 까다롭고 낮은 용해도로 인해 사용 용매가 제약되는 한계점이 있다.Conventionally, organic or imide-based compositions used for a flattening film, an insulating material, or a protective thin film for a display device or a semiconductor device occupy the majority of the composition. The acrylic composition is easy to synthesize, and has excellent processability and coating performance when applied to a device, but its properties such as heat resistance and chemical resistance are limited to a certain extent. The imide-based composition has excellent properties such as heat resistance and chemical resistance, There are limitations in that solvents are restricted due to this difficult and low solubility.
이에, 본 발명자들은 합성이 용이하며 우수한 내열성, 용해성 및 내화학성을 나타내는 커플링 화합물을 발견하였으며, 이를 이용하여 디스플레이 소자 또는 반도체 소자의 평탄화막, 절연재 또는 보호박막의 형성에 사용되는 경화성 수지 조성물을 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.
Thus, the present inventors have found a coupling compound which is easy to synthesize and exhibits excellent heat resistance, solubility and chemical resistance, and using this, a curable resin composition used for forming a flattening film, an insulating material or a protective thin film of a display device or a semiconductor device The present invention has been completed.
따라서, 본 발명의 목적은 우수한 내열성, 용해성 및 내화학성을 나타내는 보호박막 조성물을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a protective thin film composition which exhibits excellent heat resistance, solubility and chemical resistance.
본 발명의 다른 목적은 상기 보호박막 조성물을 이용하여 보호박막을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for producing a protective thin film using the protective thin film composition.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법에 따라 제조된 보호박막을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a protective thin film produced according to the above method.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 보호박막 조성물을 포함하는 반도체 소자를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a semiconductor device comprising the protective thin film composition.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing the semiconductor device.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 갖는 방향족 화합물을 포함하는 보호박막 조성물을 제공한다:In order to accomplish the above object, the present invention provides a protective thin film composition comprising an aromatic compound having a repeating unit represented by the following formula (1):
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 식에서,In this formula,
A는 A is
로 이루어진 군에서 선택되고, , ≪ / RTI >
여기서 R1은 히드록시기 또는 -OR (이때 R은 C1 -10 알킬기 또는 C6 -10 아릴기이다)이고, Wherein R 1 is hydroxy or -OR (wherein R is C 1 -10 alkyl group or a C 6 -10 aryl group),
R2는 수소, 히드록시기, -OR (이때 R은 C1-10 알킬기 또는 C6-10 아릴기이다), C1-5 알킬기, C6-10 아릴기, 니트로기(-NO2), 또는 -NR'R'' (이때, R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-5 알킬기이다)이다.
R 2 is hydrogen, a hydroxy group, -OR (wherein R is a C 1-10 alkyl group or a C 6-10 aryl group), a C 1-5 alkyl group, a C 6-10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ) -NR'R " wherein R 'and R " are each independently hydrogen or a C 1-5 alkyl group.
상기 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상기 보호박막 조성물을 기재 위에 코팅한 후 열처리하는 것을 포함하는, 보호박막의 제조 방법을 제공한다.In order to accomplish the above other objects, the present invention provides a method for manufacturing a protective thin film, comprising coating the protective thin film composition on a substrate and then performing heat treatment.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상기 방법에 따라 제조된 보호박막을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a protective thin film produced according to the above method.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 갖는 방향족 화합물을 포함하는 보호박막 조성물을 포함하는 절연막을 포함하는 반도체 소자를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including an insulating film including a protective thin film composition comprising an aromatic compound having a repeating unit represented by the general formula (1).
상기 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명은, According to another aspect of the present invention,
반도체 기판 상에 식각 대상층을 형성하는 단계;Forming an etching target layer on a semiconductor substrate;
상기 식각 대상층 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a mask pattern on the etch target layer; And
상기 마스크 패턴을 사용하여, 상기 식각 대상층을 패터닝하는 단계를 포함하며, And patterning the etching target layer using the mask pattern,
상기 마스크 패턴이 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 갖는 방향족 화합물을 포함하는 보호박막 조성물을 포함하는, 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
Wherein the mask pattern comprises an aromatic compound having a repeating unit represented by the formula (1).
본 발명에 따른 보호박막 조성물로부터 얻어진 보호박막은 300℃ 이상의 고온에서도 열변형 없이 형상을 유지하고, 산, 염기 또는 유기용매에 대해 우수한 내화학성을 나타낼 뿐만 아니라, 플라즈마 처리 시에도 노출 계면의 형상을 유지할 수 있으므로, 하부 재료에 대해 보호박막으로서 우수한 기능을 수행할 수 있다.
The protective thin film obtained from the protective thin film composition according to the present invention maintains its shape without thermal deformation even at a high temperature of 300 ° C or higher and exhibits excellent chemical resistance to an acid, a base or an organic solvent. In addition, It is possible to perform an excellent function as a protective thin film against the underlying material.
도 1은 일 실시예에 따라 제조된 보호박막 조성물을 포함하는 반도체 소자의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2 내지 7은 일 실시예에 따라 제조된 반도체 소자의 제조 공정별 단면도를 나타낸 것이다.
<부호의 설명>
100: 반도체 기판
200: 소자부
310: 제 1 층간 절연막
320: 제 2 층간 절연막
330: 제 3 층간 절연막
410: 제 1 배선층
420: 제 2 배선층
500: 원하는 소자 패턴
501: 식각 대상층
600: 마스크패턴
601: 마스크층
700: 포토레지스트 패턴1 shows a cross-sectional view of a semiconductor device comprising a protective thin film composition prepared according to one embodiment.
2 to 7 are cross-sectional views of semiconductor devices manufactured according to one embodiment of the present invention.
<Description of Symbols>
100: semiconductor substrate
200:
310: a first interlayer insulating film
320: a second interlayer insulating film
330: a third interlayer insulating film
410: first wiring layer
420: second wiring layer
500: desired device pattern
501: etch target layer
600: mask pattern
601: mask layer
700: photoresist pattern
본 발명은 고온 또는 화합물 노출 등에 보호박막을 형성하기 위한 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 보호박막 조성물은 하부 재료의 표면보호 및 선택적인 화학 처리를 목적으로 한다.
The present invention relates to a composition for forming a protective thin film at high temperature or exposure to a compound, and the protective thin film composition of the present invention is intended for surface protection of a lower material and selective chemical treatment.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 갖는 방향족 화합물을 포함하는 보호박막 조성물을 제공한다:The present invention provides a protective thin film composition comprising an aromatic compound having a repeating unit represented by the following formula (1):
상기 식에서,In this formula,
A는 A is
로 이루어진 군에서 선택되고, , ≪ / RTI >
여기서 R1은 히드록시기 또는 -OR (이때 R은 C1-10 알킬기 또는 C6-10 아릴기이다)이고, Wherein R 1 is a hydroxy group or -OR, wherein R is a C 1-10 alkyl group or a C 6-10 aryl group,
R2는 수소, 히드록시기, -OR (이때 R은 C1-10 알킬기 또는 C6-10 아릴기이다), C1-5 알킬기, C6-10 아릴기, 니트로기(-NO2), 또는 -NR'R'' (이때, R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-5 알킬기이다)이다.
R 2 is hydrogen, a hydroxy group, -OR (wherein R is a C 1-10 alkyl group or a C 6-10 aryl group), a C 1-5 alkyl group, a C 6-10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ) -NR'R " wherein R 'and R " are each independently hydrogen or a C 1-5 alkyl group.
바람직하게는, A는 로 이루어진 군에서 선택되고, R1은 히드록시기 또는 -OCH3이고, R2는 히드록시기, -NH2 또는 -OCH3이다.
Preferably, A is , R 1 is a hydroxy group or -OCH 3 , and R 2 is a hydroxy group, -NH 2 or -OCH 3 .
상기 방향족 화합물은 유기용매 중에서 상기 A로 표시되는 화합물을 1,3,5-트리옥산과 통상적인 반응조건 하에서 커플링 반응시킴으로써 제조될 수 있으며, 바람직하게는 커플링 반응시 산(예: 톨루엔술폰산)을 첨가할 수 있다.
The aromatic compound may be prepared by coupling reaction of the compound represented by the formula A with 1,3,5-trioxane under an ordinary reaction condition in an organic solvent, preferably an acid such as toluenesulfonic acid ) Can be added.
상기 방향족 화합물은 중량 평균 분자량이 1,000 내지 20,000, 예를 들어 1,000 내지 10,000인 것을 특징으로 한다.The aromatic compound has a weight average molecular weight of 1,000 to 20,000, for example, 1,000 to 10,000.
상기 방향족 화합물은 350℃ 이상의 고온에서 잔류분(중량%)이 93% 이상으로 나타나 우수한 내열성을 가질 뿐만 아니라, 실온에서 다양한 유기 용매 중에서 완전히 용해되는 우수한 용해성을 나타낸다 (실험예 1 및 2).
The aromatic compounds exhibit a residual content (wt%) of not less than 93% at a high temperature of 350 ° C or higher, and exhibit excellent heat resistance and excellent solubility, which are completely dissolved in various organic solvents at room temperature (Experimental Examples 1 and 2).
본 발명의 보호박막 조성물은 상기 방향족 화합물 이외에 시클로헥사논, 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 (Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate, PGMEA), γ-부티로락톤 (γ-Butyrolactone, GBL), N-메틸-1,2-피롤리돈 (NMP), 클로로포름, 톨루엔 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 용매를 더 포함할 수 있다. The protective thin film composition of the present invention may contain, in addition to the above aromatic compounds, cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA),? -Butyrolactone (GBL) A solvent selected from the group consisting of 2-pyrrolidone (NMP), chloroform, toluene, and mixtures thereof.
본 발명의 조성물은 총 중량을 기준으로 0.1 내지 30중량%의 방향족 화합물, 및 70 내지 99.9중량%의 용매를 포함할 수 있다.
The composition of the present invention may comprise from 0.1 to 30% by weight of the aromatic compound, and from 70 to 99.9% by weight of the solvent, based on the total weight.
또한, 본 발명은 상기 보호박막 조성물을 기재 위에 코팅한 후 열처리하는 것을 포함하는 보호박막의 제조 방법을 제공한다. The present invention also provides a method for producing a protective thin film, comprising coating the protective thin film composition on a substrate and then heat-treating the substrate.
상기 제조 방법에서 코팅법은 당업계에 널리 공지된 방법이면 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 스핀-온-코팅, 슬릿 코팅, 바(Bar) 코팅 또는 스프레이 코팅법 등의 코팅법일 수 있다.The coating method may be used without limitations as long as it is well known in the art, and may be a coating method such as spin-on-coating, slit coating, bar coating or spray coating.
상기 보호박막 조성물의 도포 두께나 열처리 조건 등은 특별히 한정되지는 않지만, 보호박막 조성물은 10 nm 내지 5 ㎛의 두께로 기재 위에 도포될 수 있으며, 200 내지 600℃, 바람직하게는 240 내지 400℃에서 1 내지 5분 동안 열처리되어 경화됨으로써 보호박막을 형성할 수 있다. 이렇게 제조된 보호박막은 10 nm 내지 5,000 nm, 바람직하게는 50 nm 내지 500 nm의 최종 두께를 가질 수 있다. The thickness of the protective thin film composition and the heat treatment conditions are not particularly limited, but the protective thin film composition may be applied on the substrate to a thickness of 10 nm to 5 탆, and the protective thin film composition may be applied at 200 to 600 캜, preferably 240 to 400 캜 Treated for 1 to 5 minutes to be cured to form a protective thin film. The protective film thus prepared may have a final thickness of 10 nm to 5,000 nm, preferably 50 nm to 500 nm.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 본 발명의 보호박막 조성물은 스핀 코팅법으로 코팅하여 350℃에서 2분간 열처리될 수 있으며, 약 350 nm 두께의 보호박막을 형성한다.
According to one embodiment of the present invention, the protective thin film composition of the present invention can be heat-treated at 350 ° C for 2 minutes by coating with a spin coating method to form a protective thin film having a thickness of about 350 nm.
이렇게 제조된 본 발명의 보호박막은, 금속류 기계 부품의 표면 처리, 전기 부품의 포장재, 디스플레이 또는 반도체공정의 보호박막으로 적용 가능하며, 상세하게는 평판 디스플레이 소자, 반도체 공정에서의 평탄화막, 보호막, 절연재, 하부막질의 선택적 처리를 위한 마스크 등으로 사용될 수 있다.
The protective thin film of the present invention thus fabricated can be applied to a surface treatment of metal mechanical parts, a packaging material for electrical parts, a protective film for displays or semiconductor processes, and more particularly to a flat panel display device, a planarizing film, Insulating material, a mask for selective treatment of the underlying film, and the like.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 보호박막을 포함하는 반도체 소자를 제공한다. 구체적으로 본 발명은 화학식 1로 표시되는 반복단위를 갖는 방향족 화합물을 포함하는 보호박막 조성물을 포함하는 절연막을 포함하는 반도체 소자를 제공한다.The present invention also provides a semiconductor device comprising a protective thin film produced by the above method. Specifically, the present invention provides a semiconductor device comprising an insulating film comprising a protective thin film composition comprising an aromatic compound having a repeating unit represented by the general formula (1).
보다 자세하게, 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 반도체 소자는 반도체 기판(100), 소자부(200), 층간 절연막들(310, 320 및 330) 및 배선층들(410, 420 및 430)을 포함할 수 있다.1, a semiconductor device according to an embodiment includes a
상기 반도체 기판(100)은 실리콘 기판일 수 있다. 상기 반도체 기판(100)은 산화 실리콘층 등과 같은 절연층을 포함할 수 있다.The
상기 소자부(200)는 상기 반도체 기판(100) 상에 형성된다. 상기 소자부는 트랜지스터, 이미지 센서 또는 커패시터일 수 있다.The
상기 층간 절연막들(310, 320 및 330)은 상기 반도체 기판(100) 상에 형성된다. 예를 들어, 제 1 층간 절연막(310)이 상기 반도체 기판(100) 상에 형성된다. 상기 제 1 층간 절연막(310)은 상기 소자부(200)를 덮는다.The
또한, 제 2 층간 절연막(320)은 상기 제 1 층간 절연막(310) 상에 형성된다. 상기 제 2 층간 절연막(320)은 제 1 배선층(410)을 덮는다.Also, a second
상기 제 3 층간 절연막(330)은 상기 제 2 층간 절연막(320) 상에 형성된다. 상기 제 3 층간 절연막(330)은 제 2 배선층(420)을 덮는다.The third
상기 제 1 배선층(410)은 상기 제 1 층간 절연막(310) 상에 배치된다. 상기 제 1 배선층(410)은 상기 소자부(200)와 연결된다.The
상기 제 2 배선층(420)은 상기 제 2 층간 절연막(320) 상에 배치된다. 상기 제 2 배선층(420)은 상기 소자부(200) 및/또는 상기 제 1 배선층(410)과 연결된다.The
상기 제 1 층간 절연막(310), 상기 제 2 층간 절연막(320) 및 상기 제 3 층간 절연막(330)은 앞서 설명한 실시예들 또는 뒤에 설명될 실시예에 따른 보호박막 조성물을 포함할 수 있다.The first
더 자세하게, 상기 제 1 층간 절연막(310)이 형성되기 위해서, 상기 반도체 기판(100) 상에 상기 소자부(200)가 형성된 후, 본 실시예들에 따른 보호박막 조성물이 코팅된다. 상기 보호박막 조성물은 스핀-온-코팅, 슬릿 코팅, 바(Bar) 코팅 또는 스프레이 코팅법 등의 코팅법 등에 의해서 코팅될 수 있다.More specifically, in order to form the first
이후, 상기 코팅된 보호박막 조성물은 열 경화 공정 등에 의해서 경화되고, 상기 제 1 층간 절연막(310)이 형성될 수 있다.Thereafter, the coated protective thin film composition is cured by a heat curing process or the like, and the first
마찬가지 방식으로, 상기 제 2 층간 절연막(320) 및 상기 제 3 층간 절연막(330)이 형성될 수 있다.
In the same manner, the second
또한, 본 발명은 반도체 기판 상에 식각 대상층을 형성하는 단계; 상기 식각 대상층 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 마스크 패턴을 사용하여, 상기 식각 대상층을 패터닝하는 단계를 포함하며, 상기 마스크 패턴은 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 갖는 방향족 화합물을 포함하는 보호박막 조성물을 포함하는, 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an etching target layer on a semiconductor substrate; Forming a mask pattern on the etch target layer; And a step of patterning the etching target layer using the mask pattern, wherein the mask pattern comprises a protective film composition comprising an aromatic compound having a repeating unit represented by the formula (1) .
도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예들에 따른 보호박막 조성물을 사용하여 반도체 소자를 제조할 수 있다. As shown in FIGS. 2 to 7, a semiconductor device can be manufactured using the protective thin film composition according to the present embodiments.
도 2를 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 식각 대상층(501)이 형성된다. 상기 식각 대상층(501)은 금속층 또는 실리콘 층일 수 있다.Referring to FIG. 2, an
도 3을 참조하면, 상기 식각 대상층(501) 상에 마스크 층(601)이 형성된다. 상기 마스크 층(601)은 본 실시예들에 따른 보호박막 조성물을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 식각 대상층(501) 상에 상기 보호박막 조성물이 코팅된다. 이후, 상기 코팅된 보호박막 조성물은 경화되고, 상기 마스크 층(601)이 형성된다.Referring to FIG. 3, a
도 4를 참조하면, 상기 마스크층 상(601)에 포토레지스트 층이 형성되고, 상기 포토레지스트 층은 노광 공정 및 현상 공정을 거친다. 이에 따라서, 상기 마스크 층(601) 상에 포토레지스트 패턴(700)이 형성된다.Referring to FIG. 4, a photoresist layer is formed on the
도 5를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(700)을 통하여, 상기 마스크 층(601)이 패터닝된다. 이에 따라서, 마스크 패턴(600)이 형성된다.Referring to FIG. 5, the
도 6을 참조하면, 상기 마스크 패턴(600)을 통하여, 상기 식각 대상층(501)이 식각되고, 상기 반도체 기판(100) 상에 원하는 소자 패턴(500)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6, the
도 7을 참조하면, 상기 마스크 패턴(600) 및 상기 포토레지스트 패턴(700)은 제거된다. 이후, 상기 소자 패턴(500) 상에 추가적인 층이 형성되고, 반도체 소자가 형성될 수 있다. Referring to FIG. 7, the
이와 같이, 본 실시예에 따른 보호박막 조성물이 사용되어, 상기 마스크 패턴이 형성되고, 상기 마스크 패턴을 통하여, 반도체 소자가 형성될 수 있다.
Thus, the protective thin film composition according to the present embodiment can be used to form the mask pattern, and the semiconductor device can be formed through the mask pattern.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 본 발명의 조성물을 이용하여 형성시킨 보호박막은 형상이 전체적으로 양호하다. 또한, 산, 염기 및 유기 용매 등에 노출되어도 박막 및 두께 변화가 없어 우수한 화학 내성을 나타내며, 플라즈마 에칭 공정에서도(플라즈마에 노출되어도) 박막의 소모 속도가 느리게 나타날 뿐만 아니라 에칭된 이후에도 박막의 갈라짐 현상이나 박리 등의 형상이 나타나지 않아 하부막질의 보호박막 및 마스크 등으로 유용하게 사용될 수 있다(실험예 3 내지 5 참고).
According to one embodiment of the present invention, the protective film formed using the composition of the present invention has a good overall shape. In addition, even when exposed to acids, bases and organic solvents, there is no change in thin film and thickness and excellent chemical resistance is exhibited. In addition, the plasma etching process (even when exposed to plasma) slows down the thin film consumption rate, Peeling and the like are not shown, so that they can be effectively used as protective films and masks of lower film quality (see Examples 3 to 5).
[실시예][Example]
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.
실시예 1: 보호박막 방향족 화합물의 제조Example 1 Preparation of Protective Thin Film Aromatic Compounds
500ml 3구 둥근 플라스크에 온도계, 콘덴서, 적가깔대기를 구비하여 준비한 후 120℃의 오일 항온조에 담구었다. 이 항온조를 핫플레이트 위에 올리고, 교반 자석을 사용하여 교반을 실시하였다. 이때 콘덴서의 냉각수 온도는 10℃로 고정하였다. A 500 ml three-necked round flask was equipped with a thermometer, condenser, dropping funnel, and then immersed in an oil bath at 120 ° C. The thermostat was placed on a hot plate, and stirring was performed using a stirring magnet. At this time, the cooling water temperature of the condenser was fixed at 10 ° C.
상기 3구 플라스크에 0.22mol의 비나프톨(1,1'-Bi-2-Naphthol) 63.0g, 0.286mol의 트리옥산(1,3,5-Trioxane) 25.8g 및 용매로서 212g의 시클로헥사논(Cyclohexanone)을 넣고 상기 혼합물을 녹였다. 이어 11mmol의 파라톨루엔술폰산(p-Toluenesulfonic acid monohydrate) 2.1g을 첨가하여 12 시간 동안 교반하여 반응을 진행하였다. 이때, 반응기의 온도는 120℃로 유지되었다. To the three-necked flask, 63.0 g of 0.22 mol of binaphthol (1,1'-Bi-2-Naphthol), 25.8 g of 0.286 mol of trioxane (1,3,5-trioxane) and 212 g of cyclohexanone Cyclohexanone) was added and the mixture was dissolved. Then, 2.1 g of p-toluenesulfonic acid monohydrate (11 mmol) was added, followed by stirring for 12 hours. At this time , the temperature of the reactor was maintained at 120 캜.
반응이 진행되는 동안에, 상기 반응 혼합물로부터 시료를 채취하여 그 시료의 중량 평균 분자량을 측정하였다. 원하는 중량 평균 분자량에 도달하였을 때를 반응 완료 시점으로 결정하였으며, 반응물을 상온에서 서서히 냉각하여 반응을 종료시켰다.During the reaction, a sample was taken from the reaction mixture and the weight average molecular weight of the sample was measured. When the desired weight average molecular weight was reached, the reaction time was determined as the completion time, and the reaction was gradually cooled at room temperature to terminate the reaction.
80:20 중량비의 노말헥산: 에탄올 혼합용액 600g을 준비한 후, 여기에 상기에서 수득한 반응물을 교반 하면서 적가하였다. 이때 얻어지는 상등액은 제거하고, 플라스크 바닥면에 응집된 중합체만을 얻어 내었다. 이어, 진공 오븐에서 80℃에서 24시간 동안 건조시켜 잔류 용매와 불순물을 제거하여 방향족 화합물을 수득하였다.600 g of an 80:20 weight ratio n-hexane: ethanol mixed solution was prepared, and then the reactant obtained above was added dropwise with stirring. The supernatant obtained at this time was removed and only the aggregated polymer was obtained on the bottom of the flask. The residue was then dried in a vacuum oven at 80 DEG C for 24 hours to remove residual solvent and impurities to yield an aromatic compound.
수득한 화합물을 겔투과 크로마토그래피 (Gel permeation chromatography, GPC)로 측정한 결과, 상기 화합물의 중량 평균 분자량은 3,500이었고 분산도는 1.9를 나타내었다.
The obtained compound was measured by gel permeation chromatography (GPC). As a result, the weight average molecular weight of the compound was 3,500 and the degree of dispersion was 1.9.
실시예 2: 보호박막 방향족 화합물의 제조Example 2: Preparation of a protective thin film aromatic compound
상기 실시예 1에서 0.22mol의 비나프톨 63.0g 대신 0.2mol의 디메톡시비나프탈렌(2,2'-Dimethoxy-1,1-Binaphthalene) 63.0g을 반응기에 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 화합물을 제조하였다.Example 1 was repeated except that 63.0 g of 0.22 mol of binaphthol was added to the reactor in Example 1 instead of 63.0 g of 0.2 mol of dimethoxy-1,1-Binaphthalene. Compounds were prepared in the same manner.
수득한 화합물을 THF 하의 GPC로 측정한 결과, 상기 화합물의 중량 평균 분자량은 2,200이었고 분산도는 2.1을 나타내었다.
The obtained compound was measured by GPC under THF. As a result, the compound had a weight average molecular weight of 2,200 and a dispersion degree of 2.1.
실시예 3: 보호박막 방향족 화합물의 제조Example 3: Preparation of a protective thin film aromatic compound
상기 실시예 1에서 0.22mol의 비나프톨 63.0g 대신 0.22mol의 아미노히드록시디나프틸 (2-Amino-2'-Hydoxy-1,1'-Binaphthyl) 62.8g을 반응기에 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 화합물을 제조하였다.Except that 62.8 g of 0.22 mol of 2-Amino-2'-Hydoxy-1,1'-Binaphthyl was added to the reactor instead of 63.0 g of 0.22 mol of binaphthol in Example 1 , The compound was prepared in the same manner as in Example 1.
수득한 화합물을 THF 하의 GPC로 측정한 결과, 상기 화합물의 중량 평균 분자량은 1,900이었고 분산도는 2.2를 나타내었다.
The obtained compound was measured by GPC under THF, and as a result, the weight average molecular weight of the compound was 1,900 and the degree of dispersion was 2.2.
실시예 4: 보호박막 방향족 화합물의 제조Example 4 Preparation of a Protective Thin Film Aromatic Compound
500ml 3구 둥근 플라스크에 온도계, 콘덴서, 적가깔대기를 구비하여 준비한 후 140℃의 오일 항온조에 담구었다. 이 항온조를 핫플레이트 위에 올리고, 교반 자석을 사용하여 교반을 실시하였다. 이때 콘덴서의 냉각수 온도는 10℃로 고정하였다. A 500 ml three-necked round flask was equipped with a thermometer, a condenser and a dropping funnel, and then immersed in an oil bath at 140 ° C. The thermostat was placed on a hot plate, and stirring was performed using a stirring magnet. At this time, the cooling water temperature of the condenser was fixed at 10 ° C.
상기 3구 플라스크에 0.17mol의 디히드록시비안트라센(2,2'-Dihydroxy-1,1'-Bianthracene) 65.7g, 0.22mol의 트리옥산 19.9g 및 용매로서 207g의 시클로헥사논을 넣고 상기 혼합물을 녹였다. 이어 17mmol의 파라톨루엔술폰산 3.23g을 첨가하여 24시간 동안 교반하여 반응을 수행하였다. 이때, 반응기의 온도는 140℃로 유지되었다. To the three-necked flask, 65.7 g of 0.17 mol of dihydroxy-1,1'-bianthracene, 19.9 g of 0.22 mol of trioxane and 207 g of cyclohexanone as a solvent were added, . Then, 3.23 g of 17 mmol of paratoluenesulfonic acid was added and the reaction was carried out by stirring for 24 hours. At this time, the temperature of the reactor was maintained at 140 占 폚.
반응이 진행되는 동안에, 상기 반응 혼합물로부터 시료를 채취하여 그 시료의 중량 평균 분자량을 측정하였다. 원하는 중량 평균 분자량에 도달하였을 때를 반응 완료 시점으로 결정하였으며, 반응물을 상온에서 서서히 냉각하여 반응을 종료시켰다.During the reaction, a sample was taken from the reaction mixture and the weight average molecular weight of the sample was measured. When the desired weight average molecular weight was reached, the reaction time was determined as the completion time, and the reaction was gradually cooled at room temperature to terminate the reaction.
80:20 중량비의 노말헥산: 에탄올 혼합용액 600g을 준비한 후 상기 반응물을 교반 하에서 적하하였다. 이때 얻어지는 상등액은 제거하고, 플라스크 바닥면에 응집된 중합체만을 얻어 내었다. 이어, 진공 오븐에서 80℃에서 24시간 동안 건조시켜 잔류 용매와 불순물을 제거하여 보호박막 방향족 화합물을 수득하였다.600 g of an 80:20 weight ratio n-hexane: ethanol mixed solution was prepared, and the reaction product was added dropwise with stirring. The supernatant obtained at this time was removed and only the aggregated polymer was obtained on the bottom of the flask. The residue was then dried in a vacuum oven at 80 DEG C for 24 hours to remove residual solvent and impurities to yield a protective thin film aromatic compound.
수득한 화합물을 THF 하의 GPC로 측정한 결과, 상기 화합물의 중량 평균 분자량은 1,700이었고, 분산도는 2.4를 나타내었다.
The obtained compound was measured by GPC under THF. As a result, the compound had a weight average molecular weight of 1,700 and a dispersion degree of 2.4.
비교예 1 Comparative Example 1
대한민국 특허공개 제2009-0130309호에 기재된 방식에 따라 보호박막 조성물을 제조하였다. A protective thin film composition was prepared according to the method described in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2009-0130309.
구체적으로, 충분히 건조된 교반기가 달린 밀폐 반응용기에서, 3,4-옥시디아닐린 3mmol을 탈수시킨 N-메틸-1,2-피롤리돈 (NMP) 7.3ml에 용해시킨 후, 이 용액에 멜로판산-2-무수물 분말 3mmol을 첨가하였다. 혼합물을 실온에서 3시간 동안 교반하여 투명하고 균일하고 점조인 선상 폴리이미드 전구체 용액을 얻었다. 이 선상 폴리이미드 전구체 용액을 10 내지 20wt% 정도로 적당히 희석한 후, 여기에 탈수 고리화 시약 (무수아세트산/피리딘=체적비 7/3) 10ml를 적하하고, 실온에서 12시간 동안 교반하여 이미드화하였다. 이렇게 얻어진 폴리이미드 용액을 대량 메탄올에 적하하고, 침전된 폴리이미드를 수거하여 건조함으로써 폴리이미드 분말을 얻었다.
Specifically, in a sealed reaction vessel equipped with a sufficiently dried stirrer, 3 mmol of 3,4-oxydianiline was dissolved in 7.3 ml of dehydrated N-methyl-1,2-pyrrolidone (NMP) And 3 mmol of p-toluenesulfonic acid-2-anhydride powder. The mixture was stirred at room temperature for 3 hours to obtain a clear, homogeneous, and tangent, linear polyimide precursor solution. This linear polyimide precursor solution was appropriately diluted to about 10 to 20 wt%, 10 mL of a dehydrating cyclization reagent (acetic anhydride / pyridine = volume ratio 7/3) was added dropwise, and the mixture was stirred at room temperature for 12 hours to imidize. The polyimide solution thus obtained was dropped into a large amount of methanol, and the precipitated polyimide was collected and dried to obtain a polyimide powder.
비교예Comparative Example 2 2
상기 비교예 1에서 디아민 성분으로 3,4'-옥시디아닐린 대신 2,2-비스(4-(4-아미노페녹시)페닐)프로판(BAPP)과 4,4-옥시디아닐린(4,4-ODA)을 병용 사용(공중합 조성= BAPP: 4,4-ODA = 70:30 (Mol 비))한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방식으로 수행하여 폴리이미드 분말을 얻었다.
In Comparative Example 1, 2,2-bis (4- (4-aminophenoxy) phenyl) propane (BAPP) and 4,4-oxydianiline -ODA) was used in combination (copolymerization composition = BAPP: 4,4-ODA = 70:30 (mol ratio)), a polyimide powder was obtained in the same manner as in Comparative Example 1.
실험예 1: 내열성 평가Experimental Example 1: Evaluation of heat resistance
상기 실시예 1 내지 4, 및 비교예 1 및 2에서 제조한 화합물을 각각 20mg씩 계량하여 열중량 분석장치를 사용하여 열안정성을 확인하였다. 열중량 분석장치는 브루커 AXS사의 TF-DTA2000을 사용하였으며, 질소 하, 승온 속도 10℃/분에서 온도 변화에 따른 질량감소분을 측정하였다. 결과를 하기 표 1에 나타내었다. The compounds prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were weighed in amounts of 20 mg each, and thermal stability was confirmed using a thermogravimetric analyzer. The thermogravimetric analyzer used was TF-DTA2000 from Bruker AXS, and the mass reduction was measured at a rate of 10 ° C / min under nitrogen. The results are shown in Table 1 below.
표 1에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 화합물의 잔류 중량은 350℃ 이상의 고온에서 93% 이상으로 나타나 우수한 내열성을 가짐을 알 수 있다.As shown in Table 1, the residual weight of the compounds of Examples 1 to 4 was 93% or more at a high temperature of 350 占 폚 or more, indicating excellent heat resistance.
실험예Experimental Example 2: 용해성 평가 2: Solubility evaluation
상기 실시예 1 내지 4, 및 비교예 1 및 2에서 제조한 화합물 분말 0.5g을 각종 용매 5g에 넣고, 실온에서 용해성을 확인하였다. 이때 용매로는 γ-부티로락톤 (GBL), 테트라하이드로퓨란, 시클로헥사논 (C.H), CP 혼합액 (시클로헥사논: PGMEA 50:50 wt% 혼합액), 및 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 (PGMEA)을 이용하였다. 결과는 표 2에 나타내었다. 0.5 g of the compound powder prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 was added to 5 g of various solvents and the solubility was confirmed at room temperature. As the solvent, a mixed solution of γ-butyrolactone (GBL), tetrahydrofuran, cyclohexanone (CH), CP mixture (cyclohexanone: PGMEA 50:50 wt%) and propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) Was used. The results are shown in Table 2.
표 2에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 화합물이 대부분의 용매에서 우수한 용해성을 나타냄을 확인할 수 있었다.As shown in Table 2, it was confirmed that the compounds of Examples 1 to 4 exhibited excellent solubility in most of the solvents.
○ : 실온에서 부분용해이나 가열시 완전용해
△ : 가열시 부분용해,
X : 불용?: Completely dissolved at room temperature,
○: Completely dissolved at partial melting at room temperature or heating
DELTA: Partial melting at the time of heating,
X: Insoluble
실험예Experimental Example 3: 박막의 형성 3: Thin film formation
상기 실시예 1 내지 4에서 제조한 화합물 0.5g을 시클로헥사논 4.5g에 넣어서 녹여 샘플 용액(보호박막 조성물)을 제조하였다. 상기에서 제조된 샘플 용액을 각각 8인치(inch) 실리콘 웨이퍼에 스핀 코팅법으로 코팅하고 350℃에서 2분간 베이크(Bake)하여 두께 300nm의 박막을 형성하였다. 0.5 g of the compound prepared in Examples 1 to 4 was dissolved in 4.5 g of cyclohexanone to prepare a sample solution (protective film composition). Each of the sample solutions prepared above was coated on an 8 inch silicon wafer by spin coating and baked at 350 ° C for 2 minutes to form a thin film having a thickness of 300 nm.
또한, 비교예 1 및 2에서 제조한 화합물 분말은 시클로헥사논 대신 NMP에 용해시킨 것을 제외하고는 상기와 동일한 방식으로 박막을 형성하였다. 박막 형성 결과를 표 3에 나타내었다. Further, the compound powders prepared in Comparative Examples 1 and 2 were formed into thin films in the same manner as described above, except that the compound powders were dissolved in NMP instead of cyclohexanone. The results of the thin film formation are shown in Table 3.
표 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 화합물을 이용하여 제조한 박막만이 박막 형상이 양호함을 알 수 있었다. As shown in Table 3, only the thin films prepared using the compounds of Examples 1 to 4 according to the present invention had good thin film shapes.
실험예Experimental Example 4: 박막의 화학 내성 평가 4: Chemical resistance evaluation of thin films
상기 실험예 3에서 제조된 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 및 2의 박막 시편을 실온 상태의 HCl 수용액(HCl: 물= 15:85 wt%), NaOH 수용액 (NaOH: 물= 15:85 wt%), 시클로헥사논 및 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트에 각각 2분간 담근 후, 박막의 상태 및 두께 변화 등을 관찰하여 화학 내성을 확인하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. The thin film specimens of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 prepared in Experimental Example 3 were immersed in a HCl aqueous solution (HCl: water = 15: 85 wt%) and NaOH aqueous solution (NaOH: water = 15: 85 wt %), Cyclohexanone and propylene glycol monomethyl ether acetate for 2 minutes, respectively, and the chemical resistance was confirmed by observing the state of the thin film and the change in thickness. The results are shown in Table 4 below.
표 4에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 화합물을 이용하여 제조한 박막 시편은 박막의 변화가 없었으며, 평가 전후의 두께 변화가 없는 것으로 나타나 양호한 내화학성을 가짐을 알 수 있었다.As shown in Table 4, the thin film samples prepared using the compounds of Examples 1 to 4 showed no change in the film thickness, and showed no change in thickness before and after the evaluation, indicating good chemical resistance.
△ : 육안상 미세한 변화가 있으며, 평가전후 두께변화가 1nm 이하임
X : 육안상 변화가 뚜렷함○: No change of the thin film in the naked eye, and no change in thickness before and after evaluation
?: There is a slight change in the naked eye, and the thickness change before and after evaluation is 1 nm or less
X: Sharp change with naked eye
실험예Experimental Example 5: 박막의 에칭 후 박막형상 평가 5: Evaluation of thin film shape after etching of thin film
상기 실험예 3에서 제조된 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 및 2의 박막 시편을 CH2F2/ CF4 혼합가스를 사용하여 플라즈마 에칭을 수행한 후 박막의 소모 속도를 측정하였다. 또한, 플라즈마 에칭 이후의 박막 형상의 변화를 평가하였다. 결과를 하기 표 5에 나타내었다. The thin film samples of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 prepared in Experimental Example 3 were subjected to plasma etching using a mixed gas of CH 2 F 2 / CF 4, and the consumption rate of the thin film was measured. Further, the change of the thin film shape after the plasma etching was evaluated. The results are shown in Table 5 below.
표 5에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 화합물을 이용하여 제조한 박막 시편이 비교예 1 및 2의 시편보다 박막의 소모속도가 느린 것으로 나타났으며, 에칭 후에도 박막의 갈라짐, 박리 등의 현상 없이 양호한 박막 형상을 나타내었다. 상기 결과를 바탕으로, 본 발명의 화합물을 이용하여 제조한 조성물은 플라즈마 사용 공정에서 하부 재료의 보호박막 또는 마스크 등으로 사용하기 적합함을 알 수 있다.As shown in Table 5, the thin film samples prepared using the compounds of Examples 1 to 4 showed slower consumption rates of the thin films than the samples of Comparative Examples 1 and 2, and even after the etching, And exhibited a good thin film shape without development. Based on the above results, it can be seen that the composition prepared using the compound of the present invention is suitable for use as a protective thin film or mask of a lower material in a plasma using process.
Claims (12)
[화학식 1]
상기 식에서,
A는
로 이루어진 군에서 선택되고,
여기서 R1은 히드록시기 또는 -OR (이때 R은 C1-10 알킬기 또는 C6-10 아릴기이다)이고,
R2는 수소, 히드록시기, -OR (이때 R은 C1-10 알킬기 또는 C6-10 아릴기이다), C1-5 알킬기, C6 -10 아릴기, 니트로기(-NO2), 또는 -NR'R'' (이때, R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소 또는 C1 -5 알킬기이다)이다.1. A protective thin film composition comprising an aromatic compound having a repeating unit represented by the following formula
[Chemical Formula 1]
In this formula,
A is
, ≪ / RTI >
Wherein R 1 is a hydroxy group or -OR, wherein R is a C 1-10 alkyl group or a C 6-10 aryl group,
R 2 is hydrogen, hydroxyl, -OR (wherein R is C 1-10 alkyl or C 6-10 aryl group), C 1-5 alkyl, C 6 -10 aryl group, a nitro group (-NO 2), or -NR'R " wherein R 'and R " are each independently hydrogen or a C 1 -5 alkyl group.
A는 로 이루어진 군에서 선택되고;
R1은 히드록시기 또는 -OCH3이고;
R2는 히드록시기, -NH2 또는 -OCH3인 보호박막 조성물.The method according to claim 1,
A is ≪ / RTI >
R 1 is a hydroxy group or -OCH 3 ;
R 2 is a hydroxy group, -NH 2 or -OCH 3 .
상기 방향족 화합물의 중량 평균 분자량이 1,000 내지 20,000인 보호박막 조성물.The method according to claim 1,
Wherein the aromatic compound has a weight average molecular weight of 1,000 to 20,000.
상기 조성물이 시클로헥사논, 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 (Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate, PGMEA), γ-부티로락톤 (γ-Butyrolactone, GBL), N-메틸-1,2-피롤리돈 (NMP), 클로로포름, 톨루엔 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 용매를 더 포함하는 보호박막 조성물.The method according to claim 1,
Wherein the composition is selected from the group consisting of cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA),? -Butyrolactone (GBL), N-methyl-1,2-pyrrolidone (NMP) , Chloroform, toluene, and a mixture thereof.
상기 조성물이 총 중량을 기준으로 0.1 내지 30중량%의 방향족 화합물 및 70 내지 99.9중량%의 용매를 포함하는 보호박막 조성물.5. The method of claim 4,
Wherein the composition comprises from 0.1 to 30% by weight of the aromatic compound and from 70 to 99.9% by weight of the solvent based on the total weight of the composition.
상기 코팅이 스핀-온-코팅, 슬릿 코팅, 바(Bar) 코팅 또는 스프레이 코팅법으로 수행되는 보호박막의 제조 방법. The method according to claim 6,
Wherein the coating is performed by a spin-on-coating, a slit coating, a bar coating or a spray coating method.
상기 열처리가 200 내지 600℃에서 수행되는 보호박막의 제조 방법.The method according to claim 6,
Wherein the heat treatment is performed at 200 to 600 ° C.
상기 보호박막이 10 nm 내지 5,000 nm의 두께를 갖는 보호박막.10. The method of claim 9,
Wherein the protective thin film has a thickness of 10 nm to 5,000 nm.
[화학식 1]
상기 식에서,
A는
로 이루어진 군에서 선택되고,
여기서 R1은 히드록시기 또는 -OR (이때 R은 C1-10 알킬기 또는 C6-10 아릴기이다)이고,
R2는 수소, 히드록시기, -OR (이때 R은 C1-10 알킬기 또는 C6-10 아릴기이다), C1-5 알킬기, C6-10 아릴기, 니트로기(-NO2), 또는 -NR'R'' (이때, R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-5 알킬기이다)이다.1. A semiconductor device comprising an insulating film comprising a protective thin film composition comprising an aromatic compound having a repeating unit represented by the following formula
[Chemical Formula 1]
In this formula,
A is
, ≪ / RTI >
Wherein R 1 is a hydroxy group or -OR, wherein R is a C 1-10 alkyl group or a C 6-10 aryl group,
R 2 is hydrogen, a hydroxy group, -OR (wherein R is a C 1-10 alkyl group or a C 6-10 aryl group), a C 1-5 alkyl group, a C 6-10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ) -NR'R " wherein R 'and R " are each independently hydrogen or a C 1-5 alkyl group.
상기 식각 대상층 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 마스크 패턴을 사용하여, 상기 식각 대상층을 패터닝하는 단계를 포함하며,
상기 마스크 패턴이 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 갖는 방향족 화합물을 포함하는 보호박막 조성물을 포함하는, 반도체 소자의 제조방법:
[화학식 1]
상기 식에서,
A는
로 이루어진 군에서 선택되고,
여기서 R1은 히드록시기 또는 -OR (이때 R은 C1 -10 알킬기 또는 C6 -10 아릴기이다)이고,
R2는 수소, 히드록시기, -OR (이때 R은 C1 -10 알킬기 또는 C6 -10 아릴기이다), C1-5 알킬기, C6 -10 아릴기, 니트로기(-NO2), 또는 -NR'R'' (이때, R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소 또는 C1 -5 알킬기이다)이다.Forming an etching target layer on a semiconductor substrate;
Forming a mask pattern on the etch target layer; And
And patterning the etching target layer using the mask pattern,
Wherein the mask pattern comprises an aromatic compound having a repeating unit represented by the following Chemical Formula 1:
[Chemical Formula 1]
In this formula,
A is
, ≪ / RTI >
Wherein R 1 is hydroxy or -OR (wherein R is C 1 -10 alkyl group or a C 6 -10 aryl group),
R 2 is hydrogen, hydroxyl, -OR (wherein R is C 1 -10 alkyl or C 6 -10 aryl group), C 1-5 alkyl, C 6 -10 aryl group, a nitro group (-NO 2), or -NR'R " wherein R 'and R " are each independently hydrogen or a C 1 -5 alkyl group.
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