KR20160146530A - 반도체 제조 공정에 사용하는 열안정성 및 저장안정성이 우수한 신규한 중합체, 이를 포함하는 하층막 조성물 및 이를 이용한 하층막의 형성 방법 - Google Patents

반도체 제조 공정에 사용하는 열안정성 및 저장안정성이 우수한 신규한 중합체, 이를 포함하는 하층막 조성물 및 이를 이용한 하층막의 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 및 디스플레이 제조 공정에 사용하는 하층막용 중합체, 이를 포함하는 반도체 및 디스플레이 제조 공정용 하층막 조성물 및 이를 이용한 반도체 및 디스플레이 제조 공정용 하층막의 형성 방법에 관한 것으로, 상기 중합체는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 중합체이다:
[화학식 1]
Figure pat00042

상기 화학식 1에서, Ar, R1 내지 R6, L, R' 및 R''은 발명의 상세한 설명에 기재된 바와 같다.

Description

반도체 제조 공정에 사용하는 열안정성 및 저장안정성이 우수한 신규한 중합체, 이를 포함하는 하층막 조성물 및 이를 이용한 하층막의 형성 방법{Novel polymer with a good heat resistance and Storage Stability, underlayer film composition containing the polymer and process for forming underlayer film using the composition}
본 발명은 반도체 및 디스플레이 제조 공정에 사용하는 신규한 구조의 중합체, 이를 포함하는 반도체 및 디스플레이 제조 공정용 하층막 조성물 및 이를 이용한 반도체 및 디스플레이 제조 공정용 하층막의 형성 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 본 발명의 신규 중합체는 최적화된 에치 선택비와 평탄화 특성을 동시에 가지고 있으므로, 이를 포함하는 하층막 조성물은 반도체 다층 리소그래피(lithography) 공정에 하드마스크로서 사용될 수 있다.
반도체 소자의 소형화 및 고집적화에 따라 패턴의 크기가 급속도로 작아짐에 따라, 포토레지스트 패턴의 쓰러짐 현상이 가장 큰 공정상의 난점으로 부각되었고, 이에 따라 필연적으로 고해상성을 이루고자 포토레지스트 막 두께가 점점 얇아지게 되었다. 그러나, 얇아진 포토레지스트를 가지고 형성된 패턴을 사용하여 충분한 에치 선택비를 갖고 피식각층을 식각하는 것은 매우 어렵게 되었고, 이에 따라 포토레지스트와 피식각층 사이에 식각(에치(etch)) 내성이 강한 무기물 혹은 유기물 막질을 도입하게 되었다. 이 막질을 하드마스크라 칭하며, 하드마스크 공정은 통상적으로 포토레지스트 패턴을 이용하여 하드마스크를 식각하여 패터닝한 후 하드마스크의 패턴을 이용하여 피식각층을 식각하는 공정을 말한다. 상기 하드마스크 공정에 이용되는 하드마스크의 재질은 다양한 막질이 이용되고 있으며 예로는 폴리실리콘, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시나이트라이드, 티타늄 나이트라이드, 무정형 탄소(amorphous carbon) 등이 있으며, 통상적으로 화학증기증착법(chemical vapor deposition: CVD)으로 제조된다.
상기 화학증기증착법에 의해 생성된 하드마스크는 에치 선택성이나 에치 내성에서 좋은 물성을 가지고 있으나, 파티클(particle) 발생, 단차가 큰 부분에서의 공극(void) 등의 문제점을 안고 있으며, 특히 높은 초기장비 투자비문제가 가장 초점이 되고 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로서, 상기 증착식 하드마스크 대신에, 반도체 라인 내, 포토 공정에서 사용되고 있는 트랙장비를 이용하여 쉽게 스핀 도포가 가능한 스핀온(spin on) 하드마스크 조성물의 개발 필요성이 대두되었고 이를 위한 구체적인 물질의 개발이 본격화 되고 있는 상황이다. 상기 스핀 코팅을 통해 형성되는 하드마스크(스핀온 하드마스크)는 에칭(etching) 내성 측면에서는 CVD공정을 통한 하드마스크와 같은 성능을 갖기에 난점을 지니고 있으나, 용액 상태의 코팅을 통하여 좀더 쉬운 박막 형성과, 향상된 코팅 균일성 및 박막 표면의 거칠기가 개선되는 등의 장점을 가지고 있다. 또한, 화학증기증착법 대비 초기 투자 비용이 적게 든다는 이점을 갖고 있기도 하다.
상기 언급한 바와 같이 최근 LSI(large scale integrated circuit)의 지속적인 고집적화에 따른 리소그라피 공정의 미세화는 기존의 가장 선단에 있는 아르곤 플루오라이드 액침 노광 포토레지스트로도 구현하는데 한계에 도달했고, 특히 30nm node 이하의 초미세패턴 공정을 진행하기 위해서는 리소그라피 공정에서 사용하는 포토레지스트의 해상도가 결정적인 중요인자로서 작용하게 되었다. 그러나 기존의 포토레지스트로서는 30nm 이하의 패턴을 구현하는데 한계가 있어 새로운 추가공정을 개발하여 이를 극복하고 있는 상황이다.
현재 개발된 많은 공정기술 중 실제 공정에 적용이 되고 있는 것은 두 번의 노광과 에칭 공정을 진행하는 더블패터닝 방법과 스페이서를 이용한 더블패터닝 공정(SPT)이 주류를 이루고 있으며 이 추가공정에 하드마스크의 역할로 사용하는 재료를 통칭적으로 하층막 조성물이라고 명명하고 있다. 주목할 점은 초기의 무정형 탄소를 대치하여 하드마스크로서 사용하고자 하는 것 외에도 새로운 고해상도를 구현하기 위한 공정인 더블패터닝(Double patterning) 공정이 ArF 리소그라피 공정의 전반을 주도하고 있는 상황에서 새로운 하드마스크 물질로서 사용량이 급격히 늘어나고 있다는 것이다 .이러한 하층막에 요구되는 가장 큰 물성으로는 높은 식각 내성 및 열적안정성, 일반적인 유기 용매에 대한 우수한 용해성, 저장안정성, 접착성 등의 특성과 더불어 우수한 코팅 균일도 등이 있다. 열안정성이 요구되는 이유는 하층막을 형성한 후 상부에 후속공정으로 고온에서의 진공증착 공정을 진행하기 때문이며, 일반적으로 내열성은 안정한 진공 증착 공정을 위해 400℃에서 낮은 고분자의 분해와 5% 이하의 막 감소를 요구하고 있다. 에칭 내성은 하층막으로서 최소 두께를 가지고 하부층을 식각하기 위한 또 하나의 매우 중요한 요소이다. 막의 두께가 두꺼울수록 자연적으로 패턴이 공정 중에 넘어질 수 있는 위험이 증가하기 때문이다. 에칭 내성은 중합체의 탄소함량이 높을수록 유리하지만 용매에 대한 용해도와 코팅 균일도 등을 고려할 때 82%이상이 적절하다.
종래에는 이와 같은 하층막 재료의 특성을 만족시키기 위하여, 조성물에 있어 고분자 물질은 주로, 탄소 함유량 및 극성이 높고, 열적 안정성이 높은 고분자가 주로 연구되었고 특히 폴리아마이드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아릴에테르, 그외 페놀계고분자 등등 다양한 연구가 이뤄지고 있다. 상기의 고분자들 중 일부는 충분한 고온안정성과 막 형성능력을 지니고 있는 것으로 확인되었으나 에칭 내성과 관련하여 원하는 수준의 탄소함량을 지닐 경우 급격한 용해도의 저하로 인하여 저장안정성 측면과 라인 내 혼용성 및 코팅균일도 측면에서 문제점을 나타내기도 한다. 이들 중 내열성 측면에서 부족한 물질은 낮은 열안정성으로 인해 공정 중에 가스발생량이 많은 단점을 또한 안고 있기도 하다.
즉, 하층막 조성물의 물성은 중합체의 특성에 따라 좌우된다. 특히 열안정성과 에칭 내성의 경우 중합체의 특성이 그대로 하층막 조성물의 특성에 반영된다. 열안정성의 경우 중합체 주쇄의 안정성에 의해 좌우되고, 에칭 내성의 경우 중합체에 존재하는 탄소의 함량이 높을수록 우수하다. 내열성이 우수한 중합체로는 폴리이미드, 폴리아마이드, 폴리아릴케톤 에테르 등을 들 수 있으나, 에칭 내성이 떨어지거나 일반적인 유기용매에 대하여 용해도가 낮아 하층막 재료로 사용하는데 한계가 있다.
한국 공개특허 10-2014-0123368 US 2007-0275325 A1
본 발명자들은 상기한 문제점을 보완하기 위해 폴리아릴케톤 에테르를 이용하여 변형된 새로운 중합체를 제조하는데 성공하였으며, 본 발명의 새로운 중합체의 경우 에칭 내성이 우수하고 열안정성이 우수할 뿐만 아니라 코팅 균일도 역시 만족할만한 결과를 보여 주었고 특히 높은 탄소함량에도 불구하고 통상적으로 반도체 공정에서 사용하는 유기용매에 대한 용해도가 높아 저장안정성 및 라인 혼용성의 특성을 획기적으로 향상시켰음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 우수한 열안정성, 에칭 내성 및 코팅 균일도가 뛰어난 하층막 형성용 중합체, 이를 포함하는 하층막 조성물 및 이를 이용한 하층막의 형성 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 중합체를 제공한다:
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
Ar은 (C6-C20)아릴렌이고;
R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소, (C1-C20)알킬, 나이트릴 또는 (C6-C20)아릴메틸이나, R1 내지 R6 중 적어도 하나는 (C6-20)아릴메틸이고;
L은 단일결합, (C1-C10)알킬렌 또는 (C6-C20)아릴렌이고, 상기 L의 알킬렌 및 아릴렌은 (C1-C20)알킬, (C6-C20)아릴 및 (C1-C20)알콕시로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있고;
R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소, (C1-C20)알킬, (C1-C20)알콕시 또는 (C6-C20)아릴이거나, 상기 R'과 R''는 (C2-C10)알케닐렌으로 연결되어 융합 고리를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 중합체를 포함하는 반도체 및 디스플레이 제조 공정용 하층막 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 중합체를 포함하는 반도체 및 디스플레이 제조 공정용 하층막 조성물을 웨이퍼 위에 도포하는 단계; 및 상기 하층막 조성물이 도포된 웨이퍼를 가열하는 단계;를 포함하는 반도체 및 디스플레이 제조 공정용 하층막의 형성 방법을 제공한다.
본 발명의 신규 중합체는 최적화된 에치 선택비와 평탄화 특성을 동시에 가지고 있으므로, 이를 포함하는 하층막 조성물은 반도체 다층 리소그래피(lithography) 공정에서 스핀 도포에 의해 하드마스크(스핀 온 카본(spin on carbon: SOC) 하드마스크)를 형성할 수 있다.
본 발명의 하층막 조성물은 신규 중합체로 인하여 우수한 에칭 내성, 열안정성 및 코팅 균일도를 보이고, 특히 높은 탄소함량에도 불구하고 유기용매에 대한 우수한 용해도를 지녀 저장안정성과 반도체 공정에서의 라인 혼용성을 획기적으로 향상시키는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명의 하층막 조성물을 이용하여 하층막을 형성한 후 포토리소그라피 공정 및 에칭 공정을 실시한 경우에도 패턴 구현도(pattern fidelity), CD(critical dimension) 균일도, 표면거칠기(surface roughness) 등의 측면에서 우수한 결과를 보였다.
도 1 - 포토리소그라피 공정 후 Mask CD Point Image
도 2 - 에칭공정 후 CD Point Image
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 반도체 및 디스플레이 제조 공정에서 사용되는 우수한 하층막 물성을 갖는 조성물을 제조하기 위한 핵심 재료로, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 중합체를 제공한다:
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 화학식 1에서,
Ar은 (C6-C20)아릴렌이고;
R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소, (C1-C20)알킬, 나이트릴 또는 (C6-C20)아릴메틸이나, R1 내지 R6 중 적어도 하나는 (C6-20)아릴메틸이고;
L은 단일결합, (C1-C10)알킬렌 또는 (C6-C20)아릴렌이고, 상기 L의 알킬렌 및 아릴렌은 (C1-C20)알킬, (C6-C20)아릴 및 (C1-C20)알콕시로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있고;
R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소, (C1-C20)알킬, (C1-C20)알콕시 또는 (C6-C20)아릴이거나, 상기 R'과 R''는 (C2-C10)알케닐렌으로 연결되어 융합 고리를 형성할 수 있다.
본 발명에 기재된 「알킬」 및 「알콕시」는 직쇄 또는 분쇄 형태를 모두 포함한다.
본 발명에 기재된 「아릴」은 하나의 수소 제거에 의해서 방향족 탄화수소로부터 유도된 유기 라디칼로, 각 고리에 적절하게는 4 내지 7개, 바람직하게는 5 또는 6개의 고리원자를 포함하는 단일 또는 융합고리계를 포함하며, 다수개의 아릴이 단일결합으로 연결되어 있는 형태까지 포함한다. 상기 아릴 라디칼의 구체적인 예로서는 페닐, 나프틸, 비페닐, 인데닐(indenyl), 플루오레닐, 페난트레닐, 안트라세닐, 트라이페닐레닐, 파이레닐, 크라이세닐, 나프타세닐과 같은 방향족 그룹을 포함한다.
본 발명의 중합체의 중량평균 분자량(Mw)은 500 이상이나, 코팅 균일도, 홀 매립 특성 및 용해도를 향상시키기 위한 측면에서 중합체의 중량평균 분자량은 500 내지 20,000인 것이 바람직하다.
본 발명의 중합체는 R1 내지 R6 중 적어도 하나, 바람직하게는 R1 내지 R6 중 적어도 둘, 더욱 바람직하게는 R1 내지 R6 중 적어도 넷은 (C6-C20)아릴메틸이다.
본 발명의 중합체 내 (C6-C20)아릴메틸의 치환량은 중합체의 중량평균분자량에 대해 10 내지 50 mol%일 수 있다.
본 발명의 중합체에서, Ar은 페닐렌, 나프틸렌 또는 안트릴렌이고; R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소, 메틸, 나이트릴, 벤질, 나프틸메틸, 안트릴메틸 또는 파이레닐메틸이고; L은 단일결합,
Figure pat00003
또는
Figure pat00004
이고; R11 및 R12는 각각 독립적으로 메틸, 에틸, 프로필 또는 페닐이고; R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소이거나, 상기 R'과 R''는 C4알케닐렌으로 연결되어 융합 고리를 형성할 수 있다.
본 발명의 중합체에서, Ar은 페닐렌 또는 나프틸렌이고; R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소 또는 벤질이고; L은
Figure pat00005
이고; R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소이거나, 상기 R'과 R''는 C4알케닐렌으로 연결되어 융합고리를 형성할 수 있다.
본 발명의 중합체는 에칭 내성, 열안정성 및 코팅 균일도가 우수하고, 최적화된 에치 선택비와 평탄화 특성을 동시에 가지고 있어 반도체 다층 리소그래피(lithography) 공정에 하드마스크로 사용가능하며, 중합체 내에 다수의 아릴메틸기를 포함하고 있어 높은 탄소 함량을 지님에도 불구하고 유기 용매에 대한 용해도가 우수하여 저장안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 높은 탄소 함량과 더불어 우수한 용해도를 지니기 위한 해결 방법으로 중합체의 알킬레이션을 통하여 일반적인 유기용제에 대한 우수한 용해 특성을 이루고자 하였고, 이를 위하여 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 갖는 신규한 내열성 중합체를 제조하였으며, 상기 제조된 중합체를 포함하는 하층막 조성물의 평가를 통하여 에칭내성, 열안정성 및 코팅 균일도가 뛰어난 것을 확인하였다. 특히 높은 탄소함량에도 불구하고 유기용매에 대한 좋은 용해도를 지녀 저장안정성과 반도체 공정에서의 라인 혼용성이 획기적으로 향상되었음 또한 확인되었다. 상기와 같은 우수한 하층막 물성을 갖는 조성물은 상기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 중합체를 이용하여 제조할 수 있다.
본 발명의 중합체는 공지의 화학 반응을 통해 합성될 수 있으며, 이의 제조과정을 하기 반응식 1 내지 3에 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
하기 반응식 1 내지 3에 예시한 바와 같이, 1) 페놀류 화합물 (S1)과 4,4'-디클로로벤조페논 (S2)을 이용하여 폴리아릴케톤 에테르(P1)를 제조하는 단계; 2) 상기 제조된 폴리아릴케톤 에테르(P1)의 케톤 작용기를 페놀 유도체와 반응시켜 하이드록실기를 갖는 중합체를 제조하는 단계; 및 3) 상기 2) 단계에서 제조된 중합체에 에칭 내성과 탄소 함량을 증가시킴과 동시에 용해도 특성 향상을 위하여 아릴메틸기를 도입하여 상기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 중합체 (P3)를 제조하는 단계;로 이루어지는 총 세 단계 반응을 통해 제조할 수 있다.
하기 반응식 1에 예시한 바와 같이, 폴리아릴케톤 에테르 중합체 (P1)는 두 개의 하이드록시기를 갖는 페놀류 화합물 (S1)과 4,4'-디클로로벤조페논 (S2)을 이용하여 합성할 수 있다. 일반적으로 사용하는 반응 촉매는 염기성 화합물로 K2CO3, NaOH, KOH, LiOH 등을 들 수 있다. 이 중합체의 경우 유기 용매에 대한 용해도가 낮아 중합 조절제(S3)를 사용하는 것이 유리하다. 중합 조절제로 하이드록시기가 하나 있는 페놀 유도체를 사용하면 에칭 내성에 도움이 될 수 있으며, 상기 페놀 유도체로는 페놀, 나프톨, 파이렌놀, 안트라센올 등을 들 수 있다.
[반응식 1]
Figure pat00006
[상기 반응식 1에서, R', R'' 및 L은 상기 화학식 1에서의 정의와 동일하고, X는 할로겐이고, Z는 (C6-C20)아릴이고, m은 1 이상의 정수이다.]
폴리아릴케톤 에테르를 제조하는데 적절한 두 개의 하이드록시기를 갖는 페놀 유도체 (S1)를 구체적으로 예를 들어 설명하면 하기 구조와 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00007
R은 각각 독립적으로 수소, (C1-C20)알킬, (C1-C20)알콕시 또는 (C6-C20)아릴이다.
폴리아릴케톤 에테르(P1)의 케톤 작용기는 일반적으로 반응성이 우수한 것으로 알려져 있다. 강한 산성 촉매 하에서 페놀 유도체 (S4)와 반응할 경우 페놀류의 오르소(ortho) 또는 파라(para) 위치가 케톤 작용기와 반응을 하게 된다. 구체적인 예를 화학 반응식으로 표현하면 하기 반응식 2와 같다.
[반응식 2]
Figure pat00008
[상기 반응식 2에서, R', R'' 및 L은 상기 화학식 1에서의 정의와 동일하고, Ar는 (C6-C20)아릴렌이고, Z는 (C6-C20)아릴이고, m은 1 이상의 정수이다.]
상기 반응식 2에서 얻은 중합체 (P2)는하층막 재료로 사용할 수도 있으나, 부가적으로 상기 중합체 (P2)의 에칭 내성을 향상시키기 위해서는 탄소 함량을 더 증가시킬 필요가 있다. 벤질기와 같은 아릴메틸기가 많이 치환될수록 화합물 내 탄소함량은 증가하게 된다. 탄소함량이 증가하면 건식 에칭내성이 향상되어 코팅막의 두께를 무리하게 올릴 필요가 없게 된다. 탄소함량을 더 증가하기 위해서는, 벤질기를 더 도입하거나 나프탈렌닐메틸기와 같이 아릴기가 큰 아릴메틸기 유도체를 도입할 수 있다. 탄소함량을 증가시키기 위해 아릴메틸기를 일부 도입함으로 인해 에칭 내성의 향상 뿐만 아니라 용해도가 획기적으로 증가되는 장점이 있다. 아릴메틸기를 도입하는 반응은 아릴메틸알콜 (S5)이나 아릴메틸메틸에테르 (S6)를 강산 존재 하에서 반응을 진행시키면 얻을 수 있다. 구체적인 예를 화학 반응식으로 표현하면 하기 반응식 3과 같다.
[반응식 3]
Figure pat00009
[상기 반응식 3에서, R', R'' 및 L은 상기 화학식 1에서의 정의와 동일하고, R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소 또는 벤질이나, R1 내지 R6 중 적어도 하나는 벤질이고, Ar는 (C6-C20)아릴렌이고, Z는 (C6-C20)아릴이고, m은 1 이상의 정수이다.]
벤질기와 같은 아릴메틸기를 도입하는 방법은 산 촉매 존재하에서 진행할 수 있다. 이때 사용되는 산 촉매는 특별히 한정되지는 않지만, 벤젠술폰산, 톨루엔술폰산, 나프탈렌술폰산 등의 (C6-C20)방향족 술폰산, 메탄술폰산, 에탄술폰산, 프로판술폰산 등의 (C1-C20)알칸 술폰산, 황산, 염산, 트리플루오로메탄 술폰산 등의 퍼플루오로(C1-C20)알칸 술폰산 등을 사용하여 반응을 진행시킬 수 있다. 물론 아릴메틸 할라이드를 이용할 경우 트리클로로알루미늄과 같은 루이스 산을 사용해도 무방하다. 산 촉매의 사용량은 전체 반응물 무게에 대해 0.01 중량%에서 10 중량%까지 사용할 수 있다. 사용양이 너무 적으면 반응속도가 느리고, 너무 많으면 제거에 어려움이 있다. 일반적으로는 0.1 중량%에서 5 중량%가 적절하다.
상기 아릴메틸기의 도입 반응온도는 80℃에서 200℃까지 다양하게 진행시킬 수 있으나, 110℃ 미만에서는 반응속도가 너무 느리고, 170℃를 초과할 경우에는 반응속도가 너무 빨라 색상변화가 심해지는 단점이 있다. 일반적인 반응온도는 110 내지 170℃가 바람직하며, 보다 바람직하게는 150℃ 전후가 적절하다고 할 수 있다.
상기 아릴메틸기의 도입 반응에 사용하는 용매는 사용하지 않아도 무방하지만, 일반적으로는 할로겐 화합물 또는 방향족 화합물을 사용할 수 있으나, 특별히 한정되지는 않는다. 할로겐 화합물로는 클로로벤젠 또는 디클로로벤젠 등을 들 수 있고, 방향족 화합물로는 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등을 들 수 있다. 반응이 끝난 후에는 비극성 용매인 헥산에서 침전시켜 여과한 후 진공 건조로 화합물을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 중합체를 포함하는 반도체 및 디스플레이 제조 공정용 하층막 조성물을 제공한다.
본 발명의 하층막 조성물에 있어서, 상기 중합체의 함량은 전체 조성물에 대하여 1 내지 50중량%, 바람직하게는 2 내지 30 중량%, 더욱 바람직하게는 3 내지 20 중량%로, 상기 중합체의 함량이 1중량% 미만이면, 원하는 두께의 하층막을 형성하지 못하거나 하층막이 균일하게 형성되지 않는 문제점이 발생될 수 있고, 상기 중합체의 함량이 50중량% 초과하면, 하층막이 균일하게 형성되지 않는 문제가 발생될 수 있다.
본 발명의 하층막 조성물은 실리콘 웨이퍼 등의 기판 위에 스핀 코팅(spin coating, 스핀 온 카본(spin on carbon)) 방법 등으로 하층막을 형성할 수 있는 것으로서, 상기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 중합체를 포함하고 있어 에칭 내성, 열안정성, 코팅 균일도, 표면 평탄화성, 패턴 가장자리의 균일성 및 패턴의 기계적 물성이 뛰어나 하드 마스크 공정 또는 웨이퍼 표면을 평탄하게 만드는 공정에 적용가능하다.
본 발명의 하층막 조성물은 상기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 중합체 이외에 유기 용매를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 하층막 조성물은 가교제, 산 촉매, 산 발생제, 소포제 및 계면활성제로부터 선택되는 하나 이상을 더 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 중합체를 상기 유기용매에 녹여 웨이퍼 상에 코팅한 후, 높은 온도에서 자체적으로 가교 반응을 진행할 수도 있지만, 일반적으로 가교제와 촉매를 첨가하여 가교반응을 진행하게 된다. 상기 중합체와 가교제 및 촉매를 용매에 녹인 조성물은 여과 과정을 거쳐 입자성 불순물을 완전히 제거해 준다.
본 발명의 하층막 조성물에 사용가능한 유기용매로는 상기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 중합체와 가교제 및 촉매를 잘 녹이는 것이면 어떤 것이든 무관하지만, 일반적으로 반도체 제조 공정에 사용하는 유기 용매로서, 사이클로헥사논, 2-헵탄논, 프로필렌글라이콜모노메틸 에테르, 프로필렌글라이콜모노메틸 아세테이트, 프로필렌글라이콜모노메틸에테르아세테이트, 감마-부티로락톤, 에틸 락테이트, 디메틸술폭사이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈 등을 사용할 수 있다. 그 외에 코팅 균일성을 향상시키기 위해 계면활성제를 추가로 사용할 수도 있다.
상기 가교제는 가교 반응을 유도하여 하층막을 더욱 경화시키기 위한 것으로서, 본 발명의 하층막 조성물에 사용가능한 가교제로는 한정이 있는 것은 아니나, 일례로 하기 화학식 2 내지 8로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00010
[화학식 3]
Figure pat00011
[화학식 4]
Figure pat00012
상기 화학식 4에서, R21 및 R22는 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 (C1-C3)알콕시기이고, R23은 (C1-C10)알킬기이다.
[화학식 5]
Figure pat00013
[화학식 6]
Figure pat00014
상기 화학식 6에서, R24, R25, R26 및 R27은 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 (C1-C3)알콕시기이고, R28 및 R29는 각각 독립적으로 수소원자, (C1-C10)알킬기 또는 할로(C1-C10)알킬기이다.
[화학식 7]
Figure pat00015
상기 화학식 7에서 R30, R31, R32 및 R33은 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 (C1-C3)알콕시기이다.
[화학식 8]
Figure pat00016
상기 화학식 8에서 R34, R35, R36, R37, R38 및 R39은 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 (C1-C3)알콕시기이다.
본 발명에서 사용가능한 가교제는 구체적으로 하기 구조로 예시될 수 있다.
Figure pat00017
상기 가교제의 사용량은 종류에 따라 약간의 차이가 있지만, 본 발명의 상기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 중합체 100 중량부에 대해 0.1 내지 30 중량부가 적절하다. 가교제를 너무 적게 사용하면 가교가 충분히 진행되지 않아 상부 유기물 코팅 공정에서 용매에 녹는 단점이 있고, 너무 많이 사용하면 가교제가 가교 후에도 남아 있어 흄(Fume)이 많이 발생되는 단점이 있다. 가교제의 사용량은 바람직하게는 본 발명의 상기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 중합체 100 중량부에 대해 0.1 내지 20 중량부, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 10 중량부이다.
가교 공정에서 가교 속도를 높이기 위해 가교 촉매를 사용할 수도 있다. 가교 촉매는 염기성 촉매보다 산 촉매 또는 산 발생제가 더 유리하게 작용한다.
상기 산 촉매 또는 산 발생제는 중합체의 가교 반응의 온도를 낮추어 주고 가교율을 향상시키기 위하여 첨가 되는 것으로, 본 발명에서 사용가능한 상기 산 촉매 또는 산 발생제로는 한정이 있는 것은 아니나, 일례로 하기 화학식 9 내지 14로 표시되는 화합물들 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
[화학식 9]
Figure pat00018
[화학식 10]
Figure pat00019
[화학식 11]
Figure pat00020
[화학식 12]
Figure pat00021
[화학식 13]
Figure pat00022
[화학식 14]
Figure pat00023
상기 산 촉매는 톨루엔 술폰닉산과 같은 강산과, 열에 의해 분해되어 산이 발생되는 잠재성 산 발생제로 나눌 수 있다. 조성물 제조에 있어서는 톨루엔술폰닉 산과 같은 강산을 사용하는 것보다 잠재성 산 발생제를 사용하는 것이 보관 안정성 면에서 유리하다. 강산을 사용할 경우 하층막 조성물의 보관안정성이 저하되는 단점이 있다. 상기 산 촉매 또는 산 발생제의 사용량은 상기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 중합체 100 중량부에 대해 0.01 내지 10 중량부가 적절하고 바람직하게는 0.05내지 5중량부, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 5 중량부가 적절하다. 이 또한 너무 적게 사용하면 경화속도가 느리게 진행되는 단점이 있는 반면에, 너무 많이 사용하면 경화물의 물성을 떨어지게 하는 단점이 있다. 특히 산의 세기가 크거나 많으면 흄이 많이 발생되는 단점이 있다.
본 발명에 따른 하층막 조성물은 통상의 스핀 코팅에 의해 막을 형성할 수 있는 막 형성(film-forming) 특성을 가진다.
또한, 본 발명은 상기 하층막 조성물을 이용하여 하층막을 형성하는 방법을 제공한다. 구체적으로 하층막 형성 방법은, 상기 하층막 조성물을 웨이퍼 위에 도포하는 단계; 및 상기 하층막 조성물이 도포된 웨이퍼를 베이킹하는 단계;를 포함한다.
상기 하층막 조성물을 스핀 코팅하고, 200 내지 450℃에서 30초 내지 3분간 베이킹하여 하층막을 형성할 수 있다. 베이킹 과정을 마친 웨이퍼는 다음 공정을 위해 사용된다. 또한, 코팅 공정, 하층막의 두께, 베이킹 온도 및 시간은 상기 범위로 한정되는 것이 아니라, 목적하고자 하는 바에 따라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 하층막 조성물을 이용한 패턴 형성 방법을 제공한다. 구체적으로 상기 패턴 형성 방법은 1) 알루미늄층이 형성된 실리콘 웨이퍼 등의 에칭되는 기판의 상부에 본 발명의 하층막 조성물을 이용하여 하층막을 형성하는 단계; 2) 상기 하층막 상부에 포토레지스트층을 형성하는 단계; 3) 상기 포토레지스트층을 소정 패턴으로 방사선에 노출시켜 상기 포토레지스트층에 방사선 노출된 영역의 패턴을 생성하는 단계; 4) 상기 패턴을 따라 상기 포토레지스트층 및 하층막을 선택적으로 제거하여 상기 패턴의 형태로 상기 기판을 노출시키는 단계; 및 5) 상기 기판의 노출된 부분을 에칭하는 단계를 포함한다.
상기 포토레지스트층의 패턴 형성은 TMAH 현상액(developer) 등의 통상적인 알칼리 수용액을 이용한 현상(develop)에 의하여 수행될 수 있고, 상기 하층막의 제거는 CHF3/CF4 혼합가스 등을 이용한 드라이 에칭에 의하여 수행될 수 있으며, 상기 기판의 에칭은 Cl2 또는 HBr 가스를 이용한 플라즈마 에칭에 의하여 수행될 수 있다. 여기서, 에칭 방법 등은 상기 내용으로 한정되는 것이 아니라, 공정 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명에 따라 형성된 하층막은 우수한 열안정성, 에칭 내성 및 코팅 균일도가 뛰어난 상기 화학식 1의 반복단위를 갖는 중합체에 의해 형성되는 것으로서, 열안정성, 에칭 내성 및 코팅 균일도가 우수하다. 또한, 상기 중합체의 높은 탄소 함량에도 불구하고 유기용매에 대한 용해도가 우수하여 획기적으로 향상된 저장안정성과 반도체 공정에서의 라인 혼용성을 가진다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(비교합성예 1)
플라스크에 9,9-비스(하이드록시페닐)플루오렌 35g, 4,4-디플루오로벤조페논 20.1g, 파이렌올 4.4g 그리고 포타슘카보네이트 34.5g을 디메틸아세트아마이드 240g에 녹인 후 150℃에서 6시간 동안 교반시켰다. 반응 진행이 완료되면 상온으로 냉각한 후 반응 혼합물을 과량의 2% 염산 수용액에 서서히 첨가하여 생성된 중합체를 침전시켰다. 침전된 중합체를 여과하고 과량의 탈이온수로 세척해준 후 여과하여 얻은 고체 성분을 90℃ 진공오븐에서 24시간 이상 건조시켜 중합체 A를 42g 얻었다[반응식 1 에 해당]. 상기 건조된 중합체를 GPC로 분석한 결과 폴리스티렌환산 중량평균 분자량이 3,200 이었다.
(비교합성예 2)
플라스크에 비교합성예 1에서 얻은 중합체 A 20g, 페놀 13.4g, 톨루엔술폰 산 1.7g 그리고 테트라하이드로나프탈렌 300g을 넣고 190℃까지 승온시켜 24시간 동안 교반시켰다. 반응 중에 생성되는 물은 Dean Stark 장치를 이용하여 제거하였다. 반응이 완전히 진행된 후 반응물을 상온으로 내린 후 에틸 아세테이트 300g으로 희석시킨 후 과량의 헥산/이소프로필알콜 (7/3) 용액에 서서히 첨가하여 중합체를 침전시켰다. 침전된 중합체를 여과하여 얻은 고체 성분을 90℃ 진공오븐에서 24시간 이상 건조시켜 중합체 B를 15g 얻었다[반응식 2에 해당]. 상기 건조된 중합체를 GPC로 분석한 결과 폴리스티렌환산 중량평균 분자량이 3,680 이었다.
(비교합성예 3)
비교합성예 2에 있어서 페놀 13.4g 대신에 나프톨 20.6g을 사용한 것 외에는 같은 방법으로 실시하여, 중합체 C를 17g 얻었다[반응식 2에 해당]. 건조된 중합체를 GPC로 분석한 결과 폴리스티렌환산 중량평균 분자량이 3,740 이었다.
(합성예 1)
플라스크에 비교합성예 2에서 얻은 중합체 B 10g, 벤질메틸 에테르 1.5g, 톨루엔술폰 산 0.05g 그리고 자일렌 60g을 넣고 130℃에서 6시간 동안 교반시켰다. 반응물을 상온으로 냉각하여 에틸 아세테이트 60g을 넣어 희석시키고, 이를 과량의 헥산용액에 서서히 첨가하여 합성된 중합체를 침전시켰다. 침전된 중합체를 여과하여 얻은 고체 성분을 90℃ 진공오븐에서 24시간 이상 건조시켜 중합체 D를 8g 얻었다[반응식 3에 해당]. 건조된 중합체를 GPC로 분석한 결과 폴리스티렌환산 중량평균 분자량이 4,100 이었으며, 벤질기의 치환량은 중량평균 분자량에 대해 20~40mol%이었다. 벤질기의 치환량은 GPC상의 분자량 증가에 따른 계산으로 측정가능하다.
(합성예 2)
플라스크에 비교합성예 2에서 얻은 중합체 B 10g, 나프탈렌메탄올 1g, 톨루엔술폰 산 0.05g 그리고 자일렌 60g을 넣고 130℃에서 6시간 동안 교반시켰다. 반응물을 상온으로 냉각하여 에틸 아세테이트 60g을 넣어 희석시키고, 이를 과량의 헥산용액에 서서히 첨가하여 합성된 중합체를 침전시켰다. 침전된 중합체를 여과하여 얻은 고체 성분을 90℃ 진공오븐에서 24시간 이상 건조시켜 중합체 E를 7.8g 얻었다[반응식 3에 해당]. 건조된 중합체를 GPC로 분석한 결과 폴리스티렌환산 중량평균 분자량이 4,300 이었으며, 벤질기의 치환량은 중량평균 분자량에 대해 20~35mol%이었다. 벤질기의 치환량은 GPC상의 분자량 증가에 따른 계산으로 측정가능하다.
[실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3]
하기 표 1의 조성대로 하층막 조성물을 제조하였다. 레진은 화합물 A 내지 E 중에서 1종을 선택하여 사용하였다.
가교제로는 화학식 2의 1,3,4,6-테트라키스(메톡시메틸)글리코루릴(1,3,4,6-tetrakis(methoxymethyl)glycoluril)을 사용하였고, 산 촉매로는 화학식 10의 피리디늄 톨루엔술폰네이트(pyridinium p-toluenesulfonate)를 사용하였다. 용매로는 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)를 사용하였다.
용매 50 g에 표 1의 성분 및 함량대로, 레진, 가교제 및 산 촉매를 녹인 후, 0.05 ㎛ 필터를 이용하여 입자성 불순물을 완전히 제거하였다.
레진 가교제 산 촉매
실시예 1 5 g (합성예 1의 D) - -
실시예 2 5 g (합성예 2의 E) 0.1 g 0.05 g
실시예 3 5 g (합성예 1의 D) 0.5 g 0.05 g
실시예 4 5 g (합성예 1의 D) 0.2 g 0.08 g
비교예 1 5 g (비교합성예 1의 A) - -
비교예 2 5 g (비교합성예 2의 B) - -
비교예 3 5 g (비교합성예 3의 C) - -
[시험예 1] 하층막의 형성
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3의 하층막 조성물을 웨이퍼 위에 스핀코팅한 후 250℃에서 60초간 베이킹한 후 표면을 육안 또는 SEM(Scanning Electron Microscope) 등을 이용하여 관찰하였다. 표면 관찰을 통해, 가교 정도, 표면 균일도, 크랙 유무에 대해 ◎ : 매우 우수, ○ : 우수, △ : 중간, × : 좋지 않음으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
또한, 용해도에 대해 PMA(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate), PM(Propylene Glycol Methyl Ether), EEP(Ethyl 3-ethoxypropionate) 또는 PMA/PM(부피비 3/7)의 혼합용매에 상기 하층막 조성물 각각을 20중량%로 각각 용해시켰을 때 각 용액의 투명한 정도를 ◎ : 매우 우수, ○ : 우수, △ : 중간, × : 좋지 않음으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
가교 정도 표면균일도 크랙유무 용해도
실시예 1 ○ ◎ ◎ ◎
실시예 2 ○ ◎ ◎ ◎
실시예 3 ◎ ○ ◎ ◎
실시예 4 ◎ ◎ ◎ ◎
비교예 1 △ △ △ x
비교예 2 ○ ○ ◎ ○
비교예 3 ○ ○ ◎ ○
상기 표 2의 결과를 통해 알 수 있듯이, 순수한 폴리아릴케톤 에테르 형태의 레진을 사용한 비교예 1의 경우에는 흄 발생이 많아 크랙이 관찰되었으며, 표면 균일도가 떨어짐이 확인되었다. 뿐만 아니라 용해도 특성 측면에서는 다른 실시예 및 비교예와 비교하면 현격히 떨어짐을 알 수 있다.
표면 균일도는 실시예 1 내지 4에서 보는 것과 같이 본 발명의 새로운 중합체를 사용한 경우가 확연하게 우수함을 알 수 있다. 알킬레이션(Alkylation)을 하지 않은 비교예 2 및 3에 비하여 상대적으로 실시예 1 및 2의 경우 표면 균일도의 성능향상이 이루어짐을 알 수 있었다. 비교예 1의 경우 용해도가 좋지 못한 관계로 표면의 균일도가 떨어진 경우이다.
[시험예 2] 패턴의 형성
상기 실시예 4의 하층막 조성물을 웨이퍼 위에 스핀코팅한 후 250℃에서 60초간 베이킹하여 두께 130 nm의 하층막을 형성한 후 상기 하층막 위에 ArF용 포토레지스트를 코팅하고 110℃ 에서 60초간 베이킹하여 두께 90 nm의 포토레지스트층을 형성하였다. 상기 포토레지스트층을 ArF 엑시머 레이저 스캐너((주)니콘 제조, NSR-S305B, NA=0.68, σ=0.85)를 사용해 노광(exposure)하고, 90℃에서 90초간 베이킹하였다. 그 후 TMAH(2.38wt% 수용액) 현상액(developer)으로 60초간 현상(develop)하여 포토레지스트 패턴을 얻었다[도 1]. 상기 얻어진 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하층막을 CHF3/CF4 혼합가스를 사용하여 드라이 에칭을 진행하고 이어서 BCl3/Cl2 혼합가스를 사용하여 드라이 에칭을 다시 진행하였다. 마지막으로 O2가스를 사용하여 남아 있는 유기물을 모두 제거하였다.
상기 실시예 4의 하층막 조성물을 이용하여 포토리소그라피 공정 후 및 에칭 공정 후 패턴 단면을 FE-SEM으로 각각 도 1 및 도 2에 도시하였으며, 이로부터 패턴 구현도(pattern fidelity), CD 균일도, 표면거칠기(surface roughness)등의 측면에서 우수한 성질을 보임을 알 수 있었다.
[시험예 3] 저장안정성 가속시험
상기 시험예 1에서 용해도 관련 실험과 동일하게 다양한 유기용매에 본 발명의 합성예 1과 2에서 제조된 중합체를 20중량%로 각각 용해시킨 다음, 50℃에서 방치 3주후 용액의 투명도를 관찰하여 저장안정성 가속시험을 수행하였다.
사용된 유기 용매 : E/L(Ethyl acetate), C/H(Cyclohexanone), NMP(N-Methylpyrrolidone), HBM(Methyl 2-hydroxyisobutyrate), PMA(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate), PM(Propylene Glycol Methyl Ether), EEP(Ethyl 3-ethoxypropionate) 또는 PMA/PM(부피비 3/7)의 혼합용매
본 발명의 중합체 모두는 일반적인 유기용제에 우수한 용해도 특성을 지닌 것으로 확인되었고 50℃에서의 저장안정성 가속시험 결과 3주 후에도 침전물 없이 안정한 것으로 확인되어 충분히 향상된 저장 안정성을 지닌 것으로 확인되었다.

Claims (11)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 중합체:
    [화학식 1]
    Figure pat00024

    상기 화학식 1에서,
    Ar은 (C6-C20)아릴렌이고;
    R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소, (C1-C20)알킬, 나이트릴 또는 (C6-C20)아릴메틸이나, R1 내지 R6 중 적어도 하나는 (C6-20)아릴메틸이고;
    L은 단일결합, (C1-C10)알킬렌 또는 (C6-C20)아릴렌이고, 상기 L의 알킬렌 및 아릴렌은 (C1-C20)알킬, (C6-C20)아릴 및 (C1-C20)알콕시로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있고;
    R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소, (C1-C20)알킬, (C1-C20)알콕시 또는 (C6-C20)아릴이거나, 상기 R'과 R''는 (C2-C10)알케닐렌으로 연결되어 융합 고리를 형성할 수 있다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 중합체의 중량평균 분자량은 500 내지 20,000인 중합체.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 중합체 내 (C6-C20)아릴메틸의 치환량은 중량평균 분자량에 대해 10 내지 50 mol%인 중합체.
  4. 제 1항에 있어서,
    Ar은 페닐렌, 나프틸렌 또는 안트릴렌이고; R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소, 메틸, 나이트릴, 벤질, 나프틸메틸, 안트릴메틸 또는 파이레닐메틸이고; L은 단일결합,
    Figure pat00025
    또는
    Figure pat00026
    이고; R11 및 R12는 각각 독립적으로 메틸, 에틸, 프로필 또는 페닐이고; R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소이거나, 상기 R'과 R''는 C4알케닐렌으로 연결되어 융합 고리를 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 중합체.
  5. 제 1항에 있어서,
    Ar은 페닐렌 또는 나프틸렌이고; R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소 또는 벤질이고; L은
    Figure pat00027
    이고; R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소이거나, 상기 R'과 R''는 C4알케닐렌으로 연결되어 융합고리를 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 중합체.
  6. 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 중합체를 포함하는 반도체 및 디스플레이 제조 공정용 하층막 조성물.
    [화학식 1]
    Figure pat00028

    상기 화학식 1에서,
    Ar은 (C6-C20)아릴렌이고;
    R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소, (C1-C20)알킬, 나이트릴 또는 (C6-C20)아릴메틸이나, R1 내지 R6 중 적어도 하나는 (C6-20)아릴메틸이고;
    L은 단일결합, (C1-C10)알킬렌 또는 (C6-C20)아릴렌이고, 상기 L의 알킬렌 및 아릴렌은 (C1-C20)알킬, (C6-C20)아릴 및 (C1-C20)알콕시로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있고;
    R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소, (C1-C20)알킬, (C1-C20)알콕시 또는 (C6-C20)아릴이거나, 상기 R'과 R''는 (C2-C10)알케닐렌으로 연결되어 융합 고리를 형성할 수 있다.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 중합체의 함량은 전체 조성물에 대하여 1 내지 50 중량%인 반도체 및 디스플레이 제조 공정용 하층막 조성물.
  8. 제 6항에 있어서,
    가교제, 산 촉매, 산 발생제, 소포제 및 계면활성제로부터 선택되는 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 및 디스플레이 제조 공정용 하층막 조성물.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 가교제는 하기 화학식 2 내지 8로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 및 디스플레이 제조 공정용 하층막 조성물.
    [화학식 2]
    Figure pat00029

    [화학식 3]
    Figure pat00030

    [화학식 4]
    Figure pat00031

    상기 화학식 4에서, R21 및 R22는 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 (C1-C3)알콕시기이고, R23은 (C1-C10)알킬기이다.
    [화학식 5]
    Figure pat00032

    [화학식 6]
    Figure pat00033

    상기 화학식 6에서, R24, R25, R26 및 R27은 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 (C1-C3)알콕시기이고, R28 및 R29는 각각 독립적으로 수소원자, (C1-C10)알킬기 또는 할로(C1-C10)알킬기이다.
    [화학식 7]
    Figure pat00034

    상기 화학식 7에서 R30, R31, R32 및 R33은 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 (C1-C3)알콕시기이다.
    [화학식 8]
    Figure pat00035

    상기 화학식 8에서 R34, R35, R36, R37, R38 및 R39은 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 (C1-C3)알콕시기이다.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 산 촉매 또는 산 발생제는 하기 화학식 9 내지 14로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 및 디스플레이 제조 공정용 하층막 조성물.
    [화학식 9]
    Figure pat00036

    [화학식 10]
    Figure pat00037

    [화학식 11]
    Figure pat00038

    [화학식 12]
    Figure pat00039

    [화학식 13]
    Figure pat00040

    [화학식 14]
    Figure pat00041
  11. 제 6항 내지 제 10항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 반도체 및 디스플레이 제조 공정용 하층막 조성물을 웨이퍼 위에 도포하는 단계; 및
    상기 하층막 조성물이 도포된 웨이퍼를 가열하는 단계;를 포함하는 반도체 및 디스플레이 제조 공정용 하층막의 형성 방법.
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