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KR20130078432A - 하드마스크 조성물용 모노머, 상기 모노머를 포함하는 하드마스크 조성물 및 상기 하드마스크 조성물을 사용하는 패턴형성방법 - Google Patents

하드마스크 조성물용 모노머, 상기 모노머를 포함하는 하드마스크 조성물 및 상기 하드마스크 조성물을 사용하는 패턴형성방법 Download PDF

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KR20130078432A
KR20130078432A KR1020110147384A KR20110147384A KR20130078432A KR 20130078432 A KR20130078432 A KR 20130078432A KR 1020110147384 A KR1020110147384 A KR 1020110147384A KR 20110147384 A KR20110147384 A KR 20110147384A KR 20130078432 A KR20130078432 A KR 20130078432A
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formula
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전환승
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제일모직주식회사
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Abstract

하기 화학식 1로 표현되는 하드마스크 조성물용 모노머, 상기 모노머를 포함하는 하드마스크 조성물 및 이를 사용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure pat00032

상기 화학식 1에서, A, A', L 및 n은 명세서에서 정의한 바와 같다.

Description

하드마스크 조성물용 모노머, 상기 모노머를 포함하는 하드마스크 조성물 및 상기 하드마스크 조성물을 사용하는 패턴형성방법{MONOMER FOR HARDMASK COMPOSITION AND HARDMASK COMPOSITION INCLUDING THE MONOMER AND METHOD OF FORMING PATTERNS USING THE HARDMASK COMPOSITION}
하드마스크 조성물용 모노머, 상기 모노머를 포함하는 하드마스크 조성물 및 상기 하드마스크 조성물을 사용하는 패턴형성방법에 관한 것이다.
　
최근 반도체 산업은 수백 나노미터 크기의 패턴에서 수 내지 수십 나노미터 크기의 패턴을 가지는 초미세 기술로 발전하고 있다. 　이러한 초미세 기술을 실현하기 위해서는 효과적인 리쏘그래픽 기법이 필수적이다.
전형적인 리쏘그래픽 기법은 반도체 기판 위에 재료층을 형성하고 그 위에 포토레지스트 층을 코팅하고 노광 및 현상을 하여 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 재료층을 식각하는 과정을 포함한다.
근래, 형성하고자 하는 패턴의 크기가 감소함에 따라 상술한 전형적인 리쏘그래픽 기법만으로는 양호한 프로파일을 가진 미세 패턴을 형성하기 어렵다. 　이에 따라 식각하고자 하는 재료층과 포토레지스트 층 사이에 일명 하드마스크 층(hardmask layer)이라고 불리는 층을 형성하여 미세 패턴을 형성할 수 있다.
하드마스크 층은 선택적 식각 과정을 통하여 포토레지스트의 미세 패턴을 재료 층으로 전사해주는 중간막으로서 역할을 한다. 　따라서 하드마스크 층은 다중 식각 과정 동안 견딜 수 있도록 내화학성, 내열성 및 식각 저항성 등의 특성이 요구된다.
한편, 근래 하드마스크 층은 화학기상증착 방법 대신 스핀-온 코팅(spin-on coating) 방법으로 형성하는 것이 제안되었다. 　스핀-온 코팅 방법은 용매에 대한 용해성을 가지는 하드마스크 조성물을 사용할 수 있다.
그러나 하드마스크 층에 요구되는 상술한 특성과 용해성은 서로 상충 관계에 있어서 이들을 모두 만족할 수 있는 하드마스크 조성물이 필요하다.
일 구현예는 용매에 대한 용해성을 확보하면서, 내화학성, 내열성 및 식각 저항성을 만족할 수 있는 하드마스크 조성물용 모노머를 제공한다.
다른 구현예는 상기 모노머를 포함하는 하드마스크 조성물을 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 하드마스크 조성물을 사용한 패턴 형성 방법을 제공한다.
일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표현되는 하드마스크 조성물용 모노머를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
A는 다환 방향족 기(polycycle aromatic group)이고,
A'는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고,
L은 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된　C1 내지 C6 알킬렌기이고,
n은 1 내지 5이다.
상기 화학식 1에서, A는 하기 그룹 1에 나열된 기 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[그룹 1]
Figure pat00002
상기 화학식 1에서, A'는 하기 그룹 2에 나열된 기 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[그룹 2]
Figure pat00003
상기 모노머는 하기 화학식 1a, 1b 또는 1c로 표현될 수 있다.
[화학식 1a]
Figure pat00004
[화학식 1b]
Figure pat00005
[화학식 1c]
Figure pat00006
상기 화학식 1a, 1b 또는 1c에서, L1　내지 L6는 각각 독립적으로 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기이다.
상기 모노머는 하기 화학식 1aa, 1bb 또는 1cc로 표현될 수 있다.
[화학식 1aa]
Figure pat00007
[화학식 1bb]
Figure pat00008
[화학식 1cc]
Figure pat00009
상기 모노머는 약 200　내지 3,000　의 분자량을 가질 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상술한 모노머, 그리고 용매를 포함하는 하드마스크 조성물을 제공한다.
상기 모노머는 상기 하드마스크 조성물 총 함량에　대하여　약 0.1　내지 30　중량%로　포함될 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 기판 위에 재료 층을 제공하는 단계, 상기 재료 층 위에 상기 하드마스크 조성물을 적용하는 단계, 상기 하드마스크 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계, 상기 하드마스크 층 위에 실리콘 함유 박막층을 형성하는 단계, 상기 실리콘 함유 박막층　위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 실리콘 함유 박막층 및 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계,　그리고 상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법을 제공한다.
상기 하드마스크 조성물을 적용하는 단계는 스핀-온　코팅 방법으로 수행할 수 있다.
상기 하드마스크 층을 형성하는 단계는 약 100　내지 500℃에서 열처리할 수 있다.
용매에 대한 용해성을 확보하면서, 내화학성, 내열성 및 식각 저항성을　만족할 수 있는 하드마스크 조성물을　제공한다.
이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 　그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자(F, Br, Cl 또는 I), 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C4 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15 사이클로알케닐기, C6 내지C15 사이클로알키닐기, C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '헤테로'란, N, O, S 및 P에서 선택된 헤테로 원자를 1개 내지 3개 함유한 것을 의미한다.
이하 일 구현예에 따른 하드마스크 조성물용 모노머를 설명한다.
일 구현예에 따른 하드마스크 조성물용 모노머는 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00010
상기 화학식 1에서, A, A', L 및 n의 정의는 다음과 같다.
상기 화학식 1에서, A는 융합된 두 개 이상의 방향족 고리를 가지는 다환 방향족 기(polycycle aromatic group)이다.
A는 예컨대 하기 그룹 1에 나열된 기 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[그룹 1]
Figure pat00011
상기 화학식 1에서, A'는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이다.
A'는 예컨대 하기 그룹 2에 나열된 기 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[그룹 2]
Figure pat00012
상기 화학식 1에서, L은 연결기로, 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기일 수 있다.
상기 화학식 1에서, n은 1 내지 5 이다.
상기 모노머는 다환 방향족 기를 가짐으로써 단단한(rigid) 특성을 가질 수 있다.
특히, 상기 모노머는 다환 방향족 기에 연결되어 있는　치환기가 히드록시메틸렌기와 히드록시아릴렌기를 가진 구조이며 두 작용기의 축합 반응을 바탕으로 증폭 가교가 가능하여 우수한 가교 특성을 나타낼 수 있다.　
따라서 상기 모노머는 열처리시 단시간 내에 높은 분자량의 고분자 형태로 가교됨으로써 우수한 기계적 특성, 내열 특성, 내화학성 및 식각 저항성과 같은 하드마스크 층에서 요구되는 특성을 나타낼 수 있다.
또한 상기 모노머는 치환기에 복수의 히드록시기를 포함함으로써 용매에 대한 용해성 또한 높아서 용액 형태로 제조되어 스핀-온 코팅으로 형성할 수 있다.
상기 모노머는 예컨대 하기 화학식 1a, 1b 또는 1c로 표현될 수 있다.
[화학식 1a]
Figure pat00013
[화학식 1b]
Figure pat00014
[화학식 1c]
Figure pat00015
상기 화학식 1a, 1b 또는 1c에서,
L1　내지 L6는 각각 독립적으로 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기이다.
상기 모노머는 예컨대 하기 화학식 1aa, 1bb 또는 1cc로 표현될 수 있다.
[화학식 1aa]
Figure pat00016
[화학식 1bb]
Figure pat00017
[화학식 1cc]
Figure pat00018
상기 모노머는 약 200　내지 3,000　의　분자량을 가질 수 있다. 　상기 범위의 분자량을 가짐으로써　고탄소 함량의 상기 모노머가 용매에 대한 우수한 용해도를 가지게 되며 스핀-온 코팅에 의해 양호한 박막을 얻을 수 있다.
이하 일 구현예에 따른 하드마스크 조성물에 대하여 설명한다.
일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 상술한 모노머 및 용매를 포함한다.
상기 모노머는 전술한 바와 같으며, 1종의 모노머가 단독으로 포함될 수도 있고 2종 이상의 모노머가 혼합되어 포함될 수도 있다.
상기 용매는 상기 모노머에 대한 충분한 용해성 또는 분산성을 가지는 것이면 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜 디아세테이트, 메톡시 프로판디올, 디에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 부틸에테르, 트리(에틸렌글리콜)모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 사이클로헥사논, 에틸락테이트, 감마-부티로락톤, 메틸피롤리돈　및 아세틸아세톤에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 모노머는 상기 하드마스크 조성물 총 함량에　대하여　약 0.1　내지 30　중량%로　포함될 수 있다.　　상기 모노머가 상기 범위로 포함됨으로써　목적하고자 하는 두께의 박막으로 코팅 할 수 있다.
상기 하드마스크 조성물은 추가적으로 계면 활성제를 더 포함할 수 있다.
상기 계면 활성제는 예컨대 알킬벤젠설폰산 염, 알킬피리디늄 염, 폴리에틸렌글리콜, 제4 암모늄 염 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 계면 활성제는 상기 하드마스크 조성물 100 중량부에 대하여 약 0.001 내지 3 중량부로 포함될 수 있다. 　상기 범위로 포함함으로써 하드마스크 조성물의 광학적 특성을 변경시키지 않으면서 용해도를　향상시킬 수 있다.
이하 상술한 하드마스크 조성물을 사용하여 패턴을 형성하는 방법에 대하여 설명한다.
일 구현예에 따른 패턴 형성 방법은 기판 위에 재료 층을 제공하는 단계, 상기 재료 층 위에 상술한 모노머 및 용매를 포함하는 하드마스크 조성물을 적용하는 단계, 상기 하드마스크 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계, 상기 하드마스크 층 위에 실리콘 함유 박막층을 형성하는 단계, 상기 실리콘 함유 박막층　위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 실리콘 함유 박막층 및 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계,　그리고 상기 재료 층의 노출된 부분을　식각하는 단계를 포함한다.
상기 기판은 예컨대 실리콘웨이퍼, 유리 기판 또는 고분자 기판일 수 있다.
상기 재료 층은 최종적으로 패턴하고자 하는 재료이며, 예컨대 알루미늄, 구리 등과 같은 금속층, 실리콘과 같은 반도체 층 또는 산화규소, 질화규소 등과 같은 절연층일 수 있다.상기 재료 층은 예컨대 화학기상증착 방법으로 형성될 수 있다.
상기 하드마스크 조성물은 용액 형태로 제조되어 스핀-온　코팅(spin-on　coating) 방법으로 도포될 수 있다. 　이 때 상기 하드마스크 조성물의 도포 두께는 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 약 100 내지 10,000Å 두께로 도포될 수 있다.
상기 하드마스크 조성물을 열처리하는 단계는 예컨대 약 100　내지 500℃에서 약 10초　내지 10분　동안 수행할 수 있다. 　상기 열처리 단계에서, 상기 모노머는 자기 가교 및/또는 상호 가교 반응을 일으킬 수 있다.
상기 실리콘 함유 박막층은 예컨대 질화규소 또는 산화규소로 만들어질 수 있다.　
또한 상기 실리콘 함유 박막층　상부에　바닥 반사방지 층(bottom anti-reflective coating, BARC)을 더 형성할 수도 있다.
상기 포토레지스트 층을 노광하는 단계는 예컨대 ArF, KrF 또는 EUV 등을 사용하여 수행할 수 있다. 　또한 노광 후 약　100　내지 500℃에서 열처리　공정을 수행할 수 있다.
상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계는 식각 가스를 사용한 건식 식각으로 수행할 수 있으며,　식각　가스는 예컨대 CHF3, CF4, Cl2, BCl3　및 이들의 혼합 가스를 사용할 수 있다.
상기 식각된 재료 층은 복수의 패턴으로 형성될 수 있으며, 상기 복수의 패턴은 금속 패턴, 반도체 패턴, 절연 패턴 등 다양할 수 있으며, 예컨대 반도체 집적 회로 디바이스 내의 다양한 패턴으로 적용될 수 있다.
　
이하 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 　다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
　
모노머의 합성
합성예 1
제1 단계: 프리델 - 크래프트 아실레이션 ( Friedel - Craft Acylation ) 반응
플라스크에 코로넨 50.0g(0.166 mol), 4-메톡시벤조일클로라이드 28.4g(0.1666 mol) 및 1,2-다이클로로에탄 235g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 　이어서 상기 용액에 알루미늄 클로라이드 22.2g(0.166 mol)를 상온에서 천천히 첨가한 후 60℃로 승온하여 8 시간 동안 교반하였다. 　반응이 완결되면 상기 용액에 메탄올을 첨가하여 형성된 침전을 여과하여 4-메톡시벤조일 코로넨을 얻었다.
제2 단계: 메틸기 제거( demethylation ) 반응
플라스크에 상기 제1 단계에서 얻은 4-메톡시벤조일 코로넨 50.0g(0.115 mol), 1-도데칸사이올 58.2g(0.288 mol), 수산화칼륨 19.4 g(0.345 mol) 및 N,N-다이메틸포름아마이드 191g을 첨가한 후, 120℃에서 8 시간 동안 교반하였다. 　이어서 상기 혼합물을 냉각하고 10% 염화수소 용액으로 pH 7 정도로 중화한 후 에틸 아세테이트로 추출하여 4-하이드록시벤조일 코로넨을 얻었다.
제3 단계: 환원( reduction ) 반응
플라스크에 상기 제2 단계에서 얻은 4-하이드록시벤조일기 코로넨 25.0g(0.0595 mol)과 테트라하이드로퓨란 145g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 　상기 용액에 수소화 붕소 나트륨 수용액 11.3g(0.297 mol)을 천천히 첨가하여 24시간 동안 상온에서 교반하였다. 　반응이 완결되면 10% 염화수소 용액으로 pH 7 정도로 중화한 후 에틸 아세테이트로 추출하여 하기 화학식 1aa로 표현되는 모노머를 얻었다.
[화학식 1aa]
Figure pat00019
　
합성예 2
제1 단계: 프리델 - 크래프트 아실레이션 ( Friedel - Craft Acylation ) 반응
플라스크에 코로넨 50.0g(0.166 mol), 4-메톡시벤조일클로라이드 56.8g(0.333 mol) 및 1,2-다이클로로에탄 353g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 　이어서 상기 용액에 알루미늄 클로라이드 44.4g(0.333 mol)를 상온에서 천천히 첨가한 후 60℃로 승온하여 8 시간 동안 교반하였다. 　반응이 완결되면 상기 용액에 메탄올을 첨가하여 형성된 침전을 여과하여 이중 치환된 4-메톡시벤조일 코로넨을 얻었다.
제2 단계: 메틸기 제거( demethylation ) 반응
플라스크에 상기 제1 단계에서 얻은 이중 치환된 4-메톡시벤조일 코로넨 50.0g(0.880 mol), 1-도데칸사이올 89.0g(0.440 mol), 수산화칼륨 29.6g(0.528 mol) 및 N,N-다이메틸포름아마이드 253g을 첨가한 후, 120℃에서 8 시간 동안 교반하였다. 이어서 상기 혼합물을 냉각하고 10% 염화수소 용액으로 pH 7 정도로 중화한 후 에틸 아세테이트로 추출하여 이중 치환된 4-하이드록시벤조일 코로넨을 얻었다.
제3 단계: 환원( reduction ) 반응
플라스크에 상기 제2 단계에서 얻은 이중 치환된 4-하이드록시벤조일기 코로넨 25.0g(0.0463 mol)과 테트라하이드로퓨란 170g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 　상기 용액에 수소화 붕소 나트륨 수용액 17.5g(0.463 mol)을 천천히 첨가하여 24시간 동안 상온에서 교반하였다. 　반응이 완결되면 10% 염화수소 용액으로 pH 7 정도로 중화한 후 에틸 아세테이트로 추출하여 하기 화학식 1bb로 표현되는 모노머를 얻었다.
[화학식 1bb]
Figure pat00020
　
합성예 3
제1 단계: 프리델 - 크래프트 아실레이션 ( Friedel - Craft Acylation ) 반응
플라스크에 코로넨 50.0g(0.166 mol), 4-메톡시벤조일클로라이드 85.2g(0.499 mol) 및 1,2-다이클로로에탄 471g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 　이어서 상기 용액에 알루미늄 클로라이드 66.6g(0.499 mol)를 상온에서 천천히 첨가한 후 60℃로 승온하여 8 시간 동안 교반하였다. 　반응이 완결되면 상기 용액에 메탄올을 첨가하여 형성된 침전을 여과하여 삼중 치환된 4-메톡시벤조일 코로넨을 얻었다.
제2 단계: 메틸기 제거( demethylation ) 반응
플라스크에 상기 제1 단계에서 얻은 삼중 치환된 4-메톡시벤조일 코로넨 50.0g(0.0712 mol), 1-도데칸사이올 108.0g(0.534 mol), 수산화칼륨 35.9g(0.640 mol) 및 N,N-다이메틸포름아마이드 291g을 첨가한 후, 120℃에서 8 시간 동안 교반하였다. 　이어서 상기 혼합물을 냉각하고 10% 염화수소 용액으로 pH 7 정도로 중화한 후 에틸 아세테이트로 추출하여 삼중 치환된 4-하이드록시벤조일 코로넨을 얻었다.
제3 단계: 환원( reduction ) 반응
플라스크에 상기 제2 단계에서 얻은 삼중 치환된 4-하이드록시벤조일기 코로넨 25.0g(0.0378 mol)과 테트라하이드로퓨란 186g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 　상기 용액에 수소화 붕소 나트륨 수용액 21.5g(0.567 mol)을 천천히 첨가하여 24시간 동안 상온에서 교반하였다. 　반응이 완결되면 10% 염화수소 용액으로 pH 7 정도로 중화한 후 에틸 아세테이트로 추출하여 하기 화학식 1cc로 표현되는 모노머를 얻었다.
[화학식 1cc]
Figure pat00021
　
비교합성예
제1 단계: 프리델 - 크래프트 아실레이션 ( Friedel - Craft Acylation ) 반응
플라스크에 코로넨 50.0g(0.166 mol), 벤조일클로라이드 46.8g(0.333 mol) 및1,2-다이클로로에탄 330g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 　이어서 상기 용액에 알루미늄 클로라이드 44.4g(0.333 mol)를 상온에서 천천히 첨가한 후 60℃로 승온하여 8 시간 동안 교반하였다. 　반응이 완결되면 상기 용액에 메탄올을 첨가하여 형성된 침전을 여과하여 이중 치환된 벤조일 코로넨을 얻었다.
제2 단계: 환원( reduction ) 반응
플라스크에 상기 제1 단계에서 얻은 이중 치환된 벤조일 코로넨 25.0g(0.0492 mol)과 테트라하이드로퓨란 174g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 　상기 용액에 수소화 붕소나트륨 수용액 18.6g(0.492 mol)을 천천히 첨가하여 24시간 동안 상온에서 교반하였다. 　반응이 완결되면 10% 염화수소 용액으로 pH 7 정도로 중화한 후 에틸 아세테이트로 추출하여 하기 화학식 2로 표현되는 모노머를 얻었다.
[화학식 2]
Figure pat00022
　
하드마스크 조성물의 제조
실시예 1
합성예 1에서 얻은 모노머를　프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트　(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)와 사이클로헥사논(cyclohexanone)(7:3　(v/v))의 혼합 용매에 녹인 후 여과하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.　목적하고자 하는 두께에 따라 상기 모노머의 중량은 상기 하드마스크 조성물의 총중량에 대하여 10 중량% 또는 13 중량%로 조절하였다.
　
실시예 2
합성예 1에서 얻은 모노머 대신 합성예 2에서 얻은 모노머를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.
　
실시예 3
합성예 1에서 얻은 모노머 대신 합성예 3에서 얻은 모노머를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.
　
비교예
합성예 1에서 얻은 모노머 대신 비교합성예에서 얻은 모노머를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.
　
평가 1: 내화학성
실리콘 웨이퍼 위에 실시예 1 내지 3과 비교예에 따른 10 중량%의 하드마스크 조성물을 스핀-온　코팅 방법으로 도포한 후, 핫플레이트 위에서 240℃로 1분간 열처리하여 박막을 형성하였다. 　K-MAC社의 박막두께측정기로 초기 박막 두께를 측정하였다.
이어서 상기 박막을 박리액인 에틸 3-에톡시프로피오네이트 (ethyl 3-ethoxypropionate, EEP)와 에틸 락테이드(ethyl lactate, EL)의 혼합 용매 (7:3　(v/v))에 1분 동안 담침하고 꺼낸 후 박막의 두께를 측정하였다.
그 결과는 표 1과 같다.
　 초기 박막 두께(Å) 담침 후 박막 두께(Å) 박막두께 감소율(%)
실시예 1 2,342 2,125 -9.27
실시예 2 2,733 2,725 -0.29
실시예 3 2,940 2,937 -0.10
비교예 2,042 342 -83.3
　
표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 3에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막은 비교예에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막과 비교하여 담침 이후에 두께 감소율이 적은 것을 알 수 있다.
이로부터 실시예 1 내지 3에 따른 하드마스크 조성물은 비교예에 따른 하드마스크 조성물과 비교하여 박막의　가교도가 높아 내화학성이 높은 것을 알 수 있다.
　
평가 2: 내열성
실리콘 웨이퍼 위에 실시예 1 내지 3과 비교예에 따른 10 중량%의　하드마스크 조성물을 스핀-온　코팅 방법으로 도포한 후, 핫플레이트 위에서 240℃로 1분간 열처리하여 박막을 형성하였다. 　K-MAC社의 박막두께측정기로 상기 박막의 두께를 측정하였다.
이어서 상기 박막을 400℃에서 2분 동안 다시 열처리한 후 박막의 두께를 측정하였다.
아웃개싱(outgassing)은 상기 박막 형성을 위한 240℃ 및 400℃ 열처리시 연기발생 여부를 육안으로 관찰하였다.
그 결과는 표 2와 같다.
　 240℃ 열처리 후
박막 두께(Å)		 400℃　열처리 후
박막 두께(Å)		 박막두께
감소율(%)		 아웃개싱 (outgassing)
실시예 1 2,338 2,050 -12.31 없음
실시예 2 2,736 2,518 -7.97 없음
실시예 3 2,948 2,813 -4.58 없음
비교예 2,045 1,348 -34.08 400℃　열처리시
발생
　
표 2를 참고하면, 실시예 1 내지 3에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막은 비교예에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막과 비교하여 400℃ 열처리 시　아웃개싱(outgassing) 정도가 낮으며 두께 감소율이 적은 것을 알 수 있다.
이로부터 실시예 1 내지 3에 따른 하드마스크 조성물은 비교예에 따른 하드마스크 조성물과 비교하여 박막의 가교도가 높아 내열성이 높은　것을 알 수 있다.
　
평가 3: 내식각성
실리콘 웨이퍼 위에 실시예 1 내지 3과 비교예에 따른 13 중량%의 하드마스크 조성물을 스핀-온　코팅 방법으로 도포한 후, 핫플레이트 위에서 240℃로 1분간 열처리하여 박막을 형성하였다. 　K-MAC社의 박막두께측정기로 상기 박막의 두께를 측정하였다.
이어서 상기 박막에 N2/O2 　혼합 기체를 사용하여 60초　동안 건식 식각한 후, 박막의 두께를 측정하고, 이로부터 식각율을 계산하였다.　
그 결과는 표 3과 같다.
　 초기 박막 두께(Å) 식각 후 박막 두께(Å) 식각율(Å/s)
실시예 1 4,427 3,012 23.6
실시예 2 4,532 3,117 23.6
실시예 3 4,708 3,322 23.1
비교예 4,112 2,535 26.3
* 식각율(bulk etch rate, BER)
: (초기 박막 두께 - 식각 후 박막 두께)/식각 시간(초)
표 3을 참고하면, 실시예 1 내지 3에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막은 비교예에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막과 비교하여 식각율이 낮은 것을 알 수 있다.
이로부터 실시예 1 내지 3에 따른 하드마스크 조성물은 비교예에 따른 하드마스크 조성물과 비교하여 박막의　가교도가 높아 내식각성이 높은 것을 알 수 있다.
　
평가 4: 패턴 형성
실리콘 웨이퍼 위에 3,000Å　두께의 산화규소(SiO2)　층을 화학기상증착　방법으로 형성하였다. 　이어서 상기 산화규소 층　위에 실시예 1 내지 3과 비교예에 따른 하드마스크 조성물을 스핀-온　코팅 방법으로 도포한 후, 핫플레이트 위에서 240℃로 1분간 열처리하여 하드마스크 층을 형성하였다. 　이어서 상기 하드마스크 층 위에 질화 규소(SiN) 층을 화학기상증착법에 의해 형성하였다. 이어서 KrF용 포토레지스트를 코팅하여 110℃에서 60초 동안 열처리한 후 ASML(XT: 1400, NA 0.93) 노광 장비를 사용하여 노광하고 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(2.38wt% TMAH 수용액)로 현상하였다. 이어서　상기 과정에 의해 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 CHF3/CF4　혼합가스를 사용하여 질화규소 층을　건식 식각하였다. 　이어서 상기 과정에 의해 패터닝된 질화규소 　층을 마스크로 N2/O2　혼합가스를 사용하여 하드마스크 층을 건식 식각하였다. 이어서 　상기 과정에 의해 패터닝된 하드마스크 층을 마스크로 CHF3/CF4　혼합가스를 사용하여 산화 규소층을　건식 식각한 후, O2　가스를 사용하여 남아있는 유기물을 모두 제거하였다.
전자주사현미경(SEM)을 사용하여 상기 하드마스크 층 및 상기 산화규소 층　패턴의 단면을 관찰하였다.　그 결과는 표 4와 같다.
　 하드마스크 층 패턴 모양 산화규소 층 패턴 모양
실시예 1 수직 모양 수직 모양
실시예 2 수직 모양 수직 모양
실시예 3 수직 모양 수직 모양
비교예 테이퍼진 모양 테이퍼진 모양
　
표 4를 참고하면, 실시예 1 내지 3에 따른 하드마스크 조성물로 형성된 하드마스크 층 및 그 하부의 산화규소 층은 모두 수직 모양으로 패터닝된 반면, 비교예에 따른 하드마스크 조성물로 형성된 하드마스크 층은 수직 모양으로 패터닝되지 못하여 테이퍼진 모양으로 패터닝된 것을 알 수 있다.
이로부터 실시예 1 내지 3에 따른 하드마스크 조성물을 사용한 경우 비교예에 따른 하드마스크 조성물을 사용한 경우보다　식각 내성이　우수하여 양호한 패턴으로 형성되고 그로부터 하드마스크 층의 하부에 위치하는 재료층 또한 양호한 패턴으로 형성되는 것을 알 수 있다.
　
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (11)

  1. 하기 화학식 1로 표현되는 하드마스크 조성물용 모노머:
    [화학식 1]
    Figure pat00023

    상기 화학식 1에서,
    A는 다환 방향족 기(polycycle aromatic group)이고,
    A'는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고,
    L은 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된　C1 내지 C6 알킬렌기이고,
    n은 1 내지 5이다.
    　
  2. 제1항에서,
    상기 A는 하기 그룹 1에 나열된 기 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 하드마스크 조성물용 모노머:
    [그룹 1]
    Figure pat00024

    　
  3. 제1항에서,
    상기 A'는 하기 그룹 2에 나열된 기 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 하드마스크 조성물용 모노머:
    [그룹 2]
    Figure pat00025

    　
  4. 제1항에서,
    상기 모노머는 하기 화학식 1a, 1b 또는 1c로 표현되는 하드마스크 조성물용 모노머:
    [화학식 1a]
    Figure pat00026

    [화학식 1b]
    Figure pat00027

    [화학식 1c]
    Figure pat00028

    상기 화학식 1a, 1b 또는 1c에서,
    L1　내지 L6는 각각 독립적으로 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기이다.
    　
  5. 　제4항에서,
    상기 모노머는 하기 화학식 1aa, 1bb 또는 1cc로 표현되는 하드마스크 조성물용 모노머:
    [화학식 1aa]
    Figure pat00029

    [화학식 1bb]
    Figure pat00030

    [화학식 1cc]
    Figure pat00031

    　
  6. 제1항에서,
    상기 모노머는 200　내지 3,000의 분자량을 가지는 하드마스크 조성물용 모노머.
    　
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 모노머, 그리고
    용매
    를 포함하는 하드마스크 조성물.
    　
  8. 제7항에서,
    상기 모노머는 상기 하드마스크 조성물 총 함량에　대하여　약 0.1　내지 30　중량%로　포함되어 있는 하드마스크 조성물.
    　
  9. 기판 위에 재료 층을 제공하는 단계,
    상기 재료 층 위에 제7항에 따른 하드마스크 조성물을 적용하는 단계,
    상기 하드마스크 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계,
    상기 하드마스크 층 위에 실리콘 함유 박막층을 형성하는 단계,
    상기 실리콘 함유 박막층　위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계,
    상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계,
    상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 실리콘 함유 박막층 및 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고
    상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계
    를 포함하는 패턴 형성 방법.
    　
  10. 제9항에서,
    상기 하드마스크 조성물을 적용하는 단계는 스핀-온　코팅 방법으로 수행하는 패턴 형성 방법.
    　
  11. 제9항에서,
    상기 하드마스크 층을 형성하는 단계는 100　내지 500℃에서 열처리하는 패턴 형성 방법.
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