[논문]고분자 유기하드마스크 합성에 따른 특성에 관한 연구

이우식

doi:10.17661/jkiiect.2023.16.5.217

초록
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본 논문은 제조공정이 단순하고, 공정시간도 매우 짧아 제조원가를 절감할 수 있는 고분자 유기하드마스크를 합성하는데 목적을 두었다. 승화 정제 장치를 통한 잔류금속을 측정한 결과, 9-Naphthalen-1-ylcarbazole(9-NC)은 4th zone에서 101.75ppb, 2-Naphthol(2-NA)은 5th zone에서 306.98ppb, 9-Fluorenone(9-F)는 4th zone에서 5th zone 사이에서 129.05ppb로 측정되었다. 그리고 합성된 유기하드마스크를 필터 시스템을 거친 후 잔류금속을 측정한 결과 9 ~ 7ppb 측정되었다. 또 열분석 변화를 측정한 결과, 2.78%로 감소하였고 분자량은 942로 측정되었고 탄소 함량은 89.74%이고 수율은 72.4%로 나타났다. 에칭 속도는 평균 18.22Å/s로 측정되었고 코팅 두께 편차는 평균 1.19로 측정되었다. 유기하드마스크의 입자크기가 0.2㎛ 이하에서는 입자가 존재하지 않았다. 코팅 속도를 1,000, 1,500, 1,800rpm으로 변화를 주어 코팅 두께를 측정한 결과, 수축률은 17.9에서 20.8%까지 측정되었고 코팅 결과 SiON과 접착력이 우수하고 유기하드마스크가 균일하게 도포되었음을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this paper was to synthesize a polymer organic hard mask that simplifies the manufacturing process, reduces process time significantly, and thereby lowers manufacturing costs. The results of measuring residual metals through vapor refining showed that 9-Naphthalen-1-ylcarbazole(9-NC) ...

The purpose of this paper was to synthesize a polymer organic hard mask that simplifies the manufacturing process, reduces process time significantly, and thereby lowers manufacturing costs. The results of measuring residual metals through vapor refining showed that 9-Naphthalen-1-ylcarbazole(9-NC) measured 101.75ppb in the 4th zone, 2-Naphthol (2-NA) measured 306.98ppb in the 5th zone, and 9-Fluorenone(9-F) measured between 129.05ppb across the 4th and 5th zones. After passing through a filtration system, the synthesized organic hard mask measured residual metals in the range of 9 to 7ppb. Additionally, the thermal analysis indicated a decrease of 2.78%, a molecular weight of 942, carbon content of 89.74%, and a yield of 72.4%. The etching rate was measured at an average of 18.22Å/s, and the coating thickness deviation was averaged at 1.19. For particle sizes below 0.2㎛ in the organic hard mask, no particles were observed. By varying the coating speed at 1,000, 1,500, and 1,800rpm and measuring the resulting coating thickness, the shrinkage rate ranged from 17.9% to 20.8%. The coating results demonstrated excellent adhesion to SiON, and it was evident that the organic hard mask was uniformly applied.

Keyword

표/그림 (12)

그림 그림 1. 승화 정제 장치 Fig. 1. Sublimation purification.
그림 그림 2. 필터시스템 Fig. 2. Filter system.
그림 그림 3. 유기하드마스크의 합성 Fig. 3. Synthesis of organic hard mask
표 표 1. 9-NC, 2-NA, 9-F의 승화 정제 조건 Table 1. Sublimation purification conditions of 9-NC, 2-NA, 9-F
표 표 2. 승화 정제 전‧후의 잔류금속 함량 Table 2. Residual metals before and after sublimation purification
그림 그림 4. 유기하드마스크의 열분석 Fig. 4. TGA analysis of organic hard mask
그림 그림 5. 코팅 두께의 균일성과 편차 Fig. 5. Uniformity and variation of coating thickness
표 표 3. 필터 시스템에 의한 정제 전‧후 잔류금속 Table 3. Residual metals before and after refining by filter system.
표 표. 4. 유기하드마스크 내의 입자 수 Table 4. Particle count in organic hard mask
그림 그림 6. SEM 이미지 Fig. 6. SEM images
표 표 5. 에칭 속도 Table 5. Etch rate
표 표 6. 코팅 두께 수축률 Table 6. Shrinkage rate of coating thickness

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 하드마스크용으로 사용될 수 있는 고분자물질을 합성하는 것이 목적이다. 이를 위한 고분자물질 합성을 위한 첫 번째 과정으로는 9-Naphthalen-1-ylcarbazole(9-NC), 2-Naphthol(2-NA), 9-Fluorenone(9-F) 용매를 각각 그림 1에 나타낸 승화 정제 장치를 거쳐 그림 2에 나타낸 필터 시스템을 통과시킨다.
본 논문은 기존의 무기 ACL 대비 제조공정은 단순하고, 공정시간도 매우 짧아 제조원가를 절감할 수 있는 고분자 유기하드마스크를 합성하여 그에 따른 특성을 측정하였다.

성능/효과

7%로 매우 우수한 것으로 나타났다. 코팅 결과 SiON과 접착력이 우수하고 유기하드마스크가 균일하게 도포되었음을 알 수 있었다.
그림 4는 합성된 유기하드마스크의 열분석 결과를 나타냈다. 측정 결과 2.78%로 감소되어 감소량이 거의 없는 것으로 보아 증착과 에칭 시 매우 우수할 것으로 생각된다. 이것은 모노머 결정들이 폴리머로 변화되어서 내열성이 우수하고 hole이 발생되지 않은 구조가 확보되었다는 것을 알 수 있다.
즉 유기하드마스크 합성 물질은 수분함량이 낮아 온도가 상승해도 무게 변화량이 거의 없음을 알 수 있었다. 고분자 유기하드마스크의 분자량 측정은 942, 탄소 함량 측정은 89.
또 필터 시스템을 통한 잔류금속은 57ppb에서 9~7ppb로 측정되었다. 열분석 변화를 측정한 결과, 2.78%로 감소하여 증착과 에칭 시 매우 우수한 것으로 판단된다. 그리고 합성된 유기하드마스크의 탄소 함량은 상당히 높은 89.
78%로 감소하여 증착과 에칭 시 매우 우수한 것으로 판단된다. 그리고 합성된 유기하드마스크의 탄소 함량은 상당히 높은 89.74%로 측정되어 에칭 시 내칭성을 향상시킬 것으로 예상된다. 에칭 속도는 평균 18.
74%로 측정되어 에칭 시 내칭성을 향상시킬 것으로 예상된다. 에칭 속도는 평균 18.22Å/s로 측정되어 에칭에 대한 내성이 우수함을 알 수 있었고 코팅 속도에 따른 코팅 두께 편차는 평균 1.19로 측정되었다. 유기하드마스크의 입자크기는 0.
2㎛ 이하에서는 존재하지 않았다. 코팅 두께를 측정한 결과 17.9∼20.8%로 나타나 평균 수축률은 19.7%로 매우 우수한 것으로 나타났다. 코팅 결과 SiON과 접착력이 우수하고 유기하드마스크가 균일하게 도포되었음을 알 수 있었다.

후속연구

본 연구를 통해 개발한 유기하드마스크는 저 원가이면서 에칭 특성이 우수하여 반도체 미세패턴의 식각공정에 활용될 수 있다.

참고문헌 (8)

B. Lane, C. Roberto, A. Ranjan, L.Peter.？G.Ventzek, "CyclicSelf-Limiting Etching of？Organic Polymers", ACS Applied Polymer？Materials, Vol. 3, pp.3636-3648, 2023
J. Yu, S. H. Hwang, S. B. Kim, "Organicinorganic Hybrid Materials for Spin Coating？Hardmask", Appl. chem. Eng., Vol. 22. No. 2,？pp.230-234, 2011
M. K. Park, W. S. Song, M. H. Kim and S. J.？Hong, "Surface Analysis of TMCTS-Based？SiOC(H) Low-k Dielectrics in Post-Etch Strip of ACL Hardmask", Materials, Vol. 14,？pp.2-12, 2021
K. A. Pears, "A new etching chemistry for？carbon hardmask structures," Microelectronic？Engineering, Vol. 77, pp.255-262, 2005

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N. Torazawa, S. Matsumoto, T. Harada, Y.？Molinearaga, D. Inagaki, T. Kabe, S. Hirao,？K. Seo, S. Suzuki, H. Korogi, "HighPerformance Extremely Low-k Film？Integration Technology with Metal Hardmask？Process for Cu Interconnects", ESC J. Solid？State Sci. Technol., Vol. 5, pp.578-583, 2016
A. Frommhold, J. Manyam, R. Palmer, A.？Robinson, "Fullerene-based spin-on-car -bon？hardmask", Microelectron. Eng., Vol. 98,？pp.552-555, 2012

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J. J. Yu, S. H. Hwang, S. B. Ki, "Synthesis？and Etch Characteristics of Organic-Inorganic？Hybrid Hard-Mask Materials", Journal of the？Korea Academia-Industrial cooperation？Society, Vol. 12, No. 4, pp.1993-1998, 2011
J. H. Shin, K. Y. Yang, K. S. Han, H. S. Kim,？H. Lee, "Sub 50nm nano-patterns with？carbon based spin-on organic hard mask", J.？Nanosci. Nanotechnol, Vol. 12, No. 4,？pp.3364-3368, 2012

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