KR102287507B1 - Hardmask composition and method of forming patterns - Google Patents

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Abstract

금속 클러스터 화합물 및 금속-옥소 클러스터 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 클러스터 화합물과 용매를 포함하는 하드마스크 조성물, 및 상기 하드마스크 조성물을 사용하는 패턴형성방법에 관한 것이다.A hard mask composition comprising a solvent and a cluster compound comprising at least one of a metal cluster compound and a metal-oxo cluster compound, and a pattern forming method using the hard mask composition.

Description

하드마스크 조성물 및 패턴 형성 방법{HARDMASK COMPOSITION AND METHOD OF FORMING PATTERNS}Hard mask composition and pattern formation method

하드마스크 조성물, 그리고 상기 하드마스크 조성물을 사용하는 패턴 형성 방법에 관한 것이다.It relates to a hardmask composition and a pattern forming method using the hardmask composition.

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.Recently, the semiconductor industry has developed from a pattern of several hundreds of nanometers to an ultra-fine technology having a pattern of several to tens of nanometers. An effective lithographic technique is essential to realize such ultra-fine technology.

전형적인 리쏘그래픽 기법은 반도체 기판 위에 재료 층을 형성하고 그 위에 포토레지스트 층을 코팅하고 노광 및 현상을 하여 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 재료 층을 식각하는 과정을 포함한다.A typical lithographic technique involves forming a material layer on a semiconductor substrate, coating a photoresist layer thereon, exposing and developing to form a photoresist pattern, and then etching the material layer using the photoresist pattern as a mask. do.

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 보조층을 형성하여 미세 패턴을 형성할 수 있다.Recently, as the size of a pattern to be formed is reduced, it is difficult to form a fine pattern having a good profile using only the above-described typical lithographic technique. Accordingly, a fine pattern may be formed by forming an auxiliary layer called a hardmask layer between the material layer to be etched and the photoresist layer.

일 구현예는 내식각성을 개선할 수 있는 하드마스크 조성물을 제공한다.One embodiment provides a hardmask composition capable of improving etch resistance.

다른 구현예는 상기 하드마스크 조성물을 사용한 패턴 형성 방법을 제공한다.Another embodiment provides a pattern forming method using the hardmask composition.

일 구현예에 따르면, 금속 클러스터 화합물 및 금속-옥소 클러스터 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 클러스터 화합물, 및 용매를 포함하는 하드마스크 조성물을 제공한다.According to one embodiment, there is provided a hardmask composition including a cluster compound including at least one of a metal cluster compound and a metal-oxo cluster compound, and a solvent.

상기 금속은 Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi 및 Po에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The metal may be any one selected from Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi, and Po.

상기 클러스터 화합물은 금속-탄소 결합을 포함할 수 있다.The cluster compound may include a metal-carbon bond.

상기 금속-탄소 결합은 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.The metal-carbon bond may be represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018080977587-pat00001
Figure 112018080977587-pat00001

화학식 1에서 M1 은 금속이고,In Formula 1, M 1 is a metal,

X1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, C2 내지 C30 알케닐기, C2 내지 C30 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C2 내지 C30 헤테로고리기, 카르보닐기, 카르복실기, 에스테르기, 아마이드기 또는 이들의 조합이고,X 1 is a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, C2 to C30 alkenyl group, C2 to C30 alkynyl group, C6 to C30 aryl group, C7 to C30 arylalkyl group, C1 to C20 heteroalkyl group, C3 to C20 heteroarylalkyl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C15 cycloalkenyl group, C6 to C15 cycloalkynyl group, C2 to C30 heterocyclic group, carbonyl group, carboxyl group, ester group, amide group, or a combination thereof;

n1은 1 내지 5인 정수이고, n 1 is an integer from 1 to 5,

*는 클러스터 화합물 내의 다른 원소와의 연결지점이다.* is the point of connection with other elements in the cluster compound.

상기 금속-옥소 클러스터 화합물은 하기 화학식 2로 표현되는 모이어티 및 하기 화학식 3으로 표현되는 모이어티 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The metal-oxo cluster compound may include at least one of a moiety represented by the following Chemical Formula 2 and a moiety represented by the following Chemical Formula 3.

[화학식 2] [화학식 3][Formula 2] [Formula 3]

Figure 112018080977587-pat00002
Figure 112018080977587-pat00003
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Figure 112018080977587-pat00003

화학식 2 또는 3에서,In Formula 2 or 3,

M2 내지 M6은 각각 독립적으로 서로 같거나 다른 금속 또는 유기금속이고,M 2 To M 6 are each independently the same or different metals or organometals,

O는 산소원소이고,O is an element of oxygen,

n2 내지 n6은 각각 독립적으로 1 내지 5인 정수이고,n 2 to n 6 are each independently an integer of 1 to 5,

*는 금속-옥소 클러스터 화합물 내의 다른 원소와의 연결지점이다.* is the point of connection with other elements in the metal-oxo cluster compound.

상기 클러스터 화합물은 양이온성 화합물일 수 있다.The cluster compound may be a cationic compound.

상기 하드마스크 조성물은 음이온을 더 포함할 수 있다.The hard mask composition may further include an anion.

상기 음이온은 할로겐 음이온, 히드록사이드, 싸이아나이드, 나이트레이트, 바이설파이트, 디하이드로젠포스페이트, 아세테이트, 벤젠설포네이트, 벤젠설파이트, C7 내지 C30 알킬 벤젠설포네이트, C7 내지 C30 알킬 벤젠설파이트 또는 이들의 조합일 수 있다.The anion is a halogen anion, hydroxide, cyanide, nitrate, bisulfite, dihydrogen phosphate, acetate, benzenesulfonate, benzenesulfite, C7 to C30 alkyl benzenesulfonate, C7 to C30 alkyl benzenesulfite or a combination thereof.

상기 클러스터 화합물은 0.1nm 내지 10nm의 입경을 가질 수 있다.The cluster compound may have a particle diameter of 0.1 nm to 10 nm.

상기 클러스터 화합물은 상기 하드마스크 조성물의 총 함량에 대하여 0.1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.The cluster compound may be included in an amount of 0.1 to 30% by weight based on the total content of the hardmask composition.

상기 하드마스크 조성물은 적어도 하나의 방향족 고리를 포함하는 하드마스크 모노머 또는 하드마스크 중합체를 더 포함할 수 있다.The hardmask composition may further include a hardmask monomer or hardmask polymer including at least one aromatic ring.

상기 하드마스크 모노머는 하기 그룹 1에서 선택된 치환 또는 비치환된 고리기를 포함할 수 있다.The hard mask monomer may include a substituted or unsubstituted ring group selected from the following group 1.

[그룹 1][Group 1]

Figure 112018080977587-pat00004
Figure 112018080977587-pat00004

상기 그룹 1에서,In group 1,

Z1은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알키닐렌기, C=O, NRa, 산소(O), 황(S) 또는 이들의 조합이고, Z 1 is a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C6 to C20 arylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 heteroaryl Rene group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynylene group, C=O, NR a , oxygen (O), sulfur (S), or a combination thereof,

Z3 내지 Z18은 각각 독립적으로 C=O, NRa, 산소(O), 황(S), CRbRc 또는 이들의 조합이고, Z 3 to Z 18 are each independently C=O, NR a , oxygen (O), sulfur (S), CR b R c , or a combination thereof,

Ra 내지 Rc는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 헤테로아릴렌기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 또는 이들의 조합이다.R a to R c are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C20 arylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 heteroarylene group, a halogen atom, a halogen-containing group , or a combination thereof.

상기 하드마스크 모노머는 하기 화학식 4 내지 9 중 어느 하나로 표현될 수 있다.The hard mask monomer may be represented by any one of Chemical Formulas 4 to 9 below.

[화학식 4] [Formula 4]

Figure 112018080977587-pat00005
Figure 112018080977587-pat00005

상기 화학식 4에서,In Formula 4,

Aa는 치환 또는 비치환된 방향족 고리기이고,A a is a substituted or unsubstituted aromatic ring group,

Xa, Xb 및 Xc는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 인돌(indole)로부터 유도된 1가의 기이고,X a , X b and X c are each independently a monovalent group derived from a substituted or unsubstituted indole,

Ya, Yb 및 Yc는 각각 독립적으로 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬아민기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기이고,Y a , Y b and Y c are each independently a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl an amine group, or a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group,

ma, mb, mc, na, nb 및 nc는 각각 독립적으로 0 또는 1이다.ma a , m b , m c , na a , n b and n c are each independently 0 or 1.

단, ma, mb 및 mc 중 적어도 하나는 1이고, ma이 0이면 na은 0이고, mb가 0이면 nb는 0이고, mc가 0이면 nc는 0이다.However, m a, m b and m c, at least one is 1, and m a is 0, n a is 0, and, if m b is 0 and n b is 0, when m c is 0, n c is 0.

[화학식 5] [Formula 5]

Figure 112018080977587-pat00006
Figure 112018080977587-pat00006

상기 화학식 5에서,In Formula 5,

T는 트리아진 또는 트리아진 유도체이고,T is triazine or a triazine derivative,

Rd, Re 및 Rf은 각각 독립적으로 히드록시기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 산소 원자, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기, 또는 이들의 조합을 하나 또는 2 이상 가지는 기이다.R d , R e and R f are each independently a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, an oxygen atom, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted heteroaryl group, or these It is a group having one or two or more combinations of.

단, Rd, Re 및 Rf 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 아릴기를 포함한다.However, at least one of R d , R e and R f includes a substituted or unsubstituted aryl group.

[화학식 6] [Formula 6]

Figure 112018080977587-pat00007
Figure 112018080977587-pat00007

상기 화학식 6에서,In Formula 6,

Ab, Ac, Ad, Ae 및 Af는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 방향족 고리기이고, A b , A c , A d , A e and A f are each independently a substituted or unsubstituted aromatic ring group,

Xd 및 Xe는 각각 독립적으로 히드록시기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자 또는 할로겐 함유기이고,X d and X e are each independently a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom or a halogen-containing group,

Yd 및 Ye는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -NH-, 또는 -Se-이고,Y d and Y e are each independently -O-, -S-, -NH-, or -Se-,

Ma 및 Mb는 시아노기이고,M a and M b are cyano groups,

k 및 l은 각각 독립적으로 0 또는 1로서 1≤k+l≤2를 만족하고,k and l are each independently 0 or 1, satisfying 1≤k+l≤2,

md 및 nd은 0≤md≤3, 0≤nd≤3를 만족하는 정수로서, k=1인 경우 md은 1 이상인 정수이고 l=1인 경우 nd은 1 이상인 정수이며, m d and n d is an integer satisfying 0≤m d ≤3, 0≤n d ≤3, the case of k = 1 m d is greater than 1 when the integer and l = 1 n d is an integer greater than 1,

p 및 q는 각각 독립적으로 1 이상의 정수로서 1≤p+q≤(Ab가 가질 수 있는 최대 치환기 수)을 만족한다.p and q are each independently an integer of 1 or more, satisfying 1≤p+q≤(the maximum number of substituents that A b can have).

[화학식 7] [Formula 7]

Figure 112018080977587-pat00008
Figure 112018080977587-pat00008

상기 화학식 7에서,In Formula 7,

Ag 지방족 고리기 또는 방향족 고리기이고,A g is It is an aliphatic ring group or an aromatic ring group,

Ah 내지 Aj는 각각 페닐렌기이고, A h to A j are each a phenylene group,

Xf 내지 Xh는 각각 독립적으로 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬아민기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기이고,X f to X h are each independently a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylamine group, Or a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group,

Mc은 CRg, SiRh, N, P, PRiRj 또는 PRk이고, M c is CR g , SiR h , N, P, PR i R j or PR k ;

ne은 1 내지 4의 정수이고,n e is an integer from 1 to 4,

상기 Mc에서 Rg, Rh, Ri 및 Rj는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이고,In M c , R g , R h , R i and R j are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof,

Rk는 산소(O) 또는 황(S)이다.R k is oxygen (O) or sulfur (S).

[화학식 8] [Formula 8]

Figure 112018080977587-pat00009
Figure 112018080977587-pat00009

상기 화학식 8에서,In the formula (8),

Ak 내지 Am는 각각 독립적으로 지방족 고리기 또는 방향족 고리기이고,A k to A m are each independently an aliphatic ring group or an aromatic ring group,

Xi 내지 Xk는 각각 독립적으로 히드록시기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이고,X i to X k are each independently a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof,

nf은 3 내지 5의 정수이고,n f is an integer from 3 to 5,

me은 1 내지 3의 정수이다.m e is an integer from 1 to 3.

[화학식 9] [Formula 9]

Figure 112018080977587-pat00010
Figure 112018080977587-pat00010

상기 화학식 9에서,In Formula 9,

An 및 Ao은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 지방족 고리기 또는 방향족 고리기이고,A n and A o are each independently a substituted or unsubstituted aliphatic ring group or an aromatic ring group,

Xl는 히드록시기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 이들의 조합이고,X 1 is a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted aryl group, or a combination thereof,

L0는 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기이고,L 0 is a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkylene group,

Yf는 붕소(B) 함유기고,Y f is a boron (B) containing group,

ng은 1 내지 5의 정수이다.n g is an integer from 1 to 5;

상기 하드마스크 중합체는 하기 화학식 10으로 표현되는 구조단위를 포함할 수 있다.The hard mask polymer may include a structural unit represented by the following Chemical Formula 10.

[화학식 10][Formula 10]

Figure 112018080977587-pat00011
Figure 112018080977587-pat00011

상기 화학식 10에서,In the formula (10),

A1은 치환 또는 비치환된 방향족 고리를 적어도 하나 포함하는 2가의 고리기이고, A 1 is a divalent ring group including at least one substituted or unsubstituted aromatic ring,

B1은 2가의 유기기이고,B 1 is a divalent organic group,

*은 연결지점이다.* is the connection point.

상기 화학식 10에서 A1은 하기 그룹 2 또는 3에 나열된 화합물들 중 어느 하나로부터 유도된 2가의 고리기로서, 상기 2가의 고리기는 적어도 하나의 수소원자가 치환 또는 비치환된 것일 수 있다.In Formula 10, A 1 is a divalent cyclic group derived from any one of the compounds listed in Group 2 or 3, and the divalent cyclic group may be one in which at least one hydrogen atom is substituted or unsubstituted.

[그룹 2][Group 2]

Figure 112018080977587-pat00012
Figure 112018080977587-pat00012

[그룹 3][Group 3]

Figure 112018080977587-pat00013
Figure 112018080977587-pat00013

상기 그룹 2 또는 3에서,In group 2 or 3 above,

M은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬렌기, -O-, -S-, -SO2-, 또는 카르보닐이고, M is a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkylene group, -O-, -S-, -SO 2 -, or carbonyl;

R0 및 R1은 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자 또는 이들의 조합이다.R 0 and R 1 are each independently hydrogen, a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, or a combination thereof.

상기 화학식 10에서 B1은 하기 화학식 11로 표현될 수 있다.In Formula 10, B 1 may be represented by Formula 11 below.

[화학식 11][Formula 11]

Figure 112018080977587-pat00014
Figure 112018080977587-pat00014

상기 화학식 11에서,In the above formula (11),

m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 2인 정수이고,m and n are each independently an integer of 0 to 2,

Z은 하기 그룹 4에서 선택되는 어느 하나로부터 유도된 2가의 고리기이고, 상기 2가의 고리기는 적어도 하나의 수소원자가 치환되거나 또는 비치환된 기이고,Z is a divalent cyclic group derived from any one selected from the following group 4, the divalent cyclic group is a group in which at least one hydrogen atom is substituted or unsubstituted,

*는 연결지점이다:* is the connection point:

[그룹 4][Group 4]

Figure 112018080977587-pat00015
Figure 112018080977587-pat00015

상기 그룹 4에서,In group 4,

M은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬렌기, -O-, -S-, -SO2-, 또는 카르보닐이다.M is a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkylene group, -O-, -S-, -SO 2 -, or carbonyl.

다른 구현예에 따르면. 재료 층 위에 하드마스크 조성물을 도포하고 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계, 상기 하드마스크 층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고 상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법을 제공한다.According to another embodiment. Forming a hardmask layer by applying a hardmask composition on a material layer and heat-treating, forming a photoresist layer on the hardmask layer, exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern, said There is provided a pattern forming method comprising selectively removing the hardmask layer using a photoresist pattern, exposing a portion of the material layer, and etching the exposed portion of the material layer.

하드마스크 층의 내식각성을 확보할 수 있다.It is possible to secure the etch resistance of the hard mask layer.

이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

이하 본 명세서에서 특별한 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 중수소, 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 C30 알킬기, C2 내지 C30 알케닐기, C2 내지 C30 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C2 내지 C30 헤테로고리기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.Hereinafter, unless otherwise defined herein, 'substituted' means that a hydrogen atom in a compound is deuterium, a halogen atom (F, Br, Cl, or I), a hydroxy group, an alkoxy group, a nitro group, a cyano group, an amino group, an azido group , amidino group, hydrazino group, hydrazono group, carbonyl group, carbamyl group, thiol group, ester group, carboxyl group or its salt, sulfonic acid group or its salt, phosphoric acid or its salt, C1 to C30 alkyl group, C2 to C30 alkenyl group , C2 to C30 alkynyl group, C6 to C30 aryl group, C7 to C30 arylalkyl group, C1 to C30 alkoxy group, C1 to C20 heteroalkyl group, C3 to C20 heteroarylalkyl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C15 cycloalke It means substituted with a substituent selected from a nyl group, a C6 to C15 cycloalkynyl group, a C2 to C30 heterocyclic group, and combinations thereof.

또한 상기 치환된 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 C30 알킬기, C2 내지 C30 알케닐기, C2 내지 C30 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C2 내지 C30 헤테로고리기 중 인접한 두 개의 치환기가 융합되어 고리를 형성할 수도 있다. 예를 들어, 상기 치환된 C6 내지 C30 아릴기는 인접한 또 다른 치환된 C6 내지 C30 아릴기와 융합되어 치환 또는 비치환된 플루오렌 고리를 형성할 수 있다.In addition, the substituted halogen atom (F, Br, Cl, or I), a hydroxyl group, an alkoxy group, a nitro group, a cyano group, an amino group, an azido group, an amidino group, a hydrazino group, a hydrazono group, a carbonyl group, a carbamyl group , thiol group, ester group, carboxyl group or its salt, sulfonic acid group or its salt, phosphoric acid or its salt, C1 to C30 alkyl group, C2 to C30 alkenyl group, C2 to C30 alkynyl group, C6 to C30 aryl group, C7 to C30 arylalkyl group , C1 to C30 alkoxy group, C1 to C20 heteroalkyl group, C3 to C20 heteroarylalkyl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C15 cycloalkenyl group, C6 to C15 cycloalkynyl group, C2 to C30 heterocyclic group, adjacent two groups Two substituents may be fused to form a ring. For example, the substituted C6 to C30 aryl group may be fused with another adjacent substituted C6 to C30 aryl group to form a substituted or unsubstituted fluorene ring.

또한, 본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '헤테로'란, N, O, S, Se 및 P에서 선택된 헤테로 원자를 1개 내지 3개 함유한 것을 의미한다.In addition, unless otherwise defined herein, 'hetero' means containing 1 to 3 heteroatoms selected from N, O, S, Se and P.

본 명세서에서 "아릴기(aryl group)"는 탄화수소 방향족 모이어티를 하나 이상 갖는 그룹을 의미하며 넓게는 탄화수소 방향족 모이어티들이 단일 결합으로 연결된 형태 및 탄화수소 방향족 모이어티들이 직접 또는 간접적으로 융합된 비방향족 융합 고리 또한 포함한다. 아릴기는 모노사이클릭, 폴리사이클릭 또는 융합된 폴리사이클릭(즉, 탄소원자들의 인접한 쌍들을 나눠 가지는 고리) 작용기를 포함한다.As used herein, the term “aryl group” refers to a group having one or more hydrocarbon aromatic moieties, and broadly refers to a form in which hydrocarbon aromatic moieties are connected by a single bond and a non-aromatic group in which hydrocarbon aromatic moieties are directly or indirectly fused. Also included are fused rings. Aryl groups include monocyclic, polycyclic or fused polycyclic (ie, rings that share adjacent pairs of carbon atoms) functional groups.

본 명세서에서 "헤테로고리기(heterocyclic group)"는 헤테로아릴기를 포함하는 개념이며, 이에 추가하여 아릴기, 사이클로알킬기, 이들의 융합고리 또는 이들의 조합과 같은 고리 화합물 내에서 탄소(C) 대신에 N, O, S, P 및 Si에서 선택되는 헤테로 원자를 적어도 한 개를 함유하는 것을 의미한다. 상기 헤테로고리기가 융합고리인 경우, 상기 헤테로고리기 전체 또는 각각의 고리마다 헤테로 원자를 한 개 이상 포함할 수 있다.In the present specification, "heterocyclic group" is a concept including a heteroaryl group, in addition to carbon (C) in a ring compound such as an aryl group, a cycloalkyl group, a fused ring thereof, or a combination thereof. It means containing at least one hetero atom selected from N, O, S, P and Si. When the heterocyclic group is a fused ring, the entire heterocyclic group or each ring may include one or more heteroatoms.

보다 구체적으로, 치환 또는 비치환된 아릴기 및/또는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리기는, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 페난트릴기, 치환 또는 비치환된 나프타세닐기, 치환 또는 비치환된 피레닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 쿼터페닐기, 치환 또는 비치환된 크리세닐기, 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기, 치환 또는 비치환된 페릴레닐기, 치환 또는 비치환된 인데닐기, 치환 또는 비치환된 퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 티오페닐기, 치환 또는 비치환된 피롤릴기, 치환 또는 비치환된 피라졸릴기, 치환 또는 비치환된 이미다졸일기, 치환 또는 비치환된 트리아졸일기, 치환 또는 비치환된 옥사졸일기, 치환 또는 비치환된 티아졸일기, 치환 또는 비치환된 옥사디아졸일기, 치환 또는 비치환된 티아디아졸일기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 벤조티오페닐기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸일기, 치환 또는 비치환된 인돌일기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 나프티리디닐기, 치환 또는 비치환된 벤즈옥사진일기, 치환 또는 비치환된 벤즈티아진일기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페나진일기, 치환 또는 비치환된 페노티아진일기, 치환 또는 비치환된 페녹사진일기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸릴기, 피리도인돌일기, 벤조피리도옥사진일기, 벤조피리도티아진일기, 9,9-디메틸9,10디히드로아크리딘일기, 이들의 조합 또는 이들의 조합이 융합된 형태일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 본 발명의 일 예에서, 헤테로고리기 또는 헤테로아릴기는 피리딜기, 카바졸릴기 또는 피리도인돌일기 일 수 있다.More specifically, a substituted or unsubstituted aryl group and/or a substituted or unsubstituted heterocyclic group is a substituted or unsubstituted phenyl group, a substituted or unsubstituted naphthyl group, a substituted or unsubstituted anthracenyl group, a substituted or unsubstituted A substituted phenanthryl group, a substituted or unsubstituted naphthacenyl group, a substituted or unsubstituted pyrenyl group, a substituted or unsubstituted biphenyl group, a substituted or unsubstituted terphenyl group, a substituted or unsubstituted quaterphenyl group, a substituted or unsubstituted A substituted or unsubstituted triphenylenyl group, a substituted or unsubstituted triphenylenyl group, a substituted or unsubstituted perylenyl group, a substituted or unsubstituted indenyl group, a substituted or unsubstituted furanyl group, a substituted or unsubstituted thiophenyl group, a substituted Or an unsubstituted pyrrolyl group, a substituted or unsubstituted pyrazolyl group, a substituted or unsubstituted imidazolyl group, a substituted or unsubstituted triazolyl group, a substituted or unsubstituted oxazolyl group, a substituted or unsubstituted thiazole Diyl, substituted or unsubstituted oxadiazolyl group, substituted or unsubstituted thiadiazolyl group, substituted or unsubstituted pyridinyl group, substituted or unsubstituted pyrimidinyl group, substituted or unsubstituted pyrazinyl group, substituted Or an unsubstituted triazinyl group, a substituted or unsubstituted benzofuranyl group, a substituted or unsubstituted benzothiophenyl group, a substituted or unsubstituted benzimidazolyl group, a substituted or unsubstituted indolyl group, a substituted or unsubstituted qui Nolinyl group, substituted or unsubstituted isoquinolinyl group, substituted or unsubstituted quinazolinyl group, substituted or unsubstituted quinoxalinyl group, substituted or unsubstituted naphthyridinyl group, substituted or unsubstituted benzoxazinyl group, A substituted or unsubstituted benzthiazinyl group, a substituted or unsubstituted acridinyl group, a substituted or unsubstituted phenazinyl group, a substituted or unsubstituted phenothiazinyl group, a substituted or unsubstituted phenoxazinyl group, a substituted or unsubstituted A substituted or unsubstituted dibenzofuranyl group, a substituted or unsubstituted dibenzothiophenyl group, a substituted or unsubstituted carbazolyl group, a pyridoindolyl group, a benzopyridooxazinyl group, a benzopyridothia Jinyl group, 9,9-dimethyl 9,10 dihydroacridinyl group, a combination thereof, or a combination thereof may be in a fused form, Not limited. In one embodiment of the present invention, the heterocyclic group or the heteroaryl group may be a pyridyl group, a carbazolyl group or a pyridoindolyl group.

본 명세서에서, 치환 또는 비치환된 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기는 위에서 정의한 치환 또는 비치환된 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기에서 연결기가 2개 있는 것을 의미하는 것이며, 예를 들어, 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 나프탈렌기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐렌기, 치환 또는 비치환된 페난트릴렌기, 치환 또는 비치환된 나프타세닐렌기, 치환 또는 비치환된 피레닐렌기, 치환 또는 비치환된 바이페닐렌기, 치환 또는 비치환된 터페닐렌기, 치환 또는 비치환된 쿼터페닐렌기, 치환 또는 비치환된 크리세닐렌기, 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐렌기, 치환 또는 비치환된 페릴레닐렌기, 치환 또는 비치환된 인데닐렌기, 치환 또는 비치환된 퓨라닐렌기, 치환 또는 비치환된 티오페닐렌기, 치환 또는 비치환된 피롤릴렌기, 치환 또는 비치환된 피라졸릴렌기, 치환 또는 비치환된 이미다졸일렌기, 치환 또는 비치환된 트리아졸일렌기, 치환 또는 비치환된 옥사졸일렌기, 치환 또는 비치환된 티아졸일렌기, 치환 또는 비치환된 옥사디아졸일렌기, 치환 또는 비치환된 티아디아졸일렌기, 치환 또는 비치환된 피리디닐렌기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐렌기, 치환 또는 비치환된 피라지닐렌기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐렌기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨라닐렌기, 치환 또는 비치환된 벤조티오페닐렌기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸일렌기, 치환 또는 비치환된 인돌일렌기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐렌기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐렌기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐렌기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐렌기, 치환 또는 비치환된 나프티리디닐렌기, 치환 또는 비치환된 벤즈옥사진일렌기, 치환 또는 비치환된 벤즈티아진일렌기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐렌기, 치환 또는 비치환된 페나진일렌기, 치환 또는 비치환된 페노티아진일렌기, 치환 또는 비치환된 페녹사진일렌기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일렌기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐렌기, 치환 또는 비치환된 카바졸렌기, 이들의 조합 또는 이들의 조합이 융합된 형태일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.In the present specification, a substituted or unsubstituted arylene group or a substituted or unsubstituted heteroarylene group or a substituted or unsubstituted divalent heterocyclic group is a substituted or unsubstituted aryl group or a substituted or unsubstituted heterocyclic group as defined above. It means that there are two linking groups, for example, a substituted or unsubstituted phenylene group, a substituted or unsubstituted naphthalene group, a substituted or unsubstituted anthracenylene group, a substituted or unsubstituted phenanthrylene group, a substituted or Unsubstituted naphthacenylene group, substituted or unsubstituted pyrenylene group, substituted or unsubstituted biphenylene group, substituted or unsubstituted terphenylene group, substituted or unsubstituted quaterphenylene group, substituted or unsubstituted chrysenyl group Rene group, substituted or unsubstituted triphenylenylene group, substituted or unsubstituted perylenylene group, substituted or unsubstituted indenylene group, substituted or unsubstituted furanylene group, substituted or unsubstituted thiophenylene group, substituted or an unsubstituted pyrrolylene group, a substituted or unsubstituted pyrazolylene group, a substituted or unsubstituted imidazolylene group, a substituted or unsubstituted triazolylene group, a substituted or unsubstituted oxazolylene group, a substituted or unsubstituted Thiazolylene group, substituted or unsubstituted oxadiazolylene group, substituted or unsubstituted thiadiazolylene group, substituted or unsubstituted pyridinylene group, substituted or unsubstituted pyrimidinylene group, substituted or unsubstituted pyrazinyl group Rene group, substituted or unsubstituted triazinylene group, substituted or unsubstituted benzofuranylene group, substituted or unsubstituted benzothiophenylene group, substituted or unsubstituted benzimidazolylene group, substituted or unsubstituted indolylene group , substituted or unsubstituted quinolinylene group, substituted or unsubstituted isoquinolinylene group, substituted or unsubstituted quinazolinylene group, substituted or unsubstituted quinoxalinylene group, substituted or unsubstituted naphthyridinyl Ren group, substituted or unsubstituted benzoxazinylene group, substituted or unsubstituted benzthiazinylene group, substituted or unsubstituted acridinylene group, substituted or unsubstituted phenazinylene group, substituted or unsubstituted phenothiazine An ylene group, a substituted or unsubstituted phenoxazinylene group, a substituted or unsubstituted fluorenylene group, a substituted or unsubstituted A dibenzofuranylene group, a substituted or unsubstituted dibenzothiophenylene group, a substituted or unsubstituted carbazolene group, a combination thereof, or a combination thereof may be in a fused form, but is not limited thereto.

본 발명의 일 예에서, 치환 또는 비치환된 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기는 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 바이페닐렌기, 치환 또는 비치환된 터페닐렌기, 치환 또는 비치환된 쿼터페닐렌기, 치환 또는 비치환된 나프탈렌기, 치환 또는 비치환된 피리미딘렌기 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다.In one embodiment of the present invention, a substituted or unsubstituted arylene group or a substituted or unsubstituted heteroarylene group or a substituted or unsubstituted divalent heterocyclic group is a substituted or unsubstituted phenylene group, a substituted or unsubstituted biphenylene group , a substituted or unsubstituted terphenylene group, a substituted or unsubstituted quarterphenylene group, a substituted or unsubstituted naphthalene group, a substituted or unsubstituted pyrimidine group, or a combination thereof.

또한, 본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '*'는 화합물 또는 화합물 부분(moiety)의 연결 지점을 가리킨다.In addition, unless otherwise defined herein, '*' indicates a connection point of a compound or a compound moiety.

본 명세서에서, 금속이란 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 및 전이후 금속을 포함하는 개념이고, 전이금속은 바닥상태에서 가장 높은 에너지 준위의 전자가 d 오비탈에 있는 주기율표 상의 d-구역 원소를 말하며, 예를 들어 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, W 또는 Ir일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 전이후 금속은 바닥 상태에서 가장 높은 에너지 준위의 전자가 p 오비탈에 있는 주기율표 상의 p-구역 원소의 금속 원소를 말하며, 예를 들어 Al, Ga, In, Tl, Sn, Sb, Pb, Bi 또는 Po일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.In this specification, a metal is a concept including alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, and post-transition metals, and the transition metal refers to a d-region element on the periodic table in which an electron with the highest energy level in the ground state is in d orbital. , for example, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, W or Ir, but is not limited thereto. Post-transition metal refers to a metal element of the p-region element on the periodic table in which the electron of the highest energy level in the ground state is in the p orbital, for example, Al, Ga, In, Tl, Sn, Sb, Pb, Bi or Po. may be, but is not limited thereto.

본 명세서에서. 유기금속이란 금속-탄소 직접결합을 포함하는 원소의 집합으로서, 금속원소와 1가 또는 1가 이상의 유기기의 탄소원소가 시그마 또는 파이 형태 결합으로 상호작용한다. 예를 들어, 유기금속은 금속과 탄소 간의 직접적인 단일, 이중 및/또는 삼중 결합을 포함할 수 있다. 유기금속은 화합물 내에서 다른 원소와 결합할 수 있다.in this specification. An organometal is a set of elements including a metal-carbon direct bond, and a metal element and a carbon element of a monovalent or monovalent or more monovalent organic group interact by a sigma or pi bond. For example, organometallics may contain direct single, double and/or triple bonds between the metal and carbon. Organometals can combine with other elements within a compound.

클러스터 화합물은 코어(core)의 클러스터 구조와 외각의 치환기를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 별도의 언급이 없는 한, '클러스터 화합물 내'의 의미는 코어의 클러스터 구조를 의미한다. The cluster compound may include a cluster structure of a core and a substituent on an outer shell. Unless otherwise stated herein, the term 'in the cluster compound' refers to the cluster structure of the core.

이하 일 구현예에 따른 하드마스크 조성물을 설명한다.Hereinafter, a hard mask composition according to an embodiment will be described.

일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 금속 클러스터 화합물 및 금속-옥소 클러스터 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 클러스터 화합물, 및 용매를 포함한다.A hardmask composition according to an embodiment includes a cluster compound including at least one of a metal cluster compound and a metal-oxo cluster compound, and a solvent.

클러스터 화합물은 동일 원소 또는 복수 개 종류의 원소의 원자가 3개 이상 모여 하나의 덩어리로 결합된 3차원 구조를 갖는 화합물일 수 있고, 예를 들어 상기 클러스터 화합물은 3개 이상의 복수 개의 원소가 고리 모양 또는 비-고리 모양의 그룹을 이루고, 상기 고리 모양 또는 비-고리 모양의 그룹이 복수 개 모여 송이 모양(bundle)을 이루는 3차원 구조를 갖는 화합물일 수 있다.The cluster compound may be a compound having a three-dimensional structure in which three or more atoms of the same element or a plurality of types of elements are gathered and combined into a single mass, for example, the cluster compound is a compound in which three or more elements are cyclic or It may be a compound having a three-dimensional structure that forms a non-cyclic group, and a plurality of the cyclic or non-cyclic group forms a bundle.

클러스터 화합물은 코어의 클러스터 구조와 외각의 치환기를 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 외각의 치환기는 상기 코어의 클러스터 구조 바깥 방향으로 치환되어 있을 수 있다The cluster compound may include a cluster structure of the core and a substituent on the outer shell, for example, the substituent on the outer shell may be substituted outside the cluster structure of the core.

일 예로, 상기 클러스터 화합물은 코어의 클러스터 구조 내부에 원소가 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며, 예컨대 다면체 구조일 수 있고. 예컨대 볼록 다면체 구조(convex polyhedron)를 가질 수 있다. 상기 다면체 구조는 예를들어, 8면체(octahedron), 10면체(decahedron), 12면체(dodecahedron), 20면체(icosahedron), 또는 24면체(trisoctahedron)일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.For example, the cluster compound may or may not have an element in the cluster structure of the core, for example, may have a polyhedral structure. For example, it may have a convex polyhedron. The polyhedron structure may be, for example, an octahedron, a decahedron, a dodecahedron, an icosahedron, or a tetrahedron, but is not limited thereto.

일 예로, 상기 금속은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 전이후 금속(post-transition metal) 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속은 전이금속 및/또는 전이후 금속일 수 있고, 예를 들어 전이후 금속일 수 있다. 상기 금속은 예컨대 Al, Ga, In, Tl, Sn, Sb, Pb, Bi 및 Po에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.For example, the metal may be an alkali metal, an alkaline earth metal, a transition metal, a post-transition metal, or a combination thereof. For example, the metal may be a transition metal and/or a post-transition metal, for example, a post-transition metal. The metal may be, for example, any one selected from Al, Ga, In, Tl, Sn, Sb, Pb, Bi, and Po, but is not limited thereto.

클러스터 화합물이 전이후 금속을 포함함으로써, 금속-탄소 결합을 포함하는 클러스터 화합물의 합성이 용이하며, 후속 식각 과정에서 더욱 우수한 식각 선택성 및 제거 용이성을 확보할 수 있다.Since the cluster compound includes the metal after the transition, it is easy to synthesize the cluster compound including the metal-carbon bond, and better etching selectivity and ease of removal can be ensured in the subsequent etching process.

일 예로, 상기 클러스터 화합물의 금속은 하나 또는 둘 이상의 복수 개일 수 있다.For example, the metal of the cluster compound may be one or a plurality of two or more.

일 예로, 상기 복수 개의 금속은 서로 같거나 다를 수 있다.For example, the plurality of metals may be the same as or different from each other.

클러스터 화합물은 금속에 결합된 하나 이상의 치환기를 가질 수 있고 상기 치환기는 예컨대 유기기일 수 있다. 일 예로, 클러스터 화합물은 금속에 결합된 유기기를 가질 수 있으며, 예컨대 금속과 유기기 내의 탄소가 결합되어 있는 금속-탄소 결합을 포함할 수 있다.The cluster compound may have one or more substituents bonded to the metal, and the substituents may be, for example, organic groups. For example, the cluster compound may have an organic group bonded to a metal, for example, a metal-carbon bond in which a metal and carbon in the organic group are bonded.

일 예로, 상기 금속-탄소 결합은 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.For example, the metal-carbon bond may be represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018080977587-pat00016
Figure 112018080977587-pat00016

화학식 1에서 M1 은 금속이고,In Formula 1, M 1 is a metal,

X1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, C2 내지 C30 알케닐기, C2 내지 C30 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C2 내지 C30 헤테로고리기, 카르보닐기, 카르복실기, 에스테르기, 아마이드기 또는 이들의 조합이고,X 1 is a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, C2 to C30 alkenyl group, C2 to C30 alkynyl group, C6 to C30 aryl group, C7 to C30 arylalkyl group, C1 to C20 heteroalkyl group, C3 to C20 heteroarylalkyl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C15 cycloalkenyl group, C6 to C15 cycloalkynyl group, C2 to C30 heterocyclic group, carbonyl group, carboxyl group, ester group, amide group, or a combination thereof;

n1은 1 내지 5인 정수이고,n 1 is an integer from 1 to 5,

*는 클러스터 화합물 내의 다른 원소와의 연결지점이다.* is the point of connection with other elements in the cluster compound.

상기 *는 클러스터 화합물 내 코어의 클러스터 구조를 이루는 다른 원소와의 연결부를 의미하며, 예를 들어 상기 다른 원소는 금속원소, 산소원소 또는 탄소원소일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The * means a connection portion with other elements constituting the cluster structure of the core in the cluster compound, for example, the other elements may be metal elements, oxygen elements, or carbon elements, but is not limited thereto.

일 예로, M1은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 전이후 금속(post-transition metal) 또는 이들의 조합일 수 있다. For example, M 1 may be an alkali metal, an alkaline earth metal, a transition metal, a post-transition metal, or a combination thereof.

일 예로, M1은 전이금속 및/또는 전이후 금속일 수 있다.For example, M 1 may be a transition metal and/or a post-transition metal.

일 예로, M1은 전이후 금속일 수 있고, 예컨대 Al, Ga, In, Tl, Sn, Sb, Pb, Bi 및 Po에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.For example, M 1 may be a post-transition metal, for example, may be any one selected from Al, Ga, In, Tl, Sn, Sb, Pb, Bi, and Po, but is not limited thereto.

일 예로, X1은 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 에틸기, 치환 또는 비치환된 프로필기, 치환 또는 비치환된 부틸기, 치환 또는 비치환된 펜틸기, 치환 또는 비치환된 헥실기, 치환 또는 비치환된 헵틸기, 치환 또는 비치환된 옥틸기, 치환 또는 비치환된 노닐기 또는 치환 또는 비치환된 데카닐기일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.For example, X 1 is a substituted or unsubstituted methyl group, a substituted or unsubstituted ethyl group, a substituted or unsubstituted propyl group, a substituted or unsubstituted butyl group, a substituted or unsubstituted pentyl group, or a substituted or unsubstituted hexyl group It may be a group, a substituted or unsubstituted heptyl group, a substituted or unsubstituted octyl group, a substituted or unsubstituted nonyl group, or a substituted or unsubstituted decanyl group, but is not limited thereto.

일 예로, n1 은 각각 독립적으로 2 내지 5, 3 내지 5, 2 내지 4, 3 내지 4, 또는 4 내지 5일 수 있으나, 바람직하게는 4일 수 있다.For example, n 1 may each independently be 2 to 5, 3 to 5, 2 to 4, 3 to 4, or 4 to 5, but preferably 4 may be.

일 예로, 상기 클러스터 화합물은 하나 또는 둘 이상의 복수 개의 금속-탄소 결합을 포함할 수 있다.For example, the cluster compound may include one or more metal-carbon bonds.

일 예로, 상기 복수 개의 금속-탄소 결합은 서로 같거나 다를 수 있다.For example, the plurality of metal-carbon bonds may be the same as or different from each other.

상기 클러스터 화합물이 전술한 금속-탄소 결합을 포함함으로써, 하드마스크 조성물 내 다른 클러스터 화합물, 모노머 또는 중합체와 양립할 수 있고, 바람직하게는 하드마스크 조성물 내 모노머 또는 중합체와 가교결합할 수 있다.Since the cluster compound contains the aforementioned metal-carbon bond, it is compatible with other cluster compounds, monomers or polymers in the hardmask composition, and preferably crosslinks with the monomers or polymers in the hardmask composition.

클러스터 화합물은 예컨대 클러스터 화합물 내 금속 원소 간 결합을 포함하는 금속 클러스터 화합물 및 금속 원소와 산소의 결합을 포함하는 금속-옥소 클러스터 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The cluster compound may include, for example, at least one of a metal cluster compound including a bond between metal elements in the cluster compound, and a metal-oxo cluster compound including a bond between a metal element and oxygen.

금속 클러스터 화합물은 예컨대 인접한 1종 이상의 금속이 서로 결합하여 3차원 구조를 형성하는 화합물일 수 있다. 예컨대 금속 클러스터 화합물을 이루는 금속들 중 적어도 하나는 유기기를 가질 수 있고, 예컨대 금속과 유기기 내의 탄소가 결합되어 있는 금속-탄소 결합을 포함할 수 있다.The metal cluster compound may be, for example, a compound in which one or more adjacent metals combine with each other to form a three-dimensional structure. For example, at least one of the metals constituting the metal cluster compound may have an organic group, for example, a metal-carbon bond in which the metal and carbon in the organic group are bonded.

일 예로, 상기 금속-옥소 클러스터 화합물은 하기 화학식 2로 표현되는 모이어티 및 하기 화학식 3으로 표현되는 모이어티 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the metal-oxo cluster compound may include at least one of a moiety represented by Formula 2 and a moiety represented by Formula 3 below.

[화학식 2] [화학식 3][Formula 2] [Formula 3]

Figure 112018080977587-pat00017
Figure 112018080977587-pat00018
Figure 112018080977587-pat00017
Figure 112018080977587-pat00018

화학식 2 또는 3에서,In Formula 2 or 3,

M2 내지 M6은 각각 독립적으로 서로 같거나 다른 금속 또는 유기금속이고,M 2 To M 6 are each independently the same or different metals or organometals,

O는 산소원소이고,O is an element of oxygen,

n2 내지 n6은 각각 독립적으로 1 내지 5인 정수이고,n 2 to n 6 are each independently an integer of 1 to 5,

*는 금속-옥소 클러스터 화합물 내의 다른 원소와의 연결지점이다.* is the point of connection with other elements in the metal-oxo cluster compound.

상기 *는 금속-옥소 클러스터 화합물 내 코어의 클러스터 구조를 이루는 다른 원소와의 연결부를 의미하며, 예를 들어 상기 다른 원소는 금속원소, 산소원소 또는 탄소원소일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The * denotes a connection portion with other elements constituting the cluster structure of the core in the metal-oxo cluster compound, for example, the other element may be a metal element, an oxygen element, or a carbon element, but is not limited thereto.

상기 클러스터 화합물은 상기 화학식 2 및 화학식 3으로 표현되는 모이어티 중 적어도 하나를 포함함으로써, 더욱 단단한(rigid)한 막을 형성할 수 있고, 후속 식각과정에서 더욱 우수한 내식각성을 확보할 수 있다.Since the cluster compound includes at least one of the moieties represented by Chemical Formulas 2 and 3, a more rigid layer may be formed, and superior etch resistance may be secured in a subsequent etching process.

일 예로, M2 내지 M6은 각각 독립적으로 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 전이후 금속(post-transition metal) 또는 이들의 조합일 수 있다. For example, M 2 to M 6 may each independently be an alkali metal, an alkaline earth metal, a transition metal, a post-transition metal, or a combination thereof.

일 예로, M2 내지 M6은 전이금속 및/또는 전이후 금속일 수 있다.For example, M 2 to M 6 may be a transition metal and/or a post-transition metal.

일 예로, M2 내지 M6은 전이후 금속일 수 있고, 예컨대 Al, Ga, In, Tl, Sn, Sb, Pb, Bi 및 Po에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.For example, M 2 to M 6 may be a transition metal, for example, Al, Ga, In, Tl, Sn, Sb, Pb, Bi, and Po may be any one selected from, but is not limited thereto.

일 예로, M2 내지 M6는 각각 독립적으로, 금속과 탄소간의 직접적인 단일, 이중, 및/또는 삼중 결합을 포함하는 유기금속일 수 있다.For example, M 2 to M 6 may each independently be an organometal including a direct single, double, and/or triple bond between a metal and carbon.

일 예로, M2 내지 M6는 각각 독립적으로 전술한 화학식 1로 표현되는 금속-탄소결합을 포함하는 유기금속일 수 있다.For example, M 2 to M 6 may each independently be a metal represented by the above-described Chemical Formula 1-organometal including a carbon bond.

일 예로, 상기 화학식 2 및/또는 3에서, n2 내지 n6 은 각각 독립적으로 2 내지 5, 3 내지 5, 2 내지 4, 3 내지 4, 또는 4 내지 5일 수 있으나, 바람직하게는 4일 수 있다.For example, in Formulas 2 and/or 3, n 2 to n 6 may each independently be 2 to 5, 3 to 5, 2 to 4, 3 to 4, or 4 to 5, preferably 4 days. can

일 예로, 상기 금속-옥소 클러스터 화합물은 하기 화학식 A로 표현될 수 있다.For example, the metal-oxo cluster compound may be represented by the following Chemical Formula A.

[화학식 A][Formula A]

Figure 112018080977587-pat00019
Figure 112018080977587-pat00019

상기 화학식 A에서 M1 및 X1은 전술한 바와 같다.In Formula A, M 1 and X 1 are the same as described above.

전술한 클러스터 화합물은 작은 분자에서 합성을 하는 방법(bottom-up)으로 제조할 수 있다.The cluster compound described above can be prepared by a method of synthesizing small molecules (bottom-up).

상기 클러스터 화합물을 포함하는 하드마스크 조성물의 경화물을 포함하는 하드마스크는 상기 클러스터 화합물을 포함하지 않는 하드마스크 조성물의 경화물을 포함하는 하드마스크보다 후속 식각과정에서 식각 가스에 대한 내식각성이 더욱 우수할 수 있다. The hard mask including the cured product of the hard mask composition including the cluster compound has better etching resistance to the etching gas in the subsequent etching process than the hard mask including the cured product of the hard mask composition not including the cluster compound. can do.

상기 클러스터 화합물을 포함하는 하드마스크 조성물은 표면 특성 및 분산성이 우수하여, 표면개질 공정 및 분산제의 사용이 불필요할 수 있고, 분산제를 사용하지 않음으로써 더욱 우수한 식각 선택성(etch selectivity)을 확보할 수 있다. The hard mask composition including the cluster compound has excellent surface properties and dispersibility, so that a surface modification process and use of a dispersant may be unnecessary, and better etch selectivity may be secured by not using a dispersant. there is.

일 예로, 상기 클러스터 화합물은 이온성 또는 비이온성 화합물일 수 있다. 여기서 이온성 화합물이란 화합물 내에 양전하 또는 음전하를 띠는 부분이 적어도 일부 존재하는 것을 의미한다. 상기 클러스터 화합물이 이온성 화합물인 경우, 클러스터 화합물이 하드마스크 조성물 내에서 더욱 우수하게 분산되고, 추가적인 분산제의 사용이 불필요하게 되어 후속 식각과정에서 우수한 내식각성을 나타낼 수 있다.For example, the cluster compound may be an ionic or non-ionic compound. Herein, the ionic compound means that at least a part of a positively or negatively charged moiety is present in the compound. When the cluster compound is an ionic compound, the cluster compound is more excellently dispersed in the hardmask composition, and the use of an additional dispersant is unnecessary, thereby exhibiting excellent etch resistance in a subsequent etching process.

일 예로, 상기 클러스터 화합물은 양이온성 화합물 또는 음이온성 화합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 클러스터 화합물은 전체적으로 양전하 또는 음전하를 띨 수 있고, 예를 들어, 상기 클러스터 화합물은 표면양전하 또는 표면음전하를 띨 수 있다.For example, the cluster compound may be a cationic compound or an anionic compound. For example, the cluster compound may have an overall positive or negative charge, for example, the cluster compound may have a surface positive charge or a surface negative charge.

일 예로, 상기 클러스터 화합물은 양이온성 화합물일 수 있다.For example, the cluster compound may be a cationic compound.

일 예로, 상기 클러스터 화합물이 양이온성 화합물일 때, 하드마스크 조성물은 카운터 이온(counter-ion)으로 음이온을 더 포함할 수 있고, 상기 클러스터 화합물이 음이온성 화합물일 때, 하드마스크 조성물은 카운터 이온으로 양이온을 더 포함할 수 있다.For example, when the cluster compound is a cationic compound, the hardmask composition may further include an anion as a counter-ion. When the cluster compound is an anionic compound, the hardmask composition may be a counter-ion. It may further include a cation.

상기 카운터 이온의 종류에 따라 하드마스크 조성물의 경화물을 포함하는 하드마스크의 후속 식각과정에서 식각 선택성을 제어할 수 있다.According to the type of the counter ion, the etching selectivity may be controlled in the subsequent etching process of the hard mask including the cured product of the hard mask composition.

일 예로, 상기 카운터 이온은 방향족 고리를 포함하는 이온일 수 있다. 방향족 고리를 포함하는 이온을 사용함으로써, 후속 식각과정에서 내식각성이 더욱 우수할 수 있다. 상기 방향족 고리는 치환기를 가질 수 있고, 상기 치환기는 바람직하게는 알킬기일 수 있다. 상기 방향족 고리를 포함하는 이온이 상기 알킬기를 가짐으로써, 하드마스크 조성물 내 다른 클러스터 화합물, 모노머 또는 중합체와 양립할 수 있고, 더욱 우수한 상용성을 가질 수 있다.For example, the counter ion may be an ion including an aromatic ring. By using an ion containing an aromatic ring, etch resistance may be more excellent in a subsequent etching process. The aromatic ring may have a substituent, and the substituent may preferably be an alkyl group. Since the ion including the aromatic ring has the alkyl group, it may be compatible with other cluster compounds, monomers or polymers in the hardmask composition, and may have better compatibility.

일 예로, 상기 카운터 이온은 황 원소를 포함할 수 있고, 예를 들어 술포늄계 이온일 수 있다. 술포늄계 이온을 사용함으로써, 이온결합에 의해 클러스터 화합물의 하전을 안정화할 수 있다.For example, the counter ion may include elemental sulfur, for example, a sulfonium-based ion. By using a sulfonium-based ion, the charge of the cluster compound can be stabilized by ionic bonding.

일 예로, 상기 하드마스크 조성물은 음이온을 더 포함할 수 있다.For example, the hardmask composition may further include an anion.

일 예로, 상기 음이온은 할로겐 음이온, 히드록사이드, 싸이아나이드, 나이트레이트, 바이설파이트, 디하이드로젠포스페이트, 아세테이트, 벤젠설포네이트, 벤젠설파이트, C7 내지 C30 알킬 벤젠설포네이트, C7 내지 C30 알킬 벤젠설파이트 또는 이들의 조합일 수 있다.For example, the anion is a halogen anion, hydroxide, cyanide, nitrate, bisulfite, dihydrogen phosphate, acetate, benzenesulfonate, benzenesulfite, C7 to C30 alkyl benzenesulfonate, C7 to C30 alkyl benzenesulfite or a combination thereof.

일 예로, 상기 클러스터 화합물은 0.1nm 내지 10nm, 보다 구체적으로 0.1nm 내지 7nm, 0.2nm 내지 5nm 또는 0.5nm 내지 2nm의 입경을 가질 수 있다. For example, the cluster compound may have a particle diameter of 0.1 nm to 10 nm, more specifically, 0.1 nm to 7 nm, 0.2 nm to 5 nm, or 0.5 nm to 2 nm.

클러스터 화합물의 입경이 상기 범위일 때, 상기 클러스터 화합물은 작은 분자에서 합성을 하는 방법(bottom-up)으로 제조될 수 있고, 상기 방법으로 제조된 클러스터 화합물은 균일한 입경을 가지고, 우수한 분산성과 상용성을 가질 수 있다.When the particle size of the cluster compound is within the above range, the cluster compound may be prepared by a method of synthesizing a small molecule (bottom-up), and the cluster compound prepared by the method has a uniform particle size, excellent dispersibility and compatibility last name can have

일 예로, 상기 클러스터 화합물은 상기 하드마스크 조성물의 총 함량에 대하여 0.1 내지 30 중량%, 보다 구체적으로 0.5 내지 20 중량% 또는 1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.For example, the cluster compound may be included in an amount of 0.1 to 30% by weight, more specifically 0.5 to 20% by weight or 1 to 10% by weight, based on the total content of the hardmask composition.

일 예로, 하드마스크 조성물은 전술한 하드마스크 클러스터 화합물과 하드마스크 모노머 및/또는 하드마스크 중합체를 포함할 수 있고, 예컨대, 상기 하드마스크 모노머 및/또는 하드마스크 중합체는 적어도 하나의 방향족 고리를 포함할 수 있다.For example, the hardmask composition may include the aforementioned hardmask cluster compound and a hardmask monomer and/or a hardmask polymer. For example, the hardmask monomer and/or the hardmask polymer may include at least one aromatic ring. can

일 예로, 상기 하드마스크 모노머는 그 구조 내에 적어도 3개의 치환 또는 비치환된 벤젠 고리가 융합된 고리기를 포함할 수 있다. 상기 하드마스크 모노머는 3개 이상의 벤젠 고리가 융합된 고리기를 포함함으로써 내식각성을 확보할 수 있다.For example, the hardmask monomer may include a cyclic group in which at least three substituted or unsubstituted benzene rings are fused in its structure. The hard mask monomer may secure etch resistance by including a cyclic group in which three or more benzene rings are fused.

상기 하드마스크 모노머의 분자량은 1,500 이하, 1,300 이하 또는 500 이상 1,300 이하일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 범위의 분자량을 가짐으로써, 우수한 용해성을 가질 수 있고, 이에 따라 하부 막질과의 친화도가 증가하여 이로부터 제조된 하드마스크 층의 막 평탄성이 더욱 향상될 수 있다.The molecular weight of the hard mask monomer may be 1,500 or less, 1,300 or less, or 500 or more and 1,300 or less, but is not limited thereto. Accordingly, the film flatness of the hardmask layer prepared therefrom may be further improved.

또한, 상기 하드마스크 모노머는 예컨대 3개, 4개 또는 5개의 치환 또는 비치환된 벤젠 고리가 융합된 고리기를 포함할 수 있으며, 융합되는 형상은 특별히 한정되지 않는다. In addition, the hard mask monomer may include, for example, a cyclic group in which 3, 4, or 5 substituted or unsubstituted benzene rings are fused, and the fused shape is not particularly limited.

상기 하드마스크 모노머는 그 구조 내에 다수의 치환 또는 비치환된 지방족 또는 방향족 고리기를 포함할 수 있다. The hardmask monomer may include a plurality of substituted or unsubstituted aliphatic or aromatic ring groups in its structure.

일 예로, 상기 하드마스크 모노머는 예컨대 하기 그룹 1에서 선택된 치환 또는 비치환된 고리기를 포함할 수 있다.For example, the hardmask monomer may include a substituted or unsubstituted ring group selected from Group 1 below.

[그룹 1][Group 1]

Figure 112018080977587-pat00020
Figure 112018080977587-pat00020

상기 그룹 1에서,In group 1,

Z1은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알키닐렌기, C=O, NRa, 산소(O), 황(S) 또는 이들의 조합이고, 여기서 Ra는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 헤테로아릴렌기, 할로겐 원자 또는 이들의 조합이고,Z 1 is a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C6 to C20 arylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 heteroaryl a lene group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynylene group, C=O, NR a , oxygen (O), sulfur (S), or a combination thereof, wherein R a is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C20 arylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 heteroarylene group, a halogen atom, or a combination thereof;

Z3 내지 Z18은 각각 독립적으로 C=O, NRa, 산소(O), 황(S), CRbRc 또는 이들의 조합이고, 여기서 Ra 내지 Rc는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 헤테로아릴렌기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 또는 이들의 조합이다.Z 3 to Z 18 are each independently C=O, NR a , oxygen (O), sulfur (S), CR b R c , or a combination thereof, wherein R a to R c are each independently hydrogen, substituted or an unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C20 arylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 heteroarylene group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof.

일 예로, 상기 그룹 1에 나열된 고리기들은 비치환된 형태일 수 있으나, 이들 고리기에서 적어도 하나의 수소원자가 치환된 형태로서 상기 모노머에 포함될 수도 있다. 이 때 상기 치환기의 종류 및 수를 선택함으로써 하드마스크 조성물의 물성을 조절할 수 있으며, 상기 작용기는 히드록시기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지C30 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C20 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알데히드기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬 에테르, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C20 아릴알킬렌 에테르, 치환 또는 비치환된 C1 내지C30 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬보란기, 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴보란기로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the cyclic groups listed in Group 1 may be in an unsubstituted form, but may be included in the monomer as a form in which at least one hydrogen atom is substituted in these cyclic groups. In this case, the physical properties of the hard mask composition can be controlled by selecting the type and number of the substituents, and the functional groups include a hydroxyl group, a halogen atom, a halogen-containing group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, A substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkenyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylamine group, substituted or unsubstituted C7 to C20 arylalkyl group, substituted or unsubstituted C1 to C20 heteroalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroaryl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, substituted or unsubstituted C2 to C30 alkenyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynyl group, substituted or unsubstituted C1 to C20 aldehyde group, substituted or unsubstituted C1 to C4 alkyl ether, substituted or unsubstituted C7 to C20 arylalkylene ether, substituted or unsubstituted C1 to C30 haloalkyl group, substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylborane group, and substituted or unsubstituted C6 to It may be selected from the group consisting of a C30 arylborane group, but is not limited thereto.

일 예로, 상기 하드마스크 모노머는 분자량이 1,500 이하일 수 있고, 적어도 3개의 치환 또는 비치환된 벤젠 고리가 융합된 고리기를 포함하는 범위 내에서 다양한 구조적 변형이 가능하다. For example, the hard mask monomer may have a molecular weight of 1,500 or less, and various structural modifications are possible within a range including a cyclic group in which at least three substituted or unsubstituted benzene rings are fused.

일 예로, 상기 하드마스크 모노머는 하기 화학식 4 내지 9 중 어느 하나로 표현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the hard mask monomer may be represented by any one of the following Chemical Formulas 4 to 9, but is not limited thereto.

[화학식 4] [Formula 4]

Figure 112018080977587-pat00021
Figure 112018080977587-pat00021

상기 화학식 4에서,In Formula 4,

Aa는 치환 또는 비치환된 방향족 고리기이고,A a is a substituted or unsubstituted aromatic ring group,

Xa, Xb 및 Xc는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 인돌(indole)로부터 유도된 1가의 기이고,X a , X b and X c are each independently a monovalent group derived from a substituted or unsubstituted indole,

Ya, Yb 및 Yc는 각각 독립적으로 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬아민기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기이고,Y a , Y b and Y c are each independently a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl an amine group, or a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group,

ma, mb, mc, na, nb 및 nc는 각각 독립적으로 0 또는 1이다.ma a , m b , m c , na a , n b and n c are each independently 0 or 1.

단, ma, mb 및 mc 중 적어도 하나는 1이고, ma이 0이면 na은 0이고, mb가 0이면 nb는 0이고, mc가 0이면 nc는 0이다.However, m a, m b and m c, at least one is 1, and m a is 0, n a is 0, and, if m b is 0 and n b is 0, when m c is 0, n c is 0.

[화학식 5] [Formula 5]

Figure 112018080977587-pat00022
Figure 112018080977587-pat00022

상기 화학식 5에서,In Formula 5,

T는 트리아진 또는 트리아진 유도체이고,T is triazine or a triazine derivative,

Rd, Re 및 Rf은 각각 독립적으로 히드록시기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 산소 원자, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기, 또는 이들의 조합을 하나 또는 2 이상 가지는 기이다.R d , R e and R f are each independently a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, an oxygen atom, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted heteroaryl group, or these It is a group having one or two or more combinations of.

단, Rd, Re 및 Rf 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 아릴기를 포함한다.However, at least one of R d , R e and R f includes a substituted or unsubstituted aryl group.

[화학식 6] [Formula 6]

Figure 112018080977587-pat00023
Figure 112018080977587-pat00023

상기 화학식 6에서,In Formula 6,

Ab, Ac, Ad, Ae 및 Af는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 방향족 고리기이고, A b , A c , A d , A e and A f are each independently a substituted or unsubstituted aromatic ring group,

Xd 및 Xe는 각각 독립적으로 히드록시기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자 또는 할로겐 함유기이고,X d and X e are each independently a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom or a halogen-containing group,

Yd 및 Ye는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -NH-, 또는 -Se-이고,Y d and Y e are each independently -O-, -S-, -NH-, or -Se-,

Ma 및 Mb는 시아노기이고,M a and M b are cyano groups,

k 및 l은 각각 독립적으로 0 또는 1로서 1≤k+l≤2를 만족하고,k and l are each independently 0 or 1, satisfying 1≤k+l≤2,

md 및 nd은 0≤md≤3, 0≤nd≤3를 만족하는 정수로서, k=1인 경우 md은 1 이상인 정수이고 l=1인 경우 nd은 1 이상인 정수이며, m d and n d is an integer satisfying 0≤m d ≤3, 0≤n d ≤3, the case of k = 1 m d is greater than 1 when the integer and l = 1 n d is an integer greater than 1,

p 및 q는 각각 독립적으로 1 이상의 정수로서 1≤p+q≤(Ab가 가질 수 있는 최대 치환기 수)을 만족한다.p and q are each independently an integer of 1 or more, satisfying 1≤p+q≤(the maximum number of substituents that A b can have).

[화학식 7] [Formula 7]

Figure 112018080977587-pat00024
Figure 112018080977587-pat00024

상기 화학식 7에서,In Formula 7,

Ag 지방족 고리기 또는 방향족 고리기이고,A g is It is an aliphatic ring group or an aromatic ring group,

Ah 내지 Aj는 각각 페닐렌기이고, A h to A j are each a phenylene group,

Xf 내지 Xh는 각각 독립적으로 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬아민기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기이고,X f to X h are each independently a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylamine group, Or a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group,

Mc은 CRg, SiRh, N, P, PRiRj 또는 PRk이고, M c is CR g , SiR h , N, P, PR i R j or PR k ;

ne은 1 내지 4의 정수이고,n e is an integer from 1 to 4,

상기 Mc에서 Rg, Rh, Ri 및 Rj는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이고,In M c , R g , R h , R i and R j are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof,

Rk는 산소(O) 또는 황(S)이다.R k is oxygen (O) or sulfur (S).

[화학식 8] [Formula 8]

Figure 112018080977587-pat00025
Figure 112018080977587-pat00025

상기 화학식 8에서,In the formula (8),

Ak 내지 Am는 각각 독립적으로 지방족 고리기 또는 방향족 고리기이고,A k to A m are each independently an aliphatic ring group or an aromatic ring group,

Xi 내지 Xk는 각각 독립적으로 히드록시기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이고,X i to X k are each independently a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof,

nf은 3 내지 5의 정수이고,n f is an integer from 3 to 5,

me은 1 내지 3의 정수이다.m e is an integer from 1 to 3.

[화학식 9] [Formula 9]

Figure 112018080977587-pat00026
Figure 112018080977587-pat00026

상기 화학식 9에서,In Formula 9,

An 및 Ao은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 지방족 고리기 또는 방향족 고리기이고,A n and A o are each independently a substituted or unsubstituted aliphatic ring group or an aromatic ring group,

Xl는 히드록시기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 이들의 조합이고,X 1 is a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted aryl group, or a combination thereof,

L0는 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기이고,L 0 is a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkylene group,

Yf는 붕소(B) 함유기고,Y f is a boron (B) containing group,

ng은 1 내지 5의 정수이다.n g is an integer from 1 to 5;

일 예로, 상기 하드마스크 모노머는 그 구조 내에 적어도 하나의 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 아미노기, C1 내지 C10 알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C30 알콕시기, 또는 이들의 조합인 작용기를 포함할 수 있다. 이 경우 모노머의 용해도를 더욱 개선시켜 스핀-온 코팅 방법으로 효과적으로 형성할 수 있을 뿐만 아니라 소정의 패턴을 가지는 하부막 위에 스핀-온 코팅 방법으로 형성될 때 패턴들 사이의 갭을 채울 수 있는 갭-필 특성 및 평탄화 특성 또한 우수하다.For example, the hardmask monomer may include at least one hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, an amino group, a C1 to C10 alkyl group, a C6 to C30 aryl group, a C1 to C30 alkoxy group, or a combination thereof in the structure thereof. It may contain functional groups. In this case, not only can the solubility of the monomer be further improved so that it can be effectively formed by the spin-on coating method, but also the gap between the patterns can be filled when formed by the spin-on coating method on the lower layer having a predetermined pattern. It also has excellent peel properties and flattening properties.

상기 하드마스크 모노머는 상기 하드마스크 조성물의 총 함량에 대하여 예컨대 약 0.1 내지 50 중량%, 예컨대 약 0.5 내지 40 중량%, 약 1 내지 30 중량%, 또는 약 5 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위로 하드마스크 모노머를 포함함으로써 하드마스크의 두께, 표면 거칠기 및 평탄화 정도를 조절할 수 있다.The hardmask monomer may be included, for example, in an amount of about 0.1 to 50% by weight, such as about 0.5 to 40% by weight, about 1 to 30% by weight, or about 5 to 20% by weight based on the total content of the hardmask composition. By including the hardmask monomer in the above range, the thickness, surface roughness, and planarization degree of the hardmask can be adjusted.

일 예로, 상기 하드마스크 중합체는 하기 화학식 10으로 표현되는 구조단위를 포함할 수 있다.For example, the hard mask polymer may include a structural unit represented by the following Chemical Formula 10.

[화학식 10][Formula 10]

Figure 112018080977587-pat00027
Figure 112018080977587-pat00027

상기 화학식 10에서,In the formula (10),

A1은 치환 또는 비치환된 벤젠 고리를 적어도 하나 포함하는 2가의 고리기이고, A 1 is a divalent ring group including at least one substituted or unsubstituted benzene ring,

B1은 2가의 유기기이고,B 1 is a divalent organic group,

*은 연결지점이다:* is the connection point:

상기 하드마스크 중합체는 그 구조단위 내에 A1으로 표현되는 고리기 부분과 B1으로 표현되는 연결기 부분을 포함한다.The hardmask polymer includes a cyclic group represented by A 1 and a linking group represented by B 1 in its structural unit.

예를 들어, 상기 화학식 10에서 A1은 그 구조 내에 적어도 2개의 고리를 포함하는 2가의 고리기일 수 있으며 예컨대 하기 그룹 2 및 3에 나열된 화합물들 중 어느 하나로부터 유도된 2가의 고리기로서, 상기 2가의 고리기는 적어도 하나의 수소원자가 치환되거나 또는 비치환된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, in Formula 10, A 1 may be a divalent cyclic group including at least two rings in its structure, for example, as a divalent cyclic group derived from any one of the compounds listed in Groups 2 and 3 below. The divalent cyclic group may be one in which at least one hydrogen atom is substituted or unsubstituted, but is not limited thereto.

[그룹 2][Group 2]

Figure 112018080977587-pat00028
Figure 112018080977587-pat00028

[그룹 3][Group 3]

Figure 112018080977587-pat00029
Figure 112018080977587-pat00029

상기 그룹 2에서,In group 2,

M은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬렌기, -O-, -S-, -SO2-, 또는 카르보닐이고, M is a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkylene group, -O-, -S-, -SO 2 -, or carbonyl;

상기 그룹 3에서,In group 3,

R0 및 R1은 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 또는 이들의 조합이다.R 0 and R 1 are each independently hydrogen, a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a group thereof It is a combination.

예를 들어, 상기 화학식 10에서 B1은 하기 화학식 11로 표현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.For example, in Formula 10, B 1 may be represented by Formula 11 below, but is not limited thereto.

[화학식 11][Formula 11]

Figure 112018080977587-pat00030
Figure 112018080977587-pat00030

상기 화학식 11에서,In the above formula (11),

m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 2인 정수이고,m and n are each independently an integer of 0 to 2,

Z은 하기 그룹 4에서 선택되는 어느 하나로부터 유도된 2가의 고리기이고, 상기 2가의 고리기는 적어도 하나의 수소원자가 치환되거나 또는 비치환된 기이고,Z is a divalent cyclic group derived from any one selected from the following group 4, the divalent cyclic group is a group in which at least one hydrogen atom is substituted or unsubstituted,

*는 연결지점이다:* is the connection point:

[그룹 4][Group 4]

Figure 112018080977587-pat00031
Figure 112018080977587-pat00031

상기 그룹 4에서,In group 4,

M은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬렌기, -O-, -S-, -SO2-, 또는 카르보닐이다.M is a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkylene group, -O-, -S-, -SO 2 -, or carbonyl.

일 예로, m 및 n은 예컨대 각각 1일 수 있다. For example, m and n may each be 1, for example.

일 예로, Z는 예컨대 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 또는 이들의 조합과 같은 적어도 하나의 작용기에 의해 치환된 것일 수 있다.For example, Z is at least one such as, for example, a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof. It may be substituted by a functional group of

예를 들어, 상기 중합체의 중량평균분자량은 1,000 내지 200,000, 2,000 내지 100,000, 3,000 내지 80,000, 3,500 내지 70,000, 또는 4,000 내지 60,000일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the weight average molecular weight of the polymer may be 1,000 to 200,000, 2,000 to 100,000, 3,000 to 80,000, 3,500 to 70,000, or 4,000 to 60,000, but is not limited thereto.

상기 하드마스크 중합체는 상기 하드마스크 조성물의 총 함량에 대하여 예컨대 약 0.1 내지 50 중량%, 예컨대 약 0.5 내지 40 중량%, 약 1 내지 30 중량%, 또는 약 5 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위로 중합체가 포함됨으로써 하드마스크의 두께, 표면 거칠기 및 평탄화 정도를 조절할 수 있다.The hardmask polymer may be included in, for example, about 0.1 to 50% by weight, such as about 0.5 to 40% by weight, about 1 to 30% by weight, or about 5 to 20% by weight, based on the total content of the hardmask composition. By including the polymer in the above range, it is possible to control the thickness, surface roughness, and planarization degree of the hard mask.

전술한 적어도 하나의 방향족 고리를 포함하는 하드마스크 모노머 또는 하드마스크 중합체는 전술한 클러스터 화합물과 함께 사용되어 후속 식각과정에서 더욱 우수한 내식각성, 내화학성 및 내열성을 확보할 수 있다.The hardmask monomer or hardmask polymer including at least one aromatic ring described above may be used together with the aforementioned cluster compound to secure better etch resistance, chemical resistance and heat resistance in a subsequent etching process.

상기 하드마스크 조성물에 포함되는 용매는 상기 클러스터 화합물에 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, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 메틸피롤리돈, 메틸피롤리디논, 아세틸아세톤및 에틸 3-에톡시프로피오네이트에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The solvent included in the hard mask composition is not particularly limited as long as it has sufficient solubility or dispersibility for the cluster compound, for example, propylene glycol, propylene glycol diacetate, methoxy propanediol, diethylene glycol, diethylene glycol butyl ether. , tri(ethylene glycol) monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, cyclohexanone, ethyl lactate, gamma-butyrolactone, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethyl It may include at least one selected from acetamide, methylpyrrolidone, methylpyrrolidinone, acetylacetone, and ethyl 3-ethoxypropionate, but is not limited thereto.

상기 하드마스크 조성물은 추가적으로 계면활성제, 가교제, 열산발생제, 가소제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.The hard mask composition may further include additives such as a surfactant, a crosslinking agent, a thermal acid generator, and a plasticizer.

상기 계면활성제는 예컨대 플루오로알킬계 화합물, 알킬벤젠설폰산염, 알킬피리디늄염, 폴리에틸렌글리콜, 제4암모늄염 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The surfactant may be, for example, a fluoroalkyl-based compound, an alkylbenzenesulfonate, an alkylpyridinium salt, polyethylene glycol, or a quaternary ammonium salt, but is not limited thereto.

상기 가교제는 예컨대 멜라민계, 치환요소계, 또는 이들 폴리머계 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 적어도 2개의 가교 형성 치환기를 갖는 가교제로, 예를 들면, 메톡시메틸화 글리코루릴, 부톡시메틸화 글리코루릴, 메톡시메틸화 멜라민, 부톡시메틸화 멜라민, 메톡시메틸화 벤조구아나민, 부톡시메틸화 벤조구아나민, 메톡시메틸화요소, 부톡시메틸화요소, 메톡시메틸화 티오요소, 또는 부톡시메틸화 티오요소 등의 화합물을 사용할 수 있다.The crosslinking agent may be, for example, a melamine-based, substituted urea-based, or polymer-based agent. Preferably, crosslinking agents having at least two crosslinking substituents are, for example, methoxymethylated glycouryl, butoxymethylated glycouryl, methoxymethylated melamine, butoxymethylated melamine, methoxymethylated benzoguanamine, butoxy A compound such as methylated benzoguanamine, methoxymethylated urea, butoxymethylated urea, methoxymethylated thiourea, or butoxymethylated thiourea may be used.

또한, 상기 가교제로는 내열성이 높은 가교제를 사용할 수 있다. 내열성이 높은 가교제로는 분자 내에 방향족 고리(예를 들면 벤젠 고리, 나프탈렌 고리)를 가지는 가교 형성 치환기를 함유하는 화합물을 사용할 수 있다.In addition, as the crosslinking agent, a crosslinking agent having high heat resistance may be used. As a crosslinking agent with high heat resistance, a compound containing a crosslinking substituent having an aromatic ring (eg, a benzene ring, a naphthalene ring) in the molecule can be used.

상기 열산발생제는 예컨대 p-톨루엔술폰산, 트리플루오로메탄술폰산, 피리디늄p-톨루엔술폰산, 살리실산, 술포살리실산, 구연산, 안식향산, 하이드록시안식향산, 나프탈렌카르본산 등의 산성 화합물 또는/및 2,4,4,6-테트라브로모시클로헥사디에논, 벤조인토실레이트, 2-니트로벤질토실레이트, 그 밖에 유기술폰산알킬에스테르 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The thermal acid generator is, for example, an acid compound such as p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, pyridinium p-toluenesulfonic acid, salicylic acid, sulfosalicylic acid, citric acid, benzoic acid, hydroxybenzoic acid, naphthalenecarboxylic acid, and/or 2,4 ,4,6-tetrabromocyclohexadienone, benzointosylate, 2-nitrobenzyltosylate, and other organic sulfonic acid alkyl esters may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 첨가제는 상기 하드마스크 조성물 100 중량부에 대하여 약 0.001 내지 40 중량부, 약 0.01 내지 30 중량부, 또는 약 0.1 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함함으로써 하드마스크 조성물의 광학적 특성을 변경시키지 않으면서 용해도를 향상시킬 수 있다.The additive may be included in an amount of about 0.001 to 40 parts by weight, about 0.01 to 30 parts by weight, or about 0.1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the hardmask composition. By including in the above range, solubility can be improved without changing the optical properties of the hardmask composition.

또 다른 구현예에 따르면, 상술한 하드마스크 조성물을 사용하여 제조된 유기막을 제공한다. 상기 유기막은 상술한 하드마스크 조성물을 예컨대 기판 위에 코팅한 후 열처리 과정을 통해 경화된 형태일 수 있으며, 예컨대 하드마스크 층, 평탄화막, 희생막, 충진제 등 전자 디바이스에 사용되는 유기 박막을 포함할 수 있다. According to another embodiment, an organic film prepared using the above-described hard mask composition is provided. The organic film may be in a form cured through a heat treatment process after coating the above-described hard mask composition on a substrate, for example, and may include an organic thin film used in electronic devices such as a hard mask layer, a planarization film, a sacrificial film, and a filler. there is.

이하 상술한 하드마스크 조성물을 사용하여 패턴을 형성하는 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of forming a pattern using the above-described hard mask composition will be described.

일 구현예에 따른 패턴 형성 방법은 기판 위에 재료 층을 형성하는 단계, 상기 재료 층 위에 상술한 클러스터 화합물 및 용매를 포함하는 하드마스크 조성물을 적용하는 단계, 상기 하드마스크 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계, 상기 하드마스크 층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고 상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계를 포함한다.A pattern forming method according to an embodiment includes forming a material layer on a substrate, applying a hard mask composition including the cluster compound and a solvent on the material layer, and heat-treating the hard mask composition to form a hard mask layer forming a photoresist layer on the hardmask layer; exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern; selectively removing the hardmask layer using the photoresist pattern; exposing a portion of the material layer, and etching the exposed portion of the material layer.

상기 기판은 예컨대 실리콘 웨이퍼, 유리 기판 또는 고분자 기판일 수 있다.The substrate may be, for example, a silicon wafer, a glass substrate, or a polymer substrate.

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.The material layer is a material to be finally patterned, and may be, for example, a metal layer such as aluminum or copper, a semiconductor layer such as silicon, or an insulating layer such as silicon oxide or silicon nitride. The material layer may be formed, for example, by a chemical vapor deposition method.

상기 하드마스크 조성물은 전술한 바와 같으며, 용액 형태로 제조되어 스핀-온 코팅방법으로 도포될 수 있다. 이때 상기 하드마스크 조성물의 도포 두께는 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 약 50 내지 200,000Å 두께로 도포될 수 있다.The hard mask composition is the same as described above, and may be prepared in the form of a solution and applied by a spin-on   coating method. At this time, the thickness of the hard mask composition is not particularly limited, but may be applied, for example, to a thickness of about 50 to 200,000 Å.

상기 하드마스크 조성물을 열처리하는 단계는 예컨대 약 100 내지 700℃에서 약 10초 내지 1시간 동안 수행할 수 있다.The heat treatment of the hard mask composition may be performed, for example, at about 100 to 700° C. for about 10 seconds to 1 hour.

일 예로, 상기 하드마스크 층 위에 실리콘 함유 박막층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 실리콘 함유 박막층은 예컨대 SiCN, SiOC, SiON, SiOCN, SiC, SiO 및/또는 SiN 등의 물질로 형성할 수 있다.As an example, the method may further include forming a silicon-containing thin film layer on the hardmask layer. The silicon-containing thin film layer may be formed of a material such as SiCN, SiOC, SiON, SiOCN, SiC, SiO and/or SiN.

일 예로, 상기 포토레지스트 층을 형성하는 단계 전에 상기 실리콘 함유 박막층 상부 또는 하드마스크 층 상부에 바닥 반사방지 층(bottom anti-reflective coating, BARC)을 더 형성할 수도 있다.For example, before the step of forming the photoresist layer, a bottom anti-reflective coating (BARC) may be further formed on the silicon-containing thin film layer or on the hard mask layer.

상기 포토레지스트 층을 노광하는 단계는 예컨대 ArF, KrF 또는 EUV 등을 사용하여 수행할 수 있다. 또한 노광 후 약 100 내지 700℃에서 열처리 공정을 수행할 수 있다.The exposing of the photoresist layer may be performed using, for example, ArF, KrF, or EUV. In addition, a heat treatment process may be performed at about 100 to 700° C. after exposure.

상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계는 식각 가스를 사용하여 건식 식각으로 수행할 수 있으며, 식각 가스는 예컨대 CHF3, CF4, Cl2, BCl3 및 이들의 혼합 가스를 사용할 수 있다.The etching of the exposed portion of the material layer may be performed by dry etching using an etching gas, and the etching gas may be, for example, CHF 3 , CF 4 , Cl 2 , BCl 3 , or a mixture thereof.

상기 식각된 재료 층은 복수의 패턴으로 형성될 수 있고, 상기 복수의 패턴은 금속 패턴, 반도체 패턴, 절연 패턴 등 다양할 수 있으며, 예컨대 반도체 집적 회로 디바이스 내의 다양한 패턴으로 적용될 수 있다.The etched material layer may be formed in a plurality of patterns, and the plurality of patterns may be various, such as a metal pattern, a semiconductor pattern, an insulating pattern, and may be applied as various patterns in, for example, a semiconductor integrated circuit device.

이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것은 아니다.The above-described embodiment will be described in more detail through the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and do not limit the scope of rights.

합성예Synthesis example

클러스터 화합물의 합성예Synthesis example of cluster compound

모든 반응은 질소 분위기 하에서 수행하였다. 출발 원료인 부틸틴 히드록시 옥사이드는 Alfa Aesar에서 구입하여 추가의 정제 없이 사용하였다. 기타 시약은 모두 Sigma Aldrich에서 구입하여 별도의 정제과정 없이 사용하였다. All reactions were performed under a nitrogen atmosphere. The starting material, butyltin hydroxy oxide, was purchased from Alfa Aesar and used without further purification. All other reagents were purchased from Sigma Aldrich and used without a separate purification process.

클러스터 화합물 합성예 1: [(BuSn)Cluster compound synthesis example 1: [(BuSn) 1212 OO 1414 (OH)(OH) 66 ][p-CH][p-CH 33 C6HC6H 44 SOSO 33 ]] 22 의 합성 synthesis of

C. Eychenne-Baron, F. Ribot and C. Sanchez, Journal of Organometallic Chemistry, 1998, 567, 137-142. 문헌의 합성 방법을 참고하였다. 1L 둥근바닥플라스크에 BuSnO(OH)(20g), p-톨루엔 술폰산(5.77g) 및 톨루엔(500ml)을 넣고 딘-스타크와 컨덴서를 장착하고 48시간 동안 환류하였다. 미반응물을 여과하여 제거한 용액을 농축시켜 23g의 백색 분말을 얻었다. 얻은 분말을 0.5wt%의 물을 포함하는 1,4-다이옥산 용액에 넣고 약 85℃로 가열하여 용해시킨 후, 실온에서 수일간 방치하여 11g의 클러스터 화합물을 얻었다. (수득율: 50%)C. Eychenne-Baron, F. Ribot and C. Sanchez, Journal of Organometallic Chemistry , 1998, 567, 137-142. Reference was made to the synthesis method in the literature. BuSnO(OH) (20g), p-toluene sulfonic acid (5.77g) and toluene (500ml) were placed in a 1L round-bottom flask, a Dean-Stark condenser was installed, and the mixture was refluxed for 48 hours. The solution removed by filtration of the unreacted material was concentrated to obtain 23 g of white powder. The obtained powder was placed in a 1,4-dioxane solution containing 0.5 wt% of water, heated to about 85° C. to dissolve, and then left at room temperature for several days to obtain 11 g of a cluster compound. (yield rate: 50%)

클러스터 화합물 합성예 2: [(BuSn)Cluster compound synthesis example 2: [(BuSn) 1212 OO 1414 (OH)(OH) 66 ][OH]][OH] 22 의 합성 synthesis of

C. Eychenne-Baron, F. Ribot and C. Sanchez, Journal of Organometallic Chemistry, 1998, 567, 137-142. 문헌의 합성 방법을 참고하였다. 이소프로판올에 합성예 1에서 얻은 클러스터 화합물을 함량이 20wt%가 되도록 넣고 강하게 교반하면서, 테트라암모늄 하이드록사이드가 65wt% 포함된 테트라암모늄 하이드록사이드와 이소프로판올의 혼합 용액을 첨가하였다. 30분 동안 교반 후 현탁액 상태의 반응 혼합물을 -20℃에서 하룻밤 방치하여 침상의 결정을 얻었다. 얻어진 결정을 여과하여 분리하고 건조하여 클러스터 화합물을 얻었다. (수득율 90%)C. Eychenne-Baron, F. Ribot and C. Sanchez, Journal of Organometallic Chemistry , 1998, 567, 137-142. Reference was made to the synthesis method in the literature. A mixed solution of tetraammonium hydroxide containing 65 wt% of tetraammonium hydroxide and isopropanol was added to isopropanol so that the content of the cluster compound obtained in Synthesis Example 1 became 20 wt%, and stirred vigorously. After stirring for 30 minutes, the suspension reaction mixture was left at -20°C overnight to obtain needle-like crystals. The obtained crystals were separated by filtration and dried to obtain a cluster compound. (yield rate 90%)

클러스터 화합물 합성예 3: [(BuSn)Cluster compound synthesis example 3: [(BuSn) 1212 OO 1414 (OH)(OH) 66 ][C][C 66 HH 55 CHCH 22 COO]COO] 2 2 의 합성synthesis of

Advances in Patterning Materials and Processes XXXI, 90511B (4 April 2014) 의 합성 방법을 참고하였다. 50ml 둥근바닥플라스크에 클러스터 화합물 합성예 2에서 얻은 클러스터 화합물(1.0g, 0.41mmol)과 테트라하이드로퓨란(THF, 10ml)을 넣고, 페닐아세트단(0.112g, 0.82mmol)이 10wt%로 포함된 페닐아세트단과 테트라하이드로퓨란의 혼합용액을 첨가한 후 10분간 교반하였다. 교반 후, 진공으로 용매를 제거하여 백색의 클러스터 화합물을 얻었다. The synthesis method of Advances in Patterning Materials and Processes XXXI, 90511B (4 April 2014) was referred to. In a 50ml round bottom flask, put the cluster compound (1.0g, 0.41mmol) and tetrahydrofuran (THF, 10ml) obtained in Synthesis Example 2 of the cluster compound, and phenylacetane (0.112g, 0.82mmol) containing 10wt% of phenyl A mixed solution of acetane and tetrahydrofuran was added, followed by stirring for 10 minutes. After stirring, the solvent was removed in vacuo to obtain a white cluster compound.

하드마스크 모노머 합성예Hard mask monomer synthesis example

제1 단계: 프리델-크래프트 아실레이션(Friedel-Craft Acylation) 반응Step 1: Friedel-Craft Acylation reaction

플라스크에 벤조피렌 15.85g(0.05mol), 메톡시 나프토일 클로라이드 23.13g(0.105mol) 및 다이클로로에탄 214g을 첨가하였다. 상기 용액에 알루미늄 클로라이드 14.668g (0.11mol)을 천천히 투입하여 상온에서 1시간 동안 교반하였다.  반응이 완결되면 메탄올을 첨가한 후 형성된 침전물을 여과하여 건조하였다.To the flask were added 15.85 g (0.05 mol) of benzopyrene, 23.13 g (0.105 mol) of methoxy naphthoyl chloride and 214 g of dichloroethane. 14.668 g (0.11 mol) of aluminum chloride was slowly added to the solution and stirred at room temperature for 1 hour. When the reaction was completed, methanol was added and the formed precipitate was filtered and dried.

제2 단계: 메틸기 제거(demethylation) 반응Second step: demethylation reaction

플라스크에 상기 제1 단계에서 얻은 화합물과 1-도데칸싸이올 36.21g(0.18mol), 수산화칼륨 12.55g(0.22mol) 및 N,N-디메틸포름아마이드 315g을 첨가한 후, 120℃에서 8시간 교반하였다. 이어서 상기 혼합물을 냉각하고 5% 염화수소 용액으로 pH 7이 되도록 중화한 후, 에틸아세테이트(Ethyl Acetate)로 추출하여 건조하였다.After adding the compound obtained in the first step, 36.21 g (0.18 mol) of 1-dodecanthiol, 12.55 g (0.22 mol) of potassium hydroxide, and 315 g of N,N-dimethylformamide to a flask, at 120° C. for 8 hours stirred. Then, the mixture was cooled, neutralized to pH 7 with 5% hydrogen chloride solution, extracted with ethyl acetate (Ethyl Acetate), and dried.

제3 단계: 환원(reduction) 반응Third step: reduction reaction

플라스크에 상기 제2 단계에서 얻은 화합물을 100mL의 테트라하이드로퓨란에 녹이고, 리튬 알루미늄 하이드라이드 22.98g(0.60mol)을 조금씩 첨가하며 반응시켰다. 반응 종료 후 물/메탄올 혼합물을 사용하여 반응 부수물을 제거하여, 화학식 1aa로 표현되는 모노머를 얻었다.The compound obtained in the second step was dissolved in 100 mL of tetrahydrofuran in a flask, and 22.98 g (0.60 mol) of lithium aluminum hydride was added little by little and reacted. After completion of the reaction, reaction by-products were removed using a water/methanol mixture to obtain a monomer represented by Chemical Formula 1aa.

[화학식 1aa][Formula 1aa]

Figure 112018080977587-pat00032
Figure 112018080977587-pat00032

하드마스크 중합체 합성예Hard mask polymer synthesis example

플라스크에 9,9'-비스(4-하이드록시페닐)플루오렌 50.0g(0.143mol), 1,4-비스(메톡시메틸)벤젠 23.7g(0.143mol) 및 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 50g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 상기 용액에 다이에틸 설페이트 1.10g(7.13mmol)을 첨가한 후 100℃에서 24시간 동안 교반하였다. 중합이 완결되면, 메탄올에 침전시켜 모노머 및 저분자량체를 제거하여 하기 화학식 1bb로 표현되는 구조단위를 포함하는 중합체를 얻었다. 얻어진 중합체의 중량평균분자량은 33,500 이다.In a flask, 50.0 g (0.143 mol) of 9,9'-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene, 23.7 g (0.143 mol) of 1,4-bis (methoxymethyl) benzene, and 50 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added to the flask. was added to prepare a solution. After adding 1.10 g (7.13 mmol) of diethyl sulfate to the solution, the mixture was stirred at 100° C. for 24 hours. Upon completion of polymerization, the polymer was precipitated in methanol to remove monomers and low molecular weight substances to obtain a polymer including a structural unit represented by the following Chemical Formula 1bb. The weight average molecular weight of the obtained polymer was 33,500.

[화학식 1bb][Formula 1bb]

Figure 112018080977587-pat00033
Figure 112018080977587-pat00033

실시예Example

실시예 1Example 1

클러스터 화합물의 합성예 1에서 얻은 클러스터 화합물(20g)과 중합체 합성예에서 얻은 중합체(80g)를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)와 사이클로헥사논(cyclohexanone)(7:3(v/v))의 혼합 용매(900g)에 녹인 후 여과하여 하드마스크 조성물을 제조하였다. The cluster compound (20 g) obtained in Synthesis Example 1 of the cluster compound and the polymer (80 g) obtained in the Polymer Synthesis Example were mixed with propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and cyclohexanone (7:3). (v/v)) was dissolved in a mixed solvent (900 g) and filtered to prepare a hard mask composition.

실시예 2Example 2

클러스터 화합물의 합성예 1에서 얻은 클러스터 화합물(40g)과 중합체 합성예에서 얻은 중합체(60g)를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)와 사이클로헥사논(cyclohexanone)(7:3(v/v))의 혼합 용매(900g)에 녹인 후 여과하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.The cluster compound (40 g) obtained in Synthesis Example 1 of the cluster compound and the polymer (60 g) obtained in the Polymer Synthesis Example were mixed with propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and cyclohexanone (7:3). (v/v)) was dissolved in a mixed solvent (900 g) and filtered to prepare a hard mask composition.

실시예 3Example 3

클러스터 화합물의 합성예 1에서 얻은 클러스터 화합물(20g)과 모노머 합성예에서 얻은 모노머(80g)를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)와 사이클로헥사논(cyclohexanone)(7:3(v/v))의 혼합 용매(900g)에 녹인 후 여과하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.The cluster compound (20 g) obtained in Synthesis Example 1 of the cluster compound and the monomer (80 g) obtained in the monomer synthesis example were mixed with propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and cyclohexanone (7:3). (v/v)) was dissolved in a mixed solvent (900 g) and filtered to prepare a hard mask composition.

실시예 4Example 4

클러스터 화합물의 합성예 2에서 얻은 클러스터 화합물(20g)과 중합체 합성예에서 얻은 중합체(80g)를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)와 사이클로헥사논(cyclohexanone)(7:3(v/v))의 혼합 용매(900g)에 녹인 후 여과하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.The cluster compound (20 g) obtained in Synthesis Example 2 of the cluster compound and the polymer (80 g) obtained in the Polymer Synthesis Example were mixed with propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and cyclohexanone (7:3). (v/v)) was dissolved in a mixed solvent (900 g) and filtered to prepare a hard mask composition.

실시예 5Example 5

클러스터 화합물의 합성예 3에서 얻은 클러스터 화합물(20g)과 중합체 합성예에서 얻은 중합체(80g)를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)와 사이클로헥사논(cyclohexanone)(7:3(v/v))의 혼합 용매(900g)에 녹인 후 여과하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.The cluster compound (20 g) obtained in Synthesis Example 3 of the cluster compound and the polymer (80 g) obtained in the Polymer Synthesis Example were mixed with propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and cyclohexanone (7:3). (v/v)) was dissolved in a mixed solvent (900 g) and filtered to prepare a hard mask composition.

비교예comparative example

비교예 1Comparative Example 1

중합체 합성예에서 얻은 중합체(100g)를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)와 사이클로헥사논(cyclohexanone)(7:3(v/v))의 혼합 용매(900g)에 녹인 후 여과하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.The polymer (100 g) obtained in the polymer synthesis example was dissolved in a mixed solvent (900 g) of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and cyclohexanone (7:3 (v/v)). After filtration, a hard mask composition was prepared.

비교예 2Comparative Example 2

Sn(OtBu)4(시그마 알드리치 사 제품번호: 494135, CAS Number 36809-75-3)(20g)과 중합체 합성예에서 얻은 중합체(80g)를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)와 사이클로헥사논(cyclohexanone)(7:3(v/v))의 혼합 용매(900g)에 녹인 후 여과하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.Sn(OtBu)4 (Sigma-Aldrich Product No.: 494135, CAS Number 36809-75-3) (20g) and the polymer obtained in the Polymer Synthesis Example (80g) were mixed with propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA). ) and cyclohexanone (7:3 (v/v)) were dissolved in a mixed solvent (900 g) and filtered to prepare a hard mask composition.

평가: 내식각성Evaluation: corrosion resistance

실리콘 웨이퍼 위에 실시예 1 내지 5와, 비교예 1 과 2에 따른 하드마스크 조성물(4 중량%)을 400℃에서 120초간 열처리하여 박막을 형성한 후 두께를 측정하였다. 이어서 상기 박막에 N2/O2 혼합 가스(50mT/300W/10O2/50N2) 및 CFx 가스(100mT/600W/42CF4/600Ar/15O2)를 사용하여 각각 60초 및 120초 동안 건식 식각한 후 박막의 두께를 다시 측정하였다. 건식 식각 전후의 박막의 두께와 식각 시간으로부터 하기 계산식 1에 따라 식각율(bulk etch rate, BER)을 계산하였다.On a silicon wafer, the hard mask compositions (4 wt %) according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 were heat-treated at 400° C. for 120 seconds to form a thin film, and then the thickness was measured. Then, N 2 /O 2 mixed gas (50mT/300W/10O 2 /50N 2 ) and CF x gas (100mT/600W/42CF 4 /600Ar/15O 2 ) were used on the thin film to dry for 60 seconds and 120 seconds, respectively. After etching, the thickness of the thin film was measured again. The bulk etch rate (BER) was calculated according to Equation 1 below from the thickness and etching time of the thin film before and after dry etching.

[계산식 1][Formula 1]

식각율(Å/sec) = (초기 박막 두께 - 식각 후 박막 두께)/식각 시간Etch rate (Å/sec) = (initial thin film thickness - thin film thickness after etching) / etch time

그 결과는 표 1과 같다.The results are shown in Table 1.

Bulk etch rate(Å/sec)Bulk etch rate(Å/sec) N2/O2 etch rateN 2 /O 2 etch rate CFx etch rateCFx etch rate 실시예 1Example 1 15.615.6 18.118.1 실시예 2Example 2 16.216.2 18.818.8 실시예 3Example 3 17.117.1 19.519.5 실시예 4Example 4 17.517.5 22.022.0 실시예 5 Example 5 16.416.4 19.519.5 비교예 1Comparative Example 1 20.620.6 23.823.8 비교예 2Comparative Example 2 24.824.8 29.429.4

표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 5에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막은 비교예 1 과 2에 따른 박막과 비교하여 식각 가스에 대한 충분한 내식각성이 있어서 내식각성이 향상됨을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the thin films formed from the hardmask compositions according to Examples 1 to 5 have sufficient etch resistance to the etching gas as compared to the thin films according to Comparative Examples 1 and 2, so that the etch resistance is improved.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 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.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also presented. It belongs to the scope of the invention.

Claims (17)

금속 클러스터 화합물 및 금속-옥소 클러스터 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 클러스터 화합물, 및
용매를 포함하는 하드마스크 조성물로서,
상기 금속-옥소 클러스터 화합물은 하기 화학식 2로 표현되는 모이어티 및 하기 화학식 3으로 표현되는 모이어티 중 적어도 하나를 포함하는 하드마스크 조성물:
[화학식 2] [화학식 3]
Figure 112021011159677-pat00049
Figure 112021011159677-pat00050

화학식 2 또는 3에서,
M2 내지 M6은 각각 독립적으로 서로 같거나 다른 금속 또는 유기금속이고,
O는 산소원소이고,
n2 내지 n6은 각각 독립적으로 1 내지 5인 정수이고,
*는 금속-옥소 클러스터 화합물 내의 다른 원소와의 연결지점이다.
a cluster compound comprising at least one of a metal cluster compound and a metal-oxo cluster compound, and
A hard mask composition comprising a solvent,
The metal-oxo cluster compound is a hard mask composition comprising at least one of a moiety represented by the following Chemical Formula 2 and a moiety represented by the following Chemical Formula 3:
[Formula 2] [Formula 3]
Figure 112021011159677-pat00049
Figure 112021011159677-pat00050

In Formula 2 or 3,
M 2 To M 6 are each independently the same or different metals or organometals,
O is an element of oxygen,
n 2 to n 6 are each independently an integer of 1 to 5,
* is the point of connection with other elements in the metal-oxo cluster compound.
제1항에서,
상기 금속은 Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi 및 Po에서 선택되는 어느 하나인 하드마스크 조성물.
In claim 1,
The metal is any one selected from Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi, and Po hard mask composition.
제1항에서,
상기 클러스터 화합물은 금속-탄소 결합을 포함하는 하드마스크 조성물.
In claim 1,
The cluster compound is a hard mask composition comprising a metal-carbon bond.
제3항에서,
상기 금속-탄소 결합은 하기 화학식 1로 표현되는 하드마스크 조성물:
[화학식 1]
Figure 112018080977587-pat00034

화학식 1에서 M1 은 금속이고,
X1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, C2 내지 C30 알케닐기, C2 내지 C30 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C2 내지 C30 헤테로고리기, 카르보닐기, 카르복실기, 에스테르기, 아마이드기 또는 이들의 조합이고,
n1은 1 내지 5인 정수이고,
*는 클러스터 화합물 내의 다른 원소와의 연결지점이다.
In claim 3,
The metal-carbon bond is a hard mask composition represented by the following Chemical Formula 1:
[Formula 1]
Figure 112018080977587-pat00034

In Formula 1, M 1 is a metal,
X 1 is a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, C2 to C30 alkenyl group, C2 to C30 alkynyl group, C6 to C30 aryl group, C7 to C30 arylalkyl group, C1 to C20 heteroalkyl group, C3 to C20 heteroarylalkyl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C15 cycloalkenyl group, C6 to C15 cycloalkynyl group, C2 to C30 heterocyclic group, carbonyl group, carboxyl group, ester group, amide group, or a combination thereof;
n 1 is an integer from 1 to 5,
* is the point of connection with other elements in the cluster compound.
삭제delete 제1항에서,
상기 클러스터 화합물은 양이온성 화합물인 하드마스크 조성물.
In claim 1,
The hard mask composition wherein the cluster compound is a cationic compound.
제6항에서,
음이온을 더 포함하는 하드마스크 조성물.
In claim 6,
A hard mask composition further comprising an anion.
제7항에서,
상기 음이온은 할로겐 음이온, 히드록사이드, 싸이아나이드, 나이트레이트, 바이설파이트, 디하이드로젠포스페이트, 아세테이트, 벤젠설포네이트, 벤젠설파이트, C7 내지 C30 알킬 벤젠설포네이트, C7 내지 C30 알킬 벤젠설파이트 또는 이들의 조합인 하드마스크 조성물.
In claim 7,
The anion is a halogen anion, hydroxide, cyanide, nitrate, bisulfite, dihydrogen phosphate, acetate, benzenesulfonate, benzenesulfite, C7 to C30 alkyl benzenesulfonate, C7 to C30 alkyl benzenesulfite Or a hard mask composition that is a combination thereof.
제1항에서,
상기 클러스터 화합물은 0.1nm 내지 10nm의 입경을 가지는 하드마스크 조성물.
In claim 1,
The cluster compound is a hard mask composition having a particle diameter of 0.1 nm to 10 nm.
제1항에서,
상기 클러스터 화합물은 상기 하드마스크 조성물의 총 함량에 대하여 0.1 내지 30중량%로 포함되는 하드마스크 조성물.
In claim 1,
The hard mask composition comprising the cluster compound in an amount of 0.1 to 30% by weight based on the total content of the hardmask composition.
제1항에서,
적어도 하나의 방향족 고리를 포함하는 하드마스크 모노머 또는 하드마스크 중합체를 더 포함하는 하드마스크 조성물.
In claim 1,
A hardmask composition further comprising a hardmask monomer or hardmask polymer comprising at least one aromatic ring.
제11항에서,
상기 하드마스크 모노머는 하기 그룹 1에서 선택된 치환 또는 비치환된 고리기를 포함하는 하드마스크 조성물:
[그룹 1]
Figure 112018080977587-pat00037

상기 그룹 1에서,
Z1은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알키닐렌기, C=O, NRa, 산소(O), 황(S) 또는 이들의 조합이고,
Z3 내지 Z18은 각각 독립적으로 C=O, NRa, 산소(O), 황(S), CRbRc 또는 이들의 조합이고,
Ra 내지 Rc는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 헤테로아릴렌기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 또는 이들의 조합이다.
In claim 11,
The hard mask monomer is a hard mask composition comprising a substituted or unsubstituted ring group selected from the following group 1:
[Group 1]
Figure 112018080977587-pat00037

In group 1,
Z 1 is a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 cycloalkylene group, a substituted or unsubstituted C6 to C20 arylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 heteroaryl Rene group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynylene group, C=O, NR a , oxygen (O), sulfur (S), or a combination thereof,
Z 3 to Z 18 are each independently C=O, NR a , oxygen (O), sulfur (S), CR b R c , or a combination thereof,
R a to R c are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C20 arylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 heteroarylene group, a halogen atom, a halogen-containing group , or a combination thereof.
제12항에서,
상기 하드마스크 모노머는 하기 화학식 4 내지 9 중 어느 하나로 표현되는 하드마스크 조성물:
[화학식 4]
Figure 112018080977587-pat00038

상기 화학식 4에서,
Aa는 치환 또는 비치환된 방향족 고리기이고,
Xa, Xb 및 Xc는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 인돌(indole)로부터 유도된 1가의 기이고,
Ya, Yb 및 Yc는 각각 독립적으로 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬아민기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기이고,
ma, mb, mc, na, nb 및 nc는 각각 독립적으로 0 또는 1이다.
단, ma, mb 및 mc 중 적어도 하나는 1이고, ma이 0이면 na은 0이고, mb가 0이면 nb는 0이고, mc가 0이면 nc는 0이다:
[화학식 5]
Figure 112018080977587-pat00039

상기 화학식 5에서,
T는 트리아진 또는 트리아진 유도체이고,
Rd, Re 및 Rf은 각각 독립적으로 히드록시기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 산소 원자, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기, 또는 이들의 조합을 하나 또는 2 이상 가지는 기이다.
단, Rd, Re 및 Rf 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 아릴기를 포함한다:
[화학식 6]
Figure 112018080977587-pat00040

상기 화학식 6에서,
Ab, Ac, Ad, Ae 및 Af는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 방향족 고리기이고,
Xd 및 Xe는 각각 독립적으로 히드록시기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자 또는 할로겐 함유기이고,
Yd 및 Ye는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -NH-, 또는 -Se-이고,
Ma 및 Mb는 시아노기이고,
k 및 l은 각각 독립적으로 0 또는 1로서 1≤k+l ≤2를 만족하고,
md 및 nd은 0≤md≤3, 0≤nd≤3를 만족하는 정수로서, k=1인 경우 md은 1 이상인 정수이고 l=1인 경우 nd은 1 이상인 정수이며,
p 및 q는 각각 독립적으로 1 이상의 정수로서 1≤p+q≤(Ab가 가질 수 있는 최대 치환기 수)을 만족한다:
[화학식 7]
Figure 112018080977587-pat00041

상기 화학식 7에서,
Ag 지방족 고리기 또는 방향족 고리기이고,
Ah 내지 Aj는 각각 페닐렌기이고,
Xf 내지 Xh는 각각 독립적으로 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬아민기, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기이고,
Mc은 CRg, SiRh, N, P, PRiRj 또는 PRk이고,
ne은 1 내지 4의 정수이고,
상기 Mc에서 Rg, Rh, Ri 및 Rj는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이고,
Rk는 산소(O) 또는 황(S)이다:
[화학식 8]
Figure 112018080977587-pat00042

상기 화학식 8에서,
Ak 내지 Am는 각각 독립적으로 지방족 고리기 또는 방향족 고리기이고,
Xi 내지 Xk는 각각 독립적으로 히드록시기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이고,
nf은 3 내지 5의 정수이고,
me은 1 내지 3의 정수이다:
[화학식 9]
Figure 112018080977587-pat00043

상기 화학식 9에서,
An 및 Ao은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 지방족 고리기 또는 방향족 고리기이고,
Xl는 히드록시기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 이들의 조합이고,
L0는 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기이고,
Yf는 붕소(B) 함유기고,
ng은 1 내지 5의 정수이다.
In claim 12,
The hard mask monomer is a hard mask composition represented by any one of the following Chemical Formulas 4 to 9:
[Formula 4]
Figure 112018080977587-pat00038

In Formula 4,
A a is a substituted or unsubstituted aromatic ring group,
X a , X b and X c are each independently a monovalent group derived from a substituted or unsubstituted indole,
Y a , Y b and Y c are each independently a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl an amine group, or a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group,
ma a , m b , m c , na a , n b and n c are each independently 0 or 1.
A stage, m a, and at least one of m b and m c is 1, m a is 0, n a is 0, and, if m b is 0 and n b is 0, m c is 0, n c is 0:
[Formula 5]
Figure 112018080977587-pat00039

In Formula 5,
T is triazine or a triazine derivative,
R d , R e and R f are each independently a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, an oxygen atom, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted heteroaryl group, or these It is a group having one or two or more combinations of.
provided that at least one of R d , R e and R f includes a substituted or unsubstituted aryl group:
[Formula 6]
Figure 112018080977587-pat00040

In Formula 6,
A b , A c , A d , A e and A f are each independently a substituted or unsubstituted aromatic ring group,
X d and X e are each independently a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom or a halogen-containing group,
Y d and Y e are each independently -O-, -S-, -NH-, or -Se-,
M a and M b are cyano groups,
k and l are each independently 0 or 1, satisfying 1≤k+l≤2,
m d and n d is an integer satisfying 0≤m d ≤3, 0≤n d ≤3, the case of k = 1 m d is greater than 1 when the integer and l = 1 n d is an integer greater than 1,
p and q are each independently an integer of 1 or more, satisfying 1≤p+q≤(the maximum number of substituents that A b can have):
[Formula 7]
Figure 112018080977587-pat00041

In Formula 7,
A g is It is an aliphatic ring group or an aromatic ring group,
A h to A j are each a phenylene group,
X f to X h are each independently a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylamine group, Or a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group,
M c is CR g , SiR h , N, P, PR i R j or PR k ;
n e is an integer from 1 to 4,
In M c , R g , R h , R i and R j are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof,
R k is oxygen (O) or sulfur (S):
[Formula 8]
Figure 112018080977587-pat00042

In the formula (8),
A k to A m are each independently an aliphatic ring group or an aromatic ring group,
X i to X k are each independently a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof,
n f is an integer from 3 to 5,
m e is an integer from 1 to 3:
[Formula 9]
Figure 112018080977587-pat00043

In Formula 9,
A n and A o are each independently a substituted or unsubstituted aliphatic ring group or an aromatic ring group,
X 1 is a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted aryl group, or a combination thereof,
L 0 is a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkylene group,
Y f is a boron (B) containing group,
n g is an integer from 1 to 5;
제11항에서,
상기 하드마스크 중합체는 하기 화학식 10으로 표현되는 구조단위를 포함하는 하드마스크 조성물:
[화학식 10]
Figure 112018080977587-pat00044

상기 화학식 10에서,
A1은 치환 또는 비치환된 방향족 고리를 적어도 하나 포함하는 2가의 고리기이고,
B1은 2가의 유기기이고,
*은 연결지점이다.
In claim 11,
The hard mask polymer is a hard mask composition comprising a structural unit represented by the following formula (10):
[Formula 10]
Figure 112018080977587-pat00044

In the formula (10),
A 1 is a divalent ring group including at least one substituted or unsubstituted aromatic ring,
B 1 is a divalent organic group,
* is the connection point.
제14항에서,
상기 화학식 10에서 A1은 하기 그룹 2 또는 3에 나열된 화합물들 중 어느 하나로부터 유도된 2가의 고리기로서, 상기 2가의 고리기는 적어도 하나의 수소원자가 치환 또는 비치환된 것인 하드마스크 조성물:
[그룹 2]
Figure 112018080977587-pat00045

[그룹 3]
Figure 112018080977587-pat00046

상기 그룹 2 또는 3에서,
M은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬렌기, -O-, -S-, -SO2-, 또는 카르보닐이고,
R0 및 R1은 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자 또는 이들의 조합이다.
15. In claim 14,
In Formula 10, A 1 is a divalent cyclic group derived from any one of the compounds listed in Groups 2 or 3, wherein at least one hydrogen atom of the divalent cyclic group is unsubstituted or substituted for a hard mask composition:
[Group 2]
Figure 112018080977587-pat00045

[Group 3]
Figure 112018080977587-pat00046

In group 2 or 3 above,
M is a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkylene group, -O-, -S-, -SO 2 -, or carbonyl;
R 0 and R 1 are each independently hydrogen, a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, or a combination thereof.
제14항에서,
상기 화학식 10에서 B1은 하기 화학식 11로 표현되는 하드마스크 조성물:
[화학식 11]
Figure 112018080977587-pat00047

상기 화학식 11에서,
m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 2인 정수이고,
Z은 하기 그룹 4에서 선택되는 어느 하나로부터 유도된 2가의 고리기이고, 상기 2가의 고리기는 적어도 하나의 수소원자가 치환되거나 또는 비치환된 기이고,
*는 연결지점이다:
[그룹 4]
Figure 112018080977587-pat00048

상기 그룹 4에서,
M은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬렌기, -O-, -S-, -SO2-, 또는 카르보닐이다.
15. In claim 14,
In Formula 10, B 1 is a hard mask composition represented by Formula 11 below:
[Formula 11]
Figure 112018080977587-pat00047

In the above formula (11),
m and n are each independently an integer of 0 to 2,
Z is a divalent cyclic group derived from any one selected from the following group 4, the divalent cyclic group is a group in which at least one hydrogen atom is substituted or unsubstituted,
* is the connection point:
[Group 4]
Figure 112018080977587-pat00048

In group 4,
M is a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkylene group, -O-, -S-, -SO 2 -, or carbonyl.
재료 층 위에 제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 하드마스크 조성물을 도포하고 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계,
상기 하드마스크 층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계,
상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계,
상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고
상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계
를 포함하는 패턴 형성 방법.
17. A method comprising: applying the hardmask composition according to any one of claims 1 to 4 and 6 to 16 on the material layer and heat-treating to form a hardmask layer;
forming a photoresist layer over the hardmask layer;
exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern;
selectively removing the hardmask layer using the photoresist pattern and exposing a portion of the material layer; and
etching the exposed portion of the material layer;
A pattern forming method comprising a.
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