KR101684978B1 - Hardmask composition, method of forming patterns using the hardmask composition and semiconductor integrated circuit device including the patterns including the patterns - Google Patents

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Abstract

하기 화학식 1로 표현되는 모노머, 하기 화학식 2로 표현되는 부분을 가지는 중합체, 그리고 용매를 포함하는 하드마스크 조성물을 제공한다.
[화학식 1]

Figure 112013057848842-pat00041

[화학식 2]
Figure 112013057848842-pat00042

상기 화학식 1 및 2에서, A, A', A″, L, L', X, X′, m, n, Ar 및 B는 명세서에서 정의한 바와 같다.There is provided a hard mask composition comprising a monomer represented by the following formula (1), a polymer having a moiety represented by the following formula (2), and a solvent.
[Chemical Formula 1]
Figure 112013057848842-pat00041

(2)
Figure 112013057848842-pat00042

In Formula 1 and 2, A, A ', A ", L, L', X, X ', m, n, Ar and B are as defined in the specification.

Description

하드마스크 조성물, 이를 사용한 패턴 형성 방법 및 상기 패턴을 포함하는 반도체 집적회로 디바이스{HARDMASK COMPOSITION, METHOD OF FORMING PATTERNS USING THE HARDMASK COMPOSITION AND SEMICONDUCTOR INTEGRATED CIRCUIT DEVICE INCLUDING THE PATTERNS INCLUDING THE PATTERNS}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a hard mask composition, a pattern forming method using the same, and a semiconductor integrated circuit device including the pattern. [0002]

하드마스크 조성물, 이를 사용한 패턴형성방법 및 상기 패턴을 포함하는 반도체 집적회로 디바이스에 관한 것이다.A hard mask composition, a pattern formation method using the same, and a semiconductor integrated circuit device including the pattern.

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. BACKGROUND ART [0002] In recent years, the semiconductor industry has developed into an ultrafine technology having a pattern of a few to a few nanometers in a pattern of a size of several hundred nanometers. Effective lithographic techniques are essential to realize this ultrafine technology.

전형적인 리쏘그래픽 기법은 반도체 기판 위에 재료층을 형성하고 그 위에 포토레지스트 층을 코팅하고 노광 및 현상을 하여 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 재료층을 식각하는 과정을 포함한다.A typical lithographic technique involves forming a material layer on a semiconductor substrate, coating a photoresist layer thereon, exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern, and 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 층을 형성하여 미세 패턴을 형성할 수 있다.In recent years, as the size of a pattern to be formed decreases, it is difficult to form a fine pattern having a good profile only by the typical lithographic technique described above. Accordingly, a layer called a hardmask layer may be formed between the material layer to be etched and the photoresist layer to form a fine pattern.

하드마스크 층은 선택적 식각 과정을 통하여 포토레지스트의 미세 패턴을 재료 층으로 전사해주는 중간막으로서 역할을 한다.  따라서 하드마스크 층은 다중 식각 과정 동안 견딜 수 있도록 내열성 및 내식각성 등의 특성이 요구된다. The hard mask layer acts as an interlayer to transfer the fine pattern of the photoresist to the material layer through the selective etching process. Therefore, the hard mask layer is required to have properties such as heat resistance and corrosion resistance so as to withstand the multiple etching process.

한편, 근래 하드마스크 층은 화학기상증착 방법 대신 스핀-온 코팅(spin on coating) 방법으로 형성하는 것이 제안되었다.  스핀-온 코팅 방법은 공정이 용이할 뿐만 아니라 갭-필(gap-fill) 특성 및 평탄화 특성을 개선할 수 있다. 스핀-온 코팅 방법은 용매에 대한 용해성을 가지는 하드마스크 조성물을 사용할 수 있다.Meanwhile, it has recently been proposed that the hard mask layer is formed by a spin-on coating method instead of the chemical vapor deposition method. The spin-on coating method is not only easy to process but also can improve gap-fill and planarization properties. The spin-on coating method can use a hard mask composition having solubility in solvents.

그러나 하드마스크 층에 요구되는 상술한 특성과 용해성은 서로 상충 관계에 있어서 이들을 모두 만족할 수 있는 하드마스크 조성물이 필요하다.However, there is a need for a hard mask composition capable of satisfying both of the above-mentioned properties and solubility required for a hard mask layer in a trade-off relationship with each other.

일 구현예는 용매에 대한 용해성, 갭-필 및 평탄화 특성을 확보하면서도 내열성 및 내식각성 또한 만족할 수 있는 하드마스크 조성물을 제공한다.One embodiment provides a hardmask composition that is capable of satisfying solubility, gap-fill, and planarization properties for a solvent while also satisfying heat resistance and corrosion resistance.

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

또 다른 구현예는 상기 방법으로 형성된 패턴을 포함하는 반도체 집적회로 디바이스를 제공한다. Another embodiment provides a semiconductor integrated circuit device comprising a pattern formed by the above method.

일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표현되는 모노머, 하기 화학식 2로 표현되는 부분을 가지는 중합체, 그리고 용매를 포함하는 하드마스크 조성물을 제공한다. According to one embodiment, there is provided a hard mask composition comprising a monomer represented by the following formula (1), a polymer having a moiety represented by the following formula (2), and a solvent.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112013057848842-pat00001
Figure 112013057848842-pat00001

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

A는 치환 또는 비치환된 고리기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐렌기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알키닐렌기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고,A represents any one selected from the group consisting of a substituted or unsubstituted cyclic group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenylene group and a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynylene group ego,

A′ 및 A″은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리기이고, A ' and A " are each independently a substituted or unsubstituted ring group,

X 및 X′는 각각 독립적으로 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기 또는 이들의 조합이고, X and X 'are each independently a hydroxyl group, thionyl group, thiol group, cyano group, substituted or unsubstituted amino group, halogen atom, halogen-containing group, substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group,

L 및 L′은 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 이들의 조합이고,L and L 'are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 arylene group or a combination thereof,

m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 6인 정수이며, m+n≤(A가 가질 수 있는 최대 치환기 수)를 만족한다.m and n each independently represent an integer of 1 to 6, and m + n? (the maximum number of substituents that A may have).

[화학식 2](2)

Figure 112013057848842-pat00002
Figure 112013057848842-pat00002

상기 화학식 2에서,In Formula 2,

Ar은 하기 그룹 1에서 선택되는 치환 또는 비치환된 방향족 기고, Ar is a substituted or unsubstituted aromatic group selected from the following Group 1,

B는 하기 그룹 2에서 선택되는 어느 하나 또는 두 개 이상의 조합이다. B is any one or a combination of two or more members selected from the following Group 2.

[그룹 1][Group 1]

Figure 112013057848842-pat00003
Figure 112013057848842-pat00003

[그룹 2][Group 2]

Figure 112013057848842-pat00004
Figure 112013057848842-pat00004

상기 그룹 2에서 M1 및 M2는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기 또는 이들의 조합이다. In the group 2, M 1 and M 2 each independently represents a hydrogen atom, a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 30 alkoxy Or a combination thereof.

상기 A, A′ 및 A″은 각각 독립적으로 하기 그룹 3에서 선택된 치환 또는 비치환된 고리기일 수 있다.Each of A, A 'and A "may independently be a substituted or unsubstituted cyclic group selected from the following Group 3.

[그룹 3][Group 3]

Figure 112013057848842-pat00005
Figure 112013057848842-pat00005

상기 그룹 3에서,In the group 3,

Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 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, 할로겐 원자 또는 이들의 조합이고,Z 1 and Z 2 are each independently 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, Substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenylene groups, substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynylene groups, C═O, NR a , oxygen (O), sulfur (S), or a substituted or unsubstituted C2 to C20 heteroarylene group, , Wherein R a is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a halogen atom or a combination thereof,

Z3 내지 Z17은 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, 할로겐 원자, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이다. Z 3 to Z 17 each independently represent 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, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof.

상기 A, A′ 및 A″ 중 적어도 하나는 다환 방향족 기일 수 있다.At least one of A, A 'and A " may be a polycyclic aromatic group.

상기 A, A′ 또는 A″는 적어도 하나의 수소가 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기 또는 이들의 조합으로 치환된 것일 수 있다.Wherein A, A 'or A "is a group selected from the group consisting of a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group Or a combination thereof.

상기 Ar은 적어도 하나의 수소가 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기 또는 이들의 조합으로 치환된 것일 수 있다.Wherein Ar is substituted with at least one hydrogen atom selected from the group consisting of a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, .

상기 모노머는 하기 화학식 1a 내지 1d에서 선택된 어느 하나로 표현되는 것일 수 있다.The monomer may be represented by any one selected from the following formulas (1a) to (1d).

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112013057848842-pat00006
Figure 112013057848842-pat00006

[화학식 1b][Chemical Formula 1b]

Figure 112013057848842-pat00007
Figure 112013057848842-pat00007

[화학식 1c][Chemical Formula 1c]

Figure 112013057848842-pat00008
Figure 112013057848842-pat00008

[화학식 1d]≪ RTI ID = 0.0 &

Figure 112013057848842-pat00009
Figure 112013057848842-pat00009

상기 화학식 1a 내지 1d에서, In the above general formulas (1a) to (1d)

Xa 내지 Xh 및 Ya 내지 Yh는 각각 독립적으로 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기 또는 이들의 조합이다.X a to X h And Y a to Y h each independently represents a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, to be.

상기 모노머는 200 내지 5,000의 분자량을 가질 수 있다.The monomer may have a molecular weight of from 200 to 5,000.

상기 중합체는 중량 평균 분자량이 1,000 내지 10,000인 것일 수 있다.The polymer may have a weight average molecular weight of 1,000 to 10,000.

상기 모노머와 상기 중합체의 중량비는 모노머:중합체 = 5:5 내지 1:9일 수 있다. The weight ratio of the monomer to the polymer may be monomer: polymer = 5: 5 to 1: 9.

상기 용매는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME), 사이클로헥사논 및 에틸락테이트에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The solvent may comprise at least one selected from propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether (PGME), cyclohexanone and ethyl lactate.

상기 모노머 및 상기 중합체는 상기 용매 100 중량%에 대하여 0.1 중량% 내지 50 중량%로 포함될 수 있다.The monomer and the polymer may be contained in an amount of 0.1% by weight to 50% by weight based on 100% by weight of the solvent.

다른 구현예에 따르면, 기판 위에 재료 층을 제공하는 단계, 상기 재료 층 위에 상술한 하드마스크 조성물을 적용하는 단계, 상기 하드마스크 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계, 상기 하드마스크 층 위에 실리콘 함유 박막층을 형성하는 단계, 상기 실리콘 함유 박막층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 실리콘 함유 박막층 및 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고 상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법을 제공한다.According to another embodiment, there is provided a method of manufacturing a hard mask, comprising the steps of providing a material layer on a substrate, applying the hard mask composition described above on the material layer, heat treating the hard mask composition to form a hard mask layer, Containing thin film layer; forming a photoresist layer on the silicon-containing thin film layer; exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern; Selectively removing the hard mask layer and exposing a portion of the material layer, and etching the exposed portion of the material layer.

상기 하드마스크 조성물을 적용하는 단계는 스핀-온 코팅 방법으로 수행할 수 있다.The step of applying the hard mask composition may be performed by a spin-on coating method.

상기 하드마스크 층을 형성하는 단계는 100℃ 내지 500℃에서 열처리하는 과정을 포함할 수 있다.The step of forming the hard mask layer may include a heat treatment at 100 ° C to 500 ° C.

상기 실리콘 함유 박막층 위에 바닥 반사방지 층(BARC)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.And forming a bottom anti-reflection layer (BARC) on the silicon-containing thin film layer.

상기 실리콘 함유 박막층은 산화질화규소(SiON)를 함유하는 것일 수 있다.The silicon-containing thin film layer may be one containing silicon oxynitride (SiON).

또 다른 구현예에 따르면 상술한 패턴 형성 방법으로 형성된 복수의 패턴을 포함하는 반도체 집적회로 디바이스를 제공한다.According to another embodiment, there is provided a semiconductor integrated circuit device including a plurality of patterns formed by the above-described pattern forming method.

내열성, 내식각성, 평탄화 특성 및 갭-필 특성과 같은 하드마스크 층에서 요구되는 특성을 개선할 수 있다.It is possible to improve the properties required in the hard mask layer such as heat resistance, corrosion resistance, planarization characteristics and gap-fill characteristics.

이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자(F, Br, Cl, 또는 I), 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬보란기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴보란기, C1 내지 C4의 알콕시기, C1 내지 C20의 헤테로알킬기, C3 내지 C20의 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C15의 사이클로알키닐기, C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.Unless otherwise defined herein, "substituted" means that the hydrogen atom in the compound is a halogen atom (F, Br, Cl, or I), a hydroxy group, an alkoxy group, a nitro group, a cyano group, an amino group, A thio group, an ester group, a carboxyl group or a salt thereof, a sulfonic acid group or a salt thereof, a phosphoric acid or a salt thereof, a C1 to C20 alkyl group, a C2 to C20 alkenyl group, a cyano group, A substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a C1 to C4 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynyl group, a C6 to C30 aryl group, a C7 to C30 arylalkyl group, A C1 to C20 heteroalkyl group, a C3 to C20 heteroarylalkyl group, a C3 to C30 cycloalkyl group, a C3 to C15 cycloalkenyl group, a C6 to C15 cycloalkynyl group, a C2 to C30 heterocycloalkyl group, It means substituted with a substituent selected.

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

이하 일 구현예에 따른 하드마스크 조성물을 설명한다.The hard mask composition according to one embodiment will be described below.

일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 하기 화학식 1로 표현되는 모노머, 하기 화학식 2로 표현되는 부분을 가지는 중합체, 그리고 용매를 포함한다. The hard mask composition according to one embodiment comprises a monomer represented by the following formula (1), a polymer having a moiety represented by the following formula (2), and a solvent.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112013057848842-pat00010
Figure 112013057848842-pat00010

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

A는 치환 또는 비치환된 고리기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐렌기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알키닐렌기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고,A represents any one selected from the group consisting of a substituted or unsubstituted cyclic group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenylene group and a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynylene group ego,

A′ 및 A″은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리기이고, A ' and A " are each independently a substituted or unsubstituted ring group,

X 및 X′는 각각 독립적으로 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기 또는 이들의 조합이고, X and X 'are each independently a hydroxyl group, thionyl group, thiol group, cyano group, substituted or unsubstituted amino group, halogen atom, halogen-containing group, substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group,

L 및 L′은 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 이들의 조합이고,L and L 'are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 arylene group or a combination thereof,

m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 6인 정수이며, m+n≤(A가 가질 수 있는 최대 치환기 수)를 만족한다.m and n each independently represent an integer of 1 to 6, and m + n? (the maximum number of substituents that A may have).

[화학식 2](2)

Figure 112013057848842-pat00011
Figure 112013057848842-pat00011

상기 화학식 2에서,In Formula 2,

Ar은 하기 그룹 1에서 선택되는 치환 또는 비치환된 방향족 기고, Ar is a substituted or unsubstituted aromatic group selected from the following Group 1,

B는 하기 그룹 2에서 선택되는 어느 하나 또는 두 개 이상의 조합이다. B is any one or a combination of two or more members selected from the following Group 2.

[그룹 1][Group 1]

Figure 112013057848842-pat00012
Figure 112013057848842-pat00012

[그룹 2][Group 2]

Figure 112013057848842-pat00013
Figure 112013057848842-pat00013

상기 그룹 2에서 M1 및 M2는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기 또는 이들의 조합이다. In the group 2, M 1 and M 2 each independently represents a hydrogen atom, a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 30 alkoxy Or a combination thereof.

상기 그룹 1에서, 각 고리의 연결 위치는 특별히 한정되지 않으며, 각 고리는 치환 또는 비치환될 수 있다. 상기 그룹 1에 나열된 고리가 치환된 고리인 경우, 예컨대 C1 내지 C20 알킬기, 할로겐 원자, 히드록시기 등으로 치환될 수 있으나, 치환기는 한정되지 않는다.In the group 1, the linking position of each ring is not particularly limited, and each ring may be substituted or unsubstituted. When the ring shown in the group 1 is a substituted ring, it may be substituted with, for example, a C1 to C20 alkyl group, a halogen atom, a hydroxy group and the like, but the substituent is not limited.

먼저 상기 하드마스크 조성물에 포함되어 있는 모노머에 관하여 설명한다. First, the monomers contained in the hard mask composition will be described.

상기 모노머는 코어(core)와 적어도 2개의 치환기를 가지는 구조로서, 상기 화학식 1에서 A로 표현되는 코어는 치환 또는 비치환된 고리기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐렌기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알키닐렌기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다. Wherein the core represented by A in Formula 1 is a substituted or unsubstituted cyclic group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, A substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenylene group, and a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynylene group.

상기 모노머는 치환기 내에 치환 또는 비치환된 고리기를 포함한다. The monomer includes a ring group substituted or unsubstituted in a substituent group.

예를 들어 상기 모노머는 코어 및 치환기에 각각 독립적으로 하기 그룹 3에서 선택된 치환 또는 비치환된 고리기를 포함할 수 있다. For example, the monomer may comprise a substituted or unsubstituted cyclic group selected from the following Group 3 independently of the core and the substituent.

[그룹 3][Group 3]

Figure 112013057848842-pat00014
Figure 112013057848842-pat00014

상기 그룹 3에서,In the group 3,

Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 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, 할로겐 원자 또는 이들의 조합이고,Z 1 and Z 2 are each independently 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, Substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenylene groups, substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynylene groups, C═O, NR a , oxygen (O), sulfur (S), or a substituted or unsubstituted C2 to C20 heteroarylene group, , Wherein R a is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a halogen atom or a combination thereof,

Z3 내지 Z17은 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, 할로겐 원자, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이다. Z 3 to Z 17 each independently represent 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, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof.

상기 그룹 3에서, 각 고리의 연결 위치는 특별히 한정되지 않으며, 각 고리는 치환 또는 비치환될 수 있다. 상기 그룹 3에 나열된 고리가 치환된 고리인 경우, 예컨대 C1 내지 C20 알킬기, 할로겐 원자, 히드록시기 등으로 치환될 수 있으나, 치환기는 한정되지 않는다.In the group 3, the connecting position of each ring is not particularly limited, and each ring may be substituted or unsubstituted. When the ring in the group 3 is a substituted ring, it may be substituted with, for example, a C1 to C20 alkyl group, a halogen atom, a hydroxy group, etc., but the substituent is not limited.

상기 화학식 1에서 상기 A, A′ 및 A″ 중 적어도 하나는 상기 그룹 1 중에서도 예컨대 다환 방향족 기일 수 있다. In Formula 1, at least one of A, A 'and A "may be, for example, a polycyclic aromatic group in the group 1.

한편 상기 화학식 1에서 치환기의 개수를 의미하는 m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 6인 정수이며, 그 합이 A가 가질 수 있는 최대 치환기 수를 초과하지 않는 범위 내에서 적절히 선택할 수 있다.Meanwhile, m and n, which are the numbers of substituents in the above formula (1), are each independently an integer of 1 to 6, and the sum thereof can be appropriately selected within a range not exceeding the maximum number of substituents that A can have.

상기 모노머는 치환기 내에 각각 소정의 작용기(X 및 X′)를 포함한다. 상기 모노머는 이와 같은 작용기들을 포함함으로써 용해도가 향상되어 스핀-온 코팅 방법으로 효과적으로 형성할 수 있다. 또한 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. The monomers each contain a predetermined functional group (X and X ') in a substituent group. By including such functional groups, the solubility of the monomer can be improved, and the monomer can be effectively formed by a spin-on coating method. In addition, the gap-fill characteristic and the planarization characteristic that can fill the gaps between the patterns when formed by the spin-on coating method on the lower film having a predetermined pattern are also excellent.

또한 상기 작용기들의 축합 반응을 바탕으로 증폭 가교가 가능하여 우수한 가교 특성을 나타낼 수 있다. 이에 따라 상기 모노머는 비교적 저온에서 열처리하여도 단시간 내에 높은 분자량의 고분자 형태로 가교됨으로써 우수한 기계적 특성, 내열 특성 및 내식각성과 같은 하드마스크 층에서 요구되는 특성을 나타낼 수 있다. In addition, amplification crosslinking is possible based on the condensation reaction of the functional groups, and thus excellent crosslinking properties can be exhibited. Accordingly, even when the monomer is heat-treated at a relatively low temperature, the monomer can be crosslinked in a high molecular weight polymer in a short time, thereby exhibiting properties required in a hard mask layer such as excellent mechanical properties, heat resistance characteristics and corrosion resistance.

예컨대 상기 화학식 1에서 A′ 및 A″는 적어도 하나의 수소가 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기 또는 이들의 조합으로 치환될 수 있다. For example, A 'and A "in the above formula (1) are those wherein at least one hydrogen atom is replaced by a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, An alkoxy group, or a combination thereof.

상기 모노머는 예컨대 하기 화학식 1a 내지 1d 중에서 선택된 어느 하나로 표현될 수 있다.The monomer may be represented, for example, by any one of the following formulas (1a) to (1d).

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112013057848842-pat00015
Figure 112013057848842-pat00015

[화학식 1b][Chemical Formula 1b]

Figure 112013057848842-pat00016
Figure 112013057848842-pat00016

[화학식 1c][Chemical Formula 1c]

Figure 112013057848842-pat00017
Figure 112013057848842-pat00017

[화학식 1d]≪ RTI ID = 0.0 &

Figure 112013057848842-pat00018
Figure 112013057848842-pat00018

상기 화학식 1a 내지 1d에서, In the above general formulas (1a) to (1d)

Xa 내지 Xh 및 Ya 내지 Yh는 각각 독립적으로 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기 또는 이들의 조합이다.X a to X h And Y a to Y h each independently represents a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, to be.

상기 모노머는 코어가 예컨대 상기 화학식 1c와 같이 알킬렌기일 수도 있다.The monomer may be an alkylene group, for example, as shown in Formula 1c above.

상기 모노머는 200 내지 5,000의 분자량을 가질 수 있다. 상기 범위의 분자량을 가짐으로써 고탄소 함량의 상기 모노머가 용매에 대한 우수한 용해도를 가지게 되며 스핀-온 코팅에 의한 양호한 박막을 얻을 수 있다.The monomer may have a molecular weight of from 200 to 5,000. By having a molecular weight in the above range, the monomer having a high carbon content has a good solubility in a solvent, and a good thin film by spin-on coating can be obtained.

상기 모노머는 하드마스크 조성물 내에 1종의 모노머가 단독으로 포함될 수도 있고 2종 이상의 모노머가 혼합되어 포함될 수도 있다.The monomer may be contained in the hard mask composition alone or in a mixture of two or more kinds of monomers.

다음으로 상기 하드마스크 조성물에 포함되어 있는 중합체에 관하여 설명한다. Next, the polymer contained in the hard mask composition will be described.

상기 중합체는 반복 단위 내에 치환 또는 비치환된 방향족 기 부분을 포함한다. 이는 상기 화학식 2에서 Ar로 표현된다. 상기 Ar은 상기 그룹 1에서 선택되며 예컨대 다환 방향족 기일 수 있다.The polymer includes aromatic moieties that are substituted or unsubstituted in the repeating unit. This is represented by Ar in the above formula (2). Ar is selected from Group 1 and may be, for example, a polycyclic aromatic group.

상기 Ar은 적어도 하나의 수소가 예컨대 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기 또는 이들의 조합으로 치환된 것일 수 있다.Wherein Ar is a group selected from the group consisting of a hydrogen atom, a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, Lt; / RTI >

상기 화학식 2에서, B는 상기 그룹 2에서 선택되는 어느 하나 또는 두 개 이상의 조합이다. 상기 조합은 목적하는 물성에 따라 당업자가 선택할 수 있으며, 예컨대 상기 그룹 2에서 선택되는 서로 다른 두 개 또는 세 개의 조합일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 조합에 있어서 조합 대상들의 위치는 당업자가 적당히 선택할 수 있다. In Formula 2, B is any one or two or more of the groups selected from Group 2 above. The combination may be selected by a person skilled in the art according to the desired properties, for example, two or three different combinations selected from the group 2, but is not limited thereto. In addition, the position of the combination objects in the combination can be appropriately selected by a person skilled in the art.

상기 중합체는 예컨대 하기 화학식 2a 내지 2c에서 선택된 어느 하나로 표현되는 부분을 포함할 수 있다.The polymer may include, for example, a moiety represented by any one selected from the following formulas (2a) to (2c).

[화학식 2a](2a)

Figure 112013057848842-pat00019
Figure 112013057848842-pat00019

[화학식 2b](2b)

Figure 112013057848842-pat00020
Figure 112013057848842-pat00020

[화학식 2c][Chemical Formula 2c]

Figure 112013057848842-pat00021
Figure 112013057848842-pat00021

상기 화학식 2a 내지 2d에서,In the above general formulas (2a) to (2d)

Y1 내지 Y4는 각각 독립적으로 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기 또는 이들의 조합이다.Y 1 To Y 4 each independently represent a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group or a combination thereof.

상기 중합체는 예컨대 중량 평균 분자량이 1,000 내지 10,000일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The polymer may have, for example, a weight average molecular weight of 1,000 to 10,000, but is not limited thereto.

상기 중합체는 하드마스크 조성물 내에 1종의 중합체가 단독으로 포함될 수도 있고 2종 이상의 중합체가 혼합되어 포함될 수도 있다.The polymer may be contained in the hard mask composition alone or in a mixture of two or more polymers.

한편 상기 하드마스크 조성물에 포함되어 있는 용매는 상기 모노머 및 중합체에 대한 충분한 용해성 또는 분산성을 가지는 것이면 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜 디아세테이트, 메톡시 프로판디올, 디에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 부틸에테르, 트리(에틸렌글리콜)모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 사이클로헥사논, 에틸락테이트, 감마-부티로락톤, 메틸피롤리돈 및 아세틸아세톤에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.On the other hand, the solvent included in the hard mask composition is not particularly limited as long as it has sufficient solubility or dispersibility in the monomer and the polymer, and examples thereof include propylene glycol, propylene glycol diacetate, methoxypropanediol, diethylene glycol, diethylene (Ethylene glycol) monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, cyclohexanone, ethyl lactate, gamma-butyrolactone, methylpyrrolidone and acetyl acetone. And may include at least one.

상기 모노머 및 중합체는 상기 용매 100 중량%에 대하여 약 0.1 내지 50 중량%로 포함될 수 있다. 상기 모노머 및 중합체는 상기 범위로 포함됨으로써 목적하고자 하는 두께의 박막으로 코팅 할 수 있다.The monomer and the polymer may be included in an amount of about 0.1 to 50% by weight based on 100% by weight of the solvent. The monomer and the polymer may be coated with a thin film having a desired thickness by being included in the above range.

상기 모노머와 상기 중합체는 모노머:중합체의 중량비가 예컨대 5:5 내지 1:9일 수 있다.The monomer and the polymer may be in a weight ratio of monomer: polymer of, for example, 5: 5 to 1: 9.

상기 하드마스크 조성물은 추가적으로 계면 활성제를 더 포함할 수 있다.The hard mask composition may further comprise a surfactant.

상기 계면 활성제는 예컨대 알킬벤젠설폰산 염, 알킬피리디늄 염, 폴리에틸렌글리콜, 제4 암모늄 염 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The surfactant may be, for example, an alkylbenzenesulfonate, an alkylpyridinium salt, a polyethylene glycol, or a quaternary ammonium salt, but is not limited thereto.

상기 계면 활성제는 상기 하드마스크 조성물 100 중량부에 대하여 약 0.001 내지 3 중량부로 포함될 수 있다.  상기 범위로 포함함으로써 하드마스크 조성물의 광학적 특성을 변경시키지 않으면서 용해도를 향상시킬 수 있다. The surfactant may be included in an amount of about 0.001 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the hard mask composition. By including it in the above range, the solubility can be improved without changing the optical properties of the hard mask composition.

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

일 구현예에 따른 패턴 형성 방법은 기판 위에 재료 층을 제공하는 단계, 상기 재료 층 위에 상술한 모노머 및 용매를 포함하는 하드마스크 조성물을 적용하는 단계, 상기 하드마스크 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계, 상기 하드마스크 층 위에 실리콘 함유 박막층을 형성하는 단계, 상기 실리콘 함유 박막층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 실리콘 함유 박막층 및 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고 상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계를 포함한다.A patterning method according to one embodiment includes the steps of providing a layer of material on a substrate, applying a hard mask composition comprising the above-mentioned monomers and a solvent on the material layer, heat treating the hard mask composition to form a hard mask layer Containing thin film layer on the hard mask layer; forming a photoresist layer on the silicon-containing thin film layer; exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern; Selectively removing the silicon-containing thin film layer and the hard mask layer using a mask to expose a portion of the material layer, and etching the exposed portion of the material layer.

상기 기판은 예컨대 실리콘웨이퍼, 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 a metal layer such as aluminum, copper, or the like, a semiconductor layer such as silicon, or an insulating layer such as silicon oxide, silicon nitride, or the like. The material layer may be formed by, for example, a chemical vapor deposition method.

상기 하드마스크 조성물은 용액 형태로 제조되어 스핀-온 코팅(spin-on coating) 방법으로 도포될 수 있다.  이 때 상기 하드마스크 조성물의 도포 두께는 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 약 100Å 내지 10,000Å 두께로 도포될 수 있다.The hard mask composition may be prepared in the form of a solution and applied by a spin-on coating method. At this time, the coating thickness of the hard mask composition is not particularly limited, but may be applied to a thickness of, for example, about 100 Å to 10,000 Å.

상기 하드마스크 조성물을 열처리하는 단계는 예컨대 약 100℃ 내지 500℃에서 약 10초 내지 10분 동안 수행할 수 있다.  상기 열처리 단계에서, 상기 모노머는 자기 가교 및/또는 상호 가교 반응을 일으킬 수 있다. The heat treatment of the hard mask composition may be performed at a temperature of, for example, about 100 캜 to 500 캜 for about 10 seconds to about 10 minutes. In the heat treatment step, the monomer may cause self-crosslinking and / or cross-linking reaction.

상기 실리콘 함유 박막층은 예컨대 질화규소, 산화규소 또는 산화질화규소(SiON)로 만들어질 수 있다.The silicon-containing thin film layer may be made of, for example, silicon nitride, silicon oxide or silicon oxynitride (SiON).

또한 상기 실리콘 함유 박막층 위에 바닥 반사방지 층(bottom anti-reflective coating, BARC)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예컨대 하드마스크 층 위에 산화질화규소를 함유하는 박막층을 형성한 다음, 그 위에 바닥 반사방지 층을 형성하고, 이어서 상기 바닥 반사방지 층 위에 포토레지스트 층을 형성할 수 있다.The method may further include forming a bottom anti-reflective coating (BARC) on the silicon-containing thin film layer. For example, a thin film layer containing silicon oxynitride may be formed on the hard mask layer, then a bottom antireflection layer may be formed thereon, and then a photoresist layer may be formed on the bottom antireflection layer.

상기 포토레지스트 층을 노광하는 단계는 예컨대 ArF, KrF 또는 EUV 등을 사용하여 수행할 수 있다. 또한 노광 후 약 100℃ 내지 500℃에서 열처리 공정을 수행할 수 있다.The step of exposing the photoresist layer may be performed using, for example, ArF, KrF or EUV. Further, a heat treatment process may be performed at about 100 ° C to 500 ° C after exposure.

상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계는 식각 가스를 사용한 건식 식각으로 수행할 수 있으며, 식각 가스는 예컨대 CHF3, CF4, Cl2, BCl3 및 이들의 혼합 가스를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The step of etching the exposed portion of the material layer may be performed by dry etching using an etching gas, and the etching gas may include, for example, CHF 3 , CF 4 , Cl 2 , BCl 3 and a mixed gas thereof. It is not.

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

반도체 집적 회로 디바이스에 상기 패턴이 포함되는 경우 예컨대 금속 배선; 반도체 패턴; 접촉 구멍, 바이어스 홀, 다마신 트렌치(damascene trench) 등을 포함하는 절연막일 수 있다.
When the pattern is included in a semiconductor integrated circuit device, for example, a metal wiring; Semiconductor pattern; A contact hole, a bias hole, a damascene trench, or the like.

이하 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to examples. The following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention.

모노머의Monomeric 합성 synthesis

합성예Synthetic example 1 One

제1 단계: Step 1: 프리델Fried -- 크래프트Craft 아실레이션Acylation (( FriedelFriedel -- CraftCraft AcylationAcylation ) 반응) reaction

플라스크에 메톡시 퍼릴렌 29.6g (0.105 mol), 아이소프탈로일 클로라이드 11.06 g(0.05 mol) 및 다이클로로에탄 223g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 이어서, 상기 용액에 알루미늄 클로라이드 14.68 g (0.105 mol)을 조금씩 투입하며 2시간 동안 교반하였다. 반응 종료 후 파우더로 얻어진 반응물을 여과 및 건조하였다.To the flask, 29.6 g (0.105 mol) of methoxyperylene, 11.06 g (0.05 mol) of isophthaloyl chloride and 223 g of dichloroethane were added to prepare a solution. Then, 14.68 g (0.105 mol) of aluminum chloride was added little by little to the solution and stirred for 2 hours. After completion of the reaction, the reaction product obtained by the powder was filtered and dried.

제2 단계: 메틸기 제거(Step 2: Removal of methyl groups ( demethylationdemethylation ) 반응) reaction

플라스크에 상기에서 얻어진 화합물과 1-도데칸싸이올 39.62 g (0.2 mol), 수산화칼륨 13.73 g (0.24 mol) 및 N,N-디메틸포름아마이드 350 g을 첨가한 후, 120 ℃에서 3시간 교반하였다. 이어서 상기 혼합물을 냉각하고 5% 염화수소 용액으로 pH 7이 되도록 중화한 후, 에틸아세테이트(Ethyl Acetate)로 추출하여 건조하였다. 39.62 g (0.2 mol) of 1-dodecanethiol, 13.73 g (0.24 mol) of potassium hydroxide and 350 g of N, N-dimethylformamide were added to the flask, followed by stirring at 120 ° C for 3 hours . The mixture was then cooled, neutralized to pH 7 with 5% hydrogen chloride solution, extracted with ethyl acetate and dried.

제3 단계: 환원(Step 3: Reduction ( reductionreduction ) 반응) reaction

플라스크에 상기에서 얻어진 화합물을 100 mL의 테트라하이드로퓨란에 녹이고 수소화 붕소 나트륨 25.56g (0.67 mol)을 조금씩 첨가하여 50℃로 12시간 교반하였다. 반응 종료 후 7% 염화수소 용액으로 pH 7 정도로 중화 후 에틸 아세테이트로 추출하여 하기 화학식 1aa로 표현되는 화합물을 얻었다.The compound thus obtained was dissolved in 100 mL of tetrahydrofuran, and 25.56 g (0.67 mol) of sodium borohydride was added little by little to the flask, followed by stirring at 50 DEG C for 12 hours. After completion of the reaction, the reaction mixture was neutralized with a 7% hydrogen chloride solution to a pH of about 7, and extracted with ethyl acetate to obtain a compound represented by the following formula (1aa).

[화학식 1aa](1aa)

Figure 112013057848842-pat00022

Figure 112013057848842-pat00022

합성예Synthetic example 2 2

제1 단계: Step 1: 프리델Fried -- 크래프트Craft 아실레이션Acylation (( FriedelFriedel -- CraftCraft AcylationAcylation ) 반응) reaction

플라스크에 벤조피렌(Benzopyrene) 15.85 g (0.05 mol), 메톡시 나프토일 클로라이드 23.13g (0.105 mol) 및 다이클로로에탄 214g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 상기 용액에 알루미늄 클로라이드 14.68 g (0.11 mol)을 천천히 투입하여 상온에서 1시간 동안 교반하였다. 반응이 완결되면 메탄올을 첨가한 후 형성된 침전을 여과하여 건조하였다. To the flask, 15.85 g (0.05 mol) of benzopyrene, 23.13 g (0.105 mol) of methoxynaphthoyl chloride and 214 g of dichloroethane were added to prepare a solution. 14.68 g (0.11 mol) of aluminum chloride was slowly added to the solution, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. When the reaction was completed, methanol was added and the precipitate formed was filtered and dried.

제2 단계: 메틸기 제거(Step 2: Removal of methyl groups ( demethylationdemethylation ) 반응) reaction

플라스크에 상기에서 얻어진 화합물과 1-도데칸싸이올 36.21 g (0.18 mol), 수산화칼륨 12.55 g (0.22 mol) 및 N,N-디메틸포름아마이드 315 g을 첨가한 후, 120 ℃에서 8시간 교반하였다. 이어서 상기 혼합물을 냉각하고 5% 염화수소 용액으로 pH 7이 되도록 중화한 후, 에틸아세테이트(Ethyl Acetate)로 추출하여 건조하였다.36.21 g (0.18 mol) of 1-dodecanethiol, 12.55 g (0.22 mol) of potassium hydroxide and 315 g of N, N-dimethylformamide were added to the flask, followed by stirring at 120 ° C for 8 hours . The mixture was then cooled, neutralized to pH 7 with 5% hydrogen chloride solution, extracted with ethyl acetate and dried.

제3 단계: 환원(Step 3: Reduction ( reductionreduction ) 반응) reaction

플라스크에 상기에서 얻어진 화합물을 100 mL의 테트라하이드로퓨란에 녹이고, 리튬 알루미늄 하이드라이드 22.98 g (0.60 mol)을 조금씩 첨가하며 반응시켰다. 반응 종료 후 물/메탄올 혼합물을 사용하여 반응 부수물을 제거하여, 하기 화학식 1bb로 표현되는 화합물을 얻었다.To the flask, the compound obtained above was dissolved in 100 mL of tetrahydrofuran, and 22.98 g (0.60 mol) of lithium aluminum hydride was gradually added thereto. After completion of the reaction, the reaction side product was removed using a water / methanol mixture to obtain a compound represented by the following formula (1bb).

[화학식 1bb] ≪ RTI ID = 0.0 &

Figure 112013057848842-pat00023

Figure 112013057848842-pat00023

합성예Synthetic example 3 3

제1 단계: Step 1: 프리델Fried -- 크래프트Craft 아실레이션Acylation (( FriedelFriedel -- CraftCraft AcylationAcylation ) 반응) reaction

플라스크에 다이메틸말로닐 클로라이드 (22.6 g, 0.1345 mol), 메톡시파이렌 (62.4 g, 0.269 mol) 및 1,2-다이클로로에탄 556 g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 이어서, 상기 용액에 알루미늄 클로라이드 (17.9 g, 0.1345 mol)를 천천히 첨가한 후 상온에서 12 시간동안 교반하였다. 반응이 완결되면 메탄올을 첨가한 후 형성된 침전을 여과하여 건조하였다. To the flask, a solution was prepared by adding dimethyl malonyl chloride (22.6 g, 0.1345 mol), methoxy pyrene (62.4 g, 0.269 mol) and 556 g of 1,2-dichloroethane. Subsequently, aluminum chloride (17.9 g, 0.1345 mol) was slowly added to the solution, followed by stirring at room temperature for 12 hours. When the reaction was completed, methanol was added and the precipitate formed was filtered and dried.

제2 단계: 메틸기 제거(Step 2: Removal of methyl groups ( demethylationdemethylation ) 반응) reaction

플라스크에 상기에서 얻어진 화합물 (5.60 g, 0.01001 mol), 1-도데칸사이올 (10.13 g, 0.05005 mol), 수산화칼륨 (3.37 g, 0.06006 mol) 및 N,N-다이메틸포름아마이드 27.6 g을 첨가한 후 120 ℃에서 8 시간 동안 교반하였다. 상기 혼합물을 냉각시켜 5% 염화수소 용액으로 pH 6~7 정도로 중화한 후 형성된 침전을 여과하여 건조하였다.To the flask was added the above-obtained compound (5.60 g, 0.01001 mol), 1-dodecan sulfate (10.13 g, 0.05005 mol), potassium hydroxide (3.37 g, 0.06006 mol) and N, N- dimethylformamide Followed by stirring at 120 ° C for 8 hours. The mixture was cooled and neutralized to about pH 6-7 with 5% hydrogen chloride solution, and the precipitate formed was filtered and dried.

제3 단계: 환원(Step 3: Reduction ( reductionreduction ) 반응) reaction

플라스크에 상기에서 얻어진 화합물 (2.19 g, 0.004120 mol)과 테트라하이드로퓨란 28.5 g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 이어서, 상기 용액에 수소화 붕소 나트륨 (3.12 g, 0.08240 mol) 수용액을 천천히 첨가하여 24시간 동안 상온에서 교반하였다. 반응이 완결되면 5% 염화수소 용액으로 pH 7 정도로 중화한 후 에틸아세테이트로 추출 및 건조하여 하기 화학식 1cc로 표현되는 화합물을 얻었다. To the flask was added the compound obtained above (2.19 g, 0.004120 mol) and 28.5 g of tetrahydrofuran to prepare a solution. Then, an aqueous solution of sodium borohydride (3.12 g, 0.08240 mol) was slowly added to the solution, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. After the reaction was completed, the reaction solution was neutralized to pH 7 with 5% hydrogen chloride solution, extracted with ethyl acetate, and dried to obtain a compound represented by the following formula 1cc.

[화학식 1cc] [Formula 1cc]

Figure 112013057848842-pat00024

Figure 112013057848842-pat00024

합성예Synthetic example 4 4

제1 단계: Step 1: 프리델Fried -- 크래프트Craft 아실레이션Acylation (( FriedelFriedel -- CraftCraft AcylationAcylation ) 반응) reaction

벤조퍼릴렌 27.6 g (0.1 mol) 및 메톡시 나프토일 클로라이드 48.5g (0.22 mol)을 500 g의 클로로포름/다이클로로메탄 혼합액과 함께 넣고 교반 자석(stirring bar)을 사용하여 교반하였다. 이어서 상기 혼합물에 염화알루미늄 61.2 g(0.35 mol)을 조금씩 투입하며 반응시켰다. 반응이 완결되면 상기 혼합물에 메탄올을 첨가한 후 형성된 침전을 여과하여 건조하였다. 27.6 g (0.1 mol) of benzoperrylene and 48.5 g (0.22 mol) of methoxynaphthoyl chloride were placed in a 500 g of chloroform / dichloromethane mixture and stirred using a stirring bar. Subsequently, 61.2 g (0.35 mol) of aluminum chloride was added to the mixture in small increments. When the reaction was completed, methanol was added to the mixture, and the resulting precipitate was filtered and dried.

제2 단계: 메틸기 제거(Step 2: Removal of methyl groups ( demethylationdemethylation ) 반응) reaction

플라스크에 상기에서 얻어진 화합물 (6.50 g, 0.01001 mol), 1-도데칸사이올 (10.13 g, 0.05005 mol), 수산화칼륨 (3.37 g, 0.06006 mol) 및 N,N-다이메틸포름아마이드 27.6 g을 첨가한 후 120 ℃에서 8 시간 동안 교반하였다. 이어서 상기 반응물을 냉각하고 5% 염화수소 용액으로 pH 6~7 정도로 중화한 후 형성된 침전을 여과하여 건조하였다.To the flask was added the above obtained compound (6.50 g, 0.01001 mol), 1-dodecan sulfate (10.13 g, 0.05005 mol), potassium hydroxide (3.37 g, 0.06006 mol) and N, N- dimethylformamide Followed by stirring at 120 ° C for 8 hours. Subsequently, the reaction product was cooled and neutralized to about pH 6-7 with 5% hydrogen chloride solution, and the precipitate formed was filtered and dried.

제3 단계: 환원(Step 3: Reduction ( reductionreduction ) 반응) reaction

플라스크에 상기에서 얻어진 화합물 (5.60 g, 0.01001 mol), 포름아마이드 40 ml 및 85% 포름산(Formic Acid) 5 ml를 첨가하여 3시간 동안 190 ℃에서 가열(reflux)하였다. 이어서 상기 반응물을 100℃ 이하의 온도로 식힌 후 250 ml의 상온 물에 가하고 생성되는 침전물을 여과 후, 물/메탄올 혼합물로 세척하여 반응 부수물을 제거하여 하기 화학식 1dd로 표현되는 화합물을 얻었다. To the flask was added the compound obtained above (5.60 g, 0.01001 mol), 40 ml of formamide and 5 ml of 85% formic acid, and the mixture was refluxed at 190 ° C for 3 hours. Subsequently, the reaction product was cooled to a temperature of 100 ° C or lower and then added to 250 ml of normal temperature water. The resulting precipitate was filtered and washed with a water / methanol mixture to remove the side reaction product to obtain a compound represented by the following Chemical Formula 1dd.

[화학식 1dd][Chemical Formula 1dd]

Figure 112013057848842-pat00025

Figure 112013057848842-pat00025

중합체의 합성Synthesis of polymer

중합예Polymerization Example 1 One

플라스크에 1-나프톨 28.33 g (0.2 mol), 파이렌 28.32 g (0.14 mol) 및 파라포름 알데히드 12.0 g (0.34 mol)을 투입하였다. 이어서 p-톨루엔 술폰산모노하이드레이트 0.19 g (0.34 mol)을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 162g에 녹인 후, 상기 용액을 플라스크에 투입하여 90 내지 100℃에서 5 내지 12시간 동안 교반하였다. 1시간 간격으로 상기 중합 반응물로부터 시료를 취하여, 그 시료의 중량평균 분자량이 3500 내지 4000일 때 반응을 완료 후 상온으로 냉각하였다. 반응물을 증류수 40g 및 메탄올 400g에 투입하여 강하게 교반 후 정치시켰다(1차). 상등액을 제거하고 침전물을 플로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 80 g에 녹였다(2차). 상기 1차 및 2차 공정을 1회 정제공정이라 하고, 이 정제 공정을 총 3회 실시하였다. 정제가 완료된 중합체를 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 80 g에 녹인 후, 감압 하에 용액에 남아있는 메탄올 및 증류수를 제거하여 하기 화학식 2aa로 표현되는 화합물을 얻었다. 28.33 g (0.2 mol) of 1-naphthol, 28.32 g (0.14 mol) of pyrene and 12.0 g (0.34 mol) of paraformaldehyde were added to the flask. Subsequently, 0.19 g (0.34 mol) of p-toluenesulfonic acid monohydrate was dissolved in 162 g of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), and the solution was poured into a flask and stirred at 90 to 100 ° C for 5 to 12 hours. Samples were taken from the polymerization reactants at intervals of 1 hour. When the weight average molecular weight of the sample was 3500 to 4000, the reaction was completed and then cooled to room temperature. The reaction product was poured into 40 g of distilled water and 400 g of methanol, stirred vigorously and allowed to stand (primary). The supernatant was removed and the precipitate was dissolved in 80 g of PGMEA (second order) of floroprene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA). The primary and secondary processes were referred to as a one-time purification process, and this purification process was performed three times in total. After the purified polymer was dissolved in 80 g of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), methanol and distilled water remaining in the solution were removed under reduced pressure to obtain a compound represented by the following formula (2aa).

[화학식 2aa][Formula 2aa]

Figure 112013057848842-pat00026

Figure 112013057848842-pat00026

중합예Polymerization Example 2 2

플라스크에 1-하이드록시 파이렌 10g (0.055 mol), 4,4-메톡시메틸벤젠 9.14 (mol) 를 순차적으로 넣고 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 43 g에 녹여 용액을 준비하였다. 이어서 상기 용액에 디에틸 설파이트 0.12g (0.025mol)을 투입한 후, 90 내지 120℃에서 5 내지 10시간 정도 교반하였다. 1시간 간격으로 상기 중합 반응물로부터 시료를 취하여, 그 시료의 중량평균 분자량이 4,200 내지 5,000 때 반응을 완료하였다. 10 g (0.055 mol) of 1-hydroxypyrylene and 9.14 (mol) of 4,4-methoxymethylbenzene were sequentially added to the flask and dissolved in 43 g of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) to prepare a solution. Subsequently, 0.12 g (0.025 mol) of diethylsulfite was added to the solution, followed by stirring at 90 to 120 ° C for about 5 to 10 hours. Samples were taken from the polymerization reactants at intervals of 1 hour, and the reaction was completed when the weight average molecular weight of the sample was 4,200 to 5,000.

이후 정제 공정은 중합예 1과 동일한 과정으로 정제하여 하기 화학식 2bb 로 표현되는 화합물을 얻었다.The purification process was then purified by the same procedure as Polymerization Example 1 to obtain a compound represented by the following Formula 2bb.

[화학식 2bb] (2bb)

Figure 112013057848842-pat00027

Figure 112013057848842-pat00027

중합예Polymerization Example 3 3

플라스크에 1-하이드록시 퍼릴렌 16.52 g (0.055 mol) 및 1-나프톨 9.9 g (0.068 mol)를 순차적으로 넣고 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 32 g 에 녹여 용액을 준비하였다. 이어서 상기 용액에 1,4-비스메톡시메틸벤젠 22 g (0.11 mol) 및 디에틸 설파이트 0.8g (0.009 mol)을 투입한 후, 90 내지 120℃에서 8 내지 15시간 정도 교반하였다. 1시간 간격으로 상기 중합 반응물로부터 시료를 취하여, 그 시료의 중량평균 분자량이 4,600 내지 5,500 일 때 반응을 완료하였다. 16.52 g (0.055 mol) of 1-hydroxy perylene and 9.9 g (0.068 mol) of 1-naphthol were sequentially added to the flask and dissolved in 32 g of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) to prepare a solution. Then, 22 g (0.11 mol) of 1,4-bismethoxymethylbenzene and 0.8 g (0.009 mol) of diethylsulfite were added to the solution, followed by stirring at 90 to 120 ° C for about 8 to 15 hours. Samples were taken from the polymerization reactants at intervals of 1 hour and the reaction was completed when the weight average molecular weight of the sample was 4,600 to 5,500.

이후 정제 공정은 중합예 1과 동일한 과정으로 7회 정제하여 하기 화학식 2cc로 표현되는 화합물을 얻었다.Thereafter, the purification process was repeated seven times in the same manner as in Polymerization Example 1 to obtain a compound represented by the following formula (2cc).

[화학식 2cc][Formula 2cc]

Figure 112013057848842-pat00028

Figure 112013057848842-pat00028

비교합성예Comparative Synthetic Example 1 One

제1 단계: Step 1: 프리델Fried -- 크래프트Craft 아실레이션Acylation (( FriedelFriedel -- CraftCraft AcylationAcylation ) 반응) reaction

플라스크에 코로넨 50.0g(0.166 mol), 벤조일클로라이드 46.8g(0.333 mol) 및 1,2-다이클로로에탄 330g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 이어서, 상기 용액에 용액에 알루미늄 클로라이드 44.4g(0.333 mol)를 상온에서 천천히 첨가한 후 60 ℃로 승온하여 8 시간 동안 교반하였다. 반응이 완결되면 상기 용액에 메탄올을 첨가하여 형성된 침전을 여과하여 건조하였다. To the flask, a solution was prepared by adding 50.0 g (0.166 mol) of coronene, 46.8 g (0.333 mol) of benzoyl chloride and 330 g of 1,2-dichloroethane. Subsequently, 44.4 g (0.333 mol) of aluminum chloride was added slowly to the solution at room temperature, and the temperature was raised to 60 ° C and the mixture was stirred for 8 hours. When the reaction was completed, methanol was added to the solution, and the resulting precipitate was filtered and dried.

제2 단계: 환원(Step 2: Reduction ( reductionreduction ) 반응) reaction

플라스크에 상기 짝지음 화합물 25.0g(0.0492 mol)과 테트라하이드로퓨란 174 g을 첨가하였다. 이어서 상기 용액에 수소화 붕소나트륨 수용액 18.6g(0.492 mol)을 천천히 첨가하여 24시간 동안 상온에서 교반하였다. 반응이 완결되면 5% 염화수소 용액으로 pH 7 정도로 중화한 후 에틸 아세테이트로 추출 및 건조하여 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물을 얻었다.To the flask was added 25.0 g (0.0492 mol) of the coupling compound and 174 g of tetrahydrofuran. 18.6 g (0.492 mol) of sodium borohydride aqueous solution was slowly added to the solution, followed by stirring at room temperature for 24 hours. After the reaction was completed, the reaction solution was neutralized to about pH 7 with 5% hydrogen chloride solution, extracted with ethyl acetate, and dried to obtain a compound represented by Formula 3 below.

[화학식 3](3)

Figure 112013057848842-pat00029

Figure 112013057848842-pat00029

비교중합예Comparative Polymerization Example 1 One

질소 분위기하의 플라스크에 벤조메타크릴레이트 (10g, 0.057mol)과 사이클로헥실메타크릴레이트 (10.6g, 0.057mol)을 메틸에틸케톤 41g에서 혼합하였다. 이후 상기 혼합물에 중합개시제로서 디메틸-2,2’-아조비스(2-메틸프로피올네이트) 2.6g을 80℃에서 4 시간동안 실린지로 첨가하고 2시간 추가로 교반하였다. 중합 완료 후, 얻어진 중합체를 과량의 헥산 용매에서 천천히 침전시켰다. 이에 따라 생성된 침전물을 여과한 후 침전물을 다시 적당량의 헥산/이소프로판올 혼합 용매에 용해시켜서 교반하였다. 이어서 얻어진 침전물을 50℃로 유지되는 진공 오븐에서 약 24시간 건조하여 화학식 4로 표현되는 화합물을 얻었다. Benzomethacrylate (10 g, 0.057 mol) and cyclohexyl methacrylate (10.6 g, 0.057 mol) were mixed in a flask under a nitrogen atmosphere in 41 g of methyl ethyl ketone. Then, 2.6 g of dimethyl-2,2'-azobis (2-methylpropiolate) as a polymerization initiator was added to the mixture at 80 DEG C for 4 hours by syringe, and further stirred for 2 hours. After completion of the polymerization, the resulting polymer was slowly precipitated in an excess amount of hexane solvent. The resulting precipitate was filtered, and the precipitate was dissolved again in an appropriate amount of a mixed solvent of hexane / isopropanol and stirred. Subsequently, the resulting precipitate was dried in a vacuum oven maintained at 50 캜 for about 24 hours to obtain a compound represented by the formula (4).

얻어진 중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은 6200이고, 분산도 (Mw/Mn)은 1.45이었다.The weight-average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 6200 and the degree of dispersion (Mw / Mn) was 1.45.

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112013057848842-pat00030
Figure 112013057848842-pat00030

(상기 화학식 4에서, a:b= 1:1)
(A: b = 1: 1 in the above formula (4)

하드마스크Hard mask 조성물의 제조 Preparation of composition

실시예Example 1 One

합성예 1에서 얻은 모노머와 중합예 1에서 얻은 중합체를 3:7(중량비)의 비율로 하여 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)와 사이클로헥사논(cyclohexanone)(7:3(v/v))의 혼합 용매에 녹여 용액을 준비하였다. 이어서 상기 용액을 여과하여 하드마스크 조성물을 제조하였다. 목적하고자 하는 두께에 따라 상기 화합물의 ?t량을 조절하였다.
Propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and cyclohexanone (7: 3) were mixed at a ratio of 3: 7 (weight ratio) to the monomer obtained in Synthesis Example 1 and the polymer obtained in Synthesis Example 1 (v / v)) to prepare a solution. The solution was then filtered to produce a hard mask composition. The amount of the compound was adjusted according to the desired thickness.

실시예Example 2 2

합성예 2에서 얻은 모노머와 중합예 2에서 얻은 중합체를 5:5(중량비)의 비율로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hard mask composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the monomer obtained in Synthesis Example 2 and the polymer obtained in Polymerization Example 2 were used in a ratio of 5: 5 (weight ratio).

실시예Example 3 3

합성예 3에서 얻은 모노머와 중합예 3에서 얻은 중합체를 7:3(중량비)의 비율로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hard mask composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the monomer obtained in Synthesis Example 3 and the polymer obtained in Synthesis Example 3 were used in a ratio of 7: 3 (weight ratio).

실시예Example 4 4

합성예 4에서 얻은 모노머와 중합예 3에서 얻은 중합체를 3:7(중량비)의 비율로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.
A hard mask composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the monomer obtained in Synthesis Example 4 and the polymer obtained in Polymerization Example 3 were used in a ratio of 3: 7 (weight ratio).

비교예Comparative Example 1 One

비교합성예 1에서 얻은 모노머를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)와 사이클로헥사논(cyclohexanone)(7:3(v/v))의 혼합 용매에 녹여 용액을 준비하였다. 이어서 상기 용액을 여과하여 하드마스크 조성물을 제조하였다. 목적하고자 하는 두께에 따라 상기 화합물의 ?t량을 조절하였다.
The monomer obtained in Comparative Synthesis Example 1 was dissolved in a mixed solvent of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and cyclohexanone (7: 3 (v / v)) to prepare a solution. The solution was then filtered to produce a hard mask composition. The amount of the compound was adjusted according to the desired thickness.

비교예Comparative Example 2 2

비교합성예 1에서 얻은 모노머 대신 비교중합예 1에서 얻은 중합체를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.
A hard mask composition was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the polymer obtained in Comparative Polymerization Example 1 was used instead of the monomer obtained in Comparative Synthesis Example 1.

평가evaluation

평가 1: 내열성Evaluation 1: Heat resistance

실리콘 웨이퍼 위에 실시예 1 내지 4과 비교예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물(화합물 함량: 10중량%)을 스핀-온 코팅한 후 약 2000Å 두께로 300℃에서 5분간 열처리 시 생성되는 아웃가스를 QCM(Quartz Crystal Microbalance)를 이용하여 측정하였다.The hard mask composition (compound content: 10% by weight) according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 was spin-on coated on a silicon wafer and then an outgas generated upon heat treatment at 300 캜 for 5 minutes at a thickness of about 2000 Å QCM (Quartz Crystal Microbalance).

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

  sublimate (ng)sublimate (ng) 실시예 1Example 1 5757 실시예 2Example 2 6161 실시예 3Example 3 4545 실시예 4Example 4 4242 비교예 1Comparative Example 1 180180 비교예 2Comparative Example 2 125125

표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 4에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막은 비교예 1 및 2에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막과 비교하여 아웃개싱이 낮은 것을 확인할 수 있다. 즉 실시예 1 내지 4에 따른 하드마스크 조성물은 내열성이 우수하여 고온 공정에 적용 가능함을 알 수 있다.
Referring to Table 1, it can be seen that the thin films formed from the hard mask compositions according to Examples 1 to 4 have a low outgassing as compared to the thin films formed from the hard mask composition according to Comparative Examples 1 and 2. That is, the hard mask compositions according to Examples 1 to 4 are excellent in heat resistance and can be applied to a high-temperature process.

평가 2: Evaluation 2: 내식각성Awareness of corrosion

실리콘 웨이퍼 위에 실시예 1 내지 4와 비교예 2에 따른 하드마스크 조성물(화합물 함량: 13.0중량%)을 스핀-온 코팅 방법으로 도포한 후, 약 4000Å 두께로 300℃에서 5분간 열처리 하였다. 이어서 상기 박막에 N2/O2 혼합 가스 및 CFx 가스를 사용하여 각각 60초 및 100초 동안 건식 식각한 후 박막의 두께를 다시 측정하였다. 건식 식각 전후의 박막의 두께와 식각 시간으로부터 하기 계산식 1에 의해 식각율(bulk etch rate, BER)을 계산하였다. The hard mask composition (compound content: 13.0% by weight) according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 2 was coated on a silicon wafer by a spin-on coating method and then heat-treated at 300 캜 for 5 minutes to a thickness of about 4000 Å. Subsequently, the thin film was dry-etched for 60 seconds and 100 seconds using N 2 / O 2 mixed gas and CF x gas, and then the thickness of the thin film was measured again. The bulk etch rate (BER) was calculated from the thickness and etch time of the thin film before and after the dry etching according to the following equation (1).

[계산식 1][Equation 1]

(초기 박막 두께 - 식각 후 박막 두께)/식각 시간 (Å/s)(Initial thin film thickness - thin film thickness after etching) / etching time (Å / s)

그 결과는 표 2와 같다.The results are shown in Table 2.

  Bulk etch rate (Å /sec)Bulk etch rate (Å / sec) N2O2 etchN2O2 etch CFx etchCFx etch 실시예 1Example 1 24.8724.87 27.2127.21 실시예 2Example 2 23.7523.75 26.3226.32 실시예 3Example 3 23.1123.11 24.7524.75 실시예 4Example 4 22.5222.52 24.324.3 비교예 2Comparative Example 2 29.729.7 32.432.4

 표 2를 참고하면, 실시예 1 내지 4에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막은 비교예 2에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막과 비교하여 식각율이 낮은 것을 알 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the thin film formed from the hard mask composition according to Examples 1 to 4 has a lower etching rate than the thin film formed from the hard mask composition according to Comparative Example 2. [

이로부터 실시예 1 내지 4에 따른 하드마스크 조성물은 비교예 2에 따른 하드마스크 조성물과 비교하여 박막의 가교도가 높아 내식각성이 높은 것을 알 수 있다.
From the results, it can be seen that the hard mask composition according to Examples 1 to 4 has higher corrosion resistance than the hard mask composition according to Comparative Example 2 because of its high degree of crosslinking.

평가 3: 갭-필 및 평탄화 특성Evaluation 3: Gap-fill and planarization characteristics

실시예 1 내지 4와 비교예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물(화합물 함량: 13 중량%)을 패턴이 형성된 실리콘웨이퍼 위에 약 1700Å 두께로 스핀-코팅하였다. 이어서 핫플레이트 위에서 300 ℃에서 120 초 동안 열처리한 후, V-SEM 장비를 이용하여 갭-필 특성과 평탄화 특성을 관찰하였다. The hard mask composition (compound content: 13 wt%) according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 was spin-coated on a patterned silicon wafer to a thickness of about 1700 Å. Next, after heat treatment at 300 ° C for 120 seconds on a hot plate, gap-fill characteristics and planarization characteristics were observed using a V-SEM apparatus.

갭-필 특성은 패턴 단면을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰하여 보이드(void) 발생 유무로 판별하였고, 평탄화 특성은 하기 계산식 2로 수치화하였다. 평탄화 특성은 h1 및 h2의 차이가 크기 않을수록 우수한 것이므로 그 수치가 작을수록 평탄화 특성이 우수한 것이다.The gap-fill characteristics were determined by observing the cross section of the pattern with a scanning electron microscope (SEM) to determine whether or not a void was generated, and the planarization characteristic was numerically expressed by the following equation (2). The planarization characteristic is better as the difference between h1 and h2 is smaller, and the smaller the value is, the better the planarization characteristic is.

[계산식 2][Equation 2]

Figure 112013057848842-pat00031
Figure 112013057848842-pat00031

그 결과는 표 3과 같다.The results are shown in Table 3.

  평탄화 특성Planarization characteristics 갭필 특성
(void 유무)
Gap Fill Character
(with or without void)
aspect ratio
(1 : 2)
aspect ratio
(1: 2)
aspect ratio
(1 : 5)
aspect ratio
(1: 5)
실시예 1Example 1 4.524.52 70.2370.23 void 없음void None 실시예 2Example 2 3.613.61 73.1073.10 void 없음void None 실시예 3Example 3 4.384.38 79.4279.42 void 없음void None 실시예 4Example 4 5.495.49 68.1568.15 void 없음void None 비교예 1Comparative Example 1 13.2113.21 93.4893.48 void 발생void occurrence 비교예 2Comparative Example 2 15.8315.83 99.4399.43 void 없음void None

표 3을 참고하면, 실시예 1 내지 4에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막은 비교예 1, 2에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막과 비교하여 평탄화 정도가 우수하고 보이드 또한 관찰되지 않아 우수한 갭-필 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
Referring to Table 3, the thin films formed from the hard mask compositions according to Examples 1 to 4 had a superior degree of planarization and voids as compared with the thin films formed from the hard mask composition according to Comparative Examples 1 and 2, Quot ;. < / RTI >

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And falls within the scope of the invention.

Claims (17)

하기 화학식 1로 표현되는 모노머,
하기 화학식 2로 표현되는 부분을 가지는 중합체, 그리고
용매
를 포함하는 하드마스크 조성물:
[화학식 1]
Figure 112016055549302-pat00032

상기 화학식 1에서,
A는 치환 또는 비치환된 고리기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐렌기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알키닐렌기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고,
A′ 및 A″은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리기이고,
X 및 X′는 각각 독립적으로 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기 또는 이들의 조합이고,
L 및 L′은 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 이들의 조합이고,
m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 6인 정수이며, m+n≤(A가 가질 수 있는 최대 치환기 수)를 만족한다.
[화학식 2]
Figure 112016055549302-pat00033

상기 화학식 2에서,
Ar은 하기 그룹 1'에서 선택되는 치환 또는 비치환된 방향족 기고,
B는 하기 그룹 2에서 선택되는 어느 하나 또는 두 개 이상의 조합이다.
[그룹 1']
Figure 112016055549302-pat00043

[그룹 2]
Figure 112016055549302-pat00035

상기 그룹 2에서 M1 및 M2는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기 또는 이들의 조합이다.
A monomer represented by the following general formula (1)
A polymer having a moiety represented by the following formula (2), and
menstruum
A hard mask composition comprising:
[Chemical Formula 1]
Figure 112016055549302-pat00032

In Formula 1,
A represents any one selected from the group consisting of a substituted or unsubstituted cyclic group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenylene group and a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynylene group ego,
A ' and A " are each independently a substituted or unsubstituted ring group,
X and X 'are each independently a hydroxyl group, thionyl group, thiol group, cyano group, substituted or unsubstituted amino group, halogen atom, halogen-containing group, substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group,
L and L 'are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 arylene group or a combination thereof,
m and n each independently represent an integer of 1 to 6, and m + n? (the maximum number of substituents that A may have).
(2)
Figure 112016055549302-pat00033

In Formula 2,
Ar is a substituted or unsubstituted aromatic group selected from the following group 1 '
B is any one or a combination of two or more members selected from the following Group 2.
[Group 1 ']
Figure 112016055549302-pat00043

[Group 2]
Figure 112016055549302-pat00035

In the group 2, M 1 and M 2 each independently represents a hydrogen atom, a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 30 alkoxy Or a combination thereof.
제1항에서,
상기 A, A′ 및 A″은 각각 독립적으로 하기 그룹 3에서 선택된 치환 또는 비치환된 고리기인 하드마스크 조성물:
[그룹 3]
Figure 112013057848842-pat00036

상기 그룹 3에서,
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 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, 할로겐 원자 또는 이들의 조합이고,
Z3 내지 Z17은 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, 할로겐 원자, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이다.
The method of claim 1,
Wherein A, A 'and A " are each independently a substituted or unsubstituted ring group selected from the following Group 3:
[Group 3]
Figure 112013057848842-pat00036

In the group 3,
Z 1 and Z 2 are each independently 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, Substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenylene groups, substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynylene groups, C═O, NR a , oxygen (O), sulfur (S), or a substituted or unsubstituted C2 to C20 heteroarylene group, , Wherein R a is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a halogen atom or a combination thereof,
Z 3 to Z 17 each independently represent 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, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof.
제2항에서,
상기 A, A′ 및 A″ 중 적어도 하나는 다환 방향족 기인 하드마스크 조성물.
3. The method of claim 2,
Wherein at least one of A, A 'and A " is a polycyclic aromatic group.
제1항에서,
상기 A, A′ 또는 A″는 적어도 하나의 수소가 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기 또는 이들의 조합으로 치환된 것인 하드마스크 조성물.
The method of claim 1,
Wherein A, A 'or A "is a group selected from the group consisting of a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group Or a combination thereof.
제1항에서,
상기 Ar은 적어도 하나의 수소가 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기 또는 이들의 조합으로 치환된 것인 하드마스크 조성물.
The method of claim 1,
Wherein Ar is substituted with at least one hydrogen atom selected from the group consisting of a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, ≪ / RTI >
제1항에서,
상기 모노머는 하기 화학식 1a 내지 1d에서 선택된 어느 하나로 표현되는 것인 하드마스크 조성물:
[화학식 1a]
Figure 112013057848842-pat00037

[화학식 1b]
Figure 112013057848842-pat00038

[화학식 1c]
Figure 112013057848842-pat00039

[화학식 1d]
Figure 112013057848842-pat00040

상기 화학식 1a 내지 1d에서,
Xa 내지 Xh 및 Ya 내지 Yh는 각각 독립적으로 히드록시기, 티오닐기, 티올기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기 또는 이들의 조합이다.
The method of claim 1,
Wherein the monomer is represented by any one selected from the following formulas (1a) to (1d):
[Formula 1a]
Figure 112013057848842-pat00037

[Chemical Formula 1b]
Figure 112013057848842-pat00038

[Chemical Formula 1c]
Figure 112013057848842-pat00039

≪ RTI ID = 0.0 &
Figure 112013057848842-pat00040

In the above general formulas (1a) to (1d)
X a to X h And Y a to Y h each independently represents a hydroxyl group, a thionyl group, a thiol group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, to be.
제1항에서,
상기 모노머는 200 내지 5,000의 분자량을 가지는 것인 하드마스크 조성물.
The method of claim 1,
Wherein the monomer has a molecular weight of from 200 to 5,000.
제1항에서,
상기 중합체는 중량 평균 분자량이 1,000 내지 10,000인 것인 하드마스크 조성물.
The method of claim 1,
Wherein the polymer has a weight average molecular weight of from 1,000 to 10,000.
제1항에서,
상기 모노머와 상기 중합체의 중량비는 모노머:중합체 = 5:5 내지 1:9인 하드마스크 조성물.
The method of claim 1,
Wherein the weight ratio of the monomer to the polymer is monomer: polymer = 5: 5 to 1: 9.
제1항에서,
상기 용매는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME), 사이클로헥사논 및 에틸락테이트에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 하드마스크 조성물.
The method of claim 1,
Wherein the solvent comprises at least one selected from propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether (PGME), cyclohexanone and ethyl lactate.
제1항에서,
상기 모노머 및 상기 중합체는 상기 용매 100 중량%에 대하여 0.1 중량% 내지 50 중량%로 포함되어 있는 하드마스크 조성물.
The method of claim 1,
Wherein the monomer and the polymer are contained in an amount of 0.1 wt% to 50 wt% based on 100 wt% of the solvent.
기판 위에 재료 층을 제공하는 단계,
상기 재료 층 위에 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 하드마스크 조성물을 적용하는 단계,
상기 하드마스크 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계,
상기 하드마스크 층 위에 실리콘 함유 박막층을 형성하는 단계,
상기 실리콘 함유 박막층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계,
상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계
상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 실리콘 함유 박막층 및 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고
상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계
를 포함하는 패턴 형성 방법.
Providing a layer of material over the substrate,
Applying a hard mask composition according to any one of claims 1 to 11 on the material layer,
Heat treating the hard mask composition to form a hard mask layer,
Forming a silicon-containing thin film layer on the hard mask layer,
Forming a photoresist layer on the silicon-containing thin film layer,
Exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern
Selectively removing the silicon-containing thin film layer and the hard mask layer using the photoresist pattern and exposing a portion of the material layer, and
Etching the exposed portion of the material layer
≪ / RTI >
제12항에서,
상기 하드마스크 조성물을 적용하는 단계는 스핀-온 코팅 방법으로 수행하는 패턴 형성 방법.
The method of claim 12,
Wherein the step of applying the hard mask composition is performed by a spin-on coating method.
제12항에서,
상기 하드마스크 층을 형성하는 단계는 100℃ 내지 500℃에서 열처리하는 패턴 형성 방법.
The method of claim 12,
Wherein the forming of the hard mask layer is performed at a temperature of 100 ° C to 500 ° C.
제12항에서,
상기 실리콘 함유 박막층 위에 바닥 반사방지 층(BARC)을 형성하는 단계를 더 포함하는 패턴 형성 방법.
The method of claim 12,
And forming a bottom anti-reflective layer (BARC) on the silicon-containing thin film layer.
제15항에서,
상기 실리콘 함유 박막층은 산화질화규소(SiON)를 함유하는 것인 패턴 형성 방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the silicon-containing thin film layer contains silicon oxynitride (SiON).
제12항에 따른 패턴 형성 방법으로 형성된 복수의 패턴을 포함하는 반도체 집적회로 디바이스.A semiconductor integrated circuit device comprising a plurality of patterns formed by the pattern forming method according to claim 12.
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