KR102191919B1 - A composition of anti-reflective hardmask containing benzocarbazole derivatives - Google Patents

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Abstract

The present invention provides an anti-reflective hardmask composition comprising: (a) a polymer consisting of a benzocarbazole derivative represented by chemical formula 1 or a polymer blend comprising the same; and (b) an organic solvent.

Description

벤조카바졸 유도체를 함유하는 반사방지용 하드마스크 조성물{A COMPOSITION OF ANTI-REFLECTIVE HARDMASK CONTAINING BENZOCARBAZOLE DERIVATIVES}Anti-reflection hard mask composition containing benzocarbazole derivatives {A COMPOSITION OF ANTI-REFLECTIVE HARDMASK CONTAINING BENZOCARBAZOLE DERIVATIVES}

본 발명은 리소그래픽 공정에 유용한 반사방지막 특성을 갖는 하드마스크 조성물에 관한 것으로, 자외선 파장 영역에서 강한 흡수를 갖는 벤조카바졸계 방향족 고리 함유하는 중합체 및 이를 포함하는 것을 특징으로 하는 하드마스크 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a hardmask composition having antireflection properties useful in a lithographic process, and to a benzocarbazole-based aromatic ring-containing polymer having strong absorption in an ultraviolet wavelength range, and a hardmask composition comprising the same. .

최근 반도체 산업은 점점 미세화 공정이 요구되면서 이러한 초미세 기술을 실현하기 위해서는 효과적인 리소그래픽 공정이 필수적이다. 특히 에칭 과정에 있어서 매우 필수적인 하드마스크 공정에 대한 새로운 재료에 대한 요구가 증가하고 있는 실정이다.In recent years, as the semiconductor industry increasingly requires microscopic processes, an effective lithographic process is essential to realize such ultra-fine technology. In particular, there is an increasing demand for a new material for a hardmask process that is very essential in the etching process.

일반적으로, 하드마스크 막질은 선택적 식각 과정을 통하여 포토레지스트의 미세 패턴을 하부 기판 층으로 전사해주는 중간막으로서 역할을 한다. 따라서 하드마스크 층은 다중 식각 과정 동안 견딜 수 있도록 내화학성, 내열성 및 식각 저항성 등의 특성이 요구된다. 기존에 사용되는 하드마스크 막질은 화학기상증착(CVD) 방식으로 만들어지는 ACL(amorphous carbon layer) 막질을 사용하고 있었는데, 이것에 대한 단점으로 높은 단가의 설비투자 및 공정 시 발생하는 particle, 막질 불투명으로 인한 photo align 문제 등으로 인해 사용하기에 매우 불편한 점이 많았다. In general, the hardmask film quality serves as an interlayer that transfers a fine pattern of a photoresist to a lower substrate layer through a selective etching process. Therefore, the hard mask layer is required to have properties such as chemical resistance, heat resistance, and etching resistance to withstand multiple etching processes. The existing hard mask film quality was made of an amorphous carbon layer (ACL) film made by chemical vapor deposition (CVD). The disadvantages of this are high cost equipment investment and particle and film quality opaque. There were many very inconvenient points to use due to photo alignment problems, etc.

최근에, 이러한 화학기상증착 방법 대신 스핀-온 코팅(spin on coating) 방법으로 형성하는 하드마스크 방식(spin-on hardmask)이 도입되었다. 스핀-온 코팅 방법은 용매에 대한 용해성을 가지는 유기 고분자 물질을 이용하여 하드마스크 조성물을 형성하는데, 이때 가장 중요한 특성이 에칭 내성을 동시에 가지는 유기 고분자 코팅막을 형성해야 하는 점이다.Recently, instead of the chemical vapor deposition method, a spin-on hardmask method formed by a spin-on coating method has been introduced. In the spin-on coating method, a hardmask composition is formed using an organic polymer material having solubility in a solvent, and the most important characteristic is that an organic polymer coating film having both etching resistance must be formed.

그러나, 이러한 유기 하드마스크 층에 요구되는 두가지 특성인 용해성과 에칭 내성에 대한 특성은 서로 상충 관계에 있어서 이들을 모두 만족할 수 있는 하드마스크 조성물이 필요하였다. 이러한 유기 하드마스크 재료의 특성을 만족시키면서 반도체 리소그래픽 공정에 도입한 재료들이 최근에 소개(공개특허 10-2009-0120827, 공개특허 10-2008-0107210, 특허 WO 2013100365 A1) 되었는데, 이것은 히드록시파이렌(hydroxypyrene)를 이용하여 기존의 페놀수지 제조법으로 합성된 적절한 고분자 분자량을 가지는 공중합체를 이용한 하드마스크 재료들이었다. However, the characteristics of solubility and etching resistance, which are two properties required for the organic hardmask layer, are in conflict with each other, so a hardmask composition capable of satisfying all of them was required. While satisfying the characteristics of these organic hardmask materials, materials introduced into the semiconductor lithographic process have been recently introduced (Publication Patent 10-2009-0120827, Publication 10-2008-0107210, Patent WO 2013100365 A1), which is These were hard mask materials using a copolymer having an appropriate high molecular weight synthesized by the conventional phenol resin manufacturing method using ren (hydroxypyrene).

그러나, 최근 반도체 리소그래픽 공정이 더욱 더 미세화 과정을 거치면서 이러한 유기 하드마스크 재료의 경우에 기존의 무기 하드마스크 재료에 비해 에칭 공정에서의 에칭 선택비 부족에 따른 마스크 역할을 충분히 수행하기 어려운 단계에 이르게 되었다. 따라서, 에칭 공정에 보다 최적화된 유기 하드마스크 재료의 도입이 절실하게 필요하게 되었다. However, as the recent semiconductor lithographic process goes through a further refinement process, in the case of such an organic hardmask material, it is difficult to sufficiently perform the role of a mask due to the lack of etching selectivity in the etching process compared to the conventional inorganic hardmask material. Came. Therefore, there is an urgent need to introduce an organic hardmask material more optimized for the etching process.

본 발명은 고분자 용해성이 우수하며 동시에 에칭 선택성이 높고, 다중 에칭(multi etching)에 대한 내성이 충분한 하드마스크 중합체 및 이를 포함하는 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a hardmask polymer having excellent polymer solubility, high etching selectivity, and sufficient resistance to multi-etching, and a composition containing the same.

본 발명은 레지스트와 이면층 간의 반사성을 최소화할 수 있어서 리소그래픽 기술을 수행하는 데 사용될 수 있는 신규한 하드마스크 중합체 및 이를 포함하는 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a novel hardmask polymer that can be used to perform a lithographic technique, and a composition comprising the same, since reflectivity between a resist and a back layer can be minimized.

본 발명에 따른 하드마스크 조성물은, (a) 하기 화학식 1로 표시되는, 벤조카바졸 유도체 단위를 포함하는 공중합체 또는 이들 공중합체의 혼합물(blend); 및The hardmask composition according to the present invention comprises: (a) a copolymer including a benzocarbazole derivative unit represented by the following formula (1) or a mixture of these copolymers; And

(b) 유기 용매;(b) an organic solvent;

를 포함하여 이루어지는 반사방지 하드마스크 조성물이다.It is an anti-reflective hard mask composition comprising a.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019074299410-pat00001
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상기 화학식 1의 벤조카바졸 유도체 단위 중 벤조카바졸 방향족 부분은 바람직하게는 아래와 같은 형태 중 어느 하나 일 수 있다 The benzocarbazole aromatic moiety of the benzocarbazole derivative unit of Formula 1 may preferably be in any of the following forms.

Figure 112019074299410-pat00002
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본 발명에 따른 벤조카바졸계 공중합체에 기초한 하드마스크 조성물은 고분자 내에 탄소 함량이 매우 높고 산소가 포함되지 않은 구조로 인하여 에치 내성을 예측하는 오니쉬파라메터(Ohnishi Parameter) 수치가 매우 낮아 에치 내성에 매우 유리한 구조이다. 고분자 구조적으로 패킹 밀도가 매우 높아서 박막을 형성할 경우에 막밀도가 높아지면서 에칭 내성이 매우 우수한 특성을 가지게 된다. 따라서, 기존 유기 하드마스크 대비 에칭 선택비가 높아 다중 에칭에 대한 내성이 충분하여, 우수한 패턴평가결과를 가지는 리소그래픽 구조물을 제공할 수 있다.The hardmask composition based on the benzocarbazole-based copolymer according to the present invention has a very high carbon content in the polymer and a structure that does not contain oxygen, so the value of the Ohnishi parameter predicting etch resistance is very low, so it is very low in etch resistance. It is an advantageous structure. In terms of the polymer structure, the packing density is very high, so when a thin film is formed, the film density increases and the etching resistance is very excellent. Accordingly, since the etching selectivity is high compared to the existing organic hard mask, the resistance to multiple etching is sufficient, and a lithographic structure having excellent pattern evaluation results can be provided.

본 발명의 실시예들에 따른 벤조카바졸계 고분자에 기초한 하드마스크 조성물은 필름 형성시 ArF(193nm), KrF(248nm) 등 Deep UV 영역에서의 반사방지막으로써 유용한 범위의 굴절율 및 흡수도를 가짐으로써 레지스트와 이면층 간의 반사성을 최소화할 수 있다. The hard mask composition based on the benzocarbazole-based polymer according to the embodiments of the present invention is an antireflection film in the Deep UV region such as ArF (193 nm) and KrF (248 nm) when forming a film, and has a useful range of refractive index and absorption, Reflectivity between the and the back layer can be minimized.

본 발명에 의하면, 하기 화학식 1로 표시되는, 벤조카바졸 유도체 단위를 포함하는 공중합체 또는 이들 공중합체의 혼합물(blend); 및According to the present invention, a copolymer including a benzocarbazole derivative unit represented by the following formula (1) or a mixture of these copolymers; And

(b) 유기 용매; 를 포함하여 이루어지는 반사방지 하드마스크 조성물이 제공된다.(b) an organic solvent; There is provided an anti-reflection hardmask composition comprising a.

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112019074299410-pat00003
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상기 식에서, n은 0, 1를 나타내며, A는 벤젠환을 나타낸다. In the above formula, n represents 0 and 1, and A represents a benzene ring.

R1은 수소, 또는 할로겐기, 니트로기, 아미노기, 페닐기, 혹은 수산기로 치환되어 있을 수도 있는 C6~C20의 아릴기이며, R2는 수소, 또는 C1~C10의 알킬기, C2~C10의 알케닐기, C6~C20의 아릴기, 또는 에테르 결합, 케톤 결합, 혹은 에스테르 결합을 포함하고 있을 수도 있는 이들의 조합이다. R1 is hydrogen or a C6-C20 aryl group which may be substituted with a halogen group, a nitro group, an amino group, a phenyl group, or a hydroxyl group, and R2 is hydrogen or a C1-C10 alkyl group, a C2-C10 alkenyl group, C6 It is a combination of these which may contain an aryl group of ~ C20, or an ether bond, a ketone bond, or an ester bond.

R3는 수소, C1~C10의 알킬기, C2~C10의 알케닐기, C6~C20의 아릴기 또는 수산기, 불소, 니트릴기로 치환되어 있을 수도 있는 C6~C20의 아릴기이고, R4는 수소, C1~C10의 알킬기, C2~C10의 알케닐기, C6~C20의 아릴기 또는 수산기, 불소, 니트릴기로 치환되어 있을 수도 있는 C6~C20의 아릴기이며, R3와 R4는 이들이 결합하는 탄소원자와 함께 환을 형성하고 있을 수도 있다.R3 is hydrogen, a C1 to C10 alkyl group, a C2 to C10 alkenyl group, a C6 to C20 aryl group, or a C6 to C20 aryl group which may be substituted with a hydroxyl group, fluorine or nitrile group, and R4 is hydrogen, C1 to C10 Alkyl group of, C2 to C10 alkenyl group, C6 to C20 aryl group or C6 to C20 aryl group which may be substituted with a hydroxyl group, fluorine or nitrile group, and R3 and R4 form a ring with the carbon atom to which they are bonded. You may be doing it.

여기서, 상기 벤조카바졸 유도체 단위 중 방향족 벤조카바졸 부분은 바람직하게는 아래와 같은 형태 중 어느 하나 일 수 있다. Here, the aromatic benzocarbazole portion of the benzocarbazole derivative unit may preferably be in any one of the following forms.

Figure 112019074299410-pat00004
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여기에서, 전체 공중합체의 중량 평균분자량(Mw)는 500~50,000 이며, 바람직하게는 1,000~30,000 일 수 있다.Here, the weight average molecular weight (Mw) of the entire copolymer may be 500 to 50,000, preferably 1,000 to 30,000.

상기 화학식 1의 구조를 갖는 공중합체는 예를 들어 아래와 같은 화학식 2-1 내지 2-9의 화학식 2 및 화학식 3-1 내지 3-9의 화학식 3의 형태를 가질 수 있다.The copolymer having the structure of Formula 1 may have the form of Formula 2 of Formulas 2-1 to 2-9 and Formula 3 of Formulas 3-1 to 3-9, for example.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112019074299410-pat00005
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Figure 112019074299410-pat00012
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Figure 112019074299410-pat00013
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[화학식 3][Formula 3]

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Figure 112019074299410-pat00016
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Figure 112019074299410-pat00019
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상기 고분자들은 전체 하드마스크 조성물의 용해 특성 및 코팅성, 혹은 경화 특성을 개선하기 위해 노볼락 수지, 혹은 수산기를 가지는 방향족 C6~C20개의 노볼락 중합 고분자들과 혼합하여 사용할 수도 있다.The polymers may be used in combination with a novolac resin or aromatic C6 to C20 novolac polymers having a hydroxyl group in order to improve the solubility and coating properties or curing properties of the entire hardmask composition.

한편, 하드마스크 조성물을 만들기 위해서는 위의 (a) 벤조카바졸계 단위를 포함하는 공중합체는 사용하는 (b) 유기 용매 100중량부에 대해서 1~30% 중량부로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 벤조카바졸계(a)로 제조되는 공중합체가 1 중량부 미만이거나 30중량부를 초과하여 사용할 경우 목적하는 코팅두께 미만으로 되거나 초과하게 되어 정확한 코팅두께를 맞추기 어렵다.On the other hand, in order to make a hardmask composition, the (a) copolymer containing a benzocarbazole-based unit is preferably used in an amount of 1 to 30% by weight based on 100 parts by weight of the (b) organic solvent used. When the benzocarbazole-based copolymer (a) is used in less than 1 part by weight or in excess of 30 parts by weight, it becomes less than or exceeds the desired coating thickness, making it difficult to match the exact coating thickness.

그리고 유기용매로는 위의 방향족 고리 함유 중합체에 대한 충분한 용해성을 갖는 유기용매라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들자면, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA), 사이클로헥사논, 에틸락테이트 등을 들 수 있다.And the organic solvent is not particularly limited as long as it has sufficient solubility in the above aromatic ring-containing polymer, for example, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), cyclohexanone, ethyl lactate, etc. have.

또한, 본 발명의 반사방지 하드마스크 조성물은 추가적으로 (c) 가교제 성분 및 (d) 산(acid) 촉매를 더 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, the antireflection hardmask composition of the present invention may further include (c) a crosslinking agent component and (d) an acid catalyst.

본 발명의 하드마스크 조성물에 사용되는 상기 (c) 가교제 성분은 발생된 산에 의한 촉매 작용 반응에서 가열에 의하여 중합체의 반복단위를 가교할 수 있는 것이 바람직하고, 상기 (d) 산 촉매는 열 활성화되는 산 촉매인 것이 바람직하다.The (c) crosslinking agent component used in the hardmask composition of the present invention is preferably capable of crosslinking the repeating units of the polymer by heating in a catalytic reaction by the generated acid, and the (d) acid catalyst is thermally activated. It is preferably an acid catalyst to be used.

본 발명의 하드마스크 조성물에 사용되는 상기 (c) 가교제 성분은 생성된 산에 의해 촉매 작용화될 수 있는 방식으로 방향족 고리 함유 중합체와 반응될 수 있는 가교제라면 특별히 한정되지 않는다. 가교제로는 멜라민계, 치환요소계, 또는 이들의 폴리머계 등을 들 수 있다. 바람직하게는 적어도 2개의 가교형성 치환기를 갖는 가교제이고, 메톡시메틸화글리콜우릴, 부톡시메틸글리콜우릴, 메톡시메틸화멜라민, 부톡시메틸화멜라민, 메톡시메틸화벤조구아나민, 부톡시메틸화벤조구아나민, 메톡시메틸화요소, 부톡시메틸화요소, 메톡시메틸화티오요소 등의 화합물이다.The (c) crosslinking agent component used in the hardmask composition of the present invention is not particularly limited as long as it is a crosslinking agent capable of reacting with the aromatic ring-containing polymer in a manner that can be catalytically functionalized by the produced acid. Examples of the crosslinking agent include melamine-based, substituted urea-based, or polymers thereof. Preferably, it is a crosslinking agent having at least two crosslinking substituents, methoxymethylated glycoluril, butoxymethylglycoluril, methoxymethylated melamine, butoxymethylated melamine, methoxymethylated benzoguanamine, butoxymethylated benzoguanamine, These are compounds such as methoxymethylated urea, butoxymethylated urea, and methoxymethylated thiourea.

또한, 상기 가교제로서 내열성이 높은 가교제를 이용할 수 있는데, 분자 내에 방향족환을 갖는 가교형성 치환기를 함유하는 화합물을 바람직하게 이용할 수 있다. 이들 화합물들은 하기 구조식과 같은 형태의 화합물들을 예시할 수 있다.Further, a crosslinking agent having high heat resistance can be used as the crosslinking agent, but a compound containing a crosslinking substituent having an aromatic ring in the molecule can be preferably used. These compounds may exemplify compounds in the form of the following structural formula.

Figure 112019074299410-pat00023
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Figure 112019074299410-pat00024
Figure 112019074299410-pat00024

본 발명의 하드마스크 조성물에 사용되는 상기 (d) 산 촉매로는 p-톨루엔술폰산 모노 하이드레이트(p-toluenesulfonic acid monohydrate)과 같은 유기산이 사용될 수 있고, 또한 보관안정성을 도모한 TAG(Thermal Acid Generater)계통의 화합물을 촉매로 사용할 수도 있다. TAG는 열 처리시 산을 방출하도록 되어있는 산 발생제 화합물로서 예를 들어 피리디늄 P-톨루엔 술포네이트(Pyridinium P-toluene sulfonate), 2,4,4,6-테트라브로모시클로헥사디엔온, 벤조인 토실레이트, 2-니트로벤질 토실레이트 및 유기 술폰산의 알킬 에스테르 등을 사용하는 것이 바람직하다.As the (d) acid catalyst used in the hardmask composition of the present invention, an organic acid such as p-toluenesulfonic acid monohydrate may be used, and TAG (Thermal Acid Generator) having storage stability A system compound can also be used as a catalyst. TAG is an acid generator compound designed to release an acid during heat treatment. For example, pyridinium P-toluene sulfonate, 2,4,4,6-tetrabromocyclohexadienone, It is preferable to use benzoin tosylate, 2-nitrobenzyl tosylate, and alkyl esters of organic sulfonic acids.

최종 하드마스크 조성물에 있어서 (c) 가교제 성분 및 (d) 산 촉매를 더 포함하여 이루어지는 경우, 본 발명의 하드마스크 조성물은 (a) 자외선 영역에서 강한 흡수 특성을 갖는 벤조카바졸계 형태의 공중합체 또는 이들 공중합체의 혼합물(blend) 1~30 중량%, 보다 바람직하게는 3~15 중량%, (c) 가교제 성분 0.1~5 중량%, 보다 바람직하게는 0.1~3 중량%, (d) 산 촉매 0.001~0.05 중량%, 보다 바람직하게는 0.001~0.03 중량%, 및 (b) 나머지 성분으로 유기용매를 사용하여 총 100중량%로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 유기용매 75~98 중량%를 함유하는 것이 바람직하다.When the final hardmask composition further comprises (c) a crosslinking agent component and (d) an acid catalyst, the hardmask composition of the present invention comprises (a) a benzocarbazole-based copolymer having strong absorption properties in the ultraviolet region or A mixture of these copolymers (blend) 1 to 30% by weight, more preferably 3 to 15% by weight, (c) 0.1 to 5% by weight of a crosslinking agent component, more preferably 0.1 to 3% by weight, (d) an acid catalyst 0.001 to 0.05% by weight, more preferably 0.001 to 0.03% by weight, and (b) a total of 100% by weight using an organic solvent as the remaining components, preferably containing 75 to 98% by weight of an organic solvent It is desirable.

여기서, 상기 벤조카바졸계의 방향족 고리(aromatic ring) 함유 중합체가 1 중량% 미만이거나 30중량%를 초과할 경우 목적하는 코팅두께 미만으로 되거나 초과하게 되어 정확한 코팅두께를 맞추기 어렵다.Here, when the benzocarbazole-based aromatic ring-containing polymer is less than 1% by weight or more than 30% by weight, it becomes less than or exceeds the desired coating thickness, making it difficult to match the exact coating thickness.

그리고 상기 가교제 성분이 0.1 중량% 미만일 경우 가교 특성이 나타나지 않을 수 있고, 5 중량%를 초과할 경우 과량투입에 의해 코팅막의 광학적 특성이 변경될 수 있다.In addition, when the crosslinking agent component is less than 0.1% by weight, crosslinking properties may not appear, and when it exceeds 5% by weight, the optical properties of the coating film may be changed by excessive injection.

또한, 상기 산촉매가 0.001 중량% 미만일 경우 가교특성이 잘 나타나지 않을 수 있고, 0.05 중량%를 초과할 경우 과량투입에 의한 산도 증가로 보관안정성에 영향을 줄 수도 있다.In addition, when the acid catalyst is less than 0.001% by weight, crosslinking characteristics may not be exhibited well, and when it exceeds 0.05% by weight, storage stability may be affected due to an increase in acidity due to excessive injection.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples, but the following examples are for the purpose of explanation only and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예-1) Example-1)

Figure 112019074299410-pat00025
Figure 112019074299410-pat00025

100mL 둥근 플라스크에 벤조카바졸(benzocarbazole) 5g(23mmol), 벤즈알데히드 2.5g(23mmol), 그리고 파라톨루엔설폰산일수화물(PTSA) 0.6g를 1,4-디옥산 19g에 녹인 다음에, 110도 온도에서 10시간 중합하였다.In a 100 mL round flask, 5 g (23 mmol) of benzocarbazole, 2.5 g (23 mmol) of benzaldehyde, and 0.6 g of paratoluenesulfonic acid monohydrate (PTSA) were dissolved in 19 g of 1,4-dioxane, and then at a temperature of 110°C. It was polymerized for 10 hours.

중합이 끝난 후, 반응물을 과량의 메탄올/물(9:1) 용매에 침전을 시킨 다음에 트리에칠아민을 이용해 중화시킨다. 생성된 침전물을 여과하고, 60도 진공오븐에서 24시간 건조시켜 고분자를 얻었다.After the polymerization was completed, the reaction product was precipitated in an excess of methanol/water (9:1) solvent, and then neutralized with triethylamine. The resulting precipitate was filtered and dried in a vacuum oven at 60° C. for 24 hours to obtain a polymer.

고분자 중량 평균분자량(Mw) 2,500, 다분산도(Mw/Mn) 1.56 결과를 얻었다.High molecular weight average molecular weight (Mw) 2,500, polydispersity (Mw/Mn) 1.56 results were obtained.

실시예-2) Example-2)

Figure 112019074299410-pat00026
Figure 112019074299410-pat00026

벤조카바졸 5g(23mmol)과 2-나프틸알데히드 3.6g(23mmol)를 실시예-1과 같은 방식으로 고분자를 합성한다. 고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 2,300, 다분산도(Mw/Mn) 1.66 결과를 얻었다.5 g (23 mmol) of benzocarbazole and 3.6 g (23 mmol) of 2-naphthylaldehyde were synthesized in the same manner as in Example 1. After polymer purification, a weight average molecular weight (Mw) of 2,300 and a polydispersity (Mw/Mn) of 1.66 were obtained.

실시예-3) Example-3)

Figure 112019074299410-pat00027
Figure 112019074299410-pat00027

벤조카바졸 5g(23mmol)과 1-파이렌카보알데히드 5.3g(23mmol)를 실시예-1과 같은 방식으로 고분자를 합성한다. 고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 1,700, 다분산도(Mw/Mn) 1.63 결과를 얻었다.5 g (23 mmol) of benzocarbazole and 5.3 g (23 mmol) of 1-pyrenecarboaldehyde were synthesized in the same manner as in Example 1. After polymer purification, a weight average molecular weight (Mw) of 1,700 and a polydispersity (Mw/Mn) of 1.63 were obtained.

실시예-4)Example-4)

Figure 112019074299410-pat00028
Figure 112019074299410-pat00028

벤조카바졸 5g(23mmol)과 1-파이렌카보알데히드 4.2g(18mmol), 벤즈알데히드 0.53g(5mmol)를 실시예-1과 같은 방식으로 고분자를 합성한다. 고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 2,000, 다분산도(Mw/Mn) 1.55 결과를 얻었다.5 g (23 mmol) of benzocarbazole, 4.2 g (18 mmol) of 1-pyrenecarboaldehyde, and 0.53 g (5 mmol) of benzaldehyde were synthesized in the same manner as in Example 1. After polymer purification, a weight average molecular weight (Mw) of 2,000 and a polydispersity (Mw/Mn) of 1.55 were obtained.

실시예-5) Example-5)

Figure 112019074299410-pat00029
Figure 112019074299410-pat00029

벤조카바졸 5g(23mmol)과 9-플루오레논 4.1g(23mmol)를 실시예-1과 같은 방식으로 고분자를 합성한다. 고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 1,500, 다분산도(Mw/Mn) 1.61 결과를 얻었다.5 g (23 mmol) of benzocarbazole and 4.1 g (23 mmol) of 9-fluorenone were synthesized in the same manner as in Example 1. After polymer purification, a weight average molecular weight (Mw) of 1,500 and a polydispersity (Mw/Mn) of 1.61 were obtained.

실시예-6)Example-6)

Figure 112019074299410-pat00030
Figure 112019074299410-pat00030

다이벤조카바졸(dibenzocarbazole) 5.3g(20mmol), 벤즈알데히드 2.1g (20mmol)를 실시예-1과 같은 방식으로 고분자를 합성한다. 고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 1,900, 다분산도(Mw/Mn) 1.65 결과를 얻었다.Dibenzocarbazole 5.3 g (20 mmol) and benzaldehyde 2.1 g (20 mmol) were synthesized in the same manner as in Example 1. After polymer purification, a weight average molecular weight (Mw) of 1,900 and a polydispersity (Mw/Mn) of 1.65 results were obtained.

실시예-7) Example-7)

Figure 112019074299410-pat00031
Figure 112019074299410-pat00031

다이벤조카바졸 5.3g(20mmol), 9-플루오레논 3.6g(20mmol)를 실시예-1과 같은 방식으로 고분자를 합성한다. 고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 1,400, 다분산도(Mw/Mn) 1.61 결과를 얻었다.Dibenzocarbazole 5.3g (20mmol), 9-fluorenone 3.6g (20mmol) to synthesize a polymer in the same manner as in Example 1. After polymer purification, a weight average molecular weight (Mw) of 1,400 and a polydispersity (Mw/Mn) of 1.61 were obtained.

실시예-8) Example-8)

Figure 112019074299410-pat00032
Figure 112019074299410-pat00032

다이벤조카바졸 5.3g(20mmol), 1-파이렌닐알데히드 4.6g(20mmol)를 실시예-1과 같은 방식으로 고분자를 합성한다. 고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 1,400, 다분산도(Mw/Mn) 1.61 결과를 얻었다.Dibenzocarbazole 5.3 g (20 mmol) and 1-pyrenylaldehyde 4.6 g (20 mmol) were synthesized in the same manner as in Example 1. After polymer purification, a weight average molecular weight (Mw) of 1,400 and a polydispersity (Mw/Mn) of 1.61 were obtained.

실시예-9)Example-9)

Figure 112019074299410-pat00033
Figure 112019074299410-pat00033

다이벤조카바졸 5.3g(20mmol), 1-파이렌닐알데히드 3.5g(15mmol), 벤즈알데히드 0.53g(5mmol)를 실시예-1과 같은 방식으로 고분자를 합성한다. 고분자 정제 후, 중량 평균분자량(Mw) 1,400, 다분산도(Mw/Mn) 1.61 결과를 얻었다.Dibenzocarbazole 5.3 g (20 mmol), 1-pyrenylaldehyde 3.5 g (15 mmol), and benzaldehyde 0.53 g (5 mmol) were synthesized in the same manner as in Example 1. After polymer purification, a weight average molecular weight (Mw) of 1,400 and a polydispersity (Mw/Mn) of 1.61 were obtained.

비교 실시예) 페놀계 중합체 합성Comparative Example) Synthesis of phenolic polymer

Figure 112019074299410-pat00034
Figure 112019074299410-pat00034

9,9-비스히드록시페닐플로렌 35g(100mmol)과 벤즈알데히드 11.7g (110mmol)를 PGMEA 109g에 녹인 다음에, 여기에 진한 황산 1g를 첨가한다.After dissolving 35 g (100 mmol) of 9,9-bishydroxyphenylfluorene and 11.7 g (110 mmol) of benzaldehyde in 109 g of PGMEA, 1 g of concentrated sulfuric acid is added thereto.

실시예-1과 같은 방식으로 중합한 다음에, 고분자를 정제하고 진공 오븐에서 말린 후 중량 평균분자량(Mw) 3,300 고분자를 얻을 수가 있었다.After polymerization in the same manner as in Example-1, the polymer was purified and dried in a vacuum oven to obtain a polymer having a weight average molecular weight (Mw) of 3,300.

하드마스크 조성물 제조Preparation of hard mask composition

실시예 1~9 및 비교실시예에서 만들어진 고분자 1g과 계면활성제 300ppm를 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA) 7g, 시클로헥산논(cyclohexanone) 2g에 넣어서 완전히 녹인 후, 0.1um 멜브레인 필터를 이용해 여과하여 각각 실시예 1~9 및 비교실시예 샘플 용액을 만들었다.1 g of the polymer and 300 ppm of the surfactant prepared in Examples 1 to 9 and Comparative Examples were completely dissolved in 7 g of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and 2 g of cyclohexanone, and then filtered using a 0.1 um melbrain filter. Thus, the sample solutions of Examples 1 to 9 and Comparative Examples were prepared, respectively.

실시예 1~9, 비교실시예에 의해 제조된 샘플 용액을 각각 실리콘웨이퍼에 스핀 코팅하여 60초간 240℃에서 구워서 두께 3000Å의 필름을 형성시켰다.The sample solutions prepared according to Examples 1 to 9 and Comparative Examples were spin-coated on a silicon wafer and baked at 240° C. for 60 seconds to form a film having a thickness of 3000 Å.

이때 형성된 필름들에 대한 굴절률(refractive index) n과 흡광계수(extinction coefficient) k를 각각 구하였다. 사용기기는 Ellipsometer(J. A. Woollam사)이고 그 측정결과를 표 1에 나타내었다.At this time, the refractive index n and the extinction coefficient k of the formed films were obtained, respectively. The device used was Ellipsometer (J. A. Woollam), and the measurement results are shown in Table 1.

평가결과, ArF(193nm) 및 KrF(248nm) 파장에서 반사방지막으로서 사용가능한 굴절율 및 흡수도가 있음을 확인하였다. 통상적으로 반도체 반사방지막으로 사용되는 재료의 굴절율 범위는 1.4~1.8 정도이며, 중요한 것이 흡광계수이고, 흡수도가 클수록 좋으나, 통상 k 수치가 0.3 이상이면 반사방지막으로 사용하는데 문제가 없기 때문에 본 발명의 실시예들에 따른 하드마스크 조성물은 반사방지막으로 사용할 수 있음을 알 수 있다. As a result of the evaluation, it was confirmed that there is a refractive index and absorbance that can be used as an antireflection film at ArF (193 nm) and KrF (248 nm) wavelengths. In general, the refractive index range of the material used as the semiconductor antireflection film is about 1.4 to 1.8, and the important thing is the extinction coefficient, and the higher the absorbance, the better. It can be seen that the hardmask composition according to the embodiments can be used as an antireflection film.

샘플 종류Sample type 광학특성 (193nm)Optical characteristics (193nm) 광학특성 (248nm)Optical characteristics (248nm) 굴절율 (n)Refractive index (n) 흡광계수 (k)Extinction coefficient (k) 굴절율 (n)Refractive index (n) 흡광계수 (k)Extinction coefficient (k) 실시예 1Example 1 1.481.48 0.580.58 1.731.73 0.530.53 실시예 2Example 2 1.501.50 0.600.60 1.751.75 0.530.53 실시예 3Example 3 1.491.49 0.630.63 1.721.72 0.520.52 실시예 4Example 4 1.521.52 0.610.61 1.741.74 0.550.55 실시예 5Example 5 1.541.54 0.650.65 1.731.73 0.570.57 실시예 6Example 6 1.531.53 0.710.71 1.751.75 0.580.58 실시예 7Example 7 1.521.52 0.690.69 1.751.75 0.570.57 실시예 8Example 8 1.541.54 0.650.65 1.731.73 0.540.54 실시예 9Example 9 1.551.55 0.670.67 1.751.75 0.560.56 비교실시예Comparative Example 1.481.48 0.680.68 1.951.95 0.350.35

반사방지 하드마스크 조성물에 대한 리소그래픽 평가Lithographic evaluation of antireflective hardmask composition

실시예 1, 3, 4, 6 및 비교실시예에서 만들어진 샘플용액을 각각 알루미늄이 입혀진 실리콘 웨이퍼 위에 스핀 코팅하여 60초간 240℃에서 구워서 두께 3000Å의 코팅막을 형성시켰다. The sample solutions prepared in Examples 1, 3, 4, 6 and Comparative Examples were spin-coated on a silicon wafer coated with aluminum, respectively, and baked at 240° C. for 60 seconds to form a coating film having a thickness of 3000 Å.

형성된 각각의 코팅막 위에 KrF용 포토레지스트를 코팅하고 110℃에서 60초간 굽고 ASML(XT:1400, NA 0.93)사의 노광장비를 사용해 각각 노광을 진행한 다음, TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide) 2.38wt% 수용액으로 각각 60초간 현상하였다. 그런 다음, V-SEM을 사용하여 90nm의 라인 앤드 스페이스(line and space) 패턴을 각각 고찰한 결과 하기 표 2와 같은 결과를 얻었다. 노광량의 변화에 따른 EL(expose latitude) 마진(margine)과 광원과의 거리변동에 따른 DoF(depth of focus) 마진(margine)을 고찰하여 표 2에 기록하였다. 패턴평가 결과, 프로파일이나 마진 면에서 양호한 결과를 확인할 수 있었으며 리소 패턴 평가에서 요구되는 EL 마진과 DoF 마진을 만족시키는 것을 알 수 있었다. After coating a photoresist for KrF on each of the formed coating films, bake it at 110°C for 60 seconds, perform exposure using ASML (XT:1400, NA 0.93) exposure equipment, and then use TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide) 2.38wt% aqueous solution. Each was developed for 60 seconds. Then, as a result of examining each of the 90 nm line and space patterns using V-SEM, the results shown in Table 2 were obtained. The exposure latitude (EL) margin according to the change in the exposure amount and the depth of focus (DoF) margin according to the distance from the light source were considered and recorded in Table 2. As a result of pattern evaluation, good results were confirmed in terms of profile and margin, and it was found that the EL margin and DoF margin required in the litho pattern evaluation were satisfied.

샘플 종류Sample type 패턴 특성Pattern characteristics EL 마진
(△mJ/energy mJ)
EL margin
(△mJ/energy mJ)
DoF 마진
(㎛)
DoF margin
(㎛)
패턴 모양Pattern shape
실시예 1Example 1 0.40.4 0.40.4 cubiccubic 실시예 3Example 3 0.30.3 0.30.3 cubiccubic 실시예 4Example 4 0.40.4 0.30.3 cubiccubic 실시예 6Example 6 0.40.4 0.40.4 cubiccubic 비교제조예Comparative Production Example 0.20.2 0.20.2 undercutundercut

반사방지 하드마스크 조성물에 대한 에칭 특성 평가Etching Characteristics Evaluation of Antireflective Hard Mask Composition

실시예 3, 4, 6 및 비교실시예에서 각각 패턴화된 시편을 CHF3/CF4 혼합가스로 PR을 마스크로 하여 하부 SiON 반사방지막(BARC) 드라이 에칭 진행하고, 이어서 O2/N2 혼합가스로 SiON 반사방지막을 마스크로 하여 본 하드마스크의 드라이 에칭을 다시 진행하였다. 이후 CHF3/CF4 혼합가스로 하드마스크를 마스크로 하여 실리콘 나이트라이드(SiN) 막질을 드라이 에칭 진행하고 난 뒤 남아 있는 하드마스크 및 유기물에 대해 O2 애슁(ashing) 및 습식(wet) 스트립 공정을 진행하였다. In Examples 3, 4, 6, and Comparative Examples, each patterned specimen was subjected to dry etching of the lower SiON antireflection film (BARC) with CHF 3 /CF 4 mixed gas and PR as a mask, followed by O 2 /N 2 mixing. Dry etching of this hard mask was performed again using the SiON antireflection film as a gas as a mask. Afterwards, dry etching the silicon nitride (SiN) film quality by using the hard mask as a mask with CHF 3 /CF 4 mixed gas, and then O 2 ashing and wet stripping process for the remaining hard mask and organic matter. Proceeded.

하드마스크 에칭과 실리콘 나이트라이드 에칭 직후 각각의 시편에 대해 V-SEM으로 단면을 각각 고찰하여 표3에 결과를 수록하였다. 에치 평가결과 하드마스크 에칭 후 및 실리콘 나이트라이드 에칭 후 패턴 모양이 각각의 경우 보잉(bowing)현상이 나타나지 않고 모두 양호하여 에칭 과정에 의한 내성이 충분하여 실리콘 나이트라이드 막질의 에칭 공정이 양호하게 수행된 것을 확인하였다.Immediately after hardmask etching and silicon nitride etching, the cross-sections of each specimen were examined with V-SEM, and the results are listed in Table 3. As a result of the etch evaluation, the pattern shape after hard mask etching and silicon nitride etching in each case did not show any bowing phenomenon, and both had good resistance due to the etching process. Confirmed.

샘플Sample 패턴모양(하드마스크 에치 후)Pattern shape (after hard mask etching) 패턴모양(SiN 에칭 후)Pattern shape (after SiN etching) 실시예 3Example 3 수직모양Vertical shape 수직모양Vertical shape 실시예 4Example 4 수직모양Vertical shape 수직모양Vertical shape 실시예 6Example 6 수직모양Vertical shape 수직모양Vertical shape 비교실시예Comparative Example 약간 보잉모양A little boeing 보잉모양Boeing

Claims (7)

(a) 하기 화학식 1-1 또는 화학식 1-2로 표시되는, 벤조카바졸 유도체 단위를 포함하는 공중합체 또는 이들 공중합체의 혼합물(blend); 및
(b) 유기 용매;
를 포함하여 이루어지는 반사방지 하드마스크 조성물.
[화학식 1-1]
Figure 112020084643203-pat00038

[화학식 1-2]
Figure 112020084643203-pat00039


상기 화학식 1-1에서,
R1은 수소, 또는 C1~C10의 알킬기, C2~C10의 알케닐기, C6~C20의 아릴기, 또는 에테르 결합, 케톤 결합, 혹은 에스테르 결합을 포함하고 있을 수도 있는 이들의 조합이며,
상기 R2는 수소, C1~C10의 알킬기, C2~C10의 알케닐기, C6~C20의 아릴기 또는 수산기, 불소, 혹은 니트릴기로 치환되어 있을 수도 있는 C6~C20의 아릴기이고,
R3는 수소, C1~C10의 알킬기, C2~C10의 알케닐기, C6~C20의 아릴기 또는 수산기, 불소, 혹은 니트릴기로 치환되어 있을 수도 있는 C6~C20의 아릴기이며, R2와 R3는 이들이 결합하는 탄소 원자와 함께 환을 형성하고 있을 수도 없고, 또한 동시에 아릴기가 될 수 없으며, 이 아릴기는 C6~C20의 아릴기, 또는 수산기, 불소, 혹은 니트릴기로 치환되어 있을 수도 있는 C6~C20의 아릴기이다.

상기 화학식 1-2에서,
R1은 수소, 또는 C1~C10의 알킬기, C2~C10의 알케닐기, C6~C20의 아릴기, 또는 에테르 결합, 케톤 결합, 혹은 에스테르 결합을 포함하고 있을 수도 있는 이들의 조합이며,
R2는 수소, C1~C10의 알킬기, C2~C10의 알케닐기, C6~C20의 아릴기 또는 수산기, 불소, 혹은 니트릴기로 치환되어 있을 수도 있는 C6~C20의 아릴기이고,
R3는 수소, C1~C10의 알킬기, C2~C10의 알케닐기, C6~C20의 아릴기 또는 수산기, 불소, 혹은 니트릴기로 치환되어 있을 수도 있는 C6~C20의 아릴기이며, R2와 R3는 이들이 결합하는 탄소 원자와 함께 환을 형성하고 있을 수도 있다.
(a) a copolymer including a benzocarbazole derivative unit represented by the following Formula 1-1 or Formula 1-2, or a mixture of these copolymers; And
(b) an organic solvent;
Anti-reflection hardmask composition comprising a.
[Formula 1-1]
Figure 112020084643203-pat00038

[Formula 1-2]
Figure 112020084643203-pat00039


In Formula 1-1,
R1 is hydrogen or a combination of these, which may contain a C1 to C10 alkyl group, a C2 to C10 alkenyl group, a C6 to C20 aryl group, or an ether bond, a ketone bond, or an ester bond,
R2 is hydrogen, a C1 to C10 alkyl group, a C2 to C10 alkenyl group, a C6 to C20 aryl group or a C6 to C20 aryl group which may be substituted with a hydroxyl group, fluorine, or nitrile group,
R3 is hydrogen, a C1 to C10 alkyl group, a C2 to C10 alkenyl group, a C6 to C20 aryl group or a C6 to C20 aryl group which may be substituted with a hydroxyl group, fluorine, or nitrile group, and R2 and R3 are bonded to them. It may not form a ring with a carbon atom and cannot be an aryl group at the same time, and this aryl group may be a C6 to C20 aryl group or a C6 to C20 aryl group which may be substituted with a hydroxyl group, fluorine, or nitrile group. to be.

In Formula 1-2,
R1 is hydrogen or a combination of these, which may contain a C1 to C10 alkyl group, a C2 to C10 alkenyl group, a C6 to C20 aryl group, or an ether bond, a ketone bond, or an ester bond,
R2 is hydrogen, a C1 to C10 alkyl group, a C2 to C10 alkenyl group, a C6 to C20 aryl group or a C6 to C20 aryl group which may be substituted with a hydroxyl group, fluorine, or nitrile group,
R3 is hydrogen, a C1 to C10 alkyl group, a C2 to C10 alkenyl group, a C6 to C20 aryl group or a C6 to C20 aryl group which may be substituted with a hydroxyl group, fluorine or nitrile group, and R2 and R3 are bonded to A ring may be formed with the carbon atom to be formed.
제 1항에 있어서,
상기 n이 0이며, R2가 수소원자인, 반사방지 하드마스크 조성물.
The method of claim 1,
Wherein n is 0, R2 is a hydrogen atom, anti-reflection hardmask composition.
제 1항에 있어서,
상기 n이 1이며, R2가 수소원자인, 반사방지 하드마스크 조성물.
The method of claim 1,
N is 1, R2 is a hydrogen atom, antireflection hard mask composition.
제 1항에 있어서,
상기 하드마스크 조성물은 가교제 및 산(acid) 촉매 성분을 더 포함하여 이루어지는 반사방지 하드마스크 조성물.
The method of claim 1,
The hardmask composition is an antireflection hardmask composition further comprising a crosslinking agent and an acid catalyst component.
제 4항에 있어서,
상기 하드마스크 조성물은,
(a) 상기 벤조카바졸 유도체를 포함하는 중합체 또는 이들 중합체의 혼합물(blend) 1~30 중량%; 
(b) 가교제 성분 0.1~5 중량%;
(c) 산 촉매 0.001~0.05 중량%; 및
(d) 나머지 성분으로 유기용매를 사용하여 총 100중량%로 이루어지는 반사방지 하드마스크 조성물.
The method of claim 4,
The hard mask composition,
(a) 1 to 30% by weight of a polymer containing the benzocarbazole derivative or a blend of these polymers;
(b) 0.1 to 5% by weight of a crosslinking agent component;
(c) 0.001 to 0.05% by weight of an acid catalyst; And
(d) An antireflection hard mask composition comprising a total of 100% by weight using an organic solvent as the remaining component.
제 4항 또는 제 5항에 있어서,
상기 가교제는 메톡시메틸화글리콜우릴, 부톡시메틸글리콜우릴, 메톡시메틸화멜라민, 부톡시메틸화멜라민, 메톡시메틸화벤조구아나민, 부톡시메틸화벤조구아나민, 메톡시메틸화요소, 부톡시메틸화요소, 메톡시메틸화티오요소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 반사방지 하드마스크 조성물.
The method according to claim 4 or 5,
The crosslinking agent is methoxymethylated glycoluril, butoxymethylglycoluril, methoxymethylated melamine, butoxymethylated melamine, methoxymethylated benzoguanamine, butoxymethylated benzoguanamine, methoxymethylated urea, butoxymethylated urea, me Antireflection hard mask composition which is any one selected from the group consisting of oxymethylated thiourea compounds.
제 4항 또는 제 5항에 있어서,
상기 산 촉매는 p-톨루엔 술폰산 모노 하이드레이트(p-toluenesulfonic acid monohydrate), 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트(Pyridinium p-toluene sulfonate), 2,4,4,6-테트라브로모시클로헥사디엔온, 벤조인 토실레이트, 2-니트로벤질 토실레이트 및 유기 술폰산의 알킬 에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 반사방지 하드마스크 조성물.

The method according to claim 4 or 5,
The acid catalyst is p-toluenesulfonic acid monohydrate, pyridinium p-toluene sulfonate, 2,4,4,6-tetrabromocyclohexadienone, benzo An antireflective hardmask composition selected from the group consisting of phosphorus tosylate, 2-nitrobenzyl tosylate, and alkyl esters of organic sulfonic acids.

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