KR102284581B1 - Compound, organic layer composition, and method of forming patterns - Google Patents

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Abstract

하기 화학식 1로 표현되는 화합물, 상기 화합물을 포함하는 유기막 조성물, 그리고 상기 유기막 조성물을 사용하는 패턴형성방법에 관한 것이다.
[화학식 1]

Figure 112017126625510-pat00028

상기 화학식 1에서,
X, Y 및 n의 정의는 명세서 내 기재한 바와 같다.It relates to a compound represented by the following Chemical Formula 1, an organic film composition including the compound, and a pattern forming method using the organic film composition.
[Formula 1]
Figure 112017126625510-pat00028

In Formula 1,
The definitions of X, Y and n are as described in the specification.

Figure 112017126625510-pat00029
Figure 112017126625510-pat00029

Description

화합물, 유기막 조성물 및 패턴 형성 방법{COMPOUND, ORGANIC LAYER COMPOSITION, AND METHOD OF FORMING PATTERNS}Compound, organic film composition and pattern formation method {COMPOUND, ORGANIC LAYER COMPOSITION, AND METHOD OF FORMING PATTERNS}

신규한 화합물, 상기 화합물을 포함하는 유기막 조성물, 그리고 상기 유기막 조성물을 사용하는 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel compound, an organic film composition including the compound, and a pattern forming method using the organic film composition.

최근 반도체 산업은 수백 나노미터 크기의 패턴에서 수 내지 수십 나노미터 크기의 패턴을 가지는 초미세 기술로 발전하고 있다. 이러한 초미세 기술을 실현하기 위해서는 효과적인 리쏘그래픽 기법이 필수적이다.Recently, the semiconductor industry has developed from a pattern of several hundreds of nanometers to an ultra-fine technology having a pattern of several to tens of nanometers. An effective lithographic technique is essential to realize such ultra-fine technology.

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

근래, 형성하고자 하는 패턴의 크기가 감소함에 따라 상술한 전형적인 리쏘그래픽 기법만으로는 양호한 프로파일을 가진 미세 패턴을 형성하기 어렵다. 이에 따라 식각하고자 하는 재료 층과 포토레지스트 층 사이에 일명 하드마스크 층(hardmask layer)이라고 불리는 유기막을 형성하여 미세 패턴을 형성할 수 있다. 하드마스크 층은 선택적 식각 과정을 통하여 포토레지스트의 미세 패턴을 재료 층으로 전사해주는 중간막으로서 역할을 한다. 따라서 하드마스크 층은 다중 식각 과정 동안 견딜 수 있도록 내열성 및 내식각성의 특성이 필요하다.Recently, as the size of a pattern to be formed is reduced, it is difficult to form a fine pattern having a good profile using only the above-described typical lithographic technique. Accordingly, a fine pattern may be formed by forming an organic layer called a hardmask layer between the material layer to be etched and the photoresist layer. The hard mask layer serves as an interlayer that transfers the micropattern of the photoresist to the material layer through a selective etching process. Therefore, the hardmask layer needs heat-resistance and etch-resistance properties to withstand multiple etching processes.

또한, 다중 패터닝 공정에서 피가공 기판에 단차가 있는 경우 혹은 패턴 밀집 부분 및 패턴이 없는 영역이 웨이퍼 상에 함께 존재하는 경우에는 패턴에 충진되는 하드마스크 층은 패턴 간의 단차를 최소화할 수 있는 평탄화 특성이 특히 중요하다.In addition, when there is a step difference in the substrate to be processed in the multi-patterning process, or when the pattern dense portion and the pattern-free region exist together on the wafer, the hard mask layer filled in the pattern has planarization characteristics that can minimize the step difference between the patterns This is especially important.

그러므로, 상술한 특성들을 만족할 수 있는 막 구조물의 재료가 필요하다.Therefore, there is a need for a material for a film structure that can satisfy the above-mentioned properties.

일 구현예는 용해도를 확보하면서도 내식각성, 평탄화 특성, 및 갭-필 특성이 우수한 신규한 화합물을 제공한다.One embodiment provides a novel compound excellent in etch resistance, planarization properties, and gap-fill properties while ensuring solubility.

다른 구현예는 상기 화합물을 포함하는 유기막 조성물을 제공한다.Another embodiment provides an organic film composition including the compound.

또 다른 구현예는 상기 유기막 조성물을 사용한 패턴 형성 방법을 제공한다.Another embodiment provides a pattern forming method using the organic film composition.

일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 제공한다.According to one embodiment, there is provided a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112017126625510-pat00001
Figure 112017126625510-pat00001

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

X 및 Y는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이고,X and Y are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroaryl group, or a combination thereof,

n은 2 내지 5의 정수이다. n is an integer from 2 to 5;

상기 화학식 1에서 X 및 Y는 서로 다른 구조를 가질 수 있다.In Formula 1, X and Y may have different structures.

상기 화학식 1에서 n은 2 또는 3일 수 있다.In Formula 1, n may be 2 or 3.

상기 화학식 1에서 X는 치환 또는 비치환된 벤젠, 치환 또는 비치환된 나프탈렌, 치환 또는 비치환된 안트라센, 치환 또는 비치환된 페난트렌, 또는 이들의 조합일 수 있다.In Formula 1, X may be a substituted or unsubstituted benzene, a substituted or unsubstituted naphthalene, a substituted or unsubstituted anthracene, a substituted or unsubstituted phenanthrene, or a combination thereof.

상기 화학식 1에서 Y는 하기 그룹 1 및 그룹 2에 나열된 치환 또는 비치환된 모이어티들 중 어느 하나일 수 있다.In Formula 1, Y may be any one of substituted or unsubstituted moieties listed in Group 1 and Group 2 below.

[그룹 1][Group 1]

Figure 112017126625510-pat00002
Figure 112017126625510-pat00002

[그룹 2][Group 2]

Figure 112021007113470-pat00032
Figure 112021007113470-pat00032

상기 그룹 2에서,In group 2,

Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 NRd, O, S, Te 또는 Se이고,Z 1 and Z 2 are each independently NR d , O, S, Te or Se,

Z3 및 Z4는 N이고,Z 3 and Z 4 are N,

Rd 및 Re은 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 할로겐 기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이다:R d and R e are each independently hydrogen, a hydroxyl group, a halogen group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkenyl group, a substituted or an unsubstituted C2 to C30 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroaryl group, or a combination thereof:

단, 상기 그룹 1 및 2에서, 각 모이어티 내의 수소는 각각 독립적으로 히드록시기, 할로겐 기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합으로 치환된 것이거나, 또는 비치환된 것이다.However, in Groups 1 and 2, hydrogen in each moiety is each independently a hydroxy group, a halogen group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkenyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroaryl group, Or substituted with a combination thereof, or unsubstituted.

상기 화합물은 500 내지 1,500의 분자량을 가질 수 있다.The compound may have a molecular weight of 500 to 1,500.

다른 구현예에 따르면, 상술한 화합물, 그리고 용매를 포함하는 유기막 조성물을 제공한다.According to another embodiment, there is provided an organic film composition comprising the above-described compound and a solvent.

또 다른 구현예에 따르면, 기판 위에 재료 층을 형성하는 단계, 상기 재료 층 위에 상술한 유기막 조성물을 적용하는 단계, 상기 유기막 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, forming a material layer on a substrate, applying the above-described organic film composition on the material layer, heat-treating the organic film composition to form a hardmask layer, on the hardmask layer forming a silicon-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; using the photoresist pattern the silicon-containing thin film layer; and selectively removing the hardmask layer and exposing a portion of the material layer, and etching the exposed portion of the material layer.

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

상기 포토레지스트 층을 형성하는 단계 전에 바닥 반사 방지 층(BARC)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming a bottom anti-reflective layer (BARC) before forming the photoresist layer.

본 발명에 따른 화합물은 코팅 후 베이크 과정에서 전자 주기화(electrocyclization) 반응을 통해 다환 방향족 모이어티를 형성할 수 있다. 이에 따라 내식각성이 우수할 뿐만 아니라 평탄화 특성도 동시에 확보할 수 있다. 상기 화합물을 유기막 재료로 사용할 경우 막 밀도가 우수한 막을 형성할 수 있다. 상기 유기막 재료를 레지스트 하층막에 적용할 경우 높은 종횡비를 가지는 미세 패턴을 구현할 수 있다.The compound according to the present invention may form a polycyclic aromatic moiety through an electrocyclization reaction during a baking process after coating. Accordingly, it is possible to secure not only excellent etch resistance but also planarization characteristics. When the compound is used as an organic film material, a film having excellent film density can be formed. When the organic film material is applied to the resist underlayer, a fine pattern having a high aspect ratio may be realized.

도 1은 일 구현예에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도이고,
도 2는 평탄화 특성과 관련된 계산식 2를 설명하기 위한 참고도이다.
1 is a flowchart for explaining a pattern forming method according to an embodiment;
2 is a reference diagram for explaining Equation 2 related to a planarization characteristic.

이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자(F, Br, Cl, 또는 I), 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C30 알킬기, C2 내지 C30 알케닐기, C2 내지 C30 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.Unless otherwise defined herein, "substituted" means that a hydrogen atom in a compound is a halogen atom (F, Br, Cl, or I), a hydroxyl group, a nitro group, a cyano group, an amino group, an azido group, an amidino group, A hydrazino group, a hydrazono group, a carbonyl group, a carbamyl group, a thiol 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 C30 alkyl group, a C2 to C30 alkenyl group, a C2 to C30 alky Nyl group, C6 to C30 aryl group, C7 to C30 arylalkyl group, C1 to C30 alkoxy group, C1 to C20 heteroalkyl group, C3 to C20 heteroarylalkyl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C15 cycloalkenyl group, C6 to C15 It means substituted with a substituent selected from a cycloalkynyl group, a C3 to C30 heterocycloalkyl group, and combinations thereof.

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

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

이하 일 구현예에 따른 화합물을 설명한다.Hereinafter, a compound according to an embodiment will be described.

일 구현예에 따른 화합물은 하기 화학식 1로 표현된다.A compound according to an embodiment is represented by the following Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112017126625510-pat00004
Figure 112017126625510-pat00004

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

X 및 Y는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이고,X and Y are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroaryl group, or a combination thereof,

n은 2 내지 5의 정수이다.n is an integer from 2 to 5;

상기 화합물은 코어에 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기나 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기와 같은 고리기가 위치하고, 코어의 양 측에 2개 내지 5개의 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기나 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기와 같은 치환기가 탄소 수 4개인 알케닐렌을 통하여 연결되는 구조를 가진다. The compound has a cyclic group such as a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group or a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroaryl group located on the core, and 2 to 5 substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl groups on both sides of the core. It has a structure in which a group or a substituent such as a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroaryl group is connected through an alkenylene having 4 carbon atoms.

상기 화합물은 그 구조 내에 내열성이 강한 방향족/헤테로 방향족 고리기를 포함하여 기본적으로 내식각성이 우수하다. 또한, 상기 화합물은 코팅하여 베이크 하는 과정에서 전자 주기화(electrocyclization) 반응이 일어날 수 있으며, 이에 따라 상기 화합물 구조 내에 포함된 방향족/헤테로 방향족 고리기가 다환 방향족/다환 헤테로 방향족 모이어티를 형성할 수 있다. 이에 따라 상기 화합물은 보다 우수한 내식각성 및 내열성을 가질 수 있다. 또한, 상기 화합물은 추후 베이크 과정에서 다환 방향족/다환 헤테로 방향족 모이어티를 형성할 수 있게 되므로, 그 구조 자체 내에 다환 방향족/헤테로 방향족 고리기 함량이 상대적으로 낮아도 되며 이에 따라 용해도를 확보하기에 유리하다.The compound includes an aromatic/heteroaromatic ring group with strong heat resistance in its structure and is basically excellent in corrosion resistance. In addition, the compound may undergo an electron cycle (electrocyclization) reaction in the process of coating and baking, and accordingly, an aromatic/heteroaromatic ring group included in the compound structure may form a polycyclic aromatic/polycyclic heteroaromatic moiety. . Accordingly, the compound may have better corrosion resistance and heat resistance. In addition, since the compound can form a polycyclic aromatic/polycyclic heteroaromatic moiety in the subsequent baking process, the polycyclic aromatic/heteroaromatic ring group content in its structure itself may be relatively low, and thus it is advantageous to secure solubility .

상기 화학식 1에서 X 및 Y는 예컨대 서로 다른 구조를 가지는 고리기일 수 있다.In Formula 1, X and Y may be, for example, cyclic groups having different structures.

예를 들어, 상기 화학식 1에서 X는 치환 또는 비치환된 벤젠, 치환 또는 비치환된 나프탈렌, 치환 또는 비치환된 안트라센, 치환 또는 비치환된 페난트렌, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, in Formula 1, X may be a substituted or unsubstituted benzene, a substituted or unsubstituted naphthalene, a substituted or unsubstituted anthracene, a substituted or unsubstituted phenanthrene, or a combination thereof, but is not limited thereto. it is not

예를 들어, 상기 화학식 1에서 Y는 하기 그룹 1 및 그룹 2에 나열된 치환 또는 비치환된 모이어티들 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, in Formula 1, Y may be any one of substituted or unsubstituted moieties listed in Group 1 and Group 2, but is not limited thereto.

[그룹 1][Group 1]

Figure 112017126625510-pat00005
Figure 112017126625510-pat00005

[그룹 2][Group 2]

Figure 112021007113470-pat00033
Figure 112021007113470-pat00033

상기 그룹 2에서,In group 2,

Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 NRd, O, S, Te 또는 Se이고,Z 1 and Z 2 are each independently NR d , O, S, Te or Se,

Z3 및 Z4는 N이고,Z 3 and Z 4 are N,

Rd 및 Re은 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 할로겐 기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이다:R d and R e are each independently hydrogen, a hydroxyl group, a halogen group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkenyl group, a substituted or an unsubstituted C2 to C30 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroaryl group, or a combination thereof:

단, 상기 그룹 1 및 2에서, 각 모이어티 내의 수소는 각각 독립적으로 히드록시기, 할로겐 기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합으로 치환된 것이거나, 또는 비치환된 것이다.However, in Groups 1 and 2, hydrogen in each moiety is each independently a hydroxy group, a halogen group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkenyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroaryl group, Or substituted with a combination thereof, or unsubstituted.

한편, 상기 화학식 1에서 n은 알케닐렌에 의해 X(코어 부분)에 연결되는 Y(치환기 부분)의 개수를 의미하며, n은 예컨대 n은 2 또는 3일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, in Formula 1, n means the number of Y (substituent moieties) connected to X (core moiety) by alkenylene, and n may be, for example, 2 or 3, but is not limited thereto.

예를 들어, 상술한 화합물의 분자량은 약 500 내지 1,500일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상술한 화합물은 상기 범위 내에서 분자량을 선택하여 유기막 조성물(예컨대, 하드마스크 조성물)의 탄소 함량 및 용매에 대한 용해도를 조절하여 최적화할 수 있다.For example, the molecular weight of the above-described compound may be about 500 to 1,500, but is not limited thereto. The compound described above can be optimized by selecting a molecular weight within the above range to adjust the carbon content and solubility in a solvent of the organic film composition (eg, hard mask composition).

다른 구현예에 따르면, 상술한 화합물, 그리고 용매를 포함하는 유기막 조성물을 제공한다.According to another embodiment, there is provided an organic film composition comprising the above-described compound and a solvent.

상기 용매는 상기 화합물에 대한 충분한 용해성 또는 분산성을 가지는 것이면 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜 디아세테이트, 메톡시 프로판디올, 디에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 부틸에테르, 트리(에틸렌글리콜)모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 사이클로헥사논, 에틸락테이트, 감마-부티로락톤, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 메틸피롤리돈, 메틸피롤리디논, 아세틸아세톤 및 에틸 3-에톡시프로피오네이트에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The solvent is not particularly limited as long as it has sufficient solubility or dispersibility for the compound, for example, propylene glycol, propylene glycol diacetate, methoxy propanediol, diethylene glycol, diethylene glycol butyl ether, tri (ethylene glycol) mono Methyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, cyclohexanone, ethyl lactate, gamma-butyrolactone, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, methylpyrrolidone , may include at least one selected from methylpyrrolidinone, acetylacetone, and ethyl 3-ethoxypropionate.

상기 화합물은 상기 유기막 조성물의 총 함량에 대하여 약 0.1 내지 50 중량%, 약 0.1 내지 30 중량%, 또는 약 0.1 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위로 화합물이 포함됨으로써 유기막의 두께, 표면 거칠기 및 평탄화 정도를 조절할 수 있다.The compound may be included in an amount of about 0.1 to 50% by weight, about 0.1 to 30% by weight, or about 0.1 to 15% by weight based on the total content of the organic film composition. By including the compound in the above range, the thickness, surface roughness, and planarization degree of the organic layer can be adjusted.

상기 유기막 조성물은 추가적으로 계면활성제, 가교제, 열산 발생제, 가소제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.The organic film composition may further include additives such as a surfactant, a crosslinking agent, a thermal acid generator, and a plasticizer.

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

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

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

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

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

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

이하 상술한 유기막 조성물을 사용하여 패턴을 형성하는 방법에 대하여 도 1을 참고하여 설명한다.Hereinafter, a method of forming a pattern using the above-described organic film composition will be described with reference to FIG. 1 .

도 1은 일 구현예에 따른 패턴 형성 방법을 설명하는 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a pattern forming method according to an exemplary embodiment.

일 구현예에 따른 패턴 형성 방법은 기판 위에 재료 층을 형성하는 단계(S1), 상기 재료 층 위에 상술한 유기막 조성물을 적용하는 단계(S2), 상기 유기막 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계(S3), 상기 하드마스크 층 위에 실리콘 함유 박막층을 형성하는 단계(S4), 상기 실리콘 함유 박막층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계(S5), 상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계(S6), 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 실리콘 함유 박막층 및 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계(S7), 그리고 상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계(S8)를 포함한다.A pattern forming method according to an embodiment includes forming a material layer on a substrate (S1), applying the above-described organic film composition on the material layer (S2), and heat-treating the organic film composition to form a hard mask layer (S3), forming a silicon-containing thin film layer on the hardmask layer (S4), forming a photoresist layer on the silicon-containing thin film layer (S5), exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern forming a (S6), selectively removing the silicon-containing thin film layer and the hardmask layer using the photoresist pattern and exposing a portion of the material layer (S7), and an exposed portion of the material layer and etching (S8).

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

상기 재료 층은 최종적으로 패턴하고자 하는 재료이며, 예컨대 알루미늄, 구리 등과 같은 금속층, 실리콘과 같은 반도체 층 또는 산화규소, 질화규소 등과 같은 절연층일 수 있다. 상기 재료 층은 예컨대 화학기상증착 방법으로 형성될 수 있다.The material layer is a material to be finally patterned, and may be, for example, a metal layer such as aluminum or copper, a semiconductor layer such as silicon, or an insulating layer such as silicon oxide or silicon nitride. The material layer may be formed, for example, by a chemical vapor deposition method.

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

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

상기 실리콘 함유 박막층은 예컨대 SiCN, SiOC, SiON, SiOCN, SiC, SiO 및/또는 SiN 등의 물질로 형성할 수 있다.The silicon-containing thin film layer may be formed of a material such as SiCN, SiOC, SiON, SiOCN, SiC, SiO and/or SiN.

또한 상기 포토레지스트 층을 형성하는 단계 전에 상기 실리콘 함유 박막층 상부에 바닥 반사방지 층(bottom anti-reflective coating, BARC)을 더 형성할 수도 있다.Also, before the step of forming the photoresist layer, a bottom anti-reflective coating (BARC) may be further formed on the silicon-containing thin film layer.

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

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

상기 식각된 재료 층은 복수의 패턴으로 형성될 수 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 various such as a metal pattern, a semiconductor pattern, an insulating pattern, and the like, and may be applied as, for example, various patterns in a semiconductor integrated circuit device.

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

합성예Synthesis example

합성예 1Synthesis Example 1

플라스크에 메톡시파이렌(23.2g, 0.1mol)과 N-bromosuccinimide(19.6g, 0.1mol)을 150mL의 CH3CN에 녹인 후 상온에서 2시간 교반한다. 반응이 종결된 후, ethyl acetate(300mL)를 넣어 반응물을 희석시킨 다음 DIW(200mL)로 씻어준 후 유기층을 빼준다. 감압 하에 유기 용매를 제거한 다음 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 하기 화합물 1a를 얻는다.In a flask, methoxypyrene ( 23.2 g, 0.1 mol) and N- bromosuccinimide (19.6 g, 0.1 mol) were dissolved in 150 mL of CH 3 CN and stirred at room temperature for 2 hours. After the reaction was completed, ethyl acetate (300 mL) was added to dilute the reactant, washed with DIW (200 mL), and the organic layer was removed. After removing the organic solvent under reduced pressure, the following compound 1a is obtained by column chromatography.

Figure 112017126625510-pat00007
Figure 112017126625510-pat00007

[화합물 1a][Compound 1a]

얻어진 화합물 1a(24.9g, 0.08mol), acrolein(13.5g, 0.24mol), K2CO3(16.6g, 0.12mol), KCl(6.0g, 0.08mol), tetrabutylammonium acetate(48.2g, 0.16mol) 및 palladium acetate(0.5g)를 dimethyl formamide(150ml)에 녹인 후 90℃에서 2시간 동안 교반한다. 반응이 종결된 후, ethyl acetate(300mL)를 넣어 반응물을 희석시킨 다음 DIW(200mL)로 씻어준 후 유기층을 빼준다. 감압 하에 유기 용매를 제거한 다음 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 하기 화합물 1b를 얻는다.The obtained compound 1a (24.9 g, 0.08 mol), acrolein (13.5 g, 0.24 mol), K2CO3 (16.6 g, 0.12 mol), KCl (6.0 g, 0.08 mol), tetrabutylammonium acetate (48.2 g, 0.16 mol) and palladium acetate (0.5g) was dissolved in dimethyl formamide (150ml) and stirred at 90℃ for 2 hours. After the reaction was completed, ethyl acetate (300 mL) was added to dilute the reactant, washed with DIW (200 mL), and the organic layer was removed. After removing the organic solvent under reduced pressure, the following compound 1b is obtained by column chromatography.

Figure 112017126625510-pat00008
Figure 112017126625510-pat00008

[화합물 1b][Compound 1b]

J. Org . Chem. 2002, 67, 3755-3763.에 기재된 방법을 참고하여 하기 화합물 A를 얻는다. J. Org . Chem . 2002, 67 , 3755-3763., the following compound A is obtained.

Figure 112017126625510-pat00009
Figure 112017126625510-pat00009

[화합물 A][Compound A]

플라스크에 상기 화합물 A(6.2g, 0.02mol)와 상기 화합물 1b(14.3g, 0.05mol)를 THF(200mL)에 녹인 후 0 ℃까지 온도를 낮춘다. 이후 potassium tert-butoxide(1.7g, 0.02mol)를 30분에 걸쳐 천천히 넣어준 후 0℃에서 3시간 추가로 교반한다. 반응이 종결된 후, 반응액을 DIW(200mL)에 천천히 부어준 다음 생긴 고체를 필터 후 diethyl ether(100mL)로 씻어주어 하기 화합물 1c를 얻는다.After dissolving the compound A (6.2 g, 0.02 mol) and the compound 1b (14.3 g, 0.05 mol) in THF (200 mL) in a flask, the temperature was lowered to 0 °C. After that, potassium tert- butoxide (1.7g, 0.02mol) was slowly added over 30 minutes and stirred at 0° C. for 3 hours. After the reaction was completed, the reaction solution was slowly poured into DIW (200 mL), and the resulting solid was filtered and washed with diethyl ether (100 mL) to obtain the following compound 1c.

Figure 112017126625510-pat00010
Figure 112017126625510-pat00010

[화합물 1c][Compound 1c]

플라스크에 상기 화합물 1c(4.6g, 0.01mol), 1-dodecanthiol(30.4g, 0.02mol) 그리고 potassium hydroxide(1.4g, 0.03mol)을 NMP(100mL)에 녹인 후 100℃까지 온도를 올린 후 10시간 교반한다. 반응이 종결된 후, 반응액을 DIW(200mL)에 천천히 부어준 다음 생긴 고체를 필터 후 감압 하에 잔류 용매를 없애준 다음 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 하기 화학식 1-1로 표현되는 화합물을 얻는다.After dissolving the compound 1c (4.6 g, 0.01 mol), 1-dodecanthiol (30.4 g, 0.02 mol) and potassium hydroxide (1.4 g, 0.03 mol) in NMP (100 mL) in a flask, the temperature was raised to 100° C. for 10 hours Stir. After completion of the reaction, the reaction solution is slowly poured into DIW (200 mL), the resulting solid is filtered, and the residual solvent is removed under reduced pressure, and then the compound represented by the following Chemical Formula 1-1 is obtained by column chromatography.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

Figure 112017126625510-pat00011
Figure 112017126625510-pat00011

합성예 2Synthesis Example 2

합성예 1에서 메톡시파이렌 대신 파이렌을 사용한 것을 제외하고 같은 방법을 사용하여 하기 화학식 1-2로 표현되는 화합물을 얻는다.In Synthesis Example 1, a compound represented by the following Chemical Formula 1-2 was obtained in the same manner except that pyrene was used instead of methoxypyrene.

[화학식 1-2][Formula 1-2]

Figure 112017126625510-pat00012
Figure 112017126625510-pat00012

합성예 3Synthesis Example 3

합성예 1에서 메톡시파이렌 대신 인돌을 사용한 것을 제외하고 같은 방법을 사용하여 하기 화학식 1-3로 표현되는 화합물을 얻는다.In Synthesis Example 1, except that indole was used instead of methoxypyrene, a compound represented by the following Chemical Formula 1-3 was obtained in the same manner.

[화학식 1-3][Formula 1-3]

Figure 112017126625510-pat00013
Figure 112017126625510-pat00013

합성예 4Synthesis Example 4

2-bromo-7-methoxytriphenylene을 사용하여 화합물 1b를 만드는 방법을 이용하여 하기 화합물 4a를 얻는다. The following compound 4a is obtained by using the method for preparing compound 1b using 2-bromo-7-methoxytriphenylene.

Figure 112017126625510-pat00014
Figure 112017126625510-pat00014

[화합물 4a][Compound 4a]

합성예 1에서 메톡시파이렌 대신 상기 화합물 4a를 사용한 것을 제외하고 같은 방법을 사용하여 하기 화학식 1-4로 표현되는 화합물을 얻는다.In Synthesis Example 1, a compound represented by the following Chemical Formula 1-4 was obtained in the same manner except that the compound 4a was used instead of methoxypyrene.

[화학식 1-4][Formula 1-4]

Figure 112017126625510-pat00015
Figure 112017126625510-pat00015

합성예 5Synthesis Example 5

Chem. Commun . 2003, 2618-2619.에 기재된 방법을 참고하여 하기 화합물 B를 얻는다. Chem . Commun . 2003, 2618-2619., the following compound B is obtained.

Figure 112017126625510-pat00016
Figure 112017126625510-pat00016

[화합물 B] [Compound B]

합성예 1에서 화합물 A 대신 화합물 B를 사용한 것을 제외하고 같은 방법을 사용하여 하기 화학식 1-5로 표현되는 화합물을 얻는다.In Synthesis Example 1, a compound represented by the following Chemical Formula 1-5 was obtained by using the same method except that Compound B was used instead of Compound A.

[화학식 1-5][Formula 1-5]

Figure 112017126625510-pat00017
Figure 112017126625510-pat00017

비교합성예 1Comparative Synthesis Example 1

플라스크에 1-나프톨 28.83g(0.2mol), 벤조퍼릴렌 41.4g(0.15mol) 및 파라포름알데히드 12.0g(0.34mol)을 투입한 이후에 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 162g을 투입한다. 다음으로 p-톨루엔 술폰산모노하이드레이트 0.19g을 첨가한 후에 90 내지 100℃의 온도에서 5 내지 12시간 동안 교반한다.28.83 g (0.2 mol) of 1-naphthol, 41.4 g (0.15 mol) of benzoperylene and 12.0 g (0.34 mol) of paraformaldehyde were added to the flask, and then 162 g of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) was added. Next, after adding 0.19 g of p -toluene sulfonic acid monohydrate, the mixture is stirred at a temperature of 90 to 100° C. for 5 to 12 hours.

1시간 간격으로 상기 중합 반응물로부터 시료를 채취하여, 그 시료의 중량평균분자량을 측정하여, 중량평균분자량이 1,800 내지 2,500일 때 반응을 완료한다.A sample is taken from the polymerization product at intervals of 1 hour, the weight average molecular weight of the sample is measured, and the reaction is completed when the weight average molecular weight is 1,800 to 2,500.

중합 반응이 완료된 후, 반응물을 상온으로 서서히 냉각한 후 상기 반응물을 증류수 40g 및 메탄올 400g에 투입하여 강하게 교반한 후, 정치시킨다. 상등액을 제거하고 침전물을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 80g에 녹인 후, 메탄올 320g를 이용하여 강하게 교반한 후, 정치시킨다(1차). 이때 얻어지는 상등액을 다시 제거하고 침전물을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 80g에 녹인다(2차). 상기 1차 및 2차 공정을 1회 정제 공정이라 하고, 이 정제 공정을 총 3회 실시한다. 정제가 끝난 중합체를 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 80g에 녹인 후, 감압 하에서 용액에 남아 있는 메탄올 및 증류수를 제거하여 하기 화학식 X로 표현되는 화합물을 얻는다.polymerization After the reaction is completed, the reactant is slowly cooled to room temperature, the reactant is added to 40 g of distilled water and 400 g of methanol, stirred vigorously, and then left to stand. After removing the supernatant and dissolving the precipitate in 80 g of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), vigorously stirring using 320 g of methanol, and allowing to stand (1st). At this time, the obtained supernatant is removed again and the precipitate is dissolved in 80 g of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) (secondary). The first and second processes are referred to as a one-time purification process, and this purification process is performed three times in total. After the purified polymer is dissolved in 80 g of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), methanol and distilled water remaining in the solution are removed under reduced pressure to obtain a compound represented by the following formula (X).

[화학식 X][Formula X]

Figure 112017126625510-pat00018
Figure 112017126625510-pat00018

비교합성예 2Comparative Synthesis Example 2

플라스크에 9,9'-비스(4-하이드록시페닐)플루오렌 50.0g(0.143 mol), 1,4-비스(메톡시메틸)벤젠 23.7g(0.143 mol) 및 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 50g을 첨가하여 용액을 준비한다. 상기 용액에 다이에틸 설페이트 1.10g(7.13mmol)을 첨가한 후 100℃에서 24시간 동안 교반한다. 중합이 완결되면, 메탄올에 침전시켜 모노머 및 저분자량체를 제거하여 하기 화학식 Y로 표현되는 화합물을 얻는다. In a flask, 50.0 g (0.143 mol) of 9,9'-bis(4-hydroxyphenyl)fluorene, 23.7 g (0.143 mol) of 1,4-bis(methoxymethyl)benzene, and 50 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added to the flask. added to prepare a solution. After adding 1.10 g (7.13 mmol) of diethyl sulfate to the solution, the mixture was stirred at 100° C. for 24 hours. When the polymerization is completed, it is precipitated in methanol to remove a monomer and a low molecular weight substance to obtain a compound represented by the following formula Y.

[화학식 Y][Formula Y]

Figure 112017126625510-pat00019
Figure 112017126625510-pat00019

비교합성예 3Comparative Synthesis Example 3

J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 17337-17342.에 기재된 방법을 참고하여 하기 화합물 C를 얻는다. J. Am. Chem . Soc. 2014 , 136 , 17337-17342. to obtain the following compound C.

Figure 112017126625510-pat00020
Figure 112017126625510-pat00020

[화합물 C][Compound C]

합성예 1에서 메톡시파이렌 대신에 파이렌을 사용하고, 화합물 A 대신에 화합물 C를 사용하여 하기 화학식 Z로 표현되는 화합물을 얻는다.In Synthesis Example 1, pyrene was used instead of methoxypyrene, and compound C was used instead of compound A to obtain a compound represented by the following formula (Z).

[화합물 Z][Compound Z]

Figure 112017126625510-pat00021
Figure 112017126625510-pat00021

하드마스크 조성물의 제조Preparation of hard mask composition

실시예 1Example 1

합성예 1에서 얻은 화합물을 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)와 사이클로헥사논(cyclohexanone)(7:3(v/v))의 혼합 용매에 녹인 후 0.1㎛의 테플론 필터로 여과하여 하드마스크 조성물을 제조하였다. 목적하고자 하는 두께에 따라 상기 화합물의 중량은 상기 하드마스크 조성물의 총 중량에 대하여 5 중량% 내지 20 중량%로 조절하였다.After dissolving the compound obtained in Synthesis Example 1 in a mixed solvent of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and cyclohexanone (7:3 (v/v)), a 0.1 μm Teflon filter Filtration to prepare a hard mask composition. According to the desired thickness, the weight of the compound was adjusted to 5 wt% to 20 wt% based on the total weight of the hardmask composition.

실시예 2Example 2

합성예 1에서 얻은 화합물 대신 합성예 2에서 얻은 화합물을 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 compound obtained in Synthesis Example 2 was used instead of the compound obtained in Synthesis Example 1.

실시예 3Example 3

합성예 1에서 얻은 화합물 대신 합성예 3에서 얻은 화합물을 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 compound obtained in Synthesis Example 3 was used instead of the compound obtained in Synthesis Example 1.

실시예 4Example 4

합성예 1에서 얻은 화합물 대신 합성예 4에서 얻은 화합물을 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 compound obtained in Synthesis Example 4 was used instead of the compound obtained in Synthesis Example 1.

실시예 5Example 5

합성예 1에서 얻은 화합물 대신 합성예 5에서 얻은 화합물을 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 compound obtained in Synthesis Example 5 was used instead of the compound obtained in Synthesis Example 1.

비교예 1Comparative Example 1

합성예 1에서 얻은 화합물 대신 비교합성예 1에서 얻은 화합물을 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 compound obtained in Comparative Synthesis Example 1 was used instead of the compound obtained in Synthesis Example 1.

비교예 2Comparative Example 2

합성예 1에서 얻은 화합물 대신 비교합성예 2에서 얻은 화합물을 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 compound obtained in Comparative Synthesis Example 2 was used instead of the compound obtained in Synthesis Example 1.

비교예 3Comparative Example 3

합성예 1에서 얻은 화합물 대신 비교합성예 3에서 얻은 화합물을 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 compound obtained in Comparative Synthesis Example 3 was used instead of the compound obtained in Synthesis Example 1.

평가 1: 내식각성Evaluation 1: Corrosion resistance

실시예 1 내지 5와 비교예 1 내지 3에 따른 하드마스크 조성물을 실리콘 웨이퍼에 스핀-코팅한 다음, 핫플레이트 위에서 400℃로 2분간 열처리하여 4000Å 두께의 박막을 형성한 이후에 K-MAC社의 박막두께측정기로 상기 박막 두께를 측정하였다.After spin-coating the hard mask compositions according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 on a silicon wafer, heat treatment at 400° C. for 2 minutes on a hot plate to form a 4000 Å thick thin film, The thin film thickness was measured with a thin film thickness meter.

이어서 형성된 박막에 CHF3/CF4 혼합 가스 및 N2/O2 혼합 가스를 사용하여 각각 100초 및 60초 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.Subsequently, the thin film formed was dry-etched for 100 seconds and 60 seconds using a CHF 3 /CF 4 mixed gas and a N 2 /O 2 mixed gas, respectively, and then the thickness of the thin film was measured again. The bulk etch rate (BER) was calculated by Equation 1 below from the thickness and etching time of the thin film before and after dry etching.

[계산식 1][Formula 1]

식각율(bulk etch rate, BER) = (초기 박막 두께 - 식각 후 박막 두께)/식각 시간(Å/sec)Bulk etch rate (BER) = (initial thin film thickness - thin film thickness after etching) / etch time (Å/sec)

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

CHF3/CF4 bulk etch rate
(Å/sec)
CHF 3 /CF 4 bulk etch rate
(Å/sec)
N2/O2 bulk etch rate
(Å/sec)
N 2 /O 2 bulk etch rate
(Å/sec)
실시예 1Example 1 23.223.2 21.421.4 실시예 2Example 2 22.922.9 20.820.8 실시예 3Example 3 21.221.2 24.924.9 실시예 4Example 4 26.226.2 23.423.4 실시예 5Example 5 24.724.7 22.322.3 비교예 1Comparative Example 1 28.428.4 25.225.2 비교예 2Comparative Example 2 30.030.0 27.527.5 비교예 3Comparative Example 3 27.227.2 24.524.5

표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 5에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막은 비교예 1 내지 3에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막과 비교하여 식각 가스에 대한 충분한 내식각성이 있어서 벌크 에치 특성이 향상됨을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, the thin film formed from the hardmask composition according to Examples 1 to 5 has sufficient etch resistance to etching gas compared to the thin film formed from the hardmask composition according to Comparative Examples 1 to 3, so that the bulk etch characteristics are improved. can confirm.

평가 2: 평탄화 특성 및 갭-필(Gap-fill) 특성Evaluation 2: Planarization Characteristics and Gap-Fill Characteristics

패턴이 형성된 웨이퍼에 실시예 1 내지 5와 비교예 1 내지 3에 따른 하드마스크 조성물을 도포하고 핫플레이트를 이용한 베이크 공정을 거쳐 박막을 형성시킨 이후에, 갭-필 특성과 평탄화 성능을 관찰하였다.After applying the hardmask compositions according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 to the patterned wafer and forming a thin film through a baking process using a hot plate, gap-fill characteristics and planarization performance were observed.

갭-필 특성은 패턴의 단면을 전자 주사 현미경(SEM)으로 관찰하여 보이드(Void) 발생 유무를 판별하였고, 평탄화 특성(단차)은 K-MAC社의 박막두께측정기로 패턴 주변의 박막 두께를 측정하여 도 2에 나타낸 계산식 2로 수치화하였다.The gap-fill characteristic was determined by observing the cross section of the pattern with a scanning electron microscope (SEM) to determine the presence or absence of voids, and the flattening characteristic (step difference) was measured by measuring the thickness of the thin film around the pattern with a thin film thickness meter of K-MAC. Thus, it was quantified by the formula 2 shown in FIG. 2 .

[계산식 2][Formula 2]

단차(Å) = 기판에서 패턴이 형성되지 않은 임의의 한 지점에서 측정한 박막의 두께(h1) - 기판에서 임의의 하나의 패턴이 형성된 부분의 중앙 지점에서 측정한 박막의 두께(h2)Step (Å) = Thickness of the thin film measured at an arbitrary point where no pattern is formed on the substrate (h 1 ) - Thickness of the thin film measured at the center of the portion where any one pattern is formed on the substrate (h 2 )

계산식 2에서 h1 및 h2의 차이, 즉 단차가 크지 않을수록 평탄화 특성이 우수한 것이다.In Equation 2, as the difference between h 1 and h 2 , that is, the step is not large, the flattening characteristic is excellent.

그 결과를 표 2에 나타낸다.The results are shown in Table 2.

  평탄화 특성 (h1-h2, Å)planarization properties (h1-h2, Å) 갭필 특성
(void 유무)
Gap Fill Characteristics
(with or without void)
aspect ratio
(1 : 2)
aspect ratio
(1:2)
aspect ratio
(1 : 10)
aspect ratio
(1:10)
실시예 1Example 1 5151 121121 void 없음no void 실시예 2Example 2 7272 163163 void 없음no void 실시예 3Example 3 7575 135135 void 없음no void 실시예 4Example 4 6868 189189 void 없음no void 실시예 5Example 5 9595 206206 void 없음no void 비교예 1Comparative Example 1 122122 285285 void 없음no void 비교예 2Comparative Example 2 106106 310310 void 발생void occurrence 비교예 3Comparative Example 3 9090 198198 void 발생void occurrence

표 2를 참고하면, 비교예 1 내지 3의 경우 h1과 h2의 차이가 커서 평탄화도가 매우 좋지 않으면서 비교예 2의 경우에는 패턴 내에 보이드(Void) 역시 관찰되어 갭-필 성능도 떨어지는 것을 알 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that in Comparative Examples 1 to 3, the difference between h1 and h2 was large, so that the flatness was not very good. can

이에 반해, 실시예 1 내지 5에 따른 하드마스크는 보이드가 관찰되지 않을 정도로 갭-필 성능이 좋을뿐더러 비교예에 비해 h1과 h2의 차이가 작은 것으로부터 평탄화 특성도 우수하다는 점을 확인할 수 있다.On the other hand, it can be seen that the hard masks according to Examples 1 to 5 have good gap-fill performance to the extent that voids are not observed, and also have excellent planarization characteristics because the difference between h1 and h2 is small compared to Comparative Examples.

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.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also presented. It is within the scope of the invention.

Claims (15)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 하기 화학식 1로 표현되는 화합물, 그리고
용매
를 포함하는 하드마스크 조성물:
[화학식 1]
Figure 112021007113470-pat00025

상기 화학식 1에서,
X는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이고,
Y는 하기 그룹 1 및 그룹 2에 나열된 치환 또는 비치환된 모이어티들 중 어느 하나이고,
n은 2 내지 5의 정수이다:
[그룹 1]
Figure 112021007113470-pat00031

[그룹 2]
Figure 112021007113470-pat00034

상기 그룹 2에서,
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 NRd, O, S, Te 또는 Se이고,
Z3 및 Z4는 N이고,
Rd 및 Re은 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 할로겐 기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이다:
단, 상기 그룹 1 및 2에서, 각 모이어티 내의 수소는 각각 독립적으로 히드록시기, 할로겐 기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합으로 치환된 것이거나, 또는 비치환된 것이다.
A compound represented by the following formula (1), and
menstruum
A hard mask composition comprising:
[Formula 1]
Figure 112021007113470-pat00025

In Formula 1,
X is each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroaryl group, or a combination thereof,
Y is any one of the substituted or unsubstituted moieties listed in Group 1 and Group 2 below,
n is an integer from 2 to 5:
[Group 1]
Figure 112021007113470-pat00031

[Group 2]
Figure 112021007113470-pat00034

In group 2,
Z 1 and Z 2 are each independently NR d , O, S, Te or Se,
Z 3 and Z 4 are N,
R d and R e are each independently hydrogen, a hydroxyl group, a halogen group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkenyl group, a substituted or an unsubstituted C2 to C30 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroaryl group, or a combination thereof:
However, in Groups 1 and 2, hydrogen in each moiety is each independently a hydroxy group, a halogen group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkenyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 heteroalkyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroaryl group, Or substituted with a combination thereof, or unsubstituted.
제7항에서,
상기 화학식 1에서 X 및 Y는 서로 다른 구조를 가지는 하드마스크 조성물.
In claim 7,
In Formula 1, X and Y are a hard mask composition having different structures.
제7항에서,
상기 화학식 1에서 n은 2 또는 3인 하드마스크 조성물.
In claim 7,
In Formula 1, n is 2 or 3 of the hard mask composition.
제7항에서,
상기 화학식 1에서 X는 치환 또는 비치환된 벤젠, 치환 또는 비치환된 나프탈렌, 치환 또는 비치환된 안트라센, 치환 또는 비치환된 페난트렌, 또는 이들의 조합인 하드마스크 조성물.
In claim 7,
In Formula 1, X is a substituted or unsubstituted benzene, a substituted or unsubstituted naphthalene, a substituted or unsubstituted anthracene, a substituted or unsubstituted phenanthrene, or a combination thereof.
삭제delete 제7항에서,
상기 화합물은 500 내지 1,500의 분자량을 가지는 하드마스크 조성물.
In claim 7,
The compound is a hard mask composition having a molecular weight of 500 to 1,500.
기판 위에 재료 층을 제공하는 단계,
상기 재료 층 위에 제7항 내지 제10항 및 제12항 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 the hardmask composition according to any one of claims 7 to 10 and 12 over the material layer;
forming a hardmask layer by heat-treating the hardmask composition;
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 hardmask layer using the photoresist pattern and exposing a portion of the material layer; and
etching the exposed portion of the material layer;
containing
How to form a pattern.
제13항에서,
상기 하드마스크 조성물을 적용하는 단계는 스핀-온 코팅 방법으로 수행하는 패턴 형성 방법.
In claim 13,
The step of applying the hard mask composition is a pattern forming method performed by a spin-on coating method.
제13항에서,
상기 포토레지스트 층을 형성하는 단계 전에 바닥 반사 방지 층(BARC)을 형성하는 단계를 더 포함하는 패턴 형성 방법.
In claim 13,
and forming a bottom anti-reflective layer (BARC) prior to forming the photoresist layer.
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