KR102558007B1 - Hardmask composition, method of forming patterning using the hardmask composition, and hardmask formed from the hardmask composition - Google Patents

Hardmask composition, method of forming patterning using the hardmask composition, and hardmask formed from the hardmask composition Download PDF

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Abstract

하기 화학식 1로 표시되는 복합체 및 용매를 포함하는 하드마스크 조성물, 이를 이용한 패턴의 형성방법 및 이로부터 형성된 하드마스크를 제시한다.
[화학식 1]

화학식 1중, R1 내지 R8, X 및 M은 상세한 설명에서 기술된 바와 같다.
A hard mask composition including a complex represented by Chemical Formula 1 and a solvent, a method for forming a pattern using the same, and a hard mask formed therefrom are presented.
[Formula 1]

In Formula 1, R 1 to R 8 , X and M are as described in the detailed description.

Description

하드마스크 조성물, 이를 이용한 패턴의 형성방법 및 이로부터 형성된 하드마스크{Hardmask composition, method of forming patterning using the hardmask composition, and hardmask formed from the hardmask composition} Hardmask composition, method of forming patterning using the hardmask composition, and hardmask formed from the hardmask composition

하드마스크 조성물, 이를 이용한 패턴의 형성방법 및 이로부터 형성된 하드마스크가 제시된다.A hard mask composition, a method for forming a pattern using the same, and a hard mask formed therefrom are presented.

최근 반도체 산업은 수 내지 수십 나노미터 크기의 패턴을 갖는 초미세 기술로 발전하고 있다. 이러한 초미세 기술을 실현하기 위해서는 효과적인 리소그래피법이 요구된다. 리소그래피법은 일반적으로 반도체 기판 상부에 재료층을 형성하고 그 상부에 포토레지스트층을 코팅한 후 이를 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성한 후 이 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 재료층을 에칭하는 과정을 포함한다. Recently, the semiconductor industry is developing into an ultra-fine technology having a pattern of several to several tens of nanometers in size. An effective lithography method is required to realize such ultra-fine technology. Lithography generally includes a process of forming a material layer on a semiconductor substrate, coating a photoresist layer thereon, exposing and developing the photoresist pattern to form a photoresist pattern, and then etching the material layer using the photoresist pattern as a mask.

형성하고자 하는 패턴의 크기가 감소됨에 따라 일반적인 리소그래피법만으로는 양호한 프로파일을 갖는 미세패턴을 형성하기가 어렵다. 이에 따라 에칭하고자 하는 재료층과 포토레지스트막 사이에는 일명 "하드마스크(hard mask)"라고 불리우는 층을 형성하여 미세패턴을 형성할 수 있다. 하드마스크는 선택적 에칭 과정을 통하여 포토레지스트의 미세패턴을 재료층으로 전사해주는 중간막으로서 작용한다. 따라서 하드마스크층은 다종 에칭 과정 동안 견딜 수 있도록 내화학성, 내열성 및 내에칭성이 요구된다.As the size of a pattern to be formed is reduced, it is difficult to form a fine pattern having a good profile only by a general lithography method. Accordingly, a layer called a “hard mask” may be formed between the material layer to be etched and the photoresist layer to form a fine pattern. The hard mask acts as an intermediate film that transfers the fine pattern of the photoresist to the material layer through a selective etching process. Therefore, the hard mask layer is required to have chemical resistance, heat resistance, and etch resistance to withstand various etching processes.

반도체 소자가 고집적화되면서 재료층의 선폭은 점차적으로 좁아지는데 반하여 재료층의 높이는 그대로 유지되거나 또는 상대적으로 높아져서 재료층의 종횡비가 높아지게 되었다. 이러한 조건에서 에칭 공정을 진행하여야 하므로 포토레지스트막 및 하드마스크 패턴의 높이를 증가시켜야 한다. 그러나 포토레지스트막 및 하드마스크 패턴의 높이를 증가시키는 데에는 한계가 있다. 그리고 선폭이 좁은 재료층을 얻기 위한 에칭 과정에서 하드마스크 패턴이 손상되어 소자의 전기적 특성이 열화될 수 있다.As semiconductor devices are highly integrated, the line width of the material layer gradually narrows, while the height of the material layer is maintained or relatively increased, resulting in an increase in the aspect ratio of the material layer. Since the etching process must be performed under these conditions, the heights of the photoresist layer and the hard mask pattern must be increased. However, there is a limit to increasing the height of the photoresist layer and the hard mask pattern. Also, in an etching process to obtain a material layer having a narrow line width, the hard mask pattern may be damaged, and thus electrical characteristics of the device may be deteriorated.

상술한 문제점을 감안하여, 하드마스크로 폴리실리콘막, 텅스텐막, 질화막 등과 같은 도전성 또는 절연성 물질의 단일막 또는 복수의 막이 적층된 다층막을 이용하는 방법이 제안되었다. 그런데 상기 단층막 또는 다층막은 증착 온도가 높기 때문에 재료층의 물성 변형을 유발할 수 있어 새로운 하드마스크 재료에 대한 개발이 요구된다.In view of the above problems, a method of using a single layer of a conductive or insulating material such as a polysilicon layer, a tungsten layer, or a nitride layer or a multilayer layer in which a plurality of layers are stacked has been proposed as a hard mask. However, since the single-layer or multi-layer film has a high deposition temperature, it may cause a change in physical properties of the material layer, and thus, development of a new hard mask material is required.

일 측면은 용매에 대한 용해도 특성이 개선되고 내에칭성이 우수한 하드마스크 조성물을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a hard mask composition having improved solubility in a solvent and excellent etch resistance.

다른 측면은 상기 하드마스크 조성물을 이용한 패턴의 형성방법을 제공하는 것이다. Another aspect is to provide a method of forming a pattern using the hard mask composition.

또 다른 측면은 상술한 하드마스크 조성물을 이용하여 형성된 하드마스크를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a hardmask formed using the hardmask composition described above.

일 측면에 따라, According to one aspect,

하기 화학식 1로 표시되는 복합체 및 용매를 포함하는 하드마스크 조성물이 제공된다.A hard mask composition including a complex represented by Chemical Formula 1 and a solvent is provided.

[화학식 1][Formula 1]

화학식 1중, X는 C(R11) 또는 N이고,In Formula 1, X is C(R 11 ) or N,

R1 내지 R8 및 R11은 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 시아노기, 하이드록시기, 이미드기, 카르보닐기, 에폭시기, 에폭시기 함유 작용기, -C(=O)R, -C(=O)NH2,-C(=O)OR, -(CH2)nCOOH(n=1 내지 10의 정수임) 및 -N(R9)(R10)중에서 선택되고, 또는 R1 및 R2, R3 및 R4, R5 및 R6, R7 및 R8은 서로 독립적으로 연결되어 고리를 형성할 수 있고,ROne to R8 and R11are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2-C20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2-C20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryloxy group, a substituted or unsubstituted C2-C20 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C2- C20 heteroaryloxy group, substituted or unsubstituted C4-C20 carbocyclic group, substituted or unsubstituted C4-C20 carbocyclic oxy group, substituted or unsubstituted C2-C20 heterocyclic group, halogen atom, cyano group, hydroxyl group, imide group, carbonyl group, epoxy group, epoxy group-containing functional group, -C(=O)R, -C(=O)NH2,-C(=O)OR,-(CH2)nCOOH (n = an integer from 1 to 10) and -N (R9)(R10) is selected from, or ROne and R2, R3 and R4, R5 and R6, R7and R8can be linked independently of each other to form a ring,

R은 수소, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C6-C20 아릴기, C2-C20 헤테로아릴기, 또는 C2-C20 헤테로아릴옥시기이고, R is hydrogen, C1-C20 alkyl group, C2-C20 alkenyl group, C2-C20 alkynyl group, C6-C20 aryl group, C2-C20 heteroaryl group, or C2-C20 heteroaryloxy group,

R9 및 R10은 서로 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C6-C20 아릴기, C2-C20 헤테로아릴기, 또는 C2-C20 헤테로아릴옥시기이고, R 9 and R 10 are each independently hydrogen, a C1-C20 alkyl group, a C2-C20 alkenyl group, a C2-C20 alkynyl group, a C6-C20 aryl group, a C2-C20 heteroaryl group, or a C2-C20 heteroaryloxy group;

M은 2 내지 11족 및 14족의 원소 및 그 원소 산화물 중에서 선택된다. M is selected from elements of groups 2 to 11 and 14 and oxides of those elements.

다른 측면에 따라 기판상에 피식각막을 형성하는 제1단계;A first step of forming a film to be etched on a substrate according to another aspect;

상기 피식각막 상부에 상술한 하드마스크 조성물을 공급하여 상기 하드마스크 조성물의 코팅 및 열처리 반응 생성물을 포함하는 하드마스크를 형성하는 제2단계;a second step of supplying the above-described hard mask composition to an upper portion of the film to be etched to form a hard mask including a reaction product of coating and heat treatment of the hard mask composition;

상기 하드마스크 상부에 포토레지스트막을 형성하는 제3단계;a third step of forming a photoresist layer on the hard mask;

상기 포토레지스트막을 에칭 마스크로 하여 상기 하드마스크 조성물의 코팅 및 열처리 반응 생성물을 포함하는 하드마스크 패턴을 형성하는 제4단계; 및 a fourth step of forming a hard mask pattern including a reaction product of the coating and heat treatment of the hard mask composition using the photoresist layer as an etching mask; and

상기 하드마스크 패턴을 에칭 마스크로 하여 상기 피식각막을 에칭하는 제5단계를 포함하는 패턴의 형성방법이 제공된다. There is provided a pattern formation method comprising a fifth step of etching the film to be etched using the hard mask pattern as an etching mask.

또 다른 측면에 상술한 하드마스크 조성물을 코팅 및 열처리하여 얻은 생성물을 포함하는 하드마스크가 제공된다. In another aspect, a hard mask including a product obtained by coating and heat-treating the hard mask composition described above is provided.

일 측면에 따른 하드마스크 조성물은 안정성이 우수하고 기존의 고분자를 이용한 하드마스크에 비하여 내에칭성 및 기계적 강도가 우수하고 에칭 공정 후 제거가 용이한 하드마스크를 제조할 수 있다. 이러한 하드마스크를 이용하면 보다 정교하고 균일도가 우수한 패턴을 형성할 수 있다.The hard mask composition according to one aspect has excellent stability, excellent etching resistance and mechanical strength compared to hard masks using conventional polymers, and can be easily removed after an etching process. If such a hard mask is used, a more elaborate pattern with excellent uniformity can be formed.

도 1은 일구현예에 따른 그래핀 양자점을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2a 내지 도 2e는 일구현예에 따른 하드마스크 조성물을 이용한 패턴의 형성방법을 설명하기 위한 것이다.
도 3a 내지 도 3d는 다른 일구현예에 따른 하드마스크 조성물을 이용한 패턴의 형성방법을 설명하기 위한 것이다.
도 4는 제작예 1에 따라 제조된 하드마스크가 적층된 실리콘 기판의 전자전자현미경(SEM) 분석 결과를 나타낸 사진이다.
1 schematically shows a graphene quantum dot according to an embodiment.
2A to 2E are for explaining a method of forming a pattern using a hard mask composition according to an embodiment.
3A to 3D are for explaining a method of forming a pattern using a hard mask composition according to another embodiment.
4 is a photograph showing a result of electron electron microscope (SEM) analysis of a silicon substrate on which a hard mask manufactured according to Manufacturing Example 1 is stacked.

이하, 일구현예에 따른 하드마스크 조성물, 이를 이용한 패턴의 형성방법 및 상기 하드마스크 조성물을 이용하여 형성된 하드마스크에 관하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a hard mask composition according to an embodiment, a method for forming a pattern using the same, and a hard mask formed using the hard mask composition will be described in detail.

하기 화학식 1로 표시되는 복합체를 포함하는 하드마스크 조성물이 제공된다.A hardmask composition including a composite represented by Chemical Formula 1 is provided.

[화학식 1][Formula 1]

화학식 1중, X는 C(R11) 또는 N이고,In Formula 1, X is C(R 11 ) or N,

R1 내지 R8 및 R11은 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 시아노기, 하이드록시기, 이미드기, 카르보닐기, 에폭시기, 에폭시기 함유 작용기, -C(=O)R, -C(=O)NH2,-C(=O)OR, -(CH2)nCOOH(n=1 내지 10의 정수임) 및 -N(R9)(R10)중에서 선택되고, 또는 R1 및 R2, R3 및 R4, R5 및 R6, R7 및 R8은 서로 독립적으로 연결되어 고리를 형성할 수 있고,ROne to R8 and R11are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2-C20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2-C20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryloxy group, a substituted or unsubstituted C2-C20 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C2- C20 heteroaryloxy group, substituted or unsubstituted C4-C20 carbocyclic group, substituted or unsubstituted C4-C20 carbocyclic oxy group, substituted or unsubstituted C2-C20 heterocyclic group, halogen atom, cyano group, hydroxyl group, imide group, carbonyl group, epoxy group, epoxy group-containing functional group, -C(=O)R, -C(=O)NH2,-C(=O)OR,-(CH2)nCOOH (n = an integer from 1 to 10) and -N (R9)(R10) is selected from, or ROne and R2, R3 and R4, R5 and R6, R7and R8can be linked independently of each other to form a ring,

R은 수소, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C6-C20 아릴기, C2-C20 헤테로아릴기, 또는 C2-C20 헤테로아릴옥시기이고, R is hydrogen, C1-C20 alkyl group, C2-C20 alkenyl group, C2-C20 alkynyl group, C6-C20 aryl group, C2-C20 heteroaryl group, or C2-C20 heteroaryloxy group,

R9 및 R10은 서로 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C6-C20 아릴기, C2-C20 헤테로아릴기, 또는 C2-C20 헤테로아릴옥시기이고, R 9 and R 10 are each independently hydrogen, a C1-C20 alkyl group, a C2-C20 alkenyl group, a C2-C20 alkynyl group, a C6-C20 aryl group, a C2-C20 heteroaryl group, or a C2-C20 heteroaryloxy group;

M은 2 내지 11족 및 14족의 원소 또는 그 산화물중에서 선택된다. M is selected from elements of groups 2 to 11 and 14 or oxides thereof.

화학식 1에서 R1 내지 R8은 상술한 바와 같이 다양한 치환기가 사용가능하다. R1 내지 R8 및/또는 R11이 예를 들어 치환된 아릴기, 예를 들어 터트부틸페닐기인 경우 화학식 1의 복합체는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)와 같은 유기용매에 대한 용해도 특성이 개선되어 하드마스크를 용이하게 제조할 수 있다.As described above, various substituents may be used for R 1 to R 8 in Formula 1. R 1 to R 8 and/or R 11 are, for example, a substituted aryl group, for example, a tertbutylphenyl group, the complex of Formula 1 has improved solubility characteristics in an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and thus a hard mask can be easily manufactured.

상기 화학식 1에서 R1 및 R2, R3 및 R4, R5 및 R6, R7 및 R8은 서로 독립적으로 연결되어 치환된 또는 비치환된 C6 내지 C20의 방향족 고리를 형성할 수 있다. C6 내지 C20의 방향족 고리는 예를 들어 페닐기 등이 있다. In Formula 1, R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , R 5 and R 6 , R 7 and R 8 may be independently connected to each other to form a substituted or unsubstituted C6 to C20 aromatic ring. The C6 to C20 aromatic ring includes, for example, a phenyl group.

상기 화학식 1로 표시되는 복합체는 하기 화학식 2로 표시되는 복합체 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 복합체일 수 있다.The complex represented by Formula 1 may be a complex represented by Formula 2 below or a complex represented by Formula 3 below.

[화학식 2][Formula 2]

화학식 2 중, M은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti, Zr, Si, Cu중에서 선택된 하나 이상이고,In Formula 2, M is at least one selected from Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti, Zr, Si, Cu,

R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 시아노기, 하이드록시기, 이미드기, 카르보닐기, 에폭시기, 에폭시기 함유 작용기, -C(=O)R, -C(=O)NH2,-C(=O)OR, -(CH2)nCOOH(n=1 내지 10의 정수임) 및 -N(R9)(R10)중에서 선택되고, 또는 R1 및 R2, R3 및 R4, R5 및 R6, R7 및 R8은 서로 독립적으로 연결되어 치환된 또는 비치환된 C6 내지 C20의 방향족 고리를 형성하며,ROne to R8are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2-C20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2-C20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryloxy group, a substituted or unsubstituted C2-C20 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C2- C20 heteroaryloxy group, substituted or unsubstituted C4-C20 carbocyclic group, substituted or unsubstituted C4-C20 carbocyclic oxy group, substituted or unsubstituted C2-C20 heterocyclic group, halogen atom, cyano group, hydroxyl group, imide group, carbonyl group, epoxy group, epoxy group-containing functional group, -C(=O)R, -C(=O)NH2,-C(=O)OR,-(CH2)nCOOH (n = an integer from 1 to 10) and -N (R9)(R10) is selected from, or ROne and R2, R3 and R4, R5 and R6, R7and R8Are linked independently of each other to form a substituted or unsubstituted C6 to C20 aromatic ring,

R은 수소, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C6-C20 아릴기, C2-C20 헤테로아릴기, 또는 C2-C20 헤테로아릴옥시기이고, R is hydrogen, C1-C20 alkyl group, C2-C20 alkenyl group, C2-C20 alkynyl group, C6-C20 aryl group, C2-C20 heteroaryl group, or C2-C20 heteroaryloxy group,

R9 및 R10은 서로 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C6-C20 아릴기, C2-C20 헤테로아릴기, 또는 C2-C20 헤테로아릴옥시기이고, R 9 and R 10 are each independently hydrogen, a C1-C20 alkyl group, a C2-C20 alkenyl group, a C2-C20 alkynyl group, a C6-C20 aryl group, a C2-C20 heteroaryl group, or a C2-C20 heteroaryloxy group;

[화학식 3][Formula 3]

화학식 3중, M은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si 및 Cu중에서 선택된 하나 이상이고,In Formula 3, M is at least one selected from Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si and Cu,

R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 시아노기, 하이드록시기, 이미드기, 카르보닐기, 에폭시기, 에폭시기 함유 작용기, -C(=O)R, -C(=O)NH2,-C(=O)OR, -(CH2)nCOOH(n=1 내지 10의 정수임) 및 -N(R9)(R10)중에서 선택되고, ROne to R8are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2-C20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2-C20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryloxy group, a substituted or unsubstituted C2-C20 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C2- C20 heteroaryloxy group, substituted or unsubstituted C4-C20 carbocyclic group, substituted or unsubstituted C4-C20 carbocyclic oxy group, substituted or unsubstituted C2-C20 heterocyclic group, halogen atom, cyano group, hydroxyl group, imide group, carbonyl group, epoxy group, epoxy group-containing functional group, -C(=O)R, -C(=O)NH2,-C(=O)OR,-(CH2)nCOOH (n = an integer from 1 to 10) and -N (R9)(R10) is selected from,

R11은 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 하이드록시기, 카르복실기, -C(=O)R, -C(=O)OR, 및 -N(R9)(R10)중에서 선택되고, R 11 is selected from hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryloxy group, a hydroxyl group, a carboxyl group, -C(=O)R, -C(=O)OR, and -N(R 9 )(R 10 );

R은 수소, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C6-C20 아릴기, C2-C20 헤테로아릴기, 또는 C2-C20 헤테로아릴옥시기이고, R is hydrogen, C1-C20 alkyl group, C2-C20 alkenyl group, C2-C20 alkynyl group, C6-C20 aryl group, C2-C20 heteroaryl group, or C2-C20 heteroaryloxy group,

R9 및 R10은 서로 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C6-C20 아릴기, C2-C20 헤테로아릴기, 또는 C2-C20 헤테로아릴옥시기이다.R 9 and R 10 are each independently hydrogen, a C1-C20 alkyl group, a C2-C20 alkenyl group, a C2-C20 alkynyl group, a C6-C20 aryl group, a C2-C20 heteroaryl group, or a C2-C20 heteroaryloxy group.

화학식 2에서 R1 및 R2, R3 및 R4, R5 및 R6, R7 및 R8은 서로 독립적으로 연결되어 치환된 C6 내지 C20의 방향족 고리를 형성할 수 있디. 치환된 C6 내지 C20의 방향족 고리의 치환기는 예를 들어 C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, C2-C20 헤테로아릴기, C2-C20 헤테로아릴옥시기, 하이드록시기, 카르복실기, -C(=O)R, -C(=O)OR, 및 -N(R9)(R10), 할로겐 원자, 시아노기 등을 들 수 있다. R, R9 및 R10은 화학식 2에서 정의된 바와 동일하다.In Formula 2, R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , R 5 and R 6 , R 7 and R 8 may be independently connected to each other to form a substituted C6 to C20 aromatic ring. The substituent of the substituted C6 to C20 aromatic ring is, for example, a C1-C20 alkyl group, a C1-C20 alkoxy group, a C6-C20 aryl group, a C6-C20 aryloxy group, a C2-C20 heteroaryl group, a C2-C20 heteroaryloxy group, a hydroxyl group, a carboxyl group, -C(=O)R, -C(=O)OR, and -N(R 9 )(R 10 ), A halogen atom, a cyano group, etc. are mentioned. R, R 9 and R 10 are as defined in formula (2).

상술한 화학식 2 또는 3의 복합체는 내화학적성 및 열안정성이 우수하여 이를 이용하면 내에칭성이 개선된 하드마스크를 제조할 수 있다. Since the composite of Chemical Formula 2 or 3 has excellent chemical resistance and thermal stability, a hard mask with improved etch resistance can be manufactured by using the composite.

상기 화학식 1로 표시되는 복합체는 예를 들어 하기 화학식 4 또는 4a로 표시되는 복합체, 하기 화학식 5a로 표시되는 복합체 또는 하기 화학식 5b로 표시되는 복합체일 수 있다. The complex represented by Chemical Formula 1 may be, for example, a complex represented by Chemical Formula 4 or 4a, a complex represented by Chemical Formula 5a, or a complex represented by Chemical Formula 5b.

[화학식 4][Formula 4]

화학식 4중, M은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si 및 Cu중에서 선택된 하나 이상이며,In Formula 4, M is at least one selected from Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si and Cu,

[화학식 4a][Formula 4a]

화학식 4a 중, M은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si 및 Cu중에서 선택된 하나 이상이며, In Formula 4a, M is at least one selected from among Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si and Cu,

R은 일치환된 또는 다치환된 치환기로서, C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, C2-C20 헤테로아릴기, C2-C20 헤테로아릴옥시기, 하이드록시기, -C(=O)OH, -C(=O)OR1(R1은 C-10 알킬기, C2-C10 알케닐기 또는 C6-C20의 아릴기), -NH2, -N(R2)(R3) (R2 R3은 서로에 관계없이 C1-C10 알킬기 또는 C6-C20의 아릴기), -(CH2)nCOOH(n=1 내지 10의 정수임), -CONH2, 시아노기, 에폭시기 함유 작용기 중에서 선택되고,R is a monosubstituted or polysubstituted substituent, and is a C1-C20 alkyl group, a C1-C20 alkoxy group, a C6-C20 aryl group, a C6-C20 aryloxy group, a C2-C20 heteroaryl group, a C2-C20 heteroaryloxy group, a hydroxyl group, -C(=O)OH, -C(=O)OR 1 (R 1 is a C-10 alkyl group, a C2-C10 alkenyl group, or C 6-C20 aryl group), -NH 2 , -N(R 2 )(R 3 ) (R 2 and R 3 is independently of each other a C1-C10 alkyl group or a C6-C20 aryl group), -(CH 2 ) n COOH (n = an integer of 1 to 10), -CONH 2 , a cyano group, selected from an epoxy group-containing functional group,

[화학식 5a][Formula 5a]

화학식 5a중, M은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si 및 Cu중에서 선택된 하나 이상이며,In Formula 5a, M is at least one selected from Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si and Cu,

R11은 치환된 C6-C20 아릴기이며, R 11 is a substituted C6-C20 aryl group;

[화학식 5b][Formula 5b]

화학식 5b 중, M은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si 및 Cu중에서 선택된 하나 이상이다.In Formula 5b, M is at least one selected from among Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si, and Cu.

화학식 4a의 화합물은 페닐기에 R을 도입하여 용매에 대한 용해도 특성이 화학식 4의 화합물과 비교하여 개선될 수 있다.By introducing R into the phenyl group of the compound of Formula 4a, its solubility in solvents can be improved compared to the compound of Formula 4.

상기 화학식 1로 표시되는 복합체는 예를 들어 하기 화학식 6a, 7a, 또는 8a로 표시되는 복합체 중에서 선택된 하나 이상이다.The complex represented by Formula 1 is, for example, at least one selected from complexes represented by Formulas 6a, 7a, or 8a.

[화학식 6a] [화학식 7a][Formula 6a] [Formula 7a]

[화학식 8a][Formula 8a]

화학식 6a, 7a, 및 8에서 R은 일치환된 또는 다치환된 치환기로서 예를 들어 C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, C2-C20 헤테로아릴기, C2-C20 헤테로아릴옥시기, 하이드록시기, -C(=O)OH, -C(=O)OR1(R1은 C-10 알킬기, C2-C10 알케닐기 또는 C6-C20의 아릴기), -NH2, -N(R2)(R3) (R2 R3은 서로에 관계없이 C1-C10 알킬기 또는 C6-C20의 아릴기), -(CH2)nCOOH(n=1 내지 10의 정수임), -CONH2, 시아노기 및 에폭시기 함유 작용기 중에서 선택된다.In Formulas 6a, 7a, and 8, R is a monosubstituted or polysubstituted substituent, for example, a C1-C20 alkyl group, a C1-C20 alkoxy group, a C6-C20 aryl group, a C6-C20 aryloxy group, a C2-C20 heteroaryl group, a C2-C20 heteroaryloxy group, a hydroxyl group, -C(=O)OH, -C(=O)OR 1 (R 1 is C-10 Alkyl group, C2-C10 alkenyl group or C6-C20 aryl group), -NH 2 , -N(R 2 )(R 3 ) (R 2 and R 3 is independently selected from a C1-C10 alkyl group or a C6-C20 aryl group), -(CH 2 ) n COOH (n = an integer from 1 to 10), -CONH 2 , a cyano group, and an epoxy group-containing functional group.

상기 화학식 6a, 7a, 및 8에서 R의 결합위치는 특별하게 고정되지 않으며, 상술한 바와 같이 일치환된 치환기 또는 2 내지 4개가 치환된 치환기일 수 있다.In Formulas 6a, 7a, and 8, the bonding position of R is not particularly fixed, and as described above, it may be a monosubstituted substituent or a substituent with 2 to 4 substituents.

상기 화학식 1로 표시되는 복합체는 예를 들어 하기 화학식 6 내지 12로 표시되는 복합체 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The complex represented by Formula 1 may be, for example, at least one selected from complexes represented by Formulas 6 to 12 below.

[화학식 6] [화학식 7][Formula 6] [Formula 7]

[화학식 8] [화학식 9] [Formula 8] [Formula 9]

[화학식 10] [화학식 11] [Formula 10] [Formula 11]

[화학식 12][Formula 12]

화학식 12의 복합체는 R11로서 디터트부틸페닐기를 보유함으로써 R11이 수소인 복합체와 비교하여 N-메틸피롤리돈과 같은 유기용매에 대한 용해도 특성이 더 향상될 수 있다.Since the complex of Chemical Formula 12 has a ditertbutylphenyl group as R 11 , its solubility in organic solvents such as N-methylpyrrolidone can be further improved compared to the complex in which R 11 is hydrogen.

화학식 3 내지 12로 표시되는 복합체는 당해기술분야에서 알려진 제조방법에 따라 합성되거나 또는 상업적으로 입수 가능하다.Complexes represented by Chemical Formulas 3 to 12 are synthesized according to preparation methods known in the art or are commercially available.

일구현예에 따른 하드마스크 조성물에서 화학식 1로 표시되는 복합체의 함량은 하드마스크 조성물 100 중량부를 기준으로 하여 5 내지 50 중량부, 예를 들어 10 내지 50 중량부, 예를 들어 15 내지 40 중량부이다. 복합체의 함량이 상기 범위일 때 복합체를 함유한 하드마스크 조성물의 안정성이 우수하고, 하드마스크 조성물로부터 형성된 하드마스크의 내에칭성을 개선할 수 있다.In the hardmask composition according to one embodiment, the content of the composite represented by Formula 1 is 5 to 50 parts by weight, for example, 10 to 50 parts by weight, for example, 15 to 40 parts by weight, based on 100 parts by weight of the hardmask composition. When the content of the composite is within the above range, the stability of the hardmask composition containing the composite is excellent, and the etching resistance of a hardmask formed from the hardmask composition may be improved.

일구현예에 따른 하드마스크 조성물은 이차원 탄소나노구조체, 영차원 탄소나노구조체, 이차원 탄소나노구조체의 전구체, 영차원 탄소나노구조체의 전구체, 이차원 탄소나노구조체의 유도체 및 영차원 탄소나노구조체의 유도체 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 하드마스크 조성물이 이차원 탄소나노구조체, 영차원 탄소나노구조체, 그 전구체 및 그 유도체 중에서 선택된 하나 이상을 더 함유하면 용매에 대한 용해도 특성이 개선되고 하드마스크가 균일한 두께로 박막화가 가능해진다. The hard mask composition according to an embodiment may further include at least one selected from a two-dimensional carbon nanostructure, a zero-dimensional carbon nanostructure, a precursor of a two-dimensional carbon nanostructure, a precursor of a zero-dimensional carbon nanostructure, a derivative of a two-dimensional carbon nanostructure, and a derivative of a zero-dimensional carbon nanostructure. When the hard mask composition further contains at least one selected from two-dimensional carbon nanostructures, zero-dimensional carbon nanostructures, precursors thereof, and derivatives thereof, solubility in solvents is improved and the hard mask can be thinned to a uniform thickness.

이차원 탄소나노구조체, 영차원 탄소나노구조체, 이차원 탄소나노구조체의 전구체, 영차원 탄소나노구조체의 전구체, 이차원 탄소나노구조체의 유도체 및 영차원 탄소나노구조체의 유도체 중에서 선택된 하나 이상은 할로겐 원자, 하이드록시기, 알콕시기, 시아노기, 아미노기, 아지드기, 카르복사미딘기, 히드라지노기, 히드라조노기. 카바모일기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기 또는 그 염, 술폰산기 또는 그 염, 인산기 또는 그 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 작용기를 가질 수 있다.At least one selected from the group consisting of a two-dimensional carbon nanostructure, a zero-dimensional carbon nanostructure, a precursor of a two-dimensional carbon nanostructure, a precursor of a zero-dimensional carbon nanostructure, a derivative of a two-dimensional carbon nanostructure, and a derivative of a zero-dimensional carbon nanostructure is a halogen atom, a hydroxyl group, an alkoxy group, a cyano group, an amino group, an azide group, a carboxamidine group, a hydrazino group, and a hydrazono group. It may have at least one functional group selected from the group consisting of a carbamoyl 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 group or a salt thereof.

상술한 작용기를 갖는 영차원 탄소나노구조체는 비제한적인 예를 들어 하기 화학식 26로 표시되는 화합물 등을 들 수 있다.Non-limiting examples of the zero-dimensional carbon nanostructures having the aforementioned functional groups include compounds represented by the following Chemical Formula 26.

[화학식 27][Formula 27]

화학식 1로 표시되는 복합체는 치환기의 종류에 따라 용매에 대한 용해도가 달라진다. 또한 화학식 1의 복합체를 상술한 이차원 탄소나노구조체, 영차원 탄소나노구조체, 그 전구체 및 그 유도체 중에서 선택된 하나 이상과 혼합하는 경우, 이들 혼합비를 적절히 제어함으로써 용매에 대한 용해도를 20 중량% 이하, 예를 들어 1 내지 20 중량%, 예를 들어 8 내지 20 중량%, 예를 들어 10 내지 18 중량% 범위로 높일 수 있다. 상술한 이차원 탄소나노구조체 및 영차원 탄소나노구조체는 탄소 원자들의 연결된 형태로 나눌 수 있는데, 이의 정의를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The complex represented by Formula 1 has different solubility in solvents depending on the type of substituent. In addition, when the composite of Chemical Formula 1 is mixed with at least one selected from the above-described two-dimensional carbon nanostructures, zero-dimensional carbon nanostructures, precursors thereof, and derivatives thereof, the solubility in the solvent can be increased to 20% by weight or less, for example, 1 to 20% by weight, for example 8 to 20% by weight, for example, 10 to 18% by weight by appropriately controlling the mixing ratio. The aforementioned two-dimensional carbon nanostructures and zero-dimensional carbon nanostructures can be divided into connected carbon atoms, the definition of which is described in detail as follows.

용어 "이차원 탄소나노구조체"는 복수개의 탄소 원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 일평면상으로 배열되는 폴리시클릭 방향족 분자를 형성하는 탄소나노구조체가 단일 원자층의 시트 구조를 형성하거나 작은 필름 조각인 플레이트 형태의 탄소나노구조체가 복수개 상호연결되어 일평면상으로 배열된 네크워크 구조를 형성한 것으로서 이들의 조합도 가능하다. 상기 공유결합으로 연결된 탄소 원자들은 기본 반복단위로서 6원자환을 형성하지만 5원환 및/또는 7원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 상기 탄소나노구조체는 시트 구조 및/또는 네크워크 구조가 여러 개 서로 적층된 복수층으로 이루어질 수 있고 평균 두께가 약 100nm 이하, 예를 들어 약 10nm 이하이고, 구체적으로 0.01 내지 10nm이다.The term "two-dimensional carbon nanostructure" refers to a carbon nanostructure in which a plurality of carbon atoms are covalently linked to each other to form polycyclic aromatic molecules arranged on one plane to form a sheet structure of a single atomic layer, or a plurality of plate-shaped carbon nanostructures, which are small film pieces, are interconnected to form a network structure arranged on one plane, and combinations thereof are also possible. The carbon atoms linked by covalent bonds form a 6-membered ring as a basic repeating unit, but it is also possible to further include a 5-membered ring and/or a 7-membered ring. The carbon nanostructure may consist of a plurality of layers in which several sheet structures and/or network structures are stacked on each other, and have an average thickness of about 100 nm or less, for example, about 10 nm or less, specifically 0.01 to 10 nm.

이차원 탄소나노구조체는 1 내지 50nm, 예를 들어 1 내지 30nm, 예를 들어 1 내지 10nm, 예를 들어 5 내지 8nm의 사이즈를 갖고, 300층 이하인 그래핀 나노파티클(GNP)일 수 있다.The two-dimensional carbon nanostructure may be graphene nanoparticles (GNPs) having a size of 1 to 50 nm, for example 1 to 30 nm, for example 1 to 10 nm, for example 5 to 8 nm, and 300 layers or less.

이차원 탄소나노구조체는 이차원 쉬트(sheet) 형태를 가지며, 사이즈/두께 비가 3 내지 30, 예를 들어 5 내지 25이다. 여기에서 이차원 탄소나노구조체가 판상 구조를 갖는 경우, "사이즈"는 2차원 평면상의 지름을 나타내고, 이차원 탄소나노구조체가 타원형 구조 또는 비구형 구조를 갖는 경우, "사이즈"는 장축 직경을 나타낼 수 있다.The two-dimensional carbon nanostructure has a two-dimensional sheet shape, and has a size/thickness ratio of 3 to 30, for example, 5 to 25. Here, when the two-dimensional carbon nanostructure has a plate-like structure, “size” indicates a diameter on a two-dimensional plane, and when the two-dimensional carbon nanostructure has an elliptical or non-spherical structure, “size” may indicate a major axis diameter.

이차원 탄소나노구조체는 예를 들어 그래핀, 그래핀 나노파티클, 그래핀 양자점(graphene quantum dots: GQD), 환원 그래핀 옥사이드, 그 유도체 및 그 헤테로원자 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있다.The two-dimensional carbon nanostructure may include, for example, at least one selected from the group consisting of graphene, graphene nanoparticles, graphene quantum dots (GQDs), reduced graphene oxide, derivatives thereof, and heteroatom derivatives thereof.

용어 “이차원 탄소나노구조체의 전구체”는 이차원 탄소나노구조체를 제조하기 위한 출발물질을 말한다.The term "precursor of two-dimensional carbon nanostructure" refers to a starting material for producing a two-dimensional carbon nanostructure.

용어 "영차원 탄소나노구조체"는 예를 들어 풀러렌(fullerene)계열 (C20, C26, C28, C36, C50, C60, C70, ….C2n, n=12, 13, 14,…, 100), 보론 버키볼(Boron buckyball) 계열(B80, B90, B92), 카보레인(Carborane) 계열(C2B10H12) 및 이들을 이용한 유도체가 있다. 영차원 탄소나구조체는 입자 사이즈는 0.6 내지 2nm이다.The term “zero-dimensional carbon nanostructure” refers to, for example, fullerene series (C20, C26, C28, C36, C50, C60, C70, ….C2n, n=12, 13, 14,…, 100), boron buckyball series (B80, B90, B92), carborane series (C 2 B 10 H 12 ) and derivatives using them. The zero-dimensional carbon structure has a particle size of 0.6 to 2 nm.

영차원 탄소나구조체는, 예를 들어 1nm 이하, 구체적으로 0.7 내지 1nm이고, 밀도가 1.5 내지 1.8g/cm3, 예를 들어 약 1.7 g/cm3인 풀러렌일 수 있다. 풀러렌은 모두 sp2 탄소를 함유하고 있다.The zero-dimensional carbon or structure may be, for example, fullerene having a thickness of 1 nm or less, specifically 0.7 to 1 nm, and a density of 1.5 to 1.8 g/cm 3 , for example, about 1.7 g/cm 3 . All fullerenes contain sp 2 carbons.

영차원 탄소나노구조체의 탄소수는 26 이상, 예를 들어 60 이상, 예를 들어 60, 70, 76, 78, 82 또는 84이다.The carbon number of the zero-dimensional carbon nanostructure is 26 or more, eg 60 or more, eg 60, 70, 76, 78, 82 or 84.

용어 "헤테로원자 유도체" 는 보론(B) 또는 질소(N)와 같은 헤테로원자를 함유한 유도체를 말하며, 용어 “영차원 탄소나노구조체의 전구체”는 영차원 탄소나노구조체를 제조하기 위한 출발물질을 말한다. The term “heteroatom derivative” refers to a derivative containing a heteroatom such as boron (B) or nitrogen (N), and the term “precursor of zero-dimensional carbon nanostructure” refers to a starting material for preparing a zero-dimensional carbon nanostructure.

본 명세서에서 용어 "이차원 탄소나노구조체의 유도체"는 반응성 작용기를 갖고 있는 이차원 탄소나노구조체를 지칭한다. 용어 "영차원 탄소나노구조체의 유도체"는 반응성 작용기를 갖고 있는 영차원 탄소나노구조체를 말한다. 예를 들어 영차원 탄소나노구조체가 풀러렌인 경우, 영차원 탄소나노구조체 유도체는 하이드록시기 관능화된 풀러렌(OH-functionalized fullerene)와 같은 반응성 작용기를 갖는 풀러렌 등을 나타낸다. 그리고 이차원 탄소나노구조체가 GQD인 경우, 이차원 탄소나노구조체의 유도체는 카르복실기 관능화된 GQD(COOH-functionalized GQD)와 같은 반응성 작용기를 갖는 GQD 등을 말한다. In the present specification, the term "derivative of a two-dimensional carbon nanostructure" refers to a two-dimensional carbon nanostructure having a reactive functional group. The term "derivative of zero-dimensional carbon nanostructure" refers to a zero-dimensional carbon nanostructure having a reactive functional group. For example, when the zero-dimensional carbon nanostructure is a fullerene, the derivative of the zero-dimensional carbon nanostructure represents a fullerene having a reactive functional group such as hydroxyl functionalized fullerene. And, when the two-dimensional carbon nanostructure is GQD, the derivative of the two-dimensional carbon nanostructure refers to GQD having a reactive functional group such as carboxyl group-functionalized GQD (COOH-functionalized GQD).

일구현예에 따른 하드마스크 조성물에서 상기 화학식 1로 표시되는 복합체와, 이차원 탄소 나노구조체, 영차원 탄소 나노구조체, 그 전구체 및 그 유도체 중에서 선택된 하나 이상의 혼합중량비는 1:99 내지 99:1, 예를 들어 1:9 내지 9:1이다.In the hard mask composition according to an embodiment, the mixing weight ratio of the composite represented by Chemical Formula 1 and at least one selected from two-dimensional carbon nanostructures, zero-dimensional carbon nanostructures, precursors thereof, and derivatives thereof is 1:99 to 99:1, for example, 1:9 to 9:1.

다른 일구현예에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 복합체와, 이차원 탄소 나노구조체 및 영차원 탄소 나노구조체 중에서 선택된 하나 이상의 혼합중량비는 1:1 내지 1:20, 예를 들어 1:1 내지 1:10, 예를 들어 1:2 내지 1:8, 예를 들어 1:3 내지 1:5이다. According to another embodiment, the mixing weight ratio of the composite represented by Chemical Formula 1 and at least one selected from a two-dimensional carbon nanostructure and a zero-dimensional carbon nanostructure is 1:1 to 1:20, for example 1:1 to 1:10, for example 1:2 to 1:8, for example 1:3 to 1:5.

상기 이차원 탄소 나노구조체는 예를 들어 1 내지 30nm, 예를 들어 1 내지 10nm 사이즈를 갖는 그래핀 양자점이고, 상기 그래핀 양자점은 도 1에 나타난 바와 같이 말단에는 하이드록시기, 카르보닐기, 카르복실기, 에폭시기, 아민기 및 이미드기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 작용기 G를 가질 수 있다. 이와 같이 그래핀 양자점의 말단에 상술한 작용기가 결합된 경우, 상술한 작용기가 그래핀 양자점의 말단 이외에 중심에도 존재하는 경우에 비하여 하드마스크 조성물로부터 형성된 하드마스크의 내에칭성이 우수하다.The two-dimensional carbon nanostructure is, for example, a graphene quantum dot having a size of 1 to 30 nm, for example, 1 to 10 nm, and the graphene quantum dot may have at least one functional group G selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an epoxy group, an amine group, and an imide group at an end thereof, as shown in FIG. In this way, when the above-described functional groups are bonded to the terminals of the graphene quantum dots, the etching resistance of the hardmask formed from the hardmask composition is excellent compared to the case where the above-described functional groups are present in the center of the graphene quantum dots in addition to the ends.

이차원 탄소 나노구조체는 예를 들어 OH-관능화된 그래핀 양자점(COOH-functionalized GQD), COOH-관능화된 그래핀 양자점(COOH-functionalized GQD) 또는 그래핀 양자점 전구체이다.The two-dimensional carbon nanostructure is, for example, OH-functionalized graphene quantum dots (COOH-functionalized GQDs), COOH-functionalized graphene quantum dots (COOH-functionalized GQDs) or graphene quantum dot precursors.

하드마스크 조성물의 용매는 화학식 1의 복합체, 이차원 탄소나노구조체, 영차원 나노구조체, 그 전구체, 그 유도체 등을 용해 또는 분산할 수 있는 것이라면 모두 다 사용가능하다. 용매는 예를 들어 물, 메탄올, 이소프로판올, 에탄올, N,N-디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 디클로로에탄, 디클로로벤젠, 디메틸술폭사이드, 아닐린, 프로필렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 디아세테이트, 메톡시 프로판디올, 디에틸렌글리콜, 아세틸아세톤, 사이클로헥사논, γ-부티로락톤, 니트로메탄, 테트라하이드로퓨란, 니트로벤젠, 부틸 니트라이트(butyl nitrite), 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 디에틸 에테르, 디에틸렌글리콜메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 톨루엔, 자이렌, 헥산, 메틸에틸케톤, 메틸이소케톤, 하이드록시메틸셀룰로오즈, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(propyleneglycol monomethylether acetate: PGMEA), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(propyleneglycol monomethyl ether: PGME), 사이클로헥산온(cyclohexanone), 에틸락테이트(ethyl lactate) 및 헵탄 중에서 선택된 하나 이상이다. Any solvent capable of dissolving or dispersing the composite of Chemical Formula 1, a two-dimensional carbon nanostructure, a zero-dimensional nanostructure, a precursor thereof, or a derivative thereof may be used as the solvent of the hard mask composition. Solvents include, for example, water, methanol, isopropanol, ethanol, N,N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dichloroethane, dichlorobenzene, dimethylsulfoxide, aniline, propylene glycol, propylene glycol diacetate, methoxy propanediol, diethylene glycol, acetylacetone, cyclohexanone, γ-butyrolactone, nitromethane, tetrahydrofuran, nitrobenzene Zen, butyl nitrite, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, diethyl ether, diethylene glycol methyl ether, diethylene glycol ethyl ether, dipropylene glycol methyl ether, toluene, xyrene, hexane, methyl ethyl ketone, methyl isoketone, hydroxymethyl cellulose, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl It is at least one selected from ter (propyleneglycol monomethyl ether: PGME), cyclohexanone, ethyl lactate, and heptane.

상기 용매의 함량은 특별하게 한정되지 않으며, 예를 들어 화학식 1의 복합체 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 100,000 중량부이다. 용매의 함량이 상기 범위일 때 하드마스크 조성물의 점도가 적절하여 성막성이 우수하다.The content of the solvent is not particularly limited, and is, for example, 100 to 100,000 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the complex of Formula 1. When the content of the solvent is within the above range, the hard mask composition has an appropriate viscosity and excellent film formability.

이차원 탄소 나노구조체 중 하나인 “그래핀 양자점”(Graphene Quantum Dots: GQD)은 도체 물질인 그래핀을 반도체 형태로 만들기 위하여 그 사이즈를 10nm 이하의 사이즈를 갖는 도트(dot) 또는 쉬트 (sheet) 형태로 만든 물질을 말한다. 그래핀 양자점은 예를 들어 1 내지 50nm, 예를 들어 1 내지 30nm, 예를 들어 1 내지 10nm의 사이즈를 갖는 산화그래핀 양자점 및/또는 환원 산화그래핀 양자점을 말한다. 그래핀 양자점의 사이즈가 상기 범위일 때 하드마스크의 식각속도가 적절하게 제어될 수 있고 하드마스크 조성물에서 그래핀 양자점의 분산성이 우수하다.One of the two-dimensional carbon nanostructures, “Graphene Quantum Dots (GQD)” refers to a material made in the form of a dot or sheet having a size of 10 nm or less to make graphene, a conductor material, into a semiconductor form. The graphene quantum dots refer to graphene oxide quantum dots and/or reduced graphene oxide quantum dots having a size of eg 1 to 50 nm, eg 1 to 30 nm, eg 1 to 10 nm. When the size of the graphene quantum dots is within the above range, the etching rate of the hard mask can be appropriately controlled, and the dispersibility of the graphene quantum dots in the hard mask composition is excellent.

상기 그래핀 양자점이 구형(또는 도트형)인 경우, "사이즈"는 그래핀 양자점의 평균입경을 나타낸다. 그래핀 양자점이 판상 구조를 갖는 경우, "사이즈"는 2차원 평면상의 지름을 나타내고, 그래핀 양자점이 타원형 또는 쉬트형인 경우, "사이즈"는 장축 직경 또는 장축길이를 나타낼 수 있다. When the graphene quantum dots are spherical (or dot-shaped), "size" represents the average particle diameter of the graphene quantum dots. When the graphene quantum dots have a plate-like structure, "size" indicates a diameter on a two-dimensional plane, and when the graphene quantum dots have an elliptical or sheet shape, "size" may indicate a major axis diameter or a major axis length.

그래핀 양자점은 예를 들어 1 내지 10nm, 예를 들어 5 내지 8nm, 예를 들어 6 내지 8nm의 사이즈를 갖고, 300층 이하, 예를 들어 100층 이하, 구체적으로 1층 내지 20층이다. 그리고 그래핀 양자점의 두께는 100nm 이하, 예를 들어 0.34 내지 100nm이다. 그래핀 양자점의 두께는 예를 들어 10nm 이하, 예를 들어 0.01 내지 10nm, 예를 들어 0.34nm 내지 10nm이다.The graphene quantum dots have a size of eg 1 to 10 nm, eg 5 to 8 nm, eg 6 to 8 nm, and have 300 layers or less, eg 100 layers or less, specifically 1 to 20 layers. And the thickness of the graphene quantum dots is 100 nm or less, for example, 0.34 to 100 nm. The thickness of the graphene quantum dots is eg 10 nm or less, eg 0.01 to 10 nm, eg 0.34 nm to 10 nm.

그래핀 양자점은 이차원 쉬트(sheet) 형태를 가지며, 사이즈/두께 비가 3 내지 30, 예를 들어 5 내지 25이다. 그래핀 양자점이 쉬트 형태를 갖는 경우, 사이즈(장축 길이)는 1 내지 10nm이고, 단축길이는 0.5 내지 5nm이다. 그래핀 양자점의 사이즈, 층수 및 두께가 상기 범위일 때 하드마스크 조성물의 안정성이 우수하다.Graphene quantum dots have a two-dimensional sheet shape, and have a size/thickness ratio of 3 to 30, for example, 5 to 25. When the graphene quantum dots have a sheet shape, the size (major axis length) is 1 to 10 nm, and the minor axis length is 0.5 to 5 nm. When the size, number of layers, and thickness of the graphene quantum dots are within the above ranges, the stability of the hardmask composition is excellent.

그래핀 양자점은 예를 들어 100 내지 60000개의 공액화 원자들(conjugated atoms), 예를 들어 100 내지 600 공액화 원자들을 함유할 수 있다. Graphene quantum dots may contain, for example, 100 to 60000 conjugated atoms, for example 100 to 600 conjugated atoms.

이차원 탄소 나노구조체로서 카르복실기 관능화된 그래핀 양자점 또는 하이드록시기 관능화된 그래핀 양자점(OH functionalized GQD) 등을 사용할 수 있다. As the two-dimensional carbon nanostructure, carboxyl functionalized graphene quantum dots or hydroxyl group functionalized graphene quantum dots (OH functionalized GQD) may be used.

카르복실기 관능화된 GQD는 각각 bare GQD 또는 하이드록시기 관능화된 GQD(OH functionalized GQD)에 클로로아세트산을 부가하여 얻을 수 있다. 그리고 하이드록시기 관능화된 GQD(OH-functionalized GNP)는 GQD에 하이드록시기를 도입하는 일반적인 방법에 따라 얻을 수 있다. 예를 들어 풀러렌을 소정 사이즈로 분쇄한 다음, 여기에 염기 및 산화제를 부가하고 분쇄하는 과정을 거치면 얻을 수 있다. 염기의 예로는 수산화나트륨을 들 수 있고, 산화제의 예로는 과산화수소를 들 수 있다.Carboxyl functionalized GQDs can be obtained by adding chloroacetic acid to bare GQDs or hydroxyl functionalized GQDs (OH functionalized GQDs), respectively. In addition, hydroxyl functionalized GQDs (OH-functionalized GNPs) can be obtained by a general method of introducing a hydroxyl group into GQDs. For example, it can be obtained by pulverizing fullerene to a predetermined size, adding a base and an oxidizing agent thereto, and then going through a pulverizing process. An example of a base is sodium hydroxide, and an example of an oxidizing agent is hydrogen peroxide.

일구현예에 따른 하드마스크는 밀도가 향상되어 종래의 하드마스크에 비하여 내에칭성이 개선된다.The hard mask according to the embodiment has improved etch resistance compared to the conventional hard mask due to improved density.

일구현예에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 하드마스크는 화학식 1의복합체의 금속(M)을 함유하여 내에칭성이 개선되고 균일한 두께를 갖는 하드마스크를 형성하는 것이 가능하다.A hard mask formed from the hard mask composition according to one embodiment contains the metal (M) of the composite of Chemical Formula 1, so that it is possible to form a hard mask having improved etch resistance and a uniform thickness.

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가시광선에서 산란이 일어나지 않고 파장 약 633nm 영역에서의 투과율이 1% 이하이다. 이와 같이 투과율이 개선된 하드마스크를 사용하면 하드마스크 패턴 및 피식각층 패터닝을 위한 정렬마크(align mark) 확인이 더 용이해져 미세화 및 조밀화된 패턴 사이즈를 갖는 피식각막 패터닝이 가능해진다. Scattering does not occur in visible light, and the transmittance in the wavelength region of about 633 nm is 1% or less. When the hard mask having improved transmittance is used as described above, it is easier to check the hard mask pattern and the align mark for patterning the layer to be etched, thereby enabling patterning of the etchant layer having a finer and denser pattern size.

상기 하드마스크안에 함유된 그래핀 양자점은 파장 약 633nm에서 k가 0.5 이하, 예를 들어 0.3, 구체적으로 0.1 이하이다. 참고로 그래파이트의 k는 1.3 내지 1.5이고, sp2 결합 구조로만 이루어진 그래핀은 k가 1.1 내지 1.3이다. The graphene quantum dots contained in the hard mask have a k of 0.5 or less, for example 0.3, specifically 0.1 or less at a wavelength of about 633 nm. For reference, k of graphite is 1.3 to 1.5, and graphene composed of only sp2 bonding structure has k of 1.1 to 1.3.

k는 소광계수(extiction coefficient)이며, 분광 엘립소미터(elipsometer) 측정법에 의해서 측정된다. 그래핀 양자점의 k가 상기 범위일 때 그래핀 양자점을 이용하여 형성된 하드마스크를 이용하면 얼라인 마크(align mark)를 인식하는 것이 용이하다. k is an extinction coefficient and is measured by a spectroscopic ellipsometer measurement method. When k of the graphene quantum dots is within the above range, it is easy to recognize an align mark using a hard mask formed using graphene quantum dots.

그래핀 양자점의 총두께는 100nm 이하, 예를 들어 0.34 내지 100nm, 예를 들어 0.34 내지 10nm이다. 이러한 두께를 갖는 그래핀 양자점은 안정한 구조를 갖는다. 일구현예에 따른 그래핀 양자점은 완전한 C=C/C-C 공액 구조체라기 보다는 탄소 이외의 산소 원자가 일부 혼재한다. 그리고 그래핀 양자점의 말단에는 카르복실기, 하이드록시기, 에폭시기, 카르보닐기 등이 존재할 수 있다.The total thickness of the graphene quantum dots is 100 nm or less, eg 0.34 to 100 nm, eg 0.34 to 10 nm. Graphene quantum dots having such a thickness have a stable structure. Graphene quantum dots according to an embodiment contain some oxygen atoms other than carbon rather than a complete C=C/C-C conjugated structure. In addition, a carboxyl group, a hydroxyl group, an epoxy group, a carbonyl group, and the like may be present at the terminal of the graphene quantum dots.

그래핀 양자점은 용매 분산성이 우수하여 하드마스크 조성물을 제조하는 것이 용이하며 안정성이 우수하다. 그리고 에칭 가스에 대한 내에칭성이 개선된다.Graphene quantum dots have excellent solvent dispersibility, so it is easy to prepare a hard mask composition and has excellent stability. And the etching resistance to etching gas is improved.

라만 분석 스펙트럼에서 약 1340-1350cm-1, 약 1580cm-1, 약 2700 cm-1에서 피크를 나타난다. 이 피크는 그래핀 양자점의 두께, 결정성 및 전하 도핑 상태에 대한 정보를 준다. 약 1580cm-1에서 나타나는 피크는 "G 모드"라는 피크로서 이는 탄소-탄소 결합의 스트레칭에 해당하는 진동모드에서 기인하며 "G-모드"의 에너지는 그래핀 양자점에 도핑된 잉여 전하의 밀도에 결정된다. 그리고 약 2700cm-1에서 나타나는 피크는 "2D-모드"라는 피크로서 그래핀 양자점의 두께를 평가할 때 유용하다. 상기 1340-1350cm-1에서 나오는 피크는 "D 모드"라는 피크로서 SP2 결정 구조에 결함이 있을 때 나타나는 피크로서, 시료의 가장자리 부근이나 시료에 결함이 많은 경우에 주로 관찰된다. 그리고 G 피크 세기에 대한 D 피크 세기비의 비(D/G 세기비)는 그래핀 양자점의 결정의 무질서도에 대한 정보를 준다.Peaks appear at about 1340-1350 cm -1 , about 1580 cm -1 , and about 2700 cm -1 in the Raman analysis spectrum. This peak gives information about the thickness, crystallinity and charge doping state of the graphene quantum dots. The peak appearing at about 1580 cm -1 is a peak called "G mode", which is caused by a vibration mode corresponding to stretching of carbon-carbon bonds, and the energy of "G-mode" is determined by the density of excess charge doped in graphene quantum dots. And the peak appearing at about 2700 cm -1 is a peak called "2D-mode" and is useful when evaluating the thickness of graphene quantum dots. The peak at 1340-1350 cm -1 is a peak called "D mode" and appears when there are defects in the SP 2 crystal structure, and is mainly observed near the edge of the sample or when the sample has many defects. And the ratio of the D peak intensity to the G peak intensity (D/G intensity ratio) gives information about the degree of disorder of the crystal of graphene quantum dots.

그래핀 양자점의 라만 분광 분석에 의하여 구해지는 G 모드 피크에 대한 D 모드 피크의 세기비(ID/IG)는 2 이하이다. 예를 들어 0.001 내지 2.0이다. An intensity ratio (I D /I G ) of the D-mode peak to the G-mode peak obtained by Raman spectroscopic analysis of graphene quantum dots is 2 or less. For example, it is 0.001 to 2.0.

상기 그래핀 양자점의 라만 분광에 의하여 구해지는 G 모드 피크에 대한 2D 모드 피크의 세기비(I2D/IG)가 0.01 이상이다. 예를 들어 0.01 내지 1이고, 구체적으로 0.05 내지 0.5이다. 상술한 G 모드 피크에 대한 D 모드 피크의 세기비 및 G 모드 피크에 대한 2D 모드 피크의 세기비가 상기 범위일 때 그래핀 양자점의 결정성이 높고 결함이 작아 결합에너지가 높아짐으로써 이로부터 형성된 하드마스크의 내에칭성이 우수하다.An intensity ratio (I 2D /I G ) of a 2D mode peak to a G mode peak obtained by Raman spectroscopy of the graphene quantum dots is 0.01 or more. For example, it is 0.01 to 1, specifically 0.05 to 0.5. When the intensity ratio of the D mode peak to the above-mentioned G mode peak and the intensity ratio of the 2D mode peak to the G mode peak are in the above range, the crystallinity of the graphene quantum dots is high and the bonding energy is high because the defects are small, so that the hard mask formed therefrom has excellent etch resistance.

그래핀 양자점은 CuKα를 이용한 X-선 회절 실험을 수행하여 X선 분석을 실시한 결과 (002) 결정면 피크를 갖는 이차원 층상 구조로 구성될 수 있다. 상기 (002) 결정면 피크는 20 내지 27° 범위에서 나타난다.Graphene quantum dots can be composed of a two-dimensional layered structure having a (002) crystal plane peak as a result of X-ray analysis by performing an X-ray diffraction experiment using CuKα. The (002) crystal plane peak appears in the range of 20 to 27°.

상기 그래핀 양자점은 X선 회절 분석에 의하여 구해지는 층간 간격(d-spacing)은 0.3 내지 0.7nm이고, 예를 들어 0.334 내지 0.478nm이다. 상술한 범위를 만족할 때 내에칭성이 우수한 하드마스크 조성물을 얻을 수 있다.The d-spacing of the graphene quantum dots obtained by X-ray diffraction analysis is 0.3 to 0.7 nm, for example, 0.334 to 0.478 nm. When the above range is satisfied, a hard mask composition having excellent etching resistance can be obtained.

일구현예에 따른 그래핀 양자점은 기존의 비정질 탄소막에 대비하여 sp2 탄소의 함량이 sp3에 비해 높고 다수의 산소를 함유하고 있다. sp2 탄소 결합은 방향족 구조체로서 결합에너지가 sp3 탄소 결합의 경우에 비하여 크다. Graphene quantum dots according to an embodiment have a higher content of sp2 carbon than sp3 and contain a large number of oxygens compared to conventional amorphous carbon films. The sp2 carbon bond is an aromatic structure and has higher binding energy than that of the sp3 carbon bond.

sp3 구조는 다이아몬드와 같은 탄소의 정사면체의 3차원적 결합 구조이며, sp2 구조는 흑연의 2차원적 결합 구조로서 탄소 대 수소비(C/H ratio)가 증가하여 건식 에칭에 대한 내성을 확보할 수 있다.The sp3 structure is a three-dimensional bonding structure of a regular tetrahedron of carbon, such as diamond, and the sp2 structure is a two-dimensional bonding structure of graphite, which increases the carbon-to-hydrogen ratio (C/H ratio) to secure resistance to dry etching.

상기 그래핀 양자점의 sp2 탄소 분율이 sp3 탄소 분율에 비하여 1배 이상, 예를 들어 1.0 내지 10이고, 구체적으로 1.88 내지 3.42이다.The sp 2 carbon fraction of the graphene quantum dots is 1 times greater than the sp 3 carbon fraction, for example, 1.0 to 10, and specifically 1.88 to 3.42.

sp2 탄소 원자 결합 구조는 C1s XPS 분석상 30 원자% 이상, 예를 들어 39.7 내지 62.5원자%이다. 이러한 혼합비로 인하여 그래핀 양자점을 구성하는 탄소-탄소 결합 에너지가 커서 결합 절단(breakage)이 어렵게 된다. 따라서 이러한 그래핀 양자점을 함유한 하드마스크 조성물을 이용하면 에칭 공정시 내에칭성 특성이 개선된다. 그리고 인접된 층과 하드마스크간의 결착력이 우수하다. The sp2 carbon atom bonding structure is 30 atomic % or more, for example, 39.7 to 62.5 atomic % by C1s XPS analysis. Due to this mixing ratio, the carbon-carbon bond energy constituting the graphene quantum dots is large, making it difficult to break the bond. Therefore, when the hard mask composition containing such graphene quantum dots is used, etching resistance is improved during an etching process. In addition, the binding force between the adjacent layer and the hard mask is excellent.

기존 비정질 탄소를 이용하여 얻어진 하드마스크는 sp2 위주의 탄소 원자 결합 구조를 주로 포함하고 있어 내에칭성은 우수하나 투명성이 낮아 정렬(alignment)시 문제가 발생하고 증착공정시 파티클(particle)이 많이 생기는 문제가 있어 sp3 탄소 원자 결합 구조를 갖는 다이아몬드 유사 탄소(diamond-like carbon)를 이용한 하드마스크가 개발되었다. 그러나 이 하드마스크도 낮은 내에칭성으로 인하여 공정 적용에 한계성을 나타냈다.A hard mask obtained using existing amorphous carbon mainly contains sp2-oriented carbon atom bonding structure, so it has excellent etching resistance, but has low transparency, causing problems in alignment and generating a lot of particles during the deposition process. A hard mask using diamond-like carbon having a sp3 carbon atom bonding structure has been developed. However, this hard mask also showed limitations in process application due to low etching resistance.

그래파이트는 1.3~1.5의 k값을 가지고, sp2 구조로 이루어진 그래핀은 1.1~1.3의 k값을 가진다. 일구현예에 따른 그래핀 양자점은 특정 파장에서 내에서 k가 1.0이하, 예를 들어 0.1 내지 0.5로 투명성이 양호하다. 따라서 이러한 하드마스크를 이용하면 피식각층의 패턴 형성시 얼라인 마크를 인식하기가 용이하여 보다 정교하고 균일한 패턴을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 매우 우수한 내에칭성을 갖는다. Graphite has a k value of 1.3 to 1.5, and graphene composed of sp2 structure has a k value of 1.1 to 1.3. Graphene quantum dots according to one embodiment have good transparency, with k less than or equal to 1.0, for example, 0.1 to 0.5 within a specific wavelength. Therefore, when such a hard mask is used, it is easy to recognize an alignment mark when forming a pattern of a layer to be etched, so that a more elaborate and uniform pattern can be formed, and it has excellent etching resistance.

일구현예에 따른 하드마스크 조성물을 이용하여 얻어진 하드마스크는 유기물과 첨가제 등이 혼합되어 있어 일반적인 금속 하드마스크에 의하여 제거하기가 용이하여 하드마스크의 패터닝이 쉬워진다.A hard mask obtained using the hard mask composition according to an embodiment is mixed with an organic material and an additive, so that it can be easily removed by a general metal hard mask, and patterning of the hard mask is easy.

상기 하드마스크 조성물에는 방향족 고리 함유 모노머, 방향족 고리 함유 모노머를 포함하는 반복단위를 함유하는 고분자 중에서 선택된 하나의 제1물질, 육방정계 질화붕소 유도체, 금속 칼코게나이드계 물질, 및 그 전구체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 제2물질, 또는 그 혼합물을 더 포함할 수 있다.The hardmask composition may further include a first material selected from an aromatic ring-containing monomer and a polymer containing a repeating unit including an aromatic ring-containing monomer, a hexagonal boron nitride derivative, a metal chalcogenide-based material, and a precursor thereof. At least one second material selected from the group consisting of, or a mixture thereof.

상기 제1물질은 제2물질과 결합되지 않은 상태일 수 있고 또는 제1물질은 화학결합에 의하여 제2물질에 결합될 수 있다. 이와 같이 화학결합으로 연결된 제1물질과 제2물질은 복합체 구조를 갖는다. 상술한 작용기를 갖는 제1물질 및 제2물질은 화학반응을 통하여 제1물질과 제2물질이 화학결합을 통하여 연결될 수 있다.The first material may be in a non-bonded state with the second material, or the first material may be bonded to the second material through a chemical bond. In this way, the first material and the second material connected through chemical bonds have a complex structure. The first material and the second material having the aforementioned functional group may be connected through a chemical bond between the first material and the second material through a chemical reaction.

상기 화학결합은 예를 들어 공유결합일 수 있다. 여기에서 공유결합은 에스테르 기)(-C(=O)O-), 에테르기(-O-), 티오에테르기(-S-), 카르보닐기(-C)=O)-) 및 아미드기(-C(=O)NH-) 중에서 적어도 하나를 포함한다. The chemical bond may be, for example, a covalent bond. Here, the covalent bond includes at least one of an ester group) (-C(=O)O-), an ether group (-O-), a thioether group (-S-), a carbonyl group (-C)=O)-), and an amide group (-C(=O)NH-).

상기 제1물질 및 제2물질은 하이드록시기, 카르복실기, 아미노기, -Si(R1)(R2)(R3)(R1, R2 및 R3는 서로 독립적으로 수소, 하이드록시기, C1-C30 알킬기, C1-C30 알콕시기, C6-C30 아릴기, C6-C30 아릴옥시기, 또는 할로겐 원자임), 티올기(-SH), -Cl, -C(=O)Cl, -SCH3, 할로겐 원자, 이소시아네이트기, 글리시딜옥시기, 알데히드기, 에폭시기, 이미노기, 우레탄기, 에스테르기, 아미드기, 이미드기, 아크릴기, 메타크릴기, -(CH2)nCOOH(n=1 내지 10의 정수임), -CONH2, 감광성 작용기를 갖는 C1-C30의 포화 유기 그룹 및 감광성 작용기를 갖는 C1-C30 불포화 유기 그룹으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함 수 있다. The first material and the second material are a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group, -Si(ROne)(R2)(R3)(ROne,R2 and R3 are each independently hydrogen, a hydroxyl group, a C1-C30 alkyl group, a C1-C30 alkoxy group, a C6-C30 aryl group, a C6-C30 aryloxy group, or a halogen atom), a thiol group (-SH), -Cl, -C(=O)Cl, -SCH3, halogen atom, isocyanate group, glycidyloxy group, aldehyde group, epoxy group, imino group, urethane group, ester group, amide group, imide group, acryl group, methacrylic group, -(CH2)nCOOH (n = an integer from 1 to 10), -CONH2, C1-C30 saturated organic group having a photosensitive functional group and C1-C30 unsaturated organic group having a photosensitive functional group.

상기 방향족 고리 함유 모노머는 예를 들어 하기 화학식 13로 표시되는 모노머일 수 있다.The aromatic ring-containing monomer may be, for example, a monomer represented by Chemical Formula 13 below.

[화학식 13][Formula 13]

상기 화학식 13중, R은 일치환된(mono-substituted) 또는 다치환된(multi-substituted) 치환기로서 수소, 할로겐 원자, 하이드록시기, 이소시아네이트기, 글리시딜옥시기, 카르복실기, 알데히드기, 아미노기, 실록산기, 에폭시기, 이미노기, 우레탄기, 에스테르기, 에폭시기, 아미드기, 이미드기, 아크릴기, 메타크릴기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30의 포화 유기 그룹 및 비치환된 또는 치환된 C1-C30 불포화 유기 그룹으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.In Formula 13, R is a mono-substituted or multi-substituted substituent and is hydrogen, a halogen atom, a hydroxyl group, an isocyanate group, a glycidyloxy group, a carboxyl group, an aldehyde group, an amino group, a siloxane group, an epoxy group, an imino group, a urethane group, an ester group, an epoxy group, an amide group, an imide group, an acryl group, a methacryl group, an unsubstituted or substituted C1-C30 saturated organic group and at least one selected from the group consisting of unsubstituted or substituted C1-C30 unsaturated organic groups.

R은 상술한 그룹 이외에 일반적인 감광성 작용기일 수 있다.R may be a general photosensitive functional group other than the above groups.

상기 C1-C30의 포화 유기 그룹 및 C1-C30 불포화 유기 그룹은 감광성 작용기를 가질 수 있다. 여기에서 감광성 작용기는 예를 들어 에폭시기, 아미드기, 이미드기, 우레탄기, 알데히드기 등을 들 수 있다.The C1-C30 saturated organic group and the C1-C30 unsaturated organic group may have a photosensitive functional group. Here, the photosensitive functional group may include, for example, an epoxy group, an amide group, an imide group, a urethane group, an aldehyde group, and the like.

상기 C1-C30의 포화 유기 그룹 및 C1-C30 불포화 유기 그룹의 예로는 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C30 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C30 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로고리기 등이 있다.Examples of the C1-C30 saturated organic group and C1-C30 unsaturated organic group include a substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2-C30C30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2-C30 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6-C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C6-C30 aryloxy group, a substituted or unsubstituted C6-C30 aryloxy group, A substituted C2-C30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C2-C30 heteroaryloxy group, a substituted or unsubstituted C4-C30 carbocyclic group, a substituted or unsubstituted C4-C30 carbocyclic oxy group, a substituted or unsubstituted C2-C30 heterocyclic group, and the like.

상기 화학식 13에서 R의 결합 위치는 제한되지 않는다. 그리고 R은 편의상 한 개를 나타냈지만 치환 가능한 위치에 모두 치환될 수 있다.In Formula 13, the binding position of R is not limited. And although R is shown as one for convenience, all of them may be substituted at substitutable positions.

상기 방향족 고리 함유 모노머는 예를 들어 하기 화학식 14로 표시되는 모노머일 수 있다.The aromatic ring-containing monomer may be, for example, a monomer represented by Chemical Formula 14 below.

[화학식 14][Formula 14]

A-L-A'A-L-A'

상기 화학식 14 중 A 및 A'은 서로 동일하거나 또는 상이하게 상기 화학식 13으로 표시되는 모노머 중에서 선택된 하나에서 파생된 일가의 유기기(monovalent organic group)이고 In Formula 14, A and A' are identically or differently to each other, a monovalent organic group derived from one selected from monomers represented by Formula 13, and

L은 링커(linker)로서 단일결합을 나타내거나 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C7-C30 아릴렌알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴렌알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬렌옥시기, 치환 또는 비치환된 C7-C30 아릴렌알킬렌옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴렌옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴렌알킬렌옥시기 -C(=O)- 및 -SO2-로 이루어진 군으로부터 선택된다. L represents a single bond as a linker, or a substituted or unsubstituted C1-C30 alkylene group, a substituted or unsubstituted C2-C30 alkenylene group, a substituted or unsubstituted C2-C30 alkynylene group, a substituted or unsubstituted C7-C30 arylene alkylene group, a substituted or unsubstituted C6-C30 arylene group, a substituted or unsubstituted C2-C30 heteroarylene group, a substituted or unsubstituted C2-C30 30 Heteroarylenealkylene group, substituted or unsubstituted C1-C30 alkyleneoxy group, substituted or unsubstituted C7-C30 arylenealkyleneoxy group, substituted or unsubstituted C6-C30 aryleneoxy group, substituted or unsubstituted C2-C30 heteroaryleneoxy group, substituted or unsubstituted C2-C30 heteroarylenealkyleneoxy group -C(=O)- and -SO2It is selected from the group consisting of -.

상기 L의 치환된 C1-C30 알킬렌기, 치환된 C2-C30 알케닐렌기, 치환된 C2-C30 알키닐렌기, 치환된 C7-C30 아릴렌알킬렌기, 치환된 C6-C30 아릴렌기, 치환된 C2-C30 헤테로아릴렌기, 치환된 C2-C30 헤테로아릴렌알킬렌기, 치환된 C1-C30 알킬렌옥시기, 치환된 C7-C30 아릴렌알킬렌옥시기, 치환된 C6-C30 아릴렌옥시기, 치환된 C2-C30 헤테로아릴렌옥시기, 치환된 C2-C30 헤테로아릴렌알킬렌옥시기는 할로겐 원자, 하이드록시기, 이소시아네이트기, 글리시딜옥시기, 카르복실기, 알데히드기, 아미노기, 실록산기, 에폭시기, 이미노기, 우레탄기, 에스테르기, 에폭시기, 아미드기, 이미드기, 아크릴기, 메타크릴기 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.A substituted C1-C30 alkylene group, a substituted C2-C30 alkenylene group, a substituted C2-C30 alkynylene group, a substituted C7-C30 arylenealkylene group, a substituted C6-C30 arylene group, a substituted C2-C30 heteroarylene group, a substituted C2-C30 heteroarylene alkylene group, a substituted C1-C30 alkyleneoxy group, a substituted C7-C30 aryl The enealkyleneoxy group, the substituted C6-C30 aryleneoxy group, the substituted C2-C30 heteroaryleneoxy group, the substituted C2-C30 heteroarylenealkyleneoxy group is selected from a halogen atom, a hydroxyl group, an isocyanate group, a glycidyloxy group, a carboxyl group, an aldehyde group, an amino group, a siloxane group, an epoxy group, an imino group, a urethane group, an ester group, an epoxy group, an amide group, an imide group, an acrylic group, and a methacrylic group. may be substituted with one or more substituents.

상술한 치환기 이외에 감광성 작용기로도 치환 가능하다.In addition to the above substituents, it may be substituted with photosensitive functional groups.

제1물질은 하기 화학식 15으로 표시되는 화합물 및 화학식 16로 표시되는 화합물으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.The first material is at least one selected from the group consisting of a compound represented by Formula 15 and a compound represented by Formula 16 below.

[화학식 15][Formula 15]

화학식 15중, R은 상기 화학식 13에서 정의된 바와 같다. In Formula 15, R is as defined in Formula 13 above.

[화학식 16] [Formula 16]

화학식 16중, R은 상기 화학식 13에서 정의된 바와 같고, L은 상기 화학식 14에서 정의된 바와 같다. In Formula 16, R is as defined in Formula 13 above, and L is as defined in Formula 14 above.

상기 화학식 15 및 16에서 R의 결합 위치는 제한되지 않는다. 그리고 R은 편의상 한 개를 나타냈지만 치환 가능한 위치에 모두 치환될 수 있다.In Formulas 15 and 16, the binding position of R is not limited. And although R is shown as one for convenience, it may be substituted at all substitutable positions.

방향족 고리 함유 모노머를 포함하는 반복단위를 함유하는 고분자의 중량평균분자량은 300 내지 30,000이다. 이러한 중량평균분자량을 갖는 고분자를 이용하면 박막 형성이 용이하고 투명한 하드마스크를 형성할 수 있다.The weight average molecular weight of the polymer containing the repeating unit including the aromatic ring-containing monomer is 300 to 30,000. If a polymer having such a weight average molecular weight is used, thin film formation is easy and a transparent hard mask can be formed.

상기 제1물질은 예를 들어 하기 화학식 17로 표시되는 화합물이다.The first material is, for example, a compound represented by Chemical Formula 17 below.

[화학식 17][Formula 17]

상기 화학식 17에서, A는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기이고,In Formula 17, A is a substituted or unsubstituted C6 to C30 arylene group,

L은 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기이고, n은 1 내지 5이다.L is a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkylene group, and n is 1 to 5.

상기 아릴렌기는 하기 그룹 1에 나열된 그룹 중에서 선택된 하나이다.The arylene group is one selected from the groups listed in Group 1 below.

[그룹 1][Group 1]

상기 화학식 17의 화합물은 예를 들어 화학식 17a 내지 17c로 표시되는 화합물중에서 선택된 하나일 수 있다.The compound represented by Chemical Formula 17 may be, for example, one selected from compounds represented by Chemical Formulas 17a to 17c.

[화학식 17a][Formula 17a]

[화학식 17b][Formula 17b]

[화학식 17c][Formula 17c]

상기 화학식 17a, 17b 또는 17c에서,L1 내지 L4는 각각 독립적으로 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기이다.In Formula 17a, 17b or 17c, L 1 to L 4 are each independently a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkylene group.

제1물질은 하기 화학식 17d 내지 17f로 표시되는 화합물 중에서 선택된다.The first material is selected from compounds represented by the following Chemical Formulas 17d to 17f.

[화학식 17d] [화학식 17e][Formula 17d] [Formula 17e]

[화학식 17f][Formula 17f]

제1물질은 하기 화학식 18로 표시되는 화합물일 수 있다.The first material may be a compound represented by Formula 18 below.

[화학식 18][Formula 18]

제1물질은 하기 화학식 19로 표시되는 공중합체일 수 있다.The first material may be a copolymer represented by Chemical Formula 19 below.

[화학식 19][Formula 19]

상기 화학식 19중, R1은 C1~C4의 치환 또는 비치환된 알킬렌이고; R2, R3, R7 및 R8은 서로 독립적으로 수소, 하이드록시, C1~C10의 직쇄, 분지쇄 또는 사이클릭 알킬, C1-C10 알콕시 또는 C6~C30의 아릴; R4, R5 및 R6는 서로 독립적으로 수소, 하이드록시, C1~C4의 알킬 에테르, 또는 페닐디알킬렌 에테르; R9은 알킬렌, 페닐디알킬렌, 하이드록시페닐알킬렌 또는 이들의 혼합물; x,y는 A부분 내의 두 반복단위의 비율로서 0이상 1이하이며 x+y=1임; n은 1 내지 200의 정수이고 m은 1 내지 200의 정수이다.In Formula 19, R 1 is C1-C4 substituted or unsubstituted alkylene; R 2 , R 3 , R 7 and R 8 are each independently hydrogen, hydroxy, C1-C10 straight-chain, branched-chain or cyclic alkyl, C 1 -C 10 alkoxy or C6-C30 aryl; R 4 , R 5 and R 6 are each independently hydrogen, hydroxy, C1-C4 alkyl ether, or phenyldialkylene ether; R 9 is alkylene, phenyldialkylene, hydroxyphenylalkylene or a mixture thereof; x,y is the ratio of the two repeating units in part A, and is greater than or equal to 0 and less than or equal to 1, and x+y=1; n is an integer from 1 to 200 and m is an integer from 1 to 200.

제2물질은 하기 화학식 19a, 화학식 19b 또는 화학식 19c로 표시되는 고분자이다.The second material is a polymer represented by Formula 19a, Formula 19b or Formula 19c.

[화학식 19a][Formula 19a]

화학식 19a중, x는 0.2이고, y는 0.8이다.In Formula 19a, x is 0.2 and y is 0.8.

[화학식 19b][Formula 19b]

화학식 19b중, x는 0.2이고, y는 0.8이고, n=90, m=10이었다.In Formula 19b, x is 0.2, y is 0.8, n = 90 and m = 10.

[화학식 19c][Formula 19c]

화학식 19c중, x는 0.2이고, y는 0.8이고, n=90, m=10이다.In Formula 19c, x is 0.2, y is 0.8, n = 90, m = 10.

상기 제1물질은 하기 화학식 20 또는 화학식 21로 표시되는 공중합체일 수 있다.The first material may be a copolymer represented by Formula 20 or Formula 21 below.

[화학식 20][Formula 20]

[화학식 21][Formula 21]

상기 화학식 20-21중, m, n은 각각 1 내지 190의 정수이고, R1 은 수소(-H), 히드록시기(-OH), C1-10의 알킬기, C6-10의 아릴기, 알릴기 및 할로겐 원자중 어느 하나이며, R2는 하기 화학식 22로 표시되는 그룹, 페닐, 크리센, 피렌, 플루오르안트렌, 안트론, 벤조페논, 티오크산톤, 안트라센 및 이들의 유도체 중 어느 하나이고, R3는 컨쥬케이트된 다이엔(conjugated diene)이며, R4는 불포화된 다이에노필(unsaturated dienophile)이다.In Formula 20-21, m and n are each an integer of 1 to 190, R 1 is hydrogen (-H), a hydroxyl group (-OH), a C1-10 alkyl group, a C6-10 aryl group, an allyl group, and a halogen atom, and R 2 is a group represented by the following Formula 22, phenyl, chrysene, pyrene, fluoranthrene, anthrone, benzophenone, thioxanthone, Any one of anthracene and derivatives thereof, R 3 is a conjugated diene, and R 4 is an unsaturated dienophile.

[화학식 22][Formula 22]

상기 화학식 20 및 21에서 R3은 예를 들어 1,3-부타다이에닐(1,3-butadienyl), 또는 1,6-시클로펜타다이에닐메틸(1,6-cyclopentadienylmethyl)이고, R4는 예를 들어 비닐(vinyl) 또는 시클로펜테닐메틸(cyclopentenylmethyl)이다.In Formulas 20 and 21, R 3 is, for example, 1,3-butadienyl or 1,6-cyclopentadienylmethyl, and R 4 is, for example, vinyl or cyclopentenylmethyl.

상기 공중합체는 하기 화학식 23 내지 26으로 표시되는 고분자중에서 선택된 하나일 수 있다.The copolymer may be one selected from polymers represented by Formulas 23 to 26 below.

[화학식 23][Formula 23]

상기 화학식 23중, m+n=21, Mw=10,000, 다분산도(polydispersity)는 2.1이다.In Formula 23, m+n=21, Mw=10,000, and polydispersity is 2.1.

[화학식 24][Formula 24]

상기 화학식 24중, 중량평균분자량은 약 11,000이고 다분산도는 2.1이고, m+n=21이다.In Formula 24, the weight average molecular weight is about 11,000, the polydispersity is 2.1, and m+n=21.

[화학식 25][Formula 25]

상기 화학식 25중, 중량평균분자량은 약 10000이고 다분산도는 1.9이고 l+m+n =21, n+m:l = 2:1이었다.In Formula 25, the weight average molecular weight was about 10000, the polydispersity was 1.9, l+m+n = 21, and n+m:l = 2:1.

[화학식 26][Formula 26]

상기 화학식 26중, Mw은 약 10,000, 다분산도는 약 2.0, n은 약 20이다.In Formula 26, Mw is about 10,000, polydispersity is about 2.0, and n is about 20.

일구현예에 따른 하드마스크 조성물에서 하드마스크 형성재료인 화학식 1로 표시되는 복합체 및/또는 이차원 탄소나노구조체는 SiO2, SiN와 같은 재료층을 식각하기 위해 사용되는 에칭 가스인 CxFy 가스에 대한 반응성이 매우 낮아 내 에칭성을 높일 수 있다. 그리고 SiO2 및 SiNx에 대한 반응성이 낮은 에칭가스인 SF6 혹은 XeF6를 사용하는 경우에는 에칭성이 좋아 에싱(ashing)이 용이하다. 또한 상기 하드마스크 형성재료는 밴드갭을 가진 재료로 투명성을 보유하고 있어 추가의 얼라인(align) 마스크 필요 없이 공정 진행이 가능한 용이성을 가지고 있다. In the hard mask composition according to the embodiment, the composite and/or the two-dimensional carbon nanostructure represented by Chemical Formula 1, which is a material for forming the hard mask, has a very low reactivity to CxFy gas, which is an etching gas used to etch material layers such as SiO 2 and SiN, and can improve etching resistance. In addition, when SF 6 or XeF 6 , an etching gas having low reactivity to SiO 2 and SiNx, is used, ashing is easy due to good etching properties. In addition, the hard mask forming material is a material having a band gap and has transparency, so that the process can be easily performed without the need for an additional align mask.

육방정계 질화붕소 유도체는 육방정계 질화붕소(h-BN) 또는 육방정계 탄질화붕소(h-BxCyNz)(여기서 x, y 및 z의 합은 3이다)로 육각 고리 형태에 B와 N이 규칙적으로 형성되어 있거나 육각 고리 형태를 유지한 상태에서 B와 N 원자의 일부가 탄소로 치환된 형태이다. Hexagonal boron nitride derivatives are hexagonal boron nitride (h-BN) or hexagonal boron carbonitride (h-BxCyNz) (where the sum of x, y, and z is 3) in which B and N are regularly formed in a hexagonal ring form, or some of the B and N atoms are substituted with carbon while maintaining the hexagonal ring form.

금속 칼코게나이드계 물질은 최소한 하나의 16족(칼코겐) 원소와 하나 이상의 양전성(electropositive element: 전기적 양성원소) 원소로 구성된 화합물로서 예를 들어 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 구리(Cu), 갈륨(Ga), 인듐(In), 주석(Sn), 게르마늄(Ge), 납(Pb) 중 하나의 금속 원소와 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te) 중 하나의 칼코겐 원소를 함유한다.A metal chalcogenide-based material is a compound composed of at least one Group 16 (chalcogen) element and one or more positive (electropositive element) elements. ), copper (Cu), gallium (Ga), indium (In), tin (Sn), germanium (Ge), and lead (Pb), and sulfur (S), selenium (Se), and tellurium (Te).

상기 금속 칼코게나이드계 물질은 황화몰리브덴(MoS2), 셀레늄화몰리브덴(MoSe2), 텔루륨화몰리브덴(MoTe2), 황화텅스텐(WS2), 셀레늄화텅스텐(WSe2), 텔루륨화텅스텐(WTe2) 중에서 선택된 하나이다. 예를 들어 칼코게나이트계 물질은 황화몰리브덴(MoS2)이다.The metal chalcogenide-based material is molybdenum sulfide (MoS2), molybdenum selenide (MoSe 2 ), molybdenum telluride (MoTe 2 ), tungsten sulfide (WS 2 ), tungsten selenide (WSe 2 ), and tungsten telluride (WTe 2 ). For example, a chalcogenite-based material is molybdenum sulfide (MoS 2 ).

상술한 육방정계 질화붕소는 평면 육방정계 결정 구조에 교대로 위치한 붕소 원자와 질소 원자로 이루어진다. 육방정계 질화붕소의 층간 구조는 인접하여 있는 붕소 원자와 질소 원자가 두 원자의 극성으로 인하여 서로 중첩되는 구조 즉 AB 스택킹이다. 여기에서 육방정계 질화붕소는 나노수준의 얇은 시트가 겹겹히 쌓여 있는 층상 구조를 가질 수 있고 상기 층상 구조를 분리 또는 박리하여 단층 또는 수층의 육방정계 질화붕소 시트를 포함한다. The aforementioned hexagonal boron nitride is composed of boron atoms and nitrogen atoms alternately located in a planar hexagonal crystal structure. The interlayer structure of hexagonal boron nitride is a structure in which adjacent boron atoms and nitrogen atoms overlap each other due to the polarity of the two atoms, that is, AB stacking. Here, the hexagonal boron nitride may have a layered structure in which nano-level thin sheets are stacked on top of each other, and the layered structure is separated or peeled to include a single layer or several layers of hexagonal boron nitride sheets.

일구현예에 따른 육방정계 질화붕소 유도체는 라만 분광 스펙트럼에서 약 1360cm-1에서 피크를 나타난다. 이러한 피크 위치는 육방정계 질화붕소의 층의 개수에 대한 정보를 준다. 육방정계 질화붕소는 AFM, 라만 분광분석 및 TEM 분석 등을 통하여 단층 또는 다층의 육방정계 질화붕소가 나노시트 구조를 갖는다는 것을 알 수 있었다.The hexagonal boron nitride derivative according to one embodiment shows a peak at about 1360 cm -1 in a Raman spectroscopic spectrum. These peak positions give information about the number of layers of hexagonal boron nitride. Hexagonal boron nitride was found to have a nanosheet structure of single-layer or multi-layer hexagonal boron nitride through AFM, Raman spectroscopy, and TEM analysis.

육방정계 질화붕소 유도체는 CuKα를 이용한 X-선 회절 실험을 수행하여, X선 분석을 실시한 결과 (002) 결정면 피크를 갖는 이차원 층상 구조로 구성될 수 있다. 상기 (002) 결정면 피크는 20 내지 27° 범위에서 나타난다.Hexagonal boron nitride derivatives can be composed of a two-dimensional layered structure having a (002) crystal plane peak as a result of X-ray diffraction experiments using CuKα and X-ray analysis. The (002) crystal plane peak appears in the range of 20 to 27°.

상기 육방정계 질화붕소 유도체는 X선 회절 분석에 의하여 구해지는 층간 간격(d-spacing)은 0.3 내지 0.7nm이고, 예를 들어 0.334 내지 0.478nm이다. 그리고 X선 회절 분석에 의하여 구해지는 결정의 평균 입경은 1nm 이상, 예를 들어 23.7 내지 43.9Å이다. 상술한 범위를 만족할 때 내에칭성이 우수한 하드마스크 조성물을 얻을 수 있다.The hexagonal boron nitride derivative has an interlayer spacing (d-spacing) obtained by X-ray diffraction analysis of 0.3 to 0.7 nm, for example, 0.334 to 0.478 nm. And the average grain diameter of the crystals obtained by X-ray diffraction analysis is 1 nm or more, for example, 23.7 to 43.9 Å. When the above range is satisfied, a hard mask composition having excellent etching resistance can be obtained.

상기 육방정계 질화붕소 유도체는 단층 또는 다층 이차원 질화붕소가 적층되어 이루어진다.The hexagonal boron nitride derivative is formed by stacking single-layer or multi-layer two-dimensional boron nitride.

이하, 일구현예에 따른 하드마스크 조성물을 이용하여 하드마스크를 제조하는 방법과 이를 이용하여 패턴을 형성하는 방법을 살펴보면 다음과 같다. Hereinafter, a method of manufacturing a hard mask using the hard mask composition according to an embodiment and a method of forming a pattern using the same will be described.

일구현예에 따른 하드마스크 조성물은 화학식 1로 표시되는 복합체 및 용매를 포함할 수 있다. 다른 일구현예에 따른 하드마스크 조성물은 화학식 1로 표시되는 복합체, 이차원 탄소 나노구조체, 영차원 탄소 나노구조체, 그 전구체 및 그 유도체 중에서 선택된 하나 이상 및 용매를 함유할 수 있다. A hard mask composition according to an embodiment may include a complex represented by Chemical Formula 1 and a solvent. A hardmask composition according to another embodiment may contain at least one selected from the composite represented by Chemical Formula 1, a two-dimensional carbon nanostructure, a zero-dimensional carbon nanostructure, a precursor thereof, and a derivative thereof, and a solvent.

상기 하드마스크 조성물에는 방향족 고리 함유 모노머, 방향족 고리 함유 모노머를 포함하는 반복단위를 함유하는 고분자 중에서 선택된 하나의 제1물질; 육방정계 질화붕소 유도체, 금속 칼코게나이드계 물질, 및 그 전구체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 제2물질; 또는 그 혼합물을 더 부가할 수 있다.The hard mask composition may include a first material selected from an aromatic ring-containing monomer and a polymer containing a repeating unit including an aromatic ring-containing monomer; at least one second material selected from the group consisting of hexagonal boron nitride derivatives, metal chalcogenide-based materials, and precursors thereof; Alternatively, a mixture thereof may be further added.

기판상에 피식각막을 형성하고 나서 상술한 하드마스크 조성물을 피식각막 상부에 코팅 및 건조하여 하드마스크를 형성한다. After forming a film to be etched on the substrate, the above-described hard mask composition is coated on the film to be etched and dried to form a hard mask.

상기 과정에 따라 제조된 하드마스크의 두께는 10nm 내지 10,000nm이다. 그리고 이러한 하드마스크는 상술한 하드마스크 조성물의 코팅 및 열처리하여 얻은 생성물을 포함한다.The thickness of the hard mask prepared according to the above process is 10 nm to 10,000 nm. In addition, such a hard mask includes a product obtained by coating and heat-treating the hard mask composition described above.

일구현예에 따른 하드마스크는 i)상기 화학식 1로 표시되는 복합체를 함유하거나, ii) 상기 화학식 1의 복합체와 이차원 탄소나노구조체, 영차원 탄소나노구조체 및 그 유도체 중에서 선택된 하나 이상을 함유할 수 있다.The hard mask according to an embodiment may contain i) the composite represented by Chemical Formula 1, or ii) the composite represented by Chemical Formula 1 and at least one selected from a two-dimensional carbon nanostructure, a zero-dimensional carbon nanostructure, and derivatives thereof.

일구현예에 따른 하드마스크는 i)상기 화학식 1의 복합체와, ii)방향족 고리 함유 모노머, 방향족 고리 함유 모노머를 포함하는 반복단위를 함유하는 고분자 중에서 선택된 하나 이상의 제1물질; 육방정계 질화붕소 유도체, 금속 칼코게나이드계 물질, 및 그 전구체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 제2물질; 또는 그 혼합물을 함유할 수 있다.A hard mask according to an embodiment includes at least one first material selected from i) the complex of Chemical Formula 1, ii) an aromatic ring-containing monomer, and a polymer containing a repeating unit including an aromatic ring-containing monomer; at least one second material selected from the group consisting of hexagonal boron nitride derivatives, metal chalcogenide-based materials, and precursors thereof; or mixtures thereof.

일구현예에 따른 하드마스크는 i)상기 화학식 1의 복합체와, ii)이차원 탄소나노구조체, 영차원 탄소나노구조체 및 그 유도체 중에서 선택된 하나 이상과, iii) 방향족 고리 함유 모노머, 방향족 고리 함유 모노머를 포함하는 반복단위를 함유하는 고분자 중에서 선택된 하나 이상의 제1물질; 육방정계 질화붕소 유도체, 금속 칼코게나이드계 물질, 및 그 전구체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 제2물질; 또는 그 혼합물을 함유할 수 있다.The hard mask according to an embodiment includes i) the composite of Chemical Formula 1, ii) at least one selected from two-dimensional carbon nanostructures, zero-dimensional carbon nanostructures, and derivatives thereof, and iii) an aromatic ring-containing monomer and an aromatic ring-containing monomer. At least one first material selected from a polymer containing a repeating unit including a monomer; at least one second material selected from the group consisting of hexagonal boron nitride derivatives, metal chalcogenide-based materials, and precursors thereof; or mixtures thereof.

상기 하드마스크 조성물을 피식각막 상부에 코팅하는 과정 중 또는 코팅 후에 열처리를 선택적으로 실시할 수 있다. 이러한 열처리는 생략하는 것도 가능하다. 이러한 열처리 단계는 피식각막의 재료 등에 따라 달라질 수 있고 예를 들어 1000℃ 이하, 예를 들어 50 내지 1000 ℃ 범위, 예를 들어 300 내지 1,000℃이다.Heat treatment may be selectively performed during or after coating the hard mask composition on the upper surface of the etchant film. It is also possible to omit this heat treatment. This heat treatment step may vary depending on the material of the film to be etched, and is, for example, 1000°C or less, for example, in the range of 50 to 1000°C, for example, 300 to 1,000°C.

상기 열처리는 불활성 가스 분위기 및 진공에서 실시된다.The heat treatment is performed in an inert gas atmosphere and vacuum.

열처리 과정의 열원으로서는 유도가열 (induction heating), 복사열, 레이져, 적외선, 마이크로웨이브, 플라즈마, 자외선, 표면 플라즈몬 가열(Surface plasmon heating) 등을 사용할 수 있다.As a heat source for the heat treatment process, induction heating, radiant heat, laser, infrared rays, microwaves, plasma, ultraviolet rays, surface plasmon heating, and the like can be used.

상기 불활성 분위기는 질소가스 및/또는 아르곤 가스 등을 혼합하여 사용할 수 있다.The inert atmosphere may be used by mixing nitrogen gas and/or argon gas.

상기 열처리 단계를 거쳐 용매를 제거하고 그래핀의 c축 정령 과정이 진행될 수 있다. After the heat treatment step, the solvent is removed, and the c-axis purifying process of graphene may proceed.

이어서 열처리를 거치지 않거나 또는 열처리를 거쳐 용매가 제거된 결과물을 400℃ 이하, 예를 들어 100 내지 400 ℃에서 베이킹하는 과정을 거칠 수 있다. 이러한 베이킹 과정을 거친 후 800℃ 이하, 예를 들어 400 내지 800℃에서 열처리하는 단계를 더 거칠 수 있다. Subsequently, a process of baking the product from which the solvent is removed without heat treatment or through heat treatment may be performed at 400° C. or less, for example, 100 to 400° C. After this baking process, a step of heat treatment at 800° C. or less, for example, 400 to 800° C. may be further performed.

상기 열처리 단계에서 열적 환원 공정이 진행될 수 있다. 다른 일구현예에 의하면 상술한 베이킹 과정을 거치지 않고 열처리 단계만을 수행하는 것도 가능하다. 열처리 및 베이킹 온도가 상기 범위일 때 내에칭성이 우수한 하드마스크를 제조할 수 있다.A thermal reduction process may be performed in the heat treatment step. According to another embodiment, it is also possible to perform only the heat treatment step without going through the above-described baking process. When the heat treatment and baking temperatures are within the above ranges, a hard mask having excellent etching resistance may be manufactured.

상기 열처리 및 베이킹하는 단계에서 승온속도는 1 내지 10℃/min이다. 이러한 승온속도 범위일 때 급격한 온도 변화로 인하여 증착된 막이 손상될 염려 없이 공정 효율이 우수하다.The heating rate in the heat treatment and baking step is 1 to 10 ℃ / min. In this temperature increase rate range, process efficiency is excellent without fear of damaging the deposited film due to rapid temperature change.

상기 하드마스크의 두께는 예를 들어 10nm 내지 10,000nm이다. The thickness of the hard mask is, for example, 10 nm to 10,000 nm.

본 명세서에서 하드마스크 조성물이 이차원 탄소나노구조체인 그래핀 양자점을 함유하는 경우 그래핀 양자점은 후술하는 방법에 따라 제조할 수 있다. 첫번째 제조방법에 의하면, 그래파이트에 층간 삽입물을 삽입(intercalation)하여 그래파이트 삽입 화합물(graphite intercalation compound: GIC)을 얻고 이로부터 그래핀 양자점을 얻을 수 있다.In the present specification, when the hard mask composition contains graphene quantum dots, which are two-dimensional carbon nanostructures, the graphene quantum dots may be prepared according to a method described later. According to the first manufacturing method, a graphite intercalation compound (GIC) is obtained by intercalating intercalation into graphite, and graphene quantum dots can be obtained therefrom.

상기 층간 삽입물은 예를 들어 타르타르산 나트륨칼륨 (Potassium sodium tartrate)을 사용한다 층간 삽입물로서 타르타르산 나트륨칼륨을 사용하면 용매열 반응에서 추가적인 계면활성제 또는 용매 없이 그래파이트에 삽입되어 그래파이트 삽입 화합물을 얻고 결과물의 입자 크기를 선별하는 과정을 거쳐 목적하는 그래핀 양자점을 얻을 수 있다. 타르타르산 나트륨칼륨은 층간 삽입물 및 용매의 역할을 동시에 수행할 수 있다.For example, sodium potassium tartrate is used as the intercalation material. When potassium sodium tartrate is used as the intercalation material, it is inserted into graphite without an additional surfactant or solvent in a solvothermal reaction to obtain a graphite intercalation compound, and through a process of selecting the particle size of the resultant, desired graphene quantum dots can be obtained. Potassium sodium tartrate can simultaneously serve as an intercalator and solvent.

상기 용매열 반응은 예를 들어 오토클래브에서 진행될 수 있다. 용매열 반응은 예를 들어 25 내지 400℃, 구체적으로 약 250℃에서 실시한다.The solvothermal reaction may proceed, for example, in an autoclave. The solvothermal reaction is carried out at, for example, 25 to 400°C, specifically about 250°C.

출발물질로 사용하는 그래파이트로는 천연 그래파이트(natural graphite), 키쉬 그래파이트(kish graphite), 인조 그래파이트(synthetic graphite), 팽창 그래파이트(expandable graphite 또는 expanded graphite), 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.두번째 제조방법에 따르면, 그래파이트를 산 처리하여 얻을 수 있다. 예를 들어 그래파이트에 산 및 산화제를 첨가하고 가열하여 반응시키고 이를 실온(25℃)으로 냉각시켜 그래핀 양자점 전구체 함유 혼합물을 얻는다. 이 전구체 함유 혼합물에 산화제를 첨가하여 산화하는 과정을 거친 후 이를 워크업하는 과정을 거쳐 목적하는 그래핀 양자점을 얻을 수 있다.As the graphite used as a starting material, natural graphite, kish graphite, synthetic graphite, expandable graphite or expanded graphite, or a mixture thereof may be used. According to the second manufacturing method, graphite may be obtained by acid treatment. For example, an acid and an oxidizing agent are added to graphite, reacted by heating, and cooled to room temperature (25° C.) to obtain a graphene quantum dot precursor-containing mixture. A desired graphene quantum dot can be obtained by adding an oxidizing agent to the precursor-containing mixture to oxidize it, and then working it up.

상기 산으로는 예를 들어 황산, 질산, 아세트산, 인산, 불산, 과염소산, 트리플루오로아세트산, 염산, m-클로로벤조산 및 그 혼합물을 이용할 수 있다. 그리고 상기 산화제는 예를 들어 과망간산칼륨, 과염소산칼륨, 과황산암모늄, 및 그 혼합물을 이용할 수 있다. 상기 산 및 산화제의 예는 상술한 바와 같다. 산화제의 함량은 예를 들어 그래파이트 100 중량부에 대하여 0.00001 내지 30중량부이다.Examples of the acid include sulfuric acid, nitric acid, acetic acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid, perchloric acid, trifluoroacetic acid, hydrochloric acid, m-chlorobenzoic acid, and mixtures thereof. And as the oxidizing agent, for example, potassium permanganate, potassium perchlorate, ammonium persulfate, and mixtures thereof may be used. Examples of the acid and oxidizing agent are as described above. The content of the oxidizing agent is, for example, 0.00001 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of graphite.

상술한 그래파이트에 산 및 산화제를 첨가하고 가열하는 반응은 예를 들어 마이크로파를 이용하여 실시할 수 있다. 마이크로파는 50 내지 1500W의 출력, 2.45 내지 60 GHz의 진동수를 갖는다. 상기 마이크로파를 인가하는 시간은 마이크로파의 진동수에 따라 달라지지만 예를 들어 10 내지 30분동안 마이크로파를 인가한다.The above-described reaction of adding an acid and an oxidizing agent to the graphite and heating the graphite may be performed, for example, using microwaves. Microwaves have a power of 50 to 1500 W and a frequency of 2.45 to 60 GHz. The time for applying the microwave varies depending on the frequency of the microwave, but for example, the microwave is applied for 10 to 30 minutes.

상기 워크업 과정은 산화과정을 거친 반응 결과물을 상온으로 조절한 다음, 여기에 탈이온수를 부가하여 반응 혼합물을 희석하고 여기에 염기를 부가하여 중화 반응을 실시하는 과정을 포함한다. 또한 워크업 과정은 상기 중화 반응을 실시한 결과물로부터 입자 선별 과정을 거쳐 목적하는 그래핀 양자점을 얻을 수 있다. The work-up process includes adjusting the reaction product that has undergone the oxidation process to room temperature, adding deionized water thereto to dilute the reaction mixture, and adding a base thereto to carry out a neutralization reaction. In addition, in the work-up process, desired graphene quantum dots can be obtained through a particle selection process from the result of the neutralization reaction.

이하, 관능기가 결합된 그래핀 양자점을 제조하는 방법을로살펴보기로 한다. 하이드록시가 결합된 그래핀 양자점은 용매에 대한 용해도 특성이 우수하여 그 응용범위가 넓다.Hereinafter, a method for preparing functional group-bonded graphene quantum dots will be described. Hydroxy-bonded graphene quantum dots have a wide range of applications because of their excellent solubility in solvents.

일구현예에 따른 하이드록시가 결합된 그래핀 양자점의 제조방법은 다음과 같다.A method of manufacturing a hydroxyl-bonded graphene quantum dot according to an embodiment is as follows.

다환 방향족 탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbon)을 알칼리 수용액 조건하에서 수열 융해(hydrothermal fusion) 반응을 실시하면 단결정을 갖는 그래핀 양자점을 얻을 수 있다. 상기 알칼리 수용액 조건하에서의 수열융해 반응은 90 내지 200℃ 범위에서 실시한다. 이러한 수열융해 반응에서 OH-와 같은 알칼리종(alkaline species)이 존재하면 수소의 제거, 축합(condensation) 또는 흑연화(graphitization) 및 에지 관능화(edge functionalization)이 일어난다. 상기 다환 방향족 탄화수소로는 피렌, 1-니트로피렌 등을 들 수 있다.Graphene quantum dots having a single crystal can be obtained by performing a hydrothermal fusion reaction of a polycyclic aromatic hydrocarbon under an aqueous alkaline solution condition. The hydrothermal melting reaction under the aqueous alkali solution condition is carried out in the range of 90 to 200 ° C. In this hydrothermal melting reaction, when an alkaline species such as OH is present, hydrogen removal, condensation or graphitization, and edge functionalization occur. Examples of the polycyclic aromatic hydrocarbon include pyrene and 1-nitropyrene.

상술한 수열융해 반응시에는 NH3, NH2NH2와 같은 아민계 물질이 부가될 수 있다. 이러한 물질을 부가하면 수용성 OH- 및 아민 관능화된 그래핀 양자점을 얻을 수 있다.During the hydrothermal melting reaction described above, an amine-based material such as NH 3 and NH 2 NH 2 may be added. The addition of these materials gives water-soluble OH- and amine-functionalized graphene quantum dots.

상술한 수열융해반응을 실시하기 이전에 다환 방향족 탄화수소의 니트화 반응(nitration reaction)을 실시한다. 이러한 니트로화 반응은 핫 질산(hot HNO3)을 이용하여 실시할 수 있다. Before carrying out the hydrothermal melting reaction described above, a nitration reaction of polycyclic aromatic hydrocarbons is performed. This nitration reaction can be carried out using hot nitric acid (hot HNO3).

도 2a 내지 도 2e를 참조하여, 일구현예에 따른 하드마스크 조성물을 이용한 패턴의 형성방법을 설명하기로 한다. A method of forming a pattern using a hard mask composition according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 2A to 2E .

도 2a을 참조하여, 기판(10)상에 피식각막(11)을 형성한다. 상기 피식각막(11) 상부에 일구현예에 따른 하드마스크 조성물을 공급하여 하드마스크(12)를 형성한다. Referring to FIG. 2A , a film to be etched 11 is formed on the substrate 10 . A hard mask 12 is formed by supplying the hard mask composition according to an embodiment to the upper portion of the film to be etched 11 .

하드마스크 조성물을 공급하는 과정은 하드마스크 조성물을 스핀 코팅, 에어스프레이, 전기분무(electrospary), 딥 코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spary coating), 닥터블래이드법, 바코팅(bar coating) 중에서 선택된 하나에 따라 실시된다. 하드마스크 제조시 상술한 방법에 따라 제조가능하므로 화학기상증착과 같은 방법을 이용하는 경우에 비하여 하드마스크 제조비용이 감소되고 제조공정 자체가 간소화되고 제조공정 시간이 줄어들게 된다. The process of supplying the hard mask composition is carried out according to one selected from spin coating, air spray, electrospray, dip coating, spray coating, doctor blade method, and bar coating. Since the hard mask can be manufactured according to the above-described method, the manufacturing cost of the hard mask is reduced, the manufacturing process itself is simplified, and the manufacturing process time is reduced compared to the case of using a method such as chemical vapor deposition.

일구현예에 의하면, 상기 하드마스크 조성물을 공급하는 단계는 스핀-온 코팅(spin-on coating) 방법으로 도포될 수 있다. 이 때 하드마스크 조성물의 도포 두께는 한정되지는 않지만 예를 들어 10 내지 10,000nm의 두께, 구체적으로 10 내지 1,000nm의 두께로 도포될 수 있다.According to one embodiment, the step of supplying the hard mask composition may be applied by a spin-on coating method. At this time, the coating thickness of the hard mask composition is not limited, but may be, for example, 10 to 10,000 nm thick, specifically 10 to 1,000 nm thick.

상기 기판으로는 특별하게 제한되지 않으며, 예를 들어 Si 기판, 글래스 기판, GaN 기판, 실리카 기판, 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 탄탈륨(Ta), 티탄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄(U), 바나듐(V) 및 지르코늄(Zr) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 기판, 고분자 기판 중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. The substrate is not particularly limited, and for example, Si substrate, glass substrate, GaN substrate, silica substrate, nickel (Ni), cobalt (Co), iron (Fe), platinum (Pt), palladium (Pd), gold (Au), aluminum (Al), chromium (Cr), copper (Cu), manganese (Mn), molybdenum (Mo), rhodium (Rh), iridium (Ir), tantalum (Ta), titanium (Ti) ), a substrate containing at least one selected from tungsten (W), uranium (U), vanadium (V), and zirconium (Zr), and at least one selected from polymer substrates may be used.

상기 하드마스크(12) 상부에 포토레지스트막(13)을 형성한다.A photoresist layer 13 is formed on the hard mask 12 .

도 2b에 나타난 바와 같이 상기 포토레지스트막(13)을 통상의 방법으로 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴(13a)을 형성한다. As shown in FIG. 2B, a photoresist pattern 13a is formed by exposing and developing the photoresist layer 13 in a conventional manner.

포토레지스트막을 노광하는 단계는 예를 들어 ArF, KrF 또는 EUV 등을 사용하여 수행할 수 있다. 그리고 노광후 약 200 내지 500℃에서 열처리 공정을 수행할 수 있다. Exposing the photoresist layer may be performed using, for example, ArF, KrF, or EUV. After exposure, a heat treatment process may be performed at about 200 to 500°C.

상기 현상시 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(TMAH) 수용액 등과 같은 현상액을 이용할 수 있다.During the development, a developing solution such as an aqueous solution of tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH) may be used.

그 후 포토레지스트 패턴(13a)을 에칭 마스크로 하여 하드마스크(12)를 에칭하여 상기 피식각막(11) 상부에 하드마스크 패턴(12a)을 형성한다(도 2c). Thereafter, the hard mask 12 is etched using the photoresist pattern 13a as an etching mask to form a hard mask pattern 12a on the upper portion of the film to be etched 11 (FIG. 2C).

상기 하드마스크 패턴의 두께는 10nm 내지 10,000nm이다. 이러한 두께 범위를 가질 때 막 균일성이 우수할 뿐만 아니라 작은 패턴 사이즈로 정확하게 구현이 가능하며 내에칭성이 우수하다. The hard mask pattern has a thickness of 10 nm to 10,000 nm. When having this thickness range, not only film uniformity is excellent, but also it is possible to accurately realize a small pattern size and has excellent etch resistance.

에칭은 예를 들어 에칭 가스를 이용한 건식 에칭법에 의하여 이루어질수 있다. 에칭 가스로는 예를 들어 CF4, CHF3, Cl2 및 BCl3 중에서 선택된 하나 이상을 사용한다.Etching may be performed by, for example, a dry etching method using an etching gas. As the etching gas, for example, at least one selected from CF 4 , CHF 3 , Cl 2 and BCl 3 is used.

일구현예에 의하면 에칭 가스로서 C4F8 및 CHF3 혼합가스를 이용하며 이들의 혼합비는 1:10 내지 10:1 부피비이다.According to one embodiment, a mixed gas of C 4 F 8 and CHF 3 is used as an etching gas, and the mixing ratio thereof is 1:10 to 10:1 by volume.

상기 피식각막은 복수의 패턴으로 형성될 수 있다. 복수의 패턴은 금속 패턴, 반도체 패턴, 절연체 패턴 등과 같이 다양할 수 있다. 예를 들어 반도체 집적 회로 디바이스내의 다양한 패턴으로 적용될 수 있다.The film to be etched may be formed in a plurality of patterns. The plurality of patterns may be various, such as a metal pattern, a semiconductor pattern, an insulator pattern, and the like. For example, it can be applied in various patterns in semiconductor integrated circuit devices.

상기 피식각막은 최종적으로 패턴하고자 하는 재료를 함유하며, 예를 들어 알루미늄, 구리 등과 같은 금속층, 실리콘과 같은 반도체층 또는 산화규소, 질화규소 등과 같은 절연층일 수 있다. 피식각막은 스퍼터링, 전자빔 증착, 화학기상증착, 물리기상증착 등의 다양한 방법에 따라 형성될 수 있다. 피식각막은 예를 들어 화학 기상 증착법 등으로 형성될 수 있다.The film to be etched contains 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 film to be etched may be formed according to various methods such as sputtering, electron beam deposition, chemical vapor deposition, and physical vapor deposition. The film to be etched may be formed by, for example, chemical vapor deposition.

도 2d 및 도 2e에 나타난 바와 같이, 상기 하드마스크 패턴 (12a)를 에칭 마스크로 하여 상기 피식각막 (11)을 에칭하여 원하는 미세패턴을 갖는 피식각막 패턴(11a)을 형성한다. As shown in FIGS. 2D and 2E , the film to be etched 11 is etched using the hard mask pattern 12a as an etching mask to form a film to be etched pattern 11a having a desired fine pattern.

일구현예에 따른 하드마스크 조성물을 이용하면, 용액 공정이 가능하여 별도의 코팅설비가 필요하지 않고 산소 분위기에서 애싱오프(ashing-off)가 손쉽고 기계적 물성이 우수하다. When the hard mask composition according to one embodiment is used, a solution process is possible, so a separate coating facility is not required, and ashing-off is easy in an oxygen atmosphere and mechanical properties are excellent.

일구현예에 따른 하드마스크는 에칭 마스크 또는 다른 층 사이에 삽입되어 스탑퍼(stopper)로서 반도체 소자의 제조에 이용 가능하다. A hard mask according to an embodiment may be used as a stopper by being inserted between an etching mask or other layers to manufacture a semiconductor device.

이하, 도 3a 내지 도 3d를 참조하여, 다른 일구현예에 따른 하드마스크 조성물을 이용한 패턴의 형성방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of forming a pattern using a hard mask composition according to another embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 3D.

도 3a를 참조하여, 기판 (20)상에 피식각막 (21)을 형성한다. 상기 기판 (20)으로는 실리콘 기판을 이용한다.Referring to FIG. 3A , a film to be etched 21 is formed on the substrate 20 . As the substrate 20, a silicon substrate is used.

상기 피식각막(21)은 예를 들면 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막, 규화실리콘(SiC)막 또는 이들의 유도체막으로 이루어질 수 있다. 그 후 상기 피식각막 (21) 상부에 하드마스크 조성물을 공급하여 하드마스크 (22)를 형성한다. The film to be etched 21 may be formed of, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a silicon silicide (SiC) film, or a derivative film thereof. Thereafter, a hard mask composition is supplied to the upper portion of the film to be etched 21 to form a hard mask 22 .

상기 하드마스크 (22) 상부에 반사방지막(30)을 형성한다. 여기에서 반사방지막(30)은 무기 반사 방지막, 유기 반사 방지막 또는 이들의 조합에 의하여 형성될 수 있다. 도 3a 내지도 3c에서 반사방지막(30)이 무기 반사 방지막 (32) 및 유기 반사 방지막 (34)으로 구성된 경우를 예시한다.An antireflection layer 30 is formed on the hard mask 22 . Here, the anti-reflection layer 30 may be formed of an inorganic anti-reflection layer, an organic anti-reflection layer, or a combination thereof. In FIGS. 3A to 3C , a case in which the antireflection film 30 is composed of an inorganic antireflection film 32 and an organic antireflection film 34 is exemplified.

무기 반사 방지막(32)은 예를 들어 SiON막 등이 있고 유기 반사 방지막 (34)으로는 노광 파장에 대하여 포토레지스트와 적합한 굴절율 및 고흡수 계수를 가지는 통상의 시판용 고분자막을 사용할 수 있다.The inorganic antireflection film 32 is, for example, a SiON film. As the organic antireflection film 34, a photoresist and a commercially available polymer film having a suitable refractive index and high absorption coefficient for the exposure wavelength can be used.

상기 반사방지막의 두께는 예를 들어 100 내지 500nm이다.The thickness of the antireflection film is, for example, 100 to 500 nm.

상기 반사방지막 (30) 상부에 포토레지스트막 (23)을 형성한다.A photoresist layer 23 is formed on the antireflection layer 30 .

상기 포토레지스트막 (23)을 통상의 방법으로 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴(23a)을 형성한다. 그 후 포토레지스트 패턴 (23a)을 에칭 마스크로 하여 반사방지막(30) 및 하드마스크 (22)를 차례로 에칭하여 상기 피식각막 (21) 상부에 하드마스크 패턴 (22a)을 형성한다. 반사방지막 패턴(30a)은 무기 반사방지막 패턴 (32a) 및 유기 반사방지막 패턴 (34a)으로 구성된다. A photoresist pattern 23a is formed by exposing and developing the photoresist layer 23 in a conventional manner. Thereafter, the antireflection film 30 and the hard mask 22 are sequentially etched using the photoresist pattern 23a as an etching mask to form a hard mask pattern 22a on the etched film 21 . The anti-reflection film pattern 30a is composed of an inorganic anti-reflection film pattern 32a and an organic anti-reflection film pattern 34a.

도 3b에는 상기 하드마스크 패턴 (22a)이 형성된 후 그 상부에 포토레지스트 패턴 (23a) 및 반사방지막 패턴 (30a)이 남아 있는 것으로 도시되어 있으나, 경우에 따라 상기 하드마스크 패턴 형성을 위한 에칭 공정시 상기 포토레지스트 패턴 (23a) 및 반사방지막 패턴 (30a)의 일부 또는 전부가 제거될 수도 있다.3B shows that the photoresist pattern 23a and the antireflection film pattern 30a remain on the hard mask pattern 22a after the formation, but in some cases, part or all of the photoresist pattern 23a and the antireflection film pattern 30a may be removed during an etching process for forming the hard mask pattern.

도 3c에는 포토레지스트 패턴 (23a)만이 제거된 상태를 나타낸다.3C shows a state in which only the photoresist pattern 23a is removed.

상기 하드마스크 패턴 (22a)를 에칭 마스크로 하여 상기 피식각막을 에칭하여 원하는 피식각막 패턴 (21a)을 형성한다 (도 3d). The film to be etched is etched using the hard mask pattern 22a as an etching mask to form a desired film pattern 21a (FIG. 3D).

상술한 바와 같이 피식각막 패턴(21a)을 형성한 후에는 하드마스크 패턴(22a)는 제거된다. 일구현예에 따른 하드마스크 패턴은 통상적인 제거과정을 통하여 제거되는 것이 용이할 뿐만 아니라 제거후 잔류물이 거의 없다.As described above, after forming the film to be etched pattern 21a, the hard mask pattern 22a is removed. The hard mask pattern according to the embodiment can be easily removed through a conventional removal process and has almost no residue after removal.

하드마스크 패턴 제거과정은 비제한적인 예로서 O2 애싱(ashing) 및 웨트 스트립 (wet strip) 공정을 이용할 수 있다. 웨트 스트립은 예를 들어 알코올, 아세톤, 질산과 황산의 혼합물 등을 이용하여 실시될 수 있다.As non-limiting examples of the hard mask pattern removal process, O 2 ashing and wet strip processes may be used. Wet stripping can be performed using, for example, alcohol, acetone, a mixture of nitric and sulfuric acids, and the like.

상기 과정에 따라 형성된 하드마스크의 그래핀 양자점은 sp2 탄소 구조의 함량이 sp3 탄소 구조의 함량에 비하여 높아 건식 에칭에 대한 충분한 내성을 확보할 수 있다. 그리고 이러한 하드마스크는 투명도가 우수하여 패터닝을 위한 얼라인 마크 확인이 용이하다.The graphene quantum dots of the hard mask formed according to the above process can secure sufficient resistance to dry etching because the content of the sp2 carbon structure is higher than the content of the sp3 carbon structure. In addition, such a hard mask has excellent transparency, so it is easy to check alignment marks for patterning.

일구현예에 따른 하드마스크 조성물을 이용하여 형성된 패턴은 반도체 소자 제조공정에 따라 집적 회로 디바이스의 제조 및 설계에 이용될 수 있다. 예를 들어 금속 배선, 컨택트 또는 바이어스를 위한 홀, 절연섹션(예: DT(Damascne Trench) 또는 STI(shallow trench isolation), 커패시터 구조물을 위한 트랜치 등과 같은 패턴화된 재료층 구조물 형성시 이용 가능하다. A pattern formed using the hard mask composition according to an embodiment may be used in manufacturing and designing an integrated circuit device according to a semiconductor device manufacturing process. For example, it can be used when forming patterned material layer structures such as metal wires, holes for contacts or vias, insulating sections (eg, Damascne Trench (DT) or shallow trench isolation (STI), trenches for capacitor structures, etc.).

이하, 본 명세서에서 “알킬”은 완전 포화된 분지형 또는 비분지형 (또는 직쇄 또는 선형) 탄화수소를 말한다. Hereinafter, “alkyl” in the present specification refers to a fully saturated branched or unbranched (or straight-chain or linear) hydrocarbon.

“알킬”의 비제한적인 예로는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, n-헥실, 3-메틸헥실, 2,2-디메틸펜틸, 2,3-디메틸펜틸, n-헵틸 등을 들 수 있다.Non-limiting examples of “alkyl” include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, n-pentyl, isopentyl, neopentyl, n-hexyl, 3-methylhexyl, 2,2-dimethylpentyl, 2,3-dimethylpentyl, n-heptyl, and the like.

“알킬”중 하나 이상의 수소 원자는 할로겐 원자, 할로겐 원자로 치환된 C1-C20의 알킬기(예: CCF3, CHCF2, CH2F, CCl3 등), C1-C20의 알콕시, C2-C20의 알콕시알킬, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, C1-C20 알킬아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실기나 그의 염, 술포닐기, 설파모일(sulfamoyl)기, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1-C20의 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20의 헤테로알킬기, C6-C20의 아릴기, C6-C20의 아릴알킬기, C6-C20의 헤테로아릴기, C7-C20의 헤테로아릴알킬기, C6-C20의 헤테로아릴옥시기, 또는 C7-C20의 헤테로아릴옥시알킬기로 치환될 수 있다.One or more hydrogen atoms in “alkyl” is a halogen atom, a C1-C20 alkyl group substituted with a halogen atom (e.g. CCF3, CHCF2, CH2F, CCl3 etc.), C1-C20 alkoxy, C2-C20 alkoxyalkyl, hydroxy group, nitro group, cyano group, amino group, C1-C20 alkylamino group, amidino group, hydrazine group, hydrazone group, carboxyl group or its salt, sulfonyl group, sulfamoyl group, sulfonic acid group or its salt, phosphoric acid or its salt, C1-C20 alkyl group, C2- It may be substituted with a C20 alkenyl group, a C2-C20 alkynyl group, a C1-C20 heteroalkyl group, a C6-C20 aryl group, a C6-C20 arylalkyl group, a C6-C20 heteroaryl group, a C7-C20 heteroarylalkyl group, a C6-C20 heteroaryloxy group, or a C7-C20 heteroaryloxyalkyl group.

용어 “할로겐 원자”는 불소, 브롬, 염소, 요오드 등을 포함한다. The term “halogen atom” includes fluorine, bromine, chlorine, iodine, and the like.

용어 "헤테로알킬"은 헤테로원자를 함유한 알킬기를 말한다.The term “heteroalkyl” refers to an alkyl group containing heteroatoms.

“알케닐”은 적어도 하나의 탄소-탄소 이중결합을 갖는 분지형 또는 비분지형 탄화수소를 말한다. 알케닐기의 비제한적인 예로는 비닐, 알릴, 부테닐, 이소프로페닐, 이소부테닐 등을 들 수 있고, 상기 알케닐중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 동일한 치환기로 치환될 수 있다.“Alkenyl” refers to a branched or unbranched hydrocarbon having at least one carbon-carbon double bond. Non-limiting examples of the alkenyl group include vinyl, allyl, butenyl, isopropenyl, isobutenyl, and the like, and one or more hydrogen atoms of the alkenyl group may be substituted with the same substituents as those of the aforementioned alkyl group.

“알키닐”은 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중결합을 갖는 분지형 또는 비분지형 탄화수소를 말한다. 상기 “알키닐”의 비제한적인 예로는 에티닐, 부티닐, 이소부티닐, 프로피닐 등을 들 수 있다. "Alkynyl" refers to a branched or unbranched hydrocarbon having at least one carbon-carbon triple bond. Non-limiting examples of the “alkynyl” include ethynyl, butynyl, isobutynyl, propynyl, and the like.

아릴”은 방향족 고리가 하나 이상의 탄소고리에 융합된 그룹도 포함한다. “아릴”의 비제한적인 예로서, 페닐, 나프틸, 테트라히드로나프틸 등이 있다. “Aryl” also includes groups in which an aromatic ring is fused to one or more carbon rings. Non-limiting examples of “aryl” include phenyl, naphthyl, tetrahydronaphthyl, and the like.

또한 “아릴”기중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환 가능하다.In addition, one or more hydrogen atoms of the “aryl” group may be substituted with substituents similar to those of the above-mentioned alkyl group.

“헤테로아릴”은 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함하고, 나머지 고리원자가 탄소인 모노사이클릭(monocyclic) 또는 바이사이클릭(bicyclic) 유기 화합물을 의미한다. 상기 헤테로아릴기는 예를 들어 1-5개의 헤테로원자를 포함할 수 있고, 5-10 고리 멤버(ring member)를 포함할 수 있다. 상기 S 또는 N은 산화되어 여러가지 산화 상태를 가질 수 있다.“Heteroaryl” refers to a monocyclic or bicyclic organic compound containing at least one heteroatom selected from N, O, P or S, and the remaining ring atoms being carbon. The heteroaryl group may include, for example, 1-5 heteroatoms and 5-10 ring members. The S or N may be oxidized and have various oxidation states.

헤테로아릴의 예로는 티에닐, 푸릴, 피롤릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 티아졸릴, 이소티아졸릴, 1,2,3-옥사디아졸릴, 1,2,4-옥사디아졸릴, 1,2,5-옥사디아졸릴, 1,3,4-옥사디아졸릴기, 1,2,3-티아디아졸릴, 1,2,4-티아디아졸릴, 1,2,5-티아디아졸릴, 1,3,4-티아디아졸릴, 이소티아졸-3-일, 이소티아졸-4-일, 이소티아졸-5-일, 옥사졸-2-일, 옥사졸-4-일, 옥사졸-5-일, 이소옥사졸-3-일, 이소옥사졸-4-일, 이소옥사졸-5-일, 1,2,4-트리아졸-3-일, 1,2,4-트리아졸-5-일, 1,2,3-트리아졸-4-일, 1,2,3-트리아졸-5-일, 테트라졸릴, 피리딜-2-일, 피리딜-3-일, 피라진-2-일, 피라진-4-일, 피라진-5-일, 피리미딘-2-일, 피리미딘-4-일, 또는 피리미딘-5-일을 들 수 있다.Examples of heteroaryl include thienyl, furyl, pyrrolyl, imidazolyl, pyrazolyl, thiazolyl, isothiazolyl, 1,2,3-oxadiazolyl, 1,2,4-oxadiazolyl, 1,2,5-oxadiazolyl, 1,3,4-oxadiazolyl group, 1,2,3-thiadiazolyl, 1,2,4-thiadiazolyl, 1,2,5-thia Diazolyl, 1,3,4-thiadiazolyl, isothiazol-3-yl, isothiazol-4-yl, isothiazol-5-yl, oxazol-2-yl, oxazol-4-yl, oxazol-5-yl, isoxazol-3-yl, isoxazol-4-yl, isoxazol-5-yl, 1,2,4-triazol-3-yl, 1,2,4-triazole- 5-yl, 1,2,3-triazol-4-yl, 1,2,3-triazol-5-yl, tetrazolyl, pyridyl-2-yl, pyridyl-3-yl, pyrazin-2-yl, pyrazin-4-yl, pyrazin-5-yl, pyrimidin-2-yl, pyrimidin-4-yl, or pyrimidin-5-yl.

용어 “헤테로아릴”은 헤테로방향족 고리가 하나 이상의 아릴, 지환족(cyclyaliphatic), 또는 헤테로사이클에 융합된 경우를 포함한다. The term "heteroaryl" includes heteroaromatic rings fused to one or more aryl, cycloaliphatic, or heterocycles.

화학식에서 사용되는 “탄소고리”기는 포화 또는 부분적으로 불포화된 비방향족(non-aromatic) 모노사이클릭, 바이사이클릭 또는 트리사이클릭 탄화수소기를 말한다.As used in formulas, “carbocyclic” groups refer to saturated or partially unsaturated, non-aromatic monocyclic, bicyclic or tricyclic hydrocarbon groups.

모노사이클릭 탄화수소의 예로서, 사이클로펜틸, 사이클로펜테닐, 사이클로헥실, 사이클로헥세닐 등이 있다. 바이사이클릭 탄화수소의 예로서, bornyl, decahydronaphthyl, bicyclo[2.1.1]hexyl, bicyclo[2.2.1]heptyl, bicyclo[2.2.1]heptenyl, 또는 bicyclo[2.2.2]octyl이 있다. 그리고 트리사이클릭 탄화수소의 예로서, 아다만틸(adamantly) 등이 있다. Examples of monocyclic hydrocarbons include cyclopentyl, cyclopentenyl, cyclohexyl, cyclohexenyl and the like. Examples of bicyclic hydrocarbons include bornyl, decahydronaphthyl, bicyclo[2.1.1]hexyl, bicyclo[2.2.1]heptyl, bicyclo[2.2.1]heptenyl, or bicyclo[2.2.2]octyl. And examples of tricyclic hydrocarbons include adamantly and the like.

“헤테로고리” 는 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 고리기로서 5 내지 20개, 예를 들어 5 내지 1-개의 탄소 원자를 함유할 수 있다. 여기에서 헤테로원자로는 황, 질소, 산소 및 붕소 중에서 선택된 하나이다. A “heterocycle” is a ring group containing at least one heteroatom and may contain 5 to 20, for example 5 to 1-carbon atoms. Here, the heteroatom is one selected from among sulfur, nitrogen, oxygen and boron.

"고리형 헤테로알킬렌기"는 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 2가의 고리식 탄화수소를 말한다. "Cyclic heteroalkylene group" refers to a divalent cyclic hydrocarbon containing at least one heteroatom.

알콕시, 아릴옥시, 헤테로아릴옥시는 각각 본 명세서에서 산소 원자에 결합된 알킬, 아릴 및 헤테로아릴을 의미한다. 그리고 알킬렌기, 헤테로알킬렌기, 아릴렌기 헤테로아릴렌기는 2가 그룹인 점을 제외하고는 상술한 알킬기, 헤테로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기와 동일한 의미로 사용된다.Alkoxy, aryloxy and heteroaryloxy refer herein to alkyl, aryl and heteroaryl bonded to an oxygen atom, respectively. And an alkylene group, a heteroalkylene group, an arylene group, and a heteroarylene group are used in the same sense as the aforementioned alkyl group, heteroalkyl group, aryl group, and heteroaryl group, except that they are divalent groups.

이하에서는 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 제한되는 것을 의미하는 것은 아니다.Hereinafter, specific examples are presented. However, the embodiments described below are merely intended to specifically illustrate or describe, and are not meant to be limited thereto.

이하에서는 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 제한되는 것을 의미하는 것은 아니다. Hereinafter, specific examples are presented. However, the embodiments described below are only intended to specifically illustrate or describe, and are not meant to be limited thereto.

제조예manufacturing example 1 One

시트르산 (Aldrich사) 2g을 3mM NaOH 수용액 300ml에 녹인 다음 오토클래이브에서 160oC에서 4시간동안 반응을 실시하였다. 상기 결과물을 상온(25℃)까지 냉각시키고 에탄올을 첨가한 후 원심분리를 실시하여 생성물과 미반응물을 분리하였다. 분리된 생성물을 탈이온수 300ml에 녹인 후 0.22㎛의 기공 사이즈를 갖는 미세다공성막으로 여과를 실시하여 불용성 탄소 생성물을 제거하였다. 여과를 통하여 얻어진 결과물을 2일 동안 투석을 이용하여 OH기가 결합된 그래핀 양자점을 얻었다. OH기가 결합된 그래핀 양자점은 장축길이는 약 5 nm인 쉬트 타입을 가졌다.2 g of citric acid (Aldrich) was dissolved in 300 ml of 3 mM NaOH aqueous solution, and then reacted in an autoclave at 160 ° C for 4 hours. The product was cooled to room temperature (25° C.), ethanol was added, and centrifugation was performed to separate the product and the unreacted product. The separated product was dissolved in 300 ml of deionized water and then filtered through a microporous membrane having a pore size of 0.22 μm to remove insoluble carbon products. The resulting product obtained through filtration was subjected to dialysis for 2 days to obtain graphene quantum dots having an OH group bonded thereto. The graphene quantum dots to which OH groups were bonded had a sheet type with a major axis length of about 5 nm.

제조예manufacturing example 2 2

그래파이트(Alfa Aesar사) 20mg를 진한 황산(100ml)에 용해한 다음 이를 1시간 동안 소니케이션을 실시하였다. 상기 결과물에 KMnO4 1g을 부가하고 나서 반응 혼합물의 온도가 약 25℃ 이하가 되도록 조절하였다.20 mg of graphite (Alfa Aesar) was dissolved in concentrated sulfuric acid (100 ml), and then sonication was performed for 1 hour. After adding 1 g of KMnO 4 to the resulting product, the temperature of the reaction mixture was adjusted to be below about 25°C.

상기 결과물을 상압에서 마이크로파(power: 600W)를 가하여 10분 동안 환류를 실시하였다. 반응 혼합물을 냉각하여 반응 혼합의 온도를 약 25℃로 조절한 다음 반응 혼합물에 탈이온수 700ml를 부가하여 반응 혼합물을 희석하고 반응 혼합물을 얼음 배쓰에 넣은 상태에서 수산화나트륨을 부가하여 반응 혼합물의 pH를 약 7로 조절하였다.The resulting product was refluxed for 10 minutes by applying microwave (power: 600W) at normal pressure. The reaction mixture was cooled to adjust the temperature of the reaction mixture to about 25° C., then 700 ml of deionized water was added to the reaction mixture to dilute the reaction mixture, and the pH of the reaction mixture was adjusted to about 7 by adding sodium hydroxide while the reaction mixture was placed in an ice bath.

상기 반응 결과물을 기공 직경이 약 200nm인 다공성 멤브레인을 이용하여 여과를 실시하여 큰 사이즈를 갖는 그래핀을 분리하여 제거해냈다. 얻어진 여액을 투석을 이용하여 잔여물을 제거하고 원심분리를 통해 중간 사이즈를 갖는 그래핀을 분리하여 제거한 후 이를 건조하여 장축 길이가 약 10nm의 쉬트 타입 그래핀 양자점을 얻었다.The reaction product was filtered using a porous membrane having a pore diameter of about 200 nm to separate and remove graphene having a large size. The obtained filtrate was subjected to dialysis to remove the residue, centrifugation to separate and remove medium-sized graphene, and drying to obtain sheet-type graphene quantum dots having a major axis length of about 10 nm.

제조예manufacturing example 3 3

피렌 2g, 질산 160ml를 부가하고 이를 80℃에서 약 12시간 동안 환류하여 1,3,6-트리니트로피렌을 함유하는 반응 혼합물을 얻었다. 이 반응 혼합물을 상온으로 냉각한 다음, 여기에 탈이온수와 물을 1l를 부가하여 희석한 다음 이를 0.22㎛의 기공 사이즈를 갖는 미세다공성막으로 여과를 실시하였다. 2 g of pyrene and 160 ml of nitric acid were added and refluxed at 80 DEG C for about 12 hours to obtain a reaction mixture containing 1,3,6-trinitropyrene. After cooling the reaction mixture to room temperature, it was diluted by adding 1 l of deionized water and water thereto, and then filtered through a microporous membrane having a pore size of 0.22 μm.

여과를 통하여 얻어진 1,3,6-트리니트로피렌 1.0g을 0.2M NaOH 수용액 0.6l에 분산한 다음 여기에서 초음파(500W, 40kHz)를 2시간 동안 가하였다. 얻어진 현탁액을 오토클래브에서 200℃에서 10시간동안 반응을 실시하였다. 상기 결과물을 상온으로 냉각한 다음, 얻어진 결과물을 0.22㎛의 기공 사이즈를 갖는 미세다공성막으로 여과를 실시하여 불용성 탄소 생성물을 제거하였다. 미세다공성막을 통과한 용액에 염산 10ml와 탈이온수 1L를 첨가하여 교반시킨 후 0.22㎛의 기공 사이즈를 갖는 미세다공성막으로 여과를 실시하여 나트륨 이온과 염소 이온을 제거하였다. 미세다공성막 상에 남은 슬러리를 건조하여 장축 길이가 약 7nm인 쉬트 타입의 OH기가 결합된 그래핀 양자점을 얻었다. 상기 제조예 1 및 제조예 3에 따라 제조된 그래핀 양자점은 말단에 산소 함유 작용기가 형성된 구조를 갖는다 그리고 제조예 2에 따라 제조된 그래핀 양자점은 제조과정 중 마이크로파를 이용하여 그래핀의 에지 및 플레인(plane)에도 산소 함유 작용기가 형성된 구조를 갖는다. 1.0 g of 1,3,6-trinitropyrene obtained through filtration was dispersed in 0.6 l of 0.2 M NaOH aqueous solution, and ultrasonic waves (500 W, 40 kHz) were applied thereto for 2 hours. The resulting suspension was reacted at 200° C. for 10 hours in an autoclave. After cooling the resulting product to room temperature, the resulting product was filtered through a microporous membrane having a pore size of 0.22 μm to remove insoluble carbon products. 10 ml of hydrochloric acid and 1 L of deionized water were added to the solution that passed through the microporous membrane, stirred, and filtered through a microporous membrane having a pore size of 0.22 μm to remove sodium ions and chlorine ions. The slurry remaining on the microporous membrane was dried to obtain sheet-type graphene quantum dots having a major axis length of about 7 nm to which OH groups were bonded. The graphene quantum dots prepared according to Preparation Examples 1 and 3 have a structure in which oxygen-containing functional groups are formed at the ends, and the graphene quantum dots prepared according to Preparation Example 2 have edges and planes of graphene using microwaves during the preparation process. It has a structure in which oxygen-containing functional groups are formed.

제조예manufacturing example 4 4

제조예 3에 따라 얻은 OH기가 결합된 그래핀 양자점에 클로로아세트산을 부가하고 이를 80℃에서 60분 동안 열처리하였다. 열처리를 거쳐 커플링 반응(coupling 반응)을 실시하여 COOH-관능화된 GNP를 얻었다. COOH-관능화된 GQD의 장축길이는 약 7 nm이었다.Chloroacetic acid was added to the OH group-bonded graphene quantum dots obtained in Preparation Example 3, and heat treatment was performed at 80° C. for 60 minutes. After heat treatment, a coupling reaction was performed to obtain COOH-functionalized GNP. The major axis length of the COOH-functionalized GQDs was about 7 nm.

실시예Example 1: One: 하드마스크hard mask 조성물의 제조 preparation of the composition

하기 화학식 6으로 표시되는 복합체(알드리치사)와 제조예 3에 따라 얻은 OH-관능화된 GQD를 1:4 중량비로 혼합하고 여기에 N-메틸-2-피롤리돈을 부가하여 하드마스크 조성물을 제조하였다. 하드마스크 조성물에서 화학식 6의 복합체와 OH-관능화된 GQD의 함량은 조성물 총중량을 기준으로 하여 10 중량%이었다. A hardmask composition was prepared by mixing the composite represented by Formula 6 (Aldrich) and the OH-functionalized GQD obtained in Preparation Example 3 at a weight ratio of 1:4 and adding N-methyl-2-pyrrolidone thereto. The content of the complex of Formula 6 and the OH-functionalized GQDs in the hardmask composition was 10% by weight based on the total weight of the composition.

[화학식 6] [Formula 6]

실시예Example 2-3: 2-3: 하드마스크hard mask 조성물의 제조 preparation of the composition

하기 화학식 6으로 표시되는 복합체와 제조예 3에 따라 얻은 OH-관능화된 GQD(사이즈: 약 7nm)의 혼합중량비가 각각 1:3 및 1:5로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hardmask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the mixing weight ratio of the composite represented by Formula 6 and the OH-functionalized GQD (size: about 7 nm) obtained according to Preparation Example 3 was changed to 1:3 and 1:5, respectively.

실시예Example 4-6: 4-6: 하드마스크hard mask 조성물의 제조 preparation of the composition

화학식 6으로 표시되는 복합체 대신 화학식 7로 표시되는 복합체, 화학식 8로 표시되는 복합체, 화학식 9로 표시되는 복합체를 각각 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hardmask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the composite represented by Chemical Formula 7, the composite represented by Chemical Formula 8, and the composite represented by Chemical Formula 9 were respectively used instead of the composite represented by Chemical Formula 6.

실시예Example 7: 7: 하드마스크hard mask 조성물의 제조 preparation of the composition

화학식 6으로 표시되는 복합체 대신 화학식 10으로 표시되는 복합체를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hardmask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the composite represented by Chemical Formula 10 was used instead of the composite represented by Chemical Formula 6.

실시예Example 8: 8: 하드마스크hard mask 조성물의 제조 preparation of the composition

하기 화학식 6으로 표시되는 복합체(알드리치사)와, 제조예 3에 따라 얻은 OH-관능화된 GQD와, 하기 화학식 27으로 표시되는 풀러렌을 1:4:1 중량비로 혼합하고 여기에 N-메틸-2-피롤리돈을 부가하여 하드마스크 조성물을 제조하였다. 하드마스크 조성물에서 화학식 6의 복합체와 OH-관능화된 GQD와 풀러렌의 총함량은 조성물 총중량을 기준으로 하여 10 중량%이었다. A hardmask composition was prepared by mixing a composite represented by Formula 6 (Aldrich), OH-functionalized GQD obtained according to Preparation Example 3, and fullerene represented by Formula 27 at a weight ratio of 1:4:1 and adding N-methyl-2-pyrrolidone thereto. The total content of the complex of Formula 6, OH-functionalized GQDs, and fullerenes in the hardmask composition was 10% by weight based on the total weight of the composition.

[화학식 6] [화학식 27] [Formula 6] [Formula 27]

실시예Example 9: 9: 하드마스크hard mask 조성물의 제조 preparation of the composition

하드마스크 조성물 제조시, 하기 화학식 6으로 표시되는 복합체(알드리치사)와, 제조예 3에 따라 얻은 OH-관능화된 GQD와, 풀러렌을 1:4:2 중량비로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.In preparing the hard mask composition, a hard mask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of the composite represented by Formula 6 (Aldrich), the OH-functionalized GQD obtained in Preparation Example 3, and the fullerene was changed to 1:4:2.

제작예production example 1: 실리콘 산화물 패턴이 형성된 실리콘 기판의 제조 1: Manufacturing of a silicon substrate on which a silicon oxide pattern is formed

실시예 1에 따라 얻은 하드마스크 조성물을 실리콘 산화물막이 표면에 형성된 실리콘 기판상에 스핀 코팅하였다. 이어서 이를 400℃에서 2분 동안 베이킹을 실시하여, 상기 하드마스크 조성물을 처리하여 얻은 생성물을 포함하는 하드마스크를 약 72nm 두께로 형성하였다. The hard mask composition obtained in Example 1 was spin-coated on a silicon substrate having a silicon oxide film formed thereon. Subsequently, baking was performed at 400° C. for 2 minutes to form a hard mask having a thickness of about 72 nm including a product obtained by treating the hard mask composition.

상기 하드마스크 상부에 ArF 포토레지스트(photo resist, PR)을 1700 Å 코팅하고 110℃에서 60 초간 프리베이크(pre-bake)를 실시하였다. ASML (XT: 1400, NA 0.93)사의 노광장비를 사용해 각각 노광을 실시한 다음 110℃에서 60 초간 포스트베이크(post-bake)하였다. 이어서 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(TMAH) 2.38wt% 수용액으로 각각 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하였다.1700 Å of ArF photoresist (PR) was coated on the hard mask, and pre-bake was performed at 110° C. for 60 seconds. Exposure was performed using an exposure equipment manufactured by ASML (XT: 1400, NA 0.93), followed by post-bake at 110° C. for 60 seconds. Subsequently, photoresist patterns were formed by developing with a 2.38 wt % aqueous solution of tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH).

상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 CF4/CHF3 혼합가스로 건식에칭을 수행하였다. 에칭 조건은 챔버압력 20mT, RF power 1800W, C4F8/CHF3 (4/10 부피비), 시간 120초이다.Dry etching was performed with a CF 4 /CHF 3 mixed gas using the photoresist pattern as a mask. Etching conditions are chamber pressure 20mT, RF power 1800W, C 4 F 8 /CHF 3 (4/10 volume ratio), and the time is 120 seconds.

건식 에칭을 실시하고 남은 후 하드마스크 및 유기물에 대해 O2 애싱(ashing) 및 웨트 스트립 공정을 진행하여 원하는 최종 패턴인 실리콘 산화물 패턴이 형성된 실리콘 기판을 얻었다.After performing the dry etching, O 2 ashing and wet strip processes were performed on the hard mask and the organic material to obtain a silicon substrate having a silicon oxide pattern, which is a desired final pattern.

제작예production example 2-9: 실리콘 산화물 패턴이 형성된 실리콘 기판의 제조 2-9: Manufacturing of silicon substrate on which silicon oxide patterns are formed

실시예 1에 따라 얻은 하드마스크 조성물 대신 실시예 2 내지 9에 따라 제조된 하드마스크 조성물을 각각 사용한 것을 제외하고는, 제작예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 It was carried out according to the same method as Preparation Example 1, except that the hardmask compositions prepared according to Examples 2 to 9 were used instead of the hardmask compositions obtained according to Example 1, respectively.

비교예comparative example 1 One

하기 화학식 18로 표시되는 모노머를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA), 메틸피롤리돈(methylpyrrolidone) 및 감마-부티로락톤(gamma-butyrolactone)(40:20:40(v/v/v))의 혼합 용매에 녹인 후 이를 여과하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hard mask composition was prepared by dissolving the monomer represented by Formula 18 in a mixed solvent of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), methylpyrrolidone, and gamma -butyrolactone (40:20:40 (v/v/v)) and then filtering.

[화학식 18] [Formula 18]

상기 과정에 따라 얻어진 하드마스크 조성물을 얻었다. 실리콘 산화물이 형성된 실리콘 기판상에 스핀-온 코팅 방법에 따라 도포한 후 이를 400℃에서 120초간 열처리하여 SOC (spin-on-carbon)를 포함하는 하드마스크를 형성하였다. A hard mask composition obtained according to the above process was obtained. After coating the silicon oxide on a silicon substrate formed by a spin-on coating method, heat treatment was performed at 400° C. for 120 seconds to form a hard mask including spin-on-carbon (SOC).

상기 하드마스크 상부에 ArF 포토레지스트(photo resist, PR)을 1700 Å 코팅하고 110℃에서 60 초간 프리베이크(pre-bake)를 실시하였다. ASML (XT: 1400, NA 0.93)사의 노광장비를 사용해 각각 노광을 실시한 다음 110 ℃에서 60 초간 포스트베이크(post-bake)하였다. 이어서 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(TMAH) 2.38wt% 수용액으로 각각 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하였다.1700 Å of ArF photoresist (PR) was coated on the hard mask, and pre-bake was performed at 110° C. for 60 seconds. Each exposure was performed using an exposure equipment manufactured by ASML (XT: 1400, NA 0.93), and then post-bake was performed at 110° C. for 60 seconds. Subsequently, photoresist patterns were formed by developing with a 2.38 wt % aqueous solution of tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH).

상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 CF4/CHF3 혼합가스로 건식에칭을 수행하였다. 에칭조건은 챔버압력 20mT, RF power 1800W, C4F8/CHF3 (4/10 부피비), 시간 120초이다.Dry etching was performed with a CF 4 /CHF 3 mixed gas using the photoresist pattern as a mask. Etching conditions are chamber pressure 20mT, RF power 1800W, C 4 F 8 /CHF 3 (4/10 volume ratio), and the time is 120 seconds.

건식 에칭을 실시하고 남은 후 하드마스크 및 유기물에 대해 O2 애싱(ashing) 및 웨트 스트립 공정을 진행하여 원하는 최종 패턴인 실리콘 산화물 패턴이 형성된 실리콘 기판을 얻었다.After performing dry etching, O 2 ashing and wet strip processes were performed on the hard mask and the organic material to obtain a silicon substrate having a silicon oxide pattern, which is a desired final pattern.

참조예reference example 1 One

제조예 3에 따라 얻은 OH 관능화된 양자점 0.5g을 물 1L에 분산하여 하드마스크 조성물을 얻었다. 상기 하드마스크 조성물을 실리콘 산화물이 형성된 실리콘 기판상에 스핀-온 코팅 방법에 따라 도포한 후 이를 400℃에서 2분 동안 열처리를 실시하였다. 이어서 400℃에서 1시간 동안 베이킹을 실시한 후, 600℃에서 1시간동안 진공 열처리함으로써 두께가 약 200nm인 OH 관능화된 그래핀 양자점을 함유하는 하드마스크를 형성하였다0.5 g of the OH-functionalized quantum dots obtained in Preparation Example 3 was dispersed in 1 L of water to obtain a hard mask composition. The hard mask composition was applied on a silicon substrate on which silicon oxide was formed according to a spin-on coating method, and then heat treatment was performed at 400° C. for 2 minutes. Subsequently, baking was performed at 400 ° C. for 1 hour, followed by vacuum heat treatment at 600 ° C. for 1 hour to form a hard mask containing OH-functionalized graphene quantum dots having a thickness of about 200 nm.

상기 하드마스크 상부에 ArF 포토레지스트(photo resist, PR)을 1700 Å 코팅하고 110℃에서 60 초간 프리베이크(pre-bake)를 실시하였다. ASML (XT: 1400, NA 0.93)사의 노광장비를 사용해 각각 노광을 실시한 다음 110 에서 60 초간 포스트베이크(post-bake)하였다. 이어서 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(TMAH) 2.38wt% 수용액으로 각각 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하였다.1700 Å of ArF photoresist (PR) was coated on the hard mask, and pre-bake was performed at 110° C. for 60 seconds. After each exposure was performed using an exposure equipment from ASML (XT: 1400, NA 0.93), post-bake was performed at 110°C for 60 seconds. Subsequently, photoresist patterns were formed by developing with a 2.38 wt % aqueous solution of tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH).

상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 CF4/CHF3 혼합가스로 건식에칭을 수행하였다. 에칭조건은 챔버압력 20mT, RF power 1800W, C4F8/CHF3 (4/10 부피비), 시간 120초이다.Dry etching was performed with a CF 4 /CHF 3 mixed gas using the photoresist pattern as a mask. Etching conditions are chamber pressure 20mT, RF power 1800W, C 4 F 8 /CHF 3 (4/10 volume ratio), and the time is 120 seconds.

건식 에칭을 실시하고 남은 후 하드마스크 및 유기물에 대해 O2 애싱(ashing) 및 웨트 스트립 공정을 진행하여 원하는 최종 패턴인 실리콘 산화물 패턴이 형성된 실리콘 기판을 얻었다.After performing dry etching, O 2 ashing and wet strip processes were performed on the hard mask and the organic material to obtain a silicon substrate having a silicon oxide pattern, which is a desired final pattern.

평가예evaluation example 1: 용해도 테스트 1: Solubility test

실시예 1의 하드마스크 조성물 제조시 사용된 1:4 중량비로 혼합된 화학식 6의 복합체와, 제조예 3에 따라 얻은 그래핀 양자점의 혼합물에 있어서, NMP에 대한 용해도 테스트를 실시하였다. A solubility test for NMP was conducted on a mixture of the composite of Chemical Formula 6 used in preparing the hardmask composition of Example 1 at a weight ratio of 1:4 and the graphene quantum dots obtained according to Preparation Example 3.

상기 용해도 테스트 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 표 1에는 화학식 6의 복합체와 제조예 3의 그래핀 양자점의 혼합물의 용해도와의 비교를 위하여 화학식 6의 복합체의 용해도를 함께 나타내었다.The solubility test results are shown in Table 1 below. Table 1 shows the solubility of the complex of Formula 6 together for comparison with the solubility of the mixture of the complex of Formula 6 and the graphene quantum dots of Preparation Example 3.

구분division 용해도(중량%)Solubility (% by weight) 화학식 6의 복합체Complex of Formula 6 2 중량% 미만less than 2% by weight 화학식 6의 복합체와 제조예 3의 그래핀 양자점의 1:4 중량비의 혼합물A mixture of the composite of Formula 6 and the graphene quantum dots of Preparation Example 3 at a weight ratio of 1:4 10 중량%10% by weight

표 1을 참조하여, 4:1 중량비로 혼합된 화학식 6의 복합체와, 제조예 3에 따라 얻은 그래핀 양자점의 혼합물은 화학식 6의 복합체의 NMP에 대한 용해도와 비교하여 NMP에 용해도 특성이 매우 개선된다는 알 수 있었다.Referring to Table 1, the mixture of the composite of Formula 6 mixed at a weight ratio of 4:1 and the graphene quantum dots obtained according to Preparation Example 3 has a very improved solubility in NMP compared to the solubility of the composite of Formula 6 in NMP.

평가예evaluation example 2: X선 광전자 분광( 2: X-ray photoelectron spectroscopy ( XPSXPS ) 분석) analyze

제작예 1 및 참조예 1에 따라 제조된 하드마스크에 대한 XPS 분석을 실시하였다. XPS 분석은 Quantum 2000 (Physical Electronics. Inc.) (가속전압:0.5~15keV, 300W, 에너지분해능: 약 1.0eV, 최소분석영역:10micro, Sputter rate : 0.1nm/min)을 이용하였다.XPS analysis was performed on the hard masks prepared according to Manufacturing Example 1 and Reference Example 1. XPS analysis was performed using Quantum 2000 (Physical Electronics. Inc.) (acceleration voltage: 0.5 to 15 keV, 300 W, energy resolution: about 1.0 eV, minimum analysis area: 10 micro, sputter rate: 0.1 nm/min).

상기 XPS 분석을 통하여 탄소, 질소, 산소 및 마그네슘의 함량을 분석하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The content of carbon, nitrogen, oxygen and magnesium was analyzed through the XPS analysis, and the results are shown in Table 2 below.

구분division C(원자%)C (atomic %) N(원자%)N (atomic %) O(원자%)O (atomic %) Mg(원자%)Mg (atomic %) 참조예 1Reference Example 1 GQD(powder)GQD (powder) 81.1981.19 1.911.91 16.9016.90 -- 제작예 1Manufacturing example 1 하드마스크
(MgPc:GQD = 1:4 wt)
hard mask
(MgPc:GQD = 1:4 wt)
81.6881.68 3.713.71 14.0914.09 0.520.52

표 2에서 MgPc는 화학식 6의 복합체를 나타낸다.In Table 2, MgPc represents a complex of Formula 6.

표 2를 참조하여, 제작예 1의 하드마스크는 참조예 1의 하드마스크와 비교하여 산소 함량이 감소되고 탄소 함량이 증가됨을 알 수 있었다. 이러한 조성을 갖는 하드마스크를 이용하여 제작예 1에 따르면 안정성 및 에칭 선택성이 향상된 하드마스크를 제조할 수 있었다. Referring to Table 2, it can be seen that the hard mask of Preparation Example 1 has a reduced oxygen content and an increased carbon content compared to the hard mask of Reference Example 1. According to Preparation Example 1 using the hard mask having such a composition, a hard mask having improved stability and etching selectivity could be manufactured.

평가예evaluation example 3: 3: 내에칭성etching resistance

1)제작예 1-91) Production example 1-9

제작예 1-9 및 참조예 1에 따라 제조된 하드마스크를 이용하여 건식에칭을 실시하기 전, 후의 하드마스크의 두께 차이를 측정하고 하기식 1에 따라 에칭률을 계산하여 내에칭성을 평가하였다. 내에칭성 평가 결과를 하기 표 3에 나타내었다. The etching resistance was evaluated by measuring the difference in thickness of the hard mask before and after dry etching using the hard mask manufactured according to Production Examples 1-9 and Reference Example 1, and calculating the etching rate according to Equation 1 below. The etching resistance evaluation results are shown in Table 3 below.

[식 1][Equation 1]

에칭률(etch rate)=(초기 하드마스크 두께 - 식각 후 하드마스크 두께)/식각 시간(초)Etch rate = (initial hardmask thickness - hardmask thickness after etching) / etch time (seconds)

구분division 에칭률(nm/초)Etch rate (nm/sec) 제작예 1Manufacturing example 1 0.740.74 제작예 2Production example 2 0.720.72 제작예 3Manufacturing example 3 0.780.78 제작예 4Manufacturing example 4 0.770.77 제작예 5Production example 5 0.720.72 제작예 6Production example 6 0.730.73 제작예 7Manufacturing example 7 0.730.73 제작예 8Production example 8 0.740.74 제작예 9Production example 9 0.750.75 참조예 1Reference Example 1 0.850.85

표 3을 참조하여, 제작예 1-9에 따르면 참조예 1의 경우에 비하여 에칭률이 낮게 나타나고 에칭 선택비가 증가하는 것을 알 수 있었다. 이로부터 실시예 1에서 사용된 하드마스크 조성물은 참조예 1의 경우와 비교하여 내에칭성이 향상된다는 것을 알 수 있었다.Referring to Table 3, it was found that according to Production Examples 1-9, the etching rate was lower than that of Reference Example 1 and the etching selectivity increased. From this, it can be seen that the hard mask composition used in Example 1 has improved etching resistance compared to the case of Reference Example 1.

평가예evaluation example 4: 4: 전자주사현미경scanning electron microscope

제작예 1에 따라 제조된 하드마스크가 형성된 기판을 전자주사현미경(SEM)을 이용하여 분석을 실시하였고 그 분석 결과를 도 4에 나타내었다.The substrate on which the hard mask was manufactured according to Preparation Example 1 was analyzed using a scanning electron microscope (SEM), and the analysis results are shown in FIG. 4 .

이를 참조하면, 실리콘 기판의 실리콘 산화물막 상부에 화학식 6의 복합체(MgPc)와 그래핀 양자점(GQD)을 함유한 하드마스크가 균일한 박막 상태로 형성된 것을 확인할 수 있었다.Referring to this, it was confirmed that a hard mask containing the composite of Formula 6 (MgPc) and graphene quantum dots (GQDs) was formed in a uniform thin film on the silicon oxide film of the silicon substrate.

이상을 통해 일구현예에 대하여 설명하였지만, 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although one embodiment has been described above, it is not limited thereto, and various modifications and implementations are possible within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings, and this also falls within the scope of the invention.

1: 그래핀 양자점 2: 작용기
10, 20: 기판 11a, 21a: 피식각막 패턴
12a, 22a: 하드마스크 패턴 13a: 포토레지스트 패턴
1: graphene quantum dots 2: functional group
10, 20: Substrate 11a, 21a: Etch film pattern
12a, 22a: hard mask pattern 13a: photoresist pattern

Claims (25)

하기 화학식 1로 표시되는 복합체 및 용매를 포함하며,
상기 하드마스크 조성물이 이차원 탄소 나노구조체, 영차원 탄소 나노구조체, 그 전구체 및 그 유도체 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하며,
상기 이차원 탄소 나노구조체가 그래핀, 그래핀 양자점(graphene quantum dots), 환원 그래핀 옥사이드, 그 유도체 및 그 헤테로원자 유도체 중에서 선택된 하나 이상이고,
상기 영차원 탄소 나노구조체가 풀러렌, 보론버키볼(boron buckyball), 카보레인(carborane) 및 그 유도체 중에서 선택된 하나 이상인, 하드마스크 조성물:
[화학식 1]

화학식 1중, X는 C(R11) 또는 N이고,
R1 내지 R8 및 R11은 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 시아노기, 하이드록시기, 이미드기, 카르보닐기, 에폭시기, 에폭시기 함유 작용기, -C(=O)R, -C(=O)NH2, -C(=O)OR, -(CH2)nCOOH(n=1 내지 10의 정수임) 및 -N(R9)(R10)중에서 선택되고, 또는 R1 및 R2, R3 및 R4, R5 및 R6, R7 및 R8은 서로 독립적으로 연결되어 고리를 형성할 수 있고,
R은 수소, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C6-C20 아릴기, C2-C20 헤테로아릴기, 또는 C2-C20 헤테로아릴옥시기이고,
R9 및 R10은 서로 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C6-C20 아릴기, C2-C20 헤테로아릴기, 또는 C2-C20 헤테로아릴옥시기이고,
M은 2 내지 11족 및 14족 원소 중에서 선택된 원소이거나 또는 그 산화물이다.
It includes a complex represented by Formula 1 and a solvent,
The hard mask composition further includes at least one selected from a two-dimensional carbon nanostructure, a zero-dimensional carbon nanostructure, a precursor thereof, and a derivative thereof,
The two-dimensional carbon nanostructure is at least one selected from graphene, graphene quantum dots, reduced graphene oxide, derivatives thereof, and heteroatom derivatives thereof,
A hard mask composition wherein the zero-dimensional carbon nanostructure is at least one selected from fullerene, boron buckyball, carborane, and derivatives thereof:
[Formula 1]

In Formula 1, X is C(R 11 ) or N,
R 1 내지 R 8 및 R 11 은 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 시아노기, 하이드록시기, 이미드기, 카르보닐기, 에폭시기, 에폭시기 함유 작용기, -C(=O)R, -C(=O)NH 2 , -C(=O)OR, -(CH 2 ) n COOH(n=1 내지 10의 정수임) 및 -N(R 9 )(R 10 )중에서 선택되고, 또는 R 1 및 R 2 , R 3 및 R 4 , R 5 및 R 6 , R 7 및 R 8 은 서로 독립적으로 연결되어 고리를 형성할 수 있고,
R is hydrogen, C1-C20 alkyl group, C2-C20 alkenyl group, C2-C20 alkynyl group, C6-C20 aryl group, C2-C20 heteroaryl group, or C2-C20 heteroaryloxy group,
R 9 and R 10 are each independently hydrogen, a C1-C20 alkyl group, a C2-C20 alkenyl group, a C2-C20 alkynyl group, a C6-C20 aryl group, a C2-C20 heteroaryl group, or a C2-C20 heteroaryloxy group;
M is an element selected from Groups 2 to 11 and Group 14 or an oxide thereof.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1에서 R1 및 R2, R3 및 R4, R5 및 R6, R7 및 R8은 서로 독립적으로 연결되어 비치환된 또는 치환된 C6 내지 C20의 방향족 고리를 형성하는 하드마스크 조성물.
According to claim 1,
In Formula 1, R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , R 5 and R 6 , R 7 and R 8 are independently connected to each other to form an unsubstituted or substituted C6 to C20 aromatic ring A hardmask composition.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 복합체가 하기 화학식 2로 표시되는 복합체 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 복합체인 하드마스크 조성물:
[화학식 2]

화학식 2 중, M은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti, Zr, Si, Cu중에서 선택된 하나 이상의 원소 또는 그 산화물이고,
R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 시아노기, 하이드록시기, 이미드기, 카르보닐기, 에폭시기, 에폭시기 함유 작용기, -C(=O)R, -C(=O)NH2,-C(=O)OR, -(CH2)nCOOH(n=1 내지 10의 정수임) 및 -N(R9)(R10)중에서 선택되고, 또는 R1 및 R2, R3 및 R4, R5 및 R6, R7 및 R8은 서로 독립적으로 연결되어 치환된 또는 비치환된 C6 내지 C20의 방향족 고리를 형성하며,
R은 수소, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C6-C20 아릴기, C2-C20 헤테로아릴기, 또는 C2-C20 헤테로아릴옥시기이고,
R9 및 R10은 서로 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C6-C20 아릴기, C2-C20 헤테로아릴기, 또는 C2-C20 헤테로아릴옥시기이고,
[화학식 3]

화학식 3중, M은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si 및 Cu중에서 선택된 하나 이상이고,
R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 시아노기, 하이드록시기, 이미드기, 카르보닐기, 에폭시기, 에폭시기 함유 작용기, -C(=O)R, -C(=O)NH2,-C(=O)OR, -(CH2)nCOOH(n=1 내지 10의 정수임) 및 -N(R9)(R10)중에서 선택되고,
R11은 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 하이드록시기, 카르복실기, -C(=O)R, -C(=O)OR, 및 -N(R9)(R10)중에서 선택되고,
R은 수소, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C6-C20 아릴기, C2-C20 헤테로아릴기, 또는 C2-C20 헤테로아릴옥시기이고,
R9 및 R10은 서로 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C6-C20 아릴기, C2-C20 헤테로아릴기, 또는 C2-C20 헤테로아릴옥시기이다.
According to claim 1,
A hard mask composition in which the complex represented by Formula 1 is a complex represented by Formula 2 below or a complex represented by Formula 3 below:
[Formula 2]

In Formula 2, M is at least one element selected from Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti, Zr, Si, and Cu, or an oxide thereof;
R 1 내지 R 8 은 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 시아노기, 하이드록시기, 이미드기, 카르보닐기, 에폭시기, 에폭시기 함유 작용기, -C(=O)R, -C(=O)NH 2 ,-C(=O)OR, -(CH 2 ) n COOH(n=1 내지 10의 정수임) 및 -N(R 9 )(R 10 )중에서 선택되고, 또는 R 1 및 R 2 , R 3 및 R 4 , R 5 및 R 6 , R 7 및 R 8 은 서로 독립적으로 연결되어 치환된 또는 비치환된 C6 내지 C20의 방향족 고리를 형성하며,
R is hydrogen, C1-C20 alkyl group, C2-C20 alkenyl group, C2-C20 alkynyl group, C6-C20 aryl group, C2-C20 heteroaryl group, or C2-C20 heteroaryloxy group,
R 9 and R 10 are each independently hydrogen, a C1-C20 alkyl group, a C2-C20 alkenyl group, a C2-C20 alkynyl group, a C6-C20 aryl group, a C2-C20 heteroaryl group, or a C2-C20 heteroaryloxy group;
[Formula 3]

In Formula 3, M is at least one selected from Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si and Cu,
R 1 내지 R 8 은 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 시아노기, 하이드록시기, 이미드기, 카르보닐기, 에폭시기, 에폭시기 함유 작용기, -C(=O)R, -C(=O)NH 2 ,-C(=O)OR, -(CH 2 ) n COOH(n=1 내지 10의 정수임) 및 -N(R 9 )(R 10 )중에서 선택되고,
R 11 is selected from hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryloxy group, a hydroxy group, a carboxyl group, -C(=O)R, -C(=O)OR, and -N(R 9 )(R 10 );
R is hydrogen, C1-C20 alkyl group, C2-C20 alkenyl group, C2-C20 alkynyl group, C6-C20 aryl group, C2-C20 heteroaryl group, or C2-C20 heteroaryloxy group,
R 9 and R 10 are each independently hydrogen, a C1-C20 alkyl group, a C2-C20 alkenyl group, a C2-C20 alkynyl group, a C6-C20 aryl group, a C2-C20 heteroaryl group, or a C2-C20 heteroaryloxy group.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 복합체가 하기 화학식 4로 표시되는 복합체, 하기 화학식 4a로 표시되는 복합체, 하기 화학식 5a로 표시되는 복합체 또는 하기 화학식 5b로 표시되는 복합체인 하드마스크 조성물:
[화학식 4]

화학식 4중, M은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si 및 Cu중에서 선택된 하나 이상이며,
[화학식 4a]

화학식 4a 중, M은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si 및 Cu중에서 선택된 하나 이상이며,
R은 일치환된 또는 다치환된 치환기로서, C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, C2-C20 헤테로아릴기, C2-C20 헤테로아릴옥시기, 하이드록시기, -C(=O)OH, -C(=O)OR1(R1은 C-10 알킬기, C2-C10 알케닐기 또는 C6-C20의 아릴기), -NH2, -N(R2)(R3) (R2 R3은 서로에 관계없이 C1-C10 알킬기 또는 C6-C20의 아릴기), -(CH2)nCOOH(n=1 내지 10의 정수임), -CONH2, 시아노기, 에폭시기 함유 작용기 중에서 선택되고,
[화학식 5a]

화학식 5a중, M은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si 및 Cu중에서 선택된 하나 이상이며,
R11은 치환된 C6-C20 아릴기이며,
[화학식 5b]

화학식 5b 중, M은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si 및 Cu중에서 선택된 하나 이상이다.
According to claim 1,
A hardmask composition in which the complex represented by Formula 1 is a complex represented by Formula 4, a complex represented by Formula 4a, a complex represented by Formula 5a, or a complex represented by Formula 5b:
[Formula 4]

In Formula 4, M is at least one selected from among Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si and Cu,
[Formula 4a]

In Formula 4a, M is at least one selected from Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si and Cu,
R is a monosubstituted or polysubstituted substituent, and is a C1-C20 alkyl group, a C1-C20 alkoxy group, a C6-C20 aryl group, a C6-C20 aryloxy group, a C2-C20 heteroaryl group, a C2-C20 heteroaryloxy group, a hydroxyl group, -C(=O)OH, -C(=O)OR 1 (R 1 is a C-10 alkyl group, a C2-C10 alkenyl group, or C 6-C20 aryl group), -NH 2 , -N(R 2 )(R 3 ) (R 2 and R 3 is independently of each other a C1-C10 alkyl group or a C6-C20 aryl group), -(CH 2 ) n COOH (n = an integer of 1 to 10), -CONH 2 , a cyano group, selected from an epoxy group-containing functional group,
[Formula 5a]

In Formula 5a, M is at least one selected from among Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si and Cu,
R 11 is a substituted C6-C20 aryl group;
[Formula 5b]

In Formula 5b, M is at least one selected from Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Rh, Os, Ru, Mo, Cr, Zn, Ti(=O), Zr(=O), Si, and Cu.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 복합체가 하기 화학식 6a, 화학식 7a 및 화학식 8a로 표시되는 복합체 중에서 선택된 하나 이상인 하드마스크 조성물:
[화학식 6a] [화학식 7a]

[화학식 8a

화학식 6a, 7a, 및 8중, R은 일치환된 또는 다치환된 치환기로서 예를 들어 C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, C2-C20 헤테로아릴기, C2-C20 헤테로아릴옥시기, 하이드록시기, -C(=O)OH, -C(=O)OR1(R1은 C-10 알킬기, C2-C10 알케닐기 또는 C6-C20의 아릴기), -NH2, -N(R2)(R3) (R2 R3은 서로에 관계없이 C1-C10 알킬기 또는 C6-C20의 아릴기), -(CH2)nCOOH(n=1 내지 10의 정수임), -CONH2, 시아노기, 및 에폭시기 함유 작용기 중에서 선택된다.
According to claim 1,
A hardmask composition in which the complex represented by Formula 1 is at least one selected from the complexes represented by Formula 6a, Formula 7a, and Formula 8a:
[Formula 6a] [Formula 7a]

[Formula 8a

In Formulas 6a, 7a, and 8, R is a monosubstituted or polysubstituted substituent, for example, a C1-C20 alkyl group, a C1-C20 alkoxy group, a C6-C20 aryl group, a C6-C20 aryloxy group, a C2-C20 heteroaryl group, a C2-C20 heteroaryloxy group, a hydroxyl group, -C(=O)OH, -C(=O)OR 1 (R 1 is C-1 0 alkyl group, C2-C10 alkenyl group or C6-C20 aryl group), -NH 2 , -N(R 2 )(R 3 ) (R 2 and R 3 is independently of each other a C1-C10 alkyl group or a C6-C20 aryl group), -(CH 2 ) n COOH (n = an integer from 1 to 10), -CONH 2 , a cyano group, and an epoxy group-containing functional group.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 복합체가 하기 화학식 6 내지 12로 표시되는 복합체 중에서 선택된 하나 이상인 하드마스크 조성물:
[화학식 6] [화학식 7]

[화학식 8] [화학식 9]

[화학식 10] [화학식 11]

[화학식 12]
According to claim 1,
A hard mask composition in which the composite represented by Chemical Formula 1 is at least one selected from among the composites represented by Chemical Formulas 6 to 12:
[Formula 6] [Formula 7]

[Formula 8] [Formula 9]

[Formula 10] [Formula 11]

[Formula 12]
제1항에 있어서,
상기 복합체의 함량은 하드마스크 조성물 100 중량부를 기준으로 하여 5 내지 50 중량부인 하드마스크 조성물.
According to claim 1,
The content of the composite is 5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the hard mask composition.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 이차원 탄소나노구조체는 1 내지 50nm의 사이즈를 갖고, 300층 이하인 하드마스크 조성물.
According to claim 1,
The two-dimensional carbon nanostructure has a size of 1 to 50 nm, and a hard mask composition of 300 layers or less.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 복합체와, 이차원 탄소 나노구조체 및 영차원 탄소 나노구조체 중에서 선택된 하나 이상의 혼합중량비는 1:99 내지 99:1인 하드마스크 조성물.
According to claim 1,
A hard mask composition in which a mixing weight ratio of the composite represented by Formula 1 and at least one selected from a two-dimensional carbon nanostructure and a zero-dimensional carbon nanostructure is 1:99 to 99:1.
제1항에 있어서,
상기 이차원 탄소나노구조체가 1 내지 10nm의 사이즈를 갖는 그래핀 양자점이고,
상기 그래핀 양자점의 말단에는 하이드록시기, 카르보닐기, 카르복실기, 에폭시기, 아민기 및 이미드기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 작용기를 갖는 하드마스크 조성물.
According to claim 1,
The two-dimensional carbon nanostructure is a graphene quantum dot having a size of 1 to 10 nm,
A hard mask composition having at least one functional group selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an epoxy group, an amine group, and an imide group at an end of the graphene quantum dots.
제1항에 있어서,
상기 이차원 탄소 나노구조체는 OH-관능화된 그래핀 양자점(OH-functionalized GQD), 또는 COOH-관능화된 그래핀 양자점(COOH-functionalized GQD)인 하드마스크 조성물.
According to claim 1,
The hardmask composition of claim 1, wherein the two-dimensional carbon nanostructure is OH-functionalized graphene quantum dots (OH-functionalized GQD) or COOH-functionalized graphene quantum dots (COOH-functionalized GQD).
제1항에 있어서,
상기 용매가 물, 메탄올, 이소프로판올, 에탄올, N,N-디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 디클로로에탄, 디클로로벤젠, 디메틸술폭사이드, 아닐린, 프로필렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 디아세테이트, 메톡시 프로판디올, 디에틸렌글리콜, 아세틸아세톤, 사이클로헥사논, γ-부티로락톤, 니트로메탄, 테트라하이드로퓨란, 니트로벤젠, 부틸 니트라이트(butyl nitrite), 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 디에틸 에테르, 디에틸렌글리콜메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 톨루엔, 자이렌, 헥산, 메틸에틸케톤, 메틸이소케톤, 하이드록시메틸셀룰로오즈, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(propyleneglycol monomethylether acetate: PGMEA), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(propyleneglycol monomethyl ether: PGME), 사이클로헥산온(cyclohexanone), 에틸락테이트(ethyl lactate) 및 헵탄 중에서 선택된 하나 이상인 하드마스크 조성물.
According to claim 1,
The solvent is water, methanol, isopropanol, ethanol, N,N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dichloroethane, dichlorobenzene, dimethylsulfoxide, aniline, propylene glycol, propylene glycol diacetate, methoxy propanediol, diethylene glycol, acetylacetone, cyclohexanone, γ-butyrolactone, nitromethane, tetrahydrofuran, nitrobenzene, Butyl nitrite, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, diethyl ether, diethylene glycol methyl ether, diethylene glycol ethyl ether, dipropylene glycol methyl ether, toluene, xylene, hexane, methyl ethyl ketone, methyl isoketone, hydroxymethyl cellulose, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether ( A hard mask composition comprising at least one selected from propyleneglycol monomethyl ether (PGME), cyclohexanone, ethyl lactate, and heptane.
제1항에 있어서,
상기 하드마스크 조성물이 방향족 고리 함유 모노머, 방향족 고리 함유 모노머를 포함하는 반복단위를 함유하는 고분자 중에서 선택된 하나의 제1물질;
육방정계 질화붕소, 칼코게나이드계 물질, 및 그 전구체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 제2물질; 또는
상기 제1물질과 제2물질의 혼합물을 더 포함하는 하드마스크 조성물.
According to claim 1,
The hard mask composition may include a first material selected from an aromatic ring-containing monomer and a polymer containing a repeating unit including an aromatic ring-containing monomer;
at least one second material selected from the group consisting of hexagonal boron nitride, chalcogenide-based materials, and precursors thereof; or
A hard mask composition further comprising a mixture of the first material and the second material.
제15항에 있어서,
상기 방향족 고리 함유 모노머, 방향족 고리 함유 모노머를 포함하는 반복단위를 함유하는 고분자가 하기 화학식 13의 모노머 및 화학식 14의 모노머 중에서 선택된 하나 이상인 하드마스크 조성물:
[화학식 13]

상기 화학식 13중, R은 일치환된(mono-substituted) 또는 다치환된(multi-substituted) 치환기로서 수소, 할로겐 원자, 하이드록시기, 이소시아네이트기, 글리시딜옥시기, 카르복실기, 알데히드기, 아미노기, 실록산기, 에폭시기, 이미노기, 우레탄기, 에스테르기, 에폭시기, 아미드기, 이미드기, 아크릴기, 메타크릴기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30의 포화 유기 그룹 및 비치환된 또는 치환된 C1-C30 불포화 유기 그룹으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고,
[화학식 14]
A-L-A'
상기 화학식 14 중 A 및 A'은 서로 동일하거나 또는 상이하게 상기 화학식 13으로 표시되는 모노머 중에서 선택된 하나에서 파생된 일가의 유기기(monovalent organic group)이고
L은 링커(linker)로서 단일결합을 나타내거나 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C7-C30 아릴렌알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴렌알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬렌옥시기, 치환 또는 비치환된 C7-C30 아릴렌알킬렌옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴렌옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴렌알킬렌옥시기 -C(=O)- 및 -SO2-로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 L의 치환된 C1-C30 알킬렌기, 치환된 C2-C30 알케닐렌기, 치환된 C2-C30 알키닐렌기, 치환된 C7-C30 아릴렌알킬렌기, 치환된 C6-C30 아릴렌기, 치환된 C2-C30 헤테로아릴렌기, 치환된 C2-C30 헤테로아릴렌알킬렌기, 치환된 C1-C30 알킬렌옥시기, 치환된 C7-C30 아릴렌알킬렌옥시기, 치환된 C6-C30 아릴렌옥시기, 치환된 C2-C30 헤테로아릴렌옥시기, 치환된 C2-C30 헤테로아릴렌알킬렌옥시기는 할로겐 원자, 하이드록시기, 이소시아네이트기, 글리시딜옥시기, 카르복실기, 알데히드기, 아미노기, 실록산기, 에폭시기, 이미노기, 우레탄기, 에스테르기, 에폭시기, 아미드기, 이미드기, 아크릴기, 메타크릴기 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
According to claim 15,
A hard mask composition in which the aromatic ring-containing monomer and the polymer containing repeating units including the aromatic ring-containing monomer are at least one selected from a monomer represented by Chemical Formula 13 and a monomer represented by Chemical Formula 14:
[Formula 13]

In Formula 13, R is a mono-substituted or multi-substituted substituent and is hydrogen, a halogen atom, a hydroxyl group, an isocyanate group, a glycidyloxy group, a carboxyl group, an aldehyde group, an amino group, a siloxane group, an epoxy group, an imino group, a urethane group, an ester group, an epoxy group, an amide group, an imide group, an acrylic group, a methacrylic group, an unsubstituted or substituted C1-C30 saturated organic group And at least one selected from the group consisting of unsubstituted or substituted C1-C30 unsaturated organic groups,
[Formula 14]
AL-A'
In Formula 14, A and A' are identically or differently to each other, a monovalent organic group derived from one selected from monomers represented by Formula 13, and
L은 링커(linker)로서 단일결합을 나타내거나 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C7-C30 아릴렌알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴렌알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬렌옥시기, 치환 또는 비치환된 C7-C30 아릴렌알킬렌옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴렌옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로아릴렌알킬렌옥시기 -C(=O)- 및 -SO 2 -로 이루어진 군으로부터 선택된다.
A substituted C1-C30 alkylene group, a substituted C2-C30 alkenylene group, a substituted C2-C30 alkynylene group, a substituted C7-C30 arylenealkylene group, a substituted C6-C30 arylene group, a substituted C2-C30 heteroarylene group, a substituted C2-C30 heteroarylenealkylene group, a substituted C1-C30 alkyleneoxy group, a substituted C7-C30 aryl The enealkyleneoxy group, the substituted C6-C30 aryleneoxy group, the substituted C2-C30 heteroaryleneoxy group, the substituted C2-C30 heteroarylenealkyleneoxy group is selected from a halogen atom, a hydroxyl group, an isocyanate group, a glycidyloxy group, a carboxyl group, an aldehyde group, an amino group, a siloxane group, an epoxy group, an imino group, a urethane group, an ester group, an epoxy group, an amide group, an imide group, an acryl group, and a methacryl group. may be substituted with one or more substituents.
제15항에 있어서,
상기 방향족 고리 함유 모노머가 하기 화학식 17a 내지 17c로 표시되는 화합물 중에서 선택된 하나 이상인 하드마스크 조성물:
[화학식 17a]

[화학식 17b]

[화학식 17c]

상기 화학식 17a, 17b 또는 17c에서,L1 내지 L4는 각각 독립적으로 단일 결합 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기이다.
According to claim 15,
A hard mask composition in which the aromatic ring-containing monomer is at least one selected from compounds represented by Chemical Formulas 17a to 17c:
[Formula 17a]

[Formula 17b]

[Formula 17c]

In Formula 17a, 17b or 17c, L 1 to L 4 are each independently a single bond or a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkylene group.
제15항에 있어서,
상기 방향족 고리 함유 모노머가 하기 화학식 17d 내지 17f로 표시되는 화합물 중에서 선택된 하나 이상인 하드마스크 조성물:
[화학식 17d] [화학식 17e]

[화학식 17f]
According to claim 15,
A hard mask composition in which the aromatic ring-containing monomer is at least one selected from compounds represented by Chemical Formulas 17d to 17f:
[Formula 17d] [Formula 17e]

[Formula 17f]
기판상에 피식각막을 형성하는 제1단계;
상기 피식각막 상부에 제1항의 하드마스크 조성물을 공급하여 상기 하드마스크 조성물의 코팅 및 열처리 반응 생성물을 포함하는 하드마스크를 형성하는 제2단계;
상기 하드마스크 상부에 포토레지스트막을 형성하는 제3단계;
상기 포토레지스트막을 에칭 마스크로 하여 상기 하드마스크 조성물의 코팅 및 열처리 반응 생성물을 포함하는 하드마스크 패턴을 형성하는 제4단계; 및
상기 하드마스크 패턴을 에칭 마스크로 하여 상기 피식각막을 에칭하는 제5단계를 포함하는 패턴의 형성방법.
A first step of forming a film to be etched on a substrate;
a second step of supplying the hard mask composition of claim 1 to an upper portion of the film to be etched to form a hard mask including a reaction product of the coating and heat treatment of the hard mask composition;
a third step of forming a photoresist layer on the hard mask;
a fourth step of forming a hard mask pattern including a reaction product of the coating and heat treatment of the hard mask composition using the photoresist layer as an etching mask; and
and a fifth step of etching the film to be etched using the hard mask pattern as an etching mask.
제19항에 있어서,
상기 하드마스크 조성물을 피식각막 상부에 코팅하는 과정 중 또는 코팅 후에 열처리를 실시하는 패턴의 형성방법.
According to claim 19,
A method of forming a pattern in which heat treatment is performed during or after coating the hard mask composition on an upper portion of the film to be etched.
제20항에 있어서,
상기 열처리가 1000℃ 이하의 온도에서 실시되는 패턴의 형성방법.
According to claim 20,
The method of forming a pattern in which the heat treatment is carried out at a temperature of 1000 ° C or less.
제19항에 있어서,
상기 제2단계에서 공급된 하드마스크 조성물이
화학식 1로 표시되는 복합체 및 용매를 혼합하여 제조되거나; 또는
화학식 1로 표시되는 복합체와, 이차원 탄소나노구조체, 영차원 탄소나노구조체 및 그 전구체 중에서 선택된 하나 이상 및 용매를 혼합하여 제조되는 패턴의 형성방법.
According to claim 19,
The hard mask composition supplied in the second step
It is prepared by mixing the complex represented by Formula 1 and a solvent; or
A method for forming a pattern prepared by mixing the composite represented by Formula 1 with at least one selected from two-dimensional carbon nanostructures, zero-dimensional carbon nanostructures, and precursors thereof, and a solvent.
제19항에 있어서,
상기 하드마스크의 두께가 10nm 내지 10,000nm인 패턴의 형성방법.
According to claim 19,
The method of forming a pattern having a thickness of the hard mask of 10 nm to 10,000 nm.
제1항의 하드마스크 조성물을 코팅 및 열처리하여 얻은 생성물을 포함하는 하드마스크.A hard mask comprising a product obtained by coating and heat-treating the hard mask composition of claim 1. 제24항에 있어서,
상기 하드마스크가 i)하기 화학식 1로 표시되는 복합체를 포함하거나 또는
ii)하기 화학식 1로 표시되는 복합체와, 이차원 탄소 나노구조체, 영차원 탄소 나노구조체 및 그 유도체 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 하드마스크:
[화학식 1]

화학식 1중, X는 C(R11) 또는 N이고,
R1 내지 R8 및 R11은 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 시아노기, 하이드록시기, 이미드기, 카르보닐기, 에폭시기, 에폭시기 함유 작용기, -C(=O)R, -C(=O)NH2,-C(=O)OR, -(CH2)nCOOH(n=1 내지 10의 정수임) 및 -N(R9)(R10)중에서 선택되고, 또는 R1 및 R2, R3 및 R4, R5 및 R6, R7 및 R8은 서로 독립적으로 연결되어 고리를 형성할 수 있고,
R은 수소, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C6-C20 아릴기, C2-C20 헤테로아릴기, 또는 C2-C20 헤테로아릴옥시기이고,
R9 및 R10은 서로 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C6-C20 아릴기, C2-C20 헤테로아릴기, 또는 C2-C20 헤테로아릴옥시기이고,
M은 2 내지 11족 및 14족의 원소 또는 그 산화물 중에서 선택된다.
The method of claim 24,
The hard mask i) includes a complex represented by Formula 1, or
ii) A hard mask comprising a composite represented by Formula 1 below and at least one selected from a two-dimensional carbon nanostructure, a zero-dimensional carbon nanostructure, and derivatives thereof:
[Formula 1]

In Formula 1, X is C(R 11 ) or N,
R 1 내지 R 8 및 R 11 은 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 시아노기, 하이드록시기, 이미드기, 카르보닐기, 에폭시기, 에폭시기 함유 작용기, -C(=O)R, -C(=O)NH 2 ,-C(=O)OR, -(CH 2 ) n COOH(n=1 내지 10의 정수임) 및 -N(R 9 )(R 10 )중에서 선택되고, 또는 R 1 및 R 2 , R 3 및 R 4 , R 5 및 R 6 , R 7 및 R 8 은 서로 독립적으로 연결되어 고리를 형성할 수 있고,
R is hydrogen, C1-C20 alkyl group, C2-C20 alkenyl group, C2-C20 alkynyl group, C6-C20 aryl group, C2-C20 heteroaryl group, or C2-C20 heteroaryloxy group,
R 9 and R 10 are each independently hydrogen, a C1-C20 alkyl group, a C2-C20 alkenyl group, a C2-C20 alkynyl group, a C6-C20 aryl group, a C2-C20 heteroaryl group, or a C2-C20 heteroaryloxy group;
M is selected from elements of groups 2 to 11 and 14 or oxides thereof.
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