KR20170104270A - Composition for hard mask - Google Patents

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KR20170104270A
KR20170104270A KR1020160027096A KR20160027096A KR20170104270A KR 20170104270 A KR20170104270 A KR 20170104270A KR 1020160027096 A KR1020160027096 A KR 1020160027096A KR 20160027096 A KR20160027096 A KR 20160027096A KR 20170104270 A KR20170104270 A KR 20170104270A
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composition
hard mask
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chemical formula
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최한영
양돈식
김상태
성시진
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a composition for a hard mask, and more particularly, to a composition for a hard mask which exhibits excellent heat resistance without deteriorating optical properties and mechanical properties by containing compounds and solvents represented by specific chemical formulas. Additionally, the composition can form a resist underlayer film (hard mask) which simultaneously satisfies the gap-fill characteristics required in the front-end-of-the-line (FEOL) field.

Description

하드마스크용 조성물{COMPOSITION FOR HARD MASK}COMPOSITION FOR HARD MASK [0001]

본 발명은 하드마스크용 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for a hard mask.

마이크로일렉트로닉스 산업 및 마이크로스코픽 구조물(예를 들어, 마이크로머신, 마그네토레지스트(magnetoresist) 헤드 등) 등의 산업 분야에서, 구조적 형상의 크기를 감소시키고자 하는 요구가 지속되고 있다. 또한, 마이크로일렉트로닉스 산업에서, 마이크로일렉트로닉 디바이스의 크기를 감소시켜, 주어진 칩 크기에 보다 많은 양의 회로를 제공하고자 하는 요구가 존재한다.BACKGROUND OF THE INVENTION In the industrial field, such as the microelectronics industry and micro-scopic structures (e.g., micromachines, magnetoresist heads, etc.), there is a continuing need to reduce the size of structural features. There is also a need in the microelectronics industry to reduce the size of microelectronic devices and to provide a greater amount of circuitry for a given chip size.

형상 크기를 감소시키기 위해서는 효과적인 리쏘그래픽 기법이 필수적이다.Effective lithographic techniques are essential to reduce geometry size.

전형적인 리쏘그래픽 공정은 먼저, 하층 재료에 레지스트를 도포한 후, 방사선에 노광하여 레지스트 층을 형성한다. 이어서, 레지스트 층을 현상액으로 현상하여 패턴화된 레지스트 층을 형성하고, 패턴화된 레지스트 층의 개구부 내에 있는 물질을 에칭시켜, 하층 재료에 패턴을 전사시킨다. 전사가 완료된 후, 감광성 레지스트를 패턴 방식으로 노출시킴으로써 패턴화된 레지스트 층을 형성시키는 과정을 수반한다. 이어서, 이미지는 노출된 레지스트 층을 임의의 물질(전형적으로 수성 알칼리 현상액)과 접촉시킴으로써 현상시킨다. 이어서, 패턴은 패턴화된 레지스트 층의 개구부 내에 있는 그 물질을 에칭시킴으로써 하층 재료에 전사시킨다. 전사가 완료된 후, 잔류하는 레지스트 층은 제거한다.In a typical lithographic process, first, a resist is applied to a lower layer material, and then exposed to radiation to form a resist layer. The resist layer is then developed with a developer to form a patterned resist layer, and the material in the openings of the patterned resist layer is etched to transfer the pattern to the underlying material. After the transfer is completed, a patterned resist layer is exposed by patterning to form a patterned resist layer. The image is then developed by contacting the exposed resist layer with any material (typically an aqueous alkali developer). The pattern is then transferred to the underlying material by etching the material within the openings of the patterned resist layer. After the transfer is completed, the remaining resist layer is removed.

상기 리쏘그래픽 공정 중 대부분은 레지스트 층과 하층 재료 간의 반사성을 최소화시키기 위하여, 반사방지코팅(anti-refractive coating; ARC)을 사용하여 해상도를 증가시킨다. 그러나 패터닝 후 반사방지코팅을 에칭하는 공정에서, 레지스트 층도 많이 소모되어, 후속 에칭 단계 중에 추가의 패터닝이 필요하게 될 수 있다.Most of the lithographic processes use an anti-refractive coating (ARC) to minimize the reflectivity between the resist layer and underlying material. However, in the process of etching the antireflective coating after patterning, a large amount of resist layer may also be consumed, which may require additional patterning during subsequent etching steps.

다시 말하면, 일부 리쏘그래픽 이미지화 공정의 경우, 사용된 레지스트는 하층 재료에 소정의 패턴을 효과적으로 전사시킬 수 있을 정도로 에칭 단계에 대하여 충분한 내성을 갖지 못하는 경우가 있다. 따라서, 레지스트 물질을 극히 얇게 사용하는 초박막 레지스트 층이 필요한 경우, 에칭 처리하고자 하는 기판이 두꺼운 경우, 에칭 깊이가 깊게 요구되는 경우 또는 소정의 하층 재료에 특정한 에칭제(etchant)를 사용하는 것이 필요한 경우 등에서, 레지스트 하층막이 사용되어 왔다.In other words, in some lithographic imaging processes, the resist used may not have sufficient resistance to the etching step to such an extent that it can effectively transfer a predetermined pattern to the underlying material. Therefore, when an ultra-thin resist layer using an extremely thin resist material is required, a substrate to be etched is thick, a deep etching depth is required, or a specific etchant is required for a predetermined lower layer material A resist underlayer film has been used.

레지스트 하층막은 레지스트 층과 패턴화된 레지스트로부터 전사에 의해 패턴화될 수 있는 하층 재료 사이에 중간층 역할을 하며, 그 레지스트 하층막은 패턴화된 레지스트 층으로부터 패턴을 수용하고, 하층 재료로 패턴을 전사시키는 데 필요한 에칭 공정을 견디어 낼 수 있어야 한다.The resist underlayer film serves as an intermediate layer between the resist layer and the underlying layer material that can be patterned by transfer from the patterned resist, the underlayer resist layer containing a pattern from the patterned resist layer and transferring the pattern to the underlying layer material To withstand the etching process necessary to achieve the required etching process.

이러한 하층막을 형성하기 위하여 많은 재료가 연구되었으나, 여전히 개선된 하층막 조성물에 대한 요구가 지속되고 있다.Many materials have been studied to form these undercoat films, but there is still a continuing need for improved undercoat compositions.

종래 하층막을 형성하기 위한 재료들은 기판에 도포하기 어려우므로, 예를 들면 화학적 또는 물리적 증착, 특수 용매, 또는 고온 소성을 이용하나, 이들은 비용이 많이 드는 문제가 있다. 이에, 최근에는 고온 소성을 실시할 필요 없이 스핀-온 도포 기법에 의해 도포될 수 있는 하층막 조성물에 관한 연구가 진행되고 있다.Conventionally, the materials for forming the undercoat layer are difficult to apply to the substrate. For example, chemical or physical vapor deposition, special solvent, or high temperature baking is used, but these are costly. In recent years, studies on a lower layer film composition that can be applied by a spin-on coating technique have been conducted without necessity of high temperature firing.

또한, 상부에 형성되는 레지스트층을 마스크로 하여 선택적으로 용이하게 에칭될 수 있으며, 동시에 특히 하층이 금속 층인 경우 하층막을 마스크로 하여 하층을 패턴화하는데 필요한 에칭 공정에 내성이 있는 하층막 조성물에 관한 연구가 진행되고 있다.It is also possible to selectively etch selectively using the resist layer formed on the upper layer, and at the same time, the lower layer film composition which is resistant to the etching process necessary for patterning the lower layer using the lower layer film as a mask Research is underway.

한국공개특허 제10-2010-0082844호는 레지스트 하층막 형성 조성물에 관한 기술을 개시하고 있다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2010-0082844 discloses a technique relating to a resist underlayer film forming composition.

한국공개특허 제10-2010-0082844호Korean Patent Publication No. 10-2010-0082844

본 발명은 광학적 특성 및 기계적 특성의 저하 없이, 우수한 내열성을 보이며, 또한 Front-End-Of-The-Line(FEOL) 분야에서 요구되는 Gap-fill 특성을 동시에 만족시키는 레지스트 하층막(하드마스크)을 형성할 수 있는 하드마스크용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a resist underlayer film (hard mask) which exhibits excellent heat resistance without compromising optical and mechanical properties and simultaneously satisfies the gap-fill characteristics required in the front-end-of-the-line And to provide a composition for a hard mask capable of forming a hard mask.

1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 용매를 포함하는, 하드마스크용 조성물: 1. A composition for a hard mask, comprising a compound represented by the following formula (1) and a solvent:

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

(식 중에서, L =

Figure pat00002
,
Figure pat00003
또는
Figure pat00004
이고,(Wherein L =
Figure pat00002
,
Figure pat00003
or
Figure pat00004
ego,

R1 내지 R12는 서로 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 내지 5의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기 또는

Figure pat00005
이고,R 1 to R 12 independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, or
Figure pat00005
ego,

Ar1 및 Ar3은 서로 독립적으로 탄소수 6 내지 18의 아릴렌기이고,Ar 1 and Ar 3 are each independently an arylene group having 6 to 18 carbon atoms,

Ar2 및 Ar4는 서로 독립적으로 탄소수 10 내지 22의 다환 방향족기(polycyclic aromatic group)이고,Ar 2 And Ar 4 are each independently a polycyclic aromatic group having 10 to 22 carbon atoms,

n은 2 또는 3의 정수임).n is an integer of 2 or 3).

2. 위 1에 있어서, 상기 화학식 1 중 Ar1은 하기 화학식 2 및 하기 화학식 3으로 표시되는 것으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인, 하드마스크용 조성물:2. The hard mask composition according to 1 above, wherein Ar 1 in the formula ( 1) is at least one selected from the group consisting of the following formulas (2) and (3)

[화학식 2](2)

Figure pat00006
Figure pat00006

[화학식 3](3)

Figure pat00007
.
Figure pat00007
.

3. 위 1에 있어서, 상기 화학식 1 중 Ar2는 하기 화학식 4로 표시되는, 하드마스크용 조성물:3. The hard mask composition according to item 1, wherein Ar < 2 > in the formula (1)

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure pat00008
.
Figure pat00008
.

4. 위 1에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 5 내지 9로 표시되는 화합물 중 적어도 하나인, 하드마스크용 조성물.4. The composition for hard mask according to 1 above, wherein the compound represented by the formula (1) is at least one of compounds represented by the following formulas (5) to (9).

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure pat00009
Figure pat00009

[화학식 6][Chemical Formula 6]

Figure pat00010
Figure pat00010

[화학식 7](7)

Figure pat00011
Figure pat00011

[화학식 8][Chemical Formula 8]

Figure pat00012
Figure pat00012

(R1 내지 R12는 서로 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 페닐기,

Figure pat00013
또는
Figure pat00014
임).(R 1 to R 12 independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a phenyl group,
Figure pat00013
or
Figure pat00014
being).

5. 위 1에 있어서, 조성물 총 중량 중 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 10 내지 50 중량%, 상기 용매 50 내지 90중량%로 포함하는, 하드마스크용 조성물.5. The hard mask composition according to 1 above, wherein the composition contains 10 to 50% by weight of the compound represented by the formula (1) and 50 to 90% by weight of the solvent.

6. 위 1에 있어서, 가교제 및 촉매 중 적어도 하나를 더 포함하는, 하드마스크용 조성물.6. The composition for hard mask according to 1 above, further comprising at least one of a crosslinking agent and a catalyst.

본 발명의 하드마스크용 조성물은, 우수한 광학적 특성, 기계적 특성, 내열성 특성 및 Gap-fill 특성을 가지는 레지스트 하층막(하드마스크)을 형성한다. The composition for a hard mask of the present invention forms a resist underlayer film (hard mask) having excellent optical properties, mechanical properties, heat resistance properties and Gap-fill properties.

본 발명의 하드마스크용 조성물은, 광학적 특성 및 기계적 특성의 저하 없이, 우수한 내열성을 보이며, 또한 Front-End-Of-The-Line(FEOL) 분야에서 요구되는 Gap-fill 특성을 동시에 만족시키는 레지스트 하층막(하드마스크)을 형성한다.The composition for a hard mask of the present invention is a composition for a hard mask which exhibits excellent heat resistance without deteriorating optical and mechanical properties and which simultaneously satisfies the gap-fill characteristic required in the front-end-of-the-line To form a film (hard mask).

본 발명의 일 실시예에 따른 하드마스크용 조성물은, 형성되는 하층막의 광학적 특성은 변화되지 않으면서, 적절한 가교 특성을 얻을 수 있다.The composition for a hard mask according to an embodiment of the present invention can obtain appropriate crosslinking properties without changing the optical characteristics of the underlayer film to be formed.

본 발명의 일 실시형태는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 용매를 포함함으로써, 광학적 특성 및 기계적 특성의 저하 없이, 우수한 내열성을 보이며, 또한 Front-End-Of-The-Line(FEOL) 분야에서 요구되는 Gap-fill 특성을 동시에 만족시키는 레지스트 하층막(하드마스크)을 형성할 수 있는 하드마스크용 조성물에 관한 것이다.An embodiment of the present invention includes a compound represented by the following formula (1) and a solvent, thereby exhibiting excellent heat resistance without deteriorating the optical and mechanical properties, and being required in the front-end-of-the-line (Hard mask) capable of simultaneously satisfying the gap-fill characteristics of the hard mask.

본 발명에 있어서, 화학식으로 표시되는 화합물 또는 수지의 이성질체가 있는 경우에는, 해당 화학식으로 표시되는 화합물 또는 수지는 그 이성질체까지 포함하는 대표 화학식을 의미한다.In the present invention, when the compound represented by the formula or the isomer of the resin is present, the compound represented by the formula or the resin means a representative formula including the isomer thereof.

<하드마스크용 조성물><Composition for hard mask>

본 발명의 하드마스크용 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물(A) 및 용매(B)를 포함한다.The composition for a hard mask of the present invention comprises a compound (A) represented by the following formula (1) and a solvent (B).

화학식 1로 표시되는 화합물(A)The compound (A) represented by the general formula (1)

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00015
Figure pat00015

(식 중에서, L =

Figure pat00016
,
Figure pat00017
또는
Figure pat00018
이고,(Wherein L =
Figure pat00016
,
Figure pat00017
or
Figure pat00018
ego,

R1 내지 R12는 서로 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 내지 5의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기 또는

Figure pat00019
이고,R 1 to R 12 independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, or
Figure pat00019
ego,

Ar1 및 Ar3은 서로 독립적으로 탄소수 6 내지 18의 아릴렌기이고,Ar 1 and Ar 3 are each independently an arylene group having 6 to 18 carbon atoms,

Ar2 및 Ar4는 서로 독립적으로 탄소수 10 내지 22의 다환 방향족기(polycyclic aromatic group)이고,Ar 2 and Ar 4 are each independently a polycyclic aromatic group having 10 to 22 carbon atoms,

n은 2 또는 3의 정수임).n is an integer of 2 or 3).

본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물(A)을 포함함으로써, 본 발명의 하드마스크용 조성물로 형성되는 하드 마스크층이 우수한 내열성 및 코팅성 등을 동시에 나타내도록 할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물(A)을 사용하는 경우는 광학적 특성 및 기계적 특성의 저하 없이, 우수한 내열성을 보이며, 또한 고분자가 아니므로 분자량이 작아 Front-End-Of-The-Line(FEOL) 분야에서 요구되는 Gap-fill 특성을 동시에 만족시킨다.By including the compound (A) represented by the above formula (1), the hard mask layer formed of the hard mask composition of the present invention can exhibit excellent heat resistance and coating property at the same time. Specifically, when the compound (A) represented by formula (1) according to the present invention is used, excellent heat resistance is exhibited without deteriorating the optical properties and mechanical properties, and since it is not a polymer, its molecular weight is small, -Line (FEOL) field simultaneously.

이러한 측면에서 바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 1 중 Ar1은 하기 화학식 2 및 하기 화학식 3으로 표시되는 것으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.:In this respect, Ar 1 of the formula (1) according to an embodiment of the present invention may be at least one selected from the group consisting of the following formulas 2 and 3:

[화학식 2](2)

Figure pat00020
Figure pat00020

[화학식 3](3)

Figure pat00021
.
Figure pat00021
.

또한, 내열성을 향상시키는 측면에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 1 중 상기 Ar2는 하기 화학식 4로 표시되는 것일 수 있다:From the viewpoint of improving the heat resistance, Ar 2 in the formula (1) according to an embodiment of the present invention may be represented by the following formula 4:

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure pat00022
.
Figure pat00022
.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 구체적인 예시는, 하기 화학식 5 내지 8로 표시되는 화합물 중 적어도 하나일 수 있다.Specific examples of the compound represented by the formula (1) may be at least one of the compounds represented by the following formulas (5) to (8).

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure pat00023
Figure pat00023

[화학식 6][Chemical Formula 6]

Figure pat00024
Figure pat00024

[화학식 7](7)

Figure pat00025
Figure pat00025

[화학식 8][Chemical Formula 8]

Figure pat00026
Figure pat00026

(R1 내지 R12는 서로 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 페닐기,

Figure pat00027
또는
Figure pat00028
임).(R 1 to R 12 independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a phenyl group,
Figure pat00027
or
Figure pat00028
being).

상기 화학식 5 내지 8로 표시되는 화합물은 예를 들면, 하기 화학식 9 내지 13일 수 있다:The compounds represented by the above formulas (5) to (8) can be, for example, the following formulas (9) to (13)

[화학식 9][Chemical Formula 9]

Figure pat00029
Figure pat00029

[화학식 10][Chemical formula 10]

Figure pat00030
Figure pat00030

[화학식 11](11)

Figure pat00031
Figure pat00031

[화학식 12][Chemical Formula 12]

Figure pat00032
Figure pat00032

[화학식 13][Chemical Formula 13]

Figure pat00033
.
Figure pat00033
.

본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물(A)의 함량은 본 발명의 목적을 달성할 수 있으면 별다른 제한이 없으나, 예를 들면 조성물 총 중량 중 10 내지 50 중량%일 수 있고, 상기 범위를 만족 시 전술한 본 발명의 효과가 가장 우수하게 나타날 수 있다. 화학식 1로 표시되는 화합물(A)의 함량이 조성물 총 중량 중 10중량% 미만이거나 50중량% 초과이면 Gap-fill 특성이 저하될 수 있다.The content of the compound (A) represented by the general formula (1) according to an embodiment of the present invention is not particularly limited as long as the object of the present invention can be achieved. For example, it may be 10 to 50% When the above range is satisfied, the effect of the present invention described above can be exhibited to the best. When the content of the compound (A) represented by the general formula (1) is less than 10% by weight or exceeds 50% by weight in the total weight of the composition, the gap fill characteristic may be lowered.

용매(B)Solvent (B)

본 발명의 일 실시예에 따른 용매는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물에 대한 충분한 용해성을 갖는 유기 용매라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate; PGMEA), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(propylene glycol monomethyl ether; PGME), 사이클로헥사논, 에틸락테이트, 감마-부티로락톤(γ-butyrolactone; GBL), 아세틸 아세톤(acetyl acetone)등을 들 수 있고, 바람직하게 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate; PGMEA)일 수 있다.The solvent according to an embodiment of the present invention is not particularly limited as long as it is an organic solvent having sufficient solubility for the compound represented by the formula (1), for example, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) Propylene glycol monomethyl ether (PGME), cyclohexanone, ethyl lactate, gamma -butyrolactone (GBL), and acetyl acetone. Propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA).

본 발명의 일 실시예에 따른 용매(B)의 함량은 본 발명의 목적을 달성할 수 있으면 별다른 제한이 없으며 본 발명에 따른 조성물에서 화학식 1의 화합물을 포함하는 반응 성분 및 기타 첨가제를 제외한 잔량으로 포함될 수 있다. 예를 들면 조성물에 화학식 1의 화합물만 사용될 경우, 용매는 조성물 총 중량 중 50 내지 90중량%일 수 있고, 상기 범위를 만족 시 전술한 본 발명의 효과가 유효하게 나타날 수 있다.The content of the solvent (B) according to one embodiment of the present invention is not particularly limited as long as the object of the present invention can be achieved. In the composition according to the present invention, the amount of the solvent (B) . For example, when only the compound of Chemical Formula 1 is used in the composition, the solvent may be 50 to 90% by weight of the total weight of the composition. When the above range is satisfied, the effects of the present invention described above can be effectively exhibited.

가교제Cross-linking agent (C) 및 촉매(D)(C) and the catalyst (D)

또한, 필요에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 하드마스크용 조성물은 추가적으로 가교제 및 촉매 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.In addition, if necessary, the composition for a hard mask according to an embodiment of the present invention may further include at least one of a crosslinking agent and a catalyst.

상기 가교제는 발생된 산에 의해 촉매 작용된 반응에서 가열에 의하여 중합체의 반복단위를 가교할 수 있는 것으로서, 생성된 산에 의해 촉매작용화될 수 있는 방식으로 화합물(A)의 히드록시기와 반응될 수 있는 가교제라면 특별히 한정되지 않는다. 이러한 가교제의 대표적인 예로는 멜라민, 아미노 수지, 글리콜루릴 화합물 및 비스에폭시 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.The crosslinking agent is capable of crosslinking the repeating units of the polymer by heating in a reaction catalyzed by the generated acid and can be reacted with the hydroxyl group of the compound (A) in such a manner as to be catalyzed by the resulting acid The crosslinking agent is not particularly limited. Representative examples of such a crosslinking agent include any one selected from the group consisting of melamine, amino resin, glycoluril compound and bisepoxy compound.

상기 가교제를 더 포함함으로써, 하드마스크용 조성물의 경화특성이 보다 강화될 수 있다.By further including the crosslinking agent, the curing property of the composition for a hard mask can be further enhanced.

상기 가교제의 구체적인 예를 들면, 에테르화된 아미노 수지, 예를 들면 메틸화되거나 부틸화된 멜라민(구체적인 예로는, N-메톡시메틸-멜라민 또는 N-부톡시메틸-멜라민) 및 메틸화되거나 부틸화된 우레아(urea) 수지(구체적인 예로는, Cymel U-65 Resin 또는 UFR 80 Resin), 하기 화학식 31로 표시되는 글리콜루릴 유도체(구체적인 예로는, Powderlink 1174), 화학식 32로 표시되는 비스(히드록시메틸)-p-크레졸 화합물)등을 예로 들 수 있다. 또한, 하기 화학식 33로 표시되는 비스에폭시 계통의 화합물과 하기 화학식 34으로 표시되는 멜라민 계통의 화합물도 가교제로 사용할 수 있다.Specific examples of the cross-linking agent include etherified amino resins such as methylated or butylated melamine (specific examples include N-methoxymethyl-melamine or N-butoxymethyl-melamine) and methylated or butylated Urea resin (specific examples of which are Cymel U-65 Resin or UFR 80 Resin), glycoluril derivatives represented by the following formula (31) (specific examples include Powderlink 1174), bis (hydroxymethyl) p-cresol compound), and the like. The bis-epoxy compound represented by the following formula (33) and the melamine compound represented by the following formula (34) may also be used as the crosslinking agent.

[화학식 31](31)

Figure pat00034
Figure pat00034

[화학식 32](32)

Figure pat00035
Figure pat00035

[화학식 33](33)

Figure pat00036
Figure pat00036

[화학식 34](34)

Figure pat00037
Figure pat00037

상기 촉매로는 산 촉매 또는 염기성 촉매를 사용할 수 있다.As the catalyst, an acid catalyst or a basic catalyst may be used.

상기 산 촉매는 열 활성화된 산 촉매를 사용할 수 있다. 산 촉매의 예로는 p-톨루엔 술폰산모노하이드레이트(p-toluene sulfonic acid monohydrate)과 같은 유기산이 사용될 수 있고, 또한 보관안정성을 도모한 TAG(thermal acid generator)계통의 화합물을 들 수 있다. 열산 발생제는 열 처리시 산을 방출하도록 되어있는 산 생성제 화합물로서, 예를 들어 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트(pyridinium p-toluene sulfonate), 2,4,4,6-테트라브로모시클로헥사디엔온, 벤조인토실레이트, 2-니트로벤질토실레이트, 유기술폰산의 알킬에스테르 등을 사용할 수 있다.The acid catalyst may be a thermally activated acid catalyst. Examples of the acid catalyst include an organic acid such as p-toluene sulfonic acid monohydrate, and a TAG (thermal acid generator) based compound which ensures storage stability. Thermal acid generators are acid generator compounds which are intended to release acid upon thermal treatment, for example pyridinium p-toluene sulfonate, 2,4,4,6-tetrabromocyclohexa Dienone, benzoin tosylate, 2-nitrobenzyl tosylate, and alkyl esters of organic sulfonic acids.

상기 염기성 촉매로는 NH4OH 또는 NR4OH(R은 알킬기)로 표시되는 암모늄 히드록사이드 중 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.As the basic catalyst, any one selected from among NH 4 OH or ammonium hydroxide represented by NR 4 OH (R is an alkyl group) can be used.

또한, 레지스트 기술 분야에서 공지된 다른 감광성 촉매도 이것이 반사방지 조성물의 다른 성분과 상용성이 있는 한 사용할 수 있다.Other photosensitive catalysts known in the art of resist technology can also be used as long as they are compatible with the other components of the antireflective composition.

상기 가교제를 포함하는 경우, 가교제의 함량은 상기 화합물(A) 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 30 중량부일 수 있고, 바람직하게 5 중량부 내지 20 중량부일 수 있으며, 보다 바람직하게는 5 중량부 내지 10 중량부일 수도 있다. 또한, 상기 촉매를 포함하는 경우, 촉매의 함량은 상기 화합물(A) 100 중량부에 대하여 0.001 중량부 내지 5 중량부일 수 있고, 바람직하게 0.1 중량부 내지 2 중량부일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.1 중량부 내지 1 중량부일 수도 있다.When the cross-linking agent is included, the content of the cross-linking agent may be 1 part by weight to 30 parts by weight, preferably 5 parts by weight to 20 parts by weight, more preferably 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the compound (A) To 10 parts by weight. When the catalyst is included, the content of the catalyst may be 0.001 to 5 parts by weight, preferably 0.1 to 2 parts by weight, more preferably 0.1 to 5 parts by weight, relative to 100 parts by weight of the compound (A) Parts by weight to 1 part by weight.

상기 가교제가 상기 범위에 포함되는 경우, 형성되는 하층막의 광학적 특성은 변화시키지 않으면서, 적절한 가교 특성을 얻을 수 있다.When the crosslinking agent is included in the above range, appropriate crosslinking properties can be obtained without changing the optical properties of the lower layer film to be formed.

또한, 상기 촉매 함량이 상기 범위에 포함되는 경우, 적절한 가교 특성을 얻을 수 있고, 또한 보관안정성에 영향을 미치는 산도를 적절하게 유지할 수 있다.In addition, when the catalyst content falls within the above range, appropriate crosslinking properties can be obtained and the acidity affecting the storage stability can be appropriately maintained.

첨가제(E)Additive (E)

필요에 따라, 본 발명의 하드마스크용 조성물은 추가적으로 계면 활성제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 계면활성제로는 알킬벤젠설폰산염, 알킬피리디늄염, 폴리에틸렌글리콜류, 제사암모늄염등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 계면활성제의 함량은 상기 화합물(A) 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 10 중량부일 수 있다. 상기 계면활성제의 함량이 상기 범위에 포함되는 경우, 형성되는 하층막의 광학적 특성이 변경되지 않으면서, 적절한 가교 특성을 얻을 수 있다.If necessary, the composition for a hard mask of the present invention may further comprise additives such as a surfactant. Examples of the surfactant include, but are not limited to, alkylbenzenesulfonates, alkylpyridinium salts, polyethylene glycols, and quaternary ammonium salts. In this case, the content of the surfactant may be 0.1 part by weight to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the compound (A). When the content of the surfactant is within the above range, appropriate crosslinking properties can be obtained without changing the optical properties of the lower layer film to be formed.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to be illustrative of the invention and are not intended to limit the scope of the claims. It will be apparent to those skilled in the art that such variations and modifications are within the scope of the appended claims.

실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples

하기 표 1 및 표 2에 기재된 조성 및 함량(중량%)의 하드마스크용 조성물을 제조하였다.A composition for a hard mask of the composition and the content (% by weight) shown in the following Tables 1 and 2 was prepared.

구분division 화합물(A)The compound (A) 용매(B)Solvent (B) 가교제(C)The crosslinking agent (C) 촉매(D)The catalyst (D) 첨가제(E)Additive (E) 성분ingredient 함량 content 성분ingredient 함량content 성분ingredient 함량content 성분ingredient 함량content 성분ingredient 함량content 실시예 1Example 1 A-1A-1 2020 B-1B-1 8080 -- -- -- -- -- -- 실시예 2Example 2 A-1A-1 1010 B-1B-1 9090 -- -- -- -- -- -- 실시예 3Example 3 A-1A-1 3030 B-1B-1 7070 -- -- -- -- -- -- 실시예 4Example 4 A-2A-2 2020 B-1B-1 8080 -- -- -- -- -- -- 실시예 5Example 5 A-3A-3 2020 B-1B-1 8080 -- -- -- -- -- -- 실시예 6Example 6 A-4A-4 2020 B-1B-1 8080 -- -- -- -- -- -- 실시예 7Example 7 A-5A-5 2020 B-1B-1 8080 -- -- -- -- -- -- 실시예 8Example 8 A-1A-1 5555 B-1B-1 4545 -- -- -- -- -- -- 실시예 9Example 9 A-1A-1 2020 B-1B-1 7878 C-1C-1 1One D-1D-1 1One -- -- 실시예 10Example 10 A-1A-1 2020 B-1B-1 7979 -- -- -- -- E-1E-1 1One

구분division 화합물(A')The compound (A ') 용매(B)Solvent (B) 가교제(C)The crosslinking agent (C) 촉매(D)The catalyst (D) 첨가제(E)Additive (E) 성분ingredient 함량 content 성분ingredient 함량content 성분ingredient 성분ingredient 함량 content 성분ingredient 함량content 성분ingredient 비교예 1Comparative Example 1 A'-1A'-1 2020 B-1B-1 8080 -- -- -- -- -- -- 비교예 2Comparative Example 2 A'-2A'-2 2020 B-1B-1 8080 -- -- -- -- -- -- 비교예 3Comparative Example 3 A'-3A'-3 2020 B-1B-1 8080 -- -- -- -- -- -- 비교예 4Comparative Example 4 A'-4A'-4 2020 B-1B-1 8080 -- -- -- -- -- -- 비교예 5Comparative Example 5 A'-1A'-1 2020 B-1B-1 7878 C-1C-1 1One D-1D-1 1One -- -- 비교예 6Comparative Example 6 A'-1A'-1 2020 B-1B-1 7979 -- -- -- -- E-1E-1 1One

A-1 :

Figure pat00038
A-1:
Figure pat00038

A-2 :

Figure pat00039
A-2:
Figure pat00039

A-3 :

Figure pat00040
A-3:
Figure pat00040

A-4 :

Figure pat00041
A-4:
Figure pat00041

A-5 :

Figure pat00042
A-5:
Figure pat00042

A'-1 :

Figure pat00043
A'-1:
Figure pat00043

A'-2 :

Figure pat00044
A'-2:
Figure pat00044

A'-3 :

Figure pat00045
A'-3:
Figure pat00045

A'-4:

Figure pat00046
: 중량평균분자량:3000 (1-파이레놀과 1,4-자일레놀의 공중합체)A'-4:
Figure pat00046
: Weight average molecular weight: 3000 (copolymer of 1-pyrenol and 1,4-xylenol)

B-1 : 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate; PGMEA)B-1: Propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA)

C-1 : ( N-메톡시메틸-멜라민)C-1: (N-methoxymethyl-melamine)

D-1 : p-톨루엔 술폰산-피리딘염D-1: p-toluenesulfonic acid-pyridine salt

E-1 : 트리에틸렌글리콜E-1: Triethylene glycol

실험예Experimental Example

1. 내열성 평가1. Evaluation of heat resistance

조성물을 진공건조하여 용제를 제거하고, 샘플 일부를 취하여, 질소하에서, TGA(thermogravimetric analysis)를 이용하여 800도까지 승온하면서, 질량손실률을 측정하였다.The composition was vacuum dried to remove the solvent, and a portion of the sample was taken and the mass loss rate was measured while elevating the temperature to 800 DEG C using TGA (thermogravimetric analysis) under nitrogen.

질량손실률 = {(초기질량 -800도에서의 질량)/초기질량} x 100%Mass loss rate = {(mass at initial mass-800 degrees) / initial mass} x 100%

<내열성 판정>&Lt; Determination of heat resistance &

○: 질량손실률 40% 미만○: Mass loss rate less than 40%

△: 질량손실률 40% 이상 내지 50% 미만DELTA: Mass loss rate: 40% or more to less than 50%

×: 질량손실률 50% 이상×: mass loss rate of 50% or more

2. Gap-fill특성 평가2. Gap-fill characterization

<평가방법><Evaluation method>

깊이 600nm 폭 100nm의 패턴이 형성되어 있는 실리콘 기판 위에, 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 6에서 만들어진 샘플용액을 각각 실리콘웨이퍼 위에 스핀-코팅법으로 코팅하고, 60초간 200℃ 에서 구워서 두께 250nm의 필름을 형성시키고, 단면 SEM을 측정하여 Gap-fill특성을 평가하였다.Each of the sample solutions prepared in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 6 was coated on a silicon wafer by spin coating on a silicon substrate having a pattern of 600 nm deep and 100 nm wide and baked at 200 캜 for 60 seconds, Film was formed, and cross-sectional SEM was measured to evaluate the gap-fill characteristic.

<Gap-fill 특성 판정>&Lt; Gap-fill characteristic determination >

◎: 단면사진에서 채워지지 않은 공간이 확인되지 않으며, 코팅표면의 불균일이 육안으로 확인되지 않음.◎: Unfilled space is not confirmed in the cross-sectional photograph, and unevenness of coating surface is not visually confirmed.

○: 코팅표면의 불균일이 육안으로 확인 되지 않으나, 단면사진에서 채워지지 않은 공간이 확인 됨.○: The unevenness of the coating surface is not visually confirmed, but the unfilled space is confirmed in the cross-sectional photograph.

△: 단면사진에서 채워지지 않은 공간이 확인되지 않으나, 코팅표면의 불균일이 육안으로 확인 됨.△: The unfilled space was not confirmed in the cross-sectional photograph, but the unevenness of the coating surface was visually confirmed.

×: 단면사진에서 채워지지 않은 공간이 확인되며, 코팅표면의 불균일이 육안으로 확인 됨.×: The unfilled space is confirmed in the cross-sectional photograph, and the unevenness of the coating surface is visually confirmed.

구분division 내열성
(800℃ 질량손실률)
Heat resistance
(Mass loss rate at 800 ° C)
Gap-fill특성Gap-fill characteristics
실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 실시예 7Example 7 실시예 8Example 8 실시예 9Example 9 실시예 10Example 10 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 ×× 비교예 4Comparative Example 4 ×× 비교예 5Comparative Example 5 비교예 6Comparative Example 6

표 3을 참고하면, 실시예들은 내열성 및 Gap-fill특성 등이 모두 우수하게 나타나지만, 비교예들은 이러한 특성들이 모두 우수하지 못함을 확인할 수 있었다. 다만, 실시예 8은 점도 상승으로 인해 액상의 코팅 균일성이 다소 저하되었다.Referring to Table 3, the heat resistance and the gap-fill characteristics are excellent in the Examples, but the Comparative Examples are not excellent in all of these properties. However, the coating uniformity of the liquid phase was slightly lowered in Example 8 due to an increase in viscosity.

Claims (6)

하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 용매를 포함하는, 하드마스크용 조성물:
[화학식 1]
Figure pat00047

(식 중에서, L =
Figure pat00048
,
Figure pat00049
또는
Figure pat00050
이고,
R1 내지 R12는 서로 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 내지 5의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기 또는
Figure pat00051
이고,
Ar1 및 Ar3은 서로 독립적으로 탄소수 6 내지 18의 아릴렌기이고,
Ar2 및 Ar4는 서로 독립적으로 탄소수 10 내지 22의 다환 방향족기(polycyclic aromatic group)이고,
n은 2 또는 3의 정수임).
A composition for a hard mask, comprising a compound represented by the following formula (1) and a solvent:
[Chemical Formula 1]
Figure pat00047

(Wherein L =
Figure pat00048
,
Figure pat00049
or
Figure pat00050
ego,
R 1 to R 12 independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, or
Figure pat00051
ego,
Ar 1 and Ar 3 are each independently an arylene group having 6 to 18 carbon atoms,
Ar 2 and Ar 4 are each independently a polycyclic aromatic group having 10 to 22 carbon atoms,
n is an integer of 2 or 3).
청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1 중 Ar1은 하기 화학식 2 및 하기 화학식 3으로 표시되는 것으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인, 하드마스크용 조성물:
[화학식 2]
Figure pat00052

[화학식 3]
Figure pat00053
.
The composition for a hard mask according to claim 1, wherein Ar 1 in the formula ( 1) is at least one selected from the group consisting of the following formulas (2) and (3)
(2)
Figure pat00052

(3)
Figure pat00053
.
청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1 중 Ar2는 하기 화학식 4로 표시되는, 하드마스크용 조성물:
[화학식 4]
Figure pat00054
.
The composition for a hard mask according to claim 1, wherein Ar &lt; 2 &gt; in the formula (1)
[Chemical Formula 4]
Figure pat00054
.
청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 5 내지 9로 표시되는 화합물 중 적어도 하나인, 하드마스크용 조성물.
[화학식 5]
Figure pat00055

[화학식 6]
Figure pat00056

[화학식 7]
Figure pat00057

[화학식 8]
Figure pat00058

(R1 내지 R12는 서로 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 페닐기,
Figure pat00059
또는
Figure pat00060
임).
The composition for a hard mask according to claim 1, wherein the compound represented by the formula (1) is at least one compound represented by the following formulas (5) to (9).
[Chemical Formula 5]
Figure pat00055

[Chemical Formula 6]
Figure pat00056

(7)
Figure pat00057

[Chemical Formula 8]
Figure pat00058

(R 1 to R 12 independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a phenyl group,
Figure pat00059
or
Figure pat00060
being).
청구항 1에 있어서, 조성물 총 중량 중 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 10 내지 50 중량%, 상기 용매 50 내지 90중량%로 포함하는, 하드마스크용 조성물.The hard mask composition according to claim 1, which comprises 10 to 50% by weight of the compound represented by the formula (1) and 50 to 90% by weight of the solvent in the total weight of the composition. 청구항 1에 있어서, 가교제 및 촉매 중 적어도 하나를 더 포함하는, 하드마스크용 조성물.The composition of claim 1, further comprising at least one of a crosslinking agent and a catalyst.
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