KR20230019720A - Hardmask composition, and method of forming patterns - Google Patents

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KR20230019720A
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양선영
임재범
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

Provided are (i) a polymer containing a structural unit represented by the following chemical formula 1-1, a structural unit represented by the following chemical formula 1-2, or a combination thereof, (ii) a compound represented by the following chemical formula 2, or (iii) a combination of the polymer (i) and the compound (ii), and a hardmask composition including a solvent, and a pattern forming method using the hardmask composition. X, Y, A^1, A^2, L^1 to L^6, T^1 to T^3, E^1 and E^2, and m and n of the checmial formulas 1-1, 1-2, and 2 are each as described in the specification. The present invention provides a hardmask composition that can be effectively applied to a hardmask layer.

Description

하드마스크 조성물, 및 패턴 형성 방법{HARDMASK COMPOSITION, AND METHOD OF FORMING PATTERNS}Hard mask composition and pattern forming method {HARDMASK COMPOSITION, AND METHOD OF FORMING PATTERNS}

하드마스크 조성물, 및 상기 하드마스크 조성물을 사용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.A hard mask composition and a pattern forming method using the hard mask composition.

최근 반도체 산업은 수백 나노미터 크기의 패턴에서 수 내지 수십 나노미터 크기의 패턴을 가지는 초미세 기술로 발전하고 있다. 이러한 초미세 기술을 실현하기 위해서는 효과적인 리쏘그래픽 기법이 필수적이다. In recent years, the semiconductor industry has been developing from hundreds of nanometer-sized patterns to ultra-fine technologies having several to several tens of nanometer-sized patterns. Effective lithographic techniques are essential to realize these ultra-fine technologies.

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

근래, 형성하고자 하는 패턴의 크기가 감소함에 따라 상술한 전형적인 리쏘그래픽 기법만으로는 양호한 프로파일을 가진 미세 패턴을 형성하기 어렵다. 이에 따라 식각하고자 하는 재료층과 포토레지스트 층 사이에 일명 하드마스크 층(hardmask layer)이라고 불리는 보조층을 형성하여 미세 패턴을 형성할 수 있다.Recently, as the size of a pattern to be formed decreases, it is difficult to form a fine pattern having a good profile only with the above-described typical lithographic techniques. Accordingly, a fine pattern may be formed by forming an auxiliary layer called a hardmask layer between the material layer to be etched and the photoresist layer.

일 구현예는 하드마스크 층에 효과적으로 적용할 수 있는 하드마스크 조성물을 제공한다.One embodiment provides a hardmask composition that can be effectively applied to a hardmask layer.

다른 구현예는 상기 하드마스크 조성물을 사용한 패턴 형성 방법을 제공한다.Another embodiment provides a pattern forming method using the hard mask composition.

일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 (i) 하기 화학식 1-1로 표현되는 구조단위, 하기 화학식 1-2로 표현되는 구조단위, 또는 이들의 조합을 포함하는 중합체, (ii) 하기 화학식 2로 표현되는 화합물, 또는 (iii) 상기 (i)의 중합체와 상기 (ii)의 화합물의 조합, 및 용매를 포함한다:A hard mask composition according to an embodiment includes (i) a polymer including a structural unit represented by Chemical Formula 1-1, a structural unit represented by Chemical Formula 1-2, or a combination thereof, (ii) a structural unit represented by Chemical Formula 2 below. A compound represented by, or (iii) a combination of a polymer of (i) above and a compound of (ii) above, and a solvent:

[화학식 1-1] [화학식 1-2][Formula 1-1] [Formula 1-2]

Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00001
Figure pat00002

상기 화학식 1-1 및 1-2 에서,In Formulas 1-1 and 1-2,

X 및 Y는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 지방족 탄화수소 고리, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 탄화수소 고리, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30의 헤테로 고리, 또는 이들의 조합을 포함하고, X and Y are each independently a substituted or unsubstituted C4 to C30 aliphatic hydrocarbon ring, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic hydrocarbon ring, a substituted or unsubstituted C4 to C30 heterocycle, or a combination thereof. include,

[화학식 2] [Formula 2]

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 화학식 2 에서,In Formula 2 above,

A1 및 A2는, 각각 독립적으로, 하기 화학식 3-1 또는 하기 화학식 3-2로 표현되고,A 1 and A 2 are each independently represented by Formula 3-1 or Formula 3-2 below;

L1 내지 L6는, 각각 독립적으로, 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 또는 이들의 조합이고,L 1 to L 6 are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkylene group, or a substituted or unsubstituted C6 to C30 arylene group, or a combination thereof;

T1 내지 T3는, 각각 독립적으로, 히드록시기, 티올기, 티오닐기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 또는 이들의 조합이고,T 1 to T 3 are each independently a hydroxyl group, a thiol group, a thionyl group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, or these is a combination of

E1 및 E2는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20 지방족 탄화수소 고리, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 탄화수소 고리, 또는 이들의 조합이고,E 1 and E 2 are each independently a substituted or unsubstituted C4 to C20 aliphatic hydrocarbon ring, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic hydrocarbon ring, or a combination thereof;

m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이다:m and n are each independently an integer from 0 to 5:

[화학식 3-1] [화학식 3-2][Formula 3-1] [Formula 3-2]

Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00004
Figure pat00005

상기 화학식 3-1 및 3-2에서,In Chemical Formulas 3-1 and 3-2,

X 및 Y는 각각 상기 화학식 1-1 및 1-2에서 정의한 바와 같다.X and Y are as defined in Chemical Formulas 1-1 and 1-2, respectively.

상기 화학식 1-1, 1-2, 3-1 및 3-2의 X 및 Y는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 탄화수소 고리를 포함한다. X and Y in Formulas 1-1, 1-2, 3-1 and 3-2 each independently include a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic hydrocarbon ring.

상기 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 탄화수소 고리는 치환 또는 비치환된 하나의 벤젠 고리를 포함하거나, 또는 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠 고리가 단일결합 또는 연결기에 의해 연결된 것, 또는 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠 고리가 축합된 방향족 탄화수소 고리를 포함할 수 있다.The substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic hydrocarbon ring includes one substituted or unsubstituted benzene ring, or two or more substituted or unsubstituted benzene rings connected by a single bond or a linking group, or a substituted or unsubstituted ring. It may contain an aromatic hydrocarbon ring in which two or more cyclic benzene rings are condensed.

상기 화학식 1-1, 1-2, 3-1, 및 3-2의 X는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠 고리가 축합된 C10 내지 C24 방향족 탄화수소 고리를 포함한다. X in Formulas 1-1, 1-2, 3-1, and 3-2 each independently includes a C10 to C24 aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed.

상기 화학식 1-1, 1-2, 3-1, 및 3-2의 X는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠 고리가 축합된 C10 내지 C20 방향족 탄화수소 고리를 포함한다.X in Formulas 1-1, 1-2, 3-1, and 3-2 each independently includes a C10 to C20 aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed.

상기 화학식 1-1, 1-2, 3-1, 및 3-2의 X는, 각각 독립적으로, 나프탈렌, 퍼릴렌, 또는 코로넨으로부터 유래한 방향족 탄화수소 고리를 포함한다.X in Formulas 1-1, 1-2, 3-1, and 3-2 each independently includes an aromatic hydrocarbon ring derived from naphthalene, perylene, or coronene.

상기 화학식 1-1 및 1-2의 Y는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠 고리가 단일결합 또는 연결기에 의해 연결된 방향족 탄화수소 고리를 포함한다.Y in Chemical Formulas 1-1 and 1-2 each independently includes an aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are connected by a single bond or a linking group.

상기 연결기는 -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, -S(=O)2-, -Si(CH3)2-, -(CH2)p- (여기서, 1≤p≤10), -(CF2)q- (여기서, 1≤q≤10), -CR'R"- (여기서, R' 및 R"은, 각각 독립적으로, 수소, C1 내지 C10의 지방족 탄화수소기, C6 내지 C20의 방향족 탄화수소기, 또는 C6 내지 C20의 지환족 탄화수소기임), -C(CF3)(C6H5)-, -C(CF3)2-, -C(=O)NH-, 플루오레닐렌기, 또는 이들의 조합을 포함한다.The linking group is -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, -S(=O) 2 -, -Si(CH 3 ) 2 -, -(CH 2 ) p - (Where 1≤p≤10), -(CF 2 ) q - (Where, 1≤q≤10), -CR'R"- (Where, R' and R" are each independently hydrogen, a C1 to C10 aliphatic hydrocarbon group, a C6 to C20 aromatic hydrocarbon group, or a C6 to C20 alicyclic hydrocarbon group), -C(CF 3 )(C 6 H 5 )-, -C(CF 3 ) 2 -, -C(=O)NH-, a fluorenylene group, or a combination thereof includes

상기 화학식 1-1 및 1-2의 Y 는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 2개의 벤젠 고리가 단일결합, -O-, -S-, -C(=O)-, 또는 플루오레닐렌기에 의해 연결된 방향족 탄화수소 고리를 포함한다.Y in Formulas 1-1 and 1-2 is each independently two substituted or unsubstituted benzene rings that represent a single bond, -O-, -S-, -C(=O)-, or fluorenylene contains aromatic hydrocarbon rings linked by groups.

상기 화학식 3-1 및 3-2의 Y는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 벤젠 고리, 또는 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠고리가 축합된 방향족 탄화수소 고리를 포함한다.Y in Chemical Formulas 3-1 and 3-2 each independently includes a substituted or unsubstituted benzene ring or an aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed.

상기 화학식 2의 L1 내지 L6는 모두 단일 결합이다.L 1 to L 6 in Formula 2 are all single bonds.

상기 화학식 2의 T1 내지 T3는, 각각 독립적으로, 히드록시기, 티올기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알콕시기, 또는 이들의 조합이다.T 1 to T 3 in Formula 2 are each independently a hydroxyl group, a thiol group, a substituted or unsubstituted amino group, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkoxy group, or a combination thereof.

상기 화학식 2의 T1 내지 T3는 모두 히드록시기이다.All of T 1 to T 3 in Formula 2 are hydroxyl groups.

상기 화학식 2의 E1 및 E2는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 벤젠고리, 또는 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠고리가 축합된 방향족 탄화수소 고리를 포함한다.E 1 and E 2 in Formula 2 each independently include a substituted or unsubstituted benzene ring or an aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed.

상기 화학식 2의 m 및 n 중 하나는 0이고, 나머지 하나는 1이다. One of m and n in Formula 2 is 0, and the other is 1.

상기 화학식 1-1은 하기 화학식 1-a 내지 1-c 중 하나로 표시된다:Formula 1-1 is represented by one of the following Formulas 1-a to 1-c:

[화학식 1-a][Formula 1-a]

Figure pat00006
Figure pat00006

[화학식 1-b][Formula 1-b]

Figure pat00007
Figure pat00007

[화학식 1-c][Formula 1-c]

Figure pat00008
.
Figure pat00008
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상기 화학식 1-2는 하기 화학식 1-d로 표시된다:Formula 1-2 is represented by Formula 1-d below:

[화학식 1-d][Formula 1-d]

Figure pat00009
.
Figure pat00009
.

상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 화학식 [2-a] 또는 하기 화학식 [2-b] 로 표시되는 화합물을 포함한다:The compound represented by Chemical Formula 2 includes a compound represented by the following Chemical Formula [2-a] or the following Chemical Formula [2-b]:

[화학식 2-a][Formula 2-a]

Figure pat00010
Figure pat00010

[화학식 2-b][Formula 2-b]

Figure pat00011
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Figure pat00011
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다른 구현예에 따르면, 재료 층 위에 일 구현예에 따른 하드마스크 조성물을 도포하고 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계, 상기 하드마스크 층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하여 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 및 상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법을 제공한다.According to another embodiment, forming a hard mask layer by applying a hard mask composition according to one embodiment to a material layer and performing heat treatment, forming a photoresist layer on the hard mask layer, exposing the photoresist layer, and forming a photoresist pattern by developing, exposing a portion of the material layer by selectively removing the hard mask layer using the photoresist pattern, and etching the exposed portion of the material layer. A pattern forming method is provided.

일 구현예에 따른 하드마스크 조성물로부터 제조된 하드마스크 층은 우수한 막 밀도 및 내식각성을 확보할 수 있다.A hardmask layer prepared from the hardmask composition according to one embodiment may secure excellent film density and etch resistance.

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

이하, 본 명세서에서 특별한 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 중수소, 할로겐 원자(F, Br, Cl, 또는 I), 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C30 알킬기, C2 내지 C30 알케닐기, C2 내지 C30 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C2 내지 C30 헤테로고리기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.Hereinafter, unless otherwise defined herein, 'substituted' means that a hydrogen atom in a compound is deuterium, a halogen atom (F, Br, Cl, or I), a hydroxyl group, a nitro group, a cyano group, an amino group, an azido group, an amino group A dino group, a hydrazino group, a hydrazono group, a carbonyl group, a carbamyl group, a thiol group, an ester group, a carboxyl group or a salt thereof, a sulfonic acid group or a salt thereof, a phosphoric acid group or a salt thereof, C1 to C30 Alkyl group, C2 to C30 Alkenyl group, C2 to C30 alkynyl group, C6 to C30 aryl group, C7 to C30 arylalkyl group, C1 to C30 alkoxy group, C1 to C20 heteroalkyl group, C3 to C20 heteroarylalkyl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C15 cycloalkenyl group, It means that it is substituted with a substituent selected from a C6 to C15 cycloalkynyl group, a C2 to C30 heterocyclic group, and combinations thereof.

또한, 상기 치환된 할로겐 원자(F, Br, Cl, 또는 I), 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C30 알킬기, C2 내지 C30 알케닐기, C2 내지 C30 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, 또는 C2 내지 C30 헤테로고리기 중 인접한 두 개의 치환기가 융합되어 고리를 형성할 수도 있다. 예를 들어, 상기 치환된 C6 내지 C30 아릴기는 인접한 또 다른 치환된 C6 내지 C30 아릴기와 융합되어 치환 또는 비치환된 플루오렌 고리를 형성할 수 있다.In addition, the substituted halogen atom (F, Br, Cl, or I), hydroxy group, nitro group, cyano group, amino group, azido group, amidino group, hydrazino group, hydrazono group, carbonyl group, carbamyl group, thiol group, ester group, carboxyl group or its salt, sulfonic acid group or its salt, phosphoric acid or its salt, C1 to C30 alkyl group, C2 to C30 alkenyl group, C2 to C30 alkynyl group, C6 to C30 aryl group, C7 to C30 arylalkyl group, C1 to C30 alkoxy group, C1 to C20 heteroalkyl group, C3 to C20 heteroarylalkyl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C15 cycloalkenyl group, C6 to C15 cycloalkynyl group, or C2 to C30 heterocyclic group. Substituents may be fused to form a ring. For example, the substituted C6 to C30 aryl group may be fused with another adjacent substituted C6 to C30 aryl group to form a substituted or unsubstituted fluorene ring.

본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, “지방족 탄화수소 고리”는 “포화” 또는 “불포화” 지방족 탄화수소 고리를 모두 포함한다. Unless otherwise defined herein, "aliphatic hydrocarbon ring" includes both "saturated" and "unsaturated" aliphatic hydrocarbon rings.

본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, ”포화 지방족 탄화수소 고리”는 탄소간 결합이 모두 단일결합으로 이루어진 고리형 탄화수소 고리, 예를 들어, 사이클로알칸 고리를 의미한다.Unless otherwise defined herein, "saturated aliphatic hydrocarbon ring" means a cyclic hydrocarbon ring in which all carbon-carbon bonds are single bonds, for example, a cycloalkane ring.

본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, “불포화 지방족 탄화수소 고리”는 탄소간 결합이 하나 이상의 불포화 결합을 포함하는 지방족 탄화수소 고리, 예를 들어, 사이클로알켄, 사이클로알킨을 포함한다.Unless otherwise defined herein, “unsaturated aliphatic hydrocarbon ring” includes an aliphatic hydrocarbon ring in which an intercarbon bond includes one or more unsaturated bonds, such as cycloalkenes and cycloalkynes.

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

본 명세서에서 "아릴기(aryl group)"는 탄화수소 방향족 모이어티를 하나 이상 갖는 그룹을 의미하며, 넓게는 탄화수소 방향족 모이어티들이 단일 결합으로 연결된 형태 및 탄화수소 방향족 모이어티들이 직접 또는 간접적으로 융합된 비방향족 융합고리 또한 포함한다. 아릴기는 모노사이클릭, 폴리사이클릭 또는 융합된 폴리사이클릭(즉, 탄소원자들의 인접한 쌍들을 나눠 가지는 고리) 작용기를 포함한다.As used herein, "aryl group" refers to a group having one or more hydrocarbon aromatic moieties, and broadly refers to a form in which hydrocarbon aromatic moieties are connected by a single bond and a ratio in which hydrocarbon aromatic moieties are directly or indirectly fused. Aromatic fused rings are also included. Aryl groups include monocyclic, polycyclic or fused polycyclic (ie, rings that divide adjacent pairs of carbon atoms) functional groups.

본 명세서에서 "헤테로고리기(heterocyclic group)"는 헤테로아릴기를 포함하는 개념이며, 이에 추가하여 아릴기, 사이클로알킬기, 이들의 융합고리 또는 이들의 조합과 같은 고리 화합물 내에서 탄소(C) 대신에 N, O, S, P 및 Si에서 선택되는 헤테로 원자를 적어도 한 개 함유하는 것을 의미한다. 상기 헤테로고리기가 융합고리인 경우, 상기 헤테로고리기 전체 또는 각각의 고리마다 헤테로 원자를 한 개 이상 포함할 수 있다.In the present specification, "heterocyclic group" is a concept including a heteroaryl group, and in addition to this, in a ring compound such as an aryl group, a cycloalkyl group, a fused ring thereof, or a combination thereof, instead of carbon (C) It means containing at least one hetero atom selected from N, O, S, P, and Si. When the heterocyclic group is a fused ring, the entire heterocyclic group or each ring may include one or more heteroatoms.

보다 구체적으로, 치환 또는 비치환된 아릴기 및/또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기는, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 페난트릴기, 치환 또는 비치환된 나프타세닐기, 치환 또는 비치환된 피레닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 쿼터페닐기, 치환 또는 비치환된 크리세닐기, 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기, 치환 또는 비치환된 페릴레닐기, 치환 또는 비치환된 인데닐기, 치환 또는 비치환된 퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 티오페닐기, 치환 또는 비치환된 피롤릴기, 치환 또는 비치환된 피라졸릴기, 치환 또는 비치환된 이미다졸일기, 치환 또는 비치환된 트리아졸일기, 치환 또는 비치환된 옥사졸일기, 치환 또는 비치환된 티아졸일기, 치환 또는 비치환된 옥사디아졸일기, 치환 또는 비치환된 티아디아졸일기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 벤조티오페닐기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸일기, 치환 또는 비치환된 인돌일기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 나프티리디닐기, 치환 또는 비치환된 벤즈옥사진일기, 치환 또는 비치환된 벤즈티아진일기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페나진일기, 치환 또는 비치환된 페노티아진일기, 치환 또는 비치환된 페녹사진일기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸릴기, 피리도인돌일기, 벤조피리도옥사진일기, 벤조피리도티아진일기, 9,9-디메틸-9,10-디히드로아크리딘일기, 이들의 조합 또는 이들의 조합이 융합된 형태일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 본 발명의 일 예에서, 헤테로고리기 또는 헤테로아릴기는 피리딜기, 일돌일기, 카바졸릴기 또는 피리도인돌일기일 수 있다.More specifically, the substituted or unsubstituted aryl group and/or the substituted or unsubstituted heterocyclic group is a substituted or unsubstituted phenyl group, a substituted or unsubstituted naphthyl group, a substituted or unsubstituted anthracenyl group, a substituted or unsubstituted A substituted phenanthryl group, a substituted or unsubstituted naphthacenyl group, a substituted or unsubstituted pyrenyl group, a substituted or unsubstituted biphenyl group, a substituted or unsubstituted terphenyl group, a substituted or unsubstituted quarterphenyl group, a substituted or unsubstituted biphenyl group, A substituted chrysenyl group, a substituted or unsubstituted triphenylenyl group, a substituted or unsubstituted perylenyl group, a substituted or unsubstituted indenyl group, a substituted or unsubstituted furanyl group, a substituted or unsubstituted thiophenyl group, a substituted Or an unsubstituted pyrrolyl group, a substituted or unsubstituted pyrazolyl group, a substituted or unsubstituted imidazolyl group, a substituted or unsubstituted triazolyl group, a substituted or unsubstituted oxazolyl group, a substituted or unsubstituted thiazole Diary, substituted or unsubstituted oxadiazolyl group, substituted or unsubstituted thiadiazolyl group, substituted or unsubstituted pyridinyl group, substituted or unsubstituted pyrimidinyl group, substituted or unsubstituted pyrazinyl group, substituted Or an unsubstituted triazinyl group, a substituted or unsubstituted benzofuranyl group, a substituted or unsubstituted benzothiophenyl group, a substituted or unsubstituted benzimidazolyl group, a substituted or unsubstituted indolyl group, a substituted or unsubstituted quinine A nolinyl group, a substituted or unsubstituted isoquinolinyl group, a substituted or unsubstituted quinazolinyl group, a substituted or unsubstituted quinoxalinyl group, a substituted or unsubstituted naphthyridinyl group, a substituted or unsubstituted benzoxazinyl group, Substituted or unsubstituted benzthiazinyl group, substituted or unsubstituted acridinyl group, substituted or unsubstituted phenazinyl group, substituted or unsubstituted phenothiazinyl group, substituted or unsubstituted phenoxazinyl group, substituted or unsubstituted A substituted fluorenyl group, a substituted or unsubstituted dibenzofuranyl group, a substituted or unsubstituted dibenzothiophenyl group, a substituted or unsubstituted carbazolyl group, a pyridoindolyl group, a benzopyridoxazinyl group, benzopyridothia A jinyl group, a 9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridinyl group, a combination thereof, or a combination thereof may be in the form of a fusion, but Not limited. In one embodiment of the present invention, the heterocyclic group or heteroaryl group may be a pyridyl group, an ildolyl group, a carbazolyl group, or a pyridoindolyl group.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "조합"이란 혼합 또는 공중합을 의미한다.In this specification, unless otherwise specified, "combination" means mixing or copolymerization.

또한, 본 명세서에서, 중합체는 올리고머(oligomer)와 중합체(polymer)를 모두 포함할 수 있다. Also, in the present specification, the polymer may include both an oligomer and a polymer.

리쏘그래피 기술은 기판 위에 레지스트 재료로 막을 형성하고, 그 막에 대해 일정 패턴을 형성하는 마스크를 이용하여 특정 광원에 대해 선택적 노광을 행하고, 그 후 현상 처리하는 것에 의해 레지스트 막 상에 패턴을 형성하는 공정을 포함한다. 한편, 반도체 산업에서 칩의 크기를 감소시키고자 하는 요구가 끊임없이 이어지고 있는 추세이다. 이러한 추세에 대응하기 위해서는 리쏘그래피 기술에서 패터닝되는 레지스트의 선폭이 수십 나노 사이즈로 감소되어야 하고, 이렇게 형성된 패턴을 이용하여 하부 기질에 에칭 공정을 이용하여 하층 재료에 패턴을 전사하게 된다. 그러나, 레지스트의 패턴 사이즈가 작아지므로 그 선폭을 견딜 수 있는 레지스트의 높이(aspect ratio)가 제한되고, 이에 따라 레지스트들이 에칭 단계에서 충분한 내성을 가지지 못하는 경우가 있다. 따라서, 레지스트 물질을 얇게 사용하는 경우, 에칭하고자 하는 기질이 두꺼운 경우, 혹은 깊이가 깊은 패턴이 필요한 경우 등에서 이를 보상하기 위해 일명 하드마스크 층(hardmask layer)이라고 불리는 유기막을 레지스트 하층막으로서 사용해 왔다. A lithography technique involves forming a film of a resist material on a substrate, performing selective exposure to a specific light source using a mask that forms a certain pattern on the film, and then forming a pattern on the resist film by developing. include the process Meanwhile, in the semiconductor industry, there is an ever-increasing demand for reducing the size of chips. In order to cope with this trend, the line width of the resist patterned in lithography technology must be reduced to several tens of nanometers in size, and the pattern is transferred to the lower layer material by using an etching process on the lower substrate using the pattern formed in this way. However, since the pattern size of the resist is reduced, the height (aspect ratio) of the resist that can withstand the line width is limited, and accordingly, there are cases where the resist does not have sufficient resistance in an etching step. Accordingly, an organic film called a hardmask layer has been used as a resist underlayer to compensate for a thin resist material, a thick substrate to be etched, or a deep pattern.

이러한 하드마스크 층은 레지스트 층과 패턴을 만들고자 하는 기질 간의 두번째 마스크 역할을 하기 때문에 패턴 전사 시 필요한 다중 식각 과정 동안 견딜 수 있도록 우수한 접착력 및 막밀도의 특성 등이 필요하다. 또한, 하드마스크 층을 형성하기 위한 조성물 내 성분들의 용해성이 나쁠 경우 보관 안정성이 저하되거나 코팅 공정에서 흐름성이 좋지 않고 불량이 발생할 가능성이 높다. 따라서, 하드마스크 형성용 조성물은 우수한 용해도 특성이 특히 중요하며, 경화 후 우수한 접착력과 막밀도를 유지하며 내식각성이 우수한 하드마스크 층을 제공할 수 있어야 한다.Since this hard mask layer serves as a second mask between the resist layer and the substrate on which a pattern is to be formed, it needs excellent adhesive strength and film density characteristics to withstand multiple etching processes required for pattern transfer. In addition, when the solubility of the components in the composition for forming the hard mask layer is poor, storage stability is deteriorated, flowability is poor, and defects are likely to occur in the coating process. Therefore, a composition for forming a hard mask is particularly important in terms of excellent solubility, and should be capable of providing a hard mask layer having excellent etch resistance while maintaining excellent adhesion and film density after curing.

본원 발명자들은 상기와 같은 문제를 해결하여 용해도가 우수하고, 경화 시 가교력이 향상되며, 따라서, 제조되는 하드마스크 층이 높은 내식각성과 접착력, 및 막밀도를 가지는 하드마스크 조성물을 제조하기 위해 예의 노력하였다. 그 결과, 하기와 같은 특정 구조단위를 포함하는 중합체, 및/또는 화합물을 용매와 함께 포함하는 조성물이 상기한 목적들을 모두 달성할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.The present inventors solve the above problems to prepare a hard mask composition having excellent solubility, improved crosslinking power during curing, and thus, a hard mask layer produced having high etching resistance, adhesive strength, and film density. made an effort As a result, the present invention was completed by confirming that a composition containing a polymer including a specific structural unit and/or a compound as described below together with a solvent can achieve all of the above objects.

구체적으로, 일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 (i) 하기 화학식 1-1로 표현되는 구조단위, 하기 화학식 1-2로 표현되는 구조단위, 또는 이들의 조합을 포함하는 중합체, (ii) 하기 화학식 2로 표현되는 화합물, 또는 (iii) 상기 (i)의 중합체와 상기 (ii)의 화합물의 조합, 및 용매를 포함한다:Specifically, the hard mask composition according to one embodiment includes (i) a polymer including a structural unit represented by Chemical Formula 1-1, a structural unit represented by Chemical Formula 1-2, or a combination thereof, (ii) a structural unit represented by Chemical Formula 1-1 below; A compound represented by Formula 2, or (iii) a combination of the polymer of (i) and the compound of (ii) above, and a solvent:

[화학식 1-1] [화학식 1-2][Formula 1-1] [Formula 1-2]

Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00012
Figure pat00013

상기 화학식 1-1 및 1-2 에서,In Formulas 1-1 and 1-2,

X 및 Y는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 지방족 탄화수소 고리, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 탄화수소 고리, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30의 헤테로 고리, 또는 이들의 조합을 포함하고, X and Y are each independently a substituted or unsubstituted C4 to C30 aliphatic hydrocarbon ring, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic hydrocarbon ring, a substituted or unsubstituted C4 to C30 heterocycle, or a combination thereof. include,

[화학식 2] [Formula 2]

Figure pat00014
Figure pat00014

상기 화학식 2 에서,In Formula 2 above,

A1 및 A2는, 각각 독립적으로, 하기 화학식 3-1 또는 하기 화학식 3-2로 표현되고,A 1 and A 2 are each independently represented by Formula 3-1 or Formula 3-2 below;

L1 내지 L6는, 각각 독립적으로, 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 또는 이들의 조합이고,L 1 to L 6 are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkylene group, or a substituted or unsubstituted C6 to C30 arylene group, or a combination thereof;

T1 내지 T3는, 각각 독립적으로, 히드록시기, 티올기, 티오닐기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 또는 이들의 조합이고,T 1 to T 3 are each independently a hydroxyl group, a thiol group, a thionyl group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, or these is a combination of

E1 및 E2는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20 지방족 탄화수소 고리, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 탄화수소 고리, 또는 이들의 조합이고,E 1 and E 2 are each independently a substituted or unsubstituted C4 to C20 aliphatic hydrocarbon ring, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic hydrocarbon ring, or a combination thereof;

m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이다:m and n are each independently an integer from 0 to 5:

[화학식 3-1] [화학식 3-2][Formula 3-1] [Formula 3-2]

Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00015
Figure pat00016

상기 화학식 3-1 및 3-2에서,In Chemical Formulas 3-1 and 3-2,

X 및 Y는 각각 상기 화학식 1-1 및 1-2에서 정의한 바와 같다.X and Y are as defined in Chemical Formulas 1-1 and 1-2, respectively.

상기 화학식 1-1, 1-2, 3-1, 및 3-2로 나타낸 바와 같이, 일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 상기 화학식 1-1 및/또는 1-2로 표시되는 구조단위를 포함하거나, 또는 상기 화학식 3-1 및/또는 3-2로 표시되는 모이어티를 포함함으로써, 이들을 포함하는 중합체 및/또는 화합물은 탄소(C)와 함께 질소(N)의 함량이 현저히 증가할 수 있다. 또한, 위와 같은 이미드 구조단위 또는 모이어티를 포함함으로써 위와 같은 중합체 및 화합물이 보다 강직한(rigid) 구조를 가져 이를 포함하는 하드마스크 층의 내식각성이 개선되는 것으로 생각된다. As shown in Chemical Formulas 1-1, 1-2, 3-1, and 3-2, the hard mask composition according to an embodiment includes structural units represented by Chemical Formulas 1-1 and/or 1-2. or, by including the moiety represented by Formula 3-1 and/or 3-2 above, the content of nitrogen (N) together with carbon (C) in the polymer and/or compound including them can be significantly increased. . In addition, it is thought that by including the imide structural unit or moiety as described above, the above polymers and compounds have a more rigid structure, thereby improving the etch resistance of the hard mask layer including the imide structural unit or moiety.

상기 화학식 1-1, 1-2, 3-1 및 3-2에서, 상기 X 및 Y는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 탄화수소 고리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 탄화수소 고리는 치환 또는 비치환된 하나의 벤젠 고리를 포함하거나, 또는 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠 고리가 단일결합 또는 연결기에 의해 연결된 것, 또는 2 이상의 벤젠 고리가 축합된 것을 포함할 수 있다.In Chemical Formulas 1-1, 1-2, 3-1, and 3-2, X and Y may each independently include a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic hydrocarbon ring. For example, the substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic hydrocarbon ring includes one substituted or unsubstituted benzene ring, or two or more substituted or unsubstituted benzene rings linked by a single bond or a linking group, Or it may include one in which two or more benzene rings are condensed.

일 실시예에서, 상기 화학식 1-1, 1-2, 3-1 및 3-2의 X는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠 고리가 축합된 C10 내지 C24 방향족 탄화수소 고리를 포함할 수 있다. 상기 화학식 1-1, 1-2, 3-1 및 3-2의 X가 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠 고리가 축합된 C10 내지 C24 방향족 탄화수소 고리를 포함할 경우, 상기 중합체 및/또는 화합물은 그 구조 내에 판상형(planar) 구조를 포함함으로써, 이로부터 제조되는 하드마스크 층의 막밀도가 증가하고 내식각성이 더욱 개선될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 화학식 1-1, 1-2, 3-1 및 3-2의 X는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠 고리가 축합된 C10 내지 C20 방향족 탄화수소 고리를 포함할 수 있다.In one embodiment, X in Formulas 1-1, 1-2, 3-1, and 3-2 each independently includes a C10 to C24 aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed. can do. When X in Formulas 1-1, 1-2, 3-1 and 3-2 includes a C10 to C24 aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed, the polymer and/or compound By including a planar structure in the structure, the film density of the hard mask layer produced therefrom can be increased and the etch resistance can be further improved. In one embodiment, X in Formulas 1-1, 1-2, 3-1, and 3-2 each independently includes a C10 to C20 aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed. can do.

일 실시예에서, 상기 화학식 1-1, 1-2, 3-1 및 3-2의 X는, 각각 독립적으로, 나프탈렌, 퍼릴렌, 또는 코로넨으로부터 유래한 방향족 탄화수소 고리를 포함할 수 있다.In one embodiment, X in Chemical Formulas 1-1, 1-2, 3-1, and 3-2 may each independently include an aromatic hydrocarbon ring derived from naphthalene, perylene, or coronene.

상기 화학식 1-1 및 1-2의 Y는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠 고리가 단일결합 또는 연결기에 의해 연결된 방향족 탄화수소 고리를 포함할 수 있다. Y in Chemical Formulas 1-1 and 1-2 may each independently include an aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are connected by a single bond or a linking group.

상기 연결기는 -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, -S(=O)2-, -Si(CH3)2-, -(CH2)p- (여기서, 1≤p≤10), -(CF2)q- (여기서, 1≤q≤10), -CR'R"- (여기서, R' 및 R"은, 각각 독립적으로, 수소, C1 내지 C10의 지방족 탄화수소기, C6 내지 C20의 방향족 탄화수소기, 또는 C6 내지 C20의 지환족 탄화수소기임), -C(CF3)(C6H5)-, -C(CF3)2-, -C(=O)NH-, 플루오레닐렌기, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The linking group is -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, -S(=O) 2 -, -Si(CH 3 ) 2 -, -(CH 2 ) p - (Where 1≤p≤10), -(CF 2 ) q - (Where, 1≤q≤10), -CR'R"- (Where, R' and R" are each independently hydrogen, a C1 to C10 aliphatic hydrocarbon group, a C6 to C20 aromatic hydrocarbon group, or a C6 to C20 alicyclic hydrocarbon group), -C(CF 3 )(C 6 H 5 )-, -C(CF 3 ) 2 -, -C(=O)NH-, a fluorenylene group, or a combination thereof can include

일 실시예에서, 상기 화학식 1-1 및 1-2의 Y는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 2 개의 벤젠 고리가 단일결합, -O-, -S-, -C(=O)-, 또는 플루오레닐렌기에 의해 연결된 방향족 탄화수소 고리를 포함할 수 있다. In one embodiment, Y in Chemical Formulas 1-1 and 1-2 is each independently two substituted or unsubstituted benzene rings having a single bond, -O-, -S-, -C(=O)- , or an aromatic hydrocarbon ring linked by a fluorenylene group.

상기 화학식 1-1 및 1-2의 Y가, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠 고리가 단일결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 고리를 포함할 경우, 이를 포함하는 상기 중합체는 강직한(rigid) 구조를 유지하면서도 중합체의 주쇄가 일직선이 아닌 휘어진(tilted) 구조를 가질 수 있음에 따라 용매에의 용해도가 증가할 수 있다. 또한, 상기 Y가 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠 고리가 단일결합이 아닌 전술한 연결기에 의해 연결된 방향족 탄화수소 고리를 포함할 경우, 상기 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠 고리 사이의 연결이 고정되지 않고 유동적으로 됨에 따라, 이를 포함하는 중합체의 용매에 대한 용해도가 더욱 증가할 수 있다. 또한, 상기 연결기가 -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, 또는 -S(=O)2- 등일 경우, 이들은 중합체 내 수소결합 가능한 작용기, 또는 용매와 수소결합함으로써, 추가의 가교결합 형성으로 막밀도가 증가하거나, 또는 용매에의 용해도가 증가하는 효과를 가질 수 있다. 또는, 상기 연결기가 플루오렌기와 같이 입체장해를 가질 수 있는 기를 포함할 경우, 용매에의 용해도를 더욱 증가시킬 수 있다.When Y in Chemical Formulas 1-1 and 1-2 each independently includes an aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are connected by a single bond, the polymer containing the same is rigid ) while maintaining the structure, the solubility in the solvent may increase as the main chain of the polymer may have a tilted structure rather than a straight line. In addition, when Y includes two or more substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon rings linked by the above linking group rather than a single bond, the connection between the two or more substituted or unsubstituted benzene rings is not fixed. As it becomes fluid, the solubility of the polymer containing it in the solvent may further increase. In addition, when the linking group is -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, or -S(=O) 2 -, they are a functional group capable of hydrogen bonding in the polymer or a solvent. By hydrogen bonding with, it may have an effect of increasing the film density due to the formation of additional crosslinks or increasing the solubility in the solvent. Alternatively, when the linking group includes a group that may have steric hindrance such as a fluorene group, solubility in a solvent may be further increased.

상기 화학식 3-1 및 3-2의 Y는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 하나의 벤젠 고리, 또는 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠고리가 축합된 방향족 탄화수소 고리를 포함할 수 있다.Y in Chemical Formulas 3-1 and 3-2 may each independently include one substituted or unsubstituted benzene ring or an aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed.

상기 화학식 3-1 및 3-2의 Y가, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 하나의 벤젠 고리, 또는 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠고리가 축합된 방향족 탄화수소 고리를 포함할 경우, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 하드마스크 조성물로부터 제조되는 하드마스크의 막밀도가 증가하고, 내식각성이 더욱 개선될 수 있다. 또한, 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠고리가 축합된 방향족 탄화수소 고리를 포함할 경우, 상기 조성물 내 탄소 함량을 증가시켜 내식각성을 증가시킬 수도 있다. When Y in Formulas 3-1 and 3-2 each independently includes one substituted or unsubstituted benzene ring or an aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed, the formula The film density of a hardmask prepared from the hardmask composition including the compound represented by 2 may be increased, and etch resistance may be further improved. In addition, when an aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed is included, the corrosion resistance may be increased by increasing the carbon content in the composition.

일 실시예에서, 상기 화학식 2의 L1 내지 L6는 모두 단일 결합일 수 있다. 즉, 상기 화학식 2에서, T1 내지 T3에 각각 연결된 탄소 원자는 E1 및 E2, 그리고 A1 및 A2에 각각 직접 연결될 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 그 구조가 크게 유동적이지 않으며 대체로 판상형을 유지할 수 있고, 그에 따라 상기 화합물을 포함하는 조성물로부터 제조되는 하드마스크의 막밀도를 높이고 내식각성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 그 구조 내에 T1 내지 T3에 각각 연결된 3차 탄소를 포함함으로써, 화합물이 용매에 잘 녹을 수 있게 하는 효과도 가질 수 있다. In one embodiment, all of L 1 to L 6 in Formula 2 may be single bonds. That is, in Chemical Formula 2, the carbon atoms respectively connected to T 1 to T 3 may be directly connected to E 1 and E 2 , and A 1 and A 2 , respectively. In this case, the compound represented by Chemical Formula 2 is not very flexible in structure and can maintain a generally plate-like shape, thereby increasing the film density of a hard mask prepared from a composition containing the compound and improving the etch resistance. there is. However, the compound represented by Chemical Formula 2 may also have an effect of allowing the compound to dissolve well in a solvent by including tertiary carbons respectively linked to T 1 to T 3 in its structure.

일 실시예에서, 상기 화학식 2의 T1 내지 T3는, 각각 독립적으로, 히드록시기, 티올기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알콕시기, 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 상기 T1 내지 T3는 모두 히드록시기일 수 있다. In one embodiment, T 1 to T 3 in Formula 2 may each independently be a hydroxyl group, a thiol group, a substituted or unsubstituted amino group, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkoxy group, or a combination thereof. . For example, all of T 1 to T 3 may be hydroxyl groups.

상기 화학식 2의 T1 내지 T3가 상기와 같은 작용기를 가질 경우, 상기 작용기를 통해 다른 화합물과 가교결합하거나, 또는 다른 화합물 또는 용매의 수소결합 가능한 작용기와 수소결합함으로써, 상기 화합물의 용해도를 개선하고, 이를 포함하는 조성물로부터 제조되는 하드마스크의 막밀도를 개선하고 내식각성을 더욱 향상시킬 수 있다. When T 1 to T 3 in Formula 2 have the above functional groups, the solubility of the compound is improved by cross-linking with another compound through the functional group or by hydrogen bonding with a functional group capable of hydrogen bonding of another compound or solvent. And, it is possible to improve the film density and further improve the etch resistance of a hard mask prepared from a composition including the same.

일 실시예에서, 상기 화학식 2의 E1 및 E2는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 하나의 벤젠고리, 또는 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠고리가 축합된 방향족 탄화수소 고리를 포함할 수 있다. 상기 E1 및 E2가 각각 치환 또는 비치환된 벤젠 고리, 또는 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠고리가 축합된 방향족 탄화수소 고리를 포함함으로써, 상기 화합물의 탄소 함량을 높이고, 이를 포함하는 조성물로부터 제조되는 하드마스크의 막밀도를 개선하고 내식각성을 더욱 향상시킬 수 있다. In one embodiment, E 1 and E 2 in Formula 2 may each independently include one substituted or unsubstituted benzene ring, or an aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed. there is. The E 1 and E 2 each include a substituted or unsubstituted benzene ring or an aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed, thereby increasing the carbon content of the compound and preparing a composition containing the same. It is possible to improve the film density of the hard mask and further improve the etch resistance.

일 실시예에서, 상기 화학식 2의 m 및 n 중 하나는 0이고, 나머지 하나는 1일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 화학식 2의 m 및 n 중 하나는 0이고, 나머지 하나는 1로 됨으로써, 상기 화합물은 전체적으로 선형 구조를 이루고, 이에 따라 상기 화합물을 포함하는 조성물로부터 제조되는 하드마스크의 막밀도를 개선하고 내식각성을 더욱 향상시킬 수 있다. In one embodiment, one of m and n in Chemical Formula 2 may be 0 and the other may be 1, but is not limited thereto. When one of m and n in Formula 2 is 0 and the other is 1, the compound has a linear structure as a whole, and thus the film density of the hard mask prepared from the composition including the compound is improved and the corrosion resistance is improved. can be further improved.

일 실시예에서, 상기 화학식 1-1은 하기 화학식 1-a 내지 1-c 중 하나로 표시될 수 있고, 상기 화학식 1-2는 하기 화학식 1-d로 표시될 수 있으며, 이들에 제한되지 않는다:In one embodiment, Chemical Formula 1-1 may be represented by one of the following Chemical Formulas 1-a to 1-c, and Chemical Formula 1-2 may be represented by Chemical Formula 1-d, but is not limited thereto:

[화학식 1-a][Formula 1-a]

Figure pat00017
Figure pat00017

[화학식 1-b][Formula 1-b]

Figure pat00018
Figure pat00018

[화학식 1-c][Formula 1-c]

Figure pat00019
Figure pat00019

[화학식 1-d][Formula 1-d]

Figure pat00020
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Figure pat00020
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상기 화학식 1-1 및/또는 1-2로 표시되는 구조단위를 포함하는 중합체는 하기 화학식 1a로 표시되는 테트라카르복실산 이무수물과 하기 화학식 1b로 표시되는 테트라아민 화합물을 반응시켜 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The polymer including the structural unit represented by Chemical Formulas 1-1 and/or 1-2 may be prepared by reacting a tetracarboxylic dianhydride represented by Chemical Formula 1a with a tetraamine compound represented by Chemical Formula 1b. , but is not limited thereto.

[화학식 1a] [화학식 1b][Formula 1a] [Formula 1b]

Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00021
Figure pat00022

상기 화학식 1a에서 X1은 상기 화학식 1-1 및 1-2의 X와 동일하고, 상기 화학식 1b의 Y1은 상기 화학식 1-1 및 1-2의 Y와 동일하다.In Formula 1a, X 1 is the same as X in Formulas 1-1 and 1-2, and Y 1 in Formula 1b is the same as Y in Formulas 1-1 and 1-2.

상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 화학식 [2-a] 또는 [2-b]로 표시될 수 있고, 이들에 제한되지 않는다:The compound represented by Formula 2 may be represented by the following Formula [2-a] or [2-b], but is not limited thereto:

[화학식 2-a][Formula 2-a]

Figure pat00023
Figure pat00023

[화학식 2-b][Formula 2-b]

Figure pat00024
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Figure pat00024
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상기 화학식 2로 표시되는 화합물은, 먼저 상기 화학식 1a로 표시되는 테트라카르복실산 이무수물과 하기 화학식 1c로 표시되는 디아민 화합물을 반응시켜 상기 화학식 3-1 또는 3-2로 표시되는 화합물을 제조한 후, 이 화합물을, 상기 화학식 2에서 E1 또는 E2로 정의한 모이어티, 즉, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20 지방족 탄화수소 고리, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 탄화수소 고리, 또는 이들의 조합을 포함하는 모이어티에 상기 화학식 3-1 또는 3-2로 표시되는 화합물과 프리델-크래프트 반응(Fridel-Craf's Reaction)을 수행할 수 있는 작용기, 예를 들어, “X-C(=O)- (여기서, X는 F, Cl, Br, I 등 할로겐 원자, 예를 들어, Cl 일 수 있다)“ 가 치환된 화합물과 반응시킴으로써 제조할 수 있고, 이에 제한되지 않는다.The compound represented by Chemical Formula 2 is prepared by first reacting the tetracarboxylic dianhydride represented by Chemical Formula 1a with a diamine compound represented by Chemical Formula 1c to prepare a compound represented by Chemical Formula 3-1 or 3-2. Then, the compound is a moiety defined by E 1 or E 2 in Formula 2, that is, a substituted or unsubstituted C4 to C20 aliphatic hydrocarbon ring, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic hydrocarbon ring, or a combination thereof. A functional group capable of performing a Friedel-Craf's Reaction with the compound represented by Formula 3-1 or 3-2 in the moiety containing, for example, “XC(=O)- (where, X may be a halogen atom such as F, Cl, Br, I, for example, Cl)" may be prepared by reacting with a substituted compound, but is not limited thereto.

[화학식 1c][Formula 1c]

NH2-Y1-NH2 NH 2 -Y 1 -NH 2

상기 화학식 1c에서, 상기 Y1은 상기 화학식 3-1 또는 상기 화학식 3-2의 Y와 동일하다.In Formula 1c, Y 1 is the same as Y in Formula 3-1 or Formula 3-2.

일 실시예에서, 상기 화학식 3-1 또는 3-2로 표시되는 화합물과 프리델-크래프트 반응할 수 있는 화합물의 상기 화학식 2에서 E1 또는 E2로 표시한 모이어티는 하기 그룹 1에서 선택되는 하나 이상의 치환 또는 비치환된 방향족 탄화수소 고리를 포함할 수 있다:In one embodiment, the moiety represented by E 1 or E 2 in Formula 2 of the compound capable of reacting with the compound represented by Formula 3-1 or 3-2 and Friedel-Crafts is one selected from Group 1 below. It may contain one or more substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon rings:

[그룹 1][Group 1]

Figure pat00025
Figure pat00025

일 실시예에서, 상기 상기 화학식 2에서 E1 또는 E2로 표시한 모이어티는 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 나프타센, 파이렌, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 모이어티는 벤젠, 나프탈렌, 파이렌, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. In one embodiment, the moiety represented by E 1 or E 2 in Formula 2 may include benzene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, naphthacene, pyrene, or a combination thereof, for example, The moiety may include benzene, naphthalene, pyrene, or combinations thereof.

상기 화학식 1-1 및/또는 1-2로 표시되는 구조단위를 포함하는 중합체는 약 1,000 내지 100,000g/mol의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 중합체는 약 1,000 내지 50,000g/mol, 예를 들어, 약 1,000 내지 20,000g/mol, 약 1,000 내지 10,000g/mol, 약 1,000 내지 5,000g/mol, 약 1,000 내지 4,000g/mol, 약 1,500 내지 35,000g/mol, 약 2,000 내지 3,000g/mol의 중량평균분자량을 가질 수 있고, 이들에 제한되지 않는다. 상기 범위의 중량평균분자량을 가짐으로써 용매에 대한 용해도를 최적화하면서도, 그로부터 제조되는 하드마스크의 막밀도 및 내식각성을 높일 수 있다.The polymer including the structural unit represented by Chemical Formulas 1-1 and/or 1-2 may have a weight average molecular weight of about 1,000 to 100,000 g/mol. For example, the polymer is about 1,000 to 50,000 g / mol, such as about 1,000 to 20,000 g / mol, about 1,000 to 10,000 g / mol, about 1,000 to 5,000 g / mol, about 1,000 to 4,000 g / mol , It may have a weight average molecular weight of about 1,500 to 35,000 g / mol, about 2,000 to 3,000 g / mol, but is not limited thereto. By having a weight average molecular weight within the above range, solubility in a solvent may be optimized, while film density and etching resistance of a hard mask prepared therefrom may be increased.

상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 분자량은 약 1,000 내지 100,000 g/mol 일 수 있다. 예를 들어, 상기 화합물은 약 1,000 내지 50,000 g/mol, 예를 들어, 약 1,000 내지 20,000 g/mol, 약 1,000 내지 10,000 g/mol, 약 1,000 내지 5,000 g/mol, 약 1,000 내지 4,000 g/mol, 약 1,500 내지 35,000 g/mol, 약 2,000 내지 3,000 g/mol의 분자량을 가질 수 있고, 이들에 제한되지 않는다. 상기 범위의 분자량을 가짐으로써 용매에 대한 용해도를 최적화하면서도, 그로부터 제조되는 하드마스크의 막밀도 및 내식각성을 높일 수 있다.The compound represented by Formula 2 may have a molecular weight of about 1,000 to 100,000 g/mol. For example, the compound may be present at about 1,000 to 50,000 g/mol, such as about 1,000 to 20,000 g/mol, about 1,000 to 10,000 g/mol, about 1,000 to 5,000 g/mol, about 1,000 to 4,000 g/mol. , It may have a molecular weight of about 1,500 to 35,000 g / mol, about 2,000 to 3,000 g / mol, but is not limited thereto. By having a molecular weight within the above range, solubility in a solvent may be optimized, while film density and etch resistance of a hard mask prepared therefrom may be increased.

상기 하드마스크 조성물에 포함되는 용매는 상술한 중합체 및/또는 화합물에 대한 충분한 용해성 및/또는 분산성을 가지는 것이면 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜 디아세테이트, 메톡시프로판다이올, 디에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 부틸에테르, 트리(에틸렌글리콜)모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 사이클로헥사논, 에틸락테이트, 감마-부티로락톤, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 메틸피롤리돈, 메틸피롤리디논, 아세틸아세톤, 에틸 3-에톡시프로피오네이트 등에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The solvent included in the hard mask composition is not particularly limited as long as it has sufficient solubility and/or dispersibility for the above-described polymer and/or compound, but examples include propylene glycol, propylene glycol diacetate, methoxypropanediol, and diethylene. Glycol, diethylene glycol butyl ether, tri(ethylene glycol) monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, cyclohexanone, ethyl lactate, gamma-butyrolactone, N,N-dimethylform It may include at least one selected from amide, N,N-dimethylacetamide, methylpyrrolidone, methylpyrrolidinone, acetylacetone, ethyl 3-ethoxypropionate, and the like, but is not limited thereto.

상기 중합체 및/또는 화합물은 상기 하드마스크 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 50 중량%, 예를 들어, 약 0.2 내지 45 중량%, 예를 들어, 약 0.5 내지 40 중량%, 예를 들어, 약 1 내지 35 중량%, 예를 들어, 약 1.5 내지 30 중량%, 예를 들어, 약 2 내지 25 중량% 포함될 수 있고, 이들에 제한되지 않는다. 상기 범위로 중합체 및/또는 화합물이 포함됨으로써 하드마스크의 두께, 표면 거칠기, 및 평탄화 정도 등을 용이하게 조절할 수 있다.The polymer and/or compound may be present in an amount of about 0.1 to 50% by weight, such as about 0.2 to 45% by weight, such as about 0.5 to 40% by weight, based on the total weight of the hardmask composition. About 1 to 35% by weight, for example, about 1.5 to 30% by weight, for example, about 2 to 25% by weight may be included, but is not limited thereto. By including the polymer and/or compound within the above range, the thickness, surface roughness, and degree of planarization of the hard mask can be easily controlled.

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

상기 계면활성제는 예컨대 플루오로알킬계 화합물, 알킬벤젠설폰산염, 알킬피리디늄염, 폴리에틸렌글리콜, 제4암모늄염 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.As the surfactant, for example, fluoroalkyl-based compounds, alkylbenzenesulfonic acid salts, alkylpyridinium salts, polyethylene glycol, quaternary ammonium salts, etc. may be used, but are not limited thereto.

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

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

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

상기 첨가제는 상기 하드마스크 조성물 100 중량부에 대하여 약 0 내지 20 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함함으로써 하드마스크 조성물의 광학적 특성을 변경시키지 않으면서 용해도를 향상시킬 수 있다.The additive may be included in an amount of about 0 to about 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the hard mask composition. When included within the above range, the solubility of the hard mask composition may be improved without changing the optical properties.

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

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

일 구현예에 따른 패턴 형성 방법은 기판 위에 재료 층을 형성하는 단계, 상기 재료 층 위에 상술한 중합체 및 용매를 포함하는 하드마스크 조성물을 적용하는 단계, 상기 하드마스크 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계, 상기 하드마스크 층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고 상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계를 포함한다.A pattern formation method according to an embodiment includes forming a material layer on a substrate, applying a hardmask composition including the above-described polymer and a solvent on the material layer, and heat-treating the hardmask composition to form a hardmask layer. forming a photoresist layer on the hard mask layer, exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern, selectively removing the hard mask layer using the photoresist pattern, and Exposing a portion of the material layer and etching the exposed portion of the material layer.

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

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

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

상기 하드마스크 조성물을 열처리하는 단계는 예컨대 약 100 내지 1,000℃에서 약 10 초 내지 1 시간 동안 수행할 수 있다.The heat treatment of the hardmask composition may be performed at, for example, about 100 to 1,000° C. for about 10 seconds to 1 hour.

일 예로, 상기 하드마스크 조성물을 열처리하는 단계는 복수의 열처리 단계를 포함할 수 있으며, 예컨대 1차 열처리 단계, 및 2차 열처리 단계를 포함할 수 있다.For example, the heat treatment of the hardmask composition may include a plurality of heat treatment steps, for example, a first heat treatment step and a second heat treatment step.

상기 하드마스크 조성물을 열처리하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 200℃ 이상의 고온에서 수행함으로써, 식각 공정을 포함한 후속 공정에서 노출되는 식각 가스 및 화학액에 견딜 수 있는 높은 내식각성을 나타낼 수 있다.By performing at least one step of heat treatment of the hardmask composition at a high temperature of 200° C. or higher, high etching resistance capable of withstanding etching gas and chemical liquid exposed in a subsequent process including an etching process may be exhibited.

일 예로, 상기 하드마스크 층을 형성하는 단계는 UV/Vis 경화 단계 및/또는 near IR 경화 단계를 포함할 수 있다.For example, forming the hard mask layer may include a UV/Vis curing step and/or a near IR curing step.

일 예로, 상기 하드마스크 층을 형성하는 단계는 상기 1차 열처리 단계, 2차 열처리 단계, UV/Vis 경화 단계, 및 near IR 경화 단계 중 적어도 하나의 단계를 포함하거나, 두 개 이상의 단계를 연속적으로 포함할 수 있다.For example, the forming of the hard mask layer includes at least one of the first heat treatment step, the second heat treatment step, a UV/Vis curing step, and a near IR curing step, or two or more steps are continuously performed. can include

일 예로, 상기 하드마스크 층 위에 실리콘 함유 박막층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 실리콘 함유 박막층은 예컨대 SiCN, SiOC, SiON, SiOCN, SiC, SiO 및/또는 SiN 등의 물질로 형성할 수 있다.For example, the method may further include forming a silicon-containing thin film layer on the hard mask layer. The silicon-containing thin film layer may be formed of, for example, materials such as SiCN, SiOC, SiON, SiOCN, SiC, SiO, and/or SiN.

일 예로, 상기 포토레지스트 층을 형성하는 단계 전에 상기 실리콘 함유 박막층 상부 또는 하드마스크 층 상부에 바닥 반사방지 층(bottom anti-reflective coating, BARC)을 더 형성할 수도 있다.For example, before forming the photoresist layer, a bottom anti-reflective coating (BARC) may be further formed on the silicon-containing thin film layer or on the hard mask layer.

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

상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계는 식각 가스를 사용하여 건식 식각으로 수행할 수 있으며, 식각 가스는 예컨대 N2/O2, CHF3, CF4, Cl2, BCl3 및 이들의 혼합 가스를 사용할 수 있다.Etching the exposed portion of the material layer may be performed by dry etching using an etching gas, such as N 2 /O 2 , CHF 3 , CF 4 , Cl 2 , BCl 3 and a mixture thereof. gas can be used.

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

이하 실시예를 통해 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것은 아니다.The above-described implementation will be described in more detail through the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and do not limit the scope of rights.

실시예Example

합성예: 중합체 및 화합물의 합성Synthesis Example: Synthesis of Polymers and Compounds

합성예 1: 중합체 1의 합성Synthesis Example 1: Synthesis of Polymer 1

교반기와 응축기를 구비한 500mL 플라스크에 1,8-naphthalene dianhydride(5g, 25.23mmol)와 benzene-1,2,4,5-tetraamine(2.73g, 25.23mmol, 1eq) 및 아세트산(300mL)을 투입한 후, 120℃에서 24시간 내지 48시간 동안 교반하여 중합반응을 수행하였다. 중량평균분자량이 1,000 g/mol 내지 5,000 g/mol일 때 반응을 완료하였다. 중합 반응 완료 후, 반응물을 상온으로 서서히 냉각시키고, 상기 반응물을 1M NaOH 용액으로 중화하고, 생성되는 고체를 여과하였다. 상기 고체를 증류수, 에탄올, 및 디에틸에테르로 차례로 세정하였으며, 그 후 건조하여 중량평균분자량 약 2,500g/mol의 중합체 1을 얻었다. 이 반응을 하기 반응식 1로 나타낸다:1,8-naphthalene dianhydride (5g, 25.23mmol) and benzene-1,2,4,5-tetraamine (2.73g, 25.23mmol, 1eq) and acetic acid (300mL) were added to a 500mL flask equipped with a stirrer and a condenser. Then, polymerization was performed by stirring at 120° C. for 24 to 48 hours. The reaction was completed when the weight average molecular weight was between 1,000 g/mol and 5,000 g/mol. After completion of the polymerization reaction, the reactant was slowly cooled to room temperature, the reactant was neutralized with 1M NaOH solution, and the resulting solid was filtered. The solid was washed sequentially with distilled water, ethanol, and diethyl ether, and then dried to obtain Polymer 1 having a weight average molecular weight of about 2,500 g/mol. This reaction is shown in Scheme 1 below:

(반응식 1)(Scheme 1)

Figure pat00026
Figure pat00027
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Figure pat00026
Figure pat00027
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합성예 2: 중합체 2의 합성Synthesis Example 2: Synthesis of Polymer 2

교반기와 응축기를 구비한 500mL 플라스크에 Perylenetetracarboxylic dianhydride와 3,3'-Diaminobenzidine 및 아세트산을 투입한 후, 합성예 1과 동일한 합성과정을 거쳐 중량평균분자량 약 2,600g/mol의 중합체를 얻었다. 이 반응을 하기 반응식 2로 나타낸다.Perylenetetracarboxylic dianhydride, 3,3'-Diaminobenzidine, and acetic acid were added to a 500mL flask equipped with a stirrer and a condenser, and then a polymer having a weight average molecular weight of about 2,600 g/mol was obtained through the same synthesis process as in Synthesis Example 1. This reaction is represented by Scheme 2 below.

(반응식 2)(Scheme 2)

Figure pat00028
Figure pat00028

Figure pat00029
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합성예 3: 중합체 3의 합성Synthesis Example 3: Synthesis of Polymer 3

교반기와 응축기를 구비한 500mL 플라스크에 Perylenetetracarboxylic dianhydride와 4,4'-oxybis(benzene-1,2-diamine) 및 아세트산을 투입한 후, 합성예 1과 동일한 합성과정을 거쳐 중량평균분자량 약 2,800g/mol의 중합체 3을 얻었다. 이 반응을 하기 반응식 3으로 나타낸다:Perylenetetracarboxylic dianhydride, 4,4'-oxybis (benzene-1,2-diamine) and acetic acid were added to a 500mL flask equipped with a stirrer and a condenser, and then the same synthesis process as in Synthesis Example 1 was performed to obtain a weight average molecular weight of about 2,800g/ mol of polymer 3 was obtained. This reaction is shown in Scheme 3 below:

(반응식 3)(Scheme 3)

Figure pat00030
Figure pat00030

Figure pat00031
n.
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n.

합성예 4: 중합체 4의 합성Synthesis Example 4: Synthesis of Polymer 4

교반기와 응축기를 구비한 500mL 플라스크에 1,8-naphthalene dianhydride 와 9,9-Bis(3,4-diaminophenyl)fluorene 및 아세트산을 투입한 후, 합성예 1과 동일한 합성과정을 거쳐 중량평균분자량 약 2,100g/mol의 중합체 4를 얻었다. 이 반응을 하기 반응식 4로 나타낸다:After adding 1,8-naphthalene dianhydride, 9,9-Bis (3,4-diaminophenyl) fluorene and acetic acid to a 500mL flask equipped with a stirrer and a condenser, the weight average molecular weight was about 2,100 through the same synthesis process as in Synthesis Example 1 g/mol of polymer 4 was obtained. This reaction is shown in Scheme 4 below:

(반응식 4)(Scheme 4)

Figure pat00032
Figure pat00032

Figure pat00033
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Figure pat00033
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합성예 5: 화합물 1의 합성Synthesis Example 5: Synthesis of Compound 1

교반기와 응축기를 구비한 500mL 플라스크에 1,8-naphthalene dianhydride(8.4g, 31.32mmol)와 o-phenylenediamine(6.77g, 62.60mmol) 및 아세트산(400mL)을 투입한 후, 120℃에서 24시간 내지 48시간 동안 교반하였다. 반응 완료 후 반응물을 서서히 냉각시킨 후, 상기 반응물을 1M NaOH 용액으로 중화하여 생성되는 고체를 여과하였다. 이 고체를 증류수, 에탄올, 및 디에틸에테르를 순서대로 사용하여 세정하였으며, 그 후 건조하여 하기 반응식 5에 나타낸 화학식 2-5-1로 표시한 화합물을 얻었다. After adding 1,8-naphthalene dianhydride (8.4g, 31.32mmol), o-phenylenediamine (6.77g, 62.60mmol) and acetic acid (400mL) to a 500mL flask equipped with a stirrer and a condenser, 24 hours to 48 hours at 120 ° C. Stir for an hour. After completion of the reaction, the reactant was slowly cooled, and the reactant was neutralized with 1M NaOH solution, and the resulting solid was filtered. This solid was washed with distilled water, ethanol, and diethyl ether in that order, and then dried to obtain a compound represented by Chemical Formula 2-5-1 shown in Scheme 5 below.

플라스크에 상기 화학식 2-5-1 화합물과 pyrene-1-carbonyl chloride, 및 1,2-다이클로로에탄을 첨가하여 용액을 준비하였다. 상기 용액에 알루미늄 클로라이드를 천천히 첨가한 후, 60℃에서 8시간 동안 교반하여 반응시켰다. 반응이 완결되면 메탄올을 첨가하여 형성된 침전을 여과하여 건조하였다. A solution was prepared by adding the compound of Formula 2-5-1, pyrene-1-carbonyl chloride, and 1,2-dichloroethane to the flask. After slowly adding aluminum chloride to the solution, the mixture was reacted by stirring at 60° C. for 8 hours. When the reaction was completed, methanol was added and a precipitate formed was filtered and dried.

플라스크에 상기에서 얻어진 화합물, 1-도데칸사이올 20.26g, 수산화칼륨 6.74g, 및 DMF를 첨가한 후, 60℃에서 8시간 동안 교반하여 반응시켰다. 상기 반응 혼합물을 냉각시켜 5% 염산 용액으로 pH 6 내지 7 정도로 중화한 후, 형성된 침전을 여과하여 건조하였다.After adding the compound obtained above, 20.26 g of 1-dodecanethiol, 6.74 g of potassium hydroxide, and DMF to the flask, the reaction was stirred at 60° C. for 8 hours. The reaction mixture was cooled and neutralized to about pH 6 to 7 with 5% hydrochloric acid solution, and the precipitate formed was filtered and dried.

플라스크에 상기에서 얻어진 화합물과 테트라하이드로퓨란 37.4g을 첨가하여 용액을 준비하였다. 상기 용액에 수소화 붕소 나트륨 10g 수용액을 천천히 첨가하여 24시간 동안 상온에서 교반하여 반응시켰다. 반응이 완결되면 5% 염산 용액으로 pH 7 정도로 중화한 후, 에틸아세테이트로 추출 및 건조하여 하기 화학식 2-a로 표현되는 화합물 1을 얻는다.A solution was prepared by adding the compound obtained above and 37.4 g of tetrahydrofuran to the flask. A 10 g aqueous solution of sodium borohydride was slowly added to the solution, followed by stirring at room temperature for 24 hours to react. When the reaction is complete, neutralized to about pH 7 with a 5% hydrochloric acid solution, extracted with ethyl acetate and dried to obtain Compound 1 represented by Formula 2-a below.

(반응식 5)(Scheme 5)

Figure pat00034
Figure pat00034

(화학식 2-5-1) (Formula 2-5-1)

Figure pat00035
Figure pat00035

(화학식 2-a) (Formula 2-a)

합성예 6: 화합물 2의 합성Synthesis Example 6: Synthesis of Compound 2

교반기와 응축기를 구비한 500mL 플라스크에 Perylenetetracarboxylic dianhydride와 naphthalene-2,3-diamine 및 아세트산을 투입한 후, 합성예 5와 동일한 합성과정을 거쳐 하기 반응식 6에서 화학식 2-6-1로 표시한 화합물을 얻었다.Perylenetetracarboxylic dianhydride, naphthalene-2,3-diamine and acetic acid were added to a 500mL flask equipped with a stirrer and a condenser, and then the compound represented by Chemical Formula 2-6-1 in Scheme 6 was obtained through the same synthesis process as in Synthesis Example 5. got it

플라스크에 상기 화학식 2-6-1 화합물과 Terephthaloyl chloride 및 1,2-다이클로로에탄을 첨가하여 용액을 준비하였다. 이어, 합성예 5와 동일한 합성과정을 거쳐 하기 화학식 2-b로 표시되는 화합물 2를 얻었다.A solution was prepared by adding the compound of Formula 2-6-1, terephthaloyl chloride, and 1,2-dichloroethane to the flask. Subsequently, through the same synthesis process as in Synthesis Example 5, Compound 2 represented by Formula 2-b was obtained.

(반응식 2)(Scheme 2)

Figure pat00036
Figure pat00036

(화학식 2-6-1) (Formula 2-6-1)

Figure pat00037
Figure pat00037

(화학식 2-b) (Formula 2-b)

비교합성예 1: 화합물 A의 합성Comparative Synthesis Example 1: Synthesis of Compound A

500 mL 플라스크에 퍼릴렌 및 메톡시 나프토일 클로라이드 및 1,2-다이클로로에탄을 첨가하였다. 상기 용액에 알루미늄 클로라이드를 천천히 투입하여 상온에서 1시간 동안 교반하였다. 반응이 완결되면 메탄올을 첨가하여 형성된 침전을 여과하여 건조하였다.To a 500 mL flask was added perylene and methoxy naphthoyl chloride and 1,2-dichloroethane. Aluminum chloride was slowly added to the solution and stirred at room temperature for 1 hour. When the reaction was completed, methanol was added and the precipitate formed was filtered and dried.

플라스크에 상기에서 얻어진 화합물, 1-도데칸사이올 36.21g, 수산화칼륨 12.55g, 및 DMF 315g을 첨가한 후, 120℃에서 8시간 동안 교반하여 반응시켰다. 상기 반응 혼합물을 냉각시켜 5% 염산 용액으로 pH 6 내지 7 정도로 중화한 후, 형성된 침전을 여과하여 건조하였다.In a flask, the compound obtained above, 36.21 g of 1-dodecanethiol, 12.55 g of potassium hydroxide, and DMF After adding 315 g, the reaction was stirred at 120° C. for 8 hours. The reaction mixture was cooled and neutralized to about pH 6 to 7 with 5% hydrochloric acid solution, and the precipitate formed was filtered and dried.

플라스크에 상기에서 얻어진 화합물과 테트라하이드로퓨란 100 mL을 첨가하여 용액을 준비하였다. 상기 용액에 수소화 붕소 나트륨 10 g 수용액을 천천히 첨가하여 24 시간 동안 상온에서 교반하여 반응시켰다. 반응이 완결되면 5% 염산 용액으로 pH 7 정도로 중화한 후, 에틸아세테이트로 추출 및 건조하여 하기 화학식 A로 표현되는 화합물을 얻었다.A solution was prepared by adding the compound obtained above and 100 mL of tetrahydrofuran to the flask. A 10 g aqueous solution of sodium borohydride was slowly added to the solution, followed by stirring at room temperature for 24 hours to react. Upon completion of the reaction, the mixture was neutralized to about pH 7 with a 5% hydrochloric acid solution, extracted with ethyl acetate and dried to obtain a compound represented by Formula A below.

하기 화합물의 분자량은 1,800 g/mol이고, 겔 투과 크로마토그래피(Gel permeation chromatography: GPC)를 사용하여 얻어진 다분산도(Polydispersity, PD)는 1.21이었다.The molecular weight of the compound was 1,800 g/mol, and the polydispersity (PD) obtained using gel permeation chromatography (GPC) was 1.21.

[화학식 A][Formula A]

Figure pat00038
Figure pat00038

비교합성예 2: 중합체 B의 합성Comparative Synthesis Example 2: Synthesis of Polymer B

500mL 플라스크에 1-히드록시파이렌 50g(0.23mol)을 넣은 후, 1-나프탈데하이드(1-naphthaldehyde, 35.9g, 0.23mol)을 넣고, PGMEA 200g을 넣어 녹인 후, 파라톨루엔술폰산(11g, 0.005mol)을 넣고, 90 내지 120℃에서 약 12시간 동안 교반하여 중합 반응을 수행하였다. 중량평균분자량이 2,000g/mol 내지 3,000g/mol이 될 때까지 중합 반응을 완료하여, 하기 화학식 B로 표현되는 구조단위를 포함하는 중합체 B를 얻었다. After putting 50g (0.23mol) of 1-hydroxypyrene in a 500mL flask, add 1-naphthaldehyde (35.9g, 0.23mol), dissolve 200g of PGMEA, and then add p-toluenesulfonic acid (11g, 0.23mol). 0.005 mol) was added, and polymerization was performed by stirring at 90 to 120° C. for about 12 hours. The polymerization reaction was completed until the weight average molecular weight was 2,000 g/mol to 3,000 g/mol, thereby obtaining Polymer B including a structural unit represented by Formula B below.

겔 투과 크로마토그래피(Gel permeation chromatography: GPC)를 사용하여 얻어진 중합체 B의 중량평균분자량(Mw) 및 다분산도(Polydispersity, PD)를 측정한 결과, 중량평균분자량(Mw)은 3,450 g/mol이고, 다분산도(Polydispersity, PD)는 1.80이었다.As a result of measuring the weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (PD) of polymer B obtained using gel permeation chromatography (GPC), the weight average molecular weight (Mw) was 3,450 g/mol and , Polydispersity (PD) was 1.80.

[화학식 B][Formula B]

Figure pat00039
Figure pat00039

실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples

1. 하드마스크 조성물의 제조 및 용해성 평가1. Preparation of hard mask composition and evaluation of solubility

합성예 1 내지 6, 및 비교합성예 1 및 2에서 얻어진 각각의 중합체 및 화합물을 각각 1.2 g씩 계량하여 7:3 부피비의 PGMEA 및 사이클로헥사논 혼합 용액 10 g에 균일하게 녹인 후, 0.1μm 테플론 필터로 여과하여, 각각 실시예 1 내지 실시예 6, 및 비교예 1과 비교예 2에 따른 하드마스크 조성물을 제조하였다. 1.2 g of each of the polymers and compounds obtained in Synthesis Examples 1 to 6 and Comparative Synthesis Examples 1 and 2 were weighed and uniformly dissolved in 10 g of a mixed solution of PGMEA and cyclohexanone in a 7:3 volume ratio, followed by 0.1 μm Teflon. After filtering through a filter, hardmask compositions according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 were prepared.

한편, 상기 하드마스크 조성물을 제조하기 전에, 상기 각 중합체와 화합물을 상기 PGMEA 및 사이클로헥사논 혼합 용액에 녹이고 이를 상기 테플론 필터로 여과한 후 건조감량법을 통해 용해성을 평가하였다. 구체적으로, 상기 테플론 필터를 통과한 용액 내 고형분의 함량을 측정하여, 이로부터 얻어지는 각 중합체와 화합물의 중량을, 이들을 각각 상기 혼합 용액에 녹이기 전의 중량과 비교하여, 상기 고형분 중량의 감소 정도가 2 중량%를 초과하면 '×', 1 내지 2 중량% 범위이면 '○', 그리고 1 중량% 미만이면 '◎'로 표시하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타낸다.On the other hand, before preparing the hard mask composition, each of the polymers and compounds was dissolved in the mixed solution of PGMEA and cyclohexanone, filtered through the Teflon filter, and solubility was evaluated through a loss-on-drying method. Specifically, the solid content in the solution that passed through the Teflon filter was measured, and the weight of each polymer and compound obtained therefrom was compared with the weight before dissolving them in the mixed solution, respectively. When the weight % was exceeded, it was marked with 'x', when it was in the range of 1 to 2 weight %, '○', and when it was less than 1 weight %, it was marked with '◎'. The results are shown in Table 1 below.

2. 유기막의 제조 및 평가 2. Preparation and evaluation of organic film

상기 실시예 1 내지 실시예 6, 및 비교예 1 및 비교예 2에 따른 하드마스크 조성물을 각각 실리콘 웨이퍼에 스핀-코팅한 후, 핫플레이트 위에서 400℃로 2 분간 열처리하여 약 4,000 Å 두께의 유기막을 형성하였다.After spin-coating the hard mask composition according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 on a silicon wafer, respectively, heat treatment at 400° C. for 2 minutes on a hot plate to form an organic film with a thickness of about 4,000 Å. formed.

상기 형성된 유기막의 두께를 K-MAC 社의 박막두께측정기로 측정하고, 이어서 상기 유기막에 CHF3/CF4 혼합 가스를 사용하여 각각 100초 동안 건식 식각한 후, 유기막의 두께를 다시 측정하였다. 건식 식각 전후의 유기막의 두께 차이와 식각 시간으로부터 하기 계산식 1에 의해 식각율(bulk etch rate, BER)을 계산하였다.The thickness of the formed organic film was measured using a thin film thickness meter manufactured by K-MAC, and the organic film was dry etched using a CHF 3 /CF 4 mixed gas for 100 seconds, respectively, and then the thickness of the organic film was measured again. A bulk etch rate (BER) was calculated from the difference in thickness of the organic film before and after dry etching and the etching time by Equation 1 below.

[계산식 1][Calculation 1]

식각율(Å/s)=(초기 유기막 두께 - 식각 후 유기막 두께)/식각 시간Etch rate (Å/s) = (initial organic film thickness - organic film thickness after etching) / etching time

또한, 상기 방법과 동일하게 식각 테스트를 진행하되, CHF3/CF4 혼합 가스 대신 N2/O2 혼합가스를 사용하여 각각 60 초 동안 건식 식각한 후 유기막의 두께를 다시 측정하고, 상기 계산식 1에 따라 식각률을 계산하였다. In addition, the etching test is performed in the same manner as in the above method, but the thickness of the organic film is measured again after dry etching using a N 2 /O 2 mixed gas instead of the CHF 3 /CF 4 mixed gas for 60 seconds. The etch rate was calculated according to.

상기 식각 테스트에 따른 식각률 계산 결과는 하기 표 1과 같다.Etch rate calculation results according to the etching test are shown in Table 1 below.

또한, 상기 실시예 1 내지 실시예 6, 및 비교예 1 및 비교예 2에 따른 하드마스크 조성물을 각각 실리콘 웨이퍼 위에 스핀-코팅한 후, 핫 플레이트 위에서 약 400℃로 2분간 열처리하여, 두께 약 1,000 Å의 유기막을 형성하였다. In addition, after spin-coating the hard mask composition according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 on a silicon wafer, respectively, heat treatment at about 400 ° C. for 2 minutes on a hot plate to obtain a thickness of about 1,000 An organic film of Å was formed.

상기 형성된 유기막의 막 밀도를 PAN alytical社의 X-선 회절분석(X-ray diffraction) 장비를 이용하여 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타낸다.The film density of the formed organic film was measured using PAN alytical's X-ray diffraction equipment, and the results are shown in Table 1 below.

   중합체
또는 화합물
polymer
or compound
용해성solubility 막 밀도 (g/cm3)Membrane Density (g/cm 3 ) Bulk etch rate
(Å/s)
Bulk etch rate
(Å/s)
CHx
혼합가스
CH x
mixed gas
N2/O2
혼합가스
N 2 /O 2
mixed gas
실시예 1Example 1 합성예 1Synthesis Example 1 1.431.43 23.823.8 23.023.0 실시예 2Example 2 합성예 2Synthesis Example 2 1.421.42 23.423.4 21.721.7 실시예 3Example 3 합성예 3Synthesis Example 3 1.451.45 24.824.8 22.622.6 실시예 4Example 4 합성예 4Synthesis Example 4 1.431.43 24.024.0 22.522.5 실시예 5Example 5 합성예 5Synthesis Example 5 1.411.41 23.723.7 21.321.3 실시예 6Example 6 합성예 6Synthesis Example 6 1.381.38 23.723.7 21.021.0 비교예 1Comparative Example 1 비교합성예1Comparative Synthesis Example 1 1.301.30 28.528.5 23.723.7 비교예 2Comparative Example 2 비교합성예2Comparative Synthesis Example 2 1.291.29 26.226.2 2424

표 1을 참조하면, 합성예 1 내지 합성예 6에 따른 중합체와 화합물은 모두 혼합 용액에 녹인 후 테플론 필터를 통과한 용액 내 고형분의 중량이 상기 중합체와 화합물을 녹이기 전의 중량 대비 1 중량% 미만 (합성예 4의 중합체와 합성예 5의 화합물), 또는 1 중량% 내지 2 중량%의 범위(합성예 1 내지 합성예 3의 중합체 및 합성예 6의 화합물)로서, 충분한 용해성을 가지는 것을 알 수 있다.Referring to Table 1, after all of the polymers and compounds according to Synthesis Examples 1 to 6 were dissolved in a mixed solution, the weight of the solid content in the solution passing through the Teflon filter was less than 1% by weight relative to the weight before dissolving the polymer and compound ( It can be seen that the polymer of Synthesis Example 4 and the compound of Synthesis Example 5) has sufficient solubility in the range of 1% to 2% by weight (polymer of Synthesis Example 1 to Synthesis Example 3 and compound of Synthesis Example 6). .

또한, 실시예 1 내지 실시예 6에 따른 하드마스크 조성물로 제조한 유기막은 비교예 1 및 비교예 2에 따른 하드마스크 조성물로 제조한 유기막에 비해 식각 가스에 대한 충분한 내식각성을 나타냄을 확인할 수 있다.In addition, it can be confirmed that the organic films prepared from the hard mask compositions according to Examples 1 to 6 exhibit sufficient etching resistance to etching gas compared to the organic films prepared from the hard mask compositions according to Comparative Examples 1 and 2. there is.

나아가, 실시예 1 내지 실시예 6에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 유기막은 비교예 1 및 비교예 2에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 유기막에 비해 막밀도가 향상됨을 알 수 있다.Furthermore, it can be seen that the organic film formed from the hardmask composition according to Examples 1 to 6 has improved film density compared to the organic film formed from the hardmask composition according to Comparative Example 1 and Comparative Example 2.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also present. It falls within the scope of the right of invention.

Claims (18)

(i) 하기 화학식 1-1로 표현되는 구조단위, 하기 화학식 1-2로 표현되는 구조단위, 또는 이들의 조합을 포함하는 중합체, (ii) 하기 화학식 2로 표현되는 화합물, 또는 (iii) 상기 (i)의 중합체와 상기 (ii)의 화합물의 조합, 및
용매를 포함하는 하드마스크 조성물:
[화학식 1-1] [화학식 1-2]
Figure pat00040
Figure pat00041

상기 화학식 1-1 및 1-2 에서,
X 및 Y는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 지방족 탄화수소 고리, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 탄화수소 고리, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30의 헤테로 고리, 또는 이들의 조합을 포함하고,
[화학식 2]
Figure pat00042

상기 화학식 2 에서,
A1 및 A2는, 각각 독립적으로, 하기 화학식 3-1 또는 하기 화학식 3-2로 표현되고,
L1 내지 L6는, 각각 독립적으로, 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 또는 이들의 조합이고,
T1 내지 T3는, 각각 독립적으로, 히드록시기, 티올기, 티오닐기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐원자, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 또는 이들의 조합이고,
E1 및 E2는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20 지방족 탄화수소 고리, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 탄화수소기, 또는 이들의 조합이고,
m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이다;
[화학식 3-1] [화학식 3-2]
Figure pat00043
Figure pat00044

상기 화학식 3-1 및 3-2에서,
X 및 Y는 각각 상기 화학식 1-1 및 1-2에서 정의한 바와 같다.
(i) a structural unit represented by Formula 1-1 below, a structural unit represented by Formula 1-2 below, or a polymer comprising a combination thereof, (ii) a compound represented by Formula 2 below, or (iii) the above A combination of the polymer of (i) and the compound of (ii) above, and
Hardmask composition comprising a solvent:
[Formula 1-1] [Formula 1-2]
Figure pat00040
Figure pat00041

In Formulas 1-1 and 1-2,
X and Y are each independently a substituted or unsubstituted C4 to C30 aliphatic hydrocarbon ring, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic hydrocarbon ring, a substituted or unsubstituted C4 to C30 heterocycle, or a combination thereof. include,
[Formula 2]
Figure pat00042

In Formula 2 above,
A 1 and A 2 are each independently represented by Formula 3-1 or Formula 3-2 below;
L 1 to L 6 are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkylene group, or a substituted or unsubstituted C6 to C30 arylene group, or a combination thereof;
T 1 to T 3 are each independently a hydroxyl group, a thiol group, a thionyl group, a cyano group, a substituted or unsubstituted amino group, a halogen atom, a halogen-containing group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, or these is a combination of
E 1 and E 2 are each independently a substituted or unsubstituted C4 to C20 aliphatic hydrocarbon ring, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic hydrocarbon group, or a combination thereof;
m and n are each independently an integer from 0 to 5;
[Formula 3-1] [Formula 3-2]
Figure pat00043
Figure pat00044

In Chemical Formulas 3-1 and 3-2,
X and Y are as defined in Chemical Formulas 1-1 and 1-2, respectively.
제1항에서, 상기 화학식 1-1, 1-2, 3-1 및 3-2의 X 및 Y는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 탄화수소 고리를 포함하는 하드마스크 조성물.The hardmask composition of claim 1, wherein X and Y of Chemical Formulas 1-1, 1-2, 3-1, and 3-2 each independently include a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic hydrocarbon ring. 제2항에서, 상기 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 탄화수소 고리는 치환 또는 비치환된 하나의 벤젠 고리를 포함하거나, 또는 2 이상의 치환 또는 비치환된 벤젠 고리가 단일결합 또는 연결기에 의해 연결된 고리들, 또는 2 이상의 치환 또는 비치환된 벤젠 고리가 축합된 고리를 포함하는 하드마스크 조성물.In claim 2, wherein the substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic hydrocarbon ring includes one substituted or unsubstituted benzene ring, or a ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are connected by a single bond or a linking group. , or a ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed. 제1항에서, 상기 화학식 1-1, 1-2, 3-1, 및 3-2의 X는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠 고리가 축합된 C10 내지 C24 방향족 탄화수소 고리를 포함하는 하드마스크 조성물.In claim 1, X in Formulas 1-1, 1-2, 3-1, and 3-2 is each independently a C10 to C24 aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed. A hard mask composition comprising: 제1항에서, 상기 화학식 1-1, 1-2, 3-1, 및 3-2의 X는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠 고리가 축합된 C10 내지 C20 방향족 탄화수소 고리를 포함하는 하드마스크 조성물.In claim 1, X in Formulas 1-1, 1-2, 3-1, and 3-2 is each independently a C10 to C20 aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed. A hard mask composition comprising: 제1항에서, 상기 화학식 1-1, 1-2, 3-1, 및 3-2의 X는, 각각 독립적으로, 나프탈렌, 퍼릴렌, 또는 코로넨으로부터 유래한 방향족 탄화수소 고리를 포함하는 하드마스크 조성물. The hardmask of claim 1, wherein X in Chemical Formulas 1-1, 1-2, 3-1, and 3-2 each independently includes an aromatic hydrocarbon ring derived from naphthalene, perylene, or coronene. composition. 제1항에서, 상기 화학식 1-1 및 1-2의 Y는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠 고리가 단일결합 또는 연결기에 의해 연결된 방향족 탄화수소 고리를 포함하는 하드마스크 조성물.The hardmask composition of claim 1, wherein Y in Chemical Formulas 1-1 and 1-2 each independently includes an aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are connected by a single bond or a linking group. 제7항에서, 상기 연결기는 -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, -S(=O)2-, -Si(CH3)2-, -(CH2)p- (여기서, 1≤p≤10), -(CF2)q- (여기서, 1≤q≤10), -CR'R"- (여기서, R' 및 R"은, 각각 독립적으로, 수소, C1 내지 C10의 지방족 탄화수소기, C6 내지 C20의 방향족 탄화수소기, 또는 C6 내지 C20의 지환족 탄화수소기임), -C(CF3)(C6H5)-, -C(CF3)2-, -C(=O)NH-, 플루오레닐렌기, 또는 이들의 조합을 포함하는 하드마스크 조성물.In claim 7, the linking group is -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, -S(=O) 2 -, -Si(CH 3 ) 2 -, - (CH 2 ) p - (Where 1≤p≤10), -(CF 2 ) q - (Where, 1≤q≤10), -CR'R"- (Where, R' and R" are each independently hydrogen, a C1 to C10 aliphatic hydrocarbon group, a C6 to C20 aromatic hydrocarbon group, or a C6 to C20 alicyclic hydrocarbon group), -C(CF 3 )(C 6 H 5 )-, -C(CF 3 ) 2 -, -C(=O)NH-, a fluorenylene group, or a combination thereof A hard mask composition comprising a. 제1항에서, 상기 화학식 1-1 및 1-2의 Y는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 2개의 벤젠 고리가 단일결합, -O-, -S-, -C(=O)-, 또는 플루오레닐렌기에 의해 연결된 방향족 탄화수소 고리를 포함하는 하드마스크 조성물.In claim 1, Y in Formulas 1-1 and 1-2, each independently, two substituted or unsubstituted benzene rings are single bonds, -O-, -S-, -C (= O)- , or an aromatic hydrocarbon ring linked by a fluorenylene group. 제1항에서, 상기 화학식 3-1 및 3-2의 Y는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 하나의 벤젠 고리, 또는 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠고리가 축합된 방향족 탄화수소 고리를 포함하는 하드마스크 조성물.In claim 1, Y in Chemical Formulas 3-1 and 3-2 each independently includes one substituted or unsubstituted benzene ring, or an aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed. A hard mask composition to do. 제1항에서, 상기 화학식 2의 L1 내지 L6는 모두 단일 결합인 하드마스크 조성물.The hardmask composition of claim 1 , wherein all of L 1 to L 6 in Formula 2 are single bonds. 제1항에서, 상기 화학식 2의 T1 내지 T3는 모두 히드록시기인 하드마스크 조성물.The hardmask composition of claim 1, wherein T 1 to T 3 in Chemical Formula 2 are all hydroxyl groups. 제1항에서, 상기 화학식 2에서, 상기 E1 및 E2는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 하나의 벤젠고리, 또는 치환 또는 비치환된 2 이상의 벤젠고리가 축합된 방향족 탄화수소 고리를 포함하는 하드마스크 조성물.In claim 1, in Formula 2, E 1 and E 2 are each independently a substituted or unsubstituted benzene ring, or an aromatic hydrocarbon ring in which two or more substituted or unsubstituted benzene rings are condensed. A hard mask composition to do. 제1항에서, 상기 화학식 2의 m 및 n 중 하나는 0 이고, 나머지 하나는 1 인 하드마스크 조성물. The hardmask composition of claim 1, wherein one of m and n in Chemical Formula 2 is 0 and the other is 1. 제1항에서, 상기 화학식 1-1은 하기 화학식 1-a 내지 1-c 중 하나로 표시되는 하드마스크 조성물:
[화학식 1-a]
Figure pat00045

[화학식 1-b]
Figure pat00046

[화학식 1-c]
Figure pat00047
.
The hardmask composition of claim 1, wherein Chemical Formula 1-1 is represented by one of the following Chemical Formulas 1-a to 1-c:
[Formula 1-a]
Figure pat00045

[Formula 1-b]
Figure pat00046

[Formula 1-c]
Figure pat00047
.
제1항에서, 상기 화학식 1-2는 하기 화학식 1-d로 표시되는 하드마스크 조성물:
[화학식 1-d]
Figure pat00048
.
The hardmask composition of claim 1, wherein Chemical Formula 1-2 is represented by the following Chemical Formula 1-d:
[Formula 1-d]
Figure pat00048
.
제1항에서, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 화학식 [2-a] 또는 하기 화학식 [2-b]로 표시되는 화합물을 포함하는 하드마스크 조성물:
[화학식 2-a]
Figure pat00049

[화학식 2-b]
Figure pat00050
.
The hardmask composition of claim 1, wherein the compound represented by Chemical Formula 2 includes a compound represented by the following Chemical Formula [2-a] or the following Chemical Formula [2-b]:
[Formula 2-a]
Figure pat00049

[Formula 2-b]
Figure pat00050
.
재료 층 위에 제1항 내지 17항 중 어느 한 항에 따른 하드마스크 조성물을 도포하고 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계,
상기 하드마스크 층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계,
상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계,
상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고
상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계
를 포함하는 패턴 형성 방법.
Forming a hard mask layer by applying a hard mask composition according to any one of claims 1 to 17 on a material layer and heat-treating;
forming a photoresist layer over the hard mask layer;
Exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern;
selectively removing the hard mask layer using the photoresist pattern and exposing a portion of the material layer; and
Etching the exposed portion of the material layer
Pattern forming method comprising a.
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