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KR20240104252A - A composition of anti-reflective hardmask - Google Patents

A composition of anti-reflective hardmask Download PDF

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KR20240104252A
KR20240104252A KR1020220185615A KR20220185615A KR20240104252A KR 20240104252 A KR20240104252 A KR 20240104252A KR 1020220185615 A KR1020220185615 A KR 1020220185615A KR 20220185615 A KR20220185615 A KR 20220185615A KR 20240104252 A KR20240104252 A KR 20240104252A
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KR
South Korea
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group
composition
hard mask
weight
paragraph
Prior art date
Application number
KR1020220185615A
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Korean (ko)
Inventor
함태현
Original Assignee
주식회사 휴인터내셔널
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Publication date
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Abstract

본 발명은 (a) 하기 화학식 1로 표시되는 열분해 기능기가 치환된 알데히드 화합물과 아릴 화합물로 이루어지는 방향족 공중합체 또는 이를 포함하는 공중합체 혼합물(blend) 및 (b) 유기 용매를 포함하여 이루어지는 반사방지 하드마스크 조성물이 제공된다.
[화학식 1]
The present invention relates to (a) an aromatic copolymer composed of an aldehyde compound and an aryl compound substituted with a pyrolytic functional group represented by the following formula (1), or a copolymer blend including the same, and (b) an anti-reflective hard disk comprising an organic solvent. A mask composition is provided.
[Formula 1]

Description

반사방지용 하드마스크 조성물{A COMPOSITION OF ANTI-REFLECTIVE HARDMASK}Anti-reflective hard mask composition {A COMPOSITION OF ANTI-REFLECTIVE HARDMASK}

본 발명은 리소그래픽 공정에 유용한 반사방지막 특성을 갖는 하드마스크 조성물에 관한 것으로, 자외선 파장 영역에서 강한 흡수를 갖는 방향족 공중합체 및 이를 포함하는 것을 특징으로 하는 하드마스크 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a hard mask composition having anti-reflective properties useful in lithographic processes, and to an aromatic copolymer having strong absorption in an ultraviolet wavelength range and a hard mask composition comprising the same.

최근 반도체 산업은 점점 미세화 공정이 요구되면서 이러한 초미세 기술을 실현하기 위해서는 효과적인 리소그래픽 공정이 필수적이다. 특히 에칭 과정에 있어서 매우 필수적인 하드마스크 공정에 대한 새로운 재료에 대한 요구가 증가하고 있는 실정이다.Recently, as the semiconductor industry has increasingly required miniaturization processes, an effective lithographic process is essential to realize such ultra-fine technologies. In particular, the demand for new materials for the hard mask process, which is very essential in the etching process, is increasing.

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

최근에, 이러한 화학기상증착 방법 대신 스핀-온 코팅(spin on coating) 방법으로 형성하는 하드마스크 방식(spin-on hardmask)이 도입되었다. 스핀-온 코팅 방법은 용매에 대한 용해성을 가지는 유기 고분자 물질을 이용하여 하드마스크 조성물을 형성하는데, 이때 가장 중요한 특성이 에칭 내성을 동시에 가지는 유기 고분자 코팅막을 형성해야 하는 점이다.Recently, a spin-on hardmask method formed by a spin-on coating method was introduced instead of this chemical vapor deposition method. The spin-on coating method forms a hard mask composition using an organic polymer material that is soluble in a solvent, and the most important characteristic at this time is the formation of an organic polymer coating film that is simultaneously resistant to etching.

그러나, 이러한 유기 하드마스크 층에 요구되는 두가지 특성인 용해성과 에칭 내성에 대한 특성은 서로 상충 관계에 있어서 이들을 모두 만족할 수 있는 하드마스크 조성물이 필요하였다. 이러한 유기 하드마스크 재료의 특성을 만족시키면서 반도체 리소그래픽 공정에 도입한 재료들이 최근에 소개(공개특허 10-2009-0120827, 공개특허 10-2008-0107210, 특허 WO 2013100365 A1) 되었는데, 이것은 히드록시파이렌(hydroxypyrene)를 이용하여 기존의 페놀수지 제조법으로 합성된 적절한 고분자 분자량을 가지는 공중합체를 이용한 하드마스크 재료들이었다. However, the two properties required for such an organic hard mask layer, solubility and etching resistance, are in a conflicting relationship with each other, so a hard mask composition that can satisfy both was needed. Materials that satisfy the characteristics of these organic hard mask materials and have been introduced into the semiconductor lithographic process have recently been introduced (Patent Publication No. 10-2009-0120827, Patent Publication No. 10-2008-0107210, Patent WO 2013100365 A1), which is hydroxyphi. These were hard mask materials using a copolymer with an appropriate high molecular weight synthesized using a conventional phenol resin manufacturing method using hydroxypyrene.

그러나, 최근 반도체 리소그래픽 공정이 더욱 더 미세화 과정을 거치면서 이러한 유기 하드마스크 재료의 경우에 기존의 무기 하드마스크 재료에 비해 에칭 공정에서의 에칭 선택비 부족에 따른 마스크 역할을 충분히 수행하기 어려운 단계에 이르게 되었다. 따라서, 에칭 공정에 보다 최적화된 유기 하드마스크 재료의 도입이 절실하게 필요하게 되었다. However, as the semiconductor lithographic process has recently gone through a process of further miniaturization, it has become difficult for these organic hard mask materials to sufficiently perform the role of a mask due to the lack of etching selectivity in the etching process compared to existing inorganic hard mask materials. It has arrived. Therefore, there is an urgent need to introduce organic hardmask materials that are more optimized for the etching process.

특허문헌 1: 한국공개특허공보 10-2009-0120827Patent Document 1: Korean Patent Publication 10-2009-0120827 특허문헌 2: 한국공개특허공보 10-2008-0107210Patent Document 2: Korean Patent Publication 10-2008-0107210 특허문헌 3: 국제특허공보 WO 2013100365 A1Patent Document 3: International Patent Publication WO 2013100365 A1

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

본 발명은 레지스트와 이면층 간의 반사성을 최소화할 수 있어서 리소그래픽 기술을 수행하는 데 사용될 수 있는 신규한 하드마스크 중합체 및 이를 포함하는 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention aims to provide a novel hardmask polymer and a composition containing the same that can be used to perform lithographic techniques by minimizing the reflectivity between the resist and the back layer.

본 발명에 따른 하드마스크 조성물은, The hardmask composition according to the present invention,

(a) 100도 이상의 고온 처리 시에 열분해 기능기를 가지는 이원 방향족 공중합체 또는 이들 공중합체의 혼합물(blend); 및(a) a binary aromatic copolymer or a mixture of these copolymers having a pyrolytic functional group when treated at a high temperature of 100 degrees or higher; and

(b) 유기 용매;를 포함하여 이루어지는 반사방지 하드마스크 조성물이다.(b) an organic solvent; an anti-reflective hard mask composition comprising:

[화학식 1][Formula 1]

본 발명에 따른 고온 열처리 시에 열분해가 일어나는 치환기를 가지며, 알데히드 화합물과 아릴 화합물의 이원 화합물로 이루어지는 이원 공중합체에 기초한 하드마스크 조성물은 고분자 내에 탄소 함량이 높아 에치 내성에 매우 유리한 구조이면서 동시에 고분자 용해도가 우수해 균일한 박막 형성에 매우 유리한다. 따라서, 기존 유기 하드마스크 대비 에칭 선택비가 높아 다중 에칭에 대한 내성이 충분하여, 우수한 패턴평가결과를 가지는 리소그래픽 구조물을 제공할 수 있다.The hard mask composition based on a binary copolymer composed of a binary compound of an aldehyde compound and an aryl compound and having a substituent that undergoes thermal decomposition during high-temperature heat treatment according to the present invention has a structure that is very advantageous for etch resistance and at the same time has a high carbon content in the polymer. It is excellent in forming a uniform thin film. Therefore, it is possible to provide a lithographic structure with excellent pattern evaluation results due to its high etching selectivity compared to existing organic hard masks and sufficient resistance to multiple etchings.

본 발명의 실시예들에 따른 공중합체에 기초한 하드마스크 조성물은 필름 형성시 ArF(193nm), KrF(248nm) 등 Deep UV 영역에서의 반사방지막으로써 유용한 범위의 굴절율 및 흡수도를 가짐으로써 레지스트와 이면층 간의 반사성을 최소화할 수 있다. The copolymer-based hardmask composition according to embodiments of the present invention has a refractive index and absorbance in a useful range as an anti-reflection film in the deep UV region such as ArF (193 nm) and KrF (248 nm) when forming a film, so that it can be used as a resist and back surface. Reflectivity between layers can be minimized.

본 발명에 의하면, 하기 화학식 1로 표시되는, (a) 100도 이상의 고온 처리 시에 열분해 기능기를 가지는 이원 방향족 공중합체 또는 이들 공중합체의 혼합물(blend); 및 (b) 유기 용매;를 포함하여 이루어지는 반사방지 하드마스크 조성물이 제공된다.According to the present invention, (a) a binary compound having a thermal decomposition functional group when treated at a high temperature of 100 degrees or more, represented by the following formula (1) Aromatic copolymers or mixtures of these copolymers; and (b) an organic solvent. An antireflective hardmask composition is provided.

[화학식 1] [Formula 1]

상기 식에서, Ar 그룹은 C6~C30의 아릴기 및 헤테로아릴기이며, 상기 Ar 그룹은 수산기, 또는 할로겐기로 치환되어 있을 수도 있는 C6~C30의 아릴 또는 헤테로 아릴 그룹이고, 또한 상기 C6~C30의 아릴기 및 헤테로아릴 그룹은 에테르 결합을 가질 수도 있다.In the above formula, the Ar group is a C6~C30 aryl group and a heteroaryl group, and the Ar group is a C6~C30 aryl or heteroaryl group that may be substituted with a hydroxyl group or a halogen group, and the C6~C30 aryl group. Groups and heteroaryl groups may have ether linkages.

X 그룹은 100도 이상 열처리 시에 열분해가 일어나는 치환기 구조로서, 알콕시 에칠, t-부틸, 또는 t-BOC(t-butoxycarbonyl) 같은 형태를 가진다. 바람직하게는 t-BOC(t-butoxycarbonyl) 구조를 가질 수 있다. The Preferably, it may have a t-BOC (t-butoxycarbonyl) structure.

한편, 상기 이원 방향족 공중합체의 중량 평균분자량(Mw)는 1,000~50,000이며, 바람직하게는 2,000~20,000 사이의 범위를 가진다.Meanwhile, the weight average molecular weight (Mw) of the binary aromatic copolymer is 1,000 to 50,000, and preferably ranges from 2,000 to 20,000.

상기 이원 방향족 공중합체의 합성은 산촉매 하에서 축합중합을 일으킬 수 있는 아릴 화합물들과 열분해 치환기(t-BOC)를 가지는 알데히드 화합물(t-BOC-BzA)을 반응시켜 하기와 같은 구조의 고분자 화합물을 합성하게 된다.The synthesis of the binary aromatic copolymer involves reacting aryl compounds capable of condensation polymerization under an acid catalyst with an aldehyde compound (t-BOC-BzA) having a thermal decomposition substituent (t-BOC) to synthesize a polymer compound with the structure shown below. I do it.

중합 시에 사용하는 산 촉매는 염산, 질산, 황산, 메탄슐포닉애시드, 또는 파라톨루엔슐포닉애시드(PTSA) 등을 사용할 수 있으며, 유기용제로는 PGMEA, GBL, 톨루엔 등을 사용하여 온도 90도~130도 조건으로 20시간 정도 반응시켜 공중합체를 합성할 수 있다.The acid catalyst used during polymerization can be hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, methane sulfonic acid, or paratoluene sulfonic acid (PTSA), and organic solvents such as PGMEA, GBL, toluene, etc. can be used at a temperature of 90 degrees. A copolymer can be synthesized by reacting at ~130 degrees for about 20 hours.

상기 화학식 1의 구조를 갖는 상기 이원 방향족 공중합체는 예를 들어 아래와 같은 (화학식 2-1) ~ (화학식 2-18)의 형태를 가질 수 있다.For example, the binary aromatic copolymer having the structure of Formula 1 may have the following forms (Formula 2-1) to (Formula 2-18).

상기 고분자들은 전체 하드마스크 조성물의 용해 특성 및 코팅성, 혹은 경화 특성을 개선하기 위해 노볼락 수지, 혹은 수산기를 가지는 방향족 C6~C20개의 노볼락 중합 고분자들과 혼합하여 사용할 수도 있다.The above polymers may be mixed with novolak resin or aromatic C6-C20 novolak polymerization polymers having hydroxyl groups to improve the dissolution, coating, or curing properties of the entire hard mask composition.

한편, 하드마스크 조성물을 만들기 위해서는 위의 (a) 고온 열분해 기능기가 치환된 알데히드 화합물과 아릴 화합물로 이루어지는 방향족 공중합체는 사용하는 (b) 유기 용매 100중량부에 대해서 1~30% 중량부로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 (a)으로 제조되는 중합체가 1 중량부 미만이거나 30중량부를 초과하여 사용할 경우 목적하는 코팅두께 미만으로 되거나 초과하게 되어 정확한 코팅 두께를 맞추기 어렵다.Meanwhile, in order to make a hard mask composition, (a) the aromatic copolymer composed of an aldehyde compound substituted with a high-temperature pyrolysis functional group and an aryl compound is used in an amount of 1 to 30% by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent (b) used. It is desirable. If less than 1 part by weight or more than 30 parts by weight of the polymer prepared in (a) is used, it becomes less than or exceeds the desired coating thickness, making it difficult to achieve an accurate coating thickness.

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

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

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

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

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

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

최종 하드마스크 조성물에 있어서 (c) 가교제 성분 및 (d) 산 촉매를 더 포함하여 이루어지는 경우, 본 발명의 하드마스크 조성물은 (a) 자외선 영역에서 강한 흡수 특성을 갖는 공중합체 또는 이들 공중합체의 혼합물(blend) 1~30 중량%, 보다 바람직하게는 5~20 중량%, (c) 가교제 성분 0.1~5 중량%, 보다 바람직하게는 0.1~3 중량%, (d) 산 촉매 0.001~0.05 중량%, 보다 바람직하게는 0.001~0.03 중량%, 및 (b) 나머지 성분으로 유기용매를 사용하여 총 100중량%로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 유기용매 75~98 중량%를 함유하는 것이 바람직하다.When the final hardmask composition further includes (c) a crosslinker component and (d) an acid catalyst, the hardmask composition of the present invention includes (a) a copolymer with strong absorption properties in the ultraviolet region or a mixture of these copolymers. (blend) 1 to 30% by weight, more preferably 5 to 20% by weight, (c) 0.1 to 5% by weight of crosslinker component, more preferably 0.1 to 3% by weight, (d) 0.001 to 0.05% by weight of acid catalyst , more preferably 0.001 to 0.03% by weight, and (b) a total of 100% by weight using an organic solvent as the remaining component, preferably containing 75 to 98% by weight of an organic solvent.

여기서, 상기 공중합체가 1 중량% 미만이거나 30중량%를 초과할 경우 목적하는 코팅두께 미만으로 되거나 초과하게 되어 정확한 코팅 두께를 맞추기 어렵다.Here, if the copolymer is less than 1% by weight or more than 30% by weight, the desired coating thickness falls below or exceeds the desired coating thickness, making it difficult to achieve an accurate coating thickness.

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

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

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

실시예-1) 공중합체의 합성Example-1) Synthesis of copolymer

둥근플라스크에 1-파이렌올(100mmol), t-BOC-BzA(t-BOC-벤질알데히드) 모노머(110mmol)를 감마부티로락톤(GBL)(전체 모노머 2.5배)에 녹인 다음에, 파라톨루엔슐포닉애시드(PTSA) 5mol%를 첨가한 뒤에 120도 온도에서 20시간 중합하였다.In a round flask, 1-pyrenol (100 mmol) and t-BOC-BzA (t-BOC-benzylaldehyde) monomer (110 mmol) were dissolved in gammabutyrolactone (GBL) (2.5 times the total monomers), then paratoluene sulfate. After adding 5 mol% of phonic acid (PTSA), polymerization was performed at a temperature of 120 degrees for 20 hours.

중합이 끝난 후, 반응물을 과량의 메탄올/물(8:2) 용매에 침전을 시킨 다음에 트리에칠아민을 이용해 중화시킨다. 생성된 침전물을 여과하고, 과량의 메탄올 용액으로 2번 씻어 준 다음에, 침전물을 걸러서 65도 진공오븐에서 24시간 건조시켜 화학식 2-2의 고분자를 얻었다.After polymerization is completed, the reactant is precipitated in an excess of methanol/water (8:2) solvent and then neutralized using triethylamine. The resulting precipitate was filtered and washed twice with an excess of methanol solution, then the precipitate was filtered and dried in a vacuum oven at 65 degrees for 24 hours to obtain a polymer of Chemical Formula 2-2.

이때, 고분자 중량 평균분자량(Mw) 3,800, 다분산도(Mw/Mn) 1.97 결과를 얻었다.At this time, the polymer weight average molecular weight (Mw) was 3,800 and polydispersity (Mw/Mn) was 1.97.

실시예-2) 공중합체의 합성Example-2) Synthesis of copolymer

9,9'-비스(4-히드록시나프틸)플루오렌(60mmol), t-BOC-BzA(t-BOC-벤질알데히드) 모노머(70mmol)를 실시예-1과 같은 방식으로 합성하여 화학식 2-4의 고분자를 얻었다. 이때, 합성된 고분자는 중량 평균분자량(Mw) 3,500, 다분산도(Mw/Mn) 1.93 결과를 얻었다.9,9'-bis(4-hydroxynaphthyl)fluorene (60mmol) and t-BOC-BzA (t-BOC-benzylaldehyde) monomer (70mmol) were synthesized in the same manner as Example-1 to obtain Chemical Formula 2 A polymer of -4 was obtained. At this time, the synthesized polymer had a weight average molecular weight (Mw) of 3,500 and a polydispersity (Mw/Mn) of 1.93.

실시예-3) 공중합체의 합성Example-3) Synthesis of copolymer

1,1'-바이-2-나프톨(100mmol), t-BOC-BzA(t-BOC-벤질알데히드) (110mmol)를 실시예-1과 같은 방식으로 합성하여 화학식 2-5의 고분자를 얻었다. 이때, 합성된 고분자는 중량 평균분자량(Mw) 3,900, 다분산도(Mw/Mn) 1.89 결과를 얻었다.1,1'-bi-2-naphthol (100 mmol) and t-BOC-BzA (t-BOC-benzylaldehyde) (110 mmol) were synthesized in the same manner as Example-1 to obtain the polymer of Chemical Formula 2-5. At this time, the synthesized polymer had a weight average molecular weight (Mw) of 3,900 and a polydispersity (Mw/Mn) of 1.89.

실시예-4) 공중합체의 합성Example-4) Synthesis of copolymer

9-페닐카바졸(100mmol), t-BOC-BzA(t-BOC-벤질알데히드)(110mmol)를 실시예-1과 같은 방식으로 합성하여 화학식 2-9의 고분자를 얻었다. 이때, 합성된 고분자는 중량 평균분자량(Mw) 4,900, 다분산도(Mw/Mn) 1.89 결과를 얻었다.9-phenylcarbazole (100 mmol) and t-BOC-BzA (t-BOC-benzylaldehyde) (110 mmol) were synthesized in the same manner as Example-1 to obtain the polymer of Chemical Formula 2-9. At this time, the synthesized polymer had a weight average molecular weight (Mw) of 4,900 and a polydispersity (Mw/Mn) of 1.89.

실시예-5) 공중합체의 합성Example-5) Synthesis of copolymer

9-나프틸카바졸(60mmol) t-BOC-BzA(t-BOC-벤질알데히드)(70mmol)를 실시예-1과 같은 방식으로 합성하여 화학식 2-10의 고분자를 얻었다. 이때, 합성된 고분자는 중량 평균분자량(Mw) 3,900, 다분산도(Mw/Mn) 1.87 결과를 얻었다.9-Naphthylcarbazole (60 mmol) and t-BOC-BzA (t-BOC-benzylaldehyde) (70 mmol) were synthesized in the same manner as Example-1 to obtain a polymer of Chemical Formula 2-10. At this time, the synthesized polymer had a weight average molecular weight (Mw) of 3,900 and a polydispersity (Mw/Mn) of 1.87.

실시예-6) 공중합체의 합성Example-6) Synthesis of copolymer

인돌(100mmol), t-BOC-BzA(t-BOC-벤질알데히드)(110mmol)를 실시예-1과 같은 방식으로 합성하여 화학식 2-13의 고분자를 얻었다. 이때, 합성된 고분자는 중량 평균분자량(Mw) 5,500, 다분산도(Mw/Mn) 1.88 결과를 얻었다.Indole (100 mmol) and t-BOC-BzA (t-BOC-benzylaldehyde) (110 mmol) were synthesized in the same manner as Example-1 to obtain a polymer of Chemical Formula 2-13. At this time, the synthesized polymer had a weight average molecular weight (Mw) of 5,500 and a polydispersity (Mw/Mn) of 1.88.

실시예-7) 공중합체의 합성Example-7) Synthesis of copolymer

디벤조퓨란(100mmol), t-BOC-BzA(t-BOC-벤질알데히드)(110mmol)를 실시예-1과 같은 방식으로 합성하여 화학식 2-15의 고분자를 얻었다. 이때, 합성된 고분자는 중량 평균분자량(Mw) 5,800, 다분산도(Mw/Mn) 1.98 결과를 얻었다.Dibenzofuran (100 mmol) and t-BOC-BzA (t-BOC-benzylaldehyde) (110 mmol) were synthesized in the same manner as Example-1 to obtain the polymer of Chemical Formula 2-15. At this time, the synthesized polymer had a weight average molecular weight (Mw) of 5,800 and a polydispersity (Mw/Mn) of 1.98.

실시예-8) 공중합체의 합성Example-8) Synthesis of copolymer

1-파이렌올(100mmol), 에톡시에칠-BzA(110mmol)를 실시예-1과 같은 방식으로 합성하여 화학식 2-17의 고분자를 얻었다. 이때, 합성된 고분자는 중량 평균분자량(Mw) 4,800, 다분산도(Mw/Mn) 1.98 결과를 얻었다.1-Pyrenol (100 mmol) and ethoxyethyl-BzA (110 mmol) were synthesized in the same manner as Example-1 to obtain the polymer of Chemical Formula 2-17. At this time, the synthesized polymer had a weight average molecular weight (Mw) of 4,800 and a polydispersity (Mw/Mn) of 1.98.

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

9,9-비스히드록시페닐플로렌(100mmol)과 벤즈알데히드(110mmol)를 PGMEA에 녹인 다음에, 여기에 진한 황산 5mol%를 첨가한다.9,9-Bishydroxyphenylfluorene (100 mmol) and benzaldehyde (110 mmol) are dissolved in PGMEA, and then 5 mol% of concentrated sulfuric acid is added thereto.

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

하드마스크 조성물 제조Hardmask composition preparation

실시예 1~8 및 비교실시예에서 만들어진 고분자 1g를 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA) 7g, 시클로헥산논(cyclohexanone) 3g에 넣어서 완전히 녹인 후, 0.2um 멜브레인 필터를 이용해 여과하여 각각 실시예 1~8 및 비교실시예 샘플 용액을 만들었다.1 g of the polymer prepared in Examples 1 to 8 and Comparative Examples was completely dissolved in 7 g of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and 3 g of cyclohexanone, and then filtered using a 0.2 um Melbrane filter to obtain the respective Examples. Sample solutions 1 to 8 and Comparative Examples were prepared.

실시예 1~8, 비교실시예에 의해 제조된 샘플 용액을 각각 실리콘웨이퍼에 스핀 코팅하여 90초간 400℃에서 구워서 두께 3000Å의 필름을 형성시켰다.The sample solutions prepared in Examples 1 to 8 and Comparative Example were each spin-coated on a silicon wafer and baked at 400°C for 90 seconds to form a film with a thickness of 3000Å.

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

샘플 종류sample type 광학특성 (193nm)Optical properties (193nm) 광학특성 (248nm)Optical properties (248nm) 굴절율 (n)Refractive index (n) 흡광계수 (k)Extinction coefficient (k) 굴절율 (n)Refractive index (n) 흡광계수 (k)Extinction coefficient (k) 실시예 1Example 1 1.511.51 0.570.57 1.721.72 0.580.58 실시예 2Example 2 1.541.54 0.530.53 1.731.73 0.580.58 실시예 3Example 3 1.511.51 0.550.55 1.721.72 0.560.56 실시예 4Example 4 1.531.53 0.630.63 1.731.73 0.570.57 실시예 5Example 5 1.541.54 0.680.68 1.751.75 0.620.62 실시예 6Example 6 1.551.55 0.610.61 1.721.72 0.560.56 실시예 7Example 7 1.571.57 0.610.61 1.721.72 0.550.55 실시예 8Example 8 1.561.56 0.620.62 1.721.72 0.540.54 비교실시예Comparative Example 1.481.48 0.510.51 1.951.95 0.360.36

상기 표 1에서 보는 바와 같이 평가결과, 본 발명의 공중합체를 포함한 조성물은 ArF(193nm) 및 KrF(248nm) 파장에서 반사방지막으로서 사용가능한 굴절율 및 흡수도가 있음을 확인하였다. As shown in Table 1, the evaluation results confirmed that the composition containing the copolymer of the present invention had a refractive index and absorbance that could be used as an antireflection film at ArF (193 nm) and KrF (248 nm) wavelengths.

통상적으로 반도체 반사방지막으로 사용되는 재료의 굴절율 범위는 1.4~1.8 정도이며, 중요한 것이 흡광계수이고, 흡수도가 클수록 좋으나, 통상 k 수치가 0.3 이상이면 반사방지막으로 사용하는데 문제가 없기 때문에 본 발명의 실시예들에 따른 하드마스크 조성물은 반사방지막으로 사용할 수 있음을 알 수 있다. Typically, the refractive index of the material used as a semiconductor anti-reflection film ranges from 1.4 to 1.8, and the important thing is the extinction coefficient, and the higher the absorption, the better. However, if the k value is 0.3 or more, there is no problem in using it as an anti-reflection film, so the material of the present invention It can be seen that the hard mask composition according to the examples can be used as an anti-reflection film.

반사방지 하드마스크 조성물에 대한 리소그래픽 평가Lithographic evaluation of anti-reflective hardmask compositions

실시예 1, 3, 5, 6 및 비교실시예에서 만들어진 샘플용액을 각각 알루미늄이 입혀진 실리콘 웨이퍼 위에 스핀 코팅하여 90초간 400℃에서 구워서 두께 3000Å의 코팅막을 형성시켰다. The sample solutions prepared in Examples 1, 3, 5, and 6 and Comparative Examples were spin-coated on aluminum-coated silicon wafers and baked at 400°C for 90 seconds to form a coating film with a thickness of 3000Å.

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

샘플 종류sample type 패턴 특성pattern characteristics EL 마진
(△mJ/energy mJ)
EL margin
(△mJ/energy mJ)
DoF 마진
(㎛)
DoF margin
(㎛)
패턴 모양pattern shape
실시예 1Example 1 0.30.3 0.30.3 cubiccubic 실시예 3Example 3 0.40.4 0.30.3 cubiccubic 실시예 5Example 5 0.40.4 0.30.3 cubiccubic 실시예 6Example 6 0.40.4 0.40.4 cubiccubic 비교제조예Comparative manufacturing example 0.20.2 0.20.2 undercutundercut

반사방지 하드마스크 조성물에 대한 에칭 특성 평가Evaluation of etching properties of anti-reflective hardmask compositions

실시예 1~8 및 비교실시예에 따른 하드마스크 조성물(10중량%)을 400도 온도에서 90초간 열처리하여 박막을 형성한 후, 각각 N2/O2 혼합가스(50mT/300W/10 O2/50 N2 조건) 및 CFx 가스(100mT/600W/42 CF4/600 Ar/15 O2 조건)를 사용하여 60초 동안 건식 식각한 후 박막의 두께를 에칭 전/후로 측정하였다. 박막의 두께 변화를 에칭 시간으로 나누어 각각의 에치 속도(/s)를 계산하였다. 그 결과는 아래 표 3과 같다. The hard mask composition (10% by weight) according to Examples 1 to 8 and Comparative Examples was heat treated at 400 degrees for 90 seconds to form a thin film, and then treated with N2/O2 mixed gas (50mT/300W/10 O2/50 N2). After dry etching for 60 seconds using CFx gas (100mT/600W/42 CF4/600 Ar/15 O2 conditions), the thickness of the thin film was measured before and after etching. The change in thickness of the thin film was divided by the etching time to determine the respective etch rate ( /s) was calculated. The results are shown in Table 3 below.

샘플Sample N2/O2 etch(/s)N2/O2 etch( /s) CFx etch(/s)CFx etch( /s) 실시예 1Example 1 34.134.1 25.125.1 실시예 2Example 2 34.334.3 25.325.3 실시예 3Example 3 34.134.1 25.925.9 실시예 4Example 4 34.634.6 25.925.9 실시예 5Example 5 32.432.4 23.823.8 실시예 6Example 6 34.334.3 25.825.8 실시예 7Example 7 34.734.7 24.924.9 실시예 8Example 8 34.734.7 25.925.9 비교실시예Comparative Example 36.836.8 33.733.7

상기 표 3에서 나타내고 있듯이, 상기 실시예에서 형성된 박막은 비교 실시예로 형성된 박막에 비해 매우 우수한 식각 내성을 나타내 주고 있으며, 이러한 벌크 에치 특성을 바탕으로 상기 실시예에서 조성된 하드마스크 조성물이 리소그라피 패턴 형성에 매우 우수한 반사방지용 하드마스크 역할을 할 수 있을 것으로 예측할 수 있다.As shown in Table 3, the thin film formed in the Example shows very excellent etch resistance compared to the thin film formed in the Comparative Example, and based on these bulk etch characteristics, the hardmask composition formed in the Example can be used as a lithography pattern. It can be predicted that it can serve as an anti-reflection hard mask that is excellent for forming.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although 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 can be made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims. It falls within the scope of invention rights.

Claims (11)

(a)하기 화학식 1로 표시되는, 열분해 기능기를 가지는 이원 방향족 공중합체 또는 이들 공중합체의 혼합물(blend); 및
(b) 유기 용매;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 반사방지 하드마스크 조성물.
[화학식 1]

상기 식에서, Ar 그룹은 C6~C30의 아릴기 또는 헤테로아릴기이며,
X 그룹은 100도 이상 열처리 시에 열분해가 일어나는 치환기 구조로서, 알콕시 에칠, t-부틸, 또는 t-BOC(t-butoxycarbonyl이다.
(a) a binary aromatic copolymer or a blend of these copolymers having a pyrolytic functional group, represented by the following formula (1); and
(b) an organic solvent; an antireflective hardmask composition comprising:
[Formula 1]

In the above formula, the Ar group is a C6~C30 aryl group or heteroaryl group,
The
제1항에 있어서,
상기 Ar 그룹은 수산기, 할로겐기로 치환되어 있을 수도 있는 C6~C30의 아릴 또는 헤테로아릴기 그룹인 것을 특징으로 하는, 반사방지 하드마스크 조성물.
According to paragraph 1,
An anti-reflective hard mask composition, wherein the Ar group is a C6 to C30 aryl or heteroaryl group that may be substituted with a hydroxyl group or a halogen group.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 C6~C30의 아릴 또는 헤테로아릴기는 에테르 결합을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는, 반사방지 하드마스크 조성물.
According to claim 1 or 2,
An anti-reflective hard mask composition, characterized in that the aryl or heteroaryl group of C6 to C30 contains an ether bond.
제1항에 있어서,
상기 X 그룹은 t-BOC(t-butoxycarbonyl) 인 것을 특징으로 하는, 반사방지 하드마스크 조성물.
According to paragraph 1,
An antireflective hardmask composition, characterized in that the X group is t-BOC (t-butoxycarbonyl).
제1항에 있어서,
X 그룹이 알콕시 에칠인 것을 특징으로 하는, 반사방지 하드마스크 조성물.
According to paragraph 1,
An anti-reflective hardmask composition, characterized in that the X group is an alkoxy ethyl.
제1항에 있어서,
공중합체의 중량 평균분자량(Mw)는 1,000~50,000인 것을 특징으로 하는, 반사방지 하드마스크 조성물.
According to paragraph 1,
An antireflective hardmask composition, characterized in that the weight average molecular weight (Mw) of the copolymer is 1,000 to 50,000.
제1항에 있어서,
Ar 그룹이 나프탈렌, 바이나프탈렌, 파이렌, 카바졸, 또는 인돌 유도체 구조를 가지는 것을 특징으로 하는, 반사방지 하드마스크 조성물.
According to paragraph 1,
An antireflective hardmask composition, characterized in that the Ar group has a naphthalene, binaphthalene, pyrene, carbazole, or indole derivative structure.
제1항에 있어서,
상기 하드마스크 조성물은 가교제 및 산(acid) 촉매 성분을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 반사방지 하드마스크 조성물.
According to paragraph 1,
An antireflective hardmask composition, characterized in that the hardmask composition further includes a crosslinking agent and an acid catalyst component.
제8항에 있어서,
상기 하드마스크 조성물은,
(a) 상기 열분해 기능기가 치환된 알데히드 화합물과 아릴 화합물로 이루어지는 방향족 공중합체로 이루어지는 중합체 또는 이들 공중합체의 혼합물(blend) 1~30 중량%; 
(b) 가교제 성분 0.1~5 중량%;
(c) 산 촉매 0.001~0.05 중량%; 및
(d) 나머지 성분으로 유기용매를 사용하여 총 100중량%로 이루어지는 반사방지 하드마스크 조성물.
According to clause 8,
The hard mask composition is,
(a) 1 to 30% by weight of a polymer made of an aromatic copolymer composed of an aldehyde compound and an aryl compound in which the thermal decomposition functional group is substituted, or a blend of these copolymers;
(b) 0.1 to 5% by weight of cross-linking agent component;
(c) 0.001 to 0.05% by weight of acid catalyst; and
(d) An anti-reflective hard mask composition consisting of a total of 100% by weight using an organic solvent as the remaining ingredient.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 가교제는 메톡시메틸화글리콜우릴, 부톡시메틸글리콜우릴, 메톡시메틸화멜라민, 부톡시메틸화멜라민, 메톡시메틸화벤조구아나민, 부톡시메틸화벤조구아나민, 메톡시메틸화요소, 부톡시메틸화요소, 메톡시메틸화티오요소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 반사방지 하드마스크 조성물.
According to clause 8 or 9,
The crosslinking agent includes methoxymethylated glycoluril, butoxymethylglycoluril, methoxymethylated melamine, butoxymethylated melamine, methoxymethylated benzoguanamine, butoxymethylated benzoguanamine, methoxymethylated urea, butoxymethylated urea, and methoxymethylated urea. An anti-reflective hard mask composition, characterized in that it is any one selected from the group consisting of oxymethylated thiourea compounds.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 산 촉매는 p-톨루엔 술폰산 모노 하이드레이트(p-toluenesulfonic acid monohydrate), 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트(Pyridinium p-toluene sulfonate), 2,4,4,6-테트라브로모시클로헥사디엔온, 벤조인 토실레이트, 2-니트로벤질 토실레이트 및 유기 술폰산의 알킬 에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 반사방지 하드마스크 조성물.

According to clause 8 or 9,
The acid catalyst is p-toluenesulfonic acid monohydrate, pyridinium p-toluene sulfonate, 2,4,4,6-tetrabromocyclohexadienone, and benzoate. An anti-reflective hard mask composition, characterized in that it is at least one selected from the group consisting of phosphorus tosylate, 2-nitrobenzyl tosylate, and alkyl esters of organic sulfonic acids.

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