KR20240125309A - Hardmask composition, hardmask layer and method of forming patterns - Google Patents
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Abstract
하기 화학식 1로 표현되는 화합물, 및 용매를 포함하는 하드마스크 조성물, 상기 하드마스크 조성물로부터 제조되는 하드마스크 층, 그리고 상기 하드마스크 조성물로부터 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
[화학식 1]
상기 화학식 1의 정의는 명세서에 기재한 바와 같다.The present invention relates to a hardmask composition comprising a compound represented by the following chemical formula 1 and a solvent, a hardmask layer manufactured from the hardmask composition, and a method for forming a pattern from the hardmask composition.
[Chemical Formula 1]
The definition of the above chemical formula 1 is as described in the specification.
Description
하드마스크 조성물, 상기 하드마스크 조성물의 경화물을 포함하는 하드마스크 층 및 상기 하드마스크 조성물을 사용하는 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hardmask composition, a hardmask layer comprising a cured product of the hardmask composition, and a method for forming a pattern using the hardmask 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 리소그래픽 기법이 필수적이다.The semiconductor industry has recently developed from patterns of several hundred nanometers in size to ultra-fine technologies with patterns of several to tens of nanometers in size. To realize such ultra-fine technologies, effective lithographic techniques are essential.
전형적인 리소그래픽 기법은 반도체 기판 위에 재료 층을 형성하고 그 위에 포토레지스트 층을 코팅하고 노광 및 현상을 하여 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 재료 층을 식각하는 과정을 포함한다.A typical lithographic technique involves forming a material layer on a semiconductor substrate, coating a photoresist layer thereon, exposing and developing to form a photoresist pattern, and then etching the material layer using the photoresist pattern as a mask.
근래, 형성하고자 하는 패턴의 크기가 감소함에 따라 상술한 전형적인 리소그래픽 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 the pattern to be formed has decreased, it has become difficult to form a fine pattern with a good profile using only the typical lithographic technique described above. Accordingly, a fine pattern can be formed by forming an auxiliary layer, also known as 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 조성물의 경화물을 포함하는 하드마스크 층을 제공한다.Another embodiment provides a hardmask layer comprising a cured product of the hardmask composition.
또 다른 구현예는 상기 하드마스크 조성물을 사용한 패턴 형성 방법을 제공한다.Another embodiment provides a method of forming a pattern using the hardmask composition.
일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 하기 화학식 1로 표현되는 화합물, 및 용매를 포함한다.A hard mask composition according to one embodiment comprises a compound represented by the following chemical formula 1 and a solvent.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서, In the above chemical formula 1,
X1 내지 X3은 각각 독립적으로 N 또는 CRa이고, 여기서, Ra는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, X 1 to X 3 are each independently N or CR a , wherein R a is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroaryl group, or a combination thereof,
A1 내지 A3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40 헤테로방향족고리, 또는 이들의 조합이고,A 1 to A 3 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring, a substituted or unsubstituted C2 to C40 heteroaromatic ring, or a combination thereof,
L1 내지 L3는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 또는 이들의 조합이고,L 1 to L 3 are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, or a combination thereof,
B1 내지 B3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40 헤테로방향족고리, 또는 이들의 조합이고,B 1 to B 3 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring group, a substituted or unsubstituted C2 to C40 heteroaromatic ring, or a combination thereof,
n1 내지 n3는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수 중 하나이되, n1 내지 n3가 동시에 0은 아니다.n 1 to n 3 are each independently an integer from 0 to 5, provided that n 1 to n 3 are not simultaneously 0.
화학식 1의 X1 내지 X3 중 하나, 또는 둘이 N이거나, 또는 X1 내지 X3가 모두 CRa이고, 상기 Ra는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이다.One or both of X 1 to X 3 in chemical formula 1 are N, or all of X 1 to X 3 are CR a , and R a is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C20 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 heteroaryl group, or a combination thereof.
화학식 1의 A1 내지 A3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리이다.A 1 to A 3 in chemical formula 1 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring.
화학식 1의 A1 내지 A3는 각각 독립적으로 하기 그룹 1 및 그룹 2에서 선택되는 치환 또는 비치환된 모이어티 중 어느 하나인 하드마스크 조성물.A hard mask composition wherein A 1 to A 3 of chemical formula 1 are each independently any one of a substituted or unsubstituted moiety selected from the following Group 1 and Group 2.
[그룹 1][Group 1]
[그룹 2][Group 2]
상기 그룹 2에서, Z는 N, O, 또는 S이고, M1 및 M2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 고리이다.In the above group 2, Z is N, O, or S, and M 1 and M 2 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring.
화학식 1의 A1 내지 A3는 각각 독립적으로 하기 그룹 1-1 및 하기 그룹 2-1에서 선택되는 치환 또는 비치환된 모이어티 중 어느 하나인 하드마스크 조성물:A hard mask composition wherein A 1 to A 3 of chemical formula 1 are each independently any one of substituted or unsubstituted moieties selected from the following Group 1-1 and the following Group 2-1:
[그룹 1-1][Group 1-1]
[그룹 2-1][Group 2-1]
상기 그룹 2-1에서, Z는 N, O, 또는 S이고, M1 및 M2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 방향족 고리이다.In the above group 2-1, Z is N, O, or S, and M 1 and M 2 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C20 aromatic ring.
화학식 1의 A1 내지 A3는 각각 독립적으로 하기 그룹 1-2 및 하기 그룹 2-2에서 선택되는 치환 또는 비치환된 모이어티 중 어느 하나이다:A 1 to A 3 of chemical formula 1 are each independently any one of a substituted or unsubstituted moiety selected from the following Group 1-2 and the following Group 2-2:
[그룹 1-2][Group 1-2]
[그룹 2-2][Group 2-2]
화학식 1의 L1 내지 L3는 각각 독립적으로 단일결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 또는 이들의 조합이고, B1 내지 B3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40 헤테로방향족고리, 또는 이들의 조합이고, n1 내지 n3는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수 중 하나이되, n1 내지 n3가 동시에 0은 아니다.L 1 to L 3 in chemical formula 1 are each independently a single bond, a substituted or an unsubstituted C1 to C10 alkylene group, or a combination thereof, and B 1 to B 3 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring group, a substituted or unsubstituted C2 to C40 heteroaromatic ring, or a combination thereof, and n1 to n3 are each independently one of the integers 0 to 3, provided that n1 to n3 are not simultaneously 0.
화학식 1의 L1 내지 L3는 각각 독립적으로 단일결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 또는 이들의 조합이고, B1 내지 B3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리기이고, n1 내지 n3는 각각 독립적으로 0, 또는 1이되, n1 내지 n3가 동시에 0은 아니다.In chemical formula 1, L 1 to L 3 are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkylene group, or a combination thereof, B 1 to B 3 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring group, and n1 to n3 are each independently 0 or 1, but n1 to n3 are not both 0.
화학식 1의 L1 내지 L3는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 히드록시기가 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C10 알킬렌기, 또는 이들의 조합이고, B1 내지 B3는 각각 독립적으로 하기 그룹 3에서 선택된 치환 또는 비치환된 모이어티 중 어느 하나이고, n1 내지 n3는 각각 독립적으로 0, 또는 1이되, n1 내지 n3가 동시에 0은 아니다:L 1 to L 3 of the chemical formula 1 are each independently a single bond, a C1 to C10 alkylene group substituted or unsubstituted with a hydroxy group, or a combination thereof, B 1 to B 3 are each independently any one of a substituted or unsubstituted moiety selected from the following Group 3, and n1 to n3 are each independently 0 or 1, provided that n1 to n3 are not simultaneously 0:
[그룹 3][Group 3]
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1, 또는 하기 화학식 1-2로 표시된다:The above chemical formula 1 is represented by the following chemical formula 1-1, or the following chemical formula 1-2:
[화학식 1-1][Chemical Formula 1-1]
[화학식 1-2][Chemical Formula 1-2]
상기 화학식 1-1 및 화학식 1-2에서,In the above chemical formulas 1-1 and 1-2,
A4 내지 A9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40 헤테로방향족고리, 또는 이들의 조합이고,A 4 to A 9 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring, a substituted or unsubstituted C2 to C40 heteroaromatic ring, or a combination thereof,
L4 내지 L9는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 또는 이들의 조합이고,L 4 to L 9 are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, or a combination thereof,
B4 내지 B9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40 헤테로방향족고리, 또는 이들의 조합이고,B 4 to B 9 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring group, a substituted or unsubstituted C2 to C40 heteroaromatic ring, or a combination thereof,
n4 내지 n9는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수 중 하나이되, n4 내지 n6가 동시에 0이 아니고, n7 내지 n9이 동시에 0이 아니다.n4 to n9 are each independently an integer from 0 to 5, provided that n4 to n6 are not both 0, and n7 to n9 are not both 0.
상기 화학식 1-1의 A5 및 A6가 동일하거나, 상기 화학식 1-2의 A8 및 A9가 동일하다.A 5 and A 6 of the above chemical formula 1-1 are the same, or A 8 and A 9 of the above chemical formula 1-2 are the same.
상기 화학식 1은 하기 화학식 2, 또는 하기 화학식 3으로 표시된다:The above chemical formula 1 is represented by the following chemical formula 2 or the following chemical formula 3:
[화학식 2][Chemical formula 2]
[화학식 3][Chemical Formula 3]
상기 화학식 2 및 화학식 3에서, In the above chemical formulas 2 and 3,
A4 및 A7은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된, 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 파이렌, 또는 이들의 조합이고,A 4 and A 7 are each independently substituted or unsubstituted benzene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, pyrene, or a combination thereof,
L4 내지 L9는 각각 독립적으로 단일결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 또는 이들의 조합이고,L 4 to L 9 are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkylene group, or a combination thereof,
B5 내지 B9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 파이렌기, 또는 이들의 조합이며,B 5 to B 9 are each independently a substituted or unsubstituted phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, a pyrene group, or a combination thereof,
n4 내지 n9는 각각 독립적으로, 0 또는 1이되, n4 내지 n6가 동시에 0이 아니고, n7 내지 n9이 동시에 0이 아니다.n4 to n9 are each independently 0 or 1, provided that n4 to n6 are not simultaneously 0, and n7 to n9 are not simultaneously 0.
상기 화학식 1은 하기 화학식 2-1, 화학식 2-2, 및 화학식 3-1 내지 화학식 3-6 중 어느 하나로 표시된다:The above chemical formula 1 is represented by any one of the following chemical formulas 2-1, 2-2, and 3-1 to 3-6:
[화학식 2-1][Chemical Formula 2-1]
[화학식 2-2][Chemical Formula 2-2]
[화학식 3-1][Chemical Formula 3-1]
[화학식 3-2][Chemical Formula 3-2]
[화학식 3-3][Chemical Formula 3-3]
[화학식 3-4][Chemical Formula 3-4]
[화학식 3-5][Chemical Formula 3-5]
[화학식 3-6][Chemical Formula 3-6]
상기 화합물의 분자량은 300g/mol 내지 5,000g/mol이다.The molecular weight of the above compound is 300 g/mol to 5,000 g/mol.
상기 화합물은 상기 하드마스크 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 30 중량% 포함된다.The above compound is included in an amount of 0.1 wt% to 30 wt% based on the total weight of the hard mask composition.
상기 용매는 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜 디아세테이트, 메톡시 프로판디올, 디에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 부틸에테르, 트리(에틸렌글리콜)모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 사이클로헥사논, 에틸락테이트, 감마-부티로락톤, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 메틸피롤리돈, 메틸피롤리디논, 아세틸아세톤 또는 에틸 3-에톡시프로피오네이트이다.The solvent is propylene glycol, propylene glycol diacetate, methoxy propanediol, 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-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, methylpyrrolidone, methylpyrrolidinone, acetylacetone or ethyl 3-ethoxypropionate.
또 다른 구현예에 따르면, 상술한 하드마스크 조성물의 경화물을 포함하는 하드마스크 층을 제공한다. According to another embodiment, a hardmask layer comprising a cured product of the hardmask composition described above is provided.
또 다른 구현예에 따르면, 기판 위에 재료 층을 제공하는 단계, 상기 재료 층 위에 상술한 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 포함하는 패턴형성방법을 제공한다.According to another embodiment, there is provided a method of manufacturing a hard mask, comprising: providing a material layer on a substrate; applying the hard mask composition described above on the material layer; heat-treating the hard mask composition to form a hard mask layer; forming a photoresist layer on the hard mask layer; exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern; using the photoresist pattern. A pattern forming method is provided, comprising the steps of selectively removing the hard mask layer and exposing a portion of the material layer, and etching the exposed portion of the material layer.
상기 하드마스크 층을 형성하는 단계는 100℃ 내지 1,000℃에서 열처리하는 단계를 포함한다.The step of forming the above hard mask layer includes a step of heat treatment at 100°C to 1,000°C.
일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 용매에 대한 용해성이 우수하여 하드마스크 층에 효과적으로 적용할 수 있다.A hard mask composition according to one embodiment has excellent solubility in a solvent and can be effectively applied to a hard mask layer.
일 구현예에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 하드마스크 층은 우수한 내식각성을 확보할 수 있다.A hard mask layer formed from a hard mask composition according to one embodiment can secure excellent 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 implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자(F, Br, Cl, 또는 I), 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, 비닐기, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C9 내지 C30 알릴아릴기, C1 내지 C30 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.Unless otherwise defined herein, the term "substituted" means a compound in which a hydrogen atom is substituted with a halogen atom (F, Br, Cl, or I), a hydroxy group, an alkoxy group, a nitro group, a cyano group, an amino group, an azido group, an amidino group, a hydrazino group, a hydrazono group, a carbonyl group, a carbamyl group, a thiol group, an ester group, a carboxyl group or a salt thereof, a sulfonic acid group or a salt thereof, a phosphoric acid or a salt thereof, a vinyl group, a C1 to C20 alkyl group, a C2 to C20 alkenyl group, a C2 to C20 alkynyl group, a C6 to C30 aryl group, a C7 to C30 arylalkyl group, a C9 to C30 allylaryl group, a C1 to C30 alkoxy group, a C1 to C20 heteroalkyl group, a C3 to C20 heteroarylalkyl group, a C3 to C30 cycloalkyl group, a C3 to C15 It means substituted with a substituent selected from a cycloalkenyl group, a C6 to C15 cycloalkynyl group, a C3 to C30 heterocycloalkyl 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, two adjacent groups among the substituted halogen atom (F, Br, Cl, or I), a hydroxy group, a nitro group, a cyano group, an amino group, an azido group, an amidino group, a hydrazino group, a hydrazono group, a carbonyl group, a carbamyl group, a thiol group, an ester group, a carboxyl group or a salt thereof, a sulfonic acid group or a salt thereof, a phosphoric acid or a salt thereof, a C1 to C30 alkyl group, a C2 to C30 alkenyl group, a C2 to C30 alkynyl group, a C6 to C30 aryl group, a C7 to C30 arylalkyl group, a C1 to C30 alkoxy group, a C1 to C20 heteroalkyl group, a C3 to C20 heteroarylalkyl group, a C3 to C30 cycloalkyl group, a C3 to C15 cycloalkenyl group, a C6 to C15 cycloalkynyl group, or a C2 to C30 heterocyclic group. Substituents may be fused to form rings. 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 "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, the term "aryl group" refers to a group having one or more hydrocarbon aromatic moieties, and broadly includes a form in which hydrocarbon aromatic moieties are linked by single bonds and a non-aromatic fused ring in which hydrocarbon aromatic moieties are directly or indirectly fused. The aryl group includes a monocyclic, polycyclic, or fused polycyclic (i.e., a ring that shares adjacent pairs of carbon atoms) functional groups.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "헤테로"란, N, O, S, Se 및 P에서 선택된 헤테로 원자를 1개 내지 3개 함유한 것을 의미한다. Unless otherwise defined herein, “hetero” means containing 1 to 3 heteroatoms selected from N, O, S, Se and P.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "헤테로아릴(heteroaryl)기"는 아릴기 내에 N, O, S, P 및 Si로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로원자를 적어도 한 개를 함유하는 것을 의미한다. 2 이상의 헤테로아릴기는 시그마 결합을 통하여 직접 연결되거나, 상기 헤테로아릴기가 2 이상의 고리를 포함할 경우, 2 이상의 고리들은 서로 융합될 수 있다. 상기 헤테로아릴기가 융합고리인 경우, 각각의 고리마다 상기 헤테로 원자를 1 내지 3개 포함할 수 있다.Unless otherwise defined herein, a "heteroaryl group" means an aryl group containing at least one heteroatom selected from the group consisting of N, O, S, P, and Si. Two or more heteroaryl groups may be directly connected via a sigma bond, or, when the heteroaryl group includes two or more rings, the two or more rings may be fused to each other. When the heteroaryl group is a fused ring, each ring may contain 1 to 3 of the heteroatoms.
보다 구체적으로, 치환 또는 비치환된 아릴기 및/또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기는, 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.More specifically, the substituted or unsubstituted aryl group and/or the substituted or unsubstituted heteroaryl group is a substituted or unsubstituted phenyl group, a substituted or unsubstituted naphthyl group, a substituted or unsubstituted anthracenyl group, a substituted or unsubstituted 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 quaterphenyl group, a substituted or unsubstituted 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 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 Thiazolyl group, a substituted or unsubstituted oxadiazolyl group, a substituted or unsubstituted thiadiazolyl group, a substituted or unsubstituted pyridinyl group, a substituted or unsubstituted pyrimidinyl group, a substituted or unsubstituted pyrazinyl group, a substituted or 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 quinolinyl 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, a substituted or unsubstituted benzthiazinyl group, a substituted or unsubstituted acridinyl group, a substituted or unsubstituted phenazinyl group, a substituted or unsubstituted phenothiazinyl group, Or it may be a form in which an unsubstituted phenoxazinyl group, a substituted or unsubstituted 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, a benzopyridothiazinyl group, a 9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridinyl group, a combination thereof, or a combination thereof is fused, but is not limited thereto.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "조합"이란 혼합 또는 공중합을 의미한다.Unless otherwise specified herein, “combination” means mixing or copolymerization.
또한, 본 명세서에서, “중합체”는 올리고머(oligomer)와 중합체(polymer)를 모두 포함할 수 있다.Additionally, in this specification, “polymer” may include both an oligomer and a polymer.
본 명세서에서 특별히 언급하지 않는 한, “중량평균분자량”은 분체 시료를 테트라하이드로퓨란(THF)에 녹인 후, Agilent Technologies社의 1200 series 겔 투과 크로마토그래피(Gel Permeation Chromatography; GPC)를 이용하여 측정(컬럼은 Shodex社 LF-804, 표준시료는 Shodex社 폴리스티렌을 사용함)한 것이다.Unless otherwise specified herein, “weight average molecular weight” is the value measured by dissolving a powder sample in tetrahydrofuran (THF) using Agilent Technologies’ 1200 series Gel Permeation Chromatography (GPC) (column: Shodex LF-804; standard sample: Shodex polystyrene).
또한, 본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '*'는 화합물의 구조단위 또는 화합물 부분(moiety)의 연결 지점을 가리킨다.Additionally, unless otherwise defined herein, '*' indicates a structural unit of a compound or a connecting point of a compound moiety.
반도체 산업에서 칩의 크기를 감소시키려는 요구가 끊임없이 이어지고 있다. 이에 부응하기 위해, 리소그래피 기술에서 패터닝되는 레지스트의 선폭이 수십 나노 크기를 가져야한다. 이에 따라, 레지스트 패턴의 선폭을 견딜 수 있는 높이가 제한되고, 레지스트들이 에칭 단계에서 충분한 내성을 가지지 못하는 경우가 발생한다. 이를 보완하기 위해 식각하고자 하는 재료층과 포토레지스트 층 사이에 일명 하드마스크 층(hardmask layer)이라고 불리는 보조층을 사용한다. 이러한 하드마스크 층은 선택적 식각을 통해 포토레지스트의 미세 패턴을 재료층으로 전사해주는 중간막으로의 역할을 하므로, 하드마스크 층은 패턴 전사 시 필요한 에칭 공정을 견딜 수 있도록 내식각성이 요구된다.There is a constant demand for reducing chip sizes in the semiconductor industry. To meet this demand, the line width of the resist patterned in lithography technology must be tens of nanometers. Accordingly, the height that can withstand the line width of the resist pattern is limited, and there are cases where the resists do not have sufficient resistance in the etching step. To compensate for this, an auxiliary layer called a hardmask layer is used between the material layer to be etched and the photoresist layer. This hardmask layer acts as an intermediate film that transfers the fine pattern of the photoresist to the material layer through selective etching, so the hardmask layer must have etch resistance to withstand the etching process required for pattern transfer.
기존의 하드마스크 층은 화학적 또는 물리적 증착 방법으로 형성했는데, 이는 설비 규모가 크고 공정 단가가 높아 경제성이 떨어지는 문제가 있다. 이에, 최근 스핀-코팅 기법으로 하드마스크 층을 형성하는 기술이 개발되었다. 스핀-코팅 기법은 종래 방법에 비해 공정이 용이하고, 이로부터 제조되는 하드마스크 층의 갭-필 특성 및 평탄화 특성이 더 우수할 수 있지만, 하드마스크 층에 요구되는 내식각성은 다소 저하하는 경향을 보인다. 따라서, 스핀-코팅 기법을 적용할 수 있는 하드마스크 조성물이되, 이로부터 형성된 하드마스크 층이 화학적 또는 물리적 증착 방법으로 형성된 하드마스크 층과 동등한 내식각성을 가질 것이 요구된다. Conventional hard mask layers are formed by chemical or physical deposition methods, but these have problems of low economic feasibility due to large equipment scale and high process costs. Therefore, a technology for forming a hard mask layer using a spin-coating technique has recently been developed. The spin-coating technique is easier to process than conventional methods, and the gap-fill characteristics and planarization characteristics of the hard mask layer manufactured thereby can be better, but the etch resistance required for the hard mask layer tends to be somewhat lowered. Therefore, a hard mask composition to which the spin-coating technique can be applied, and a hard mask layer formed thereby, is required to have etch resistance equivalent to that of a hard mask layer formed by a chemical or physical deposition method.
이에, 상기 하드마스크 층의 내식각성을 개선시키기 위해 하드마스크 조성물이 함유하는 탄소 함량을 극대화하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 하드마스크 조성물의 탄소 함량을 극대화할수록 조성물의 용매에 대한 용해도가 저하되는 경향이 있고, 이에, 하드마스크 조성물에 포함되는 화합물의 탄소 함량을 극대화함으로써 그로부터 형성되는 하드마스크 층의 내식각성을 개선하면서도, 상기 화합물의 용매에 대한 용해도가 저하하지 않을 것이 요구된다. Accordingly, research is being actively conducted to maximize the carbon content contained in the hardmask composition in order to improve the etch resistance of the hardmask layer. However, as the carbon content of the hardmask composition is maximized, the solubility of the composition in a solvent tends to decrease, and thus, it is required to maximize the carbon content of the compound included in the hardmask composition so as to improve the etch resistance of the hardmask layer formed therefrom, while not decreasing the solubility of the compound in a solvent.
일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 방향족고리 또는 헤테로방향족고리를 다수 포함하는 화합물을 포함함으로써 조성물 내 탄소 함량을 높일 수 있다. 이에, 상기 조성물로부터 얻어지는 하드마스크 층은 내식각성이 개선될 수 있다. 또한, 상기 방향족고리 또는 헤테로방향족고리가 유연한 연결기에 의해 연결되도록 함으로써, 상기 방향족고리 또는 헤테로방향족고리를 다수 포함하는 화합물의 용매에 대한 용해성을 개선할 수 있다.A hard mask composition according to one embodiment can increase the carbon content in the composition by including a compound including a plurality of aromatic rings or heteroaromatic rings. Accordingly, a hard mask layer obtained from the composition can have improved etch resistance. In addition, by allowing the aromatic rings or heteroaromatic rings to be connected by a flexible linking group, the solubility of the compound including a plurality of aromatic rings or heteroaromatic rings in a solvent can be improved.
구체적으로, 일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 하기 화학식 1로 표현되는 화합물, 및 용매를 포함한다.Specifically, a hard mask composition according to one embodiment includes a compound represented by the following chemical formula 1 and a solvent.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서, In the above chemical formula 1,
X1 내지 X3은 각각 독립적으로 N 또는 CRa이고, 여기서, Ra는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, X 1 to X 3 are each independently N or CR a , wherein R a is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroaryl group, or a combination thereof,
A1 내지 A3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40 헤테로방향족고리, 또는 이들의 조합이고,A 1 to A 3 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring, a substituted or unsubstituted C2 to C40 heteroaromatic ring, or a combination thereof,
L1 내지 L3는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 또는 이들의 조합이고,L 1 to L 3 are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, or a combination thereof,
B1 내지 B3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40 헤테로방향족고리, 또는 이들의 조합이고,B 1 to B 3 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring group, a substituted or unsubstituted C2 to C40 heteroaromatic ring, or a combination thereof,
n1 내지 n3는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수 중 하나이되, n1 내지 n3가 동시에 0은 아니다. n 1 to n 3 are each independently an integer from 0 to 5, provided that n 1 to n 3 are not simultaneously 0.
상기와 같이, 일 구현예에 따른 하드마스크 조성물에 포함되는 화합물은 코어와, 이에 직접 연결되는 A1 내지 A3 가 방향족고리 및/또는 헤테로방향족고리를 포함함으로써, 상기 화합물 및 이를 포함하는 조성물이 함유하는 탄소 함량을 높일 수 있다. 따라서, 상기 조성물로부터 얻어지는 하드마스크 층의 내식각성을 높일 수 있다. 또한 L1 내지 L3와 같은 연결기를 적어도 하나 포함함으로써, 상기 화합물에 유연성을 부여하여 용매에 효과적으로 용해될 수 있다. As described above, the compound included in the hard mask composition according to one embodiment includes a core and A 1 to A 3 groups directly connected thereto, thereby increasing the carbon content contained in the compound and the composition including the same. Accordingly, the etch resistance of the hard mask layer obtained from the composition can be increased. In addition, by including at least one linking group such as L 1 to L 3 , flexibility is imparted to the compound, thereby enabling it to be effectively dissolved in a solvent.
특히, 일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 화학식 1로부터 유래하는 구조단위를 포함하는 중합체를 포함하는 조성물에 비해 용매에의 용해도가 월등히 우수할 수 있고, 따라서, 스핀-코팅 등 용액 공정에 효과적으로 적용할 수 있다.In particular, a hard mask composition according to one embodiment may have significantly better solubility in a solvent than a composition including a polymer including a structural unit derived from chemical formula 1 by including a compound represented by chemical formula 1, and thus may be effectively applied to a solution process such as spin-coating.
상기 화학식 1의 X1 내지 X3 중 하나, 또는 둘이 N이고, 나머지가 CRa 이거나, 또는 X1 내지 X3가 모두 CRa일 수 있다. 상기 Ra는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 헤테로아릴기 또는 이들의 조합일 수 있다. One or both of X 1 to X 3 in the above chemical formula 1 may be N and the remainder may be CR a , or all of X 1 to X 3 may be CR a . The R a may be hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C20 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 heteroaryl group, or a combination thereof.
예를 들어, 상기 Ra는 수소, 비치환된 C1 내지 C5 알킬기, 비치환된 C2 내지 C6 알케닐기, 비치환된 C2 내지 C6 알키닐기, 비치환된 C6 내지 C10 아릴기, 또는 비치환된 C2 내지 C10 헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, Ra는 수소, 비치환된 C1 내지 C5 알킬기, 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기이고, 예를 들어, Ra는 수소이다.For example, R a can be hydrogen, an unsubstituted C1 to C5 alkyl group, an unsubstituted C2 to C6 alkenyl group, an unsubstituted C2 to C6 alkynyl group, an unsubstituted C6 to C10 aryl group, or an unsubstituted C2 to C10 heteroaryl group. For example, R a is hydrogen, an unsubstituted C1 to C5 alkyl group, or an unsubstituted C6 to C10 aryl group, for example, R a is hydrogen.
상기 화학식 1의 A1 내지 A3는 서로 동일할 수 있고, 서로 모두 다를 수 있고, A1 내지 A3 중 둘이 동일할 수 있다. 상기 A1 내지 A3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 고리일 수 있다. 예를 들어 상기 화학식 1의 A1 내지 A3는 각각 독립적으로 하기 그룹 1에서 선택되는 모이어티 중 어느 하나가 치환 또는 비치환된 것일 수 있다:A 1 to A 3 of the above chemical formula 1 may be the same as each other, may be all different from each other, and two of A 1 to A 3 may be the same. Each of the above A 1 to A 3 may independently be a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring. For example , each of the above chemical formula 1 may independently be a substituted or unsubstituted moiety selected from the following Group 1:
[그룹 1][Group 1]
예를 들어, A1 내지 A3는 각각 독립적으로 하기 그룹 1-1에서 선택되는 모이어티 중 어느 하나가 치환 또는 비치환된 것일 수 있다:For example, A 1 to A 3 may each independently be substituted or unsubstituted with any one of the moieties selected from the following Group 1-1:
[그룹 1-1][Group 1-1]
예를 들어, A1 내지 A3는 각각 독립적으로 하기 그룹 1-2에서 선택되는 모이어티 중 어느 하나가 치환 또는 비치환된 것일 수 있다:For example, A 1 to A 3 may each independently be substituted or unsubstituted with any one of the moieties selected from the following Groups 1-2:
[그룹 1-2][Group 1-2]
상기 A1 내지 A3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40 헤테로방향족고리일 수 있다. 예를 들어 상기 A1 내지 A3는 각각 독립적으로 하기 그룹 2에서 선택되는 모이어티 중 어느 하나가 치환 또는 비치환된 것일 수 있다:Each of A 1 to A 3 above may independently be a substituted or unsubstituted C2 to C40 heteroaromatic ring. For example, each of A 1 to A 3 above may independently be a substituted or unsubstituted moiety selected from the following Group 2:
[그룹 2][Group 2]
예를 들어, A1 내지 A3는 각각 독립적으로 하기 그룹 2-1에서 선택되는 모이어티 중 어느 하나가 치환 또는 비치환된 것일 수 있다:For example, A 1 to A 3 may each independently be substituted or unsubstituted with any one of the moieties selected from the following Group 2-1:
[그룹 2-1][Group 2-1]
상기 그룹 2 및 그룹 2-1에서, Z는 N, O, 또는 S이고, M1 및 M2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 고리이다. 예를 들어, Z는 N일 수 있고, M1 및 M2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 방향족 고리이며, 예를 들어 벤젠, 또는 나프탈렌이며, 이들에 제한되지 않는다. In the above Group 2 and Group 2-1, Z is N, O, or S, and M 1 and M 2 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring. For example, Z can be N, and M 1 and M 2 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C20 aromatic ring, for example, but not limited to, benzene or naphthalene.
예를 들어, A1 내지 A3는 각각 독립적으로 하기 그룹 2-2에서 선택되는 모이어티 중 어느 하나가 치환 또는 비치환된 것일 수 있으나, 이들에 제한되지 않는다:For example, A 1 to A 3 may each independently be substituted or unsubstituted with any one of the moieties selected from the following Group 2-2, but are not limited thereto:
[그룹 2-2][Group 2-2]
상기 화학식 1에서, 방향족고리 또는 헤테로방향족고리로 이루어진 코어에 상기 A1 내지 A3이 직접적으로 연결됨으로써, 이러한 화합물을 포함하는 조성물에 의해 형성된 하드마스크 층은 우수한 용해도와 내식각성을 확보할 수 있다. In the chemical formula 1 above, since A 1 to A 3 are directly connected to a core composed of an aromatic ring or a heteroaromatic ring, a hard mask layer formed by a composition including such a compound can secure excellent solubility and etch resistance.
상기 화학식 1의 L1 내지 L3는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 또는 이들의 조합이다. 이에 따라, 화합물이 높은 회전 자유도를 확보할 수 있고, 이를 포함하는 하드마스크 조성물을 스핀 코팅과 같은 용액 공정에 효과적으로 적용할 수 있다. In the above chemical formula 1, L 1 to L 3 are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkylene group, or a combination thereof. Accordingly, the compound can secure a high degree of rotational freedom, and a hard mask composition including the same can be effectively applied to a solution process such as spin coating.
상기 L1 내지 L3는 예를 들어 단일결합, 또는 치환된 C1 내지 C10 알킬렌기일 수 있고, 예를 들어 치환된 C1 내지 C5 알킬렌기일 수 있다. 상기 알킬렌기의 치환은 예를 들어 히드록시기, 아민기, 티올기, 메톡시기, 또는 에톡시기일 수 있고, 예를 들어 히드록시기일 수 있으며, 이들에 제한되지 않는다. The above L 1 to L 3 can be, for example, a single bond, or a substituted C1 to C10 alkylene group, for example, a substituted C1 to C5 alkylene group. The substitution of the alkylene group can be, for example, a hydroxyl group, an amine group, a thiol group, a methoxy group, or an ethoxy group, for example, a hydroxyl group, but is not limited thereto.
일 예로, 상기 L1 내지 L3 중 어느 하나 이상이 히드록시기로 치환된 알킬렌기인 경우, 용매에 대한 용해성을 높일 수 있다. For example, when at least one of L 1 to L 3 is an alkylene group substituted with a hydroxy group, the solubility in a solvent can be increased.
상기 화학식 1의 B1 내지 B3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40 헤테로방향족고리, 또는 이들의 조합이다. 예를 들어, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리기일 수 있고, 예를 들어, 화학식 1의 B1 내지 B3는 각각 독립적으로 하기 그룹 3에서 선택된 모이어티 중 어느 하나가 치환 또는 비치환된 것일 수 있다:B 1 to B 3 of the above chemical formula 1 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring group, a substituted or unsubstituted C2 to C40 heteroaromatic ring, or a combination thereof. For example, they may be a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring group, and for example, B 1 to B 3 of the chemical formula 1 may each independently be a substituted or unsubstituted moiety selected from the following Group 3:
[그룹 3][Group 3]
또한, 상기 화학식 1의 B1 내지 B3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 또는 파이렌기일 수 있고, 예를 들어, 치환 또는 비치환된, 페닐기, 또는 나프탈렌기일 수 있다. In addition, B 1 to B 3 of the above chemical formula 1 may each independently be a substituted or unsubstituted phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, or a pyrene group, for example, a substituted or unsubstituted phenyl group or a naphthalene group.
상기 화학식 1의 n1 내지 n3는 0 내지 5의 정수 중 하나이고, 예를 들어 0 내지 3의 정수 중 하나이고, 예를 들어 0 내지 2의 정수 중 하나이고, 예를 들어 0 또는 1이되, n1 내지 n3가 동시에 0은 아니다. 일 예로, n1 내지 n3 중 둘이 1이고, 나머지는 0이며, 다른 예로, n1 내지 n3가 동시에 1이며, 이에 제한되지 않는다.In the chemical formula 1, n1 to n3 are one of the integers from 0 to 5, for example, one of the integers from 0 to 3, for example, one of the integers from 0 to 2, for example, 0 or 1, but n1 to n3 are not 0 at the same time. As one example, two of n1 to n3 are 1 and the rest are 0, and as another example, n1 to n3 are 1 at the same time, but are not limited thereto.
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1, 또는 하기 화학식 1-2로 표시될 수 있다.The above chemical formula 1 can be represented by the following chemical formula 1-1 or the following chemical formula 1-2.
[화학식 1-1][Chemical Formula 1-1]
[화학식 1-2][Chemical Formula 1-2]
상기 화학식 1-1 및 화학식 1-2에서, A4 내지 A9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40 헤테로방향족고리, 또는 이들의 조합이고,In the above chemical formulas 1-1 and 1-2, A 4 to A 9 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring, a substituted or unsubstituted C2 to C40 heteroaromatic ring, or a combination thereof.
L4 내지 L9는 각각 독립적으로 단일결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 또는 이들의 조합이고,L 4 to L 9 are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, or a combination thereof,
B4 내지 B9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40 헤테로방향족고리, 또는 이들의 조합이고,B 4 to B 9 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring group, a substituted or unsubstituted C2 to C40 heteroaromatic ring, or a combination thereof,
n4 내지 n9는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수 중 하나이되, n4 내지 n6가 동시에 0이 아니고, n7 내지 n9이 동시에 0이 아니다.n4 to n9 are each independently an integer from 0 to 5, provided that n4 to n6 are not both 0, and n7 to n9 are not both 0.
상기 화학식 1-1에서, A4 내지 A6가 서로 모두 다를 수 있고, 서로 모두 동일할 수 있으며, 예를 들어 A4 내지 A6 중 둘이 동일할 수 있으며, 예를 들어, A5 및 A6가 동일할 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.In the above chemical formula 1-1, A 4 to A 6 may all be different from each other, or may all be the same from each other, for example, two of A 4 to A 6 may be the same, for example, A 5 and A 6 may be the same, but are not limited thereto.
상기 화학식 1-2에서, A7 내지 A9가 서로 모두 다를 수 있고, 서로 모두 동일할 수 있으며, 예를 들어 A7 내지 A9 중 둘이 동일할 수 있으며, 예를 들어, A8 및 A9가 동일할 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.In the above chemical formula 1-2, A 7 to A 9 may all be different from each other, or may all be the same from each other, for example, two of A 7 to A 9 may be the same, for example, A 8 and A 9 may be the same, but are not limited thereto.
일 예로, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2 또는 하기 화학식 3으로 표시될 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.For example, the chemical formula 1 may be represented by the following chemical formula 2 or the following chemical formula 3, but is not limited thereto.
[화학식 2][Chemical formula 2]
[화학식 3][Chemical Formula 3]
상기 화학식 2 및 화학식 3에서, In the above chemical formulas 2 and 3,
A4 및 A7은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된, 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 파이렌, 또는 이들의 조합이고,A 4 and A 7 are each independently substituted or unsubstituted benzene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, pyrene, or a combination thereof,
L4 내지 L9는 각각 독립적으로 단일결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 또는 이들의 조합이고,L 4 to L 9 are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkylene group, or a combination thereof,
B5 내지 B9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 파이렌기, 또는 이들의 조합이며,B 5 to B 9 are each independently a substituted or unsubstituted phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, a pyrene group, or a combination thereof,
n4 내지 n9는 각각 독립적으로, 0 또는 1이되, n4 내지 n6가 동시에 0이 아니고, n7 내지 n9이 동시에 0이 아니다.n4 to n9 are each independently 0 or 1, provided that n4 to n6 are not simultaneously 0, and n7 to n9 are not simultaneously 0.
일 예로, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2-1, 화학식 2-2, 및 화학식 3-1 내지 화학식 3-6 중 어느 하나로 표시될 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.For example, the chemical formula 1 may be represented by any one of the following chemical formulas 2-1, 2-2, and 3-1 to 3-6, but is not limited thereto.
[화학식 2-1][Chemical Formula 2-1]
[화학식 2-2][Chemical Formula 2-2]
[화학식 3-1][Chemical Formula 3-1]
[화학식 3-2][Chemical Formula 3-2]
[화학식 3-3][Chemical Formula 3-3]
[화학식 3-4][Chemical Formula 3-4]
[화학식 3-5][Chemical Formula 3-5]
[화학식 3-6][Chemical Formula 3-6]
상기 화합물은 300g/mol 내지 5,000g/mol의 분자량을 가질 수 있다. 예를 들어, 400g/mol 내지 5,000g/mol, 예를 들어, 500g/mol 내지 5,000g/mol, 예를 들어, 500g/mol 내지 4,500g/mol, 예를 들어, 예를 들어, 500g/mol 내지 4,000g/mol, 예를 들어, 600g/mol 내지 4,500g/mol, 예를 들어, 600g/mol 내지 4,000g/mol, 예를 들어, 700g/mol 내지 5,000g/mol, 예를 들어, 700g/mol 내지 4,500g/mol, 예를 들어, 700g/mol 내지 4,000g/mol, 예를 들어, 700g/mol 내지 3,500g/mol의 분자량을 가질 수 있으며, 이들에 제한되지 않는다. 상기 범위의 분자량을 가짐으로써, 상기 화합물을 포함하는 하드마스크 조성물의 탄소 함량 및 용매에 대한 용해도를 조절하여 최적화할 수 있다.The compound may have a molecular weight of 300 g/mol to 5,000 g/mol. For example, it can have a molecular weight of 400 g/mol to 5,000 g/mol, for example, 500 g/mol to 5,000 g/mol, for example, 500 g/mol to 4,500 g/mol, for example, 500 g/mol to 4,000 g/mol, for example, 600 g/mol to 4,500 g/mol, for example, 600 g/mol to 4,000 g/mol, for example, 700 g/mol to 5,000 g/mol, for example, 700 g/mol to 4,500 g/mol, for example, 700 g/mol to 4,000 g/mol, for example, 700 g/mol to 3,500 g/mol, but is not limited thereto. By having a molecular weight within the above range, the carbon content and solubility in a solvent of a hard mask composition including the compound can be controlled and optimized.
상기 화합물은 상기 하드마스크 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 30 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 약 0.2 중량% 내지 30 중량%, 예를 들어, 약 0.5 중량% 내지 30 중량%, 예를 들어, 약 1 중량% 내지 30 중량%, 예를 들어, 약 1 중량% 내지 25 중량%, 예를 들어, 약 1 중량% 내지 20 중량% 일 수 있으며, 이들에 제한되지 않는다. 상기 범위로 화합물이 포함됨으로써 하드마스크의 두께, 표면 거칠기, 및 평탄화 정도 등을 용이하게 조절할 수 있다.The compound may be included in an amount of 0.1 wt% to 30 wt% based on the total weight of the hardmask composition. For example, about 0.2 wt% to 30 wt%, for example, about 0.5 wt% to 30 wt%, for example, about 1 wt% to 30 wt%, for example, about 1 wt% to 25 wt%, for example, about 1 wt% to 20 wt%, but is not limited thereto. By including the compound in the above range, the thickness, surface roughness, and flattening degree of the hardmask can be easily controlled.
일 구현예에 따른 하드마스크 조성물은 용매를 포함할 수 있으며, 일 실시예에서, 용매는 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜 디아세테이트, 메톡시 프로판디올, 디에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 부틸에테르, 트리(에틸렌글리콜)모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 사이클로헥사논, 에틸락테이트, 감마-부티로락톤, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 메틸피롤리돈, 메틸피롤리디논, 아세틸아세톤 또는 에틸 3-에톡시프로피오네이트 등에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이들에 제한되지 않는다. 상기 용매는 상기 화합물에 대한 충분한 용해성 및/또는 분산성을 가지는 것이면 특별히 한정되지 않는다.The hardmask composition according to one embodiment may include a solvent, and in one embodiment, the solvent may include at least one selected from, but not limited to, propylene glycol, propylene glycol diacetate, methoxy propanediol, 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-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, methylpyrrolidone, methylpyrrolidinone, acetylacetone, or ethyl 3-ethoxypropionate. The solvent is not particularly limited as long as it has sufficient solubility and/or dispersibility for the compound.
상기 하드마스크 조성물은 추가적으로 계면활성제, 가교제, 열산 발생제, 가소제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.The above hard mask composition may additionally contain 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, 이들에 제한되지 않는다.The surfactant may include, but is not limited to, fluoroalkyl compounds, alkylbenzene sulfonates, alkyl pyridinium salts, polyethylene glycol, quaternary ammonium salts, etc.
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 cross-linking agent may include, for example, a melamine-based, a substituted urea-based, or a polymer-based thereof. Preferably, a cross-linking agent having at least two cross-linking-forming substituents may be used, for example, a compound such as methoxymethylated glycoluril, butoxymethylated glycoluril, methoxymethylated melamine, butoxymethylated melamine, methoxymethylated benzoguanamine, butoxymethylated benzoguanamine, methoxymethylated urea, butoxymethylated urea, methoxymethylated thiourea, or butoxymethylated thiourea.
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, a crosslinking agent having high heat resistance can be used as the crosslinking agent. A compound containing a crosslinking-forming substituent having an aromatic ring (e.g., a benzene ring, a naphthalene ring) in the molecule can be used as the crosslinking agent having high heat resistance.
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, 이들에 제한되지 않는다.The above-mentioned thermal acid generator may be, but is not limited to, acidic compounds such as p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, pyridinium p-toluenesulfonic acid, salicylic acid, sulfosalicylic acid, citric acid, benzoic acid, hydroxybenzoic acid, naphthalenecarboxylic acid, and/or 2,4,4,6-tetrabromocyclohexadienone, benzoin tosylate, 2-nitrobenzyl tosylate, and other organic alkyl esters of technical acids.
다른 구현예에 따르면, 상술한 하드마스크 조성물의 경화물을 포함하는 하드마스크 층을 제공한다.According to another embodiment, a hardmask layer comprising a cured product of the hardmask composition described above is provided.
이하 상술한 하드마스크 조성물을 사용하여 패턴을 형성하는 방법에 대하여 설명한다.A method of forming a pattern using the hard mask composition described below is described.
일 구현예에 따른 패턴 형성 방법은 기판 위에 재료 층을 제공하는 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. 상기 기판은 예컨대 실리콘 웨이퍼, 유리 기판 또는 고분자 기판일 수 있다.A method for forming a pattern according to one embodiment comprises the steps of providing a material layer on a substrate, applying a hardmask composition comprising the above-described polymer and a solvent on the material layer, heat-treating the hardmask composition to form a hardmask layer, forming a photoresist layer on the hardmask layer, exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern, and using the photoresist pattern. A method of forming a substrate, comprising: selectively removing the hard mask layer and exposing a portion of the material layer; and etching the exposed portion of the material layer. 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 ultimately patterned, and may be, for example, a metal layer such as aluminum or copper, a semiconductor layer such as silicon, or an insulating layer such as silicon oxide or silicon nitride. The material layer may be formed, for example, by a chemical vapor deposition method.
상기 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 200,000Å두께로 도포될 수 있다.The hard mask composition is as described above, and can be prepared in a solution form and applied by a spin-on coating method. At this time, the coating thickness of the hard mask composition is not particularly limited, but can be applied to a thickness of, for example, about 50 to 200,000 Å.
상기 하드마스크 조성물을 열처리하는 단계는 예를 들어, 약 100℃ 내지 1,000℃에서 약 10초 내지 1시간 동안 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 하드마스크 조성물을 열처리하는 단계는 복수의 열처리 단계를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 1차 열처리 단계, 및 2차 열처리 단계를 포함할 수 있다.The step of heat treating the hard mask composition may be performed, for example, at about 100° C. to 1,000° C. for about 10 seconds to 1 hour. As an example, the step of heat treating the hard mask composition may include a plurality of heat treatment steps, and may include, for example, a first heat treatment step and a second heat treatment step.
일 실시예에서, 상기 하드마스크 조성물을 열처리하는 단계는 예를 들어, 약 100℃ 내지 1,000℃에서 약 10초 내지 1시간 동안 수행되는 하나의 열처리 단계를 포함할 수 있으며, 일 예로, 상기 열처리 단계는 공기 분위기 하에서 수행될 수 있으며, 질소 농도 1wt%, 또는 산소 농도 1wt% 이하 분위기 하에서 수행될 수 있다.In one embodiment, the step of heat treating the hard mask composition can include one heat treatment step performed at, for example, about 100° C. to 1,000° C. for about 10 seconds to 1 hour, and as an example, the heat treatment step can be performed under an air atmosphere, and can be performed under an atmosphere having a nitrogen concentration of 1 wt% or less, or an oxygen concentration of 1 wt% or less.
일 실시예에서, 상기 하드마스크 조성물을 열처리하는 단계는 예를 들어, 약 100℃ 내지 1,000℃, 예를 들어, 약 100℃ 내지 800℃, 예를 들어, 약 100℃ 내지 500℃, 예를 들어, 약 150℃ 내지 400℃에서 약 30초 내지 1시간, 예를 들어 약 30초 내지 30분, 예를 들어 약 30초 내지 10분, 예를 들어 약 30초 내지 5분 동안 수행되는 1차 열처리 단계를 포함한다. 또한 예를 들어 약 100℃ 내지 1,000℃, 예를 들어, 약 300℃ 내지 1,000℃, 예를 들어, 약 500℃ 내지 1,000℃, 예를 들어, 약 500℃ 내지 600℃에서 약 30초 내지 1시간, 예를 들어 약 30초 내지 30분, 예를 들어 약 30초 내지 10분, 예를 들어 약 30초 내지 5분 동안 수행되는 2차 열처리 단계를 연속적으로 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 1차 및 2차 열처리 단계는 공기 분위기 하에서 수행될 수 있으며, 질소 농도 1wt%, 또는 산소 농도 1wt% 이하 분위기 하에서 수행될 수 있다.In one embodiment, the step of heat treating the hard mask composition comprises a first heat treatment step performed at, for example, about 100° C. to 1,000° C., for example, about 100° C. to 800° C., for example, about 100° C. to 500° C., for example, about 150° C. to 400° C., for about 30 seconds to 1 hour, for example, about 30 seconds to 30 minutes, for example, about 30 seconds to 10 minutes, for example, about 30 seconds to 5 minutes. Also, the second heat treatment step may be continuously included, for example, at about 100° C. to 1,000° C., for example, about 300° C. to 1,000° C., for example, about 500° C. to 1,000° C., for example, about 500° C. to 600° C., for about 30 seconds to 1 hour, for example, about 30 seconds to 30 minutes, for example, about 30 seconds to 10 minutes, for example, about 30 seconds to 5 minutes. As an example, the first and second heat treatment steps may be performed under an air atmosphere, and may be performed under an atmosphere having a nitrogen concentration of 1 wt% or less, or an oxygen concentration of 1 wt% or less.
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 the heat treatment step of the above hard mask composition at a high temperature of 200° C. or higher, high etch resistance capable of withstanding etching gases and chemical liquids exposed in subsequent processes including an etching process can be exhibited.
일 실시예에서, 상기 하드마스크 층을 형성하는 단계는 UV/Vis 경화 단계 및/또는 near IR 경화 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of forming the hardmask layer may include a UV/Vis curing step and/or a near IR curing step.
일 실시예에서, 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.In one embodiment, the step of forming the hardmask layer may include at least one of the first heat treatment step, the second heat treatment step, the UV/Vis curing step, and the near IR curing step, or may include two or more steps sequentially.
일 실시예에서, 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.In one embodiment, 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 a material such as SiCN, SiOC, SiON, SiOCN, SiC, SiO and/or SiN.
일 실시예에서, 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.In one embodiment, a bottom anti-reflective coating (BARC) may be further formed on top of the silicon-containing thin film layer or on top of the hard mask layer prior to the step of forming the photoresist layer.
일 실시예에서, 상기 포토레지스트 층을 노광하는 단계는, 예를 들어, ArF, KrF 또는 EUV 등을 사용하여 수행할 수 있다. 또한 노광 후 약 100℃ 내지 700℃에서 열처리 공정을 수행할 수 있다.In one embodiment, the step of exposing the photoresist layer can be performed using, for example, ArF, KrF, or EUV. Additionally, a heat treatment process can be performed at about 100° C. to 700° C. after exposure.
일 실시예에서, 상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계는 식각 가스를 사용한 건식 식각으로 수행할 수 있으며, 식각 가스는 예를 들어, N2/O2, CHF3, CF4, Cl2, BCl3 및 이들의 혼합 가스를 사용할 수 있다.In one embodiment, the step of etching the exposed portion of the material layer can be performed by dry etching using an etching gas, and the etching gas can be, for example, N 2 /O 2 , CHF 3 , CF 4 , Cl 2 , BCl 3 and a mixed gas thereof.
상기 식각된 재료 층은 복수의 패턴으로 형성될 수 있으며, 상기 복수의 패턴은 금속 패턴, 반도체 패턴, 절연 패턴 등 다양할 수 있으며, 예를 들어 반도체 집적 회로 디바이스 내의 다양한 패턴으로 적용될 수 있다.The above etched material layer can be formed into a plurality of patterns, and the plurality of patterns can be various, such as a metal pattern, a semiconductor pattern, an insulating pattern, etc., and can be applied as various patterns in a semiconductor integrated circuit device, for example.
이하 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.The embodiments of the present invention described above will be described in more detail through the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and do not limit the scope of the present invention.
화합물의 합성Synthesis of compounds
중간합성예 1Intermediate synthesis example 1
500ml 플라스크에 1-아세틸파이렌(1-Acetylpyrene, 19.54g, 0.080mol), m-xylene 19.65g을 넣고 10분 동안 교반한 후, 도데실벤젠술폰산 (Dodecylbenzenesulfonic Acid, 2.61g, 8.00mmol)을 첨가한 후 140℃에서 18시간 교반한다. 100℃에서 톨루엔 30g을 첨가한 후 50℃로 냉각하고 메탄올 200g을 넣고 실온에서 1시간 동안 교반한다. 침전물 여과 후, 침전물에 톨루엔 20g을 첨가하여 1시간 동안 교반 후 침전물을 여과하여 회수하고, 건조하여 하기 화학식 2-1a로 표시되는 화합물을 얻는다.1-Acetylpyrene (19.54 g, 0.080 mol) and m-xylene (19.65 g) are added to a 500 ml flask and stirred for 10 minutes. Dodecylbenzenesulfonic acid (2.61 g, 8.00 mmol) is added and stirred at 140°C for 18 hours. At 100°C, 30 g of toluene is added, cooled to 50°C, 200 g of methanol is added and stirred at room temperature for 1 hour. After filtering the precipitate, 20 g of toluene is added to the precipitate, stirred for 1 hour, filtered to collect the precipitate, and dried to obtain a compound represented by the following chemical formula 2-1a.
[화학식 2-1a][Chemical Formula 2-1a]
중간합성예 2Intermediate synthesis example 2
500ml 플라스크에 1-아세틸파이렌(1-Acetylpyrene, 15.00g, 0.061mol), 1-파이렌카르복살데히드(1-Pyrenecarboxaldehyde, 7.07g, 0.031mol), DMSO 95g을 넣고 10분 동안 교반한 후, 40% KOH 수용액 2.15g을 첨가한 후 80℃에서 12시간 교반한다. 반응물을 60℃로 냉각하고 암모늄아세테이트(Ammonium acetate, 11.83g, 0.15mol)를 첨가한 후, 120℃에서 24시간 동안 교반한다. 실온으로 냉각한 후, 메탄올 190g을 넣고 1시간 동안 교반한다. 침전물 여과 후, 침전물에 톨루엔 20g, 메탄올 20g을 첨가한 후 1시간 동안 교반 후 침전물을 여과하여 회수하고, 건조하여 하기 화학식 3-1a로 표시되는 화합물을 얻는다.In a 500 ml flask, add 1-Acetylpyrene (15.00 g, 0.061 mol), 1-Pyrenecarboxaldehyde (7.07 g, 0.031 mol), and DMSO (95 g) and stir for 10 minutes. Then, add 2.15 g of 40% KOH aqueous solution and stir at 80°C for 12 hours. Cool the reaction mass to 60°C, add ammonium acetate (11.83 g, 0.15 mol), and stir at 120°C for 24 hours. After cooling to room temperature, add 190 g of methanol and stir for 1 hour. After filtering the sediment, 20 g of toluene and 20 g of methanol are added to the sediment, stirred for 1 hour, and the sediment is filtered to recover and dried to obtain a compound represented by the following chemical formula 3-1a.
[화학식 3-1a][Chemical Formula 3-1a]
중간합성예 3Intermediate synthesis example 3
1-파이렌카르복살데히드 7.07g 대신 9-안트라센카르복살데히드(9-Anthracenecarboxaldehyde) 6.33g을 사용한 것 외에는 상기 중간합성예 2와 동일한 방법을 이용하여 하기 화학식 3-2a로 표시되는 화합물을 얻는다.A compound represented by the following chemical formula 3-2a is obtained using the same method as in Intermediate Synthesis Example 2, except that 6.33 g of 9-anthracenecarboxaldehyde is used instead of 7.07 g of 1-pyrenecarboxaldehyde.
[화학식 3-2a][Chemical Formula 3-2a]
중간합성예 4Intermediate synthesis example 4
1-파이렌카르복살데히드 7.07g 대신 1-나프탈알데히드(1-Naphthaldehyde) 4.79g을 사용한 것 외에는 상기 중간합성예 2와 동일한 방법을 이용하여 하기 화학식 3-3a로 표시되는 화합물을 얻는다.A compound represented by the following chemical formula 3-3a is obtained using the same method as in Intermediate Synthesis Example 2, except that 4.79 g of 1-naphthaldehyde is used instead of 7.07 g of 1-pyrenecarboxaldehyde.
[화학식 3-3a][Chemical Formula 3-3a]
중간합성예 5Intermediate synthesis example 5
1-파이렌카르복살데히드 7.07g 대신 6-메톡시-2-나프탈알데히드(6-Methoxy-2-naphthaldehyde) 5.72g을 사용한 것 외에는 상기 중간합성예 2와 동일한 방법을 이용하여 하기 화학식 3-4a로 표시되는 화합물을 얻는다.A compound represented by the following chemical formula 3-4a is obtained using the same method as in Intermediate Synthesis Example 2, except that 5.72 g of 6-methoxy-2-naphthaldehyde is used instead of 7.07 g of 1-pyrenecarboxaldehyde.
[화학식 3-4a][Chemical Formula 3-4a]
중간합성예 6Intermediate synthesis example 6
1-파이렌카르복살데히드 7.07g 대신 p-아니스알데히드(p-Anisaldehyde) 4.18g을 사용한 것 외에는 상기 중간합성예 2와 동일한 방법을 이용하여 하기 화학식 3-5a로 표시되는 화합물을 얻는다.A compound represented by the following chemical formula 3-5a is obtained using the same method as in Intermediate Synthesis Example 2, except that 4.18 g of p-anisaldehyde is used instead of 7.07 g of 1-pyrenecarboxyaldehyde.
[화학식 3-5a][Chemical Formula 3-5a]
최종 합성예 1Final synthesis example 1
500ml 플라스크에 상기 중간합성예 1에서 얻은 화학식 2-1a로 표시되는 화합물(8.15g, 0.012mol), 2-Naphthoyl chloride(4.58g, 0.024mol), 1,2-dichloroethane 196g을 넣고, 질소 조건에서 30분 동안 교반한다. 0℃에서 10분 동안 교반 후, AlCl3(3.2g, 0.024mol)을 천천히 넣고 질소 조건과 10℃에서 4시간 동안 교반한다. 그리고 4-Methoxybenzoyl chloride(2.05g, 0.012mol), AlCl3(1.6g, 0.012mol)를 첨가한 후, 실온에서 10시간 동안 교반한다. 메탄올 200g을 천천히 첨가한 후 1시간 동안 교반하고 침전물 여과 후, 침전물에 메탄올 150g, 증류수 150g을 첨가하고 1시간 동안 교반한다. 침전물을 여과하여 회수하고, 건조하여 고체를 얻는다. 얻어진 고체 화합물에 N-메틸피롤리돈(N-Methylpyrrolidone, NMP) 70g, 1-dodecanethiol(6.68g, 0.033mol), KOH(2.47g, 0.044mol)를 넣고 85℃에서 6시간 동안 교반한다. 실온에서 헥산 350g을 넣고 30분 동안 교반한 후, 침전물을 회수하여 에틸아세테이트 100g을 넣고, 10% HCl 수용액을 천천히 넣으면서 수용액층이 중성에서 약산성이 될 때까지 첨가한다. 수용액 층을 제거하고 증류수(100g)를 넣어 유기층 추출을 3회 반복한 후, 유기층 추출물을 감압한다. 이후, 테트라하이드로퓨란 20g을 넣어 얻어진 고체 화합물을 녹이고 헥산 300g에 천천히 적가하여 얻어진 침전물을 여과하여 회수하고 건조하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체 화합물에 테트라하이드로퓨란 57g과 메탄올 24g을 넣어 교반한다. 0℃에서 NaBH4(5.67g, 0.15mol)을 천천히 넣고 5시간 교반 한 후, 실온에서 4시간 교반한다. 에틸아세테이트 150g을 넣고, 10% HCl 수용액을 천천히 넣으면서 수용액층이 약산성이 될 때까지 첨가한다. 수용액층을 제거하고 증류수 100g을 넣어 유기층 추출을 3회 반복한 후, 유기층 추출물을 감압하여 고체를 얻는다. 얻어진 고체 화합물에 테트라하이드로퓨란 20g을 넣어 고체를 녹이고 헥산 300g에 천천히 적가하여 침전물을 얻는다. 얻어진 침전물을 여과하여 회수하고, 건조하여 하기 화학식 2-1로 표시되는 화합물을 얻는다.In a 500 ml flask, add the compound represented by the chemical formula 2-1a (8.15 g, 0.012 mol) obtained in the above intermediate synthesis example 1, 2-Naphthoyl chloride (4.58 g, 0.024 mol), and 196 g of 1,2-dichloroethane, and stir for 30 minutes under nitrogen conditions. After stirring at 0°C for 10 minutes, slowly add AlCl 3 (3.2 g, 0.024 mol) and stir for 4 hours at 10°C under nitrogen conditions. Then, add 4-Methoxybenzoyl chloride (2.05 g, 0.012 mol) and AlCl 3 (1.6 g, 0.012 mol), and stir at room temperature for 10 hours. After slowly adding 200 g of methanol, stirring for 1 hour and filtering the precipitate, add 150 g of methanol and 150 g of distilled water to the precipitate and stir for 1 hour. Filter the precipitate to collect it and dry to obtain a solid. To the obtained solid compound, add 70 g of N-methylpyrrolidone (NMP), 1-dodecanethiol (6.68 g, 0.033 mol), and KOH (2.47 g, 0.044 mol) and stir at 85°C for 6 hours. Add 350 g of hexane at room temperature and stir for 30 minutes, collect the precipitate, add 100 g of ethyl acetate, and slowly add 10% HCl aqueous solution until the aqueous layer becomes neutral to slightly acidic. After removing the aqueous layer, distilled water (100 g) is added, and the organic layer extraction is repeated three times, and the organic layer extract is depressurized. After that, 20 g of tetrahydrofuran is added to dissolve the obtained solid compound, and slowly added dropwise to 300 g of hexane, the obtained precipitate is filtered, recovered, and dried to obtain a solid. To the obtained solid compound, 57 g of tetrahydrofuran and 24 g of methanol are added and stirred. At 0°C, NaBH 4 (5.67 g, 0.15 mol) is slowly added, stirred for 5 hours, and then stirred at room temperature for 4 hours. Add 150 g of ethyl acetate, and slowly add 10% HCl aqueous solution until the aqueous layer becomes slightly acidic. After removing the aqueous layer, distilled water is added to repeat the organic layer extraction three times, and the organic layer extract is depressurized to obtain a solid. Add 20 g of tetrahydrofuran to the obtained solid compound to dissolve the solid, and slowly add dropwise to 300 g of hexane to obtain a precipitate. Filter the obtained precipitate to recover it, and dry it to obtain a compound represented by the following chemical formula 2-1.
[화학식 2-1][Chemical Formula 2-1]
최종 합성예 2Final synthesis example 2
2-Naphthoyl chloride (4.58g, 0.024mol)와 4-Methoxybenzoyl chloride (2.05g, 0.012mol)을 각각 순서대로 사용하는 대신 4-Methoxybenzoyl chloride (4.09g, 0.024mol)와 2-Naphthoyl chloride (2.29g, 0.012mol)를 순서대로 각각 사용하는 것 외에는 상기 최종 합성예 1과 동일한 방법을 이용하여 하기 화학식 2-2로 표시되는 화합물을 얻는다.Instead of using 2-Naphthoyl chloride (4.58 g, 0.024 mol) and 4-Methoxybenzoyl chloride (2.05 g, 0.012 mol) in that order, use 4-Methoxybenzoyl chloride (4.09 g, 0.024 mol) and 2-Naphthoyl chloride (2.29 g, 0.012 mol) in that order, respectively, using the same method as in Final Synthesis Example 1, to obtain a compound represented by Chemical Formula 2-2 below.
[화학식 2-2][Chemical Formula 2-2]
최종 합성예 3Final synthesis example 3
중간합성예 1에서 얻은 화학식 2-1a로 표현되는 화합물(8.15g, 0.012mol)을 사용하는 대신 중간합성예 2에서 얻은 화학식 3-1a로 표현되는 화합물(8.16g, 0.012mol)을 사용하는 것 외에는 상기 최종 합성예 1과 동일한 방법을 이용하여 하기 화학식 3-1로 표시되는 화합물을 얻는다.A compound represented by the following chemical formula 3-1 is obtained using the same method as the final synthesis example 1, except that the compound represented by the chemical formula 3-1a obtained in the intermediate synthesis example 2 (8.16 g, 0.012 mol) is used instead of the compound represented by the chemical formula 2-1a obtained in the intermediate synthesis example 1 (8.15 g, 0.012 mol).
[화학식 3-1] [Chemical Formula 3-1]
최종 합성예 4Final synthesis example 4
중간합성예 1에서 얻은 화학식 2-1a로 표현되는 화합물(8.15g, 0.012mol)을 사용하는 대신 중간합성예 3에서 얻은 화학식 3-2a로 표현되는 화합물(7.87g, 0.012mol)을 사용하는 것 외에는 상기 최종 합성예 1과 동일한 방법을 이용하여 하기 화학식 3-2로 표시되는 화합물과 하기 화학식 3-3으로 표시되는 화합물의 혼합물을 얻는다.Except that the compound represented by chemical formula 3-2a obtained in Intermediate Synthesis Example 3 (7.87 g, 0.012 mol) is used instead of the compound represented by chemical formula 2-1a obtained in Intermediate Synthesis Example 1 (8.15 g, 0.012 mol), a mixture of a compound represented by chemical formula 3-2 below and a compound represented by chemical formula 3-3 below is obtained using the same method as in Final Synthesis Example 1.
[화학식 3-2] [Chemical Formula 3-2]
[화학식 3-3][Chemical Formula 3-3]
최종 합성예 5Final Synthesis Example 5
중간합성예 1에서 얻은 화학식 2-1a로 표현되는 화합물(8.15g, 0.012mol) 대신 중간합성예 4에서 얻은 화학식 3-3a로 표현되는 화합물(7.27g, 0.012mol)을 사용하고, 2-Naphthoyl chloride 4.58g(0.024mol) 대신 2-Naphthoyl chloride 2.29g(0.012mol)을 사용하며, 0℃에서 AlCl3 (3.2g, 0.024mol) 대신 AlCl3 1.60g(0.012mol)을 사용하는 것 외에는 상기 최종 합성예 1과 동일한 방법을 이용하여 하기 화합물 3-4로 표시되는 화합물을 얻는다.A compound represented by chemical formula 3-3a obtained in Intermediate Synthesis Example 4 (7.27 g, 0.012 mol) is used instead of the compound represented by chemical formula 2-1a obtained in Intermediate Synthesis Example 1 (8.15 g, 0.012 mol), 2-Naphthoyl chloride 2.29 g (0.012 mol) is used instead of 4.58 g (0.024 mol) of 2-Naphthoyl chloride, and AlCl 3 1.60 g (0.012 mol) is used instead of AlCl 3 (3.2 g, 0.024 mol) at 0°C, thereby obtaining a compound represented by compound 3-4 below using the same method as in Final Synthesis Example 1.
[화학식 3-4][Chemical Formula 3-4]
최종 합성예 6Final synthesis example 6
500ml 플라스크에 상기 중간합성예 5에서 얻은 화학식 3-4a로 표시되는 화합물(7.63g, 0.012mol), 2-Naphthoyl chloride(4.58g, 0.024mol), 1,2-dichloroethane 196g을 넣고, 질소 조건에서 30분 동안 교반한다. 0℃에서 10분 동안 교반 후, AlCl3(3.2g, 0.024mol)을 천천히 넣고 질소 조건과 10℃에서 4시간 동안 교반하고, 실온에서 10시간 동안 교반한다. 이후 상기 최종 합성예 1과 동일한 방법을 이용하여 하기 화학식 3-5로 표시되는 화합물을 얻는다.In a 500 ml flask, add the compound represented by the chemical formula 3-4a (7.63 g, 0.012 mol) obtained in the above intermediate synthesis example 5, 2-Naphthoyl chloride (4.58 g, 0.024 mol), and 196 g of 1,2-dichloroethane, and stir for 30 minutes under nitrogen conditions. After stirring at 0°C for 10 minutes, slowly add AlCl 3 (3.2 g, 0.024 mol) and stir for 4 hours under nitrogen conditions at 10°C, and then stir for 10 hours at room temperature. Thereafter, using the same method as in the final synthesis example 1, a compound represented by the following chemical formula 3-5 is obtained.
[화학식 3-5][Chemical Formula 3-5]
최종 합성예 7Final Synthesis Example 7
중간합성예 5에서 얻은 화학식 3-4a로 표현되는 화합물(7.63g, 0.012mol)을 사용하는 대신 중간합성예 6에서 얻은 화학식 3-5a로 표현되는 화합물(7.02g, 0.012mol)을 사용하는 것 외에는 상기 최종 합성예 6과 동일한 방법을 이용하여 하기 화학식 3-6로 표시되는 화합물을 얻는다.A compound represented by the following chemical formula 3-6 is obtained using the same method as the final synthetic example 6, except that the compound represented by the chemical formula 3-5a obtained in the intermediate synthetic example 6 (7.02 g, 0.012 mol) is used instead of the compound represented by the chemical formula 3-4a obtained in the intermediate synthetic example 5 (7.63 g, 0.012 mol).
[화학식 3-6][Chemical Formula 3-6]
비교 합성예 1Comparative Synthesis Example 1
중간합성예 1에서 얻은 화학식 2-1a로 표현되는 화합물(8.15g, 0.012mol) 대신 페릴렌(3.03g, 0.012mol)을 사용하고, 2-Naphthoyl chloride 4.58g(0.024mol) 대신 2.29g(0.012mol)을 사용하는 것 외에는 상기 최종 합성예 1과 동일한 방법을 이용하여 하기 화학식 4-1로 표시되는 화합물을 얻는다.Except that perylene (3.03 g, 0.012 mol) is used instead of the compound (8.15 g, 0.012 mol) represented by chemical formula 2-1a obtained in Intermediate Synthesis Example 1, and 2.29 g (0.012 mol) of 2-Naphthoyl chloride is used instead of 4.58 g (0.024 mol), a compound represented by chemical formula 4-1 below is obtained using the same method as in Final Synthesis Example 1.
[화학식 4-1][Chemical Formula 4-1]
비교 합성예 2Comparative Synthesis Example 2
중간합성예 1에서 얻은 화학식 2-1a로 표현되는 화합물(8.15g, 0.012mol) 대신 벤조페릴렌(3.32g, 0.012mol)을 사용하고, 2-Naphthoyl chloride 4.58g(0.024mol) 대신 2.29g(0.012mol)을 사용하는 것 외에는 상기 최종 합성예 1과 동일한 방법을 이용하여 하기 화학식 4-2로 표시되는 화합물을 얻는다.A compound represented by the following chemical formula 4-2 is obtained using the same method as the final synthetic example 1, except that benzoperylene (3.32 g, 0.012 mol) is used instead of the compound (8.15 g, 0.012 mol) represented by the chemical formula 2-1a obtained in intermediate synthetic example 1, and 2.29 g (0.012 mol) of 2-naphthoyl chloride is used instead of 4.58 g (0.024 mol).
[화학식 4-2][Chemical Formula 4-2]
하드마스크 조성물의 제조Preparation of hard mask composition
실시예 1Example 1
최종 합성예 1에서 얻은 화학식 2-1로 표현되는 화합물 3g을 프로필렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA) 10g에 녹인 후, 이를 0.1㎛의 테플론 필터로 여과하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.3 g of the compound represented by the chemical formula 2-1 obtained in Final Synthesis Example 1 was dissolved in 10 g of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), and then filtered through a 0.1 μm Teflon filter to prepare a hard mask composition.
실시예 2Example 2
최종 합성예 2에서 얻은 화학식 2-2로 표현되는 화합물 3g을 프로필렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA) 10g에 녹인 후, 이를 0.1㎛의 테플론 필터로 여과하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.3 g of the compound represented by the chemical formula 2-2 obtained in Final Synthesis Example 2 was dissolved in 10 g of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), and then filtered through a 0.1 μm Teflon filter to prepare a hard mask composition.
실시예 3Example 3
최종 합성예 1에서 얻은 화학식 2-1로 표현되는 화합물 대신 최종 합성예 3에서 얻은 화학식 3-1로 표현되는 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hard mask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound represented by Chemical Formula 3-1 obtained in Final Synthesis Example 3 was used instead of the compound represented by Chemical Formula 2-1 obtained in Final Synthesis Example 1.
실시예 4Example 4
최종 합성예 1에서 얻은 화학식 2-1로 표현되는 화합물 대신 최종 합성예 4에서 얻은 화학식 3-2로 표시되는 화합물과 화학식 3-3으로 표현되는 화합물의 혼합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hard mask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that a mixture of a compound represented by Chemical Formula 3-2 and a compound represented by Chemical Formula 3-3 obtained in Final Synthesis Example 4 was used instead of the compound represented by Chemical Formula 2-1 obtained in Final Synthesis Example 1.
실시예 5Example 5
최종 합성예 1에서 얻은 화학식 2-1로 표현되는 화합물 대신 합성예 5에서 얻은 화학식 3-4로 표현되는 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hard mask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound represented by Chemical Formula 3-4 obtained in Synthesis Example 5 was used instead of the compound represented by Chemical Formula 2-1 obtained in Final Synthesis Example 1.
실시예 6Example 6
최종 합성예 1에서 얻은 화학식 2-1로 표현되는 화합물 대신 최종 합성예 6에서 얻은 화학식 3-5로 표현되는 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hard mask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound represented by Chemical Formula 3-5 obtained in Final Synthesis Example 6 was used instead of the compound represented by Chemical Formula 2-1 obtained in Final Synthesis Example 1.
실시예 7Example 7
최종 합성예 1에서 얻은 화학식 2-1로 표현되는 화합물 대신 최종 합성예 7에서 얻은 화학식 3-6로 표현되는 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hard mask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound represented by Chemical Formula 3-6 obtained in Final Synthesis Example 7 was used instead of the compound represented by Chemical Formula 2-1 obtained in Final Synthesis Example 1.
비교예 1Comparative Example 1
최종 합성예 1에서 얻은 화합물 대신 비교 합성예 1에서 얻은 화학식 4-1로 표현되는 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hard mask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound represented by Chemical Formula 4-1 obtained in Comparative Synthesis Example 1 was used instead of the compound obtained in Final Synthesis Example 1.
비교예 2Comparative Example 2
최종 합성예 1에서 얻은 화합물 대신 비교 합성예 2에서 얻은 화학식 4-2로 표현되는 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hard mask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compound represented by Chemical Formula 4-2 obtained in Comparative Synthesis Example 2 was used instead of the compound obtained in Final Synthesis Example 1.
평가 1: 내에칭성 평가Evaluation 1: Evaluation of etching resistance
실시예 및 비교예들에 따른 조성물을 각각 실리콘웨이퍼 위에 스핀-코팅법으로 코팅하고, 60초간 200℃에서 베이킹하여 두께 1,500Å의 하드마스크 층을 형성시켰다. 형성된 각각의 하드마스크 층 위에 ArF용 포토레지스트를 코팅하고 110℃에서 60초간 베이킹 한 후 ASML(XT:1450G, NA 0.93)사의 노광 장비를 사용해 각각 노광한 다음 TMAH(2.38wt% 수용액)으로 각각 현상하여 60nm의 라인-앤드-스페이스(line and space) 패턴을 얻었다. 상기 포토레지스트 패턴을 110℃에서 60초간 더 경화하고, 상기 포토레지스트 패턴 및 CHF3/CF4 혼합가스를 사용하여 상기 하드마스크 층에 대해 각각 20초간 드라이 에칭을 진행하고, FE-SEM으로 단면을 각각 관찰하여 에칭 속도를 측정하여 할로겐 플라즈마에 대한 내에칭성을 평가하였다. 내에칭성 평가 기준을 아래와 같으며, 평가 결과를 하기 표 1에 나타냈다.Each composition according to Examples and Comparative Examples was spin-coated on a silicon wafer, and baked at 200°C for 60 seconds to form a hardmask layer having a thickness of 1,500 Å. An ArF photoresist was coated on each formed hardmask layer, baked at 110°C for 60 seconds, and then exposed using an exposure device from ASML (XT:1450G, NA 0.93) and developed with TMAH (2.38 wt% aqueous solution) to obtain a 60 nm line-and-space pattern. The photoresist pattern was further cured at 110°C for 60 seconds, and dry etching was performed on the photoresist pattern and the hardmask layer for 20 seconds using a CHF 3 /CF 4 mixed gas, and the cross-section was observed using FE-SEM to measure the etching rate and evaluate the etching resistance against halogen plasma. The evaluation criteria for etching resistance are as follows, and the evaluation results are shown in Table 1 below.
<내에칭성 평가 기준><Evaluation criteria for etching resistance>
◎ : 에칭속도 10Å/sec 미만 ◎: Etching speed less than 10Å/sec
○ : 에칭속도 10Å/sec 이상 11Å/sec 미만○: Etching speed 10Å/sec or more but less than 11Å/sec
△ : 에칭속도 11Å/sec 이상 12Å/sec 미만△: Etching speed 11Å/sec or more but less than 12Å/sec
X : 에칭속도 12Å/sec 이상X: Etching speed 12Å/sec or higher
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 4 및 실시예 6에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 하드마스크 층의 에칭 속도가 10Å/sec 미만으로, 비교예 1에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 하드마스크 층의 에칭 속도가 10Å/sec 이상 11Å/sec 미만인 것에 비해 낮은 것을 확인하였다. 즉, 실시예 1 내지 실시예 4 및 실시예 6에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 하드마스크 층의 내식각성이 비교예 1 대비 우수함을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 5 및 실시예 7에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 하드마스크 층과 비교예 2에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 하드마스크 층은 내식각성이 동등한 수준임을 확인할 수 있다. Referring to Table 1 above, it was confirmed that the etching rates of the hardmask layers formed from the hardmask compositions according to Examples 1 to 4 and Example 6 were less than 10Å/sec, which was lower than the etching rate of the hardmask layer formed from the hardmask composition according to Comparative Example 1, which was 10Å/sec or more and less than 11Å/sec. That is, it can be confirmed that the etch resistance of the hardmask layers formed from the hardmask compositions according to Examples 1 to 4 and Example 6 is superior to that of Comparative Example 1. In addition, it can be confirmed that the etch resistance of the hardmask layers formed from the hardmask compositions according to Examples 5 and 7 and the hardmask layer formed from the hardmask composition according to Comparative Example 2 are at the same level.
평가 2: 용해도 평가Evaluation 2: Solubility Evaluation
실시예 및 비교예의 조성물을 50℃에서 1시간 동안 교반한 뒤, 1) 50℃ 가온 상태에서의 화합물의 용해 상태를 확인하고, 상온으로 냉각한 뒤, 2) 25℃ 상온 상태에서의 화합물의 용해 상태를 확인하고, 추가적으로 상온에서 6시간 교반하고, 3) 25℃ 상온 방치 상태에서의 화합물의 용해 상태를 재확인하여, 용해성을 측정하였다. 용해도 평가 기준은 아래와 같으며, 평가 결과를 하기 표 2에 나타냈다.The compositions of the examples and comparative examples were stirred at 50°C for 1 hour, and then 1) the state of dissolution of the compound at 50°C was checked, cooled to room temperature, 2) the state of dissolution of the compound at 25°C was checked, stirred at room temperature for 6 hours, and 3) the state of dissolution of the compound was rechecked when left at 25°C, thereby measuring the solubility. The criteria for evaluating solubility are as follows, and the evaluation results are shown in Table 2 below.
<용해도 평가 기준><Solubility Evaluation Criteria>
◎ : 상온 방치 상태에서 용해되지 않은 화합물이 육안으로 확인되지 않음.◎: When left at room temperature, no undissolved compounds are visible to the naked eye.
○ : 상온 상태에서 용해되지 않은 화합물이 육안으로 확인되지 않으나, 상온 방치 상태에서 소량의 용해되지 않은 화합물이 육안으로 확인됨.○: At room temperature, no undissolved compound is visible to the naked eye, but when left at room temperature, a small amount of undissolved compound is visible to the naked eye.
△ : 가온 상태에서 용해되지 않은 화합물이 육안으로 확인되지 않으나, 상온 상태에 용해되지 않은 화합물이 육안으로 확인됨.△: Compounds that are not dissolved in a heated state are not visible to the naked eye, but compounds that are not dissolved in a room temperature state are visible to the naked eye.
X : 가온 상태에서 용해되지 않은 화합물이 소량 육안으로 확인됨.X: A small amount of undissolved compound is visually observed under heating.
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 7에 따른 하드마스크 조성물들은 상온 방치 상태에서 화합물이 용매에 모두 용해되거나 아주 소량만이 용해되지 않았다. 이와 대비하여 비교예 1 및 비교예 2에 따른 하드마스크 조성물은 상온 상태에서 화합물이 용해되지 않는 것을 확인하였다. 따라서, 실시예 1 내지 실시예 7에 따른 하드마스크 조성물이 비교예에 따른 하드마스크 조성물보다 용해도가 개선되었음을 확인할 수 있다. Referring to Table 2 above, the hardmask compositions according to Examples 1 to 7 did not completely dissolve the compounds in the solvent or only a very small amount was dissolved when left at room temperature. In contrast, it was confirmed that the hardmask compositions according to Comparative Examples 1 and 2 did not dissolve the compounds at room temperature. Therefore, it can be confirmed that the hardmask compositions according to Examples 1 to 7 have improved solubility compared to the hardmask composition according to the Comparative Example.
이상에서 본원 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만, 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 이하 기재된 청구범위에서 정의하고 있는 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the invention defined in the claims described below also fall within the scope of the present invention.
Claims (19)
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
X1 내지 X3은 각각 독립적으로 N 또는 CRa이고, 여기서, Ra는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이고,
A1 내지 A3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40 헤테로방향족고리, 또는 이들의 조합이고,
L1 내지 L3는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 또는 이들의 조합이고,
B1 내지 B3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40 헤테로방향족고리, 또는 이들의 조합이고,
n1 내지 n3는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수 중 하나이되, n1 내지 n3가 동시에 0은 아니다.
A hard mask composition comprising a compound represented by the following chemical formula 1 and a solvent:
[Chemical Formula 1]
In the above chemical formula 1,
X 1 to X 3 are each independently N or CR a , wherein R a is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heteroaryl group, or a combination thereof,
A 1 to A 3 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring, a substituted or unsubstituted C2 to C40 heteroaromatic ring, or a combination thereof,
L 1 to L 3 are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, or a combination thereof,
B 1 to B 3 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring group, a substituted or unsubstituted C2 to C40 heteroaromatic ring, or a combination thereof,
n1 to n3 are each independently an integer from 0 to 5, but n1 to n3 cannot be 0 at the same time.
In the first paragraph, a hard mask composition wherein one or both of X 1 to X 3 of the chemical formula 1 are N, or X 1 to X 3 are all CR a , and R a is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C20 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C20 heteroaryl group, or a combination thereof.
A hard mask composition in claim 1, wherein A 1 to A 3 of the chemical formula 1 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring.
[그룹 1]
[그룹 2]
상기 그룹 2에서,
Z는 N, O, 또는 S이고,
M1 및 M2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 고리이다.
In the first paragraph, A 1 to A 3 of the chemical formula 1 are each independently any one of the substituted or unsubstituted moieties selected from the following Group 1 and Group 2: Hard mask composition:
[Group 1]
[Group 2]
In the above group 2,
Z is N, O, or S,
M 1 and M 2 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring.
[그룹 1-1]
[그룹 2-1]
상기 그룹 2-1에서,
Z는 N, O, 또는 S이고,
M1 및 M2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 방향족 고리이다.
In the first paragraph, A 1 to A 3 of the chemical formula 1 are each independently one of a substituted or unsubstituted moiety selected from the following Group 1-1 and the following Group 2-1: Hard mask composition:
[Group 1-1]
[Group 2-1]
In the above group 2-1,
Z is N, O, or S,
M 1 and M 2 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C20 aromatic ring.
[그룹 1-2]
[그룹 2-2]
In the first paragraph, A 1 to A 3 of the chemical formula 1 are each independently one of a substituted or unsubstituted moiety selected from the following Group 1-2 and the following Group 2-2: A hard mask composition:
[Group 1-2]
[Group 2-2]
B1 내지 B3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40 헤테로방향족고리, 또는 이들의 조합이고, n1 내지 n3는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수 중 하나이되, n1 내지 n3가 동시에 0은 아닌 하드마스크 조성물.
In the first paragraph, L 1 to L 3 of the chemical formula 1 are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkylene group, or a combination thereof,
A hard mask composition wherein B 1 to B 3 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring group, a substituted or unsubstituted C2 to C40 heteroaromatic ring, or a combination thereof, and n1 to n3 are each independently one of the integers from 0 to 3, provided that n1 to n3 are not both 0.
B1 내지 B3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리기이고,
n1 내지 n3는 각각 독립적으로 0, 또는 1이되, n1 내지 n3가 동시에 0은 아닌 하드마스크 조성물.
In the first paragraph, L 1 to L 3 of the chemical formula 1 are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkylene group, or a combination thereof,
B 1 to B 3 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring group,
A hard mask composition wherein n1 to n3 are each independently 0 or 1, but n1 to n3 are not simultaneously 0.
B1 내지 B3는 각각 독립적으로 하기 그룹 3에서 선택된 치환 또는 비치환된 모이어티 중 어느 하나이고,
n1 내지 n3는 각각 독립적으로 0, 또는 1이되, n1 내지 n3가 동시에 0은 아닌 하드마스크 조성물:
[그룹 3]
In the first paragraph, L 1 to L 3 of the chemical formula 1 are each independently a single bond, a C1 to C10 alkylene group with or without a substituted hydroxy group, or a combination thereof,
B 1 to B 3 are each independently any one of a substituted or unsubstituted moiety selected from the following group 3,
A hard mask composition wherein n1 to n3 are each independently 0 or 1, but n1 to n3 are not 0 at the same time:
[Group 3]
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
상기 화학식 1-1 및 화학식 1-2에서,
A4 내지 A9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40 헤테로방향족고리, 또는 이들의 조합이고,
L4 내지 L9는 각각 독립적으로 단일결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 또는 이들의 조합이고,
B4 내지 B9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족고리기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40 헤테로방향족고리, 또는 이들의 조합이고,
n4 내지 n9는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수 중 하나이되, n4 내지 n6가 동시에 0이 아니고, n7 내지 n9이 동시에 0이 아니다.
In the first paragraph, the chemical formula 1 is a hard mask composition represented by the following chemical formula 1-1 or the following chemical formula 1-2:
[Chemical Formula 1-1]
[Chemical Formula 1-2]
In the above chemical formulas 1-1 and 1-2,
A 4 to A 9 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring, a substituted or unsubstituted C2 to C40 heteroaromatic ring, or a combination thereof,
L 4 to L 9 are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group, or a combination thereof,
B 4 to B 9 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aromatic ring group, a substituted or unsubstituted C2 to C40 heteroaromatic ring, or a combination thereof,
n4 to n9 are each independently an integer from 0 to 5, provided that n4 to n6 are not both 0, and n7 to n9 are not both 0.
In clause 10, a hard mask composition wherein A 5 and A 6 of the chemical formula 1-1 are the same, or A 8 and A 9 of the chemical formula 1-2 are the same.
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 2 및 화학식 3에서,
A4 및 A7은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된, 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 파이렌, 또는 이들의 조합이고,
L4 내지 L9는 각각 독립적으로 단일결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬렌기, 또는 이들의 조합이고,
B5 내지 B9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 파이렌기, 또는 이들의 조합이며,
n4 내지 n9는 각각 독립적으로, 0 또는 1이되, n4 내지 n6가 동시에 0이 아니고, n7 내지 n9이 동시에 0이 아니다.
In the first paragraph, the chemical formula 1 is a hard mask composition represented by the following chemical formula 2 or the following chemical formula 3:
[Chemical formula 2]
[Chemical Formula 3]
In the above chemical formulas 2 and 3,
A 4 and A 7 are each independently substituted or unsubstituted benzene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, pyrene, or a combination thereof,
L 4 to L 9 are each independently a single bond, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkylene group, or a combination thereof,
B 5 to B 9 are each independently a substituted or unsubstituted phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, a pyrene group, or a combination thereof,
n4 to n9 are each independently 0 or 1, provided that n4 to n6 are not simultaneously 0, and n7 to n9 are not simultaneously 0.
[화학식 2-1]
[화학식 2-2]
[화학식 3-1]
[화학식 3-2]
[화학식 3-3]
[화학식 3-4]
[화학식 3-5]
[화학식 3-6]
In the first paragraph, the chemical formula 1 is a hard mask composition represented by any one of the following chemical formulas 2-1, 2-2, and 3-1 to 3-6:
[Chemical Formula 2-1]
[Chemical Formula 2-2]
[Chemical Formula 3-1]
[Chemical Formula 3-2]
[Chemical Formula 3-3]
[Chemical Formula 3-4]
[Chemical Formula 3-5]
[Chemical Formula 3-6]
A hard mask composition in claim 1, wherein the molecular weight of the compound is 300 g/mol to 5,000 g/mol.
In the first paragraph, a hard mask composition in which the compound is included in an amount of 0.1 wt% to 30 wt% based on the total weight of the hard mask composition.
A hard mask composition in claim 1, wherein the solvent is propylene glycol, propylene glycol diacetate, methoxy propanediol, 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-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, methylpyrrolidone, methylpyrrolidinone, acetylacetone or ethyl 3-ethoxypropionate.
A hard mask layer comprising a cured product of a hard mask composition according to any one of claims 1 to 16.
상기 재료 층 위에 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 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, 및
상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계,
를 포함하는 패턴형성방법.
A step of providing a material layer on a substrate;
A step of applying a hard mask composition according to any one of claims 1 to 16 on the above material layer,
A step of forming a hard mask layer by heat treating the above hard mask composition,
A step of forming a photoresist layer on the above hard mask layer,
A step of forming a photoresist pattern by exposing and developing the above photoresist layer,
A step of selectively removing the hard mask layer using the photoresist pattern and exposing a portion of the material layer, and
A step of etching the exposed portion of the above material layer,
A pattern forming method including:
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