KR20220034364A - Composition for hard mask - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하드마스크용 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for a hard mask.
최근 일렉트로닉 디바이스의 소형화(miniaturization) 및 복잡화 (complexity)에 따른 고집적 설계는 더욱 진보된 소재와 관련 공정의 개발을 가속화하고 있으며, 이에 따라 기존 포토레지스트를 이용한 리소그래피 역시 새로운 패터닝 소재와 기법들을 필요로 하게 되었다.Recently, high-integration design due to miniaturization and complexity of electronic devices is accelerating the development of more advanced materials and related processes. Accordingly, lithography using existing photoresists also requires new patterning materials and techniques. became
기존 리소그래피 패터닝 공정의 경우, 웨이퍼 위에 감광액인 포토레지스트(PR)를 도포하여 포토레지스트층을 형성하고, 노광장비를 활용해 설계 패턴이 새겨진 금속 포토 마스크를 웨이퍼 위로 배치, 빛을 통과시켜 회로를 새겨 넣은 후, 현상액을 뿌려가며 노광된 영역 혹은 노광되지 않은 영역을 선택적으로 제거해 패턴을 형성하는 방식을 이용하였다.In the case of the existing lithography patterning process, a photoresist (PR), a photosensitive liquid, is applied on the wafer to form a photoresist layer, and a metal photomask engraved with a design pattern is placed on the wafer using exposure equipment, and a circuit is engraved by passing light through it. After inserting, a method of forming a pattern by selectively removing exposed or unexposed areas while spraying a developer was used.
상기 노광 공정 중 광반사에 의한 해상도 저하를 억제하기 위해 웨이퍼 층 및 포토레지스트 층 사이에 반사방지코팅(anti-refractive coating; ARC) 층을 형성하였다. 이 경우, 상기 ARC층에 대한 식각이 추가되며, 이에 따라 상기 포토레지스트 층 또는 포토레지스트 패턴의 소모량 또는 식각량이 증가될 수 있고, 상기 식각 대상막의 두께가 증가하거나 원하는 패턴 형성에 필요한 식각량이 증가하는 경우 요구되는 상기 포토레지스트 층 또는 포토레지스트 패턴의 충분한 식각 내성이 확보되지 않는 문제가 발생하였다. 더불어 패턴의 미세화가 요구되면서, 기존의 포토레지스트만으로 패터닝하는 방법의 경우 미세화된 패턴의 형성이 어려운 한계가 나타났다.An anti-reflective coating (ARC) layer was formed between the wafer layer and the photoresist layer to suppress resolution degradation due to light reflection during the exposure process. In this case, etching of the ARC layer is added, and accordingly, consumption or etching amount of the photoresist layer or photoresist pattern may be increased, and the thickness of the etch target film may increase or the amount of etching required to form a desired pattern increases. There was a problem in that sufficient etching resistance of the photoresist layer or the photoresist pattern, which is required, was not secured. In addition, as the miniaturization of the pattern is required, in the case of the existing patterning method using only photoresist, it is difficult to form the miniaturized pattern.
따라서, 패터닝 공정에서 포토레지스트 미세 패턴을 붕괴현상 없이 충분한 깊이로 기판에 전사시키고 패턴을 미세화하기 위하여, 웨이퍼 및 포토레지스트 층 사이에 단단한 중간막인 일명 하드마스크 층(hard mask layer)이라고 불리는 유기막을 추가하는 방법이 도입되었다.Therefore, in the patterning process, in order to transfer the photoresist micropattern to the substrate to a sufficient depth without collapsing and to refine the pattern, an organic layer called a hard mask layer, which is a hard intermediate layer, is added between the wafer and the photoresist layer. method was introduced.
이러한 하드마스크 층은 다중 식각 과정 동안 견딜 수 있도록 내열성 및 내에칭성 등의 특성이 요구되며, 스핀-온 코팅(spin-on coating) 방법으로 하드마스크 층을 형성하기 위해서는 용해성이 우수해야 하며, 갭-필(gap-fill) 특성 및 평탄화 특성 등의 코팅 특성도 요구된다.Such a hardmask layer requires properties such as heat resistance and etch resistance to withstand multiple etching processes. In order to form the hardmask layer by spin-on coating, it must have excellent solubility, and - Coating properties such as gap-fill properties and planarization properties are also required.
종래의 하드마스크 조성물은 내열성 및 내에칭성을 확보하기 위해 포함되는 고분자 화합물은 포함함에 따라 용해성이 저하되어 스핀-온 타입으로의 적용이 어려운 문제점이 있다. 따라서, 상기 특성을 모두 만족할 수 있는 하드마스크 조성물이 필요한 실정이다.The conventional hardmask composition has a problem in that it is difficult to apply to a spin-on type because solubility is lowered as a polymer compound is included to ensure heat resistance and etch resistance. Therefore, there is a need for a hard mask composition that can satisfy all of the above characteristics.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2016-0008930호에는 특정 구조를 갖는 화합물을 포함하여 내열성 및 갭-필 특성을 향상시킨 하드마스크 조성물이 개시되어 있지만, 내에칭성 효과가 만족되지 못하는 문제가 있다.In this regard, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2016-0008930 discloses a hard mask composition having improved heat resistance and gap-fill properties including a compound having a specific structure, but there is a problem in that the etch-resistance effect is not satisfied. there is.
또한, 대한민국 공개특허 제10-2016-0088763호는 스핀 코팅용 하드 마스크 조성물에 관한 기술을 개시하고 있지만, 그래핀 공중합체가 포함됨에 따라 상대적으로 용해성이 현저하게 저하되어 코팅성 측면에서 불리한 문제가 존재한다.In addition, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2016-0088763 discloses a technology related to a hard mask composition for spin coating, but as the graphene copolymer is included, the solubility is relatively significantly lowered, which is disadvantageous in terms of coatability. exist.
본 발명은, 상술한 문제를 해결하기 위해 열적으로 안정하며, 용해성이 우수한 아마이드기를 구성단위로 포함함으로써, 수소 결합(hydrogen bond)을 통해 분자 간 상호 작용을 촉진시켜 내에칭성 및 내열성이 향상되고,The present invention is thermally stable in order to solve the above-mentioned problems, and by including an amide group having excellent solubility as a constituent unit, etch resistance and heat resistance are improved by promoting intermolecular interaction through a hydrogen bond, and ,
유연한 연결기 또는 펜던트기를 포함하여 회전 가능한 구조를 통해 분자구조의 결정도(Crystallinity)를 조절하여 용해성 및 코팅 특성이 향상된 하드마스크용 조성물을 제공한다.Provided is a composition for a hard mask with improved solubility and coating properties by controlling the crystallinity of the molecular structure through a rotatable structure including a flexible linker or pendant group.
본 발명은 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 구조를 포함하는 하드마스크용 조성물을 제공한다.The present invention provides a composition for a hard mask comprising a structure represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
(상기 화학식 1 내지 2에 있어서,(In Formulas 1 to 2,
R1 내지 R5는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40의 헤테로아릴렌기, 또는 이들의 조합이고,R1 to R5 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C40 arylene group, a substituted or unsubstituted C3 to C40 heteroarylene group, or a combination thereof,
R6은, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40의 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이며,R6 is a substituted or unsubstituted C6 to C40 aryl group, a substituted or unsubstituted C3 to C40 heteroaryl group, or a combination thereof;
상기 R1 내지 R6은, 각각 독립적으로, 하나 이상의 치환기를 포함할 수 있으며,Wherein R1 to R6, each independently, may include one or more substituents,
상기 치환기는, 각각 독립적으로, 히드록시기(-OH), C1 내지 C10의 알킬기, C1 내지 C10의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이고,The substituents are each independently a hydroxyl group (-OH), a C1 to C10 alkyl group, a C1 to C10 alkoxy group, a C6 to C20 aryl group, a C3 to C20 heteroaryl group, or a combination thereof,
m 내지 n은, 각각 독립적으로, 1 내지 100의 정수이며,m to n are each independently an integer of 1 to 100,
*은 결합손을 의미한다.)* means a bonding hand.)
본 발명에 따른 하드마스크용 조성물은 열적으로 안정하며, 용해성이 우수한 아마이드기를 구성단위로 포함함으로써, 수소 결합(hydrogen bond)을 통해 분자간 상호작용이 촉진되어 내에칭성 및 내열성이 향상될 수 있으며, 용해성이 우수하여 코팅 특성에 있어 유리한 효과를 제공할 수 있다.The composition for a hard mask according to the present invention is thermally stable, and by including an amide group having excellent solubility as a constituent unit, intermolecular interaction is promoted through a hydrogen bond, so that etch resistance and heat resistance can be improved, It has excellent solubility and can provide an advantageous effect on coating properties.
또한, 본 발명에 따른 하드마스크용 조성물은 유연한 특성을 갖는 메틸렌 연결기 또는 펜던트기를 포함하여 용해성이 증가되고 분자구조의 결정도(Crystallinity)를 조절이 용이하여 평탄성 및 갭-필(gap-fill) 특성과 같은 코팅 특성 역시 향상될 수 있다.In addition, the composition for a hard mask according to the present invention includes a methylene linking group or pendant group having flexible properties, so that solubility is increased and crystallinity of molecular structure can be easily controlled, so that flatness and gap-fill properties Coating properties such as can also be improved.
따라서, 본 발명에 따른 하드마스크용 조성물을 이용하는 경우 내에칭성, 내열성, 내화학성, 용해성 및 코팅 특성 면에서 전체적으로 균형 있게 향상된 하드마스크 층을 형성할 수 있다.Therefore, when the composition for a hard mask according to the present invention is used, an improved hard mask layer can be formed in a well-balanced overall in terms of etch resistance, heat resistance, chemical resistance, solubility and coating properties.
본 발명은 특정 구조의 반복단위를 포함함으로써 내에칭성, 내열성, 내화학성, 용해성 및 코팅 특성이 모두 균형 있게 향상된 하드마스크 층을 형성할 수 있는 하드마스크용 조성물 및 상기 하드마스크 조성물을 사용한 패턴 형성 방법을 제공한다.The present invention provides a composition for a hard mask capable of forming a hard mask layer with improved etch resistance, heat resistance, chemical resistance, solubility and coating properties in a balanced manner by including a repeating unit having a specific structure, and pattern formation using the hard mask composition provide a way
이하, 본 발명의 실시예에 따른 하드마스크용 조성물에 대해 상세히 설명한다. 그러나 이는 예시에 불과하며, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, the composition for a hard mask according to an embodiment of the present invention will be described in detail. However, this is only an example, and the present invention is not limited thereto.
본 발명에 있어서, 화학식으로 표시되는 구조, 반복단위 또는 수지의 이성질체가 있는 경우에는, 해당 화학식으로 표시되는 구조, 반복단위 또는 수지는 그 이성질체까지 포함하는 대표 화학식을 의미한다.In the present invention, when there is an isomer of the structure, repeating unit, or resin represented by the formula, the structure, repeating unit, or resin represented by the formula means a representative formula including the isomer.
본 명세서 전체에서, '치환' 또는 '치환된'이란 치환기로 치환된 것을 의미하며, 상기 치환기는 각각 독립적으로 상이하거나, 동일한 것일 수 있다.Throughout this specification, 'substituted' or 'substituted' means substituted with a substituent, and the substituents may be each independently different or the same.
본 명세서 전체에서, '비치환된'이란 일반적으로 수소가 결합되어 있음을 의미한다. 또한, 치환기로 표시되지 않은 경우에는 일반적으로 수소가 결합되어 있음을 의미한다.Throughout this specification, 'unsubstituted' generally means that hydrogen is bonded. In addition, when it is not represented by a substituent, it generally means that hydrogen is bonded.
본 명세서 전체에서, 화학식 내에서 '*'의 표시는 결합손을 의미하며,Throughout this specification, the mark of '*' in the formula means a bond,
본 명세서 전체에서, '결합손'이란 당해 화학식으로 표시되는 부분(moiety) 또는 화합물이 다른 부분(moiety) 또는 화합물에 연결되는 지점을 의미한다.Throughout the present specification, the term 'bonding hand' refers to a point at which a moiety or compound represented by the chemical formula is connected to another moiety or compound.
<하드마스크용 조성물><Composition for hard mask>
중합체polymer
본 발명에 따른 하드마스크용 조성물은 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 구조를 포함할 수 있으며, 이는 2 이상의 반복단위를 갖는 중합체를 포함한다.The composition for a hard mask according to the present invention may include a structure represented by Formula 1 or Formula 2, which includes a polymer having two or more repeating units.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
상기 화학식 1 내지 2에 있어서,In Formulas 1 and 2,
R1 내지 R5는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40의 헤테로아릴렌기, 또는 이들의 조합이고,R1 to R5 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C40 arylene group, a substituted or unsubstituted C3 to C40 heteroarylene group, or a combination thereof,
R6은, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40의 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이며,R6 is a substituted or unsubstituted C6 to C40 aryl group, a substituted or unsubstituted C3 to C40 heteroaryl group, or a combination thereof;
상기 R1 내지 R6은, 각각 독립적으로, 하나 이상의 치환기를 포함할 수 있으며,Wherein R1 to R6, each independently, may include one or more substituents,
상기 치환기는, 주쇄 연결부위를 제외한 위치에 포함되는 것이 바람직하며, 각각 독립적으로, 히드록시기(-OH), C1 내지 C10의 알킬기, C1 내지 C10의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합일 수 있다.The substituents are preferably included in positions other than the main chain connection site, and are each independently a hydroxyl group (-OH), a C1 to C10 alkyl group, a C1 to C10 alkoxy group, a C6 to C20 aryl group, C3 to C20 of a heteroaryl group, or a combination thereof.
m 내지 n은, 각각 독립적으로, 1 내지 100의 정수이며,m to n are each independently an integer of 1 to 100,
*은 결합손을 의미한다.* means a bonding hand.
한편, 상술한 중합체 구조에서 각 치환기의 정의는 다음과 같다.On the other hand, the definition of each substituent in the above-described polymer structure is as follows.
'아릴렌기'란 페닐기, 나프틸기, 비페닐기 등의 방향족 탄화수소기로부터 유래되는 2가의 기를 나타내고, 본 발명에서 '유래'되는 것의 의미는, 화합물에 포함되는 하나 이상의 수소원자가 이탈하여 생성되는 치환기를 의미한다.The 'arylene group' refers to a divalent group derived from an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, a naphthyl group, or a biphenyl group, and the meaning of 'derived' in the present invention is a substituent formed by the departure of one or more hydrogen atoms included in the compound. it means.
본 발명의 상기 아릴렌기는 치환기를 갖고 있는 것과 갖고 있지 않은 것을 포함한다. 상기 아릴렌기는 예를 들어, 1,4-페닐렌기, 1,3-페닐렌기, 1,2-페닐렌기, 4,4'-비페닐릴렌기, 4,3'-비페닐릴렌기, 3,3'-비페닐릴렌기, 1,4-나프틸렌 기, 1,5-나프틸렌기, 2,5-나프틸렌기, 2,6-나프틸렌기, 2,7-나프틸렌기 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The arylene group of the present invention includes those having a substituent and those not having a substituent. The arylene group is, for example, a 1,4-phenylene group, a 1,3-phenylene group, a 1,2-phenylene group, a 4,4′-biphenylrylene group, a 4,3′-biphenylrylene group, 3 , 3'-biphenylrylene group, 1,4-naphthylene group, 1,5-naphthylene group, 2,5-naphthylene group, 2,6-naphthylene group, 2,7-naphthylene group, etc. , but the present invention is not limited thereto.
'헤테로아릴렌기'란 피리딜기, 퀴놀리닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 나프티리딜기, 디벤조푸라닐기, 디벤조티오페닐기, 카르바졸릴기 등의 탄소 이외의 원자를 1개 또는 복수 개 환 내에 갖는 방향족기로부터 도입되는 2가의 기를 나타내고, 이것은 치환기를 갖고 있는 것과 갖고 있지 않는 것을 포함한다.A 'heteroarylene group' refers to one or more atoms other than carbon such as a pyridyl group, a quinolinyl group, a pyrimidinyl group, a pyrazinyl group, a naphthyridyl group, a dibenzofuranyl group, a dibenzothiophenyl group, and a carbazolyl group. A divalent group introduced from an aromatic group in an open ring is shown, and includes those having a substituent and those not having a substituent.
'아릴기'란 단환식 고리 또는 다환식 고리일 수 있고, 페닐기, 나프틸기, 비페닐기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 안트라세닐기, 트리페닐레닐기, 터페닐기, 피레닐기 등의 방향족 탄화수소기를 들 수 있다.The 'aryl group' may be a monocyclic ring or a polycyclic ring, and an aromatic hydrocarbon such as a phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, a fluorenyl group, a phenanthryl group, an anthracenyl group, a triphenylenyl group, a terphenyl group, a pyrenyl group can be lifted
'헤테로 아릴기'란 고리를 구성하는 원자 중에, 탄소 원자 이외의 헤테로 원자가 1개 이상 포함되는 아릴기를 의미하며, 포화고리 또는 불포화고리일 수 있고, 나아가 단고리 또는 축합고리일 수 있으며, 상기 헤테로 원자는 산소, 황 및 질소로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 상기 헤테로 아릴기는 예를 들어, 피리딘, 피라진, 피리미딘, 피리다진, 트리아진, 피롤, 퓨란, 티오펜, 이미다졸, 피라졸, 옥사졸, 티아졸, 이소옥사졸, 이소티아졸, 트리아졸, 티아디아졸, 옥사디아졸, 퀴놀린, 벤조퓨란, 인돌, 모르폴린, 피롤리딘, 피페리딘, 테트라하이드로퓨란 등으로부터 유래된 1가의 기일 수 있다.The term 'heteroaryl group' refers to an aryl group containing one or more hetero atoms other than carbon atoms among atoms constituting the ring, and may be a saturated ring or an unsaturated ring, and further may be a monocyclic or condensed ring, and the hetero atom may be at least one selected from oxygen, sulfur and nitrogen. The heteroaryl group is, for example, pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, triazine, pyrrole, furan, thiophene, imidazole, pyrazole, oxazole, thiazole, isoxazole, isothiazole, triazole , thiadiazole, oxadiazole, quinoline, benzofuran, indole, morpholine, pyrrolidine, piperidine, tetrahydrofuran, and the like.
본 발명은 상기 구조를 포함함으로써, 본 발명의 하드마스크용 조성물로 형성되는 하드마스크가 용해성을 충분히 확보하여 우수한 코팅특성을 나타냄과 동시에 우수한 내에칭성 및 내열성을 나타내도록 할 수 있다.In the present invention, by including the above structure, a hard mask formed of the composition for a hard mask of the present invention can sufficiently secure solubility to exhibit excellent coating properties and, at the same time, exhibit excellent etch resistance and heat resistance.
본 발명에서, 상기 화학식 1 또는 화학식 2에서 R1 내지 R4로 표시되는 구조는, 하기 화학식 3-1 내지 3-11로 표시되는 구조로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물을 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 하기 화학식 3-1 내지 3-11로 표시되는 구조로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 구조로부터 하나 이상의 수소가 이탈되어 유래된 2가의 기일 수 있다.In the present invention, the structure represented by R1 to R4 in Formula 1 or Formula 2 may include one or more compounds selected from the group consisting of structures represented by the following Formulas 3-1 to 3-11, Preferably, it may be a divalent group derived by desorption of one or more hydrogens from any one structure selected from the group consisting of structures represented by the following Chemical Formulas 3-1 to 3-11.
[화학식 3-1][Formula 3-1]
[화학식 3-2][Formula 3-2]
[화학식 3-3][Formula 3-3]
[화학식 3-4][Formula 3-4]
[화학식 3-5][Formula 3-5]
[화학식 3-6][Formula 3-6]
[화학식 3-7][Formula 3-7]
[화학식 3-8][Formula 3-8]
[화학식 3-9][Formula 3-9]
[화학식 3-10][Formula 3-10]
[화학식 3-11][Formula 3-11]
상기 화학식 3-1 내지 3-11은 각각 독립적으로, 비치환되거나, 결합손을 제외한 위치에 하나 이상의 치환기를 포함할 수 있으며,Formulas 3-1 to 3-11 may each independently include one or more substituents at positions other than unsubstituted or bonding hands,
상기 치환기는 각각 독립적으로, 히드록시기(-OH), C1 내지 C10의 알킬기, C1 내지 C10의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이고,The substituents are each independently a hydroxyl group (-OH), a C1 to C10 alkyl group, a C1 to C10 alkoxy group, a C6 to C20 aryl group, a C3 to C20 heteroaryl group, or a combination thereof,
R7 내지 R11는 각각 독립적으로, 수소, C1 내지 C10의 알킬기, C1 내지 C10의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이다.R7 to R11 are each independently hydrogen, a C1 to C10 alkyl group, a C1 to C10 alkoxy group, a C6 to C20 aryl group, a C3 to C20 heteroaryl group, or a combination thereof.
R1 내지 R4가 치환기를 포함하는 경우, 상기 R1 내지 R4는, 결합손을 제외한 위치에 하나 이상의 히드록시기를 치환기로 포함할 수 있다.When R1 to R4 include a substituent, R1 to R4 may include at least one hydroxyl group as a substituent at a position excluding the bonding hand.
히드록시기와 같이 가교가 가능한 작용기를 치환기로 포함하는 경우, 가교특성 및 용해성 부분에서 유리하며, 평탄성, 갭-필(gap-fill) 특성과 같은 코팅 특성 및 내화학성이 향상될 수 있다.When a crosslinkable functional group such as a hydroxyl group is included as a substituent, it is advantageous in crosslinking properties and solubility, and coating properties such as flatness and gap-fill properties and chemical resistance can be improved.
예를 들어, 상기 R1 내지 R4는, 하기와 같은 구조를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:For example, R1 to R4 may include the following structures, but are not limited thereto:
* 은 결합손을 의미한다.* means a bond hand.
본 발명에 따른 중합체는 R1 내지 R4 및 이를 연결하는 아마이드기를 구성단위 내에 포함함으로써, 수소 결합(hydrogen bond)을 통해 분자간 상호작용이 촉진되어 내에칭성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 아마이드기는 열적으로 안정하여 내열성이 향상될 수 있으며, 용해성 또한 우수하여 코팅 특성에 있어 유리한 효과를 제공할 수 있다.The polymer according to the present invention includes R1 to R4 and an amide group connecting them in the constituent unit, thereby promoting intermolecular interaction through a hydrogen bond, thereby improving etch resistance. In addition, since the amide group is thermally stable, heat resistance may be improved, and solubility may also be excellent, thereby providing advantageous effects in coating properties.
R1 내지 R4가 본 발명에 따른 아릴렌기 또는 헤테로아릴렌기를 포함하지 않는 경우, 헤테로고리로부터 유도될 수 있는 산화성 짝지음을 활용할 수 있는 반응 영역(site)이 줄어들게 되어 내에칭성 및 내화학성 특성이 상대적으로 부족한 문제가 발생할 수 있으며, R1 내지 R4가 아마이드기로 연결되지 않은 경우, 열적으로 안정한 아마이드기가 포함되지 않아 내열성 측면에서 불리할 수 있으며, 용해성 및 코팅 특성이 상대적으로 부족한 문제가 발생할 수 있다.When R1 to R4 do not include the arylene group or the heteroarylene group according to the present invention, the reaction site that can utilize the oxidative coupling that can be derived from the heterocycle is reduced, so that the etch resistance and chemical resistance properties are reduced. A relatively insufficient problem may occur, and when R1 to R4 are not connected with an amide group, a thermally stable amide group may not be included, which may be disadvantageous in terms of heat resistance, and a problem of relatively insufficient solubility and coating properties may occur.
한편, 상기 치환기가 본 발명에 따른 범위를 벗어나는 경우, 예를 들어, 카르복시기, 에스테르기, 에테르기, 할로겐기 또는 -CF3기 등인 경우, 본 발명 범위 이외의 반응 가능한 치환기가 동시에 존재하는 경우, 목표로 하는 반응 이외의 불필요한 반응이 추가로 발생하는 문제가 발생할 수 있으며, 이로 인한 흄(Fume) 발생, 수율 저하, 하드마스크의 내에칭성, 내열성 또는 용해성 등의 특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, when the substituent is outside the range according to the present invention, for example, a carboxy group, an ester group, an ether group, a halogen group or a -CF 3 group, if a reactive substituent outside the scope of the present invention is present at the same time, the target There may be a problem that unnecessary reactions other than the reaction with .
또한, 상기 치환기가 카르복시기와 같은 산성 작용기인 경우, 코팅 시 산에 의해 조성물의 pH가 낮아지게 되어, 하드마스크의 내에칭성, 내열성 또는 용해성이 저하되는 등의 문제가 발생할 수 있으며, 상기 치환기가 에스테르기, 에테르기, 할로겐기 또는 -CF3기 등인 경우, 분자 내 탄소 함량 부족으로 하드마스크의 에칭성 및 내열성이 저하될 수 있다.In addition, when the substituent is an acidic functional group such as a carboxyl group, the pH of the composition is lowered by acid during coating, and problems such as etch resistance, heat resistance, or solubility of the hard mask may be lowered, and if the substituent is In the case of an ester group, an ether group, a halogen group, or a -CF3 group, etching properties and heat resistance of the hard mask may be deteriorated due to insufficient carbon content in the molecule.
본 발명에서, 상기 화학식 1에서 R5로 표시되는 구조는, 하기 화학식 4로 표시되는 구조를 포함할 수 있다.In the present invention, the structure represented by R5 in Formula 1 may include a structure represented by Formula 4 below.
[화학식 4][Formula 4]
상기 화학식 4에서,In Formula 4,
X1 내지 X2는 각각 독립적으로, 질소(N) 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기 구조로서, 하기 화학식 4-1 내지 4-3으로 표시되는 구조로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 구조를 포함하는 것일 수 있으며,X1 to X2 are each independently a substituted or unsubstituted heteroarylene group structure containing a nitrogen (N) atom, and at least one structure selected from the group consisting of structures represented by the following Chemical Formulas 4-1 to 4-3 may include,
상기 질소는 주쇄에 직접 연결된 구조이고,The nitrogen is a structure directly linked to the main chain,
Z는 직접결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40의 헤테로아릴렌기, 또는 이들의 조합이며,Z is a direct bond, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkylene group, a substituted or unsubstituted C6 to C40 arylene group, or a substituted or unsubstituted C3 to C40 heteroarylene group, or a combination thereof,
* 은 결합손을 의미한다.* means a bond hand.
[화학식 4-1][Formula 4-1]
[화학식 4-2] [Formula 4-2]
[화학식 4-3] [Formula 4-3]
상기 화학식 4-1 내지 4-3은 각각 독립적으로, 비치환되거나, 결합손을 제외한 위치에 하나 이상의 치환기를 포함할 수 있으며,Formulas 4-1 to 4-3 may each independently include one or more substituents at positions other than unsubstituted or bonding hands,
상기 치환기는 각각 독립적으로, C1 내지 C10의 알킬기, C1 내지 C10의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이며,The substituents are each independently a C1 to C10 alkyl group, a C1 to C10 alkoxy group, a C6 to C20 aryl group, a C3 to C20 heteroaryl group, or a combination thereof,
* 은 결합손을 의미한다.* means a bond hand.
예를 들어, 상기 R5는, 하기와 같은 구조를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:For example, R5 may include the following structure, but is not limited thereto:
* 은 결합손을 의미한다.* means a bond hand.
본 발명의 상기 화학식 4로 표시되는 R5 구조는 X1과 X2의 N-헤테로아릴렌기 구조를 포함함으로써, 높은 탄소함량을 기반으로 산화성 짝지음(oxidative coupling)을 통해 분자간 상호작용이 촉진되어, 패킹(packing) 특성 향상이 가능할 수 있으며 결과적으로, 내에칭성 및 내열성이 더욱 향상될 수 있다. 또한, X1과 X2의 양쪽이 유연한 메틸렌기로 연결되어 있기 때문에, 용해성 측면에서 유리할 수 있다.The R5 structure represented by Chemical Formula 4 of the present invention includes an N-heteroarylene group structure of X 1 and X 2 , so that intermolecular interaction is promoted through oxidative coupling based on a high carbon content, It may be possible to improve packing properties, and as a result, etch resistance and heat resistance may be further improved. In addition, since both of X 1 and X 2 are connected with a flexible methylene group, it may be advantageous in terms of solubility.
본 발명에서, 상기 화학식 2로 표시되는 중합체의 R6 구조는 상기 화학식 3-1 내지 3-11로 표시되는 구조로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물을 포함하는 것일 수 있으나, 상기 화학식 3-1 내지 3-11로 표시되는 구조로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 구조로부터 하나의 수소가 이탈되어 도입된 1가의 기이다.In the present invention, the R6 structure of the polymer represented by Formula 2 may include one or more compounds selected from the group consisting of structures represented by Formulas 3-1 to 3-11, but Formula 3-1 to 3-11 is a monovalent group introduced by desorption of one hydrogen from any one of the structures selected from the group consisting of structures represented by 3-11.
본 발명에서, 상기 중합체가 R6 구성단위를 포함하는 경우, 펜던트기의 종류에 따라 중합체의 결정도(Crystallinity)를 조절하여, 내에칭성 및 용해성을 유연하게 제어할 수 있으며, 결과적으로 평탄성 및 갭-필(gap-fill) 특성과 같은 코팅 특성이 향상될 수 있다.In the present invention, when the polymer includes the R6 structural unit, etch resistance and solubility can be flexibly controlled by adjusting the crystallinity of the polymer according to the type of pendant group, and as a result, flatness and gap - Coating properties such as gap-fill properties can be improved.
본 발명에 따른 상기 중합체는 예를 들어, 하기의 화학식 A-1 내지 A-7로 표시되는 반복 단위들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The polymer according to the present invention may include, for example, at least one of repeating units represented by the following Chemical Formulas A-1 to A-7.
[화학식 A-1][Formula A-1]
[화학식 A-2][Formula A-2]
[화학식 A-3][Formula A-3]
[화학식 A-4][Formula A-4]
[화학식 A-5][Formula A-5]
[화학식 A-6][Formula A-6]
[화학식 A-7][Formula A-7]
상기 화학식 A-1 내지 A-7에서 n은 1 내지 100의 정수이다.In Formulas A-1 to A-7, n is an integer of 1 to 100.
또한, 본 발명의 중합체는 중량평균 분자량이 1,000 내지 20,000 일 수 있고, 바람직하게는 1,500 내지 5,000 일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 전술한 본 발명의 효과가 가장 우수하게 나타날 수 있다.In addition, the polymer of the present invention may have a weight average molecular weight of 1,000 to 20,000, preferably 1,500 to 5,000. When the above range is satisfied, the above-described effects of the present invention may be most excellent.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 중합체의 함량은 본 발명의 목적을 달성할 수 있으면 별다른 제한이 없으나, 예를 들면, 조성물 총 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%일 수 있고, 바람직하게는 5 내지 15 중량%일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 전술한 본 발명의 효과가 가장 우수하게 나타낼 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the content of the polymer is not particularly limited as long as it can achieve the object of the present invention, but, for example, may be 1 to 30% by weight based on the total weight of the composition, preferably Preferably, it may be 5 to 15% by weight. When the above range is satisfied, the above-described effects of the present invention may be best exhibited.
본 발명에 따른 하드마스크용 조성물은 상기 중합체 및 용매를 포함하며, 가교제, 촉매 등과 같은 추가제제를 더 포함할 수도 있다. 본 발명에 따른 중합체를 포함하는 하드마스크용 조성물은 당업계의 통상적인 하드마스크 제조 방법에 준하여 수행될 수 있다.The composition for a hard mask according to the present invention includes the polymer and the solvent, and may further include additional agents such as a crosslinking agent and a catalyst. The composition for a hard mask comprising the polymer according to the present invention may be performed according to a conventional hard mask manufacturing method in the art.
용매menstruum
본 발명에 따른 하드마스크용 조성물에 사용되는 용매는 특별히 제한되는 것은 아니며, 상술한 중합체에 충분한 용해성을 갖는 유기 용매를 포함할 수 있고, 필요에 따라 1종 이상의 용매를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 용매는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate; PGMEA), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(propylene glycol monomethyl ether; PGME), 사이클로헥사논, 사이클로펜타논, 에틸락테이트, 감마-부티로락톤(γGBL), 아세틸 아세톤(acetyl acetone)등을 포함할 수 있다. The solvent used in the composition for a hard mask according to the present invention is not particularly limited, and may include an organic solvent having sufficient solubility in the above-described polymer, and may include one or more solvents as necessary. For example, the solvent is propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether (PGME), cyclohexanone, cyclopentanone, ethyl lactate, gamma -Butyrolactone (γGBL), acetyl acetone, etc. may be included.
상기 용매의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 본 발명의 중합체 및 후술하는 추가 제제들을 제외한 잔량으로 포함될 수 있으며, 잔량이란 하드마스크 조성물 총 중량이 100 중량%가 되게 하는 것을 의미한다. The content of the solvent is not particularly limited, and may be included in the remaining amount excluding the polymer of the present invention and additional agents to be described later, and the remaining amount means that the total weight of the hard mask composition is 100% by weight.
첨가제additive
본 발명의 하드마스크용 조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있다. The composition for a hard mask of the present invention may further include an additive.
상기 첨가제는 하드마스크용 조성물의 특성에 영향을 주지 않는 측면에서 필요한 성분을 더 포함할 수 있으며, 구체적으로 가교제, 촉매 및 계면활성제 등을 더 포함할 수 있다. The additive may further include a necessary component in terms of not affecting the properties of the composition for a hard mask, and specifically, may further include a crosslinking agent, a catalyst, a surfactant, and the like.
상기 가교제는 발생된 산에 의해 촉매 작용된 반응에서 가열에 의하여 중합체의 반복단위를 가교할 수 있는 것으로서, 생성된 산에 의해 촉매 작용화될 수 있는 방식으로 중합체와 반응될 수 있는 가교제라면 특별히 한정되지 않는다. 이러한 가교제의 대표적인 예로는 멜라민, 아미노 수지, 글리콜루릴 화합물 및 비스에폭시 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.The crosslinking agent is one capable of crosslinking repeating units of a polymer by heating in a reaction catalyzed by the generated acid, and is particularly limited if it is a crosslinking agent that can be reacted with the polymer in a way that can be catalyzed by the generated acid doesn't happen As a representative example of such a crosslinking agent, any one selected from the group consisting of melamine, an amino resin, a glycoluryl compound and a bisepoxy compound may be used.
상기 가교제를 더 포함함으로써, 하드마스크용 조성물의 경화특성이 보다 강화될 수 있다.By further including the crosslinking agent, the curing properties of the composition for a hard mask may be further strengthened.
상기 촉매로는 산 촉매 또는 염기성 촉매를 사용할 수 있다.An acid catalyst or a basic catalyst may be used as the catalyst.
상기 산 촉매는 열 활성화된 산 촉매를 사용할 수 있다. 산 촉매의 예로는 p-톨루엔 술폰산모노하이드레이트(p-toluene sulfonic acid monohydrate)과 같은 유기산이 사용될 수 있고, 또한 보관안정성을 도모한 TAG(thermal acid generator)계통의 화합물을 들 수 있다. 열산 발생제는 열처리시 산을 방출하도록 되어있는 산 생성제 화합물로서, 예를 들어 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트(pyridinium p-toluene sulfonate), 2,4,4,6-테트라브로모시클로헥사디엔온, 벤조인토실레이트, 2-니트로벤질토실레이트, 유기술폰산의 알킬에스테르 등을 사용할 수 있다. 상기 염기성 촉매로는 NH4OH 또는 NR4OH(R은 알킬기)로 표시되는 암모늄 히드록사이드 중 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The acid catalyst may be a thermally activated acid catalyst. As an example of the acid catalyst, an organic acid such as p-toluene sulfonic acid monohydrate may be used, and a compound of a thermal acid generator (TAG) system that promotes storage stability may be mentioned. The thermal acid generator is an acid generator compound adapted to release an acid during heat treatment, for example, pyridinium p-toluene sulfonate, 2,4,4,6-tetrabromocyclohexadiene On, benzointosylate, 2-nitrobenzyltosylate, an alkyl ester of organic sulfonic acid, etc. can be used. As the basic catalyst, any one selected from ammonium hydroxide represented by NH4OH or NR4OH (R is an alkyl group) may be used, but is not limited thereto.
또한, 레지스트 기술 분야에서 공지된 다른 감광성 촉매도 상용성이 있는 한 사용할 수 있다.In addition, other photosensitive catalysts known in the field of resist technology can be used as long as they are compatible.
상기 계면활성제로는 알킬벤젠설폰산염, 알킬피리디늄염, 폴리에틸렌글리콜류, 제사암모늄염등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 계면활성제의 함량은 상기 중합체 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 10 중량부일 수 있다.Examples of the surfactant include, but are not limited to, alkylbenzenesulfonate, alkylpyridinium salt, polyethylene glycol, tetraammonium salt, and the like. In this case, the content of the surfactant may be 0.1 parts by weight to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer.
상기 계면활성제의 함량이 상기 범위에 포함되는 경우, 본 발명의 목적을 저해하지 않으면서, 표면 특성, 접착성 향상이 우수하기 때문에 바람직하다.When the content of the surfactant is included in the above range, it is preferable because it is excellent in improving surface properties and adhesion without impairing the object of the present invention.
<패턴 형성 방법><Pattern Forming Method>
본 발명에 따른 하드마스크 조성물을 사용한 패턴 형성 방법은 당업계의 통상적인 패턴 형성 방법에 준하여 수행될 수 있으며, 이하에서 미세 패턴의 형성 방법을 구체적으로 설명하나, 이에 제한되는 것은 아니다.The pattern forming method using the hard mask composition according to the present invention may be performed according to a conventional pattern forming method in the art, and the method for forming a fine pattern will be described in detail below, but is not limited thereto.
예를 들어, 본 발명의 상술한 하드마스크용 조성물을 이용하여 하기의 방법으로 미세 패턴을 형성할 수 있다.For example, a fine pattern may be formed by the following method using the above-described composition for a hard mask of the present invention.
기판 위에 재료 층을 제공하는 단계;providing a layer of material over the substrate;
상기 재료 층 위에 본 발명에 따른 하드마스크 조성물을 적용하는 단계;applying a hardmask composition according to the present invention over said material layer;
상기 하드마스크 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계;heat-treating the hardmask composition to form a hardmask layer;
상기 하드마스크 층 위에 박막층을 형성하는 단계;forming a thin film layer on the hard mask layer;
상기 박막층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계;forming a photoresist layer on the thin film layer;
상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern; and
상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 박막층 및 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법을 제공한다.It provides a pattern forming method comprising the step of selectively removing the thin film layer and the hard mask layer using the photoresist pattern.
상기 패턴 형성 방법은 미세 패턴을 구현 가능할 수 있으며, 상기 방법은 복수 회 수행될 수 있다. 또한, 본 발명의 하드마스크 조성물은 기존 ArF를 이용한 리소그래피 방법, EUV 또는 EBL 리소그래피 방법, Self-Aligned Double Patterning (SADP) 프로세스 및 Litho-Etch-Litho-Etch (LELE) Process 와 같은 멀티플 패터닝 방법에 적용 가능하다.The pattern forming method may implement a fine pattern, and the method may be performed a plurality of times. In addition, the hardmask composition of the present invention is applied to multiple patterning methods such as a conventional ArF lithography method, EUV or EBL lithography method, Self-Aligned Double Patterning (SADP) process, and Litho-Etch-Litho-Etch (LELE) Process. possible.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되지 않으며, 다양하게 수정 및 변경될 수 있다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해질 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail using Examples and Comparative Examples. However, the following examples are provided to illustrate the present invention, and the present invention is not limited by the following examples, and may be variously modified and changed. The scope of the present invention will be determined by the technical spirit of the claims to be described later.
합성예: 중합체의 합성Synthesis Example: Polymer Synthesis
합성예 1: 중합체 A-1Synthesis Example 1: Polymer A-1
온도계, 콘덴서, 교반기, 적하 깔대기를 설치한 1 L 3구 플라스크를 오일용기에 설치하고, 3-히드록시-N-(1-나프틸)-2-나프타아마이드 31.3 g(0.1 mol), 1,4-디메톡시메틸벤젠 16.6 g(0.1 mol)을 반응기에 가하고 200 g의 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGEMA)에 녹였다 그 후, 파라-톨루엔술폰산 수화물 0.38 g(0.002 mol)을 첨가하였다. 반응기 내부의 온도를 120 ℃로 유지하면서 12 시간 교반하여 중합한 뒤, 중화제로 트리에탄올아민 0.45 g(0.003 mol)을 반응기에 첨가하여 상온에서 추가적으로 1시간을 교반하였다. 상온으로 냉각하여 얻어진 반응혼합물을 질량비 3:7의 증류수/메탄올을 이용하여 침전된 중합체를 여과하고, 감압증류하여 하기 화학식 A-1로 표시되는 중합체 A-1을 얻었다. 상기 중합체의 중량평균분자량(Mw)은 2500이었고, 분산도(Mw/Mn)는 1.8이었다.A 1 L three-necked flask equipped with a thermometer, condenser, stirrer, and dropping funnel was installed in an oil container, and 3-hydroxy-N-(1-naphthyl)-2-naphthaamide 31.3 g (0.1 mol), 1, 16.6 g (0.1 mol) of 4-dimethoxymethylbenzene was added to the reactor and dissolved in 200 g of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGEMA). Then, 0.38 g (0.002 mol) of para-toluenesulfonic acid hydrate was added. After polymerization by stirring for 12 hours while maintaining the temperature inside the reactor at 120° C., 0.45 g (0.003 mol) of triethanolamine as a neutralizing agent was added to the reactor, followed by stirring at room temperature for an additional hour. The reaction mixture obtained by cooling to room temperature was filtered using distilled water/methanol having a mass ratio of 3:7, and the precipitated polymer was filtered and distilled under reduced pressure to obtain a polymer A-1 represented by the following formula (A-1). The polymer had a weight average molecular weight (Mw) of 2500, and a degree of dispersion (Mw/Mn) of 1.8.
[화학식 A-1][Formula A-1]
합성예 2: 중합체 A-2Synthesis Example 2: Polymer A-2
합성 모노머로 3-히드록시-N-(1-나프틸)-2-나프타아마이드 31.3 g(0.1 mol), 9,9'-비스[(1-메톡시메틸)인돌-3-yl)]플루오렌 48.6 g(0.1 mol)을 사용한 것을 제외하고는 합성예 1과 동일한 방법으로 하기 화학식 A-2로 표시되는 중합체 A-2를 얻었다. 상기 중합체의 중량평균분자량(Mw)은 2100이었고, 분산도(Mw/Mn)는 1.6이었다.31.3 g (0.1 mol) of 3-hydroxy-N-(1-naphthyl)-2-naphthaamide, 9,9'-bis[(1-methoxymethyl)indole-3-yl)]flu as a synthetic monomer Polymer A-2 represented by the following formula A-2 was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1, except that 48.6 g (0.1 mol) of orene was used. The polymer had a weight average molecular weight (Mw) of 2100 and a degree of dispersion (Mw/Mn) of 1.6.
[화학식 A-2][Formula A-2]
합성예 3: 중합체 A-3Synthesis Example 3: Polymer A-3
합성 모노머로 3-히드록시-N-(1-나프틸)-2-나프타아마이드 31.3 g(0.1 mol), 1-파이렌카르복스알데히드 23.0 g(0.1 mol)을 사용한 것을 제외하고는 합성예 1과 동일한 방법으로 하기 화학식 A-3로 표시되는 중합체 A-3를 얻었다. 상기 중합체의 중량평균분자량(Mw)은 1900이었고, 분산도(Mw/Mn)는 1.5이었다.Synthesis Example 1 except that 31.3 g (0.1 mol) of 3-hydroxy-N-(1-naphthyl)-2-naphthaamide and 23.0 g (0.1 mol) of 1-pyrenecarboxaldehyde were used as synthetic monomers Polymer A-3 represented by the following formula A-3 was obtained in the same manner as described above. The polymer had a weight average molecular weight (Mw) of 1900 and a degree of dispersion (Mw/Mn) of 1.5.
[화학식 A-3] [Formula A-3]
합성예 4: 중합체 A-4Synthesis Example 4: Polymer A-4
합성 모노머로 4-히드록시-N-(1-나프틸)-2-나프타아마이드 31.3 g(0.1 mol), 9,9'-비스[(1-메톡시메틸)인돌-3-yl)]플루오렌 48.6 g(0.1 mol) 을 사용한 것을 제외하고는 합성예 1과 동일한 방법으로 하기 화학식 A-4로 표시되는 중합체 A-4를 얻었다. 상기 중합체의 중량평균분자량(Mw)은 2200이었고, 분산도(Mw/Mn)는 1.8이었다.31.3 g (0.1 mol) of 4-hydroxy-N-(1-naphthyl)-2-naphthaamide, 9,9'-bis[(1-methoxymethyl)indole-3-yl)]flu as a synthetic monomer Polymer A-4 represented by the following formula A-4 was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1, except that 48.6 g (0.1 mol) of orene was used. The polymer had a weight average molecular weight (Mw) of 2200, and a degree of dispersion (Mw/Mn) of 1.8.
[화학식 A-4] [Formula A-4]
합성예 5: 중합체 A-5Synthesis Example 5: Polymer A-5
합성 모노머로 4-히드록시-N-(1-파이레닐)-2-나프타아마이드 56.0 g(0.1 mol), 1,4-디메톡시메틸벤젠 16.6 g(0.1 mol)을 사용한 것을 제외하고는 합성예 1과 동일한 방법으로 하기 화학식 A-5로 표시되는 중합체 A-5를 얻었다. 상기 중합체의 중량평균분자량(Mw)은 3100이었고, 분산도(Mw/Mn)는 2.0이었다.Synthesis example except that 56.0 g (0.1 mol) of 4-hydroxy-N-(1-pyrenyl)-2-naphthaamide and 16.6 g (0.1 mol) of 1,4-dimethoxymethylbenzene were used as the synthetic monomer Polymer A-5 represented by the following formula (A-5) was obtained in the same manner as in 1. The polymer had a weight average molecular weight (Mw) of 3100 and a degree of dispersion (Mw/Mn) of 2.0.
[화학식 A-5] [Formula A-5]
합성예 6: 중합체 A-6Synthesis Example 6: Polymer A-6
합성 모노머로 4-히드록시-N-(1-파이레닐)-2-나프타아마이드 56.0 g(0.1 mol), 1-파이렌카르복스알데히드 23.0 g(0.1 mol)을 사용한 것을 제외하고는 합성예 1과 동일한 방법으로 하기 화학식 A-6로 표시되는 중합체 A-6를 얻었다. 상기 중합체의 중량평균분자량(Mw)은 2000이었고, 분산도(Mw/Mn)는 1.5이었다.Synthesis Example 1 except that 56.0 g (0.1 mol) of 4-hydroxy-N-(1-pyrenyl)-2-naphthaamide and 23.0 g (0.1 mol) of 1-pyrenecarboxaldehyde were used as synthetic monomers Polymer A-6 represented by the following formula A-6 was obtained in the same manner as described above. The polymer had a weight average molecular weight (Mw) of 2000 and a degree of dispersion (Mw/Mn) of 1.5.
[화학식 A-6] [Formula A-6]
합성예 7: 중합체 A-7Synthesis Example 7: Polymer A-7
합성 모노머로 4-히드록시-N-(1-파이레닐)-2-나프타아마이드 56.0 g(0.1 mol), 9,9'-비스[(1-메톡시메틸)인돌-3-yl)]플루오렌 48.6 g(0.1 mol)을 사용한 것을 제외하고는 합성예 1과 동일한 방법으로 하기 화학식 A-7로 표시되는 중합체 A-7를 얻었다. 상기 중합체의 중량평균분자량(Mw)은 2000이었고, 분산도(Mw/Mn)는 1.6이었다.Synthetic monomer 5-hydroxy-N-(1-pyrenyl)-2-naphthaamide 56.0 g (0.1 mol), 9,9'-bis[(1-methoxymethyl)indole-3-yl)]flu Polymer A-7 represented by the following formula A-7 was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that 48.6 g (0.1 mol) of orene was used. The polymer had a weight average molecular weight (Mw) of 2000 and a degree of dispersion (Mw/Mn) of 1.6.
[화학식 A-7] [Formula A-7]
합성예 8: 중합체 B-1Synthesis Example 8: Polymer B-1
합성 모노머로 9,9'-비스(1H-인돌-3-yl)플루오렌 39.6 g(0.1 mol), 1-메톡시-4-메틸벤젠 12.2 g(0.1 mol)을 사용한 것을 제외하고는 합성예 1과 동일한 방법으로 하기 화학식 A-8로 표시되는 중합체 A-8를 얻었다. 상기 중합체의 중량평균분자량(Mw)은 3300이었고, 분산도(Mw/Mn)는 1.9이었다.Synthesis example except that 39.6 g (0.1 mol) of 9,9'-bis (1H-indole-3-yl) fluorene and 12.2 g (0.1 mol) of 1-methoxy-4-methylbenzene were used as synthetic monomers Polymer A-8 represented by the following formula (A-8) was obtained in the same manner as in 1. The polymer had a weight average molecular weight (Mw) of 3300 and a degree of dispersion (Mw/Mn) of 1.9.
[화학식 B-1][Formula B-1]
합성예 9: 중합체 B-2Synthesis Example 9: Polymer B-2
2,2-비스(3-아미노-4-하이드록시페닐)-헥사플루오로프로판 3.6 g(0.01 mol) 및 N-메틸-2-피롤리돈 14.6 g을 반응기에 넣은 후 상온에서 교반하였다. 용해 완료 후, 상기 반응기를 0 ℃로 냉각 한 후 피리딘 1.26 g(0.016 mol)을 적가하였다. 이어서 4,4'-옥시디벤조일 클로라이드 2.4 g(0.008 mmol)을 N-메틸-2-피롤리돈 9.6 g에 녹인 용액을 0 ℃에서 상기 교반 중인 반응기에 적가한 후 2시간 추가 교반하였다. 반응완료 후, 피리딘을 완전히 제거한 뒤, 얻어진 파우더를 테트라하이드로퓨란에 녹이고, 이어서 헥산에서 침전을 얻어내고, 건조하여 하기 화학식 B-2로 표현되는 중합체 B-2를 얻었다. 상기 중합체의 중량평균분자량(Mw)은 5000이었고, 분산도(Mw/Mn)는 2.2이었다.3.6 g (0.01 mol) of 2,2-bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)-hexafluoropropane and 14.6 g of N-methyl-2-pyrrolidone were placed in a reactor and stirred at room temperature. After the dissolution was completed, the reactor was cooled to 0 °C, and then 1.26 g (0.016 mol) of pyridine was added dropwise. Then, a solution of 2.4 g (0.008 mmol) of 4,4'-oxydibenzoyl chloride in 9.6 g of N-methyl-2-pyrrolidone was added dropwise to the stirring reactor at 0° C., followed by further stirring for 2 hours. After completion of the reaction, after the pyridine was completely removed, the obtained powder was dissolved in tetrahydrofuran, and then a precipitate was obtained in hexane and dried to obtain a polymer B-2 represented by the following Chemical Formula B-2. The polymer had a weight average molecular weight (Mw) of 5000 and a degree of dispersion (Mw/Mn) of 2.2.
[화학식 B-2][Formula B-2]
합성예 10: 중합체 B-3Synthesis Example 10: Polymer B-3
플라스크에 1,6-디아미노파이렌 5.0 g(0.0215 mol), 4-히드록시-1,8-나프탈렌디카르복실릭 안하이드라이드 13.83 g(0.0646 mol) 및 1-메틸-2-피롤리디논 75 g을 첨가한 후 12시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 메탄올을 첨가한 후 침전물을 여과 및 건조하여 하기 화학식 B-3으로 표시되는 중합체 B-3을 얻었다.In a flask, 5.0 g (0.0215 mol) of 1,6-diaminopyrene, 13.83 g (0.0646 mol) of 4-hydroxy-1,8-naphthalenedicarboxylic anhydride and 1-methyl-2-pyrrolidinone After adding 75 g, the mixture was stirred for 12 hours. When the reaction was completed, methanol was added, and the precipitate was filtered and dried to obtain a polymer B-3 represented by the following Chemical Formula B-3.
[화학식 B-3][Formula B-3]
실시예 및 비교예: 하드마스크용 조성물의 제조Examples and Comparative Examples: Preparation of a composition for a hard mask
하기 표 1에 기재된 조성 및 함량(중량%)으로 통상적으로 사용되는 방법으로 하드마스크용 조성물을 제조하였다.A composition for a hard mask was prepared by a method commonly used with the composition and content (wt%) shown in Table 1 below.
중합체 A-1 내지 A-7: 합성예 1 내지 합성예 7에 따라 제조된 중합체Polymers A-1 to A-7: Polymers prepared according to Synthesis Examples 1 to 7
중합체 B-1 내지 B-3: 합성예 8 내지 합성예 10에 따라 제조된 중합체Polymers B-1 to B-3: Polymers prepared according to Synthesis Examples 8 to 10
용매 C-1: 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트Solvent C-1: propylene glycol monomethyl ether acetate
용매 C-2: 사이클로헥사논Solvent C-2: cyclohexanone
<실험예><Experimental example>
하기의 방법으로 표 1의 조성물로 형성된 하드마스크층 또는 하드마스크의 내에칭성, 내열성 및 용해성을 평가하였으며, 그 결과는 표 2에 기재하였다.Etching resistance, heat resistance, and solubility of the hard mask layer or hard mask formed of the composition of Table 1 were evaluated by the following method, and the results are shown in Table 2.
(1) 내에칭성 평가(1) Evaluation of etch resistance
상기 실시예 및 비교예에 따른 조성물을 각각 실리콘 웨이퍼 위에 스핀-코팅 방법으로 코팅하고, 400 ℃에서 90 초간 열처리하여 박막을 형성한 뒤, 초기 박막두께를 측정하였다. 형성된 각각의 막이 코팅된 웨이퍼를 건식 식각 장비(Dielectric etcher)를 사용하여 CF4/CHF3 혼합가스 조건으로 건식 식각하고, 박막두께를 측정하였다. 식각률(Etch rate, Å/min)은 초기 박막두께(Å)와 식각 후 박막두께(Å)의 차이를 식각 시간(min)으로 나누어 계산하였다.Each of the compositions according to Examples and Comparative Examples was coated on a silicon wafer by spin-coating, heat treated at 400° C. for 90 seconds to form a thin film, and then the initial thin film thickness was measured. Each of the formed film-coated wafers was dry-etched using a dry etching equipment (Dielectric etcher) under CF 4 /CHF 3 mixed gas conditions, and the thin film thickness was measured. The etching rate (A/min) was calculated by dividing the difference between the initial thin film thickness (Å) and the post-etched thin film thickness (Å) by the etching time (min).
(2) 내열성 평가(2) Heat resistance evaluation
상기 실시예 및 비교예에 따른 조성물을 내에칭성 평가와 동일한 방법으로 스핀-코팅 및 열처리하여 박막을 형성하였다. 상기 박막을 수거한 후 열중량분석기(thermogravimetric analysis, TGA)를 사용하여 10 ℃/분의 속도로 400 ℃까지 승온하여 wt% 손실(loss)을 측정하였다.The compositions according to Examples and Comparative Examples were spin-coated and heat treated in the same manner as in etch resistance evaluation to form a thin film. After the thin film was collected, the temperature was increased to 400 °C at a rate of 10 °C/min using a thermogravimetric analysis (TGA) to measure wt% loss.
◎: 10 wt% 미만◎: less than 10 wt%
○: 10 wt% 이상 15 wt% 미만○: 10 wt% or more and less than 15 wt%
△: 15 wt% 이상 20 wt% 미만△: 15 wt% or more and less than 20 wt%
Ⅹ: 20 wt% 이상X: 20 wt% or more
(3) 용해성 평가(3) Solubility evaluation
상기 실시예 및 비교예에 따른 조성물을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate; PGMEA)를 이용해 일정 wt% 농도로 희석하여 완전히 용해 가능한 wt%를 확인하였다.The compositions according to Examples and Comparative Examples were diluted to a certain wt% concentration using propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) to determine completely soluble wt%.
◎: 15 wt% 이상◎: 15 wt% or more
○: 10 wt% 이상 15 wt% 미만○: 10 wt% or more and less than 15 wt%
△: 5 wt% 이상 10 wt% 미만△: 5 wt% or more and less than 10 wt%
Ⅹ: 5 wt% 미만 또는 불용X: less than 5 wt% or insoluble
상기 표 2를 참고하면, 본 발명에서 언급한 실시예에 따른 하드마스크용 조성물로부터 형성된 박막이 비교예에 따른 하드마스크용 조성물로부터 형성된 박막과 비교했을 때, 내에칭성, 내열성 및 용해성 면에서 전체적으로 균형있게 특성 향상이 되었음을 확인할 수 있었다.Referring to Table 2, when the thin film formed from the composition for a hard mask according to the embodiment mentioned in the present invention is compared with the thin film formed from the composition for a hard mask according to the comparative example, overall in terms of etch resistance, heat resistance and solubility It was confirmed that the characteristics were improved in a balanced way.
반면, 비교예 1 내지 비교예 2의 경우, 용해성은 양호한 편이나, 내에칭성 및 내열성 면에서 실시예에 비하여 매우 불량하였고, 비교예 3의 경우, 실시예 대비 내에칭성, 내열성 및 용해성에서 전체적으로 우수하지 못한 특성을 확인하였다.On the other hand, in the case of Comparative Examples 1 to 2, the solubility is good, but it was very poor compared to the Example in terms of etch resistance and heat resistance. Overall, it was confirmed that the characteristics were not excellent.
Claims (6)
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 내지 2에 있어서,
R1 내지 R5는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40의 헤테로아릴렌기, 또는 이들의 조합이고,
R6은, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40의 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이며,
상기 R1 내지 R6은, 각각 독립적으로, 하나 이상의 치환기를 포함할 수 있으며,
상기 치환기는, 각각 독립적으로, 히드록시기(-OH), C1 내지 C10의 알킬기, C1 내지 C10의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이고,
m 내지 n은, 각각 독립적으로, 1 내지 100의 정수이며,
*은 결합손을 의미한다.
A composition for a hard mask comprising a structure represented by Formula 1 or Formula 2:
[Formula 1]
[Formula 2]
In Formulas 1 to 2,
R1 to R5 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C40 arylene group, a substituted or unsubstituted C3 to C40 heteroarylene group, or a combination thereof,
R6 is a substituted or unsubstituted C6 to C40 aryl group, a substituted or unsubstituted C3 to C40 heteroaryl group, or a combination thereof;
Wherein R1 to R6, each independently, may include one or more substituents,
The substituents are each independently a hydroxyl group (-OH), a C1 to C10 alkyl group, a C1 to C10 alkoxy group, a C6 to C20 aryl group, a C3 to C20 heteroaryl group, or a combination thereof,
m to n are each independently an integer of 1 to 100,
* means a bonding hand.
상기 화학식 1 또는 화학식 2에서 R1 내지 R4로 표시되는 구조는,
하기 화학식 3-1 내지 3-11로 표시되는 구조로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 구조로부터 유래된 2가의 기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하드마스크용 조성물:
[화학식 3-1]
[화학식 3-2]
[화학식 3-3]
[화학식 3-4]
[화학식 3-5]
[화학식 3-6]
[화학식 3-7]
[화학식 3-8]
[화학식 3-9]
[화학식 3-10]
[화학식 3-11]
상기 화학식 3-1 내지 3-11은, 각각 독립적으로, 비치환되거나, 하나 이상의 치환기를 포함할 수 있으며,
상기 치환기는, 각각 독립적으로, 히드록시기(-OH), C1 내지 C10의 알킬기, C1 내지 C10의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이고,
R7 내지 R11는 각각 독립적으로, 수소, C1 내지 C10의 알킬기, C1 내지 C10의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이다.
According to claim 1,
The structure represented by R1 to R4 in Formula 1 or Formula 2 is,
A composition for a hard mask comprising a divalent group derived from at least one structure selected from the group consisting of structures represented by the following Chemical Formulas 3-1 to 3-11:
[Formula 3-1]
[Formula 3-2]
[Formula 3-3]
[Formula 3-4]
[Formula 3-5]
[Formula 3-6]
[Formula 3-7]
[Formula 3-8]
[Formula 3-9]
[Formula 3-10]
[Formula 3-11]
Formulas 3-1 to 3-11, each independently, may be unsubstituted or include one or more substituents,
The substituents are each independently a hydroxyl group (-OH), a C1 to C10 alkyl group, a C1 to C10 alkoxy group, a C6 to C20 aryl group, a C3 to C20 heteroaryl group, or a combination thereof,
R7 to R11 are each independently hydrogen, a C1 to C10 alkyl group, a C1 to C10 alkoxy group, a C6 to C20 aryl group, a C3 to C20 heteroaryl group, or a combination thereof.
상기 화학식 1에서 R5로 표시되는 구조는,
하기 화학식 4로 표시되는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 하드마스크용 조성물:
[화학식 4]
상기 화학식 4에서,
X1 내지 X2는, 각각 독립적으로, 질소(N) 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기 구조로서, 하기 화학식 4-1 내지 4-3으로 표시되는 구조로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 구조를 포함하는 것일 수 있으며,
상기 질소는, 주쇄에 직접 연결된 구조이고,
Z는, 직접결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40의 헤테로아릴렌기, 또는 이들의 조합이며,
* 은 결합손을 의미한다.
[화학식 4-1]
[화학식 4-2]
[화학식 4-3]
상기 화학식 4-1 내지 4-3은 각각 독립적으로, 비치환되거나, 하나 이상의 치환기를 포함할 수 있으며,
상기 치환기는 각각 독립적으로, 히드록시기(-OH), C1 내지 C10의 알킬기, C1 내지 C10의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이며,
* 은 결합손을 의미한다.
According to claim 1,
The structure represented by R5 in Formula 1 is,
A composition for a hard mask comprising a structure represented by the following formula (4):
[Formula 4]
In Formula 4,
X1 to X2 are each independently a substituted or unsubstituted heteroarylene group structure containing a nitrogen (N) atom, and at least one selected from the group consisting of structures represented by the following Chemical Formulas 4-1 to 4-3 It may include a structure,
The nitrogen is a structure directly connected to the main chain,
Z is a direct bond, a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkylene group, a substituted or unsubstituted C6 to C40 arylene group, or a substituted or unsubstituted C3 to C40 heteroarylene group, or a combination thereof,
* means a bond hand.
[Formula 4-1]
[Formula 4-2]
[Formula 4-3]
Formulas 4-1 to 4-3 are each independently unsubstituted or may include one or more substituents,
The substituents are each independently a hydroxyl group (-OH), a C1 to C10 alkyl group, a C1 to C10 alkoxy group, a C6 to C20 aryl group, a C3 to C20 heteroaryl group, or a combination thereof,
* means a bond hand.
상기 화학식 2로 표시되는 중합체의 R6 구조는,
하기 화학식 3-1 내지 3-11로 표시되는 구조로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 구조로부터 유래된 1가의 기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하드마스크용 조성물:
[화학식 3-1]
[화학식 3-2]
[화학식 3-3]
[화학식 3-4]
[화학식 3-5]
[화학식 3-6]
[화학식 3-7]
[화학식 3-8]
[화학식 3-9]
[화학식 3-10]
[화학식 3-11]
상기 화학식 3-1 내지 3-11은 각각 독립적으로, 비치환되거나, 하나 이상의 치환기를 포함할 수 있으며,
상기 치환기는 각각 독립적으로, 히드록시기(-OH), C1 내지 C10의 알킬기, C1 내지 C10의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이고,
R7 내지 R11는 각각 독립적으로, 수소, C1 내지 C10의 알킬기, C1 내지 C10의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 헤테로아릴기, 또는 이들의 조합이다.
According to claim 1,
The R6 structure of the polymer represented by Formula 2 is,
A composition for a hard mask comprising a monovalent group derived from at least one structure selected from the group consisting of structures represented by the following Chemical Formulas 3-1 to 3-11:
[Formula 3-1]
[Formula 3-2]
[Formula 3-3]
[Formula 3-4]
[Formula 3-5]
[Formula 3-6]
[Formula 3-7]
[Formula 3-8]
[Formula 3-9]
[Formula 3-10]
[Formula 3-11]
Formulas 3-1 to 3-11 are each independently unsubstituted or may include one or more substituents,
The substituents are each independently a hydroxyl group (-OH), a C1 to C10 alkyl group, a C1 to C10 alkoxy group, a C6 to C20 aryl group, a C3 to C20 heteroaryl group, or a combination thereof,
R7 to R11 are each independently hydrogen, a C1 to C10 alkyl group, a C1 to C10 alkoxy group, a C6 to C20 aryl group, a C3 to C20 heteroaryl group, or a combination thereof.
용매를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 하드마스크용 조성물.
According to claim 1,
A composition for a hard mask, characterized in that it further comprises a solvent.
첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 하드마스크용 조성물.
According to claim 1,
A composition for a hard mask, characterized in that it further comprises an additive.
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