JP2016050223A - ブロック共重合体およびそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特に近年、微細なナノメーターオーダーのパターニングが要求される場合が増えてきている。リソグラフィー技術を用いれば容易に実施できるが、微細加工パターンが多くなるほどコストアップになる。
が必要であり、工程が多くなる問題があった。
(1)ブロック共重合体であって、芳香環および/またはアルキル鎖を有するポリマー成分(A)と、液晶性を有するポリマー成分(B)とを含み、該ポリマー成分(B)が疎水性有機基を有し、ブロック共重合体中のポリマー成分(A)とポリマー成分(B)の合計重量を100とした時の、ポリマー成分(A)の重量分率が30重量%以上70重量%以下である、ブロック共重合体。
(2)前記ポリマー成分(A)が、ポリスチレン又はポリスチレン誘導体である(1)記載のブロック共重合体。
(3)前記ポリマー成分(B)が、以下の化1で表され、化1中のR1が疎水性有機基である(1)記載のブロック共重合体
(化1中、Xは、Br、nは、3〜15の整数)
(4)前記疎水性有機基が、アルキル基、またはフッ素を含む炭化水素基である(3)記載のブロック共重合体。
(5)前記ポリマー成分(B)が、下記化2で表される(3)または(4)に記載のブロック共重合体
(化1中、XはBr)
(6)前記ブロック共重合体が、リビング共重合により合成する(1)乃至(5)いずれか1項に記載のブロック共重合体。
(7)(1)乃至(6)いずれか1項に記載のブロック共重合体で基板上に膜を形成し、膜形成時に該共重合体が垂直方向にラメラ構造を構成する工程
いずれかのポリマー相を選択的に除去する工程
残存したポリマー相をマスクとして前記基板をエッチングして前記基板にミクロ相分離構造膜のパターンを転写する工程とを有することを特徴とするパターン形成方法。
ることができるパターン形成方法を提供することが可能となった。
分としてポリスチレン、ポリスチレン誘導体、ポリビニルナフタレン、ポリビニルピリジン等が挙げられ、入手の容易さ、取り扱いの容易さの点からポリスチレンおよび/またはポスチレン誘導体が 好ましい。
芳香族を有するポリマー成分(A)は、対エッチング性に優れていることから、これを使用することが好ましい。
前記ポリマー成分(B)は液晶性を示すポリマー成分(B)としては、メソゲン側鎖を
有する、ポリ(メタクリレート)、ポリ(アクリレート)、ポリビニルエーテル等が挙
げられ、基本構造としては、ポリ(メタクリレート)、ポリ(アクリレート)が好ましい
。
メソゲン基は、芳香環などで構成された、棒状もしくは板状の剛直な化合物を示している。
ポリマー成分(B)は、共重合体において相分離を誘起させるものとして機能する。
前記化1中のR1は疎水性が強いほど膜表面の空気界面に垂直に配向しやすい性質を有
し、このためラメラ構造も基板に対して垂直に配向しやすい。したがってR1はC4以上のアルキル基、またはフッ素を含む炭化水素基であることが望ましい 。
ングアニオン重合やリビングラジカル重合、又は反応性末端基を有するポリマー同士のカップリング等により合成することができる。
さらに、反応性末端基を有するポリマー同士のカップリングとしては、例えば、末端にアミノ基を有する芳香環含有ポリマーと、末端に無水マレイン酸構造を有するポリ(メタ)アクリレートとを反応させてブロックコポリマーを得る方法等が挙げられる。
また、リビングアニオン重合法の場合は、こちらも先にリビングアニオン重合でポリマー成分(A)を合成し、その活性末端をキャップしたものを用いて引き続きリビングアニオン重合によりポリマー成分(B)とのブロック化を行う。
基本的にリビングアニオン重合の方が反応制御が難しいが、得られるブロックコポリマーの分布は狭くなるという特長がある 。
ポリマーの数平均分子量は、10,000以上30,000以下が好ましい。
分子量が高すぎると合成時に析出して分子量分布の狭いポリマーにならず、相分離時に均一な構造形成が達成できない。
ブロック共重合体展開溶液を調製するための、展開液としてはクロロホルムや、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、アセトン、エチルメチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、γ−ブチロラクトン、3−メトキシプロピオン酸メチル、ジエチルカーボネート等のエステル系溶媒、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル等のエーテル系溶媒、及びトルエン、キシレン、アニソール、テトラリン、テトラメチルベンゼン等の芳香族系溶媒、メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート等のセロソルブ系溶媒、乳酸エチル等の乳酸エステル類、プロピレングリコールモノエチルアセテート(PGMEA)などを用いることができる。
工程1:ブロック共重合体で基板上に膜を形成し、膜形成時に該共重合体が垂直方向にラメラ構造を構成する工程
工程2:いずれか一方のポリマー相を選択的に除去する工程
工程3:残存したポリマー相をマスクとして前記基板をエッチングして前記基板にミクロ相分離構造膜のパターンを転写する工程
工程2に関しては、1例を以下に述べる。
前記ミクロ相分離構造膜からいずれか一方のポリマー相を選択的に除去する方法としては、反応性イオンエッチング(RIE)や常圧プラズマを用いたエッチングを好適に用いることができる。
除去するポリマー相としては、液晶性を示すポリマー成分を除去することが作業上好ましい。ミクロ相分離構造膜に対して反応性イオンエッチングや常圧プラズマ処理を行うと、本開示で用いたブロック共重合体を構成するポリマー成分(A)及び液晶性を示すポリマー成分(B)では、ポリマー成分(B)の方がポリマー成分(A)に比べエッチングされる速度が大きいため、ポリマー成分(B)を先に除去することができる。
いずれか一方のポリマー相を選択的に除去した後、残存したポリマー相をマスクとして前記基板をエッチングして前記基板にミクロ相分離構造膜のパターンを転写する工程としては、特に限定されず公知の方法によれば良く、例えば、ドライエッチング又はウェットエッチングして、基板にミクロ相分離構造に対応するパターンを転写することが可能となる。
グローブボックス内でシュレンク管にポリマー成分(A)としてスチレン0.991g(9.53mmol)、テトラヒドロフラン(THF)15ml 、撹拌子を加えてセプタムキャップで密栓し、スチレンをTHFに溶解させた。
反応容器をアルゴン雰囲気下で−78℃に冷却し、s−ブチルリチウム8.14mg(0.127mmol)を添加。
20分撹拌後、ジフェニルエチレン(DPE)34.3mg (0.190mmol)/THF
5mlを添加。
さらに20分撹拌後、塩化リチウム16.5mg(0.389mmol)/THF5ml、
ポリマー成分(B)である11-(4-((E)-(4-Butylphenylimino)methyl)phenoxy)undecyl methacrylate(mCN)0.504g(1.02mmol)/THF7.5mlを添加。
自然に室温に戻し、一晩撹拌。
メタノール1mlを加え、反応をクエンチ。
反応液をメタノール325mlに滴下し、析出した固体を回収、真空乾燥して白色固体を得た。
以下に記載の試薬量で合成する以外は実施例1に同じである。
スチレン0.468g(4.50mmol)、THF7ml、
s−ブチルリチウム3.84mg(0.0599mmol)
DPE15.1mg(0.0838mmol)/THF2.5ml
塩化リチウム7.11mg(0.168mmol)/THF2.5ml、
mCN0.504g(1.02mmol)/THF3.5ml
以下に記載の試薬量で合成する以外は実施例1に同じである。
スチレン0.294g(2.83mmol)、THF4.4ml
s−ブチルリチウム2.42mg(0.0378mmol)
DPE12.4mg(0.0688mmol)/THF1.5ml
塩化リチウム5.84mg(0.138mmol)/THF1.5ml、
mCN0.504g(1.02mmol)/THF2.2ml
以下に記載の試薬量で合成する以外は実施例1に同じである。
スチレン0.402g(3.87mmol)、THF6ml、
s−ブチルリチウム1.98mg(0.0309mmol)
DPE8.35mg(0.0463mmol)/THF2ml
塩化リチウム3.93mg(0.0927mmol)/THF2ml、
mCN0.504g(1.02mmol)/THF3ml
以下に記載の試薬量で合成する以外は実施例1に同じである。
スチレン0.147g(1.41mmol)、THF2.2m
s−ブチルリチウム1.21mg(0.0189mmol)
DPE6.2mg(0.0344mmol)/THF0.75mlを
塩化リチウム2.92mg(0.0689mmol)/THF0.75ml、
mCN0.504g(1.02mmol)/THF1.1ml
以下に記載の試薬量で合成する以外は実施例1に同じである。
スチレン2.05g(19.7mmol)、THF30.7ml、
s−ブチルリチウム16.9mg(0.264mmol)
DPE86.5mg(0.480mmol)/THF10.2ml
塩化リチウム40.7mg(0.961mmol)/THF10.2ml、
mCN0.504g(1.02mmol)/THF15.3ml
Siウェハ上に製膜後の(表面)相分離構造評価
各実施例および比較例のブロック共重合体の2wt%クロロホルム溶液を調製し、Siウェハ上に2000rpm、30secの条件でスピンコート塗布した。
その後、140℃2hr熱処理を行い、ミクロ相分離膜を形成させた。
形成した膜をエスアイアイ・ナノテクノロジー社製Nano NaviII(E−sweep)を用いて以下の測定条件にて相分離構造を評価した。
測定温度:室温
共振周波数:250〜390kHz
測定モード:タッピングモード
リガク社製NANO−Viewer(MicroMax−007HF)を用いて以下の測定条件にてAFM評価用に作製した膜の2次元小角X線散乱分析を行う。
得られる2次元SAXSパターンから1次元SAXSプロファイルを得る。
1次ピークに対する高次ピークの相対比を算出する。
いることが確認できた 。
一方、比較例において、AFMでは垂直シリンダー構造の結果となり、構造解析においては整数値にはなっておらず、垂直ラメラ構造でないことが確認できた。
Claims (7)
- ブロック共重合体であって、
芳香環および/またはアルキル鎖を有するポリマー成分(A)と、液晶性を有するポリマー成分(B)とを含み、
該ポリマー成分(B)が疎水性有機基を有し、
ブロック共重合体中のポリマー成分(A)とポリマー成分(B)の合計重量を100とした時の、ポリマー成分(A)の重量分率が30重量%以上70重量%以下である、
ブロック共重合体。 - 前記ポリマー成分(A)が、ポリスチレン又はポリスチレン誘導体である請求項1記載のブロック共重合体。
- 前記ポリマー成分(B)が、以下の化1で表され、化1中のR1が疎水性有機基である請求項1記載のブロック共重合体
(化1中、Xは、Br、nは、3〜15の整数) - 前記疎水性有機基が、アルキル基、またはフッ素を含む炭化水素基である請求項3記載のブロック共重合体。
- 前記ポリマー成分(B)が、下記化2で表される請求項3または4に記載のブロック共重合体
(化1中、XはBr) - 前記ブロック共重合体が、リビング共重合により合成する請求項1乃至5いずれか1項に記載のブロック共重合体。
- 請求項1乃至6いずれか1項に記載のブロック共重合体で基板上に膜を形成し、膜形成時に該共重合体が垂直方向にラメラ構造を構成する工程
いずれかのポリマー相を選択的に除去する工程
残存したポリマー相をマスクとして前記基板をエッチングして前記基板にミクロ相分離構造膜のパターンを転写する工程とを有することを特徴とするパターン形成方法。
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JP2014174693A JP2016050223A (ja) | 2014-08-29 | 2014-08-29 | ブロック共重合体およびそれを用いたパターン形成方法 |
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JP2009260330A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-11-05 | Dainippon Printing Co Ltd | パターン形成方法 |
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