JP2018066005A - ブロックコポリマーのブレンドを含むナノ構造化組織体の周期を制御する方法 - Google Patents

ブロックコポリマーのブレンドを含むナノ構造化組織体の周期を制御する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】マイクロエレクトロニクス製品にとって重要な、機械的、音響的または光学的特性に影響するナノ構造化欠陥のほとんどないブロックコポリマーのブレンドのナノ構造組織体の周期を制御する方法の提供。
【解決手段】ブロックコポリマーのブレンドのナノ構造化組織体の周期を制御する方法であって、次の工程を含む。(1)該ブレンドが、異なる分子量を有するが、前記ブロックコポリマーの各ブロックの構成要素モノマーそれぞれの少なくとも1種類が同一である、2から5種類のブロックコポリマーのブレンド溶液を作成する。(2)該ブレンド溶液を表面またはモールド内へ堆積させる。(3)アニーリングする。
【選択図】なし

Description

本発明は、表面にまたはモールド内に堆積したブロックコポリマーのブレンドを含むナノ構造化組織体の周期を制御する方法に関する。ブロックコポリマーは、同一であるが、異なる分子量を呈する該ブロックコポリマーの各ブロックの構成要素モノマーそれぞれの少なくとも1種類を有することを特徴とする。該制御方法は、先に発表されていない機械的、音響的または光学的特性を呈するためにマイクロエレクトロニクス製品にて利用するマスクとして使用できる処理表面、またそれから得た物品にとって十分に重要である、ナノ構造化欠陥がほとんどない膜または物品の厚さを得ることを目的としている。
「周期」という用語は、異なる化学組成を有するドメインによって隔離された、同じ化学組成を有する2個の隣接ドメインを隔離している最小距離を意味すると理解される。
以下に続く本文を容易に読めるようにするために、ブロックコポリマーまたはブロックコポリマーのブレンドがひとたび表面に堆積またはたとえばモールド内で形成された場合の、あるもしくは他のブロックコポリマーの周期またはブロックコポリマーのブレンドの周期について述べる。
ブロックコポリマーを材料ならびにエレクトロニクスおよびオプトエレクトロニクス製品の分野で使用することは、ナノ構造を発現するその能力が要因で、今や周知である。この新規技術によって、2、3ナノメートルから数十ナノメートルに及ぶドメインサイズによる分解能を用いて、物品製造のためのおよびナノリソグラフィー調製のための高度な方法を使用できるようになる。
特に、100nmをはるかに下回るスケールでコポリマーを構成するブロックの配置を構造化することができる。あいにく、1回製造したナノリソグラフィー物品または調製物を、別の回の製造にて工業規模で同じドメイン寸法で再現することは困難である。
物品を製造する場合、その特性は、機械的、音響的または光学的のいずれでも、ドメインのサイズによって調節される。このため、周期の制御に関連しているドメインのサイズを微細に調整できることが重要である。
ナノリソグラフィーの場合、所望の構造化(たとえば表面に対して垂直なドメインの生成)には、具体的な条件、たとえば表面の調製(たとえば「中和」下層の堆積)たけでなく、たとえばブロックコポリマーの組成なども必要である。最適化は、ブロックの化学的性質、ブロックの重量比またはその長さのいずれかにかかわらず、産業の要求事項に可能な限り近い形態を、欠陥なく再現可能に得るために概して必要とされる。ブロックコポリマーの周期は、(複数の)ホモポリマーのブロックコポリマーへの添加によって、または異なる周期を有するブロックコポリマーをブレンドすることによっても、コポリマーの合成条件に従って変更することができる。
しかし、1回の合成と別の回の合成でモノマー単位をわずかに変動させることよってポリマーの周期に強い変動を引き起こすことができるため、合成条件の変動はむしろ望ましくないだけであり(Proc.of SPIE,Vol.8680,Alternative Lithographic Technologies V,86801Z,2013,Lawson et al.)、このためデバイスサイズのわずかな変動がその物理的特性に関するかなりの変化を引き起こすマイクロエレクトロニクスの方法においては、合成条件の変動を適用することは、むしろ有害となる。(複数の)ホモポリマーをブロックコポリマーに添加することは、的確な方法である。しかし、ホモポリマーを1種のみ添加すると、所望の周期が得られる前にブレンドの最終形態に関する変動が生じることがある。異なる周期を示すブロックコポリマーのブレンドも、目的とする周期を得ることを可能にする。しかし、出発成分が正しく選択されていないと、巨視的な相分離と最終形態に関する変動も生じ得ることが公知である(G.Hadziioannou et al.,Macromolecules,1982,15,267−271,D.Yamaguchi et al.,Macromolecules,2001,34,6495−6505,E.Sivaniah et al.,Macromolecules,2008,41,2584−2592)。さらにこの種のブレンドに関して報告された研究の非常に大多数が、物品またはマイクロエレクトロニクス製品の現行の製造方法とはあまり適合していない、ポリマーの自己組織化の技法を用いたバルク系の挙動(剪断、長い加熱時間など)に注がれている。ポリマーの汚染の問題(ブロックコポリマーのブロックの1つに、金属カチオンと容易に錯化する化学基が存在すること)、ある技術、たとえば全体がシリンダ状もしくは球状の形態の場合には多いが、基板に対して垂直なシリンダ型の形態ではほぼ不可能であるCMOS「相補型金属酸化物半導体」とは不適合である、ブロックの1種類をメタライズすること必要とする、基板中への膜の移行の問題を呈している、物品の、すなわち具体的な場合ではマイクロエレクトロニックトラックの製造に使用するにはあまり好ましくないコポリマー系(X.Zhang et al.,Macromolecules,2011,44,9752−9757)、または未だに厚すぎる膜(L.Kane et al.,Macromolecules,1996,29,8862−8870,S.Koizumi et al.,Macromolecules,1994,27,4371−4381)のどちらかに関連する、薄膜として組織化されたブレンドに関する研究はわずかであり、結果として、リソグラフィー用途に使用できる、表面に対して垂直に組織化される系に関する情報はほとんどない。それはともかく、バルクおよび「薄」膜の両方において、該研究は、その構成要素の相対的割合の関数としてのブレンドの周期の変化に関して異なり、この変化は不明瞭な線形変動からS字状の変動にまでおよび、ブレンドの周期はいくつかの場合において、周期が最大であるその純粋な構成要素よりも大きくなる可能性がある。周期を制御するために使用される方法(ホモポリマー、合成条件、ブロックコポリマーのブレンド)のいかんにかかわらず、ブロックコポリマーが通例、厚さ100nm未満の薄膜として組織化されるときに、その周期は、表面に近接している結果として、膜の厚さに従って2、3%変動し、これにより後者への制御の消失が常に引き起こされることに留意することも重要である。
本発明は、異なる分子量を有するブロックコポリマーのブレンドの使用に基づいているが、ブロックコポリマーの各ブロックの構成要素モノマーそれぞれの少なくとも1種類は同一である。個別に取ると、表面に堆積されたまたはモールド内に射出された各ブロックコポリマーは、周期によって特徴付けられる。
出願人の会社は今や、分子量は異なるが、それぞれ異なる周期を呈する、同一のブロックコポリマーの各ブロックの構成要素モノマーそれぞれの少なくとも1種類を有するブロックコポリマーのブレンドが、以下の利点を有することを見出した:−ブロックコポリマーをブレンドすることにより得た膜は欠陥を伴わず、同等の周期を有する純粋なブロックコポリマーよりも大きい厚さで垂直に構成することができるので、リソグラフィー用マスクとして使用できるようにするために、これらの膜ははるかに好都合である、−膜厚を不変とするために、ブレンドの周期はその構成要素それぞれの相対的割合の関数としての直線関係に従う。所与の膜厚でのブレンドの周期はこのため、すべてのブロックコポリマーが同じナノ構造(表面に対してシリンダ直交または平行、表面に対してラメラ直交または垂直、球状)を呈することを条件として、同じ膜厚でそれを構成しているコポリマーの周期を知ることだけで、きわめて低い誤差で見積もることができる。
−エレクトロニクス製品で好都合な周期の所与の範囲を含めるために、2種類のブロックコポリマーを使用する代わりに、ブロックコポリマーの相対周期が所望の周期範囲の各端に相当し、より近い周期のブロックコポリマーを使用することによって、ブレンドの周期がより良好に制御される。最後に、異なる分子量のコポリマーをブレンドすることに存する本発明の方法によって、分散度の低い(通例1.1未満)のブレンドされたコポリマーがと同じ周期を呈する1種類のみのブロックコポリマーの使用時に使用される温度に対して30から50℃低い温度にて、またはより短時間で、ブロックコポリマーを構造化するために必要なアニーリングを行うことができる。
これらの利点は、たとえばモールド内への射出またはシート形への押出によって得た物品の形で形成されたブロックコポリマーのブレンドにも移行することができる。このことにより、光学的、音響的または機械的特性を精密に改善して、複合特性、たとえば良好な透明度および高衝撃強度の折衷を実現することができる。
本発明は、ブロックコポリマーのブレンドのナノ構造化組織体の周期を制御する方法であって、該ブレンドが、異なる分子量を有するが、該ブロックコポリマーの各ブロックの構成要素モノマーそれぞれの少なくとも1種類が同一である、n種類のブロックコポリマーを含み、nが2から5の整数であり、以下の段階:
− 溶解したブロックコポリマーを含むブレンドとすること(blend)、
− 該ブレンド溶液の表面またはモールド内へ堆積させること(deposition)、
− アニーリングすること(annealing)
を含む方法に関する。
nが5を超えると、なお本発明の範囲内ではあるが、工業上の関心は低くなることを考慮すべきである。
ブロックコポリマーブレンドとブロックコポリマー単独の各種のサンプルの組織体の結果を示す。 各種サンプルの周期をA−Bブレンド中のBの体積分率関数として示す。AおよびBはそれぞれのブロックコポリマーである。 実施例1のように調製した表面に堆積させた23−50ブレンドを46単独と比較して検討する図である。 2種類のブロックコポリマーAおよびBの、実験周期と計算周期との差(nm)を示している。 電子顕微鏡(SEM)およびまたその2値化を使用して得たコポリマーブレンドの画像を示す。 異なる配位数および距離の欠陥の測定に関する説明に記載した技法による、配位および距離の欠陥およびその数を示す。 周期が23.05nmのコポリマーC22を用いた場合の、SEMおよび2値化画像を示す。 図7に対応する、配位数および距離の欠陥と、その数を示す。 周期が34.3nmのコポリマーC35を単独で用いた場合の、図7に対応する図である。 周期が34.3nmのコポリマーC35を単独で用いた場合の、図8に対応する図である。
「表面」という用語は、平坦または非平坦であり得る表面を意味すると理解される。非平坦である場合、表面はモールドの内面であることが可能であり、この場合、前記ブレンドでモールドを充填することによって物品を製造することが検討される。
「アニーリング」という用語は、溶媒が存在する場合に、溶媒の蒸発を可能にして、所望のナノ構造化を可能にする加熱段階を意味すると理解される。
本発明の方法によって処理される表面のブロックコポリマーのナノ構造化は、ヘルマン−モーガン記号によるシリンダ状(六方対称(基本六方格子対称「6mm」)、または正方対称(基本正方格子対称「4mm」))、球状(六方対称(基本六方格子対称「6mm」または「6/mmm」)、または正方対称(基本正方格子対称「4mm」)または立方対称(格子対称m1/3m))、ラメラ状もしくは螺旋状などの形を取ることができる。好ましくは、非制限的な選択肢として、ナノ構造化が取る好ましい形は、六方シリンダ型またはラメラ状である。
本発明によって処理した表面上にブロックコポリマーが自己組織化する方法は、熱力学法則によって制御される。自己組織化によってシリンダ型の形態が生じる場合、各シリンダは、欠陥がなければ6個の等距離にある隣接したシリンダによって包囲される。このためいくつかのタイプの欠陥を特定することができる。第1のタイプは、配位数欠陥としても公知である、ブロックコポリマーの配列を構成するシリンダ周囲の隣接物の数の評価に基づいている。検討中のシリンダを5または7個のシリンダが包囲している場合、配位数欠陥が存在すると見なされる。第2のタイプの欠陥では、検討中のシリンダを包囲しているシリンダの間の平均距離を検討する[W.Li,F.Qiu,Y.Yang and A.C.Shi,Macromolecules,43,2644(2010);K.Aissou,T.Baron,M.Kogelschatz and A.Pascale,Macromol.,40,5054(2007);R.A.Segalman,H.Yokoyama and E.J.Kramer,Adv.Matter.,13,1152(2003);R.A.Segalman,H.Yokoyama and E.J.Kramer,Adv.Matter.,13,1152(2003)]。2個の隣接体間のこの距離が2個の隣接体間の平均距離の2%より大であると、欠陥が存在していると見なされる。これらの2つのタイプの欠陥を決定するために、関連付けされたボロノイ構造およびドロネー三角形分割が従来使用されている。画像の2値化の後、各シリンダの中心が特定される。続いてドロネー三角形分割によって、一次隣接体の数を特定して、2個の隣接体間の平均距離を計算することが可能となる。このため欠陥の数を決定することができる。
このカウント法は、Tiron et al.による論文(J.Vac.Sci.Technol.B,29(6),1071−1023,2011)に記載されている。
最後のタイプの欠陥は、表面に堆積されたブロックコポリマーのシリンダの角度に関する。ブロックコポリマーが表面に対してもはや垂直ではないが、表面に対して平行にまたは90°より小さい角度に置かれている場合、配向の欠陥が出現したものと見なされる。
本発明の方法によって、配向の、配位数の、または距離および大型の微結晶表面の欠陥が最小限である膜の形のナノ構造化組織体を得ることができる。
ブロックコポリマーのブレンドは、表面への堆積および溶媒の蒸発後に薄膜の製造が所望である場合に溶媒を使用して、または剪断の存在下もしくは非存在下で、たとえばモールド内への射出後に物品を製造することが所望である場合にフローイングもしくは溶融によってのどちらかで調製できる。
関連付けられた形態が何であれ、ジブロック、線形もしくは星型分岐トリブロック、または線形、櫛形もしくは星型分岐マルチブロックコポリマーが包含されているか否かにかかわらず、いずれのブロックコポリマーも本発明の状況で使用可能であり、該ブロックコポリマーの各ブロックの構成要素モノマーそれぞれの少なくとも1種類は同一であるが、異なる分子量を呈する。好ましくはジブロックまたはトリブロックコポリマーが、より好ましくはジブロックコポリマーが包含される。
本発明の状況において、n種類のブロックコポリマーをブレンドすることができ、nは2および5の(2と5を含む)整数である。好ましくは、nは2または3に等しく、より好ましくは、nは2に等しい。しかし、nが5を超えると、なお本発明の範囲内ではあるが、工業上の関心は低くなることを考慮すべきである。
コポリマーは当業者に公知のいずれの技法によっても合成可能であり、この中でも重縮合、開環重合またはアニオン、カチオンまたはラジカル重合が挙げられ、いくつかの重合技法が併用(たとえば1種類のブロックにアニオン、他のブロックにラジカル)できることにより、これらの技法を制御することまたは制御しないことが可能である。コポリマーをラジカル重合によって調製する場合、ラジカル重合はいずれの公知の技法、たとえばNMP(「ニトロキシド媒介重合」)、RAFT(「可逆的付加開裂移動」)、ATRP(「原子移動ラジカル重合」)、イニファータ(INIFERTER)(「開始剤−移動−停止」)、RITP(「逆ヨウ素移動重合」)またはITP(「ヨウ素移動重合」)によっても制御できる。
本発明の好ましい形により、コポリマーは制御ラジカル重合により、より詳細にはなおニトロキシド媒介重合によって調製され、ニトロキシドは特にN−(tert−ブチル)−1−ジエチルホスホノ−2,2−ジメチルプロピルニトロキシドである。
本発明の第2の好ましい形により、コポリマーはアニオン重合によって調製される。
重合をラジカル方式で行う場合、ブロックコポリマーの構成要素モノマーは、以下のモノマー:少なくとも1つのビニル、ビニリデン、ジエン、オレフィン、アリルまたは(メタ)アクリルモノマーより選ばれる。本モノマーは、より詳細にはビニル芳香族モノマー、たとえばスチレンまたは置換スチレン、特にα−メチルスチレン、シリル化スチレン、アクリルモノマー、たとえばアクリル酸またはその塩、アルキル、シクロアルキルまたはアリールアクリレート、たとえばメチル、エチル、ブチル、エチルヘキシルまたはフェニルアクリレート、ヒドロキシアルキルアクリレート、たとえば2−ヒドロキシエチルアクリレート、エーテルアルキルアクリレート、たとえば2−メトキシエチルアクリレート、アルコキシまたはアリールオキシポリアルキレングリコールアクリレート、たとえばメトキシポリエチレングリコールアクリレート、エトキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシポリプロピレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコールアクリレートまたはその混合物、アミノアルキルアクリレート、たとえば2−(ジメチルアミノ)エチルアクリレート(ADAME)、フルオロアクリレート、シリル化アクリレート、リン含有アクリレート、たとえばアルキレングリコールアクリレートホスフェート、グリシジルアクリレートまたはジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、メタクリルモノマー、たとえばメタクリル酸またはその塩、アルキル、シクロアルキル、アルケニルまたはアリールメタクリレート、たとえばメチル(MMA)、ラウリル、シクロヘキシル、アリル、フェニルまたはナフチルメタクリレート、ヒドロキシアルキルメタクリレート、たとえば2−ヒドロキシエチルメタクリレートまたは2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、エーテルアルキルメタクリレート、たとえば2−エトキシエチルメタクリレート、アルコキシ−またはアリールオキシポリアルキレングリコールメタクリレート、たとえばメトキシポリエチレングリコールメタクリレート、エトキシポリエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリプロピレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコールメタクリレートまたその混合物、アミノアルキルメタクリレート、たとえば2−(ジメチルアミノ)エチルメタクリレート(MADAME)、フルオロメタクリレート、たとえば2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、シリル化メタクリレート、たとえば3−メタクリロイルオキシオキシプロピルトリメチルシラン、リン含有メタクリレート、たとえばアルキレングリコールメタクリレートホスフェート、ヒドロキシエチルイミダゾリドンメタクリレート、ヒドロキシエチルイミダゾリジノンメタクリレートまたは2−(2−オキソ−1−イミダゾリジニル)エチルメタクリレート、アクリロニトリル、アクリルアミドまたは置換アクリルアミド、4−アクロイルモルホリン、N−メチロールアクリルアミド、メタクリルアミドまたは置換メタクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライド(MAPTAC)、グリシジルメタクリレート、ジシクロペンチルオキシエチルメタクリレート、イタコン酸、マレイン酸またはその塩、無水マレイン酸、アルキルまたはアルコキシ−またはアリールオキシポリアルキレングリコールマレエートまたはヘミマレエート、ビニルピリジン、ビニルピロリジノン、(アルコキシ)ポリ(アルキレングリコール)ビニルエーテルまたはジビニルエーテル、たとえばメトキシポリ(エチレングリコール)ビニルエーテルまたはポリ(エチレングリコール)ジビニルエーテル、オレフィンモノマー、中でも挙げられるエチレン、ブテン、ヘキセンおよび1−オクテン、ブタジエンまたはイソプレンを含むジエンモノマーならびにフルオロオレフィンモノマーおよびビニリデンモノマー、中でも挙げられるビニリデンフルオリドより、単独でまたは少なくとも2種類の上述のモノマーの混合物として選ばれる。
好ましくは、ブロックコポリマーは、ブロックコポリマーであって、そのブロックの一方がスチレンモノマーを含み、その他方のブロックがメタクリルモノマーを含むブロックコポリマーで構成され;より好ましくは該ブロックコポリマーは、ブロックコポリマーであって、そのブロックの一方がスチレンを含み、その他方のブロックがメチルメタクリレートを含むブロックコポリマーで構成されている。
本発明の好ましい状況において、特許EP 0 749 987に記載されているようなマイクロミキサーを包含する、非極性溶媒、好ましくはトルエン中でのアニオン重合法が使用される。以下のもの:少なくとも1つのビニル、ビニリデン、ジエン、オレフィン、アリルまたは(メタ)アクリルモノマーより選ばれるモノマーが好ましいこれらのモノマーは、より詳細にはビニル芳香族モノマー、たとえばスチレンまたは置換スチレン、特にα−メチルスチレン、シリル化スチレン、アクリルモノマー、たとえばアルキル、シクロアルキルまたはアリールアクリレート、たとえばメチル、エチル、ブチル、エチルヘキシルまたはフェニルアクリレート、エーテルアルキルアクリレート、たとえば2−メトキシエチルアクリレート、アルコキシ−またはアリールオキシポリアルキレングリコールアクリレート、たとえばメトキシポリエチレングリコールアクリレート、エトキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシポリプロピレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコールアクリレートまたその混合物、アミノアルキルアクリレート、たとえば2−(ジメチルアミノ)エチルアクリレート(ADAME)、フルオロアクリレート、シリル化アクリレート、リン含有アクリレート、たとえばアルキレングリコールアクリレートホスフェート、グリシジルアクリレートまたはジシクロペンチルオキシエチルアクリレート、アルキル、シクロアルキル、アルケニルまたはアリールメタクリレート、たとえばメチル(MMA)、ラウリル、シクロヘキシル、アリル、フェニルまたはナフチルメタクリレート、エーテルアルキルメタクリレート、たとえば2−エトキシエチルメタクリレート、アルコキシ−またはアリールオキシポリアルキレングリコールメタクリレート、たとえばメトキシポリエチレングリコールメタクリレート、エトキシポリエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリプロピレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコールメタクリレートまたその混合物、アミノアルキルメタクリレート、たとえば2−(ジメチルアミノ)エチルメタクリレート(MADAME)、フルオロメタクリレート、たとえば2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、シリル化メタクリレート、たとえば3−メタクリロイルオキシプロピルトリメチルシラン、リン含有メタクリレート、たとえばアルキレングリコールメタクリレートホスフェート、ヒドロキシエチルイミダゾリドンメタクリレート、ヒドロキシエチルイミダゾリジノンメタクリレートまたは2−(2−オキソ−1−イミダゾリジニル)エチルメタクリレート、アクリロニトリル、アクリルアミドまたは置換アクリルアミド、4−アクリロイルモルホリン、N−メチロールアクリルアミド、メタクリルアミドまたは置換メタクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライド(MAPTAC)、グリシジルメタクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート、無水マレイン酸、アルキルまたはアルコキシ−またはアリールオキシポリアルキレングリコールマレエートまたはヘミマレエート、ビニルピリジン、ビニルピロリジノン(アルコキシ)ポリ(アルキレングリコール)ビニルエーテルまたはジビニルエーテル、たとえばメトキシポリ(エチレングリコール)ビニルエーテルまたはポリ(エチレングリコール)ジビニルエーテル、オレフィンモノマー、中でも挙げられるエチレン、ブテン、ヘキセンおよび1−オクテン、ブタジエンまたはイソプレンを含むジエンモノマーならびにフルオロオレフィンモノマーおよびビニリデンモノマー、中でも挙げられるビニリデンフルオリド、ラクトン、ラクチド、グリコリド、環式カーボネートまたはシロキサンより、アニオン重合法と適合させるために適切に保護されている場合に、単独で、または少なくとも2種類の上述のモノマーの混合物として選ばれる。
本発明の別の形により、ブロックコポリマーブレンドであって、そのブロックの一方がスチレンおよび少なくとも1種類のコモノマーXを含み、その他方のブロックがメチルメタクリレートおよび少なくとも1種類のコモノマーYを含み、Xが以下のもの:水素添加または部分水素添加されたスチレン、シクロヘキサジエン、シクロヘキサン、1個以上のフルオロアルキルまたはシリル化アルキル基によって置換されたスチレン、またその混合物から選ばれ、Xの重量割合が、スチレンを含むブロックに対して1%から99%の、好ましくは2%から20%の範囲であり;Yが以下のもの:フルオロアルキル(メタ)アクリレート、特にトリフルオロエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、粒状アクリレート、たとえばイソボルニルアクリレートまたはハロゲン化イソボルニルアクリレート、ハロゲン化アルキルアクリレート、ナフチルアクリレート、トリメチルシリルアクリレート、フッ素化基を含むことができる多面体オリゴマーシルセスキオキサンアクリレートまたその混合物から選ばれ、Yの重量割合が、メチルメタクリレートを含むブロックに対して1%から99%の、好ましくは2%から20%の範囲である、ブロックコポリマーブレンドが検討される。
本発明で使用するブロックコポリマーは、それぞれ以下の特性を呈する:
1000から300000g/mol、好ましくは10000から250000kg/mol、より好ましくは32000から150000の数平均分子量および1から3、好ましくは1から2の分散指数。
2種類のブロックコポリマーのブレンドの場合、ブロックコポリマーのブレンド中のブロックコポリマーの重量割合は1%から99%まで変動する。
2種類のブロックコポリマーを使用する本発明の第1の好ましい形により、周期の差が25から40nmのブロックコポリマーが選ばれる。本具体的な選択肢は、計算および実験データと比較した場合に、ブレンドブロックコポリマーの周期の制御を最大1.4nmに維持しながら、欠陥が最小限の膜を製造するのに好都合である。
2種類のブロックコポリマーを使用する本発明の第2の好ましい形により、周期の差が1から25nmの、好ましくは13から17nmのブロックコポリマーが選ばれる。本具体的な選択肢は、計算および実験データと比較した場合に、ブレンドブロックコポリマーの周期が通例0.6nm未満にきわめて精密に制御され、欠陥のレベルが検討中の用途に適合している膜の製造に好都合である。
本発明の状況で使用するコポリマーのブレンドは、各ブロックコポリマーの乾燥粉末または1種類以上の溶媒に溶解されたブロックコポリマーの溶液のどちらかから製造可能であり、中でもプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、エトキシエチルプロピオネート、アニソールまたはトルエンが挙げられる。好ましくは、溶媒はPGMEAである。
本発明の状況で使用されるコポリマーのブレンドは、1つ以上の添加剤、たとえば界面活性剤、UV安定剤または抗酸化剤、架橋を可能にする化合物またはUV感受性開始剤を含むことができる。
ブロックコポリマー溶液から出発してn種類のブロックコポリマーのブレンドを使用する場合、溶媒蒸発後に表面に堆積した、nmで表されるブレンドの周期は、以下の式によって計算できる:
Figure 2018066005

式中、fはi溶液中のiブロックコポリマーの体積分率であり、L0は溶媒蒸発後のiブロックコポリマーの周期である。
体積分率fは、IUPACによって、本ブレンドを製造するために使用した溶液中の成分すべての体積の和で割ったi溶媒中の成分iの体積として定義されている。容易にするために、iブロックコポリマーの溶液すべてが同じ濃度を有しているが、異なる濃度を使用して、それに従って式を適応させることができる。
2種類のブロックコポリマーAおよびBのブレンドを使用する場合、表面に堆積された、nmで表されるブレンドの周期は、以下の式によって計算できる:
Figure 2018066005

式中、fおよびfはブロックコポリマーAおよびBの2つの溶液の体積分率であり、L0およびL0は、nmで表した、表面に堆積された2種類のブロックコポリマーAおよびBの周期である。
式は以下のように表すこともできる:
Figure 2018066005

式中、SCAおよびSCBは、AおよびB溶液の固体含有率である。
本発明において、体積分率fまたはfは、本ブレンドを製造するために使用した成分AおよびBの溶液の体積の和で割った成分AまたはBの溶液の体積である。
ブロックコポリマーのブレンドは、多様な応用可能な方法、たとえばナノスケールでの物品、ナノ構造化膜の製造、リソグラフィー(リソグラフィーマスク)、メンブレンの製造、表面の官能化およびコーティング、インクおよびコンポジットの製造、表面のナノ構造化、トランジスタ、ダイオードまたは有機メモリセルの製造で使用できる。
本発明の方法により、厚さが10nm以上400nm未満の、好ましくは40から400nmの、より好ましくは40から150nmのフィルムを得ることが可能となる。
本発明は特に、リソグラフィー物品またはマスクを製造するための本発明の主題である方法の使用に、得られたマスクおよび物品に、ならびにナノスケールで構造化されたブロックコポリマーの膜に関する。
しかし、リソグラフィーの場合、所望の構造化(たとえば表面に対して垂直なドメインの生成)には、表面エネルギーを制御する目的でポリマーのブレンドが堆積される表面の調製が必要である。公知の可能性のうち、ランダムコポリマーが表面に堆積され、該ランダムコポリマーのモノマーは、堆積することが所望であるブロックコポリマーで使用されるモノマーとすべてまたは一部が同一であることが可能である。初期の論文では、Mansky et al.(Science,Vol.275,pages 1458−1460,1997)が、今や当業者に周知である本技術をよく説明している。
好ましい表面の中で、ケイ素、天然または熱酸化物を呈するケイ素、ゲルマニウム、プラチナ、タングステン、金、窒化チタン、グラフェン、BARC(下面反射防止コーティング)またはリソグラフィーで使用されるその他の反射防止層で構成された表面が挙げられる。
該表面は、「フリー」(トポロジー的観点および化学的観点の両方から、平坦および均質な表面)であると言えるか、またはブロックコポリマー「パターン」の誘導のための構造を呈することができ、本誘導は、化学誘導型(「ケミカルエピタキシー」による誘導」として公知)であるか、または物理/トポロジー誘導型(「グラフォエピタキシーによる誘導」として公知)であるかにかかわらない。
表面がいったん調製されると、ブロックコポリマーブレンドの溶液を堆積させ、次に溶媒を当業者に公知の技法、たとえばスピンコーティング、ドクターブレード、ナイフシステムまたはスロット・ダイ・システム技法によって蒸発させるが、他のいずれの技法、たとえば乾式堆積、すなわち予備溶解を包含しない堆積も使用できる。
熱処理または溶媒蒸気による処理、2つの処理の組合せまたはブロックコポリマーのブレンドを正しく組織化させる当業者に公知の他のいずれかの処理を次に行う。
本発明の方法によって、これらの欠陥が堆積したブロックコポリマーの配向の欠陥、配位数欠陥または距離欠陥であるかにかかわらず、欠陥がより少ないフィルムを得ることができる。このため本発明の方法によって、分散度の低い(通例1.1未満)単一のブロックコポリマーで得たものと比べて、より大きい単結晶表面を有する膜を製造できる。「単結晶表面」という用語は、表面の選ばれた方向および欠陥によって限定された境界が何であれ、配向、距離または配位数の欠陥にかかわらず、堆積したブロックコポリマー(または複数のブロックコポリマー)の形態が完全に秩序化され、配向、距離または配位数の欠陥がなく、通例、固有周期の数倍の長周期性または準周期性並進秩序/ブロックコポリマー(または複数のブロックコポリマー)の単位胞を呈する表面を意味すると理解される。
以下の実施例は、本発明の範囲を非限定的に例証する:
Arkema社からNanostrength EO(登録商標)、具体的にはC22、C35およびC50グレードという名称で入手可能な3種類のポリマー溶液(PGMEA中1%)を使用し、C22、C35およびC50グレードは、表面上にいったん個別に堆積させると、等しい膜厚でそれぞれ23.05、34.3および49.7nmの周期を呈する。
これらのブロックコポリマーは、EP 0 749 987、EP 0 749 987およびEP 0 524 054に記載されたプロトコルに従って調製されたPS−b−PMMAコポリマーであり、検討中のブロックコポリマーを合成終了時に、非溶媒、たとえば体積で80/20のシクロヘキサン/ヘプタンの混合物から沈殿させて回収する。
これらは以下の特徴を呈する:
C22:
Mn=35.5kg/mol
Mw/Mn=1.09
PS/PMMA重量比=69/31
C35:
Mn=61.4kg/mol
Mw/Mn=1.09
PS/PMMA重量比=66.3/33.7
C50:
Mn=104.8kg/mol
Mw/Mn=1.15
PS/PMMA重量比=64.3/35.7
PSブロックの合成後、PS標準を用いてサンプルをSEC(サイズ排除クロマトグラフィー)によって分析する。ブロックコポリマーをプロトンNMRによっても分析して、PS/PMMA比を決定する。次に、ブロックコポリマー中のPS比およびPSブロックの分子量からブロックコポリマーの分子量を計算する。最後に、PS標準を用いてSECから分散度を得る。
重量分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比に対応する分子量および分散指数は、SEC(サイズ排除クロマトグラフィー)によって、BHTで安定させたTHF溶媒中で2個の直列のAgilent 3μm ResiPoreカラムを流量1ml/分で40℃にて使用して、1g/lの濃度のサンプルを用い、Easical PS−2 prepared packを使用してポリスチレンの段階的サンプルにより事前の較正を行って得る。
PS/PMMA重量比は、Bruker 400装置にてプロトンNMRにより、PSの5個の芳香族プロトンおよびPMMAのメトキシの3個のプロトンを積分することによって得る。
表面上にいったん個別に堆積させると、等しい膜厚でそれぞれ23.05、34.3および49.7nmの周期を呈するC22、C35およびC50コポリマーをそれぞれ使用して、3種類のPS−b−PMMAコポリマー溶液(PGMEA中1%)を調製する。
続いて、これらのブロックコポリマー溶液を23、35および50と呼ぶ。
本発明は、他に由来する他のブロックコポリマーを使用しても行うことができる。
実施例1:
以下のブレンドを調製する:
23−35ブレンド:3:1、1:1および1:3の割合(体積/体積)。
35−50ブレンド:3:1、1:1および1:3の割合(体積/体積)。
23−50ブレンド:3:1、1:1および1:3の割合(体積/体積)。
ブロックコポリマー溶液単独(23、35および50)も検討する。
以下の方法で溶液を表面上に堆積させる:表面の調製、SiOへのグラフト:シリコンウェーハ(結晶配向{100})を手動で3×4cm片に切断して、ピラニア処理(HSO/H 2:1(v:v))によって15分間洗浄し、次に脱イオン水ですすぎ、官能化直前に窒素流下で乾燥させる。Mansky et al.(Science,1997,1458)が記載したように手順を続けるが、1つだけ変更する(アニーリングを真空下でなく、周囲雰囲気下で行う。)。WO20121400383の実施例1および実施例2(コポリマー11)に記載されたプロトコルに従って、NMP技術を使用して制御したラジカル重合によって調製した、分子量が12280g/mol、PS/PMMA比が74/26のランダムPS−r−PMMAコポリマーは、表面の中和を行い、1.5重量%を得るためにトルエンに溶解させる。厚さ約90nmのフィルムを得るために、本溶液を新たに洗浄したウェーハ上に手渡しで分配し、次に700回転/分にてスピンコーティングによって塗布する。次に、事前に、周囲雰囲気下で可変時間にわたって所望の温度に到達させた加熱プレート上に、基板を単に積載する。次に、未グラフトのポリマーを表面から除去するために基板を超音波処理により数回のトルエン浴中で2、3分間洗浄して、次に窒素流下で乾燥させる。本手順によって、トルエンを区別なくPGMEAに代えられることに留意できる。
スチレンおよびMMA組成を中和に適するように選ぶという条件で、他のいずれのコポリマーも、通例はManskyが使用したようなランダムP(MMA−co−スチレン)コポリマーを使用することができる。
続いて、ブロックコポリマーの溶液またはブロックコポリマーのブレンド(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート中1重量%)を前処理した表面上にスピンコーティングによって堆積させて、次に溶媒を蒸発させて、形態を確定させる時間を取るために、熱アニーリングを230℃にて少なくとも5分間行う。
ブロックコポリマーまたはブロックコポリマーのブレンドの膜厚が40nmを超えて400nm未満、好ましくは40から150nmとなるように操作を行う。通例、堆積用溶液(PGMEA中1%)を2.7×2.7cmサンプル上に100回転/分のスピンコートによって堆積させる。
図1には、ブロックコポリマーのブレンドおよびまたブロックコポリマー単独の各種のサンプルの組織体の結果を示す。これらの画像は、日立製CD−SEM H9300により走査型電子顕微鏡法を行って得る。
ブロックコポリマーまたはそのブレンドの周期は、以下の方法で測定する:SEM画像は、米国国立衛生研究所が開発し、インターネットにて無料で入手可能な画像処理および分析のための「imageJ」マルチプラットフォームおよびオープン・ソース・ソフトウェアによって処理する。画像をまず最初に較正して、次に2値化する。表面に対して垂直に配向したシリンダを表す各楕円のユークリッド座標を決定する。次に画像の各楕円の第一の各隣接体間の距離を決定して、次にデータを出現頻度によって処理し、このように得た曲線のパラメータガウス型の調整に従って見積もり、周期を精密に測定することができる。
図2に、各種のサンプルの周期をA−Bブレンド中のBの体積分率関数として示し、AおよびBはそれぞれのブロックコポリマーである。
ブレンドの周期の線形変化がここで明らかに見られる。
このため、2種類のブロックコポリマーの量をそれぞれ変更することによって、周期を微細に調整することができる。
実施例2:
本実施例において、単一のブロックコポリマーを使用することと比較して、ブロックコポリマーのブレンドを使用することの利点が示される。ブロックコポリマーのブレンドは、周期を微細に調整できることに加え、同じ大きい厚さ(通例35nm超)にブロックコポリマーを1種類のみ使用する場合に見られるものと比べて、配向欠陥のない厚さの大きいブロックコポリマーの層を確立することができる。このために、周期が等しい(約46−47nm)2種類のブロックコポリマーのブレンドおよびブロックコポリマーを比較する。46nmの周期を目標とする割合でブレンドしたブロックコポリマー23および50を、特徴が以下の通りであるサンプルC46(46)と比較する:
Nanostrength EO(登録商標)C46:
Mn=85.7kg/mol
Mw/Mn=1.16
PS/PMMA重量比=69.9/30.1
周期:46nm
図3において、実施例1のように調製した表面に堆積させた23−50ブレンドを46単独と比較して検討する。ブロックコポリマーの欠陥、この場合は配向欠陥の量を最小限に抑えるためにブレンドを使用する利点がここで明らかに見られる。たとえば40nmの厚さおよび全く同一の周期では、ブレンドが配向欠陥を一切呈さないのに対して、単独で使用したブロックコポリマーは、非常に多数の配向欠陥、すなわち横になって、もはや垂直でないシリンダに相当する暗領域を呈する。
膜厚の測定は、Prometrix UV1280エリプソメータで行う。
実施例3:
本実施例では、実施例1で行ったような表面に堆積させたブロックコポリマーのブレンドの周期の予測精度を、実験測定と比較して評価する。図4において、2種類のブロックコポリマーAおよびBの形態をキャラクタリゼーションする周期間の差が最大27nmの差であり、それぞれの周期がAでは23.05nm、Bでは49.7nmであると、予測と実測との間には約1.5nmの差があることがそこで見出される。
Aが23.05の値、Bが34.3の値を取る場合、この差は0.2nm付近であり、これが本発明の主題である該方法の精度を示している。
実施例4:
本実施例において、配位数および距離の欠陥を減少させるためにブロックコポリマーのブレンドを使用することの利点が示される。
このために、周期が23.05nmのコポリマーC22を、周期が34.3nmのコポリマーC35と13/87の体積割合でブレンドする。このブレンドをすでに記載した技法に従って堆積させる。
さらにコポリマーC35をすでに記載した同じ技法に従って堆積させる。
電子顕微鏡(SEM)およびまたその2値化を使用して得たコポリマーブレンドの画像を図5に示す。
異なる配位数および距離の欠陥の測定に関する説明に記載した技法に従って、配位および距離の欠陥およびその数も図6に示す。配位数の欠陥が84、距離の欠陥が9とカウントされている。
周期が23.05nmのコポリマーC22を、周期が34.3nmのコポリマーC35と30/70の体積割合でブレンドして、該操作を反復する。このブレンドをすでに記載した技法に従って堆積させる。
同様に、SEMおよび2値化画像を図7に示し、配位数および距離の欠陥と、その数も図8に示す。この場合、配位数の欠陥が71、距離の欠陥が11とカウントされている。
続いて、周期が34.3nmのコポリマーC35を単独で用いて、該手順を行う(図9および10)。この場合、より多くの配位数の欠陥(142)およびわずかに多い距離の欠陥(12)が観察される。
コポリマーがブレンドされた両方の場合で、配位数または距離にかかわらず、欠陥数の減少が見出される。

Claims (28)

  1. ブロックコポリマーのブレンドのナノ構造化組織体の周期を制御する方法であって、該ブレンドが、異なる分子量を有するが、前記ブロックコポリマーの各ブロックの構成要素モノマーそれぞれの少なくとも1種類が同一である、n種類のブロックコポリマーを含み、nが2から5の整数であり、次の段階:
    − 溶解したブロックコポリマーを含むブレンドとすること、
    − 該ブレンド溶液を表面またはモールド内へ堆積させること、
    − アニーリングすること
    を含む、方法。
  2. 配向、配位数または距離の最小限の欠陥と、大きい単結晶表面を呈する、請求項1に記載の方法。
  3. nが2に等しい、請求項1または2に記載の方法。
  4. nmで表される前記周期が、次の式:
    Figure 2018066005

    (式中、fはi溶液中のiブロックコポリマーの体積分率であり、L0は溶媒除去蒸発後のiブロックコポリマーの周期であり、前記体積分率fは、IUPACによって、該ブレンドを製造するために使用される溶液中の成分すべての体積の和で割ったi溶液中の成分iの体積として定義される)
    に従う、請求項1に記載の方法。
  5. 前記ブロックコポリマーの周期の差が25から40nm(臨界値を含む)である、請求項1または2に記載の方法。
  6. 前記ブロックコポリマーの周期の差が1から25nm(臨界値を含む)である、請求項1または2に記載の方法。
  7. 前記ブロックコポリマーがジブロックコポリマーである、請求項5または6に記載の方法。
  8. 前記ブロックコポリマーがスチレンモノマーを含む、請求項7に記載の方法。
  9. 前記ブロックコポリマーがメタクリルモノマーを含む、請求項7に記載の方法。
  10. 前記ブロックコポリマーがPS−PMMAコポリマーである、請求項7に記載の方法。
  11. 前記ブロックコポリマーの数平均分子量が1000から300000g/molである、請求項1または2に記載の方法。
  12. 前記ブロックコポリマーのブレンド中のブロックコポリマーの重量割合が1%から99%まで変動する、請求項7に記載の方法。
  13. 前記ブロックコポリマーが制御ラジカル重合によって調製される、請求項1または2に記載の方法。
  14. ニトロキシド媒介ラジカル重合が行われる、請求項13に記載の方法。
  15. ニトロキシド媒介ラジカル重合が行われ、ニトロキシドがN−(tert−ブチル)−1−ジエチルホスホノ−2,2−ジメチルプロピルニトロキシドである、請求項14に記載の方法。
  16. 前記ブロックコポリマーがアニオン重合によって調製される、請求項1または2に記載の方法。
  17. 前記ブロックコポリマーが開環重合によって調製される、請求項1または2に記載の方法。
  18. 厚さが10nmを超えて400nm未満のフィルムを得ることができる、請求項1または2に記載の方法。
  19. 厚さが40nmを超えて400nm未満のフィルムを得ることができる、請求項1または2に記載の方法。
  20. 前記表面がフリーである、請求項1または2に記載の方法。
  21. 前記表面がガイダンス構造を呈する、請求項1または2に記載の方法。
  22. 前記アニールが熱処理によって行われる、請求項1または2に記載の方法。
  23. 前記アニールが溶媒蒸気処理によって行われる、請求項1または2に記載の方法。
  24. 前記アニールが熱処理および溶媒蒸気処理の組合せによって行われる、請求項1または2に記載の方法。
  25. 前記ブロックコポリマーが1と3の間の分散度を呈する、請求項1または2に記載の方法。
  26. 前記ブロックコポリマーが1と3の間の分散度を呈する、請求項1または2に記載の方法。
  27. ナノメートルスケールでリソグラフィー物品、マスクまたはナノ構造化膜を生成するための、請求項1から26のいずれか一項に記載の方法の使用。
  28. 請求項27によって得られるリソグラフィー物品またはマスク。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3032713A1 (fr) * 2015-02-18 2016-08-19 Arkema France Procede de reduction des defauts dans un film ordonne de copolymeres a blocs
FR3032714A1 (fr) * 2015-02-18 2016-08-19 Arkema France Procede de reduction du temps d'assemblage des films ordonnes de copolymeres a blocs
FR3032712A1 (fr) * 2015-02-18 2016-08-19 Arkema France Procede d'obtention de films ordonnes epais et de periodes elevees comprenant un copolymere a blocs
US11654399B2 (en) * 2015-03-17 2023-05-23 President And Fellows Of Harvard College Method for micromolding a polymeric membrane having a pore array
JP6974459B2 (ja) * 2016-11-30 2021-12-01 エルジー・ケム・リミテッド 高分子組成物
KR102088444B1 (ko) * 2016-11-30 2020-03-12 주식회사 엘지화학 고분자 조성물
JP6822561B2 (ja) 2016-11-30 2021-01-27 エルジー・ケム・リミテッド 積層体
CN111341658A (zh) * 2020-02-05 2020-06-26 中国科学院微电子研究所 一种层图案化方法和半导体器件、集成电路和电子设备
CN113736207B (zh) * 2021-08-17 2023-05-02 复旦大学 多组份表面化有机-无机复合纳米粒子及制备方法和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009520074A (ja) * 2005-12-16 2009-05-21 アーケマ・インコーポレイテッド 低表面エネルギーブロック共重合体の製造方法及び用途
JP2010144120A (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 Kyoto Univ 高分子薄膜及びパターン媒体並びにこれらの製造方法
US20110097559A1 (en) * 1999-03-30 2011-04-28 Hawker Craig J Supramolecular block copolymer compositions for sub-micron lithography
JP2013163810A (ja) * 2012-02-10 2013-08-22 Rohm & Haas Electronic Materials Llc ブロックコポリマーおよびそれに関連する方法
JP2013166933A (ja) * 2012-02-10 2013-08-29 Dow Global Technologies Llc ジブロックコポリマーブレンド組成物
JP2013175723A (ja) * 2012-02-10 2013-09-05 Rohm & Haas Electronic Materials Llc 熱アニーリング方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2679237B1 (fr) 1991-07-19 1994-07-22 Atochem Systeme d'amorcage pour la polymerisation anionique de monomeres (meth) acryliques.
FR2735480B1 (fr) 1995-06-15 1997-07-18 Atochem Elf Sa Procede de polymerisation anionique en continu d'au moins un monomere (meth)acrylique pour l'obtention de polymeres a haut taux de solide
FR2773158B1 (fr) * 1997-12-30 2000-02-04 Atochem Elf Sa Procede de polymerisation radicalaire controlee faisant intervenir une faible quantite de radical libre stable
WO2009151834A2 (en) * 2008-05-08 2009-12-17 The Regents Of The University Of California Supramolecular block copolymer compositions for sub-micron lithography
WO2004009605A2 (en) * 2001-11-30 2004-01-29 University Of Maryland, College Park Controlled room temperature synthesis of magnetic metal oxide nanoclusters within a diblock copolymer matrix
JP5377857B2 (ja) * 2004-11-22 2013-12-25 ウィスコンシン・アラムナイ・リサーチ・ファウンデーション 非周期的パターン共重合体フィルムのための方法及び組成
US7964107B2 (en) * 2007-02-08 2011-06-21 Micron Technology, Inc. Methods using block copolymer self-assembly for sub-lithographic patterning
US7732533B2 (en) * 2007-08-31 2010-06-08 Micron Technology, Inc. Zwitterionic block copolymers and methods
US7521094B1 (en) * 2008-01-14 2009-04-21 International Business Machines Corporation Method of forming polymer features by directed self-assembly of block copolymers
US9299381B2 (en) * 2011-02-07 2016-03-29 Wisconsin Alumni Research Foundation Solvent annealing block copolymers on patterned substrates
FR2974072B1 (fr) 2011-04-15 2014-06-13 Oreal Dispositif de stockage et de distribution de produits a plusieurs compartiments

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110097559A1 (en) * 1999-03-30 2011-04-28 Hawker Craig J Supramolecular block copolymer compositions for sub-micron lithography
JP2009520074A (ja) * 2005-12-16 2009-05-21 アーケマ・インコーポレイテッド 低表面エネルギーブロック共重合体の製造方法及び用途
JP2010144120A (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 Kyoto Univ 高分子薄膜及びパターン媒体並びにこれらの製造方法
JP2013163810A (ja) * 2012-02-10 2013-08-22 Rohm & Haas Electronic Materials Llc ブロックコポリマーおよびそれに関連する方法
JP2013166933A (ja) * 2012-02-10 2013-08-29 Dow Global Technologies Llc ジブロックコポリマーブレンド組成物
JP2013175723A (ja) * 2012-02-10 2013-09-05 Rohm & Haas Electronic Materials Llc 熱アニーリング方法

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