JP2022510681A - ポリスチレン-b-ポリ(メチルメタクリレート)ジブロックコポリマーのコンタクトホール自己集合のための高速架橋可能な中性下層及びそれらの調合物 - Google Patents
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- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
- C09D5/008—Temporary coatings
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/0002—Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping
-
- H—ELECTRICITY
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
- H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2438/00—Living radical polymerisation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
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- C08F2800/10—Copolymer characterised by the proportions of the comonomers expressed as molar percentages
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Abstract
Description
R1は、C1~C4アルキルからなる群から選択され、
R2、R3、R5及びR6は、H、C1~C4アルキルからなる群から独立して選択され、
R4はC1~C4アルキルであり、nは0~5の整数であり、そして
R7は、C1~C4アルキレンからなる群から選択されるアルキレンである。
R1は、C1~C4アルキルからなる群から選択され、
R2、R3、R5及びR6は、H、C1~C4アルキルからなる群から独立して選択され、
R4はC1~C4アルキルであり、nは0~5の整数であり、そして
R7はアルキレンであり、C1~C4アルキレンからなる群から選択される。
構造(I)の繰り返し単位が約28モル%~約58モル%の範囲であり、
構造(II)の繰り返し単位が約20モル%~約40モル%の範囲であり、
構造(III)の繰り返し単位が約15モル%~約25モル%の範囲であり、
構造(IV)の繰り返し単位が約0.5モル%~約3モル%の範囲であり、
構造(II)及び(III)の繰り返し単位のモル%の合計が約40モル%~約65モル%の範囲であり、そして
これらの繰り返し単位の各モル%が、ランダムコポリマーの前記ブレンド中に存在する繰り返し単位の全繰り返し単位モル%値の合計が100モル%となるように独立して選択される組成物である。これらの範囲は、基材上へのコーティング及び架橋の後に中性層を生成して、これが、アニールされた上層のブロックコポリマー膜を自己集合パターンを生成するように誘導して、このパターンが、エッチング後に、下にある基材中にコンタクトホールアレイを生成するように使用し得る組成物を包含する。
構造(I)の繰り返し単位が約35モル%~約55モル%の範囲であり、
構造(II)の繰り返し単位が約25モル%~約35モル%の範囲であり、
構造(III)の繰り返し単位が約18モル%~約22モル%の範囲であり、
構造(IV)の繰り返し単位が約1モル%~約2.5モル%の範囲であり、
構造(II)及び(III)の繰り返し単位のモル%の合計が約40モル%~約60モル%の範囲であり、そしてこれらの繰り返し単位の各モル%が、ランダムコポリマーの前記ブレンド中に存在する繰り返し単位の全繰り返し単位モル%値の合計が100モル%となるように独立して選択される組成物である。これらの範囲は、基材上へのコーティング及び架橋の後に中性層を生成して、これが、アニールされた上層のブロックコポリマー膜を自己集合パターンを生成するように誘導して、このパターンが、エッチング後に、下にある基材中にコンタクトホールアレイを生成するように使用し得る組成物を包含する。
構造(I)の繰り返し単位が約35モル%~約55モル%の範囲であり、
構造(II)の繰り返し単位が約22モル%~約35モル%の範囲であり、
構造(III)の繰り返し単位が約18モル%~約25モル%の範囲であり、
構造(IV)の繰り返し単位が約1モル%~約2.5モル%の範囲であり、
構造(II)及び(III)の繰り返し単位のモル%の合計が約40モル%~約60モル%の範囲であり、そしてこれらの繰り返し単位の各モル%が、ランダムコポリマーの前記ブレンド中に存在する繰り返し単位の全繰り返し単位モル%値の合計が100モル%となるように独立して選択される組成物である。これらの範囲は、基材上へのコーティング及び架橋の後に中性層を生成して、これが、アニールされた上層のブロックコポリマー膜を自己集合パターンを生成するように誘導して、このパターンが、エッチング後に、下にある基材中にコンタクトホールアレイを生成するように使用し得る組成物を包含する。
構造(I)の繰り返し単位が約48モル%~約78モル%の範囲であり、
構造(II)の繰り返し単位が約5モル%~約20モル%の範囲であり、
構造(III)の繰り返し単位が約15モル%~約25モル%の範囲であり、
構造(IV)の繰り返し単位が約0.5モル%~約3モル%の範囲であり、
構造(II)及び(III)の繰り返し単位のモル%の合計が約20モル%~約45モル%の範囲であり、そしてこれらの繰り返し単位の各モル%が、ランダムコポリマーの前記ブレンド中に存在する繰り返し単位の全繰り返し単位モル%値の合計が100モル%となるように独立して選択される組成物である。これらの範囲は、基材上へのコーティング及び架橋の後に中性層を生成して、これが、アニールされた上層のブロックコポリマー膜を自己集合パターンを生成するように誘導して、このパターンが、エッチング後に、下にある基材中にポストアレイを生成するように使用し得る組成物を包含する。
構造(I)の繰り返し単位が約50モル%~約70モル%の範囲であり、
構造(II)の繰り返し単位が約7モル%~約15モル%の範囲であり、
構造(III)の繰り返し単位が約18モル%~約22モル%の範囲であり、
構造(IV)の繰り返し単位が約1モル%~約2.5モル%の範囲であり、
構造(II)及び(III)の繰り返し単位のモル%の合計が約25モル%~約35モル%の範囲であり、そしてこれらの繰り返し単位の各モル%が、ランダムコポリマーの前記ブレンド中に存在する繰り返し単位の全繰り返し単位モル%値の合計が100モル%となるように独立して選択される組成物である。これらの範囲は、基材上へのコーティング及び架橋の後に中性層を生成して、これが、アニールされた上層のブロックコポリマー膜を自己集合パターンを生成するように誘導して、このパターンが、エッチング後に、下にある基材中にポストアレイを生成するように使用し得る組成物を包含する。
a)前記の本発明によるランダムコポリマーのいずれかまたはこれらのブレンドを含む組成物を基材上にコーティングし、中性層コーティングのコーティングを形成し;
b)前記中性層コーティングを加熱して架橋された中性層を形成し;
c)エッチング耐性ブロックと高度にエッチング可能なブロックとを含むブロックコポリマー材料の膜を、前記の架橋された中性層上に施与し、そしてブロックコポリマーの自己集合した膜が形成されるまでこの膜をアニールし;及び
d)前記自己集合したブロックコポリマー膜をエッチングし、それによって、前記コポリマーの高度にエッチング可能なブロックを除去してアレイパターンを形成する、
ことを含む。
a’)コンタクトホールアレイを形成するのに適した本明細書に記載されている前記の本発明によるランダムコポリマーのいずれかまたはこれらのブレンドを含む組成物を基材上にコーティングして、中性層コーティングを形成し;
b’)前記中性層コーティングを加熱して、架橋された中性層を形成し;
c’)エッチング耐性ブロックと高度にエッチング可能なブロックとを含むブロックコポリマー材料の膜を、前記の架橋された中性層上に施与し、そしてブロックコポリマーの自己集合した膜が形成するまで前記の膜をアニールし;ここで、前記ブロックコポリマー材料は、単一のポリスチレン-b-ポリ(メチルメタクリレート)ブロックコポリマーであるか、または少なくとも2つの異なるポリスチレン-b-ポリ(メチルメタクリレート)ブロックコポリマーのブレンドであり、ここで、前記ブロックコポリマー材料において、スチレン誘導繰り返し単位及びメチルメタクリレート繰り返し単位の全モル数に対する比率としての繰り返し単位のモル%は、ポリスチレン誘導繰り返し単位については約60モル%~約75モル%の範囲であり、前記メチルメタクリレート誘導繰り返し単位については約25モル%~約40モル%の範囲であり、及び
d’)前記自己集合したブロックコポリマー膜をエッチングし、それによって、前記コポリマーの高度にエッチング可能なブロックを除去して、コンタクトホールアレイを形成する、
ことを含む。
a’’)ポストアレイを形成するのに適した本明細書に記載される前記の本発明によるランダムコポリマーのいずれかまたはこれらのブレンドを含む組成物を基材上にコーティングして、中性層コーティングを形成し;
b’’)前記中性層コーティングを加熱して、架橋された中性層を形成し;
c’’)エッチング耐性ブロックと高度にエッチング可能なブロックとを含むブロックコポリマー材料の膜を、前記の架橋された中性層上に施与し、そしてブロックコポリマーの自己集合した膜が形成するまで前記の膜をアニールし;ここで、前記ブロックコポリマー材料は、単一のポリスチレン-b-ポリ(メチルメタクリレート)ブロックコポリマーであるか、または少なくとも2つの異なるポリスチレン-b-ポリ(メチルメタクリレート)ブロックコポリマーのブレンドであり、ここで、前記ブロックコポリマー材料において、スチレン誘導繰り返し単位及びメチルメタクリレート繰り返し単位の全モル数に対する比率としての繰り返し単位のモル%は、前記ポリスチレン誘導繰り返し単位については約25モル%~約40モル%の範囲であり、前記メチルメタクリレート誘導繰り返し単位については約60モル%~約75モル%の範囲であり、及び
d’’)前記自己集合したブロックコポリマー膜をエッチングし、それによって、前記コポリマーの高度にエッチング可能なブロックを除去して、ポストアレイを形成する、
ことを含む。
4-ビニルベンゾシクロブテン(VBCB)(CAS:99717-87-0)は、Sun & Bright Industrials(Room B,20th Floor,333 Tai Ping Nan Lu Nanjing,China)から入手した。別段の表示がない限り、他の化学品は全て、表1に記載されるようにSigma Aldrich(3050 Spruce St.,St.Louis,MO 63103)から購入した。
ランダム架橋可能コポリマーの合成:
AIBNを用いて合成したスチレン、メチルメタクリレート及び4-ビニルベンジルシクロブテンのコポリマー
凝縮器、温度制御器、加熱ジャケット及び機械的撹拌機を備えた2000mlフラスコをセットアップした。87.0グラム(0.84モル)のスチレン(S)、139.8グラム(1.40モル)のメチルメタクリレート(MMA)、72.4グラム(0.56モル)の4-ビニルベンゾシクロブテン(VBCB)及び1.83グラム(0.011モル)のアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)開始剤及び600グラムのアニソールを前記フラスコに添加した。機械的攪拌機のスイッチを入れ、約120rpmに設定した。次いで、この反応溶液を、室温で約30分間、この溶液中に窒素を激しくバブリングすることによって脱気した。30分脱気した後、加熱ジャケットのスイッチを入れ、そして温度制御器を70℃に設定し、そして攪拌された反応混合物をこの温度で20時間維持した。この時間の後、加熱ジャケットのスイッチをオフにし、そして反応溶液を約40℃まで放冷した。次いで、この反応混合物を、12Lのイソプロパノール中に注ぎ入れ、この添加中は、機械的撹拌により撹拌した。この添加中、ポリマーが析出した。析出したポリマーを濾過して集めた。集めたポリマーを40℃で減圧炉中で乾燥した。約170グラムのポリマーが得られた。この乾燥したポリマーを600グラムのTHF中に溶解し、次いで0.2μmナイロンフィルタに通して濾過した。次いで、この濾過された溶液を、12Lメタノールの攪拌された溶液中で再び析出させ、析出したポリマーを集め、そして40℃で真空下に前述ように乾燥した。このようにして、乾燥後に150グラム(収率50%)のポリマーが得られた。このポリマーは、約38,000g/モルのMw及び1.5の多分散性(PDI)を有していた(表1)。
AIBNを用いて合成したスチレン、メチルメタクリレート及びグリシジルメタクリレートのコポリマー
温度制御器、加熱ジャケット及び磁気撹拌機を備えた250mlフラスコをセットアップした。26.04グラム(0.25モル)のスチレン、24.03グラム(0.24モル)のメチルメタクリレート、1.42グラム(0.10モル)のグリシジルメタクリレート、0.41グラム(0.0025モル)のアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)開始剤及び100グラムのアニソールを前記フラスコに添加した。攪拌機のスイッチを入れ、約400rpmに設定した。次いで、この反応溶液を、室温で約30分間、この溶液中に窒素を激しくバブリングすることによって脱気した。30分脱気した後、加熱ジャケットのスイッチを入れ、そして温度制御器を70℃に設定し、そして攪拌された反応混合物をこの温度で20時間維持した。この時間の後、加熱ジャケットのスイッチをオフにし、そして反応溶液を約40℃まで放冷した。次いで、この反応混合物を、1.554Lのイソプロパノール中に注ぎ入れ、この添加中は、機械的撹拌により撹拌した。この添加中、ポリマーが析出した。析出したポリマーを濾過して集めた。集めたポリマーを40℃で減圧炉中で乾燥した。約36グラムのポリマーが得られた。この乾燥したポリマーを300グラムのTHF中に溶解し、次いで0.2μmナイロンフィルタに通して濾過した。次いで、この濾過された溶液を、1.5Lメタノールの攪拌された溶液中で再び析出させ、析出したポリマーを集め、そして40℃で真空下に前述ように乾燥した。このようにして、乾燥後に26グラム(収率50%)のポリマーが得られた。このポリマーは、約36,000g/モルのMw及び1.5の多分散性(PDI)を有していた。
本発明によるランダム高速架橋可能コポリマーの合成:
AIBNを用いて合成したスチレン、メチルメタクリレート、4-ビニルベンジルシクロブテン及びグリシジルメタクリレートのコポリマー
凝縮器、温度制御器、加熱ジャケット及び機械的撹拌機を備えた2000mlフラスコをセットアップした。87.0グラム(0.84モル)のスチレン、134.1グラム(1.34モル)のメチルメタクリレート、72.4グラム(0.56モル)の4-ビニルベンゾシクロブテン、7.92グラム(0.06モル)のグリシジルメタクリレート、1.83グラム(0.011モル)のアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)開始剤及び600グラムのアニソールを前記フラスコに添加した。機械的攪拌機のスイッチを入れ、約120rpmに設定した。次いで、この反応溶液を、室温で約30分間、この溶液中に窒素を激しくバブリングすることによって脱気した。30分脱気した後、加熱ジャケットのスイッチを入れ、そして温度制御器を70℃に設定し、そして攪拌された反応混合物をこの温度で20時間維持した。この時間の後、加熱ジャケットのスイッチをオフにし、そして反応溶液を約40℃まで放冷した。次いで、この反応混合物を、12Lのイソプロパノール中に注ぎ入れ、この添加中は、機械的撹拌により撹拌した。この添加中、ポリマーが析出した。析出したポリマーを濾過して集めた。集めたポリマーを40℃で減圧炉中で乾燥した。約170グラムのポリマーが得られた。この乾燥したポリマーを600グラムのTHF中に溶解し、次いで0.2μmナイロンフィルタに通して濾過した。次いで、この濾過された溶液を、12Lメタノールの攪拌された溶液中で再び析出させ、析出したポリマーを集め、そして40℃で真空下に前述ように乾燥した。このようにして、乾燥後に150グラム(収率50%)のポリマーが得られた。このポリマーは、約38,000g/モルのMw及び1.5の多分散性(PDI)を有していた。
例2~5の本発明によるランダムコポリマー(表1)を、例2に記載したのと類似の手順を用いて合成した。コンタクトホール及びPSポストアセンブリ(加工例1~6参照)のためのPS-b-PMMAの配向のために、コンタクトホールアレイの形成(例1)またはポストアレイの形成(例5)のための単一のポリマーとして、あるいはコンタクトホールアレイまたはポストアレイのいずれかに適した繰り返し単位の比率を達成するために互いにブレンドできるポリマー材料(例2、3、4)として適した望ましい高速架橋可能なポリマーを生成するために、スチレン及びMMAのモル%のみを変更した。
スチレン及びメチルメタクリレートのブロックコポリマー(PS-b-PMMA)(PS/PMMA:65/35)の合成
二つの異なるPS-b-PMMA(PS/PMMA:65/35)ポリマーを、開始剤としてsec-ブチルリチウム(1.4M、Aldrich社)を用いた溶剤としてのテトラヒドロフラン(THF)中でのスチレン(S)及びメチルメタクリレート(MMA)の逐次リビングアニオン重合を介して合成した。この反応は、精製したアルゴン環境下に、LiCl(高純度、Aldrich社)の存在下に-78℃で行った。前記モノマー供給比は65/35モル比ポリマーを得るために使用し、そして低分子量及び高分子量65/35PS-b-PMMAポリマーは、モノマーの全モル数に対して開始剤をそれぞれ0.142モル%及び0.062モル%使用することによって製造した。PS-b-PMMA中の分子量はサイズ排除クロマトグラフィ(SEC)によって特徴付けした。低分子量BCP及び高分子量BCPの数平均分子量(Mn)は、双方とも1.02のPDIで、それぞれ49,000g/モル及び107,000g/モルであった。低及び高分子量BCPの1H NMRで決定したPSモル%はそれぞれ65.5及び65.9%であった。これら2つのサンプルを、単一BCPとして、またはこれら2つのブレンドによって、コンタクトホール自己集合のために使用した。
スチレン及びメチルメタクリレートのブロックコポリマー(PS-b-PMMA)(PS/PMMA:30/70)の合成
一方が低分子量を有し、他方が高分子量を有する二つの異なるPS-b-PMMA(PS/PMMA:30/70)ポリマーを、MMAとSとの比率を、30モル%を有するブロックコポリマーを生成するように調節した点、及び低及び高分子量の30/70モル比PS-b-PMMAポリマーを、モノマーの全モル数に対して開始剤を0.28モル%及び0.12モル%使用してそれぞれ製造した点を除いて、例6と同様にして製造した。これらの低分子及び高分子量ポリマーは、それぞれ45,000g/モル及び137,000g/モルのMnを有し、PDIはそれぞれ1.04及び1.05であった。これら材料は、ポスト自己集合のために、単一のBCPとしてまたはこれら2つのポリマーのブレンドによって使用した。
架橋可能な対照用下層上のBCPの望ましくない自己集合
0.02μmのPTFEフィルターを通して濾過した比較例1のポリマーを0.7重量%含む溶液をPGMEA中に調製した。基材の用意:シリコンウェハを比較例1のポリマー(PGMEA中0.7重量%)で1500rpmでコーティングし、続いてこれらのウェハをそれぞれ240℃で5分間ベークした。次に、このウェハをEBR(70:30)で45秒間すすぎ、30秒間スピン乾燥し、110℃で1分間ソフトベークした(約8nmの膜厚(FT))。
架橋可能な対照用下層上のBCPの望ましくない自己集合
0.02μmのPTFEフィルターを通して濾過した比較例2のポリマー[(I)、(II)及び(IV)のコポリマー]を0.32重量%含む溶液をPGMEA中で調製した。基材の用意:シリコンウェハをこのポリマー溶液で1500rpmでコーティングし、続いてこれらのウェハをそれぞれ240℃で1分間ベークした。次に、このウェハをEBR(70:30)で45秒間すすぎ、30秒間スピン乾燥し、110℃で1分間ソフトベークした(約7nmのFT)。架橋可能マットは8nmの厚さを有していた。しかし、すすぎ後、膜厚は7nmまで減少し、これは膜減りを示唆し、この膜は本願の望ましい用途には適していないことを示した。
実施例1に基づく高速架橋可能な下層上のブロックコポリマー(BCP)のコンタクトホールアレイ自己集合
例1のポリマーをPGMEA中に溶解して0.32重量%の溶液を調製した。この溶液を0.02μmのPTFEフィルターを用いて濾過し、次いで、SiOxウェハ上に1500rpmでコーティングし、続いてこれらのウェハをそれぞれ空気中で240℃で1分間ベークして、架橋された中性層(FT8nm)でコーティングされたSiOxウェハを作製した。この膜は、ブロックコポリマー膜でのその後のコーティングに直接使用した。しかし、表2は、例1のポリマーの架橋された膜は、スピンキャスト用溶剤のPGMEAだけで処理した時に、ブロックコポリマーでのオーバーコートにとっては使い物にならないような大きな膜減りを示した比較加工例2で観察された結果とは対照的に、僅かな取るに足らない膜減りしか起こさないことを示す。
例5に基づく高速架橋可能な下層上のブロックコポリマー(BCP)のポストアレイ自己集合
例5のポリマーをPGMEA中に溶解して0.32重量%の溶液を調製した。この溶液を0.02μmのPTFEフィルターを用いて濾過し、次いで、SiOxウェハ上に1500rpmでコーティングし、続いてこれらのウェハをそれぞれ240℃で1分間ベークして、架橋された中性層(FT8nm)でコーティングされたSiOxウェハを作製した。表2は、例5のポリマーの架橋された膜は、スピンキャスト用溶剤のPGMEAだけで処理した時に、ブロックコポリマーでのオーバーコートにとっては使い物にならないような非常に大きな膜減りを示した比較加工例2で観察された結果とは対照的に、僅かな取るに足らない膜減りしか起こさないことを示す。
例2及び例4のブレンドに基づく高速架橋可能な下層上のブロックコポリマー(BCP)のコンタクトホールアレイ自己集合
例2及び例4のポリマーを60:40重量比でPGMEA中に溶解して、0.32重量%の溶液を調製した。この溶液を0.02μmのPTFEフィルターを用いて濾過し、次いで、SiOxウェハ上に1500rpmでコーティングし、続いてこれらのウェハをそれぞれ空気中で240℃で1分間ベークして、架橋された中性層(FT8nm)でコーティングされたSiOxウェハを作製した。表2は、例2及び4のポリマーのこのブレンドのこの架橋された膜が、スピンキャスト用溶剤のPGMEAで処理した時に、ブロックコポリマーでのオーバーコートにとっては使い物にならない非常に大きな膜減りを示した比較加工例2で観察された結果とは対照的に、僅かな取るに足らない膜減りしか起こさないことを示す。次いで、架橋された中性層でコーティングされたこれらのウェハを、スチレン及びメチルメタクリレートのジブロックコポリマー(PS-b-PMMA)(Mn=49,000g/モル、PDI=1.02)(例6のもの)の、0.02μmPTFEに通して濾過したPGMEA中1.5重量%溶液で、1,500rpmでスピンコートすることによってコーティングし、次いで110℃で1分間ソフトベークし、次いでN2下に3分間250℃でアニールした。図4は、この材料が、メチルメタクリレートから誘導したエッチング可能なブロックを含む(基材に対して垂直な)ナノ相分離シリンダのアレイが形成した自己集合パターンを形成したことを示す。このミクロ相分離アレイは、コンタクトホールアレイを基材にエッチングパターン転写するために使用するのに適したものである。
例3及び例5のブレンドに基づく高速架橋可能な下層上のブロックコポリマー(BCP)のポストアレイ自己集合
例3及び例5のポリマーを30:70重量比でPGMEA中に溶解して、0.32重量%の溶液を調製した。この溶液を0.02μmのPTFEフィルターを用いて濾過し、次いで、SiOxウェハ上に1500rpmでコーティングし、続いてこれらのウェハをそれぞれ240℃で1分間ベークして、架橋された中性層(FT8nm)でコーティングされたSiOxウェハを作製した。例2及び4のブレンドの場合に観察された結果と類似して、このブレンドからの架橋された膜は、スピンキャスト用溶剤であるPGMEAで処理された時に、僅かな取るに足らない膜減りしか起こさない。次に、架橋した中性層でコーティングしたウェハを、スチレン及びメチルメタクリレートのジブロックコポリマー(PS-b-PMMA)(Mn=45,000g/モル、PDI=1.04)の、PTFEに通して濾過したPGMEA中1.5重量%溶液で、1,500rpmでスピンコートすることによってコーティングし、次いで110℃で1分間ソフトベークし、次いでN2下に3分間250℃でアニールした。図5は、この材料が、スチレンから誘導されたエッチング耐性ブロックセグメントを含む(基材に対して垂直な)ナノ相分離シリンダのアレイが形成した自己集合パターンを形成したことを示す。このミクロ相分離アレイは、ポストアレイを基材にエッチングパターン転写するために使用するのに適したものである。
低Mn及び高Mnを有する二つのBCPのブレンドに基づく高速架橋可能な下層上のブロックコポリマー(BCP)のコンタクトホールアレイ自己集合
例1のポリマーをPGMEA中に溶解して0.32重量%の溶液を調製した。この溶液を0.02μmのPTFEフィルターを用いて濾過し、次いで、SiOxウェハ上に1500rpmでコーティングし、続いてこれらのウェハをそれぞれ240℃で1分間ベークして、架橋された中性層(FT8nm)でコーティングされたSiOxウェハを作製した。
低Mn及び高Mnを有する二つのBCPのブレンドに基づく高速架橋可能な下層上のブロックコポリマー(BCP)のポストアレイ自己集合
例5のポリマーをPGMEA中に溶解して0.32重量%の溶液を調製した。この溶液を0.02μmのPTFEフィルターを用いて濾過し、次いで、SiOxウェハ上に1500rpmでコーティングし、続いてこれらのウェハをそれぞれ240℃で1分間ベークして、架橋された中性層(FT8nm)でコーティングされたSiOxウェハを作製した。
Claims (40)
- 構造(I)、(II)、(III)及び(IV)の繰り返し単位から本質的になる、請求項1に記載のランダムコポリマー。
- nが0であり、
R2及びR6が、CH3及びHからなる群から独立して選択され、
R3及びR5がHであり、そして
R7がC1~C3アルキレンである、
請求項1~3のいずれか一つに記載のランダムコポリマー。 - R1がメチルである、請求項1~4のいずれか一つに記載のランダムコポリマー。
- R2がメチルである、請求項1~5のいずれか一つに記載のランダムコポリマー。
- R3がHである、請求項1~6のいずれか一つに記載のランダムコポリマー。
- R5がHである、請求項1~7のいずれか一つに記載のランダムコポリマー。
- R6がメチルである、請求項1~8のいずれか一つに記載のランダムコポリマー。
- R7がメチレンである、請求項1~9のいずれか一つに記載のランダムコポリマー。
- R1、R2及びR6がメチルであり、R3及びR5がHであり、R7がメチレンであり、そしてn=0である、請求項1~10のいずれか一つに記載のランダムコポリマー。
- 各ポリマー鎖中に、H及びC1~C4アルキル部分から選択される第二の末端基を更に含む、請求項3~15のいずれか一つに記載のランダムコポリマー。
- 前記第二の末端基がHである、請求項3~16のいずれか一つに記載のランダムコポリマー。
- 全繰り返し単位の全モル数に基づいて、
構造(I)の繰り返し単位が約28モル%~約78モル%の範囲で存在し、
構造(II)の繰り返し単位が約5モル%~約70モル%の範囲で存在し、
構造(III)の繰り返し単位が約15モル%~約25モル%の範囲で存在し、
構造(IV)の繰り返し単位が約0.5モル%~約3モル%の範囲で存在し、
及び
これらの繰返し単位についての各モル%は、前記ランダムコポリマー中に存在する繰返し単位についての全繰返し単位モル%値の合計が100モル%に等しくなるように独立して選択される、
請求項1~17のいずれか一つに記載のランダムコポリマー。 - 全ての繰り返し単位の全モル数に基づいて、
構造(I)の繰り返し単位が約28モル%~約58モル%の範囲で存在し、
構造(II)の繰り返し単位が約20モル%~約40モル%の範囲で存在し、
構造(III)の繰り返し単位が約15モル%~約25モル%の範囲で存在し、
構造(IV)の繰り返し単位が約0.5モル%~約3モル%の範囲で存在し、そして
構造(II)及び(III)の繰り返し単位のモル%の合計が約40モル%~約65モル%の範囲であり、そして
これらの繰り返し単位についての各モル%が、前記ランダムコポリマー中に存在する繰り返し単位についての全繰り返し単位モル%値の合計が100モル%に等しくなるように独立して選択される、
請求項1~18のいずれか一つに記載のランダムコポリマー。 - 全ての繰り返し単位の全モル数に基づいて、
構造(I)の繰り返し単位が約35モル%~約55モル%の範囲で存在し、
構造(II)の繰り返し単位が約25モル%~約35モル%の範囲で存在し、
構造(III)の繰り返し単位が約18モル%~約22モル%の範囲で存在し、
構造(IV)の繰り返し単位が約1モル%~約2.5モル%の範囲で存在し、
構造(II)及び(III)の繰り返し単位のモル%の合計が約40モル%~約65モル%の範囲に存在し、そして
これらの繰り返し単位についての各モル%が、前記ランダムコポリマー中に存在する繰り返し単位についての全繰り返し単位モル%値の合計が100モル%に等しくなるように独立して選択される、
請求項1~19のいずれか一つに記載のランダムコポリマー。 - 全ての繰り返し単位の全モル数に基づいて、
構造(I)の繰り返し単位が約48モル%~約78モル%の範囲で存在し、
構造(II)の繰り返し単位が約5モル%~約20モル%の範囲で存在し、
構造(III)の繰り返し単位が約15モル%~約25モル%の範囲で存在し、構造(IV)の繰り返し単位が約0.5モル%~約3モル%の範囲で存在し、
構造(II)及び(III)の繰り返し単位のモル%の合計が約20モル%~約45モル%の範囲に存在し、そして
これらの繰り返し単位についての各モル%が、前記ランダムコポリマー中に存在する繰り返し単位についての全繰り返し単位モル%値の合計が100モル%に等しくなるように独立して選択される、
請求項1~20のいずれか一つに記載のランダムコポリマー。 - 全ての繰り返し単位の全モル数に基づいて、
構造(I)の繰り返し単位が約50モル%~約70モル%の範囲で存在し、
構造(II)の繰り返し単位が約7モル%~約15モル%の範囲で存在し、
構造(III)の繰り返し単位が約18モル%~約22モル%の範囲で存在し、
構造(IV)の繰り返し単位が約1モル%~約2.5モル%の範囲で存在し、
構造(II)及び(III)の繰り返し単位のモル%の合計が約25モル%~約35モル%の範囲に存在し、そして
これらの繰り返し単位についての各モル%が、前記ランダムコポリマー中に存在する繰り返し単位についての全繰り返し単位モル%値の合計が100モル%に等しくなるように独立して選択される、
請求項1~21のいずれか一つに記載のランダムコポリマー。 - 請求項1~22のいずれか一つに記載の前記ランダムコポリマー及びスピンキャスト用溶剤を含む、組成物。
- 請求項1~22のいずれか一つに記載の少なくとも二種の前記ランダムコポリマーの混合物とスピンキャスト用溶剤とを含む、請求項23に記載の組成物。
- 請求項19または20に記載の前記ランダムコポリマー及びスピンキャスト用溶剤を含む、組成物。
- 少なくとも二種の前記ランダムコポリマーの混合物を含む、請求項25に記載の組成物。
- 単一の前記ランダムコポリマーを含む、請求項25に記載の組成物。
- 請求項1~22のいずれか一つに記載の少なくとも二種のランダムコポリマーのブレンドとスピンキャスト用溶剤とを含む組成物であって、但し、前記ブレンド中に存在する繰り返し単位の全モル数に基づいて、
構造(I)の繰り返し単位が約28モル%~約58モル%の範囲で存在し、
構造(II)の繰り返し単位が約20モル%~約40モル%の範囲で存在し、
構造(III)の繰り返し単位が約15モル%~約25モル%の範囲で存在し、
構造(IV)の繰り返し単位が約0.5モル%~約3モル%の範囲で存在し、
構造(II)及び(III)の繰り返し単位のモル%の合計が約40モル%~約65モル%の範囲に存在し、そして
これらの繰り返し単位についての各モル%が、ランダムコポリマーの前記ブレンド中に存在する繰り返し単位についての全繰り返し単位モル%値の合計が100モル%に等しくなるように独立して選択される、組成物。 - 請求項1~22のいずれか一つに記載の少なくとも二種のランダムコポリマーのブレンドとスピンキャスト用溶剤とを含む組成物であって、但し、前記ブレンド中に存在する繰り返し単位の全モル数に基づいて、
構造(I)の繰り返し単位が約35モル%~約55モル%の範囲で存在し、
構造(II)の繰り返し単位が約25モル%~約35モル%の範囲で存在し、
構造(III)の繰り返し単位が約18モル%~約22モル%の範囲で存在し、
構造(IV)の繰り返し単位が約1モル%~約2.5モル%の範囲で存在し、
構造(II)及び(III)の繰り返し単位のモル%の合計が約40モル%~約60モル%の範囲に存在し、そして
これらの繰り返し単位についての各モル%が、ランダムコポリマーの前記ブレンド中に存在する繰り返し単位についての全繰り返し単位モル%値の合計が100モル%に等しくなるように独立して選択される、組成物。 - 請求項21または22に記載の前記ランダムコポリマーとスピンキャスト用溶剤とを含む、組成物。
- 少なくとも2つの異なる前記ランダムコポリマーの混合物を含む、請求項30に記載の組成物。
- 単一の前記ランダムコポリマーを含む、請求項30に記載の組成物。
- 請求項1~22のいずれか一つに記載の少なくとも二種のランダムコポリマーのブレンドとスピンキャスト用溶剤とを含む組成物であって、但し、前記ブレンド中に存在する繰り返し単位の全モル数に基づいて、
構造(I)の繰り返し単位が約48モル%~約78モル%の範囲で存在し、
構造(II)の繰り返し単位が約5モル%~約20モル%の範囲で存在し、
構造(III)の繰り返し単位が約15モル%~約25モル%の範囲で存在し、
構造(IV)の繰り返し単位が約0.5モル%~約3モル%の範囲で存在し、
構造(II)及び(III)の繰り返し単位のモル%の合計が約20モル%~約45モル%の範囲に存在し、そして
これらの繰り返し単位についての各モル%が、ランダムコポリマーの前記ブレンド中に存在する繰り返し単位についての全繰り返し単位モル%値の合計が100モル%に等しくなるように独立して選択される、組成物。 - 請求項1~22のいずれか一つに記載の少なくとも二種のランダムコポリマーのブレンドとスピンキャスト用溶剤とを含む組成物であって、但し、前記ブレンド中に存在する繰り返し単位の全モル数に基づいて、
構造(I)の繰り返し単位が約50モル%~約70モル%の範囲で存在し、
構造(II)の繰り返し単位が約7モル%~約15モル%の範囲で存在し、
構造(III)の繰り返し単位が約18モル%~約22モル%の範囲で存在し、
構造(IV)の繰り返し単位が約1モル%~約2.5モル%の範囲で存在し、
構造(II)及び(III)の繰り返し単位のモル%の合計が約25モル%~約35モル%の範囲に存在し、そして
これらの繰り返し単位についての各モル%が、ランダムコポリマーの前記ブレンド中に存在する繰り返し単位についての全繰り返し単位モル%値の合計が100モル%に等しくなるように独立して選択される、組成物。 - アレイパターンを形成する方法であって、
a)請求項23~34のいずれか一つに記載の組成物を基材上にコーティングして、中性層コーティングを形成し;
b)前記中性層コーティングを加熱して、架橋された中性層を形成し;
c)エッチング耐性ブロックと高度にエッチング可能なブロックとを含むブロックコポリマー材料の膜を、前記の架橋された中性層上に施与し、そしてブロックコポリマーの自己集合した膜が形成されるまでこの膜をアニールし;及び
d)前記自己集合したブロックコポリマー膜をエッチングし、それによって、前記コポリマーの高度にエッチング可能なブロックを除去してアレイパターンを形成する、
ことを含む、方法。 - ステップc)において、前記ブロックコポリマー材料が、単一のブロックコポリマーであるかまたは少なくとも2つの異なるブロックコポリマーのブレンドであり、但し、前記ブレンドブロックコポリマーは、高度にエッチング可能なブロックを含む同じ繰り返し単位及びエッチング耐性ブロックを含む同じタイプの繰り返し単位を含むが、これらのブロックの割合、重量平均分子量、数平均分子量、多分散性、またはこれらの性質の複数のいずれかで異なる、異なるブロックコポリマーのブレンドである、請求項35に記載の方法。
- ステップc)において、前記ブロックコポリマー材料が、単一のポリ(スチレン-b-メチルメタクリレート)ブロックコポリマーであるか、または少なくとも二つの異なるポリ(スチレン-b-メチルメタクリレート)ブロックコポリマーのブレンドである、請求項35または36に記載の方法。
- コンタクトホールアレイを形成する方法であって、
a’)請求項25~29のいずれか一つに記載の組成物を基材上にコーティングして、中性層コーティングを形成し;
b’)前記中性層コーティングを加熱して、架橋された中性層を形成し;
c’)エッチング耐性ブロックと高度にエッチング可能なブロックとを含むブロックコポリマー材料の膜を、前記の架橋された中性層上に施与し、そしてブロックコポリマーの自己集合した膜が形成するまで前記の膜をアニールし;但し、前記ブロックコポリマー材料は、単一のポリスチレン-b-ポリ(メチルメタクリレート)ブロックコポリマーであるか、または少なくとも2つの異なるポリスチレン-b-ポリ(メチルメタクリレート)ブロックコポリマーのブレンドであり、但し、前記ブロックコポリマー材料において、スチレン誘導繰り返し単位及びメチルメタクリレート繰り返し単位の全モル数に対する比率としての繰り返し単位のモル%は、前記ポリスチレン誘導繰り返し単位については約60モル%~約75モル%の範囲に存在し、そして前記メチルメタクリレート誘導繰り返し単位については約25モル%~約40モル%の範囲に存在し、及び
d’)前記自己集合したブロックコポリマー膜をエッチングし、それによって、前記コポリマーの高度にエッチング可能なブロックを除去して、コンタクトホールアレイを形成する、
ことを含む、方法。 - ポストアレイを形成する方法であって、
a’’)請求項30~34のいずれか一つに記載の組成物を基材上にコーティングして、中性層コーティングを形成し;
b’’)前記中性層コーティングを加熱して、架橋された中性層を形成し;
c’’)エッチング耐性ブロックと高度にエッチング可能なブロックとを含むブロックコポリマー材料の膜を、前記の架橋された中性層上に施与し、そしてブロックコポリマーの自己集合した膜が形成するまで前記の膜をアニールし;但し、前記ブロックコポリマー材料は、単一のポリスチレン-b-ポリ(メチルメタクリレート)ブロックコポリマーであるか、または少なくとも2つの異なるポリスチレン-b-ポリ(メチルメタクリレート)ブロックコポリマーのブレンドであり、但し、前記ブロックコポリマー材料において、スチレン誘導繰り返し単位及びメチルメタクリレート繰り返し単位の全モル数に対する比率としての繰り返し単位のモル%が、前記ポリスチレン誘導繰り返し単位については約25モル%~約40モル%の範囲に存在し、そして前記メチルメタクリレート誘導繰り返し単位については約60モル%~約75モル%の範囲に存在し、及び
d’’)前記自己集合したブロックコポリマー膜をエッチングし、それによって、前記コポリマーの高度にエッチング可能なブロックを除去して、ポストアレイを形成する、
ことを含む、方法。 - 架橋された中性層を基材上に調製するための、請求項1~22のいずれか一つに記載のランダムコポリマーまたは請求項23~34のいずれか一つに記載の組成物の使用。
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