JP2023502763A - 非チオールタイプ窒素系疎水性ポリマーブラシ材料及び基材表面の改質のためのそれの使用 - Google Patents
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Abstract
本発明の一つの観点は、1~約1.12の多分散性を有する新規官能性ポリマーであって、少なくとも一つの孤立電子対を有する少なくとも一つのN-配位性官能基を含む部分、ジアルキルシリル基を含む部分、または両方の基の混合から選択される少なくとも一つの反応性部分を含み、但し、前記反応性部分は、繰り返し単位、末端基またはその両方のいずれかに前記官能性スチレン系ポリマー中に存在し、そして前記N-配位性官能基は、単座N-配位性官能基、複座N-配位性基、またはこれらの混合のいずれかであり、そして前記単座N-配位性官能基は、アジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)である、官能性ポリマーである。本発明の他の観点の一つは、金属性基材上にDSA誘導層を選択的に堆積するための、これらの新規ポリマーの使用である。
Description
本発明は、新規の官能性スチレン系もしくはアクリル系ポリマー、及び有機スピンキャスト溶剤中のそれの組成物、及び金属表面上にピン止め誘導層を選択的に堆積するが、半導体もしくは絶縁体表面(例えばSi、GaAs、SiO2、SiN及び類似物)またはポリマー性表面(フォトレジスト、スピンオンカーボン、BARC)などの非金属性表面上には堆積しないためにこれらの組成物を使用する方法に関する。これらの選択的に堆積されたピン止め誘導層は、上塗りされたブロックコポリマー(BCP)上でマイクロドメインの誘導自己集合を起こすのを援助する。これらの組成物及び方法は、電子デバイスの製造のために有用である。
ブロックコポリマーの自己集合は、ナノスケールオーダーの図形の微小寸法(CD)を達成できる、微細電子デバイスの製造のためのより一層小さなパターン化された図形を生成するために有用な方法である。自己集合方法は、コンタクトホールまたはポストのアレイなどの繰り返し図形のためのマイクロリソグラフィ技術の解像能力を拡張するために望ましい。慣用のリソグラフィ法では、基材または層状基材上にコーティングされたフォトレジスト層に対してマスクを介して露光するために紫外線(UV)を使用し得る。ポジ型もしくはネガ型フォトレジストが有用であり、そしてこれらは、慣用の集積回路(IC)プラズマ加工技術を用いた乾式現像を可能とするようにケイ素などの耐熱性元素を含むこともできる。ポジ型フォトレジストでは、マスクを通過したUV放射線は、フォトレジスト中で光化学的反応を引き起こして、露光された領域が、現像剤溶液でまたは慣用のICプラズマ加工によって除去されるようになる。これとは反対に、ネガ型フォトレジストでは、マスクを通過したUV放射線が、放射線に曝された領域を現像剤溶液を用いてまたは慣用のICプラズマ加工では除去され難くする。ゲート、ビアまたはインターコネクタなどの集積回路図形が次いで基材または層状基材中にエッチングされ、そして残ったフォトレジストは除去される。慣用のリソグラフィ露光プロセスを用いると、集積回路図形の図形寸法には限界がある。パターン寸法の更なる縮小は、収差、焦点、プロキシミティ効果、達成可能な最小露光波長及び達成可能な最大開口数に関連した制限の故に放射線露光を用いては達成が困難である。大規模集積へのニーズの故に、デバイスの回路寸法及び図形は絶え間なく縮小されてきた。過去には、図形の最終の解像度は、それ自体に限界のある、フォトレジストの露光に使用される光の波長に依存してきた。ブロックコポリマー画像形成を用いたグラフォエピタキシ及びケモエピタキシなどの誘導集合技術は、CD変動を減少しながら解像度を向上するために使用される非常に望ましい技術である。これらの技術は、慣用のUVリソグラフィ技術を増強するか、あるいはEUV、電子線、ディープUVまたは液浸リソグラフィを使用する方策において更により高い解像度及びCDコントロールを可能とするために使用することができる。誘導自己集合ブロックコポリマーは、エッチング耐性のコポリマー性単位のブロックと、エッチングされやすいコポリマー性単位のブロックを含み、このブロックコポリマーは、基材上でコーティング、整列及びエッチングされた時に、非常に高密度のパターンの領域を与える。
グラフトポリマーでは、基材表面上の共有結合した膜は、プラズマ堆積、電気化学的堆積または自己集合によって製造することができる。共有結合の強さは、膜の接着性を決めるが、これらの膜は、スピンコーティングによって製造される膜などの二次的な力を介してのみ基材表面と相互作用する膜と比べて、一般的にかなり接着性が強い。その結果、このより強い接着形成の故に、基材材料上でのグラフトポリマー膜の形成は、様々な用途に有用である。それらの中でも、一つの例は、バイオ材料であり、この場合、基材は、バルク機械的特性を妥協することなく、医療用補装具などの材料の表面にポリマーをグラフトすることによって生体適合性にされる。
基材表面へのポリマーのグラフトは、これらの表面の生物付着防止性を付与するためにもまたはそれらの耐腐食性を高めるためにも使用されてきた。
基材表面へのポリマーのグラフトが、これらの基材の表面特性を変化させ得る場合には、コーティング液は、より優れたコーティングをもたらすために使用でき;金属または金属酸化物ナノ粒子の懸濁液においても、これらの懸濁液のコーティング可能性及び安定性は、これらのナノ粒子の表面にポリマーをグラフトすることによって改善し得る。
ケイ素または酸化ケイ素基材の表面上へのポリマーブラシのグラフトは、これらの表面上に中性層を形成するために使用することができ、中性層は、ブロックコポリマーを、自己集合または誘導自己集合の間に基材表面に対して垂直にそれらのドメインを配向させる。
ブロックコポリマーの誘導自己集合は、ナノスケールオーダーの図形の微小寸法(CD)を達成できる、微細電子デバイスの製造のためのより一層小さなパターン化された図形を生成するために有用な方法である。誘導自己集合法は、マイクロリソグラフィ技術の解像能力を拡張するために望ましい。慣用のリソグラフィの方策では、基材または層状基材上にコーティングされたフォトレジスト層にマスクを通して露光するために紫外線(UV)を使用し得る。ポジ型もしくはネガ型フォトレジストが有用であり、そしてこれらは、慣用の集積回路(IC)プラズマ加工技術を用いた乾式現像を可能とするようにケイ素などの耐熱性元素を含むこともできる。ポジ型フォトレジストでは、マスクを通過したUV放射線は、フォトレジスト中で光化学的反応を引き起こして、露光された領域が、現像剤溶液でまたは慣用のICプラズマ加工によって除去されるようになる。これとは反対に、ネガ型フォトレジストでは、マスクを通過したUV放射線が、放射線に曝された領域を現像剤溶液を用いてまたは慣用のICプラズマ加工では除去され難くする。ゲート、ビアまたはインターコネクタなどの集積回路図形が次いで基材または層状基材中にエッチングされ、そして残ったフォトレジストは除去される。慣用のリソグラフィ露光プロセスを用いると、集積回路図形の図形寸法には限界がある。パターン寸法の更なる縮小は、収差、焦点、プロキシミティ効果、達成可能な最小露光波長及び達成可能な最大開口数に関連した制限の故に放射線露光を用いては達成が困難である。大規模集積へのニーズの故に、デバイスの回路寸法及び図形は絶え間なく縮小されてきた。過去には、図形の最終の解像度は、それ自体に限界のある、フォトレジストの露光に使用される光の波長に依存してきた。ブロックコポリマー画像形成を用いたグラフォエピタキシ及びケモエピタキシなどの誘導集合技術は、CD変動を減少しながら解像度を向上するために使用される非常に望ましい技術である。これらの技術は、慣用のUVリソグラフィ技術を増強するか、あるいはEUV、電子線、ディープUVまたは液浸リソグラフィを使用する方策において更により高い解像度及びCDコントロールを可能とするために使用することができる。誘導自己集合ブロックコポリマーは、エッチング耐性のコポリマー性単位のブロックと、エッチングされやすいコポリマー性単位のブロックを含み、このブロックコポリマーは、基材上でコーティング、整列及びエッチングされた時に、非常に高密度のパターンの領域を与える。
グラフォエピタキシ誘導自己集合方法では、ブロックコポリマーは、慣用のリソグラフィ(紫外線、ディープUV、電子線、極端紫外線(EUV)露光源)を用いてプリパターン化されてライン/スペース(L/S)またはコンタクトホール(CH)パターンなどの繰り返しのトポグラフィ図形が形成されている基材の周りに自己集合する。L/S誘導自己集合アレイの一例では、ブロックコポリマーは、予めパターン化されたライン間のトレンチ中に異なるピッチの並行なライン-スペースパターンを形成できる自己整列したラメラ領域を形成して、トポグラフィカルライン間のトレンチ中の空間をより微細なパターンに分割することによりパターン解像度を増強することができる。例えば、ミクロ相分離することができ、かつプラズマエッチングに耐性のある炭素を豊富に含むブロック(例えばスチレンや、またはSi、Ge、Tiのような何らかの他の元素を含むもの)とプラズマエッチングまたは除去性が高いブロックとを含むジブロックコポリマーは、高解像度のパターン画定を供することができる。高エッチング性ブロックの例には、酸素を豊富に含みかつ耐熱性元素を含まず、更に高エッチング性ブロックを形成することができるモノマー、例えばメチルメタクリレートを含み得る。自己集合パターンを画定するエッチングプロセスに使用されるプラズマエッチングガスは、典型的には、集積回路(IC)の製造に用いられるプロセスに使用されるガスである。このようにして、慣用のリソグラフィ技術によって画定可能なものと比べて非常に微細なパターンを典型的なIC基材に生成でき、そうしてパターンの増倍が達成される。同様に、慣用のリソグラフィによって画定されるコンタクトホールまたはポストのアレイの周りでの誘導自己集合によって適当なブロックコポリマーがそれ自体で整列するグラフォエピタキシを用い、そうしてエッチングした時にコンタクトホールのより密度の高いアレイを与えるエッチング可能なドメイン及び耐エッチング性のドメインの領域のより密度の高いアレイを形成することによってコンタクトホールなどの図形もより密度高く生成できる。その結果、グラフォエピタキシは、パターン調整及びパターン増倍の両方を提供する可能性を持つ。
化学エピタキシまたはピン止め化学エピタキシでは、ブロックコポリマーの自己アセンブリは、異なる化学親和性の領域を持つが、自己集合プロセスを誘導するトポグラフィを持たないかまたは僅かにしか持たない表面の周りに形成される。例えば、基材の表面を、慣用のリソグラフィ(UV、ディープUV、電子線、EUV)を用いてパターン化して、表面ケミストリーが照射により変性された露光された領域が、未露光で化学的変化を示さない領域と交互している異なる化学的親和性の表面をライン・アンド・スペース(L/S)パターンで生成することができる。これらの領域はトポグラフィの差異は供しないが、ブロックコポリマーセグメントの自己集合を誘導する表面化学的差異またはピン止めを供する。具体的には、耐エッチング性の繰り返し単位(例えばスチレン繰り返し単位)及び高速エッチング性の繰り返し単位(例えばメチルメタクリレート繰り返し単位)を含むブロックセグメントを持つブロックコポリマーの誘導自己集合は、パターン上での耐エッチング性ブロックセグメントと高エッチング性のブロックセグメントの正確な配置を可能とするだろう。この技術は、これらのブロックコポリマーを正確に配置すること、及びその後に、プラズマまたはウェットエッチング加工の後に基材にパターンをパターン転写することを可能にする。化学的エピタキシは、これを、化学的差異の変化によって微調整して、ラインエッジラフネス及びCDコントロールの向上を助けて、パターンの調整を可能とすることができるという利点を有する。繰り返しコンタクトホール(CH)アレイなどの他のタイプのパターンも、ケモエピタキシを用いてパターン調整することができる。
中性層は、誘導自己集合に使用されたブロックコポリマーのいずれのブロックセグメントにも親和性を持たない、基材上の層または処理された基材の表面である。ブロックコポリマーの誘導自己集合のグラフォエピタキシ法では中性層が有用である、というのも、これらは、基材に対する耐エッチング性ブロックポリマーセグメント及び高エッチング性ブロックポリマーセグメントの適切な配置をもたらす誘導自己集合のためのブロックポリマーセグメントの適切な配置または配向を可能とするからである。例えば、慣用の放射線リソグラフィで画定されたライン・アンド・スペース図形を含む表面では、中性層は、ブロックセグメントが基材の表面に対して垂直に配向するようにブロックセグメントを配向することを可能とするが、このような配向は、慣用のリソグラフィで画定されるライン間の長さに対するブロックコポリマー中のブロックセグメントの長さに依存してパターン調整とパターン増倍の両方に理想的な配向である。基材が、ブロックセグメントのうちの一つとあまりに強く相互作用すると、このセグメントがその表面上に平坦に横たわって、セグメントと基材との間の接触面が最大化されるだろう;このような表面は、慣用のリソグラフィにより生成された図形に基づいたパターンの調整またはパターンの増倍のいずれかを達成するために使用できる望ましい垂直な整列を乱すことになるであろう。基材の選択された小さな領域を変性またはピン止めして、これらを、ブロックコポリマーの一つのブロックと強く相互作用するようにし、基材の残部は中性層でコーティングされた状態で残すことは、ブロックコポリマーのドメインを所望の方向に整列させるのに有用であり得、そしてこれは、パターン増倍のために使用されるピン止めケモエピタキシまたはグラフォエピタキシの基本となる。
簡単なスピンコートと、(基材上でのグラフト反応を促進するための活性化成分、例えば酸性化合物、熱酸発生剤、光酸発生剤、熱ラジカル発生剤、光化学的ラジカル発生剤、塩基性添加剤、熱塩基発生剤または光塩基発生剤の存在無しに、化学結合をもたらすための)その後のポストコートベークとを介して、半導体もしくは絶縁体基材(例えば、Si、GaAs、SiO2、SiN、SiON、及び類似物)などの非金属性表面、または他の非金属性表面(フォトレジストの表面、スピンオンカーボンまたは堆積された炭素、底面反射防止(BARC)コーティング、及び類似物)の存在下に、金属表面(Cu、W、Mo、Al、Zr、Ti、Hf、Au及び類似物)上にグラフトポリマー層を選択的に形成できる新規材料への要望がある。このような熱的にまたは光化学的に反応性の添加剤化合物の存在は望ましくない、なぜならば、これらの化合物の小さなサイズ及び反応性は、それらをグラフト膜から他の層に拡散させ、そうして腐食などの望ましくない反応を起こす恐れがあるためである。他には、グラフト可能なポリマーが、スピンキャスト溶剤などの有機溶剤中のグラフト液の溶液の貯蔵寿命に悪影響を及ぼす恐れのある過度に反応性の高いグラフトサイトを含まないグラフト材料への要望もある。また、グラフトベークを変えることにより特定のタイプの基材に対する選択的グラフトを有するようにできる新規グラフト材料への要望もある。このようにして、プラズマ堆積または電気化学的グラフトを使用する必要なく簡単なスピンコートプロセスによって、これらの材料の表面特性、例えばコーティング可能性及び耐腐食性を変えることができ、また本発明の新規材料を用いた新規選択的グラフトプロセスの場合にも、異なる材料が一つの基材上に存在しているトポグラフィパターンまたは化学的パターンを含む基材上に、一種のみの材料をワンステップでコーティングすることができる。また、層へと形成した時に自己集合ブロックコポリマーに対し中性のままで残るものの、誘導自己集合技術の加工ステップによってなおもダメージを受けず、及び誘導自己集合用材料及びプロセスのリソグラフィ性能を更に高めることができ、特に加工ステップの数を減らし及び良好なリソグラフィ性能を持ってより良好なパターン解像度を供する、新規中性層組成物への要望もある。また、中性層土台を用いて垂直に配向させたドメインを、これらのドメインの整列を所望の方向に向けるように強制するために、例えばケモエピタキシ方法において、他は中性層でコーティングされた金属基材の小さな領域のためのコーティング可能なピン止め材料への要望もある。また、異なる材料を用いたパターンを含む基材上に一種の材料のみを選択的にグラフトして、ピン止め領域を形成するグラフト組成物への要望もある。
本発明は、新規のポリマー、並びに前記の新規ポリマー及び有機スピンキャスト溶剤を含む新規の組成物に関する。前記新規組成物は、金属(例えば、Cu、W、Mo、Al、Zr、Ti、Hf、Ag、Au及び類似物)と、無機半導体もしくは絶縁体などの非金属性表面(例えば、Si、GaAs、Ge、SiO2、SiN(窒化ケイ素)、SiON(酸窒化ケイ素)及び類似物)または他の非金属性表面(例えば、フォトレジスト膜、堆積された炭素、スピンオンカーボン、中性層及び類似物)との両方を含む基材上にコーティングされた時に、加熱された後に、金属表面上に選択的に不溶性膜を生成し、但し、前記の非金属性表面上には生成しない。前記金属表面に選択的に付着した前記不溶性膜は、グラフト膜、不溶性架橋MAT膜、またはグラフトだけでなく架橋もされた不溶性膜(グラフトMAT)を形成することによって付着させることができる。これらの膜は、保護バリア層として機能し得るか、または上を覆うブロックコポリマー層の自己集合において、ピン止め層材料として役立ち得る。
本発明の一つの観点は、次のものから選択される少なくとも一つの反応性部分を含む、1~約1.12の多分散性を有する、アクリル系繰り返し単位、スチレン系繰り返し単位、及びこれらの混合物のいずれかを含む新規官能性ポリマーである:
・少なくとも一つの孤立電子対を有する少なくとも一つのN配位性官能基を含む部分、
・ジアルキルシリル基を含む部分、または
・これらの基の混合、
但し、前記反応性部分は、繰り返し単位、末端基またはその両方のいずれかに前記官能性ポリマー中に存在し、そして
前記N-配位性官能基は、
・単座N-配位性官能基、
・複座N-配位性官能基、または
・これらの混合、
のいずれかであり、そして
前記単座N-配位性官能基は、アジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)であり、そして
前記複座N-配位性官能基は、
・2または3つの単座ヘテロアリール部分を含む部分、但し、各々の前記ヘテロアリールは個別に1~3個の窒素ヘテロ原子を含む、または
・2~4個の窒素ヘテロ原子を含む多環式縮合環ヘテロアリール部分、
のいずれかである。
・少なくとも一つの孤立電子対を有する少なくとも一つのN配位性官能基を含む部分、
・ジアルキルシリル基を含む部分、または
・これらの基の混合、
但し、前記反応性部分は、繰り返し単位、末端基またはその両方のいずれかに前記官能性ポリマー中に存在し、そして
前記N-配位性官能基は、
・単座N-配位性官能基、
・複座N-配位性官能基、または
・これらの混合、
のいずれかであり、そして
前記単座N-配位性官能基は、アジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)であり、そして
前記複座N-配位性官能基は、
・2または3つの単座ヘテロアリール部分を含む部分、但し、各々の前記ヘテロアリールは個別に1~3個の窒素ヘテロ原子を含む、または
・2~4個の窒素ヘテロ原子を含む多環式縮合環ヘテロアリール部分、
のいずれかである。
本発明の他の観点の一つは、少なくとも一つのアジド部分(-N3)を含む部分、または少なくとも一つのシアノ部分(-CN)とジアルキルシリル基とを含む部分のいずれかを含む、多分散性が1~約1.12の新規官能性アクリル系ポリマーである。
更に、本発明は、前記の新規官能性スチレン系ポリマー、または前記の新規官能性アクリル系ポリマー、またはそれらの混合物のいずれかの、溶剤中の新規組成物にも関する。
本発明の他の観点の一つは、金属基材上に付着膜を選択的に形成するための前記官能性ポリマーまたは前記組成物の使用である。
更に、本発明は、前記組成物を基材上にコーティングし、そしてベーク後に、付着膜(ブラシピン止め層、架橋MATピン止め層、または架橋ブラシピン止め)を、基材の非金属性表面上にではなく、基材の前記金属領域上に選択的に形成する新規方法に関する。
ピン止め層を形成する前記選択的付着膜は、中性層と共に使用した時に、エッチングにより基材中に転写される繰り返しパターンを形成する耐エッチング性及びエッチング可能ブロックを含む上塗りされたブロックコポリマーのアニールによる誘導自己集合を可能とする能力を援助し得る。
前記の一般的な説明及び以下の詳細な説明は双方とも例示、説明のためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明に関してそれを限定するものではないと理解するべきである。本願において、他に具体的に記載がなければ、単数形の使用は複数を包含し、単数形は「少なくとも一つ」を意味し、そして「または」の使用は「及び/または」を意味する。更に、「含む」という記載、並びに「含まれる」などの他の動詞形の使用は限定的ではない。また、「要素」または「成分」などの記載は、他に具体的に記載がなければ、一つの構成単位を含む要素及び成分、並びに1つ超の構成単位を含む要素または成分の両方を包含する。他に指示が無ければ、ここで使用する「及び」という接続詞は包括的であることを意図しており、「または」という接続詞は排他的であることを意図していない。例えば、「またはその代わりに」というフレーズは、排他的であることを意図している。ここで使用する「及び/または」という記載は、単一要素の使用も含む、前述される要素の任意の組み合わせを指す。
C1~C4アルキルという用語は、メチル及びC2~C4線状アルキル及びC3~C4分岐状アルキル部分の総称であり、例えばメチル(-CH3)、エチル(-CH2-CH3)、n-プロピル(-CH2-CH2-CH3)、イソプロピル(-CH(CH3)2、n-ブチル(-CH2-CH2-CH2-CH3)、tert-ブチル(-C(CH3)3)、イソブチル(CH2-CH(CH3)2、2-ブチル(-CH(CH3)CH2-CH3)である。同様に、「C1~C8」という用語は、メチル、C2~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキル、C4~C8シクロアルキル(例えばシクロペンチル、シクロヘキシルなど)またはC5-C8アルキレンシクロアルキル(例えば、-CH2-シクロヘキシル、CH2-CH2-シクロペンチルなど)の総称である。
「C1~C4アルキレン」という用語は、メチレン及びC2~C4線状アルキレン部分(例えば、エチレン、プロピレンなど)及びC3~C4分岐状アルキレン部分(例えば、-CH(CH3)-、-CH(CH3)-CH2-など)の総称である。
ここで使用するピン止め層という用語は、疎水性または親水性のいずれかである誘導層を指す。本出願において、スチレン系ピン止め層は疎水性であり、他方で、アクリル系ピン止め層は親水性である。それぞれ、これらの疎水性層は、誘導自己集合の際に疎水性ブロックコポリマードメインに対してはピン止め層として働き、他方で、親水性層は、親水性ブロックコポリマードメインに対してはピン止め層として働く。
ここで使用する各章の表題は、文書構成を目的としたものであって、記載の主題を限定するものと解釈するべきではない。限定はされないが特許、特許出願、論文、書籍及び専門書を始めとした本願で引用する全ての文献または文献の一部は、全ての目的に関してそれらの内容の全てが本明細書中に掲載されたものとする。ここに掲載されたものとする文献及び類似の資料の一つ以上における用語の定義が、本願明細書におけるものと矛盾する場合は、本願の定義が優先する。
ここで、他に記載がなければ、ここで使用する「アクリル系」という用語は、一般的にはアクリレート誘導体から誘導される繰り返し単位、非限定的な例としては、以下の構造を有するアクリレート誘導体から誘導される繰り返し単位を包含し、下記式中、Alkyl部分は、C1~C8アルキルまたはHであってよく、XacrylはHまたはC1~C4アルキルのいずれかである:
・少なくとも一つの孤立電子対を有する少なくとも一つのN-配位性官能基を含む部分、
・ジアルキルシリル基を含む部分、または
・これらの基の混合、
但し、前記反応性部分は、繰り返し単位、末端基またはその両方のいずれかに前記官能性スチレン系ポリマー中に存在し、そして
前記N-配位性官能基は、
・単座N-配位性官能基、
・複座N-配位性官能基、または
・これらの混合、
のいずれかであり、そして
前記単座N-配位性官能基はアジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)であり、そして前記複座N-配位性官能基は、2または3つの単環式ヘテロアリール部分を含む部分(ここで、各々の前記ヘテロアリールは個別に1~3つの窒素ヘテロ原子を含む)、または2~4つの窒素ヘテロ原子を含む多環式縮合環ヘテロアリール部分のいずれかである。
ここに記載の前記新規官能性ポリマーの他の観点の一つでは、これは、1~約1.11の範囲の多分散性を有してよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.10の範囲であってよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.09の範囲であってよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.08の範囲であってよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.07の範囲であってよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.06の範囲であってよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.05の範囲であってよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.04の範囲であってよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.03の範囲であってよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.02の範囲であってよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.01の範囲であってよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1.00である。
ここに記載の前記新規官能性ポリマーの他の観点の一つでは、これは、1~約1.13の範囲の多分散性を有してよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.14の範囲であってよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.15の範囲であってよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.16の範囲であってよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.17の範囲であってよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.18の範囲であってよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.19の範囲であってよい。他の観点の一つでは、この多分散性は1~約1.20の範囲であってよい。
先に記載の前記官能性ポリマーの他の観点の一つでは、これは、スチレン系繰り返し単位のみを繰り返し単位として有するものである。
ここに記載の前記新規官能性ポリマーの他の観点の一つでは、これは、約2K~約20Kの範囲のMw(重量平均分子量)を有してよい。他の観点の一つでは、前記Mwは約4K~約15Kの範囲であってよい。更に別の態様の一つでは、Mwは約4K~約6Kの範囲であってよい。
ここに記載の本発明の前記官能性ポリマーの一つの態様では、前記反応性部分は、前記単座N-配位性官能基である。この態様の一つの観点では、前記単座N-配位性官能基は前記アジド部分である。この態様の一つの観点では、これは前記シアノ部分である。この態様の他の観点の一つでは、前記官能性ポリマーは、スチレン系繰り返し単位のみを繰り返し単位として有するものである。
本発明の前記官能性ポリマーの他の態様の一つでは、これは、前記反応性部分が、前記複座N-配位性官能基であるものである。この態様の他の観点の一つでは、前記官能性ポリマーは、スチレン系繰り返し単位のみを繰り返し単位として有するものである。
ここに記載の本発明の前記官能性ポリマーの他の態様の一つでは、これは、前記反応性部分が、前記の単座及び複座N-配位性官能基の混合であるものである。この態様の他の観点の一つでは、前記官能性ポリマーは、スチレン系繰り返し単位のみを繰り返し単位として有するものである。
ここに記載の本発明による前記官能性ポリマーの他の態様の一つでは、これは、前記反応性部分が前記ジアルキルシリル基であるものである。この態様の他の観点の一つでは、前記官能性ポリマーは、スチレン系繰り返し単位のみを繰り返し単位として有するものである。
ここに記載の本発明の前記官能性ポリマーの他の態様の一つでは、これは構造(I)を有するものであり、式中、nはポリマー中の繰り返し単位の数であり;R1はHまたはC1~C4線状アルキルであり;R2は、C1~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキル及びC3~C8環状アルキルから選択され;Rsは、H、C1~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキル及びC3~C8環状アルキルから選択され;R3は、H、C1~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキル、C3~C8環状アルキル、及びジアルキルシリル部分[(Rsi)(Rsia)SiH-](式中、Rsi及びRsiaは、独立してC1~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキル及びC3~C8環状アルキルから選択される)から選択され;X及びXaは、独立して、直接原子価結合、C1~C8線状アルキレン部分、C3~C8分岐状アルキレン部分、C3~C8環状アルキレン部分、及び-X1-O-X2-(-アルキレンオキシアルキレン-)部分(X1及びX2は独立してC1~C8線状アルキレン、C3~C8分岐状アルキレン、及びC3~C8環状アルキレンから選択される)から選択され;そしてMDNはアジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)である。
R1aはHまたはC1~C4線状アルキルであり;RsはH、C1~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキル及びC3~C8環状アルキルから選択され;R2aはC1~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキル及びC3~C8環状アルキルから選択され;XbはC1~C8線状アルキレン、C3~C8分岐状アルキレン、C3~C8環状アルキレン及び-X1a-O-X2a-(-アルキレンオキシアルキレン-)部分から選択され、ここでX1a及びX2aは独立してC1~C8線状アルキレン、C3~C8分岐状アルキレン及びC3~C8環状アルキレンから選択され;そしてMDNはアジド部分(-N3)またはシアノ部分(CN)である。
Xd及びXeは独立して直接原子価結合、C1~C8線状アルキレン、C3~C8分岐状アルキレン、C3~C8環状アルキレン、及び-X1c-O-X2c-(-アルキレンオキシアルキレン-)部分(式中、X1c及びX2cは独立してC1~C8線状アルキレン、C3~C8分岐状アルキレン及びC3~C8環状アルキレンから選択される)から選択され;R3aはH、C1~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキル、C1~C8環状アルキル及びジアルキルシリル部分[(Rsib)(Rsic)SiH-](式中、Rsib及びRsicは独立してC1~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキル及びC3~C8環状アルキルから選択される)から選択され;そしてMDNはジアゾ部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)である。この態様の他の観点の一つでは、R3aは前記ジアルキルシリル末端基である。この態様の他の観点の一つでは、R3aは、C1~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキルまたはC1~C8環状アルキルのいずれかである。この態様の更に別の観点の一つでは、R3aはHである。
Rsは、H、C1~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキル及びC3~C8環状アルキルから選択され;R2dは、C1~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキル及びC3~C8環状アルキルから選択され;Xf及びXgは独立して直接原子価結合、C1~C8線状アルキレン、C3~C8分岐状アルキレン、C3~C8環状アルキレン、及び-X1d-O-X2d-(-アルキレンオキシアルキレン-部分(式中、X1d及びX2dは独立してC1~C8線状アルキレン、C3~C8分岐状アルキレン、及びC3~C8環状アルキレンから選択される)から選択され;R5は、部分(IIIa)、(IIIb)、(IIIc)、(IIId)、(IIIe)、(IIIf)、(IIIg)、(IIIh)、(IIIi)、(IIIj)、及び(IIIk)から選択される構造を有する複座N-配位性官能基であり、ここで*は、構造(V)へのこれらの複座部分の結合点を示し、そしてMDNはアジド部分(-N3)またはシアノ部分(CN)である。
R2はC1~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキル及びC3~C8環状アルキルから選択され;そしてRCNは、H、C1~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキル、C3~C8環状アルキル、及びジアルキルシリル部分[(Rsi)(Rsia)SiH-](式中、Rsi及びRsiaは独立してC1~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキル及びC3~C8環状アルキルから選択される)から選択され;Xaは、直接原子価結合、C1~C8線状アルキレン部分、C3~C8分岐状アルキレン部分、C3~C8環状アルキレン部分、及び-X1-O-X2-(-アルキレンオキシアルキレン-)部分(式中、X1及びX2は独立してC1~C8線状アルキレン、C3~C8分岐状アルキレン及びC3~C8環状アルキレンから選択される)から選択され;そしてMDNはアジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)である。
より具体的な態様の一つでは、nosは1~6の範囲である。この態様の他の観点の一つでは、Rcnは前記ジアルキルシリル末端基である。この態様の他の観点の一つでは、Rcnは、C1~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキルまたはC1~C8環状アルキルのいずれかである。この態様の更に別の観点の一つでは、RcnはHである。
Xa及びXaacは独立して直接原子価結合、C1~C8線状アルキレン部分、C3~C8分岐状アルキレン部分、C3~C8環状アルキレン部分、及び-X1-O-X2-(-アルキレンオキシアルキレン-)部分(式中、X1及びX2は独立してC1~C8線状アルキレン、C3~C8分岐状アルキレン及びC3~C8環状アルキレンから選択される)から選択され;そしてMDNはアジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)である。この態様の他の観点の一つでは、R4acは前記ジアルキルシリル末端基である。この態様の他の観点の一つでは、R4acは、C1~C8線状アルキル、C3~C8分岐状アルキルまたはC1~C8環状アルキルのいずれかである。他の態様の一つでは、Xaacは直接原子価結合である。この態様の更に別の観点の一つでは、R4acはHである。この態様の他の観点の一つでは、nosは1~6の範囲である。
この新規ピン止め層組成物の一つの観点では、これは、ここに記載の官能性ポリマーのいずれか一つを含むものである。これらは、ここに記載の官能性スチレン系ポリマーまたはここに記載の官能性アクリル系ポリマーのいずれかから選択される。
この新規ピン止め層組成物の他の観点の一つでは、これは、ここに記載の同じタイプの(言い換えれば、スチレン系またはアクリル系のいずれかの)本発明の官能性ポリマーの少なくとも二種を含むものである。この態様の一つの観点では、これは、ここに記載の本発明の官能性ポリマーうちの二種の混合物からなる。
ここに記載の新規ピン止め層組成物の固形成分は、スピンキャスト溶剤と混合し、このスピンキャスト溶剤は、単一の溶剤でも、または異なる溶剤の混合物であってよい。適切な溶剤の例は、次のスピンキャスト溶剤であり、これらは、単一の溶剤成分として使用してよいし、または組み合わせて、該組成物の固形成分を溶解する少なくとも二種の溶剤の混合物である溶剤を形成してもよい。
本発明の中性層組成物を形成するためにスピンキャスト溶剤中に溶解するべき、官能性スチレン系または官能性アクリル系ポリマーのいずれかであるここに記載の本発明の官能性ポリマーの量は、全溶液の重量の約0.2重量%~約2.0重量%の範囲である。本発明の他の観点の一つでは、この量は、全溶液の重量の約0.3重量%~約1.0重量%の範囲であってよい。
適当なスピンキャスト溶剤は、例えばグリコールエーテル誘導体、例えばエチルセロソルブ、メチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールn-プロピルエーテル、またはジエチレングリコールジメチルエーテル;グリコールエーテルエステル誘導体、例えばエチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート、または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);カルボキシレート、例えばエチルアセテート、n-ブチルアセテート及びアミルアセテート;二塩基性酸のカルボキシレート、例えばジエチルオキシレート及びジエチルマロネート;グリコール類のジカルボキシレート、例えばエチレングリコールジアセテート及びプロピレングリコールジアセテート;及びヒドロキシカルボキシレート、例えば乳酸メチル、乳酸エチル(EL)、グリコール酸エチル、及び3-ヒドロキシプロピオン酸エチル;ケトンエステル、例えばピルビン酸メチルまたはピルビン酸エチル;アルコキシカルボン酸エステル、例えば3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、またはエトキシプロピオン酸メチル;ケトン誘導体、例えばメチルエチルケトン、アセチルアセトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンまたは2-ヘプタノン;ケトンエーテル誘導体、例えばジアセトンアルコールメチルエーテル;ケトンアルコール誘導体、例えばアセトールまたはジアセトンアルコール;ケタールまたはアセタール、例えば1,3ジオキサラン及びジエトキシプロパン;ラクトン、例えばブチロラクトン;アミド誘導体、例えばジメチルアセトアミドまたはジメチルホルムアミド、アニソール及びこれらの混合物などが挙げられ得る。
追加的に、該新規ピン止め層組成物は、更に、界面活性剤などの添加剤を含んでよい。
該新規ピン止め層組成物は、基材上にコーティングされ、そして加熱して、スピンキャスト溶剤を除去しそして膜を架橋及び/またはグラフトする。典型的な膜厚は、加熱後に約3nm~約50nm、または約3nm~約30nm、または約4nm~約20nm、または約5nm~約20nm、または約10nm~約20nmの範囲である。この膜は、約180℃~約350℃、または約200℃~約300℃の範囲の温度で加熱することができる。架橋膜が形成されたら、そのコーティングは、自己集合を用いて最終的にパターンを形成するために次の加工に使用してよい。
該新規ピン止め層組成物と共同して自己集合に使用されるブロックコポリマーは、自己集合を介してドメインを形成できるものであれば任意のブロックコポリマーであることができる。自己会合する傾向のある同じタイプのブロックによって、ミクロドメインが形成される。典型的には、この目的に使用されるブロックコポリマーは、モノマーから誘導された繰り返し単位が、組成的に、構造的にまたはその両方で異なりかつ相分離及びドメイン形成ができるブロックに整列するポリマーである。これらのブロックは、一方のブロックは削除し、他方のブロックは表面上にそのまま維持でき、そうして表面上にパターンを供するのに使用できるという異なる性質を有する。それ故、ブロックは、プラズマエッチング、溶剤エッチング、水性アルカリ性溶液を用いた現像剤エッチングなどによって選択的に削除することができる。有機モノマーをベースとするブロックコポリマーでは、一つのブロックは、ポリジエンも包含するポリオレフィン系モノマー、ポリ(エチレンオキシド)、ポリ(プロピレンオキシド)、ポリ(ブチレンオキシド)及びこれらの混合物などのポリ(アルキレンオキシド)を始めとするポリエーテルからできていることができ;他のブロックは、ポリ((メタ)アクリレート)、ポリスチレン類、ポリエステル、ポリオルガノシロキサン、ポリオルガノゲルマン及び/またはこれらの混合物などの様々なモノマーからできていることができる。ポリマー鎖中のこれらのブロックは、それぞれ、モノマーから誘導された一種またはそれ超の繰り返し単位を含むことができる。必要なパターン及び使用する方法のタイプに依存して、異なるタイプのブロックコポリマーを使用し得る。例えば、これらは、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、ターポリマーまたはマルチブロックコポリマーからなっていてよい。
これらのブロックコポリマーのブロックは、それら自体は、ホモポリマーまたはコポリマーからなっていてよい。異なるタイプのブロックコポリマーも自己集合に使用でき、例えば樹脂様ブロックコポリマー、超分岐状ブロックコポリマー、グラフトブロックコポリマー、有機ジブロックコポリマー、有機マルチブロックコポリマー、線状ブロックコポリマー、星形ブロックコポリマー、両親媒性無機ブロックコポリマー、両親媒性有機ブロックコポリマー、または少なくとも異なるタイプのブロックコポリマーからなる混合物も使用し得る。
有機ブロックコポリマーのブロックは、C2-30オレフィンなどのモノマー、C1-30アルコールから誘導される(メタ)アクリレートモノマー、無機含有モノマー、例えばSi、Ge、Ti、Fe、Alをベースとするモノマーから誘導される単位を含んでもよい。C2-30オレフィンをベースとするモノマーは、単独でまたは一種の他のオレフィン性モノマーとの組み合わせで、高エッチング耐性のブロックを構成することができる。このタイプのオレフィン性モノマーの具体例は、エチレン、プロピレン、1-ブテン、1,3-ブタジエン、イソプレン、ジヒドロピラン、ノルボルネン、無水マレイン酸、スチレン、4-ヒドロキシスチレン、4-アセトキシスチレン、4-メチルスチレン、アルファ-メチルスチレンまたはこれらの混合物である。高エッチング可能な単位の例は、(メタ)アクリレートモノマー、例えば(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、n-ペンチル(メタ)アクリレート、イソペンチル(メタ)アクリレート、ネオペンチル(メタ)アクリレート、n-ヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートまたはこれらの混合物から誘導することができる。
一つのタイプの高エッチング耐性繰り返し単位を含むブロックコポリマーの説明に役立つ例は、スチレンから誘導される繰り返し単位のみを含むポリスチレンブロックと、メチルメタクリレートから誘導される繰り返し単位のみを含む他のタイプの高度にエッチング可能なポリメチルメタクリレートブロックであろう。これらは一緒になって、ブロックコポリマーであるポリ(スチレン-b-メチルメタクリレート)を形成し、ここでbはブロックのことを指す。
パターン化された中性層上での誘導自己集合に使用されるグラフォエピタキシ、ケモエピタキシまたはピン止めケモエピタキシに有用なブロックコポリマーの具体的で非限定的な例は、ポリ(スチレン-b-ビニルピリジン)、ポリ(スチレン-b-ブタジエン)、ポリ(スチレン-b-イソプレン)、ポリ(スチレン-b-メチルメタクリレート)、ポリ(スチレン-b-アルケニル芳香族類)、ポリ(イソプレン-b-エチレンオキシド)、ポリ(スチレン-b-(エチレン-プロピレン))、ポリ(エチレンオキシド-b-カプロラクトン)、ポリ(ブタジエン-b-エチレンオキシド)、ポリ(スチレン-b-t-ブチル(メタ)アクリレート)、ポリ(メチルメタクリレート-b-t-ブチルメタクリレート)、ポリ(エチレンオキシド-b-プロピレンオキシド)、ポリ(スチレン-b-テトラヒドロフラン)、ポリ(スチレン-b-イソプレン-b-エチレンオキシド)、ポリ(スチレン-b-ジメチルシロキサン)、ポリ(メチルメタクリレート-b-ジメチルシロキサン)、または上記のブロックコポリマーの少なくとも一つを含む組み合わせである。これらの全てのポリマー性材料は、ICデバイスの製造に典型的に使用されるエッチング技術に対し耐性のある繰り返し単位に富む少なくとも一つのブロック、及びこれらの同じ条件下に迅速にエッチングされる少なくとも一つのブロックの存在という点で共通する。これは、自己集合したポリマーを基材上にパターン転写することを可能にする。
典型的には、好適なブロックコポリマーは、約30,000g/モル~約500,000g/モルの範囲の重量平均分子量(Mw)及び約1.01~約6、または1.01~約2または1.01~約1.5の多分散性(PDI)(Mw/Mn)を有する。分子量、及びPDIは、例えば、ポリスチレン標準に較正された汎用較正法を用いるゲル浸透クロマトグラフィによって決定することができる。これは、ポリマーブロックが、所定の表面に付与された時に自然発生的に、または純粋に熱的な処理を用いることで、または自己集合が起こるようにセグメントの流れを高めるためにポリマーフレームワークに溶剤蒸気を吸収させることでアシストされた熱的プロセスを介して、自己集合するための十分な可動性を持つことを保証する。
膜を形成するためのブロックコポリマーの溶解に適した溶剤は、ブロックコポリマーの溶解性要件で変わり得る。ブロックコポリマーアセンブリのための溶剤の例には、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、乳酸エチル、2-ヘプタノン、シクロヘキサノン、アミルアセテート、n-ブチルアセテート、n-アミルケトン(MAK)、ガンマ-ブチロラクトン(GBL)、トルエン及び類似物などが挙げられる。一つの態様では、特に有用なキャスト溶剤には、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)、ガンマ-ブチロラクトン(GBL)、またはこれらの溶剤の組み合わせなどが挙げられる。
該ブロックコポリマー組成物は、無機含有ポリマー;小分子、無機含有分子、界面活性剤、光酸発生剤、熱酸発生剤、クエンチャ、硬化剤、架橋剤、鎖延長剤、及び類似物などを包含する添加剤;並びに上記の少なくとも一つを含む組み合わせからなる群から選択される追加の成分及び/または添加剤を含むことができ、ここで前記追加の成分及び/または添加剤の一種以上は、ブロックコポリマーと一緒に集合化して、ブロックコポリマーアセンブリを形成する。
ブロックコポリマー組成物(高度にエッチング可能なブロック及び耐エッチング性のブロックを含む)は、基材を覆う本発明によるランダムコポリマーの架橋されたコーティング上に施与され、上層としてのブロックコポリマー膜を形成する。このブロックコポリマー膜は、上述したように溶液から形成することができる。施与及び溶剤除去すると、ブロックコポリマー膜は、アニーリングの際に自己集合を受ける。形成された自己集合パターンのタイプは、ここに記載のように、本発明によるランダムコポリマーの組成及び上層のブロックコポリマーの組成を注意深く調整することによって予め決定される。
より具体的には、これらのブロックコポリマー組成物の施与は、スピン技術(スピン乾燥を含む)などの既知のコーティング技術を用いて行うことができる。
該新規ピン止め層組成物と共同して自己集合に使用し得る中性層は、ブロックコポリマー中のブロックのいずれにも優先的な親和性を持たないことを特徴とするのであれば、任意の中性層であることができる。それ故、中性層は、限定はされないが、ブロックコポリマーと同じモノマー繰り返し単位を含んでよいが、但し、モノマーは、ポリマー鎖にわたってほぼ均一に分布しているようにランダム化または合成される。例えば、ランダム鎖の代わりに、これは、ポリマー鎖中にモノマーAがモノマーBと交互している交互ポリマーを使用することが望ましい場合もある。中性層は、官能化されたポリマーブラシ、架橋可能なポリマー、使用されるブロックコポリマーに使用されたものと類似の繰り返し単位を有するランダムコポリマー、または使用されるブロックコポリマー中のモノマーと類似のモノマーをそれぞれ有するホモポリマーのブレンドであることができる。
モノマーが少なくともほぼ均一に分布しているポリマー中性層の製造は幾つか方法で成し遂げることができる。例えば、フリーラジカル重合が使用される場合には、個々のモノマーを、それらの個々の反応性が考慮されるように、反応容器に供給することが望ましい場合がある。理論により拘束されることを意図するものではないが、他のAモノマーとの反応性が比較的より高いモノマーAを、反応中にわたって反応が効果的にAが「不足」した状態になるように、よりゆっくりと反応容器に供給することが望ましい場合がある。これは、更なるAが導入される前の、モノマーAと他のモノマーBとの反応を可能する。分布がポリマー鎖にわたってほぼ均一であるポリマーを製造する際には、他の重合法が有用である場合がある。このような方法の非限定的な例には、リビングフリーラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合、縮合重合、プラズマ重合、金属触媒重合、例えばメタロセン重合、メタセシス重合及び類似法などが挙げられる。
中性層は、架橋のためのモノマー及び添加剤も含んでよい。このような材料としては、限定はされないが、アミノプラスト系架橋剤、例えばメラミン類及びグリコールウリル類、エポキシ及びオキセタン樹脂、ウレタン樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、かご形アミン材料、例えばヘキサメチレンテトラミン、ポリオール類、及び類似物などが挙げられ得る。
中性層に適したポリマーは、選択する特定のブロックコポリマーに依存する。しかし、中性層材料は、限定はされないが、スチレン、4-ビニル-1,2-ジヒドロシクロブタベンゼン、4-ビニルピリジン、ブタジエン、イソプレン、メチル(メタ)アクリレート、ポリエチレンオキシド、ポリエチレン-プロピレン、ポリカプロラクトン、ポリカプロラクタム、ポリ-t-ブチル(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド、テトラヒドロピラン、ジメチルシロキサン、無水マレイン酸、無水イタコン酸、マレイミド、マレイン酸、イタコン酸、カプロン酸、乳酸、グリシン、エチレン、プロピレン、1-ブテン、1,3-ブタジエン、ノルボルネン、4-ヒドロキシスチレン、4-アセトキシスチレン、4-メチルスチレン、アルファ-メチルスチレン、エチル(メタ)アクリレート、n-プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、n-ペンチル(メタ)アクリレート、ネオペンチル(メタ)アクリレート、n-ヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、またはこれらの少なくとも一つを含むコポリマーを含むモノマー繰り返し単位を含んでよい。
更に、限定はされないが、中性層として使用されるコポリマーは、ポリ(メチルメタクリレート-スチレン)、ポリ(ブタジエン-ブチルメタクリレート)、ポリ(ブタジエン-ジメチルシロキサン)、ポリ(ブタジエン-メチルメタクリレート)、ポリ(ブタジエン-ビニルピリジン)、ポリ(イソプレン-メチルメタクリレート)、(ポリイソプレン-ビニルピリジン)、ポリ(ブチルアクリレート-メチルメタクリレート)、ポリ(ブチルアクリレート-ビニルピリジン)、(ポリヘキシルアクリレート-ビニルピリジン)、ポリ(イソブチレン-ブチルメタクリレート)、ポリ(イソブチレン-ジメトキシシロキサン)、ポリ(イソブチレン-メチルメタクリレート)、ポリ(イソブチレン-ビニルピリジン)、ポリ(イソプレン-エチレンオキシド)、ポリ(ブチルメタクリレート-ブチルアクリレート)、ポリ(ブチルメタクリレート-ビニルピリジン)、ポリ(エチレン-メチルメタクリレート)、ポリ(メチルメタクリレート-ブチルアクリレート)、ポリ(メチルメタクリレート-ブチルメタクリレート)、ポリ(スチレン-ブタジエン)、ポリ(スチレン-ブチルアクリレート)、ポリ(スチレン-ブチルメタクリレート)、ポリ(スチレン-ブチルスチレン)、ポリ(スチレン-ジメトキシシロキサン)、ポリ(スチレン-イソプレン)、ポリ(スチレン-メチルメタクリレート)、ポリ(スチレン-ビニルピリジン)、ポリ(エチレン-ビニルピリジン)、ポリ(ビニルピリジン-メチルメタクリレート)、ポリ(エチレンオキシド-イソプレン)、ポリ(エチレンオキシド-ブタジエン)、ポリ(エチレンオキシド-スチレン)、またはポリ(エチレンオキシド-メチルメタクリレート)を含み得る。
更に、限定されることなく、中性層は、非官能化鎖末端を有してよいか、または官能化された鎖末端を有するテレケリックポリマーであってよく、ポリマー鎖の末端の官能基(複数可)は、限定はされないが、アルコール基、エステル基、カーボネート基、カルボン酸基、ホスホン酸基、スルホン酸基、アミン基、アミドもしくはイミド基、エポキシ基、シリル基、アルコキシシリル基、アルキルシリル基、アミノシラン基、イソシアネート基、チオシアネート基、またはイソチオシアネート基から選択してよい。
本発明の一つの観点は、
i)ここに記載の本発明の官能性スチレン系ポリマー含有組成物のいずれか一つを、金属性表面のみを含む基材上に、または金属性表面と非金属性表面とを混合して含む基材上にコーティングして、前記基材上にコーティングを形成するステップ、
を含むピン止め層をコーティングするための本発明の方法である。
i)ここに記載の本発明の官能性スチレン系ポリマー含有組成物のいずれか一つを、金属性表面のみを含む基材上に、または金属性表面と非金属性表面とを混合して含む基材上にコーティングして、前記基材上にコーティングを形成するステップ、
を含むピン止め層をコーティングするための本発明の方法である。
ステップi)を含む前記の本発明の方法の一つの観点では、前記基材は、金属性表面のみを含む基材である。この態様の他の観点の一つでは、金属性表面は、Cu、W、Mo、Al、Zr、Ti、Hf、Ag及びAu表面のうちの少なくとも一つに選択される。他の態様の一つでは、これは、Cu、W、Mo、Al、Zr、Ti、及びHfから選択し得る。
ステップi)を含む本発明の方法の他の観点の一つでは、前記基材は、パターン化されており、かつ金属性表面と非金属性表面との両方を含むものである。この観点のより具体的な態様の一つでは、金属性表面は、Cu、W、Mo、Al、Zr、Ti及びHf表面からなる群から選択し得る。
前記基材が金属性表面と非金属性表面との両方を含むものであるステップi)を含む本発明の方法では、これは、非金属性表面が半導体である方法である。この観点のより具体的な態様の一つでは、金属性表面は、Cu、W、Mo、Al、Zr、Ti及びHf表面からなる群から選択し得る。
ステップi)を含む本発明の方法では、前記基材は、次のものからなる群から選択される、金属性表面と非金属性表面との両方を含む基材である:
金属性表面及びSi表面を有する基材、
金属性表面及びGaAs表面を有する基材、
金属性表面及びGe表面を有する基材、
金属性表面及び酸化ケイ素表面を有する基材、
金属性表面及び窒化ケイ素表面を有する基材、
金属性表面及び酸窒化ケイ素表面を有する基材、
金属性表面及び中性層表面を有する基材、
金属性表面及びフォトレジスト表面を有する基材、及び
金属性表面及びスピンオンカーボン表面を有する基材。
金属性表面及びSi表面を有する基材、
金属性表面及びGaAs表面を有する基材、
金属性表面及びGe表面を有する基材、
金属性表面及び酸化ケイ素表面を有する基材、
金属性表面及び窒化ケイ素表面を有する基材、
金属性表面及び酸窒化ケイ素表面を有する基材、
金属性表面及び中性層表面を有する基材、
金属性表面及びフォトレジスト表面を有する基材、及び
金属性表面及びスピンオンカーボン表面を有する基材。
この観点のより具体的な例の一つでは、金属性表面は、Cu、W、Mo、Al、Zr、Ti、Hf、Ag、及びAuからなる群から選択し得る。この態様のより具体的な例の一つでは、金属性表面は、Cu、W、Mo、Al、Zr、Ti、及びHfからなる群から選択し得る。この態様の他のより具体的な態様の一つでは、非金属性基材は、Si及びSiO2、及びこれらの二つのタイプの表面の混合から選択される。
他の態様の一つでは、前記基材が、金属性表面と非金属性表面との両方を含むものであるステップi)を含む前記の本発明の方法は、追加的に、次の追加ステップii)及びiii)を含んでよい:
ii)前記コーティングをベークして、ベークされたコーティングを形成するステップ、
iii)ベークされた前記コーティングを有機溶剤で洗浄して、金属性表面に付着したブラシ膜を残すステップ。
この態様の一つの観点では、基材は、膜が付着する金属性表面のみを有するものである。この態様の他の観点の一つでは、前記基材は、金属性基材と非金属性基材との両方を含むものである。この態様では、前記金属性表面または非金属性表面は、先に記載されたこれらのタイプの表面のいずれか一つであってよい。この態様では、前記有機溶剤は、ここに本発明の組成物に適したものとして記載した任意の有機溶剤であってよい。
ii)前記コーティングをベークして、ベークされたコーティングを形成するステップ、
iii)ベークされた前記コーティングを有機溶剤で洗浄して、金属性表面に付着したブラシ膜を残すステップ。
この態様の一つの観点では、基材は、膜が付着する金属性表面のみを有するものである。この態様の他の観点の一つでは、前記基材は、金属性基材と非金属性基材との両方を含むものである。この態様では、前記金属性表面または非金属性表面は、先に記載されたこれらのタイプの表面のいずれか一つであってよい。この態様では、前記有機溶剤は、ここに本発明の組成物に適したものとして記載した任意の有機溶剤であってよい。
ステップi)を含む前記の本発明の方法の他の態様の一つでは、これは、前記基材が、パターン化された半導体基材であって、そのパターンが、金属性表面と非金属性表面から構成される基材であり、かつ追加的に以下のステップii’)及びiii’)を含む方法である:
ii’)前記コーティングをベークして、ベークされたコーティングを形成するステップ、
iii’)ベークされた前記コーティングを有機溶剤で洗浄して、パターン化された基材中の金属表面に付着したブラシ膜を残すステップ。
この態様では、前記金属性表面または非金属性表面は、先に記載されたこれらのタイプの表面のいずれか一つであってよい。この態様では、前記有機溶剤は、ここに本発明の組成物に適したものとして記載した任意の有機溶剤であってよい。
ii’)前記コーティングをベークして、ベークされたコーティングを形成するステップ、
iii’)ベークされた前記コーティングを有機溶剤で洗浄して、パターン化された基材中の金属表面に付着したブラシ膜を残すステップ。
この態様では、前記金属性表面または非金属性表面は、先に記載されたこれらのタイプの表面のいずれか一つであってよい。この態様では、前記有機溶剤は、ここに本発明の組成物に適したものとして記載した任意の有機溶剤であってよい。
本発明の他の観点の一つでは、パターン化された金属層の金属性表面上に選択的にピン止め層を施与する本発明の方法は、以下のように非金属性表面も含むパターン化された無機半導体基材を供する:
ia)ここに記載の新規組成物のいずれか一つを、前記無機半導体基材上にコーティングして、コーティングを形成し、
iia)前記コーティングをベークして、ベークされたコーティングを形成し、
iiia)ベークされた前記コーティングを洗浄して、前記金属部分に選択的に付着したブラシ層を残す。
ia)ここに記載の新規組成物のいずれか一つを、前記無機半導体基材上にコーティングして、コーティングを形成し、
iia)前記コーティングをベークして、ベークされたコーティングを形成し、
iiia)ベークされた前記コーティングを洗浄して、前記金属部分に選択的に付着したブラシ層を残す。
ステップi)、i’)またはia)の観点の一つでは、前記金属性表面は、Cu、W、Mo、Al、Zr、Ti、Hf、Ag、Au表面及び類似の表面から選択してよい。この態様の他の観点の一つでは、前記無機半導体基材は、Si、GaAs、Ge及び類似物から選択してよい。これらの基材では、前記非金属性表面は、前記無機半導体に由来する表面、ここに記載の他の非金属性表面に由来する任意の表面、または前記パターン化された無機半導体基材上に存在するこれらの非金属性表面の混合から選択してよい。一つの態様では、前記非金属性表面は、Si、SiO2、またはSiとSiO2との混合のいずれかである。
本発明の一つの観点では、該新規官能性スチレン系ポリマーを含む組成物から形成された前記選択的に付着したピン止め層は、以下のように誘導自己集合方法で使用してよい:
ib)ここに記載の新規組成物のいずれか一つを、金属性表面と非金属性中性層表面との両方を含む基材上にコーティングし、
iib)前記コーティングをベークして、ベークされたコーティングを形成し、
iiia)ベークされた前記コーティングを洗浄して、前記金属表面に選択的に付着したブラシ層を残して、パターン化されたピン止め層を形成し、
ivb)前記パターン化ピン止め層の上面に、ブロックコポリマー層をコーティングし、
vb)上塗りされたブロックコポリマーの誘導自己集合膜を形成し、
vib)前記誘導自己集合ブロックコポリマーをエッチングして、前記基材中にパターンを形成する。
ib)ここに記載の新規組成物のいずれか一つを、金属性表面と非金属性中性層表面との両方を含む基材上にコーティングし、
iib)前記コーティングをベークして、ベークされたコーティングを形成し、
iiia)ベークされた前記コーティングを洗浄して、前記金属表面に選択的に付着したブラシ層を残して、パターン化されたピン止め層を形成し、
ivb)前記パターン化ピン止め層の上面に、ブロックコポリマー層をコーティングし、
vb)上塗りされたブロックコポリマーの誘導自己集合膜を形成し、
vib)前記誘導自己集合ブロックコポリマーをエッチングして、前記基材中にパターンを形成する。
ステップii)、ii’)、iia)、iib)の一つの観点では、ベークステップは、約190℃~約250℃から選択してよい温度で行われる。この態様の他の観点の一つでは、温度は、約200℃~約240℃から選択し得る。この態様の他の観点の一つでは、温度は約210℃~約240℃から選択し得る。この態様の更に別の観点の一つでは、温度は、約220℃~約240℃から選択し得る。この態様では、前記のベークステップは、約1分間から約10分間までの範囲の時間、行うことができる。他の態様の一つでは、前記時間は、約2分間から約8分間までの範囲であってよい。他の態様の一つでは、前記時間は、約3分間から約7分間までの範囲であってよい。更に別の態様の一つでは、前記時間は、約4分間から約6分間までの範囲であってよい。
ステップiii)、iii’)、iiia)またはiiib)の一つの観点では、前記洗浄は、約1分間から約5分間までの時間行われる。他の態様の一つでは、前記時間は、約1分間から約4分間までである。更に別の態様の一つでは、前記時間は、約1分間から約3分間までである。この態様の他の観点の一つでは、前記洗浄は有機溶剤を用いて行われる。この態様の他の観点の一つでは、前記洗浄は有機スピンキャスト溶剤を用いて行われる。適当なスピンキャスト溶剤には、例えばグリコールエーテル誘導体、例えばエチルセロソルブ、メチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールn-プロピルエーテル、またはジエチレングリコールジメチルエーテル;グリコールエーテルエステル誘導体、例えばエチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート、または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);カルボキシレート、例えばエチルアセテート、n-ブチルアセテート及びアミルアセテート;二塩基性酸のカルボキシレート、例えばジエチルオキシレート及びジエチルマロネート;グリコール類のジカルボキシレート、例えばエチレングリコールジアセテート及びプロピレングリコールジアセテート;及びヒドロキシカルボキシレート、例えば乳酸メチル、乳酸エチル(EL)、グリコール酸エチル、及び3-ヒドロキシプロピオン酸エチル;ケトンエステル、例えばピルビン酸メチルまたはピルビン酸エチル;アルコキシカルボン酸エステル、例えば3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、またはエトキシプロピオン酸メチル;ケトン誘導体、例えばメチルエチルケトン、アセチルアセトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンまたは2-ヘプタノン;ケトンエーテル誘導体、例えばジアセトンアルコールメチルエーテル;ケトンアルコール誘導体、例えばアセトールまたはジアセトンアルコール;ケタールまたはアセタール、例えば1,3ジオキサラン及びジエトキシプロパン;ラクトン、例えばブチロラクトン;アミド誘導体、例えばジメチルアセトアミドまたはジメチルホルムアミド、アニソール及びこれらの混合物などが挙げられ得る。
セットステップivb)において、誘導自己集合に適したブロックコポリマーは、ミクロ相分離することができ、かつプラズマエッチングに耐性のある炭素を豊富に含むブロック(例えばスチレンや、またはSi、Ge、Tiのような何らかの他の元素を含むもの)とプラズマエッチングまたは除去性が高いブロックとを含み、高解像度のパターン画定を供することができるものである。高エッチング性ブロックの例には、酸素を豊富に含みかつ耐熱性元素を含まず、更に高エッチング性ブロックを形成することができるモノマー、例えばメチルメタクリレートを含み得る。
ステップvb)において、ブロックコポリマーコーティングの誘導自己集合は、高温(例えば200~300℃)で加熱だけをするか、または溶剤蒸気を用いてブロックコポリマーを軟化することにより、それより低い温度で加熱することによって、為し得る。
ステップvib)では、基材中への自己集合ブロックコポリマーコーティングのエッチングは、集積回路(IC)を製造する方法において使用されるプラズマエッチングガスによって為し得る。このようにして、非常に微細なパターンを、典型的なIC基材上に形成することができる。
本発明の他の観点の一つは、先に記載の本発明の官能性アクリル系ポリマーとスピンキャスト溶剤とを含む組成物に関する。この組成物は、先に記載の本発明の官能性スチレン系ポリマーについて先に記載した方法と同様にして調製し得る。
本発明の他の観点の一つは、本発明の官能性アクリル系ポリマーを含む組成物をコーティングして、ピン止め層を形成する方法であって、
ic)ここに記載の官能性アクリル系ポリマーを含む組成物を、金属性表面のみを含む基材上にまたは金属性表面と非金属性表面とを混合して含む基材上にコーティングして、前記基材上にコーティングを形成するステップ、
を含む前記方法である。この方法の他の観点の一つでは、前記基材は、金属性表面とSi表面とを有する基材、金属性表面とGaAs表面とを有する基材、金属性表面とGe表面とを含む基材、金属性表面と酸化ケイ素表面とを有する基材、金属性表面と窒化ケイ素表面とを有する基材、金属性表面と酸窒化ケイ素表面とを有する基材、金属性表面と中性層表面とを有する基材、金属性表面とフォトレジスト表面とを有する基材、及び金属性表面とスピンオンカーボン表面とを有する基材からなる群から選択される、金属性表面と非金属性表面との両方を含むものである。
ic)ここに記載の官能性アクリル系ポリマーを含む組成物を、金属性表面のみを含む基材上にまたは金属性表面と非金属性表面とを混合して含む基材上にコーティングして、前記基材上にコーティングを形成するステップ、
を含む前記方法である。この方法の他の観点の一つでは、前記基材は、金属性表面とSi表面とを有する基材、金属性表面とGaAs表面とを有する基材、金属性表面とGe表面とを含む基材、金属性表面と酸化ケイ素表面とを有する基材、金属性表面と窒化ケイ素表面とを有する基材、金属性表面と酸窒化ケイ素表面とを有する基材、金属性表面と中性層表面とを有する基材、金属性表面とフォトレジスト表面とを有する基材、及び金属性表面とスピンオンカーボン表面とを有する基材からなる群から選択される、金属性表面と非金属性表面との両方を含むものである。
本発明の他の観点の一つは、ステップic)を含む前記方法が、次の追加のステップiic)及びiiic):
iic)前記コーティングをベークして、ベークされたコーティングを形成するステップ、
iiic)ベークされた前記コーティングを有機溶剤で洗浄して、金属性表面に付着したブラシ膜を残すステップ、
を含むものである。
iic)前記コーティングをベークして、ベークされたコーティングを形成するステップ、
iiic)ベークされた前記コーティングを有機溶剤で洗浄して、金属性表面に付着したブラシ膜を残すステップ、
を含むものである。
本発明の他の観点の一つは、ステップic)を含む前記方法が、前記非金属性表面が、Si表面、SiO2表面、またはこれらの二つのタイプの表面の混合である方法であるものである。
本発明の他の観点の一つは、ステップi)を含む前記方法が、前記金属性表面が、Cu、W、Mo、Al、Zr、Ti、Hf、Ag及びAu表面の少なくとも一つに選択される表面である方法であるものである。
本発明の他の観点の一つは、以下のように、本発明の官能性アクリル系ポリマーを含むここに記載の組成物を使用するステップid)~vid)を含む誘導自己集合によってパターン化基材を形成する方法である:
id)ここに記載の請求項14の組成物を、金属性表面と非金属性中性層表面との両方を含む基材上にコーティングし、
iid)前記コーティングをベークして、ベークされたコーティングを形成し、
iiid)ベークされた前記コーティングを洗浄して、前記金属表面に選択的に付着したブラシ層を残して、パターン化されたピン止め層を形成し、
ivd)前記パターン化ピン止め層の上面に、ブロックコポリマー層をコーティングし、
vd)上塗りされたブロックコポリマーの誘導自己集合膜を形成し、
vid)前記誘導自己集合ブロックコポリマーをエッチングして、前記基材中にパターンを形成する。
id)ここに記載の請求項14の組成物を、金属性表面と非金属性中性層表面との両方を含む基材上にコーティングし、
iid)前記コーティングをベークして、ベークされたコーティングを形成し、
iiid)ベークされた前記コーティングを洗浄して、前記金属表面に選択的に付着したブラシ層を残して、パターン化されたピン止め層を形成し、
ivd)前記パターン化ピン止め層の上面に、ブロックコポリマー層をコーティングし、
vd)上塗りされたブロックコポリマーの誘導自己集合膜を形成し、
vid)前記誘導自己集合ブロックコポリマーをエッチングして、前記基材中にパターンを形成する。
本発明の官能性アクリル系ポリマーを使用した組成物を使用する前記方法では、より具体的な加工条件(例えば、ベーク温度、より具体的な基材、パターン化基材など)は、段落[0069]~[0084]に記載した本発明の官能性スチレン系ポリマーを含む組成物のための加工ステップ[言い換えれば、i)~iii)、i’)~iii’)、ia)からiiia)、ib)~ivb)]における先に記載したものと同じである。
以下、本開示のより具体的な態様と、このような態様を裏付ける実験結果について説明する。しかし、以下の開示は、例示のみを目的としたものであり、それ故、請求項に記載の発明の範囲を如何様にも限定することを意図したものではない点を指摘しておく。
化学品
別段の表示がない限り、全ての化学品は、Sigma Aldrich(3050 Spruce St.,St.Louis,MO63103)から購入した。
別段の表示がない限り、全ての化学品は、Sigma Aldrich(3050 Spruce St.,St.Louis,MO63103)から購入した。
全ての合成実験はN2雰囲気中で行った。リソグラフィ実験は、本明細書に記載のように行った。コポリマーの分子量は、5基のPPS SVDカラム(孔サイズ100A、500A、1000A、10,000A及び100,000A)を用いて、屈折率及びUV検出器を備えるゲル浸透クロマトグラフィにより測定した。THFを、1mL/分の流速で移動相として使用した。
リソグラフィ実験は、TEL Clean ACT8トラックを用いて行った。SEM写真は、アプライドマテリアルズ社製のNanoSEM 3D走査電子顕微鏡を用いて撮影した。走査電子顕微鏡写真は、1Fov倍率または2Fov倍率で示す。
スキーム1は、例1に記載のベンジルアジド末端ポリスチレンを得るために使用された合成経路を示す。
例1.ベンジルアジド末端ポリスチレンの合成
ステップ1:約55mLのスチレン(カラムに通しかつ脱気したもの)を、二つのロータフローストップコック及び19F接続ガラスジョイントを備えたキャリブレート済みのアンプル中に取り入れた。スチレンを低温に維持しながら動的真空中に注意深く脱気した後、55mLのスチレン(S)モノマーを集め、そしてストップコックを用いてアンプルを真空下に閉じた。グローブボックス中で、3.9gの3-ベンジルテトラヒドロフラン-ジフェニルエチレン(DPE)を小瓶中に計り取り(Sec-BuLiに対して1.2モル過剰)、そして約5~10mLのトルエン中に溶解し、そして単一のロータフローストップコック及び19Fジョイントを備えたキャリブレート済みのアンプル中に移した。この溶液を、薄い橙/赤色が持続するようになるまで、希薄ヘキシルDPE-Li溶液で迅速に滴定した。ストップコックを閉じた後、アンプルをグローブボックスから取り出した。スチレンアンプルとDPEアンプルの両方とも、ガラスジョイント及び黄色油脂を用いてフラスコに取り付けた。このフラスコに真空を適用し、そしてヒートガンを用いて乾燥した。10分後、フラスコを室温にし、そしてアルゴンを充填した。約600mLの陽圧下に、乾燥THFを、カニューラ移送により前記フラスコに移した。フラスコ温度を、ドライアイス/アセトン浴を用いて-78℃に低下した。THF溶液を、持続的なレモン色/黄色色が得られるまでSec-BuLi(1.4M)で滴定した。フラスコを-78℃としながら、スチレンアンプルにアルゴンを充填し、そして圧力平衡用ストップコップを閉じた。5分後、ドライアイス/アセトン浴を取り外し、そしてフラスコを室温にした。崩壊または黄色/sec-BuLi(過剰のSec-BuLiの完全な崩壊)まで15から30分間要する。無色の溶液が得られた後に、フラスコ温度を-78℃に低下し、そして7.9mLのsec-BuLi(1.4M)開始剤を、気密ガラスシリンジを用いて加えた。2~3分後、開始剤溶液を素早く攪拌して維持しつつ、スチレンを3~6分間内で滴下した。反応を更に30分間続けた。次いで、3.9gの3-ベンジルテトラヒドロフラン-ジフェニルエチレンをアンプルから加えた。直ぐに呈した深赤色は、DPE部分のリビングアニオンを示す。1分後、反応混合物を3mLの脱気済みのメタノールで停止した。フラスコを室温にし、次いで400mLのメタノールを加え、その後、10gのp-トルエンスルホン酸を加えた。反応混合物を室温で一晩攪拌した。5Lのイソプロパノール(IPA)中に析出することによってポリマーを回収した。析出したポリマーを濾過し、そして真空中で80℃で乾燥すると、3-ベンジルヒドロキシ-ジフェニルエチレン末端キャップドPSが定量的な収率で得られた。Mn=約5K、PDI=<1.1及びNMRによる官能性を有するヒドロキシ末端PSの収率は99%である。
ステップ1:約55mLのスチレン(カラムに通しかつ脱気したもの)を、二つのロータフローストップコック及び19F接続ガラスジョイントを備えたキャリブレート済みのアンプル中に取り入れた。スチレンを低温に維持しながら動的真空中に注意深く脱気した後、55mLのスチレン(S)モノマーを集め、そしてストップコックを用いてアンプルを真空下に閉じた。グローブボックス中で、3.9gの3-ベンジルテトラヒドロフラン-ジフェニルエチレン(DPE)を小瓶中に計り取り(Sec-BuLiに対して1.2モル過剰)、そして約5~10mLのトルエン中に溶解し、そして単一のロータフローストップコック及び19Fジョイントを備えたキャリブレート済みのアンプル中に移した。この溶液を、薄い橙/赤色が持続するようになるまで、希薄ヘキシルDPE-Li溶液で迅速に滴定した。ストップコックを閉じた後、アンプルをグローブボックスから取り出した。スチレンアンプルとDPEアンプルの両方とも、ガラスジョイント及び黄色油脂を用いてフラスコに取り付けた。このフラスコに真空を適用し、そしてヒートガンを用いて乾燥した。10分後、フラスコを室温にし、そしてアルゴンを充填した。約600mLの陽圧下に、乾燥THFを、カニューラ移送により前記フラスコに移した。フラスコ温度を、ドライアイス/アセトン浴を用いて-78℃に低下した。THF溶液を、持続的なレモン色/黄色色が得られるまでSec-BuLi(1.4M)で滴定した。フラスコを-78℃としながら、スチレンアンプルにアルゴンを充填し、そして圧力平衡用ストップコップを閉じた。5分後、ドライアイス/アセトン浴を取り外し、そしてフラスコを室温にした。崩壊または黄色/sec-BuLi(過剰のSec-BuLiの完全な崩壊)まで15から30分間要する。無色の溶液が得られた後に、フラスコ温度を-78℃に低下し、そして7.9mLのsec-BuLi(1.4M)開始剤を、気密ガラスシリンジを用いて加えた。2~3分後、開始剤溶液を素早く攪拌して維持しつつ、スチレンを3~6分間内で滴下した。反応を更に30分間続けた。次いで、3.9gの3-ベンジルテトラヒドロフラン-ジフェニルエチレンをアンプルから加えた。直ぐに呈した深赤色は、DPE部分のリビングアニオンを示す。1分後、反応混合物を3mLの脱気済みのメタノールで停止した。フラスコを室温にし、次いで400mLのメタノールを加え、その後、10gのp-トルエンスルホン酸を加えた。反応混合物を室温で一晩攪拌した。5Lのイソプロパノール(IPA)中に析出することによってポリマーを回収した。析出したポリマーを濾過し、そして真空中で80℃で乾燥すると、3-ベンジルヒドロキシ-ジフェニルエチレン末端キャップドPSが定量的な収率で得られた。Mn=約5K、PDI=<1.1及びNMRによる官能性を有するヒドロキシ末端PSの収率は99%である。
ステップ2:1L丸底フラスコ中で、40gのヒドロキシ末端PSを、400mLのクロロホルムを用いて溶解した。6.5gのトリフェニルホスフィン及び8gのテトラブロモメタンを反応器に加え、次いでそれを室温で一晩攪拌する。4LのIPA中に析出することによってポリマーを回収した。析出したポリマーを濾過し、そして真空中で80℃で乾燥すると、3-ベンジルブロモ-ジフェニルエチレン末端キャップドPSが定量的な収率で得られた。Mn=約5K、PDI=<1.1及びNMRによる官能性を有するヒドロキシブロモ末端PSの収率は98%である。
ステップ3:1L丸底フラスコ中で、40gのベンジルブロモ末端PSを、400mLのDMFを用いて溶解した。次いで、1.7gのNaN3を反応器に加えた。次いで、反応混合物を60℃で一晩攪拌した。4LのIPA中に析出することによってポリマーを回収した。析出したポリマーを濾過し、そして真空中で80℃で乾燥すると、3-ベンジルジアジド-ジフェニルエチレン末端キャップドPSが定量的な収率で得られた。Mn=約5K、PDI=<1.1及びNMRによる官能性を有するベンジルアジド末端PSの収率は95%である。
例2.ベンジルアジド末端ポリメチルメタクリレートの合成:
合成手順は例1(Ex1)と類似する。簡単に言えば、メチルメタクリレート(MMA)を、sec-BuLi(7.9mL、1.4M)とベンジルテトラヒドロフラン-ジフェニルエチレン(Sec-BuLiに対して1.2モル過剰)開始剤との付加物を用いて重合した。次いで、メチルメタクリレートをアンプルから加え、そして-78℃で20分間、反応を続けた。この反応混合物を、3mLの脱気済みのメタノールで停止した。フラスコを室温にし、次いで400mLのメタノールを加え、その後、10gのp-トルエンスルホン酸を加えた。反応混合物を室温で一晩攪拌した。5Lのイソプロパノール(IPA)中に析出することによってポリマーを回収した。析出したポリマーを濾過し、そして70℃で真空下に乾燥すると、3-ベンジルヒドロキシ-ジフェニルエチレン末端キャップドPMMAが定量的な収量で得られた。Mn=約5.4K、PDI=<1.12及びNMRによる官能性を有するヒドロキシ末端PMMAの収率は95%である。
合成手順は例1(Ex1)と類似する。簡単に言えば、メチルメタクリレート(MMA)を、sec-BuLi(7.9mL、1.4M)とベンジルテトラヒドロフラン-ジフェニルエチレン(Sec-BuLiに対して1.2モル過剰)開始剤との付加物を用いて重合した。次いで、メチルメタクリレートをアンプルから加え、そして-78℃で20分間、反応を続けた。この反応混合物を、3mLの脱気済みのメタノールで停止した。フラスコを室温にし、次いで400mLのメタノールを加え、その後、10gのp-トルエンスルホン酸を加えた。反応混合物を室温で一晩攪拌した。5Lのイソプロパノール(IPA)中に析出することによってポリマーを回収した。析出したポリマーを濾過し、そして70℃で真空下に乾燥すると、3-ベンジルヒドロキシ-ジフェニルエチレン末端キャップドPMMAが定量的な収量で得られた。Mn=約5.4K、PDI=<1.12及びNMRによる官能性を有するヒドロキシ末端PMMAの収率は95%である。
ブロム化及びアジド化反応は、例1、ステップ2及びステップ3に記載のものと類似の手順を用いて行った。
例3(Ex3).マルチベンジルアジド末端ポリスチレンの合成:
合成手順は例1(Ex1)と類似する。簡単に言えば、7.9mLのsec-BuLi(1.4M)開始剤を用いてスチレンを重合した。次いで、3-ベンジルテトラヒドロフラン-ジフェニルエチレンとスチレンとの混合物(2:1)をアンプルから加えた。直ぐに呈した深赤色は、DPE部分のリビングアニオンを示す。5分後、反応混合物を3mLの脱気済みのメタノールで停止した。フラスコを室温にし、次いで400mLのメタノールを加え、その後、10gのp-トルエンスルホン酸を加えた。反応混合物を室温で一晩攪拌した。5Lのイソプロパノール(IPA)中に析出することによってポリマーを回収した。析出したポリマーを濾過し、そして80℃で真空下に乾燥すると、マルチ3-ベンジルヒドロキシ-ジフェニルエチレン末端キャップドPSが定量的な収量で得られた。Mn=約4.8K、PDI=<1.12及びNMRによる官能性を有するヒドロキシ末端PSの収率は95%である。
合成手順は例1(Ex1)と類似する。簡単に言えば、7.9mLのsec-BuLi(1.4M)開始剤を用いてスチレンを重合した。次いで、3-ベンジルテトラヒドロフラン-ジフェニルエチレンとスチレンとの混合物(2:1)をアンプルから加えた。直ぐに呈した深赤色は、DPE部分のリビングアニオンを示す。5分後、反応混合物を3mLの脱気済みのメタノールで停止した。フラスコを室温にし、次いで400mLのメタノールを加え、その後、10gのp-トルエンスルホン酸を加えた。反応混合物を室温で一晩攪拌した。5Lのイソプロパノール(IPA)中に析出することによってポリマーを回収した。析出したポリマーを濾過し、そして80℃で真空下に乾燥すると、マルチ3-ベンジルヒドロキシ-ジフェニルエチレン末端キャップドPSが定量的な収量で得られた。Mn=約4.8K、PDI=<1.12及びNMRによる官能性を有するヒドロキシ末端PSの収率は95%である。
ブロム化及びアジド化反応は、例1、ステップ2及びステップ3に記載のものと類似の手順を用いて行った。
例4(Ex4).ヒドロキシシラン-ベンジルアジド末端ポリスチレンの合成:
典型的な合成手順は例1と類似する。簡単に言えば、7.9mLのsec-BuLi(1.4M)開始剤を用いてスチレンを重合した。次いで、3.9gの3-ベンジルテトラヒドロフラン-ジフェニルエチレンをアンプルから加えた。直ぐに呈した深赤色は、DPE部分のリビングアニオンを示す。5分後、反応混合物を3mLの蒸留したクロロジメチルシランで停止した。フラスコを室温にし、次いで400mLのメタノールを加え、その後、10gのp-トルエンスルホン酸を加えた。反応混合物を室温で一晩攪拌した。5Lのイソプロパノール(IPA)中に析出することによってポリマーを回収した。析出したポリマーを濾過し、そして80℃で真空下に乾燥すると、マルチ3-ベンジルヒドロキシ-ジフェニルエチレン及びヒドロシラン末端キャップドPSが定量的な収量で得られた。Mn=約5.4K、PDI=<1.11及びNMRによる官能性を有するヒドロキシ末端PSの収率は93%である。ブロム化及びアジド化反応は、例1、ステップ2及びステップ3に記載のものと類似の手順を用いて行った。
典型的な合成手順は例1と類似する。簡単に言えば、7.9mLのsec-BuLi(1.4M)開始剤を用いてスチレンを重合した。次いで、3.9gの3-ベンジルテトラヒドロフラン-ジフェニルエチレンをアンプルから加えた。直ぐに呈した深赤色は、DPE部分のリビングアニオンを示す。5分後、反応混合物を3mLの蒸留したクロロジメチルシランで停止した。フラスコを室温にし、次いで400mLのメタノールを加え、その後、10gのp-トルエンスルホン酸を加えた。反応混合物を室温で一晩攪拌した。5Lのイソプロパノール(IPA)中に析出することによってポリマーを回収した。析出したポリマーを濾過し、そして80℃で真空下に乾燥すると、マルチ3-ベンジルヒドロキシ-ジフェニルエチレン及びヒドロシラン末端キャップドPSが定量的な収量で得られた。Mn=約5.4K、PDI=<1.11及びNMRによる官能性を有するヒドロキシ末端PSの収率は93%である。ブロム化及びアジド化反応は、例1、ステップ2及びステップ3に記載のものと類似の手順を用いて行った。
例5(Ex5).アルキルアジド末端ポリスチレンの合成:
約55mLのスチレン(カラムに通しかつ脱気したもの)を、二つのロータフローストップコック及び19F接続ガラスジョイントを備えた、磁気スターラーを含む1L丸底フラスコに入れた。次いで、500mLの無水シクロヘキサンを、カニューレ移送により反応器に加えた。7.9mLのs-BuLi(1.4M)を、乾燥ガラスシリンジを用いて反応器に加え、そして反応を室温で30分間続ける。30分後、2mLのエチレンオキシドをリビングポリマーに加えた。このリビングポリマーを、3mLの脱気したメタノールで停止した。次いで、生じたポリマー溶液を4LのIPA中で析出し、濾過し、そして特徴付けのために乾燥した。ヒドロキシ末端PSの収率は、Mn=約5K及びDPI=<1.1及びNMRよる官能性をもって95%超であった。ヒドロキシ末端PSのブロム化及びアジド化反応を、ステップ2及びステップ3と同様に行った。アルキルアジド末端PSの収率は、Mn=約5K、PDI=<1.1及び95%超のNMRによる官能性を持って95%超であった。
約55mLのスチレン(カラムに通しかつ脱気したもの)を、二つのロータフローストップコック及び19F接続ガラスジョイントを備えた、磁気スターラーを含む1L丸底フラスコに入れた。次いで、500mLの無水シクロヘキサンを、カニューレ移送により反応器に加えた。7.9mLのs-BuLi(1.4M)を、乾燥ガラスシリンジを用いて反応器に加え、そして反応を室温で30分間続ける。30分後、2mLのエチレンオキシドをリビングポリマーに加えた。このリビングポリマーを、3mLの脱気したメタノールで停止した。次いで、生じたポリマー溶液を4LのIPA中で析出し、濾過し、そして特徴付けのために乾燥した。ヒドロキシ末端PSの収率は、Mn=約5K及びDPI=<1.1及びNMRよる官能性をもって95%超であった。ヒドロキシ末端PSのブロム化及びアジド化反応を、ステップ2及びステップ3と同様に行った。アルキルアジド末端PSの収率は、Mn=約5K、PDI=<1.1及び95%超のNMRによる官能性を持って95%超であった。
例6(Ex6)テルピリジン、トリアジン末端ポリスチレンの合成:
ピリジン、トリアジン末端ポリスチレンの合成(スキーム2)のための典型的な手順はここに記載する:
ピリジン、トリアジン末端ポリスチレンの合成(スキーム2)のための典型的な手順はここに記載する:
例7(Ex7):スチレンとメチルメタクリレートとのブロックコポリマー(PS-b-PMMA)(PS/PMMA:50/50)の合成
PS-b-PMMA(PS/PMMA:50/50)ポリマーを、開始剤としてsec-ブチルリチウム(1.4M、Aldrich)を用いて、溶剤としてのテトラヒドロフラン(THF)中でのスチレン(S)とメチルメタクリレート(MMA)とのシーケンシャル・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。モノマーの供給比は、モノマーの全モル数に対して開始剤0.142モル%を用いて50/50モル比ポリマーを得るために使用した。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。BCPの数平均分子量(Mn)は、1.02のPDIで56,568g/モルであった。1H NMRによって決定されたPSモル%は50.45%であった。
PS-b-PMMA(PS/PMMA:50/50)ポリマーを、開始剤としてsec-ブチルリチウム(1.4M、Aldrich)を用いて、溶剤としてのテトラヒドロフラン(THF)中でのスチレン(S)とメチルメタクリレート(MMA)とのシーケンシャル・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。モノマーの供給比は、モノマーの全モル数に対して開始剤0.142モル%を用いて50/50モル比ポリマーを得るために使用した。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。BCPの数平均分子量(Mn)は、1.02のPDIで56,568g/モルであった。1H NMRによって決定されたPSモル%は50.45%であった。
例1の本発明の組成物でコーティングされたウェハを、0.02μmPTFEフィルタで濾過した、PGMEA中の1重量%溶液でコーティングした。次いで、このPS-b-PMMAジブロックコポリマーを、グラフト膜の上面にコーティングして、図1に示すフィンガープリントパターンを得た。
例8(Ex8):ポリスチレン-b-P(4-シアノスチレン)4[(PS-b-P(4-CNS)4)]の合成
典型的な合成手順は例1と類似する。簡単に言えば、2.8mLのsec-BuLi(1.4M)開始剤を用いて22mLのスチレン(S)を重合した。次いで、0.9gの1,1-ジフェニルエチレン(DPE)をアンプルから加えた。直ぐに呈した深赤色は、DPE部分のリビングアニオンを示す。2分後、2.2mLの4-シアノスチレン(4-CNS)をアンプルから加えた。この反応を10分間続け、次いで2mLの脱気したメタノールを用いて停止した。500mLのイソプロパノール(IPA)中に析出することによってポリマーを回収した。析出したポリマーを濾過し、そして70℃で真空下に乾燥すると、末端に4-シアノスチレンの4つの単位を有するポリスチレンが定量的な収量で得られた。ポリスチレン-b-P(4-シアノスチレン)4(PS-b-P(4-CNS)4)の収率は、Mn=約6K、PDI=1.106を持って98%であった:及びNMRによる官能性は99%である。
典型的な合成手順は例1と類似する。簡単に言えば、2.8mLのsec-BuLi(1.4M)開始剤を用いて22mLのスチレン(S)を重合した。次いで、0.9gの1,1-ジフェニルエチレン(DPE)をアンプルから加えた。直ぐに呈した深赤色は、DPE部分のリビングアニオンを示す。2分後、2.2mLの4-シアノスチレン(4-CNS)をアンプルから加えた。この反応を10分間続け、次いで2mLの脱気したメタノールを用いて停止した。500mLのイソプロパノール(IPA)中に析出することによってポリマーを回収した。析出したポリマーを濾過し、そして70℃で真空下に乾燥すると、末端に4-シアノスチレンの4つの単位を有するポリスチレンが定量的な収量で得られた。ポリスチレン-b-P(4-シアノスチレン)4(PS-b-P(4-CNS)4)の収率は、Mn=約6K、PDI=1.106を持って98%であった:及びNMRによる官能性は99%である。
例9(Ex9):P(4-シアノスチレン)4-b-ポリメチルメタクリレート[P(4-CNS)4-b-PMMA]の合成
合成手順は例1(Ex1)と類似する。簡単に言えば、2.2mLの4-シアノスチレンを、sec-BuLi(2.8mL、1.4M)と1,1-ジフェニルエチレン(Sec-BuLIに対して1.2モル過剰)開始剤との付加物を用いて重合した。次いで、32mLのメチルメタクリレートをアンプルから加え、そして反応を-78℃で20分間続けた。この反応混合物を、2mLの脱気したメタノールで停止した。1Lのイソプロパノール(IPA)中に析出することによってポリマーを回収した。析出したポリマーを濾過し、そして70℃で真空中で乾燥したところ、P(4-シアノスチレン)4-b-ポリメチルメタクリレート、P(4-CNS)4-b-PMMAが定量的な収量で得られた。Mn=約8.4K、PDI=<1.11及びNMRによる官能性を有するポリマーの収率は99%である。
合成手順は例1(Ex1)と類似する。簡単に言えば、2.2mLの4-シアノスチレンを、sec-BuLi(2.8mL、1.4M)と1,1-ジフェニルエチレン(Sec-BuLIに対して1.2モル過剰)開始剤との付加物を用いて重合した。次いで、32mLのメチルメタクリレートをアンプルから加え、そして反応を-78℃で20分間続けた。この反応混合物を、2mLの脱気したメタノールで停止した。1Lのイソプロパノール(IPA)中に析出することによってポリマーを回収した。析出したポリマーを濾過し、そして70℃で真空中で乾燥したところ、P(4-シアノスチレン)4-b-ポリメチルメタクリレート、P(4-CNS)4-b-PMMAが定量的な収量で得られた。Mn=約8.4K、PDI=<1.11及びNMRによる官能性を有するポリマーの収率は99%である。
例10(Ex10):P(シアノメタクリレート)4-b-ポリメチルメタクリレートの合成
合成手順は例1(Ex1)と類似する。簡単に言えば、2.2mLのシアノメチルメタクリレートを、sec-BuLi(2.8mL、1.4M)と1,1-ジフェニルエチレン(Sec-BuLiに対して1.2モル過剰)開始剤との付加物を用いて重合した。次いで、32mLのメチルメタクリレートをアンプルから加え、そして反応を-78℃で20分間続けた。この反応混合物を、2mLの脱気したメタノールで停止した。1Lのイソプロパノール(IPA)中に析出することによってポリマーを回収した。析出したポリマーを濾過し、そして70℃で真空中で乾燥したところ、P(シアノメチルメタクリレート)4-b-ポリメチルメタクリレート、P(CNMMA)4-b-PMMAが定量的な収量で得られた。Mn=約9.09K、PDI=<1.07及びNMRによる官能性を有するポリマーの収率は99%である。
合成手順は例1(Ex1)と類似する。簡単に言えば、2.2mLのシアノメチルメタクリレートを、sec-BuLi(2.8mL、1.4M)と1,1-ジフェニルエチレン(Sec-BuLiに対して1.2モル過剰)開始剤との付加物を用いて重合した。次いで、32mLのメチルメタクリレートをアンプルから加え、そして反応を-78℃で20分間続けた。この反応混合物を、2mLの脱気したメタノールで停止した。1Lのイソプロパノール(IPA)中に析出することによってポリマーを回収した。析出したポリマーを濾過し、そして70℃で真空中で乾燥したところ、P(シアノメチルメタクリレート)4-b-ポリメチルメタクリレート、P(CNMMA)4-b-PMMAが定量的な収量で得られた。Mn=約9.09K、PDI=<1.07及びNMRによる官能性を有するポリマーの収率は99%である。
ポリマー調合物の調製、並びにそれのXPS及び接触角試験
タングステンに対するグラフトのXPS評価
ここに記載の各ポリマーを、PGMEA中に別々に溶解して、1重量%溶液を生成した。これらの溶液を、ナイロンフィルター(Entegris,Billerica,Ma)を用いて個別に濾過した。これらの溶液を、両金属(Cu、W)及びSiO2ウェハ上に1500rpmで別々にコーティングし、次いでこれらのウェハをそれぞれ230℃で5分間ベークした。このベークの後、これらのウェハをPGMEAを用いて2分間洗浄して、グラフトしていないポリマーをウェハから除去し、次いで、“1,500rpm”で回転させてスピン乾燥し、その後、110℃で1分間ベークした。次いで、水接触角(WCA)を測定した。結果を表1に示す。これらのポリマーのXPS分析も示した。これは、表2に示すように金属に選択的にキャップしていた。
タングステンに対するグラフトのXPS評価
ここに記載の各ポリマーを、PGMEA中に別々に溶解して、1重量%溶液を生成した。これらの溶液を、ナイロンフィルター(Entegris,Billerica,Ma)を用いて個別に濾過した。これらの溶液を、両金属(Cu、W)及びSiO2ウェハ上に1500rpmで別々にコーティングし、次いでこれらのウェハをそれぞれ230℃で5分間ベークした。このベークの後、これらのウェハをPGMEAを用いて2分間洗浄して、グラフトしていないポリマーをウェハから除去し、次いで、“1,500rpm”で回転させてスピン乾燥し、その後、110℃で1分間ベークした。次いで、水接触角(WCA)を測定した。結果を表1に示す。これらのポリマーのXPS分析も示した。これは、表2に示すように金属に選択的にキャップしていた。
表1は、PGMEA中のEx1または2のいずれかの1重量%溶液で処理されたWまたはSiO2上での接触角を示す。この処理は、タングステン(W)またはSiO2基材上に、前記の1重量%溶液を個々にスピンコートしてコーティングを形成し、このコーティングを窒素下に230℃で5分間加熱し、そしてPGMEAで2分間洗浄することによって行った。Wについて高いWCAを示す表1は、グラフトがW上でのみ選択的に行われたことを示した。
表2は、原子%(At%)C1sを示す。Wについて約83%を示す表2は、グラフトがW上でのみ選択的に行われたことを示した。図1は、Ex.1で官能化されたW基材上でのブロックコポリマーコーティングの自己集合パターンを示す。PGMEA中の合成例1の材料1重量%からなる調合物を調製した。この調合物をW及びSiクーポンウェハ上に1500rpmでコーティングし、そして230℃で5分間ベークした。次いで、これらのウェハをPGMEAで2分間洗浄して、表面上のグラフトしていないブラシ材料を除去した。次いで、これらのウェハに、両W及びSiグラフトクーポンウェハ上に、1500rpmでラメラタイプのブロックコポリマー(BCP)溶液Ex7コーティング35をコーティングし(Lo=30nm、膜厚は1500rpmで30nm)、そして250℃で30分間アニールした。次いで、このアニールされた膜を、NanoSEMを用いてeビームにより検査した。フィンガープリント画像は、アニールされたBCPコートWクーポンウェハ上でのみ見られ、そしてSiクーポンウェハ上のアニールされたBCP膜にはフィンガープリント画像は観察されなかった。図1は、合成例1の材料がグラフトした、コーティング及びアニールされたWクーポンウェハ上で見られたBCP自己集合フィンガープリント(EP)eビーム画像を示す。この図面の視野は0.5FOVである。
Claims (28)
- ・少なくとも一つの孤立電子対を有する少なくとも一つのN-配位性官能基を含む部分、
・ジアルキルシリル基を含む部分、または
・これらの両基の混合、
から選択される少なくとも一つの反応性部分を含む、1~約1.12の多分散性を有する、アクリル系繰り返し単位、スチレン系繰り返し単位、またはこれらを混合して含む官能性ポリマーであって、
但し、前記反応性部分は、繰り返し単位、末端基またはその両方のいずれかに前記官能性ポリマー中に存在し、そして
前記N-配位性官能基は、
・単座N-配位性官能基、
・複座N-配位性基、または
・これらの混合、
のいずれかであり、そして
前記単座N-配位性官能基は、アジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)であり、そして
前記複座N-配位性官能基は、
・2または3つの単環式ヘテロアリール部分を含む部分、但し、各々の前記ヘテロアリールは個別に1~3個の窒素ヘテロ原子を含む、または
・2~4個の窒素ヘテロ原子を含む多環式縮合環ヘテロアリール部分、
のいずれかである、
前記官能性ポリマー。 - スチレン系繰り返し単位を含む、請求項1に記載の官能性ポリマー。
- アクリル系繰り返し単位を含む、請求項1に記載の官能性ポリマー。
- アクリル系繰り返し単位とスチレン系繰り返し単位を混合して含む、請求項1に記載の官能性ポリマー。
- 前記反応性部分が、前記単座N-配位性官能基である、請求項1~4のいずれか一つに記載の官能性ポリマー。
- 前記反応性部分が、前記複座N-配位性官能基である、請求項1~4のいずれか一つに記載の官能性ポリマー。
- 前記反応性部分が、前記単座N-配位性官能基と複座N-配位性官能基との混合である、請求項1~4のいずれか一つに記載の官能性ポリマー。
- 前記反応性部分が、前記ジアルキルシリル基である、請求項1~4のいずれか一つに記載の官能性ポリマー。
- 構造(I)を有する、請求項1、2及び5のいずれか一つに記載の官能性ポリマーであって、式中、
nはポリマー中の繰り返し単位の数であり;
R1はHまたはC1~C4線状アルキルであり;
R2は、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
Rsは、
H、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
R3は、
H、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、
C3~C8環状アルキル、及び
ジアルキルシリル部分[(Rsi)(Rsia)SiH-]、
から選択され、Rsi及びRsiaは、独立して、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;そして
X及びXaは、独立して、
直接原子価結合、
C1~C8線状アルキレン部分、
C3~C8分岐状アルキレン部分、
C3~C8環状アルキレン部分、及び
-X1-O-X2-(-アルキレンオキシアルキレン-)部分、
から選択され、X1及びX2は、独立して、
C1~C8線状アルキレン、
C3~C8分岐状アルキレン、及び
C3~C8環状アルキレン、
から選択され;そして
MDNはアジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)である、
前記官能性ポリマー。
- 構造(II)を有する、請求項1、2及び5のいずれか一つに記載の官能性ポリマーであって、式中、
naはポリマー中の繰り返し単位の数であり;
R1aはHまたはC1~C4線状アルキルであり;
Rsは、
H、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
R2aは、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
Xbは、
C1~C8線状アルキレン、
C3~C8分岐状アルキレン、及び
C3~C8環状アルキレン、及び
-X1a-O-X2a-(-アルキレンオキシアルキレン-)部分、
から選択され、X1a及びX2aは、独立して、C1~C8線状アルキレン、C3~C8分岐状アルキレン及びC3~C8環状アルキレンから選択され、
MDNはアジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)である、
前記官能性ポリマー。
- 構造(III)を有する、請求項1、2及び7のいずれか一つに記載の官能性スチレン系ポリマーであって、式中、
nbはポリマー中の繰り返し単位の数であり;
R1bはHまたはC1~C4線状アルキルであり;
Rsは、
H、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
R2bは、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
Xcは、
直接原子価結合、
C1~C8線状アルキレン、
C3~C8分岐状アルキレン、
C3~C8環状アルキレン、及び
-X1b-O-X2b-(-アルキレンオキシアルキレン-)部分、
から選択され、X1b及びX2bは、独立して、
C1~C8線状アルキレン、
C3~C8分岐状アルキレン、及び
C3~C8環状アルキレン、
から選択され、
R4は、部分(IIIa)、(IIIb)、(IIIc)、(IIId)、(IIIe)、(IIIf)、(IIIg)、(IIIh)、(IIIi)、(IIIj)、及び(IIIk)から選択される構造を有する複座N-配位性官能基であり、ここで*は、構造(III)へのこれらの複座部分の結合点を示す、
前記官能性スチレン系ポリマー。
- 構造(IV)を有するジブロックコポリマーである、請求項1、2、5及び8のいずれか一つに記載の官能性ポリマーであって、式中、
ncは第一のブロック中の繰り返し単位の数であり、そして
ndは第二のブロック中の繰り返し単位の数であり;
R1cはHまたはC1~C4線状アルキルであり;
Rsは、
H、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
R2cは、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
Xd及びXeは、独立して、
直接原子価結合、
C1~C8線状アルキレン、
C3~C8分岐状アルキレン、
C3~C8環状アルキレン、及び
-X1c-O-X2c-(-アルキレンオキシアルキレン)部分、
から選択され、X1c及びX2cは、独立して、
C1~C8線状アルキレン、
C3~C8分岐状アルキレン、及び
C3~C8環状アルキレン、
から選択され、
R3aは、
H、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、
C1~C8環状アルキル、及び
ジアルキルシリル部分[(Rsib)(Rsic)SiH-]、
から選択され、Rsib及びRsicは、独立して、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;そして
MDNはアジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)である、
前記官能性ポリマー。
- 構造(V)を有するジブロックコポリマーである、請求項1、2、5、6及び7のいずれか一つに記載の官能性ポリマーであって、式中、
neは第一のブロック中の繰り返し単位の数であり、そして
nfは第二のブロック中の繰り返し単位の数であり;
R1dはHまたはC1~C4線状アルキルであり;
Rsは、
H、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
R2dは、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
Xf及びXgは、独立して、
直接原子価結合、
C1~C8線状アルキレン、
C3~C8分岐状アルキレン、
C3~C8環状アルキレン、及び
-X1d-O-X2d-(-アルキレンオキシアルキレン)部分、
から選択され、X1d及びX2dは、独立して、
C1~C8線状アルキレン、
C3~C8分岐状アルキレン、及び
C3~C8環状アルキレン、
から選択され、
R5は、部分(IIIa)、(IIIb)、(IIIc)、(IIId)、(IIIe)、(IIIf)、(IIIg)、(IIIh)、(IIIi)、(IIIj)、及び(IIIk)から選択される構造を有する複座N-配位性官能基であり、ここで*は、構造(V)へのこれらの複座部分の結合点を示し;及び
MDNはアジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)である、
前記官能性ポリマー。
- 構造(VI)を有する、請求項1、2及び5のいずれか一つに記載の官能性ポリマーであって、式中、
nはポリマー性セグメント中の繰り返し単位の数であり;
nosは、オリゴマー性セグメント中の繰り返し単位の数であり、そして1~10の範囲であり、
R1はHまたはC1~C4線状アルキルであり;
Rsは、
H、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
RdpはHまたはC1~C4線状アルキルであり;
R2は、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
RCNは、
H、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、
C3~C8環状アルキル、及び
ジアルキルシリル部分[(Rsi)(Rsia)SiH-]、
から選択され、Rsi及びRsiaは、独立して、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
Xaは、
直接原子価結合、
C1~C8線状アルキレン部分、
C3~C8分岐状アルキレン部分、
C3~C8環状アルキレン部分、及び
-X1-O-X2-(-アルキレンオキシアルキレン-)部分、
から選択され、X1及びX2は、独立して、
C1~C8線状アルキレン、
C3~C8分岐状アルキレン、及び
C3~C8環状アルキレン、
から選択され;そして
MDNはアジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)である、
前記官能性ポリマー。
- 構造(VII)を有する、請求項1~4及び5のいずれか一つに記載の官能性ポリマーであって、式中、
nはスチレン系ポリマーセグメント中の繰り返し単位の数であり;
nacrはアクリル系ポリマーセグメント中の繰り返し単位の数であり;
nosは、オリゴマー性スチレン系セグメント中の繰り返し単位の数であり、そして1~10の範囲であり、
R1はHまたはC1~C4線状アルキルであり;
Rsは、
H、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
R1acはHまたはC1~C4線状アルキルであり;
R3acは、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
R4acは、
H、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、
C3~C8環状アルキル、及び
ジアルキルシリル部分[(Rsi)(Rsia)SiH-]、
から選択され、Rsi及びRsiaは、独立して、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;そして
RdpはHまたはC1~C4線状アルキルであり;
Xa及びXaacは、独立して、
直接原子価結合、
C1~C8線状アルキレン部分、
C3~C8分岐状アルキレン部分、
C3~C8環状アルキレン部分、及び
-X1-O-X2-(-アルキレンオキシアルキレン-)部分、
から選択され、X1及びX2は、独立して、
C1~C8線状アルキレン、
C3~C8分岐状アルキレン、及び
C3~C8環状アルキレン、
から選択され;そして
MDNはアジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)である、
前記官能性ポリマー。
- ジアルキルシリル末端基を含む、請求項1~4、8、9、12、14及び15のいずれか一つに記載の官能性ポリマー。
- 構造(VIII)を有する、請求項1、3、5及び8のいずれか一つに記載の官能性ポリマーであって、式中、
nhはポリマー中の繰り返し単位の数であり;
R1fはHまたはC1~C4線状アルキルであり;
Rsは、
H、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
R2fは、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;
Xeは、
C1~C8線状アルキレン、
C3~C8分岐状アルキレン、
C3~C8環状アルキレン、及び
-X1f-O-X2f-(-アルキレンオキシアルキレン-)部分、
から選択され、X1f及びX2fは、独立して、
C1~C8線状アルキレン、
C3~C8分岐状アルキレン、及び
C3~C8環状アルキレン、
から選択され、
R7及びR8は、独立して、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択される、
前記官能性ポリマー。
- 構造(VIV)を有する、請求項1、3、5及び8のいずれか一つに記載の官能性ポリマーであって、式中、
nacrはアクリル系ポリマーセグメント中の繰り返し単位の数であり;
noacは、アクリル系オリゴマー性セグメント中の繰り返し単位の数であり、そして1~10の範囲であり;
R1acはHまたはC1~C4線状アルキルであり;
R2acは、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され、
R3acは、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、
C3~C8環状アルキル、
から選択され;そして
R4acは、
H、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、
C3~C8環状アルキル、及び
ジアルキルシリル部分[(Rsi)(Rsia)SiH-]、
から選択され、Rsi及びRsiaは、独立して、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;そして
Xac及びXaacは、独立して、
直接原子価結合、
C1~C8線状アルキレン部分、
C3~C8分岐状アルキレン部分、
C3~C8環状アルキレン部分、及び
-X1-O-X2-(-アルキレンオキシアルキレン-)部分、
から選択され、X1及びX2は、独立して、
C1~C8線状アルキレン、
C3~C8分岐状アルキレン、及び
C3~C8環状アルキレン、
から選択され;そして
MDNはアジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)である、
前記官能性ポリマー。
- 構造(VV)を有する、請求項1、3、5及び8のいずれか一つに記載の官能性ポリマーであって、式中、
nacrはアクリル系ポリマーセグメント中の繰り返し単位の数であり;
noacは、アクリル系オリゴマー性セグメント中の繰り返し単位の数であり、そして1~10の範囲であり;
R1acはHまたはC1~C4線状アルキルであり;
R2acは、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され、
R3acは、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、
C3~C8環状アルキル、
から選択され、そして
R4acは、
H、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、
C3~C8環状アルキル、及び
ジアルキルシリル部分[(Rsiac)(Rsiaac)SiH-]、
から選択され、Rsiac及びRsiaacは、独立して、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;そして
R5acはHまたはC1~C4線状アルキルであり;
R6acは、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;そして
Xac及びXaacは、独立して、
直接原子価結合、
C1~C8線状アルキレン部分、
C3~C8分岐状アルキレン部分、
C3~C8環状アルキレン部分、及び
-X1-O-X2-(-アルキレンオキシアルキレン-)部分、
から選択され、X1及びX2は、独立して、
C1~C8線状アルキレン、
C3~C8分岐状アルキレン、及び
C3~C8環状アルキレン、
から選択され;そして
MDNはアジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)である、
前記官能性ポリマー。
- 構造(VVI)を有する、請求項1、3、5及び8のいずれか一つに記載の官能性スチレン系ポリマーであって、式中、
nacrは、アクリル系ポリマーセグメント中の繰り返し単位の数であり;
nocaは、アクリル系オリゴマー性セグメント中の繰り返し単位の数であり、そして1~10の範囲であり;
R1acはHまたはC1~C4線状アルキルであり;
R2acは、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され、
R3acは、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され、
RdpはHまたはC1~C4線状アルキルであり;
R4acは、
H、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、
C3~C8環状アルキル、及び
ジアルキルシリル部分[(Rsi)(Rsia)SiH-]、
から選択され、Rsi及びRsiaは、独立して、
C1~C8線状アルキル、
C3~C8分岐状アルキル、及び
C3~C8環状アルキル、
から選択され;そして
RcnaはHまたはC1~C4線状アルキルであり;
Xbは、
C1~C8線状アルキレン、
C3~C8分岐状アルキレン、
C3~C8環状アルキレン、及び
-X1a-O-X2a-(-アルキレンオキシアルキレン-)部分、
から選択され、X1a及びX2aは、独立して、C1~C8線状アルキレン、C3~C8分岐状アルキレン及びC3~C8環状アルキレンから選択され、そして
MDNはアジド部分(-N3)またはシアノ部分(-CN)である、
官能性スチレン系ポリマー。
- 請求項1~20のいずれか一つに記載の官能性ポリマー及びスピンキャスト溶剤を含む、組成物。
- ピン止め層をコーティングする方法であって、
i)請求項16の組成物を、金属性表面のみを含む基材上にまたは金属性表面と非金属性表面とを混合して含む基材上にコーティングして、前記基材上にコーティングを形成するステップ、
を含む前記方法。 - 前記基材が、
金属性表面及びSi表面を有する基材、
金属性表面及びGaAs表面を有する基材、
金属性表面及びGe表面を有する基材、
金属性表面及び酸化ケイ素表面を有する基材、
金属性表面及び窒化ケイ素表面を有する基材、
金属性表面及び酸窒化ケイ素表面を有する基材、
金属性表面及び中性層表面を有する基材、
金属性表面及びフォトレジスト表面を有する基材、及び
金属性表面及びスピンオンカーボン表面を有する基材、
からなる群から選択される、金属性表面と非金属性表面との両方を含む基材である、請求項22に記載の方法。 - 次の追加的なステップii)及びiii):
ii)前記コーティングをベークして、ベークされたコーティングを形成するステップ、
iii)ベークされた前記コーティングを有機溶剤で洗浄して、金属性表面に付着したブラシ膜を残すステップ、
を含む、請求項22または23に記載の方法。 - 前記非金属性表面が、Si表面、SiO2表面、またはこれらの二つのタイプの表面の混合である、請求項22~24のいずれか一つに記載の方法。
- 前記金属性表面が、Cu、W、Mo、Al、Zr、Ti、Hf、Ag及びAu表面の少なくとも一つに選択される表面である、請求項22~25のいずれか一つに記載の方法。
- 次のステップib)~vib)
ib)請求項21の組成物を、金属性表面と非金属性中性層表面との両方を含む基材上にコーティングするステップ、
iib)前記コーティングをベークして、ベークされたコーティングを形成するステップ、
iiib)ベークされた前記コーティングを洗浄して、前記金属表面に選択的に付着したブラシ層を残して、パターン化されたピン止め層を形成するステップ、
ivb)前記パターン化ピン止め層の上面に、ブロックコポリマー層をコーティングするステップ、
vb)上塗りされたブロックコポリマーの誘導自己集合膜を形成するステップ、
vib)前記誘導自己集合ブロックコポリマーをエッチングして、前記基材中にパターンを形成するステップ、
を含む、誘導自己集合によるパターン化された基材の形成方法。 - 付着した膜を金属基材上に選択的に形成するための、請求項1~20のいずれか一つに記載の官能性ポリマーまたは請求項21に記載の組成物の使用。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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