KR102226229B1 - 유도 자기 조립 분야를 위한 규소 함유 블록 공중합체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 하기 반복 단위 (1) 및 하기 반복 단위 (2)를 포함하는 신규한 디블록 공중합체에 관한 것이다:
Figure 112017051681069-pct00007

여기서 R1은 수소 또는 C1-C4 알킬이고, R2는 수소, C1-C4 알킬, C1-C4 알콕시 및 할라이드로부터 선택되는 기로부터 선택되고, R3은 수소, C1-C4 알킬 및 C1-C4 플루오로알킬로부터 선택되는 기로부터 선택되고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 독립적으로 C1-C4 알킬로부터 선택되며, n은 1-6이다. 본 발명은 또한 상기 신규한 중합체 및 용매를 포함하는 신규한 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 블록 공중합체의 유도 자기 조립이 일어나도록 하기 위한 상기 신규한 조성물을 사용하는 방법에 관한 것이다.

Description

유도 자기 조립 분야를 위한 규소 함유 블록 공중합체{SILICON CONTAINING BLOCK COPOLYMERS FOR DIRECT SELF-ASSEMBLY APPLICATION}
본 발명은, 규소 블록을 함유하는 블록 공중합체(BCP; block copolymer)의 유도 자기 조립(directed self-assembly)에 의해 형성되는 라인 및 스페이스를 제조하기 위한 조성물 및 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 전자 장치의 제작에 유용하다.
블록 공중합체의 유도 자기 조립은, 나노크기 수준의 피처(feature)의 임계 치수(CD)가 달성될 수 있는, 마이크로전자 장치의 제조를 위해 보다 더 작게 패턴 형성된 피처를 형성하는 데 유용한 방법이다. 유도 자기 조립 방법은 마이크로리소그래피 기술의 해상도 성능을 확장시키는 데 바람직하다. 종래의 리소그래피 접근법에서, 자외선(UV) 방사선을 기재 또는 적층된 기재 상에 코팅된 포토레지스트 층 상에 마스크를 통해 노광하는 데 사용할 수 있다. 포지티브 또는 네거티브 포토레지스트가 유용하며, 이들은 또한 종래의 집적 회로(IC) 플라즈마 처리를 이용한 건식 현상을 가능하게 하기 위해 규소와 같은 내화성 원소를 함유할 수 있다. 포지티브 포토레지스트에서는, 마스크를 통해 전달된 UV 방사선은 포토레지스트에서 광화학 반응을 일으켜 노광된 영역이 현상액으로 제거되거나 종래의 IC 플라즈마 처리에 의해 제거되도록 한다. 반대로, 네거티브 포토레지스트에서는, 마스크를 통해 전달된 UV 방사선은 방사선에 노광된 영역이 현상액 또는 종래의 IC 플라즈마 처리에 의해 덜 제거되도록 한다. 그 다음, 게이트, 비아(via) 또는 인터커넥트와 같은 집적 회로 피처가 기재 또는 적층된 기재에 에칭되고, 남아있는 포토레지스트가 제거된다. 종래의 리소그래피 노광 공정을 사용할 때, 집적 회로 피처의 피처의 치수는 제한된다. 패턴 치수의 추가 감소는 수차(aberration), 초점, 근접 효과, 최소 달성 가능한 노광 파장 및 최대 달성 가능한 개구수(numerical aperture)와 관련된 제한으로 인해 방사선 노광으로 달성하기 어렵다. 대규모 집적의 필요성은 장치에서 회로 치수와 피처의 지속적인 축소를 유도했다. 과거에는, 피처의 최종 해상도는 포토레지스트를 노광하는 데 사용되는 광의 파장에 종속되었으며, 이는 그 자체의 한계가 있었다. 블록 공중합체 이미징을 이용한 그래포에피탁시(graphoepitaxy) 및 케모에피탁시(chemoepitaxy)와 같은 유도 조립 기술은 CD 변화를 감소시키면서 해상도를 향상시키는 데 사용되는 매우 바람직한 기술이다. 이러한 기술은 종래의 UV 리소그래피 기술을 향상시키거나 EUV, 전자빔, 원자외선(deep UV) 또는 액침 리소그래피(immersion lithography)를 사용하는 접근법에서 훨씬 더 높은 해상도 및 CD 제어를 가능하게 하는 데 이용될 수 있다. 유도 자기 조립 블록 공중합체는 내에칭성 공중합체 단위의 블록 및 고에칭성 공중합체 단위의 블록을 포함하며, 이는 기재 상에 코팅, 정렬 및 에칭될 때 매우 높은 밀도의 패턴의 영역을 제공한다.
그래포에피탁시 유도 자기 조립 방법에서, 블록 공중합체는 종래의 리소그래피(자외선, 원자외선, 전자빔, 극 자외선(EUV) 노광원)로 프리 패턴 형성(pre-pattern)된 기재 주위에서 자기 조직화하여 라인/스페이스(L/S) 또는 접촉홀(CH) 패턴과 같은 반복 지형 피처(repeating topographical feature)를 형성한다. L/S 유도 자기 조립 어레이의 예에서, 블록 공중합체는 프리 패턴 형성된 라인 사이의 트렌치(trench)에서 상이한 피치의 평행한 라인-스페이스 패턴을 형성할 수 있는 자기 정렬된 층상 영역을 형성할 수 있고, 따라서 지형 라인 사이의 트렌치 내의 스페이스를 더 미세한 패턴으로 세분함으로써 패턴 해상도를 향상시킨다. 예를 들어, 미세상 분리가 가능하고 플라즈마 에칭에 내성인 탄소가 풍부한 블록(예컨대, 스티렌 또는 Si, Ge, Ti와 같은 일부 다른 원소를 함유), 및 플라즈마 고에칭성이거나 제거 가능한 블록을 포함하는 디블록 공중합체는 고해상도 패턴 한정을 제공할 수 있다. 고에칭성 블록의 예는 산소가 풍부하고 내화성 원소를 함유하지 않고, 메틸 메타크릴레이트와 같은 고에칭성 블록을 형성할 수 있는 단량체를 포함할 수 있다. 자기 조립 패턴을 한정하는 에칭 공정에서 사용되는 플라즈마 에칭 가스는 전형적으로 집적 회로(IC)를 제조하는 데 이용되는 공정에서 사용되는 것이다. 이러한 방식으로, 종래의 리소그래피 기술에 비해 전형적인 IC 기재 상에 매우 미세한 패턴을 형성할 수 있으므로, 패턴 멀티플리케이션을 달성할 수 있다. 마찬가지로, 접촉홀과 같은 피처는 적합한 블록 공중합체가 종래의 리소그래피에 의해 한정된 접촉홀 또는 포스트의 어레이 주위에 유도 자기 조립에 의해 스스로 배열되는 그래포에피탁시를 이용하여 더 조밀해질 수 있으며, 따라서 에칭될 때 접촉홀의 더 조밀한 어레이를 야기하는 에칭성 및 내에칭성 도메인의 영역의 더 조밀한 어레이를 형성할 수 있다. 결과적으로 그래포에피탁시는 패턴 교정 및 패턴 멀티플리케이션 모두를 제공할 잠재성이 있다.
화학적 에피탁시 또는 피닝(pinning) 화학적 에피탁시에서, 블록 공중합체의 자기 조립은 상이한 화학적 친화도가 있지만 자기 조립 공정을 가이드하는 지형이 없거나 약간의 지형이 있는 영역을 갖는 표면 주위에 형성된다. 예를 들어, 기재의 표면은 종래의 리소그래피(UV, 원자외선, 전자빔 EUV)로 패턴 형성되어 표면 화학이 방사선에 의해 변성된 노광된 영역이 노광되지 않고 화학적 변화를 나타내지 않는 영역과 교대로 나타나는 라인 및 스페이스(L/S) 패턴에서 상이한 화학적 친화도를 갖는 표면을 형성할 수 있다. 이러한 영역은 지형적 차이를 나타내지 않지만, 표면 화학적 차이 또는 피닝을 제공하여 블록 공중합체 세그먼트의 자기 조립을 유도한다. 구체적으로, 블록 세그먼트가 내에칭성(예컨대, 스티렌 반복 단위) 및 급속 에칭 반복 단위(예컨대, 메틸 메타크릴레이트 반복 단위)를 포함하는 블록 공중합체의 유도 자기 조립은 내에칭성 블록 세그먼트 및 고에칭성 블록 세그먼트를 패턴 상에 정확하게 배치시킬 것이다. 이 기술은 이러한 블록 공중합체의 정확한 배치 및 플라즈마 또는 습식 에칭 처리 후 기재 내로 패턴의 후속 패턴 전사를 가능하게 한다. 화학적 에피탁시는 화학적 차이에서의 변화에 의해 미세 조정되어 라인-에지 거칠기 및 CD 제어를 개선하는 것을 돕고 이로써 패턴 교정을 가능하게 할 수 있다는 이점이 있다. 반복 접촉홀(CH; contact hole) 어레이와 같은 다른 유형의 패턴도 케모에피탁시를 이용하여 패턴 교정될 수 있다.
중성층은 유도 자기 조립에 이용되는 블록 공중합체의 블록 세그먼트 중 어느 하나에 대해 친화도가 없는 기재 또는 처리된 기재의 표면 상의 층이다. 블록 공중합체의 유도 자기 조립의 그래포에피탁시 방법에서, 중성층은 이것이 기재에 대해 내에칭성 블록 중합체 세그먼트 및 고에칭성 블록 중합체 세그먼트의 적절한 배치를 유도하는 유도 자기 조립을 위한 블록 중합체 세그먼트의 적절한 배치 또는 배향을 가능하게 하기 때문에 유용하다. 예를 들어, 종래의 방사선 리소그래피에 의해 한정된 라인 및 스페이스 피처를 포함하는 표면에서, 중성층은 종래의 리소그래피에 의해 한정된 라인 간의 길이와 관련하여 블록 공중합체 내의 블록 세그먼트의 길이에 의존하여 패턴 교정 및 패턴 멀티플리케이션 모두에 이상적인 배향인, 블록 세그먼트가 기재의 표면에 수직 배향되도록 블록 세그먼트가 배향되는 것을 가능하게 한다.
높은 규소 함량의 조립이 기재 내로의 자기 조립된 패턴의 플라즈마 에칭 전사를 가능하게 하는 유도 자기 조립 공정에서, 높은 규소 함량을 갖는 스티렌과 디메틸실록산의 디블록 공중합체의 이용은, 블록 도메인의 자기 조립에 필요한 어닐링 온도를 낮추기 위한 용매 어닐링의 사용(US2011/0272381) 또는 대안적으로 산소 함량이 7.5 ppm 이하인 저산소 기체 조건 하의 고온(275-350℃)에서의 가공(US2013/0209344)을 필요로 한다. 결과적으로, 특히 공기 중에서 수행하는 경우, 보다 낮은 온도에서 가공될 수 있는 높은 규소 도메인을 함유하는 블록 공중합체에 대한 요구가 존재한다.
종래의 블록 공중합체 재료, 예컨대 스티렌과 디메틸실록산의 블록 공중합체를 이용하여 라인 및 스페이스 또는 접촉홀 또는 비아의 어레이를 한정하도록 그래포에피탁시 접근법을 이용하는 경우, 고온 또는 용매를 이용한 어닐링을 이용하는 것이 필요하다.
본 발명은, 기재 내로 라인 및 스페이스, 접촉홀, 비아 또는 기타 피쳐를 패턴 전사하도록 사용될 수 있는 규소 농후 및 규소 무함유 도메인을 형성하는 데 요구되는, 필요한 유도 자기 조립이 일어나도록 하기 위한 저산소 또는 용매 어닐링에 대한 요구 없이 공기 중에서 120℃ 내지 250℃의 보다 낮은 온도 범위에서 어닐링될 수 있는 높은 규소 함량 블록을 함유하는 신규한 블록 공중합체를 기재한다. 본 발명은 또한 상기 신규한 중합체 및 용매를 포함하는 조성물 및 기재 상에 신규한 블록 중합체의 코팅을 형성하는 방법에 대한 것이다.
본 발명은 또한 본 발명의 신규한 중합체를 함유하는 조성물을 이용하여 기재 내로 라인 및 스페이스, 접촉홀 비아 또는 기타 피처를 제작하기 위한 유도 자기 조립 방법에 관한 것이다.
도 1a-도 1c는 반복 단위 (2)의 비율에 대한 반복 단위 (1)의 비율이 1.2 내지 0.8이고 중성층에 대해 수직으로 배향되는 신규한 블록 공중합체에 대한 자기 정렬 공정을 나타낸다.
도 2a-도 2i는 반복 단위 (2)의 비율에 대한 반복 단위 (1)의 비율이 1.2 내지 0.8이고 중성층에 대해 수직으로 배향되는 신규한 블록 공중합체에 대한 네거티브 톤 라인 멀티플리케이션 공정을 나타낸다.
도 3a-도 3g는 반복 단위 (2)의 비율에 대한 반복 단위 (1)의 비율이 1.2 내지 0.8이고 중성층에 대해 수직으로 배향되는 신규한 블록 공중합체 멀티플리케이션에 대한 포지티브 톤 멀티플리케이션 공정을 나타낸다.
도 4a-도 4d는 반복 단위 (2)의 비율에 대한 반복 단위 (1)의 비율이 1.2 내지 0.8이고 중성층에 대해 수직으로 배향되는 신규한 블록 공중합체 멀티플리케이션에 대한 접촉홀 공정을 나타낸다.
도 5a-도 5g는 반복 단위 (2)의 비율에 대한 반복 단위 (1)의 비율이 5.3 내지 8이고 기재에 대해 평행으로 배향되는 신규한 블록 공중합체 멀티플리케이션에 대한 실린더 그래포에피탁시 공정을 나타낸다.
발명의 내용
본 발명은, 하기 반복 단위 (1) 및 하기 반복 단위 (2)를 포함하는 블록 공중합체에 관한 것이다:
Figure 112017051681069-pct00001
여기서 R1은 수소 또는 C1-C4 알킬이고, R2는 수소, C1-C4 알킬, C1-C4 알콕시 또는 할라이드이고, R3은 수소, C1-C4 알킬 또는 C1-C4 플루오로알킬이고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 독립적으로 C1-C4 알킬로부터 선택되며, n은 1-6이다.
본 발명은 또한, 신규한 블록 공중합체 및 용매를 포함하는 신규한 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 추가로, 패턴 어레이를 형성하기 위해 자기 조립된 중합체 구조를 현상하도록 사용되는, 규소 농후 및 규소 희박 도메인을 형성하기 위해 기재 상의 유도 자기 조립이 일어나도록 상기 신규한 조성물을 사용하는 방법에 관한 것이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
본원에서 사용된 바와 같이, 알킬은 선형 또는 분지형일 수 있는 포화 탄화수소 기(예: 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, tert-부틸 등) 또는 하나의 포화 고리를 포함하는 탄화수소를 의미하는 시클로알킬(예: 시클로헥실, 시클로프로필, 시클로펜틸 등)을 의미하고, 플루오로알킬은 모든 수소가 플루오린으로 치환된 선형 또는 분지형 포화 알킬 기를 의미하며, 시클로플루오로알킬은 모든 수소가 플루오린으로 치환된 시클로알킬 기를 의미한다. 용어 "-b-"는 "-블록-"을 의미하며 블록 공중합체를 형성하는 단량체 반복 단위를 표기한다.
본 발명은, 하기 반복 단위 (1) 및 하기 반복 단위 (2)를 포함하는 신규한 블록 공중합체에 관한 것이다:
Figure 112017051681069-pct00002
여기서 R1은 수소 또는 C1-C4 알킬이고, R2는 수소, C1-C4 알킬, C1-C4 알콕시 또는 할라이드로부터 선택된 군으로부터 선택되고, R3은 수소, C1-C4 알킬 또는 C1-C4 플루오로알킬이고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 독립적으로 C1-C4 알킬로부터 선택되며, n은 1-6이다.
본 발명의 한 양태는 블록 공중합체가 디블록 공중합체인 경우이다.
특히 가이딩 그래포에피탁시 라인을 따라 기재에 평행한 실린더 도메인과 같이 규소 농후 도메인이 자기 조립되는 실린더 그래포에피탁시 공정에서 유용한 본 발명의 또 다른 실시양태에서, 신규한 블록 공중합체는 약 5.3 내지 약 8.0 범위 내의 반복 단위 (2)의 비율에 대한 반복 단위 (1)의 비율을 가진다. 본 발명의 또 다른 양태는 중합체가 28,000 g/mole 내지 75,000 g/mole의 Mn 및 1.0 내지 1.2의 다분산도를 갖는 경우이다.
본 발명의 이러한 양태의 추가 실시양태에서, 반복 단위 (2)의 비율에 대한 반복 단위 (1)의 비율은 5.3 내지 8.0 범위 내이다. 본 발명의 또 하나의 다른 양태에서, 중합체는 28,000 g/mole 내지 46,000 g/mole의 Mn 및 1.0 내지 1.2의 다분산도를 가진다.
또 하나의 다른 실시양태에서, 반복 단위 (2)의 비율에 대한 반복 단위 (1)의 비율은 7.3 내지 6.0의 범위 내이다. 본 실시양태의 또 다른 양태에서, 중합체는 28,000 g/mole 내지 46,000 g/mole의 Mn을 가진다. 또 다른 한 실시양태에서, 중합체는 또한 1.0 내지 1.2의 다분산도를 가진다.
본 발명의 또 다른 한 실시양태에서, 블록 공중합체는 반복 단위 (2)의 비율에 대한 반복 단위 (1)의 비율이 5.3 내지 8.0이며, 여기서 R1은 수소이고, R2는 수소 또는 C1-C4 알킬이고, R3은 C1-C4 알킬 또는 C1-C4 플루오로알킬이고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 각각 메틸이며, n은 2-6이다. 본 발명의 한 추가 실시양태에서, R1은 수소이고, R2는 수소이고, R3은 C1-C4 알킬이고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 각각 메틸이고, n은 2-6이다. 본 발명의 한 바람직한 실시양태에서, R1은 수소이고, R2는 수소이고, R3은 메틸이고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 각각 메틸이고, n은 3이다. 본 발명의 또 다른 양태에서, 중합체는 치환체에서 상기 기재된 제한, 28,000 g/mole 내지 46,000 g/mole의 Mn, 및 1.0 내지 1.2의 다분산도와 함께, 7.3 내지 6.0의 보다 좁은 반복 단위 (2)의 범위에 대한 반복 단위 (1)의 범위를 가진다.
블록 공중합체가 가이딩 그래포에피탁시 라인을 따라 기재에 수직한 실린더와 같이 자기 조립되는 종래 그래포에피탁시 또는 케모에피탁시에 대해 유용한 또 다른 실시양태에서, 신규한 블록 공중합체는 1.2 내지 0.8의 반복 단위 (2)에 대한 반복 단위 (1)의 몰비, 28,000 g/mole 내지 75,000 g/mole의 Mn, 및 1.0 내지 1.2의 다분산도를 가진다. 이의 또 다른 실시양태에서, 반복 단위 (2)의 몰비에 대한 반복 단위 (1)의 몰비는 1.2 내지 0.8이고 중합체는 28,000 g/mole 내지 46,000 g/mole의 Mn 및 1.0 내지 1.2의 다분산도를 가진다. 이의 추가 실시양태에서, 반복 단위 (2)의 몰비에 대한 반복 단위 (1)의 몰비는 0.9 내지 1.1이고 중합체는 28,000 g/mole 내지 46,000 g/mole의 Mn 및 1.0 내지 1.2의 다분산도를 가진다.
본 발명의 또 다른 한 실시양태에서, 블록 공중합체는 반복 단위 (2)의 비율에 대한 반복 단위 (1)의 비율이 1.2 내지 0.8이고, 반복 단위 (1) 및 (2)는, R1은 수소이고, R2는 수소 또는 C1-C4 알킬이고, R3은 C1-C4 알킬 또는 C1-C4 플루오로알킬이고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 메틸이고, n은 2-6인 단위이다. 본 발명의 한 추가 실시양태에서, R1은 수소이고, R2는 수소이고, R3은 C1-C4 알킬이고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 메틸이고, n은 2-6이다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서, R1은 수소이고, R2는 수소이고, R3은 메틸이고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 메틸이고, n은 3이다.
본 발명의 또 하나의 다른 실시양태는, 중합체가 1.2 내지 0.8의 반복 단위 (2)의 몰비에 대한 반복 단위 (1)의 몰비를 가지고 또한 Mn 및 다분산도의 상기 기재된 실시양태와 함께 치환체에서의 상기 제한을 갖는 경우이다.
반복 단위 (1) 및 반복 단위 (2)를 포함하는 본 발명의 신규한 블록 공중합체는 스티렌과 알킬 메타크레이트의 블록 공중합체의 형성에 대해 적용 가능한 종래 블록 공중합 기술을 이용하여 상응하는 단량체 I 및 단량체 II로부터 각각 리빙 음이온 중합을 이용하여 제조될 수 있다(문헌[Nagaki, Aiichiro; Miyazaki, Atsuo; Yoshida, Jun-ichi from Macromolecules(Washington, DC, United States)　(2010),　43(20),　8424-8429] 및 이의 참고문헌을 참고).
대안적으로, 본 발명의 블록 공중합체는 또 다른 블록 공중합체 전구체의 중합체 변성에 의해 제조될 수 있다. 반응식 1은 본 발명의 실시양태를 유도하는 tert-부틸 메타크레이트와 스티렌의 블록 공중합체를 출발 재료로서 이용하는 이러한 중합체 변성의 비제한적인 예시를 개괄하며, 여기서 블록 공중합체는 0.8 내지 1.2 또는 5.3 내지 8.0의 반복 단위 (2)에 대한 반복 단위 (1)의 몰비를 갖고, R1은 수소이고, R2는 수소이고, R3은 메틸이고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 각각 메틸이고, n은 3이다.
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[반응식 1]
Figure 112017051681069-pct00004
본 발명의 신규한 블록 공중합체는 신규한 블록 공중합체 및 용매를 포함하는 조성물로 제형화된다.
적합한 용매의 예는 에스테르, 알코올 에스테르, 에테르, 알코올 에테르, 락톤 또는 이들의 혼합물에 기초한 종래 스핀 캐스팅 용매이다.
보다 구체적인 예로는 알킬 기가 C1-C4 알킬 모이어티인 1,2-프로판디올 알킬 에테르; 알킬 기가 C1-C4 알킬 모이어티인 1,2-프로판디올 알킬 에테르의 알킬카복실레이트 에스테르; 알킬 기가 C1-C4 알킬 모이어티인 알킬 아세테이트; 알킬 기가 C1-C4 알킬 모이어티, C8-C12 알칸, C6-C12 시클로알칸, 및 이들의 혼합물인 알킬 벤젠 등이 있다.
다른 구체적인 예로는 용매, 예컨대 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌글리콜 메틸 에테르, n-부틸 아세테이트, 감마-부티로락톤, 아니솔, 2-헵타논, 자일렌, 아니솔, 데칼린, 시클로헥산, 시클로헥센, 메틸시클로헥산, 에틸시클로헥산, 리모넨, 헥산, 옥탄, 노난, 데칸, 또는 이들의 혼합물이 있다.
본 발명의 신규한 블록 공중합체를 용액으로서 용매(들)에 용해시키고, 여기서 블록 공중합체는 용매 중에서 전체 조성물의 0.5 wt% 내지 5 wt%의 농도를 가진다. 또 다른 실시양태에서, 블록 공중합체의 농도는 전체 조성물의 0.5 wt% 내지 1.5 wt%이다.
블록 공중합체 조성물은, 무기 함유 중합체; 소분자, 무기 함유 분자, 계면활성제, 광산발생제, 열산발생제, 켄쳐, 경화제, 가교제, 사슬 연장제 등을 포함하는 첨가제; 및 상기 중 1 이상을 포함하는 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 추가 성분 및/또는 첨가제를 포함할 수 있고, 여기서 추가 성분 및/또는 첨가제 중 1 이상은 블록 공중합체와 공조립(co-assemble)되어 블록 공중합체 조립체를 형성한다.
조성물은 첨가제, 예컨대 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 기재된 신규한 블록 공중합체 제형을 이용하는 패턴 형성에 유용한 유도 자기 조립을 위한 일반적인 방법은 하기 단계 i) 내지 iv)를 포함한다:
i) 블록 공중합체 조성물을 기재 상에 코팅하여 필름을 형성하는 단계;
ii) 블록 공중합체 필름에 플로우 베이크를 적용하여 용매를 제거하고 임의로 기재의 임의 지형을 정합하게 코팅하는 단계;
iii) 어닐링 베이크를 적용하여 블록 공중합체의 자기 조립이 일어나도록 하는 단계; 및
iv) 자기 조립된 중합체 구조를 현상하여 패턴 어레이를 형성하는 단계.
기재 상으로의 단계 i)에서 신규한 블록 공중합체의 적용은 스피닝 기술(스핀 건조 포함)에 의해 수행한다. 자기 유도 도메인 형성은 플로우 베이킹, 어닐링, 또는 상기 작업 중 1 이상의 조합 중에 일어날 수 있다(단계 ii 및 iii).
한 실시양태에서, 신규한 블록 공중합체로부터 스피닝된 필름을 공기 중에서 100℃ 내지 160℃ 범위 내에서 플로우 베이크로 처리하고(단계 ii) 이어서 120℃ 내지 250℃ 범위 내의 어닐링 베이크(단계 iii)를 또한 용매 어닐링 또는 저 산소 환경의 요구 없이 공기 중에서 수행한다. 또 다른 실시양태에서, 공기 중에서의 어닐링 베이크를 또한 용매 어닐링 또는 저 산소 환경의 요구 없이 180℃ 내지 250℃의 범위에서 수행한다.
대안적으로, 어닐링(단계 iii)를 120℃ 내지 300℃에서 수행할 수 있으며 용매 어닐링의 요구 없이 질소에서 수행된다. 또 다른 실시양태에서, 공기 중에서의 어닐링 베이크는 용매 어닐링의 요구 없이 180℃ 내지 300℃에서 수행된다.
본 발명은 추가로, 반복 단위 (2)에 대한 반복 단위 (1)의 신규한 블록 공중합체에서의 몰비가 1.2 내지 0.8(상기 기재된 바와 같이 모든 이의 가능한 실시양태에서)인 신규한 블록 공중합체를 사용하는 신규한 방법의 실시양태에 관한 것이며, 여기서 배향된 블록 공중합체 조립체는 상기 방법에 의해 제조되고, 중성 표면에 대해 수직하게 배향된 원통형 마이크로도메인을 포함하는 미세상 분리된 도메인을 가지며, 이는 어느 도메인도 중성층과 관련하여 바람직하지 않기 때문이다. 미세상 분리된 도메인은 중성 표면에 대해 수직하게 배향되는 층상 도메인을 가지고, 이는 블록 공중합체 조립체에 평행 라인/스페이스 패턴을 제공한다. 이렇게 배향된 도메인은, 추가 가공 조건 하에서 열적으로 안정하다. 따라서, 베이킹 및/또는 어닐링을 비롯하여, 신규한 블록 공중합체 및 조립체의 층의 코팅 후에, 블록 공중합체의 도메인은 중성 표면 상에 형성되며 이에 수직하게 유지되어, 기재의 표면 상에 고도로 내에칭성인 영역 및 고에칭성인 영역을 제공할 것이며, 이는 기재 층에서 추가로 패턴 전사될 수 있다. 유도 자기 조립된 블록 공중합체 패턴은 공지된 기술을 이용하여 기저의 기재 내로 전사된다. 한 실시예에서, 습식 또는 플라즈마 에칭은 임의 UV 노광과 함께 사용될 수 있다. 습식 에칭은 아세트산을 이용할 수 있다. 표준 플라즈마 에칭 공정, 예컨대 산소 함유 플라스마가 사용될 수 있으며, 추가로 아르곤, 일산화탄소, 이산화탄소, CF4, CHF3이 플라즈마에 존재할 수 있다. 도 1a-도 1c는 케모에피탁시 공정을 도시하며, 도 1a에서, 중성층이 변성되어 패턴 형성된 화학적 친화도를 한정한다. 도 1b에서, 이후 블록 공중합체를 화학 변성된 중성층 상에 코팅하고 어닐링하여 기재 표면에 대하여 수직인 도메인을 형성한다. 도 1c에서, 이후 도메인들 중 하나를 제거하여 기재의 표면 상에 패턴을 형성한다.
도 2a-도 2i에서는, 네거티브 톤 공정을 이용하는 라인 멀티플리케이션을 형성하는 신규한 공정을 도시한다. 도 2a에서 다중층 스택은 기재 상에 형성되며, 여기서 스택은 고 탄소 하층막 및 규소 반사 방지 코팅 층을 포함하는 기재, 가교된 중성층 및 포토레지스트 층을 포함한다. 임의 기재를 사용할 수 있다. 리소그래피 공정에 내성이며 가교 후에 중성을 유지하는 임의 중성층을 사용할 수 있다. 포토레지스트는 193 nm 포토레지스트, 액침 193 nm 포토레지스트, 전자빔 포토레지스트, EUV 포토레지스트, 248 nm 포토레지스트, 광대역, 365 nm, 436 nm 등과 같이 이용 가능한 임의 포토레지스트일 수 있다. 포토레지스트 층은 종래 기술을 이용하여 패턴을 형성하도록 이미징된다. 도 2b에 나타난 바와 같이, 네거티브 톤 포토레지스트를 사용할 수 있거나, 또는 유기 용매를 사용하여 비노광된 영역을 현상시켜 매우 좁은 트렌치를 형성하는 포지티브 톤 포토레지스트를 사용할 수 있다. 층을 제거하기 위한 플라즈마 에칭, 층의 표면을 변성시키기 위한 플라즈마 에칭, 또는 재료의 추가 증착에 의한 층의 화학적 처리와 같은 기술 및 임의 다른 피닝 방법을 이용하여, 신규한 하층막을 처리하여 반복 단위 (2)의 몰비에 대한 반복 단위 (1)의 몰비가 1.2 내지 0.8이고 중성층에 대해 수직하게 배향된 신규한 블록 공중합체의 블록 중 하나에 대해 특이적인 화학적 친화도를 갖는 피닝 표면을 형성시킨다. 도 2c에 나타난 바와 같이, 산소 함유 플라즈마를 사용하여 중성층을 제거할 수 있다. 도 2d에 나타난 바와 같이, 이후 포토레지스트를 용매 스트립퍼 또는 플라즈마 에칭을 이용하여 스트립핑한다. 용매, 예컨대 포토레지스트 제거에 대해 공지된 임의 용매가 사용될 수 있으며, 예를 들어 1-메톡시-2-프로판올 아세테이트(PGMEA), 1-메톡시-2-프로판올(PGME), 에틸 락테이트 등이 있다. 포토레지스트는 또한 노광된 포토레지스트의 제거에서 통상적으로 사용되는 것과 같이 수성 알칼리성 현상제에서 포토레지스트 패턴을 현상함으로써 제거될 수 있다. 기재 상의 중성층은 포토레지스트 가공 단계 후에 여전히 이의 중성을 유지한다. 도 2e에서, 패턴 형성된 중성층 상에, 신규한 블록 공중합체를 포함하는 조성물을 코팅하고 처리(예컨대 어닐링)하여 신규한 블록 공중합체의 교대되는 세그먼트들의 자기 유도된 정렬 패턴을 형성시킨다. 도 1e에 나타난 바와 같이, 패턴 멀티플리케이션이 달성될 수 있도록, 중성인 층이 높은 내에칭성의 영역 및 낮은 내에칭성의 영역을 제공하도록 신규한 블록 공중합체의 정렬을 유도하는 데 요구되며; 중성층이 충분히 중성이 아닌 경우 이후 표면에 대해 평행인 바람직하지 않은 배향이 달성될 것이다. 도 2f에서 나타낸 바와 같이, 이후 후속 에칭으로 블록 공중합체의 고에칭성 블록을 제거하여 매우 고해상도인 패턴 형성된 표면을 남겼다. 블록 중 하나를 제거하기 위한 전형적인 에칭은 이전에 기재된 것과 같은 습식 또는 플라즈마 에칭일 수 있다. 도 2g 내지 도 2i에 나타난 바와 같이, 반사 방지 코팅 스택에 대한 부식액을 이용하여,이후 패턴을 플라즈마 에칭에 의해 보다 낮은 스택 층 내로 전사할 수 있다. 전형적인 에칭은 기재에 의존적인 플라즈마 에칭일 수 있다.
도 3a 내지 도 3g는 포지티브 톤 공정을 이용하는 라인 멀티플리케이션을 형성하는 신규한 공정을 도시한다. 도 3a에서, 다중층 스택은 기재 중성층 및 포토레지스트 층 상에 형성되며, 여기서 기재는 고 탄소 하층막 및 규소 반사 방지 코팅 층을 포함한다. 리소그래피 공정에 내성이며 가교 후에 중성을 유지하는 임의 중성층을 사용할 수 있다. 포토레지스트는 193 nm 포토레지스트, 액침 193 nm 포토레지스트, 전자빔 포토레지스트, EUV 포토레지스트, 248 nm 포토레지스트 등과 같이 이용 가능한 임의 포토레지스트일 수 있다. 포토레지스트 층은, 종래 기술을 이용하여 패턴을 형성하도록 이미징된다. 도 3b에 나타낸 바와 같이, 포지티브 톤 포토레지스트를 이용하여, 미세한 포토레지스트 라인을 형성한다. 일부 경우, 포토레지스트를 과노광시키며, 이는 고 에너지 용량이 제공되고, 매우 미세한 패턴을 형성한다. 신규한 중성 하층막 위의 매우 미세한 포토레지스트 패턴을 이용하여, 반복 단위 (2)의 몰비에 대한 반복 단위 (1)의 몰비가 1.2 내지 0.8이고 중성층에 대해 수직으로 배향되는 신규한 블록 공중합체를 이용하여 자기 정렬된 패턴을 형성한다. 신규한 블록 공중합체를 포함하는 조성물을 코팅하고 처리(예컨대 어닐링)하여 블록 공중합체의 교대되는 세그먼트들의 자기 유도된 정렬 패턴을 형성시킨다. 도 3c에 나타난 바와 같이, 패턴 멀티플리케이션이 달성될 수 있도록, 중성인 층이 높은 내에칭성의 영역 및 낮은 내에칭성의 영역을 제공하도록 블록 공중합체의 정렬을 유도하는 데 요구되며; 중성층이 충분히 중성이 아닌 경우 이후 표시된 것에 대해 수직인 바람직하지 않은 배향이 달성될 것이다. 도 3d에서 나타낸 바와 같이, 이후 후속 에칭으로 신규한 블록 공중합체의 고에칭성 블록을 제거하여 매우 고해상도인 패턴 형성된 표면을 남겼다. 전형적인 에칭은 이전에 기재된 것과 같은 습식 또는 플라즈마 에칭일 수 있다. 도 3e 내지 도 3g에 나타난 바와 같이, 이후 패턴은 플라즈마 에칭에 의해 보다 낮은 스택 층 내로 전사될 수 있다. 전형적인 에칭은 기재에 의존적인 플라즈마 에칭일 수 있다.
도 4a-4d에서는 케모에피탁시 공정을 이용하는 접촉홀 멀티플리케이션을 형성하는 신규한 공정을 도시한다. 다중층 스택은 기재 상에 형성되며, 여기서 스택은 기재(예컨대 규소 반사 방지 코팅 층, 티타늄 반사 방지 코팅, 산화규소 등), 중성층 및 포토레지스트 층을 포함한다. 리소그래피 공정에 내성이며 가교 후에 중성을 유지하는 중성층을 사용할 수 있다. 포토레지스트는 193 nm 포토레지스트, 액침 193 nm 포토레지스트, 전자빔 포토레지스트, EUV 포토레지스트, 248 nm 포토레지스트 등과 같이 이용 가능한 임의 포토레지스트일 수 있다. 도 4a에서, 포토레지스트 층은 종래 기술을 이용하여 패턴을 형성하도록 이미징된다. 하층막은 층을 제거하기 위한 플라즈마 에칭, 층의 표면을 변성시키기 위한 플라즈마 에칭, 또는 재료의 추가 증착에 의한 층의 화학적 처리와 같은 기술 또는 임의 다른 피닝 방법을 이용하여 처리되어 피닝 표면을 형성한다. 도 4b에 나타난 바와 같이, 산소 함유 플라즈마를 사용하여 중성층을 제거할 수 있다. 이후 포토레지스트를 용매 스트립퍼 또는 플라즈마 에칭을 이용하여 스트립핑한다. 용매, 예컨대 포토 레지스트 제거에 대해 공지된 임의 유기 용매, 예컨대 PGMEA, PGME, 에틸 락테이트 등이 사용될 수 있다. 포토레지스트는 또한 노광된 포토레지스트의 제거에서 사용되는 수성 알칼리성 현상제에서 패턴을 현상함으로써 이용될 수 있다. 기재 상의 중성층은 포토레지스트 가공 단계 후에 여전히 이의 중성을 유지한다. 도 4c에서, 패턴 형성된 중성층 상에, 반복 단위 (2)의 몰비에 대한 반복 단위 (1)의 몰비가 1.2 내지 0.8이고 중성층에 대해 수직하게 배향된 신규한 블록 공중합체를 포함하는 신규한 조성물을 코팅하고 처리(예컨대 어닐링)되어 블록 공중합체의 교대되는 세그먼트들의 자기 유도된 정렬 접촉홀 패턴을 형성한다. 패턴 멀티플리케이션이 달성될 수 있도록, 중성으로 남아있는 층이 높은 내에칭성의 영역 및 낮은 내에칭성의 영역을 제공하도록 블록 공중합체의 원하는 배향을 유도하는 데 요구되며; 중성층이 충분히 중성이 아닌 경우 이후 표시된 것에 대해 수직인 바람직하지 않은 배향이 달성될 것이다. 도 4d에서 나타낸 바와 같이, 이후 후속 에칭으로 신규한 블록 공중합체의 고에칭성 블록을 제거하여 매우 고해상도인 패턴 형성된 표면을 남겼다. 전형적인 에칭은 이전에 기재된 것과 같은 습식 또는 플라즈마 에칭일 수 있다. 이후 패턴은 플라즈마 에칭에 의해 보다 낮은 스택 층에 전사될 수 있다. 전형적인 에칭은 기재에 의존적인 플라즈마 에칭일 수 있다. 이러한 공정은 패턴 교정 및 패턴 피치 주파수 멀티플리케이션 양쪽을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 기재된 신규한 블록 공중합체 제형을 이용하는 패턴 형성에 유용한 유도 자기 조립을 위한 일반적 방법이, 단계 i) 내지 iv)을 포함하며 추가로 반복 단위 (2)에 대한 반복 단위 (1)의 신규한 블록 공중합체에서의 몰비가 5.3 내지 8인 경우이다. 그러나 이 예시에서, 규소 농후 도메인이 기재와 관련하여 바람직하기 때문에, 배향된 블록 공중합체 조립체는 원통형 마이크로도메인을 포함하는 미세상 분리된 도메인이 기재에 대해 평행하게 배향되어 제조된다. 기재 표면에 대해 평행하게 배향된 원통형 도메인을 갖는 이러한 미세상 분리된 도메인은, 블록 공중합체 자기 조립 중에 평행 라인/스페이스 패턴을 제공한다. 이렇게 배향된 도메인은, 추가 가공 조건 하에서 열적으로 안정하다. 따라서, 베이킹 및/또는 어닐링을 비롯하여, 신규한 블록 공중합체 및 자가 조립체의 층의 코팅 후에, 블록 공중합체의 도메인은 중성 표면 상에 형성되며 이에 평행하게 유지되어, 기재의 표면 상에 고도로 내에칭성인 영역 및 고에칭성인 영역을 제공할 것이며, 이는 기재 층에서 추가로 패턴 전사될 수 있다. 유도 자기 조립된 블록 공중합체 패턴은 공지된 기술을 이용하여 기저의 기재 내로 전사된다. 한 실시예에서, 습식 또는 플라즈마 에칭은 임의 UV 노광과 함께 사용될 수 있다. 습식 에칭은 아세트산을 이용할 수 있다. 표준 플라즈마 에칭 공정, 예컨대 산소 함유 플라스마가 사용될 수 있으며, 추가로 아르곤, 일산화탄소, 이산화탄소, CF4, CHF3이 플라즈마에 존재할 수 있다. 도 5에 나타낸 것과 같은 그래포에피탁시 접근법의 구체적인 예를 이용하여 레지스트에 의해 이전에 형성된 패턴을 가짐으로써 라인 및 스페이스를 상세히 기술할 수 있으며, 여기서 레지스트 패턴 표면을 히드록시 말단 폴리스티렌을 이용하여 처리하여 중합체 브러시 표면을 형성시킨다.
도 5a 내지 5g는 그래포에피탁시형 유도 자기 조립(DSA) 공정을 이용하여 라인 멀티플리케이션을 형성하기 위한 신규한 공정을 도시한다. 그래포에피탁시형 프리 패턴 구조는 도 5a에서 다중층 스택(기재 및 하드마스크 B) 및 다중층 스택 상의 지형적 가이딩 스트립 패턴(하드마스크 A)를 포함하며, 여기서 다중층 스택은 고 탄소 하층막, 규소 반사 방지 코팅 층, 산화규소, 질화규소, 산화질화규소 등과 같은 재료를 포함한다. 가이딩 지형적 구조는 다중층 스택 또는 포토레지스트에 대해 동일한 종류의 재료로부터 제조된다. 원통형 BCP를 트렌치에서 기재에 평행하게 정렬하기 위해, BCP에서 도메인 중 하나와 유사한 표면 에너지를 갖는 브러시 재료(정렬 층)을 도 5b에서와 같이 코팅 및 베이킹하고 그래프팅되지 않은 여분의 브러시 재료를 유기 용매, 예컨대 PGMEA, PGME, 에틸 락테이트 등으로 세정하며, 이는 도 5c에서 지형적 프리 패턴 구조를 유지한다. 이후, 도 5d에서 신규한 블록 공중합체 용액을 화학 처리된 지형적 프리 패턴 상에 코팅하고 도 5e에서 어닐링하여 기재에 평행한 원통형 모폴로지를 형성시킨다. 도 5f에서, 이후 전형적인 비-규소 함유 BCP 도메인인 보다 낮은 내에칭성 BCP 도메인과, 규소 함유 도메인 아래의 영역을 제외한 얇은 브러시 층을 제거하여 기재의 표면 상에 라인 패턴을 형성한다. 이후, 라인 패턴은 도 5g에서와 같이 플라즈마 에칭에 의해 연속하여 하드마스크 B 및 기재 아래 내로 전사된다.
상기 공정에서, 임의 유형의 기재를 사용할 수 있다. 한 예시로서, 고 탄소 하층막의 코팅 및 규소 반사 방지 코팅을 갖는 기재를 기재로서 사용할 수 있다. 고 탄소 하층막은 코팅 두께가 약 20 nm 내지 약 2 마이크론일 수 있다. 그 위에 약 10 nm 내지 약 100 nm의 규소 반사 방지 코팅을 코팅하였다. 예시에서, 기재에 대해 수직한 신규한 블록 공중합체의 자기 조립된 실린더의 배향이 바람직한 경우 중성층을 사용할 수 있다.
하기 구체적인 실시예들은 본 발명의 조성물의 이용 및 제조 방법의 구체적인 예시를 제공할 것이다. 그러나, 이들 실시예는 어느 방식으로도 본 발명의 범위를 제한하거나 한정하려는 의도가 아니며, 배타적으로 본 발명을 실시하기 위해서 이용되어야 하는 조건, 파라미터 또는 값을 제공하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예
중합체의 분자량을 겔 투과 크로마토그래피로 측정하였다. 폴리(스티렌-블록-tert-부틸메타크레이트)(PS-b-PtBMA)를 캐나다 H9P 2X8 퀘벡주 도발(몬트리올) 아브로 스트리트 124 소재 폴리머 소스 인크(Polymer Source Inc.)사로부터 구입하였다. 모든 다른 화학 물질들은 알드리치 케미컬 컴파니(Aldrich Chemical Company, 미국 미주리주 세인트 루이스 시그마 알드리치 코프)사로부터 입수하였다.
필름의 스피닝 및 베이킹을 Laurel WS-650-23B 스핀 코팅기 및 도쿄 일렉트론 리미티드(Tokyo Electron Ltd.) Clean Track ACT-8을 이용하여 수행하였다. 노드슨(Nordson, 미국 44001 오하이오주 앰허스트 M/S 47 노드슨 드라이브 300) MARCH 에칭기를 비-Si 함유 도메인의 플라즈마 에칭에 사용하였다. 탑다운 및 단면 이미지를 각각 AMAT(어플라이드 매테리얼즈 인크(Applied Materials, Inc.), 미국 95054-3299 캘리포니아주 산타 클라라 P.O. 박스 58039 보워스 애비뉴 3050) 나노SEM 3D 및 히타치(Hitachi)(히타치 하이 테크놀러지스 아메리카 인크(Hitachi High Technologies America Inc.), 미국 60173 일리노이주 샴버그 스위트 500 노스 마틴게일 로드 10) S-5500 상에서 촬영하였다.
실시예 1 PS-b- PtBMA 의 가수분해를 통한 폴리(스티렌-블록-메타크릴산(PS-b-PMAA)의 제조:
20.14 g의 PS-b-PtBMA(PS 블록의 Mn은 GPC에 따라 29290 g/mol이었고, PtBMA의 Mn은 NMR로 추산하여 6000 g/mol였으며 PDI는 1.04였다)를, 마그네틱 교반 바 및 냉수 컨덴서를 이용하여 500 ml 플라스크에서 320 g의 1,4-디옥산에 용해시켰다. 상기 용액에 60 ml의 디옥산 중 4M HCl 및 15 g의 탈이온(DI)수를 첨가하였다. 플라스크를 90℃ 오일조 내에 액침시키고 푸리에 변환 적외선(FTIR) 스펙트럼이 1366 cm-1에서 tert-부틸 기 CH 피크를 나타내지 않을 때까지 가수분해를 이 온도에서 수행하였다. 반응 용액을 실온으로 냉각시킨 후 교반 하에 천천히 DI수 내로 부었다. 결과로 얻어진 백색 중합체를 여과에 의해 단리하고 DI수 및 메탄올로 철저히 세척하였다. 마지막으로, 중합체를 일정한 중량이 되기까지 진공에서 건조하여 17 g의 PS-b-PMAA를 얻었다.
실시예 2 PS-b- PAMA ( 폴리 (스티렌-블록- 알릴메타크레이트 ))의 제조:
상기 제조된 12 g의 PS-b-PMAA를 마그네틱 바를 이용하여 250 ml 플라스크에서 110 g의 1,4-디옥산 및 36 g의 THF에 용해시켰다. 상기 용액에 30 g의 메탄올에 용해된 6 g의 테트라메틸암모늄 5수화물을 첨가하였다. 혼합물을 7시간 동안 실온에서 교반한 후, 13 g의 알릴 요오다이드를 첨가하였다. 반응 혼합물을 2일 동안 실온에서 교반하였다. 생성된 테트라메틸암모늄 요오다이드를 여과시켰다. 여과액을 교반 하에 메탄올 내로 부었다. 결과로 얻어진 중합체를 여과에 의해 단리하고 메탄올로 철저히 세척하였다. 진공에서의 건조 후, 11.2 g의 PS-b-PAMA를 얻었다. 중합체는 34484 g/mol의 Mw, 33091의 Mn 및 1.04의 PDI를 가졌다.
실시예 3 규소 함유 블록 공중합체 폴리(스티렌-블록-3-(트리스( 트리메틸실릴 )실릴)프로필 메타크레이트 )( SiBCP )의 제조
상기 제조된 2.3 g의 PS-b-PAMA를 톨루엔에 용해시켜 10 wt% 용액을 제조하였다. 3.25 g의 톨루엔 중 5 wt% 도데칸티올 및 11.6 g의 트리스(트리메틸실릴)실란을 첨가하였다. 혼합물을 얼음조에서 0℃로 냉각한 후, 3.2 g의 헥산 중 1M 트리에틸보란을 2시간에 걸쳐 소량으로 첨가하였다. 첨가 후에, 얼음조를 제거하고 반응 혼합물을 실온에서 밤새 교반하였다. 혼합물을 교반 하에 메탄올 내로 부었다. 결과로 얻어진 중합체를 여과에 의해 단리하고 메탄올로 철저히 세척하였다. 중합체를 THF에 용해시키고 DI수에서 침전시킴으로써 정제하였다. 마지막으로 중합체를 일정한 중량이 되기까지 50℃ 진공 오븐에서 건조시켰다. 2.5 g의 SiBCP를 얻었다. 중합체는 38032 g/mol의 Mw, 36280의 Mn 및 1.04의 PDI를 가졌다.
실시예 4 시험 실시예
상기 제조된 SiBCP를 PGMEA에 용해시켜 1.3 wt% 용액을 제조하였다. 용액을 0.2 ㎛ PTFE 마이크로필터로 여과하였다. 용액을 6 인치 규소 웨이퍼 상에 2200 rpm으로 30초 동안 스핀 캐스팅시켜 28 nm 박막을 얻고, SiBCP 필름을 공기 중에서 5분 동안 130℃에서 어닐링하였다. 필름을 15초의 CF4 플라즈마 에칭으로 처리하여 상단 Si 습윤 층을 제거한 후 20초의 O2 플라즈마로 에칭시켜 PS를 제거하였다(에칭기: MARCH 에칭기, 노드슨 코프(Nordson Corp.)). 자기 조립 라인 패턴이 나노SEM 하에 관찰되었으며, 이는 SiBCP가 열적으로 어닐링 가능하며 기재에 대하여 라인 패턴에 있어서 평행 BCP 실린더 핑거 프린트 모폴로지를 형성한다는 것을 나타내고, 이는 기재에 대하여 수직한 BCP 실린더 모폴로지가 랜덤 홀의 패턴을 형성하였기 때문이다.

Claims (21)

  1. i) 하기 구조식 (1)의 반복 단위 및 하기 구조식 (2)의 반복 단위를 포함하는 블록 공중합체, 및
    ii) 용매
    를 포함하는, 유도 자기 조립에서 사용하기 위한 조성물:
    Figure 112020092025341-pct00005

    여기서 R1은 수소 또는 C1-C4 알킬이고, R2는 수소, C1-C4 알킬, C1-C4 알콕시 및 할라이드로부터 선택된 군으로부터 선택되고, R3은 수소, C1-C4 알킬 및 C1-C4 플루오로알킬로부터 선택된 군으로부터 선택되고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 독립적으로 C1-C4 알킬로부터 선택되며, n은 1-6이다.
  2. 제1항에 있어서, 블록 공중합체의 반복 단위 (2)에 대한 반복 단위 (1)의 몰비가 1.2 내지 0.8의 범위 내인 조성물.
  3. 제1항에 있어서, R1은 수소이고, R2는 수소 또는 C1-C4 알킬이고, R3은 C1-C4 알킬 또는 C1-C4 플루오로알킬이고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 각각 메틸이고, n은 2-6인 조성물.
  4. 제1항에 있어서, R1은 수소이고, R2는 수소이고, R3은 C1-C4 알킬이고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 각각 메틸이고, n은 2-6인 조성물.
  5. 제1항에 있어서, R1은 수소이고, R2는 수소이고, R3은 메틸이고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 각각 메틸이고, n은 3인 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 블록 공중합체의 반복 단위 (2)에 대한 반복 단위 (1)의 몰비가 5.3 내지 8.0의 범위 내인 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 블록 공중합체의 반복 단위 (2)에 대한 반복 단위 (1)의 몰비가 7.3 내지 6.0의 범위 내인 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 용매 중 블록 공중합체의 농도는 총 조성물의 0.5 내지 5 중량%인 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 용매는 1,2-프로판디올 C1-C4 알킬 에테르 C1-C4 알킬카르복실레이트, C1-C4 알킬 C1-C4 알킬카르복실레이트 및 이들의 혼합물로부터 선택된 군으로부터 선택되는 것인 조성물.
  10. i) 제1항의 블록 공중합체 조성물을 기재 상에 코팅하여 블록 공중합체 필름을 형성하는 단계;
    ii) 상기 블록 공중합체 필름에 플로우 베이크를 적용하는 단계;
    iii) 어닐링 베이크를 적용하여 상기 블록 공중합체의 자기 조립을 유도하는 단계; 및,
    iv) 자기 조립된 중합체 구조를 현상하여 패턴 어레이를 형성하는 단계
    를 포함하는, 유도 자기 조립 패턴 형성 방법.
  11. 제10항에 있어서, 단계 iv)에서 현상을 산소 함유 플라즈마를 이용하는 건식 플라즈마 에칭으로 수행하는 것인 유도 자기 조립 패턴 형성 방법.
  12. 제10항에 있어서, 단계 ii)에서 플로우 베이크를 100℃ 내지 160℃의 범위에서 수행하는 것인 유도 자기 조립 패턴 형성 방법.
  13. 제10항에 있어서, 단계 iii)에서 어닐링 베이크를 150℃ 내지 200℃의 범위에서 공기 중에서 수행하는 것인 유도 자기 조립 패턴 형성 방법.
  14. 제10항에 있어서, 단계 iii)에서 어닐링 베이크를 150℃ 내지 250℃의 범위에서 질소 중에서 수행하는 것인 유도 자기 조립 패턴 형성 방법.
  15. 하기 반복 단위 (1) 및 하기 반복 단위 (2)를 포함하는 블록 공중합체:
    Figure 112020092025341-pct00006

    여기서 R1은 수소 또는 C1-C4 알킬이고, R2는 수소, C1-C4 알킬, C1-C4 알콕시 및 할라이드로부터 선택된 군으로부터 선택되고, R3은 수소, C1-C4 알킬 및 C1-C4 플루오로알킬로부터 선택된 군으로부터 선택되고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 독립적으로 C1-C4 알킬로부터 선택되며, n은 1-6이다.
  16. 제15항에 있어서, 반복 단위 (2)에 대한 반복 단위 (1)의 몰비가 5.3 내지 8.0인 블록 공중합체.
  17. 제16항에 있어서, R1은 수소이고, R2는 수소 또는 C1-C4 알킬이고, R3은 C1-C4 알킬 또는 C1-C4 플루오로알킬이고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 각각 메틸이고, n은 2-6인 블록 공중합체.
  18. 제17항에 있어서, R1은 수소이고, R2는 수소 또는 C1-C4 알킬이고, R3은 C1-C4 알킬 또는 C1-C4 플루오로알킬이고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 각각 메틸이고, n은 3-6인 블록 공중합체.
  19. 제15항에 있어서, 반복 단위 (2)에 대한 반복 단위 (1)의 몰비가 7.3 내지 6.0인 블록 공중합체.
  20. 제15항에 있어서, 반복 단위 (2)에 대한 반복 단위 (1)의 몰비가 1.2 내지 0.8인 블록 공중합체.
  21. i) 하기 구조식 (1)의 반복 단위 및 하기 구조식 (2)의 반복 단위를 포함하는 블록 공중합체, 및
    ii) 용매
    를 포함하는, 유도 자기 조립에서 사용하기 위한 조성물:
    Figure 112020092025341-pct00019

    여기서 R1은 수소 또는 C1-C4 알킬이고, R2는 수소, C1-C4 알킬, C1-C4 알콕시 및 할라이드로부터 선택된 군으로부터 선택되고, R3은 수소, C1-C4 알킬 및 C1-C4 플루오로알킬로부터 선택된 군으로부터 선택되고, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 독립적으로 C1-C4 알킬로부터 선택되며, n은 3-6이다.
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