Controlled Anisotropic Wetting by Plasma Treatment for Directed Self-Assembly of High-χ Block Copolymers

材料科学 润湿 共聚物 各向异性 自组装 纳米技术 等离子体 化学工程 复合材料 聚合物 光学 量子力学 物理 工程类
作者
Achmad Fajar Putranto,Camille Petit‐Etienne,Sébastien Cavalaglio,Benjamin Cabannes‐Boué,M. Panabière,Gianluca Forcina,Guillaume Fleury,M. Kogelschatz,M. Zelsmann
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (21): 27841-27849 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.4c01657
摘要

The directed self-assembly (DSA) of block copolymers (BCPs) is a promising next-generation lithography technique for high-resolution patterning. However, achieving lithographically applicable BCP organization such as out-of-plane lamellae requires proper tuning of interfacial energies between the BCP domains and the substrate, which remains difficult to address effectively and efficiently with high-χ BCPs. Here, we present the successful generation of anisotropic wetting by plasma treatment on patterned spin-on-carbon (SOC) substrates and its application to the DSA of a high-χ Si-containing material, poly(1,1-dimethylsilacyclobutane)-block-polystyrene (PDMSB-b-PS), with a 9 nm half pitch. Exposing the SOC substrate to different plasma chemistries promotes the vertical alignment of the PDMSB-b-PS lamellae within the trenches. In particular, a patterned substrate treated with HBr/O2 plasma gives both a neutral wetting at the bottom interface and a strong PS-affine wetting at the sidewalls of the SOC trenches to efficiently guide the vertical BCP lamellae. Furthermore, prolonged exposure to HBr/O2 plasma enables an adjustment of the trench width and an increased density of BCP lines on the substrate. Experimental observations are in agreement with a free energy configurational model developed to describe the system. These advances, which could be easily implemented in industry, could contribute to the wider adoption of self-assembly techniques in microelectronics, and beyond to applications such as metasurfaces, surface-enhanced Raman spectroscopy, and sensing technologies.
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