自组装结构、其制备方法以及包含该结构的制品技术

本发明专利技术涉及自组装结构、其制备方法以及包含该结构的制品。本发明专利技术公开了一种接枝嵌段共聚物，其含有第一嵌段聚合物和第二嵌段聚合物；所述第一嵌段聚合物含有主链聚合物和第一接枝聚合物；所述第一接枝聚合物含有包括卤代烃部分、含有硅的部分或卤代烃部分和含有硅的部分的组合的表面能降低部分；所述第二嵌段聚合物与所述第一嵌段共价结合；其中所述第二嵌段含有主链聚合物和第二接枝聚合物；所述第二接枝聚合物含有用于进行酸催化的脱保护反应的官能团，所述酸催化的脱保护反应会改变接枝嵌段共聚物在显影剂溶剂中的溶解性。

【技术实现步骤摘要】
自组装结构、其制备方法以及包含该结构的制品背景本专利技术涉及自组装结构，其制备方法以及包含该结构的制品。嵌段共聚物形成自组装的纳米结构以减少系统的自由能。纳米结构是那些具有小于100纳米(nm)的平均最大宽度或厚度的结构。该自组装产生周期性结构作为自由能减少的结果。这种周期性结构可以是结构域、薄片或圆柱筒形式。由于这些结构，嵌段共聚物的薄膜提供了纳米级的空间化学对比度，因此它们已经被用作用于产生纳米级结构的替代性低成本纳米图案化材料。虽然这些嵌段共聚物膜可以提供纳米级的对比度，然而通常很难制备在小于60纳米的尺度下展现出周期性的共聚物膜。不过，现代电子装置通常采用具有小于60纳米的周期性的结构，并且因此希望制备可以易于展现出具有小于60纳米的平均最大宽度或厚度的结构，同时展现出小于60纳米的周期性的共聚物。人们已经做了许多尝试来开发具有小于60纳米的最小图案尺寸，同时展现出小于60纳米的周期性的共聚物。将聚合物链装配成规则阵列，特别是周期性阵列，有时被称为“由下而上的光刻法”。由嵌段共聚物形成用于电子器件的周期性结构的方法，与已知的用光刻将图案导入在基材上的被称为“引导自装配”的方法一致。不过，尝试由周期性阵列建立可工作的电子器件的过程中必需解决的四个挑战是：a)希望将具有高精度和准确性的周期性阵列与下方的线路图案的元件对准或对齐，b)第二，希望在图案中形成非周期性形状作为电子线路设计的一部分，c)第三，图案能形成作为线路设计图案布置设计的一部分的尖锐弯曲和角以及线末端的能力，以及d)以多个周期性形成图案的能力。采用由嵌段共聚物形成的周期性图案的由下而上光刻的这些限制使得需要设计用于对齐、图案形成和缺陷减少的复杂的化学外延法或制图外延法的加工方法。常规“由上至下”光刻法，其通过掩模将光或能量颗粒照射并聚集到在基材上的薄光刻胶层上，或在电子束光刻的情况中可包括电子通过电磁场以图案化方法照射到基材上的薄光刻胶层上，这些常规“由上至下”光刻法的优势在于更适用于图案形成与下方的线路图案元件对齐的常规方法，且能在图案中形成非周期性的形状作为线路设计的一部分，能直接形成线末端和尖锐弯曲，能以多个周期性形成图案。不过，由上至下的光刻法，在光学光刻的情况下限制了其可形成的最小的图案，这是由于光通过掩模开口的衍射，所述掩模开口的尺寸与波长相似或比波长小，从而导致掩蔽的区域与未掩蔽的区域间光强度调制的损失。其它限制分辨率重要的因素是光耀斑(lightflare)、由各种膜界面导致的反射问题、透镜元件的光学质量的缺陷、焦深的变化和倾斜、曝光过程中的振动、光子和光致酸的瞬时噪音(shotnoise)以及线边缘粗糙。在电子束光刻的情况中，以下因素限制了可形成的最小的有用的图案尺寸：电子束光点尺寸、能有效且精确地缝合或融合写入图案的能力、在光刻胶和下层基材中的电子散射和反向散射、电子和光致酸瞬时噪音以及线边缘粗糙。由于图像是通过以图案化方式逐个像素形成的，因此生产量也大大限制了电子束光刻，因为由于更小的图案尺寸需要更小的像素尺寸，每单位面积中图像像素的数量相对于像素单元尺寸以二次方的关系增加。
技术实现思路
本专利技术公开了一种接枝嵌段共聚物，其含有第一嵌段聚合物和第二嵌段聚合物；所述第一嵌段聚合物含有主链聚合物和第一接枝聚合物；所述第一接枝聚合物含有包括卤代烃部分、含有硅的部分或卤代烃部分和含有硅的部分的组合的表面能降低部分；所述第二嵌段聚合物与所述第一嵌段共价结合；其中所述第二嵌段含有主链聚合物和第二接枝聚合物；所述第二接枝聚合物含有用于进行酸催化的脱保护反应的官能团，所述酸催化的脱保护反应会改变接枝嵌段共聚物在显影剂溶剂中的溶解性。本文还公开了一种制备接枝嵌段共聚物的方法，该方法包括将主链聚合物前体与第一链转移剂反应以形成第一主链聚合物前体-链转移剂部分；将第一主链聚合物前体-链转移剂部分与第一接枝聚合物前体反应；将该第一接枝聚合物前体聚合以形成第一接枝聚合物；所述第一接枝聚合物含有包括卤代烃部分、含有硅的部分或卤代烃部分和含有硅的部分的组合的表面能降低部分；将第一主链聚合物前体-链转移剂部分的主链聚合物前体聚合以形成第一嵌段聚合物；将主链聚合物前体与第二链转移剂反应以形成第二主链聚合物前体-链转移剂部分；将第二主链聚合物前体-链转移剂部分与第二聚合物反应以形成第二接枝共聚物；将第二主链聚合物前体-链转移剂部分的第二主链聚合物前体聚合以形成第二嵌段聚合物；所述第二接枝聚合物含有能进行酸催化的脱保护反应的官能团，所述酸催化的脱保护反应会改变该接枝嵌段共聚物在显影剂溶剂中的溶解性；以及将第一嵌段聚合物与第二嵌段聚合物反应以形成接枝嵌段共聚物。附图简要说明图1是示例性的设置在基材上的刷型聚合物的示意图；图2A和2B是当具有表面能降低部分的刷型聚合物设置在基材上时出现的示例性的排序的示意图；图3显示了由撞击式原子力显微镜(AFM)得到的显微图，通过在变化的条件下正性瓶刷型化学放大光刻胶I(PBCAR-I)的254nm光刻形成的图案的高度图像。图3(A)至(G)分别反映了表1条目#10,#11,#6,#7,#8,#14和#16图案化的AFM高度图像；图4显示了显微图，此图是PBCAR-I在30kVEBL条件下分别以50μC/cm2曝光计量(左)和60μC/cm2曝光计量(右)且PEB以100℃持续2分钟形成的图案的撞击式AFM高度图像。图4(A)显示了具有120nm/70nm线/间距设计特征的图案。图4(B)显示了具有100nm/100nm线/间距设计特征的图案。图4(B)显示了具有60nm/100nm线/间距设计特征的图案；以及图5显示了显微图，此图是PBCAR-II在30kVEBL条件下，以75μC/cm2曝光计量，且PEB在100℃下持续1分钟所形成图案的撞击式AFM高度图像。图5(A)显示了具有120nm/70nm线/间距设计特征的图案。图5(B)显示了具有100nm/100nm线/间距设计特征的图案。专利技术详述以下表格详细列举了本文所用的缩写与这些缩写的具体含义。表PBCAR正性瓶刷型化学放大的光刻胶BBBP嵌段瓶刷型聚合物M1大分子单体1M2大分子单体2大分子-CTA大分子链转移剂TPS-DFSEMA1,1-二氟-2-(甲基丙烯酰氧基)乙磺酸三苯基锍ECPMA甲基丙烯酸-1-乙基环戊基酯GBLMA甲基丙烯酸-γ-丁内酯-2-基酯BTFHMBMA甲基丙烯酸5,5,5-三氟-4-羟基-2-甲基-4-(三氟甲基)戊基酯本文使用的术语“相-分离的”是指嵌段共聚物的嵌段形成离散的微型相-分离的结构域，也称为“微型结构域”或“纳米结构域”并且简称为“结构域”的倾向。相同单体的嵌段聚集以形成周期性结构域，并且结构域的间距和形态取决于嵌段共聚物内不同嵌段之间的相互作用、大小和体积分数。嵌段共聚物的结构域可以在应用期间，诸如在旋转-浇铸步骤期间、在加热步骤期间形成，或可以通过退火步骤调节。“加热”在本文中也被称为“烘烤”或“退火”，是基材及其上的涂层的温度上升至超过环境温度的一般过程。“退火”可以包含热退火、热梯度退火、溶剂蒸气退火或其他退火方法。热退火有时被称为“热固化”，可以是用于在嵌段共聚物组件的层中固定图案和去除缺陷的特定烘烤过程，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接枝嵌段共聚物，其包含：第一嵌段聚合物；所述第一嵌段聚合物含有主链聚合物和第一接枝聚合物；所述第一接枝聚合物含有包括卤代烃部分、含有硅的部分或卤代烃部分和含有硅的部分的组合的表面能降低部分；第二嵌段聚合物；所述第二嵌段聚合物与所述第一嵌段共价结合；其中所述第二嵌段含有主链聚合物和第二接枝聚合物；所述第二接枝聚合物含有用于进行酸催化的脱保护反应的官能团，所述酸催化的脱保护反应会改变接枝嵌段共聚物在显影剂溶剂中的溶解性。

【技术特征摘要】
2013.09.06 US 14/020,3431.一种接枝嵌段共聚物，其包含：第一嵌段聚合物；所述第一嵌段聚合物含有主链聚合物和第一接枝聚合物；所述第一接枝聚合物含有重复单元，所述重复单元具有选自含有卤代烃的部分、含有硅的部分或卤代烃部分和含有硅的部分的组合的表面能降低部分；第二嵌段聚合物；所述第二嵌段聚合物与所述第一嵌段共价结合；其中所述第二嵌段含有主链聚合物和第二接枝聚合物；所述第二接枝聚合物含有用于进行酸催化的脱保护反应的官能团，所述酸催化的脱保护反应会改变接枝嵌段共聚物在显影剂溶剂中的溶解性。2.如权利要求1所得的共聚物，其特征在于，所述主链聚合物是聚降冰片烯。3.如权利要求1所述的共聚物，其特征在于，所述第一接枝聚合物是由氟化(甲基)丙烯酸酯或氟化(甲基)丙烯酸类的聚合得到的聚合物。4.如权利要求1所述的共聚物，其特征在于，所述第一接枝聚合物包含聚(甲基丙烯酸-5,5,5-三氟-4-羟基-2-甲基-4-(三氟甲基)戊基酯)。5.如权利要求1所述的共聚物，其特征在于，所述第二接枝聚合物包含聚(甲基丙烯酸-1-三(烷基)甲酯)。6.如权利要求1所述的共聚物，其特征在于，所述第二接枝聚合物包含聚(甲基丙烯酸-1-乙基环戊基酯)。7.如权利要求1所述的共聚物，其特征在于，所述第二接枝聚合物是通过以下单体中的至少两种聚合得到的共聚物：甲基丙烯酸-1-乙基环戊基酯、甲基丙烯酸-γ-丁内酯-2-基酯、叔丁氧基羰基保护的羟基苯乙烯、N-苯基马来酰亚胺和1,1-二氟-2-(甲基丙烯酰氧基)乙磺酸三苯基锍。8.如权利要求1所述的共聚物，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵祥浩，G·孙，K·L·伍利，J·W·撒克里，P·特雷福纳斯三世，
申请(专利权)人：得克萨斯AM大学系统，罗门哈斯电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US