自組裝結(jié)構(gòu)、其制備方法以及包含該結(jié)構(gòu)的制品的制作方法
【專利說明】自組裝結(jié)構(gòu)、其制備方法從及包含該結(jié)構(gòu)的制品
[0001] 背景
[0002] 本發(fā)明設(shè)及自組裝結(jié)構(gòu)，其制備方法化及包含該結(jié)構(gòu)的制品。
[0003] 嵌段共聚物形成自組裝的納米結(jié)構(gòu)W減少系統(tǒng)的自由能。納米結(jié)構(gòu)是那些具有小 于100納米（nm)的平均最大寬度或厚度的結(jié)構(gòu)。該自組裝產(chǎn)生周期性結(jié)構(gòu)作為自由能減 少的結(jié)果。該種周期性結(jié)構(gòu)可W是結(jié)構(gòu)域、薄片或圓柱筒形式。由于該些結(jié)構(gòu)，嵌段共聚物 的薄膜提供了納米級的空間化學(xué)對比度，因此它們已經(jīng)被用作用于產(chǎn)生納米級結(jié)構(gòu)的替代 性低成本納米圖案化材料。雖然該些嵌段共聚物膜可W提供納米級的對比度，然而通常很 難制備在小于60納米的尺度下展現(xiàn)出周期性的共聚物膜。不過，現(xiàn)代電子裝置通常采用具 有小于60納米的周期性的結(jié)構(gòu)，并且因此希望制備可W易于展現(xiàn)出具有小于60納米的平 均最大寬度或厚度的結(jié)構(gòu)，同時(shí)展現(xiàn)出小于60納米的周期性的共聚物。
[0004] 人們已經(jīng)做了許多嘗試來開發(fā)具有小于60納米的最小圖案尺寸，同時(shí)展現(xiàn)出小 于60納米的周期性的共聚物。將聚合物鏈裝配成規(guī)則陣列，特別是周期性陣列，有時(shí)被稱 為"由下而上的光刻法"。由嵌段共聚物形成用于電子器件的周期性結(jié)構(gòu)的方法，與已知的 用光刻將圖案導(dǎo)入在基材上的被稱為"引導(dǎo)自裝配"的方法一致。不過，嘗試由周期性陣列 建立可工作的電子器件的過程中必需解決的四個(gè)挑戰(zhàn)是；a)希望將具有高精度和準(zhǔn)確性 的周期性陣列與下方的線路圖案的元件對準(zhǔn)或?qū)R，b)第二，希望在圖案中形成非周期性 形狀作為電子線路設(shè)計(jì)的一部分，C)第=，圖案能形成作為線路設(shè)計(jì)圖案布置設(shè)計(jì)的一部 分的尖銳彎曲和角W及線末端的能力，W及d) W多個(gè)周期性形成圖案的能力。采用由嵌段 共聚物形成的周期性圖案的由下而上光刻的該些限制使得需要設(shè)計(jì)用于對齊、圖案形成和 缺陷減少的復(fù)雜的化學(xué)外延法或制圖外延法的加工方法。
[0005] 常規(guī)"由上至下"光刻法，其通過掩模將光或能量顆粒照射并聚集到在基材上的薄 光刻膠層上，或在電子束光刻的情況中可包括電子通過電磁場W圖案化方法照射到基材上 的薄光刻膠層上，該些常規(guī)"由上至下"光刻法的優(yōu)勢在于更適用于圖案形成與下方的線路 圖案元件對齊的常規(guī)方法，且能在圖案中形成非周期性的形狀作為線路設(shè)計(jì)的一部分，能 直接形成線末端和尖銳彎曲，能W多個(gè)周期性形成圖案。不過，由上至下的光刻法，在光學(xué) 光刻的情況下限制了其可形成的最小的圖案，該是由于光通過掩模開口的衍射，所述掩模 開口的尺寸與波長相似或比波長小，從而導(dǎo)致掩蔽的區(qū)域與未掩蔽的區(qū)域間光強(qiáng)度調(diào)制的 損失。其它限制分辨率重要的因素是光耀斑（li曲t flare)、由各種膜界面導(dǎo)致的反射問 題、透鏡元件的光學(xué)質(zhì)量的缺陷、焦深的變化和傾斜、曝光過程中的振動、光子和光致酸的 瞬時(shí)噪音（shot noise) W及線邊緣粗趟。在電子束光刻的情況中，W下因素限制了可形成 的最小的有用的圖案尺寸；電子束光點(diǎn)尺寸、能有效且精確地縫合或融合寫入圖案的能力、 在光刻膠和下層基材中的電子散射和反向散射、電子和光致酸瞬時(shí)噪音W及線邊緣粗趟。 由于圖像是通過W圖案化方式逐個(gè)像素形成的，因此生產(chǎn)量也大大限制了電子束光刻，因 為由于更小的圖案尺寸需要更小的像素尺寸，每單位面積中圖像像素的數(shù)量相對于像素單 元尺寸W二次方的關(guān)系增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明公開了一種接枝嵌段共聚物，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鏈聚合物和第一接枝聚合物；所述第一接枝聚合物含有包括面 代姪部分、含有娃的部分或面代姪部分和含有娃的部分的組合的表面能降低部分；所述第 二嵌段聚合物與所述第一嵌段共價(jià)結(jié)合；其中所述第二嵌段含有主鏈聚合物和第二接枝聚 合物；所述第二接枝聚合物含有用于進(jìn)行酸催化的脫保護(hù)反應(yīng)的官能團(tuán)，所述酸催化的脫 保護(hù)反應(yīng)會改變接枝嵌段共聚物在顯影劑溶劑中的溶解性。
[0007] 本文還公開了一種制備接枝嵌段共聚物的方法，該方法包括將主鏈聚合物前體 與第一鏈轉(zhuǎn)移劑反應(yīng)W形成第一主鏈聚合物前體-鏈轉(zhuǎn)移劑部分；將第一主鏈聚合物前 體-鏈轉(zhuǎn)移劑部分與第一接枝聚合物前體反應(yīng)；將該第一接枝聚合物前體聚合W形成第一 接枝聚合物；所述第一接枝聚合物含有包括面代姪部分、含有娃的部分或面代姪部分和含 有娃的部分的組合的表面能降低部分；將第一主鏈聚合物前體-鏈轉(zhuǎn)移劑部分的主鏈聚合 物前體聚合W形成第一嵌段聚合物；將主鏈聚合物前體與第二鏈轉(zhuǎn)移劑反應(yīng)W形成第二主 鏈聚合物前體-鏈轉(zhuǎn)移劑部分；將第二主鏈聚合物前體-鏈轉(zhuǎn)移劑部分與第二聚合物反應(yīng) W形成第二接枝共聚物；將第二主鏈聚合物前體-鏈轉(zhuǎn)移劑部分的第二主鏈聚合物前體聚 合W形成第二嵌段聚合物；所述第二接枝聚合物含有能進(jìn)行酸催化的脫保護(hù)反應(yīng)的官能 團(tuán)，所述酸催化的脫保護(hù)反應(yīng)會改變該接枝嵌段共聚物在顯影劑溶劑中的溶解性；W及將 第一嵌段聚合物與第二嵌段聚合物反應(yīng)W形成接枝嵌段共聚物。
[000引附圖簡要說明
[0009] 圖1是示例性的設(shè)置在基材上的刷型聚合物的示意圖；
[0010] 圖2A和2B是當(dāng)具有表面能降低部分的刷型聚合物設(shè)置在基材上時(shí)出現(xiàn)的示例性 的排序的示意圖；
[0011] 圖3顯示了由撞擊式原子力顯微鏡（AFM)得到的顯微圖，通過在變化的條件下正 性瓶刷型化學(xué)放大光刻膠I(PBCAR-I)的254皿光刻形成的圖案的高度圖像。圖3(A)至 佑）分別反映了表1條目#10, #11，#6, #7, #8, #14和#16圖案化的AFM高度圖像；
[001引 圖4顯示了顯微圖，此圖是PBCAR-I在30kV E化條件下分別W50yC/cm2曝光計(jì) 量（左）和60 y C/cm2曝光計(jì)量（右）且PEB W l00°C持續(xù)2分鐘形成的圖案的撞擊式AFM 高度圖像。圖4(A)顯示了具有120nm/70nm線/間距設(shè)計(jì)特征的圖案。圖4炬）顯示了具 有l(wèi)OOnm/100皿線/間距設(shè)計(jì)特征的圖案。圖4(B)顯示了具有60nm/100皿線/間距設(shè)計(jì) 特征的圖案；W及
[0013] 圖5顯示了顯微圖，此圖是PBCAR-II在30kV E化條件下，W 75yC/cm2曝光計(jì) 量，且陽B在100°C下持續(xù)1分鐘所形成圖案的撞擊式AFM高度圖像。圖5(A)顯示了具有 120nm/70皿線/間距設(shè)計(jì)特征的圖案。圖5(B)顯示了具有l(wèi)OOnm/100皿線/間距設(shè)計(jì)特 征的圖案。
[0014] 發(fā)明詳述
[0015] W下表格詳細(xì)列舉了本文所用的縮寫與該些縮寫的具體含義。
[0016] 表
[0017]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種接枝嵌段共聚物，其包含： 第一嵌段聚合物；所述第一嵌段聚合物含有主鏈聚合物和第一接枝聚合物；所述第一 接枝聚合物含有包括鹵代烴部分、含有硅的部分或鹵代烴部分和含有硅的部分的組合的表 面能降低部分； 第二嵌段聚合物；所述第二嵌段聚合物與所述第一嵌段共價(jià)結(jié)合；其中所述第二嵌段 含有主鏈聚合物和第二接枝聚合物；所述第二接枝聚合物含有用于進(jìn)行酸催化的脫保護(hù)反 應(yīng)的官能團(tuán)，所述酸催化的脫保護(hù)反應(yīng)會改變接枝嵌段共聚物在顯影劑溶劑中的溶解性。
2. 如權(quán)利要求1所得的共聚物，其特征在于，所述主鏈聚合物是聚降冰片烯。
3. 如權(quán)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）丙烯酸類的聚合得到的聚合物。
4. 如權(quán)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-羥基-2-甲基-4-(三氟甲基）戊基酯）。
5. 如權(quán)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_二（烷基）甲醋）。
6. 如權(quán)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-乙基環(huán)戊基酯）。
7. 如權(quán)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過以下單體 中的至少兩種聚合得到的共聚物：甲基丙烯酸-1-乙基環(huán)戊基酯、甲基丙烯酸-γ-丁內(nèi) 醋-2-基醋、叔丁氧基羰基保護(hù)的羥基苯乙稀、N-苯基馬來酰亞胺和1，1-二氟-2-(甲基 丙烯酰氧基）乙磺酸三苯基锍。
8. 如權(quán)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第一嵌段共聚 物和第二嵌段共聚物；所述第一嵌段共聚物含有聚（甲基丙烯酸-1-乙基環(huán)戊基酯）和聚 (1，1_二氟-2-(甲基丙烯酰氧基）乙磺酸三苯基锍），所述第二嵌段共聚物含有聚（甲基 丙烯酸-1-乙基環(huán)戊基酯）和聚（甲基丙烯酸-γ-丁內(nèi)酯-2-基酯）。
9. 如權(quán)利要求1所述的共聚物，其特征在于，所述第一接枝聚合物和/或所述第二接 枝聚合物各自含有能進(jìn)行酸催化的脫保護(hù)反應(yīng)的官能團(tuán)，所述酸催化的脫保護(hù)反應(yīng)會改變 該接枝嵌段共聚物在顯影劑溶劑中的溶解性，其中所述接枝嵌段共聚物還包括光致酸生成 劑。
10. -種制備接枝嵌段共聚物的方法，所述方法包括： 將主鏈聚合物前體與第一鏈轉(zhuǎn)移劑反應(yīng)以形成第一主鏈聚合物前體-鏈轉(zhuǎn)移劑部分； 將該第一主鏈聚合物前體-鏈轉(zhuǎn)移劑部分與第一接枝聚合物前體反應(yīng)； 將所述第一接枝聚合物前體聚合以形成第一接枝聚合物；所述第一接枝聚合物含有包 括鹵代烴部分、含有硅的部分或鹵代烴部分和含有硅的部分的組合的表面能降低部分； 將所述第一接枝聚合物的主鏈聚合物前體聚合以形成第一嵌段聚合物； 將主鏈聚合物前體與第二鏈轉(zhuǎn)移劑反應(yīng)以形成第二主鏈聚合物前體-鏈轉(zhuǎn)移劑部分； 將該第二主鏈聚合物前體-鏈轉(zhuǎn)移劑部分與第二接枝共聚物的一種前體或多種前體 反應(yīng)； 將所述第二接枝聚合物的一種前體或多種前體聚合以形成第二接枝聚合物；所述第二 接枝聚合物含有能進(jìn)行酸催化的脫保護(hù)反應(yīng)的官能團(tuán)，所述酸催化的脫保護(hù)反應(yīng)會改變接 枝嵌段共聚物在顯影劑溶劑中的溶解性；和 將所述第二接枝聚合物的主鏈聚合物前體聚合以形成第二嵌段聚合物；以及 將所述第一嵌段聚合物與所述第二嵌段聚合物反應(yīng)以形成接枝嵌段共聚物。
【專利摘要】本發(fā)明涉及自組裝結(jié)構(gòu)、其制備方法以及包含該結(jié)構(gòu)的制品。本發(fā)明公開了一種接枝嵌段共聚物，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鏈聚合物和第一接枝聚合物；所述第一接枝聚合物含有包括鹵代烴部分、含有硅的部分或鹵代烴部分和含有硅的部分的組合的表面能降低部分；所述第二嵌段聚合物與所述第一嵌段共價(jià)結(jié)合；其中所述第二嵌段含有主鏈聚合物和第二接枝聚合物；所述第二接枝聚合物含有用于進(jìn)行酸催化的脫保護(hù)反應(yīng)的官能團(tuán)，所述酸催化的脫保護(hù)反應(yīng)會改變接枝嵌段共聚物在顯影劑溶劑中的溶解性。
【IPC分類】C08F299-00, G03F7-004, C08F293-00
【公開號】CN104672410
【申請?zhí)枴緾N201410455272
【發(fā)明人】趙祥浩, G·孫, K·L·伍利, J·W·撒克里, P·特雷福納斯三世
【申請人】得克薩斯A&M大學(xué)系統(tǒng), 羅門哈斯電子材料有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2014年9月9日
【公告號】US20150072291