[发明专利]聚苯乙烯‑聚丙烯酸酯嵌段共聚物及其制造方法和制品

说明书

技术领域

本公开涉及聚苯乙烯-聚丙烯酸酯嵌段共聚物、制造该嵌段共聚物的方法以及包含该共聚物的制品。具体地，本公开涉及用于改进的纳米光刻图案化的聚苯乙烯-聚丙烯酸酯嵌段共聚物。

背景技术

嵌段共聚物形成自组装纳米结构，用以降低系统的自由能。纳米结构是指平均最大宽度或厚度小于100纳米的结构。作为自由能降低的结果，此自组装形成周期性结构。该周期性结构可以是域、片层或者圆柱体的形式。由于这些结构，嵌段共聚物的薄膜提供纳米尺度上的空间化学对比，因此这些嵌段共聚物已被用作替代的低成本的用于形成周期性纳米尺度结构的纳米图案化材料。虽然这些嵌段共聚物膜可以提供纳米尺度上的对比，但经常很难制造可以显示小于20纳米的周期性的共聚物膜。现代的电子器件经常采用具有小于20纳米的周期性的结构，因此理想的是制造如下的共聚物：可以容易地显示平均最大宽度或厚度小于20纳米的结构，同时显示小于20纳米的周期性。

有人已做出许多尝试而开发出平均最大宽度或厚度小于20纳米同时显示小于20纳米的周期性的共聚物。下面详述了为达到此目的所做的这些尝试中的一些尝试。

发明内容

图1A和图1B描绘了设置在基片上的片层形成嵌段共聚物的例子。该嵌段共聚物包含彼此反应性地键接且彼此不混溶的嵌段A和嵌段B。片层域的取向可以平行于(图1A)或者垂直于(图1B)其上设置有片层的基片的表面。垂直取向的片层提供纳米尺度的线图案，同时没有由平行取向片层所形成的表面图案。

在片层平行于基片的平面的情况下，一个层状相在基片表面(在基片的x-y平面)上形成第一层，另一层状相在第一层上形成覆盖的平行层，因此当沿垂直(z)轴的方向观察该薄膜时不形成微区的横向图案和横向化学对比。当片层垂直于表面时，垂直取向的片层提供纳米尺度的线图案。因此，为了形成有用的图案，理想的是控制自组装微区在嵌段共聚物中的取向。

利用热(在可选的溶剂存在下)对该嵌段共聚物进行退火，由此允许在高于玻璃化转变温度且低于有序至无序转变温度的温度下聚合物嵌段A与B的微相分离。然后，可以利用合适方法(例如浸泡在溶剂/显像剂)中对经退火的膜进行进一步的显像或者利用反应离子刻蚀优先地去除一种聚合物嵌段而不去除另一种嵌段，从而显现与该共聚物中的各嵌段的一种嵌段的定位匹配的图案。虽然此方法形成具有均匀间距的自组装膜，但尚未证明可用于连续且均匀地形成域尺寸小于20纳米且周期性小于20纳米的自组装膜。

本文中公开的是一种嵌段共聚物，该嵌段共聚物包含来源于乙烯基芳香族单体的第一嵌段、和来源于丙烯酸酯单体的第二嵌段；其中测量第一嵌段和第二嵌段之间相互作用的χ参数为大于或等于大约0.05(在240℃下测量)。

本文中还公开了一种方法，该方法包括：使乙烯基芳香族单体发生聚合以形成第一嵌段；以及使第二嵌段聚合到所述第一嵌段上从而形成嵌段共聚物；其中第二嵌段通过使丙烯酸酯单体发生聚合而得到；并且其中嵌段共聚物具有大于或等于大约0.05的χ参数(在240℃下测量)；其中χ参数是第一嵌段与第二嵌段之间相互作用的度量。

附图说明

图1A和图1B描绘了设置在基片上的片层形成嵌段共聚物的例子。

图2是描绘利用热重分析法(TGA)所获得热分解数据的图。

图3是描绘表1中所示所有组合物的差示扫描量热法(DSC)温度自记曲线的图。

图4是描绘表1中所示所有组合物的小角度X射线散射数据(SAXS)的图。

具体实施方式

本文中使用的“相分离”是指嵌段共聚物的各嵌段形成离散的微相分离域的倾向，也称为“微区”或“纳米域”并且也简称为“域”。相同单体的各嵌段聚积以形成周期性的域，并且各域的间距和形态取决于嵌段共聚物中不同嵌段的相互作用、尺寸和体积分数。嵌段共聚物的各域可以在施用过程中，例如在旋转铸模步骤中、在加热步骤中形成，或者可以利用退火步骤进行调整(tune)。本文中“加热”也是指“焙烘”，是其中使基片和基片上涂层的温度升高超过环境温度的一般过程。“退火”可以包括热退火、热梯度退火、溶剂蒸气退火、或者其它退火方法。热退火有时称为“热固化”,可以是用于固定图案并去除嵌段共聚物组装层中的缺陷的特定焙烘过程，并且通常涉及在膜形成步骤结束时或者接近结束时在升高的温度(例如，150℃至350℃)下加热达长时间的时段(例如，数分钟至数天)。退火(当被执行时)是用于减小或去除微相分离域的层(在下文中称之为“薄膜”)中的缺陷。