[发明专利]嵌段共聚物的合成的方法和其在纳米光刻中的应用

说明书

控制包含至少两个嵌段的嵌段共聚物的合成的方法，所述至少两个嵌段包括至少一个非极性嵌段和至少一个极性嵌段，所述方法使得可特别地控制嵌段之间的比率和各嵌段的分子量，所述共聚物为意图通过直接自组装件(DSA)用作纳米光刻方法中的掩模的嵌段共聚物，所述控制是通过在非质子非极性介质中的半连续阴离子聚合实现的并且包括下列步骤：‑合成大分子引发剂形式的第一非极性嵌段，‑通过在非质子非极性溶剂中混合先前合成的大分子引发剂与碱金属醇盐而制备所述先前合成的大分子引发剂的溶液，‑在非质子非极性溶剂中制备极性单体的溶液，‑以恒定的流量比，将两种先前制备的大分子引发剂和极性单体的溶液注入连接至聚合反应器的微混合器中，‑收取所获得的共聚物。

技术领域

本发明涉及纳米结构化的嵌段共聚物的领域，所述共聚物具有在特定方向上取向(定向)的纳米域(纳米畴)且意图通过直接自组装(也已知缩写为DSA)用于纳米光刻的应用中。

更特别地，本发明涉及控制包含至少一个非极性嵌段和至少一个极性嵌段的嵌段共聚物(例如，聚苯乙烯-b-聚(甲基丙烯酸甲酯)，以下称作PS-b-PMMA)的合成的方法、涉及以受控方式合成的所述嵌段共聚物和涉及所述嵌段共聚物通过直接自组装在纳米光刻方法中作为掩模的用途。

背景技术

纳米技术的发展使得实现在微电子和特别地微电机系统(MEMS)领域中的产品的持续地小型化。常规的光刻技术现在不再能够符合这些对于小型化的不断需求，因为其无法容许以60nm以下的尺寸制造结构体。

因此，必须改变光刻技术和产生这样的蚀刻掩模，所述掩模使得可在高分辨率下产生愈来愈小的图案。使用嵌段共聚物，可通过嵌段之间的相分离(相偏析)使共聚物的组成嵌段的排列结构化，由此以可在50nm以下的尺度形成纳米域。由于这种自身纳米结构化的能力，现在嵌段共聚物在电子或光电子领域中的应用是众所周知的。

在对于实施纳米光刻研究的掩模中，嵌段共聚物(其特别地包含具有至少一个非极性嵌段和至少一个极性嵌段的至少两个嵌段，例如基于PS-b-PMMA)的膜看来是非常具有前景的解决方案，因为其使得可产生具有良好的分辨率的图案。为了使这样的嵌段共聚物膜可用作蚀刻掩模，必须选择性地移除共聚物的嵌段以产生残留嵌段的多孔膜，其图案随后可通过蚀刻而转移至在下面的层。对于PS-b-PMMA的膜，通常选择性地移除PMMA(聚(甲基丙烯酸甲酯))以产生残留PS(聚苯乙烯)的掩模。

为了产生这样的掩模，纳米域必须平行或垂直于在下面层的表面取向。这样的域的结构化需要特定条件例如在下面的层表面的制备、以及嵌段共聚物的组成。

因此，PS和PMMA的嵌段之间的比率使得可控制纳米域的形貌，即以例如层(薄片)、圆柱或球的形式的纳米域的排列，且各嵌段的分子量使得可控制嵌段的尺寸(大小)和间隔，即嵌段共聚物的周期L₀。

为了能够在工业上制造小型微电子或光电子器件，以下变得极其重要：可再现地合成嵌段共聚物，其通过直接自组装形成意图用于纳米光刻的掩模，使得各掩模符合精确规格，且尤其具有形式、尺寸和周期受控的纳米域。

包含至少一个极性嵌段(例如，PMMA)的嵌段共聚物的合成传统上需要在极性溶剂中进行，以避免聚合物在合成期间沉淀，这导致其结构的差的控制。

包含至少一个非极性嵌段和至少一个极性嵌段的嵌段共聚物(例如，PS-b-PMMA型)的合成传统上是通过在低温下(通常在低于70℃的温度下)在THF(四氢呋喃)中的阴离子聚合实施的。

在低温下在THF中的苯乙烯的聚合的第一实例回溯至1956年。使用萘钠作为引发剂的该聚合在没有转移反应的情况下适当地发生，如M.Swarc在“living polymers”，Nature(London)1956；178：1168中所述地。