[发明专利]中性层聚合物、其制备方法以及包含该聚合物的制品

说明书

本发明公开了一种嵌段共聚物，该嵌段共聚物包含第一段和第二段，所述第一段和第二段互相共价结合，而且在化学上互不相同；其中所述第一段具有第一表面自由能，所述第二段具有第二表面自由能；以及附加共聚物；所述附加共聚物包含表面自由能降低的部分，所述表面自由能降低的部分的表面自由能小于第一段和第二段的表面自由能；所述附加共聚物还包含一种或多种与嵌段共聚物有亲合性的部分；所述表面自由能降低的部分在化学上不同于所述第一段和第二段；所述附加共聚物不能与水混溶；所述附加共聚物未与所述嵌段共聚物共价结合。

相关申请的交叉引用

本申请是2013年6月24日提交的美国申请第13/924,891的部分的后续，该申请全部内容参考结合入本文中。

技术领域

本发明涉及用于自组装结构的中性层聚合物，其制备方法以及包含该聚合物的制品。具体地，本发明涉及在嵌段共聚物上制备的嵌入的中性层，该中性层促进垂直于基材的区域(domain)的制备。

嵌段共聚物形成自组装的纳米结构以减少系统的自由能。纳米结构是具有小于100纳米的平均最大宽度或厚度的那些结构。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微型区域的形式，例如薄片或圆柱体。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周期性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20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20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20纳米的平均最大宽度或厚度的结构，同时展现出小于20纳米的周期性的共聚物。

已经做了许多尝试来开发具有小于20纳米的平均最大宽度或厚度，同时展现出小于20纳米的周期性的共聚物。下面的讨论详述了一些已经做出的以实现这个目标的尝试。

图1(A)和1(B)显示了设置在基材上的薄片形成嵌段共聚物的示例。该嵌段共聚物包括互相反应性结合并且彼此不互溶的嵌段A和嵌段B。该薄片可以对齐它们的微型区域以平行于基材表面(图1(A))或垂直于基材表面(图1(B))，所述薄片设置在所述基材表面上。嵌段A和/或嵌段B对于基材表面的亲和性决定了基材表面上的形态。同样，嵌段A和/或嵌段B对于空气的亲和性决定了空气-嵌段共聚物界面处的形态。将空气-嵌段共聚物的界面称作自由表面。该薄片也可将它们的微型区域对齐，从而与所述基材既平行又垂直(图1(C))。在图1(C)中，嵌段A的薄片与平行于基材表面的平面相互垂直，同时该薄片在接触空气的上部表面与基材平行。

垂直取向的薄片提供纳米级线条图案，而平行取向的薄片没有产生纳米级表面图案。在薄片形成与基材平面平行的情况下，一个薄片相在基材的表面上形成第一层(在基材的x-y平面上)，并且另一个薄片相在第一层上形成覆盖的平行层，使得当沿着垂直(z)轴观察膜时，没有形成微型区域的横向图案和横向的化学对比度。当薄片垂直于表面形成时，垂直取向的薄片提供了纳米级的线条图案。因此，为了形成有用的图案，需要在嵌段共聚物薄膜中控制自组装微型区域的取向。

参考图1(C)，为了将垂直薄片暴露于空气界面，将最上面的层(被鉴定为B嵌段的一层)蚀刻，以将A和B微型区域暴露于自由表面。在自由表面处同时存在的A嵌段和B嵌段的微型区域(均垂直于基材)提供了可用于纳米图案化(即用于半导体开发的模板和抗蚀剂(例如光致抗蚀剂)的开发)的纳米级线条图案。简而言之，当自由表面的相互作用不平衡时，形成具有最低表面能的嵌段的表层。