[发明专利]用于形成中性面的无规共聚物及其制造和使用方法

说明书

技术领域

该公开内容涉及能够形成中性面(neutral surface)的无规共聚物、及其制造和使用方法。具体地，公开了能够稳定地附着到基底或颗粒且迅速地形成其上可稳定地布置嵌段共聚物的中性面的无规共聚物、及其制造方法。

背景技术

由其末端彼此结合的两种或更多种不同的均聚物或单体构成的嵌段共聚物可自组装以形成具有数十纳米的尺寸的周期性结构。为了实现该自组装，所述嵌段共聚物需要驱动力。当用来自例如加温退火(热退火，thermal annealing)(例如在真空中或在惰性气体如氮气或氩气的气氛中)、红外退火、激光退火、或溶剂蒸气辅助的退火的技术的各种驱动力处理所述嵌段共聚物时，在所述嵌段共聚物的两种或更多种嵌段组分之间发生相分离，导致所述嵌段组分自组装成具有重复结构单元的规则图案。具体地，二嵌段共聚物可包括具有不同化学性质的两种单体A和B，其可以“A-b-B”表示。在二嵌段共聚物的情况下，当在所述共聚物中引起不同的嵌段组分A和B之间的相分离时，可形成包括重复结构单元的自组装的周期性图案如球、圆柱、薄片和垂直薄片(perpendicular lamellae)。可使用所述嵌段共聚物的自组装形成具有数十纳米的尺寸的超精细图案，和所述技术可应用于半导体器件和液晶显示面板，其都使用超精细图案化。

对于形成超精细图案需要具有中性面的中性层，在其上嵌段共聚物可以大规模容易地自组装成垂直薄片或垂直圆柱。这样的中性层为对于任何嵌段、例如来自二嵌段共聚物A-b-B的嵌段A和B之一非优先润湿的层。中性层的表面对所述嵌段共聚物的其它嵌段组分具有基本上相同的表面亲和性。因此，这样的表面称作中性面或非优先面。

目前可用的中性层退火约6小时-约24小时以形成所述中性层。用于形成这样的中性层的退火时间使期望的性质恶化，导致在中性层或纳米图案基底的制造中生产力(生产率)和加工性能的损失。因此，仍需要改善的无规共聚物以提供具有改善的性质的中性层。

发明内容

公开了用于在下层(underlying layer)、基底或颗粒上迅速地形成中性层的无规共聚物、及其制造和使用方法。

还公开了包括所述无规共聚物的中性层及其制造方法。

还公开了包括所述无规共聚物的纳米图案基底及其制造方法。

为了解决以上和其它问题，一方面提供具有由下式1表示的结构的无规共聚物，

式1

其中R为膦酸基团，Me为甲基，x为苯乙烯单元的数量，和y为甲基丙烯酸甲酯单元的数量。

所述无规共聚物可具有约5000-约20000道尔顿的数均分子量(Mn)。

所述无规共聚物可具有约5000-约20000道尔顿的重均分子量(Mw)。

所述无规共聚物可具有约1.0-约2.0的多分散指数(PDI)。

在所述无规共聚物中，x和y可以约40:约60至约60:约40的数量比存在。

另一方面提供制造无规共聚物的方法，所述方法包括：制造膦酸前体，制造用于氮氧化物调控的(nitroxide-mediated)自由基聚合(NMRP)的第一氮氧化物引发剂，通过将所述膦酸前体与所述第一氮氧化物引发剂接触制造包括所述膦酸前体的产物的第二氮氧化物引发剂，通过将所述第二氮氧化物引发剂、苯乙烯单元前体和甲基丙烯酸甲酯单元前体接触制造膦酸聚苯乙烯(“PS”)-聚(甲基丙烯酸甲酯)(“PMMA”)无规共聚物的前体，和使所述膦酸聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯)无规共聚物的前体去保护以制造膦酸PS-PMMA无规共聚物。

在所述方法中，所述第二氮氧化物引发剂可通过使所述膦酸前体与所述第一氮氧化物引发剂反应而合成。

在所述方法中，所述膦酸前体可为双[2-(三甲基甲硅烷基)乙基]膦酸酯。

在所述方法中，所述双[2-(三甲基甲硅烷基)乙基]膦酸酯可为2-(三甲基甲硅烷基)乙醇和三氯化磷(PCl₃)的反应产物。

在所述方法中，所述第一氮氧化物引发剂可为1-[1-(4-氯甲基苯基)乙氧基]-2,2,6,6-四甲基-哌啶。

在所述方法中，所述1-[1-(4-氯甲基苯基)乙氧基]-2,2,6,6-四甲基-哌啶可为4-乙烯基苄基氯、2,2,6,6-四甲基哌啶基氧(“TEMPO”)和过氧化二叔丁基的反应产物。