[发明专利]用于定向自组装的中性层聚合物组合物及其方法

说明书

技术领域

本专利申请属于通过定向自组装进行光刻构图的领域并且更具体地说属于支持光刻构图特征的形成的中性底层领域。

背景技术

近年来，定向自组装已经作为将由溶液沉积的自组装纳米结构组织以产生光刻特征并用于多种的其它应用的有用手段出现。例如，参见Thurn-Albrecht等人，“Ultrahigh Nanowire Arrays Grown in Self-Assembled.Diblock Copolymer Templates”，Science，290，2126，(2000)；Black等人，“Integration of Self-Assembled Diblock Copolymers for Semiconductor Capacitor Fabrication,”Applied Physics Letters，79，409，(2001)和Akasawa等人,“Nanopatterning with Microdomains of Block Copolymers for Semiconductor Capacitor Fabrication,”Jpn.J.Appl.Phys.，41，6112，(2002)。

在许多定向自组装应用中，分子间相互作用驱使自组装材料的各个部分相分离成微区；其中自组装材料的不混溶的极性和非极性区域变得集中。定向自组装应用中特别感兴趣的是具有预定尺寸的极性和非极性嵌段的嵌段共聚物的薄膜。具有所选尺寸的这些嵌段提供具有与它们相应的分子量和组成相关联的长度的所选微区。此外，通过调节嵌段共聚物内各个嵌段的摩尔质量，可以产生具有所选尺寸的各种形态，例如具有特定宽度、特定节距和特定对称图案例如六方密堆积阵列或平行线的片晶或圆柱体。

用能量中性聚合物(下文中称作中性层)制成的膜层有时用作自组装聚合物的底层，原因在于它们具有均匀的表面能。不均匀表面能可能通过所述嵌段聚合物干扰组装过程，因为所述嵌段之一可能与另一嵌段相比显示对膜层的优先吸引。因此，中性层不趋向于优先地加强或引导自组装嵌段共聚物的特定微区在特定位置的形成。中性层可以是官能化聚合物刷形共聚物，可交联聚合物，具有与正使用的嵌段共聚物中使用的那些相似的重复单元的无规共聚物，或均聚物的共混物，它们各自分别具有与正使用的嵌段共聚物中的那些相似的单体。

在用来引导嵌段共聚物的薄膜中的自组装的方法中有制图外延法和化学外延法。在制图外延法中，自组装由预形成的表面形貌结构例如沟道引导。例如，具有中性下层表面并具有与一种类型的嵌段共聚物微区(例如，A-B二嵌段共聚物组装体的A微区)优先吸引的侧壁的表面形貌图案化基材可以用来经由表面形貌约束在沟道内部定向自组装。采用宽度L的沟道和具有P_BCP的周期性的嵌段共聚物(BCP)，可以对于剩余微区达到L/P _BCP的系数的频率倍增。

中性层可以由无规刷形共聚物形成，该无规刷形共聚物末端被能够与特定基材的表面附着的反应性官能团取代。为了提供最大程度的能量中性，希望的是无规共聚物上的反应性官能团被提供在聚合物链的至少一端或接近该至少一端以致无规共聚物的能量中性部分可以被给予到正被应用于其的所需嵌段共聚物。

已经作出了各种尝试以将官能团结合在上文所述无规共聚物链的末端附近。例如，Colburn等人在US 8,017,194中公开了通过氮氧调控的自由基聚合制备的具有反应性苄醇端基的无规苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的合成，其中氮氧化物被官能化。然而，官能化氮氧化物引发剂难以按比例增加且昂贵，导致所述共聚物显著更高的成本。此外，氮氧调控聚合在高温下进行，导致单体相当多的自聚合，从而导致不希望浓度的不含所需端基的聚合物链。

因此，仍需要通过可靠地并以降低的成本结合入所需反应性端基的方法在低温下合成的聚合物。

发明内容

发明概述

本发明涉及包含聚合物的新型聚合物组合物，该聚合物包含a)两种或更多种重复单元和b)具有结构1)的端部

其中R₁代表C₁-C₂₀取代或未取代的烷基，w是1-8的数，X是O或N，R_d是至少一个选自表1的i)-viii)的基团。本发明还涉及使用所述新型聚合物组合物形成图案的方法。本发明进一步涉及所述新型聚合物的制备方法。

详细描述