[发明专利]用于嵌段共聚物的取向控制的氟-醇添加剂

说明书

在对自组装嵌段共聚物的结构域中性润湿的基底表面上制备包含用于自组装的高chi(χ)嵌段共聚物和含六氟醇的表面活性聚合物(SAP)的膜层。该嵌段共聚物包含至少一个聚碳酸酯嵌段和至少一个其它嵌段(例如取代或未取代的苯乙烯基嵌段)。其顶表面与气氛接触的膜层自组装以形成相对于下方表面具有垂直取向的层状或圆柱形结构域图案。用不含SAP的薄膜获得其它状态(例如高度1.0Lo的岛和孔)。该SAP优先与包含聚碳酸酯嵌段的结构域溶混并降低其表面能。

背景

本发明涉及用于定向自组装用途中所用的嵌段共聚物的取向控制的氟-醇添加剂，更具体涉及用于含聚碳酸酯嵌段的高chi(χ)嵌段共聚物的顶部取向控制的材料。

嵌段共聚物(BCPs)在溶液、本体和薄膜中用于许多用途。BCPs的薄膜用途由于一些BCPs形成形态部尺寸为5纳米至50纳米的周期性自组装结构的能力而对纳米光刻和图案化特别有吸引力。BCPs的薄膜自组装性质可以与现有光刻技术一起使用以提供用于半导体用途的获得长程有序的独特途径。被称作嵌段共聚物的定向自组装(DSA)的这一途径有望扩展传统光刻法的图案化能力。

用于定向自组装(DSA)用途的BCPs包含两种或更多种聚合物嵌段，它们可以相分离成以球体、圆柱体、螺旋二十四面体(gyroids)和片层的有序纳米阵列为特征的结构域。BCP的相分离能力取决于该嵌段共聚物的Flory Huggins相互作用参数chi(χ)和聚合程度。缩写为PS-b-PMMA的聚(苯乙烯)-b-聚(甲基丙烯酸甲酯)是最广泛用于DSA的嵌段共聚物。对于PS-b-PMMA，聚(苯乙烯)嵌段(PS)和聚(甲基丙烯酸甲酯)嵌段(PMMA)在升高的温度下在聚合物-空气界面处具有类似的表面能。在这种情况下，将布置在取向控制层上的BCP薄层退火引发相分离以产生与该取向控制层垂直取向的BCP结构域。通常，对于PS-b-PMMA，该取向控制层是用苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯形成的可交联或刷型无规共聚物。可以通过调节苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的组成控制该取向控制层(垫层)的中性润湿性质以使BCP层状结构域能够垂直取向。

由于PS和PMMA之间的较低相互作用和相互作用参数chi(χ)，PS-b-PMMA的最小半节距限于大约10纳米。通常当该嵌段共聚物的chi和N的乘积小于10时，这一嵌段共聚物倾向于形成无序聚集体而非有序的相分离结构域。为了能使形态部(feature)进一步小型化(即使用具有较低聚合度的嵌段共聚物)，在两个嵌段之间具有较高相互作用参数(较高chi)的嵌段共聚物是合意的。已经研究了数种具有两个嵌段之间的较高相互作用参数的嵌段共聚物以获得较小形态部尺寸。特别有意义的是包含衍生自来自第一聚合物嵌段上的反应性端基的环状羰基单体的开环的嵌段的嵌段共聚物。通过环状单体(例如丙交酯、内酯、环氧乙烷)的开环聚合(ROP)形成的嵌段共聚物已用于生成用于图案化用途的亚10纳米形态部尺寸。

随着嵌段共聚物的两个嵌段之间的相互作用参数提高，由于这两个嵌段的聚合物-空气表面能之间的失配提高，仅靠中性垫层性质可能不足以形成垂直取向的嵌段共聚物结构域。这造成嵌段共聚物结构域的平行取向，在聚合物-空气界面仅存在较低表面能嵌段，以使该薄膜不适合光刻用途。顶涂层基取向控制策略已被用于控制嵌段在聚合物-空气界面处的表面能。但是，这些策略在高chi嵌段共聚物集成到标准光刻法中引入额外的工艺复杂性。

需要开发用于使具有亚10纳米半节距的高chi嵌段共聚物的嵌段共聚物结构域垂直取向的无顶涂层法。

概述

因此，公开了一种组合物，其包含：

i)溶剂；

ii)嵌段共聚物，其包含：

a)包含式(B-1)的重复单元的第一嵌段：

其中R^w是选自H、甲基、乙基和三氟甲基(＊-CF₃)的一价基团且R^d是包含连接到碳1上的芳环的一价基团，和