用于定向自组装的共聚物配制品、其制造方法以及包含其的物件技术

本文公开一种图案形成方法，其包含在衬底上安置一种组合物，所述组合物包含：嵌段共聚物；其中所述嵌段共聚物包含第一聚合物和第二聚合物；其中所述嵌段共聚物的所述第一聚合物和所述第二聚合物彼此不同并且所述嵌段共聚物形成相分离结构；添加剂聚合物；其中所述添加剂聚合物包含瓶刷聚合物；并且其中所述瓶刷聚合物包含表面能低于或高于所述嵌段共聚物的聚合物；以及溶剂；以及使所述组合物退火以促进所述嵌段共聚物的所述第一聚合物与所述第二聚合物之间的结构域分离，从而形成由所述第一聚合物和所述第二聚合物形成的周期结构域的形态；其中所述周期结构域的纵向轴线与所述衬底平行。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及用于定向自组装的共聚物配制品、其制造方法以及包含其的物件。嵌段共聚物的定向自组装(DSA)已被确认为扩展当前光学光刻技术水平的候选技术。在DSA中，通过将自组装嵌段共聚物纳米结构域引导到光刻图案化衬底来实现较小间距大小。用于DSA的主导方法中的一种涉及化学图案化以对准嵌段共聚物的片层状形态，所述嵌段共聚物如聚苯乙烯-嵌段-聚(甲基丙烯酸甲酯)或PS-b-PMMA。图1中示出的优选工艺方案以使一般由交联聚苯乙烯垫制成的稀疏导引条带(例如聚苯乙烯(PS))阵列图案化开始。在将条带蚀刻(也称为“蚀刻修整”)为恰当尺寸之后，将刷聚合物涂布在条带上，烘烤以诱导化学接枝，并且接着通过用溶剂(如丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA))冲洗去除过量刷聚合物以留下具有化学对比的相对平坦衬底。所述衬底接着用嵌段共聚物(例如聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸甲酯))处理，其在退火之后与所述衬底对准以使初始图案的密度倍增。在涉及首先施加刷，继而施加嵌段共聚物(BCP)的这一两步法中，刷的组合物必须控制在相当严格的范围内以实现良好DSA结果。因此需要使用组合物，其中结构域之间的对准可以易于实现并且其中聚合物的范围不会如此严格受控制。
技术实现思路
本文公开一种图案形成方法，其包含在衬底上安置一种组合物，所述组合物包含：嵌段共聚物；其中所述嵌段共聚物包含第一聚合物和第二聚合物；其中嵌段共聚物的第一聚合物和第二聚合物彼此不同并且嵌段共聚物形成相分离结构；添加剂聚合物；其中添加剂聚合物包含瓶刷聚合物；并且其中瓶刷聚合物包含表面能低于或高于嵌段共聚物的聚合物；以及溶剂；以及使所述组合物退火以促进嵌段共聚物的第一聚合物与第二聚合物之间的结构域分离，从而形成由第一聚合物和第二聚合物形成的周期结构域的形态；其中周期结构域的纵向轴线与所述衬底平行。本文还公开一种图案形成方法，其包含在衬底上安置一种组合物，所述组合物包含嵌段共聚物；其中所述嵌段共聚物包含第一聚合物和第二聚合物；其中嵌段共聚物的第一聚合物和第二聚合物彼此不同并且嵌段共聚物形成相分离结构；添加剂聚合物；其中添加剂聚合物包含瓶刷聚合物；其中瓶刷聚合物包含与嵌段共聚物中的聚合物中的一个化学上和结构上相同的均聚物，或其中添加剂聚合物包含与嵌段共聚物的嵌段中的一个具有优先相互作用的接枝共聚物；以及溶剂；以及使所述组合物退火以促进嵌段共聚物的第一聚合物与第二聚合物之间的结构域分离，从而形成由第一聚合物和第二聚合物形成的周期结构域的形态；其中周期结构域的纵向轴线与所述衬底平行。附图说明图1是涉及通过首先施加刷继而施加嵌段共聚物进行结构域对准的在先技术方法的示意图；图2(A)描绘一个衬底，其中具有直径为d1的孔洞的光刻胶安置于其上；图2(B)描绘图2(A)的衬底，其中嵌段共聚物安置于孔洞中；图2(C)显示经蚀刻以去除圆柱形核心后的衬底；图2(D)描绘一个衬底，其中具有直径为d1的孔洞和直径为d2的孔洞的光刻胶安置于其上，其中d2大于d1；图2(E)显示连续圆柱形核心形成于较窄直径孔洞中，而不连续圆柱体(圆盘)形成于较宽直径孔洞中；图2(F)显示可以经由从较窄直径孔洞蚀刻去除连续圆柱形核心，而自较宽直径孔洞蚀刻仅可以去除一个圆盘；图3(A)是具有较宽直径的孔洞中所存在的不连续圆盘的放大描绘图。这被视为一个缺陷；图3(B)显示如何可以通过使用包含瓶刷聚合物的组合物防止形成有缺陷的不连续圆盘；图4(A)和4(B)描绘由具有PS-嵌段-吸引性壁的圆柱形预图案中的线性PS-b-PMMA嵌段共聚物的自组装产生的理想和缺陷形态，包括由上而下和横截面视图。以浅色显示PMMA密度分布；图5是显示缺陷形成能量相对于孔洞临界尺寸的图；图6是显示缺陷形成能量随瓶刷装载量变化的图；图7是显示缺陷形成能量随瓶刷装载量变化的图；图8是显示对于PMMA-BB和PS-BB，缺陷形成能量随瓶刷装载量变化的比较的图；图9是显示由具有A-嵌段吸引性壁的沟槽预图案中的线性AB二嵌段共聚物的组装产生的理想和缺陷形态的示意图，包括由上而下和横截面视图；图10是显示对于具有线性二嵌段共聚物和线性二嵌段共聚物/瓶刷聚合物掺合物的线条/空隙石墨外延，缺陷形成能量随沟槽宽度变化的图；图11是描绘比较实例D、E以及F的形态的显微照片；以及图12是描绘实例17、18以及19的形态的显微照片。具体实施方式如本文所使用，“相分离”是指嵌段共聚物的嵌段形成离散微相分离结构域(也称为“微结构域”或“纳米结构域”，并且还简单地称为“结构域”)的倾向。相同单体聚集体形成周期结构域的嵌段以及结构域的间隔和形态取决于嵌段共聚物中的不同嵌段之间的相互作用、大小以及体积分数。嵌段共聚物的结构域可以在施加期间，如在旋转铸造步骤期间、在加热步骤期间形成，或可以通过退火步骤进行调整。“加热”在本文中也被称作“烘烤”，其是一般工艺，其中衬底和其上的涂布层的温度被提高到高于环境温度。“退火”可以包括热退火、热梯度退火、溶剂蒸气退火或其它退火方法。热退火有时被称作“热固化”，其可以是用于固定图案以及去除嵌段共聚物组件的层中的缺陷的特定烘烤工艺，并且一般涉及在成膜工艺结束时或接近结束时在高温(例如150℃到400℃)下加热较长时间段(例如几分钟到几天)。退火(当进行时)用于减少或去除微相分离结构域的层(在下文中被称作“膜”)中的缺陷。自组装层包含嵌段共聚物，其具有衍生自第一单体聚合的至少第一聚合物和衍生自第二单体聚合的第二聚合物，其经由相分离形成结构域。如本文所使用，“结构域”意指通过嵌段共聚物的对应嵌段形成的紧密的结晶、半结晶或非晶形区域，其中这些区域可以是圆柱形的，并且与衬底表面的平面平行形成。在一个实施例中，结构域的平均最大尺寸可以是约1到约25纳米(nm)，尤其约5到约22nm，并且仍更尤其约7到约20nm。本文和所附权利要求书中关于本专利技术的嵌段共聚物所使用的术语“Mn”是根据实例中本文所使用的方法测定的嵌段共聚物的数均分子量(以g/mol计)。本文和所附权利要求书中关于本专利技术的嵌段共聚物所使用的术语“Mw”是根据实例中本文所使用的方法测定的嵌段共聚物的重均分子量(以g/mol计)。本文和所附权利要求书中关于本专利技术的嵌段共聚物所使用的术语“PDI”或是根据以下等式确定的嵌段共聚物的多分散性(也被称为多分散指数或简单地称为“分散性”)：PDI＝Mw/Mn。过渡术语“包含”包括过渡术语“由……组成”和“主要由……组成”。本文中使用术语“和/或”意指“和”以及“或”两者。举例来说，“A和/或B”解释为意指A、B或A和B。如本文所使用的术语“刷”或“刷聚合物”描述含有能够在衬底表面上与官能团反应以形成连接到衬底的聚合物链的层的反应性官能团的聚合物。术语“垫”或“垫状膜”用于描述通过沿着链主链(能够自身反应或与诱导交联添加剂反应以在其安置于衬底上之后在聚合物的单独链之间形成键或交联)安置具有反应性取代基的聚合物而形成的衬底上的聚合层。刷聚合物是链主链垂直于衬底取向的一种聚合物，而垫聚合物是链主链平行于衬底取向的一种聚合物。刷聚合物通常具有准许其与衬底键结的反应性官能团。瓶刷聚合物包含聚合链主链并且具有从链主链径向延伸的聚合臂。换句话说，瓶刷聚合物包含具有与链主链键本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图案形成方法，其包含：在衬底上安置组合物，所述组合物包含：嵌段共聚物；其中所述嵌段共聚物包含第一聚合物和第二聚合物；其中所述嵌段共聚物的所述第一聚合物和所述第二聚合物彼此不同并且所述嵌段共聚物形成相分离结构；添加剂聚合物；其中所述添加剂聚合物包含瓶刷聚合物；并且其中所述瓶刷聚合物包含表面能低于或高于所述嵌段共聚物的聚合物；以及溶剂；以及使所述组合物退火以促进所述嵌段共聚物的所述第一聚合物与所述第二聚合物之间的结构域分离，从而形成由所述第一聚合物和所述第二聚合物形成的周期结构域的形态；其中所述周期结构域的纵向轴线与所述衬底平行。

【技术特征摘要】
2015.02.26 US 62/1212811.一种图案形成方法，其包含：在衬底上安置组合物，所述组合物包含：嵌段共聚物；其中所述嵌段共聚物包含第一聚合物和第二聚合物；其中所述嵌段共聚物的所述第一聚合物和所述第二聚合物彼此不同并且所述嵌段共聚物形成相分离结构；添加剂聚合物；其中所述添加剂聚合物包含瓶刷聚合物；并且其中所述瓶刷聚合物包含表面能低于或高于所述嵌段共聚物的聚合物；以及溶剂；以及使所述组合物退火以促进所述嵌段共聚物的所述第一聚合物与所述第二聚合物之间的结构域分离，从而形成由所述第一聚合物和所述第二聚合物形成的周期结构域的形态；其中所述周期结构域的纵向轴线与所述衬底平行。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含去除所述嵌段共聚物的至少一个结构域。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述瓶刷聚合物包含第三聚合物；其中所述第三聚合物与所述嵌段共聚物的所述第一聚合物或所述第二聚合物化学上相同或实质上化学上类似；或其中所述瓶刷聚合物是包含第三聚合物和第四聚合物的共聚物；其中所述瓶刷共聚物的所述第三聚合物和所述第四聚合物彼此不同；其中所述嵌段共聚物的所述第一聚合物与所述瓶刷共聚物的所述第三聚合物化学上相同或实质上化学上类似或其中所述嵌段共聚物的所述第二聚合物与所述瓶刷共聚物的所述第四聚合物化学上相同或实质上化学上类似。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述瓶刷聚合物包含聚苯乙烯、聚硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚二烯、聚醚、聚酯、聚硅氧烷、聚有机锗烷或包含前述聚合物中的至少一种的组合。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述瓶刷聚合物是共聚物；其中所述共聚物是聚(苯乙烯-g-乙烯基吡啶)、聚(乙烯基吡啶-g-苯乙烯)、聚(苯乙烯-g-丁二烯)、聚(丁二烯-g-苯乙烯)、聚(苯乙烯-g-异戊二烯)、聚(异戊二烯-g-苯乙烯)、聚(苯乙烯-g-甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯-g-苯乙烯)、聚(叔丁基苯乙烯-g-甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯-g-叔丁基苯乙烯)、聚(苯乙烯-g-烯基芳族物)、聚(烯基芳族物-g-苯乙烯)、聚(异戊二烯-g-环氧乙烷)、聚(环氧乙烷-g-异戊二烯)、聚(苯乙烯-g-(乙烯-丙烯))、聚(乙烯丙烯)-g-苯乙烯)、聚(环氧乙烷-g-己内酯)、聚(己内酯-g-环氧乙烷)、聚(环氧乙烷-g-己内酯)、聚(丁二烯-g-环氧乙烷)、聚(环氧乙烷-g-丁二烯)、聚(苯乙烯-g-(甲基)丙烯酸叔丁酯)、聚(((甲基)丙烯酸叔丁酯)-g-苯乙烯)、聚(甲基丙烯酸叔丁酯-g-甲基丙烯酸甲酯)、聚(环氧乙烷-g-环氧丙烷)、聚(环氧丙烷-g-环氧乙烷)、聚(苯乙烯-g-四氢呋喃)、聚(四氢呋喃-g-苯乙烯)、聚(苯乙烯-g...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·D·休斯塔德，P·特雷福纳斯三世，V·V·金兹伯格，B·金，G·H·弗雷德里克森，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限公司，罗门哈斯电子材料有限责任公司，加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国;US