用于控制嵌段共聚物的纳米畴取向的方法技术

本发明专利技术涉及用于控制嵌段共聚物(BPC)的纳米畴取向的方法，该嵌段共聚物的下界面与基材的经预先中性化的表面接触，由此，所述嵌段共聚物能够在最小厚度(e)上纳米结构化成具有给定周期(L

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制嵌段共聚物的纳米畴取向的方法
本专利技术涉及控制嵌段共聚物的纳米畴取向的领域，该纳米畴在所述嵌段共聚物的纳米结构化过程中产生。该取向特别地取决于嵌段共聚物的各界面处的表面能。更特别地，本专利技术涉及用于控制嵌段共聚物的纳米畴取向的方法，该嵌段共聚物的上界面与处于液体或固体形式的化合物或化合物混合物接触。此外，本专利技术涉及用于从嵌段共聚物开始制造纳米平版印刷(nanolithography，纳米光刻)抗蚀剂的方法，所述方法包括用于控制所述嵌段共聚物的嵌段取向的过程的步骤。
技术介绍
纳米技术的发展已经使得能够不断地使制品小型化，尤其是在微电子和微机电系统(MEMS)领域。目前，常规的平版印刷(lithography，光刻)技术不再使得能够满足这些对于小型化的不断需求，因为它们无法生产尺寸小于60nm的结构。因此，有必要对平版印刷技术进行调整，并创造出这样的蚀刻抗蚀剂，该蚀刻抗蚀剂使得能够产生具有高分辨率的越来越小的图案。采用嵌段共聚物，有可能通过该共聚物的构成嵌段之间的相分离(phasesegregation)来构建(structure)所述嵌段的排列，从而形成尺度小于50nm的纳米畴。由于该进行纳米结构化的能力，嵌段共聚物在电子或光电子领域中的使用现在是众所周知的。然而，旨在形成纳米平版印刷抗蚀剂的嵌段共聚物必须展现出垂直于基材表面取向的纳米畴，以便随后能够选择性地移除嵌段共聚物的一种嵌段并产生具有残留嵌段的多孔膜。由此在多孔膜中产生的图案随后能够通过蚀刻转移至下部基材。给定材料“x”的表面能(表示为γx)被定义为相较于在材料主体内的材料能量的在材料表面处的额外的能量。当材料为液体形式时，其表面能相当于其表面张力。嵌段共聚物的嵌段i、…j中的每一个均展现出表示为γi…γj的表面能，该表面能对于其是特定的并取决于其化学构成，也就是说，取决于构成其的单体或共聚单体的化学性质。同样地，基材的每种构成材料均展现出其自身的表面能值。此外，嵌段共聚物的嵌段i、…j中的每一个均展现出表示为χix的Flory-Huggins型相互作用参数(当其与给定材料“x”相互作用时，举例而言，该给定材料可为液体、固体表面或另一聚合物相)以及表示为“γix”的界面能，其中，γix＝γi-(γxcosθix)，其中θix是材料i和x之间的接触角。嵌段共聚物的两个嵌段i和j之间的相互作用参数因此表示为χij。Jia等(JournalofMacromolecularScience,B,2011,50,1042)已经表明，存在着连接给定材料i的表面能γi和Hildebrand溶解度参数δi的联系。实际上，两种给定材料i和x之间的Flory-Huggins相互作用参数与材料特有的表面能γi和γx间接相关。因此，以表面能或相互作用参数来描述出现在材料界面处的相互作用的物理现象。为了获得嵌段共聚物的构成纳米畴(其相对于下部基材完美垂直)的结构化，因此，似乎有必要精确地控制嵌段共聚物和与其物理接触的不同界面的相互作用。通常，嵌段共聚物与两个界面接触：在本说明书的后续部分中称为“下(lower)”的界面，其与下部基材接触，和称为“上(upper)”的界面，其与另一化合物或化合物混合物接触。通常，位于上界面处的化合物或化合物混合物由环境空气或组成受控的气氛(atmosphere，氛围，大气)组成。然而，其更通常地可由具有限定的分子构成和限定的表面能的任意化合物或化合物混合物组成，无论其在纳米畴的自组织的温度下是固体还是液体(即，是非挥发性的)。当不控制各界面的表面能时，通常存在嵌段共聚物的图案的特定取向，且更特别地是平行于基材的取向，无论嵌段共聚物的形态如何，都是该情况。该平行取向主要是由于以下事实：在所述嵌段共聚物的自组织温度下，基材和/或位于上界面处的化合物展现出与嵌段共聚物的构成嵌段之一的优选亲和性。换句话说，嵌段共聚物的嵌段i与下部基材的Flory-Huggins型相互作用参数(表示为χi-基材)和/或嵌段共聚物的嵌段i与位于上界面处的化合物(例如空气)的Flory-Huggins型相互作用参数(表示为χi-空气)远远地小于零或大于零，而且，界面能γi-基材和/或γi-空气彼此不相等。因此，期望的结构化(即，产生垂直于基材表面的畴，其图案例如可为圆柱形、层状、螺旋形或球形)不仅需要控制位于下界面处(即，位于与下部基材的界面处)的表面能，而且，需要控制位于上界面处的表面能。在将嵌段共聚物用作用于微电子中的应用(平版印刷、存储点、波导等)的经纳米结构化的抗蚀剂的情况下，目的是借助于预先在下部基材上产生的预定图案来引导给定的嵌段共聚物的不同嵌段的取向。存在两种能够控制和引导嵌段共聚物的嵌段在基材上的取向的主要技术：制图外延法(graphoepitaxy)和化学外延法。制图外延法采用拓扑约束来迫使嵌段共聚物在可与嵌段共聚物的周期性相称的预定空间中进行自身的组织。为此，制图外延法在于在基材表面处形成被称为引导物(guide)的初级图案。这些对于嵌段共聚物的嵌段具有任何化学亲和性的引导物划定了其内部沉积有嵌段共聚物层的区域。该引导物使得能够控制嵌段共聚物的嵌段的组织，以便在这些区域内部形成更高分辨率的次级图案。通常地，该引导物通过光刻法(photolithography)形成。此外，位于引导物之间的基材表面可进行中性化，以使与随后沉积的嵌段共聚物接触的表面不表现出与嵌段之一的优选亲和性。为此，Mansky等在Science,第275卷，第1458-1460页(1997年3月7日)已例如表明，在链末端经羟基官能团官能化的统计聚(甲基丙烯酸甲酯-共-苯乙烯)(PMMA-r-PS)共聚物使得该共聚物在展现出天然氧化物层的硅基材(Si/天然SiO2)的表面处能够良好接枝并且使得能够获得对于待纳米结构化的嵌段共聚物的嵌段非优选的表面能。该途径的关键点是获得接枝的层，使其能够对基材的比表面能起到阻挡物的作用。对于嵌段共聚物的每个嵌段i…j，该阻挡物与嵌段共聚物的给定嵌段的界面能是相等的，并且，由该经接枝的统计共聚物中所存在的共聚单体的比例来进行调节。因此，这样的统计共聚物的接枝使得能够抑制嵌段共聚物的一个嵌段对于基材表面的优选亲和性并由此防止获得平行于基材表面的纳米畴的优选取向。接枝反应可通过任何已知方式(热、光化学、氧化/还原等)获得。就化学外延法而言，其利用了预先绘制于基材上的图案与嵌段共聚物的不同嵌段之间的化学亲和性的差异。因此，在下部基材的表面处预先绘制了仅对嵌段共聚物的一个嵌段展现出高亲和性的图案，以便使得嵌段共聚物的嵌段垂直取向成为可能，而该表面的其余部分对嵌段共聚物的嵌段不展现出特定亲和性。为此，在基材表面处沉积这样的层，该层一方面包含不展现出与待沉积的嵌段共聚物的嵌段的特定亲和性的中性区(由例如经接枝的统计共聚物构成)且另一方面包含具有亲和性的区(由例如与待沉积的嵌段共聚物的嵌段之一接枝的共聚物构成且充当用于嵌段共聚物的该嵌段的锚固点)。可将充当锚固点的均聚物的宽度制造成稍微大于与该均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于控制嵌段共聚物(BCP)的上界面处的表面能的方法，该嵌段共聚物(BCP)的下界面与基材的经预先中性化的表面接触，所述嵌段共聚物能够在最小厚度(t)上自身纳米结构化以得到具有预定周期(L

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170721 FR 17569281.用于控制嵌段共聚物(BCP)的上界面处的表面能的方法，该嵌段共聚物(BCP)的下界面与基材的经预先中性化的表面接触，所述嵌段共聚物能够在最小厚度(t)上自身纳米结构化以得到具有预定周期(L0)的纳米畴，该最小厚度(t)至少等于所述周期(L0)的一半，所述方法的特征在于，其在于将所述嵌段共聚物(BCP)沉积在所述基材上，使得其总厚度(T+t)为所述最小厚度(t)的至少两倍大且优选至少三倍大，选择所述最小厚度以使其等于该周期(L0)的整数倍数或半整数倍数，所述倍数小于或等于15且更优选小于或等于10，且在于然后在所述嵌段共聚物(BCP)上沉积展现出与该嵌段共聚物的嵌段之一的优选亲和性的界面材料，该亲和性低于周围气氛所展现出的优选亲和性。


2.根据权利要求1所述的方法，特征在于，在该嵌段共聚物(BCP)的沉积之后的步骤在于实施该嵌段共聚物(BCP)的自组织，以使其在至少所述最小厚度(t)上纳米结构化。


3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，特征在于，该嵌段共聚物的上界面与界面材料接触，该界面材料包含具有限定的分子构成和限定的表面能的化合物或化合物混合物，其在所述嵌段共聚物的组织温度下可为固体或液体，且其使得能够将该嵌段共聚物(BCP)的膜与该周围气氛或限定的气体混合物的影响隔绝开。


4.根据权利要求3所述的方法，特征在于，所述化合物或化合物混合物展现出与该嵌段共聚物(BCP)的至少一种嵌段的特定的亲和性。


5.根据权利要求3或4所述的方法，特征在于，选择与该嵌段共聚物(BCP)接触的上界面材料的所述化合物，以使其表面能至少大于值“γi-5”(以mN/m计)且至少小于值“γs+5”(以mN/m计)，其中，γi代表该嵌段共聚物(BCP)的各嵌段的所有表面能值中的最低值，且其中，γs代表该嵌段共聚物(BCP)的各嵌段的所有表面能值中的最大值。


6.根据权利要求5所述的方法，特征在于，选择与该嵌段共聚物(BCP)接触的上界面材料的所述化合物，以使其表面能在值γi和γs之间。


7.根据权利要求3-6所述的方法，特征在于，选择上界面材料的所述化合物，使得相对于该嵌段共聚物(BCP)的各嵌段不是中性的。


8.根据权利要求3-6所述的方法，特征在于，选择上界面材料的所述化合物，使得相对于该嵌段共聚物...

【专利技术属性】
技术研发人员：X切瓦里尔，
申请(专利权)人：阿科玛法国公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR