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嵌段共聚物定向自组装的快速和无缺陷组装动力学工程( Engineering the Kinetics of Directed Self-Assembly of Block Copolymers Toward Fast and Defect-Free Assembly )
J Ren C Zhou X Chen M Dolejsi PF Nealey defects TEM tomography kinetics directed self-assembly block copolymer
嵌段共聚物（BCPs）的定向自组装(DSA)可以在热力学平衡下获得完全排列的结构，但自组装形态在动力学上可能陷入缺陷状态。了解和优化向畴对齐的动力学途径对于提高工艺吞吐量和降低半导体制造所需的缺陷是至关重要的，但目前缺乏对DSA动力学途径的三维实验研究。本文将阻滞退火和透射电镜层析技术相结合，研究了PS-b-PMMA密度倍增化学外延DSA的动力学和结构演化。在退火的初始阶段，BCP畴最初是独立发展的，在模板界面上有排列结构，在顶表面有随机取向的畴。随着晶粒的粗化，组装在整个膜厚范围内变得协作，形成亚稳态缝合形貌，代表动力学势垒。缝合形态具有三维结构，由垂直片层和平行片层组成。根据力学信息，研究了DSA中关键设计参数对结构动力学和演化的影响。在不同的膜厚下观察到三种结构演变：1）膜厚为1.64L0时的即刻排列和快速组装。我们发现，通过避免亚稳态缝合形貌的形成，可以显著改善DSA动力学。增加模板形貌也可以通过增加PMMA引导表面积来增强动力学。0.75L0 BCP厚度和0.50L0模板形貌的组合实现比基线过程快100倍以上的完美排列。这项研究表明，改进对DSA过程中结构演变的理解可以显著改善DSA过程。
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