High segregation strength block copolymer self-assembly in thin film
Auto-assemblage de copolymères à blocs à haute force de ségrégation dans une configuration de film mince
Résumé
This manuscript is related to the formation of high density masks of nanoholes or nanodotsmade from high segregation strength block copolymer (BCP) for applications in the microelectronicindustry. Two block copolymers, ABA type with a polydimethylsiloxane (PDMS) center block and twoterminal polylactide (PLA) blocks, where synthetized by a ring opening polymerization. BCP characterizations inbulk and in thin film show a hexagonal array of PLA spheres and cylinders in a PDMS matrix, with 14,3 and 15,5nm pitches respectively. In order to control the domain organization, thin film BCP self-assembly were studiedin function of several parameters : spin coating process and post-treatments (vapour and thermal annealing). Inthe case of the hexagonal array of cylinders, the control of the interfacial energy between the film and thesilicon wafer has been obtained by grafting a random copolymer layer. Due to their microelectronicapplications, the mesostructures need to be defectless at a large scale (several micrometres). In this way, theself-assembly of one of the two BCP has also been studied by graphoexpitaxy on a sinusoidal surface-reliefgratings.
Ce manuscrit de thèse porte sur la formation de masques de réseaux denses de nanopiliers ou nanotrous à partir de l’auto-assemblage de copolymères à blocs (CPB) à haute force de ségrégation, pour des applications dans la micro-électronique. Des copolymères à blocs, de type ABA, constitués d’un bloc central de polydiméthylsiloxane (PDMS) et de deux blocs terminaux de polylactide (PLA) ont été synthétisés par polymérisation par ouverture de cycle. Les caractérisations de deux CPB d’intérêt en masse et sous forme de film mince montrent une mesostructure hexagonale sphérique et cylindrique de PLA dans la matrice de PDMS,avec des périodes de 14,3 et 15,5 nm respectivement. Afin de contrôler l’organisation des domaines, les autoassemblages des films minces des deux CPB ont été étudiés en fonction de plusieurs facteurs : paramètres de dépôt et post-traitements (exposition à des vapeurs de solvant et recuit thermique). Dans le cas du réseau hexagonal cylindrique, le contrôle des énergies interfaciales entre le film et le substrat de silicium a été obtenu grâce au greffage d’une couche de copolymères statistique ayant des blocs chimiquement différent des blocs contenus dans le CPB. Par ailleurs, à des fins industrielles, les mesostructures doivent montrer une organisation à grande échelle (plusieurs micromètres) dépourvue de défauts. Dans cette perspective, l’auto-assemblage des CPB a aussi été étudié sur des surfaces à topographie contrôlée (graphoépitaxie) montrant un relief sinusoïdal.
Origine : Version validée par le jury (STAR)