Design of block copolymer to create single-nanosized microphase structure

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02769
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 35020:Polymer materials-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Satoh Toshifumi 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80291235)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 拓矢 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30525986) ; 磯野 拓也 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70740075)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ミクロ相分離 / ブロック共重合体 / 特殊構造高分子

Outline of Final Research Achievements

This study aims to establish new methodologies for controlling the periodicity (domain-spacing) of the microphase-separated structure formed by block copolymers (BCP) to about 5 nm. As a methodology to achieve this, in this study, we mainly examined (1) the restriction of the polymer chain dimension by introducing intramolecular cross-linking into BCP and (2) the introduction of macrocyclic units into BCP. As a result, in the methodology (1), the introduction of intramolecular cross-linking succeeded in reducing the domain-spacing by up to 47%, and in the methodology (2), the domain-spacing was reduced by up to 76% as compared with the corresponding linear BCP.

Free Research Field

高分子化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ブロック共重合体（BCP）はミクロ相分離構造と呼ばれる数ナノメートル周期の規則構造を形成することが知られており、この規則構造を鋳型に用いることで、従来の光リソグラフィー法では達成が難しい10 nm以下の解像度における半導体ナノ加工が期待されている。しかし、通常のBCPでは10 nm以下の解像度を実現するために必要とされる周期間隔を得ることは困難とされてきた。本研究最大の成果は、従来のBCP分子設計の枠組みとらわれない新たな周期間隔縮小法を見出したことであり、これは将来的に半導体リソグラフィーの高度化、ひいては半導体デバイスの高性能化や低コスト化に繋がるものである。