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随着半导体行业的发展，193nm液浸光刻法的光源已经达到了物理分辨极限，电子束曝光又因产能低而难以应用，虽然极紫外光刻法(EUV)可以解决产能过低的问题，但是其价格过于昂贵，且很多关键技术，如光源功率、反射镜和掩膜等，没有获得突破，因而一再延迟面世的时间。嵌段共聚物引导组装作为下一代备选技术被收录到国际半导体行业发展蓝图(ITRS)中。半导体行业定义的器件所需几何图形，如单列线、单列点、线阵、点阵、不同角度的拐角、双连续拐角和T型拐角等，均可通过嵌段共聚物的引导组装制备出来。但是，这些不同结构需要基于不同的嵌段共聚物或其与均聚物的共混物才能得以实现。目前，尚未见通过一种嵌段共聚物引导组装即可同时获得所有几何图案的相关报道。本论文将通过原子转移自由基聚合(ATRP)与点击化学(click)反应相结合的方式，合成聚甲基丙烯酸甲酯-聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA-b-PS-b-PMMA)三嵌段共聚物，研究其在不同化学图案上的引导组装，最终将得到的图案转刻蚀至硅基材上。具体研究如下: 采用对甲苯磺酰氯(TsCl)和2-溴苯乙酸乙酯(EPBA)为引发剂分别引发甲基丙烯酸酯(MMA)聚合，得到含有卤素端基的PMMA-Cl和PMMA-Br大分子引发剂，然后再引发苯乙烯聚合得到了PMMA-b-PS-Cl和PMMA-b-PS-Br两嵌段共聚物。通过精细纯化分级除去PS均聚物、PMMA均聚物、含有低分子量PS组分的PMMA-b-PS，得到窄分布的PMMA-b-PS-Cl和PMMA-b-PS-Br两嵌段共聚物。利用PMMA-b-PS-Cl/Br通过click偶联反应合成PMMA-b-PS-b-PMM A三嵌段共聚物，再经过分级去除未参与偶合的PMMA-b-PS两嵌段共聚物，从而获得窄分子量分布的PMMA-b-PS-b-PMMA。基于上述流程，合成了一系列PMMA体积分数（φPMMA）为28％～40％、分子量分布在1.06～1.08之间的PMMA-b-PS-b-PMMA三嵌段共聚物。 采用电子束曝光制备相应周期的化学图案，通过对不同膜厚的PMMA-b-PS-b-PMMA薄膜在不同退火温度和退火时间下引导组装的结果进行优化。结果表明当φPMMA=28～32％时，PMMA-b-PS-b-PMMA在对应的四方和六方点阵化学图案上能够同时组装得到无缺陷的四方和六方排列的柱状相，但是，在线性化学图案上无法得到无缺陷垂直贯穿的线阵结构;当φPMMA=34～36％时，PMMA-b-PS-b-PMMA在对应的四方点阵、六方点阵和线性化学图案上都实现了同时无缺陷组装，得到了垂直于基材的四方和六方点阵柱状相和线性层状相结构;当φPMMA=38％时，PMMA-b-PS-b-PMMA在对应的六方点阵和线阵化学图案上可以同时组装得到六方点阵柱状相和线阵层状相，但在四方点阵化学图案上无法实现无缺陷的引导组装。 通过电子束曝光制备了半导体行业所需的具有不同组合的复杂几何图形的化学图案，如四方点阵、六方点阵、转角、线性和孤立结构等各种结构的组合，然后在复杂化学图案上加热退火引导组装φPMMA=36％的PMMA-b-PS-b-PMMA三嵌段共聚物薄膜，实现了在较大的图案周期范围内引导组装出无缺陷的复杂几何图案。同时，采用连续渗入合成法(SIS)成功地把所有组装的图案转刻蚀至硅基材上。