專利名稱：用于排列嵌段共聚物的表面處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成和使用交聯(lián)的被取代的聚苯乙烯共聚物作為表面處理劑(PXST)來控制在第一共聚物上沉積的嵌段共聚物的物理特征的取向的方法。所述方法具有許多用途。包括在包括制造用于納米壓印光刻法的模板的半導(dǎo)體工業(yè)中的多種應(yīng)用。
背景技術(shù)：
適當(dāng)結(jié)構(gòu)化的嵌段共聚物(BC)能自組裝成具有小于IOOnm的特征的規(guī)則圖案[I]且可用于諸如微電子技術(shù)、太陽(yáng)能電池和膜的納米制造應(yīng)用中。垂直于基材表面排列的六邊堆積的圓柱體為用于這些應(yīng)用的最有用的納米結(jié)構(gòu)之一。已經(jīng)報(bào)道了多面處理技術(shù)使得該取向能夠包括用烷基氯硅烷的表面處理[2、3]、化學(xué)圖案化[4-6]和聚合物“刷”[7-10]。然而，對(duì)特征尺寸和取向的控制仍然不足。需要在對(duì)特征取向的必要控制下提供寬大加工界限的方法。 發(fā)明概述本發(fā)明涉及合成和使用無(wú)規(guī)交聯(lián)的被取代的聚苯乙烯共聚物作為表面處理劑(PXST)來控制在第一共聚物上沉積的嵌段共聚物的物理特征的取向的方法。所述方法具有包括在包括制造用于納米壓印光刻法的模板的半導(dǎo)體工業(yè)中的多種應(yīng)用的許多用途?？蓮倪@些材料中獲得寬范圍的表面能，且結(jié)果顯示PXST不必由在嵌段共聚物(Be)中相同的兩種單體構(gòu)成，從而對(duì)于垂直取向獲得廣泛的加工限度。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及如下方法，其包括a)提供i)包含第一單體和第二單體的可交聯(lián)聚合物，ii)包含第三單體和第四單體的嵌段共聚物，其中所述第三單體和所述第四單體在化學(xué)上與所述第一單體和所述第二單體不同；b)用所述可交聯(lián)聚合物涂覆表面以產(chǎn)生第一膜；c)在使得可交聯(lián)聚合物交聯(lián)的條件下處理所述第一膜；d)用所述嵌段共聚物涂覆所述第一膜以產(chǎn)生第二膜，和e)在使得形成納米結(jié)構(gòu)的條件下處理所述第二膜，其中所述納米結(jié)構(gòu)的形狀(和/或取向)通過所述第一膜的化學(xué)性質(zhì)控制(且在一些實(shí)施方案中，其也通過膜厚度來部分地控制)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述嵌段共聚物形成柱形納米結(jié)構(gòu)，所述柱形納米結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述第一膜的平面基本垂直排列。在一個(gè)實(shí)施方案中，步驟b)的所述涂覆包括旋涂。在一個(gè)實(shí)施方案中,所述第一膜的厚度大于5. 5nm且小于30nm。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述第一膜的厚度為10-30nm。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述第一膜的所述厚度為15-20nm。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述可交聯(lián)聚合物包含在所述第一單體或第二單體上的疊氮基團(tuán)(盡管在其他實(shí)施方案中使用其他可交聯(lián)基團(tuán))。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述PXST可含有一種或多種共聚單體，所述共聚單體不必為用以制造所述嵌段共聚物的那些共聚單體。在一個(gè)實(shí)施方案中，在步驟c)中對(duì)所述第一膜的所述處理包括加熱?；蛘撸鎏幚戆ㄓ霉馓幚?。另外，在一個(gè)實(shí)施方案中，所述處理包括光和熱。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述第三單體為苯乙烯且所述嵌段共聚物包括聚苯乙烯。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述嵌段共聚物為聚苯乙烯-嵌段-聚(甲基丙烯酸甲酯)共聚物。在一個(gè)實(shí)施方案中，在步驟d)中所述第一膜的所述涂覆包括旋涂。在一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述第二膜的厚度為10-100nm。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述第二膜的所述厚度為20-70nm。在一個(gè)實(shí)施方案中，步驟e)的處理包括加熱(例如，在真空下)，以使得膜退火。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述納米結(jié)構(gòu)的高度小于IOOnm0在其他實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及組合物，其包含涂覆在第一聚合物膜上的第二聚合物膜，所述第一聚合物膜包含第一單體和第二單體，所述第二聚合物膜包含第三單體和第四單體，其中所述第三單體和所述第四單體在化學(xué)上與所述第一單體和所述第二單體不同。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述第二膜包含納米尺度的物理結(jié)構(gòu)或“納米結(jié)構(gòu)”，所述物理結(jié)構(gòu)通過所述第一膜的化學(xué)性質(zhì)控制。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述第二膜包含柱形納米結(jié)構(gòu)，所述柱形納米結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述第一膜的平面基本垂直排列。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述納米結(jié)構(gòu)的高度小于IOOnm (且更通常其高度為20nm-70nm)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述第二膜包含聚苯乙烯-嵌段-聚(甲基丙烯酸甲酯)共聚物。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述第一聚合物膜涂覆在表面上。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述第一聚合物膜為交聯(lián)的。在所述組合物的一個(gè)實(shí)施方案中，所述第一膜的厚度為10-30nm。在其他實(shí)施方案中，所述第一膜的所述厚度為15-20nm。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述第二膜的厚度 為10-100nm。在其他實(shí)施方案中，所述第二膜的所述厚度為20_70nm。附圖
簡(jiǎn)述為了更全面地了解本發(fā)明的特征和優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)連同附圖一起提到發(fā)明詳述。圖I顯示聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-PMMA)的合成。PS_b_PMMA經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)史萊克線技術(shù)(Schlenk line techniques) [11、12]陰離子合成。圖2顯示得自PS-b-PMMA的凝膠滲透色譜(RI GPC)的折射指數(shù)檢測(cè)器響應(yīng)。圖3顯示通過使具有多種不同取代基的單體聚合制備的具有不同表面能的聚合物家族。P (SR)-r-P (SBnAz)的特性和各種取代基的影響示于表I中。圖4顯示PXST的表面能，其中R=t Bu、Cl、Me、H和(藍(lán)色)、均聚物(紅色)和晶片(灰色)。圖5顯示在PXST上的PS-b-PMMA的原子力顯微鏡(AMF)相位圖像，其中(R=Br)。表I顯示在R位置具有不同取代基的P (SR)-r-P (SBnAz)(示于圖3中)的特性。圖6為顯示在均聚物、無(wú)規(guī)聚合物和嵌段聚合物之間的差異的示意圖。定義為了促進(jìn)本發(fā)明的理解，在下文定義許多術(shù)語(yǔ)。本文定義的術(shù)語(yǔ)具有如與本發(fā)明相關(guān)的領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員通常理解的意義。諸如“一”和“該”的術(shù)語(yǔ)并非意欲僅指單一實(shí)體，而是包括可使用其具體實(shí)例來說明的通用類別。本文中的術(shù)語(yǔ)用來描述本發(fā)明的具體實(shí)施方案，但其使用不限定本發(fā)明，除非如在權(quán)利要求書中概述。本發(fā)明還預(yù)期苯乙烯“衍生物”，其中基本的苯乙烯結(jié)構(gòu)例如通過向環(huán)中加入取代基(但優(yōu)選保持用于聚合的乙烯基)來改性。衍生物可例如為羥基-衍生物、氧基-衍生物或鹵基-衍生物。如本文所用，“氫”意指-H 羥基”意指-OH 氧基”意指=0 鹵基”獨(dú)立地指 _F、-Cl、-Br 或-I。另外，構(gòu)成本發(fā)明的化合物的原子意欲包括所述原子的所有同位素形式。如本文所用的同位素包括具有相同原子序數(shù)但不同質(zhì)量數(shù)的原子。通過普通實(shí)例但不加以限制，氫的同位素包括氚和氘，且碳的同位素包括13C和14c。類似地，預(yù)期本發(fā)明的化合物的一個(gè)或多個(gè)碳原子可被硅原子置換。另外，預(yù)期本發(fā)明的化合物的一個(gè)或多個(gè)氧原子可被硫或砸原子置換。

苯乙烯由以下結(jié)構(gòu)表示
權(quán)利要求
1.方法，其包括 a.提供i)包含第一單體和第二單體的可交聯(lián)聚合物，ii)包含第三單體和第四單體的嵌段共聚物，其中所述第三單體和所述第四單體在化學(xué)上與所述第一單體和所述第二單體不同， b.用所述可交聯(lián)聚合物涂覆表面以產(chǎn)生第一膜； c.在使得可交聯(lián)聚合物交聯(lián)的條件下處理所述第一膜； d.用所述嵌段共聚物涂覆所述第一膜以產(chǎn)生第二膜；和 e.在使得形成納米結(jié)構(gòu)的條件下處理所述第二膜，其中所述納米結(jié)構(gòu)的形狀由所述第一膜的化學(xué)性質(zhì)控制。
2.權(quán)利要求I的方法，其中所述納米結(jié)構(gòu)包括柱形結(jié)構(gòu)，所述柱形結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述第一膜的平面基本垂直排列。
3.權(quán)利要求I的方法，其中步驟b)的所述涂覆包括旋涂。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述第一膜的厚度為10-30nm。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述第一膜的所述厚度為15-20nm。
6.權(quán)利要求I的方法，其中所述可交聯(lián)聚合物包含在所述第一單體或所述第二單體上的疊氮基團(tuán)。
7.權(quán)利要求6的方法，其中在步驟c)中對(duì)所述第一膜的所述處理包括加熱。
8.權(quán)利要求I的方法，其中所述第三單體為苯乙烯且所述嵌段共聚物包括聚苯乙烯。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述嵌段共聚物為聚苯乙烯-嵌段-聚(甲基丙烯酸甲酯)共聚物。
10.權(quán)利要求I的方法，其中在步驟d)中所述第一膜的所述涂覆包括旋涂。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述第二膜的厚度為10-100nm。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述第二膜的所述厚度為20-70nm。
13.權(quán)利要求I的方法，其中步驟e)的處理包括加熱。
14.一種組合物，其包括涂覆在第一聚合物膜上的第二聚合物膜，所述第一聚合物膜包含第一單體和第二單體，所述第二聚合物膜包含第三單體和第四單體，其中所述第三單體和所述第四單體在化學(xué)上與所述第一單體和所述第二單體不同。
15.權(quán)利要求14的組合物，其中所述第二膜包含納米結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)通過所述第一膜的化學(xué)性質(zhì)控制。
16.權(quán)利要求15的組合物，其中所述納米結(jié)構(gòu)包括柱形納米結(jié)構(gòu)，所述柱形納米結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述第一膜的平面基本垂直排列。
17.權(quán)利要求14的組合物，其中所述第二膜包含聚苯乙烯-嵌段-聚(甲基丙烯酸甲酯)共聚物。
18.權(quán)利要求14的組合物，其中所述第一聚合物膜涂覆在表面上。
19.權(quán)利要求14的組合物，其中所述第一聚合物膜為交聯(lián)的。
20.權(quán)利要求14的組合物，其中所述第一膜的厚度為10-30nm。
21.權(quán)利要求20的組合物，其中所述第一膜的厚度為15-20nm。
22.權(quán)利要求14的組合物，其中所述第二膜的厚度為10-100nm。
23.權(quán)利要求22的組合物，其中所述第二膜的厚度為20-70nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及合成和使用無(wú)規(guī)交聯(lián)的被取代的聚苯乙烯共聚物作為聚合交聯(lián)的表面處理劑(PXST)來控制在第一共聚物上沉積的嵌段共聚物的物理特征的取向的方法。所述方法具有許多用途，包括制造用于納米壓印光刻法的模板的半導(dǎo)體工業(yè)中的多種應(yīng)用。
文檔編號(hào)C08L53/00GK102858874SQ201180020759
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者C·G·威爾森, C·貝茨, J·斯特拉恩, C·埃利森 申請(qǐng)人:得克薩斯大學(xué)體系董事會(huì)