專利名稱：用于排列嵌段共聚物的表面處理的制作方法
技術領域：
本發明涉及合成和使用交聯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體工業中的多種應用。
背景技術：
適當結構化的嵌段共聚物(BC)能自組裝成具有小于IOOnm的特征的規則圖案[I]且可用于諸如微電子技術、太陽能電池和膜的納米制造應用中。垂直于基材表面排列的六邊堆積的圓柱體為用于這些應用的最有用的納米結構之一。已經報道了多面處理技術使得該取向能夠包括用烷基氯硅烷的表面處理[2、3]、化學圖案化[4-6]和聚合物“刷”[7-10]。然而，對特征尺寸和取向的控制仍然不足。需要在對特征取向的必要控制下提供寬大加工界限的方法。 發明概述本發明涉及合成和使用無規交聯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體工業中的多種應用的許多用途。可從這些材料中獲得寬范圍的表面能，且結果顯示PXST不必由在嵌段共聚物(Be)中相同的兩種單體構成，從而對于垂直取向獲得廣泛的加工限度。在一個實施方案中，本發明涉及如下方法，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上與所述第一單體和所述第二單體不同；b)用所述可交聯聚合物涂覆表面以產生第一膜；c)在使得可交聯聚合物交聯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生第二膜，和e)在使得形成納米結構的條件下處理所述第二膜，其中所述納米結構的形狀(和/或取向)通過所述第一膜的化學性質控制(且在一些實施方案中，其也通過膜厚度來部分地控制)。在一個實施方案中，所述嵌段共聚物形成柱形納米結構，所述柱形納米結構相對于所述第一膜的平面基本垂直排列。在一個實施方案中，步驟b)的所述涂覆包括旋涂。在一個實施方案中,所述第一膜的厚度大于5. 5nm且小于30nm。在一個實施方案中，所述第一膜的厚度為10-30nm。在一個實施方案中，所述第一膜的所述厚度為15-20nm。在一個實施方案中，所述可交聯聚合物包含在所述第一單體或第二單體上的疊氮基團(盡管在其他實施方案中使用其他可交聯基團)。在一個實施方案中，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。在一個實施方案中，在步驟c)中對所述第一膜的所述處理包括加熱。或者，所述處理包括用光處理。另外，在一個實施方案中，所述處理包括光和熱。在一個實施方案中，所述第三單體為苯乙烯且所述嵌段共聚物包括聚苯乙烯。在一個實施方案中，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。在一個實施方案中，在步驟d)中所述第一膜的所述涂覆包括旋涂。在一個實施方案中，其中所述第二膜的厚度為10-100nm。在一個實施方案中，所述第二膜的所述厚度為20-70nm。在一個實施方案中，步驟e)的處理包括加熱(例如，在真空下)，以使得膜退火。在一個實施方案中，所述納米結構的高度小于IOOnm0在其他實施方案中，本發明涉及組合物，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上與所述第一單體和所述第二單體不同。在一個實施方案中，所述第二膜包含納米尺度的物理結構或“納米結構”，所述物理結構通過所述第一膜的化學性質控制。在一個實施方案中，所述第二膜包含柱形納米結構，所述柱形納米結構相對于所述第一膜的平面基本垂直排列。在一個實施方案中，所述納米結構的高度小于IOOnm (且更通常其高度為20nm-70nm)。在一個實施方案中，所述第二膜包含聚苯乙烯-嵌段-聚(甲基丙烯酸甲酯)共聚物。在一個實施方案中，所述第一聚合物膜涂覆在表面上。在一個實施方案中，所述第一聚合物膜為交聯的。在所述組合物的一個實施方案中，所述第一膜的厚度為10-30nm。在其他實施方案中，所述第一膜的所述厚度為15-20nm。在一個實施方案中，所述第二膜的厚度 為10-100nm。在其他實施方案中，所述第二膜的所述厚度為20_70nm。附圖
簡述為了更全面地了解本發明的特征和優勢，現連同附圖一起提到發明詳述。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經由標準史萊克線技術(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)的折射指數檢測器響應。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、無規聚合物和嵌段聚合物之間的差異的示意圖。定義為了促進本發明的理解，在下文定義許多術語。本文定義的術語具有如與本發明相關的領域中的普通技術人員通常理解的意義。諸如“一”和“該”的術語并非意欲僅指單一實體，而是包括可使用其具體實例來說明的通用類別。本文中的術語用來描述本發明的具體實施方案，但其使用不限定本發明，除非如在權利要求書中概述。本發明還預期苯乙烯“衍生物”，其中基本的苯乙烯結構例如通過向環中加入取代基(但優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”獨立地指 _F、-Cl、-Br 或-I。另外，構成本發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但不同質量數的原子。通過普通實例但不加以限制，氫的同位素包括氚和氘，且碳的同位素包括13C和14c。類似地，預期本發明的化合物的一個或多個碳原子可被硅原子置換。另外，預期本發明的化合物的一個或多個氧原子可被硫或砸原子置換。
苯乙烯由以下結構表示
權利要求
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上與所述第一單體和所述第二單體不同， b.用所述可交聯聚合物涂覆表面以產生第一膜； c.在使得可交聯聚合物交聯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生第二膜；和 e.在使得形成納米結構的條件下處理所述第二膜，其中所述納米結構的形狀由所述第一膜的化學性質控制。
2.權利要求I的方法，其中所述納米結構包括柱形結構，所述柱形結構相對于所述第一膜的平面基本垂直排列。
3.權利要求I的方法，其中步驟b)的所述涂覆包括旋涂。
4.權利要求3的方法，其中所述第一膜的厚度為10-30nm。
5.權利要求4的方法，其中所述第一膜的所述厚度為15-20nm。
6.權利要求I的方法，其中所述可交聯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。
7.權利要求6的方法，其中在步驟c)中對所述第一膜的所述處理包括加熱。
8.權利要求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.權利要求10的方法，其中所述第二膜的厚度為10-100nm。
12.權利要求11的方法，其中所述第二膜的所述厚度為20-70nm。
13.權利要求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上與所述第一單體和所述第二單體不同。
15.權利要求14的組合物，其中所述第二膜包含納米結構，所述結構通過所述第一膜的化學性質控制。
16.權利要求15的組合物，其中所述納米結構包括柱形納米結構，所述柱形納米結構相對于所述第一膜的平面基本垂直排列。
17.權利要求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.權利要求14的組合物，其中所述第一聚合物膜為交聯的。
20.權利要求14的組合物，其中所述第一膜的厚度為10-30nm。
21.權利要求20的組合物，其中所述第一膜的厚度為15-20nm。
22.權利要求14的組合物，其中所述第二膜的厚度為10-100nm。
23.權利要求22的組合物，其中所述第二膜的厚度為20-70nm。
全文摘要
本發明涉及合成和使用無規交聯的被取代的聚苯乙烯共聚物作為聚合交聯的表面處理劑(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體工業中的多種應用。
文檔編號C08L53/00GK102858874SQ201180020759
公開日2013年1月2日 申請日期2011年3月17日 優先權日2010年3月18日
發明者C·G·威爾森, C·貝茨, J·斯特拉恩, C·埃利森 申請人:得克薩斯大學體系董事會