专利名称：用于排列嵌段共聚物的表面处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及合成和使用交联的被取代的聚苯乙烯共聚物作为表面处理剂(PXST)来控制在第一共聚物上沉积的嵌段共聚物的物理特征的取向的方法。所述方法具有许多用途。包括在包括制造用于纳米压印光刻法的模板的半导体工业中的多种应用。
背景技术：
适当结构化的嵌段共聚物(BC)能自组装成具有小于IOOnm的特征的规则图案[I]且可用于诸如微电子技术、太阳能电池和膜的纳米制造应用中。垂直于基材表面排列的六边堆积的圆柱体为用于这些应用的最有用的纳米结构之一。已经报道了多面处理技术使得该取向能够包括用烷基氯硅烷的表面处理[2、3]、化学图案化[4-6]和聚合物“刷”[7-10]。然而，对特征尺寸和取向的控制仍然不足。需要在对特征取向的必要控制下提供宽大加工界限的方法。 发明概述本发明涉及合成和使用无规交联的被取代的聚苯乙烯共聚物作为表面处理剂(PXST)来控制在第一共聚物上沉积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纳米压印光刻法的模板的半导体工业中的多种应用的许多用途。可从这些材料中获得宽范围的表面能，且结果显示PXST不必由在嵌段共聚物(Be)中相同的两种单体构成，从而对于垂直取向获得广泛的加工限度。在一个实施方案中，本发明涉及如下方法，其包括a)提供i)包含第一单体和第二单体的可交联聚合物，ii)包含第三单体和第四单体的嵌段共聚物，其中所述第三单体和所述第四单体在化学上与所述第一单体和所述第二单体不同；b)用所述可交联聚合物涂覆表面以产生第一膜；c)在使得可交联聚合物交联的条件下处理所述第一膜；d)用所述嵌段共聚物涂覆所述第一膜以产生第二膜，和e)在使得形成纳米结构的条件下处理所述第二膜，其中所述纳米结构的形状(和/或取向)通过所述第一膜的化学性质控制(且在一些实施方案中，其也通过膜厚度来部分地控制)。在一个实施方案中，所述嵌段共聚物形成柱形纳米结构，所述柱形纳米结构相对于所述第一膜的平面基本垂直排列。在一个实施方案中，步骤b)的所述涂覆包括旋涂。在一个实施方案中,所述第一膜的厚度大于5. 5nm且小于30nm。在一个实施方案中，所述第一膜的厚度为10-30nm。在一个实施方案中，所述第一膜的所述厚度为15-20nm。在一个实施方案中，所述可交联聚合物包含在所述第一单体或第二单体上的叠氮基团(尽管在其他实施方案中使用其他可交联基团)。在一个实施方案中，所述PXST可含有一种或多种共聚单体，所述共聚单体不必为用以制造所述嵌段共聚物的那些共聚单体。在一个实施方案中，在步骤c)中对所述第一膜的所述处理包括加热。或者，所述处理包括用光处理。另外，在一个实施方案中，所述处理包括光和热。在一个实施方案中，所述第三单体为苯乙烯且所述嵌段共聚物包括聚苯乙烯。在一个实施方案中，所述嵌段共聚物为聚苯乙烯-嵌段-聚(甲基丙烯酸甲酯)共聚物。在一个实施方案中，在步骤d)中所述第一膜的所述涂覆包括旋涂。在一个实施方案中，其中所述第二膜的厚度为10-100nm。在一个实施方案中，所述第二膜的所述厚度为20-70nm。在一个实施方案中，步骤e)的处理包括加热(例如，在真空下)，以使得膜退火。在一个实施方案中，所述纳米结构的高度小于IOOnm0在其他实施方案中，本发明涉及组合物，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单体和第二单体，所述第二聚合物膜包含第三单体和第四单体，其中所述第三单体和所述第四单体在化学上与所述第一单体和所述第二单体不同。在一个实施方案中，所述第二膜包含纳米尺度的物理结构或“纳米结构”，所述物理结构通过所述第一膜的化学性质控制。在一个实施方案中，所述第二膜包含柱形纳米结构，所述柱形纳米结构相对于所述第一膜的平面基本垂直排列。在一个实施方案中，所述纳米结构的高度小于IOOnm (且更通常其高度为20nm-70nm)。在一个实施方案中，所述第二膜包含聚苯乙烯-嵌段-聚(甲基丙烯酸甲酯)共聚物。在一个实施方案中，所述第一聚合物膜涂覆在表面上。在一个实施方案中，所述第一聚合物膜为交联的。在所述组合物的一个实施方案中，所述第一膜的厚度为10-30nm。在其他实施方案中，所述第一膜的所述厚度为15-20nm。在一个实施方案中，所述第二膜的厚度 为10-100nm。在其他实施方案中，所述第二膜的所述厚度为20_70nm。附图
简述为了更全面地了解本发明的特征和优势，现连同附图一起提到发明详述。图I显示聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-PMMA)的合成。PS_b_PMMA经由标准史莱克线技术(Schlenk line techniques) [11、12]阴离子合成。图2显示得自PS-b-PMMA的凝胶渗透色谱(RI GPC)的折射指数检测器响应。图3显示通过使具有多种不同取代基的单体聚合制备的具有不同表面能的聚合物家族。P (SR)-r-P (SBnAz)的特性和各种取代基的影响示于表I中。图4显示PXST的表面能，其中R=t Bu、Cl、Me、H和(蓝色)、均聚物(红色)和晶片(灰色)。图5显示在PXST上的PS-b-PMMA的原子力显微镜(AMF)相位图像，其中(R=Br)。表I显示在R位置具有不同取代基的P (SR)-r-P (SBnAz)(示于图3中)的特性。图6为显示在均聚物、无规聚合物和嵌段聚合物之间的差异的示意图。定义为了促进本发明的理解，在下文定义许多术语。本文定义的术语具有如与本发明相关的领域中的普通技术人员通常理解的意义。诸如“一”和“该”的术语并非意欲仅指单一实体，而是包括可使用其具体实例来说明的通用类别。本文中的术语用来描述本发明的具体实施方案，但其使用不限定本发明，除非如在权利要求书中概述。本发明还预期苯乙烯“衍生物”，其中基本的苯乙烯结构例如通过向环中加入取代基(但优选保持用于聚合的乙烯基)来改性。衍生物可例如为羟基-衍生物、氧基-衍生物或卤基-衍生物。如本文所用，“氢”意指-H 羟基”意指-OH 氧基”意指=0 卤基”独立地指 _F、-Cl、-Br 或-I。另外，构成本发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数但不同质量数的原子。通过普通实例但不加以限制，氢的同位素包括氚和氘，且碳的同位素包括13C和14c。类似地，预期本发明的化合物的一个或多个碳原子可被硅原子置换。另外，预期本发明的化合物的一个或多个氧原子可被硫或砸原子置换。
苯乙烯由以下结构表示
权利要求
1.方法，其包括 a.提供i)包含第一单体和第二单体的可交联聚合物，ii)包含第三单体和第四单体的嵌段共聚物，其中所述第三单体和所述第四单体在化学上与所述第一单体和所述第二单体不同， b.用所述可交联聚合物涂覆表面以产生第一膜； c.在使得可交联聚合物交联的条件下处理所述第一膜； d.用所述嵌段共聚物涂覆所述第一膜以产生第二膜；和 e.在使得形成纳米结构的条件下处理所述第二膜，其中所述纳米结构的形状由所述第一膜的化学性质控制。
2.权利要求I的方法，其中所述纳米结构包括柱形结构，所述柱形结构相对于所述第一膜的平面基本垂直排列。
3.权利要求I的方法，其中步骤b)的所述涂覆包括旋涂。
4.权利要求3的方法，其中所述第一膜的厚度为10-30nm。
5.权利要求4的方法，其中所述第一膜的所述厚度为15-20nm。
6.权利要求I的方法，其中所述可交联聚合物包含在所述第一单体或所述第二单体上的叠氮基团。
7.权利要求6的方法，其中在步骤c)中对所述第一膜的所述处理包括加热。
8.权利要求I的方法，其中所述第三单体为苯乙烯且所述嵌段共聚物包括聚苯乙烯。
9.权利要求8的方法，其中所述嵌段共聚物为聚苯乙烯-嵌段-聚(甲基丙烯酸甲酯)共聚物。
10.权利要求I的方法，其中在步骤d)中所述第一膜的所述涂覆包括旋涂。
11.权利要求10的方法，其中所述第二膜的厚度为10-100nm。
12.权利要求11的方法，其中所述第二膜的所述厚度为20-70nm。
13.权利要求I的方法，其中步骤e)的处理包括加热。
14.一种组合物，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单体和第二单体，所述第二聚合物膜包含第三单体和第四单体，其中所述第三单体和所述第四单体在化学上与所述第一单体和所述第二单体不同。
15.权利要求14的组合物，其中所述第二膜包含纳米结构，所述结构通过所述第一膜的化学性质控制。
16.权利要求15的组合物，其中所述纳米结构包括柱形纳米结构，所述柱形纳米结构相对于所述第一膜的平面基本垂直排列。
17.权利要求14的组合物，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.权利要求14的组合物，其中所述第一聚合物膜涂覆在表面上。
19.权利要求14的组合物，其中所述第一聚合物膜为交联的。
20.权利要求14的组合物，其中所述第一膜的厚度为10-30nm。
21.权利要求20的组合物，其中所述第一膜的厚度为15-20nm。
22.权利要求14的组合物，其中所述第二膜的厚度为10-100nm。
23.权利要求22的组合物，其中所述第二膜的厚度为20-70nm。
全文摘要
本发明涉及合成和使用无规交联的被取代的聚苯乙烯共聚物作为聚合交联的表面处理剂(PXST)来控制在第一共聚物上沉积的嵌段共聚物的物理特征的取向的方法。所述方法具有许多用途，包括制造用于纳米压印光刻法的模板的半导体工业中的多种应用。
文档编号C08L53/00GK102858874SQ201180020759
公开日2013年1月2日 申请日期2011年3月17日 优先权日2010年3月18日
发明者C·G·威尔森, C·贝茨, J·斯特拉恩, C·埃利森 申请人:得克萨斯大学体系董事会