[发明专利]定向取向嵌段共聚物薄膜的制造

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年6月5日提交的美国临时专利申请号61/655,664的优先权，所述专利申请以引用方式全部并入本文。

技术领域

一个或多个实施方案涉及定向取向嵌段共聚物以及生产定向取向嵌段共聚物的方法。

背景技术

由于嵌段共聚物薄膜在未来高技术装置制造中具有应用潜力，所以在学术界和工业界仍然对其进行大量研究。最激动人心和追求的嵌段共聚物性质是它们可自组装成尺寸在5-100nm范围内的多种周期性纳米结构。这些周期性纳米结构在广泛的应用中得到使用，如纳米刻蚀、光子学、等离子体光学、传感器、存储介质、膜、药物输送、细胞培养、介孔碳。这些应用的关键要求是制造相对于衬底水平或垂直取向的良好有序的嵌段共聚物纳米结构。

在过去十年的诸多努力之后，现在有一些技术可用来引导嵌段共聚物自组装成高度有序的纳米结构。目前的嵌段共聚物定向自组装研究集中在提高自组装动力学以及高纵横比纳米结构的制造上。在这方面，最近，基于溶剂和“溶剂热”的嵌段共聚物定向自组装方法连同图形外延被证明是有效的。然而，大部分嵌段共聚物定向自组装方法一般只在小面积和批操作中是适用的。另外，基于溶剂的嵌段共聚物定向自组装方法不是最有吸引力的，因为它们可能使用危险的溶剂，需要完善的基础设施并且与组成一般是有机的许多柔性衬底是不相容的。

用可放大的连续加工方法在纳米制造需要的柔性衬底上获得这些有序的嵌段共聚物结构的现实性仍然是一个艰巨的挑战。目前，需要可提供大面积制造高度有序的纳米材料的嵌段共聚物定向自组装方法。理论上，可提供大面积制造高度有序纳米材料的嵌段共聚物定向自组装方法不包括使用溶剂。

发明内容

第一个实施方案提供生产定向取向嵌段共聚物的方法，所述方法包括提供模板支撑的嵌段共聚物薄膜以及提供至少20℃/mm的热梯度的退火区域，所述模板在接触所述嵌段共聚物薄膜的表面上具有图案；使所述嵌段共聚物薄膜与限制层接触，其中所述嵌段共聚物薄膜和所述限制层中的一个的热膨胀系数是另一个的热膨胀系数的至少两倍；使所述嵌段共聚物薄膜和所述退火区域相对彼此移动，以使所述嵌段共聚物薄膜位于所述加热元件与所述限制层之间；以及使所述嵌段共聚物薄膜和所述退火区域相对彼此移动，以利用所述退火区域使所述嵌段共聚物薄膜退火。

第二个实施方案提供如同第一个实施方案中的方法，其中所述模板支撑的嵌段共聚物薄膜经受低于或等于所述嵌段共聚物的有序-无序转变温度的最高温度。

第三个实施方案提供如同第一个实施方案或第二个实施方案中的方法，其中所述嵌段共聚物具有小于60nm的圆柱域。

第四个实施方案提供生产定向取向嵌段共聚物的方法，所述方法包括提供嵌段共聚物薄膜和具有急剧热梯度的退火区域；使所述嵌段共聚物薄膜和所述退火区域相对彼此移动；以及通过使所述嵌段共聚物薄膜经受低于或等于所述嵌段共聚物的有序-无序转变温度的最高温度并且以大于20℃/mm的温度梯度使所述嵌段共聚物薄膜退火。

第五个实施方案提供如同第四个实施方案中的方法，其中嵌段共聚物薄膜具有小于或等于500nm的厚度。

第六个实施方案提供如同第四个实施方案或第五个实施方案中的方法，其中所述嵌段共聚物薄膜在所述退火区域中持续至少50％的所述BCP的最长弛豫时间。

第七个实施方案提供如同第四个实施方案至第六个实施方案中任何一个的方法，其中所述嵌段共聚物薄膜被涂覆至衬底上。

第八个实施方案提供如同第四个实施方案至第七个实施方案中任何一个的方法，其中所述衬底是图案化模板。

第九个实施方案提供如同第四个实施方案至第八个实施方案中任何一个的方法，其中使所述嵌段共聚物薄膜和所述退火区域相对彼此移动以使所述嵌段共聚物薄膜退火的步骤是在连续过程中进行的。

第十个实施方案提供如同第四个实施方案至第九个实施方案中任何一个的方法，其中施加限制层以接触所述嵌段共聚物薄膜，其中所述嵌段共聚物薄膜和所述限制层中的一个的热膨胀系数是另一个的热膨胀系数的至少两倍；相对彼此移动所述嵌段共聚物薄膜和所述退火区域。

第十一个实施方案提供如同第四个实施方案至第十个实施方案中任何一个的方法，其中所述退火区域提供高于所述嵌段共聚物内的至少一种嵌段的Tg的最高温度。

第十二个实施方案提供如同第四个实施方案至第十一个实施方案中任何一个的方法，其中所述嵌段共聚物具有小于60nm的圆柱域。