(57)【要約】【課題】本発明は、基体上のナノ構造化パターンの形成方法に関する。【解決手段】これらの工程は、基体を供給する工程、およびこの基体を機能性材料でコーティングして、機能性材料層を形成する工程を含む。少なくともＡポリマー鎖およびＢポリマー鎖のブロックコポリマーが、この機能性材料層上へコーティングされて、１つの層を形成する。このブロックコポリマーが乾燥されて、秩序あるナノドメインを形成する。乾燥されたブロックコポリマーのＡポリマー鎖が除去されて空隙を形成し、機能性材料はついで、Ａポリマー鎖が除去された場所から除去される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上のナノ構造化されたパターンの形成方法であって、
基体を供給する工程；
前記基体を機能性材料でコーティングして、機能性材料の層を形成する工程；
前記機能性材料の層を、少なくともＡポリマー鎖およびＢポリマー鎖のブロックコポリマーでコーティングする工程；
前記ブロックコポリマーを乾燥して、秩序あるナノドメインを形成する工程；
乾燥されたブロックコポリマーのＡポリマー鎖を除去して、空隙を形成する工程；および
Ａポリマー鎖が除去された場所から機能性材料を除去する工程：
を含む方法。
【請求項２】
前記基体がマイクロパターン化されている、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記乾燥がせん断力外部エネルギーの適用をともなって実施される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記乾燥が電場の適用をともなって実施される、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記マイクロパターン化された基体が、概して平らな底部および１０マイクロメートル未満のピッチを有する溝を含む、請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記機能性材料が導電性材料を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記導電性材料がアルミニウム、銀、金、ニッケル、銅、インジウム錫酸化物、アンチモン錫酸化物、ポリチオフェン、ポリアニリン、およびポリアセチレンからなる群から選択される、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記Ａポリマー鎖がポリメチルメタクリレートまたはポリブタジエンを含み、前記Ｂポリマー鎖がポリスチレンを含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記機能性材料の除去をともなわずに、前記乾燥されたブロックコポリマーの前記Ｂポリマー鎖が除去される、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
溝が５０〜６００ナノメートルの深さを有する、請求項５記載の方法。
【請求項１１】
前記Ａポリマー鎖がアクリルポリマーを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記Ｂポリマー鎖がスチレンを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記Ａポリマー鎖がビニルポリマー、エチレン−ビニルアセテートコポリマー、ポリアクリル、ポリ（アクリルアミド）、ポリアクリロニトリル、ポリ（アクリル酸）、エチレン−アクリル酸コポリマー、エチレン−ビニルアルコールコポリマー、ポリエーテル、およびポリオールからなる群から選択される少なくとも１つのポリマーを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記Ｂポリマー鎖が、ポリ（スチレン）、ポリキシリエン、ビニルポリマー、エチレン−ビニルアセテートコポリマー、ポリアクリル、ポリ（アクリルアミド）、ポリアクリロニトリル、ポリ（アクリル酸）、エチレン−アクリル酸コポリマー、エチレン−ビニルアルコールコポリマー、ポリエーテル、ポリオール、ポリビニルアセテート、およびアセタールからなる群から選択される少なくとも１つのポリマーを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
Ａポリマー鎖を除去する工程がＵＶ放射線分解を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
Ａポリマー鎖を除去する工程が溶媒除去を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１７】
基体がガラス、熱可塑性樹脂、セルロースエーテル、セルロースエステル、ポリオレフィン、ポリアクリル、エチレン−ビニルアルコールコポリマー、アクリロニトリルコポリマー、メチルメタクリレート−スチレンコポリマー、エチレン−エチルアクリレートコポリマー、メタクリル化ブタジエン−スチレンコポリマー、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリケトン、ポリフェニレン、ポリスルフィド、ポリスルホン、ポリラクトン、ポリウレタン、線状長鎖ジオール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミド、ポリエステル、ポリ（アリーレンオキシド）、ポリ（アリーレンスルフィド）、ポリエーテルイミド、イオノマー、ポリ（エピクロロヒドリン）、フラン樹脂、例えばポリ（フラン）、シリコーン、ポリテトラフルオロエチレン、およびポリアセタールからなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記Ａポリマー鎖が長さ１０ｎｍ〜１００ｎｍである、請求項１記載の方法。
【請求項１９】
前記Ｂポリマー鎖が長さ１０ｎｍ〜１００ｎｍである、請求項１記載の方法。
【請求項２０】
乾燥されたブロックコポリマーのＢポリマー鎖を除去する工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブロックコポリマーから形成されたナノ構造化されたパターンに関しており、ナノスケールの秩序ある機能性フィーチャー（ｆｅａｔｕｒｅｓ）を可撓性（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）基体上へ形成するためのテンプレートとしての、ブロックコポリマーのこれらのナノ構造化フィーチャーの使用に関しており、かつ１または複数の秩序ある機能性フィーチャーそれ自体にするための、コポリマー中のポリマー相の１つのナノ構造化フィーチャーの使用にも関しており、およびナノ材料でのコポリマーの充填、および１または複数の秩序ある機能性フィーチャーそれ自体にするための、コポリマー中の充填されたポリマー相の１つのナノ構造化フィーチャーの使用にも関する。本発明はまた具体的には、可撓性基体上の導電性ワイヤグリッド偏光子の低コスト製造にも関する。本発明はまた具体的には、少なくとも一方向における長距離オーダーをともない、その寸法においてナノメートル長さスケールの周期性（ｐｅｒｉｏｄｉｃｉｔｙ）をともなう、あらゆる形状の金属ワイヤのアレイの作製にも関する。これらのワイヤの直径または高さは、ナノメートルサイズであり、これらの長さは、数マイクロメートルになりうるであろう。
【背景技術】
【０００２】
基体上にナノスケールパターンを生成するために現在利用可能なプロセスは、真空ベース技術であり、一般に高価である。さらには、これらのプロセスにおいて用いられる光リソグラフィー技術は一般に、ナノスケールパターンの解像度の点で下限値を有する。このことは、光の波長によって強いられる。コストおよびフィーチャーサイズの両方を低減させるために、新しい技術的研究方法が採用される。非常に有望な新しい技術は、周囲条件において基体上に微細ナノスケールパターンを生じるためのジブロックコポリマーの方向性自己集合（ｄｉｒｅｃｔｅｄ  ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ）である。
【０００３】
この技術の重要な態様は、「方向性自己集合」という用語である。このプロセスは一般に、方向力（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｆｏｒｃｅ）の影響下における基体上のジブロックポリマーのコーティングをともなう。方向力は、所望のナノスケールパターンの寸法に匹敵しうる寸法を有する閉じ込め空間、または電場もしくは磁場のように単純であってもよい。これは、基体上の疎水性もしくは親水性フィーチャーのような静電場マニフェストであってもよいであろう。
【０００４】
これらの要素の自己集合を方向付けることによって、および表面上のこれらのアレイの配列を一方に偏らせることによって、ナノスケールフィーチャーの前例のない気中密度を得ることができる。トレンチ（幅約２ミクロン）が表面上に光リソグラフィー的に配置されているシリコン基体上へ、ポリスチレン−ｂ−ポリ（エチレンオキシド）のブロックコポリマーがコーティングされた時、各トレンチ内に、六角形にパックされた、ナノスコピック円筒形ドメインのアレイがあり、この場合各円筒形は、サイズが〜２０ｎｍであり、各アレイは、隣接トレンチにおけるアレイと配向的位置合わせ（ｒｅｇｉｓｔｒｙ）にある。最も重要なことは、このブロックコポリマーは、調製条件を制御することによって、形態の外部操作を行なわずに、示されている構造に自己集合したという事実である。
【０００５】
Ｎｅａｌｅｙおよびウイスコンシン大学の共同研究者ら（Ｋｉｍ，Ｓ．Ｏ．、Ｓｏｌａｋ，Ｈ．Ｈ、Ｓｔｏｙｋｏｖｉｃｈ，Ｍ．Ｐ．、Ｆｅｒｒｉｅｒ，Ｎ．Ｊ．、ｄｅ  Ｐａｂｌｏ，Ｊ．Ｊ．、Ｎｅａｌｅｙ，Ｐ．Ｆ．、Ｎａｔｕｒｅ，２００３年、４２４、４１１）は、これらのナノスコピックドメインの側面配置の制御において、代替研究方法を採用した。これらの研究者は、ポリスチレン−ｂ−ポリ（メチルメタクリレート）のブロックコポリマーを、軟Ｘ線を用いてパターン化された表面上へコーティングした。表面パターン化は、コポリマードメインのサイズと釣り合ったサイズスケールで行なわれ、各ドメインは、表面上へ方向付けられた。パターン化をともなわずに、ラメラドメイン（この場合）が、表面上でランダムに配向された。パターン化をともなって、表面におけるこれらのドメインの正確な分配が得られた。
【０００６】
本発明者らは、ワイヤグリッド偏光子として公知の非常に特殊な製品について詳細に考察する。ワイヤグリッド偏光子は、投影ディスプレーにおいて、プレ偏光子、分析器、および偏光ビームスプリッターとして用いられてきた［１〜３］。これらは、高熱および高光束許容範囲を包含する多くの利点を有する。これらはまた、偏光リサイクリングのための反射性偏光子としても用いられてきた［４〜６］。低充填（ｆｉｌｌ）率のワイヤグリッド偏光子が、Ｍｉらの同時係属特許出願の米国特許出願第２００６／００６１８６２号に開示されている。次のさらなる文献が、本発明の背景である。
【０００７】
［１］Ｅ．Ｈａｎｓｅｎ，Ｅ．Ｇａｒｄｎｅｒ，Ｒ．Ｐｅｒｋｉｎｓ，Ｍ．ＬｉｎｅｓおよびＡ．Ｒｏｂｂｉｎｓ、［プロフラックスワイヤーグリッド偏光子のディスプレー用途および物理学（Ｔｈｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＰｒｏＦｌｕｘ  Ｗｉｒｅ  Ｇｒｉｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）］、ＳＩＤ２００２シンポジウムダイジェスト第３３巻、７３０〜７３３ページ（２００２）
［２］Ａ．Ｆ．Ｋｕｒｔｚ、Ｂ．Ｄ．Ｓｉｌｖｅｒｓｔｅｉｎ、およびＪ．Ｍ．Ｃｏｂｂ、「Ｒ−ＬＣＯＳディスプレーを用いたデジタルシネマ投射（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｉｎｅｍａ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｒ−ＬＣＯＳ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ）」、ＳＩＤ２００４シンポジウムダイジェスト第３５巻、１６６〜１６９ページ（２００４）
［３］Ｊ．Ｃｈｅｎ、Ｍ．Ｒｏｂｉｎｓｏｎ、およびＧ．Ｓｈａｒｐ、「ＬＣｏＳパネル補正のための一般的方法（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  ＬＣｏＳ  ｐａｎｅｌ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）」、ＳＩＤ２００４シンポジウムダイジェスト第３５巻、９９０〜９９３ページ（２００４）
［４］Ｔ．Ｓｅｒｇａｎ、Ｊ．Ｋｅｌｌｙ、Ｍ．Ｌａｖｒｅｎｔｏｖｉｃｈ、Ｅ．Ｇａｒｄｎｅｒ、Ｄ．Ｈａｎｓｅｎ、Ｒ．Ｐｅｒｋｉｎｓ、Ｊ．Ｈａｎｓｅｎ、およびＲ．Ｃｒｉｔｃｈｆｉｅｌｄ、「内部ワイヤーグリッド偏光子を有するツイストネマチック反射ディスプレー（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｗｉｒｅ  Ｇｒｉｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）」、ＳＩＤ２００２シンポジウムダイジェスト第３３巻、５１４〜５１７ページ（２００２）
［５］Ｊ．Ｇｒｉｎｂｅｒｇ、およびＭ．Ｌｉｔｔｌｅ、「液晶装置（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｅｖｉｃｅ）」米国特許第４，６８８，８９７号（１９８７）
［６］Ｄ．ＨａｎｓｅｎおよびＪ．Ｇｕｎｔｈｅｒ、「デュアルモード反射／透過性液晶ディスプレー装置（Ｄｕａｌ  Ｍｏｄｅ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ／Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ａｐｐｒａｔｕｓ）」、米国特許第５，９８６，７３０号（１９９９）
【０００８】
ワイヤグリッド偏光子が、図１に概略的に示されている。ここで、Ｐ、Ｗ、およびＨは、それぞれワイヤのピッチ、幅、および高さを特定している。理想的には、これらのワイヤのピッチＰは、できるだけ小さい方がよく、目的の波長の１／３未満である方がよい。これは、製造方法によって制限されるだけである。可視光の使用のために設計されたワイヤグリッド偏光子については、このピッチは〜１４０ｎｍであり、高さもまた〜１４０ｎｍである。これらのワイヤは、アルミニウム製であり、これは優れた光学的性質を有する。偏光されていない光が、ワイヤグリッド偏光子上に入射する時、Ｓ−偏光の（ワイヤへ平行な）光は、反射して戻され、Ｐ−偏光の（ワイヤへ垂直な）光が透過される。これらのワイヤグリッド偏光子は、通常公知の方法によって製造されてきた。例えば米国特許第４，０４９，９４４号におけるＧａｒｖｉｎ、および米国特許第４，５１４，４７９号におけるＦｅｒｒａｎｔｅのどちらも、フォトレジストにおける微細グレーティング構造を形成するためのホログラフィー干渉リソグラフィーの使用、ついでこの構造を、下にある金属フィルム中へ移動させるためのイオンビームエッチングについて記載している。Ｓｔｅｎｋａｍｐ（「可視スペクトル領域のためのグリッド偏光子（Ｇｒｉｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ  Ｆｏｒ  Ｔｈｅ  Ｖｉｓｉｂｌｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒｅｇｉｏｎ）」、ＳＰＩＥの会報、２２１３巻、２８８〜２９６ページ）は、レジストパターンを生じるための直接ｅ−ビームリソグラフィーの使用、ついでこのパターンを金属フィルム中へ移すための反応性イオンエッチングについて記載している。超紫外線リソグラフィーおよびＸ線リソグラフィーを包含するほかの高解像度リソグラフィー技術もまた、レジストパターンを生じさせるために用いることができるであろう。ほかのエッチングメカニズムおよびリフトオフプロセスを包含するほかの技術も、このパターンをレジストから金属フィルムへ移すために用いることができるであろう。
【０００９】
上記の方法は、次の問題を有する。
１）一般に、ワイヤグリッド偏光子のピッチは、透過および反射、受け入れ角度、およびスペクトル依存性の点で、より良好な光学的性能のために、できるだけ小さいことが好ましい。しかしながら、得ることができるピッチは基本的には、光源の波長、および対応するリソグラフィー技術において用いられるフォトレジストの屈折率によって制限される。短いピッチのワイヤグリッド偏光子は、短い波長の光源、および低い屈折率のフォトレジストを必要とするが、これらは、より短いピッチのますます増大する必要条件に合わせるために容易に利用可能であるわけではない。
２）上記のプロセスは、金属ワイヤおよびフォトレジストを保持するために、剛性のガラス基体を必要とする。剛性で平らなプラスチック基体が、ガラス基体に代えるために用いられてもよいであろうが、その後のプロセスにおいて用いられる高温および化学物質は、大部分のプラスチック基体の使用を難しくする。
【００１０】
したがって必要とされることは、大量生産におけるワイヤグリッド偏光子の形成方法である。
【特許文献１】米国特許出願公開番号２００６／００６１８６２号明細書
【特許文献２】米国特許第４，６８８，８９７号明細書
【特許文献３】米国特許第４，５１４，４７９号明細書
【特許文献４】米国特許第４，０４９，９４４号明細書
【非特許文献１】Ｎｅａｌｅｙ；Ｋｉｍ，Ｓ．Ｏ．；Ｓｏｌａｋ，Ｈ．Ｈ．；Ｓｔｏｙｋｏｖｉｃｈ，Ｍ．Ｐ．；Ｆｅｒｒｉｅｒ，Ｎ．Ｊ．；ｄｅ  Ｐａｂｌｏ，Ｊ．Ｊ．；Ｎｅａｌｅｙ，Ｐ．Ｆ．；Ｎａｔｕｒｅ、２００３、４２４、４１１
【非特許文献２】Ｅ．  Ｈａｎｓｅｎ，  Ｅ．  Ｇａｒｄｎｅｒ，  Ｒ．  Ｐｅｒｋｉｎｓ，  Ｍ．  Ｌｉｎｅｓ，  ａｎｄ  Ａ．  Ｒｏｂｂｉｎｓ，  ”Ｔｈｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＰｒｏＦｌｕｘ  Ｗｉｒｅ  Ｇｒｉｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ”，  ＳＩＤ  ２００２  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｖｏｌ．  ３３，  ｐｐ．  ７３０−７３３，  （２００２）．
【非特許文献３】Ａ．  Ｆ．  Ｋｕｒｔｚ，  Ｂ．  Ｄ．  Ｓｉｌｖｅｒｓｔｅｉｎ，  ａｎｄ  Ｊ．  Ｍ．  Ｃｏｂｂ，  ”Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｉｎｅｍａ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｒ−ＬＣＯＳ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ”，  ＳＩＤ  ２００４  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｖｏｌ．  ３５，  ｐｐ．  １６６−１６９，  （２００４）．
【非特許文献４】Ｊ．  Ｃｈｅｎ，  Ｍ．  Ｒｏｂｉｎｓｏｎ，  ａｎｄ  Ｇ．  Ｓｈａｒｐ，  ”Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  ＬＣＯＳ  ｐａｎｅｌ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ”，  ＳＩＤ  ２００４  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｖｏｌ．  ３５，  ｐｐ．  ９９００−９９３，  （２００４）．
【非特許文献５】Ｔ．  Ｓｅｒｇａｎ，  Ｊ．  Ｋｅｌｌｙ，  Ｍ．  Ｌａｖｒｅｎｔｏｖｉｃｈ，  Ｅ．  Ｇａｒｄｎｅｒ，  Ｄ．  Ｈａｎｓｅｎ，  Ｒ．  Ｐｅｒｋｉｎｓ，  Ｊ．  Ｈａｎｓｅｎ，  ａｎｄ  Ｒ．  Ｃｒｉｔｃｈｆｉｅｌｄ，  ”Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｗｉｒｅ  Ｇｒｉｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ”，  ＳＩＤ  ２００２  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｖｏｌ．  ３３，  ｐｐ．  ５１４−５１７，  （２００２）．
【非特許文献６】Ｓｔｅｎｋａｍｐ；Ｇｒｉｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ  Ｆｏｒ  Ｔｈｅ  Ｖｉｓｉｂｌｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒｅｇｉｏｎ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＳＰＩＥ、２２１３、２８８〜２９６ページ。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一般に、機能性材料のナノ構造化パターンを形成することが望ましいであろう。さらには、望ましい光学的性質、例えば屈折率、光ルミネセンスなどを有する、磁性、導電性、半導電性、または絶縁性であるナノ粒子で充填されている機能性材料のナノ構造化パターンを形成することが望ましいであろう。
【００１２】
同様に、望ましい生物学的性質を含んでいる機能性材料のナノ構造化パターンを形成することも望ましいであろう。さらには、特定の反応性種を有するこれらのナノ構造を有することが望ましいであろう。これらは、ある特定の環境への暴露の時、物理的、化学的、または生物学的反応によって、この反応を通して生成される、新たな組の種のナノパターン化構造を生じるであろう。
【００１３】
具体的には、ナノ構造化導電性パターンを形成することが望ましいであろう。連続プロセスを用いて、ナノ構造化パターンを形成することが望ましいであろう。さらには、ワイヤグリッド偏光子として用いることができる、基体上のナノ構造化アルミニウムパターンを形成することが望ましいであろう。さらには、低充填率を有するワイヤグリッド偏光子を形成することが望ましいであろう。
【００１４】
基体上に機能性材料のナノ構造化パターンを形成することが、本発明の１つの目的である。
【００１５】
基体上に、無機、有機、またはポリマー性である機能性材料のナノ構造化パターンを形成することが、本発明の１つの目的である。
【００１６】
基体上に、無機、有機、またはポリマー性であり、かつ磁性、導電性、半導電性、または絶縁性であってもよいナノ粒子を含有する機能性材料のナノ構造化パターンを形成することが、本発明の１つの目的である。
【００１７】
基体上に、生物機能性材料、例えばＤＮＡのナノ構造化パターンを形成することが、本発明の１つの目的である。
【００１８】
基体上に、活性化されて反応し、新たなナノパターン化した種を生成しうる、無機、有機、ポリマー性、または生物性である機能性材料のナノ構造化パターンを形成することが、本発明の１つの目的である。
【００１９】
基体上に、ナノ構造化導電性パターンを形成することが、本発明の１つの目的である。
【００２０】
大量生産のナノ構造化パターンの形成方法を提供することが、もう１つの目的である。
【００２１】
大量生産方法を用いて、ナノ構造化パターン、例えばワイヤグリッド偏光子を形成することが、さらに１つの目的である。
【００２２】
低充填率のワイヤグリッド偏光子を形成することが、さらに１つの目的である。
【００２３】
本発明のこれらの目的およびほかの目的は、基体上にパターンを形成する方法であって、基体を供給する工程、前記基体を機能性材料でコーティングする工程、前記機能性層を、ナノ粒子をともなうかまたはともなわない、少なくともＡおよびＢポリマー鎖のブロックコポリマーでコーティングする工程、前記ブロックコポリマーを乾燥して、秩序あるナノドメインを形成する工程、この乾燥されたブロックコポリマーのＡポリマー相、および除去されたこの相の下の機能性材料の区域を除去する工程を含む方法によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、基体上のナノ構造化パターンの形成方法に関する。これらの工程は、基体の供給工程、およびこの基体を機能性材料でコーティングして、機能性材料層を形成する工程を含む。少なくともＡポリマー鎖およびＢポリマー鎖のブロックコポリマーが、機能性材料上にコーティングされ、層を形成する。ブロックコポリマーが乾燥され、秩序あるナノドメインを形成する。この乾燥されたブロックコポリマーのＡポリマー鎖が除去されて、空隙を形成し、および機能性材料は、Ａポリマー鎖が除去された場所から除去される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、ナノ構造化機能性材料、例えばワイヤグリッド偏光子の低コスト生産方法を提供する。本発明はまた、ナノ構造化導電性、半導電性、磁性、絶縁性、または生物性パターンを生成する一般的方法も提供する。ナノスケールアレイを作製するための、本明細書に記載された技術は、現在これらを作製するために用いられている従来の真空ベースプロセスに対して有意に進歩している。これらの技術は、これらが単純で、迅速で、費用有効的であるという点で、製造に向いている。これらは、産業界によって容易に採用可能であり、ほかの製造プロセスと適合性がある。本明細書に記載されている技術は、コポリマーテンプレートを自己集合させることによって、ナノ製造の一般的な有効性を著しく進歩させる。
【００２６】
本発明はまた、周囲条件下、可撓性基体上に、異なる形状および形態のナノスケールフィーチャーの高い気中密度を生じさせるための低コスト生産方法も提供する。低コストでこのようなフィーチャーを提供しうる、現在利用可能なほかの競合的技術はない。この技術は、ただ今のところ存在しない、真に低コストのナノ製造技術を迅速に市場に出すために、革新的な方法で、現在利用可能な製造能力を利用する。潜在的な製品用途は、電子ディスプレーデバイス、例えばテレビ、携帯電話、および電子製品、例えばデジタル音楽装置、コンピュータなどである。
【００２７】
これは、現在のグローバル市場で特に重要である。ここでは、現在のミドルクラスの数と比較してサイズが５倍も大きい、新たな「ロウワーミドルクラス」消費者ベースが生じつつある。
【００２８】
本発明のほかの特徴および利点は、次の詳細な説明、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００２９】
本発明のより良い理解のために、それのほかの目的、利点、および能力とともに、前記図面に関連して次の記載および添付クレームが参照される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明は多数の利点を有する。本発明者らは、一例として大量生産プロセスにおいてワイヤグリッド偏光子を製造するためのこの方法の詳細を具体的に記載することによって、本発明を例証する。この発明は、パターン化された基体上の様々なナノ構造化パターン、例えばワイヤグリッド偏光子の新しい製造方法を提供する。
【００３１】
可撓性基体、例えばＰＥＴ上のナノスケール金属ワイヤグリッドアレイの低コスト生産のための製造方法が記載される。ただし、このような製造方法は、ガラス上で用いることができる。金属（例えばアルミニウム）のこれらのワイヤグリッドアレイは、光学偏光子として有用である。これは、放射線源への選択的暴露を用いた、ブロックコポリマーテンプレートのパターン化によって達成される。これらのジブロックパターンは、金属化プラスチック基体上に作製される。これらは、ブロックコポリマー化合物の各ポリマーのランダム混合物で予めコーティングされていてもよく、されていなくてもよい。ランダムポリマー混合物コーティングをともなうか、またはともなわない金属化プラスチック基体は、交互パッチで予めパターン化されており、これらのパッチは、マイクロ複製された溝／レッジであるか、またはＬＣＤ型アラインメントプロセス（例えば摩擦）で処理されて相分離の間にジブロックコポリマーに対して表面上にある特定の秩序ある傾向を誘発する。これらの予備処理手順はすべて、秩序ある様式でアラインするために、プラスチック基体上に相分離フィーチャーを導き、方向付ける。ジブロックポリマーのこれらの組成物は、所望の表面フィーチャー、例えばナノサイズのラメラ（ワイヤ）アレイを与えるように選択される。
【００３２】
このテンプレートはついで、ジブロック中の２つのポリマー成分をさらに化学的および物理的に区別するために、製造後工程、例えば架橋工程へ付される。これらのポリマー化合物の１つおよび下にある金属層はついで、溶解、エッチングなどによって空間選択的な方法で除去される。第二ポリマーフィーチャーはその後、別の溶解またはエッチング方法によって除去され、プラスチック基体上のナノラメラ（ワイヤ）グリッドアセンブリーをあらわにする。
【００３３】
本発明の１つの態様において、本発明者らは、ジブロックコポリマー自己集合を導き、方向付けるために、マイクロ複製方法によって作製された浅いマイクロ溝／レッジのトポグラフィーパターンを有するプラスチック（例えばＰＥＴ）基体を用いる。このプラスチック基体はそれ自体、巨視的寸法を有し、これらの溝およびレッジは、本質的に顕微鏡でなければ見えないほど小さい。これらのレッジおよびトラフはついで、金属、例えばアルミニウムの薄層で均一にコーティングされる。目的のジブロックコポリマーの薄いコーティングが、ついで金属化基体上に置かれる。円筒形形成性ジブロックコポリマーの場合、円筒形ロッドが、これらのポリマーの１つから形成される。ジブロックコポリマーの自己集合およびこれらの相の１つの配向は、位相的に制御することができることが証明されている。Ｎｅａｌｅｙおよびウイスコンシン大学における共同研究者らは、軟Ｘ線を用いてパターン化された表面上に、ポリスチレン−ｂ−ポリ（メチルメタクリレート）のブロックコポリマーをコーティングした。表面パターン化は、コポリマードメインのサイズと釣り合ったサイズスケールで行なわれ、各ドメインは、表面上で方向付けられた。パターン化をともなわずに、ラメラドメイン（この場合）が、表面上にランダムに配向された（図２（ａ））。パターン化をともなって、表面におけるこれらのドメインの正確な分配が得られた（図２（ｂ））。基体トポグラフィーは、溝およびレッジの方向において、相分離性ポリマーブロックの配向に影響を与え、これをアラインする。外力、例えば静電、磁気、流体せん断力などが、より低い温度でこのプロセスを促進するために、相分離プロセスの間に加えられてもよい。
【００３４】
本明細書において用いられているように、「ナノ」という用語は、例えば、本明細書に記載されたコポリマー分子の自己集合方法を用いて得られたアレイの特徴的なサイズ範囲のことを言う。例えば、ワイヤ直径、ワイヤ長さ、およびアレイの周期は、ナノサイズ範囲内、すなわち、約１ナノメートルから千ナノメートル以上までの範囲内にあってもよい。「ナノワイヤ」はまた、必ずしも導電性に限定されないが、それにもかかわらず、ナノスケールアレイ中に存在する時に有用である材料にも言及しうる。本明細書において用いられているように、「ワイヤ」という用語は、アスペクト比（すなわち長さ対幅の比）が少なくとも２：１である、幅および長さを有する導電性材料のことを言う。この出願において、「多レベル」という用語は、複数の独立レベルのリソグラフィーによって構成されうる構造のことを言い、少なくとも１つのレベルは、横方向にパターン化されたジブロックコポリマーフィルムで作製される。本明細書において用いられているように、「多層化」は、１を超える材料を含有するリソグラフィーの単一層内の構造要素のことを言う。
【００３５】
ナノ構造化導電性パターンの本発明の製造フロー図が、図３に示され、図６（ａ）〜６（ｆ）において、より詳細に例証されている。
【００３６】
基体は、ポリマー樹脂から押出しを通して製造される。この基体は、あらゆる光学ポリマー材料からできていてもよい。ただし、ガラスも基体として用いることができる。これは、ラジカルポリマーもしくは縮合ポリマーであってもよい。これは、疎水性もしくは親水性ポリマーであってもよい。これは、あらゆる天然もしくは合成ポリマーであってもよい。本発明の基体ポリマーは、様々な構造（すなわち、線状、グラフト化、分岐、または超分岐）を有するものであってもよい。このポリマーは、熱可塑性であってもよい。有用な熱可塑性樹脂の例は、次のとおりである。セルロースおよびその誘導体（セルロース誘導体）、セルロースエーテル、例えばメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、およびシアノエチルセルロース、およびセルロースエステル、例えばトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ジアセチルセルロース（ＤＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ）、セルロースアセテートフタレート、セルロースアセテートトリメリテート、およびセルロースニトレートである。このポリマーは、ポリオレフィン、例えば（線状）低および高密度ポリ（エチレン）、ポリ（プロピレン）、塩素化低密度ポリ（エチレン）、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）、およびポリ（エチレン）および環状ポリオレフィン、ポリ（スチレン）、ポリキシレン、ポリイミド、ビニルポリマーおよびこれらのコポリマー、例えばポリ（ビニルカルバゾール）、ポリ（ビニルアセテート）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（ビニルブチラール）、ポリ（塩化ビニリデン）、エチレン−ビニルアセテートコポリマーなど、ポリアクリル、これらのコポリマー、例えばポリ（エチルアクリレート）、ポリ（ｎ−ブチルアクリレート）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（エチルメタクリレート）、ポリ（ｎ−ブチルメタクリレート）、ポリ（ｎ−プロピルメタクリレート）、ポリ（アクリルアミド）、ポリアクリロニトリル、ポリ（アクリル酸）、エチレン−アクリル酸コポリマー、エチレン−ビニルアルコールコポリマー、アクリロニトリルコポリマー、メチルメタクリレート−スチレンコポリマー、エチレン−エチルアクリレートコポリマー、メタクリレート化ブタジエン−スチレンコポリマーなど、ポリカーボネート、例えばポリ（メタンビス（４−フェニル）カーボネート）、ポリ（１，１−エーテルビス（４−フェニル）カーボネート）、ポリ（ジフェニルメタンビス（４−フェニル）カーボネート）、ポリ（１，１−シクロヘキサンビス（４−フェニル）カーボネート）、ポリ（２，２−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）プロパン）カーボネートなど、ポリエーテル、ポリケトン、ポリフェニレン、ポリスルフィド、ポリスルホン、ポリアクトン、例えばポリ（ピバロラクトン）、ポリ（カプロラクトン）など、ポリウレタン、線状長鎖ジオール、例えばポリ（テトラメチレンアジペート）、ポリ（エチレンアジペート）、ポリ（１，４−ブチレンアジペート）、ポリ（エチレンスクシネート）、ポリ（２，３−ブチレンスクシネート）、ポリエーテルジオールなど、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミド、例えばポリ（４−アミノ酪酸）、ポリ（ヘキサメチレンアジパミド）、ポリ（６−アミノヘキサン酸）、ポリ（ｍ−キシレンアジパミド）、ポリ（ｐ−キシレンセバカミド）、ポリ（２，２，２−トリメチルヘキサメチレンテレフタルアミド）、ポリ（メタフェニレンイソフタルアミド）（ノメックス（Ｎｏｍｅｘ）（商標））、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）（ケブラー（Ｋｅｖｌａｒ）（商標））など、ポリエステル、例えばポリ（エチレンアゼレート）、ポリ（エチレン−１，５−ナフタレート）、ポリ（エチレン−２，６−ナフタレート）、ポリ（１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）、ポリ（エチレンオキシベンゾエート）（Ａ−テル（Ｔｅｌｌ）（商標））、ポリ（パラ−ヒドロキシベンゾエート）（エコノール（Ｅｋｏｎｏｌ）（商標））、ポリ（１，４−シクロヘキシリデンジメチレンテレフタレート）（コデル（Ｋｏｄｅｌ）（商標））（シス）、ポリ（１，４−シクロヘキシリデンジメチレンテレフタレート）（コデル（商標））（トランス）、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなど、ポリ（アリーレンオキシド）、例えばポリ（２，６−ジメチル−１，４−フェニレンオキシド）、ポリ（２，６−ジフェニル−１，４−フェニレンオキシド）など、ポリ（アリーレンスルフィド）、例えばポリ（フェニレンスルフィド）など、ポリエーテルイミド、イオノマー、ポリ（エピクロロヒドリン）、フラン樹脂、例えばポリ（フラン）、シリコーン、例えばポリ（ジメチルシロキサン）、ポリ（ジメチルシロキサン）、ポリ（ジメチルシロキサンコ−フェニルメチルシロキサン）など、ポリテトラフルオロエチレン、およびポリアセタール。これらの前記ポリマーのコポリマーおよび／または混合物も用いることができる。
【００３７】
好ましい基体ポリマーは、熱可塑性ポリマー、例えばポリエステル、ビニル、ポリスチレン、ポリアクリル、およびポリキシレン、ポリビニルカルバゾール、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリケトン、ポリフェニレン、ポリスルフィド、ポリスルホン、および環状ポリオレフィンを包含する。より好ましい基体ポリマーは、ＰＥＴおよびビスフェノールＡポリカーボネートである。
【００３８】
基体は、１０ミクロン〜１ｃｍの範囲の様々な厚さを有するものであってもよい。
【００３９】
この基体は、マイクロパターン化プロセスへ付される。マイクロパターンが、基体上に作製される。様々なマイクロパターン化プロセスを使用することができる。プレパターン化は、機械的であってもよく、またはほかの十分に確立されたアラインメント技術であってもよい。例えばプレパターン化は、任意の所望の形状および形態のマイクロ複製されたレッジ／溝の存在によるものであってもよい。マイクロ複製（米国特許第６，８００，２３４号（Ｂ２Ｘ６））が一般に認められており、これは、可撓性基体をトポグラフィー的にパターン化する低コスト方法である。基体の表面エネルギー特性（ｅｎｅｒｇｅｔｉｃｓ）を制御するもう１つの例は、通常「摩擦（ｒｕｂｂｉｎｇ）」と呼ばれている、ＬＣＤ産業に通常用いられているアラインメント技術を用いることである。この特定の発明において、本発明者らは、ジブロックコポリマー構造の自己集合をアラインし、かつ方向付けるためにプラスチック基体の「プレ摩擦」を用いるであろう。プレパターン化された基体の使用方法は、アラインメント方法を補助しかつ促進させるために、ほかの外力、例えば電場、磁場、せん断力などの使用を除外するわけではない。これはまた、疎水性および親水性ポリマーのパッチのコーティングを用いてもパターン化されうる。好ましくはこれは、マイクロ複製された溝／レッジである交互パッチでパターン化されうる。マイクロパターンは、平らな底部を有する溝の、浅い秩序あるアレイであるのが好ましい。これらの溝のピッチは、１ミクロンよりも高く、かつ１０ミクロン未満であるのが好ましい。これらの溝の高さは、１００ｎｍよりも高く、かつ１ミクロン未満であるのが好ましい。
【００４０】
本発明において、ワイヤグリッド偏光子の製造方法は、マイクロパターン化基体上への導電物質の薄層を共形的に（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｌｙ）付着させる工程をともなう。導電性材料は、様々な金属、透明金属酸化物、または導電性ポリマーであってもよい。金属は、アルミニウム、銀、金、ニッケル、および銅であってもよい。金属酸化物は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、およびアンチモン錫酸化物（ＡＺＯ）などであってもよい。導電性ポリマーは、ポリチオフェン、ポリアニリン、およびポリアセチレンなどであってもよい。この付着方法は、付着される材料に対応する。これは、真空プロセスまたは周囲空気プロセスのどちらかであってもよい。これは、プラズマまたはスパッタリングであってもよい。これはまた、溶液コーティングであってもよい。導電性材料の厚さは、５０ｎｍよりも大きく、１ミクロン未満である。１００ｎｍよりも大きく、２００ｎｍ未満であることがさらに好ましい。
【００４１】
本発明者らの方法によるワイヤグリッド偏光子の製造における次の工程として、ナノ粒子を含有してもよく、または含有しなくてもよいブロックコポリマーが、アルミニウムコーティング上にコーティングされ、秩序ある相分離が、コーティングの乾燥の間に、または乾燥されたフィルムのアニーリング後に形成される。
【００４２】
ポリマー相の乾燥は、いくつかの従来から利用可能な方法によって得ることができる。例えば、方向性圧力およびせん断、並びに熱も同時に加えるホットローラーである。熱はまた、ほかの手段、例えばＩＲ源、マイクロ波源、抵抗ワイヤコイル、熱空気またはガス、または両方の組み合わせによっても加えることができる。熱は、放射線源を通しても同様に加えることができる。別の例は、熱がポリマーコーティングを乾燥するために加えられる時の、電場の同時適用であってもよい。熱は、電化された熱ローラーを通して加えられてもよい。これらのローラーが電化されていないならば、その場合には、電場が通常用いられている手段、例えばコロナ器具によって加えられてもよい。本発明者らは、熱、電場、およびせん断力を同時に、ならびに、例えば上に列挙されているような技術の組み合わせによって加えることを考えることができる。この概念は、一般的な範囲のものであり、適用技術の性質に限定されるわけではない。
【００４３】
ブロックコポリマー（ジブロック、トリブロック、テトラブロック、スターブロック、グラフトブロック）を、ナノスケール（１００ｎｍ未満）における周期構造の作製のために用いることができる。［Ｓｔｏｙｋｏｖｉｃｈら、「ブロックコポリマーブレンドの不規則デバイス配向構造中への方向性集合（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ｏｆ  Ｂｌｏｃｋ  Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ  Ｂｌｅｎｄｓ  ｉｎｔｏ  Ｎｏｎｒｅｇｕｌａｒ  Ｄｅｖｉｃｅ−Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）」、サイエンス３０８、１４４２〜１４４５ページ（２００５年）］。
【００４４】
ブロックコポリマー（ジブロック、トリブロック、テトラブロック、スターブロック、グラフトブロック）を、ナノスケール（１００ｎｍ未満）における周期構造の作製のために用いることができる。［Ｓｔｏｙｋｏｖｉｃｈら、「ブロックコポリマーブレンドの不規則デバイス配向構造中への方向性集合」、サイエンス３０８、１４４２〜１４４５ページ（２００５年）］。ブロックコポリマーは、２またはそれ以上の非適合性ポリマー鎖を末端部で互いに連結することによって形成される。相分離は、ポリマー鎖のサイズ、典型的には数十ナノメートルのサイズ、および鎖間の相互作用によって決定される。一緒に連結された鎖の長さを変えることによって、これらの成分の体積割合は、制御された秩序ある形態であってもよく、鎖へ移動性が付与される時に、球形ドメイン（Ｓ）の体心アレイから、六角形パックされた円筒形ドメイン（Ｃ）まで、螺旋（Ｇ）まで、交互ラメラドメイン（図４に示されているようなもの）までの範囲のものが、自発的に形成される。相反転は、これらのポリマーの体積比が変化するにつれて変化する。ついで、反転された六角形パックされた円筒形ドメイン（Ｃ＊）、螺旋（Ｇ＊）、および反転球形ドメイン（Ｓ＊）が形成される。
【００４５】
薄膜において、これらのドメインの配向を制御することによって、および標準的光リソグラフィープロセスによりこれらの成分の１つを選択的に除去することによって、または相選択的化学反応の使用によって、新規デバイスおよび構造の製造のための、テンプレートまたは足場としての、ナノスコピック要素のこれらのアレイの使用のために、多くの機会が現われる。これらの要素の配向に対する制御は、ブロックコポリマー形態の周期に対するこのフィルムの厚さ（通約性）の制御、およびこれら２つのブロックが、その下にある基体および表面と相互作用する方法の操作に依存する。例えば、ポリスチレン−ｂ−ポリ（メチルメタクリレート）ジブロックコポリマーのスピンコーティングされたフィルムが、不動態化されたシリコン基体上に置かれ、かつそのガラス転移温度以上に加熱される時、走査型力顕微鏡写真は、フィルム表面に垂直に配向されたＰＭＭＡの円筒を示し、これらの円筒は、フィルム全体を通って貫通している。ＵＶ放射線への暴露およびアルコールリンス（標準的工業的実施）の時に、ナノ多孔質フィルムが生成され、この場合、細孔サイズは、もとのコポリマーの円筒形ドメインのサイズと同一である。このようなナノ多孔質フィルムは、フラッシュメモリー用途におけるフローティングゲートの製造用のテンプレートとして、および記憶装置用のナノスコピック磁気エレメントの形成のための足場として用いられている。
【００４６】
この発明に適したブロックコポリマーは、様々な化学的性質を有しうる。これは、アニオン性、カチオン性、またはリビングラジカル重合から製造されうる。目的のブロックポリマーは、１を超えるブロックを含んでいてもよい。これは、ジブロック、トリブロック、テトラブロック、スターブロック、およびグラフトブロックであってもよい。これらのブロックの１つは、ランダムコポリマーを含みうる。これらのブロックの１つは、結晶化しうる。これらのブロックの１つは、液晶であってもよい。これらのブロックの１つは、室温で可塑性であってもよい。これらのブロックの１つは、室温でゴム状であってもよい。これらのブロックの１つは、疎水性であってもよい。これらのブロックの１つは、親水性であってもよい。ブロックコポリマーを形成するために用いることができるポリマーの例は、次のものを包含するが、これらに限定されるわけではない。すなわち、ポリ（スチレン）、ポリキシレン、ビニルポリマー、例えばポリ（ビニルカルバゾール）、ポリ（ビニルアセテート）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（ビニルブチラール）、ポリ（塩化ビニリデン）、エチレン−ビニルアセテートコポリマーなど、ポリアクリル、例えばポリ（エチルアクリレート）、ポリ（ｎ−ブチルアクリレート）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（エチルメタクリレート）、ポリ（ｎ−ブチルメタクリレート）、ポリ（ｎ−プロピルメタクリレート）、ポリ（アクリルアミド）、ポリアクリロニトリル、ポリ（アクリル酸）、エチレン−アクリル酸コポリマー、エチレン−ビニルアルコールコポリマー、アクリロニトリルコポリマー、メチルメタクリレート−スチレンコポリマー、エチレン−エチルアクリレートコポリマー、メタクリル化ブタジエン−スチレンコポリマーなど、ポリジエン、例えばポリ（ブタジエン）、ポリ（イソブチレン）、ポリイソプレン、ポリエーテル、例えばポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドなど、ポリオール、例えばポリビニルアルコールなど、ポリビニルアセテート、およびアセタールである。ジブロックコポリマーの例は、ポリスチレン−アクリレートを包含する。このアクリレートは、メチルメタクリレートであってもよい。
【００４７】
いくつかの有用なジブロックコポリマーは、ポリスチレン−ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン−ポリブタジエン、ポリスチレン−ポリエチレンオキシドである。数分子量は、１，０００〜１００，０００ｇ／モルの範囲内にあり、１つのブロックの体積割合は、０．３〜０．７の範囲内にある。
【００４８】
１つの実施形態において、ジブロックコポリマーは、基体の平面へ垂直な相をともなうラメラ構造へ相分離する。相ＡおよびＢの長さは、１０ｎｍ〜１００ｎｍである。ジブロックコポリマーの相Ａの好ましい長さは、１０〜２０ｎｍであり、相Ｂの好ましい長さは、２０〜５０ｎｍである。有用なジブロックコポリマーは例えば、ポリスチレン−ブロック−ポリブタジエンから構成されている。もう１つの有用なジブロックコポリマーは、ポリスチレン−ｂ−ポリ（メチルメタクリレート）である。数分子量１４，６００およびポリスチレンの体積割合０．５で、このブロックコポリマーは、１５ｎｍの周期的相長さを有するラメラ構造を形成した（Ｃｏｒｖａｚｉｅｒら、Ｊ．Ｍａｔｅｒ  Ｃｈｅｍ．２００１年、１１、２８６４）。半結晶質ジブロックコポリマーは、ラメラ構造を形成する傾向があることも公知である。
【００４９】
ポリマーＡ相はついで、エッチングおよびまたは溶解プロセスによって除去される。ポリスチレン−ｂ−ポリ（メチルメタクリレート）の場合、ポリマーＡ相は、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）であり、ポリマーＢ相は、ポリスチレン（ＰＳ）である。このフィルムをＵＶ放射線へ暴露することによって、ポリマーＡ相、すなわちＰＭＭＡが分解され、ポリマーＢ相、すなわちＰＳは架橋される。ＰＭＭＡは、マイクロエレクトロニクス産業において日常的に用いられている標準的フォトレジストである。ポリスチレン−ｂ−ポリ（ブタジエン）の場合、フィルムのオゾンへの暴露が、ＰＳ（相Ｂポリマー）を架橋し、ポリ（ブタジエン）（相Ａポリマー）を分解するであろう。多くのほかのブロックコポリマー系において、ナノスコピック円筒形ドメインを含んでいる微量成分が選択的に除去されうる。
【００５０】
本発明は次いで、マスクとして残留ポリマー（レジスト）のセグメントを用いたエッチングプロセスによって、相Ａポリマーの下のアルミニウム、またはほかの導電性材料の除去を必要とする。良好なエッチングプロセスの基準は、パラメーター、例えばエッチング時間およびレジストの分解についての大きい時間枠を有することである。このエッチングプロセスは、２つの方法、すなわち乾燥および湿潤方法に分けることができる。
【００５１】
湿潤アルミニウムエッチングにおいて、これらの成分は、リン酸、酢酸、および硝酸である（ＰＡＮエッチング）。これらの成分は、存在しうるほかの金属に対する、様々なエッチング率および選択性を得るために様々に変えることができる。湿潤エッチングは、これらが非常に等方性であるという事実に悩まされる。これが生じさせるものは、ポリマーレジストマスクのアンダーカッティングによる傾斜プロファイルである。非結晶質材料上の湿潤エッチングを用いて、非常に高いアスペクト比を得ることは難しい。
【００５２】
アルミニウムについての最も通常の乾燥エッチングプロセスは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）である。反応性イオンエッチングは、低圧ガス中にプラズマを発生させるためにマイクロ波を用いる。このガスは、励起された時、反応性種、例えばラジカルおよびイオンを発生させうる成分を有する。これらのイオンは、電極まで加速させることができる。典型的にはこのサンプルは、これらの電極の１つのすぐ近くにある。これらのイオンはこのようにして、サンプル上へ、特定の角度、通常は垂直に方向付けられる。これらのイオンは、表面と反応し、材料を化学的にエッチングする。
【００５３】
アルミニウムは通常、ハロゲンベースのプラズマで反応性イオンエッチングされる。四塩化炭素またはクロロホルムは、ハロゲン先駆物質として役立ち、不活性ガスと混合される。プラズマは、塩素ラジカルイオンを発生させる。これはアルミニウムと反応して、揮発性アルミニウムトリクロライドを形成する。この型のアルミニウムエッチングは、イオン流方向における異方性によって、高いアスペクト比の壁を生じうる。クロライドラジカルイオンが、大部分の有機化合物とゆっくりと反応して揮発性種を生じるので、このレジストは、エッチングの間、良好な区別を与える。
【００５４】
最後に、ポリマーＢを除去することによってマイクロパターン化基体上に導電性パターンが形成される。
【００５５】
この発明はまた、次のような意味、すなわち、プラスチック基体上の溝のいくつかの形状およびサイズの使用を視覚化し、ジブロックコポリマー相分離フィーチャー、例えば円、三角形、円筒形、ピラミッドなどの自己集合を導き、方向付けるすることができるという意味でも一般的である。これらはその後、テンプレート／マスクとして使用して、例えば金属、半導体磁気材料などの実際の目的物の空間的に配列された材料を堆積させることができる。本発明は、機能的フィーチャーそれ自体として、ブロックコポリマー中のポリマーの１つを使用することに一般化することができる。これらのコポリマーを、特定の性質を有するナノ材料で予め充填することによって、新規特性、例えば金属性、半導電性、または絶縁性を有するナノフィーチャーを作製し、かつこれらのポリマーの１つを除去することができる。これらの秩序あるナノフィーチャーは、導電性表面上に配置されてもよく、されなくてもよい。
【００５６】
これらの利点およびほかの利点は、下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００５７】
次の実施例は、この発明の実施を例証する。本発明のすべての可能な変形例を網羅することが意図されているわけではない。部およびパーセンテージは、ほかの指摘がなければ重量である。
【実施例】
【００５８】
可撓性プラスチック、例えばＰＥＴのシートまたはロールが、マイクロ複製プロセスによって予めパターン化されて、図５および図６（ａ）に示されているような長方形の溝のアレイを生じる。Ｐ、Ｗ、およびＤは、これらの溝のピッチ、壁幅、および高さを特定し、これらの溝は、可撓性基体の全長を横断する。これらは、任意であるか、および／または製造能力によって決定される。これらの溝のピッチ（Ｐ）は、１ミクロン〜１００ミクロンで様々に変えることができるが、好ましくは５ミクロン〜２５ミクロンの範囲内にある。この溝の壁幅（Ｗ）は、０．５ミクロン〜２５ミクロンの範囲、好ましくは１ミクロン〜１０ミクロンの範囲内であることができる。この溝の深さ（Ｄ）は、０．２５ミクロン〜５ミクロンの範囲、好ましくは０．５ミクロン〜１ミクロンの範囲内であることができる。この可撓性シートまたはロールはついで、金属、好ましくはアルミニウムの薄層で、共形的にコーティングされる（図６（ｂ））。金属層の厚さは、０．０５ミクロン〜０．５ミクロンの範囲、好ましくは０．１ミクロン〜０．２ミクロンの範囲内であることができる。このコーティングの共形性は、マイクロ複製されたパターンを複製するように、これらの溝のトラフおよびレッジを充填する金属コーティングを結果として生じる。この金属フィルムはついで、コポリマー混合物（Ａ、Ｂ）の薄層でコーティングされる（図６（ｃ））。コーティングの厚さは、０．０１ミクロン〜０．１ミクロンの範囲、好ましくは０．０２ミクロン〜０．０５ミクロンの範囲内であることができる。このコーティングはここでもまた、マイクロ複製されたパターンを複製するように、本質的に共形的である。このコポリマーコーティングはついで、ジブロックコポリマーの薄膜でコーティングされる。このジブロックコポリマーの成分（Ａ、Ｂ）は、コポリマー混合物中の成分と同じである。このジブロックコポリマーの厚さは、０．０５ミクロン〜１ミクロンの範囲、好ましくは０．１ミクロン〜０．２５ミクロンの範囲内であることができる。
【００５９】
いくつかの実施形態について、架橋されることができる成分を含んでいるブロックコポリマーの使用が望ましい。この成分は、別の成分の除去前、または除去の間に架橋されてもよく、したがってこのコポリマーに構造的一体性を加えうる。この成分は、マトリックス成分と呼ばれてもよい。適切なマトリックス成分は、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリジメチルシロキサン、およびほかのポリマーを包含する。除去されることになる成分は、コア成分と呼ぶことができる。適切なコア成分は、ポリメチルメタクリレート、ポリブタジエン、ポリカプロラクトン、またはフォトレジストを包含する。
【００６０】
あらゆるブロックコポリマーを用いることができる。例えばアルキル／アルキル、アルキル／アリール、アリール／アリール、親水性／親水性、親水性／疎水性、疎水性／疎水性、正もしくは負荷電／正もしくは負荷電、非荷電／正もしくは負荷電、または非荷電／非荷電である。
【００６１】
これらのコポリマーは、ナノ粒子を含有していてもよく、これは、本質的に金属性、半導電性、または絶縁性であってもよい。ナノ粒子のいくつかの例は、金、銀、カドミウムセレニド、ケイ素、亜鉛スルフィドなどである。これらのナノ粒子は、これらのポリマーの相分離の間に、これらのナノ粒子が、選択的に１つのポリマー中に凝離（ｓｅｇｒｅｇａｔｅ）してもよく、しなくてもよいように選択されうる。
【００６２】
これらのコポリマーは、生物材料、例えばＤＮＡを含有してもよい。
【００６３】
これらのコポリマーは、通常の溶媒、または助溶媒の混合物からコーティングされてもよい。コポリマー中の分子に移動性を持たせるために、このサンドイッチ構造は、このコポリマーのガラス転移温度以上に加熱されてもよい。
【００６４】
次に、図６（ｄ）に示されているように、基体会合コポリマーのジブロックコポリマーのこれらの成分の１つ（例えばコア）が除去される。この成分の除去は、例えば放射線（紫外線、Ｘ線放射線、ガンマ放射線、可視光、熱、または電子ビーム、または微量成分を選択的に分解させるあらゆるほかの放射線源）への暴露によって得られる。劣化剤または分解剤、例えば反応性酸素種（例えばオゾンを包含する）、または溶媒、例えばエタノールを用いることもできる。紫外線は、例えばコア成分としてのポリメチルメタクリレートを分解させるために用いることができる。エタノールは、例えばポリブタジエンを分解させるために用いることができる。
【００６５】
この処理の後に、分解副生物を除去するために化学的リンスを行なうことができ、典型的には、数十ナノメートル範囲の細孔（すなわち開口部）サイズを有する多孔質材料を結果として生じる。任意の残留成分を除去するための工程は、液体での処理を包含しうる。これは、溶媒、または残留成分と選択的に反応する材料、例えば酸または塩基での洗浄を包含する。いくつかの実施形態において、残留する分解成分と反応させるために用いられる材料は、例えば酢酸の希釈形態であってもよい。この手順において、同じ溶媒または別の溶媒またはエッチング溶液が、金属を溶解するために用いられる。例えば水酸化ナトリウムは、アルミニウムをエッチングするために用いることができる（図６（ｅ））。今や除去されたコポリマー成分によって以前に充填されていた容積は、今では、フィルムの厚さを通って基体（例えばＰＥＴ）まで延びている直方体空間を含んでいる。残りの容積は、残余コポリマー成分によって占められ、マトリックスと呼ばれる。
【００６６】
いくつかの実施形態において、コポリマーフィルムの成分を場合により架橋することが望ましいことがある。エネルギー源または作用物質によって分解されない成分の架橋は、このフィルムへ構造的強さを加えうる。いくつかの実施形態において、コポリマー成分は、別のコポリマー成分の分解と同時に架橋される。放射線は、場合により、かつ望ましくはジブロックコポリマーのマトリックス成分を架橋し、実質的に不動にする。したがってこのマトリックスは、直方体が生じた後でさえ、アレイ構造を維持する。ナノ多孔質アレイテンプレートは、その結果として生じる全体的構造である。例えば、ポリスチレン（ＰＳ）マトリック中のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の場合、紫外線は、ＰＳを架橋しつつＰＭＭＡを分解させる。このコポリマーの当初の形態が、分解プロセス全体を通して維持されることが望ましい。一方または多方の成分を除去する方法（例えば化学的方法）を用いることができる。開口部／空隙の幅は、約５ｎｍ〜約５００ｎｍまたはそれ以上の範囲であってもよく、周期性は、約５．０〜５００ｎｍの範囲であってもよい。
【００６７】
製造プロセスの最終工程（図６（ｆ））は、ジブロックコポリマーのマトリックス成分および任意の下にあるコポリマーコーティングが、適切な溶媒中での溶解または放射線などによって除去されることを必要とする。このプロセスは、金属ワイヤ（例えばアルミニウム）のナノアレイを現わし、これは、光偏光子として用いることができるであろう。
【００６８】
本発明は、特定の好ましい実施形態を特別に参照して詳細に記載されてはいるが、変形例および修正例が、本発明の意図および範囲内で実施されうることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】ワイヤグリッド偏光子の概略図である。
【図２ａ】相分離後のジブロックポリマーの形態を示している。
【図２ｂ】相分離後のジブロックポリマーの形態を示している。
【図３】ナノ構造化導電性パターンの大量生産の製造方法フローチャートである。
【図４】相分離プロセスの間に自発的に形成される様々なジブロックコポリマー形態の一連の概略図である。
【図５】マイクロ複製構造を示している。
【図６ａ】図６ａ〜ｆはワイヤグリッド偏光子の一連の製造プロセス例を示している。
【図６ｂ】図６ａ〜ｆはワイヤグリッド偏光子の一連の製造プロセス例を示している。
【図６ｃ】図６ａ〜ｆはワイヤグリッド偏光子の一連の製造プロセス例を示している。
【図６ｄ】図６ａ〜ｆはワイヤグリッド偏光子の一連の製造プロセス例を示している。
【図６ｅ】図６ａ〜ｆはワイヤグリッド偏光子の一連の製造プロセス例を示している。
【図６ｆ】図６ａ〜ｆはワイヤグリッド偏光子の一連の製造プロセス例を示している。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図６ｅ】
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【図６ｆ】
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【外国語明細書】
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