JP2010058403A - Polymer film and laminate - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer film showing excellent production suitability, durability and adhesiveness to the substrate and having a fine structural pattern, a laminate having the polymer film and methods of manufacturing the polymer film and the laminate. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the polymer film includes: a film formation process of forming a polymer film by bringing two or more polymers including one or moer polymer having radical-polymerizable groups into contact with the surface of a substrate capable of generating a radical on exposure to light to form a polymer film having a phase-separated structure on the surface of the substrate; a fixing process of exposing the polymer film formed by the film forming process to light so as to fix the polymer film to the substrate; and a cleaning process of cleaning the polymer film obtained by the fixing process with a solvent. The polymer film obtained by the manufacturing method, and bound directly to the surface of the substrate is also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、高分子膜および積層体に関する。より詳しくは、露光によりラジカルを発生しうる基板表面と直接結合して形成される高分子膜を備える積層体に関する。   The present invention relates to a polymer film and a laminate. More specifically, the present invention relates to a laminate including a polymer film formed by being directly bonded to a substrate surface capable of generating radicals upon exposure.

近年、高度な機能やより優れた性能を有する新材料の研究開発が活発に行われるなか、材料の微細化・超小型化に伴い、微細なパターン構造を有する薄膜への関心が高まっている。特に、ナノメートル〜マイクロメートルレベルで構造制御された微細なパターン構造を有する薄膜は、通常の材料とは異なった性質を示すと期待され、エレクトロニクス分野、環境分野、生命科学分野などの種々の先端分野において重要な材料の一つと位置づけられている。例えば、そのような薄膜は、その薄膜上に積層される材料の配向制御に寄与するテンプレートとしての応用が期待される。   In recent years, with active research and development of new materials having advanced functions and superior performance, interest in thin films having a fine pattern structure has increased along with the miniaturization and miniaturization of materials. In particular, a thin film having a fine pattern structure whose structure is controlled at the nanometer to micrometer level is expected to exhibit properties different from those of ordinary materials, and various advanced technologies such as the electronics field, environmental field, and life science field. It is positioned as one of the important materials in the field. For example, such a thin film is expected to be applied as a template that contributes to the orientation control of the material laminated on the thin film.

現在、より安価で、しかも高いスループットを実現できる微細パターン構造の形成方法として、自己組織的な相分離構造を利用したパターン形成方法がいくつか提案されている。
微細パターンを有する薄膜の作製方法の代表的な例として、LB(ラングミュア−ブロジェット)法(非特許文献1〜2)や、スピンコート法(非特許文献3〜5)などが挙げられる。より具体的には、非特許文献1では、パターン化されたテンプレートを作製する目的で、2種類の両親媒性化合物を用いて、LB法により相分離構造を備える単分子膜が作製されている。また、非特許文献3においては、ポリウレタンを用いてスピンコート法により基板上にミクロ相分離構造を有する薄膜が作製されている。
一方、他の薄膜の作製方法として、増感剤を用いて、露光により基板上に基板と直接結合したグラフトポリマー膜を作製する方法が提案されている(特許文献1)。
Currently, several pattern forming methods using a self-organized phase separation structure have been proposed as methods for forming a fine pattern structure that can be realized at a lower cost and with higher throughput.
Typical examples of a method for manufacturing a thin film having a fine pattern include an LB (Langmuir-Blodget) method (Non-Patent Documents 1 and 2) and a spin coating method (Non-Patent Documents 3 to 5). More specifically, in Non-Patent Document 1, for the purpose of producing a patterned template, a monomolecular film having a phase separation structure is produced by the LB method using two types of amphiphilic compounds. . In Non-Patent Document 3, a thin film having a microphase separation structure is produced on a substrate by spin coating using polyurethane.
On the other hand, as another method for producing a thin film, a method has been proposed in which a sensitizer is used to produce a graft polymer film directly bonded to a substrate on the substrate by exposure (Patent Document 1).

A. Takahara, et. al. “Scanning force microscopic studies of surface structure and protein adsorption behavior of organosilane monolayers”, J. Vac. Sci. Technol. A, 1996年, Vol.14, pp.1747.A. Takahara, et. Al. “Scanning force microscopic studies of surface structure and protein adsorption behavior of organosilane monolayers”, J. Vac. Sci. Technol. A, 1996, Vol.14, pp.1747. M. Matsumoto, et. al. “Template-Directed Patterning Using Phase-Separated Langmuir-Blodgett Films”, Langmuir, 2004年, Vol.20, pp.8728.M. Matsumoto, et. Al. “Template-Directed Patterning Using Phase-Separated Langmuir-Blodgett Films”, Langmuir, 2004, Vol.20, pp.8728. 小椎尾 謙, “極性高分子の超薄膜下におけるミクロ相分離構造”,高分子論文集, 2007年8月, Vol.64、No. 8, pp.498-503.Ken Shioshio, “Microphase separation structure of polar polymer under ultrathin film”, Polymer Journal, August 2007, Vol.64, No. 8, pp.498-503. M. Boltau, et. al. “Surface-induced structure formation of polymer blends on patterned substrates”, Nature, 1998年, Vol.39, pp.877.M. Boltau, et. Al. “Surface-induced structure formation of polymer blends on patterned substrates”, Nature, 1998, Vol.39, pp.877. L. Chi, et. al. “Tunable ordered droplets induced by convection in phase-separating P2VP/PS blend film”, Polymer, 2004年, Vol.45, pp.8139.L. Chi, et. Al. “Tunable ordered droplets induced by convection in phase-separating P2VP / PS blend film”, Polymer, 2004, Vol.45, pp.8139. 特開2006−350307号公報JP 2006-350307 A

しかしながら、非特許文献1または2のようにLB法を用いてナノメートルレベルの薄膜を作成することはできるが、LB法は大面積化での製造が難しく、工業性・生産性という点では必ずしも満足できるものでなかった。また、適用できる化合物が限られており、製造方法として汎用性に乏しかった。例えば、LB法に適用できる高分子としては、極性基、親水性基、イオン性基などの置換基をもつ緻密に分子設計された特定の構造を持つ高分子に限定されていた。
さらに、非特許文献3〜5に記載のスピンコート法や上記のLB法で得られた薄膜は、基板との密着性が十分でないため、摩擦などによる物理的作用や溶媒などの化学的処理によって容易に基板から剥がれてしまうという問題があった。
However, although it is possible to produce a nanometer-level thin film using the LB method as in Non-Patent Document 1 or 2, the LB method is difficult to manufacture in a large area, and is not necessarily in terms of industriality and productivity. It was not satisfactory. Moreover, the compound which can be applied was limited and the versatility as a manufacturing method was scarce. For example, a polymer applicable to the LB method is limited to a polymer having a specific structure that is precisely designed and has a substituent such as a polar group, a hydrophilic group, and an ionic group.
Furthermore, since the thin film obtained by the spin coat method described in Non-Patent Documents 3 to 5 or the above LB method does not have sufficient adhesion to the substrate, it can be subjected to physical action such as friction or chemical treatment such as a solvent. There was a problem that it was easily peeled off from the substrate.

一方、特許文献1には、基板上に直接結合したグラフトポリマーについて開示されているが、相分離構造を有する薄膜についてはなんら言及されていない。概して、高分子の相分離構造は、使用される高分子の種類などに大きく依存し、未だ十分な知見は得られていないのが現状であった。   On the other hand, Patent Document 1 discloses a graft polymer directly bonded on a substrate, but does not mention any thin film having a phase separation structure. In general, the phase separation structure of a polymer largely depends on the type of polymer used, and sufficient information has not been obtained yet.

そこで、本発明は上記実情を鑑みて、製造適性、耐久性、基板との密着性に優れた微細な構造パターンを有する高分子膜、この高分子膜を有する積層体、および高分子膜および積層体の製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, in view of the above circumstances, the present invention provides a polymer film having a fine structure pattern excellent in manufacturing suitability, durability, and adhesion to a substrate, a laminate having the polymer film, and a polymer film and a laminate. It aims at providing the manufacturing method of a body.

本発明者らは、使用される高分子の構造・性質に着目し、所定の構造を有する高分子を使用することにより、基板と直接結合し、かつ微細な構造パターンを有する高分子膜を備える積層体を再現性よく得られることを見出し、本発明を完成するに至った。   The inventors pay attention to the structure and properties of the polymer used, and use a polymer having a predetermined structure to provide a polymer film that is directly bonded to the substrate and has a fine structure pattern. It has been found that a laminate can be obtained with good reproducibility, and the present invention has been completed.

つまり、本発明者らは、鋭意検討を行った結果、上記課題が下記の<1>〜<14>の構成により解決されることを見出した。
<1> ラジカル重合性基を有する高分子を少なくとも1種含む、2種以上の高分子を、露光によりラジカルを発生しうる基板表面上に接触させて、前記基板表面上に相分離構造を有する高分子膜を形成する膜形成工程と、
前記膜形成工程で形成された前記高分子膜を露光し、前記高分子膜を前記基板に固定化する固定化工程と、
前記固定化工程で得られた高分子膜を溶媒で洗浄する洗浄工程と、を含む方法により得られる、前記基板表面と直接結合した高分子膜。
<2> 前記基板表面と直接結合した高分子膜の膜厚が、0.5〜100nmである<1>に記載の高分子膜。
<3> 前記ラジカル重合性基を有する高分子が、シロキサン基またはフッ素含有基を有し、かつ、ラジカル重合性基を有する高分子である<1>または<2>に記載の高分子膜。
<4> 前記シロキサン基またはフッ素含有基を有し、かつ、ラジカル重合性基を有する高分子が、一般式(1)で表される繰り返し単位、および一般式(2)で表される繰り返し単位を有する高分子である<3>に記載の高分子膜。

(一般式(1)中、Rは、水素原子またはアルキル基を表す。Lは、2価の連結基または単なる結合手を表す。Rは、ラジカル重合性基を表す。
一般式(2)中、Rは、水素原子またはアルキル基を表す。Lは、2価の連結基または単なる結合手を表す。Rは、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、または一般式(X)で表される基を表す。)

(一般式(X)中、RaおよびRbは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、または一般式(Y)で表される基を表す。Rc、Rd、Re、RfおよびRgは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、またはアリール基を表す。nは、0〜100の整数を表す。*は、Lとの結合位置を示す。)

(一般式(Y)中、Rh〜Rlは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、またはアリール基を表す。mは、0〜100の整数を表す。**は、一般式(X)との結合位置を示す。)
<5> 前記露光が、320nm以上の露光波長の光により行われる<1>〜<4>のいずれかに記載の高分子膜。
<6> 前記相分離構造が、連続相と前記連続相に分散されて存在する分散相とを有してなり、前記分散相の平均直径が1nm〜100μmである<1>〜<5>のいずれかに記載の高分子膜。
<7> 露光によりラジカルを発生しうる基板表面と2種以上のラジカル重合性基を有する高分子とが直接結合して、前記基板表面上に形成される、相分離構造を有する高分子膜。
<8> 膜厚が0.5〜100nmである<7>に記載の高分子膜。
<9> 前記相分離構造が、連続相と前記連続相に分散されて存在する分散相とを有してなり、前記分散相の平均直径が1nm〜100μmである<7>または<8>に記載の高分子膜。
<10> 前記ラジカル重合性基を有する高分子の少なくとも1種が、シロキサン基またはフッ素含有基を有し、かつ、ラジカル重合性基を有する高分子である<7>〜<9>のいずれかに記載の高分子膜。
<11> 露光によりラジカルを発生しうる基板と、前記露光によりラジカルを発生しうる基板上に形成される<1>〜<10>のいずれかに記載の高分子膜とを有する積層体。
<12> 前記露光によりラジカルを発生しうる基板が、基板と、前記基板上に形成される重合開始層とを有する積層構造で形成される<11>に記載の積層体。
<13> 前記重合開始層が、露光によりラジカル重合を開始しうる重合開始部位と基板結合部位とを有する化合物が前記基板結合部位を介して前記基板と結合して形成される層である<12>に記載の積層体。
<14> ラジカル重合性基を有する高分子を少なくとも1種含む、2種以上の高分子を、露光によりラジカルを発生しうる基板表面上に接触させて、前記基板表面上に相分離構造を有する高分子膜を形成する膜形成工程と、
前記膜形成工程で形成された高分子膜を露光し、前記高分子膜を前記基板に固定化する固定化工程と、
前記固定化工程で得られた高分子膜を溶媒で洗浄する洗浄工程とを含む、前記基板表面と直接結合した高分子膜の製造方法。
That is, as a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems are solved by the following <1> to <14> configurations.
<1> Two or more kinds of polymers containing at least one kind of polymer having a radical polymerizable group are brought into contact with a substrate surface capable of generating radicals upon exposure to have a phase separation structure on the substrate surface. A film forming step of forming a polymer film;
An immobilization step of exposing the polymer film formed in the film formation step and immobilizing the polymer film on the substrate;
A polymer film directly bonded to the substrate surface, obtained by a method comprising a washing step of washing the polymer membrane obtained in the immobilization step with a solvent.
<2> The polymer film according to <1>, wherein the polymer film directly bonded to the substrate surface has a thickness of 0.5 to 100 nm.
<3> The polymer film according to <1> or <2>, wherein the polymer having a radical polymerizable group is a polymer having a siloxane group or a fluorine-containing group and having a radical polymerizable group.
<4> The repeating unit represented by the general formula (1) and the repeating unit represented by the general formula (2), wherein the polymer having a siloxane group or a fluorine-containing group and having a radical polymerizable group The polymer film according to <3>, which is a polymer having

(In General Formula (1), R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group. L 1 represents a divalent linking group or a simple bond. R 2 represents a radical polymerizable group.
In general formula (2), R 3 represents a hydrogen atom or an alkyl group. L 2 represents a divalent linking group or a simple bond. R 4 represents an alkyl group having a fluorine atom, an aryl group having a fluorine atom, or a group represented by the general formula (X). )

(In the general formula (X), Ra and Rb each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a group represented by the general formula (Y). Rc, Rd, Re, Rf and Rg are And each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, or an aryl group, n represents an integer of 0 to 100, and * represents a bonding position with L 2. )

(In the general formula (Y), Rh to Rl each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, or an aryl group. M represents an integer of 0 to 100. ** represents the general formula (X) and Indicates the bonding position.
<5> The polymer film according to any one of <1> to <4>, wherein the exposure is performed with light having an exposure wavelength of 320 nm or more.
<6> The phase separation structure includes a continuous phase and a dispersed phase that is dispersed in the continuous phase, and the average diameter of the dispersed phase is 1 nm to 100 μm. <1> to <5> The polymer film according to any one of the above.
<7> A polymer film having a phase separation structure, which is formed on the substrate surface by directly bonding a substrate surface capable of generating radicals upon exposure to a polymer having two or more radical polymerizable groups.
<8> The polymer film according to <7>, wherein the film thickness is 0.5 to 100 nm.
<9> The <7> or <8>, wherein the phase separation structure includes a continuous phase and a dispersed phase that is dispersed in the continuous phase, and an average diameter of the dispersed phase is 1 nm to 100 μm. The polymer membrane described.
<10> Any one of <7> to <9>, wherein at least one of the polymers having a radical polymerizable group is a polymer having a siloxane group or a fluorine-containing group and having a radical polymerizable group. The polymer film described in 1.
<11> A laminate having a substrate capable of generating radicals upon exposure and the polymer film according to any one of <1> to <10> formed on the substrate capable of generating radicals upon exposure.
<12> The laminate according to <11>, wherein the substrate capable of generating radicals upon exposure is formed of a laminate structure including a substrate and a polymerization initiation layer formed on the substrate.
<13> The polymerization initiation layer is a layer formed by bonding a compound having a polymerization initiation site capable of initiating radical polymerization by exposure and a substrate binding site to the substrate via the substrate binding site <12 > The laminated body as described in>.
<14> Two or more kinds of polymers containing at least one kind of polymer having a radical polymerizable group are brought into contact with a substrate surface capable of generating radicals upon exposure to have a phase separation structure on the substrate surface. A film forming step of forming a polymer film;
An immobilization step of exposing the polymer film formed in the film formation step and immobilizing the polymer film on the substrate;
A method for producing a polymer film directly bonded to the substrate surface, comprising a washing step of washing the polymer film obtained in the immobilization step with a solvent.

本発明によれば、製造適性、耐久性、基板との密着性に優れた微細な構造パターンを有する高分子膜、この高分子膜を有する積層体、および高分子膜および積層体の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, there are provided a polymer film having a fine structure pattern excellent in production suitability, durability, and adhesion to a substrate, a laminate having the polymer film, and a method for producing the polymer film and the laminate. Can be provided.

以下に、本発明に係る高分子膜および積層体、並びに、この高分子膜および積層体の製造方法について詳述する。
まず、本発明において使用される材料について説明する。
Below, the polymer film and laminated body which concern on this invention, and the manufacturing method of this polymeric film and laminated body are explained in full detail.
First, materials used in the present invention will be described.

<露光によりラジカルを発生しうる基板>
露光によりラジカルを発生しうる基板としては、後述する特定の波長の光露光により、ラジカルを発生させることができれば、如何なる基板を用いてもよい。つまり、基板自体が露光によりラジカルを発生する特性を有する基板であってもよく、また、基板上に重合開始層を設け、この重合開始層がそのような特性を有して基板を構成するものでもよい。なかでも、重合開始層を備える基板が好ましい。
重合開始層の作製方法としては、例えば、必要な成分を、溶解可能な溶媒に溶解し、塗布などの方法で基板表面上に塗布層を設け、加熱または光照射により硬膜することで、形成することができる。重合開始層に用いられる化合物としては、基板との密着性が良好であり、且つ、活性光照射などのエネルギー付与により、活性種を発生するものであれば、特に制限されない。
<Substrate capable of generating radicals upon exposure>
As the substrate capable of generating radicals by exposure, any substrate may be used as long as radicals can be generated by light exposure with a specific wavelength described later. In other words, the substrate itself may be a substrate having a characteristic of generating radicals upon exposure, or a polymerization initiating layer is provided on the substrate, and this polymerization initiating layer constitutes the substrate with such characteristics. But you can. Especially, a board | substrate provided with a polymerization start layer is preferable.
As a method for producing the polymerization initiating layer, for example, it is formed by dissolving necessary components in a soluble solvent, providing a coating layer on the substrate surface by a method such as coating, and hardening by heating or light irradiation. can do. The compound used for the polymerization initiating layer is not particularly limited as long as it has good adhesion to the substrate and generates active species by applying energy such as irradiation with active light.

露光によりラジカルを発生しうる基板としては、例えば、(a)ラジカル発生剤を含有する基板、(b)ラジカル発生部位を有する高分子化合物を含有する基板、(c)架橋剤と側鎖にラジカル発生部位を有する高分子化合物とを含有する塗布液を支持体表面に塗布、乾燥し、被膜内に架橋構造を形成させてなる、重合開始層を有する基板、などが挙げられる。
他には、(d)光開裂によりラジカル重合を開始しうる光重合開始部位を共有結合により基板表面に設けた基板がある。より具体的には、光開裂によりラジカル重合を開始しうる光重合開始部位と基板結合部位とを有する化合物を、基板結合部位を介して基板表面に結合させ、形成される重合開始層を有する基板である。なかでも、得られる高分子薄膜の膜厚の均一性・平坦性が優れる点から、(d)の基板が好ましい。
Examples of the substrate capable of generating radicals upon exposure include (a) a substrate containing a radical generator, (b) a substrate containing a polymer compound having a radical generating site, and (c) a radical in the cross-linking agent and side chain. Examples thereof include a substrate having a polymerization initiation layer in which a coating liquid containing a polymer compound having a generation site is applied to a support surface and dried to form a crosslinked structure in the coating.
In addition, there is (d) a substrate in which a photopolymerization initiation site capable of initiating radical polymerization by photocleavage is provided on the substrate surface by a covalent bond. More specifically, a substrate having a polymerization initiation layer formed by bonding a compound having a photopolymerization initiation site capable of initiating radical polymerization by photocleavage and a substrate binding site to the substrate surface via the substrate binding site. It is. Of these, the substrate (d) is preferred because the resulting polymer thin film has excellent film thickness uniformity and flatness.

上記(a)の基板で使用される露光によりラジカルを発生しうる化合物(以下、適宜、ラジカル発生剤と称する)は、低分子化合物でも、高分子化合物でもよく、一般に公知のものが使用される。低分子のラジカル発生剤としては、例えば、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ミヒラーのケトン、ベンゾイルベンゾエート、ベンゾイン類、α−アシロキシムエステル、テトラメチルチウラムモノサルファイド、トリクロロメチルトリアジンおよびチオキサントンなどの公知のラジカル発生剤を使用できる。
また、上記(b)の基板で使用されるラジカル発生部位を有する高分子化合物(高分子ラジカル発生剤)としては、特開平9−77891号公報の段落番号〔0012〕〜〔0030〕や、特開平10−45927号公報の段落番号〔0020〕〜〔0073〕に記載の活性カルボニル基を側鎖に有する高分子化合物などを使用することができる。
The compound capable of generating radicals upon exposure used in the substrate (a) (hereinafter, appropriately referred to as a radical generator) may be a low molecular compound or a high molecular compound, and generally known compounds are used. . Low molecular radical generators include known radical generators such as acetophenones, benzophenones, Michler's ketone, benzoylbenzoate, benzoins, α-acyloxime esters, tetramethylthiuram monosulfide, trichloromethyltriazine and thioxanthone. Agents can be used.
Examples of the polymer compound having a radical generating site (polymer radical generator) used in the substrate (b) above include paragraphs [0012] to [0030] of JP-A-9-77891, Polymer compounds having an active carbonyl group in the side chain described in paragraphs [0020] to [0073] of Kaihei 10-45927 can be used.

また、上記(c)の基板では、任意の支持体上に、側鎖に重合開始能を有する官能基及び架橋性基を有するポリマーを架橋反応により固定化してなる重合開始層を形成することで、露光によりラジカルを発生しうる基板とする。具体的には、架橋剤と側鎖にラジカル発生部位を有する高分子化合物とを含有する塗布液を支持体(基板)表面に塗布、乾燥し、被膜内に架橋構造を形成させて重合開始層を形成する。このような重合開始層の形成方法については、例えば、特開2004−123837号公報に詳細に記載され、このような重合開始層を本発明に適用することができる。   In the substrate (c), a polymerization initiating layer is formed by immobilizing a polymer having a functional group having a polymerization initiating ability and a crosslinkable group on a side chain by a crosslinking reaction on an arbitrary support. The substrate is capable of generating radicals upon exposure. Specifically, a coating liquid containing a crosslinking agent and a polymer compound having a radical generating site in the side chain is applied to the surface of the support (substrate) and dried to form a crosslinked structure in the coating to form a polymerization initiating layer. Form. Such a method for forming a polymerization initiation layer is described in detail in, for example, JP-A No. 2004-123837, and such a polymerization initiation layer can be applied to the present invention.

上記(d)の基板に適用しうる重合開始能を有する化合物としては、例えば、光開裂によりラジカル重合を開始しうる重合開始部位(Y)と基板結合部位(Q)とを有する化合物(以下、適宜「光開裂化合物(Q−Y)」と称する。)等が挙げられる。
ここで、光開裂によりラジカル重合を開始しうる重合開始部位(以下、単に「重合開始部位(Y)」とも称する。)は、光により開裂しうる単結合を含む構造である。この光により開裂する単結合としては、カルボニルのα開裂、β開裂反応、光フリー転位反応、フェナシルエステルの開裂反応、スルホンイミド開裂反応、スルホニルエステル開裂反応、N−ヒドロキシスルホニルエステル開裂反応、ベンジルイミド開裂反応、活性ハロゲン化合物の開裂反応、などを利用して開裂が可能な単結合が挙げられる。これらの反応により、光により開裂しうる単結合が切断される。この開裂しうる単結合としては、C−C結合、C−N結合、C−O結合、C−Cl結合、N−O結合、及びS−N結合などが挙げられる。
Examples of the compound having a polymerization initiating ability applicable to the substrate of (d) above include a compound having a polymerization initiation site (Y) capable of initiating radical polymerization by photocleavage and a substrate binding site (Q) (hereinafter, (Referred to as “photocleavable compound (QY)” as appropriate).
Here, the polymerization initiation site where radical polymerization can be initiated by photocleavage (hereinafter also simply referred to as “polymerization initiation site (Y)”) is a structure containing a single bond that can be cleaved by light. As the single bond that is cleaved by this light, carbonyl α-cleavage, β-cleavage reaction, light-free rearrangement reaction, phenacyl ester cleavage reaction, sulfonimide cleavage reaction, sulfonyl ester cleavage reaction, N-hydroxysulfonyl ester cleavage reaction, benzyl Examples thereof include a single bond that can be cleaved using an imide cleavage reaction, a cleavage reaction of an active halogen compound, and the like. These reactions break a single bond that can be cleaved by light. Examples of the single bond that can be cleaved include a C—C bond, a C—N bond, a C—O bond, a C—Cl bond, a N—O bond, and a S—N bond.

また、これらの光により開裂しうる単結合を含む重合開始部位(Y)は、後述するラジカル重合性基を有する高分子のグラフト反応の起点となる。つまり、光により開裂しうる単結合が開裂すると、その開裂反応によりラジカルを発生させる機能を有する。このように、光により開裂しうる単結合を有し、かつ、ラジカルを発生可能な重合開始部位(Y)の構造としては、以下に挙げる基を含む構造が挙げられる。即ち、芳香族ケトン基、フェナシルエステル基、スルホンイミド基、スルホニルエステル基、N−ヒドロキシスルホニルエステル基、ベンジルイミド基、トリクロロメチル基、ベンジルクロライド基、などである。   Further, the polymerization initiation site (Y) containing a single bond that can be cleaved by these lights serves as a starting point for a graft reaction of a polymer having a radical polymerizable group described later. That is, when a single bond that can be cleaved by light is cleaved, it has a function of generating a radical by the cleaving reaction. As described above, examples of the structure of the polymerization initiation site (Y) having a single bond that can be cleaved by light and capable of generating radicals include structures containing the following groups. That is, aromatic ketone group, phenacyl ester group, sulfonimide group, sulfonyl ester group, N-hydroxysulfonyl ester group, benzylimide group, trichloromethyl group, benzyl chloride group, and the like.

このような重合開始部位(Y)は、露光により開裂してラジカルが発生すると、そのラジカル周辺にラジカル重合性基を有する高分子が存在する場合には、このラジカルがグラフト反応の起点として機能し、グラフトポリマーを生成することができる。
このため、表面に光開裂化合物(Q−Y)が導入された基板を用いてグラフトポリマーを生成させる場合には、エネルギー付与手段として、重合開始部位(Y)を開裂させうる波長での露光を用いることが必要である。
When such a polymerization initiation site (Y) is cleaved by exposure and a radical is generated, if there is a polymer having a radical polymerizable group around the radical, this radical functions as a starting point for the graft reaction. A graft polymer can be produced.
For this reason, when producing | generating a graft polymer using the board | substrate with which the photocleavable compound (QY) was introduce | transduced into the surface, exposure with the wavelength which can cleave a polymerization start part (Y) as an energy provision means is carried out. It is necessary to use it.

また、基板結合部位(Q)としては、ガラスに代表される絶縁基板表面に存在する官能基(水酸基、カルボキシル基など)と反応して結合しうる反応性基で構成され、その反応性基としては、具体的には、以下に示すような基板結合基が挙げられる。なかでも、反応性に優れる点で、−Si(OA)基(Aは、アルキル基を表す。好ましくは、メチル基、エチル基)、−SiX基(Xはハロゲン原子を表す。好ましくは、塩素原子)などが挙げられる。基板表面と光開始部位との結合の例としては、O−C、O−Si、N−C、 N−Si、S−C、S−Si、S−O、などの共有結合が好ましく挙げられる。 Further, the substrate binding site (Q) is composed of a reactive group capable of reacting and bonding with a functional group (hydroxyl group, carboxyl group, etc.) present on the surface of an insulating substrate typified by glass. Specifically, a substrate bonding group as shown below can be mentioned. Of these, from the viewpoint of excellent reactivity, -Si (OA) 3 group (A represents an alkyl group preferably a methyl group, an ethyl group.), -. SiX 3 group (X represents a halogen atom, preferably , Chlorine atom) and the like. Examples of the bond between the substrate surface and the photoinitiating site are preferably covalent bonds such as O—C, O—Si, N—C, N—Si, S—C, S—Si, and S—O. .

重合開始部位(Y)と、基板結合部位(Q)とは直接結合していてもよいし、連結基を介して結合していてもよい。連結基(L)を有する場合、光開裂化合物は(Q−L−Y)と表される。この連結基としては、炭素、窒素、酸素、及びイオウからなる群より選択される原子を含む連結基が挙げられる。具体的には、飽和炭化水素基(アルキレン基など)、アリーレン基、エステル基、アミド基、ウレイド基、エーテル基、アミノ基、スルホンアミド基、またはこれらを組み合わせた基などが挙げられる。また、この連結基は更に置換基を有していてもよく、その導入可能な置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、などが挙げられる。   The polymerization initiation site (Y) and the substrate binding site (Q) may be directly bonded or may be bonded via a linking group. When it has a linking group (L), the photocleavable compound is represented as (QL-Y). Examples of the linking group include a linking group containing an atom selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and sulfur. Specific examples include a saturated hydrocarbon group (such as an alkylene group), an arylene group, an ester group, an amide group, a ureido group, an ether group, an amino group, a sulfonamide group, or a combination thereof. The linking group may further have a substituent, and examples of the substituent that can be introduced include an alkyl group, an alkoxy group, and a halogen atom.

以下、光開裂化合物(Q−Y)の例を挙げるが、本発明はこれに限定されるものではない。これらの化合物は、基板表面と化学反応させることにより表面に固定化される。   Hereinafter, although the example of a photocleavable compound (QY) is given, this invention is not limited to this. These compounds are immobilized on the surface by chemical reaction with the substrate surface.

上述の基板としては、特に制限はなく、その構成材料も有機材料、無機材料、有機と無機とのハイブリッド材料のいずれでもよい。具体的には、ガラス、石英、ITO、シリコン、エポキシ樹脂、などの表面水酸基を有する各種基板、PET、ポリプロピレン、ポリイミド、アクリルなどのプラスチック基板などが挙げられる。なかでも、ガラス、石英、ITO、シリコン、エポキシ樹脂、などの表面水酸基を有する基板が好ましい。基板の厚みは、使用目的に応じて選択され、特に限定はないが、一般的には10μm〜10cm程度である。基板は、平坦であっても、平坦でなくてもよい。   There is no restriction | limiting in particular as said board | substrate, The constituent material may be any of an organic material, an inorganic material, and a hybrid material of organic and inorganic. Specific examples include various substrates having surface hydroxyl groups such as glass, quartz, ITO, silicon, and epoxy resin, and plastic substrates such as PET, polypropylene, polyimide, and acrylic. Among them, a substrate having a surface hydroxyl group such as glass, quartz, ITO, silicon, and epoxy resin is preferable. The thickness of the substrate is selected according to the purpose of use and is not particularly limited, but is generally about 10 μm to 10 cm. The substrate may or may not be flat.

上記基板は、その材質に起因して水酸基などの官能基(Z)が、基板表面上に存在している。そこで、基板と上述の光開裂化合物(Q−Y)を接触させ、官能基(Z)と基板結合部位(Q)とを結合させることで、基板表面上に光開裂化合物(Q−Y)を導入することができる。また、各種基板、特に樹脂基板などの絶縁基板を用いる場合は、基板表面にコロナ処理、グロー処理、UV処理、プラズマ処理などの表面処理により、水酸基、カルボキシル基などを発生させてもよい。   The substrate has a functional group (Z) such as a hydroxyl group on the substrate surface due to its material. Therefore, the photocleavable compound (QY) is bonded to the substrate surface by bringing the substrate into contact with the photocleavable compound (QY) and bonding the functional group (Z) and the substrate binding site (Q). Can be introduced. When an insulating substrate such as various substrates, particularly a resin substrate is used, a hydroxyl group, a carboxyl group, or the like may be generated on the substrate surface by a surface treatment such as corona treatment, glow treatment, UV treatment, or plasma treatment.

光開裂化合物(Q−Y)を基板結合部位(Q)を介して基板に結合させて、重合開始層を作製する方法(光開裂化合物結合工程)としては、光開裂化合物(Q−Y)を、トルエン、ヘキサン、アセトンなどの適切な溶媒に溶解または分散させ、その溶液または分散液を基板表面にスピンコートなどによって塗布する方法(塗布方法)、または、溶液または分散液中に基板を一定時間浸漬させ、洗浄する方法(浸漬方法)などを用いることができる。
浸漬方法を用いると、膜厚が薄く、平坦性に優れた重合開始層を得ることができ、基板表面の重合開始層上に作製される高分子膜の膜厚の均一性がより優れたものとなる。好ましくは、得られた重合開始層は、光開裂化合物(Q−Y)からなる自己組織化単分子膜(SAM:Self Assembled Monolayer)である。
なかでも、得られる高分子膜の膜厚の均一性がより優れ、後述する用途などに好適に用いることができるという点で、重合開始層の膜厚が1〜15nmであることが好ましく、さらに1.0〜5.0nmが好ましく、特に1.5〜5.0nmが好ましい。重合開始層の膜厚の測定方法は、エリプソメトリー(溝尻光学社製 DHA−XA/S4)を用いて、膜表面上の任意の点を12ヵ所以上測定して数平均して求めた値である。
The photocleavable compound (QY) is prepared by bonding the photocleavable compound (QY) to the substrate via the substrate binding site (Q) to produce a polymerization initiation layer (photocleavable compound binding step). A method in which a solution or dispersion is dissolved or dispersed in a suitable solvent such as toluene, hexane, or acetone, and the solution or dispersion is applied to the substrate surface by spin coating (application method), or the substrate is placed in the solution or dispersion for a certain period of time. A method of immersing and washing (immersion method) or the like can be used.
By using the dipping method, a polymerization initiating layer having a thin film thickness and excellent flatness can be obtained, and the uniformity of the film thickness of the polymer film produced on the polymerization initiating layer on the substrate surface is more excellent. It becomes. Preferably, the obtained polymerization initiating layer is a self-assembled monolayer (SAM) made of a photocleavable compound (QY).
Especially, it is preferable that the film thickness of a polymerization start layer is 1-15 nm at the point that the uniformity of the film thickness of the polymer film obtained is more excellent, and can be used suitably for the use etc. which are mentioned below. 1.0-5.0 nm is preferable, and 1.5-5.0 nm is particularly preferable. The method for measuring the film thickness of the polymerization initiating layer is a value obtained by measuring 12 or more arbitrary points on the surface of the film using ellipsometry (DHA-XA / S4 manufactured by Mizoji Optical Co., Ltd.) and averaging the number. is there.

<高分子>
本発明の高分子膜および積層体の作製においては、ラジカル重合性基を有する高分子を少なくとも1種含む、2種以上の高分子が使用される。ラジカル重合性基を有する高分子を2種以上使用してもよいし、ラジカル重合性基を有する高分子とそれ以外の高分子を併用してもよい。
まず、ラジカル重合性基を有する高分子について説明する。
<Polymer>
In the production of the polymer film and laminate of the present invention, two or more kinds of polymers containing at least one kind of polymer having a radical polymerizable group are used. Two or more polymers having a radical polymerizable group may be used, or a polymer having a radical polymerizable group and another polymer may be used in combination.
First, a polymer having a radical polymerizable group will be described.

<ラジカル重合性基を有する高分子>
本発明に係るラジカル重合性基を有する高分子とは、ビニル基、アリル基、(メタ)アクリル基などのラジカル重合性基(エチレン付加重合性不飽和基など)を導入した高分子をさす。この高分子は、少なくとも末端または側鎖にラジカル重合性基を有するものであり、側鎖にラジカル重合性基を有するものがより好ましい。なお、このラジカル重合性基を介して高分子と上述の基板(または基板表面上の重合開始層)との間で直接結合(共有結合)が形成され、基板表面上に高分子膜が形成される。
<Polymer having radical polymerizable group>
The polymer having a radical polymerizable group according to the present invention refers to a polymer into which a radical polymerizable group (such as an ethylene addition polymerizable unsaturated group) such as a vinyl group, an allyl group, or a (meth) acryl group is introduced. This polymer has a radically polymerizable group at least at the terminal or side chain, and more preferably has a radically polymerizable group in the side chain. A direct bond (covalent bond) is formed between the polymer and the substrate (or the polymerization initiation layer on the substrate surface) via the radical polymerizable group, and a polymer film is formed on the substrate surface. The

本発明に係るラジカル重合性基を有する高分子の重量平均分子量(Mw)は、特に制限されないが、溶媒への溶解性などの観点から、1000〜1000000が好ましく、3000〜400000がより好ましい。   The weight average molecular weight (Mw) of the polymer having a radical polymerizable group according to the present invention is not particularly limited, but is preferably from 1,000 to 1,000,000, more preferably from 3,000 to 400,000, from the viewpoint of solubility in a solvent.

ラジカル重合性基を有する高分子中の高分子骨格の種類は、特に制限されないが、例えば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、ノボラック樹脂、クレゾール樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂などが挙げられる。なかでも、本発明で有用なポリマーとしては、アクリル樹脂、スチレン樹脂が好ましい。   The type of the polymer skeleton in the polymer having a radical polymerizable group is not particularly limited. For example, polyimide resin, epoxy resin, polyethylene resin, polyester resin, urethane resin, novolac resin, cresol resin, acrylic resin, styrene resin Etc. Especially, as a polymer useful by this invention, an acrylic resin and a styrene resin are preferable.

ラジカル重合性基を有する高分子の合成方法としては、例えば、(i)ラジカル重合性基を有するモノマーと他のモノマーとを共重合する方法、(ii)ラジカル重合性基前駆体を有するモノマーと他のモノマーとを共重合させ、次に塩基などの処理により二重結合を導入する方法、(iii)カルボン酸などの官能基を有する高分子とラジカル重合性基を有するモノマーとを反応させ、ラジカル重合性基を導入する方法が挙げられる。
好ましい合成方法は、合成適性の観点から、(iii)の方法である。
Examples of a method for synthesizing a polymer having a radical polymerizable group include, for example, (i) a method of copolymerizing a monomer having a radical polymerizable group and another monomer, and (ii) a monomer having a radical polymerizable group precursor; A method of copolymerizing with other monomers and then introducing a double bond by treatment with a base or the like; (iii) reacting a polymer having a functional group such as carboxylic acid with a monomer having a radical polymerizable group; The method of introduce | transducing a radically polymerizable group is mentioned.
A preferred synthesis method is the method (iii) from the viewpoint of synthesis suitability.

上記(i)および(ii)の合成方法でラジカル重合性基を有するモノマーと共に使用される他のモノマーとしては、特に限定されず、例えば、(メタ)アクリル酸またはそのアルカリ金属塩若しくはアミン塩、イタコン酸またはそのアルカリ金属塩若しくはアミン塩、スチレンスルホン酸またはそのアルカリ金属塩若しくはアミン塩、2−スルホエチル(メタ)アクリレートまたはそのアルカリ金属塩もしくはアミン塩、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸またはそのアルカリ金属塩若しくはアミン塩、アシッドホスホオキシポリオキシエチレングリコールモノ(メタ)アクリレートまたはそのアルカリ金属塩若しくはアミン塩、ポリオキシエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、N−モノメチロール(メタ)アクリルアミド、N−ジメチロール(メタ)アクリルアミド、アリルアミンまたはそのハロゲン化水素酸塩、N−ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、ビニルピリジン、ビニルチオフェン、スチレン、エチル(メタ)アクリル酸エステル、n−ブチル(メタ)アクリル酸エステルなど炭素数1〜24までのアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステルなどを挙げることができる。   Other monomers used together with the monomer having a radical polymerizable group in the synthesis methods (i) and (ii) are not particularly limited. For example, (meth) acrylic acid or an alkali metal salt or amine salt thereof, Itaconic acid or its alkali metal salt or amine salt, styrene sulfonic acid or its alkali metal salt or amine salt, 2-sulfoethyl (meth) acrylate or its alkali metal salt or amine salt, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid or Its alkali metal salt or amine salt, acid phosphooxypolyoxyethylene glycol mono (meth) acrylate or its alkali metal salt or amine salt, polyoxyethylene glycol mono (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate Rate, (meth) acrylamide, N-monomethylol (meth) acrylamide, N-dimethylol (meth) acrylamide, allylamine or its hydrohalide, N-vinylpyrrolidone, vinylimidazole, vinylpyridine, vinylthiophene, styrene, ethyl (Meth) acrylic acid ester, n-butyl (meth) acrylic acid ester, (meth) acrylic acid ester having an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, and the like can be exemplified.

上記(i)の方法で使用されるラジカル重合性基を有するモノマーとしては、例えば、アリル基含有モノマーであり、具体的には、アリル(メタ)アクリレート、2−アリルオキシエチルメタクリレートなどが挙げられる。   Examples of the monomer having a radical polymerizable group used in the method (i) are allyl group-containing monomers, and specific examples include allyl (meth) acrylate and 2-allyloxyethyl methacrylate. .

上記(ii)の合成方法に使用される重合性基前駆体を有するモノマーとしては、2−(3−クロロ−1−オキソプロポキシ)エチルメタクリレートや、特開2003−335814号公報に記載の化合物(i−1〜i−60)を使用することができる。   Examples of the monomer having a polymerizable group precursor used in the synthesis method (ii) include 2- (3-chloro-1-oxopropoxy) ethyl methacrylate and compounds described in JP-A-2003-335814 ( i-1 to i-60) can be used.

更に、上記(iii)の合成方法に用いられる相互作用性基を有する高分子中の、カルボキシル基、アミノ基若しくはそれらの塩、水酸基、またはエポキシ基などの官能基との反応を利用して、重合性基を導入するために用いられるラジカル重合性基を有するモノマーとしては、(メタ)アクリル酸、グリシジル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル、2−イソシアナトエチル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。   Furthermore, utilizing a reaction with a functional group such as a carboxyl group, an amino group or a salt thereof, a hydroxyl group, or an epoxy group in the polymer having an interactive group used in the synthesis method of (iii) above, Examples of the monomer having a radical polymerizable group used for introducing a polymerizable group include (meth) acrylic acid, glycidyl (meth) acrylate, allyl glycidyl ether, and 2-isocyanatoethyl (meth) acrylate.

ラジカル重合性基を有する高分子の一つの例として、一般式(3)で表される繰り返し単位、および一般式(4)で表される繰り返し単位を有する高分子(共重合体)が挙げられる。   As an example of the polymer having a radical polymerizable group, a repeating unit represented by the general formula (3) and a polymer (copolymer) having a repeating unit represented by the general formula (4) can be given. .


(一般式(3)中、Rは、水素原子、またはアルキル基を表す。Rは、カルボキシ基、エステル基、アミド基、二トリル基、スルホン酸基、スルホン酸エステル基、ホスホン酸基、ホスホン酸エステル基、アリール基、ピリジル基、ピロリドン基、またはアルキルカルボニルオキシ基を表す。
一般式(4)中、Rは、水素原子、またはアルキル基を表す。Lは、2価の連結基、または単なる結合手を表す。Rは、アリル基、アクリロイル基、またはメタクリロイル基を表す。)

(In General Formula (3), R 5 represents a hydrogen atom or an alkyl group. R 6 represents a carboxy group, an ester group, an amide group, a nitrile group, a sulfonic acid group, a sulfonic acid ester group, or a phosphonic acid group. Represents a phosphonic acid ester group, an aryl group, a pyridyl group, a pyrrolidone group, or an alkylcarbonyloxy group.
In General Formula (4), R 7 represents a hydrogen atom or an alkyl group. L 3 represents a divalent linking group or a simple bond. R 8 represents an allyl group, an acryloyl group, or a methacryloyl group. )

一般式(3)中、Rは、水素原子、またはアルキル基を表す。アルキル基としては、炭素数1が好ましく、例えば、メチル基などが挙げられる。Rとして、好ましくは水素原子、メチル基である。 In general formula (3), R 5 represents a hydrogen atom or an alkyl group. As an alkyl group, carbon number 1 is preferable, for example, a methyl group etc. are mentioned. R 5 is preferably a hydrogen atom or a methyl group.

一般式(3)中、Rは、カルボキシル基、アリール基、ピリジル基、ピロリドン基、アルキルカルボニルオキシ基(例えば、メチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基)、エステル基、アミド基、二トリル基、スルホン酸基、スルホン酸エステル基、ホスホン酸基、またはホスホン酸エステル基を表す。なかでも、カルボキシル基、エステル基、アミド基、またはアリール基が好ましい。
なお、これらの基(例えば、アリール基)は、さらにアルキル基、アルコキシ基などの置換基を有していてよい。
In general formula (3), R 6 represents a carboxyl group, an aryl group, a pyridyl group, a pyrrolidone group, an alkylcarbonyloxy group (for example, a methylcarbonyloxy group, an ethylcarbonyloxy group), an ester group, an amide group, or a nitrile group. Represents a sulfonic acid group, a sulfonic acid ester group, a phosphonic acid group, or a phosphonic acid ester group. Of these, a carboxyl group, an ester group, an amide group, or an aryl group is preferable.
Note that these groups (for example, an aryl group) may further have a substituent such as an alkyl group or an alkoxy group.

一般式(4)中、Rは、水素原子、またはアルキル基を表す。アルキル基としては、例えば、メチル基などが挙げられる。Rとして、好ましくは水素原子、メチル基である。 In General Formula (4), R 7 represents a hydrogen atom or an alkyl group. Examples of the alkyl group include a methyl group. R 7 is preferably a hydrogen atom or a methyl group.

一般式(4)中、Lは、2価の連結基または単なる結合手を表す。連結基としては、具体的に、アルキレン基(炭素数1〜20が好ましく、炭素数1〜10がより好ましい。例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、シクロヘキシレン基などが挙げられる。)、−O−、アリーレン基(フェニレン基など)、−CO−、−NH−、−COO−、−CONH−またはこれらを組み合わせた基(例えば、アルキレンオキシ基、アルキレンオキシカルボニル基、アルキレンカルボニルオキシ基など)などが挙げられる。なお、これら連結基は、ヒドロキシル基、アルキル基などの置換基を有していてもよい。
が単なる結合手の場合、一般式(4)のRとC(炭素原子)とが直接結合することをさす。
In the general formula (4), L 3 represents a divalent linking group or a simple bond. Specifically, the linking group is an alkylene group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 10 carbon atoms. For example, methylene group, ethylene group, propylene group, butylene group, pentylene group, hexylene group, cyclohexyl group, -O-, arylene group (phenylene group, etc.), -CO-, -NH-, -COO-, -CONH-, or a combination thereof (for example, alkyleneoxy group, alkylene group) Oxycarbonyl group, alkylenecarbonyloxy group, etc.). These linking groups may have a substituent such as a hydroxyl group or an alkyl group.
When L 3 is a simple bond, R 8 in the general formula (4) is directly bonded to C (carbon atom).

一般式(4)中、Rは、Zはアリル基、アクリロイル基、またはメタクリロイル基を表し、なかでもアクリロイル基、メタクリロイル基が好ましい。なお、これらの基は、上述のラジカル重合性基として作用し、基板(または基板表面上の重合開始層)と反応して直接結合を形成する。つまり、これらの基を介して、一般式(3)および一般式(4)で表される繰り返し単位を有する高分子と基板との間で直接結合(共有結合)が形成される。 In General Formula (4), R 8 represents Z represents an allyl group, an acryloyl group, or a methacryloyl group, and among them, an acryloyl group and a methacryloyl group are preferable. These groups act as the above-mentioned radical polymerizable groups, and react with the substrate (or the polymerization initiation layer on the substrate surface) to form a direct bond. That is, a direct bond (covalent bond) is formed between the polymer having the repeating unit represented by the general formula (3) and the general formula (4) and the substrate via these groups.

上述の一般式(3)および一般式(4)で表される繰り返し単位を有する高分子は、連結の様式は特に限定されず、それらが1ずつ交互に連結しても、複数ずつ交互に連結しても、ランダムに連結してもよい。また、他の繰り返し単位を含んでいてもよい。なお、他の繰り返し単位としては、例えば、上述(i)および(ii)の合成方法で説明した他のモノマー由来の繰り返し単位が挙げられる。   The polymer having the repeating units represented by the general formula (3) and the general formula (4) is not particularly limited in the manner of connection. Even if they are alternately connected one by one, they are alternately connected one by one. Or you may connect at random. Moreover, the other repeating unit may be included. In addition, as another repeating unit, the repeating unit derived from the other monomer demonstrated by the synthesis method of the above-mentioned (i) and (ii) is mentioned, for example.

上述の一般式(3)で表される繰り返し単位および一般式(4)で表される繰り返し単位を有する高分子中における、一般式(3)で表される繰り返し単位の含有量は、特に限定されないが、高分子を構成する全繰り返し単位(100モル%)に対して、10〜99モル%が好ましく、60〜95モル%がより好ましい。含有量が少なすぎると、重合性基の比率が多くなり、ポリマー分子同士の架橋反応が起り、膜厚が厚くなりやすい。また含有量が多すぎると、重合性基の比率が少なくなり、膜厚が薄くなると共に、欠陥のない均一な薄膜が得られにくくなる。   The content of the repeating unit represented by the general formula (3) in the polymer having the repeating unit represented by the general formula (3) and the repeating unit represented by the general formula (4) is particularly limited. However, it is preferably 10 to 99 mol%, more preferably 60 to 95 mol%, based on all repeating units (100 mol%) constituting the polymer. If the content is too small, the ratio of polymerizable groups increases, a cross-linking reaction between polymer molecules occurs, and the film thickness tends to increase. Moreover, when there is too much content, while the ratio of a polymeric group will decrease, a film thickness will become thin and it will become difficult to obtain the uniform thin film without a defect.

上述の一般式(3)で表される繰り返し単位および一般式(4)で表される繰り返し単位を有する高分子は、上記(i)〜(iii)の方法を用いて合成することができる。   The polymer having the repeating unit represented by the general formula (3) and the repeating unit represented by the general formula (4) can be synthesized using the methods (i) to (iii).

以下に上述したラジカル重合性基を有する高分子の具体例を挙げるが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、各繰り返し単位中に記載される数値は、それぞれの繰り返し単位のモル%を表す。   Specific examples of the polymer having the radical polymerizable group described above are given below, but the present invention is not limited thereto. In addition, the numerical value described in each repeating unit represents the mol% of each repeating unit.

<シロキサン基またはフッ素含有基を有し、かつ、ラジカル重合性基を有する高分子>
ラジカル重合性基を有する高分子の好ましい例の一つとして、シロキサン基またはフッ素含有基を有し、かつ、ラジカル重合性基を有する高分子が挙げられる。
シロキサン基またはフッ素含有基を有し、かつ、ラジカル重合性基を有する高分子とは、ビニル基、アリル基、(メタ)アクリル基などのラジカル重合性基(エチレン付加重合性不飽和基など)を導入したシロキサン基含有高分子またはフッ素含有基含有高分子である。これら高分子は、少なくとも末端または側鎖にラジカル重合性基を有するものであり、側鎖にラジカル重合性基を有するものがより好ましい。なお、このラジカル重合性基を介して高分子と上述の基板(または基板表面上の重合開始層)との間で直接結合(共有結合)が形成され、基板表面上に高分子膜が形成される。
<Polymer having siloxane group or fluorine-containing group and having radically polymerizable group>
One preferred example of the polymer having a radical polymerizable group is a polymer having a siloxane group or a fluorine-containing group and having a radical polymerizable group.
A polymer having a siloxane group or a fluorine-containing group and having a radically polymerizable group is a radically polymerizable group such as a vinyl group, an allyl group or a (meth) acryl group (such as an ethylene addition polymerizable unsaturated group). A siloxane group-containing polymer or fluorine-containing group-containing polymer into which is introduced. These polymers have a radically polymerizable group at least at the terminal or side chain, and more preferably have a radically polymerizable group in the side chain. A direct bond (covalent bond) is formed between the polymer and the substrate (or the polymerization initiation layer on the substrate surface) via the radical polymerizable group, and a polymer film is formed on the substrate surface. The

シロキサン基またはフッ素含有基を有し、かつ、ラジカル重合性基を有する高分子の重量平均分子量(Mw)は、特に制限されないが、溶媒への溶解性などの観点から、1000〜1000000が好ましく、5000〜500000がより好ましい。   The weight average molecular weight (Mw) of the polymer having a siloxane group or a fluorine-containing group and having a radical polymerizable group is not particularly limited, but is preferably 1,000 to 1,000,000 from the viewpoint of solubility in a solvent, 5,000 to 500,000 is more preferable.

また、シロキサン基またはフッ素含有基を有し、かつ、ラジカル重合性基を有する高分子の合成方法としては、i)シロキサン基またはフッ素原子を含む官能基を有するモノマーと重合性基を有するモノマーとを共重合する方法、ii)シロキサン基またはフッ素原子を含む官能基を有するモノマーと重合性基前駆体を有するモノマーとを共重合させ、次に塩基などの処理により二重結合を導入する方法、iii)シロキサン基またはフッ素原子を含む官能基を有するポリマーと重合性基を有するモノマーとを反応させ、重合性基を導入する方法が挙げられる。
好ましい合成方法は、合成適性の観点から、上記ii)または、iii)の方法が好ましく挙げられる。
Further, as a method for synthesizing a polymer having a siloxane group or a fluorine-containing group and having a radical polymerizable group, i) a monomer having a siloxane group or a functional group containing a fluorine atom and a monomer having a polymerizable group; Ii) a method of copolymerizing a monomer having a functional group containing a siloxane group or a fluorine atom and a monomer having a polymerizable group precursor, and then introducing a double bond by treatment with a base or the like, iii) A method of introducing a polymerizable group by reacting a polymer having a functional group containing a siloxane group or a fluorine atom with a monomer having a polymerizable group.
A preferred synthesis method is preferably the above method ii) or iii) from the viewpoint of synthesis suitability.

本発明のシロキサン基またはフッ素含有基を有し、かつ、ラジカル重合性基を有する高分子は、酸素とケイ素から構成されるシロキサン基、またはフッ素原子を有する官能基(フッ素含有基)を主鎖、または側鎖に含有し、さらに、ラジカル重合性基を含有していればよく、高分子骨格の種類は、特に制限されない。具体的には、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、ノボラック樹脂、クレゾール樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂などが挙げられる。なかでも、本発明で有用なポリマーとしては、アクリル樹脂、スチレン樹脂が好ましい。   The polymer having a siloxane group or a fluorine-containing group of the present invention and having a radical polymerizable group has a siloxane group composed of oxygen and silicon, or a functional group having a fluorine atom (fluorine-containing group) as a main chain. Alternatively, it may be contained in the side chain and further contain a radical polymerizable group, and the type of the polymer skeleton is not particularly limited. Specifically, polyimide resin, epoxy resin, polyethylene resin, polyester resin, urethane resin, novolac resin, cresol resin, acrylic resin, styrene resin, and the like can be given. Especially, as a polymer useful by this invention, an acrylic resin and a styrene resin are preferable.

シロキサン基またはフッ素含有基を有し、かつ、ラジカル重合性基を有する高分子の好適な実施形態の一つとして、以下の一般式(1)で表される繰り返し単位、および一般式(2)で表される繰り返し単位を有する高分子(共重合体)が挙げられる。この高分子は、少なくとも一般式(1)で表される繰り返し単位、および一般式(2)で表される繰り返し単位を有していればよく、それ以外の繰り返し単位が含まれていてもよい。   As a preferred embodiment of the polymer having a siloxane group or a fluorine-containing group and having a radical polymerizable group, a repeating unit represented by the following general formula (1), and a general formula (2) And a polymer having a repeating unit represented by the formula (copolymer). The polymer only needs to have at least the repeating unit represented by the general formula (1) and the repeating unit represented by the general formula (2), and may include other repeating units. .


(一般式(1)中、Rは、水素原子またはアルキル基を表す。Lは、2価の連結基または単なる結合手を表す。Rは、ラジカル重合性基を表す。
一般式(2)中、Rは、水素原子またはアルキル基を表す。Lは、2価の連結基または単なる結合手を表す。Rは、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、または一般式(X)で表される基を表す。)

(In General Formula (1), R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group. L 1 represents a divalent linking group or a simple bond. R 2 represents a radical polymerizable group.
In general formula (2), R 3 represents a hydrogen atom or an alkyl group. L 2 represents a divalent linking group or a simple bond. R 4 represents an alkyl group having a fluorine atom, an aryl group having a fluorine atom, or a group represented by the general formula (X). )


(一般式(X)中、RaおよびRbは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、または一般式(Y)で表される基を表す。Rc、Rd、Re、RfおよびRgは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、またはアリール基を表す。nは、0〜100の整数を表す。*は、Lとの結合位置を示す。)

(In the general formula (X), Ra and Rb each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a group represented by the general formula (Y). Rc, Rd, Re, Rf and Rg are And each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, or an aryl group, n represents an integer of 0 to 100, and * represents a bonding position with L 2. )


(一般式(Y)中、Rh〜Rlは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、またはアリール基を表す。mは、0〜100の整数を表す。**は、一般式(X)との結合位置を示す。)

(In the general formula (Y), Rh to Rl each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, or an aryl group. M represents an integer of 0 to 100. ** represents the general formula (X) and Indicates the bonding position.

一般式(1)中、Rは、水素原子またはアルキル基を表す。アルキル基は分岐していてもよく、またヘテロ原子で置換されていてもよく、さらに不飽和結合を有していてもよい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基などが挙げられる。
なかでも、Rとしてより好ましくは、メチル基、エチル基である。
In general formula (1), R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group. The alkyl group may be branched, may be substituted with a hetero atom, and may further have an unsaturated bond. Specific examples include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and an isopropyl group.
Among these, R 1 is more preferably a methyl group or an ethyl group.

一般式(1)中、Lは、2価の連結基または単なる結合手を表す。連結基としては、特に限定はされず、高分子の物質特性の観点、および合成上の観点より適宜最適な基が選択される。
具体的に、アルキレン基(炭素数1〜20が好ましく、炭素数1〜10がより好ましい。例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基などが挙げられる。)、−O−、−S−、アリーレン基(フェニレン基など)、−CO−、−NH−、−SO−、−COO−、−CONH−、−C≡C−、−N=N−、−CONR−(Rはアルキル基を表す)、またはこれらを組み合わせた基(例えば、アルキレンオキシ基、アルキレンオキシカルボニル基、アルキレンカルボニルオキシ基などが挙げられる。)が挙げられる。
なかでも、−O−、アルキレン基、−CONH−、−COO−、アリーレン基、アルキレンオキシ基、アルキレンオキシカルボニル基、アルキレンカルボニルオキシ基、またはこれらを組み合わせた基が好ましく挙げられる。Lが単なる結合手の場合、一般式(1)のC(炭素原子)とRとが直接結合することをさす。
In general formula (1), L 1 represents a divalent linking group or a simple bond. The linking group is not particularly limited, and an optimal group is appropriately selected from the viewpoint of the material properties of the polymer and the viewpoint of synthesis.
Specifically, an alkylene group (C1-C20 is preferable and C1-C10 is more preferable. For example, a methylene group, ethylene group, a propylene group, a butylene group, a pentylene group, a hexylene group etc. are mentioned), -O -, - S-, (such as a phenylene group) an arylene group, - CO -, - NH - , - SO 2 -, - COO -, - CONH -, - C≡C -, - N = N -, - CONR- (R represents an alkyl group) or a combination thereof (for example, an alkyleneoxy group, an alkyleneoxycarbonyl group, an alkylenecarbonyloxy group, etc.) can be mentioned.
Among these, —O—, an alkylene group, —CONH—, —COO—, an arylene group, an alkyleneoxy group, an alkyleneoxycarbonyl group, an alkylenecarbonyloxy group, or a group obtained by combining these is preferable. When L 1 is a mere bond, it means that C (carbon atom) and R 2 in the general formula (1) are directly bonded.

一般式(1)中、Rは、ラジカル重合性基を表す。Rは、ラジカル重合性を有していれば特に制限されないが、アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基などが好ましく挙げられる。 In general formula (1), R 2 represents a radical polymerizable group. R 2 is not particularly limited as long as it has radical polymerizability, and preferred examples include acryloyl group, methacryloyl group, and vinyl group.

一般式(1)で表される繰り返し単位の具体例を示すが、本発明はこれに限定されない。   Although the specific example of the repeating unit represented by General formula (1) is shown, this invention is not limited to this.

一般式(2)中、Rは、水素原子またはアルキル基を表す。Rで表されるアルキル基は、一般式(1)のRで表されるアルキル基と同義である。Rとして、好ましくは水素原子、メチル基である。 In general formula (2), R 3 represents a hydrogen atom or an alkyl group. The alkyl group represented by R 3 has the same meaning as the alkyl group represented by R 1 in the general formula (1). R 3 is preferably a hydrogen atom or a methyl group.

一般式(2)中、Lは2価の連結基または単なる結合手を表す。Lで表される連結基は、上述した一般式(1)中のLで表される連結基と同義である。なかでも、好ましい連結基としては、−O−、アルキレン基、−CONH−、−COO−、アリーレン基、アルキレンオキシ基、アルキレンオキシカルボニル基、アルキレンカルボニルオキシ基またはこれらを組み合わせた基が挙げられる。Lが単なる結合手の場合、一般式(2)のRとC(炭素原子)とが直接結合することをさす。 In the general formula (2), L 2 represents a divalent linking group or a simple bond. The linking group represented by L 2 has the same meaning as the linking group represented by L 1 in the general formula (1) described above. Among them, preferable examples of the linking group include —O—, an alkylene group, —CONH—, —COO—, an arylene group, an alkyleneoxy group, an alkyleneoxycarbonyl group, an alkylenecarbonyloxy group, or a group obtained by combining these. When L 2 is a simple bond, it means that R 4 in the general formula (2) and C (carbon atom) are directly bonded.

一般式(2)中、Rは、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、または一般式(X)で表される基を表す。
フッ素原子を有するアルキル基とは、少なくともひとつのフッ素原子を有する直鎖、分岐又は環状のアルキル基であり、さらに他の置換基(例えば、ヒドロキシル基、ハロゲン基)を有していてもよい。また、−O−などの連結基を含んでいてもよい。アルキル基としては、炭素数2〜20が好ましく、炭素数3〜10がより好ましい。また、フッ素原子を2個以上有することが好ましい。なかでも、パーフルオロアルキル基(炭素数2〜20が好ましく、炭素数3〜10がより好ましい)が好ましい。
In General Formula (2), R 4 represents an alkyl group having a fluorine atom, an aryl group having a fluorine atom, or a group represented by General Formula (X).
The alkyl group having a fluorine atom is a linear, branched or cyclic alkyl group having at least one fluorine atom, and may further have another substituent (for example, a hydroxyl group or a halogen group). In addition, a linking group such as -O- may be included. As an alkyl group, C2-C20 is preferable and C3-C10 is more preferable. Moreover, it is preferable to have 2 or more fluorine atoms. Especially, a perfluoroalkyl group (C2-C20 is preferable and C3-C10 is more preferable) is preferable.

フッ素原子を有するアルキル基の具体例としては、CF3CH2基、CF3CF2CH2基、CF3CF2(CH26基、CF3CF2CF2CH2基、CF3CHFCF2CH2基、F(CF24CH2CH2基、F(CF24CH2CH2CH2基、F(CF24(CH26基、F(CF23OCF(CF3)CH2基、F(CF26CH2CH2基、F(CF26(CH23基、F(CF26(CH26基、F(CF28CH2CH2基、F(CF28(CH23基、F(CF28(CH26基、F(CF210CH2CH2基、C37OCF(CF3)CF2OCF(CF3)CH2基、(CF32CF(CH26基、(CF32CF(CF22CH2CH2基、(CF32CF(CF24CH2CH2基、(CF32CF(CF26CH2CH2基、CHF2CF2CH2基、H(CF24CH2基、H(CF26CH2基、H(CF28CH2基、(CF32CH基、CF3CHFCF2CH2基、CF3CF2(CH26OCH2CH2基、F(CF23OCF(CF3)CH2OCH2CH2基、H(CF24CH2OCH2CH2基、H(CF26CH2OCH2CH2基、H(CF28CH2OCH2CH2基、CF3CHFCF2CH2OCH2CH2基、C715CH2OCH2CH2基などが挙げられる。 Specific examples of the alkyl group having a fluorine atom include CF 3 CH 2 group, CF 3 CF 2 CH 2 group, CF 3 CF 2 (CH 2 ) 6 group, CF 3 CF 2 CF 2 CH 2 group, and CF 3 CHFCF. 2 CH 2 group, F (CF 2 ) 4 CH 2 CH 2 group, F (CF 2 ) 4 CH 2 CH 2 CH 2 group, F (CF 2 ) 4 (CH 2 ) 6 group, F (CF 2 ) 3 OCF (CF 3 ) CH 2 group, F (CF 2 ) 6 CH 2 CH 2 group, F (CF 2 ) 6 (CH 2 ) 3 group, F (CF 2 ) 6 (CH 2 ) 6 group, F (CF 2) 8 CH 2 CH 2 group, F (CF 2) 8 ( CH 2) 3 group, F (CF 2) 8 ( CH 2) 6 group, F (CF 2) 10 CH 2 CH 2 group, C 3 F 7 OCF (CF 3 ) CF 2 OCF (CF 3 ) CH 2 group, (CF 3 ) 2 CF (CH 2 ) 6 group, (CF 3 ) 2 CF (CF 2 ) 2 CH 2 CH 2 group, (CF 3 ) 2 CF (CF 2 ) 4 CH 2 CH 2 group, (CF 3 ) 2 CF (CF 2 ) 6 CH 2 CH 2 group, CHF 2 CF 2 CH 2 group, H (CF 2 ) 4 CH 2 group, H (CF 2 ) 6 CH 2 group, H (CF 2 ) 8 CH 2 group, (CF 3 ) 2 CH group, CF 3 CHFCF 2 CH 2 group, CF 3 CF 2 (CH 2 ) 6 OCH 2 CH 2 group, F (CF 2 ) 3 OCF (CF 3 ) CH 2 OCH 2 CH 2 group, H (CF 2 ) 4 CH 2 OCH 2 CH 2 group, H (CF 2 ) 6 CH 2 OCH 2 CH 2 group, H (CF 2 ) 8 CH 2 OCH 2 CH 2 Group, CF 3 CHFCF 2 CH 2 OCH 2 CH 2 group, C 7 F 15 CH 2 OCH 2 CH 2 group and the like.

フッ素原子を有するアリール基としては、フェニル基、ナフチル基などのアリール基に少なくとも1つのフッ素原子が置換したものがあげられ、さらに他の置換基を有していてもよい。アリール基としては、炭素数6〜14のアリール基が好ましく、具体的には、フェニル基、トリル基、ジメチルフェニル基、2,4,6−トリメチルフェニル基、ナフチル基、アントリル基、9,10−ジメトキシアントリル基などを好ましく挙げることができる。また、フッ素原子を2個以上有することが好ましい。   Examples of the aryl group having a fluorine atom include those having at least one fluorine atom substituted on an aryl group such as a phenyl group or a naphthyl group, and may further have another substituent. The aryl group is preferably an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, specifically, phenyl group, tolyl group, dimethylphenyl group, 2,4,6-trimethylphenyl group, naphthyl group, anthryl group, 9,10. -A dimethoxyanthryl group etc. can be mentioned preferably. Moreover, it is preferable to have 2 or more fluorine atoms.

一般式(X)中、RaおよびRbは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、または一般式(Y)で表される基を表す。アルキル基としては、好ましくは炭素数1〜6、より好ましくは炭素数1〜3である。ここで、アルキル基は分岐していてもよく、またヘテロ原子で置換されていてもよく、さらに不飽和結合を有していてもよい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基などが挙げられ、好ましくは、メチル基である。
アリール基としては、炭素数6〜14が好ましく、炭素数6〜10がより好ましい。アリール基の具体例として、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基などが挙げら、なかでもフェニル基が好ましい。
In general formula (X), Ra and Rb each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a group represented by general formula (Y). As an alkyl group, Preferably it is C1-C6, More preferably, it is C1-C3. Here, the alkyl group may be branched, may be substituted with a hetero atom, and may further have an unsaturated bond. Specific examples include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and an isopropyl group, and a methyl group is preferable.
As an aryl group, C6-C14 is preferable and C6-C10 is more preferable. Specific examples of the aryl group include a phenyl group, a 1-naphthyl group, and a 2-naphthyl group, and among them, a phenyl group is preferable.

一般式(X)中、Rc、Rd、Re、RfおよびRgは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、またはアリール基を表す。Rc、Rd、Re、RfおよびRgで表されるアルキル基およびアリール基は、それぞれ上述したRaおよびRbで表されるアルキル基およびアリール基と同義である。   In General Formula (X), Rc, Rd, Re, Rf, and Rg each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, or an aryl group. The alkyl group and aryl group represented by Rc, Rd, Re, Rf and Rg have the same meanings as the alkyl group and aryl group represented by Ra and Rb, respectively.

一般式(X)中、nは、0〜100の整数を表す。なかでも、3〜30が好ましく、より好ましくは5〜20である。なお、nが2以上の場合、RcおよびRdで表される基は、同一であっても、異なっていてもよい。   In general formula (X), n represents the integer of 0-100. Especially, 3-30 are preferable, More preferably, it is 5-20. When n is 2 or more, the groups represented by Rc and Rd may be the same or different.

一般式(Y)中、Rh〜Rlは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、またはアリール基を表す。Rh〜Rlで表されるアルキル基は、上述した一般式(X)中のRaおよびRbで表されるアルキル基と同義である。また、Rh〜Rlで表されるアリール基は、上述した一般式(X)中のRaおよびRbで表されるアリール基と同義である。   In general formula (Y), Rh to Rl each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, or an aryl group. The alkyl group represented by Rh to Rl has the same meaning as the alkyl group represented by Ra and Rb in the general formula (X) described above. Moreover, the aryl group represented by Rh-Rl is synonymous with the aryl group represented by Ra and Rb in general formula (X) mentioned above.

一般式(Y)中、mは0〜100の整数を表す。なかでも、0〜30が好ましく、より好ましくは5〜20である。mが2以上の場合、RhおよびRiで表される基は、同一であっても、異なっていてもよい。   In general formula (Y), m represents an integer of 0 to 100. Especially, 0-30 are preferable, More preferably, it is 5-20. When m is 2 or more, the groups represented by Rh and Ri may be the same or different.

一般式(2)で表される繰り返し単位の具体例としては、上述の特公昭51−42961号公報、同54−6512号公報、同57−57096号公報、同58−53656号公報などに開示されているようなシリコーン化合物由来の繰り返し単位が挙げられる。商品名では、FM0711、FM0721、FM0725、PS583(以上、チッソ(株))、KNS−50002、KNS−5100、KNS−5200、KNS−5300、KP−600、X−62−7052、X−62−7100、X−62−7112、X−62−7140、X−62−7144、X−62−7153、X−62−7157、X−62−7158、X−62−7166、X−62−7168、X−62−7177、X−62−7180、X−62ー7181、X−62−7192、X−62−7200、X−62−7203、X−62−7205、X−62−7931、KM−875、X−62−7296A/B、X−62−7305A/B、X−62−7028A/B、X−62−5039A/B、X−62−5040A/B(以上、信越化学工業(株))、RC149、RC300、RC450、RC802、RC710、RC715、RC720、RC730(以上、ゴールドシュミット社)、EBECRYL350、EBECRYL1360(以上、ダイセルUCB(株))などが挙げられる。
また、以下のようなフッ素含有モノマー由来の繰り返し単位も挙げられる。CF(CFCHCHOCOCH=CH、CFCHOCOCH=CH、CF(CFCHCHOCOC(CH)=CH、C15CON(C)CHOCOC(CH)=CH、CF(CFSON(CH)CHCHOCOCH=CH、CSON(C)CHCHOCOC(CH)=CH、(CFCF(CF(CHOCOCH=CH、(CFCF(CF10(CHOCOC(CH)=CH、CF(CFCH(CH)OCOC(CH)=CH、CFCHOCHCHOCOCH=CH、C(CHCHO)CHOCOCH=CH、(CFCFO(CHOCOCH=CH、CF(CFOCHCHOCOC(CH)=CH、CCON(C)CHOCOCH=CH、CF(CFCON(CH)CH(CH)CHOCOCH=CH、H(CFC(C)OCOC(CH)=CH、H(CFCHOCOCH=CH、H(CFCHOCOCH=CH、H(CFCHOCOC(CH)=CH、CF(CFSON(CH)CHCHOCOC(CH)=CH、CF(CFSON(CH)(CH10OCOCH=CH、CSON(C)CHCHOCOC(CH)=CH、CF(CFSON(CH)(CHOCOCH=CH、CSON(C)C(C)HCHOCOCH=CHなどが挙げられる。なお、本発明はこれらに限定されない。
Specific examples of the repeating unit represented by the general formula (2) are disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Publication Nos. 51-42961, 54-6512, 57-57096, 58-53656, and the like. And repeating units derived from silicone compounds. In terms of product names, FM0711, FM0721, FM0725, PS583 (above, Chisso Corporation), KNS-50002, KNS-5100, KNS-5200, KNS-5300, KP-600, X-62-7052, X-62- 7100, X-62-7112, X-62-7140, X-62-7144, X-62-7153, X-62-7157, X-62-7158, X-62-7166, X-62-7168, X-62-7177, X-62-7180, X-62-7181, X-62-7192, X-62-7200, X-62-7203, X-62-7205, X-62-7931, KM- 875, X-62-7296 A / B, X-62-7305 A / B, X-62-7028 A / B, X-62-5039 A / B, X-62-5 40A / B (above, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), RC149, RC300, RC450, RC802, RC710, RC715, RC720, RC730 (above, Goldschmidt), EBECRYL350, EBECRYL1360 (above, Daicel UCB) Is mentioned.
Moreover, the repeating unit derived from the following fluorine-containing monomers is also mentioned. CF 3 (CF 2 ) 7 CH 2 CH 2 OCOCH═CH 2 , CF 3 CH 2 OCOCH═CH 2 , CF 3 (CF 2 ) 4 CH 2 CH 2 OCOC (CH 3 ) ═CH 2 , C 7 F 15 CON (C 2 H 5) CH 2 OCOC (CH 3) = CH 2, CF 3 (CF 2) 7 SO 2 N (CH 3) CH 2 CH 2 OCOCH = CH 2, C 2 F 5 SO 2 N (C 3 H 7) CH 2 CH 2 OCOC (CH 3) = CH 2, (CF 3) 2 CF (CF 2) 6 (CH 2) 3 OCOCH = CH 2, (CF 3) 2 CF (CF 2) 10 (CH 2 ) 3 OCOC (CH 3 ) ═CH 2 , CF 3 (CF 2 ) 4 CH (CH 3 ) OCOC (CH 3 ) ═CH 2 , CF 3 CH 2 OCH 2 CH 2 OCOCH═CH 2 , C 2 F 5 (CH 2 CH 2 O ) 2 CH 2 OCOCH = CH 2, (CF 3) 2 CFO (CH 2) 5 OCOCH = CH 2, CF 3 (CF 2) 4 OCH 2 CH 2 OCOC (CH 3) = CH 2, C 2 F 5 CON (C 2 H 5) CH 2 OCOCH = CH 2, CF 3 (CF 2) 2 CON (CH 3) CH (CH 3) CH 2 OCOCH = CH 2, H (CF 2) 6 C (C 2 H 5 ) OCOC (CH 3 ) ═CH 2 , H (CF 3 ) 8 CH 2 OCOCH═CH 2 , H (CF 2 ) 4 CH 2 OCOCH═CH 2 , H (CF 2 ) 6 CH 2 OCOC (CH 3) = CH 2, CF 3 (CF 2) 7 SO 2 N (CH 3) CH 2 CH 2 OCOC (CH 3) = CH 2, CF 3 (CF 2) 7 SO 2 N (CH 3 (CH 2) 10 OCOCH = CH 2, C 2 F 5 SO 2 N (C 2 H 5) CH 2 CH 2 OCOC (CH 3) = CH 2, CF 3 (CF 2) 7 SO 2 N (CH 3) (CH 2) 4 OCOCH = CH 2, C 2 F 5 SO 2 N (C 2 H 5) C (C 2 H 5) etc. HCH 2 OCOCH = CH 2 and the like. The present invention is not limited to these.

一般式(1)で表される繰り返し単位および一般式(2)で表される繰り返し単位を有する高分子(共重合体)は、一般式(1)で表される繰り返し単位および一般式(2)で表される繰り返し単位のみからなるコポリマーであってもよく、他の種類の繰り返し単位が含まれていてもよい。連結の様式は特に限定されず、一般式(1)で表される繰り返し単位および一般式(2)で表される繰り返し単位が1ずつ交互に連結しても、複数ずつ交互に連結しても、ランダムに連結してもよい。また、この高分子は、複数の種類の異なる一般式(1)で表される繰り返し単位、および一般式(2)で表される繰り返し単位を有していてもよい。   The polymer (copolymer) having the repeating unit represented by the general formula (1) and the repeating unit represented by the general formula (2) includes the repeating unit represented by the general formula (1) and the general formula (2). Copolymers consisting only of repeating units represented by () may be included, and other types of repeating units may be included. The mode of connection is not particularly limited, and the repeating unit represented by the general formula (1) and the repeating unit represented by the general formula (2) may be alternately connected one by one or may be alternately connected by a plurality. , You may connect at random. The polymer may have a plurality of different types of repeating units represented by the general formula (1) and repeating units represented by the general formula (2).

上記他の種類の繰り返し単位としては、特に限定されず、オレフィン類(エチレン、プロピレン、イソプレン、塩化ビニル、塩化ビニリデン等)、アクリル酸エステル類(アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等)、メタクリル酸エステル類(メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル等)、スチレン誘導体(スチレン、p−ヒドロキシメチルスチレン、p−メトキシスチレン等)、ビニルエーテル類(メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、t−ブチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル等)、ビニルエステル類(酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、桂皮酸ビニル等)、不飽和カルボン酸類(アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸等)、アクリルアミド類(N,N−ジメチルアクリルアミド、N−tert−ブチルアクリルアミド、N−シクロヘキシルアクリルアミド等)、メタクリルアミド類(N,N−ジメチルメタクリルアミド)、アクリロニトリル由来の繰り返し単位が挙げられる。   The other types of repeating units are not particularly limited, but olefins (ethylene, propylene, isoprene, vinyl chloride, vinylidene chloride, etc.), acrylate esters (methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, etc.) , Methacrylates (methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, etc.), styrene derivatives (styrene, p-hydroxymethylstyrene, p-methoxystyrene, etc.), vinyl ethers (methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, isopropyl vinyl ether, t-butyl vinyl ether, cyclohexyl vinyl ether, etc.), vinyl esters (vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl cinnamate, etc.), unsaturated carboxylic acids (acrylic acid, methacrylic acid, croton) , Maleic acid, itaconic acid, etc.), acrylamides (N, N-dimethylacrylamide, N-tert-butylacrylamide, N-cyclohexylacrylamide, etc.), methacrylamides (N, N-dimethylmethacrylamide), repeated from acrylonitrile Units are listed.

一般式(1)で表される繰り返し単位、および一般式(2)で表される繰り返し単位を有する高分子中における、一般式(1)で表される繰り返し単位の含有量は、特に限定されないが、高分子を構成する全繰り返し単位(100モル%)に対して、0.5〜80モル%が好ましく、1.0〜60モル%がより好ましい。上記範囲内であれば、より強固に基板と結合することが可能である。
また、一般式(2)で表される繰り返し単位の含有量は、特に限定されないが、高分子を構成する全繰り返し単位(100モル%)に対して、5〜99モル%が好ましく、10〜95モル%がより好ましい。上記範囲内であれば、より配列の整った相分離構造が得られる。
The content of the repeating unit represented by the general formula (1) in the polymer having the repeating unit represented by the general formula (1) and the repeating unit represented by the general formula (2) is not particularly limited. However, 0.5-80 mol% is preferable with respect to all repeating units (100 mol%) constituting the polymer, and 1.0-60 mol% is more preferable. Within the above range, it is possible to bond to the substrate more firmly.
Further, the content of the repeating unit represented by the general formula (2) is not particularly limited, but is preferably 5 to 99 mol% with respect to all repeating units (100 mol%) constituting the polymer. 95 mol% is more preferable. If it is in the above-mentioned range, a more ordered phase separation structure can be obtained.

一般式(1)で表される繰り返し単位、および一般式(2)で表される繰り返し単位を有する高分子の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。なお、図中の一般式(1)で表される繰り返し単位、および一般式(2)で表される繰り返し単位に記載されている数値は、モル%を意味する。また、シロキサン結合部位中の数値11は、繰り返し単位数を表す。   Specific examples of the polymer having the repeating unit represented by the general formula (1) and the repeating unit represented by the general formula (2) are shown below, but the present invention is not limited thereto. In addition, the numerical value described in the repeating unit represented by General formula (1) and the repeating unit represented by General formula (2) in a figure means mol%. Further, the numerical value 11 in the siloxane bonding site represents the number of repeating units.

<その他の高分子>
本発明の高分子膜の作製に使用される、上述のラジカル重合性基を有する高分子以外の他の高分子としては、特に制限されず、汎用性の高分子を使用することができる。例えば、ポリスチレン、ポリ(2−ビニルピリジン)、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルアクリレートなどのアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリ(4−ブロモ)スチレンなどのスチレン樹脂、ポリカーボネートなどのカーボネート樹脂、ポリアクリルアミド、ポリ(N-メチル)アクリルアミド、ポリビニルピロリドンなどのアミド樹脂、ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリイソブテン、ポリブタジエンなどのオレフィン樹脂、ポリビニルピリジンなどのヘテロ環を含むビニル樹脂などを挙げることができる。なかでも、好ましくは、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピリジンなどが挙げられる。
<Other polymers>
The polymer other than the above-described polymer having a radical polymerizable group used for producing the polymer film of the present invention is not particularly limited, and a general-purpose polymer can be used. For example, acrylic resins such as polystyrene, poly (2-vinylpyridine), polymethyl methacrylate, polybutyl acrylate, styrene resins such as polystyrene and poly (4-bromo) styrene, carbonate resins such as polycarbonate, polyacrylamide, poly (N Examples thereof include amide resins such as -methyl) acrylamide and polyvinylpyrrolidone, olefin resins such as polyethylene, polyvinylidene chloride, polyisobutene and polybutadiene, and vinyl resins containing a heterocycle such as polyvinylpyridine. Of these, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl pyridine and the like are preferable.

上記他の高分子の分子量は、使用されるラジカル重合性基を有する高分子の種類、分子量などにより適宜選択されるが、取り扱いやすさの点で、1000〜300万が好ましく、3000〜100万がより好ましい。   The molecular weight of the other polymer is appropriately selected depending on the type and molecular weight of the polymer having a radical polymerizable group to be used, and is preferably 1,000 to 3,000,000, and preferably 3,000 to 1,000,000 in terms of ease of handling. Is more preferable.

本発明の高分子膜を得るために、2種以上の高分子が使用される。得られる高分子膜の相分離構造の制御が容易な点で、2種の高分子を使用することが好ましい。2種のラジカル重合性基を有する高分子を使用してもよいし、ラジカル重合性基を有する高分子と他の高分子とを併用してもよい。   In order to obtain the polymer film of the present invention, two or more kinds of polymers are used. In view of easy control of the phase separation structure of the resulting polymer membrane, it is preferable to use two types of polymers. A polymer having two kinds of radical polymerizable groups may be used, or a polymer having a radical polymerizable group and another polymer may be used in combination.

本発明で使用される高分子の好適な組み合わせとして、シロキサン基とラジカル重合性基とを有する高分子と、フッ素含有基とラジカル重合性基とを有する高分子の組み合わせが挙げられる。   A preferred combination of polymers used in the present invention includes a combination of a polymer having a siloxane group and a radical polymerizable group, and a polymer having a fluorine-containing group and a radical polymerizable group.

本発明で使用される全高分子中のラジカル重合性基を有する高分子の含有量は、所望の微細パターンの構造により適宜最適な量が選択される。
例えば、ラジカル重合性基を有する高分子とそれ以外の高分子(例えば、ポリスチレン)を使用する場合は、微細パターンの制御がより容易な点で、その質量混合比(ラジカル重合性基を有する高分子:それ以外の高分子)は、1:50〜50:1が好ましく、1:5〜5:1がより好ましい。
また、2種の高分子として、シロキサン基とラジカル重合性基とを有する高分子と、フッ素含有基とラジカル重合性基とを有する高分子とを使用する場合は、微細パターンの制御がより容易な点で、その質量混合比(シロキサン基とラジカル重合性基を有する高分子:フッ素含有基とラジカル重合性とを有する高分子)は、1:50〜50:1が好ましく、1:5〜5:1がより好ましい。
The content of the polymer having a radical polymerizable group in all the polymers used in the present invention is appropriately selected depending on the desired fine pattern structure.
For example, when using a polymer having a radical polymerizable group and a polymer other than that (for example, polystyrene), the mass mixing ratio (high value having a radical polymerizable group is high in that the fine pattern can be controlled more easily. 1: Molecule: other polymer) is preferably 1:50 to 50: 1, more preferably 1: 5 to 5: 1.
In addition, when using a polymer having a siloxane group and a radically polymerizable group and a polymer having a fluorine-containing group and a radically polymerizable group as the two types of polymers, it is easier to control the fine pattern. In particular, the mass mixing ratio (polymer having siloxane group and radical polymerizable group: polymer having fluorine-containing group and radical polymerizable group) is preferably from 1:50 to 50: 1, and preferably from 1: 5 to 5: 1 is more preferred.

<製造方法>
本発明に係る高分子膜および積層体を製造するための方法は、主に以下の3つの工程より構成される。
<工程1> ラジカル重合性基を有する高分子を少なくとも1種含む、2種以上の高分子を、露光によりラジカルを発生しうる基板表面上に接触させて、基板表面上に相分離構造を有する高分子膜を形成する膜形成工程
<工程2> 膜形成工程で形成された高分子膜を露光し、高分子膜を基板に固定化する固定化工程
<工程3> 固定化工程で得られた高分子膜を溶媒で洗浄する洗浄工程
以下、各工程について詳細に説明する。
<Manufacturing method>
The method for producing a polymer film and a laminate according to the present invention mainly comprises the following three steps.
<Step 1> Two or more kinds of polymers containing at least one kind of polymer having a radical polymerizable group are brought into contact with the substrate surface capable of generating radicals upon exposure to have a phase separation structure on the substrate surface. Film forming step for forming a polymer film <Step 2> The polymer film formed in the film forming step is exposed to light, and the fixing step for fixing the polymer film to the substrate <Step 3> obtained in the fixing step Cleaning step for cleaning polymer membrane with solvent Hereinafter, each step will be described in detail.

<膜形成工程>
膜形成工程は、露光によりラジカルを発生しうる基板表面上に、ラジカル重合性基を有する高分子を少なくとも1種含む、2種以上の高分子を接触させて、基板表面上に相分離構造を有する高分子膜を形成する工程である。
上述の高分子を基板表面上に接触させる方法は、特に制限されないが、例えば、使用される高分子を溶解した溶液または分散した分散液を、スピンコート法などによって基板に塗布する方法(塗布方法)または、その溶液または分散液に基板を浸漬する方法(浸漬方法)などが挙げられる。取り扱い性や製造効率の観点からは、塗布方法が好ましい。なお、塗布方法や浸漬方法の実験条件は、使用される高分子などにより適宜最適な条件が選択される。
<Film formation process>
In the film forming step, two or more kinds of polymers including at least one kind of polymer having a radical polymerizable group are brought into contact with the substrate surface capable of generating radicals upon exposure to form a phase separation structure on the substrate surface. This is a step of forming a polymer film.
The method of bringing the above polymer into contact with the substrate surface is not particularly limited. For example, a method in which a solution in which the polymer to be used is dissolved or a dispersion in which the polymer is used is applied to the substrate by a spin coating method (application method). Or a method of immersing the substrate in the solution or dispersion (immersion method). From the viewpoint of handleability and production efficiency, a coating method is preferred. As the experimental conditions for the coating method and the dipping method, optimum conditions are appropriately selected depending on the polymer used.

使用される溶媒は、使用される高分子などの種類によって適宜最適な溶媒が選択される。例えば、テトラヒドロフラン、トルエン、1−メトキシ−2−プロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、水などが挙げられる。なかでも、テトラヒドロフラン、トルエン、1−メトキシ−2−プロパノールが好ましい。   As the solvent to be used, an optimal solvent is appropriately selected depending on the type of polymer to be used. For example, tetrahydrofuran, toluene, 1-methoxy-2-propanol, acetone, methyl ethyl ketone, water and the like can be mentioned. Of these, tetrahydrofuran, toluene, and 1-methoxy-2-propanol are preferable.

溶液または分散液中の使用される全高分子の濃度としては、用いられる高分子によって異なるが、0.1〜30質量%が好ましく、0.5〜10質量%であることがより好ましい。上記範囲内であれば、得られる高分子膜の膜厚の制御がより容易となり、膜厚の均一性がより高まる。   The concentration of the total polymer used in the solution or dispersion varies depending on the polymer used, but is preferably 0.1 to 30% by mass, and more preferably 0.5 to 10% by mass. If it is in the said range, control of the film thickness of the polymer film obtained will become easier, and the uniformity of film thickness will increase more.

また、本発明の目的を損なわない範囲で、必要に応じて上記溶液に界面活性剤など添加剤を加えてもよい。例えば、界面活性剤としては、n−ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアニオン性界面活性剤や、n−ドデシルトリメチルアンモニウムクロライドなどのカチオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル(市販品として、例えば、エマルゲン910、花王(株)製など)、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート(市販品としては、例えば、商品名「ツイーン20」など)、ポリオキシエチレンラウリルエーテルなどの非イオン性界面活性剤などが挙げられる。   Moreover, you may add additives, such as surfactant, to the said solution as needed in the range which does not impair the objective of this invention. For example, as the surfactant, an anionic surfactant such as sodium n-dodecylbenzenesulfonate, a cationic surfactant such as n-dodecyltrimethylammonium chloride, polyoxyethylene nonylphenol ether (as a commercial product, for example, Emulgen 910, manufactured by Kao Corporation, etc.), polyoxyethylene sorbitan monolaurate (commercially available products such as “Tween 20”), nonionic surfactants such as polyoxyethylene lauryl ether, etc. Can be mentioned.

上述の膜形成工程の後に、必要に応じて、得られる膜を乾燥する工程(乾燥工程)を設けてもよい。乾燥条件は、使用する高分子などにより適宜最適な条件が選択される。   After the above-mentioned film formation process, you may provide the process (drying process) of drying the film | membrane obtained as needed. As drying conditions, optimum conditions are appropriately selected depending on the polymer used.

本発明の膜形成工程で得られる高分子膜は、2種以上(好ましくは2種)の高分子から構成される相分離構造を有している。相分離構造は、使用される高分子やその組成などにより種々の構造に制御することができ、例えば、海島構造、共連続構造、シリンダー構造、ラメラ構造などが挙げられる。   The polymer film obtained in the film forming step of the present invention has a phase separation structure composed of two or more (preferably two) polymers. The phase separation structure can be controlled to various structures depending on the polymer used and its composition, and examples thereof include a sea-island structure, a co-continuous structure, a cylinder structure, and a lamella structure.

本工程で得られる高分子膜の膜厚は、使用される用途などに応じて、適宜最適な膜厚が選択される。なかでも、相分離構造をより再現性よく形成できる点で、0.1〜500nmが好ましく、0.5〜100nmがより好ましい。   As the film thickness of the polymer film obtained in this step, an optimum film thickness is appropriately selected according to the application to be used. Especially, 0.1-500 nm is preferable and 0.5-100 nm is more preferable at the point which can form a phase-separation structure more reproducibly.

<固定化工程>
固定化工程では、上述の膜形成工程で得られた高分子膜を所定の露光波長で露光し、基板表面に発生したラジカルを起点として、ラジカル重合性基を有する高分子を基板表面に結合(固定化)させる工程である。
<Immobilization process>
In the immobilization step, the polymer film obtained in the above-described film formation step is exposed at a predetermined exposure wavelength, and a polymer having a radical polymerizable group is bound to the substrate surface from the radical generated on the substrate surface ( Fixing).

露光は、基板の重合開始能を生じさせることのできる露光を意味する。例えば、上述の重合開始層の重合開始部位(Y)において開裂を生じさせることのできる露光を意味する。
露光光源としては、特に限定されず、高圧水銀灯、低圧水銀灯、ハロゲンランプ、キセノンランプ、エキシマレーザー、色素レーザーなどが用いられる。
Exposure means exposure which can produce the superposition | polymerization initiating ability of a board | substrate. For example, it means exposure that can cause cleavage at the polymerization initiation site (Y) of the polymerization initiation layer.
The exposure light source is not particularly limited, and a high pressure mercury lamp, a low pressure mercury lamp, a halogen lamp, a xenon lamp, an excimer laser, a dye laser, or the like is used.

露光条件は、使用する高分子の種類や使用する光源などによって適宜最適な条件が選択されるが、通常、露光時間は0.1〜30分である。また、露光エネルギーとしては、1mJ/cm以上であることが好ましく、10mJ/cm以上であることがより好ましい。
露光は、酸素の影響を低減させるため、窒素などの不活性雰囲気下や真空下で行われることが好ましい。
As the exposure conditions, optimum conditions are appropriately selected depending on the type of polymer to be used and the light source to be used, but the exposure time is usually 0.1 to 30 minutes. As the exposure energy is preferably at 1 mJ / cm 2 or more, and more preferably 10 mJ / cm 2 or more.
The exposure is preferably performed under an inert atmosphere such as nitrogen or under vacuum in order to reduce the influence of oxygen.

なお、露光の際に、320nm以上の波長の光のみを照射することにより、膜厚が非常に薄い、基板と直接結合した高分子薄膜を得ることができる。
露光波長に320nm未満の波長の光が含まれていると、ラジカル重合性基を有する高分子が基板と反応するだけでなく、高分子鎖の切断や、ラジカル重合性基の光吸収によりラジカルが発生し、高分子同士の分子内架橋が進行する。一方、露光波長が320nm以上の場合は、ラジカル重合性基を有する高分子が、実質的に基板表面に発生したラジカルとのみ反応する。したがって、発生するラジカルとラジカル重合性基を有する高分子は基板界面で反応し、薄い高分子膜が得られる。
Note that a polymer thin film having a very thin film thickness and directly bonded to the substrate can be obtained by irradiating only light having a wavelength of 320 nm or more during exposure.
If the exposure wavelength contains light having a wavelength of less than 320 nm, not only the polymer having a radical polymerizable group reacts with the substrate, but also radicals are broken by breaking the polymer chain or absorbing the radical polymerizable group. Occurs, and intramolecular cross-linking between polymers proceeds. On the other hand, when the exposure wavelength is 320 nm or more, the polymer having a radical polymerizable group substantially reacts only with radicals generated on the substrate surface. Accordingly, the generated radical and the polymer having a radical polymerizable group react at the substrate interface, and a thin polymer film is obtained.

320nm以上の露光波長の光を照射する場合は、320nm以上の波長の光のみを発する光源を用いる方法や、320nm以上の波長の光のみを透過させる、つまり、ラジカル重合性基が光吸収してしまう波長の光をカットするカットフィルターを用いて露光を行う方法が用いられる。具体的には、320nm未満の波長の光を実質的にカットするガラス(青色ガラス、松並ガラス社製)などのカットフィルターを用いて露光を行う方法が用いられる。   When irradiating light with an exposure wavelength of 320 nm or more, a method using a light source that emits only light with a wavelength of 320 nm or more, or transmitting only light with a wavelength of 320 nm or more, that is, the radical polymerizable group absorbs light. A method is used in which exposure is performed using a cut filter that cuts off light of a wavelength that would cause the loss. Specifically, a method of performing exposure using a cut filter such as glass (blue glass, manufactured by Matsunami Glass Co.) that substantially cuts light having a wavelength of less than 320 nm is used.

<洗浄工程>
洗浄工程では、固定化工程後に、露光および固定された高分子膜を所定の溶媒で洗浄することにより、基板と結合していない未反応の高分子を取り除く工程である。
具体的には、得られた基板に溶媒浸漬や溶媒洗浄などの処理を施して、基板上に残存する未反応の高分子を除去する工程である。使用する溶媒は、膜形成工程で使用したラジカル重合性基を有する高分子の種類などにより適宜最適な溶媒が使用される。例えば、テトラヒドロフラン、トルエン、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、水、メタノール、アルカリ水などが挙げられる。なお、洗浄の際に、超音波などの手段を併用して用いてもよい。
<Washing process>
The washing step is a step of removing unreacted polymer that is not bonded to the substrate by washing the exposed and fixed polymer film with a predetermined solvent after the fixing step.
Specifically, this is a step of removing unreacted polymer remaining on the substrate by subjecting the obtained substrate to a treatment such as solvent immersion or solvent washing. As the solvent to be used, an optimal solvent is appropriately used depending on the type of polymer having a radical polymerizable group used in the film forming step. For example, tetrahydrofuran, toluene, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, water, methanol, alkaline water and the like can be mentioned. In cleaning, ultrasonic means or the like may be used in combination.

上述のように露光波長として320nm以上の光のみを照射した場合は、この洗浄工程の処理を施すことにより、高分子膜中の未反応の高分子が除去され、基板と直接結合した、膜厚が非常に薄い高分子膜を得ることができる。
また、320nm以上の露光波長で塗布膜を露光することにより、ラジカル重合性基を有する高分子を含む溶液の塗布膜の膜厚に関わらず、露光後に均一な膜厚の高分子薄膜が得られるという特徴がある。基板が平坦でない凹凸表面で、塗布時に塗布膜の場所によって膜厚の差が大きくあったとしても、本願に係る方法によれば、種々の基板上に均一な膜厚の高分子薄膜を作製できる。つまり、本願に係る高分子薄膜は、基板の表面形状に対して優れた追随性(凹凸追随性)を示す。そのため、各種レンズ(両凸レンズ、凹凸レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、両凹レンズ)などの凹凸曲面や、剣山状の微細突起を有する面などに対して、その表面形状を保持しつつ、種々の面上に均一な膜厚の超薄膜コートが可能となる。例えば、基板の表面平均粗さと高分子薄膜の表面平均粗さとの差は、好ましくはRaの値で10nm以下程度である。
As described above, when only the light having an exposure wavelength of 320 nm or more is irradiated, by performing this cleaning process, the unreacted polymer in the polymer film is removed and directly bonded to the substrate. A very thin polymer film can be obtained.
Further, by exposing the coating film at an exposure wavelength of 320 nm or more, a polymer thin film having a uniform film thickness after exposure can be obtained regardless of the thickness of the coating film of the solution containing the polymer having a radical polymerizable group. There is a feature. Even if the substrate has uneven surface and the difference in film thickness is large depending on the location of the coating film at the time of coating, the method according to the present application can produce a polymer thin film having a uniform film thickness on various substrates. . That is, the polymer thin film according to the present application exhibits excellent followability (irregularity followability) with respect to the surface shape of the substrate. Therefore, various surfaces are maintained while maintaining the surface shape of uneven surfaces such as various convex lenses (biconvex lens, concave / convex lens, plano-convex lens, plano-concave lens, biconcave lens) and surfaces having fine sword-like projections. An ultra-thin film with a uniform film thickness can be formed on the top. For example, the difference between the surface average roughness of the substrate and the surface average roughness of the polymer thin film is preferably about 10 nm or less in terms of Ra.

使用される2種以上(好ましくは2種)の高分子が、ラジカル重合性基を有する高分子の場合、得られる高分子膜は、膜形成工程で形成された相分離構造を有する。つまり、露光によりラジカルを発生しうる基板表面と2種以上のラジカル重合性基を有する高分子とが直接結合して、基板表面上に形成される、相分離構造を有する高分子膜が得られる。そのため、高分子膜の表面上には、相分離構造に由来した微細パターン形状が現れる。よって、膜形成工程で所定の相分離構造を作製することにより、所望の微細パターンを有する高分子膜を得ることができる。   In the case where two or more (preferably two) polymers used are polymers having a radical polymerizable group, the resulting polymer membrane has a phase separation structure formed in the membrane formation step. That is, the surface of the substrate capable of generating radicals upon exposure and the polymer having two or more kinds of radical polymerizable groups are directly bonded to each other to obtain a polymer film having a phase separation structure formed on the substrate surface. . Therefore, a fine pattern shape derived from the phase separation structure appears on the surface of the polymer film. Therefore, a polymer film having a desired fine pattern can be obtained by producing a predetermined phase separation structure in the film formation step.

また、使用される2種以上(好ましくは2種)の高分子の一方がラジカル重合性基を有しない高分子(例えば、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレートなど)の場合には、この洗浄工程の処理を施すことにより、膜形成工程で形成された相分離構造の一方の分離相を構成する、基板と反応していない高分子相が除去され、基板表面と直接結合したパターン状の高分子膜を得ることができる。より具体的には、海島構造の海状部分が除去されて得られる、島状に離散して形成されるパターン状の高分子膜や、海島構造の島状部分が除去されて得られる開口部を有する高分子膜(島状に離散した貫通孔を有する高分子膜)などが挙げられる。   In addition, when one of two or more (preferably two) polymers used is a polymer that does not have a radical polymerizable group (for example, polystyrene, polymethyl methacrylate, etc.), the treatment in this washing step is performed. By applying, a polymer phase that does not react with the substrate and constitutes one of the separated phases of the phase separation structure formed in the film forming step is removed, and a patterned polymer film directly bonded to the substrate surface is obtained. be able to. More specifically, a patterned polymer film formed discretely in an island shape obtained by removing the sea-like portion of the sea-island structure, or an opening obtained by removing the island-like portion of the sea-island structure And the like (polymer films having through-holes dispersed in islands) and the like.

<高分子膜および積層体>
次に、上述の製造方法により得られる本発明の高分子膜および積層体について、図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
<Polymer film and laminate>
Next, the polymer film and laminate of the present invention obtained by the above-described production method will be described in detail based on preferred embodiments shown in the drawings.

図1は、本発明の積層体の一実施形態の模式的断面図である。
同図に示す積層体10は、露光によりラジカルを発生しうる基板12と基板12に直接結合した高分子膜14とから構成される。同図において、高分子膜14では、ポリマーAからなる相16とポリマーBからなる相18とからミクロ相分離構造(海島構造)を形成する。また、同図において、露光によりラジカルを発生しうる基板12、高分子膜14の厚みは該図によっては限定されない。なお、積層体10は、2種のラジカル重合性基を有する高分子を使用した場合に得られる積層体である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the laminate of the present invention.
The laminate 10 shown in the figure is composed of a substrate 12 capable of generating radicals upon exposure and a polymer film 14 directly bonded to the substrate 12. In the figure, in the polymer film 14, a micro phase separation structure (sea-island structure) is formed from the phase 16 made of the polymer A and the phase 18 made of the polymer B. In the same figure, the thicknesses of the substrate 12 and the polymer film 14 that can generate radicals upon exposure are not limited by the figure. In addition, the laminated body 10 is a laminated body obtained when using the polymer which has 2 types of radically polymerizable groups.

高分子膜14の膜厚は、使用される高分子や露光条件などにより、適宜制御することができる。なかでも、機能性材料設計の観点から、0.1〜500nmが好ましく、0.5〜100nmがより好ましい。
なお、膜厚の測定方法は、エリプソメトリーなどの公知の方法により、膜表面上の任意の点を10ヵ所以上測定して数平均して求めた値である。
また、上述のように320nm以上の光のみを照射した場合は、得られる基板と直接結合した高分子膜の膜厚は、非常に薄くなる。具体的には、0.1〜100nmが好ましく、0.5〜20nmがより好ましい。
The film thickness of the polymer film 14 can be appropriately controlled depending on the polymer used, exposure conditions, and the like. Especially, from a viewpoint of functional material design, 0.1-500 nm is preferable and 0.5-100 nm is more preferable.
The method for measuring the film thickness is a value obtained by measuring 10 or more arbitrary points on the surface of the film by a known method such as ellipsometry and performing number averaging.
Moreover, when only light of 320 nm or more is irradiated as described above, the film thickness of the polymer film directly bonded to the obtained substrate becomes very thin. Specifically, 0.1-100 nm is preferable and 0.5-20 nm is more preferable.

高分子膜14では、相分離構造が形成される。相分離構造は、使用される高分子やその組成などにより種々の構造に制御することができ、例えば、海島構造、共連続構造、シリンダー構造、ラメラ構造などが挙げられる。
なかでも、相分離構造が連続相と連続相に分散されて存在する分散相とを有してなる構造(例えば、海島構造)の場合、分散相の平均直径は使用される高分子やその組成により、適宜制御するが可能である。なかでも、分散相の平均直径は、機能性材料設計の観点から、1nm〜100μmが好ましく、10nm〜10μmがより好ましい。なお、平均直径は、原子間力顕微鏡(AFM)などで膜表面を観察し、10個以上の分散相の大きさを測定し、それらを平均した値である。分散相が楕円の場合は、長径を直径とする。
In the polymer film 14, a phase separation structure is formed. The phase separation structure can be controlled to various structures depending on the polymer used and the composition thereof, and examples thereof include a sea-island structure, a co-continuous structure, a cylinder structure, and a lamella structure.
In particular, when the phase separation structure has a continuous phase and a dispersed phase dispersed in the continuous phase (for example, sea-island structure), the average diameter of the dispersed phase is the polymer used and its composition. Thus, it is possible to control appropriately. Among these, the average diameter of the dispersed phase is preferably 1 nm to 100 μm, more preferably 10 nm to 10 μm, from the viewpoint of functional material design. The average diameter is a value obtained by observing the film surface with an atomic force microscope (AFM) or the like, measuring the size of 10 or more dispersed phases, and averaging them. When the dispersed phase is an ellipse, the major axis is the diameter.

図2は、本発明の積層体の他の一実施形態の模式的断面図である。
同図に示す積層体20は、基板22、重合開始層24、高分子膜14をこの順で積層した積層構造を有する。同図において、露光によりラジカルを発生しうる基板12は、基板22と重合開始層24との積層構造により構成されている。また、高分子膜14は、重合開始層24と直接結合している。なお、同図における高分子膜14は、図1で示される同符号の高分子膜14と同義である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the laminate of the present invention.
The laminate 20 shown in the figure has a laminated structure in which a substrate 22, a polymerization initiation layer 24, and a polymer film 14 are laminated in this order. In the figure, a substrate 12 capable of generating radicals upon exposure is composed of a laminated structure of a substrate 22 and a polymerization initiation layer 24. The polymer film 14 is directly bonded to the polymerization initiation layer 24. In addition, the polymer film 14 in the figure is synonymous with the polymer film 14 of the same sign shown in FIG.

図3は、本発明の積層体の他の一実施形態の模式的断面図である。
同図に示す積層体30は、基板22、重合開始層24、高分子膜32をこの順で積層した積層構造を有する。同図において、高分子膜32は、開口部34と、ポリマーBからなる相36とから構成されている。高分子膜32は、図2に示す高分子膜14より、ポリマーAからなる相16を除去した構造に該当する。
上述のように本発明の製造方法において、ラジカル重合性基を有しない高分子を使用した場合は、開口部(貫通孔)を有する、基板と直接結合した、パターン状の高分子膜が得られる。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the laminate of the present invention.
The laminated body 30 shown in the figure has a laminated structure in which a substrate 22, a polymerization initiation layer 24, and a polymer film 32 are laminated in this order. In the figure, the polymer film 32 is composed of an opening 34 and a phase 36 made of polymer B. The polymer film 32 corresponds to a structure in which the phase 16 made of the polymer A is removed from the polymer film 14 shown in FIG.
As described above, in the production method of the present invention, when a polymer having no radical polymerizable group is used, a patterned polymer film having an opening (through hole) and directly bonded to the substrate is obtained. .

<用途>
本発明に係る積層体中の高分子膜は、基板と結合しているため摩擦などによる物理的作用や溶媒などの化学的処理に対する耐性に優れるとともに、ナノメートルレベルでの構造制御が可能である。また、大面積かつ短時間での製造が可能であり、生産性・工業性という観点からも好ましい。さらには、得られる高分子膜は、所定の微細パターン構造を有する。そのため、この積層体は、多様な用途に応用することが可能である。例えば、電子情報記録媒体、吸着剤、ナノ反応場膜、分離膜、ディスプレイなどのフィルム材料、ITOなどの導電性基板の電位調節材料、もしくは電子やホール注入材料、表面親水性材料、表面撥水材料、表面滑水材料などが挙げられる。
特に、本発明に係る積層体中の高分子膜は、上述のように基板の表面形状に対する追随性に優れる。そのため、基板の曲面や凹凸表面などの初期表面形状を保持しつつ、基板上に均一な膜厚の高分子膜が形成される。通常、レンズ表面を機能化するために塗布処理などを行うと、レンズの中心部と周辺部との間で塗布膜の膜厚差が生じ、歪みなどを引き起こして、レンズ自体の性能を落としてしまう。一方、本発明の高分子膜は、種々の表面形状に対して優れた追随性を示すため、レンズ曲面の形状を保持したまま膜が形成される。つまり、曲面上に均一な膜厚の高分子膜を作製することができる。そのため、レンズ自体の性能を落とすことなく種々の表面機能化が可能であり、例えば、防曇レンズや超撥水ガラスなどの作製に好適に使用することができる。
<Application>
Since the polymer film in the laminate according to the present invention is bonded to the substrate, it has excellent resistance to physical action such as friction and chemical treatment such as a solvent, and structure control at the nanometer level is possible. . Further, it can be produced in a large area and in a short time, which is preferable from the viewpoint of productivity and industrial property. Furthermore, the obtained polymer film has a predetermined fine pattern structure. Therefore, this laminated body can be applied to various uses. For example, electronic information recording media, adsorbents, nano-reaction field membranes, separation membranes, film materials such as displays, potential adjustment materials for conductive substrates such as ITO, or electron and hole injection materials, surface hydrophilic materials, surface water repellency Materials, surface water-sliding materials, and the like.
In particular, the polymer film in the laminate according to the present invention is excellent in followability to the surface shape of the substrate as described above. Therefore, a polymer film having a uniform film thickness is formed on the substrate while maintaining an initial surface shape such as a curved surface or an uneven surface of the substrate. Normally, when a coating process or the like is performed to make the lens surface functional, a difference in the thickness of the coating film occurs between the center and the periphery of the lens, causing distortion and reducing the performance of the lens itself. End up. On the other hand, since the polymer film of the present invention exhibits excellent followability with respect to various surface shapes, the film is formed while maintaining the shape of the curved lens surface. That is, a polymer film having a uniform film thickness can be formed on a curved surface. Therefore, various surface functions can be realized without degrading the performance of the lens itself, and it can be suitably used for producing, for example, an anti-fogging lens and super water-repellent glass.

実施例により本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例によりなんら制限されるものではない。   The present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

後述する重合開始層および高分子薄膜の測定は、Woolam社製エリプソメトリーM−2000Uを用いて測定を行った。AFM測定は、セイコーインスツルメント社製、ナノピクス1000を用いて行った。   The measurement of the polymerization initiating layer and the polymer thin film, which will be described later, was performed using an ellipsometry M-2000U manufactured by Woolam. AFM measurement was performed using Nanopics 1000 manufactured by Seiko Instruments Inc.

(合成例1:フッ素含有基およびラジカル重合性基を有する高分子の合成)
内容積500mLの三口フラスコに、下記成分を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら、75℃で12時間反応させて重合体1の溶液を得た。
・メチルエチルケトン(MEK)〔溶剤〕 166g
・メタクリル酸2−(2−ブロモイソブチリルオキシ)エチル
(BBEM、分子量279、マナック(株)製) 27.9g(0.1mol)
・2−(パーフルオロヘキシル)エチルメタクリレート
(M−1620、分子量432、ダイキン社製) 43.2g(0.1mol)
・ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート) 0.345g
(V-601和光純薬(株)製)
(Synthesis Example 1: Synthesis of polymer having fluorine-containing group and radical polymerizable group)
The following components were placed in a three-necked flask having an internal volume of 500 mL and reacted at 75 ° C. for 12 hours while stirring under a nitrogen atmosphere to obtain a solution of polymer 1.
・ Methyl ethyl ketone (MEK) [solvent] 166g
-2- (2-bromoisobutyryloxy) ethyl methacrylate (BBEM, molecular weight 279, Manac Co., Ltd.) 27.9 g (0.1 mol)
2- (perfluorohexyl) ethyl methacrylate (M-1620, molecular weight 432, manufactured by Daikin) 43.2 g (0.1 mol)
・ Dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate) 0.345 g
(V-601 Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

さらに、以上のようにして得られた重合体1を含む系内へMEK100g、4−メトキシフェノール0.23g、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)50.2gを添加し、室温で12時間撹拌した。その後、得られた溶液を、トリフルオロメタンスルホン酸で中和したのち、水にて再沈精製した。さらに、真空乾燥し、以下の式で表されるフッ素含有基およびラジカル重合性基を有する高分子(61g)を得た(以後、フッ素含有基を有する高分子とも称する)。得られた高分子の重量平均分子量(Mw)は、27000であった。なお、高分子中、フッ素含有基を有する繰り返し単位とラジカル重合性基を有する繰り返し単位とのそれぞれの構成単位は、50モル%ずつであった。   Further, 100 g of MEK, 0.23 g of 4-methoxyphenol, and 50.2 g of 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undecene-7 (DBU) were added into the system containing the polymer 1 obtained as described above. Add and stir at room temperature for 12 hours. Thereafter, the obtained solution was neutralized with trifluoromethanesulfonic acid and then purified by reprecipitation with water. Furthermore, vacuum drying was performed to obtain a polymer (61 g) having a fluorine-containing group and a radical polymerizable group represented by the following formula (hereinafter also referred to as a polymer having a fluorine-containing group). The weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 27000. In addition, each structural unit of the repeating unit having a fluorine-containing group and the repeating unit having a radical polymerizable group in the polymer was 50 mol%.

(合成例2:シロキサン基およびラジカル重合性基を有する高分子の合成)
内容積500Lのオートクレーブに、下記成分を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら、75℃で12時間反応させて重合体2の溶液を得た。
・メチルエチルケトン(MEK)〔溶剤〕 115g
・メタクリル酸2−(2−ブロモイソブチリルオキシ)エチル
(BBEM、マナック(株)製、分子量279)〔重合性化合物1〕 19.5g
・片末端メタクリレート変性ジメチルシリコーン
(チッソ(株)製、分子量1000、FM−0711)〔シロキサン化合物〕30g
・ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)
(V-601和光純薬(株)製) 0.345g
(Synthesis Example 2: Synthesis of polymer having siloxane group and radical polymerizable group)
The following components were charged into an autoclave having an internal volume of 500 L, and reacted at 75 ° C. for 12 hours while stirring under a nitrogen atmosphere to obtain a solution of polymer 2.
・ Methyl ethyl ketone (MEK) [solvent] 115g
-2- (2-Bromoisobutyryloxy) ethyl methacrylate (BBEM, Manac Co., Ltd., molecular weight 279) [polymerizable compound 1] 19.5 g
・ One-end methacrylate-modified dimethyl silicone (manufactured by Chisso Corporation, molecular weight 1000, FM-0711) [siloxane compound] 30 g
・ Dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate)
(V-601 Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 0.345g

さらに、以上のようにして得られた重合体2を含む系内へ、MEK100g、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)35gを添加し、室温で12時間撹拌した。その後、得られた溶液を、トリフルオロメタンスルホン酸で中和したのち、水にて再沈精製した。さらに、真空乾燥し、以下の式で表されるシロキサン基およびラジカル重合性基を有する高分子(41g)を得た(以後、シロキサン基を有する高分子とも称する)。得られた高分子の重量平均分子量(Mw)は、35000であった。なお、高分子中、シロキサン基を有する構成単位は30モル%で、ラジカル重合性基を有する構成単位は70モル%であった。繰り返し単位数nは、11であった。   Further, 100 g of MEK and 35 g of 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undecene-7 (DBU) were added to the system containing the polymer 2 obtained as described above, and the mixture was stirred at room temperature for 12 hours. . Thereafter, the obtained solution was neutralized with trifluoromethanesulfonic acid and then purified by reprecipitation with water. Furthermore, it was vacuum dried to obtain a polymer (41 g) having a siloxane group and a radical polymerizable group represented by the following formula (hereinafter also referred to as a polymer having a siloxane group). The weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 35000. In the polymer, the constitutional unit having a siloxane group was 30 mol%, and the constitutional unit having a radical polymerizable group was 70 mol%. The number of repeating units n was 11.

(合成例3:ラジカル重合性基を有する高分子の合成)
500ml三口フラスコに、ジメチルアセトアミド200g、ポリアクリル酸(和光純薬製、分子量:25000)30g、テトラエチルアンモニウム、ベンジルクロライド2.4g、ジターシャリーペンチルハイドロキノン25mg、サイクロマーA(ダイセル化学(株)製)25gを入れ、窒素気流下、100℃で5時間反応させた。その後、アセトニトリルで再沈を行い、固形物を濾取、水で洗浄、乾燥し、重合性基含有ポリマー(以後、重合性基含有ポリアクリル酸とも称する)を23g(Mw:136000)得た。得られたポリマーのH NMR測定より、以下の式中、ラジカル重合性基を有する繰り返し単位は10モル%、カルボン酸基を有する繰り返し単位は90モル%であった。
(Synthesis Example 3: Synthesis of polymer having radical polymerizable group)
In a 500 ml three-necked flask, 200 g of dimethylacetamide, 30 g of polyacrylic acid (manufactured by Wako Pure Chemicals, molecular weight: 25000), 2.4 g of tetraethylammonium, benzyl chloride, 25 mg of ditertiary pentyl hydroquinone, Cyclomer A (manufactured by Daicel Chemical Industries) 25 g was added and reacted at 100 ° C. for 5 hours under a nitrogen stream. Thereafter, reprecipitation was performed with acetonitrile, and the solid matter was collected by filtration, washed with water, and dried to obtain 23 g (Mw: 136000) of a polymerizable group-containing polymer (hereinafter also referred to as polymerizable group-containing polyacrylic acid). From the 1 H NMR measurement of the obtained polymer, in the following formula, the repeating unit having a radical polymerizable group was 10 mol%, and the repeating unit having a carboxylic acid group was 90 mol%.

(合成例4:ラジカル重合性基を有する高分子の合成)
窒素置換し、100ml/minにて窒素flow(以下反応終了まで流す)した300ml三口フラスコにNMP(N−メチルピロリドン)30gを量り取り、内温65℃、スリーワンモーターの回転速度250rpm/minにて安定させた。スチレン18.7g(0.18mol)、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル(以下、HEMA)15.6g(0.12mol)、NMP30g、V−65(0.745g)(1mol% vs monomer)を200mlメスシリンダーに量り取り30分撹拌した。プランジャーポンプを用いて、メスシリンダーにて撹拌した溶液を2時間かけて三口フラスコに滴下し、反応を開始した。滴下終了後、後反応を4時間行い、終了後室温まで放冷した。
次に、反応溶液をスリーワンモーターにて250rpm/min、室温で撹拌した。三口フラスコにTEMPO(0.2g)のNMP1g溶液、tert-ブチルヒドロキノン(0.1g)のNMP1g溶液、および、ネオスタンU−600(日東化成社製)0.19gのNMP1g溶液を加えた。反応溶液にカレンズAOI(昭和電工社製)17.15gのNMP30g溶液を、滴下ロートを用いて5minかけて滴下した。フラスコの内温を55℃まで昇温し、6時間反応を行った。反応終了後、反応溶液をメタノールに投入して再沈精製を行い、所望の重合性基含有ポリマー(25g)(Mw:15500)を得た(以後、重合性基含有ポリスチレンとも称する)。得られたポリマーのH NMR測定より、以下式中、aは60モル%、bは40モル%であった。
(Synthesis Example 4: Synthesis of polymer having radical polymerizable group)
Weighed 30 g of NMP (N-methylpyrrolidone) into a 300 ml three-necked flask purged with nitrogen and flowed with nitrogen at 100 ml / min (hereinafter flowed until the end of the reaction), at an internal temperature of 65 ° C. and a three-one motor rotation speed of 250 rpm / min. Stabilized. 200 ml female of 18.7 g (0.18 mol) of styrene, 15.6 g (0.12 mol) of methacrylic acid-2-hydroxyethyl (hereinafter, HEMA), 30 g of NMP, V-65 (0.745 g) (1 mol% vs. monomer) Weighed into a cylinder and stirred for 30 minutes. Using a plunger pump, the solution stirred in the graduated cylinder was dropped into the three-necked flask over 2 hours to initiate the reaction. After completion of the dropwise addition, a post reaction was performed for 4 hours, and the mixture was allowed to cool to room temperature after completion.
Next, the reaction solution was stirred at room temperature with a three-one motor at 250 rpm / min. A NMP 1 g solution of TEMPO (0.2 g), a NMP 1 g solution of tert-butylhydroquinone (0.1 g), and a 0.19 g NMP 1 g solution of Neostan U-600 (manufactured by Nitto Kasei) were added to a three-necked flask. A Karenz AOI (manufactured by Showa Denko) 17.15 g NMP 30 g solution was dropped into the reaction solution using a dropping funnel over 5 min. The internal temperature of the flask was raised to 55 ° C., and the reaction was performed for 6 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol for reprecipitation purification to obtain a desired polymerizable group-containing polymer (25 g) (Mw: 15500) (hereinafter also referred to as polymerizable group-containing polystyrene). From the 1 H NMR measurement of the obtained polymer, a was 60 mol% and b was 40 mol% in the following formula.

(合成例5:光開裂化合物P1の合成)
4−シアノ−4’−ヒドロキシビフェニル29.33g(0.15mol)を200ml三口フラスコに量り取り、DMAc100mlを加え撹拌し(300rpm)、溶解させた。以下、同回転数で撹拌を続けながら反応を進めた。発熱しないように少量ずつKCO22.81g(0.165mol)を加え、反応液を80℃に加温した。11−ブロモ−1−ウンデセン38.78g(0.166mol)を30分かけて滴下し、滴下後1.5時間攪拌し、さらに100℃にて2.5時間撹拌した。反応終了後、氷水へと反応溶液を流し入れ固体を析出させ、吸引ろ過後、大量の蒸留水にて洗浄した。得られた固体を、アセトニトリルにて再結晶を行い、やや黄色のかかった白色固体であるシアノエーテル体(40.21g)を得た。
得られたシアノエーテル体10.42g(0.03mol)を200ml三口フラスコに量り取り、三口フラスコを氷浴に浸し(塩化ナトリウム添加)冷却後、トリクロロアセトニトリル25.99g(0.18mol)を加え撹拌し(300rpm)、溶解させた。以下、同回転数で撹拌を続けながら反応を進めた。反応溶液をHClガスで1時間バブリングした。バブリング終了後、5時間撹拌し、さらに氷浴で24時間撹拌を続けた。氷浴を外し、トリクロロアセトニトリル6.5gを追加後、室温にて24時間反応を続けた。反応終了後、酢酸エチルで希釈し、蒸留水で2回、飽和食塩水で2回洗浄し、酢酸エチル層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。酢酸エチルを減圧留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーを用いて単離後、さらにn−hexaneにて再結晶を行い、やや黄色のかかった白色固体のトリアジン化合物(3.37g)を得た。
得られた二重結合を有するトリアジン化合物1.42gとTHF8mlとを50mlナスフラスコに量り取り、氷水でナスフラスコを冷却し、窒素気流下、トリクロロシラン0.9gを滴下した。さらに、塩化白金酸60mgをイソプロピルアルコール0.6gに溶解した液を滴下した。反応液を氷冷下で6時間攪拌した後、室温に戻し、一晩放置した。反応液をエバポレーターにて濃縮し、さらに真空ポンプにて揮発成分を取り除き、所望の光開裂化合物P1(2.3g)を得た。
Synthesis Example 5 Synthesis of Photocleavable Compound P1
29.33 g (0.15 mol) of 4-cyano-4′-hydroxybiphenyl was weighed into a 200 ml three-necked flask, 100 ml of DMAc was added and stirred (300 rpm), and dissolved. Thereafter, the reaction was advanced while stirring was continued at the same rotational speed. In order not to generate heat, 22.81 g (0.165 mol) of K 2 CO 3 was added little by little, and the reaction solution was heated to 80 ° C. 11-Bromo-1-undecene 38.78 g (0.166 mol) was added dropwise over 30 minutes, and after the addition, the mixture was stirred for 1.5 hours and further stirred at 100 ° C. for 2.5 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into ice water to precipitate a solid, and after suction filtration, washed with a large amount of distilled water. The obtained solid was recrystallized from acetonitrile to obtain a cyanoether body (40.21 g) which was a slightly yellowish white solid.
10.42 g (0.03 mol) of the obtained cyanoether was weighed into a 200 ml three-necked flask, the three-necked flask was immersed in an ice bath (sodium chloride was added), cooled, and then added with 25.99 g (0.18 mol) of trichloroacetonitrile and stirred. (300 rpm) and dissolved. Thereafter, the reaction was advanced while stirring was continued at the same rotational speed. The reaction solution was bubbled with HCl gas for 1 hour. After completion of the bubbling, the mixture was stirred for 5 hours, and further stirred for 24 hours in an ice bath. After removing the ice bath and adding 6.5 g of trichloroacetonitrile, the reaction was continued at room temperature for 24 hours. After completion of the reaction, the reaction mixture was diluted with ethyl acetate, washed twice with distilled water and twice with saturated brine, and the ethyl acetate layer was dried over anhydrous magnesium sulfate. Ethyl acetate was distilled off under reduced pressure, and after isolation using silica gel column chromatography, recrystallization was further performed using n-hexane to obtain a slightly yellowish white solid triazine compound (3.37 g).
1.42 g of the obtained triazine compound having a double bond and 8 ml of THF were weighed into a 50 ml eggplant flask, the eggplant flask was cooled with ice water, and 0.9 g of trichlorosilane was added dropwise under a nitrogen stream. Further, a solution obtained by dissolving 60 mg of chloroplatinic acid in 0.6 g of isopropyl alcohol was added dropwise. The reaction solution was stirred for 6 hours under ice cooling, then returned to room temperature and allowed to stand overnight. The reaction solution was concentrated with an evaporator, and volatile components were removed with a vacuum pump to obtain the desired photocleavable compound P1 (2.3 g).

<実施例1>
UVオゾンクリーナー処理したシリコン基板を、光開裂化合物P1の0.1wt%トルエン溶液に5時間浸漬した。浸漬後、基板表面をトルエンで洗浄した。シリコン基板表面上に作成された重合開始層の膜厚を、エリプソメトリー(溝尻光学)(測定範囲5mm)を用いて測定したところ、3.0nm(12点平均値、標準偏差0.91Å)であった。
次に、上記で合成したフッ素含基を有する高分子とシロキサン基を有する高分子とを含むメチルエチルケトン(MEK)溶液(全高分子濃度:1wt%)を、窒素雰囲気下、重合開始層を備えるシリコン基板上にスピンコート(回転数1500rpm)により塗布した。得られた塗布膜の膜厚は、30nmであった。なお、フッ素含有基を有する高分子とシロキサン基を有する高分子との混合比率(重量比)は、1:2であった。
次に、高圧水銀灯(UVX−02516S1LP01、ウシオ電機社製、主たる発光波長:254nm(光量22mW/cm)、365nm(光量35mW/cm))から照射される光を、320nm以上の光のみを透過するガラス板(松並ガラス社製、青板ガラス)を通して、上述のシリコン基板上の塗布膜に60秒間露光した。なお、使用した青板ガラスは、300nmでの吸光度(Abs.)が1.4であり、320nmでの吸光度が0.3であり、360nmでの吸光度が0であり、主に320nm以上の光のみが透過する。
露光後、得られたシリコン基板をメチルエチルケトン溶液に10分間浸漬し、超音波洗浄を3分間行い、シリコン基板と、基板に直接結合した高分子膜とを備える積層体を得た。
洗浄後、シリコン基板上に得られた高分子膜の膜厚を測定したところ、4.2nmであった。また、得られた高分子膜の表面をAFM測定したところ、相分離構造が確認された(図4)。得られた高分子膜の表面粗さRaは、1.22nmであった。なお、同図中、黄色部分がフッ素含有基を有する高分子であった。
<Example 1>
The silicon substrate treated with the UV ozone cleaner was immersed in a 0.1 wt% toluene solution of the photocleavable compound P1 for 5 hours. After immersion, the substrate surface was washed with toluene. The film thickness of the polymerization initiation layer prepared on the surface of the silicon substrate was measured using ellipsometry (groove bottom optics) (measurement range: 5 mm 2 ), 3.0 nm (12-point average value, standard deviation 0.91 mm) Met.
Next, a silicon substrate provided with a polymerization start layer in a nitrogen atmosphere in a methyl ethyl ketone (MEK) solution (total polymer concentration: 1 wt%) containing the fluorine-containing polymer synthesized above and a polymer having a siloxane group. It was applied on top by spin coating (rotation speed 1500 rpm). The film thickness of the obtained coating film was 30 nm. In addition, the mixing ratio (weight ratio) of the polymer having a fluorine-containing group and the polymer having a siloxane group was 1: 2.
Next, light emitted from a high-pressure mercury lamp (UVX-02516S1LP01, manufactured by USHIO INC., Main emission wavelength: 254 nm (light amount 22 mW / cm 2 ), 365 nm (light amount 35 mW / cm 2 )) is used only for light of 320 nm or more. The coating film on the silicon substrate was exposed for 60 seconds through a transparent glass plate (manufactured by Matsunami Glass, blue plate glass). In addition, the blue plate glass used has an absorbance (Abs.) At 300 nm of 1.4, an absorbance at 320 nm of 0.3, an absorbance at 360 nm of 0, and mainly light of 320 nm or more. Is transparent.
After the exposure, the obtained silicon substrate was immersed in a methyl ethyl ketone solution for 10 minutes and subjected to ultrasonic cleaning for 3 minutes to obtain a laminate including a silicon substrate and a polymer film directly bonded to the substrate.
After cleaning, the thickness of the polymer film obtained on the silicon substrate was measured and found to be 4.2 nm. Further, when the surface of the obtained polymer film was subjected to AFM measurement, a phase separation structure was confirmed (FIG. 4). The resulting polymer film had a surface roughness Ra of 1.22 nm. In the figure, the yellow part is a polymer having a fluorine-containing group.

<実施例2>
フッ素含有基を有する高分子とシロキサン基を有する高分子との混合比率(重量比)を1:1にした以外は、実施例1と同様の方法により積層体を作製した。
シリコン基板上に得られた高分子膜の膜厚を測定したところ、4.5nmであった。また、得られた高分子膜の表面をAFM測定したところ、相分離構造が確認された(図5)。得られた高分子膜の表面粗さRaは、1.02nmであった。なお、同図中、黄色部分がフッ素含有基を有する高分子であった。
<Example 2>
A laminate was produced in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio (weight ratio) of the polymer having a fluorine-containing group and the polymer having a siloxane group was 1: 1.
When the film thickness of the polymer film obtained on the silicon substrate was measured, it was 4.5 nm. Further, when the surface of the obtained polymer film was subjected to AFM measurement, a phase separation structure was confirmed (FIG. 5). The obtained polymer film had a surface roughness Ra of 1.02 nm. In the figure, the yellow part is a polymer having a fluorine-containing group.

<実施例3>
フッ素含有基を有する高分子とシロキサン基を有する高分子との混合比率(重量比)を2:1にした以外は、実施例1と同様の方法により積層体を作製した。
シリコン基板上に得られた高分子膜の膜厚を測定したところ、3.9nmであった。また、得られた高分子膜の表面をAFM測定したところ、相分離構造が確認された(図6)。得られた高分子膜の表面粗さRaは、1.31nmであった。なお、同図中、黄色部分がフッ素含有基を有する高分子であった。
<Example 3>
A laminate was produced in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio (weight ratio) of the polymer having a fluorine-containing group and the polymer having a siloxane group was 2: 1.
When the film thickness of the polymer film obtained on the silicon substrate was measured, it was 3.9 nm. Moreover, when the surface of the obtained polymer film was subjected to AFM measurement, a phase separation structure was confirmed (FIG. 6). The obtained polymer film had a surface roughness Ra of 1.31 nm. In the figure, the yellow part is a polymer having a fluorine-containing group.

<実施例4>
320nm以上の光のみを透過するガラス板を使用せずに露光を行った以外は、実施例1と同様の方法により積層体を作製した。
シリコン基板上に得られた高分子膜の膜厚を測定したところ、26.5nmであった。また、得られた高分子膜の表面をAFM測定したところ、相分離構造が確認された(図7)。得られた高分子膜の表面粗さRaは、4.87nmであった。なお、同図中、黄色部分がフッ素含有基を有する高分子であった。
<Example 4>
A laminate was produced in the same manner as in Example 1 except that the exposure was performed without using a glass plate that transmits only light of 320 nm or more.
When the film thickness of the polymer film obtained on the silicon substrate was measured, it was 26.5 nm. Moreover, when the surface of the obtained polymer film was subjected to AFM measurement, a phase separation structure was confirmed (FIG. 7). The obtained polymer film had a surface roughness Ra of 4.87 nm. In the figure, the yellow part is a polymer having a fluorine-containing group.

実施例1から4に示すように、AFM測定より得られた高分子膜は、基板と直接結合し、所望の相分離構造を有していた。
なお、実施例1から4のAFM写真において、フッ素含有基を有する高分子と、シロキサン基を有する高分子との面積比は、それぞれ仕込み比と一致していた。
As shown in Examples 1 to 4, the polymer film obtained by AFM measurement was directly bonded to the substrate and had a desired phase separation structure.
In the AFM photographs of Examples 1 to 4, the area ratio between the polymer having a fluorine-containing group and the polymer having a siloxane group was consistent with the charging ratio.

<実施例5>
UVオゾンクリーナー処理したシリコン基板を、光開裂化合物P1の0.1wt%トルエン溶液に5時間浸漬した。浸漬後、基板表面をトルエンで洗浄した。シリコン基板表面上に作成された重合開始層の膜厚を、エリプソメトリー(溝尻光学)(測定範囲5mm)を用いて測定したところ、3.0nm(12点平均値、標準偏差0.91Å)であった。
次に、上記で合成したフッ素含有基を有する高分子とポリスチレン(アルドリッチ社製、重量平均分子量210000)とを含むメチルエチルケトン(MEK)溶液(全高分子濃度:1wt%)を、窒素雰囲気下、重合開始層を備えるシリコン基板上にスピンコート(回転数1500rpm)により塗布した。得られた塗布膜の膜厚は、35nmであった。なお、フッ素含有基を有する高分子とポリスチレンとの混合比率(重量比)は、2:1であった。露光前の塗布膜のAFM測定を実施したところ、海島状の相分離構造が確認された(図8(a)、図8(b)、図8(c))。図8(a)および(b)のAFM測定図より、ポリスチレン部分(海状部分)の高さが、フッ素含有基を有する高分子(島状部分)より30nmほど高いことが確認された。なお、図8(c)では、得られた塗布膜の模式的断面図を示す。
次に、高圧水銀灯(UVX−02516S1LP01、ウシオ電機社製、主たる発光波長:254nm(光量22mW/cm)、365nm(光量35mW/cm))から照射される光を、上述のシリコン基板上の塗布膜に60秒間露光した。露光後、得られたシリコン基板をメチルエチルケトン溶液に20分間浸漬し、超音波洗浄を1分間行い、シリコン基板と基板に直接結合した高分子膜とを備える積層体を得た。
露光、および洗浄後に、得られた高分子膜の表面をAFM測定したところ、塗布膜と同様の相分離構造が確認された(図9(a)、図9(b)、図9(c))。洗浄工程により、基板と結合していない海状部分(ポリスチレン)が除去され、基板と結合したフッ素含有基を有する高分子より構成される島状構造の高分子膜が確認された。得られた高分子膜の膜厚は11.0nmであり、表面粗さRaは1.4nmであった。図9(a)および図9(b)中、黄色部分がフッ素含有基を有する高分子であった。図9(c)では、得られた塗布膜の模式的断面図を示す。
<Example 5>
The silicon substrate treated with the UV ozone cleaner was immersed in a 0.1 wt% toluene solution of the photocleavable compound P1 for 5 hours. After immersion, the substrate surface was washed with toluene. The film thickness of the polymerization initiation layer prepared on the surface of the silicon substrate was measured using ellipsometry (groove bottom optics) (measurement range: 5 mm 2 ), 3.0 nm (12-point average value, standard deviation 0.91 mm) Met.
Next, polymerization was initiated with a methyl ethyl ketone (MEK) solution (total polymer concentration: 1 wt%) containing the fluorine-containing group-synthesized polymer and polystyrene (Aldrich, weight average molecular weight 210000) in a nitrogen atmosphere. It apply | coated by the spin coat (rotation speed 1500rpm) on the silicon substrate provided with a layer. The film thickness of the obtained coating film was 35 nm. In addition, the mixing ratio (weight ratio) of the polymer having a fluorine-containing group and polystyrene was 2: 1. When AFM measurement of the coating film before exposure was performed, a sea-island-like phase separation structure was confirmed (FIGS. 8A, 8B, and 8C). From the AFM measurement diagrams of FIGS. 8A and 8B, it was confirmed that the height of the polystyrene portion (sea-like portion) was about 30 nm higher than the polymer (island-like portion) having a fluorine-containing group. In addition, in FIG.8 (c), typical sectional drawing of the obtained coating film is shown.
Next, light irradiated from a high-pressure mercury lamp (UVX-02516S1LP01, manufactured by USHIO INC., Main emission wavelength: 254 nm (light amount 22 mW / cm 2 ), 365 nm (light amount 35 mW / cm 2 )) is applied to the above-described silicon substrate. The coating film was exposed for 60 seconds. After the exposure, the obtained silicon substrate was immersed in a methyl ethyl ketone solution for 20 minutes and subjected to ultrasonic cleaning for 1 minute to obtain a laminate including a silicon substrate and a polymer film directly bonded to the substrate.
When the surface of the obtained polymer film was subjected to AFM measurement after exposure and washing, the same phase separation structure as that of the coating film was confirmed (FIGS. 9A, 9B, and 9C). ). By the washing step, the sea-like portion (polystyrene) not bonded to the substrate was removed, and an island-shaped polymer film composed of a polymer having a fluorine-containing group bonded to the substrate was confirmed. The obtained polymer film had a thickness of 11.0 nm and a surface roughness Ra of 1.4 nm. 9 (a) and 9 (b), the yellow part was a polymer having a fluorine-containing group. FIG. 9C shows a schematic cross-sectional view of the obtained coating film.

<実施例6>
露光の際に、上述した320nm以上の光のみを透過するガラス板(松並ガラス社製、青板ガラス)を通して露光を行った以外は、実施例5と同様の方法により積層体を作製した。
露光前の塗布膜のAFM測定を実施したところ、実施例5と同様の海島状の相分離構造が確認された。
また、露光および洗浄後に、得られた高分子膜の表面をAFM測定したところ、塗布膜と同様の相分離構造が確認された(図10(a)、図10(b)、図10(c))。洗浄工程により、基板と結合していない海状部分(ポリスチレン)が除去され、基板と結合したフッ素含有基を有する高分子より構成される島状構造の高分子膜が確認された。得られた高分子膜の膜厚は2.0nmであり、表面粗さRaは0.6nmであった。図10(a)および図10(b)中、黄色部分がフッ素含有基を有する高分子であった。図10(c)では、得られた塗布膜の模式的断面図を示す。
<Example 6>
A laminated body was produced in the same manner as in Example 5 except that the exposure was performed through the glass plate (manufactured by Matsunami Glass Co., Ltd., blue plate glass) that transmits only light of 320 nm or more as described above.
When the AFM measurement of the coating film before exposure was performed, the same sea-island-like phase separation structure as in Example 5 was confirmed.
Moreover, when the surface of the obtained polymer film was subjected to AFM measurement after exposure and washing, the same phase separation structure as that of the coating film was confirmed (FIGS. 10A, 10B, and 10C). )). By the washing step, the sea-like portion (polystyrene) not bonded to the substrate was removed, and an island-shaped polymer film composed of a polymer having a fluorine-containing group bonded to the substrate was confirmed. The obtained polymer film had a thickness of 2.0 nm and a surface roughness Ra of 0.6 nm. 10 (a) and 10 (b), the yellow part is a polymer having a fluorine-containing group. FIG. 10C shows a schematic cross-sectional view of the obtained coating film.

実施例5では、320nm未満の低露光波長の光も照射されたため、基板とフッ素含有基を有する高分子との間のみならず、塗膜中のフッ素含有基を有する高分子間で重合が進行したため、実施例6と比較して厚い膜が得られた。
一方、実施例6では、320nm以上の露光波長の光が照射されたため、主に、基板とフッ素含有基を有する高分子との間でのみ反応が進行し、洗浄工程により未反応の余分な塗膜部分が取り除かれ非常に薄い膜が得られた。
In Example 5, since light having a low exposure wavelength of less than 320 nm was also irradiated, polymerization progressed not only between the substrate and the polymer having a fluorine-containing group but also between the polymer having a fluorine-containing group in the coating film. Therefore, a thicker film was obtained as compared with Example 6.
On the other hand, in Example 6, since the light having an exposure wavelength of 320 nm or more was irradiated, the reaction mainly proceeded only between the substrate and the polymer having a fluorine-containing group. The membrane part was removed and a very thin membrane was obtained.

<実施例7>
実施例5で使用したフッ素含有基を有する高分子を上記で合成したシロキサン基を有する高分子に、実施例5で使用したポリスチレンをポリスチレン(アルドリッチ社製、重量平均分子量45000)に変更した以外は、実施例5と同様の方法により積層体を作製した。なお、照射条件としては、実施例5と同様に、254nm、365nmを含むUV光をガラス板を介さずに直接60秒間露光した。その後、MEK溶媒で20分間洗浄して余分な高分子を除去した。
露光前の塗布膜のAFM測定を実施したところ、海島状の相分離構造が確認された(図11(a)、図11(b))。図11(a)のAFM測定図より、ポリスチレン部分(島状部分)の高さが、シロキサン基を有する高分子の部分(海状部分)より39nmほど高いことが確認された。なお、図11(b)は、得られた塗布膜の模式的断面図を示す。
また、露光および洗浄後に、得られた高分子膜の表面をAFM測定したところ、同様の相分離構造が確認された(図12(a)、図12(b))。洗浄工程により、基板と結合していない島状部分(ポリスチレン)が除去され、基板と結合したシロキサンを有する高分子より構成される海状構造の高分子膜が確認された。得られた高分子膜の膜厚は20nmであり、表面粗さRaは3.9nmであった。なお、同図中、黄色部分がシロキサン基を有する高分子であった。図12(b)では、得られた塗布膜の模式的断面図を示す。
<Example 7>
Except for changing the polystyrene used in Example 5 to polystyrene (manufactured by Aldrich, weight average molecular weight 45000) to the polymer having the siloxane group synthesized above in the polymer having the fluorine-containing group used in Example 5. A laminate was produced in the same manner as in Example 5. As irradiation conditions, UV light including 254 nm and 365 nm was directly exposed for 60 seconds without using a glass plate, as in Example 5. Thereafter, the polymer was washed with MEK solvent for 20 minutes to remove excess polymer.
When AFM measurement of the coating film before exposure was performed, a sea-island-like phase separation structure was confirmed (FIGS. 11A and 11B). From the AFM measurement diagram of FIG. 11A, it was confirmed that the height of the polystyrene part (island-like part) was about 39 nm higher than the part of the polymer having a siloxane group (sea-like part). In addition, FIG.11 (b) shows typical sectional drawing of the obtained coating film.
Moreover, when the surface of the obtained polymer film was subjected to AFM measurement after exposure and washing, the same phase separation structure was confirmed (FIGS. 12A and 12B). By the washing process, the island-shaped portion (polystyrene) not bonded to the substrate was removed, and a sea-like polymer film composed of a polymer having siloxane bonded to the substrate was confirmed. The obtained polymer film had a thickness of 20 nm and a surface roughness Ra of 3.9 nm. In the figure, the yellow part was a polymer having a siloxane group. FIG. 12B shows a schematic cross-sectional view of the obtained coating film.

<実施例8>
露光の際に、上述した320nm以上の光のみを透過するガラス板(松並ガラス社製、青板ガラス)を使用して露光を行った以外は、実施例7と同様の方法により積層体を作製した。
露光前の塗布膜のAFM測定を実施したところ、実施例7と同様の海島状の相分離構造が確認された。
また、露光および洗浄後に、得られた高分子膜の表面をAFM測定したところ、同様の相分離構造が確認された(図13(a)、図13(b))。洗浄工程により、基板と結合していない島状部分(ポリスチレン)が除去され、基板と結合したシロキサンを有する高分子より構成される海状構造の高分子膜が確認された。得られた高分子膜の膜厚は2.0nmであり、表面粗さRaは0.1nmであった。なお、図中、黄色部分がシロキサン基を有する高分子であった。図13(b)では、得られた塗布膜の模式的断面図を示す。
<Example 8>
A laminate was prepared in the same manner as in Example 7 except that the exposure was performed using the glass plate that transmits only light of 320 nm or more (made by Matsunami Glass Co., Ltd., blue plate glass). .
When AFM measurement was performed on the coating film before exposure, the same sea-island phase separation structure as in Example 7 was confirmed.
Moreover, when the surface of the obtained polymer film was subjected to AFM measurement after exposure and washing, the same phase separation structure was confirmed (FIGS. 13A and 13B). By the washing process, the island-shaped portion (polystyrene) not bonded to the substrate was removed, and a sea-like polymer film composed of a polymer having siloxane bonded to the substrate was confirmed. The obtained polymer film had a thickness of 2.0 nm and a surface roughness Ra of 0.1 nm. In the figure, the yellow part was a polymer having a siloxane group. FIG. 13B shows a schematic cross-sectional view of the obtained coating film.

実施例7では、320nm未満の低露光波長の光も照射されたため、基板とシロキサン基を有する高分子との間のみならず、塗膜中の高分子間で重合が進行したため、実施例8と比較して厚い膜が得られた。
一方、実施例8では、320nm以上の露光波長の光が照射されたため、主に、基板とシロキサン基を有する高分子との間でのみ反応が進行し、洗浄工程により未反応の余分な塗膜部分が取り除かれ、非常に薄い膜が得られた。
In Example 7, since light having a low exposure wavelength of less than 320 nm was also irradiated, polymerization progressed not only between the substrate and the polymer having a siloxane group, but also between the polymers in the coating film. In comparison, a thick film was obtained.
On the other hand, in Example 8, since light having an exposure wavelength of 320 nm or more was irradiated, the reaction mainly proceeded only between the substrate and the polymer having a siloxane group, and an unreacted excess coating film was obtained by the cleaning process. The part was removed and a very thin film was obtained.

<実施例9>
実施例1で作製した重合開始層を備えるシリコン基板上に、合成したフッ素含基を有する高分子と、合成した重合性基含有ポリアクリル酸とを含むメチルエチルケトン(MEK)溶液(全高分子濃度:1wt%)をスピンコート(回転数1500rpm)により塗布した。得られた塗布膜の膜厚は、45nmであった。なお、フッ素含有基を有する高分子と重合性ポリアクリル酸との混合比率(重量比)は、1:1であった。
露光前の塗布膜のAFM測定を実施したところ、1μm程度の島状部分と残りの海状部分からなる海島状の相分離構造が確認された(Ra=2.9nm)。
次に、高圧水銀灯(UVX−02516S1LP01、ウシオ電機社製、主たる発光波長:254nm(光量22mW/cm)、365nm(光量35mW/cm))から照射される光を、上述した320nm以上の光のみを透過するガラス板(松並ガラス社製、青板ガラス)を通して、シリコン基板上の塗布膜に60秒間露光した。
露光後、得られたシリコン基板をメチルエチルケトン溶液に20分間浸漬し、次にメタノールで20分間浸漬し、シリコン基板と、基板に直接結合した高分子膜とを備える積層体を得た。
洗浄後、シリコン基板上に得られた高分子膜の膜厚を測定したところ、2.0nmであった。得られた高分子膜の表面粗さRaは、0.08nmであった。また、得られた高分子膜の表面をAFM測定したところ、塗布膜と同様に、1μm程度の島状部分と残りの海状部分からなる海島状の相分離構造が確認された。
<Example 9>
A methyl ethyl ketone (MEK) solution (total polymer concentration: 1 wt%) containing the synthesized polymer having fluorine-containing groups and the synthesized polymerizable group-containing polyacrylic acid on the silicon substrate provided with the polymerization initiating layer produced in Example 1. %) Was applied by spin coating (rotation speed 1500 rpm). The film thickness of the obtained coating film was 45 nm. The mixing ratio (weight ratio) of the polymer having a fluorine-containing group and polymerizable polyacrylic acid was 1: 1.
When AFM measurement of the coating film before exposure was carried out, a sea-island-like phase separation structure consisting of an island-like portion of about 1 μm and the remaining sea-like portion was confirmed (Ra = 2.9 nm).
Next, the light emitted from the high-pressure mercury lamp (UVX-02516S1LP01, manufactured by USHIO INC., Main emission wavelength: 254 nm (light amount 22 mW / cm 2 ), 365 nm (light amount 35 mW / cm 2 )) is the above-described light of 320 nm or more. The coating film on the silicon substrate was exposed for 60 seconds through a glass plate (manufactured by Matsunami Glass Co., Ltd., blue plate glass).
After the exposure, the obtained silicon substrate was immersed in a methyl ethyl ketone solution for 20 minutes and then immersed in methanol for 20 minutes to obtain a laminate including a silicon substrate and a polymer film directly bonded to the substrate.
After cleaning, the thickness of the polymer film obtained on the silicon substrate was measured and found to be 2.0 nm. The obtained polymer film had a surface roughness Ra of 0.08 nm. Further, when the surface of the obtained polymer film was subjected to AFM measurement, a sea-island-like phase separation structure composed of an island-like portion of about 1 μm and the remaining sea-like portion was confirmed as in the case of the coating film.

<実施例10>
実施例1で使用したフッ素含基を有する高分子をポリ(2−ビニルピリジン)(アルドリッチ社製、重量平均分子量41500)に、シロキサン基を有する高分子を重合性基含有ポリスチレンに変更し、これらの高分子を含む塗布溶液をメチルエチルケトンからトルエンに変更した以外は、実施例1と同様の方法により、積層体を作製した。
露光および洗浄後に、得られた高分子膜の表面をAFM測定したところ、海島状の相分離構造が確認された(図14)。洗浄工程により、基板と結合していない島状部分のポリ(2−ビニルピリジン)が除去され、基板と結合した重合性基含有ポリスチレンより構成される海状構造の高分子膜が確認された。得られた高分子膜の膜厚は、2.0nmであり、表面粗さRaは、0.6nmであった。図14中、黄色部分が重合性基含有ポリスチレンであった。
<Example 10>
The polymer having a fluorine-containing group used in Example 1 was changed to poly (2-vinylpyridine) (manufactured by Aldrich, weight average molecular weight 41500), and the polymer having a siloxane group was changed to a polymerizable group-containing polystyrene. A laminate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the coating solution containing the polymer was changed from methyl ethyl ketone to toluene.
When the surface of the obtained polymer film was subjected to AFM measurement after exposure and washing, a sea-island-like phase separation structure was confirmed (FIG. 14). By the washing step, the poly (2-vinylpyridine) in the island-like portion not bonded to the substrate was removed, and a sea-like polymer film composed of the polymerizable group-containing polystyrene bonded to the substrate was confirmed. The resulting polymer film had a thickness of 2.0 nm and a surface roughness Ra of 0.6 nm. In FIG. 14, the yellow part was a polystyrene containing a polymerizable group.

図1は、本発明に係る積層体の一実施形態の模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a laminate according to the present invention. 図2は、本発明に係る積層体の他の実施形態の模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the laminate according to the present invention. 図3は、本発明に係る積層体の他の実施形態の模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of a laminate according to the present invention. 図4は、実施例1で得られた積層体の上面からの原子間力顕微鏡(AFM)像である。4 is an atomic force microscope (AFM) image from the top surface of the laminate obtained in Example 1. FIG. 図5は、実施例2で得られた積層体の上面からのAFM像である。FIG. 5 is an AFM image from the top surface of the laminate obtained in Example 2. 図6は、実施例3で得られた積層体の上面からのAFM像である。6 is an AFM image from the top surface of the laminate obtained in Example 3. FIG. 図7は、実施例4で得られた積層体の上面からのAFMである。FIG. 7 is an AFM from the top surface of the laminate obtained in Example 4. 図8(a)および(b)は、実施例5で得られた塗布膜を有する積層体の上面からのAFM像であり、(a)は平面図、(b)は三次元図である。図8(c)は、実施例5で得られた塗布膜を有する積層体の模式的断面図である。8A and 8B are AFM images from the top surface of the laminate having the coating film obtained in Example 5, where FIG. 8A is a plan view and FIG. 8B is a three-dimensional view. FIG. 8C is a schematic cross-sectional view of a laminate having a coating film obtained in Example 5. 図9(a)および(b)は、実施例5で得られた高分子膜を有する積層体の上面からのAFM像であり、(a)は平面図、(b)は三次元図である。図9(c)は、実施例5で得られた高分子膜を有する積層体の模式的断面図である。FIGS. 9A and 9B are AFM images from the top surface of the laminate having the polymer film obtained in Example 5, where FIG. 9A is a plan view and FIG. 9B is a three-dimensional view. . FIG. 9C is a schematic cross-sectional view of a laminate having the polymer film obtained in Example 5. 図10(a)および(b)は、実施例6で得られた高分子膜を有する積層体の上面からのAFM像であり、(a)は平面図、(b)は三次元図である。図10(c)は、実施例6で得られた高分子膜を有する積層体の模式的断面図である。FIGS. 10A and 10B are AFM images from the top surface of the laminate having the polymer film obtained in Example 6, where FIG. 10A is a plan view and FIG. 10B is a three-dimensional view. . FIG. 10C is a schematic cross-sectional view of a laminate having the polymer film obtained in Example 6. 図11(a)は、実施例7で得られた塗布膜を有する積層体の上面からのAFM像である。図11(b)は、実施例7で得られた塗布膜を有する積層体の模式的断面図である。FIG. 11A is an AFM image from the top surface of the laminate having the coating film obtained in Example 7. FIG. FIG. 11B is a schematic cross-sectional view of a laminate having a coating film obtained in Example 7. 図12(a)は、実施例7で得られた高分子膜を有する積層体の上面からのAFM像である。図12(b)は、実施例7で得られた高分子膜を有する積層体の模式的断面図である。FIG. 12A is an AFM image from the upper surface of the laminate having the polymer film obtained in Example 7. FIG. FIG. 12B is a schematic cross-sectional view of a laminate having the polymer film obtained in Example 7. 図13(a)は、実施例8で得られた高分子膜を有する積層体の上面からのAFM像である。図13(b)は、実施例8で得られた高分子膜を有する積層体の模式的断面図である。FIG. 13A is an AFM image from the top surface of the laminate having the polymer film obtained in Example 8. FIG. FIG. 13B is a schematic cross-sectional view of a laminate having the polymer film obtained in Example 8. 図14は、実施例10で得られた高分子膜を有する積層体の上面からのAFM像である。FIG. 14 is an AFM image from the top surface of the laminate having the polymer film obtained in Example 10.

符号の説明Explanation of symbols

10,20,30,50,54,70,74 積層体
12 露光によりラジカルを発生しうる基板
14,32 高分子膜
16 ポリマーAからなる相
18,36 ポリマーBからなる相
22 基板
24 重合開始層
34 開口部
40,60 塗布膜を有する積層体
42,62 ポリスチレン相
44 フッ素含有基を有する高分子の相
52,56 フッ素含有基を有する高分子の相を露光して得られる高分子膜
64 シロキサン基を有する高分子の相
72,76 シロキサン基を有する高分子の相を露光して得られる高分子
10, 20, 30, 50, 54, 70, 74 Laminate 12 Substrate capable of generating radicals upon exposure 14, 32 Polymer film 16 Phase 18 composed of polymer A 18, 36 Phase composed of polymer B 22 Substrate 24 Polymerization initiation layer 34 Opening 40, 60 Laminate having coating film 42, 62 Polystyrene phase 44 Polymer phase having fluorine-containing group 52, 56 Polymer film obtained by exposing polymer phase having fluorine-containing group 64 Siloxane Polymer phase having a group 72,76 Polymer obtained by exposing a polymer phase having a siloxane group

Claims (14)

ラジカル重合性基を有する高分子を少なくとも1種含む、2種以上の高分子を、露光によりラジカルを発生しうる基板表面上に接触させて、前記基板表面上に相分離構造を有する高分子膜を形成する膜形成工程と、
前記膜形成工程で形成された前記高分子膜を露光し、前記高分子膜を前記基板に固定化する固定化工程と、
前記固定化工程で得られた高分子膜を溶媒で洗浄する洗浄工程と、を含む方法により得られる、前記基板表面と直接結合した高分子膜。
A polymer film having a phase separation structure on the substrate surface by bringing at least one polymer containing at least one polymer having a radical polymerizable group into contact with the substrate surface capable of generating radicals upon exposure. Forming a film, and
An immobilization step of exposing the polymer film formed in the film formation step and immobilizing the polymer film on the substrate;
A polymer film directly bonded to the substrate surface, obtained by a method comprising a washing step of washing the polymer membrane obtained in the immobilization step with a solvent.
前記基板表面と直接結合した高分子膜の膜厚が、0.5〜100nmである請求項1に記載の高分子膜。   The polymer film according to claim 1, wherein the polymer film directly bonded to the substrate surface has a thickness of 0.5 to 100 nm. 前記ラジカル重合性基を有する高分子が、シロキサン基またはフッ素含有基を有し、かつ、ラジカル重合性基を有する高分子である請求項1または2に記載の高分子膜。   The polymer film according to claim 1 or 2, wherein the polymer having a radical polymerizable group is a polymer having a siloxane group or a fluorine-containing group and having a radical polymerizable group. 前記シロキサン基またはフッ素含有基を有し、かつ、ラジカル重合性基を有する高分子が、一般式(1)で表される繰り返し単位、および一般式(2)で表される繰り返し単位を有する高分子である請求項3に記載の高分子膜。

(一般式(1)中、Rは、水素原子またはアルキル基を表す。Lは、2価の連結基または単なる結合手を表す。Rは、ラジカル重合性基を表す。
一般式(2)中、Rは、水素原子またはアルキル基を表す。Lは、2価の連結基または単なる結合手を表す。Rは、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、または一般式(X)で表される基を表す。)

(一般式(X)中、RaおよびRbは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、または一般式(Y)で表される基を表す。Rc、Rd、Re、RfおよびRgは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、またはアリール基を表す。nは、0〜100の整数を表す。*は、Lとの結合位置を示す。)

(一般式(Y)中、Rh〜Rlは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、またはアリール基を表す。mは、0〜100の整数を表す。**は、一般式(X)との結合位置を示す。)
The polymer having a siloxane group or a fluorine-containing group and having a radical polymerizable group has a repeating unit represented by the general formula (1) and a repeating unit represented by the general formula (2). The polymer film according to claim 3, which is a molecule.

(In General Formula (1), R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group. L 1 represents a divalent linking group or a simple bond. R 2 represents a radical polymerizable group.
In general formula (2), R 3 represents a hydrogen atom or an alkyl group. L 2 represents a divalent linking group or a simple bond. R 4 represents an alkyl group having a fluorine atom, an aryl group having a fluorine atom, or a group represented by the general formula (X). )

(In the general formula (X), Ra and Rb each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a group represented by the general formula (Y). Rc, Rd, Re, Rf and Rg are And each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, or an aryl group, n represents an integer of 0 to 100, and * represents a bonding position with L 2. )

(In the general formula (Y), Rh to Rl each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, or an aryl group. M represents an integer of 0 to 100. ** represents the general formula (X) and Indicates the bonding position.
前記露光が、320nm以上の露光波長の光により行われる請求項1〜4のいずれかに記載の高分子膜。   The polymer film according to claim 1, wherein the exposure is performed with light having an exposure wavelength of 320 nm or more. 前記相分離構造が、連続相と前記連続相に分散されて存在する分散相とを有してなり、前記分散相の平均直径が1nm〜100μmである請求項1〜5のいずれかに記載の高分子膜。   The said phase-separated structure has a continuous phase and the dispersed phase which is disperse | distributed and exists in the said continuous phase, The average diameter of the said dispersed phase is 1 nm-100 micrometers, The Claim 1-5 Polymer membrane. 露光によりラジカルを発生しうる基板表面と2種以上のラジカル重合性基を有する高分子とが直接結合して、前記基板表面上に形成される、相分離構造を有する高分子膜。   A polymer film having a phase separation structure, wherein a substrate surface capable of generating radicals upon exposure and a polymer having two or more radical polymerizable groups are directly bonded to each other and formed on the substrate surface. 膜厚が0.5〜100nmである請求項7に記載の高分子膜。   The polymer film according to claim 7, wherein the film thickness is 0.5 to 100 nm. 前記相分離構造が、連続相と前記連続相に分散されて存在する分散相とを有してなり、前記分散相の平均直径が1nm〜100μmである請求項7または8に記載の高分子膜。   The polymer film according to claim 7 or 8, wherein the phase separation structure includes a continuous phase and a dispersed phase that is dispersed in the continuous phase, and an average diameter of the dispersed phase is 1 nm to 100 µm. . 前記ラジカル重合性基を有する高分子の少なくとも1種が、シロキサン基またはフッ素含有基を有し、かつ、ラジカル重合性基を有する高分子である請求項7〜9のいずれかに記載の高分子膜。   The polymer according to claim 7, wherein at least one of the polymers having a radical polymerizable group is a polymer having a siloxane group or a fluorine-containing group and having a radical polymerizable group. film. 露光によりラジカルを発生しうる基板と、前記露光によりラジカルを発生しうる基板上に形成される請求項1〜10のいずれかに記載の高分子膜とを有する積層体。   The laminated body which has a board | substrate which can generate | occur | produce a radical by exposure, and the polymer film in any one of Claims 1-10 formed on the board | substrate which can generate a radical by the said exposure. 前記露光によりラジカルを発生しうる基板が、基板と、前記基板上に形成される重合開始層とを有する積層構造で形成される請求項11に記載の積層体。   The laminate according to claim 11, wherein the substrate capable of generating radicals upon exposure is formed of a laminate structure including a substrate and a polymerization initiation layer formed on the substrate. 前記重合開始層が、露光によりラジカル重合を開始しうる重合開始部位と基板結合部位とを有する化合物が前記基板結合部位を介して前記基板と結合して形成される層である請求項12に記載の積層体。   13. The layer according to claim 12, wherein the polymerization initiating layer is a layer formed by bonding a compound having a polymerization initiating site capable of initiating radical polymerization by exposure and a substrate binding site to the substrate through the substrate binding site. Laminated body. ラジカル重合性基を有する高分子を少なくとも1種含む、2種以上の高分子を、露光によりラジカルを発生しうる基板表面上に接触させて、前記基板表面上に相分離構造を有する高分子膜を形成する膜形成工程と、
前記膜形成工程で形成された前記高分子膜を露光し、前記高分子膜を前記基板に固定化する固定化工程と、
前記固定化工程で得られた高分子膜を溶媒で洗浄する洗浄工程とを含む、前記基板表面と直接結合した高分子膜の製造方法。
A polymer film having a phase separation structure on the substrate surface by bringing at least one polymer containing at least one polymer having a radical polymerizable group into contact with the substrate surface capable of generating radicals upon exposure. Forming a film, and
An immobilization step of exposing the polymer film formed in the film formation step and immobilizing the polymer film on the substrate;
A method for producing a polymer film directly bonded to the substrate surface, comprising a washing step of washing the polymer film obtained in the immobilization step with a solvent.
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