KR101880212B1 - Block copolymer - Google Patents
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Abstract
본 출원은, 블록 공중합체 및 그 용도가 제공될 수 있다. 본 출원의 블록 공중합체는, 우수한 자기 조립 특성 내지는 상분리 특성을 가지며, 요구되는 다양한 기능도 자유롭게 부여될 수 있고, 특히 에칭 선택성이 확보되어 패턴 형성과 같은 용도에 효과적으로 적용될 수 있다.The present application may provide block copolymers and uses thereof. The block copolymer of the present application has excellent self-assembling property or phase-separating property, can freely impart various required functions, and particularly, has excellent etching selectivity and can be effectively applied to applications such as pattern formation.
Description
본 출원은, 블록 공중합체 및 그 용도에 관한 것이다.This application relates to block copolymers and uses thereof.
블록 공중합체는 서로 다른 화학적 구조를 가지는 고분자 블록들이 공유 결합을 통해 연결되어 있는 분자 구조를 가지고 있다. 블록 공중합체는 상분리에 의해서 스피어(sphere), 실린더(cylinder) 또는 라멜라(lamella) 등과 같은 주기적으로 배열된 구조를 형성할 수 있다. 블록 공중합체의 자기 조립 현상에 의해 형성된 구조의 도메인의 크기는 광범위하게 조절될 수 있으며, 다양한 형태의 구조의 제작이 가능하여 고밀도 자기저장매체, 나노선 제작, 양자점 또는 금속점 등과 같은 다양한 차세대 나노 소자나 자기 기록 매체 또는 리소그라피 등에 의한 패턴 형성 등에 응용될 수 있다.The block copolymer has a molecular structure in which polymer blocks having different chemical structures are linked via covalent bonds. The block copolymer can form a periodically arranged structure such as a sphere, a cylinder or a lamella by phase separation. The size of the domain of the structure formed by the self-assembling phenomenon of the block copolymer can be widely controlled, and various types of structures can be manufactured. Thus, various next-generation nano-structures such as high density magnetic storage media, nanowire fabrication, And can be applied to pattern formation by devices, magnetic recording media, lithography, or the like.
블록 공중합체가 상기 패턴 형성에 응용되기 위해서 요구되는 물성은 자기 조립 특성과 함께 에칭 선택성이 포함된다. 즉, 패턴 형성을 위한 마스크의 제조를 위하여 자기 조립된 블록 공중합체의 화학적으로 상이한 블록 중에서 어느 한 블록을 선택적으로 제거하는 과정이 요구될 수 있는데, 이 과정에서 블록들간의 에칭 선택성이 확보되지 않으면, 패턴 형성으로의 응용이 곤란하다.The physical properties required for the block copolymer to be applied to the pattern formation include self selectivity as well as etch selectivity. That is, a process of selectively removing one of the chemically different blocks of the self-assembled block copolymer may be required for the production of the mask for pattern formation. In this process, if the etching selectivity between the blocks is not ensured , Application to pattern formation is difficult.
본 출원은, 블록 공중합체 및 그 용도를 제공한다.The present application provides block copolymers and uses thereof.
본 명세서에서 용어 알킬기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 의미할 수 있다. 상기 알킬기는 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기일 수 있으며, 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다.As used herein, the term alkyl group may mean an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms or 1 to 4 carbon atoms, unless otherwise specified. The alkyl group may be a straight chain, branched or cyclic alkyl group and may be optionally substituted by one or more substituents.
본 명세서에서 용어 알콕시기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기를 의미할 수 있다. 상기 알콕시기는 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알콕시기일 수 있으며, 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다.As used herein, unless otherwise specified, the term alkoxy group may mean an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms, or 1 to 4 carbon atoms. The alkoxy groups may be straight, branched or cyclic alkoxy groups and may optionally be substituted by one or more substituents.
본 명세서에서 용어 알케닐기 또는 알키닐기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 2 내지 4의 알케닐기 또는 알키닐기를 의미할 수 있다. 상기 알케닐기 또는 알키닐기는 직쇄형, 분지형 또는 고리형일 수 있으며, 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다.As used herein, the term alkenyl or alkynyl group means an alkenyl group or alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, 2 to 16 carbon atoms, 2 to 12 carbon atoms, 2 to 8 carbon atoms, or 2 to 4 carbon atoms unless otherwise specified can do. The alkenyl or alkynyl group may be linear, branched or cyclic and may optionally be substituted by one or more substituents.
본 명세서에서 용어 알킬렌기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기를 의미할 수 있다. 상기 알킬렌기는 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬렌기일 수 있으며, 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다.As used herein, unless otherwise specified, the alkylene group may mean an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms, or 1 to 4 carbon atoms. The alkylene group may be a straight, branched or cyclic alkylene group and may optionally be substituted by one or more substituents.
본 명세서에서 용어 알케닐렌기 또는 알키닐렌기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 2 내지 4의 알케닐렌기 또는 알키닐렌기를 의미할 수 있다. 상기 알케닐렌기 또는 알키닐렌기는 직쇄형, 분지형 또는 고리형일 수 있으며, 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다.As used herein, the term alkenylene group or alkynylene group means an alkenylene group or an alkynylene group having 2 to 20 carbon atoms, 2 to 16 carbon atoms, 2 to 12 carbon atoms, 2 to 8 carbon atoms, or 2 to 4 carbon atoms, It can mean a group. The alkenylene or alkynylene group may be linear, branched or cyclic and may optionally be substituted by one or more substituents.
본 명세서에서 용어 아릴기 또는 아릴렌기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 하나의 벤젠 고리 구조, 2개 이상의 벤젠 고리가 하나 또는 2개의 탄소 원자를 공유하면서 연결되어 있거나, 또는 임의의 링커에 의해 연결되어 있는 구조를 포함하는 화합물 또는 그 유도체로부터 유래하는 1가 또는 2가 잔기를 의미할 수 있다. 상기 아릴기 또는 아릴렌기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 6 내지 30, 탄소수 6 내지 25, 탄소수 6 내지 21, 탄소수 6 내지 18 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기일 수 있다.As used herein, the term "aryl" group or "arylene group" means, unless otherwise specified, one benzene ring structure, two or more benzene rings connected together sharing one or two carbon atoms, Or a monovalent or di-valent residue derived from a compound or a derivative thereof. The aryl group or the arylene group may be, for example, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, 6 to 25 carbon atoms, 6 to 21 carbon atoms, 6 to 18 carbon atoms, or 6 to 13 carbon atoms unless otherwise specified.
본 출원에서 용어 방향족 구조는 상기 아릴기 또는 아릴렌기를 의미할 수 있다.The term aromatic structure in this application may mean the aryl group or the arylene group.
본 명세서에서 용어 지환족 고리 구조는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 방향족 고리 구조가 아닌 고리형 탄화수소 구조를 의미한다. 상기 지환족 고리 구조는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 3 내지 30, 탄소수 3 내지 25, 탄소수 3 내지 21, 탄소수 3 내지 18 또는 탄소수 3 내지 13의 지환족 고리 구조일 수 있다.As used herein, the term alicyclic ring structure means a cyclic hydrocarbon structure other than an aromatic ring structure unless otherwise specified. The alicyclic ring structure may be, for example, an alicyclic ring structure having 3 to 30 carbon atoms, 3 to 25 carbon atoms, 3 to 21 carbon atoms, 3 to 18 carbon atoms, or 3 to 13 carbon atoms unless otherwise specified .
본 출원에서 용어 단일 결합은 해당 부위에 별도의 원자가 존재하지 않는 경우를 의미할 수 있다. 예를 들어, A-B-C로 표시된 구조에서 B가 단일 결합인 경우에 B로 표시되는 부위에 별도의 원자가 존재하지 않고, A와 C가 직접 연결되어 A-C로 표시되는 구조를 형성하는 것을 의미할 수 있다.The term single bond in the present application may mean that no separate atom is present at the site. For example, in the structure represented by A-B-C, when B is a single bond, it may mean that no atom exists at a site represented by B and A and C are directly connected to form a structure represented by A-C.
본 출원에서 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, 알콕시기, 아릴기, 아릴렌기, 사슬 또는 방향족 구조 등에 임의로 치환되어 있을 수 있는 치환기로는, 히드록시기, 할로겐 원자, 카복실기, 글리시딜기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일기옥시, 메타크릴로일기옥시기, 티올기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, 알콕시기 또는 아릴기 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.Examples of the substituent which may optionally be substituted in the present application include an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group, an alkoxy group, an aryl group, an arylene group, A carboxyl group, a glycidyl group, an acryloyl group, a methacryloyl group, an acryloyloxy group, a methacryloyloxy group, a thiol group, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkylene group, an alkenylene group, , An alkoxy group or an aryl group, but are not limited thereto.
본 출원의 블록 공중합체는, 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 가지는 블록(이하, 제 1 블록으로 호칭할 수 있다.)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 블록은 하기 화학식 1로 표시되는 단위로만 이루어지거나, 혹은 상기 화학식 1의 단위에 추가로 다른 단위를 포함할 수 있다.The block copolymer of the present application may include a block having a unit represented by the following formula (hereinafter referred to as a first block). The first block may be composed of a unit represented by the following general formula (1), or may further include another unit in addition to the unit of the general formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
화학식 1에서 R은 수소 또는 알킬기이고, X는 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 카보닐기, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, -C(=O)-X1- 또는 -X1-C(=O)-이고, 상기에서 X1은 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기 또는 알키닐렌기이고, Y는 8개 이상의 사슬 형성 원자를 가지는 사슬이 연결된 고리 구조를 포함하는 1가 치환기이다.X is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, -S (= O) 2- , a carbonyl group, an alkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group, -C (= O) -X 1 - or -X 1 -C (= O) - and, in the X 1 is an oxygen atom, sulfur atom, -S (= O) 2 - , An alkylene group, an alkenylene group or an alkynylene group, and Y is a monovalent substituent group including a cyclic structure having a chain having 8 or more chain-forming atoms linked thereto.
화학식 1에서 X는 다른 예시에서 단일 결합, 산소 원자, 카보닐기, -C(=O)-O- 또는 -O-C(=O)-이거나, -C(=O)-O-일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.X in the formula 1 may be a single bond, an oxygen atom, a carbonyl group, -C (= O) -O- or -OC (= O) - or -C (= O) -O- in another example, But is not limited to.
화학식 1에서 Y의 1가 치환기는, 적어도 8개의 사슬 형성 원자로 형성되는 사슬 구조를 포함한다.The monovalent substituent of Y in formula (1) includes a chain structure formed by at least eight chain-forming atoms.
본 출원에서 용어 사슬 형성 원자는, 소정 사슬의 직쇄 구조를 형성하는 원자를 의미한다. 상기 사슬은 직쇄형이거나, 분지형일 수 있으나, 사슬 형성 원자의 수는 가장 긴 직쇄를 형성하고 있는 원자의 수만으로 계산되며, 상기 사슬 형성 원자에 결합되어 있는 다른 원자(예를 들면, 사슬 형성 원자가 탄소 원자인 경우에 그 탄소 원자에 결합하고 있는 수소 원자 등)는 계산되지 않는다. 또한, 분지형 사슬인 경우에 상기 사슬 형성 원자의 수는 가장 긴 사슬을 형성하고 있는 사슬 형성 원자의 수로 계산될 수 있다. 예를 들어, 상기 사슬이 n-펜틸기인 경우에 사슬 형성 원자는 모두 탄소로서 그 수는 5이고, 상기 사슬이 2-메틸펜틸기인 경우에도 사슬 형성 원자는 모두 탄소로서 그 수는 5이다. 상기 사슬 형성 원자로는, 탄소, 산소, 황 또는 질소 등이 예시될 수 있고, 적절한 사슬 형성 원자는 탄소, 산소 또는 질소이거나, 탄소 또는 산소일 수 있다. 상기 사슬 형성 원자의 수는 8 이상, 9 이상, 10 이상, 11 이상 또는 12 이상일 수 있다. 상기 사슬 형성 원자의 수는, 또한 30 이하, 25 이하, 20 이하 또는 16 이하일 수 있다.The term chain forming atom in the present application means an atom forming a straight chain structure of a certain chain. The number of chain-forming atoms is calculated by the number of atoms forming the longest straight chain, and the number of the other atoms bonded to the chain-forming atoms (for example, the chain- A hydrogen atom bonded to the carbon atom in the case of a carbon atom, etc.) is not calculated. Also, in the case of a branched chain, the number of chain-forming atoms can be calculated as the number of chain-forming atoms forming the longest chain. For example, when the chain is an n-pentyl group, all of the chain-forming atoms are carbon, the number is 5, and even if the chain is a 2-methylpentyl group, all the chain-forming atoms are carbon, The chain-forming atom may be exemplified by carbon, oxygen, sulfur or nitrogen, and a suitable chain-forming atom may be carbon, oxygen or nitrogen, or carbon or oxygen. The number of chain-forming atoms may be 8 or more, 9 or more, 10 or more, 11 or more, or 12 or more. The number of the chain-forming atoms may be 30 or less, 25 or less, 20 or less, or 16 or less.
화학식 1의 단위는 상기 블록 공중합체가 우수한 자기 조립 특성을 나타내도록 할 수 있다.The unit of the formula (1) can make the block copolymer exhibit excellent self-assembling properties.
하나의 예시에서 상기 사슬은, 직쇄 알킬기와 같은 직쇄 탄화수소 사슬일 수 있다. 이러한 경우에 알킬기는, 탄소수 8 이상, 탄소수 8 내지 30, 탄소수 8 내지 25, 탄소수 8 내지 20 또는 탄소수 8 내지 16의 알킬기일 수 있다. 상기 알킬기의 탄소 원자 중 하나 이상은 임의로 산소 원자로 치환되어 있을 수 있고, 상기 알킬기의 적어도 하나의 수소 원자는 임의적으로 다른 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다.In one example, the chain may be a straight chain hydrocarbon chain such as a straight chain alkyl group. In this case, the alkyl group may be an alkyl group having 8 or more carbon atoms, 8 to 30 carbon atoms, 8 to 25 carbon atoms, 8 to 20 carbon atoms, or 8 to 16 carbon atoms. At least one of the carbon atoms of the alkyl group may optionally be substituted with an oxygen atom, and at least one hydrogen atom of the alkyl group may be optionally substituted by another substituent.
화학식 1에서 Y는 고리 구조를 포함하고, 상기 사슬은 상기 고리 구조에 연결되어 있을 수 있다. 이러한 고리 구조에 의해 상기 단량체에 의해 형성되는 블록 공중합체의 자기 조립 특성 등이 보다 향상될 수 있다. 고리 구조는 방향족 구조이거나, 지환족 구조일 수 있다.In Formula (1), Y may include a cyclic structure, and the chain may be connected to the cyclic structure. Such a ring structure can further improve the self-assembling property and the like of the block copolymer formed by the monomer. The ring structure may be an aromatic structure or an alicyclic structure.
상기 사슬은 상기 고리 구조에 직접 연결되어 있거나, 혹은 링커를 매개로 연결되어 있을 수 있다. 상기 링커로는, 산소 원자, 황 원자, -NR1-, S(=O)2-, 카보닐기, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, -C(=O)-X1- 또는 -X1-C(=O)- 등이 예시될 수 있고, 상기에서 R1은 수소, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기 또는 아릴기일 수 있으며, X1은 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -NR2-, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기 또는 알키닐렌기일 수 있고, 상기에서 R2는, 수소, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기 또는 아릴기일 수 있다. 적절한 링커로는 산소 원자 또는 질소 원자가 예시될 수 있다. 상기 사슬은, 예를 들면, 산소 원자 또는 질소 원자를 매개로 방향족 구조에 연결되어 있을 수 있다. 이러한 경우에 상기 링커는 산소 원자이거나, -NR1-(상기에서 R1은 수소, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기 또는 아릴기)일 수 있다.The chain may be directly connected to the ring structure, or may be connected via a linker. The linker is an oxygen atom, a sulfur atom, -NR 1 -, S (= O) 2 -, a carbonyl group, an alkylene group, alkenylene group, alkynylene group, -C (= O) -X 1 - or - X 1 -C (= O) -, etc., wherein R 1 may be hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group or an aryl group, X 1 represents a single bond, , -NR 2 -, -S (═O) 2 -, an alkylene group, an alkenylene group or an alkynylene group, and R 2 is hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, have. An appropriate linker may be an oxygen atom or a nitrogen atom. The chain may be connected to the aromatic structure via, for example, an oxygen atom or a nitrogen atom. In this case, the linker may be an oxygen atom, or -NR 1 - (wherein R 1 may be hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group or an aryl group).
화학식 1의 Y는, 일 예시에서 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.Y in the formula (1) may be represented by the following formula (2) in one example.
[화학식 2](2)
화학식 2에서 P는 아릴렌기이고, Q는 단일 결합, 산소 원자 또는 -NR3-이고, 상기에서 R3는, 수소, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기 또는 아릴기이고, Z는 8개 이상의 사슬 형성 원자를 가지는 상기 사슬이다. 화학식 1의 Y가 상기 화학식 2의 치환기인 경우에 상기 화학식 2의 P가 화학식 1의 X에 직접 연결되어 있을 수 있다.In the formula 2 P is an arylene group, Q is a single bond, an oxygen atom or -NR 3 - and, at the R 3 is a hydrogen atom, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group or aryl group, Z is 8 Or more of the chain forming atoms. When Y in the general formula (1) is a substituent of the general formula (2), P in the general formula (2) may be directly connected to X in the general formula (1).
화학식 2에서 P의 적절한 예시로는, 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기, 예를 들면, 페닐렌기를 예시할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.Suitable examples of P in formula (2) include, but are not limited to, an arylene group having 6 to 12 carbon atoms, such as a phenylene group.
화학식 2에서 Q는 적절한 예시로는, 산소 원자 또는 -NR1-(상기에서 R1은 수소, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기 또는 아릴기) 등을 들 수 있다.In formula (2), Q is an oxygen atom or -NR 1 - (where R 1 is hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group or an aryl group) as a suitable example.
화학식 1의 단위의 적절한 예시로는, 상기 화학식 1에서 R은 수소 또는 알킬기, 예를 들면, 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, X는 -C(=O)-O-이며, Y는 상기 화학식 2에서 P는 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기 또는 페닐렌이고, Q는 산소 원자이며, Z는 사슬 형성 원자가 8개 이상인 전술한 사슬인 단위를 들 수 있다.As a suitable example of the unit of the formula (1), R is hydrogen or an alkyl group such as hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, X is -C (= O) -O-, In Formula (2), P is an arylene group having 6 to 12 carbon atoms or phenylene, Q is an oxygen atom, and Z is the above-mentioned chain having 8 or more chain-forming atoms.
따라서, 화학식 1의 적절한 예시의 단위로는 하기 화학식 3의 단위를 들 있다. Accordingly, examples of suitable examples of the formula (1) include the following formula (3).
[화학식 3](3)
화학식 3에서 R은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, X는 -C(=O)-O-이고, P는 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기이고, Q는 산소 원자이며, Z는 사슬 형성 원자가 8개 이상인 상기 사슬이다.R is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, X is -C (= O) -O-, P is an arylene group having 6 to 12 carbon atoms, Q is an oxygen atom, Z is a chain- Lt; RTI ID = 0.0 > 8 < / RTI >
다른 예시에서 제 1 블록의 상기 화학식 1의 단위는 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.In another example, the unit of Formula 1 in the first block may be represented by Formula 4 below.
[화학식 4][Chemical Formula 4]
화학식 4에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, X는 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 카보닐기, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, -C(=O)-X1- 또는 -X1-C(=O)-이고, 상기에서 X1은 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기 또는 알키닐렌기이고, T는 단일 결합 또는 아릴렌기이고, Q는 단일 결합 또는 카보닐기이며, Y는 사슬 형성 원자가 8개 이상인 사슬이다.In formula (4), R 1 and R 2 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and X is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, -S (═O) 2 -, a carbonyl group, group, an alkynylene group, -C (= O) -X 1 - or -X 1 -C (= O) - a, -S (= O) in said X 1 is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, and 2 -, an alkylene group, an alkenylene group or an alkynylene group, T is a single bond or an arylene group, Q is a single bond or a carbonyl group, and Y is a chain having 8 or more chain forming atoms.
상기 화학식 4에서 X는 단일 결합, 산소 원자, 카보닐기, -C(=O)-O- 또는 -O-C(=O)-일 수 있다.In Formula 4, X may be a single bond, an oxygen atom, a carbonyl group, -C (= O) -O- or -O-C (= O) -.
화학식 4의 상기 Y의 사슬의 구체적인 예로는, 화학식 1에서 기술한 내용이 유사하게 적용될 수 있다.As a specific example of the chain of Y in the formula (4), the description described in the formula (1) can be similarly applied.
다른 예시에서 상기 제 1 블록의 상기 화학식 1, 3 및 4 중 어느 하나의 단위에서 사슬 형성 원자가 8개 이상인 사슬의 적어도 하나의 사슬 형성 원자가 전기 음성도가 3 이상일 수 있다. 상기 원자의 전기 음성도는 다른 예시에서는 3.7 이하일 수 있다. 상기에서 전기 음성도가 3 이상인 원자로는, 질소 원자 또는 산소 원자가 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.In another example, at least one chain-forming atom of the chain having 8 or more chain-forming atoms in any one of the above-described formulas (1), (3) and (4) of the first block may have an electronegativity of 3 or more. The electronegativity of the atom may be 3.7 or less in another example. In the above, the reactor having the electronegativity of 3 or more may be exemplified by nitrogen atom or oxygen atom, but is not limited thereto.
블록 공중합체에서 상기와 같은 단위를 포함하는 제 1 블록과 함께 포함되는 제 2 블록은, 하기 화학식 5의 단위를 적어도 포함할 수 있다. The second block included in the block copolymer together with the first block including the unit as described above may include at least a unit represented by the following formula (5).
[화학식 5][Chemical Formula 5]
화학식 5에서 X2는, 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, -C(=O)-X3- 또는 -X3-C(=O)-이고, 상기에서 X3는 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기 또는 알키닐렌기이고, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 할로알킬기, 할로겐 원자 또는 광가교성 관능기이며, R1 내지 R5가 포함하는 광가교성 관능기의 수는 1개 이상이다.In formula 5 X 2 is a single bond, an oxygen atom, sulfur atom, -S (= O) 2 - , alkylene group, alkenylene group, alkynylene group, -C (= O) -X 3 - or -X 3 -C (= O) - and, at the X 3 is a single bond, oxygen atom, sulfur atom, -S (= O) 2 -, and the alkylene, alkenylene or alkynylene group, R 1 to R 5 is An alkyl group, a haloalkyl group, a halogen atom or a photo-crosslinkable functional group, and the number of photo-crosslinking functional groups contained in R 1 to R 5 is one or more.
제 2 블록은 상기 화학식 5의 단위로만 이루어질 수도 있고, 후술하는 다른 단위를 추가로 포함할 수도 있다. 제 2 블록이 상기 화학식 5의 단위와 함께 다른 단위를 포함한다면, 상기 각 단위는 제 2 블록 내에서 별도의 서브 블록을 이루고 있거나, 랜덤하게 포함되어 있을 수 있다.The second block may be composed of only the unit of the formula (5), or may further include another unit described later. If the second block includes other units together with the unit of the above formula (5), each unit may form a separate sub-block in the second block, or may be randomly included.
상기 화학식 5의 단위는 상기한 바와 같이 적어도 하나의 광가교성 관능기를 포함한다. 이러한 광가교성 관능기에 의해 상기 블록 공중합체는 자기 조립 구조의 형성 전 또는 후에 가교될 수 있는데, 가교 반응이 제 2 블록에서만 유도되면, 제 1 블록과 제 2 블록의 에칭 선택성이 향상될 수 있다.The unit of formula (5) includes at least one photo-crosslinkable functional group as described above. With such a photo-crosslinkable functional group, the block copolymer can be crosslinked before or after the formation of the self-assembled structure, and if the crosslinking reaction is induced only in the second block, the etch selectivity of the first block and the second block can be improved.
상기 화학식 5의 단위에 포함될 수 있는 광가교성 관능기로는, 광의 조사에 의해 라디칼을 발생시키면서 가교될 수 있는 관능기(이하, 광라디칼 발생기로 호칭할 수 있다.) 또는 라디칼을 발생시키지는 않으나, 라디칼의 존재하에 가교될 수 있는 관능기 등이 예시될 수 있다. 후자의 경우, 블록 공중합체는 적절한 라디칼 개시제와 함께 공정에 적용될 수 있다. 상기 광가교성 관능기로는, 벤조일페녹시기, 알케닐옥시카보닐기, (메타)아크릴로일기 또는 알케닐옥시알킬기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Examples of the photo-crosslinkable functional group that can be included in the unit of Formula 5 include a functional group capable of forming a radical by irradiation with light (hereinafter, referred to as a photo-radical generator) or a radical, And a functional group which can be crosslinked in the presence of the compound. In the latter case, the block copolymer can be applied to the process with an appropriate radical initiator. Examples of the photo-crosslinking functional group include benzoylphenoxy group, alkenyloxycarbonyl group, (meth) acryloyl group or alkenyloxyalkyl group, but are not limited thereto.
화학식 5의 단위에서 광가교성 관능기는 1개 이상 포함될 수 있고, 예를 들면, 적어도 R3는 상기 광가교성 관능기일 수 있다.In the unit of the general formula (5), one or more photocrosslinking functional groups may be contained, for example, at least R 3 may be the photopolymerizable functional group.
화학식 5의 단위는 상기 광가교성 관능기와 함께 1개 이상, 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상 또는 5개 이상의 할로겐 원자, 예를 들면, 불소 원자를 포함할 수 있다. 상기 단위에 포함되는 불소 원자와 같은 할로겐 원자는, 10개 이하, 9개 이하, 8개 이하, 7개 이하 또는 6개 이하일 수 있다.The unit of the formula (5) may contain one or more, two or more, three or more, four or five or more halogen atoms such as a fluorine atom together with the photo-crosslinking functional group. The halogen atom such as the fluorine atom contained in the unit may be 10 or less, 9 or less, 8 or less, 7 or less, or 6 or less.
화학식 5의 단위에서 R1 내지 R5 중 적어도 1개, 1개 내지 3개 또는 1개 내지 2개는 전술한 광가교성 관능기일 수 있다.At least one, one to three, or one to two of R 1 to R 5 in the unit of the formula (5) may be the above-described photo-crosslinking functional group.
화학식 5의 단위에서 R1 내지 R5에는 할로겐 원자가 1개 이상, 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상 또는 5개 이상 포함될 수 있다. R1 내지 R5에 포함되는 할로겐 원자는, 10개 이하, 9개 이하, 8개 이하, 7개 이하 또는 6개 이하일 수 있다.In the formula (5), R 1 to R 5 may contain one or more halogen atoms, two or more, three or more, four or more, or five or more halogen atoms. The halogen atoms contained in R 1 to R 5 may be 10 or less, 9 or less, 8 or less, 7 or less, or 6 or less.
제 2 블록이 상기 화학식 5의 단위와 함께 다른 단위를 포함하는 경우, 상기 화학식 5의 단위의 비율은 블록 공중합체의 자기 조립성이 유지되면서, 적절한 가교 반응이 일어날 수 있는 범위로 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 화학식 5의 단위의 제 2 블록 내에서의 비율은, 제 2 블록에 포함되는 단위들의 몰수를 기준으로 0.1몰% 내지 5몰%, 0.5 몰% 내지 5 몰%, 1 몰% 내지 5 몰% 또는 1.5 몰% 내지 5 몰%, 1.5 몰% 내지 4 몰%, 1.5 몰% 내지 3 몰% 정도일 수 있다. 이러한 비율은, 블록 공중합체에 포함되는 단위 내지는 블록의 종류에 따라서 조절될 수 있다.When the second block includes other units together with the unit of the formula (5), the ratio of the unit of the formula (5) can be adjusted to a range in which a proper crosslinking reaction can occur while maintaining the self-assembly property of the block copolymer . For example, the ratio of the unit of the formula (5) in the second block may be 0.1 mol% to 5 mol%, 0.5 mol% to 5 mol%, 1 mol% To 5 mol%, or 1.5 mol% to 5 mol%, 1.5 mol% to 4 mol%, and 1.5 mol% to 3 mol%. This ratio can be adjusted depending on the type of unit or block included in the block copolymer.
블록 공중합체의 제 2 블록은 상기 화학식 5의 단위와 함께 다른 단위를 추가로 포함할 수 있다. 이 경우 포함될 수 있는 단위의 종류는 특별히 제한되지 않는다.The second block of the block copolymer may further comprise other units in addition to the units of the above formula (5). In this case, the type of unit that can be included is not particularly limited.
예를 들면, 제 2 블록은, 폴리비닐피롤리돈 단위, 폴리락트산(polylactic acid) 단위, 폴리비닐피리딘 단위, 폴리스티렌 또는 폴리트리메틸실릴스티렌(poly trimethylsilylstyrene) 등과 같은 폴리스티렌(polystyrene) 단위, 폴리에틸렌옥시드(polyethylene oxide)와 같은 폴리알킬렌옥시드 단위, 폴리부타디엔(poly butadiene) 단위, 폴리이소프렌(poly isoprene) 단위 또는 폴리에틸렌(poly ethylene) 등의 폴리올레핀 단위 등을 추가로 포함할 수 있다.For example, the second block may include a polystyrene unit such as a polyvinyl pyrrolidone unit, a polylactic acid unit, a polyvinyl pyridine unit, polystyrene or poly trimethylsilyl styrene, a polyalkylene oxide unit such as polyethylene oxide, a polybutadiene unit, a polyisoprene unit, or a polyolefin unit such as polyethylene.
하나의 예시에서 상기 제 2 블록은, 상기 화학식 5의 단위와 함께, 하나 이상의 할로겐 원자를 포함하는 방향족 구조를 가지는 단위를 추가로 포함할 수 있다.In one example, the second block may further include a unit having an aromatic structure containing at least one halogen atom, together with the unit of the formula (5).
상기 단위는 예를 들면, 상기 화학식 5와 같은 광가교성 관능기는 포함하지 않는 단위일 수 있다.The unit may be, for example, a unit that does not include the photo-crosslinkable functional group as shown in Formula 5. [
이러한 제 2 단위는, 예를 들면, 하기 화학식 6으로 표시되는 단위일 수 있다.Such a second unit may be, for example, a unit represented by the following formula (6).
[화학식 6][Chemical Formula 6]
화학식 6에서 B는 하나 이상의 할로겐 원자를 포함하는 방향족 구조를 가지는 1가 치환기이다.In Formula (6), B is a monovalent substituent having an aromatic structure containing at least one halogen atom.
이러한 단위를 포함하는 블록은 제 1 블록 등의 다른 블록과 우수한 상호 작용을 나타내어 블록 공중합체가 우수한 자기 조립 특성 등을 나타내도록 할 수 있다.The block containing such a unit exhibits excellent interaction with other blocks such as the first block, so that the block copolymer can exhibit excellent self-assembling properties and the like.
화학식 6에서 방향족 구조는, 예를 들면, 탄소수 6 내지 18 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족 구조일 수 있다.In the formula (6), the aromatic structure may be, for example, an aromatic structure having 6 to 18 carbon atoms or 6 to 12 carbon atoms.
화학식 6에 포함되는 할로겐 원자로는, 불소 원자 또는 염소 원자 등이 예시될 수 있고, 적절하게는 불소 원자가 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.As the halogen atom contained in the formula (6), a fluorine atom or a chlorine atom may be exemplified, and a fluorine atom may be appropriately used, but the present invention is not limited thereto.
하나의 예시에서 화학식 6의 B는 1개 이상, 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상 또는 5개 이상의 할로겐 원자로 치환된 탄소수 6 내지 12의 방향족 구조를 가지는 1가 치환기일 수 있다. 상기에서 할로겐 원자의 개수의 상한은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 10개 이하, 9개 이하, 8개 이하, 7개 이하 또는 6개 이하의 할로겐 원자가 존재할 수 있다.In one example, B in formula (6) may be a monovalent substituent having an aromatic structure of 6 to 12 carbon atoms substituted with at least 1, at least 2, at least 3, at least 4, or at least 5 halogen atoms. The upper limit of the number of halogen atoms is not particularly limited and may be, for example, 10 or less, 9 or less, 8 or less, 7 or less, or 6 or less.
상기 화학식 6의 단위는 하기 화학식 7로 표시될 수 있다.The unit of the formula (6) may be represented by the following formula (7).
[화학식 7](7)
화학식 7에서 X2는, 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, -C(=O)-X4- 또는 -X4-C(=O)-이고, 상기에서 X4는 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기 또는 알키닐렌기이고, W는 적어도 1개의 할로겐 원자를 포함하는 아릴기이다. 상기에서 W는 적어도 1개의 할로겐 원자로 치환된 아릴기, 예를 들면, 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상 또는 5개 이상의 할로렌 원자로 치환된 탄소수 6 내지 12의 아릴기일 수 있다.In formula 7 X 2 is a single bond, an oxygen atom, sulfur atom, -S (= O) 2 - , alkylene group, alkenylene group, alkynylene group, -C (= O) -X 4 - or -X 4 -C (= O) - and, in the X 4 represents a single bond, oxygen atom, sulfur atom, -S (= O) 2 - , alkylene group, alkenyl group or alkynyl group, and W is at least one halogen Is an aryl group containing an atom. In the above, W may be an aryl group substituted with at least one halogen atom, for example, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms substituted with at least 2, at least 3, at least 4, or at least 5 halolene atoms.
다른 예시에서 상기 화학식 6의 단위는 하기 화학식 8로 표시될 수 있다.In another example, the unit of the formula (6) may be represented by the following formula (8).
[화학식 8][Chemical Formula 8]
화학식 8에서 X3는, 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, -C(=O)-X5- 또는 -X5-C(=O)-이고, 상기에서 X5는 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기 또는 알키닐렌기이고, Ra 내지 Re는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 할로알킬기 또는 할로겐 원자이고, Ra 내지 Re가 포함하는 할로겐 원자의 수는 1개 이상이다.In Formula 8 X 3 is a single bond, an oxygen atom, sulfur atom, -S (= O) 2 - , alkylene group, alkenylene group, alkynylene group, -C (= O) -X 5 - or -X 5 -C (= O) - and, in the X 5 is a single bond, oxygen atom, sulfur atom, -S (= O) 2 -, and the alkylene, alkenylene or alkynylene group, R a to R e is Are each independently hydrogen, an alkyl group, a haloalkyl group or a halogen atom, and the number of halogen atoms contained in R a to R e is one or more.
화학식 8에서 X3는, 다른 예시에서 단일 결합, 산소 원자, 알킬렌기, -C(=O)-O- 또는 -O-C(=O)-일 수 있다.X 3 in Formula 8 may be a single bond, an oxygen atom, an alkylene group, -C (= O) -O- or -OC (= O) - in another example.
화학식 8에서 Ra 내지 Re는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 할로알킬기 또는 할로겐 원자이되, Ra 내지 Re는 1개 이상, 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상 또는 5개 이상의 할로겐 원자, 예를 들면, 불소 원자를 포함할 수 있다. Ra 내지 Re에 포함되는 할로겐 원자, 예를 들면, 불소 원자는, 10개 이하, 9개 이하, 8개 이하, 7개 이하 또는 6개 이하일 수 있다.R a to R e each independently is hydrogen, are an alkyl group, a haloalkyl group or a halogen wonjayi, R a to R e is 1 or more, two or more, three or more, four or more or five or more halogen atoms in formula (8) , For example, a fluorine atom. The halogen atoms, for example, fluorine atoms, contained in R a to R e may be 10 or less, 9 or less, 8 or less, 7 or less, or 6 or less.
제 2 블록이 상기 화학식 5의 단위와 함께 상기 할로겐 원자를 포함하는 방향족 구조를 가지는 단위, 예를 들면, 상기 화학식 6 내지 8 중 어느 하나로 표시되는 단위를 포함하는 경우에 상기 화학식 5의 단위의 몰수(D5) 및 상기 할로겐 원자를 포함하는 방향족 구조를 가지는 단위의 몰수(DH)의 비율(DH/D5)은, 약 35 내지 65, 약 40 내지 60 또는 약 40 내지 50 정도일 수 있다. When the second block contains a unit having an aromatic structure containing the halogen atom, for example, a unit represented by any one of the above-mentioned formulas (6) to (8) together with the unit of the above formula (5) (DH / D5) of the number of moles (D5) and the number of moles (DH) of units having an aromatic structure containing the halogen atoms may be about 35 to 65, about 40 to 60, or about 40 to 50.
본 출원의 블록 공중합체는 전술한 제 1 및 제 2 블록을 적어도 하나 포함하는 블록 공중합체이고, 상기 2개의 블록만을 포함하는 디블록 공중합체이거나, 상기 제 1 블록 및 제 2 블록 중 하나 이상을 2개 이상 포함하거나, 혹은 다른 블록과 함께 포함하는 트리블록 이상의 블록 공중합체일 수 있다.The block copolymer of the present application is a block copolymer containing at least one of the above-described first and second blocks, and may be a diblock copolymer containing only the two blocks, or may be a block copolymer containing at least one of the first block and the second block Or may be a block copolymer of a triblock or more including two or more, or including other blocks.
상기와 같은 블록 공중합체는, 기본적으로 우수한 상분리 내지는 자기 조립 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 각 블록의 선택 및 조합과 하기 기술된 파라미터 중 하나 이상을 만족하도록 함으로써 상기 상분리 내지는 자기 조립 특성이 보다 개선되도록 할 수 있다.The above-mentioned block copolymer can exhibit excellent phase separation or self-assembling properties basically. Further, by satisfying at least one of the selection and combination of each block and the parameters described below, it is possible to further improve the phase separation or self-assembly characteristics.
블록 공중합체는 공유 결합으로 연결된 2개 또는 그 이상의 고분자 사슬을 포함하기 때문에 상분리가 일어나게 된다. 본 출원의 블록 공중합체는 우수한 상분리 특성을 나타내고, 필요에 따라서 미세상분리(microphase seperation)에 의한 나노 스케일의 구조를 형성할 수 있다. 나노 구조의 형태 및 크기는 블록 공중합체의 크기(분자량 등)나, 블록간의 상대적 비율 등에 의해 조절될 수 있다. 상분리에 의해 형성되는 구조로는, 구형, 실린더, 자이로이드(gyroid), 라멜라 및 반전 구조 등이 예시될 수 있고, 이러한 구조를 형성하는 블록 공중합체의 능력을 자기 조립성으로 호칭할 수 있다. 본 발명자들은, 전술한 다양한 구조의 블록 공중합체 중에서 하기에서 기술하는 각종 파라미터 중에서 적어도 하나를 만족하는 공중합체는, 각 블록 공중합체가 기본적으로 보유하고 있는 자기 조립성이 크게 향상되는 점을 확인하였다. 본 출원의 블록 공중합체는 후술하는 파라미터 중에서 어느 하나만을 충족할 수도 있고, 2개 이상의 파라미터를 동시에 충족할 수도 있다. 특히, 적절한 파라미터의 충족을 통해 블록 공중합체가 수직 배향성을 나타내도록 할 수 있음을 밝혀내었다. 본 출원에서 용어 수직 배향은, 블록 공중합체의 배향성을 나타내는 것이고, 블록 공중합체에 의해 형성되는 나노 구조체의 배향이 기판 방향과 수직한 배향을 의미할 수 있다. 블록 공중합체의 자기 조립된 구조를 다양한 기판 위에 수평 혹은 수직으로 조절하는 기술은 블록 공중합체의 실제적 응용에서 매우 큰 비중을 차지한다. 통상적으로 블록 공중합체의 막에서 나노 구조체의 배향은 블록 공중합체를 형성하고 있는 블록 중에서 어느 블록이 표면 혹은 공기 중에 노출되는 가에 의해 결정된다. 일반적으로 다수의 기판이 극성이고, 공기는 비극성이기 때문에 블록 공중합체의 블록 중에서 더 큰 극성을 가지는 블록이 기판에 웨팅(wetting)하고, 더 작은 극성을 가지는 블록이 공기와의 계면에서 웨팅(wetting)하게 된다. 따라서, 블록 공중합체의 서로 다른 특성을 가지는 블록이 동시에 기판측에 웨팅하도록 하기 위하여 다양한 기술이 제안되어 있으며, 가장 대표적인 기술은 중성 표면 제작을 적용한 배향의 조절이다. 그렇지만, 본 출원의 하나의 측면에서는, 하기의 파라미터를 적절하게 조절하게 되면, 블록 공중합체가 중성 표면 처리 등을 포함한 수직 배향을 달성하기 위한 것으로 알려진 공지의 처리가 수행되지 않은 기판에 대해서도 수직 배향이 가능하다. 또한, 본 출원의 추가적인 측면에서는 상기와 같은 수직 배향을 열적 숙성(thermal annealing)에 의해서 넓은 영역에 단 시간 내에 유도할 수도 있다.Since the block copolymer contains two or more chains of chains linked by covalent bonds, phase separation occurs. The block copolymer of the present application exhibits excellent phase separation characteristics and can form a nanoscale structure by microphase seperation if necessary. The shape and size of the nanostructure can be controlled by the size (molecular weight, etc.) of the block copolymer, the relative ratio of the blocks, and the like. Examples of the structure formed by phase separation include a spherical shape, a cylinder, a gyroid, a lamellar structure and an inverted structure, and the ability of the block copolymer to form such a structure can be referred to as self-assembling property. The inventors of the present invention have found that a copolymer satisfying at least one of the various parameters described below among the above-described variously-structured block copolymers has a substantially improved self-assembly property possessed by each block copolymer . The block copolymer of the present application may satisfy either one of the following parameters or two or more parameters at the same time. In particular, it has been found that the block copolymer can be made to exhibit vertical orientation by satisfying appropriate parameters. In the present application, the term " vertical orientation " refers to the orientation of the block copolymer, and the orientation of the nanostructure formed by the block copolymer may mean an orientation perpendicular to the substrate direction. The technique of adjusting the self-assembled structure of the block copolymer horizontally or vertically on various substrates occupies a very large proportion in the practical application of the block copolymer. Usually, the orientation of the nanostructure in the film of the block copolymer is determined by which of the blocks forming the block copolymer is exposed to the surface or air. In general, since a plurality of substrates are polar and air is non-polar, a block having a larger polarity among the blocks of the block copolymer is wetted to the substrate, and a block having a smaller polarity is wetted at the interface with air ). Therefore, various techniques have been proposed to allow the blocks having different characteristics of the block copolymer to be wetted simultaneously on the substrate side, and the most representative technique is the adjustment of the orientation using neutral surface preparation. However, in one aspect of the present application, by properly adjusting the following parameters, it is possible to obtain a perpendicular orientation even for a substrate on which a known process is not performed, in which the block copolymer is known to achieve vertical alignment including neutral surface treatment and the like This is possible. Further, in a further aspect of the present application, such a vertical orientation may be induced in a short period of time by thermal annealing.
본 출원의 하나의 측면의 블록 공중합체는, 소수성 표면상에서 스침각 입사 소각 산란(GISAXS, Grazing Incidence Small Angle X ray Scattering)의 인플레인상(in plane) 회절 패턴을 나타내는 막을 형성할 수 있다. 상기 블록 공중합체는, 친수성 표면상에서 스침각 입사 소각 산란(GISAXS, Grazing Incidence Small Angle X ray Scattering)에서 인플레인상 회절 패턴을 나타내는 막을 형성할 수 있다. The block copolymer of one aspect of the present application may form a film exhibiting an in-plane diffraction pattern of Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering (GISAXS) on a hydrophobic surface. The block copolymer may form a film exhibiting an inflation impingement diffraction pattern on a hydrophilic surface by Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering (GISAXS).
본 출원에서 GISAXS에서 인플레인상의 회절 패턴을 나타낸다는 것은 GISAXS 분석 시에 GISAXS 회절 패턴에서 X좌표에 수직한 피크를 나타낸다는 것을 의미할 수 있다. 이러한 피크는, 블록 공중합체의 수직 배향성에 의해 확인된다. 따라서, 인플레인상 회절 패턴을 나타내는 블록 공중합체는 수직 배향성을 가진다. 추가적인 예시에서 상기 GISAXS 회절 패턴의 X좌표에서 확인되는 피크은, 적어도 2개 이상일 수 있고, 복수의 피크가 존재하는 경우에 그 피크의 산란 벡터(q값)들은 정수비를 가지면서 확인될 수 있고, 이러한 경우에 블록 공중합체의 상분리 효율은 보다 향상될 수 있다.Indicating the diffraction pattern of inflation in GISAXS in the present application may mean that it exhibits a peak perpendicular to the X coordinate in the GISAXS diffraction pattern in the GISAXS analysis. This peak is confirmed by the vertical orientation of the block copolymer. Therefore, the block copolymer exhibiting the inflation-induced diffraction pattern has vertical orientation. In a further example, the peak identified in the X coordinate of the GISAXS diffraction pattern may be at least two or more, and in the presence of a plurality of peaks, the scattering vectors (q values) of the peak may be identified with an integer ratio, In this case, the phase separation efficiency of the block copolymer can be further improved.
본 출원에서 용어 수직은, 오차를 감안한 표현이고, 예를 들면, ±10도, ±8도, ±6도, ±4도 또는 ±2도 이내의 오차를 포함하는 의미일 수 있다.The term vertical in the present application is an expression in consideration of an error, and may mean an error including, for example, errors within ± 10 degrees, ± 8 degrees, ± 6 degrees, ± 4 degrees, or ± 2 degrees.
친수성과 소수성의 표면 상에서 모두 인플레인상의 회절 패턴을 나타내는 막을 형성할 수 있는 블록 공중합체는 수직 배향을 유도하기 위하여 별도의 처리를 수행하지 않은 다양한 표면상에서 수직 배향 특성을 나타낼 수 있다. 본 출원에서 용어 소수성 표면은, 순수(purified water)에 대한 젖음각이 5도 내지 20도의 범위 내에 있는 표면을 의미한다. 소수성 표면의 예로는, 산소 플라즈마, 황산 또는 피라나 용액으로 처리된 실리콘의 표면이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 출원에서 용어 친수성 표면은, 순수(purified water)에 대한 상온 젖음각이 50도 내지 70도의 범위 내에 있는 표면을 의미한다. 친수성 표면으로는, 산소 플라즈마로 처리한 PDMS(polydimethylsiolxane)의 표면, HMDS(hexamethyldisilazane) 처리한 실리콘의 표면 또는 불산(Hydrogen fluoride, HF) 처리한 실리콘의 표면 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.A block copolymer capable of forming a film exhibiting a diffraction pattern on inflation on both hydrophilic and hydrophobic surfaces can exhibit vertical orientation characteristics on various surfaces without performing any separate treatment to induce vertical orientation. The term hydrophobic surface in the present application means a surface having a wetting angle with respect to purified water in the range of 5 to 20 degrees. Examples of hydrophobic surfaces include, but are not limited to, surfaces of silicon treated with oxygen plasma, sulfuric acid or pyran solution. The term hydrophilic surface in the present application means a surface having a room temperature wetting angle with respect to purified water in the range of 50 to 70 degrees. Examples of the hydrophilic surface include a surface of PDMS (polydimethylsiloxane) treated with oxygen plasma, a surface of silicon treated with HMDS (hexamethyldisilazane), a surface of silicon treated with hydrofluoric acid (HF), etc. However, no.
특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 출원에서 젖음각 등과 같이 온도에 의해 변할 수 있는 물성은 상온에서 측정한 수치이다. 용어 상온은, 가온되거나, 감온되지 않은 자연 그대로의 온도이고, 약 10℃ 내지 30℃, 약 25℃ 또는 약 23℃의 온도를 의미할 수 있다. Unless otherwise specified, physical properties that may vary with temperature, such as wetting angle in the present application, are values measured at room temperature. The term ambient temperature is a natural, non-warming or non-warming temperature and may refer to a temperature of about 10 ° C to 30 ° C, about 25 ° C, or about 23 ° C.
친수성 또는 소수성 표면상에 형성되어 스침각 입사 소각 산란(GISAXS)상에서 인플레인상 회절 패턴을 나타내는 막은 열적 숙성(thermal annealing)을 거친 막일 수 있다. 스침각 입사 소각 산란(GISAXS)를 측정하기 위한 막은, 예를 들면, 상기 블록 공중합체를 약 0.7 중량%의 농도로 용매(예를 들면, 플루오르벤젠(flourobenzene)에 희석하여 제조한 코팅액을 약 25 nm의 두께 및 2.25 cm2의 코팅 면적(가로: 1.5 cm, 세로: 1.5 cm)으로 해당 친수성 또는 소수성 표면에 코팅하고, 이러한 코팅막을 열적 숙성시켜서 형성할 수 있다. 열적 숙성은, 예를 들면, 상기 막을 약 160℃의 온도에서 약 1 시간 동안 유지하여 수행할 수 있다. 스침각 입사 소각 산란(GISAXS)은 상기와 같이 형성된 막에 약 0.12 내지 0.23도의 범위 내의 입사각에서 X선을 입사시켜서 측정할 수 있다. 공지의 측정 기기(예를 들면, 2D marCCD)로 막으로부터 산란되어 나오는 회절 패턴을 얻을 수 있다. 상기 회절 패턴을 통해 인플레인상의 회절 패턴의 존재 여부를 확인하는 방식은 공지이다.The film exhibiting the inflation impression diffraction pattern on the hydrophilic or hydrophobic surface and on the sagittal incident incidence scattering (GISAXS) may be a thermal annealed film. The film for measuring the fine angle incident incidence scattering (GISAXS) can be obtained, for example, by coating a coating solution prepared by diluting the above block copolymer with a solvent (for example, flourobenzene) at a concentration of about 0.7 wt% (thickness: 1.5 cm, length: 1.5 cm) and a thickness of 2.25 cm < 2 >. The thermal aging can be performed by, for example, The film may be maintained at a temperature of about 160 DEG C for about 1 hour. The grinding angle incident incidence angle scattering (GISAXS) is measured by incidence of X-rays at an incident angle within the range of about 0.12 to 0.23 degrees A diffraction pattern emerging from the film can be obtained with a known measuring device (for example, 2D marCCD). A method of confirming the presence of a diffraction pattern of inflation impression through the diffraction pattern is as follows: Jiyida.
스침각 입사 소각 산란(GISAXS)에서 전술한 피크를 나타내는 블록 공중합체는 우수한 자기 조립 특성을 나타낼 수 있고, 그러한 특성이 목적에 따라 효과적으로 조절될 수 있다.The block copolymer exhibiting the aforementioned peaks in the fine angle incident incidence scattering (GISAXS) can exhibit excellent self-assembling properties, and such properties can be effectively controlled according to the purpose.
본 출원의 블록 공중합체는, XRD 분석(X선 회절 분석, X-ray Diffraction analysis) 시에 소정 범위의 산란 벡터(q) 내에서 적어도 하나의 피크를 나타낼 수 있다.The block copolymer of the present application can exhibit at least one peak within a predetermined range of the scattering vector (q) in XRD analysis (X-ray diffraction analysis, X-ray diffraction analysis).
예를 들면, 상기 블록 공중합체는, X선 회절 분석에서 0.5 nm-1 내지 10 nm-1의 산란 벡터(q) 범위 내에서 적어도 하나의 피크를 나타낼 수 있다. 상기 피크가 나타나는 산란 벡터(q)은 다른 예시에서 0.7 nm-1 이상, 0.9 nm-1 이상, 1.1 nm-1 이상, 1.3 nm-1 이상 또는 1.5 nm-1 이상일 수 있다. 상기 피크가 나타나는 산란 벡터(q)은 다른 예시에서 9 nm-1 이하, 8 nm-1 이하, 7 nm-1 이하, 6 nm-1 이하, 5 nm-1 이하, 4 nm-1 이하, 3.5 nm-1 이하 또는 3 nm-1 이하일 수 있다. For example, the block copolymer may exhibit at least one peak within the range of the scattering vector (q) of 0.5 nm -1 to 10 nm -1 in the X-ray diffraction analysis. The scattering vector q at which the peak appears may be 0.7 nm -1 or more, 0.9 nm -1 or more, 1.1 nm -1 or more, 1.3 nm -1 or 1.5 nm -1 or more in another example. In another example, the scattering vector q at which the peak appears may be 9 nm -1 or less, 8 nm -1 or less, 7 nm -1 or less, 6 nm -1 or less, 5 nm -1 or less, 4 nm -1 or less, 3.5 nm -1 or 3 nm -1 or less.
상기 산란 벡터(q)의 범위 내에서 확인되는 피크의 반높이 너비(Full width at half maximum, FWHM)는, 0.2 내지 0.9 nm-1의 범위 내일 수 있다. 상기 반높이 너비는 다른 예시에서 0.25 nm-1 이상, 0.3 nm-1 이상 또는 0.4 nm-1 이상일 수 있다. 상기 반높이 너비는 다른 예시에서 0.85 nm-1 이하, 0.8 nm-1 이하 또는 0.75 nm-1 이하일 수 있다. The full width at half maximum (FWHM) of the peak identified within the range of the scattering vector (q) may be in the range of 0.2 to 0.9 nm -1 . The half-height width may be at least 0.25 nm -1, at least 0.3 nm -1, or at least 0.4 nm -1 in other examples. The half-height width may be 0.85 nm -1 or less, 0.8 nm -1 or 0.75 nm -1 or less in other examples.
본 출원에서 용어 반높이 너비는, 최대 피크의 강도의 1/2의 강도를 나타내는 위치에서의 피크의 너비(산란 벡터(q)의 차이)를 의미할 수 있다.The term half-height width in the present application may mean the width of the peak (the difference in the scattering vector q) at a position showing the intensity of 1/2 of the intensity of the maximum peak.
XRD 분석에서의 상기 산란 벡터(q) 및 반높이 너비는, 후술하는 XRD 분석에 의해 얻어진 결과를 최소 좌승법을 적용한 수치 분석학적인 방식으로 구한 수치이다. 상기 방식에서는 XRD 회절 패턴에서 가장 최소의 강도(intensity)를 보이는 부분을 베이스라인(baseline)으로 잡아 상기에서의 강도(intensity)를 0으로 되게 한 상태에서 상기 XRD 패턴 피크의 프로파일을 가우시안 피팅(Gaussian fitting)한 후, 피팅된 결과로부터 상기 산란 벡터와 반높이 너비를 구할 수 있다. 상기 가우시안 피팅 시에 R 제곱(R square)은 적어도 0.9 이상, 0.92 이상, 0.94 이상 또는 0.96 이상이다. XRD 분석으로부터 상기와 같은 정보를 얻을 수 있는 방식은 공지이며, 예를 들면, 오리진(origin) 등의 수치 해석 프로그램을 적용할 수 있다.The scattering vector (q) and the half-height width in the XRD analysis are numerical values obtained by a numerical analytical method using a minimum left-hand method, as a result of XRD analysis described later. In this method, a portion showing the smallest intensity in the XRD diffraction pattern is taken as a baseline, and the intensity of the XRD pattern peak is set to a Gaussian and the scattering vector and the half height width can be obtained from the fitted results. The R square at the time of Gaussian fitting is at least 0.9, at least 0.92, at least 0.94, or at least 0.96. The manner of obtaining the above information from the XRD analysis is known, and for example, a numerical analysis program such as an origin can be applied.
상기 산란 벡터(q)의 범위 내에서 상기 반높이 너비의 피크를 나타내는 블록 공중합체는, 자기 조립에 적합한 결정성 부위를 포함할 수 있다. 상기 기술한 산란 벡터(q)의 범위 내에서 확인되는 블록 공중합체는 우수한 자기 조립 특성을 나타낼 수 있다.The block copolymer exhibiting the half height width peak within the range of the scattering vector (q) may include a crystalline portion suitable for self-assembly. The block copolymer identified within the scope of the above-described scattering vector (q) can exhibit excellent self-assembling properties.
XRD 분석은 블록 공중합체 시료에 X선을 투과시킨 후에 산란 벡터에 따른 산란 강도를 측정하여 수행할 수 있다. XRD 분석은 블록 공중합체에 대하여 특별한 전 처리 없이 수행할 수 있으며, 예를 들면, 블록 공중합체를 적절한 조건에서 건조한 후에 X선에 투과시켜 수행할 수 있다. X선으로는 수직 크기가 0.023 mm이고, 수평 크기가 0.3 mm인 X선을 적용할 수 있다. 측정 기기(예를 들면, 2D marCCD)를 사용하여 시료에서 산란되어 나오는 2D 회절 패턴을 이미지로 얻고, 얻어진 회절 패턴을 전술한 방식으로 피팅(fitting)하여 산란 벡터 및 반높이 너비 등을 구할 수 있다.XRD analysis can be performed by passing X-rays through a block copolymer sample and measuring the scattering intensity according to the scattering vector. XRD analysis can be performed on the block copolymer without any special pretreatment, for example, after the block copolymer is dried under suitable conditions and then transmitted through X-rays. An X-ray having a vertical size of 0.023 mm and a horizontal size of 0.3 mm can be applied. A 2D diffraction pattern that is scattered in the sample is obtained as an image by using a measuring device (for example, 2D marCCD), and the obtained diffraction pattern is fitted in the above-described manner to obtain a scattering vector, a half-height width, .
후술하는 바와 같이 블록 공중합체의 적어도 하나의 블록이 상기 사슬을 포함하는 경우에, 상기 상기 사슬의 사슬 형성 원자의 수(n)는, 상기 X선 회절 분석에 의해 구해지는 산란 벡터(q)와 하기 수식 1을 만족할 수 있다.As will be described later, when at least one block of the block copolymer contains the chain, the number (n) of chain-forming atoms of the chain is determined by the scattering vector (q) obtained by the X- The following equation (1) can be satisfied.
[수식 1][Equation 1]
3 nm-1 내지 5 nm-1 = nq/(2×π)3 nm -1 to 5 nm -1 = nq / (2 x π)
수식 1에서 n은 상기 사슬 형성 원자의 수이고, q는, 상기 블록 공중합체에 대한 X선 회절 분석에서 피크가 관찰되는 가장 작은 산란 벡터(q)이거나, 혹은 가장 큰 피크 면적의 피크가 관찰되는 산란 벡터(q)이다. 또한, 수식 1에서 π는, 원주율을 의미한다. In the formula 1, n is the number of the chain-forming atoms and q is the smallest scattering vector (q) in which the peak is observed in the X-ray diffraction analysis of the block copolymer, or a peak of the largest peak area is observed Is a scattering vector (q). In Equation (1),? Represents the circularity.
상기에서 수식 1에 도입되는 산란 벡터 등은 전술한 X선 회절 분석 방식에서 언급한 바와 같은 방식에 따라 구한 수치이다.The scattering vector and the like introduced into the formula (1) are values obtained by the method mentioned in the above-mentioned X-ray diffraction analysis method.
수식 1에서 도입되는 산란 벡터(q)는, 예를 들면, 0.5 nm-1 내지 10 nm-1의 범위 내의 산란 벡터(q)일 수 있다. 상기 수식 1에 도입되는 산란 벡터(q)는 다른 예시에서 0.7 nm-1 이상, 0.9 nm-1 이상, 1.1 nm-1 이상, 1.3 nm-1 이상 또는 1.5 nm-1 이상일 수 있다. 상기 수식 1에 도입되는 산란 벡터(q)는 다른 예시에서 9 nm-1 이하, 8 nm-1 이하, 7 nm-1 이하, 6 nm-1 이하, 5 nm-1 이하, 4 nm-1 이하, 3.5 nm-1 이하 또는 3 nm-1 이하일 수 있다.The scattering vector q introduced in Equation 1 may be, for example, a scattering vector q within a range of 0.5 nm -1 to 10 nm -1 . In another example, the scattering vector q introduced into Equation 1 may be 0.7 nm -1 or more, 0.9 nm -1 or more, 1.1 nm -1 or more, 1.3 nm -1 or 1.5 nm -1 or more. In another example, the scattering vector q introduced into the above formula 1 is 9 nm -1 or less, 8 nm -1 or less, 7 nm -1 or less, 6 nm -1 or less, 5 nm -1 or less, 4 nm -1 or less , 3.5 nm -1 or less, or 3 nm -1 or less.
수식 1은, 블록 공중합체가 자기 조립되어 상분리 구조를 형성하였을 경우에 상기 상기 사슬이 포함되어 있는 블록간의 간격(D)과 상기 상기 사슬의 사슬 형성 원자의 수의 관계를 나타내며, 상기 사슬을 가지는 블록 공중합체에서 상기 상기 사슬의 사슬 형성 원자의 수가 상기 수식 1을 만족하는 경우에 상기 상기 사슬이 나타내는 결정성이 증대되고, 그에 따라 블록 공중합체의 상분리 특성 내지는 수직 배향성이 크게 향상될 수 있다. 상기 수식 1에 따른 nq/(2×π)는, 다른 예시에서 4.5 nm-1 이하일 수도 있다. 상기에서 상기 사슬이 포함되어 있는 블록간의 간격(D, 단위: nm)은, 수식 D=2×π/q로 계산될 수 있고, 상기에서 D는 상기 블록간의 간격(D, 단위: nm)이고, π 및 q는 수식 1에서 정의된 바와 같다.(1) represents the relationship between the distance (D) between the blocks in which the chain is included and the number of chain forming atoms of the chain when the block copolymer is self-assembled to form a phase separation structure, When the number of chain-forming atoms of the chain in the block copolymer satisfies the above-mentioned formula 1, the crystallinity exhibited by the chain is increased, and thus the phase-separating property or the vertical orientation of the block copolymer can be greatly improved. The nq / (2 x pi) according to the above formula 1 may be 4.5 nm -1 or less in another example. (D, unit: nm) between the blocks including the chain can be calculated by the following equation: D = 2 x? / Q where D is the interval (D, unit: nm) between the blocks , < / RTI > and < RTI ID = 0.0 > q < / RTI >
본 출원의 하나의 측면에서는, 블록 공중합체의 제 1 블록의 표면 에너지와 상기 제 2 블록의 표면 에너지의 차이의 절대값이 10 mN/m 이하, 9 mN/m 이하, 8 mN/m 이하, 7.5 mN/m 이하 또는 7 mN/m 이하일 수 있다. 상기 표면 에너지의 차이의 절대값은 1.5 mN/m, 2 mN/m 또는 2.5 mN/m 이상일 수 있다. 이러한 범위의 표면 에너지의 차이의 절대값을 가지는 제 1 블록과 제 2 블록이 공유 결합에 의해 연결된 구조는, 적절한 비상용성으로 인한 상분리에 의해 효과적인 미세상분리(microphase seperation)를 유도할 수 있다. 상기에서 제 1 블록은, 예를 들면, 전술한 상기 사슬을 가지는 블록일 수 있다.In one aspect of the present application, the absolute value of the difference between the surface energy of the first block of the block copolymer and the surface energy of the second block is 10 mN / m or less, 9 mN / m or less, 8 mN / m or less, 7.5 mN / m or less or 7 mN / m or less. The absolute value of the difference in surface energy may be 1.5 mN / m, 2 mN / m or 2.5 mN / m or more. The structure in which the first block and the second block having the absolute value of the difference in surface energy in this range are connected by covalent bonding can induce effective microphase seperation by phase separation due to proper non-availability. In the above, the first block may be, for example, a block having the chain described above.
표면 에너지는 물방울형 분석기(Drop Shape Analyzer, KRUSS사의 DSA100제품)를 사용하여 측정할 수 있다. 구체적으로 표면 에너지는 측정하고자 하는 대상 시료(블록 공중합체 또는 단독 중합체)를 플루오르벤젠(flourobenzene)에 약 2 중량%의 고형분 농도로 희석시킨 코팅액을 기판에 약 50nm의 두께와 4 cm2의 코팅 면적(가로: 2cm, 세로: 2cm)으로 상온에서 약 1 시간 정도 건조시킨 후에 160°C에서 약 1시간 동안 열적 숙성(thermal annealing)시킨 막에 대하여 측정할 수 있다. 열적 숙성을 거친 상기 막에 표면 장력(surface tension)이 공지되어 있는 탈이온화수를 떨어뜨리고 그 접촉각을 구하는 과정을 5회 반복하여, 얻어진 5개의 접촉각 수치의 평균치를 구하고, 동일하게, 표면 장력이 공지되어 있는 디요오드메탄(diiodomethane)을 떨어뜨리고 그 접촉각을 구하는 과정을 5회 반복하여, 얻어진 5개의 접촉각 수치의 평균치를 구한다. 그 후, 구해진 탈이온화수와 디요오드메탄에 대한 접촉각의 평균치를 이용하여 Owens-Wendt-Rabel-Kaelble 방법에 의해 용매의 표면 장력에 관한 수치(Strom 값)를 대입하여 표면 에너지를 구할 수 있다. 블록 공중합체의 각 블록에 대한 표면 에너지의 수치는, 상기 블록을 형성하는 단량체만으로 제조된 단독 중합체(homopolymer)에 대하여 상기 기술한 방법으로 구할 수 있다.Surface energy can be measured using a Drop Shape Analyzer (DSA100, KRUSS). Specifically, the surface energy of a sample solution (block copolymer or homopolymer) to be measured is diluted with fluorobenzene to a solid concentration of about 2% by weight, and the coating solution is applied to the substrate with a thickness of about 50 nm and a coating area of 4 cm 2 (2 cm in length, 2 cm in length) and dried at room temperature for about 1 hour and then thermally annealed at 160 ° C for about 1 hour. The process of dropping the deionized water whose surface tension is known in the film subjected to thermal aging and obtaining the contact angle is repeated 5 times to obtain an average value of the obtained five contact angle values and similarly, The process of dropping the known diiodomethane and determining the contact angle thereof is repeated five times, and an average value of the obtained five contact angle values is obtained. Thereafter, the surface energy can be obtained by substituting the value (Strom value) of the surface tension of the solvent by the Owens-Wendt-Rabel-Kaelble method using the average value of the contact angle with the deionized water and diiodo methane obtained. The numerical value of the surface energy for each block of the block copolymer can be obtained by the method described above for a homopolymer produced only of the monomers forming the block.
블록 공중합체가 전술한 상기 사슬을 포함하는 경우에 상기 상기 사슬이 포함되어 있는 블록은 다른 블록에 비하여 높은 표면 에너지를 가질 수 있다. 예를 들어, 블록 공중합체의 제 1 블록이 상기 사슬을 포함한다면, 제 1 블록은 제 2 블록에 비하여 높은 표면 에너지를 가질 수 있다. 이러한 경우에 제 1 블록의 표면 에너지는, 약 20 mN/m 내지 40 mN/m의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 제 1 블록의 표면 에너지는, 22 mN/m 이상, 24 mN/m 이상, 26 mN/m 이상 또는 28 mN/m 이상일 수 있다. 상기 제 1 블록의 표면 에너지는, 38 mN/m 이하, 36 mN/m 이하, 34 mN/m 이하 또는 32 mN/m 이하일 수 있다. 이러한 제 1 블록이 포함되고, 제 2 블록과 상기와 같은 표면 에너지의 차이를 나타내는 블록 공중합체은, 우수한 자기 조립 특성을 나타낼 수 있다.When the block copolymer includes the above-mentioned chain, the block including the chain may have a higher surface energy than other blocks. For example, if the first block of the block copolymer comprises the chain, the first block may have a higher surface energy than the second block. In this case, the surface energy of the first block may be in the range of about 20 mN / m to 40 mN / m. The surface energy of the first block may be greater than or equal to 22 mN / m, greater than or equal to 24 mN / m, greater than or equal to 26 mN / m, or greater than or equal to 28 mN / m. The surface energy of the first block may be 38 mN / m or less, 36 mN / m or less, 34 mN / m or less, or 32 mN / m or less. The first block is included, and the block copolymer showing the difference in surface energy as the second block and the like can exhibit excellent self-assembling properties.
블록 공중합체에서 제 1 블록과 제 2 블록의 밀도의 차이의 절대값은 0.25 g/cm3 이상, 0.3 g/cm3 이상, 0.35 g/cm3 이상, 0.4 g/cm3 이상 또는 0.45 g/cm3 이상일 수 있다. 상기 밀도의 차이의 절대값은 0.9 g/cm3 이상, 0.8 g/cm3 이하, 0.7 g/cm3 이하, 0.65 g/cm3 이하 또는 0.6 g/cm3 이하일 수 있다. 이러한 범위의 밀도차의 절대값을 가지는 제 1 블록과 제 2 블록이 공유 결합으로 연결된 구조는, 적절한 비상용성으로 인한 상분리에 의해 효과적인 미세상분리(microphase seperation)를 유도할 수 있다. The absolute value of the difference between the density of the first block and the second block in the block copolymer is 0.25 g / cm 3 or more, 0.3 g / cm 3 or more, 0.35 g / cm 3 or more, 0.4 g / cm 3 or more, or 0.45 g / cm < 3 >. The absolute value of the density difference may be 0.9 g / cm 3 or more, 0.8 g / cm 3 or less, 0.7 g / cm 3 or less, 0.65 g / cm 3 or less, or 0.6 g / cm 3 or less. The structure in which the first block having the absolute value of the density difference in this range and the second block are connected in the covalent bond can induce an effective microphase seperation by phase separation due to proper non-availability.
상기 블록 공중합체의 각 블록의 밀도는 공지의 부력법을 이용하여 측정할 수 있으며, 예를 들면, 에탄올과 같이 공기 중에서의 질량과 밀도를 알고 있는 용매 내에서의 블록 공중합체의 질량을 분석하여 밀도를 측정할 수 있다.The density of each block of the block copolymer can be measured by a known buoyancy method. For example, the mass of the block copolymer in a solvent such as ethanol, which is known in mass and density in air, is analyzed The density can be measured.
블록 공중합체가 전술한 상기 사슬을 포함하는 경우에 상기 상기 사슬이 포함되어 있는 블록은 다른 블록에 비하여 낮은 밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, 블록 공중합체의 제 1 블록이 상기 사슬을 포함한다면, 제 1 블록은 제 2 블록에 비하여 낮은 밀도를 가질 수 있다. 이러한 경우에 제 1 블록의 밀도는, 약 0.9 g/cm3 내지 1.5 g/cm3 정도의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 제 1 블록의 밀도는, 0.95 g/cm3 이상일 수 있다. 상기 제 1 블록의 밀도는, 1.4 g/cm3 이하, 1.3 g/cm3 이하, 1.2 g/cm3 이하, 1.1 g/cm3 이하 또는 1.05 g/cm3 이하일 수 있다. 이러한 제 1 블록이 포함되고, 제 2 블록과 상기와 같은 밀도차이를 나타내는 블록 공중합체은, 우수한 자기 조립 특성을 나타낼 수 있다. 상기 언급된 표면 에너지와 밀도는, 상온에서 측정한 수치일 수 있다.When the block copolymer includes the above-mentioned chain, the block including the chain may have a lower density than other blocks. For example, if the first block of the block copolymer comprises the chain, the first block may have a lower density than the second block. In this case, the density of the first block may be in the range of about 0.9 g / cm 3 to about 1.5 g / cm 3 . The density of the first block may be 0.95 g / cm < 3 > or more. The density of the first block is 1.4 g / cm < 3 > 1.3 g / cm < 3 > 1.2 g / cm < 3 > 1.1 g / cm < 3 > Or 1.05 g / cm < 3 > ≪ / RTI > Such a first block is included, and a block copolymer exhibiting such a density difference with the second block can exhibit excellent self-assembling properties. The above-mentioned surface energy and density may be values measured at room temperature.
블록 공중합체는, 부피 분율이 0.4 내지 0.8의 범위 내에 있는 블록과, 부피 분율이 0.2 내지 0.6의 범위 내에 있는 블록을 포함할 수 있다. 블록 공중합체가 상기 사슬을 포함하는 경우, 상기 상기 사슬을 가지는 블록의 부피 분율이 0.4 내지 0.8의 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 사슬이 제 1 블록에 포함되는 경우에 제 1 블록의 부피 분율이 0.4 내지 0.8의 범위 내이고, 제 2 블록의 부피 분율이 0.2 내지 0.6의 범위 내에 있을 수 있다. 제 1 블록과 제 2 블록의 부피 분율의 합은 1일 수 있다. 상기와 같은 부피 분율로 각 블록을 포함하는 블록 공중합체는 우수한 자기 조립 특성을 나타낼 수 있다. 블록 공중합체의 각 블록의 부피 분율은 각 블록의 밀도와 GPC(Gel Permeation Chromatogrph)에 의해 측정되는 분자량을 토대로 구할 수 있다.The block copolymer may include a block having a volume fraction falling within a range of 0.4 to 0.8 and a block having a volume fraction falling within a range of 0.2 to 0.6. When the block copolymer comprises the chain, the volume fraction of the block having the chain may be in the range of 0.4 to 0.8. For example, when the chain is included in the first block, the volume fraction of the first block may be in the range of 0.4 to 0.8, and the volume fraction of the second block may be in the range of 0.2 to 0.6. The sum of the volume fractions of the first block and the second block may be one. The block copolymer containing each block in the above volume fraction can exhibit excellent self-assembling properties. The volume fraction of each block of the block copolymer can be determined based on the density of each block and the molecular weight measured by GPC (Gel Permeation Chromatography).
블록 공중합체의 수평균분자량(Mn (Number Average Molecular Weight))은, 예를 들면, 3,000 내지 300,000의 범위 내에 있을 수 있다. 본 명세서에서 용어 수평균분자량은, GPC(Gel Permeation Chromatograph)를 사용하여 측정한 표준 폴리스티렌에 대한 환산 수치이고, 본 명세서에서 용어 분자량은 특별히 달리 규정하지 않는 한 수평균분자량을 의미한다. 분자량(Mn)은 다른 예시에서는, 예를 들면, 3000 이상, 5000 이상, 7000 이상, 9000 이상, 11000 이상, 13000 이상 또는 15000 이상일 수 있다. 분자량(Mn)은 또 다른 예시에서 250000 이하, 200000 이하, 180000 이하, 160000이하, 140000이하, 120000이하, 100000이하, 90000이하, 80000이하, 70000이하, 60000이하, 50000이하, 40000이하, 30000 이하 또는 25000 이하 정도일 수 있다. 블록 공중합체는, 1.01 내지 1.60의 범위 내의 분산도(polydispersity, Mw/Mn)를 가질 수 있다. 분산도는 다른 예시에서 약 1.1 이상, 약 1.2 이상, 약 1.3 이상 또는 약 1.4 이상일 수 있다.The number average molecular weight (Mn) of the block copolymer may be in the range of, for example, 3,000 to 300,000. In the present specification, the term number average molecular weight refers to a value converted to standard polystyrene measured using GPC (Gel Permeation Chromatograph). In the present specification, the term molecular weight refers to a number average molecular weight unless otherwise specified. The molecular weight (Mn) may be, for example, 3000 or more, 5000 or more, 7000 or more, 9000 or more, 11000 or more, 13000 or more, or 15000 or more in other examples. In another example, the molecular weight (Mn) is not more than 250,000, less than 200,000, less than or equal to 180,000, less than or equal to 160,000, less than or equal to 140000, less than or equal to 120000, less than or equal to 100000, less than or equal to 90000, less than or equal to 80000, less than or equal to 70000, Or 25,000 or less. The block copolymer may have a polydispersity (Mw / Mn) in the range of 1.01 to 1.60. In another example, the degree of dispersion may be at least about 1.1, at least about 1.2, at least about 1.3, or at least about 1.4.
이러한 범위에서 블록 공중합체는 적절한 자기 조립 특성을 나타낼 수 있다. 블록 공중합체의 수평균 분자량 등은 목적하는 자기 조립 구조 등을 감안하여 조절될 수 있다. In this range, the block copolymer can exhibit proper self-assembling properties. The number average molecular weight of the block copolymer and the like can be adjusted in consideration of the desired self-assembling structure and the like.
블록 공중합체가 상기 제 1 및 제 2 블록을 적어도 포함할 경우에 상기 블록 공중합체 내에서 제 1 블록, 예를 들면, 전술한 상기 사슬을 포함하는 블록의 비율은 10몰% 내지 90몰%의 범위 내에 있을 수 있다.When the block copolymer contains at least the first and second blocks, the ratio of the first block in the block copolymer, for example, the block including the chain described above, is from 10 mol% to 90 mol% Lt; / RTI >
본 출원에서 상기와 같은 블록 공중합체를 제조하는 구체적인 방법은, 전술한 각 단위를 형성할 수 있는 단량체를 사용하여 블록 공중합체의 적어도 하나의 블록을 형성하는 단계를 포함하는 한 특별히 제한되지 않는다.A specific method for producing such a block copolymer in the present application is not particularly limited as long as it includes the step of forming at least one block of the block copolymer by using the monomer capable of forming each unit described above.
예를 들면, 블록 공중합체는 상기 단량체를 사용한 LRP(Living Radical Polymerization) 방식으로 제조할 있다. 예를 들면, 유기 희토류 금속 복합체를 중합 개시제로 사용하거나, 유기 알칼리 금속 화합물을 중합 개시제로 사용하여 알칼리 금속 또는 알칼리토금속의 염 등의 무기산염의 존재 하에 합성하는 음이온 중합, 유기 알칼리 금속 화합물을 중합 개시제로 사용하여 유기 알루미늄 화합물의 존재 하에 합성하는 음이온 중합 방법, 중합 제어제로서 원자 이동 라디칼 중합제를 이용하는 원자이동 라디칼 중합법(ATRP), 중합 제어제로서 원자이동 라디칼 중합제를 이용하되 전자를 발생시키는 유기 또는 무기 환원제 하에서 중합을 수행하는 ARGET(Activators Regenerated by Electron Transfer) 원자이동 라디칼 중합법(ATRP), ICAR(Initiators for continuous activator regeneration) 원자이동 라디칼 중합법(ATRP), 무기 환원제 가역 부가-개열 연쇄 이동제를 이용하는 가역 부가-개열 연쇄 이동에 의한 중합법(RAFT) 또는 유기 텔루륨 화합물을 개시제로서 이용하는 방법 등이 있으며, 이러한 방법 중에서 적절한 방법이 선택되어 적용될 수 있다. For example, the block copolymer can be prepared by the LRP (Living Radical Polymerization) method using the above monomers. For example, anionic polymerization in which an organic rare earth metal complex is used as a polymerization initiator, or an organic alkali metal compound is used as a polymerization initiator in the presence of an inorganic acid salt such as a salt of an alkali metal or an alkaline earth metal, An atomic transfer radical polymerization method (ATRP) using an atom transfer radical polymerization agent as a polymerization initiator, and an atom transfer radical polymerization agent as a polymerization initiator, (ATRP), Initiators for Continuous Activator Regeneration (ATR), Atomic Transfer Radical Polymerization (ATRP), Inorganic Reducing Agent Reversible Additive - Reversible addition-cleavage chain transfer using cleavage chain transfer agent And a method using the polymerization method of (RAFT) or an organic tellurium compound, etc. as an initiator, may be subject to a suitable method among these methods is selected.
예를 들면, 상기 블록 공중합체는, 라디칼 개시제 및 리빙 라디칼 중합 시약의 존재 하에, 상기 블록을 형성할 수 있는 단량체들을 포함하는 반응물을 리빙 라디칼 중합법으로 중합하는 것을 포함하는 방식으로 제조할 수 있다.For example, the block copolymer can be prepared in a manner that includes polymerizing a reactant containing monomers capable of forming the block in the presence of a radical initiator and a living radical polymerization reagent by living radical polymerization .
블록 공중합체의 제조 시에 상기 단량체를 사용하여 형성하는 블록과 함께 상기 공중합체에 포함되는 다른 블록을 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 블록의 종류를 고려하여 적절한 단량체를 선택하여 상기 다른 블록을 형성할 수 있다.The method of forming the other block included in the copolymer together with the block formed by using the monomer in the production of the block copolymer is not particularly limited and may be appropriately selected in consideration of the kind of the desired block, Block can be formed.
블록공중합체의 제조 과정은, 예를 들면 상기 과정을 거쳐서 생성된 중합 생성물을 비용매 내에서 침전시키는 과정을 추가로 포함할 수 있다. The preparation of the block copolymer may further include, for example, a step of precipitating the polymerization product produced through the above process in the non-solvent.
라디칼 개시제의 종류는 특별히 제한되지 않고, 중합 효율을 고려하여 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들면, AIBN(azobisisobutyronitrile) 또는 2,2'-아조비스-2,4-디메틸발레로니트릴(2,2'-azobis-(2,4-dimethylvaleronitrile)) 등의 아조 화합물이나, BPO(benzoyl peroxide) 또는 DTBP(di-t-butyl peroxide) 등과 같은 과산화물 계열을 사용할 수 있다.The kind of the radical initiator is not particularly limited and may be appropriately selected in consideration of the polymerization efficiency. For example, AIBN (azobisisobutyronitrile) or 2,2'-azobis-2,4-dimethylvaleronitrile (2,2 ' -azobis- (2,4-dimethylvaleronitrile), and peroxides such as benzoyl peroxide (BPO) or di-t-butyl peroxide (DTBP).
리빙 라디칼 중합 과정은, 예를 들면, 메틸렌클로라이드, 1,2-디클로로에탄, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 벤젠,톨루엔, 아세톤, 클로로포름, 테트라하이드로퓨란, 디옥산, 모노글라임, 디글라임, 디메틸포름아미드, 디메틸술폭사이드 또는 디메틸아세트아미드 등과 같은 용매 내에서 수행될 수 있다.The living radical polymerization process can be carried out in the presence of a base such as, for example, methylene chloride, 1,2-dichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, benzene, toluene, acetone, chloroform, tetrahydrofuran, dioxane, monoglyme, diglyme, Amide, dimethylsulfoxide or dimethylacetamide, and the like.
비용매로는, 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 노르말 프로판올 또는 이소프로판올 등과 같은 알코올, 에틸렌글리콜 등의 글리콜, n-헥산, 시클로헥산, n-헵탄 또는 페트롤리움 에테르 등과 같은 에테르 계열이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Examples of the non-solvent include ethers such as alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol or isopropanol, glycols such as ethylene glycol, n-hexane, cyclohexane, n-heptane or petroleum ether, But is not limited thereto.
본 출원은 또한 상기 블록 공중합체를 포함하는 고분자 막에 대한 것이다. 상기 막은 다양한 용도에 사용될 수 있으며, 예를 들면, 다양한 전자 또는 전자 소자, 상기 패턴의 형성 공정 또는 자기 저장 기록 매체, 플래쉬 메모리 등의 기록 매체 또는 바이오 센서 등에 사용될 수 있다. The present application is also directed to a polymer membrane comprising said block copolymer. The film can be used for various purposes, for example, various electronic or electronic devices, a process of forming the pattern, a recording medium such as a magnetic storage medium, a flash memory, or a biosensor.
하나의 예시에서 상기 고분자 막에서 상기 블록 공중합체는, 자기 조립을 통해 스피어(sphere), 실린더(cylinder), 자이로이드(gyroid) 또는 라멜라(lamellar) 등을 포함하는 주기적 구조를 구현하고 있을 수 있다.In one example, the block copolymer in the polymer membrane may be self-assembled to implement a cyclic structure including a sphere, a cylinder, a gyroid or a lamellar, .
예를 들면, 블록 공중합체에서 제 1 또는 제 2 블록 또는 그와 공유 결합된 다른 블록의 세그먼트 내에서 다른 세그먼트가 라멜라 형태 또는 실린더 형태 등과 같은 규칙적인 구조를 형성하고 있을 수 있다.For example, within the block of the first or second block or another block covalently bonded thereto, the other segment in the block copolymer may form a regular structure such as a lamellar shape or a cylinder shape.
본 출원의 상기 고분자막은 전술한 인플레인상 회절 패턴, 즉 GISAXS 분석 시에 GISAXS 회절 패턴에서 X좌표에 수직한 피크를 나타낼 수 있다. 추가적인 예시에서 상기 GISAXS 회절 패턴의 X좌표에서 확인되는 피크은, 적어도 2개 이상일 수 있고, 복수의 피크가 존재하는 경우에 그 피크의 산란 벡터(q값)들은 정수비를 가지면서 확인될 수 있다.The polymer membrane of the present application can exhibit a peak perpendicular to the X coordinate in the above-described inflation impression diffraction pattern, that is, the GISAXS diffraction pattern in the GISAXS analysis. In a further example, the peak identified in the X coordinate of the GISAXS diffraction pattern may be at least two or more, and when there are a plurality of peaks, the scattering vector (q values) of the peak may be identified with an integer ratio.
상기와 같은 고분자 막 내에서 전술한 제 2 블록은 가교 구조를 포함하고 있을 수 있다. 즉, 예를 들면, 자기 조립 구조가 형성된 상태에서 상기 제 2 블록의 화학식 5의 단위의 광가교성 관능기를 가교시키는 방식 등에 의해 가교 구조를 형성할 수 있다. 이러한 경우에 가교 구조를 형성하는 조건은 특별히 제한되지 않고, 사용된 광가교성 관능기의 종류 및 그 양을 고려하여 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 광가교성 관능기가 벤조일페녹시기인 경우에 상기 가교는, 자기 조립된 블록 공중합체에 약 254 nm 정도의 파장의 광을 약 2 J/cm2 정도의 광량으로 조사하여 수행할 수 있다.In the polymer membrane, the second block may include a crosslinked structure. That is, for example, the crosslinked structure can be formed by a method of crosslinking the photo-crosslinkable functional group of the unit of the formula (5) in the second block in a state where the self-assembled structure is formed. In this case, the conditions for forming the crosslinked structure are not particularly limited, and can be adjusted in consideration of the kind and amount of the photo-crosslinkable functional group used. For example, when the photo-crosslinkable functional group is a benzoylphenoxy group, the cross-linking can be performed by irradiating light of a wavelength of about 254 nm to a self-assembled block copolymer at a light amount of about 2 J / cm 2 have.
본 출원은 또한 상기 블록 공중합체를 사용하여 고분자 막을 형성하는 방법에 대한 것이다. 상기 방법은 상기 블록 공중합체를 포함하는 고분자막을 자기 조립된 상태로 기판상에 형성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 방법은 상기 블록 공중합체 또는 그를 적정한 용매에 희석한 코팅액의 층을 도포 등에 의해 기판 상에 형성하고, 필요하다면, 상기 층을 숙성하거나 열처리하는 과정을 포함할 수 있다.The present application also relates to a method for forming a polymer film using the block copolymer. The method may include forming a polymer membrane including the block copolymer on a substrate in a self-assembled state. For example, the method may include forming a layer of the block copolymer or a coating liquid in which the block copolymer is diluted with a suitable solvent on the substrate by applying or the like, and if necessary, aging or heat-treating the layer.
상기 숙성 또는 열처리는, 예를 들면, 블록 공중합체의 상전이온도 또는 유리전이온도를 기준으로 수행될 수 있고, 예를 들면, 상기 유리 전이 온도 또는 상전이 온도 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 이러한 열처리가 수행되는 시간은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 1분 내지 72시간의 범위 내에서 수행될 수 있지만, 이는 필요에 따라서 변경될 수 있다. 또한, 고분자 박막의 열처리 온도는, 예를 들면, 100℃ 내지 250℃ 정도일 수 있으나, 이는 사용되는 블록 공중합체를 고려하여 변경될 수 있다.The aging or heat treatment may be performed based on, for example, the phase transition temperature or the glass transition temperature of the block copolymer, and may be performed at, for example, the glass transition temperature or a temperature higher than the phase transition temperature. The time at which this heat treatment is performed is not particularly limited, and can be performed within a range of, for example, about 1 minute to 72 hours, but this can be changed if necessary. The heat treatment temperature of the polymer thin film may be, for example, about 100 ° C to 250 ° C, but may be changed in consideration of the block copolymer to be used.
상기 형성된 층은, 다른 예시에서는 상온의 비극성 용매 및/또는 극성 용매 내에서, 약 1분 내지 72 시간 동안 용매 숙성될 수도 있다.The formed layer may be solvent aged for about 1 minute to 72 hours in a non-polar solvent and / or a polar solvent at room temperature in another example.
상기와 같이 고분자 막을 형성한 후에 상기 제 2 블록을 가교시키는 과정이 추가로 수행될 수 있으며, 이러한 가교 공정의 진행 방식은 전술한 바와 같다.The second block may be further crosslinked after the polymer film is formed as described above. The process of the crosslinking process is as described above.
본 출원은 또한 패턴 형성 방법에 대한 것이다. 상기 방법은, 예를 들면, 기판 및 상기 기판의 표면에 형성되어 있고, 자기 조립된 상기 블록 공중합체를 포함하는 고분자막을 가지는 적층체에서 상기 블록 공중합체의 제 1 또는 제 2 블록을 선택적으로 제거하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 기판에 패턴을 형성하는 방법일 수 있다. 예를 들면 상기 방법은, 상기 블록 공중합체를 포함하는 고분자 막을 기판에 형성하고, 상기 막 내에 존재하는 블록 공중합체의 어느 하나 또는 그 이상의 블록을 선택적으로 제거한 후에 기판을 식각하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들면, 나노 스케일의 미세 패턴의 형성이 가능하다. 또한, 고분자 막 내의 블록 공중합체의 형태에 따라서 상기 방식을 통하여 나노 로드 또는 나노 홀 등과 같은 다양한 형태의 패턴을 형성할 수 있다. 필요하다면, 패턴 형성을 위해서 상기 블록 공중합체와 다른 공중합체 혹은 단독 중합체 등이 혼합될 수 있다. 이러한 방식에 적용되는 상기 기판의 종류는 특별히 제한되지 않고, 필요에 따라서 선택될 수 있으며, 예를 들면, 산화 규소 등이 적용될 수 있다.The present application also relates to a method of pattern formation. The above method is a method for selectively removing the first or second block of the block copolymer in a laminate having a substrate and a polymer film formed on the surface of the substrate and self-assembled with the block copolymer . ≪ / RTI > The method may be a method of forming a pattern on the substrate. For example, the method may include forming a polymeric film comprising the block copolymer on a substrate, selectively removing one or more blocks of the block copolymer present in the film, and then etching the substrate . In this way, it is possible to form, for example, a nanoscale fine pattern. In addition, various patterns such as nano-rods, nano-holes, and the like can be formed through the above-described method depending on the type of the block copolymer in the polymer film. If necessary, the block copolymer may be mixed with another copolymer or homopolymer for pattern formation. The type of the substrate to be applied to this method is not particularly limited and may be selected as required. For example, silicon oxide or the like may be applied.
상기 제 1 및/또는 제 2 블록을 선택적으로 제거하는 과정에 적용되는 고분자 막 내에서 전술한 제 2 블록은 가교 구조를 포함하고 있을 수 있으며, 이러한 가교 구조를 구현하는 방식은 전술한 바와 같다.The second block may include a cross-linking structure in the polymer membrane applied to the first and / or second blocks, and the manner of implementing the cross-linking structure is as described above.
예를 들면, 상기 방식은 높은 종횡비를 나타내는 산화 규소의 나노 스케일의 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들면, 산화 규소 상에 상기 고분자막을 형성하고, 상기 고분자막 내의 블록 공중합체가 소정 구조를 형성하고 있는 상태에서 블록 공중합체의 어느 한 블록을 선택적으로 제거한 후에 산화 규소를 다양한 방식, 예를 들면, 반응성 이온 식각 등으로 에칭하여 나노로드 또는 나노 홀의 패턴 등을 포함한 다양한 형태를 구현할 수 있다. 또한, 이러한 방법을 통하여 종횡비가 큰 나노 패턴의 구현이 가능할 수 있다.For example, the method can form a nanoscale pattern of silicon oxide that exhibits a high aspect ratio. For example, the polymer film is formed on silicon oxide, and one block of the block copolymer is selectively removed while the block copolymer in the polymer film forms a predetermined structure. Thereafter, the silicon oxide is removed in various ways, for example, , Reactive ion etching, or the like to form various patterns including patterns of nano-rods or nano holes. In addition, it is possible to realize a nano pattern having a large aspect ratio through such a method.
예를 들면, 상기 패턴은, 수십 나노미터의 스케일에서 구현될 수 있으며, 이러한 패턴은, 예를 들면, 차세대 정보전자용 자기 기록 매체 등을 포함한 다양한 용도에 활용될 수 있다.For example, the pattern can be implemented in a scale of several tens of nanometers, and such a pattern can be utilized for various purposes including, for example, a next-generation information electronic magnetic recording medium and the like.
예를 들면, 상기 방식에 의하면 약 3nm 내지 40 nm의 폭을 가지는 나노 구조물, 예를 들면, 나노 선들이 약 6 nm 내지 80 nm의 간격을 두고 배치되어 있는 패턴을 형성할 수 있다. 다른 예시에서는 약 3 nm 내지 40 nm의 너비, 예를 들면 직경을 가지는 나노 홀들이 약 6 nm 내지 80 nm의 간격을 형성하면 배치되어 있는 구조의 구현도 가능하다.For example, according to the above method, a pattern in which nanostructures having a width of about 3 nm to 40 nm, for example, nanowires are arranged at intervals of about 6 nm to 80 nm, can be formed. In another example, it is possible to implement a structure in which the width is about 3 nm to 40 nm, for example, nanoholes having a diameter of about 6 nm to 80 nm are formed.
또한, 상기 구조에서 나노 선이나 나노 홀들이 큰 종횡비(aspect ratio)를 가지도록 할 수 있다.Also, in the above structure, the nanowires and nano holes can have a large aspect ratio.
상기 방법에서 블록 공중합체의 어느 한 블록을 선택적으로 제거하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 고분자막에 적정한 전자기파, 예를 들면, 자외선 등을 조사하여 상대적으로 소프트한 블록을 제거하는 방식을 사용할 수 있다. 이 경우 자외선 조사 조건은 블록 공중합체의 블록의 종류에 따라서 결정되며, 예를 들면, 약 254 nm 파장의 자외선을 1분 내지 60 분 동안 조사하여 수행할 수 있다.The method of selectively removing one block of the block copolymer in the above method is not particularly limited. For example, a method of removing a relatively soft block by irradiating an appropriate electromagnetic wave, for example, ultraviolet light, Can be used. In this case, the ultraviolet ray irradiation conditions are determined depending on the type of the block of the block copolymer, and can be performed, for example, by irradiating ultraviolet light having a wavelength of about 254 nm for 1 minute to 60 minutes.
또한, 자외선 조사에 이어서 고분자 막을 산 등으로 처리하여 자외선에 의해 분해된 세그먼트를 추가로 제거하는 단계를 수행할 수도 있다.In addition, the ultraviolet irradiation may be followed by a step of treating the polymer membrane with an acid or the like to further remove the segment decomposed by ultraviolet rays.
또한, 선택적으로 블록이 제거된 고분자막을 마스크로 하여 기판을 에칭하는 단계는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, CF4/Ar 이온 등을 사용한 반응성 이온 식각 단계를 통해 수행할 수 있고, 이 과정에 이어서 산소 플라즈마 처리 등에 의해 고분자막을 기판으로부터 제거하는 단계를 또한 수행할 수 있다.The step of selectively etching the substrate using the polymer film having the removed block as a mask is not particularly limited. For example, the step of etching the substrate may be performed by a reactive ion etching step using CF 4 / Ar ions or the like. A step of removing the polymer membrane from the substrate by an oxygen plasma treatment or the like can also be performed.
본 출원은, 블록 공중합체 및 그 용도가 제공될 수 있다. 본 출원의 블록 공중합체는, 우수한 자기 조립 특성 내지는 상분리 특성을 가지며, 요구되는 다양한 기능도 자유롭게 부여될 수 있고, 특히 에칭 선택성이 확보되어 패턴 형성과 같은 용도에 효과적으로 적용될 수 있다.The present application may provide block copolymers and uses thereof. The block copolymer of the present application has excellent self-assembling property or phase-separating property, can freely impart various required functions, and particularly, has excellent etching selectivity and can be effectively applied to applications such as pattern formation.
도 1은 실시예 1의 블록 공중합체를 사용하여 형성한 광 가교 전의 고분자막에 대한 SEM 사진이다.
도 2는 실시예 1의 블록 공중합체를 사용하여 형성한 광 가교 후의 고분자막에 대한 SEM 사진이다.
도 3은, 실시예 1의 블록 공중합체를 사용하여 형성한 고분자막에 광 가교 공정 없이 용매 세척을 수행한 결과를 보여주는 도면이다.1 is an SEM photograph of a polymer membrane before photo-crosslinking formed using the block copolymer of Example 1. Fig.
2 is an SEM photograph of the polymer membrane after photo-crosslinking formed using the block copolymer of Example 1. Fig.
3 is a view showing a result of solvent washing performed on a polymer membrane formed by using the block copolymer of Example 1 without a photo-crosslinking step.
이하 본 출원에 따르는 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명하나, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present application will be described in detail by way of examples and comparative examples according to the present application, but the scope of the present application is not limited by the following examples.
1. One. NMRNMR 측정 Measure
NMR 분석은 삼중 공명 5 mm 탐침(probe)을 가지는 Varian Unity Inova(500 MHz) 분광계를 포함하는 NMR 분광계를 사용하여 상온에서 수행하였다. NMR 측정용 용매(CDCl3)에 분석 대상 물질을 약 10 mg/ml 정도의 농도로 희석시켜 사용하였고, 화학적 이동은 ppm으로 표현하였다. NMR analysis was performed at room temperature using an NMR spectrometer including a Varian Unity Inova (500 MHz) spectrometer with a triple resonance 5 mm probe. NMR measurement solvent (CDCl3) Was diluted to a concentration of about 10 mg / ml, and the chemical shift was expressed in ppm.
<적용 약어><Application Abbreviation>
br = 넓은 신호, s = 단일선, d = 이중선, dd = 이중 이중선, t = 삼중선, dt = 이중 삼중선, q = 사중선, p = 오중선, m = 다중선.br = broad signal, s = singlet, d = doublet, dd = doublet, t = triplet, dt = double triplet, q = quartet, p = octet, m = polyline.
2. GPC(2. GPC ( GelCome PermeationPermeation ChromatographChromatograph ))
수평균분자량(Mn) 및 분자량 분포는 GPC(Gel permeation chromatography)를 사용하여 측정하였다. 5 mL 바이얼(vial)에 실시예 또는 비교예의 블록 공중합체 또는 거대 개시제 등의 분석 대상 물일을 넣고, 약 1 mg/mL 정도의 농도가 되도록 THF(tetrahydro furan)에 희석한다. 그 후, Calibration용 표준 시료와 분석하고자 하는 시료를 syringe filter(pore size: 0.45 ㎛)를 통해 여과시킨 후 측정하였다. 분석 프로그램은 Agilent technologies 사의 ChemStation을 사용하였으며, 시료의 elution time을 calibration curve와 비교하여 중량평균분자량(Mw) 및 수평균분자량(Mn)을 각각 구하고, 그 비율(Mw/Mn)로 분자량분포(PDI)를 계산하였다. GPC의 측정 조건은 하기와 같다.The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution were measured using GPC (Gel Permeation Chromatography). Add a sample to be analyzed such as a block copolymer or a macroinitiator of the example or comparative example into a 5 mL vial and dilute with tetrahydrofuran (THF) to a concentration of about 1 mg / mL. After that, the calibration standard sample and the sample to be analyzed were filtered through a syringe filter (pore size: 0.45 μm) and then measured. The analytical program used was a ChemStation from Agilent Technologies. The elution time of the sample was compared with a calibration curve to determine the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn), and the molecular weight distribution (PDI ) Were calculated. The measurement conditions of GPC are as follows.
<GPC 측정 조건>≪ GPC measurement condition >
기기: Agilent technologies 사의 1200 series Devices: 1200 series from Agilent Technologies
컬럼: Polymer laboratories 사의 PLgel mixed B 2개 사용Column: Using PLgel mixed B from Polymer laboratories
용매: THFSolvent: THF
컬럼온도: 35℃Column temperature: 35 ° C
샘플 농도: 1mg/mL, 200L 주입Sample concentration: 1 mg / mL, 200 L injection
표준 시료: 폴리스티렌(Mp: 3900000, 723000, 316500, 52200, 31400, 7200, 3940, 485)Standard samples: Polystyrene (Mp: 3900000, 723000, 316500, 52200, 31400, 7200, 3940, 485)
제조예Manufacturing example 1. One.
하기 화학식 A의 화합물(DPM-C12)은 다음의 방식으로 합성하였다. 250 mL 플라스크에 히드로퀴논(hydroquinone)(10.0g, 94.2 mmol) 및 1-브로모도데칸(1-Bromododecane)(23.5 g, 94.2 mmol)을 넣고, 100 mL의 아세토니트릴(acetonitrile)에 녹인 후 과량의 포타슘 카보네이트(potassium carbonate)를 첨가하고, 75oC에서 약 48시간 동안 질소 조건하에서 반응시켰다. 반응 후 잔존하는 포타슘 카보네이트 및 반응에 사용한 아세토니트릴도 제거하였다. DCM(dichloromethane)과 물의 혼합 용매를 첨가하여 워크업(work up)하고, 분리된 유기층을 MgSO4로 탈수하였다. 이어서, CC(Column Chromatography)에서 DCM(dichloromethane)으로 정제하여 흰색 고체상의 중간체를 약 37%의 수득률로 얻었다.The compound (DPM-C12) shown below was synthesized in the following manner. Hydroquinone (10.0 g, 94.2 mmol) and 1-bromododecane (23.5 g, 94.2 mmol) were placed in a 250 mL flask and dissolved in 100 mL of acetonitrile. An excess of potassium Potassium carbonate was added and reacted at 75 ° C for about 48 hours under nitrogen. After the reaction, the remaining potassium carbonate and acetonitrile used for the reaction were also removed. The mixture was worked up by adding a mixed solvent of DCM (dichloromethane) and water, and the separated organic layer was dehydrated with MgSO 4 . Subsequently, the product was purified by DC (dichloromethane) in CC (Column Chromatography) to obtain a white solid intermediate with a yield of about 37%.
<중간체에 대한 <For intermediate NMRNMR 분석 결과> Analysis results>
1H-NMR(CDCl3): d6.77(dd, 4H); d4.45(s, 1H); d3.89(t, 2H); d1.75(p, 2H); d1.43(p, 2H); d1.33-1.26(m, 16H); d0.88(t, 3H). 1 H-NMR (CDCl 3) : d6.77 (dd, 4H); d4.45 (s, 1 H); d3.89 (t, 2H); d 1.75 (p, 2H); d1.43 (p, 2H); d 1.33-1.26 (m, 16H); d 0.88 (t, 3 H).
플라스크에 합성된 중간체(9.8 g, 35.2 mmol), 메타크릴산(6.0 g, 69.7 mmol), DCC(dicyclohexylcarbodiimide)(10.8 g, 52.3 mmol) 및 DMAP(p-dimethylaminopyridine)(1.7 g, 13.9 mmol)을 넣고, 120 mL의 메틸렌클로라이드를 첨가한 후, 상온의 질소 분위기에서 24시간 동안 반응시켰다. 반응 후에 반응 중에 생성된 염(urea salt)을 필터로 제거하고 잔존하는 메틸렌클로라이드도 제거하였다. CC(Column Chromatography)에서 헥산과 DCM(dichloromethane)을 이동상으로 하여 불순물을 제거하고, 얻어진 생성물을 메탄올과 물의 혼합 용매(1:1 중량 비율로 혼합)에서 재결정시켜 흰색 고체상의 목적물(DPM-C12)(7.7 g, 22.2 mmol)을 63%의 수득률로 얻었다.(9.8 g, 35.2 mmol), methacrylic acid (6.0 g, 69.7 mmol), DCC (dicyclohexylcarbodiimide) (10.8 g, 52.3 mmol) and p-dimethylaminopyridine (1.7 g, 13.9 mmol) 120 mL of methylene chloride was added, and the mixture was allowed to react for 24 hours in a nitrogen atmosphere at room temperature. After the reaction, the urea salt formed during the reaction was filtered off and the remaining methylene chloride was removed. The resulting product was recrystallized in a mixed solvent of methanol and water (mixed at a weight ratio of 1: 1) to obtain the title compound (DPM-C12) as a white solid, which was purified by CC (Column Chromatography) using hexane and dichloromethane as mobile phases, (7.7 g, 22.2 mmol) in 63% yield.
<< DPMDPM -- C12C12 NMRNMR 분석 결과> Analysis results>
1H-NMR(CDCl3): d7.02(dd, 2H); d6.89(dd, 2H); d6.32(dt, 1H); d5.73(dt, 1H); d3.94(t, 2H); d2.05(dd, 3H); d1.76(p, 2H); d1.43(p, 2H); 1.34-1.27(m, 16H); d0.88(t, 3H). 1 H-NMR (CDCl 3) : d7.02 (dd, 2H); d 6.89 (dd, 2 H); d6.32 (dt, 1 H); d5.73 (dt, 1 H); d 3.94 (t, 2 H); d 2.05 (dd, 3H); d, 1.76 (p, 2H); d1.43 (p, 2H); 1.34-1.27 (m, 16H); d 0.88 (t, 3 H).
[화학식 A](A)
화학식 A에서 R은 탄소수 12의 직쇄상 알킬기이다.In formula (A), R is a straight chain alkyl group having 12 carbon atoms.
제조예Manufacturing example 2. 2.
3-히드록시-1,2,4,5-테트라플루오로스티렌은 다음의 방식으로 합성하였다. 펜타플루오로스티렌(Pentafluorostyrene)(25 g, 129 mmol)을 400 mL의 tert-부탄올과 포타슘히드록시드(potassium hydroxide)(37.5 g, 161 mmol)의 혼합액에 첨가하고, 2시간 동안 반응(reflux reaction)시켰다. 상온으로 반응물을 식힌 후에 물 1200 mL를 첨가하고, 반응에 사용된 잔존 부탄올을 휘발에 의해 제거하였다. 반응의 결과물을 디에틸 에테르(300 mL)로 3회 추출하고, 수용액층은 10 중량%의 염산 용액으로 pH가 약 3 정도가 되도록 산성화시켜서 목적물을 침전시키고, 다시 디에틸에테르(300 mL)로 3회 추출하여 유기층을 채취하였다. 유기층을 MgSO4로 탈수하고, 용매를 제거하여 조생성물(Crude product)을 수득하였다. 상기 조생성물을 컬럼 크로마토그래피에서 헥산과 DCM(dichloromethane)을 이동상으로 하여 정제하여 하여 무색 액체상의 3-히드록시-1,2,4,5-테트라플루오로스티렌(11.4 g)을 수득하였다. 상기에 대한 NMR 분석 결과는 하기와 같다. 3-hydroxy-1,2,4,5-tetrafluorostyrene was synthesized in the following manner. Pentafluorostyrene (25 g, 129 mmol) was added to a mixture of 400 mL of tert -butanol and potassium hydroxide (37.5 g, 161 mmol), and the reaction was allowed to proceed for 2 hours ). After cooling the reaction mixture to room temperature, 1200 mL of water was added, and remaining butanol used in the reaction was removed by volatilization. The resultant of the reaction was extracted three times with diethyl ether (300 mL), and the aqueous layer was acidified with a 10% by weight hydrochloric acid solution to a pH of about 3 to precipitate the desired product. To the residue was added again diethyl ether The organic layer was extracted three times. Dehydrated the organic layer with MgSO 4 and the solvent removed to give the crude product (Crude product). The crude product was purified by column chromatography using hexane and DCM (dichloromethane) as mobile phase to give 3-hydroxy-1,2,4,5-tetrafluorostyrene (11.4 g) as a colorless liquid. NMR analysis results for the above are as follows.
<중간체 <Intermediate NMRNMR 분석 결과> Analysis results>
1H-NMR(DMSO-d): δ11.7 (s, 1H); δ6.60(dd, 1H); δ5.89(d, 1H); δ5.62(d, 1H) 1 H-NMR (DMSO-d ): δ11.7 (s, 1H); [delta] 6.60 (dd, 1H); [delta] 5.89 (d, IH); [delta] 5.62 (d, IH)
하기 화학식 B의 화합물을 다음의 방식으로 합성하였다. 플라스크에 상기 합성된 중간체(3-히드록시-1,2,4,5-테트라플루오로스티렌)(1.7g, 7.8mmol), 4-벤조일벤조산(4-benzoylbenzoic acid)(1.9g, 8.6mmol), DCC(dicyclohexylcarbodiimide)(1.8g, 8.6mmol) 및 DMAP(p-dimethylaminopyridine)(0.48g, 3.1mmol)을 넣고, 30mL의 메틸렌클로라이드를 첨가한 후, 질소 하 실온에서 24시간 동안 반응시켰다. 반응 종료 후에 반응 중에 생성된 염(urea salt) 및 잔존 메틸렌클로라이드도 제거하였다. 컬럼 크로마토그래피에서 헥산과 DCM(dichloromethane)을 이동상으로 사용하여 불순물을 제거하고, 다시 얻어진 생성물을 메탄올과 물의 혼합 용매(메탄올: 물 = 3:1 (중량 비율))에서 재결정시켜 하기 화학식 B로 표시되는 단량체인 백색 고체상의 목적물을 70 중량%의 수득률로 얻었다. 상기 화합물에 대한 NMR 분석 결과는 하기와 같다.The following compound of formula (B) was synthesized in the following manner. (1.7 g, 7.8 mmol), 4-benzoylbenzoic acid (1.9 g, 8.6 mmol) synthesized in the above-mentioned intermediate (3-hydroxy-1,2,4,5-tetrafluorostyrene) , Dicyclohexylcarbodiimide (DCC) (1.8 g, 8.6 mmol) and DMAP (p-dimethylaminopyridine) (0.48 g, 3.1 mmol) were added to the reaction mixture. 30 mL of methylene chloride was added thereto and reacted at room temperature under nitrogen for 24 hours. The salt (urea salt) formed during the reaction and the remaining methylene chloride were also removed after the reaction was completed. The obtained product was recrystallized in a mixed solvent of methanol and water (methanol: water = 3: 1 (weight ratio)) to obtain a product represented by the following formula (B) Was obtained as a white solid at a yield of 70% by weight. NMR analysis results for the above compound are as follows.
< < NMRNMR 분석 결과> Analysis results>
1H-NMR(CDCl3): δ8.3 (t, 2H);δ7.9 (q, 2H); δ7.8 (d, 2H); δ7.6 (t, 1H); δ7.5 (dd, 2H);δ6.60(dd, 1H); δ5.89(d, 1H); δ5.62(d, 1H) 1 H-NMR (CDCl 3) : δ8.3 (t, 2H); δ7.9 (q, 2H); [delta] 7.8 (d, 2H); [delta] 7.6 (t, IH); [delta] 7.5 (dd, 2H); [delta] 6.60 (dd, 1H); [delta] 5.89 (d, IH); [delta] 5.62 (d, IH)
[화학식 B][Chemical Formula B]
실시예Example 1. One.
제조예 1의 화합물(DPM-C12) 2.0 g 및 RAFT(Reversible Addition Fragmentation chain Transfer) 시약(2-cyano-2-propyl dodecyl trihiobenzoate) 64 mg, AIBN(Azobisisobutyronitrile) 23 mg 및 아니솔(anisole) 5.34 mL를 10 mL 플라스크(Schlenk flask)에 넣고 질소 분위기 하 상온에서 30분 동안 교반한 후, 70℃에서 4시간 동안 RAFT(Reversible Addition?ragmentation chain Transfer) 중합 반응을 수행하였다. 중합 후 반응 용액을 추출 용매인 메탄올 250 mL에 침전시킨 후, 감압 여과 후 건조시켜, 연노랑색의 거대 개시제를 제조하였다. 거대 개시제의 수득률은 약 80 중량%였고, 수평균 분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 6,100 및 1.25이었다. 2.0 g of the compound of Preparation Example 1 (DPM-C12) and 64 mg of 2-cyano-2-propyl dodecyl trihydroxybenzoate (RAFT), 23 mg of AIBN (azobisisobutyronitrile) and 5.34 mL of anisole Was placed in a 10 mL flask (Schlenk flask), stirred for 30 minutes at room temperature under nitrogen atmosphere, and then subjected to Reversible Addition Ratio Transfer (RAFT) polymerization at 70 ° C for 4 hours. After the polymerization, the reaction solution was precipitated in 250 mL of methanol, which was an extraction solvent, and then filtered under reduced pressure and then dried to produce a pale yellow giant initiator. The yield of the macro initiator was about 80% by weight, the number average molecular weight (Mn) and the molecular weight distribution (Mw / Mn) were 6,100 and 1.25, respectively.
상기 합성된 거대개시제 0.2 g, 펜타플루오로스티렌 3.589 g, 제조예 2의 화학식 B의 광가교 단량체 0.151 g 및 아니솔(anisole) 1.697 mL를 10 mL 플라스크(Schlenk flask)에 넣고 질소 분위기 하에서 상온에서 30분 동안 교반한 후, 70℃에서 3시간 동안 RAFT(Reversible Addition?ragmentation chain Transfer) 중합 반응을 수행하였다. 중합 후 반응 용액을 추출 용매인 메탄올 250 mL 에 침전시킨 다음, 감압 여과하여 건조시켜 연한 노랑색의 블록 공중합체를 제조하였다. 블록 공중합체의 수득률은 약 14%였고, 수평균분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 14,400 및 1.21이었다. 상기 블록 공중합체는 제조예 1의 화합물(DPM-C12) 유래의 제 1 블록과 제조예 2의 화학식 B의 화합물과 상기 펜타플루오로스티렌 유래의 제 2 블록을 포함한다.0.2 g of the synthesized macroinitiator, 3.589 g of pentafluorostyrene, 0.151 g of the photo-crosslinking monomer of the formula (B) in Production Example 2 and 1.697 mL of anisole were placed in a 10 mL flask (Schlenk flask) After stirring for 30 minutes, RAFT (Reversible Addition Ratio Chain Transfer) polymerization was carried out at 70 ° C for 3 hours. After the polymerization, the reaction solution was precipitated in 250 mL of methanol, which was an extraction solvent, and then dried under reduced pressure to obtain a pale yellow block copolymer. The yield of the block copolymer was about 14%, and the number average molecular weight (Mn) and the molecular weight distribution (Mw / Mn) were 14,400 and 1.21, respectively. The block copolymer includes a first block derived from the compound (DPM-C12) of Production Example 1, a compound represented by the general formula (B) of Production Example 2, and a second block derived from pentafluorostyrene.
시험예Test Example 1. One.
실시예 1에서 합성된 블록 공중합체를 사용하여 자기 조립된 고분자막을 형성하고, 그 결과를 확인하였다. 구체적으로 공중합체를 용매에 약 1.0 중량%의 농도로 용해시켜 제조된 코팅액을 실리콘 웨이퍼상에 3000 rpm의 속도로 60초 동안 스핀코팅하고, 열적 숙성(thermal annealing)을 통해 자기 조립된 블록 공중합체를 포함하는 막을 형성하였다. 도 1은, 상기와 같이 형성된 고분자막의 SEM 이미지이다. 이어서 상기 고분자막에 자외선을 조사하였다. 이어서, 상기 고분자막에 약 254 nm 정도의 파장을 가지는 광을 약 2 J/cm2 정도의 광량으로 조사하였다. 첨부된 도 2는, 상기와 같은 광 가교 후의 고분자막의 SEM 사진이다. 이러한 고분자막에 대하여 용매 세척을 진행한 결과 선택적 에칭이 이루어지는 것을 확인하였다. The self-assembled polymer membrane was formed using the block copolymer synthesized in Example 1, and the results were confirmed. Specifically, a coating solution prepared by dissolving a copolymer in a solvent at a concentration of about 1.0 wt% was spin-coated on a silicon wafer at a speed of 3000 rpm for 60 seconds and thermally annealed to form a self-assembled block copolymer . ≪ / RTI > 1 is an SEM image of the polymer membrane formed as described above. The polymer membrane was then irradiated with ultraviolet light. Then, the polymer film was irradiated with light having a wavelength of about 254 nm at a light quantity of about 2 J / cm 2 . FIG. 2 attached is an SEM photograph of the polymer membrane after photo-crosslinking as described above. Solvent cleaning of the polymer membrane resulted in selective etching.
한편, 동일한 방식으로 용매 세척을 하되, 상기 광 가교 공정을 수행하지 않은 고분자막에 대하여 용매 세척을 수행한 결과가 도 3에 나타나 있고, 도 3으로부터 확인되는 바와 같이 블록간의 에칭 선택성은 확보되지 않았다.3 shows the result of performing solvent washing on the polymer membrane not subjected to the photocrosslinking process while performing solvent cleaning in the same manner. As shown in FIG. 3, the etch selectivity between blocks is not ensured.
Claims (21)
[화학식 1]
[화학식 3]
화학식 1에서 R은 수소 또는 알킬기이고, X는 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 카보닐기, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, -C(=O)-X1- 또는 -X1-C(=O)-이며, 상기 X1은 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2- 알킬렌기, 알케닐렌기 또는 알키닐렌기이고, Y는 8개 이상의 사슬 형성 원자를 가지는 직쇄 사슬이 연결된 고리 구조를 포함하는 1가 치환기이며, 화학식 3에서 X2는, 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, -C(=O)-X3- 또는 -X3-C(=O)-이며, 상기 X3는 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기 또는 알키닐렌기이고, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 할로알킬기, 할로겐 원자 또는 광가교성 관능기이며, R1 내지 R5가 포함하는 광가교성 관능기의 수는 1개 이상이고, 상기 광가교성 관능기는 벤조일페녹시기, 알케닐옥시카보닐기, (메타)아크릴로일기 또는 알케닐옥시알킬기이다.1. A block copolymer comprising a first block having a unit represented by the following formula (1) and a second block having a unit represented by the following formula (3)
[Chemical Formula 1]
(3)
X is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, -S (= O) 2- , a carbonyl group, an alkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group, -C (= O) -X 1 - or -X 1 -C (= O) -, and wherein X 1 is an oxygen atom, sulfur atom, -S (= O) 2 - and the alkylene, alkenylene or alkynylene group, Y is 8 the monovalent substituent is a linear chain having one or more chains to form a cyclic structure comprising atoms linked, X 2 in the formula (3) is a single bond, an oxygen atom, sulfur atom, -S (= O) 2 - , an alkylene group, an Al alkenylene group, alkynylene group, -C (= O) -X 3 - or -X 3 -C (= O) -, and wherein X 3 is -S (= O) a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, and 2 -, an alkylene group, an alkenylene group or an alkynylene group, R 1 to R 5 each independently represents a hydrogen, an alkyl group, a haloalkyl group, a halogen atom or a photopolymerizable functional group, and R 1 to R 5 The number of the light-permeable tubes Benzoyl group is a phenoxy group, alkenyloxy carbonyl group, a (meth) acryloyl group or an alkenyloxy group.
[화학식 2]
화학식 2에서 P는 아릴렌기이고, Q는 단일 결합, 산소 원자 또는 -NR3-이고, 상기에서 R3는, 수소, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기 또는 아릴기이고, Z는 8개 이상의 사슬 형성 원자를 가지는 직쇄 사슬이다.2. The block copolymer according to claim 1, wherein Y in the formula (1) is a block copolymer represented by the following formula
(2)
In the formula 2 P is an arylene group, Q is a single bond, an oxygen atom or -NR 3 - and, at the R 3 is a hydrogen atom, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group or aryl group, Z is 8 Or more chain-forming atoms.
[화학식 4]
화학식 4에서 X2는, 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, -C(=O)-X4- 또는 -X4-C(=O)-이고, 상기에서 X4는 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기 또는 알키닐렌기이고, W는 적어도 1개의 할로겐 원자를 포함하는 아릴기이다.The block copolymer according to claim 1, wherein the second block further comprises a unit represented by the following formula (4):
[Chemical Formula 4]
In formula 4 X 2 is a single bond, an oxygen atom, sulfur atom, -S (= O) 2 - , alkylene group, alkenylene group, alkynylene group, -C (= O) -X 4 - or -X 4 -C (= O) - and, in the X 4 represents a single bond, oxygen atom, sulfur atom, -S (= O) 2 - , alkylene group, alkenyl group or alkynyl group, and W is at least one halogen Is an aryl group containing an atom.
[화학식 5]
화학식 5에서 X3는, 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, -C(=O)-X5- 또는 -X5-C(=O)-이고, 상기에서 X5는 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기 또는 알키닐렌기이고, Ra 내지 Re는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 할로알킬기 또는 할로겐 원자이고, Ra 내지 Re가 포함하는 할로겐 원자의 수는 1개 이상이다.The block copolymer according to claim 1, wherein the second block further comprises a unit represented by the following formula (5):
[Chemical Formula 5]
In formula 5 X 3 are a single bond, oxygen atom, sulfur atom, -S (= O) 2 - , alkylene group, alkenylene group, alkynylene group, -C (= O) -X 5 - or -X 5 -C (= O) - and, in the X 5 is a single bond, oxygen atom, sulfur atom, -S (= O) 2 -, and the alkylene, alkenylene or alkynylene group, R a to R e is Are each independently hydrogen, an alkyl group, a haloalkyl group or a halogen atom, and the number of halogen atoms contained in R a to R e is one or more.
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