KR102096271B1 - 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, 에칭 선택성이 우수하고, 기타 요구되는 다양한 기능도 자유롭게 부여될 수 있다.In the present application, a block copolymer and its use can be provided. The block copolymer of the present application has excellent self-assembly characteristics or phase separation characteristics, excellent etching selectivity, and various other required functions can be freely provided.
Description
본 출원은, 블록 공중합체에 관한 것이다.This application relates to a block copolymer.
블록 공중합체는 서로 다른 화학적 구조를 가지는 고분자 고분자 세그먼트들이 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 polymer segments having different chemical structures are connected through covalent bonds. The block copolymer may form a periodically arranged structure such as spheres, cylinders, or lamellas by phase separation. The size of the domain of the structure formed by the self-assembly phenomenon of the block copolymer can be widely controlled, and various types of structures can be manufactured, so that various next-generation nanos such as high-density magnetic storage media, nanowire fabrication, quantum dots, or metal dots can be produced. It can be applied to pattern formation by devices, magnetic recording media, lithography, or the like.
본 출원은, 블록 공중합체 및 그 용도를 제공한다.This application provides a block copolymer and its use.
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.The term alkyl group used herein 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.The term alkoxy group used herein 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, unless otherwise specified. The alkoxy group may be a straight chain, branched or cyclic alkoxy group, and may be optionally 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.The term alkenyl group or alkynyl group used herein refers to an alkenyl group or an 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 group or alkynyl group may be linear, branched or cyclic, and may be optionally 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.In the present specification, the term 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, unless otherwise specified. The alkylene group may be a straight chain, branched or cyclic alkylene group, and may be optionally 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.The term alkenylene group or alkynylene group in the present specification, unless otherwise specified, has 2 to 20 carbon atoms, 2 to 16 carbon atoms, 2 to 12 carbon atoms, 2 to 8 carbon atoms, or an alkenylene group with 2 to 4 carbon atoms or an alkynylene group Can mean The alkenylene group or alkynylene group may be linear, branched or cyclic, and may be optionally 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.In the present specification, the term aryl group or arylene group, unless specifically specified otherwise, one benzene ring structure, two or more benzene rings are linked while sharing one or two carbon atoms, or by any linker It may mean a monovalent or divalent residue derived from a compound containing a structure or derivatives thereof. The aryl group or 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.In the present application, the term aromatic structure may mean the aryl group or 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.In the present specification, the term alicyclic ring structure means a cyclic hydrocarbon structure that is not 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.In the present application, the term single bond may mean a case where a separate atom does not exist at a corresponding site. For example, in the structure represented by A-B-C, when B is a single bond, there are no separate atoms at the site represented by B, and it may mean that 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.In the present application, as a substituent that may be optionally substituted with 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 chain or an aromatic structure, a hydroxy group, a halogen atom , Carboxyl group, glycidyl group, acryloyl group, methacryloyl group, acryloyl group oxy, methacryloyl group oxy group, thiol group, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkylene group, alkenylene group, alkynylene group , An alkoxy group or an aryl group may be exemplified, but is not limited thereto.
본 출원의 하나의 측면에서는, 블록 공중합체는 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 고분자 세그먼트(이하, 고분자 세그먼트 A로 호칭될 수 있다.)를 포함한다. 고분자 세그먼트 A는 하기 화학식 1의 단위를 주성분으로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 고분자 세그먼트가 어떤 단위를 주성분으로 포함한다는 것은, 해당 고분자 세그먼트가 그 단위를 중량을 기준으로 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상 또는 90% 이상 포함하고, 100% 이하로 포함하는 경우를 의미한다.In one aspect of the present application, the block copolymer includes a polymer segment (hereinafter, referred to as polymer segment A) comprising a unit represented by Formula 1 below. The polymer segment A may include a unit represented by the following Chemical Formula 1 as a main component. In the present specification, that a polymer segment includes a unit as a main component, the polymer segment includes 60% or more, 65% or more, 70% or more, 75% or more, 80% or more, 85% or more based on the weight of the unit. It means 90% or more and 100% or less.
[화학식 1][Formula 1]
화학식 1에서 R은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, X는 단일 결합, 산소 원자, 카보닐기, -C(=O)-X1- 또는 -X1-C(=O)-이며, 상기에서 X1은 산소 원자, 황 원자이고, Y는 8개 이상의 사슬 형성 원자를 가지는 사슬이 연결된 고리 구조를 포함하는 1가 치환기이며, T는 알킬렌기이다.In Formula 1, R is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, X is a single bond, an oxygen atom, a carbonyl group, -C (= O) -X1- or -X1-C (= O)-, wherein X1 Is an oxygen atom, a sulfur atom, Y is a monovalent substituent including a ring structure in which chains having 8 or more chain-forming atoms are connected, and T is an alkylene group.
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.In Formula 1, X may be a single bond, an oxygen atom, a carbonyl group, -C (= O) -O- or -OC (= O)-, or -C (= O) -O- in another example. It is not limited.
화학식 1에서 Y의 1가 치환기는, 적어도 8개의 사슬 형성 원자로 형성되는 사슬 구조를 포함한다.In Formula 1, the monovalent substituent of Y includes a chain structure formed of at least 8 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, 상기 사슬에 전술한 탄화수소 관능기가 치환되어 있을 경우에 그 탄화 수소 관능기에 포함되어 있는 탄소 원자, 수소 원자, 규소 원자 및/또는 철 원자도 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 given chain. The chain may be straight-chain or branched, but the number of chain-forming atoms is calculated only by the number of atoms forming the longest straight chain, and other atoms (eg, chain-forming valences) attached to the chain-forming atom In the case of a carbon atom, the hydrogen atom or the like attached to the carbon atom) is not calculated. In addition, when the above-described hydrocarbon functional group is substituted in the chain, the carbon atom, hydrogen atom, silicon atom and / or iron atom contained in the hydrocarbon functional group is not calculated. Further, 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 carbons, and the number is 5, and even when the chain is a 2-methylpentyl group, all chain forming atoms are carbons and the number is 5. Carbon, oxygen, sulfur or nitrogen may be exemplified as the chain forming atom, and suitable chain forming atoms 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 chain-forming atoms may also be 30 or less, 25 or less, 20 or less, or 16 or less.
화학식 1의 화합물은 상기 사슬의 존재로 인하여 후술하는 블록 공중합체를 형성하였을 때에 그 블록 공중합체가 우수한 자기 조립 특성을 나타내도록 할 수 있다. 또한, 그 사슬에 치환되어 있는 철 또는 규소를 포함하는 관능기로 인하여 자기 조립 구조의 형성 후에 우수한 에칭 선택성을 나타낼 수 있다.When the block copolymer to be described later is formed due to the presence of the chain, the compound of Formula 1 may exhibit excellent self-assembly properties. In addition, due to the functional group containing iron or silicon substituted in the chain, it can exhibit excellent etching selectivity after formation of the self-assembled structure.
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 be optionally substituted with an oxygen atom, and at least one hydrogen atom of the alkyl group may be optionally substituted with 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. 일 예시에서 상기 고리 구조는 사이클로헥세닐렌기, 페닐렌기, 나프탈레닐렌기 또는 비페닐렌기일 수 있다.In Formula 1, Y includes a ring structure, and the chain may be connected to the ring structure. The self-assembly characteristics of the block copolymer formed by the monomer may be further improved by such a ring structure. The ring structure may be an aromatic structure or an alicyclic structure. In one example, the ring structure may be a cyclohexenylene group, a phenylene group, a naphthalenylene group, or a biphenylene group.
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)-가 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 linked to the ring structure, or may be linked via a linker. Examples of the linker include oxygen atom, sulfur atom, -NR1-, -S (= O) 2-, carbonyl group, alkylene group, alkenylene group, alkynylene group, -C (= O) -X1- or -X1 -C (= O)-may be exemplified, wherein R1 may be hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group or an aryl group, X1 is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, -NR2-, -S (= O) 2-, an alkylene group, an alkenylene group, or an alkynylene group, wherein R2 may be hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, or an aryl group. As an appropriate linker, an oxygen atom or a nitrogen atom can be exemplified. The chain may be connected to an aromatic structure via, for example, an oxygen atom or a nitrogen atom. In this case, the linker may be an oxygen atom, or -NR1- (where R1 is 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 Formula 1 may be represented by Formula 2 in one example.
[화학식 2][Formula 2]
화학식 2에서 P는 아릴렌기, 예를 들면, 사이클로헥세닐렌기, 페닐렌기, 나프탈레닐렌기 또는 비페닐렌기이고, Q는 단일 결합, 산소 원자 또는 -NR3-이며, 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
화학식 2에서 P의 적절한 예시로는, 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기, 예를 들면, 페닐렌기를 예시할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.As an appropriate example of P in the formula (2), an arylene group having 6 to 12 carbon atoms, such as a phenylene group, may be exemplified, but is not limited thereto.
화학식 2에서 Q는 적절한 예시로는, 산소 원자 또는 -NR1-(상기에서 R1은 수소, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기 또는 아릴기) 등을 들 수 있다.In the general formula (2), Q is a suitable example, an oxygen atom or -NR1- (where R1 is hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group or an aryl group).
화학식 1에서 T는 알킬렌기이고, 일 예시에서 탄소수 1 내지 20, 탄소수 4 내지 20, 탄소수 6 내지 20, 탄소수 6 내지 16, 탄소수 6 내지 12 또는 탄소수 6 내지 8의 알킬렌기일 수 있다. 이러한 알킬렌기는 직쇄형일 수 있다.In Formula 1, T is an alkylene group, and in one example, it may be an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, 4 to 20 carbon atoms, 6 to 20 carbon atoms, 6 to 16 carbon atoms, 6 to 12 carbon atoms, or 6 to 8 carbon atoms. These alkylene groups may be straight-chain.
블록 공중합체는 상기 고분자 세그먼트 A와 함께 상기 고분자 세그먼트 A와는 다른 고분자 세그먼트 B를 포함한다.The block copolymer includes the polymer segment A and the polymer segment B different from the polymer segment A.
본 출원에서 어떤 2종의 고분자 세그먼트가 동일하다는 것은, 어떤 2종의 고분자 세그먼트가 주성분으로 포함하는 단량체 단위의 종류가 서로 동일한 경우 또는 어떤 2종의 고분자 세그먼트가 포함하는 단량체 단위의 종류가 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상 또는 90% 이상 공통되고, 각 고분자 세그먼트의 상기 공통 단량체 단위의 중량 비율의 편차가 30% 이내, 25% 이내, 20% 이내, 20% 이내, 15% 이내, 10% 이내 또는 5% 이내인 경우 중 어느 하나의 경우이다. 양 고분자 세그먼트가 상기 두 경우를 모두 만족하지 않는 경우, 이들은 서로 상이한 고분자 세그먼트이다. 상기에서 공통되는 단량체 단위의 비율은, 양 고분자 세그먼트 모드에 대해서 만족하는 것이 적절할 수 있다. 예를 들어, 어떤 고분자 세그먼트 1이 A, B, C, D 및 F의 단량체 단위를 가지고, 다른 고분자 세그먼트 2가 D, F, G 및 H의 단량체 단위를 가질 경우에는, 고분자 세그먼트 1과 2에서 공통되는 단량체 단위는 D 및 F인데, 고분자 세그먼트 1의 입장에서는 전체 5종의 단량체 중 2종이 공통되기 때문에 공통 비율은 40%(=100×2/5)이나, 고분자 세그먼트 2의 입장에서는 상기 비율은 50%(=100×2/5)이다. 따라서, 이러한 경우에는 공통 비율이 고분자 세그먼트 2에서만 50% 이상이기 때문에, 양 고분자 세그먼트는 동일하지 않은 것으로 인정될 수 있다. 한편, 상기에서 공통 단량체의 중량 비율의 편차는, 큰 중량 비율에서 작은 중량 비율을 뺀 수치를 작은 중량 비율로 나눈 수치의 백분율이다. 예를 들어, 상기 경우에서 세그먼트 1의 D 단량체 단위의 중량 비율이 세그먼트 1의 전체 단량체 단위의 중량 비율 합계 100% 기준으로 약 40%이고, 세그먼트 2의 D 단량체 단위의 중량 비율이 세그먼트 2의 전체 단량체 단위의 중량 비율 합계 100% 기준으로 약 30%라면, 상기 중량 비율 편차는 약 33%(=100×(40-30)/30) 정도가 될 수 있다. 2개의 세그먼트 내에 공통되는 단량체 단위가 2종 이상이라면, 동일한 세그먼트라고 하기 위해서는, 상기 중량 비율 편차 30% 이내가 모든 공통되는 단량체에 대하여 만족되거나, 혹은 주성분인 단량체 단위에 대하여 만족되면 공통되는 단량체로 여겨질 수 있다. 상기와 같은 기준에 의해 동일한 것으로 인정되는 각 고분자 세그먼트는 서로 다른 형태의 중합체일 수 있으나(예를 들면, 어느 하나의 세그먼트는 블록 공중합체 형태이고, 다른 하나의 세그먼트는 랜덤 공중합체의 형태), 적절하게는 같은 형태의 중합체일 수 있다.In the present application, when two types of polymer segments are the same, when two types of polymer units have the same type of monomer units as the main component, or 50% of types of monomer units included in any two polymer segments are used. Or more, 55% or more, 60% or more, 65% or more, 70% or more, 75% or more, 80% or more, 85% or more, or 90% or more are common, and the variation in the weight ratio of the common monomer unit of each polymer segment is It is one of the cases within 30%, within 25%, within 20%, within 20%, within 15%, within 10% or within 5%. If both polymer segments do not satisfy both cases, they are different polymer segments. It may be appropriate that the ratio of the monomer units common to the above is satisfied for both polymer segment modes. For example, if one polymer segment 1 has monomer units of A, B, C, D and F, and another
본 출원의 블록 공중합체는, 상기와 같은 고분자 세그먼트 A의 말단에 상기 고분자 세그먼트 B가 연결되어 있는 디블록 형태이거나, 혹은 그 이상의 멀티 블록 공중합체일 수도 있다.The block copolymer of the present application may be in the form of a diblock in which the polymer segment B is connected to the end of the polymer segment A as described above, or may be a multi-block copolymer or more.
일 예시에서 상기 고분자 세그먼트 B는 하나 이상의 할로겐 원자를 포함하는 방향족 구조를 가지는 고분자 세그먼트일 수 있다.In one example, the polymer segment B may be a polymer segment having an aromatic structure including one or more halogen atoms.
이러한 고분자 세그먼트 B는, 예를 들면, 하기 화학식 5로 표시되는 단위를 포함하는 고분자 세그먼트일 수 있다. 상기 고분자 세그먼트는 상기 화학식 7의 단위를 주성분으로 포함할 수 있다.The polymer segment B may be, for example, a polymer segment including a unit represented by Formula 5 below. The polymer segment may include the unit of Formula 7 as a main component.
[화학식 5][Formula 5]
화학식 5에서 B는 하나 이상의 할로겐 원자를 포함하는 방향족 구조를 가지는 1가 치환기이다.In Formula 5, B is a monovalent substituent having an aromatic structure containing one or more halogen atoms.
이러한 고분자 세그먼트 B가 전술한 고분자 세그먼트 A의 적어도 일측에 존재할 경우에 상기 블록 공중합체가 우수한 자기 조립 특성 등을 나타낼 수 있다.When the polymer segment B is present on at least one side of the polymer segment A described above, the block copolymer may exhibit excellent self-assembly characteristics and the like.
화학식 5에서 방향족 구조는, 예를 들면, 탄소수 6 내지 18 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족 구조일 수 있다.The aromatic structure in Formula 5 may be, for example, an aromatic structure having 6 to 18 carbon atoms or 6 to 12 carbon atoms.
또한, 화학식 5에 포함되는 할로겐 원자로는, 불소 원자 또는 염소 원자 등이 예시될 수 있고, 적절하게는 불소 원자가 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.Further, as the halogen atom included in the formula (5), a fluorine atom or a chlorine atom may be exemplified, and a fluorine atom may be appropriately used, but is not limited thereto.
하나의 예시에서 화학식 5의 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 of Formula 5 may be a monovalent substituent having an aromatic structure having 6 to 12 carbon atoms substituted with 1 or more, 2 or more, 3 or more, 4 or more, or 5 or more halogen atoms. The upper limit of the number of halogen atoms is not particularly limited, and for example, 10 or less, 9 or less, 8 or less, 7 or less, or 6 or less halogen atoms may be present.
예를 들어, 고분자 세그먼트 2B에 포함되는 상기 단위인 화학식 5은 하기 화학식 6로 표시될 수 있다.For example, Formula 5, which is the unit included in the polymer segment 2B, may be represented by Formula 6 below.
[화학식 6][Formula 6]
화학식 6에서 X2는, 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, -C(=O)-X1- 또는 -X1-C(=O)-이며, 상기에서 X1은 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 6, X2 represents a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, -S (= O) 2-, an alkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group, -C (= O) -X1- or -X1-C ( = O)-, wherein X1 is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, -S (= O) 2-, an alkylene group, an alkenylene group, or an alkynylene group, and W contains at least one halogen atom It is an aryl group. 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 2 or more, 3 or more, 4 or more, or 5 or more halogen atoms.
고분자 세그먼트 2B에 포함되는 상기 단위는, 예를 들면, 하기 화학식 7로 표시될 수 있다.The unit included in the polymer segment 2B may be represented by, for example, Formula 7 below.
[화학식 7][Formula 7]
화학식 7에서 X2는, 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, -C(=O)-X1- 또는 -X1-C(=O)-이며, 상기에서 X1은 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기 또는 알키닐렌기이고, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 할로알킬기 또는 할로겐 원자이고, R1 내지 R5가 포함하는 할로겐 원자의 수는 1개 이상이다.In the formula (7), X2 represents a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, -S (= O) 2-, an alkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group, -C (= O) -X1- or -X1-C ( = O)-, wherein X1 is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, -S (= O) 2-, an alkylene group, an alkenylene group or an alkynylene group, and R1 to R5 are each independently hydrogen or an alkyl group. , A haloalkyl group or a halogen atom, and the number of halogen atoms included in R1 to R5 is 1 or more.
화학식 7에서 X2는, 다른 예시에서 단일 결합, 산소 원자, 알킬렌기, -C(=O)-O- 또는 -O-C(=O)-일 수 있다.In Formula 7, X2 may be, in another example, a single bond, an oxygen atom, an alkylene group, -C (= O) -O- or -O-C (= O)-.
화학식 7에서 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 할로알킬기 또는 할로겐 원자이되, R1 내지 R5는 1개 이상, 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상 또는 5개 이상의 할로겐 원자, 예를 들면, 불소 원자를 포함할 수 있다. R1 내지 R5에 포함되는 할로겐 원자, 예를 들면, 불소 원자는, 10개 이하, 9개 이하, 8개 이하, 7개 이하 또는 6개 이하일 수 있다.In formula (7), R1 to R5 are each independently hydrogen, an alkyl group, a haloalkyl group or a halogen atom, and R1 to R5 are one or more, two or more, three or more, four or more or five or more halogen atoms, for example , It may contain a fluorine atom. The halogen atoms included in R1 to R5, for example, fluorine atoms, may be 10 or less, 9 or less, 8 or less, 7 or less, or 6 or less.
본 출원의 상기와 같은 블록 공중합체는, 기본적으로 우수한 상분리 내지는 자기 조립 특성을 나타낼 수 있다.The block copolymer as described above of the present application may basically exhibit excellent phase separation or self-assembly characteristics.
상기와 같은 블록 공중합체에서 상기 고분자 세그먼트 A의 부피 분율은, 0.1 내지 0.9의 범위 내에 있고, 고분자 세그먼트 A 및 B의 부피 분율의 합은 1일 수 있다. 상기와 같은 부피 분율로 각 고분자 세그먼트를 포함하는 블록 공중합체는 우수한 자기 조립 특성을 나타낼 수 있다. 블록 공중합체의 각 고분자 세그먼트의 부피 분율은 각 고분자 세그먼트의 밀도와 GPC(Gel Permeation Chromatogrph)에 의해 측정되는 분자량을 토대로 구할 수 있다.In the block copolymer, the volume fraction of the polymer segment A is in the range of 0.1 to 0.9, and the sum of the volume fractions of the polymer segments A and B may be 1. The block copolymer including each polymer segment in the above volume fraction may exhibit excellent self-assembly characteristics. The volume fraction of each polymer segment of the block copolymer can be determined based on the density of each polymer segment and the molecular weight measured by GPC (Gel Permeation Chromatogrph).
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 (Number Average Molecular Weight) of the block copolymer, for example, may be in the range of 3,000 to 300,000. The term number average molecular weight in the present specification is a conversion value for standard polystyrene measured using GPC (Gel Permeation Chromatograph), and the term molecular weight in this specification means a number average molecular weight unless otherwise specified. In another example, the molecular weight (Mn) may be 3000 or more, 5000 or more, 7000 or more, 9000 or more, 11000 or more, 13000 or more, or 15000 or more. In another example, the molecular weight (Mn) is 250000 or less, 200000 or less, 180000 or less, 160000 or less, 140000 or less, 120000 or less, 100000 or less, 90000 or less, 80000 or less, 70000 or less, 60000 or less, 50000 or less, 40000 or less, 30000 or less Or 25000 or less. The block copolymer may have a polydispersity (Mw / Mn) in the range of 1.01 to 1.60. The dispersion degree may be about 1.1 or more, about 1.2 or more, about 1.3 or more, or about 1.4 or more in other examples.
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 appropriate self-assembly properties. The number average molecular weight and the like of the block copolymer can be adjusted in consideration of the desired self-assembly structure and the like.
블록 공중합체가 상기 고분자 세그먼트 A, B 및 C를 적어도 포함할 경우에 상기 블록 공중합체 내에서 고분자 세그먼트 A, 예를 들면, 전술한 상기 사슬을 포함하는 고분자 세그먼트의 비율은 10몰% 내지 90몰%의 범위 내에 있을 수 있다.When the block copolymer contains at least the polymer segments A, B and C, the proportion of the polymer segment A in the block copolymer, for example, the polymer segment comprising the chain described above is 10 mol% to 90 mol %.
이러한 블록 공중합체는 공지의 방식으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 블록 공중합체는 각 고분자 세그먼트의 단위를 형성하는 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. Such block copolymers can be prepared in a known manner. For example, the block copolymer may be prepared by LRP (Living Radical Polymerization) using monomers forming units of each polymer segment. For example, using an organic rare earth metal complex as a polymerization initiator, or using an organic alkali metal compound as a polymerization initiator, anionic polymerization synthesized in the presence of an inorganic acid salt such as an alkali metal or a salt of an alkaline earth metal or an organic alkali metal compound is polymerized. An anionic polymerization method synthesized in the presence of an organoaluminum compound using as an initiator, an atomic transfer radical polymerization method (ATRP) using an atomic transfer radical polymerization agent as a polymerization control agent, and an atomic transfer radical polymerization agent as a polymerization control agent. Activators Regenerated by Electron Transfer (ARGET) Atomic Radical Radiation Polymerization (ATRP), Initiators for continuous activator regeneration (ICAR) Atomic Radical Radical Polymerization (ATRP), reversible addition of inorganic reducing agents Reversible addition-polymerization by cleavage chain transfer using a cleavage chain transfer agent (RAFT) or a method using an organic tellurium compound as an initiator, and the like, and an appropriate method can be selected and applied.
예를 들면, 상기 블록 공중합체는, 라디칼 개시제 및 리빙 라디칼 중합 시약의 존재 하에, 상기 고분자 세그먼트를 형성할 수 있는 단량체들을 포함하는 반응물을 리빙 라디칼 중합법으로 중합하는 것을 포함하는 방식으로 제조할 수 있다.For example, the block copolymer may be prepared in a manner that includes, in the presence of a radical initiator and a living radical polymerization reagent, polymerizing a reactant containing monomers capable of forming the polymer segment by living radical polymerization. have.
블록 공중합체의 제조 시에 상기 단량체를 사용하여 형성하는 고분자 세그먼트와 함께 상기 공중합체에 포함되는 다른 고분자 세그먼트를 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 고분자 세그먼트의 종류를 고려하여 적절한 단량체를 선택하여 상기 다른 고분자 세그먼트를 형성할 수 있다.The method of forming another polymer segment included in the copolymer together with the polymer segment formed using the monomer in the manufacture of the block copolymer is not particularly limited, and an appropriate monomer is selected in consideration of the type of the desired polymer segment By doing so, other polymer segments can be formed.
고분자 세그먼트공중합체의 제조 과정은, 예를 들면 상기 과정을 거쳐서 생성된 중합 생성물을 비용매 내에서 침전시키는 과정을 추가로 포함할 수 있다. The manufacturing process of the polymer segment copolymer may further include, for example, a process of precipitating the polymerization product produced through the above process in a 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 type of the radical initiator is not particularly limited, and may be appropriately selected in consideration of polymerization efficiency, and for example, AIBN (azobisisobutyronitrile) or 2,2'-azobis-2,4-dimethylvaleronitrile (2,2 ') An azo compound such as -azobis- (2,4-dimethylvaleronitrile)) or a peroxide series such as BPO (benzoyl peroxide) or DTBP (di-t-butyl peroxide) may be used.
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.Living radical polymerization processes include, for example, methylene chloride, 1,2-dichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, benzene, toluene, acetone, chloroform, tetrahydrofuran, dioxane, monoglyme, diglyme, and dimethylform. It may be carried out in a solvent such as amide, dimethyl sulfoxide or dimethyl acetamide.
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.As a non-solvent, for example, alcohols such as methanol, ethanol, alcohols such as normal propanol or isopropanol, glycols such as ethylene glycol, ether ethers such as n-hexane, cyclohexane, n-heptane or petroleum ether, etc. can be used. It is not limited thereto.
본 출원은 또한 상기 블록 공중합체를 포함하는 고분자 막에 대한 것이다. 상기 고분자 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 also relates to a polymer membrane comprising the block copolymer. The polymer film may be used for various purposes, for example, various electronic or electronic devices, a process for forming the pattern or a magnetic storage recording medium, a recording medium such as 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 implement a periodic structure including a sphere, a cylinder, a gyroid, or a lamellar through self-assembly. .
예를 들면, 블록 공중합체에서 고분자 세그먼트 A 내지 C 또는 그와 공유 결합된 다른 고분자 세그먼트의 세그먼트 내에서 다른 세그먼트가 라멜라 형태 또는 실린더 형태 등과 같은 규칙적인 구조를 형성하고 있을 수 있다.For example, in the segment of the polymer segments A to C or other polymer segments covalently bonded to the block copolymer, other segments may form a regular structure such as a lamellar shape or a cylinder shape.
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 film containing the block copolymer on a substrate in a self-assembled state. For example, the method may include a step of forming a layer of a coating solution obtained by diluting the block copolymer or an appropriate solvent on the substrate by application 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, for example, may be performed at a temperature above the glass transition temperature or the phase transition temperature. The time at which such heat treatment is performed is not particularly limited, and may be performed within a range of about 1 minute to 72 hours, for example, but may be changed as necessary. In addition, the heat treatment temperature of the polymer thin film may be, for example, about 100 ° C to 250 ° C, but this may be changed in consideration of the block copolymer 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.
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 고분자 세그먼트 A 및/또는 B를 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 고분자 세그먼트를 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.This application also relates to a method of forming a pattern. The method may selectively select polymer segments A and / or B of the block copolymer in a laminate having a polymer film formed on a substrate and a surface of the substrate and including the self-assembled block copolymer. And removing. The method may be a method of forming a pattern on the substrate. For example, the method may include forming a polymer film containing the block copolymer on a substrate and etching the substrate after selectively removing one or more polymer segments of the block copolymer present in the film. have. In this way, for example, it is possible to form nanoscale fine patterns. In addition, various types of patterns such as nanorods or nanoholes may be formed through the above method according to the type of block copolymer in the polymer film. If necessary, the block copolymer and other copolymers or homopolymers may be mixed for pattern formation. The type of the substrate applied to this method is not particularly limited, and may be selected as necessary, for example, silicon oxide or the like.
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 고분자 세그먼트를 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 above method can form a nano-scale pattern of silicon oxide exhibiting a high aspect ratio. For example, after forming the polymer film on silicon oxide and selectively removing any polymer segment of the block copolymer in a state in which the block copolymer in the polymer film forms a predetermined structure, silicon oxide is removed in various ways, for example For example, it can be etched with reactive ion etching to implement various shapes including nanorods or nanohole patterns. In addition, through this method, it may be possible to implement a nano pattern having a large aspect ratio.
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 may be implemented on a scale of several tens of nanometers, and such a pattern may be utilized for various uses including, for example, a magnetic recording medium for next-generation information electronics.
상기 방법에서 블록 공중합체의 어느 한 고분자 세그먼트를 선택적으로 제거하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 고분자막에 적정한 전자기파, 예를 들면, 자외선 등을 조사하여 상대적으로 소프트한 고분자 세그먼트를 제거하는 방식을 사용할 수 있다. 이 경우 자외선 조사 조건은 블록 공중합체의 고분자 세그먼트의 종류에 따라서 결정되며, 예를 들면, 약 254 nm 파장의 자외선을 1분 내지 60 분 동안 조사하여 수행할 수 있다.The method for selectively removing one polymer segment of the block copolymer in the above method is not particularly limited, and for example, by irradiating a suitable electromagnetic wave to the polymer film, for example, ultraviolet rays, etc., to remove the relatively soft polymer segment. Method can be used. In this case, the ultraviolet irradiation conditions are determined according to the type of the polymer segment of the block copolymer, for example, it may be performed by irradiating ultraviolet rays 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, it is also possible to perform a step of further removing the segment decomposed by ultraviolet rays by treating the polymer film with acid or the like after irradiation with ultraviolet rays.
또한, 선택적으로 고분자 세그먼트가 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.In addition, the step of etching the substrate using the polymer film with the polymer segment selectively removed as a mask is not particularly limited. For example, it may be performed through a reactive ion etching step using CF4 / Ar ions, etc. Subsequently, a step of removing the polymer film from the substrate by oxygen plasma treatment or the like may 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, 에칭 선택성이 우수하고, 기타 요구되는 다양한 기능도 자유롭게 부여될 수 있다.In the present application, a block copolymer and its use can be provided. The block copolymer of the present application has excellent self-assembly characteristics or phase separation characteristics, excellent etching selectivity, and various other required functions can be freely provided.
도 1 내지 3은 각각 실시예 1 내지 3의 블록 공중합체 자기 조립막에 대한 SEM 사진이다.
도 4는 실시예 1 내지 3의 블록 공중합체의 에칭 선택성을 비교한 도면이다.1 to 3 are SEM pictures of the block copolymer self-assembled films of Examples 1 to 3, respectively.
4 is a view comparing the etching selectivity of the block copolymers of Examples 1 to 3.
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 more detail through examples and comparative examples according to the present application, but the scope of the present application is not limited by the examples presented below.
1. NMR 측정1. NMR measurement
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. The analyte was diluted with a concentration of about 10 mg / ml in a solvent for measuring NMR (CDCl3), and chemical shifts were expressed in ppm.
<적용 약어><Applied abbreviation>
br = 넓은 신호, s = 단일선, d = 이중선, dd = 이중 이중선, t = 삼중선, dt = 이중 삼중선, q = 사중선, p = 오중선, m = 다중선.br = wide signal, s = singlet, d = doublet, dd = doublet, t = triplet, dt = doublet, q = quartet, p = quintet, m = multiplet.
2. GPC(Gel Permeation Chromatograph)2.GPC (Gel Permeation Chromatograph)
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 μm)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). Into a 5 mL vial, water samples to be analyzed such as block copolymers or macroinitiators of Examples or Comparative Examples are added, and diluted in tetrahydro furan (THF) to a concentration of about 1 mg / mL. Then, the standard sample for calibration and the sample to be analyzed were filtered through a syringe filter (pore size: 0.45 μm) and then measured. As the analysis program, ChemStation of Agilent technologies was used, and the elution time of the sample was compared with the calibration curve to obtain the weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn), respectively, and the molecular weight distribution (PDI) at the ratio (Mw / Mn). ) Was calculated. The measurement conditions of GPC are as follows.
<GPC 측정 조건><GPC measurement conditions>
기기 : Agilent technologies 사의 1200 series Instrument: 1200 series from Agilent technologies
컬럼 : Polymer laboratories 사의 PLgel mixed B 2개 사용Column: 2 PLgel mixed B from Polymer laboratories
용매 : THFSolvent: THF
컬럼온도 : 35℃Column temperature: 35 ℃
샘플 농도 : 1mg/mL, 200L 주입Sample concentration: 1mg / mL, 200L injection
표준 시료 : 폴리스티렌(Mp : 3900000, 723000, 316500, 52200, 31400, 7200, 3940, 485)Standard sample: Polystyrene (Mp: 3900000, 723000, 316500, 52200, 31400, 7200, 3940, 485)
제조예 1.Preparation Example 1.
하기 화학식 A의 화합물(DCHM)은 다음의 방식으로 합성하였다. 플라스크에 1,4-시클로헥산디올(1,4-cyclohexanediol)(54.7 g, 471 mmol)을 넣고, DMF(디메틸포름아미드)(400 mL)에 용해시켰다. 소듐 하이드라이드(22.6 g, 518 mmol)와 70mL의 DMF의 혼합 분산액을 상기 용액에 강하게 교반하면서 천천히 첨가하였다. 10분 동안 교반하고, 온도를 50℃로 올리고, 2 시간 정도 반응시킨 후에 1-브로모도데칸(88.0 g, 353 mmol)을 서서히 넣어 주었다. 반응 용액을 65℃에서 교반하며 16 시간 동안 반응시켰다. 반응 후에 염산을 서서히 첨가하면서 미반응 소듐 하이드라이드를 제거하였다. 물을 과량 첨가하고, 디에틸 에테르로 추출한 후에 rotary evaporator를 이용하여 디에틸 에테르와 DMF를 제거하였다. 잔존하는 액체를 EA(에틸 아세테이트)/헥산 혼합 용액으로 컬럼 정제하여 무색의 액상의 4-(도데실옥시)사이클로헥산올을 얻었다(25.0 g, 87.9 mmol).The compound of Formula A (DCHM) was synthesized in the following manner. To the flask, 1,4-cyclohexanediol (1,4-cyclohexanediol) (54.7 g, 471 mmol) was added and dissolved in DMF (dimethylformamide) (400 mL). A mixed dispersion of sodium hydride (22.6 g, 518 mmol) and 70 mL of DMF was slowly added to the solution with vigorous stirring. After stirring for 10 minutes, the temperature was raised to 50 ° C, and after reacting for about 2 hours, 1-bromododecane (88.0 g, 353 mmol) was slowly added. The reaction solution was stirred at 65 ° C. and reacted for 16 hours. After the reaction, unreacted sodium hydride was removed while hydrochloric acid was slowly added. After adding excess water and extracting with diethyl ether, diethyl ether and DMF were removed using a rotary evaporator. The remaining liquid was column-purified with a mixed solution of EA (ethyl acetate) / hexane to obtain a colorless liquid 4- (dodecyloxy) cyclohexanol (25.0 g, 87.9 mmol).
<중간체에 대한 NMR 분석 결과> <NMR analysis results for intermediates>
1H-NMR(CDCl3): δ3.73-3.66(m, 1H), δ 3.42-3.37(m, 2H), δ 3.35-3.21(m, 1H), δ 2.00-1.95(m, 2H), δ 1.80(m, 1H), δ 1.70-1.62(m, 2H) δ 1.57-1.52(m, 4H), δ 1.34-1.25(m, 20H), δ 0.87(t, 3H)1H-NMR (CDCl3): δ3.73-3.66 (m, 1H), δ 3.42-3.37 (m, 2H), δ 3.35-3.21 (m, 1H), δ 2.00-1.95 (m, 2H), δ 1.80 (m, 1H), δ 1.70-1.62 (m, 2H) δ 1.57-1.52 (m, 4H), δ 1.34-1.25 (m, 20H), δ 0.87 (t, 3H)
플라스크에 합성된 중간체(25.0 g, 87.9 mmol), 메타크릴산(8.3 g, 96.7 mmol)을 넣고, 메틸렌클로라이드에 녹인 후에 DCC(dicyclohexylcarbodiimide)(20.0 g, 96.7 mmol) 및 DMAP(p-dimethylaminopyridine)(4.3 g, 35.2 mmol)을 넣고, 상온의 질소 분위기에서 밤새 반응시켰다. 반응 후에 필터링하여 고형분을 제거하고, 잔존하는 용액을 모아 EA(에틸 아세테이트)/헥산 혼합 용액으로 컬럼하여 무색의 액상인 목적물(DCHM, 하기 화학식 A)을 얻었다(20.5 g, 58.1 mmol).After adding the synthesized intermediate (25.0 g, 87.9 mmol), methacrylic acid (8.3 g, 96.7 mmol) to the flask, and dissolving in methylene chloride, dicyclohexylcarbodiimide (DCC) (20.0 g, 96.7 mmol) and DMAP (p-dimethylaminopyridine) ( 4.3 g, 35.2 mmol) was added and reacted overnight in a nitrogen atmosphere at room temperature. After the reaction, the solids were removed by filtering, and the remaining solution was collected and columned with a mixed solution of EA (ethyl acetate) / hexane to obtain a colorless liquid target (DCHM, Formula A) (20.5 g, 58.1 mmol).
<NMR 분석 결과> <NMR analysis results>
1H-NMR(CDCl3): δ 6.10-6.07(s, 1H), δ 5.52(s, 1H), δ 4.92-4.83(m, 1H), δ 3.41(m, 2H), δ 3.32(m, 1H), δ 1.99(m, 2H), δ 1.94-1.93(s, 3H), δ 1.88(m, 1H), δ 1.70(m, 2H), δ 1.61(m, 1H), δ 1.54(m, 2H), δ 1.47(m, 2H), δ 1.30-1.25(m, 18H), δ 0.87(t, 3H) 1H-NMR (CDCl3): δ 6.10-6.07 (s, 1H), δ 5.52 (s, 1H), δ 4.92-4.83 (m, 1H), δ 3.41 (m, 2H), δ 3.32 (m, 1H) , δ 1.99 (m, 2H), δ 1.94-1.93 (s, 3H), δ 1.88 (m, 1H), δ 1.70 (m, 2H), δ 1.61 (m, 1H), δ 1.54 (m, 2H) , δ 1.47 (m, 2H), δ 1.30-1.25 (m, 18H), δ 0.87 (t, 3H)
[화학식 A][Formula A]
화학식 A에서 R은 탄소수 12의 직쇄상 알킬기이다.In Formula A, R is a straight-chain alkyl group having 12 carbon atoms.
제조예 2.Preparation Example 2.
하기 화학식 B의 화합물(DPHM)은 다음의 방식으로 합성하였다. 히드로퀴논(88.4 g, 802mmol), 1-브로모도데칸(100 g, 401mmol), 포타슘 카보네이트(110.8 g, 802mmol)를 플라스크에 넣고, DMSO(디메틸설폭시드)에 녹였다. 70℃에서 밤새 반응시키고, 과량의 물에 침전시킨 후에 아세트산으로 산성화하였다. 침전 용액을 필터하여 수분을 최대한 제거하고, 남은 고체상에 1500 mL의 에탄올을 첨가하고, 2 시간 동안 교반하였다. 필터링으로 용해되지 않은 침전을 제거하고, 남은 에탄올 용액을 냉동실에서 재결정한 후에 필터링하여 흰색의 고체상의 중간체인 4-도데실옥시페놀(55.5g, 199.3mmol)을 얻었다.The compound of Formula B (DPHM) was synthesized in the following manner. Hydroquinone (88.4 g, 802 mmol), 1-bromododecane (100 g, 401 mmol) and potassium carbonate (110.8 g, 802 mmol) were placed in a flask and dissolved in DMSO (dimethyl sulfoxide). The reaction was carried out at 70 ° C overnight, acidified with acetic acid after precipitation in excess water. The precipitated solution was filtered to remove moisture as much as possible, 1500 mL of ethanol was added to the remaining solid phase, and the mixture was stirred for 2 hours. The undissolved precipitate was removed by filtering, and the remaining ethanol solution was recrystallized in a freezer to filter to obtain 4-dodecyloxyphenol (55.5 g, 199.3 mmol) as a white solid intermediate.
<중간체에 대한 NMR 분석 결과> <NMR analysis results for intermediates>
1H-NMR(CDCl3): δ6.76(q, 4H), δ 4.37(s, 1H), δ 3.89(t, 2H), δ 1.75(tt, 2H), δ 1.43(tt, 2H), δ 1.26(m, 16H), δ 0.88(t, 3H)1H-NMR (CDCl3): δ6.76 (q, 4H), δ 4.37 (s, 1H), δ 3.89 (t, 2H), δ 1.75 (tt, 2H), δ 1.43 (tt, 2H), δ 1.26 (m, 16H), δ 0.88 (t, 3H)
플라스크에 합성된 중간체(10.0 g, 35.9 mmol), 6-브로모-1-헥산올(9.7 g, 53.9 mmol), 포타슘 카보네이트(7.4 g, 53.9 mmol)을 넣고, DMF(디메틸포름아미드)(120mL)에 녹였다. 70℃에서 밤새 반응시키고, 과량의 물에 침전시켰다. 필터링하고, 에탄올을 과량 첨가하여 불순물을 녹인 후, 녹지 않은 고체를 필터링하여 흰색 고체인 중간체(6-(4-(도데실옥시)페녹시)헥산-1-올)(6.2 g, 16.4mmol)을 얻었다.The synthesized intermediate (10.0 g, 35.9 mmol), 6-bromo-1-hexanol (9.7 g, 53.9 mmol), potassium carbonate (7.4 g, 53.9 mmol) was added to the flask, and DMF (dimethylformamide) (120 mL) ). The reaction was carried out at 70 ° C overnight and precipitated in excess water. After filtering and dissolving the impurities by adding an excessive amount of ethanol, the undissolved solids were filtered to give an intermediate (6- (4- (dodecyloxy) phenoxy) hexane-1-ol) (6.2 g, 16.4 mmol) as a white solid. Got
<중간체에 대한 NMR 분석 결과> <NMR analysis results for intermediates>
1H-NMR(CDCl3): δ6.82(s, 4H), δ3.90(q, 4H), δ 3.66(t, 2H), δ 1.76(m, 4H), δ 1.61(tt, 2H), δ 1.49(tt, 2H), δ 1.43(m, 4H), δ 1.26(m, 16H), δ 1.21(s, 1H), δ 0.88(t, 3H)1H-NMR (CDCl3): δ6.82 (s, 4H), δ3.90 (q, 4H), δ 3.66 (t, 2H), δ 1.76 (m, 4H), δ 1.61 (tt, 2H), δ 1.49 (tt, 2H), δ 1.43 (m, 4H), δ 1.26 (m, 16H), δ 1.21 (s, 1H), δ 0.88 (t, 3H)
상기 중간체(6-(4-(도데실옥시)페녹시)헥산-1-올)(6.2 g, 16.4mmol)와 메타크릴산(1.6 g, 18 mmol)을 넣고, 메틸렌클로라이드에 녹인 후에 DCC(dicyclohexylcarbodiimide)(3.7 g, 18 mmol) 및 DMAP(p-dimethylaminopyridine)(0.8 g, 6.6 mmol)을 넣고, 상온의 질소 분위기에서 밤새 반응시켰다. 반응 후에 필터링하여 고형분을 제거하고, 잔존하는 용액을 모아 EA(에틸 아세테이트)/헥산 혼합 용액으로 컬럼하여 무색의 액상인 목적물(DPHM, 하기 화학식 B)을 얻었다(5.7 g, 12.8 mmol).The intermediate (6- (4- (dodecyloxy) phenoxy) hexane-1-ol) (6.2 g, 16.4 mmol) and methacrylic acid (1.6 g, 18 mmol) were added, dissolved in methylene chloride, and then DCC ( Dicyclohexylcarbodiimide (3.7 g, 18 mmol) and DMAP (p-dimethylaminopyridine) (0.8 g, 6.6 mmol) were added and reacted overnight in a nitrogen atmosphere at room temperature. After the reaction, the solids were removed by filtering, and the remaining solution was collected and columned with a mixed EA (ethyl acetate) / hexane solution to obtain a colorless liquid target (DPHM, Formula B) (5.7 g, 12.8 mmol).
<NMR 분석 결과> <NMR analysis results>
1H-NMR(CDCl3): δ 6.81(s, 4H), δ6.09(tt, 1H), δ5.55(tt, 1H), δ4.15(t, 2H), δ 3.90(m, 4H), δ 1.94(s, 3H), δ 1.76(m, 4H), δ 1.71(m, 2H), δ 1.51(m, 2H), δ 1.45(m, 4H), δ 1.26(m, 16H), δ 0.88(t, 3H) 1H-NMR (CDCl3): δ 6.81 (s, 4H), δ6.09 (tt, 1H), δ5.55 (tt, 1H), δ4.15 (t, 2H), δ 3.90 (m, 4H), δ 1.94 (s, 3H), δ 1.76 (m, 4H), δ 1.71 (m, 2H), δ 1.51 (m, 2H), δ 1.45 (m, 4H), δ 1.26 (m, 16H), δ 0.88 (t, 3H)
[화학식 B][Formula B]
화학식 B에서 R은 탄소수 12의 직쇄상 알킬기이다.In formula B, R is a straight-chain alkyl group having 12 carbon atoms.
제조예 3.Preparation Example 3.
하기 화학식 C의 화합물(DBPHM)은 다음의 방식으로 합성하였다. 4,4'-바이페놀(22.4g, 120.4mmol), 1-브로모도데칸(15 g, 60.2mmol), 포타슘 카보네이트(16.6 g, 120.4mmol)를 플라스크에 넣고, DMSO(디메틸설폭시드)에 녹였다. 70℃에서 밤새 반응시키고, 과량의 물에 침전시킨 후에 아세트산으로 산성화하였다. 침전 용액을 필터하여 수분을 최대한 제거하고, 남은 고체상에 아세톤을 첨가하고, 충분히 교반하였다. 필터링으로 용해되지 않은 고체를 얻었다. 이 고체를 테트라히드로푸란(THF)에 녹인 후에 필터링하여 녹지 않은 고체를 제거하였다. 얻어진 THF 용액에서 용매를 제거하여 흰색 고체인 4'-(도데실옥시)-[1,1'-바이페닐]-4-올(13.6g, 38.4mmol)을 얻었다.The compound of Formula C (DBPHM) was synthesized in the following manner. 4,4'-biphenol (22.4 g, 120.4 mmol), 1-bromododecane (15 g, 60.2 mmol), potassium carbonate (16.6 g, 120.4 mmol) was placed in a flask and dissolved in DMSO (dimethyl sulfoxide). . The reaction was carried out at 70 ° C overnight, acidified with acetic acid after precipitation in excess water. The precipitate solution was filtered to remove moisture as much as possible, acetone was added to the remaining solid phase, and the mixture was sufficiently stirred. Filtration gave an undissolved solid. The solid was dissolved in tetrahydrofuran (THF) and filtered to remove undissolved solid. The solvent was removed from the obtained THF solution to obtain 4 '-(dodecyloxy)-[1,1'-biphenyl] -4-ol (13.6 g, 38.4 mmol) as a white solid.
<중간체에 대한 NMR 분석 결과> <NMR analysis results for intermediates>
1H-NMR(CDCl3): δ7.44(t, 4H), δ6.94(d, 2H), δ6.88(d, 2H), δ4.66(s, 1H), δ3.98(t, 2H), δ1.80(tt, 2H), δ1.47(tt, 2H), δ 1.27(m, 16H), δ 0.88(t, 3H)1H-NMR (CDCl3): δ7.44 (t, 4H), δ6.94 (d, 2H), δ6.88 (d, 2H), δ4.66 (s, 1H), δ3.98 (t, 2H ), δ1.80 (tt, 2H), δ1.47 (tt, 2H), δ 1.27 (m, 16H), δ 0.88 (t, 3H)
4'-(도데실옥시)-[1,1'-바이페닐]-4-올(8g, 22.6mmol), 6-브로모-1-헥산올(8.1 g, 45.1 mmol), 포타슘 카보네이트(6.2 g, 45.1 mmol)을 넣고, DMF(디메틸포름아미드)(120mL)에 녹였다. 80℃에서 밤새 반응시키고, 과량의 물에 침전시켰다. 필터링하여 침전물을 수득하고, THF를 과량으로 첨가하여 불순물을 녹이고, 녹지 않은 고체를 필터링하여 흰색 고체인 중간체(6-((4'-(dodecyloxy)-[1,1'-biphenyl]-4-yl)hexan-1-ol)(7.5 g, 16.5 mmol)을 얻었다.4 '-(dodecyloxy)-[1,1'-biphenyl] -4-ol (8 g, 22.6 mmol), 6-bromo-1-hexanol (8.1 g, 45.1 mmol), potassium carbonate (6.2 g, 45.1 mmol) was added and dissolved in DMF (dimethylformamide) (120 mL). The reaction was carried out at 80 ° C overnight, and precipitated in excess water. Filtered to obtain a precipitate, and THF was added in excess to dissolve impurities, and the undissolved solid was filtered to give a white solid intermediate (6-((4 '-(dodecyloxy)-[1,1'-biphenyl] -4- yl) hexan-1-ol) (7.5 g, 16.5 mmol).
<중간체에 대한 NMR 분석 결과> <NMR analysis results for intermediates>
1H-NMR(CDCl3): δ7.45(d, 4H), δ6.94(d, 4H), δ 3.99(q, 4H), δ3.67(t, 2H), δ1.80(m, 4H), δ1.61(tt, 2H), δ1.52(tt, 2H), δ1.47(m, 4H), δ1.26(m, 17H), δ 0.88(t, 3H)1H-NMR (CDCl3): δ7.45 (d, 4H), δ6.94 (d, 4H), δ 3.99 (q, 4H), δ3.67 (t, 2H), δ1.80 (m, 4H) , δ1.61 (tt, 2H), δ1.52 (tt, 2H), δ1.47 (m, 4H), δ1.26 (m, 17H), δ 0.88 (t, 3H)
상기 중간체(6-((4'-(dodecyloxy)-[1,1'-biphenyl]-4-yl)hexan-1-ol)(7.5 g, 16.5 mmol)와 메타크릴산(1.6 g, 18 mmol)을 넣고, 메틸렌클로라이드에 녹인 후에 DCC(dicyclohexylcarbodiimide)(3.7 g, 18 mmol) 및 DMAP(p-dimethylaminopyridine)(0.8 g, 6.6 mmol)을 넣고, 상온의 질소 분위기에서 밤새 반응시켰다. 반응 후에 필터링하여 고형분을 제거하고, THF에 녹여서 메탄올에 침전시켜 녹지 않은 고형분을 얻었다. 얻은 고체를 아세톤에 녹여서 녹지 않은 침전을 제거하고, 다시 얻어진 고체를 EA(에틸 아세테이트)에 녹여서 녹지 않은 고체를 제거하였다. 용액에서 용매를 제거하여 흰색의 고체인 목적물(DBPHM, 하기 화학식 C)을 얻었다(4.3 g, 8.2 mmol).The intermediate (6-((4 '-(dodecyloxy)-[1,1'-biphenyl] -4-yl) hexan-1-ol) (7.5 g, 16.5 mmol) and methacrylic acid (1.6 g, 18 mmol) ), Dissolved in methylene chloride, added DCC (dicyclohexylcarbodiimide) (3.7 g, 18 mmol) and DMAP (p-dimethylaminopyridine) (0.8 g, 6.6 mmol), and reacted overnight in a nitrogen atmosphere at room temperature. The solids were removed, dissolved in THF, and precipitated in methanol to obtain an undissolved solid.The obtained solid was dissolved in acetone to remove the undissolved precipitate, and the obtained solid was dissolved in EA (ethyl acetate) to remove the undissolved solid. The solvent was removed from the white solid to obtain the target product (DBPHM, Formula C) (4.3 g, 8.2 mmol).
<NMR 분석 결과> <NMR analysis results>
1H-NMR(CDCl3): δ7.46(d, 4H), δ6.94(m, 4H), δ6.10(m, 1H), δ5.55(m, 1H), δ4.17(t, 2H), δ3.99(m, 4H), δ1.95(s, 3H), δ1.81(m, 4H), δ1.73(tt, 2H), δ1.54(tt, 2H), δ1.47(m, 4H), δ1.27(m, 16H), δ0.88(t, 3H) 1H-NMR (CDCl3): δ7.46 (d, 4H), δ6.94 (m, 4H), δ6.10 (m, 1H), δ5.55 (m, 1H), δ4.17 (t, 2H ), δ3.99 (m, 4H), δ1.95 (s, 3H), δ1.81 (m, 4H), δ1.73 (tt, 2H), δ1.54 (tt, 2H), δ1.47 (m, 4H), δ1.27 (m, 16H), δ0.88 (t, 3H)
[화학식 C][Formula C]
화학식 C에서 R은 탄소수 12의 직쇄상 알킬기이다.In the formula (C), R is a straight-chain alkyl group having 12 carbon atoms.
실시예 1.Example 1.
제조예 1의 화합물(DCHM) 3.0 g과 RAFT(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) 시약(2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonate) 58.8 mg, AIBN(Azobisisobutyronitrile) 14 mg 및 아니솔(anisole) 7.035 mL를 10 mL Schlenk flask에 넣고 질소 분위기 하에서 상온에서 60분 동안 교반한 후 70℃에서 6시간 동안 RAFT(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) 중합 반응을 수행하였다. 중합 후 반응 용액을 추출 용매인 메탄올 300 mL 에 침전시킨 후, 감압 여과하여 건조시켜, 연노랑색의 거대개시제를 제조하였다. 상기 거대 개시제의 수평균 분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 13,500 및 1.19였다. 상기 거대개시제 0.3 g, 펜타플루오로스티렌 2.157g, AIBN(Azobisisobutyronitrile) 1.8 mg 및 아니솔(anisole) 0.823 mL를 10 mL Schlenk flask에 넣고 질소 분위기 하에서 상온에서 60분 동안 교반한 후 70℃에서 7시간 동안 RAFT(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) 중합 반응을 수행하였다. 중합 후 반응 용액을 추출 용매인 메탄올 250 mL에 침전시킨 다음, 감압 여과하여 건조시켜 연한 분홍색의 블록 공중합체를 제조하였다. 상기 블록 공중합체의 수평균분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 35,400 및 1.22였다. 상기 블록 공중합체는 제조예 1의 DCHM에서 유래된 고분자 세그먼트 A와 상기 펜타플루오로스티렌에서 유래된 고분자 세그먼트 B를 포함한다.3.0 g of the compound of Preparation Example 1 (DCHM) and RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) reagent (2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonate) 58.8 mg, AIBN (Azobisisobutyronitrile) 14 mg and anisole 7.035 mL After putting in a 10 mL Schlenk flask and stirring for 60 minutes at room temperature under a nitrogen atmosphere, a RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) polymerization reaction was performed at 70 ° C for 6 hours. After polymerization, the reaction solution was precipitated in 300 mL of methanol as an extraction solvent, filtered and dried under reduced pressure to prepare a light yellow giant initiator. The number-average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the macroinitiator were 13,500 and 1.19, respectively. The macroinitiator 0.3 g, pentafluorostyrene 2.157 g, AIBN (Azobisisobutyronitrile) 1.8 mg and 0.823 mL of anisole were placed in a 10 mL Schlenk flask, stirred at room temperature for 60 minutes under a nitrogen atmosphere, and then stirred at 70 ° C for 7 hours. During the RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) polymerization reaction was performed. After polymerization, the reaction solution was precipitated in 250 mL of methanol as an extraction solvent, and then filtered under reduced pressure to dry to prepare a light pink block copolymer. The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the block copolymer were 35,400 and 1.22, respectively. The block copolymer includes polymer segment A derived from DCHM of Preparation Example 1 and polymer segment B derived from the pentafluorostyrene.
상기 블록 공중합체를 플루오로벤젠에 약 1.0 중량%의 농도로 희석하고, 실리콘 웨이퍼 상에 3000 rpm의 속도로 약 60초 정도 스핀 코팅하여 고분자막을 형성하였다. 이어서 상기 막을 약 160℃에서 1 시간 동안 열적 숙성하여 자기 조립 구조를 유도하였다. 도 1은 상기 유도된 자기 조립 구조의 SEM 사진이다.The block copolymer was diluted with fluorobenzene at a concentration of about 1.0% by weight, and spin coated on a silicon wafer at a speed of 3000 rpm for about 60 seconds to form a polymer film. Subsequently, the membrane was thermally aged at about 160 ° C. for 1 hour to induce a self-assembled structure. 1 is a SEM photograph of the induced self-assembly structure.
실시예 2.Example 2.
제조예 2의 화합물(DPHM) 2.0 g과 RAFT(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) 시약(2-Cyano-2-propyl benzodithioate) 39.6 mg, AIBN(Azobisisobutyronitrile) 14.7 mg 및 아니솔(anisole) 8.040 mL를 10 mL Schlenk flask에 넣고 질소 분위기 하에서 상온에서 60분 동안 교반한 후 70℃에서 4시간 동안 RAFT(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) 중합 반응을 수행하였다. 중합 후 반응 용액을 추출 용매인 메탄올 300 mL 에 침전시킨 후, 감압 여과하여 건조시켜, 연분홍색의 거대개시제를 제조하였다. 상기 거대 개시제의 수평균 분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 8,400 및 1.11였다. 상기 거대개시제 0.3 g, 펜타플루오로스티렌 2.773g, AIBN(Azobisisobutyronitrile) 2.9 mg 및 아니솔(anisole) 3.088 mL를 10 mL Schlenk flask에 넣고 질소 분위기 하에서 상온에서 60분 동안 교반한 후 70℃에서 5시간 동안 RAFT(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) 중합 반응을 수행하였다. 중합 후 반응 용액을 추출 용매인 메탄올 250 mL에 2번 침전시킨 다음, 감압 여과하여 건조시켜 연한 분홍색의 블록 공중합체를 제조하였다. 상기 블록 공중합체의 수평균분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 17,100 및 1.22였다. 상기 블록 공중합체는 제조예 2의 DPHM에서 유래된 고분자 세그먼트 A와 상기 펜타플루오로스티렌에서 유래된 고분자 세그먼트 B를 포함한다.10 g of 2.0 g of the compound of Preparation Example 2 (DPHM) and 39.6 mg of Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer (RAFT) reagent (2-Cyano-2-propyl benzodithioate), 14.7 mg of AIBN (Azobisisobutyronitrile) and 8.040 mL of anisole After putting in a mL Schlenk flask and stirring for 60 minutes at room temperature under a nitrogen atmosphere, a RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) polymerization reaction was performed at 70 ° C for 4 hours. After polymerization, the reaction solution was precipitated in 300 mL of methanol as an extraction solvent, filtered under reduced pressure, and dried to prepare a light pink giant initiator. The number-average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the macroinitiator were 8,400 and 1.11, respectively. 0.3 g of the macroinitiator, 2.773 g of pentafluorostyrene, 2.9 mg of AIBN (Azobisisobutyronitrile) and 3.088 mL of anisole were placed in a 10 mL Schlenk flask, stirred at room temperature for 60 minutes under a nitrogen atmosphere, and then stirred at 70 ° C for 5 hours. During the RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) polymerization reaction was performed. After polymerization, the reaction solution was precipitated twice in 250 mL of methanol as an extraction solvent, and then filtered under reduced pressure to dry to prepare a light pink block copolymer. The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the block copolymer were 17,100 and 1.22, respectively. The block copolymer includes polymer segment A derived from DPHM of Preparation Example 2 and polymer segment B derived from the pentafluorostyrene.
상기 블록 공중합체를 플루오로벤젠에 약 1.0 중량%의 농도로 희석하고, 실리콘 웨이퍼 상에 3000 rpm의 속도로 약 60초 정도 스핀 코팅하여 고분자막을 형성하였다. 이어서 상기 막을 약 160℃에서 1 시간 동안 열적 숙성하여 자기 조립 구조를 유도하였다. 도 2는 상기 유도된 자기 조립 구조의 SEM 사진이다.The block copolymer was diluted with fluorobenzene at a concentration of about 1.0% by weight, and spin coated on a silicon wafer at a speed of 3000 rpm for about 60 seconds to form a polymer film. Subsequently, the membrane was thermally aged at about 160 ° C. for 1 hour to induce a self-assembled structure. 2 is a SEM photograph of the induced self-assembly structure.
실시예 3.Example 3.
제조예 3의 화합물(DBPHM) 2.0 g과 RAFT(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) 시약(2-Cyano-2-propyl benzodithioate) 39.6 mg, AIBN(Azobisisobutyronitrile) 14.7 mg 및 아니솔(anisole) 8.040 mL를 10 mL Schlenk flask에 넣고 질소 분위기 하에서 상온에서 60분 동안 교반한 후 70℃에서 4시간 동안 RAFT(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) 중합 반응을 수행하였다. 중합 후 반응 용액을 추출 용매인 메탄올 300 mL 에 침전시킨 후, 감압 여과하여 건조시켜, 연분홍색의 거대개시제를 제조하였다. 상기 거대 개시제의 수평균 분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 13,100 및 1.11였다. 상기 거대개시제 0.3 g, 펜타플루오로스티렌 2.773g, AIBN(Azobisisobutyronitrile) 2.9 mg 및 아니솔(anisole) 3.088 mL를 10 mL Schlenk flask에 넣고 질소 분위기 하에서 상온에서 60분 동안 교반한 후 70℃에서 5시간 동안 RAFT(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) 중합 반응을 수행하였다. 중합 후 반응 용액을 추출 용매인 메탄올 250 mL에 2번 침전시킨 다음, 감압 여과하여 건조시켜 연한 분홍색의 블록 공중합체를 제조하였다. 상기 블록 공중합체의 수평균분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 27,500 및 1.19였다. 상기 블록 공중합체는 제조예 3의 DBPHM에서 유래된 고분자 세그먼트 A와 상기 펜타플루오로스티렌에서 유래된 고분자 세그먼트 B를 포함한다.10 g of 2.0 g of the compound of Preparation Example 3 (DBPHM) and 39.6 mg of Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer (RAFT) reagent (2-Cyano-2-propyl benzodithioate), 14.7 mg of AIBN (Azobisisobutyronitrile) and 8.040 mL of anisole After putting in a mL Schlenk flask and stirring for 60 minutes at room temperature under a nitrogen atmosphere, a RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) polymerization reaction was performed at 70 ° C for 4 hours. After polymerization, the reaction solution was precipitated in 300 mL of methanol as an extraction solvent, filtered under reduced pressure, and dried to prepare a light pink giant initiator. The number-average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the macroinitiator were 13,100 and 1.11, respectively. 0.3 g of the macroinitiator, 2.773 g of pentafluorostyrene, 2.9 mg of AIBN (Azobisisobutyronitrile) and 3.088 mL of anisole were placed in a 10 mL Schlenk flask, stirred at room temperature for 60 minutes under a nitrogen atmosphere, and then stirred at 70 ° C for 5 hours. During the RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) polymerization reaction was performed. After polymerization, the reaction solution was precipitated twice in 250 mL of methanol as an extraction solvent, and then filtered under reduced pressure to dry to prepare a light pink block copolymer. The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the block copolymer were 27,500 and 1.19, respectively. The block copolymer includes polymer segment A derived from DBPHM of Preparation Example 3 and polymer segment B derived from the pentafluorostyrene.
상기 블록 공중합체를 플루오로벤젠에 약 1.0 중량%의 농도로 희석하고, 실리콘 웨이퍼 상에 3000 rpm의 속도로 약 60초 정도 스핀 코팅하여 고분자막을 형성하였다. 이어서 상기 막을 약 160℃에서 1 시간 동안 열적 숙성하여 자기 조립 구조를 유도하였다. 도 2는 상기 유도된 자기 조립 구조의 SEM 사진이다.The block copolymer was diluted with fluorobenzene at a concentration of about 1.0% by weight, and spin coated on a silicon wafer at a speed of 3000 rpm for about 60 seconds to form a polymer film. Subsequently, the membrane was thermally aged at about 160 ° C. for 1 hour to induce a self-assembled structure. 2 is a SEM photograph of the induced self-assembly structure.
시험예 1.Test Example 1.
실시예 1 내지 3의 블록 공중합체의 에칭 선택성을 평가하였다. 구체적으로는 에칭 기기(Plasmalab system 100)을 사용하여 동일 조건(RF 출려기 25W, 압력 10mTorr)에서 에칭을 수행하면서, 각 블록의 에칭 선택성을 비교하였다. 그 결과는 도 4에 나타나 있다. 도 4에서 X축은 에칭 시간이고, Y축은 에칭 과정에서 잔존하는 막의 두께를 백분율로 나타낸 것이다. 도 4에서 PDCHM, PDPHM, PDBPHM으로 표기된 그래프는, 각각 제조예 1 내지 3의 화합물로 제조된 단독 중합체에 대한 결과이다.The etching selectivity of the block copolymers of Examples 1 to 3 was evaluated. Specifically, etching was performed using the etching apparatus (Plasmalab system 100) under the same conditions (RF source 25 W,
Claims (16)
[화학식 1]
화학식 1에서 R은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, X는 단일 결합, 산소 원자, 카보닐기, -C(=O)-X1- 또는 -X1-C(=O)-이며, 상기에서 X1은 산소 원자 또는 황 원자이고, Y는 8개 이상의 사슬 형성 원자를 가지는 사슬이 연결된 고리 구조를 포함하는 1가 치환기이며, T는 알킬렌기이다.Block copolymer comprising a polymer segment A having a unit represented by the following formula (1) and a polymer segment B different from the polymer segment A:
[Formula 1]
In Formula 1, R is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, X is a single bond, an oxygen atom, a carbonyl group, -C (= O) -X1- or -X1-C (= O)-, wherein X1 Is an oxygen atom or a sulfur atom, Y is a monovalent substituent containing a ring structure in which chains having 8 or more chain forming atoms are connected, and T is an alkylene group.
[화학식 2]
화학식 2에서 U는 단일결합이거나 산소원자이고, P는 사이클로헥세닐렌기, 페닐렌기, 나프탈레닐렌기 또는 비페닐렌기이고, Q는 단일 결합, 산소 원자 또는 -NR3-이며, 상기에서 R3는, 수소, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기 또는 아릴기이고, Z는 8개 이상의 사슬 형성 원자를 가지는 사슬이다 .According to claim 1, Y is a block copolymer represented by the formula (2):
[Formula 2]
In Formula 2, U is a single bond or an oxygen atom, P is a cyclohexenylene group, a phenylene group, a naphthalenylene group or a biphenylene group, Q is a single bond, an oxygen atom or -NR3-, wherein R3 is hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group or an aryl group, Z is a chain having up to eight or more chain-forming atoms.
[화학식 5]
화학식 5에서 B는 하나 이상의 할로겐 원자를 포함하는 방향족 구조를 가지는 1가 치환기이다.According to claim 1, Polymer segment B is a block copolymer comprising a unit of formula (5):
[Formula 5]
In Formula 5, B is a monovalent substituent having an aromatic structure containing one or more halogen atoms.
[화학식 6]
화학식 6에서 X2는, 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, -C(=O)-X1- 또는 -X1-C(=O)-이며, 상기에서 X1은 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 polymer segment B comprises a unit represented by the following formula (6):
[Formula 6]
In Formula 6, X 2 is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, -S (= O) 2-, an alkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group, -C (= O) -X1- or -X1-C (= O)-, wherein X1 is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, -S (= O) 2- , an alkylene group, an alkenylene group or an alkynylene group, and W contains at least one halogen atom It is an aryl group.
[화학식 7]
화학식 7에서 X2는, 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, -C(=O)-X1- 또는 -X1-C(=O)-이며, 상기에서 X1은 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기 또는 알키닐렌기이고, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 할로알킬기 또는 할로겐 원자이고, R1 내지 R5가 포함하는 할로겐 원자의 수는 1개 이상이다.According to claim 1, Polymer segment B is a block copolymer comprising a unit of formula (7):
[Formula 7]
In Formula 7, X 2 is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, -S (= O) 2-, an alkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group, -C (= O) -X1- or -X1-C (= O)-, wherein X1 is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, -S (= O) 2-, an alkylene group, an alkenylene group or an alkynylene group, and R 1 to R 5 are each independently It is a hydrogen, an alkyl group, a haloalkyl group or a halogen atom, and the number of halogen atoms contained in R 1 to R 5 is one or more.
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