KR102159495B1 - 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, 기판 상에 수직 배향된 자기 조립 구조를 고르게 형성할 수 있다.In the present application, a block copolymer and its use may be provided. The block copolymer of the present application has excellent self-assembly characteristics or phase separation characteristics, and may evenly form a self-assembled structure vertically oriented on a substrate.

Description

블록 공중합체{BLOCK COPOLYMER}Block copolymer {BLOCK COPOLYMER}

본 출원은, 블록 공중합체 및 그 용도에 관한 것이다.This application relates to a block copolymer and its use.

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.Block copolymers have a molecular structure in which polymer blocks having different chemical structures are connected through covalent bonds. The block copolymer may 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-assembly phenomenon of the block copolymer can be widely controlled, and various types of structures can be fabricated. It can be applied to an element, magnetic recording medium, or pattern formation by lithography.

본 출원은, 블록 공중합체 및 그 용도를 제공한다.The present 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.In the present specification, 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 linear, branched or cyclic alkyl group, and may be optionally substituted with 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.In the present specification, 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, unless otherwise specified. The alkoxy group may be a linear, branched or cyclic alkoxy group, and may be optionally substituted with 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.In the present specification, the term alkenyl group or alkynyl group refers to 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 group or alkynyl group may be linear, branched, or cyclic, and may be optionally substituted with 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 linear, branched or cyclic alkylene group, and may be optionally substituted with 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.In the present specification, the term alkenylene group or alkynylene group is an alkenylene group or alkynylene 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. It can mean qi. The alkenylene group or alkynylene group may be linear, branched, or cyclic, and may be optionally substituted with 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.In the present specification, the term aryl group or arylene group, unless otherwise specified, one benzene ring structure, two or more benzene rings are linked while sharing one or two carbon atoms, or linked by an arbitrary linker It may mean a monovalent or divalent moiety derived from a compound or a derivative thereof having a structure to be formed.

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.Unless otherwise specified, 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.

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 an 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 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.In the present application, the term single bond may mean a case where no separate atom exists at the corresponding site. For example, in the structure indicated by A-B-C, when B is a single bond, it may mean that no separate atom exists at the site indicated by B, and A and C are directly connected to form a structure indicated by A-C.

본 출원에서 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, 알콕시기, 아릴기, 아릴렌기, 직쇄 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, substituents that may be optionally substituted in an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkylene group, alkenylene group, alkynylene group, alkoxy group, aryl group, arylene group, straight chain or aromatic structure, etc., include hydroxy group, 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, alkynyl A ren group, an alkoxy group, or an aryl group may be exemplified, but is 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 (hereinafter, referred to as a first block) having a unit represented by Formula 1 below. The first block may consist of only units represented by the following formula (1), or may include other units in addition to the units of formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112017067784015-pat00001
Figure 112017067784015-pat00001

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 직쇄 사슬이 연결된 고리 구조를 포함하는 1가 치환기이다.In Formula 1, R is hydrogen or an alkyl group, 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)-, wherein X 1 is an oxygen atom, a sulfur atom, -S(=O)2-, an alkylene group, an alkenylene group or an alkynylene group, and Y Is a monovalent substituent including a ring structure to which a straight chain having 8 or more chain forming atoms is connected.

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, 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.In the present application, the term chain-forming atom means an atom that forms a linear structure of a predetermined chain. The chain may be linear or branched, but the number of chain-forming atoms is calculated only from the number of atoms forming the longest straight chain, and other atoms bonded to the chain-forming atom (for example, the chain-forming atom is In the case of a carbon atom, the hydrogen atom bonded to the carbon atom, etc.) is not counted. In addition, in the case of a branched chain, the number of chain forming atoms may 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 and the number is 5, and even when the chain is a 2-methylpentyl group, all the chain forming atoms are carbon and the number is 5. As the chain-forming atom, carbon, oxygen, sulfur, or nitrogen may be exemplified, 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 chain-forming atoms may also 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 Formula 1 may allow the block copolymer to exhibit excellent self-assembly 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 linear hydrocarbon chain such as a linear 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.In Formula 1, Y includes a ring structure, and the chain may be connected to the ring structure. By such a ring structure, the self-assembly property of the block copolymer formed by the monomer may be further improved. 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. As the linker, an oxygen atom, a sulfur atom, -NR 1 -, S(=O) 2 -, a carbonyl group, an alkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group, -C(=O)-X 1 -or- X 1 -C(=O)-, etc. may be exemplified, wherein R 1 may be hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, or an aryl group, and X 1 is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom , -NR 2 -, -S(=O) 2 -, may be an alkylene group, an alkenylene group or an alkynylene group, wherein R 2 may be a hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group or an aryl group have. An oxygen atom or a nitrogen atom may be exemplified as a suitable linker. 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 -NR 1- (wherein R 1 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 the following Formula 2 in an example.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112017067784015-pat00002
Figure 112017067784015-pat00002

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 Formula 2, P is an arylene group, Q is a single bond, an oxygen atom or -NR 3 -, wherein R 3 is hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group or an aryl group, and Z is 8 It is the chain having more than one chain forming atom. When Y in Formula 1 is a substituent of Formula 2, P in Formula 2 may be directly linked to X in Formula 1.

화학식 2에서 P의 적절한 예시로는, 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기, 예를 들면, 페닐렌기를 예시할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.As a suitable example of P in Formula 2, an arylene group having 6 to 12 carbon atoms, for example, a phenylene group may be illustrated, 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 Formula 2, Q is a suitable example, an oxygen atom or -NR 1- (wherein R 1 is hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, or an aryl group).

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 Formula 1, in Formula 1, R is hydrogen or an alkyl group, for example, hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, X is -C(=O)-O-, and Y is the above In Formula 2, P is an arylene group or phenylene having 6 to 12 carbon atoms, Q is an oxygen atom, and Z is a unit of the aforementioned chain having 8 or more chain forming atoms.

따라서, 화학식 1의 적절한 예시의 단위로는 하기 화학식 3의 단위를 들 있다. Accordingly, a suitable exemplary unit of Formula 1 includes a unit of Formula 3 below.

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112017067784015-pat00003
Figure 112017067784015-pat00003

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.In Formula 3, 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, and Z is a chain forming valency It is the chain of 8 or more.

블록 공중합체에서 상기와 같은 단위를 포함하는 제 1 블록과 함께 포함되는 제 2 블록은, 하기 화학식 5의 단위를 적어도 포함할 수 있다. In the block copolymer, the second block included together with the first block including the unit as described above may include at least a unit represented by Formula 5 below.

[화학식 5][Formula 5]

Figure 112017067784015-pat00004
Figure 112017067784015-pat00004

화학식 5에서 X2는, 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, -C(=O)-X1- 또는 -X1-C(=O)-이고, 상기에서 X1는 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기 또는 알키닐렌기이고, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 할로알킬기, 할로겐 원자 또는 알콕시기이며, R1 내지 R5 중 적어도 하나는 알콕시기이고, R1 내지 R5가 포함하는 할로겐 원자의 수는 1개 이상이다.In Formula 5, 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)-X 1 -or -X 1 -C(=O)-, wherein X 1 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 hydrogen, an alkyl group, a haloalkyl group, a halogen atom or an alkoxy group, at least one of R 1 to R 5 is an alkoxy group, and the number of halogen atoms contained in R 1 to R 5 is 1 or more.

화학식 5에서 X2는, 다른 예시에서 단일 결합, 산소 원자, 알킬렌기, -C(=O)-O- 또는 -O-C(=O)-일 수 있다.In Chemical Formula 5, X 2 may be a single bond, an oxygen atom, an alkylene group, -C(=O)-O- or -OC(=O)- in another example.

화학식 5에서 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 원자는, 10개 이하, 9개 이하, 8개 이하, 7개 이하 또는 6개 이하일 수 있다.In Formula 5, R 1 to R 5 are each independently hydrogen, an alkyl group, a haloalkyl group, or a halogen atom, but R 1 to R 5 are 1 or more, 2 or more, 3 or more, 4 or more, or 5 or more halogen atoms , For example, it may contain a fluorine atom. The number of 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.

화학식 5에 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 included in Chemical 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.

화학식 5의 단위는 상기한 바와 같이 적어도 하나의 알콕시기를 포함하며, 상기 알콕시기는 예를들어, R3에 위치할 수 있다. 상기 화학식 5의 단위에 포함되는 알콕시기의 존재로 인하여, 제 1 블록과 제 2 블록의 표면 에너지 차이를 감소시켜 우수한 배향성을 발현시킬 수 있으며, 상기 알콕시기가 R3에 위치함으로써 상기 블록 공중합체는 자기 조립 구조가 우수한 상분리 특성을 나타냄과 동시에, 선폭 8㎚ 내지 15㎚의 미세 패턴의 구현이 가능할 수 있다.The unit of Formula 5 includes at least one alkoxy group as described above, and the alkoxy group may be, for example, located in R 3 . Due to the presence of the alkoxy group contained in the unit of Formula 5, the difference in surface energy between the first block and the second block can be reduced to express excellent orientation, and since the alkoxy group is located at R 3 , the block copolymer is While the self-assembled structure exhibits excellent phase separation characteristics, it may be possible to implement a fine pattern having a line width of 8 nm to 15 nm.

화학식 5에 포함되는 알콕시기는 탄소수 가 1 이상 또는 2 이상일 수 있으며, 20 이하, 16 이하, 12 이하, 8 이하 또는 4 이하일 수 있다. 화학식 5의 단위가 상기 범위를 만족하는 알콕시기를 포함함으로써 블록 공중합체가 우수한 상분리 특성을 나타냄과 동시에 블록 공중합체의 수직 배향을 열적 숙성(thermal annealing)에 의해서 넓은 영역에 단 시간 내에 유도할 수도 있다.The alkoxy group included in Chemical Formula 5 may have 1 or more or 2 or more carbon atoms, and may be 20 or less, 16 or less, 12 or less, 8 or less, or 4 or less. Since the unit of Formula 5 contains an alkoxy group that satisfies the above range, the block copolymer exhibits excellent phase separation characteristics, and at the same time, the vertical orientation of the block copolymer may be induced in a large area in a short time by thermal annealing. .

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 include other units in addition to the units of Formula 5. In this case, the types of units that can be included are 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 is a polyvinylpyrrolidone unit, a polylactic acid unit, a polyvinylpyridine unit, a polystyrene unit such as polystyrene or polytrimethylsilylstyrene, and a polyethylene oxide. A polyalkylene oxide unit such as (polyethylene oxide), a polybutadiene unit, a polyisoprene unit, or a polyolefin unit such as polyethylene may be further included.

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 including at least one of the first and second blocks described above, and is a diblock copolymer including only the two blocks, or at least one of the first and second blocks. It may be a triblock or more block copolymer including two or more, or included together with other blocks.

상기와 같은 블록 공중합체는, 기본적으로 우수한 상분리 내지는 자기 조립 특성을 나타낼 수 있다. 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 출원의 블록 공중합체는 전술한 제 1 블록 및 제 2 블록을 포함하여 블록 공중합체가 수직 배향성을 나타내도록 할 수 있다. 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 노출되는가에 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, 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.The block copolymer as described above may basically exhibit excellent phase separation or self-assembly characteristics. Since the block copolymer contains two or more polymer chains linked by covalent bonds, phase separation occurs. The block copolymer of the present application exhibits excellent phase separation properties, and may form a nano-scale structure by microphase separation, if necessary. The shape and size of the nanostructure can be controlled by the size of the block copolymer (molecular weight, etc.) or the relative ratio between blocks. As a structure formed by phase separation, a sphere, a cylinder, a gyroid, a lamella, and an inversion structure may be exemplified, and the ability of the block copolymer to form such a structure may be referred to as self-assembly. The block copolymer of the present application may include the first block and the second block described above so that the block copolymer exhibits vertical orientation. In the present application, the term vertical orientation indicates 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 technology of adjusting the self-assembled structure of the block copolymer horizontally or vertically on various substrates occupies a very large weight in practical application of the block copolymer. In general, the orientation of the nanostructures in the block copolymer film is determined by which blocks of the blocks forming the block copolymer are exposed to the surface or air. In general, since many substrates are polar and air is non-polar, a block having a larger polarity among the blocks of the block copolymer is wetting on the substrate, and a block having a smaller polarity is wetting at the interface with air. ). Therefore, various techniques have been proposed in order to simultaneously wet blocks having different properties of the block copolymer on the substrate side, and the most representative technique is the adjustment of orientation by applying a neutral surface preparation. However, in one aspect of the present application, the block copolymer may be vertically aligned even on a substrate to which a known treatment known to achieve vertical orientation including a neutral surface treatment or the like has not been performed. In addition, in an additional aspect of the present application, the vertical orientation as described above may be induced in a large area within a short time by thermal annealing.

블록 공중합체의 수평균분자량(Mn (Number Average Molecular Weight))은, 예를 들면, 16,500 내지 40,000의 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, 16,700 이상, 16,900 이상, 17,000 이상, 17,200 이상, 17,400 이상, 17,600 이상, 17,800 이상 또는 18,000 이상일 수 있다. 분자량(Mn)은 또 다른 예시에서 40,000 이하, 39,500 이하, 39,000 이하, 38,500 이하, 38,000 이하, 37,500 이하, 37,000 이하, 36,500 이하, 36,000 이하, 35,500 이하, 35,000 이하, 34,500 이하, 34,000 이하, 33,500 이하 또는 33,000 이하일 수 있다. 본 출원의 블록 공중합체는 상기 분자량의 범위에서 우수한 자기 조립 특성을 나타낼 수 있으며, 수직 배향된 자기 조립 구조를 형성할 수 있다.The number average molecular weight (Mn) of the block copolymer may be in the range of 16,500 to 40,000, for example. In this specification, the term number average molecular weight is a value in terms of standard polystyrene measured using GPC (Gel Permeation Chromatograph), and the term molecular weight in the present specification means a number average molecular weight unless otherwise specified. In another example, the molecular weight (Mn) may be, for example, 16,700 or more, 16,900 or more, 17,000 or more, 17,200 or more, 17,400 or more, 17,600 or more, 17,800 or more, or 18,000 or more. In another example, molecular weight (Mn) is 40,000 or less, 39,500 or less, 39,000 or less, 38,500 or less, 38,000 or less, 37,500 or less, 37,000 or less, 36,500 or less, 36,000 or less, 35,500 or less, 35,000 or less, 34,500 or less, 34,000 or less, 33,500 or less Or 33,000 or less. The block copolymer of the present application may exhibit excellent self-assembly characteristics within the above molecular weight range, and may form a vertically oriented self-assembly structure.

블록 공중합체는, 1.01 내지 1.60의 범위 내의 분산도(polydispersity, Mw/Mn)를 가질 수 있다. 분산도는 다른 예시에서 약 1.04 이상, 약 1.08 이상, 약 1.12 이상 또는 약 1.16 이상일 수 있다. 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.The block copolymer may have a polydispersity (Mw/Mn) within the range of 1.01 to 1.60. The degree of dispersion may be about 1.04 or more, about 1.08 or more, about 1.12 or more, or about 1.16 or more in other examples. In this range, the block copolymer may exhibit appropriate self-assembly properties. The number average molecular weight of the block copolymer may be adjusted in consideration of a desired self-assembled structure.

본 출원의 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 of the present application may include a block having a volume fraction in the range of 0.4 to 0.8, and a block having a volume fraction in the range of 0.2 to 0.6. When the block copolymer includes 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 1. The block copolymer including each block in the volume fraction as described above may exhibit excellent self-assembly characteristics. The volume fraction of each block of the block copolymer can be calculated based on the density of each block and the molecular weight measured by GPC (Gel Permeation Chromatogrph).

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 includes at least the first and second blocks, the proportion of the first block, for example, the block including the chain, in the block copolymer is 10 mol% to 90 mol%. May be within range.

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.In the present application, a specific method of preparing the block copolymer as described above is not particularly limited as long as it includes the step of forming at least one block of the block copolymer using the monomers capable of forming each unit described above.

예를 들면, 블록 공중합체는 상기 단량체를 사용한 LRP(Living Radical Polymerization) 방식으로 제조할 수 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 using the monomer LRP (Living Radical Polymerization). For example, anionic polymerization synthesized in the presence of an inorganic acid salt such as an alkali metal or alkaline earth metal salt by using an organic rare earth metal complex as a polymerization initiator or an organic alkali metal compound as a polymerization initiator, or polymerization of an organic alkali metal compound Anionic polymerization method that is used as an initiator and synthesized in the presence of an organic aluminum compound, atomic transfer radical polymerization method (ATRP) using an atom transfer radical polymerization agent as a polymerization control agent, and an atom transfer radical polymerization agent as a polymerization control agent, ARGET (Activators Regenerated by Electron Transfer) atom transfer radical polymerization (ATRP), ICAR (Initiators for continuous activator regeneration) atom transfer radical polymerization (ATRP), reversible addition of inorganic reducing agents- There are reversible addition-cleavage chain transfer polymerization method (RAFT) using a cleavage chain transfer agent or a method using an organic tellurium compound as an initiator, and a suitable method may be selected and applied from among these methods.

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 may be prepared in a manner that includes polymerizing a reactant including monomers capable of forming the block by a living radical polymerization method in the presence of a radical initiator and a living radical polymerization reagent. .

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.When preparing a block copolymer, a method of forming another block included in the copolymer together with a block formed using the monomer is not particularly limited, and an appropriate monomer is selected in consideration of the type of the desired block. Blocks can be formed.

블록공중합체의 제조 과정은, 예를 들면 상기 과정을 거쳐서 생성된 중합 생성물을 비용매 내에서 침전시키는 과정을 추가로 포함할 수 있다. The process of preparing the block copolymer may further include, for example, precipitating the polymerization product generated 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), ABCN(1,1'-Azobis(cyclohexanecarbonitrile)) 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, for example, AIBN (azobisisobutyronitrile), ABCN (1,1'-Azobis (cyclohexanecarbonitrile)) or 2,2'-azobis- Azo compounds such as 2,4-dimethylvaleronitrile (2,2'-azobis-(2,4-dimethylvaleronitrile)) or peroxides such as benzoyl peroxide (BPO) or di-t-butyl peroxide (DTBP) are used. Can be used.

리빙 라디칼 중합 과정은, 예를 들면, 메틸렌클로라이드, 1,2-디클로로에탄, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 벤젠, 톨루엔, 아세톤, 클로로포름, 애니솔, 테트라하이드로퓨란, 디옥산, 모노글라임, 디글라임, 디메틸포름아미드, 디메틸술폭사이드 또는 디메틸아세트아미드 등과 같은 용매 내에서 수행될 수 있다.Living radical polymerization process is, for example, methylene chloride, 1,2-dichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, benzene, toluene, acetone, chloroform, anisole, tetrahydrofuran, dioxane, monoglyme, diglyme. , Dimethylformamide, dimethylsulfoxide, or dimethylacetamide.

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 the non-solvent, for example, alcohols such as methanol, ethanol, normal propanol or isopropanol, glycols such as ethylene glycol, ethers such as n-hexane, cyclohexane, n-heptane or petroleum ether may be used, It 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 also relates to a polymer membrane comprising the block copolymer. The film may be used for various purposes, for example, various electronic or electronic devices, a process of forming the pattern, or a recording medium such as a magnetic storage recording 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 implement a periodic structure including a sphere, a cylinder, a gyroid, or a lamellar through self-assembly. .

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, in the block copolymer, in the segment of the first or second block or other block covalently bonded thereto, other segments may form a regular structure such as a lamella 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 of forming a polymer film using the block copolymer. The method may include forming a polymer film 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 solution diluted in an appropriate solvent on a substrate by coating or the like and, if necessary, aging the layer or heat treatment.

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, a phase transition temperature or a glass transition temperature of the block copolymer, and, for example, may be performed at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature or the phase transition temperature. The time during which such heat treatment is performed is not particularly limited, and may be performed within a range of, for example, about 1 minute to 72 hours, but this 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.In another example, 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.

상기와 같이 고분자 막을 형성한 후에 상기 제 2 블록을 가교시키는 과정이 추가로 수행될 수 있으며, 이러한 가교 공정의 진행 방식은 전술한 바와 같다.After forming the polymer film as described above, a process of crosslinking the second block may be additionally performed, and the method of performing this 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 pattern forming method. The method includes, for example, selectively removing the first or second block of the block copolymer from a laminate having a substrate and a polymer film formed on the surface of the substrate and including the self-assembled block copolymer May include the process of doing. The method may be a method of forming a pattern on the substrate. For example, the method may include forming a polymer film including the block copolymer on a substrate, and etching the substrate after selectively removing one or more blocks of the block copolymer present in the film. . In this way, for example, it is possible to form a fine pattern on a nano scale. In addition, various types of patterns such as nanorods or nanoholes may be formed through the above method according to the shape of the block copolymer in the polymer film. If necessary, the block copolymer and other copolymers or homopolymers may be mixed to form a pattern. The type of the substrate applied to this method is not particularly limited, and may be selected as necessary, and 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.In the polymer film applied in the process of selectively removing the first and/or second blocks, the above-described second block may include a crosslinked structure, and the method of implementing such a crosslinked 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 above method can form a nanoscale pattern of silicon oxide exhibiting a high aspect ratio. For example, after forming the polymer film on silicon oxide and selectively removing one block of the block copolymer while the block copolymer in the polymer film has a predetermined structure, silicon oxide is removed in various ways, for example , Reactive ion etching, etc. may be used to implement various shapes including nanorods or nanohole patterns. In addition, through such a 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 used in various applications including, for example, a magnetic recording medium for next-generation information and electronic devices.

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 nanostructure having a width of about 3 nm to 40 nm, for example, a pattern in which nanowires are disposed at an interval of about 6 nm to 80 nm can be formed. In another example, it is possible to implement a structure in which nanoholes having a width of about 3 nm to 40 nm, for example, a diameter, form a gap of about 6 nm to 80 nm.

또한, 상기 구조에서 나노 선이나 나노 홀들이 큰 종횡비(aspect ratio)를 가지도록 할 수 있다.In addition, in the above structure, nanowires or nanoholes may 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 ㎚ 파장의 자외선을 1분 내지 60 분 동안 조사하여 수행할 수 있다.In the above method, a method of selectively removing any one block of the block copolymer is not particularly limited, and for example, a method of removing relatively soft blocks by irradiating an appropriate electromagnetic wave, for example, ultraviolet rays, etc., to the polymer membrane is employed. Can be used. In this case, the ultraviolet irradiation conditions are determined according to the type of block of the block copolymer, and for example, ultraviolet rays having a wavelength of about 254 nm may be irradiated for 1 to 60 minutes.

또한, 자외선 조사에 이어서 고분자 막을 산 등으로 처리하여 자외선에 의해 분해된 세그먼트를 추가로 제거하는 단계를 수행할 수도 있다.In addition, subsequent to ultraviolet irradiation, the polymer film may be treated with an acid or the like to further remove segments 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.In addition, the step of etching the substrate using the polymer film from which the block has been selectively removed as a mask is not particularly limited, and may be performed through, for example, a reactive ion etching step using CF 4 /Ar ions, etc. Subsequently, the 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, 기판 상에 수직 배향된 자기 조립 구조를 고르게 형성할 수 있다.In the present application, a block copolymer and its use may be provided. The block copolymer of the present application has excellent self-assembly characteristics or phase separation characteristics, and may evenly form a self-assembled structure vertically oriented on a substrate.

도 1은 실시예 1의 블록 공중합체의 열처리를 통해 발현된 17㎚급의 패턴이 형성된 나노 구조의 SEM 사진이다.
도 2는 실시예 2의 블록 공중합체의 열처리를 통해 발현된 30㎚급의 패턴이 형성된 나노 구조의 SEM 사진이다.
도 3은 비교예 1의 블록 공중합체의 열처리를 통해 발현된 나노 구조에 대한 SEM 사진이다.
1 is a SEM photograph of a nanostructure in which a 17 nm-class pattern was formed, expressed through heat treatment of the block copolymer of Example 1. FIG.
2 is a SEM photograph of a nanostructure in which a 30 nm-class pattern was formed, which was expressed through heat treatment of the block copolymer of Example 2. FIG.
3 is a SEM photograph of a nanostructure expressed through heat treatment of the block copolymer of Comparative Example 1.

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 having a triple resonance 5 mm probe. The analyte was diluted to a concentration of about 10 mg/ml in a solvent for NMR measurement (CDCl 3 ) and used, and the chemical shift was expressed in ppm.

<적용 약어><Applicable 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 = double doublet, t = triplet, dt = double triplet, q = quartet, p = quintet, m = multiplet.

2. GPC(GelPermeationChromatograph)2. GelPermeation Chromatograph (GPC)

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 테트라하이드로퓨란(THF, tetrahydro furan)에 희석한다. 그 후, Calibration용 표준 시료와 분석하고자 하는 시료를 필터(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). In a 5 mL vial, a material to be analyzed, such as a block copolymer or a macroinitiator of Examples or Comparative Examples, is added, and diluted in tetrahydrofuran (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 filter (syringe filter, pore size: 0.45 µm), and then measured. Agilent technologies' ChemStation was used as the analysis program, and the weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) were obtained by comparing the elution time of the sample with the calibration curve, and the molecular weight distribution (PDI) was calculated using 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: Two 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.

제조예 1. 모노머(A)의 합성Preparation Example 1. Synthesis of Monomer (A)

하기 화학식 A의 화합물(DPM-C12)은 다음의 방식으로 합성하였다. 250 mL의 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) 첨가하고, 75℃에서 약 48시간 동안 질소 조건하에서 반응시켰다. 반응 후 잔존하는 포타슘 카보네이트를 필터링하여 제거하고 반응에 사용한 아세토니트릴도 제거하였다. 여기에 디클로로메탄(DCM, dichloromethane)과 물의 혼합 용매를 첨가하여 워크업하고, 분리한 유기층을 모아서 MgSO4에 통과시켜 탈수하였다. 이어서, 컬럼 크로마토그래피에서 디클로로메탄(DCM, dichloromethane)을 사용하여 흰색 고체상의 목적물(4-도데실옥시페놀)(9.8 g, 35.2 mmol)을 약 37%의 수득률로 얻었다.The compound of formula A (DPM-C12) was synthesized in the following manner. Add hydroquinone (10.0g, 94.2 mmol) and 1-Bromododecane (23.5 g, 94.2 mmol) to a 250 mL flask, and dissolve in 100 mL of acetonitrile, Potassium carbonate was added and reacted at 75° C. for about 48 hours under nitrogen conditions. Potassium carbonate remaining after the reaction was removed by filtering, and acetonitrile used in the reaction was also removed. A mixed solvent of dichloromethane (DCM, dichloromethane) and water was added thereto to work up, and the separated organic layer was collected and passed through MgSO 4 to dehydrate. Then, using dichloromethane (DCM, dichloromethane) in column chromatography to obtain the target product (4-dodecyloxyphenol) (9.8 g, 35.2 mmol) as a white solid in a yield of about 37%.

<NMR 분석 결과><NMR analysis result>

1H-NMR(CDCl3): δ6.77(dd, 4H); δ4.45(s, 1H); δ3.89(t, 2H); δ 1.75(p, 2H); δ1.43(p, 2H); δ1.33-1.26(m,16H); δ0.88(t, 3H). 1 H-NMR (CDCl 3 ): ?6.77 (dd, 4H); ?4.45(s, 1H); δ 3.89 (t, 2H); δ 1.75 (p, 2H); δ 1.43 (p, 2H); δ 1.33-1.26 (m, 16H); δ 0.88 (t, 3H).

플라스크에 합성된 4-도데실옥시페놀(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, 질소 하 실온에서 24시간 동안 반응시켰다. 반응 종료 후에 반응 중에 생성된 염(urea salt)을 필터로 제거하고 잔존하는 메틸렌클로라이드도 제거하였다. 컬럼 크로마토그래피에서 헥산과 디클로로메탄(DCM, dichloromethane)을 이동상으로 사용하여 불순물을 제거하고, 다시 얻어진 생성물을 메탄올과 물의 혼합 용매(1:1 혼합)에서 재결정하여 흰색 고체상의 목적물(7.7 g, 22.2 mmol)을 63%의 수득률로 얻었다.4-dodecyloxyphenol (9.8 g, 35.2 mmol), methacrylic acid (6.0 g, 69.7 mmol), DCC (dicyclohexylcarbodiimide) (10.8 g, 52.3 mmol) and DMAP (p-dimethylaminopyridine) (1.7 g) synthesized in a flask , 13.9 mmol) was added, and 120 mL of methylene chloride was added, followed by reaction under nitrogen at room temperature for 24 hours. After completion of the reaction, the urea salt generated during the reaction was removed with a filter, and the remaining methylene chloride was also removed. In column chromatography, hexane and dichloromethane (DCM, dichloromethane) were used as mobile phases to remove impurities, and the obtained product was recrystallized in a mixed solvent of methanol and water (1:1 mixture) to obtain a white solid object (7.7 g, 22.2). mmol) in 63% yield.

<NMR 분석 결과><NMR analysis result>

1H-NMR(CDCl3): δ7.02(dd, 2H); δ6.89(dd, 2H); δ6.32(dt, 1H); δ5.73(dt, 1H); δ3.94(t, 2H); δ2.05(dd, 3H); δ1.76(p, 2H); δ1.43(p, 2H); 1.34-1.27(m, 16H); δ0.88(t, 3H). 1 H-NMR (CDCl 3 ): ?7.02 (dd, 2H); [delta] 6.89 (dd, 2H); δ 6.32 (dt, 1H); ?5.73 (dt, 1H); δ 3.94 (t, 2H); δ 2.05 (dd, 3H); delta 1.76 (p, 2H); δ 1.43 (p, 2H); 1.34-1.27 (m, 16H); δ 0.88 (t, 3H).

[화학식 A][Formula A]

Figure 112017067784015-pat00005
Figure 112017067784015-pat00005

화학식 A에서 R은 탄소수 12의 직쇄 알킬기이다.In Formula A, R is a C12 linear alkyl group.

제조예 2. 모노머(B)의 합성Preparation Example 2. Synthesis of Monomer (B)

하기 화학시 B의 화합물(ETFVB)은 다음의 방식으로 합성하였다. 플라스크에 펜타플루오로스타이렌(pentaluorostyrene) (15.0 g, 77.3 mmol), 에탄올(ethanol) (7.1 g, 154.6 mmol)을 넣은 후 테트라하이드로퓨란(THF, 250mL)에 녹이고 ice bath에 플라스크를 담가 냉각시켰다. 반응 용액에 소디움하이드로옥사이드(sodium hydroxide)(4.0 g, 92.7 mmol)을 조금씩 첨가하고 플라스크를 상온으로 꺼내어 약 8시간 동안(overnight) 반응시켰다. 반응이 완료된 후 물과 디에틸에티르(diethyl ether)를 이용하여 추출하고 유기층을 모아 헥산(hexane)으로 컬럼하여 무상 액상의 목적물 (11.7 g, 53.1 mmol)을 69%의 수득률로 얻었다. In the following chemistry, the compound of B (ETFVB) was synthesized in the following manner. After adding pentafluorostyrene (15.0 g, 77.3 mmol) and ethanol (7.1 g, 154.6 mmol) to the flask, it was dissolved in tetrahydrofuran (THF, 250 mL) and cooled by immersing the flask in an ice bath. . Sodium hydroxide (4.0 g, 92.7 mmol) was added little by little to the reaction solution, and the flask was taken out to room temperature and reacted for about 8 hours (overnight). After the reaction was completed, extraction was performed with water and diethyl ether, and the organic layer was collected and columned with hexane to obtain a free liquid target (11.7 g, 53.1 mmol) in a yield of 69%.

<NMR 분석 결과><NMR analysis result>

1H-NMR(CDCl3): δ6.33(dd, 1H); δ6.03(d, 1H); δ5.62(d, 1H); δ4.29(q, 2H); δ1.42(t, 3H). 1 H-NMR (CDCl 3 ): δ 6.33 (dd, 1H); δ 6.03 (d, 1H); [delta]5.62(d, 1H); δ 4.29 (q, 2H); δ 1.42 (t, 3H).

[화학식 B][Formula B]

Figure 112017067784015-pat00006
Figure 112017067784015-pat00006

제조예 1의 화합물(DPM-C12) 4.0 g 및 RAFT(Reversible Addition Fragmentation chain Transfer) 시약(2-cyano-2-propyl-4-cyanobenzodithioate) 142.2 mg, AIBN(Azobisisobutyronitrile) 9.5 mg 및 아니솔(anisole) 9.69 mL를 10 mL 플라스크(Schlenk flask)에 넣고 질소 분위기 하 상온에서 30분 동안 교반한 후, 95℃에서 1시간 동안 RAFT(Reversible Addition Fragmentation chain Transfer) 중합 반응을 수행하였다. 중합 후 반응 용액을 추출 용매인 메탄올 250 mL에 침전시킨 후, 감압 여과 후 건조시켜, 연분홍색의 거대 개시제를 제조하였다. 거대 개시제의 수득률은 약 80 중량%였고, 수평균 분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 7,100 및 1.16이었다. Compound of Preparation Example 1 (DPM-C12) 4.0 g and RAFT (Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer) reagent (2-cyano-2-propyl-4-cyanobenzodithioate) 142.2 mg, AIBN (Azobisisobutyronitrile) 9.5 mg and anisole 9.69 mL was put into a 10 mL flask (Schlenk flask) and stirred at room temperature for 30 minutes under a nitrogen atmosphere, and then RAFT (Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer) polymerization reaction was performed at 95° C. for 1 hour. After polymerization, the reaction solution was precipitated in 250 mL of methanol as an extraction solvent, filtered under reduced pressure, and dried to prepare a pale pink macro initiator. The yield of the giant initiator was about 80% by weight, and the number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw/Mn) were 7,100 and 1.16, respectively.

상기 합성된 거대개시제 0.45 g, 제조예 2의 화학식 B의 단량체 2.7908 g, 1,1'-Azobis(cyclohexane-1-carbonitrile) 0.0015g 및 트리플루오로톨루엔(trifluorotoluene) 3.2408g을 10 mL 플라스크(Schlenk flask)에 넣고 질소 분위기 하에서 상온에서 30분 동안 교반한 후, 95℃에서 3시간 동안 RAFT(Reversible Addition Fragmentation chain Transfer) 중합 반응을 수행하였다. 중합 후 반응 용액을 추출 용매인 메탄올 250 mL 에 침전시킨 다음, 감압 여과하여 건조시켜 연한 분홍색의 블록 공중합체를 제조하였다. 블록 공중합체의 수득률은 약 50%였고, 수평균분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 18,100 및 1.18이었다. 상기 블록 공중합체는 제조예 1의 화합물(DPM-C12) 유래의 제 1 블록과 제조예 2의 화학식 B의 화합물 유래의 제 2 블록을 포함한다.0.45 g of the synthesized macroinitiator, 2.7908 g of the monomer of Formula B of Preparation Example 2, 0.0015 g of 1,1'-Azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), and 3.2408 g of trifluorotoluene were added to a 10 mL flask (Schlenk flask) and stirred at room temperature for 30 minutes under a nitrogen atmosphere, and then RAFT (Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer) polymerization reaction was performed at 95° C. for 3 hours. After polymerization, the reaction solution was precipitated in 250 mL of methanol as an extraction solvent, filtered under reduced pressure, and dried to prepare a light pink block copolymer. The yield of the block copolymer was about 50%, and the number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw/Mn) were 18,100 and 1.18, respectively. The block copolymer includes a first block derived from the compound of Preparation Example 1 (DPM-C12) and a second block derived from the compound of Formula B of Preparation Example 2.

실시예2.Example 2.

제조예 1의 화합물(DPM-C12) 2.0 g 및 RAFT(Reversible Addition Fragmentation chain Transfer) 시약(2-cyano-2-propyl benzodithioate) 28.3 mg, AIBN(Azobisisobutyronitrile) 10.5 mg 및 아니솔(anisole) 4.69 mL를 10 mL 플라스크(Schlenk flask)에 넣고 질소 분위기 하 상온에서 30분 동안 교반한 후, 70℃에서 4시간 동안 RAFT(Reversible Addition Fragmentation chain Transfer) 중합 반응을 수행하였다. 중합 후 반응 용액을 추출 용매인 메탄올 250 mL에 침전시킨 후, 감압 여과 후 건조시켜, 연분홍색의 거대 개시제를 제조하였다. 거대 개시제의 수득률은 약 78 중량%였고, 수평균 분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 14,200 및 1.19이었다. Compound of Preparation Example 1 (DPM-C12) 2.0 g and RAFT (Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer) reagent (2-cyano-2-propyl benzodithioate) 28.3 mg, AIBN (Azobisisobutyronitrile) 10.5 mg and anisole (4.69 mL) After placing in a 10 mL flask (Schlenk flask) and stirring for 30 minutes at room temperature under a nitrogen atmosphere, RAFT (Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer) polymerization reaction was performed at 70° C. for 4 hours. After polymerization, the reaction solution was precipitated in 250 mL of methanol as an extraction solvent, filtered under reduced pressure, and dried to prepare a pale pink macro initiator. The yield of the giant initiator was about 78% by weight, and the number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw/Mn) were 14,200 and 1.19, respectively.

상기 합성된 거대개시제 0.3 g, 제조예 2의 화학식 B의 단량체 1.8605 g, AIBN(Azobisisobutyronitrile) 0.0017g 및 아니솔(anisole) 2.171 mL를 10 mL 플라스크(Schlenk flask)에 넣고 질소 분위기 하에서 상온에서 30분 동안 교반한 후, 70℃에서 4시간 동안 RAFT(Reversible Addition Fragmentation chain Transfer) 중합 반응을 수행하였다. 중합 후 반응 용액을 추출 용매인 메탄올 250 mL 에 침전시킨 다음, 감압 여과하여 건조시켜 연한 분홍색의 블록 공중합체를 제조하였다. 블록 공중합체의 수득률은 약 45%였고, 수평균분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 32,500 및 1.25이었다. 상기 블록 공중합체는 제조예 1의 화합물(DPM-C12) 유래의 제 1 블록과 제조예 2의 화학식 B의 화합물 유래의 제 2 블록을 포함한다.0.3 g of the synthesized macroinitiator, 1.8605 g of the monomer of Formula B in Preparation Example 2, 0.0017 g of Azobisisobutyronitrile (AIBN), and 2.171 mL of anisole were added to a 10 mL flask (Schlenk flask) and 30 minutes at room temperature under a nitrogen atmosphere. After stirring for 4 hours, RAFT (Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer) polymerization reaction was performed at 70°C. After polymerization, the reaction solution was precipitated in 250 mL of methanol as an extraction solvent, filtered under reduced pressure, and dried to prepare a light pink block copolymer. The yield of the block copolymer was about 45%, and the number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw/Mn) were 32,500 and 1.25, respectively. The block copolymer includes a first block derived from the compound of Preparation Example 1 (DPM-C12) and a second block derived from the compound of Formula B of Preparation Example 2.

비교예 1Comparative Example 1

제조예 1의 화합물(DPM-C12) 4.0 g 및 RAFT(Reversible Addition Fragmentation chain Transfer) 시약(2-cyano-2-propyl-4-cyanobenzodithioate) 35.5 mg, AIBN(Azobisisobutyronitrile) 2.4 mg 및 아니솔(anisole) 9.4218 g을 10 mL 플라스크(Schlenk flask)에 넣고 질소 분위기 하 상온에서 30분 동안 교반한 후, 95℃에서 1시간 동안 RAFT(Reversible Addition Fragmentation chain Transfer) 중합 반응을 수행하였다. 중합 후 반응 용액을 추출 용매인 메탄올 250 mL에 침전시킨 후, 감압 여과 후 건조시켜, 연분홍색의 거대 개시제를 제조하였다. 거대 개시제의 수득률은 약 72 중량%였고, 수평균 분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 15,500 및 1.18이었다.Compound of Preparation Example 1 (DPM-C12) 4.0 g and RAFT (Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer) reagent (2-cyano-2-propyl-4-cyanobenzodithioate) 35.5 mg, AIBN (Azobisisobutyronitrile) 2.4 mg and anisole 9.4218 g was put into a 10 mL flask (Schlenk flask), stirred at room temperature under a nitrogen atmosphere for 30 minutes, and then RAFT (Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer) polymerization reaction was performed at 95° C. for 1 hour. After polymerization, the reaction solution was precipitated in 250 mL of methanol as an extraction solvent, filtered under reduced pressure, and dried to prepare a pale pink macro initiator. The yield of the giant initiator was about 72% by weight, and the number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw/Mn) were 15,500 and 1.18, respectively.

상기 합성된 거대개시제 0.45 g, 펜타플루오르스티렌 단량체 3.1181 g, 1,1'-Azobis(cyclohexane-1-carbonitrile) 0.0013g 및 트리플루오로톨루엔(trifluorotoluene) 3.9481g을 10 mL 플라스크(Schlenk flask)에 넣고 질소 분위기 하에서 상온에서 30분 동안 교반한 후, 95℃에서 20시간 동안 RAFT(Reversible Addition Fragmentation chain Transfer) 중합 반응을 수행하였다. 중합 후 반응 용액을 추출 용매인 메탄올 250 mL 에 침전시킨 다음, 감압 여과하여 건조시켜 연한 분홍색의 블록 공중합체를 제조하였다. 블록 공중합체의 수득률은 약 42%였고, 수평균분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 33,100 및 1.28이었다.Put 0.45 g of the synthesized macroinitiator, 3.1181 g of pentafluorostyrene monomer, 0.0013 g of 1,1'-Azobis (cyclohexane-1-carbonitrile) and 3.9481 g of trifluorotoluene into a 10 mL flask (Schlenk flask). After stirring for 30 minutes at room temperature under a nitrogen atmosphere, RAFT (Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer) polymerization was performed at 95° C. for 20 hours. After polymerization, the reaction solution was precipitated in 250 mL of methanol as an extraction solvent, filtered under reduced pressure, and dried to prepare a light pink block copolymer. The yield of the block copolymer was about 42%, and the number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw/Mn) were 33,100 and 1.28, respectively.

상기 실시예의 각 거대 개시제 및 제조된 블록 공중합체에 대한 GPC 측정 결과를 하기 표 1에 정리하여 기재하였다.The GPC measurement results for each of the macroinitiators and the prepared block copolymers of the above examples are summarized and described in Table 1 below.

실시예Example 비교예Comparative example 1One 22 MIMI MnMn 71007100 1420014200 1550015500 PDIPDI 1.161.16 1.191.19 1.181.18 BCPBCP MnMn 1810018100 3250032500 3310033100 PDIPDI 1.181.18 1.251.25 1.281.28

MI: 거대 개시제MI: Giant initiator

BCP: 블록 공중합체BCP: block copolymer

시험예 1.Test Example 1.

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. 그 후, 고분자막에 대하여 SEM(scanning electron microscope: SEM) 사진을 촬영하여 자기 조립 효율을 평가하였다. 도 1은 실시예 1에 대한 상분리 결과이고, 이를 통해 블록 공중합체가 기판 상에 고르게 수직 배향된 자기 조립 구조를 형성 함을 확인할 수 있다.A self-assembled polymer film was formed using the block copolymer synthesized in Example 1, and the results were confirmed. Specifically, a coating solution prepared by dissolving the copolymer in a solvent at a concentration of about 1.0% by weight is spin-coated on a silicon wafer at a speed of 3000 rpm for 60 seconds, and self-assembled block copolymer through thermal annealing A film containing was formed. Thereafter, a scanning electron microscope (SEM) photograph was taken on the polymer film to evaluate the self-assembly efficiency. 1 is a result of phase separation for Example 1, and it can be seen that the block copolymer forms a self-assembled structure that is evenly aligned on the substrate.

시험예 2.Test Example 2.

실시예 2에서 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. 그 후, 고분자막에 대하여 SEM(scanning electron microscope: SEM) 사진을 촬영하여 자기 조립 효율을 평가하였다. 도 2는 실시예 2에 대한 상분리 결과이고, 이를 통해 블록 공중합체가 기판 상에 고르게 수직 배향된 자기 조립 구조를 형성하며, 상기 수직 배향된 자기 조립 구조가 고분자 막의 하부에도 형성됨을 확인할 수 있다.A self-assembled polymer film was formed using the block copolymer synthesized in Example 2, and the results were confirmed. Specifically, a coating solution prepared by dissolving the copolymer in a solvent at a concentration of about 1.0% by weight is spin-coated on a silicon wafer at a speed of 3000 rpm for 60 seconds, and self-assembled block copolymer through thermal annealing A film containing was formed. Thereafter, a scanning electron microscope (SEM) photograph was taken on the polymer film to evaluate the self-assembly efficiency. FIG. 2 is a result of the phase separation for Example 2, and it can be seen that the block copolymer forms a self-assembled structure in which the block copolymer is evenly oriented vertically on the substrate, and the vertically oriented self-assembled structure is also formed under the polymer film.

시험예 3Test Example 3

비교예 1에서 합성된 블록 공중합체를 사용하여 자기조립된 고분자 막을 형성한 것을 제외하고는, 시험예 2와 동일한 조건으로 실험을 진행하였다. 도 3은 비교예에 대한 상분리 결과이고, 이를 통해 블록 공중합체가 기판 상에 고르게 수직 배향된 자기 조립 구조를 형성하지 못하고, 고분자 막의 자기 조립 구조에 결함이 발생함을 확인할 수 있으며, 수직 배향된 라멜라 구조와 수평 배향된 라멜라 구조가 혼재되어 있음을 확인할 수 있다.The experiment was conducted under the same conditions as in Test Example 2, except that a self-assembled polymer film was formed using the block copolymer synthesized in Comparative Example 1. 3 is a phase separation result for the comparative example, through which it can be seen that the block copolymer fails to form a self-assembled structure that is evenly aligned on the substrate, and that a defect occurs in the self-assembled structure of the polymer film. It can be seen that the lamellar structure and the horizontally oriented lamellar structure are mixed.

Claims (15)

하기 화학식 1로 표시되는 단위를 가지는 제 1 블록; 및 하기 화학식 5로 표시되는 단위를 가지는 제 2 블록을 포함하며,
수평균분자량(Mn)이 16,500 내지 40,000의 범위 내이고,
상기 제 2 블록은 상기 화학식 5의 단위만을 포함하는 블록 공중합체:
[화학식 1]
Figure 112020078009055-pat00007

[화학식 5]
Figure 112020078009055-pat00008

화학식 1에서 R은 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)-이며, 상기 X1은 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기 또는 알키닐렌기이고, Y는 8개 이상의 사슬 형성원자를 가지는 직쇄 사슬이 연결된 고리 구조를 포함하는 1가 치환기이며,
화학식 5에서 X2은, 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 알콕시기이며, R1 내지 R5 중 R3는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기이고, R1 내지 R5가 포함하는 할로겐 원자의 수는 1개 이상이다.
A first block having a unit represented by Formula 1 below; And a second block having a unit represented by the following Chemical Formula 5,
The number average molecular weight (Mn) is in the range of 16,500 to 40,000,
The second block is a block copolymer containing only the unit of Formula 5:
[Formula 1]
Figure 112020078009055-pat00007

[Formula 5]
Figure 112020078009055-pat00008

In Formula 1, R is 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, an alkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group,- C(=O)-X 1 -or -X 1 -C(=O)-, wherein X 1 is an oxygen atom, a sulfur atom, -S(=O) 2 -, an alkylene group, an alkenylene group, or an alkynyl A ren group, and Y is a monovalent substituent including a ring structure connected to a straight chain having 8 or more chain forming atoms,
In Formula 5, X 2 is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, -S(=O) 2 -alkylene group, alkenylene group, alkynylene group, -C(=O)-X 3 -or -X 3- C(=O)-, wherein X 3 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 represents a hydrogen, an alkyl group, a haloalkyl group, a halogen atom or an alkoxy group, R 1 to R 5 in R 3 is an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, the number of halogen atoms, including the R 1 to R 5 is at least one .
제 1 항에 있어서, X는 단일 결합, 산소 원자, -C(=O)-O- 또는 -O-C(=O)-인 블록 공중합체.
The block copolymer of claim 1, wherein X is a single bond, an oxygen atom, -C(=O)-O-, or -OC(=O)-.
제 1 항에 있어서, 직쇄 사슬은 8개 내지 20개의 사슬 형성 원자를 포함하는 블록 공중합체.
The block copolymer of claim 1, wherein the linear chain includes 8 to 20 chain forming atoms.
제 1 항에 있어서, 사슬 형성 원자는 탄소, 산소, 질소 또는 황인 블록 공중합체.
The block copolymer according to claim 1, wherein the chain forming atoms are carbon, oxygen, nitrogen or sulfur.
제 1 항에 있어서, 직쇄 사슬은 탄화수소 사슬인 블록 공중합체.
The block copolymer of claim 1, wherein the straight chain is a hydrocarbon chain.
제 1 항에 있어서, Y의 고리 구조는 방향족 고리 구조 또는 지환족 고리 구조인 블록 공중합체.
The block copolymer according to claim 1, wherein the ring structure of Y is an aromatic ring structure or an alicyclic ring structure.
제 1 항에 있어서, Y의 직쇄 사슬은, 링커를 통해 고리 구조에 연결되어 있고, 상기 링커는, 산소 원자, 황 원자, -NR1-, -S(=O)2-, 알킬렌기, 알케닐렌기 또는 알키닐렌기이며, 상기에서 R1은, 수소, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기 또는 아릴기인 블록 공중합체.
The method of claim 1, wherein the straight chain of Y is connected to the ring structure through a linker, and the linker is an oxygen atom, a sulfur atom, -NR 1 -, -S(=O) 2 -, an alkylene group, an Al It is a kenylene group or an alkynylene group, wherein R 1 is hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group or an aryl group.
제 1 항에 있어서, Y는 하기 화학식 2로 표시되는 블록 공중합체:
[화학식 2]
Figure 112017067784015-pat00009

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.
The block copolymer of claim 1, wherein Y is represented by the following formula:
[Formula 2]
Figure 112017067784015-pat00009

In Formula 2, P is an arylene group, Q is a single bond, an oxygen atom or -NR 3 -, wherein R 3 is hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group or an aryl group, and Z is 8 It is a straight chain having the above chain forming atoms.
제 1 항에 있어서, R1 내지 R5가 포함하는 할로겐 원자의 수는 3개 이상인 블록 공중합체.
The block copolymer according to claim 1, wherein the number of halogen atoms contained in R 1 to R 5 is 3 or more.
제 1 항에 있어서, 할로겐 원자는 불소 원자인 블록 공중합체.
The block copolymer according to claim 1, wherein the halogen atom is a fluorine atom.
삭제delete 삭제delete 자기 조립된 제 1 항의 블록 공중합체를 포함하는 고분자막.
A polymer film comprising the self-assembled block copolymer of claim 1.
자기 조립된 제 1 항의 블록 공중합체를 포함하는 고분자막을 기판상에 형성하는 것을 포함하는 고분자막의 형성 방법.
A method for forming a polymer film comprising forming a polymer film comprising the block copolymer of claim 1 self-assembled on a substrate.
기판 및 상기 기판 상에 형성되어 있고, 자기 조립된 제 1 항의 블록 공중합체를 포함하는 고분자막을 가지는 적층체에서 상기 블록 공중합체의 제 1 블록 또는 제 2 블록을 선택적으로 제거하는 과정을 포함하는 패턴 형성 방법.

A pattern comprising a process of selectively removing the first block or the second block of the block copolymer from a laminate having a substrate and a polymer film formed on the substrate and comprising a self-assembled block copolymer of claim 1 Formation method.

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