KR20200020231A - Preparation method of patterened substrate - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a production method of a patterned substrate. The method is applied to for example, a production process or other uses of a device such as an electronic device and an integrated circuit, and to the production of an integrated optical system, guidance of a magnetic domain memory, and a detection pattern, a flat panel display, a liquid crystal displays (LCDs), a thin film magnetic head or an organic light emitting diode, and the like. In addition, the method can be used to build patterns on surfaces for use in the production of a discrete track medium such as the integrated circuit, a bit-patterned medium and/or a magnetic storage device such as a hard drive.

Description

패턴화 기판의 제조 방법{PREPARATION METHOD OF PATTERENED SUBSTRATE}Manufacturing method of a patterned board | substrate {PREPARATION METHOD OF PATTERENED SUBSTRATE}

본 출원은, 패턴화 기판의 제조 방법에 관한 것이다.The present application relates to a method of manufacturing a patterned substrate.

블록 공중합체는 서로 다른 화학적 구조를 가지는 고분자 블록들이 공유 결합을 통해 연결되어 있는 공중합체이다. 이러한 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 형태 및 크기는, 예를 들면, 각 블록을 형성하는 단량체의 종류 또는 블록간의 상대적 비율 등에 의해 광범위하게 조절될 수 있다.Block copolymers are copolymers in which polymer blocks having different chemical structures are connected through covalent bonds. Such block copolymers may form periodically arranged structures such as spheres, cylinders, or lamellas by phase separation. The shape and size of the domain of the structure formed by the self-assembly of the block copolymer can be controlled in a wide range by, for example, the type of the monomer forming each block or the relative ratio between the blocks.

이러한 특성으로 인하여, 블록 공중합체는, 나노선 제작, 양자점 또는 금속점 등과 같은 다양한 차세대 나노 소자의 제작이나 소정의 기판 상에 고밀도의 패턴을 형성할 수 있는 리소그래피법 등으로의 적용이 검토되고 있다(예를 들면, 비특허문헌 1 등 참조).Due to these characteristics, block copolymers are being studied for the production of various next generation nano devices such as nanowire fabrication, quantum dots, or metal dots, or for lithographic methods that can form high density patterns on predetermined substrates. (For example, refer to nonpatent literature 1 etc.).

블록 공중합체의 자기 조립된 구조의 배향을 다양한 기판 위에 수평 혹은 수직으로 조절하는 기술은 블록 공중합체의 실제적 응용에서 매우 큰 비중을 차지한다. 통상적으로 블록 공중합체의 막에서 나노 구조체의 배향은 블록 공중합체의 어느 블록이 표면 혹은 공기 중에 노출되는 가에 의해 결정된다. 일반적으로 다수의 기판이 극성이고, 공기는 비극성이기 때문에 블록 공중합체의 블록 중에서 더 큰 극성을 가지는 블록이 기판에 웨팅(wetting)하고, 더 작은 극성을 가지는 블록이 공기와의 계면에서 웨팅(wetting)하게 된다. 따라서, 블록 공중합체의 서로 다른 특성을 가지는 블록이 동시에 기판측에 웨팅하도록 하기 위하여 다양한 기술이 제안되어 있으며, 가장 대표적인 기술은 중성 표면 제작을 적용한 배향의 조절이다.The technique of adjusting the orientation of the self-assembled structure of the block copolymer horizontally or vertically on various substrates occupies a very large proportion in practical applications of the block copolymer. Typically the orientation of the nanostructures in the film of the block copolymer is determined by which block of the block copolymer is exposed to the surface or air. In general, because many substrates are polar and air is non-polar, the block of the block copolymer having the higher polarity wets the substrate, and the block having the smaller polarity wets at the interface with the air. ) Therefore, various techniques have been proposed for wetting blocks having different properties of the block copolymer on the substrate side at the same time, and the most representative technique is the adjustment of the orientation to which the neutral surface fabrication is applied.

한편, 블록 공중합체를 사용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 리소그래피법의 적용에 있어서 중요한 것은 자기 조립된 블록 공중합체의 패턴(ex. 라멜라 패턴)의 직진성을 확보하는 것이다.On the other hand, in the application of the lithographic method of forming a pattern on a substrate using a block copolymer, it is important to secure the straightness of the pattern (ex. Lamellar pattern) of the self-assembled block copolymer.

Chaikin and Register. et al., Science 276, 1401 (1997) Chaikin and Register. et al., Science 276, 1401 (1997)

본 출원은, 패턴화 기판의 제조 방법을 제공한다. 본 출원은, 수직 배향되고, 직진성이 우수한 블록 공중합체의 자기 조립 패턴을 사용하여 기판에 패턴을 형성하는 방법을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.The present application provides a method of manufacturing a patterned substrate. One object of the present application is to provide a method of forming a pattern on a substrate using a self-assembled pattern of a block copolymer that is vertically oriented and excellent in straightness.

본 명세서에서 용어 알킬기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 의미할 수 있다. 상기 알킬기는 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기일 수 있으며, 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다.As used herein, unless otherwise specified, 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. The alkyl group may be a straight chain, 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.As used herein, unless otherwise specified, the term alkoxy group may mean an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms, or 1 to 4 carbon atoms. The alkoxy group may be a straight chain, 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.As used herein, the term alkenyl group or alkynyl group means an alkenyl group or alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, 2 to 16 carbon atoms, 2 to 12 carbon atoms, 2 to 8 carbon atoms, or 2 to 4 carbon atoms, unless otherwise specified. can do. The alkenyl 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.As used herein, unless otherwise specified, 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. The alkylene group may be a straight chain, 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.As used herein, 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. Can mean a group. 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. 상기 아릴기 또는 아릴렌기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 6 내지 30, 탄소수 6 내지 25, 탄소수 6 내지 21, 탄소수 6 내지 18 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기일 수 있다.As used herein, unless otherwise specified, the term aryl group or arylene group is one benzene ring structure, at least two benzene rings are connected while sharing one or two carbon atoms, or connected by any linker It may mean a monovalent or divalent residue derived from a compound containing a structure or a derivative thereof. Unless otherwise specified, 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.

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 the arylene group.

본 명세서에서 용어 지환족 고리 구조는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 방향족 고리 구조가 아닌 고리형 탄화수소 구조를 의미한다. 상기 지환족 고리 구조는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 3 내지 30, 탄소수 3 내지 25, 탄소수 3 내지 21, 탄소수 3 내지 18 또는 탄소수 3 내지 13의 지환족 고리 구조일 수 있다.As used herein, the term alicyclic ring structure means a cyclic hydrocarbon structure other than an aromatic ring structure, unless otherwise specified. The alicyclic ring structure may be, for example, an alicyclic ring structure having 3 to 30 carbon atoms, 3 to 25 carbon atoms, 3 to 21 carbon atoms, 3 to 18 carbon atoms, or 3 to 13 carbon atoms, unless otherwise specified. .

본 출원에서 용어 단일 결합은 해당 부위에 별도의 원자가 존재하지 않는 경우를 의미할 수 있다. 예를 들어, A-B-C로 표시된 구조에서 B가 단일 결합인 경우에 B로 표시되는 부위에 별도의 원자가 존재하지 않고, A와 C가 직접 연결되어 A-C로 표시되는 구조를 형성하는 것을 의미할 수 있다.In the present application, the term single bond may refer to a case where no separate atom exists at a corresponding site. For example, in the structure represented by A-B-C, when B is a single bond, it may mean that a separate atom is not present at a site represented by B, and A and C are directly connected to form a structure represented by A-C.

본 출원에서 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, 알콕시기, 아릴기, 아릴렌기, 사슬 또는 방향족 구조 등에 임의로 치환되어 있을 수 있는 치환기로는, 히드록시기, 할로겐 원자, 카복실기, 글리시딜기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일기옥시, 메타크릴로일기옥시기, 티올기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기, 알콕시기 또는 아릴기 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present application, as the substituent which 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 groupoxy, methacryloyl groupoxy 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.

특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 출원에서 언급하는 물성 중에서 온도에 의해 변할 수 있는 물성은 상온에서 측정한 수치이다. 용어 상온은, 가온되거나, 감온되지 않은 자연 그대로의 온도이고, 약 10℃ 내지 30℃, 약 25℃ 또는 약 23℃의 온도를 의미할 수 있다 또한, 본 명세서에서 특별히 달리 규정하지 않는 한, 온도의 단위는 ℃이다.Unless otherwise specified, physical properties that can be changed by temperature among the physical properties mentioned in the present application are measured at room temperature. The term room temperature is a natural, unheated or undecreased temperature, and may mean a temperature of about 10 ° C. to 30 ° C., about 25 ° C. or about 23 ° C. In addition, unless otherwise specified herein, the temperature The unit of is ° C.

본 출원은 패턴화 기판의 제조 방법에 대한 것이다. 하나의 예시에서 상기 제조 방법은, 유도 자기 조립(Directed Self Assembly) 재료를 템플릿으로 적용한 리소그래피(lithography) 방식에 의해 수행될 수 있다. 상기에서 유도 자기 조립 재료는, 블록 공중합체일 수 있다. The present application is directed to a method of manufacturing a patterned substrate. In one example, the manufacturing method may be performed by a lithography method in which a directed self assembly material is applied as a template. The induction self-assembly material may be a block copolymer.

본 출원의 방법은, 예를 들면, 전자 디바이스 및 집적 회로와 같은 장치의 제조 공정 또는 다른 용도, 예컨대 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리의 가이던스 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 또는 유기 광 방출 다이오드 등의 제조에 적용될 수 있다. 상기 방법은, 또한 집적 회로, 비트-패턴화된 매체 및/또는 하드 드라이브와 같은 자기 저장 디바이스 등의 개별 트랙 매체(discrete track medium)의 제조에 사용되는 표면 위에 패턴을 구축하는데 사용될 수 있다.The method of the present application is, for example, manufacturing processes or other uses of devices such as electronic devices and integrated circuits, such as integrated optical systems, guidance and detection patterns of magnetic domain memories, flat panel displays, liquid crystal displays (LCDs), thin film magnetic It can be applied to the manufacture of a head or an organic light emitting diode or the like. The method may also be used to build patterns on surfaces used in the manufacture of discrete track media such as integrated circuits, bit-patterned media and / or magnetic storage devices such as hard drives.

본 출원의 패턴화 기판의 제조 방법은, 복수의 고분자 라인으로 형성되는 스트라이프 패턴이 존재하는 기판 상에 블록 공중합체의 라멜라 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The method of manufacturing a patterned substrate of the present application may include forming a lamellar pattern of a block copolymer on a substrate having a stripe pattern formed of a plurality of polymer lines.

상기에서 스트라이프 패턴의 예시가 도 1에 나타나 있다. 즉, 본 출원에서 용어 스트라이프 패턴은, 도 1에 예시적으로 나타난 바와 같이 복수의 고분자 라인(10)이 기판(100)상에서 일정 간격으로 반복 형성되어 구현되는 패턴일 수 있다. 상기에서 고분자 라인(10)은, 고분자를 사용하여 형성한 라인 형태를 의미할 수 있다. An example of the stripe pattern in the above is shown in FIG. 1. That is, in the present application, the term stripe pattern may be a pattern in which a plurality of polymer lines 10 are repeatedly formed on the substrate 100 at regular intervals as exemplarily shown in FIG. 1. In the above, the polymer line 10 may refer to a line shape formed using a polymer.

상기와 같은 패턴이 형성된 기판(100)상에 블록 공중합체를 포함하는 고분자막을 형성하고, 어닐링(annealing) 공정 등을 거쳐서 블록 공중합체의 자기 조립된 패턴을 형성할 수 있다. 본 출원의 방법에서 형성되는 블록 공중합체의 자기 조립된 패턴은 일 예시에서 라멜라 패턴일 수 있다. 블록 공중합체가 라멜라 패턴을 형성하도록 하는 방법은 특별한 제한은 없으며, 통상 블록 공중합체를 형성하는 블록들의 부피 분율을 조절함으로써 라멜라 패턴의 형성이 가능하다.A polymer film including a block copolymer may be formed on the substrate 100 on which the pattern is formed, and a self-assembled pattern of the block copolymer may be formed through an annealing process or the like. The self-assembled pattern of the block copolymer formed in the method of the present application may be a lamellar pattern in one example. The method for causing the block copolymer to form a lamellar pattern is not particularly limited, and it is usually possible to form a lamellar pattern by adjusting the volume fraction of the blocks forming the block copolymer.

본 출원에서는 상기 라멜라 패턴의 우수한 수직 배향성과 직진성을 확보하기 위해서 상기 스트라이프 패턴과 블록 공중합체가 제어될 수 있다.In the present application, the stripe pattern and the block copolymer may be controlled to ensure excellent vertical alignment and straightness of the lamellar pattern.

예를 들면, 본 출원에서는 상기 스트라이프 패턴을 형성하는 복수의 고분자 라인간의 피치(F) 및 상기 블록 공중합체의 라멜라 패턴의 피치(L)의 비율(F/L)이 4.5 내지 5.5의 범위 내일 수 있다. 상기에서 복수의 고분자 라인간의 피치(F)는, 도 1에 나타난 바와 같이 하나의 고분자 라인(10)이 시작하는 지점에서 인접하는 다른 고분자 라인(10)이 시작하는 지점까지의 거리이다. 또한, 블록 공중합체의 라멜라 패턴의 피치는(L)는, 라메랄 패턴에서 어느 한 상이 시작하는 지점에서 다른 상이 시작하는 지점까지의 거리이고, 이러한 라멜라 패턴의 피치를 특정하는 방법은 잘 알려져 있다. 상기 라멜라 패턴의 피치는 예를 들면, Fast Fourier Transform 방식 등을 통해 확인할 수 있다.For example, in the present application, the pitch (F) between the plurality of polymer lines forming the stripe pattern and the ratio (F / L) of the pitch (L) of the lamellar pattern of the block copolymer may be in the range of 4.5 to 5.5. have. In the above, the pitch F between the plurality of polymer lines is a distance from a point where one polymer line 10 starts to a point where another adjacent polymer line 10 starts as shown in FIG. 1. In addition, the pitch of the lamellar pattern of the block copolymer (L) is a distance from the point where one phase starts to the point where another phase starts in a lameral pattern, and the method of specifying the pitch of such a lamellar pattern is well known. . The pitch of the lamellar pattern can be confirmed through, for example, a Fast Fourier Transform method.

다른 예시에서 비율(F/L)은, 약 4.6 이상 또는 약 4.7 이상일 수 있거나, 약 5.4 이하, 5.3 이하, 5.2 이하, 5.1 이하, 5.0 이하 또는 4.9 이하 정도일 수 있다.In another example, the ratio F / L may be about 4.6 or more or about 4.7 or more, or about 5.4 or less, 5.3 or less, 5.2 or less, 5.1 or less, 5.0 or less, or about 4.9 or less.

한편, 상기 스트라이프 패턴을 형성하는 각 고분자 라인의 폭(W, 도 1의 W)과 상기 블록 공중합체의 라멜라 패턴의 피치(L)의 비율(W/L)은 1 이상일 수 있다. 상기 비율(W/L)은, 다른 예시에서 약 1.1 이상 또는 약 1.2 이상일 수 있으며, 또는 약 3 이하, 약 2.5 이하, 약 2 이하 또는 약 1.5 이하 정도일 수 있다.Meanwhile, the ratio (W / L) of the width W of each polymer line forming the stripe pattern (W, FIG. 1) and the pitch L of the lamellar pattern of the block copolymer may be one or more. The ratio (W / L), in another example, may be about 1.1 or more or about 1.2 or more, or about 3 or less, about 2.5 or less, about 2 or less, or about 1.5 or less.

상기 스트라이프 패턴에서 상기 복수의 고분자 라인 중 인접하는 고분자 라인간의 간격(도 1에서 피치(F)와 폭(W)의 차이(F-W))과 상기 블록 공중합체의 라멜라 패턴의 피치(L)의 비율((F-W)/L)은 4 이하일 수 있다. 상기 비율((F-W)/L)은, 다른 예시에서 약 3.9 이하, 약 3.8 이하, 약 3.7 이하 또는 약 3.6 이하 정도일 수 있거나, 약 1 이상, 약 1.5 이상, 약 2 이상, 약 2.5 이상, 약 3 이상 또는 약 3.5 이상일 수 있다.The ratio of the spacing (difference (FW) between pitch F and width W in FIG. 1) between adjacent polymer lines among the plurality of polymer lines in the stripe pattern and the pitch L of the lamellar pattern of the block copolymer. ((FW) / L) may be 4 or less. The ratio ((FW) / L) may, in another example, be about 3.9 or less, about 3.8 or less, about 3.7 or less or about 3.6 or less, or about 1 or more, about 1.5 or more, about 2 or more, about 2.5 or more, about 3 or more or about 3.5 or more.

상기와 같은 방식으로 스트라이프 패턴을 기판에 형성하고, 그와 접촉시켜 후술하는 블록 공중합체의 라멜라 패턴을 형성함으로써, 수직 배향되고, 직진성이 우수한 라멜라 패턴을 형성할 수 있다.By forming the stripe pattern on the substrate in such a manner as described above and contacting it to form a lamellar pattern of the block copolymer described later, a lamellar pattern oriented vertically and excellent in straightness can be formed.

상기 스트라이프 패턴을 형성하는 고분자 라인의 폭은 대략 15 nm 내지 30 nm의 범위 내일 수 있다. 상기 폭(W)은 다른 예시에서 대략 16 nm 이상, 17 nm 이상, 18 nm 이상, 19 nm 이상, 20 nm 이상, 21 nm 이상, 22 nm 이상 또는 23 nm 이상이거나, 대략 29 nm 이하, 28 nm 이하, 27 nm 이하, 26 nm 이하 또는 25nm 이하 정도일 수 있다.The width of the polymer line forming the stripe pattern may be in the range of about 15 nm to 30 nm. The width W is, in another example, at least about 16 nm, at least 17 nm, at least 18 nm, at least 19 nm, at least 20 nm, at least 21 nm, at least 22 nm or at least 23 nm, or at most about 29 nm, 28 nm. Or less, 27 nm or less, 26 nm or less, or 25 nm or less.

상기 스트라이프 패턴을 형성하는 고분자 라인의 피치(F)는 대략 80 nm 내지 100 nm의 범위 내일 수 있다. 상기 피치(W)는 다른 예시에서 대략 81 nm 이상, 82 nm 이상, 83 nm 이상, 84 nm 이상, 85 nm 이상, 86 nm 이상, 87 nm 이상, 88 nm 이상, 89 nm 이상 또는 90 nm 이상이거나, 대략 99 nm 이하, 98 nm 이하, 97 nm 이하, 96 nm 이하, 95 nm 이하, 94 nm 이하, 93 nm 이하, 92 nm 이하, 91 nm 이하 또는 90nm 이하 정도일 수 있다.The pitch F of the polymer line forming the stripe pattern may be in a range of about 80 nm to 100 nm. In another example, the pitch W may be about 81 nm or more, 82 nm or more, 83 nm or more, 84 nm or more, 85 nm or more, 86 nm or more, 87 nm or more, 88 nm or more, 89 nm or more, or 90 nm or more. Or about 99 nm or less, 98 nm or less, 97 nm or less, 96 nm or less, 95 nm or less, 94 nm or less, 93 nm or less, 92 nm or less, 91 nm or less, or about 90 nm or less.

한편, 상기 스트라이프 패턴을 형성하는 각 고분자 라인의 길이(도 1의 G)나 그 두께는 특별한 제한은 없다. 예를 들면, 상기 고분자 라인의 길이는 목적하는 패턴의 형상이나, 기판의 크기 등에 따라 정해질 수 있다.On the other hand, the length (G of FIG. 1) or the thickness of each polymer line forming the stripe pattern is not particularly limited. For example, the length of the polymer line may be determined according to the shape of the desired pattern or the size of the substrate.

또한, 상기 고분자 라인의 두께는 대략 5 nm 내지 20 nm의 범위 내일 수 있다.In addition, the thickness of the polymer line may be in the range of about 5 nm to 20 nm.

상기와 같은 각 고분자 라인들은, 폴리스티렌 라인일 수 있다. 상기에서 폴리스티렌 라인이란, 폴리스티렌 고분자를 사용하여 형성한 라인을 의미한다. 또한, 상기 폴리스티렌 고분자는, 스티렌 단위를 대략 80몰% 이상, 82몰% 이상, 84몰% 이상, 86몰% 이상, 88몰% 이상 또는 90몰% 이상 포함하는 고분자를 의미할 수 있다. 상기 스티렌 단위의 비율은 예를 들면, 약 100몰% 이하, 98몰% 이하, 96몰% 이하, 94몰% 이하, 92몰% 이하 또는 90몰% 이하 정도일 수 있다. 상기 스티렌 단위는, 화학식 C6H5CH=CH2로 표시되는 일반적인 스티렌 모노머에서 유래되는 중합 단위이거나, 혹은 알파-메틸 스티렌 등의 스티렌 유도체 모노머에서 유래되는 중합 단위일 수 있는데, 적절하게는 화학식 C6H5CH=CH2로 표시되는 일반적인 스티렌 모노머에서 유래되는 중합 단위일 수 있다.Each polymer line as described above may be a polystyrene line. In the above, the polystyrene line means a line formed by using a polystyrene polymer. In addition, the polystyrene polymer may mean a polymer containing about 80 mol% or more, 82 mol% or more, 84 mol% or more, 86 mol% or more, 88 mol% or more or 90 mol% or more of styrene units. The ratio of the styrene units may be, for example, about 100 mol% or less, 98 mol% or less, 96 mol% or less, 94 mol% or less, 92 mol% or less, or about 90 mol% or less. The styrene unit may be a polymerized unit derived from a general styrene monomer represented by Chemical Formula C 6 H 5 CH = CH 2 or a polymerized unit derived from a styrene derivative monomer such as alpha-methyl styrene. It may be a polymerized unit derived from a general styrene monomer represented by C 6 H 5 CH═CH 2 .

일 예시에서 상기 폴리스티렌 라인은, 가교 구조를 구현하고 있는 가교 폴리스티렌 라인일 수 있다. 이러한 가교 구조의 구현을 위해서 폴리스티렌 고분자는 가교성 관능기를 일정량 포함하고 있을 수 있다. 이러한 가교성 관능기는, 예를 들면, 히드록시기, 에폭시기, 이소시아네이트기, 글리시딜기, 하기 화학식 A의 치환기, 벤조일페녹시기, 알케닐옥시카보닐기, (메타)아크릴로일기 또는 알케닐옥시알킬기 등일 수 있고, 이러한 관능기를 가지는 단량체를 상기 폴리스티렌 고분자에 공중합시켜서 가교성 관능기를 도입할 수 있다.In one example, the polystyrene line may be a crosslinked polystyrene line implementing a crosslinking structure. In order to implement such a crosslinked structure, the polystyrene polymer may include a certain amount of crosslinkable functional groups. Such crosslinkable functional groups may be, for example, a hydroxy group, an epoxy group, an isocyanate group, a glycidyl group, a substituent of the formula (A), a benzoylphenoxy group, an alkenyloxycarbonyl group, a (meth) acryloyl group or an alkenyloxyalkyl group, or the like. The monomer having such a functional group can be copolymerized to the polystyrene polymer to introduce a crosslinkable functional group.

[화학식 A][Formula A]

Figure pat00001
Figure pat00001

화학식 A에서 Y는 단일 결합, 알킬렌기, 알케닐렌기 또는 알키닐렌기이고, X는 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 알키닐렌기이다.In formula (A) Y is a single bond, an alkylene group, an alkenylene group or an alkynylene group, X 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, Alkenylene group or alkynylene group.

화학식 A의 관능기는 말단에 가교 가능한 아자이드 잔기가 존재하는 치환기이고, 이러한 관능기는 가교될 수 있다.The functional group of formula (A) is a substituent in which a crosslinkable azide moiety is present at the terminal, and such functional group may be crosslinked.

화학식 A에서 Y는 다른 예시에서 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기일 수 있다. In Formula A, Y may be, in another example, 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.

화학식 A에서 X는 다른 예시에서 단일 결합, 산소 원자, -C(=O)-O- 또는 -O-C(=O)-일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In Formula A, X may be, in another example, a single bond, an oxygen atom, -C (= 0) -O-, or -O-C (= 0)-, but is not limited thereto.

가교성 관능기를 포함하는 단위, 즉 상기 가교성 관능기를 포함하는 모노머의 중합 단위로는, 하기 화학식 B 내지 E로 표시되는 단위 중 어느 하나의 단위가 예시될 수 있다.As the unit containing the crosslinkable functional group, that is, the polymerized unit of the monomer including the crosslinkable functional group, any one of the units represented by the following formulas (B) to (E) can be exemplified.

[화학식 B][Formula B]

Figure pat00002
Figure pat00002

화학식 B에서 R은 수소 또는 알킬기이고, T는 단일 결합 또는 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 2가 탄화수소기이다.In formula (B), R is hydrogen or an alkyl group, and T is a divalent hydrocarbon group with or without a single bond or hetero atom.

[화학식 C][Formula C]

Figure pat00003
Figure pat00003

화학식 C에서 R은 수소 또는 알킬기이고, A는 알킬렌기이며, R1은, 수소, 할로겐 원자, 알킬기 또는 할로알킬기일 수 있으며, n은 1 내지 3의 범위 내의 수다.In formula (C), R is hydrogen or an alkyl group, A is an alkylene group, R 1 may be hydrogen, a halogen atom, an alkyl group or a haloalkyl group, and n is a number in the range of 1 to 3.

[화학식 D][Formula D]

Figure pat00004
Figure pat00004

화학식 D에서 R은 수소 또는 알킬기이고, T는 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 2가 탄화수소기이다.In formula (D), R is hydrogen or an alkyl group, and T is a divalent hydrocarbon group with or without hetero atoms.

[화학식 E][Formula E]

Figure pat00005
Figure pat00005

화학식 E에서 R은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, T는 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 2가 탄화수소기이다.In formula (E), R is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and T is a divalent hydrocarbon group with or without a hetero atom.

화학식 B 내지 E에서 알킬기는 다른 예시에서 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기일 수 있다. 이러한 알킬기는 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형일 수 있고, 임의로 하나 이상의 전술한 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다.In other embodiments, the alkyl group may be 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. Such alkyl groups may be linear, branched or cyclic and may be optionally substituted by one or more of the aforementioned substituents.

화학식 C에서 할로알킬기는, 하나 이상의 수소 원자가 할로겐 원자로 치환되어 있는 알킬기로서, 상기 알킬기는, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기일 수 있다. 이러한 할로알킬기는 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형일 수 있고, 임의로 하나 이상의 전술한 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다. 또한, 상기에서 수소 원자에 치환되는 할로겐 원자로는 불소 또는 염소 등이 예시될 수 있다.In the formula (C), the haloalkyl group is an alkyl group in which at least one hydrogen atom is substituted with a halogen atom, and the alkyl group is 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. Can be. Such haloalkyl groups may be straight, branched or cyclic and may be optionally substituted by one or more of the aforementioned substituents. In addition, examples of the halogen atom substituted with the hydrogen atom may include fluorine or chlorine.

화학식 C에서 A의 알킬렌기는 다른 예시에서 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기일 수 있다. 이러한 알킬렌이기는 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형일 수 있고, 임의로 하나 이상의 전술한 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다.In another example, the alkylene group of A may be 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. Such alkylene di groups may be straight, branched or cyclic and may be optionally substituted by one or more of the aforementioned substituents.

화학식 B 내지 E에서 2가 탄화수소기는, 필요하다면, 헤테로 원자를 추가로 포함할 수 있다. 상기에서 헤테로 원자는 탄소에 대한 헤테로 원자이고, 예를 들면, 산소, 질소 또는 황 등이 있다. 이러한 헤테로 원자는 화학식 B 내지 E의 2가 탄화수소기에서 1개 내지 4개 이하로 포함될 수 있다.The divalent hydrocarbon group in the formulas (B) to (E) may further comprise a hetero atom, if necessary. In the above, the hetero atom is a hetero atom with respect to carbon, for example, oxygen, nitrogen or sulfur. Such hetero atoms may be included in the range of 1 to 4 in the divalent hydrocarbon group of Formulas B to E.

상기 화학식 B 내지 E의 단위를 형성할 수 있는 단량체의 예시는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 화학식 B의 단위를 형성할 수 있는 단량체로는, 글리시딜 (메타)아크릴레이트 등이 예시될 수 있고, 화학식 C의 단위를 형성할 수 있는 단량체로는 4-비닐 벤조시클로부텐 등이 예시될 수 있으며, 화학식 D의 단위를 형성할 수 있는 단량체로는, 2-이소시아나토에틸 아크릴레이트, 2-이소시아나토에틸 (메타)아크릴레이트, 4-이소시아나토부틸 아크릴레이트 또는 4-이소시아나토부틸 (메타)아크릴레이트 등이 예시될 수 있고, 화학식 E의 단위를 형성할 수 있는 단량체로는, 하이드록시메틸 아크릴레이트, 하이드록시메틸 (메타)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 (메타)아크릴레이트, 3-하이드록시프로필 아크릴레이트, 3-하이드록시프로필 (메타)아크릴레이트 2-하이드록시부틸 아크릴레이트, 2-하이드록시부틸 (메타)아크릴레이트, 4-하이드록시부틸 아크릴레이트, 4-하이드록시부틸 (메타)아크릴레이트, 6-하이드록시헥실 아크릴레이트 또는 6-하이드록시헥실 (메타)아크릴레이트 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Examples of the monomer capable of forming the units of Formulas (B) to (E) are not particularly limited. For example, glycidyl (meth) acrylate may be exemplified as the monomer capable of forming the unit of Formula B, and 4-vinyl benzocyclo is a monomer capable of forming the unit of Formula C. Butene etc. can be illustrated, As a monomer which can form the unit of Formula D, 2-isocyanatoethyl acrylate, 2-isocyanatoethyl (meth) acrylate, 4-isocyanatobutyl acrylate Or 4-isocyanatobutyl (meth) acrylate, etc. can be illustrated, As a monomer which can form the unit of general formula (E), hydroxymethyl acrylate, hydroxymethyl (meth) acrylate, 2-hydroxy Hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl acrylate, 3-hydroxyprop Lofil (meth) acrylate 2-hydroxybutyl acrylate, 2-hydroxybutyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, 6-hydroxyhexyl acrylic Late or 6-hydroxyhexyl (meth) acrylate and the like can be exemplified, but is not limited thereto.

상기 가교성 관능기 함유 단위의 폴리스티렌 고분자 내에서의 비율은 약 20몰% 이하, 18몰% 이하, 16몰% 이하, 14몰% 이하, 12몰% 이하 또는 10몰% 이상 정도일 수 있고, 다른 예시에서 약 0몰% 초과, 2몰% 이상, 4몰% 이상, 6몰% 이상, 8몰% 이상 또는 10몰% 이상 정도일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.The ratio of the crosslinkable functional group-containing unit in the polystyrene polymer may be about 20 mol% or less, 18 mol% or less, 16 mol% or less, 14 mol% or less, 12 mol% or less, or about 10 mol% or more, and other examples. At about 0 mol%, at least 2 mol%, at least 4 mol%, at least 6 mol%, at least 8 mol%, or at least about 10 mol%, but is not limited thereto.

상기 폴리스티렌 라인 또는 가교 폴리스티렌 라인은, 상기 폴리스티렌 고분자 또는 가교된 폴리스티렌 고분자를 주성분으로 포함할 수 있으며, 예를 들면, 상기 고분자 라인은, 상기 폴리스티렌 고분자를 약 80몰% 이상, 82몰% 이상, 84몰% 이상, 86몰% 이상, 88몰% 이상 또는 90몰% 이상 90 중량% 이상, 92 중량% 이상, 94 중량% 이상, 96 중량% 이상 또는 98 중량% 이상 포함할 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 100 중량% 이하 또는 99 중량% 이하 정도일 수 있다.The polystyrene line or the crosslinked polystyrene line may include the polystyrene polymer or the crosslinked polystyrene polymer as a main component, and for example, the polymer line may include at least about 80 mol%, at least 82 mol%, 84 of the polystyrene polymer. It may comprise at least mol%, at least 86 mol%, at least 88 mol% or at least 90 mol% at least 90 wt%, at least 92 wt%, at least 94 wt%, at least 96 wt% or at least 98 wt%. The ratio may, in another example, be about 100% by weight or less or about 99% by weight or less.

위와 같은 폴리스티렌 고분자를 적용하여 고분자 라인을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 업계에서는 고분자 패턴을 형성할 수 있는 다양한 방법이 알려져 있고, 이러한 방법은 모두 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 고분자 라인들은, ArF immersion lithography 또는 EBL(E-beam lithography) 등의 리소그래피 방식으로 형성할 수 있다. 또한, 고분자 라인을 가교시키는 방법도 특별한 제한은 없으며, 적용된 가교성 관능기의 종류를 고려하여 적절한 방식이 선택될 수 있다.The method of forming the polymer line by applying the polystyrene polymer as described above is not particularly limited. Various methods are known in the art for forming a polymer pattern, and all of these methods can be applied. For example, the polymer lines may be formed by lithography such as ArF immersion lithography or E-beam lithography (EBL). In addition, the method of crosslinking the polymer line is not particularly limited, and an appropriate method may be selected in consideration of the type of the crosslinkable functional group applied.

상기와 같은 스트라이프 패턴이 형성되는 기판은, 상기 스트라이프 패턴 외에 다른 처리는 수행되어 있지 않은 기판일 수 있다. 일 예시에서 상기 기판은 소위 중성 표면 처리 등을 포함한 수직 배향을 달성하기 위한 것으로 알려진 공지의 처리가 수행되지 않은 기판일 수 있다. 따라서, 상기 블록 공중합체를 포함하는 막이 접촉하는 상기 기판의 표면은, 중성 처리가 수행되어 있지 않은 표면일 수 있으며, 상기에서 중성 처리는 전술한 중성층(neutral brush layer) 등을 알려진 수직 배향을 달성하기 위한 공지의 처리를 포함하는 의미로 해석될 수 있다. 또한, 본 출원에서 어떤 층 또는 막이 어떤 표면에 접촉하여 형성된다는 것은, 상기 층 또는 막과 표면의 사이에 다른 층이 존재하지 않는 경우를 의미할 수 있다.The substrate on which the stripe pattern is formed may be a substrate on which no processing other than the stripe pattern is performed. In one example, the substrate may be a substrate that has not been subjected to a known treatment known to achieve vertical orientation including so-called neutral surface treatment. Accordingly, the surface of the substrate to which the film containing the block copolymer is in contact may be a surface on which neutral treatment has not been performed, in which the neutral treatment has a vertical orientation in which the neutral brush layer and the like are known. It can be interpreted in the sense including the known treatment to achieve. In addition, in the present application, that a layer or film is formed in contact with a surface may mean a case where no other layer exists between the layer or the film and the surface.

즉, 상기 기판에서 상기 스트라이프 패턴이 존재하지 않는 표면은 베어(bare) 표면이고, 블록 공중합체의 라멜라 패턴은 상기 스트라이프 패턴 및 베어 표면에 접촉시켜 형성할 수 있다. 상기에서 베어(bare) 표면은 별도의 처리가 되어 있거나, 층이 형성되어 있지 않은 기판 그 자체의 표면을 의미한다.That is, the surface where the stripe pattern does not exist in the substrate may be a bare surface, and the lamella pattern of the block copolymer may be formed by contacting the stripe pattern and the bare surface. In this case, the bare surface refers to the surface of the substrate itself, which has been treated separately or has no layer formed thereon.

본 출원의 방법에 적용되는 상기 기판의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 기판으로는, 예를 들면, 상기 기술한 각 용도로의 적용을 위해 표면에 패턴의 형성이 필요한 다양한 종류의 기판이 모두 사용될 수 있다. 이러한 종류의 기판으로는, 예를 들면, 실리콘 기판, 실리콘 게르마늄(silicon germanium) 기판, GaAs 기판, 산화 규소 기판 등과 같은 반도체 기판을 들 수 있다. 기판으로는 예를 들면, finFETs(fin field effect transistor) 또는 다이오드, 트랜지스터 또는 커패시터 등과 같은 기타 다른 전자 디바이스의 형성에 적용되는 기판이 사용될 수 있다. 또한, 용도에 따라서 세라믹 등의 다른 재료도 상기 기판으로 사용될 수 있으며, 본 출원에서 적용될 수 있는 기판의 종류는 이에 제한되는 것은 아니다.The type of the substrate applied to the method of the present application is not particularly limited. As the substrate, for example, various kinds of substrates which require the formation of a pattern on the surface for application to each of the applications described above can all be used. As this kind of substrate, for example, a semiconductor substrate such as a silicon substrate, a silicon germanium substrate, a GaAs substrate, a silicon oxide substrate, or the like can be given. As the substrate, for example, a substrate applied to the formation of fin field effect transistors (finFETs) or other electronic devices such as diodes, transistors, or capacitors may be used. In addition, other materials, such as ceramics, may also be used as the substrate, depending on the application, and the type of substrate applicable to the present application is not limited thereto.

상기와 같이 스트라이프 패턴이 형성된 기판 내에서 형성되는 자기 조립 구조는 수직 배향된 블록 공중합체의 자기 조립 구조일 수 있고, 그 배향 패턴은 라멜라 패턴일 수 있다. 본 출원에서 용어 수직 배향은, 블록 공중합체의 배향성을 나타내는 것이고, 블록 공중합체에 의해 형성되는 자기 조립 구조의 배향 방향이 기판 방향과 수직한 경우를 의미할 수 있다. 예를 들면, 상기 수직 배향은 자기 조립된 블록 공중합체의 각 블록 도메인이 기판 표면에 나란히 놓이고, 블록 도메인의 계면 영역이 기판 표면에 실질적으로 수직하게 형성되는 경우를 의미할 수 있다. 본 출원에서 용어 수직은, 오차를 감안한 표현이고, 예를 들면, ±10도, ±8도, ±6도, ±4도 또는 ±2도 이내의 오차를 포함하는 의미일 수 있다.As described above, the self-assembled structure formed in the substrate on which the stripe pattern is formed may be a self-assembled structure of a vertically oriented block copolymer, and the alignment pattern may be a lamellar pattern. The term vertical alignment in the present application refers to the orientation of the block copolymer, and may refer to a case where the orientation direction of the self-assembly structure formed by the block copolymer is perpendicular to the substrate direction. For example, the vertical orientation may refer to a case in which each block domain of the self-assembled block copolymer is placed side by side on the substrate surface, and an interface region of the block domain is formed substantially perpendicular to the substrate surface. In the present application, the term vertical is an expression in consideration of an error, and may include, for example, an error within ± 10 degrees, ± 8 degrees, ± 6 degrees, ± 4 degrees, or ± 2 degrees.

블록 공중합체의 자기 조립 구조는, 전술한 것과 같이 라멜라(lamellar) 패턴일 수 있다. 예를 들어, 블록 공중합체로 제 1 및 제 2 블록을 포함하는 블록 공중합체가 사용되는 경우, 상기 제 1 또는 제 2 블록 또는 그와 공유 결합된 다른 블록의 세그먼트 내에서 다른 세그먼트가 라멜라 형태 등과 같은 규칙적인 구조를 형성하고 있을 수 있다.The self-assembled structure of the block copolymer may be a lamellar pattern as described above. For example, when a block copolymer including a first block and a second block is used as the block copolymer, the other segment may be a lamellar form or the like in the segment of the first block or the other block covalently bonded thereto. The same regular structure may be formed.

상기 블록 공중합체로는 다양한 종류의 블록 공중합체가 적용될 수 있지만, 상기와 같은 스트라이프 패턴상에서 우수한 수직 배향성과 직진성을 나타낼 수 있는 블록 공중합체로서 하기 화학식 1의 단위의 반복 단위를 포함하는 제 1 블록과 하기 화학식 2의 단위의 반복 단위를 포함하는 제 2 블록을 가지는 블록 공중합체가 사용될 수 있다. As the block copolymer, various kinds of block copolymers may be applied, but as the block copolymer capable of exhibiting excellent vertical alignment and straightness on the stripe pattern as described above, the first block may include a repeating unit of a unit of Formula 1 below; A block copolymer having a second block including the repeating unit of the unit of formula 2 may be used.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00006
Figure pat00006

화학식 1에서 R은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, X는 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 카보닐기, -C(=O)-O- 또는 -O-C(=O)-이며, P는 탄소수 6 내지 18의 아릴렌기이고, Q는 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 카보닐기, -C(=O)-O- 또는 -O-C(=O)-이며, Z는 탄소수 8 내지 20의 탄화수소 사슬이다:In formula (1), R is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, X is an oxygen atom, a sulfur atom, -S (= 0) 2- , a carbonyl group, -C (= 0) -O- or -OC (= 0 ), P is an arylene group having 6 to 18 carbon atoms, Q is a single bond, oxygen atom, sulfur atom, -S (= O) 2- , carbonyl group, -C (= O) -O- or -OC (= O)-, Z is a hydrocarbon chain of 8 to 20 carbon atoms:

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00007
Figure pat00007

화학식 2에서 X2는 단일 결합, 산소 원자 또는 황 원자이고, W는 3개 이상의 할로겐 원자를 포함하는 탄소수 6 내지 18의 아릴기이다.In Formula 2, X 2 is a single bond, an oxygen atom, or a sulfur atom, and W is an aryl group having 6 to 18 carbon atoms including three or more halogen atoms.

상기 제 1 및 제 2 블록은, 각각 상기 화학식 1의 단위의 반복 단위 및 화학식 2의 단위의 반복 단위를 대략 80몰% 이상, 82몰% 이상, 84몰% 이상, 86몰% 이상, 88몰% 이상 또는 90몰% 이상 포함하거나, 약 100몰% 이하, 98몰% 이하, 96몰% 이하, 94몰% 이하, 92몰% 이하 또는 90몰% 이하 정도로 포함할 수 있다.The first and second blocks may each include about 80 mol% or more, 82 mol% or more, 84 mol% or more, 86 mol% or more, and 88 mol of repeat units of the unit of Formula 1 and units of Formula 2, respectively. % Or more, 90 mol% or more, about 100 mol% or less, 98 mol% or less, 96 mol% or less, 94 mol% or less, 92 mol% or less, or about 90 mol% or less.

화학식 1에서 X는 다른 예시에서 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, in another example, an oxygen atom, a carbonyl group, -C (= 0) -O-, or -OC (= 0)-, or -C (= 0) -O-, but is not limited thereto. no.

화학식 1에서 P는 탄소수 6 내지 18의 아릴렌기, 탄소수 6 내지 12이 아릴렌기이거나, 혹은 페닐렌기일 수 있다. In Formula 1, P may be an arylene group having 6 to 18 carbon atoms, an arylene group having 6 to 12 carbon atoms, or a phenylene group.

또한, 화학식 1에서 Q는 상기 P가 페닐렌기인 경우에 파라(para) 위치에 연결되어 있을 수 있으며, 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 카보닐기, -C(=O)-O- 또는 -O-C(=O)-일 수 있고, 예를 들면, 단일 결합, 산소 원자, 카보닐기, -C(=O)-O- 또는 -O-C(=O)-일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.In Formula 1, Q may be connected to a para position when P is a phenylene group, and a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, -S (= O) 2- , a carbonyl group, -C (= O) -O- or -OC (= O)-, for example, a single bond, oxygen atom, carbonyl group, -C (= 0) -O- or -OC (= 0) -yl However, it is not limited thereto.

한편, 화학식 1의 Z는 탄소수 8 내지 20의 탄화수소 사슬이다. 상기 탄화수소 사슬의 탄소수는 다른 예시에서 9 이상, 10 이상, 11 이상 또는 12 이상이거나, 19 이하, 18 이하, 17 이하, 16 이하, 15 이하, 14 이하, 13 이하 또는 12 이하일 수도 있다. 상기 탄화수소 사슬은 직쇄 탄화수소 사슬일 수 있으며, 예를 들면, 직쇄의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기일 수 있다. 상기 직쇄의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기의 탄소수는 8 이상, 9 이상, 10 이상, 11 이상 또는 12 이상이거나, 20 이하, 19 이하, 18 이하, 17 이하, 16 이하, 15 이하, 14 이하, 13 이하 또는 12 이하일 수 있다.In Formula 1, Z is a hydrocarbon chain having 8 to 20 carbon atoms. In other examples, the carbon number of the hydrocarbon chain may be 9 or more, 10 or more, 11 or more, or 12 or more, or 19 or less, 18 or less, 17 or less, 16 or less, 15 or less, 14 or less, 13 or less, or 12 or less. The hydrocarbon chain may be a straight chain hydrocarbon chain, for example, may be a straight chain alkyl group, alkenyl group or alkynyl group. Carbon number of the said linear alkyl group, alkenyl group, or alkynyl group is 8 or more, 9 or more, 10 or more, 11 or more or 12 or more, 20 or less, 19 or less, 18 or less, 17 or less, 16 or less, 15 or less, 14 or less, 13 or less, or 12 or less.

일 예시에서 상기 탄화수소 사슬은 직쇄 구조를 포함하는 사슬이고, 이 때 직쇄 구조를 형성하는 탄소 원자의 수가 상기 8 내지 20의 범위 내일 수 있다. 상기 사슬은 직쇄형이거나, 분지형일 수 있으나, 탄소 원자의 수는 가장 긴 직쇄를 형성하고 있는 탄소 원자의 수만으로 계산될 수 있다. 또한, 분지형 사슬인 경우에 상기 탄소 원자의 수는 가장 긴 사슬을 형성하고 있는 탄소 원자의 수로 계산될 수 있다. 예를 들어, 상기 사슬이 n-펜틸기인 경우에 직쇄 구조를 형성하는 탄소 원자의 수는 5이고, 상기 사슬이 2-메틸펜틸기인 경우에도 직쇄 구조를 형성하는 탄소 원자의 수는 5이다. In one example, the hydrocarbon chain is a chain including a straight chain structure, wherein the number of carbon atoms forming the straight chain structure may be in the range of 8 to 20. The chain may be straight or branched, but the number of carbon atoms can be calculated from only the number of carbon atoms forming the longest straight chain. In addition, in the case of branched chains, the number of carbon atoms can be calculated as the number of carbon atoms forming the longest chain. For example, when the chain is an n-pentyl group, the number of carbon atoms forming a straight chain structure is five, and even when the chain is a 2-methylpentyl group, the number of carbon atoms forming a straight chain structure is five.

상기 직쇄 구조를 포함하는 탄화수소 사슬은 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기일 수 있으며, 이 때 직쇄 구조를 형성하는 탄소 원자의 수는, 8 이상, 9 이상, 10 이상, 11 이상 또는 12 이상이거나, 20 이하, 19 이하, 18 이하, 17 이하, 16 이하, 15 이하, 14 이하, 13 이하 또는 12 이하일 수 있다.The hydrocarbon chain including the straight chain structure may be a linear or branched alkyl, alkenyl or alkynyl group, wherein the number of carbon atoms forming the straight chain is at least 8, at least 9, at least 10, at least 11 or 12 or less, 20 or less, 19 or less, 18 or less, 17 or less, 16 or less, 15 or less, 14 or less, 13 or less, or 12 or less.

하나의 예시에서 상기 탄화수소 사슬인 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기의 탄소 원자 중 하나 이상은 임의로 산소 원자 등 탄소 원자에 대한 헤테로 원자로 대체되어 있을 수 있고, 상기 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기의 적어도 하나의 수소 원자는 임의적으로 다른 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다.In one example, one or more of the carbon atoms of the alkyl group, alkenyl group or alkynyl group which is the hydrocarbon chain may be optionally substituted with a hetero atom for a carbon atom such as an oxygen atom, and at least one of the alkyl group, alkenyl group or alkynyl group The hydrogen atom may be optionally substituted by another substituent.

상기 화학식 2의 단위의 반복 단위를 가지는 제 2 블록은, 상기 제 1 블록과 우수한 상호 작용을 나타내어 전술한 기판 상에서 우수한 수직 배향성과 직진성을 가지는 블록 공중합체의 자기 조립 구조를 구현할 수 있다.The second block having the repeating unit of the unit of Formula 2 may exhibit excellent interaction with the first block to implement a self-assembled structure of a block copolymer having excellent vertical alignment and straightness on the substrate.

화학식 2에서 X2는 일 예시에서 단일 결합일 수 있다.X 2 in Formula 2 may be a single bond in one example.

화학식 2에서 아릴기는, 예를 들면, 탄소수 6 내지 18 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기이거나, 페닐기일 수 있다.In Formula 2, the aryl group may be, for example, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms or 6 to 12 carbon atoms, or a phenyl group.

화학식 2에 포함되는 할로겐 원자로는, 불소 원자 또는 염소 원자 등이 예시될 수 있고, 적절하게는 불소 원자가 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 할로겐 원자는 상기 아릴기에 치환되어 있을 수도 있다.As the halogen atom included in the formula (2), a fluorine atom or a chlorine atom may be exemplified, and a fluorine atom may be exemplified appropriately, but is not limited thereto. The halogen atom may be substituted with the aryl group.

하나의 예시에서 화학식 2의 W는 1개 이상, 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상 또는 5개 이상의 할로겐 원자(불소 원자 또는 염소 원자 등)로 치환된 탄소수 6 내지 18 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기이거나, 혹은 페닐기일 수 있다. 상기에서 치환되는 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, W of formula 2 has 6 to 18 carbon atoms or 6 to 12 carbon atoms substituted with one or more, two or more, three or more, four or more or five halogen atoms (such as a fluorine atom or a chlorine atom) It may be an aryl group or a phenyl group. The upper limit of the number of halogen atoms to be substituted 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.

상기 화학식 2의 단위는 다른 예시에서 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.The unit of Formula 2 may be represented by the following Formula 3 in another example.

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00008
Figure pat00008

화학식 3에서 X2는, 단일 결합, 산소 원자 또는 황 원자이고, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 할로알킬기 또는 할로겐 원자이고, R1 내지 R5가 포함하는 할로겐 원자의 수는 3개 이상일 수 있다.In Formula 3, X 2 is a single bond, an oxygen atom, or a sulfur atom, R 1 to R 5 are each independently hydrogen, an alkyl group, a haloalkyl group, or a halogen atom, and the number of halogen atoms included in R 1 to R 5 is It may be three or more.

화학식 3에서 X2는, 다른 예시에서 단일 결합일 수 있다.In Chemical Formula 3, X 2 may be a single bond in another example.

화학식 3에서 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 원자 또는 염소 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 3, R 1 to R 5 are each independently hydrogen, an alkyl group, a haloalkyl group, or a halogen atom, and R 1 to R 5 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 or a chlorine atom. The halogen atoms contained in R 1 to R 5 may be 10 or less, 9 or less, 8 or less, 7 or less, or 6 or less.

상기 할로겐 원자는 할로알킬기에 포함되어 있을 수도 있고, R1 내지 R5 중 1개 이상, 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상 또는 5개가 할로겐 원자일 수 있다. 이 때 할로겐 원자는 불소 원자 또는 염소 원자 등일 수 있다.The halogen atom may be contained in a haloalkyl group, and at least one, at least two, at least three, at least four, or at least five of R 1 to R 5 may be halogen atoms. In this case, the halogen atom may be a fluorine atom or a chlorine atom.

본 출원의 블록 공중합체는 전술한 제 1 블록과 제 2 블록만을 각각 1개씩 포함하는 디블록 공중합체이거나, 3개 이상의 블록을 포함하는 트리 블록 이상의 블록 공중합체일 수 있다.The block copolymer of the present application may be a diblock copolymer including only one of the first block and the second block, respectively, or a block copolymer of three or more blocks including three or more blocks.

상기 블록 공중합체에서 상기 제 1 블록과 제 2 블록의 부피를 1로 하였을 때에 상기 제 1 블록의 부피 분율은 0.4 내지 0.8의 범위 내에 있고, 제 2 블록의 부피 분율은 0.2 내지 0.6의 범위 내에 있을 수 있다.When the volume of the first block and the second block in the block copolymer is 1, the volume fraction of the first block is in the range of 0.4 to 0.8, and the volume fraction of the second block is in the range of 0.2 to 0.6. Can be.

상기 제 1 블록의 부피 분율은 다른 예시에서 약 0.45 이상 또는 약 0.5 이상이거나, 약 0.75 이하, 약 0.7 이하, 약 0.65 이하, 약 0.6 이하 또는 약 0.55 이하일 수도 있다. 또한, 제 2 블록의 부피 분율은 다른 예시에서 약 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상, 0.4 이상, 0.45 이상 또는 약 0.5 이상이거나, 약 0.55 이하 정도일 수도 있다. 상기 제 1 및 제 2 블록을 상기 비율로 포함하는 블록 공중합체는 전술한 스트라이프 패턴상에서 우수한 자기 조립 특성을 나타낼 수 있다. 상기 제 1 블록과 제 2 블록의 부피 분율의 합은 1일 수 있다. 블록 공중합체의 각 블록의 부피 분율은 각 블록의 밀도와 GPC(Gel Permeation Chromatogrph)에 의해 측정되는 분자량을 토대로 구할 수 있다.In another example, the volume fraction of the first block may be about 0.45 or more or about 0.5 or more, or about 0.75 or less, about 0.7 or less, about 0.65 or less, about 0.6 or less, or about 0.55 or less. Further, in another example, the volume fraction of the second block may be about 0.25 or more, 0.3 or more, 0.35 or more, 0.4 or more, 0.45 or more, or about 0.5 or more, or about 0.55 or less. The block copolymer including the first and second blocks in the ratio may exhibit excellent self-assembly characteristics on the stripe pattern described above. The sum of the volume fractions of the first block and the second block may be one. The volume fraction of each block of the block copolymer can be determined based on the density of each block and the molecular weight measured by Gel Permeation Chromatogrph (GPC).

블록 공중합체의 수평균분자량(Mn (Number Average Molecular Weight))은, 예를 들면, 10,000 내지 30,000의 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. 또한, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 수평균분자량의 단위는 g/mol이다. 분자량(Mn)은 다른 예시에서는, 예를 들면, 대략 12,000 이상, 14,000 이상, 16,000 이상, 18,000 이상, 20,000 이상 또는 22,000 이상일 수 있다. 분자량(Mn)은 또 다른 예시에서 28,000 이하, 26,0000 이하 또는 24,000 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 1.05 이상 또는 약 1.1 이상이거나, 약 1.55 이하, 약 1.5 이하, 약 1.45 이하, 약 1.4 이하, 약 1.35 이하, 약 1.3 이하, 약 1.25 이하 또는 약 1.2 이하 정도일 수 있다.The number average molecular weight (Mn) of the block copolymer may be, for example, in the range of 10,000 to 30,000. As used herein, the term number average molecular weight is a conversion value with respect to standard polystyrene measured using a gel permeation chromatograph (GPC), and the term molecular weight herein refers to a number average molecular weight unless otherwise specified. In addition, unless otherwise specified, the unit of number average molecular weight is g / mol. The molecular weight (Mn) may be, for example, at least about 12,000, at least 14,000, at least 16,000, at least 18,000, at least 20,000, or at least 22,000. In another example, the molecular weight (Mn) may be about 28,000 or less, about 26,0000 or less, or about 24,000 or less. The block copolymer may have a dispersion degree (polydispersity, Mw / Mn) in the range of 1.01 to 1.60. In another example, the degree of dispersion may be about 1.05 or more or about 1.1 or more, or about 1.55 or less, about 1.5 or less, about 1.45 or less, about 1.4 or less, about 1.35 or less, about 1.3 or less, about 1.25 or less, or about 1.2 or less.

이러한 범위에서 블록 공중합체는 전술한 스트라이프 패턴상에서 적절한 자기 조립 특성을 나타낼 수 있다. 블록 공중합체의 수평균 분자량 등은 목적하는 자기 조립 구조(ex. 라멜라 패턴의 피치 등) 등을 감안하여 조절될 수 있다. In this range, the block copolymer may exhibit suitable self-assembly characteristics on the above-described stripe pattern. The number average molecular weight of the block copolymer can be adjusted in view of the desired self-assembly structure (ex. Pitch of lamellar pattern, etc.).

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 in the block copolymer, for example, the block including the chain described above, is 10 mol% to 90 mol%. May be in range.

상기와 같은 블록 공중합체를 제조하는 구체적인 방법은, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 각 블록을 형성할 수 있는 단량체를 사용하여 공지의 블록 공중합체의 제조 방법을 적용하여 상기 블록 공중합체를 제조할 수 있다.The specific method for producing such a block copolymer is not particularly limited, and for example, the block copolymer may be manufactured by applying a known method for producing a block copolymer using a monomer capable of forming each block. can do.

예를 들면, 블록 공중합체는 상기 단량체를 사용한 LRP(Living Radical Polymerization) 방식으로 제조할 있다. 예를 들면, 유기 희토류 금속 복합체를 중합 개시제로 사용하거나, 유기 알칼리 금속 화합물을 중합 개시제로 사용하여 알칼리 금속 또는 알칼리토금속의 염 등의 무기산염의 존재 하에 합성하는 음이온 중합, 유기 알칼리 금속 화합물을 중합 개시제로 사용하여 유기 알루미늄 화합물의 존재 하에 합성하는 음이온 중합 방법, 중합 제어제로서 원자 이동 라디칼 중합제를 이용하는 원자이동 라디칼 중합법(ATRP), 중합 제어제로서 원자이동 라디칼 중합제를 이용하되 전자를 발생시키는 유기 또는 무기 환원제 하에서 중합을 수행하는 ARGET(Activators Regenerated by Electron Transfer) 원자이동 라디칼 중합법(ATRP), ICAR(Initiators for continuous activator regeneration) 원자이동 라디칼 중합법(ATRP), 무기 환원제 가역 부가-개열 연쇄 이동제를 이용하는 가역 부가-개열 연쇄 이동에 의한 중합법(RAFT) 또는 유기 텔루륨 화합물을 개시제로서 이용하는 방법 등이 있으며, 이러한 방법 중에서 적절한 방법이 선택되어 적용될 수 있다. For example, the block copolymer may be prepared by LRP (Living Radical Polymerization) method using the monomer. For example, an anionic polymerization or an organic alkali metal compound synthesized in the presence of an inorganic acid such as an alkali metal or a salt of an alkaline earth metal is polymerized using an organic rare earth metal complex as a polymerization initiator or an organic alkali metal compound as a polymerization initiator. Anion polymerization method synthesized in the presence of an organoaluminum compound using as an initiator, atom transfer radical polymerization method (ATRP) using an atom transfer radical polymerization agent as a polymerization control agent, an atom transfer radical polymerization agent as a polymerization control agent is used. Activators Regenerated by Electron Transfer (ARRP) Atomic Radical Polymerization (ATRP), Initiators for continuous activator regeneration (ICAR), and Reversible Addition of Inorganic Reductants Reversible addition-cleavage chain transfer using cleavage chain transfer agents And a method using the polymerization method of (RAFT) or an organic tellurium compound, etc. as an initiator, may be subject to a suitable method among these methods is selected.

예를 들면, 상기 블록 공중합체는, 라디칼 개시제 및 리빙 라디칼 중합 시약의 존재 하에, 상기 블록을 형성할 수 있는 단량체들을 포함하는 반응물을 리빙 라디칼 중합법으로 중합하는 것을 포함하는 방식으로 제조할 수 있다.For example, the block copolymer may be prepared in a manner that includes polymerizing a reactant including monomers capable of forming the block by living radical polymerization 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.The method of forming the other block included in the copolymer together with the block formed using the monomer in the production of the block copolymer is not particularly limited, and the 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 manufacturing process of the block copolymer may further include, for example, precipitating the polymerization product produced through the above process in the non-solvent.

라디칼 개시제의 종류는 특별히 제한되지 않고, 중합 효율을 고려하여 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들면, AIBN(azobisisobutyronitrile) 또는 2,2’-아조비스-2,4-디메틸발레로니트릴(2,2’-azobis-(2,4-dimethylvaleronitrile)) 등의 아조 화합물이나, BPO(benzoyl peroxide) 또는 DTBP(di-t-butyl peroxide) 등과 같은 과산화물 계열을 사용할 수 있다.The kind of radical initiator is not particularly limited and may be appropriately selected in consideration of the polymerization efficiency. For example, azobisisobutyronitrile (AIBN) or 2,2'-azobis-2,4-dimethylvaleronitrile (2,2 ') can be appropriately selected. Azo compounds such as -azobis- (2,4-dimethylvaleronitrile)) and peroxides such as benzoyl peroxide (BPO) or di-t-butyl peroxide (DTBP) can 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 are, for example, methylene chloride, 1,2-dichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, benzene, toluene, acetone, chloroform, tetrahydrofuran, dioxane, monoglyme, diglyme, dimethylform It may be carried out in a solvent such as amide, dimethyl sulfoxide 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, ether series such as n-hexane, cyclohexane, n-heptane or petroleum ether may be used. It is not limited to this.

상기와 같은 블록 공중합체를 사용하여 전술한 스트라이프 패턴 및 기판상에 막을 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 자기 조립 구조를 형성하기 위하여, 예를 들면, 중성 처리 표면 상에 고분자막을 형성하는 것에 적용되고 있던 공지의 방식이 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 블록 공중합체를 적정한 용매에 소정 농도로 분산시켜 코팅액을 제조하고, 스핀 코팅 등의 공지의 코팅 방식으로 상기 코팅액을 코팅함으로써 고분자막을 형성할 수 있다.The above-described stripe pattern and the manner of forming a film on the substrate using the block copolymer are not particularly limited, and for forming a self-assembly structure, for example, it is applied to forming a polymer film on a neutral treated surface. Known methods that have been employed can be applied. For example, a polymer film may be formed by dispersing the block copolymer in a suitable solvent at a predetermined concentration to prepare a coating solution, and coating the coating solution by a known coating method such as spin coating.

필요한 경우에 상기와 같이 형성된 고분자막에서 자기 조립 구조를 형성하기 위한 어닐링(annealing) 공정이 추가로 수행될 수 있다. 이러한 어닐링은 예를 들면, 상기 층을 숙성하거나 열처리하여 수행할 수 있다.If necessary, an annealing process for forming a self-assembly structure in the polymer film formed as described above may be further performed. Such annealing can be carried out, for example, by aging or heat treatment of the layer.

상기 숙성 또는 열처리는, 예를 들면, 블록 공중합체의 상전이온도 또는 유리전이온도를 기준으로 수행될 수 있고, 예를 들면, 상기 유리 전이 온도 또는 상전이 온도 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 이러한 열처리가 수행되는 시간은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 1분 내지 72시간의 범위 내에서 수행될 수 있지만, 이는 필요에 따라서 변경될 수 있다. 또한, 고분자 박막의 열처리 온도는, 예를 들면, 100℃ 내지 250℃ 정도일 수 있으나, 이는 사용되는 블록 공중합체를 고려하여 변경될 수 있다.The aging or heat treatment may be performed based on, for example, the phase transition temperature or the glass transition temperature of the block copolymer, and may be performed, for example, at a temperature above the glass transition temperature or the phase transition temperature. The time for which such heat treatment is performed is not particularly limited, and for example, it may be performed in the range of 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.The formed layer may, in another example, be solvent aged for about 1 minute to 72 hours in a nonpolar solvent and / or a polar solvent at room temperature.

본 출원의 패턴화 기판의 제조 방법은 또한, 상기와 같이 스트라이프 패턴상에 형성된 막의 자기 조립된 블록 공중합체에서 어느 한 블록을 선택적으로 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 블록 공중합체가 전술한 제 1 블록과 제 2 블록을 포함하는 것이라면, 상기 방법은, 블록 공중합체에서 상기 제 1 또는 제 2 블록을 선택적으로 제거하는 과정을 포함할 수 있다. 이러한 과정을 거치면, 예를 들면, 선택적으로 제거되지 않은 블록만이 기판상에 존재할 수 있다. 상기 패턴화 기판의 제조 방법은 또한, 상기와 같이 블록 공중합체의 어느 하나 또는 그 이상의 블록을 선택적으로 제거한 후에 기판을 식각하는 것을 포함할 수 있다. The method of manufacturing a patterned substrate of the present application may further include selectively removing any block from the self-assembled block copolymer of the film formed on the stripe pattern as described above. For example, if the block copolymer includes the aforementioned first block and second block, the method may include selectively removing the first or second block from the block copolymer. Through this process, for example, only blocks that are not selectively removed may exist on the substrate. The method of manufacturing the patterned substrate may also include etching the substrate after selectively removing any one or more blocks of the block copolymer as described above.

상기 방법에서 블록 공중합체의 어느 한 블록을 선택적으로 제거하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 고분자막에 적정한 전자기파, 예를 들면, 자외선 등을 조사하여 상대적으로 소프트한 블록을 제거하는 방식을 사용할 수 있다. 이 경우 자외선 조사 조건은 블록 공중합체의 블록의 종류에 따라서 결정되며, 예를 들면, 약 254 nm 파장의 자외선을 1분 내지 60 분 동안 조사하여 수행할 수 있다.The method of selectively removing any block of the block copolymer in the above method is not particularly limited. For example, a method of removing a relatively soft block by irradiating an appropriate electromagnetic wave, for example, ultraviolet rays, to the polymer membrane may be employed. Can be used In this case, UV irradiation conditions are determined according to the type of the block of the block copolymer, for example, it can be carried out by irradiating ultraviolet light of about 254 nm wavelength 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, after the ultraviolet irradiation, the polymer film may be treated with an acid or the like to further remove the segment decomposed by the ultraviolet ray.

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 with the selectively removed block as a mask is not particularly limited, and may be performed by, for example, a reactive ion etching step using CF 4 / Ar ions or the like. Subsequently, the step of removing the polymer film from the substrate by oxygen plasma treatment or the like may also be performed.

본 출원은, 패턴화 기판의 제조 방법에 대한 것이다. 상기 방법은, 예를 들면, 전자 디바이스 및 집적 회로와 같은 장치의 제조 공정 또는 다른 용도, 예컨대 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리의 가이던스 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 또는 유기 광 방출 다이오드 등의 제조에 적용될 수 있고, 집적 회로, 비트-패턴화된 매체 및/또는 하드 드라이브와 같은 자기 저장 디바이스 등의 개별 트랙 매체(discrete track medium)의 제조에 사용하기 위해 표면 위에 패턴을 구축하는데 사용될 수 있다.The present application relates to a method for producing a patterned substrate. The method is for example a manufacturing process or other uses of devices such as electronic devices and integrated circuits, such as integrated optical systems, guidance and detection patterns of magnetic domain memories, flat panel displays, liquid crystal displays (LCDs), thin film magnetic heads or It can be applied to the manufacture of organic light emitting diodes and the like, and is patterned on a surface for use in the manufacture of discrete track mediums, such as integrated circuits, bit-patterned media and / or magnetic storage devices such as hard drives. Can be used to build

도 1은 블록 공중합체가 형성되는 기판상의 스트라이프 패턴의 예시적인 도면이다.
도 2 내지 7은, 실시예 또는 비교예에서 형성된 자기 조립 패턴을 보여주는 사진이다.
1 is an exemplary view of a stripe pattern on a substrate on which a block copolymer is formed.
2 to 7 are photographs showing the self-assembly pattern formed in the Examples or Comparative Examples.

이하 본 출원에 따른 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 with reference to Examples and Comparative Examples according to the present application, but the scope of the present application is not limited to the examples given 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 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 chemical shifts were 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 = doublet, t = triplet, dt = doublet, q = quartet, p = quintet, m = multiplet.

2. GPC(Gel Permeation Chromatograph)2.Gel Permeation Chromatograph

수평균분자량(Mn) 및 분자량 분포는 GPC(Gel permeation chromatography)를 사용하여 측정하였다. 5 mL 바이얼(vial)에 측정 대상 고분자 물질을 넣고, 약 1 mg/mL 정도의 농도가 되도록 THF(tetrahydro furan)에 희석하였다. 이어서, Calibration용 표준 시료와 분석하고자 하는 시료를 syringe filter(pore size: 0.45 ㎛)를 통해 여과시킨 후 측정하였다. 분석 프로그램은 Agilent technologies 사의 ChemStation을 사용하였으며, 시료의 elution time을 calibration curve와 비교하여 중량평균분자량(Mw) 및 수평균분자량(Mn)을 각각 구하고, 그 비율(Mw/Mn)로 분자량분포(PDI)를 계산하였다. GPC의 측정 조건은 하기와 같다.The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution were measured using gel permeation chromatography (GPC). The polymer material to be measured was placed in a 5 mL vial, and diluted with tetrahydrofuran (THF) to a concentration of about 1 mg / mL. Subsequently, the standard sample for calibration and the sample to be analyzed were filtered through a syringe filter (pore size: 0.45 μm) and measured. The analysis program used ChemStation of Agilent Technologies, and compared the sample's elution time with the calibration curve to obtain the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn), respectively, and the molecular weight distribution (PDI) as the ratio (Mw / Mn). ) Was calculated. The measurement conditions of GPC are as follows.

<GPC 측정 조건><GPC measurement condition>

기기: Agilent technologies 사의 1200 series Instrument: 1200 series by Agilent technologies

컬럼: Polymer laboratories 사의 PLgel mixed B 2개 사용Column: Uses 2 PLgel mixed Bs from Polymer laboratories

용매: THFSolvent: THF

컬럼온도: 35℃Column temperature: 35 ℃

샘플 농도: 1mg/mL, 200L 주입Sample concentration: 1 mg / mL, 200 L infusion

표준 시료: 폴리스티렌(Mp: 3900000, 723000, 316500, 52200, 31400, 7200, 3940, 485)Standard samples: polystyrene (Mp: 3900000, 723000, 316500, 52200, 31400, 7200, 3940, 485)

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 DCM(dichloromethane)과 물의 혼합 용매를 첨가하여 워크업하고, 분리한 유기층을 모아서 MgSO4에 통과시켜 탈수하였다. 이어서, 컬럼 크로마토그래피에서 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. Into a 250 mL flask, add hydroquinone (10.0 g, 94.2 mmol) and 1-bromododecane (23.5 g, 94.2 mmol), dissolve in 100 mL acetonitrile, and remove excess Potassium carbonate was added and reacted at 75 ° C. for about 48 hours under nitrogen conditions. Remaining potassium carbonate after the reaction was filtered off and the acetonitrile used in the reaction was also removed. A mixed solvent of dichloromethane (DCM) and water was added thereto to work up, and the separated organic layers were collected and passed through MgSO 4 to be dehydrated. Dichloromethane (DCM) was then used in column chromatography to give the title compound (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); δ1.75(p, 2H); δ1.43(p, 2H); δ1.33-1.26(m,16H); δ0.88(t, 3H). 1 H-NMR (CDCl 3 ): δ 6.77 (dd, 4H); δ 4.45 (s, 1 H); 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)(10.8g,52.3mmol)및DMAP(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 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), dicyclohexylcarbodiimide (DCC) (10.8 g, 52.3 mmol) and p-dimethylaminopyridine (DMAP) synthesized in the flask (1.7 g) , 13.9 mmol) were added, and 120 mL of methylene chloride was added, followed by reaction at room temperature under nitrogen for 24 hours. After completion of the reaction, the salt produced during the reaction was removed with a filter, and the remaining methylene chloride was also removed. In the column chromatography, hexane and DCM (dichloromethane) were used as a mobile phase to remove impurities, and the obtained product was recrystallized in a mixed solvent of methanol and water (1: 1 mixture) to obtain a target compound (7.7 g, 22.2 mmol) as a white solid. Obtained at a yield of 63%.

<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 ): δ 7.02 (dd, 2H); δ 6.89 (dd, 2H); δ 6.32 (dt, 1 H); δ 5.73 (dt, 1 H); δ 3.94 (t, 2H); δ 2.05 (dd, 3H); δ 1.76 (p, 2H); δ 1.43 (p, 2H); 1.34-1.27 (m, 16 H); δ 0.88 (t, 3H).

[화학식 A][Formula A]

Figure pat00009
Figure pat00009

화학식 A에서 R은 탄소수 12의 직쇄 알킬기이다.R in formula (A) is a straight-chain alkyl group having 12 carbon atoms.

제조예 2. 블록 공중합체(A)의 합성Preparation Example 2 Synthesis of Block Copolymer (A)

제조예 1의 모노머(A) 5 g과 RAFT(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) 시약인 시아노이소프로틸디티오벤조에이트 456 mg, 라디칼 개시제인 AIBN(Azobisisobutyronitrile) 34 mg 및 아니솔 12.8 mL를 25 mL Schlenk flask에 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 메탄올에 침전시킨 후, 감압 여과하여 건조시켜, 분홍색의 거대개시제를 제조하였다. 상기 거대 개시제의 수득률은 약 72 중량%였고, 수평균 분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 5,900 및 1.17이었다. 거대개시제 1 g, 펜타플루오로스티렌 모노머 8.96 g 및 아니솔 3.3 mL를 25 mL Schlenk flask에 넣고 질소 분위기 하에서 상온에서 30분 동안 교반한 후 115℃에서 4.5 시간 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 블록공중합체를 제조하였다. 상기 블록 공중합체의 수평균분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 23,400 및 1.12이었다. 상기 블록 공중합체는 제조예 1의 모노머(A)에서 유래된 제 1 블록(제 1 블록의 부피 분율: 0.5)과 상기 펜타플루오로스티렌 모노머(제 2 블록의 부피 분율: 0.5)에서 유래된 제 2 블록을 포함한다. 상기 블록 공중합체(A)는 라멜라 패턴을 형성한 때에 약 18.4nm 정도의 피치(L)를 나타내며, 상기 피치는, 라멜라 패턴을 형성하고 있는 블록 공중합체에 대해서 Fast Fourier Transform 방법으로 확인할 수 있다.5 g of Monomer (A) of Preparation Example 1, 456 mg of cyanoisoprotyldithiobenzoate as a Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer (RAFT) reagent, 34 mg of Azobisisobutyronitrile (AIBN) as a radical initiator and 12.8 mL of anisole 25 In a mL Schlenk flask was stirred for 30 minutes at room temperature under a nitrogen atmosphere and then subjected to RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) polymerization reaction at 70 ℃ for 4 hours. After polymerization, the reaction solution was precipitated in methanol as an extraction solvent, and then filtered under reduced pressure and dried to prepare a pink macroinitiator. The yield of the macroinitiator was about 72% by weight, and the number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw / Mn) were 5,900 and 1.17, respectively. 1 g of macroinitiator, 8.96 g of pentafluorostyrene monomer, and 3.3 mL of anisole were added to a 25 mL Schlenk flask, stirred at room temperature for 30 minutes under nitrogen atmosphere, and then RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) at 115 ° C for 4.5 hours. The polymerization reaction was carried out. After polymerization, the reaction solution was precipitated in 250 mL of an extraction solvent, and then filtered and dried under reduced pressure to prepare a light pink block copolymer. The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the block copolymer were 23,400 and 1.12, respectively. The block copolymer comprises a first block (volume fraction of the first block: 0.5) derived from the monomer (A) of Preparation Example 1 and a agent derived from the pentafluorostyrene monomer (volume fraction of the second block: 0.5). Contains 2 blocks. The block copolymer (A) exhibits a pitch (L) of about 18.4 nm when the lamellar pattern is formed, and the pitch can be confirmed by the Fast Fourier Transform method for the block copolymer forming the lamellar pattern.

제조예 3. 블록 공중합체(B)의 합성Preparation Example 3 Synthesis of Block Copolymer (B)

제조예 1의 모노머(A) 5 g과 RAFT(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) 시약인 시아노이소프로틸디티오벤조에이트 128 mg, 라디칼 개시제인 AIBN(Azobisisobutyronitrile) 9.5 mg 및 아니솔 12.0 mL를 25 mL Schlenk flask에 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 메탄올에 침전시킨 후, 감압 여과하여 건조시켜, 분홍색의 거대개시제를 제조하였다. 상기 거대 개시제의 수득률은 약 68 중량%였고, 수평균 분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 8,900 및 1.19이었다. 상기 거대개시제 0.5 g, 펜타플루오로스티렌 모노머 5.9 g 및 아니솔 2.1 mL를 25 mL Schlenk flask에 넣고 질소 분위기 하에서 상온에서 30분 정도 교반한 후 115℃에서 4 시간 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 블록공중합체를 제조하였다. 상기 블록 공중합체의 수평균분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 23,300 및 1.14였다. 상기 블록 공중합체는 제조예 1의 모노머(A)에서 유래된 제 1 블록(제 1 블록의 부피 분율: 0.49)과 상기 펜타플루오로스티렌 모노머(제 2 블록의 부피 분율: 0.51)에서 유래된 제 2 블록을 포함한다. 상기 블록 공중합체(A)는 라멜라 패턴을 형성한 때에 약 19.1nm 정도의 피치(L)를 나타낸다.5 g of Monomer (A) of Preparation Example 1, 128 mg of cyanoisoprotyldithiobenzoate as a Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer (RAFT) reagent, 9.5 mg of Azobisisobutyronitrile (AIBN) as a radical initiator and 12.0 mL of anisole 25 In a mL Schlenk flask was stirred for 30 minutes at room temperature under a nitrogen atmosphere and then subjected to RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) polymerization reaction at 70 ℃ for 4 hours. After polymerization, the reaction solution was precipitated in methanol as an extraction solvent, and then filtered under reduced pressure and dried to prepare a pink macroinitiator. The yield of the macroinitiator was about 68% by weight, and the number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw / Mn) were 8,900 and 1.19, respectively. 0.5 g of the macroinitiator, 5.9 g of pentafluorostyrene monomer and 2.1 mL of anisole were added to a 25 mL Schlenk flask, stirred at room temperature for 30 minutes under nitrogen atmosphere, and then RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) at 115 ° C. for 4 hours. ) Polymerization reaction was carried out. After polymerization, the reaction solution was precipitated in 250 mL of an extraction solvent, and then filtered and dried under reduced pressure to prepare a light pink block copolymer. The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the block copolymer were 23,300 and 1.14, respectively. The block copolymer comprises a first block (volume fraction of the first block: 0.49) derived from the monomer (A) of Preparation Example 1 and a agent derived from the pentafluorostyrene monomer (volume fraction of the second block: 0.51). Contains 2 blocks. The block copolymer (A) exhibits a pitch (L) of about 19.1 nm when the lamellar pattern is formed.

제조예 4. 블록 공중합체(C)의 합성Preparation Example 4 Synthesis of Block Copolymer (C)

제조예 1의 모노머(A) 5 g과 RAFT(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) 시약인 시아노이소프로틸디티오벤조에이트 21.3 mg, 라디칼 개시제인 AIBN(Azobisisobutyronitrile) 15.8 mg 및 아니솔 12.2 mL를 25 mL Schlenk flask에 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 메탄올에 침전시킨 후, 감압 여과하여 건조시켜, 분홍색의 거대개시제를 제조하였다. 상기 거대 개시제의 수득률은 약 68 중량%였고, 수평균 분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 7,500 및 1.17이었다. 상기 거대개시제 1 g, 펜타플루오로스티렌 모노머 13.5 g 및 아니솔 4.8 mL를 25 mL Schlenk flask에 넣고 질소 분위기 하에서 상온에서 30분 동안 교반한 후 115℃에서 6.5 시간 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 블록공중합체를 제조하였다. 상기 블록 공중합체의 수평균분자량(Mn) 및 분자량분포(Mw/Mn)는 각각 22,300 및 1.14였다. 상기 블록 공중합체는 제조예 1의 모노머(A)에서 유래된 제 1 블록(제 1 블록의 부피 분율: 0.44)과 상기 펜타플루오로스티렌 모노머(제 2 블록의 부피 분율: 0.56)에서 유래된 제 2 블록을 포함한다. 상기 블록 공중합체(A)는 라멜라 패턴을 형성한 때에 약 18.1nm 정도의 피치(L)를 나타낸다.5 g of Monomer (A) of Preparation Example 1, 21.3 mg of cyanoisoprotyldithiobenzoate as a Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer (RAFT) reagent, 15.8 mg of Azobisisobutyronitrile (AIBN) as a radical initiator and 12.2 mL of anisole 25 In a mL Schlenk flask was stirred for 30 minutes at room temperature under a nitrogen atmosphere and then subjected to RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) polymerization reaction at 70 ℃ for 4 hours. After polymerization, the reaction solution was precipitated in methanol as an extraction solvent, and then filtered under reduced pressure and dried to prepare a pink macroinitiator. The yield of the macroinitiator was about 68% by weight, and the number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw / Mn) were 7,500 and 1.17, respectively. 1 g of the macro initiator, 13.5 g of pentafluorostyrene monomer, and 4.8 mL of anisole were added to a 25 mL Schlenk flask, stirred at room temperature for 30 minutes under a nitrogen atmosphere, and then RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) at 115 ° C. for 6.5 hours. ) Polymerization reaction was carried out. After polymerization, the reaction solution was precipitated in 250 mL of an extraction solvent, and then filtered and dried under reduced pressure to prepare a light pink block copolymer. The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the block copolymer were 22,300 and 1.14, respectively. The block copolymer comprises a first block (volume fraction of the first block: 0.44) derived from the monomer (A) of Preparation Example 1 and a agent derived from the pentafluorostyrene monomer (volume fraction of the second block: 0.56). Contains 2 blocks. The block copolymer (A) exhibits a pitch (L) of about 18.1 nm when a lamellar pattern is formed.

제조예 5. 랜덤 공중합체(A)의 합성Preparation Example 5 Synthesis of Random Copolymer (A)

스티렌 모노머 3.8 g, GMA(glycidyl methacrylate) 0.57 g, 라디칼 개시제인 AIBN(Azobisisobutyronitrile) 33 mg 및 THF(tetrahydrofuran) 4.4 g을 세럼병(serum bottle)에 놓고, 질소 분위기하 상온에서 30분 동안 교반한 후에 60℃에서 약 12 시간 동안 FRP(Free Radical Polymerization) 반응을 수행하였다. 중합 후에 반응 용액을 추출 용매인 메탄올에 침전시킨 후, 감압 여과하고 건조시켜서, 랜덤 공중합체(A)를 제조하였다. 상기 랜덤 공중합체의 수평균분자량(Mn)과 분자량 분포(Mw/Mn)는 각각 32,500 및 1.70이었다.3.8 g of styrene monomer, 0.57 g of glycydyl methacrylate (GMA), 33 mg of AIBN (Azobisisobutyronitrile) and 4.4 g of tetrahydrofuran (THF) were placed in a serum bottle and stirred for 30 minutes at room temperature under a nitrogen atmosphere. Free Radical Polymerization (FRP) reaction was performed at 60 ° C. for about 12 hours. After the polymerization, the reaction solution was precipitated in methanol as an extraction solvent, and then filtered under reduced pressure and dried to prepare a random copolymer (A). The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the random copolymer were 32,500 and 1.70, respectively.

실시예 1.Example 1.

실리콘 웨이퍼 기판상에 상기 제조예 5의 랜덤 공중합체(A)를 사용하여 스트라이프 패턴을 형성하였다. 실리콘 웨이퍼상에 고분자 스트라이프 패턴은, ArF immersion lithography 또는 EBL(E-beam lithography) 방식으로 형성할 수 있다. 즉, 상기 ArF immersion lithography 또는 EBL(E-beam lithography) 등의 방식으로 도 1과 같은 형태의 고분자 라인들을 형성하여 스트라이프 패턴을 형성한 후에 약 200℃ 정도의 온도에서 5분 정도 가교 처리하여 형성할 수 있다. 상기 스트라이프 패턴은 폭(W)이 대략 25 nm인 고분자 라인들이 약 90 nm의 피치(F)로 배치되게 형성하였다. 이 때 각 고분자 라인들의 두께는 대략 10nm 정도로 형성하였다. 이어서, 제조예 2의 블록 공중합체(A)를 플루오로벤젠에 약 1.0 중량%의 농도로 용해시켜 제조된 코팅액을 상기 기판 위에 약 25.6 nm의 두께로 코팅하고, 약 230℃에서 약 5분 동안 열적 숙성 (thermal annealing)을 통해 자기 조립된 블록 공중합체를 포함하는 막을 형성하였다. 도 2는 상기 자기 조립된 블록 공중합체막에 대한 결과이고, 해당 도면으로부터 직진성이 우수한 자기 조립 라멜라 구조가 효과적으로 형성된 것을 확인할 수 있다.A stripe pattern was formed on a silicon wafer substrate by using the random copolymer (A) of Preparation Example 5. The polymer stripe pattern on the silicon wafer may be formed by ArF immersion lithography or E-beam lithography (EBL). That is, by forming the polymer lines of the shape as shown in Figure 1 by the ArF immersion lithography or E-beam lithography (EBL) method to form a stripe pattern and crosslinking for 5 minutes at a temperature of about 200 ℃ Can be. The stripe pattern was formed such that polymer lines having a width W of about 25 nm were arranged at a pitch F of about 90 nm. At this time, the thickness of each polymer line was formed to about 10nm. Subsequently, the coating liquid prepared by dissolving the block copolymer (A) of Preparation Example 2 in a concentration of about 1.0% by weight in fluorobenzene was coated on the substrate to a thickness of about 25.6 nm, and at about 230 ° C. for about 5 minutes. Thermal annealing formed a film comprising the self-assembled block copolymer. 2 is a result of the self-assembled block copolymer film, it can be seen from the figure that the self-assembled lamellar structure with excellent straightness is effectively formed.

실시예 2.Example 2.

실리콘 웨이퍼 기판상에 상기 제조예 5의 랜덤 공중합체(A)를 사용하여 실시예 1과 같은 방식으로 스트라이프 패턴을 형성하였다. 상기 스트라이프 패턴은 폭(W)이 대략 23 nm인 복수의 고분자 라인들이 약 90 nm의 피치(F)로 배치되게 형성하였다. 이어서, 제조예 3의 블록 공중합체(B)를 플루오로벤젠에 약 1.0 중량%의 농도로 용해시켜 제조된 코팅액을 상기 기판 위에 약 26.7nm의 두께로 코팅하고, 약 230℃에서 5분 동안 열적 숙성 (thermal annealing)을 통해 자기 조립된 블록 공중합체를 포함하는 막을 형성하였다. 도 3은 상기 자기 조립된 블록 공중합체막에 대한 결과이고, 해당 도면으로부터 직진성이 우수한 자기 조립 라멜라 구조가 효과적으로 형성된 것을 확인할 수 있다. A stripe pattern was formed on the silicon wafer substrate in the same manner as in Example 1 using the random copolymer (A) of Preparation Example 5. The stripe pattern is formed such that a plurality of polymer lines having a width W of about 23 nm are arranged at a pitch F of about 90 nm. Subsequently, a coating liquid prepared by dissolving the block copolymer (B) of Preparation Example 3 in a concentration of about 1.0 wt% in fluorobenzene was coated on the substrate to a thickness of about 26.7 nm, and thermally at about 230 ° C. for 5 minutes. Thermal annealing formed a film comprising the self-assembled block copolymer. 3 is a result of the self-assembled block copolymer film, it can be seen from the figure that the self-assembled lamellar structure excellent in straightness is effectively formed.

비교예 1.Comparative Example 1.

실리콘 웨이퍼 기판상에 상기 제조예 5의 랜덤 공중합체(A)를 사용하여 실시예 1과 같은 방식으로 피닝 스트라이프 패턴을 형성하였다. 상기 스트라이프 패턴은 폭(W)이 대략 12 nm인 복수의 고분자 라인들이 약 93 nm의 피치(F)로 배치되게 형성하였다. 이어서, 제조예 3의 블록 공중합체(B)를 플루오로벤젠에 약 1.0 중량%의 농도로 용해시켜 제조된 코팅액을 상기 기판 위에 약 26.7nm의 두께로 코팅하고, 약 230℃에서 5분 동안 열적 숙성 (thermal annealing)을 통해 자기 조립된 블록 공중합체를 포함하는 막을 형성하였다. 도 4는 상기 자기 조립된 블록 공중합체막에 대한 결과이고, 해당 도면으로부터 자기 조립 구조의 직진성이 확보되지 않은 것을 확인할 수 있다.A pinning stripe pattern was formed on the silicon wafer substrate in the same manner as in Example 1 using the random copolymer (A) of Preparation Example 5. The stripe pattern was formed such that a plurality of polymer lines having a width W of about 12 nm were arranged at a pitch F of about 93 nm. Subsequently, a coating liquid prepared by dissolving the block copolymer (B) of Preparation Example 3 in a concentration of about 1.0 wt% in fluorobenzene was coated on the substrate to a thickness of about 26.7 nm, and thermally at about 230 ° C. for 5 minutes. Thermal annealing formed a film comprising the self-assembled block copolymer. 4 is a result of the self-assembled block copolymer film, it can be seen from the figure that the linearity of the self-assembly structure is not secured.

비교예 2.Comparative Example 2.

실리콘 웨이퍼 기판상에 상기 제조예 5의 랜덤 공중합체(A)를 사용하여 실시예 1과 같은 방식으로 피닝 스트라이프 패턴을 형성하였다. 상기 스트라이프 패턴은 폭(W)이 대략 9 nm인 복수의 고분자 라인들이 약 90 nm의 피치(F)로 배치되게 형성하였다. 이어서, 제조예 4의 블록 공중합체(C)를 플루오로벤젠에 약 1.0 중량%의 농도로 용해시켜 제조된 코팅액을 상기 기판 위에 약 26.3nm의 두께로 코팅하고, 약 230℃에서 5분 동안 열적 숙성 (thermal annealing)을 통해 자기 조립된 블록 공중합체를 포함하는 막을 형성하였다. 도 5는 상기 자기 조립된 블록 공중합체막에 대한 결과이고, 해당 도면으로부터 자기 조립 구조의 직진성 확보 효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.A pinning stripe pattern was formed on the silicon wafer substrate in the same manner as in Example 1 using the random copolymer (A) of Preparation Example 5. The stripe pattern was formed such that a plurality of polymer lines having a width W of about 9 nm were arranged at a pitch F of about 90 nm. Subsequently, a coating liquid prepared by dissolving the block copolymer (C) of Preparation Example 4 in a concentration of about 1.0 wt% in fluorobenzene was coated on the substrate to a thickness of about 26.3 nm, and thermally at about 230 ° C. for 5 minutes. Thermal annealing formed a film comprising the self-assembled block copolymer. 5 is a result of the self-assembled block copolymer film, it can be seen from the figure that the efficiency of securing the straightness of the self-assembly structure is inferior.

비교예 3.Comparative Example 3.

실리콘 웨이퍼 기판상에 상기 제조예 5의 랜덤 공중합체(A)를 사용하여 실시예 1과 같은 방식으로 피닝 스트라이프 패턴을 형성하였다. 상기 스트라이프 패턴은 폭(W)이 대략 15 nm인 복수의 고분자 라인들이 약 84 nm의 피치(F)로 배치되게 형성하였다. 이어서, 제조예 3의 블록 공중합체(B)를 플루오로벤젠에 약 1.0 중량%의 농도로 용해시켜 제조된 코팅액을 상기 기판 위에 약 26.7nm의 두께로 코팅하고, 약 230℃에서 5분 동안 열적 숙성(thermal annealing)을 통해 자기 조립된 블록 공중합체를 포함하는 막을 형성하였다. 도 6는 상기 자기 조립된 블록 공중합체막에 대한 결과이고, 해당 도면으로부터 자기 조립 구조의 직진성 확보 효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.A pinning stripe pattern was formed on the silicon wafer substrate in the same manner as in Example 1 using the random copolymer (A) of Preparation Example 5. The stripe pattern was formed such that a plurality of polymer lines having a width W of about 15 nm were arranged at a pitch F of about 84 nm. Subsequently, a coating liquid prepared by dissolving the block copolymer (B) of Preparation Example 3 in a concentration of about 1.0 wt% in fluorobenzene was coated on the substrate to a thickness of about 26.7 nm, and thermally at about 230 ° C. for 5 minutes. Thermal annealing formed a film comprising the self-assembled block copolymer. 6 is a result of the self-assembled block copolymer film, it can be seen from the figure that the efficiency of securing the straightness of the self-assembly structure is inferior.

비교예 4.Comparative Example 4.

실리콘 웨이퍼 기판상에 상기 제조예 5의 랜덤 공중합체(A)를 사용하여 실시예 1과 같은 방식으로 피닝 스트라이프 패턴을 형성하였다. 상기 스트라이프 패턴은 폭(W)이 대략 15 nm인 복수의 고분자 라인들이 약 112 nm의 피치(F)로 배치되게 형성하였다. 이어서, 제조예 3의 블록 공중합체(B)를 플루오로벤젠에 약 1.0 중량%의 농도로 용해시켜 제조된 코팅액을 상기 기판 위에 약 26.7nm의 두께로 코팅하고, 약 230℃에서 5분 동안 열적 숙성(thermal annealing)을 통해 자기 조립된 블록 공중합체를 포함하는 막을 형성하였다. 도 7은 상기 자기 조립된 블록 공중합체막에 대한 결과이고, 해당 도면으로부터 자기 조립 구조의 직진성 확보 효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.A pinning stripe pattern was formed on the silicon wafer substrate in the same manner as in Example 1 using the random copolymer (A) of Preparation Example 5. The stripe pattern was formed such that a plurality of polymer lines having a width W of about 15 nm were arranged at a pitch F of about 112 nm. Subsequently, a coating liquid prepared by dissolving the block copolymer (B) of Preparation Example 3 in a concentration of about 1.0 wt% in fluorobenzene was coated on the substrate to a thickness of about 26.7 nm, and thermally at about 230 ° C. for 5 minutes. Thermal annealing formed a film comprising the self-assembled block copolymer. 7 is a result of the self-assembled block copolymer film, it can be seen from the figure that the efficiency of ensuring the straightness of the self-assembly structure is inferior.

Claims (10)

복수의 고분자 라인으로 형성되는 스트라이프 패턴이 존재하는 기판 상에 블록 공중합체의 라멜라 패턴을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 고분자 라인간의 피치(F) 및 상기 블록 공중합체의 라멜라 패턴의 피치(L)의 비율(F/L)이 4.5 내지 5.5의 범위 내이며, 상기 고분자 라인의 폭(W)과 상기 블록 공중합체의 라멜라 패턴의 피치(L)의 비율(W/L)은 1 이상이고, 상기 복수의 고분자 라인 중 인접하는 고분자 라인간의 간격(F-W)과 상기 블록 공중합체의 라멜라 패턴의 피치(L)의 비율((F-W)/L)은 4 이하이고, 상기 블록 공중합체는 하기 화학식 1의 단위를 포함하는 제 1 블록과 하기 화학식 2의 단위를 포함하는 제 2 블록을 가지는 패턴화 기판의 제조 방법:
[화학식 1]
Figure pat00010

화학식 1에서 R은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, X는 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 카보닐기, -C(=O)-O- 또는 -O-C(=O)-이며, P는 탄소수 6 내지 18의 아릴렌기이고, Q는 단일 결합, 산소 원자, 황 원자, -S(=O)2-, 카보닐기, -C(=O)-O- 또는 -O-C(=O)-이며, Z는 탄소수 8 내지 20의 탄화수소 사슬이다:
[화학식 2]
Figure pat00011

화학식 2에서 X2는 단일 결합, 산소 원자 또는 황 원자이고, W는 3개 이상의 할로겐 원자를 포함하는 탄소수 6 내지 18의 아릴기이다.
Forming a lamellar pattern of the block copolymer on a substrate having a stripe pattern formed of a plurality of polymer lines,
The ratio (F / L) of the pitch (F) between the plurality of polymer lines and the pitch (L) of the lamellar pattern of the block copolymer is in the range of 4.5 to 5.5, and the width (W) of the polymer line and the block The ratio (W / L) of the pitch (L) of the lamellar pattern of the copolymer is 1 or more, and the spacing (FW) between adjacent polymer lines among the plurality of polymer lines and the pitch (L) of the lamellar pattern of the block copolymer. Ratio ((FW) / L) is 4 or less, and the block copolymer has a first block including a unit represented by the following Chemical Formula 1 and a second block including a unit represented by the following Chemical Formula 2 :
[Formula 1]
Figure pat00010

In formula (1), R is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, X is an oxygen atom, a sulfur atom, -S (= 0) 2- , a carbonyl group, -C (= 0) -O- or -OC (= 0 ), P is an arylene group having 6 to 18 carbon atoms, Q is a single bond, oxygen atom, sulfur atom, -S (= O) 2- , carbonyl group, -C (= O) -O- or -OC (= O)-, Z is a hydrocarbon chain of 8 to 20 carbon atoms:
[Formula 2]
Figure pat00011

In Formula 2, X 2 is a single bond, an oxygen atom or a sulfur atom, and W is an aryl group having 6 to 18 carbon atoms including three or more halogen atoms.
제 1 항에 있어서, 기판의 스트라이프 패턴이 존재하지 않는 표면은 베어(bare) 표면이고, 블록 공중합체의 라멜라 패턴을 상기 스트라이프 패턴 및 베어 표면에 접촉시켜 형성하는 패턴화 기판의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the surface on which the stripe pattern of the substrate does not exist is a bare surface, and the lamella pattern of the block copolymer is formed by contacting the stripe pattern and the bare surface. 제 1 항에 있어서, 고분자 라인의 폭이 15 내지 30 nm의 범위 내에 있는 패턴화 기판의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the width of the polymer line is in the range of 15 to 30 nm. 제 1 항에 있어서, 고분자 라인간의 피치가 80 내지 100 nm의 범위 내인 패턴화 기판의 제조 방법.The method of manufacturing a patterned substrate according to claim 1, wherein the pitch between the polymer lines is in the range of 80 to 100 nm. 제 1 항에 있어서, 고분자 라인들은 각각 폴리스티렌 라인인 패턴화 기판의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the polymer lines are each polystyrene lines. 제 1 항에 있어서, 고분자 라인들은 각각 가교 폴리스티렌 라인인 패턴화 기판의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the polymer lines are each crosslinked polystyrene lines. 제 1 항에 있어서, 블록 공중합체의 라멜라 패턴의 피치는 15 내지 25 nm의 범위 내인 패턴화 기판의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the pitch of the lamellar patterns of the block copolymer is in the range of 15 to 25 nm. 제 1 항에 있어서, 블록 공중합체는 수평균분자량이 10,000 내지 30,000의 범위 내인 패턴화 기판의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the block copolymer has a number average molecular weight in the range of 10,000 to 30,000. 제 1 항에 있어서, 블록 공중합체의 제 1 및 제 2 블록 중에서 어느 한 블록을 선택적으로 제거하는 단계를 추가로 수행하는 패턴화 기판의 제조 방법.The method of claim 1, further comprising selectively removing any of the first and second blocks of the block copolymer. 제 9 항에 있어서, 제 1 및 제 2 블록 중에서 어느 한 블록을 선택적으로 제거하고, 잔존하는 블록 공중합체 패턴을 마스크로 하여 기판을 식각하는 단계를 추가로 수행하는 패턴화 기판의 제조 방법.The method of claim 9, further comprising selectively removing any one of the first and second blocks, and etching the substrate using the remaining block copolymer pattern as a mask.
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