IPC分类号 : G03F7/00,C07C43/215,C07C43/225,C07C217/84,C07D209/48,C07F7/18,C08F12/20,C08F12/22,C08F12/26,C08F12/32,C08F212/14,C08F220/10,C08F220/30,C08F293/00,C08F297/00,C08F299/00,C08J5/18,C08L53/00,C08L55/00
专利摘要
专利摘要
提供了制造图案化基底的方法。该方法可以应用于装置如电子器件或集成电路的制造过程,或者应用于另一些用途例如制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、LCD、薄膜磁头或有机发光二极管;并且该方法可用于在用来制造离散磁道介质如集成电路、位元图案化介质和/或磁存储装置如硬盘驱动器的表面上构造图案。
权利要求
1.一种制造图案化基底的方法,包括:
形成包含嵌段共聚物的聚合物膜,在所述嵌段共聚物中自组装结构定向于经氧等离子体处理的基底的表面上,
其中所述嵌段共聚物包含第一嵌段和化学结构不同于所述第一嵌段的第二嵌段,
其中所述第一嵌段包含环结构,并且在所述环结构中取代有侧链,所述环结构不包含卤原子,
其中所述第二嵌段包含环结构,并且在所述环结构中取代有卤原子,
其中所述自组装结构包含垂直取向的嵌段共聚物而在所述基底的所述表面上不形成中性刷涂层,
其中所述嵌段共聚物的所述第一嵌段包含具有由式1表示的单元的嵌段:
[式1]
在式1中,R是氢或烷基,X是单键、氧原子、硫原子、-S(=O)
[式2]
-P-Q-Z
在式2中,P是亚芳基或亚环烷基,Q是单键、氧原子或-NR
其中所述第一嵌段的体积分数为0.2至0.6,并且所述第二嵌段的体积分数为0.4至0.8。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述基底是金属基底。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述基底包含选自以下的一种或更多种金属:金、铜、钛、镍、银、铝、锗、钨、锡、锑、铟、镉、钯、铅和铂,或者所述一种或更多种金属的氧化物、氮化物或硫化物。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述氧等离子体以30W至2000W的RF功率、5毫托至300毫托的工艺压力和20sccm至100sccm的氧流量施用。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述聚合物膜形成为与所述经氧等离子体处理的基底的所述表面接触。
6.根据权利要求1所述的方法,其中所述自组装结构是层状结构。
7.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一嵌段示出了在GIWAXS光谱的12nm
8.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一嵌段通过差示扫描量热法分析示出了-80℃至200℃范围内的熔融转变峰或各向同性转变峰。
9.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一嵌段通过XRD分析示出了在0.5nm
10.根据权利要求1所述的方法,所述侧链的成链原子数目和通过在所述第一嵌段上进行的XRD分析获得的散射矢量满足方程式2:
[方程式2]
3nm
在方程式2中,n为所述侧链的成链原子数目,q是其中通过在包含所述侧链的嵌段上进行的XRD分析显示出峰的最小散射矢量,或显示出具有最大峰面积的峰的散射矢量。
11.根据权利要求1所述的方法,所述第一嵌段与所述第二嵌段之间的表面能之差的绝对值为10mN/m或更小。
12.根据权利要求1所述的方法,所述第一嵌段与所述第二嵌段之间的密度之差的绝对值为0.25g/cm
13.根据权利要求1所述的方法,其中所述嵌段共聚物的第二嵌段包含3个或更多个卤原子。
14.根据权利要求1所述的方法,其中式2的P是具有6至12个碳原子的亚芳基。
15.根据权利要求1所述的方法,其中所述嵌段共聚物的所述第一嵌段包含具有由式3表示的单元的嵌段:
[式3]
在式3中,R是氢或具有1至4个碳原子的烷基,X是单键、氧原子、-C(=O)-O-或-O-C(=O)-,P是亚芳基,Q是氧原子或-NR
16.根据权利要求1所述的方法,其中所述嵌段共聚物的第二嵌段包含具有由式5表示的单元的嵌段:
[式5]
在式5中,B是具有包含一个或更多个卤原子的芳香族结构的一价取代基。
17.根据权利要求1所述的方法,还包括:
选择性地移除形成自组装结构的所述嵌段共聚物的任一嵌段。
18.根据权利要求17所述的方法,还包括:
在选择性地移除所述嵌段共聚物的任一嵌段之后蚀刻所述基底。
说明书
技术领域
本申请要求2014年9月30日提交的韩国专利申请第2014-0131964号、2015年6月4日提交的韩国专利申请第2015-0079469号、2014年12月8日提交的韩国专利申请第2014-0175411号、2014年12月8日提交的韩国专利申请第2014-0175414号、2014年12月8日提交的韩国专利申请第2014-0175410号、2014年12月8日提交的韩国专利申请第2014-0175415号、2014年12月8日提交的韩国专利申请第2014-0175412号、2014年12月8日提交的韩国专利申请第2014-0175413号、2014年12月8日提交的韩国专利申请第2014-0175407号、2014年12月8日提交的韩国专利申请第2014-0175406号、2014年12月8日提交的韩国专利申请第2014-0175400号、2014年12月8日提交的韩国专利申请第2014-0175401号和2014年12月8日提交的韩国专利申请第2014-0175402号的优先权和权益,其全部内容通过引用并入本文。
本申请涉及制造图案化基底的方法。
背景技术
嵌段共聚物具有这样的分子结构:其中具有不同化学结构的聚合物嵌段通过共价键连接。嵌段共聚物可通过相分离形成周期性排列的结构,例如球体、柱体或层。通过嵌段共聚物的自组装形成的结构的域的形状和尺寸可以通过例如形成各嵌段的单体类型或嵌段的相对比在较宽范围内进行控制。
由于这样的特性,嵌段共聚物被认为适用于能够制造纳米线,制造多种下一代纳米元件如量子点或金属点,或在预定的基底上形成高密度图案的光刻工艺(例如,参考非专利文献1)。
其中将嵌段共聚物水平或垂直地自组装在多种基底上的结构的取向控制技术是嵌段共聚物的实际应用的很大一部分。通常,嵌段共聚物的膜上的纳米结构的取向通过哪个嵌段暴露于表面或空气来确定。通常,由于许多基底是极性的并且空气是非极性的,在嵌段共聚物的嵌段中,具有较高极性的嵌段在基底上润湿,并且具有较低极性的嵌段在嵌段和空气之间的交界面润湿。因此,为了使具有不同特性的嵌段共聚物的嵌段在基底上同时湿润,提出了多种技术,最典型的技术是通过制造中性表面来控制取向。
[现有技术文献]
[非专利文献]
(非专利文献1)Chaikin and Register等,Science 276,1401(1997)
发明内容
技术目的
本申请涉及提供制造图案化基底的方法。
技术方案
除非另外特别限定,否则本文中使用的术语“烷基”可指具有1至20、1至16、1至12、1至8、或1至4个碳原子的烷基。烷基可为直链、支化或环状烷基,并且可任选地被一个或更多个取代基取代。
除非另外特别限定,否则本文中使用的术语“烷氧基”可指具有1至20、1至16、1至12、1至8或1至4个碳原子的烷氧基。烷氧基可以是直链的、支化的或环状烷氧基,并且可任选地经一个或更多个取代基取代。
除非另外特别限定,否则本文中使用的术语“烯基”或“炔基”可指具有2至20、2至16、2至12、2至8、或2至4个碳原子的烯基或炔基。烯基或炔基可为直链、支化或环状烯基或炔基,并且可任选地被一个或更多个取代基取代。
除非另外特别限定,否则本文中的术语“亚烷基”可为具有1至20、1至16、1至12、1至8、或1至4个碳原子的亚烷基。亚烷基可为直链、支化或环状亚烷基,并且可任选地被一个或更多个取代基取代。
除非另外特别限定,否则本文中使用的术语“亚烯基或亚炔基”可以指具有2至20、2至16、2至12、2至8或2至4个碳原子的亚烯基或亚炔基。亚烯基或亚炔基可以是直链的、支化的或环状的亚烯基或亚炔基,并且可任选地经一个或更多个取代基取代。
本文中使用的术语“单键”可以指相应部分中不存在单独的原子的情况。例如,当B为A-B-C表示的结构中的单键时,在由B表示的部分中不存在单独的原子,并且A和C直接连接,从而形成由A-C表示的结构。
在本发明中,作为可以在烷基、烯基、炔基、亚烷基,亚烯基、亚炔基、烷氧基、芳基、亚芳基或者链或芳香族结构中任选取代的取代基,可以使用羟基、卤原子、羧基、缩水甘油基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、硫醇基、烷基、烯基、炔基、亚烷基、亚烯基、亚炔基、烷氧基或芳基,但本申请不限于此。
本发明的一个方面提供制造图案化基底的方法。在一个实例中,制造方法可以通过使用定向的自组装材料作为模板的光刻工艺进行。这里,定向的自组装材料可以是例如嵌段共聚物。
该方法可以应用于例如制造器件如电子器件和集成电路的过程,或者可应用于不同用途如制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头或有机发光二极管。该方法还可以用于在用来制造集成电路、位元图案化介质和/或离散磁道介质如硬盘驱动器的表面上构造图案。
该方法可以包括在基底上形成定向的自组装材料的层,从而诱导自组装。
定向的自组装材料层在其上的基底的表面可以是经氧等离子体处理的表面。本发明人确认嵌段共聚物的垂直取向可以在基底表面上诱导而不用形成中性刷涂层,其通过基底表面上的氧等离子体处理以及如果必要的话控制形成于其基底上的嵌段共聚物来进行。因此,本文中使用的定向的自组装材料层可以形成为与经等离子体处理的基底的表面接触,并且基底的表面可以是其上未进行用于获得垂直取向的已知处理(除氧等离子体处理之外,包括中性表面处理或化学预图案化)的基底的表面。在本发明中,与某一表面接触的某一层或膜的形成可意指层或膜与基底表面之间不存在第三层。
当定向的自组装材料是嵌段共聚物时,嵌段共聚物可以在形成为与上述表面接触的膜上以垂直取向的状态存在。此外,垂直取向的自组装结构可以是层状结构,但是本申请不限于此。本文中使用的术语“垂直取向”可以是嵌段共聚物的取向,并且可以指由嵌段共聚物形成的自组装结构的取向方向垂直于基底方向。例如,垂直取向可以指自组装嵌段共聚物的嵌段域按顺序排列,并且嵌段域的界面区域基本上垂直地形成于基底表面上。本文使用的术语“垂直”是允许误差的表达,例如±10度、±8度、±6度、±4度或±2度以内的误差。
应用于本申请的方法的基底的类型没有特别限制。作为应用于本申请的方法的基底的实例,使用金属基底。术语“金属基底”可以指包含金属作为主要组分的基底。此处,包含金属作为主要组分意指例如基于重量包含55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%或更多的金属。作为应用于本发明的方法的基底,可以使用包含金属如金、铜、钛、镍、银、铝、锗、钨、锡、锑、铟、镉、钯、铅、锌或铂,或者所述金属的氧化物、氮化物或硫化物的基底,例如包含该组分作为主要组分的基底。本申请的方法可以使用除所述基底之外在应用于上述应用的表面上形成图案所需要的多种类型基底,并且基底的类型不特别限于此。
对基底表面进行的氧等离子体处理的条件没有特别限制,可以通过考虑例如要施用的嵌段共聚物的类型和期望的自组装结构来适当地进行控制。例如,氧等离子体处理可以在RF功率为30W至2000W,工艺压力为5毫托至300毫托,氧气流量为20sccm至100sccm的条件下进行。在另一个实例中,等离子体处理的条件的RF功率可以是40W、50W、60W、70W、80W或更大,或者1500W、1000W、800W、600W、400W、300W、200W或更小。在另一个实例中,等离子体处理的条件的工艺压力可以是10毫托、20毫托、30毫托、40毫托、50毫托、60毫托、70毫托、80毫托、90毫托或更大,290毫托、280毫托、270毫托、260毫托、250毫托、240毫托、230毫托、220毫托、210毫托、200毫托、190毫托、180毫托或更小。在另一个实例中,等离子体处理的条件的氧气流量可以是30sccm、40sccm、50sccm或更大,或者90sccm、80sccm或更小。
在用于本发明方法的基底的表面上,可以以规则间隔形成台面结构。例如,台面结构可以具有线形。这样的台面结构可以以规则的间隔彼此分开地设置在基底的表面上。台面结构可以基本上彼此平行地设置在基底的表面上。两个或更多个台面结构可以形成在基底的表面上。也就是说,由基底表面上的台面结构形成的沟槽的数目可以是一个或更多个。台面结构和沟槽的数目可以根据其用途进行控制而没有特别限制。当包含定向的自组装材料如嵌段共聚物的膜在由台面结构形成的沟槽中形成时,台面结构可用于引导形成的嵌段共聚物的自组装结构。
图1示出了其中形成有沟槽的示例性基底1。图1所示的示例性基底1可以包括具有台面结构的侧壁3和由基底或具有台面结构的表面4形成的沟槽2。
例如,如图2所示,可以在沟槽2中形成包含定向的自组装材料如嵌段共聚物的膜5,从而形成层状的自组装结构,其中化学性质彼此不同的两个域A和B以线形交替地形成。
基底表面上的沟槽的形状可以通过根据图案需要的待在基底上形成的图案或嵌段共聚物的自组装结构来确定。
在一个实例中,分离设置以形成沟槽的台面结构的距离(D)与台面结构的高度(H)之比(D/H)可以是0.1至10、0.5至10、1至10、1至9、1至8、1至7、1至6、1至5或1至4。另外,台面结构之间的距离(D)与台面结构的宽度(W)之比(D/W)可以是0.5至10、1至10、1至9、1至8、1至7、1至6、1至5或1至4。比(D/H或D/W)可以根据期望的用途而改变。本文中使用的术语“台面结构的距离(D)”是指间隔开的相邻台面结构之间的最短距离,并且距离(D)可以是例如约10nm至500nm、10nm至450nm、10nm至400nm、10nm至350nm、10nm至300nm、50nm至300nm,或100nm至300nm。本文中使用的术语“台面结构的高度(H)”是从基底的表面沿基底表面的法线方向向上测量的台面结构的尺寸,并且可以是例如约1nm至100nm、1nm至90nm、5nm至90nm、10nm至90nm、10nm至80nm,或20nm至70nm。本文中使用的术语“台面结构的宽度(W)”是从基底表面沿垂直于基底表面的法线方向的方向的台面结构的尺寸,例如可以为约10nm至500nm、10nm至450nm、10nm至400nm、10nm至350nm、10nm至300nm、50nm至300nm、或100nm至300nm。
例如,当定向自组装材料是嵌段共聚物和嵌段共聚物的层状图案时,台面结构之间的距离可以为约1至20L。在这种情况下,包含嵌段共聚物的膜,即在沟槽中形成的膜的厚度可以是约1至10L或1至8L。这里,L可以指由嵌段共聚物形成的层状图案的间距。
当台面结构被控制为上述形状时,可以在由台面结构形成的沟槽中有效地引导嵌段共聚物的自组装。然而,台面结构的尺寸仅仅是本发明的实例,并且可以根据具体方面而改变。
在基底上形成上述台面结构的方法没有特别限定,因此可以应用公知的方法。例如,台面结构可以通过用合适的方法蚀刻基底或在基底上沉积合适的材料来形成。
例如,由台面结构形成的沟槽可以包括在基底上依次形成台面结构形成材料层、抗反射层和抗蚀剂层;使抗蚀剂层图案化;以及使用经图案化的抗蚀剂层作为掩模来蚀刻台面结构形成材料层。
这里,台面结构形成材料的类型没有特别限制。例如,如下所述,材料层通过使用经图案化的抗蚀剂层作为掩模的蚀刻工艺形成台面结构,并且在该工艺中,可以使用适当的可蚀刻材料。例如,该材料可以是SiO2、无定形碳层(ACL)、旋涂玻璃(SOG)、旋涂碳(SOC)或氮化硅。这样的材料层可以通过例如旋涂或沉积方法如化学气相沉积(CVD)来涂覆。形成层时的材料层的厚度没有特别限定,可以通过考虑所期望的台面结构的高度(H)来使层形成为适当的厚度。
抗反射层可以形成在台面结构形成材料层上。抗反射层可以使用硅(Si)材料形成为SiARC,并且除此之外,可以使用任何已知的材料。抗反射层可以通过已知的涂覆或沉积方法形成。
抗蚀剂层可以形成在抗反射层上。抗蚀剂层可以使用已知的材料(例如可以通过光刻工艺图案化的已知材料)形成。这样的抗蚀剂层可以通过已知的光刻工艺进行图案化,并且由此获得的经图案化的抗蚀剂层可以用作下面的台面形成过程中的掩模。可以进行抗蚀剂层的图案化以在随后的蚀刻工艺中将台面结构的尺寸控制在期望的水平。
在抗蚀剂层的图案化之后,蚀刻工艺使用经图案化的抗蚀剂层作为蚀刻掩模,并且在蚀刻工艺中,可以蚀刻除由蚀刻掩模保护的区域之外的区域中的抗反射层和台面形成材料层。这种蚀刻可以通过已知的蚀刻工艺进行,并且可以通过例如反应离子蚀刻(RIE)方法来进行。通过蚀刻工艺形成上述台面结构,从而形成沟槽。可以进行蚀刻工艺直到未被蚀刻掩模保护的区域中的台面形成材料被完全移除为止,或者为了保留一些材料进行蚀刻工艺。因此,沟槽可以由台面结构的侧壁和侧壁之间的基底表面形成,并且可以形成在台面结构的侧壁和侧壁之间的台面结构形成材料的表面上。
根据上述说明,在基底的表面上形成一个台面形成材料层和一个抗反射层,并在其上进行光刻处理。然而,必要时可以交替地形成两个或更多个台面形成材料层和抗反射层中的各者。
形成于如上所述的沟槽中的自组装结构可以包含垂直取向的嵌段共聚物。
沟槽中形成的嵌段共聚物的自组装结构可以是例如球体、柱体、螺旋形或层状形状,并且在一个实例中是层状结构。然而,本申请不限于此。例如,当使用包含第一嵌段和第二嵌段的嵌段共聚物作为嵌段共聚物时,在第一或第二嵌段或与其共价键合的第三嵌段的链段中,另一链段可以具有规则结构,例如层状或柱形状。
作为保留在经氧等离子体处理的基底的表面上的嵌段共聚物,可以使用满足下述条件中的至少一个的嵌段共聚物。这种嵌段共聚物还可以在除氧等离子体处理之外不进行中性处理的基底的表面上具有垂直取向的自组装结构。
在上述方法中使用的示例性嵌段共聚物可以包含第一嵌段和不同于第一嵌段的第二嵌段。嵌段共聚物的各嵌段可以仅使用一种类型的单体或者两种或更多种类型的单体形成。嵌段共聚物可以是仅包含一个第一嵌段和一个第二嵌段的二嵌段共聚物。或者,嵌段共聚物可以是包含第一嵌段和第二嵌段中的各一个,并且额外地包含第一嵌段和第二嵌段中的任一个或全部,或者除了第一和第二嵌段外额外地包含第三嵌段的三嵌段共聚物。
由于嵌段共聚物包含通过共价键连接的两个或更多个聚合物链,因此相分离出现,并因而形成自组装结构。本发明人确定:当嵌段共聚物满足下文中将描述的任一个或两个或更多个条件时,垂直取向的自组装结构还可在未进行上述中性处理的沟槽基底表面上形成。因此,本申请的另一个方面提供了满足下文中将描述的条件中至少一者的嵌段共聚物。纳米尺度结构的形状或尺寸可通过控制嵌段共聚物的尺寸(例如,分子量)或嵌段间的相对比例来控制。以下条件是并列的,并因此一个条件不优先于另一个条件。嵌段共聚物可满足选自以下条件的任一者或两者或更多者。已示出嵌段共聚物可通过满足以下条件中的任一者而具有垂直取向。本文中所使用的术语“垂直取向”是指嵌段共聚物的取向,并且可指由嵌段共聚物形成的纳米结构的取向,所述取向与基底方向垂直。例如,垂直取向可指嵌段共聚物由第一嵌段形成的区域与由第二嵌段形成的区域之间的界面与基底表面垂直。本文中所使用的术语“垂直”是允许误差的表达,其包含例如±10度、±8度、±6度、±4度或±2度以内的误差。
通常,纳米结构的取向由形成嵌段共聚物的嵌段中的哪一个暴露于表面或空气来确定。通常,由于许多基底是极性的并且空气是非极性的,在嵌段共聚物的嵌段中,具有较高极性的嵌段与基底接触,并且具有较低极性的嵌段与空气接触。因此,提出了多种技术以与具有不同特性的嵌段共聚物的嵌段同时接触,最具代表性的技术是应用中性表面。
本发明人已确定:通过使嵌段共聚物满足如下文所述的条件中的一者或两者或更多者或全部,即使在未进行已知用于实现垂直取向或垂直排列的任何常规处理(包括中性刷涂层)的基底上,也可以实现垂直取向或垂直排列。
例如,根据本申请的一个方面的嵌段共聚物可相对于未进行特定预处理的亲水性表面和疏水性表面全部表现垂直取向。
此外,在本发明的另一个方面中,可通过热退火在短时间内以大面积诱导上述垂直取向。
本申请中使用的一个示例性嵌段共聚物包含第一嵌段和化学结构不同于所述第一嵌段的第二嵌段,并且所述嵌段共聚物或所述第一嵌段可显示出掠入射广角X射线散射(GIWAXS)谱图的12nm-1至16nm-1范围内的散射矢量的衍射图案的-90度至-70度内方位角处的峰和70度至90度内方位角处的峰(条件1)。
本申请中使用的另一示例性嵌段共聚物包含第一嵌段和化学结构不同于所述第一嵌段的第二嵌段,并且所述嵌段共聚物或所述第一嵌段可通过差示扫描量热(DSC)分析显示出-80℃至200℃范围内的熔融转变峰或各向同性转变峰(条件2)。
本申请中使用的另一示例性嵌段共聚物包含第一嵌段和化学结构不同于所述第一嵌段的第二嵌段,并且所述嵌段共聚物或所述第一嵌段可通过XRD分析显示出在0.5nm-1至10nm-1的散射矢量(q)范围内的半峰全宽(FWHM)在0.2nm-1至0.9nm-1范围内峰(条件3)。
本申请中使用的另一示例性嵌段共聚物包含第一嵌段和化学结构不同于所述第一嵌段的第二嵌段。所述第一嵌段包含侧链,并且所述侧链的成链原子的数目(n)和通过在所述第一嵌段上进行的XRD分析评估的散射矢量(q)可满足以下方程式2(条件4)。
[式2]
3nm-1至5nm-1=nq/(2×π)
在方程式2中,n为侧链的成链原子的数目;q为在包含所述侧链的嵌段上进行的X射线衍射分析中显示出峰的最小散射矢量(q),或显示出具有最大峰面积的峰的散射矢量(q)。
本申请中使用的另一示例性嵌段共聚物包含第一嵌段和化学结构不同于所述第一嵌段的第二嵌段,并且所述第一嵌段与所述第二嵌段之间的表面能之差的绝对值可为10mN/m或更小(条件5)。
本申请中使用的另一示例性嵌段共聚物包含第一嵌段和化学结构不同于所述第一嵌段的第二嵌段,并且所述第一嵌段与所述第二嵌段之间的密度之差的绝对值可为0.25g/cm3或更大(条件6)。
本申请中使用的另一示例性嵌段共聚物包含第一嵌段和化学结构不同于第一嵌段的第二嵌段,并且第一嵌段的体积分数可以为0.2至0.6,且第二嵌段的体积分数可以为0.4至0.8(条件8)。这种嵌段共聚物可以层状结构形成。
在本发明中,除非另有特别定义,否则可以通过温度改变的物理特性如润湿角或密度是在室温下测量的值。术语“室温”是不增加或降低的自然温度,例如约10℃至30℃,具体地,约25℃或23℃。
在嵌段共聚物中,第一嵌段可为包含将在下文中描述的侧链的嵌段。
下文中,将详细描述以下条件。
A.条件1
本申请的嵌段共聚物的任一嵌段可显示出GIWAXS谱图的12nm-1至16nm-1范围内的散射矢量的衍射图案的-90度至-70度方位角和70度至90度方位角二者处的峰。显示出所述峰的嵌段可为包含将在下文中描述的侧链的嵌段。在本说明书中,包含侧链的嵌段可为第一嵌段。本文中,方位角是上方(面外衍射的方向)衍射图案的角为0度时的方位角,其沿顺时针方向测量。换言之,沿顺时针方向测量的角由正数表示,而沿逆时针方向测量的角由负数表示。在每个方位角处观察到的FWHM可在5度至70度的范围内。在另一个实例中,FWHM可为7度、9度、11度、13度、15度、17度、19度、21度、25度、30度、35度、40度、45度或更大。在另一个实例中,FWHM可为65度、60度或更小。获得GIWAXS谱图的方法没有特别限制,并且可通过以下描述实施例的方法来获得。获得的谱图的衍射图案峰的轮廓可通过高斯拟合来拟合,并由此,可获得FWHM。在这种情况下,当获得高斯拟合结果的一半时,可将FWHM定义为由高斯拟合结果的一半获得的结果的值的2倍。在高斯拟合中,R平方为约0.26至0.95。即,可在上述范围内的任一个R平方处观察到上述FWHM。获得上述信息的方法是本领域内已知的,并且例如,可应用数值分析程序例如Origin。
可以在仅使用构成待检测嵌段的单体制备的聚合物上检测GIWAXS。例如,可以通过使用聚合物形成膜并对膜进行热退火来检测GIWAXS。膜可以通过以下方法形成:施用用溶剂(例如氟苯)以约0.7重量%的浓度稀释聚合物制备的涂覆溶液以具有约25nm的厚度和2.25cm2的涂覆面积(宽度:1.5cm,长度:1.5cm),并对这种涂覆膜进行热退火。热退火可以通过将膜保持在例如约160℃约1小时来进行。在上述GIWAXS方位角处显示出上述峰的嵌段可以被布置为具有取向,并且这样的嵌段可以显示出优异的相分离或自组装特性,以及与不同嵌段的垂直取向。
B.条件2
本申请的嵌段共聚物或嵌段共聚物的任一种嵌段可通过DSC分析显示出-80℃至200℃范围内的熔融转变峰或各向同性转变峰。当嵌段共聚物的任一种嵌段在DSC分析中表现出上述行为,并且包含这样的嵌段的嵌段共聚物同时满足条件2和3时,通过DSC分析表现出上述行为的嵌段可为显示出条件2中所述GIWAXS中的峰的嵌段,即,显示出在GIWAXS谱图的12nm-1至16nm-1范围内的散射矢量的衍射图案的所有-90度至-70度方位角和70度至90度方位角处的峰的嵌段,例如第一嵌段。嵌段共聚物或嵌段共聚物的任一种嵌段可显示出熔融转变峰和各向同性转变峰中的任一者或二者。这样的嵌段共聚物可为整体显示出适合自组装的结晶相和/或液晶相的共聚物,或者显示出这样的结晶相和/或液晶相的共聚物。
表现出上述DSC行为的嵌段共聚物或嵌段共聚物的任一种嵌段可另外满足条件2中的以下条件。
例如,当同时显示出各向同性转变峰和熔融转变峰时,显示出各向同性转变峰的温度(Ti)与显示出熔融转变峰的温度(Tm)之差(Ti-Tm)可为5℃至70℃。在另一个实例中,差(Ti-Tm)可为10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、或者60℃或更大。各向同性转变峰的温度(Ti)与熔融转变峰的温度(Tm)之差(Ti-Tm)在上述范围内的嵌段共聚物或包含这样的嵌段的嵌段共聚物可具有优异的相分离或自组装特性。
在另一个实例中,当同时显示出各向同性转变峰和熔融转变峰时,各向同性转变峰的面积(I)与熔融转变峰的面积(M)之比(M/I)可为0.1至500。具有根据DSC分析的各向同性转变峰的面积(I)与熔融转变峰的面积(M)之比(M/I)的嵌段共聚物或包含这样的嵌段的嵌段共聚物可保持优异的相分离或自组装特性。在另一个实例中,比(M/I)可为0.5、1、1.5、2、2.5、或者3或更大。此外,在另一个实例中,所述比(M/I)可为450、400、350、300、250、200、150、100、90、85或更小。
进行DSC分析的方法是本领域已知的,并且在本发明中,所述分析可通过这样的已知方法进行。
显示出熔融转变峰的温度(Tm)的范围可为-10℃至55℃。在另一个实例中,所述温度(Tm)可为50℃、45℃、40℃、35℃、30℃、25℃、20℃、15℃、10℃、5℃、0℃或更低。
嵌段共聚物可包含具有如下文中将描述的侧链的嵌段。在这种情况下,嵌段共聚物可满足以下方程式1。
[方程式1]
10℃≤Tm–12.25℃×n+149.5℃≤10℃
在方程式1中,Tm可为嵌段共聚物或具有侧链的嵌段的熔融转变峰的温度,并且n为所述侧链的成链原子的数目。
满足上述方程式的嵌段共聚物可具有优异的相分离或自组装特性。
在另一个实例中,在方程式1中,Tm–12.25℃×n+149.5℃可为约-8℃至8℃、约-6℃至6℃、或约-5℃至5℃。
C.条件3
本申请的嵌段共聚物可包含在X射线衍射分析(XRD分析)中显示出预定散射矢量(q)范围内的至少一个峰的嵌段。当嵌段共聚物满足条件3以及条件1和/或2时,满足条件1和/或2的嵌段可为满足条件3的嵌段。满足条件3的嵌段可为第一嵌段。
例如,嵌段共聚物的任一嵌段可在XRD分析中显示出0.5nm-1至10nm-1的散射矢量(q)内的至少一个峰。在另一个实例中,通过峰显示的散射矢量(q)可为0.7、0.9、1.1、1.3、1.5nm-1或更大。在另一个实例中,通过峰显示的散射矢量(q)可为9、8、7、6、5、4、3.5、3nm-1或更小。在散射矢量(q)的范围内检测到的FWHM可为0.2nm-1至0.9nm-1。在另一个实例中,FWHM可为0.25nm-1、0.3nm-1、0.4nm-1或更大。在另一个实例中,FWHM可为0.85nm-1、0.8nm-1、0.75nm-1或更小。
在条件4中,术语“半峰全宽(FWHM)”可指显示出最大峰强度的1/2的位置处峰的宽度(散射矢量(q)差)。
XRD分析中的散射矢量(q)和FWHM是通过使用最小二乘法对经由以下XRD分析获得的结果应用数值分析而获得的值。在上述方法中,可将XRD衍射图案中显示出最小强度的部分设为基线以使其强度为0,XRD图案峰的轮廓通过高斯拟合来拟合,并且散射矢量和FWHM可由拟合结果获得。在高斯拟合中,R平方为至少0.9、0.92、0.94、或者0.96或更大。由XRD分析获得这样的信息的方法是本领域已知的,并且例如,可应用数值分析程序例如Origin。
显示出散射矢量(q)范围内的FWHM的嵌段可包含适合自组装的结晶部分。包含在上述散射矢量(q)范围内鉴定的嵌段的嵌段共聚物可具有优异的自组装特性。
XRD分析可如下进行:在用X射线照射样品后,测量根据散射矢量的散射强度。XRD分析可使用通过使嵌段共聚物的任一嵌段,例如仅构成第一嵌段的单体聚合而制备的聚合物来进行。XRD分析可在这样的聚合物上进行而没有特殊预处理,并且例如,通过在合适的条件下干燥后用X射线照射进行。作为X射线,可使用垂直尺寸为0.023mm并且水平尺寸为0.3mm的X射线。通过使用测量装置(例如,2D marCCD)散射样品可获得2D衍射图案的图像,并且获得的衍射图案可通过上述方法拟合,从而获得散射矢量和FWHM。
D.条件4
本申请的嵌段共聚物可包含具有将在下文中描述的侧链的嵌段作为第一嵌段,并且所述侧链的成链原子的数目(n)可满足通过如条件3所示进行的XRD分析获得的散射矢量(q)和以下方程式2。
[方程式2]
3nm-1至5nm-1=nq/(2×π)
在方程式2中,n为成链原子的数目;并且q为在包含侧链的嵌段上进行的XRD分析中显示出峰的最小散射矢量(q),或显示出具有最大峰面积的峰的散射矢量(q)。此外,在方程式2中,π为圆周率。
引入方程式2的散射矢量是通过在XRD分析方法中描述的相同方法获得的值。
引入方程式2的散射矢量(q)可为例如0.5nm-1至10nm-1。在另一个实例中,引入方程式2的散射矢量(q)可为0.7nm-1、0.9nm-1、1.1nm-1、1.3nm-1、1.5nm-1或更大。在另一个实例中,引入方程式2的散射矢量(q)可为9nm-1、8nm-1、7nm-1、6nm-1、5nm-1、4nm-1、3.5nm-1、3nm-1或更小。
方程式2示出当膜由只由嵌段共聚物的具有侧链的嵌段所构成的聚合物形成时,包含侧链的聚合物主链间的距离(D)与成链原子的数目之间的关系,并且当具有侧链的聚合物的侧链的成链原子的数目满足方程式2时,侧链的结晶度增加,并因此可高度增强嵌段共聚物的相分离特性或垂直取向。在另一个实例中,根据方程式2的nq/(2×π)可为4.5nm-1或更小。此处,具有侧链的聚合物的主链间的距离(D,单位:nm)可通过方程式D=2×π/q来计算,其中D为距离(D,单位:nm),并且π和q在方程式2中限定。
E.条件5
本申请的嵌段共聚物的第一嵌段与第二嵌段之间的表面能之差的绝对值可为10mN/m、9mN/m、8mN/m、7.5mN/m、7mN/m或更小。表面能之差的绝对值可为1.5mN/m、2mN/m、2.5mN/m或更大。其中具有上述范围的表面能之差的绝对值的第一嵌段和第二嵌段通过共价键相连的结构可通过由适当的不相容性引起的相分离来引导有效的微相分离。此处,第一嵌段可为例如具有将在下文中描述的侧链的嵌段,或者具有不含卤原子的芳香族结构的嵌段。
表面能可使用液滴形状分析仪(DSA100,KRUSS)测量。特别地,表面能可在如下制备的膜上测量:将通过用氟苯稀释用于测量表面能的目标样品(嵌段共聚物或均聚物)而制备的浓度为固含量约2重量%的涂覆溶液涂覆在基底上,以具有约50nm的厚度和4cm2的涂覆面积(宽度:2cm,长度:2cm),在室温下将基底干燥约1小时,并且在160℃下对经干燥的基底热退火约1小时。将通过将表面张力已知的去离子水滴在经热退火的膜上来测量接触角的过程重复5次,由此获得所获得的五个接触角的平均值,并且将以上述相同方式通过滴表面张力已知的二碘甲烷而获得接触角的过程重复5次,由此获得所获得五个接触角的平均值。之后,可使用获得的去离子水和二碘甲烷的接触角的平均值通过Owens-Wendt-Rabel-Kaelble法代替溶剂的表面张力值(Strom值)而获得表面能。嵌段共聚物各个嵌段的表面能的值可根据只使用形成所述嵌段的单体制备的均聚物来计算。
当嵌段共聚物包含上述侧链时,具有所述侧链的嵌段可具有高于其他嵌段的表面能。例如,当嵌段共聚物的第一嵌段包含侧链时,第一嵌段可具有高于第二嵌段的表面能。在这种情况下,第一嵌段的表面能可为约20mN/m至40mN/m。第一嵌段的表面能可为22mN/m、24mN/m、26mN/m、28mN/m或更大。第一嵌段的表面能可为38mN/m、36mN/m、34mN/m、32mN/m或更小。包含第一嵌段并且具有上述与第二嵌段的表面能之差的嵌段共聚物可具有优异的自组装特性。
F.条件6
嵌段共聚物中第一嵌段与第二嵌段之间的密度之差的绝对值可为0.25g/cm3、0.3g/cm3、0.35g/cm3、0.4g/cm3、0.45g/cm3或更大。所述密度差的绝对值可为0.9g/cm3、0.8g/cm3、0.7g/cm3、0.65g/cm3、0.6g/cm3或更小。其中具有上述范围的密度差的绝对值的第一嵌段和第二嵌段通过共价键相连的结构可通过由适当的不相容性引起的相分离来引导有效的微相分离。
嵌段共聚物各嵌段的密度可使用已知的浮力法测量,并且例如,可通过分析具有已知的空气中质量和密度的溶剂(例如,乙醇)中嵌段共聚物的质量来测量密度。
当包含上述侧链时,具有所述侧链的嵌段可具有低于其他嵌段的密度。例如,当嵌段共聚物的第一嵌段包含侧链时,第一嵌段可具有低于第二嵌段的密度。在这种情况下,第一嵌段的密度可为约0.9g/cm3至1.5g/cm3。第一嵌段的密度可为0.95g/cm3或更大。第一嵌段的密度可为1.4g/cm3、1.3g/cm3、1.2g/cm3、1.1g/cm3、1.05g/cm3或更小。包含第一嵌段并且具有与第二嵌段的密度差的嵌段共聚物可具有优异的自组装特性。
G.条件7
嵌段共聚物可以包含体积分数为0.4至0.8的第一嵌段和体积分数为0.2至0.6的第二嵌段。当嵌段共聚物包含侧链时,具有所述链的嵌段的体积分数可以为0.4至0.8。例如,当第一嵌段包含所述链时,第一嵌段的体积分数可以为0.4至0.8,并且第二嵌段的体积分数可以为0.2至0.6。第一嵌段和第二嵌段的体积分数的总和可以是1。包含具有上述体积分数的嵌段的嵌段共聚物可以具有优异的自组装性。嵌段共聚物的各嵌段的体积分数可以基于通过凝胶渗透色谱法(GPC)测量的各嵌段的的密度和分子量来获得。此处,密度可以通过上述方法计算。
如上所述,嵌段共聚物可以满足选自条件1至7中的任意一个或两个或更多个。
例如,嵌段共聚物可以是满足条件1、2、3、4、5、6或7的嵌段共聚物。
在一个实例中,嵌段共聚物可以包含满足上述条件中条件1至4中的一个或两个或更多个的第一嵌段,和具有根据条件5的表面能之差的第二嵌段。
在另一个实例中,嵌段共聚物可以包含满足上述条件中条件1至4中的一个或两个或更多个的第一嵌段,具有根据条件5的表面能之差的第二嵌段,并因此,第一嵌段与第二嵌段之比可满足条件7。
虽然不受理论的限制,但是满足条件1至4中任一项的第一嵌段可以具有结晶性或液晶性,因此可以堆叠以形成规则的自组装结构。在该状态下,当第一嵌段和第二嵌段满足根据条件5的表面能之差时,由第一嵌段和第二嵌段中的每个形成的域可以基本上是中性的,因此,膜可以垂直取向,无论在其上形成自组装膜的表面的特性如何。当嵌段之比满足条件7时,可以使中和效果最大化,因此可以使树脂取向效果最大化。
作为另一个条件,嵌段共聚物的数均分子量(Mn)可为例如3000至300000。术语“数均分子量”是通过凝胶渗透色谱法(GPC)测量的相对于标准物聚苯乙烯的转换值,并且除非另外特别定义,否则本文中的术语“分子量”意指数均分子量(Mn)。在另一个实例中,分子量(Mn)可为例如3000、5000、7000、9000、11000、13000、15000或更大。在另一个实例中,分子量(Mn)可为约250000、200000、180000、160000、140000、120000、100000、90000、80000、70000、60000、50000、40000、30000、25000或更小。嵌段共聚物的多分散性(Mw/Mn)可为1.01至1.60。在另一个实例中,多分散性可为约1.1、1.2、1.3、1.4或更大。
在该范围内,嵌段共聚物可具有适当的自组装特性。嵌段共聚物的数均分子量可通过考虑期望的自组装结构来控制。
上述条件可通过例如控制嵌段共聚物的结构来满足。例如,满足上述条件中的一者或更多者的第一嵌段和第二嵌段中至少一者或全部可至少包含芳香族结构。第一嵌段和第二嵌段全部可包含芳香族结构,并且在这种情况下,包含在第一嵌段和第二嵌段中的芳香族结构可彼此相同或不同。此外,将在下文中描述的满足上述条件中的一者或更多者的嵌段共聚物中的第一嵌段和第二嵌段中至少一者可包含上述侧链、或至少一个卤原子,并且所述侧链和所述卤原子可被芳香族结构取代。本申请的嵌段共聚物可包含两种或更多种嵌段。
如上所述,嵌段共聚物的第一嵌段和/或第二嵌段可包含芳香族结构。这样的芳香族结构可包含在第一嵌段和第二嵌段中的仅一者中或者二者中。当两种嵌段均包含芳香族结构时,所述嵌段的芳香族结构可彼此相同或不同。
本文中的术语“芳香族结构”是指芳香族化合物的结构,并且术语“芳基”可指衍生自芳香族化合物的一价基团,并且“亚芳基”可指衍生自芳香族化合物的二价基团。本文中,除非另外特别定义,否则芳香族化合物是这样的化合物:其具有苯环,或者通过共用一个或两个碳原子而相连或用任选的连接体相连的两个或更多个苯环,或者其衍生物。因此,芳基,即,衍生自芳香族化合物的一价基团可指其中通过释放芳香族化合物的一个氢原子而形成的自由基形成共价键的取代基;而亚芳基,即,衍生自芳香族化合物的二价基团可指其中通过释放芳香族化合物的两个氢原子而形成的自由基形成共价键的取代基。芳基或亚芳基可为例如具有6至30、6至25、6至21、6至18、或6至13个碳原子的芳基或亚芳基。作为芳基或亚芳基,还可使用衍生自苯、萘、偶氮苯、蒽、菲、并四苯、芘、或苯并芘的一价或二价基团。本文中的术语“芳香族结构”可作为与芳基或亚芳基相同的含义使用。
芳香族结构可为包含在嵌段主链中的结构,或者连接至嵌段主链作为侧链的结构。上述条件可通过适当控制可包含在各嵌段中的芳香族结构来进行调整。
在一个实例中,满足所述条件中至少一者的嵌段共聚物可包含含有侧链的第一嵌段和不同于所述第一嵌段的第二嵌段。本文中,侧链可为将在下文中描述的具有8或更多个成链原子的侧链。第一嵌段可为满足条件2、3、4和5中任一者、两者或更多者、或全部的嵌段。
第一嵌段可包含环结构,并且环结构可取代有侧链。环结构可为上述芳香族结构、芳基或亚芳基、或者脂环族环结构。这样的环结构可为不具有卤原子的环结构。
除非另外特别限定,否则本文中使用的“脂环族环结构”是指环状烃结构,而不是芳香族环结构。脂环族环结构可以以一价或二价基团的形式包含在嵌段共聚物中。除非另外特别限定,否则脂环族环结构可为例如具有3至30、3至25、3至21、3至18、或3至13个碳原子的脂环族环结构。
与第一嵌段一起包含的第二嵌段是化学上不同于第一嵌段的嵌段。第二嵌段可为例如包含卤原子,例如氯原子或氟原子的嵌段。第二嵌段可包含1、2、3、4、5或更多个卤原子。卤原子的数目可为例如30、25、20、15、10、9、8、7、6、5或更少。第二嵌段可包含环结构,并且这样的环结构中可取代有卤原子。环结构可为上述芳香族结构、芳基或亚芳基。
本文中使用的术语“侧链”意指与聚合物的主链相连的链,并且术语“成链原子”意指作为形成侧链的原子的形成线性结构的链的原子。侧链可为直链或支化的,但是成链原子的数目可以仅作为构成最长直链的原子的数目计算,不包含与成链原子键合的其他原子(例如,当成链原子为碳原子时,与碳原子键合的氢原子)。例如,在支化的链的情况下,成链原子的数目可作为构成最长链的成链原子的数目计算。例如,当侧链为正戊基时,所有成链原子均为碳,其数目为5,并且即使当侧链为2-甲基戊基时,所有成链原子均为碳,其数目仍为5。作为成链原子,可使用碳、氧、硫或氮,并且合适的成链原子可为碳、氧或氮,或者碳或氧。成链原子的数目可为8、9、10、11、12或更多。成链原子的数目还可为30、25、20、16或更少。
为了控制上述条件,可使具有8或更多个成链原子的链连接至嵌段共聚物的第一嵌段的侧链。本文中的术语“链”和“侧链”可指相同主题。
如上所述,侧链可为具有8个、9个、10个、11个、12个或更多个成链原子的链。成链原子的数目还可为30、25、20、16或更少。成链原子可为碳原子、氧原子、氮原子或硫原子,并且优选地,碳或氧。
作为侧链,可使用烃链,例如烷基、烯基或炔基。烃链的碳原子中至少一个可被硫原子、氧原子或氮原子取代。
当侧链与环结构(例如,芳香族结构)相连时,所述链可直接连接至环结构,或者通过连接体连接至环结构。作为连接体,可使用氧原子、硫原子、–NR1–、–S(=O)2–、羰基、亚烷基、亚烯基、亚炔基、–C(=O)–X1–或–X1–C(=O)–。本文中,R1为氢、烷基、烯基、炔基、烷氧基或芳基,X1为单键、氧原子、硫原子、–NR2–、–S(=O)2–、亚烷基、亚烯基或亚炔基,并且此处,R2可为氢、烷基、烯基、炔基、烷氧基或芳基。作为合适的连接体,可使用氧原子。侧链可以例如通过氧原子或氮原子连接至环结构例如芳香族结构。
当上述环结构,例如芳香族结构作为侧链连接至嵌段的主链时,芳香族结构也可直接连接或可通过连接体连接至所述主链。在这种情况下,作为连接体,可使用氧原子、硫原子、–S(=O)2–、羰基、亚烷基、亚烯基、亚炔基、–C(=O)–X1–或–X1–C(=O)–,并且在这种情况下,X1为单键、氧原子、硫原子、–S(=O)2–、亚烷基、亚烯基或亚炔基。作为连接芳香族结构与主链的合适连接体,可使用–C(=O)–O–或–O–C(=O)–,但本申请不限于此。
在另一个实例中,包含在嵌段共聚物的第一嵌段和/或第二嵌段中的芳香族结构可包含1、2、3、4、5或更多个卤原子。卤原子的数目可为例如30、25、20、15、10或更少。作为卤原子,可使用氟或氯,并且优选使用氟原子。如上所述,具有包含卤原子的芳香族结构的嵌段可通过与其他嵌段的适当相互作用而有效地实现相分离结构。
作为包含卤原子的芳香族结构,可使用具有6至30、6至25、6至21、6至18、或6至13个碳原子的芳香族结构,但本申请不限于此。
在嵌段共聚物中,第一嵌段和第二嵌段全部包含芳香族结构,以实现适当的相分离结构,第一嵌段可包含不含卤原子的芳香族结构,并且第二嵌段可包含含有卤原子的芳香族结构。此外,上述侧链可直接连接或通过包括氧或氮的连接体连接至第一嵌段的芳香族结构。
当嵌段共聚物包含具有侧链的嵌段时,所述嵌段可为例如包含由式1表示的单元的嵌段。所述嵌段可为包含以下式1的单元作为主要组分的嵌段。本文中的表达“包含单元作为主要组分的嵌段”可指嵌段包含基于重量60%、70%、80%、90%、95%或更多的单元,或者60摩尔%、70摩尔%、80摩尔%、90摩尔%、95摩尔%或更多的单元。
[式1]
在式1中,R为氢或烷基,X为单键、氧原子、硫原子、–S(=O)2–、羰基、亚烷基、亚烯基、亚炔基、–C(=O)–X1–或–X1–C(=O)–,并且在这种情况下,X1为氧原子、硫原子、–S(=O)2–、亚烷基、亚烯基或亚炔基,并且Y为包含与具有成链原子的侧链相连的环结构的一价取代基。
在式1中,Y是至少包含环结构的取代基。例如,当环结构为芳香族环时,成链原子数目可以为3或更大,并且当环结构为脂环族环结构时,成链原子数目可以为8或更大。即使当环结构为芳香族环结构时,成链原子数目也可以是5、7、8或更大。
在式1中,在另一个实例中,X可以是单键、氧原子、羰基、-C(=O)-O-或-O-C(=O)-、优选-C(=O)-O-,但本申请不限于此。
在式1中,Y的一价取代基包含由至少3或8个成链原子形成的链结构。
如上所述,本文中使用的术语“成链原子”意指形成预定链(例如侧链)的线性结构的原子。链可为直链或支化的,但是成链原子的数目只计算构成最长直链的原子的数目。不计算与成链原子键合的别的原子(例如,当成链原子为碳原子时,与碳原子键合的氢原子)。此外,在支化的链的情况下,成链原子的数目可算作构成最长链的成链原子的数目。例如,当链为正戊基时,成链原子均为碳,其数目为5,并且即使当链为2-甲基戊基时,成链原子均为碳,其数目仍为5。作为成链原子,可使用碳、氧、硫或氮,并且合适的成链原子可为碳、氧或氮,或者碳或氧。成链原子的数目可为3、5、7、8、9、10、11、12或更多。成链原子的数目还可为30、25、20、16或更少。成链原子数的合适的下限可以通过如上所述的环结构的类型来确定。
式1的嵌段可以使嵌段共聚物具有优异的自组装特性并满足上述条件。
在一个实例中,链可以是线性烃链,例如线性烷基。在这种情况下,烷基可以是具有3、5、7、8或更多,8至30、8至25、8至20或8至16个碳原子的烷基。烷基的一个或多个碳原子可以任选地经氧原子取代,并且烷基的至少一个氢原子可以任选地被另外的取代基替代。
在式1中,Y包含环结构,并且链可以连接环结构。由于这种环状结构,可以进一步提高嵌段共聚物的自组装特性。环结构可以是芳香族结构或脂环族结构。
链可以直接连接或通过连接体连接环结构。作为连接体,可以使用氧原子、硫原子、-NR1-、-S(=O)2-、羰基、亚烷基、亚烯基、亚炔基、-C(=O)-X1-或-X1-C(=O)-,并且在这种情况下,R1可以是氢、烷基、烯基、炔基、烷氧基或芳基,X1可以是单键、氧原子、硫原子、-NR2-、-S(=O)2-、亚烷基、亚烯基或亚炔基,其中R2可以是氢、烷基、烯基、炔基、烷氧基或芳基。作为合适的连接体,可以使用氧原子或氮原子。链可以通过例如氧原子或氮原子连接芳香族结构。在这种情况下、连接体可以是氧原子,或-NR1-(其中R1是氢、烷基、烯基、炔基、烷氧基或芳基)。
式1中的Y可以由式2表示。
[式2]
-P-Q-Z
在式2中,P是亚芳基或亚环烷基,Q是单键、氧原子或-NR3-,其中R3是氢、烷基、烯基、炔基、烷氧基或芳基,当P是亚芳基时,Z是具有三个或更多个成链原子的链,或者当P是亚环烷基时,Z是具有8个或更多个成链原子的链。当式1中的Y为式2的取代基时,式2的P可以直接与式1的X连接。
在式2中,作为合适的实例,P可以是具有6至12个碳原子的亚芳基,例如亚苯基,但本申请不限于此。
在式2中,作为合适的实例,Q可以是氧原子或-NR1-(其中R1是氢、烷基、烯基、炔基、烷氧基或芳基)。
作为式1的单元的实例(以下可称为第一嵌段的单元),该单元由式3表示。这样的嵌段在说明书中可以称为1A嵌段单元,但是本申请不限于此。
[式3]
在式3中,R是氢或具有1至4个碳原子的烷基,X是单键、氧原子、-C(=O)-O-或-O-C(=O)-,P是亚芳基,Q是氧原子或-NR3-,其中R3是氢、烷基、烯基、炔基、烷氧基或芳基,Z是具有8个或更多个成链原子的线性链。在另一个实例中,在式3中,Q可以是氧原子。
在另一个实例中,第一嵌段的单元可以由式4表示。在说明书中,这样的单元可以被称为1B嵌段单元。
[式4]
在式4中,R1和R2各自独立地为氢或具有1至4个碳原子的烷基,X为单键、氧原子、硫原子、-S(=O)2-、羰基、亚烷基、亚烯基、亚炔基、-C(=O)-X1-或-X1-C(=O)-,其中X1是单键、氧原子、硫原子、-S(=O)2-、亚烷基、亚烯基或亚炔基,T是单键或亚芳基,Q是单键或羰基,并且Y是具有8个或更多个成链原子的链。
在由式4表示的1B嵌段单元中,X可以是单键、氧原子、羰基、-C(=O)-O-或-O-C(=O)-。
具体地,作为包含在1B嵌段单元中的Y的链,可以应用与式1中描述类似的链。
在另一个实例中,在式1、3和4中的任一个中,第一嵌段单元可以是其中具有8个或更多个成链原子的链的至少一个成链原子的电负性为3或更大的单元。在另一个实例中,原子的电负性可以是3.7或更小。在说明书中,该单元可以被称为1C嵌段单元。此处,作为电负性为3或更大的原子,可以使用氮原子或氧原子,但本申请不限于此。
可以与包含1A、1B或1C嵌段单元的第一嵌段一起包含于嵌段共聚物中的另外嵌段(以下可称为第二嵌段)的类型没有特别限制。
例如,第二嵌段可以是聚乙烯吡咯烷酮嵌段、聚乳酸嵌段、聚乙烯基吡啶嵌段、聚苯乙烯嵌段如聚苯乙烯或聚三甲基甲硅烷基苯乙烯、聚环氧烷嵌段如聚环氧乙烷、聚丁二烯嵌段、聚异戊二烯嵌段、或聚烯烃嵌段如聚乙烯。这种嵌段在本说明书中可以被称为2A嵌段。
在一个实例中,作为可以与包含1A、1B或1C嵌段单元的第一嵌段一起包含的第二嵌段,可以使用具有包含至少一个卤原子的芳香族结构的嵌段。
这样的第二嵌段可以是例如包含由式5表示的单元的嵌段。在说明书中,式5的单元可以被称为2B嵌段单元。第二嵌段可以包含2B嵌段单元作为主要组分。
[式5]
在式5中,B是具有包含一个或多个卤原子的芳香族结构的一价取代基。
包含这种单元的第二嵌段可以与用于嵌段共聚物的第一嵌段极好地相互作用以具有优异的自组装特性。
在式5中,芳香族结构可以是例如具有6至18或6至12个碳原子的芳香族结构。
另外,作为包含于式5中的卤原子,可以使用氟原子或氯原子,并且可以合适地使用氟原子,但本申请不限于此。
在一个实例中,式5的B可以是具有拥有6至12个碳原子的芳香族结构的一价取代基,其经1、2、3、4、5或更多个卤原子取代。此处,卤原子数目的上限没有特别限制,因此例如可以包含10个、9个、8个、7个、6个或更少的卤原子。
例如,式5的2B嵌段单元可以由式6表示。
[式6]
在式6中,X2是单键、氧原子、硫原子、-S(=O)2-、亚烷基、亚烯基、亚炔基、-C(=O)-X1-或X1-C(=O)-,其中X1是单键、氧原子、硫原子、-S(=O)2-、亚烷基、亚烯基或亚炔基,并且W是包含至少一个卤原子的芳基。此处,W可以是经至少一个卤原子取代的芳基,例如经2、3、4、5或更多个卤原子取代的碳原子数为6至12的芳基。
2B嵌段单元可以由例如式7表示。
[式7]
在式7中,X2是单键、氧原子、硫原子、-S(=O)2-、亚烷基、亚烯基、亚炔基、-C(=O)-X1-或X1-C(=O)-,其中X1是单键、氧原子、硫原子、-S(=O)2-、亚烷基、亚烯基或亚炔基,R1至R5可以各自独立地为氢、烷基、卤代烷基或卤原子,并且包含于R1至R5中的卤原子数为1或更多。
在另一个实例中,在式7中,X2可以是单键、氧原子、亚烷基、-C(=O)-O-或-O-C(=O)-。
在式7中,R1至R5各自独立地为氢、烷基、卤代烷基或卤原子,并且可包含1个、2个、3个、4个、5个或更多个卤原子,例如氟原子。包含于R1至R5中的卤原子例如氟原子的数目可以是10、9、8、7、6或更少。
在一个实例中,第二嵌段可以是包含由式8表示的单元的嵌段。在说明书中,式8的单元可以被称为2C嵌段单元。第二嵌段可以包含2C嵌段单元作为主要组分。
[式8]
在式8中,T和K各自独立地为氧原子或单键,并且U为亚烷基。
在一个实例中,2C嵌段单元可以是其中式10中的U可为具有1至20、1至16、1至12、1至8或1至4个碳原子的亚烷基的嵌段。
2C嵌段单元可以是其中式8的T和K中的任一个可为单键,另一个可为是氧原子的嵌段。这种嵌段可以是其中U为具有1至20、1至16、1至12、1至8或1至4个碳原子的亚烷基的嵌段。
2C嵌段单元可以是其中式8的T和K全部为氧原子的嵌段。这种嵌段可以是其中U为具有1至20、1至16、1至12、1至8或1至4个碳原子的亚烷基的嵌段。
在另一个实例中,第二嵌段可以是包含一个或更多个金属原子或类金属原子的嵌段。这种嵌段在本说明书中可以被称为2D嵌段。这样的嵌段可以改善蚀刻选择性,例如,当对使用嵌段共聚物形成的自组装膜进行蚀刻处理时。
作为包含于2D嵌段中的金属或类金属原子,可以使用硅原子、铁原子或硼原子,但是使用可示出由于与嵌段共聚物中包含的其他原子的不同而产生的合适的蚀刻选择性的任何一种而没有特别限制。
除了金属或类金属原子之外,2D嵌段可以包含1、2、3、4、5或更多个卤原子,例如氟原子。包含于2D嵌段中的卤原子如氟原子的数目可以是10、9、8、7、6或更少。
2D嵌段可以包含由式9(2D嵌段单元)表示的单元。2D嵌段可以包含式9的单元作为主要组分。
[式9]
在式9中,B可以是具有包含金属原子或类金属原子的取代基和包含卤原子的芳香族结构的一价取代基。
式9的芳香族结构可以是具有6至12个碳原子的芳香族结构,例如芳基或亚芳基。
式9的2D嵌段单元可以例如由式10表示。
[式10]
在式10中,X2是单键、氧原子、硫原子、-NR1-、-S(=O)2-、亚烷基、亚烯基、亚炔基、-C(=O)-X1或-X1-C(=O)-,其中R1是氢、烷基、烯基、炔基、烷氧基或芳基,X1是单键、氧原子、硫原子、-NR2-、-S(=O)2-、亚烷基、亚烯基或亚炔基,并且W是具有包含金属原子或类金属原子和至少一个卤原子的取代基的芳基。
此处,W可以是具有6至12个碳原子的芳基,其具有包含金属原子或类金属原子和至少一个卤原子的取代基。
在这种芳基中,可以包含含有金属原子或类金属原子的至少1个或1至3个取代基,并且可以包含1、2、3、4、5或更多个卤原子。
此处,可以含10个、9个、8个、7个、6个或更少的卤原子。
式10的2D嵌段单元可以由例如式11表示。
[公式11]
在式11中,X2是单键、氧原子、硫原子、-NR1-、-S(=O)2-、亚烷基、亚烯基、亚炔基、-C(=O)-X1或-X1-C(=O)-,其中R1是氢、烷基、烯基、炔基、烷氧基或芳基,X1是单键、氧原子、硫原子、-NR2-、-S(=O)2-、亚烷基、亚烯基或亚炔基,R1至R5各自独立地为氢、烷基、卤代烷基、卤原子,或包含金属或类金属原子
制造图案化基底的方法专利购买费用说明
Q:办理专利转让的流程及所需资料
A:专利权人变更需要办理著录项目变更手续,有代理机构的,变更手续应当由代理机构办理。
1:专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2:按规定缴纳著录项目变更手续费。
3:同时提交相关证明文件原件。
4:专利权转移的,变更后的专利权人委托新专利代理机构的,应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A:(1)直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,(2)通过代办处缴纳,(3)通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q:专利转让变更,多久能出结果
A:著录项目变更请求书递交后,一般1-2个月左右就会收到通知,国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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