블록공중합체리소그래피 (Block copolymer lithography) 블록공중합체는두가지이상의고분자가공유결합으로서로연결되어있는구조로 diblock copolymer, triblock copolymer 등으로분류될수있다. 두가지이상의서로성질의고분자가공유결합에의해연결되어있기때문에일정온도와압력에서상분리를하게되는데, 이때형성되는도메인의크기및모양은각각의고분자 segment 들의길이와상대적인양에따라서달라지며이들을적절한조건에서조절하면 cubic, cylinder, lamellar등을포함하는다양한구조가만들어지며크기또한균일하여자기조립나노패턴으로활용할수있게된다. 블록공중합체는자기조립성질을가지고있는대표적인물질로원자간의공유결합으로이루어진고분자가분자간의상호인력에의하여특정나노구조를자발적으로형성할수있는물질로 2 차원패터의경우는나노구조를기존실리콘식각공정을대체하여고밀도메모리소자나전자소자에응용가능성을가지고있다. 또한, 3차원패턴의경우 3차원광결정소자로로의응용가능성도제시되고있다. 그림 1 다양한블록공중합체나노구조
프린스턴대학의 Register et al 등이수십나노미터의필름두께를조절하여 2차원패턴중 ( 특히, PS-PI, PS-PB) 한쪽 (PI, PB) 을오존으로제거하고아래의기판을 CF4 및산소 RIE를이용하여식각하여패턴하는기술을보고한바가있다. 아래그림 2에대표적인도식과결과를도시하였다. SEM 그림중에서 a, b는 cubic 구조의 2차원패턴을이용하여만들어진고분자구조와기판구조이며 c,d는실린더형태를이용한패턴이다. 그림 2 오존과 RIE 를이용한고분자패터닝 E. L Thomas (at MIT) group 도이분야의세계적인연구그룹으로구조의규칙성및소자적용을위해여러가지우수한연구결과들을보고하였다. 최근에는한쪽이무기물질을포함하는 inorganic block copolymer를합성하여나노패턴에활용하는예를보고한바있다.( 그림 3 참조 )
그림 3 무기고분자를이용한패턴제조 다음으로 Russell and coworker 등은주로실린더형태를수직으로세워서고밀도의나노와이어및다공성구조를만드는방법들을연구해왔다. 주로사용된고분자는 PS-PMMA 고분자로 PMMA고분자가전기장에의해서배열되는성질을이용하거나 ( 아래그림 ), 표면기판을화학적으로처리하여실린터형태의고분자가옆으로눕지않고수직으로배열되게하는방법을사용하고있다.
그림 4 전기장에의한고분자의수직배열및응용 이와는별개로블록공중합체마이셀을이용하여내부에나노입자를함침하여이것을 직접적으로패턴에활용하는연구가 Spatz, Cohen 과공동연구자등에의해서연구되어지고 있다. ( 그림 5) 그림 5. 메탈입자의함침을이용한나노패턴
이들블록공중합체식각공정도자기조립에중점을두고있기기본적으로대면적에있어서 defect를조절할필요성과실험자가원하는모양으로패턴모양을조절할필요성이있다. 이를위하여최근에 top-down 방식과의복합기술에대한관심이증대되고있는데대표적으로 Kramer 등의미리패턴된채널에선택적으로블록공중합체를코팅해서대면적화의가능성을제시한바있다. 그후다른연구자들에의해서도관련연구들이발표되어져왔으며아래관련그림들을제시하였다.
가장최근에는 Nealey group 의연구진들이표면의화학적패턴을이용하여약 50nm 급으로 개별적인블락을조절하는연구들을보고한바있다. 보다자세한실험방법과내용이해를위해서아래의참고문헌을참조하기바랍니다.
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