Continued advances in technologies such as magnetic storage and phtoelectronics depend crucially on the ability to produce ultrahigh-density arrays of nanometer-scale elements. As critical device dimensions shrink to the nanometer scale, the fabrication of well-ordered arrays becomes increasingly difficult. In general, feature sizes greater than 100nm are routinely produced by photolithography techniques. For feature sized smaller than100nm, Advanced lithographic techniques currently being explored for this regime include extreme UV (EUV), electron beam lithography, soft X-ray lithography and focused ion beam lithography are commonly used.
However, feature sizes less than 30 nm are not easily obtained by above methods. Recently, self-assembly in synthetic materials such as block copolymer, colloid, supramolecules as a means of nanopatterning for nano-sized template has also been proposed. The structural analysis and nano-fabrication methods about block copolymer and colloids self assembly are almost proved. But in the case of supramolecules, even though there is some progress in structual analysis , the nano fabrication methods is not established.
In this study, the suramolecular thin film that has large single domain is prepared by carbon coated mica methods. By using the sandwiched glass cell, we obtained the homeotropic alignment of supramolecular cylinder. Using transmission electron microcopy(TEM) we confirm the structure of thin film. Then we introduced the etching selectivity to nanoscopic structure of supramolecular cylindrical structure by staining with RuO$_4$ that selectively adsorption in the core of cylinder. And we showed the possibility of supramolecular nano structure as a template for nanolithography by optimizing the experimental condition of etching process.
최근 자기 저장장치 및 광전자 소재 분야의 지속적인 기술 발달로 인하여 이를 뒷받침할 수 있는 초고집적의 나노 패터닝의 중요성이 점차로 강조되고 있다. 일반적으로 100nm까지의 패턴은 기존의 광식각 공정으로 접근이 가능하며 나노 임프린트나 이-빔 리쏘그래피등 발전된 패터닝 기술을 이용할 경우 수십나노미터 수준의 패턴이 가능하다. 그러나 패턴의 사이즈가 점점 작아지면서 기존의 top-down 방식이 한계에 부딪히면서 콜로이드나 블록공중합체 유기초분자체등 연성소재의 자기조립 현상을 이용하는 "bottom-up" 방식이 새롭게 주목을 받고 있다. 이중 콜로이드나 블록 공중합체의 경우는 구조에 대한 분석이나 구조를 이용한 나노 공정에 대한 연구가 활발하게 진행이 되었고 거의 정립단계에 이르렀다고 할 수 있다. 그러나 유기 초분자체의 경우 구조에 대한 분석은 어느정도 접근이 이루어졌지만 구조체를 이용한 나노공정에 대한 연구는 거의 전무한 상태이다.
이에 본 연구에서는 육각기둥 구조를 가지는 유기초분자체를 이용하여 나노미터 수준의 패턴을 형성하는 것을 연구하였다. 유기초분자체를 나노공정에 도입하기 위해서는 우선 실린더의 배향을 원하는 방향으로 조절이 가능해야 한다. 일반적인 유기초분자체의 경우 기판에 대한 수평배향은 비교적 손쉽게 얻을 수 있다. 그러나 수직 배향의 경우는 얻기가 매우 어렵다. 본 연구에서는 유기 초분자체를 유리기판 사이에서 아주 느린 속도로 어닐링함으로서 기판에 수직으로 배열된 구조를 얻을 수 있었다. 그리고 두번째 요구사항은 비교적 넓은 면적에 있어서 동일한 배향을 가지는 구조를 얻어야 한다. 기존에 박막을 제작하는데 있어 가장 널리 활용되고 있는 솔루션 캐스팅 방법을 대신하여 카본이 코팅된 마이카를 이용함으로서 보다 넓은 면적에 동일한 배향을 가지는 구조를 얻을 수 있었다. 그리고 마지막 요구사항은 식각공정에 대한 선택성의 확보이다. 본 연구에서는 기존의 전자현미경과 생물학 분야에서 널리 사용되고 있는 스테이닝 방법을 도입하여 이 문제를 해결하였다. $RuO_4$ 증기를 이용하여 Ru 금속을 선택적으로 실린더 중심부에 화학적 흡착함으로서 주변부에 비해 높은 에칭 저항성을 확보하였다. 그리고 식각공정에 대한 여러가지 변수를 조정함으로서 최적의 식각 조건을 확보하였다. 최종적으로 기판에 수평 배열된 유기 초분자체의 실린더 구조를 이용하여 수십 나노미터 수준의 점 패턴을 얻을 수 있었으며 수직 배열된 실린더 구조를 도입하여 패턴을 배열을 향상할 수 있었다. 비록 실제 유기 초분자체의 구조가 나노공정을 통해 그대로 전사되지는 못하였지만 유기 초분자체 나노공정의 가능성은 충분히 확인할 수 있었다.
