We demonstrate a new multiple lithography technology, synergistically combining conventional photolithography with block copolymer self-assembly. Block copolymers are self-assembling materials consisting of chemically distinct macromolecular blocks. They spontaneously and rapidly assemble into periodic array of nanodomains, whose characteristic dimension scale is typically in 5 ~ 50 nm. Asymmetric block copolymer blends having various characteristic length scales from 20 ~ 40 nm, have been epitaxial self-assembled upon the chemically patterned surface and greatly enhanced the pattern density into double, triple, and even quadruple values. Functional material nanostructures were also created over arbitrarily large area from directed assembled block copolymer template. This work is the first demonstration that the resolution limit of conventional DUV photolithography is successfully overcome by combination with self-assembling materials.
블록공중합체는 화학적으로 서로 다른 블록이 공유결합에 의해서 연결된 고분자로, 미세상분리에 의하여 10~100nm 수준의 주기적인 나노구조를 형성한다. 외부장의 영향없이 자발적으로 자기조립한 블록공중합체의 나노구조는 많은 결함을 포함하고 무질서한 배열을 한다. 본 연구에서는 이러한 무질서한 블록공중합체의 나노 도메인을 소자제작에 실용적으로 응용하기 위해서 블록공중합체의 자기조립을 ArF DUV 리소그래피와 융합하였으며, 이 블록공중합체의 에피탁시얼 자기조립을 통하여 포토리소그래피의 물리적 한계를 극복할 수 있는 멀티플 패터닝 기술을 개발하였다. ArF DUV 리소그래피와 thermal flow를 통하여 비대칭의 화학적 표면 패턴을 만들고, 이 화학적 대비를 갖는 표면 패턴 위에서 블록공중합체의 에피탁시얼 자기조립을 유도하였다. 화학적으로 패턴된 표면과 블록공중합체의 화학적 친화도에 의해서 선형적으로 정렬된 나노 실린더구조가 형성되었으며, 다양한 주기의 블록공중합체를 사용함으로써 ArF DUV 리소그래피에 의해서 만들어진 패턴의 밀도를 두 배, 세 배, 네 배 향상시킬 수 있었다. 화학적인 표면 패턴은 병렬식 공정인 ArF DUV 리소그래피와 thermal flow에 의해서 웨이퍼 스케일로 이루어지기 때문에 블록공중합체의 자기조립에 의한 멀티플 패터닝 기술도 대면적에서 이루어졌으며 이렇게 형성된 블록공중합체의 나노 템플릿을 이용하여 기능성 재료의 나노구조를 임의의 대면적에서 제작할 수 있었다.
