Directed self-assembly of a polystyrene-block-poly(4-(tert-butyldimethylsilyl)oxystyrene), PS-b-PSSi diblock copolymer has been investigated for nanolithography applications. Nanopatterns with various line widths were fabricated with different molecular weights either parallel cylinder BCPs or perpendicular lamellar BCPs. Since organic-inorganic block copolymers have a large difference in etch resistance between the organic and inorganic blocks, sub-20-nm lines of silicon oxide can be directly produced upon oxygen plasma treatment. Parallel cylinder nanodomains were obtained by using a single selective solvent. And perpendicular lamellar nanodomains were obtained simply by adjusting the relative composition of selective and non-selective solvents in the annealing solvent. The use of a PS-brush substrate surface treatment are especially advantageous for achieving long-rage ordering and minimizing defect densities, and the Si content in PSSi leaves a robust oxide etch mask after one-step reactive ion etching. In case of graphoepitaxally directed self-assembly, we used the PS-brush treated silicon trench substrate, could obtained silicon oxide line pattern within the trench using both parallel cylinder pattern and perpendicular lamellar pattern. In case of chemoepitaxally directed self-assembly, we fabricated chemical pre-pattern through crosslinking of the BCP line patterns. It was possible to overcoating and solvent vapor treatment, we could obtain final silicon oxide line pattern over the chemical pre-pattern, successfully. In addition, with thermal treatment to the solvent annealing, it was able to shorten processing time effectively.
블록 공중합체란 화학적으로 서로 다른 사슬들이 공유결합을 통해 연결되어 있는 고분자로 사슬이 유동성을 가지는 적절한 조건이 주어지면 각 블록의 비율에 따라 다양한 나노 구조로 자기 조립을 하는 성질을 가지고 있어 이러한 블록 공중합체의 유도된 자기 조립을 이용하여 다양한 나노 구조의 패턴을 만드는 연구가 활발히 진행되어 오고 있다. 특히 실리콘 같이 무기물을 포함하는 블록 공중합체는 건식 에칭 과정을 통해 아래층으로의 패턴 전사가 가능하기 때문에 나노 구조의 패터닝을 위한 연구에 많이 이용되고 있는 블록 공중합체이다.
이 논문에서는 실리콘을 포함하는 블록 공중합체를 이용하여 나노 사이즈를 가진 라인 패턴을 제작하였다. 블록 공중합체를 이용하여 잘 정렬된 나노 구조를 얻기 위해 물리적인 패턴이나 화학적인 패턴이 있는 기판에서 자기 조립을 유도 하는 방법이 있는데, 먼저 물리적인 패턴이 있는 실리콘 기판에 블록 공중합체를 코팅 시킨 후 용매 증기를 이용해 구조 제어를 해 주어 패턴 내에 잘 정렬된 나노 라인 구조를 얻을 수 있었고, 또한 구조 제어 시 약간의 열을 가하여 줌으로써 공정 시간을 시간 단위에서 분 단위로 크게 단축 시킬 수 있었다. 화학적인 패턴은 물리적인 패턴 내에 정렬된 구조를 자외선 노광을 통한 교차 결합을 유도하여 구조를 고정 시킴으로써 제작 할 수 있었고 그 위에 다시 블록 공중합체를 코팅하고 같은 방법으로 구조 제어를 해 주어 패턴의 끊어짐이 없는 연속된 라인 패턴을 얻을 수 있었다. 이러한 방법들을 통해 20 나노미터 급의 실리콘 옥사이드 패턴을 얻었고 이러한 제작 과정 및 결과는 AFM, SEM 분석을 통해 확인되었다. 이러한 패터닝 방법은 나노 리쏘그래피 분야에서 발전 가능성이 많은 유용한 방법이 될 것이라고 예상된다.
