Directed self-assembly (DSA) of block copolymers (BCP) has garnered much attention due to its well-defined periodic nanostructures of spherical, cylindrical, and lamellar morphologies with a period of 5 - 50 nm. In particular, DSA can provide multiple advantages of high resolution, scalability, and cost-effectiveness, thus it considered as a practical approach to manufacture various semiconductor devices and next-generation information storage media. However, there exist only few BCPs with a high Flory-Huggins interaction parameter ($\chi$) can provide sub-10 nm resolution, high pattern quality, and sufficient etch selectivity. The high-$\chi$ BCPs can generate the high resolution patterns with a low line edge roughness, however, the slow chain diffusion of BCPs results in a prolonged assembly time. Therefore, the $\chi$ of BCP is a main factor to determine the characteristics of self-assembly. To generate well-aligned nano structures within 10 nm dimeter, we synthesize BCPs with a precisely controlled $\chi$ value by diverse organic chemistry and polymer synthesis methods. The BCPs consist of poly(dimethylsiloxane) as one block and poly(2-vinylpyridne), poly(4-vinylpyridne) and poly(isoprene) as other blocks. The $\chi$ value of synthesized BCPs is calculated by small angle X-ray scattering (SAXS) measurement and Libler’s mean field theory. Furthermore, we study that the effect of $\chi$ value on self-assembled pattern quality via the synthesized BCPs. We expect that these diverse BCPs would enable to open the possibility of DSA for future applications.
블록공중합체를 이용한 직접 자기 조립은 10 - 50 nm 의 주기를 가지는 구형, 원통형, 판상형 등의 다양한 나노 구조물을 형성할 수 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 매우 큰 Flory-Huggins 상호작용 인자를 가지는 블록공중합체는 직접 자기 조립을 통하여 약 10 nm 급의 우수한 해상도를 가지는 패턴을 손쉽게 제작할 수 있고, 다양한 확장성 및 낮은 제조 비용 등의 장점이 있어 반도체 소자를 비롯한 다양한 정보저장 장치의 소재로써 각광을 받고 있다. 하지만, 매우 느린 블록공중합체 내 사슬간의 확산 속도 때문에 긴 공정시간이 필요하다는 단점이 있다. 이처럼 블록공중합체의 Flory-Huggins 상호작용 인자는 자기 조립 거동을 결정하는 매우 중요한 요소이다. 그래서 본 연구에서는 한쪽 고분자는 폴리(다이메틸실록세인)을 반대쪽 고분자는 폴리(2-비닐피리딘), 폴리(4-비닐피리딘) 및 폴리(이소프렌)을 포함하는 블록공중합체를 다양한 유기합성법과 고분자 중합 방법을 이용하여 합성하고자 한다. 이를 통하여 정밀하게 제어된 블록공중합체의 Flory-Huggins 상호작용 인자와 자기 조립된 패턴의 품질간의 상관관계를 규명하고자 한다.
