Block copolymer is a polymer chain comprising two or more subunit of chemically distinct monomer formed by the covalent linkage. The presence of covalent bonding between distinct blocks leads to the microphase separation rather than macrophase separation. The size of microdomains are very small, from several nanometers to tens of nanometers, and these domains are thermodynamically stable. Block copolymer self-assembly is a spontaneous reaction and shows various size and patterns depending on the molecular weight and volume ratio of each block.
Nanolithography using the block copolymer nanostructures has gained tremendous interest due to its low cost and high resolution in comparison with conventional photolithography. In this process, self-assembled block copolymer nanostructures are used as a mask from where pattern is transferred to the surface of the substrate. But practical application of this process is limited due to the slow self-assembly kinetics of block copolymers and less control over the orientation of block copolymer nanostructures. Hence there is an enormous increase in the research aiming at overcoming the slow kinetics of self-assembly and controlling the orientation of nanostructures.
In this study, we have incorporated a low cost plasticizer having high compatibility with the polymer. Inserted plasticizer has effects on decreasing glass transition temperature while expanding free volume of polymer, which leads to accelerating the kinetics of self-assembly. Thereby, we could be able to demonstrate unusually fast self-assembly in few seconds with simple thermal annealing. Moreover, we could obtain controllability of the orientation of the block copolymer. This research is expected to be beneficial for the practical applicability of nanolithography using block copolymers in industries.
블록공중합체는 화학적으로 다른 단량체가 블록을 이루며 공유결합으로 연결되어있는 고분자이다. 비상용성의 고분자 블렌드는 거대상분리현상을 일으키지만 공유결합으로 제한되기 때문에 미세상분리 현상을 일으킨다. 블록공중합체의 자기조립을 통해서 얻어진 나노구조가 수 나노 ~ 수십 나노 미터 크기로 매우 작으며 열역학적으로 안정해 반응이 자발적으로 일어나는 이점이 있고 블록의 부피비, 분자량을 조절함으로써 다양한 패턴을 얻을 수 있고 크기를 조절할 수 있다는 장점이 있다.
기존의 광학리쏘그래피 비해 상대적으로 비용이 적게 들고 작은 패턴을 얻을 수 있기 때문에 차기 리쏘그래피 기술로 각광받고 있다. 블록공중합체 자기조립된 나노 구조를 이용한 리쏘그래피를 실질적인 공정에 적용하기 위해서는 블록공중합체 나노구조의 배향조절이 선행 되어야 하고 느린 자기조립속도가 극복되야 한다. 그리하여 배향을 조절하는 많은 연구와 자기조립속도를 가속화한 연구가 많이 진행되고 있다.
본 연구에서는 저렴하고 고분자와의 상용성이 좋은 가소제를 블록공중합체와 혼합 함으로써 블록공중합체의 유리전이온도를 낮추고 자유부피를 커지게 하여 자기조립속도를 가속화를 수 초의 간단한 열적 어닐링으로로 이루었다. 그리고 가소제의 효과로 인해 블록공중합체 나노구조의 배향조절을 하였다. 이 연구를 통해서 블록공중합체의 산업에 실질적인 적용에 도움이 될 것으로 기대한다.
