KR100547254B1 - 리소그라피용 유기초박막 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리소그라피용 유기초박막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다음 화학식 1로 표시되는 술폰산염 유기물, 다음 화학식 2로 표시되는 아조화합물 또는 다음 화학식 3으로 표시되는 유기 고분자를 고체 기판 표면에 코팅하여 형성된 박막으로, 박막의 두께가 수 nm 수준으로 얇고 표면이 균일하므로 전자 디바이스의 제조나 미세 가공 기술분야에서 활용될 수 있는 리소그라피용 유기초박막에 관한 것이다.
Figure 112003002606214-pat00001
유기초박막, 아조화합물, 아크릴계 고분자, 술폰산염화합물, 스핀코팅, 원자힘현미경, 리소그래피

Description

리소그라피용 유기초박막{Ultra-thin organic films for lithography}
도 1은 화학식 1a-1로 표시되는 술폰산염 화합물을 실리콘 기판 위에 스핀 코팅하여 제조한 유기박막에 대하여, (a)자외선-가시광선 분광기(UV-vis spectrophotometer)로 분석한 그래프와, (b)원자힘현미경(Atomic Force Microscope)으로 그 표면을 관찰한 이미지이다.
도 2는 화학식 1a-2로 표시되는 술폰산염 화합물을 실리콘 기판 위에 스핀 코팅하여 제조한 유기박막에 대하여, (a)자외선-가시광선 분광기(UV-vis spectrophotometer)로 분석한 그래프와, (b)원자힘현미경(Atomic Force Microscope)으로 그 표면을 관찰한 이미지이다.
도 3은 화학식 1a-2로 표시되는 술폰산염 화합물을 사용하여 형성된 유기초박막을 이용하여, 원자힘 현미경(AFM) 리소그래피에서 미세 패턴 형성한 이미지이다.
도 4는 화학식 1a-3로 표시되는 술폰산염 화합물을 실리콘 기판 위에 스핀 코팅하여 제조한 유기박막에 대하여, (a)자외선-가시광선 분광기(UV-vis spectrophotometer)로 분석한 그래프와, (b)원자힘현미경(Atomic Force Microscope)으로 그 표면을 관찰한 이미지이다.
도 5는 화학식 1a-4로 표시되는 술폰산염 화합물을 실리콘 기판 위에 스핀 코팅하여 제조한 유기박막에 대하여, (a)자외선-가시광선 분광기(UV-vis spectrophotometer)로 분석한 그래프와, (b)원자힘현미경(Atomic Force Microscope)으로 그 표면을 관찰한 이미지이다.
도 6은 화학식 2a로 표시되는 금속 착 화합물을 실리콘 기판 위에 스핀 코팅하여 제조한 유기박막에 대하여, (a)자외선-가시광선 분광기(UV-vis spectrophotometer)로 분석한 그래프와, (b)원자힘현미경(Atomic Force Microscope)으로 그 표면을 관찰한 이미지이다.
도 7은 화학식 3a로 표시되는 포토레지스트 유기 고분자 화합물을 실리콘 기판 위에 스핀 코팅하여 제조한 유기박막에 대하여, (a)자외선-가시광선 분광기(UV-vis spectrophotometer)로 분석한 그래프와, (b)원자힘현미경(Atomic Force Microscope)으로 그 표면을 관찰한 이미지이다.
본 발명은 리소그라피용 유기초박막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특정의 유기화합물을 고체 기판 표면에 스핀 코팅하여 형성된 박막으로, 박막의 두께가 수 nm 수준으로 얇고 표면이 균일하므로 전자 디바이스의 제조나 미세 가공 기술분야에서 활용될 수 있는 리소그라피용에 관한 것이다.
현대 사회에서 각광을 받고 있는 각종 전기, 전자 및 반도체 제품들은 실로 다양하고 이들을 제조하는 기술도 가지각색이다. 특히, 전자공학에 있어서 소형화의 추세는 급속도로 진행되어 왔으며, 정보 처리, 통신, 다양한 가전제품 등에서 쉽게 확인할 수 있다. 정보처리산업을 기준으로 볼 때 이미 미세기술 (micro-technology) 시대를 지나 초미세기술(sub-micro technology) 시대로 바뀌었다고 할 수 있다. 이러한 소형화 추세에 힘입어 마이크로 일렉트로닉스의 광학 미세 가공 기술은 2002년에는 선폭 0.1 ㎛ 까지의 고집적화를 가능케 하였다. 새로운 전자 디바이스 및 미세 가공 기술을 위해서는 수 nm의 선폭을 갖는 패턴 형성을 위한 가공기술이 필요하며, 이를 위한 초박막 레지스트 제조기술이 중요한 한 요인이 될 수 있을 것이다. 최근에 유기, 무기, 유기/무기 혼성 초 박막에 대한 연구는 초 소형화 되어가고 있는 전자, 광학소자 재료에의 응용을 위한 나노 규모의 제어기술에 대한 측면에서 많은 관심을 받고 있으며, 나노과학기술 및 정보기술, 바이오기술 분야에서 집중적으로 연구되고 있다.
일반적으로 고체 표면 위에 박막을 형성하는 방법으로는 CVD법(chemical vapor deposition method), 스퍼터링법(sputtering method), LB법(Langmuir-Blodgett method), SA법(self-assembly method) 그리고 스핀코팅법(spin coating method) 등이 적용된다. 상기한 박막 제조 기술을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
CVD법은 기판재료를 가열하여 일정한 온도로 유지시키는 반응실과 그 속에 주입되는 가스의 농도와 조성을 조정하고 적당한 온도로 가열하여 박막을 형성한다. CVD법은 대기압 하에서 반응시킨 상압 CVD와 양산성 및 단계적용 범위를 향상시키기 위해 감압 하에서 막 형성을 행한 감압 CVD로 크게 구별한다. 플라스마 CVD법은 RF글로 방전 하에서 전기에너지에 의해 반응을 촉진시켜 박막을 형성하는데, 이 과정에서는 열처리를 필요로 하지 않으므로 저온화가 가능하다. 광 DVD는 빛을 조사하여 광 화학반응에 의해 박막을 형성하며, 플라즈마법과는 달리 반응과정 중에 적층막에서의 손상을 고려하지 않아도 되며 양호한 막이 형성된다. 그러나 이 방법은 600 ℃ 이상의 온도에서 장시간에 걸쳐 진공 중에서 처리를 해야 하기 때문에 공정 비용이 높고, 매우 까다로운 작업이다. 스퍼터링 증착은 타겟트에서 방출된 원자나 분자들이 플라즈마 속의 가스들과 충돌 과정을 거치면서 증착 됨으로써 이루어질 수 있으나, 고가의 장비가 필요하다.
LB법과 자기조립법을 활용하는 유기박막의 제조는 용액 상태에서 습식화학(wet-chemistry)을 활용하여 단분자층이나 다층분자층을 고가의 장비를 이용하지 않고 비교적 간단하게 제조하는 박막제조 기술이다. 그러나 LB법은 우선적으로 평면기판이 필요하며 불순물에 매우 민감하고 외부의 역학적 힘에 의해 사전에 조립된 준 안정성 구조의 단층 막을 기질 표면에 옮겨야 하는 관계로 많은 물리적 조작이 필요하다. 또한 이렇게 형성된 분자 다층박막은 열적으로 불안정한 단점들을 가지고 있다. 자기조립법을 이용하는 제조할 수 있는 박막에는 금 표면 위에 티올과 다이설파이드 계통의 유기화합물을 이용하는 방법과, 유리 또 는 실리콘웨이퍼 기판 위에 실레인 계통의 유기화합물을 이용하는 경우가 잘 알려져 있다. 전자의 경우, 단층 자기조립막에 대한 연구는 폭 넓게 수행되어 있으나 다층 조립막의 연구는 제한적으로 수행되고 있다. 후자의 경우에는 다층 막은 형성이 가능하나 원하지 않은 중합반응 때문에 층의 두께 조절이 쉽지 않다. 자기조립막의 경우에는 기판과 박막간의 화학적 결합이 아주 강해서 고체표면의 특성 개질이나 새로운 기능기를 이용한 분자센서로의 활용이 아주 용이한 반면에, 자기조립막을 고체기판으로부터 완전히 제거하는데 상당한 어려움이 있다.
스핀코팅법의 경우, 이 방법으로 제조한 박막의 경우에는 중심부와 바깥부분의 박막 두께의 단차가 있을 수 있을 수 있지만, 실리콘과 같은 고체 표면 위에 적당한 농도의 용액을 적절한 속도로 회전 도포한 후, 적절한 온도에서 가열함으로써 수 nm 수준으로 균일하게 초박막을 제조할 수가 있다. 또한, 여러 종류의 박막 제조법 중 가장 쉽게 대면적으로 빠르게 박막을 제조할 수 있는 장점을 가지고 있다.
본 발명은 특정의 유기화합물을 실리콘이나 유리 기판과 같은 고체 기판 표면 위에 코팅하고 적당한 온도에서 열처리를 하여 형성된, 수 nm 두께의 균일한 표면을 가지는 리소그라피용 유기초박막을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 유기초박막은 전자 소자, 평판 표시 소자, 바이오 소자 등의 미세 패턴 제작에 특히 유용하다.
본 발명은 다음 화학식 1로 표시되는 술폰산염 유기물, 다음 화학식 2로 표시되는 아조화합물 또는 다음 화학식 3으로 표시되는 유기 고분자를 스핀 코팅하여 형성된 것으로, 박막의 두께가 1 ∼ 3 ㎚ 이고 AFM으로 측정한 표면의 평균 거칠기가 2 Å ∼ 5 Å인 리소그라피용 유기초박막을 그 특징으로 한다 :
Figure 112003002606214-pat00002
상기 화학식 1에서, X는 Ph-H, Ph-OH, Ph-OCH3, Ph-(CH2)nCH3, Ph-NO2, Ph-OPh, Ph-할로겐원자, Ph-SCH3, Ph-O-Ph, Ph-OCH2COO-CH3, -Ph-SPh, Ph-SCH3 , Ph-SOCH3를 나타내며, n은 0 또는 1 내지 20의 정수를 나타내고, m은 0 또는 1 내지 10의 정수를 나타낸다.
Figure 112003002606214-pat00003
상기 화학식 2에서, R1 및 R2는 서로 같거나 다른 것으로서 페닐기, 벤조씨아졸기, 벤조이미다졸기, 벤조익에시드기를 나타낸다.
Figure 112003002606214-pat00004
상기 화학식 3에서, R3, R4, R5, R6, R7 및 R8 는 서로 같거나 다른 것으로서 수소원자, C1∼C5의 알킬기 또는 C1∼C5의 하이드록시알킬기를 나타내고, p+q+r= 1 이고, 0.1≤p≤0.9 이고, 0.05≤q≤0.8 이고, 0.05≤r≤0.5이며, 중량평균 분자량이 5,000 ∼ 100,000 이다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 술폰산염 유기물, 상기 화학식 2로 표시되는 아조화합물 또는 상기 화학식 3으로 표시되는 유기 고분자가 용해되어 있는 용액을 고체 기판 위에 코팅하여 제조하는 리소그라피용 유기초박막의 제조방법을 포함한다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 수 nm 수준의 균일한 두께를 가지는 유기초박막에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유기초박막의 제조에 이용되는 상기 화학식 1로 표시되는 술폰산염 유기물, 상기 화학식 2로 표시되는 아조화합물 또는 상기 화학식 3으로 표시되는 아크릴계 고분자는 각각 공지 화합물[대한민국특허출원공개 제2000-8811호, 제2002-66609호, 제2002-66610호, 제2002-86177호]이다. 상기 화학식 1로 표시되는 술폰산염 유기물의 경우, 기존의 광학 리소그래피에 사용되는 포토레지스트의 구성물 중 감광성 물질로서 사용되어져 왔지만, 본 발명에서는 용매에 녹인 순수한 술폰산염 유기물만을 사용하여 수 nm 두께의 초박막으로 제조하였으며, 술폰산염의 고감도 특성을 100 % 활용하여 전자선 리소그래피와 원자힘 현미경 리소그래피에 도입함으로써 극미세 패턴을 제작할 수 있는 것이다. 또한, 상기 화학식 2로 표시되는 아조화합물은 Ni, Zn, Co, Cu, Fe 및 Pt 중에서 선택된 금속과 착체를 형성할 수도 있다.
상기한 화합물을 이용한 유기초박막의 제조방법에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 먼저, 상기한 화합물을 용매에 용해시킨다. 이때 용매로는 물, 에탄올, 메탄올, 헥산, 톨루엔, 테트라플루오로프로판올, 프로필렌글라이콜메틸이서 아세테이트, 에틸아세테이트, 클로로포름, 아세톤, 메틸렌클로라이드, 다이메틸포름아마이드, 메틸셀로솔브 및 에틸셀로솔브 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합용매를 사용하도록 한다. 상기한 용액의 농도는 99.8% ∼ 99.98% 범위이고, 바람직하게는 99.885 ∼ 99.98% 범위를 유지하는 것이다. 그리고, 이 용액에는 임의의 성분으로서 메탄올, 프로필렌글라이콜메틸, 테트라플루오르프로판올 등을 필요에 따라 적량 선택 사용할 수 있다.
한편, 상기한 유기화합물 함유 용액을 사용하여 유기초박막을 형성하는데 사용되는 고체 기판은 황산과 과산화수소를 3:1의 부피비로 혼합한 용액에 30 분 정도 담근 후, 탈 이온수로 수회 씻어주었다. 상기한 고체 기판은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 것으로 유리 기판, 반도체 기판 또는 금속 기판을 사용할 수 있고, 금속 기판은 Si, GaAs, SnO2, Cr, Ti 소재를 사용할 수 있다. 상기 준비된 기판 위에 유기화합물 함유 용액을 도포하여 박막화하며, 당해 기술 분야에서 공지된 코팅법이라면 어느 것이나 적용이 가능하다. 공지 코팅법의 예로는 스핀 코팅법, 분사 코팅법, 침전 코팅법, 로울러 코팅법 등이 포함되며, 그 중 바람직하기로는 스핀 코팅법을 수행하는 것이다. 스핀 코팅법에 의해 박막을 형성하는 경우, 스핀 코터를 이용하여 준비된 유기화합물 함유 용액을 2000 ∼ 3000 rpm으로 20 ∼ 40 초 동안 스핀하여 기판 위에 얇은 박막을 형성한다. 박막이 형성되면 70 ∼ 100 ℃ 온도에서 1 ∼ 5 분동안 열처리하여 박막 내에 존재하는 용매를 제거함과 동시에 기판에 대한 접착력을 증진시킨다. 본 발명에 따른 유기박막은 그 두께가 약 1 ∼ 3 ㎚ 로 초박막이었고, 그 박막 표면을 원자힘현미경(AFM)으로 관찰해 보면 표면의 평균 거칠기는 2 Å ∼ 5 Å 로 매끈하였다.
상기 화학식 1, 화학식 2 또는 화학식 3으로 표시되는 유기화합물이 도포된 유기초박막은 AFM 리소그래피에 유용한 바, 작은 선폭을 형성하는데 있어 AFM 팁에 인가되는 전압과 주사속도, 습도 등의 조건은 중요한 요소로 작용을 한다. AFM 팁에 인가되는 전압 7 ∼ 15 V 이고, 습도 40 ∼ 70 %, 주사속도 1 ∼ 100 ㎛/s의 조건에서, 5 × 5 ㎛ 크기의 유기초박막 표면에 1 ㎛/s 간격으로 선을 그려준 결과 35 ∼ 75 ㎚의 선폭을 가지는 패턴을 형성할 수 있었다. 특히, 상기 화학식 1로 표시되는 감광성이 뛰어난 술폰산염 유기물이 코팅된 유기초박막은 원자힘 현미 경 리소그래피에서 기존의 원자힘 현미경 리소패터닝 속도가 초(sec)당 수 마이크로 미터이었던 것을 초(sec)당 수 ㎜ 이상으로 100배 정도 향상시킬 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 다음의 실시 예를 통하여 더욱 상세히 설명하였으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
Figure 112003002606214-pat00005
상기 화학식 1a-1로 표시되는 화합물 0.02 g을 프로필렌글라이콜메틸이서 아세테이트(PGMEA) 18 mL와 메탄올(MeOH) 2 mL에 용해시켰다. 박막을 형성할 기판은 실리콘 기판을 사용하며, 황산과 과산화수소를 3:1의 부피비로 혼합한 용액에 30 분 동안 담근 후, 탈 이온수로 수회 씻어주었다. 스핀 코터를 이용하여 준비된 용액을 0.2 ㎛ 필터를 이용하여 필터 한 후, 2000 rpm으로 30 초 동안 스핀 하여 크리닝된 실리콘 기판 위에 얇은 박막을 제조하였다. 박막을 제조한 후, 100 ℃에서 3 분간 열처리하였다. 제조된 박막을 타원편광분석기(ellipsometer)를 사용하여 박막의 두께를 측정하였다. 측정한 박막의 두께는 1.5 ∼ 2 nm 이었고, 원자힘현미경(AFM)을 이용하여 관찰한 박막의 표면 평균 거칠기는 3 ∼ 4 Å 이었다.
도 1에는 상기 실시예 1의 방법으로 제조한 유기초박막에 대한 자외선-가시 광선 분광기(UV-vis spectrophotometer)로 분석한 결과를 그래프로 나타내었다. 도 1에서 확인되는 바와 같이, 본 발명이 제조한 유기박막이 nm 수준의 얇은 유기초박막이지만 이 그래프의 모양이 후막으로 코팅된 화합물의 그래프와 거의 일치(후막으로 코팅된 화학식 1a-1로 표시되는 화합물의 λmax= 238 nm, 제조한 박막의 λmax= 235 nm)하는 바, 화학식 1a-1로 표시되는 화합물의 박막이 실리콘 기판 위에 잘 제조되었음을 알 수 있다.
실시예 2
Figure 112003002606214-pat00006
상기 화학식 1a-2로 표시되는 화합물 0.02 g을 프로필렌글라이콜메틸이서 아세테이트(PGMEA) 18 mL와 메탄올(MeOH) 2 mL에 용해시켰다. 박막을 형성할 기판은 실리콘 기판을 사용하며, 황산과 과산화수소를 3:1의 부피비로 혼합한 용액에 30 분 동안 담근 후, 탈 이온수로 수회 씻어주었다. 스핀 코터를 이용하여 준비된 용액을 0.2 ㎛ 필터를 이용하여 필터 한 후, 2000 rpm으로 30 초 동안 스핀 하여 크리닝된 실리콘 기판 위에 얇은 박막을 제조하였다. 박막을 제조한 후, 100 ℃에서 3 분간 열처리하였다. 제조된 박막을 타원편광분석기(ellipsometer)를 사용하여 박막의 두께를 측정하였다. 측정한 박막의 두께는 1.5 ∼ 2 nm 이었고, 원자힘현미경(AFM)을 이용하여 관찰한 박막의 표면 평균 거칠기는 3 ∼ 4 Å 이었다.
도 2에는 상기 실시예 2의 방법으로 제조한 유기ch박막에 대한 자외선-가시광선 분광기(UV-vis spectrophotometer)로 분석한 결과를 그래프로 나타내었다. 도 2로서 확인되는 바와 같이, 본 발명이 제조한 유기박막이 nm 수준의 얇은 유기초박막이지만 이 그래프의 모양이 후막으로 코팅된 화합물의 그래프와 거의 일치(후막으로 코팅된 화학식 1a-2로 표시되는 화합물의 λmax= 238 nm, 제조한 박막의 λmax= 239 nm)하는 바, 화학식 1a-2로 표시되는 화합물의 박막이 실리콘 기판 위에 잘 제조되었음을 알 수 있다.
또한, 도 3은 상기 실시예 2의 방법으로 제조한 유기초박막을 원자힘 현미경 리소그래피에 응용한 것으로, 습도 40 %에서 선폭 70±8 nm의 극미세 패턴 사진이다. 일반적인 리소 패터닝 속도가 수 ㎛/sec 인데 반하여 상기한 술폰산염을 이용하여 형성된 박막에의 리소 패터닝 속도는 수 ㎜/sec로 100배 이상 향상되었다.
실시예 3
Figure 112003002606214-pat00007
상기 화학식 1a-3으로 표시되는 화합물 0.02 g을 프로필렌글라이콜메틸이서 아세테이트(PGMEA) 18 mL와 메탄올(MeOH) 2 mL에 용해시켰다. 박막을 형성할 기판은 실리콘 기판을 사용하며, 황산과 과산화수소를 3:1의 부피비로 혼합한 용액에 30 분 동안 담근 후, 탈 이온수로 수회 씻어주었다. 스핀 코터를 이용하여 준비된 용액을 0.2 ㎛ 필터를 이용하여 필터 한 후, 2000 rpm으로 30 초 동안 스핀 하여 크리닝된 실리콘 기판 위에 얇은 박막을 제조하였다. 박막을 제조한 후, 100 ℃에서 3 분간 열처리하였다. 제조된 박막을 타원편광분석기(ellipsometer)를 사용하여 박막의 두께를 측정하였다. 측정한 박막의 두께는 1.5 ∼ 2 nm 이었고, 원자힘현미경(AFM)을 이용하여 관찰한 박막의 표면 평균 거칠기는 3 ∼ 4 Å 이었다.
도 4에는 상기 실시예 3의 방법으로 제조한 유기초박막에 대한 자외선-가시광선 분광기(UV-vis spectrophotometer)로 분석한 결과를 그래프로 나타내었다. 도 4로서 확인되는 바와 같이, 본 발명이 제조한 유기박막이 nm 수준의 얇은 유기초박막이지만 이 그래프의 모양이 후막으로 코팅된 화합물의 그래프와 거의 일치(후막으로 코팅된 화학식 1a-3으로 표시되는 화합물의 λmax= 242 nm, 제조한 박막의 λmax= 240 nm)하는 바, 화학식 1a-3으로 표시되는 화합물의 박막이 실리콘 기판 위에 잘 제조되었음을 알 수 있다.
실시예 4
Figure 112003002606214-pat00008
상기 화학식 1a-4로 표시되는 화합물 0.02 g을 프로필렌글라이콜메틸이서 아세테이트(PGMEA) 18 mL와 메탄올(MeOH) 2 mL에 용해시켰다. 박막을 형성할 기판은 실리콘 기판을 사용하며, 황산과 과산화수소를 3:1의 부피비로 혼합한 용액에 30 분 동안 담근 후, 탈 이온수로 수회 씻어주었다. 스핀 코터를 이용하여 준비된 용액을 0.2 ㎛ 필터를 이용하여 필터 한 후, 2000 rpm으로 30 초 동안 스핀 하여 크리닝된 실리콘 기판 위에 얇은 박막을 제조하였다. 박막을 제조한 후, 100 ℃에서 3 분간 열처리하였다. 제조된 박막을 타원편광분석기(ellipsometer)를 사용하여 박막의 두께를 측정하였다. 측정한 박막의 두께는 1.5 ∼ 2 nm 이었고, 원자힘현미경(AFM)을 이용하여 관찰한 박막의 표면 평균 거칠기는 3 ∼ 4 Å 이었다.
도 5에는 상기 실시예 4의 방법으로 제조한 유기초박막에 대한 자외선-가시 광선 분광기(UV-vis spectrophotometer)로 분석한 결과를 그래프로 나타내었다. 도 5로서 확인되는 바와 같이, 본 발명이 제조한 유기박막이 nm 수준의 얇은 유기초박막이지만 이 그래프의 모양이 후막으로 코팅된 화합물의 그래프와 거의 일치(후막으로 코팅 된 화학식 1a-4로 표시되는 화합물의 λmax= 245 nm, 제조한 박막의 λmax= 245 nm)하는 바, 화학식 1a-4로 표시되는 화합물의 박막이 실리콘 기판 위에 잘 제조되었음을 알 수 있다.
실시예 5
Figure 112003002606214-pat00009
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 0.05 g을 테트라플루오르프로판올 40 g에 용해시킨 후, 30 ℃ 물 중탕에 10 분간 소니케이팅을 하였다. 박막을 형성할 기판은 실리콘 기판을 사용하며, 황산과 과산화수소를 3:1의 부피비로 혼합한 용액에 30 분 동안 담근 후, 탈 이온수로 수회 씻어주었다. 스핀 코터를 이용하여 준비된 용액을 0.2 ㎛ 필터를 이용하여 필터 한 후, 2000 rpm으로 30 초 동안 스핀하여 크리닝된 실리콘 기판 위에 얇은 박막을 제조하였다. 박막을 제조한 후, 100 ℃에서 3 분간 열처리하였다. 제조된 박막을 타원편광분석기(ellipsometer)를 사용하여 박막의 두께를 측정하였다. 측정한 박막의 두께는 1 ∼ 2 nm 이었고, 원자힘현미경(AFM)을 이용하여 관찰한 박막의 표 면 평균 거칠기는 2 Å (이미지의 크기 10 mm×10 mm)이었다.
도 6에는 상기 실시예 5의 방법으로 제조한 유기초박막에 대한 자외선-가시광선 분광기(UV-vis spectrophotometer)로 분석한 결과를 그래프로 나타내었다. 도 6으로서 확인되는 바와 같이, 본 발명이 제조한 유기박막이 nm 수준의 얇은 유기초박막이지만 이 그래프의 모양이 후막으로 코팅된 화합물의 그래프와 거의 일치(후막으로 코팅된 화학식 2a로 표시되는 화합물의 λmax= 590 nm, 제조한 박막의 λmax= 598 nm)하는 바, 화학식 2a로 표시되는 화합물의 박막이 실리콘 기판 위에 잘 제조되었음을 알 수 있다.
실시예 6
Figure 112003002606214-pat00010
상기 화학식 3a로 표시되는 고분자(중량평균분자량 5,000 ∼ 100,000) 0.002 g을 프로필렌글라이콜메틸이서 아세테이트(PGMEA) 10 g에 용해시킨 후, 30 ℃ 물 중탕에 10 분간 소니케이팅을 하였다. 박막을 형성할 기판은 실리콘 기판을 사용하며, 황산과 과산화수소를 3:1의 부피비로 혼합한 용액에 30 분 동안 담근 후, 탈 이온수로 수회 씻어주었다. 스핀 코터를 이용하여 준비된 용액을 0.2 ㎛ 필터를 이용하여 필터 한 후, 2000 rpm으로 30 초 동안 스핀하여 크리닝된 실리콘 기 판 위에 얇은 박막을 제조하였다. 박막을 제조한 후, 80 ℃에서 2 분간 열처리하였다. 제조된 박막을 타원편광분석기(ellipsometer)를 사용하여 박막의 두께를 측정하였다. 측정한 박막의 두께는 1 ∼ 2 nm 이었고, 원자힘현미경(AFM)을 이용하여 관찰한 박막의 표면 평균 거칠기는 2 Å 이었다.
도 7에는 상기 실시예 6의 방법으로 제조한 유기초박막에 대한 자외선-가시광선 분광기(UV-vis spectrometer)로 분석한 결과를 그래프로 나타내었다. 도 7로서 확인되는 바와 같이, 본 발명이 제조한 유기박막이 nm 수준의 얇은 유기초박막이지만 이 그래프의 모양이 후막으로 코팅된 화합물의 그래프와 거의 일치(후막으로 코팅된 화학식 3a로 표시되는 화합물의 λmax= 220 nm, 제조한 박막의 λmax= 222 nm)하는 바, 화학식 3a로 표시되는 화합물의 박막이 실리콘 기판 위에 잘 제조되었음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 술폰산염 유기물, 상기 화학식 2로 표시되는 아조화합물 또는 상기 화학식 3으로 표시되는 유기 고분자를 실리콘이나 유리 기판과 같은 고체 기판 표면 위에 적절히 도포한 후, 적당한 온도에서 열처리를 하여 형성된, 수 nm 두께의 균일한 유기초박막을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따른 유기초박막은 전자 소자, 평판 표시 소자, 바이오 소자 등의 미세 패턴 제작에 적용될 수 있는 초고감도 리소그라피용 유기초박 막으로서 유용하다.

Claims (7)

  1. 다음 화학식 1로 표시되는 술폰산염 유기물, 다음 화학식 2로 표시되는 아조화합물 또는 이의 금속착염, 및 다음 화학식 3으로 표시되는 유기 고분자 중에서 선택된 유기화합물이 함유된 용액을 코팅하여 형성된 것으로, 박막의 두께가 1 ∼ 3 ㎚이고 AFM으로 측정한 표면의 평균 거칠기가 2 Å ∼ 5 Å인 리소그라피용 유기초박막 :
    [화학식 1]
    Figure 112003002606214-pat00011
    상기 화학식 1에서, X는 Ph-H, Ph-OH, Ph-OCH3, Ph-(CH2)nCH3, Ph-NO2, Ph-OPh, Ph-할로겐원자, Ph-SCH3, Ph-O-Ph, Ph-OCH2COO-CH3, Ph-SPh, Ph-SCH3 , Ph-SOCH3를 나타내며, n은 0 또는 1 내지 20의 정수를 나타내고, m은 0 또는 1 내지 10의 정수를 나타낸다 ;
    [화학식 2]
    Figure 112003002606214-pat00012
    상기 화학식 2에서, R1 및 R2는 서로 같거나 다른 것으로서 페닐기, 나프틸기, 벤조씨아졸기, 벤조이미다졸기, 벤조익에시드기를 나타낸다 ;
    [화학식 3]
    Figure 112003002606214-pat00013
    상기 화학식 3에서, R3, R4, R5, R6, R7 및 R8 는 서로 같거나 다른 것으로서 수소원자, C1∼C5의 알킬기 또는 C1∼C5의 하이드록시알킬기를 나타내고, p+q+r= 1 이고, 0.1≤p≤0.9 이고, 0.05≤q≤0.8 이고, 0.05≤r≤0.5 이며, 중량평균 분자량은 5,000 ∼ 100,000이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 아조화합물과 착체를 형성하는 금속이 Ni, Zn, Co, Cu, Fe 및 Pt 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 리소그라피용 유기초박막.
  3. 다음 화학식 1, 2 및 3으로 표시되는 화합물 중에서 선택된 유기화합물이 용해되어 있는 용액을 고체 기판 위에 코팅하는 것을 특징으로 하는 리소그라피용 유기초박막의 제조방법 :
    [화학식 1]
    Figure 112003002606214-pat00014
    상기 화학식 1에서, X는 Ph-H, Ph-OH, Ph-OCH3, Ph-(CH2)nCH3, Ph-NO2, Ph-OPh, Ph-할로겐원자, Ph-SCH3, Ph-O-Ph, Ph-OCH2COO-CH3, Ph-SPh, Ph-SCH3 , Ph-SOCH3를 나타내며, n은 0 또는 1 내지 20의 정수를 나타내고, m은 0 또는 1 내지 10의 정수를 나타낸다 ;
    [화학식 2]
    Figure 112003002606214-pat00015
    상기 화학식 2에서, R1 및 R2는 서로 같거나 다른 것으로서 페닐기, 나프틸기, 벤조씨아졸기, 벤조이미다졸기, 벤조익에시드기를 나타낸다 ;
    [화학식 3]
    Figure 112003002606214-pat00016
    상기 화학식 3에서, R3, R4, R5, R6, R7 및 R8 는 서로 같거나 다른 것으로서 수소원자, C1∼C5의 알킬기 또는 C1∼C5의 하이드록시알킬기를 나타내고, p+q+r= 1 이고, 0.1≤p≤0.9 이고, 0.05≤q≤0.8 이고, 0.05≤r≤0.5 이며, 중량평균 분자량은 5,000 ∼ 100,000이다.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 Ni, Zn, Co, Cu, Fe 및 Pt 중에서 선택된 금속과 착체를 형성하는 것을 특징으로 하는 리소그라피용 유기초박막의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 고체 기판이 유리 기판, 반도체 기판 또는 금속(Si, GaAs, SnO2, Cr, Ti 또는 Mn) 기판인 것을 특징으로 하는 리소그라피용 유기초박막의 제조방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 물질을 용해시키는 용매가 물, 에탄올, 메탄올, 헥산, 톨루엔, 테트라플루오로프로판올, 프로필렌글라이콜메틸이서 아세테이트, 에틸 아세테이트, 클로로포름, 아세톤, 메틸렌 클로라이드, 다이메틸포름아마이드, 메틸셀로솔브 및 에틸셀로솔브 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 리소그라피용 유기초박막의 제조방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 코팅은 스핀 코팅법에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 리소그라피용 유기초박막의 제조방법.
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