KR101572109B1 - 나노 구조체의 제조 방법 및 이를 이용한 패턴의 제조 방법 - Google Patents

나노 구조체의 제조 방법 및 이를 이용한 패턴의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

나노 구조체의 제조 방법 및 이를 이용한 패턴의 제조 방법에 있어서, 나노 구조체의 제조 방법은 중성층을 포함하는 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 블록 공중합체를 포함하는 제1 박막으로 제1 희생 블록 및 제2 희생 블록을 포함하는 희생 구조체를 형성한 후, 화학 패턴을 형성함으로써 나노 구조체를 형성한다. 이에 따라, 대면적의 기판에 블록 공중합체를 이용한 나노 구조체를 용이하게 형성함으로써 생산성 및 제조 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
대면적, 나노 구조체, 블록 공중합체, 포토레지스트, 중성층, 리소그래피

Description

나노 구조체의 제조 방법 및 이를 이용한 패턴의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING NANO STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING A PATTERN USING THE METHOD}
본 발명은 나노 구조체의 제조 방법 및 이를 이용한 패턴의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 블록 공중합체를 이용한 나노 구조체의 제조 방법 및 이를 이용한 패턴의 제조 방법에 관한 것이다.
자연계에서 스스로 구조를 형성하는 자기조립(self assembly)을 통해 고차구조(hierarchiral structure)를 가지는 생물체가 발견되고 있다. 상기 생물체로부터 형성된 나노 구조물의 화학적인 생성 방법을 재현하고, 학문적으로나 상업적으로 적용하기 위한 관련 연구가 주목을 받고 있다. 상기와 자기조립 현상은 유기 화학적으로 합성이 가능한 고분자 중 하나인 블록 공중합체에서도 발견되고 있다.
상기 블록 공중합체는 고분자 재료의 한 종류로서, 두 가지 이상의 고분자가 공유결합을 통해 서로의 끝을 연결하고 있는 형태를 나타낸다. 상기 블록 공중합체의 가장 간단한 구조인 이중 블록 공중합체(diblock copolymer)는 서로 다른 성향을 갖는 두 고분자가 서로 연결되어 하나의 고분자를 형성한다. 서로 연결되어 있 는 두 고분자들은 상이한 재료적 성질로 인해 쉽게 상분리되고, 최종적으로 상기 블록 공중합체가 자기 조립되어 나노 구조체를 형성할 수 있다.
상기 블록 공중합체를 이용하여 제조된 상기 나노 구조체의 실제적인 활용범위를 넓히기 위해서는, 기판 위에 박막을 형성시킨 다음, 그 내부에 안정된 나노구조형성을 유도하는 것이 중요하다. 하지만, 박막 상태의 블록 공중합체는 자기조립 물질과 기판과의 상호작용에 의해 벌크 상에서와는 다른 나노구조가 형성되거나 원하지 않는 형태로 나노 구조가 배열되는 등의 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해서, 박막 상태의 시료에 대해 나노 구조의 배향이나 배열도를 조절하는 기술들이 개발되고 있다. 일반적으로, 나노 구조의 배향 또는 배열도를 조절하기 위해서 전기장을 이용하거나, 에피택시얼 셀프 어셈블리(Epitaxial self-assembly), 그래포에피택시(graphoepitaxy) 등의 방법을 이용하고 있다. 그러나, 현재까지 개발된 기술들로도 대면적의 기판에 균일하게 나노 구조체를 형성하는데 한계가 있다.
한편, 나노구조체를 제조하는 기술에 대한 대표적인 예로서, 카네기 멜론 대학(Carnegie Mellon University)의 나노구조 물질을 제조하는 방법에 대한 기술이 미국등록특허 제 7,056,455호에 개시되어 있다. 상기 등록특허는 블록 공중합체를 포함하는 전구체를 열분해시켜 탄소 나노섬유, 탄소 나노튜브, 탄소 나노실린더와 같은 탄소 나노구조체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
또한, 고분자를 포함하는 무기물 또는 유기물을 이용하여 나노패턴을 제조하는 방법이 미국공개특허 제 2008-0070010호에 개시된다. 상기 공개특허는 나노패턴, 나노구조체 및 나노패턴화된 기능성 산화물질을 제조하는 방법에 관한 것으로, 전자빔 리소그라피를 이용하여 레지스트-코팅 기판을 패터닝하고, 레지스트를 제거하여 패턴화된 레지스트-코팅 기판을 제조한 다음, 고분자를 포함하는 유기물의 액상 전구체로 스핀 코팅하고, 잔여한 레지스트를 제거하는 공정을 거쳐 나노패턴화된 구조체를 제조하는 기술에 관한 것으로서, 여전히 리소그라피 공정에 사용한 레지스트를 제거하는 공정을 불가피하게 포함하고 있는 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 블록 공중합체를 이용한 나노 구조체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 블록 공중합체를 이용한 패턴의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 나노 구조체의 제조 방법에서, 기판 상에 중성층을 형성하고, 상기 중성층을 포함하는 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판 상에 제1 블록 공중합체를 포함하는 제1 박막을 형성한다. 상기 제1 박막으로 제1 희생 블록 및 제2 희생 블록을 포함하는 희생 구조체를 형성한다. 상기 희생 구조체로부터 상기 제1 희생 블록을 제거한 후, 상기 제2 희생 블록을 마스크로 이용하여 상기 중성층을 산화시켜 화학 패턴을 형성한다. 상기 화학 패턴을 포함하는 기판으로부터 상기 제2 희생 블록 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다. 상기 화학 패턴을 포 함하는 기판 상에 제2 블록 공중합체를 포함하는 제2 박막으로 상기 기판 상에 전면적으로 배치된 나노 구조체를 형성한다.
상기 제1 및 제2 블록 공중합체들은 실질적으로 서로 동일하다.
상기 제1 및 제2 블록 공중합체들은 판상형(lamella) 또는 실린더형(Cylinder)을 가질 수 있다.
상기 포토레지스트 패턴은 상기 기판의 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 반복적으로 배열된 격벽부들을 포함하고, 상기 제1 박막 및 상기 희생 구조체는 서로 인접한 격벽부들 사이에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 구조체의 제조 방법에서, 기판 상에 제1 방향으로 반복적으로 배열되고 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장된 볼록부 및 오목부를 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판 상에 중성층을 형성하고, 상기 중성층이 형성된 기판 상에 블록 공중합체를 포함하는 박막으로 나노 구조체를 형성한다.
상피 포토레지스트 패턴은 상기 기판 상에 상기 제2 방향으로 연장되고 상기 제1 방향으로 서로 이격된 기둥 패턴들을 형성한 후, 상기 기둥 패턴들을 포함하는 기판 상에 포토레지스트 조성물을 도포하여 상기 볼록부 및 상기 오목부를 형성할 수 있다.
이와 달리, 상기 포토레지스트 패턴은 상기 볼록부 상에 배치된 광차단부 및 상기 오목부 상에 배치된 하프톤부를 포함하는 하프 톤 마스크를 이용하여 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 나노 구조체의 제조 방법에서, 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판 상에 형성된 실린더형 블록 공중합체를 포함하는 버퍼층으로 버퍼 구조체를 형성한다. 상기 버퍼 구조체를 포함하는 기판 상에 판상형 블록 공중합체를 포함하는 박막을 형성하고, 상기 박막으로 상기 버퍼 구조체 상에 나노 구조체를 형성한다.
상기 포토레지스트 패턴은 상기 기판의 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 반복적으로 배열된 격벽부들을 포함한다. 상기 버퍼 구조체는 나노 실린더들, 하프-실린더들 및 기질(substrate)을 포함한다. 상기 나노 실린더들은 서로 인접한 격벽부들 사이에 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제2 방향으로 배치된다. 상기 하프 실린더들은 상기 격벽부들 및 상기 나노 실린더들을 포함하는 기판 상에 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제2 방향으로 배치된다. 상기 기질은 상기 나노 실린더들 및 상기 하프-실린더들을 사이에 배치된다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 패턴의 제조 방법에서, 모박막(mother thin layer), 중성층 및 포토레지스트 패턴이 순차적으로 형성된 기판 상에 제1 블록 공중합체를 포함하는 제1 박막을 형성한다. 상기 제1 박막으로 제1 희생 블록 및 제2 희생 블록을 포함하는 희생 구조체를 형성한다. 상기 희생 구조체로부터 상기 제1 희생 블록을 제거한다. 상기 제2 희생 블록을 마스크로 상기 중성층을 산화시켜 화학 패턴을 형성한다. 상기 화학 패턴을 포함하는 기판으로부터 상기 제2 희생 블록 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다. 상기 화학 패턴을 포함하는 기판 상에 제2 블록 공중합체를 포함하는 제2 박막을 형성하 고, 상기 제2 박막으로 상기 기판 상에 제1 나노 블록 및 제2 나노 블록을 포함하는 나노 구조체를 형성한다. 이어서, 상기 제1 나노 블록을 제거하고, 상기 제2 나노 블록을 마스크로 상기 모박막을 패터닝하여 패턴을 형성한다.
상기 패턴은 선격자 형상을 가질 수 있다.
상기 패턴은 실린더 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴의 제조 방법에서, 금속층을 포함하는 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판 상에 실린더형 블록 공중합체를 포함하는 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층을 이용하여 버퍼 구조체를 형성한다. 상기 버퍼 구조체를 포함하는 기판 상에 판상형 블록 공중합체를 포함하는 박막을 형성하고, 상기 박막으로 상기 버퍼 구조체 상에 제1 나노 블록 및 제2 나노 블록을 포함하는 나노 구조체를 형성한다. 상기 제1 나노 블록 및 상기 제1 나노 블록의 하부에 배치된 상기 버퍼 구조체를 제거한다. 잔류하는 버퍼 구조체 및 상기 제2 나노 블록을 통해 노출된 상기 금속층을 패터닝하여 선격자 패턴을 형성한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패턴의 제조 방법에서, 기판의 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 반복적으로 배열된 볼록부 및 오목부를 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판 상에 금속층 및 중성층을 순차적으로 형성한다. 상기 중성층이 형성된 기판 상에 블록 공중합체를 포함하는 박막을 형성하고, 상기 박막으로 제1 나노 블록 및 제2 나노 블록을 포함하는 나노 구조체를 형성한다. 상기 제1 나노 블록을 제거 한 후, 상기 제2 나노 블록을 마스크로 이용하여 상기 금속층을 패터닝하여 선격자 패턴을 형성한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패턴의 제조 방법에서, 기판 상에 형성된 금속층을 패터닝하여 제1 두께부 및 상기 제1 두께부보다 낮은 제2 두께부를 포함하는 금속 패턴을 형성한다. 상기 금속 패턴을 포함하는 기판 상에 실린더형 블록 공중합체를 포함하는 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층으로 버퍼 구조체를 형성한다. 상기 버퍼 구조체를 포함하는 기판 상에 판상형 블록 공중합체를 포함하는 예비층을 형성하고, 상기 예비층으로 상기 버퍼 구조체 상에 제1 나노 블록 및 제2 나노 블록을 포함하는 나노 구조체를 형성한다. 상기 제1 나노 블록 및 상기 제1 나노 블록의 하부에 형성된 버퍼 구조체를 제거한다. 잔류하는 버퍼 구조체 및 상기 제2 블록을 통해 노출된 상기 금속 패턴을 패터닝하여 선격자 패턴을 형성한다.
본 발명의 나노 구조체, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 패턴의 제조 방법에 따르면, 블록 공중합체를 이용하여 대면적의 기판에 연속적으로 배열된 나노 구조체를 용이하게 형성할 수 있다. 이에 따라, 나노 구조체 및 편광판의 생산성 및 제조 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모 든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
첨부된 도면에 있어서, 기판, 층(막) 또는 패턴들 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막 ), 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막) 또는 패턴들의 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막) 또는 패턴들 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 먼저, 도 1을 참조하여 블록 공중합체의 다양한 나노 구조들을 먼저 설명하고, 이어서 상기 나노 구조들을 포함하는 나노 구조체들을 형성하는 방법 및 이를 이용한 패턴의 제조 방법에 대해서 설명한다. 상기 나노 구조들에 대해서는 본 출원의 공동 출원인인 한국과학기술원에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제10-2007-0051020호 (대한민국 공개특허 제10-2008-0103812호)에 개시되어 있다. 상기 공개 특허에서 개시하고 있는 나노 구조들은 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1c는 폴리머의 조성비에 따라 형성되는 블록 공중합체의 다양한 나노 구조들을 설명하기 위한 개념도들이다.
구체적으로, 도 1a는 Self-consistent mean field theory에 따라 이중 블록 공중합체의 자기조립 나노구조를 예상하는 상태도이고, 도 1b는 두 블록의 상대적인 조성비에 따라 형성되는 이중 블록 공중합체의 자기조립 나노 구조를 나타낸 것이다. 도 1c는 본 발명의 실시예에 예에 따라 실험적으로 이중 블록공중합체의 자기조립 나노구조의 형태를 검증한 상태도이다.
도 1a에서, x축은 를 fA나타내고, y축은 χN를 나타낸다. N(degree of polymerization)은 고분자의 크기이고, χ(segment interaction)는 두 블록들 간의 상호반응도이다. A가 제1 폴리머 블록을 나타내고, B가 A-블록-A를 포함하는 상기 제1 폴리머 이외의 제2 폴리머 블록을 나타낼 때, fA는 A의 상대적인 조성비로 정의된다. fB는 B의 상대적인 조성비를 나타내는 것으로 정의한다. 상기 제1 폴리머 블록을 형성하는 물질의 예로서는, 폴리(메틸메타크릴레이트) [poly(methylmethacrylate), PMMA], 폴리(에틸렌 옥사이드) [poly(ethylene oxide), PEO], 폴리(비닐피리딘) [poly(vinyl pyridine), PVP], 폴리(에틸렌-아트-프로필렌), [poly(ethylene-alt-propylene), PEP], 폴리이소프렌[polyisoprene, PI] 등을 들 수 있다. 상기 제2 폴리머 블록을 형성하는 물질의 예로서는, 폴리스티렌을 들 수 있다.
도 1a를 참조하면, χN < 10일 경우에는 블록 공중합체가 무질서하게 형성되고, 10<χN < 100일 경우, fA = NA/(NA+NB) ≤ 약 0.18~0.23일 때에는 B 블록 기질로 둘러싸인 체심입방격자(body centered cubic)의 구형(sphere)의 나노구조가 형성된다. 또한, fA ≤ 약 0.30~0.35일 때에는 상기 구형을 형성하는 나노도메인(nanodomain)이 육방격자(hexagonal lattice)로 실린더(cylinder)의 나노구조를 형성하며, fA 가 더욱 증가하여 0.35≤ fA ≤ 0.40일 때에는 상기 실린더 형태가 둘씩 연속적으로 연결되는 자이로이드(gyroid)의 나노구조가 형성된다. 최종적으로 fA ≒ 0.5일 때에는 판상(lamellae)의 나노구조가 형성된다.
이와 관련하여, fB = NB/(NA+NB) ≤ 약 0.18~0.23일 때에는 A 블록 기질로 둘러싸인 체심입방격자(body centered cubic)의 구형(sphere)의 나노구조가 형성된다. 또한, fB ≤ 약 0.30~0.35일 때에는 상기 구형을 형성하는 나노도메인(nanodomain)이 육방격자(hexagonal lattice)로 실린더(cylinder)의 나노구조를 형성하며, fB 가 더욱 증가하여 0.35≤ fB ≤ 0.40일 때에는 상기 실린더 형태가 둘씩 연속적으로 연결되는 자이로이드(gyroid)의 나노구조가 형성된다. 최종적으로 fB ≒ 0.5일 때에는 판상(lamellae)의 나노구조가 형성된다.
도 1c를 참조하면, 도 1c에 나타낸 그래프는 도 1a의 그래프와 유사한 형태를 나타내는 바, 당업자의 입장에서 도 1c의 결과가 도 1a의 결과에 포함되는 것으로 확인할 수 있다.
실시예 1
나노 구조체
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 나노 구조체의 사시도이다.
도 2에 도시된 제1 나노 구조체(NS1)는 베이스 기판(110) 상에 형성된 제1 나노 블록들(NB1) 및 제2 나노 블록들(NB2)을 포함한다. 본 실시예에 따른 나노 구조체는 본 출원인과 한국과학기술원에 의해 공동으로 출원된 대한민국 특허출원 제10-2008-126655호에 개시되어 있다. 본 실시예예 따른 나노 구조체는 도 1에 도시 된 판상형을 갖는다.
상기 제1 나노 블록들(NB1)은 상기 베이스 기판(110)의 제1 방향(D1)으로 연장되고, 상기 제1 방향(D1)과 다른 제2 방향(D2)을 따라 이격되어 배치된다. 상기 제2 방향(D1)은 상기 제1 방향(D1)과 수직할 수 있다. 상기 제2 나노 블록들(NB2)은 상기 제1 방향(D1)으로 연장되고, 상기 제2 방향(D2)을 따라 이격되어 배치된다. 상기 제2 나노 블록(NB2)들 각각은 서로 인접한 상기 제1 나노 블록들(NB1) 사이에 배치된다.
상기 제1 나노 블록들(NB1)을 형성하는 물질의 구체적인 예로서는, 폴리(메틸메타크릴레이트) [poly(methylmethacrylate), PMMA], 폴리(에틸렌 옥사이드) [poly(ethylene oxide), PEO], 폴리(비닐피리딘) [poly(vinyl pyridine), PVP], 폴리(에틸렌-아트-프로필렌), [poly(ethylene-alt-propylene), PEP], 폴리이소프렌[polyisoprene, PI] 등을 들 수 있다. 상기 제2 나노 블록들(NB2)을 형성하는 물질의 구체적인 예로서는, 폴리스티렌을 들 수 있다. 상기 제1 나노 구조체(NS1)는 상기 제1 나노 블록들(NB1)을 구성하는 폴리머와 상기 제2 나노 블록들(NB2)을 구성하는 폴리스티렌이 약 50:50의 조성비로 혼합된 블록 공중합체를 이용하여 형성할 수 있다.
상기 제1 나노 구조체(NS1)는 상기 베이스 기판(110) 상에 형성된 화학 패턴층(122)을 더 포함할 수 있다. 상기 화학 패턴층(122)은 친수성 또는 소수성을 갖는 화학 패턴(122a) 및 친수성도 소수성도 아닌 중성을 갖는 중성 패턴(122b)을 포함한다. 상기 베이스 기판(110)의 제1 영역(A1)은 상기 중성 패턴(122b)을 포함하 고, 상기 제1 영역(A2)과 인접한 제2 영역(A2)은 상기 화학 패턴(122a) 및 상기 중성 패턴(122b)을 포함한다. 상기 제1 영역(A1)은 상기 제1 나노 구조체(NS1)를 형성하는 공정에서 포토레지스트 패턴(132, 도 2b 참조)이 형성된 영역이고, 상기 제2 영역(A2)은 상기 포토레지스트 패턴(132)이 형성되지 않아 중성층(120, 도 2a 참조)이 노출되는 영역으로 정의된다. 상기 제2 영역(A2)에서, 상기 화학 패턴(122a) 및 상기 중성 패턴(122b)은 상기 제2 방향(D2)을 따라 교대로 배치된다.
나노 구조체의 제조 방법
도 3a 내지 도 3f는 도 2에 도시된 나노 구조체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 3a를 참조하면, 상기 베이스 기판(110) 상에 중성층(120)을 형성한다.
상기 베이스 기판(110)은 유리 기판을 포함할 수 있다.
상기 중성층(120)은 상기 제1 및 제2 나노 블록들(NB1. NB2)이 상기 베이스 기판(110) 상에, 상기 베이스 기판(110)의 표면과 수직한 방향으로 수직성을 가지고 안정적으로 성장시킬 수 있다. 상기 중성층(120)은 친수성 또는 소수성도 갖지 않는 화학적으로 중성을 나타낸다. 상기 중성층(120)은 자기조립 단분자층(Self-assembled Monolayer: SAM), 폴리머 브러쉬(Polymer Brush) 및 MAT(cross-linked random copolymer mat) 또는 MAT(cross-linked random copolymer mat) 등을 포함하는 유기 단분자층을 포함한다.
상기 자기조립 단분자층을 형성하는 물질의 구체적인 예로서는, 펜틸트리클 로로실란(Phenethyltrichlorosilane: PETCS), 페닐트리클로로실란(Phenyltrichlorosilane: PTCS), 벤질트리클로로실란(Benzyltrichlorosilane: BZTCS), 토일트리클로로실란(Tolyltrichlorosilane: TTCS), 2-[(트리메톡시실일)에틸]-2-피리딘(2-[(trimethoxysilyl)ethl]-2-pyridine: PYRTMS)), 4-바이페닐일트리메톡시실란(4-biphenylyltrimethowysilane: BPTMS), 옥타데실트리클로로실란(Octadecyltrichlorosilane: OTS), 1-나프틸트리메톡시실란(1-Naphthyltrimehtoxysilane: NAPTMS), 1-[(트리메톡시실일)메틸]나프탈렌(1-[(trimethoxysilyl)methyl]naphthalene: MNATMS), (9-메틸안트라세닐)트리메톡시실란{(9-methylanthracenyl)trimethoxysilane: MANTMS} 등을 들 수 있다.
상기 폴리머 브러쉬의 구체적인 예로서는, 폴리스티렌-랜덤-폴리(메틸메타크릴레이트) [polystyrene-random-poly(methylmethacrylate), PS-random-PMMA]를 들 수 있다.
상기 MAT의 구체적인 예로서는, 벤조사이클로부텐-기능화 폴리스티렌-랜덤-폴리(메타크릴레이트) 코폴리머 [Benzocyclobutene-functionalized polystyrene-r-poly(methacrylate) copolymer, P(s-r-BCB-r-MMA)]를 들 수 있다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 중성층(120)을 형성하기 이전에 상기 베이스 기판(110)에 산성 용액을 이용하여 상기 베이스 기판(110)의 표면을 전처리할 수 있다. 상기 전처리에 의해서, 상기 베이스 기판(110)과 상기 중성층(120)의 친화력을 향상시킬 수 있다. 상기 산성 용액의 예로서는, 불산(Hydrofluoric acid, HF)을 들 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 중성층(120)은 PS-랜덤-PMMA를 포함한다.
도 3b를 참조하면, 상기 중성층(120)이 형성된 상기 베이스 기판(110) 상에 포토레지스트 패턴(132)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(132)은 상기 제1 영역(A1)에 형성된다. 상기 포토레지스트 패턴(132)은 제1 격벽부(132a) 및 제2 격벽부(132b)를 포함한다. 상기 제1 격벽부(132a) 및 상기 제2 격벽부(132b)는 상기 제1 방향(D1)을 따라 연장되고, 상기 제2 방향(D2)으로 서로 인접하게 배치된다. 상기 제1 및 제2 격벽부들(132a, 132b)에 의해서, 상기 제2 영역(A2)의 상기 중성층(129)이 노출된다.
상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 방법으로서는, 포토리소그래피 공정, 소프트 리소그래피 공정, 나노 임프린트 공정 또는 스캐닝 프로브 리소그래피(scanning probe lithography) 공정 등을 이용할 수 있다.
상기 포토리소그래피 공정에서는, 상기 중성층(120) 상에 포토레지스트막을 형성한 후, 마스크의 상부에서 광을 조사하여 상기 포토레지스트막을 현상함으로써 상기 포토레지스트 패턴(132)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 광을 제공하는 광원은 약 436nm의 파장을 갖는 g-라인, 약 405nm의 파장을 갖는 h-라인, 약 365nm의 파장을 갖는 i-라인, 약 248nm의 파장을 갖는 KrF 레이저, 약 193nm의 파장을 갖는 ArF 레이저 또는 약 157nm의 파장을 이용한 딥 울트라바이올렛(Deep Ultraviolet, DUV), X선(X-Ray), 전자빔, 약 13.5nm의 파장을 극자외선 등을 포함한다.
상기 소프트리소그래피 공정에서는, 상기 포토레지스트막에 엘라스토마릭 폴 리(디메틸실록산) 스탬프[elastomaric poly(dimethylsiloxane) stamp, elasstomaric PDMS stamp]를 이용하여 알칸에티올(alkanethiol) 용액을 프린팅함으로써, 상기 포토레지스트 패턴(132)을 형성할 수 있다.
상기 나노 임프린트 공정에서는, 상기 포토레지스트막을 열처리하여 유동성이 있는 상태에서 패턴이 형성된 주형을 상기 포토레지스트막에 접촉시킨 후 물리적으로 가압함으로써 상기 포토레지스트 패턴(132)을 형성할 수 있다.
상기 스캐닝 프로브 리소그래피 공정에서는, 상기 포토레지스트막의 표면에 직접 미세 팀침(tip)을 이용하여 물리적인 힘을 가함으로써 상기 포토레지스트막이 변형될 수 있다. 이에 따라, 상기 포토레지스트 패턴(132)이 형성될 수 있다.
상기 포토레지스트막은 통상적으로 반도체 또는 액정표시장치의 제조에서 이용되는 화합물로 형성될 수 있다. 다만, 후속 공정에서 제1 희생 블록(144a, 도 2d 참조)을 제거하는 공정에서 상기 제1 희생 블록(144a)을 제거하는 물질에 의해서 손상되거나 제거되지 않아야 한다. 상기 포토레지스트막을 형성하는 물질의 구체적인 예로서는, 노볼락계 수지, PVP(polyvinylphenol), 아크릴레이트(acrylate), 노보넨 (Norbornene) 고분자, 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 실세스퀴옥산(Silsesquioxane) 고분자, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 터폴리머(Terpolymer), 폴리(1-부텐 술폰)[poly(1-butene sulfone), PBS], 노볼락계 포지티브 엘렉트론 레지스트(Novolac based Positive electron Resist, NPR), 폴리(메틸-a-클로로아크릴레이트-co-a-메틸 스틸렌[poly(methyl-a-chloroacrylate-co-a-methyl styrene], 폴리(글리시딜 메 타크릴레이트-co-에틸 아크릴레이트[poly(glycidyl methacrylate-co-ethyl acrylate)], 폴리클로로메틸스틸렌(polychloromethylstyrene, PCMS) 등을 들 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴(132)은 유기 화합물로 형성됨에 따라 무기 화합물로 형성되는 경우에 비해 상대적으로 상기 베이스 기판(110)으로부터의 제거가 용이할 수 있다.
상기 광원이 g-라인, h-라인 또는 I-라인인 경우에는 상기 포토레지스트막은 Norvolac 고분자를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 상기 광원이 KrF 레이저일 경우는 PVP을 이용하고, 상기 광원이 ArF 레이저일 경우는 아크릴레이트 또는 노보넨 고분자를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 광원이 DUV 또는 엑시머 레이저인 경우는 PTFE 또는 실세스퀴옥산 고분자를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 광원이 전자빔, X선, 극자외선 또는 이온빔인 경우, PMMA, 터폴리머, PBS, NPR, 폴리(메틸-a-클로로아크릴레이트-co-a-메틸 스틸렌, 폴리(글리시딜 메타크릴레이트-co-에틸 아크릴레이트 또는 PCMS 등을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 포토레지스트 패턴(132)은 블록 공중합체의 방향성을 조절한다. 상기 포토레지스트 패턴(132)의 종횡비가 클수록, 상기 블록 공중합체의 상관 거리(correlation length)가 길어져 상기 블록 공중합체의 정렬이 용이해지고, 두꺼운 블록 공중합체를 이용하더라도 상기 베이스 기판(110)의 외부로 넘치지 않는다. 본 발명에 따른 상기 포토레지스트 패턴(132)의 두께는 약 100nm 내지 약 1㎛일 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 격벽부들(132a, 132b) 사이의 거리는 약 1nm 내지 약 900nm일 수 있다.
도 3c를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(132)을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 제1 블록 공중합체를 포함하는 제1 박막(142)을 형성한다.
상기 제1 박막(142)은 상기 제2 영역(A2)의 상기 중성층(120) 상에 형성된다. 상기 블록 공중합체는 서로 다른 2 종류의 단량체들이 공유 결합한 폴리머이다. 서로 다른 2 종류의 단량체들은 서로 다른 물성 및 화학적 성질을 가지고 있다. 이에 따라, 어느 하나의 제1 단량체는 다른 하나의 제2 단량체에 비해 상대적으로 친수성을 갖고, 상기 제2 단량체는 상기 제1 단량체에 비해 상대적으로 소수성을 갖는다. 본 발명에 따른 상기 제1 블록 공중합체는 폴리스틸렌(polystyrene) 및 상기 폴리스티렌과 공유 결합한 폴리머를 포함한다.
상기 제1 블록 공중합체의 구체적인 예로서는, 폴리스티렌-블록-폴리(메틸메타크릴레이트) [polystyrene-block-poly(methylmethacrylate), PS-b-PMMA], 폴리스티렌-블록-폴리(에틸렌 옥사이드) [polystyrene-block-poly(ethylene oxide), PS-b-PEO], 폴리스티렌-블록-폴리(비닐피리딘) [polystyrene-block-poly(vinyl pyridine), PS-b-PVP], 폴리스티렌-블록-폴리(에틸렌-아트-프로필렌), [Polystyrene-block-poly(ethylene-alt-propylene), PS-b-PEP], 폴리스티렌-블록-폴리이소프렌[polystyrene-block-polyisoprene, PS-b-PI ] 등을 들 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 제1 블록 공중합체는 PS-b-PMMA를 포함한다.
이어서, 상기 제1 박막(142)을 포함하는 상기 베이스 기판(110)을 열처리한다. 상기 열처리 공정은 약 200℃ 내지 약 300℃에서 약 40 시간 내지 약 60 시간 동안 행해질 수 있다.
도 3d를 참조하면, 상기 열처리에 의해서, 상기 제1 박막(142)이 제1 희생 블록(144a) 및 제2 희생 블록(144b)을 포함하는 희생 구조체(144)로 변환된다.
상기 제1 박막(142)의 상기 제1 블록 공중합체는 상기 제1 방향(D1)을 따라서 정렬되는 동시에, 상기 제2 방향(D2)을 따라서 상기 폴리스티렌과 상기 폴리머로 상분리된다. 이에 따라, 상기 제1 방향(D1)을 따라 연장된 제1 희생 블록(144a)이 형성되고, 상기 제1 희생 블록(144a)과 상분리되어 상기 제1 희생 블록(144a)의 상기 제2 방향(D2)에 배치된 상기 제2 희생 블록(144b)이 형성된다. 본 발명의 실시예에서는, 상기 제1 희생 블록(144a)은 PMMA를 포함하고, 상기 제2 희생 블록(144b)은 PS를 포함한다.
상기 제1 블록 공중합체는 상기 제1 및 제2 단량체들의 조성비에 따라서 서로 다른 형상을 갖는다. 상기 폴리스티렌과 상기 PS의 조성비가 약 50:50일 때, 상기 블록 공중합체는 판상형(lamella shape)을 갖는다.
도 3e를 참조하면, 상기 희생 구조체(144)로부터 상기 제1 희생 블록(144a)을 제거한다. 이에 따라, 상기 중성층(120) 상에는 상기 제2 희생 블록(144b) 및 상기 포토레지스트 패턴(132)이 잔류한다.
상기 제1 희생 블록(144a)은 습식 식각을 통해서 제거될 수 있다. 예를 들어, 상기 희생 구조체(144)를 포함하는 상기 베이스 기판(110)을 아세트산을 포함하는 용액에 담군 후에 초음파 분해(sonication)하면 상기 제1 희생 블록(144a)만이 선택적으로 상기 희생 구조체(144)로부터 제거된다. 이와 달리, 상기 제1 희생 블록(144a)은 건식 식각을 통해서 제거될 수 있다. 예를 들어, 상기 희생 구조 체(144)에 자외선을 조사한 후, 선택 이온 식각(Reactive ion etching, RIE)을 통해서 식각 선택성(ethcing selectivity) 차이에 의해서 상기 제1 희생 블록(144a)만을 선택적으로 제거할 수 있다.
이어서, 상기 포토레지스트 패턴(132) 및 상기 제2 희생 블록(144b)을 마스크로 이용하여 상기 중성층(120)을 산화시킨다. 예를 들어, 상기 중성층(120)을 산소 플라즈마를 이용하여 선택 이온 식각을 하거나, 자외선 오존기를 이용하여 산화시킬 수 있다. 이와 달리, 상기 중성층(120)은 X선을 이용하여 산화될 수 있다.
도 3f를 참조하면, 상기 중성층(120)을 산화시킴으로써 상기 제2 영역(A2)의 일부에 상기 화학 패턴(122a)이 형성되고, 상기 화학 패턴(122a)이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역에는 상기 중성층(120)의 성질을 그대로 가지고 있는 상기 중성 패턴(122b)이 형성된다.
이어서, 상기 제2 희생 블록(144b) 및 상기 포토레지스트 패턴(132)을 제거한다. 예를 들어, 상기 제2 희생 블록(144b) 및 상기 포토레지스트 패턴(132)을 포함하는 상기 베이스 기판(110)을 톨루엔을 포함하는 용액에 담군 후, 초음파 분해하여 상기 제2 희생 블록(144b) 및 상기 포토레지스트 패턴(132)을 제거할 수 있다.
상기 화학 패턴(122a)이 형성된 상기 베이스 기판(110) 상에 제2 블록 공중합체를 포함하는 제2 박막을 형성한다. 상기 제2 박막을 구성하는 상기 제2 블록 공중합체는 상기 제1 박막(142)을 구성하는 상기 제1 블록 공중합체와 실질적으로 동일하다. 상기 제2 박막을 포함하는 상기 베이스 기판(110)을 열처리한다.
상기 열처리에 의해서, 상기 화학 패턴(122a) 상에 상기 제1 나노 블록(NB1)이 형성되고, 상기 중성 패턴(122b) 상에 상기 제2 나노 블록(NB2)이 형성된다. 이에 따라, 상기 베이스 기판(110) 상에 상기 제1 나노 구조체(NS1)가 형성된다.
상기 화학 패턴(122a) 상에는 상기 제2 블록 공중합체를 구성하는 폴리머 중에서 상대적으로 친수성을 가진 폴리머가 배치되고, 상기 제2 영역(A2)의 상기 중성 패턴(122b) 상에는 상대적으로 소수성을 가진 폴리머가 배치될 수 있다. 상기 화학 패턴(122a) 상에서 친수성을 갖는 폴리머가 정렬됨으로써, 상기 제2 영역(A2)의 상기 중성 패턴(122b) 상에서는 상기 친수성을 갖는 폴리머의 영향으로 커플링이 유도되어 자발적으로 상기 소수성을 갖는 폴리머가 상기 화학 패턴(122a)이 형성된 방향과 동일한 방향으로 정렬될 수 있다.
동시에, 상기 제1 영역(A1)의 상기 중성 패턴(122b) 상에서는 상기 제2 영역(A2)의 상기 중성 패턴(122b) 및 상기 화학 패턴(122a) 상에 정렬하여 형성한 상기 제1 및 제2 나노 블록들(NB1, NB2)의 영향으로 커플링이 유도되어 자발적으로 상기 제1 영역(A1)의 가장자리에서부터 상기 제1 영역(A1)의 중심부를 향해서 상기 제1 및 제2 나노 블록들(NB1, NB2)이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, PS-b-PMMA에서, PMMA가 PS에 비해서 상대적으로 친수성이 크므로 상기 화학 패턴(122a) 상에 PMMA가 배치되어 상기 제1 나노 블록(NB1)을 형성한다. PS는 상기 중성 패턴(122b) 상에 배치되어 상기 제2 나노 블록(NB2)을 형성한다.
시간이 경과함에 따라서, 상기 베이스 기판(110)의 전면에 상기 제1 및 제2 나노 블록들(NB1, NB2)이 형성됨으로써 실질적으로 상기 베이스 기판(110)의 전면에 상기 제1 나노 구조체(NS1)가 형성된다.
본 실시예에 따르면, 상기 포토레지스트 패턴(132)에 의해서 상기 제1 블록 공중합체를 이용하여 용이하게 상기 희생 구조체(144)를 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴(132) 및 상기 희생 구조체(144)를 이용하여 상기 화학 패턴(122a)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 대면적의 상기 베이스 기판(110) 상에 상기 제2 블록 공중합체가 균일하게 정렬되어, 상기 제1 나노 구조체(NS1)를 용이하게 형성할 수 있다.
패턴의 제조 방법
도 4a는 도 2에 도시된 나노 구조체를 이용하여 제조된 패턴의 사시도이다.
도 4b는 도 4a의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 패턴은 제1 편광판(PL1)을 구성하는 금속 패턴으로서, 베이스 기판(110) 상에 형성된 제1 라인(210a) 및 제2 라인(210b)을 포함하는 선격자 패턴(210)을 포함한다.
상기 제1 및 제2 라인들(210a, 210b)은 상기 베이스 기판(110)의 제1 방향(D1)으로 연장된다. 상기 제2 라인(210b)은 상기 제1 라인(210a)의 상기 제1 방향(D1)과 다른 제2 방향(D2)에 배치된다. 상기 제1 및 제2 라인들(210a, 210b)은 금속층을 패터닝하여 형성한다. 상기 금속층은 알루미늄, 은, 백금 등을 포함할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4b에 도시된 패턴을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5a를 참조하면, 상기 베이스 기판(110) 상에 모박막(mother thin layer)로서, 금속층(200)을 형성한다. 예를 들어, 상기 금속층(200)은 알루미늄을 포함할 수 있다.
상기 금속층(200)을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 중성층(120) 및 포토레지스트 패턴(132)을 순차적으로 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(132)은 상기 베이스 기판(110)의 제1 영역(A1)에 형성된 제1 격벽부(132a) 및 제2 격벽부(132b)를 포함한다. 제2 영역(A2) 상의 상기 중성층(120)은 상기 제1 및 제2 격벽부들(132a, 132b)에 의해 노출된다. 상기 포토레지스트 패턴(132)을 형성하는 공정은 도 3b에서 설명한 공정과 실질적으로 동일하다.
상기 포토레지스트 패턴(132)을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 희생 구조체(144)를 형성한다. 상기 희생 구조체(144)는 도 3c 및 도 3d에서 설명한 공정과 실질적으로 동일한 공정으로 형성될 수 있다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
이어서, 상기 희생 구조체(144)의 제1 희생 블록(144a)을 제거하고, 상기 포토레지스트 패턴(132) 및 제2 희생 블록(144b)을 마스크로 이용하여 상기 중성층(120)을 산화시킨다.
도 5b를 참조하면, 상기 중성층(120)의 일부가 산화되어 화학 패턴층(122)을 형성하고, 상기 화학 패턴층(122) 상의 상기 제2 희생 블록(144b) 및 상기 포토레 지스트 패턴(132)을 제거한다. 상기 화학 패턴층(122)은 도 3f에서 설명한 화학 패턴층과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
이어서, 상기 화학 패턴층(122)을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 블록 공중합체를 포함하는 박막을 형성하고 이를 열처리하여 제1 및 제2 나노 블록들(NB1, NB2)을 포함하는 제1 나노 구조체(NS1)를 형성한다. 상기 제1 나노 구조체(NS1)는 도 2에서 설명한 나노 구조체와 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
도 5c를 참조하면, 상기 제1 나노 구조체(NS1)로부터 상기 제1 나노 블록(NB1) 및 상기 제1 나노 블록(NB1)의 하부에 형성된 상기 화학 패턴층(!22)의 화학 패턴(122a)을 제거한다. 이에 따라, 상기 금속층(200) 상에는 상기 제2 나노 블록(NB2) 및 상기 화학 패턴층(122)의 중성 패턴(!22b)이 잔류한다.
상기 제2 나노 블록(NB2)을 마스크로 이용하여 노출된 상기 금속층(200)을 식각하여 상기 선격자 패턴(210)을 형성한다. 상기 제2 나노 블록(NB2) 및 상기 중성 패턴(122b)은 상기 선격자 패턴(210)을 형성한 후 제거한다.
본 실시예에 따르면, 블록 공중합체를 이용하여 상기 제1 나노 구조체(NS1)를 형성하고, 상기 제1 나노 구조체(NS1)를 이용하여 상기 금속층(200)을 패터닝하여 상기 선격자 패턴(210)을 형성한다. 이에 따라, 대면적의 상기 베이스 기판(110) 상에 나노 사이즈의 상기 선격자 패턴(210)을 형성할 수 있어, 상기 제1 편광판(PL1)의 제조 신뢰성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
실시예 2
나노 구조체
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 나노 구조체의 사시도이다.
도 6에 도시된 제2 나노 구조체(NS2)는 제1 나노 블록(NB1) 및 제2 나노 블록(NB2)을 포함한다. 상기 제2 나노 구조체(NS2)는 화학 패턴층(122)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 제2 나노 구조체(NS2)는 도 1에 도시된 실린더형을 갖는다.
상기 제1 나노 블록(NB1)은 바닥면이 상기 화학 패턴층(122)과 접촉하는 실린더형을 갖고, 상기 제2 나노 블록(NB2)은 서로 인접하게 배치된 상기 제1 나노 블록들(NB1) 사이에 배치되어 상기 제1 나노 블록(NB1)의 주변을 둘러싼다. 상기 제1 나노 블록(NB1)은 PMMA를 포함하고, 상기 제2 나노 블록(NB2)은 PS를 포함한다. 다른 관점에서, 상기 제2 나노 블록(NB2)은 실질적으로는 상기 제1 나노 블록(NB1)을 둘러싸는 기질(substrate)이다.
상기 화학 패턴층(122)은 도 2에 도시된 화학 패턴층과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
나노 구조체의 제조 방법
도 7a는 도 6에 도시된 나노 구조체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 7a를 참조하면, 베이스 기판(110) 상에 중성층(120) 및 제1 및 제2 격벽 부들(132a, 132b)을 포함하는 포토레지스트 패턴(132)을 순차적으로 형성한다. 상기 중성층(120) 및 상기 포토레지스트 패턴(132)은 도 3a 및 도 3b에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
이어서, 상기 포토레지스트 패턴(132)을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 블록 공중합체를 포함하는 박막을 형성한다. 상기 박막은 PS-b-PMMA를 포함하고, PS와 PMMA의 조성비는 약 65:35 내지 60:40일 수 있다. 이와 달리, PS와 PMMA의 조성비는 약 35:65 내지 40:60일 수 있다.
상기 박막을 포함하는 상기 베이스 기판(110)을 열처리하여 희생 구조체(144)를 형성한다. 상기 희생 구조체(144)는 제1 희생 블록(144a) 및 제2 희생 블록(144b)을 포함한다. 상기 제1 희생 블록(144a)은 상기 제1 나노 블록(NB1)과 동일하게 실린더 형상을 갖는다.
이어서, 상기 희생 구조체(144)로부터 상기 제1 희생 블록(144b)을 제거하고 상기 포토레지스트 패턴(132) 및 상기 제2 희생 블록(144b)을 마스크로 이용하여 상기 중성층(120)을 산화시켜 상기 화학 패턴층(122)을 형성한다.
상기 제2 희생 블록(144b) 및 상기 포토레지스트 패턴(132)을 제거하고, 상기 화학 패턴층(122) 상에 상기 블록 공중합체를 포함하는 박막을 형성한다. 상기 박막을 열처리함으로써 대면적의 상기 베이스 기판(110) 상에 도 6에 도시된 상기 제2 나노 구조체(NS2)를 용이하게 형성할 수 있다.
패턴의 제조 방법
도 7b는 도 7a에 도시된 나노 구조체를 이용하여 제조된 패턴을 설명하기 위한 사시도이다.
도 7b에 도시된 패턴(310)은 상기 베이스 기판(110) 상에 형성된다. 상기 패턴(310)은 상기 제2 나노 구조체(NS2)의 상기 제1 나노 블록(144a)의 형상과 실질적으로 동일한 실린더 형상을 갖는다.
도 7c는 도 7b에 패턴을 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 7c를 참조하면, 상기 베이스 기판(110) 상에 모박막으로서 유기층(300)을 형성하고, 상기 유기층(300) 상에 상기 제2 나노 구조체(NS2)를 형성한다. 상기 제2 나노 구조체(NS2)를 형성하는 공정은 도 6에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
상기 제2 나노 구조체(NS2)에서 상기 제1 나노 블록(NB1)을 선택적으로 제거하고, 상기 제2 나노 블록(NB2)을 마스크로 이용하여 상기 유기층(300)을 패터닝한다. 이에 따라, 상기 베이스 기판(110) 상에는 상기 패턴(310)이 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 대면적의 상기 베이스 기판(110) 상에 나노 사이즈의 상기 패턴(310)을 형성할 수 있다.
실시예 3
나노 구조체
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 나노 구조체의 사시도이다.
도 8에 도시된 제3 나노 구조체(NS3)는 제1 나노 블록(NB1) 및 제2 나노 블 록(NB2)을 포함한다. 상기 제3 나노 구조체(NS3)는 베이스 기판(110) 상에 순차적으로 형성된 포토레지스트 패턴(134) 및 중성층(120)을 더 포함할 수 있다. 상기 중성층(120)은 도 3a에서 설명한 중성층과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
상기 제1 및 제2 나노 블록들(NB1, NB2)은 상기 베이스 기판(110)의 제1 방향(D1)으로 연장되고, 상기 제1 방향(D1)과 다른 제2 방향(D2)으로 반복적으로 배열된다. 상기 제2 방향(D2)은 상기 제1 방향(D1)과 수직할 수 있다. 상기 제3 나노 구조체(NS3)는 상기 포토레지스트 패턴(134) 상에 형성된 것을 제외하고는 도 2에서 설명한 제1 나노 구조체(NS1)와 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
상기 포토레지스트 패턴(134)은 상기 제1 방향(D1)을 따라 반복적으로 배열되고 상기 제2 방향(D2)으로 연장된 볼록부(134a) 및 오목부(134b)를 포함한다. 상기 오목부(134b)는 곡률을 가지고, 구체적으로는 하프 파이프 형상을 갖는다. 서로 인접한 볼록부들(134a) 사이의 거리는 약 1㎛ 내지 약 100㎛일 수 있다. 상기 오목부(134b)는 상기 오목부(134b)의 접선이 상기 베이스 기판(110)의 표면을 기준으로 약 3°이상 약 90°미만일 수 있다.
나노 구조체의 제조 방법
도 9a, 도 9b 도 9c는 도 8에 도시된 나노 구조체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 9a를 참조하면, 상기 베이스 기판(110) 상에 기둥 패턴들(133)을 형성한다. 상기 기둥 패턴들(133)은 상기 제2 방향(D2)으로 연장되고, 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격되어 배치된다. 상기 기둥 패턴들(133)은 상기 포토레지스트 패턴(134)의 상기 볼록부(134a)와 대응하는 영역에 형성된다.
도 9b를 참조하면, 상기 기등 패턴들(133)을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 포토레지스트 조성물을 도포하여 상기 기등 패턴들(133)이 형성된 영역에 상기 볼록부(134a)가 형성된다. 동시에, 상기 포토레지스트 조성물에 의해 서로 인접한 볼록부들(134a) 사이에는 상기 오목부(134b)가 형성된다. 이에 따라, 상기 포토레지스트 패턴(134)이 상기 베이스 기판(110) 상에 형성된다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 포토레지스트 패턴(134)은 하프톤 마스크를 이용하여 형성할 수 있다. 일례로, 상기 베이스 기판(110) 상에 상기 포토레지스트 조성물을 일정 두께 도포하여 포토레지스트막을 형성한 후, 포토레지스트막을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 상기 하프톤 마스크를 배치한다. 상기 포토레지스트막은 네가티브형 포토레지스트 조성물을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 하프톤 마스크는 상기 볼록부(134a)와 대응하는 영역 상에 배치된 광차단부 및 상기 오목부(134b)와 대응하는 영역 상에 배치된 하프톤부를 포함한다. 상기 하프톤 마스크 상부에서 상기 포토레지스트막을 향해 광을 조사한 후, 상기 포토레지스트막을 현상함으로써 상기 포토레지스트 패턴(134)을 형성할 수 있다.
이와 달리, 상기 하프톤부가 다수의 슬릿들을 포함하는 슬릿부로 대체된 슬릿 마스크를 이용하여 상기 포토레지스트 패턴(134)을 형성할 수 있다.
도 9c를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(134)을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 상기 중성층(120)을 형성한다. 상기 중성층(120)을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 블록 공중합체를 포함하는 박막(145)을 형성한다. 상기 블록 공중합체는 판상형을 가지는 PS-b-PMMA를 포함할 수 있다.
이어서, 상기 박막(145)을 포함하는 상기 베이스 기판(110)을 열처리하여 상기 제3 나노 구조체(NS3)를 형성한다. 상기 제1 및 제2 나노 블록들(NB1, NB2)이 상기 제1 방향(D1)으로 배열되는 원리는 상기 박막(145)의 두께에 따른 결함들(defects)의 소멸 속도 차이에 의한다. 상기 블록 공중합체가 상기 중성층(120)에 의해 상기 중성층(120) 및 상기 박막(145)의 계면에서 수직적으로 배향되기 때문에 상기 계면에 나타나 있는 결함의 형태는 상기 박막(145)의 두께 전체를 관통한다. 이에 따라, 결함 에너지는 상기 박막(145)의 두께에 따라 증가하고, 상기 결함 에너지는 두께 구배(thickness gradient)에 따른 결함 소멸 속도의 구배를 강요한다. 그 결과, 상기 제1 및 제2 나노 블록들(NB1, NB2)이 상기 박막(145)의 두꺼운 부분, 예를 들어 상기 오목부(134b)의 중심에서부터 생성되어 상기 열처리가 되는 동안 상기 두께 구배에 따라 전파된다. 동시에, 상기 블록 공중합체는 상기 제2 방향(D2)으로 확산됨으로써 PS와 PMMA가 상분리될 수 있다. 즉, 상기 오목부(134b)의 중심에서부터 상기 볼록부(134a)를 향해 방향성 도메인 성장이 발생하는 동시에 상분리되어 상기 제1 및 제2 나노 블록들(NB1, NB2)이 형성될 수 있다. 상기 두께 구배에 의해서 상기 제1 및 제2 나노 블록들(NB1, NB2)이 형성되는 것에 관해서는, 본 출원인과 한국과학기술원이 공동 출원한 대한민국 특허출원 제10-2007-0066688 호 (대한민국 공개특허 제10-2009-0001371호)에 개시되어 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 제3 나노 구조체(NS3)가 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 도 3d에 도시된 희생 구조체(144)의 형성 및 상기 중성층(120)을 산화시키는 공정 없이 상기 포토레지스트 패턴(134)에 의해서 용이하게 상기 제3 나노 구조체(NS3)를 형성할 수 있다. 또한, 임프린터를 이용하여 상기 박막(145)에 두께 구배를 제공하는 대신 상기 포토레지스트 패턴(134)에 의해 상기 두께 구배를 제공할 수 있어 상기 임프린터의 손상 및 공정 상의 이물 유입에 따른 두께 구배의 신뢰성 저하 등의 문제를 미연에 방지할 수 있다.
패턴의 제조 방법
본 실시예에 따라 제조된 패턴은 도 4a 및 도 4b에 도시된 패턴과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
도 9d는 도 8에 도시된 나노 구조체를 이용하여 패턴을 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 9d를 참조하면, 상기 베이스 기판(110) 상에 모박막으로서 금속층(200)을 형성하고, 상기 금속층(200) 상에 상기 제3 나노 구조체(NS3)를 형성한다. 상기 제3 나노 구조체(NS3)를 형성하는 공정은 도 9a 내지 도 9c에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
상기 제3 나노 구조체(NS3)에서 제1 나노 블록(NB1)을 선택적으로 제거하고, 제2 나노 블록(NB2)을 마스크로 이용하여 상기 포토레지스트 패턴(134), 상기 중성 층(120) 및 상기 금속층(200)을 패터닝한다. 이에 따라, 상기 베이스 기판(110) 상에는 상기 선격자 패턴(210)이 형성될 수 있다. 상기 선격자 패턴(210)이 형성된 후, 상기 베이스 기판(110) 상에 잔류하는 상기 포토레지스트 패턴(134) 및 상기 중성층(120)은 제거된다.
본 실시예에 따르면, 대면적의 상기 베이스 기판(110) 상에 나노 사이즈의 상기 선격자 패턴(210)을 형성할 수 있다.
실시예 4
나노 구조체 및 이의 제조 방법
본 실시예에 따른 나노 구조체은 도 8에 도시된 제3 나노 구조체(NS3)와 실질적으로 동일하고, 상기 나노 구조체의 제조 방법은 도 9a 내지 도 9c에서 설명한 방법과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
패턴의 제조 방법
도 10은 본 발명의 실시예 4에 따라 제조된 패턴의 사시도이다.
도 10에 도시된 패턴은 제2 편광판(PL2)을 구성하는 금속 패턴으로서, 베이스 기판(110) 상에 형성된 제1 라인(220a) 및 제2 라인(220b)을 포함하는 선격자 패턴(220)을 포함한다.
상기 제2 편광판(PL2)은 상기 선격자 패턴(220)의 하부에 형성된 포토레지스트 패턴(134)을 더 포함할 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴(134)은 제1 방향(D1) 으로 배열되고, 상기 제1 방향(D1)과 다른 제2 방향(D2)으로 연장된 볼록부(134a) 및 오목부(134b)를 포함한다. 상기 오목부(134b)는 곡률을 가지고 구체적으로는 하프 파이프 형상을 갖는다.
상기 선격자 패턴(220)은 상기 포토레지스트 패턴(134) 상에 형성된다. 상기 선격자 패턴(220)은 상기 베이스 기판(110)의 제1 방향(D1)으로 연장된 제1 라인(220a) 및 제2 라인(220b)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 라인들(220a, 220b)은 상기 제1 방향(D1)과 다른 제2 방향(D2)으로 인접하게 배치된다. 상기 선격자 패턴(220)은 상기 포토레지스트 패턴(134)의 상기 볼록부(134a) 및 상기 오목부(134b)에 의해서 형성되는 굴곡을 따라 형성된다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 선격자 패턴(220)을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에는, 상기 제2 편광판(PL2)을 평탄화시키고 보호하기 위한 오버 코팅막을 더 형성할 수 있다.
도 11은 도 10에 도시된 패턴을 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 11을 참조하면, 상기 베이스 기판(110) 상에 상기 포토레지스트 패턴(134)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(134)은 도 9a 및 도 9b에서 설명한 포토레지스트 패턴과 실질적으로 동일한 방법으로 제조될 수 있다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
상기 포토레지스트 패턴(134)이 형성된 상기 베이스 기판(110) 상에 금속층(200)을 형성하고, 상기 금속층(200) 상에 중성층(120)을 형성한다. 상기 중성층(120)은 도 3a에서 설명한 중성층과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설 명은 생략한다.
상기 중성층(120)을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 블록 공중합체를 포함하는 박막(145)을 형성한다. 상기 블록 공중합체는 판상형을 가지는 PS-b-PMMA를 포함할 수 있다. 상기 박막(145)을 열처리하여 나노 구조체를 형성한다. 본 실시예에 따른 나노 구조체는 실질적으로 도 8에 도시된 제3 나노 구조체(NS3)와 동일하고, 상기 제3 나노 구조체(NS3)와 실질적으로 동일한 방법으로 형성된다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
이어서, 상기 제3 나노 구조체(NS3)의 제1 나노 블록(NB1)을 제거하고, 제2 블록(NB2)만을 상기 금속층(200) 상에 잔류시킨다. 상기 제2 나노 블록(NB2)을 마스크로 이용하여 상기 금속층(200)을 식각함으로써 상기 선격자 패턴(220)이 형성된다. 이에 따라, 상기 베이스 기판(110) 상에 상기 포토레지스트 패턴(134) 및 상기 선격자 패턴(220)을 포함하는 상기 제2 편광판(PL2)을 제조할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 도 3d에 도시된 희생 구조체(144)의 형성 및 상기 중성층(120)을 산화시키는 공정 없이 상기 포토레지스트 패턴(134)에 의해서 용이하게 상기 제3 나노 구조체(NS3)를 형성할 수 있다. 이에 따라, 대면적의 상기 베이스 기판(110) 상에 나노 사이즈의 상기 선격자 패턴(220)을 형성할 수 있다.
실시예 5
나노 구조체 및 이의 제조 방법
본 실시예에 따른 나노 구조체는 도 8에 도시된 제3 나노 구조체(NS3)와 실 질적으로 동일하고, 상기 나노 구조체의 제조 방법은 도 9a 내지 도 9c에서 설명한 방법과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
패턴의 제조 방법
도 12a는 본 발명의 실시예 5에 따라 제조된 패턴의 사시도이다.
도 12b는 도 12a의 II-II' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 12a 및 도 12b에 도시된 패턴은 제3 편광판(PL3)을 구성하는 금속 패턴으로서, 베이스 기판(110) 상에 형성된 제1 라인(220a) 및 제2 라인(220b)을 포함하는 선격자 패턴(220)을 포함한다. 상기 제3 편광판(PL3)은 포토레지스트 패턴(134), 중성층(120) 및 잔류 블록(146)을 더 포함할 수 있다. 상기 제3 편광판(PL3)은 상기 중성층(120) 및 상기 잔류 블록(146)을 제외하고는 도 10에 도시된 제2 편광판(PL2)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
상기 중성층(120)은 상기 포토레지스트 패턴(134)이 형성된 상기 베이스 기판(110) 상에 형성된다. 상기 중성층(120)은 도 3a에서 설명한 중성층과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
상기 잔류 블록(146)은 상기 선격자 패턴(220)을 형성하는 공정에서 형성된 나노 구조체의 잔류물이다. 상기 잔류 블록(146)은 예를 들어, PS를 포함할 수 있다. 상기 잔류 블록(146)은 상기 선격자 패턴(220)의 서로 인접하게 배치된 제1 라인(220a) 및 제2 라인(220b) 사이에 형성된다.
도 13a 및 도 13b는 도 12b에 도시된 패턴을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 13a를 참조하면, 상기 베이스 기판(110) 상에 상기 포토레지스트 패턴(134)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(134)이 형성된 상기 베이스 기판(110) 상에 중성층(120)을 형성한다. 상기 중성층(120)이 형성된 상기 베이스 기판(110) 상에 제1 나노 블록(NB1) 및 제2 나노 블록(NB2)을 포함하는 제3 나노 구조체(NS3)를 형성한다. 상기 제3 나노 구조체(NS3)는 실질적으로 도 8에 도시된 나노 구조체와 동일하고 이의 제조 방법과 실질적으로 동일한 방법으로 형성된다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
도 13b를 참조하면, 상기 제3 나노 구조체(NS3)로부터 상기 제1 나노 블록(NB1)을 제거하고, 상기 제2 나노 블록(NB2), 상기 중성층(120) 및 상기 포토레지스트 패턴(132)을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 금속층(200)을 형성한다. 상기 금속층(200)은 상기 제2 나노 블록(NB2) 상에 형성되고, 서로 인접한 상기 제2 나노 블록들(NB2) 사이의 상기 중성층(120) 상에 형성된다.
이어서, 상기 제2 나노 블록(NB2)의 상단부를 가로지는 가상의 커팅 라인(CL)을 따라 상기 제2 나노 블록(NB2)의 일부를 제거함으로써 상기 제2 나노 블록(NB2) 상에 형성된 상기 금속층(200)도 제거된다. 이에 따라, 상기 금속층(200)은 상기 제2 나노 블록들(NB2) 사이의 상기 중성층(120) 상에만 잔류하여, 상기 선격자 패턴(220)이 형성된다. 상기 베이스 기판(110) 상에 잔류하는 상기 제2 나노 블록(NB2)이 상기 제3 편광판(PL3)의 상기 잔류 블록(146)으로 정의된다. 상기 제2 나노 블록(NB2)의 일부는 건식 식각을 통해서 제거될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 제3 편광판(PL3)을 제조할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 제2 나노 블록(NB2)을 제거하여 도 11에서 설명한 방법을 이용하여 도 10에 도시된 제2 편광판(PL2)을 형성할 수도 있다.
실시예 6
나노 구조체 및 이의 제조 방법
본 실시예에 따른 나노 구조체는 도 8에 도시된 제3 나노 구조체(NS3)와 실질적으로 동일하고, 상기 나노 구조체의 제조 방법은 도 9a 내지 도 9c에서 설명한 방법과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
패턴의 제조 방법
도 14는 본 발명의 실시예 6에 따라 제조된 패턴의 단면도이다.
도 14에 도시된 패턴은 제4 편광판(PL4)을 구성하는 금속 패턴으로서, 베이스 기판(110) 상에 형성된 제1 라인(230a) 및 제2 라인(230b)을 포함하는 선격자 패턴(230)을 포함한다. 상기 제4 편광판(PL4)은 포토레지스트 패턴(134), 중성층(120) 및 잔류 구조체(148)를 더 포함할 수 있다. 상기 제4 편광판(PL4)은 상기 중성층(120) 및 상기 잔류 구조체(148)를 제외하고는 도 10에 도시된 제2 편광판(PL2)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
상기 잔류 구조체(148)는 상기 선격자 패턴(230)의 하부에 형성된 제1 잔류부(148a) 및 상기 중성층(148b) 상에 형성된 제2 잔류부(148b)를 포함한다. 상기 제1 잔류부(148a) 상에 상기 선격자 패턴(230)이 형성되고, 상기 선격자 패턴(230)의 서로 이격된 상기 제1 및 제2 라인들(230a, 230b) 사이에 상기 제2 잔류부(148b)가 배치된다.
상기 제1 잔류부(148a)의 높이는, 상기 포토레지스트 패턴(134)의 볼록부(134a)를 연결하는 가상의 평행선을 기준으로, 상기 제2 잔류부(148b)의 높이에 비해 상대적으로 낮다. 상기 제1 및 제2 잔류부들(148a, 148b)의 상기 베이스 기판(110)의 표면으로부터 상기 평행선까지의 높이는 서로 실질적으로 동일하지만, 상기 평행선으로부터 돌출된 정도가 상기 제1 잔류부(148a)에 비해 상기 제2 잔류부(148b)가 더 크다. 상기 제1 잔류부(148a)는 적어도 상기 베이스 기판(110)의 표면과 상기 평행성까지의 높이와 실질적으로 동일한 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 제1 잔류부(148a)가 상기 오목부(134b)를 메워 상기 오목부(134b) 상에 배치되는 상기 선격자 패턴(230)이 실질적으로 상기 베이스 기판(110)의 표면과 평행한 면에 형성된 효과를 나타낸다.
도 15a, 도 15b 및 도 15c는 도 14에 도시된 패턴을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 15a를 참조하면, 상기 베이스 기판(110) 상에 상기 포토레지스트 패턴(134), 상기 중성층(120) 및 제3 나노 구조체(NS3)를 순차적으로 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(134), 상기 중성층(120) 및 상기 제3 나노 구조체(NS3)는 도 13a에서 설명한 방법과 실질적으로 동일한 방법으로 형성될 수 있다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
도 15b를 참조하면, 상기 제3 나노 구조체(NS3)로부터 제1 나노 블록(NB1)의 일부를 제거한다. 이에 따라, 상기 제1 나노 블록(NB1)이 소정 두께 제거되어, 상기 제1 잔류부(148a)를 형성한다.
도 15c를 참조하면, 상기 제1 잔류부(148a) 및 상기 제3 나노 구조체(NS3)의 제2 나노 블록(NB2)을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 금속층(200)을 형성한다. 상기 금속층(200)은 상기 제1 잔류부(148a) 및 상기 제2 나노 블록(NB2) 상에 형성된다.
이어서, 상기 제2 나노 블록(NB2)의 상단부를 가로지는 가상의 커팅 라인(CL)을 따라 상기 제2 나노 블록(NB2)의 일부를 제거함으로써 상기 제2 나노 블록(NB2) 상에 형성된 상기 금속층(200)도 제거된다. 이에 따라, 상기 금속층(200)은 상기 제1 잔류부(148a) 상에만 잔류하여, 상기 선격자 패턴(220)이 형성된다. 상기 베이스 기판(110) 상에 잔류하는 상기 제2 나노 블록(NB2)이 상기 잔류 구조체(148)의 상기 제2 잔류부(148b)로 정의된다. 상기 제2 나노 블록(NB2)의 일부는 건식 식각을 통해서 제거될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 제4 편광판(PL4)을 제조할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 도 3d에 도시된 희생 구조체(144)의 형성 및 상기 중성층(120)을 산화시키는 공정 없이 상기 포토레지스트 패턴(134)에 의해서 용이하게 상기 제3 나노 구조체(NS3)를 형성할 수 있다. 상기 제3 나노 구조체(NS3)를 이용하여 상기 잔류 구조체(148)를 형성함에 따라, 상기 선격자 패턴(220)이 상기 베이스 기판(110)의 표면과 평행한 면에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 포토레지스 트 패턴(134)의 굴곡에 의해 편광 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 제4 편광판(PL4)의 생산성 및 제조 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
실시예 7
나노 구조체
도 16은 본 발명의 실시예 7에 따라 제조된 나노 구조체의 사시도이다.
도 16에 도시된 제4 나노 구조체(NS4)는 제1 나노 블록(NB1) 및 제2 나노 블록(NB2)을 포함한다. 상기 제4 나노 구조체(NS4)는 베이스 기판(110) 상에 형성된 버퍼 구조체(145) 및 포토레지스트 패턴(132)을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 나노 블록들(NB1, NB2)은 상기 버퍼 구조체(145) 상에 형성된 것을 제외하고는 도 2에 도시된 제1 나노 구조체(NS1)와 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
상기 포토레지스트 패턴(132)은 상기 버퍼 구조체(145) 및 상기 베이스 기판(110) 사이에 형성된다. 상기 포토레지스트 패턴(132)은 상기 베이스 기판(110)의 제1 영역(A1)에 형성되고, 서로 인접한 상기 제1 영역들(A1) 사이의 제2 영역(A2)을 노출시킨다.
상기 버퍼 구조체(145)는 나노 실린더들(145a), 하프 실린더들(145c) 및 기질(substrate, 145b)을 포함한다. 상기 나노 실린더들(145a) 및 상기 하프 실린더들(145c)은 상기 베이스 기판(110)의 제1 방향(D1)으로 연장되고, 상기 제1 방향(D2)과 다른 제2 방향(D2)으로 병렬로 배열된다.
상기 나노 실린더들(145a)은 상기 제2 영역(A2)에 배치된다. 즉, 상기 나노 실린더들(145a)은 상기 포토레지스트 패턴(132)의 서로 인접하게 배치된 제1 격벽부(132a) 및 제2 격벽부(132b) 사이에 배치된다. 상기 하프 실린더들(145c)은 상기 포토레지스트 패턴(132) 및 상기 나노 실린더들(145a)을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 배치된다. 상기 하프 실린더들(145c)은 상기 나노 실린더들(145a)의 반쪽 형상을 갖는다. 상기 기질(145b)은 상기 나노 실린더들(145a) 및 상기 하프 실린더들(145c) 사이에 배치되어, 상기 버퍼 구조체(145)가 하나의 막을 형성할 수 있도록 한다.
나노 구조체의 제조 방법
도 17은 도 16에 도시된 나노 구조체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
상기 베이스 기판(110) 상에 상기 포토레지스트 패턴(132)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(132)은 상기 제1 영역(A1)에 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(132)은 상기 베이스 기판(110) 상에 직접적으로 형성된 것을 제외하고는 도 3c에 도시된 포토레지스트 패턴과 실질적으로 동일한 방법으로 형성될 수 있다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
한편, 상기 포토레지스트 패턴(132)의 높이는 상기 버퍼 구조체(145)에서 서로 인접하게 배치된 상기 나노 실린더들(145a)의 중심점의 거리의 약 1.5배가 되는 것이 바람직하다. 그 결과, 상기 나노 실린더들(145a) 상에 상기 하프 실린더 들(145c)이 배치될 수 있다.
이어서, 상기 포토레지스트 패턴(132)이 형성된 상기 베이스 기판(110) 상에 실린더형 블록 공중합체를 포함하는 버퍼층을 형성한다. 상기 버퍼층을 열처리하여 상기 버퍼 구조체(145)를 형성한다. 상기 실린더형 블록 공중합체는 PS-b-PMMA를 포함하고, 상기 나노 실린더(145a) 및 상기 하프 실린더(145c)는 PMMA를 포함하고, 상기 기질(145b)은 PS를 포함한다.
상기 버퍼 구조체(145)를 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 판상형 블록 공중합체를 포함하는 박막을 형성한다. 상기 박막을 열처리하여 상기 버퍼 구조체(145)에 상기 제1 및 제2 나노 블록들(NB1, NB2)을 포함하는 상기 제4 나노 구조체(NS4)를 형성한다. 상기 제1 나노 블록(NB1)은 상기 기질(145b) 상에 형성되고, 상기 제2 나노 블록(NB2)은 상기 하프 실린더(145c) 상에 형성된다.
이에 따라, 도 16에 도시된 상기 제4 나노 구조체(NS4)를 형성할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 중성층을 형성하거나 화학 패턴층을 형성하지 않고도 상기 버퍼 구조체(145)를 형성함으로써 상기 제4 나노 구조체(NS4)를 상기 베이스 기판(110) 상에 용이하게 형성할 수 있다. 상기 실린더형 블록 공중합체는 판상형 블록 공중합체에 비해 이동도(mobility)가 우수하므로, 상기 버퍼 구조체(145)를 형성한 후 단시간 내에 상기 판상형 블록 공중합체를 포함하는 박막을 형성하면 빠른 시간 내에 상기 제4 나노 구조체(NS4)를 형성할 수 있다.
패턴의 제조 방법
본 실시예에 따른 패턴은 도 4a 및 도 4b에 도시된 패턴과 실질적으로 동일하다. 따라서, 구체적인 설명은 생략한다.
도 18a, 도 18b 및 도 18c는 도 16에 도시된 나노 구조체를 이용하여 패턴을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 18a를 참조하면, 상기 베이스 기판(110) 상에 금속층(200)을 형성하고, 상기 금속층(200) 상에 포토레지스트 패턴(132)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(132)이 형성된 상기 베이스 기판(110) 상에 실린더형 블록 공중합체를 포함하는 버퍼층을 형성한다. 상기 버퍼층을 열처리하여 상기 버퍼 구조체(145)를 형성한다. 상기 버퍼 구조체(145)는 도 17에서 설명한 버퍼 구조체와 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
도 18b를 참조하면, 상기 버퍼 구조체(145)를 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 제4 나노 구조체(NS4)를 형성한다. 상기 제4 나노 구조체(NS4)는 도 16에서 설명한 나노 구조체와 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
도 18c를 참조하면, 상기 제4 나노 구조체(NS4)의 제1 나노 블록(NB1), 상기 제1 나노 블록(NB1)의 하부에 배치된 기질(145b) 및 나노 실린더(145a)를 제거한다. 예를 들어, 상기 제1 나노 블록(NB1), 상기 기질(145b)의 일부 및 상기 나노 실린더(145a)는 산소 플라즈마를 이용하여 제거할 수 있다. 이에 따라, 상기 금속층(200) 상에는 상기 기질(145b)의 일부, 상기 하프 실린더(145c) 및 제2 나노 블록(NB2)이 잔류한다. 잔류하는 상기 제4 나노 구조체(NS4)를 통해서 상기 금속 층(200)의 일부가 노출된다.
이어서, 잔류하는 상기 제4 나노 구조체(NS4)를 마스크로 이용하여 상기 금속층(200)을 식각하여 도 4a 및 도 4b에 도시된 패턴을 제조할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 중성층을 형성하거나 화학 패턴층을 형성하지 않고도 상기 버퍼 구조체(145)를 형성함으로써 상기 제4 나노 구조체(NS4)를 대면적의 상기 베이스 기판(110) 상에 용이하게 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 편광판(PL1)의 생산성 및 제조 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
실시예 8
나노 구조체 및 이의 제조 방법
본 실시예에 따른 나노 구조체는 포토레지스트 패턴(132)을 포함하지 않는 것을 제외하고는 도 16에 도시된 나노 구조체와 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
패턴의 제조 방법
도 19a는 본 발명의 실시예 8에 따라 제조된 패턴의 사시도이다.
도 19b는 도 19a의 III-III' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 19a 및 도 19b에 도시된 패턴은 제5 편광판(PL5)을 구성하는 금속 패턴으로서, 베이스 기판(110) 상에 형성된 제1 및 제2 라인들(230a, 230b)을 포함하는 제1 선격자 패턴(230) 및 제3 및 제4 라인들(240a, 240b)을 포함하는 제2 선격자 패턴(240)을 포함한다. 상기 제1 선격자 패턴(230)은 제1 두께(a)를 갖고, 상기 제2 선격자 패턴(240)은 제2 두께(b)를 갖는다. 상기 제2 두께(b)는 상기 제1 두께(a)에 비해서 상대적으로 얇다.
도 20a 내지 도 20d는 도 19b에 도시된 패턴을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 20a를 참조하면, 상기 베이스 기판(110) 금속 패턴(MP)을 형성한다. 상기 금속 패턴(MP)은 상기 제1 두께(a)를 갖는 제1 두께부(TH1) 및 상기 제2 두께(b)를 갖는 제2 두께부(TH2)를 포함한다. 상기 금속 패턴(MP)은 상기 베이스 기판(110) 상에 금속층 및 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 방지막으로 이용하여 상기 금속층을 식각함으로써 형성할 수 있다.
도 20b를 참조하면, 상기 금속 패턴(MP)을 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 실런더형 블록 공중합체를 포함하는 버퍼층(미도시)을 형성하고, 상기 버퍼층을 열처리하여 버퍼 구조체(145)를 형성한다. 상기 버퍼 구조체(145)는 도 17에 도시된 버퍼 구조체와 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
도 20c를 참조하면, 상기 버퍼 구조체(145)를 포함하는 상기 베이스 기판(110) 상에 판상형 블록 공중합체를 포함하는 박막을 형성한다. 상기 박막을 열처리하여 상기 버퍼 구조체(145)에 상기 제1 및 제2 나노 블록들(NB1, NB2)을 포함하는 상기 제4 나노 구조체(NS4)를 형성한다. 상기 제1 나노 블록(NB1)은 상기 기질(145b) 상에 형성되고, 상기 제2 나노 블록(NB2)은 상기 하프 실린더(145c) 상에 형성된다.
도 20d를 참조하면, 상기 제1 나노 블록(NB1) 및 상기 제1 나노 블록(NB1)에 하부에 형성된 상기 버퍼 구조체(145)를 제거한다. 이에 따라, 상기 제4 나노 구조체(NS4)의 제1 나노 블록(NB1), 상기 제1 나노 블록(NB1)의 하부에 배치된 기질(145b) 및 나노 실린더(145a)가 제거된다.
예를 들어, 상기 제1 나노 블록(NB1), 상기 기질(145b)의 일부 및 상기 나노 실린더(145a)는 산소 플라즈마를 이용하여 제거할 수 있다. 이에 따라, 상기 금속층(200) 상에는 상기 기질(145b)의 일부, 상기 하프 실린더(145c) 및 제2 나노 블록(NB2)이 잔류한다. 잔류하는 상기 제4 나노 구조체(NS4)를 통해서 상기 금속 패턴(MP)이 노출된다.
이어서, 잔류하는 상기 제4 나노 구조체(NS4)를 식각 방지막으로 이용하여 상기 금속 패턴(MP)을 식각하고, 상기 제4 나노 구조체(NS4)를 제거한다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 선격자 패턴들(230, 240)을 포함하는 상기 제5 편광판(PL5)을 제조할 수 있다.
제조 예-1
이하, 실시예 1에 따른 나노 구조체의 제조 방법에 따라 나노 구조체를 제조한 제조예를 설명한다.
먼저, 피라나 처리방법을 이용하여 실리콘 기판의 표면을 세정하였다. 상기 피라나 처리 방법은 황산과 과산화수소를 약 7:3의 비율로 혼합한 혼합용액에 상기 실리콘 기판을 담구어 약 110℃에서 1시간 동안 처리하는 단계를 거쳐 수행하였다.
세정된 실리콘 기판 상에 PS-r-PMMA를 스핀 코팅(spincoating)하고, 약 160℃에서 약 48시간 동안 열처리한 후, 톨루엔(toluene)으로 세정하여 약 6nm 두께의 중성층을 형성하였다.
상기 중성층을 포함하는 상기 실리콘 기판 상에 SU8(상품명, MicroChem Corp., 미국) 포토레지스트 조성물을 스핀 코팅한 후, I-라인 얼라이너( Midas, MDA-6000 DUV, 한국)를 이용하여 노광 시켜 약 300 nm 높이와 약 300 내지 약 800 nm 폭의 포토레지스트 패턴을 형성하였다.
상기 포토레지스트 패턴이 형성된 기판에, 블록공중합체인 PS-b-PMMA (polystyrene-b-poly methyl methacrylate)를 스핀 코팅한 후, 약 250℃에서 약 48시간 동안 열처리하여 희생 구조체를 형성하였다. 상기 PS-b-PMMA의 분자량의 비는 PS : PMMA = 52,000 : 52,000이고, 상기 PMMA의 fA는 약 0.5이었다.
상기 희생 구조체에서 PMMA를 선택적으로 제거한 후, 상기 포토레지스트 패턴과 PS를 마스크로 이용하여 상기 중성층을 산화시켰다. 이후, 상기 포토레지스트 패턴 및 PS를 포함하는 상기 실리콘 기판을 톨루엔에 담군 후, 초음파 처리(sonication)하였다. 이어서, 상기 실리콘 기판 상에 판상형을 갖는 PS-b-PMMA를 스핀 코팅하고 약 250℃에서 열처리하여 나노 구조체를 형성하였다.
상기 나노 구조체를 관찰한 결과, 산화된 중성층 상에는 친수성의 PMMA이 배치되고, 나머지 부분에는 상대적으로 소수성의 PS가 배치되는 것을 확인하였다. 또한, 상기 PMMA와 상기 PS가 상기 실리콘 기판 상에 도 3d에 도시된 것과 같이 일 방향으로 정렬되는 것을 확인하였다.
제조 예-2
이하, 실시예 2에 따른 나노 구조체의 제조 방법에 따라 나노 구조체를 제조한 제조예를 설명한다.
먼저, 피라나 처리방법을 이용하여 실리콘 기판의 표면을 세정하였다. 상기 피라나 처리 방법은 황산과 과산화수소를 약 7:3의 비율로 혼합한 혼합용액에 상기 실리콘 기판을 담구어 약 110℃에서 1시간 동안 처리하는 단계를 거쳐 수행하였다.
세정된 실리콘 기판 상에 PS-r-PMMA를 스핀 코팅(spincoating)하고, 약 160℃에서 약 48시간 동안 열처리한 후, 톨루엔(toluene)으로 세정하여 약 6nm 두께의 중성층을 형성하였다.
상기 중성층을 포함하는 상기 실리콘 기판 상에 SU8(상품명, MicroChem Corp., 미국) 포토레지스트 조성물을 스핀 코팅한 후, I-라인 얼라이너( Midas, MDA-6000 DUV, 한국)를 이용하여 노광 시켜 약 300nm 높이와 약 300 내지 약 800 nm 폭의 포토레지스트 패턴을 형성하였다.
상기 포토레지스트 패턴이 형성된 기판에, 블록공중합체인 PS-b-PMMA (polystyrene-b-poly methyl methacrylate)를 스핀 코팅한 후, 약 250℃에서 약 48시간 동안 열처리하여 희생 구조체를 형성하였다. 상기 PS-b-PMMA의 분자량의 비는 PS : PMMA = 46,000 : 21,000이고, 상기 PMMA의 fA는 약 0.31이었다.
상기 희생 구조체에서 PMMA를 선택적으로 제거한 후, 상기 포토레지스트 패턴과 PS를 마스크로 이용하여 상기 중성층을 산화시켰다. 이후, 상기 포토레지스트 패턴 및 PS를 포함하는 상기 실리콘 기판을 톨루엔에 담군 후, 초음파 처리(sonication)하였다. 이어서, 상기 실리콘 기판 상에 판상형을 갖는 PS-b-PMMA를 스핀 코팅하고 약 250℃에서 열처리하여 나노 구조체를 형성하였다.
상기 나노 구조체를 관찰한 결과, 산화된 중성층 상에는 친수성의 PMMA이 배치되고, 나머지 부분에는 상대적으로 소수성의 PS가 배치되는 것을 확인하였다. 또한, 상기 PMMA가 실린더형으로 도 7a와 같이 정렬되는 것을 확인하였다.
본 발명에 따르면, 대면적의 기판 상에 블록 공중합체를 이용하여 용이하게 나노 구조체를 형성할 수 있다. 상기 나노 구조체는, 선격자를 포함하는 편광판의 제조, 반사형 액정표시장치의 반사 렌즈의 형성 등에 이용할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 나노구조체는 나노와이어 트랜지스터, 메모리의 제작을 위한 주형, 나노 스케일의 도선 패터닝을 위한 나노구조물과 같은 전기·전자부품의 주형, 태양전지와 연료전지의 촉매제작을 위한 주형, 식각 마스크와 유기 다이오드(OLED) 셀 제작을 위한 주형 및 가스센서 제작을 위한 주형에 이용할 수 있다.
또한, 상기 편광판의 제조 방법은 독립적인 부재인 편광판의 제조뿐 만 아니라, 표시 패널과 일체형인 편광부의 형성에도 이용할 수 있다. 즉, 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판이나, 컬러필터 기판 상에 직접적으로 편광부를 형성하는 공정에 이용할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 폴리머의 조성비에 따라 형성되는 블록 공중합체의 다양한 나노 구조들을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 나노 구조체의 사시도이다.
도 3a 내지 도 3f는 도 2에 도시된 나노 구조체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 4a는 도 2에 도시된 나노 구조체를 이용하여 제조된 패턴의 사시도이다.
도 4b는 도 4a의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4b에 도시된 패턴을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 나노 구조체의 사시도이다.
도 7a는 도 6에 도시된 나노 구조체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 나노 구조체를 이용하여 제조된 패턴을 설명하기 위한 사시도이다.
도 7c는 도 7b에 패턴을 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 나노 구조체의 사시도이다.
도 9a, 도 9b 도 9c는 도 8에 도시된 나노 구조체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 9d는 도 8에 도시된 나노 구조체를 이용하여 패턴을 제조하는 방법을 설 명하기 위한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 4에 따라 제조된 패턴의 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 패턴을 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 12a는 본 발명의 실시예 5에 따라 제조된 패턴의 사시도이다.
도 12b는 도 12a의 II-II' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 13a 및 도 13b는 도 12b에 도시된 패턴을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14는 본 발명의 실시예 6에 따라 제조된 패턴의 단면도이다.
도 15a, 도 15b 및 도 15c는 도 14에 도시된 패턴을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 16은 본 발명의 실시예 7에 따라 제조된 나노 구조체의 사시도이다.
도 17은 도 16에 도시된 나노 구조체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 18a, 도 18b 및 도 18c는 도 16에 도시된 나노 구조체를 이용하여 패턴을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 19a는 본 발명의 실시예 8에 따라 제조된 패턴의 사시도이다.
도 19b는 도 19a의 III-III' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 20a 내지 도 20d는 도 19b에 도시된 패턴을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 베이스 기판 120: 중성층
NS1, NS2, NS3, NS4: 제1, 제2, 제3, 제4 나노 구조체
144: 희생 구조체 122: 화학 패턴층
144a, 144b: 제1, 제2 희생 블록 NB1, NB2: 제1, 제2 나노 블록
132, 134: 포토레지스트 패턴 132a, 132b: 제1, 제2 격벽부
134a: 볼록부 134b: 오목부
145: 버퍼 구조체 145a: 나노 실린더
145b: 기질 145c: 하프 실린더

Claims (23)

  1. 중성층을 포함하는 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판 상에 형성된 제1 블록 공중합체를 포함하는 제1 박막으로, 제1 희생 블록 및 제2 희생 블록을 포함하는 희생 구조체를 형성하는 단계;
    상기 희생 구조체로부터 상기 제1 희생 블록을 제거하는 단계;
    상기 제2 희생 블록을 마스크로 이용하여, 상기 중성층을 산화시켜 화학 패턴을 형성하는 단계;
    상기 화학 패턴을 포함하는 기판으로부터 상기 제2 희생 블록 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계; 및
    상기 화학 패턴을 포함하는 기판 상에 형성된 제2 블록 공중합체를 포함하는 제2 박막으로, 상기 기판 상에 전면적으로 배치된 나노 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 나노 구조체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 블록 공중합체들은 판상형(lamella)을 갖는 것을 특징으로 하는 나노 구조체의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 블록 공중합체들은 실린더형(Cylinder)을 갖는 것을 특징으로 하는 나노 구조체의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴은 상기 기판의 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 반복적으로 배열된 격벽부들을 포함하고,
    상기 제1 박막 및 상기 희생 구조체는 서로 인접한 격벽부들 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 구조체의 제조 방법.
  5. 기판 상에 제1 방향으로 반복적으로 배열되고 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장된 볼록부 및 오목부를 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판 상에 중성층을 형성하는 단계; 및
    상기 중성층이 형성된 기판 상에 형성된 블록 공중합체를 포함하는 박막으로 나노 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 나노 구조체의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는
    상기 기판 상에 상기 제2 방향으로 연장되고 상기 제1 방향으로 서로 이격된 기둥 패턴들을 형성하는 단계;
    상기 기둥 패턴들을 포함하는 기판 상에 포토레지스트 조성물을 도포하여 상기 기둥 패턴들이 형성된 영역에 상기 볼록부를 형성하는 단계; 및
    서로 인접한 기둥 패턴들 사이에 오목부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴은
    상기 볼록부 상에 배치된 광차단부 및 상기 오목부 상에 배치된 하프톤부를 포함하는 하프 톤 마스크를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 나노 구조체는
    상기 블록 공중합체가 상기 포토레지스트 패턴에 의한 두께 구배(thickness gradient)에 의해서 자발적으로 정렬하여 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 구조체의 제조 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 나노 구조체는 상기 제2 방향으로 정렬된 제1 나노 블록 및 상기 제1 나노 블록의 상기 제1 방향에 배치된 제2 나노 블록을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 블록들은 상기 제1 방향을 따라 반복적으로 배열된 것을 특징으로 하는 나노 구조체의 제조 방법.
  10. 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판 상에 형성된 실린더형 블록 공중합체를 포함하는 버퍼층으로 버퍼 구조체를 형성하는 단계; 및
    상기 버퍼 구조체를 포함하는 기판 상에 형성된 판상형 블록 공중합체를 포함하는 박막으로 상기 버퍼 구조체 상에 나노 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 나노 구조체의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴은
    상기 기판의 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 반복적으로 배열된 격벽부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 버퍼 구조체는
    서로 인접한 격벽부들 사이에 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제2 방향으로 배치된 나노 실린더들;
    상기 격벽부들 및 상기 나노 실린더들을 포함하는 기판 상에 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제2 방향으로 배치된 하프-실린더들; 및
    상기 나노 실린더들 및 상기 하프-실린더들을 사이에 배치된 기질(substrate)을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 나노 구조체는
    상기 제1 방향으로 연장되고 상기 하프-실린더들 각각과 대응하며 상기 제2 방향으로 반복적으로 배열된 제1 나노 블록 및 제2 나노 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체의 제조 방법.
  14. 모박막, 중성층 및 포토레지스트 패턴이 순차적으로 형성된 기판 상에 형성된 제1 블록 공중합체를 포함하는 제1 박막으로 제1 희생 블록 및 제2 희생 블록을 포함하는 희생 구조체를 형성하는 단계;
    상기 희생 구조체로부터 상기 제1 희생 블록을 제거하는 단계;
    상기 제2 희생 블록을 마스크로 상기 중성층을 산화시켜 화학 패턴을 형성하는 단계;
    상기 화학 패턴을 포함하는 기판으로부터 상기 제2 희생 블록 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;
    상기 화학 패턴을 포함하는 기판 상에 형성된 제2 블록 공중합체를 포함하는 제2 박막으로 상기 기판 상에 제1 나노 블록 및 제2 나노 블록을 포함하는 나노 구조체를 형성하는 단계;
    상기 제1 나노 블록을 제거하는 단계; 및
    상기 제2 나노 블록을 마스크로 상기 모박막을 패터닝하여 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 패턴의 제조 방법.
  15. 기판의 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 반복적으로 배열된 볼록부 및 오목부를 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판 상에 모박막 및 중성층을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 중성층이 형성된 기판 상에 형성된 블록 공중합체를 포함하는 박막으로 제1 나노 블록 및 제2 나노 블록을 포함하는 나노 구조체를 형성하는 단계;
    상기 제1 나노 블록을 제거하는 단계; 및
    상기 제2 나노 블록을 마스크로 이용하여 상기 모박막을 패터닝하여 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 패턴의 제조 방법.
  16. 기판 상에 제1 방향으로 배열되고, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장된 볼록부 및 오목부를 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판 상에 중성층을 형성하는 단계;
    상기 중성층이 형성된 기판 상에 형성된 블록 공중합체를 포함하는 박막으로 제1 나노 블록 및 제2 나노 블록을 포함하는 나노 구조체를 형성하는 단계;
    상기 나노 구조체의 일부가 제거된 기판 상에 모박막을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 블록의 상단 및 상기 제2 블록 상에 형성된 모박막을 제거하여 상기 기판 상에 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 패턴의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 모박막을 형성하는 단계는
    상기 나노 구조체로부터 상기 제1 나노 블록이 제거되어 상기 제2 나노 블록이 잔류하는 기판 상에 상기 모박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 모박막을 형성하는 단계는 상기 나노 구조체로부터 일부 제거되어, 잔류하는 상기 제1 나노 블록 및 상기 제2 나노 블록을 포함하는 기판 상에 상기 모박막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 패턴은 상기 잔류하는 제1 나노 블록 상에 형성된 것을 특징으로 하는 패턴의 제조 방법.
  19. 모박막을 포함하는 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판 상에 형성된 실린더형 블록 공중합체를 포함하는 버퍼층으로 버퍼 구조체를 형성하는 단계;
    상기 버퍼 구조체를 포함하는 기판 상에 형성된 판상형 블록 공중합체를 포함하는 박막으로, 상기 버퍼 구조체 상에 제1 나노 블록 및 제2 나노 블록을 포함하는 나노 구조체를 형성하는 단계;
    상기 제1 나노 블록 및 상기 제1 나노 블록의 하부에 배치된 상기 버퍼 구조체를 제거하는 단계; 및
    잔류하는 버퍼 구조체 및 상기 제2 나노 블록을 통해 노출된 상기 모박막을 패터닝하여 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 패턴의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴은
    상기 기판의 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 반복적으로 배열된 격벽부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴의 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 버퍼 구조체는
    서로 인접한 격벽부들 사이에 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제2 방향으로 배치된 나노 실린더들;
    상기 격벽부들 및 상기 나노 실린더들을 포함하는 기판 상에 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제2 방향으로 배치된 하프-실린더들; 및
    상기 나노 실린더들 및 상기 하프-실린더들을 사이에 배치된 기질을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴의 제조 방법.
  22. 기판 상에 형성된 모박막을 패터닝하여 제1 두께부 및 상기 제1 두께부보다 낮은 제2 두께부를 포함하는 금속 패턴을 형성하는 단계;
    상기 금속 패턴을 포함하는 기판 상에 형성된 실린더형 블록 공중합체를 포함하는 버퍼층으로 버퍼 구조체를 형성하는 단계;
    상기 버퍼 구조체를 포함하는 기판 상에 형성된 판상형 블록 공중합체를 포함하는 예비층으로 상기 버퍼 구조체 상에 제1 나노 블록 및 제2 나노 블록을 포함하는 나노 구조체를 형성하는 단계;
    상기 제1 나노 블록 및 상기 제1 나노 블록의 하부에 형성된 버퍼 구조체를 제거하는 단계; 및
    잔류하는 버퍼 구조체 및 상기 제2 블록을 통해 노출된 상기 금속 패턴을 패터닝하여 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 패턴의 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 버퍼 구조체는
    상기 제2 두께부 상에 배치된 나노 실린더들;
    상기 나노 실린더들 및 상기 제1 두께부 상에 배치된 하프-실린더들; 및
    상기 나노 실린더들 및 상기 하프-실린더들을 사이에 배치된 기질을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴의 제조 방법.
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