KR101850010B1 - 카보레인 복합체를 포함하는 고에칭 콘트라스트 물질을 이용한 나노패턴 제조방법 - Google Patents

카보레인 복합체를 포함하는 고에칭 콘트라스트 물질을 이용한 나노패턴 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명은 카보레인 복합체를 포함하는 고에칭 콘트라스트 물질을 이용한 나노패턴 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노패턴 제조 과정에서 산소 에칭 저항성이 강한 카보레인 복합체를 고에칭 콘트라스트 물질로 사용하고, 유도된 자기조립을 이용하여 형성된 마스크 패턴이 형성된 기판을 에칭하여 고집적도를 갖는 나노패턴을 제조한다. 따라서, 본 발명의 나노패턴은 산소 에칭에 있어서 높은 종횡비를 가질 수 있고, 15 nm 이하 수준의 선폭을 가지는 초고집적도 나노패턴을 제조할 수 있다.

Description

카보레인 복합체를 포함하는 고에칭 콘트라스트 물질을 이용한 나노패턴 제조방법{Method of Fabricating nano pattern using high etching contrast materials involving carborane complex}
본 발명은 카보레인 복합체를 포함하는 고에칭 콘트라스트 물질을 이용한 나노패턴 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 유도된 자기조립을 이용하여 마스크 패턴을 형성한 후 카보레인 복합체를 고에칭 콘트라스트 물질로 사용하여 나노패턴을 제조하는 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 소형화 및 집적화에 수반하여, 나노패턴의 구현이 요구되고 있으며, 이러한 나노패턴의 형성을 위한 방법으로는 노광 장비의 개발 또는 추가적인 공정의 도입을 통한 포토레지스트 패턴의 미세화가 효과적이다. 그러나, top-down 기술과 같은 노광 장비의 개발에는 많은 투자비용이 발생하며, 기존 장비의 활용도가 낮아지므로, 나노패턴 형성 방법을 개선하는 추가적인 신규 공정 개발에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
개선된 나노패턴 형성 공정의 하나로서, bottom-up 기술 기반의 블록 공중합체(block copolymer, BCP)의 자기조립을 이용한 유도된 자기조립(directed self-assembly, DSA) 나노패턴 형성 공정이 있다.
블록 공중합체는 서로 다른 화학적 구조를 가지는 고분자 블록들이 공유 결합을 통해 연결되어 있는 분자 구조를 가지고 있다. 블록 공중합체는 상분리에 의해서 스피어(sphere), 실린더(cylinder) 또는 라멜라(lamella) 등과 같은 주기적으로 배열된 나노구조를 형성할 수 있다.
블록 공중합체의 자기조립 현상에 의해 형성된 구조의 도메인의 크기는 광범위하게 조절될 수 있으며, 다양한 형태의 구조의 제작이 가능하여 고밀도 자기저장매체, 나노선 제작, 양자점 또는 금속점 등과 같은 다양한 차세대 나노 소자나 자기 기록 매체 또는 리소그래피 등에 의한 패턴 형성 등에 응용될 수 있다.
일반적인 자기조립 공정 단계는 웨이퍼(wafer) 또는 ITO 글라스(glass) 등의 다양한 종류의 기판 위에 포토레지스트 박막을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 박막 상에 블록 공중합체 박막을 코팅하고 다양한 종류의 외부장을 도입하여 블록 공중합체를 재배열(자가배열 또는 자가배향)시키는 단계 및 상기 재배열된 블록 공중합체의 일부를 제거하는 단계를 포함한다. 상기 자기조립 공정 단계로 레지스트 나노패턴을 제조할 수 있는 일정한 패턴을 가지는 마스크를 형성할 수 있다.
블록 공중합체가 나노패턴 형성에 응용되기 위한 마스크로서 사용되기 위해 요구되는 물성은 자기조립 특성과 함께 에칭 선택성이 포함된다. 즉, 나노패턴 형성을 위한 마스크의 형성을 위하여 자기조립된 블록 공중합체의 화학적으로 상이한 블록 중에서 어느 한 블록을 선택적으로 제거하는 과정이 요구될 수 있는데, 이 과정에서 블록들 간의 에칭 선택성이 확보되지 않으면, 전사를 통한 나노패턴 형성을 위한 마스크로서의 응용이 곤란하다.
특히 블록 공중합체를 이용하여 고집적도를 가지는 나노패턴을 형성한 후 마스크로 개질하여 나노패턴을 형성하는 경우, 고집적 나노패턴 마스크의 낮은 종횡비로 인해 효율적인 전사에 한계가 있다.
따라서 고집적 나노패턴 마스크의 에칭 콘트라스트 차를 높일 수 있는 나노패턴 제조 기술 개발이 필요한 실정이다.
일본 공개특허 제1994-267812호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 나노패턴 제조 과정에서 산소 에칭 저항성이 강한 카보레인 복합체를 고에칭 콘트라스트 물질로 사용하고, 유도된 자기조립을 이용하여 형성된 마스크 패턴이 형성된 기판을 에칭하여 고집적도를 갖는 나노패턴을 제조하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 마스크 패턴을 덮는 고에칭 콘트라스트막을 형성하는 단계 및 상기 고에칭 콘트라스트막이 형성된 마스크 패턴이 형성된 기판을 에칭하여 상기 기판 상부에 나노패턴을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 고에칭 콘트라스트막은 카보레인 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노패턴 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 기판은 유기, 무기 또는 유무기 하이브리드 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노패턴 제조방법일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 에칭은 산소 건식 에칭법을 이용하는 것을 특징으로 하는 나노패턴 제조방법일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 카보레인 복합체는 화학적 결합이 가능한 기능기가 포함된 카보레인 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노패턴 제조방법일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계는, 블록 공중합체를 용매에 투입시켜 블록 공중합체 코팅액을 제조하는 단계, 기판 상에 상기 블록 공중합체 코팅액을 코팅하여 블록 공중합체막을 형성하는 단계 및 상기 블록 공중합체막이 외부장에 의해 유도된 자기조립 패턴을 형성하여 마스크 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노패턴 제조방법일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 블록 공중합체는 폴리비닐피롤리돈-블록-폴리스타이렌(polyvinylpyrrolidone-b-polystyrene), 폴리비닐피롤리돈-블록-폴리메틸메타크릴레이트((polyvinylpyrrolidone-b-poly(methyl methacrylate)), 폴리비닐피롤리돈-블록-폴리디메틸실록산(polyvinylpyrrolidone-b-polydimethylsiloxane). 폴리비닐피롤리돈-블록-폴리에틸렌(polyvinylpyrrolidone-b-polyethylene), 폴리아크릴로나이트릴-블록-폴리스타이렌(polyacrylonitrile-b-polystyrene), 폴리아크릴로나이트릴-블록-폴리메틸메타크릴레이트(polyacrylonitrile-b-poly(methyl methacrylate)), 폴리아크릴로나이트릴-블록-폴리디메틸실록산(polyacrylonitrile-b-polydimethylsiloxane), 폴리아크릴로나이트릴-블록-폴리에틸렌(polyacrylonitrile-b-polyethylene), 폴리(2-비닐피리딘)-블록-폴리스타이렌(poly(2-vinylpyridine)-b-polystyrene), 폴리(2-비닐피리딘)-블록-폴리메틸메타크릴레이트(poly(2-vinylpyridine)-b-poly(methyl methacrylate)), 폴리(2-비닐피리딘)-블록-폴리디메틸실록산(poly(2-vinylpyridine)-b-polydimethylsiloxane), 폴리(2-비닐피리딘)-블록-폴리에틸렌(poly(2-vinylpyridine)-b-polyethylene), 폴리(4-비닐피리딘)-블록-폴리스타이렌(poly(4-vinylpyridine)-b-polystyrene), 폴리(4-비닐피리딘)-블록-폴리메틸메타크릴레이트(poly(4-vinylpyridine)-b-poly(methyl methacrylate)), 폴리(4-비닐피리딘)-블록-폴리디메틸실록산(poly(4-vinylpyridine)-b-polydimethylsiloxane) 및 폴리(4-비닐피리딘)-블록-폴리에틸렌(poly(4-vinylpyridine)-b-polyethylene)으로 이루어진 니트로젠을 포함하는 블록 공중합체군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노패턴 제조방법일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 기판은 유기, 무기 또는 유무기 하이브리드 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노패턴 제조방법일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 블록 공중합체 코팅액을 코팅하는 방법은 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 슬롯 다이 코팅(slot-die coating), 바코팅(bar coating) 및 스프레이 코팅(spray coating)으로 이루어진 제막 및 코팅법 군 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노패턴 제조방법일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 외부장은 용매증기, 열 및 전기장으로 이루어진 상기 블록 공중합체막에 에너지가 가해질 수 있는 에너지원 군 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노패턴 제조방법일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 상기 나노패턴 제조방법으로 제조된 나노패턴을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 나노패턴은 패턴 선폭의 크기가 5 nm 내지 15 nm 이하인 것을 특징으로 나노패턴일 수 있다.
본 발명의 일 효과로서, 기판 상에 유도된 자기조립으로 형성된 마스크 패턴 상에 강한 산소 에칭 저항성을 갖는 카보레인 복합체를 포함하는 고에칭 콘트라스트 물질을 도포한 후 산소 건식 에칭법을 수행하여 에칭을 실시하면, 고집적도를 갖는 나노패턴을 제조할 수 있다.
또한, 상기 나노패턴의 집적도 수준은 패턴 선폭의 크기가 15 nm 이하 수준이어서, 초고집적도 나노패턴을 단순한 공정 과정을 거쳐 저가로 대량생산할 수 있는 효율적인 나노패턴 제조 공정을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노패턴 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 마스크 형성방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 블록 공중합체 코팅액에 대한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 마스크 형성방법을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 마스크 형성방법을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고에칭 콘트라스트 막을 형성하기 위해 사용되는 고에칭 콘트라스트 코팅액에 대한 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 나노패턴 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 나노패턴 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 1의 나노패턴을 나타낸 이미지이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 1의 나노패턴을 나타낸 이미지이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 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 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하, 나노패턴 제조방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노패턴 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 나노패턴 제조방법은 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계(S100), 상기 마스크 패턴을 덮는 고에칭 콘트라스트막을 형성하는 단계(S200) 및 상기 고에칭 콘트라스트막이 형성된 마스크 패턴이 형성된 기판을 에칭하여 상기 기판 상부에 나노패턴을 형성하는 단계(S300)를 포함한다.
먼저, 기판 상에 마스크 패턴을 형성한다(S100).
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 마스크 형성방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 마스크를 형성하는 단계는, 블록 공중합체를 용매에 투입시켜 블록 공중합체 코팅액을 제조하는 단계(S110), 기판 상에 상기 블록 공중합체 코팅액을 코팅하여 블록 공중합체막을 형성하는 단계(S120) 및 상기 블록 공중합체막이 외부장에 의해 유도된 자기조립 패턴을 형성하여 마스크 패턴을 형성하는 단계(S130)를 포함한다.
본 발명의 마스크를 형성하기 위해서는 먼저, 블록 공중합체를 용매에 투입시켜 블록 공중합체 코팅액을 제조한다(S110).
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 블록 공중합체 코팅액에 대한 모식도이며, 상기 코팅액은 블록 공중합체(10)를 용매(20)에 투입시켜 제조된다.
블록 공중합체는 서로 다른 화학적 구조를 가지는 고분자 블록들이 공유결합을 통하여 연결되어 있는 분자 구조를 가지고 있다. 한 분자 내에 존재하는 고분자 블록들은 상분리를 일으키려고 하나, 서로 공유결합으로 연결되어 있기 때문에 상분리의 정도가 제한되어 결국 구(sphere), 실린더(cylinder), 라멜라(lamella) 등이 주기적으로 배열된 형태의 나노 구조들을 형성한다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 블록 공중합체는 폴리비닐피롤리돈-블록-폴리스타이렌(polyvinylpyrrolidone-b-polystyrene), 폴리비닐피롤리돈-블록-폴리메틸메타크릴레이트((polyvinylpyrrolidone-b-poly(methyl methacrylate)), 폴리비닐피롤리돈-블록-폴리디메틸실록산(polyvinylpyrrolidone-b-polydimethylsiloxane). 폴리비닐피롤리돈-블록-폴리에틸렌(polyvinylpyrrolidone-b-polyethylene), 폴리아크릴로나이트릴-블록-폴리스타이렌(polyacrylonitrile-b-polystyrene), 폴리아크릴로나이트릴-블록-폴리메틸메타크릴레이트(polyacrylonitrile-b- poly(methyl methacrylate)), 폴리아크릴로나이트릴-블록-폴리디메틸실록산(polyacrylonitrile-b-polydimethylsiloxane), 폴리아크릴로나이트릴-블록-폴리에틸렌(polyacrylonitrile-b-polyethylene), 폴리(2-비닐피리딘)-블록-폴리스타이렌(poly(2-vinylpyridine)-b-polystyrene), 폴리(2-비닐피리딘)-블록-폴리메틸메타크릴레이트(poly(2-vinylpyridine)-b-poly(methyl methacrylate)), 폴리(2-비닐피리딘)-블록-폴리디메틸실록산(poly(2-vinylpyridine)-b-polydimethylsiloxane), 폴리(2-비닐피리딘)-블록-폴리에틸렌(poly(2-vinylpyridine)-b-polyethylene), 폴리(4-비닐피리딘)-블록-폴리스타이렌(poly(4-vinylpyridine)-b-polystyrene), 폴리(4-비닐피리딘)-블록-폴리메틸메타크릴레이트(poly(4-vinylpyridine)-b-poly(methyl methacrylate)), 폴리(4-비닐피리딘)-블록-폴리디메틸실록산(poly(4-vinylpyridine)-b-polydimethylsiloxane) 및 폴리(4-비닐피리딘)-블록-폴리에틸렌(poly(4-vinylpyridine)-b-polyethylene)으로 이루어진 니트로젠을 포함하는 블록 공중합체군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 용매는 유기용매를 포함할 수 있으며, 예를 들어 1-브로모-3클로로프로판(1-bromo-3-chloropropane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran) 또는 톨루엔(toluene)일 수 있다.
그 다음으로는, 기판 상에 상기 블록 공중합체 코팅액을 코팅하여 블록 공중합체막을 형성한다(S120).
보다 도식적으로 살펴보면, 도 4 는 S120 단계를 간단하게 나타낸 모식도로, 기판(30) 상에 상기 블록 공중합체 코팅액을 코팅하여 블록 공중합체막(40)을 형성하는 단계(S120)를 모식적으로 나타낸다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 기판은 유기, 무기 또는 유무기 하이브리드 기판을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
예를 들어, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼, 폴리에틸렌테레프탈레이트(poly(ethylene terephthalate)) 또는 나노입자가 도포된 폴리스타이렌(polystyrene) 박막일 수 있다.
또한, 블록 공중합체 코팅액을 코팅하여 블록 공중합체막을 형성하는 방법은 통상적으로 사용하는 기판 위에 코팅막을 제조하는 방법을 이용한다. 예를 들어, 기판 위에 코팅막을 제조하는 방법은 코팅하고자 하는 물질을 용액화하여 코팅액을 제조하고, 상기 코팅액을 이용하여 기판 위에 코팅막이 형성되는 순서로 진행된다.
본 발명의 상기 블록 공중합체막은 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 슬롯 다이 코팅(slot-die coating), 바코팅(bar coating) 또는 스프레이 코팅(spray coating)으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
마지막으로는, 상기 블록 공중합체막이 외부장에 의해 유도된 자기조립 패턴을 형성하여 마스크 패턴을 형성한다(S130)
보다 도식적으로 살펴보면, 도 5는 S130 단계를 간단하게 나타낸 모식도로, 블록 공중합체막이 외부장에 의해 유도된 자기조립 패턴을 형성하여 마스크 패턴(50)을 형성하는 단계(S130)를 모식적으로 나타낸다.
구체적으로, 본 발명의 상기 유도된 자기조립은 상기 블록 공중합체의 배향 및 정렬도를 조절할 수 있는 외부장이 주어져 블록 공중합체의 자기조립 반응이 이루어지게 하는 패터닝 방법으로 사용될 수 있다.
유도된 자기조립(Direct self-assembly, DSA)는 자기조립되는 특징을 가진 물질에 소정의 자극을 주어 스스로 물질이 정렬되어 나노구조를 형성하는 공정법이다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 외부장은 용매증기, 열 또는 전기장을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
예를 들어, 상기 용매 증기를 외부장으로 이용하는 방법으로는 용매가 증발되는 방향이 항상 수직이며 기판 표면에서부터 용매가 증발하고 용매의 농도 구배가 형성되는 성질을 이용하여 수직으로 정렬되는 패턴을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 열을 이용하는 방법으로는 블록 공중합체에 블록 공중합체의 유리전이온도 이상의 온도로 가열할 경우, 블록 간의 플로리-허긴스(Flory-Huggins) 극성의 차이에 따라 수직으로 정렬되는 패턴을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 전기장을 이용하는 방법으로는 전기장의 세기가 블록 공중합체의 계면에너지에 의해 유도된 평행한 배열을 극복할 수 있을 만큼 클 때 수직으로 정렬되는 패턴을 형성할 수 있다.
기판 상에 마스크 패턴을 형성한 이후에, 상기 마스크 패턴을 덮는 고에칭 콘트라스트막을 형성한다(S200).
보다 도식적으로 살펴보면, 도 7은 S200 단계를 간단하게 나타낸 모식도로, 기판(30) 상에 마스크 패턴(50)을 형성한 이후에, 상기 마스크 패턴(50)을 덮는 고에칭 콘트라스트막(80)을 형성하는 단계(S200)를 모식적으로 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고에칭 콘트라스트 막을 형성하기 위해 사용되는 고에칭 콘트라스트 코팅액에 대한 모식도로, 도 6을 참조하면, 고에칭 콘트라스트 코팅액은 고에칭 콘트라스트 물질인 카보레인 복합체(60)를 알코올 용매(70)에 투입시켜 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 고에칭 콘트라스트막은 카보레인 복합체를 포함할 수 있다. 따라서 상기 고에칭 콘트라스트 물질은 카보레인 복합체를 포함할 수 있다.
카보레인(carborane)은 붕소, 탄소, 수소로 이루어진 결정성 화합물을 통칭하는 말이다. 카보레인은 여러 가지 방법으로 합성될 수 있는데, 주로 펜타보레인(B5H9) 또는 데카보레인(B10H14)과 아세틸렌(C2H2)을 고온의 기체상태에서 반응시키거나 루이스 염기의 존재 하에 반응시켜서 얻을 수 있다. 카보레인에는 철장형, 둥지형, 그리고 그물형이 있는데 이는 원자의 배열 형태에 따라 구분된다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 카보레인 복합체는 산소 에칭 저항성이 강하기 때문에 고에칭 콘트라스트 물질로 사용될 수 있으며, 화학적 결합이 가능한 기능기가 포함된 카보레인 유도체를 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 화학적 결합이 가능한 기능기가 포함된 카보레인 유도체에서 상기 기능기와 블록 공중합체 내의 기능기 간의 상호작용을 통해 카보레인 및 블록 공중합체를 결합할 수 있는 효과가 있기 때문에 본 발명에서 화학적 결합이 가능한 기능기가 포함된 카보레인 유도체를 고에칭 콘트라스트 물질로 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 화학적 결합으로는 수소 결합, 이온 결합 또는 pi-pi 결합을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 카보레인 복합체는 m-카보레인-1,7-디카르복실산(m-carborane-1,7-dicarboxylic acid)일 수 있으며, 본 발명의 마스크를 형성하기 위한 물질로 사용된 블록 공중합체의 니트로젠기와 수소 결합을 형성하여 자기조립이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 고에칭 콘트라스트 코팅액을 코팅하여 상기 고에칭 콘트라스트막을 형성하는 방법은 고에칭 콘트라스트 코팅액에 마스크를 침지시켜 코팅하는 방법을 이용할 수 있다.
마지막으로, 고에칭 콘트라스트막이 형성된 마스크 패턴이 형성된 기판을 에칭하여 상기 기판 상부에 나노패턴(90)을 형성한다(S300).
보다 도식적으로 살펴보면, 도 8은 S300 단계를 간단하게 나타낸 모식도로, 고에칭 콘트라스트막이 형성된 마스크 패턴이 형성된 기판을 에칭하여 상기 기판 상부에 나노패턴(90)을 형성하는 단계(S300)를 모식적으로 나타낸다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 에칭은 산소 건식 에칭법을 이용할 수 있다.
산소 건식 에칭법은 산소 가스를 화학적으로 활성화된 반응가스로 생산하여 반응가스가 반응하고자 하는 물질의 표면에서 화학반응이 진행되면서 에칭되는 방법이다.
본 발명의 마스크를 산소 건식 에칭법을 이용하여 에칭하면 산소 에칭 저항성이 작은 부분을 제거하거나 산소가 포함된 부분을 플라즈마로 제거하여 궁극적으로 얻고자 하는 나노패턴을 얻을 수 있다.
이하, 나노패턴 제조방법으로 제조된 유도된 자기조립 나노패턴에 대하여 설명한다.
일반적인 유도된 자기조립으로 나노패턴을 형성하면 패턴 선폭의 크기가 15 nm 이하로 제어되기 어렵지만, 본 발명의 카보레인 복합체를 고에칭 콘트라스트 물질로 사용하여 유도된 자기조립 나노패턴을 형성하면 산소에 대한 에칭 저항성이 높은 카보레인 복합체로 인해 패턴 선폭의 크기가 15 nm 이하 수준으로 제어될 수 있다. 본 발명의 바람직한 패턴 선폭의 크기는 5 nm 내지 15 nm일 수 있다.
이하, 본 발명의 제조예 및 실험예를 기재한다. 그러나, 이들 제조예 및 실험예는 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아님을 명시한다.
[제조예 1]
유도된 자기조립(Directed self-assembly)를 이용한 나노패턴 제조
스타이렌(styrene)과 2-비닐-피리딘(2-vinyl-pyridine)의 블록 공중합체(PS-b-P2VP)를 톨루엔에 녹인 블록 공중합체 0.6 wt% 코팅액을 준비한다. 또한 m-카보레인-1,7-디카르복실산을 에탄올에 녹인 카보레인 복합체 1 wt% 코팅액을 준비한다. 상용 고분자 필름 위에 상기 블록 공중합체 코팅액을 스핀 코팅(spin coating) 방법으로 코팅하고, 테트라하이드로퓨탄 증기를 이용한 용매 숙성법을 이용하여 유도된 자기정렬 패터닝된 마스크를 형성하였다. 상기 마스크가 형성된 기판을 에탄올에 30 분간 침지한 후 이어서 상기 카보레인 복합체 코팅액에 30 분간 침지한 후, 산소 건식 에칭법을 이용하여 에칭을 실시하여 최종적으로 나노패턴을 제조하였다.
[비교예 1]
상기 제조예 1에서 m-카보레인-1,7-디카르복실산 복합체 코팅액에 침지하는 공정을 제외하고는 동일한 방법으로 나노패턴을 제조하였다.
[실험예 1]
나노패턴 형성 비교
카보레인 코팅액을 고에칭 콘트라스트 물질로 사용한 제조예 1 및 카보레인 코팅액을 고에칭 콘트라스트 물질로 사용하지 않은 비교예 1의 나노패턴을 비교하고자 주사전자현미경을 이용하여 나노패턴을 관측하였다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 1의 나노패턴을 나타낸 이미지이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 1의 나노패턴을 나타낸 이미지이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 카보레인 코팅액을 고에칭 콘트라스트 물질로 사용한 제조예 1(200×200 nm2) 의 경우, 나노패턴이 균일한 패턴 선폭으로 제조된 것을 확인하였다. 하지만, 카보레인 코팅액을 고에칭 콘트라스트 물질로 사용하지 않은 비교예 1(200×200 nm2)의 경우, 나노 패턴이 제조되지 않은 것을 확인하였다.
이러한 결과를 바탕으로, 카보레인 복합체를 포함하는 고에칭 콘트라스트 물질이 산소 건식 에칭 과정에서 산소에 대한 저항성이 높아, 쉽게 식각되지 않는 특성으로 고집적도의 나노패턴을 제조하는데 용이하게 사용될 수 있는 것으로 판단할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 블록 공중합체
20 : 용매
30 : 기판
40 : 블록 공중합체막
50 : 마스크 패턴
60 : 카보레인 복합체
70 : 알코올 용매
80 : 고에칭 콘트라스트막
90 : 나노패턴

Claims (11)

  1. 기판 상에 니트로젠기를 갖는 블록 공중합체의 자기조립으로 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    침지법에 의하여 상기 마스크 패턴을 덮는 고에칭 콘트라스트막을 형성하는 단계; 및
    상기 고에칭 콘트라스트막이 형성된 마스크 패턴이 형성된 기판을 산소 건식 에칭법으로 에칭하여 상기 기판 상부에 나노패턴을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 고에칭 콘트라스트막은 카보레인 복합체를 포함하고, 상기 카보레인 복합체는 화학적 결합이 가능한 기능기가 포함된 카보레인 유도체를 포함하며, 상기 결합이 가능한 기능기가 포함된 카보레인 유도체는 상기 블록 공중합체와 결합하는 것을 특징으로 하는 나노패턴 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 유기, 무기 또는 유무기 하이브리드 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노패턴 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계는,
    블록 공중합체를 용매에 투입시켜 블록공중합체 코팅액을 제조하는 단계;
    기판 상에 상기 블록 공중합체 코팅액을 코팅하여 블록 공중합체막을 형성하는 단계; 및
    상기 블록 공중합체막이 외부장에 의해 유도된 자기조립 패턴을 형성하여 마스크 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노패턴 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 블록 공중합체는 폴리비닐피롤리돈-블록-폴리스타이렌(polyvinylpyrrolidone-b-polystyrene), 폴리비닐피롤리돈-블록-폴리메틸메타크릴레이트((polyvinylpyrrolidone-b-poly(methyl methacrylate)), 폴리비닐피롤리돈-블록-폴리디메틸실록산(polyvinylpyrrolidone-b-polydimethylsiloxane). 폴리비닐피롤리돈-블록-폴리에틸렌(polyvinylpyrrolidone-b-polyethylene), 폴리아크릴로나이트릴-블록-폴리스타이렌(polyacrylonitrile-b-polystyrene), 폴리아크릴로나이트릴-블록-폴리메틸메타크릴레이트(polyacrylonitrile-b- poly(methyl methacrylate)), 폴리아크릴로나이트릴-블록-폴리디메틸실록산(polyacrylonitrile-b-polydimethylsiloxane), 폴리아크릴로나이트릴-블록-폴리에틸렌(polyacrylonitrile-b-polyethylene), 폴리(2-비닐피리딘)-블록-폴리스타이렌(poly(2-vinylpyridine)-b-polystyrene), 폴리(2-비닐피리딘)-블록-폴리메틸메타크릴레이트(poly(2-vinylpyridine)-b-poly(methyl methacrylate)), 폴리(2-비닐피리딘)-블록-폴리디메틸실록산(poly(2-vinylpyridine)-b-polydimethylsiloxane), 폴리(2-비닐피리딘)-블록-폴리에틸렌(poly(2-vinylpyridine)-b-polyethylene), 폴리(4-비닐피리딘)-블록-폴리스타이렌(poly(4-vinylpyridine)-b-polystyrene), 폴리(4-비닐피리딘)-블록-폴리메틸메타크릴레이트(poly(4-vinylpyridine)-b-poly(methyl methacrylate)), 폴리(4-비닐피리딘)-블록-폴리디메틸실록산(poly(4-vinylpyridine)-b-polydimethylsiloxane) 및 폴리(4-비닐피리딘)-블록-폴리에틸렌(poly(4-vinylpyridine)-b-polyethylene)으로 이루어진 니트로젠을 포함하는 블록 공중합체군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노패턴 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 기판은 유기, 무기 또는 유무기 하이브리드 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노패턴 제조방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 블록 공중합체 코팅액을 코팅하는 방법은 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 슬롯 다이 코팅(slot-die coating), 바코팅(bar coating) 및 스프레이 코팅(spray coating)으로 이루어진 제막 및 코팅법 군 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노패턴 제조방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 외부장은 용매증기, 열 및 전기장으로 이루어진 상기 블록 공중합체막에 에너지가 가해질 수 있는 에너지원 군 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노패턴 제조방법.
  10. 제 1항의 제조방법으로 제조된 나노패턴.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 나노패턴은 패턴 선폭의 크기가 5 nm 내지 15 nm 이하인 것을 특징으로 나노패턴.
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