KR20080023310A - 자기 조립 막에서의 핵형성의 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

주기적 나노미터 치수의 피처 (예를 들어, 정공)를 갖는 자기 조립 막 (self-assembled film)을 기판 상에 형성하는 방법은 막 전구체를 기판 상에 제공하는 단계를 포함하며, 여기서 막 전구체는 비결정질 상태로 유지된다. 막 전구체가 블록 공중합체인 경우, 가열 부재가 제공된다. 그러면, 기판 및 가열 부재는 서로에 대하여 상대적으로 이동하여 기판 상의 막 전구체의 일부의 온도를 이의 유리 전이 온도 초과로 상승시킨다. 기판 및 가열 부재 간의 상대적 이동은 자기 조립 결정질 막이 기판의 표면 상에 형성될 때까지 계속된다. 대안적 실시양태에서, pH 토출 (dispensing) 부재가 제공되어 결정질 막의 자기 조립을 촉진시키는 pH 조절제를 기판 상으로 토출시킨다.

자기 조립 막, 핵형성, 피처, 가열 부재

Description

자기 조립 막에서의 핵형성의 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING NUCLEATION IN SELF-ASSEMBLED FILMS}

본 발명의 분야는 일반적으로는 자기 조립 (self-assembled) 나노 구조 막 (film)에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명의 분야는 나노 구조 막의 자기 조립에서의 핵형성을 제어하기 위해 사용되는 방법 및 공정에 관한 것이다.

반도체 산업에서 집적 회로 상에 위치한 반도체 소자의 크기를 감소시킬 것이 점차 요구되고 있다. 예를 들어, 오늘날의 반도체 제품에 요구되는 증가하는 회로 밀도를 수용하기 위하여 소형화가 필요하다. 증가된 패킹 밀도 및 소자 크기의 감소는 반도체 소자의 구조체, 예컨대 트랜지스터가 서로 더 밀접하게 위치하도록 강요한다.

불행하게도, 성분 크기를 감소시키는 통상의 기술은 곧 그 한계에 도달할 것이다. 예를 들어, 통상의 광리소그래피는 회절 한계를 겪고 있고, 결국, 일반적으로 100 nm보다 작은 패턴을 한정할 수 없다. 리소그래피법, 예컨대 e-빔 리소그래피에 있어서의 진보로 10 nm만큼 작은 피처 (feature)를 생성할 수 있었다. 그러나, e-빔 리소그래피는 연속 공정이고 저 처리량의 문제점이 있다. 따라서, e-빔리소그래피는 고 처리량을 반드시 필요로 하는 상업적 용도에 적절하지 않다.

소형화에 대한 추세가 계속되고 있으므로, 반도체 기반 소자의 피처 크기는 나노미터 스케일이 될 것이다. 피처는 분자 또는 심지어 단일 원자로부터 형성될 수 있다. 문제는 기판 상에 분자 또는 원자의 정확한 위치를 제어하기가 힘들다는 점이다. 그러나, CMOS 기반 공정에서, 기판 상에 피처의 정확한 위치를 제어하는 것은 필수적이다. 통상의 CMOS 기반 공정은 전 기판 상에 피처의 정확한 정렬을 필요로 한다. 상기 기판은 특히 클 수 있고, 예를 들어, 12 인치만큼 큰 직경을 가질 수 있다. 반도체 기반 피처를 형성하는 임의의 신규한 공정은 그 공정을 상업적으로 가능하게 하기 위하여 웨이퍼 (wafer) 스케일에 대한 이러한 정확성을 보존할 필요가 있다.

나노미터 스케일의 리소그래피에 대한 장벽은 기판 상에 나노 스케일의 구조체를 형성하기 위한 잠재적 수단으로서 자기 조립 분자를 사용하도록 하는 시도를 불러 일으켜 왔다. 상기 기술은 일반적으로 단위 셀 치수가 나노미터 정도인 블록 공중합체 또는 단백질 결정을 포함한다. 에칭 단계의 형태를 취할 수 있는, 잇따른 단계가 이용되어 통상의 광리소그래피 공정에서와 같이 형성된 패턴을 기판 또는 상부 층 상으로 전이시킨다. 모든 자기 조립 공정에 본질적인 하나의 과제는 생성되는 막의 다결정성이다. 기판의 전 표면에 걸쳐 미결정으로서도 공지된 다수의 정렬된 도메인의 동시 또는 동시에 가까운 핵형성으로 인하여, 다결정 형태는 피할 수 없다. 최대 입자 크기는 1 ㎛ 정도이다. 결국, CMOS 기반 기술에 일반적으로 요구되는 바와 같은, 생성되는 결정질 막에서의 장거리 질서 (long-range order)가 존재하지 않는다.

자기 조립 나노 구조 표면의 장거리 질서를 증가시키기 위한 각종 시도가 있어 왔다. 예를 들어, 하나의 방법에서, 그 상부에 막이 형성되는 기판은 규칙적 패터닝을 함유한다. 패터닝은 간섭 리소그래피를 이용하여 기판을 지형적으로 또는 화학적으로 조절함에 의해 수행된다. 주기적으로 조절된 기판은 그 후 자기 정렬 시스템에 장거리 질서를 제공한다. 또다른 방법에서, 그래포에피택시 (graphoepitaxy)가 이용되어 인공 표면 패터닝, 예컨대 회절 격자의 홈을 통한 블록 공중합체의 배향 및 위치 배열을 유도한다. 예를 들어, 문헌 [CA. Ross 등, Nanostructured Surfaces with Long - Range Order for Controlled Self - Assembly, NSF Nanoscale Science and Eng. Grantees Conf., Dec. 16-18, 2003]을 참고하라. 후자의 공정에서, 보고된 바에 따르면 잘 정렬된 구조체가 격자의 홈 내에 형성될 수 있다.

블록 공중합체 미소-도메인을 배향시키기 위하여 급속 응결을 이용하는 기타 다른 시도가 있어 왔다. 미국 특허 공보 제 2003/0118800호는 블록 공중합체의 박막에 미소-도메인의 패턴을 형성하기 위하여 용매로부터의 급속 응결을 이용하는 공정을 개시한다.

자기 조립 박막의 핵혁성을 제어하기 위한 방법에 대한 필요성이 남아있다. 바람직하게는, 기판 상의 단지 하나 이상의 미소-도메인에서가 아닌, 기판의 전 표면에 걸쳐 장거리 질서를 생성하는 방법이 사용될 수 있다. 상기 방법은 유리하게는 고 처리량을 가져서, 이 방법은 나노 스케일의 구조체를 생성하기 위한 상업적 용도에서 이용될 수 있다.

[발명의 요약]

본 발명의 하나의 측면에서, 기판 상에 자기 조립 결정질 막을 형성하는 방법은 막 전구체를 기판 상에 제공하는 단계를 포함하며, 여기서 막 전구체는 비결정질 상태로 유지된다. 가열 부재가 기판에 인접하여 제공되고, 기판 및 가열 부재는 서로에 대하여 상대적으로 운동한다. 가열 부재 및/또는 기판을 서로에 대하여 상대적으로 이동시킴으로써, 기판 상의 막 전구체의 일부가 유리 전이 온도 초과로 가열된다. 상기 공정은 2D 자기 조립 결정질 막이 기판의 모든 또는 실질적으로 모든 표면에 형성될 때까지 계속된다. 본 발명의 목적은 자기 조립 공정을 통하여 전 웨이퍼 표면에 걸쳐 단일 정렬 도메인을 유지하는 것이다.

본 발명의 하나의 측면에서, 가열 부재는 정지되어 있는 한편, 기판이 정지된 가열 부재에 대하여 이동한다. 본 발명의 대안적 측면에서, 기판이 정지되어 있는 한편, 가열 부재가 정지된 기판에 대하여 이동한다. 더욱 또다른 대안에서, 기판 및 가열 부재가 모두 이동한다.

상기 기재된 방법에는, 기판 상에 형성된 자기 조립 결정질 막 중 한 가지 종류를 선택적으로 제거하는 하나 이상의 단계가 잇따를 수 있다.

본 발명의 더욱 또다른 측면에서, 기판 상에 자기 조립 결정질 막을 형성하는 방법은 기판 상에 막 전구체를 제공하는 단계를 포함한다. 막 전구체는 비결정질 상태로 유지될 것이다. 토출 (dispensing) 부재가 기판 상에 제공되며 이는 pH 조절 매체를 함유한다. pH 조절 매체는 기판 상으로 토출된다. pH 조절 매체는 막 전구체의 자기 조립 막으로의 결정화를 촉진한다.

상기 기재된 방법은 중합체 또는 단백질의 형태인 막 전구체를 사용하여 수행될 수 있다. 또한, pH 조절 매체는 막 전구체의 분포 속도를 조절하기 위한 목적으로 점도 변경제를 함유할 수 있다.

본 발명의 더욱 또다른 측면에서, 막 전구체를 함유하는 기판 상에 자기 조립 막을 형성하는 장치는 제 1 및 제 2 가열 부재를 포함한다. 제 2 가열 부재는 제 1 가열 부재에 인접하여 배치된다. 제 2 가열 부재는, 본 발명의 하나의 바람직한 측면에서 v-형 간극 (gap)인 간극에 의해 제 1 가열 부재로부터 분리된다. 이동성 추진 부재가 제공되어 기판을 제 1 가열 부재로부터 제 2 가열 부재로 나아가게 한다.

상기 장치의 하나의 측면에서, 제 1 가열 부재는 막 전구체의 질서-무질서 전이 온도 (T_OD) 초과의 온도를 갖는 한편, 제 2 가열 부재는 막 전구체의 유리 전이 온도 (T_glass) 초과이나 T_OD 미만인 온도를 갖는다.

장치의 또다른 측면에서, 제 1 가열 부재는 막 전구체의 유리 전이 온도 (T_glass) 미만의 온도를 갖는 한편, 제 2 가열 부재는 막 전구체의 유리 전이 온도 (T_glass) 초과이나 T_OD 미만인 온도를 갖는다.

본 발명의 또다른 목적은 기판 상에 나노 스케일의 구조체를 형성하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 기판의 모든 또는 실질적으로 모든 표면에 걸쳐서 장거리 질서를 갖는 기판 상에 자기 조립 결정질 막을 형성하는 방법을 제공하는 것이다. 유리하게는, 상기 방법은 이의 고 처리량의 능력으로 인하 여 상업적 용도에 사용될 수 있다. 본 발명의 추가의 목적은 하기 기재되어 있다.

도 1A는 그 상부 표면에 배치된 막 (예를 들어, 이산화규소)을 갖는, 예를 들어, 실리콘 기판과 같은 기판을 예시한다.

도 1B는 그 상부에 배치된, 예를 들어, 이중블록 공중합체 막과 같은 막 전구체를 갖는 도 1A의 기판을 예시한다.

도 1C는 막 전구체를 함유하는 기판의 상부 표면 위에 위치한 이동하는 가열 부재를 갖는 도 1B의 기판을 예시한다. 도 1C는 또한 자기 조립 결정질 막의 진행 전단부도 예시한다.

도 1D는 단일 입자 패턴의 정공으로 이루어진 자기 조립 이중블록 공중합체 막을 갖는 기판을 예시한다. 정공의 직경 및 패턴 (결정)의 주기는 공중합체의 2 개의 중합체 블록의 길이에 의해 결정된다. 길이는 전형적으로 약 10 nm 정도이다.

도 2는 자기 조립 2D 결정질 영역의 진행을 보여주는, 기판 (막 전구체를 가짐)을 위에서 아래로 내려본 도면을 예시한다.

도 3은 열 지지재, 예컨대 열 저장소 또는 방열판 (heat sink) 상에 배치된 기판을 예시한다.

도 4는 본 발명의 대안적 측면을 예시하며, 여기서 pH 조절 매체를 함유하는 토출 부재가 생물학적 (예를 들어, 단백질) 막 전구체의 자기 조립 막으로의 결정화를 촉진시키기 위해 사용된다.

도 5는 대안적 자기 조립 공정에 사용되는 2 개의 열 전도성 블록 또는 부재를 예시한다.

도 1A는 그 상부 표면에 배치된 중간 막 (4) (예를 들어, 이산화규소)를 갖는, 예를 들어, 실리콘 기판 (2)와 같은 기판 (2)를 예시한다. 기판 (2)는 반도체 소자를 제조하기 위해 일반적으로 사용되는 웨이퍼 등의 형태를 취할 수 있다. 기판 (2)는, 예를 들어, 실리콘, 비화갈륨 (GaAs), 질화갈륨 (GaN) 등으로부터 형성될 수 있다. 중간 막 (4)의 조성물은, 예를 들어, 이의 열 전도도 수준에 기초하여 선택될 수 있다. 중간 막 (4)의 예시적 예로서 이산화규소 (SiO₂), SiN_x, 비결정질 실리콘, 및 알루미늄 및 텅스텐과 같은 금속을 들 수 있다.

이제 도 1B를 살펴보면, 막 전구체 (6)이 기판 (2)의 상부 표면 상에 제공된다. 상기 방법의 하나의 측면에서, 막 전구체 (6)은 블록 공중합체를 포함한다. 예를 들어, 막 전구체 (6)은 폴리이소프렌 (PI) - 폴리스티렌 (PS) 이중블록 공중합체 (PI-PS)를 포함할 수 있다. 블록 공중합체 시스템의 또다른 예로서 폴리 (스티렌-블록-디메틸실록산) (P(S-b-DMS))을 들 수 있다. 상기 시스템에서, PDMS는 반응성 이온 에칭 공정의 다수의 유형에 대한 강한 저항성을 가지는 반면 폴리스티렌 (PS)은 일반적으로 그렇지 않다.

또다른 블록 공중합체 시스템이 본원에서 고려되는 방법에 따라 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 성분이 조사에 반응하여 우선적으로 분해되는 시스템이 사용될 수 있다 (예를 들어, 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA)는 전자 빔 또는 자외선에 노출시 분해되는 것으로 공지되어 있는 반면 폴리스티렌 (PS)은 더 안정함). 하나의 성분이 화학 처리에 영향을 받아 에칭 속도가 변화되는 블록 공중합체 시스템이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리이소프렌 (PI) 또는 폴리부타디엔 (PB)을 도입하는 PS 시스템에서, PS는, 시스템이 사산화오스뮴 (OsO₄)에 노출되고 이후 CF₄/O₂ 반응성 이온 에칭이 실시되는 경우, PI 또는 PB보다 빠른 속도에서 에칭될 수 있다. 본원에 기재된 방법은 당업자에게 공지된 임의의 수의 블록 공중합체 시스템과 함께 이용될 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 블록 공중합체는 상이한 집단 크기를 야기하는 상이한 길이의 개별 중합체를 이용하여 제조될 수 있다.

다시 도 1B를 살펴보면, 막 전구체 (6)은, 막 전구체 (6)을 중간 막 (4)를 함유하는 기판 (2) 상에 스핀 코팅시킴으로써 기판 (2) 상에 배치될 수 있다. 대안으로, 막 전구체 (6)은 증발에 의해 기판 (2) 상에 침착될 수 있다. 예를 들어, 상기 방법의 하나의 측면에서, PI-PS 이중블록 공중합체 시스템은 이산화규소로 덮인 기판 (2) 상에 회전될 수 있다. 막 전구체 (6)은 기판 (2) 상에서 비결정질 상태로 유지된다 (즉, 임의의 유의한 크기의 미결정이 형성되지 않음). 일반적으로, 매우 작은 미결정은 쉽게 스스로 재배향되어 근처의 큰 미결정으로 도입될 수 있는 반면, 큰 미결정은 매우 높은 에너지 역치로 인하여 그럴 수 없다. 열 공정은 전형적으로 큰 미결정에 요구되는 높은 에너지 역치 수준을 극복할 수 없다.

이제 도 1C를 살펴보면, 가열 부재 (8)이 제공되어 막 전구체 (6)의 일부를 이의 유리 전이 온도 (T_glass) 초과로 가열한다. T_glass 초과의 온도에서, 블록 공중합체의 상은 분리되고, 자기 조립 막 (10)은 중합체 매트릭스 (예를 들어, PS 매트릭스)를 통하여 규칙적으로 분포된 중합체 (예를 들어, PI 구 또는 볼) 중 하나의 집단으로 구성되는 것으로 공지되어 있다. 예를 들어, 문헌 [C. Harrison 등, Lithography With A Mask of Block Copolymer Microstructures, J. Vac. Sci. Technol., B16, p. 544 (1998)]을 참고하라. 상기 공보는 본원에서 그 전문이 제공된 것처럼 참고로 인용한다.

PI-PS 이중블록 공중합체 시스템에 의해 예시된 바와 같이, 2D 막 (10)으로의 자기 조립은 PI 구 또는 볼 간의 상호작용에 의해 유발된다. 임의의 순간에 기판 (2)의 표면 상에 오로지 단일 결정이 존재하는 경우, 결정 주변부 (또는 핵형성 부위) 근처의 막은 성장하는 2D 결정 막 (10)의 부분으로 자기 조립될 것이다. 그러나, 전 기판 (2) 표면이 동시에 가열되는 경우, 다수의 미결정이 형성되고 기판 (2) 상의 상이한 위치에서 동시에 성장한다. 불행하게도, 각종 핵형성 부위로부터의 성장 전단부가 만나서, 일치될 수 없는 배향적 미스매치를 초래하는데, 왜냐하면 이는 전 미결정 (이는 ㎛ 크기를 가짐)의 재배향을 필요로 하기 때문이다. 결국, 생성되는 막 중 장거리 질서는 존재하지 않는다. 본 방법은 자기 조립 막 (10)의 단일 도메인의 이동 전단부를 전파시켜 - 이에 따라 기판 (2)의 표면에 걸친 동시 핵형성을 피함에 의해 상기 문제를 해결한다.

가열 부재 (8)은 내부 가열 부속 (도시되어 있지 않음)을 포함하거나 또는 몇몇 외부 공급원에 의해 가열될 수 있다 (예를 들어, 조사 등에 의해 가열됨). 하나의 측면에서, 가열 부재 (8)은 도 1C에 도시되어 있는 바와 같은 가열된 첨단의 형태이다. 가열된 첨단은 일반적으로 뾰족한 첨단으로 끝나는 기울어지거나 삼각형인 부분을 포함한다.

그 후, 가열 부재 (8) 및 기판 (2) 간의 상대적 이동이 개시된다. 본 방법의 바람직한 실시양태에서, 상대적 이동은 기판 (2)의 한 면 또는 모서리에서 시작하여 반대쪽 면 또는 모서리로 진행된다. 이와 관련하여, 단일 2차원 (2D) 자기 조립 결정질 막 (10)의 핵형성은 가열 부재 (8) 및 기판 (2) 간의 상대적 이동에 의해 제어된다. 본 발명의 바람직한 측면에서, 이동 전단부 또는 영역은 기판 (2)의 표면을 가로질러 진행된다. 본질적으로, 단일 2D 결정질 막 (10)의 핵형성은 기판 (2)의 표면 상의 한 지점에서 개시되어 기판 (2)의 전 표면을 통하여 보급된다. 바람직하게는, 2D 결정질 막 (10)은 가열 부재 (8) 및/또는 기판 (2)의 1회 통과로 형성될 수 있다.

가열 부재 (8)은 가열 부재 (8)에 인접하여 위치한 막 전구체 (6)이 T_glass 초과의 온도로 가열될 수 있도록 가열된다. 이와 관련하여, 가열 부재 (8)에 인접하여 위치한 막 전구체 (6)의 오로지 일부가 T_glass 초과로 가열된다.

여전히 도 1C를 살펴보면, 가열 부재 (8) 및 기판 (2) 간의 상대적 이동은 자기 조립 막 (10)의 전단부가 화살표 (A)의 방향으로 이동하게 한다. 전단부는 기판 (2)의 모든 또는 실질적으로 모든 표면을 가로질러 전파된다. 본 발명의 하나의 측면에서, 가열 부재 (8)은 정지되어 있는 한편, 기판 (2)가 이동한다. 본 발명의 대안적 측면에서, 기판 (2)가 정지되어 있는 한편, 가열 부재 (8)이 이동한다.

이제 도 2를 살펴보면, 본 방법의 바람직한 측면에서, 자기 조립 막 (10)의 진행 전단부 부근의 열 흐름은, 진행 전단부의 직전의 영역 (도 2에서 화살표 (B)로 나타내어짐)의 너비가 인접 PI 볼 또는 구 간의 상호작용의 범위 미만이거나 그보다 좁도록 제한된다. 일반적으로, 본 방법은 기판 (2)의 표면을 따라서 넓거나 가파른 온도 구배에서 가장 잘 작동한다. 승온 영역의 너비가 너무 넓은 경우, 막 (10)의 핵형성은 진행 전단부를 훨씬 넘어서게 되어 - 이에 따라 복수개의 다결정질 미소-도메인을 초래할 수 있다.

본 발명의 하나의 측면에서, 기판 (2)의 표면 상에 생성된 온도 구배의 너비 및 가파름은 기판 (2)의 열 전달 특성에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 중간 막 (4)의 조성물은 막 전구체 (6)의 층 상에 생성된 구배를 증가시키도록 선택될 수 있다. 대안으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판 (2)의 후부는, 예를 들어, 일정 온도의 열 저장소 또는 방열판을 포함할 수 있는 열 부재 (20)과 열접촉되어 위치될 수 있다.

단련 (annealing) 장비에 대한 중요한 요건은 가파른 온도 구배를 유지하는 능력이다. 대안적 단련 장비가 도 5에 도시되어 있고, 여기서 전구체로 도포된 기판 (2)가 열 전도성 물질, 예를 들어 알루미늄의 2 개의 블록 (42, 44) 간에 형성된 간극 (40)과 접촉되어 이를 가로질러 이동한다. 2 개의 블록 (42, 44)의 온도는, 예를 들어, 막 전구체 (6)의 T_glass 초과 및 미만으로 유지될 수 있다. 대안으로, 2 개의 블록 (42, 44)의 온도는 질서-무질서 전이 온도, T_OD 초과 및 미만으로 유지될 수 있다. T_OD는 그 초과의 온도에서 엔트로피 항이 깁스 자유 에너지를 지배하여, 질서 상태와 반대되는, 무질서 상태가 열역학적으로 우세해지는 온도이다.

도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 방법의 하나의 측면에서, 전구체로 코팅된 기판 (2)는 제 1 가열 블록 (42) 상에 위치한다. 그 후, 기판 (2)는 추진 부재 (46)을 통해 v-형 간극 (40)을 가로질러 화살표 (A) 방향으로 밀어진다. 제 1 및 제 2 가열 블록 (42, 44) 간의 간극 (40)은 대략 1 ㎛ 정도이다. 본 공정의 하나의 측면에서, 제 1 가열 블록 (42)는 T_OD 초과의 온도에서 유지되는 한편, 제 2 가열 블록 (44)는 T_glass 초과이나 T_OD 미만인 온도에서 유지된다. 2 개의 가열 블록 (42, 44)는 가열 블록 (42, 44)의 각 상부 접촉 표면 간에 약 50℃의 온도 차이가 유지되도록 상이한 온도에서 유지될 수 있다. 제 2 가열 블록 (44) 상에서 자기 조립이 일어나서, 기판 (2)가 제 2 가열 블록 (44) 상으로 완전히 밀어졌을 때 완료된다.

기판 (2) 및 가열 부재 (8) 간의 상대적 이동 속도는 바람직하게는 2D 막 (10)의 자기 조립 속도와 관련된 역가 미만으로 내려가도록 제어된다. 따라서, 상대 속도는 자기 조립이 일어나기에 충분하도록 느려야 한다. 너무 빠른 속도에서는, 막 전구체 (6)의 자기 조립이 일어나지 않을 것이다.

2D 자기 조립 막 (10)이 기판 (2)의 모든 또는 실질적으로 모든 표면에 형성된 후, 패턴이 그 후 중간 막 (4) 및/또는 기판 (2)로 전이될 수 있다. 예를 들어, 중간 막 (4)는 반응성 이온 에칭 기술, 이어서 잔류하는 중합체 막 (10)의 잇따른 제거를 이용하여 패턴화될 수 있다.

하나의 예시적 예로서, PI-PS 이중블록 공중합체 시스템에서, 2D 자기 조립 막 (10)을 함유하는 기판 (2)에 진공 단련 공정이 실시되어 자기 조립 막 (10) 내에 구형 도메인 (PI 구)이 형성될 수 있다. 그 후, PI 구는 오존 처리에 의해 선택적으로 제거될 수 있다. 그 후, 기판 (2)에 CF₄ 반응성 이온 에칭 또는 CF₄/O₂ 반응성 이온 에칭을 실시함에 의해 공극이 노출될 수 있다. 본원에서 그 전문이 제공된 것처럼 참고로 인용하는 미국 특허 제 5,948,470호는 블록 공중합체의 성분을 선택적으로 분해하여 제거하는 공정을 기재한다. 또한, 습윤 화학적 패턴 전이 공정 (또는 당업자에게 공지된 기타 공정)이 이용되어 패턴을 기판 (2)로 전이시킬 수 있다.

도 1D는 단일 입자 패턴의 정공 (14)를 갖는 이산화규소 마스크 (12)를 갖는 기판 (2)를 예시한다. 그 후, 상기 패턴의 정공 (14)는 나노미터의 정확성으로 기판 (2)에 정렬된 각종 소자 또는 성분을 성장시키기 위해 사용된다. 정공 (14)는 잇따른 공정이 그를 기반으로 하여 나노 스케일의 구조체를 형성할 수 있는 틀 또는 기초를 제공한다.

도 4는 2D 자기 조립 막 (10)을 형성하기 위해 사용되는 대안적 공정을 예시한다. 도 4에서, 기판 (2)는 단백질과 같은 생체계 전구체의 형태를 취할 수 있는 막 전구체 (30)으로 덮인다. 본 발명의 하나의 측면에서, 단백질 (또는 기타 전구체)은 적절한 화학적 환경에 노출시 막 (10)으로 자기 조립된다. 예를 들어, 단백질은 특정 pH 초과 또는 미만에서 결정화될 수 있다. 막 전구체 (30)은 바람직하게는 상기 기재된 바와 같이 기판 (2) 상에 비결정질 상태로 유지된다. 토출 부재 (32)가 기판 (2)의 표면 위에 제공된다. 토출 부재 (32)는, 예를 들어, 점적기, 피펫, 또는 마이크로-피펫의 형태를 취할 수 있다. 토출 부재 (32)는 pH 조절 매체 (34)의 공급원을 그 내부에 포함하거나 또는 이에 연결될 수 있다. pH 조절 매체 (34)는 산, 염기 또는 심지어 완충 용액을 포함할 수 있다. pH 조절 매체 (34)는 막 전구체 (30)의 자기 조립 막 (10)으로의 자기 조립 또는 결정화를 촉진하도록 선택된다.

도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, pH 조절 매체 (34)는 토출 부재 (32)로부터 기판 (2)의 표면 상으로 토출된다. 바람직하게는, pH 조절 매체 (34)는, pH 조절 매체 (34)의 진행 전단부가 막 전구체 (30)의 자기 조립을 야기하도록 제어된 속도로 방출된다. 바람직하게는, 침착된 pH 조절 매체 (34)의 주변부의 진행 (도 4에서 화살표 (C)로 나타내어짐)의 속도는 막 전구체 (30)의 정렬된 결정화를 허용하도록 충분히 느리다. 본 공정의 하나의 측면에서, 점도 변경제가 pH 조절 매체 (34)에 첨가된다. 점도 변경제는 점도 증진제 (점도를 증가시키기 위함) 또는 점도 감소제 (점도를 감소시키기 위함)를 포함할 수 있다. 점도 변경제는 바람직하게는 pH 조절 매체 (34)가 기판 (2)의 표면을 가로질러 이동하는 속도를 늦추거나 가속화시킨다. 대안으로, 막 전구체 (30)의 습윤성이 변화되어 pH 조절 매체 (34)가 흐르는 속도를 조절할 수 있다.

본 발명의 바람직한 측면에서, pH 조절 매체 (34)는 도 4에 도시된 바와 같이 기판 (2)의 중앙 영역에 토출된다. 바람직하게는, pH 조절 매체 (34)는 자연적으로 기판 (2)의 모서리를 향하여 바깥쪽으로 흐른다. 본 발명의 대안적 실시양태에서, 기판 (2)는 기판 (2)의 표면을 가로지르는 pH 조절 매체 (34)의 이동을 보조하기 위하여 회전될 수 있다.

본 발명의 실시양태가 도시되고 기재된 반면, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 각종 수정을 할 수 있다. 따라서, 본 발명은 하기 특허청구범위, 및 이의 등가물을 제외하고는 제한되어서는 안된다.

Claims (22)

1. 막 (film) 전구체를 기판 상에 비결정질 상태로 제공하는 단계;

   가열 부재를 기판에 인접하여 제공하는 단계;

   기판 및 가열 부재를 서로에 대하여 상대적으로 이동시켜 자기 조립 (self-assembled) 결정질 막을 형성하는 단계

   를 포함하는, 기판 상에 자기 조립 막을 형성하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 가열 부재가 정지되어 있고 기판이 정지된 가열 부재에 대하여 이동하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 기판이 정지되어 있고 가열 부재가 정지된 기판에 대하여 이동하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 막 전구체가 블록 공중합체를 포함하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 가열 부재가 하나 이상의 가열된 첨단부를 포함하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 중간 막이 기판 및 막 전구체 사이에 배치되는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상대적 이동이 막 전구체의 적어도 일부의 온도를 이의 유리 전이 온도 초과이나 질서-무질서 전이 온도 미만으로 상승시키는 방법.
8. 제1항에 있어서, 기판 상에 형성된 자기 조립 막 중 한 가지 종류를 선택적으로 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 기판 상에 형성된 나머지 자기 조립 막을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 기판이 열 저장소와 열접촉되어 있는 방법.
11. 제1항에 있어서, 기판이 방열판 (heat sink)과 열접촉되어 있는 방법.
12. 제1항에 있어서, 가열 부재 및 기판의 상대적 이동 속도가 역가 미만으로 유지되는 방법.
13. 막 전구체를 기판 상에 비결정질 상태로 제공하는 단계;

    pH 조절 매체를 함유하는 토출 (dispensing) 부재를 제공하는 단계;

    pH 조절 매체를 기판 상으로 토출시키는 단계로서, 상기 pH 조절 매체는 막 전구체의 자기 조립 막으로의 결정화를 촉진시키는 단계

    를 포함하는, 기판 상에 자기 조립 막을 형성하는 방법.
14. 제13항에 있어서, 막 전구체가 단백질을 포함하는 방법.
15. 제13항에 있어서, 막 전구체가 중합체를 포함하는 방법.
16. 제13항에 있어서, pH 조절 매체가 기판의 중앙 영역 상에 토출되는 방법.
17. 제13항에 있어서, pH 조절 매체가 토출 부재로부터 토출되는 속도를 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
18. 제13항에 있어서, pH 조절 매체가 점도 변경제를 함유하는 방법.
19. 제13항에 있어서, 기판 상에 형성된 자기 조립 막의 복수개의 영역을 선택적으로 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
20. 제 1 가열 부재;

    간극 (gap)에 의해 제 1 가열 부재로부터 분리된, 제 1 가열 부재에 인접하여 배치된 제 2 가열 부재;

    기판을 제 1 가열 부재로부터 제 2 가열 부재로 나아가게 하기 위한 이동성 추진 부재

    를 포함하는, 막 전구체를 함유하는 기판 상에 자기 조립 막을 형성하는 장치.
21. 제20항에 있어서, 제 1 가열 부재가 막 전구체의 질서-무질서 전이 온도 (T_OD) 초과의 온도를 갖는 한편, 제 2 가열 부재가 막 전구체의 유리 전이 온도 (T_glass) 초과이나 T_OD 미만인 온도를 갖는 장치.
22. 제20항에 있어서, 제 1 가열 부재가 막 전구체의 유리 전이 온도 (T_glass) 미만의 온도를 갖는 한편, 제 2 가열 부재가 막 전구체의 유리 전이 온도 (T_glass) 초과이나 질서-무질서 전이 온도 (T_OD) 미만인 온도를 갖는 장치.

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