KR20110112501A - Block copolymer for nanostructure with high aspect ratio and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20110112501A
KR20110112501A KR1020100031628A KR20100031628A KR20110112501A KR 20110112501 A KR20110112501 A KR 20110112501A KR 1020100031628 A KR1020100031628 A KR 1020100031628A KR 20100031628 A KR20100031628 A KR 20100031628A KR 20110112501 A KR20110112501 A KR 20110112501A
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김진백
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한국과학기술원
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Abstract

높은 종횡비를 가지는 나노구조물 제조 방법, 이에 의하여 제조된 나노구조물 및 그 응용이 제공된다.
본 발명에 따른 나노구조물 제조방법은 기판 상에 적층된 제 1층 위에 실리콘 함유 중합체 블록을 포함하는 블록공중합체를 도포하는 단계; 상기 도포된 블록공중합체를 어닐링하여 자기조립시키는 단계; 및 상기 자기조립된 실리콘 함유 블록공중합체를 산소 반응성 이온 에칭 처리하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 나노구조물 제조방법은 실리콘 화합물을 첨가하는 별도의 과정 없이 실리콘을 포함하는 단량체를 이용하여 손쉽게 합성된 실리콘 함유 블록공중합체를 이중층의 상부층에 적용시키는 것으로, 본 발명에서는 실리콘을 함유하는 블록공중합체가 바로 사용될 수 있기 때문에 그 공정이 짧고 간단하며, 실리콘 함유 블록공중합체의 자기 조립 현상을 이용하여 수 십 나노크기의 미세 구조를 구현 할 수 있다. 또한 높은 에칭 저항성을 가지는 블록에 의해 하부 유기 고분자 층으로의 패턴 전사를 가능하게 한다. 또한, 이를 통해 형성된 높은 종횡비를 가지는 미세 나노구조물은 다른 다양한 나노구조물을 형성하기 위한 주형으로서 응용될 수 있으며, 또한 하부층, 기판 등을 다양하게 사용할 수 있는 장점이 있어 나노구조물이 요구되는 모든 응용에 적용될 수 있다.
Provided are methods of making nanostructures having high aspect ratios, thereby making nanostructures and applications thereof.
Nanostructure manufacturing method according to the present invention comprises the steps of applying a block copolymer comprising a silicon-containing polymer block on the first layer laminated on the substrate; Annealing the applied block copolymer to self-assemble; And oxygen reactive ion etching the self-assembled silicon-containing block copolymer. Nanostructure manufacturing method according to the present invention is to apply a silicon-containing block copolymer easily synthesized using a monomer containing silicon to the upper layer of the bilayer without the additional process of adding a silicon compound, in the present invention Since the block copolymer can be used immediately, the process is short and simple, and the microstructure of tens of nanoscales can be realized by using the self-assembly of the silicon-containing block copolymer. In addition, a block having high etching resistance enables pattern transfer to the lower organic polymer layer. In addition, the fine nanostructure having a high aspect ratio formed through this can be applied as a template for forming a variety of other nanostructures, and also has the advantage that can be used in a variety of lower layers, substrates, etc. for all applications requiring nanostructures Can be applied.

Description

높은 종횡비를 가지는 나노구조물 제조용 블록공중합체 및 그 제조방법{Block copolymer for nanostructure with high aspect ratio and manufacturing method thereof}Block copolymer for producing nanostructures having high aspect ratio and method for manufacturing the same {Block copolymer for nanostructure with high aspect ratio and manufacturing method

본 발명은 구(sphere), 원통(cylinder), 층상(lamella) 형태의 나노구조물을 제조할 수 있는 블록공중합체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이중층 시스템에 사용함으로써, 나노구조의 배향 조절이 가능하고, 제조된 나노구조물이 높은 종횡비를 갖는 나노구조물의 제조가 가능한 나노구조물 제조용 블록공중합체 및 그 제조방법 에 관한 것이다.The present invention relates to a block copolymer capable of producing nanostructures in the form of spheres, cylinders, and lamellas, and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a bilayer system. The present invention relates to a block copolymer for preparing nanostructures and a method of manufacturing the nanostructures capable of controlling the orientation and allowing the prepared nanostructures to have high aspect ratios.

나노구조물은 자기 저장 매체, 광전자 소자, 유기 반도체 등에 사용가능한 새로운 물질 구조로 각광을 받고 있는데, 나노구조물 제조 기술 여러 기술 중 하나는 나노구조물 형상의 주형(template)을 이용하여 나노구조물을 제조하는 기술이다. 상기 나노구조물 주형 기술은 나노 크기의 주형을 얼마나 효과적으로, 정렬된 상태로 만들 수 있는지가 매우 중요하다. 나노주형을 제조하는 기술 중에 하나로 양극산화시킨 알루미늄 산화물(AAO) 주형 제조 기술이 널리 사용되고 있다. 이는 양극산화 조건을 달리하여 25 내지 300nm 범위의 직경을 갖는 높은 종횡비를 가지는 정렬된 원통을 제조할 수 있는 장점을 가진다. 하지만, 이러한 양극산화 기술은 전기 화학 반응인 양극산화에서 다단계의 공정이 요구된다는 문제가 있으며, 주형 제거를 위하여 극심한 조건이 사용되어야 하는 문제가 있다. 뿐만 아니라 여러 기판 위에 주형을 만들 수 없는 문제는 여러 전극 기판이 요구되는 수 많은 응용에 쉽게 적용할 수 없는 단점을 지닌다. Nanostructures are in the limelight as new material structures that can be used in magnetic storage media, optoelectronic devices, organic semiconductors, etc. Nanostructure manufacturing technology One of several technologies is a technique for manufacturing nanostructures using template of nanostructure shape. to be. The nanostructure template technology is very important to how effectively, in order to make the nano-sized template in an aligned state. One of the technologies for manufacturing nano-moulds, anodizing aluminum oxide (AAO) template manufacturing technology is widely used. This has the advantage of producing aligned cylinders with high aspect ratios having a diameter in the range of 25 to 300 nm with different anodization conditions. However, such anodization technology has a problem that a multi-step process is required in anodization, an electrochemical reaction, and there is a problem that extreme conditions must be used for removing a mold. In addition, the problem of not being able to make molds on multiple substrates has the disadvantage that they cannot be easily applied to many applications requiring multiple electrode substrates.

이러한 양극산화 공정을 이용한 주형 제조 기술의 문제를 해결할 수 있는 방법으로는 박막 상태의 블록공중합체를 이용하는 기술이 있다. 박막 형태의 블록공중합체는 스스로 조립되는 성질에 의해 수십 나노미터 수준의 구(sphere), 원통(cylinder), 또는 층상(lamella) 형태의 여러 구조들을 재현할 수 있다. 이러한 블록공중합체 특성은 현재 산업계에서 이용되고 있는 광리소그래피에 의한 반도체 제작법으로 구현하기 힘든 수십 나노미터 크기의 미세한 점이나 선 형태 등의 구조 형성을 매우 쉽게 가능하게 함으로 차세대 리소그래피 기술로 각광받고 있다. 그러나 주형으로의 응용에서는, 알루미늄 산화물에서 구현하기 힘든 25nm 이하의 구조를 형성할 수 있고 그 모양을 다양화 할 수 있는 장점에도 불구하고 전통적인 블록공중합체 조립방식은 50nm 미만의 필름 두께로 의한 낮은 종횡비를 가지는 단점 때문에 주형으로의 한계가 있다.As a method to solve the problem of the mold manufacturing technology using the anodization process there is a technique using a block copolymer in a thin film state. The thin film block copolymer can reproduce several structures in the form of spheres, cylinders, or lamellas on the order of tens of nanometers by self-assembly. These block copolymer properties are attracting attention as next generation lithography technology because it is very easy to form structures such as fine dots or lines of several tens of nanometers, which are difficult to realize in semiconductor manufacturing methods using photolithography, which is currently used in the industry. However, in application to molds, despite the advantages of being able to form structures below 25nm and varying in shape, which are difficult to achieve in aluminum oxide, traditional block copolymer assembly methods have low aspect ratios with film thicknesses of less than 50nm. There is a limitation to the mold because of the disadvantage.

이러한 문제를 해결하여 높은 종횡비를 가지는 주형을 형성하기 위한 노력으로는, 폴리스티렌-블록-폴리메타크릴레이트(PS-b-PMMA) 중합체를 유리전이온도 이상으로 가열하면서 동시에 전기장을 인가하는 방식으로 높은 종횡비를 가지는 나노와이어 주형을 제조하는 기술이 발표된 바가 있다.(Science, 2000,290,2126) 하지만, 상기 기술은 외부에서 전기장을 인가하여야 하므로, 공정이 복잡하고, 균일한 주형의 제조가 어렵다는 문제가 있다. 또 다른 기술로는 단일 PMMA 중합체를 비대칭성의 PS-b-PMMA 중합체에 첨가하는 기술이 있으나,(Advanced Materials,2004,16,533) 별도의 물질을 첨가하여야 하는 공정상의 문제가 있고, 기판과 블록공중합체 사이의 계면 에너지 제어를 위한 별도의 다단계 공정이 요구되고 장시간의 자기조립 공정으로, 비경제적이라는 문제가 있다. In an effort to solve this problem and to form a mold having a high aspect ratio, it is possible to heat a polystyrene-block-polymethacrylate (PS-b-PMMA) polymer by applying an electric field while simultaneously heating it above the glass transition temperature. A technique for producing a nanowire mold having an aspect ratio has been published ( Science , 2000 , 290 , 2126). However, since the technique requires an external electric field, the process is complicated, and it is difficult to produce a uniform mold. there is a problem. Another technique involves the addition of a single PMMA polymer to an asymmetric PS-b-PMMA polymer ( Advanced Materials, 2004, 16, 533) is a problem in the process that must be added to separate substances, and a separate multi-step process for the interfacial energy control between the substrate and the block copolymer is desired in a self-assembly process for a long time, that uneconomical there is a problem.

이에 대한 새로운 기술로 H.C. Kim 등은 실리콘을 함유하는 무기 물질을 블록공중합체에 첨가하는 방식으로 이중층 리소그래피 시스템을 이용, 높은 종횡비를 가지는 구조를 구현하였다. (미국 특허 제2009/0107950, 이하 종래기술 1) 하지만 종래 기술 1은 블록공중합체에 무기 물질을 첨가한다는 별도의 공정이 요구된다는 문제가 있고, 더 나아가, 무기 물질의 유기 공중합체 내에서의 거동이 예측하기 어렵다는 문제가 있다. A new technology for this is H.C. Kim et al. Used a double layer lithography system to add a silicon-containing inorganic material to the block copolymer to achieve a high aspect ratio structure. (US Patent No. 2009/0107950, hereinafter Prior Art 1) However, the prior art 1 has a problem that a separate process of adding an inorganic material to the block copolymer is required, and furthermore, the behavior of the inorganic material in the organic copolymer. There is a problem that this is difficult to predict.

무기 물질을 블록공중합체에 도입시키는 또 다른 방법으로 미국 특허 5,318,877(이하 종래 기술 2)은 폴리스티렌-디엔 블록공중합체에서 디엔 블록의 이중결합을 이용하여 실리콘을 첨가시킴으로써 얻어지는 조성물을 이미지 층으로 이용, 이를 산소 플라즈마 처리한 경질 에칭 마스크를 제작하였다. 하지만, 상기 종래 기술 2는 기존의 이중층에서 사용한 실리콘 함유 공중합체들의 낮은 유리전이온도에 의해 발생하는 낮은 수치 안정성을 개선하기 위한 시도로서, 이는 아래에서 제시하는 본 발명과 같이 블록공중합체 자체의 자기조립을 유도하여 수 십 나노크기의 나노구조물을 형성하는 방식과는 상이한 것이며, 그 결과 또한 큰 차이를 보인다. 그 밖에 실리콘을 포함하는 블록공중합체에 대한 제조 방법에 관한 종래기술들이 제시되고 있으나, 이는 단순 합성 방법에 대한 연구로서, 높은 종횡비의 나노구조물을 효과적으로 구현할 수 있는 블록공중합체 및 그 제조방법은 아직 게시된 바 없다. 따라서, 아래에 제시되는 본 발명은 실리콘 화합물을 첨가하는 별도의 과정 없이 실리콘을 포함하는 단량체를 이용하여 손쉽게 합성된 실리콘 함유 블록공중합체를 제공한다. 본 발명에서 제공되는 상기 블록공중합체는 이중층 리소그래피 공정의 상부층에 사용되며, 실리콘을 직접 함유하는 형태이며, 높은 에칭 저항성을 가지는 블록에 의해 하부 유기 고분자 층으로의 패턴 전사가 가능하며. 또한, 본 발명에 따른 블록공중합체에 의하여 높은 종횡비를 가지는 미세 나노구조물이 제조될 수 있다.As another method of introducing an inorganic material into a block copolymer, U.S. Patent 5,318,877 (hereinafter referred to as Prior Art 2) uses a composition obtained by adding a silicone using a double bond of a diene block in a polystyrene-diene block copolymer as an image layer, This produced a hard etching mask subjected to an oxygen plasma treatment. However, the prior art 2 is an attempt to improve the low numerical stability caused by the low glass transition temperature of the silicon-containing copolymers used in the existing double layer, which is the magnetic of the block copolymer itself as described below It is different from the method of inducing assembly to form tens of nanoscale nanostructures, and the result also shows a big difference. In addition, prior arts related to a method for manufacturing a block copolymer containing silicon have been proposed. However, this is a study on a simple synthesis method, and a block copolymer and a method for manufacturing the same have a high aspect ratio nanostructure. It has not been published. Accordingly, the present invention set forth below provides a silicone-containing block copolymer that is readily synthesized using monomers comprising silicone without the addition of silicone compounds. The block copolymer provided in the present invention is used in the upper layer of the bilayer lithography process, is a form containing silicon directly, and the pattern transfer to the lower organic polymer layer is possible by the block having high etching resistance. In addition, fine nanostructures having a high aspect ratio can be produced by the block copolymer according to the present invention.

따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는 별도의 무기물질 첨가공정 없이 이중층 리소그래피의 상부층으로 사용되어 자기조립될 수 있는, 새로운 블록공중합체를 제공하는 것이다.Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a novel block copolymer, which can be used as a top layer of the bilayer lithography without the separate inorganic material addition process, can be self-assembled.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 별도의 무기물질 첨가공정 없이 이중층 리소그래피의 상부층으로 사용되어 자기조립될 수 있는, 새로운 블록공중합체의 제조방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a new block copolymer, which can be used as a top layer of bilayer lithography without a separate inorganic material addition process, can be self-assembled.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 나노구조물 제조용 블록공중합체로서, 상기 블록공중합체는 실리콘을 함유하는 단량체로 이루어진 제 1 중합체 블록; 및In order to solve the above problems, the present invention is a block copolymer for producing a nanostructure, the block copolymer is a first polymer block made of a monomer containing silicon; And

실리콘을 함유하지 않은 또 다른 단량체로 이루어진 제 2 중합체 블록;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노구조물 제조용 블록공중합체를 제공한다.It provides a block copolymer for producing a nanostructure, characterized in that consisting of; a second polymer block made of another monomer containing no silicon.

본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 중합체 블록은 실리콘을 함유하는 단량체 간 중합반응에 의하여 합성되며, 상기 제 1 중합체 블록은 단량체에 결합된 실리콘 모이어티를 함유하며, 상기 실리콘 모이어티는 상기 블록의 측쇄로 결합될 수 있다. 상기 블록공중합체는 이중층 리소그래피 공정의 상부층 물질로 사용될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first polymer block is synthesized by polymerization between monomers containing silicon, the first polymer block contains a silicon moiety bonded to a monomer, and the silicon moiety is the block It can be combined into the side chain of. The block copolymer can be used as the top layer material of a bilayer lithography process.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 나노구조물 제조용 블록공중합체의 제조방법으로, 상기 방법은, 실리콘을 함유하지 않은 단량체를 제 1 중합하여 제 1 중합체 블록을 합성하는 단계; 및 상기 제 1 중합체 블록으로부터 실리콘을 함유하는 단량체를 제 2 중합하여, 상기 제 1 중합체 블록에 결합되며, 상기 실리콘을 함유하는 단량체로 이루어진 제 2 중합체 블록을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 중합과 제 2 중합은 동일 중합 방식일 수 있다. 상기 제 1 중합 및 제 2 중합은 음이온 중합 또는 라디칼 중합일 수 있다. In order to solve the above problems, the present invention is a method for producing a block copolymer for producing a nanostructure, the method comprises the steps of: first polymerizing a monomer containing no silicon to synthesize a first polymer block; And second polymerizing a monomer containing silicon from the first polymer block to produce a second polymer block bonded to the first polymer block, the second polymer block comprising the monomer containing silicon. The polymerization and the second polymerization may be in the same polymerization mode. The first polymerization and the second polymerization may be anionic polymerization or radical polymerization.

본 발명의 또 다른 일 실시예는 나노구조물 제조용 블록공중합체의 제조방법으로, Another embodiment of the present invention is a method for producing a block copolymer for manufacturing a nanostructure,

상기 방법은, 실리콘을 함유하는 단량체를 제 1 중합하여 제 1 중합체 블록을 합성하는 단계; 및 상기 제 1 중합체 블록으로부터 실리콘을 함유하지 않은 단량체를 제 2 중합하여, 상기 제 1 중합체 블록에 결합되며, 상기 실리콘을 함유하지 않은 단량체로 이루어진 제 2 중합체 블록을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조물 제조용 블록공중합체의 제조방법을 제공한다. The method comprises the steps of: first polymerizing a monomer containing silicon to synthesize a first polymer block; And second polymerizing a monomer containing no silicon from the first polymer block to produce a second polymer block bonded to the first polymer block and composed of the monomer containing no silicon. It provides a method for producing a block copolymer for producing a nanostructure.

상기 제 1 중합과 제 2 중합은 동일 중합 방식으로, 상기 제 1 중합 및 제 2 중합은 음이온 중합 또는 라디칼 중합일 수 있다. The first polymerization and the second polymerization may be the same polymerization scheme, and the first polymerization and the second polymerization may be anionic polymerization or radical polymerization.

본 발명은 상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 상술한 방식으로 제조된 나노구조물 제조용 블록공중합체를 제공하며, 상기 블록공중합체는 상기 블록공중합체는 하기 식 (1)의 블록공중합체일 수 있다.The present invention provides a block copolymer for producing a nanostructure prepared in the above-described manner, in order to solve the another problem, the block copolymer may be a block copolymer of the formula (1) .

Figure pat00001
(1)
Figure pat00001
(One)

본 발명에 따른 실리콘 함유 블록공중합체는 블록공중합체에 대한 실리콘 화합물의 첨가 과정 없이 실리콘을 포함하는 단량체를 이용하여 손쉽게 합성될 수 있으므로, 경제적이다. 더 나아가, 본 발명에 따른 실리콘 함유 블록공중합체를 이중층의 상부층에 사용하는 경우, 별도의 실리콘 첨가 공정 없이도, 실리콘 함유 블록공중합체의 자기 조립 현상을 이용하여 수십 나노크기의 미세 구조를 구현할 수 있다. 또한 높은 에칭 저항성을 가지는 블록에 의해 하부 유기 고분자 층으로의 패턴 전사를 가능하게 하며, 이를 통해 형성된 높은 종횡비를 가지는 미세 나노구조물은 다른 다양한 나노구조물을 형성하기 위한 주형으로서 응용될 수 있으며, 또한 하부층, 기판 등을 다양하게 사용할 수 있는 장점이 있어 나노구조물이 요구되는 모든 응용에 적용될 수 있다.The silicon-containing block copolymer according to the present invention is economical because it can be easily synthesized using monomers containing silicon without the addition of silicone compounds to the block copolymer. Furthermore, when the silicon-containing block copolymer according to the present invention is used for the upper layer of the double layer, even without a separate silicon addition process, it is possible to implement a microstructure of several tens of nano-size using the self-assembly phenomenon of the silicon-containing block copolymer. . In addition, a pattern having high etching resistance enables pattern transfer to the lower organic polymer layer, and the high aspect ratio fine nanostructures formed therefrom can be applied as a template for forming various other nanostructures, and also a lower layer. The advantage of using a variety of substrates, such as nanostructures can be applied to all applications that require.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 블록공중합체를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 나노구조물 제조방법의 단계도이댜.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중층 리소그래피 방식의 나노포어 어레이 제조방법의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PS-b-PSSi 블록공중합체 합성 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 얻어진 블록공중합체 박막에 대한 원자힘 현미경(AFM) 이미지이다.
도 6a 및 6b는 이중층 구조에서의 시간 경과에 따른 에칭 결과를 분석한 주사 전자현미경(SEM) 정면 이미지 및 45로 기울인 단면 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 대면적 기판상에 제조된 실린더 형상의 나노포어 어레이의 SEM 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 기판 상에 제조된 나노포어 어레이의 SEM 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 제조된 금 나노점 어레이의 AFM 이미지이다.
도 10은 PSSi 매트릭스 및 통상적으로 사용되는 하부 제 1층인 유기고분자층(SU-8)의 에칭 속도를 비교한 그래프이다.
도 11은 상기 얻어진 블록공중합체 박막에 대한 원자힘 현미경(AFM) 이미지이다.
도 12는 용매 부피비가 4, 즉, 헵탄의 비율이 더 큰 경우에 제조된 나노포어 어레이의 SEM 이미지이다.
1 is a view for explaining a block copolymer according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a step of the nanostructure manufacturing method according to the invention.
3 is a schematic diagram of a method of manufacturing a double-layer lithography nanopore array according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a method for synthesizing a PS-b-PSSi block copolymer according to an embodiment of the present invention.
5 is an atomic force microscope (AFM) image of a block copolymer thin film obtained in one embodiment of the present invention.
6A and 6B are scanning electron microscope (SEM) frontal images and cross-sectional images tilted at 45 analyzing the etching results over time in the bilayer structure.
7 is an SEM image of a cylindrical nanopore array fabricated on a large area substrate in accordance with one embodiment of the present invention.
8 is an SEM image of a nanopore array fabricated on various substrates in accordance with one embodiment of the present invention.
9 is an AFM image of a gold nano dot array prepared in one embodiment of the present invention.
10 is a graph comparing the etching rates of the PSSi matrix and the organic polymer layer SU-8, which is a commonly used lower first layer.
11 is an atomic force microscope (AFM) image of the obtained block copolymer thin film.
FIG. 12 is an SEM image of a nanopore array prepared when the solvent volume ratio is 4, ie, the ratio of heptane is larger.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are provided as examples to ensure that the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience.

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 본 명세서 전반에 걸쳐 표시되는 PS-b-PSSi 에서 b는 블록공중합체를 의미하고, PS, PSSi 등은 사용된 공중합체의 블록 고분자를 나타내는 약어로 이해된다. 또한 실리콘 모이어티는 실리콘을 포함하는 임의의 모든 물질이 될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서 상기 실리콘 모이어티는 탄소수 1 내지 5의 알킬기로 치환된 실란기이었으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 또한, 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 나노구조물은 나노미터 크기를 갖는 임의의 모든 구조물을 포함하는 것으로, 나노 포어, 나노 와이어, 나노점, 나노 스피어 등을 모두 포함한다. Like numbers refer to like elements throughout. In addition, in PS-b-PSSi displayed throughout this specification, b means a block copolymer, and PS, PSSi, etc. are understood as abbreviations indicating block polymers of the copolymer used. In addition, the silicon moiety may be any material including silicon, but in one embodiment of the present invention, the silicon moiety was a silane group substituted with an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, but the present invention is not limited thereto. . In addition, nanostructures as used throughout this specification includes any and all structures having nanometer size, including nanopores, nanowires, nanodots, nanospheres, and the like.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여, 블록공중합체의 단위 단량체에 실리콘 모이어티를 공유결합으로 도입한 후, 다른 단량체와 함께 중합시킨 블록공중합체를 제공한다. 이 경우, 별도의 실리콘 등과 같은 무기 물질을 블록공중합체에 첨가시키지 않고서도, 제조된 블록공중합체를 바로 이중층 리소그래피 공정의 상부층에 사용할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 블록공중합체는 단위 단량체에 미리 실리콘을 공유결합시킨 후, 중합하여 제 1 중합체 블록을 제조하고, 다시 실리콘이 함유되지 않은 제 2 중합체 블록과 상기 제 1 중합체 블록과 제 2 중합체 블록을 결합시켜, 높은 종횡비의 나고구조물 제조를 위한 새로운 블록공중합체를 제공한다.The present invention provides a block copolymer polymerized together with other monomers after covalently introducing a silicone moiety into the unit monomers of the block copolymer, in order to solve the problems of the prior art described above. In this case, the prepared block copolymer can be used directly in the upper layer of the double layer lithography process without adding an inorganic material such as a separate silicone to the block copolymer. That is, in the block copolymer according to the present invention, after the silicon is covalently bonded to the unit monomers in advance, the polymer is prepared by polymerizing the second polymer block, and the second polymer block and the first polymer block and the second polymer are not contained again. The polymer blocks are combined to provide new block copolymers for the manufacture of high aspect ratio bare structures.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 블록공중합체를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a block copolymer according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 블록공중합체는 실리콘(Si)을 함유하는 제 1 단량체(M(Si))로 이루어진 제 1 중합체 블록이 개시된다. 여기에서 실리콘을 함유하는 형태는 제 1 단량체와 실리콘 모이어티의 공유결합 형태일 수 있으나, 제 1 단량체의 구성원소로 실리콘을 함유할 수도 있다. Referring to FIG. 1, a block copolymer according to an embodiment of the present invention discloses a first polymer block made of a first monomer (M (Si)) containing silicon (Si). Herein, the silicon-containing form may be a covalent bond between the first monomer and the silicon moiety, but may also contain silicon as a member of the first monomer.

본 발명에 따른 블록공중합체는 또한 상기 제 1 중합체 블록(M)에 공유결합하며, 실리콘을 함유하지 않은 단량체(N)로 이루어진 제 2 중합체 블록을 포함한다. 본 발명에 따른 “실리콘 함유 블록공중합체”는 단량체 자체에 실리콘 모이어티를 미리 공유결합 형태로 결합시킨 후, 상기 단량체들을 중합시켜 제조한 중합체 블록(제 1 중합체 블록)과 상기 제 1 블록과 상이하며, 실리콘을 함유하지 않은 또 다른 단량체를 중합시켜 제조한 또 다른 중합체 블록(제 2 중합체 블록)이 결합된 구조의, 임의의 모든 블록공중합체를 포함한다. The block copolymer according to the invention also comprises a second polymer block covalently bonded to the first polymer block (M) and consisting of monomers (N) which do not contain silicone. The "silicone containing block copolymer" according to the present invention is different from the polymer block (first polymer block) prepared by polymerizing the monomers after the silicone moiety is bonded to the monomer itself in the form of a covalent bond. And any block copolymer having a structure in which another polymer block (second polymer block) prepared by polymerizing another monomer containing no silicon is bonded.

본 발명의 일 실시예에서 상기 실리콘 함유 블록공중합체는 스티렌 단량체로 중합된 제 2 중합체 블록과 상기 제 2 중합체 블록에 공유결합되며, 실리콘 모이어티가 공유결합 형태로 함유된 제 1 중합체 블록으로 이루어진 구조를 갖는 블록공중합체를 제공한다. 그 예로서, 본 발명자는 상기 실리콘 함유 블록공중합체로 하기 화학식 1의 폴리스티렌-블록-폴리(4-(tert-부틸디메틸실릴)옥시스티렌)(PS-b-PSSi) 블록공중합체를 사용하여, 유기고분자-블록공중합체의 이중층(bilayer) 리소그래피를 통하여 나노구조물을 제조하였다. In one embodiment of the present invention, the silicon-containing block copolymer comprises a second polymer block polymerized with a styrene monomer and a first polymer block covalently bonded to the second polymer block, wherein the silicon moiety is covalently contained. A block copolymer having a structure is provided. As an example, the present inventors use the polystyrene-block-poly (4- ( tert -butyldimethylsilyl) oxystyrene) (PS-b-PSSi) block copolymer of the following formula 1 as the silicone-containing block copolymer, Nanostructures were prepared through bilayer lithography of organic polymer-block copolymers.

Figure pat00002
Figure pat00002

화학식 1의 PS-b-PSSi 블록공중합체는 화학식 2에 해당하는 실리콘 함유 모이어티가 블록의 측쇄로 결합된 구조로서, 보다 구체적으로는 폴리스티렌의 스티렌 단량체 페닐기에 치환된 구조이다. 하지만, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않으며, 실리콘을 함유하는 임의의 모든 화합물이 상기 실리콘 함유 모이어티가 될 수 있다. The PS-b-PSSi block copolymer of the formula (1) is a structure in which the silicon-containing moiety corresponding to the formula (2) is bonded to the side chain of the block, more specifically, a structure substituted with a styrene monomer phenyl group of polystyrene. However, the scope of the present invention is not limited thereto, and any compound containing silicon may be the silicon containing moiety.

Figure pat00003
Figure pat00003

즉, 본 발명에 따른 나노구조물 제조용 블록공중합체는 미리 실리콘 모이어티를 단량체에 공유결합시킨 후, 1회의 연속된 중합반응으로 실리콘 모이어티 함유 블록공중합체를 제조할 수 있다. 더 나아가, 본 발명에서 블록공중합체의 블록 단위에 사용된 스티렌 단량체들은 용이하게 중합될 수 있고, 특히 동일한 체인 반응으로 두 개의 블록을 연속적으로 제조할 수 있으므로, 별도의 중합 공정에 따른 비경제성을 효과적으로 극복할 수 있다.That is, the block copolymer for preparing nanostructures according to the present invention may be prepared by co-bonding the silicon moiety to the monomer in advance and then preparing the silicon moiety-containing block copolymer by one continuous polymerization reaction. Furthermore, in the present invention, the styrene monomers used in the block unit of the block copolymer can be easily polymerized, and in particular, two blocks can be continuously produced by the same chain reaction. Can be effectively overcome.

본 발명은 나노구조물 제조용 블록공중합체 제조방법으로서, 실리콘을 함유하지 않은 단량체를 제 1 중합하여 제 1 중합체 블록을 합성하는 단계; 및 상기 제 1 중합체 블록으로부터 실리콘을 함유하는 단량체를 제 2 중합하여, 상기 제 1 중합체 블록에 결합되며, 상기 실리콘을 함유하는 단량체로 이루어진 제 2 중합체 블록을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조물 제조용 블록공중합체 제조방법을 제공한다. 즉, 먼저 합성되며, 실리콘을 함유하지 않는 제 1 중합체 블록과 동일한 방식으로 중합되며, 상기 제 1 중합체 블록의 말단 단위체로부터 중합이 개시되는 제 2 중합을 통하여, 연속적으로 제 1 중합체 블록과 제 2 중합체 블록이 결합된 형태의 블록공중합체를 제조한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 중합 및 제 2 중합은 음이온 중합이었으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않으며, 라디칼 중합 등의 방식도 가능하다. The present invention provides a method for preparing a block copolymer for preparing a nanostructure, comprising: synthesizing a first polymer block by first polymerizing a monomer not containing silicon; And second polymerizing a monomer containing silicon from the first polymer block to produce a second polymer block bonded to the first polymer block, the second polymer block comprising the monomer containing silicon. It provides a block copolymer manufacturing method for producing a nanostructure. That is, the first polymer block and the second polymer are successively synthesized and polymerized in the same manner as the first polymer block containing no silicon, and through the second polymerization in which the polymerization is initiated from the terminal unit of the first polymer block. To prepare a block copolymer in the form in which the polymer blocks are bonded. In an embodiment of the present invention, the first polymerization and the second polymerization were anionic polymerizations, but the scope of the present invention is not limited thereto, and a method such as radical polymerization is also possible.

상기 구성과 달리 실리콘을 함유하지 않은 단량체로 제 1 중합체 블록을 제조한 후, 실리콘을 함유하는 단량체를 상기 제 1 중합체 블록으로부터 연속적으로 중합시킬 수 있다. 하기 도 4를 참조하면, 먼저, 상기 화학식 2의 실리콘 모이어티를 함유하지 않는 스티렌 단량체를 중합시켜, 폴리스티렌 블록을 합성한 후, 상기 폴리스티렌 블록과 상기 실리콘 모이어티를 함유하는 스티렌 단량체를 연속적으로 음이온 중합하여, PS-b-PSSi 블록공중합체를 제조하였다. 이 경우, 별도의 실리콘 첨가공정 없이, 연속되는 동일한 방식의 중합반응을 통하여 실리콘 함유 블록공중합체가 경제적으로 제조될 수 있다.Unlike the above configuration, after the first polymer block is made of a monomer not containing silicon, the monomer containing silicon may be continuously polymerized from the first polymer block. Referring to FIG. 4, first, a styrene monomer not containing the silicon moiety of Formula 2 is polymerized to synthesize a polystyrene block, and the polystyrene block and the styrene monomer containing the silicon moiety are continuously anionized. By polymerization, a PS-b-PSSi block copolymer was prepared. In this case, the silicon-containing block copolymer can be economically produced through the polymerization process in the same manner in a continuous manner without a separate silicon addition process.

본 발명의 일 실시예에서 상기 스티렌 단량체들은 음이온 중합 방식으로 중합되었으나, 이 외에도 라디칼 중합 등도 가능하다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서는 체인 종결 반응과 같은 부반응에 사용될 수 있는 기능기를 포함하는 첨가제의 사용 없이 하나의 연속된 음이온 중합 반응에 의하여 각 블록중합체를 제조할 수 있으며, 각 블록을 공유결합시켜 블록공중합체를 중합할 수 있으며, 스티렌 단량체 블록 중 어느 하나에 실리콘 함유 모이어티를 미리 도입함으로써 폴리스티렌-(실리콘 모이어티 도입 폴리스티렌)의 블록공중합체를 제조할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the styrene monomers are polymerized by an anion polymerization method, in addition to radical polymerization is also possible. That is, in one embodiment of the present invention, each block polymer may be prepared by one continuous anionic polymerization reaction without using an additive including a functional group that may be used in a side reaction such as a chain termination reaction, and each block is covalently bonded. The block copolymer can be polymerized, and a block copolymer of polystyrene- (silicon moiety-introduced polystyrene) can be prepared by introducing a silicone-containing moiety into any one of the styrene monomer blocks in advance.

본 발명은 상술한 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 실리콘 함유 블록공중합체 박막을 상부층으로 하고, 유기고분자층을 하부층으로 하는 소위 이중층 리소그래피 기술을 통하여 나노구조 어레이를 기판에 효과적으로 전사시키는데, 본 발명의 일 실시예는 기판 상에 도포된 유기고분자층 상에 본 발명에 따른 실리콘 함유 블록공중합체를 도포한 후, 어닐링 공정(용매 어닐링)을 통하여 후속하는 산소 반응성 이온에칭에서 제거되는 공중합체의 유기 블록이 원통(실린더) 또는 층상(라멜라) 또는 구(스피어) 형상으로 자기 조립되게 한다. 즉, 유기고분자층 상에서 어닐링 공정에 의하여 자기 조립된 블록공중합체 중 실리콘이 함유되지 않은 유기 블록(제 2 중합체 블록)은 산소 플라즈마 공정에 의하여 제거됨과 동시에 실리콘 함유 블록(제 1 중합체 블록)의 상층부는 산화실리콘 경질 에칭 마스크로 변환된다. The present invention effectively transfers the nanostructure array to the substrate through a so-called bilayer lithography technique using the silicon-containing block copolymer thin film prepared according to the present invention as an upper layer and an organic polymer layer as a lower layer, as described above. One embodiment is an organic block of a copolymer which is applied on an organic polymer layer applied on a substrate and then removed in subsequent oxygen reactive ion etching through an annealing process (solvent annealing). It is self-assembled into a cylinder (cylinder) or layered (lamellae) or sphere (sphere) shape. That is, in the block copolymer self-assembled on the organic polymer layer by an annealing process, the organic block (second polymer block) containing no silicon is removed by the oxygen plasma process and at the same time the upper layer of the silicon containing block (first polymer block). Is converted to a silicon oxide hard etch mask.

본 발명은 특히 기판 상에 적층된 유기고분자층에 실리콘을 함유하는 상기 블록공중합체를 도포한 후, 별도의 부가적인 물질의 첨가 없이 자기 조립시키는 방식으로 나노구조물 어레이를 제조하므로, 실리콘을 함유하는 블록공중합체의 도포 및 어닐링 공정만으로도 나노 패턴을 실리콘 기판에 전사시킬 수 있는 효과가 있다. In particular, the present invention provides a nanostructure array by applying the block copolymer containing silicon to an organic polymer layer laminated on a substrate and then self-assembling without addition of additional materials. Only the coating and annealing process of the block copolymer has an effect of transferring the nanopattern to the silicon substrate.

도 2는 본 발명에 따른 나노구조물 제조방법의 단계도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중층 리소그래피 방식의 나노포어 어레이 제조방법의 모식도이다.Figure 2 is a step diagram of a nanostructure manufacturing method according to the present invention, Figure 3 is a schematic diagram of a nanopore array manufacturing method of a double layer lithography method according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 나노포어 어레이 제조방법은 기판에 제 1 층을 적층하는 단계; 상기 제 1 층위에 실리콘 함유 중합체 블록을 포함하는 블록공중합체를 도포하는 단계; 상기 실리콘 함유 블록공중합체를 어닐링하여 자기조립시키는 단계; 및 상기 자기조립된 실리콘 함유 블록공중합체를 산소 반응성 이온 에칭처리하는 단계를 포함한다. 도 3을 참조하면, 상기 실리콘 함유 블록공중합체는 PS-b-PSSi 블록공중합체였다. Referring to Figure 2, the nanopore array manufacturing method according to the present invention comprises the steps of laminating a first layer on the substrate; Applying a block copolymer comprising a silicon-containing polymer block on the first layer; Annealing the silicon-containing block copolymer to self-assemble; And oxygen reactive ion etching the self-assembled silicon-containing block copolymer. Referring to FIG. 3, the silicon-containing block copolymer was a PS-b-PSSi block copolymer.

실리콘을 함유하는 중합체 블록은 이후 진행되는 산소 반응성 이온 에칭(O2 reactive ion etching, O2 RIE) 공정에서 실리콘 산화물로 변환되며, 이와 동시에 실리콘이 도입되지 않은 유기 블록 및 노출된 하부의 유기고분자 제 1층은 에칭되어 제거된다. 특히, 본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 층은 실리콘 모이어티를 함유하는 공중합체보다 높은 에칭속도를 갖는 물질이 바람직하며, 본 발명의 일 실시예에서는 하부 제 1 층은 가교결합된 유기고분자층이었다. 가교 결합된 제 1 층의 패턴은 무너짐 없이도 아래까지 수직으로 에칭 공정이 진행될 수 있고, 용액 조건에 따라 범용적인 기판상에 적층되어 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 네거티브 포토레지스트인 SU-8을 제 1층의 유기고분자로 사용하였으나, 폴리이미드나 다른 유기고분자도 제 1 층으로 사용될 수 있으며, 본 발명의 범위는 하기 실시예에 제한되지 않는다.
The polymer block containing silicon is then subjected to O2 reactive ion etching (O 2). RIE) process, which is converted to silicon oxide, and at the same time, the organic block in which silicon is not introduced and the first exposed organic polymer first layer are etched away. In particular, in one embodiment of the present invention, the first layer is preferably a material having a higher etching rate than a copolymer containing a silicon moiety, and in one embodiment of the present invention, the lower first layer is a crosslinked organic polymer. It was a layer. The pattern of the cross-linked first layer can be etched vertically down without collapse, and can be stacked and used on a universal substrate depending on the solution conditions. In an embodiment of the present invention, the negative photoresist SU-8 was used as the organic polymer of the first layer, but polyimide or other organic polymers may also be used as the first layer, and the scope of the present invention is limited to the following examples. It doesn't work.

이하 실시예 및 실험예로서 본 발명에 따른 나노구조물 제조방법을 보다 상세히 설명하며, 하기 실시예 및 실험예에서 나노구조물은 나노포어 형태로 설명되나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.
Hereinafter, a method for manufacturing nanostructures according to the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Experimental Examples.

실시예Example 1 One

블록공중합체Block copolymer 제조 Produce

상기 화학식 1의 블록공중합체에 대한 중합과정을, 도 4를 참조하여 이하 설명한다. The polymerization process for the block copolymer of Chemical Formula 1 will be described below with reference to FIG. 4.

실시예Example 1-1 1-1

terttert -- 부틸디메틸실릴클로라이드Butyldimethylsilyl chloride (( terttert -- ButyldimehtylsilylButyldimehtylsilyl chloridechloride ) 합성) synthesis

tert-부틸디메틸실릴클로라이드가 첨가된 150ml의 N-디메틸포름아미드(N-dimethylformamide)를 담은 3구 플라스크에 tert-부틸디메틸실록시벤잘데히드(4-tert-butyldimethylsiloxybenzaldehyde, 10 g, 82 mmol)를 혼입시켰다. 이미다졸(0.6 g, 8.2 mmol)을 첨가시키고, 다시 트리에틸아민(14 ml, 100 mmol)을 첨가한 후, 10시간 동안 혼합 용액을 교반시켰다. 1M HCl을 상기 용액에 첨가하고, 헥산으로 3회 추출하였다. 혼합된 헥산 추출액을 물로 세척하고, 무수 MgSO4 에서 건조시켰다. 용매를 제거하고, 이후 얻어진 원액을 감압된 상태로 증류시켜, 정제하였다(14.1 g, 수율 73%). tert-butyldimethylsilyl chloride containing the N- dimethylformamide (N-dimethylformamide) was added 150ml of a 3-neck flask tert-upon-butyldimethylsiloxy benzalkonium the formaldehyde (4- tert -butyldimethylsiloxybenzaldehyde, 10 g, 82 mmol) mixed I was. Imidazole (0.6 g, 8.2 mmol) was added, triethylamine (14 ml, 100 mmol) was added again, and the mixed solution was stirred for 10 hours. 1M HCl was added to the solution and extracted three times with hexane. The combined hexane extracts were washed with water and dried over anhydrous MgSO 4 . The solvent was removed and the resulting stock was distilled off under reduced pressure and purified (14.1 g, 73% yield).

1H NMR (300 MHz, CDCl3, d) : 9.89 (s, 1H,CHO), 7.78(d, 2H, ArH), 6.96(d, 2H, ArH), 0.99(s, 9H, SiC(CH3)3), 0.25(s, 6H, Si(CH3)2)
1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 , d): 9.89 (s, 1H, CHO), 7.78 (d, 2H, ArH), 6.96 (d, 2H, ArH), 0.99 (s, 9H, SiC (CH 3) ) 3 ), 0.25 (s, 6H, Si (CH 3 ) 2 )

실시예Example 1-2 1-2

4-( tert - 부틸디메틸실릴 ) 옥시스티렌 ( SSi ) 단량체 합 4- (tert - butyldimethylsilyl) oxy-styrene (SSi) monomer synthesis

메틸트리페닐포스포늄 브로마이드(Methyltriphenylphosphonium bromide, 21.8 g, 84 mmol)를 300 ml의 테트라히드로퓨란이 담겨진 500ml 크기의 3구 플라스크에 혼입시킨 후, 혼합액을 0℃로 냉각시켰다. 칼륨 tert-부톡사이드(potassium tert-butoxide, 9.42 g, 84 mmol)를 첨가하고, 반응 혼합물을 1시간 동안 교반시켰다. 4-tert-부틸디메틸실릴옥시벤즈알데히드(4-tert-butyldimethylsilyloxybenzaldehyde, 10 g, 42 mmol)를 반응 혼합물에 첨가하였다. 3시간 후, 혼합물을 농축하고, 헥산에서 2시간 동안 둔 후, 유기층을 필터링하고, 농축시켰다. 이후, 원액을 헥산으로 플래쉬 크로마토그래피하여 정제하였다. (8.4 g, 수율 86%)Methyltriphenylphosphonium bromide (21.8 g, 84 mmol) was incorporated into a 500 ml three-necked flask containing 300 ml of tetrahydrofuran and the mixture was cooled to 0 ° C. Potassium tert - butoxide was added (potassium tert -butoxide, 9.42 g, 84 mmol) and stirred the reaction mixture for 1 hour. 4-tert-butyldimethylsilyloxybenzaldehyde (4- tert- butyldimethylsilyloxybenzaldehyde, 10 g, 42 mmol) was added to the reaction mixture. After 3 hours, the mixture was concentrated and left in hexane for 2 hours, then the organic layer was filtered and concentrated. The stock was then purified by flash chromatography with hexanes. (8.4 g, yield 86%)

1H NMR (300 MHz, CDCl3, d) : 7.30 (d, 2H, ArH), 6.81(d, 2H, ArH), 6.78(dd, 1H, Ar-CH=), 5.64(d, 1H, Ar-C=CH2), 5.12(d, 1H, Ar-C=CH2), 0.99(s, 9H, SiC(CH3)3), 0.21(s, 6H, Si(CH3)2)
1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 , d): 7.30 (d, 2H, ArH), 6.81 (d, 2H, ArH), 6.78 (dd, 1H, Ar-CH =), 5.64 (d, 1H, Ar -C = CH 2 ), 5.12 (d, 1H, Ar-C = CH 2 ), 0.99 (s, 9H, SiC (CH 3 ) 3 ), 0.21 (s, 6H, Si (CH 3 ) 2 )

실시예Example 1-3 1-3

PSPS -b--b- PSSiPSSi 블록공중합체Block copolymer 합성 synthesis

40 ml의 테트라히드로퓨란을 불꽃 건조된(flame-dried) 둥근 바닥 플라스크로 옮겼다. 다음, 아세톤/드라이 얼음 냉각조를 사용하여 유리 반응기를 -78 ℃까지 냉각시켰다. 개시제로서 sec-부틸리튬을 주사기로 황색이 사라질 때까지 주입하였고, 미리 준비된 양(50 ㎕)의 sec-부틸리튬을 더 첨가하였다. 수 분 경과 후, 스티렌 0.8ml를 반응기에 첨가하였다. 색은 노란색에서 적색으로 변화되었다. 30분 후, 적은 양을 추출하여 폴리스티렌(PS)의 겔 퍼미에이션 크로미토그래피 분석을 수행하였고, 다음 1.6 ml의 실리콘 함유 단량체인 SSi를 중합 플라스크로 옮겼다. 60분 후 -78 ℃에서 가스가 제거된 메탄올을 첨가하여 무색의 혼합물을 얻었다. 얻어진 무색의 혼합물을 로터리 증발기를 이용하여 농축하고, 테트라히드로퓨란에 용해시키고, 메탄올에서 침전시켰다. 침전된 중합체(약 2.4 g)를 진공에서 밤새 증발시켰다. 최종 얻어진 블록공중합체의 수평균 분자량(Mn)은 75,000 g mol-1 수준이고, 다분산지수(polydispersity index, PDI)는 1.14 수준이었다. (PS 블록의 Mn : 23,100 g/mol, PSSi 블록의 Mn : 51,900 g/mol).40 ml of tetrahydrofuran were transferred to a flame-dried round bottom flask. The glass reactor was then cooled to -78 ° C using an acetone / dry ice cooling bath. Sec -butyllithium as an initiator was injected into the syringe until yellow disappeared, and a previously prepared amount (50 μl) of sec -butyllithium was further added. After several minutes, 0.8 ml of styrene was added to the reactor. The color changed from yellow to red. After 30 minutes, a small amount was extracted to perform gel permeation chromatography analysis of polystyrene (PS), and then 1.6 ml of the silicon containing monomer SSi was transferred to the polymerization flask. After 60 minutes the degassed methanol was added at -78 ° C to give a colorless mixture. The resulting colorless mixture was concentrated using a rotary evaporator, dissolved in tetrahydrofuran and precipitated in methanol. The precipitated polymer (ca. 2.4 g) was evaporated overnight in vacuo. The number average molecular weight (M n ) of the finally obtained block copolymer was 75,000 g mol-1 level, and the polydispersity index (PDI) was 1.14 level. (M n : 23,100 g / mol of PS block, M n : 51,900 g / mol of PSSi block).

13C NMR (400 MHz, inverse gated decoupling mode, CDCl3, ppm) : 153.1, 145.5, 139.3, 138.1, 127.9, 125.5, 119.4, 39 - 45, 25.7, 18.1
13 C NMR (400 MHz, inverse gated decoupling mode, CDCl 3 , ppm): 153.1, 145.5, 139.3, 138.1, 127.9, 125.5, 119.4, 39-45, 25.7, 18.1

실시예Example 2 2

나노포어Nanopores 어레이 제조 Array manufacturing

시클로펜탄온에 10 중량%로 혼입된 SU-8 유기고분자 층을 실리콘 기판, 금, 백금, 구리 및 인디움 틴옥시드(ITO) 기판 상에 각각 2000rpm으로 60초간 스핀코팅하였다. 스핀코팅된 상기 SU-8 층을 1분간 95℃로 베이킹하고, UV 광원에 마스크 없이 100초간 노출시켰다. UV 광원은 고압 Hg(Xe) 램프로 이루어진 Oriel 사의 1000-W DUV 일루미네이터(model 82531)이었다. UV가 조사된 기판을 95℃로 3분간 베이킹하여, Su-8 유기고분자층을 충분히 가교시켰다. 베어 실리콘 기판 상에서 전자빔 증발에 의하여 금속을 코팅하였다. 이후, 자일렌에 1.5 중량%로 혼입된 실시예 1의 PS-b-PSSi 블록공중합체를 상기 SU-8 유기고분자층 위에 도포한 후 3000rpm으로 스핀코팅하였다. 이후 헵탄과 톨루엔으로 혼합된 용매 증기(부피비 4)로 4시간 동안 어닐링하여 자기조립된 PS-b-PSSi 박막을 제조하였다. 헵탄은 PSSi 블록에 대하여 선택적인 용매임에 비해, 톨루엔은 두 블록에 대하여 비선택인 특징이 있으며, 헵탄의 비율이 톨루엔보다 큰 용매 조건에서의 어닐링 공정에 의하여 특정 방향(표면에 대하여 수직 방향)으로 배향된 실린더 구조의 실리콘 함유 블록공중합체의 자기 조립 구조물이 제조되었다. 이후 자기조립된 실린더 구조의 산소 반응성 이온 에칭 처리에 따라, 실리콘 모이어티는 실리콘 산화물로 변환되어, 산소 플라즈마에 높은 내에칭성 및 높은 정렬도를 갖는 경질 에칭 마스크로 변환되며, 이로써 높은 내에칭성을 갖는 나노 크기의 라인 또는 홀 패턴이 기판에 전사될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 제조된 이중층 시료를 산소 반응성 이온 에칭 공정으로 에칭하여, 나노포어 어레이를 제조하였다. SU-8 organopolymer layers incorporated at 10% by weight in cyclopentanone were spincoated at 2000 rpm for 60 seconds on silicon substrates, gold, platinum, copper and indium tin oxide (ITO) substrates, respectively. The spincoated SU-8 layer was baked at 95 ° C. for 1 minute and exposed to a UV light source for 100 seconds without a mask. The UV light source was an Oriel 1000-W DUV illuminator (model 82531) consisting of a high pressure Hg (Xe) lamp. The board | substrate irradiated with UV was baked at 95 degreeC for 3 minutes, and Su-8 organic polymer layer was fully bridge | crosslinked. The metal was coated by electron beam evaporation on a bare silicon substrate. Thereafter, the PS-b-PSSi block copolymer of Example 1 incorporated in xylene at 1.5 wt% was coated on the SU-8 organic polymer layer and then spin-coated at 3000 rpm. After annealing for 4 hours with a solvent vapor (volume ratio 4) mixed with heptane and toluene to prepare a self-assembled PS-b-PSSi thin film. While heptane is a selective solvent for PSSi blocks, toluene is non-selective for both blocks, and in certain directions (vertical to surface) by an annealing process in solvent conditions where the proportion of heptane is greater than toluene. A self-assembled structure of silicon-containing block copolymer of cylindrical structure oriented with was prepared. Subsequently, upon oxygen-reactive ion etching treatment of the self-assembled cylinder structure, the silicon moiety is converted into silicon oxide, which is converted into a hard etching mask having high etching resistance and high degree of alignment in the oxygen plasma, thereby high etching resistance Nano-sized line or hole pattern having a can be transferred to the substrate. Therefore, in the present embodiment, the prepared bilayer sample was etched by an oxygen reactive ion etching process to prepare a nanopore array.

도 5는 상기 얻어진 블록공중합체 박막에 대한 원자힘 현미경(AFM) 이미지이다. 5 is an atomic force microscope (AFM) image of the obtained block copolymer thin film.

도 5를 참조하면, 얻어진 실린더 구조의 나노포어의 직경은 30nm이었고, 평균 중심간 거리는 50nm수준이었다. Referring to FIG. 5, the diameter of the obtained cylinder structure nanopores was 30 nm, and the average center-to-center distance was about 50 nm.

도 6a 및 6b는 이중층 구조에서의 시간 경과에 따른 에칭 결과를 분석한 주사 전자현미경(SEM) 정면 이미지 및 45로 기울인 단면 이미지이다.6A and 6B are scanning electron microscope (SEM) frontal images and cross-sectional images tilted at 45 analyzing the etching results over time in the bilayer structure.

도 6a를 참조하면, 초기 10초 동안은 실린더 구조의 나노영역은 명확히 나타나지 않는데, 이것은 실린더 형상을 이루는 폴리스티렌이 완전히 제거되지 않았고, 실리콘 모이어티가 실리콘 산화물로 전환되지 않았기 때문이다. 20초 후에는 넓은 면적에서 육각형으로 우수하게 정렬된 실린더 나노포어가 관찰된 것을 알 수 있으나, 약간 증가된 홀 직경 또한 관찰되는데, 이것은 PSSi가 SiO2로 전환될 때 발생하는 질량 손실에 기인한 것으로 판단된다. Referring to FIG. 6A, for the first 10 seconds, the nanoregions of the cylinder structure do not appear clearly because the polystyrene forming the cylinder shape was not completely removed and the silicon moiety was not converted to silicon oxide. Twenty seconds later, well-aligned cylinder nanopores were observed in large areas, but a slightly increased hole diameter was also observed due to the mass loss that occurs when PSSi is converted to SiO 2 . Judging.

도 6b를 참조하면, SiO2 층은 경질 마스크로 작용하여, 높은 종횡비의 나노 홀을 만드는 것을 알 수 있다. 초기 10초 동안은 PS-b-PSSi 상부층 만이 에칭된 것을 알 수 있다. 이것은 도 6a의 결과와 동일하다. 10초 후에는 하부층(SU-8 유기고분자층)의 깊이는 증가하며, PSSi와 SU-8 사이의 에칭 저항성 차이에 따른 에칭 콘트라스트를 본 실험예를 통하여 알 수 있다. Referring to FIG. 6B, it can be seen that the SiO 2 layer acts as a hard mask, making nano holes of high aspect ratio. It can be seen that during the initial 10 seconds only the PS-b-PSSi top layer was etched. This is the same as the result of FIG. 6A. After 10 seconds, the depth of the lower layer (SU-8 organic polymer layer) increases, and the etching contrast according to the difference in etching resistance between PSSi and SU-8 can be seen through this experimental example.

30초까지는 이중층 박막의 전체 두께는 감소하지 않으며, 최적화된 특정 에칭 조건에서 완만한 측벽을 갖는 상태로 하부층에 패턴이 직접 전사된다. 실제로, 경질 에칭 조건은 일반적으로 전체적인 두께의 감소와 패턴의 붕괴를 초래하지만, 본 발명의 이중층 박막은 경질 에칭 공정에서 이러한 문제가 발생하지 않았다. 2초 동안 에칭 공정을 더 진행하여, 하부층을 모두 제거하였다. 그 결과, 높은 정렬도를 가지며, 높은 밀도로 패킹된 실린더 형상의 나노포어가, 높은 종횡비를 가진 상태로 대면적에서 제조되었으며, 하부의 잔류층은 존재하지 않았다 (도 7 참조). Up to 30 seconds, the overall thickness of the bilayer thin film does not decrease, and the pattern is directly transferred to the underlying layer with gentle sidewalls under certain optimized etching conditions. In practice, hard etching conditions generally result in a reduction in overall thickness and collapse of the pattern, but the bilayer thin films of the present invention do not have this problem in the hard etching process. The etching process was further performed for 2 seconds to remove all the underlying layers. As a result, cylindrical nanopores having a high degree of alignment and packing at high density were produced in a large area with a high aspect ratio, and there was no residual layer below (see FIG. 7).

포어의 크기는 33nm 수준으로 매우 균일하였으며, 중심간 거리는 50nm 수준이었다. 또한 포어 형태는 완만한 측벽을 가지는 구조로서, SiO2 경질 마스크를 수직 관통한 상태에서 어떠한 러프니스(roughness)도 보이지 않았다.
The pore size was very uniform at 33 nm and the distance between centers was 50 nm. In addition, the pore shape is a structure having a smooth sidewall, and showed no roughness in the state of vertically penetrating the SiO 2 hard mask.

실시예Example 3 3

다양한 variety 기판 상에서의On a substrate 나노포어Nanopores 어레이 제조 Array manufacturing

나노구조물 어레이를 가지며, 전극으로 사용되는 다양한 형태 및 종류의 기판에 대하여 본 발명에 따른 나노포어 어레이 제조공정을 적용하였다. 이 경우, 금, 백금, 구리, 및 ITO 기판에 SU-8 유기고분자층을 스핀 코팅으로 도포시키고, 실시예 2와 같이 블록공중합체의 적층, 어닐링 및 산소 반응성 이온 에칭 공정을 진행하였다. The nanopore array manufacturing process according to the present invention was applied to various types and substrates having nanostructure arrays and used as electrodes. In this case, the SU-8 organic polymer layer was applied to the gold, platinum, copper, and ITO substrates by spin coating, and the lamination, annealing, and oxygen reactive ion etching processes of the block copolymer were performed as in Example 2.

도 8은 본 실시예에서 다양한 기판 상에 제조된 나노포어 어레이의 SEM 이미지이다. 8 is an SEM image of nanopore arrays fabricated on various substrates in this example.

도 8을 참조하면, 기판의 종류에 상관없이 높은 종횡비의 나노포어 어레이가 높은 밀도로 제조되는 것을 알 수 있다. 따라서, 실리콘 기판뿐만 아니라 금속을 포함하는 전도성 전극 기판 등과 같은 다양한 물질의 기판에서도 본 발명에 따라 나노구조물 어레이가 제조되며, 제조된 나노구조물 어레이를 주형으로 사용하는 경우, 다양한 응용분야의 전자 소자를 만들 수 있다.
Referring to FIG. 8, it can be seen that a high aspect ratio nanopore array is manufactured at a high density regardless of the type of substrate. Therefore, nanostructure arrays are manufactured according to the present invention not only on silicon substrates but also on substrates of various materials such as conductive electrode substrates including metals. When using the manufactured nanostructure arrays as templates, electronic devices of various applications may be used. I can make it.

실시예Example 4 4

나노점Nano dot 제조 Produce

전통적인 블록공중합체 주형은 50nm 미만의 얇은 두께 때문에 적층되기 어려운 문제가 있었다. 하지만, 본 발명에 따라 제조된 나노포어 어레이는 높은 종횡비를 가지며, 주형으로서도 다양한 물질의 나노구조물을 제조하는 데 유용하다. Traditional block copolymer molds have a problem of being difficult to stack because of the thin thickness of less than 50 nm. However, nanopore arrays made in accordance with the present invention have a high aspect ratio and are useful for preparing nanostructures of various materials as templates.

이를 실험적으로 증명하기 위하여, 본 실험예에서 베어 실리콘 기판 상에 제조된 실시예 2의 나노포어 어레이를 주형으로, 플라즈몬 금속 나노구조물을 제조하였다.In order to prove this experimentally, plasmon metal nanostructures were prepared using the nanopore array of Example 2 prepared on a bare silicon substrate in this Experimental Example.

베어 실리콘 기판(bare silicon wafer) 상에 제조된 실시예 1의 이중층 나노포어 박막 패턴에 전자빔 증발 공정으로 금을 적층시킴으로써 20nm 두께의 금 나노점(nanodot) 어레이를 제조하였다. 이후 나노포어 어레이 주형을 제거하기 위하여, 시료를 N-메틸피롤리돈에 100℃로 5시간 침지시키고, 3시간 동안 50℃로 가열하면서 초음파 처리하여 리프트-오프 공정을 수행하였다. 다음에, 유기/무기 부분을 제거하기 위하여 O2/CF4-반응성 이온 에칭 공정을 수행하였다. 이러한 주형 제거 공정은 양극산화된 알루미늄 주형을 제거하기 위하여, 강산과 염기 용액을 사용되는 종래 기술과 비교된다. 즉, 상대적으로 덜 극심한 조건에서 주형 제거 공정이 진행되는 본 발명은 종래 기술에 비하여 작업 안전성이 우수하고, 보다 경제적이다. A 20 nm thick array of gold nanodots was fabricated by depositing gold on the double layer nanopore thin film pattern of Example 1 prepared on a bare silicon wafer by an electron beam evaporation process. Then, in order to remove the nanopore array template, the sample was immersed in N-methylpyrrolidone at 100 ℃ for 5 hours, sonicated while heating to 50 ℃ for 3 hours to perform a lift-off process. Next, an O 2 / CF 4 -reactive ion etch process was performed to remove the organic / inorganic portion. This mold removal process is comparable to the prior art where strong acid and base solutions are used to remove anodized aluminum molds. That is, the present invention, in which the mold removal process is performed under relatively less severe conditions, is superior in operation safety and more economical than the prior art.

도 9는 본 실시예에서 제조된 금 나노점 어레이의 AFM 이미지이다. 9 is an AFM image of the gold nano dot array prepared in this example.

도 9를 참조하면, 균일한 분포로 조밀한 금 나노점이 기판상에 제조되었음을 알 수 있다. 직경은 30nm 수준이었고, 중심간 거리는 50nm 수준이었다. Referring to FIG. 9, it can be seen that dense gold nanodots were prepared on a substrate with a uniform distribution. The diameter was 30 nm level and the distance between centers was 50 nm level.

이상과 같이 본 발명에 따라 제조된 나노구조물 자체는 주형으로 사용 가능하다. 즉, 금속, 고분자 등의 제 2 물질을 상기 나노구조물 주형에 적층하고, 상기 주형을 제거함으로써 제 2 물질로 이루어진 또 다른 제 2 나노구조물을 제조할 수 있다. 이 때 상기 제 2 나노구조물은 상술한 나노점 뿐만 아니라, 나노튜브, 나노와이어 등의 다양한 형태가 될 수 있으며, 이는 모두 본 발명의 범위에 속한다.
As described above, the nanostructure itself manufactured according to the present invention can be used as a template. That is, another second nanostructure made of the second material may be manufactured by stacking a second material such as a metal or a polymer on the nanostructure mold and removing the mold. In this case, the second nanostructure may be formed in various forms such as nanotubes, nanowires, as well as the above-described nanopoints, and all of them belong to the scope of the present invention.

실험예Experimental Example 1 One

에칭 저항성 측정Etch Resistance Measurement

PSSi 매트릭스 및 SU-8 사이의 에칭 저항성을 측정하기 위하여, PSSi 단일중합체(homo PSSi)를 자유 라디칼 중합 방법에 의하여 제조하고, 1.5 중량%의 상기 중합체를 실리콘 기판상에 30초간 3000rpm으로 스핀코팅하였다. In order to measure the etch resistance between the PSSi matrix and SU-8, PSSi homopolymer (homo PSSi) was prepared by the free radical polymerization method and 1.5 wt% of the polymer was spincoated at 3000 rpm for 30 seconds on a silicon substrate. .

한편, 또 다른 실리콘 기판상에 2000rpm으로 60초간 시클로펜탄온에 10 중량%로 혼입된 SU-8을 스핀코팅하였다. 스핀코팅된 상기 SU-8 유기고분자층을 1분간 95℃로 베이킹하고, UV 광원에 마스크 없이 100초간 노출시켰다. UV 광원은 고압 Hg(Xe) 램프로 이루어진 Oriel 사의 1000-W DUV 일루미네이터(model 82531)이었다. UV가 조사된 기판을 95℃로 3분간 베이킹하여, 포토레지스트인 SU-8 유기고분자층을 충분히 가교시켰다. 얻어진 유기고분자층은 150nm 수준의 두께이었다. 이들 필름은 비등방성 산소 플라즈마 사용하는, Vacuum Science 사의 반응성 이온 에칭(RIE) 시스템, 모델 VSRIE-6000T를 이용하여 비등방 에칭하였다. 상기 에칭 조건은 6mTorr 압력, 30sccm 유속, 300W RF 파워 등이 었다. 각각의 에칭 시간 경과 후의 박막 두께는 일립소미터리(ellipsometry)로 측정하였다. On the other hand, SU-8 mixed at 10 wt% in cyclopentanone for 60 seconds at 2000rpm on another silicon substrate was spin-coated. The spin-coated SU-8 organic polymer layer was baked at 95 ° C. for 1 minute and exposed to a UV light source for 100 seconds without a mask. The UV light source was an Oriel 1000-W DUV illuminator (model 82531) consisting of a high pressure Hg (Xe) lamp. The board | substrate irradiated with UV was baked at 95 degreeC for 3 minutes, and the SU-8 organic polymer layer which is a photoresist was fully bridge | crosslinked. The obtained organic polymer layer was 150 nm thick. These films were anisotropically etched using a vacuum ion reactive ion etching (RIE) system, model VSRIE-6000T, using an anisotropic oxygen plasma. The etching conditions were 6mTorr pressure, 30sccm flow rate, 300W RF power. The thin film thickness after each etching time was measured by ellipsometry.

본 발명에 따른 블록공중합체의 내에칭성을 분석하기 위하여, PSSi 매트릭스 및 통상적으로 사용되는 하부 제 1층인 유기고분자층(SU-8)의 에칭 속도를 비교하고, 이를 도 10에 나타내었다. In order to analyze the etch resistance of the block copolymer according to the present invention, the etching rate of the PSSi matrix and the organic polymer layer (SU-8), which is a commonly used lower first layer, was compared and shown in FIG. 10.

도 10을 참조하면, PSSi필름의 에칭 속도는 초기에는0.86nm/sec이었으나, 20초 후에는 0.4 수준으로 떨어졌다. 즉, 본 발명에서 실리콘 모이어티는 산소 반응성 이온 에칭 공정에 의하여 실리콘 산화물로 변화되며, 상기 변화된 실리콘 산화물은 우수한 내에칭 특성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 가교결합된 SU-8은 4.7nm/sec 수준의 높은 에칭 속도를 나타내며, 이로써 본 발명에 따라 하부 제 1층위에 코팅된 블록공중합체는 불필요한 별도의 공정 없이도 하나의 산소 반응성 이온 에칭에 의하여 실리콘 모이어티 부분이 경질 에칭 마스크로 전환되고, 유기 부분의 에칭이 진행되므로, 우수한 종횡비를 갖는 나노패턴 마스크를 경제적으로 제조할 수 있다.
Referring to FIG. 10, the etching rate of the PSSi film was initially 0.86 nm / sec, but dropped to 0.4 after 20 seconds. That is, in the present invention, it can be seen that the silicon moiety is changed to silicon oxide by an oxygen reactive ion etching process, and the changed silicon oxide has excellent etching resistance. The cross-linked SU-8 exhibits a high etch rate of 4.7 nm / sec, so that the block copolymer coated on the lower first layer according to the present invention can be moisturized by one oxygen reactive ion etch without any unnecessary process. Since the tee portion is converted to a hard etching mask and the etching of the organic portion proceeds, it is possible to economically manufacture a nanopattern mask having an excellent aspect ratio.

실험예Experimental Example 2 2

실리더Cylinder 구조의 배향 제어 Orientation Control of Structures

본 발명의 또 다른 효과 중 하나는 나노포어 어레이를 형성하는 폴리스티렌 (PS) 실린더의 배향이 어닐링 공정에서의 용매 선택에 따라 제어될 수 있다는 것이다. 즉, 짧은 시간 내에 기판의 변형 등과 같은 추가 공정 없이 간단히 어닐링 공정에 사용되는 용매를 선택함으로써 자기 조립된 실린더 구조의 배향을 제어할 수 있다. Another effect of the present invention is that the orientation of the polystyrene (PS) cylinders forming the nanopore array can be controlled depending on the solvent selection in the annealing process. That is, it is possible to control the orientation of the self-assembled cylinder structure by simply selecting a solvent used in the annealing process without additional processes such as deformation of the substrate within a short time.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 표면에 대하여 평행하게 형성된 실린더 패턴의 박막 또는 기판 표면에 수직하게 형성된 실린더 패턴의 박막은 어닐링 공정의 용매에 따라 선택적으로 제조될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 1.5 중량%로 자일렌에 혼입된 PS-b-PSSi 블록공중합체 용액을 실리콘 기판에 60초간 3,000rpm으로 스핀 코팅하였다. 얻어진 40nm 두께의 블록공중합체 필름을 중합체 블록에 대하여 모두 비선택적인 톨루엔 기체에서 상온으로 4시간 어닐링하였다. According to one embodiment of the present invention, the thin film of the cylinder pattern formed in parallel to the substrate surface or the thin film of the cylinder pattern formed perpendicular to the substrate surface may be selectively produced according to the solvent of the annealing process. In one embodiment of the present invention, the PS-b-PSSi block copolymer solution incorporated into xylene at 1.5% by weight was spin coated on a silicon substrate at 3,000 rpm for 60 seconds. The obtained 40 nm thick block copolymer film was annealed at room temperature for 4 hours in all non-selective toluene gas for the polymer block.

도 11은 상기 얻어진 블록공중합체 박막에 대한 원자힘 현미경(AFM) 이미지이다. 11 is an atomic force microscope (AFM) image of the obtained block copolymer thin film.

도 11을 참조하면, 실리콘 기판 표면에 대하여 평행하게 정렬된 폴리스티렌(PS) 실린더가 PSSi 매트릭스에 포함되어 형성된 것을 알 수 있으며, 중심-중심간 거리는 45nm이었다. Referring to FIG. 11, it can be seen that the polystyrene (PS) cylinders aligned parallel to the surface of the silicon substrate were included in the PSSi matrix, and the center-center distance was 45 nm.

본 발명은 상술한 바와 같이 PS 실린더 구조의 배향을 용매의 선택에 따라 자유로이 제어 가능한데, PS와 PSSi 블록에 대하여 비선택적인 용매인 톨루엔의 사용에 따라 기판과 평행하게 정렬된 블록공중합체 박막을 얻을 수 있다.According to the present invention, the orientation of the PS cylinder structure can be freely controlled according to the selection of the solvent, and the block copolymer thin film aligned in parallel with the substrate is obtained by using toluene which is a non-selective solvent for the PS and the PSSi block. Can be.

이와 달리, PSSi 블록에 대하여 우수한 용매 특성을 나타내나, PS 블록에 대하여는 우수하지 않은 용매 특성을 갖는, 소위 선택적 용매, 예를 들면 헵탄과 같은 용매를 사용하는 경우 다른 배향을 나타낸다. 본 발명자는 이러한 특성을 확인하기 위하여 헵탄과 톨루엔의 용매 부피비(Vhep/Vtol)를 달리하면서 PS 실린더 구조의 배향 특성을 분석하였다.Alternatively, different orientations are used when using so-called selective solvents such as heptane, which have good solvent properties for the PSSi block but poor solvent properties for the PS block. The present inventors analyzed the orientation characteristics of the PS cylinder structure while varying the solvent volume ratio (V hep / V tol ) of heptane and toluene to confirm such characteristics.

도 12는 용매 부피비가 4, 즉, 헵탄의 비율이 더 큰 경우에 제조된 나노포어 어레이의 SEM 이미지이다. FIG. 12 is an SEM image of a nanopore array prepared when the solvent volume ratio is 4, ie, the ratio of heptane is larger.

도 12를 참조하면, 실리콘 함유 블록에 대하여 선택적인 용매인 헵탄 비율이 증가함에 따라, 기판 표면에 대하여 수직인 나노포어 어레이가 균일하고, 밀도있게 제조된 것을 알 수 있다. 이와 같이, 실린더의 배향 방향은 단순히 어닐링 공정에서의 용매 선택에 따라 기판 표면에 대하여 평행 또는 수직으로 선택 가능하다. Referring to FIG. 12, it can be seen that as the ratio of heptane, which is a selective solvent for silicon-containing blocks, increases, nanopore arrays perpendicular to the substrate surface are produced uniformly and densely. As such, the orientation direction of the cylinder can be simply selected parallel or perpendicular to the substrate surface depending on the solvent selection in the annealing process.

Claims (13)

나노구조물 제조용 블록공중합체로서,
상기 블록공중합체는 실리콘을 함유하는 단량체로 이루어진 제 1 중합체 블록; 및
실리콘을 함유하지 않은 또 다른 단량체로 이루어진 제 2 중합체 블록; 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노구조물 제조용 블록공중합체.
As a block copolymer for manufacturing nanostructures,
The block copolymer may include a first polymer block made of a monomer containing silicon; And
A second polymer block made of another monomer that does not contain silicone; Block copolymer for producing a nanostructure, characterized in that consisting of.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 중합체 블록은 실리콘을 함유하는 단량체 간 중합반응에 의하여 합성된 것을 특징으로 하는 나노구조물 제조용 블록공중합체.
The method of claim 1,
The first polymer block is a block copolymer for producing nanostructures, characterized in that synthesized by polymerization of monomers containing silicon.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 중합체 블록은 단량체에 결합된 실리콘 모이어티를 함유하며, 상기 실리콘 모이어티는 상기 블록의 측쇄로 결합된 것을 특징으로 하는 나노구조물 제조용 블록공중합체.
The method of claim 1,
The first polymer block contains a silicon moiety bonded to a monomer, wherein the silicon moiety is bonded to the side chain of the block.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 블록공중합체는 이중층 리소그래피 공정의 상부층 물질로 사용되는 것을 특징으로 하는 나노구조물 제조용 블록공중합체.4. The block copolymer of claim 1, wherein the block copolymer is used as a top layer material in a bilayer lithography process. 나노구조물 제조용 블록공중합체의 제조방법으로,
상기 방법은,
실리콘을 함유하지 않은 단량체를 제 1 중합하여 제 1 중합체 블록을 합성하는 단계; 및
상기 제 1 중합체 블록으로부터 실리콘을 함유하는 단량체를 제 2 중합하여, 상기 제 1 중합체 블록에 결합되며, 상기 실리콘을 함유하는 단량체로 이루어진 제 2 중합체 블록을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조물 제조용 블록공중합체의 제조방법.
In the manufacturing method of the block copolymer for producing nanostructures,
The method comprises:
First polymerizing a monomer not containing silicon to synthesize a first polymer block; And
And polymerizing a monomer containing silicon from the first polymer block to produce a second polymer block bonded to the first polymer block, the second polymer block comprising the monomer containing silicon. Method for producing block copolymer for structure production.
제 5항에 있어서,
상기 제 1 중합과 제 2 중합은 동일 중합 방식인 것을 특징으로 하는 나노구조물 제조용 블록공중합체의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The first polymerization method and the second polymerization method of producing a block copolymer for nanostructures, characterized in that the same polymerization method.
제 6항에 있어서,
상기 제 1 중합 및 제 2 중합은 음이온 중합 또는 라디칼 중합인 것을 특징으로 하는 나노구조물 제조용 블록공중합체의 제조방법.
The method of claim 6,
The first polymerization and the second polymerization is a method for producing a block copolymer for nanostructures, characterized in that anionic polymerization or radical polymerization.
제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 나노구조물 제조용 블록공중합체.A block copolymer for preparing nanostructures prepared by the method according to any one of claims 5 to 7. 나노구조물 제조용 블록공중합체의 제조방법으로,
상기 방법은,
실리콘을 함유하는 단량체를 제 1 중합하여 제 1 중합체 블록을 합성하는 단계; 및
상기 제 1 중합체 블록으로부터 실리콘을 함유하지 않은 단량체를 제 2 중합하여, 상기 제 1 중합체 블록에 결합되며, 상기 실리콘을 함유하지 않은 단량체로 이루어진 제 2 중합체 블록을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조물 제조용 블록공중합체의 제조방법.
In the manufacturing method of the block copolymer for producing nanostructures,
The method comprises:
First polymerizing a monomer containing silicon to synthesize a first polymer block; And
And polymerizing a monomer not containing silicon from the first polymer block to produce a second polymer block bonded to the first polymer block and comprising a monomer not containing silicon. Method for producing a block copolymer for producing a nanostructure.
제 9항에 있어서,
상기 제 1 중합과 제 2 중합은 동일 중합 방식인 것을 특징으로 하는 나노구조물 제조용 블록공중합체의 제조방법.
The method of claim 9,
The first polymerization method and the second polymerization method of producing a block copolymer for nanostructures, characterized in that the same polymerization method.
제 9항에 있어서,
상기 제 1 중합 및 제 2 중합은 음이온 중합 또는 라디칼 중합인 것을 특징으로 하는 나노구조물 제조용 블록공중합체의 제조방법.
The method of claim 9,
The first polymerization and the second polymerization is a method for producing a block copolymer for nanostructures, characterized in that anionic polymerization or radical polymerization.
제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 나노구조물 제조용 블록공중합체.Block copolymer for producing a nanostructure produced by the method according to any one of claims 9 to 11. 나노구조물 제조용 블록공중합체로서,
상기 블록공중합체는 하기 식 (1)의 블록공중합체인 것을 특징으로 하는 나노구조물 제조용 블록공중합체.
Figure pat00004
(1)
As a block copolymer for manufacturing nanostructures,
The block copolymer is a block copolymer for producing a nanostructure, characterized in that the block copolymer of the formula (1).
Figure pat00004
(One)
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