KR20220096324A - 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초미세 패턴을 이용하여 정렬시키기 어려운 블록공중합체를 결함 또는 공백 없이 대면적에 정렬할 수 있는 것으로서, 리소그래피를 통한 무기물 패턴형성에서 패턴의 두께가 20 나노미터 이하로 형성될 수 있도록 하는 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법에 있어서, 블록중공합체를 용융시켜 기판 상에 코팅하는 단계; 블록공중합체가 코팅된 기판을 폐쇄된 공간에서 에이징하는 단계; 기판을 대상으로 식각하는 단계; 및 식각이 된 기판으로부터 식각된 부분을 제거하는 단계;를 포함하는, 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법이 제공된다.

Description

초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법{METHOD FOR ALIGNMENT OF BLOCK COPOLYMER USING SUPERFINE PATTERN}
본 발명은 초미세 패턴을 이용하여 정렬시키기 어려운 블록공중합체를 결함 또는 공백 없이 대면적에 정렬할 수 있는 것으로서, 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법에 관한 것이다.
최근 전자소자의 집적화, 소형화 추세에 따라 나노구조 물질 및 그 제작 방법에 대한 연구가 매우 활발히 진행되고 있다. 특히, 나노 사이즈의 고분해능과 높은 종횡비(aspect ratio)를 가지는 대면적의 나노 패터닝 기술은 나노전자소자, 광학소자, 바이오소자, 에너지소자 등과 같은 미래의 나노소자의 높은 성능을 구현하기 위해 필연적인 것으로 생각되고 있고, 지금까지 나노 임프린트(nanoimprint)/전자빔(e-beam)/딥-펜(dip-pen)/블록공중합체(blockcopolymer)/소프트 리소그래피(soft lithography) 등이 고성능의 나노소자를 구현하기 위해 연구되고 있다. 최근 가장 고분해능을 나타낼 수 있는 딥-펜(dip-pen), 전자빔(e-beam), 주사탐침현미경(scanning probe
microscope, SPM) 리소그래피의 경우 10nm대의 고분해능의 패턴을 제작할 수 있는 장점이 있지만, 팁(tip)에 의한 스캔 방식이기 때문에 처리속도가 굉장히 느리다는 단점이 있고, 고가의 장비를 보유하여야 하기 때문에 실제로 연구 및 생산에 사용되기에는 분명한 한계가 있다. 또한, 대면적에 비교적 빠른 공정 시간 동안에 나노패턴 구현이 가능한 나노임프린트와 소프트 리소그래피 방법은 모체가 되는 마스크 몰드의 크기의 패턴을 원하는 기판에 대면적에 반복적으로 전사할 수 있다는 장점이 있지만, 모체가 되는 마스크 몰드 이하의 크기는 제작이 불가능하고, 100nm 미만의 마스크 제작시에 들어가는 비용이 크기 때문에 한계를 지니고 있으며, 스탬프 방식이거나 식각하여 만드는 방식이기 때문에 마스크 몰드의 2차원적인 형상만을 그대로 전사하여 3차원적인 패턴구현은 불가능할 뿐 아니라, 다른 크기나 모양의 나노 구조패턴을 제작하려면 다른 마스크 몰드를 제작해야 하는 한계를 지닌다.
나아가, 종래에는 블록공중합체의 정렬을 위하여 포토리소그래피를 이용한 포토레지스트 전패턴을 이용하여 사용한다. 이러한 경우에는 포토레지스트 부분에는 블록공중합체가 정렬되기 어렵기 때문에 정렬된 블록공중합체 패턴이 교대로 생성되게 된다. 이는 대면적 또는 전면적에 적용하는 경우 교대로 생성되는 패턴의 공백이 비교적 크게 형성되고, 형성되는 패턴의 간격이 불균일하다는 단점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제 2017-0030224 호 (2017. 03. 17)
본 발명의 일 실시예는 BCP 두께와 같은 초미세 패턴을 제작하여 대면적 BCP 패턴 정렬이 가능한 것을 목적으로 한다.
본 발명은 초미세 패턴을 이용하여 정렬시키기 어려운 블록공중합체를 결함 또는 공백 없이 대면적에 정렬할 수 있는 것으로서, 리소그래피를 통한 무기물 패턴형성에서 패턴의 두께가 20 나노미터 이하로 형성될 수 있도록 하는 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법에 있어서, 블록중공합체를 용융시켜 기판 상에 코팅하는 단계; 블록공중합체가 코팅된 기판을 폐쇄된 공간에서 에이징하는 단계; 기판을 대상으로 식각하는 단계; 및 식각이 된 기판으로부터 식각된 부분을 제거하는 단계;를 포함하는, 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법이 제공된다.
그리고, 식각이 된 식각부와 식각이 안된 비식각부에 목적물질을 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 비식각부의 일부가 제거되고, 목적물질이 잔류하는 패턴이 형성되는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 블록중공합체의 코팅은 스핀 코팅으로 수행될 수 있다.
또한, 폐쇄된 공간 내에는 블록공중합체에 유동성을 부여하는 용매가 수용될 수 있다.
또한, 식각은 이온식각, UV-오존 및 microwave 조사 중 하나를 통한 식각으로 기 결정된 부분을 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 리소그래피를 통해 나노 단위의 가공을 통해 BCP 두께에 상응하는 초미세 가이드패턴을 형성함으로써 패턴과 상이한 공백이 없는 대면적 BCP 패턴 정렬이 가능한 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법의 순서를 나타낸 순서도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 상에 레이어가 형성된 것을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이어를 식각하여 구조체를 형성한 것을 나타낸 도면으로서, 도 2(a)는 종래의 패턴구조물을 나타낸 도면이고, 도 2(b)는 본 발명의 일 실시예인 패턴구조물을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 블록공중합체의 정렬이 된 것을 나타낸 도면으로서, 도 4(a)는 종래의 블록공중합체의 정렬을 나타낸 도면이고, 도 2(b)는 본 발명의 일 실시예인 블록중공합체의 정렬을 나타낸 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
본 발명은 리소그래피를 통한 다수의 블록공중합체로 구성된 패턴형성에서 블록공중합체의 두께가 20 나노미터 이하로 형성될 수 있도록 하는 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법에 관한 것이다. 이하에서는 상기 방법을 나타낸 순서도인 도 1을 통해 설명하기로 한다.
이전에 종래의 기술의 경우 유기물로 구성된 가이드패턴(도 4의 110)을 형성함으로써, 열이나 용액사용에 제한이 있을 수 있다. 예를 들면 세척과정에서 사용되는 용액과의 기작이나 열을 가함으로써 발생하는 부작용 등을 감안하면 유기물 가이드패턴(110)은 적용됨에 있어 생산에서도 제한이 있다고 할 수 있다. 따라서, 상온은 물론 100도 이상의 온도구간에서도 사용이 가능하고 유기용매, O2 plasma, 피라나 용액 등의 용액을 통한 세척과정에서도 부작용이 없는 가이드패턴(110)을 제작할 수 있다.
　도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법의 순서를 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 리소그래피를 통한 무기물 패턴형성에서 패턴의 두께가 20 나노미터 이하로 형성될 수 있도록 하는 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법을 순서대로 도시한 것으로, 블록중공합체를 용융시켜 기판(100) 상에 코팅하는 단계, 블록공중합체가 코팅된 기판(100)을 폐쇄된 공간에서 에이징하는 단계, 기판(100)을 대상으로 식각하는 단계 및 식각이 된 기판(100)으로부터 식각된 부분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 식각이 된 식각부와 식각이 안된 비식각부에 목적물질을 증착하는 단계 및 비식각부의 일부가 제거되고, 목적물질이 잔류하는 패턴이 형성되는 단계 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 하나의 단계를 더 포함하는 경우는 목적물질을 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 목적물질이란, 가이드패턴(110)을 형성하는 것으로 물리적 이온식각을 통한 이온 봄바드먼트(ion bombardment) 현상을 적용하기 위해 여러 방향으로 이탈될 수 있는 다결정물질일 수 있다. 바람직하게는 금, 백금, 은, 구리 알루미늄 징크옥사이드, 크롬, 실리콘 디옥사이드 및 인듐틴옥사이드 중 하나 이상을 포함하는 혼합물일 수 있다.
본 발명을 통해 제조되는 초미세 가이드패턴(110)의 제작은 두 가지로 구분할 수 있다. 첫번째는 기판(100) 표면물질과 동일한 물질, 두번째는 기판(100)성분과는 다른 물질의 초미세 패턴인데 이는 원하는 최종패턴의 물질에 따라 다르게 할 수 있다.
초미세구조는 세척하는 단계를 거칠 수 있다. 본 발명의 무기물 가이드패턴(110)은 유기용매, O2 plasma, 피라나 용액 등을 사용하여 상온에서 100도 이상의 구간까지 비교적 제한적이지 않게 사용 가능하다.
초미세구조 가이드패턴(110)은 폭은 10 내지 20nm로 형성될 수 있다. 물론 그 간격은 수백 나노미터에서 수 마이크로미터까지 다양하게 배치될 수 있다. 즉, 이는 선택적으로 결정할 수 있는 조건이다. 또한, 높이는 수배 나노미터까지 가능하나, 블록공중합체의 정렬은 100 나노미터 이하에서 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 기존의 PR 가이드패턴(110)은 수 마이크로미터에서 수십 마이크로미터의 높이로 형성될 수 있다.
상기 리소그래피를 통해 수행되는 가공방식은 리소그래피는, 나노임프린트, 소프트리소그래피, 광리소그래피, 블록공중합체 리소그래피 및 모세관 힘 리소그래피 중 하나의 방식일 수 있다. 특히, 리소그래피를 통해 가공되는 가이드패턴(110)은 고분자 구조체로서 반응성 이온식각 조건과 패턴화된 고분자 구조체 주변의 레이어 중 하나인 고분자층에 따라 다양한 형상과 크기로 결정될 수 있다.
즉, 가이드패턴(110)의 형성이후에는 기 결정된 상기 패턴에 대응되도록 식각하는 단계가 수행되는데 식각은 이온식각일 수 있다. 나아가, 고분자층의 고분자는 건식식각 또는 습식식각을 통해 적어도 일부가 제거될 수 있다. 이와 관련해서는 이하에서 보다 구체적으로 후술하도록 한다.
또한, 상기 가이드패턴은, 원기둥 형상, 역원뿔 형상, 직육면체 형상, 팽이 형상, 선 형상, 컵 형상 및 'ㄷ'자 형상을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예를 통해서 설명하는 예시는 직선형의 가이드패턴(110)을 예시로 설명하기로 한다.
전술한 과정을 순차적으로 수행함으로써 초미세 가이드패턴(110)을 이용한 블록공중합체 정렬 방법이 제공될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판(100) 상에 레이어(100a)가 형성된 것을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 기판(100) 상에 레이어(100a)가 코팅된 형태일 수 있다. 상기 레이어(100a)는 블록공중합체가 유기용매에 의해 용해되어 액상으로 기판(100)에 코팅된 것일 수 있다. 이를 통해 박막형태로 기판(100)상에 위치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이어(100a)를 식각하여 구조체를 형성한 것을 나타낸 도면으로서, 도 3(a)는 종래의 가이드패턴(110')을 나타낸 도면이고, 도 3(b)는 본 발명의 일 실시예인 가이드패턴(110)을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 종래의 가이드패턴(110')의 경우 포토레지스트를 이용하면서 수십 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터의 구간만큼 각각의 가이드패턴(110')이 이격되어 형성될 수 있다. 이러한 가이드패턴(110')은 독립적으로 평가될 때 문제점은 발생하지 않으나 대면적 상에서 가이드패턴(110')에 의한 블록공중합체의 정렬이 이루어질 때 블록공중합체(도 4의 120')가 정렬된 배열 간의 간격이 넓어 면적의 손실은 물론 효율적인 블록공중합체(120)의 배치가 어려운 점이 있다.
따라서, 보다 좁은 면적상에서 형성될 수 있는 가이드패턴(110)이 요구되고, 본 발명은 전술한 방법에 따라 도 2(b)와 같이 보다 얇은 가이드패턴(110)을 형성할 수 있다. 가이드패턴(110)의 폭은 10 나노미터 내지 20나노미터 범위 내에서 형성될 수 있으며, 기판(100)으로부터의 높이는 10 나노미터 내지 400 나노미터까지 선택적으로 결정이 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 블록공중합체(120)의 정렬이 된 상태를 나타낸 도면으로서, 도 4(a)는 종래의 블록공중합체(120')의 정렬을 나타낸 도면이고, 도 4(b)는 본 발명의 일 실시예인 블록중공합체(120)의 정렬을 나타낸 도면이다,
도 4를 참조하면, 각각의 가이드패턴(110) 사이에 블록공중합체(120)의 정렬이 이루어지면 그 간격 즉, 이격거리(D)가 형성되게 된다. 종래와 비교하자면, 종래기술이 적용된 예시인 도 4(a)에서의 가이드패턴(110')을 사이에 위치한 블록공중합체(120') 간의 이격거리(D')는 수십 또는 수백 마이크로미터일 수 있다. 이는 포토레지스트가 형성되는 폭의 거리와 대응되는 것으로서 불가피한 간격일 수 있다. 그와 비교하여 본 발명은 도 4(b)에 도시된 바와 같이 가이드패턴(110)의 폭은 정렬된 블록공중합체(120)의 폭과 유사할 수 있다. 예를 들면, 블록공중합체(120)의 폭은 10 나노미터이고 가이드패턴(110)의 폭은 10 내지 20 나노미터일 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100a : 레이어
100, 100' : 베이스
110, 110' : 패턴구조물
120, 120' : 블록중공합체
S10 : 레이어형성
S20 : 구조물형성
S30 : 식각수행
S40 : 나노구조체형성
D, D' : 이격거리

Claims (6)

  1. 리소그래피를 통한 무기물 패턴형성에서 패턴의 두께가 20 나노미터 이하로 형성될 수 있도록 하는 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법에 있어서,
    상기 블록중공합체를 용융시켜 기판 상에 코팅하는 단계;
    상기 블록공중합체가 코팅된 상기 기판을 폐쇄된 공간에서 에이징하는 단계;
    상기 기판을 대상으로 식각하는 단계; 및
    상기 식각이 된 상기 기판으로부터 식각된 부분을 제거하는 단계;를 포함하는, 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 식각이 된 식각부와 상기 식각이 안된 비식각부에 목적물질을 증착하는 단계를 더 포함하는, 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 비식각부의 일부가 제거되고, 상기 목적물질이 잔류하는 패턴이 형성되는 단계를 더 포함하는, 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 블록중공합체의 코팅은 스핀코팅으로 수행되는, 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 폐쇄된 공간 내에는 상기 블록공중합체에 유동성을 부여하는 용매가 수용되는, 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 식각은 이온식각, UV-오존 및 microwave 조사를 통한 식각으로 기 결정된 부분을 제거하는, 초미세 패턴을 이용한 블록공중합체 정렬 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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