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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김광호
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
이 논문의 연구 히스토리 (6)
2021
2020
Controlled self-assembly of block copolymers with high-χ by solvent based annealing for advanced nanolithography applications
최영중
,
송풍근
한국표면공학회 학술발표회 초록집
2020.12
학술대회자료
Controlled morphology of high-χ block copolymers by using multi-step annealing
최영중
,
서준호
,
박성민
외 2명
한국진공학회 학술발표회초록집
2020.08
학술대회자료
Controlled self-assembly of block copolymers with high-χ by solvent based annealing for advanced nanolithography applications
최영중
,
송풍근
한국표면공학회 학술발표회 초록집
2020.06
학술대회자료
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본 학위 논문은 블록공중합체의 자기조립 속도를 제어하는 새로운 공정과 현상분석에 관한 내용을 주로 다루었다. 블록공중합체의 자기조립은 저렴하면서도 공정이 광리소그래피보다 간단하여 기존의 리소그래피를 대체할 차세대 리소그래피의 하나로 주목 받아왔다. 특히 high Flory-Huggins interaction parameter (χ) 를 가지는 물질들인 poly(dimethylsiloxane-b-styrene) (PDMS-b-PS), poly(dimethylsiloxane-b-2vinylpyridine) (PDMS-b-P2VP), poly(styrene-b-lactide) (PS-b-PLA), Poly(styrene-b-ethylene oxide) (PS-b-PEO), and poly(styrene-b-2vinylpyridine) (PS-b-P2VP) 들은 열역학적으로 결함이 적고 LER(line edge roughness)이 좋으며, 10nm 이하의 패턴 형성을 할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 하지만 high-χ를 가지는 블록공중합체의 자기조립되는 속도는 χ값이 증가함에 따라서 지수함수적으로 감소하는 치명적인 문제점을 가지고 있어, 여러 응용분야에 널리 사용되지 못하고 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여, 본 학위 논문에서는 새로운 용매 어닐링 공정 (binary solvent-vapor annealing system)을 도입하여 high-χ를 가지는 PDMS-b-PS 블록공중합체의 자기조립 속도를 제어하였다. 일반적으로 PDMS-b-PS 블록공중합체에 사용되는 용매 어닐링은 한 가지 용매(톨루엔)를 사용하여 정렬된 나노구조물을 얻는다. 톨루엔 용매는 PS 블록에 선택적인 용매이지만 PDMS 블록에는 상대적으로 덜 선택적인 용매이므로, 정렬된 패턴을 얻는데 더 많은 시간이 필요하다. 이러한 단점을 극복하고자 열적어닐링과 용매 어닐링을 동시에 진행하는 solvothermal annealing 방법을 사용하였고, 여기에서 용매를 PS에 선택적인 용매인 톨루엔과 PDMS에 선택적인 헵테인(heptane)을 같이 사용하는 2원용액 어닐링(binary solvent-vapor annealing)을 사용하였다. 또한 헵테인 대신 PDMS에 상대적으로 더 선택적인 펜테인(pentane) 용매를 사용하였을 경우, 자기조립된 나노구조물의 크기를 조절할 수 있음을 확인하였다. 반면에 PDMS와 PS두 블록에 선택적이지 않은 DMF (dimethylformamide)용매를 사용할경우 오히려 자기조립을 방해한다는 결과를 얻을 수 있었다.
위에서 얻어진 최적의 용매 비율조건을 사용하여 더 좁은 간격(300 nm)을 가지는 트렌치 (trench) 기판을 사용하여 10초만에 구(sphere) 형상을 가지는PDMS-b-PS블록공중합체와 자기조립을 시킬 수 있었고, 라인형상을 가지는 블록공중합체는 1분안에 자기조립 시킬 수 있었다.
마지막으로 본 학위 논문에서 소개한 새로운 어닐링 방법과 체계적으로 그 효과를 분석한 내용을 용매 어닐링을 기반으로 하는 다른 블록공중합체의 자기조립 시스템에도 적용이 가능할것으로 여겨지며, 이러한 응용이 차세대 리소그래피 공정의 발전에도 많은 기여할 것으로 생각한다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여, 본 학위 논문에서는 새로운 용매 어닐링 공정 (binary solvent-vapor annealing system)을 도입하여 high-χ를 가지는 PDMS-b-PS 블록공중합체의 자기조립 속도를 제어하였다. 일반적으로 PDMS-b-PS 블록공중합체에 사용되는 용매 어닐링은 한 가지 용매(톨루엔)를 사용하여 정렬된 나노구조물을 얻는다. 톨루엔 용매는 PS 블록에 선택적인 용매이지만 PDMS 블록에는 상대적으로 덜 선택적인 용매이므로, 정렬된 패턴을 얻는데 더 많은 시간이 필요하다. 이러한 단점을 극복하고자 열적어닐링과 용매 어닐링을 동시에 진행하는 solvothermal annealing 방법을 사용하였고, 여기에서 용매를 PS에 선택적인 용매인 톨루엔과 PDMS에 선택적인 헵테인(heptane)을 같이 사용하는 2원용액 어닐링(binary solvent-vapor annealing)을 사용하였다. 또한 헵테인 대신 PDMS에 상대적으로 더 선택적인 펜테인(pentane) 용매를 사용하였을 경우, 자기조립된 나노구조물의 크기를 조절할 수 있음을 확인하였다. 반면에 PDMS와 PS두 블록에 선택적이지 않은 DMF (dimethylformamide)용매를 사용할경우 오히려 자기조립을 방해한다는 결과를 얻을 수 있었다.
위에서 얻어진 최적의 용매 비율조건을 사용하여 더 좁은 간격(300 nm)을 가지는 트렌치 (trench) 기판을 사용하여 10초만에 구(sphere) 형상을 가지는PDMS-b-PS블록공중합체와 자기조립을 시킬 수 있었고, 라인형상을 가지는 블록공중합체는 1분안에 자기조립 시킬 수 있었다.
마지막으로 본 학위 논문에서 소개한 새로운 어닐링 방법과 체계적으로 그 효과를 분석한 내용을 용매 어닐링을 기반으로 하는 다른 블록공중합체의 자기조립 시스템에도 적용이 가능할것으로 여겨지며, 이러한 응용이 차세대 리소그래피 공정의 발전에도 많은 기여할 것으로 생각한다.
목차
I. Introduction 4II. Theoretical background 7III. Experimental 9III-1. BCP Self-assembly 9III-2. Film Thickness Measurement 12III-3. Characterization 12IV. Result and discussion 14IV-1. The experimental schematic and conceptual illustrations of binary solvent annealing 14IV-2. Rapid pattern formation of PDMS-b-PS BCPs at heptane/toluene mixtures 16IV-3. Tunability of a PDMS-b-PS BCP at pentane/toluene mixtures 37IV-4. Slow self-assembly kinetics of PDMS-b-PS BCPs at DMF/toluene mixtures 44IV-5. Ultrafast pattern generation of PDMS-b-PS BCPs within various line/hole templates 47V. Conclusion 49References and note 50Abstract 55
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