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문제 정의
- 본 연구는 블록 공중합체를 이용하여 나노미터 크기의기공을 형성하는 방법을 소개하고, 블록 공중합체의 분자량을 조절하여 실리콘 산화막 위에 형성되는 기공의 크기를 조절하는 방법을 소개한다. 나노미터 크기의 기공을 형성하기 위해서 기존의 광학리소그래피나 전자 빔 리소그래피 방식은 사용하지 않았고, 자기조립물질인 폴리스티렌-블록-폴리메틸메타아크릴레이트(PS-b-PMMA) 블록 공중합체를 사용하였다.
제안 방법
- 5 이지만 나노패턴의기공이 작아서 선택비가 줄어들어 1:1 정도의 식각비를 보였다. 기공형태의 폴리스티렌 템플릿은건식식각용 마스크와 같이 사용하여 육방형태의 패턴이 실리콘 산화막과 실리콘에 그대로 전사될 수 있도록 하였다. 식각을 위해서 육불화황(SFQ가스를 사용하였고 lOsccm 의 가스를 사용하여 lOmTorr 압력에서 3분 동안 30W의출력으로 식각하였다[7].
- 본 연구에서는 블록공중합체를 이용하여 나노크기의 기공을 실리콘 기판위의 실리콘 산화막 표면에 형성하였다. 폴리스티렌으로 이루어진 나노패턴의 지름은 8~30nm 였다.
- 블록 공중합체의 박막두께를 측정하기 위해서 Alphastep을 사용하였고 블록 공중합체와 각 시편의 표면상태를관찰하기 위해서 FEI사의 Nova 200 FESEM을 사용하였다.
- 기공형태의 폴리스티렌 템플릿은건식식각용 마스크와 같이 사용하여 육방형태의 패턴이 실리콘 산화막과 실리콘에 그대로 전사될 수 있도록 하였다. 식각을 위해서 육불화황(SFQ가스를 사용하였고 lOsccm 의 가스를 사용하여 lOmTorr 압력에서 3분 동안 30W의출력으로 식각하였다[7]. Fig.
- 실리콘 산화막 위에 나노패턴을 형성하고 불소기 반의 화학반응성식각을 사용하여 나노패턴이 실리콘 산화막과 실리콘 기판에 전사되도록 하였다. 실리콘 기판에 패턴이 전사되어 형성된 기공의 크기를 확인하기 위하여 산화막을 제거하였고 이를 위해서 불산을 사용하였다. 블록 공중합체의 실린더 구조와 실험으로 형성된 텅스텐 나노점을 관찰하기 위해서 FESEM(Field Emission Scanning Electron Microscope)을 사용하였다.
- 나노미터 크기의 기공을 형성하기 위해서 기존의 광학리소그래피나 전자 빔 리소그래피 방식은 사용하지 않았고, 자기조립물질인 폴리스티렌-블록-폴리메틸메타아크릴레이트(PS-b-PMMA) 블록 공중합체를 사용하였다. 실리콘 산화막 위에 나노패턴을 형성하고 불소기 반의 화학반응성식각을 사용하여 나노패턴이 실리콘 산화막과 실리콘 기판에 전사되도록 하였다. 실리콘 기판에 패턴이 전사되어 형성된 기공의 크기를 확인하기 위하여 산화막을 제거하였고 이를 위해서 불산을 사용하였다.
- 실리콘산화막에 형성된 기공의 지름은 9-33 nm 였다. 실리콘 산화막을 불산으로 제거하여 실리콘에 형성된 기공을 관찰하였고, 실리콘기판에 형성된 기공의 지름은 6~22 nm 였다. 형성된 기공의 크기는 폴리 메틸메타아크릴레이트의 분자량과 관계가 있음을 알 수 있었다.
- 1(c)). 폴리스티렌으로 구성된 나노기 공구조의마스크를 불소기반의 화학반응성 식각을 이용하여 나노패턴이 실리콘 산화막을 통과하여 실리콘 표면에 전사되도록하였다(Fig. 1(d)).
- 폴리스티렌으로 이루어진 나노패턴의 지름은 8~30nm 였다. 형성된 패턴을 실리콘 산화막 위에 전사시키기 위해 불소 기반의 화학 반응성 식각을 사용하였고 나노패턴의 모양이 실리콘 산화막과 실리콘 기판에 전사되었다. 실리콘산화막에 형성된 기공의 지름은 9-33 nm 였다.
대상 데이터
- 조절하는 방법을 소개한다. 나노미터 크기의 기공을 형성하기 위해서 기존의 광학리소그래피나 전자 빔 리소그래피 방식은 사용하지 않았고, 자기조립물질인 폴리스티렌-블록-폴리메틸메타아크릴레이트(PS-b-PMMA) 블록 공중합체를 사용하였다. 실리콘 산화막 위에 나노패턴을 형성하고 불소기 반의 화학반응성식각을 사용하여 나노패턴이 실리콘 산화막과 실리콘 기판에 전사되도록 하였다.
- 1(d)). 남아있는 폴리스티렌 나노기공성 마스크를 산소 플라즈마로 제거하였고(Fig. 1(e)) 실리콘 기판위의 기공을 확인하기 위해서는 불산을 사용하여 실리콘 산화막을 제거하였다.
- 실리콘 기판 위에 실리콘 산화막을 증착하기 위해서 CVD (chemical vapor deposition)를 사용하였다. 실리콘 산화막 기판은 피라나 클리닝을 사용하여 유기물을 제거 하였다.
- 실리콘 산화막 기판은 피라나 클리닝을 사용하여 유기물을 제거 하였다. 폴리스티렌과 실리콘 산화물 박막과의 표면반응을 막기 위해서 MPTS(3- (p-methoxyphenyl) propyltrichlorosilane (MPTS, CH3OPh(CH2)3SiCl3) > 95 %)용액에 담가두었다 , [5] PS-b-PMMA 블록 공중합체는 Polymer source사에서 구매하였고 부피비가 70:30이고 전체 분자량은 각각 47.7 kg/mol, 59 kg/mol, 77 kg/mol, 200 kg/mol 이다. 이 블록 공중합체를 1% 질량비로 톨루엔에 희석하여 실리콘산화막 위에 3000 rpm으로 스핀코팅 하였고 상분리가 일어나도록 진공오븐에서 200 ℃ 48시간 열처리하였다(Fig.
이론/모형
- 실리콘 기판에 패턴이 전사되어 형성된 기공의 크기를 확인하기 위하여 산화막을 제거하였고 이를 위해서 불산을 사용하였다. 블록 공중합체의 실린더 구조와 실험으로 형성된 텅스텐 나노점을 관찰하기 위해서 FESEM(Field Emission Scanning Electron Microscope)을 사용하였다.
성능/효과
- 7k 분자량의 블록공중합체를 사용하였을 때 지름이 6nm였고(Fig. 4(a)), 분자량이 59k 인 블록공중합체를 사용했을 때는 지름이 10nm였고(Fig. 4(b)), 분자량이 77k 인 블록공중합체를 사용하였을 때는 지름이 lOnrn 였고(Fig.
- 7k 분자량의 블록공중합체를 사용하였을 때 지름이 8nm 였고(Fig. 2(a)), 분자량이 59k 인 블록공중합체를 사용했을 때는 지름이 13nm 였고(Fig. 2(b)), 분자량이 77k 인 블록공중합체를 사용하였을 때는 지름이 19nm 였고(Fig.
- 7k 분자량의 블록공중합체를 사용하였을 때 지름이 9nm 였고(Fig. 3(a)), 분자량이 59k인 블록공중합체를 사용했을 때는 지름이 15nm 였고(Fig. 3(b)), 분자량이 77k 인 블록공중합체를 사용하였을 때는 지름이 17nm였고 (Fig.
- 5를 보면, 폴리스티렌 표면에 형성된 패턴의 크기는 폴리 메틸메타아크릴레이트의분자량이 증가함에 따라서 기공의 크기가 증가하는 것을알 수 있다. 실리콘 표면의 기공크기가 폴리메틸메타아크릴레이트의 분자량이 20kg/mol 이 되는 부근에서 차이가없는 것을 알 수 있었다. 이는 불소기반의 화학반응성 식각이 실리콘 기판 표면을 식각할 때, 수직으로만 크기가 이어지는 것이 아니라 수평방향으로도 진행된 제어가 불가능한식각의 영향으로 사료된다.
- 4는 실리콘 산화막을 제거한 후의 FESEM 사진이다. 화학반응성 식각을 사용하여 나노패턴이 전사된 실리콘 산화막 표면을 불산에 담궈서 제거하였더니 실리콘 표면을 관찰할 수 있었는데 Fig. 4를 통해서 실리콘 산화막을통과하여 실리콘 기판까지 전사되었음을 알 수 있었다. SF6 가스를 사용한 실리콘 화학반응성 식각을 할 때 등방성식각이 일어나기 때문에, 기공과 기공이 명확하게 분리되어 있지 않음을 관찰할 수 있다.
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