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KR101361450B1 - 미세 구조체의 제조 방법 - Google Patents

미세 구조체의 제조 방법 Download PDF

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KR101361450B1
KR101361450B1 KR1020120027084A KR20120027084A KR101361450B1 KR 101361450 B1 KR101361450 B1 KR 101361450B1 KR 1020120027084 A KR1020120027084 A KR 1020120027084A KR 20120027084 A KR20120027084 A KR 20120027084A KR 101361450 B1 KR101361450 B1 KR 101361450B1
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

일 실시 형태에 따르면, 미세 구조체의 제조 방법은 패터닝 물질 상에 가이드막을 형성하고, 경화막을 형성하고, 마스크재를 형성하고, 마스크재를 마스크로 사용하여 패터닝 물질을 가공하는 공정을 포함한다. 가이드막 내에 개구부가 형성된다. 가이드막의 상면은 친수성이며 개구부의 측면은 소수성이다. 경화막의 형성은 패터닝 물질 및 가이드막 상에 용액을 도포하고, 용액을 소수성 블록과 친수성 블록으로 분리시키고, 용액을 경화시키는 것을 포함한다. 용액은 소수성 부분 및 친수성 부분을 갖는 양친성 고분자를 함유한다. 소수성 부분의 길이가 친수성 부분의 길이보다 더 길다. 경화막에서 친수성 블록을 제거하여 마스크재를 형성한다.

Description

미세 구조체의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING MICROSTRUCTURE}
<관련 출원의 상호 참조>
본 출원은 2011년 9월 30일 출원된 일본 특허 출원 제2011-216656호에 기초하며 그 우선권을 주장한다; 일본 특허 출원 제2011-216656호의 전체 내용은 본원에 참조로 도입된다.
<기술분야>
본원에 기술된 실시 형태는 전체적으로 미세 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
불휘발성 메모리 등과 같은 종래의 기억장치의 기록 밀도가 해마다 증가하고 있다. 현재도 기록 밀도는 계속 증가하고 있고; 테라 수준의 기록 밀도가 요구되고 있다. 이러한 높은 기록 밀도를 달성하기 위해서는, 사이즈가 20 내지 30 nm 이하인 미세한 메모리 셀이 필요하다. 이러한 미세한 패턴을 형성하기 위해서는 새로운 노광 장치를 도입하거나 더블 패터닝 등과 같은 새로운 인테그레이션 수법을 사용할 필요가 있지만, 어느 경우든 비용이 바람직하지 않게 증가한다.
이 문제를 해결하기 위해, 양친성 고분자의 자체 조직화를 이용하는 기술이 제안되었다. 이러한 기술에서 양친성 고분자를 포함한 용액을 2개의 블록으로 상분리시키고; 이어서 하나의 블록을 제거하여 미세 패턴을 형성한다. 그러나, 이러한 기술에서는 블록의 배열 위치 및 형상을 높은 정확도로 제어하기 어렵다.
<요약>
전체적으로, 일 실시 형태에 따르면, 미세 구조체의 제조 방법은 패터닝 물질 상에 가이드막을 형성하고, 경화막을 형성하고, 마스크재를 형성하고, 마스크재를 마스크로 사용하여 패터닝 물질을 가공하는 공정을 포함한다. 가이드막 형성에 있어서, 가이드막 내에 개구부가 형성된다. 가이드막의 상면은 친수성이며 개구부의 측면은 소수성이다. 경화막의 형성은 패터닝 물질 및 가이드막 상에 용액을 도포하고, 용액을 소수성 블록과 친수성 블록으로 분리시키고, 용액을 경화시키는 것을 포함한다. 용액은 소수성 부분 및 친수성 부분을 갖는 양친성 고분자를 함유한다. 소수성 부분의 길이가 친수성 부분의 길이보다 더 길다. 소수성 부분은 소수성 블록으로 응집한다. 친수성 부분은 친수성 블록으로 응집한다. 경화막에서 친수성 블록을 제거하여 마스크재를 형성한다.
전체적으로, 일 실시 형태에 따르면, 미세 구조체의 제조 방법은 패터닝 물질 상에 가이드막을 형성하고, 경화막을 형성하고, 마스크재를 형성하고, 마스크재를 마스크로 사용하여 패터닝 물질을 가공하는 공정을 포함한다. 가이드막 형성에 있어서, 가이드막 내에 개구부가 형성된다. 가이드막의 상면은 소수성이며 개구부의 측면은 친수성이다. 경화막의 형성은 패터닝 물질 및 가이드막 상에 용액을 도포하고, 용액을 소수성 블록과 친수성 블록으로 분리시키고, 용액을 경화시키는 것을 포함한다. 용액은 소수성 부분 및 친수성 부분을 갖는 양친성 고분자를 함유한다. 친수성 부분의 길이가 소수성 부분의 길이보다 더 길다. 소수성 부분은 소수성 블록으로 응집한다. 친수성 부분은 친수성 블록으로 응집한다. 경화막에서 소수성 블록을 제거하여 마스크재를 형성한다.
본 발명에 의해 형상 정확도가 높은 마스크재를 형성할 수 있고 패터닝 물질을 높은 정확도로 패턴화시킬 수 있다.
도 1a 내지 1d 및 도 2a 내지 2d는 제1 실시 형태에 따른 미세 구조체의 제조 방법을 예시하는 공정 단면도이다;
도 3a는 양친성 고분자의 조성과 상분리의 형태의 상관관계를 예시하는 그래프도이며, 도 3b는, 도 3a에 나타낸 상분리의 형태를 예시하는 모식도이다;
도 4는 비교예에 따른 미세 구조체의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이다;
도 5a 및 5b는 제2의 실시 형태에 따른 미세 구조체의 제조 방법을 예시하는 공정 단면도이다;
도 6a 내지 6d 및 도7a 내지 7d는 제3의 실시 형태에 따른 미세 구조체의 제조 방법을 예시하는 공정 단면도이다.
이제, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
이제 제1 실시 형태에 대해 설명한다.
본 실시 형태는 양친성 고분자 (블록 코-폴리머(BCP))의 배향 특성을 이용한 DSA(Directed Self-Assembly) 기술에 의해 패터닝 물질 상에 미세한 패턴을 갖는 마스크재를 형성하고, 이 마스크재를 마스크로서 사용해 패터닝 물질을 처리하여 미세 구조체를 제조하는 방법이다. 이에 의해, 예를 들면, 규소 기판의 상면에 주기적으로 배열된 미세한 트렌치를 형성할 수 있다.
도 1a 내지 1d 및 도 2a 내지 2d는 본 실시 형태에 따른 미세 구조체의 제조 방법을 예시하는 공정 단면도이다.
도 3a는, 횡축이 양친성 고분자에 포함되는 2개의 중합체 사슬의 조성비 f를 나타내고, 세로축이 χN의 값을 나타내는, 양친성 고분자의 조성과 상분리의 형태의 상관관계를 도시하는 그래프이다. 도 3b는 도 3a에 나타낸 상분리의 형태를 예시하는 모식도이다.
도 3a의 세로축에서 χ은 Flory-Huggins 세그먼트(segment)-세그먼트 상호작용 지표이며 중합체 성분에 의해서 정해지는 값이고; N은 양친성 고분자 전체의 중합도이다.
먼저, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 패터닝 물질 (1)을 준비한다. 패터닝 물질 (1)은 예를 들면 반도체 기판, 반도체 기판상에 형성된 절연막 또는 반도체 기판상에 형성된 도전막일 수 있다. 본 실시 형태에서, 패터닝 물질 (1)의 상면 (1a)는 소수성이다. 예를 들면 패터닝 물질 (1)이 규소 기판인 경우, 자연 산화막이 충분히 얇으면 상면 (1a)는 소수성이 된다.
그 다음, 도 1b에 나타낸 바와 같이 패터닝 물질 (1) 상에 CVD(Chemical Vapor Deposition：화학 기상 성장)법 또는 도포법에 의해, 소수성의 기재막 (2)를 균일하게 형성한다. 소수성의 기재막 (2)의 예는, 유기 재료막 및 비정질 탄소막 등이있다. 후술하는 도 2a에 나타낸 공정에 있어서, 기재막 (2)의 막 두께는 양친성 고분자를 포함한 용액이 실린더 형상으로 상분리될 수 있는 두께이다.
그 다음, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 기재막 (2) 상에 CVD법 또는 도포법에 의해 친수성의 커버막 (3)을 균일하게 형성한다. 친수성의 커버막 (3)의 예로는 규소 산화막, 규소 질화막 등을 들 수 있다. 커버막 (3)은 기재막 (2)보다 얇게 형성한다.
그 후, 도 1d에 나타낸 바와 같이 석판 인쇄 및 반응성 이온 에칭을 이용하여 커버막 (3) 및 기재막 (2)를 선택적으로 제거한다. 이에 의해, 패터닝 물질 (1) 처리가 행해질 영역에서 커버막 (3) 및 기재막 (2)에 개구부 (4)가 형성된다. 이에 따라, 기재막 (2) 및 커버막 (3)으로 구성된 가이드막 (5)가 형성되고; 가이드막 (5)에 개구부 (4)가 형성된다. 가이드막 (5)의 상면 (5a)에 친수성 커버막 (3)이 노출되기 때문에 상면 (5a)는 친수성이다. 가이드막 (5)의 개구부 (4)의 측면 (5b)에 소수성의 기재막 (2)가 노출되기 때문에, 측면 (5b)는 소수성이다. 이와 같이, 가이드막 (5)의 상면 (5a) 및 측면 (5b)에 노출된 물질이 다르기 때문에 이들의 표면 에너지가 다르다.
도 2a에 나타낸 바와 같이 계속해서, 용액 (6)을 패터닝 물질 (1) 및 가이드막 (5)에 도포한다. 용액 (6)은, 양친성 고분자 (BCP)를 함유한 용액이다. 양친성 고분자란, 소수성 부분 및 친수성 부분을 둘 다 포함한 분자이며, 예를 들면 한쪽에 소수성기가 결합하고, 다른 쪽에 친수성기가 결합한 1개의 직쇄를 갖는 분자이다.
양친성 고분자의 예로는, 폴리스티렌-폴리메틸메타크릴레이트 (PS-PMMA), 폴리스티렌-폴리(에틸렌-alt-프로필렌) (PS-PEP), 폴리스티렌-폴리부타디엔 (PS-PBD), 폴리스티렌-폴리이소프렌 (PS-PI), 폴리스티렌-폴리비닐 메틸 에테르 (PS-PVME) 및 폴리스티렌-폴리에틸렌 옥사이드(PS-PEO) 등이 있다. 즉, 양친성 고분자의 소수성 부분은 예를 들면 폴리스티렌이다. 친수성 부분은 예를 들면 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리(에틸렌-alt-프로필렌), 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리비닐 메틸 에테르 및 폴리에틸렌 옥사이드로 구성되는 군에서 선택된 1종의 분자이다. 용매는 예를 들면, 디글림 (diglyme) 등의 유기용매를 포함할 수 있다.
도 3a 및 3b에 나타낸 바와 같이, 양친성 고분자의 소수성 부분 및 친수성 부분 중 더 적은 부분의 조성비가 약 0.15 내지 0.35인 경우, 상분리 후의 구조는 hex(Hexagonal packed cylinders; 육방 밀집 실린더) 구조이다. 즉, 양친성 고분자를 상분리시켰을 경우, 양친성 고분자의 소수성 부분 및 친수성 부분 중 더 적은 부분의 응집에 의해 실린더 구조로 블록이 형성된다. 보다 많은 부분은 실린더 구조의 블록 주변을 채우는 블록을 형성한다. 용액 (6)이 양친성 고분자 이외의 성분을 함유하는 경우, 상분리한 후의 블록의 체적이 상기 기술한 비율이 되도록 함량을 조정하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서, 용액 (6)에 포함되는 양친성 고분자는 소수성 부분의 길이가 친수성 부분의 길이보다 긴 분자이다. 구체적으로, 양친성 고분자 전체에서 친수성 부분의 조성비는 약 0.15 내지 0.35이다. 예를 들면, 친수성 부분 대 소수성 부분의 조성비는 7：3이다. 이에 의해, 용액 (6)은 양친성 고분자의 소수성 부분이 응집된 소수성 블록 (7)과 양친성 고분자의 친수성 부분이 응집된 친수성 블록 (8)으로 분리된다. 이때, 친수성 블록 (8)은 패터닝 물질 (1)의 상면 (1a)에 평행한 방향으로 연장되는 실린더 형태이다. 가이드막 (5) 개구부 (4)의 측면 (5b)은 물리 가이드가 되고; 복수의 친수성 블록 (8)은 개구부 (4) 내에서 주기적으로 배열되고 서로 평행하다. 한편, 소수성 블록 (7)은 친수성 블록 (8)을 둘러싸는 형태를 갖는다. 이하, 실린더 형상의 블록을 실린더 블록이라 하고; 실린더 블록을 둘러싸는 블록을 또한 외주 블록이라 한다.
패터닝 물질 (1)의 상면 (1a) 및 가이드막 (5) 개구부 (4)의 측면 (5b)가 소수성이기 때문에, 소수성 블록 (7)은, 상면 (1a) 및 측면 (5b)과 높은 친화성 (젖는 성질)을 갖고 가이드막 (5)의 상면 (5a)과는 낮은 친화성 (젖는 성질)을 갖는다. 이에 의해, 용액 (6)은 개구부 (4)의 내부에만 충전되고 가이드막 (5)의 상면 (5a) 상에는 잔류하지 않는다.
이때, 양친성 고분자의 총 분자량, 즉, 분자쇄 길이를 선택함으로써, 실린더 블록 (친수성 블록 (8))의 배열 주기를 제어할 수 있다. 양친성 고분자의 소수성 부분과 친수성 부분의 조성비를 선택함으로써, 실린더 블록의 배열 주기에 대한 실린더 블록의 직경의 비를 제어할 수 있다. 또한, 개구부 (4)의 한 방향의 길이를 양친성 고분자의 분자쇄 길이 2배의 n배 (n은 정수)로 함으로써, 개구부 (4) 내에 한 방향에 따라서 n 실린더 블록을 배열시킬 수 있다. 한편, 개구부 (4)의 한 방향의 길이가 양친성 고분자의 분자쇄 길이의 2배의 정수배로부터 벗어나면, 실린더 블록은 이 한 방향에 따라서 더 이상 잘 배열되지 않는다. 따라서 개구부 (4)의 치수를 선택함으로써, 실린더 블록의 방향을 제어할 수 있다. 양친성 고분자의 소수성 부분 및 친수성 부분의 극성을 제어함으로써, 실린더 블록의 구조를 제어할 수 있다. 따라서 두 부분의 극성 차이를 조정함으로써, 실린더 블록의 직경을 제어해, 배열 주기를 제어할 수 있다.
다음에, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 가열하여 용액 (6) 내의 용매를 휘발시킨다. 이에 의해, 용액 (6)이 경화되어 경화막 (9)가 형성된다.
도 2c에 나타낸 바와 같이 계속하여, 경화막 (9) 상에 실린더 블록 (친수성 블록 (8))의 에칭 속도가, 외주 블록(소수성 블록 (7))의 에칭 속도보다 빠른 조건으로, 예를 들면 반응성 이온 에칭 (Reactive Ion Etching：RIE) 등과 같은 에칭을 수행한다. 이에 의해, 경화막 (9)으로부터 실린더 블록 (친수성 블록 (8))이 제거된다. 이때, 외주 블록(소수성 블록 (7))의 대부분은 잔류한다. 그 결과, 경화막 (9)에 있어서 친수성 블록 (8)이 제거된 부분이 철부 (9a)가 되고; 경화막 (9)에 친수성 블록 (8)의 배열 패턴에 대응한 요철 패턴이 형성된다. 이에 의해, 소수성 블록 (7)의 잔류 부분으로 구성된 마스크재 (10)이 형성된다.
그 후, 도 2d에 나타낸 바와 같이, 마스크재 (10)을 마스크로서 사용하여 패터닝 물질 (1)을 처리한다. 예를 들면, 마스크재 (10)을 마스크로서 사용하여 반응성 이온 에칭을 수행하여, 패터닝 물질 (1)에 주기적으로 배열된 복수 트렌치 (1b)를 형성한다. 이와 같이 하여, 미세 구조체가 제조된다.
이제, 본 실시 형태의 효과에 대해 설명한다.
본 실시 형태에서, 가이드막 (5)의 상면 (5a)이 친수성이고, 측면 (5b)이 소수성이고, 도포되는 용액 (6)이 소수성 블록 (7)이 실린더 형태의 친수성 블록 (8)을 둘러싸는 상분리를 갖기 때문에, 용액 (6)은 개구부 (4)의 내부에만 충전되고 가이드막 (5)의 상면 (5a)에는 배치되지 않는다. 이에 의해, 개구부 (4)의 단부에서도 친수성 블록 (8)의 배열이 흐트러지지 않고, 친수성 블록 (8)이 주기적으로 배열될 수 있다. 그 결과, 형상 정확도가 높은 마스크재 (10)을 형성할 수 있고; 패터닝 물질 (1)을 높은 정확도로 패턴화시킬 수 있다.
본 실시 형태에서는, 상면 (1a)가 소수성인 패터닝 물질 (1)에 상술한 용액 (6)을 사용하기 때문에, 용액 (6)과 상면 (1a) 사이의 친화성이 높고, 용액 (6)이 상면 (1a) 상에 안정하게 습윤된다. 이에 의해, 마스크재 (10)을 높은 정확도로 형성할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 패터닝 물질 (1) 상에 소수성의 기재막 (2)를 형성하고, 기재막 (2) 위에 친수성의 커버막 (3)을 형성하고, 커버막 (3) 및 기재막 (2)에 개구부 (4)를 형성하여 가이드막 (5)을 형성한다. 이에 의해, 상면 (5a)과 측면 (5b) 사이의 표면 에너지가 서로 다른 가이드막 (5)를 통상의 반도체 프로세스에 의해서 형성할 수 있다.
이제, 본 실시 형태의 비교예에 대해 설명한다.
도 4는, 본 비교예에 따른 미세 구조체의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이 본 비교예에서는 패터닝 물질 (1) 상에 가이드막 (105)를 형성한다. 가이드막 (105)에는 개구부 (104)를 형성한다. 가이드막 (105)의 구조는 단층 구조이며; 상면 (105a)의 표면 에너지와 개구부 (104) 측면 (105b)의 표면 에너지는 서로 동일하다. 이 가이드막 (105) 상에, 상술한 용액 (6)을 도포한다. 이때, 가이드막 (105)의 상면 (105a)과 측면 (105b)의 표면 에너지가 동일하기 때문에, 용액 (6)은 개구부 (104)의 내부뿐 아니라, 상면 (105a) 상에도 배치된다.
개구부 (104)의 내부에서, 가이드막 (105)의 측면 (105b)가 물리 가이드로서 작용한다. 그러나, 가이드막 (105)의 상면 (105a) 상에서는, 물리 가이드가 존재하지 않기 때문에 실린더 블록 (108)의 형성 위치 및 연장될 방향이 제어되지 않고, 무작위가 된다. 이 때문에, 개구부 (104) 내의 단부에 배치되는 실린더 블록 (108)이, 상면 (105a) 상에 배치된 실린더 블록 (108)의 영향을 받는다. 예를 들면, 외주 블록 (107) 내의 실린더 블록 (108)이 더 이상 정상적으로 실린더 블록 (108) 형성되는 위치 (108a)에 형성되지 않는다. 이것은 패턴 결함을 발생시켜, 예를 들면 오픈 불량이 된다. 또, 실린더 블록 (108)이, 정상 위치 (108b)로부터 윗쪽으로 이동된다. 이것은 마스크재의 패턴을 패터닝 물질에 전사했을 때에, 치수의 변동을 일으킨다. 따라서, 본 비교예에서는, 개구부 (104) 내에 있어도, 실린더 블록 (108)이 높은 정확도로 배열되지 않는다. 그 결과, 마스크재를 높은 정확도로 형성할 수 없고; 패터닝 물질 (1)을 높은 정확도로 패턴화할 수 없다.
이제, 본 실시 형태의 변형예에 대해 설명한다.
본 변형예는 소수성과 친수성이 반대로 된 점에서 전술한 제1 실시 형태와 상이한 예이다.
이제, 도 1a 내지 1d 및 도 2a 내지 2d를 참조하여, 본 변형예를 설명한다.
본 변형예에서는, 도 1a에 나타낸 패터닝 물질 (1)의 상면 (1a)가 친수성이다. 이 경우, 도 1b에 나타낸 공정에서, 기재막 (2)가 친수성이고; 도 1c에 나타낸 공정에서, 커버막 (3)이 소수성이다. 이에 의해, 도 1d에 나타낸 공정에서, 개구부 (4)를 형성함으로써, 상면 (5a)가 소수성이며 측면 (5b)가 친수성인 가이드막 (5)가 형성된다.
그 후, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 용액 (6)을 도포한다. 용액 (6)에 함유되는 양친성 고분자에서, 친수성 부분의 길이가 소수성 부분의 길이보다 길다. 이에 의해, 제1 실시 형태와는 반대로, 소수성 블록이 실린더 블록이 되고, 친수성 블록이 외주 블록이 된다. 패터닝 물질 (1)의 상면 (1a) 및 가이드막 (5)의 측면 (5b)는 친수성이며, 가이드막 (5)의 상면 (5a)는 소수성이기 때문에, 용액 (6)은 상면 (5a) 상에는 배치되지 않고, 개구부 (4) 내에만 배치된다.
도 2b에 나타낸 바와 같이 계속하여, 용액 (6)을 경화시켜 경화막 (9)을 제조하고; 도 2c에 나타낸 공정과 유사한 공정으로 실린더 블록 (소수성 블록)을 제거하여 마스크재 (10)을 형성한다. 그 후, 도 2d에 나타낸 바와 같이, 마스크재 (10)을 마스크로서 사용하여 패터닝 물질 (1)을 처리한다.
본 변형예에 의하면, 패터닝 물질 (1)의 상면 (1a)가 친수성인 경우, 용액 (6)을 개구부 (4) 내에 더 신뢰성 있게 충전할 수 있다. 다른 면에서는, 본 변형예에서의 제조 방법은, 전술한 제1 실시 형태에서와 유사하다.
본 변형예는 패터닝 물질 (1)의 상면 (1a)가 소수성인 경우에 적용될 수 있고; 제1 실시 형태는 상면 (1a)가 친수성인 경우에 적용될 수 있다. 두 경우 모두, 일정한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 적어도 개구부의 측면이 소수성이며, 가이드막의 상면이 친수성이면, 외주 블록이 소수성인 용액은, 개구부 내에 유지된다. 유사하게, 적어도 개구부의 측면이 친수성이며, 가이드막의 상면이 소수성이면, 외주 블록이 친수성인 용액은 개구부 내에 유지된다.
그러나, 용액을 개구부 내에 보다 확실히 유지하기 위해서는, 개구부의 저면, 즉, 패터닝 물질의 상면의 성질이 개구부의 측면 및 용액의 외주 블록의 성질과 같은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 전술한 제1 실시 형태에서와 같이 패터닝 물질의 상면이 소수성인 경우에는, 개구부의 측면 및 용액의 외주 블록이 소수성이고, 가이드막의 상면은 친수성인 것이 바람직하다. 전술한 변형예에서와 같이, 패터닝 물질의 상면이 친수성인 경우에는, 개구부의 측면 및 용액의 외주 블록이 친수성이고 가이드막의 상면은 소수성인 것이 바람직하다.
이제, 제2 실시 형태에 대해 설명한다.
도 5a 및 5b는, 본 실시 형태에 따른 미세 구조체의 제조 방법을 예시하는 공정 단면도이다.
본 실시 형태에서, 가이드막의 형성 방법이 전술한 제1 실시 형태에서와 상이하다.
먼저, 전술한 제1 실시 형태와 유사하게, 도 1a에 나타낸 패터닝 물질 (1)을 준비한다. 패터닝 물질 (1)의 상면 (1a)는 소수성이다.
그 후 도 1b에 나타낸 바와 같이, 패터닝 물질 (1)상에, CVD법 또는 도포법에 의해 소수성의 기재막 (2)를 균일하게 형성한다. 소수성의 기재막 (2)는, 예를 들면, 유기 재료막, 비정질 탄소막 또는 유기기를 함유하는 규소 산화막이다.
도 5a에 나타낸 바와 같이 계속하여, 기재막 (2)의 상면을 개질 처리하여, 친수성 개질층 (2a)를 형성한다. 예를 들어, 이러한 개질 처리의 예는 산소 가스등과 같은 산화성 가스, 환원성 가스 혹은 불활성 가스의 플라스마 조사, 또는, 전자선 혹은 자외선의 조사를 들 수 있다.
다음에, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 기재막 (2)에 개구부 (4)를 형성함으로써, 가이드막 (15)를 형성한다. 상술한 개질층 (2a)의 두께는 기재막 (2)의 상면이 친수성이고, 개구부 (4)의 측면 (15b)가 소수성으로 유지되는 두께이다. 이에 의해, 상면 (15a)가 친수성이며, 측면 (15b)가 소수성인 가이드막 (15)가 형성된다. 이후의 공정은, 전술한 제1 실시 형태에 대해 설명한 도 2a 내지 2d에 나타낸 공정과 유사하다.
본 실시 형태에 의하면, 간편한 개질 처리에 의해 상면 (15a)가 친수성이며, 측면 (15b)가 소수성인 가이드막 (15)를 형성할 수 있다. 다른 면에서는, 본 실시 양태에서의 제조 방법 및 효과는, 전술한 제1 실시 형태에서와 유사하다.
이제, 제3 실시 형태에 대해 설명한다.
도 6a 내지 6d 및 도 7a 내지 7d는 본 실시 형태에 따른 미세 구조체의 제조 방법을 예시하는 공정 단면도이다.
본 실시 형태에서, 가이드막의 형성 방법이 전술한 제1 실시 형태에서와 상이하다.
먼저, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 패터닝 물질 (1)을 준비한다. 전술한 제1 실시 형태와 유사하게, 패터닝 물질 (1)의 상면 (1a)는 소수성이다.
그 후, 도 6b에 나타낸 바와 같이 패터닝 물질 (1) 상에, CVD법 또는 도포법에 의해 기재막 (12)를 균일하게 형성한다. 이때, 기재막 (12)이 친수성이라는 점에서 기재막 (12)는 전술한 제1 및 제2 실시 형태에서와는 다르다. 친수성의 기재막 (12)의 예로서는, 규소 산화막, 규소 질화막등을 들 수 있다. 기재막 (12)의 막 두께는, 후술하는 도 7b에 나타낸 공정에서, 양친성 고분자를 포함한 용액이 실린더 형태로 상분리될 수 있는 두께이다.
다음에, 도 6c에 나타낸 바와 같이 계속하여 석판 인쇄 및 반응성 이온 에칭으로 기재막 (12)를 패터닝 해 개구부 (4)를 형성한다.
그 후, 도 6d에 나타낸 바와 같이, CVD법 또는 도포법에 의해 커버막 (13)을 균일하게 형성한다. 이때, 커버막 (13)이 소수성이라는 점에서 커버막 (13)은 전술한 제1 및 제2 실시 형태에서와는 다르다. 소수성의 커버막 (13)의 예로서는, 유기 재료막, 비정질 탄소막 등을 들 수 있다.
도 7a에 나타낸 바와 같이 계속하여, 반응성 이온 에칭 또는 웨트 에칭 등과 같은 에칭 처리를 하여 커버막 (13) (도 6d 참조)의 전면을 에치백 한다. 이에 의해, 개구부 (4)의 측면 상에만 커버막 (13)이 잔류되어, 패터닝 물질 (1)의 상면 (1a) 상 및 기재막 (12)의 상면 상의 커버막 (13)이 제거된다. 그 결과, 개구부 (4)의 측면상에 소수성의 측벽 (13a)가 형성된다. 기재막 (12) 및 측벽 (13a)에 의해 가이드막 (25)가 형성된다. 가이드막 (25)의 상면 (25a)는 친수성의 기재막 (12)가 노출되어 있기 때문에 친수성이며; 가이드막 (25)의 개구부 (4) 측면 (25b)는, 소수성의 측벽 (13a)가 노출되어 있기 때문에 소수성이다.
이후의 공정은 전술한 제1 실시 형태에서와 유사하다.
즉, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 용액 (6)을 도포한다. 전술한 제1 실시 형태와 유사하게, 용액 (6)에 포함되는 양친성 고분자는, 소수성 부분의 길이가 친수성 부분의 길이보다 긴 분자이다. 이에 의해, 개구부 (4)의 내부에만 용액 (6)이 충전되고, 용액 (6)이 실린더 형태의 친수성 블록 (8) 및 그것을 둘러싸는 소수성 블록 (7)으로 상분리된다.
그 후, 도 7c에 나타낸 바와 같이, 용액 (6)을 경화시켜 경화막을 형성한 후, 실린더 형태의 친수성 블록 (8)을 제거해 마스크재 (10)을 형성한다.
도 7d에 나타낸 바와 같이 계속하여, 마스크재 (10)을 마스크로 사용해 패터닝 물질 (1)을 패턴화한다. 이에 의해, 미세 구조체가 제조된다.
본 실시 형태에서도 전술한 제1 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다. 다른 면에서는, 본 실시 형태에서의 제조 방법 및 효과는, 전술한 제1 실시 형태에서와 유사하다.
전술한 제2 및 제3 실시 형태에서도, 전술한 제1 실시 형태의 변형예와 유사하게 소수성과 친수성을 반대로 할 수 있다. 즉, 친수성 상면 및 소수성 개구부 측면을 갖는 가이드막을 형성하고 가이드막에 소수성 블록이 외주 블록이 되는 양친성 고분자를 도포한 전술한 제1 내지 제 3의 실시 형태의 실시예를 예시했지만, 소수성 상면 및 친수성 개구부 측면을 갖는 가이드막이 형성되고 가이드막에 친수성 블록이 외주 블록이 되는 양친성 고분자가 도포되는 경우에도, 기본적인 구성 및 효과는 제1 내지 제 3의 실시 형태에서와 같다.
전술한 실시 형태에서, 실린더 배향성이 높은 양친성 고분자로서 액정성 메소젠기가 치환된 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드 및 폴리부틸렌 옥사이드 등을 포함한 양친성 고분자를 사용할 수 있다.
전술한 실시 형태에서, 실린더 블록과 외주 블록 사이의 에칭 선택성을 높이기 위해 외주 블록 성분이 산소 에칭 내성이 높은 규소 함유 성분을 함유할 수 있다. 예를 들면, 실세스퀴옥산 등의 유도체, 실리케이트, 하이드로젠 실록산, 메틸 실록산, 하이드로젠 실세스퀴옥산, 메틸실세스퀴옥산 등과 같은 유기 혹은 무기 규소 함유 화합물을 함유할 수 있다.
전술한 실시 형태에서는, 에칭에 의해 실린더 블록을 제거하는 예를 나타냈지만, 이는 여기에 한정되지 않는다. 예를 들면, 가열하여 실린더 블록의 성분을 휘발시키고 실린더 블록의 성분을 외주 블록의 분자 사이로 통과시켜 경화막 외부로 실린더 블록 성분을 배출할 수 있다.
전술한 실시 형태에서는, 마스크재 (10)을 이용해 패터닝 물질 (1)에 수행된 가공으로서 에칭을 예시했지만, 이는 여기에 한정되지 않는다. 주기적인 패턴이 형성된 마스크재를 이용하는 처리이면 충분하다. 예를 들면, 마스크재 (10)을 마스크로 사용하여 패터닝 물질 (1)에 불순물을 이온 주입할 수 있다. 이에 의해, 패터닝 물질 (1)의 상층 부분에, 불순물 확산층을 선택적으로 형성할 수 있다.
이상 설명한 실시 형태에 따라, 형상 정확도가 높은 미세 구조체의 제조 방법을 실현할 수 있다.
특정 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는, 예시로서 제시한 것일 뿐이며, 발명의 범위를 한정하고자 함이 아니다. 사실, 본원에 기술된 신규 실시 형태는 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있고; 또한 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 생략, 치환 및 변경을 실시할 수 있다. 첨부된 특허청구범위 및 그 등가물은 발명의 범위 및 요지에 포함되는 경우, 이들 실시 형태 및 그 변형을 포함하도록 의도된다. 또한 전술한 실시 형태는 서로 조합될 수 있다.
1: 패터닝 물질; 1a: 상면; 2: 기재막; 3: 커버막; 5: 가이드막; 5a: 상면; 5b: 측면; 6: 용액; 7: 소수성 블록; 8: 친수성 블록

Claims (21)

  1. 패터닝 물질 상에, 소수성의 기재막을 형성하는 공정,
    상기 기재막 상에 친수성의 커버막을 형성하는 공정,
    상기 커버막 및 상기 기재막에 개구부를 형성하는 공정을 포함하는 가이드막을 형성하는 공정으로서, 상기 개구부가 형성되고, 상면이 친수성이며 상기 개구부의 측면이 소수성인 가이드막을, 패터닝 물질 상에 형성하는 공정;
    소수성 부분 및 친수성 부분을 포함하고, 상기 소수성 부분의 길이가 상기 친수성 부분의 길이보다 긴 양친성 고분자를 함유하는 용액을 상기 패터닝 물질 및 상기 가이드막에 도포하고, 상기 용액을 상기 소수성 부분이 응집한 소수성 블록과 상기 친수성 부분이 응집한 친수성 블록으로 분리시키고, 상기 용액을 경화시켜 경화막을 형성하는 공정;
    상기 경화막으로부터 상기 친수성 블록을 제거해 마스크재를 형성하는 공정; 및
    상기 마스크재를 마스크로 사용하여 상기 패터닝 물질을 가공하는 공정을 포함하는 미세 구조체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 친수성 블록이 패터닝 물질의 상면에 평행한 방향으로 연장되는 실린더 형태이며, 상기 소수성 블록이 상기 친수성 블록을 덮어 상기 패터닝 물질의 상면 및 상기 경화막 내 개구부의 측면에 접하는 미세 구조체의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 패터닝 물질의 상면이 소수성인 미세 구조체의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 패터닝 물질 상에, 소수성의 기재막을 형성하는 공정과,
    상기 기재막의 상면에 개질 처리를 실시하는 것에 의해, 상기 기재막의 상면을 친수성으로 하는 공정과,
    상기 기재막에 개구부를 형성하는 공정을 포함하는 가이드막을 형성하는 공정;
    소수성 부분 및 친수성 부분을 포함하고, 상기 소수성 부분의 길이가 상기 친수성 부분의 길이보다 긴 양친성 고분자를 함유하는 용액을, 상기 패터닝 물질 및 상기 가이드막에 도포하고, 상기 용액을 상기 소수성 부분이 응집한 소수성 블록과 상기 친수성 부분이 응집한 친수성 블록으로 분리시키고, 상기 용액을 경화시켜 경화막을 형성하는 공정과,
    상기 경화막으로부터 상기 친수성 블록을 제거하는 것에 의해, 마스크재를 형성하는 공정;
    상기 마스크재를 마스크로 사용하여 상기 패터닝 물질에 대한 처리를 실시하는 공정을 포함하는 미세 구조체의 제조 방법.
  6. 패터닝 물질 상에, 친수성의 기재막을 형성하는 공정과,
    상기 기재막에 개구부를 형성하는 공정과,
    상기 기재막 상에 소수성의 커버막을 형성하는 공정과,
    상기 커버막을 에치백 처리하여 상기 개구부의 측면에 소수성의 측벽을 형성하는 공정을 포함하는 가이드막을 형성하는 공정;
    소수성 부분 및 친수성 부분을 포함하고, 상기 소수성 부분의 길이가 상기 친수성 부분의 길이보다 긴 양친성 고분자를 함유하는 용액을, 상기 패터닝 물질 및 상기 가이드막에 도포하고, 상기 용액을 상기 소수성 부분이 응집된 소수성 블록과 상기 친수성 부분이 응집한 친수성 블록으로 분리시키고, 상기 용액을 경화시켜 경화막을 형성하는 공정과,
    상기 경화막으로부터 상기 친수성 블록을 제거하는 것에 의해, 마스크재를 형성하는 공정과,
    상기 마스크재를 마스크로 사용하여 상기 패터닝 물질에 대한 처리를 실시하는 공정을 포함하는 미세 구조체의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 소수성 부분이 폴리스티렌이고,
    상기 친수성 부분이, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리(에틸렌-alt-프로필렌), 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리비닐 메틸 에테르 및 폴리에틸렌 옥사이드로 구성된 군에서 선택된 1종의 분자인 미세 구조체의 제조 방법.
  8. 패터닝 물질 상에, 친수성의 기재막을 형성하는 공정과,
    상기 기재막 상에 소수성의 커버막을 형성하는 공정과,
    상기 커버막 및 상기 기재막에 개구부를 형성하는 공정을 포함하는 가이드막을 형성하는 공정으로서, 상기 개구부가 형성되고 상면이 소수성이며 상기 개구부의 측면이 친수성인 가이드막을, 패터닝 물질 상에 형성하는 공정;
    친수성 부분 및 소수성 부분을 포함하고, 상기 친수성 부분의 길이가 상기 소수성 부분의 길이보다 긴 양친성 고분자를 함유하는 용액을 상기 패터닝 물질 및 상기 가이드막에 도포하고, 상기 용액을 상기 친수성 부분이 응집된 친수성 블록과 상기 소수성 부분이 응집된 소수성 블록으로 분리시키고, 상기 용액을 경화시켜 경화막을 형성하는 공정;
    상기 경화막으로부터 상기 소수성 블록을 제거해 마스크재를 형성하는 공정; 및
    상기 마스크재를 마스크로 사용하여 상기 패터닝 물질을 가공하는 공정을 포함하는 미세 구조체의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 소수성 블록이 상기 패터닝 물질의 상면에 평행한 방향으로 연장되는 실린더 형태이며, 상기 친수성 블록이 상기 소수성 블록을 덮어 상기 패터닝 물질의 상면 및 상기 경화막 내 개구부의 측면에 접하는 미세 구조체의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 패터닝 물질의 상면이 친수성인 미세 구조체의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 패터닝 물질 상에, 친수성의 기재막을 형성하는 공정과,
    상기 기재막 상의 상면에 개질 처리를 실시하는 것에 의해, 상기 기재막의 상면을 소수성으로 하는 공정을 포함하는 가이드막을 형성하는 공정;
    상기 기재막에 개구부를 형성하는 공정과,
    친수성 부분 및 소수성 부분을 포함하고, 상기 친수성 부분의 길이가 상기 소수성 부분의 길이보다 긴 양친성 고분자를 함유하는 용액을 상기 패터닝 물질 및 상기 가이드막에 도포하고, 상기 용액을 상기 친수성 부분이 응집된 친수성 블록과 상기 소수성 부분이 응집된 소수성 블록으로 분리시키고, 상기 용액을 경화시켜 경화막을 형성하는 공정;
    상기 경화막으로부터 상기 소수성 블록을 제거해 마스크재를 형성하는 공정; 및
    상기 마스크재를 마스크로 사용하여 상기 패터닝 물질을 가공하는 공정을 포함하는 미세 구조체의 제조 방법.
  13. 패터닝 물질 상에, 소수성의 기재막을 형성하는 공정과,
    상기 기재막에 개구부를 형성하는 공정과,
    상기 기재막 상에 친수성의 커버막을 형성하는 공정을 포함하는 가이드막을 형성하는 공정;
    상기 커버막을 에치백 처리하여 상기 개구부의 측면에 친수성의 측벽을 형성하는 공정;
    친수성 부분 및 소수성 부분을 포함하고, 상기 친수성 부분의 길이가 상기 소수성 부분의 길이보다 긴 양친성 고분자를 함유하는 용액을 상기 패터닝 물질 및 상기 가이드막에 도포하고, 상기 용액을 상기 친수성 부분이 응집된 친수성 블록과 상기 소수성 부분이 응집된 소수성 블록으로 분리시키고, 상기 용액을 경화시켜 경화막을 형성하는 공정; 및
    상기 경화막으로부터 상기 소수성 블록을 제거해 마스크재를 형성하는 공정을 포함하는 미세 구조체의 제조 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 소수성 부분이 폴리스티렌이고,
    상기 친수성 부분이, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리(에틸렌-alt-프로필렌), 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리비닐 메틸 에테르 및 폴리에틸렌 옥사이드로 구성된 군에서 선택된 1종의 분자인 미세 구조체의 제조 방법.
  15. 상면이 소수성인 패터닝 물질 상에 소수성의 기재막을 형성하는 공정;
    상기 기재막 상에 친수성의 커버막을 형성하는 공정;
    상기 커버막 및 상기 기재막에 개구부를 형성하는 공정;
    소수성 부분 및 친수성 부분을 포함하고, 상기 소수성 부분의 길이가 상기 친수성 부분의 길이보다 긴 양친성 고분자를 함유하는 용액을 상기 패터닝 물질에 도포하고, 상기 용액을 상기 친수성 부분이 응집한, 상기 패터닝 물질의 상면에 평행한 방향으로 연장되는 실린더 형태인 친수성 블록과, 상기 소수성 부분이 응집한, 상기 친수성 블록을 덮어 상기 패터닝 물질의 상면 및 상기 개구부의 측면에 접하는 소수성 블록으로 분리시키고, 상기 용액을 경화시켜 경화막을 형성하는 공정;
    상기 경화막으로부터 상기 친수성 블록을 제거해 마스크재를 형성하는 공정; 및
    상기 마스크재를 마스크로 사용하여 상기 패터닝 물질을 가공하는 공정을 포함하는 미세 구조체의 제조 방법.
  16. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 친수성 블록이 패터닝 물질의 상면에 평행한 방향으로 연장되는 실린더 형태이며, 상기 소수성 블록이 상기 친수성 블록을 덮어 상기 패터닝 물질의 상면 및 상기 경화막 내 개구부의 측면에 접하는 미세 구조체의 제조 방법.
  17. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 패터닝 물질의 상면이 소수성인 미세 구조체의 제조 방법.
  18. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 소수성 부분이 폴리스티렌이고,
    상기 친수성 부분이, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리(에틸렌-alt-프로필렌), 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리비닐 메틸 에테르 및 폴리에틸렌 옥사이드로 구성된 군에서 선택된 1종의 분자인 미세 구조체의 제조 방법.
  19. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 소수성 블록이 상기 패터닝 물질의 상면에 평행한 방향으로 연장되는 실린더 형태이며, 상기 친수성 블록이 상기 소수성 블록을 덮어 상기 패터닝 물질의 상면 및 상기 경화막 내 개구부의 측면에 접하는 미세 구조체의 제조 방법.
  20. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 패터닝 물질의 상면이 친수성인 미세 구조체의 제조 방법.
  21. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 소수성 부분이 폴리스티렌이고,
    상기 친수성 부분이, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리(에틸렌-alt-프로필렌), 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리비닐 메틸 에테르 및 폴리에틸렌 옥사이드로 구성된 군에서 선택된 1종의 분자인 미세 구조체의 제조 방법.
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