High-resolution nanofabrication for device applications based on self-assembly and nanotransfer printing

Abstract

탄성 몰드를 활용한 나노 전사 프린팅 기술은 기능성 나노 구조체를 간단하게 제조할 수 있어, 나노 소자와 유연 전자 소자를 포함한 다양한 미래 소자 제작에 활용될 수 있는 높은 기술 잠재성을 보유하고 있다. 하지만, 높은 미래 잠재성에도 불구하고 50 nm 이하 수준의 높은 분해능이 확보되지 못했고, 균일한 패턴 복제 문제와 제조된 나노 구조체의 원할한 전사 문제가 해결되지 못해 실질적인 응용에 한계가 있어왔다. 본 박사학위 논문은 기존 나노 전사 프린팅 기술이 가지는 기술적 한계점들을 극복하기 위해 다양한 기술적 전략들을 제시하였다. 구체적으로, 기존 기술의 여러 한계점 들을 개선한 다섯 건의 개별 연구 결과들을 보고 하였다. 본 논문에서 저자는 블록 공중합체의 자기 조립을 활용하여 몰드 제작을 위한 고해상도 템플릿을 제작하고, 또한 자기 조립 기술을 이용하여 기존 기술 대비 분해능이 크게 향상된 새로운 나노 전사 프린팅 기술을 개발하였다. 또한, 유기 용매를 이용하여 기존 기술이 가지는 전사 효율 문제를 해결하고자 하였다. 이를 통해 제작된 20 nm 이하 수준의 초미세 나노 구조체들은 다양한 미래 소자 제작에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 첫 번째로, 유기 용매를 함유하는 고분자 젤 패드를 이용하여 10 nm 이하 수준의 자기 조립 패턴을 대면적으로 매우 빠르게 형성시킬 수 있는 새로운 어닐링 기술을 개발하였다. 고분자 젤 패드를 이용함으로써, 유기 용매 증기를 블록 공중합체 박막에 직접적으로 제공할 수 있고, 패드와 기판의 온도 등 공정 변수들을 체계적으로 제어함으로써 자기 조립 kinetics를 제어할 수 있었으며, 이를 통해 10 nm 이하 수준의 자기 조립 패턴을 1분이내로 매우 빠르게 형성시킬 수 있었다. 이렇게 형성시킨 자기 조립 패턴은 나노 전사 프린팅 용 몰드 제작을 위한 템플릿으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 두 번째로, 기존 나노 전사 프린팅 기술과 자기 조립 기술을 접목시켜 10 nm 이하의 높은 분해능을 가지는 새로운 나노 제조 기술을 개발하였다. 본 기술에서 PDMS 몰드 상에서 블록 공중합체의 균일한 자기 조립을 유도하기 위해서 PDMS 블록을 포함하는 블록 공중합체를 도입하였다. 새로운 나노 전사 프린팅 기술은 산화물, 금속, 고분자 등 다양한 조성의 기판 표면뿐만 아니라 유연 기판 등 다양한 기판상에 나노 구조체 형성이 가능하였으며, 기능성 나노 구조체의 형성 및 3차원 적층 구조 형성 또한 가능하였다. 세 번째로, 고분자 박막을 이용해 20 nm 이하 수준의 패턴 복제 기술을 개발하여, 이를 기반으로 하는 새로운 고해상도 나노 전사 프린팅 기술을 개발하였다. 본 기술에서는 기존 기술의 또 다른 한계점인 낮은 전사 효율 문제를 해결하기 위해, 유기 용매 증기를 이용한 접착력 제어 원리를 도입하였다...