To control the self-assembly kinetics and morphology of high-χ block copolymers (BCPs) is important in order to apply BCPs self-assembly to next-generation nanofabrication. We employed hydroxyl-terminated polystyrene (PS-OH) homopolymer brushes with various molecular weights (MWs) for surface modification of Si guiding template to control the morphological transition of cylinder forming poly(styrene-b-dimethylsiloxane) (PS-b-PDMS) BCP. When PS brush with similar MW to PS-b-PDMS was used, highly ordered nanostructures were easily obtained. Furthermore, we controlled the self-assembled BCP morphology by manipulating the thickness of the PS-OH brush, and we successfully obtained well-aligned sub-20 nm line pattern in a short annealing time (~15 min) by means of binary solvent vapor annealing at optimum PS-OH brush condition. These results are expected to provide a new guideline for next-generation lithography technology based on high-χ BCPs.

차세대 나노리소그래피 공정 중 하나인 블록공중합체 유도자기조립을 전자 소자 제작 공정에 응용하기 위해서는 높은 상호인력계수를 가지는 블록공중합체의 자기조립 속도 및 형상을 제어하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는, 실린더 모폴로지를 형성하는 PS-b-PDMS 블록공중합체에 있어서, 자기조립 시의 형상 변화를 제어하기 위하여, 유도자기조립용 가이딩 템플릿의 표면을 다양한 분자량을 갖는 PS-OH의 고분자를 이용하여 표면을 개질하였다. 특히, 자기조립에 사용된 블록공중합체와 비슷한 분자량을 가지는 고분자 브러쉬를 사용하여, 열역학적으로 안정된 고정렬의 나노구조물을 얻을 수 있었다. 또한 PS-OH 브러쉬의 두께를 조절하여 PS-b-PDMS의 형상변화를 제어하였으며, 최적의 고분자 브러쉬 조건에서 열보조 용매어닐링 방법을 이용하여, 20 nm 이하의 선폭을 가지는 고정렬 라인 패턴을 단시간(약 15분) 내에 얻을 수 있었다. 이 연구 결과는, 높은 상호인력계수를 가지는 블록공중합체 자기조립 기반의 차세대 리소그래피 기술에 새로운 가이드라인을 제시할 것으로 기대된다.

Keywords: block copolymer, directed self-assembly, surface modification, morphology transition