나노자성체의 2차원 배열구조 제조방법 document_id A220623010126

본 발명은 나노자성체의 주기적 배열구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정보저장소자 또는 미소자기장 생성 및 검출소자 등에 적용가능한 나노자성체의 주기적 배열구조를 효과적으로 제조하기 위한 방법 및 이에 사용될 수 있는 전자리소그래피방법에 관한 것이다. 강자성특성을 갖는 나노크기의 입자(dot)는 자기기록매체의 기본 단위로 제공될 수 있으며, 국부적이고 불균일한 미소 자기장의 생성 및 검출하는 소자에 적용하는데 있어서도, 많은 장점을 갖는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 나노크기의 매우 작은 자성체에서는 한쪽 방향으로 자기력을 갖는 균일한 자기상태, 즉 단자구 상태(single domain)를 구현하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 나노자성체의 크기와 축비(aspect ratio)를 제어함으로써, 볼텍스(vortex)구조를 가질 수 있으며, 나아가 외부 자기장으로 볼텍스-단자구의 가역적인 변화를 조절할 수 있다. 이와 같이, 나노자성체의 배열구조는 개별 나노자성체의 자화제어를 통해 자기정보저장 단위(cell)이나 국부적으로 불균일한 자기력을 발생시키고 검출할 수 있는 매우 독특한 특성을 얻을 수 있다. 이런 특성을 이용하기 위해서,상기 나노자성체 어레이는 2차원적인 주기적 배열구조(periodic array)로 제조되어야 하며, 나노자성체의 크기가 작을수록 보다 우수한 성능을 기대할 수 있다. 최근에 나노자성체의 배열구조는 자기기록매체의 기록밀도 증가경향에 따라 보다 많은 연구가 수행되며 발전되어 오고 있다. 박막공정으로 형성된 연속적인 자성합금박막은 수많은 나노크기의 결정립 각각이 정보저장단위로서 제공되므로, 패터닝 공정이 요구되지 않을 수 있으나, 다양한 측면에서 특성의 향상을 위해서, 나노자성체의 배열구조는 나노리소그래피(nano-lithography)공정을 이용하여 자기적으로 고립된 각각 나노자성체를 형성할 수 있다. 이를 통상적으로 패터닝된 매체(patterned media)라고도 한다. 이러한 나노 리소그래피공정으로는 대표적으로 다양한 크기와 형상의 나노자성체를 쉽게 패터닝할 수 있는 전자빔 리소그래피공정이 고려될 수 있다. 종래의 전자빔 리소그래피공정에 사용되는 전자빔 감광제(electron beam resist, ER)은 분해능(resolution)을 높이기 위해서 분자크기(moleucle size)가 상대적으로 작은 PMMA 또는 ZEP520A 등을 사용한다. 이러한 고분자 감광제는 전자빔 민감도가 높아 전자빔 가속전압(예, 50㎸ 이상)을 높이는데 제한이 있다. 100nm이하 크기수준의 좁은 간격을 갖는 나노자성체의 배열구조를 패터닝하는데 어려움이 있다. 보다 구체적으로, 현재 가장 널리 사용되고 있는 고분자 감광제인 PMMA (polymethyl methacrylate)의 분자 크기는 대략 20∼30nm 이다. 고분자 감광제는 전자빔에 대한 감도가 매우 높아 전자빔의 가속전압을 증가시킬 수 없다. 이런 이유로 실제 100nm이하 크기의 나노패턴을 정확한 형상과 크기로 형성하는데 재현성이 없을 뿐만 아니라, 수율이 매우 낮다. 또한, 전자빔리소그래피 적용 후에 공정인 이온밀링(ion-milling)과 같은 건식식각공정에서 고분자인 전자빔 감광제가 쉽게 손상되므로, 마스크로서 사용할 수 없는 단점이 있다.