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수한 빈
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1 저작자표시 - 비영리 - 동일조건변경허락 2.0 대한민국 이용자는아래의조건을따르는경우에한하여자유롭게 이저작물을복제, 배포, 전송, 전시, 공연및방송할수있습니다. 이차적저작물을작성할수있습니다. 다음과같은조건을따라야합니다 : 저작자표시. 귀하는원저작자를표시하여야합니다. 비영리. 귀하는이저작물을영리목적으로이용할수없습니다. 동일조건변경허락. 귀하가이저작물을개작, 변형또는가공했을경우에는, 이저작물과동일한이용허락조건하에서만배포할수있습니다. 귀하는, 이저작물의재이용이나배포의경우, 이저작물에적용된이용허락조건을명확하게나타내어야합니다. 저작권자로부터별도의허가를받으면이러한조건들은적용되지않습니다. 저작권법에따른이용자의권리는위의내용에의하여영향을받지않습니다. 이것은이용허락규약 (Legal Code) 을이해하기쉽게요약한것입니다. Disclaimer

2 工學碩士學位請求論文 Photolithography 와 imprint lithography 를사용한 새로운 3 차원구조물제작방법 Fabrication of 3-D structures using photolithography and imprint lithography 2009 年 2 月仁荷大學校大學院情報工學科申相顯工學碩士學位請求論文

3 工學碩士學位請求論文 Photolithography 와 imprint lithography 를사용한 새로운 3 차원구조물제작방법 Fabrication of 3-D structures using photolithography and imprint lithography 2009 年 2 月指導敎授朴世根 이論文을碩士學位論文으로提出함 仁荷大學校大學院情報工學科申相顯

4 이論文을柳漢碩의工學碩士學位論文으로認定함 年 2 月主審副審委員

5 요약 본연구에서는 thermal imprint lithography의장점과 photolithography의장점을결합하여 hybrid imprint lithography (HIL) 공정을개발하였다. 이를통해여러번의공정을거치지않고한번에 3차원구조물을손쉽게제작할수있는방법을제시하였다. Thermal imprint lithography의공정조건 ( 시간, 온도, 압력 ) 을최적화하기위한실험을진행하였다. 이를위한기준공정시간은 240 초, 온도는 60, 압력은 20 bar를사용하였다. 그리고제작된 nano mold에의해형성된패턴을 SEM을통해확인하였다. Mold에는 self-assembled-monolayer (SAM) 을형성하여서 surface energy를상당히낮추었으며, 이를 anti-stiking layer로사용하였다. 보통제작되는패턴은나노구조물과마이크로구조물을동시에제작하기까다롭지만본연구에서제작된패턴은한번의 photolithography공정을통하여나노패턴과마이크로패턴을한번에같이제작하였다. 소자의제작시기존의제작방법을단순화하여복잡한공정단계와고가의장비에의존을줄이고간단한공정을통한 3차원구조물을제작할수있다. 또한여러방면의소자개발에도많은기여를할것이다. i

6 Abstract This study is running Hybrid Imprint Lithography (HIL) that is combined with merits of thermal imprint and photolithography. This process presents a way which help make a three dimensional structure at once without many processes. This research is optimized for time, temperature, and pressure when it is in thermal imprint process. It is used for a standard process time that the time of 240s, the temperature of 60, and the pressure of 20bar. In addition, it is confirmed for minimum measurement value of a mold by Scanning Electron Microscope (SEM). It is considerably lowered for surface energy with forming of Selfassembled-monolayer (SAM) on the mold. It has been well known that it is difficult to fabricate nano and micro structure patterns at once, however, these patterns can be made in an one time process of photolithography in this research. With this process, we can successfully complete the three dimensional structure with reducing complex process steps and dependence of expensive equipment. Moreover it will contribute to many kinds of development of devices. ii

7 목차 요약 ⅰ Abstract 그림목차 표목차 ⅲ ⅴ ⅵ 1. 서론 1 2. 본론 Nano imprint lithography 공정과장치구조 유도결합플라즈마 (ICP) 시스템과구조 접착방지막 실험방법 Nano mold 제작 Hybrid imprint lithography 공정 실험결과및토의 Nano mold 제작 Anti-sticking layer(sam) 압력 (Pressure) 변화에따른영향 온도 (Pressure) 변화에따른영향 시간 (Pressure) 변화에따른영향 Nano mold의최적조건 Hybrid imprint lithography process 결론 33 참고문헌 34 iii

8 그림목차 Fig. 1 International Technology Roadmap for Semiconductors Fig. 2 Potential applications of several lithography technologies Fig. 3 Various microstructure fabrication techniques Fig. 4 Process fiow of nano imprint lithography Fig. 5 Obduca NIL-6 equipment of Obduca inc Fig. 6 Schematic diagram of ICP Fig. 7 Process of SAM deposition on the surface of stamp using solution deposition method Fig. 8 Schematics of SAM layer Formation; (a) Reaction of HDFS and H2O molecules (b)sam formation after dehydration reaction Fig. 9 NSR-S203B stepper of Nikon inc Fig. 10 ICP equipment picture Fig. 11 Cross with Top view SEM of Nano mold Fig. 12 Process Schematics of hybrid imprint lithography Fig. 13 Cross with Top view SEM of Nano mold Fig. 14 A contact angle comparison and imprint pattern comparison of flouro-carbon layer with self assembly mono layer(sam) Fig. 15 SEM image of pressure change by pattern result Fig. 16 SEM image of temperature change by pattern result iv

9 Fig. 17 SEM image of time change by pattern result Fig.18. Optimization condition a process result of nano mold Fig.19. Successfully complete the three dimensional structure v

10 표목차 Table. 1 Development of lithography Table. 2 Resolution of Molding, Soft lithography vi

11 Ⅰ. 서론 DREM, LCD, PDP, LED 등반도체공정을사용하는산업은 21 세기최고의 산업이라할수있다. 이러한산업은 1947 년 Bell 연구소에서처음으로 트랜지스터를개발한것을시작으로, 반도체산업은비교적짧은기간내에많은기록과성과를낳았다 년반도체산업의개척자로불리는 Jack Kilby 는세계최초로집적회로 (integrated circuit) 를개발했고, 1965 년에 Gordon Moore 는소위 Moore 의법칙으로알려져있는이론을통해마이크로칩의처리능력이 18 개월마다두배로증가할것이라고주장하였으며, 6 년후인 1971 년 Intel 은현재우리들의컴퓨터의뇌와같은역할을하는마이크로프로세서를개발하였다. 반도체제품의고성능화, 다양화가급속하게진전되면서, 반도체디바이스의미세화와고집적화의원동력이되는노광기술에대한요구도더욱다양화, 고도화되어가고있다. 그러나, 현재양산기술의주류인광노광기술에서는광학성능의한계를드러내면서, 3 차원구조를가지는소자에대한연구가주목받고있다. 현재 3 차원구조를가지는미세소자제작은대부분 photolithography, 식각과증착등복잡한반도체공정을이용하여만들어지고있다. 각각의공정이추가될때마다비용은높아지고, 많은시간, 수율이낮아지는등신뢰성과산업화에있어서큰단점들을가지게된다. 이러한문제를극복하기위하여 3 차원구조를쉽게제작하기위한 lithography 공정을연구하였고, 그결과 LIGA (an acronym from German words for lithography, electroplating, and molding), multiphoton absorption polymerization 과 multi-beam - 1 -

12 interference lithography 의방법들이연구되었으나, 이들은대면적, 공정 신뢰성및양산성에맞지않아산업화에는실패를하였다. Nano Imprint Lithography (NIL) 방법은낮은비용으로높은생산성을가질수있고, 오직형판에의해서해상도가결정되며실온과상압에서공정이가능한장점이있다. 이방법은 Fig. 1 의 2005 년 ITRS 에서발행된노광공정에대한 roadmap[1] 에서볼수있듯이 32nm 이하에서적용될수있는기술로써제안되고있다. Fig. 2 에서는 Stanford 대학에서 Prof. R Fabian Pease 의 data 최소 dimension 에대한산출량의관계를나타낸도표이다. 이도표에서처럼 NIL 이 minimum dimension 과 throughput 에서높은값을 차지하고 수있다. 있고차세대 lithography 기술로써연구개발의필요성이높다할 또한 NIL 의큰장점으로는회절에의한형상재현에제한이없다는 것이다. 일반적인 photolithography 를보면빛파장에의해형상을재현하는 한계를가지는데이방법은그런한계를가지지않는다. 그리고평탄하지않은 면에도항상재현이가능하다는것이다. 최초원형 mold 제작시굴곡을 만들어주면굴곡이있는면에도형상재현이가능하다. 표 1 은 1998 년도까지상용화된 photolithography 기술들및그당시의 개발되고상용화될시기를예측하고보여주고있다. Photolithography 가아닌 molding, soft lithography 등의방법을사용할때의 resolution 을표 2 에서보여준다. 본연구에서는 thermal imprint와 photolithography를결합하여 hybrid imprint lithography (HIL) 공정을개발하여여러번의공정을거치지않고한번에손쉽게 3차원구조물을제작할수있는방법을제시하였다

13 Thermal imprint을할때에는공정조건 ( 시간, 온도, 압력 ) 을최적화하여최소mold 설계치를 SEM으로확인하였고, 제작된패턴을한번의 photolithography공정을통하여나노패턴과마이크로패턴을한번에같이제작하였다. 소자의제작시기존의제작방법을축소하여복잡한공정단계와고가의장비에의존을줄이고간단한공정을통한 3차원구조물을제작을하였다

14 Fig.1 International Technology Roadmap for Semiconductors Fig.2 Potential applications of several lithography technologies - 4 -

15 Table. 1 Development of lithography Year Lithography method Resolution Bit [nm] [DRAM] Photolithography (λ) 1992 UV (436nm), g line of Hg lamp M 1995 UV (436nm), g line of Hg lamp M 1998 DUV (248nm), KrF excimer laser M 2001 DUV (248nm), KrF excimer laser 180 1G 2004 DUV (248nm), KrF excimer laser 120 4G 2007 DUV (248nm), dimer discharge from argon laser G 2010 Advanced lithography Extreme UV (EUV,13nm) Soft X-ray (6-40nm) Focused ion beam (FIB) Electron beam writing Table. 2 Development of lithography Method Resolution Injection molding Embossing (Imprinting) Cast molding Soft lithography 10nm 25nm 50nm 30nm - 5 -

16 2. 본론 2-1. Nano Imprint Lithography 공정과사용장비 Nano Imprint Lithography 기술은프린스턴대학의 Stephen Y. Chou 교수등이제안한나노복제기술로서 Fig.3. 를통해서볼수있듯이기존의나노패터닝기술들에비하여상대적으로제작단가가낮고공정시간이짧은장점을지닌다 [2]. Fig.4는 NIL 공정을나타낸것으로 mold 표면의나노크기형상을 resist에복제하는공정인 imprint 공정과 imprint 공정후남는 residual layer를제거하는 pattern transfer 공정으로이루어진다. Chou 교수가개발한 NIL 기술은열을가하는형태를취하고있다. 이방법을반도체디바이스개발에적용할경우, 열변형에의해다층정렬이어렵다는단점을갖고있으며, 고온, 고압 (~200, 50bar 정도 ) 공정조건때문에이미제작된구조물의파손을일으킬소지가있고, 불투명한스탬프는다층화정렬작업에불리하게작용한다. 이런문제점을해결하기위해텍사스오스틴대학의 Sreenivasan 교수등은 1999년에대표적인 UV 임프린트공정인 Step & Flash Imprint Lithography(SFIL) 공정기술을제안하였는데, 이공정기술은 UV 경화소재를사용하여상온저압으로나노구조물을제작할수있는기법으로, 자외선이투과할수있는재질 (Quartz, Pyrexglass 등 ) 을사용한다는점이특징이다 [4]. SFIL 공정에서는먼저전달층 (transfer layer) 이실리콘기판위에스핀코팅되며, 이어 UV 투과성스탬프가전달층과일정간격이유지된상태에서저점성 UV 경화수지를표면장력에의하여안으로충전되도록하고, 충전이완료된시점에서스탬프를전달층과접촉시키고, UV를조사하여 UV - 6 -

17 경화수지를경화시킨후, 스탬프를분리하고 etching과정과 lift-off 과정을거쳐나노구조물이기판위에각인되도록하는것이며, 현재는전달층과스탬프사이에 UV 경화수지용액을떨어뜨린후스탬프로가압하는방식으로연구가진행되고있다 [5]. NIL 공정기술은평평하고단단한기판외에도빛이투과되고유연한특성을이용하기위하여유연한기판에도적용되어연구되고있다 [6]. 본실험에사용된임프린팅장비는 Obducat 사의 Obduca NIL-6 장비를 사용하였다 [Fig.5]. UV 및 Thermal 방식의임프린팅장치를한시스템내에서동시에운용하거나 UV 또는 Thermal 임프린팅방식을선택적으로응용할수있는장비이다. 또한 production 기반의어플리케이션을지원하기위하여 "Aligner", "Auto-Semi Demolding" 장치가본장치에내장되어고도의정밀성및효율성을보장할수있다. 그리고온도의범위와압력의범위가상온상압에서 300, 80 bar까지의공정이가능하다는장점이있다

18 Fig.3 Various microstructure fabrication techniques - 8 -

19 Fig.4 Process flow of nano imprint lithography Fig.5 Obduca NIL-6 equipment of Obduca inc - 9 -

20 2-2. ICP 시스템 ICP의상단을보면 RF전력을가할수있는전극에서부터챔버의윗부분둘레에있는여러개의코일들이연결되어있다. 이코일들은직각방향으로자기장을번갈아가며발생시킨다. 그리고이번갈아생성되는자기장은다시수평방향으로전기장을번갈아가며원형으로생성시키게된다. 전자들은전기장에의해원형으로이동하며, 더많은분자와충돌하게되고, 낮은압력에서높은밀도의플라즈마를생성시킨다. 웨이퍼에는 ECR과같이이온충돌을줄수있는분리된 RF 발생기를사용하여바이어스를가해줄수있다. 이온밀도는 2개의전극사이에서 RF 전력에의해서자기장과이온에너지를조절하여제어할수있고, 기본적으로저압플라즈마에는 4가지의다른식각원리가있다. A. 스퍼터링식각스퍼터링에따르면, 기판재료는순수하게물리적인방법에의해제거되는것이다 ; 기판에서에너지와모멘텀에의해서형성된쉬스영역에수직적으로형성된에너지를가지는이온. 스퍼터링된물질은챔버에서반응물질에교차될수있고, 벽에대항하여도착하게된다. 이스퍼터링식각은순수하게물리적이고, 높은에너지를필요로하기때문에선택적인식각은적어지게된다. 스퍼터링은또한작은면이나트렌치에서낮은식각률을가지고, 이온충돌과충격으로부터기판에전기적인손상을입힌다. B. 화학적인식각 이상적인화학적식각에서플라즈마의단순한기능은기체화된식각종의공급

21 을유지하는것이다. 그결과로, 첨가가스가고유하게반응하는것일때는플라즈마가없이도이원리에의해서식각이가능하다. 예를들면, 실리콘은종종 CF 4 나 NF 3 플라즈마에의해서발생되는플로린원소를사용하여식각되어진다. 그러나실리콘은 ClF 3 가스에서최종식각물인 SiF 4 변형되어자발적으로식각되어진다. 화학적인식각은원래부터가장선택적인식각원리를가진다. 그때문에열에너지를충분히같지못하게되었을때, 원하지않는식각종들은반응할수없다. 그와반대로스퍼터링에서비휘발성물질은반응로에서축출될수있고, 휘발성반응생성물은화학적식각을위해서필요하다. 비휘발성생성물은표면에서모일것이고더나아가반응물로부터표면을보호할것이다. C. 이온가속식각이온가속식각에서가스현상으로부터기판과중성자사이에반응물은이온충격에의해서가속되어진다. 다시말해서방전은식각공정에서식각입자와활성이온들에의해형성된다. 식각원자와활성이온들의결합은스퍼터링과화학적식각의나누어진원리보다는더욱더효과적으로나타난다. 이식각방법은또한매우비등방성할수있으나선택비는화학적인식각보다는낮은게일반적이다. D. 이온가속억제식각이원리는 3가지구성요소가필요하다 : (1) 반응성중성식각종, (2) 표면에서의이온의흐름, (3) 억제막-형성종. 이방전은단지식각원자와활성이온뿐만이아니라소위억제프리커서분자라불리우는것으로형성된다. 이후자는

22 보호되는막을형성하여타겟물질위에증착되어진다. 이식각원소는이온충돌과억제물의결핍에서높은화학적식각율을얻을수있다. 충돌되는이온의흐름은억제막이형성되는것을방해한다. 그리고이층에서식각원소에노출된타겟의표면은제거되어진다. 그러나다른말로타겟표면은억제막이없는곳에서만식각이이루어진다. 이러한방법에서이온가속억제식각은매우선택적일뿐만아니라비등방적인식각이다. 본연구에사용된유도결합플라즈마식각장치의구조는 Fig.6 과같다. 나선형모양의 4-turn 안테나에자동임피던스정합장치를통해고주파전력 (13.56MHz) 을인가한다. 안테나를통해서발생된전자기장을통해서전자들이가속되고, 기체방전을일으키게된다. 식각특성향상을위해웨이퍼가놓이는스테이지에추가적인고주파전력 (13.56 MHz) 을연결하여플라즈마밀도와독립적으로이온에너지를조절할수있게하였고, 식각과정중온도를조절하기위한석영클램프와냉각장치 (chiller), 그리고헬륨냉각시스템 (He backside cooling system) 이설치되었다

23 13.56MHz 2MHz Fig.6.Schematic diagram of ICP

24 2-3. 접착방지막마이크로및나노기술에서패턴형성기술은점차복잡하고치수가작아지는추세이다. 이러한패턴성형방법으로는포토리소그래피공정이적용되고있으나, 최근에소프트리소그래피기술인몰딩 (molding) 방법이대두되어포토마스크대신에마스터를사용하여고분자표면에직접식각하는임프린트 (imprint) 기술이등장하였다 [7]. 임프린트기술은핫엠보싱리소그라피또는나노임프린트리소그라피가대표적인기술로서나노구조물성형에많은연구가진행되고있다 [7-9]. 임프린트기술을이용한구조물의복제에서고분자표면과마스터계면의접착력에의해구조물의변형또는파손이발생되는문제점이있다. 또한마스터자체도기계적인손상이발생되어구조물이성형된고분자표면의오염도발생된다. 위의문제점을해결하기위하여박막의 anti-sticking layer 를마스터표면에형성시켜계면에서의접착력을줄이는연구가진행되고있다. 이러한방법으로는 casting, immersion, vapor deposition 또는 spraying 법과같은마스터표면에단순코팅하는방법이있지만수명이짧고, 높은온도및안전성이낮은문제점이있다. 따라서마스터표면과의화학반응에의한안정한 anti-sticking layer 를형성하는연구가진행되고있다 [10]. 마스터표면과의화학반응은실란화합물을실리콘마스터에직접반응시켜단층의유기박막을형성시키는 self-assembled monolayers (SAM) 방법이개발되어임프린트기술에이용되고있다 [11]. SAM 형성물질로는플루오르탄소화합물을많이사용하는데, 이는플루오르와탄소결합이

25 매우안정하고, 표면자유에너지가낮아 anti-sticking 물질로많이사용되고있다 [12]. 스템프와 transfer layer의점착현상을방지하기위해 N-hexane와 HDFS를섞은용액을사용하여 wafer에 SAM을 coating하는방법에관한모식도이다. SAM의형성메커니즘을살펴보면 heptadecafluoro-1,1,2,2- tetra-hydrodecyl(hth) 과 Cl분자가 Si를중심으로결합된 (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetra-hydrodecyl)trichlorosilane (CF 3 (CF 2 ) 5 (CH 2 )2SiCl 3 ) 이 H 2 O 3분자와반응하여, Si를중심으로친수성인 3개의 -OH기와소수성의 HTH기가결합한물질을형성하게된다.(Fig.7) 이물질을 -OH기가 terminate되어있는기판표면과반응시키면서 H 2 O가빠져나가는탈수반응에의하여기판표면에는 Si와 HTH기만남는 SAM이형성된다. 따라서기판표면은 HTH기에의해소수 (hydrophobic) 상태로변하게된다 [Fig.8]

26 Fig.7 Process of SAM deposition on the surface of stamp using solution deposition method

27 Fig.8 Schematics of SAM layer Formation; (a) Reaction of HDFS and H 2 O molecules (b)sam formation after dehydration reaction

28 3. 실험방법 3-1 Nano mold 제작 Hybrid imprint lithography를사용하여한번에패턴을만들기가어려운 nano 패턴과 micro 패턴을제작하기위하여 mold는 nano 크기의패턴들을제작하였다 [Fig.11 a]. Nano mold는다양한크기를가지는패턴들을제작할수있게하기위하여 50, 100, 150, 200, 250, 300 nm의크기를가질수있도록 line 패턴들을설계하여제작을하였다 [Fig.11 b]. Mold의재질은실리콘기판위에 oxide가 500 nm 정도의두께로증착이되어있는 wafer를사용하였다. 패턴을형성하기위하여 KrF용감광제를사용하여 stepper[nikon, NSR-S203B] 를사용하였으며, 이를 ICP를사용하여식각공정을수행하였다. 식각공정은 CF 4 와 Ar을 35sccm : 15sccm 약 7:3 비율로혼합하여사용하였으며, 공정압력은 30 mtorr를유지하였다. 플라즈마발생전력은 1000 W에서시행하였으며, 바이어스전압은 -250 V에서수행하였다

29 Fig.9. NSR-S203B stepper of Nikon inc Fig.10. ICP equipment picture

30 Fig.11 Cross with Top view SEM of Nano mold

31 3-2. Hybrid imprint lithography process 앞에서만들어진 nano mold를이용하여 hybrid imprint lithography process공정을진행하려고한다. hybrid imprint lithography는리소그래피의 UV를이용하여패턴을 1:1 조사하므로써패턴을원하고자하는모양그대로형성할수있는장점을사용한것이고, 또한임프린트의장점인패턴을손쉽게똑같이복제할수있는기술을접목시킨방법이다. 이방법을이용한공정순서는다음과같다. 1. Si wafer 위에 AZ1518을도포한다. 2. Spin coating을통해약3μm의두께로만들어준다. 3. Soft bark를통하여솔벤트를제거해준다. 4. Nano mold의최적공정조건으로패턴을형성하여준다. 5. Imprinting 되어진패턴에노광을실시해준다. 6. Developing을통하여최종적인구조물을형성해준다. 다음과같은공정을거쳐주게되면원하고자하는 3차원구조물이형성된다. Fig.12 는 hybrid imprint lithography의공정을나타내주는그림이다

32 Fig.12 Process Schematics of hybrid imprint lithography

33 4. 실험결과및토의 4-1. Nano mold 제작제작된 nano mold 는 50, 100, 150, 200, 250, 300 nm 의폭을가지는 line 들이잘형성되었으며, 500 nm 정도의깊이만큼식각이되어 oxide 구조물을제작할수있었다. 재료적인측면에서 Oxide 구조물은실리콘구조물에비해내구성이뛰어나 NIL 공정의반복적인임프린팅을더많이시행할수있다. 구조적인측면에서는식각된구조에서식각된바닥면과측면이 이루는각이 100 o 를이루어 NIL 공정시에사용되는 mold 의 구조로적합하다. 또한, nano size 의다양한패턴크기에비해서패턴의높이가일정하여임프린팅시에압력과온도, 시간변화에따른패턴의전사를관찰할수있도록하였다. 따라서, Oxide 재질로 nano 패턴을형성시켜제작된 nano mold 는 NIL 공정에사용하기에적합하게제작이됐다

34 Fig.13 Cross with top view SEM of nano mold

35 4-2. 접착방지막 NIL 공정을하는데있어서 mold의패턴이잘전사가되기위해서는 mold표면의에너지가중요하다. 즉, 패턴의전사는 mold에서복제품이잘떨어지는가에달려있다. 이러한문제점을해결하기위해 NIL공정에사용되는 mold에는접착방지막이코팅을해준다. 주로많이쓰이는 Flouro-carbon 막은 mold의재질에상관없이거의모든 mold 에사용할수있어서많이이용되고, 표면의접촉각도 110 o 로 표면에너지가낮아접착방지막으로적합하다. 하지만 NIL 공정의반복 사용시에는 26 번이후에는파손이된다는논문이보고되었다. 또한 nano 급 패턴을전사시킬때에는 Fig.14 에서보듯이오염된표면이관측이되어 nano mold의접착방지막으로는부적합하다. 본실험에서는이러한 Flouro-carbon의문제를해결하기위하여 SAM을사용하였다. SAM은 Flouro-carbon layer 보다페턴형상이더깔끔하고깨끗하며보다반영구적으로사용할수있다는것이큰장점이있지만 oxide 재질의 mold 표면에서만코팅이가능하다는단점이있다. 우리의실험에서는 nano mold의재질이 oxide 재질임으로 SAM을사용하는데문제가없다

36 Fig.14 A contact angle comparison and imprint pattern comparison of flouro-carbon layer with self assembly mono layer(sam)

37 4-3. 압력 (Pressure) 변화에따른영향 압력변화에대한영향을분석하기위하여 imprint 과정중에기판에인가하는온도는 60 로고정하였으며 imprint시간은 240초로고정한이후에 imprint압력을 10bar ~ 30bar까지총5번의압력의변화를주어실험을하였다. 그결과압력이증가할수록패턴에누르는힘의세기가다르기때문에기판에형성되는패턴의폭이변화가생겼다. 압력을크게줄수록패턴이형성되는것이선명하지만압력을너무많이인가해주게되면 wafer에무리를주어파손되는현상이생겼다. 낮은압력으로눌리게되면패턴이선명하지못하고눌리다만듯한현상이일어난다. Fig.15.(a) 는낮은압력으로눌렀을때이고 (c) 의그림은큰힘으로눌렸을때이다. 그러나본실험은낮은압력으로도패턴의형성이선명하게된다는것을보여주고자하는의도가있다. 그래서 Fig.15(b)20bar에서형성된패턴이가장좋다고선택하였다

38 Fig.15. SEM image of pressure change by pattern result

39 4-4. 온도 (Temperature) 변화에따른영향 온도변화에대한영향을분석하기위하여 imprint 과정중에기판에인가하는압력은패턴형성이균일하게나왔던 20bar로고정하였으며 imprint시간은 240초로고정한이후에 imprint 온도를 45 ~ 105 까지 15 씩변화를주어총5번의시간의변화를주어실험을하였다. 그결과누르는힘의세기와시간이같고온도가변할수록패턴에형성되는패턴의형성변화가생겼다. 온도를 45 에가깝게줄일수록패턴이수직으로생기지않고둥글둥글하게형성되었고, 온도를 105 에가깝게인가해주면패턴형성에무리를주어패턴에파손과패턴이떨어지는현상이생겼다. Fig.16.(a) 는낮은온도 45 눌렀을때이고 (c) 의그림은가장높은 105 눌렸을때이다. 본실험은낮은온도로패턴의형성이선명하게된다는것을보여주고자하는의도가있다. 그래서 Fig.16.(b) 와같이 60 에서형성된패턴이가장좋다고선택하였다

40 Fig.16. SEM image of temperature change by pattern result

41 4-5. 시간 (Time) 변화에따른영향 시간변화에대한영향을분석하기위하여 imprint 과정중에기판에인가하는압력은낮은압력으로도잘나왔던 20bar로고정하였으며 imprint온도는낮은온도에서도패턴이형성되었던 60 로고정한이후에 imprint시간을 120초 ~ 300초까지 60초씩변화를주어총5번의시간의변화를주어실험을하였다. 그결과누르는힘의세기가같고시간이변할수록패턴에형성되는패턴의폭이변화가생겼다. 시간을짧게줄수록패턴이수직으로생기지않고약간씩무너져있었고, 시간을너무많이인가해주게되면패턴형성에무리를주어파손되는현상과패턴이떨어지는현상이생겼다. Fig.17.(a) 는적은시간으로눌렀을때이고 (c) 의그림은긴시간으로눌렸을때이다. 본실험은적은시간으로패턴의형성이선명하게된다는것을보여주고자하는의도가있다. 그래서 Imprint시에패턴형성이선명하고짧은공정시간을보인 Fig.17.(b) 와같은패턴이가장좋다고선택하였다

42 Fig.17 SEM image of time change by pattern result

43 4-6 Nano mold 의최적공정조건 본실험은현재일반적으로사용되는 novolak 계열의감광제를사용하는것으로 3차원구조를제작하기위해쓰이는 NIL공정에이해서감광제의변형이나파손이있어서는않된다. 따라서, 본실험의목표는보다낮은공정온도와짧은공정시간, 적은압력으로 nano mold를사용하여 NIL 공정을실행하였을때 300 nm에서 50 nm 까지패턴이잘나와야한다. 이러한공정설계를하였을때 imprint 압력이 20 bar, 온도는 60, 시간은 240초에서이를만족할수있었다. 이를만족하는최적의공정조건으로만들어진패턴이 Fig.18에보여지는사진이다. 모든조건을만족하는이패턴을이용하여나노몰드의최적화를실행할수있었다

44 Fig.18 Optimization condition a process result of nano mold

45 4.7. Nano 패턴과 micro 패턴이같이있는구조 Nano 급패턴과 micro 급패턴이같이있는 3차원구조물을제작하기위하여 hybrid imprint lithography를사용하였다. Nano패턴은 nano mold를 imprinting을사용하여패턴을형성하였으며, 최적화된공정조건인 imprint 압력 20 bar, 온도는 60, 시간은 240 초에서실시하였다. 다음으로패턴이형성된 AZ-1518 감광제를 photolithography를통하여 micro급패턴을형성하였다. 이러한방법으로패턴작업을할때는 developing 공정의시간에의해패턴의형태가변화되어졌다. 현상시간은 Fig.19 (a)(b)(c)(d) 같이 40, 80, 120, 140 초의시간을주어가며실험을실시하였다. 최적의현상시간은 Fig.19(c) 120초로패턴의정의가가장정확하게나왔으며이보다시간이적을경우에는패턴을정의하지않은부분에서도패턴이형성이되는문제점이나타났으며, 시간을넘겼을경우는정의된패턴을변형시키는문제점을보이기도하였다. 따라서최적의 developing 시간을찾는것이 hybrid imprint lithography 에서매우중요하다

46 Fig.19. Successfully complete the three dimensional structure

47 5. 결론 본연구는 3차원구조를쉽게제작할수있는 hybrid imprint lithography공정방법을 Fig. 12를통하여제안하였다. 이공정은 imprint에서문제가되는 residual layer의높이를제어하여구조물의한부분으로제작하고, 새로운공정의추가없이한번의 photolithography를사용하여실제적용을쉽게하였다. 또한낮은공정온도와짧은공정시간, 적은압력으로 mold를 imprint했을때에도패턴이수직적으로원하는모양그대로패턴이형성된다는 것을보여주기위해다음과같은 패턴의공정조건을제시하였다. Imprint 압력이 20bar, 온도는 60, 시간은 240초에서 Fig. 20. 과같은패턴을얻을수있었으며, hybrid imprint lithography를통하여 3차원구조물을손쉽게만들어낼수있었다. 이것은여러번의공정과정없이나노패턴과마이크로패턴을동시에제작할수있다는것을제작하고확인할수있었다. 이러한방법을통하여여러가지 3 차원구조물을제작하여여러방면의소자에쓰일수있게하고자하는것이최종적인목표이다

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