의용나노공학 - PR 의 일반적인 특징 - 스핀코팅한 PR 두께 재기 - Patterning 전체 및 소자 폭 관찰하기 - Processing Chart-1 1

PR 의 일반적인 특징 CharacteristicPositiveNegative Adhesion to SiFairExcellent Relative CostMoreLess Developer BaseAqueousOrganic Minimum Feature Size 0.5 ㎛ 2㎛2㎛ Step CoverageBetterLower Wet Chemical ResistancefairExcellent 2 ※ 보충 2,3 참조

 디지털 버니어켈리퍼스로 PR 두께 측정 3 실험 및 실습 (1) – 스핀 코팅한 PR 두께 재기 Before coatingAfter coating 6 block 6.46mm ( 1 block : 1.077mm) 6.48mm ( 1 block : 1.08mm) 1 block1.10mm1.13mm 디지털 버니어캘리퍼스는 소수점 둘째짜리까지 밖에 나타내지 못하므로 나노단위의 코팅두께를 비교적 정확히 재기 위해 6 개를 한번에 재었다. 코팅전과 코팅 후의 슬라이드 글라스의 차이는 약 0.003mm 로 측정되었다. 또, 하나씩 측정해본 결과 코팅된 글라스의 두께가 일정하지 않았다. 이는 코팅 시 PR 의 양과 스핀속도, 스핀시간이 같지 않지 때문이다.

실험 및 실습 (1) – 스핀 코팅한 PR 두께 재기 4  전자현미경으로 PR 두께 측정 Before coating (x40) After coating (x40) 코팅 전과 코팅 후의 슬라이드 글라스 두께를 전자현미경으로 측정한결과 디지털 버니어캘리퍼스로 한 개의 두께를 측정했을 때와 같게 측정되었다. 좀 더 미세하게 측정한 결과 코팅전과 후의 차는 ㎛로 측정되었다.

실험 및 실습 (2) – Patterning 관찰하기 5 내가 직접 만든 Mask Pattern 을 현미경으로 관찰해 보았다. 왼쪽그림은 십자가 무늬를 40 배율로 관찰한 것이고 오른쪽 그림은 왼쪽그림 의 빨간 원 부분을 800 배율로 관찰한 것이다. 완벽한 모양이 나오진 않았지만 나름 잘 나왔다. 가운데 너비는 4.08 ㎛, 높이는 4.08 ㎛이다.

실험 및 실습 (2) – Patterning 관찰하기 6 왼쪽 그림은 기둥 중간을 40 배율로 찍은 것이고 오른쪽 그림은 빨간 원 부분을 800 배율로 찍은 것이다. 기둥 무늬의 두 기둥 사이의 간격은 2.24 ㎛로 측정되었다.

Processing Chart-1 Preparation - 실험이 안전하게 이루어질 수 있도록 대비하고, 실험 재료를 준비한다. - 장갑, 덧신, clean room 방진복 원피스, 마스크, 모자를 착용한다. - 슬라이드 글라스를 25mmx25mm 로 자른다. PR spin coating -Glass 위에 PR 를 도포하는 것. -Air gun 으로 glass 를 깨끗이 한다. -PR 용액을 적당히 떨어뜨린다. -Spinner 로 코팅한다. (500RPM/10 초, 4000RPM/20 초 ) Baking -PR 도포 후 열에 굽는 것. -90°c 에서 1 분간 굽는다. Align & Exposure -Mask 의 상이 Glass 에 옮겨지도록 자외선에 PR 를 노출시키는 공정. -“Mask Aligner MDA-8000” 을 이용해 무늬를 새긴다. ( 참조 : 보충 1) Developing -Align&Exposure 후 Developer 를 이용하여 필요없는 부분의 PR 을 제거하는 것. - 비커에 Developer 를 1/3 만큼 따른다. -3 분 동안 Glass 를 담가둔다. ( 마지막 30 초는 비커를 흔들어준다.) 7

느낀점  PR(Photo Resist) 에 대해 조사하면서 PR 현대 인쇄와 반도체 및 전자 - 정보산업에 서 중요한 소재로 쓰이고 있다는 것을 알았다. 특히 반도체분야에서 국내 PR 시장 의 규모가 1 억달러 이상이라고 한다. PR 을 이용한 초미세가공기술의 발달로 우리 는 손가락만한 메모리에 방대한양의 정보를 저장할 수 있게 되었다. 2G 메모리 하 나에 수 백 권의 책을 집어넣을 수 있는 것이다. 정말 위대한 발견이 아닐 수 없다.  스핀 코팅한 PR 의 두께를 재었을 때 각각의 슬라이드 글라스의 두께가 달라서 아 쉬웠다. 코팅하지 않은 글라스의 두께도 일정하지가 않아서 버니어캘리퍼스로 대 략적인 값을 측정했을 때는 코팅 한 글라스가 더 얇게 나오기도 했다. 그래도 현미 경으로 관찰한 결과와 버니어캘리퍼스로 잰 값이 같게나와서 기뻣다.  이번 실험에서는 내가 Mask Pattern 을 직접 만들어보았다. 지난번 실험에서는 쉽 게 Baking 까지 했었는데 이번실험은 만만치가 않았다. 하나하나의 단계를 차근차 근 밟아나가야 하는데 Baking 이 충분히 되지 않아서 Developing 까지 마친 PR 이 씻겨져 버린 것이다. 한 번 더 깨끗한 Mask Pattern 을 얻고 싶었지만 실험시간이 모자라서 하지 못했다. 하지만 이제 확실히 알았다. 같은 실수를 두 번 반복하지는 않을 것이다. 다음실험이 기대된다. 8

보충 1. Mask Align MDA Sample Vacuum ↓ Origin Point ↓ Align point ( 초점 조절 ) ↓ Contact ↓ Exposure

보충 2. PR 의 원리 10 PR (Photo Resist) 는 고분자와 감광제가 섞인 혼합물로 빛 에 의해 그 화학적인 성질이 변화하여 어떤 파장의 빛에 노출 을 시키면 특정 용매에 대한 용해도가 크게 바뀌게 된다. 따라 서 그 용매에 대한 노광부와 비노광부의 용해 속도에 차이가 나서 일정 시간의 용해 시간이 지나면 미처 다 녹지 않은 부분 이 남아 패턴이 형성되는 것이다. 이런 PR 의 성질을 이용하여 반도체가 그려진 설계도를 새겨 넣은 Mask 를 광원과 실리콘 Wafer 위에 코팅된 PR 막 사이에 놓고 광원을 켜면, 마스크에 새겨진 회로가 그대로 PR 에 옮겨 지게 되고, 이것을 광식각 (Photolithographic) 공정이라고 한 다.

보충 3. PR 의 종류 11 A positive resist is a type of photoresist in which the portion of the photoresist that is exposed t o light becomes soluble to the photoresist developer and the portion of the photoresist that is une xposed remains insoluble to the photoresist developer. A negative resist is a type of photoresist in which the portion of the photoresist that is exposed to light becomes relatively insoluble to the photoresist developer. The unexposed portion of the p hotoresist is dissolved by the photoresist developer.