[논문]이온식각공정의 재증착 현상을 이용한 니켈 마이크로 나노 구조물 제작

정필구; 황성진; 이상민; 고종수

doi:10.3795/ksme-a.2007.31.1.050

이온식각공정의 재증착 현상을 이용한 니켈 마이크로 나노 구조물 제작
Fabrication of Nickel Nano and Microstructures by Redeposition Phenomena in Ion Etching Process 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.31 no.1 = no.256, 2007년, pp.50 - 54

정필구 (부산대학교 기계공학부) , 황성진 (부산대학교 기계공학부) , 이상민 (부산대학교 미세기계전자시스템협동과정) , 고종수 (부산대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Nickel nano and microstructures are fabricated with simple process. The fabrication process consists of nickel deposition, lithography, nickel ion etching and plasma ashing. Well-aligned nickel nanowalls and nickel self-encapsulated microchannels were fabricated. We found that the ion etching condition as a key fabrication process of nickel nanowalls and self-encapsulated microchannels, i.e., 40 sccm Ar flow, 550 W RF power, 15 mTorr working pressure, and $20^{\circ}C$ water cooled platen without using He backside cooling unit and with using it, respectively. We present the experimental results and discuss the formational conditions and the effect of nickel redeposition on the fabrication of nickel nano and microstructures.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

간단한 제조 방법을 제안한다. 또한 최적화된 이온 식각공정을 통해 공정 중 기판 온도변화에 따른 공정 결과의 특성 변화에 관하여 논의한다.
본 논문에서는 상용 반응성이온식각(RIE: Reactive Ion Etching) 장비의 식각공정 중 발생하는 비휘발성 식각부산물의 재증착 현상을 이용하여 니켈 나노 벽과 마이크로 팁 및 마이크로 채널을 형성 하는 매우 간단한 제조 방법을 제안한다. 또한 최적화된 이온 식각공정을 통해 공정 중 기판 온도변화에 따른 공정 결과의 특성 변화에 관하여 논의한다.

제안 방법

공정번호 1의 이온 식각공정 조건을 이용하여 Fig. 4 와 5 에서 보는 바와 같은 나노 벽과 나노 돌기를 제작하였다. Figure 4(a)는 .
3(d)]을 형성한다. 니켈 식각을 위하여 본 연구에서는 Table 1 에서와 같은 두 가지의 이온 식각공정 조건을 사용하여 공정을 수행하였고, 그 결과를 비교하였다. 공정번호 1 과 2 는 공히 물냉각을 사용하였으며, 공정번호 2 에서는 보다 강한 냉각을 위하여 헬륨을 부가적으로 사용하였다.
제작공정은 니켈 증착, 사진식각, 이온식각 및 산소 플라즈마 앳싱과 같은 4가지 공정을 순차적으로 사용하였다. 니켈 재증착 현상을 유도하기 위하여 500 W 의 강한 RF power 조건 하에서 공정을 수행하였다. 공정 중인 웨이퍼의 냉각을 위하여 물을 공히 사용하였으며, 보다 강한 냉각을 위하여 헬륨을 선택적으로 사용하였다.
본 논문에서는 니켈 건식식각을 위하여 RIE 장비에서 Ar 이온의 물리적인 식각반응만을 유도하므로, 이후 정확한 표현을 위하여 이온 식각공정으로 명기한다.
니켈 건식식각을 위하여 RIE 장치(plasmalab80plus, Oxford Instrument Plasma Technology)를' 잔여 감광막 제거를 위하여 플라즈마 앳싱 장치(V-15 G Plasma Finish GmbH)를 사용하였다. 이온 식각 공정 중 웨이펴의 표면 온도 측정을 위하여 온도감지라벨(Thermo label 5E series, Nichiyu Giken Kogyo)을 사용하였다. 미세 구조물 촬영을 위하여 전계 방출형 주사 전자 현미 경(FE-SEM, S-4200, HITACHI)을 사용하였으며, 아울러 재증착된 니켈 막의 물성을 분석하기 위하여 이차이온질량분석기 (IMS 6£ CAMECA)를 사용하였다.
이온 식각공정의 재 증착 현상을 이용하여 니켈 나노 벽, 나노 돌기 및 자체밀봉된 마이크로 채널을 형성하였다. 제작공정은 니켈 증착, 사진식각, 이온식각 및 산소 플라즈마 앳싱과 같은 4가지 공정을 순차적으로 사용하였다.
이는 헬륨냉각으로 웨이퍼 표면의 온도가 낮아짐으로 인해 공정 중 감광막 구조물의 열변형 정도가 매우 작아졌음을 의미한다. 즉, 공정번호 1의 공정조건에서 200 ℃ 까지 상승하였던 웨이퍼의 표면온도를 헬륨가스를 사용하여 약 80 ℃ 까지 낮추어 감광막 구조물의 열변형 및 타는 현상을 막아 고른 형태의 자체 밀봉된 마이크로 채널의 제작이 가능하였다. 그러므로 니켈 재증착으로 감광막 구조물을 둘러싸는 니켈 박막을 형성하기 위해서는 공정 중 웨이퍼 표면 온도의 제어가 반드시 필요함을 알 수 있다.

대상 데이터

니켈 재증착 현상을 유도하기 위하여 500 W 의 강한 RF power 조건 하에서 공정을 수행하였다. 공정 중인 웨이퍼의 냉각을 위하여 물을 공히 사용하였으며, 보다 강한 냉각을 위하여 헬륨을 선택적으로 사용하였다. 물냉각만을 사용하였을 경우 웨이퍼의 표면온도는 200 ℃ 까지 상승한 반면, 헬륨냉각을 추가하였을 경우에는 80 ℃ 까지 낮아졌다.
니켈 식각을 위하여 본 연구에서는 Table 1 에서와 같은 두 가지의 이온 식각공정 조건을 사용하여 공정을 수행하였고, 그 결과를 비교하였다. 공정번호 1 과 2 는 공히 물냉각을 사용하였으며, 공정번호 2 에서는 보다 강한 냉각을 위하여 헬륨을 부가적으로 사용하였다. 이러한 냉각조건을 제외한 여타 공정 조건은 큰 차이가 없다.
사진식각 공정을 위하여 양성감광제(AZ5214E, Clariant) 와 접촉식노광기 (MA6/BA6, SUSS mierotek) 를 사용하였다. 니켈 건식식각을 위하여 RIE 장치(plasmalab80plus, Oxford Instrument Plasma Technology)를' 잔여 감광막 제거를 위하여 플라즈마 앳싱 장치(V-15 G Plasma Finish GmbH)를 사용하였다. 이온 식각 공정 중 웨이펴의 표면 온도 측정을 위하여 온도감지라벨(Thermo label 5E series, Nichiyu Giken Kogyo)을 사용하였다.
본 연구를 진행하기 위한 기본재료로서 니켈 박막은 전자빔증착기(Cliotek)를 이용하여 증착하였다. 사진식각 공정을 위하여 양성감광제(AZ5214E, Clariant) 와 접촉식노광기 (MA6/BA6, SUSS mierotek) 를 사용하였다.
사진식각 공정을 위하여 양성감광제(AZ5214E, Clariant) 와 접촉식노광기 (MA6/BA6, SUSS mierotek) 를 사용하였다. 니켈 건식식각을 위하여 RIE 장치(plasmalab80plus, Oxford Instrument Plasma Technology)를' 잔여 감광막 제거를 위하여 플라즈마 앳싱 장치(V-15 G Plasma Finish GmbH)를 사용하였다.
제작공정은 니켈 증착, 사진식각, 이온식각 및 산소 플라즈마 앳싱과 같은 4가지 공정을 순차적으로 사용하였다. 니켈 재증착 현상을 유도하기 위하여 500 W 의 강한 RF power 조건 하에서 공정을 수행하였다.

이론/모형

이온 식각 공정 중 웨이펴의 표면 온도 측정을 위하여 온도감지라벨(Thermo label 5E series, Nichiyu Giken Kogyo)을 사용하였다. 미세 구조물 촬영을 위하여 전계 방출형 주사 전자 현미 경(FE-SEM, S-4200, HITACHI)을 사용하였으며, 아울러 재증착된 니켈 막의 물성을 분석하기 위하여 이차이온질량분석기 (IMS 6£ CAMECA)를 사용하였다. Figure 2는 식 각 공정에 사용된 상용 RIE 장치의 모식도이다.

후속연구

이러한 제작 방법을 이용한 미세 니켈 구조물 제작방법은 기계적인 특성을 필요로 하는 마이크로 나노 소자 제작에 응용될 수 있다. 특히 식각을 통한 소자 분리(isolation)와 자체밀봉(self-encapsulation) 현상이 동시에 이뤄지는 특성을 이용한 패키징 분야에도 적용 가능 할 것으로 판단된다.

참고문헌 (10)

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