초록 ▼

□ 연구개요
전자소자, 광학소자, 센서 등 다양한 분야에 활용되고 있는 반도체 3차원 나노마이크로 구조를 손쉽고 빠르게 제작하기 위해 리소그래피와 식각 공정을 통합할 수 있는 화학적 임프린트 기술을 개발하였다. 화학적 임프린트는 나노임프린트 리소그래피와 금속촉매화학식각을 결합한 기술로, 촉매금속 스탬프와 반도체 기판이 접촉했을 때 접촉영역에서만 선택적으로 금속촉매화학식각이 발생하는 현상을 이용하여 스탬프의 패턴을 반도체 기판에 전사한다. 본 과제에서는 화학적 임프린트를 소개함과 동시에 스탬프의 내구성, 공정 조건에 대한 연구를

□ 연구개요
전자소자, 광학소자, 센서 등 다양한 분야에 활용되고 있는 반도체 3차원 나노마이크로 구조를 손쉽고 빠르게 제작하기 위해 리소그래피와 식각 공정을 통합할 수 있는 화학적 임프린트 기술을 개발하였다. 화학적 임프린트는 나노임프린트 리소그래피와 금속촉매화학식각을 결합한 기술로, 촉매금속 스탬프와 반도체 기판이 접촉했을 때 접촉영역에서만 선택적으로 금속촉매화학식각이 발생하는 현상을 이용하여 스탬프의 패턴을 반도체 기판에 전사한다. 본 과제에서는 화학적 임프린트를 소개함과 동시에 스탬프의 내구성, 공정 조건에 대한 연구를 통해 화학적 임프린트의 경쟁력을

□ 연구 목표대비 연구결과
초기의 photoresist를 이용하여 제작한 스탬프를 가지고 화학적 임프린트가 실제로 가능함을 보였다. 화학적 임프린트의 신뢰성을 확보하기 위해 우선 높은 내구성을 가진 스탬프를 제작하기 위한 연구를 진행하였고, 여러 후보 구조 중 Si/C4F8/Au 구조의 스탬프가 임프린트 후에도 구조가 유지되는 것을 확인하였다. 또한 하나의 촉매금속 스탬프가 압력, 수평조절이 불가능한 장비로도 10회 이상 사용 가능함을 확인하였다. 화학적 임프린트은 금속촉매화학식각과 동일한 원리로 반도체 기판을 식각하지만, 정공 형성, 물질이동에 대한 현상이 다르게 작용하여, 동일한 식각 용액에서 유사한 식각 특성이 나타나지 않았다. 따라서, 화학적 임프린트의 적정 조건을 확보하기 위한 연구를 진행하였다. 화학적 임프린트의 메커니즘을 파악하고, 패턴 형태, 식각 깊이에 따른 식각 특성 변화를 통해 식각에 영향을 미치는 주요 요인들을 파악하였다. 식각용액 조성의 변화를 통해 접촉영역에서만 식각이 발생하는 조건을 확보하였으며, 이를 통해 점/선/닫힌 구조 등 다양한 구조의 반도체 3차원 구조를 제작하였다. 또한 기존의 식각 기술로는 제작이 어려운 다층구조를 한번의 화학적 임프린트를 통해 제작하였다. Si 대비 광학분야에 활용도가 높은 GaAs도 화학적 임프린트가 적용 가능함을 보였다.

□ 연구개발결과의 중요성
화학적 임프린트는 웨이퍼 기반의 단결정 반도체 기판에 접촉을 통해 패턴을 직접적으로 형성할 수 있는 기술로 기존의 리소그래피와 식각 공정을 통한 반도체 3차원 나노마이크로구조 제작 과정을 크게 단순화시킨다. 화학적 임프린트는 습식 기반의 비등방성 식각법인 금속촉매화학식각을 기반으로 한 기술로 결정결함을 발생시키지 않으며 저가 공정이다. 본 과제에서 촉매금속 스탬프의 반복 사용이 가능함을 보여,금속촉매화학식각의 1회성 귀금속 촉매에 의한 한계를 보완한다는 점을 입증하였다.
또한 촉매금속 스탬프와 식각 용액, 가압 도구만으로 반도체 3차원 나노마이크로구조를 손쉽게 반복적으로 제작할 수 있어 접근성을 크게 높일 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• ∎ 3차원 구조 반도체로 제작한 소자의 중요성이 점차 부각되고 있다 ... 4
• ∎ 3차원 구조 반도체를 간단하고 저렴하게 제작하기 위한 대안기술을 융합하여 화학적 임프린트 공정을 세계 최초로 제안하고 구현했다 ... 4
• ∎ 화학적 임프린트 공정이 기존 3차원 구조 반도체 제작 공정과 경쟁하기 위해 공정에 영향을 미치는 요인을 파악하고 스탬프의 반복 사용 횟수를 늘리는 것이 중요하다 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• ∎ 스탬프 구조 및 물질 연구를 통해 재사용 가능한 스탬프를 제작했다 ... 5
• ∎ 화학적 임프린트의 식각용액 조성에 따른 표면 거칠기 변화 연구를 통해 금속촉매 스탬프와 접촉하지 않은 영역에서 식각반응을 억제했다 ... 6
• ∎ 원, 사각형, 선, 닫힌 구조 등 다양한 패턴과 다층 구조의 Si을 화학적 임프린트로 제작했다 ... 7
• ∎ 화학적 임프린트는 패턴에 따른 식각 속도 차이는 있으나 혼합패턴의 경우 동일한 깊이로 식각한다 ... 8
• ∎ 화학적 임프린트를 통해 III-V족 화합물 반도체인 GaAs의 3차원 구조를 제작했다 ... 8
• ∎ 화학적 임프린팅 중 반응물과 생성물의 물질이동이 식각 특성에 크게 영향을 미치는 것을 규명하였다 ... 8
• ∎ 촉매반응 대신 외부전극과 연결하여 정공을 공급할 수 있는 양극 스탬프를 이용하여 반도체를 임프린트하는 양극 임프린트 공정을 개발하였다 ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 10
• ∎ 리소그래피와 식각을 통해 제작하던 3차원 구조 반도체를 단일단계만에 제작하여 제작 공정을 단순화했다 ... 10
• ∎ 촉매금속 스탬프의 재사용을 통해 10⨉10 mm2 면적의 광결정 구조를 반복제작하여 기존 공정 대비생산성 및 경제성 향상이 가능함을 입증했다 ... 10
• ∎ 촉매금속 대신 전극을 이용해도 전기화학반응이 발생하여 Si과 GaAs 등 반도체 물질을 식각할 수 있음을 입증했다 ... 10
• 4. 참고문헌 ... 11
• 5. 연구성과 ... 11
• 끝페이지 ... 13