나노나노 기술의기술의 이해이해(Understanding Nanotechnology)(Understanding Nanotechnology)

Prof. KahpProf. Kahp--Yang SuhYang Suh

School of Mechanical and Aerospace EngineeringSchool of Mechanical and Aerospace EngineeringSeoul National UniversitySeoul National University

22

Lecture 8.Lecture 8.Nano fabricationNano fabrication

33

Nano fabricationNano fabrication

Top-down approach

Bottom-up approach

NanotechnologyNanotechnology

44

Nano fabricationNano fabrication

Bottom-up approach

Bulk

Atom, molecule

Top-down approach

55

Top-Down ApproachesConventional methodsConventional methods

66

TopTop--down approachesdown approaches

Photo lithography

Scanning beam lithography- Electron beam lithography- Focused ion beam lithography- Ion projection lithography- Extreme UV lithography- X-ray lithography

-- Conventional methodsConventional methods -- Unconventional methodsUnconventional methods

Nano imprint lithography

Dip-pen lithography

Capillary lithography

Soft lithography

- Replica molding (REM)

- Microcontact printing (μCP)- Electrical μCP (e-μCP)- Micromolding in capillaries (MIMIC)- Nanotransfer printing (nTP)

77

Conventional methodsConventional methods

The smallest Guitar produced by stateThe smallest Guitar produced by state--ofof--thethe--art lithography technique. Thickness of the art lithography technique. Thickness of the string is 50 nm, and the sound frequency is 10 string is 50 nm, and the sound frequency is 10 MHz.MHz.

IBM Cu interconnectIBM Cu interconnect

88

PhotolithographyPhotolithography

Material Deposition

Lithography

Etching

Conventional Silicon TechnologyConventional Silicon Technology

99

PhotolithographyPhotolithography

Photolithography is fast approaching the diffraction limit:Current consensus: not applicable to feature sizes smaller than 100nm

Even if possible, economically unbearable

Alternative : next generation lithographynext generation lithography

1010

Resolution in photolithographyResolution in photolithography

단, λ는 노광파장, NA는 렌즈의 개구수,K1 및 K2는 레지스트 공정에 의한 비례상수NA = D/2f (D: diameter of the lens, f: focal length)

λNAResolution(R) = K1

DOF = K2λ

NA2

해상도를 높이기 위해서는 (작은 R)

1. NA를 크게 한다.

2. 파장 λ를 작게 한다.

3. K1을 작게 한다.

Depth of focus를 높이기 위해서는

1. NA를 작게 한다.

2. 파장 λ를 크게 한다.

3. K2을 크게 한다.

1111

Resolution in photolithographyResolution in photolithography

1212

1. 1. 개개 요요

1. 사진공정의 정의1. 마스크상에 설계된 패턴을 공정제어 규격 하에 웨이퍼상에 구현하는 기술

2. 사진공정의 원리1. 패턴 형성

2. 특정 파장의 빛으로 노광

3. 광화학 반응 후, 패턴 형성

4. 형성된 패턴은 후속공정 (식각, 이온주입)시 베리어 역할

5. Chemical이나 식각용 O2 플라즈마에 의해 제거됨

1313

사진공정의사진공정의 개략도개략도

1414

양성양성 및및 음성음성 감광제감광제 차이차이

1515

2. 2. 마스크마스크 재료재료 및및 노출노출 장치장치

Stepper 및 Contact Aligner의 패턴 형성

종류

Emulsion mask정해진 노출 횟수 (수명)

비용 저렴

2.5 ㎛ 이하 사용불가

Hard mask크롬. 산화철. 실리콘 박막을 유리판 위에 형성하여제작

1 ㎛ 이하 선폭 구현 가능

1616

2. 2. 마스크마스크 재료재료 및및 노출노출 장치장치

마스크 기판의 재료

Soda limeAlumina - soda lime (0.4 ㎛/℃, 3")Borosilicate (0.07 ㎛ /℃, 3") - 1.5㎛ 이하

Quartz - 1 ㎛ 이하

정렬 및 노출 장치

접촉형 (contact)근접형 (proximity)투사형 (projection) 1:1, 1:5, 1:10

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Exposure techniqueExposure technique

1818

3. Next generation lithography3. Next generation lithography

D/R(nm)D/R(nm) 300300 100100 5050150150200200250250

ii--line(365nm)line(365nm)

KrF(248nm)KrF(248nm)

ArF(193nm)ArF(193nm)

FF22(157nm)(157nm)

EUVEUV(13.5nm/11.4nm)(13.5nm/11.4nm)

Lithography Tool vs Design Rule

1919

사진사진 공정공정 예예

Poly plate pattern

2020

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