전자 빔 리소그래피를 이용한 positive와 negative e-beam resist의 특성분석

Abstract

반도체란 전기를 통하는 도체와 전기를 통하지 않는 부도체의 중간적 성질을 갖는 물질로서 평소에는 부도체의 성질을 가지고 있다가 빛을 비추거나 열을 가하는 등의 작용, 또는 특정 불순물을 넣는 등의 인위적인 조작을 통하여 도체의 특성을 갖도록 전기적인 성질을 변화시킬 수 있는 물질을 말한다. 이처럼 부도체와 달리 도핑이라는 과정을 통하여 다른 물질을 주입함으로써 전기적인 성질을 조절하기 쉽기 때문에 메모리, 마이크로프로세서, 센서 등의 여러 전자소자의 재료로써 사용되고 있다. 이러한 반도체는 여러 공정을 통하여 제작이 된다. Lithography는 반도체 제작 공정 중 하나로써 반도체 기술에 있어서 핵심적인 공정이라고 할 수 있다. 카메라를 통하여 사진을 찍듯이 Si wafer 위에 패턴을 그려 넣는 작업으로 현재는 optical lithography가 실제 공정에서 사용되고 있고, electron beam lithography는 optical lithography를 위한 mask의 제작에 사용되고 있다. 본 연구에서는 mask 공정에 사용되고 소규모의 연구 그룹에서 오랜 기간 동안 연구되어 온 electron beam lithography를 이용하여 positive e-beam resist와 negative e-beam resist의 특성을 연구하였다. Electron beam lithography 기술로 패턴을 제작할 때는 그 형태에 따라서 resist를 선택하고 정확한 작업 조건을 찾아야만 좋은 결과를 얻을 수 있다. 이러한 선행 연구는 장비의 최적화를 위해서도 필수적인 과정이다. 이러한 과정의 일환으로 scanning electron microscope를 사용하여 positive resist의 경우 poly methyl methacrylate(PMMA)로 약 30 ㎚의 line을 제작하였고, negative e-beam resist의 경우 Microresist의 ma-N2405와 ma-N2410로 패턴을 제작하고 그 특성을 분석하였다. 그리고 negative resist에서 연구된 결과를 바탕으로 ma-N2410를 이용하여 약 200 ㎚의 폭을 가진 이중 나노 슬릿을 제작하였다. Metal 증착 시에는 Au의 skin depth를 고려하여 thermal evaporation 방법으로 Cr 20 ㎚와 Au 50 ㎚를 증착하여 근접장 주사 광학 현미경을 사용하여 광학적인 특성을 측정하였다.; Semiconductor is a very important material in the electric devices. The whole process to make semiconductor device consists of several steps. Lithography is a step to make patterns on wafer, which is similar to taking a picture. We study positive tone and negative tone electron beam resist by using electron beam lithography. Around 30nm lines were made on silicon wafer with 495K 4% PMMA which is a positive tone resist, at 28kV acceleration voltage, 20pA current, withi thermal scanning electron microscope by using GHOST method. And we also study characteristics of ma-N2405 and ma-N2410 which are negative tone electron beam resists. Two sites which has 200~300nm width were made on the glass based on the characteristics of ma-N2405 and ma-N2410. The optical characteristics of two narrow slits were measured by using near field scanning optical microscopy. Electron beam lithography has been studied to improve some problems such as proximity charging effect and mass production in order to use real semiconductor process. Therefore electron beam lithography still needs more study.