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Title Page
Contents
ABSTRACT 11
1. INTRODUCTION 12
2. BACKGROUND 14
2.1. Nanoimprint Lithography: Methods and Material Requirements 14
2.1.1. Basic Principles and Equipment 14
2.1.2. Types of Nanoimprint Lithography 17
2.1.3 Molds for NIL 21
2.2. Electroforming 26
2.2.1. Introduction 26
2.2.2. Cobalt-Nickel (CoNi) Electroforming 28
2.2.3. Stress in Electrodeposits 29
2.3. Fluorocarbon Polymer Films 35
2.3.1. Introduction and Properties 35
2.3.2. FC Film Deposition Methods 36
3. EXPERIMENTAL MATERIALS AND PROCEDURES 40
3.1. Materials and Equipments 40
3.2. Experimental Procedure 41
3.2.1. Mother Mold Preparation 41
3.2.2. Surface Modification 42
3.2.3. CoNi Electroforming 43
3.2.4. Mother Mold and Electroformed Mold Characterization 46
4. RESULTS AND DICUSSION 47
4.1. Fluorocarbon (FC) Film Characterization 47
4.2. CoNi Electroforming Process Optimization 52
4.3. Discussion on Electroformed CoNi molds 55
5. SUMMARY AND CONCLUSION 61
6. REFERENCES 62
국문요지 67
Table 2.1. Comparison of Thermal-NIL and UV-NIL processes. 20
Table 3.1. Bath compositions for CoNi alloy electrodeposited from chloride baths 44
Table 3.2. Operating conditions 44
Figure 2.1. Schematic of the thermal nanoimprint lithography process. 15
Figure 2.2. NILT desktop thermal nanoimprint lithography system. 16
Figure 2.3. Schematic of step and flash nanoimprint lithography process. 18
Figure 2.4. Printing rolls in a double simultaneous process in which nickel shims are wrapped around both rolls. 19
Figure 2.5. Electroforming for fabrication of micro/nano mold insert 27
Figure 2.6. Deposit stressed in tension (expanded spring) is "trying" to contract relative to substrate. 30
Figure 2.7. Compressively stressed deposit (compressed spring) is "trying" to expand relative to substrate. 30
Figure 2.8. Fabrication flow chart for forming the antistiction layer 36
Figure 2.9. Comparison of the structures of plasma and conventional polymers 38
Figure 3.1. FC PE-CVD equipment for FC film deposition (Left) and magnetron sputtering system for seed layer deposition (Right) 42
Figure 3.2. Large area electroplating system and wafer holding chucks with gold pins for electrical connection used in this study. 43
Figure 3.3. Schematic diagram of the experiment steps 46
Figure 4.1. Fluorocarbon (FC) film of various thicknesses (a) 15 nm thickness, 90 sec deposition time (b) 90 nm thickness, 600 sec deposition time (c) 90 nm thickness, 600 sec deposition time (d) 250 nm thickness, 1500 sec deposition time. 49
Figure 4.2. Surface of Si mold before (a) and after (b) 20 nm thick FC film deposition on nanofeatures 50
Figure 4.3. Optical microscope images of CoNi mold after separation from Si mother mold. (a) Left area shows no Si residues while right area shows area completely covered in Si. (b) With antistiction layer. (c) CoNi mold with some Si residues. 51
Figure 4.4. Anode-to-Cathode distance (ACD) vs. stress and cobalt content in the mold. 53
Figure 4.5. (a) Premature detachment of CoNi electroformed film from Si mother mold because of residual stress. (b) Improved mold electroforming without detachment. 54
Figure 4.6. Camera images of 6 inch diameter CoNi mold. (a) Micro mold after separation from mother mold. (b) Nanomold camera image (c) Edge of the mold before separation. 56
Figure 4.7. FE-SEM images showing top view of gratings with various line spacing and line widths in Si mold after duplication (a-d) and CoNi mold (e-h). 57
Figure 4.8. FE-SEM images: Figures (a-d) show Si mold after duplication. Figures (e-h) show corresponding CoNi electroformed mold. Figure (a, b, e, f) shows top view while figures (c, d, g, h) show 45° perspective view. 58
Figure 4.9. (Left) SEM image showing perspective view of micro size features in electroformed CoNi mold (Angle of tilt＝45°). (Right) FE-SEM image showing large field of view of sub-100 nm features in CoNi mold. 59
Figure 4.10. various sub-micron test features duplicated in CoNi electroformed mold 60
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나노임프린트 리소그래피 공정과 나노 사출공정에서 내구성이 강한 나노 몰드의 이용은 매우 중요하면서도 어려운 부분이다. 실리콘 나노 몰드는 매우 고가의 기술인 전자빔 리소그래피 방법에 의해 주로 제작되지만, 수명이 길지 않다. 나노임프린팅을 위한 니켈 몰드는 실리콘 웨이퍼 상에 전주도금을 이용하여 제작된다. 금형을 얻기 위해서는 전주도금 완료 후, 실리콘 마더 몰드를 수산화칼륨 수용액에서 용해시킨다. 그러나, 이 방법은 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라 고가의 실리콘 몰드를 소모하게 만든다.
이 논문에서는 잔류 스트레스가 조절되며, 매우 경제적이면서도, 실리콘 마더 몰드의 소모가 없는 대면적 코발트-니켈 나노 몰드 제조방법을 언급하고 있다. 목적을 이루기 위해, 20 nm 불화유기 점착방지막을 전주도금을 위한 전도층 증착에 앞서 실리콘 몰드 위에 증착하였고, 이것은 또한 마더몰드로부터 금형이 쉽게 분리될 수 있게 함으로써 고가 마더 몰드의 소모를 방지했다. 코발트-니켈 몰드의 도금을 위해 염화니켈 도금액이 사용되었다. 한편, 마이크로 혹은 나노 패턴위에 증착된 불화유기 박막의 스텝커버리지는 패턴의 종횡비에 따라 변화함을 확인하였다. 도금으로 제작된 몰드의 스트레스 변화 및 코발트 함유량은 도금액 내의 아노드와 캐소드 거리차이에 의해 조절되었다. 결론적으로, 위 방법을 이용하여 마더 몰드의 소모 없이 6인치 코발트-니켈 나노몰드가 성공적으로 제조되었다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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