• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.22 no.5
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• pp.245-249
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• 2013

The $HfO_X$ thin film was deposited what it has been paid attention to the next generation oxide thin layer of MOSFET (metal-Oxide semiconductor field-effect-transistor) by rf magnetron sputter on Si (100) substrate. The $HfO_X$ thin film was deposited using a various oxygen gas flows (5, 10, 15 sccm). After deposition, $HfO_X$ thin films were annealed from 400 to $800^{\circ}C$ for 20 min in nitrogen ambient. The electrical characteristics of the $HfO_X$ thin film was improved by leakage current properties, depending on the increase of oxygen gas flow and annealing temperature. In particular, the properties of nano-mechanics of $HfO_X$ thin films were measured by AFM and Nano-indenter. From the results, the maximum indentation depth at the basis of maximum indentation force was increased from 24.9 to 38.8 nm according to increase the annealing temperature. Especially, the indentation depth was increased rapidly at $800^{\circ}C$. The rapid increasement of indentation depth was expected to be due to the change of residual stress in the $HfO_X$ thin film, and this result was caused by relative flux of oxygen outgasing during the annealing process.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2003.04a
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• pp.1030-1035
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• 2003

The nanoimprint lithography technology makes higher density of semiconductor device and larger capacity of storage media. In this technology the induced damage while detaching polymer pattern from mold should be minimized. In order to analyze the problem, the basic knowledge of adhesion between the polymer and the mold is required. In this study a contact experiment of polyisobutylene specimen with spherical steel tip and polyisobutylene bead tip was conducted using nano indenter. During the contact experiment with various loading rate under load control the contact behavior of viscoelastic material was measured, i.e., the load and displacement between the tip and the specimen were measured. The data was analyzed by HBK model to obtain the stress intensity factor of contact edge and the contact radius as a function of time. Also the adhesion energies between steel/polyisobutylene and polyisobutylene/polyisobutylene were obtained employing the analysis of the crack of viscoelastic material by Schapery.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.14 no.1
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• pp.27-32
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• 2004

The diamond-like carbon (DLC) films were deposited on the Si (100) wafer by a rf-PECVD method as a function of the mixture rate of methane-hydrogen gas and bias voltage. The bonding structure and mechanical properties of these deposited DLC films were investigated using FT-IR, Raman, and nano-indenter. The deposition rates of DLC films increased with increased flow rate of methane in the gas mixtures and increased bias voltage. The $sp^3/sp^2$ bonding ratio of carbon in thin film and the hardness increased with increasing flow rate of hydrogen in the gas mixtures and increasing bias voltage.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.133-133
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• 2011

최근 연구중인 소자들의 크기가 점차 나노 크기를 가짐에 따라서 나노 영역에 대한 물성 분석 연구의 필요성이 대두되고 있다. 특히 나노 크기를 가지는 소자에 대한 기계적 특성은 기존의 마이크로 이상의 소자와는 다른 특성을 보이는 것으로 보고되고 있다. 그러나 이러한 나노 크기에 대한 연구에서 대부분을 차지하는 분광학적, 전기적 방법은 측정 영역 한계와 일정 깊이에 대한 평균적인 정보를 제공하게 된다. 본 연구에서는 나노트라이볼로지 분석의 대표적인 Nano-indenter와 Scanning Probe Microscopy(SPM) 분석을 통하여 박막의 수 혹은 수십 나노 미만의 영역과 깊이에 대한 기계적 물성을 연구하였고, 이를 기반으로 수십 나노 이하 두께를 가지는 W-N 확산박지막에 대한 연구를 실시하였다. 연구 결과에 의하면, 박막의 표면 hardness는 박막의 두께가 감소함에 따라서 4.19 GPa에서 3.51 GPa로 감소하였고, Weibull modulus를 통한 박막의 균일도는 2.75에서 7.91로 급격히 증가하는 현상을 나타내었다. 또한 SPM의 Kelvin probe force microscopy (KPFM), Force modulation microscopy (FMM) mode를 활용하여 표면에서의 Nitrogen 흡착에 의한 영상, 전기적 및 표면 탄성에 대한 연구를 실시하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.4-4
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• 2010

박막의 물성을 분석하는 방법에는 광학을 이용한 분광학 분석법과 나노크기의 tip을 이용한 나노트라이볼로지 분석법이 대표적이라 할 수 있다. 분광학 분석법에는 주로 X-ray 회절분석, Raman 분광기, IR 분광기 등등이 가장 대표적으로 사용되어지는 분석 장치들이다. 이러한 분광학 분석은 광학을 시료에 조사하여 이로부터 획득되는 강도(intensity)를 분석하는 방법으로 간접적인 분석이라 할 수 있다. 이에 반하여 나노트라이볼로지는 나노크기의 tip을 이용하여 시료 표면을 직접적인 방법으로 분석하여 시료의 형상, 탄성, 강도, 마찰력 등의 정보를 제공하며, tip에의 전기적 신호를 부과하여 시료 표면의 국부적인 potential, electric current를 측정하게 된다. 이에 해당되는 대표적인 분석 장치로는 nano-indenter system과 SPM (Scanning Probe Microscopy)이 있다. 따라서, 이 논문에서는 나노트라이볼로지의 대표적인 장치인 nano-indenter system과 SPM에 대한 간단한 원리를 소개하고 다양한 분야에 대한 실제적인 분석을 사례를 통하여 나노트라이볼로지의 가치를 확인하고자 한다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.26 no.4
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• pp.95-100
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• 2019

Nanoindentation has been widely used for evaluating mechanical properties of nano-devices, from MEMS to packaging modules. Residual stress is also estimated from indentation tests, especially the Knoop indenter which is used for the determination of residual stress directionality. According to previous researches, the ratio of the two stress conversion factors of Knoop indentation is a constant at approximately 0.34. However, the ratio is supported by insufficient quantitative analyses, and only a few experimental results with indentation depth variation. Hence, a barrier for in-field application exists. In this research, the ratio of two conversion factors with variation in indentation depth using finite elements method has been attempted at. The magnitudes of each conversion factors were computed at uniaxial stress state from the modelled theoretical Knoop indenter and specimen. A model to estimate two stress conversion factor of the long and short axis of Knoop indenter at various indentation depths is proposed and analyzed.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2009.08a
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• pp.249-249
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• 2009

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 2003.07a
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• pp.771-774
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• 2003

The mechanical properties of barrier ribs in PDP require quantification in order to control the defects and to increase the yield in the process. Several different types of rib materials were tested for hardness (H) and Young's modulus (E) with a microtip indenter (Berkovich type). For the assessment of fracture toughness of the rib, a macro Vikers indenter was used. The materials with 30wt% of filler were fired at between $490^{\circ}C$ and $570^{\circ}C$. As a result, the composite became fully densified at $520^{\circ}C$, which is near the T s (Littleton softening point) of glass frit. As the filler content increased, the fracture toughness also $(K_{IC})$ increased in the range of 0.60 to 2.63 $MPa{\cdot}m^{0.5}$ after sintering at $550^{\circ}C$. The results suggest that the application of a nano-indenter would be useful for testing the mechanical properties of barrier ribs.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.303.2-303.2
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• 2016

현재 플라즈마를 이용한 기술은 반도체, 태양광 발전, 디스플레이 등 산업의 전반적인 분야에서 특히 반도체 공정을 이용한 산업에서는 핵심적인 기술이다. 반도체 공정 중에서 박막 증착과 식각 분야에서 플라즈마를 사용한 기술은 매우 높은 가치를 지니고 있다. 중요한 플라즈마 연구로는 이론적 접근을 통한 플라즈마 소스 개발과, 기 개발된 플라즈마 소스를 적용하여 반도체 공정에 적용함으로써 최적의 조건을 찾아내며, 그에 대한 메커니즘을 연구하는 분야로 크게 분리할 수 있다. 따라서 이러한 플라즈마 기술이 발달함에 따라 nano-scale의 연구 또한 상당히 중요한 부분으로 자리 잡고 있다. 본 실험에서는 RF magnetron sputter를 사용하고 질소 유량을 0.5 sccm으로 고정하여 AlN 박막을 증착하였다. 이후 상압 플라즈마를 이용하여 식각을 진행하였다. AlN 박막 전체 표면에 대하여 3초 및 6초간 식각을 진행하였다. 이후 Nano-Indenter를 사용하여 $100{\sim}7000{\mu}N$까지 힘을 증가시키며 측정하였다. 3초간 식각을 진행한 시료의 경우 압입 깊이 대비 Hardness 그래프에서 약 40 ~ 100 nm 까지 약 2.5 GPa 정도의 차이가 발생하였고 6초간 식각을 진행한 시료의 경우 압입 깊이 대비 Hardness의 그래프에서 약 40 ~ 130 nm 까지 약 1 GPa 정도의 차이가 발생함을 확인하였다. 이후 WET-SPM 장비를 사용하여 AFM 모드를 이용하여 박막 표면이 거칠기를 확인하였다. 플라즈마 식각공정을 거치지 않은 시료의 경우 박막의 거칠기는 7.77 nm로 측정되었고 3초간 플라즈마 식각공정을 거친 시료의 경우 6.53 nm, 6초간 플라즈마 식각공정을 거친 시료의 경우 8.45 nm로 나타남을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과들로부터 플라즈마 식각공정은 박막의 표면에도 영향을 미치지만 박막 내부 일정 부분까지 영향을 받는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.354.2-354.2
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• 2014

최근 반도체 산업의 발전에 따라 반도체 소자 내 배선재료로 사용되던 Aluminium (Al)의 대체물로 Copper (Cu)가 사용되고 있다. Cu는 Al보다 우수한 전도성과 비용이 저렴하다는 장점이 있으나 반도체 기판과의 확산으로 이를 해결해야만 하는 문제점이 있다. 이는 Si와 Cu사이에 확산방지막을 사용하여 해결할 수 있는데 Hafnium Nitride (HfN) 박막은 다른 물질과 비교해 고온에서의 안정성과 낮은 비저항을 가지고 있어 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 rf magnetron sputter 방법으로 박막 증착 시에 인가하는 rf power가 박막의 표면 특성에 어떠한 영향을 미치는지 nano-indenter를 사용해 surface hardness와 elastic modulus의 변화를 중심으로 알아보았다. 시료는 rf magnetron sputter로 증착 시 인가하는 plasma power를 60W와 80W로 달리하여 증착하였다. 증착가스는 Ar과 $N_2$를 조절하여 사용하였고 총 유량을 40 sccm 으로 고정하였으며, 이 때 압력은 3mTorr로 유지하였다. 실험결과 plasma power를 80W로 인가하여 증착한 시료의 surface hardness (18.48 GPa)가 60W로 증착한 시료의 surface hardness (12.03 GPa)보다 큰 값을 나타내었다. 이와 마찬가지로 80W로 증착한 시료의 elastic modulus(187.16 GPa)도 60W로 증착한 시료의 탄성계수 (141.15 GPa)보다 큰 값을 나타내었다. 이는 증착 시 인가하는 plasma power의 크기가 증가하면 박막표면에 compressive stress가 생성되어 박막의 surface hardness와 elastic modulus가 상대적으로 높게 측정되는 것으로 생각된다.