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본 연구의 목적은 열간에서 나노인덴테이션을 이용하여 나노가공을 수행할 때 프로브형상이 Pile-up에 미치는 영향에 대한 연구이다. 나노압입실험시 프로브 형상에 따라 Pile-up이 다르게 나타나며 이는 패턴 피치의 정밀도를 감소시키는 저해 요인이 될 수 있다.
Fig. 1은 실린더 팁을 사용한 T-NIL 실험 및 패터닝 제작에 관한 본 연구의 개략도를 나타내고 있다.
 
   
 
Fig. 2 는 열간 나노압입을 위해 폴리머 가열을 위한 heating system 과 hot stage 의 그림을 나타낸다. 기존의 Nanoindenter XP 에 간단한 장착을 통해 활용될 수 있는 장비이다.
 
연구의 중요성
 
 
 
 
나노기술은 상당한 규모의 시장을 가지고 있으며, 나노반도체 및 나노바이오 산업에 미치는 영향이 매우 크기 때문에 각국이 외국으로의 기술이전을 꺼리고 있어 외국에서 관련기술을 이전 받을 수 있는 가능성은 매우 희박하다. 또한 무한한 시장으로서의 잠재성을 지니고 있으며, 급격하게 변하는 NT시장에서 살아남기 위해서는 원천기술 개발이 필수적이다.
 
 
MEMS/NEMS 부품의 발달과 더불어 극미세패턴의 필요성이 증대되고 있다. 현재 BT 분야에서 가장 각광 받고 있는 랩온어칩 (Lab-on-a-chip, LOC)의 개발에 있어서 핵심이 되는 기술 중 하나는 극소량의 시료가 지나갈 수 있는 미세한 관을 만드는 것이다.
 
   
 
 
Fig. 4은 CE의 원리를 나타내고 있으며, 일정한 공극을 가지는 3차원 구조체에 시험용액을 흐르게 하여 분자들의 크기차를 이용하여 분리해 내고, 공극크기보다 작은 분자들은 그 형상·크기 및 실효전하에 따른 이동속도의 차이를 이용하여 분리하는 원리이다.
 
 
열간 나노 압입 실험시 하중의 변화가 Pile-up에 미치는 영향
 
 
 
Fig. 5는 본 연구에서 사용될 팁 (Berkovich tip, Cone tip, Flat end cone type tip) 형상이다. 팁의 형상이 Pile-up에 영향을 미칠 것으로 예상되어지므로, 팁 형상변화에 따른 폴리머 소재의 Pile-up 현상에 대해 연구한다.
 
 
 
Fig. 6은 나노인덴터를 이용하여 압입할 경우 생기는 pile-up 형상을 나타내고 있다. 하중을 가하여 일정깊이나 일정 하중까지 압입한 후 하중을 제거하고 난후 생기는 나노압흔에 생기는 형상으로 점구조체의 최종형상 제작시 생길 수 있는 문제이다. 따라서 나노압입공정을 이용한 점구조체 제작에 있어서 pile-up 제어는 중요한 문제이다.
열간 나노 압입실험에서 압입 유지 시간 변화가 Pile-up형상에 미치는 영향 조사
 
 
Fig. 7 은 폴리머 소재의 pile-up 형상을 관찰하기 위한 크립 실험 과정을 그림으로 나타내었다. 그림과 같이 압입 유지 시간에 따라 pile-up 형상을 측정할 수 있다.
가열 유지 시간에 따른 Pile-up형상에 미치는 영향 조사
 
 
 
 
Fig. 8 는 Thermal reflow 현상을 관찰하기 위한 실험의 개략도이다. 폴리머 소재에 형성된 압흔을 가열하여 가열 유지 시간에 따른 나노 압흔의 치수 변화를 측정하고 Pile-up 제어에 관한 연구를 수행한다. Thermal reflow 현상은 제품의 완성 후 나타날 수 있는 심각한 문제이다. Thermal reflow 현상과 Pile-up현상의 관계를 조사한다.
 
 
폴리머의 열간변형거동에 관한 정량적인 데이터들은 유한요소해석을 위한 입력 값, 해석결과의 검증, 실재 Thermal-Nanoimprint Lithography 공정조건 설정을 위한 참고데이터 등 광범위하게 이용될 수 있다.
 
유한요소해석 기법을 이용한 열간변형거동 예측 및 나노압자를 이용한 가공기술은 나노부품의 신뢰성평가와 가공공정의 이해를 위한 중요한 수단이다.
 
Thremal reflow에 대한 연구는 IBM 밀리패드와 같은 차세대 저장매체의 실용화에 공헌할 수 있으며, 폴리머 렌즈의 발달에 기여할 수 있다.
 
Thermal-Nanoimprint Lithography 성형공정 해석 기술은 NANO메카트로닉스 사업을 Virtual Prototyping과 연계지어 구현함으로서 각종 메카트로닉스 부품의 영역과 방법론을 확장할 수 있는데 응용할 수 있다.