KR101737946B1 - 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법 및 이에 의해 제작된 시료 - Google Patents

박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법 및 이에 의해 제작된 시료 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법 및 이에 의해 제작된 시료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 시료에서 여러 가지 물성을 측정하거나 분석할 수 있는 시료를 제작하는 방법 및 이에 의해 제작된 시료에 관한 것이다. 본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법은 기판의 전면에 절연 물질로 이루어진 제1층을 형성하고, 기판의 후면에 제2층을 형성하고, 제2층을 패터닝하고, 패터닝된 제2층을 마스크로 이용하여 기판의 후면을 식각하여 기판의 전면과 후면을 관통하는 관통공을 형성함으로써 제1층의 기판과 대향하는 면의 일부를 하나 이상 노출시키고, 기판의 후면을 통하여 제1층의 노출된 부분을 일부 식각하고, 그리고 제1층의 기판과 대향하는 면의 반대면 상에 대상 박막을 형성한다.

Description

박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법 및 이에 의해 제작된 시료{METHOD OF MANUFACTURING SAMPLE FOR FILM PROPERTY MEASUREMENT AND ANALYSIS, AND SAMPLE MANUVACTURED BY THE METHOD}
본 발명은 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법 및 이에 의해 제작된 시료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 시료에서 여러 가지 물성을 측정하거나 분석할 수 있는 시료를 제작하는 방법 및 이에 의해 제작된 시료에 관한 것이다.
최근 들어, 반도체 웨이퍼의 크기가 증가하고 대면적의 디스플레이가 요구됨에 따라 점차 대면적의 박막을 증착하고 증착된 박막의 물성을 측정하거나 분석을 할 필요성이 증대되고 있다.
그래핀(graphene)과 같은 박막을 화학적 기상 증착법(chemical vapor dapostion, CVD)에 의해 대면적에 증착하거나 기판 상에 전사할 경우, 박막의 신뢰성 평가를 위해 그래핀의 전기적 특성 및 그레인(grain) 크기, 결정립 모양, 투과율 등 다양한 물성을 측정하고 분석해야 한다. 그러나 종래의 방법으로 그래핀의 물성을 측정하거나 분석을 시행하기 위해서는 각각의 물성측정 및 분석 방법에 따라 서로 다른 형태의 시료 제작이 필요하다.
라만(Raman) 분광법이나 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 등을 통해 그래핀의 구조를 분석하기 위해서는 산화실리콘(SiO2)과 같은 부도체 기판 위에 그래핀을 전사한 시료를 제작하여야 한다. 그러나 라만 분광법이나 주사전자현미경을 통하여서는 나노스케일의 미세 구조 분석은 불가능하다. 나노스케일의 미세구조를 관찰하기 위해서는 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM)을 이용하여야 하는데, 투과전자현미경 분석을 위해서는 전자가 시료를 투과하여야 하므로, 투과전자현미경 분석용 시료는 별도로 제작해야 한다. 그러나 투과전자현미경 분석용 시료는 전기적 물성 측정이 용이하지 않다. 그리고 투과율(transmittance)을 측정하기 위하여는 유리 기판 위에 그래핀을 전사한 시료를 제작하여야 한다. 또한, 그래핀의 전기적 물성을 특정하기 위해서 대부분 전계효과트랜지스터를 제작하여야 한다.
이와 같이, 각각의 물성측정 및 분석 방법에 따라 여러 형태의 시료를 제작해야 하므로 복잡할 뿐 아니라, 각각의 물성측정 및 분석이 서로 다른 영역의 물성을 측정한다거나 구조를 분석하게 되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 박막의 물성을 측정하거나 분석을 함에 있어 박막의 동일한 영역에서 다양한 물성을 측정하고 분석을 할 수 있는 시료를 제작하는 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 박막의 동일한 영역에서 다양한 물성을 측정하고 분석이 가능한 박막 물성측정 및 분석용 시료를 제공하는 데에 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법에 대한 일 실시예는 기판의 전면에 절연 물질로 이루어진 제1층을 형성하는 단계; 상기 기판의 후면에 제2층을 형성하는 단계; 상기 제2층을 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 제2층을 마스크로 이용하여 상기 기판의 후면을 식각하여 상기 기판의 전면과 후면을 관통하는 관통공을 형성함으로써, 상기 제1층의 상기 기판과 대향하는 면의 일부를 하나 이상 노출시키는 단계; 상기 기판의 후면을 통하여 상기 제1층의 노출된 부분을 일부 식각하는 단계; 및 상기 제1층의 상기 기판과 대향하는 면의 반대면 상에 대상 박막을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1층의 노출된 부분을 일부 식각하는 단계는, 상기 제1층의 노출된 부분이 투과를 통한 물성측정이나 분석이 가능한 두께가 되도록, 상기 제1층의 노출된 부분을 식각할 수 있다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1층의 노출된 부분을 일부 식각하는 단계는, 상기 제1층의 노출된 부분의 두께가 5 ~ 20nm가 되도록 식각할 수 있다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 투과를 통한 물성측정은 투과율(transmittance) 측정이고, 상기 투과를 통한 분석은 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) 분석일 수 있다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판 전면 부분의 상기 관통공의 크기는 20 ~ 200㎛일 수 있다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 관통공은, 화학적 식각 방법이나 샌드블라스트(sandblast)와 같은 물리적 식각 방법을 통해 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1층을 형성하는 단계와 상기 제2층을 형성하는 단계는 함께 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판은 실리콘(Si) 기판이고, 상기 제1층과 상기 제2층은 질화실리콘, 산화실리콘, 산화하프늄 및 산화알루미늄 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지며, 상기 기판은 수산화칼륨(KOH)에 의해 식각할 수 있다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2층을 패터닝하는 단계는, 단위 영역 내의 패턴이 반복되도록 패터닝하고, 단위 영역과 단위 영역 사이에, 상기 기판 후면 식각시에 노치(notch)가 형성될 수 있도록 노치 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 대상 박막 상에 전기적 물성을 측정하기 위한 측정 전극을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 측정 전극은 Van der Pauw 측정이 가능한 구조로 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 대상 박막은 그래핀(graphene), 질화붕소(BN) 및 금속 칼코젠 화합물(metal dichalcogenide) 중 어느 하나일 수 있다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료에 대한 일 실시예는 상면과 하면을 관통하는 관통공이 하나 이상 형성되어 있는 기판; 상기 기판 상에 형성되며, 절연 물질로 이루어진 제1층; 상기 제1층 상에 형성되는 대상 박막; 및 상기 대상 박막 상에 형성되며, 상기 대상 박막의 전기적 물성을 측정하기 위한 측정 전극;을 포함하며, 상기 기판의 관통공이 형성되어 있는 영역에 형성되어 있는 제1층의 두께는 투과를 통한 물성측정이나 분석이 가능한 두께이다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료의 일부 실시예들에 있어서, 상기 측정 전극은, Van der Pauw 측정이 가능한 구조로 배치되어 있으며, 금(Au), 은(Ag) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지고, 접착력을 높이기 위해 티타늄(Ti) 및 크롬(Cr) 중 적어도 하나가 포함되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료의 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판의 관통공이 형성되어 있는 영역에 형성되어 있는 제1층의 두께는 5 ~ 20nm일 수 있다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료의 일부 실시예들에 있어서, 상기 투과를 통한 물성측정은 투과율 측정이고, 상기 투과를 통한 분석은 투과전자현미경 분석일 수 있다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료의 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판 전면 부분의 상기 관통공의 크기는 20 ~ 200㎛일 수 있다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료의 일부 실시예들에 있어서, 상기 관통공은, 상기 기판의 후면에서 전면으로 갈수록 크기가 작아질 수 있다.
본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료의 일부 실시예들에 있어서, 상기 대상 박막은 그래핀(graphene), 질화붕소(BN) 및 금속 칼코젠 화합물(metal dichalcogenide) 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따르면, 하나의 시료를 제작하여, 동일한 영역에서 다양한 물성을 측정하고 구조 등을 분석할 수 있다. 즉, 대상 박막의 동일한 영역에서 측정 전극을 통해 전기적 물성을 측정할 수 있으며, 같은 영역에서 라만 분광법이나 주사전자현미경, 원자간력현미경(Atomic Force Microscope, AFM)을 이용하여 대상 박막의 구조 분석이 가능하게 된다. 또한, 기판의 관통공이 형성되어 있는 영역(멤브레인 영역)에서는 투과율이나 투과전자현미경과 같이 투과를 통해 물성을 측정하거나 분석이 가능하므로, 이를 위한 별도의 시료 제작이 필요 없게 된다. 따라서 본 발명에 따르면 보다 신뢰성이 있는 박막 분석을 손쉽게 할 수 있게 된다.
도 1(a) 내지 도 1(h)는 본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법에 대한 일 실시예의 수행과정을 개략적으로 설명하기 위한 단면 모식도들이다.
도 2는 본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법의 일 실시예의 수행과정 후 기판 위에서 바라보았을 때의 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법에 대한 일 실시예의 수행과정을 개략적으로 설명하기 위한 단면 모식도들이다. 도 1에 나타낸 도면들은 설명의 편의상 하나의 단위 영역과 그 경계 부분의 단면 모식도들로서, 기판 전체로 보면, 도 1에 나타낸 단위 영역이 반복되어 배열된 형태로 형성된다. 따라서 이하에서는 단위 영역의 개략적인 단면 모식도를 나타낸 도 1을 참조하여 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법에 대한 일 실시예의 수행과정을 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법에 대한 일 실시예는 우선, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 전면에 제1층(120)을 형성하고, 후면에 제2층(130)을 형성한다. 이때 제1층(120)은 절연 물질로 이루어진다. 제1층(120)과 제2층(130)은 하나의 공정으로 형성할 수도 있고, 별도의 공정으로 형성할 수도 있다. 별도의 공정으로 제1층(120)과 제2층(130)을 형성할 경우, 순서는 상관없다. 제1층(120)을 기판(110)의 전면에 형성한 후 제2층(130)을 기판(110)의 후면에 형성할 수도 있고, 제2층(130)을 먼저 기판(110)의 후면에 형성한 후 제1층(120)을 기판(110)의 전면에 형성할 수도 있다. 바람직하게는 하나의 공정을 이용하여 기판(110)의 전면과 후면에 각각 제1층(120)과 제2층(130)을 함께 형성한다. 기판(110)은 실리콘(Si) 기판이 이용될 수 있으며, 제1층(120)과 제2층(130)은 질화실리콘, 산화실리콘, 산화하프늄, 산화알루미늄 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 실리콘 기판(110)의 전면과 후면에 제1층(120)과 제2층(130)을 저압화학기상증착법(Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD)을 이용하여 동시에 형성할 수 있다. 이때 제1층(120)과 제2층(130)은 100nm 정도의 두께를 갖도록 형성할 수 있다.
다음으로, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 제2층(130)에 포토레지스트(photoresist)(140)를 코팅하고 포토리소그라피(photolithography) 공정을 통해 포토레지스트(140)를 패터닝한다. 그리고 도 1(c)에 도시된 바와 같이 패터닝된 포토레지스트(140)를 마스크(mask)로 이용하여 제2층(130)을 식각하고, 도 1(d)에 도시된 바와 같이 포토레지스트(140)를 제거하여 패터닝된 제2층(135)을 형성한다. 제2층(130)을 식각하는 과정(도 1(c))은 반응성 이온식각(Reactive Ion Etching, RIE)을 이용하여 수행할 수 있다. 도 1(b) 내지 도 1(d) 과정을 통해 기판(110)의 후면의 일부가 노출된다. 기판(110)의 후면의 노출된 부분의 크기는 기판(110)의 종류, 물성측정 및 분석하고자 하는 영역의 크기 등에 의해 조절될 수 있으며, 수백 마이크로미터(㎛) 정도일 수 있다. 도 1(b) 내지 도 1(d) 과정을 통한 제2층(130)의 패터닝은 단위 영역으로 표시된 부분(150)이 기판(110)의 전 영역에 반복되도록 패터닝할 수 있다. 그리고 단위 영역(150)과 단위 영역(150) 사이의 경계 부분에는 노치(notch) 패턴(137)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 1(e)에 도시된 바와 같이, 패터닝된 제2층(135)을 마스크로 이용하여 기판(110)의 후면을 통해 기판(110)을 식각하여 기판(110)을 관통하는 관통공(115)을 형성한다. 기판(110)을 관통하는 관통공(115)이 형성되도록 기판(110)의 후면을 통해 식각하게 되면 제1층(120)의 기판(110)과 대향하는 면의 일부가 노출된다. 단, 기판(110)을 식각하여 제1층(120)이 노출되더라도, 제1층(120)은 함께 식각되지 않도록 기판(110)만을 식각한다. 기판(110)이 실리콘 기판이고, 제1층(120)과 제2층(130)이 질화실리콘으로 이루어진 경우, 수산화칼륨(KOH)를 이용하여 비등방성 식각(anisotropic etching)을 하게 되면, 도 1(e)에 도시된 바와 같이 기판(110)만 식각되고 제1층(120)과 제2층(130)은 식각되지 않으며, 관통공(115)의 크기가 기판(110)의 후면에서 기판(110)의 전면으로 갈수록 작아지게 된다. 관통공(115)의 크기가 기판(110)의 후면에서 기판(110)의 전면으로 갈수록 작아지게 형성되면, 후술할 기판(110)의 전면 상에 형성될 대상 박막을 투과를 통한 물성측정이나 분석을 할 경우, 보다 정확한 측정이나 분석을 할 수 있게 된다. 그리고 단위 영역(150)의 경계 부분에 형성되어 있는 노치 패턴(137)을 통해 기판(110)의 후면 일부가 식각된다. 노치 패턴(137)에 의해 노출된 기판(110)의 후면이 단위 영역(150) 내의 기판(110)의 후면의 노출된 부분보다 작으므로, 단위 영역(150) 내에 기판(110)을 관통하는 관통공(115)을 형성하더라도 노치 패턴(137)이 형성되어 있는 부분은 관통공(115)이 형성되지 않고 노치(117)가 형성된다. 이와 같이 기판(110)의 후면을 화학적 식각 방법으로 식각하여 관통공(115)을 형성할 수도 있고, 샌드블라스트(sandblast)와 같은 물리적 식각 방법을 이용하여 식각함으로써 관통공(115)을 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 1(f)에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 후면을 통하여 제1층(120)의 노출된 부분을 일부 식각한다. 이 과정을 통해 기판(110)에 형성되어 있는 관통공(137)이 형성되어 있는 영역 상에 형성되어 있는 제1층(120)의 두께를 감소시킨다. 관통공(137)이 형성되어 있는 영역 상에 형성되어 있는 식각에 의해 제1층(120)의 두께가 감소된 부분을 이하에서는 멤브레인(membrane)(125)이라 한다. 제1층(120)의 일부를 식각하는 과정은 반응성 이온식각 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 제1층(120)이 질화실리콘이고 반응성 이온식각 방법을 이용하여 식각하는 경우, 멤브레인(125)의 두께를 정밀하게 조절하는 것이 가능하다. 멤브레인(125)은 투과를 통한 물성측정이나 분석이 가능한 두께가 되어야 한다. 예컨대, 투과율(transmittance) 측정이나 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) 분석이 가능한 두께가 되도록 제1층(120)을 식각하여 멤브레인(125)을 형성한다. 이를 위해, 멤브레인(125)의 두께는 5 ~ 20nm 정도일 수 있다. 멤브레인(125)의 두께가 20nm보다 두꺼우면 투과전자현미경을 통한 대상 박막의 구조를 분석하는데 용이치 않고, 멤브레인(125)의 두께가 5nm보다 얇으면 대상 박막을 지지하는 것이 용이치 않게 된다. 멤브레인(125)은 후술하는 바와 같이 대상 박막을 지지하는 역할도 해야 하므로, 관통공(115)의 크기가 크면 상대적으로 제1층(120)의 식각되고 남은 부분(125)의 두께는 두꺼워야 하고, 반대로 관통공(115)의 크기가 작으면 멤브레인(125)의 두께는 상대적으로 얇아도 대상 박막을 지지할 수 있다. 따라서 측정하고자 하는 물성 및 분석에 따라 제2층(130)을 패터닝하는 과정, 멤브레인(125)의 두께 등을 조절하여 최적의 조건을 선택할 수 있다.
다음으로, 도 1(g)에 도시된 바와 같이 제1층(120)의 상측에 즉, 기판(110)과 대향하는 면의 반대면 상에 대상 박막(160)을 형성한다. 대상 박막(160)은 물성을 측정하거나 분석하고자 하는 대상이 되는 박막으로 예컨대 그래핀(graphene), 질화붕소(BN) 또는 금속 칼코젠 화합물(metal dichalcogenide)일 수 있다. 금속 칼코젠 화합물은 예컨대 MoS2, MoSe2, WS2, WSe2와 같은 물질일 수 있다. 대상 박막(160)은 다양한 증착방법, 예컨대 화학적기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD), 물리적기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD), 원자층증착법(Atomic Layer Deposition, ALD) 등과 같은 방법으로 형성할 수 있으며, 그래핀의 경우에 전사방법으로 형성할 수도 있다. 대상 박막(160) 역시 투과에 의한 물성측정이나 분석이 가능한 두께로 형성할 수 있다.
다음으로, 도 1(h)에 도시된 바와 같이, 대상 박막(160) 상에 측정 전극(170)을 형성한다. 측정 전극(170)은 대상 박막(160)의 전기적 물성을 측정하기 위한 것으로, 단위 영역(150)의 주변부에 형성한다. 측정 전극(170)은 면저항이나 비저항 분석을 위해 Van der Pauw 측정이 가능한 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 측정 전극(170)은 하드마스크(hard mask)를 이용하여 형성할 수 있으며, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으며, 측정 전극(170)과 대상 박막(160)의 접착력을 높이기 위해 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 또는 이들의 조합이 더 포함될 수도 있다.
도 1(a) 내지 도 1(h)의 방법으로 박막물성 측정 및 분석용 시료를 제작하였을 때, 기판(110)의 전면에서 바라본 구조를 도 2에 나타내었다. 도 2는 하나의 단위 영역(150)의 중앙부에는 9개의 관통공(115)이 3×3 행렬로 배열되어 있는 경우를 나타내었다. 관통공(115)이 형성되어 있는 각각의 영역에는 제1층(120)의 멤브레인(125)에 해당하는 부분이 형성된다. 따라서 관통공(115)이 형성되어 있는 영역을 통해 투과를 통한 물성측정이나 분석이 가능하다. 하나의 단위 영역(150)은 수 ㎟ ~ 수 ㎠ 정도의 면적을 가질 수 있으며, 기판(110)의 전면 부분의 관통공(115)은 20 ~ 200㎛ 정도의 크기를 가지고, 관통공(115) 사이의 간격은 수백 ㎛ 정도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 단위 영역(150)은 정사각형 형태일 수 있으며, 측정 전극(170)은 Van der Pauw 측정이 가능하도록 단위 영역(150)의 모서리 부근에 4개 형성될 수 있다. 단위 영역(150)은 기판(110)의 후면에 형성된 노치(137)에 의해 용이하게 쪼개질 수 있다. 이와 같이 쪼개진 단위 영역(150)이 하나의 대상 박막 물성측정 및 분석용 시료가 될 수 있다.
상기의 방법으로 형성된 박막 물성 측정 및 분석용 시료(100)는 도 1(h)에 도시된 바와 같이, 기판(110), 제1층(120), 대상 박막(160) 및 측정 전극(170)을 구비한다.
기판(110)은 상술한 바와 같이 실리콘 기판일 수 있으며, 기판(110)에는 기판(110)의 전면과 후면을 관통하는 관통공(115)이 형성된다. 관통공(115)은 20 ~ 200㎛ 정도의 크기를 가질 수 있으며, 하나의 시료(100)에는 복수의 관통공(115)이 배열되어 있다. 관통공(115)의 개수는 대상 박막(160)을 통해 측정하거나 분석하고자 하는 목적에 따라 조절이 가능하다.
제1층(120)은 기판(110)의 전면 상에 형성되며, 상술한 바와 같이 질화실리콘, 산화실리콘, 산화하프늄, 산화알루미늄과 같은 절연 물질로 이루어진다. 기판(110)의 관통공(115)이 형성되어 있는 영역에는 멤브레인(125)이 형성되며, 멤브레인(125)은 투과를 통한 물성측정이나 분석이 가능한 두께를 갖는다. 예컨대, 멤브레인(125)은 투과율 측정이나 투과전자현미경 분석이 가능한 두께를 갖는다.
대상 박막(160)은 제1층(120) 상에 형성되며, 물성을 측정하거나 분석하고자 하는 대상이 되는 박막으로 그래핀(graphene), 질화붕소(BN) 또는 금속 칼코젠 화합물(metal dichalcogenide)일 수 있다. 금속 칼코젠 화합물은 예컨대 MoS2, MoSe2, WS2, WSe2와 같은 물질일 수 있다. 대상 박막(160) 역시 투과에 의한 물성측정이나 분석이 가능한 두께로 형성할 수 있다.
측정 전극(170)은 대상 박막(160) 상에 형성되며, 대상 박막(160)의 전기적 물성을 측정하기 위한 것으로, 시료(100)의 주변부에 형성된다. 측정 전극(170)은 면저항이나 비저항 분석을 위해 Van der Pauw 측정이 가능한 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 측정 전극(170)은 하드마스크(hard mask)를 이용하여 형성할 수 있으며, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으며, 측정 전극(170)과 대상 박막(160)의 접착력을 높이기 위해 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 또는 이들의 조합이 더 포함될 수도 있다.
이와 같은 박막 물성측정 및 분석용 시료(100)는 하나의 시료에서 Van der Pauw 측정 등을 통해 전기적 특성을 측정하고, 같은 시료에서 라만 분광법, 주사전자현미경, 원자력간현미경을 통한 분석이 가능하며, 또한 같은 시료의 멤브레인(125) 영역에서 투과율 측정이나 투과전자현미경을 통한 분석이 가능하다. 따라서 동일 영역에서 다양한 형태의 물성측정 및 분석이 가능하므로, 보다 신뢰성 있는 박막의 품질 평가가 가능하게 된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (19)

  1. 기판의 전면에 절연 물질로 이루어진 제1층을 형성하는 단계;
    상기 기판의 후면에 제2층을 형성하는 단계;
    상기 제2층을 패터닝하는 단계;
    상기 패터닝된 제2층을 마스크로 이용하여 상기 기판의 후면을 식각하여 상기 기판의 전면과 후면을 관통하는 관통공을 형성함으로써, 상기 제1층의 상기 기판과 대향하는 면의 일부를 하나 이상 노출시키는 단계;
    상기 기판의 후면을 통하여 상기 제1층의 노출된 부분을 일부 식각하는 단계; 및
    상기 제1층의 상기 기판과 대향하는 면의 반대면 상에 대상 박막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1층의 노출된 부분을 일부 식각하는 단계는,
    상기 제1층의 노출된 부분이 투과를 통한 물성측정이나 분석이 가능한 두께가 되도록, 상기 제1층의 노출된 부분을 식각하는 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1층의 노출된 부분을 일부 식각하는 단계는,
    상기 제1층의 노출된 부분의 두께가 5 ~ 20nm가 되도록 식각하는 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 투과를 통한 물성측정은 투과율(transmittance) 측정이고,
    상기 투과를 통한 분석은 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) 분석인 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 전면 부분의 상기 관통공의 크기는 20 ~ 200㎛인 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통공은,
    화학적 식각 방법이나 샌드블라스트(sandblast)와 같은 물리적 식각 방법을 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1층을 형성하는 단계와 상기 제2층을 형성하는 단계는 함께 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘(Si) 기판이고,
    상기 제1층과 상기 제2층은 질화실리콘, 산화실리콘, 산화하프늄 및 산화알루미늄 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지며,
    상기 기판은 수산화칼륨(KOH)에 의해 식각하는 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2층을 패터닝하는 단계는,
    단위 영역 내의 패턴이 반복되도록 패터닝하고,
    단위 영역과 단위 영역 사이에, 상기 기판 후면 식각시에 노치(notch)가 형성될 수 있도록 노치 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대상 박막 상에 전기적 물성을 측정하기 위한 측정 전극을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 측정 전극은 Van der Pauw 측정이 가능한 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대상 박막은 그래핀(graphene), 질화붕소(BN) 및 금속 칼코젠 화합물(metal dichalcogenide) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료 제작 방법.
  13. 상면과 하면을 관통하는 관통공이 하나 이상 형성되어 있는 기판;
    상기 기판 상에 형성되며, 절연 물질로 이루어진 제1층;
    상기 제1층 상에 형성되는 대상 박막; 및
    상기 대상 박막 상에 형성되며, 상기 대상 박막의 전기적 물성을 측정하기 위한 측정 전극;을 포함하며,
    상기 기판의 관통공이 형성되어 있는 영역에 형성되어 있는 제1층의 두께는 투과를 통한 물성측정이나 분석이 가능한 두께인 것을 특징으로 하는 박막 물성 측정 및 분석용 시료.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 측정 전극은,
    Van der Pauw 측정이 가능한 구조로 배치되어 있으며,
    금(Au), 은(Ag) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지고, 접착력을 높이기 위해 티타늄(Ti) 및 크롬(Cr) 중 적어도 하나가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 물성 측정 및 분석용 시료.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 기판의 관통공이 형성되어 있는 영역에 형성되어 있는 제1층의 두께는 5 ~ 20nm인 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 투과를 통한 물성측정은 투과율 측정이고,
    상기 투과를 통한 분석은 투과전자현미경 분석인 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 기판 전면 부분의 상기 관통공의 크기는 20 ~ 200㎛인 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 관통공은,
    상기 기판의 후면에서 전면으로 갈수록 크기가 작아지는 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료.
  19. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대상 박막은 그래핀(graphene), 질화붕소(BN) 및 금속 칼코젠 화합물(metal dichalcogenide) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 물성측정 및 분석용 시료.
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