KR100278523B1 - 고품질의 전반사 홀로그램 제조방법 - Google Patents

고품질의 전반사 홀로그램 제조방법 Download PDF

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알리 레자 노바리
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Abstract

큰 영역에 걸쳐 고품질의 마이크로 형상 패턴을 프린트하기 위한 전반사홀로그램의 제조에 있어서, 패턴의 일부분을 한정하는 마스크는 서브 홀로그램의 어레이를 기록하기 위하여 사용되며, 홀로그래픽 레코딩 매체나 마스크는 각 서브-홀로그램의 기록에 이어 상호 이동하여 프린트할 완성 패턴의 홀로그램을 형성한다.

Description

고품질의 전반사 홀로그램 제조방법
제1도는 전반사 홀로그래피의 주요 원리도.
제2도는 본 발명에 따라 큰 필드의 프린팅을 위한 고품질 전반사 홀로그램 제조 시스템의 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
8 : 홀로그래픽 레코딩 층 9 : 기판
10 : 홀로그래픽 판 11 : 프리즘
12 : 왕복대 13 : 마스크
14 : 패턴 17 : 레이저
20 : 물체파 21 : 참조파
22 : 거울 24a,24b : 렌즈
본 발명은 고해상도의 특징을 갖는 전자 디바이스 및 기타 디바이스의 제조에 이용되는 마이크로 석판 인쇄 분야에 관한 것이다. 본 발명은 보다 정밀한 석판 인쇄를 행할 수 있는 신규의 방법 및 장치를 달성하며 우수한 디바이스 성능을 갖도록 하는 전반사(Total Internal Reflection : 이하 TIR 이라 함) 홀로그래피의 이미지 특성의 이점을 갖는다.
마이크로 디바이스를 제조하는 가장 고해상도(< 1.5 μ m)의 석판 인쇄 공정은 기판 표면, 예컨대 실리콘 웨이퍼상에 형성될 모양의 패턴을 한정하는 하나의 마스크 또는 한 세트의 마스크에서 출발한다. 상기 패턴은 마스크를 밀착 프린팅(contact printing)하거나 렌즈 및/또는 거울 시스템을 통하여 마스크를 사상함으로써 기판에 전사된다. 후자에 의한 전사 방법은 마스크에 손상을 입히지 않기 때문에 특히 대량 생산에 적합하다. 고해상도 이미지 시스템의 주요 결점은 ( 그 비용은 차지하더라도) 광축 이탈 수차(off-axis aberration)가 노출 영역의 크기를 1.5 × 1.5 cm2로 제한하고, 8 직경의 실리콘 웨이퍼와 같이 보다 큰 영역 위에 프린트하기 위하여 각각의 노출이 단일 디바이스를 프린트하거나 적은 수의 디바이스를 프린트할 수 있고, 웨이퍼가 노출들 사이에서 이동하는 다중 노출 스텝 앤드 리프트 절차(multi-exposure step-and-repeat procedure)가 사용된다는 점에 있다. 여러 종류의 디바이스 (예를들면, CCD, DRAM)에 제한적인 이러한 노출 영역의 크기뿐 아니라 단계적인 동작은 양호한 층과 층의 맞춰찍기와 높은 생산량을 달성하기 위해서는 매우 복잡하고 정교한 기술을 필요로 한다.
디바이스의 성능은 최소 디바이스의 형상(임계 치수; Critical Dimensions(CD))이 다른 형상에 비해 얼마나 정밀하게 실현되고 배치되는가에 따라 좌우된다. 이러한 이유 때문에 마스크의 패턴은 전자빔 석판 인쇄를 이용하여 가장 잘 만들 수 있다. 그러나 전자빔 석판 인쇄는 비록 정밀하기는 하나 또한 한계가 있다. 그러므로 프린트된 형상의 고정밀도를 보증하기 위해 흔히 패턴 전자 중에 필요한 패턴보다 5 배의 크기로 마스크를 만들어 5 배 축소 렌즈를 통해 마스크를 제작하는 방법이 사용될 수 있다. 이 방법에 의해 마스크 내에 존재하는 CD 또는 위치 에러는 허용 가능한 레벨로 축소된다. 이 방법이 갖는 문제점은 축소 렌즈 자체에 수차에러, 즉 렌즈 비틀림, 비점수차 및 코마가 존재하며, 이들에 의해 형상의 위치 정밀도와 CD 제어가 저하된다는 점이다.
전반사 홀로그래피는 서브-미크론 석판 인쇄에서 강력한 기술로 증명되었다. 전반사 홀로그램 레코딩(recording)의 주요 원리는 제1도에 도시되어 있다. 기판(3)상에 홀로그래픽 홀로그래픽 레코딩 층(2)을 포함하는 홀로그래픽 판(1)은 큰 프리즘(4)의 표면과 광학적으로 접촉한다. 마스크형 투과체(mask transparency)(5) 형태의 물체는 홀로그래픽 레코딩 층(2)에 근접 배치되어 있다. 두개의 상호 간섭 가능한 빔이 시스템을 비춘다. 그 하나의 빔인 물체파(6)는 마스크 투명화를 통과하여 홀로그래픽 레코딩 층(2)에 도달하고 다른 하나의 빔인 참조파(7)는 그것이 홀로그래픽 레코딩 층(2)의 표면으로부터 완전히 반사하도록 프리즘(4)의 다른면을 통해 진행된다. 물체파(6)와 참조파(7)의 광학적 간섭은 홀로그래픽 레코딩 층(2)의 감광성 물질에 의해 기록되어 TIR 홀로그램을 발생시킨다. 홀로그램은 참조파(7)와 반대 방향인 레이저 빔으로 이것을 조사함으로써 재구성된다. 이것은 원래의 마스크(5)에 내포된 패턴의 정확한 재생을 발생시키며, 석판 인쇄술을 수행하도록 사용될 수 있다. 렌즈 또는 거울 시스템을 통하여 이미징하는 것과는 달리 TIR 홀로그래픽 이미징은 광축 이탈 수차가 없고 더욱이 필드 크기와 무관한 거의 회절이 제한된 해상도를 허용해준다. 그러므로 단일 재구성으로부터 대단히 큰 노출 필드에 걸쳐 고해상도의 형상을 프린트할 수 있다.
그러나 TIR 홀로그래피로는 마스크 패턴을 축소하지 못한다. 이것은 본질적으로 1 럭스의 프로세스이다. 그러므로 전자빔 마스크에 포함된 어떤 에러들은 필연적으로 TIR 홀로그램에 기록될 것이고 디바이스에 정확하게 전사될 것이다. 원래의 전자빔 마스크 에러에 비해 배치 에러는 주로 보다 긴 기록 시간을 거의 제어할 수 없는 전자빔 석판 인쇄 시스템내의 기계적 설비에 의한 것이다. 반면 CD 에러는 마스크 기판에 가해진 스핀 처리에 의해 주로 발생하고 이들 에러는 마스크 영역에 대하여 천천히 변화한다. 그러므로 마스크 패턴을 작은 영역 (예를들면, ∼2 ×2 cm2)으로 제한함으로서 마스크 에러를 낮은 레벨로 유지할 수 있다. 작은 마스크 패턴은 마스크 가격을 다소 감축시킬 수 있는 추가적 이점을 갖게 한다. 특히 형상들이 대단히 작고(예컨대, < 0.5 μ m) 마스크의 결점을 제거하기 위해 사용될 잉여물을 허용한다면, 마스크상에 다수의 패턴을 기록함으로써 결점이 없는 적어도 하나 이상의 패턴을 보증할 수 있게 된다. 불행하게도 종래의 기술에 기술된 바와같은 TIR 홀로그램 기록 방법의 마스크의 사용은 TIR 홀로그램의 무한 필드 능력을 포함한다. 이러한 작은 홀로그램은 스텝-앤드-리피드 프린팅 시스템에서 사용될 수 있으나 상술한 바와같은 방법은 통상 바람직하지 못하다.
그러므로 본 발명의 목적은 큰 영역의 기판에 걸쳐 전필드 프린트되도록 고해상도, 고정밀도를 가지고 결점없는 패턴을 허용하는 TIR 홀로그램 제조방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명은 큰기판에 걸쳐 다수의 고품질 서브-홀로그램을 구성하는 기술 및 장치에 관한 것이다. 이와같이 형성된 어레이 TIR 홀로그램은 큰 기판상의 디바이스를 전필드 프린트하기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명에 따라 큰 영역에 걸쳐 고품질의 마이크로 형상의 패턴을 프린트하기 위하여 다음과 같은 단계를 포함하는 어레이 TIR 홀로그램 제조방법을 제공한다.
가) 홀로그래픽 레코딩 매체를 지지하고 프린트할 패턴의 크기를 가지는 기판을 제공하는 단계
나) 프린트할 패턴의 일부분을 한정하는 마스크를 제공하는 단계
다) 상기 마스크에 의해 한정된 패턴 부분의 TIR 서브-홀로그램을 홀로그래픽 레코딩 매체에 기록하는 단계
라) 상기 마스크 또는 다른 마스크의 다른 TIR 서브-홀로그램의 기록을 위한 홀로그래픽 레코딩 매체의 새로운 부분이 존재하도록 상기 홀로그래픽 기록 매체에 평행한 방향으로 서로에 대하여 상기 홀로그래픽 기록 매체 또는 상기 마스크를 이동시키는 단계
상기 큰 영역은 바람직하게는 프린트할 완성 영역에 대응하며, 비록 프린트하는 동안 어느 경우에는 그 영역의 실질적 부분(예를들면,)을 상기 영역이 인용하더라도, 작은 수의 스텝-앤드-리피트 동작(예를들면, 2)이 완성 영역을 프린트하기 위해 요구된다.
이하에서는 본 발명의 각종 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고로 하여 상세히 설명하기로 한다.
제2도에 있어서, 약 15 마이크론 두께의 홀로그래픽 레코딩 층(8)은 5" 직경의 큰 유리 기판(9)상에 적층되거나 우묵한 원형으로 만들어진다. 정확한 이미징에 특히 양호한 홀로그래픽 레코딩 매체는 듀퐁 드 네모와즈 에 꼼빠니 (Du Pont de Nemours & Co)에 의해 제조되어 HRF-352 로 명명되었다. 이 물질은 광에 노출되었을때 굴절율의 공간 변조로 기록된 홀로그램을 중합시키는 단량체이다. 이것은 단파장, 특히 마이크로 이미징을 위한 자외선을 사용하는 것이 바람직하기 때문에 지지기판(9)은 자외선을 통과시켜야 한다. 용융된 실리카는 광학적으로 바람직한 물질이며 용이하게 입수할 수 있다. 홀로그래픽 홀로그래픽 레코딩 층(8)과 기판(9)을 포함하는 홀로그래픽 판(10)은 그들 사이의 굴절율 정합 유체층을 경유하여 프리즘(11)과 광학적으로 접촉하도록 배치된다. 적합한 유체로는 탄화수소 크실렌이 있다. 홀로그래픽 판(10)과 프리즘(11)은 레코딩 과정을 통해 접촉 상태를 유지한다. 프리즘(11)이 움직일때마다 홀로그래픽 판(10)은 프리즘과 함께 움직인다.
프리즘(11)은 고 정밀도의 왕복대(12)에 장착된다. 왕복대(12)는 홀로그래픽 레코딩 층(8)의 평면에서 그 이동을 허용하는 두 직교 방향으로 이동할 수 있다. 많은 형상의 층을 포함하고 결과적으로 그들 층 사이에 정확한 기입을 요구하는 마이크로 디바이스의 제조를 위해 왕복대(12)는 홀로그래픽 레코딩 층(8)이 고 정밀도로 병진 운동할 수 있도록 레이저 간섭계를 구비하는 것이 바람직하다. 패턴 영역 2 cm × 2 cm 로 해상도 0.5 μ m 의 형상의 패턴(14)을 한정하는 전자빔 기입 마스크(13)를 얻게된다. 패턴(14)내의 형상의 위치 정밀도는 ± 0.05 μ m 이며 CD 에러의 확장은 ± 0.03 μ m 이다. 패턴(14)을 에워싸는 마스크(13)상의 영역은 후술하는 이유 때문에 불투명체이다.
마스크(13)는 진공 척(vacuum chuck)(15)에 장착되고, 진공 척(15)은 마스크(13)가 홀로그래픽 레코딩 층(8)에 근접 배치되도록 압전 변환기(16)위에 배치된다.
마스크(13)는 홀로그래픽 레코딩 층(8)으로부터 100 μ m 의 거리에서 평행하게 배치되도록 압전 변환기(16)를 사용하여 정확하게 배치된다.
마스크(13)와 홀로그래픽 레코딩 층(8)의 분리 측정과 그들 평행의 결정은 프리즘의 수직면을 통해 입사하는 레이저 빔을 이용하여(예를들면, EP-A-02421645에 기재된 기술을 이용하여) 간섭적으로 바람직하게 수행된다. 이것을 행하기 위한 장치는 당업자에 있어서 명확한 것이기 때문에 도면에 도시하지 않았다.
364 nm 의 파장에서 동작하는 아르곤 이온 레이저(17)와, 빔 스플리터(18) 및 빔 확장 광학 렌즈(19)는 두개의 상호 간섭성이 있는 조준된 큰 직경의 빔, 즉 물체파(20)와 참조파(21)를 발생시키기 위하여 사용된다. 물체파(20)는 거울(22)에 의해 마스크(13)를 조사하도록 상기 마스크(13)에 수직 입사한다. 참조파(21)는 프리즘(11)의 빗변을 통과하여 홀로그래픽 레코딩 층(8)표면에서 전반사하는 각도로 홀로그래픽 레코딩 층(8)을 조사한다. 프리즘(11)에 도달하기 전에 참조파(21)는 두개의 렌즈(24a,24b)를 포함하는 광학적 릴레이(24)와 개구(23)를 통과한다. 광학적 릴레이의 기능은 레코딩 층(8)에 조사된 개구(23)를 사상하기 위한 것이다. 개구(23)는 렌즈(24a)의 전방 촛점면에 위치되고 제2 렌즈(24b)는 그 전반 촛점면이 렌즈(23a)의 후방 촛점면과 동일 평면상에 있도록 배치된다. 렌즈(24b)의 후방 촛점면은 홀로그래픽 레코딩 층(8)에 있다. 개구(23)의 이미지가 홀로그래픽 레코딩층의 평면에 놓이기 위해서는 개구(23)가 적당하게 렌즈(24a)의 전방 촛점면을 향하여야 한다.
개구(23)와 광학적 릴레이(24)의 목적은 마스크(13)내의 패턴(14) 바로 아래의 홀로그래픽 레코딩 층(8)의 부분만이 참조파(21)에 의해 조사되고, 참조파(21)가 그 범위를 가로질러 균일하게 밝고 잘 조준되도록 하기 위한 것이다. 마스크(13)의 패턴(14)을 에워싸는 불투명 영역은 물체파(20)로 부터 홀로그래픽 레코딩층(8)의 나머지를 차폐한다. 이들 수단에 의해 서브-홀로그램의 분리는 이미지 휘도의 양호한 균일성을 보증하고 서브 홀로그램 사이의 무간섭을 보증하면서 최소화될 수 있다.
홀로그래픽 레코딩 층(8)은 물체파(20)와 참조파(21)에 조사되기 때문에 마스크(13)내의 패턴(14)의 서브-홀로그램이 패턴 바로 아래의 레코딩 층(8) 부분에 기록된다. 감광성 물질에 대해 충분한 노출후 레이저(17)로 부터의 빔은 시간 측정 기계 장치(26) 에 의해 제어되는 셔터(25)에 의해 차단된다.
프리즘(11)과 홀로그래픽 판(10)은 홀로그래픽 레코딩 층(8)의 노출 부분이 물체파(20)와 참조파(21)의 교차 영역에서 멀어지고, 비노출 부분이 내부로 이동하도록 왕복대(12)를 사용하여 일정 거리만큼 측방향으로 병진 운동한다. 전술한 바와같이 다중-레벨 디바이스에 관하여 이 운동은 정확한 중첩이 석판 인쇄동안 달성될 수 있기 위해 정밀하게 수행되어야만 한다.
이어서, 미스크(13)가 홀로그래픽 레코딩 층(8)에 평행하고, 동일한 거리 떨어지게 유지하기 위해서는 마스크(13)를 지지하는 압전 변환기(16)를 재조정 하는 것이 필수적이다.
홀로그래픽 레코딩 층(8)의 병진 운동 방향이 참조파(21)의 입사면이 있는 경우에는 개구의 이미자가 홀로그래픽 레코딩 층(8)상에 정확하게 유지되도록 하기 위해 개구(23)는 길이 방향, 즉 릴레이 렌즈 시스템(24)의 광축을 따라 이동하는 것이 이상적일 것이다.
마스크(13)에 관한 홀로그래픽 레코딩 층(8)의 병진 운동은 마스크(13)의 변위에 의해 양자 택일로 달성될 수 있다. 그러나 이 경우에는 노출에서 노출로의 노출 에너지의 양호한 재현성을 보증하기 위해 물체파(20)와 참조파(21)도 또한 바람직하게는 변위되어야만 한다. 제2도에 도시되어 있지 않으나 이것을 실행하는데 필요한 기계적 장치는 이 방법을 바람직하게 하지는 못하나 보다 상세히 설명한다.
기계적 셔터(25)는 다시 작동하며, 마스크내의 패턴 하부의 홀로그래픽 레코딩 층(8)의 새로운 부분은 물체파(20)와 참조파(21)에 대해 동일한 시간동안 노출되어 다른 서브-홀로그램을 형성한다.
동일한 서브-홀로그램 효율을 획득하기 위해 레어저의 출력이 각각의 서브-홀로그램에 대한 노출의 질을 보증할 정도로 충분히 안정되어 있지 않은 경우에 기계적 셔터(25)는 전 노출 에너지를 측정하는 광 적분기로 부터 양자 택일적으로 제어될 수 있다.
이들 스텝-앤드-노출 동작은 후에 여러번 반복되어 전체 영역이 프린트할 기판의 것에 대응하는 서브-홀로그램의 어레이를 구성한다.
그러면 홀로그래픽 판(10)은 프리즘(11)으로부터 제거되고, 홀로그래픽 레코딩 층(8)은 수은등과 같은 비간섭 광원에 노출시킴으로써 고정된다. 다른 고정 절차는 반복 시퀀스의 부분으로서 이 동작을 포함한다. 즉 홀로그래픽 노출 다음에 즉시, 그리고 다음 서브-홀로그램의 노출을 위한 프리즘 어셈블리의 병진 운동전에 각각의 서브-홀로그램을 고정한다. 이것은 다른 광학적 서브 시스템에 의해 원 위치에서 가장 적합하게 행해진다.
그리고 합성 어레이 TIR 홀로그램은 다른 서브-홀로그램으로 부터의 고품질 이미자가 하나의 노출로 큰 기판상에 프린트될 수 있도록 하기 위하여 TIR 홀로그래픽 석판 인쇄 시스템내에 삽입될 수 있다.

Claims (7)

  1. 큰 영역에 걸쳐 고품질의 마이크로 형상 패턴을 프린트 하기 위해 내부 전반사(TIR) 홀로그램을 제조하는 방법에 있어서,
    a) 기록될 완성 패턴의 크기를 가지며 홀로그래픽 레코딩 매체를 지지하는 기판을 제공하는 단계와,
    b) 프린트할 상기 패턴의 일부분을 한정하는 마스크를 제공하는 단계와,
    c) 상기 마스크에 의해 한정된 상기 패턴 부분의 내부 전반사(TIR) 서브-홀로그램을 홀로그래픽 레코딩 매체에 기록하는 단계와,
    d) 상기 마스크 또는 다른 마스크의 다른 내부 전반사(TIR) 서브-홀로그램을 기록하기 위한 홀로그래픽 레코딩 매체의 새로운 부분을 나타내도록 상기 홀로그래픽 레코딩 매체에 대략 평행한 방향으로 상기 홀로그래픽 레코딩 매체 또는 상기 마스크를 서로에 대하여 이동시키는 단계와,
    e) 상기 마스크 또는 다른 마스크의 TIR 서브 홀로그램을 상기 홀로그래픽 기록 매체의 새로운 부분에 기록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 전반사 홀로그램 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 d)에서 상기 이동은 두 직교 방향 중 하나 이상의 방향으로 실행되는 것을 특징으로 하는 내부 전반사 홀로그램 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마스크는 홀로그래픽 레코딩 매체에서 일정 거리 떨어져서 평행하게 유지되는 것을 특징으로 하는 내부 전반사 홀로그램 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 홀로그래픽 매체에 상기 서브 홀로그램을 기록한 후, 즉시 각각의 서브 홀로그램을 고정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 전반사 홀로그램 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 홀로그래픽 레코딩 매체에 상기 내부 전반사(TIR) 서브 홀로그램의 어레이를 기록한 후, 상기 내부 전반사(TIR) 서브-홀로그램의 어레이를 고정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 전반사 홀로그램 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 적은 횟수의 단계 및 반복 동작으로 상기 영역의 대부분을 프린트하기 위해 전반사(TIR) 홀로그램을 사용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 전반사 홀로그램 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 프리트한 패턴을 레코딩하는 TIR 서브 홀로그램의 어레이를 상기 홀로그래픽 레코딩 매체에 기록하는 데 필요한 회수 만큼 상기 d) 단계와 e) 단계를 반복하는 단계를 추가로 포함하는 것인 내부 전반사 홀로그램 제조 방법.
KR1019930003718A 1992-03-13 1993-03-12 고품질의 전반사 홀로그램 제조방법 KR100278523B1 (ko)

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