KR100918671B1 - 박막 패터닝 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막 패터닝 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 금속박막과 금속박막 하단의 광반응성 물질의 경계면에 여기되는 표면 플라즈몬 파 간의 간섭패턴과, 광반응성 물질의 내부로 진행하는 광 도파 모드 간의 간섭패턴을 이용하여 광반응성 물질을 패터닝한다.

박막 패터닝, 표면 플라즈몬 파(surface plasmon wave), 광 도파 모드(guided mode)

Description

박막 패터닝 방법{Thin film patterning method}

본 발명은 박막 패터닝 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 디바이스 제조 공정에서의 패터닝 기술로는 포토 마스크를 이용한 리소그래피(lithography) 기술이 널리 이용되고 있다.

포토마스크 기술은 미세패턴을 갖는 포토 마스크를 제작하는 마스킹 공정과, 제작된 포토 마스크를 감광막 상부에 로딩 한 후 감광막에 대해 노광하는 노광 공정과, 노광된 감광막을 현상하는 현상 공정으로 이루어진다.

최근에는 반도체 소자가 점점 고집적화 됨에 따라 패턴의 선폭이 미세화되어, 포토 마스크를 이용하여 미세화된 패턴을 구현하기가 점점 어려워지는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 미세 패턴 구현이 가능한 박막 패터닝 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 박막 패터닝 방법은,

특정 입사각으로 프리즘에 입사되는 입사광에 의해 금속박막과 상기 금속박막 하부의 광반응성 물질의 경계면에 표면 플라즈몬 파가 여기되는 단계; 상기 표면 플라즈몬 파에 의한 간섭패턴이 형성되는 단계; 및 상기 간섭패턴으로 상기 광반응성 물질을 노광하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 박막 패터닝 방법은,

특정 입사각으로 프리즘에 입사되는 입사광에 의해 금속박막 하부의 광반응성 물질 내부로 진행되는 광 도파 모드가 형성되는 단계; 상기 광 도파 모드에 의한 간섭패턴이 형성되는 단계; 및 상기 간섭패턴으로 상기 광반응성 물질을 노광하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따른 박막 패터닝 방법은,

제1 입사각으로 프리즘에 입사되는 제1 입사광에 의해 금속박막과 상기 금속박막 하부의 광반응성 물질의 경계면에 표면 플라즈몬 파가 여기되는 단계; 상기 표면 플라즈몬 파에 의한 제1 간섭패턴이 형성되는 단계; 상기 제1 입사각과 다른 제2 입사각으로 상기 프리즘에 입사되는 제2 입사광에 의해 상기 광반응성 물질 내 부로 진행되는 광 도파 모드가 형성되는 단계; 상기 광 도파 모드에 의한 제2 간섭패턴이 형성되는 단계; 및 상기 제1 간섭패턴과 상기 제2 간섭패턴을 이용하여 상기 광반응성 물질을 노광하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 표면 플라즈몬 파 간의 간섭패턴과 금속박막 하부의 광반응성 물질 내부로 진행하는 광 도파 모드 간의 간섭패턴을 형성하여, 광반응성 물질에 입사광의 에너지를 효과적으로 전달시켜 미세 패턴 형성이 가능하도록 한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이제 아래에서는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 패터닝 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시 예를 설명하기에 앞서, 우선 다음 도 1 및 도 2를 참조하여 일반적인 표면 플라즈몬 파 간의 간섭이 발생하는 원리에 대하여 설명한다.

도 1은 일반적인 Kretschmann의 감쇠전반사(Attenuated Total Reflection, ATR) 구조를 도시한 것으로서, 프리즘(10)을 사용하여 표면 플라즈몬(surface Plasmon)을 여기(excitation)하는 Kretschmann의 감쇠전반사(Attenuated Total Reflection, ATR) 구조를 도시한 구조도이다.

우선, 표면 플라즈몬이란, 입사광의 에너지가 금속 내의 자유전자를 여기시킴으로써, 금속의 표면에서 일어나는 전자들의 집단적 진동(collective electron density oscillation)을 의미하며, 이에 의해 발생하는 표면 플라즈몬 파는 금속과 유전체의 경계면을 따라 진행하는 표면 전자기파이다.

도 1을 보면, ATR 구조는 하부 방향으로 순차적으로 배치된 프리즘(10), 기판(20) 및 금속박막(30)으로 구현되며, 금속박막(30)과 그 하부 공기층의 경계면에서 표면 플라즈몬이 여기되는 구조이다.

또한, 이 구조에서는 특정 입사각으로 프리즘(10)으로 입사되는 가간섭성(coherent)의 평행 편광 (p-polarized light)된 입사광은, 공명각에서 금속박막(30)과 그 하부 공기층의 경계면에서 표면 플라즈몬 파를 발생시킨다.

도 2는 일반적인 표면 플라즈몬 파의 간섭이 발생하는 개념을 도시한 개념도이다.

도 2를 보면, 좌우에서 θ _sp 와 θ ^' _sp 의 입사각으로 프리즘(10)으로 입사되는 입사광에 의해 금속박막(30)과 그 하부 공기층의 경계면에서 서로 반대 방향으로 진행하는 표면 플라즈몬 파가 발생하며, 이는 표면 플라즈몬 파 간의 간섭패턴(40)을 생성시킨다.

여기서, 입사각은 프리즘(10)이 기판(20)의 경계면에 수직인 가상의 선(점선)을 기준으로 하여 입사광이 입사하는 각도를 나타내며, 도 2에서처럼 표면 플라즈몬 파는 특정 입사각(θ _sp , θ ^' _sp )에서 여기된다.

다음, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 박막 패터닝에 사용하는 광파 간의 간섭패턴이 발생하는 원리를 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 간섭패턴을 발생시키는 구조를 도시한 구조도이다.

도 3을 보면, 본 발명의 실시 예에서는 박막 패터닝을 위해 프리즘(100), 기판(200), 금속 박막(300) 및 광반응성 물질(photosensitive)(400)이 하부 방향으로 순차 배치된 구조를 이용한다.

여기서, 프리즘(100)은 가간섭성의 평행 편광을 가진 입사 광에 대해서 금속 표면에 존재하는 표면 플라즈몬을 여기(excitation)할 수 있는 고 굴절률을 가지는 전반사 프리즘(total internal reflection)을 사용하며, 기판(200)은 고굴절률을 가지고 프리즘(100)과 동일한 물질로 구성된 투명 기판을 사용한다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 꼭지각이 직각인 전반사 프리즘(10)을 이용하여 수행하는 박막 패터닝 방법을 예로 들어 설명하나, 본 발명은 특정한 입사각을 만들어 낼 수 있는 다른 구조의 프리즘을 이용하여 박막 패터닝을 수행하는 것 또한 가능하다.

도 3의 구조에서는 프리즘(100)으로 특정 입사각으로 입사되는 가간섭성의 평행 편광된 입사광에 의해 금속박막(300)과 광반응성 물질(400)의 경계면에 표면 플라즈몬 파가 여기되거나, 광반응성 물질(400) 내부로 진행하는 광 도파 모드(guided mode)가 형성된다. 여기서, 표면 플라즈몬 파를 여기시키고, 광반응성 물질(400) 내부로 진행하는 광 도파 모드를 유도하는 입사광의 입사각은 서로 다르다. 또한, 광반응성 물질(400)의 두께 및 유효 굴절률에 따라 광반응성 물질(400) 내부로 진행하는 광 도파 모드를 유도하는 입사각이 결정된다.

입사각은 프리즘(100)과 기판(200)의 경계면에 수직인 가상의 선을 기준으로 입사광이 입사하는 각도를 의미한다. 또한, 유효 굴절률은 광반응성 물질(400)의 입사광의 파장에 따른 굴절률을 의미하며, 광반응성 물질(400)의 두께는 도포 방법에 따라 달라진다. 본 발명의 실시 예에서는 광반응성 물질(400)의 두께는 입사되는 입사광의 파장 크기의 10배 이하(수 마이크로미터(micrometer) 이하)가 된다.

한편, 도 3에서는 입사광을 조사하는 광원을 도시하지 않았으나, 가간섭성의 평행광을 조사하는 광원이 구비됨은 자명하다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 표면 플라즈몬 파 간의 간섭패턴이 발생하는 일 예를 도시한 것으로서, 제1 입사각(θ _sp , θ ^' _sp )의 입사광(500)에 의해 표면 플라즈몬 파기 여기된다. 또한, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 광 도파 모드 간의 간섭패턴이 발생하는 일 예를 도시한 것으로서, 도 4와 다른 제2 입사각(θ _dm , θ ^' _dm )의 입사광(600)에 의해 광 도파 모드가 형성된다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 표면 플라즈몬 파 간의 간섭 패턴과 광 도파 모드 간의 간섭패턴이 동시에 발생하는 일 예를 도시한 것이다.

도 6을 보면, 서로 다른 입사각 즉, 제1 입사각(θ _sp , θ ^' _sp )과 제2 입사각(θ _dm , θ ^' _dm )으로 입사되는 입사광들(500, 600)에 의해 표면 플라즈몬 파의 간섭패턴과 광반응성 물질(400) 내부로 진행하는 광 도파 모드 간 간섭패턴이 동시에 발생할 수 있다.

다음, 도 7 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 박막 패터닝 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 패터닝 방법을 도시한 흐름도이다. 또한, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 표면 플라즈몬 파 간의 간섭의 일 예를 도시한 것이고, 도 9는 광 도파 모드 간의 간섭의 일 예를 도시한 것이다. 또한, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 표면 플라즈몬 파 간의 간섭과 광 도파 모드 간의 간섭으로 인해 발생하는 주기적인 간섭패턴의 일 예를 도시한 것이다.

도 7을 보면, 우선, 제1 입사광을 제1 입사각으로 프리즘(100)으로 조사하여 표면 플라즈몬 파를 여기시킴으로써(S101), 금속박막(300)과 광반응성 물질(400)의 경계면을 따라 표면 플라즈몬 파 간의 간섭패턴인 제1 간섭패턴이 발생한다(S102). 도 8은 이러한 제1 간섭패턴의 일 예로서, 금속박막(300)과 광반응성 물질(400)의 경계면에 간섭패턴이 형성되며, 입사광의 에너지가 광반응성 물질(400)과 금속박막(300)의 경계면에 집중됨을 알 수 있다.

또한, 제2 입사광을 제2 입사각으로 프리즘(100)으로 조사하여 광반응성 물질(400) 내부로 진행하는 광 도파 모드를 형성함으로써(S103), 광반응성 물질(400) 내부에 광 도파 모드 간의 간섭패턴인 제2 간섭패턴이 발생한다(S104). 도 9는 이러한 제2 간섭패턴의 일 예로서, 도 8에서와는 달리 광반응성 물질(400)의 내부에 간섭패턴이 형성됨을 알 수 있다.

이에 따라, 제1 간섭패턴과 제2 간섭패턴이 결합된 제3 간섭패턴에 의하여 광반응성 물질(400)이 노광되어 박막 패터닝이 이루어진다(S105).

한편, 도 10은 제1 간섭패턴과 제2 간섭패턴이 결합된 제3 간섭패턴의 일 예를 도시한 것이다.

도 10을 보면, 표면 플라즈몬 파 간의 간섭패턴과 광반응성 물질(400) 내부로 진행하는 광 도파 모드 간의 간섭패턴이 형성되어, 광반응성 물질(400)에 입사광의 에너지를 효과적으로 전달하는 것이 가능하다. 따라서, 박막 패터닝 시 미세 패턴 형성이 가능한 효과가 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 표면 플라즈몬 파 간의 간섭패턴과 광반응성 물질(400) 내부로 진행하는 광 도파 모드 간의 간섭패턴을 모두 사용하여 박막 패터닝을 수행하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 두 간섭패턴 중 하나만을 사용하여 패터닝을 수행하는 것 또한 가능하다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권 리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 일반적인 Kretschmann의 감쇠전반사(Attenuated Total Reflection, ATR) 구조를 도시한 것이다.

도 2는 일반적인 표면 플라즈몬 파의 간섭이 발생하는 개념을 도시한 개념도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 간섭패턴을 발생시키는 구조를 도시한 구조도이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 표면 플라즈몬 파 간의 간섭패턴이 발생하는 일 예를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 실시 에에 따른 광 도파 모드 간의 간섭패턴이 발생하는 일 예를 도시한 것이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 표면 플라즈몬 파 간의 간섭 패턴과 광 도파 모드 간의 간섭패턴이 동시에 발생하는 일 예를 도시한 것이다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 패터닝 방법을 도시한 흐름도이다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 표면 플라즈몬 파 간의 간섭의 일 예를 도시한 것이다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 광 도파 모드 간의 간섭의 일 예를 도시한 것이다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 표면 플라즈몬 파 간의 간섭과 광 도파 모드 간의 간섭으로 인해 발생하는 주기적인 간섭패턴의 일 예를 도시한 것이다.

Claims (6)

1. 박막 패터닝 방법에 있어서,

   특정 입사각으로 프리즘에 입사되는 입사광에 의해 금속박막과 상기 금속박막 하부의 광반응성 물질의 경계면에 표면 플라즈몬 파가 여기되는 단계;

   상기 표면 플라즈몬 파에 의한 간섭패턴이 형성되는 단계; 및

   상기 간섭패턴으로 상기 광반응성 물질을 노광하는 단계

   를 포함하는 박막 패터닝 방법.
2. 박막 패터닝 방법에 있어서,

   특정 입사각으로 프리즘에 입사되는 입사광에 의해 금속박막 하부의 광반응성 물질 내부로 진행되는 광 도파 모드가 형성되는 단계;

   상기 광 도파 모드에 의한 간섭패턴이 형성되는 단계; 및

   상기 간섭패턴으로 상기 광반응성 물질을 노광하는 단계

   를 포함하는 박막 패터닝 방법.
3. 박막 패터닝 방법에 있어서,

   제1 입사각으로 프리즘에 입사되는 제1 입사광에 의해 금속박막과 상기 금속박막 하부의 광반응성 물질의 경계면에 표면 플라즈몬 파가 여기되는 단계;

   상기 표면 플라즈몬 파에 의한 제1 간섭패턴이 형성되는 단계;

   상기 제1 입사각과 다른 제2 입사각으로 상기 프리즘에 입사되는 제2 입사광에 의해 상기 광반응성 물질 내부로 진행되는 광 도파 모드가 형성되는 단계;

   상기 광 도파 모드에 의한 제2 간섭패턴이 형성되는 단계; 및

   상기 제1 간섭패턴과 상기 제2 간섭패턴을 이용하여 상기 광반응성 물질을 노광하는 단계

   를 포함하는 박막 패터닝 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제1 입사광 및 상기 제2 입사광은 가간섭성의 광이며, 상기 프리즘을 통해 상기 금속박막과 상기 광반응성 물질로 평행 편광되는 박막 패터닝 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 프리즘은 전반사 프리즘인 박막 패터닝 방법.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 제2 입사각은 상기 광반응성 물질의 유효 굴절률 및 도포되는 두께에 의해 결정되는 박막 패터닝 방법.

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