KR101095855B1 - 패턴 클리닝 방법 및 패턴 클리닝 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패턴 클리닝 방법 및 패턴 클리닝 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 패턴 클리닝 방법은, 기판 상에 형성된 패턴을 클리닝하는 패턴 클리닝 방법이고, 패턴이 형성된 기판을 챔버 내에 위치시키고, 챔버 내에 반응 가스를 주입하는 제1 단계, 기판 상으로 소정의 포톤 에너지를 가지는 레이저 광을 주사하여, 패턴 상의 거친 표면 부위에 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photo-dissociation)를 발생시켜 패턴 상의 거친 표면 부위를 제거하는 제2 단계를 포함한다.
패턴 클리닝, 포톤 에너지, 옵티컬 니어 필드, 광해리

Description

패턴 클리닝 방법 및 패턴 클리닝 장치{PATTERN CLEANING METHOD AND PATTERN CLEANING DEVICE}
본 발명은 패턴 클리닝 방법 및 패턴 클리닝 장치에 관한 것이다.
최근 광산업, 디스플레이 산업, 반도체 산업, 바이오 산업에서 제품의 박막화 고성능화의 요구가 증가하고 있다. 그러한 요구에 부합하기 위해서는 각각의 부품을 구성하고 있는 배선 또는 기능성 박막층이 더욱더 작고 균일하게 패턴을 형성하여 있어야 한다. 그러므로, 미세 패턴 제조 방법은 이러한 산업의 기반이 되는 기술이다. 이러한 미세 패턴은 패턴들 사이에 오염 물질이 없어야 하고 패턴이 균일해야 원하는 성능을 얻을 수 있다.
기존의 마이크로미터 이하의 패턴을 제조하는 방법에는 노광(photolithography), FMD(Fine Mask Deposition), 프린팅(printing), NIL(Nano Imprinting Lithography)등이 있다. 그러나, 이러한 제조 방법에는 대면적 제조의 어려움, 높은 제조 비용, 복잡한 공정으로 인한 긴 제조 시간, 사용 가능한 재료의 한계 등 공정상의 단점들이 존재한다. 그래서, 최근에는 이러한 문제를 극복하기 위해서 레이저를 이용한 패턴 전사방법이 연구 되고 있다. 그러한 방법에는 LITI (Laser Induced Thermal Imaging), LIFT(Laser Induced Forward Transfer), 롤 투 롤 프린팅(roll to roll printing) 방식 등이 있다. 그러나, 이러한 방법은 아직까지 상용화 되고 있지 않는데, 그러한 이유 중에 가장 큰 것은 이러한 공정으로 제조된 패턴들이 실제 제품에 사용하기에는 패턴 폭이 불 균일하고, 패턴 두께가 불 균일하며, 패턴의 찢어짐 및 파티클(particle)의 비산으로 인한 패턴 주위의 오염이 발생하기 때문이다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 챔버 내의 기판 상으로 주사된 레이저 광을 통하여, 반응가스의 원자의 진동모드로 인한 멀티 스텝 여기(multi step exiting)를 유도하여 패턴의 거친 표면 부위에 발생된 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photo-dissociation)를 이용하여 표면의 불균일 부분을 제거하는 것에 의하여, 간단한 공정으로 불 균일한 패턴을 균일한 패턴으로 만들 수 있고, 표면 상태가 매우 우수한 패턴을 만들 수 있는 패턴 클리닝 방법 및 패턴 클리닝 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 대면적의 패턴 클리닝을 수행할 수 있는 패턴 클리닝 방법 및 패턴 클리닝 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 패턴의 거친 표면 부위를 제거시에 균일하고 평평한 패턴이 형성되면, 그 공정을 자동으로 정지시켜줄 수 있는 패턴 클리닝 방법 및 패턴 클리닝 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 관한 발명인 패턴 클리닝 방법은, 기판 상에 형성된 패턴을 클리닝하는 패턴 클리닝 방법이고, 패턴이 형성된 기판을 챔버 내에 위치시키고, 챔버 내에 반응 가스를 주입하는 제1 단계, 기판 상으로 소정의 포톤 에너지를 가지는 레이저 광을 주사하여, 패턴 상의 거친 표면 부위에 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photo-dissociation)를 발생시켜 패턴 상의 거친 표면 부위 를 제거하는 제2 단계를 포함한다.
따라서, 청구항 1에 관한 발명인 패턴 클리닝 방법에 의하면, 챔버 내의 기판 상으로 주사된 레이저 광을 통하여, 패턴의 거친 표면 부위에 발생된 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photo-dissociation)와 반응가스의 높은 진동상태에 의하여 발생된 패턴과의 물리적이고 화학적인 상호작용을 통하여 패턴의 거친 표면 부위를 제거하는 것에 의하여, 간단한 공정으로 불 균일한 패턴을 균일한 패턴으로 만들 수 있고, 표면 상태가 매우 우수한 패턴을 만들 수 있다.
청구항 2에 관한 발명인 패턴 클리닝 방법은, 청구항 1에 관한 발명인 패턴 클리닝 방법에 있어서, 제1 단계는, 주입된 반응가스에 의한 챔버 내부의 압력이 소정의 범위 이내에서 유지되도록 하는 단계를 더 포함한다.
따라서, 청구항 2에 관한 발명인 패턴 클리닝 방법에 의하면, 챔버 내에 주입된 반응가스의 밀도를 조절하기 위하여 소정의 범위 이내의 압력을 유지시키는 것에 의하여, 광해리 작용을 활성화 시킬 수 있다.
청구항 3에 관한 발명인 패턴 클리닝 방법은, 청구항 1에 관한 발명인 패턴 클리닝 방법에 있어서, 반응가스는 아르곤(Ar) 또는 염화가스(Cl2)를 포함한다.
따라서, 청구항 3에 관한 발명인 패턴 클리닝 방법에 의하면, 아르곤(Ar) 또는 염화가스(Cl2)를 포함한 반응가스를 챔버내로 주입하여 패턴 상의 거친 표면 부위를 제거할 수 있다.
청구항 4에 관한 발명인 패턴 클리닝 방법은, 청구항 1에 관한 발명인 패턴 클리닝 방법에 있어서, 소정의 포톤 에너지는, 반응가스의 흡수 밴드 에너지 보다 작고, 반응가스의 진동모드가 발생하기 시작하는 에너지보다 크다.
따라서, 청구항 4에 관한 발명인 패턴 클리닝 방법에 의하면, 챔버 내로 주사되는 레이저의 포톤 에너지를 반응가스의 흡수 밴드 에너지 보다 작고, 반응가스의 진동모드가 발생하기 시작하는 에너지보다 크게 하는 것에 의하여, 그 패턴 면상이 울퉁불퉁하거나 단차가 생겨 경사진 부위에 반응가스를 높은 진동상태가 되도록 할 수 있다.
청구항 5에 관한 발명인 패턴 클리닝 방법은, 청구항 1에 관한 발명인 패턴 클리닝 방법에 있어서, 제2 단계에서는, 패턴의 거친 표면 부위가 옵티컬 니어 필드(optical near field)이내로 될 때까지 제거된다.
따라서, 청구항 5에 관한 발명인 패턴 클리닝 방법에 의하면, 패턴이 옵티컬 니어 필드 이내로 될 때까지 제거하는 것에 의하여, 기판 상에 옵티컬 니어 필드가 사라지도록 패턴을 충분하게 평평하게 형성할 수 있다.
청구항 6에 관한 발명인 패턴 클리닝 장치는, 그 일 면 상에 패턴이 형성된 기판을 클리닝하는 패턴 클리닝 장치이고, 기판이 위치되고 반응 가스가 공급되는 챔버, 챔버의 일 측에 연결되어, 챔버 내로 반응 가스를 공급하는 가스공급기를 포함하고, 기판 상으로 주사된, 소정의 포톤 에너지를 가지는 레이저 광을 통하여, 패턴 상의 거친 표면 부위에 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photo-dissociation)를 발생시켜 패턴 상의 거친 표면 부위가 제거된다.
따라서, 청구항 6에 관한 발명인 패턴 클리닝 장치에 의하면, 챔버 내의 기 판 상으로 주사된 레이저 광을 통하여, 패턴의 경사진 부위에 발생된 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photo-dissociation)와 반응가스의 높은 진동상태에 의하여 발생된 패턴과의 물리적 또는 화학적인 상호작용을 통하여 패턴의 거친 표면 부위를 제거하는 것에 의하여, 간단한 공정으로 불 균일한 패턴을 균일한 패턴으로 만들 수 있고, 표면 상태가 매우 우수한 패턴을 만들 수 있다.
청구항 7에 관한 발명인 패턴 클리닝 장치는, 청구항 6에 관한 발명인 패턴 클리닝 장치에 있어서, 챔버 내부의 압력은 소정의 범위 이내로 유지된다.
따라서, 청구항 7에 관한 발명인 패턴 클리닝 장치에 의하면, 챔버 내에 주입된 반응가스의 밀도를 조절하기 위하여 소정의 범위 이내의 압력을 유지시키는 것에 의하여, 광해리 작용을 활성화 시킬 수 있다.
청구항 8에 관한 발명인 패턴 클리닝 장치는, 청구항 6에 관한 발명인 패턴 클리닝 장치에 있어서, 반응가스는 아르곤(Ar) 또는 염화가스(Cl2)를 포함한다.
따라서, 청구항 8에 관한 발명인 패턴 클리닝 장치에 의하면, 아르곤(Ar) 또는 염화가스(Cl2)를 포함한 반응가스를 챔버내로 주입하여 패턴 상의 거친 표면 부위를 제거할 수 있다.
청구항 9에 관한 발명인 패턴 클리닝 장치는, 청구항 6에 관한 발명인 패턴 클리닝 장치에 있어서, 소정의 포톤 에너지는, 반응가스의 흡수 밴드 에너지 보다 작고, 반응가스의 진동모드가 발생하기 시작하는 에너지보다 크다.
따라서, 청구항 9에 관한 발명인 패턴 클리닝 장치에 의하면, 챔버 내로 주 사되는 레이저의 포톤 에너지를 반응가스의 흡수 밴드 에너지 보다 작고, 반응가스의 진동모드가 발생하기 시작하는 에너지보다 크게 하는 것에 의하여, 그 패턴 면상이 울퉁불퉁하거나 단차가 생겨 경사진 부위에 반응가스를 높은 진동상태가되도록 할 수 있다.
청구항 10에 관한 발명인 패턴 클리닝 장치는, 청구항 6에 관한 발명인 패턴 클리닝 장치에 있어서, 패턴의 거친 표면 부위는 옵티컬 니어 필드(optical near field)이내로 될 때까지 제거된다.
따라서, 청구항 10에 관한 발명인 패턴 클리닝 장치에 의하면, 패턴을 옵티컬 니어 필드 이내로 될 때까지 제거하는 것에 의하여, 기판 상에 옵티컬 니어 필드가 사라지도록 패턴을 충분하게 평평하게 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 패턴 클리닝 방법 및 패턴 클리닝 장치에 의하면, 챔버 내의 기판 상으로 주사된 레이저 광을 통하여, 반응가스의 원자의 진동모드로 인한 멀티 스텝 여기(multi step exiting)를 유도하여 패턴의 거친 표면 부위에 발생된 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photo-dissociation)를 이용하여 표면의 불균일 부분을 제거하는 것에 의하여, 간단한 공정으로 불 균일한 패턴을 균일한 패턴으로 만들 수 있고, 표면 상태가 매우 우수한 패턴을 만들 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 대면적의 패턴 클리닝을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 패턴 상의 거친 표면 부위를 제거 시에 균일하고 평평한 패턴이 형성되면, 그 공정을 자동으로 정지시켜줄 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과 외의 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치의 챔버내로 위치된 기판을 설명하기 위한 단면도이며, 도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치에 의하여 패턴이 클리닝되는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치에 의하여 클리닝되기 전 및 후의 패턴의 형상을 설명하기 위한, 패턴을 위에서 본 평면도이다.
도 1은 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치의 챔버내로 위치된 기판을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치는, 그 일 면 상에 패턴(230)이 형성된 기판(220)을 클리닝하는 패턴 클리닝 장치이고, 기판(220)이 위치되고 반응 가스가 공급되는 챔버(200), 챔버(200)의 일 측에 연결되어, 챔버(200) 내로 반응 가스를 공급하는 가스공급기(100)를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치의 챔버(200)내로 위치된 기판(substrate, 220) 상에는, LITI (Laser Induced Thermal Imaging), LIFT(Laser Induced Forward Transfer), 롤 투 롤 프린팅(roll to roll printing)을 통해서 소망하는 미세 패턴(230)이 형성되어있다. 이때, 기판(220) 상에 형성된 패턴(230)은, 그 패턴(230)면 상이 울퉁불퉁하거나 단차가 생기는 등의 많은 불균일성을 가지고 있다. 이러한 미세 패턴(230)이 형성된 기판(220)은 후술하는 챔버(200) 내로 위치된다.
챔버(200)는, 그 내부에 클리닝되는 기판(220)을 위치시키고, 광해리를 일으킬 반응가스를 적정압력으로 주입한다. 여기서, 반응가스의 밀도가 광해리의 정도에 영향을 주기 때문에, 소정의 범위 이내의 일정 압력을 유지하도록 챔버(200)의 외측면에 압력 게이지(110)와 펌프(미도시)를 장착하여준다. 이때, 챔버(200) 내부의 소정의 범위 이내의 일정 압력은 10Pa 내지 1000Pa인 것이 바람직하다. 또한, 반응가스는 아르곤(Ar) 또는 염화가스(Cl2)를 포함한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치에 의하면, 챔버(200) 내부의 기판(220) 상으로 주사된 레이저 광(L)을 통하여, 패턴(230)의 거친 표면 부위(즉, 경사진 부위)에 발생된 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photo-dissociation)에 의하여 반응가스가 진동 상태가 되어 패턴(230)과 물리적 또는 화학적인 상호작용을 하여 거친 표면 부위가 제거된다. 즉, 패턴(230)의 거친 표면 부위가 에칭된다. 이에 대한 상세한 설명은 도 3a 및 3b 내지 도 4a 및 4b를 참조하여 설명하기로 한다.
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치에 의하여 패턴(230)이 클리닝되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
한편, 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치에 의한 패턴 클리닝 과정은 수 um 내지 수 nm의 패턴에 적합한 것이나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기판 상에 형성된 패턴(230)은, 그 패턴 면상이 울퉁불퉁하거나 단차가 생겨 경사진 부위(원으로 표시한 부위)에 옵티컬 니어필드 광해리(Optical near field photodissociation)에 의하여 반응가스의 높은 진동상태에 의하여 발생한 패턴과의 물리적이고 화학적인 상호작용을 통하여 패턴(230)의 거친 표면 부위가 제거되어 평평하게 된다.
　여기서, 옵티컬 니어필드 광해리(Optical near field photodissociation)는, 입자(molecule)의 진동 모드(vibration mode)로부터 멀티 스텝 여기(multi step excitation)에 의해서 에너지 상태(energy state)의 전이(transition)가 발생한다. 이때, 흡수 밴드 에지 에너지(absorption band edge energy)보다 작은 포톤 에너지(photon energy)를 주사해도 여기가 발생한다. 이러한 반응은 EPP (virtual exciton-phonon-polariton) 가 발생하여 반응 가스의 분자가 높은 진동 상태가 발 생한다. 이를 통한 에너지 전이(energy transfer)가 발생하는데 공간적으로 수 nm이하의 작은 영역 내에서(즉, 레이저의 파장길이(λ)보다 작은 범위내에서) 급격한 경사 변화가 있는 곳에서 이루어진다. 여기서, EPP는 입자도 아니고 파동도 아닌 쿼시 파티클(quasi-particle)로서, 급격한 공간적인 경사로 인한 포논(phonon), 즉 래티스 진동(lattice vibration)에 끌리는 엑시톤 폴라리톤(exciton polariton)이다. 이러한 현상이 발생하는 이유는, 파 필드(far field)에서는 인텐시티(intensity)가 균일하지만, 공간적으로 급격한 경사가 있는 니어 필드(near field)에서는 인텐시티가 균일하지 않다. 따라서, 전자(electron)가 불균일하게 반응하고, 이것이 입자(molecule)의 오비탈(orbital) 변화와 양극화(polarization)를 유발하여 입자 진동 모드(molecular vibration mode)가 발생한다. 이때의 옵티컬 니어 필드(optical near field)와 입자 진동(molecular vibration)사이의 강한 결합력은 다수의 포논 커플링(multiple-phonon coupling)과 공간적으로 급격한 경사가 있는 부분(steep spatial gradient of the field)으로부터 기원한다. 그러므로, 불균일성이 높은 부분에 더 높은 입자 진동 상태(molecular vibrational state)가 여기되기 때문에, 패턴의 평평하지 않은 부분에서는 반응이 원활히 일어나서 불 균일성 들을 제거한다.　　　　　
한편, 폴라리톤(polariton)은, 트래버스 광학 포논(transverse optical phonon)의 진동수와 비슷한 진동수를 갖는 광자가 결정 속을 진행하면, 포논 (phonon)과 광자(photon) 사이에는 강한 상호작용이 일어나게 된다. 이때, 순수한 광자(photon)도 아니고 순수한 포논(phonon)도 아닌 새로운 2개의 광자-포 논(photon-phonon) 혼합 준입자 상태를 이루게 되는데, 이를 폴라리톤(polariton)이라고 부른다. 따라서, 폴라리톤(polariton)은 전자기적인 성질을 띠고 있는 광자(photon)와 격자진동이라는 역학적인 성질을 띠고 있는 포논(phonon)의 결합이므로, 전자기장과 역학장의 혼합형태를 이루고 있다. 결정 내에서 광자(photon)는 포논(phonon) 이외에도 엑시톤(exciton)과 강한 상호작용을 하여 광자-엑시톤(photon-exciton) 혼합 준입자 상태인 엑시톤-폴라리톤(exciton-polariton)을 만들 수도 있으므로, 광자(photon)와 포논(phonon)과의 강한 상호작용은 따로 구별하여 포논-폴라리톤(phonon- polariton)이라고 부르기도 한다.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치에 의하여 클리닝되기 전 및 후의 패턴의 형상을 설명하기 위한, 패턴을 위에서 본 평면 도면이다.
도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치에 의하여 클리닝되기 전 및 후의 패턴의 형상은, 공간적으로 급격한 경사가 있는 부분에서, 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photodissociation)반응이 발생하고, 그러한 부분이 제거, 즉 에칭(etching)이 되어 평평하고 균일한 패턴이 형성된다.
즉, 도 4a와 같이 소망하는 패턴의 너비(W)를 만들기 위하여, 패턴에 경사가 있는 부분(P)을 제거시켜 주면, 평평해져서 옵티컬 니어 필드(optical near field) 보다 평평해지게 된다. 이때, 경사가 있는 부분이 제거되는 것에 의하여 1nm~수십nm 이하가 되면, 그러한 반응은 더 이상 발생하지 않아서 제거되지 않고, 도 4b와 같이 균일한 패턴이 형성된다.
보다 상세하게 설명하자면, 미세 패턴의 면의 불균일에 의한 전자의 진동모드(vibration mode)를 발생시키고, 이때 발생되는 멀티 스텝 여기(multi step excitation)를 통하여 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photodissociation)반응이 일어난다. 또한, 급격한 경사진 부위에 여기된 포논 폴라리톤(excited phonon polariton)이 일어나서 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photodissociation)가 발생한다. 즉, 이 반응은, 미세 패턴 구조물의 불순물을 나노 스케일로 보면, 그러한 급격한 경사의 크기가 수 nm에서 수십~수백 pm 스케일로 보이게 되는데, 이 부위에서 상술한 반응을 수행한다. 즉, 패턴의 경사진 부위가 옵티컬 니어 필드(optical near field)이내로 될 때까지 제거된다.
이하, 상기와 같은 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치를 이용하여 패턴을 클리닝하는 방법에 대하여 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 패턴 클리닝 방법의 순서를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치에 의한 패턴 클리닝의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 패턴 클리닝 방법은, 기판 상에 형성된 패턴을 클리닝하는 패턴 클리닝 방법이고, 기판을 챔버 내에 위치시키고, 챔버 내에 반응 가스를 주입하는 제1 단계(S100), 기판 상으로 소정의 포톤 에너지를 가지는 레이저 광을 주사하여, 패턴의 경사진 부위에 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photo-dissociation)를 발생시켜 패턴 상의 경사진 부위를 제거하는 제2 단계(S200)를 포함한다.
제1 단계(S100)는, 주입된 반응가스에 의한 챔버 내부의 압력이 10Pa 내지 1000Pa 내에서 유지되도록 하는 단계를 더 포함한다. 또한, 광해리를 일으킬 반응가스인 아르곤(Ar) 또는 염화가스(Cl2)를 10Pa 내지 1000Pa 로 주입한다. 여기서, 챔버 내부에 주입되는 반응가스는, 일반적인 상태에서 패턴이 형성된 기판과 화학적으로 불활성이면서 흡수 밴드 에너지가 레이저의 밴드 에너지보다 큰 가스를 선정하는 것이 바람직하다. 이때 선정된 반응가스에 멀티 스텝 여기(multi step excitation)가 발생된다.
제2 단계(S200)는, 상기 패턴의 경사진 부위가 옵티컬 니어 필드(optical near field)이내로 될 때까지 제거된다. 즉, 반응가스 분자의 진동모드(vibration mode)가 발생하지 않는 작은 경사가 될 때까지 제거된다. 또한, 소정의 포톤 에너지는, 반응가스의 흡수 밴드 에너지 보다 작고, 진동모드가 발생하기 시작하는 에너지보다 큰 값을 가진다.
보다 상세하게 설명하자면, 본 발명에 따른 패턴 클리닝 방법은, 패턴을 전사하는 공정인 LITI (Laser Induced Thermal Imaging), LIFT(Laser Induced Forward Transfer), 롤 투 롤 프린팅(roll to roll printing) 공정에서 전사 방식의 불 균일성으로 인하여 원하지 않은 부위에 발생하는 미세한 오염물질이나, 패턴 표면 상의 불균일성을 없애기 위한 패턴 클리닝 방법이다. 이를 위하여, 패턴이 형성된 기판을 아르곤(Ar) 또는 염화가스(Cl2)가 10Pa 내지 1000Pa 로 주입된 챔버 내에 위치시키고, 레이저를 주사하여서 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photodissociation)를 발생시킨다. 이때, 발생한 반응가스 분자의 높은 진동상태에 의하여 발생한 패턴(230)과의 물리적 또는 화학적인 상호작용을 통하여 오염물질이나 패턴 표면 상의 불 균일성을 제거한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치에 의한 패턴 클리닝은, 패턴이 형성된 기판(220)을 아르곤(Ar) 또는 염화가스(Cl2)가 10Pa 내지 1000Pa 로 주입된 챔버 내에 위치시키고, 레이저를 주사하여서 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photodissociation)를 발생시켜 패턴 클리닝을 수행한다.
예를 들면, 파장(λ = hυ)의 크기가 532nm인 레이저를 이용하여 챔버 내에 주입된 염화가스(Cl2)를 광 해리시킨다고 가정한다. 이때, 레이저 광의 포톤 에너지는, 반응가스의 흡수 밴드 에너지보다 작고, 진동모드가 발생하기 시작하는 에너지보다 큰 값을 가지므로, 일반적인 단열 광 에칭(adiatic photo etching)은 피할 수 있게 된다. 그러나, 기판(220) 표면상에 울퉁불퉁한 나노미터(nanometer) 크기의 돌출부(protrusion, 230)가 형성되어 있어서, 도 6의 좌측의 도면과 같이, 그러한 돌출부(230)의 에지 부위에 강한 옵티컬 니어 필드(optical near field)가 발생된다. 옵티컬 니어 필드는 공간적으로 급격한 경사를 가지고 있기 때문에, 비록 포톤 에너지가 염화가스(Cl2)의 흡수 밴드 에너지(absorption band energy)보다 작아서 균일한 옵티컬 니어 필드에 의하여 여기될 수 없다고 하더라도, 높은 입자 진동 상태가 염화가스(Cl2)에서 여기될 수 있다. 결과적으로, 도 6의 우측 도면과 같이, 염 화가스(Cl2)는 선택적으로 광해리(photodissociation)되고, 활성화된 염소원자들이 기판(220) 상에서 돌출부(230)들을 제거시켜 버린다. 그리고, 그 제거 공정은, 기판(220)이 옵티컬 니어 필드(수십nm~1nm 이하)가 사라지도록 충분하게 평평하게 될 때, 자동으로 종료되게 된다. 따라서, 기판(220) 상에 불 균일한 패턴이 제거되어, 균일한 패턴이 형성된다.
이러한 방법을 이용하면 기존의 노광 또는 증착 방식에 의존해오던 미세 패턴 방식을 LITI (Laser Induced Thermal Imaging), LIFT(Laser Induced Forward Transfer), 롤 투 롤 프린팅(roll to roll printing)방식으로 구현이 가능하고, 또한 앞의 새로운 공정이 갖고 있는 패턴 전사의 과정의 발생하는 복잡한 현상을 제어하고 최적화하여 간단한 공정으로 불균일성을 제거할 수 있기 때문에, 새로운 미세 패터닝 공정에 적용이 용이하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 패턴 클리닝 방법 및 패턴 클리닝 장치에 의하면, 챔버 내의 기판 상으로 주사된 레이저 광을 통하여, 패턴의 경사진 부위에 발생된 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photo-dissociation)와 이로 인한 반응가스의 높은 진동상태에 의하여 발생된 패턴과의 물리적 또는 화학적인 상호작용을 통하여 패턴의 거친 표면 부위를 제거하는 것에 의하여, 간단한 공정으로 불 균일한 패턴을 균일한 패턴으로 만들 수 있고, 표면 상태가 매우 우수한 패턴을 만들 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치의 챔버내로 위치된 기판을 설명하기 위한 단면도.
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치에 의하여 패턴이 클리닝되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치에 의하여 클리닝되기 전 및 후의 패턴의 형상을 설명하기 위한, 패턴을 위에서 본 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 패턴 클리닝 방법의 순서를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 패턴 클리닝 장치에 의한 패턴 클리닝의 원리를 설명하기 위한 도면.

Claims (10)

  1. 기판 상에 형성된 패턴을 클리닝하는 패턴 클리닝 방법이고,
    상기 패턴이 형성된 기판을 챔버 내에 위치시키고, 상기 챔버 내에 반응 가스로 아르곤(Ar)을 주입하는 제1 단계; 및
    상기 기판 상으로 소정의 포톤 에너지를 가지는 레이저 광을 주사하여, 상기 패턴 상의 거친 표면 부위에 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photo-dissociation)를 발생시켜 상기 패턴 상의 거친 표면 부위를 제거하는 제2 단계를 포함하는,
    패턴 클리닝 방법.
  2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 제1 단계는, 주입된 상기 반응가스에 의한 상기 챔버 내부의 압력이 소정의 범위 이내에서 유지되도록 하는 단계를 더 포함하는, 패턴 클리닝 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 포톤 에너지는, 상기 반응가스의 흡수 밴드 에너지 보다 작고, 상기 반응가스의 진동모드가 발생하기 시작하는에너지보다 큰, 패턴 클리닝 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단계에서는, 상기 패턴의 거친 표면 부위가 옵티컬 니어 필드(optical near field)이내로 될 때까지 제거되는, 패턴 클리닝 방법.
  6. 그 일 면 상에 패턴이 형성된 기판을 클리닝하는 패턴 클리닝 장치이고,
    상기 기판이 위치되고 반응 가스로 아르곤(Ar)이 공급되는 챔버; 및
    상기 챔버의 일 측에 연결되어, 상기 챔버 내로 상기 반응 가스를 공급하는 가스공급기를 포함하고,
    상기 기판 상으로 주사된, 소정의 포톤 에너지를 가지는 레이저 광을 통하여, 상기 패턴 상의 거친 표면 부위에 옵티컬 니어 필드 광해리(optical near field photo-dissociation)를 발생시켜 패턴 상의 거친 표면 부위가 제거되는,
    패턴 클리닝 장치.
  7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제6항에 있어서,
    상기 챔버 내부의 압력은 소정의 범위 이내로 유지되는, 패턴 클리닝 장치.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 소정의 포톤 에너지는, 상기 반응가스의 흡수 밴드 에너지보다 작고, 상기 반응가스의 진동모드가 발생하기 시작하는 에너지보다 큰, 패턴 클리닝 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 패턴의 거친 표면 부위는 옵티컬 니어 필드(optical near field) 이내로 될 때까지 제거되는, 패턴 클리닝 장치.
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