KR101250446B1 - 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 방법 - Google Patents

공간 광변조기를 이용한 리소그라피 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치를 이용한 리소그라피 방법에 관한 것으로, 대상물에 일정 간격으로 빔을 조사하고, 일정 간격들의 사이 공간들에 추가로 빔을 조사하는 단계를 구비하며, 조사된 빔들이 임계 치를 넘는 부분만 전사되는 방식으로 광의 분해능의 한계 보다 미세한 패턴을 형성할 수 있는 리소그라피 방법을 제공한다.

Description

공간 광변조기를 이용한 리소그라피 방법{Lithography Method Using Spatial Laser Modulator}
본 발명은 광학 리소그라피 방법에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치를 이용한 리소그라피 방법에 관한 것이다.
리소그라피 장치는 패턴을 대상물에 전사하는 수단을 요구한다. 이를 달성하는 공지된 방식은 마스크를 사용하여 이 마스크를 기판 상에 투사하는 것이다. 분해능이 점점 작아짐에 따라, 이들 마스크를 제작하기 점점 어려지고 있다. 또한, 이들 마스크를 투사하기 위한 광학장치들이 매우 복잡해진다.
이러한 문제를 극복하는 방법은 무마스크(maskless) 리소그라피를 사용하는 것이다. 무마스크 리소그라피는 전자빔 리소그라피 등의 방법이 사용되고 있다.
또한, 무마스크 리소그라피의 성능을 향상시키기 위하여 공간 광변조기(SLM;Spatial Laser Modulator)을 이용한 리소그라피 방식가 개시되고, PCT 국제공개 W00118606와 한국특허공개공보 제2005-83820호가 그것이다.
이들 문헌들에 의하면, 무마스크 리소그라피 시스템은 공간 광변조기를 포함한다. 레이저 빔은 빔 분할기에 의해 복수의 빔으로 분할되고 복수의 빔들은 SLM에 투사된다. 제어 유닛에서는 SLM으로 패턴 관련 정보를 전송하고 빔 분할기에서 출사한 복수의 빔의 공간적인 투과를 선택적으로 제어한다. 투과된 빔들은 렌즈를 사용하여 리소그라피 타겟 상에 집광된다. 타겟 표면과 시스템의 나머지 부분을 서로 상대적으로 이동함으로써, 패턴이 기록될 수 있다.
그러나, 이러한 방식에 의해서도 여전히 성능 개선의 여지가 존재하고 있다.
특히 공간 광변조기(SLM;Spatial Laser Modulator)을 이용한 리소그라피 장치를 시스템적인 제약을 보다 다양한 리소그라피 공정의 변화를 통해서 성능 향상을 하는 것이 필요한 실정이다.
상술한 목적을 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 목적은 리소그라피 공정의 성능 향상을 하는 것이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 다른 목적은 조사되는 광의 분해능의 한계 보다 미세한 패턴을 형성할 수 있도록 하는 리소그라피 방식을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 입체적인 형상을 패터닝할 수 있는 리소그라피 방식을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 측면은 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치를 이용한 리소그라피 방법에 있어서, 대상물에 일정 간격으로 빔을 조사하는 단계; 상기 일정 간격들의 사이 공간들에 추가로 빔을 조사하는 단계를 구비하되, 조사된 빔들이 임계치를 넘는 부분만 전사되는 방식으로, 상기 일정 간격의 간격 보다 좁은 전사 능력을 확보하는 리소그라피 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 측면은 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치를 이용한 리소그라피 방법에 있어서, 대상물의 제1 영역에 빔을 조사하는 단계; 상기 대상물의 제2 영역에 추가로 빔을 조사하는 단계를 구비하되, 상기 제1 영역과 제2 영역은 적어도 일부분이 공간적으로 연결되어 있고, 상기 조사된 제1 및 제2 영역 이외의 영역을 제거함으로써 대상물에 입체적인 형상을 전사하는 리소그라피 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 측면은 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치를 이용한 리소그라피 방법에 있어서, 제1 대상물의 제1 영역에 빔을 조사하는 단계; 상기 제1 영역 이외의 영역을 제거함으로써 제1 영역을 전사하는 단계; 상기 전체 영역에 제2 대상물을 형성하는 단계; 상기 제2 대상물의 제2 영역에 빔을 조사하는 단계를 구비하되, 상기 제1 영역과 제2 영역은 적어도 일부분이 공간적으로 연결되어 있고, 상기 조사된 제1 영역 및 제2 영역 이외의 영역을 제거함으로써 대상물에 입체적인 형상을 전사하는 리소그라피 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치를 이용함으로써 리소그라피 공정의 성능 향상을 꾀할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 조사되는 광의 분해능의 한계 보다 미세한 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명을 활용하면, 입체적인 형상을 비교적 단순한 방식으로 패터닝할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치의 일예의 개념도를 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치를 이용한 리소그라피 방법의 일예이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치를 이용한 리소그라피 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치를 이용한 리소그라피 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 변형예에 따른 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치를 이용한 리소그라피 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명을 적용하여 제조할 수 있는 광소자의 일예들을 도시한 도면들이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
본 발명에 이용되는 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치에 대해 먼저 설명한다. 도 1은 본 발명의 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치의 일예의 개념도를 도시한 도면이다.
도 1의 리소그라피 장치는 광원(110), 빔 익스팬더(Beam Expander;130), 공간 광변조기(SLM;140), 광학소자그룹(150,160), 빔분리기(200), 대물 렌즈(210), 현미경 시스템(180,190) 및 제어 시스템(220,230)를 포함하여 구성된다.
광원(110)에서는 전자, 양전자, x 레이, 광자 또는 이온과 같은 임의 종류의 방사를 방출할 수 있다. 소스는 연속 소스이거나 연속 주파수로 펄스된 소스가 가능하다. 발생된 빔은 빔 익스팬더(Beam Expander;130)에 제공된다. 이 때 핀홀(120) 등을 추가로 거치는 것도 가능하다.
빔 익스팬더(Beam Expander;130)는 예컨대 광원으로부터 방출된 빔을 SLM 의 넓은 영역을 커버할 수 있도록 확장시키는 수단을 말하는 것으로, 다양한 크기의 초점렌즈들로 구성가능하다.
공간 광변조기(SLM;140)는 매트릭스 형태의 단위 픽셀들을 가지고 단위 픽셀들의 투명/불투명을 조절함으로 서로 다른 공간적 투과영역을 확보할 수 있게 된다. 공간 광변조기(140)의 예로는 전기적 구동되는 SLM방식, 광학적으로 구동되는 SLM 방식이 존재하고, 전기적 구동되는 SLM방식에는 LCOS (Liquid Crystal On Silicon), DMD (Digital Micromirror Device), p-Si TFT (poly-Si Thin Film Transistor) 등이 있다. 공간 광변조기를 이용하는 방식은 다양하고 복잡한 형태의 형상으로 서로 다른 공간적 투과영역을 가지는 이미지를 확보할 수 있다. 또한 공간 광변조기(SLM;140)는 투과형 또는 반사형으로 제작하는 것이 가능하다.
광학소자그룹(150,160)은 렌즈 또는 미러들의 결합으로 형성하는 것이 가능하고, 공간 광변조기(140)로부터 전달되어 온 빔의 투과성 또는 반사성을 작은 사이즈의 이미지들로 줄여서 마이크로 시스템에 전달될 수 있도록 한다.
현미경 시스템(180,190)은 광학소자그룹(150,160)으로부터 전달되어 온 작은 이미지를 전사 대상물(240)에 프로젝트하기 위한 것으로, 필수구성요소는 아니고 선택적인 시스템에 해당한다. 현미경 시스템(180,190)이 없는 구조의 경우는 빔분리기(200), 미러(170) 등도 제외하고, 빔분리기(200)는 미러로 대체될 수 있다. 현미경 시스템(180,190)은 CCD 카메라를 이용하여 구현하는 것도 가능함은 물론이다.
대물 렌즈(210)는 광원(110)에서는 방사된 광이 빔분리기(200)를 통해 분리되어 전달되면 전사대상물(240)에 빔을 맞추어 전달하는 역할과 광원(250)에서 빔을 CCD(190)쪽으로 전달하는 기능도 수행한다.
제어 시스템(220,230)의 기능은 공간 광변조기(SLM;140)를 제어하기 위한 것과 CCD 카메라 등을 통해서 리소그라피 공정을 모니터링하는 제어를 수행한다. 또한, 추가로 제어 시스템(220,230)은 CCD 를 통한 피드백 시스템을 이용하여 더욱 향상된 시스템을 제공할 수도 있다. 이러한 피드백 시스템에서는 CCD를 통해 이미지를 획득하고 획득된 이미지를 개선하여 새로운 이미지를 얻고 이 이미지를 공간 광변조기 제어에 활용함으로써 가능하게 된다.
한편, 설명한 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치를 이용한 리소그라피 방법을 상세히 설명한다. 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 리소그라피 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2a 및 도 2b는 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치를 이용한 리소그라피 방법의 일예이다.
도 2a를 참조하면, 기판(1010) 상에 감광물질(1020)을 형성하고 감광물질 (1020)의 일정 영역을 선택적으로 도 1의 리소그라피 장치를 이용하여 조사한다. 예를 들어, 감광물질(1020)은 빔의 조사 영역이 경화되는 폴리머, 접착제 등일 수 있고, 빔의 조사가 완료되고 난 뒤 경화되지 않은 폴리머 등의 용액을 이용하여 제거하는 방식이 가능하다. 이 경우, 감광물질(1020)은 전사 대상물의 기능을 수행하게 된다.
다른 예에 의하면, 포토레지스트 등의 감광물질(1020)을 이용하여 패터닝을 한 다음, 이를 마스크로 하여 기판 등의 하부 구조물을 식각하는 방식을 사용할 수도 있다. 도 2b를 참조하면, 기판(1010) 상에 전사 대상물(1030)을 형성하고 그 상부에 감광물질을 이용하여 마스크(1040)를 형성한 상황을 도시하고 있다. 그 이후, 전사대상물(1030)에 마스크(1040)의 형상을 전사하여 전사된 형상(1030a)을 형성하는 방식을 사용할 수 있다. 또는 경화된 감광물질 패턴(1040) 위에 다른 물질을 이용하여 증착 또는 도포하여 증착 또는 도포된 부분이 마스크 역할을 하게 할 수도 있다.
또한, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치를 이용한 리소그라피 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 이 원리를 이용하면 광원으로부터 입사되는 광의 분해능의 한계에 의존하지 않는 보다 조밀한 패턴 제작이 가능할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 대상물에 일정 간격(A)으로 빔을 조사하여 노광 패턴들(1080a)을 일정 간격(A)으로 형성하고, 다음으로, 일정 간격들(A)의 사이 공간들에 추가로 빔을 조사하여 노광 패턴들(1080b)을 형성한다. 이 때 노광 패턴들(1080b)에 의해 노광 패턴들 사이의 간격(A)은 간격(B)으로 줄어들게 된다. 이러한 노광 패턴 형성이 가능한 이유는 도 3a의 아래 그림에 개념적으로 도시되어 있다. 즉, 감광성 폴리머에 빔을 조사하는 경우, 일정 임계점 이상 되는 조사 강도를 가지는 경우만 노광된 패턴으로 기능할 수 있다. 이러한 원리를 활용하면, 조사된 빔들이 임계치를 넘는 부분만 전사되게 되므로, 예컨대 분해능의 간격 보다 좁은 전사 능력을 확보할 수 있다.
도 3a의 방식을 적용하기 위해서는 2회의 노광을 수행한 후 경화되지 않은 부분에 대한 제거 또는 식각 공정을 한꺼번에 진행하는 것이 바람직하다. 제1 노광(1st)으로 일정간격을 갖는 노광 패턴들을 형성하고 제1 노광에 의한 노광패턴들의 사이에 제2 노광(2nd)으로 형성되는 노광패턴들을 추가로 형성한다. 그런 다음, 노광 패턴들(1080a)가 모두 형성된 이후 제거 또는 식각 공정을 수행하여 노광패턴들(1080a)이외의 영역들을 제거한다.
또한, 다른 방식에 의하면, 도 3c를 참조하면, 1차 노광과 제거 및 식각 공정을 통하여 1차 패턴(1080a)을 형성하고 식각을 수행하여 패턴의 크기를 줄이고 간격을 A로 한 후에 다시 2차 패턴(1080b)을 형성, 2차 노광하여 2차 패턴(1080b)을 형성한다. 2차 노광시에는 2차 패턴(1080b)이 1차 패턴(1080a) 사이에 형성되도록 하여 광의 분해능의 한계에 의존하지 않는 보다 조밀한 패턴 제작이 가능할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치를 이용한 리소그라피 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4를 참조하면, 대상물(1100)의 제1 영역(B)에 빔을 조사한 다음, 대상물의 제2 영역(A)에 추가로 빔을 조사한다. 제1 영역(B)과 제2 영역(A)은 적어도 일부분이 공간적으로 서로 연결되어 있는 점이 주된 특징적 구성 중 하나이다. 즉, 이 경우는 빔의 조사를 순차적으로 복수회 조사하여 대상물(1100)의 조사영역을 확보하는 것이 가능하게 된다. 도 4에서는 간단한 상황을 도시하였지만 이와 같은 방식을 이용하면 복잡한 조사 영역의 형성도 가능하게 된다.
빔의 조사가 완료되면, 조사된 제1 영역(B) 및 제2 영역(A) 이외의 영역을 제거함으로써 대상물에 입체적인 형상(1100a)을 전사하게 된다.
도 5는 도 4의 변형예에 따른 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 장치를 이용한 리소그라피 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5를 참조하면, 제1 대상물(1200)의 제1 영역에 빔을 조사하고 제1 영역 이외의 영역을 제거함으로써 제1 영역을 전사물(1200a)을 형성한다. 다음으로, 상기 전체 영역에 제2 대상물(1210)을 형성한다. 제2 대상물(1210)의 제2 영역에 빔을 조사하고 제1 영역(1200a)과 제2 영역(1200b)은 적어도 일부분이 공간적으로 연결되어 있고, 조사된 제1 영역 및 제2 영역 이외의 영역을 제거함으로써 대상물에 입체적인 형상(1200a, 1210a)을 전사한다.
도 6 내지 도 10은 본 발명을 적용하여 제조할 수 있는 광소자의 일예들을 도시한 도면들이다.
도 6은 LED 광소자의 일정 부위에 광추출 향상 구조를 형성하는 것이 가능하다. 이는 광 추출 효율을 높이기 위한 구조로 종래에 알려진 구조로 그 형성하는 패턴의 크기, 간격, 형상 등이 광 추출효율을 좌우하는 요소로 알려져 있다. 광소자의 일정 부위에 형성된 광결정(photonic crystal) 구조를 형성할 수도 있다. 광결정 구조도 광추출 효율을 향상시키기 위해서 채용하는 것으로 종래에 알려진 구조인 바 이를 정밀하게 제어하여 제조할 수 있다. 따라서 본 발명을 적용하는 경우, 미세한 형상 뿐 아니라 입체적인 형상도 미세하게 제조 가능하게 된다. 이러한 패턴은 필요에 따라 특별히 한정되지 않고 LED 표면 뿐 만 아니라 성장 구조 내부에 삽입되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 투명 전극 상부, 전류 주입층, 활성층 내부, 버퍼층, 기판 상부 또는 기판 하부 등에 패턴을 형성하는데 사용될 수 있다.
도 7은 LED 광소자의 일정 부위에 형성된 패턴을 마스크로 사용하여 식각한 구조를 도시하고 있다. 즉, 상기 SLM 방식을 이용하면 패턴 구조 자체를 형성할 수도 있을 뿐만 아니라, 형성된 패턴 구조를 마스크로 이용하는 것도 가능하다.
도 8은 LED 등 광소자의 생성에 있어 기판 또는 하부 템플릿 층에 패턴을 형성하여 패턴된 기판 또는 패턴된 템블릿을 형성하는 경우를 도시한 그림이다. 이와 같은 방식의 패턴된 기판 또는 패턴된 템블릿을 형성하고, 그 위에 소자 구조를 성장하면 스트레인을 줄이고 결함 구조를 줄일 수 있는 성장이 가능해 지는 것으로 알려져 있는데, 이러한 구조 역시 본 발명을 적용하여 정밀하게 제조하게 되면 광소자의 내부 양자 효율 및 광추출 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다. 이러한 패턴된 기판과 패턴된 템블릿은 도 2내지 도 5에서 설명한 방식을 사용하여 입체적으로 형성한다.
도 9는 본 발명을 적용하여 제조 가능한 프리 스탠딩 구조를 도시하고 있다. 이 구조는 기판 상에 본 발명의 실시예에 따른 입체패턴을 패터닝하여 형성하고, 구 상부에 프리스탠딩 물질 재성장(re-growth)하고 난 후, 입체패턴을 에칭하는 3단계로 구성될 수 있다.
도 10은 단일 또는 복수개의 양자점(Multi-QDs)을 형성할 때 본 발명이 적용될 수 있음을 도시한 그림이다. 예를 들어, 포토리지스트에 양자점을 컨쥬게이트(conjugate)함으로써 단일 양자점 패턴들을 형성하는 것이 가능하고, 복수회의 물질 도포, 노광, 현상 공정을 이용하면 복수개의 양자점(Multi-QDs)을 형성하는 것도 가능하다.
한편, 이미 전술한 바와 같이, 본 발명에서는 공간 광변조기를 사용하여 리소그라피를 진행하게 됨으로써 전사하는 형상에 제약을 받지 않게 된다. 따라서, 종래에 제조하기 힘든 구조였던 광결정 구조 내의 결함 형성 등이 간단히 제조가능하게 된다. 즉, 규칙적인 배열이외의 불규칙한 구조는 일정 패턴 크기 미만으로 제조하는 것이 종래에는 용이하지 않았으나 본 발명에 의하면 이러한 구조도 쉽게 적용가능하다.
110 : 광원,
130 : 빔 익스팬더,
140 : 공간 광변조기,
150,160 : 광학소자그룹,
180,190 : 현미경 시스템,
200 : 빔분리기,
210 : 대물 렌즈,
220,230 : 제어 시스템

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 방법에 있어서,
    대상물의 제1 영역에 공간 광변조된 빔을 조사하는 단계;
    추가로, 상기 대상물의 제2 영역에 공간 광변조된 빔을 조사하는 단계로서, 상기 제1 영역과 제2 영역은 적어도 일부분이 입체적으로 연결되어 있는 단계; 및
    빔이 조사된 상기 대상물의 상기 제1 및 제2 영역 이외의 영역을 제거함으로써, 상기 대상물에 입체적인 형상을 전사하는 단계를 구비하는 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 대상물은 폴리머 계열 수지이고, 빔에 의해 조사된 상기 대상물의 상기 제1 및 제2 영역은 경화되는 공간 광변조기를 이용한 리소그라피 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
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KR20070023797A (ko) * 2007-01-10 2007-02-28 삼성전자주식회사 포토레지스트 노광공정을 이용하여 제조된 삼차원 지지체

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