KR101527396B1 - 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치 및 이를 이용한 점진적으로 크기가 변화하는 나노패턴의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대면적에 효율적으로 나노스케일의 패턴을 형성할 수 있는 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치 및 이를 이용한 점진적으로 크기가 변화하는 나노패턴의 제조방법을 위하여, 레이저 광원, 상기 레이저 광원으로부터 조사된 레이저 빔의 노이즈를 제거하고 동시에 빔 사이즈를 확장시키는 공간필터, 상기 공간필터로부터 확장된 레이저 빔이 조사될 수 있으며, 웨이퍼 홀더 및 반사 거울이 부가된, 웨이퍼 스테이지 및 상기 웨이퍼 홀더 상에 위치하며, 상기 공간필터로부터 바로 입사되는 제 1 평행광 및 상기 반사 거울에 의하여 입사하는 제 2 평행광이 입사될 수 있는, 가변밀도필터를 포함하는, 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 홀로그래픽 리소그래피 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치 및 이를 이용한 점진적으로 크기가 변화하는 나노패턴의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 미세한 패턴을 형성하기 위해서 다양한 나노패턴 형성 방법이 사용되는데, 그 중에서 포토리소그래피(photolithography) 방법과 전자빔 리소그래피(e-beam lithography) 방법이 널리 사용된다.
포토 리소그래피 방법은 일반적으로 원하는 패턴을 얻기 위해 마스크를 제작하고, 마스크를 통해 빛을 노광하여 감광제에 패턴을 전사하게 된다. 이 방법은 보통 최소-선폭이 수 마이크로미터(micrometer) 정도의 패턴을 형성할 수 있는데, 이보다 미세한 패턴을 형성하는 것은 마스크의 제작과 정렬의 어려움으로 많은 비용이 필요하다.
전자빔 리소그래피 방법의 경우, 수 나노미터(nanometer) 선폭의 패턴을 마스크 없이 형성할 수 있지만, direct writing 방법의 공통적 한계인 상대적으로 긴 시간과 높은 비용이 소요되므로 넓은 면적에 패턴을 형성하기는 쉽지 않다.
<선행기술 문헌>
1. 한국등록특허 제10-1322255호 (2013.10.21)
2. 한국공개특허 제2006-0025890호 (2006.03.22)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 대면적에 효율적으로 나노스케일의 패턴을 형성할 수 있는 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치 및 이를 이용한 점진적으로 크기가 변화하는 나노패턴의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 레이저 광원, 상기 레이저 광원으로부터 조사된 레이저 빔의 노이즈를 제거하고 동시에 빔 사이즈를 확장시키는 공간필터, 상기 공간필터로부터 확장된 레이저 빔이 조사될 수 있으며, 웨이퍼 홀더 및 반사 거울이 부가된, 웨이퍼 스테이지 및 상기 웨이퍼 홀더 상에 위치하며, 상기 공간필터로부터 바로 입사되는 제 1 평행광 및 상기 반사 거울에 의하여 입사하는 제 2 평행광이 입사될 수 있는, 가변밀도필터를 포함하는, 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치가 제공된다.
상기 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치에 있어서, 상기 가변밀도필터는 광학 밀도(optical density)가 위치에 따라 웨이퍼 표면에 평행한 한 방향으로 선형적으로 증가 또는 감소하는 형태의 필터를 포함할 수 있다.
상기 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치에 있어서, 상기 방향은 제 1 평행광과 제 2 평행광의 진행방향이 이루는 평면위에 있으면서 웨이퍼 평면에 평행한 방향을 포함할 수 있다.
상기 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치에 있어서, 상기 가변밀도필터는 상기 웨이퍼 홀더와 마주보는 면에 무반사 처리(AR) 코팅될 수 있다.
상기 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치에 있어서, 상기 웨이퍼 홀더와 상기 반사 거울은 서로 수직이 되는 방향으로 배치될 수 있다.
상기 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치에 있어서, 상기 공간필터는 렌즈 및 핀 홀을 포함할 수 있다.
상기 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치에 있어서, 상기 레이저 광원은 He-Cd 레이저 광원을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치를 준비하는 단계, 상기 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치의 웨이퍼 홀더에 감광막이 형성된 웨이퍼를 배치하는 단계, 상기 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치의 레이저 광원으로부터 공간필터에 레이저 빔을 조사하는 단계, 상기 레이저 광원으로부터 조사된 레이저 빔이 공간필터를 통과하여 노이즈가 제거되고 상기 레이저 빔의 사이즈가 확장되는 단계, 상기 확장된 레이저 빔 중에서 일부인 제 1 평행광은 상기 가변밀도필터에 바로 입사하고, 나머지 일부인 제 2 평행광은 상기 반사 거울에 반사되어 상기 가변밀도필터에 입사하는 단계 및 상기 가변밀도필터를 통과한 상기 제 1 평행광과 상기 제 2 평행광의 간섭광을 상기 웨이퍼 상에 조사함으로써 상기 웨이퍼 상에 점진적으로 크기가 변화하는 나노패턴을 형성하는 단계를 포함하는, 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치를 이용한 점진적으로 크기가 변화하는 나노패턴의 제조방법이 제공된다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 대면적에 효율적으로 나노스케일의 패턴을 형성할 수 있는 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치 및 이를 이용한 점진적으로 크기가 변화하는 나노패턴의 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 감광막 상에 입사되는 빛의 입사각을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변밀도필터의 광학 밀도를 개략적으로 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변밀도필터를 통과한 제 1 평행광과 제 2 평행광의 간섭광을 개략적으로 도시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실험예에 따른 회절격자의 전자주사현미경의 사진이다.
도 6은 본 발명의 다른 실험예의 샘플 상의 위치에 따라 가변밀도필터에 의한 누적된 세기 분포를 개략적으로 도시하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실험예의 샘플 상의 위치에 따른 2차원 기둥 형태의 광자결정의 전자주사현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예의 2차원 홀 형태의 광자결정 패턴의 전자주사현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치를 이용한 나노패턴의 제조방법을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 2는 감광막 상에 입사되는 빛의 입사각을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변밀도필터의 광학 밀도를 개략적으로 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변밀도필터를 통과한 제 1 평행광과 제 2 평행광의 간섭광을 개략적으로 도시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실험예에 따른 회절격자의 전자주사현미경의 사진이다.
도 6은 본 발명의 다른 실험예의 샘플 상의 위치에 따라 가변밀도필터에 의한 누적된 세기 분포를 개략적으로 도시하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실험예의 샘플 상의 위치에 따른 2차원 기둥 형태의 광자결정의 전자주사현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예의 2차원 홀 형태의 광자결정 패턴의 전자주사현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치를 이용한 나노패턴의 제조방법을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치는 레이저 광원, 공간필터, 웨이퍼 스테이지 및 가변밀도필터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치(100)는 레이저 광원(10), 레이저 광원(10)으로부터 조사된 레이저 빔의 노이즈를 제거하고 동시에 상기 레이저 빔의 사이즈를 확장시키는 공간필터(30), 공간필터(30)로부터 확장된 레이저 빔이 조사될 수 있으며, 웨이퍼 홀더(70) 및 반사 거울(60)이 부가된, 웨이퍼 스테이지(50)를 포함할 수 있다. 또한, 웨이퍼 홀더(70) 상에 위치하며, 공간필터(30)로부터 바로 입사되는 제 1 평행광 (40) 및 반사 거울(60)에 의하여 입사하는 제 2 평행광(41) 이 입사될 수 있는, 가변밀도필터(80)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치(100)는 셔터(20)를 더 포함할 수 있다.
레이저 광원(10)은, 예를 들어, He-Cd 레이저 광원을 포함할 수 있다. 또한, 레이저 광원(10)은 He-Cd 레이저 광원뿐만 아니라, Ar 등 gas laser, YAG:Nd와 같은 solid-state laser, GaN LD와 같은 반도체레이저 등이 포함될 수 있다.
공간필터(30)는 렌즈(31) 및 핀 홀(32)을 포함할 수 있다. 공간필터(30)는 레이저 광원(10)으로부터 조사된 레이저 빔의 노이즈를 제거하고, 상기 레이저 빔의 사이즈를 확장시킬 수 있다. 예를 들어, 레이저 광원(10)으로부터 조사된 레이저 빔은 공간필터(30)의 렌즈(31) 및 핀 홀(32)을 통과하여, 노이즈를 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 웨이퍼 및 가변밀도필터(80)의 전면에 노광이 가능하도록 상기 레이저 빔의 사이즈를 확장시킬 수도 있다.
또한, 상기 레이저 빔의 사이즈는 광원의 특성, 렌즈의 배율, 핀 홀의 크기, 상기 레이저 빔이 진행한 거리 등에 의하여 결정될 수 있다.
웨이퍼 스테이지(50)는 회전이 가능하며, 웨이퍼 홀더(70) 및 반사 거울(60)을 배치할 수 있다. 또한, 가변밀도필터(80)에 직접 도달하는 제 1 평행광 (40)과 반사 거울(60)에서 반사되는 제 2 평행광(41)에서 발생하는 간섭효과를 이용하여, 웨이퍼 홀더(70)에 실장된 웨이퍼 상에 점진적으로 크기가 변화하는 나노패턴이 형성되도록 할 수 있다.
웨이퍼 홀더(70)는 반사 거울(60)과 서로 수직이 되는 방향으로 웨이퍼 스테이지(50)에 배치될 수 있다. 웨이퍼 홀더(70)는, 예를 들어, 고정핀을 포함하는 웨이퍼 홀더, 정전기력을 이용한 웨이퍼 홀더 등 기존의 웨이퍼 홀더 형태를 모두 포함할 수 있다.
반사 거울(60)은, 예컨대, 유리의 겉면에 유전물질을 증착한 표면경 거울을 포함할 수 있다. 이 경우, 반사하는 빛의 파장 범위는 좁지만, 반사율이 100%에 근접하여 초미세 패턴을 형성하는데 유리하다. 유전물질을 증착한 표면경 거울 외에도 금속을 증착한 표면경 등을 포함할 수 있다.
가변밀도필터(80)는 웨이퍼 홀더(70) 상에 위치할 수 있다. 또한, 가변밀도필터(80)는 웨이퍼 홀더(70) 상에 배치되는 웨이퍼(90)와 접촉되게 배치되거나, 웨이퍼(90)와 서로 이격되게 배치될 수도 있다.
또한, 가변밀도필터(80)는 광학 밀도(optical density)가 위치에 따라 웨이퍼 표면에 평행한 한 방향으로 선형적으로 증가 또는 감소하는 형태의 필터를 포함할 수 있다. 상기 방향은, 예를 들어, 제 1 평행광(40) 및 제 2 평행광(41)의 진행방향이 이루는 평면위에 있으면서 웨이퍼 평면에 평행한 방향을 포함할 수 있다.
또한, 가변밀도필터(80)는 웨이퍼 홀더(70)와 마주보는 면에 무반사 처리(AR, anti-reflection) 코팅된 것을 포함할 수 있다.
일반적인 홀로그래픽 리소그래피 방법에서, 광원으로부터 조사된 빔은 렌즈 및 핀 홀을 통과한 후 확장되어, 평면 거울과 웨이퍼가 90도를 이루고 있는 웨이퍼 스테이지에 입사하게 된다. 이때, 감광막(photoresist)이 형성된 웨이퍼 상에 바로 입사하는 빛과 상기 평면 거울에서 반사하여 상기 웨이퍼에 입사하는 빛 사이에 각도가 존재하고, 상기 웨이퍼 상에 상기 두 빛의 위치에 따른 경로차에 의한 간섭무늬가 발생한다.
도 2를 참조하면, 광원의 파장을 λ, 웨이퍼(90)에 바로 입사하는 빛(1)의 입사각을 θ1, 거울에서 반사하여 웨이퍼(90)에 입사하는 빛(2)의 입사각을 θ2라고하고, I1, I2는 각각 θ1, θ2의 입사각을 가지는 빛의 세기, 웨이퍼에 바로 입사하는 빛(1)과 거울에 반사하여 웨이퍼에 입사하는 빛(2)의 진행방향이 이루는 평면위에 있으면서 웨이퍼 평면에 평행한 방향성분을 x라 하면 이로 인해 발생하는 빛의 세기 I는 <수식1>과 같이 나타낼 수 있다. 또한, 여기서 간섭무늬의 주기를 <수식2>와 같이 나타낼 수 있다.
<수식 1>
<수식 2>
일반적인 홀로그래픽 리소그래피 방법은 상술한 방법으로 생성된 회절격자 형태의 간섭광을 이용하여 웨이퍼 상에 나노패턴을 형성할 수 있다. 그러나 이러한 일반적인 방법으로는 웨이퍼(90) 상에 점진적으로 크기가 변화하는 나노패턴을 형성할 수 없었다.
본 발명의 실시예들에 따른 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치는 상술한 문제점 등을 보완 및 해결할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치는, 간섭광의 공간적인 세기 분포를 변화시키고, 이를 기판 위의 감광막 층에 조사, 현상 하여 구조의 점진적 크기 변화를 가지는 나노패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 간섭광이 형성되는 단계에서 결맞는(coherent) 두 평행광이 일정한 각도를 가지고 간섭하는 경우, 위치에 따라 두 빛의 경로차가 생기고, 상쇄간섭과 보강간섭이 주기적으로 발생해 회절격자와 같은 간섭무늬가 형성된다. 이렇게 형성된 간섭광의 공간적인 세기 분포를 변화시켜 감광막 층에 조사시키는 경우, 감광막의 빛의 세기에 따른 반응성 차이에 의해서 현상 후의 회절격자 패턴의 크기가 달라진다.
본 발명의 실시예들에 따른 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치는 상기 회절격자 형태의 간섭광의 공간적인 세기 분포를 변화시키기 위한 한 방법으로, 웨이퍼 상에 가변밀도필터(80)를 배치할 수 있다. 예를 들어, 325nm 파장 영역대에 대해 뒷면에 무반사 처리 코팅된 선형 가변 중성 밀도 필터(linear variable neutral density filter)를 웨이퍼 상에 위치시킴으로써, 하나의 웨이퍼 상에서 일정한 주기를 가지면서 구조의 크기가 점진적으로 변화하는 회절격자 또는 2차원 광자결정과 같은 구조를 제작할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변밀도필터의 광학 밀도를 개략적으로 도시하는 그래프이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변밀도필터를 통과한 제 1 평행광과 제 2 평행광의 간섭광을 개략적으로 도시하는 그래프이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 광학 밀도가 도 3과 같이, 위치에 따라 한 방향으로 선형적으로 증가하는 형태의 선형 가변 중성 밀도 필터를 웨이퍼 상에 위치시킴으로써, 상기 필터를 통과한 빛의 경우 <수식 3>과 같이 그 빛의 세기(I′)가 감소한다. 여기서 I0는 필터를 통과하기 전의 빛의 세기이고, A는 통과한 필터의 광학 밀도를 나타낸다.
<수식 3>
한 면에 일정한 각도를 가지고 입사하는 두 평행광의 간섭광을 이 필터에 통과시키는 경우 위치에 따라 간섭광의 세기가 달라진다. 도 4는 이러한 변화된 간섭광의 세기를 개념적으로 표현한 것이며, 여기서 점선은 동일한 노광 시간의 조건하에서의 감광막의 반응 문턱값(threshold)이다. 여기서 반응 문턱값이란, 상기 감광막을 감광시킬 수 있는 빛의 세기를 말한다. 양성 감광막(positive photoresist)의 경우 이 문턱값 보다 큰 세기의 빛이 입사된 부분만 반응하므로, 공간적 위치에 따라 감광막이 반응하는 부분의 너비 혹은 넓이가 달라진다.
예컨대, 광학 밀도가 한 방향으로 선형적으로 증가하는 가변밀도필터를 양성 감광막이 형성된 웨이퍼 상에 배치한 경우, 상기 웨이퍼 상에 입사되는 빛의 세기는 상기 방향을 따라 점점 감소하고, 이에 따라, 나노패턴의 크기가 점진적으로 증가할 수 있다. 또한, 상기 나노패턴과 나노패턴 사이의 너비가 점진적으로 감소하는 나노패턴을 상기 웨이퍼 상에 형성시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치를 이용한 나노패턴의 제조방법을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치를 이용한, 점진적으로 크기가 변화하는 나노패턴의 제조방법은, 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치를 준비하는 단계(S10), 웨이퍼 홀더에 감광막이 형성된 웨이퍼를 배치하는 단계(S20), 레이저 광원으로부터 공간필터에 레이저 빔을 조사하는 단계(S30), 레이저 빔의 노이즈 제거 및 사이즈가 확장되는 단계(S40), 제 1 평행광 및 제 2 평행광이 가변밀도필터에 입사하는 단계(S50) 및 제 1 평행광 및 제 2 평행광의 간섭광을 웨이퍼 상에 조사하여 점진적으로 크기가 변화하는 나노패턴을 형성하는 단계(S60)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치를 준비하고, 상기 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치의 웨이퍼 홀더에 감광막이 형성된 웨이퍼를 배치한다. 그런 다음에, 상기 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치의 레이저 광원으로부터 조사된 레이저 빔이 셔터를 거쳐 공간필터에 조사된다. 상기 레이저 광원으로부터 조사된 레이저 빔은, 상기 공간필터를 통과하여 노이즈가 제거되고, 상기 레이저 빔의 사이즈가 확장된다.
그런 다음에, 상기 확장된 레이저 빔 중에서 일부인 제 1 평행광은 가변밀도필터에 바로 입사되고, 나머지 일부인 제 2 평행광은 반사 거울에 반사되어 상기 가변밀도필터에 입사된다.
그런 다음에, 상기 가변밀도필터를 통과한 상기 제 1 평행광과 상기 제 2 평행광의 간섭광을 상기 웨이퍼 상에 조사함으로써, 상기 웨이퍼 상에 점진적으로 크기가 변화하는 나노패턴을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실험예를 제공한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예들에 의해서 한정되는 것은 아니다.
실험예 1)
실험예 1은 325nm의 파장을 가지는 30mW TEM00 단일모드 He-Cd 레이저를 광원으로 사용하였다. 1cm2의 면적의 결정질 실리콘 기판 위에 250nm 두께의 양성 감광막 층을 가지는 샘플 1을 준비하고, 반사 거울-샘플 1이 실장된 웨이퍼 스테이지를 회전시켜 샘플 1 면에 대한 두 평행광의 입사각을 약 15.71도로 설정하여 약 600nm의 주기를 가지는 회절격자 형태의 간섭광을 형성하였다.
그런 다음에, 상기 간섭광을 광학밀도가 0에서 0.2로 변하는 필터의 영역을 통과시켜, 샘플 1에 입사한 빛의 세기 분포가 필터에 의해 한 방향을 따라 대략 100%에서 60%으로 점진적으로 감소하였다.
그런 다음에, 노광 장치를 이용하여 이 빛을 샘플에 약 250초 동안 조사하고 현상하였다.
실험예 2)
실험예 2는 광학밀도가 0에서 0.2로 변하는 필터를 통과한 빛을 샘플 2에 약 150초 동안 조사한 후, 그 샘플을 90도 회전시켜 동일한 조건으로 150초 동안 추가로 노광시켰다. 그 외의 실험방법은 실험예 1에서 서술한 내용과 동일하다.
실험예 3)
실험예 3은 1cm2의 결정질 실리콘 기판 위에 120nm 두께의 음성 감광막(negative photoresist) 층을 가지는 샘플 3을 준비하였다. 그런 다음에, 샘플 3에 600nm의 주기를 가지는 간섭광을 위치에 따라 0에서 0.2로 선형적으로 증가하는 광학밀도를 가지는 필터에 통과시켜 샘플 3에 120초 동안 노광하고, 같은 조건으로 샘플 3을 90도 회전시켜서 120초 동안 추가 노광하였다. 그 외의 실험방법은 실험예 1에서 서술한 내용과 동일하다.
실험예 1의 경우, 도 5를 참조할 수 있다. 도 5의 (a)는 샘플 1 상에서 필터에 의해 강한 세기의 빛이 입사한 부분이고, (b)는 중간 정도 세기, (c)는 약한 세기의 빛이 입사한 부분의 감광막 패턴이다. 일반적인 레이저 홀로그래픽 리소그래피 방법에서와 달리 필터에 의해 위치에 따른 빛의 점진적인 세기 분포가 발생하고 이에 의해 위치에 따른 패턴의 채움율(fill factor)의 점진적 변화가 일어난다. 여기서 채움율(F)이란 패턴의 주기(Λ)와 마루의 너비(w)가 주어졌을 때 <수식 4>와 같이 정의할 수 있고, 이 값은 일반적으로 노광 세기, 노광 시간, 감광막 층의 두께, 감광막의 빛에 의한 반응성, 샘플의 종류 등에 의해 결정된다.
<수식 4>
이러한 여러 가지 매개변수 가운데 실험예 1에서는 노광 세기의 공간적 변화를 이용하였다. 실제로 실험예 1의 샘플 1의 경우, 필터의 광학밀도가 0에서 0.2로 변하는 구간을 따라 점진적으로 채움율이 약 30%에서 45%까지 변하였다. 이 채움율 변화의 폭은 샘플의 크기, 사용하는 필터의 특성 등에 의해 조절할 수 있으며, 채움율 변화의 중간값도 노광 시간 등을 통해 조절할 수 있다.
실험예 2의 경우, 샘플 2를 현상하여 샘플 2 상에 2차원 정방형 격자 구조의 광자 결정 혹은 2차원 정방형 격자 기둥 배열의 형태를 가지는 감광막 패턴을 얻을 수 있었다.
그러나 이는 일반적인 레이저 홀로그래픽 리소그래피 방법에서의 2중 노광과는 달리, 도 6과 같이, 샘플 2 상의 위치에 따라 필터에 의한 누적된 세기 분포가 형성되었다. 이러한 세기 분포에 의해서 형성된 패턴의 채움율과 형태가 달라지는데, 도 7을 참조하여, 이로 인해 형성된 샘플 2 상의 위치에 따른 2차원 기둥 형태의 광자결정의 전자주사현미경 이미지를 확인할 수 있었다.
도 7의 (a)는 샘플 2 상에서 필터에 의해 강한 세기의 빛이 입사한 부분으로 도 6에서 x=0.1(cm), y=0.9(cm) 위치하고, 도 7의 (b)는 중간 정도 세기의 빛이 입사한 부분으로 도 6에서 x=0.5, y=0.5 위치하였다. 도 7의 (c)는 가장 약한 세기의 빛이 입사한 부분으로 도 6에서 x=0.9, y=0.1 위치 근방의 샘플 2 표면에 형성된 감광막 패턴을 나타내었다.
이는 필터에 의해 변화되어 누적된 빛의 세기에 따라서 패턴의 크기 혹은 채움율이 달라지는 것을 알 수 있었다. 주기(Λ)가 600nm인 이 샘플 2의 경우, 노광의 세기가 강한 부분에서 기둥의 크기가 더 작은 패턴을 얻을 수 있는 경향을 보이며, 실제로 샘플 2의 대각선 방향(x=0,y=1 → x=1,y=0)을 따라 반지름이 약 0.13Λ에서 점진적으로 증가하여 0.2Λ까지 증가하는 것을 확인하였다.
실험예 3의 경우, 노광후 현상하였을 경우에, 양성 감광막과는 다르게 2차원 홀(hole) 배열의 형태를 가지는 광자결정의 형태를 얻을 수 있었다. 이 경우에도 샘플 3 상의 위치에 따라 필터에 의한 누적된 세기 분포가 존재하였는데, 이 샘플 3의 경우, 노광 세기가 강한 부분일수록 홀 크기가 작은 경향을 가졌다. 도 8을 참조하면, 도 8의 (a), (b), (c)는 샘플 3의 대각선 방향(x=0,y=1 → x=1,y=0)을 따라서 얻은 샘플 3 표면의 감광막 층의 이미지이며, 홀의 반지름이 0.2Λ에서 0.35Λ (Λ=600nm)까지 점진적으로 달라지는 것을 볼 수 있었다. 또한, 홀의 채움율의 변화폭과 중간값은 샘플, 필터의 종류와 노광 시간 등의 조건을 이용하여 변화를 줄 수 있었다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 레이저 광원
20: 셔터
30: 공간필터
31: 렌즈
32: 핀 홀
40: 제 1 평행광
41: 제 2 평행광
50: 웨이퍼 스테이지
60: 반사 거울
70: 웨이퍼 홀더
80: 가변밀도필터
90: 웨이퍼
95: 감광막
20: 셔터
30: 공간필터
31: 렌즈
32: 핀 홀
40: 제 1 평행광
41: 제 2 평행광
50: 웨이퍼 스테이지
60: 반사 거울
70: 웨이퍼 홀더
80: 가변밀도필터
90: 웨이퍼
95: 감광막
Claims (8)
- 레이저 광원;
상기 레이저 광원으로부터 조사된 레이저 빔의 노이즈를 제거하고 동시에 빔 사이즈를 확장시키는 공간필터;
상기 공간 필터로부터 확장된 레이저 빔이 조사될 수 있으며, 웨이퍼 홀더 및 반사 거울이 부가된, 웨이퍼 스테이지; 및
상기 웨이퍼 홀더 상에 위치하며, 상기 공간필터로부터 바로 입사되는 제 1 평행광 및 상기 반사 거울에 의하여 입사하는 제 2 평행광이 입사될 수 있는, 가변밀도필터;
를 포함하는, 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치. - 제 1 항에 있어서.
상기 가변밀도필터는 광학 밀도(optical density)가 위치에 따라 웨이퍼 표면에 평행한 한 방향으로 선형적으로 증가 또는 감소하는 형태의 필터를 포함하는, 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치. - 제 2 항에 있어서.
상기 방향은 제 1 평행광과 제 2 평행광의 진행방향이 이루는 평면위에 있으면서 웨이퍼 평면에 평행한 방향을 포함하는, 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치. - 제 1 항에 있어서.
상기 가변밀도필터는 상기 웨이퍼 홀더와 마주보는 면에 무반사 처리(AR) 코팅된, 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치. - 제 1 항에 있어서.
상기 웨이퍼 홀더와 상기 반사 거울은 서로 수직이 되는 방향으로 배치되는, 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 공간필터는 렌즈 및 핀 홀을 포함하는, 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 광원은 He-Cd 레이저 광원, gas 레이저 광원, solid-state 레이저 광원 또는 반도체 레이저 광원을 포함하는, 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 의한 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치를 준비하는 단계;
상기 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치의 웨이퍼 홀더에 감광막이 형성된 웨이퍼를 배치하는 단계;
상기 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치의 레이저 광원으로부터 공간필터에 레이저 빔을 조사하는 단계;
상기 레이저 광원으로부터 조사된 레이저 빔이 공간필터를 통과하여 노이즈가 제거되고 상기 레이저 빔의 사이즈가 확장되는 단계;
상기 확장된 레이저 빔 중에서 일부인 제 1 평행광은 상기 가변밀도필터에 바로 입사하고, 나머지 일부인 제 2 평행광은 상기 반사 거울에 반사되어 상기 가변밀도필터에 입사하는 단계; 및
상기 가변밀도필터를 통과한 상기 제 1 평행광과 상기 제 2 평행광의 간섭광을 상기 웨이퍼 상에 조사함으로써 상기 웨이퍼 상에 점진적으로 크기가 변화하는 나노패턴을 형성하는 단계;
를 포함하는, 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치를 이용한 점진적으로 크기가 변화하는 나노패턴의 제조방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140070028A KR101527396B1 (ko) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치 및 이를 이용한 점진적으로 크기가 변화하는 나노패턴의 제조방법 |
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| KR1020140070028A KR101527396B1 (ko) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치 및 이를 이용한 점진적으로 크기가 변화하는 나노패턴의 제조방법 |
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|---|---|
| KR101527396B1 true KR101527396B1 (ko) | 2015-06-09 |
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ID=53504117
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|---|---|
| KR (1) | KR101527396B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10509327B1 (en) * | 2018-07-24 | 2019-12-17 | Facebook Technologies, Llc | Variable neutral density filter for multi-beam interference lithography exposure |
| US10914944B1 (en) * | 2018-07-24 | 2021-02-09 | Facebook Technologies, Llc | Anti-refraction cancelling prism for multi-beam interference lithography exposure |
| WO2023014167A1 (ko) * | 2021-08-05 | 2023-02-09 | 주식회사 애니랙티브 | 라인레이저 센서기반의 홀로터치 디스플레이 시스템 및 그에 대한 구현 방법 |
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| KR101105670B1 (ko) * | 2010-10-14 | 2012-01-18 | 한국과학기술원 | 헤테로다인 간섭 리소그래피 장치 및 그 장치를 이용한 미세패턴 형성방법 |
-
2014
- 2014-06-10 KR KR1020140070028A patent/KR101527396B1/ko active IP Right Grant
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