KR101839903B1 - 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법 - Google Patents

메타물질을 갖는 마스크 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법은, 자외선 투과 기판 상에 자외선 차단막을 형성하는 단계; 상기 자외선 차단막을 패터닝하여 패터닝된 자외선 차단막과 상기 자외선 투과 기판을 포함하는 마스크를 형성하는 단계; 메타물질을 미리 준비하는 단계; 및 상기 마스크에 상기 메타물질을 전사하는 단계;를 포함한다. 이러한 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법에 의하면, 마스크의 표면 구조에 관계없이 메타물질의 형태를 그대로 유지시키면서 마스크로 전사할 수 있어 마스크에 전사된 메타물질의 광 특성이 변하지 않는 이점이 있다.

Description

메타물질을 갖는 마스크 형성 방법{METHOD FOR FORMING MASK HAVING METAMATERIAL}
본 발명은 마스크 형성 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 리소그래피 공정에서 사용가능한 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법에 관한 것이다.
메타물질(Metamaterial)이란 빛의 파장보다 충분히 작은 구조를 주기적으로 배열한 물질로서 물질의 특성이 고유의 자연적 성질보다 주기적인 구조에 의해 더 큰 영향을 받는 물질을 일컫는다.
이러한 메타물질을 이용하면, 자연계에서 관측하기 어려운 음 굴절률(negative refractive index), 0 굴절률(zero refractive index), 매우 큰 굴절률(high refractive index), 투명 클로킹(invisible cloaking), 강한 카이랄성(strong chirality), 및 쌍곡 분산 곡선(hyperbolic dispersion) 등의 다양한 광학적 특성을 만들 수 있기 때문에, 메타물질에 관한 많은 연구가 진행되고 있다.
다양한 종류의 메타물질 중에서, 쌍곡선 메타물질은, 도 1의 (a)에 도시된 동일 주파수에 대한 물질의 분산 곡선이 방향성이 없는 일반적인 물질과 달리, 도 1의 (b) 또는 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이 쌍곡 분산 곡선을 갖는 물질로서 아래의 <수학식 1>과 같은 분산 관계식을 갖는다.
Figure 112016049304337-pat00001
상기 <수학식 1>에서, 입사하는 빛의 에너지는
Figure 112016049304337-pat00002
이고, kx , ky, kz 는 좌표축에 따른 k0 성분이다.
Figure 112016049304337-pat00003
는 플랑크 상수를 2π로 나눈 값이고, c는 광속이다. 만약 유전율이 모든 방향으로 동일하다면, 상기 <수학식 1>에서 수평 방향의 유전율(
Figure 112016049304337-pat00004
)과 수직 방향의 유전율(
Figure 112016049304337-pat00005
)이 모두 같은 값이 되고, 도 1의 (a)와 같은 구 모양이 된다. 만약, 소정의 설계에 의해 수평 방향의 유전율(
Figure 112016049304337-pat00006
)과 수직 방향의 유전율(
Figure 112016049304337-pat00007
)이 부호가 반대 값을 가지게 할 수 있다면, 도 1의 (b) 또는 도 1의 (c)와 같은 쌍곡 분산 곡선의 특성을 가지게 된다.
이러한 쌍곡선 메타물질은 금속과 유전체를 번갈아 쌓는 다중 박막 구조 또는 금속 나노 막대 구조를 통해 만들 수 있는데, 두 가지 방법 모두 금속이 주변의 유전체에 의해 둘러싸여 있기 때문에, 물질 내에서 자유전자의 이동 방향이 수평 방향 혹은 수직 방향으로 제한받게 된다. 따라서, 각 방향의 유전율 부호가 달라진다. 도 2에 두 가지 쌍곡선 메타물질의 구조 및 조건을 도시하였다.
다중 박막 구조 또는 금속 나노 막대 구조를 이용하여 쌍곡선 메타물질을 제작할 수 있기 때문에, 쌍곡선 메타물질은 가시광선이나 자외선 등의 짧은 파장 영역에서 동작하도록 제작하기가 용이하다.
쌍곡선 메타물질은 k0 가 낮은 성분을 상대적으로 적게 투과시키고, 높은 에너지 성분은 상대적으로 잘 투과시키는 특성이 있으므로, 광 리소그래피 분야에서 회절한계를 극복할 수 있는 방안의 하나로 여겨져 나노 이미징, 나노리소그래피 분야에 많은 응용 연구가 진행되고 있다.
그러나, 이러한 기술들은 아직 상용화되지 못하고 있는데, 상용화되지 못하는 원인 중 하나는 임의의 포토마스크 혹은 소정 구조의 메타물질을 균일하게 형성하기 어렵다는 것이다. 즉, 메타물질의 형성 상태가 기판의 모양에 영향을 받기에 메타물질의 구조가 흐트러지게 되고, 이에 따라 본래 설계된 메타물질의 특성이 변하게 되어 원하는 결과를 얻지 못하게 되는 경우가 발생한다는 것이다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로, 고분자 박막을 기판 위에 코팅하여 평탄한 구조를 만든 후 메타물질을 증착하는 방법과, 기판 위의 구조를 얇게 만든 후 직접 메타물질을 증착하는 방법이 있으나, 전자의 방법은 고분자가 메타물질의 광학적 특성을 약화시키는 단점이 있고, 후자의 방법은 메타물질이 균일하게 형성되는 수율이 매우 낮다는 단점이 있어서 메타물질 형성 단계의 문제를 명확히 해결했다고 볼 수 없다.
종래의 쌍곡선 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법은, 마스크 상에 직접적으로 다층 박막을 증착하여 제작하는 것이었다. 도 3에 종래의 직접 형성 방법을 나타내고 있다.
도 3은 쌍곡선 메타물질을 마스크(mask)에 직접 생성하여 쌍곡선 메타물질을 갖는 마스크를 형성하는 공정 순서도와 공정 단면도를 보여주는 도면이다.
도 3에 도시된 방법의 가장 큰 문제점은 생성된 쌍곡선 메타물질이 마스크(기판) 상에 평평하게 증착되지 못하기 때문에, 쌍곡선 메타물질의 단면 형상이 패터닝된 자외선 차단막의 구조에 영향을 받아 불연속적인 형상을 가지게 된다는 점이다.
도 4는 도 3에 도시된 방법으로 제작된 쌍곡선 메타물질을 갖는 마스크의 투과 현미경 사진이다. 도 4에서 쌍곡선 메타물질은 불화마그네슘(MgF2)과 은(Ag)을 반복적으로 증착시켜 구성하였다.
도 4를 참조하면, 마스크에 직접 생성된 쌍곡선 메타물질의 단면이 심각하게 불연속적으로 끊어진 것을 확인할 수 있는데, 이러한 불연속적인 단면을 갖는 쌍곡선 메타물질을 갖는 마스크를 광 리소그래피 공정에서 이용할 경우, 설계자가 의도한 광 투과 특성이 나타지 않아 결과적으로는 불균일한 패턴을 만들어질 수 있다. 따라서, 이러한 불연속적인 단면을 갖는 쌍곡선 메타물질을 갖는 마스크를 광 리소그래피 공정에서 이용하는 것은 어렵다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 종래에는 마스크의 표면을 평탄화시키기 위해 고분자 막을 삽입하는 방안도 보고되었다. 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 고분자 막을 사용하여 쌍곡선 메타물질을 갖는 마스크를 형성하는 공정 순서도와 공정 단면도를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 고분자 막을 마스크 상에 형성하는 것으로는 마스크 표면의 평탄화 목적은 일부 달성할 수 있으나, 마스크의 패터닝된 자외선 차단막 상에 고분자 막의 잔류물이 남게 된다. 따라서, 쌍곡선 메타물질과 패터닝된 자외선 차단막이 고분자 막의 잔류물에 의해 이격되어 광 투과 효율이 떨어질 수 있는 문제가 발생한다. 그러므로, 도 5에 도시된 방법으로는 도 4에 도시된 방법을 대체하기가 어렵다.
따라서, 마스크의 표면 구조에 영향을 덜 받으며, 광 투과 효율을 높일 수 있으며, 수율도 향상시킬 수 있는 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은, 마스크의 표면 구조에 관계없이 균일하고 연속적인 단면을 갖는 메타물질을 마스크에 그대로 형성할 수 있는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 제공한다.
또한, 메타물질의 광 투과 효율을 저하시키지 않고 메타물질을 마스크에 형성할 수 있는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 제공한다.
또한, 상온에서 메타물질을 마스크에 형성할 수 있는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 제공한다.
또한, 메타물질의 표면을 손상시키기 않고 메타물질을 마스크에 형성할 수 있는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 제공한다.
또한, 나노리소그래피 및 이미징의 실험적 구현을 가능하게 하는 마스크를 제작할 수 있는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법은, 자외선 투과 기판 상에 자외선 차단막을 형성하는 단계; 상기 자외선 차단막을 패터닝하여 패터닝된 자외선 차단막과 상기 자외선 투과 기판을 포함하는 마스크를 형성하는 단계; 메타물질을 미리 준비하는 단계; 및 상기 마스크에 상기 메타물질을 전사하는 단계;를 포함한다. 이러한 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법에 의하면, 마스크의 표면 구조에 관계없이 메타물질의 형태를 그대로 유지시키면서 마스크로 전사할 수 있어 마스크에 전사된 메타물질의 광 특성이 변하지 않는 이점이 있다.
여기서, 상기 마스크에 상기 메타물질을 전사하는 단계는, 물을 매개체로 하여 상기 메타물질을 상기 마스크로 옮기는 단계; 및 상기 물을 증발시켜 상기 마스크에 상기 메타물질을 전사하는 단계;를 포함할 수 있다. 매개체인 물을 이용하여 상기 마스크에 상기 메타물질을 전사하므로, 물이 증발을 통해 제거된 후에는 메타물질과 마스크 사이에 어떠한 이물질도 남지 않으며, 메타물질의 표면에 손상이 거의 생기지 않는 이점이 있다. 또한, 상온에서 메타물질을 마스크로 전사할 수 있는 이점이 있다.
여기서, 상기 물은, 유기 용매를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 메타물질을 미리 준비하는 단계는, 기판의 평면에 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층 상에 상기 메타물질을 생성하는 단계; 및 상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함한다. 이러한 방법에 의하면, 균일하고 연속적인 단면을 갖는 메타물질을 얻을 수 있는 이점이 있다.
여기서, 상기 메타물질을 미리 준비하는 단계는, 상기 메타물질 상에 보호막을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이러한 방법에 의하면, 보호막이 쌍곡선 메타물질을 보호하기 때문에, 반복적인 광 리소그래피 공정에 의한 쌍곡선 메타물질의 물리적인 손상을 현저히 줄이거나 막을 수 있는 이점이 있다.
여기서, 상기 메타물질을 미리 준비하는 단계는, 기판의 평면에 제1 희생층을 형성하는 단계; 상기 제1 희생층 상에 일종의 메타물질을 생성하는 단계; 상기 제1 희생층을 제거하는 단계; 상기 일종의 메타물질을 제2 희생층에 미리 생성된 동종 또는 이종의 메타물질 상에 전사하는 단계; 및 상기 제2 희생층을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다. 이러한 방법에 의하면, 메타물질의 두께를 조절하거나 새로운 광 특성의 마스크를 제작할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 제2 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법은, 자외선 투과 기판 상에 자외선 차단막을 형성하는 단계; 상기 자외선 차단막을 패터닝하여 패터닝된 자외선 차단막과 상기 자외선 투과 기판을 포함하는 마스크를 형성하는 단계; 지지층과 메타물질이 포함된 복합체를 형성하는 단계; 상기 마스크에 상기 복합체를 전사하는 단계; 및 상기 복합체의 지지층을 제거하는 단계;를 포함한다. 이러한 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법에 의하면, 상기 마스크에 상기 메타물질이 전사되는 과정에서 메타물질의 물리적인 손상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
여기서, 상기 지지층과 상기 메타물질이 포함된 상기 복합체를 미리 준비하는 단계는, 기판 상에 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층 상에 상기 메타물질을 생성하는 단계; 상기 메타물질 상에 상기 지지층을 형성하는 단계; 및 상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 메타물질 상에 상기 지지층을 형성하는 단계는, 상기 메타물질 상에 보호막을 형성하는 단계; 및 상기 보호막 상에 지지층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 메타물질 상에 상기 지지층을 형성하는 단계는, 고분자 막의 도포(casting 또는 spin coating), 고분자 막의 흡착(absorption), 및 열분리 테이프(thermal release tape) 방법 중 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.
여기서, 상기 메타물질 상에 상기 지지층을 형성하는 단계는, 상기 메타물질의 표면의 일부에 상기 지지층을 형성할 수 있다. 이러한 방법에 의하면, 열분리 테이프를 사용하여 지지층을 메타물질에 전사하는 경우에 열분리 테이프가 열처리된 후 제거되더라도, 열분리 테이프의 잔류물이 메타물질의 표면에 남을 가능성을 현저히 낮출 수 있는 이점이 있다.
여기서, 상기 마스크에 상기 복합체를 전사하는 단계는, 물을 매개체로 하여 상기 복합체의 상기 메타물질을 상기 마스크로 옮기는 단계; 및 상기 물을 증발시켜 상기 마스크에 상기 복합체의 메타물질을 전사하는 단계;를 포함할 수 있다. 매개체인 물을 이용하여 상기 마스크에 상기 메타물질을 전사하므로, 물이 증발을 통해 제거된 후에는 메타물질과 마스크 사이에 어떠한 이물질도 남지 않고, 메타물질의 표면에 손상이 거의 생기지 않는 이점이 있다.
여기서, 상기 물은, 유기 용매를 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법은, 기판의 평면에 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층 상에 메타물질을 생성하는 단계; 상기 메타물질 상에 자외선 차단막을 형성하는 단계; 상기 자외선 차단막을 패터닝하는 단계; 및 상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함한다. 이러한 방법에 의하면, 리소그래피 공정에서 유연한 곡면상에 도포된 광감응 물질을 패터닝할 수 있는 마스크를 형성할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 사용하면, 마스크의 표면 구조에 관계없이 균일하고 연속적인 단면을 갖는 메타물질을 마스크에 그대로 형성할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 사용하면, 마스크의 표면 구조에 의해 마스크에 전사된 메타물질의 구조가 거의 변하지 않으므로, 메타물질을 갖는 마스크의 광학적 특성, 특히 광 투과 특성이 저하되지 않는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 사용하면, 상온에서 메타물질을 갖는 마스크를 형성할 수 있고, 액체에 띄우는 방법을 이용하므로 형성된 메타물질의 표면에 손상을 주지 않는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 사용하면, 나노이미징 및 나노리소그래피에서 사용할 수 있는 마스크를 제작할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 쌍곡선 메타물질의 분산 곡선에 관한 설명을 나타낸 그림이다.
도 2는 두 가지 쌍곡선 메타물질의 구조 및 조건을 나타낸 것이다.
도 3은 쌍곡선 메타물질을 마스크(mask)에 직접 생성하여 쌍곡선 메타물질을 갖는 마스크를 형성하는 공정 순서도와 공정 단면도를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 방법으로 제작된 쌍곡선 메타물질을 갖는 마스크의 투과 전자 현미경 사진이다.
도 5는 고분자 막을 사용하여 쌍곡선 메타물질을 갖는 마스크를 형성하는 공정 순서도와 공정 단면도를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 하나의 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 8은 도 6에 도시된 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 통해서 제작된 마스크의 투과 전자 현미경 사진이다.
도 9는 도 8의 쌍곡선 메타물질을 갖는 마스크를 근접장 주사 광학 현미경(Near-field scanning optical microscopy, NSOM)으로 측정한 사진이다.
도 10은 도 6에 도시된 쌍곡선 메타물질(300) 대신에 마스크(M)에 전사될 수 있는 복합체(700, 300)를 미리 준비하는 하나의 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 지지층(600)과 쌍곡선 메타물질(300)이 포함된 복합체(600, 300)를 미리 준비하는 하나의 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 13은 도 11에 도시된 복합체(600, 300)의 변형 예인, 복합체(600', 300)를 미리 준비하는 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 복합체(600', 300)를 미리 준비하는 방법에 의해서 만들어진 복합체(600', 300)의 사시도이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 16은 도 6, 도 11 및 도 15에 도시된 제1 내지 제3 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법에서 사용되는 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 하나의 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 17은 도 6, 도 11 및 도 15에 도시된 제1 내지 제3 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법에서 사용되는 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 다른 하나의 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명된다. 도면들 중 인용부호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 인용부호들로 표시됨을 유의해야 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 형태의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하에서 본 발명의 여러 실시 형태들을 설명함에 앞서, 설명의 편의상 마스크에 형성되는 메타물질을 쌍곡선 메타물질로 가정하여 설명한다. 따라서, 본 발명에서의 메타물질이 쌍곡선 메타물질로 한정되는 것은 아니며, 본 발명에서의 메타물질은 쌍곡선 메타물질 이외의 다른 메타물질도 포함하는 것으로 이해해야 한다.
<제1 실시 형태>
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 6에 도시된 제1 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법은, 마스크(mask, M)에 쌍곡선 메타물질(300)을 형성하는 방법이다. 여기서, 마스크(M)는 자외선 투과 기판(100)과 자외선 투과 기판(100) 상에 패터닝된 자외선 차단막(200')을 포함한다. 자외선 투과 기판(100)의 상면에 패터닝된 자외선 차단막(200')이 형성되어 있기 때문에, 마스크(M)의 표면은 평평하지 않지만, 도 6에 도시된 방법에 의하면, 별도의 공정을 통해서 미리 제작된 균일하고 연속적인 단면을 갖는 쌍곡선 메타물질을, 마스크(M)의 표면 형상에 관계없이, 그 단면 형태를 가능한 그대로 유지하면서 마스크(M)에 형성할 수 있다.
도 6에 도시된 공정 순서도와 공정 단면도를 참조하면, 제1 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법은, 자외선 투과 기판(100)을 준비하는 단계(S110), 준비된 자외선 투과 기판(100) 상에 자외선 차단막(200)을 형성하는 단계(S120), 자외선 차단막(200)을 패터닝하는 단계(S130), 및 패터닝된 자외선 차단막(200')과 자외선 투과 기판(100)을 포함하는 마스크(M)에 쌍곡선 메타물질(300)을 전사하는 단계(S140)를 포함한다. 이하 각 단계를 상세히 설명한다.
자외선 투과 기판(100)을 준비하는 단계(S110)에서, 자외선 투과 기판(100)은 광 리소그래피(photo lithography)에 이용가능한 파장 대역을 투과할 수 있는 어떠한 기판도 가능하다.
자외선 투과 기판(100) 상에 자외선 차단막(200)을 형성하는 단계(S120)는 자외선을 차단하는 기능이 있는 물질을 자외선 투과 기판(100)의 상면에 증착 및 도포하여 자외선 차단막(200)을 형성하는 단계이다. 여기서, 자외선 차단막(200)은 자외선을 차단하는 기능이 있는 물질로서, 예를 들어 금속 재질의 금속막일 수 있다.
자외선 차단막(200)을 패터닝하는 단계(S130)는 광 리소그래피(photo lithography) 공정, 전자빔 리소그래피(e-beam lithography) 공정, 인쇄(printing) 공정 등을 이용하여 자외선 차단막(200)을 패터닝하여 패터닝된 자외선 차단막(200')을 형성하는 단계이다. 이하의 설명에서, 설명의 편의를 위해 자외선 투과 기판(100)과 패터닝된 자외선 차단막(200')을 마스크(M)라 칭할 수 있다.
패터닝된 자외선 차단막(200')과 자외선 투과 기판(100)를 포함하는 마스크(M)에 쌍곡선 메타물질(300)을 전사하는 단계(S140)는, 별도의 공정을 통해서 미리 준비된 쌍곡선 메타물질(300)을 물 또는 유기 용매가 포함된 물을 매개체로 하여 마스크(M) 상으로 옮긴 후, 상기 매개체를 증발 등의 과정을 거쳐 제거하여 쌍곡선 메타물질(300)을 마스크(M)에 전사하는 단계이다. 쌍곡선 메타물질(300)과 마스크(M)는 매개체가 증발하면서 서로 간의 간격이 좁아지게 되고, 모세관 현상으로 쌍곡선 메타물질(300)과 마스크(M)가 매우 근접하게 흡착하게 되어 반데르발스 힘에 의해서 서로 붙게된다.
S140에서 마스크(M) 상에 전사되는 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 하나의 방법을 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 도 6에 도시된 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 하나의 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 7에 도시된 공정 순서도와 공정 단면도를 참조하면, 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 방법은, 기판(400)을 준비하는 단계(S10), 기판(400) 상에 희생층(500)을 형성하는 단계(S20), 희생층(500) 상에 쌍곡선 메타물질(300)을 형성하는 단계(S30), 및 희생층(500)을 제거하는 단계(S40)를 포함한다. 이하 각 단계를 상세히 설명한다.
기판(400)을 준비하는 단계(S10)에서, 준비되는 기판(400)은 통상 실리콘, 유리(glass) 및 수정(qualtz)과 같은 단단한 재질로서, 지지대(supporter) 역할을 한다.
기판(400) 상에 희생층(500)을 형성하는 단계(S20)는, 기판(400)의 평면에 희생층(500)을 형성하는 단계이다. 희생층(500)은 이후의 희생층(500)을 제거하는 단계(S40)에서 쌍곡선 메타물질(300)을 손상시키지 않는 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 희생층(500)은 고분자(polymer) 또는 실리콘 산화막(SiO2) 등으로 구성될 수 있다.
희생층(500) 상에 쌍곡선 메타물질(300)을 생성하는 단계(S30)는, 희생층(500)의 상면에 쌍곡선 메타물질(300)을 생성하는 단계이다. 생성되는 쌍곡선 메타물질(300)은 금속과 유전체가 반복적으로 구성된 복합막일 수 있다. 쌍곡선 메타물질(300)은 진공증착(vacuum evaporation), 스퍼터링(sputtering), 원자층 증착법(atomic layer deposition), 화학기상증착(chemical vapor deposition), 회전도포(spin coaing), 전사방법(transfer), 인쇄방법(printing), 랑뮤어-블라젯 방법(Langmuir-Blodgett)등 다양한 방법을 이용하여 제작가능하다.
희생층(500)을 제거하는 단계(S40)는, 기판(400)과 쌍곡선 메타물질(300) 사이에 배치된 희생층(500)을 화학물질을 이용하여 용해시켜 희생층(500)을 제거하는 단계이다. 희생층(500)의 제거에 의해서 기판(400)이 쌍곡선 메타물질(300)로부터 분리된다.
이러한 단계들을 통해서, 도 6의 S140에서 사용되는 쌍곡선 메타물질(300)이 미리 준비될 수 있다. 이렇게 미리 준비된 쌍곡선 메타물질(300)은 기판(400)의 평면 상에서 생성되기 때문에, 균일하고 연속적인 단면을 가질 수 있다.
도 8은 도 6에 도시된 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 통해서 제작된 마스크의 투과 전자 현미경 사진이다.
도 8에 도시된 마스크의 단면에서 쌍곡선 메타물질은 비교를 용이하게 하기 위해서 도 4의 쌍곡선 메타물질과 동일하게 불화마그네슘과 은을 이용하였다. 또한, 도 8에 도시된 쌍곡선 메타물질을 도 7에 도시된 방법으로 미리 준비하였는데, 이를 위해서 도 7의 희생층(500)으로는 광감응 고분자(photoresist)를 이용하였고, 희생층(600)의 제거를 위해서 유기 용매(N-메틸-2-피롤리돈, N-Methyl-2-pyrrolidone, NMP)를 이용하였다.
도 4와 비교하여, 도 8에 도시된 마스크에 형성된 쌍곡선 메타물질은, 매우 균일하고 깨끗한 복합막으로서, 연속적인 단면을 가짐을 확인할 수 있다.
도 9는 도 8의 쌍곡선 메타물질을 갖는 마스크를 근접장 주사 광학 현미경(Near-field scanning optical microscopy, NSOM)으로 측정한 사진이다.
도 9를 참조하면, 쌍곡선 메타물질이 없는 마스크(M)보다 쌍곡선 메타물질(300)이 있는 마스크(M)가 표면에서 측정된 빛의 세기 분포(전기장 세기의 제곱)에 있어서 더 뚜렷함을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 사용하면, 마스크가 불균일한 표면을 갖더라도, 균일하면서도 연속적인 단면을 갖는 쌍곡선 메타물질을 마스크의 표면에 형성할 수 있는 이점이 있다.
도 10은 도 6에 도시된 쌍곡선 메타물질(300) 대신에 마스크(M)에 전사될 수 있는 복합체(700, 300)를 미리 준비하는 하나의 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 10에 도시된 공정 순서도와 공정 단면도를 참조하면, 복합체(700, 300)를 미리 준비하는 방법은, 기판(400)을 준비하는 단계(S10), 기판(400) 상에 희생층(500)을 형성하는 단계(S20), 희생층(500) 상에 쌍곡선 메타물질(300)을 형성하는 단계(S30), 쌍곡선 메타물질(300) 상에 보호막(700)을 형성하는 단계(S33), 희생층(500)을 제거하는 단계(S40)를 포함한다. 여기서, S10, S20, S30 및 S40는, 도 7에 도시된 S10, S20, S30 및 S40와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
쌍곡선 메타물질(300) 상에 보호막(700)을 형성하는 단계(S33)는, 광 투과 특성이 변형되지 않고, 물리적 및 화학적으로 안정된 물질을 쌍곡선 메타물질(300)의 표면에 증착 및 도포하여 보호막(700)을 형성하는 단계이다. 여기서, 보호막(700)을 구성하는 물질은 산화알루미늄, 산화지르코늄, 및 산화티타늄 중 어느 하나 이상일 수 있다.
이렇게 미리 준비된 복합체(700, 300)가 도 6에 도시된 마스크(M)에 전사된 경우, 복합체(700, 300)를 갖는 마스크는 반복적인 광 리소그래피 공정의 가혹한 환경을 잘 견딜 수 있는 이점이 있다. 이를 구체적으로 설명하면, 도 6에 도시된 쌍곡선 메타물질(300)만을 갖는 마스크가 광감응 고분자가 도포된 샘플에 접촉된 후, 노광 과정을 통해서 상기 광감응 고분자에 소정의 패턴이 형성되는 경우, 쌍곡선 메타물질(300)과 상기 광감응 고분자가 물리적으로 접촉하게 된다. 이런 상태에서 도 6에 도시된 쌍곡선 메타물질(300)만을 갖는 마스크가 반복적인 광 리소그래피 공정을 거치게 되면, 쌍곡선 메타물질(300)의 최상층이 박리되거나 손상될 수 있다.
하지만, 도 10에 도시된 방법으로 미리 준비된 복합체(700, 300)를 갖는 마스크는, 복합체(700, 300)의 보호막(700)이 쌍곡선 메타물질(300)을 보호하기 때문에, 반복적인 광 리소그래피 공정에 의한 쌍곡선 메타물질(300)의 물리적인 손상을 현저히 줄이거나 막을 수 있다. 따라서, 도 10에 도시된 복합체(700, 300)를 갖는 마스크는 도 6에 도시된 쌍곡선 메타물질(300)만을 갖는 마스크보다 더 긴 수명을 가질 수 있다. 따라서, 광 리소그래피 공정의 단가를 낮출 수 있어 경제적으로 유리한 이점이 있다.
<제2 실시 형태>
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 11에 도시된 제2 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법은, 마스크(M)에 쌍곡선 메타물질(300)을 형성하는 방법이다. 여기서, 마스크(M)는 자외선 투과 기판(100)과 패터닝된 자외선 차단막(200')을 포함한다. 자외선 투과 기판(100)의 상면에 패터닝된 자외선 차단막(200')이 형성되어 있기 때문에, 마스크(M)의 표면은 평평하지 않지만, 도 11에 도시된 방법에 의하면, 별도의 공정을 통해서 미리 제작된 균일하고 연속적인 단면을 갖는 쌍곡선 메타물질을, 마스크(M)의 표면 형상에 관계없이, 그 단면 형태를 가능한 그대로 유지하면서 마스크(M)에 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 쌍곡선 메타물질(300)이 마스크(M)에 전사되는 단계(S240)에서 쌍곡선 메타물질(300)의 물리적인 손상을 방지할 수 있다.
도 11에 도시된 공정 순서도와 공정 단면도를 참조하면, 제2 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법은, 자외선 투과 기판(100)을 준비하는 단계(S210), 준비된 자외선 투과 기판(100) 상에 자외선 차단막(200)을 형성하는 단계(S220), 자외선 차단막(200)을 패터닝하는 단계(S230), 패터닝된 자외선 차단막(200')과 자외선 투과 기판(100)을 포함하는 마스크(M)에 지지층(600)과 쌍곡선 메타물질(300)이 포함된 복합체(600, 300)를 전사하는 단계(S240), 및 지지층(600)을 제거하는 단계(S250)를 포함한다. 여기서, S210 내지 S230는 제1 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법의 S110 내지 S130과 동일하므로, S210 내지 S230의 설명은 생략한다. 이하 S240 내지 S250을 상세히 설명한다.
패터닝된 자외선 차단막(200')과 자외선 투과 기판(100)를 포함하는 마스크(M)에 지지층(600)과 쌍곡선 메타물질(300)이 포함된 복합체(600, 300)를 전사하는 단계(S240)는, 마스크(M)에 복합체(600, 300)를 물 또는 유기 용매가 포함된 물을 매개체로 하여 마스크(M) 상으로 옮긴 후, 상기 매개체를 증발 등의 과정을 거쳐 제거하여 복합체(600, 300)를 마스크(M)에 전사하는 단계일 수 있다. 복합체(600, 300)의 쌍곡선 메타물질(300)과 마스크(M)는 매개체인 물이 증발하면서 서로 간의 간격이 좁아지게 되고, 모세관 현상으로 쌍곡선 메타물질(300)과 마스크(M)가 매우 근접하게 흡착하게 되어 반데르발스 힘에 의해서 서로 붙게된다.
지지층(600)을 제거하는 단계(S250)는, 마스크(M)에 전사된 복합체(600, 300)에서 지지층(600)을 쌍곡선 메타물질(300)로부터 제거하는 단계이다.
S240에서 마스크(M) 상에 전사되는 복합체(600, 300)를 미리 준비하는 다양한 방법들을 도 12 내지 도 14를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 12는 도 11에 도시된 지지층(600)과 쌍곡선 메타물질(300)이 포함된 복합체(600, 300)를 미리 준비하는 하나의 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 12에 도시된 공정 순서도와 공정 단면도를 참조하면, 지지층(600)과 쌍곡선 메타물질(300)이 포함된된 복합체(600, 300)를 미리 준비하는 방법은, 기판(400)을 준비하는 단계(S10), 기판(400) 상에 희생층(500)을 형성하는 단계(S20), 희생층(500) 상에 쌍곡선 메타물질(300)을 생성하는 단계(S30), 쌍곡선 메타물질(300) 상에 지지층(600)을 형성하는 단계(S35), 및 희생층(500)을 제거하는 단계(S40)를 포함한다. 여기서, S10 내지 S30 및 S40은 도 7에 도시된 S10 내지 S30 및 S40과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. 이하 S35를 상세히 설명한다.
쌍곡선 메타물질(300) 상에 지지층(600)을 형성하는 단계(S35)는, 쌍곡선 메타물질(300)의 표면(또는 최상층의 상면)에 지지층(600)을 형성하는 단계이다. 지지층(600)은 소정의 용매로 용해시키는 방법, 기계적 박리법, 및 열분리 테이프 방법으로 제거할 수 있다.
지지층(600)은 쌍곡선 메타물질(300)에서 쉽게 분리가능한 재질인 것이 바람직하다.
지지층(600)은 고분자 막의 도포(casting 또는 spin coating), 고분자 막의 흡착(absorption), 및 열분리 테이프(thermal release tape) 방법을 사용하여 쌍곡선 메타물질(300) 상에 형성될 수 있다.
고분자 막의 도포 방법은 쌍곡선 메타물질(300) 상에 고분자 용액을 도포 및 열처리하여 지지층(600)을 형성하는 방법이다. 고분자 막의 도포 방법으로 지지층(600)을 형성한 경우, 도 11에 도시된 S250에서는 고분자를 용해할 때 사용하는 용매를 이용하여 지지층(600)을 용해시켜 제거할 수 있다.
고분자 막의 흡착 방법은 물과 같은 매개체를 사용하여 고체상태의 고분자 막을 쌍곡선 메타물질(300) 상에 전사한 후, 물을 증발시켜 제거함으로써 고분자 막과 쌍곡선 메타물질(300)이 물리적으로 흡착되도록 하여 지지층(600)을 형성하는 방법이다. 고분자 막의 흡착 방법으로 지지층(600)을 형성한 경우, 도 11에 도시된 S250에서는 기계적 박리법(테이프 방법)으로 지지층(600)을 떼어내어 제거할 수 있으며, 용매를 이용하여 지지층(600)을 녹여 제거할 수도 있다.
지지층(600)을 고분자 막의 흡착 방법으로 형성한 경우와 지지층(600)을 고분자 막의 도포 방법으로 형성한 경우를 비교하여 보면, 쌍곡선 메타물질(300)의 표면에 고분자 잔유물이 남게 될 가능성은 지지층(600)을 고분자 막의 흡착 방법으로 형성한 경우가 더 낮은 이점이 있다.
열분리 테이프 방법은 열분리 테이프를 쌍곡선 메타물질(300)의 표면에 붙인 후 지지층(600)을 열분리 테이프에 부착하는 방법이다. 열분리 테이프 방법으로 지지층(600)을 형성한 경우, 도 11에 도시된 S250에서는 열처리에 통해서 지지층(600)을 쌍곡선 메타물질(300)로부터 쉽게 분리할 수 있다. 열분리 테이프 방법이 앞에서 설명한 두 가지 방법들보다 더 쉽고 용이한 이점이 있다.
한편, 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 도 12에 도시된 복합체(600, 300)를 미리 준비하는 방법에 있어서, 쌍곡선 메타물질(300) 상에 지지층(600)을 형성하는 단계(S35)는, 쌍곡선 메타물질(300) 상에 도 10에 도시된 보호막(700)을 형성하는 단계 및 보호막(700) 상에 지지층(600)을 형성하는 단계로 더 세부적으로 구분될 수 있다. 이 경우, 도 11에 도시된 단계들을 통해 제작된 마스크의 쌍곡선 메타물질(300)의 표면에는 보호막(700)이 형성되어 있기 때문에, 반복적인 광 리소그래피 공정에 의한 쌍곡선 메타물질(300)의 물리적인 손상을 현저히 줄이거나 막을 수 있다.
도 13은 도 11에 도시된 복합체(600, 300)의 변형 예인, 복합체(600', 300)를 미리 준비하는 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 13에 도시된 공정 순서도와 공정 단면도를 참조하면, 지지층(600')과 쌍곡선 메타물질(300)이 포함된 복합체(600', 300)를 미리 준비하는 방법은, 기판(400)을 준비하는 단계(S10), 기판(400) 상에 희생층(500)을 형성하는 단계(S20), 희생층(500) 상에 쌍곡선 메타물질(300)을 생성하는 단계(S30), 쌍곡선 메타물질(300)의 일부 상에 지지층(600')을 형성하는 단계(S37), 및 희생층(500)을 제거하는 단계(S40)를 포함한다. 여기서, S10 내지 S30 및 S40은 도 12에 도시된 S10 내지 S30 및 S40과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. 이하 S37를 상세히 설명한다.
쌍곡선 메타물질(300)의 일부 상에 지지층(600')을 형성하는 단계(S37)는, 쌍곡선 메타물질(300)의 표면(또는 최상층의 상면)의 일부에 지지층(600')을 형성하는 단계이다. S37에서는 지지층(600')이 쌍곡선 메타물질(300)의 일부 상에 형성되지만, 도 12에 도시된 S35에서는 지지층(600)이 쌍곡선 메타물질(300)의 표면 전체에 형성된다는 점에서 도 12와 도 13의 두 방법에 차이가 있다.
도 13에 도시된 복합체(600', 300)를 미리 준비하는 방법은, 도 11에 도시된 지지층(600)을 제거하는 단계(S250)에서 나타날 수 있는 단점을 보완할 수 있다. 도 12에 도시된 복합체(600, 300)를 미리 준비하는 방법에서 상세히 기술한 바와 같이, 지지층(600)을 형성하는 방법은 3 가지가 있는데, 그 중에서 열분리 테이프를 사용하여 지지층(600)을 쌍곡선 메타물질(300)에 전사하는 것이 가장 용이하다. 하지만, 도 11의 S250에서 열분리 테이프가 열처리되어 제거되더라도, 열분리 테이프의 잔류물이 쌍곡선 메타물질(300)의 표면에 남을 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제가 도 13에 도시된 복합체(600', 300)를 미리 준비하는 방법을 이용함으로서 해결될 수 있다. 즉, 도 13에 도시된 복합체(600', 300)에서 지지층(600')이 쌍곡선 메타물질(300)의 표면의 전부가 아닌 일부에만 형성되기 때문에, 도 11의 S250에서 열분리 테이프의 잔류물이 남을 가능성이 현저히 낮아질 수 있다.
도 14는 도 13에 도시된 복합체(600', 300)를 미리 준비하는 방법에 의해서 만들어진 복합체(600', 300)의 사시도이다.
도 14를 참조하면, 복합체(600', 300)의 지지층(600')이 쌍곡선 메타물질(300)의 표면 전부가 아닌 일부에 형성된다.
여기서, 지지층(600')은 쌍곡선 메타물질(300)의 표면의 가장자리에 형성될 수 있는데, 지지층(600')이 쌍곡선 메타물질(300)의 표면의 가장자리에 형성시킬 경우, 지지층(600')을 제거하는 것이 용이하고, 쌍곡선 메타물질(300)의 표면에서 가장자리를 제외한 나머지 부분은 지지층(600')과 접촉되지 않기 때문에, 도 11의 S250에서 지지층(600')이 제거되더라도 지지층(600')의 잔류물은 쌍곡선 메타물질(300)의 표면의 가장자리에만 일부 남게되므로, 추후에 이용되는 광 리소그래피 공정에서 지지층(600')의 잔류물에 의한 영향이 거의 발생되지 않는 이점이 있다.
도 14에서는, 지지층(600')을 쌍곡선 메타물질(300)의 표면의 가장자리 전부에 형성하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 쌍곡선 메타물질(300)의 표면의 가장자리의 일부에 지지층(600')을 형성할 수도 있다. 구체적인 예로서, 지지층(600')을 ‘ㄷ'자 형태, ‘ㄴ'자 형태, 'ㅣ‘자 형태, 및 닷(dot) 형태 중 어느 하나 이상으로 형성하여 지지층(600')이 형성되는 영역을 더 줄이는 것도 가능하다.
한편, 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 도 13에 도시된 복합체(600', 300)를 미리 준비하는 방법에 있어서, 쌍곡선 메타물질(300) 상에 지지층(600')을 일부 형성하는 단계(S37)는, 쌍곡선 메타물질(300) 상에 도 10에 도시된 보호막(700)을 형성하는 단계 및 보호막(700) 상에 지지층(600')을 일부 형성하는 단계로 더 세부적으로 구분될 수 있다. 이 경우, 도 11에 도시된 단계들을 통해 제작된 마스크의 쌍곡선 메타물질(300)의 표면에는 보호막(700)이 형성되어 있기 때문에, 반복적인 광 리소그래피 공정에 의한 쌍곡선 메타물질(300)의 물리적인 손상을 현저히 줄이거나 막을 수 있다.
<제3 실시 형태>
도 15는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 15에 도시된 제3 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 사용하여 제작된 마스크는, 평면뿐만 아니라 곡면에 도포된 광감응 물질도 정확하게 패터닝하는데 이용할 수 있는 이점이 있다.
도 15에 도시된 공정 순서도와 공정 단면도를 참조하면, 제3 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법은, 기판(400)을 준비하는 단계(S310), 기판(400) 상에 희생층(500)을 형성하는 단계(S320), 희생층(500) 상에 쌍곡선 메타물질(300)을 형성하는 단계(S330), 쌍곡선 메타물질(300) 상에 자외선 차단막(200)을 형성하는 단계(S340), 자외선 차단막(200)을 패터닝하는 단계(S350), 및 희생층(500)을 제거하는 단계(S360)를 포함한다. 이하 각 단계를 상세히 설명한다.
기판(400)을 준비하는 단계(S310)에서, 준비되는 기판(400)은 통상 실리콘, 유리(glass) 및 수정(qualtz)과 같은 단단한 재질로서, 지지대(supporter) 역할을 한다.
기판(400) 상에 희생층(500)을 형성하는 단계(S320)는, 기판(400)의 상면에 희생층(500)을 형성하는 단계이다. 희생층(500)은 이후의 희생층(500)을 제거하는 단계(S360)에서 쌍곡선 메타물질(300)을 손상시키지 않는 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 희생층(500)은 고분자(polymer) 또는 실리콘 산화막(SiO2) 등으로 구성될 수 있다.
희생층(500) 상에 쌍곡선 메타물질(300)을 형성하는 단계(S330)는, 희생층(500)의 상면에 쌍곡선 메타물질(300)을 형성하는 단계이다. 쌍곡선 메타물질(300)은 금속과 유전체가 반복적으로 구성된 복합막이다. 쌍곡선 메타물질(300)은 진공증착(vacuum evaporation), 스퍼터링(sputtering), 원자층 증착법(atomic layer deposition), 화학기상증착(chemical vapor deposition), 회전도포(spin coaing), 전사방법(transfer), 인쇄방법(printing), 랑뮤어-블라젯 방법(Langmuir-Blodgett)등 다양한 방법을 이용하여 제작가능하다.
쌍곡선 메타물질(300) 상에 자외선 차단막(200)을 형성하는 단계(S340)는 자외선을 차단하는 기능이 있는 물질을 쌍곡선 메타물질(300)의 표면에 증착 및 도포하여 자외선 차단막(200)을 형성하는 단계이다. 여기서, 자외선 차단막(200)은 자외선을 차단하는 기능이 있는 물질로서, 예를 들어, 금속 재질의 금속막일 수 있다.
자외선 차단막(200)을 패터닝하는 단계(S350)는 광 리소그래피(photo lithography) 공정, 전자빔 리소그래피(e-beam lithography) 공정, 인쇄(printing) 공정 등을 이용하여 자외선 차단막(200)을 패터닝하여 패터닝된 자외선 차단막(200')을 형성하는 단계이다.
희생층(500)을 제거하는 단계(S360)는, 기판(400)과 쌍곡선 메타물질(300) 사이에 배치된 희생층(500)을 화학물질을 이용하여 용해시켜 희생층(500)을 제거하는 단계이다. 희생층(500)이 제거되면, 기판(400)이 쌍곡선 메타물질(300)로부터 분리되어 쌍곡선 메타물질(300)과 패터닝된 자외선 차단막(200')으로 구성된 마스크(300, 200)를 얻을 수 있다.
S330에서 쌍곡선 메타물질(300)을 100 나노미터 정도로 매우 얇게 형성하고, S350에서 패터닝된 자외선 차단막(200')을 수십 나노미터 수준으로 형성한 경우, S360에서 만들어진 마스크(300, 200')의 총 두께는 100~200 나노미터 수준이 된다. 이 경우, S360에서 만들어진 나노미터 수준의 마스크(300, 200')은 기계적으로 매우 유연하여 어느 정도 구부러지더라도 깨지거나 찢어지지 않는다. 따라서, S360에서 만들어진 나노미터 수준의 마스크(200', 300)는 유연하여 어느 정도 구부릴 수 있기 때문에, 평면뿐만 아니라 곡면에 도포된 광감응 물질을 패터닝하는데 이용할 수 있는 이점이 있다.
이와 같이, 도 15에 도시된 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법을 사용하면, 쌍곡선 메타물질(300)이 기판(140)의 평면 상에서 형성되기 때문에 균일하고 연속적인 단면을 갖는 쌍곡선 메타물질(300)을 갖는 마스크(200', 300)를 제작할 수 있고, 기계적으로 유연하여 구부러질 있는 마스크(200', 300)를 제작할 수 있다. 따라서, 이렇게 제작된 마스크(200', 300)를 사용하여 광 리소그래피 공정에서 평면뿐만 아니라 곡면에 도포된 광감응 물질을 용이하게 패터닝할 수 있다.
도 16은 도 6, 도 11 및 도 15에 도시된 제1 내지 제3 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법에서 사용되는 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 하나의 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 16에 도시된 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 방법은, 도 6, 도 11 및 도 15의 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법들에서 사용되는 쌍곡선 메타물질(300)의 두께를 설계자(또는 사용자)의 의도에 맞게 적절히 조절할 수 있는 방법이다.
도 16에 도시된 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 방법은, 도 7에 도시된 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 방법 이후에 추가로 수행될 수 있다. 이하에서 구체적으로 설명한다.
도 16에 도시된 쌍곡선 메타물질(300)를 미리 준비하는 방법은, 일종의 쌍곡선 메타물질(300a)을 미리 준비하는 단계(S50), 일종의 쌍곡선 메타물질(300a)을 다른 희생층(500')에 미리 생성된 동종의 쌍곡선 메타물질(300a') 상에 전사하는 단계(S60), 및 다른 희생층(500')을 제거하는 단계(S70)를 포함한다.
일종의 쌍곡선 메타물질(300a)을 미리 준비하는 단계(S50)는, 도 7에 도시된 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 방법을 사용하여 일종의 쌍곡선 메타물질(300a)를 미리 준비할 수 있다.
일종의 쌍곡선 메타물질(300a)을 다른 희생층(500')에 미리 생성된 동종의 쌍곡선 메타물질(300a') 상에 전사하는 단계(S60)는, 일종의 쌍곡선 메타물질(300a)을 다른 희생층(500') 상에 미리 생성된 동종의 쌍곡선 메타물질(300a')의 표면에 전사하는 단계이다. 일종의 쌍곡선 메타물질(300a)을 동종의 쌍곡선 메타물질(300a') 상에 전사함으로서, 일종의 쌍곡선 메타물질(300a)과 동종의 쌍곡선 메타물질(300a')로 구성된 하나의 쌍곡선 메타물질(300)을 얻을 수 있다.
다른 희생층(500')을 제거하는 단계(S70)는 동종의 쌍곡선 메타물질(300a') 아래에 위치한 다른 희생층(500')을 제거하는 단계이다. 희생층(500')을 제거하는 방법은 도 7에서 상술하였으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
S70 이후에, S60과 S70을 소정 횟수로 반복하는 단계(S80)를 더 포함할 수 있다. 즉, 일종의 쌍곡선 메타물질(300a)과 동종의 쌍곡선 메타물질(300a')로 구성된 쌍곡선 메타물질(300)을 또 다른 희생층 상에 미리 형성된 동종의 쌍곡선 메타물질의 표면에 전사(S60)하고, 상기 또 다른 희생층을 제거(S70)하여 소정 두께의 쌍곡선 메타물질을 형성할 수 있다.
일반적으로, 쌍곡선 메타물질은 금속과 유전체가 100 나노미터 이하의 두께로 반복적으로 이루어진 구조로 형성되는데, 쌍곡선 메타물질의 두께가 두꺼워질수록 공정 시간과 비용이 증가하는 단점이 있다. 그런데, S60과 S70을 소정 횟수(N)로 반복하면, 반복되는 횟수(N)만큼 쌍곡선 메타물질(300)의 두께(N×d)를 추가로 증가시킬 수 있어서 최종적으로 제작된 메타물질의 두께는 (N+1)×d 가 된다. 따라서, 설계자는 필요에 따라 자신이 원하는 두께의 쌍곡선 메타물질(300)을 얻을 수 있다. 즉, 설계자는 쌍곡선 메타물질(300)의 두께를 조절할 수 있다.
도 17은 도 6, 도 11 및 도 15에 도시된 제1 내지 제3 실시 형태에 따른 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법에서 사용되는 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 다른 하나의 방법을 설명하기 위한 공정 순서도와 공정 순서도의 각 단계에 대응하는 공정 단면도이다.
도 17에 도시된 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 방법은, 도 6, 도 11 및 도 15의 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법들에서 사용되는 쌍곡선 메타물질(300)의 두께뿐만 아니라 새로운 광 특성을 갖는 마스크를 설계자의 의도에 맞게 적절히 조절할 수 있는 방법이다.
도 17에 도시된 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 방법은, 도 7에 도시된 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 방법 이후에 추가로 수행되는 과정일 수 있다. 구체적으로 이하에서 설명한다.
도 17에 도시된 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 방법은, 일종의 쌍곡선 메타물질(300a)을 미리 준비하는 단계(S50), 일종의 쌍곡선 메타물질(300a)을 다른 희생층(500')에 미리 생성된 이종의 쌍곡선 메타물질(300b) 상에 전사하는 단계(S60'), 및 다른 희생층(500')을 제거하는 단계(S70')를 포함한다.
일종의 쌍곡선 메타물질(300a)을 미리 준비하는 단계(S50)는, 도 7에 도시된 쌍곡선 메타물질(300)을 미리 준비하는 방법을 사용하여 쌍곡선 메타물질(300a)를 얻을 수 있다.
일종의 쌍곡선 메타물질(300a)을 이종의 쌍곡선 메타물질(300b) 상에 전사하는 단계(S60')는, 일종의 쌍곡선 메타물질(300a)을 다른 희생층(500) 상에 미리 생성된 이종의 쌍곡선 메타물질(300b)의 표면에 전사하는 단계이다. 일종의 쌍곡선 메타물질(300a)을 이종의 쌍곡선 메타물질(300b) 상에 전사함으로서, 일종의 쌍곡선 메타물질(300a)과 이종의 쌍곡선 메타물질(300b)로 구성된 하나의 쌍곡선 메타물질(300)을 얻을 수 있다.
다른 희생층(500')을 제거하는 단계(S70')는 이종의 쌍곡선 메타물질(300b) 아래에 위치한 다른 희생층(500')을 제거하는 단계이다. 다른 희생층(500')을 제거하는 방법은 도 7에서 상술하였으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
S70' 이후에, S60'과 S70'을 소정 횟수로 반복하는 단계(S80')를 더 포함할 수 있다. 즉, 일종의 쌍곡선 메타물질(300a)과 이종의 쌍곡선 메타물질(300b)로 구성된 쌍곡선 메타물질(300)을 또 다른 희생층 상에 미리 형성된 동종 또는 이종의 쌍곡선 메타물질의 표면에 전사(S60')하고, 또 다른 희생층을 제거(S70')하여 소정 두께의 쌍곡선 메타물질을 형성할 수 있다.
일반적으로, 쌍곡선 메타물질은 금속과 유전체가 100 나노미터 이하의 두께로 반복적으로 이루어진 구조로 형성되는데, 쌍곡선 메타물질의 두께가 두꺼워지고, 서로 다른 광 특성을 갖는 쌍곡선 메타물질이 합쳐질수록 공정 시간과 비용이 증가하는 단점이 있다. 그런데, S60'과 S70'을 소정 횟수(N)로 반복하면, 반복되는 횟수(N)만큼 쌍곡선 메타물질(300)의 두께(N×d)를 추가로 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 다수의 광 특성을 갖거나 새로운 광 특성을 갖는 새로운 쌍곡선 메타물질(300)을 얻을 수 있다. 따라서, 설계자는 필요에 따라 자신이 원하는 두께와 다수의 또는 새로운 광 특성을 갖는 쌍곡선 메타물질(300)을 얻을 수 있다. 즉, 설계자는 쌍곡선 메타물질(300)의 두께와 광 특성을 조절할 수 있는 이점이 있다.
이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시 형태에 포함되며, 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 자외선 투과 기판
200: 자외선 차단막
300: 쌍곡선 메타물질
400: 기판
500: 희생층
600: 지지층
700: 보호막

Claims (15)

  1. 자외선 투과 기판 상에 자외선 차단막을 형성하는 단계;
    상기 자외선 차단막을 패터닝하여 패터닝된 자외선 차단막과 상기 자외선 투과 기판을 포함하는 마스크를 형성하는 단계;
    메타물질을 미리 준비하는 단계; 및
    상기 마스크에 상기 메타물질을 전사하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 마스크에 상기 메타물질을 전사하는 단계는,
    물을 매개체로 하여 상기 메타물질을 상기 마스크로 옮기는 단계; 및
    상기 물을 증발시켜 상기 마스크에 상기 메타물질을 전사하는 단계;
    를 포함하는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 물은, 유기 용매를 포함하는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 메타물질을 미리 준비하는 단계는,
    기판의 평면에 희생층을 형성하는 단계;
    상기 희생층 상에 상기 메타물질을 생성하는 단계; 및
    상기 희생층을 제거하는 단계;
    를 포함하는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 메타물질 상에 보호막을 형성하는 단계;를 더 포함하는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 메타물질을 미리 준비하는 단계는,
    기판의 평면에 제1 희생층을 형성하는 단계;
    상기 제1 희생층 상에 일종의 메타물질을 생성하는 단계;
    상기 제1 희생층을 제거하는 단계;
    상기 일종의 메타물질을 제2 희생층에 미리 생성된 동종 또는 이종의 메타물질 상에 전사하는 단계; 및
    상기 제2 희생층을 제거하는 단계;
    를 포함하는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법.
  7. 자외선 투과 기판 상에 자외선 차단막을 형성하는 단계;
    상기 자외선 차단막을 패터닝하여 패터닝된 자외선 차단막과 상기 자외선 투과 기판을 포함하는 마스크를 형성하는 단계;
    지지층과 메타물질이 포함된 복합체를 미리 준비하는 단계;
    상기 마스크에 상기 복합체를 전사하는 단계; 및
    상기 복합체의 지지층을 제거하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 마스크에 상기 복합체를 전사하는 단계는,
    물을 매개체로 하여 상기 복합체의 메타물질을 상기 마스크로 옮기는 단계; 및
    상기 물을 증발시켜 상기 마스크에 상기 복합체의 메타물질을 전사하는 단계;
    를 포함하는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 지지층과 상기 메타물질이 포함된 상기 복합체를 미리 준비하는 단계는,
    기판의 평면에 희생층을 형성하는 단계;
    상기 희생층 상에 상기 메타물질을 생성하는 단계;
    상기 메타물질 상에 상기 지지층을 형성하는 단계; 및
    상기 희생층을 제거하는 단계;
    를 포함하는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 메타물질 상에 상기 지지층을 형성하는 단계는,
    상기 메타물질 상에 보호막을 형성하는 단계; 및 상기 보호막 상에 상기 지지층을 형성하는 단계;를 포함하는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 메타물질 상에 상기 지지층을 형성하는 단계는, 고분자 막의 도포(casting 또는 spin coating), 고분자 막의 흡착(absorption), 및 열분리 테이프(thermal release tape) 방법 중 어느 하나의 방법을 사용하는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 메타물질 상에 상기 지지층을 형성하는 단계는, 상기 메타물질의 표면의 일부에 상기 지지층을 형성하는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법.
  12. 삭제
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 물은, 유기 용매를 포함하는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법.
  14. 기판의 평면에 희생층을 형성하는 단계;
    상기 희생층 상에 메타물질을 생성하는 단계;
    상기 메타물질 상에 자외선 차단막을 형성하는 단계;
    상기 자외선 차단막을 패터닝하는 단계; 및
    상기 희생층을 제거하는 단계;
    를 포함하는, 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법.
  15. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 11 항, 제 13 항, 제 14 항 중 어느 한 항의 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법으로 제작된 마스크.
KR1020160062880A 2016-05-23 2016-05-23 메타물질을 갖는 마스크 형성 방법 KR101839903B1 (ko)

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