KR20020092416A - 간섭 패턴에 따라 물질을 기판에 선택적으로 성막하는우선 성막 방법 - Google Patents

간섭 패턴에 따라 물질을 기판에 선택적으로 성막하는우선 성막 방법 Download PDF

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KR20020092416A
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Abstract

기판에 물질을 우선 성막하는 방법이 개시되어 있다. 기판으로 전자파 간섭 패턴을 지향시켜 이 전자파 패턴과 일치하는 기판의 부위를 선택적으로 최대로 가열함으로써 물질을 우선 성막할 수 있다. 기판은 그 후에 표면 온도를 기초로 표면상에 우선 축적될 수 있는 기상 물질에 노출될 수 있다.

Description

간섭 패턴에 따라 물질을 기판에 선택적으로 성막하는 우선 성막 방법{SELECTIVE DEPOSITION OF MATERIAL ON A SUBSTRATE ACCORDING TO AN INTERFERENCE PATTERN}
기판에 성막된 물질을 패터닝하기 위한 많은 기술이 개발되어 왔다. 이들 기술 중 많은 것은 원하는 패턴을 형성하기 위하여 마스크를 사용하고 있다. 예를 들면, 기판 상의 마스크 위에 물질을 성막할 수 있다. 그 후, 마스크를 제거하면 마스크에 의하여 노출된 채 남았던 기판의 부분들 상에 물질을 남길 수 있다. 다른 기술은 균일한 물질 피막을 형성하고, 그 피막 위에 마스크를 덮으며, 마스크에 의하여 노출된 피막 부분을 에칭하고, 마스크를 제거하는 것으로 이루어진다. 많은 경우, 특히 패턴의 치수가 작은 상황에서는, 마스크는 포토리소그래피 기술에 의하여 제작된다. 포토리소그래피는 통상 포토레지스트층을 피복하고, 그 포토레지스트를 광에 선택적으로 노출시키며, 포토레지스트를 현상하고, 포토레지스트의 현상된 부분(또는 미현상 부분)을 제거하는 공정을 포함한다. 이들 공정으로 마스크가 형성된다. 마스크 제작 공정을 포함하여, 마스크를 기초로 한 패터닝 기술은대개 많은 처리 공정을 필요로 하고, 각 공정은 시간 소모적일 수가 있다.
본 발명은 기판 상으로 지향된 간섭 패턴에 따라 물질을 우선 성막(成膜)하여 패터닝하는 방법 및 그 방법으로 제조된 제품에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 방법을 수행하는 광학계 내의 요소들을 개략적으로 보여주는 도면이며,
도 2는 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 우선 성막 과정을 개략적으로 보여주는 도면이고,
도 3a는 기판에 간섭 패턴을 형성하는 광학계를 개략적으로 보여주는 도면이며,
도 3b는 기판에 간섭 패턴을 형성하는 다른 하나의 광학계를 개략적으로 보여주는 도면이다.
본 발명은, 예컨대 와이어 격자형의 반사기 및/또는 편광기 또는 다른 광학적 요소를 형성하기 위하여 기판상의 물질을 패터닝하는 방법을 제공한다. 본 발명은 기판에 지향된 간섭 패턴의 최대 및 최소에 따라 기판을 선택적으로 가열하는 것을 포함한다. 간섭 패턴에 의하여 발생된 온도차를 기초로 하여 기판에 물질을 우선 성막할 수 있다. 본 발명의 방법은 마스크를 사용하지 않고 물질을 선택적으로 성막하는 데에 사용될 수 있다. 본 발명의 방법은 또한 소수의 공정, 심지어는 단일 공정으로서 기판을 패터닝하는 데에 사용될 수 있다. 본 발명의 방법은 또한 다른 간섭 패턴에 따라 물질을 순차적으로 또는 동시에 성막함으로써 적층 패턴 구조를 동일한 기판에 성막하는 데에 사용될 수도 있다.
한 가지 양태로서, 본 발명은 와이어 격자형 광학 요소를 제조하기 위하여 기판 표면상에 물질을 우선 성막하는 방법으로서, 전자(電磁) 간섭 패턴을 기판 표면상에 지향시켜 그 간섭 패턴에 따라 기판 표면의 선택된 부분을 우선적으로 가열하는 공정과, 기판 표면의 온도의 함수로서 우선적으로 축적될 수 있는 기상(氣相)의 도전성 물질에 기판을 노출시킴으로써 간섭 패턴에 따라 기판 표면상에 도전성 물질을 선택적으로 성막하는 공정을 포함하는 물질 성막 방법을 제공한다.
몇 가지 실시예에 있어서, 상호 간섭하는 빔을 기판 표면상에서 중첩시켜 간섭 패턴을 형성하고 물질을 성막하여 간섭 패턴의 치수에 의하여 대략적으로 정해지는 치수를 갖는 구조를 형성할 수 있다. 이들 실시예에 있어서는, 마스크를 사용하지 않고도 중첩된 빔의 스폿 치수보다 작은 치수 및/또는 간격을 갖는 구조를 기판상에 성막시킬 수 있다.
본 발명은 2 이상의 상호 간섭하는 전자빔을 기판 표면의 소정 영역으로 지향시켜 간섭 패턴에 따라 기판 표면상의 부분들을 우선적으로 가열하는 전자 간섭 패턴을 형성하되, 전자빔 중 적어도 하나의 경로에 원통형 렌즈를 설치하며, 기판을 표면 온도의 함수로서 우선적으로 축적될 수 있는 기상 물질에 노출시켜 간섭 패턴에 따라 기판 표면상에 물질을 선택적으로 성막함으로써, 기판 표면에 물질을 우선적으로 성막시키는 방법을 제공한다. 원통형 렌즈 대신에 또는 이 렌즈에 추가하여, 마이크로 렌즈, 마이크로 렌즈 어레이, 마이크로 프리즘, 회절 격자, 회절 광학 요소, 구형 렌즈, 비구형 렌즈, 비원통형 렌즈 등과 같은 다른 광학 요소를 1 이상의 빔의 경로에 배치할 수 있다.
본 발명의 방법은 기판에 물질을 우선적으로 성막하는 것에 관한 것이다. 이들 방법은 일반적으로 기판에 전자(電磁) 방사 간섭 패턴을 지향시킴으로써 기판의 선택된 부위를 가열시키는 것을 포함한다. 높은 강도의 간섭 패턴 영역은 기판을 국부적으로 가열시키는 반면, 낮은 강도의 간섭 패턴 영역에 해당하는 기판의 부위는 상대적으로 더 차갑게 유지될 수 있다. 따라서, 대체로 간섭 패턴에 상응하는 표면 온도 구배가 생성될 수 있다. 즉, 더 높은 온도 부위는 대체로 높은 강도의 간섭 패턴 영역에 해당하고, 더 낮은 온도 부위는 대체로 낮은 강도의 간섭 패턴 영역에 해당한다.
간섭 패턴에 의하여 설정된 온도 구배에 따라 선택적으로 성막을 행하면, 와이어 격자형 광학 요소를 만들 수 있다. 선택적인 성막은 일반적으로, 기판을 간섭 패턴에 의하여 발생된 온도 구배 내에서의 표면 온도차의 함수로서 표면에 우선 축적될 수 있는 기상 물질에 노출시키는 것을 포함한다. 예를 들면, 간섭 패턴에 의하여 발생된 온도 범위에 걸쳐 온도에 따라 변동하는 점착 계수를 갖는 물질을 기판에 기상 증착시킬 수 있다. 다른 한 가지 예로서, 반응 및 물질의 성막을 위한 임계 온도가 간섭 패턴에 의하여 발생되는 온도 구배 내의 최고 및 최저 표면 온도 사이에 있는 반응성 가스(가령, 화학적 기상 증착에 유용한 반응성 가스)를 사용할 수 있다.
전자 간섭 패턴에 따라 기판을 가열함으로써, 기판에 여러 가지의 주기적이거나 반복성인 또는 다른 다중성의 구조를 선택적으로 성막할 수 있으며, 이렇게하면 그 구조의 측방 치수 및/또는 간격은 전자 방사의 스폿 치수보다 더 작다. 이는 성막되는 구조의 측방 치수가 레이저 스폿 치수에 거의 상응하는 통상적인 레이저 화학 기상 증착법(LCVD)과는 구별되는 것이다. 그러므로, 패터닝된 구조는 직접 성막되어, 예컨대 가시광선의 파장과 비슷하거나 그것 보다 더 작은 매우 작은 간격을 가질 수 있다. 이는 와이어 격자형 광학 요소를 제조하는 데에 특히 유용할 수 있다.
본 발명의 방법을 실시하는 데에 유용한 광학계에 포함될 수 있는 요소들이 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 이 광학계는 전자 방사 광원(100), 간섭 패턴 발생 수단(104) 및 기판(108)을 포함할 수 있다. 전형적으로, 적어도 기판은 진공 챔버 또는 다른 성막용 챔버 내에 수용되어 성막 물질에 노출된다. 광학계의 다른 요소는 성막 챔버 내에 또는 성막 챔버 외부에 위치할 수 있다. 일반적으로, 방사 광원은 성막 챔버 외부에 있다.
광학계의 구조에 따라서는, 간섭 패턴 발생 수단(104)은 기판(108)으로부터 멀리 떨어져 있을 수도 있고, 기판(108)의 표면과 일치할 수도 있다. 예를 들면, 간섭 패턴 발생 수단으로 회절 격자가 사용되는 경우, 그것은 전형적으로 기판(108)으로부터 소정 거리에서 방사 광원(100)과 기판(108) 사이에 위치해도 좋다. 상호 간섭하는 빔이 간섭 패턴 발생 수단으로 인하여 중첩되는 경우, 그러한 중첩은 적어도 기판의 표면에서 발생하게 되는 것이 일반적이다.
구조에 따라서는, 렌즈, 구멍, 빔 스플리터, 슬릿, 격자, 반사기, 필터 또는 다른 유사한 요소 또는 이들의 조합과 같은 여러 가지 광학적인 요소를 방사 광원(100)과 간섭 패턴 발생 수단(104) 사이에 배치할 수 있다. 유사한 방법으로, 가령 간섭 패턴 발생 수단이 기판 표면과 일치하지 않는 경우의 구성에서처럼, 여러 가지 광학적인 요소를 간섭 패턴 발생 수단(104)과 기판(108) 사이에 배치할 수 있다.
방사 광원(100)은 기판의 표면을 선택적으로 가열하기 위하여 사용될 수 있는 간섭 패턴을 형성할 수 있는 전자(電磁) 방사를 발생시키는 어떤 적절한 광원이라도 좋다. 적절한 광원으로는, 레이저, 램프, 전자빔, 이온빔 등이 있다. 예시적인 방사 광원은 비교적 좁은 파장 폭에 걸쳐 방사하는 단색 광원(monochromatic source)을 포함한다. 다중 파장 또는 다중 분해 파장 대역을 방출하는 방사 광원을 사용해도 좋다. 레이저가 특히 유용하다. 레이저 광원은 기판의 부위들을 가열하기에 충분한 강도의 간섭성 시준 광원을 제공할 수 있다. 레이저 방사는 특정 용도를 위하여 원하는 바에 따라 연속되거나 펄스화될 수 있다.
입사하는 방사광의 파장, 입사하는 방사광의 강도 등의 특성을 비롯한 방사 광원의 특정 형태를 선택하는 것은 간섭 패턴을 형성하는 방법, 성막에 사용되는 기판의 형태, 성막 물질, 성막 방법, 기판에 성막되는 구조의 치수, 간격 및 형상에 좌우될 수 있다. 예를 들면, 엑시머 레이저와 같은 자외선 레이저가 유리 기판을 선택적으로 가열하는 데에는 적절한 선택일 수 있다. 일반적으로, 레이저는 기판에 상호 간섭하는 2 이상의 빔을 중첩시킴에 의하여 발생되는 경우에 특히 적합한 선택일 수 있다. 이들 광학계의 경우, 광의 경로에 빔 스플리터 및/또는 반사기를 사용하여 레이저를 기판 표면에서 적절히 중첩될 수 있는 상호 간섭하는 2 이상의 빔으로 분할할 수 있다.
도 1로 돌아가서, 간섭 패턴 발생 수단(104)은 어떤 적절한 광학 요소, 광학적 요소의 조합 또는 전자 간섭 패턴을 형성하는 어떤 적절한 방법이어도 좋다. 예를 들면, 전술한 바와 같이, 레이저빔은 분할되었다가 기판 표면에서 재조합될 수 있다. 입사하는 방사광의 파장(들) 및 기판 표면에서 중첩될 때의 2개의 빔 사이의 각도를 사용하여 표면에 형성되는 간섭 회절 패턴을 결정할 수 있다. 2 이상의 상호 간섭하는 빔을 발생시키기 위하여, 복수 개의 빔 스플리터를 사용할 수 있다. 예를 들면, (격자 또는 도트 패턴과 같은) 이차원 간섭 패턴을 발생시키기 위하여 4개의 상호 간섭하는 빔을 발생시켜 적절히 중첩시킬 수 있다. 또한, 간섭 패턴을 형성하기 위하여 슬릿, 회절 격자 등을 사용해도 된다. 슬릿이나 회절 격자의 경우, 간섭 패턴을 형성하는 데에 단일의 빔을 사용할 수 있으며, 이 간섭 패턴은 후에, 예컨대 일련의 렌즈에 의하여 기판 표면상에 투사될 수 있다.
여러 가지 광학적 요소를 전자 방사 광원과 간섭 패턴 발생 수단 사이에 배치해도 된다. 예를 들면, 복수 개의 유사한 빔을 형성하는 데에는 빔 스플리터를 사용할 수 있으며, 빔의 방향을 전환시키기 위해서는 반사기를 사용할 수 있고, 빔의 단면을 정형(定型)하기 위하여 구멍들을 사용할 수 있으며, 빔을 시준 및 팽창시키고 또 빔의 윤곽을 정형하기 위하여 렌즈를 사용할 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 기판(108)은 선택적으로 입사하는 방사광에 의하여 가열될 수 있는 표면을 갖는 어떤 기판이라도 포함할 수 있다. 유용한 기판은 다음 특성 중 1 이상을 포함할 수 있다. 즉, 이들 기판은 유리, 플라스틱 및 다른유기 재료나 금속 및 가령 반도체 및 세라믹과 같은 무기 재료일 수 있고, 판형, 박막형, 강성 또는 가요성일 수 있으며, 시각적으로 불투명하거나 반투명하거나, 또는 투명할 수 있고, 이들 기판은 다른 특성 또는 이들 특성의 적절한 조합을 포함할 수 있다. 본래의 표면이 입사하는 방사광을 달리 적절하게 흡수하지 않는 기판의 경우에는 입사하는 방사광에 의하여 적절히 가열될 수 있는 표면을 형성하도록 하는 물질을 1 이상의 층으로 피복할 수 있다. 예를 들면, 금속층을 유리 기판에 피복하여 기판의 입사하는 방사광 흡수능을 향상시킬 수 있다. 그러나, 유리 기판은, 예컨대 간섭 패턴을 형성하는 데에 자외선광이 사용되는 경우에는 별도의 층이 없더라도 적절히 입사하는 방사광을 흡수할 수 있다.
전술한 바와 같이, 여러 가지 기판 구조를 이용할 수 있다. 전형적으로, 기판은 1 이상의 동일하거나 또는 다른 물질의 층을 포함하게 되며 강성 또는 반강성 판 또는 가요성 또는 반가요성 박막 형태이다. 사용되는 기판 재료나 구성 형태는 간섭 패턴을 형성하는 데에 사용되는 방사광과의 양립성, 성막되는 물질과의 양립성, 어떤 선 또는 후 성막 공정(가령, 가열 공정, 방사 공정, 피복 공정, 에칭 공정, 도금 공정 등)과의 양립성, 그리고 최종 사용 용도와의 양립성에 좌우될 수 있다. 예를 들면, 패턴의 의도된 최종 용도가 가시광선의 적어도 일부를 투과시키는 와이어 격자형 광학 요소를 포함하는 경우에는, 본 발명에 따른 우선 성막을 위하여 가시광선에 대하여 투과성인 기판을 기판으로 선택해도 좋다.
또한, 기판의 단면 또는 양면에, 전형적으로는 우선 성막 전에, 항반사성(抗反射性) 피막을 배치하는 것이 요망될 수도 있다. 예를 들면, 본 발명의 방법을이용하여 가시광선 편광 와이어 격자형 광학 요소를 만드는 경우, 기판에 항반사성 피막을 배치하면 그 요소가 투과시키는 광량이 증대될 수 있다.
간섭 패턴의 치수 및 피치가 매우 작을 수 있기 때문에, 간섭 패턴에 최대로 노출되는 영역과 간섭 패턴에 최소로 노출되는 영역 사이에 간섭 패턴에 따라 물질이 우선 축적될 수 있게 하기에 충분할 정도의 온도차를 유지할 만큼 충분히 낮은 평면 열전도도를 갖는 기판을 사용하는 것이 유용할 수 있다. 또한, 기판의 표면에서의 평면 열전도도에 비하여 기판의 두께(z-축)를 통한 열전도도가 더 높은 기판을 채용하는 것도 또한 유리하다. 평면 열전도도에 비하여 z-축 열전도도가 더 높으면 기판의 표면에 있어서 인접한 더 차가운 영역으로보다는 기판을 통한 열전달이 더 증진될 수 있다. 이는 간섭 패턴에 의하여 발생된 온도 구배를 유지시키는 데에 도움이 될 수 있다. 또한, 기판의 표면에서 이방성 평면 열전도도를 갖는 기판을 채용하는 것도 유용할 수 있다. 예를 들면, 직선형 간섭 회절 패턴과 일치하게 직선형 구조가 성막되는 경우, 이방성의 평면 열전도도를 갖는 기판을 채용하고 높은 열전도도 방향을 간섭 패턴 회절 방향과 정렬시키는 것이 유용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판에 지향된 간섭 패턴에 따른 기판의 영역에 물질이 우선 성막될 수 있다. 그러한 성막 방법은 간섭 패턴에 의하여 발생된 범위 내의 온도에서 표면 온도의 함수로서 기판 표면에 물질을 우선 축적시킬 수 있는 어떤 방법이라도 포함할 수 있다. 성막될 물질은 온도 종속 방식으로 표면상에 응결되어 박막 또는 층을 형성할 수 있는 어떤 물질이라도 좋다. 특히 적합한 물질로는, 금속(예컨대, 구리, 금, 은, 알루미늄, 니켈, 백금), 합금, 금속 산화물, 금속 황화물, 반금속(예컨대, 탄소, 규소, 게르마늄), 반금속 산화물 및 기타 유사한 물질 및 그 조합이 있다.
본 발명의 방법에 있어서 물질을 우선 성막하기에 적합할 수 있는 한 가지 성막법은 레이저 화학 기상 증착법(LCVD)이다. LCVD는 일반적으로 기판의 소정 부위를 레이저빔에 노출시키면서 기판을 반응성 기체에 노출시키는 것을 포함한다. 레이저빔은 반응성 기체가 반응할 수 있는 임계 온도 이상으로 기판의 노출된 부분을 가열하여 기상으로부터 물질이 표면상에 성막된 채 남게 한다. LCVD는, 예컨대 레이저빔을 기판 표면상의 소정의 경로를 따라 이동시킴으로써 기판에 금속 라인들을 "긋는(write)" 데 사용되어 왔다. 금속 라인의 선폭은 대략적으로 표면의 레이저 스폿의 직경에 상응한다.
본 발명의 방법에 있어서, 전자 간섭 패턴은 기판의 소정 부위들을 그 간섭 패턴에 따라 우선 가열시키는 데에 사용될 수 있다. 간섭 패턴은 기판에 입사하는 방사광의 스폿 치수보다 더 작은 치수의 모양(예컨대, 선, 도트, 격자 등)을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 간섭 패턴은 기판에 고온 부위와 저온 부위를 발생시키는 데에 사용될 수 있다. 적절한 반응성 기체를 사용하면, 기판으로 지향된 간섭 패턴에 의하여 발생된 고온 부위에서 물질이 우선 반응하여 축적될 수 있다. 도 2는 이러한 개념을 예시하고 있다. 도 2는 기판(220)의 표면에서 중첩하여 간섭 패턴(210)을 형성하는 2개의 상호 간섭하는 전자빔(200, 201)을 개략적으로 보여주고 있다. 간섭 패턴(210)은 일련의 최고 강도부(212)와 최저 강도부(214)에 의하여 특징지워진다. 간섭 패턴은 유사한 일련의 국부적인 최고온도부와 최저 온도부를 갖는 표면 온도 구배를 설정할 수 있다. 적절한 조건 하에서, 화학적 기상 증착이 발생할 수 있는 임계 온도는 국부적인 최고 온도와 최저 온도 사이에 있을 수 있다. 그러므로, 성막되는 물질(218)은 온도가 임계 온도를 초과하는 영역에 우선 축적될 수 있다.
또한, 보다 일반적인 성막법을 본 발명에 사용할 수 있다. 예를 들면, 물질을 성막하기 위하여 물리적 기상 증착 기술을 사용할 수 있다. 일반적으로, 물리적 기상 증착법은 기상(氣相)으로부터 통상 고온 표면보다는 저온 표면에서 더 빠른 축적 속도로 물질을 응결시키는 것을 포함한다. 본 발명에 있어서, 물질은 간섭 패턴으로 조사(照査)되는 기판의 부위에 응결되어 그 부위의 더 차가운 영역에 우선 축적된다.
또한, 물리적 기상 증착법 및 화학적 기상 증착법 이외의 성막법을 사용하여 기판의 표면으로 지향된 간섭 패턴에 따라 물질이 우선 축적되게 할 수 있다. 예시적인 성막법으로는 도전성 물질이 표면 온도차에 따라 우선 성막되어 와이어 격자형 광학 요소를 형성할 수 있는 것들을 포함한다.
위에서 논의된 바와 같이, 간섭 패턴은 다양한 방법으로 발생될 수 있다. 한 가지 예시적인 방법은 레이저빔과 같은 상호 간섭하는 2 이상의 레이저빔을 기판 표면에서 중첩시키는 것에 의한다. 상호 간섭하는 빔은, 예컨대 하나 이상의 빔 스플리터를 사용하여 레이저빔을 분할한 후에 이들 빔을 기판 표면에서 재조합함으로써 생성될 수 있다. 도 3a는 레이저(300)로부터의 빔이 빔 스플리터(302)에 의하여 2개의 빔(A, B)으로 분할되는 광학계를 개략적으로 보여주고 있다. 빔(A)은 광학적 경로를 따라 진행하여 임의의 렌즈(304A)에 의하여 확장되어 임의의 반사기(306A)에 의하여 방향이 전환되어 기판(310)으로 지향된다. 위에서 논의된 바와 같이, 빔(A)의 광학적 경로에 다른 광학적 요소를 선택적으로 사용할 수 있다. 빔(B)도 마찬가지로 광학적 경로를 따라 진행하여 임의의 렌즈(304B)에 의하여 확장되고 임의의 반사기(306B)에 의하여 방향이 전환되어 기판(310)으로 지향될 수 있다. 이들 빔(A, B)은 기판(310) 위로 지향되어 표면의 소정 부위에서 중첩된다. 기판 표면 위의 간섭 패턴의 간격은 이들 빔(A, B)이 기판 표면에서 중첩될 때의 이들 빔 사이의 각도(θ) 및 이들 빔의 파장에 의하여 정해질 수 있다.
상호 간섭하는 빔들을 중첩시켜 간섭 패턴을 형성하는 것은 기판의 위치 또는 각도의 작은 변화에도 매우 민감하다. 그러므로, 기판이 노출 중의 광학계의 나머지 것에 대하여 고정된 위치에 유지되는 것이 바람직하다. 또한, 노출 중의 간섭 패턴을 바꿀 수 있는 변화로부터 광학계를 적절히 고립시키도록 주의를 기울이는 것이 바람직하다.
상호 간섭하는 빔들을 중첩시켜 형성된 간섭 줄무늬도 또한 기판 표면상의 약간의 높이 변화에도 매우 민감할 수 있다. 몇 가지 용례의 경우, 기판의 표면 거칠기를 최소화하는 것이 바람직할 수도 있다. 다른 용례에 있어서는, 표면상의 간섭 줄무늬의 위치 또는 형상을 바꾸기 위하여 표면 윤곽(그들 윤곽이 설계된 것이든 또는 의도되지 않은 것이든 관계없음)을 사용하는 것이 요망될 수 있다.
상호 간섭하는 전자빔을 중첩시키는 다른 한 가지 방법은 1 이상의 반사기를 기판 표면에 대하여 소정의 각도로서 적소에 배치함으로써, 예컨대 레이저빔의 일부는 1 이상의 반사기로 입사하고, 다른 일부는 직접 기판에 입사하도록 하는 것이다. 이러한 개념은 도 3b에 도시되어 있다. 여기에서, 레이저(300')가 빔을 발생시키고, 이 빔은 레이저(320)에 의하여 선택적으로 확장되고, 1 이상의 구멍(도시되지 않음)에 의하여 재정형되며, 반사기(도시되지 않음)에 의하여 방향이 전환되는 등의 과정을 거칠 수 있다. 이 빔은 그 후에 기판(310') 및 반사기(322)를 향하여 지향된다. 반사기(322)는 빔의 일부가 그 반사기에 입사하여 기판으로 반사되고, 일부는 직접 기판에 입사하도록 위치 및 방향이 설정된다. 빔의 두 부분은 중첩하여 기판의 표면에 간섭 패턴을 형성한다. 위의 빔 스플리터를 이용한 광학계의 경우처럼, 간섭 패턴의 치수는 중첩되는 동안의 빔 부분 사이의 각도 및 빔의 파장에 의하여 정해질 수 있다.
다른 간섭 패턴 형성 수단은 원거리에서 발생된 간섭 패턴을 기판 위에 투사할 수 있다. 예를 들면, 1 이상의 빔을 회절시킨 후에 회절 줄무늬를 기판 위로 적절히 투사하면 간섭 패턴이 형성될 수 있다. 이 경우, 기판의 표면에서의 간섭 패턴의 치수는 기판에 도달하기 전의 회절 격자, 어떤 확대, 축소, 왜곡, 여과 또는 기타의 간섭 패턴 치수 또는 형상의 변경에 좌우된다.
다른 피치 및/또는 다른 패턴 및/또는 방향을 갖는 2조 이상의 간섭 패턴을 동시에 또는 순차로 동일한 기판으로 지향시킬 수 있다. 이렇게 하면, 다른 패턴에 따른 구조들이 동일한 기판상에 순차로 또는 동시에 형성될 수 있다. 이는 각기 파장이 다른 2 이상의 방사 광원, 또는 2조 이상의 방사 광원을 사용하거나 또는 각기 1 이상의 파장을 방출하는 1 이상의 방사 광원을 사용하면 달성될 수 있다.
간섭 패턴은 또한 광학적 경로 중에 있는 렌즈 및/또는 구멍을 사용하여 변형될 수 있다. 예를 들면, 1 이상의 빔의 경로 중에 원통형 렌즈를 배치하되, 그것의 방향을 균일축(uniform axis)이 기판의 표면에 평행하도록 설정하면, 처프 주기(chirped period)를 갖는 평행한 간섭 줄무늬를 형성할 수 있다. 처프 간섭 패턴은 예를 들면 연속된 각 줄무늬에서 줄무늬들 사이의 간격이 작아지는 경우에 변동할 수 있는 줄무늬 간격을 갖는 것이다. 간섭 패턴의 처프율(즉, 연속된 줄무늬들의 피치 변화의 백분율)은 원통형 렌즈의 초점 거리 변경, 렌즈와 간섭 평면 사이의 거리의 변경, 그리고 제2 빔의 경로 내의 (유사한 방향의) 다른 원통형 렌즈의 배치 중 1 이상을 행함으로써 조절될 수 있다.
또한 1 이상의 빔 경로에 원통형 렌즈를 사용하면 균일한 피치의 만곡된 간섭 줄무늬를 얻을 수 있다. 만곡된 줄무늬를 얻기 위해서는 원통형 렌즈를 그것의 균일축이 기판 표면의 법선과 0 및 90도가 아닌 각도를 이루도록 방향이 설정되어야 한다. 예를 들면, 렌즈는 처프 줄무늬에 이르는 원통형 렌즈의 방향을 시작하여 그 렌즈를 통과하는 빔의 전파 방향에 평행한 축을 중심으로 하여 90도 회전된다. 그러한 구성에 있어서, 간섭 패턴의 곡률 반경은 원통형 렌즈의 초점 거리 및 렌즈와 기판 사이의 거리에 의하여 조절될 수 있다.
처프 및 만곡된 간섭 줄무늬를 발생시키기 위하여, 1 이상의 빔의 경로에 1 이상의 원통형 및/또는 구형 렌즈를 배치할 수 있다. 또한, 원통형 및 구형 렌즈의 사용으로 비롯된 것과 비교하여 다른 처프 또는 만곡된 윤곽을 갖는 줄무늬 패턴을 형성하기 위하여 비구형 또는 비원통형 렌즈를 사용할 수 있다.
또한, 1 이상의 형태의 간섭 패턴을 동시에 형성할 수 있도록 미소 광학 요소들을 사용해도 좋다. 예를 들면, 표면상에 작은 프리즘을 갖는 평탄한 투명 기판을 하나의 빔 경로에 배치하여 주변 영역의 줄무늬와는 다른 주기의 평행한 간섭 줄무늬 선들의 작은 장방형 영역을 발생시킬 수 있다. 또, 마이크로 렌즈 및 마이크로 렌즈 어레이를 사용하여 전술한 것과 유사한 방식으로 만곡 및 처프된 줄무늬의 복수 개 또는 일련의 작은 영역들을 동시에 발생시킬 수도 있다.
회절 광학 요소(문헌에서 홀로그래픽 광학 요소 또는 컴퓨터 발생 홀로그램으로 달리 알려진 것)를 1 이상의 빔에 배치하여 원하는 간섭 줄무늬 패턴을 발생시킬 수 있다. 회절 광학 요소는 부딪히는 파면의 광학적인 위상을 바꾸는 표면 요철 형태 또는 투명성(또는 반사성) 기판을 포함한다. 그러한 회절 요소는 임의적이지만 제어 가능한 광학적 형태를 갖는 렌즈처럼 거동한다. 표면 요철 구조의 깊이(항상은 아니지만, 전형적으로는 광학적 파장 정도)로 인하여 회절 요소는 매우 얇을 수 있으며, (다중 레벨의 회절성 광학 요소로 제작되는 경우) 설계 파장의 95% 보다 더 큰 회절 효율로서 작동할 수 있다. 아울러, 투명한 회절성 광학 요소를 통해 전달되는 빛의 진폭은 조절될 수 있다. 예를 들면, 회절 요소의 표면상의 특정 부위에 성막되는 금속은 빛을 차단하여 간섭 평면의 해당 지점에 아무런 간섭 줄무늬도 발생시키지 않을 수 있다.
또한, 간섭 패턴의 줄무늬 형상, 치수, 방향, 간격 등을 변경하기 위하여, 위에서 설명되지 않은 다른 광학적 요소를 사용해도 좋다.
위에서 논의된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 기판으로 지향된 간섭 패턴에 상응하는 치수의 와이어 격자형 광학 요소에 유용한 구조를 형성하기 위하여 기판에 물질을 우선 성막하기 위하여 사용될 수 있다. 성막된 구조는 등 간격의 일련의 평행한 라인, 피치가 변동하는 일련의 평행한 라인, 피치가 균일한 일련의 만곡된 라인, 피치가 변동하는 일련의 만곡된 라인, 격자 패턴(예컨대, 음영선 패턴), 도트 패턴, 기타 하나의 간섭 패턴 또는 2 이상의 중첩되거나 겹친 간섭 패턴에 의하여 표면에 형성될 수 있는 패턴의 조합을 포함할 수 있다. 그 구조는 또한 (아래에서 더 논의되는 바와 같이) 대칭 또는 비대칭 단면 형태로 만들 수 있다.
본 발명의 방법에 따른 우선 성막 후에, 다른 공정을 행하여 원하는 물품이나 장치를 형성할 수 있다. 예를 들면, 에치백 공정 및/또는 추가의 성막 공정을 행해도 된다. 우선 성막에 의하여, 비록 원하는 지점에 축적된 물질에 비하여 양이 더 적기는 하더라도, 기판의 원치 않는 영역에 어느 정도의 물질이 축적될 수 있다. 그러한 경우에는, 예컨대 기판을 가로질러 성막된 물질의 두께를 균일하게 감소시키기 위하여 에치백 공정(etch back step)을 수행할 수 있다. 에치백은 원하는 영역에는 충분한 성막 물질을 유지하면서, 원치 않는 영역에 축적된 물질의 양을 감소시키거나 또는 완전히 제거하기 위하여 수행될 수 있다. 유사한 방법으로, 기판상의 우선 축적 물질이 에치 마스크로 작용하는 동안, 하부 기판 또는 그 위에 성막된 층을 식각하기 위하여 에칭 공정을 사용할 수 있다. 우선 축적 물질은 그 후에 기판에 유지될 수도 있고, 또는 제거되어 패터닝된 기판을 노출시킬 수도 있다.
또한, 우선 축적 물질은 추가의 성막을 위한 템플레이트(template)로서 사용해도 좋다. 예를 들면, 비교적 적은 양의 도전성 물질을 간섭 패턴에 따라 기판에 성막할 수 있다. 그 후, 패터닝된 도전성 물질을 전기 도금을 위한 시드층으로 사용하여 더 두꺼운 도전성 물질 패턴을 형성할 수 있다. 에치백 공정 및 추가의 성막 공정과 같은 후의 우선 성막 공정들을 조합하여 원하는 결과를 얻을 수도 있다. 또한, 다른 물질을 이용한 층상 구조를 패터닝하기 위하여, 동일한 간섭 패턴을 사용하여 추가적인 우선 성막 공정을 행하는 것도 바람직할 수 있다. 예를 들면, 산화물과 같은 절연층을 소정의 간섭 패턴에 따라 성막하고, 이어서 그 산화물의 상면에 동일한 간섭 패턴에 따라 금속을 성막한다. 또한, 다른 유사한 공정이나 그 변형 공정을 사용하여 중첩된 패턴, 층상화된 패턴 또는 보다 복잡한 형상 및 패턴을 형성해도 좋다.
본 발명에 따른 방법은 많은 다른 용도의 패턴을 형성하는 데에 사용될 수도 있다. 본 발명의 우선 축적 방법의 한 가지 장점은 레이저 또는 다른 형태의 전자 방사광의 스폿 치수보다 패턴의 치수 및/또는 패턴 영역의 간격이 훨씬 더 작은 물질의 패턴을 기판 표면에 형성할 수 있다는 것이다. 추가로, 구조의 간격을, 예컨대 가시광선의 파장보다 더 작게 만들 수 있다. 간섭 패턴의 치수가 가시광선의 파장과 비슷하거나 그것 보다 더 작기 때문에, 본 발명의 방법에 따라 제조된 패턴은 한정하는 것은 아니지만 와이어 격자형 편광기, 와이어 격자형 반사기 및 그 조합과 같은 와이어 격자형 광학 요소를 포함한 많은 광학적 용도로서 특히 유용할 수 있다. 또한, 회절 격자, 광학적인 시브(optical sieves) 등과 같은 다른 광학요소도 만들 수 있다. 본 발명의 패터닝 방법은, 또한 형성된 구조가 가령 위에서 논의된 바와 같은 에치 마스크 및/또는 시드층으로 이용되는 경우와 같이 공정의 중간 구조로서 사용될 수 있다.
본 발명의 방법을 이용하여 와이어 격자형 반사기 및/또는 편광기를 만들 수 있다. 예를 들면, 주기적으로 배열된 평행한 금속 라인들을 기판 위에 형성하여 와이어 격자형 편광기를 만들 수 있다. 와이어 격자형 편광기의 이론은 잘 알려져 있다. 일반적으로, 편광되지 않은 빛이 주기적으로 배열된 평행한 도전성 와이어를 구비한 와이어 격자형 편광기에 입사하는 경우, 그 와이어 격자는 와이어에 평행하게 편광된 빛을 반사하고 와이어에 수직으로 편광된 빛은 투과시킨다. 이러한 상태는 일반적으로 와이어들 사이의 간격보다 훨씬 더 큰 빛의 파장을 유지시킨다[이러한 상태를 λ/5 ≥d(식 중, λ는 영향을 받은 파장을 나타내며 d는 와이어 간격임)]. 와이어 격자 반사기는 2조의 평행한 라인들(평행한 라인들의 한 조와 다른 한 조는 서로 직각임)을 기판 표면에 형성함으로써 제조된다.
와이어 격자형 편광기를 와이어 격자형 반사기와 조합함으로써 유용한 장치를 만들 수 있다. 예를 들면, 적외선 방사광을 반사하는 치수로서 정방형 와이어 격자형 반사기 패턴을 성막할 수 있다. 동일한 기판상에, 가시 스펙트럼 파장 범위에 대하여 반사성 편광기로서 작용하는 (예컨대 약 50 내지 100까지의 와이어 간격을 사용하여) 선형 와이어 격자형 패턴을 형성할 수 있다. 그와 같이 적층된 구조는 가시광선 편광 기능을 열차단 기능과 조합하는 데에 사용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따라 기판에 우선 성막된 구조의 단면 형태는대칭 또는 비대칭일 수 있다. 비대칭 구조는, 예를 들면 브레이징된 회절 격자(brazed diffraction gratings)를 형성하는 데에 유용할 수 있다. 비대칭 구조는, 비대칭 온도 구배를 발생시킴으로써(예컨대, 기판의 표면을 간섭 패턴에 대하여 경사지게 함으로써), 물질 성막 방향을 제어함으로써[예컨대, 탈(脫)법선 방향으로 기판으로 지향된 시준 빔을 사용하는 물질의 물리적 기상 증착에 의하여], 에칭 또는 새도우 피막 증착(shadow coat deposition)과 같은 후성막 공정에 의하여, 또는 기타의 다른 적절한 방법에 의하여 얻을 수 있다.
본 발명은 전자 간섭 패턴에 대응하는 표면 온도 구배에 따른 물질의 온도 종속 성막과 주로 관련이 있지만, 기판을 우선 가열하는 데에 사용되는 동일한 간섭 패턴은 마스크를 사용하지 않고도 포토레지스트 층들을 패터닝하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들면, 후술하는 방법으로 와이어 격자형 편광기 및/또는 반사기를 만들 수 있다. 기판에, 와이어 격자 디바이를 형성하기에 적합한 금속과 같은 물질층을 피복할 수 있다. 그 후, 그 금속 또는 기타의 다른 층 위에 포토레지스트층을 피복할 수 있다. 그 후, 이 포토레지스트를 전술한 바와 같은 어떤 적절한 방법으로 간섭 패턴에 노출시킬 수 있다. 그 후, 포토레지스트를 현상하여 간섭 패턴과 일치하는 하지층의 영역들을 노출시킬 수 있다. 하지층의 노출된 부위를 에칭하고, 나머지 포토레지스를 제거하여 기판에 와이어 격자 편광기 또는 반사기를 남길 수 있다. 또한, 포토레지스트를 에칭 마스크가 아닌 성막 마스크로서 사용하여 유사한 방법으로 와이어 격자를 형성할 수도 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 1 이상의 방사 광원으로부터의 복수 개의 간섭 패턴을 동시에 또는 순차로 사용하여 포토레지스트를 노출시킬 수 있고, 이에 따라, 패터닝 후에 하지층을 식각하면 적층된 패턴을 형성할 수 있다.
당업자에게는, 본 발명의 범위 및 사상에서 이탈하지 않고도 여러 가지 변형 및 수정예가 명백할 것이다. 본 발명은 본 명세서에서 설명된 예시적인 예 및 실시예들로 부적절하게 한정되도록 의도되지 않으며, 이들 예 및 실시예는 예로서 제시된 것으로서 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 한정되도록 의도된다.

Claims (14)

  1. 기판의 표면에 물질을 우선 성막하는 우선 성막 방법으로서,
    상호 간섭하는 2 이상의 전자빔을 기판 표면의 소정 영역으로 지향시킴으로써 전자파 간섭 패턴을 형성하여, 이 전자파 간섭 패턴에 따라 기판 표면의 부위들이 우선 가열되게 하는 공정과,
    표면 온도의 함수로서 우선 축적될 수 있는 기상 물질에 상기 기판을 노출시킴으로써, 상기 간섭 패턴에 따라 기판 표면에 물질을 선택적으로 성막하는 공정
    을 포함하며, 상기 전자빔 중 1 이상 전자빔의 경로에는 원통형 렌즈가 배치되는 것인 우선 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 간섭 패턴은 처프 피치의 일련의 평행한 줄무늬를 포함하는 것인 우선 성막 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 간섭 패턴은 균일한 피치의 일련의 만곡된 줄무늬를 포함하는 것인 우선 성막 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 간섭 패턴은 처프 피치의 일련의 만곡된 줄무늬를 포함하는 것인 우선 성막 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전자빔 중 다른 하나의 경로에는 다른 하나의 원통형 렌즈가 배치되는 것인 우선 성막 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전자빔 중 1 이상의 전자빔의 경로에는 마이크로 렌즈, 마이크로 렌즈 어레이, 마이크로 프리즘 및 회절 격자 중 하나 이상을 포함하는 광학 요소가 배치되는 것인 우선 성막 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 간섭 패턴은 하나 이상의 전자빔을 회절 광학 요소로 통과시킴으로써 형성되는 것인 우선 성막 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전자빔 중 1 이상의 전자빔의 경로에는 구형 렌즈, 비구형 렌즈 및 비원통형 렌즈 중 하나 이상을 포함하는 광학 요소가 배치되는 것인 우선 성막 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기판은 유리를 포함하는 것인 우선 성막 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 기판은 금속을 포함하는 것인 우선 성막 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 기판은 반도체를 포함하는 것인 우선 성막 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 기판은 플라스틱을 포함하는 것인 우선 성막 방법.
  13. 기판의 표면에 물질을 우선 성막하는 우선 성막 방법으로서,
    상호 간섭하는 2 이상의 전자빔을 기판 표면의 소정 영역으로 지향시킴으로써 전자파 간섭 패턴을 형성하여, 이 전자파 간섭 패턴에 따라 기판 표면의 부위들이 우선 가열되게 하는 공정과,
    표면 온도의 함수로서 우선 축적될 수 있는 기상 물질에 상기 기판을 노출시킴으로써, 상기 간섭 패턴에 따라 기판 표면에 물질을 선택적으로 성막하는 공정
    을 포함하며, 상기 전자빔 중 1 이상 전자빔의 경로에는 마이크로 렌즈, 마이크로 렌즈 어레이, 마이크로 프리즘, 회절 격자 및 회절 광학 요소 중 1 이상이 배치되는 것인 우선 성막 방법.
  14. 기판의 표면에 물질을 우선 성막하는 우선 성막 방법으로서,
    상호 간섭하는 2 이상의 전자빔을 기판 표면의 소정 영역으로 지향시킴으로써 전자파 간섭 패턴을 형성하여, 이 전자파 간섭 패턴에 따라 기판 표면의 부위들이 우선 가열되게 하는 공정과,
    표면 온도의 함수로서 우선 축적될 수 있는 기상 물질에 상기 기판을 노출시킴으로써, 상기 간섭 패턴에 따라 기판 표면에 물질을 선택적으로 성막하는 공정
    을 포함하며, 상기 전자빔 중 1 이상 전자빔의 경로에는 비구형렌즈와 비구형 렌즈 중 1 이상이 배치되는 것인 우선 성막 방법.
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