KR20060079204A - 방사 빔의 강도를 공간적으로 제어하는 프로그램 가능 광학부품 - Google Patents
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Abstract
방사 빔(b)의 강도를 공간적으로 제어하는 프로그램가능 광학 부품(10)은, 프로그램가능 소자들로 분리되는 프로그램가능 층을 구비하고, 각각의 프로그램가능 소자는, 구동 필드에 의해 굴곡되지 않은 상태와 굴곡 상태 사이에서 스위칭할 수 있는 굴곡 가능한 나노-소자들을 포함하고, 그들 굴곡 상태에서는 나노소자들이 방사선을 흡수한다. 프로그램가능 소자는 스위칭가능 회절 격자 혹은 프로그램가능 마스크일 수도 있다.
회절격자, 마스크, 나노소자
Description
본 발명은 방사 빔의 강도를 공간적으로 제어하는 프로그램가능 광학 부품에 관한 것으로서, 그 부품은 프로그램가능 소자들로 분리되는 프로그램가능 층을 구비한다. 또한, 본 발명은 그러한 부품을 구비하는 광학 주사 장치 및 그러한 부품을 이용하는 리소그래픽 프로세스에 관한 것이다.
공간적으로 제어한다는 의미는 프로그램가능 소자에 입사된 방사 빔의 별개의 부분의 강도를 제어하는 것과 그 빔으로부터의 방사 전파 방향을 제어하는 것으로 이해할 수 있다.
프로그램가능 광학 부품의 예로서는, 스위칭 가능한 회절 부품, 즉 온 상태 및 오프 상태로 설정될 수 있는 회절 소자가 있는데, 온 상태에서는 회절층, 즉 프로그램가능 층이 평면의 평행층을 형성한다. 프로그램가능 광학 부품의 또 다른 예로서는 프로그램가능 마스크, 예를 들면 리소그래픽 마스크가 있다.
잘 알려진 회절 부품으로서는 광학 회절 격자가 있는데, 이 광학 회절 격자는 독립형 소자 또는 다른 광학 부품과 집적화된 소자로서 광학계에 널리 사용된다. 회절 격자는 입사 빔을, 더 높은 회절 차수로 편향되는, 미편향된 0차 서브 빔 , 한 쌍의 편향된 1차 서브 빔, 및 서브 빔의 쌍으로 분리한다. 2개의 메인 형태의 회절 격자로서, 진폭 격자와 위상 격자가 있다. 진폭 격자는 입사된 방사선을 흡수하고 중간 스트립(strips)과 교대로 배치되는 격자 스트립을 포함하는데, 이 중간 스트립은 입사된 방사선을 전파 혹은 반사시킨다. 격자 스트립은 또 다른 회절율을 갖거나, 중간 스트립 이외의 또 다른 레벨에 적합하기 때문에, 위상 격자는 격자 스트립에 입사된 빔 부분과 중간 스트립에 입사된 빔 부분 간의 위상, 혹은 광학 경로 길이 차를 도입한다.
새로운 애플리케이션에 비추어서, 예를 들면, 소형화된 플렉시블 광학 장치, 혹은 광학 기록 기술에 있어서는, 쉽게 스위칭 가능하며, 바람직하게는 종래의 격자보다 실질적으로 더 작은 격자 주기를 가진 회절 격자들을 꾸준히 개발하고 있다.
광학 리소그래피는 기판층에 디자인 패턴을 인쇄하여 장치 특징으로 상기 층을 구성하는 기술이다. 이 기술은 통상 상기와 같이 구성된 다수의 층을 구비하는 장치를 제조하는데 이용되는데, 그 층들은 모두 장치의 필요한 기능을 제공한다. 이 장치는 집적회로(IC), 액정표시장치(LCD) 패널, 인쇄 회로 기판(PCB) 등일 수도 있다. 종래의 광학 리소그래피는 기판층 내에 구성되는 특징들의 패턴에 대응하는 패턴을 포함하는 사진 마스크를 이용하는데, 그 마스크 패턴은 리소그래픽 투영 장치에 의해 기판 층의 최상면 위의 레지스트 층에 결상된다.
포토 마스크를 제조하는 것은, 시간을 낭비하고, 프로세스를 다루기 어려워, 고가의 마스크를 제공한다. 포토 마스크의 재설계가 많이 필요하면, 혹은 고객 특 별 장치, 즉 상대적으로 작은 수의 동일한 장치가 제조되어야 하는 경우에, 포토 마스크를 사용하는 리소그래픽 제조 방법은 비용이 많이 드는 방법이다. 따라서, 패턴이 쉽게 변경될 수 있는 마스크가 필요하다.
본 발명의 목적은 특히 프로그램가능 격자로서, 혹은 프로그램가능, 리소그래픽 마스크로서 사용될 수 있는 프로그램가능 광학 부품을 제공하는 것에 있다. 이 부품은, 각각의 프로그램가능 소자가 굴곡 가능한 나노소자들을 구비하는 것을 특징으로 하는데, 그 나노소자들 모두는 실질적으로 일 방향으로 정렬된 대칭 축을 갖고, 그 방향은 구동 필드에 의해 굴곡되지 않은 상태와 굴곡 상태 사이에서 스위칭 가능하다.
구동 필드는 굴곡 소자의 성질에 의존하는, 전기장 혹은 자기장일 수도 있다. 실질적으로 일 방향으로의 정렬의 의미는 원칙적으로 프로그램가능 소자 내의 모든 나노소자들의 대칭 축이 동일한 방위 혹은 방향을 갖지만, 프로그램가능 소자의 광학적 행위에 영향을 미치지 않고, 이 일 방향의 작은 이탈이 가능하다 것으로 이해한다. 선형 회절 격자의 경우에 있어서, 상기 일 방향은 상기 격자 스트립의 방향과 평행하거나 수직이다.
나노소자는 일반적으로 휘스커(whisker)라고도 불리는 나노튜브 및 나노와이어와, 작은 프리즘을 일컫는다. 나노소자들은 대체로 공동(나노튜브) 혹은 가장 작은 치수, 예를 들면 나노 미터 범위의 직경을 가진 충전된(나노와이어) 원통형 혹은 프리즘 형상을 가진 매우 작은 물체들이다. 이들 물체들은 대칭 축을 갖는데, 그것의 방위는 그들이 삽입되어 있는 물질의 흡수력 등의 전기 및 광학 특성을 결 정한다. 이후에 그들 방위를 참고하는 경우에, 이것은 그들의 원통 축 혹은 프리즘 축의 방위와 관련이 있다.
몇몇 페이지에서는 인듐(InP), 산화 아연(ZnO), 셀렌화 아연(ZnS), 비화 갈륨(GaAs), 인화 갈륨(GaP), 탄화 규소(SiC), 규소(Si), 질화 보론(BN), 2염화 니켈(NiCL2), 이황화 몰리브뎀(MoS2), 이황화 텅스텐(WS2) 및 탄소(C) 등의 각종 물질의 나노소자에 대해서 기술했다.
특히, 탄소 나노튜브에 대해서 연구했다. 탄소 나노튜브들은 본래 흑연(sp2-)으로 구성된 탄소로 이루어진 단층 혹은 다층 원통형 탄소 구조이다. 금속 및 반도전형 나노튜브의 존재는 실험적으로 확증되었다. 또한, 최근에는 AIPO4-5 단일 결정의 채널로 정렬된 예를 들면 4-옹스트롬의 두께를 가진 단일 벽이 있는 탄소 나노튜브가 광학 이방성을 나타낸다는 것을 알았다. 탄소 나노튜브들은 1,5㎛에서 200nm까지의 범위의 파장을 가지며, 튜브 축과 수직인 편광 방향을 가진 방사선을 거의 투과시킨다. 탄소 나노튜브는 200nm에서 600nm까지의 범위의 파장을 가지며, 튜브 축과 평행한 편광 방향을 가진 방사선에 대하여 강한 흡수력을 나타낸다(Li,Z.M.et al., Phys.Rev.Lett.87(2001),1277401-1-127401-4).
탄소로 이루어진 나노튜브들 이외의 나노튜브(혹은 나노와이어)에 대하여 비슷한 특성들을 발견했다. 따라서, 가장 편리하게 나노튜브들이 아래의 특징들을 결합한다. 이들 나노튜브들은 상기 방사선의 편광 방향과 관련된 나노튜브들의 방위에 의존하는 넓은 범위의 파장의 방사선을 흡수하고, 그 나노튜브들의 방위는 기계 적으로 및/또는 전기 혹은 자기장에 의해 인도 및/또는 안정될 수 있다.
따라서, 대칭축이 같은 방향으로 정렬되어 있는 나노 소자들을 포함하며, 투과성의 중간 스트립과 교대로 위치되는 선형 스트립의 구성은 정렬 방향과 수직인 편광 방향을 가진 선형적으로 편광된 빛에 대한 진폭 격자로서 작용한다.
비슷한 방법으로, 정렬된 나노소자(나노소자 영역)를 포함하며 투과성의 영역과 교대로 배치되는 2차원 패턴의 영역을 구비하는 광학 부품은, 정렬 방향과 수직인 편광 방향을 가진 선형적으로 편광된 방사선에 대한 마스크로서 사용될 수 있다.
본 발명은, 나노 소자들이 화학적으로 변경될 수 있다는 점을 이용한다. 예를 들면, 탄소 나노튜브들을, "Organizing Single-Walled Crabon nanotubes on Gold Using a Wet Chemical Self-Assembling Technique" by Z.Liu et al in Langmuir Vol.16, No.8(2000)p.3569-3573에 기술된 바와 같은 이론적 반응에 의해 변경할 수 있다. 그것에 의해, 모든 탄소 나노튜브가 표면과 수직하게 배열되어 있는 셀프-어셈블링된 구조를 얻는다. 본 발명은 다른 물질의 나노튜브들 혹은 나노-튜브들 혹은 나노-소자들이 구동 필드, 예를 들면 프로그램가능 부품에 내장된 전극에 의해 생성된 전기장의 필드 라인을 따라 굴곡될 수 있다는 점을 이용한다. 굴곡된 상태에서, 나노 소자들은 적절한 편광 방향을 가진 방사선을 흡수하기 위해 더 이상 입사된 방사선의 전파 방향과 평행하지 않다. 구동 필드가 오프되면, 나노-소자들은 동일한 방사선이 방해받지 않고 통과될 수 있도록 그들의 초기 방위, 즉 표면과 수직하게 다시 시작된다.
이와 같이, 프로그램가능 부품의 일부분, 즉, 프로그램가능 소자들을, 투과 상태와 및 흡수 상태 사이에서 혹은 그 반대로 스위칭할 수 있다.
DE-A 100 59 685는 반사 혹은 검출 표면을 포함하는 기판과, 굴곡 가능한 소자들, 바람직하게는 탄소 나노튜브들을 구비하는 장치에 대해서 기술한다. 이들 나노튜브들이 직접 부착물을 통해서 제1 전극에 접속된다. 제1 전극과 굴곡 가능한 소자에 인가된 전압과 다른 전압이 제2 전극에 공급되면, 이들 소자들은 제2 전극을 향해 그들의 팁을 굴곡시킬 것이다. 그 후에, 이들 소자들은 표면을 국부적으로 덮는 코팅제를 형성하므로, 그 표면은 국부적으로 보다 적은 반사성 혹은 보다 적은 투과성을 갖게 되며, 그 빔의 일부분은 차단된다. 제2 전압이 제2 전극으로부터 제거되면, 이들 빔의 일부분은 다시 반사 혹은 투과된다.
나노-튜브들이 표면과 수직한 방위에서 표면과 실질적으로 평행한 방위로 대체로 완전히 굴곡되어야 하기 때문에, 표면을 국부적으로 완전히 덮기 위해서는, 공지의 장치 내의 나노-튜브들을 굴곡시키는데 필요한 전압은 비교적 크다. 나노튜브들이 높은 기계적인 요구사항들을 만족하는 경우에만 더 큰 각도 이상으로 굴곡되는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 프로그램가능 부품은 적어도 3가지의 특징 및/또는 견식에 있어서 DE-A 100 59 685의 장치와 다르다.
나노-소자들이 기판 표면과 실질적으로 수직하게 배열되어 있으면, 적어도 대부분은 투과성을 갖는다. 따라서, 본 발명의 프로그램가능 부품에 있어서, 굴곡 가능한 나노 소자들은 투과 상태와 흡수 상태 사이에서 스위칭되어야 하는 완전한 국부적 표면부를 지나서 배치되어 있다. 공지의 장치에 있어서, 굴곡 가능한 소자들은 투과 상태에서는 전극의 최상면 위에만 그리고 상기 표면부의 외측에만 배치되어 있다. 실제 각도 이상으로 굴곡되어 있는 경우에만, 이들 소자들이 표면부를 덮을 것이다.
본 발명의 프로그램가능 장치에 있어서는, 이 표면부 내부의 나노 소자들이 작은 각도 이상으로만 굴곡되더라도, 상기 표면부가 적절한 편광 방향으로 방사선을 흡수하게 되는 점을 이용한다. DE-A 100 59 685에서, 나노-튜브들의 편광 의존 작용에 대해서는 설명하지 않는다.
본 발명의 프로그램가능 장치에 있어서, 나노-소자들은 전극의 일부를 형성하는 것이 아니라, 2개의 전극 사이의 전기장 또는 자기장으로 배치된다. 나노-소자들의 작용을 관리하는 물리적 원리는 그러한 전기 혹은 자기장에 대한 그들의 정렬이므로, 효과적으로 최상의 방위를 얻는다.
이와 같이, 나노-소자들은 입사된 방사선의 방향에 대하여 부분적으로 방향을 상실할 정도로 굴곡 혹은 만곡될 필요가 있다. 따라서, 프로그램가능 소자의 전체 표면을 덮도록 완전히 굴곡시킬 필요가 없다. 일반적으로 굴곡 각은 5°~80°의 범위, 바람직하게는 15°~60°의 범위, 가장 바람직하게는 30°~45°의 범위에 있을 것이다. 굴곡 각은 방사선의 전파 방향 및 편광 방향에 의해 결정된 평면 내에서 규정된다. 바람직하게는 전파 방향은 표면과 직각을 이룬다.
굴곡 각은 비교적 작기 때문에, 덜 엄격한 기계적 요구사항들은 실제의 실질적인 이점을 제공하는 나노-소자들로 설정되어야 한다. 나노-소자들은 공지의 장치 에서보다 짧을 수도 있고, 이들 소자들의 접착력은 더 작은 문제가 있다. 후자는, 우선 감소된 굴곡 각에 의한 것이고, 둘째로 나노-소자들을 굴곡시키는데 필요한 전기 혹은 자기장의 감소된 세기에 의한 것이다. 특히, 이들 소자들에는, 특히 이들 소자들과 표면의 계면에는 보다 낮은 힘이 부가될 것인데, 그 계면은 기계적인 약한 부분이다.
DE-A 100 59 685의 장치와 비교하여, 본 발명의 프로그램가능 부품은 2가지의 이점을 제공한다. 첫 번째 이점은 나노-소자들에 대해서는 공간이 준비될 필요가 없기 때문에, 프로그램가능 소자의 전체 표면 영역을 지나서 나노-소자들이 배치되기 때문에 고소형화를 허용한다는 점이다. DE-A 100 59 685의 장치에 있어서는, 나노-소자들이 방사선을 통과 혹은 차단해야 하는 영역의 외측에 배치되어야 하고, 나노-소자들에 의해 점유된 영역은 다른 목적을 위해 사용될 수 없다. 두 번째 이점은 구동 필드의 필드 세기가 상당히 작다는 점이다.
그것의 구성에 대해서는, 본 발명의 프로그램가능 광학 부품이 기판, 프로그램가능 소자 영역을 규정하는 제1 및 제2 전극부의 전극 구성, 및 상기 전극 구성의 최상면 위에 있는 나노 소자를 내장한 매개물을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이것은 대부분의 애플리케이션에 적합한 프로그램가능 부품의 가장 간단한 실시예이다.
바람직하게는 프로그램가능 부품은 전극 구성과 나노 소자를 내장한 매개물 사이에 전기적으로 분리되는 층이 배치되는 것을 특징으로 한다.
이 분리층은 스위칭을 정확히 제어하는데 영향을 미칠 수도 있는 전기적 쇼 트 및 다음의 전류 흐름을 방지한다.
나노-소자들의 굴곡은 나노-소자들의 형태에 의존하는 쌍극자 상호 작용 혹은 자기 상호작용에 근거한다. 이것은 DE-A 100 59 685의 장치에 사용된 정전기 굴곡과는 상당히 다르다. 정전기 굴곡에 대해서는, 굴곡 가능한 소자들이 전기적으로 전극에 접속되어야 하고, 바람직하게는 직접 전극에 부착되어야 한다. 특히 이들 소자들이 유기 물질로 구성되면, 혹은 예를 들면 탄소 나노튜브들이 사용되면, 이것은 전기적 쇼트의 위험과 굴곡 가능한 소자들의 소성의 위험을 유발한다.
유전층은 산화 알루미늄, 산화 규소, 질화 규소 혹은 소위 고유전(high-K) 물질 등의 어떤 무기 혹은 유기 물질이든 포함해도 된다.
프로그램가능 광학 부품은 바람직하게는 제1 및 제2 전극부가 한 쌍의 손가락 모양의 전극을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해 고효율로 전기장을 높게 발생시킬 수 있다. 이들 전극은 손가락 모양을 지니고 있어, 채널은 그들 전극 사이에 형성된다. 그 채널의 폭은 작자도 되지만, 동시에 채널은 매우 길어도 된다. 따라서, 상대적인 낮은 전압은 굴곡을 위해 필요한 전기장 세기(V/㎛)를 제공하는데 충분하다.
손가락 모양의 전극이 사용되면, 나노-소자 굴곡의 방향은 모든 위치에서 동일하지 않고, 각도 +
와 각도 -
로 굴곡될 것이다.
그러나, 이것은 흡수 정도에 대해서는 전혀 중요하지 않다.
또한, 바람직하게는, 프로그램가능 부품은, 전극 구성이 평탄층 내에 삽입되 고, 나노-소자들이 삽입된 층이 평탄층 위에 배치되는 것을 특징으로 한다.
전극 구성은 나노-소자들에 대한 평면을 제공하기 위해 기판과 집적화되어도 되고, 평탄층으로 덮여 있어도 된다. 나노-소자들을 내장한 매개물은 공기일 수도 있지만, 나노-소자들을 내장한 매개물이 절연 유체인 것을 특징으로 하는 프로그램가능 부품이 바람직하다.
이 애플리케이션에 대한 적합한 유체는 액체, 증기 및 기체이다. 바람직하게는 이 유체는 대항세력을 제공할 수 있도록 어느 정도 점성을 갖는다. 이것에 의해 나노-소자들의 더 정확하고 기계적으로 안정된 굴곡이 허용된다. 그러한 유체의 도 다른 이점은 나노-소자들이 서로 달라붙는 것을 방지한다는 점이다. 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 프로그램가능 부품의 특정 애플리케이션에 따른 유체 물질과 점성을 채택할 수도 있다.
일반적으로, 전기 혹은 자기장의 제거 후에는 굴곡 가능한 나노-소자들이 그들의 초기의 굴곡되지 않은 위치로 복귀할 것이다. 이러한 복귀는 나노-소자들의 단단함과 그들 점착 콘택, 즉 기판과 나노-소자들의 콘택에 의해 영향을 받을 수도 있다.
그 주기보다 작은 시간 주기 동안에 전기 혹은 자기장의 방위를 복귀시킴으로써 그들 초기의 굴곡되지 않은 상태로 나노-소자들을 억지로 복귀시킬 수 있는데, 그 전기 혹은 자기장은 굴곡된 상태에서 나노-소자들을 설정하기 위해 존재해야 한다. 프로그램가능 소자가, 제2 전극 구성이 기판 쪽을 향하는 매개물 측면으로부터 멀리 떨어진 나노-소자들을 내장한 매개물의 측면에 배치되어 있는 것을 특 징으로 하면, 전기 혹은 자기장 반전 없이 강제로 복귀하는 것이 가능해진다.
청구항 제1항 내지 제13항에 기재된 서로 다른 형태의 나노-소자들은 프로그램가능 부품에서 사용될 수도 있다. 나노 소자들은 탄소 나노튜브, 금속 혹은 반도체 나노와이어, 금속 또는 반도체 나노튜브 혹은 자기 나노와이어 혹은 어떤(제1철로서의 철을 함유하는)자기 물질로 충전된 나노튜브일 수도 있다. 나노-소자들의 직경은 바람직하게는 150nm보다 적고, 더 바람직하게는 50nm보다 적으며, 더 바람직하게는 0,3nm과 10nm 사이에 있다. 나노-소자들의 길이는 바람직하게는 5nm~10㎛ 범위, 더 바람직하게는 10~500nm 범위, 더 바람직하게는 50~300nm 범위에 있다.
나노와이어들의 상호 스크리닝(screening)은 가능한 많이 억제된다는 점에 주의한다. 상호 스크리닝은, 소정의 표면 영역 내의 나노와이어들 중 하나가 국부적 전기장의 주요 부분을 끌어당겨서 보다 적은 전기장이 이 표면 내의 다른 나노와이어들에 대해서 남아 있을 것이라는 의미, 즉 다른 나노와이어들이 상기 전기장으로부터 보호된다는 의미이다. 이 관점에서, 반도체 나노와이어들은 보다 적은 상호 스크리닝을 나타내기 때문에, 금속 나노와이어들보다 더 좋다.
나노-소자들, 특히 탄소 나노튜브들은 그들의 부착 혹은 점착을 향상시키기 위해 화학적으로 기판 표면에 직능화될 수도 있다. 이와 같이 탄소 나노튜브들은 Langmuir의 Liu 등에 의해 기술된 바와 같이 금 표면에 부착될 수 있다. 산화물 표면(SiO2, Al2O3, 혹은 글래스)의 적합한 작용기는 SiCl3 혹은 예를 들면 R 알킬, 바람직하게는 이소프로필기 혹은 부틸기 혹은 페닐기를 가진 Si(OR)3이다. 금 표면의 적합한 작용기는 싸이올 혹은 싸이올-에테르(thiol-ether)(Z 탄소 나노튜브를 가진 Z-SH, Z-S-S-Z, Z-CH2-S-CH2-Z)이다. 백금 표면의 적합한 작용기는 -OH 혹은-NH2 등의 염기이다. 은- 혹은 SiO2 표면의 적합한 작용기는 -COOH 등의 산이다. 산화되지 않는 규소 표면의 적합한 작용기는 l-에틸렌기(-CH=CH2)이다. 운모 표면의 적합한 작용기는 인화물기 혹은 알킬디포닉(alkyldiphinic) 산(
)이다.
또한, 나노와이어 및 나노튜브들은 템플리트(template)에서 그들을 성장시킴으로써 생성될 수 있다. 템플리트는 
등에 의해 J.Phys.Gem..B, Vol 101(1997), 5497-5505에서 기술된 바와 같이 쉽고 적절하게 제어가능한 방법으로 나노 소자들의 패턴을 규정할 수 있다. 이 템플리트는 바람직하게는 3nm~200nm 범위, 더 바람직하게는 5nm~15nm 범위의 직경을 가진 기공(pores)을 포함한다. 균일한 직경을 가진 기공은 종래의 기술에 의해 생성될 수 있다. 기공 간의 거리는 기공 직경의 1~10배이다. 이 기공은 실질적으로 표면과 직교하고, 적절한 조건을 제공함으로써 혹은 예를 들면 E-빔 혹은 각인에 의해 국부적 표면 사전 처리에 의해 비스듬히 배치된다. 나노와이어들은 전기화학의 성장 및 VLS(Vapour-Liquid-Solid)법 등의 공지의 방법에 의해 성장될 수 있다. 나노와이어들의 전기화학 성장은 III-V 물질, II-VI 물질 및 금속에 대하여 가능하다. Science, Vol279(1998), 208-211에서 Morales 및 Lieber로부터 공지된 바와 같이, VLS법은 예를 들면 III-V 물질 및 탄소 나노튜브에 대하여 적합하고, 400℃°~800℃ 범위의 온도에서 일반적으로 행해진다. 성장 후에, 템플리트는 예를 들면 습식 혹은 건식 에칭에 의해 적어 도 부분적으로 제거된다.
또한, 또 다른 성장법을 사용할 수 있다. 또한, 나노와이어들은 필요한 패턴에 따라 반도체 기판을 에칭함으로써 생성될 수도 있다. 반도체 기판, 특히 실리콘 기판의 양극 에칭은, 다수의 반도체 나노와이어들의 어레이를 생성하기 위해 이용될 수도 있다.
프로그램가능 광학 부품은 각 나노-소자가 절연 영역 내에서 배치되는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서는, 전극 구성과 나노-소자 사이에 절연층이 필요 없다. 이 절연영역은 VLS법을 사용하여, 그리고 나노-소자들의 성장 중에 챔버 내의 기체 합성물을 변경함으로써 생성될 수 있다. 프로세스 파라미터들을 성장 프로세스 중에 변경하는 성장 프로세스는 세그먼트 성장으로서 알려져 있다.
프로그램가능 부품은 전달 부품인 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 기판과 전극 구성은 모두 투과성을 가져야 한다. 전극에 적합한 투과성 전기 도전 물질은, EP-A 689294에 공지된 것과 같은, 인듐-주석-산화물(ITO), 루테늄 산화물, 납 루테늄 산화물(Pb2Ru2O7), 스트론튬 란탄 코발트 산화물, 레늄 산화물 및 다른 물질 등의 산화물 도전체 및 매우 얇은 금속층이다. 다른 한편으로, 폴리-(3,4-에틸렌디옥시(ethylenedioxy)) 티오펜(PEDOT) 혹은 폴리아닐린(PAN) 등의 투과성 전기 도전형 유기 물질을 사용할 수도 있다.
다른 한편으로, 프로그램가능 광학 부품은 반사 부품인 것을 특징으로 한다. 그러한 부품은 전달 부품과 동일하지만, 반사 기판 혹은 기판과 전극 구성 간에 배치된 반사층을 갖는다.
프로그램가능 소자들의 형상 및 패턴 구성에 의존하여, 프로그램가능 부품이 다른 애플리케이션에 대하여 사용될 수 있다. 첫 번째 애플리케이션에 대해서는, 그 부품이 스위칭 가능한 회절 격자를 형성하고, 프로그램가능 소자들은 연장되어, 나노소자들이 적은 중간 스트립과 교대로 배치되는 격자 스크립을 구성한다.
프로그램가능 소자들을 온 및 오프함으로써, 격자 작용이 온 및 오프될 수 있다. 그러한 스위칭 가능한 격자는 광학 기록매체를 판독 및/또는 기록하기 위한 장치 등의 장치에 사용될 수 있고, 2개의 빔은 이들 빔 중 하나만의 격자를 포함하는 같은 경로를 따라 이동한다.
프로그램가능 격자는 선형 격자일 수도 있는데, 이 프로그램가능한 소자들은 모두 같은 방향으로 연장된다.
다른 한편으로, 프로그램가능 격자는 제1 방향으로 연장되는 제1 프로그램가능 소자와, 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장되는 제2 프로그램가능 소자를 가진 2차원 격자일 수도 있는데, 제1 프로그램가능 소자들은 제1 표면 영역에 배치되고, 제2 프로그램가능 소자들은 제1 표면 영역과 교대로 배치되는 제2 표면 영역에 배치된다.
본 발명에 따른 또 다른 형태의 프로그램가능 부품은 스위칭 가능한 프레넬(Fresnel) 렌즈로서, 프로그램가능 소자들은 환형의 형상을 가지며, 나노소자들이 적은 중간 환형 스트립과 교대로 배치되는 프레넬 렌즈 존을 구성한다.
또 다른 애플리케이션에 있어서는, 그 프로그램가능 부품이 변경 가능한 마스크 패턴을 가진 마스크를 형성하고, 프로그램가능 소자들은 2차원 구조로 배열되는 화소를 구성한다.
프로그램가능 소자들을 개별적으로 온 및 오프시킴으로써, 임의의 마스크 패턴을 생성할 수 있다. IC 혹은 다른 장치들을 리소그래피를 이용하여 제조하는 프로세스에서 이와 같은 프로그램가능 마스크를 사용하면, 이 프로세스는 유연해지고 작은 분량의 장치들 혹은 특별 주문된 장치들을 제작하는데 매우 적합하다.
또한, 본 발명은 제1 정보 밀도를 가진 제1 형태의 광학 정보 매체와, 제2 정보 밀도를 가진 제2 형태의 광학 정보 매체를 주사하기 위한 장치에 관한 것으로서, 이 장치는 제1 형태의 정보 매체와 연동하기 위해 제1 파장을 가진 제1 방사 빔과, 제2 형태의 기록매체와 연동하기 위해 제2 파장을 가진 제2 방사 빔을 공급하는 방사원 유닛과, 제1 및 제2 빔을 제1 및 제2 형태의 정보 매체의 정보층 내의 제1 및 제2 주사 스폿에 포커싱하기 위한 대물계를 구비한다. 이 장치는 여기서 상술한 바와 같이 적어도 한 개의 회절 격자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 회절 격자는 빔 결합 회절 격자일 수도 있고, 아래의 광학 경로부 중 적어도 하나에, 즉
- 방사원 유닛과 대물계 사이에,
- 대물계와 정보층으로부터 방사선을 수신하기 위한 방사 감도 검출 시스템 사이에, 배치될 수도 있다.
또한, 회절 격자는 방사원 유닛과 대물계 사이에 배치되는 3스폿 회절 격자 일 수도 있다.
또한, 본 발명은 적어도 하나의 기판층에서 장치 특징들을 생성하는 리소그래픽 프로세스에 관한 것으로서, 그 프로세스는 마스크 패턴을 투영 장치에 의해 기판층으로 전달하는 것을 포함한다. 이 프로세스는 이전에 설명된 프로그램가능 마스크를 이용하는 것을 특징으로 한다.
이 투영 장치는 투영 시스템의 일측에 배치된 마스크 패턴을 이 투영 시스템의 타측에 배치된 기판 위에 결상하기 위한 투영 시스템을 구비하는 장치를 의미하지만, 마스크와 기판이 서로 근접하게 배치되는 근접 인쇄 장치를 의미하는 것으로도 이해한다.
본 발명의 상술한 관점 및 그 외의 관점은 후에 설명되는 실시예를 참조하여 제한되지 않는 예로서 보다 명확해질 것이고, 첨부도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 프로그램가능 부품의 제1 실시예의 일부분의 사시도를 도시한 것이고,
도 2는 굴곡되지 않는 위치 내의 굴곡 가능한 나노소자들을 가진 부품의 프로그램가능 소자의 단면도를 도시한 것이며,
도 3은 굴곡된 위치 내의 굴곡 가능한 나노소자들을 가진 소자를 도시한 것이고,
도 4a-4e는 프로그램가능 부품과 제조 공정의 일부의 제2 실시예의 단면도를 도시한 것이며,
도 5는 본 발명에 따른 프로그램가능 마스크를 가진 리소그래픽 투영 장치를 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 1이상의 회절 격자를 사용하는, 광학 기록 매체를 주사하기 위한 장치를 도시한 도면이며,
도 7은 본 발명에 따른 프레넬 렌즈를 도시한 것이다.
도면들은 일정한 비율로 도시되어 있지 않고 순수하게 개략적으로 나타낸 것이다. 서로 다른 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 소자를 나타낸다.
도 1에 부분적으로 도시된 부품은 예를 들면 글래스 등의 투명 기판 혹은 투명한 플라스틱 기판 등의 기판(2)을 구비한다. 이 기판의 상측에는 제1 및 제2 전극(4,6)과, 이들 전극 사이에 배치되는 굴곡 가능한 나노-소자들(8)이 각각 설치되어 있다. 전극 4 및 6은 손가락 모양을 갖는데, 즉 제1 전극의 부분들은 제2 전극의 부분들 사이에 배치된다. 그러한 전극 구조는 회절 격자를 생성하는데 매우 적합하여, 굴곡 가능한 나노-소자들을 가진 스트립은 격자 스트립 및 전극부 중간 스트립을 형성한다. 도 1에 도시된 전극 4는 4개의 손가락을 갖고, 전극 6은 3개의 손가락을 갖는다. 그러나, 손가락의 수는 자유롭게 선택될 수 있고, 실질적으로는 회절 격자에 대해서는 훨씬 클 것이다. 이 전극들은 투과성을 가지며, 예를 들렴 인듐 주석 산화물(ITO)로 이루어질 수도 있다.
도 2의 단면도에 도시한 바와 같이, 전극 구성 4 및 6은 유전층(10), 예를 들면 SiO2층으로 피복되어도 된다. 이 층은 솔겔(sol-gel) 기술에 의해 피복될 수 있으므로, 테트래소시오르소시리케이트(tetraethoxyorthosylicate)의 용액이 인가된 후에 경화된다. 유전층(10)은 이중 작용을 갖는다. 첫 번째로, 유전층(10)은 나노-소자들에 대하여 후에 바른 위치에 있는 굴곡 가능한 나노-소자(8)를 배치하는 것을 단순화하는 평면을 제공한다. 두 번째로, 유전층(10)은 전극 4, 6과 나노-소자들 사이에 절연층을 형성한다. 이와 같이, 일직선 혹은 만곡된 나노-소자들의 위치는 전기 혹은 자기장에 의해 결정될 것이고, 전극들과의 직접적인 콘택에 의해서는 결정되지 않는다. 유전층(10)은 화학 증기 증착법 혹은 어떤 다른 증착법에 의해 공급될 수 있다. 그러한 증착법이 평면층 표면을 발생시키지 않는 경우, 추가 평면층이 제공되어도 된다.
이 실시예에 있어서, 나노-소자(8)는, R이 메탈인 Si(OR)3기로 직능화되었던 탄소 나노튜브이다. 적합한 말단기(end groups)를 가진 탄소 나노튜브의 직능화는 Langmuir, Vol 16(2000),pp 3569-3573에 공지되어 있다. 여기서, 소망의 길이를 가진 단일 벽이 있는 탄소 나노튜브는 초음파화에 의해 알콜에 현탁된다. 탄소 나노튜브는 산화에 의해 카르복실산 말단기를 갖는다. 이 말단기는 화학 반응을 통해서 Si(OR)3와 치환된다. 패턴화된 증착을 얻기 위해, 기판이 소망의 패턴에 따라 현상되는 포토레지스트 물질로 피복되어 있다. 이 포토레지스트 물질과 기판은 플라즈마 처리 프로세스를 거침으로써 기판이 더 친수성을 갖게 되고, 포토레지스트가 더 소수성을 갖게 된다. 적합한 처리 프로세스는 일련의 산소 플라즈마 처리, 불소 플 라즈마 처리 및 산소 플라즈마 처리이다. 한 다발의 탄소 나노튜브는 개개의 탄소 나노튜브 간의 친수성의 상호작용으로 인해 표면 사이에서 정렬될 것이다.
포토레지스트를 이용하는 대신에, 또 다른 물질의 마스크를 사용하여 필요한 패턴을 얻을 수도 있다. 또한, 표면의 부분들로부터 떨어져 있는 탄소 나노튜브를 소성함으로써, 예를 들면 충분한 강도를 가진 레이저 빔을 이용해서, 패턴을 얻을 수도 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 결과로 얻어진 부품은 전달 부품이다. 나노튜브는 표면과 수직한 반사선의 전파 방향과 평행하게 정렬되어 있기 때문에, 방사 빔 b는 방해받지 않고 그 부품을 통과한다. 이것은, 전압이 전극에 공급되지 않은 경우, 즉 전기장이 존재하지 않는 경우이다. 전기장이 온되면, 도 3에 도시한 바와 같이 나노소자들이 구부러져 만곡된 소자(8')가 된다. 만곡된 나노-소자들은 적어도 전극 4와 6 사이의 영역의 실질적인 부분을 덮고, 만곡된 나노-튜브의 접선(tangent)과 평행한 편광 방향을 갖는 빔 b의 성분을 흡수한다. 그 빔이 만곡된 나노-튜브와 접하는 편광 방향을 가진 선형적으로 편광된 빔이면, 입사된 빔 b의 흡수율이 최대가 될 것이다.
나노-튜브가 0,1~5 Volt/㎛ 범위의 전계 강도를 가진 전기장에 의해 굴곡될 수 있다. 전기장을 발생시키는 전압은 DC 전압이어도 된다. 그러나, 가장 큰 값의 전압 범위에 대해서, 그 전압이 바람직하게는 몇 Hz~몇 KHz 범위, 더 바람직하게는 약 50Hz의 주파수를 가진 AC 전압이면 가장 좋은 결과를 달성한다는 것을 증명했다.
스트립 형상을 가진 전극 4 및 6은 실질적으로 도 2 및 도 3에 도시한 것보다 길다. 즉 그들의 길이는 실질적으로 그들 전극 간의 거리보다 크다. 이들 전극은 투과성을 갖고, 이들 전극 사이의 나노-튜브 영역은 방사선 id를 흡수하며, 부품이 활성화되기 때문에, 즉 구동 필드가 존재하기 때문에, 그 부품은 적합한 편광 방향을 가진 반사선의 회절 격자로서 작용한다. 이 격자의 특징은, 격자 작용이 전기장 혹은 또 다른 구동 필드를 스위칭함으로써 간단히 온 및 오프될 수 있다는 점이다.
도 2 및 3의 전달 격자는 반사 기판을 이용함으로써, 혹은 이 기판과 전극 구성 사이에 반사층을 배치함으로써 반사 격자로 변환될 수 있다. 다른 한편으로, 기판과 전극은 모두 반사성을 가질 수 있다.
도 4e는 예를 들면 포토리소그래피에서 프로그램가능, 혹은 플렉시블 마스크로서 사용될 수 있는 새로운 부품의 또 다른 실시예의 단면을 나타낸다. 하나 쌍 혹은 두 쌍의 대향하는 전극부 4 및 6으로 각각 구성되는 프로그램가능 소자들과, 그들 사이에 있는 나노-소자 영역은, 반도체 기판의 최상면에 있는 포토레지스트층에서 투영되는 IC 패턴 이미지 등의 패턴을 형성하는 화소(픽셀)를 구성한다. 이 이미지 내용은 개개의 화소의 온 혹은 오프 상태에 의해 결정된다. 그러한 화소는, 화소가 한 개의 프로그램가능 소자 이상을 구비할 수 있는 환경 하에서 통상 한 개의 프로그램가능 소자로 구성된다. 화소 구성은 2차원이다.
도 4a-4d는 도 4e에 도시한 부품의 제조 단계를 도시한 것이다. 도 1에 도시한 바와 같은 방법으로, 전극 4 및 6은 손가락 모양을 지니고 있고, 전극의 각 부 분은 그것의 다른 부분과 접속된다. 이 실시예에 있어서 나노-소자들은 전기 화학적으로 성장되었으며, 스페이서(22) 및 커버(24), 예를 들면 플라스틱으로 형성된 구멍 내에 배치되어도 되는 나노와이어이다.
굴곡 가능한 나노와이어(26)는 템플리트 성장을 이용하여 공급되어도 되는데 이것에 대해서는 도 4a-4d를 참조하여 설명한다. 도 4a는 몇 개의 층을 구비하고 반도체 제조기술에 의해 제조되는 중간 생성물을 나타낸 것이다. 이 생성물은 예를 들면 글래스 기판(2)과, 전극 4 및 6과, 예를 들면 질화 규소로 이루어진 에칭 정지층(28)을 구비한다. 이 층(28)은 알루미늄층(30)으로 덮여 있다.
도 4b는 알루미늄의 양극 처리된 에칭에 의해, 알루미늄층(30) 내에 기공을 형성하기 시작하는 것으로, 알루미늄을 산화 알루미늄(Al2O3)으로 변환하는 것을 도시한 것이다. 알루미늄의 양극 처리된 에칭은 종래 기술이다. 도 4c에 도시한 바와 같이, 기공(32)을, 에칭 정지층(28)에 도달할 때까지 O2 전개에 의해 깊게 한다. 이것에 의해 알루미늄층이 예를 들면 30%의 다공도를 갖게 된다. 이 기공 밀도는 예를 들면 5.1010/cm2 이다.
도 4d는 그 자체적으로 공지된 일부 또 다른 프로세스 단계가 수행되고, 나노와이어가 성장된 후의 생성물을 도시한 것이다. Cu 나노와이어는 CuSO4로부터 성장될 수 있고, Au 나노와이어는 K4Au(CN)3로부터 성장될 수 있으며, Ni 나노와이어는 NiSO4/NiCl2로부터 성장될 수 있고, CdSe 나노와이어는 물에서 CdCl2 및 H2SeO3로 부터 성장될 수 있다. 도 4d에 도시한 프로세스 단계에 있어서는, 알루미늄 매트릭스를 적어도 부분적으로 용해시켰다. 바람직하게는, 알루미늄 매트릭스의 하부를 몇 나노 미터 두껍게 유지한다. 이와 같이, 기판에 대한 나노와이어의 접착력을 향상시킨다. Al2O3의 스페이서를 유지하기 위해서는, 마스크를 사용하여 선택적으로 에칭한다. 이들 스페이서(22)는 기공이 많지만, 벽으로서 사용될 만큼 충분히 강하다.
도 4e에 도시한 바와 같이, 커버(24)는 스페이서(22)의 최상면 위에 배치되어, 글래스 프릿(frit)과 접착되어도 된다. 바람직하게는 커버(24)가 그것의 표면 중 하나 위에 있는 전극층을 포함할 수도 있는데, 바람직하게는 이 표면이 나노-소자 쪽을 향한다. 이 전극은 나노와이어가 굴곡된 상태에서 굴곡되지 않은 상태로의 빠른 복귀를 위해 사용되어도 된다. 또 다른 전극은 기판의 일부를 형성할 수도 있다. 또한, 나노-소자들을 포함하는 구멍은 액체로 충전되어도 된다.
템플리트 성장으로 나노와이어를 제공하는 또 다른 방법을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 금 혹은 백금 등의 희유의 금속층은 질화 규소층(28)의 최상면 위에 증착될 수 있다. 그러한 층은 에칭 정지층으로서 작용하는 동시에, 도금 기저막으로서 사용될 수 있다. 그 희유의 금속층은 필요한 패턴에 따라 구성될 수 있고, 그 단부에서는 추가 전극으로서 사용될 수 있다. 그러한 실시예에 있어서, 희유의 금속층은 전극 4 및 6 사이의 영역에만 존재하고, 나노-소자들은 이들 전극의 최상면으로 연장되지 않는다.
다른 한편으로, 희유의 금속층, 혹은 니켈 혹은 구리 등의 어떤 다른 금속이, 나노와이어가 공급되고 알루미늄 매트릭스가 제거된 후에 제거되어도 된다. 이 단계는 특히 나노와이어가 전기 화학적으로 혹은 VLS법에 의해 증착되었던 반도체 물질을 포함하는 경우에 적합하다. 그 후에, 이 희유의 금속층은 나노와이어에 대해서 선택적으로 에칭될 수 있다. 즉, 나노와이어를 가진 완전한 영역이 에칭 마스크로서 작용한다. 일반적으로 어떤 기계적 안정성은 굴곡 가능한 소자들을 배치하는 경우에 필요하기 때문에, 나노와이어의 기계적 안전성은 이 실시예에서는 특별한 문제점이 아니다.
또 다른 실시예에 있어서, 전극 4, 6은 대향측으로 이동되고, 희유의 금속층은 기판(2)의 최상면 위에 직접 증착된다. 상기 대향측은 커버판(24)의 내부 표면일 수도 있다.
기판 운반 방법을 이용하는 실시예, 즉 본래의 기판을 최종적으로 제거하고, 알루미늄 매트릭스를 최상측 대신에 기판 측면으로부터 용해시키는 실시예가 가장 바람직하다. 나노와이어의 성장 후와 알루미늄 매트릭스의 용해 전에, 유전 물질층과 전극은 매트릭스의 최상면 위에 배치된다. 이것은 습식 화학적 증착, 스퍼터링 및 화학 증기 증착 등의 박막 프로세스에 의해 행해질 수 있다. 또한, 예를 들면 글래스 혹은 폴리머로 이루어진 보호 커버층뿐만 아니라 상호 접속층이 증착될 수도 있다. 그 후에, 생성물이 뒤집어져, 기판, 에칭 정지층(별칭 도금 기저막) 및 알루미늄 매트릭스가 제거된다. 글래스 기판은, 글래스 기판과 에칭 정지층 사이에 배치되는 UV-분리가능한 접착층에, 화학선 작용의 UV 방사선을 조사함으로써 제거 될 수 있다.
또한, 나노와이어의 패턴은 촉매 CVD 성장 프로세스에 의해 생성될 수 있다.
나노와이어를 제조하기 위한 상술하는 프로세스가 나노튜브를 제조하기 위해도 사용될 수 있다.
상당한 이점을 가진 도 4e의 프로그램가능 마스크가 리소그래픽 투영 장치에 사용될 수 있다. 도 5는 그러한 장치의 개략적인 사시도를 나타낸다. 이 장치의 메인 모듈로서는 조사 시스템(42), 마스크 테이블(50), 투영 시스템(60) 및 기판(웨이퍼)테이블(70)이 있다. 조사 시스템(42)은, 예를 들면 UV 방사선 혹은 과도한 UV(EUV) 방사선의 투영 빔(46)을 공급하기 위한, Hg 램프 혹은 엑시머 레이저 등의 방사원(44)을 구비한다. 이 투영 빔은 폴딩(folding) 미러 47 및 48과 조리개(49)를 통해서 마스크 테이블로 인도된다. 조사 빔은 그것의 단면 전체에 걸쳐서 렌즈 및/또는 미러를 형성하는 빔의 강도를 균일하게 하는 수단(미도시)을 더 구비한다. 또한 그 장치는 X-레이 혹은 대전 입자 빔 등의 다른 형태의 방사선을 사용할 수도 있다.
마스크 테이블(50)은 예를 들면 레티클(reticle)과 같은 마스크(53)를 보유하기 위한 마스크 홀더(52)를 구비한다. 이 마스크는 투영 빔(46)에 의해 기판 상에 투영되는 마스크 패턴을 포함한다. 렌즈 시스템, 미러 시스템, 렌즈 및 미러를 포함하는 시스템, 혹은 대전 입자 이미징 시스템일 수도 있는 투영 시스템(60)은 상기의 투영을 행한다. 이 투영 시스템은 기판(74)의 타겟부(다이)(76) 위에 마스크(53)의 조사된 부분을 결상한다. 이 기판 혹은 웨이퍼는 기판 테이블(70)의 일부 를 형성하는 기판 홀더(72)에 수용된다. 이 기판은 마스크 패턴의 상(image)이 형성되어 있는 레지스트층으로 피복되어 있다. 스텝퍼 형태의 장치에 있어서, 전체 마스크 패턴을 조사하여 타겟부(76)에 투영한다. 마스크 패턴으로 모든 타겟부를 노출하기 위해, 기판 테이블이 구동수단(78)에 의해 X 및 Y 방향으로 소정의 거리을 두고 스텝(stepped)된, 즉 이동된 연속하는 노출위치들 사이에 있다. 스텝 및 주사 형태의 장치에 있어서는, 마스크 패턴의 작은 부분(직사각형 혹은 환형 세그먼트)과 대응하는 타겟부를 언제든지 조사한다. 전체 마스크 패턴을 조사하기 위해 그리고 전체 타겟부(76)를 노출하기 위해, 마스크 테이블과 기판 테이블을 조사 시스템 및 투영 시스템에 대하여 동기화하여 이동(주사)시킨다. 그러한 주사를 허용하기 위해서는 마스크 테이블이 구동수단을 구비해야 하고, 기판 테이블에 대해서는 구동수단(76)이 채택되어야 한다.
종래에는 마스크가, 제조되어야 할 장치의 디자이너의 스펙 및 이 장치의 서로 다른 층의 패턴의 스펙에 따라 마스크 제작자에 의해 제조되었던 고정된 마스크를 포함한다. 마스크는 고가의 부품으로서, 마스크에 의해 제조되어야 할 장치의 수가 감소하면 상대적으로 더 비용이 많이 들게 된다. 또한, 장치의 시범적인 제조 시에는 종종 마스크 패턴의 재설계가 필요하여, 상당히 시간 및 비용이 증가하게 된다.
본 발명에 따르면, 도 5에 도시한 바와 같이, 종래의 마스크(53)는 상술한 바와 같은 프로그램가능 마스크(20)로 교체될 수 있고, 이 마스크에 대한 제어용 디바이스(56)를 포함하는 것으로 교체될 수 있다. 제어용 디바이스는 예를 들면 마 이크로 컴퓨터와 같은 분리 모듈이거나, 리소그래픽 장치의 모든 작용을 제어하는 제어 모듈의 일부를 형성할 수도 있다. 이와 같이, 마스크 패턴은 필요한 마스크 패턴에 따라, 그 개개의 화소, 혹은 프로그램가능 소자들을 온 및 오프함으로써 어느 때라도 간단하게 변경될 수 있기 때문에, 포토리소그래픽 기술은 매우 유연성이 있다. 시험적인 제조 프로세스에서, 마스크는 쉽게 교정될 수 있고, 교정이 필요하면 교체될 필요가 없다. 마스크가 매우 다른 형태의 장치들의 제조에 적합하고, 특별 주문된 장치 등의 작은 분량의 장치에 대한 비용을 상당히 줄일 수 있다.
또한, 프로그램가능 마스크는, 투영 시스템(60)을 사용하지 않는 근접 인쇄 장치에도 사용될 수 있고, 마스크와 기판은 작은 에어 갭에 의해서만 분리된다.
리소그래피에서 프로그램가능 마스크를 사용하는 특별한 이점은, 마스크가 광대한 UV(DUV) 방사선 등의 투영 방사선에 민감하지 않다는 점이다.
상기에서 설명한 스위칭 가능한 격자는 종래의 진폭 격자를 대신할 수 있고, 제조가 용이하고 저가라는 이점을 나타내며, 격자 스트립과 중간 스트립 간의 높은 콘트라스트(contrast)를 나타낸다. 이 격자의 가능성은 광학 시스템 혹은 2개의 방사 빔을 사용하는 장치에서 최적으로 사용될 수 있고, 그 빔들은 같은 방사 경로를 따르지만, 빔 중 하나만이 회절을 겪고 다른 하나는 회절을 겪지 않는다. 이것은 공통 방사 경로에 신규한 격자를 배치하여 하나의 빔에 대해서는 격자를 온하고 다른 빔에 대해서는 격자를 오프함으로써 달성될 수 있다.
그러한 장치의 예로서는 제1 정보 밀도를 가진 제1 형태의 광학 정보매체와, 제2 정보 밀도를 가진 제2 형태의 광학 정보매체를 판독 및 기록하기 위한 광학 장 치가 있다. 이 장치는 제1 형태의 정보매체와 연동하기 위해 제1 파장을 갖는 제1 방사 빔과, 제2 형태의 기록매체와 연동하기 위해 제2 파장을 갖는 제2 방사 빔을 공급하는 방사원 유닛과, 제1 및 제2 형태의 기록매체의 정보층에 제1 및 제2 빔을 각각 포커싱하기 위한 대물계를 구비한다.
미국 공개특허 US2002/0027844A1은 제1 동작 모드에서 제1 HD 정보층을 가진 제1 기록매체를 주사하고, 제2 동작 모드에서 제2 LD 정보층을 가진 제2 형태의 기록매체를 주사하기 위한 광학 주사 장치를 일례로서 기술하는데, 이 장치는 몇 개의 회절 격자를 구비할 수도 있다. HD 스탠드(stands)의 고밀도 기록매체로서는 예를 들면 DVD(Digital Versatile Disc) 형태의 기록매체가 있다. 그러한 기록매체에는 HD 빔이 주사된다. LD 스탠드의 저밀도 기록매체로서는 예를 들면 CD(Compact Disc) 형태의 기록매체가 있다. 그러한 기록매체에는 LD 빔이 주사된다. HD 빔은 예를 들면 780nm의 LD 빔보다 작은 예를 들면 650nm의 파장을 가지므로, 동일한 대물계가 HD 빔을 CD 빔보다 작은 스폿에 포커싱한다.
도 6은 결합(콤비)층이라고도 불리는 주사 장치의 실시예를 도시한 것이다. 이 장치(80)의 광학 경로는 2개의 파장 다이오드 레이저 패킷의 형태를 지닌 방사원(82)을 포함한다. 이것은 서로 다른 파장의 방사 빔(86, 87)을 각각 방출하는 2개의 소자(83, 84)를 가진 조립된 반도체 모듈이다. 이 모듈은 2개의 방출 소자를 가진 싱글 다이오드 레이저 칩 혹은 한 패키지 내에 배치된 2개의 다이오드 레이저 칩을 포함할 수도 있다. 방출소자 간의 거리는 가능한 작더라도, 빔 86 및 87의 주요부분 광선은 일치하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 도 6에서, HD 빔(86)과 LD 빔 (87)은 명료성을 위해 싱글 방사 빔으로 표시된다.
방사원 유닛(82)으로부터 방출된 빔 86 혹은 87은 빔의 일부를 시준렌즈(90)에 반사시키는 빔 스플리터(88), 예를 들면 반투명 미러에 입사된다. 이 렌즈는 발산 빔을 시준 빔으로 변환한다. 이 빔은 HD 빔을 주사 스폿 94에 포커싱하고, LD 빔을 주사 스폿 96에 포커싱하는 대물 렌즈계(92)를 통과한다.
스폿 94가 주사하는 HD 기록매체(100)는 예를 들어 0,6mm의 두께를 가진 투명층(101)과, 정보층(102)을 포함한다. 스폿 96이 주사하는 LD 기록매체(105)는 예를 들어 1,2mm의 두께를 가진 투명층(106)과 정보층(107)을 포함한다.
각각의 정보층에 의해 반사된 방사 빔 86 혹은 87은 이 빔의 광학 경로를 따라 복귀하고, 빔 스플리터(88)를 통과하며, 시준렌즈(90)에 의해 방사 감도 검출 시스템(97) 상의 스폿 98 및 99에 각각 집광된다. 이 시스템은 빔을 전기 검출기 신호로 변환한다. 주사되고 있는 정보층에 저장된 정보를 나타내는 정보 신호와, 정보층 102 혹은 107(초점 제어)과 직각을 이룬 방향으로 그리고 트랙 방향(트랙킹 제어)과 직각을 이룬 방향으로 포커스 94 혹은 96을 위치시키기 위한 제어 신호를 검출기 신호부터 얻는다.
도 6에 개략적으로 도시한 형태의 장치에 있어서, 회절 격자는 방사 경로에서의 서로 다른 위치에 서로 다른 목적을 위해 사용될 수도 있다. 빔 결합 격자는 빔 86, 87 중 하나를 회절시키기 위해서 방사원 유닛(82)에 근접하게 배치되고, 그 빔의 축은 이 장치에서 2개의 빔이 동일한 경로를 정확히 따르도록 회절하지 않는 다른 빔의 축과 일치한다. 빔들 중 하나에 대해서만 격자가 효과적이야 하는 필요 조건은, 회절되어야 하는 빔을 공급하는 방사원 83 혹은 84과 함께, 본 발명에 따른 격자를 사용하고 이 격자를 온시킴으로써, 즉 이 격자 내의 나노-소자들을 굴곡시킴으로써 충족될 수 있다. 이 빔은 굴곡된 나노-소자들의 보통 방향과 평행한 편광 방향을 가진 선형적으로 편광된 빔이라는 점에 주의해야 한다. 도 6은 이와 같은 격자와 방사원 유닛(82)의 제어 입력 사이의 개략적으로 표시된 격자 110과 라인 112를 도시한 것으로서, 이 라인은 격자의 동시 스위칭 및 관련 방사원을 상징적으로 나타낸 것이다.
또한, 빔 결합 격자는 빔 스플리터(88)와 방사 감도 검출 시스템(97) 사이에 배치되어, 관련 정보층에 의해 반사된 빔 중 하나를 회절시킴으로써, 이 빔은 다른 정보층에 의해 반사된 다른 빔과 공통 축을 갖게 된다. 방사 감도 검출 시스템 상의 이들 빔에 의해 형성된 스폿 98 및 99는, 2개의 빔에 대해서 동일한 검출 소자를 사용할 수 있도록 같은 위치를 갖는다. 이들 빔 중 하나만이 회절되어야 하고 다른 하나는 회절되지 않아야 하지 때문에, 본 발명에 따른 회절 격자는 이 목적을 위해 사용되는 것이 유리할 수 있다. 그러한 격자는 도 6의 소자 114로 개략적으로 표시되어 있다.
도 6에 도시된 형태의 장치에 있어서, 잠깐 주사되는 정보 트랙 상의 주사 스폿을 따르는, 즉 유지하는 트랙은, 3스폿 방법에 의해 수행될 수 있다. 이 방법을 이용하는 장치는 주사 빔을 정보층 내의 메인 스폿을 형성하는 메인 빔과, 정보층 내의 2개의 위성 스폿을 형성하는 2개의 보조 빔으로 분리하는 회절 격자를 포함한다. 이 메인 스폿은 정보를 판독 및/또는 기록하기 위해 사용되고, 위성 스폿 은 정보 트랙의 중심선에 대하여 메인 스폿의 위치를 계측하기 위해 사용된다. 3스폿 방법이 하나의 빔에 대해서만, 예를 들어 정보를 기록하는 빔에 대해서만 사용되면, 3스폿 격자는 다른 빔에 대해서는 나타나지 않아야 한다. 이것은 종래의 회절 격자를 본 발명에 따른 스위칭 가능한 격자로 교체함으로써 실현될 수 있는데, 그 격자는 상기 다른 빔의 존재 시에는 오프된다. 그러한 3스폿 격자(116)는 방사원 유닛(82)과 빔 스플리터(88) 사이에 배치될 수 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 빔 결합 격자(110)가 존재하면, 격자 110 및 116은 하나의 기판(118)의 서로 다른 측면에 배치될 수 있다.
또한, 장치는 2개의 3스폿 회절 격자를 구비하는데, 예를 들어, 2개의 빔이 그들 각각의 정보 평면에 정보를 기록해야 하는 경우에는, 이들 빔의 각각에 대해서는 한 개를 구비한다. 그 경우에, 장치의 동작 중에는 언제라도, 그 격자에 대한 빔이 미리 정해지는 동시에, 3스폿 격자 중 하나가 온되고 다른 것은 오프된다.
본 발명의 2가지의 애플리케이션, 즉 광학 기록 기술을 위한 스위치 가능한 선형 회절 격자 및 프로그램가능 리소그래픽 마스크에 대해서 설명했다. 이것은, 본 발명이 이들 애플리케이션에 한정되는 것을 의미하지 않는다. 본 발명에 따른 스위칭 가능한 선형 격자는, 같은 경로를 따라 이동하는 2개의 빔(그 빔 중 하나는 회절되어야 하고 다른 하나는 회절되지 않아야 함)을 사용하는 어떤 광학 시스템에서든지 사용될 수 있는데, 더 일반적으로는 스위칭 가능한 격자를 사용하는 어떤 광학 시스템에도 본 발명에 따른 스위칭 가능한 선형 격자가 사용될 수 있다. 또한, 프로그램가능 격자는 서로 다른 방향, 예를 들면 서로 수직한 방향으로 연장된 다는 점에서 서로 다른, 2차원 격자, 즉 제1 격자 스트립과 제2 격자 스트립을 가진 격자일 수도 있다. 제1 격자 스트립은 그들 중간 스트립과 함께, 제1 표면 영역에 배치되고, 제2 격자 스트립은, 그들 중간 스트립과 함께, 제1 표면 영역과 교대로 배치되는 제2 표면 영역에 배치된다. 제1 및 제2 표면 영역은 정사각형 형상을 가져도 되고, 이들 영역의 가장자리는 전체 격자의 가장자리와 평행하거나 전체 격자의 가장자리에 대해 대각선의 위치에 있다.
본 발명은 회절 격자에서만 사용되는 것이 아니라, 제2 영역과 교대로 배치되는 스트립 혹은 그 반대의 형상을 가진 제1 영역으로 구성되는 어떤 회절 소자에서든지 사용될 수 있는데, 이 제1 및 제2 영역은 서로 다른 흡수율을 나타낸다. 그러한 회절 소자로서 잘 알려진 예로서는 프레넬(존) 렌즈가 있다. 도 7은 본 발명에 다른 프레넬 렌즈(120)의 실시예를 나타낸다. 이 렌즈는 제2 환형 형상을 가진 스트립(124)과 교대로 배치되는 제2 환형 형상을 가진 스트립(122)으로 구성된다. 제1 스트립은 나노-소자(126)를 포함하지만, 제2 스트립은 나노-소자를 포함하지 않는다. 나노-소자들은 굴곡진 위치에 도시되어 있고, 즉 렌즈가 온되고, 제1 스트립이 적절한 편광을 가진 방사선을 흡수한다. 제2 스트립은 방사선을 흡수하지 않기 때문에, 부품은 프레넬 렌즈로서 작용한다. 부품이 오프되면, 즉 나노-소자들이 도면의 평면과 수직하게 배치되면, 제1 스트립은 흡수하지 않고, 그 부품은 평면 평행 판이다. 명확함을 위해, 몇 개의 스트립만이 도 7에 도시되어 있지만, 실제로는, 스트립의 수는 훨씬 더 많다. 나소-소자들의 수에 대해서는 같다. 프레넬 구조는 선형 격자에 대해서 상술한 것과 같은 방법으로 제조되어도 된다.
Claims (25)
- 방사 빔의 강도를 공간적으로 제어하는 프로그램가능 광학 부품으로서, 프로그램가능 소자들로 분리되는 프로그램가능 층을 구비하는 프로그램가능 광학 부품에 있어서, 각각의 프로그램가능 소자는, 구동 필드에 의해 굴곡되지 않은 상태와 굴곡 상태 사이에서 스위칭할 수 있는 굴곡 가능한 나노-소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 1 항에 있어서,기판과, 제1 및 제2 전극부로 구성되고 프로그램가능 소자 영역을 규정하는 전극 구성과, 상기 전극 구성의 최상면 위에 있는 나노-소자들을 내장한 매개물을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 2 항에 있어서,전기 분리층은 상기 전극 구성과 상기 나노-소자들을 내장한 매개물 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 2 항에 있어서,각각의 나노-소자는 절연 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 2 항에 있어서,상기 나노-소자들을 내장한 매개물은 절연 유체인 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 및 제2 전극부는 손가락 모양을 지닌 한 쌍의 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전극 구성은 평탄층에 삽입되고, 나노-소자들을 내장한 층은 상기 평탄층 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,제2 전극 구성은 기판 쪽을 향하는 상기 나노-소자들을 내장한 매개물의 측면으로부터 멀리 떨어져 있는 상기 매개물의 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 나노-소자들은 1nm~50nm 범위의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한에 있어서,상기 나노-소자들은 나노와이어들인 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 나노-소자들은 나노튜브들인 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 나노-소자들은 반도체 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 11 항에 있어서,상기 나노튜브들은 탄소 나노튜브들인 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 13 항에 있어서,상기 나노튜브들은 단일 벽 나노튜브들인 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 프로그램가능 광학 부품은 전달 부품인 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 프로그램가능 광학 부품은 반사 부품인 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,스위칭 가능한 회절 격자를 형성하고, 상기 프로그램가능 소자들은 가늘고 긴 형상을 가지며, 나노-소자들이 적은 중간 스트립과 교대로 배치되는 격자 스트립을 구성하는 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 17 항에 있어서,선형 격자를 형성하고, 상기 프로그램가능 소자들은 모두 같은 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 17 항에 있어서,제1 방향으로 연장되는 제1 프로그램가능 소자들과, 제2 방향으로 연장되는 제2 프로그램가능 소자들을 가진 2차원 격자를 형성하고, 상기 제1 프로그램가능 소자들은 제1 표면 영역에 배치되고, 상기 제2 프로그램가능 소자들 상기 제1 표면 영역과 교대로 배치되는 제2 표면 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,스위칭가능 프레넬 렌즈를 형성하고, 상기 프로그램가능 소자들은 환형의 형상을 가지며, 나노-소자들이 적은 중간 환형 스트립과 교대로 배치되는 프레넬 렌즈 존을 구성하는 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,변경가능한 마스크 패턴을 가진 마스크를 형성하고, 상기 프로그램가능 소자들은 2차원 구조로 배치되는 화소들을 구성하는 것을 특징으로 하는 프로그램가능 광학 부품.
- 제1 정보 밀도를 가진 제1 형태의 광학 정보매체와, 제2 정보 밀도를 가진 제2 형태의 광학 정보매체를 주사하는 장치로서, 상기 제1 형태의 정보매체와 연동하기 위해 제1 파장을 갖는 제1 방사 빔과, 상기 제2 형태의 정보매체와 연동하기 위해 제2 파장을 갖는 제2 방사 빔을 공급하는 방사원 유닛과, 상기 제1 및 제2 형 태의 정보매체의 정보층 내의 제1 및 제2 주사 스폿에 상기 제1 및 제2 빔을 포커싱하기 위한 대물계를 구비하는 주사 장치에 있어서, 제18항에 기재된 적어도 하나의 부품을 구비하는 것을 특징으로 하는 주사 장치.
- 제 22 항에 있어서,상기 부품은 빔 결합 회절 격자이고, 그러한 격자는 아래의 광학 경로부 중 적어도 하나에, 즉- 상기 방사원 유닛과 상기 대물계 사이에,- 상기 대물계와, 상기 정보층으로부터 방사선을 수신하기 위한 방사 감도 검출 시스템 사이에,배치되는 것을 특징으로 하는 주사 장치.
- 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,상기 부품은 3스폿 회절 격자로서, 상기 방사원 유닛과 상기 대물계 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 주사 장치.
- 적어도 하나의 기판층에서 장치 특징들을 생성하는 리소그래픽 프로세스로 서, 투영 장치에 의해 마스크 패턴을 상기 기판층으로 전달하는 것을 포함하는 리소그래픽 프로세스에 있어서, 제21항에 기재된 마스크를 사용하는 것을 특징으로 하는 리소그래픽 프로세스.
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