KR20090039135A - Method for laser interference lithography using a diffraction grating - Google Patents

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Abstract

A laser interference lithography method using a diffraction grating is provided to perform an interference pattern of a high resolution by designing a diffraction grating capable of enhancing diffraction efficiency. A lithography object(40) includes a work substrate(41), a photosensitive material layer(42), a refractive index matching material layer(43), and a diffraction grating(44). An incident light 1 and an incident light 2 are irradiated on a diffraction grating. Efficiency of a primary diffraction light among diffraction lights of the incident light is largely set in a diffraction grating design process. Two incident lights are diffracted into various directions through the diffraction grating. The photosensitive material layer of a bottom of the diffraction grating is exposed by using interference of a primary diffraction component. The refractive index matching material layer is formed for matching a refractive index between the diffraction grating and the photosensitive material layer.

Description

회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법{Method for laser interference lithography using a diffraction grating}Method for laser interference lithography using a diffraction grating

본 발명은 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회절 격자를 이용하여 경사지게 입사되는 두개의 광원의 +1차 회절광을 이용하여 기존의 레이저 간섭 리소그래피 방법보다 해상도가 향상된 미세 패턴을 형성할 수 있는 회절 격자를 이용한 레이저 리소그래피 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser interference lithography method using a diffraction grating, and more particularly, the resolution is improved compared to the conventional laser interference lithography method by using the + 1st order diffracted light of two light sources which are obliquely incident using the diffraction grating. A laser lithography method using a diffraction grating capable of forming a pattern.

일반적으로, 레이저 간섭 리소그래피는 여러 개의 진행파 벡터를 갖는 가간섭성(Coherence)이 높은 빛의 중첩영역에서 발생하는 간섭 패턴을 이용하여 노광을 수행하는 기술이다. 즉, 빛의 중첩된 영역에서 형성되는 간섭 패턴을 감광재층에 노광시키고 이를 현상하는 기술이다. 레이저 간섭 리소그래피는 대면적의 고해상도(Sub-Micrometer) 패턴을 쉽고 값싸게 구현할 수 있는 장점이 있어 최근 들어 주목을 받고 있다. 비록 규칙적인 패턴 형성만이 가능한 단점이 있지만, 나노 기술에서 요구되는 패턴의 대부분이 정형화된 규칙적 패턴이기 때문에 위 단점은 크게 문제시되지 않는다.In general, laser interference lithography is a technique for performing exposure using an interference pattern generated in an overlapping region of high coherence light having a plurality of traveling wave vectors. That is, a technique of exposing and developing the interference pattern formed in the overlapped region of light to the photosensitive material layer. Laser interference lithography has attracted attention recently because it has the advantage of easily and inexpensively implementing a large-area high-resolution (sub-micrometer) pattern. Although there is a disadvantage in that only regular pattern formation is possible, the above disadvantage is not a big problem because most of the patterns required in nanotechnology are regular regular patterns.

레이저 간섭 리소그래피는 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 다른 진행 방향을 가지는 두 평행광 E1과 E2의 중첩된 영역에서 이루어지는 전자기파의 간섭을 통해 그 기본 원리를 이해할 수 있다. 상기 평행광 E1과 E2는 진행방향의 직교한 방향의 위상차가 없는 빛을 가정하여 표현하였다. E1과 E2의 평행한 선들은 빛의 위상이 같은 부분을 나타낸다.Laser interference lithography, as shown in Figure 1, can understand the basic principle through the interference of the electromagnetic waves made in the overlapping region of the two parallel light E1 and E2 having different directions of travel. The parallel lights E1 and E2 are expressed assuming light having no phase difference in a direction orthogonal to the traveling direction. Parallel lines of E1 and E2 represent the same phase of light.

잘 알려진 바와 같이, 파동은 위상이 동일한 위치에서 보강 간섭을, 위상이 다른 부분에서 상쇄간섭을 일으킨다. 빛도 파동의 일종이기 때문에 이 같은 원리가 동일하게 적용된다. E1과 E2는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.As is well known, the waves cause constructive interference at the same phase and cancel out interference at different phases. Since light is a wave, the same principle applies. E1 and E2 may be represented by Equation 1 below.

Figure 112007074324449-PAT00001
Figure 112007074324449-PAT00001

(수학식 중, A와 a는 전자파의 세기, Kr과 Ks는 E1과 E2의 파 벡터이다.)(In formula, A and a are the intensity of electromagnetic waves, Kr and Ks are wave vectors of E1 and E2.)

한편, 빛의 세기는 전자파 크기의 제곱에 비례하므로 중첩된 영역에서의 빛의 세기 프로파일은 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.On the other hand, since the light intensity is proportional to the square of the magnitude of the electromagnetic wave, the intensity profile of the light in the overlapped region may be represented by Equation 2 below.

Figure 112007074324449-PAT00002
Figure 112007074324449-PAT00002

상기 수학식 2를 참조하면, 상기 E1과 E2가 중첩된 영역에서의 빛의 세기 프 로파일은 삼각함수와 같이 주기적인 함수로 표현되는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 주기는 상기 수학식 2로부터 하기 수학식 3과 같이 유도될 수 있다.Referring to Equation 2, it can be seen that the light intensity profile in the region where E1 and E2 overlap is represented by a periodic function such as a trigonometric function. Here, the period may be derived from Equation 2 as shown in Equation 3 below.

Figure 112007074324449-PAT00003
Figure 112007074324449-PAT00003

상기 수학식 3을 참조하면, 중첩된 영역의 주기는 간섭각 및 파장과 깊은 관계가 있음을 확인할 수 있다.Referring to Equation 3, it can be seen that the period of the overlapped region is deeply related to the interference angle and the wavelength.

레이저 간섭 리소그래피는 2개의 레이저 광이 보강 간섭을 일으키는 영역에서의 빛의 세기 프로파일이 국소적으로 변화되는 현상을 이용하는 것으로서, 감광재층을 중첩된 간섭 패턴 영역에 노광시킨 후 감광재층을 현상하면 반복적인 미세 패턴을 얻을 수 있다. 상기 수학식 3에 의하면, 레이저 간섭 패턴에 의해 형성할 수 있는 미세 패턴의 피치는 레이저 파장의 1/2임을 알 수 있다.Laser interference lithography uses a phenomenon in which the intensity profile of light in a region where two laser lights cause constructive interference is locally changed. When the photosensitive material layer is exposed to an overlapping interference pattern area, the photosensitive material layer is developed repeatedly. Fine patterns can be obtained. According to Equation 3, it can be seen that the pitch of the fine pattern which can be formed by the laser interference pattern is 1/2 of the laser wavelength.

도 2는 레이저 간섭 리소그래피에 사용되는 레이저 광원이 266nm인 경우 레이저의 간섭각에 따른 미세 패턴의 해상도(피치)를 도시한 그래프이다.2 is a graph showing the resolution (pitch) of the fine pattern according to the interference angle of the laser when the laser light source used for laser interference lithography is 266 nm.

도 2에 도시된 바와 같이, 레이저의 간섭각이 증가할수록 미세 패턴의 피치가 감소하는 것을 알 수 있다. 미세 패턴의 피치는 133㎚로 수렴하는 것을 알 수 있다. 이 수치는 레이저의 간섭 각도가 90도일 때 얻을 수 있는 미세 선폭의 피치로서 레이저 파장의 1/2에 해당한다. 하지만, 간섭각이 90도인 경우는 레이저가 감광재층의 상부 표면과 평행하게 도파하는 경우이므로, 공정상의 실제 구현은 불가능하다고 볼 수 있다.As shown in FIG. 2, it can be seen that as the interference angle of the laser increases, the pitch of the fine pattern decreases. It can be seen that the pitch of the fine pattern converges to 133 nm. This value is the pitch of the fine line width obtained when the interference angle of the laser is 90 degrees, which corresponds to 1/2 of the laser wavelength. However, when the interference angle is 90 degrees, since the laser waveguides parallel to the upper surface of the photosensitive material layer, it may be considered that the actual implementation is not possible.

한편, 최근에는 레이저 간섭 리소그래피를 이용한 미세 패턴의 형성시 피치를 더욱 감소시키기 위해 감광재층 상에 회절 마스크를 형성한 후 레이저 간섭 리소그래피를 적용하는 방법이 제안되었다. 일반적으로는, 0차 및 -1차 회절광을 서로 간섭시키는 방법과 ±1차 회절광을 서로 간섭시키는 방법으로 크게 나뉜다. 그런데, 0차, -1차 회절광을 이용하는 방법은 회절 격자의 주기와 동일한 피치를 갖는 미세 패턴의 형성이 가능하고, ±1차 회절광을 이용하는 방법은 회절 격자 주기의 1/2의 피치를 갖는 간섭 패턴의 형성이 가능하다.On the other hand, recently, a method of applying laser interference lithography after forming a diffraction mask on the photosensitive material layer to further reduce the pitch in forming a fine pattern using laser interference lithography has been proposed. In general, the method is largely divided into a method of interfering 0th and -1st diffraction light with each other and a method of interfering ± 1st order diffracted light with each other. By the way, the method using the 0th order and -1st order diffracted light can form a fine pattern having the same pitch as the period of the diffraction grating, and the method using ± 1st order diffracted light has a pitch of 1/2 of the diffraction grating period. The interference pattern can be formed.

따라서, 회절 격자의 주기를 작게 하면 할수록 보다 미세한 패턴의 형성이 가능하게 된다. 그런데, 문제는 물리적 한계로 인하여 레이저 광원의 1/2 이하인 격자 주기를 갖는 회절 마스크의 제작 자체가 현실적으로 어렵다는데 있다.Therefore, the smaller the period of the diffraction grating, the finer the pattern can be formed. However, the problem lies in the fact that it is practically difficult to manufacture a diffraction mask having a lattice period of 1/2 or less of a laser light source due to physical limitations.

최근에는 레이저 간섭 리소그래피의 해상도를 높이기 위하여 액침 리소그래피(Immersion Lithography) 방법이 많은 관심을 받고 있다. 액침 리소그래피는 굴절률이 높은 물질에서 전자파의 파장이 짧아지는 효과를 이용하는 것으로서 주로 프리즘을 이용한 방법을 많이 사용한다.Recently, in order to increase the resolution of laser interference lithography, an immersion lithography method has received much attention. Immersion lithography uses the effect of shortening the wavelength of electromagnetic waves in a material having a high refractive index, and mainly uses a prism method.

도 3은 종래기술의 프리즘을 이용한 액침 간섭 리소그래피를 설명하기 위해 도시한 도면이다.FIG. 3 is a diagram for explaining immersion interference lithography using a prism of the prior art.

도 3에 도시된 바와 같이, 프리즘(4)을 이용할 경우 감광재층(3) 상에 프리즘(4)을 추가한 후 액침 간섭 리소그래피를 수행하게 된다. 프리즘(4)을 이용한 액침 간섭 리소그래피는 프리즘(4)의 격면에 수직 입사하는 2개의 입사광(λ)을 이용하여 간섭 패턴을 형성한다. 프리즘이 없는 경우는 간섭 패턴의 주기가 λ/2sinθ 가 되나 프리즘(4)을 사용할 경우 프리즘(4)의 굴절률을 n이라 가정하면 내부에서 파장이 λ/n이 되므로 패턴 주기가 λ/2nsinθ로 줄어들어 기존 방법보다 미세 패턴의 해상도를 더 높일 수 있다. 그러나, 프리즘(4)을 사용한 액침 간섭 리소그래피의 경우 프리즘(4)과 감광재층(3) 사이의 굴절률 정합을 위하여 인덱스 매칭 물질(Index Matching Liquid)을 반드시 사용하여야만 한다. 만약, 인덱스 매칭 물질을 사용하지 않을 경우 프리즘(4)과 감광재층(3) 사이에 에어 갭이 발생하여 노광된 패턴에 얼룩이 발생하고 프리즘(4) 내부에서의 전반사로 인해 보강 간섭을 일으키는 빛의 세기가 감소함으로써 미세 패턴의 선명도가 떨어지는 문제가 있다. 또한, 대형 프리즘(4)이 필요한 경우 레이저 리소그래피 장비의 대형화가 수반되어야 하는 등 여러가지 공정 문제를 야기하게 된다.As shown in FIG. 3, when the prism 4 is used, immersion interference lithography is performed after adding the prism 4 on the photosensitive material layer 3. Liquid immersion lithography using the prism 4 forms an interference pattern using two incident light λ perpendicular to the interface of the prism 4. In the absence of a prism, the period of the interference pattern is λ / 2sinθ, but when the prism 4 is used, assuming that the refractive index of the prism 4 is n, the wavelength becomes λ / n internally, so the pattern period is reduced to λ / 2nsinθ. It is possible to increase the resolution of the fine pattern more than the conventional method. However, in the case of immersion interference lithography using the prism 4, an index matching liquid must be used for refractive index matching between the prism 4 and the photosensitive material layer 3. If an index matching material is not used, an air gap is generated between the prism 4 and the photosensitive material layer 3 to cause staining of the exposed pattern and to cause constructive interference due to total reflection inside the prism 4. As the intensity decreases, there is a problem that the sharpness of the fine pattern is inferior. In addition, when the large prism 4 is required, various process problems are caused, such as the need for large-sized laser lithography equipment.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 종래의 레이저 간섭 리소그래피 방법보다 패턴의 해상도가 높고 공정 편의성을 높일 수 있는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and provides a laser interference lithography method using a diffraction grating that has a higher resolution of a pattern and a higher process convenience than a conventional laser interference lithography method. have.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법은, (a) 미세 반복 패턴을 형성할 워크 기판 상에 감광재층을 형성하는 단계; (b) 상기 감광재층 상에 회절 격자를 형성하는 단계; 및 (c) 좌 우측에서 경사 레이저 빔을 회절 격자에 조사하여 양의 고차 회절광에 의해 간섭 노광을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a laser interference lithography method using a diffraction grating according to the present invention includes: (a) forming a photosensitive material layer on a work substrate on which a fine repeating pattern is to be formed; (b) forming a diffraction grating on the photoresist layer; And (c) irradiating the inclined laser beam to the diffraction grating at the left and right to perform the interference exposure by the positive higher-order diffracted light.

바람직하게, 상기 양의 고차 회절광은 +1차 회절광이다.Preferably, the positive higher order diffracted light is + 1st order diffracted light.

바람직하게, 상기 (b) 단계 전에, 상기 감광재층 상에 굴절률 정합 물질층을 형성하는 단계를 더 포함한다.Preferably, before the step (b), further comprising the step of forming a refractive index matching material layer on the photosensitive material layer.

바람직하게, 상기 (c) 단계 전에, 상기 회절 격자가 형성된 워크 기판 주위의 가스 분위기를 공기보다 굴절률이 높은 가스 분위기로 형성하는 단계를 더 포함한다.Preferably, before the step (c), further comprising the step of forming a gas atmosphere around the work substrate on which the diffraction grating is formed to a gas atmosphere having a higher refractive index than air.

본 발명에 있어서, 상기 좌우로 입사되는 경사 레이저 광은 거울면 대칭을 이룬다.In the present invention, the oblique laser light incident to the left and right is a mirror surface symmetry.

본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계를 진행하기 전에, 상기 감광재층 상에 반사 방지 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함한다.In the present invention, before the step (b), further comprising the step of forming an anti-reflective coating layer on the photosensitive material layer.

본 발명에 있어서, 상기 감광재층은 i-line 계열의 감광막 또는 DUV(Deep Ultraviolet) 계열의 감광막이다.In the present invention, the photoresist layer is an i-line photosensitive film or a deep ultraviolet (DUV) photosensitive film.

본 발명에 있어서, 상기 회절 격자의 격자 패턴 단면은 직사각형, 사다리꼴 또는 삼각형이다.In the present invention, the grating pattern cross section of the diffraction grating is rectangular, trapezoidal or triangular.

본 발명에 따르면, 레이저 광원의 +1차 회절광의 회절 효율을 높일 수 있는 회절 격자를 설계하여 레이저 간섭 리소그래피에 사용함으로써, 종래보다 고해상도의 간섭 패턴을 구현할 수 있다.According to the present invention, by designing a diffraction grating capable of increasing the diffraction efficiency of the + 1st order diffracted light of the laser light source and using it for laser interference lithography, an interference pattern having a higher resolution than before can be realized.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 리소그래피를 위한 장치의 개략적인 구성도이다.4 is a schematic structural diagram of an apparatus for laser lithography according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 간섭 리소그래피 장치는, 레이저 빔(1)을 발생시키는 레이저 광원(10)과, 상기 레이저 빔(1)을 2개의 빔으로 분리시키는 빔 스플리터(20)와, 상기 레이저 빔(1)을 목적하는 위치에 입사시키기 위한 다수의 거울(30)과, 리소그래피 대상체(40)로 구성되어 있다.4, a laser interference lithography apparatus according to the present invention includes a laser light source 10 for generating a laser beam 1, a beam splitter 20 for separating the laser beam 1 into two beams, And a plurality of mirrors 30 and a lithographic object 40 for injecting the laser beam 1 into a desired position.

상기 레이저 간섭 리소그래피 장치는 레이저 광원(10)으로부터 발생된 레이저 빔(1)을 빔 스플리터(20)를 통해 분리한다. 그런 다음, 다수의 거울(30)을 이용하여 리소그래피 대상체(40) 상에 2개의 레이저 빔(1)을 일정한 각도로 경사지게 입사시켜 상기 리소그래피 대상체(40)에 간섭 패턴을 형성시킨다.The laser interference lithographic apparatus separates the laser beam 1 generated from the laser light source 10 through the beam splitter 20. Then, two laser beams 1 are obliquely incident on the lithographic object 40 at a predetermined angle using the plurality of mirrors 30 to form an interference pattern on the lithographic object 40.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 간섭 리소그래피 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a laser interference lithography method according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 상기 리소그래피 대상체(40)는 워크 기판(41), 감광재층(42), 굴절률 정합 물질층(43) 및 회절 격자(44)를 포함한다.Referring to FIG. 5, the lithographic object 40 includes a work substrate 41, a photosensitive material layer 42, a refractive index matching material layer 43, and a diffraction grating 44.

상기 회절 격자(44) 상에는 입사광(1 및 2)이 거울면 대칭으로 θi의 입사각을 이루며 경사지게 입사된다. 여기서, 회절 격자(44)는 입사광의 회절광 중 +1차 회절광의 효율이 가장 크게 설계하는 것이 바람직하다.Incident light 1 and 2 are incident on the diffraction grating 44 at an inclined plane with an incidence angle of θ i in mirror plane symmetry. Here, it is preferable that the diffraction grating 44 is designed to have the largest efficiency of the + 1st order diffracted light among the diffracted light of the incident light.

상기 2개의 입사광은 회절 격자(44)를 통해 여러 가지 방향으로 회절하게 되는데, 본 발명은 회절된 회절광 중 θmg의 회절각을 이루는 +1차 회절 성분의 간섭을 이용하여 회절 격자(44) 하부의 감광재층(42)을 노광시키게 된다. 이 때, 상기 회절 격자(44)와 감광재층(42) 사이의 굴절률 정합을 위하여 굴절률 정합 물질층(43)을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 입사각(θi)과 회절 격자(44) 내에서의 1차 회절각(θmg) 간의 관계는 브래그(Bragg) 조건을 이용하여 하기 수학식 4와 같이 유도될 수 있다.The two incident lights are diffracted in various directions through the diffraction grating 44. The present invention utilizes the interference of the + 1st order diffraction component, which forms a diffraction angle of θ mg, among the diffracted diffraction lights. The photosensitive material layer 42 is exposed. At this time, it is preferable to form the refractive index matching material layer 43 to match the refractive index between the diffraction grating 44 and the photosensitive material layer 42. The relationship between the incident angle θi and the first order diffraction angle θmg in the diffraction grating 44 may be derived as shown in Equation 4 using Bragg conditions.

Figure 112007074324449-PAT00004
Figure 112007074324449-PAT00004

(수학식 중, θi는 입사광의 입사각, θmg는 +1차 회절광의 회절각, Λ는 회절 격자의 주기, λ는 입사광의 파장 주기, n0은 공기의 굴절률, n1은 회절 격자의 굴절률)Where θi is the incident angle of incident light, θmg is the diffraction angle of the + 1st order diffracted light, Λ is the period of the diffraction grating, λ is the wavelength period of the incident light, n 0 is the refractive index of air, n 1 is the refractive index of the diffraction grating)

상기 수학식 4를 참조하면, 상기 회절 격자(44)의 굴절률이 n1이므로 회절 격자(44) 내에서의 1차 회절광의 간섭 패턴의 주기는 하기 수학식 5와 같이 유도될 수 있다.Referring to Equation 4, since the refractive index of the diffraction grating 44 is n 1 , the period of the interference pattern of the first-order diffracted light in the diffraction grating 44 may be derived as in Equation 5 below.

Figure 112007074324449-PAT00005
Figure 112007074324449-PAT00005

(수학식 중, Pitch는 1차 회절광의 간섭 패턴의 주기, θmg는 +1차 회절광의 회절각, λ는 입사광의 파장 주기, n1은 회절 격자의 굴절률)Where Pitch is the period of the interference pattern of the first diffracted light, θmg is the diffraction angle of the + 1st diffraction light, λ is the wavelength period of the incident light, and n 1 is the refractive index of the diffraction grating.

상기 수학식 5를 통해 알 수 있는 바와 같이, 상기 회절 격자(44) 내에서 0차 회절광의 간섭은 회절 격자가 없는 종래기술의 간섭 리소그래피의 해상도인 λ/sinθi이며 회절 격자(44) 내에서 0차 회절광의 간섭각은 항상 1차 회절광의 간섭각보다 작아지게 되므로 1차 회절광 간섭에 의한 패턴 해상도는 종래기술의 간섭 리소그래피의 경우보다 향상되게 된다.As can be seen from Equation 5, the interference of the zero-order diffracted light in the diffraction grating 44 is λ / sinθi, which is the resolution of the prior art interference lithography without the diffraction grating, and zero in the diffraction grating 44. Since the interference angle of the first diffracted light is always smaller than the interference angle of the first diffracted light, the pattern resolution due to the first diffracted light interference is improved than in the case of the prior art interference lithography.

도 6a 내지 도 6d는 도 5에 도시된 리소그래피 대상체 상에 회절 격자를 형성하여 노광을 수행하는 과정을 도시한 일련의 공정 단면도들이다.6A through 6D are a series of cross-sectional views illustrating a process of performing exposure by forming a diffraction grating on the lithographic object illustrated in FIG. 5.

도면을 참조하면, 먼저, 미세 반복 패턴을 형성할 워크 기판(41)을 준비한다(도 6a).Referring to the drawings, first, a work substrate 41 for forming a fine repeating pattern is prepared (FIG. 6A).

이어서, 상기 워크 기판(41) 상에 감광재층(42)을 형성한다(도 6b). 상기 감광재층(42)은 i-line 계열 또는 DUV(Deep Ultraviolet) 계열의 감광막을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 하지만, 본 발명이 감광재층의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다. 선택적으로, 상기 감광재층(42)을 형성한 후 간섭에 사용되는 회절광의 반사를 방지할 목적으로 감광재층(42) 상에 반사 방지 코팅층을 더 형성할 수 있다.Next, the photosensitive material layer 42 is formed on the said work substrate 41 (FIG. 6B). The photoresist layer 42 may be formed using an i-line based or deep ultraviolet (DUV) photosensitive film. However, the present invention is not limited by the type of photosensitive material layer. Optionally, an anti-reflective coating layer may be further formed on the photosensitive material layer 42 for the purpose of preventing reflection of diffracted light used for interference after the photosensitive material layer 42 is formed.

계속하여, 상기 감광재층(42)과 뒤이어 형성될 회절 격자(44) 사이의 굴절률 정합을 위하여 인덱스 매칭 오일과 같은 굴절률 정합 물질층(43)을 형성한다(도 6c). 경우에 따라, 굴절률 정합 물질층(43)은 형성하지 않아도 무방하다.Subsequently, a refractive index matching material layer 43, such as an index matching oil, is formed for the refractive index matching between the photoresist layer 42 and the diffraction grating 44 to be subsequently formed (FIG. 6C). In some cases, the refractive index matching material layer 43 may not be formed.

그리고 나서, 굴절률 정합 물질층(43)이 형성된 감광재층(42) 상면에 절연 층(예컨대, SiO2)을 형성하고 레이저 간섭 리소그래피에 의해 장방형(Rectangular Type)의 미세 패턴 격자가 형성된 회절 격자(44)를 형성한다(도 6d). 상기 회절 격자의 격자 패턴 단면은 직사각형의 형상을 갖는 것이 바람직하지만, 이에 한정하지 않고 사다리꼴 또는 삼각형일 수도 있다.Then, an insulating layer (eg, SiO 2 ) is formed on the upper surface of the photosensitive material layer 42 having the refractive index matching material layer 43 formed thereon, and a diffraction grating 44 in which a rectangular fine pattern grating is formed by laser interference lithography. ) (FIG. 6D). The grating pattern cross section of the diffraction grating preferably has a rectangular shape, but is not limited thereto and may be trapezoidal or triangular.

그런 후, 상기 회절 격자(44) 상에 2개의 레이저 빔을 거울면 대칭으로 경사지게 입사시킨다. 서로 다른 방향에서 입사된 입사광은 회절 격자(44) 내에서 회절되고, 이중 +1차 회절광이 감광재층(42)에 간섭 패턴을 형성하게 되어 감광재층(44)을 노광시킨다. 그런 다음, 노광된 감광재층(44)을 현상한 후 식각 공정을 진행하면 워크 기판(41) 상에 동일한 파장의 레이저를 사용하는 종래의 레이저 간섭 리소그래피에 비해 해상도가 높은 반복 미세 패턴을 형성할 수 있다.Then, two laser beams are incident on the diffraction grating 44 at an inclined mirror plane symmetry. Incident light incident from different directions is diffracted in the diffraction grating 44, and the + 1st order diffraction light forms an interference pattern on the photosensitive material layer 42, thereby exposing the photosensitive material layer 44. Then, the exposed photosensitive material layer 44 is developed and then subjected to an etching process, thereby forming a repeating fine pattern having a higher resolution than conventional laser interference lithography using a laser having the same wavelength on the work substrate 41. have.

한편, 본 발명에 따른 레이저 리소그래피 방법에서는 상기 회절 격자(44)가 형성된 워크 기판(41) 주위의 가스 분위기를 공기보다 굴절률이 높은 가스 분위기로 형성하여 회절광의 효율을 더욱 증대시킬 수도 있다.On the other hand, in the laser lithography method according to the present invention, the gas atmosphere around the work substrate 41 on which the diffraction grating 44 is formed may be formed in a gas atmosphere having a refractive index higher than that of air to further increase the efficiency of the diffracted light.

<< 실험예Experimental Example >>

이하에서는 실험예에 의하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실험예는 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by experimental examples. However, the following experimental examples are only examples, and the scope of the present invention is not limited by the experimental examples.

본 실험예에서는 SiO2로 이루어진 장방형의 회절 격자를 사용하였다. 회절 격자의 주기는 730㎚, 회절 격자의 깊이는 175㎚, 필 펙터(Fill Factor)는 0.5이 다. 위와 같은 조건으로 회절 격자를 설계하면 +1차 회절광의 회절 효율이 다른 차수의 회절광보다 증대된다. +1차 회절광의 회절 효율을 극대화시키기 위한 회절 격자의 설계 해석은 RCWA(Rigorous coupled wave analysis)를 통해 이루어졌다.In this experimental example, a rectangular diffraction grating made of SiO 2 was used. The period of the diffraction grating is 730 nm, the depth of the diffraction grating is 175 nm, and the fill factor is 0.5. If the diffraction grating is designed under the above conditions, the diffraction efficiency of the + 1st order diffracted light is increased than that of other orders. Design analysis of the diffraction grating for maximizing the diffraction efficiency of the + 1st order diffracted light was performed through RCWA (Rigorous coupled wave analysis).

하기 표 1은 상기 조건을 갖는 회절 격자에 266㎚의 레이저를 50도로 입사시켰을 경우 각 회절 차수별 회절 효율과 회절각을 계산하여 나타낸 것이다.Table 1 shows calculated values of diffraction efficiency and diffraction angle for each diffraction order when a 266 nm laser is incident at 50 degrees on a diffraction grating having the above conditions.

+1차+ 1st order 0차0th order -1차-Primary -2차-Secondary -3차3rd order 회절 효율Diffraction efficiency 0.690.69 0.060.06 0.190.19 0.0040.004 0.0140.014 회절각Diffraction angle 49.1849.18 30.6930.69 15.3215.32 1.031.03 -13.20-13.20

상기 표 1에 나타난 봐와 같이, 본 실험예와 같이 회절 격자를 설계하면 +1차 회절광의 회절 효율이 다른 차수에 비해 월등히 높고 회절각 또한 이상적인 간섭 패턴을 형성하기에 바람직한 것을 알 수 있다.As shown in Table 1, when the diffraction grating is designed as in the present experimental example, it can be seen that the diffraction efficiency of the + 1st order diffracted light is much higher than other orders and the diffraction angle is also preferable to form an ideal interference pattern.

도 7은 본 실험예에서 제안된 조건을 갖는 회절 격자에 266㎚의 파장을 갖는 2개의 레이저를 50도의 경사로 입사시켰을 경우 노광면에서의 빛의 세기 분포를 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing the distribution of light intensity on an exposed surface when two lasers having a wavelength of 266 nm are incident at a 50 degree inclination to a diffraction grating having a condition proposed in this experimental example.

도 7에 나타난 바와 같이, 간섭 패턴의 주기가 약 117㎚로서 266㎚의 파장을 갖는 레이저를 사용할 때 이론적인 한계였던 133㎚보다 감소된 것을 확인 할 수 있다. 이렇게 간섭 패턴의 주기가 감소되면 워크 기판에 형성하는 미세 패턴의 해상도를 증가시킬 수 있게 된다. 한편, 도 7에 나타난 빛의 세기 분포가 종래의 레이저 간섭 리소그래피에 비하여 빛의 세기 분포가 균일하지 않음을 알 수 있지만, 고해상도 감광재층의 경우 노광량의 문턱 값의 차이가 상당히 민감하기 때문에 상기와 같은 불균일한 빛의 세기 분포로도 균일한 패턴을 형성하는 것에는 큰 문제가 없다.As shown in FIG. 7, it can be seen that the period of the interference pattern is reduced to about 117 nm, which is a theoretical limit of 133 nm when using a laser having a wavelength of 266 nm. When the period of the interference pattern is reduced in this way, the resolution of the fine pattern formed on the work substrate can be increased. On the other hand, although the light intensity distribution shown in FIG. 7 is not uniform as compared with the conventional laser interference lithography, it is understood that the light intensity distribution is not uniform. There is no big problem in forming a uniform pattern even with uneven light intensity distribution.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above by means of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below by the person skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.The following drawings, which are attached to this specification, illustrate exemplary embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention includes matters described in such drawings. It should not be construed as limited to.

도 1은 두 평행광의 간섭을 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating interference of two parallel lights.

도 2는 레이저 간섭 리소그래피에 사용되는 레이저 광원이 266nm인 경우 레이저의 간섭각에 따른 미세 패턴의 해상도(피치)를 도시한 그래프이다.2 is a graph showing the resolution (pitch) of the fine pattern according to the interference angle of the laser when the laser light source used for laser interference lithography is 266 nm.

도 3은 종래기술의 프리즘을 이용한 액침 간섭 리소그래피를 설명하기 위해 도시한 도면이다.FIG. 3 is a diagram for explaining immersion interference lithography using a prism of the prior art.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 리소그래피를 위한 장치의 개략적인 구성도이다.4 is a schematic structural diagram of an apparatus for laser lithography according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 간섭 리소그래피 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a laser interference lithography method according to a preferred embodiment of the present invention.

도 6a 내지 도 6d는 도 5에 도시된 리소그래피 대상체 상에 회절 격자를 형성하여 노광을 수행하는 과정을 도시한 일련의 공정 단면도들이다.6A through 6D are a series of cross-sectional views illustrating a process of performing exposure by forming a diffraction grating on the lithographic object illustrated in FIG. 5.

도 7은 본 실험예에서 제안된 조건을 갖는 회절 격자에 266㎚의 파장을 갖는 2개의 레이저를 50도의 경사로 입사시켰을 경우 노광면에서의 빛의 세기 분포를 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing the distribution of light intensity on an exposed surface when two lasers having a wavelength of 266 nm are incident at a 50 degree inclination to a diffraction grating having a condition proposed in this experimental example.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명><Description of main reference numerals in the drawings>

1 : 레이저 빔 10 : 레이저 광원1: laser beam 10: laser light source

20 : 빔 스플리터 30 : 거울20: beam splitter 30: mirror

40 : 리소그래피 대상체 41 : 워크 기판40: lithography object 41: workpiece substrate

42 : 감광재층 43 : 굴절률 정합 물질층42: photosensitive material layer 43: refractive index matching material layer

44 : 회절 격자44: diffraction grating

Claims (8)

(a) 미세 반복 패턴을 형성할 워크 기판 상에 감광재층을 형성하는 단계;(a) forming a photosensitive material layer on the work substrate on which the fine repeating pattern is to be formed; (b) 상기 감광재층 상에 회절 격자를 형성하는 단계; 및(b) forming a diffraction grating on the photoresist layer; And (c) 좌 우측에서 경사 레이저 빔을 회절 격자에 조사하여 양의 고차 회절광에 의해 간섭 노광을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.(c) irradiating an inclined laser beam to the diffraction grating at the left and right to perform the interference exposure by positive high-order diffracted light; laser interference lithography method using a diffraction grating, comprising: 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 양의 고차 회절광은 +1차 회절광인 것을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.And the positive higher order diffracted light is a + 1st order diffracted light. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계 전에,The method of claim 1, wherein before step (b), 상기 감광재층 상에 굴절률 정합 물질층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.And forming a refractive index matching material layer on the photosensitive material layer. 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계 전에,The method of claim 1, wherein before step (c), 상기 회절 격자가 형성된 워크 기판 주위의 가스 분위기를 공기보다 굴절률이 높은 가스 분위기로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.And forming a gas atmosphere around the work substrate on which the diffraction grating is formed into a gas atmosphere having a refractive index higher than that of air. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 좌우로 입사되는 경사 레이저 광은 거울면 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.The oblique laser light incident to the left and right is a mirror interference symmetry method using a diffraction grating, characterized in that the mirror. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계를 진행하기 전에,According to claim 1, before proceeding to step (b), 상기 감광재층 상에 반사 방지 코팅층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.Forming an anti-reflective coating layer on the photosensitive material layer; Laser interference lithography method using a diffraction grating, characterized in that it further comprises. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 감광재층은 i-line 계열의 감광막 또는 DUV(Deep Ultraviolet) 계열의 감광막인 것을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.The photosensitive material layer is a laser interference lithography method using a diffraction grating, characterized in that the i-line photosensitive film or a deep ultraviolet (DUV) photosensitive film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 회절 격자의 격자 패턴 단면은 직사각형, 사다리꼴 또는 삼각형인 것을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.The lattice pattern cross section of the diffraction grating is rectangular, trapezoidal or triangular, characterized in that the laser interference lithography method using a diffraction grating.
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