KR100963036B1

KR100963036B1 - 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법

Info

Publication number: KR100963036B1
Application number: KR1020070104584A
Authority: KR
Inventors: 김태수; 김재진; 신현우
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2007-10-17
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2010-06-14
Anticipated expiration: 2027-10-17
Also published as: JP5014490B2; JP2011501430A; CN101828140A; US20100279233A1; WO2009051366A1; CN101828140B; US8399184B2; KR20090039126A

Abstract

본 발명은 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법에 관한 것으로서, (a) 미세 반복 패턴을 형성할 워크 기판 상에 감광재층을 형성하는 단계; (b) 상기 감광재층 상에 굴절률 정합 물질층을 형성하는 단계; (c) 상기 굴절률 정합 물질층 상에 회절 격자의 주기가 λ/n_g ~ λ/n₀(λ는 레이저 빔의 파장, n_g는 회절 격자의 굴절률, n₀는 공기 또는 진공의 굴절률)의 범위 내에 있는 회절 격자층을 형성하는 단계; 및 (d) 수직 레이저 빔을 상기 회절 격자층에 입사시켜 절대값이 같은 양과 음의 회절광의 상호 간섭에 의해 상기 감광재층을 노광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 회절 격자에 수직으로 레이저 빔을 입사시키고, 이를 통해 회절된 ±1차 회절광을 레이저 간섭 리소그래피에 사용함으로써, 종래보다 고해상도의 간섭 패턴을 구현할 수 있고, 광학계를 간단히 하여 공정 편의성을 증대시켜 대량 생산을 가능케 할 수 있다. 또한, 가간섭성이 낮은 광원의 사용을 가능하게 할 수 있다.

회절 격자, 레이저 간섭 리소그래피, 가간섭성, 반사방지 코팅층(BARC)

Description

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

본 발명은 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저 광원을 회절 격자에 수직으로 입사시켜 회절 격자 내부에서 회절된 절대값이 같은 양과 음의 회절광 간섭을 이용하여 고해상도 패턴을 구현할 수 있는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법에 관한 것이다.

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.

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.

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.

(수학식 중, A와 a는 전자파의 세기, Kr과 Ks는 E1과 E2의 파 벡터이다.)

한편, 빛의 세기는 전자파 크기의 제곱에 비례하므로 중첩된 영역에서의 빛의 세기 프로파일은 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 2를 참조하면, 상기 E1과 E2가 중첩된 영역에서의 빛의 세기 프로파일은 삼각함수와 같이 주기적인 함수로 표현되는 것을 확인할 수 있다. 여기 서, 주기는 상기 수학식 2로부터 하기 수학식 3과 같이 유도될 수 있다.

상기 수학식 3을 참조하면, 중첩된 영역의 주기는 간섭각 및 파장과 깊은 관계가 있음을 확인할 수 있다.

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 최소 피치는 레이저 파장의 1/2임을 알 수 있다.

도 2는 레이저 간섭 리소그래피에 사용되는 레이저 광원이 266㎚인 경우 레이저의 간섭각에 따른 미세 패턴의 해상도(피치)의 변화 추이를 도시한 그래프이다.

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.

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.

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.

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.

도 3은 종래기술에 따른 프리즘을 이용한 액침 간섭 리소그래피를 설명하기 위해 도시한 공정도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 프리즘(4)을 이용할 경우 워크 기판(1)의 상면에 형성된 감광재층(2) 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/2sinθ가 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(2) 사이의 굴절률 정합을 위하여 인덱스 매칭 물질(Index Matching Liquid)(3)을 반드시 사용하여야만 한다. 만약, 인덱스 매칭 물질(3)을 사용하지 않을 경우 프리즘(4)과 감광재층(2) 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, 프리즘을 이용한 액침 간섭 리소그래피의 경우 액침을 위한 장비를 추가적으로 요구되기 때문에 광학계 정렬 등을 위한 장비가 필요하여 대량 생산을 위한 방법으로 적합하지 못하며, 대형 프리즘이 필요한 경우 레이저 리소그래피 장비의 대형화가 수반되어야 한다. 더욱이, 기존 레이저 간섭 리소그래피와 마찬가지로 가간섭성이 높은 레이저 광원을 사용하여야 한다는 점 또한 대량 생산의 걸림돌로 지적되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 종래의 레이저 간섭 리소그래피 방법보다 패턴의 해상도와 공정 편의성을 높일 수 있으며, 가간섭성이 낮은 광원의 사용이 가능한 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

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 굴절률 정합 물질층을 형성하는 단계; (c) 상기 굴절률 정합 물질층 상에 회절 격자의 주기가 λ/n_g ~ λ/n₀(λ는 레이저 빔의 파장, n_g는 회절 격자의 굴절률, n₀는 공기 또는 진공의 굴절률)의 범위 내에 있는 회절 격자층을 형성하는 단계; 및 (d) 수직 레이저 빔을 상기 회절 격자층에 입사시켜 절대값이 같은 양과 음의 회절광의 상호 간섭에 의해 상기 감광재층을 노광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 감광재층은 +1차 회절광과 -1차 회절광의 상호 간섭에 의해 노광시킨다.

본 발명에 있어서, 상기 굴절률 정합 물질층은 인덱스 매칭 유체층이다.

바람직하게, 상기 굴절률 정합 물질층은 회절 격자층과 감광재층 사이의 경 계에서 회절광의 반사를 방지할 수 있는 굴절률을 갖는다. 일 예로, 상기 굴절률 정합 물질층은 회절 격자층 또는 감광재층과 동일한 굴절률을 갖는다.

바람직하게, 상기 워크 기판과 감광재층 사이에 반사 방지층이 개재된다.

본 발명에 있어서, 상기 회절 격자층은 브래그(Bragg) 격자층이다.

본 발명에 있어서, 상기 회절 격자층은, 유기 기판; 상기 유기 기판 상에 형성된 반사방지 코팅층; 및 상기 반사방지 코팅층 상에 형성된 반복 격자 패턴을 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 감광재층은 i-line 계열의 감광막 또는 DUV 계열의 감광막이다.

본 발명에 있어서, 상기 회절 격자층의 격자 패턴 단면은 직사각형, 사다리꼴, 또는 삼각형이다.

본 발명에 따르면, 회절 격자에 수직으로 레이저 빔을 입사시키고, 이를 통해 회절된 ±1차 회절광을 레이저 간섭 리소그래피에 사용함으로써, 종래보다 고해상도의 간섭 패턴을 구현할 수 있다. 또한, 가간섭성이 낮은 광원의 사용을 가능하게 할 수 있고, 광학계를 간단히 하여 공정 편의성을 증대시켜 대량 생산을 가능케 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거 나 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.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 간섭 리소그래피 장치의 개략적인 구성도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 간섭 리소그래피 장치는, 레이저 빔(1)을 발생시키는 레이저 광원(10)과, 레이저 빔(1)을 목적하는 방향으로 진행시키기 위한 반사 거울(20)과, 레이저 빔(1)의 지름을 확대시키는 빔 익스펜더(Beam Expander)(30)와, 리소그래피 대상체(40)로 구성되어 있다.

상기 레이저 간섭 리소그래피 장치는 레이저 광원(10)으로부터 발생된 레이저 빔(1)을 반사 거울(20)을 이용하여 목적하는 방향으로 진행시킨다. 상기 빔 익스펜더(30)는 레이저 빔(1)의 지름을 확대시켜 리소그래피 대상체(40) 상에 수직으로 입사시켜 리소그래피 대상체(40)에 간섭 패턴을 형성시킨다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 간섭 리소그래피 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.

도 5를 참조하면, 상기 리소그래피 대상체(40)는 워크 기판(41), 감광재 층(42), 굴절률 정합 물질층(43) 및 회절 격자층(44)을 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 회절 격자층(44) 표면으로 레이저 입사광(λ)이 수직으로 입사된다. 여기서, 회절 격자층(44)의 주기는 λ/n_g 내지 λ/n₀의 수치 범위로 한정하여 설계하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 λ/n_g은 회절 격자층(44) 내에서의 광 파장이고, λ/n₀은 공기 또는 진공에서의 광 파장이다.

상기 회절 격자층(44) 상에 수직으로 입사하는 입사광(λ)은 각각의 격자 패턴 지점에서 절대값이 같은 양과 음의 회절광으로 회절하게 된다. 바람직하게, 본 발명은 회절된 회절광 중 ±1차 회절 성분의 간섭을 이용하여 회절 격자층(44) 하부의 감광재층(42)을 노광시키게 된다.

이 때, 상기 회절 격자층(44)의 주기는 회절 격자층(44) 내에서의 광 파장(λ/n_g) 내지 공기 또는 진공에서의 광 파장(λ/n₀) 범위 내의 값을 갖는다. 따라서, 회절 격자층(44)에 입사된 입사광이 회절 격자층(44) 내부에서 임계각(Critical Angle) 이상으로 회절된다. 참고로, 상술한 수학식 3에 의하면, 이론적으로는 간섭각(회절각과 동일)이 90도에 가까울수록 간섭 패턴의 주기를 감소시킬 수 있으므로 회절각을 증가시키는 것이 미세 패턴 형성에 바람직하다. 그런데, 본 발명이 제안한 수치범위로 회절 격자층(44)을 설계하면 임계각 이상으로 회절각도를 증가시킬 수 있는 장점이 있는 반면, 임계각 이상으로 회절된 회절광은 회절 격자층(44) 내부에서 전반사를 일으켜 감광재층(42)에 간섭 패턴을 형성하지 못하고 회절 격자층(44) 내부에서 도파하는 문제가 발생하게 된다. 본 발명은 이러한 현상을 방지하기 위해서, 상기 회절 격자층(44) 하부와 감광재층(42) 사이에 굴절률 정합을 위한 굴절률 정합 물질층(43)을 개재시킨다. 바람직하게, 굴절률 정합 물질층(43)은 물 또는 감광재 업체에서 제공하는 인덱스 매칭 유체층을 사용할 수 있다. 하지만, 본 발명이 인덱스 매칭 유체층의 종류에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게, 굴절률 정합 물질층(43)의 굴절률은 감광재층(42) 또는 회절 격자층(44)의 굴절률과 동일하다. 상기와 같이 굴절률 정합 물질층(43)을 형성하면 임계각 이상으로 회절된 회절광이 전반사 현상으로 인해 회절 격자층(44) 내부에서 도파되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 감광재층(42) 상에 회절광에 의한 간섭 패턴을 형성할 수 있게 된다.

한편, 레이저 입사광(λ)은 회절 격자층(44)에 입사하게 되면 브래그(Bragg) 조건에 맞게 회절 성분이 발생한다. 회절 격자층(44) 내부에서 회절된 회절광의 회절각은 브래그 조건을 이용하여 하기 수학식 4와 같이 유도될 수 있다.

(수학식 중, θ는 회절광의 회절각, Λ는 회절 격자의 주기, λ는 입사광의 파장 주기, n_g는 회절 격자의 굴절률)

상기 수학식 4를 참조하면, 입사광(λ)이 회절 격자층(44)에 수직으로 입사할 경우 +1차 회절광과 -1차 회절광의 회절각은 서로 같으므로 회절 격자층(44) 내에서의 ±1차 회절광의 간섭 패턴의 주기는 하기 수학식 5와 같이 유도될 수 있다.

(수학식 중, Pitch는 ±1차 회절광의 간섭 패턴의 주기, θ는 회절광의 회절각, Λ는 회절 격자의 주기, λ는 입사광의 파장 주기, n_g는 회절 격자의 굴절률)

상기 수학식 5를 통해 알 수 있는 바와 같이, 상기 회절 격자층(44)에 의해서 회절된 ±1차 회절광의 간섭 패턴 주기는 회절 격자 주기(Λ)의 1/2이 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 종래기술의 레이저 간섭 리소그래피의 해상도 한계인 레이저 파장의 1/2보다 작은 미세 간섭 패턴을 형성할 수 있다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회절 격자의 단면도이다.

도 6을 참조하면, 회절 격자층(44)은 유기 기판(45), 반사방지 코팅층(Bottom anti reflection coater; BARC)(46) 및 반복 격자 패턴(47)으로 구성되어 있다.

상기 유기 기판(45)은 상기 워크 기판(41)에 형성된 감광재층(42)에 적층되어 입사되는 입사광이 투과될 수 있는 재질과 형태로 제작된다. 유기 기판(45)의 재질로는 예컨대, 글래스(Glass), PMMA(Poly methyl methacrylate), TAC(Tri- acetyl Cellulose), PVA(Polyvinyl Alcohol), PI(Polyimide), PET(Polyethylene), PEN(Polyethylene Naphthalate), PES(Polyether Sulfones), PC(Polycarbonate), COP(Cyclic Olefin Polymer), SiO₂ 등이 사용될 수 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.

상기 반사방지 코팅층(46)은 상기 유기 기판(45) 상부에 형성된다. 반사방지 코팅층(46)은 유기 기판(45)에 입사된 입사광이 유기 기판(45) 내에서 회절된 회절광 중 반사되어 나오는 반사광을 제거하기 위해 형성된다. 반사방지 코팅층(46)은 유기 기판(45)에 의해 반사되는 반사광의 영향을 줄여주어 간섭 패턴의 선명도를 높일 수 있는데 도움을 준다.

상기 반복 격자 패턴(47)은 상기 반사방지 코팅층(46) 상부에 형성된다. 반복 격자 패턴(47)은 입사광이 회절될 수 있도록 하는 물질로 형성되는 것이 바람직하고, 예컨대, SiO₂, Si₃N₄, 글래스 등이 사용될 수 있다. 상기 반복 격자 패턴(47)은 브래그 격자 패턴으로 형성되며, 격자 패턴의 주기는 회절 격자층(44)의 유기 기판(45) 내에서의 광 파장(λ/n_g) 내지 공기 또는 진공에서의 광 파장(λ/n₀) 범위 내로 설계하고, 격자 패턴 단면은 직사각형의 형상으로 형성하는 것이 바람직하지만, 이에 한정하지 않고 사다리꼴 또는 삼각형의 형상으로 형성할 수도 있다.

상술된 회절 격자층(44)을 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법은, 먼저, 미세 반복 패턴을 형성할 워크 기판(41)을 준비한다.

이어서, 상기 워크 기판(41) 상에 감광재층(42)을 형성한다. 상기 감광재 층(42)은 i-line 계열 또는 DUV(Deep Ultraviolet) 계열의 감광막을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 하지만, 본 발명이 감광재층의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다.

계속하여, 상기 감광재층(42) 상부에 굴절률 정합 물질층(43)을 형성한다. 굴절률 정합 물질층(43)은 뒤이어 형성될 회절 격자층(44)에 입사된 레이저 빔이 임계각 이상으로 회절이 되더라도 회절 격자층(44) 내에서 도파되는 것을 방지한다.

그리고 나서, 상기 굴절률 정합 물질층(43) 상에 상기 회절 격자층(44)을 형성한다. 회절 격자층(44)의 격자 주기 설계 조건 및 단면 구조는 이미 상술하였다.

그런 다음, 상기 회절 격자층(44) 상에 레이저 빔을 수직으로 입사시킨다. 수직으로 입사된 레이저 빔은 회절 격자층(44)을 통과하면서 절대값이 같은 양과 음의 회절광으로 회절된다. 이중 ±1차 회절광이 감광재층(42)에 간섭 패턴을 형성하게 되어 감광재층(42)을 노광시킨다.

그런 후, 상기 감광재층(42)를 노광하고 나서 감광재층(42)을 현상하고 식각 공정을 진행하면 워크 기판(41) 상에 동일한 파장의 레이저를 사용하는 종래의 레이저 간섭 리소그래피에 비해 해상도가 높은 미세 반복 패턴을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 레이저 간섭 리소그래피 방법에서는 상기 워크 기판(41)과 감광재층(42) 사이에 반사 방지층을 추가적으로 개재시킬 수 있다. 이런 경우, 회절광의 반사를 방지하여 워크 기판(41) 상에 형성하는 미세 반복 패턴의 선명도를 향상시킬 수 있다.

< 실험예 >

이하에서는 실험예에 의하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실험예는 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 실험예에서는 도 6에 도시된 회절 격자와 같은 구성으로 회절 격자를 제작하였다. 먼저, 글래스 기판을 준비하였고, 이 글래스 기판의 상면에 반사방지 코팅층을 형성하였다. 그리고, 반사방지 코팅층이 형성된 글래스 기판 상부에 감광재를 이용하여 반복 격자 패턴을 형성하였다. 도 6에 도시된 회절 격자의 반복 격자 패턴은 SiO₂를 식각하여 형성하였다. 한편, 본 실험예에서는 실험의 편의를 위해 내구성은 떨어지나 실제 광학적 특성에는 큰 문제가 없는 감광재를 이용하여 격자 패턴을 형성하였다.

도 7은 본 실험예에서 제안된 조건에 맞게 제작된 회절 격자를 AFM(Atomic Force Microscope ; 원자력간 현미경)으로 촬영한 사진이다.

사진에 도시된 회절 격자의 주기는 340㎚, 회절 격자의 깊이는 170㎚, 필 펙터(Fill Factor)는 30%이다.

상기 회절 격자에 레이저 빔을 입사시킬 경우 회절 격자 내부에서 회절되는 각 차수에 따른 회절 효율은 RCWA(Rigorous coupled wave analysis)를 사용하여 계산하였다. 상기 회절 격자에 입사되는 레이저 빔의 세기를 1로 정할 때 ±1차 회절광의 세기는 약 0.14이고, 0차 회절광의 세기는 약 0.058이다. 이 경우 감광재에 노광되는 빛의 세기 분포는 도 8과 같이 나타난다.

도 8을 참조하면, 본 실험예에서 제안된 회절 격자를 이용하여 감광재를 노광시키면 감광재에 형성되는 간섭 패턴의 주기를 일정하게 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있다.

도 9는 본 실험예에서 제안된 조건을 갖는 회절 격자에 351.1㎚의 파장을 갖는 레이저 빔을 수직으로 입사시켜 감광재층을 노광 및 현상한 경우 감광재층에 형성되는 패턴을 AFM으로 촬영한 사진이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 감광재층을 패터닝하기 위해 워크 기판으로 글래스 기판을 선택하여 그 상부에 반사방지 코팅층을 150㎚ 코팅하였다. 그런 다음, 상기 반사방지 코팅층 상부에 Shipley 사의 I-Line 계열의 ultra i-123을 사용하여 100㎚의 두께로 감광재층을 형성하였다.

그런 다음, 감광재층의 상부에 굴절률 정합 물질층으로서 물을 도포한 후 도 6에 도시된 회절 격자층 구조와 도 7에 도시된 격자 설계 조건을 갖는 회절 격자층을 감광재층 상부에 적층하여 리소그래피 대상체를 제작하였다.

상술한 과정에 따라 리소그래피 대상체가 완성되면, 도 4에 도시된 레이저 리소그래피 장치를 이용하여 351.1㎚의 파장을 갖는 레이저 빔을 회절 격자층에 수직으로 입사시켜 감광재층에 간섭 패턴을 형성하여 노광하였다. 그런 후, 감광재층을 현상한 결과, 감광재층에 형성되는 패턴의 주기는 170㎚로서, 레이저 빔의 파장 351.1㎚의 1/2보다 작고 회절 격자의 주기 340㎚의 반임을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 따라 감광재층을 노광하면 프리즘이 아닌 회절 격자만을 사용하더라도 종래의 레이저 간섭 리소그래피보다 감광재층에 형성되는 미세 패턴의 해상도를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, 종래와 동일한 해상도의 미세 패턴을 형성할 때 가간섭성이 낮은 레이저 광원을 사용할 수 있으므로 공정 비용을 저감할 수 있게 된다.

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.

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.

도 1은 두 평행광의 간섭을 도시한 개념도이다.

도 8은 본 실험예에서 제안된 조건을 갖는 회절 격자를 이용하였을 때 감광재층에 노광되는 빛의 세기 분포를 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

1 : 레이저 빔 10 : 레이저 광원

20 : 반사 거울 30 : 빔 익스펜더

40 : 리소그래피 대상체 41 : 워크 기판

42 : 감광재층 43 : 굴절률 정합 물질층

44 : 회절 격자층 45 : 유기 기판

46 : 반사방지 코팅층 47 : 반복 격자 패턴

Claims

(a) 미세 반복 패턴을 형성할 워크 기판 상에 감광재층을 형성하는 단계;

(b) 상기 감광재층 상에 굴절률 정합 물질층을 형성하는 단계;

(c) 상기 굴절률 정합 물질층 상에 회절 격자의 주기가 λ/n_g ~ λ/n₀(λ는 레이저 빔의 파장, n_g는 회절 격자의 굴절률, n₀는 공기 또는 진공의 굴절률)의 범위 내에 있는 회절 격자층을 형성하는 단계; 및

(d) 수직 레이저 빔을 상기 회절 격자층에 수직으로 입사시켜 절대값이 같은 양과 음의 회절광의 상호 간섭에 의해 상기 감광재층을 노광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.
제1항에 있어서, 상기 (d) 단계는,

+1차 회절광과 -1차 회절광의 상호 간섭에 의해 상기 감광재층을 노광시키는 단계임을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.
제1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서,

상기 굴절률 정합 물질층은 인덱스 매칭 유체층임을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.
삭제
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 굴절률 정합 물질층은 회절 격자층 또는 감광재층과 동일한 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.
제1항에 있어서,

상기 워크 기판과 감광재층 사이에 반사 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.
제1항에 있어서,

상기 회절 격자층은 브래그(Bragg) 격자층임을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.
제1항에 있어서, 상기 회절 격자 층은,

유기 기판;

상기 유기 기판 상에 형성된 반사방지 코팅층; 및

상기 반사방지 코팅층 상에 형성된 반복 격자 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.
제1항에 있어서,

상기 감광재층은 i-line 계열의 감광막 또는 DUV 계열의 감광막인 것을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.
제1항에 있어서,

상기 회절 격자층의 격자 패턴 단면은 직사각형, 사다리꼴, 또는 삼각형인 것을 특징으로 하는 회절 격자를 이용한 레이저 간섭 리소그래피 방법.