홀로그래픽 리소그래피 공정을 이용한 분광기 제작

목차

Ⅰ. 서 론
1. 연구 배경
2. 연구 목적

Ⅱ. 홀로그래픽 리소그래피 시스템을 이용한 나노 패턴 제작
1. 홀로그래픽 리소그래피(Holographic Lithography) 시스템 원리
2. 홀로그래픽 리소그래피(Holographic Lithography) 시스템 구성
3. 감광제(Photoresist) 도포 조건의 도포 두께에 대한 영향 및 최적화
4. 노광시간(Exposure Time)의 영향 및 최적화
5. 실험 결과 및 고찰

Ⅲ. 실리콘 주형의 제작과 분광기의 제작
1. 반응성 이온 식각 공정(RIE;Reactiva Ion Etching Process)
2. UV 몰딩(UV-molding) 공정을 이용한 분광기의 제작
3. 분광기(Spectroscopic component)의 특성 고찰

Ⅳ. 결 론

Ⅴ. 참고 문헌

본문내용

m은 회절광의 차수, 는 빛의 파장, 는 입사각이다.
본 실험에서는 파장 442nm의 He-Cd레이저와 파장 632.8nm의 He_Ne레이저를 사용하여 회절 실험을 진행하였다. 입사각을 두 광원 모두 40°로 고정한 후 제작된 광학 소자에 입사시켜서 나타나는 0차광과 -1차광의 위치 및 각도를 측정하여 분광기의 성능을 평가하였다. 이론상 442nm의 파장이 40°로 입사할 경우 -1차 회절광의 각도는 -14°이며, 632.8nm의 파장이 같은 입사각으로 입사할 경우 -1차 회절광의 각도는 -39°이다. 두 회절 실험 모두 이론치와 같은 회절광의 각도를 측정할 수 있었으며, 본 실험에서 제작한 분광기가 광학적 기능성이 있음을 확인하였다. Fig 3.3>은 본 실험에서 수행한 회절 실험의 이론적 개요를 나타낸 것이며, Fig 3.4>와 Fig 3.5>는 각각 파장 442nm와 632.8nm의 레이저에 대한 회절광 실험 수행 사진이다. 사진에서도 볼 수 있듯이 적색광이 파장이 길어서 -1차 회절광의 각도가 크게 나와 스크린에 비쳐진 두 광의 거리가 청색광보다 더 긴 것을 알 수 있다. 이는 제작된 분광기의 성능을 육안으로 확인할 수 있게 해주는 요소이다. 실험에서 측정된 값과 이론값과의 비교를 Table 3.2>에 나타내었다.
Fig 3.3> Diffraction experiment of UV molded spectroscopic component
He_Ne laser (λ= 632.8nm)
He_Cd laser (λ= 442nm)
Theoretical Angle
(degree)
-38.52
-13.95
Measured Angle
(degree)
-39
-14
Deviations
(%)
1.2
0.3
Table 3.2> Measurement of 1th order diffracted angle
Fig 3.4> Diffracted He_Ne laser (λ= 632.8nm, θm= -39°)
Fig 3.5> Diffracted He_Cd laser (λ= 442nm, θm= -14°)
IV. 결 론
본 연구는 홀로그래픽 리소그래피 공정을 이용하여 주기 500nm, 선폭 250nm의 패턴을 형성하였다. 이러한 패턴을 반응성 이온 식각 공정(RIE;Reactive Ion Etching process)과 UV 몰딩 공정을 사용하여 광 투과성 분광기를 제작 하였다. 이러한 공정은 전자빔 리소그래피(e-beam lithography)나 포토리소그래피(photo-lithography) 방식에 비해 시스템구성이 간단한 장점이 있다.
반응성 이온 식각공정을 위한 패턴 형상, 즉, 최저면에서 실리콘 웨이퍼의 면이 드러나고, 최저면과 최고면의 대조비가 큰 형상을 얻기 위한 공정 조건을 최적화 하는 실험을 진행하였다. 노광시간과 감광제 도포 조건에 대한 패턴 형상의 특성과 경향성을 고찰하였으며, 노광시간 55초와 감광제 도포 두께 150nm라는 공정 조건을 산출하였다. 이러한 과정을 거친 패턴을 이용해 반응성 이온 식각 공정을 적용, 종횡비가 1.32인 실리콘 주형을 제작하였다. 이 실리콘 주형을 사용해 제작한 광 투과성 분광기는 광학 소자로서 기능성이 있는지 실험을 통해 확인하였으며, 이론값과 일치하는 결과를 보였다.
식(2.12)에서 알 수 있듯이 홀로그래픽 리소그래피의 제작 가능한 최소 패턴 주기는 사용되는 광원의 파장의 절반이므로, 더 짧은 파장의 광원을 사용한다면 500nm보다 작은 패턴 주기를 가지는 광 투과성 분광기의 제작이 가능하다고 사료된다. 또한, 본 실험에서 수행하지 않았던 반응성 이온 식각 공정(RIE;Reactive Ion Etching Process)의 공정 조건 변화 실험을 향후 수행한다면 본 실험에서 제작한 분광기보다 더 큰 종횡비를 가지는 소자의 제작 가능성이 있다. 이러한 작은 패턴 주기와 큰 종횡비를 가지는 광 투과성 소자의 경우 분광기로서 뿐만 아니라 무반사 코팅(AR ; Anti -Reflection coatin)이나 편광기(Polarizer)등으로서 기능을 할 수 있다. 따라서 본 실험에서 수행된 공정 최적화 실험은 나노 패턴을 가지는 응용범위가 넓은 광 투과성 광학 소자의 대량생산에 적용 또는 응용 될 수 있는 가능성을 가지고 있다고 사료된다.
V. 참고문헌
1. Micheal Niggemann, "Periodic micro-structures for large area applications generated by holography", SPIE Vol.4438, 2001.
2. Oki Gunawan, "Development of a Laser Holographic Interference Lithography system", SPIE Vol.3896, 1999.
3. Gigli G, Rinaldi R, Turco C, Visconti P and Cingolani R, "Holographic nanopatterning of the organic semiconductor poly(p-phenylene vinylene)", Applied Physics Letter, Vol.73 No.26, pp.3926-3928, 1998
4. Cheolyong Noh , "Fabrication of Metallic Membrane Filters Using Laser Interference Lithography and Nano Imprinting Lithography", Yonsei Univ., pp.8-10, 2006.
5. Sunghoon Cho, "Patterning and Replication of Sub-micron Gratings using Holographic Lithography", Yonsei Univ., pp.14-15, 2003.
6. Kim Sang-won , "2-Dimensional Nano-patterning with Immersion Holographic Lithography Technique" , Yonsei Univ. , 2004
7. Eugene Hecht, OPTICS, Addison-Wesley, 2001, pp.476-479.

키워드

홀로그래픽,   리소그래피,   RIE,   분광기,   UV molding,   UV imprinting,   Photoresist,   노광