연구동향
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3차원 메타 물질 제작을 위한 공정 기술 중 스테이지 정렬 오차 보정
이은지(포항공과대학교 기계/화학공학과)

적층 과정에서 스테이지의 이동에 의해 비교적 큰 오차가 발생한다. 포항공대 기계공학과 노준석 교수님 연구실에서는 실험을 통해 동일한 샘플에 대해 적층 할 때마다 같은 값의 기계적 오류가 발생한다는 것을 확인하고 이를 해결하기 위해 적층 후 캘리브레이터를 통해 정렬 오류를 측정하여 이 값을 토대로각 층을 쌓을 때 마다 적절한 오프셋을 부과하여 적층 정확도를 높였다.


이를 반영한 교정기를 설계한 후 Fig 1-a를 이용해 만든 구조 위에 Fig 1-b를 이용해 패턴을 적층한다. 이를 통해 20 nm 미만의 정렬 오차가 발생하는 것을 확인하였다.


위 방법들을 통해 수정된 정렬 마크 디자인과 스테이지 정렬 오차를 보정한 EBL 공정의 개략도는 Fig 3과 같다. MMA/PMMA 이중층 레지스트를 통해 정렬 마크를 패터닝(a)한 후, 금으로 50 nm 두께의 금 정렬 마크를 제작한다(b). 이 후 PMMA를 스핀코팅한 후 정렬 마크 위의 레지스트를 제거한다(c).


첫번째 레이어 교정기를 이용해 패터닝 한 후(d) 첫번째 레이어를 구성할 재료를 증착한다(e), (f). 두번째 층도 마찬가지로 해당 층의 레이어 교정기를 이용해 패터닝 한 후(g) 두번째 레이어를 구성할 재료를 증착한다(h), (i).


본 연구를 적용하여 본 연구팀은 자외선 및 가시광선 영역에서 작동하는 두 개의 메타 표면 레이어를 EBL 오버레이를 통해 적층하여 독립적으로 빛을 변조할 수 있는 이중 레이어 메타홀로그램을 제작하였다[5].

적층 시 오차가 발생할 경우 입사한 빛이 기존에 설계한 것과 다르게 투과하기 때문에 편광상태가 달라져 홀로그램의 효율성이 떨어지게 되지만 위에서 새롭게 디자인 한 좁은 정렬마크와 스테이지의 오차를 보상하여 높은 정확도로 적층할 수 있다.

이렇게 적층한 이중 레이어를 통해 하나의 장치에 포함할 수 있는 정보의 양을 늘릴 수 있으며 가시광선을 통해 확인할 수 있는 편광 상태(Fig 4-녹색)를 자외선을 통해 확인할 수 있는 편광상태에 따라 인코딩 된 숫자(Fig 4-자주색)와 비교하여 암호를 해독하는 등 광학 보안 분야에서 용이하게 적용될 수 있다.

 

 





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