메타물질 정렬을 위한 마크의 디자인과 스테이지 정렬 오차를 적절하게 조절함으로써 10 nm 미만의 해상도와 20 nm 미만의 정렬오차를 가지는 3차원 구조를 제작할 수 있는 전자빔 리소그래피 오버레이 공정을 소개하고자 한다.


오버레이 공정에서는 적층할 때 각 층 사이를 정확하게 정렬(alignment)하기 위해서는 다음 층을 가공하기 전에 아래 층에 제작된 패턴을 확인해야 한다. 하지만 EBL의 경우에는 전자빔을 통해 아래 층에 제작된 패턴을 보게 되면 도포되어 있던 레지스트가 노광되어 버리기 때문에 아래층의 패턴을 확인할 수 없다.


따라서 Fig 1의 각 모서리 부분에서 확인할 수 있는 것과 같이 패턴이 있는 부분에서 떨어진 부분에 정렬을 위한 마크를 만들어야 한다. 정렬의 정교함은 정렬 마크가 얼마나 일치하느냐에 의존하는데 적층 시에 EBL의 SEM 기능을 통해 이 마크를 확인할 수 있다. 원점의 위치와 좌표의 회전을 조절하며 쌓고자 하는 마크와 제작된 패턴의 층에 있는 마크가 일치하도록 조정한다.


기존의 정렬 마크 디자인은 원형이거나 Fig 2과 같은 십자 모양이지만 이 경우 근접효과(proximity effect)로 인해 가장자리가 뭉툭하게 된다. 이에 의해 설계한 정렬 마크와 실제 제작된 정렬 마크 사이의 오차(positioning error) 때문에 정렬의 정확도가 떨어졌다.


이에 포항공대 기계공학과 노준석 교수님 연구실에서는 Fig 3와 같이 기존의 정렬 마크의 디자인을 수정하여 설계한 정렬 마크와 실제 제작된 정렬 마크 사이의 오차를 최소화하였다. 이 디자인 또한 proximity effect의 영향을 받지만 가운데 너비 50 nm 가량의 4개의 나노 막대 구조가 교차하는 중앙에 구조의 중심이 있기 때문에 정렬하기 위한 기준점을 찾는 데 용이하다.

이처럼 정렬 마크 디자인의 수정을 통해 보다 향상된 오버레이 정확도를 달성할 수 있다. 추가적으로 4개의 나노 막대 구조의 양 끝에 비교적 큰 삼각형 패턴을 사용해 정렬 마크를 찾는 데 용이하게 할 수 있다.