KR100418910B1 - apparatus and method for production of photonic crystal - Google Patents

Abstract

본 발명은 간섭 리소그라피를 이용하여 저비용에 제작방법이 단순하면서도 격자 패턴에 임의로 변화를 줄 수 있는 2차원 광자결정의 격자 패턴을 제작하기 위한 것으로서, 다수개의 회절 빔을 반사경과 웨이퍼 홀더를 통해 웨이퍼에 1차 노출시켜 일정한 주기를 갖는 선 패턴을 형성하는 단계와, 상기 웨이퍼 홀더 또는 반사경을 소정각으로 회전시켜 격자 모양 또는 선 패턴의 주기가 변화된 다수개의 회절 빔을 웨이퍼에 2차 노출시키는 단계와, 상기 1 차 노출과 2 차 노출을 이용하여 격자 패턴을 형성하여 광자 결정을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.The present invention is to produce a two-dimensional photonic crystal lattice pattern that can be arbitrarily changed in the lattice pattern while the manufacturing method is simple at low cost by using interference lithography, a plurality of diffraction beams to the wafer through the reflector and the wafer holder Forming a line pattern having a predetermined period by first exposure, rotating the wafer holder or the reflector at a predetermined angle, and secondly exposing a plurality of diffraction beams of which the period of the lattice shape or line pattern is changed to the wafer; And forming photonic crystals by forming a lattice pattern using the first and second exposures.

Description

광자 결정 제조 장치 및 방법{apparatus and method for production of photonic crystal}Photonic crystal manufacturing apparatus and method {apparatus and method for production of photonic crystal}

본 발명은 광통신용 소자에 관한 것으로, 특히 간섭 리소그라피(interferometric lithography)를 이용하여 2차원 광자결정의 격자 패턴을 제작하는 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to devices for optical communications, and more particularly, to an apparatus and method for manufacturing a lattice pattern of two-dimensional photonic crystals using interferometric lithography.

광자결정(photonic crystal)은 도 1에서 나타낸 것과 같이 유기체를 주기적으로 배열한 물질을 말한다.Photonic crystal refers to a material in which organisms are periodically arranged as shown in FIG. 1.

일반적으로 결정 구조를 갖는 물질들은 그 물질을 구성하는 원자나 분자들의 규칙적인 배열로 인하여 주기적인 포텐셜이 생겨 전자들의 움직임(propagation)에 영향을 미친다.In general, materials with a crystalline structure have a periodic potential due to the regular arrangement of atoms or molecules that make up the material, which affects the movement of electrons.

이로 인하여 생기는 중요한 현상이 바로 띠간격(band gap)의 형성이다.An important phenomenon that arises is the formation of a band gap.

이러한 개념은 광자에서도 마찬가지로 적용되는데 이때는 유전체가 광자에대한 포텐셜의 역할을 한다.This concept applies to photons as well, with the dielectric acting as a potential for the photons.

이 경우도 전자의 경우와 마찬가지로 띠간격이 형성되는데 이를 전자의 띠간격과 구별하여 광자띠간격(photonic band gap material : PBG)이라고도 부르는 이유가 바로 이 때문이다.In this case, as in the case of the former, a band gap is formed, which is why it is called a photonic band gap material (PBG) to distinguish it from the band gap of the electron.

이러한 광자결정은 1987년 Yablonobitch와 John이 각각 독자적으로 빛에 대해서도 동일한 띠간격 개념이 적용될 수 있다고 발표함으로써, 알려지게 되었다.These photon crystals became known in 1987 when Yablonobitch and John each independently announced that the same band gap concept could be applied to light.

빛에 대하여 포텐셜로 작용하는 것이 유전체이므로 이를 주기적으로 배열하면 광자 띠간격이 생겨 특정한 파장을 가진 전자기파를 선택적으로 통과시킬 수도 있고, 진행을 막을 수도 있다고 제안한 것이다.It is suggested that the potential acting on light is a dielectric, so if it is arranged periodically, photon band gaps can occur, which can selectively pass electromagnetic waves with a specific wavelength or prevent progress.

이러한 제안은 1989년 Yablonovitch 그룹이 이차원 구조의 광자결정에서 광자 띠간격이 존재한다는 것을 실험적으로 보임으로써 현실화되었다.This proposal was realized in 1989 by Yablonovitch's group experimentally showing the existence of photon band gaps in two-dimensional photonic crystals.

그 후 1991년 위 그룹이 마이크로파 영역에 해당하는 주파수 영역에서 띠간격을 갖는 3차원 광자결정을 제작하여 광자결정이 실제 소자로 응용될 수 있는 가능성을 제시한 이래 여러 곳에서 활발한 연구가 이루어지고 있다.Since then, in 1991, the group has produced three-dimensional photonic crystals with a band gap in the frequency domain corresponding to the microwave region, and has shown the possibility that photonic crystals can be applied to actual devices. .

광자 띠간격 내에 속하는 주파수를 갖는 전자기파가 입사할 때 입사 방향에 관계없이 매질 내로 전파되지 못하고 전반사하므로 효과적인 반사 거울이 될 수 있다.When an electromagnetic wave having a frequency that falls within the photon band interval is incident, it is not propagated into the medium regardless of the direction of incidence and is totally reflected so that it can be an effective reflecting mirror.

그리고 광자결정의 주기성을 깨뜨리는 국소적인 결함(defect)을 인위적으로 만들면 결함 준위에 해당하는 주파수의 전자기파와 결함간의 속박상태, 즉 일종의 마이크로케비티(microcavity)를 구현할 수 있다.By artificially creating local defects that break the periodicity of photonic crystals, it is possible to realize a microcavity, that is, a state of confinement between electromagnetic waves and defects at frequencies corresponding to defect levels.

또한 광자결정내에 결함을 배열하면 빛이 진행할 수 있는 통로, 즉 광도파로를 만들 수 있으며, 기존의 광섬유로는 불가능한 90°의 꺾임각을 실현할 수 있으므로 광소자의 집적도를 높일 수 있다.In addition, by arranging defects in the photonic crystal, it is possible to create a path through which light can travel, that is, an optical waveguide, and to realize an angle of inclination of 90 ° which cannot be achieved with a conventional optical fiber, thereby increasing the integration degree of an optical device.

그리고 광자결정으로 프리즘을 제작하면 빛의 분산이 기존의 프리즘에 비해 500배 더 강하게 나타나는데 이를 슈퍼 프리즘 현상(superprism phenomenon)이라 한다.And when the prism is made of photonic crystal, the dispersion of light is 500 times stronger than the existing prism, which is called superprism phenomenon.

이 슈퍼 프리즘 현상을 광 통신용 WDM(Wavelength Devision Multiplexer)소자에 응용하면 기존의 AWG(Arrayed Waveguide Gratings)나 파이버 격자 방식에 비해 소자 크기를 획기적으로 줄일 수 있다.The application of this super-prism to WDM (Wavelength Demultiplexer) devices for optical communications can dramatically reduce device size compared to conventional AWG (Array Waveguide Gratings) or fiber gratings.

이와 같은 광자결정은 일반적으로 반도체 공정기술을 이용하여 제작되고 있다.Such photonic crystals are generally manufactured using semiconductor process technology.

리소그라피 공정으로 표면에 주기적인 패턴을 형성한 후 건식 식각에 의해 기둥 형태의 구멍을 뚫어(혹은 기둥 형태의 유전체를 남긴채 나머지 부분을 식각하여) 구조물을 만든다.After forming a periodic pattern on the surface by lithography, a hole is formed by dry etching (or by etching the remaining part while leaving a pillar-like dielectric).

이때 표면에 수직하게 깊이 식각하여야 하므로 PR(Photo Resist)을 마스크로 하여 제작한다.At this time, the depth must be etched perpendicular to the surface, so it is manufactured using PR (Photo Resist) as a mask.

구멍의 배열 주기는 200~700nm 이고, 구멍의 지름 100nm 이하의 해상도로 크기를 제어해야 하므로 파장 크기에 의해 해상도가 제한 받는 기존의 포토리소그라피를 적용하기는 어렵다.Since the arrangement period of the holes is 200-700 nm and the size must be controlled at a resolution of 100 nm or less in diameter, it is difficult to apply conventional photolithography in which the resolution is limited by the wavelength size.

따라서 현재 가장 널리 쓰이는 방법은 전자빔 리소그라피(electron-beamlithography)이다.Thus, the most widely used method today is electron-beam lithography.

이 방법은 전자선을 이용하여 마치 가는 붓으로 선을 그려나가듯 패턴을 그려나가는 방법으로, 미세한 패턴을 고해상도로 제작할 수 있는 장점이 있는 반면, 시간이 오래 걸리고 고비용인 단점이 있다.This method draws a pattern as if drawing a line with a thin brush using an electron beam, and has the advantage of producing a fine pattern in high resolution, but it takes a long time and a high cost.

이에 비해 짧은 시간에 상대적으로 저렴한 비용으로 패턴을 제작하는 방법으로 홀로그램 리소그라피(hologram lithography)가 있다.In contrast, hologram lithography is a method of producing patterns at relatively low cost in a short time.

이 방법은 빛의 회절과 간섭 현상을 이용한 방법으로 도 2나 도 3과 같이 다중 슬릿에 의해 회절된 빛들이 서로 간섭하여 주기적인 패턴을 형성한다.This method uses a diffraction of light and an interference phenomenon. As shown in FIGS. 2 and 3, light diffracted by multiple slits interferes with each other to form a periodic pattern.

회절이란 빛이 모서리에서 휘거나 번져나가는 현상을 말하는데, 슬릿을 통과한 빛은 회절되어 모든 방향으로 퍼져나가며 중심축으로부터 벗어남에 따라 위상차이가 생기게 된다.Diffraction refers to a phenomenon in which light is bent or spread at an edge, and light passing through the slit is diffracted and spreads in all directions, causing a phase difference as it deviates from the central axis.

정확히 반대의 위상에 있는 두 빛이 만나면 소멸간섭을 일으키게 되며, 결과적으로 도 4와 같은 회절무늬가 만들어진다.When two lights in exactly opposite phases meet, an extinction interference occurs, resulting in a diffraction pattern as shown in FIG.

그리고 이중슬릿의 경우에는 각 슬릿을 통과한 두 빛이 서로 중첩되어 간섭을 일으키며, 도 5와 같은 회절 무늬를 만들며, 슬릿의 수를 늘리면(이를 회절격자라 한다) 도 6과 같이 극대점이 주기적으로 반복되는 간섭무늬가 만들어진다.In the case of the double slit, the two lights passing through each slit overlap each other and cause interference, and make a diffraction pattern as shown in FIG. 5, and when the number of slits is increased (this is called a diffraction grating), the maximum point is periodically shown in FIG. 6. Repeated interference fringes are made.

이러한 간섭무늬의 주기성을 이용하여 선 패턴을 형성할 수 있다.A line pattern may be formed using the periodicity of the interference fringe.

도 2 는 회절격자를 이용하여 선 패턴을 형성하는 장치의 개략도와 제작된 선 패턴을 나타낸 도면이다.Fig. 2 is a schematic diagram of a device for forming a line pattern using a diffraction grating and a diagram showing the manufactured line pattern.

그리고 3개의 회절격자를 도 3(a)와 같이 배열하면 2차원 격자패턴을 만들수 있다.If the three diffraction gratings are arranged as shown in Fig. 3 (a), a two-dimensional grating pattern can be made.

이를 홀로그램 리소그라피, 혹은 간섭 리소그라피라 한다.This is called holographic lithography, or interference lithography.

이와 같은 간섭 리소그라피가 제작방법의 단순함이나 비용면에서 전자빔 리소그라피에 비해 월등히 유리하다.Such interference lithography is much more advantageous than electron beam lithography in terms of simplicity and cost of fabrication.

하지만 전자빔 리소그라피는 전자빔으로 선을 그려나가기 때문에 격자 패턴에 임의로 변화를 줄 수 있지만 간섭 리소그라피에서는 이것이 불가능한 단점이 있다.However, since electron beam lithography draws a line with an electron beam, the lattice pattern can be arbitrarily changed, but this is impossible in an interference lithography.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 간섭 리소그라피를 이용하여 저비용에 제작방법이 단순하면서도 격자 패턴에 임의로 변화를 줄 수 있는 2차원 광자결정의 격자 패턴을 제작하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and the objective is to produce a lattice pattern of two-dimensional photonic crystals that can change the lattice pattern at a low cost by using an interference lithography simple but the production method is simple. have.

도 1 은 일반적인 광자 결정을 나타낸 도면1 shows a typical photon crystal

도 2 는 종래 기술에 따른 회절격자 마스크 투사법의 개념도와 이를 이용하여 제작된 선 패턴을 나타낸 도면2 is a conceptual diagram illustrating a diffraction grating mask projection method according to the related art and a line pattern manufactured using the same;

도 3 은 종래 기술에 따른 3개의 회절 격자를 이용한 간섭 무늬와 이를 이용하여 제작된 2차원 GaAs 광자 결정을 나타낸 도면3 is a diagram illustrating an interference fringe using three diffraction gratings according to the related art and a two-dimensional GaAs photonic crystal fabricated using the same.

도 4 는 일반적은 단일 슬릿에 의한 회절 무늬를 나타낸 도면4 is a diagram showing a diffraction pattern by a general single slit

도 5 는 일반적인 이중 슬릿에 의한 회절 무늬를 나타낸 도면5 is a view showing a diffraction pattern by a general double slit

도 6 은 일반적인 다중 슬릿(회절 격자)에 의한 간섭 무늬를 나타낸 도면6 is a diagram showing an interference fringe by a general multiple slit (diffraction grating)

도 7 은 본 발명에 따른 광자 결정 제조를 위한 간섭 리소그래피 장치의 개념도를 나타낸 도면7 illustrates a conceptual diagram of an interference lithography apparatus for fabricating photonic crystals according to the present invention.

도 8 은 도 7에 의해 나타난 원형 슬릿에 의한 회절 무늬를 나타낸 도면8 is a view showing a diffraction pattern by the circular slit shown by FIG.

도 9 는 본 발명에 따른 광자 결정 제조에 따른 간섭 리소그라피 장치 중 회전 스테이지를 나타낸 도면9 shows a rotating stage of an interference lithography apparatus according to the manufacture of photonic crystals according to the present invention.

도 10은 도 9에서 나타낸 회전 스테이지에 입사한 빔의 진행 경로를 나타낸 도면10 is a view showing a path of a beam incident on the rotating stage illustrated in FIG. 9;

도 11 은 본 발명에 따른 2차 노출을 통해 광자 결정을 제조하는 방법을 나타낸 도면11 illustrates a method of making photonic crystals through secondary exposure in accordance with the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 레이저 광원 20 : 셔터10: laser light source 20: shutter

30 : 빔 확장기 40 : 렌즈30: beam expander 40: lens

50 : 스테이지 51, 60 : 반사경50: stage 51, 60: reflector

52 : 웨이퍼 홀더 53 : 회전 스테이지52 wafer holder 53 rotating stage

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광자 결정 제조 장치의 특징은 파장 λ의 빛을 만드는 레이저광원과, 상기 레이저광원을 통해 입력되는 빛의 노출 시간을 조정하는 셔터와, 상기 셔터를 통해 조정된 빛을 핀 홀(pin hole)을 이용하여 회절시켜서 회절무늬를 생성하는 빔 확장기(beam expander)와, 상기 빔 확장기에서 출력되는 빛을 평행하게 입사시키는 렌즈와, 회전을 통해 웨이퍼에 노출되는 격자 모양과 선 패턴의 주기를 변화시켜 임의의 격자패턴을 형성하는 회전 스테이지를 포함하여 구성되는데 있다.Features of the photonic crystal manufacturing apparatus according to the present invention for achieving the above object is a laser light source for generating a light of the wavelength λ, a shutter for adjusting the exposure time of light input through the laser light source, and through the shutter A beam expander for diffracting the adjusted light using a pin hole to generate a diffraction pattern, a lens for incident light in parallel from the beam expander, and a lens exposed to the wafer through rotation. It is configured to include a rotation stage for changing the period of the grid shape and line pattern to form an arbitrary grid pattern.

상기 회전 스테이지는 회전을 통해 웨이퍼에 노출되는 광원의 노출각을 변화시켜 격자 모양을 변화시키는 웨이퍼 홀더와, 회전을 통한 빔 입사각과 빔 반사각의 변화를 통해 웨이퍼 상에 형성되는 선 패턴의 주기를 변화시켜 이방성 형태의 광결정을 형성하는 반사각으로 구성되는데 다른 특징이 있다.The rotation stage includes a wafer holder for changing a lattice shape by changing an exposure angle of a light source exposed to the wafer through rotation, and a period of a line pattern formed on the wafer through a change in beam incidence angle and beam reflection angle through rotation. It is composed of a reflection angle which forms an anisotropic type photonic crystal.

상기 광결정은 로드 타입이나 홀 타입 중 어느 하나인데 또 다른 특징이 있다.The photonic crystal is either a rod type or a hole type, which has another feature.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광자 결정 제조 방법의 특징은 다수개의 회절 빔을 반사경과 웨이퍼 홀더를 통해 웨이퍼에 1차 노출시켜 일정한 주기를 갖는 선 패턴을 형성하는 단계와, 상기 웨이퍼 홀더 또는 반사경을 소정각으로 회전시켜 격자 모양 또는 선 패턴의 주기가 변화된 다수개의 회절 빔을 웨이퍼에 2차 노출시키는 단계와, 상기 1 차 노출과 2 차 노출을 이용하여 격자 패턴을 형성하여 광자 결정을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.A feature of the method of manufacturing a photonic crystal according to the present invention for achieving the above object is to form a line pattern having a predetermined period by first exposing a plurality of diffraction beams to a wafer through a reflector and a wafer holder, and the wafer Rotating the holder or reflector at a predetermined angle to expose a plurality of diffraction beams of varying lattice shape or line pattern period to the wafer; and forming a lattice pattern using the first and second exposures to form a photon crystal. It comprises the step of forming a.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.

본 발명에 따른 광자 결정 제조 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Preferred embodiments of the photonic crystal manufacturing apparatus and method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 7 은 본 발명에 따른 광자 결정 제조에 따른 간섭 리소그라피 장치를 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating an interference lithography apparatus according to the manufacture of photonic crystals according to the present invention.

도 7을 보면, 파장 λ의 빛을 만드는 레이저광원(10)과, 상기 레이저광원(10)을 통해 입력되는 빛의 노출 시간을 조정하는 셔터(20)와, 상기 셔터(20)를 통해 조정된 빛을 핀 홀(pin hole)을 이용하여 회절시켜서 회절무늬를 생성하는 빔 확장기(beam expander)(30)와, 상기 빔 확장기에서 출력되는 빛을 평행하게 입사시키는 렌즈(40)와, 웨이퍼 홀더(52)와 반사경(51)이 장착되어 상기 빔 확장기에서 생성된 회절무늬를 중앙에 위치시키는 회전 스테이지(rotational stage)부(53)로 구성된다.Referring to FIG. 7, a laser light source 10 that produces light having a wavelength λ, a shutter 20 that adjusts an exposure time of light input through the laser light source 10, and adjusted through the shutter 20. A beam expander 30 for diffracting light using a pin hole to generate a diffraction pattern, a lens 40 for incident light in parallel from the beam expander, and a wafer holder ( 52 and a reflecting mirror 51 are configured to include a rotational stage 53 for centering the diffraction pattern generated by the beam expander.

이때, 상기 핀 홀을 통과한 빛은 회절에 의해 확장되면서 도 8과 같은 회절무늬를 만들며, 회전 스테이지(53)는 이 회절 무늬의 중앙 제 1 극대점(중심에 위치한 원)내에 위치한다.At this time, the light passing through the pin hole is expanded by diffraction to form a diffraction pattern as shown in FIG. 8, and the rotation stage 53 is located in the center first maximum point (circle located at the center) of the diffraction pattern.

도 9 는 본 발명에 따른 광자 결정 제조에 따른 간섭 리소그라피 장치 중 회전 스테이지를 나타낸 도면이다.9 is a view showing a rotating stage of the interference lithography apparatus according to the photonic crystal manufacturing according to the present invention.

회전 스테이지(rotational stage)에 입사하는 빔은 웨이퍼에 바로 입사하는 제 1 빔(beam)과 반사경(51)에 반사되어 웨이퍼 홀더(52)로 입사하는 제 2 빔으로 나뉠 수 있다.The beam incident on the rotational stage may be divided into a first beam incident directly on the wafer and a second beam reflected by the reflector 51 and incident on the wafer holder 52.

이 두 빔 사이에는 경로차가 발생하며 경로차가 반파장의 짝수배가 되면 보강간섭이, 홀수배가 되면 상쇄간섭이 일어나 웨이퍼 상에는 밝고 어두운 선이 주기적으로 반복되는 선 패턴이 형성된다.A path difference occurs between the two beams, and when the path difference becomes an even number of half wavelengths, constructive interference occurs and an odd number of times cancels out an interference pattern, and a line pattern is formed in which light and dark lines are periodically repeated on the wafer.

도 10은 도 9에서 나타낸 회전 스테이지에 입사한 빔의 진행 경로를 나타낸 도면이다.FIG. 10 is a diagram illustrating a path of a beam incident on the rotating stage illustrated in FIG. 9.

도 10을 보면, 반사경(51)과 웨이퍼 홀더(holder)(52) 사이의 각을 α, 반사경(51)과 제 2 입사빔 사이의 각을 θ라 하자.Referring to FIG. 10, let? Be the angle between the reflector 51 and the wafer holder 52, and? Be the angle between the reflector 51 and the second incident beam.

이때 웨이퍼 홀더(52)에 바로 입사한 제 1 빔과 반사경(51)을 거쳐서 웨이퍼홀더(52)로 입사한 제 2 빔사이에는 경로차(Δ)가 생긴다.At this time, a path difference Δ is generated between the first beam directly incident on the wafer holder 52 and the second beam incident on the wafer holder 52 via the reflector 51.

그리고 상기 경로차를 식으로 표현하면 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.If the path difference is expressed by an equation, it may be expressed by Equation 1 below.

상기 수학식 1을 사인법칙으로부터 치환하면 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.Substituting Equation 1 from the sign law can be expressed as Equation 2 below.

이때 상기 d는 중심축으로부터의 거리를 나타낸다.Where d represents the distance from the central axis.

그리고 두 빔의 경로차가 파장의 정수배가 되면 보강 간섭이 일어나며, 이를 식으로 표현하면 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.In addition, constructive interference occurs when the path difference between the two beams becomes an integer multiple of the wavelength, which can be expressed by Equation 3 below.

상기 수학식 3에 n=1을 대입하여 d에 대해서 정리하면 간섭 패턴의 주기()를 구할 수 있으며, 이는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.Substituting n = 1 in Equation 3 and arranging for d, the period of the interference pattern ( ), Which can be expressed as Equation 4.

그리고 상기 수학식 4에서= pi /2로 가정하면 수학식 5와 같은 브래그 회절 공식(Bragg diffraction formula)이 얻어 진다.And in Equation 4 Assuming pi = 2, the Bragg diffraction formula is obtained as shown in Equation 5.

따라서, 광원의 파장과 반사경의 각도가 정해지면 선 패턴의 주기가 결정된다.Therefore, when the wavelength of the light source and the angle of the reflector are determined, the period of the line pattern is determined.

그리고 상기 수학식 4로부터 선 패턴의 주기를 바꾸는 방법은 다음 세 가지로 구분할 수 있다.And, the method of changing the period of the line pattern from the equation (4) can be divided into the following three.

첫째, 광원의 파장(λ)을 바꾼다.First, the wavelength λ of the light source is changed.

둘째, 입사빔과 반사경 사이의 각(θ)을 바꾼다.Second, change the angle θ between the incident beam and the reflector.

셋째, 반사경과 웨이퍼 사이의 각(α)을 바꾼다.Third, the angle α between the reflector and the wafer is changed.

상기 첫 번째의 광원의 파장을 바꾸는 방법은 다른 파장의 레이저로 교체를 하거나 턴어블 레이저(tunable laser)를 사용할 수 있다.The first method of changing the wavelength of the light source may be replaced with a laser of a different wavelength or use a tunable laser.

그러나 레이저 교체는 그 과정이 번거롭고 원하는 파장수만큼의 레이저가 필요하므로 비용이 많이 드는 문제를 안고 있다.However, laser replacement has a costly problem because the process is cumbersome and requires the laser of the desired wavelength.

그리고 턴어블 레이저는 파장의 가변범위가 좁아서 실질적으로 선 패턴 주기의 변화폭이 제한된다.In addition, the turnable laser has a narrow range of change in wavelength, thereby substantially limiting the variation in the line pattern period.

따라서 넓은 범위에서, 연속적으로 정밀하게 패턴의 주기를 조절하려면 입사빔과 반사경(51) 사이의 각(θ), 또는 반사경(51)과 웨이퍼 홀더(52) 사이의 각(α)을 조절하는 방법이 적합하다.Therefore, in a wide range, to adjust the period of the pattern continuously and precisely, the angle (θ) between the incident beam and the reflector 51 or the angle α between the reflector 51 and the wafer holder 52 is adjusted. This is suitable.

반사경(51)과 웨이퍼 홀더(52) 사이의 각(α)은 반사경(51)과 웨이퍼 홀더(52)가 만나는 축을 중심으로 제 2 회전을 통해 웨이퍼 홀더(52)를 회전시켜조절한다.The angle α between the reflector 51 and the wafer holder 52 is adjusted by rotating the wafer holder 52 through a second rotation about an axis where the reflector 51 and the wafer holder 52 meet.

그리고 입사빔과 반사경(51) 사이의 각(θ)은 회전 1과 같이 회전 스테이지를 회전시켜서 조절한다.The angle θ between the incident beam and the reflector 51 is adjusted by rotating the rotating stage as shown in the rotation 1.

이와 같이 반사경(51)의 각을 조절함으로써 웨이퍼 상에 형성되는 선 패턴의 주기를 임으로 결정할 수 있다.Thus, by adjusting the angle of the reflecting mirror 51, the period of the line pattern formed on a wafer can be determined arbitrarily.

이와 같은 방법으로 웨이퍼를 광원에 1차 노출시키면 일정한 주기를 갖는 선 패턴이 형성된다.When the wafer is first exposed to the light source in this manner, a line pattern having a certain period is formed.

그리고 동일한 웨이퍼를 임의의 각도로 회전하여 2차 노출시키면 2차원 격자 패턴을 만들 수 있다.Then, by rotating the same wafer at an angle and performing secondary exposure, a two-dimensional lattice pattern can be created.

상기 2차 노출은 제 2 회전에 의해 웨이퍼 홀더(52)의 회전각도를 조절한다.The second exposure adjusts the rotation angle of the wafer holder 52 by the second rotation.

도 11 은 본 발명에 따른 2차 노출을 통해 광자 결정을 제조하는 방법을 나타낸 도면이다.11 illustrates a method for producing photonic crystals through secondary exposure in accordance with the present invention.

도 11을 보면, 먼저 1차 노출을 통해 격자패턴을 형성한다.Referring to FIG. 11, first, a grid pattern is formed through first exposure.

그리고 제 2 회전에 의해 웨이퍼 홀더(52)의 회전각도를 조절하여 2차 노출을 통해 격자패턴을 형성한다.The rotation angle of the wafer holder 52 is adjusted by the second rotation to form a grid pattern through the second exposure.

이때, 상기 2차 노출시 웨이퍼를 90°회전과 60°회전을 통해 격자를 생성했으며, 90°회전일 경우는 사각형 격자를, 60°회전일 경우에는 삼각형 격자를 제작할 수 있다.In this case, when the second exposure, the lattice is generated by rotating the wafer by 90 ° and 60 °, and when the 90 ° is rotated, a square lattice may be produced, and when the 60 ° is rotated, a triangular lattice may be manufactured.

이와 같이 손쉽게 웨이퍼 홀더(52)의 각도만을 조절하여 임의의 격자 패턴을 변화시킬 수 있다.As such, it is possible to easily change the lattice pattern by simply adjusting the angle of the wafer holder 52.

그리고 상기 2중 노출에 의해 2차원 패턴을 형성할 때 두 노출의 반사경 각도를 달리하게 되면 두 축 방향으로 격자상수가 다른 이방성 광결정을 제작할 수 있다.In addition, when forming the two-dimensional pattern by the double exposure, if the reflector angles of the two exposures are different, anisotropic photonic crystals having different lattice constants in two axial directions may be manufactured.

도 12를 통해 상세히 설명하면, 먼저 첫 번째 노출에서 반사경의 각도를으로 하여의 주기를 갖는 선 패턴을 만든다.12, the angle of the reflector is first measured at the first exposure. By Make a line pattern with the period of.

그리고 두 번째 노출에서 반사경의 각도를으로 하여의 주기를 갖는 선 패턴을 만든다.And the angle of the reflector on the second exposure By Make a line pattern with the period of.

이렇게 만들어진 두 개의 선 패턴을 통해 미세한 격자 패턴을 갖는 이방성 광결정을 제작할 수 있게 된다.Through the two line patterns, the anisotropic photonic crystal having a fine lattice pattern can be manufactured.

또한 상기와 같이 제작되는 이방성 광자결정은 감광제(photoresist)의 타입에 따라 광결정의 패턴의 형태를 다르게 할 수 있다.In addition, the anisotropic photonic crystal produced as described above may have a different pattern of the photonic crystal pattern depending on the type of photoresist.

즉, 도 11의 마지막 단계와 같이 양성 감광제(positive photoresist)를 사용하면 노광 시 광원에 노출되지 않는 부분이 마스크를 형성하므로 로드 타입(rod type), 즉 기둥이 서있는 형태의 광결정이 만들어진다.That is, when a positive photoresist is used as in the last step of FIG. 11, a portion of a portion that is not exposed to a light source during exposure forms a mask, thereby forming a rod type, that is, a column in which a pillar stands.

그리고 음성 감광제(negative photoresist)를 사용하면 노광시 광원에 노출된 부분이 마스크를 형성하므로 홀 타입(hole type), 즉 구멍이 파 들어간 형태의 광결정이 만들어진다.In addition, when a negative photoresist is used, a portion exposed to the light source during exposure forms a mask, thereby forming a photonic crystal of a hole type, that is, a hole.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 광자 결정 제조 장치 및 방법은 짧은 시간에 저렴한 비용으로 미세한 패턴을 고해상도로 제작할 수 있으며, 또한격자 패턴에 임의로 변화를 줄 수 있는 효과가 있다.The photonic crystal manufacturing apparatus and method according to the present invention as described above can produce a fine pattern in high resolution at a low cost in a short time, and there is an effect that can change the grid pattern arbitrarily.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.

Claims (6)

파장 λ의 빛을 만드는 레이저광원과,A laser light source for making light of wavelength λ, 상기 레이저광원을 통해 입력되는 빛의 노출시간을 조정하는 셔터와,A shutter for adjusting an exposure time of light input through the laser light source; 상기 셔터를 통해 조정된 빛을 핀 홀(pin hole)을 이용하여 회절시켜서 회절무늬를 생성하는 빔 확장기(beam expander)와,A beam expander for diffracting the light adjusted through the shutter using a pin hole to generate a diffraction pattern, 상기 빔 확장기에서 출력되는 빛을 평행하게 입사시키는 렌즈와,A lens for incident light from the beam expander in parallel; 회전을 통해 바로 입사되는 제 1 빔과, 반사되어 입사되는 제 2 빔의 경로차를 통한 굴절률의 변화를 이용하여 웨이퍼에 노출되는 결정구조를 정의하는 회전 스테이지와,A rotation stage defining a crystal structure exposed to the wafer by using a change in refractive index through a path difference between a first beam that is directly incident through rotation and a second beam that is reflected and incident; 상기 회전 스테이지를 통해 정의된 결정구조를 입력으로 회전을 통해 웨이퍼에 노출되는 격자 모양과 선 패턴의 주기를 변화시켜 임의의 격자패턴을 형성하는 웨이퍼 홀더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광자 결정 제조 장치.Photonic crystal manufacturing, characterized in that it comprises a wafer holder for forming an arbitrary lattice pattern by changing the period of the lattice shape and line pattern exposed to the wafer through the rotation of the crystal structure defined through the rotation stage as input Device. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 스테이지는The method of claim 1, wherein the rotating stage is 회전을 통한 빔 입사각과 빔 반사각의 변화를 통해 웨이퍼 상에 형성되는 선 패턴의 주기를 변화시켜 이방성 형태의 광결정을 형성하는 반사각으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광자 결정 제조 장치.And a reflection angle for forming anisotropic photo crystals by changing the period of the line pattern formed on the wafer through the change of the beam incidence angle and the beam reflection angle through rotation. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 광결정은 로드 타입이나 홀 타입 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는광자 결정 제조 장치.And the photonic crystal is any one of a rod type and a hole type. 다수개의 회절 빔을 반사경과 웨이퍼 홀더를 통해 웨이퍼에 1차 노출시켜 일정한 주기를 갖는 선 패턴을 형성하는 단계와,Firstly exposing a plurality of diffraction beams to the wafer through a reflector and a wafer holder to form a line pattern with a constant period, 상기 웨이퍼 홀더를 소정각으로 회전시켜 격자 모양 또는 선 패턴의 주기가 변화된 다수개의 회절 빔을 웨이퍼에 2차 노출시키는 단계와,Rotating the wafer holder at a predetermined angle to secondly expose a plurality of diffraction beams of varying periods of lattice shape or line pattern to the wafer; 상기 1 차 노출과 2 차 노출을 이용하여 격자 패턴을 형성하여 광자 결정을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광자 결정 제조 방법.And forming photonic crystals by forming a lattice pattern using the first and second exposures. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 2차 노출시 웨이퍼 홀더를 90°회전일 경우는 사각형 격자가, 60°회전일 경우에는 삼각형 격자가 제작되는 것을 특징으로 하는 광자 결정 제조 방법.And a rectangular lattice when the wafer holder is rotated by 90 degrees during the second exposure, and a triangular lattice when the wafer holder is rotated by 60 degrees. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 광자결정은 양성 감광제를 사용하여 로드 타입으로 형성하거나, 또는 음성 감광막을 사용하여 홀 타입으로 형성하는 것을 특징으로 하는 광자 결정 제조 방법.The photonic crystal is formed into a rod type using a positive photosensitive agent, or formed into a hole type using a negative photosensitive film.