KR20150046051A - 기록 매체 내 구조의 광학 전사 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 광자원에서 광자들의 조사를 통해 국소적으로 제1 비기록 상태에서 제2 기록 상태로 변환될 수 있는 기록 매체 내로 구조를 광학 전사하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 경우, 기록 매체의 두 상태는 기록 매체의 서로 다른 물리적 및/또는 화학적 특성들로 나타난다. 본 발명에 따라서, 광자들의 조사를 위해, 초당 104개 광자 미만의 광자 선속을 갖는 하나 이상의 광자원이 선택된다. 인정된 바에 따르면, 조사가 마스크에 의해 부분적으로 차광될 필요 없이, 상기 유형으로 낮은 광자 선속으로 바람직하게는 특히 미세한 구조들이 기록 매체 내로 전사될 수 있다. 이런 방식으로, 광자들의 정해진 파장(에너지)으로, 방출된 광자들이 입사되는 위치들에 대해 회절 한계를 통해 사전 설정된 확률 분포의 폭보다 훨씬 더 작은 구조들이 전사될 수 있다.

Description

기록 매체 내 구조의 광학 전사 방법{METHOD FOR OPTICAL TRANSMISSION OF A STRUCTURE INTO A RECORDING MEDIUM}
본 발명은, 광자원에서 광자들의 조사(irradiation)를 통해 국소적으로 제1 비기록 상태(non-written state)에서 제2 기록 상태(written state)로 변환될 수 있는 기록 매체 내로 구조를 광학 전사하기 위한 방법에 관한 것이다.
마이크로 및 나노 구조들은 적어도 광학 리소그래피의 방식으로 제조된다. 이 경우, 구조화할 기판은 우선 기록 매체로 덮인다. 이런 기록 매체 내로는, 기록 매체에 마스크를 통과하여 국소적으로 광이 조사됨으로써, 제조할 구조가 전사된다. 그 결과, 기록 매체는, 비기록 상태에서, 기록 매체의 변동된 물리적 및/또는 화학적 특성들로 나타나는 기록 상태로 변환된다. 이어서 기록 매체는 기록된 위치들 상에서만, 또는 비기록된 위치들 상에서만 선택적으로 제거되며, 이에 후속하여 기판은 노출된 위치들에서 가공될 수 있으며, 예컨대 에칭될 수 있다.
기록할 구조들의 최소 크기는 회절로 인해 광 파장(light wavelength)의 크기로 결정된다. 그러므로 구조들을 축소하기 위해, 다시 말하면 공간 분해능을 향상시키기 위해, 이용되는 광 파장은 계속해서 감소되어야만 한다. 구조가 변경될 때마다 새로 시간 및 비용이 많이 드는 새로운 마스크를 제조해야 하는 필요성은 특히 새로운 구조들의 시제품 제조를 위한 광학 리소그래피의 실무적 이용을 제한한다.
그러므로 본 발명의 과제는, 향상된 공간 분해능을 제공하면서 이와 동시에 마스크 제조 없이도 수행되는, 기록 매체 내로 구조를 광학 전사하기 위한 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 과제는, 본 발명에 따라, 주 청구항에 따른 방법을 통해 해결된다. 추가의 바람직한 구성들은 주 청구항에 재귀적 관계를 갖는 종속항들에서 제시된다.
본 발명의 범위에서는, 광자원에서 광자들의 조사를 통해 국소적으로 제1 비기록 상태에서 제2 기록 상태로 변환될 수 있는 기록 매체 내로 구조를 광학 전사하기 위한 방법이 개발되었다. 이 경우, 기록 매체의 두 상태는 기록 매체의 서로 다른 물리적 및/또는 화학적 특성들로 나타난다.
본 발명에 따라서, 광자들의 조사를 위해, 초당 104개 광자 미만의 광자 선속(photon flux)을 갖는 하나 이상의 광자원이 선택된다.
인정된 점에 따르면, 조사가 마스크를 통해 부분적으로 차광될 필요 없이, 상기 유형으로 낮은 광자 선속으로 바람직하게는 특히 미세한 구조들이 기록 매체 내로 전사될 수 있다. 오히려, 상기와 같이 낮은 광자 선속의 경우, 기록 매체 내로 기록되는 구조들을 결정하기 위해, 또 다른 가능성들도 가용하다. 예컨대 복수 내지 다수의 광자원으로 구성된 어레이가 선택될 수 있다. 상기 광자원들이 분리되어 제어될 수 없는 점에 한해(수동적 리소그래피), 기록된 구조는 광자원들의 위치들을 통해 결정된다. 상기 광자원들이 분리되어 제어될 수 있는 점에 한해(능동적 리소그래피), 기록된 구조는 추가로 제어 패턴을 통해 결정된다. 추가로, 광자원, 내지 광자원들로 구성된 어레이는 기록 매체에 상대적으로 이동될 수 있으며, 특히 스캐닝될 수 있다.
인정된 점에 따르면, 종전까지의 종래 기술에 따른 마스크의 이용은 다수의 단점을 초래하였다. 이런 단점들은 전체적으로 리소그래피에서 실제로 달성 가능한 공간 분해능이 항상 대략 반의 광 파장의 회절 한계보다 훨씬 더 부적합해지도록 만든다.
● 마스크는 일반적으로 측면으로 구조화된 광불투과성 층, 예컨대 크롬층으로 구성되며, 이런 층은 기록할 구조를 사전 설정하고 자체적으로는 광투과성 기판 상에 적층된다. 이런 기판은 충분한 기계적 안정성을 보장하기 위해 적어도 약 1~2㎜의 두께를 보유해야 한다. 광불투과성 층은 광의 광 투과깊이보다 훨씬 더 두꺼워야 하는데, 그 이유는 광이 완전히 차광되어야만 하기 때문이다. 광의 적은 부분이라도 투과된다면, 기록 매체는 실질적으로 기록되지 않을 위치들에서 점차 변환되는데, 그 이유는 기록 매체가 시간에 걸쳐 광자들과의 상호 작용을 통합시키기 때문이다. 한편, 광 파장에 비해, 그리고 그에 따라 구조 크기에 비해 훨씬 더 두꺼운 마스크의 두께는 광원과 기록 매체 사이에서 최소의 이격 간격을 결정한다. 상기 이격 간격이 더욱더 커질수록, 이용되는 광자들 하에서 에너지들과 조사 방향들의 유한한 정도로만 명확한 분포는 더욱더 강하게 기록된 구조의 스미어(smear)로서 작용한다.
● 광불투과성 층의 구조 에지들 상에서는, 마찬가지로 기록된 구조의 스미어를 초래하는 추가의 회절 효과들이 발생한다.
● 마스크는 유한한 정밀도로만 제조되며, 이는 기록된 구조의 정확한 치수와 관련하여 추가의 불확실성을 초래한다.
● 거시적인 치수, 예컨대 수 인치의 지름을 갖는 표준 반도체 웨이퍼의 치수를 갖는 마스크는, 일반적으로 확장된 광원으로, 예컨대 램프로 조사된다. 이런 광원의 세기 분포는 상기 치수에 걸쳐서 균일하지 않으며, 그럼으로써 구조들은 기록 매체의 다양한 영역들에서 서로 다른 세기들로 기록된다.
이제 본 발명에 따라서 마스크는 배제될 수 있음으로써, 상기 결함 원들은 제거되며, 그리고 달성 가능한 분해능은 회절 한계에 근사된다. 또한, 종전까지의 종래 기술에 따라서 새로운 유형의 구조들의 시제품을 실현할 때 장애가 되었던 마스크의 매우 복잡하면서도 비용이 많이 드는 제조 및 구조화는 생략된다.
기록 매체의 분자 내지 화학식 단위(formula unit)를 비기록 상태에서 기록 상태로 변환하기 위해, 하나 이상의 광자가 에너지 공급으로서 요구된다. 더욱더 적은 광자가 공급될수록, 더욱더 적은 분자 내지 화학식 단위가 변동된다. 그러므로 바람직하게 광자원은 1개와 100개 사이의 광자를 방출하는 작동 주기로 작동된다. 작동 주기당 정확히 하나의 광자가 방출된다면, 기록 매체 상에서는 최대한 적은 변동이 실행된다.
상기 변동이 정확히 실행되는 위치는 광자원의 방출 특성에 따라서 확률 분포된다. 이런 확률 분포는 많은 광자 수의 한계 사례에서 광자원의 거시적 빔 프로파일(macroscopic beam profile)로 전환된다. 광자원과 기록 매체 사이의 이격 간격이 더욱더 커질수록, 확률 분포는 더욱더 많이 공간상 확장된다. 그러므로 바람직하게 광자원은 기록 매체에 대해 1㎛ 또는 그 미만의 작동 거리로 이동된다. 최소로 가능한 작동 거리는 실질적으로 표면 거칠기를 통해, 그리고 그 결과로 광자원과 기록 매체 사이에서 야기되는 기계적인 충돌의 위험을 통해 사전 설정된다.
본 발명의 특히 바람직한 구성에서, 광자원과 기록 매체는 상호 간에 상대적으로 이동된다. 이런 이동은 구조로서 기록 매체 내로 전사되는 라인(line)을 따라서 수행될 수 있다. 그 밖에도, 상기 이동은 예컨대 격자화(grating)되는 방식으로도 수행될 수 있으며, 광자원은 전사될 구조에 따라서 기록 재료가 변동되어야 하는 그리드(grid)의 지점들 상에서만 활성화된다.
이 경우, 그리드 점(grid point)마다, 방출된 광자들이 기록 매체 상에 입사되는 위치들이 다시 확률 분포된다. 그럼에도, 상기 분포의 폭보다 훨씬 더 작은 구조들이 전사될 수 있다. 이를 위해, 바람직하게는, 광자들의 사전 설정된 임계 선량을 상회할 때 비로소 국소적으로 비기록 상태에서 기록 상태로 변환되는 기록 매체가 선택된다. 그 다음, 그리드 폭, 및 각각의 그리드 점 상에 조사되는 광자 선량의 적합한 선택을 통해, 전체적으로 기록 매체 상에 조사되는 광자 선량의 공간상 분포가 생성되며, 이런 공간상 분포는 전사될 구조를 따라서만 임계 선량을 상회한다. 또한, 기록 매체의 나머지 영역들이 광자들에서 벗어난 점도 "비기록" 및 "기록"의 두 상태만을 구별하는 실제 적용에 대해 더 이상 중요하지 않다.
이런 방식으로, 광자들의 정해진 파장(에너지)으로, 방출되는 광자들이 입사되는 위치들에 대해 회절 한계를 통해 사전 설정된 확률 분포의 폭보다 훨씬 더 작은 구조들이 전사될 수 있다. 그에 반해, 종래의 리소그래피는 회절 제한되며, 상대적으로 더 작은 구조 크기로 전환하기 위해 상대적으로 더 작은 파장을 요구한다. 파장이 더욱더 작아질수록, 광원 및 광학 장치를 위해 소요되는 비용은 더욱더 커진다. 바로 열적 광원들은, 그 광을 구성하는 단일 광자들의 에너지들 및 방향들에서 높은 불선명도를 갖는다.
바람직하게는 포토리소그래피를 위한 포토레지스트가 기록 매체로서 선택된다. 상기 포토레지스터는 기록 상태에 있는 위치에서(네거티브 레지스트), 또는 비기록 상태에 있는 위치에서(포지티브 레지스트) 선택적으로 제거될 수 있다. 그 다음, 포토레지스트가 그 상에 도포되었던 기판은, 포토레지스트로 이루어져 상기 방식으로 구조화된 마스크를 통과하여 물리적으로, 또는 화학적으로, 예컨대 이온 에칭 또는 습식 화학 에칭을 통해 가공될 수 있다. 이런 방식으로, 구조는 기록 매체에서 기판 내로 전사된다. 포토레지스트 외에, 예컨대 상변화 매체들 및 열 활성화 매체들(thermally-activated medium)도 기록 매체로서 적합하다.
본 발명의 특히 바람직한 구성에서, 분리되어 제어될 수 있는 복수의 광자원으로 이루어진 어레이가 선택된다. 이런 복수의 광자원은 특히 100㎚ 또는 그 미만, 바람직하게는 50㎚ 또는 그 미만의 그리드 폭을 갖는 그리드 내에 배열된다. 단일 광자원들(single-photon source)은 최대 20㎚까지의 치수로 제공될 수 있다. 그리드는 1차원, 예컨대 선을 따르는 점 그리드일 수 있거나, 또는 2차원, 예컨대 격자형 점 그리드(lattice-shaped point grid)일 수 있다. 이제 각각 활성화된 단일 광자원은 기록 매체에 단일 광자원 자신으로부터 방출된 광자들의 공간상 확률 분포를 할당하며, 인접한 활성화된 광자원들에 기인하는 분포들은 중첩될 수도 있다. 기록 매체는 어디에서나 전체적으로 적어도 광자들의 필요한 임계값이 실현되는 위치에서는 비기록 상태에서 기록 상태로 변환된다. 그 치수들이 점 그리드의 크기 내에서 이동되는 구조들은, 그리드 내에서 어떠한 광자원들이 어느 정도의 길이 내지 어느 정도의 빈도로 활성화되어야 하는지의 규정으로 직접 분명하게 모델링될 수 있다. 물리적으로 제조된 어레이에 의해, 제어의 변경을 통해, 다수의 다양한 구조들이 기록될 수 있다. 이 경우, 구조의 매칭은 더 이상 하드웨어에 따른 마스크의 매칭을 필요로 하지 않으면서 제어의 소프트웨어에 따른 변경을 통해서 성취될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 구성에서, 각각의 광자원(i)이 작동되는 빈도 및/또는 기간(xi)은, 각각의 위치(k)에서 기록 매체 상에, 또는 그 내에 조사되는 광자 선량(Dk)이, 각각의 광자원(i)이 상기 광자 선량(Dk)에 기여하는 기여도들(dik(xi))의 합으로서 표현되는 방정식 계의 해로서 결정된다. 여기서, 우측 항에 위치하는 Dk는 전사할 구조를 통해 사전 설정되며, 연속적인 기록 매체는 개개의 위치(k)들로 구분되었다. 기여도들(dik(xi))은 광자원들의 방출 특성에 따라서 결정된다. 원칙상, 항상, 사전 설정된 구조로부터 실제로 기록된 구조의 적은 편차만이 존재하는데, 그 이유는 어느 위치들에서 각각의 광자원으로부터 방출된 광자들이 기록 매체 상에, 또는 그 내에 입사되는 확률 분포들이 반드시 기록될 구조와 유사한 형태를 나타내지 못하기 때문이다. 그러나 이런 확률 분포들은 중첩되기 때문에, 방정식 계를 해결하는 것을 통해, 단일 광자원들의 기여도들은, 편차가 최소화되는 정도로 최적화될 수 있다.
바람직하게 기여도들(dik(xi))은 광자원(i)으로부터 방출된 개개의 광자가 위치(k)에서 기록 매체 상에, 또는 그 내에 입사되는 확률(pik)과 xi의 곱으로서 표현된다. 이 경우, 방정식 계는 선형이다. 이런 방정식 계의 계수들에 속하는 사항은 단일 광자원들의 방출 특성, 이 단일 광자원들의 공간상 배열, 그리고 기록 매체를 개별 위치(k)들로 구분하는 자유도이다.
본 발명의 특히 바람직한 구성에서, 광자원들로 이루어진 어레이는 기록 매체에 상대적인 n개의 다양한 위치로 이동된다. 방정식 계의 방정식들에서, Dk는 각각의 광자원(i)이 위치(p=1,..., n)에서 광자 선량(Dk)에 기여하는 기여도들(dikp(xi))의 합으로서 표현된다. n개의 위치는 예컨대, 달성될 광자 선량(Dk)들이 사전 설정되는 위치(k)들의 그리드보다 훨씬 더 미세한 점 그리드의 지점들일 수 있다. 상기 방정식 계의 해는 집합(xip)이며, 다시 말하면 각각의 광자원(i)에 대해 상기 광자원이 어느 위치(p)에서 어느 정도의 길이 내지 어느 정도의 빈도로 활성화되는지의 정확한 규정이다. 기록 매체 내로 전사되는 사전 설정된 구조에서, 단일 광자원들의 "광 쇼(light show)"가 진행되며, 그에 반해 광자원들의 어레이는 연속적으로 위치(p=1,..., n)에 차례로 접근한다.
이런 방식으로, 광자원들이 내부에 배열되어 있는 그리드보다 훨씬 더 작은 구조들도 전사될 수 있다. 광자원들로 이루어진 어레이가 기록 매체에 상대적으로 변위되는 정밀도는 부분적으로 전사된 구조의 정밀도로 전환된다.
하기에서 본 발명의 대상은 도들에 따라서 설명되지만, 이를 통해 본 발명의 대상이 국한되지는 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 실시예이다.
도 2는 매트릭스 내의 단일 광자원들의 분리식 제어를 위한 회로도이다.
도 3은 광자원들로 이루어진 6각형 어레이의 전자 현미경 기록이다.
도 4는 도 3에 도시된 광자원들에서 광 방출의 특징을 묘사한 도이다.
도 5는 각추상 단일 광자원이다.
도 6은 도 5에 도시된 단일 광자원을 고주파 구조 내에 통합한 구조이다.
도 1에는, 본 발명에 따른 방법의 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 기판(1) 상에는, 그 내로 구조가 전사되는 기록 매체(2)가 도포된다. 구조를 전사하기 위해, 복수의 단일 광자원(4)을 포함한 캐리어 기판(3)이 기록 매체(2) 근처로 이동된다. 이제, 기록 매체(2)는, 활성화되어 광(5)을 방출하는 소스(4)들의 영역에서만, 비기록 상태에서 기록 상태로 변환된다. 따라서 서로 다른 구조들은 서로 다른 제어를 통해서만 기록될 수 있다. 본 실시예의 단순화된 형태에서, 단일 광자원(4)들은 분리되어 제어될 수 있는 것이 아니라, 모든 단일 광자원이 함께 활성화되거나, 또는 함께 활성화되지 않는다. 이 경우, 기록된 구조는, 캐리어 기판(3)의 평면 내에서 소스(4)들의 2차원 어레이를 통해 사전 설정된다.
도 2에는, 소스(4)들의 분리식 제어를 위한 회로도가 도시되어 있다. 여기서는, 워드 라인(W1, W2,..., Wn)들로 이루어진 라인 그리드(line grid)와 비트 라인(B1, B2,..., Bn)들로 이루어진 제2 라인 그리드가 제공된다. 두 라인 그리드는 함께 직사각형 격자(rectangular lattice)를 형성한다. 이런 직사각형 격자와 동일한 주기성으로, 소스(4)들이 배열되며, 하나의 소스는 정확히 하나의 워드 라인 및 정확히 하나의 비트 라인과 연결된다. 따라서, 워드 라인과 비트 라인 사이에 전압이 인가되면, 정확히 하나의 소스(4)가 활성화된다. 이 경우, 워드 라인들 및 비트 라인들은 동일한 평면에서 연장되지 않아도 되며, 그리고 소스(4)들을 포함하는 평면에서 연장되지 않아도 된다. 소스(4)들이 예컨대, n-형 접점, pn-형 접합 및 p-형 접점으로 이루어진 스택이 도면 평면에 대해 법선의 방향으로 연장되는 발광 다이오드(LED)들이라면, 예컨대 워드 라인들은 n-형 접점들의 하부에서, 또는 n-형 접점들의 평면에서 연장되며, 그럼으로써 각각의 워드 라인은 n-형 접점들만을 서로 연결한다. 비트 라인들은 p-형 접점들의 상부에서, 또는 p-형 접점들의 평면에서 연장되며, 그럼으로써 각각의 비트 라인은 p-형 접점들만을 서로 연결한다.
원칙상, 워드 라인과 비트 라인 사이의 상기 크로스바 어레이(cross-bar array)에는, 상기 워드 라인과 상기 비트 라인 사이에 직접 연결되는 소스(4)를 통과하는 전류 경로만이 존재하는 것은 아니다. 상기 직접적인 경로 외에도, 여전히 복수의 추가 소스(4)를 통과하는 추가의 기생 경로들이 존재한다. 그러나 상기 기생 경로 상의 각각의 소스는, 제어되는 워드 라인과 제어되는 비트 라인 사이에 직접 연결되는 소스보다 훨씬 더 낮은 전압을 공급받는다. 기생 경로들 상의 소스들에 인가된 전압은, LED를 점등 촉진하기 위해 필요한 밴드 갭으로 인한 최소 전압보다 더 낮다. 그러므로 비록 추가 소스들을 통과하는 기생 경로들이 존재한다고 하더라도, 단지 제어되는 워드 라인과 제어되는 비트 라인 사이에 직접 연결되는 소스(4)만이 점등 촉진된다.
도 3에는, 소스(4)들로 이루어진 6각형 어레이의 전자 현미경 기록이 도시되어 있다. 부분도 b는 부분도 a의 부분 영역의 줌 기록(zoom recording)이다. 소스(4)들은 LED 구조들이며, 이들 LED 구조의 공통 n-영역은 사파이어 기판 상에서 도 3에서 어둡게 도시된 n-도핑된 GaN 층(4a)이다. n-도핑된 GaN 층(4a) 상에는 비도핑된 GaInN/GaN 다층 구조(4b)로 구성되는 에칭된 칼럼들이 배열되며, 이들 에칭된 칼럼은 다중 양자 우물(MQW)을 각각 형성한다. MQW는 광자원의 파장을 결정하는 활성 매체로서 기능한다. 각각의 MQW 상에는 p-도핑된 GaN이 p-영역(4c)으로서 성장된다.
어레이는, 다층 구조(4b) 및 p-영역(4c)이 우선 평면 층들로서 GaN 층(4a) 상에 적층됨으로써 제조되었다. 이어서 포토레지스트는, 전자 빔 리소그래피로, 어디에서나 소스(4)가 칼럼으로서 유지되어야 하는 위치에서는 p-영역(4c)이 노출되도록 구조화되었다. 니켈층이 적층되었고, 이어서 포토레지스트는 리프트 오프(Lift-Off)를 통해 제거되었으며, 그럼으로써 니켈(4d)은 p-영역(4c)들 상에서만 잔존하고 그렇지 않으면 제거되었다. 다층 구조(4b) 및 p-영역(4c)은 어디에서나 니켈을 통해 보호되지 않은 위치에서는 GaN 층(4a)에 이르기까지 에칭 제거되었다.
도 3에 도시된 단계에서, 어레이에는 여전히 외부 환경과 p-영역(4c)들의 전기 접촉은 존재하지 않는다. 상기 어레이는, 영역(4c 및 4d)들만이 여전히 돌출되는 정도의 높이까지 절연성 재료가 칼럼들 사이에 삽입됨으로써 제조된다. 상기 절연 재료로서는 예컨대 어레이 상에 스핀-온 증착될 수 있고 열의 작용 하에 최종 생성물로서 절연성 SiO2를 형성하는 수소 실세스키옥산(HSQ)이 적합하다. SiO2 층이 형성된다면, 니켈은 선택적으로 제거되고 이 위에 니켈-금 합금으로 이루어져 외부 환경과 원하는 영역(4c)들을 연결하는 투명한 전기 전도성 접촉층이 적층된다. n-형 접점들은, 앞서 리소그래피 방법으로 범위 한정되었던 영역들에서 n-GaN 층 내에까지 SiO2의 Ar 이온 빔 에칭을 통해 형성된다. 이어서 Ti/Al/Ni/Au 층들을 이용한 금속 증착이 실행되며, 이후 상기 층들은 합금된다.
또한, 어레이는, 소스(4)들이 개별적으로 주소지정될 수 있도록 구성된다. 이를 위해, GaN 층(4a)은, 칼럼들의 행을 각각 서로 연결하는 워드 라인들의 형태로 구조화된다. 그 다음, 각각의 칼럼은 각각 정확히 하나의 워드 라인 상에 위치하며, 그리고 워드 라인들 사이에서 GaN 층(4a)은 사파이어 기판에 이르기까지 제거되며, 그럼으로써 워드 라인들은 상호 간에 절연된다. 투명한 전기 전도성 접촉층은 측면에서 비트 라인들의 형태로 구조화되며, 이 비트 라인들은 각각 영역(4c)들의 간극들을 상호 간에, 그리고 외부 환경과 연결한다. 그 다음, 하나의 워드 라인과 하나의 비트 라인 사이에 전압을 인가하는 것을 통해 정확히 하나의 소스(4)가 활성화될 수 있다.
도 4a에는, 도 3에 도시된 층 시스템이 325㎚의 파장을 갖는 광학 여기로 방출한 광 발광(photoluminescence)의 공간상 분포가 도시되어 있다. 광 발광은 440㎚의 파장에서 개시되었다. 광 발광의 측정은 제조 동안 품질 관리를 위한 중간 검사로서 적합하다. 광 발광이 보이지 않으면, 제조된 어레이는 불량이며, 추가 공정 단계들은 필요하지 않다.
도 4b에는, 도 3에 도시된 어레이를 제조한 평면 층 스택에 대해(포토레지스트의 도포 전; 곡선(i)), 그리고 단일의 소스(4)(곡선(ii))에 대해 에너지(E)를 통한 전계 발광(electroluminescence)의 세기 분포(l)가 도시되어 있다. 분포는 곡선(i)에 대해 140meV의 반치전폭(FWHM; full width half maximum)을 가지며, 곡선(ii)에 대해서는 100meV의 반치전폭을 갖는다. 소스(4)의 공간적 차원이 평면 층에서 칼럼으로 축소됨으로써, 시간 단위당 방출된 광자들의 개수는, 펄스 지속시간이 충분히 짧은 경우 단일 광자들의 방출이 여기될 수 있을 정도로 감소되었다. 에칭된 칼럼이 더욱더 작아질수록, 칼럼들 내 양자 구속(quantum confinement)은 더욱더 높아지며, 그리고 단일 광자원이 방출하는 광자 에너지들의 범위는 더욱더 좁아진다.
도 5에는, 본 발명에 따른 방법의 실행을 위해 적합한 단일 광자원(4)에 대한 추가 구현예가 도시되어 있다. 사파이어 기판(51) 상에는 우선 MOVPE 공정을 통해 n-도핑된 GaN 층(52)이 적층된다. 이 위에는, 열의 작용 하에 최종 생성물로서 절연성 SiO2를 형성하는 HSQ 층(53)이 스핀-온 증착된다. 폴리머 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)가 적층되어 전자 빔 리소그래피를 위한 포지티브 레지스트로서 이용된다. 층은, 단일 광자원(4)이 형성되어야 하는 위치에서, 전자 빔으로 조명되고 이어서 선택적으로 제거된다. 노출된 SiO2는 반응성 이온 에칭에 의해 제거된다. 그 다음 이어서 PMMA가 제거된다. SiO2는 절연 재료일 뿐 아니라 후속하는 에피택시를 위한 마스크로서도 이용된다. 추가의 MOVPE 공정을 통해, InN은 선택적으로 HSQ 층 내에 형성된 개구부를 통해 n-GaN 상에 적층된다. InN은 SiO2 마스크로부터 각추상(54)(pyramid)으로서 성장한다. 각추상 상에는 등각으로 p-도핑된 GaN(55)이 상부 성장된다. 이 경우, p-도핑된 GaN과, 비도핑된 InN과, n-도핑된 GaN 사이에 LED의 p i n-형 접합이 형성된다(도 5a).
그 다음, 포토레지스트 층(56)이 적층되어, 각추상(54/55)의 좌측 및 우측에 각각 SiO2 층(53)이 노출되는 영역들이 형성되도록 리소그래피 방식으로 구조화된다. 이런 영역들에서는 파선 화살표들로 지시되는 아르곤 이온 에칭을 통해 SiO2 층(53), 및 n-GaN 층(52)의 표면 근처 영역이 에칭 제거된다(도 5b). 이어서 금속들 Ti/Al/Ni/Au가 도포되며, 이들 금속은 상기 영역들에서 합금 후에 외부 환경과 n-GaN 층을 연결하는 금속 접점(57)들을 형성한다. 나머지 금속은 포토레지스트 층(56)의 리프트 오프를 통해 제거된다. 그리고 추가 포토레지스트 층(58)이 적층되며, 그리고 측면에서 각추상(54)이 노출되도록 구조화된다(도 5c).
그리고 각추상(54/55)을 에워싸는 금속(여기서는 Ni 및 Au)이 다시 도포된다. 다시 리프트 오프를 통해 포토레지스트 층(58) 상에 용착된 금속은 제거된다. 이 경우, 각추상(54/55)을 제어할 수 있는 금속 접점(59)은 잔존한다. 광자원은, 접점(57 및 59)들 사이에 전압이 인가될 때 활성화된다.
도 6에는, 상기 방식으로 제조되어 고주파 구조 내에 통합된 단일 광자원의 전자 현미경 기록이 도시되어 있다. 부분도 a 내지 d에는 다양한 배율 단계들이 도시되어 있다. 접점(59)은 여기서는 p-GaN을 둘러싸면서 여전히 보이는 InN 각추상(54/55)을 덮는 금속 설부(59a, 59b)(metal tongue)로서 형성된다. 상기 설부들 중 각각 2개는 외부 환경과 각추상(54/55)의 전기 연결을 위한 거시적 접촉 패드(59c)(contact pad) 내로 통해 있다. 접점(57)들은 마찬가지로 외부 환경과 n-GaN 층을 연결하기 위한 거시적 접촉 패드(57a, 57b)들 내로 통해 있다. 접촉 패드(59c 및 57a)들 사이에 전압이 인가되면, 금속 설부(59a) 상의 소스는 활성화된다.

Claims (11)

  1. 광자원에서 광자들의 조사를 통해 국소적으로 제1 비기록 상태에서 제2 기록 상태로 변환될 수 있는 기록 매체 내로 구조를 광학 전사하기 위한 방법으로서, 기록 매체의 두 상태는 기록 매체의 서로 다른 물리적 및/또는 화학적 특성들로 나타나는, 상기 방법에 있어서,
    광자들의 조사를 위해, 초당 104개 광자 미만의 광자 선속을 갖는 하나 이상의 광자원이 선택되는 것을 특징으로 하는 기록 매체 내 구조의 광학 전사 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광자원은 1개와 100개 사이의 광자를 방출하는 작동 주기로 작동되는 것을 특징으로 하는 기록 매체 내 구조의 광학 전사 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광자원은 기록 매체에 대해 1㎛이하의 작동 거리로 이동되는 것을 특징으로 하는 기록 매체 내 구조의 광학 전사 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광자원 및 상기 기록 매체는 상호 간에 상대적으로 이동되는 것을 특징으로 하는 기록 매체 내 구조의 광학 전사 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 광자들의 사전 설정된 임계 선량을 상회할 때 비로소 국소적으로 비기록 상태에서 기록 상태로 변환되는 기록 매체가 선택되는 것을 특징으로 하는 기록 매체 내 구조의 광학 전사 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 포토리소그래피를 위한 포토레지스트가 기록 매체로서 선택되는 것을 특징으로 하는 기록 매체 내 구조의 광학 전사 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 분리되어 제어될 수 있는 복수의 광자원으로 이루어진 어레이가 선택되는 것을 특징으로 하는 기록 매체 내 구조의 광학 전사 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 광자원들은 100㎚ 또는 그 미만, 바람직하게는 50㎚ 또는 그 미만의 그리드 폭을 갖는 그리드 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 기록 매체 내 구조의 광학 전사 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 각각의 광자원(i)이 작동되는 빈도 및/또는 기간(xi)은, 각각의 위치(k)에서 상기 기록 매체 상에, 또는 그 안에 조사되는 광자 선량(Dk)이, 각각의 광자원(i)이 상기 광자 선량(Dk)에 기여하는 기여도들(dik(xi))의 합으로서 표현되는 방정식 계의 해로서 결정되는 것을 특징으로 하는 기록 매체 내 구조의 광학 전사 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 방정식 계에서, 상기 기여도들(dik(xi))은, 상기 광자원(i)으로부터 방출된 개개의 광자가 위치(k)에서 상기 기록 매체 상에, 또는 그 안에 입사되는 확률(pik)과 xi의 곱으로서 표현되는 것을 특징으로 하는 기록 매체 내 구조의 광학 전사 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 광자원들로 이루어진 어레이는 기록 매체에 상대적인 n개의 다양한 위치로 이동되며, 상기 Dk는, 각각의 광자원(i)이 위치(p=1,...,n)에서 광자 선량(Dk)에 기여하는 기여도들(dikp(xi))의 합으로서 표현되는 것을 특징으로 하는 기록 매체 내 구조의 광학 전사 방법.
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