Photolithography is one of the most important technologies in the semiconductor process, and it is widely used in the semiconductor industry. This technology is advantage of large area to produce precise pat-terns. However, photolithography has the resolution limit of the incident wavelength that is generated by dif-fraction of light. Many researchers have worked to overcome the limitations of resolution using decrease of the wavelength of light or change of the process. Surface plasmon(SP) is recently proposed nanolithography technology to overcome the diffraction limit. SP basically exists between metal and dielectric, which Max-well`s equations can be derived by interpreting. SP’s wave vector is larger than the wave vector of the incident light. However, SP is necessary to fabricate the special structures because the resonance of SP and incident light is difficult in a flat metal. Many researchers used prism structure, grating structures to utilize SP. Most of these studies reported simulation results because it is difficult to implement the process.
Simulation results are a good predictor. However, the actual fabrications may be errors in the imple-mentation. In this paper, we focused on the fabrication process to utilize SP using direct grating structure, and compared the simulation results and the fabrication results. The pitch of the expected patterns is 120 nm in the simulation result and 121.7 nm in caculation result. Therefore, The fabrication results have demonstrated that the size of patterns is 115 nm. These results show that the photolithography is possible to use SP.
We have analyzed the randomly horizontal patterns in the fabrication result. The patterns were fabri-cated by mask side distortion. This phenomenon is part of the process that occurs in the fabrication. Reduced mask side distortion using other techniques could make clear line patterns in the surface plasmon interference lithography. In addition, to create large mask side distortion length, a more random pattern of the photoresist may be created.
The results of this paper could lead to the possibility to use surface plasmon in the fabrication process. By using this result in the semiconductor process, various structures are possible in the lithography area. Thus, adding the above results for the optical analysis will enable the creation of more various patterns.
포토리소그래피는 반도체 공정에서 가장 중요한 기술 중 하나 이며, 널리 반도체 산업 에서 사용된다. 이 기술은 대면적에 정밀한 패턴을 생성이 가능한 장점을 갖고 있다. 그러나, 포토리소그래피는 빛의 회절 에 의해 발생되는 입사 파장에 의한 해상도 한계를 갖고 있다. 많은 연구자들은 빛의 파장 또는 공정 상의 구조 변화를 이용하여 해상도의 한계를 극복 하기 위해 노력했다. 표면 플라즈몬 (SP)는 최근 회절 한계를 극복하기 위한 나노 리소그래피 기술로 제안되었다. SP는 기본적으로 금속과 유전체 사이에 존재하며, 맥스웰 방정식을 해석하여 유도 될 수 있다. SP의 파수는 입사광의 파수보다 크다. 그리고 SP와 입사광의 공진이 평평한 금속 위에서는 곤란 하기 때문에, SP를 활용하기 위해서는 특수한 구조를 제작하는 것이 필요하다. 많은 연구자들은 SP를 활용하는 구조로 격자, 프리즘 구조를 사용했다. 이러한 공정들은 구현하기 어렵기 때문에 시뮬레이션 결과를 많이 보고했다.
시뮬레이션 결과는 좋은 예측이다. 그러나, 실제 공정 상에 오류가 있을 수 있다. 본 논문에서는 직접 격자 구조를 사용하여 SP를 사용 하는 공정 과정 에 집중 하고 시뮬레이션 결과 및 제조 결과를 비교했다. 예상되는 패턴의 주기는 시뮬레이션 결과에 따른 120 nm 와 수식 연산 결과에 따른 121.7 nm 이다. 그리고, 공정 결과 패턴의 주가는 115 ㎚이다. 이러한 결과는 포토리소그래피에 SP를 사용 하는 것이 가능하다는 것을 보여준다.
그리고, 공정 결과에 무작위로 수평 패턴을 분석 하였다. 이러한 패턴은 마스크 측면의 왜곡에 의해 발생 하였다. 이 현상은 공정 에서 발생하는 요소들에 의해 만들어진다. 다른 기술을 활용하면 마스크의 측면 왜곡을 감소할 수 있으며, 표면 플라즈몬 간섭리소그래피 에 명확한 라인 패턴을 만들 수 있다. 또한, 마스크 측면 왜곡의 영향을 크게 하면 포토레지스트의 패턴이 더욱 랜덤하게 생성 될 수 있다.
본 연구 의 결과는 반도체 공정 에서 표면 플라즈몬을 활용 하는 가능성을 보여주고 있다. 이는 반도체 프로세스의 결과에 적용하여 다양한 구조를 활용한 리소그래피 분야에서 쓰일 수 있다는 것이다. 그리고, 광학 분석 위의 결과를 추가함으로써 더 다양한 패턴의 생성과 분석을 가능하게 할 것이다.
