일반기술

레이저 유도 반응에 의한 반도체 미세가공장치

레이저 유도반응에 의한 미세가공 기술은, 기존의 식각 기술(화학 식각, 반응성 이온 식각, 플라즈마 식각)과 달리, 마스크와 포토레지스트를 사용하지 않고 상온에서 직접 식각을 할 수 있기 때문에, 복잡했던 공정을 최소화시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 레이저 유도반응에 의한 식각은 종횡비가 큰 식각형태를 구사 할 수 있으며, 수 마이크론의 분해능을 가지고 있기 때문에 제한된 영역의 식각이 가능하다. 또한, 레이저 빔을 시료 위에 주사(scan)함으로써 원하는 패턴을 쉽게 얻을 수 있다. 레이저 유도반응에 의한 식각은 다른 일반적인 식각 기술과 비교하여 국소부분의 온도상승에 의한 화학반응을 이용하므로 공정상에서 오는 손상(damage)이 매우 작다. 이러한 가공기술은 광전소자의 분리, 광도파로의 형성, 초소형 기기 제작 등에 필요한, 중요한 미세 가공기술로 매우 큰 관심을 끌고 있다. 화학 식각의 경우 식각용액을 사용하는 것과는 달리 건식식각에서는 반응을 돕는 가스를 사용하는데, 주로 CCl4, CCl2F2 (O 또는 He을 포함), SiCl4/SF6, CH4/H2 가스등이 사용되어 왔다. 이 중 CCl4 가스와 CCl2F2 가스를 사용한 경우에 식각특성은 매우 우수한 것으로 보고된 바 있으나, 오존층(O3)을 파괴하는 주인자로서 환경규제 물질이 되고 있다. 따라서, 이런 환경문제에 대처하기 위하여 새로 개발된 CFC 대체가스를 사용하여 레이저 유도반응을 이용한 건식식각이 필요하다.반도체 미세가공에 주로 사용되는 재료는 화합물 반도체로 GaAs, AlGaAs, InP, InAs 등이 있다. 시료는 기본 진공도 10-3 Torr인 진공 반응용기 안에 있는 내부식성이 강한 스테인레스 스틸 고정대 위에 고정을 하며, 진공 반응용기 또한 내부식성을 고려하여 스테인레스 스틸로 만들었다. 반응용기 내에 빔을 조사시키기 위해서 석영유리로 창을 만들며, 반응용기는 X, Y, Z 축으로 이동이 가능한 스테이지 위에 얹고 스테이지의 구동은 DC-서보 모터를 사용하여 이동시켰다. 속도의 제어는 기어박스를 사용하여 최저 1 μm/sec에서 200 μm/sec까지 실현시켰다. 레이저 빔은 광학현미경의 대물렌즈를 사용하여 직경 1.2 μm까지 집속 시켰으며, 빔은 고정되어 있고 스테이지를 이동시켜서 주사(scan)가 가능하도록 하였다. 한편, 반응용기 안에 반응가스의 주입양을 제어하기 위해서 니들 밸브와 압력 게이지를 반응용기와 연결시켰다. 레이저는 아르곤 이온 레이저를 사용하였으며 다중파장을 사용하였다.