펨토초 레이저의 초점면 방향 제어를 통한 다방향 어블레이션 공정 개발에 관한 연구

Abstract

최근 반도체, 디스플레이, 휴대폰, 바이오칩 등과 같은 기계/전자/바이오의 다양한 산업이 급속한 발전을 이루어져 옴에 따라, 나노/마이크로 크기의 새로운 극미세 형상 가공기술이 꾸준히 요구되고 있다. 예컨대, 3차원 광 결정 (Photonic crystals), 마이크로 렌즈어레이 (micro lens array) 등과 같이 고 기능성을 가지는 3차원 단위 소자의 개발과 함께, 바이오 분야의 랩온어칩 (LoC; Lab on a Chip), 전기 전자 분야의 SoC (System on Chip) 등과 같이 다양한 단위 소자들을 통합한 고집적 시스템의 개발에 대한 필요성이 높아지고 있다. 더욱이, 마이크로 단위에서 광학 시스템을 구현하기 위해서는 3차원 나노/마이크로 제작기술이 더욱 요구되게 된다. 대표적 극미세 형상 가공기술에는 증착 (deposition), 포토리소그래피 (photo-lithography), 소프트리소그래피 (soft-lithography), 등의 MEMS(Microelectromechanical systems) 이 있으며, 이러한 패터닝 공정을 반복함으로써 다양한 형상 및 마이크로 시스템을 제작할 수 있다. 보다 복잡한 3차원 형상 제작을 위한 방법으로 홀로그래픽 리소그래피, Self-assembly, Direct Laser Writing 방법 등이 있다. 이중 DLW 공정은 임의의 3차원 형상제작에 매우 유리한 공정이며 고화(Additive) 및 식각(Subtractive) 공정으로 적용될 수 있는 장점이 있다. 대표적인 고화방식인 이광자 흡수 광조형 공정을 이용하면 기존 MEMS 공정으로 제작하기 어려운 복잡한 3차원 형상도 하나의 단일 공정으로 수 백 nm 이하의 정밀도를 가지도록 제작할 수 있다. 대표적인 식각방식인 레이저 어블레이션 공정은 고출력 레이저를 이용하여 다양한 재료에 미세패턴을 제작할 수 있으며, 레이저 스케닝을 통한 패턴제작이 가능하다. 고화방식과 식각방식의 장점을 모두 가지는 하이브리드 시스템을 개발하면 기존의 고화방식과 식각방식의 공정의 효율을 개선할 수 있다. 본 연구에서는 3차원 고화 및 식각 공정을 연계한 하이브리드 공정을 제안하였으며, 이를 구현하기 위한 요소공정으로써 다방향 어블레이션 공정 개발에 대한 연구를 수행하였다. 다방향 어블레이션 공정 개발을 위해 Mirror system을 설계 및 제작하였으며, 이를 이용하여 이광자 흡수 광조형 공정을 통해 만든 3차원 형상에 다방향 어블레이션 공정을 적용시켜보았다.