Jeong-yub Lee

Visible Wavelength Color Filters Using Dielectric Subwavelength Gratings for Backside-Illuminated CMOS Image Sensor Technologies

We report transmissive color filters based on subwavelength dielectric gratings that can replace conventional dye-based color filters used in backside-illuminated CMOS image sensor (BSI CIS) technologies. The filters are patterned in an 80 nm-thick poly silicon film on a 115 nm-thick SiO2 spacer layer. They are optimized for operating at the primary RGB colors, exhibit peak transmittance of 60-80%, and have an almost insensitive response over a ± 20° angular range. This technology enables shrinking of the pixel sizes down to near a micrometer.

Fabrication of SMD 32.768 kHz tuning fork-type crystals: Photolithography and selective etching of an array of quartz tuning fork resonators

Negative photoresist photolithography was used to etch array of quartz tuning forks for use in Qualcomm® mobile station modem (MSM)-3000™ central processing unit (CPU) chips of code division multiple access (CDMA), personal communication system (PCS), and global system for mobile communication (GSM) units. It was found superior to positive photoresist photolithography. Quartz tuning fork blanks with optimum shock-resistant characteristics were designed using finite element method (FEM) and processing condition was devised for reproducible precision etching of Z-cut quartz wafer into array of tuning forks. Tuning fork pattern was transferred via ordinary photolithographical chromium/quartz glass template using a standard single-sided aligner and subsequent negative photoresist development. Tightly adhering and pinhole-free 600/2000 A chromium/gold mask is coated over the developed photoresist pattern which was subsequently stripped in acetone. This procedure was repeated on the backside of the wafer. With protective metallization area of tuning fork geometry thus formed, etching through quartz wafer was done at 80°C in a ± 1.5°C controlled bath containing concentrated solution of ammonium bifluoride to remove unwanted area of the quartz wafer. Surface finish of quartz wafer prior to etching and the quality of quartz crystals used primarily affected the quality of quartz wafer surface finish after quartz etching. At 80°C, selective etching of 100 μm quartz wafer could be effected within 90 min. Reproducible precision selective etching method has thus been established and enables mass production of miniature tuning fork resonators photolithographically. Herstellung von Stimmgabelkristallen: Photolithographie und selektives Atzen einer Anordnung von Quarzstimmgabelresonanzkorpern Negative Photolack-Photolithographie wurde eingesetzt, um Quarzstimmgabelanordnungen fur Qualcomm™ MSM (mobile station modem)-3000 CPU (central processor unit) Chips von CDMA- (code division multiple access), PCS- (personal communication system) und GSM-(global system for mobile communication)-Systemen zu atzen. Es wurde festgestellt, dass diese Technik der positiven Photolack-Photolithographie uberlegen ist. Mit Hilfe der Finiten Elementen Methode wurden Quarzstimmgabelrohlinge entworfen und fur reproduzierbares Prazisionsatzen von Quarzwafern in Stimmgabelarrays wurden die Prozessbedingungen entwickelt. Das Stimmgabelmuster wurde mittels ublicher photolithographischer Maske ubertragen mit anschliesender Photolackentwicklung. Eine festhaftende und porenfreie 600/2000 A Chrom/Gold-Maske wurde uber das entwickelte Photolackmuster aufgetragen, das in Azeton abgelost wurde. Dieser Vorgang wurde auf der Ruckseite des Wafers wiederholt. Mit der so gebildeten schutzenden Metallisierungsflache der Stimmgabelgeometrie erfolgte das Atzen durch den Quarzwafer bei 80°C in einem ± 1,5°C kontrollierten Bad, das eine konzentrierte Ammoniumbifluoridlosung zur Entfernung der unerwunschten Bereiche auf dem Quarzwafer enthielt. Die Quarzwaferoberflachengute vor dem Atzen und die Qualitat der verwendeten Quarzkristalle beeinflusste im wesentlichen die Qualitat der Oberflachengute des Quarzwafers nach dem Atzen. Bei 80°C konnte selektives Atzen von 100 μm Quarzwafer innerhalb von 90 min herbeigefuhrt werden. Auf diese Weise konnte eine reproduzierbare selektive Prazisionsatzmethode eingefuhrt werden, die auf photolithographischem Wege eine Massenproduktion von Miniaturstimmgabelresonanzkorpern mit Elektrodenmustern ermoglicht.

Nanofabrication of low extinction coefficient and high-aspect-ratio Si structures for metaphotonic applications

We investigated forming of high refractive index (n), low extinction coefficient (k) of Si dielectrics in visible wavelength ranges. To decrease k, pulsed green laser annealing (GLA) with line beam of a 532-nm wavelength was applied in this study for homogeneous melting. By AFM, XRD and TEM analysis, we examined the defect reduction in various conditions during poly-crystallization. We achieved dielectric nanostructures having optical properties of n>4.2, k<0.06 at 550 nm wavelength and fine pitches down to 40 nm (aspect ratio 3:1) and 130 nm (aspect ratio 7:1) with ±5% size accuracy. Finally, we realized optical metasurfaces for optical band filters, flat lens and beam deflectors.