KR100248209B1 - 회절 격자 형성용 마스크 및 이를 이용한 회절격자 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회절 격자용 마스크 및 이를 이용한 회절 격자 형성방법을 개시한다.

개시된 본 발명은 화합물 반도체 기판 구조물 상에 레지스트막을 형성하는 단계와, 상기 레지스트막에 광을 조사하여 레지스트막을 노광하는 단계와, 상기 노광된 레지스트막을 형성하는 단계와, 상기 현상된 레지스트막을 이용하여 상기 기판 구조물을 소정깊이만큼 식각하여, 회절 격자를 형성하는 단계를 포함하는 회절 격자 형성방법에 있어서, 상기 노광하는 공정시, 상기 화합물 기판 구조물의 동일 주기 예정 부분이 노출되도록 마스크 패턴을 부착시킨다음 노광하는 것을 특징으로 한다.

Description

회절 격자용 마스크 및 이를 이용한 회절 격자 형성방법.

본 발명은 화합물 반도체 소자 및 그 형성방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 회절 격자용 마스크 및 이를 이용한 회절 격자 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로, WDM 광 통신 기술은 대용량의 자료를 고속으로 전송할 수 있는 차세대 핵심 기술로 주목받고 있다. WDM 시스템에서 광원으로 사용되는 핵심소자로써, 패키지 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 집적된 다중 파장 DFB(distributed feedback) 레이져를 만들기 위하여, 하나의 기판위에 다중 주기 회절 격자 배열의 제작이 매우 중요하다.

여기서, 회절 격자는 화합물 반도체 구조물 상에 전자빔 리소그라피 또는 홀로그라피 방식을 이용하여 형성되는데, 이 형성방식을 제1도를 참조하여 설명하면, 회절 격자가 형성되어질 화합물 반도체 기판 구조물(2) 바람직하게는 레지스트막 (3)이 피복된 화합물 기판 구조물(2)은 웨이퍼 지지대(1) 상에 놓인다. 이어, 다중으로 나뉘어진 레이저 빔(L1, L2)이 인가되고, 이들 레이저 빔(L1, L2)간에는 소정 간격의 정로차(Δ)가 발생되어,보강 또는 소멸 간섭을 일으키게 된다. 따라서, 보강 간섭이 발생된 부분에는 노광이 이루어지며, 소멸 간섭이 발생된 부분은 노광이 발생되지 않으므로, 레지스트막(3)은 간섭 무늬의 형태로 노광된다. 그후, 노광된 부분을 현상하고, 남아있는 레지스트막을 마스크로 하여, 화합물 기판 구조물(2)을 소정 깊이만큼 식각하여, 회절 격자(도시되지 않음)가 형성된다.

그러나, 상술한 종래 기술에 의하면, 다음과 같은 문제점이 발생된다.

먼저, 전자 빔 리소그라피 방식에 의하여 다중 회절 격자층을 형성하게 되면, 회절 격자들의 간격 및 깊이가 비교적 정확하게 식각되는 장점이 있는 반면, 장시간 동안 공정을 진행하여야 하고, 고가의 장비를 이용하여야 하므로, 제조 단가가 상승하게 된다.

또한, 홀로그라피 시스템을 이용하여 다중 주기 회절 격자층을 형성하게 되면, 제조 단가는 낮은 반면, 회절 격자층이 깊이를 조절하는데 어려움이 발생하여, 양질의 회절 격자층을 형성하기 어렵다. 따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해겨하기 위한 것으로, 제조 단가가 저렴하면서도, 다중 주기 회절 격자 정렬에서, 각 회절 격자 사이의 폭 및 깊이를 균일하게 조절할 수 있는 회절 격자 형성방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명에서는 상기와 같은 회절 격자를 형성할 수 있는 회절 격자용 마스크를 제공하는 것이다.

제1도는 종래의 회절 격자 형성방법을 설명하기 위한 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 회절 격자 형성방법을 설명하기 위한 도면.

제3도는 본 발명에 이용되는 마스크의 평면도.

제4a도 내지 4c도는 제3도를 Ⅳ-Ⅳ'선으로 절단하여 나타낸 마스크의 단면도이다.

제5도는 본 발명에 따라 회절 격자가 형성된 웨이퍼의 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 화합물 반도체 기판 구조물 12 : 레지스트막

13 : 마스크 14 : 마스크 홀더

100 : 회절 격자가 형성된 웨이퍼 결과물

101 : 회절 격자

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 화합물 반도체 기판 구조물 상에 레지스트막을 형성하는 단계와, 상기 레지스트막에 광을 조사하여 레지스트막을 노광하는 단계와, 상기 노광된 레지스트막을 형성하는 단계와, 상기 현상된 레지스트막을 이용하여 상기 기판 구조물을 소정깊이만큼 식각하여, 회절 격자를 형성하는 단계를 포함하는 회절 격자 형성방법에 있어서, 상기 노광하는 공정시, 상기 화합물 기판 구조물의 동일 주기 예정 부분이 노출되도록 마스크 패턴을 부착시킨다음 노광하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 회절 격자를 형성하기 위한 레지스트막의 노광 공정시, 사용되는 마스크로서, 상기 마스크는 동일한 주기를 갖는 회절 격자 부분이 노출되도록 슬릿 형태의 개구부가 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 다중 주기를 갖는 회절 격자를 형성하기 위한 노광시, 동일의 주기를 갖는 부분이 노출되도록 마스크를 설치한 후, 광원으로서 두 개로 분할된 레이져 빔이 인가되도록 하여, 일정한 영역내에 특정 주기를 갖는 회절 격자를 형성할 수 있다.

아울러, 마스크의 위치 및 웨이퍼의 위치를 조절하여, 원하는 영역에 회절 격자를 형성할 수 있으며, 레이져 빔의 반사각을 조절하여 주기가 상이한 여러개의 회절 격자를 형성할 수 있다.

[실시예]

이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.

첨부한 도면 제2도는 본 발명에 따른 다중 주기 회절 격자의 정렬을 형성하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이고, 제3도는 본 발명에 이용되는 마스크의 평면도이며, 제4a도 내지 4c도는 제3도를 Ⅳ-Ⅳ'선으로 절단하여 나타낸 마스크의 단면도이다.

본 실시예는, 단순한 공정에 의하여 특정 위치에 특정 주기를 갖는 다수개의 회절 격자를 형성하기 위하여, 웨이퍼상에, 마스크를 부착시킨 다음 레이져 빔에 의하여 노광한다.

먼제 제2도를 참조하여, 화합물 반도체 기판 구조물(11)상에 200 내지 500Å의 두께의 레지스트막(12)이 도포된다음, 노광 공정이 진행되도록, 상기 웨이퍼( 11)는 웨이퍼 지지대(10)상에 얹혀진다. 이어 마스크 홀더(14)에 의하여 지지되는 마스크(13)는 상기 웨이퍼(11)와 일정 간격을 갖으며, 웨이퍼(11) 상부에 배치된다. 여기서, 웨이퍼(11)와 마스크(13)는 수 mm 이내의 근소한 거리만큼 이격되도록 설치함이 바람직하다. 여기서, 마스크(13)는, 단일 주기를 갖는 회절 격자 영역이 노출될 수 있도록, 단일 주기를 갖는 회절 격자 영역의 형태로 개구되어 있다.

그후, 마스크(13)에 의하여 노출된 포토레지스트(12)는 레이져 빔에 의하여 노광된다. 이때, 노광원으로서의 레이져 빔은, 두 개로 나뉘어진 레이져 빔(L1,L2)이 인가되고, 이들 레이져 빔(L1,L2)간에는 소정 간격의 경로차(

)가 발생되어, 보강 또는 소멸 간섭을 일으키게 된다. 따라서, 보강 간섭이 발생된 부분에는 노광이 이루어지며, 소멸 간섭이 발생된 부분은 노광이 발생되지 않으므로, 레지스트막 (12)은 간섭 무늬의 형태로 노광된다. 이에 따라, 한 번의 노광공정으로 간섭 무늬가 형성되는 영역이 제한되어, 부분적으로 회절 격차가 형성된다.

또한, 상기와 같은 레이저 빔 노광 방식에 의하여, 웨이퍼 각 부분에 주기가 서로 상이한 회절 격차를 형성하기 위하여는, 먼저, 소정 주기를 갖는 제1회절 격차를 상기와 같은 방식에 의하여 형성한다. 이어, 노광시 마스크(13)는 고정한 상태로, 웨이퍼 홀더(10)를 상하, 좌우 일정 간격으로 이동시키면서, 입사되는 레이져 빔의 반사각(θ1, θ2)을 조절하여, 제1회절 격자와 이웃하는 부분에 제2회절 격자를 형성한다.

또는, 웨이퍼 홀더(10)는 고정시키고, 마스크 홀더(14)의 위치를 상하, 좌우로 이동시키면서, 입사되는 레이져 빔의 반사각(θ1, θ2)을 조절하여 제1회절 격자의 이웃하는 부분에 주기가 다른 회절 격자를 형성할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 마스크 구조가 제3도에 도시되어 있다.

마스크(13)는 제3도에 도시된 바와 같이, 광 투과 영역(x)이 일정 등간격으로 이격 배치된다. 여기서, 광투과 영역(x)간의 공간이 하나의 단위 셀이 된다.

보다 자세히 설명하기 위하여, 예를 들어, 하나의 단위셀 부분에 주기가 다른 회절 격자를 8개를 형성한다고 하자. 이때, 1개의 회절 격자 폭(A)이 200㎛라 한다면, 투과 영역(x)의 폭은 200㎛가 되고, 차단 영역(y)의 폭(B)은 1400㎛가 된다.

즉, 8개의 주기를 갖는 회절 격자를 형성한다면, 전체의 회절 격자가 형성될 영역의 폭은 1600㎛가 된다. 이때, 제1회절 격자를 형성한다면 제1회절 격자가 형성될 부분(폭=200㎛)만이 개구되도록 마스크(13)의 투과영역이 위치되고, 나머지 제2, 제3.... 제8회절 격자가 될 부분(폭=1400㎛)은 마스크의 차단 영역(y)에 의하여 차단된다. 그리고나서, 상기의 레이져 빔 노광 방식에 의하여 제1주기를 갖는 회절 격자를 형성한다음, 제2회절 격자 부분(폭=200㎛)이 개구되도록 마스크 패턴을 이동한다. 이때도 마찬가지로, 제3, 제4....제8, 제1회절 격자 부분(폭=1400㎛)은 마스크(13)의 차단 영역(y)에 의하여 가려지게 된다. 이와 같은 공정을 반복 수행하여, 주기가 다른 여러개의 회절 격자를 형성하게 된다.

제4a도 내지 4c도는 제3도를 Ⅳ-Ⅳ'선으로 절단하여 나타낸 단면도로서, 상기 마스크는 제4a도에 도시된 바와 같이, 투명 글래스(13a) 상에 크롬 패턴(13b)을 배치시키는 구조가 이용될 수 있으며, 제4b도에 도시된 바와 같이, 실리콘 패턴(13c)과 금속 패턴(13d)을 측면이 이방성 형태가 되도록 적층, 형성하는 구조가 이용될 수 있다. 또한, 제4c도에 도시된 바와 같이, 실리콘 패턴(13c)과 실리콘 질화막패턴(13e)이 측면이 메사 형태 즉, (111) 방향을 갖도록 습식 처리하여, 형성하는 구조등 다양한 형태로 이용할 수 있다.

제5도는 레이져 다이오드가 형성될 웨이퍼 결과물(100)에 상기 레이져 빔을 노광원으로 하여, 주기가 각각 다른 회절 격자(101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f, 101g, 101h)들이 형성된 사시도이다. 도면에서와 같이, 마스크를 순차적으로 이동 또는 웨이퍼의 위치를 순차적으로 이동하면서, 회절 격자(101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f, 101g, 101h)를 순차적으로 형성하므로써, 일정 영역내에서 특정 주기를 갖는 회절 격자를 형성하게 된다. 또한, 레이져 빔의 입사각의 조절로서, 주기를 변화시킬 수 있다.

여기서, 본 실시예에서는 상기 레이져 빔으로서, 예를 들어, 자외선 영역의 Ar레이져를 사용하게 되면, 그것의 파장이 3511Å 또는 3638Å이고, 마스크의 투과영역의 폭이 수백㎛ 예를 들어, 200㎛ 이므로, 마스크로 인한 간섭 및 회절 현상은 발생되지 않는다.

또한, 본 실시예에서는 노광 공정 후, 현상, 에칭 공정에 대한 설명이 생략되었지만, 상기의 회절 격자는, 회절 격자층 성장, 레지스트막 도포, 노광, 현상 및 회절 격자층의 에칭 등의 일련의 공정에 의하여 형성된다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 다중 주기를 갖는 회절 격자를 형성하기 위한 노광시, 동일의 주기를 갖는 부분이 노출되도록 마스크를 설치한 후, 광원으로서 두 개로 분할된 레이져 빔이 인가되도록 하여, 일정한 영역내에 특정 주기를 갖는 회절 격자를 형성할 수 있다.

아울러, 마스크의 위치 및 웨이퍼의 위치를 조절하여, 원하는 영역에 회절 격자를 형성할 수 있으며, 레이져 빔의 반사각을 조절하여 주기가 상이한 여러개의 회절 격자를 형성할 수 있다.

따라서, 제조 단가가 저하되고, 양질의 다중 주기 회절 격자의 정렬을 얻을 수 있다.

기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (10)

1. 화합물 반도체 기판 구조물 상에 레지스트막을 형성하는 단계와, 상기 레지스트막에 광을 조사하여 레지스트막을 노광하는 단계와, 상기 노광된 레지스트막을 현상하는 단계와, 상기 현상된 레지스트막을 이용하여 상기 기판 구조물을 소정깊이 만큼 식각하여, 회절 격자를 형성하는 단계를 포함하는 회절 격자 형성방법에 있어서, 상기 노광하는 공정시, 상기 화합물 기판 구조물의 동일 주기 예정 부분이 노출되도록 마스크 패턴을 부착시킨다음 노광하는 것을 특징으로 하는 회절 격자의 형성방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 광은 두 개로 분할되어 소정의 경로차를 지는 제이져 빔인 것을 특징으로 하는 회절 격자의 형성방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 노광 단계시, 마스크를 일정 간격만큼 이동하여 반복 노광하는 것을 특징으로 하는 회절 격자의 형성방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 노광 단계시, 화합물 반도체 기판 구조물을 일정 간격만큼 이동하여 반복 노광하는 것을 특징으로 하는 회절 격자의 형성방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 노광 단계시, 레이져 빔의 반사각을 조절하면서 노광하는 것을 특징으로 하는 회절 격자의 형성방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼상의 레지스트막과 마스크는 수 mm 이내의 간격을 두고 얹어진 것을 특징으로 하는 회절 격자의 형성방법.
7. 회절 격자를 형성하기 위한 레지스트막의 노광 공정시, 사용되는 마스크 로서, 상기 마스크는 동일한 주기를 갖는 회절 격자 부분이 노출되도록 슬릿 형태의 개구부가 구비된 것을 특징으로 하는 회절 격자 형성용 마스크.
8. 제7항에 있어서, 상기 마스크는 투명한 유리기판상에 불투명 금속막이 일정 등간격으로 이격 배치된 것을 특징으로 하는 회절 격자 형성용 마스크.
9. 제7항에 있어서, 상기 마스크는 실리콘패턴과 금속 패턴의 2중 패턴으로 되거나, 또는 실리콘 패턴과 질화막 패턴의 2중 패턴으로 된 것을 특징으로 하는 회절 격자 형성용 마스크.
10. 제9항에 있어서, 상기 마스크의 측벽부가 이방성 형태로 되었거나, 또는 (100) 방향의 매사 형태로 된 것을 특징으로 하는 회절 격자 형성용 마스크.

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