KR100342471B1 - 니켈 식각 마스크 제조방법 - Google Patents

니켈 식각 마스크 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 니켈 식각 마스크 제조방법에 관한 것으로서, 개시된 니켈 식각 제조방법은 금속 식각 마스크 제조방법에 있어서, (a) 준비된 실리카 막상에 크롬을 스퍼터링하는 제1단계; (b) 상기 형성된 크롬 층상에 두꺼운 PR을 도포하는 제2단계; (c) 상기 도포된 PR 층을 패터닝하는 제3단계; (d) 상기 형성된 PR패턴 층위에 제1니켈을 스퍼터링하는 제4단계; (e) 상기 크롬 층상에 형성된 제1니켈 층상에 도금법을 이용하여 제2니켈 층을 형성하는 제5단계; (f) 아세톤을 이용하여 상기 PR패턴 층과, 상기 PR패턴 층상에 형성된 제1니켈 층을 제거하는 제6단계; 및 (g) 상기 크롬 층을 가스를 사용하여 플라즈마내에서 건식 식각하여 제거하는 제7단계로 이루어진다. 따라서, 본 발명은 공정이 단순화되었다.

Description

니켈 식각 마스크 제조방법{FABRICATING METHOD OF NICKEL ETCHING MASK}
본 발명은 광도파로 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 실리카 평면 광 도파로(PLC:Plannar Light Circuit)(또는 "평판형 광 회로"라 칭함) 소자 제작 시 도금법을 이용한 니켈 식각 마스크 제조방법에 관한 것이다.
최근에 광 신호의 분기, 변조, 스윗칭, 신호 다중화 등의 광 신호 처리를 목적으로 평면 도파로 기술을 이용하여 평면 기판상에 광 도파로를 제작하는 광소자의 집적화 기술에 대하여 많은 연구가 이루어 지고 있다. 이러한 광 도파로 소자를 제작하기 위하여 필요한 기술로서는 도파로의 설계, 제작 및 패키지 등을 예로 들수 있다. 광 도파로는 광 파를 가두고 길이방향으로 손실이 적게 전파시키는 광 전송로로서, 굴절율이 큰 코아와, 코아를 둘러싸고 있는 굴절율이 낮은 클래딩으로 구성된다. 상기한 공지의 평면 실리콘 기판에 광 도파로를 적용 및 응용한 광학 소자로는 AWG(Arrayed Waveguide Grating), 열광학 스위치 등이 있다. 이러한 광학 소자는 평면 특히 평판형 기판상에 패터닝하여 광 신호가 진행할 수 있는 통로를 형성하는 기술이다. 이때, 일반적인 광통신 모듈의 평면 광도파로 소자로 제작시에 금속 마스크(metal mask)가 사용되며, 이러한 금속 마스크는 금속막의 스퍼터링, PR 패터닝, 건식 식각의 순으로 이루어진다.
도 1a 내지 도 1g는 평면 광 도파로 제작 시에 사용되는 종래의 일 실시 예에 따른 금속 식각 마스크 제조방법을 나타내는 단면도이다. 도 1a는 준비된 실리카 막(10) 즉, 실리콘(Si)위에 실리카(SiO2)가 적층된 실리카 막상에 크롬이 스퍼터링(sputtering)에 의해 적층된 상태를 나타내는 단면도이다. 상기 기판(10)상에 형성된 크롬 시드층(12)(seed layer)의 두께는 수십 ㎚이다. 도 1b는 상기 기판(10)상에 형성된 크롬 시드 층(12)상에 금을 스퍼터링에 의해 적층된 상태를 나타내는 단면도이다. 상기 크롬 시드 층(12)상에 형성된 금 시드 층(14)의 두께는 수십 ㎚이다. 도 1c는 상기 금 시드 층(14)상에 상대적으로 두꺼운 PR을 도포하여 PR 층(16)이 형성된 상태를 나타내는 단면도이다. 도 1d는 도포된 PR 층(16)상에 사진 석판술(photolithograph)을 이용하여 패터닝한 것을 나타내는 단면도이다. 도 1e는 상기 패턴 층(17)상에 니켈을 도금하여 니켈 층(18)이 형성된 상태를 나타내는 단면도이다. 이때, 전기가 통하는 부분에만 니켈 층(18)이 선택적으로 성장한다. 도 1f는 상기 PR 층(17)을 아세톤을 이용하여 제거한 상태를 나태는 단면도이다. 이어서, 도 1g에 도시된 바와 같이, 금 시드 층(14)은 습식 방식으로, 크롬 시드 층(12)은 건식 방식으로 식각하여 제거한다.
이때, 상기 형성된 니켈 층(18)은 기판(10)과의 접합성이 좋지 않으므로, 니켈 층(18)을 시드층으로 사용하기는 힘들다. 이를 위해 실리카 막 즉, 기판(10)과의 접합성이 우수한 크롬 층을 시드 층으로 사용한다. 그러나, 크롬 시드 층(12)위에 니켈을 도금하는 경우에는 계면에서의 접합성이 좋지 않아 박리된다. 이를 방지하기 위해 크롬, 니켈 모두에 접합성이 좋은 금 층(14)을 중간에 적층한다. 즉, 종래의 식각 마스크 제조방법은 두 층(크롬 층과 금 층)의 서로 다른 시드 층을 사용하기 때문에 발생하는 공정의 복잡성 즉, 건식 식각공정과 습식 식각공정을 각각 수행해야 하는 것이 가장 큰 문제점이다.
결국은 종래에서는 시드 층으로 크롬과 금을 사용하였으며, 이러한 기존의 식각 마스크 제조 공정은 두 층의 시드 층을 적층하고, 특히 도금 후 두 시드 층의 제거공정이 서로 달라 공정이 복잡하고 시간이 길어진다. 금 시드 층의 경우에는 습식으로 식각하므로 등방식각이 되어 도파로 선폭에 변화를 줄 수 있으며, 세정 작업이 추가되어야 하는 문제점이 발생한다. 특히, 금속 마스크 제작공정 중, 건식식각공정에서 불스 아이(Bull's eye) 효과에 의해 기판 위치에 따라 패턴의 선폭이 달라지는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 크롬과 니켈의 시드층상에 니켈을 도금한 식각 마스크 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 공정의 단순화를 추구한 니켈 식각 마스크 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 오염의 가능성을 최소화한 니켈 식각 마스크 제조방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은 금속 식각 마스크 제조방법에 있어서,
(a) 준비된 실리카 막상에 크롬을 스퍼터링하는 제1단계;
(b) 상기 형성된 크롬 층상에 두꺼운 PR을 도포하는 제2단계;
(c) 상기 도포된 PR층을 패터닝하는 제3단계;
(d) 상기 형성된 PR패턴 층위에 제1니켈을 스퍼터링하는 제4단계;
(e) 상기 크롬 층상에 형성된 제1니켈 층상에 도금법을 이용하여 제2니켈 층을 형성하는 제5단계;
(f) 아세톤을 이용하여 상기 PR패턴 층과, 상기 PR패턴 층상에 형성된 제1니켈 층을 제거하는 제6단계; 및
(g) 상기 크롬 층을 가스를 사용하여 플라즈마내에서 건식 식각하여 제거하는 제7단계로 이루어진다.
도 1a 내지 도 1g는 종래의 일 실시 예에 따른 식각 마스크의 제조공정을 단계적으로 나타내는 단면도.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 니켈 식각 마스크의 제조공정을 단계적으로 나타내는 단면도.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 발명에 적용된 니켈 금속의 도금은 주로 MEMS(Micro Electro-Mechanical System) 분야에서 응용되는 기술이다. 이 기술을 식각 마스크 제작에 이용한 것은 최근의 일로, 안나 마시미(Anna Massimi) 등[(Japan. J. Appl. Phys. PartⅠ vol.38(10) 6150(1999)]에 의해 광도파로 식각에 최초로 응용되었다. 이 방법은 비교적 두꺼운 금속 마스크를 쉽게 만들 수 있으므로 큰 이점이 있다. 또한, 이 기술은 건식식각 공정에서 발생하는 불스 아이(Bull's eye) 효과도 제거할 수 있다. 본 발명에 따른 식각 마스크 제조방법은 크롬 시드층과 제1니켈 시드층위에 제2니켈을 도금하는 것이며, 시드층 즉, 크롬 시드층과 제1니켈 시드층을 제거하는 공정을 한 번으로 줄이기 위해 두번째 제1니켈 시드층을 PR패턴층 형성공정 후에 적층한 것이다.
이러한 본 발명에 따른 식각 마스크 제조방법을 도 2a 내지 도 2g를 참조하여 설명하기로 한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 평판형 기판, 특히 평판형 실리콘 기판상에 실리카가 적층된 실리카 막(20)을 준비한 후, 상기 실리카 막(20)상에 크롬을 스퍼터링 방식을 이용하여 균일하게 적층한다. 상기 크롬 시드층(22)의 두께는 수십㎚에서 100㎚사이이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 크롬 시드층(22)위에 두꺼운 PR을 도포하여 PR층(24)을 형성한다. 상기 PR층(24)은 상기 크롬시드층(22)보다 두껍게 형성된다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 PR층(24)을 소프트 베이크(soft bake) 한 후에 클로로벤젠 용액에 담가 두어 패턴을 형성한다. 이때, 상기 형성된 PR패턴 층(25)의 측면각(180-θ)이 둔각이 되도록 한다. 상기 PR패턴 층(25)의 측면각이 둔각(180-θ)이 되도록 하는 것은 예각이 될 경우, 두번째 시드층을 적층할 때(도 2d에 도시됨), 상기 PR패턴 층(25)위에 적층된 부분과 크롬층(22)사이에 적층된 부분이 서로 연결되어 통전이 될 수 있기 때문이다. 이렇게 되면, 니켈 도금공정(도 2e에 도시됨)에서 상기 PR패턴 층(25)위에도 도금이 되어 PR패턴 층을 제거하는 공정이 수월하지 않기 때문이다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 PR패턴 층(25)위에 제1니켈을 스퍼터링방식을 이용하여 적층한다. 상기 스퍼터링으로 제1니켈을 적층하면, 상기 PR패턴 층(25)상에 제1니켈 시드 층(26)이 적층되고, 상기 PR패턴 층(25)사이의 크롬 층(22)상에 소정의 폭으로 제1니켈 시드 층(27)이 적층된다. 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 제1니켈 시드 층(26,27)위에 도금법을 이용하여 제2니켈을 적층한다. 상기 크롬 층(22)상에 위치한 제1니켈 시드 층(27)상에만 제2니켈 층(28)이 적층된다. 이때, 상기 PR패턴 층(25)위에는 전기가 통하지 않기 때문에 도금이 되지 않는다. 도 2f에 도시된 바와 같이, 아세톤을 이용하여 상기 PR패턴 층(25)을 제거한다. 상기 PR패턴 층(25)에 위에 적층된 제1니켈 시드 층(26)도 함께 제거된다. 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 크롬 시드층(22)을 Cl2＋O2가스를 사용하여 플라즈마내에서 건식 식각한다. 이때, 상기 플라즈마내에서 수행되는 건식 식각공정(RIE:Reactive Ion Etching)은 100∼500W의 전력 및 50∼200 mTorr의 압력하에서 수행된다.
결과적으로, 본 발명은 PR패턴 층(25)을 제거하는 공정에서 두번째 제1니켈 시드 층(26)을 함께 제거할 수 있게 되어 공정수가 절감되었다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 도금법을 이용하여 비교적 두꺼운 금속 마스크를 쉽게 만들 수 있게 되었다. 또한, 건식식각 공정에서 발생하는 Bull's eye 효과도 제거할 수 있다. 기존의 도금법은 두 층의 시드층을 적층하므로 생기는 공정의 복잡성이 문제였으나, 본 발명을 사용하여 식각 마스크를 제조하는 경우에는 공정이 단순해지고, 시간을 절약할 수 있게 된다. 또한, 습식식각 공정을 거치지 않으므로, 세정 작업이 없어져 오염의 가능성도 감소시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 금속 식각 마스크 제조방법에 있어서,
    (a) 준비된 실리카 막상에 크롬을 스퍼터링하는 제1단계;
    (b) 상기 형성된 크롬 층상에 두꺼운 PR을 도포하는 제2단계;
    (c) 상기 도포된 PR 층을 패터닝하는 제3단계;
    (d) 상기 형성된 PR패턴 층위에 제1니켈을 스퍼터링하는 제4단계;
    (e) 상기 크롬 층상에 형성된 제1니켈 층상에 도금법을 이용하여 제2니켈 층을 형성하는 제5단계;
    (f) 아세톤을 이용하여 상기 PR패턴 층과, 상기 PR패턴 층상에 형성된 제1니켈 층을 제거하는 제6단계; 및
    (g) 상기 크롬 층을 가스를 사용하여 플라즈마내에서 건식 식각하여 제거하는 제7단계로 이루어짐을 특징으로 하는 니켈 식각 마스크 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제3단계에서 형성된 패턴 층의 측면각은 둔각으로 형성되어짐을 특징으로 하는 니켈 식각 마스크 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제3단계는 클로로벤젠 용액에 담가 두어 패턴을 형성하는 단계임을 특징으로 하는 니켈 식각 마스크 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제7단계는 100∼500W 사이에서 수행되어짐을 특징으로 하는 니켈 식각 마스크 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제7단계는 50∼200 mTorr의 압력하에서 수행되어짐을 특징으로 하는 니켈 식각 마스크 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제7단계의 가스는 Cl2＋O2가스로 구성되어짐을 특징으로 하는 니켈 식각 마스크 제조방법.
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