KR100458285B1 - Method for manufacturing V groove structure using photoresist - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로 전자기계시스템(MEMS) 기술을 이용하여 웨이퍼 표면에 감광제를 이용한 V groove 구조물을 만들어 광섬유나 미소렌즈 등의 미소 광 소자를 올려 놓을 수 있도록 하는 V-그루브(groove) 구조물 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a V-groove structure, in which a V groove structure using a photoresist is formed on a wafer surface using a microelectromechanical system (MEMS) technology to place a micro optical device such as an optical fiber or a microlens. It is about.

특히, MEMS 기술을 이용하여 경사 노광이나 gray level mask를 이용한 노광을 이용하여 V groove 이외의 다른 장치가 있는 웨이퍼의 표면에 감광제를 이용하여 경사진 미소 구조물을 만들어 기존의 규소 V groove를 대체하고자 함에 그 목적이 있다.In particular, by using the MEMS technology, the inclination exposure or the gray level mask exposure is used to replace the existing silicon V groove by making an inclined microstructure using a photosensitive agent on the surface of the wafer with a device other than the V groove. The purpose is.

이에, 본 발명은 V groove 구조물의 제조 방법에 있어서, 감광제가 도포 된 기판 위에 포토 마스크를 놓고 경사를 주어서 노광 시키되, 빛의 입사 각도를 바꾸어 두 번 노광 시킴으로써 경사면이 다른 각도를 갖는 V groove 구조물을 제조함을 특징으로 하는 감광제를 이용한 V groove 구조물 제조방법을 제시한다.Therefore, in the method of manufacturing the V groove structure, the photo mask is placed on the substrate to which the photosensitive agent is applied, and the photomask is exposed by inclining, and the V groove structure having different angles of the inclined surface is exposed by changing the incident angle of light twice. It proposes a V groove structure manufacturing method using a photosensitive agent characterized in that the manufacturing.

따라서, 규소 웨이퍼 이용하여 V groove를 만드는 것에 비하여 감광제를 이용하여 V groove를 만드는 경우 정렬 오차에 의한 광 전송 손실을 줄일 수 있고, 제작이 간단하며, 제작단가를 낮출 수 있는 이점이 있다.Therefore, when the V groove is made of the photosensitive agent, the optical transmission loss due to the alignment error can be reduced, the manufacturing is simple, and the manufacturing cost can be lowered compared to the V groove made of the silicon wafer.

Description

감광제를 이용한 Ｖ ｇｒｏｏｖｅ 구조물 제조방법{Method for manufacturing V groove structure using photoresist}Method for manufacturing V groove structure using photoresist

본 발명은 마이크로 전자기계시스템(MEMS) 기술을 이용하여 웨이퍼 표면에 감광제를 이용한 V groove 구조물을 만들어 광섬유나 미소렌즈 등의 미소 광 소자를 올려 놓을 수 있도록 하는 V-그루브(groove) 구조물 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a V-groove structure, in which a V groove structure using a photoresist is formed on a wafer surface using a microelectromechanical system (MEMS) technology to place a micro optical device such as an optical fiber or a microlens. It is about.

정보 전송량의 증가에 따라 광섬유를 이용한 광통신의 사용이 증가하게 되고 이에 따라 광섬유를 이용한 광통신 소자의 개발 및 생산이 늘고 있다.As the amount of information transmission increases, the use of optical communication using optical fibers increases, and accordingly, development and production of optical communication devices using optical fibers are increasing.

기존의 기술은 이러한 광통신 소자의 발전에 따라 요구되는 기술인 광섬유와 광소자의 배치를 위하여 규소 웨이퍼(Si Wafer)의 비등방성 식각을 이용하여 만들어지는 규소 V groove를 사용한다.The existing technology uses silicon V grooves made by using anisotropic etching of silicon wafers for the arrangement of optical fibers and optical devices, which are required technologies for the development of such optical communication devices.

이는 질화규소막(Si3N4)이나 산화규소막(SiO2)이 입혀진 규소 웨이퍼를 사진 공정과 질화규소막이나 산화규소막 식각 공정을 통하여 가는 홈이 파인 질화규소막이나 산화규소막을 만든 후, 이를 규소 비등방성 식각하고 다시 질화규소막이나 산화규소막을 완전히 식각하여 제조하게 된다.The silicon wafer coated with silicon nitride (Si3N4) or silicon oxide (SiO2) is made through a photolithography process and a silicon nitride film or silicon oxide film etching process to form a grooved silicon nitride film or silicon oxide film, and then anisotropically etch the silicon wafer. The silicon nitride film or the silicon oxide film is completely etched again.

이렇게 제조된 규소 V groove는 대부분의 경우 다른 광 소자나 장치들과의 결합을 위해 구멍을 뚫는 등의 과정을 거친 후, 별개로 제작된 웨이퍼와 결합되게 된다.In this case, the silicon V groove is manufactured in such a way as to be punched for bonding with other optical devices or devices, and then bonded to a separately manufactured wafer.

이와 같이 규소를 이용하여 V groove를 만들 경우, 첫째 규소 웨이퍼의 표면에 이는 질화규소막(Si3N4)이나 산화규소막(SiO2)을 입혀야 하는 번거로움이 있으며, 둘째 질화규소막이나 산화규소막에 만들어진 가는 홈의 방향이 규소 웨이퍼의 결정방향과 일치하지 않는 경우에 설계된 것보다 더 넓은 폭과 깊이의 V groove가만들어져 광 전송 효율 저하의 원인이 되는 정렬 오차를 발생시키게 된다.As such, when the V groove is made of silicon, the first silicon wafer has a silicon nitride film (Si3N4) or a silicon oxide film (SiO2) on the surface of the silicon wafer, and the second groove is formed on the silicon nitride film or silicon oxide film. When the direction of? Does not coincide with the crystallographic direction of the silicon wafer, a V groove having a wider width and depth than that of the designed one is created, which causes an alignment error that causes light transmission efficiency to decrease.

셋째, 정렬 오차가 없도록 잘 만들어진 규소 V groove가 있는 웨이퍼라도 다른 장치가 만들어진 웨이퍼와 결합시킬 때 V groove에 있는 광 소자와 다른 웨이퍼에 있는 광 소자 사이의 정렬 오차가 발생되기 쉬우며, 넷째 별개의 웨이퍼에 V groove 제작을 위한 공정이 진행되므로 경제적인 손실이 있다.Third, even a wafer with a well made silicon V groove so that there is no alignment error, an alignment error between an optical element in the V groove and an optical element in another wafer is likely to occur when the wafer is combined with a wafer in which another device is made. There is an economic loss because the process for manufacturing the V groove on the wafer.

그리고, 마지막으로 광섬유에서 나온 빛의 집광을 위해 사용되는 미소 렌즈와의 결합을 위해서는 V groove의 설계가 복잡해지는 문제점이 있다.And finally, there is a problem in that the design of the V groove is complicated to be combined with the micro lens used for collecting light from the optical fiber.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명은 MEMS 기술을 이용하여 경사 노광이나 gray level mask를 이용한 노광을 이용하여 V groove 이외의 다른 장치가 있는 웨이퍼의 표면에 감광제를 이용하여 경사진 미소 구조물을 만들어 기존의 규소 V groove를 대체하고자 함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, the present invention is to use a photosensitive agent on the surface of the wafer having a device other than the V groove by using a gradient exposure or exposure using a gray level mask using MEMS technology. The purpose is to replace the existing silicon V groove by making a photo microstructure.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명은As the technical idea for achieving the above object of the present invention

V groove 구조물의 제조 방법에 있어서, 감광제가 도포 된 기판 위에 포토 마스크를 놓고 경사를 주어서 노광 시키되, 빛의 입사 각도를 바꾸어 두 번 노광 시킴으로써 경사면이 다른 각도를 갖는 V groove 구조물을 제조하는 것을 특징으로 하는 감광제를 이용한 V groove 구조물 제조방법을 제공한다.In the manufacturing method of the V groove structure, the photo mask is placed on the substrate to which the photosensitive agent is applied, and the photo mask is exposed to give an inclination, but by changing the angle of incidence of light and exposing the light twice, the inclined plane has a different angle. It provides a V groove structure manufacturing method using a photosensitive agent.

본 발명에 따라 감광제를 이용하여 V groove를 만들 경우 첫째, 설계자가 원하는 정확한 위치에 정렬오차 없이 광섬유나 미소렌즈 등이 위치하게 되는 V groove를 반복적으로 만들 수 있으며, 둘째 V groove를 다른 장치가 있는 웨이퍼의표면에 원하는 위치에 만들 수 있으므로 규소 V groove가 있는 웨이퍼와 다른 장치가 있는 웨이퍼의 결합고정에서 발생될 수 있는 정렬오차를 막을 수 있다.According to the present invention, when the V groove is made using the photosensitive agent, first, the V groove in which the optical fiber or the microlens is positioned without the alignment error at the precise position desired by the designer can be repeatedly made, and the second V groove is provided with another device. It can be made in the desired position on the surface of the wafer, thus avoiding alignment errors that may occur in the bonding of wafers with silicon V grooves and wafers with other devices.

셋째, 규소 V groove의 제작을 위해 사용되는 웨이퍼가 없으므로 웨이퍼의 손실을 막을 수 있으며, 넷째 규소 V groove를 이용하는 경우 보다 공정이 간단하므로 작업 효율과 수율을 증가시킬 수 있다.Third, since there is no wafer used to fabricate the silicon V groove, it is possible to prevent the loss of the wafer. In the case of using the silicon V groove, the process is simpler than that of the silicon V groove, thereby increasing work efficiency and yield.

그리고, 다섯째 감광제를 이용하여 제작되는 V groove는 기존의 규소 V groove에 비하여 낮은 비용으로 더 좋은 성능을 발휘할 수 있으므로 MEMS 광 스위치의 평행광 방생기나 광섬유 어레이 등 광섬유의 정렬이 요구되는 다양한 광통신 분야에 적용될 수 있다.In addition, the V groove fabricated using the fifth photoresist can exhibit better performance at a lower cost than the conventional silicon V groove, and thus is suitable for various optical communication fields requiring alignment of optical fibers such as parallel light generators or optical fiber arrays of MEMS optical switches. Can be applied.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따라 제조된 감광제를 이용한 V groove와 그 위에 광섬유가 올려진 상태를 나타낸 기본 도식도 이다.1 and 2 are basic schematic diagrams showing a V groove using a photosensitive agent manufactured according to the present invention and a state in which an optical fiber is placed thereon.

도 3a 및 도 3b는 경사 노광에 의한 감광제를 이용한 V groove의 간단한 제조 공정도이다.3A and 3B are diagrams illustrating a simple manufacturing process of a V groove using a photosensitive agent by oblique exposure.

도 4a 및 도 4b는 gray level mask를 이용한 노광에 의한 감광제를 이용한 V groove의 간단한 제조 공정도이다.4A and 4B are diagrams illustrating a simple manufacturing process of a V groove using a photosensitive agent by exposure using a gray level mask.

도 5는 V groove에 정렬된 광섬유가 움직이지 않도록 접착 고정제로 고정시킨 상태를 나타낸 도면이다.5 is a view showing a state in which the optical fiber aligned with the V groove is fixed with an adhesive fixer to prevent movement.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

11 : 광섬유 12 : V groove11: optical fiber 12: V groove

13 : 기판 14 : 자외선 광13: substrate 14: ultraviolet light

15 : 포토마스크 16 : 감광제15 photomask 16 photosensitive agent

17 : gray level mask 18 : 접착 고정제17: gray level mask 18: adhesive fixer

이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따라 제조된 감광제를 이용한 V groove와 그 위에 광섬유가 올려진 상태를 나타낸 기본 도식도 이다.1 and 2 are basic schematic diagrams showing a V groove using a photosensitive agent manufactured according to the present invention and a state in which an optical fiber is placed thereon.

도 2에서와 같이, 기판(13)이 있고 그 위에 감광제를 이용한 V groove(12)가 제작 되었으며, 광섬유의 위치를 고정시키기 위한 흠집에 광섬유(11)가 놓여져 있다. 규소 V groove(12)에는 광섬유(11)나 미소 렌즈 등의 미소 광 소자가 좌우로 움직이는 것을 막고 원하는 위치에 둘 수 있도록 한다. 이 때, 광섬유(11) 앞에 미소 렌즈를 위치시키는 등의 여러 미소 광 소자를 연속적으로 위치시키는 것도 가능하다.As shown in FIG. 2, the substrate 13 and the V groove 12 using the photosensitive agent are fabricated thereon, and the optical fiber 11 is placed on a scratch to fix the position of the optical fiber. In the silicon V groove 12, micro-optical elements such as the optical fiber 11 and the microlenses are prevented from moving from side to side and placed in a desired position. At this time, it is also possible to continuously position several micro-optical elements, such as positioning a microlens in front of the optical fiber 11.

상기와 같이 크기가 다른 광 소자들을 연속적으로 배치하기 위해서는 V groove(12)의 옆면 경사각은 일정하므로 감광제를 이용한 V groove(12)를 만들기 위해 사용하는 반도체 공정용 mask의 도안을 바꾸어 V groove(12)의 폭과 깊이를 다르게 하면 된다. 이렇게 하면 크기가 다른 광 소자도 광 축에서 벗어나지 않도록 위치시킬 수 있다.In order to continuously arrange the optical elements having different sizes as described above, the inclination angle of the side surface of the V groove 12 is constant, so that the pattern of the semiconductor process mask used to make the V groove 12 using the photosensitive agent is changed. Different widths and depths This allows the positioning of optical elements of different sizes so that they do not deviate from the optical axis.

도 3a 및 도 3b는 경사 노광에 의한 감광제를 이용한 V groove의 간단한 제조 공정도이다.3A and 3B are diagrams illustrating a simple manufacturing process of a V groove using a photosensitive agent by oblique exposure.

감광제(16)는 MEMS 공정용 음성 감광제를 사용하는 경우이다. 도 3a를 살펴보면, 감광제(16)가 도포 된 기판(13) 위에 반도체 공정용 포토 마스크(15)를 놓고 경사를 주어서 노광을 시키는 것이다.The photosensitive agent 16 is a case where negative photosensitive agent for MEMS process is used. Referring to FIG. 3A, the photomask 15 for a semiconductor process is placed on a substrate 13 to which the photosensitive agent 16 is applied, and the exposure is performed by giving an inclination.

이러한 경우 기판(13)에는 반사방지막(도시 안됨)을 만들어 사용하게 되고 포토마스크(15) 밑의 감광제(16)는 노광을 위한 빛(14)이 경사를 가지고 입사 됨으로써 경사진 노광 영역을 갖게 된다. 노광 시키는 빛(14)의 입사 각도를 바꾸어 두 번 노광 시키게 되고, 이 다른 각도에 의해 V groove의 경사면이 다른 각도를 갖게 된다.In this case, an anti-reflection film (not shown) is formed and used on the substrate 13, and the photoresist 16 under the photomask 15 has an inclined exposure area due to inclination of the light 14 for exposure. . The angle of incidence of the light 14 to be exposed is changed and exposed twice, and the inclined plane of the V groove has a different angle by this different angle.

도 3b는 경사 노광에 의해 만들어진 감광제 구조물의 모양이다. 이 구조물이 감광제를 이용한 V groove(12)이며, 가운데의 V자 흠(12a)이 미소 광 소자나 광섬유를 위치시키기 위한 흠이 된다.3B is the shape of the photosensitizer structure made by oblique exposure. This structure is the V groove 12 using the photosensitive agent, and the V-shaped flaw 12a in the center becomes a flaw for positioning a micro optical element or an optical fiber.

본 발명에서는 상기 기판(13) 표면과 V groove(12) 구조물의 가장 깊은 곳과의 간격을 일정하게 유지될 수 있도록 사용되는 포토마스크(15)와 기판(13) 사이의간격을 일정하게 유지시켜 노광 공정을 진행하게 된다.In the present invention, by maintaining a constant distance between the photomask 15 and the substrate 13 used to maintain a constant distance between the surface of the substrate 13 and the deepest portion of the V groove 12 structure. The exposure process is performed.

도 4a 및 도 4b는 gray level mask를 이용한 노광에 의한 감광제를 이용한 V groove의 간단한 제조 공정도이다.4A and 4B are diagrams illustrating a simple manufacturing process of a V groove using a photosensitive agent by exposure using a gray level mask.

그레이 레벨 마스크(gray level mask)(17)는 노광 되는 빛(14)의 투과를 연속적으로 다르게 조절 할 수 있으므로 노광 시키는 빛(14)을 기존의 방법으로 수직 입사 시키고, 마스크(17)를 투과하는 빛의 양을 조절하여 V groove(12)를 만들게 된다.The gray level mask 17 can continuously adjust the transmission of the light 14 to be exposed, so that the light 14 to be exposed is vertically incident by the conventional method, and the light is transmitted through the mask 17. The amount of light is adjusted to make the V groove 12.

도 4a는 MEMS 공정용 감광제(16)가 도포 된 기판(13) 위에 gray level mask(17)가 있고 그 위로 노광이 되는 것을 나타낸 것이다. 감광제(16)의 색이 틀린 부분은 노광의 차이를 나타낸다. 도 4b는 제작된 감광제 구조물의 모양이다.FIG. 4A shows the gray level mask 17 on the substrate 13 to which the photoresist 16 for the MEMS process is applied and the exposure thereon. The wrong part of the photosensitive agent 16 shows the difference in exposure. Figure 4b is the shape of the fabricated photoresist structure.

이 때, 상기 기판(13) 표면과 V groove(12) 구조물의 가장 깊은 곳과의 간격을 일정하게 유지될 수 있도록 사용되는 gray level mask(17)와 기판(13) 사이의 간격을 일정하게 유지시켜 노광 공정을 진행하게 된다.At this time, the distance between the surface of the substrate 13 and the gray level mask 17 and the substrate 13 used to maintain the distance between the deepest portion of the V groove 12 structure is kept constant. The exposure process is performed.

그리고, 도 5에서와 같이 V groove(12)에 정렬된 광섬유(11)가 움직이지 않도록 에폭시 등의 접착 고정제(18)로 고정시킨 상태로 이용될 수 있다.As shown in FIG. 5, the optical fiber 11 aligned with the V groove 12 may be used in a state of being fixed with an adhesive fixing agent 18 such as epoxy so as not to move.

바람직하게, 상기 접착 고정제는 초기에는 액체나 젤(Gel)을 이용하여 형태의 변경이 용이하며, 건조나 가열 등의 처리를 통해 굳는 부착성이 있는 물질을 사용한다.Preferably, the adhesive fixing agent is easy to change the form by using a liquid or a gel (Gel) at the beginning, and uses an adhesive material that is hardened by drying or heating.

이상에서와 같이 본 발명에 의한 감광제를 이용한 V groove 제조방법에 따르면, 다음과 같은 이점이 있다.As described above, according to the V groove manufacturing method using the photosensitive agent according to the present invention, there are advantages as follows.

첫째, 규소 V groove의 제조공정에서 발생되는 V groove의 폭과 깊이 변화에 의한 정렬 오차를 막을 수 있다.First, it is possible to prevent the alignment error due to the width and depth change of the V groove generated in the manufacturing process of the silicon V groove.

둘째, 규소 V groove의 제조공정에 비해 간단한 공정으로 V groove를 제조할 수 있다.Second, the V groove can be manufactured by a simple process compared to the manufacturing process of the silicon V groove.

셋째, 규소 V groove의 사용에 의해 발생되는 웨이퍼의 낭비를 막을 수 잇다.Third, it is possible to prevent waste of the wafer caused by the use of the silicon V groove.

넷째, 다른 장치가 있는 웨이퍼에 제작이 가능하므로 병도 제작 후 결합시키는 번거로움을 피할 수 있으며, 이에 의한 정렬오차를 막을 수 있다.Fourth, since it is possible to manufacture a wafer with another device, it is possible to avoid the hassle of joining the bottle after production, thereby preventing alignment errors.

다섯째, 설계 과정에서 미소 광 소자가 앞이나 뒤로 빠지지 않도록 턱을 만들 수 있어 안정적으로 미소 광 소자를 배치할 수 있다.Fifth, the chin can be made so that the micro-optics do not fall back and forth during the design process, so that the micro-optics can be stably disposed.

Claims (6)

V groove 구조물의 제조 방법에 있어서,In the manufacturing method of the V groove structure, 감광제가 도포 된 기판 위에 포토 마스크를 놓고 경사를 주어서 노광 시키되, 빛의 입사 각도를 바꾸어 두 번 노광 시킴으로써 경사면이 다른 각도를 갖는 V groove 구조물을 제조하는 것을 특징으로 하는 감광제를 이용한 V groove 구조물 제조방법.Method of manufacturing a V groove structure using a photosensitive agent, wherein the photo mask is placed on the substrate to which the photosensitive agent is applied, and the exposure is made by giving an inclination, and the exposure angle is changed twice to produce a V groove structure having different angles of the inclined surface. . V groove 구조물의 제조 방법에 있어서,In the manufacturing method of the V groove structure, 감광제가 도포 된 기판 위에 노광 되는 빛의 투과를 연속적으로 다르게 조절 하는 그레이 레벨 마스크(gray level mask)를 이용하여 노광 시키되, 노광 되는 빛을 수직 입사 시키고 마스크를 투과하는 빛의 양을 조절하여 V groove 구조물을 제조하는 것을 특징으로 하는 감광제를 이용한 V groove 구조물 제조방법.Exposure is performed using a gray level mask that continuously controls the transmission of light exposed on the photosensitive agent-coated substrate, but vertically enters the light to be exposed and adjusts the amount of light passing through the mask. Method for producing a V groove structure using a photosensitive agent, characterized in that for producing a structure. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 감광제는 MEMS 공정용 감광제를 이용하는 것을 특징으로 하는 감광제를 이용한 V groove 구조물 제조방법.The method of claim 1 or 2, wherein the photosensitive agent is a V groove structure manufacturing method using a photosensitive agent, characterized in that using a photosensitive agent for the MEMS process. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 기판 표면과 V groove 구조물의 가장 깊은 곳과의 간격을 일정하게 유지될 수 있도록 사용되는 마스크와 기판 사이의 간격을 일정하게 유지하여 노광 시키는 것을 특징으로 하는 감광제를 이용한 Vgroove 구조물 제조방법.The photosensitive agent according to claim 1 or 2, wherein the photosensitive agent is exposed by maintaining a constant distance between the substrate and a mask used to maintain a constant distance between the substrate surface and the deepest portion of the V groove structure. Vgroove structure manufacturing method using. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 V groove 구조물 위에 미소 물체를 위치시켜 고정시키기 위해 접착 고정제를 이용하는 것을 특징으로 하는 감광제를 이용한 V groove 구조물 제조방법.The method of claim 1 or 2, wherein the adhesive fixing agent is used to position and fix the micro object on the V groove structure. 청구항 5에 있어서, 상기 접착 고정제는 초기에는 액체나 젤(Gel)을 이용하여 형태의 변경이 용이하며, 건조나 가열 등의 처리를 통해 굳는 부착성이 있는 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 감광제를 이용한 V groove 구조물 제조방법.The method of claim 5, wherein the adhesive fixing agent is initially easy to change the form by using a liquid or gel (Gel), a photosensitive agent, characterized in that using an adhesive material that is hardened through the treatment such as drying or heating V groove structure manufacturing method using.
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