KR100678977B1

KR100678977B1 - 더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법

Info

Publication number: KR100678977B1
Application number: KR1020040037443A
Authority: KR
Inventors: 강준모
Original assignee: 강준모
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2007-02-05
Also published as: KR20050112381A

Abstract

본 발명은 더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법에 관한 것으로서, 기판 상부에 클래딩층과 코어층을 적층하고, 코어층을 식각하여 광도파로 영역을 정의하는 코어 패턴을 형성함과 동시에 코어 패턴 주변에 일정 간격으로 분리된 더미 패턴을 형성하고, 코어 패턴을 마스킹 하는 보호막 패턴을 형성하고, 더미 패턴을 제거한 후에 보호막 패턴을 제거한다. 그러므로 본 발명은 코어 패턴 주변에 더미 패턴을 추가하여 코어 패턴 주변의 패턴 밀도를 높여서 포토레지스트와 식각 대상층과의 식각 선택비를 높임으로써 광도파로 코어 패턴의 측면 프로파일을 수직으로 형성할 수 있다.

광도파로, 더미 패턴, 코어층, 포토레지스트, BARC

Description

더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING A WAVEGUIDE BY USING DUMMY PATTERN}

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 의한 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 수직 단면도들,

도 2a 내지 도 2c는 종래 기술에 의한 하드 마스크를 이용하여 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 수직 단면도들,

도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일실시예에 따른 더미 패턴을 이용한 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 수직 단면도들,

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 더미 패턴을 이용한 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 수직 단면도들,

도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 더미 패턴을 이용한 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 수직 단면도들,

도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일실시예에 따른 더미 패턴 제거 시 테이퍼형(taper) 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 도면들,

도 7a 내지 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 더미 패턴 제거 시 테이퍼형 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 도면들,

도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 더미 패턴 제거시 테 이퍼형 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 수직 단면도들,

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 더미 패턴 제거 시 테이퍼형 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 수직 단면도들.

<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>

100 : 기판 102 : 클래딩층

104 : 코어층 104a : 코어 패턴

104b : 더미 패턴 106, 108 : 포토레지스트 패턴

112 : 보호막 112a : 보호막 패턴

114 : 마스크

본 발명은 광도파로(optical waveguide)의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 광도파로의 식각 공정 시 패턴의 식각 손실을 줄여 코어층의 측면 손상을 막으면서 식각 프로파일(etch profile)을 수직으로 구현할 수 있는 더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 광통신 시스템에서 정보 전달의 수단으로 사용되는 광(photon)이 지나가는 매개체를 광도파로라 한다. 광도파로는 광이 지나가는 부분을 코어(core)라고 하고 코어를 감싸서 광의 전반사를 가능하게 하는 부분을 클래딩(cladding)이라고 한다.

이러한 광통신 시스템에서는 광섬유와 광도파로 구조를 갖는 반도체 소자와의 정렬이 중요하고 광 손실을 줄이기 위하여 광도파로의 코어 표면 요철을 최소화하는 제조 공정이 요구된다.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 의한 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 수직 단면도들이다. 이들 도면들을 참조하면 종래 기술의 광도파로 제조 방법은 다음과 같다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 기판(substrate)(10) 상부에 클래딩층(12)과 코어층(14)을 순차 적층하고 그 위에 포토레지스트(16)를 도포한다. 이때 기판(10)은 실리콘(Si) 기판, 글래스 기판 또는 SOI(Silicon On Insulator) 구조의 기판 등으로 이루어진다. 그리고 클래딩층(12)은 실리콘 산화막(SiO2) 또는 이미드, 아크릴레이트와 같은 폴리머 등으로 이루어진다. 또한 코어층(14)은 광을 가두어 놓기 위해 클래딩층(12)보다 굴절률이 큰 물질, 예를 들어 실리콘(Si), 도핑(doping)된 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(Si3N4), 탄탈륨 산화막(Ta2O5), 하프늄 산화막(HfO2) 등으로 이루어진다. 혹은 이미드나 아크릴레이트와 같은 폴리머 등으로 이루어진다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 마스크를 이용한 사진 공정을 진행하여 포토레지스트를 노광(exposure)과 현상(develop)하여 광도파로의 코어 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴(16a)을 형성한다.

그런 다음 포토레지스트 패턴(16a)을 이용한 건식 식각(dry etch) 공정을 진행하여 도 1c에 도시된 하부의 코어 패턴(14a)을 형성한다. 그리고 포토레지스트 패턴을 제거한다. 광도파로의 코어 패턴(14a)을 원형으로 하는 것이 가장 바람직하겠지만 이는 실현 불가능하므로 현재 수직 단면을 갖는 사각 형태로 구현하고 있다.

그런데 종래 기술에 의한 광도파로의 제조 방법에 있어서, 코어 패턴 밀도(density)에 따라 식각 대상막과 포토레지스트의 식각 선택비가 변하게 됨에 따라 식각 프로필이 큰 영향을 받는다. 이 때문에 건식 식각 공정을 이용한 광도파로 제조 공정은 포토레지스트 패턴(16a)의 밀도가 낮을수록 코어층과의 식각 선택비가 작아진다. 이로 인해 도 1c와 같이 포토레지스트 패턴(16a)의 쇼울더(shoulder) 침식이 심해져서 광도파로의 코어 패턴(14a) 측면의 각도 θ 값이 90°보다 커지게 되고 이의 수직 단면 또한 사다리꼴 모양을 갖게 된다.

광도파로 측면을 수직인 프로파일로 구현하기 위해서는 포토레지스트 패턴의 두께를 증가시켜서 건식 식각 공정으로부터의 침식 영향을 최소화해야한다. 하지만 포토레지스트의 두께가 증가하게 되면, 식각 공정 시 그만큼 해상도가 떨어지는 단점이 있다. 이를 위하여 포토레지스트 두께를 증가시키지 않고 코어층 상부에 하드 마스크층을 추가한 제조 방법이 등장하게 되었다.

도 2a 내지 도 2c는 종래 기술에 의한 하드 마스크를 이용하여 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 수직 단면도들이다. 이들 도면들을 참조하면, 종래 기술의 하드 마스크를 이용한 광도파로 제조 방법은 다음과 같다. 이때 하드 마스크를 제외한 나머지 도면 부호는 도 1a 내지 도 1c의 종래 기술과 동일하다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상부에 클래딩층(12)과 코어층(14) 및 하드 마스크층(15)을 순차 적층하고 그 위에 포토레지스트(16)를 도포한다. 여기서 하드 마스크층(15) 물질로는 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(Si3N4) 등의 유전체막(dielectric layer)이 사용된다. 하드 마스크층(15)은 하부의 코어층(14) 물질과는 충분한 식각 선택비를 갖고 있는 것이 바람직하다. 이를 위하여 하드 마스크층(15)은 크롬(Cr) 또는 알루미늄(Al)과 같은 금속 계열의 물질을 사용할 수도 있다.

이어서 도 2b에 도시된 바와 같이, 광도파로 마스크를 이용한 사진 공정(노광 및 현상)을 진행하여 광도파로의 코어 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴(16a)을 형성한 후에, 그 하부의 하드 마스크층을 건식 식각하여 하드 마스크층 패턴(15a)을 형성한다.

그런 다음 포토레지스트 패턴(16a) 및 하드 마스크층 패턴(15a)을 이용한 건식 식각 공정을 진행하여 도 2c에 도시된 코어 패턴(14a)을 형성한 후에 포토레지스트 패턴을 제거한다.

그러므로 도 2a 내지 도 2c의 종래 기술에서는 포토레지스트 침식에 의한 광도파로의 표면 손상과 식각 프로필의 기울기를 줄이기 위해서 코어층 상부에 하드 마스크층을 추가 사용하였다. 하지만, 하드 마스크층을 적용하면 식각 공정중에 광 도파로의 코어층 상부면이 손상되는 것을 막을 수 있지만, 패턴 밀도가 낮은 곳에서는 역시 하드 마스크층 패턴의 쇼울더 침식이 일어나 코어층의 수직 단면이 사다리꼴 모양을 갖게 된다. 이 때문에 코어층의 측면 각도 θ값이 90°보다 커지게 되기 때문에 코어 패턴 표면의 프로파일을 수직으로 형성하기 어려웠다.

또한 하드 마스크층의 물질을 클래딩층과 동일한 유전체막을 사용하지 않고 식각 선택성을 고려하여 금속 계열의 물질을 사용할 경우 광도파로의 제조 공정 이후에 반드시 하드 마스크층을 제거해야하는 별도의 공정이 수반되어야만 하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 코어 주변에 더미 패턴을 추가하여 패턴 밀도를 높여 포토레지스트 패턴과 식각 대상인 코어층과의 식각 선택비를 높임으로써 코어 패턴의 측면 프로파일을 수직으로 형성할 수 있는 더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 코어 주변에 더미 패턴을 추가하여 패턴 밀도를 높여 코어 패턴의 측면 프로파일은 수직으로 형성할 수 있고 광도파로의 코어층을 테이퍼 형태로 형성하여 광도파로의 연결(coupling)시 광 삽입 효율을 향상시킬 수 있는 더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광도파로를 제조하는 방법에 있어서, 기판 상부에 클래딩층과 코어층을 적층하는 단계와, 코어층을 식각하여 광도파로 영역을 정의하는 코어 패턴을 형성함과 동시에 코어 패턴 주변에 일정 간격으로 분리된 더미 패턴을 형성하는 단계와, 코어 패턴을 마스킹하는 보호막 패턴을 형성하는 단계와, 더미 패턴을 제거한 후에 보호막 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은 광도파로를 제조하는 방법에 있어서, 기판 상부에 클래딩층과 코어층을 적층하는 단계와, 코어층을 식각 하여 광도파로 영역을 정의하는 코어 패턴을 형성함과 동시에 코어 패턴 주변에 일정 간격으로 분리된 더미 패턴을 형성하는 단계와, 코어 패턴의 끝단을 테이퍼 형태로 노출하면서 나머지 코어 패턴을 마스킹하는 보호막 패턴을 형성하는 단계와, 더미 패턴과 테이퍼 형태로 노출된 코어 패턴의 끝단을 제거하는 단계를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.

도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일실시예에 따른 더미 패턴을 이용한 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 수직 단면도들이다. 이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광도파로 제조 방법은 다음과 같다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상부에 클래딩층(102)과 코어층(104)을 순차 적층하고 그 위에 포토레지스트를 도포한다. 이때 기판(100)은 실리콘(Si) 기판, 글래스 기판 또는 SOI 구조의 기판 등으로 이루어진다. 그리고 클래딩층(102)은 실리콘 산화막(SiO2) 또는 이미드, 아크릴레이트와 같은 폴리머 등으로 이루어진다. 또한 코어층(104)은 광을 가두어 놓기 위해 클래딩층(102)보다 굴절률이 큰 물질, 예를 들어 실리콘(Si), 도핑(doping)된 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(Si3N4), 탄탈륨 산화막(Ta2O5), 또는 하프늄 산화막(HfO2) 등으로 이루어진다. 혹은 이미드나 아크릴레이트와 같은 폴리머 등으로 이루어진다. 본 실시예에 사용된 기판(100), 클래딩층(102) 및 코어층(104)은 당업자에 의해 다양한 물질로의 변경 및 다른 물질의 추가가 가능하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하고자 한다.

이어서 광도파로의 코어 및 더미 패턴(dummy pattern) 마스크를 이용한 사진 공정으로 포토레지스트를 노광 및 현상하여 코어 영역 및 이에 일정 간격으로 분리된 더미 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴(106, 108)을 형성한다. 이때 더미 영역용 포토레지스트 패턴(108)은 코어 영역의 포토레지스트 패턴(106)의 주변 밀도를 높이기 위해 본 발명에서 별도로 추가된 것이다. 이를 위하여 포토레지스트 패턴용 마스크 설계 및 제작 시 코어 영역뿐만 아니라 더미 영역까지 함께 고려되어야 한다. 더욱이 포토레지스트 패턴의 제작 시 코어와 더미 사이의 간격(W)이 중요한데, 그 간격(W)이 너무 넓으면 패턴 밀도를 높이는 효율이 떨어지고, 그 간격(W)이 너무 좁으면 후속 공정에서 얼라인(align)하는데 어려움이 있다. 따라서 패턴 밀도의 효율성과 얼라인을 고려하여 상기 코어용 포토레지스트 패턴(106)과 더미용 포토레지스트 패턴(108) 사이의 간격(W)을 0.2㎛∼2㎛로 하는 것이 바람직하다.

그리고 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 코어 및 더미 포토레지스트 패턴(106, 108)을 이용한 건식 식각 공정을 진행하여 하부의 코어층을 패터닝하여 광도파로의 코어 패턴(104a)을 형성함과 동시에 코어 패턴(104a) 주변에 일정 간격으로 분리된 더미 패턴(104b)을 형성한다. 본 발명의 식각 공정 시 코어 패턴(104a)은 더미 포토레지스트 패턴(108)의 추가로 패턴 밀도가 높아짐에 따라 포토레지스트와 식각 대상물인 코어층의 식각 선택성이 높아져 측면 프로파일이 수직으로 식각된다.

코어 및 더미 포토레지스트 패턴(106, 108)을 제거하면, 도 3c에 도시된 바와 같이 클래딩층(102) 상부에는 광도파로의 코어 패턴(104a)과 이에 일정 간격(110)을 두고 분리된 더미 패턴(104b)만 남아 있게 된다.

본 발명에 있어서 더미 패턴(104b)은 포토레지스트 패턴의 식각 선택비를 증가시키고 식각 프로파일의 개선에는 유용하지만 그대로 남아 있게 되면 광이 코어 패턴(104a)인 광도파로를 통해 전달될 때 에버네슨트 필드(evanescent field)와 간섭(interference)을 일으켜 심각한 광의 손실을 일으킨다. 그러므로 광도파로의 코어 주변에 있는 더미 패턴(104b)을 아래의 공정에 의해 제거하는 것이 바람직하다.

도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 전면에서 더미 패턴(104b)을 제거하고 코어 패턴(104a)을 보호하기 위한 보호막(112)으로서 유동성이 큰 포토레지스트를 상기 코어 패턴(104a)과 더미 패턴(104b) 사이를 완전히 갭필(gap-fill)할 때까지 도포한다. 그리고 광도파로의 코어 패턴(104a)을 감싸고 나머지 부분을 오픈하는 마스크(114)를 이용한 노광 공정을 진행하여 코어 패턴(104a) 영역을 제외한 나머지 부분을 노광시킨다. 계속해서 현상 공정을 진행하여 노광되지 않은 포토레지스트만을 남기고 노광된 나머지 부분을 제거한다.

이로 인해 도 3e와 같이, 코어 패턴(104a) 상부 및 측면을 둘러싼 인버스 凹 형태의 보호막 패턴(112a)이 완성되므로 광도파로의 코어 패턴(104a)은 보호막 패턴(112a)에 의해 보호된다. 이때 더미 패턴(104b)과 클래딩층(102)의 물질에 따른 식각 선택비를 고려하여 보호막 패턴(112a)이 더미 패턴(104b)에 대해 일정 간격으로 분리되도록 한다. 즉 더미 패턴(104b)과 클래딩층(102)과의 식각 선택비가 클 경우 보호막 패턴(112a)을 위한 노광 및 현상 공정을 충분히 크게 하여 도 3e와 같이 더미 패턴(104b)과 인버스 凹 형태의 보호막 패턴(112a) 사이에 일정 간격(115)을 두고 서로 분리함으로써 그 사이의 공간에 클래딩층(102) 표면이 노출된다.

그리고나서 습식 또는 건식 식각 공정을 이용하여 더미 패턴(104b)을 제거한 후에 포토레지스트로 이루어진 보호막 패턴(112a)을 제거(strip)한다. 이에 따라 도 3f에 도시된 바와 같이, 클래딩층(102) 상부에는 측면이 수직 프로파일로 식각된 광도파로의 코어 패턴(104a)만 남아 있게 된다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 더미 패턴을 이용한 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 수직 단면도들이다. 본 발명의 다른 실시예에서는 상술한 일실시예의 제조 공정에서 더미 패턴과 클래딩층 물질의 식각 선택비가 작을 경우에 다음과 같이 더미 패턴 제거 공정을 진행한다.

우선 도 4a에 도시된 바와 같이 더미 패턴(104b)을 선택적으로 제거하기 위한 보호막으로서 유동성이 큰 포토레지스트를 코어 패턴(104a)과 더미 패턴(104b) 사이를 완전히 갭필할 때까지 도포한다. 그리고 상술한 도 3의 실시예보다 노광 및 현상 공정을 적게 진행하여 코어 패턴(104a) 상부 및 측면을 둘러싸며 더미 패턴(104b)과도 연결된 형태의 보호막 패턴(112b)을 형성한다. 이러한 보호막 패턴(112b)에 의해 광도파로의 코어 패턴(104a)이 보호되면서 클래딩층(102) 표면이 전혀 노출되지 않게 된다.

그러므로 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조 공정에서는 더미 패턴(104b)과 클래딩층(102)과의 물질에 따른 식각 선택비가 작을 경우 포토레지스트의 노광 및 현상 공정을 제어하여 클래딩층(102)이 노출되지 않으면서 코어 패턴(104a) 상측면을 마스킹하는 보호막 패턴(112b)을 형성한다.

그리고나서 습식 또는 건식 식각 공정을 이용하여 더미 패턴(104b)을 제거한 후에 포토레지스트로 이루어진 보호막 패턴(112b)을 제거함으로써 도 4b에 도시된 바와 같이 클래딩층(102) 상부면에 코어 패턴(104a)만 남아있게 된다.

도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 더미 패턴을 이용한 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 수직 단면도들이다. 이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광도파로의 제조 방법은 다음과 같다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상부에 클래딩층(102)과 코어층(104)을 순차 적층하고 사진 및 건식 식각 공정으로 코어층을 식각하여 광도파로로 사용되는 코어 패턴(104a)과 상기 코어 패턴(104a) 주변에 일정 간격으로 분리된 더미 패턴(104b)을 형성한다.

그리고 도 5c에 도시된 바와 같이, 더미 패턴(104b)을 보다 효과적으로 제거하기 위하여 보호막인 포토레지스트와 광화학적 특성이 다른 완충막(116)을 형성하고 그 위에 보호막(118)으로서 포토레지스트를 도포한다. 이때 완충막(116)은 보호막(118)으로 사용된 포토레지스트와 달리 광에 의해 감광이 안 되면서 코어 패턴(104a)과 더미 패턴(104b) 사이의 공간과 같이 좁은 영역을 충분히 갭필해야 하므로 폴리머 계열의 BARC(Bottom Anti-Reflection Coating) 물질을 사용한다. 예를 들면, 허니웰(Honeywell)사의 DUO 248 및 브루워 사이언스(Brewer Science)사의 DUV 30J 혹은 DUV 32 등을 사용한다. 이러한 폴리머 계열의 BARC 물질은 스핀 코팅(spin coating)에 의해 도포되기 때문에 갭필 능력이 우수한 특징이 있다.

계속해서 도 5d에 도시된 바와 같이, 노광 및 현상 공정을 진행하여 상기 코어층을 마스킹하는 보호막 패턴(120)을 형성한다. 이때 보호막 패턴(120) 아래의 완충막(116)은 광에 의해 감광이 되지 않기 때문에 노광 및 현상 공정에 의해 제거되지 않고 그대로 남아 있게 된다.

도 5e에 도시된 바와 같이, 건식 식각 공정으로 더미 패턴(104b) 상부에 있는 완충막(116)을 제거하여 더미 패턴(104b) 표면을 노출시킨다. 이때 광도파로의 코어 패턴(104a)과 더미 패턴(104b) 사이의 공간에 있는 완충막(116)도 부분적으로 식각되므로 과도 식각(over-etching)은 피하는 것이 바람직하다.

계속해서 도 5f 및 도 5g에 도시된 바와 같이, 노출된 더미 패턴(104b)을 습식 또는 건식 식각 공정으로 제거한 후에 포토레지스트로 이루어진 보호막 패턴(120)과 완충막(116)을 제거한다. 이에 따라 클래딩층(102) 상부에는 수직 프로파일로 측면이 식각된 광도파로의 코어 패턴(104a)이 남아 있게 된다.

이후에는 본 발명에 따른 광도파로 내 코어의 어느 한 끝 부분을 테이퍼(또는 날카로운 팁) 형태로 제조하는 다양한 실시예들에 대해 설명한다.

도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일실시예에 따른 더미 패턴 제거 시 테이퍼형(taper) 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 도면들이다. 이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 테이퍼형 광도파로 제조 방법은 다음과 같 다. 여기서 도 6b와 도 6d는 각각 도 6a와 도 6c의 평면도에서 A-A'선으로 자른 기판 구조물의 수직 단면도를 나타낸 것이다.

도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 기판(200) 상부에 클래딩층(202)과 코어층을 순차 적층하고 사진 공정 및 건식 식각 공정으로 코어층을 식각하여 광도파로로 사용되는 코어 패턴(204a)과 상기 코어 패턴(204a) 주변에 일정 간격으로 분리된 더미 패턴(204b)을 형성한다.

그리고 유동성이 큰 포토레지스트를 코어 패턴(204a)과 더미 패턴(204b) 사이를 완전히 갭필할 때까지 도포한다. 이후 도 6c 및 도 6d에 도시된 바와 같이, 코어 패턴(204a)의 끝단 상부면을 사선으로 자르는 형태로 노출하고 코어 패턴(204a)의 나머지 부분을 인버스 凹 형태로 룰러싼 보호막 패턴(206)을 사진 공정으로 형성한다. 이는 보호막 패턴(206)을 규정하는 마스크 설계 및 제작 시, 보호막 패턴의 위치와 형상이 코어 패턴의 끝단을 테이퍼 형태로 자르도록 함으로써 이루어진다. 이러한 보호막 패턴(206) 자체는 끝이 날카로울 필요가 없으며 단지 보호막 패턴(206)의 경계면이 코어 패턴(204a)을 사선으로 비스듬히 횡단하게 하면 된다.

이렇게 테이퍼 형태로 형성된 보호막 패턴(206)을 식각 마스크로 삼아 건식 식각 공정을 진행하여 코어 패턴(204a)의 수직 단면을 테이퍼 형태로 식각하면서 동시에 더미 패턴(204b)을 함께 제거할 수 있다.

그리고나서 포토레지스트로 이루어진 보호막 패턴(206)을 제거하게 되면 도 6e 및 도 6f에 도시된 바와 같이 클래딩층(202) 상부에 수직 프로파일의 측면을 갖 으면서 끝 부분이 테이퍼 형태(204')로 식각된 광도파로의 코어 패턴(204a)을 형성하게 된다.

도 7a 내지 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 더미 패턴 제거 시 테이퍼형 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 도면들이다. 이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 테이퍼형 광도파로 제조 방법은 상술한 도 6의 제조 공정에서 보호막 패턴 하부의 코어 패턴(204a)과 더미 패턴(204b) 사이를 충분히 갭필하는 완충막(210)을 추가한 제조 공정이다.

완충막(210)을 추가한 본 실시예의 제조 방법은 도 5의 제조 공정 순서와 동일하며 다만, 보호막 패턴(212)을 규정하는 마스크를 달리 제작하여 보호막 패턴(212)이 코어 패턴(204a) 끝단에서 사선의 형태로 코어 패턴을 비스듬히 횡단할 수 있도록 하는 것이다.

도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 더미 패턴 제거 시 테이퍼형 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 수직 단면도들이다. 이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 테이퍼형 광도파로 제조 방법은 다음과 같다. 여기서 도 8b 내지 도 8d는 도 8a의 평면도에서 B-B'선으로 자른 기판 구조물의 수직 단면도들을 나타낸 것이다.

우선 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 기판(300) 상부에 클래딩층(302)과 코어층을 순차 적층하고 사진 공정 및 건식 식각 공정으로 코어층을 식각하여 광도파로의 코어 패턴(304a)과 상기 코어 패턴(304a) 주변에 일정 간격으로 분리된 더미 패턴(304b)을 형성한다.

그리고 유동성이 큰 포토레지스트를 코어 패턴(304a)과 더미 패턴(304b) 사이를 완전히 갭필할 때까지 도포한다. 이 후, 노광 및 현상 공정을 진행하여 코어 패턴(304a) 상부 및 측면을 둘러싼 인버스 凹 형태의 보호막 패턴(306)을 형성한다.

본 실시예에서는 보호막 패턴(306)인 포토레지스트 형성 시 광도파로의 코어 끝 부분에 수직(vertical) 구조의 테이퍼를 형성하기 위하여 그레이 스케일(gray scale) 또는 하프톤(halftone) 마스크를 이용한 노광 공정을 진행한다. 이에 따라 보호막 패턴(306)에 도면 부호 306a 내지 306c와 같이 포토레지스트의 수직 두께가 순차적으로 다른 계단 형태가 형성된다. 바람직하게는 광도파로의 코어 패턴(304a) 중심에서 끝 부분으로 갈수록 보호막 패턴(306)의 두께가 점차 얇아지도록 한다. 이때 마스크의 그레이 스케일 간격을 넓게 하면 보호막 패턴(306)의 형태가 계단 형 단차(306a, 306b, 306c)를 형성하지만, 그레이 스케일 간격을 촘촘히 하면 수직으로 경사진 테이퍼 구조를 형성할 수 있다.

계속해서 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 계단 구조의 보호막 패턴을 이용한 건식 식각 공정을 이용하여 더미 패턴 부분을 제거한다. 이때 더미 패턴이 식각되면서 코어 패턴(304a) 상부에 있는 보호막 패턴도 얇은 부분부터 식각되기 때문에 초기 보호막 패턴의 지세(topography)와 유사하게 코어 패턴(304a)의 끝 부분도 계단 형태(308)로 식각된다. 이어서 남아있는 보호막 패턴(306c)을 제거한다.

그런 다음 화학적기계적 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing) 공정을 진행하게 되면, 연마 패드에 의해 도 8d와 같이 코어 패턴(304a)의 계단형 끝 부분 이 매끄러운 형태의 수직 테이퍼(310) 구조로 연마된다. 그러므로 상기 본 발명의 실시예에 따라 수직 테이퍼 구조를 갖는 광도파로의 코어를 제조할 수 있다.

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 더미 패턴 제거 시 테이퍼형 광도파로를 제조하는 과정을 나타낸 수직 단면도들이다. 이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 테이퍼형 광도파로 제조 방법은 상술한 도 8의 실시예에서 보호막 패턴(306) 하부에 코어 패턴(304a)과 더미 패턴(304b) 사이를 충분히 갭필하는 완충막(312)을 추가한 것이다.

도 9a에 도시된 바와 같이, 코어 패턴(304a)과 더미 패턴(304b) 사이를 완전히 갭필할 때까지 완충막(312)으로서 폴리머 계열의 BARC 물질을 도포한다. 그리고 그레이 스케일 또는 하프톤 마스크를 이용한 사진 공정을 진행하여 보호막 패턴(306) 일부분에 도면 부호 306a 내지 306c와 같이 중심에서 끝 부분으로 갈수록 두께가 점차 얇아지는 계단형 단차를 형성한다.

그리고 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 계단형 보호막 패턴(306)을 이용한 건식 식각 공정을 이용하여 더미 패턴 부분을 제거한다. 이때 코어 패턴(304a) 상부에 있는 보호막 패턴도 계단형 단차를 갖기 때문에 코어 패턴(304a)의 끝 부분도 보호막 패턴의 두께 차이에 따라 계단 형태(308)로 식각된다. 이와 동시에 상기 식각 공정에 의해 보호막 패턴의 두께가 높은 부분(306c)과 상기 보호막 패턴(306c) 하부의 완충막(312) 및 더미 패턴과 코어 패턴(304a) 사이의 공간에 있는 완충막(312')을 제외한 나머지 부분이 모두 제거된다.

계속해서 남아있는 보호막 패턴(306c)과 완충막(312, 312')을 제거한 다음 화학적기계적 연마 공정을 진행하게 되면, 연마 패드에 의해 도 9c와 같이 코어 패턴(304a)의 계단형 끝 부분이 매끄러운 형태의 수직 테이퍼(310) 구조로 연마된다.

또한 본 발명의 다양한 실시예에서는 광도파로의 코어를 패터닝 하는 제조 공정에 대해서만 설명하였지만, 이후 코어 패턴 상부에 코어층 상측면을 감싸는 클래딩층 제조 공정 등의 추가 공정이 필요하다. 즉 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주 내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 코어 패턴 주변에 일정 간격을 두고 분리된 더미 패턴을 추가하여 코어 패턴 주변의 패턴 밀도를 높여서 포토레지스트와 식각 대상인 코어층과의 식각 선택비를 높임으로써 광도파로 코어 패턴의 측면 프로파일을 수직으로 형성할 수 있다.

그리고 본 발명은 광도파로의 코어 패턴 주변의 더미 패턴 제거 시 코어 패턴의 일부 끝 단면을 테이퍼 형태로 식각하거나 수직으로 단차를 갖는 계단형 테이퍼 형태로 형성함으로써 광도파로의 연결 시 일어나는 삽입 손실을 감소시킬 수 있다.

Claims

광도파로를 제조하는 방법에 있어서,

기판 상부에 클래딩층과 코어층을 적층하는 단계와,

상기 코어층을 식각하여 상기 광도파로 영역을 정의하는 코어 패턴을 형성함과 동시에 상기 코어 패턴 주변에 일정 간격으로 분리된 더미 패턴을 형성하는 단계와,

상기 코어 패턴을 마스킹하는 보호막 패턴을 형성하는 단계와,

상기 더미 패턴을 제거한 후에 상기 보호막 패턴을 제거하는 단계

를 포함하는 더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법.
광도파로를 제조하는 방법에 있어서,

기판 상부에 클래딩층과 코어층을 적층하는 단계와,

상기 코어층을 식각하여 상기 광도파로 영역을 정의하는 코어 패턴을 형성함과 동시에 상기 코어 패턴 주변에 일정 간격으로 분리된 더미 패턴을 형성하는 단계와,

상기 코어 패턴의 끝단을 테이퍼 형태로 노출하면서 나머지 코어 패턴을 마스킹하는 보호막 패턴을 형성하는 단계와,

상기 더미 패턴과 테이퍼 형태로 노출된 상기 코어 패턴의 끝단을 제거하는 단계

를 포함하는 더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법.
광도파로를 제조하는 방법에 있어서,

기판 상부에 클래딩층과 코어층을 적층하는 단계와,

상기 코어층을 식각하여 상기 광도파로 영역을 정의하는 코어 패턴을 형성함과 동시에 상기 코어 패턴 주변에 일정 간격으로 분리된 더미 패턴을 형성하는 단계와,

상기 코어 패턴을 마스킹 하되, 상기 코어 패턴의 끝단에서 소정의 단차를 갖는 계단형 보호막 패턴을 형성하는 단계와,

상기 계단형 보호막 패턴을 마스크로 삼아 건식 식각 공정을 진행하여 상기 코어 패턴의 수직 단면을 테이퍼 형태로 식각하면서 상기 더미 패턴 및 상기 계단형 보호막 패턴을 제거하는 단계

를 포함하는 더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기판은 실리콘 기판, 글래스 기판 또는 SOI 기판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 보호막 패턴은 상기 코어층과 식각 선택성이 있는 포토레지스트로 이루 어진 것을 특징으로 하는 더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 보호막 패턴은 상기 코어 패턴 상부 및 측면을 둘러싼 인버스 凹 형태 또는 상기 보호막 패턴은 상기 코어 패턴 상부 및 측면을 둘러싸며 상기 더미 패턴 측면에 연결된 형태인 것을 특징으로 하는 더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 보호막 패턴을 형성하기 이전에, 상기 코어 패턴과 상기 더미 패턴 사이를 갭필하는 완충막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법.
제 7항에 있어서,

상기 완충막은 상기 보호막 패턴과 광화학적 특성이 다른 BARC 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법.
제 7항에 있어서,

상기 완충막은 상기 코어 패턴 상부 및 측면을 둘러싸며 상기 더미 패턴 측면에 연결된 형태인 것을 특징으로 하는 더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법.
제 3항에 있어서,

상기 계단형 보호막 패턴은 그레이 스케일 또는 하프톤 마스크를 이용한 노광 공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법.
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