KR100729967B1 - 광도파로 몰드 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 O-PCB용 광도파로 제작에 있어 실리콘은 결정방향에 따라 다양한 각도로 습식 식각할 수 있음을 바탕으로 45도 거울면을 가진 광도파로 몰드를 이차에 걸친 습식 식각에 의해 제작함으로써 제작 공정을 단순화할 수 있도록 한 광도파로 몰드 제작방법을 제공한다.

이러한 본 발명은 실리콘 기판 상에 일차 식각을 통해 직사각형 몰드 구조물을 형성하는 제1 과정 및 상기 실리콘 기판 상의 직사각형 몰드 구조물의 양끝 부분을 습식 식각하여 45도 경사면을 형성하는 제2 과정을 수행하여 달성할 수 있으며, 본 발명은 O-PCB에서 수직 광결합을 위한 광도파로 양끝단의 45도 거울면 형성을 위한 실리콘 몰드를 일차 및 이차 습식 식각 과정을 통해 간단히 제조할 수 있게 됨에 따라 몰드 제작을 간소화할 수 있게 됨은 물론 이에 따라 제작 단가를 절감할 수 있게 된다.

O-PCB, 거울면, 광도파로, 실리콘 몰드, 습식 식각, 실리콘 방향성

Description

광도파로 몰드 제작방법{MOLD MANUFACTURING METHOD FOR WAVEGUIDE}

도 1은 일반적인 O-PCB의 구성도.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 공정 순서도.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일차 및 이차 식각에 의해 얻어지는 몰드 형태를 나타낸 도.

도 4는 실리콘의 방향성을 설명하기 위한 도.

도 5는 실리콘의 방향성에 따라 얻을 수 있는 각도의 예를 나타낸 표.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101 : 실리콘 기판 102,106 : 산화막

103,107 : 포토레지스트 104 : 포토 마스크

105 : 직사각형 몰드 구조물 108 : 45도 경사진 몰드 구조물

본 발명은 광도파로 몰드 제작방법에 관한 것으로, 특히 일차 식각을 통해 직사각형 형태의 광도파로용 실리콘 몰드를 제작하고 이차 습식 식각으로 45도 거울면을 위한 45로 경사면을 형성하는 광도파로 몰드 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 PCB는 컴퓨터, 휴대폰, 디지털 전자기기 등 대부분의 산업에 응용되고 있다. 이렇게 다양한 분야에서 사용되는 PCB는 기능성에 있어서 많은 장점이 있지만 정보의 고속화와 대용량화에 따라 PCB의 일반 기능이 한계점에 직면하고 있다.

PCB 기반의 전기배선 시스템은 전송속도의 한계와 전기 선로간의 누화 특성 및 실장 밀도의 제약, EMI/EMC 등의 영향으로 인한 대용량 고속 전송의 한계를 갖는 영향으로 인하여 급격한 인터넷 사용에 따른 전송 및 교환 시스템의 대용량화, 고속화 및 고밀도화의 추세에 대응하기 어려운 점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 PCB에 광기술을 접목하여 전송속도와 전송용량을 높이는 광PCB(이하, O-PCB라 칭함)가 대두되고 있다.

O-PCB는 전기 PCB와 전송용량뿐 아니라 전자기교란과 같은 전기신호의 고속 동작시 유발되는 문제점도 제거할 수 있으며 소형화, 경량에 유리하다.

따라서 현재의 PCB 시장에 널리 활용 가능성을 내포하고 있다. O-PCB는 도 1에 도시한 바와 같이, 주로 광을 이용하여 정보를 주고 받는 송신부(10)와 수신부(20), 그리고 그 중간을 연결해 주는 광도파로(Waveguide)(30)로 구성된다.

상기 송신부(10)에는 가격-성능면에서 유리한 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)을 주로 이용하여 신호를 보내며, 수신부(20)에서는 PD(Photodiode)를 이용하여 신호를 받는다. 이들을 연결하는 광도파로(30)는 구조 상 수직으로 광결합을 해야만 한다. 이러한 수직 광결합은 광도파로(30) 양 끝단을 45도 거울면으로 변형함으로 가능해진다.

현재의 광도파로는 저가-대량 생산이라는 취지에서 제작시 엠보싱기법이 널리 이용되고 있다. 여기에서 엠보싱기법이란 마스터라고 하는 원형에서 대량 복제를 위한 몰드를 만들어 내고 이로부터 복제물인 광도파로를 만들어 내는 기법이다. 그러나 45도 거울면을 가진 광도파로 몰드를 만든다는 것은 복잡한 추가 공정을 요한다.

종래 45도 거울면을 만들기 위한 방법으로는 45도 기울여서 패턴닝을 하는 방법, 미세시편 절단기를 이용한 방법, 기계적 폴리싱, X-ray 리소그래피를 이용하여 마스터를 제작하는 방법들이 있으나, 이들은 모두 복작한 공정이 수반되는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 이러한 점을 감안한 것으로, 본 발명의 목적은 O-PCB용 광도파로 제작에 있어 실리콘은 결정방향에 따라 다양한 각도로 습식 식각할 수 있음을 바탕으로 45도 거울면을 가진 몰드를 2차에 걸친 습식 식각에 의해 제작함으로써 제작 공정을 단순화할 수 있도록 한 광도파로 몰드 제작방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광도파로 몰드 제작방법은, 광 PCB에서 수직 광결합을 위한 광도파로 양끝단의 거울면 형성을 위한 광도파로 몰드 제작방법에 있어서, 실리콘 기판 상에 일차 식각을 통해 직사각형 몰드 구조물을 형성하는 제1 과정; 및 상기 실리콘 기판 상의 직사각형 몰드 구조물의 양끝 부분을 습식 식각하여 소정 각도의 경사면을 형성하는 제2 과정;으로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 제2 과정은 상기 실리콘 기판 상의 직사각형 구조물 상에 산화막을 형성한 후, 포토레지스트를 도포하는 제1 단계; 상기 직사각형 구조물의 양끝 부분에 빛을 조사하여 그 부분의 포토레지스트를 제거한 후, 포토레지스트가 제거된 부분의 산화막 부분을 식각하여 제거하는 제2 단계; 및 상기 제2 단계에서 산화막이 제거되지 않은 부분의 나머지 산화막을 감싸고 있는 포토레지스트를 제거한 후, 제2 단계에서 직사각형 구조물 상의 오픈된 실리콘면을 소정 용액으로 습식 식각하여 45도 경사면을 형성하는 제3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 크게 일차 식각 과정과 이차 식각 과정을 통해 45도 거울면을 갖는 광도파로 실리콘 몰드를 얻게 된다.

일차 식각 과정에서는 90도의 기울기를 가진 광도파로 실리콘 원형을 제작하고, 이차 식각 과정에서는 일차 식각한 광도파로 원형의 양끝단 부분만 45도 기울기를 가진 거울면을 형성하게 된다.

이러한 본 발명을 도 2의 공정도를 참조하여 설명한다.

도 2a 내지 도 2d는 일차 식각 과정을 나타낸 것으로, 90도의 기울기 즉, 직사각형 모양을 가진 광도파로 실리콘 원형을 제작하는 과정이다.

먼저, 실리콘 기판(101) 위에 산화막(SiO2)(102)을 형성한 후, 산화막(102) 위에 포토레지스트(PR)(103)를 도포한다.

상기 포토레지스트(103)는 빛을 받으면 성질이 바뀌어서 특수용액과 반응하여 빛을 받은 부분은 없어지고 안받은 부분은 남아 있는 성질이 있으며, 이를 포지티브 포토레지스트라고 한다.

이와는 반대로 빛을 받은 부분은 남고 안받은 부분은 없어지는 성질의 것은 네가티브 포토레지스트라고 하며, 본 발명은 포지티브 포토레지스트를 사용한다.

이후, 포토 마스크(104)를 이용하여 원하는 패턴을 포토레지스트(103)에 전사시키게 되며, 본 발명에서는 직사각형 라인 모양을 포토레지스트(103)에 전사시키게 된다(도 2a).

그리고 직사각형 모양의 포토레지스트(103)를 방패삼아 산화막(102)을 식각하면 산화막(102)에 직사각형 라인이 전사되며(도 2b), 역시 직사각형 모양의 산화막(102)을 방패삼아 실리콘 기판(101)을 식각하면 직사각형 라인이 실리콘 기판(101) 표면에 전사된다(도 2c). 그리고 실리콘 기판(101) 상의 산화막(102)을 제거하여 실리콘 기판(101) 표면에 직선 구조물 즉, 직사각형 모양의 몰드 구조물(105)을 얻게 된다(도 2d).

도 3a는 상기 도 2a 내지 도 2d를 거쳐 얻어진 직사각형 몰드 구조물(105)을 나타낸 것이다. 이때 식각 시간에 따라서 직사각형 몰드 구조물(105)의 높이를 조절할 수 있다.

상기와 같이 도 2a 내지 도 2d의 과정을 통한 일차 식각 과정을 거쳐 실리콘 기판(101) 표면에 직사각형 몰드 구조물(105)을 형성한 후, 이차 식각 과정을 거쳐 45도 거울면을 갖는 실리콘 몰드를 형성하게 된다.

한편, 실리콘은 방향성이라는 특성을 가지며, 이를 도 4와 함께 설명한다.

도 4에서 (100)웨이퍼는 둥그런 웨이퍼에서 아랫부분이 직선으로 잘려있는데, 이 잘린 방향이 (110)방향이며, 이 (110)방향을 기준으로 45도 기울어진 곳의 방향이 (100)방향이다.

(110)방향으로부터 45도의 각도인 (100)방향을 따라서 산화막을 평행하게 아니면 수직(90도)하게 형성한 후, 습식 식각을 하면 식각된 면이 실리콘 표면과 특정한 각도를 이루게 된다.

(100)방향을 따라서 라인을 패터닝 즉, 포토 마스크를 이용하여 원하는 패턴을 형성한 후, 수산화칼륨(이하, KOH라 칭함) 용액을 이용하여 식각을 하게 되면 식각된 면이 실리콘 표면과 90도면을 갖게 된다.

또한, 10M(mol) 이하의 수산화칼륨 용액에 이소프로필알콜(Isopropanol : 이하, IPA라 칭함) 용액을 첨가하여 식각하면 45도면을 갖게 된다. 상기 KOH에 IPA를 첨가할 때 일정량만 용해되고 그 이상은 포화(Saturation)되어 물과 기름처럼 IPA가 KOH용액 위에 떠 있게 된다. 즉, 마스크 패턴을 실리콘의 (110)방향으로부터 45도의 각도인 (100)방향으로 하여 KOH와 IPA의 혼합액을 사용하여 식각하면 식각된 면이 45도를 갖게 된다.

이와 같은 실리콘의 성질을 이용하여 상기 일차 식각 과정을 통해 얻은 실리콘 기판(101) 표면의 직사각형 구조물(105)에 대하여 포토레지스트 패터닝을 (100)방향인 45도 각도로 하여 직사각형 구조물(105)의 양끝 부분을 45도로 식각하게 되며, 이하에서 이에 대하여 상세히 설명한다.

상기 일차 식각 과정에서 얻은 실리콘 기판(101) 표면의 직사각형 몰드 구조물(105) 상에 산화막(106)을 형성한 후, 산화막(106) 위에 포토레지스트(107)를 코팅하며(도 2e), 이때, 직사각형 구조물(105)에 대하여 (100)방향인 45도 각도로 패터닝한다.

그리고 상기 직사각형 구조물(105)의 양 끝부분에만 빛을 조사하여 그 부분의 포토레지스트(107)를 제거한다. 포토레지스트(107)가 제거된 곳은 산화막(106) 부분이 오픈되며, 나머지는 포토레지스트(107)로 덮여 있게 된다.

오픈된 산화막(106) 부분을 식각으로 제거한다. 산화막(106)이 제거되면 실리콘 기판(101) 상의 직사각형 몰드 구조물(105)의 양끝 부분의 실리콘 표면이 오픈되며, 이러한 상태에서 나머지 산화막(106)을 감싸고 있는 포토레지스트(107)를 제거한다(도 2f).

오픈된 실리콘면을 상기와 마찬가지로 KOH 용액 + IPA 용액으로 식각한다. 이후, 직사각형 몰드 구조물(105)의 표면을 감싸고 있는 산화막(106)을 제거하면 공정이 완료되어 도 2g와 같이 양끝부분이 45도 경사진 형태의 몰드 구조물(108)을 얻게 되며, 도 3b는 45도 경사진 몰드 구조물을 나타낸 것이다.

상기 본 발명에서와는 달리 패터닝 시에 (100)방향이 아닌 다른 방향으로 패터닝을 하면 추가적인 각도를 얻을 수 있음은 물론이다.

도 4와 같이 (100)웨이퍼를 기준으로 했을 때, 델타 각도인 (100)방향으로 패터닝한 후, 3-10mol KOH + IPA로 식각을 하면 45도가 나온다. 이외에 알파(18.43도), 베타(26.57도), 감마(30.96도)의 (210), (310), (410)방향을 따라서 패터닝한 후, 역시 3-10mol KOH + IPA로 식각하면 도 5의 표에서 밑줄친 각도들을 얻을 수 있다. 이들은 정확히 45도가 아니지만 (310)이나 (410)같은 경우는 45도에서 약 1도 정도밖에 차이가 나지 않는다.

45도 식각은 포토레지스트 패터닝을 (100)방향인 45도 각도로 한 것처럼 (210), (310), (410)도 패터닝을 각 방향에 맞추어서 18.43도, 26.57도, 30.96도로 해야한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 광PCB에서 수직 광결합을 위한 광도파로 양끝단의 45도 거울면 형성을 위한 실리콘 몰드를 일차 및 이차 습식 식각 과정을 통해 간단히 제조할 수 있게 됨에 따라 몰드 제작을 간소화할 수 있게 됨은 물론 이에 따라 제작 단가를 절감할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 광PCB용 광도파로 양끝단의 거울면 형성을 위한 광도파로 몰드 제작방법에 있어서,

   실리콘 기판 상에 일차 식각을 통해 직사각형 몰드 구조물을 형성하는 제1 과정; 및

   상기 실리콘 기판 상의 직사각형 몰드 구조물의 양끝 부분을 습식 식각하여 45도의 경사면을 형성하는 제2 과정으로 이루어지되,

   상기 제2과정은

   상기 실리콘 기판 상의 직사각형 몰드 구조물 상에 산화막을 형성한 후, 포토레지스트를 실리콘 기판의 (100)방향을 따라서 도포하는 제1 단계;

   상기 직사각형 구조물의 양끝 부분에 빛을 조사하여 그 부분의 포토레지스트를 제거한 후, 포토레지스트가 제거된 부분의 산화막을 식각하여 제거하는 제2 단계; 및

   상기 제2 단계에서 산화막이 제거되지 않은 부분의 포토레지스트를 제거한 후, 상기 직사각형 구조물 상의 산화막이 제거된 실리콘면을 KOH와 IPA의 혼합용액으로 습식 식각하여 45도의 경사면을 형성하는 제3단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파로 몰드 제작방법.
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