KR100906475B1 - 마이크로 광학벤치 구조물 및 그 제조방법 - Google Patents

마이크로 광학벤치 구조물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

마이크로 광학벤치 구조물 및 그 제조방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 본 발명은 하부기판, 상기 하부기판에 본딩되어 있고, 상기 하부기판이 노출되는 홀이 형성된 상부기판 및 상기 하부기판에 구비된 제1 광학소자와 이에 관련된 부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

마이크로 광학벤치 구조물 및 그 제조방법{Micro optical bench structure and method of manufacturing the same}
도 1은 종래 기술에 의한 마이크로 광학벤치 구조물의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 광학벤치 구조물의 단면도이다.
도 3 내지 도 12는 도 2에 도시한 마이크로 광학벤치 구조물의 제조 방법을 단계별로 나타낸 단면도들이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
40:유리기판(하부기판, 제1 기판) 42:도전층
42a:전극배선 44:반도체 기판(상부기판, 제2 기판)
45:반사수단 46:플립칩 본딩수단
48:발광소자 50:식각 저지층
52:마스크층 70:마스크
72:고 반사율을 갖는 물질(Al) 80:몰드층
82,h:홀 PD:수광소자
S:45°경사면
1. 발명의 분야
본 발명은 광 픽업 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광소자와 포토 다이오드(Photo Diode)와 같은 수광소자가 장착된 마이크로 광학벤치 구조물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
2. 관련기술의 설명
CD나 DVD와 같은 디스크형 광 기록매체에 정보를 기록(writing)할 때는 입력된 전기신호를 레이저빔으로 바꾸어 광 기록매체에 조사한다. 그리고 광 기록매체에 기록되어 있는 정보를 읽을(reading) 때는 광 기록매체로부터 반사된 레이저빔을 검출하여 전기신호로 변환한다.
이와 같은 정보 기록 및 재생 과정의 핵심 부품이 바로 광 픽업 장치이다. 광 픽업 장치는 레이저 다이오드, 포토 다이오드 및 광학 벤치 등을 포함한다. 이때, 레이저 다이오드와 포토 다이오드 등과 같은 발광 및 수광소자는 광학 벤치에 장착된다. 따라서 광학 벤치는 광 픽업장치의 소형화, 저가격화 및 수율에 결정적인 영향을 줄 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 광학벤치 구조물의 구조를 보여준다.
도 1을 참조하면, 9.74°로 소잉(sawing)한 실리콘 기판(10)의 레이저 다이오드(22)가 장착될 영역에는 그루브(12)가 형성되어 있다. 그루브(12)의 바닥부분(12a)은 볼록하게 형성되어 있다. 그루브(12)의 바닥부분(12a) 상에 제1 전극배선(18a)이 존재하고, 제1 전극배선(18a) 상에 솔더범프(20)가 존재한다. 레이저 다이오드(22)는 솔더범프(20) 상에 존재한다. 그루브(12)의 바닥부분(12a) 둘레의 측면(12b)은 경사면이다. 그루브(12)의 측면(12b) 상에 미러(24)가 존재한다. 미러(24)는 레이저 다이오드(22)의 레이저빔(L) 방출면과 마주하는 그루브(12)의 측면(12b)에 레이저 다이오드(22)로부터 방출되는 레이저빔(L)을 상방으로 반사시킨다. 그루브(12) 둘레의 실리콘 기판(10) 상에 포토 다이오드(16)가 장착되어 있다. 포토 다이오드(16) 둘레의 실리콘 기판(10) 상에 제2 전극배선(18b)이 존재한다. 제1 및 제2 전극배선(18a, 18b)은 연결되어 있고, 제2 전극배선(18b)은 외부의 전원(미도시)에 연결되어 있다. 외부 전원에서 공급되는 전력은 제2 전극배선(18b)과 제1 전극배선(18a)을 통해서 레이저 다이오드(22)에 공급되고, 레이저 다이오드(22)는 레이저빔(L)을 방출하게 된다.
상술한 종래 기술에 의한 광학벤치 구조물은 공정이 다소 복잡하여 제품의 특성 중 일부, 예를 들면 재현성이 저하될 소지가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 공정은 간소화하고 재현성과 신뢰성은 높일 수 있는 마이크로 광학 벤치 구조물을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 하부기판, 상기 하부기판에 본딩되어 있고, 상기 하부기판이 노출되는 홀이 형성된 상부기판 및 상기 하부기판에 구비된 제1 광학소자와 이에 관련된 부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물를 제공한다.
상기 제1 광학소자는 상기 홀 안쪽의 상기 하부기판 위에 구비될 수 있다. 그리고 상기 부재들은 상기 제1 광학소자와 상기 하부기판사이에 구비되어 상기 상부기판과 상기 하부기판사이로 확장되는 전극배선과 상기 제1 광학소자와 상기 전극배선사이에 구비된 플립칩 본딩수단일 수 있다. 또한, 상기 제1 광학소자는 발광소자이고, 상기 하부기판은 유리기판일 수 있다.
상기 제1 광학소자와 마주하는 상기 상부기판의 상기 홀 내면은 45°정도로 경사진 것이 바람직하다.
상기 상부기판에 상기 경사면에 형성된 반사수단과 상기 상부기판의 상기 홀 둘레에 구비된 수광소자를 포함하는 제2 광학소자가 구비될 수 있다. 상기 수광소자는 상기 상부기판에 매립된 형태로 구비될 수 있다.
상기 상부기판은 소정의 각으로 소잉(sawing)한 반도체 기판일 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 기판에 전극배선과 플립칩 본딩수단을 순차적으로 형성하는 제1 단계, 제2 기판에 수광소자를 장착하는 제2 단계, 상기 수광소자가 형성된 상기 제2 기판에 홀을 형성하는 제3 단계, 상기 홀의 내면에 반사수단을 형성하는 제4 단계, 상기 플립칩 본딩수단이 상기 홀 안쪽에 위치하도록 상기 제1 및 제2 기판을 본딩하는 제5 단계 및 상기 플립칩 본 딩수단에 발광소자를 본딩하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법을 제공한다.
이때, 상기 제1 단계는 상기 제1 기판 상에 상기 전극배선으로 사용할 도전층을 형성하는 단계, 상기 도전층 상에 플립칩 본딩수단을 형성하는 단계 및 상기 도전층을 패터닝하는 단계를 포함할 수 있다. 그리고 상기 도전층은 부착층과 메인 배선층을 순차적으로 적층하여 형성할 수 있다.
상기 도전층 상에 플립칩 본딩수단을 형성하는 단계는 상기 도전층 상에 몰드층을 형성하는 단계, 상기 몰드층에 상기 도전층이 노출되는 홀을 형성하는 단계, 상기 홀을 상기 플립칩 본딩수단으로 채우는 단계 및 상기 몰드층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제3 단계는 상기 제2 기판의 밑면에 식각 저지층을 형성하는 단계, 상기 제2 기판의 상면에 상기 수광소자를 덮는 마스크층을 형성하는 단계, 상기 마스크층을 패터닝하여 상기 수광소자 둘레의 상기 제2 기판을 노출시키는 단계, 상기 제2 기판의 노출된 부분을 상기 식각 저지층이 노출될 때까지 식각하는 단계 및 상기 식각 저지층 및 상기 마스크층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 기판의 노출된 부분을 식각하는 단계에서, 상기 식각에 의해 노출되는 상기 제2 기판의 내면은 45°로 경사지게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 기판은 9.74°로 소잉(sawing)한 실리콘 웨이퍼로 형성할 수 있다.
상기 제4 단계는 상기 홀이 형성된 상기 제2 기판 위쪽에 상기 홀 내면의 상기 반사수단이 형성될 부분만을 노출시키는 마스크를 형성하는 단계 및 상기 홀 내 면의 노출된 부분에 고 반사율을 갖는 물질을 균일한 두께로 증착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수광소자는 매립된 형태로 형성할 수 있다. 그리고 상기 제1 기판은 유리기판일 수 있다.
상기 제1 단계는 또한 상기 제1 기판에 전극배선으로 사용될 도전층을 형성하는 단계, 상기 도전층을 소정의 형태로 패터닝하는 단계 및 상기 패터닝된 도전층 상에 상기 플립칩 본딩수단을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 패터닝된 도전층 상에 상기 플립칩 본딩수단을 형성하는 단계는 상기 패터닝된 도전층 상에 몰드층을 형성하는 단계, 상기 몰드층에 상기 패터닝된 도전층이 노출되는 홀을 형성하는 단계, 상기 홀을 상기 플립칩 본딩수단으로 채우는 단계 및 상기 몰드층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 제1 기판에 전극배선과 플립칩 본딩수단을 순차적으로 형성하는 제1 단계, 상기 플립칩 본딩수단에 발광소자를 본딩하는 제2 단계, 제2 기판에 수광소자를 장착하는 제3 단계, 상기 수광소자가 형성된 상기 제2 기판에 홀을 형성하는 제4 단계, 상기 홀의 내면에 반사수단을 형성하는 제5 단계 및 상기 발광소자가 상기 홀 안쪽에 위치하도록 상기 제1 및 제2 기판을 본딩하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법을 제공한다.
이때, 상기 제1 단계는 상술한 바와 같은 두 경우로 형성할 수 있고, 각 경우에 대한 상기 플립칩 본딩수단을 형성하는 단계 또한 같을 수 있다.
상기 제4 단계는 상기 제2 기판의 밑면에 식각 저지층을 형성하는 단계, 상기 제2 기판의 상면에 상기 수광소자를 덮는 마스크층을 형성하는 단계, 상기 마스크층을 패터닝하여 상기 수광소자 둘레의 상기 제2 기판을 노출시키는 단계, 상기 제2 기판의 노출된 부분을 상기 식각 저지층이 노출될 때까지 식각하는 단계 및 상기 식각 저지층 및 상기 마스크층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제5 단계는 상기 홀이 형성된 상기 제2 기판 위쪽에 상기 홀 내면의 상기 반사수단이 형성될 부분만을 노출시키는 마스크를 형성하는 단계 및 상기 홀 내면의 노출된 부분에 고 반사율을 갖는 물질을 균일한 두께로 증착하는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 본 발명을 이용하면, 제조 공정이 단순하고, 이미 명확히 정립되어 신뢰성이 검증된 공정을 이용하므로, 재현성과 신뢰성을 높일 수 있고, 생산비용은 줄이면서 수율과 생선성은 높일 수 있다. 그리고 공정 시퀀스(sequence)를 현재의 50% 이하로 줄일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 광학벤치 구조물 및 그 제조방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
본 발명은 기존의 실리콘 기판 상에 소자들을 제작하던 방식과 달리 실리콘 기판과 유리 기판을 양극본딩(anodic bonding)하여 구조와 방법을 단순화하는데 특징이 있다.
먼저, 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 광학벤치 구조물(이하, 본 발명의 구조물)에 대해 설명한다.
도 2를 참조하면, 유리기판(40)의 일부 영역 상으로 전극배선(42a)이 존재한다. 전극배선(42a)은 부착층을 포함하는 복층 배선일 수 있으나, 부착력과 전도성이 우수한 물질층인 경우, 단층배선일 수 있다. 전극배선(42a)이 복층배선인 경우, 전극배선(42a)은 부착층과 메인 배선층으로 구성될 수 있다. 이때 상기 부착층은 크롬층(Cr)일 수 있고, 상기 메인 배선층은 골드층(Au)일 수 있다. 전극배선(42a)과 함께 유리 기판(40) 상에 반도체 기판(44), 예를 들면 9.74°로 소잉(sawing)한 실리콘 기판이 존재한다. 반도체 기판(44)의 일부는 전극배선(42a) 상에 존재한다. 이러한 반도체 기판(44)에 전극배선(42a)과 유리기판(40)이 노출되는 홀(h)이 형성되어 있다. 전극배선(42a)의 홀(h)을 통해서 노출된 부분에 발광소자(48), 예를 들면 레이저 다이오드가 구비되어 있는데, 발광소자(48)는 플립칩 본딩수단(46)을 통해서 전극배선(42a)에 장착되어 있다. 플립칩 본딩수단(46)은 복층으로 된, 예를 들면 골드층(Al)과 주석층(Sn)으로 된 솔더 범프인 것이 바람직하다. 여기서 상기 주석층은 발광소자(48)와 플립칩 본딩수단(46)의 상기 골드층사이의 부착력을 높이기 위한 것이므로, 발광소자(48)와 충분한 부착력을 가지면서 높은 전도성을 갖는 물질층이라면, 플립칩 본딩수단(46)은 단층일 수 있다. 전극배선(42a) 상에 존재하는 반도체 기판(44)의 발광소자(48)와 마주하는 면(S)은 전극배선(42a)과 소정의 각(θ)을 이루는 경사면이다. 이때 각(θ)은 45°정도인 것이 바람직하다. 반도체 기판(44)의 발광소자(48)와 마주하는 면(S)에 반사수단(45)이 구비되어 있다. 반사수단(45)은 발광소자(48)로부터 방출되는 레이저빔(L)을 유리기판(40)에 수직한 상 방으로 반사시킨다. 이러한 반사수단(45)은 반사율이 높은 물질, 예를 들면 알루미늄(Al)으로 된 미러인 것이 바람직하다. 반도체 기판(44)의 발광소자(48)를 향하는 면(S) 자체가 고 반사율을 갖는 경우, 반사수단(45)은 생략할 수도 있다. 전극배선(42a) 상에 존재하는 반도체 기판(44)의 평평한 부분에 수광소자(PD)가 매립된 형태로 구비되어 있다. 수광소자(PD)는 포토 다이오드인 것이 바람직하다. 수광소자(PD)는 매립된 형태가 아니라 반도체 기판(44)의 평평한 부분 상에 구비될 수도 있다.
다음에는 상술한 본 발명의 구조물에 대한 제조 방법(이하, 본 발명의 방법)을 도 3 내지 도 12를 참조하여 설명한다.
본 발명의 방법은 크게 반도체 기판을 가공하여 부재들을 형성하는 제1 과정, 유리기판에 부재들을 형성하는 제2 과정, 상기 반도체 기판과 유리기판을 본딩하는 제3 과정 및 상기 유리기판의 필립칩 본딩 수단에 발광소자를 장착하는 제4 과정으로 나눌 수 있다.
도 3 내지 도 5는 상기 제1 과정을 단계별로 보여주고, 도 6 내지 도 10은 상기 제2 과정을 단계별로 보여주며, 도 11은 상기 제3 과정을, 도 12는 상기 제4 과정을 각각 보여준다.
먼저, 도 3을 참조하면, 반도체 기판(44)에 수광소자(PD)를 장착한다. 반도체 기판(44)은 소정의 각, 예를 들면 9.74°로 기울여 소잉(sawing)한 실리콘 기판으로 형성할 수 있다. 상기 수광소자(PD)는 포토 다이오드일 수 있다. 반도체 기판(44)의 하면에 식각 저지층(50)을 형성하고, 상면에 반도체 기판(44)의 소정 영역(A1)은 노출시키고, 수광소자(PD)가 형성된 부분은 덮는 마스크층(52)을 형성한다. 식각 저지층(50)은 제1 절연층, 예를 들면 Si3N4층으로 형성할 수 있고, 마스크층(52)은 제2 절연층, 예를 들면 Si3N4층으로 형성할 수 있다. 이와 같이 식각 저지층(50)과 마스크층(52)은 동일한 절연층으로 형성하는 것이 바람직하나, 다른 절연층으로 형성해도 무방하다.
마스크층(52)을 형성한 다음, 계속해서 반도체 기판(44)의 노출된 부분을 식각한다. 상기 식각은 식각 저지층(50)이 노출될 때까지 실시하는 것이 바람직하다. 상기 식각에 의해 반도체 기판(44)에 도 4에 도시한 바와 같은 식각 저지층(50)이 노출되는 홀(h)이 형성된다. 후속 공정에서 반도체 기판(44)의 홀(h) 내면(S)에 레이저빔을 직 상방으로 반사시키는 반사수단이 형성되고, 혹은 내면(S) 자체가 상기 레이저빔의 반사면으로 사용될 수 있으므로, 상기 식각은 홀(h)의 내면이 소정의 각(θ), 바람직하게는 45°로 경사지도록 진행하는 것이 바람직하다. 상기 식각은 습식식각일 수 있고, 이때 실리콘(Si)에 대한 식각 선택비가 높은 소정의 에쳔트(etchant), 예를 들면 수산화 칼륨(KOH) 용액이 사용될 수 있다.
이와 같이 상기 반도체 기판(44)을 식각하여 홀(h)을 형성한 다음, 소정의 세정 및 건조 공정을 거친 후, 반도체 기판(44)으로부터 식각 저지층(50)과 마스크층(52)을 제거한다.
계속해서, 도 5를 참조하면, 식각 저지층(50)과 마스크층(52)이 제거된 반도체 기판(44)으로부터 위로 소정 간격 이격된 위치에 쉐도우 마스크(70)를 형성한 다. 쉐도우 마스크(70)는 반도체 기판(44)에 형성된 홀(h)의 내면 중 일부 영역만 노출되도록 디자인되어 있다. 이러한 쉐도우 마스크(70)를 이용하여 반도체 기판(44)에 고 반사율을 갖는 물질(72), 예를 들면 알루미늄(Al)을 증착하는 공정을 실시한다. 홀(h)의 선택된 내면(S)을 제외한 반도체 기판(44)의 나머지 부분은 쉐도우 마스크(70)에 의해 가려지므로, 고 반사율을 갖는 물질(70)은 반도체 기판(44)에 형성된 홀(h)의 선택된 내면(S)에만 균일한 두께로 증착된다. 이렇게 해서, 반도체 기판(44)에 형성된 홀(h)의 선택된 내면(S)에 레이저빔을 직상방으로 반사시키는 반사수단(45)이 형성된다. 반사수단(45)을 형성한 다음, 쉐도우 마스크(70)를 제거한다. 반사수단(45)은 후속 공정에서 장착될 발광소자로부터 방출되는 레이저빔을 반사시키기 위한 것이므로, 반사수단(45)은 상기 발광소자가 장착되는 높이를 고려하여 상기 발광소자의 레이저빔 방출면과 같은 높이로 형성하는 것이 바람직하다.
계속해서, 유리기판에 부재들을 형성하는 상기 제2 과정에 대해 설명한다.
도 6을 참조하면, 유리기판(40) 상에 도전층(42)을 형성한다. 도전층(42)은 부착층과 메인 배선층을 순차적으로 적층하여 형성할 수 있다. 이때 상기 부착층은 크롬층으로, 상기 메인 배선층은 골드층으로 각각 형성할 수 있다.
이와 같이 도전층(42)은 이중층으로 형성하는 것이 바람직하나, 유리기판(40)과의 부착력이 높고, 전도성이 우수한 물질층이 존재하는 경우, 도전층(42)은 단층으로 형성할 수도 있다.
다음, 도 7에 도시한 바와 같이, 유리기판(40) 상에 도전층(42)을 덮는 몰드 층(80)을 형성한다. 이어서, 몰드층(80)에 플립칩 본딩수단을 형성하기 위한 홀(82)을 형성한다. 몰드층(80)은, 예를 들면 포토 레지스트층으로 형성할 수 있다.
다음, 도 8에 도시한 바와 같이, 몰드층(80)에 형성된 홀(82)을 플립칩 본딩수단(46)으로 채운다. 플립칩 본딩수단(46)은, 예를 들면 골드층과 주석층을 순차적으로 적층하여 형성한 솔더범프일 수 있다. 이 경우, 플립칩 본딩수단(46)은 전기 도금법으로 형성하는 것이 바람직하나, 다른 방법으로 형성할 수도 있다. 전도성이 우수하고 발광소자와 전극배선과의 부착력이 우수한 물질층을 이용할 경우, 플립칩 본딩수단(46)은 단층으로 형성할 수 있다. 이 경우, 플립칩 본딩수단(46)은 전기 도금법으로 형성하거나 다른 방법으로 형성할 수 있다.
이와 같이 몰드층(80)의 홀(h)에 플립칩 본딩수단(46)을 형성한 후, 몰드층(80)을 에싱(ashing)하고 스트립(strip)하여 제거하면, 도 9에 도시한 바와 같이 도전층(42) 상에 플립칩 본딩수단(46)이 완전히 형성된다.
다음, 도전층(42) 중 플립칩 본딩수단(46)이 형성된 부분과 그 둘레의 일부를 한정하고, 나머지는 노출시키는 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 도전층(42)의 상기 노출된 부분을 제거한다. 그리고 상기 감광막 패턴을 제거한다. 이 결과 도 10에 도시한 바와 같이, 유리기판(40) 상에 플립칩 본딩 수단(46)이 형성된 도전층 패턴, 곧 전극배선(42a)이 형성된다. 그리고 유리기판(40)의 일부는 노출된다.
다음, 유리기판(40) 상에 전극배선(42a)을 형성한 후에는 상기 제3 과정, 곧 본딩 과정을 실시한다.
구체적으로, 도 11에 도시한 바와 같이, 유리기판(40) 위쪽에 상기 제1 과정의 결과물, 곧 홀(h)이 형성되어 있고, 홀(h)의 45°로 경사진 경사면(S)의 일부에 반사수단(45)이 형성된 반도체 기판(44)을 정렬시킨다. 이때, 반도체 기판(44)은 홀(h) 안쪽으로 플립칩 본딩수단(46)이 위치하고, 반도체 기판(44)의 수광소자(PD)가 장착된 부분이 전극배선(42a) 상에 위치하며, 반사수단(45)이 플립칩 본딩수단(46)과 마주하도록 정렬하는 것이 바람직하다. 이와 같이 정렬된 반도체 기판(44)을 그대로 아래로 내려 유리기판(40)과 전극배선(42a)에 접촉시키고, 양극 본딩(anodic bonding)을 실시한다.
다음, 도 12에 도시한 바와 같이, 플립칩 본딩수단(46)을 이용하여 발광소자(48), 예를 들면 레이저 다이오드를 전극배선(42a)에 장착한다(제4 과정).
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 몰드층(80)을 형성하기 전에 도전층(42)을 패터닝하여 전극배선(42a)을 먼저 형성할 수 있을 것이다.
또한, 수광소자(PD)를 전극배선(42a)이 아닌 유리기판(40)과 접촉되는 반도체 기판(44)에 장착할 수도 있을 것이다. 또한, 상기 제4 과정을 상기 제3 과정보다 먼저 실시할 수 있다. 곧, 반도체 기판(44)과 유리기판(40)을 본딩하기에 앞서 플립칩 본딩수단(46)에 발광소자(48)를 먼저 장착할 수 있다.
또한, 수광소자(PD)가 매립된 형태로 형성되지 않고, 반도체 기판(44)의 소정 영역 상에 장착되는 경우, 수광소자(PD)는 발광소자(48) 장착전 또는 후에 장착할 수도 있을 것이다.
또한, 반사수단(45)은 상기 제3 과정 이후에 형성할 수도 있을 것이다. 예를 들면, 반도체 기판(42a)과 유리기판(40)을 본딩한 다음, 플립칩 본딩수단(46)에 발광소자(48)를 장착하기에 앞서 홀(h)의 경사면(S)에 형성할 수 있을 것이고, 발광소자(48)를 장착한 후, 경사면(S)에 형성할 수도 있을 것이다.
이와 같이, 본 발명은 다양하게 변형할 수 있기 때문에, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 마이크로 광학 벤치 구조물 및 그 제조 방법은 종래의 큰 단차를 갖는 캐버티 구조에서 실시해야 하는 고 난이도의 사진식각공정이 필요치 않고, 경사면의 가장자리에서 포토 레지스트층의 커버리지 나빠지는 문제점을 피할 수 있으며, 깊은 단차를 갖는 구조물에 대한 현상공정이 필요치 않기 때문에, 제조 공정을 단순화할 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제4 과정은 이미 명확히 정립되어 신뢰성이 검증된 과정이므로 재현성과 신뢰성을 높일 수 있고, 생산 비용은 줄이면서 수율과 생선성은 높일 수 있다. 또한, 상기와 같이 종래의 고난이도의 공정들을 생략할 수 있으므로, 공정 시퀀스(sequence)를 현재의 50% 이하로 줄일 수 있다.

Claims (46)

  1. 하부기판;
    상기 하부기판에 본딩되어 있고, 상기 하부기판이 노출되는 홀이 형성된 상부기판; 및
    상기 하부기판에 구비된 제1 광학소자와 이에 관련된 부재들을 포함하고,
    상기 관련된 부재들은 상기 제1 광학소자와 상기 하부기판사이에 구비되어 상기 상부기판과 상기 하부기판사이로 확장되는 전극배선과 상기 제1 광학소자와 상기 전극배선사이에 구비된 플립칩 본딩수단인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 광학소자는 상기 홀 안쪽의 상기 하부기판 위에 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전극배선은 순차적으로 적층된 부착층과 메인 배선층인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 부착층은 크롬(Cr)층이고, 상기 메인 배선층은 골드(Au)층인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 플립칩 본딩수단은 솔더범프인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 솔더범프는 순차적으로 적층된 골드층과 주석층인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 광학소자는 발광소자인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 하부기판은 유리기판인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 광학소자와 마주하는 상기 상부기판의 상기 홀 내면은 45°정도로 경사진 경사면인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 상부기판에 제2 광학소자가 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제2 광학소자는 상기 경사면에 형성된 반사수단과 상기 상부기판의 상기 홀 둘레에 구비된 수광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 수광소자는 상기 상부기판에 매립된 형태로 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 반사수단은 알루미늄 미러인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물.
  15. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 상부기판은 소정의 각으로 소잉(sawing)한 반도체 기판인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물.
  16. 제1 기판에 전극배선과 플립칩 본딩수단을 순차적으로 형성하는 제1 단계;
    제2 기판에 수광소자를 장착하는 제2 단계;
    상기 수광소자가 형성된 상기 제2 기판에 홀을 형성하는 제3 단계;
    상기 홀의 내면에 반사수단을 형성하는 제4 단계;
    상기 플립칩 본딩수단이 상기 홀 안쪽에 위치하도록 상기 제1 및 제2 기판을 본딩하는 제5 단계; 및
    상기 플립칩 본딩수단에 발광소자를 본딩하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제1 단계는,
    상기 제1 기판 상에 상기 전극배선으로 사용할 도전층을 형성하는 단계;
    상기 도전층 상에 플립칩 본딩수단을 형성하는 단계; 및
    상기 도전층을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 도전층은 부착층과 메인 배선층을 순차적으로 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 부착층과 상기 메인 배선층은 각각 크롬층과 골드층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 도전층 상에 플립칩 본딩수단을 형성하는 단계는,
    상기 도전층 상에 몰드층을 형성하는 단계;
    상기 몰드층에 상기 도전층이 노출되는 홀을 형성하는 단계;
    상기 홀을 상기 플립칩 본딩수단으로 채우는 단계; 및
    상기 몰드층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 플립칩 본딩수단은 솔더범프인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 몰드층은 포토 레지스트층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  23. 제 17 항에 있어서, 상기 플립칩 본딩수단은 전기 도금법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  24. 제 16 항에 있어서, 상기 제3 단계는,
    상기 제2 기판의 밑면에 식각 저지층을 형성하는 단계;
    상기 제2 기판의 상면에 상기 수광소자를 덮는 마스크층을 형성하는 단계;
    상기 마스크층을 패터닝하여 상기 수광소자 둘레의 상기 제2 기판을 노출시키는 단계;
    상기 제2 기판의 노출된 부분을 상기 식각 저지층이 노출될 때까지 식각하는 단계; 및
    상기 식각 저지층 및 상기 마스크층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 식각 저지층은 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 마스크층은 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  27. 제 24 항에 있어서, 상기 제2 기판의 노출된 부분을 식각하는 단계에서, 상기 식각에 의해 노출되는 상기 제2 기판의 내면은 45°로 경사지게 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  28. 제 16 항 또는 제 24 항에 있어서, 상기 제2 기판은 9.74°로 소잉(sawing)한 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  29. 제 24 항에 있어서, 상기 식각은 수산화 칼륨(KOH)을 이용한 습식식각인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  30. 제 16 항에 있어서, 상기 제4 단계는,
    상기 홀이 형성된 상기 제2 기판 위쪽에 상기 홀 내면의 상기 반사수단이 형성될 부분만을 노출시키는 마스크를 형성하는 단계; 및
    상기 홀 내면의 노출된 부분에 고 반사율을 갖는 물질을 균일한 두께로 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  31. 제 16 항에 있어서, 상기 반사수단은 알루미늄 미러인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  32. 제 16 항에 있어서, 상기 수광소자는 매립된 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  33. 제 16 항에 있어서, 상기 제1 기판은 유리기판인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  34. 제 16 항에 있어서, 상기 제1 단계는,
    상기 제1 기판에 전극배선으로 사용될 도전층을 형성하는 단계;
    상기 도전층을 소정의 형태로 패터닝하는 단계; 및
    상기 패터닝된 도전층 상에 상기 플립칩 본딩수단을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 패터닝된 도전층 상에 상기 플립칩 본딩수단을 형 성하는 단계는,
    상기 패터닝된 도전층 상에 몰드층을 형성하는 단계;
    상기 몰드층에 상기 패터닝된 도전층이 노출되는 홀을 형성하는 단계;
    상기 홀을 상기 플립칩 본딩수단으로 채우는 단계; 및
    상기 몰드층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  36. 제1 기판에 전극배선과 플립칩 본딩수단을 순차적으로 형성하는 제1 단계;
    상기 플립칩 본딩수단에 발광소자를 본딩하는 제2 단계
    제2 기판에 수광소자를 장착하는 제3 단계;
    상기 수광소자가 형성된 상기 제2 기판에 홀을 형성하는 제4 단계;
    상기 홀의 내면에 반사수단을 형성하는 제5 단계; 및
    상기 발광소자가 상기 홀 안쪽에 위치하도록 상기 제1 및 제2 기판을 본딩하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 제1 단계는,
    상기 제1 기판 상에 상기 전극배선으로 사용할 도전층을 형성하는 단계;
    상기 도전층 상에 플립칩 본딩수단을 형성하는 단계; 및
    상기 도전층을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광 학 벤치 구조물의 제조 방법.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 도전층은 부착층과 메인 배선층을 순차적으로 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  39. 제 37 항에 있어서, 상기 도전층 상에 플립칩 본딩수단을 형성하는 단계는,
    상기 도전층 상에 몰드층을 형성하는 단계;
    상기 몰드층에 상기 도전층이 노출되는 홀을 형성하는 단계;
    상기 홀을 상기 플립칩 본딩수단으로 채우는 단계; 및
    상기 몰드층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 플립칩 본딩수단은 전기 도금법으로 형성된 솔더범프인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  41. 제 36 항에 있어서, 상기 제4 단계는,
    상기 제2 기판의 밑면에 식각 저지층을 형성하는 단계;
    상기 제2 기판의 상면에 상기 수광소자를 덮는 마스크층을 형성하는 단계;
    상기 마스크층을 패터닝하여 상기 수광소자 둘레의 상기 제2 기판을 노출시키는 단계;
    상기 제2 기판의 노출된 부분을 상기 식각 저지층이 노출될 때까지 식각하는 단계; 및
    상기 식각 저지층 및 상기 마스크층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 제2 기판의 노출된 부분을 식각하는 단계에서, 상기 식각에 의해 노출되는 상기 제2 기판의 내면은 45°로 경사지게 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  43. 제 36 항에 있어서, 상기 제2 기판은 9.74°로 소잉(sawing)한 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  44. 제 36 항에 있어서, 상기 제5 단계는,
    상기 홀이 형성된 상기 제2 기판 위쪽에 상기 홀 내면의 상기 반사수단이 형성될 부분만을 노출시키는 마스크를 형성하는 단계; 및
    상기 홀 내면의 노출된 부분에 고 반사율을 갖는 물질을 균일한 두께로 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  45. 제 36 항에 있어서, 상기 제1 단계는,
    상기 제1 기판에 전극배선으로 사용될 도전층을 형성하는 단계;
    상기 도전층을 소정의 형태로 패터닝하는 단계; 및
    상기 패터닝된 도전층 상에 상기 플립칩 본딩수단을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 패터닝된 도전층 상에 상기 플립칩 본딩수단을 형성하는 단계는,
    상기 패터닝된 도전층 상에 몰드층을 형성하는 단계;
    상기 몰드층에 상기 패터닝된 도전층이 노출되는 홀을 형성하는 단계;
    상기 홀을 상기 플립칩 본딩수단으로 채우는 단계; 및
    상기 몰드층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 벤치 구조물의 제조 방법.
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