KR101339647B1 - 습식 식각 공정을 이용하는 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
다수의 단위 광결정 패턴들이 주기적으로 격자(grid) 형태로 배치되는 광결정 회로를 포함하는 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법이 제공된다. 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법은, (a) 금속층을 이용하여 두 개의 웨이퍼들을 본딩(bonding)하는 단계와, (b) 광결정 회로 제작을 위해 본딩된 웨이퍼들 중 상판 웨이퍼에 대해 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 수행하여 상판 웨이퍼의 두께를 조절하는 단계와, (c) 상판 웨이퍼의 두께를 조절하는 것에 의해 광결정 회로의 주파수 대역이 결정된 후 감광성 에칭 마스크(photosensitive etching mask)를 이용하여 광결정 회로 제작을 위한 마스크 패턴을 형성하는 단계와, (d) 상기 마스크 패턴에 대해 습식 식각 공정을 적용하여 광 결정 밴드갭 소자를 제조하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 광 결정 밴드갭 구조물(구조체)(또는 광결정 밴드갭 소자) 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 습식 식각 공정을 이용하는 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법에 관한 것이다.
최근까지 마이크로미터 크기의 광 결정 소자를 제작하는 데에는 많은 기술적인 발전이 있어 왔다. 대표적인 기술로는 식각법(etching), 레이저 가공법(laser machining), 전기화학 미세가공법(electro-chemical micromachining), 또는 포토 공정(photolithography process) 등이 있을 수 있다. 이러한 기술들이 마이크로미터 크기의 기능형 구조 제작에 활용되기 위해서는 대면적, 소형화, 집적화, 및 저비용기술 등 여러 가지 관점에서 기술들을 검토하여 적절히 사용되어야 한다.
이러한 미세 가공 기술이 이용되는 분야 중 하나는 마이크로미터 크기의 광결정 밴드갭 구조물을 제작하는 것이다. 이러한 광결정 밴드갭 구조물은 테라헤르츠 대역(THz)의 주파수를 선택적으로 제어할 수 있는 기술로서 활용되고 있다. 주파수 대역이 높아짐에 따라 보다 정밀한 제작 기술이 요구되고 있으며, 제작 비용 또한 중요한 이슈(issue)가 되고 있다.
하지만 종래의 기술로는 5이상이고 500이하인 마이크로미터(μm) 크기의 정밀하고 다양한 마이크로 광결정 밴드갭 구조물을 제작하기 위해서는 많은 시간과 비용이 필요할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 광결정 밴드갭 소자에 포함된 광결정 회로(또는 광결정 보상 회로)의 설계 기술(CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 이용하는 것에 의해 광결정 회로에 포함된 단위 광결정 패턴들의 높이 조절 등)과, 감광성 에칭 마스크를 활용(이용)하여 정밀하고 구조적으로 안정적인 광결정 밴드갭 소자를 제조할 수 있는, 습식 식각 공정을 이용한 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법은, 다수의 단위 광결정 패턴들이 주기적으로 격자(grid) 형태로 배치되는 광결정 회로를 포함하는 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법에 관한 것으로서, (a) 금속층을 이용하여 두 개의 웨이퍼들을 본딩(bonding)하는 단계; (b) 상기 광결정 회로 제작을 위해 상기 본딩된 웨이퍼들 중 상판 웨이퍼에 대해 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 수행하여 상판 웨이퍼의 두께를 조절하는 단계; (c) 상기 상판 웨이퍼의 두께를 조절하는 것에 의해 상기 광결정 회로의 주파수 대역이 결정된 후 감광성 에칭 마스크(photosensitive etching mask)를 이용하여 상기 광결정 회로의 패턴을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 마스크 패턴에 대해 습식 식각 공정을 적용하여 상기 광 결정 밴드갭 소자를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 웨이퍼는 {100} 결정면을 가지는 실리콘 웨이퍼일 수 있고, 상기 광 결정 밴드갭 소자는 마이크로미터 크기를 가질 수 있다. 상기 (d) 단계의 습식 식각 공정은 비등방성 습식 식각 공정일 수 있다.
상기 (a) 단계에서의 두 개의 웨이퍼들 각각은 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정에 의해 양면연마(Double Side Polishing)되어 상기 (a) 단계에서의 웨이퍼들 각각의 두께가 조절되고, 상기 두께가 조절된 웨이퍼에는 열산화막이 증착될 수 있다.
상기 (d) 단계는, (d1) 상기 마스크 패턴에 비등방성 습식 식각(anisotropic wet etching) 용액을 적용하여 상기 광 결정 밴드갭 소자의 광결정 회로 패턴을 형성하는 단계; 및 (d2) 습식 식각 공정 또는 건식 식각 공정을 이용하여 상기 감광성 에칭 마스크를 제거하고 상기 광 결정 밴드갭 소자를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 감광성 에칭 마스크에 포함된 단위 마스크 패턴들 각각은 정사각형 형태의 패턴, 제1 정사각형의 모서리 각각에 제1 정사각형의 크기보다 각각 상대적으로 작은 크기를 가지는 4개의 제2 정사각형들이 결합된 형태의 패턴, 또는 {100} 결정면을 가지는 상판 웨이퍼 결정면을 기준으로 45도(degree) 기울어진 정사각형 형태의 패턴일 수 있고, 상기 정사각형 형태의 단위 마스크 패턴에 의해 육각형 형태의 상기 광결정 회로에 포함된 단위 광결정 패턴이 형성되고, 상기 제1 정사각형의 모서리 각각에 제1 정사각형의 크기보다 각각 상대적으로 작은 크기를 가지는 4개의 제2 정사각형들이 결합된 형태의 단위 마스크 패턴에 의해 정사각형 형태의 상기 광결정 회로에 포함된 단위 광결정 패턴이 형성되고, 상기 {100} 결정면을 가지는 상판 웨이퍼 결정면을 기준으로 45도(degree) 기울어진 정사각형 형태의 단위 마스크 패턴에 의해 {100} 결정면을 가지는 상판 웨이퍼 결정면을 기준으로 45도(degree) 기울어진 정사각형 형태의 상기 광결정 회로에 포함된 단위 광결정 패턴이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 습식 식각 공정을 이용하는 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법은 광결정 밴드갭 소자의 광결정 회로의 설계 기술(CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 이용하는 것에 의해 광결정 회로에 포함된 단위 광결정 패턴들의 높이 조절 등)과, 감광성 에칭마스크를 활용한 습식식각기술을 이용하여 5이상이고 500이하인 마이크로미터(μm) 크기의 정밀하고 다양한 광결정 밴드갭 소자를 시간, 비용, 정밀성, 및 안전성 측면에서 용이하게 제작할 수 있다.
본 발명은 습식 식각 방법을 이용하여 5~500 마이크로미터 크기의 정밀하고 안정된 마이크로미터 크기의 광결정 밴드갭 구조를 고가의 정밀 금형이나 기계적인 정밀 가공을 이용할 필요 없이 정밀한 형상을 다양하고 용이하게 구현할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 습식 식각 공정을 이용하는 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법(100)을 설명하는 흐름도(flow chart)이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광결정 밴드갭 소자의 제조 과정을 설명하는 단면도이다.
도 3은 도 2의 광결정 회로에 포함된 하나의 광결정 패턴 및 웨이퍼 결정 방향에 따른 식각 패턴을 설명하는 모식도이다.
도 4는 도 2 또는 도 3의 광 결정 회로에 포함된 단위 광결정 패턴 실시예의 실제제품을 설명하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 습식 식각 공정을 이용하는 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법(100)을 설명하는 흐름도(flow chart)이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광결정 밴드갭 소자의 제조 과정을 설명하는 단면도이다.
도 3은 도 2의 광결정 회로에 포함된 하나의 광결정 패턴 및 웨이퍼 결정 방향에 따른 식각 패턴을 설명하는 모식도이다.
도 4는 도 2 또는 도 3의 광 결정 회로에 포함된 단위 광결정 패턴 실시예의 실제제품을 설명하는 도면이다.
본 발명 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 습식 식각 공정을 이용하는 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법(100)을 설명하는 흐름도(flow chart)이다. 상기 광 결정 밴드갭 소자는 다수의 단위(unit) 광결정 패턴들(단위 광결정들)이 주기적으로 격자(grid) 형태로 동일한 평면상에(2차원적으로) 배치되는 광결정 회로를 포함한다. 광결정 밴드갭 소자는 주기적으로 형성된 광결정 회로(광결정 격자 구조)를 포함하며, 광결정 회로는 광결정 회로에 포함된 단위 광결정 패턴들의 높이를 조절하는 것에 의해 외부로부터 광결정 격자 구조에 제공되는 전자기파인 테라헤르츠(THz) 대역 이상의 주파수를 선택적으로 통과(생성 또는 발진) 또는 차단(금지)시킬 수 있는 주파수 보상 회로(compensating circuit)일 수 있다. 따라서 광결정 회로를 포함하는 광결정 밴드갭 소자는 테라헤르츠 대역 이상의 특정 주파수를 제어하는 장치(예를 들어, 필터 또는 공진기)로 활용될 수 있다. 상기 광결정 밴드갭 소자는 마이크로미터 크기(예를 들어, 5이상이고 500이하인 마이크로미터(μm) 크기)를 가질 수 있다.
광결정(photonic crystal)(단위 광결정 패턴들)은 굴절율이 다른 주기적인 격자구조를 인위적으로 만들어서 전자기파(electromagnetic wave)의 전달 및 발생을 제어하는 구조이고, 굴절률이 다른 두 가지 이상의 물질(유전체)이 2차원 또는 3차원 형태로 규칙적으로 배열되어 있는 격자 구조를 갖는다. 이러한 격자 구조의 광결정에는 주기적인 굴절률 분포로 인해 입사된 광이 어느 방향으로도 통과할 수 없는 특정 파장 대역이 존재하게 되며, 이를 포토닉 밴드갭(photonic bandgap)이라 한다. 광결정 구조체는 집광장치에서 집광된 광원에서 특정 파장대의 광원을 통과시킬 수 있다.
상기 광결정은 특정한 파장의 빛만을 반사시키고 나머지는 흡수함으로써 컬러를 표시할 수 있도록 구성된 것으로서, 이러한 광결정은 가해지는 전계의 크기가 변화하면 입자의 구조 간격이 변화하고 그에 따라 반사시키는 빛의 파장이 변화하는 특징을 가질 수 있다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼 본딩 단계(105)에 따르면, 두 개의(두 장의) 웨이퍼들이, 두 개의 웨이퍼들 중 하나에 증착된 금속층을 이용하여 웨이퍼 본딩 기술에 의해 본딩(bonding)된다. 상기 웨이퍼는 {100} 결정면을 가지는 실리콘(silicon) 웨이퍼일 수 있다.
상기 두 개의 웨이퍼들 각각은 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정에 의해 양면연마(Double Side Polishing)되어 웨이퍼들 각각의 두께가 조절(감소)되고, 상기 두께가 조절된 웨이퍼에는 열산화막(thermal oxidation film)이 증착될 수 있다.
상판 CMP 단계(110)에 따르면, 상기 광 결정 밴드갭 소자에 포함된 광결정 회로 제작을 위해 상기 본딩된 웨이퍼들 중 상판 웨이퍼에 대해 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정(과정)이 수행되는 것에 의해 상판 웨이퍼의 두께가 연마되어 조절(감소)된다. 즉, 단위 광결정 패턴들(단위 광결정 밴드갭 패턴들)이 형성될 상판 웨이퍼를 CMP 공정을 활용하여 두께가 정밀하게 가공될 수 있다.
광결정 회로 설계 단계(115)에 따르면, 상판 웨이퍼의 두께를 조절하는 것에 의해 상기 광결정 회로의 주파수 대역이 결정된다. 즉, 상판 웨이퍼의 두께가 조절되어 광결정 회로의 각각의 광결정 패턴의 높이가 조절되는 것에 의해 광결정 회로의 원하는 주파수 대역이 설계될 수 있다.
패턴 형성 단계(120)에 따르면, 상기 광결정 회로 제작을 위한 마스크 패턴이 예를 들어 자외선을 사용하는 감광성 에칭 마스크(photosensitive etching mask)를 이용하여 형성(생성)된다. 실리콘 웨이퍼를 기반으로 일반적으로 사용되는 습식 식각용 에칭 마스크인 실리콘 산화막과 실리콘 질화막은 고온공정을 필요로 한다. 하지만 금속층을 이용하여 본딩되어진 웨이퍼의 경우 고온 공정이 불가능 하므로 감광성 에칭 마스크를 이용하여 정밀한 단위 광결정 패턴들(광결정 회로)의 패턴을 형성한다. 예를 들어, 단위 광결정 패턴의 높이는 100 마이크로미터이고, 단위 광결정 패턴의 상면의 지름은 60 마이크로미터일 수 있다.
광결정 밴드갭 소자 제작 단계(125)에 따르면, 상기 마스크 패턴에 대해 습식 식각 공정을 적용하여 광결정 회로의 패턴을 포함하는 광 결정 밴드갭 소자가 제조(제작)된다. 상기 습식 식각 공정은 실리콘 웨이퍼의 결정방향 [100]으로의 비등방성(anisotropic) 습식 식각 공정일 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 상기 마스크 패턴에 비등방성 습식 식각(anisotropic wet etching) 용액을 적용하여 광 결정 밴드갭 소자의 광결정 회로 패턴이 형성되고, 습식 식각 공정 또는 건식 식각 공정이 이용되어 상기 감광성 에칭 마스크가 제거되고 광 결정 밴드갭 소자가 제조될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로미터 크기의 광결정 밴드갭 소자의 제조 과정(제조 방법)을 설명하는 단면도(종단면도)이다. 즉, 도 2는 도 1의 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법(100)을 보다 구체적으로 설명하는 도면이다. 상기 광결정 밴드갭 소자(광결정 밴드갭 구조(structure))의 제조 과정은 습식 식각 공정을 이용한다.
먼저, 도 2의 2a(2a 단계)를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)가 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정에 의해 양면 연마(DSP, Double Side Polishing)된다. 양면 연마 공정에 의해 실리콘 웨이퍼의 표면의 거칠기가 최소화되고 실리콘 웨이퍼의 두께는 480(μm)로 형성(감소)될 수 있다. 실리콘 웨이퍼는 단결정 웨이퍼로서 기판으로 사용되며, {100} 결정면을 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에는 실리콘 웨이퍼가 사용되었지만, 본 발명의 다른 실시예에서는 다른 종류의 웨이퍼(예를 들어, GaN 웨이퍼)가 사용될 수도 있다.
본 발명의 광 결정 밴드갭 소자의 제조를 위해 상기 2a 단계에 의해 두 개의 실리콘 웨이퍼들이 준비된다. 두 개의 실리콘 웨이퍼들 중 하나 위에는 광결정 밴드갭 소자에 포함된 정밀한 그리드(grid) 구조가 형성된다. 상기 그리드 구조는 다수의 광결정들(예를 들어, 윗면이 정사각형 형태인 돌출된 광결정들)이 주기적으로 격자(grid) 형태로 동일한 평면상에 배치되는 광결정 회로를 의미한다.
다음, 도 2의 2b 단계를 참조하면, 2a 단계에 의해 양면 연마된 실리콘 웨이퍼의 표면(2개의 표면들)에는 열산화막(thermal oxidation film) 증착 공정이 수행된다. 열산화막은 두 개의 양면 연마된 실리콘 웨이퍼들을 본딩할 때 필요한 금속층(2c 단계)과, 실리콘 웨이퍼 면 사이에 구멍(또는 크레이터)(crater)이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
다음, 도 2의 2c 단계를 참조하면, 2b 단계에 의해 형성된 실리콘 웨이퍼의 열산화막 위에 전자빔 증착기(E-beam evaporator)에 의해 금속층(금속막)이 증착된다.
다음, 도 2의 2d 단계를 참조하면, 양면 연마 공정(2a 단계) 및 열산화막 증착 공정(2b 단계)이 수행된 두 개(두장)의 웨이퍼들이 금속층에 의해 웨이퍼 본딩된다. 예를 들어, 웨이퍼들 위에 압력을 가하는 기기에 의해 두 개의 웨이퍼들이 본딩될 수 있다.
다음, 도 2의 2e 단계를 참조하면, 웨이퍼 본딩된 윗면(상판)이 CMP(Chemical-mechanical polishing) 공정에 의해 원하는 주파수 대역에 맞추어 원하는 높이만큼 연마되어 평탄화될 수 있다. 즉, 상기 광결정 회로 제작을 위해 상기 본딩된 웨이퍼들 중 상판 웨이퍼에 대해 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 수행하여 상판 웨이퍼의 두께가 조절된다.
다음, 도 2의 2f 단계를 참조하면, 상기 두께가 조절된 상판 웨이퍼 윗면에 감광성 에칭 마스크(photosensitive etching mask 또는 photosensitive etch protection mask)가 배치되어 상온(기온 25(°C))에서 광결정 회로의 제작을 위한 마스크 패턴이 형성된다. 즉, 상기 상판 웨이퍼의 두께를 조절하는 것에 의해 상기 광결정 회로의 주파수 대역이 결정된 후 감광성 에칭 마스크를 이용하여 상기 광결정 회로 제작을 위한 마스크 패턴이 형성된다.
상기 마스크 패턴에 대해 습식 식각 공정을 이용하여 광결정 회로를 포함하는 광 결정 밴드갭 소자를 제조하는 방법이 다음과 같이 설명된다.
도 2의 2g 단계를 참조하면, 상기 마스크 패턴에 수산화칼륨(KOH) 용액 또는 테트라메틸 암모늄 하이드로 옥사이드(TMAH, TetraMethylAmmonium Hydroxid) 용액과 같은 비등방성 식각(anisotropic wet etching) 용액이 적용(이용)되어 광결정 밴드갭 소자의 광결정 회로 패턴이 형성된다.
다음, 도 2의 2h 단계를 참조하면, 습식 식각 공정 또는 건식 식각 공정(dry etching process)이 이용되어 2g 단계의 감광성 에칭 마스크가 제거된다. 그 결과, 도 2의 2h 단계에 도시된 바와 같이 주기적으로 돌출된 다수의 광결정들을 가지는 광결정 회로를 포함하는 광 결정 밴드갭 소자가 제조된다.
도 3은 도 2의 광결정 회로에 포함된(형성된) 하나의 광결정 패턴(단위 광결정 패턴) 및 웨이퍼 결정 방향(예를 들어, [100])에 따른 식각 패턴을 설명하는 모식도이다.
도 3을 참조하면, 타입 1(Type 1)에 있어서, {100} 결정면을 가지는 실리콘 웨이퍼 상에서 정사각형의 단위 마스크 패턴(감광성 에칭 마스크에 포함된 단위 마스크 패턴인 포토 레지스트(photoresist)(PR) 패턴)에 습식 식각(wet etching) 공정이 적용되어 육각형 형태의 단위 광결정 패턴이 형성된다. 상기 육각형 형태의 단위 광결정 패턴(광결정 회로에 포함된 단위 결정 패턴들 각각)의 언더컷 비율(undercut ratio)은 높고, 광결정 패턴의 실리콘 웨이퍼 면을 기준으로 하였을 때의 에칭 각(etching angle)(실리콘 웨이퍼 결정구조의 (111)축과 (110)축 사이의 각도)은 54.73°이고, 제조 신뢰도(fabrication reliability)는 보통일 수 있다. 상기 언더컷은 상기 마스크 패턴 아래에 형성되는 단위 광결정 패턴의 영역을 말한다. 타입 1의 패턴에 대해 부연하여 설명하면, 상기 감광성 에칭 마스크에 포함된 단위 마스크 패턴들 각각은 정사각형 형태의 패턴({100} 결정면을 가지는 상판 웨이퍼 결정면에 평행한 정사각형 형태의 패턴)이고, 상기 정사각형 형태의 단위 마스크 패턴에 의해 육각형 형태의 상기 광결정 회로에 포함된 단위 광결정 패턴이 형성될 수 있다.
타입 2(Type 2)에 있어서, {100} 결정면을 가지는 실리콘 웨이퍼 상에서 제1 정사각형(큰 정사각형)의 모서리 각각에 제1 정사각형의 크기보다 각각 상대적으로 작은 크기를 가지는 4개의 제2 정사각형들이 결합된 형태의 단위 마스크 패턴에 습식 식각 공정이 적용되어 정사각형 형태의 단위 광결정 패턴이 형성된다. 상기 정사각형 형태의 단위 광결정 패턴의 언더컷 비율은 낮고, 광결정 패턴의 실리콘 웨이퍼 면을 기준으로 하였을 때의 에칭 각(etching angle)은 54.73°이고, 제조 신뢰도(fabrication reliability)는 우수할 수 있다. 즉, 타입 2의 패턴은 언더컷 비율이 낮으므로 타입 2의 패턴에서 가장 우수한 공정 재현성을 얻을 수 있다. 타입 2의 패턴에 대해 부연하여 설명하면, 상기 감광성 에칭 마스크에 포함된 단위 마스크 패턴들 각각은 제1 정사각형의 모서리 각각에 제1 정사각형의 크기보다 각각 상대적으로 작은 크기를 가지는 4개의 제2 정사각형들이 결합된 형태의 패턴({100} 결정면을 가지는 상판 웨이퍼 결정면에 평행한 패턴)이고, 상기 제1 정사각형의 모서리 각각에 제1 정사각형의 크기보다 각각 상대적으로 작은 크기를 가지는 4개의 제2 정사각형들이 결합된 형태의 단위 마스크 패턴에 의해 정사각형 형태의 상기 광결정 회로에 포함된 단위 광결정 패턴이 형성될 수 있다.
타입 3(Type 3)에 있어서, {100} 결정면을 가지는 실리콘 웨이퍼 상에서 {100} 결정면을 가지는 상판 웨이퍼 결정면을 기준으로 45도(degree) 기울어진 정사각형 형태의 단위 마스크 패턴에 습식 식각 공정이 적용되어 {100} 결정면을 가지는 상판 웨이퍼 결정면을 기준으로 45도(degree) 기울어진 정사각형 형태의 단위 광결정 패턴이 형성된다. 상기 {100} 결정면을 가지는 상판 웨이퍼 결정면을 기준으로 45도(degree) 기울어진 정사각형 형태의 단위 광결정 패턴의 언더컷 비율은 낮고, 광결정 패턴의 실리콘 웨이퍼 면을 기준으로 하였을 때의 에칭 각(etching angle)은 90°이고, 제조 신뢰도(fabrication reliability)는 보통일 수 있다. 타입 3의 패턴에 대해 부연하여 설명하면, 상기 감광성 에칭 마스크에 포함된 단위 마스크 패턴들 각각은 {100} 결정면을 가지는 상판 웨이퍼 결정면을 기준으로 45도(degree) 기울어진 정사각형 형태의 패턴이고, 상기 {100} 결정면을 가지는 상판 웨이퍼 결정면을 기준으로 45도(degree) 기울어진 정사각형 형태의 단위 마스크 패턴에 의해 {100} 결정면을 가지는 상판 웨이퍼 결정면을 기준으로 45도(degree) 기울어진 정사각형 형태의 상기 광결정 회로에 포함된 단위 광결정 패턴이 형성될 수 있다.
도 4는 도 2 또는 도 3의 광 결정 회로에 포함된 단위 광결정 패턴 실시예의 실제제품을 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 4의 우측에 배치된 사진은 도 3의 타입 2의 단위 마스크 패턴(포토(photo) 마스크 보상회로 또는 보상회로 패턴으로도 언급될 수 있음)을 적용하여 습식 식각되어진 마이크로미터 크기의 단위 광결정 패턴(광결정 소자)을 위에서 촬영한 사진이다. 도 4의 좌측에 제1 정사각형의 모서리 각각에 제1 정사각형의 크기보다 각각 상대적으로 작은 크기를 가지는 4개의 제2 정사각형들이 결합된 형태의 단위 마스크 패턴이 도시되어 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 습식 식각 공정으로 제작된 광결정 밴드갭 소자의 제조 방법으로서, 광결정 보상회로가 적용된 광결정 밴드갭 구조의 설계 단계와, 감광성 에칭 마스크를 이용하여 광결정 밴드갭 구조를 형성하는 패턴 형성단계를 포함할 수 있다.
이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
105: 웨이퍼 본딩 단계
110: 상판 CMP 단계
115: 광결정 회로 설계 단계
120: 패턴 형성 단계
125: 광결정 밴드갭 소자 제작 단계
110: 상판 CMP 단계
115: 광결정 회로 설계 단계
120: 패턴 형성 단계
125: 광결정 밴드갭 소자 제작 단계
Claims (7)
- 다수의 단위 광결정 패턴들이 주기적으로 격자(grid) 형태로 배치되는 광결정 회로를 포함하는 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법에 있어서,
(a) 금속층을 이용하여 두 개의 웨이퍼들을 본딩(bonding)하는 단계;
(b) 상기 광결정 회로 제작을 위해 상기 본딩된 웨이퍼들 중 상판 웨이퍼에 대해 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 수행하여 상판 웨이퍼의 두께를 조절하는 단계;
(c) 상기 상판 웨이퍼의 두께를 조절하는 것에 의해 상기 광결정 회로의 주파수 대역이 결정된 후 감광성 에칭 마스크(photosensitive etching mask)를 이용하여 상기 광결정 회로 제작을 위한 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및
(d) 상기 마스크 패턴에 대해 습식 식각 공정을 적용하여 상기 광 결정 밴드갭 소자를 제조하는 단계를 포함하며,
상기 (a) 단계에서의 두 개의 웨이퍼들 각각은 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정에 의해 양면연마(Double Side Polishing)되어 상기 (a) 단계에서의 웨이퍼들 각각의 두께가 조절되고,
상기 두께가 조절된 웨이퍼에는 열산화막이 증착되는 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 웨이퍼는 {100} 결정면을 가지는 실리콘 웨이퍼인 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 광 결정 밴드갭 소자는 5이상이고 500이하인 마이크로미터 크기를 가지는 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 (d) 단계의 습식 식각 공정은 비등방성(anisotropic) 습식 식각 공정인 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
(d1) 상기 마스크 패턴에 비등방성 습식 식각(anisotropic wet etching) 용액을 적용하여 상기 광 결정 밴드갭 소자의 광결정 회로 패턴을 형성하는 단계; 및
(d2) 습식 식각 공정 또는 건식 식각 공정을 이용하여 상기 감광성 에칭 마스크를 제거하고 상기 광 결정 밴드갭 소자를 제조하는 단계를 포함하는 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 감광성 에칭 마스크에 포함된 단위 마스크 패턴들 각각은 정사각형 형태의 패턴, 제1 정사각형의 모서리 각각에 제1 정사각형의 크기보다 각각 상대적으로 작은 크기를 가지는 4개의 제2 정사각형들이 결합된 형태의 패턴, 또는 {100} 결정면을 가지는 상판 웨이퍼 결정면을 기준으로 45도(degree) 기울어진 정사각형 형태의 패턴이고,
상기 정사각형 형태의 단위 마스크 패턴에 의해 육각형 형태의 상기 광결정 회로에 포함된 단위 광결정 패턴이 형성되고, 상기 제1 정사각형의 모서리 각각에 제1 정사각형의 크기보다 각각 상대적으로 작은 크기를 가지는 4개의 제2 정사각형들이 결합된 형태의 단위 마스크 패턴에 의해 정사각형 형태의 상기 광결정 회로에 포함된 단위 광결정 패턴이 형성되고, 상기 {100} 결정면을 가지는 상판 웨이퍼 결정면을 기준으로 45도(degree) 기울어진 정사각형 형태의 단위 마스크 패턴에 의해 {100} 결정면을 가지는 상판 웨이퍼 결정면을 기준으로 45도(degree) 기울어진 정사각형 형태의 상기 광결정 회로에 포함된 단위 광결정 패턴이 형성되는 광 결정 밴드갭 소자의 제조방법.
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| JP2007310038A (ja) * | 2006-05-17 | 2007-11-29 | Hokkaido Univ | ３次元フォトニック結晶の製造方法 |
| KR20100010558A (ko) * | 2008-07-23 | 2010-02-02 | 한국전기연구원 | 습식공정을 이용한 광결정 수동소자의 제조방법 |
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