KR101760180B1 - 후면노광을 이용한 광변조기의 전극형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 후면노광을 이용한 광변조기의 전극형성 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 정밀 포토레지스트패턴 공정과 후면노광 공정을 이용함으로써 광변조기에 적합한 두께와 성능을 보유할 수 있는 광변조기의 전극형성 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 두꺼운 포토레지스트패턴을 사용하지 않고, 정밀 포토레지스트패턴 공정과 후면노광 공정을 이용함으로써 광변조기에 적합한 두께와 성능을 보유하는 광변조기 전극을 제조할 수 있다.

Description

후면노광을 이용한 광변조기의 전극형성 방법{METHOD FOR FORMING ELECTRODE OF OPTICAL MODULATOR USING BACKSIDE ILLUMINATION}
본 발명은 후면노광을 이용한 광변조기의 전극형성 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 정밀 포토레지스트패턴 공정과 후면노광 공정을 이용함으로써 광변조기에 적합한 두께와 성능을 보유할 수 있는 광변조기의 전극형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 광통신에 사용하는 광변조기는 구동전압, 전극 임피던스, RF위상속도, 변조대역 등을 조절하기 위해 광도파로가 형성된 기판에 RF와 DC 전극을 형성하게 된다. 이 때 전극의 폭과 높이는 신호 전극 아래에 형성되어 있는 광도파로와의 전기장 Overlap을 결정하는 중요한 요소가 된다.
이러한 광변조기의 기본특성은 광도파로 위에 형성되는 전극의 형태, 두께 및 전극 물질 등에 크게 의존하게 된다. 특히, 광변조기의 가장 중요한 특성중의 하나인 변조대역폭은 전극 두께에 크게 의존하기 때문에 전극 두께를 가능한한 높게 만드는 것이 유리하다.
도 1은 종래 기술에 따른 광변조기의 전극형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 기판(10) 상에 실리콘산화막(11)을 형성한 다음, 상기 실리콘 산화막(11) 상에 크롬막(12)을 형성한다.
이어서, 상기 크롬막(12) 상에 포토레지스트(PR)패턴을 수십㎛ 이상의 두께로 형성한 다음, 상기 포토레지스트패턴(13) 이외의 상기 크롬막(12) 상에 금막을 전기도금(electroplating)하여 전극층(14)을 형성한다.
이이서, 상기 포토레지스트 패턴(13)을 제거하여 상기 크롬막(12)을 노출시킨다.
계속해서, 상기 전극층(14)을 식각마스크로 하여 상기 크롬막(12)을 식각하여 광변조기의 전극을 형성한다.
이러한 종래의 광변조기의 전극 형성방법은 두꺼운 높이의 포토레지스트(PR)패턴을 형성하기 위한 노광시, 장시간동안 UV에 노출되기 때문에 기판에 반사되는 UV로 인하여 포토레지스트의 프로파일(profile)이 나빠지게 되는 문제점은 안고 있다. 이러한 문제점은 크롬막과 전극층에도 나쁜 영향을 미치게 되고, 결국 전극의 성능을 저하시키는 결과를 가져오게 된다.
공개특허번호 제10-1998-017849호(1998.06.05. 공개)
본 발명자들은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위해 연구 노력한 결과 두꺼운 전극층을 형성하면서도 전극의 성능을 향상시킬 수 있는 기술을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 정밀 포토레지스트패턴 공정과 후면노광 공정을 이용함으로써 광변조기에 적합한 두께와 성능을 보유할 수 있는 광변조기의 전극형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광도파로가 형성되어 있는 광변조기의 투명기판상에 전극접착용 보조전극을 형성하는 단계; 상기 전극접착용 보조전극 상에 포토레지스트(PR)패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트패턴을 이용하여 상기 전극접착용 보조전극을 에칭하는 단계; 상기 포토레지스트패턴을 제거한 다음, 패턴홀이 형성된 상기 전극접착용 보조전극 상에 네거티브 포토레지스트로 이루어진 감광성 재료를 일정두께로 도포하는 후면노광준비단계; 상기 투명기판 측에서 후면노광하여 패턴홀 부분을 제외한 상기 전극접착용 보조전극 상에 있는 감광성 재료를 제거하는 후면노광단계; 상기 전극접착용 보조전극 상에 전극층을 일정두께로 형성하는 단계; 및 패턴홀 부분에 남아있는 감광성 재료를 제거하는 단계;를 포함하는 후면노광을 이용한 광변조기의 전극형성 방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 전극접착용 보조전극을 5000 내지 500Å 범위의 일정 두께로 형성한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 전극접착용 보조전극 상에 상기 포토레지스트패턴을 1 내지 10㎛ 범위의 일정두께로 형성한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 후면노광준비단계는 상기 감광성 재료를 25 내지 50㎛ 범위의 일정두께로 도포한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 전극층을 10 내지 25㎛ 범위의 일정두께로 형성한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 투명기판은 LiNbO3로 이루어진 기판이고, 상기 광도파로는 Ti 확산도파로이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 투명기판상에 상기 전극접착용 보조전극을 형성하기 전에, 상기 투명기판상에 SiO2 버퍼층을 형성하는 단계;를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 전극접착용 보조전극은 Cr 또는 Ti로 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 전극층은 Au로 이루어지며, 전기도금을 통해 형성된다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과가 있다.
본 발명에 의하면 두꺼운 포토레지스트패턴을 사용하지 않고, 정밀 포토레지스트패턴 공정과 후면노광 공정을 이용함으로써 광변조기에 적합한 두께와 성능을 보유하는 광변조기 전극을 제조할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 광변조기의 전극형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2a 내지 도 2k는 본 발명의 실시에에 따른 후면노광을 이용한 광변조기의 전극형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 실시에에서 적용된 후면노광을 이용하여 형성된 네거티브 포토레지스 패턴을 보여주는 사진이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시 예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2k는 본 발명의 실시에에 따른 후면노광을 이용한 광변조기의 전극형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저, 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 광변조기의 투명기판(100)에 Ti확산도파로(103)를 형성하는 과정을 설명하기로 한다.
이때 상기 투명기판(100)은 본 발명의 핵심공정인 후면노광을 수행할 수 있도록 투명소재의 기판을 사용하는 것이 바람직하며 특히, LiNbO3기판(100)을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 LiNbO3기판(100)은 높은 굴절율로 인해 1.3㎛과 1.5㎛ 신호를 모두 내부반사 시키기에 탁월하기 때문에 광변조기 제작시 기판으로 사용된다.
이어서, 상기 LiNbO3기판(100) 상에 Ti층(101)을 증착한다. 상기 Ti층(101)은 상기 LiNbO3기판(100)의 굴절율인 2.4보다도 높은 굴절율(2.78)을 보이며, e-beam evaporator를 이용하여 증착할 수 있는데, 약 1000Å의 두께료 증착하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 Ti층(101)을 식각하기 위해 포토마스크를 사용하여 포토레지스트(PR) 패터닝 공정을 수행하고, 포토레지스트패턴(102)을 이용하여 상기 Ti층(101)을 식각한다. 이때, 식각되는 Ti 패턴의 두께와 너비에 따라 도파로 특성이 결정되기 때문에 적절한 두께와 너비로 식각한다.
이어서, 상기 Ti 확산도파로(103)를 제작하기 위해 상기 포토레지스트패턴(102)을 제거하고, Diffusion furnace와 같은 확산장비에서 1060℃ 13시간 동안 고온 열처리를 수행(Ar, O2 분위기)하여 Ti 확산도파로(103)를 형성한다.
이때, 상기 Ti확산도파로(103) 제조 공정 중 photon exchange 현상으로 인하여 상기 LiNbO3기판의 Li 역시 확산되어 상기 LiNbO3기판(100)의 굴절율이 높아질 수 있다. 굴절율이 높아지게 되면 상기 LiNbO3기판(100)의 표면으로 광의 일부가 산란되어 손실이 증가할 수 있다. 따라서 상기 LiNbO3기판(100) 상에 확산된 Li을 제거하여 굴절율을 낮추기 위하여 식각공정을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 LiNbO3기판(100) 상에 확산된 Li을 제거하는 식각공정에 있서 다양한 가스를 사용할 수 있는데 특히, SF6와 He 가스를 각각 사용하여 반복적으로 식각하면 빠른시간에 효과적으로 상기 LiNbO3기판(100) 상에 확산된 Li을 제거할 수 있다.
계속해서, 도 2f 내지 도 2k를 참조하여 광변조기의 상기 LiNbO3기판(100)에 후면노광을 이용하여 전극층(150)을 형성하는 과정을 설명하기로 한다.
상기 Ti확산도파로(103)가 형성된 상기 투명기판 즉, 상기 LiNbO3기판 상에 SiO2 버퍼층(110)을 형성한다. 상기 SiO2 버퍼층(110)은 overclad역할을 수행하는데, 상기 Ti확산도파로(103)의 광 전송을 위하여 약 20㎛ 정도의 두께로 증착하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 Ti확산도파로(103) 및 상기 SiO2 버퍼층(110)이 형성되어 있는 상기 LiNbO3기판(100) 상에 전극접착용 보조전극(120)을 형성한다. 상기 전극접착용 보조전극(120)으로서 다양한 소재를 사용할 수 있는데, 후술한 전극층(Au)의 전기도금시 전기를 인가받을 수 있으면서 이와함께, 상기 SiO2 버퍼층(110)과의 부착성이 좋은 소재 예를 들면, Cr 또는 Ti를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 전극접착용 보조전극(120)은 다양한 공정을 이용하여 형성할 수 있으며, 약 5000 내지 500Å 범위의 일정 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 정밀 패터닝 공정이 가능하도록 약 1000Å 정도의 두께로 형성하는 것이 더욱 바람직하다.
이어서, 상기 전극접착용 보조전극(120) 상에 포토레지스트패턴(130)을 형성한다. 상기 전극접착용 보조전극(120)을 식각하기 위해 1 내지 10㎛ 범위 바람직하게는 약 1.4㎛ 정도 두께의 포토마스크를 사용하여 PR패터닝 공정을 수행하여 상기 포토레지스트패턴(130)을 형성한다. 이러한 얇은 두께의 PR공정을 수행하게 되면, 20㎛ 이상의 두꺼운 PR공정 수행시 장시간 노광으로 인하여 발생할 수 있는 PR 프로파일의 저하를 방지할 수 있다.
이어서, 상기 포토레지스트패턴(130)을 이용하여 상기 전극접착용 보조전극(120)을 에칭한다. 이때, 상기 전극접착용 보조전극(120)으로서 Cr을 사용할 경우, 식각 가스로서 Cl2가스를 사용할 수 있다.
이어서, 상기 포토레지스트패턴(130)을 제거한 다음, 패턴홀이 형성된 상기 전극접착용 보조전극(120) 상에 네거티브 포토레지스트로 이루어진 감광성 재료(140)를 일정두께로 도포한다. 이는 후면노광준비단계로서 네거티브 포토레지스트를 사용하는데, 약 25 내지 50㎛ 범위의 일정두께 바람직하게는 약 32㎛ 두께로 코팅하여 형성한다.
이어서, 상기 LiNbO3기판(100) 측에서 후면노광을 수행하여 패턴홀 부분을 제외한 상기 전극접착용 보조전극(120) 상에 있는 상기 감광성 재료(140)를 제거한다. 이러한 후면노광은 UV노광을 통해 수행하는데, 수직도가 높은 20㎛ 이상의 포토레지스트(네거티브) 패턴을 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시에에서 적용된 후면노광을 이용하여 형성된 네거티브 포토레지스 패턴을 보여주는 사진이다.
도 3을 참조하면, 수직도가 높은 20㎛ 이상 두께의 포토레지스트(네거티브) 패턴이 구현되었음을 확인할 수 있다.
계속해서, 상기 전극접착용 보조전극(120) 상에 전극층(150)을 10 내지 25㎛ 범위의 일정두께로 형성한다. 상기 전극층(150)은 전기도금(electro-plating)을 이용하여 증착할 수 있는데, 상기 전극접착용 보조전극(120)에 전기를 인가하여 약 20㎛ 정도 두께의 Au를 증착한다.
마지막으로 패턴홀 부분에 남아있는 상기 감광성 재료(140)를 제거하여 광변조기의 전극형성을 완성한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 얇은 PR패턴을 통해 형성한 상기 전극접착용 보조전극(120) Cr패턴과 상기 감광성재료(140)를 이용한 후면노광공정을 수행함으로써, 두꺼운 마스크를 사용하지 않고서도 정밀하면서도 성능이 우수한 전극(Au)패턴을 형성할 수는 있는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다 할 것이다.
100: 투명기판 101: 광도파로
110: 버퍼층 120: 전극접착용 보조전극
130: 포토레지스트패턴 140: 감광성재료
150: 전극층

Claims (9)

  1. 광도파로가 형성되어 있는 광변조기의 투명기판상에 Cr 또는 Ti로 이루어진 전극접착용 보조전극을 5000 내지 500Å 범위의 일정 두께로 형성하는 단계;
    상기 전극접착용 보조전극 상에 포토레지스트(PR)패턴을 1 내지 10㎛ 범위의 일정두께로 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트패턴을 이용하여 상기 전극접착용 보조전극을 에칭하는 단계;
    상기 포토레지스트패턴을 제거한 다음, 패턴홀이 형성된 상기 전극접착용 보조전극 상에 네거티브 포토레지스트로 이루어진 감광성 재료를 25 내지 50㎛ 범위의 일정두께로 도포하는 후면노광준비단계;
    상기 투명기판 측에서 후면노광하여 패턴홀 부분을 제외한 상기 전극접착용 보조전극 상에 있는 감광성 재료를 제거하는 후면노광단계;
    상기 전극접착용 보조전극 상에 전극층을 일정두께로 형성하는 단계; 및
    패턴홀 부분에 남아있는 감광성 재료를 제거하는 단계;를 포함하며,
    상기 전극층은 Au로 이루어지며, 전기도금을 통해 10 내지 25㎛ 범위의 일정두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 후면노광을 이용한 광변조기의 전극형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명기판은 LiNbO3로 이루어진 기판이고, 상기 광도파로는 Ti 확산도파로인 것을 특징으로 하는 후면노광을 이용한 광변조기의 전극형성 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 투명기판상에 상기 전극접착용 보조전극을 형성하기 전에, 상기 투명기판상에 SiO2 버퍼층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 후면노광을 이용한 광변조기의 전극형성 방법.
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