KR20040036355A

KR20040036355A - Fabrication method of micro vertical mirror

Info

Publication number: KR20040036355A
Application number: KR1020020065333A
Authority: KR
Inventors: 김성혁; 이영주; 부종욱
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2004-04-30
Also published as: KR100903296B1

Abstract

PURPOSE: A method for fabricating a micro vertical mirror is provided, which has an accurate mirror plane and is fabricated by a simple fabrication process. CONSTITUTION: An etch stop film is formed on an upper plane of a substrate(101), and a silicon wafer(103) is bonded to an upper plane of the etch stop film. And an etch mask(102) is formed in parallel with a crystallization direction on an upper plane of the silicon wafer. And a vertical projected part(106) having a mirror plane formed vertically along the crystallization plane is formed by an anisotropic wet etching of the silicon wafer where the etch mask is formed.

Description

Manufacturing method of ultra small vertical mirror {FABRICATION METHOD OF MICRO VERTICAL MIRROR}

본 발명은 초소형 수직거울의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 웨이퍼의 결정방향을 따라 이방성 식각을 하여 그 식각된 결정방향으로 초소형의 수직한 거울면이 형성되도록 한 초소형 수직거울의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a micro vertical mirror, and more particularly, to an anisotropic etching along a crystal direction of a silicon wafer, a method of manufacturing a micro vertical mirror in which an ultra small vertical mirror surface is formed in the etched crystal direction. It is about.

반도체 기술을 이용하여 기계적인 구조물을 제작하는 미세 전기 기계 시스템 기술은 수년간 많은 발전을 거듭해 왔다. 특히, 최근 광학 기술에 관련된 기술이 많이 개발되고 있으며, 그 중 가장 각광을 받고 있는 것은 매우 크기가 작은 광학부품을 제작하는 미세 광-전기 기계시스템이다. 이러한 초소형 광학 부품에 필수적으로 사용되는 초소형 거울은 일반적으로 광통신에 사용되는 빛을 원하는 방향으로 반사시키거나, 빛의 반사율을 제어하여 필요한 양의 빛을 조사하는 역할을 수행한다.Microelectromechanical system technology, which manufactures mechanical structures using semiconductor technology, has evolved over the years. In particular, recently, a lot of technologies related to optical technology have been developed, and the most attention among them is a micro-optical mechanical system for manufacturing very small optical parts. Miniature mirrors, which are essentially used for such microscopic optical components, generally reflect the light used for optical communication in a desired direction or serve to irradiate the required amount of light by controlling the reflectance of the light.

반도체 레이저로부터 발생한 빛을 거울에 반사시켜 그 반사량을 특정방향으로 조절하면, 용도에 따라 다양한 일을 수행할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 기판 면에 평행하게 제작된 거울면은 수직으로 입사하는 빛의 경로를 조절하는 스캐닝 미러, 스캐너 등의 주사장치에 사용될 수 있으며, 초소형 디스플레이의 역할도 수행한다. 또한, 실리콘 기판을 임으로 가공하여 45°의 각을 갖도록 제작된 초소형 거울은 수평방향으로 입사하는 빛을 수직방향으로 광경로로 바꾸는 역할을 수행하여 광픽업장치의 반도체 레이저에서 방출된 레이저광을 정해진 광경로로 절환시키는 역할을 한다.When the light emitted from the semiconductor laser is reflected on the mirror and the amount of reflection is adjusted in a specific direction, various tasks can be performed according to the use. For example, the mirror surface manufactured parallel to the surface of the silicon substrate may be used in a scanning device such as a scanning mirror and a scanner that controls a path of light incident vertically, and also serves as a micro display. In addition, the ultra-small mirror manufactured to have an angle of 45 ° by randomly processing the silicon substrate serves to convert the light incident in the horizontal direction into the optical path in the vertical direction to determine the laser light emitted from the semiconductor laser of the optical pickup device. Switch to the light path.

수직으로 제작된 초소형 거울의 경우 광섬유, 반도체 레이저 등의 광부품 조립시에 필수적으로 사용되는 수직거울로 사용될 뿐만 아니라, 광통신에서의 광경로를 바꾸어주는 광스위치의 용도로 사용될 수 있으며, 광경로의 거리를 조절하여 초소형 가변 광감쇄기의 제작에도 응용될 수 있다.In the case of a vertically manufactured micromirror, it is not only used as a vertical mirror that is essential for assembling optical components such as optical fibers and semiconductor lasers, but also used as an optical switch for changing an optical path in optical communication. It can also be applied to the manufacture of a very small variable optical attenuator by adjusting the distance.

많은 광 부품이 미세 가공 기술로 제작되기 시작하면서, 다양한 형태의 우수한 거울면을 제작하는 것이 주요한 과제로 대두되고 있으며, 특히 수직으로 제작된 거울면의 경우 반도체 레이저 및 광스위치, 광감쇄기 등의 응용과 맞물려 그 요구가 증대되고 있다.As many optical parts are started to be manufactured by micromachining technology, the production of excellent mirror surfaces in various forms is a major challenge, especially in the case of vertically manufactured mirror surfaces, such as semiconductor lasers, optical switches, and optical attenuators. And the demand is increasing.

그러나, 기존의 가공방법들로 제작되는 초소형 거울은 거울면을 정밀하게 가공하는 것이 한계가 있으며, 일일이 기계적인 가공에 의해 제조하기 때문에 대량생산이 어려워 제조비용을 절감하는데 한계가 있는 문제점을 가지고 있는 것 이었다.However, micro mirrors manufactured by conventional processing methods have limitations in precisely processing the mirror surface, and because they are manufactured by mechanical processing, they are difficult to mass-produce. It was.

본 발명의 주목적은 상기와 같은 여러 문제점을 가지지 않는 초소형 수직거울의 제조방법을 제공함에 있다.The main object of the present invention is to provide a method of manufacturing a miniature vertical mirror that does not have various problems as described above.

본 발명의 다른 목적은 정밀한 거울면을 가지는 초소형의 수직거울의 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a small vertical mirror having a precise mirror surface.

본 발명의 또다른 목적은 간단한 제작공정을 이용하여 대량으로 제작할 수 있도록 하는데 적합한 초소형 수직거울의 제조방법을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing a small vertical mirror, which is suitable to be manufactured in large quantities using a simple manufacturing process.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초소형 수직거울의 제조순서를 보인 사시도 및 식각후 단면도.1 is a perspective view and a cross-sectional view after etching showing the manufacturing procedure of the ultra-small vertical mirror according to the first embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제2실시예를 보인 사시도 및 식각후 단면도.Figure 2 is a perspective view and a cross-sectional view after etching showing a second embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 제3실시예를 보인 사시도.3 is a perspective view showing a third embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 응용예를 보인 사시도.4 is a perspective view showing an application of the present invention.

도 5는 본 발명의 다른 용용예를 보인 사시도.5 is a perspective view showing another application example of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

101,201 : 기판 102,202 : 식각정지막101,201 substrate 102,202 etching stop film

103,203 : 실리콘 웨이퍼 104,204 : 식각 마스크103203: Silicon Wafer 104204: Etch Mask

105,206 : 거울면 106,205 : 수직돌출부105,206 Mirror surface 106,205 Vertical projection

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여In order to achieve the object of the present invention as described above

기판의 상면에 식각정지막을 형성하고,An etch stop layer is formed on the upper surface of the substrate,

그 식각정지막의 상면에 실리콘 웨이퍼를 접합하며,Bonding the silicon wafer to the upper surface of the etch stop film,

그 실리콘 웨이퍼의 상면에 결정방향과 평행하게 마스크를 형성하고,A mask is formed on the upper surface of the silicon wafer in parallel with the crystal direction,

그 마스크가 형성된 실리콘 웨이퍼를 이방성 습식 식각하여 결정면을 따라 수직하게 형성된 거울면을 가지는 수직돌출부를 형성하는 순서로 제조되는 것을 특징으로 하는 초소형 수직거울의 제조방법이 제공된다.An anisotropic wet etching of a silicon wafer having a mask formed thereon is provided in order to form a vertical protrusion having a mirror surface vertically formed along a crystal plane.

이하, 상기와 같은 본 발명 초소형 수직거울의 제조방법을 첨부된 도면의 실시예를 참고로 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail with reference to the embodiment of the accompanying drawings, the manufacturing method of the present invention ultra-small vertical mirror as described above.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초소형 수직거울의 제조순서를 보인 사시도 및 단면도이다.1 is a perspective view and a cross-sectional view showing a manufacturing procedure of the ultra-small vertical mirror according to the first embodiment of the present invention.

도 1의 a)에서와 같이, 기판(101)의 상면에 식각정지막(102)을 일정두께로 형성하고, 그 식각정지막(102)의 상면에 실리콘 웨이퍼(103)를 접합시킨다.As shown in FIG. 1A, an etch stop film 102 is formed on the upper surface of the substrate 101 at a predetermined thickness, and the silicon wafer 103 is bonded to the top surface of the etch stop film 102.

상기 기판(101)은 실리콘 또는 유리 중 어느 하나의 재질을 이용하고, 식각정지막(102)으로는 산화막을 형성하며, 실리콘 웨이퍼(103)는 결정구조가 110방향으로 형성된 110 실리콘 웨이퍼를 이용하면 된다.The substrate 101 may be formed of any one of silicon or glass, and may form an oxide film as the etch stop layer 102, and the silicon wafer 103 may be formed using a 110 silicon wafer having a crystal structure in 110 directions. do.

그런후, 상기와 같이 접합된 실리콘 웨이퍼(103)의 상면에 식각 마스크(104)를 형성하되, 그 식각 마스크(104)는 54.7°의 각도를 이루는 2개의 111방향으로 평행하게 형성되어야 한다.Thereafter, an etching mask 104 is formed on the upper surface of the silicon wafer 103 bonded as described above, and the etching mask 104 should be formed in parallel in two 111 directions forming an angle of 54.7 °.

상기와 같이 마스킹이 이루어진 상태에서 알카리 수용액에 디핑하여 이방성습식 식각을 실시하면 b)에서와 같이 바닥면인 110결정면과 수직한 방향인 111방향으로 거울면(105)이 형성된 수개의 수직돌출부(106)가 형성되며, 그와 같은 이방성 습식 식각은 식각정지막(102)의 직상부에 멈추게 되어 간단하고 정밀하게 초소형의 수직거울(200)이 완성이 된다.When the anisotropic wet etching is performed by dipping in an alkaline aqueous solution in the masking state as described above, as shown in b), several vertical protrusions 106 having the mirror surface 105 formed in a direction perpendicular to the 110 crystal surface as the bottom surface 106 are formed. ) Is formed, and such anisotropic wet etching is stopped at the upper portion of the etch stop layer 102, so that the small vertical mirror 200 is completed in a simple and precise manner.

또한, 상기와 같은 초소형 수직거울(200)의 제작은 웨이퍼 레벨에서 대량으로 제작한 후 다이싱 작업을 통하여 개개의 초소형 수직거울(200)로 분리하여 대량생산하는 방법으로 대량생산하는 것이 가능하다.In addition, the production of the ultra-small vertical mirror 200 as described above can be mass-produced by mass-producing by separating the individual micro-mirror 200 into individual through the dicing operation after mass production at the wafer level.

도 2는 본 발명에 따른 초소형 거울의 제조방법의 제 2실시예를 보인 것으로, 기본적인 제작원리는 제1 실시예와 동일하며 다만 100방향의 결정면을 갖는 실리콘 웨이퍼(103)를 이용하여 제작하는 것이 차이점이다.2 shows a second embodiment of the method of manufacturing a micromirror according to the present invention. The basic manufacturing principle is the same as that of the first embodiment, but is manufactured using the silicon wafer 103 having a crystal plane in 100 directions. The difference is.

즉, a)에서와 같이 기판(101)의 상면에 식각정지막(102)를 형성하고, 그 식각정지막(102)의 상면에 100방향의 결정구조를 가진 실리콘 웨이퍼(103)를 접합한다.That is, as in a), the etch stop film 102 is formed on the top surface of the substrate 101, and the silicon wafer 103 having the crystal structure in the 100 direction is bonded to the top surface of the etch stop film 102.

그런후, 그 실리콘 웨이퍼(103)의 상면에 마스크(104)를 형성하는 마스킹작업을 실시하되, 90°를 이루도록 형성된 2개의 100방향에 평행하게 형성되어야 한다.Then, a masking operation is performed to form the mask 104 on the upper surface of the silicon wafer 103, but should be formed parallel to the two 100 directions formed to form 90 degrees.

상기와 같은 상태에서, 이방성 습식 식각을 실시하여 b)에서와 같이 바닥면에 대하여 수직한 거울면(105)이 형성되도록 수직돌출부(106)가 형성되도록 함으로써 초소형 수직거울(200')이 간단하게 제조되어 진다.In the above state, by performing anisotropic wet etching, the vertical projections 106 are formed such that the mirror surface 105 perpendicular to the bottom surface is formed as in b). To be manufactured.

도 3은 본 발명의 제 3실시예를 보인 것으로, 기판(201)의 상면에 식각정지막(202)을 형성하고, 그 식각정지막(202)을 형성하며, 그 식각정지막(202)의 상면에 실리콘 웨이퍼를 접합한다.3 illustrates a third embodiment of the present invention, in which an etch stop layer 202 is formed on an upper surface of a substrate 201, an etch stop layer 202 is formed, and the etch stop layer 202 is formed. The silicon wafer is bonded to the upper surface.

그런후, 그 실리콘 웨이퍼의 상면에 마스킹작업으로 마스크(204)를 형성한후, 1차적으로 건식 식각공정을 실시하여 a)에서와 같이 수직돌출부(205)를 형성하는데, 그와 같은 수직돌출부(205)의 수직면은 조개껍질 모양의 식각면(206)이 형성되어 진다.Thereafter, the mask 204 is formed on the upper surface of the silicon wafer by masking, and then a dry etching process is first performed to form the vertical protrusions 205 as in a). The vertical surface of the 205 is a shell-like etching surface 206 is formed.

상기 수직돌출부(205)는 100방향의 결정구조를 가지는 100 실리콘 웨이퍼의 경우는 100방향과 평행하게 정의되도록 형성되고, 110방향의 결정구조를 가지는 110 실리콘 웨이퍼의 경우는 111방향과 평행하게 형성된다.The vertical protrusion 205 is formed to be defined in parallel with the 100 direction in the case of 100 silicon wafer having a crystal structure in the 100 direction, and is formed in parallel to the 111 direction in the case of 110 silicon wafer having a crystal structure in the 110 direction. .

상기와 같이 1차적인 건식식각을 마친 후에는 다시 이방성 습식식각을 실시하여 수직돌출부(205)의 수직면에 편평도와 반사도가 개선된 거울면(206)을 형성하여 초소형 수직거울(200")를 완성한다.After completing the first dry etching as described above, anisotropic wet etching is performed again to form the mirror surface 206 having improved flatness and reflectivity on the vertical surface of the vertical protrusion 205, thereby completing the ultra-small vertical mirror 200 ". do.

이와 같은 방법은 건식식각방법으로 빠르게 1차식각을 한 후에, 습식이방성 식각을 실시하여 2차로 실시하여 거칠게 식각된 식각면을 정밀한 거울면(206)이 형성되도록 함으로서, 단시간에 대량의 초소형 수직거울(200")을 제작하는 것이 가능하다.In this method, after the first etching is quickly performed by the dry etching method, the wet anisotropic etching is carried out in the second step to form a fine mirror surface 206 of the roughly etched etching surface in a short time. It is possible to produce 200 ".

도 4은 본 발명의 응용예를 보인 것으로, 도 3과 같은 방법으로 제작된 본 발명의 초소형 수직거울(200")에 광소자 조립용 3차원구조물(301)을 설치하고, 그 광소자 조립용 3차원구조물(301)에 일정각도를 이루도록 한쌍의 광섬유(302)를 설치하여, 광경로를 바꾸는 광스위치, 반사되는 레이저 광의 광량을 조절하는 강감쇄기 등을 제작하는 것이 가능할 것이다.Figure 4 shows an application of the present invention, the optical device assembly three-dimensional structure 301 is installed in the ultra-small vertical mirror (200 ") of the present invention produced in the same manner as in Figure 3, the optical device assembly By installing a pair of optical fibers 302 to form a predetermined angle to the three-dimensional structure 301, it will be possible to manufacture an optical switch for changing the optical path, a strong attenuator for adjusting the amount of reflected laser light.

도 5는 본 발명의 다른 응용예를 보인 것으로, 기본적인 구조는 도 3과 동일하고, 수직돌출부(205)에 100결정 방향으로 직교하는 2개의 거울면(206)을 형성하고, 그 거울면(206)이 직교하는 모서리부분으로 입력광(401)이 입사되도록 수직돌출부(205)의 전방에 3차원구조물(402)을 설치하여, 입력광(401)이 거울면(206)이 직교하는 모서리부분에서 서로 반대방향으로 분배될 수 있도록 한 광분배기의 제작에 응용하는 것이 가능하다.5 shows another application example of the present invention. The basic structure is the same as that of FIG. 3, and two mirror surfaces 206 orthogonal to the vertical protrusion 205 in the 100 crystal direction are formed, and the mirror surfaces 206 3D structure 402 is installed in front of the vertical projection portion 205 so that the input light 401 is incident to the corner portion of the orthogonal angle, so that the input light 401 is at the corner portion where the mirror surface 206 is orthogonal to each other. It is possible to apply to the fabrication of an optical splitter so that it can be distributed in opposite directions.

이상의 실시예와 응용예들 외에도, 상기 초소형 거울(200)을 광신호 수신기, 송신기, 송수신기 등을 제작에 응용하는 것이 가능할 것임을 밝혀둔다.In addition to the above embodiments and applications, it will be found that it is possible to apply the micro-mirror 200 in the manufacture of an optical signal receiver, a transmitter, a transceiver and the like.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명 초소형 수직거울의 제조방법은 기판의 상면에 식각정지막을 형성하고, 그 식각정지막의 상면에 실리콘 웨이퍼를 접합하며, 그 실리콘 웨이퍼를 결정방향과 평행하게 식각 마스크를 형성한 후, 식각하여 바닥면에서 수직한 거울면을 가지는 수직돌출부를 형성하는 방법으로 초소형의 수직거울을 제작함으로써, 간단한 방법으로 초소형의 수직거울을 제작함과 아울러 결정면을 따라 정밀한 거울면이 형성되는 효과가 있다.As described in detail above, in the method of manufacturing a micromirror according to the present invention, an etch stop layer is formed on an upper surface of a substrate, a silicon wafer is bonded to an upper surface of the etch stop layer, and the silicon wafer is etched in parallel with a crystal direction. After forming, by forming a small vertical mirror by etching to form a vertical projection having a mirror surface perpendicular to the bottom surface, by producing a small vertical mirror by a simple method, a precise mirror surface is formed along the crystal surface It is effective.

또한, 그와 같은 초소형 수직거울의 제작을 웨이퍼 레벨에서 대량으로 작업한 후, 최종적으로 개개의 초소형 수직거울로 분리함으로써, 대량으로 제작하는 것이 가능한 효과가 있다.In addition, by producing such a small vertical mirror in large quantities at the wafer level and finally separating the individual small vertical mirrors, there is an effect that can be produced in large quantities.

Claims

An etch stop layer is formed on the upper surface of the substrate,

Bonding the silicon wafer to the upper surface of the etch stop film,

An etching mask is formed on the upper surface of the silicon wafer in parallel with the crystal direction,

And anisotropic wet etching the silicon wafer on which the etch mask is formed to form a vertical protrusion having a mirror surface vertically formed along a crystal plane.

The method of claim 1, wherein the substrate is made of either silicon or glass.

The method of claim 1, wherein the etch stop film is an oxide film.

The method of claim 1, wherein before the anisotropic wet etching, the etching surface is roughly further subjected to dry etching to reduce the etching time.

The method of claim 1 or 4, wherein the anisotropic wet etching is performed in an aqueous alkali solution.