KR20060116132A - 프리즘의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체의 제조공정 기술을 이용하여 프리즘을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 프리즘의 제조방법은 하기의 단계를 포함한다. 먼저, 반도체의 제조공정을 이용하여 웨이퍼 상에 마스터 금형을 형성한다. 상기 마스터 금형에 전주(電鑄)공정을 행하여 금형(102)을 형성한다. 이어서, 금형(102)을 사용하여 압축 성형 공정 또는 사출 성형 공정 등의 종래 기술에 의해 프리즘을 대량생산한다.

Description

프리즘의 제조방법{PRISM MANUFACTURING METHOD}
도 1a 내지 도 1c는, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 서로 다른 스케일의 피라미드형 구조로 금형을 형성하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 2a 내지 도 2f는, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 스트립 구조로 금형을 형성하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3a 내지 도 3e는, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 동일한 스케일의 피라미드형 구조로 금형을 형성하는 과정을 나타내는 모식도이다.
[주요 참조부호에 대한 간단한 설명]
100, 200, 300..실리콘 웨이퍼 102, 206, 306..금형
104, 204, 304..마스터 금형 201, 301..이산화실리콘층
202, 302..포토레지스트층 308..피라미드형 구조
본 발명은, 프리즘의 제조방법에 관하여, 특히 반도체의 제조 공정 기술을 이용하여 프리즘을 제조하는 방법에 관한 것이다.
프리즘 구조는, 광학 소자 중에서 광로를 바꾸거나 빛을 분할하거나 하기 위 해 자주 사용된다. 일반적으로 프리즘 구조의 제조방법에는 두 가지가 있다. 제 1 방법은, 기계가공방법을 이용하여 프리즘을 직접적으로 형성하는 방법이다. 그리고, 제 2 방법은, 기계가공방법을 이용하여 금형을 형성하고, 그 금형을 사용하여 압축성형이나 사출성형 등과 같은 종래의 제조방법에 의해 프리즘을 대량생산하는 방법이다.
그러나 제 1 방법은 대량생산에 적당하지 않으며, 나노 스케일 구조의 프리즘을 제조하는 것도 불가능하였다. 또한, 제 2 방법은 대량생산하는 것은 가능하나, 나노 스케일의 금형을 형성하기 위하여, 전자선 묘화장치, 이온빔 묘화장치 또는 방전 프로세스 장치 등과 같은 매우 고가의 장치가 필요하였다. 따라서, 제 2 방법에 의해 큰 면적의 금형을 제작할 경우, 상당히 많은 비용이 소요되었다.
한편, 전기기기 내에 마련되는 광학 소자는 점점 더 많아지고 있다. 따라서, 전기기기의 변화에 보조를 맞추어 광학소자도 빠르게 변하지 않으면 안 된다. 이를 위해, 신속하고도 저비용으로 금형을 형성하는 방법이 절실히 요구되고 있다.
본 발명의 제 1 목적은, 프리즘의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 2 목적은, 반도체의 제조공정을 이용하여 프리즘의 구조를 형성하는 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 3 목적은, 프리즘의 금형을 형성하는 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 4 목적은, 광학 소자의 금형을 형성하는 방법을 제공하는 것에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 프리즘의 제조방법은 하기의 단계를 포함한다. 먼저, 반도체의 제조공정을 이용하여 웨이퍼 상에 마스터 금형을 형성한다. 상기 마스터 금형에 전주(電鑄)공정을 행하여 금형을 형성한다. 이어서, 금형을 사용하여 압축 성형 공정 또는 사출 성형 공정 등의 종래 기술에 의해 프리즘을 대량생산한다.
또한, 본 발명의 프리즘의 제조방법은 하기의 단계를 포함한다. 먼저, 습식 에칭 공정을 이용하여 웨이퍼 상에 서로 다른 스케일의 피라미드형 구조를 형성한다. 이어서, 웨이퍼 상에 도전층이 형성된다. 이어서, 전주공정을 웨이퍼에 행하여 금형을 형성한다. 마지막으로, 금형을 사용하여 압축 성형 공정 또는 사출 성형 공정 등의 종래 기술에 의해 프리즘을 대량생산한다.
또한, 본 발명의 프리즘의 제조방법은 하기의 단계를 포함한다. 먼저, 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 산화물층을 패터닝한 후, 습식 에칭 공정을 행하여, 웨이퍼 표면상에 홈을 형성한다. 이어서 도전층이 홈 상에 형성된다. 그리고 전주공정을 실리콘 웨이퍼에 행하여 금형을 형성한다. 마지막으로, 금형을 사용하여 압축 성형 공정 또는 사출 성형 공정 등의 종래 기술에 의해 프리즘을 대량생산한다.
본 발명은, 먼저 반도체의 제조공정을 이용하여 웨이퍼 상에 프리즘 구조를 형성한다. 이어서, 모델링 공정을 행하여, 웨이퍼 안에 형성되는 프리즘 구조에 대응한 구조를 가지는 금형이 형성된다. 이어서, 이 금형을 사용하여 프리즘이 대량 생산된다. 이 금형의 제조방법에는 기계가공이나 전자선 가공의 공정이 필요없기 때문에, 생산 코스트를 줄이는 것이 가능하다. 또한, 반도체의 제조공정을 이용하여 나노미터 스케일의 프리즘 구조를 형성하는 것이 가능하다. 또한, 이하에서는 3개의 실시형태를 이용하여 본 발명을 설명하나, 본 발명의 응용은 이들 3가지 실시형태만으로 한정되는 것은 아니며, 더욱 다양한 반도체의 제조공정을 조합하여 필요한 프리즘 구조를 형성하는 것도 가능하다
도 1a 내지 도 1c는, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 서로 다른 스케일의 피라미드형 구조인 금형의 형성을 나타내는 모식도이다. 먼저, 도 1a에 도시한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(100)가 준비된다. 그리고 이 실리콘 웨이퍼(100)는, N+형 실리콘 웨이퍼 또는 P+형 실리콘 웨이퍼이다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 결정방향이 (100)인 실리콘 웨이퍼가 사용되어, 도 1b에 도시한 바와 같은 마스터 금형(104)이 형성된다.
도 1b에 도시한 바와 같이, 마스터 금형(104)의 제조방법은, 먼저 실리콘 웨이퍼(100)의 표면상에 형성된 산화물층을 제거하고 난 후, KOH를 포함한 용액을 사용하여 실리콘 웨이퍼(100)에 이방성 에칭을 행한다. 이 용액은 실리콘 웨이퍼(100)의 (100)면이 (111)면보다 높은 에칭률을 가지기 때문에, 에칭 공정이 행해진 후에 피라미드상의 홈이 형성된다. 실리콘 웨이퍼(100)의 표면에는 패터닝이 형성되어 있지 않기 때문에, 다양한 스케일로 다양한 홈이 형성된다. 본 실시형태에서는 에칭용액으로서 KOH를 포함한 용액을 사용하였으나, 다른 실시형태에서는, TMAH 나 EDP도 에칭용액으로서 사용하는 것이 가능하다. 마스터 금형(104)이 형성된 후, 모델링 공정이 행해져 마스터 금형(104)의 패턴을 가지는 금형(102)을 형성하는 것이 가능하다. 전주공정을 행하기 위해, 먼저 스퍼터링법 또는 증착법에 의해, 마스터 금형(104) 내에 도전층을 형성한다. 여기서, 도전층의 형성에는 어떤 도전재료라도 사용할 수 있다. 도전층이 형성된 후, 마스터 금형(104)을 전해액 속에 넣어 종래의 전주공정을 행하여, 도 1c에 도시한 바와 같이 금형(102)을 형성한다. 금형(102)이 형성된 후, 압축성형 또는 사출성형 등과 같은 종래의 제조방법을 이용하여 프리즘이 대량생산된다.
도 2a 내지 도 2e는, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 스트립 구조의 금형의 형성을 나타내는 모식도이다. 먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(200)가 준비된다. 그리고 이 실리콘 웨이퍼(200)는, N+형 실리콘 웨이퍼 또는 P+형 실리콘 웨이퍼이다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 결정방향이 (100)인 실리콘 웨이퍼가 사용된다. 이어서, 산화공정 또는 그 외의 종래 방법에 의해, 실리콘 웨이퍼(200) 상에 산화물층이 형성된다. 본 실시형태의 산화물층은 이산화실리콘층(201)이다.
이어서, 도 2b에 도시한 바와 같이, 이산화실리콘층(201) 상에 포토레지스트층이 형성된다. 이어서, 포토리소그래피 공정이 행해져 패터닝된 포토레지스트층(202)이 형성된다.
그리고 도 2c에 도시한 바와 같이, 패터닝된 포토레지스트층(202)을 마스크 로 하여 이산화실리콘층(201)에 에칭공정이 행해지는데, 본 실시형태에서 사용되는 에칭 공정은 건식 에칭 또는 습식 에칭이다. 본 발명의 바람직한 실시형태인 습식 에칭 공정은, 불화 암모늄 및 불화 수소산을 사용하여, 포토레지스트층(202)의 패턴을 이산화실리콘층(201)에 전사한다. 그리고 에칭 공정이 완료되면, 종래 기술을 이용하여 포토레지스트층(202)을 제거한다. 도 2c는, 포토레지스트층(202)을 제거한 후의 실리콘 웨이퍼를 나타내는 모식도이다.
이어서, 도 2d에 도시한 바와 같이, 습식 에칭 공정을 행하여 웨이퍼(200)를 에칭하는데, 이 에칭공정에서는 이산화실리콘층(201)이 마스크로서 사용된다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, KOH를 포함한 용액을 사용하여 실리콘 웨이퍼(200)에 이방성 에칭 공정을 행하여 V자상의 홈이 형성된다. 여기서, TMAH나 EDP도 에칭 용액으로 사용하는 것이 가능하다. 마지막으로, 이산화실리콘층(201)이 제거되어, 도 2e에 도시한 바와 같이 마스터 금형(204)이 형성된다.
마스터 금형(204)이 형성한 후, 전주 공정을 행하여 금형(206)을 형성한다. 먼저 스퍼터링법 또는 증착법에 의해, 마스터 금형(204) 안에 도전층이 형성된다. 도전층이 형성된 후, 마스터 금형(204)을 전해액 속에 넣어 종래의 전주공정을 행하여, 도 2f에 도시한 바와 같이 금형(206)을 형성한다. 그리고 금형(206)이 형성된 후에, 압축성형 또는 사출성형 등과 같은 종래의 제조방법에 의해 프리즘을 대량생산한다. 여기서 주의할 점은, 프리즘 구조의 스케일은, 도 2c에 도시한 바와 같이 이산화실리콘층(201)의 폭(W)과 관련된다는 점이다. 즉, 포토리소그래피 공정을 이용하여 이산화실리콘층(201)의 폭(W)을 바꿈으로써, 프리즘 구조의 스케일을 바꾸는 것이 가능하다.
도 3a 내지 도 3e는, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 동일한 스케일의 피라미드형 구조를 가지는 금형의 형성을 나타낸다. 먼저, 도 3에 도시한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(300)가 준비된다. 그리고 이 실리콘 웨이퍼(300)는, N+형 실리콘 웨이퍼 또는 P+형 실리콘 웨이퍼이다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 결정방향이 (100)인 실리콘 웨이퍼가 사용된다. 이어서, 산화공정 또는 그 외의 종래 방법에 의해, 실리콘 웨이퍼(300) 상에 산화물층이 형성된다. 본 실시형태의 산화물층은 이산화실리콘층(301)이다. 이어서, 이산화실리콘층(301) 상에 포토레지스트층이 형성된다. 이어서, 포토리소그래피 공정이 행해져 패터닝된 포토레지스트층(302)이 형성된다.
그리고 도 3b에 도시한 바와 같이, 패터닝된 포토레지스트층(302)을 마스크로 하여 이산화실리콘층(301)에 에칭공정을 행하는데, 본 실시형태의 에칭 공정에서는 건식 에칭 또는 습식 에칭이 사용된다. 본 실시형태의 습식 에칭 공정은, 불화 암모늄 및 불화 수소산을 사용하여, 포토레지스트층(302)의 패턴을 이산화실리콘층(301)에 전사한다. 에칭 공정이 완료되면, 종래 기술을 이용하여 포토레지스트층(302)을 제거한다. 본 실시 형태의 목적은, 동일한 스케일을 가지는 피라미드형 구조의 금형을 형성하는 데 있다. 따라서, 이산화실리콘층(301)의 패턴은 그리드(grid) 구조이다. 도 3c는, 도 3b의 평면도이다.
이어서, 도 3d에 도시한 바와 같이, 습식 에칭 공정을 행하여 웨이퍼(300)를 에칭하는데, 이 에칭공정에서는 이산화실리콘층(301)이 마스크로서 사용된다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, KOH를 포함한 용액을 사용함으로써, 실리콘 웨이퍼(300)에 이방성 에칭 공정을 행하여 피라미드형 구조의 홈을 형성한다. 여기서, 다른 실시형태에서는 TMAH나 EDP도 에칭 용액으로 사용하는 것이 가능하다. 마지막으로, 이산화실리콘층(301)이 제거되어, 마스터 금형(304)이 형성된다. 마스터 금형(304)이 형성된 후, 스퍼터링법 또는 증착법에 의해, 마스터 금형(304) 내에 도전층을 형성한다. 이어서, 마스터 금형(304)을 전해액 속에 넣어 종래의 전주공정을 행함으로써, 금형(306)을 형성한다.
도 3e는, 금형(306)을 나타내는 평면도이다. 이산화실리콘층(301)의 패턴은 그리드 구조이기 때문에, 웨이퍼(300) 상에는 동일한 스케일의 피라미드형 구조의 홈이 형성된다. 그리고 동일한 스케일을 가지는 피라미드형 구조(308)가 금형(306)의 표면상에 형성된다. 이어서, 압축성형 또는 사출성형 등과 같은 종래의 제조방법에 의해 프리즘이 대량생산된다. 여기서 주의할 점은, 프리즘 구조의 스케일은, 도 3b 및 3c에 도시한 바와 같이, 이산화실리콘층(301)의 폭(W)과 관련된다는 점이다. 즉, 포토리소그래피 공정을 이용하여 이산화실리콘층(301)의 폭(W)을 바꿈으로써, 프리즘 구조의 스케일을 바꾸는 것이 가능하다는 것이다.
여기서 주의하지 않으면 안 되는 것은, 상술한 실시형태는 다양한 실시형태 중 단지 일례라는 점이다. 따라서, 본 발명은 이외의 반도체 제조공정을 이용하여 다른 금형을 형성함으로써, 다른 프리즘 구조를 형성하는 것도 가능하다.
본 발명에서는 바람직한 실시형태를 상술한 바와 같이 개시하였으나, 이것들 은 결코 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 당해 기술을 숙지한 자라면 누구라도, 본 발명의 주지와 영역을 벗어나지 않는 범위내에서 각종 변경이나 수정을 가할 수 있다. 따라서, 본 발명의 보호의 범위는 특허 청구 범위에서 지정한 내용을 기준으로 한다.
본 발명은 프리즘의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 반도체의 제조공정을 웨이퍼에 적용하여 마스터 금형을 형성한다. 이어서, 전주공정을 마스터 금형에 이용하여 금형을 형성한다. 그리고 이 금형을 사용하여, 압축 성형 공정 또는 사출 성형 등과 같은 종래의 제조방법에 의해 프리즘을 대량생산하는 것이 가능하다. 본 발명에는 기계가공이 사용되고 있지 않기 때문에, 금형의 스케일은 반도체 가공 기술과 관련된다. 즉, 반도체의 제조공정기술이 나노스케일에 이르면, 금형 및 프리즘은 나노 스케일로 형성하는 것이 가능하다.

Claims (7)

  1. 반도체의 제조공정을 이용하여 웨이퍼 상에 마스터 금형을 형성하는 단계와,
    상기 마스터 금형에 전주(電鑄)공정을 행하여, 상기 마스터 금형의 구조에 대응하는 구조를 가지는 금형을 형성하는 단계와,
    상기 금형을 사용하여 프리즘을 제조하는 단계,
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즘의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 금형은, 프리즘을 제조하는 압축 성형 공정 또는 사출 성형 공정에 사용되는 것을 특징으로 하는 프리즘의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 마스터 금형을 형성하는 전주공정을 행하기 전에, 상기 마스터 금형 상에 금속층을 형성하는 것을 특징으로 하는 프리즘의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 마스터 금형 상에 상기 금속층을 형성할 때, 스퍼터링법 또는 증착법을 이용하는 것을 특징으로 하는 프리즘의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체의 제조공정은, KOH 용액, EDP용액 또는 TMAH 용액을 사용하는 습식 에칭 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즘의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 상에 산화물층을 형성하고, 상기 산화물층을 패터닝하는 단계와,
    KOH 용액, EDP용액 또는 TMAH 용액을 사용하는 습식 에칭 공정을 상기 패터닝된 웨이퍼에 행하는 단계,
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즘의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 산화물층은 이산화규소인 것을 특징으로 하는 프리즘의 제조방법.
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