KR20110003576A - 얇은 펠리클 빔 스플리터의 제조 - Google Patents

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KR20110003576A
KR20110003576A KR1020107027238A KR20107027238A KR20110003576A KR 20110003576 A KR20110003576 A KR 20110003576A KR 1020107027238 A KR1020107027238 A KR 1020107027238A KR 20107027238 A KR20107027238 A KR 20107027238A KR 20110003576 A KR20110003576 A KR 20110003576A
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종-석 여
사기 브이. 마타이
마이클 렌 티 탄
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

펠리클 빔 스플리터(200, 300, 400, 500, 600, 612, 716)를 제조하는 방법은, 지지 기판(202, 608, 700)에 구경(214, 606, 610, 718, 720)을 에칭하는 단계; 지지 기판의 상부 표면에 빔 스플리터 기판(208, 406, 710)을 접착하여 상기 빔 스플리터 기판(208, 406, 710)이 상기 구경(214, 606, 610, 718, 720)을 덮도록 하는 단계; 및 빔 스플리터 기판(208, 406, 710) 상에 적어도 하나의 광학 코팅(210, 212, 402, 404, 602, 604, 712, 714)을 퇴적하는 단계를 포함한다. 펠리클 빔 스플리터는 지지 기판(202, 608, 700), 반도체 제조 공정들을 이용하여 지지 기판(202, 608, 700)에 생성되는 구경(214, 606, 610, 718, 720), 및 구경(214, 606, 610, 718, 720)을 덮는 빔 스플리팅 코팅(210, 402, 602, 712)을 포함한다.

Description

얇은 펠리클 빔 스플리터의 제조{FABRICATION OF THIN PELLICLE BEAM SPLITTERS}
광학 에너지의 분리 또는 결합을 위하여 광범위한 광학 응용에서 빔 스플리터가 사용된다. 빔 스플리터는 부분 반사면을 사용하여 입사광의 일부를 반사하는 한편, 그 나머지는 빔 스플리터를 투과시킨다. 그러나, 많은 빔 스플리터 구성은, 비교적 두꺼운 기판 상에 퇴적된 빔 스플리팅 코팅을 사용한다. 이러한 두꺼운 기판은 미광 반사, 고스팅, 빔 오프셋, 불요의 광학 간섭, 및 기타의 문제점을 가져올 수 있다.
첨부 도면들은 본 명세서에 기재된 원리의 다양한 실시예들을 나타내며, 명세서의 일부를 이룬다. 도시된 실시예들은 단지 예시를 위한 것으로서, 청구항의 범위를 제한하지는 않는다.
도 1은 본 명세서에 기재된 원리에 따른 평행판 빔 스플리터의 일 실시예를 나타낸 도면.
도 2는 본 명세서에 기재된 원리에 따른 리소그래피 공정을 이용한 펠리클 빔 스플리터를 제조하는 방법의 일례의 도면.
도 3은 본 명세서에 기재된 원리에 따른 리소그래피 공정을 이용한 펠리클 빔 스플리터를 제조하는 방법의 일례의 도면.
도 4는 본 명세서에 기재된 원리에 따른 리소그래피 공정을 이용한 펠리클 빔 스플리터를 제조하는 방법의 일례의 도면.
도 5는 본 명세서에 기재된 원리에 따른 리소그래피 공정을 이용한 펠리클 빔 스플리터를 제조하는 방법의 일례의 도면.
도 6A 및 도 6B는 본 명세서에 기재된 원리에 따른 단일화된 기판상에 펠리클 빔 스플리터를 제조하는 방법의 일례의 도면.
도 7A 및 도 7B는 본 명세서에 기재된 원리에 따른 리소그래피 공정을 이용한 펠리클 빔 스플리터를 제조하는 방법의 일례의 도면.
도 8은 본 명세서에 기재된 원리에 따른 리소그래피 공정을 이용한 펠리클 빔 스플리터를 제조하는 방법의 일례를 나타낸 흐름도.
도 9는 본 명세서에 기재된 원리에 따른 리소그래피 공정을 이용한 펠리클 빔 스플리터를 제조하는 방법의 일례를 나타낸 흐름도.
도 10은 본 명세서에 기재된 원리에 따른 리소그래피 공정을 이용한 펠리클 빔 스플리터를 제조하는 방법의 일례를 나타낸 흐름도.
도면에 걸쳐서, 동일한 참조 번호는 반드시 동일하지 않지만 유사한 구성요소를 지칭한다.
전술한 바와 같이, 광학 에너지의 분리 또는 결합을 위하여 광범위한 광학 응용에서 빔 스플리터가 사용된다. 빔 스플리터는 부분 반사면을 사용하여 입사광의 일부를 반사하는 한편 그 나머지는 빔 스플리터를 통해 투과되게 한다. 예를 들어, 빔 스플리터는 1차 광 빔의 작은 부분을 측정을 위하여 우회시키는 한편, 광 빔의 나머지는 계속 광학 시스템을 투과시킨다.
많은 응용에 있어서, 빔 스플리터는 소망하는 분할비, 낮은 손실, 온도 안정성, 및 적절한 편광 특성을 얻기 위해서 정밀하게 구성되어야 한다. 빔 스플리터를 생성하는 공통적인 방법은 유전성 간섭 필터를 사용하여 입사광을 분할하는 것이다. 또한, 다양한 다른 유형의 빔 분할 방법이 사용될 수 있다.
일례로서 이에 한하지는 않지만, 빔 분할층들은 박막 금속층, 폴카-닷(polka-dot) 금속 구조, 부파장 구경(sub-wavelength aperture), 및 많은 기타의 광학 코팅을 포함할 수 있다. 유전성 간섭 필터 또는 기타의 빔 스플리터 층은 소망하는 광학 특성의 대부분을 제공하고, 이들은 통상 두꺼운 기판상에 퇴적된다. 두꺼운 기판은 빔 스플리터의 기계적인 무결성을 유지하고, 광학 코팅의 균열, 비틀림, 또는 굽힘을 야기하게 되는 응력을 회피한다. 그러나, 기판의 두께는 고스팅, 정렬, 및 결합 문제를 야기할 수 있는 투과 빔의 오프셋 및 투과 빔의 흡수로 인한 광학적 손실의 증가를 포함하여, 몇몇 원하지 않는 광학적 특성을 가져온다.
얇은 기판에 빔 스플리팅 코팅을 퇴적함으로써 이러한 원하지 않는 광학적 특성들이 최소화될 수 있다. 신축성 유기 재료 또는 질화 멤브레인과 같은 매우 얇은 기판으로 구성된 빔 스플리터를 펠리클 빔 스플리터라고 한다. 펠리클 빔 스플리터는 다양한 자유 공간 응용에 있어서 적합하지만, 이들은 불안정하고, 구성하기 어려우며, 부서지기 쉽다.
이하의 설명에 있어서, 설명을 목적으로, 본 시스템과 방법의 완전을 이해를 제공하기 위하여 다수의 구체적인 세부사항들이 명기된다. 그러나, 당업자라면, 본 장치, 시스템, 및 방법은 이러한 구체적인 세부사항 없이 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 명세서에 있어서 "실시예", "일례", 또는 유사한 용어에 대한 참조는, 실시예 또는 일례와 연계하여 기재된 특정한 특징, 구조, 또는 특성이 반드시 다른 실시예가 아니라 적어도 그 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. "일 실시예에 있어서"라는 어구의 각종 예들 또는 명세서에 있어서 각종 위치에 있어서의 유사한 어구는 반드시 모두 동일한 실시예를 참조하는 것은 아니다.
도 1은 종래의 평행판 빔 스플리터(100)의 일 실시예를 나타낸다. 본 예에 있어서, 평행판 빔 스플리터(100)는 비교적 두꺼운 기판(118)을 포함한다. 기판(118)은 광학 코팅이 퇴적될 수 있는 기계적 광학적으로 안정한 구조를 제공한다. 통상적으로, 평행판 빔 스플리터는 기판(118)의 제1 측면에 빔 스플리팅 코팅(102)을 기판(118)의 제2 측면에 반사방지 코팅(104)을 가지게 된다. 입사 빔(108)은 중심선(106)을 따라서 진행하는 것으로 도시되어 있다. 입사빔(108)은 빔 스플리팅 코팅(102)에 충돌하여, 반사 빔(110)과 투과 빔(112)으로 분리된다.
본 실시예에 있어서, 빔 스플리터(110)에 의해 반사 빔(110)은 입사 빔에 직교하는 방향으로 향한다. 반사 빔(110)의 광량과 반사 빔(110)의 방향은 입사 빔(108)의 특성, 빔 스플리팅 코팅(102)의 성분, 입사 빔(108)이 빔 스플리터 표면(102)에 충돌하는 각도, 및 기타의 인자에 의해 결정된다.
입사 빔(108)의 일부는 빔 스플리팅 코팅(102)을 통과하여, 투과 빔(112)으로서 빔 스플리터 기판(118)으로 향한다. 투과 빔(112)의 방향은 빔 스플리터 기판(118)을 통과하면서 변경된다. 이는 주변 매질과 빔 스플리터 기판(118)과의 사이의 계면에서의 광굴절에 기인한다. 투과 빔(112)은 오프셋 치수(114)로 나타낸 바와 같이, 입사 빔(108)이 빔 스플리터에 입사한 것과 동일하지만 중심선에서 오프셋되어 있는 각도로 빔 스플리터를 출사한다. 몇몇 실시예에 있어서, 이러한 오프셋은 투과 빔이 목표 도파관과 정렬되지 않게 될 수 있으므로 광학 에너지의 큰 손실을 야기할 수 있다.
또한, 투과 빔(112)의 일부는 빔 스플리터 기판(118)과 주변 매질과의 계면에서 반사된다. 반사방지 코팅(104)은 이러한 소망하지 않는 반사를 최소화하기 위한 것이다. 그러나, 투과 빔의 적어도 일부는 빔 스플리터 기판을 통해 거꾸로(back) 반사되어, 반사 빔(110)과 평행하지만 오프셋되어 출사될 수 있다. 이러한 소망하지 않는 반사를 고스트 이미지(116)라고 한다. 입방체 빔 스플리터(cube beam splitter)와 같은 상당한 두께를 갖는 다른 기하형태의 빔 스플리터는, 표면 반사와 내부 간섭에 관한 유사한 문제를 가질 수 있다.
몇몇의 이러한 소망하지 않는 특성들은 펠리클 빔 스플리터를 이용하여 최소화될 수 있다. 펠리클 빔 스플리터는 종래의 판형 빔 스플리터보다 훨씬 얇다. 통상적으로, 펠리클 빔 스플리터는 기판으로서 신장된 멤브레인을 이용한다. 멤브레인의 하나 이상의 표면 상에 빔 스플리팅 및 반사방지 코팅이 퇴적될 수 있다. 펠리클 빔 스플리터의 두께는 매우 작기 때문에, 고스트 빔(116)과 반사 빔(110)과의 사이의 오프셋은 상당히 감소될 수 있다. 마찬가지로, 투과 빔(112)과 입사 빔(108)과의 사이의 오프셋은 상당히 감소될 수 있다.
그러나, 펠리클 빔 스플리터는, 펠리클 빔 스플리터를 이루는 멤브레인의 적절한 지지를 포함하는 다양한 문제점을 갖는다. 지지 문제에 더하여, 펠리클 빔 스플리터는 멤브레인의 연약한 특성 때문에 부서지기 쉽고 외부 진동에 민감할 수 있다.
명세서 전체를 통해 하나의 광학 성분의 구성이 예시된다. 당업자라면, 유사한 단계와 공정을 이용하여 병렬적으로 많은 유사한 특징들이 구성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 2는 반도체 제조 기법을 이용하여 펠리클 빔 스플리터를 제조하는 일례의 방법의 예시이다. 이러한 예시된 실시예에 있어서, 글래스 또는 기타의 광학 재료 등의 입증된 기판 물질을 이용하여 마이크로 스케일의 펠리클 빔 스플리터가 구성된다. 일례로서 이에 한하지 않지만, 글래스 기판은 BK7 광학 글래스 등의 붕규산염 글래스, 용융 실리카/용융 석영, 사파이어, 또는 기타의 글래스일 수 있다. 몇몇 응용에 있어서, 게르마늄, 셀레늄화 아연, 플루오르화 칼슘, 플루오르화 바륨, 플루오르화 마그네슘, 또는 기타의 물질 등의 다른 입증된 광학 기판을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 기판들은 종래의 펠리클 빔 스플리터에서 빔 스플리터 기판으로서 사용되는 멤브레인들보다 훨씬 더 구조적이다.
펠리클 빔 스플리터를 구성하기 위하여 사용되는 반도체 제조기법으로서는, 퇴적, 재료 제거, 마스킹, 접착, 핸들링, 도핑, 세척, 코팅, 및 기타의 기법을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 지지 기판(202) 상의 하드 마스크층으로서 실리콘 질화물(Si3N4)층((204, 206)의 LPCVD(low-pressure chemical vapor deposition)로 공정이 시작한다. 그 최종 형태에 있어서, 지지 기판(202)은 펠리클 빔 스플리터의 견고성을 증가시키고 안전하게 핸들링되도록 하는 기계적 구조를 제공한다. 일 실시예에 따르면, 지지 기판(202)은 양면 폴리싱형 실리콘 기판일 수 있다.
LPCVD는 고순도 박막을 생성하기 위해 사용되는 화학적 공정이다. 지지 기판(202)은 소망하는 막을 생성하기 위하여 기판 표면 상에 반응 및/또는 분해하는 하나 이상의 휘발성 전구체 화학적 화합물에 노출된다. LPCVD에 있어서, 이러한 공정은 원치않는 가스상 상호작용을 줄이고 지지 기판(202)에 걸쳐서 막의 균일성을 향상시키기 위하여 대기압보다 낮은 압력에서 수행된다. 마스크 재료와 공정은 본 명세서에 기재된 예에 한하지 않지만, 건식 또는 습식 에칭 공정을 견디는다양한 적합한 재료와 공정을 포함할 수 있다. 일례로서 이에 한하지 않지만, 이러한 재료와 공정들은 고밀도 실리콘 산화물, 저응력 실리콘 질화물, 금속층, 및 폴리머층의 퇴적을 포함할 수 있다.
제2 단계에서, 포토레지스트(208)가 상부 실리콘질화물층(204)의 최상면에 적용된다. 포토레지스트는 표면에 패터닝된 코팅을 형성하기 위해 사용되는 감광성 재료이다. 일 실시예에 따르면, 네거티브 포토레지스트가 사용된다. 네거티브 포토레지스트층(208)의 부분들이 자외광에 노출된다. 자외광은 자외광이 충돌한 포토레지스트의 부분들을 경화시킨다. 포토레지스트층(208)의 경화된 영역들은 포토레지스트 현상제에 대하여 비교적 불용성이 된다. 포토레지스트 현상제는 그 후 포토레지스트층(208)의 경화된 부분들을 용해시켜, 실리콘 질화물층(204)의 최상면 상에 경화된 포토레지스트의 패턴(또는 마스크)을 남긴다. 실리콘 질화물층(204)은 그 후 건식 에칭되어, 실리콘 질화물층(204)의 윈도우를 통해 하지 실리콘 기판(202)의 부분을 노출시킨다. 건식 에칭은 노출된 재료의 부분들을 제거하는 이온과의 충돌에 의한 노출된 재료의 제거를 지칭한다. 경화된 포토레지스트(208)는 그 후 화학적으로 제거된다.
대체 실시예에 있어서, 하드 마스크층(204, 206)은 포토레지스트(208)를 사용하지 않고 패터닝될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 하드 마스크층(204, 206)은 레이저 마이크로머시닝 또는 유사한 공정으로 제거된다. 레이저 마이크로머시닝에 있어서, 집광된 레이저 빔이 하드 마스크층(204, 206)에 걸쳐 스캐닝된다. 레이저 강도는 마스크 재료(204, 206)의 융제 문턱치(ablation threshold)를 넘는다. 스캔 또는 펄스의 수를 제어함으로써, 하드 마스크(204, 206)가 선택적으로 제거되어 하지 기판의 일부를 노출시킨다.
제3 단계에 있어서, 노출된 기판(202)의 부분들을 제거하기 위하여 화학적 에칭 공정이 사용된다. 일 실시예에 따르면, 상부 실리콘 질화물층(204)의 윈도우를 통해 노출되는 실리콘 기판(202)의 부분들을 제거하기 위하여, 수산화칼륨(KOH) 습식 에칭이 사용된다. 소망하는 기하형태를 얻기 위하여 습식 에칭 중에 각종 파라미터들이 제어될 수 있다. 예를 들어, 캐비티의 깊이는 에칭 화학물이 기판 재료와 접촉하는 시간의 길이에 의해 제어될 수 있다. 소망하는 등방성 또는 이방성의 특성으로 에천트를 선택함으로써 언더컷(또는 바이어스)의 거리가 제어될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 하부 실리콘 질화물층(206)은 수산화칼륨 습싱 에칭에 저항하여, 실리콘 기판의 하부 표면을 보호한다. 본 예에 있어서, 수산화칼륨 습식 에칭은 상부 개구가 하부 개구보다 넓은, 실리콘 기판의 전체 두께를 통과하는 구경(214)을 생성한다. 당업자라면, 구경의 최종 기하형태는 실리콘 기판(202)의 결정 배향, 실리콘 기판(202)의 두께, 및 상부 실리콘 질화물층(204)의 윈도우 개구에 의존한다는 것을 알 것이다. 또한, 당업자라면, TMAH(Tetramethylammonium hydroxide) 등의 다른 습식 에천트, 또는 수산화칼륨을 대신하여 사용될 수 있는 건식 에칭 접근법을 알 수 있을 것이다.
제4 단계에 있어서, 실리콘 기판(202)으로부터 실리콘 질화물층(204, 206)이 제거된다. 제5 단계에 있어서, 글래스 기판(208)이 실리콘 기판(202)에 접착된다. 글래스 기판(208)은 그 후 리서피싱(resurfacing) 된다. 일 실시예에 따르면, 리서피싱은 소망하는 두께의 글래스 기판(208), 표면 모양 및 마감을 성취하는 그라인딩(grinding), 랩핑(lapping), 및 폴리싱(polishing) 공정을 포함할 수 있다.
제6 단계에 있어서, 빔 스플리팅 코팅(210) 및 반사방지 코팅(212)이 글래스 기판(208)의 상부 및 하부 표면에 퇴적된다. 일 실시예에 따르면, 빔 스플리팅 코팅(210)은 조성과 두께를 변화시켜 상이한 광학 필름의 복수층으로 구성될 수 있다.
이와 같이, 마이크로 스케일 펠리클 빔 스플리터는 광섬유 또는 도파관 응용에 대하여 특히 적합할 수 있도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 펠리클 빔 스플리터(200)는 더 큰 광학 시스템의 완전한(integral) 부분으로서 제자리에 구성될 수 있다. 대체 실시예에 있어서, 실리콘 웨이퍼 상에 구성되는 각종 펠리클 빔 스플리터(200)는 이산 성분으로 단편화되고, 광학 시스템 내의 소망하는 위치에 기계적으로 배치될 수 있다.
도 3은 다층 반사방지 코팅을 배치하기 위한 대안적인 배치를 예시한다. 도 2와 마찬가지로, 실리콘 질화물층(204, 206)이 실리콘 기판(202)에 퇴적된다. 실리콘 질화물 상부 층(204)이 건식 에칭되어 하지 실리콘 기판을 노출하는 윈도우를 형성한다. 수산화칼륨 습식 에칭은 하지 실리콘 기판(202)에 구경(214)을 형성한다. 그 후, 질화물층(204, 206)이 실리콘 기판(202)으로부터 박리된다. 빔 스플리터 기판(208)이 그 후 실리콘 기판(202)에 접착된다. 전술한 바와 같이, 빔 스플리터 기판(208) 및 실리콘 기판(202)이 랩핑 및 폴리싱되어 빔 스플리터 응용에 요구되는 소망하는 표면 모양을 성취할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 반사방지 코팅(212)이 글래스 기판(208)의 상부 표면에 퇴적되며, 빔 스플리팅 코팅(210)이 글래스 기판(208)의 하부 표면에 퇴적된다. 보통, 반사 빔이 빔 스플리터 기판(208)을 통과할 필요가 없도록 빔 스플리팅 코팅에 먼저 입사 빔이 충돌하는 것이 바람직하다. 잔여광은 빔 스플리팅 코팅(210)을 통과하여 빔 스플리터 기판(208) 내로 투과된다. 이상적으로, 투과 빔의 100%는 반사방지 코팅(212)을 통해 출사하게 된다. 입사 빔이 실리콘 기판측으로부터 빔 스플리터(300)에 접근하는 응용에 있어서는, 이러한 구성이 유리할 수 있다.
도 4는 반도체 제조 기법을 이용하여 펠리클 빔 스플리터(400)를 생성하는 대체의 방법을 기재하고 있다. 일 실시예에 따르면, 빔 스플리터 기판(406)이 실리콘 기판(202)에 접착되기 전에 빔 스플리팅 코팅(402)으로 코팅된다. 그 후, 실리콘 기판(202)이 저압 화학기상증착을 이용하여 실리콘 질화물로 코팅되어 상부층(204) 및 하부 실리콘 질화물층(206)을 형성한다. 전술한 바와 같이, 하지 실리콘 기판(202)을 노출하는 실리콘 질화물 윈도우를 건식 에칭하기 위하여 포토레지스트 마스크가 사용될 수 있다. 그 후, 실리콘 기판(202)에 구경(214)을 생성하기 위하여 습식 에칭이 사용될 수 있다. 실리콘 질화물층(204, 206)은 그 후 실리콘 기판(202)으로부터 박리된다. 빔 스플리터 기판(406)은 퇴적된 빔 스플리팅 코팅(202)과 함께 그 후 실리콘 기판(202)에 접착된다. 소망하는 임의의 또 다른 랩핑 및 폴리싱에 이어서, 글래스 기판(406)의 상부 표면에 반사방지 코팅(404)이 퇴적될 수 있다.
도 5는 빔 스플리팅 코팅(402)과 반사방지 코팅(404)의 부분들이 역전되는 펠리클 빔 스플리터(500)를 나타낸다. 반사방지 코팅(404)이 지지 기판(406)에 퇴적된다. 실리콘 기판(202)의 구경들이 전술한 바와 실질적으로 유사한 방식으로 형성된다. 구경의 형성에 이어서, 반사방지 코팅(404)을 아래로 하여, 지지 기판(406)이 실리콘 기판에 접착된다. 그 다음, 지지 기판(406)은 소망하는 두께로 랩핑/그라인딩되고 폴리싱되어 소망하는 표면 마감을 성취한다. 빔 스플리팅 코팅(402)이 그 후 구경을 통해 지지 기판(406)의 하부 표면에 퇴적된다.
도 6A는 단일화된 기판(608)을 이용하여 펠리클 빔 스플리터(600)를 생성하는 방법을 나타낸다. 이 실시예에 따르면, 단일화된 기판(608)은 지지 기판(예컨대, 도 2의 202 참조) 및 빔 스플리터 기판(예컨대, 도 2의 208 참조) 양측 모두의 기능을 제공한다. 단일화된 기판(608)의 상부 표면이 소망하는 표면 모양과 마감으로 랩핑 및 폴리싱된다. 빔 스플리팅 코팅(602)이 그 후 단일화된 기판(608)의 상부 표면에 퇴적된다.
제2 단계에 있어서, 단일화된 기판(602)의 배면측이 에칭되어 압입부(indentation)(606)를 형성한다. 일 실시예에 따르면, 압입부(606)의 저부는 실질적으로 평탄하며, 반사방지 코팅(604)이 압입부(606)의 저부에 퇴적된다. 빔 스플리터에 입사하는 광학 에너지의 일부는 기판(608)을 통과하기 때문에, 기판(608)은 목표 광학 에너지의 파장에서 적어도 부분적으로 투명하다.
이러한 구조는 감광 글래스로 구성되는 단일화된 기판(608)으로 이루어질 수 있다. 제조 공정은 감광 글래스를 자외광에 노출시키는 것을 포함한다. 일례로서 이에 한하지는 않지만, 1 밀리미터 두께 FOTURAN® 감광 글래스 기판이 이하의 단계들을 이용하여 패터닝될 수 있다.
먼저, 에칭 공정에 저항하여 남게 되는 기판의 부분들을 덮기 위하여 마스크가 사용된다. 일 실시예에 따르면, 마스크는 크롬층으로 이루어질 수 있다.
다음, 감광 글래스 기판의 마스킹되지 않은 부분들이 290 nm와 330 nm 사이의 파장과 2 J/cm2 을 넘는 에너지 밀도를 갖는 자외광에 노출된다. 일 실시예에 따르면, 자외광의 에너지 밀도는 20 J/cm2 일 수 있다. 자외광은 수은 램프 또는 스캐닝 UV 레이저를 포함하는 다양한 방법을 이용하여 적용될 수 있다.
제3 단계에 있어서, 감광 글래스 기판이 수 시간동안 500 내지 600℃에서 열처리된다. 감광 글래스 기판의 노출된 영역은 열처리 중에 결정화하여 노출된 구역보다 20배까지 더 높은 에칭율을 갖는다. 그 후, 에천트 용액이 적용된다. 일 실시예에 따르면, 에천트는 실온에서의 플루오르화 수소산 10% 용액이며, 대략 10 ㎛/min의 에칭율을 가져온다. 이러한 에칭율은 온도, 재료 조성, 재료 구조, 화학 조성, 및 기타 인자를 포함하는 다양한 인자에 의해 영향을 받는다. 이러한 공정은 단일화된 기판(608)에 형성되는 압입부(606) 또는 기타의 구조물을 형성하기 위하여 사용될 수 있다.
도 6B에 도시된 대체 실시예에 있어서, 추가적인 지지없이 단일화된 기판(608)에서 구경(610)에 걸친 빔 스플리팅 코팅(602)으로 빔 스플리터(612)가 이루어진다. 제1 단계에서, 단일화된 기판(608)에 빔 스플리팅 코팅(602)이 적용된다. 단일화된 기판(608)의 두께를 통과하는 구경(610)을 생성하기 위하여 에칭 공정이 사용된다. 에칭 공정은 빔 스플리팅 코팅(602)을 방해하지 않는다. 예를 들어, 공정의 에칭 시간이 빔 스플리팅 코팅이 방해되지 않도록 제어될 수 있거나, 또는 에칭 공정이 빔 스플리터에 손상을 주는 것을 방지하기 위하여 스톱 에칭층이 포함될 수 있다. 빔 스플리팅 코팅(610) 그 자체가 전체 빔 스플리팅 요소가 된다. 아무런 지지하는 빔 스플리터 기판이 필요로 되지 않는다. 또한, 혼자 작용하도록 빔 스플리팅 코팅이 설계되며, 입사광의 투과 부분은 제2 표면과 상호작용하지 않으므로, 아무런 반사방지 코팅이 필요하지 않다.
설명된 원리는, 다양한 방법과 공정을 이용하여 적용될 수 있으며 그 일부만이 설명되어 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 하드 마스크층은 실리콘 기판의 양 측면에 적용될 수 있다. 제1 하드 마스크층은 소망하는 패턴의 윈도우를 형성하도록 에칭될 수 있다. 그 후, 습식 에칭 공정을 사용하여 실리콘 기판에 소망하는 구경 또는 압입부를 생성한다. 제2 하드 마스크층은 그 자리에 그대로 남아 다층 빔 스플리팅 코팅을 위한 지지 기판으로서 기능한다. 제1 하드 마스크층은 소망하는 윈도우가 형성된 후에 제거되거나 제거되지 않을 수 있다.
도 7A 및 도 7B는 반도체 제조 공정을 이용하여 펠리클 빔 스플리터를 생성하는 대체의 방법을 나타낸다. 제1 단계에 있어서, 하드 마스크층(702 및 704)이 지지 기판(700) 상에 퇴적된다. 일 실시예에 따르면, 하드 마스크는 산화물 또는 실리콘 질회물 재료의 LPCVD(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition)를 이용하여 퇴적된다. 지지 기판(700)은 실리콘을 포함하여 다수의 적합한 재료 중 임의의 하나일 수 있다. 예를 들어, 기판(700)은 4 또는 8 인치 직경 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
제2 단계에서, 레이저를 사용하여 하부 하드 마스크층(704)의 부분을 제거한다. 이는 하드 마스크층(704)을 통한 복수의 윈도우를 생성하며, 지지 기판(700)의 부분을 노출시킨다. 그 후, 습식 에칭을 수행하여 기판(700)으로의 압입부(718)를 생성한다. 일 실시예에 따르면, TMAH(tetramethylammonium hydroxide)를 실리콘 기판(700)의 이방성 에천트로서 이용한다. 다음으로, 하드 마스크층(702 및 704) 중 하나 이상이 지지 기판(700)으로부터 박리된다. 그 후, 지지 기판(700)이 핸들러 웨이퍼(708)에 접착된다. 일례로서 이에 한하지는 않지만, 지지 기판(700)이 열방출 테이프, 수용성 왁스, 또는 잔여 공정 단계들을 통해 박막 웨이퍼의 핸들링을 가능하게 하는 유사한 임시 접착 수단을 이용하여 핸들러 웨이퍼(708)에 접착될 수 있다.
이제 도 7B를 참조하면, 핸들러 웨이퍼(708)는 배면 그라인딩 및 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 등의 다양한 배면 단부 공정을 통해 기판(700)을 지지하는 데 이용된다. 이러한 그라인딩 및 폴리싱 공정은 압입부(718)가 기판(700)을 통하여 구경(720)이 될 때까지 상부 하드 마스크층(702)을 제거하고 기판(700)을 박막화한다. 일 실시예에 따르면, 최종 기판 두께는 약 250 ㎛이다.
그 후, 글래스 빔 스플리터 기판(710)이 기판(700)의 상부 표면에 접착된다. 일 실시예에 따르면, 글래스 빔 스플리터 기판(710)이 이미 다층 빔 스플리팅 코팅(712)으로 코팅되어 있다. 도 7B는 빔 스플리팅 코팅(712)을 아래로 하여 기판(700)에 접착되는 빔 스플리터 및 글래스 빔 스플리터 기판(710)을 나타낸다. 다음 단계에서, 글래스 기판(710)이 그 후 소망하는 치수로 박막화되며, 반사방지 코팅(714)이 그 상부 표면에 퇴적된다. 대체 실시예에 있어서, 구경(720)은 지지 기판에 글래스 기판(710)을 접착하기 전에 왁스 또는 포토레지스트 등의 적절한 희생 물질로 채워질 수 있다. 희생 물질은 전체 표면에 걸쳐 평탄한 표면과 채워진 구경을 얻도록, 스퀴지(squeegee) 코팅, 잉크젯팅, 또는 기타의 적합한 접근법에 의해 적용될 수 있다. 희생 물질은 글래스 기판(710)에 대하여 추가의 기계적 지지를 제공하게 되며, 추후의 공정 단계에서 제거될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 글래스 두께는 10 ㎛로 감소된다.
대체 실시예에 있어서, 글래스 기판은 먼저 반사방지 코팅(714)으로 코팅되어, 반사방지 코팅(714)을 아래로 하여 지지 기판(700)에 접착될 수 있다. 그 후, 빔 스플리팅 코팅이 지지 기판(700)의 상부 표면에 퇴적될 수 있다.
최종 단계에 있어서, 개별 펠리클 빔 스플리터들(716)이 단편화되어 핸들러 웨이퍼(708)로부터 방출된다. 그 후, 개별 펠리클 빔 스플리터들(716)이 제조 중의 광학 시스템에서 필요로 되는 곳에 삽입될 수 있다.
도 8은 리소그래피 공정을 이용하여 펠리클 빔 스플리터를 생성하는 일례의 방법을 나타낸다. 제1 단계에서, 구경이 지지 기판에 에칭된다(단계 800). 빔 스플리터 기판이 그 후 지지 기판에 접착된다(단계 810). 일 실시예에 따르면, 지지 기판에 접착되기 전에 빔 스플리터 기판이 하나 이상의 광학 코팅을 가질 수 있다. 빔 스플리터 기판에 아직 포함되어 있지 않은 임의의 추가 광학 코팅이 그 후 적용될 수 있다(단계 820). 개별 펠리클 빔 스플리터의 완성에 이어서, 개별 응용에서의 사용을 위하여 빔 스플리터가 그대로 사용되거나 별개의 성분들로 단편화될 수 있다(단계 830).
도 9는 리소그래피 공정을 이용하여 펠리클 빔 스플리터를 생성하는 일례의 방법을 나타낸다. 제1 단계에서, 하드 마스크층이 지지 기판 위에 적용된다(단계 900). 포토 마스킹 및 에칭 등의 표준 리소그래피 공정을 이용하여, 하드 마스크 층에 윈도우가 형성된다(단계 910). 하드 마스크 층의 윈도우를 통하여, 지지 기판에 구경이 에칭된다(단계 920). 그 후, 하드 마스크층이 제거된다(단계 930). 빔 스플리터 기판이 지지 기판에 접합된다(단계 940). 일 실시예에 따르면, 빔 스플리터 기판이 빔 스플리팅 코팅 또는 반사방지 코팅을 가지거나 가지지 않고 접착될 수 있다. 접착 공정이 완료된 후에 추가의 코팅이 적용될 수 있다(단계 950). 펠리클 빔 스플리터는 집적 광학 회로의 완전한 부분으로서 생성되거나, 개별 응용을 위하여 단편화될 수 있다(단계 960).
도 10은 표준 리소그래피 공정을 이용하여 펠리클 빔 스플리터를 생성하는 일례의 방법을 나타낸다. 제1 단계에 있어서, 지지 기판 위에 하드 마스크층이 적용된다(단계 1000). 하드 마스크층에 윈도우가 형성된다(단계 1010). 습식 에칭 공정을 이용하여 윈도우를 통해 지지 기판에 구경이 에칭된다(단계 1020). 그 후, 하드 마스크층이 제거된다(단계 1030). 다음으로, 지지 기판이 핸들러 웨이퍼에 탈착가능하게 접착된다(단계 1040). 그 후, 지지 기판이 배면 그라인딩 되고 및/또는 화학적 또는 기계적 폴리싱 되어, 지지 기판 상에 소망하는 두께와 표면 마감을 성취한다(단계 1050). 그 후, 글래스 빔 스플리터 기판이 박막화된 지지 기판에 접착된다(단계 1060). 일 실시예에 따르면, 글래스 빔 스플리터 기판은 기판에 접착되기 전에 적용되는 하나 이상의 빔 스플리팅 또는 반사방지 코팅을 가질 수 있다. 접착 공정에 이어서 임의의 추가의 빔 스플리팅 코팅이 적용될 수 있다(단계 1070). 전술한 바와 같이, 펠리클 빔 스플리터가 그대로 사용되거나, 개별 응용을 위하여 단편화될 수 있다(단계 1080).
요약하면, 마이크로-머시닝된 실리콘 프레임 상에 입증된 빔 스플리터 기판을 집적하는 것은, 많은 광학 응용에 있어서 요구되는 온도 및 기계적 안정성을 성취한다. 입증된 빔 스플리터 기판의 사용은, 기성 광학 코팅 기술들이 사용될 수 있게 하여, 편광에 대한 민감성을 낮추고, 최소의 광학 손실을 가져온다. 전체 구조가 특정 광학 시스템에 집적되도록 설계될 수 있다. 제공된 설계들은 신호 라우팅을 위하여 도파관에 빔 스플리터가 포함되는 광학 버스 아키텍처에 특히 유용할 수 있다.
전술한 설명은 설명된 원리들의 예들 및 실시예들을 예시하고 설명하기 위하여만 제공되었다. 이러한 설명은 이 원리들을 개시된 임의의 정확한 형태로 제한하거나 열거하는 것으로 의도되지 않는다. 전술한 교시에 비추어 많은 변형예와 변경예가 가능하다.

Claims (15)

  1. 펠리클 빔 스플리터(200, 300, 400, 500, 600, 612, 716)로서,
    구경(214, 606, 610, 718, 720)을 갖는 지지 기판(202, 608, 700) - 상기 구경(214, 606, 610, 718, 720)은 반도체 제조 공정들을 이용하여 상기 지지 기판(202, 608, 700)에 형성됨; 및
    상기 구경(214, 606, 610, 718, 720)을 덮는 빔 스플리팅 코팅(210, 402, 602, 712)
    을 포함하는 펠리클 빔 스플리터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구경(606)은 상기 지지 구조(608)를 완전하게 통과하지 않으며, 상기 지지 구조(608)는 목표 광학 파장에 있어서 적어도 부분적으로 투명하며, 상기 구경(606)은 저부 표면을 가지며, 상기 저부 표면 상에 광학 코팅(604)이 퇴적되는 펠리클 빔 스플리터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구경(610)은 상기 지지 구조(608)를 통과하며, 상기 빔 스플리팅 코팅(602)은 추가의 지지없이 상기 구경(610)에 걸치는 펠리클 빔 스플리터.
  4. 제1항에 있어서,
    빔 스플리터 기판(208, 406, 608, 710)을 더 포함하며, 상기 빔 스플리팅 코팅(210, 402, 712)은 상기 빔 스플리터 기판(208, 406, 608, 710)의 제1 측면에 퇴적되는 펠리클 빔 스플리터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구경(214, 718, 720)은 상기 지지 기판(202, 700)을 통과하며, 상기 빔 스플리터 기판(208, 406, 710)은 상기 지지 기판(202, 700)에 접착되는 펠리클 빔 스플리터.
  6. 제5항에 있어서,
    반사방지 코팅(212, 404, 714)을 더 포함하며, 상기 반사방지 코팅(212, 404, 714)은 상기 빔 스플리터 기판(208, 406, 710)의 제2 측면에 퇴적되는 펠리클 빔 스플리터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구경(214, 606, 610, 718, 720)은 테이퍼형의 기하형태를 가지며, 상기 구경은 더 큰 제1 개구 및 더 작은 제2 개구를 가지며, 상기 빔 스플리터 기판(208, 406, 710)은 상기 더 작은 제2 개구 위에 접착되는 펠리클 빔 스플리터.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 빔 스플리터 기판(208, 406, 710)의 상기 제1 측면은 상기 지지 기판(202, 700)에 접착되는 펠리클 빔 스플리터.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 빔 스플리터 기판(208, 406, 710)의 상기 제2 측면은 상기 지지 기판(202, 700)에 접착되는 펠리클 빔 스플리터.
  10. 펠리클 빔 스플리터를 제조하는 방법으로서,
    지지 기판(202, 608, 700)에 구경(214, 606, 610, 718, 720)을 에칭하는 단계;
    상기 지지 기판(202, 608, 700)의 상부 표면에 빔 스플리터 기판(208, 406, 710)을 접착하는 단계 - 상기 빔 스플리터 기판(208, 406, 710)은 상기 구경(214, 606, 610, 718, 720)을 덮음 -; 및
    상기 빔 스플리터 기판(208, 406, 710) 상에 적어도 하나의 광학 코팅(210, 212, 402, 404, 602, 604, 712, 714)을 퇴적하는 단계
    를 포함하는 펠리클 빔 스플리터 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 지지 기판(202, 608, 700) 위에 하드 마스크층(204, 206, 702, 704)을 적용하는 단계;
    상기 하드 마스크 층(204, 704)에 윈도우를 형성하는 단계; 및
    상기 윈도우를 통해 상기 구경(214, 718, 720)을 에칭하는 단계
    를 더 포함하는 펠리클 빔 스플리터 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하드 마스크층(204, 206, 702, 704)을 제거하고, 상기 지지 기판(202, 608, 700)의 상기 상부 표면을 리서피싱(resurfacing)하는 단계를 더 포함하는 펠리클 빔 스플리터 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 지지 기판(700)에 핸들 웨이퍼(718)를 탈착가능하게 접착하는 단계; 및
    상기 지지 기판(700)으로부터 재료를 제거하여 상기 지지 기판(700)의 치수를 줄이는 단계
    를 더 포함하는 펠리클 빔 스플리터 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 지지 기판(202, 608, 700)에 상기 빔 스플리터 기판(208, 406, 710)이 접착된 후에, 반사방지 코팅(212, 404, 604, 714)이 퇴적되는 펠리클 빔 스플리터 제조 방법.
  15. 단일화된 기판(608) 상에 펠리클 빔 스플리터를 제조하는 방법으로서,
    상기 단일화된 기판(608) 상에 빔 스플리터층(602)을 퇴적하는 단계 - 상기 단일화된 기판(608)은 목표 광학 파장에서 광학적으로 투과성이며, 상기 단일화된 기판(608)은 상기 빔 스플리터층(602)에 구조적인 지지를 제공하도록 더 구성됨 -; 및
    상기 단일화된 기판(608)을 에칭하여 상기 단일화된 기판(608)에 압입부(indentation)(606)를 생성하는 단계 - 상기 압입부는 저부 표면을 가지며, 상기 저부 표면에 대하여 반사방지 코팅(604)이 적용됨 -
    를 포함하는 펠리클 빔 스플리터 제조 방법.
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