KR20230106930A - 기판 표면에 수직 테이퍼 구조를 형성하는 방법 - Google Patents

기판 표면에 수직 테이퍼 구조를 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 개념에 따른 기판 표면에 수직 테이퍼 구조를 형성하는 방법에 있어서, 기판 상에 상기 기판의 상면에 평행한 제1 방향을 따라서 배열되는 광감광제 패턴들을 형성하는 것, 상기 광감광제 패턴들을 리플로우하여 광감광제 막을 형성하는 것, 상기 광감광제 막은 상기 제1 방향을 따라서 차례로 연속되는 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분을 포함한다. 상기 제2 부분은 상기 제1 방향을 따라서 높이가 감소하고, 상기 제3 부분은 볼록한 형상을 가지고, 제1 차 건식 식각 공정을 이용하여 선택적으로 상기 광감광제 막의 높이를 감소시키는 것 및 제2 차 건식 식각 공정을 이용하여 상기 광감광제 막의 높이를 감소시키면서 상기 기판의 높이를 감소시키는 것을 포함한다. 상기 제1 차 건식 식각 공정은 상기 광감광제 막의 상기 제3 부분이 제거될 때까지 진행되고, 상기 제2 차 건식 식각 공정은 상기 광감광제 막의 상기 제2 부분이 제거될 때까지 진행되는 것을 포함한다.

Description

기판 표면에 수직 테이퍼 구조를 형성하는 방법{Method of forming vertically tapered substrate surface structure}
본 발명은 기판 표면에 경사면을 가지는 수직 테이퍼 구조를 형성하는 기술에 관한 것이다.
평판형 광도파로가 포함된 광 집적회로 소자 제작 시에, 그 특성 개선을 위해 광도파로 모드 크기 변환기(Mode size converter)가 필요할 때가 있다. 이를 위해 기판 표면에 수직 테이퍼 구조를 형성하면서, 경사면의 종단 영역이 평탄하고 매끄러운 구조를 형성하여 효율적인 모드 크기 변환이 가능하게 만드는 연구가 진행되고 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 수직 테이퍼 구조를 가지는 기판을 제작하면서, 기판에서 경사진 부분의 종단 영역이 평탄하고 매끄러운 구조를 형성하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 개념에 따른 기판 표면에 수직 테이퍼 구조를 형성하는 방법에 있어서, 기판 상에 상기 기판의 상면에 평행한 제1 방향을 따라서 배열되는 광감광제 패턴들을 형성하는 것, 상기 광감광제 패턴들을 리플로우하여 광감광제 막을 형성하는 것, 상기 광감광제 막은 상기 제1 방향을 따라서 차례로 연속되는 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분을 포함하되, 상기 제2 부분은 상기 제1 방향을 따라서 높이가 감소하고, 상기 제3 부분은 볼록한 형상을 가지고, 제1 차 건식 식각 공정을 이용하여 선택적으로 상기 광감광제 막의 높이를 감소시키는 것 및 제2 차 건식 식각 공정을 이용하여 상기 광감광제 막의 높이를 감소시키면서 상기 기판의 높이를 감소시키는 것을 포함하고, 상기 제1 차 건식 식각 공정은 상기 광감광제 막의 상기 제3 부분이 제거될 때까지 진행되고, 상기 제2 차 건식 식각 공정은 상기 광감광제 막의 상기 제2 부분이 제거될 때까지 진행되는 것을 포함한다.
본 발명의 방법에 따르면 기판 표면에 수직 테이퍼 구조를 형성할 수 있다. 또한, 기판의 상면과 평행한 일면에 대하여 경사진 광감광제 막을 형성할 때 광감광제의 표면장력에 의해 필연적으로 형성되는 광감광제 종단의 볼록한 형상을 반응성 이온 식각 공정을 통해 제거할 수 있다. 따라서, 평판형 광도파로가 포함된 광 집적회로 소자에서 광도파로 모드 크기 변환기의 설계시 소자 특성의 개선을 위해 수직 테이퍼 구조를 도입하는 경우, 기판에서 경사진 부분의 종단 영역이 평탄하고 매끄러운 구조를 가지게 되어 효율적인 모드 크기 변환이 가능해진다.
도 1 은 광 감광제 패턴들을 위에서 바라본 평면도이다.
도 2 는 도 1의 I-I'선에 따른 단면도이자, 본 발명의 실시예들에 따른 기판 표면에 수직 테이퍼 구조를 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 6 은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 표면에 수직 테이퍼 구조를 형성하는 방법을 나타내는 도면들이다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한 본 명세서에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판 표면에 수직 테이퍼 구조를 형성하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 광감광제 패턴들을 위에서 바라본 평면도이다.
도 1을 참조하면, 기판(100)이 제공될 수 있다. 기판(100) 물질은 Si, SiO2, GaAs, InP 등이 될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 광감광제 패턴들(200)이 기판(100) 상에 제공될 수 있다.
광감광제 패턴들(200)은 기판(100)의 상면과 평행한 제1 방향(D1)으로 나란히 배열될 수 있다. 광감광제 패턴들(200) 각각은 제1 방향(D1)과 교차하고 기판(100)의 상면과 평행한 제2 방향(D2)으로 일정한 길이(B)를 가질 수 있다. 그러나 광감광제 패턴들(200)의 제2 방향(D2)으로의 길이(B)가 제한되는 것은 아니다. 또한, 광감광제 패턴들(200) 각각의 제2 방향(D2)으로의 길이(B)가 서로 다를 수도 있으며, 이는 제작하려는 광 집적회로 소자의 표면 설계에 따라 적절하게 변경될 수 있다. 그리고, 기판(100)의 상면과 평행한 제1 방향(D1)으로 나란히 배열된 광감광제 패턴들(200)을 제2 방향(D2)을 따라서 반복적으로 배치시킬 수 있다.
도 2는 도 1의 I-I'선에 따른 단면도이자, 본 발명의 실시예에 따른 기판 표면에 수직 테이퍼 구조를 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면. 광감광제 패턴들(200)은 기판(100)의 상면과 수직한 제3 방향(D3)으로 일정한 높이(T)를 가질 수 있다. 광감광제 패턴들(200)의 높이(T)는 모두 실질적으로 동일할 수 있다. 광 감광제 패턴들(200)은 포토 레지스트 물질을 포함할 수 있다.
광감광제 패턴들(200) 각각은 제1 방향(D1)에 따른 서로 다른 폭(W)을 가질 수 있다. 광감광제 패턴들(200)의 폭(W)은 제1 방향(D1)으로 갈수록 감소할 수 있다. 예를 들어, 광감광제 패턴들(200)은 서로 인접하게 차례로 배열되는 제1 광감광제 패턴(201), 제2 광감광제 패턴(202), 및 제3 광감광제 패턴(203)을 포함할 수 있다. 제1 광감광제 패턴(201)은 제1 폭(W1)을 가질 수 있다. 제2 광감광제 패턴(202)은 제2 폭(W2)을 가질 수 있다. 제3 광감광제 패턴(203)은 제3 폭(W3)을 가질 수 있다. 제1 폭(W1)은 제2 폭(W2)보다 클 수 있다. 제2 폭(W2)은 제3 폭(W3)보다 클 수 있다.
광감광제 패턴들(200) 각각에서 제1 방향(D1)에 따른 폭(W)의 중심을 지나고 제3 방향(D3)과 평행한 중심선들이 정의될 수 있다. 또한, 서로 인접한 광감광제 패턴들(200)의 중심선 사이의 거리(Pitch)인 중심선 거리(P)가 정의될 수 있다. 한편, 광감광제 패턴들(200) 사이의 제1 방향(D1)으로의 측면 간 이격 거리(Q)가 정의 될 수 있다. 이격 거리(Q)는 광감광제 패턴들(200)의 높이에 비해 너무 커서는 안 된다. 이는 향후 서술할 리플로우(Reflow) 공정을 진행 했을 때 서로 인접한 광감광제 패턴들(200)이 접촉할 수 있어야 하기 때문이다. 이격 거리(Q)는 광감광제 패턴들(200)의 높이(T)의 5배 이하일 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 일 실시예에 따라, 중신선 거리(P)는 일정할 수 있다. 그리고 이격 거리(Q)는 제1 방향(D1)으로 갈수록 일정하게 증가할 수 있다. 즉, 서로 인접한 광감광제 패턴들(200)은 제1 방향(D1)에 따른 이격 거리(Q)에 따라서 배치되되, 광감광제 패턴들(200)의 이격 거리(Q)들은 제1 방향(D1)을 따라서 증가할 수 있다. 그러나 중심선 거리(P)와 이격 거리(Q)가 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 중심선 거리(P)가 일정하지 않을 수도 있으며, 이격 거리(Q)도 제1 방향(D1)을 따라서 일정하게 증가하지 않을 수도 있다. 중심선 거리(P)와 이격 거리(Q)는 제작하려는 광 집적회로 소자의 표면 설계에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
중심선 거리(P)는 서로 인접한 2개의 광감광제 패턴들(200)의 폭(W)들을 합한 값의 2분의 1에, 이격 거리(Q)만큼을 합한 값과 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 서로 인접한 제1 광감광제 패턴(201)과 제2 광감광제 패턴(202) 사이의 중심선 거리(P1)는 제1 폭(W1)과 제2 폭(W2)을 더한 값의 2분의 1(
Figure pat00001
) 에, 제1 광감광제 패턴(201)과 제2 광감광제 패턴(202) 사이의 이격 거리(Q1)만큼을 합한 값(
Figure pat00002
+ Q1)과 실질적으로 동일할 수 있다.
광감광제 패턴들(200)의 높이(T)와 개수, 폭(W), 중심선 거리(P), 이격 거리(Q)는 기판(100)의 표면 구조 설계에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 표면에 수직 테이퍼 구조를 형성하는 방법을 나타내는 도면들이다.
도 3을 참조하면, 광감광제 패턴들(200)에 리플로우(Reflow) 공정을 진행할 수 있다. 리플로우 공정은 광감광제 패턴들(200)에 열을 가하는 공정 또는 PGMEA (프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트)나 아세톤(Acetone)과 같은 유기 용매의 증기를 흡수시키는 공정에 의해 진행될 수 있다. 유기 용매의 증기를 흡수시키는 공정은 일정 부피의 용기(Vessel)에 액체 상태의 유기 용매와 광감광제 패턴들(200)이 포함된 기판(100)을 함께 넣는 과정을 포함할 수 있다. 유기 용매는 광감광제 패턴들(200)의 용매(solvent)일 수 있다. 따라서 이후 일정 시간이 지나면 유기 용매의 증기압력(Vapor Pressure)에 의해 유기 용매의 증기가 광감광제 패턴들(200)에 흡수될 수 있다.
리플로우 공정에 의해 광감광제 패턴들(200)의 점도(viscosity)가 감소하여 광감광제 패턴들(200)이 양 옆으로 흘러내릴 수 있다. 이로 인해 서로 인접한 광감광제 패턴들(200)은 서로 접촉하게 되고, 광감광제 패턴들(200)이 합쳐져 하나의 구조물로서의 광감광제 막(300)이 형성될 수 있다.
광감광제 막(300)은 제1 방향(D1)을 따라서 차례로 연속되는 제1 부분(A1), 제2 부분(A2) 및 제3 부분(A3)을 포함할 수 있다. 제1 부분(A1)은 도 2의 광감광제 패턴들(200) 중에서 제1 방향(D1)에 따른 가장 큰 폭(W)을 가진 광감광제 패턴(200)이 제공되는 기판(100)의　영역 상에 형성될 수 있다.　제1 부분(A1)은 광감광제 막(300)의 일 단(one end) 부분에 해당할 수 있다.　　일 예로, 제1 부분(A1)의 형상은 볼록한 모양을 가질 수 있다. 그러나 제1 부분(A1)의 형상은 명확하게 특정되지 않을 수도 있다.
제1 부분(A1)과 제1 방향(D1)에 따른 인접한 영역에서 제2 부분(A2)이 형성될 수 있다. 제2 부분(A2)은 광감광제 막(300)의 높이가 제1 방향(D1)으로 갈수록 작아지는 영역을 의미할 수 있다. 제2 부분(A2)은 기판에 수직 테이퍼 구조를 형성하고 싶은 부분을 의미할 수 있다. 따라서 제2 부분(A2)에서 광감광제 막(300)의 상면은 기판(100)의 상면과 평행한 일 면과 일정한 경사각(θ)을 이룰 수 있다. 다만, 제2 부분(A2)에 걸쳐 경사각(θ)이 항상 일정하지 않을 수도 있다. 즉, 광감광제 막(300)의 상면이 직선 형태가 아니고, 곡선의 형태를 가질 수도 있다. 이는 제작하려는 광 집적회로 소자의 표면 설계에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
제2 부분(A2)과 제1 방향(D1)에 따른 인접한 영역에서 제3 부분(A3)이 형성될 수 있다. 제3 부분(A3)은 도 2의 광감광제 패턴들(200) 중에서 제1 방향(D1)에 따른 가장　작은 폭(W)을 가진 광 감광제 패턴(200)이 제공되는 기판(100)의 영역 상에 형성될 수 있다. 제3 부분(A3)은 광감광제 막(300)의　타 단(other end) 부분에 해당할 수 있다. 제3 부분(A3)은 볼록한 형상(310)을 포함할 수 있다. 볼록한 형상(310)은 향후 본 발명의 기판(100)을 이용한 광 집적회로 소자 제작시, 효율적인 모드 크기 변환에 장애 요인이 될 수 있다.
도 4를 참조하면, 광감광제 막(300) 상에 제1 건식 식각 공정이 진행될 수 있다. 제1 건식 식각 공정은 산소를 반응 가스로 사용하는 반응성 이온 식각(etching) 또는 유도 결합 플라즈마 반응성 이온 식각을 포함할 수 있다. 제1 건식 식각 공정을 통하여 기판(100)에는 영향을 주지 않으면서, 광감광제 막(300)의 일부만을 제거할 수 있다. 제1 건식 식각 공정이 진행되는 시간을 조절하여 광감광제 막(300)의 제3 부분(A3)을 제거할 수 있다. 이 때, 제3 부분(A3)에 있는 볼록한 형상(310) 또한 제거될 수 있다. 볼록한 형상(310)이 제거 되면서 광 감광제 막(300)은 제1 방향(D1)으로의 종단 부분에서도 연속적으로 높이가 감소하는 경사면을 가질 수 있게 된다. 한편, 볼록한 형상(310)이 제거됨과 동시에 광감광제 막(300)의 제1 부분(A1) 및 제2 부분(A2)에서의 높이도 작아질 수 있다.
제1 건식 식각 공정을 진행한 뒤, 광감광제 막(300)은 제1 지점(X1)과 제2 지점(X2)을 가질 수 있다. 제1 지점(X1)은 제2 부분(A2)에서 광감광제 막(300)의 높이가 가장 큰 부분을 의미할 수 있다. 제2 지점(X2)은 제2 부분(A2)에서 광감광제 막(300)의 높이가 가장 작은 부분을 의미할 수 있다. 제1 지점(X1)과 제2 지점(X2)사이에서 광감광제 막(300)은 기판(100)의 상면과 평행한 일면과 일정한 경사각(θ)을 이루면서 제1 방향(D1)으로 갈수록 높이가 작아지는 경사진 면을 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 기판(100)과 광감광제 막(300)에 대하여 제2 건식 식각 공정을 진행할 수 있다. 기판(100)과 광감광제 막(300)에 대한 제2 건식 식각 공정의 선택비는 1:1 일 수 있다. 제2 건식 식각 공정은 제1 지점(X1)에서의 광감광제 막(300)의 높이만큼 식각 되도록 진행될 수 있다. 따라서 제2 건식 식각 공정 진행 후에 제1 지점(X1)과 제2 지점(X2)에서 기판(100)의 높이의 차이(H)는, 도 4 에서 제1 건식 식각 공정 진행 후에 제1 지점(X1)과 제2 지점(X2)에서 광감광제 막(300)의 높이의 차이(H)와 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서 제1 지점(X1)과 제2 지점(X2)에서 기판(100)은 제3 방향(D3)과 수직한 일면과 일정한 경사각(θ)을 이룰 수 있다. 그리고 기판(100)은 제1 방향(D1)으로 갈수록 높이가 작아지는 경사진 면을 가질 수 있다. 즉, 기판에서 경사진 부분의 종단 영역이 평탄하고 매끄러운 구조를 가질 수 있다. 다만, 선택비가 이에 제한되지는 않고, 형성하려는 기판(100)의 표면 구조 설계에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
제2 건식 식각 공정이 진행된 후에도, 광감광제 막(300)의 제1 부분(A1)에서 광감광제 막(320)이 남아 있을 수 있다. 이는 제1 부분(A1)에서 광감광제 막(300)의 높이가 제1 지점(X1)에서의 광감광제 막(300)의 높이보다 크기 때문에 발생할 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 5 에서의 잔류 광감광제 막(320)을 산소 플라즈마 에싱 공정을 이용하여 완전히 제거할 수 있다.
이로써 제1 지점(X1)과 제2 지점(X2)사이에서 경사진 면을 가진 수직 테이퍼 구조의 기판(100)을 형성할 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 기판(100)을 식각하기 전에 광감광제 막(300)을 선택적으로 식각하는 제1 차 건식 식각 공정이 진행될 수 있다. 즉, 광감광제 막(300)의 제3 부분(A3)을 제거한 후에, 기판(100)의 식각 공정이 진행될 수　있다.　 그 결과,　기판(100)의 식각 공정 후에 기판(100)의 표면에는　광감광제 막(300)의 제3 부분(A3)에 있던 볼록한 형상(310)과 같은 부분이 존재하지 않을 수 있다. 따라서 이후 기판(100)을 이용한 광 집적회로 소자 제작시에 효율적인 모드 크기 변환이 이루어질 수 있다.
이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 형태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (1)

  1. 기판 상에 상기 기판의 상면에 평행한 제1 방향을 따라서 배열되는 광감광제 패턴들을 형성하는 것;
    상기 광감광제 패턴들을 리플로우하여 광감광제 막을 형성하는 것, 상기 광감광제 막은 상기 제1 방향을 따라서 차례로 연속되는 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분을 포함하되, 상기 제2 부분은 상기 제1 방향을 따라서 높이가 감소하고, 상기 제3 부분은 볼록한 형상을 가지고;
    제1 차 건식 식각 공정을 이용하여 선택적으로 상기 광감광제 막의 높이를 감소시키는 것; 및
    제2 차 건식 식각 공정을 이용하여 상기 광감광제 막의 높이를 감소시키면서 상기 기판의 높이를 감소시키는 것을 포함하고,
    상기 제1 차 건식 식각 공정은 상기 광 감광제 막의 상기 제3 부분이 제거될 때까지 진행되고,
    상기 제2 차 건식 식각 공정은 상기 광 감광제 막의 상기 제2 부분이 제거될 때까지 진행되는 기판 표면에 수직 테이퍼 구조를 형성하는 방법.
KR1020220002669A 2022-01-07 2022-01-07 기판 표면에 수직 테이퍼 구조를 형성하는 방법 KR20230106930A (ko)

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