KR19980028055A - 위상가변 그레이팅의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 위상가변 그레이팅(GRATING)의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 반도체 기판상에 생성되는 연속적인 형태의 간섭무늬를 불연속적인 형태의 간섭무늬로 만드는 위상가변 그레이팅의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 위상가변 그레이팅의 제조 방법은 반도체 기판상에 유전체막을 증착하는 단계, 상기 유전체막을 패터닝하는 단계, 유전체막이 증착된 구조물의 상부에 포토레지스트를 도포하는 단계, 홀로그라픽 시스템을 이용하여 도포된 포토레지스트를 노광하는 단계, 노광된 포토레지스트를 현상하는 단계, 상기 증착된 유전체막을 반도체 기판이 노출되도록 부분적으로 식각하는 단계, 노출된 반도체 기판을 식각하는 단계, 및 포토레지스트와 유전체막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 위상가변 그레이팅(GRATING)의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 반도체 기판상에 생성되는 연속적인 형태의 간섭무늬를 불연속적인 형태의 간섭무늬로 만드는 위상가변 그레이팅의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 그레이팅은 0.25㎛ 이하의 주기를 갖는 굴곡으로 이루어진 격자를 말한다. DFB(Distributed FeedBack) 레이저 다이오드에 사용되는 그레이팅의 제조 방법으로는 홀로그라픽 리소그라피(HOLOGRAPHIC LITHOGRAPHY) 기술이 사용되고 있다. 그레이팅을 제조하기 위한 상기와 같은 홀로그라픽 리소그라피 방법은 짧은 시간내에 큰 면적에 균일한 그레이팅을 제조할 수 있는 장점이 있다.
DFB 레이저 다이오드는 이론적으로 소자에 입사된 빛을 전기적 신호로 출력할 때, 단일 모드(여러 파장들 중에서 특정 주기를 갖는 파장만을 출력하는 것)로 동작할 수 없으며, 항상 트윈 모드 이상의 신호가 출력된다. 또한, 소자의 옵티컬 파워 덴서티(Optical Power Density)는 소자의 중심부에서 제일 크고, 가장자리로 갈수록 작아지게 된다. 더욱이, 옵티컬 파워 덴서티가 높을수록 소자의 온도가 높고, 굴절율도 크기 때문에 소자 전체적으로 옵티컬 파워 덴서티가 균일하도록 해야한다. 따라서, 종래 기술에 따른 DFB 레이저 다이오드는 단일 모드를 얻기 위하여 또한, 소자의 옵티컬 파워 덴서티가 소자 전체에서 균일하게 되도록 하기 위하여 그레이팅의 임의의 부분에서 위상을 변화시킨다.
한편, 종래 기술에 따른 홀로그라픽 리소그라피 방법은 그레이팅에 위상의 변화를 주는 것이 어렵기 때문에, 그레이팅에 연속적인 형태를 갖는 파장을 불연속적인 파장의 형태로 만드는 위상차를 발생시키기 위해 양성 포토레지스트와 음성 포토레지스트를 혼용하는 홀로그라피 시스템이 이용되고 있다. 또한, 홀로그라피 시스템을 이용한 위상가변 그레이팅 제조 방법을 보완하기 위하여 전자선 리소그라피 방법도 사용되고 있다.
그러나, 상기와 같이 위상차를 발생시키기 위한 홀로그라피 시스템은 위상차를 주기의 1/4의 제한된 값으로 변화시킬 수 있으며, 전자선 리소그라피 방법은 위상을 변화는 용이하나 넒은 면적은 제작하는 데 걸리는 시간이 기하급수적으로 소요되기 때문에 제품에 직접 적용하기는 곤란하다.
따라서, 본 발명의 목적은 기판상에 유전체를 선택적으로 증착시킨 후, 포토리소그라피 공정을 실시하여 포토레지스트 상에서 소자에 입사된 빛이 또한번의 간섭 현상을 일으키게 함으로써, 종래의 홀로그라픽 시스템으로도 임의의 위상차를 발생시킬 수 있는 위상가변 그레이팅의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
도 1 은 유전체막의 두께에 따른 유전체막에 입사된 빛의 간섭무늬를 설명하기 위한 도면.
도 2A 내지 도 2F 는 본 발명에 따른 위상가변 그레이팅의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 위상가변 그레이팅의 제조시,
(a) 유전체막이 증착되지 않은 경우
(b) 유전체막이 증착된 경우
기판상에 생성되는 간섭무늬를 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체 기판 2 : 유전체막
3 : 포토레지스트
본 발명의 위상가변 그레이팅의 제조 방법은 반도체 기판상에 유전체막을 증착하는 단계, 상기 유전체막을 패터닝하는 단계, 유전체막이 증착된 구조물의 상부에 포토레지스트를 도포하는 단계, 홀로그라픽 시스템을 이용하여 도포된 포토레지스트를 노광하는 단계, 노광된 포토레지스트를 현상하는 단계, 상기 증착된 유전체막을 반도체 기판이 노출되도록 부분적으로 식각하는 단계, 노출된 반도체 기판을 식각하는 단계, 및 포토레지스트와 유전체막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 반도체 기판상에 위상을 변화시킬 수 있는 유전체를 반도체 기판상에 선택적으로 형성하고, 포토리소그라피 공정을 실시하여 소자에 입사된 빛이 포토레지스트 상에서 또한번의 간섭 현상을 발생시킴으로써, DFB 레이저 다이오드의 단일 모드 및 균일한 옵티컬 파워 덴서티를 얻기 위한 위상가변 그레이팅을 만들 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1 은 두께가 t이고, 굴절율이 n인 유전체막을 도시한 것이다. 일반적으로, 얇은 유전체막에 빛이 입사되면, 빛의 투과 및 반사에 의해 빛의 상호 간섭무늬가 발생된다. 상세하게는, 막 두께가 입사광의 파장에 몇배에 해당하느냐에 따라 보강간섭, 소멸간섭이 발생되며, 하기의 식과 같이 막의 두께에 따른 입사 광원의 최소 및 최대 반사를 얻을 수 있다. 하기에서, m은 1보다 큰 임의의 정수이고, λ는 파장이다.
t = λ/2n · (m+1/2) : 최대 반사
t = λ/2n · m : 최소 반사
예를 들어, 351nm의 파장을 가지는 레이저 광원에 대하여 굴절율 1.8의 SiN 유전막을 반도체 기판상에 증착할 경우, SiN 유전체막의 두께가 98nm에서 입사 광원에 대한 최소반사가 발생되며, SiN 유전체막의 두께가 146nm에서 입사 광원에 대한 최대 반사가 발생된다. 그러므로, 유전체막이 증착된 반도체 기판상에 도포된 포토레지스트의 감광정도는 유전체막의 두께 및 유전체의 굴절율에 따라 달라지게 되고, 이러한 유전체막의 증착 두께에 따른 포토레지스트의 감광정도를 이용하면 위상가변 그레이팅의 제조가 가능하다.
도 2A 내지 도 2F 는 본 발명에 따른 위상가변 그레이팅의 제조 방법을 나타낸 것으로, 먼저, 도 2A 에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(1)상에 스퍼터링이나 E-빔 증착기, 열적 증착기 등을 사용하여 유전체막(2)이 증착되고, 증착된 유전체막(2)은 감광막 패턴을 이용하여 임의의 모양으로 패터닝된다. 그런 다음, 도 2B 에 도시된 바와 같이, 유전체막(2)이 증착된 반도체 기판(1)의 상부에 포토레지스트(3)를 소정 두께로 도포하고, 이어서, 홀로그라피 시스템을 사용하여 도포된 포토레지스트에 노광이 실시된다.
다음으로, 도 2C 에 도시된 바와 같이, 노광된 포토레지스트(3)를 현상하고, 계속해서, 유전체막(2)을 부분적으로 식각하여 도 2D 와 같은 형태를 만든 후에, 노출된 반도체 기판(1)을 식각하여 도 2E 에 도시된 바와 같은 형태의 구조물을 얻는다.
그런 다음, 최종적으로 포토레지스트(3)와 유전체막(2)을 제거하면, 도 2F 에 도시된 바와 같은, 연속적인 형태의 파장을 불연속적인 형태의 파장으로 변화시키는 위상가변 그레이팅이 제조된다. 즉, 유전체막(2)이 없을 때와 유전체막(2)이 있을 때의 기판 표면에서 발생되는 간섭 패턴은 도 3 에 도시된 바와 같이, 유전체막이 없는 경우(a)는 간섭 패턴이 발생되지 않고, 유전체막이 있는 경우(b)에는 유전체막에 의해 또다른 간섭 패턴이 발생되기 때문에 위상의 변화가 생기게 된다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 위상가변 그레이팅의 제조 방법은 반도체 기판상에 위상을 변화시킬 수 있는 유전체를 선택적으로 증착시키고, 포토리소그라피 공정을 실시하여 소자에 입사된 빛이 포토레지스트 상에서 또한번의 간섭 현상을 발생시켜, DFB 레이저 다이오드의 단일 모드 및 균일한 옵티컬 파워 덴서티를 얻기 위한 위상가변 그레이팅을 쉽게, 빠른 시간내에 만들 수 있으며, 또한, 기존의 홀로그라피 장비를 그대로 사용하기 때문에 경제적으로도 유리하다.
Claims (3)
- 반도체 기판상에 유전체막을 증착하는 단계, 상기 유전체막을 패터닝하는 단계, 유전체막이 증착된 구조물의 상부에 포토레지스트를 도포하는 단계, 홀로그라픽 시스템을 이용하여 도포된 포토레지스트를 노광하는 단계, 노광된 포토레지스트를 현상하는 단계, 상기 증착된 유전체막을 반도체 기판이 노출되도록 부분적으로 식각하는 단계, 노출된 반도체 기판을 식각하는 단계, 및 포토레지스트와 유전체막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상가변 그레이팅 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유전체막은 단일층 또는 다층을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 위상가변 그레이팅 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 노광시 발생되는 간섭 모양은 유전체막의 두께 또는 굴절율 중에서 어느 하나 이상을 변화시켜 선택적으로 바꾸는 것을 특징으로 하는 위상가변 그레이팅 제조 방법.
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