KR102137774B1 - Method for Fabricating Single Aligned Multi Pattern for Polymer based Optical Devices - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고분자 평면 광소자 제조시에 기판상에 높이가 다른 두 종류의 패턴을 단일 마스크를 사용하여 형성하는 것에 의해 광소자 제조의 효율성을 높일 수 있도록 한 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법에 관한 것으로, 기판상에 제 1 PR층을 형성하는 단계;제 1 PR층상에 노광 깊이를 제어하기 위한 금속 패턴층을 형성하는 단계;금속 패턴층이 형성된 제 1 PR층상에 제 2 PR층을 형성하고, 노광 및 현상을 하여 서로 다른 깊이를 갖는 패턴을 형성하는 단계;서로 다른 깊이를 갖는 패턴을 갖는 제 1,2 PR층을 이용하여 금속 몰드를 제조하는 단계;를 포함하는 것이다.The present invention is a method for manufacturing a single-aligned multi-pattern for a polymer planar optical element, which increases the efficiency of manufacturing the optical element by forming two types of patterns having different heights on a substrate using a single mask when manufacturing the polymer planar optical element. Relates to, forming a first PR layer on a substrate; forming a metal pattern layer for controlling exposure depth on the first PR layer; a second PR layer on the first PR layer on which the metal pattern layer is formed Forming, and exposing and developing to form patterns having different depths; manufacturing metal molds using the first and second PR layers having patterns having different depths.
Description
본 발명은 고분자 평면 광소자 제조에 관한 것으로, 구체적으로 기판상에 높이가 다른 두 종류의 패턴을 단일 마스크를 사용하여 형성하는 것에 의해 광소자 제조의 효율성을 높일 수 있도록 한 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the production of a polymer planar optical element, specifically, a single alignment for a polymer planar optical element to increase the efficiency of manufacturing the optical element by forming two types of different patterns on a substrate using a single mask. It relates to a multi-pattern manufacturing method.
일반적으로 광통신 시스템에서는 광 신호를 전송하기 위해 LD(laser diode)/PD(photodiode)/필터/렌즈 등과 같은 광 능동/수동 소자 등의 광부품이나 집적화된 소자를 제작하기 위한 광도파로를 이용한 부품 등과 같이 광섬유와 접속시키는 광소자를 사용하고 있다.In general, in an optical communication system, an optical component such as an optical active/passive element such as a laser diode (LD)/photodiode (PD)/filter/lens, or a component using an optical waveguide for manufacturing an integrated element, etc. to transmit an optical signal Likewise, an optical element that is connected to an optical fiber is used.
광섬유와 접속되어 사용되는 광소자들은, 광섬유의 중심과 광소자 의 중심을 정확하게 일치시켜 접속해야만 원활한 광신호의 전송이 이루어진다.The optical elements used in connection with the optical fiber are connected with the center of the optical fiber exactly matched to the center of the optical element, so that a smooth optical signal is transmitted.
그러나, 광섬유와 광소자 사이의 접속 기술은 매우 정밀함을 요구할 뿐만 아니라 고가의 정렬 또는 접속 보조 장치가 필요하다.However, the connection technology between the optical fiber and the optical element not only requires very high precision, but also requires expensive alignment or connection assistance devices.
이러한 요구들은 광부품을 저가로 대량 생산하는데 가장 큰 걸림돌로 작용하고 있다.These demands are the biggest obstacle to mass production of optical parts at low cost.
광소자의 패턴은 음각으로 만들어지는데 양각의 니켈몰드를 사용하여 열 임프린트 방식으로 제작된다.The pattern of the optical element is made by engraving, and it is manufactured by thermal imprint method using embossed nickel mold.
니켈 몰드는 UV를 받은 부분이 없어지는 포지티브 PR(positive photoresist)로 전주도금 공정을 거쳐 제작할 수 있다. 양각의 니켈 몰드를 제작하기 위해서는 음각의 PR 패턴을 제작해야 하는데, 그 과정에서 발생하는 문제를 해결하기 위한 방법이 필요하다.The nickel mold is a positive photoresist (PR) in which UV-exposed parts disappear, and can be produced through an electroplating process. In order to manufacture an embossed nickel mold, an intaglio PR pattern must be produced, and a method for solving the problems arising in the process is needed.
포토리소그래피공정에서 마스크는 UV를 받는 영역과 아닌 영역을 나누어준다. 한 개의 웨이퍼 위에 다양한 높이의 패턴을 만들기 위해서는 적절한 마스크를 다양하게 준비해야한다. 예를 들면 2단계의 높이를 제작하려면 각기 다른 마스크를 2장 준비해야한다.In the photolithography process, the mask divides the regions that receive UV from those that do not. In order to create patterns of various heights on a single wafer, various suitable masks must be prepared. For example, if you want to make 2 levels of height, you need to prepare 2 different masks.
그리고 다른 마스크를 동일한 웨이퍼에 사용하려면 필히 얼라인(마스크 위치 정밀조정)이 필요하다. And if you want to use different masks on the same wafer, you need to align (fine-tune the mask position).
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술의 광소자 제조 공정을 나타낸 공정 단면도이다.1A to 1F are process cross-sectional views showing a conventional optical device manufacturing process.
종래 기술의 광소자 제조 공정은 먼저, 도 1a에서와 같이, 실리콘 기판(10)상에 포지티브 PR(11)을 스핀 코팅을 한다.In the prior art optical device manufacturing process, first, as in FIG. 1A, spin coating the
이어, 도 1b에서와 같이, 제 1 마스크(12)를 사용하여 포지티브 PR(11)의 제 1 영역(13)을 제 1 깊이로 1차 UV 노광(exposure)을 한다.Subsequently, as in FIG. 1B, a first UV exposure is performed on the
그리고 도 1c에서와 같이, 제 2 마스크(14)를 사용하여 포지티브 PR(11)의 제 2 영역(15)을 제 2 깊이로 2차 UV 노광(exposure)을 한다.Then, as in FIG. 1C, the
이어, 도 1d에서와 같이, 1,2차 UV 노광(exposure)을 한 포지티브 PR(11)을 현상(development)하여 제 1 깊이를 갖는 제 1 패턴(16) 및 제 2 깊이를 갖는 제 2 패턴(17)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1D, the
그리고 도 1e에서와 같이, 제 1 깊이를 갖는 제 1 패턴(16) 및 제 2 깊이를 갖는 제 2 패턴(17)을 갖는 포지티브 PR(11)에 금속층(18)을 형성(Ni Electroplating)한다.Then, as shown in FIG. 1E, the
이어, 도 1f에서와 같이, 포지티브 PR(11) 및 실리콘 기판(10)을 제거하여 금속 몰드(19)를 제조한다.Subsequently, as shown in FIG. 1F, the
이와 같은 종래 기술의 광소자 제조 공정은 마스크를 2장 사용하여 광량의 조절만으로 다른 두 종류의 높이를 제작하는 것이다.In the prior art optical device manufacturing process, two different types of heights are manufactured only by adjusting the amount of light using two masks.
이와 같은 종래 기술의 광소자 제조 공정은 다음과 같은 문제가 있다.The prior art optical device manufacturing process has the following problems.
첫째, 광량으로만 깊이 조절 시 표면의 거칠기가 매우 심하다.First, when the depth is adjusted only with the amount of light, the roughness of the surface is very severe.
둘째, 표면 거칠기가 증가하게 되면 광을 도파시킬 시 손실이 증가한다.Second, when the surface roughness increases, the loss increases when light is waveguided.
셋째, 장비의 UV광량이 매일 다르기 때문에 공정의 확립이 어렵다.Third, it is difficult to establish the process because the UV light intensity of the equipment is different every day.
넷째, 마스크의 얼라인이 필요하다.Fourth, it is necessary to align the mask.
다섯째, 다른 높이의 패턴을 제작하기 위해서는 다른 마스크를 주문해야한다.Fifth, different masks must be ordered to produce different height patterns.
따라서, 이와 같은 종래 기술의 광소자 제조 공정의 문제를 해결하여 광소자 제조의 효율성을 높일 수 있도록 한 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.Accordingly, there is a need to develop a new technology to solve the problems of the optical device manufacturing process of the prior art and increase the efficiency of optical device manufacturing.
본 발명은 종래 기술의 광소자 제조 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고분자 평면 광소자 제조시에 기판상에 높이가 다른 두 종류의 패턴을 단일 마스크를 사용하여 형성하는 것에 의해 광소자 제조의 효율성을 높일 수 있도록 한 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art optical device manufacturing technology, the efficiency of optical device manufacturing by forming a pattern of two different heights on a substrate using a single mask when manufacturing a polymer planar optical device It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a single-aligned multi-pattern for a polymer planar optical element, which can increase the.
본 발명은 높이가 다른 두 종류의 패턴을 단일 마스크를 사용하여 형성하는 것에 의해 광이 도파되는 경로와 광파이버가 삽입되는 위치 및 폭이 다른 광소자 제조의 효율성 및 소자의 신뢰성을 높일 수 있도록 한 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.According to the present invention, by forming two types of patterns having different heights using a single mask, a polymer capable of increasing the efficiency of manufacturing the optical device and the reliability of the device and the path through which the light is guided and the position and width at which the optical fiber is inserted are different. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a single-aligned multi-pattern for a planar optical element.
본 발명은 단일 마스크를 사용하는 것에 의해 마스크 얼라인 단계를 진행하지 않고, 다른 높이의 패턴을 형성하기 위한 다른 종류의 마스크를 제작하지 않는 것에 의해 광소자의 제조 공정을 단순화할 수 있도록 한 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention does not proceed to the mask alignment step by using a single mask, and does not produce different types of masks to form patterns of different heights. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a single-aligned multi-pattern.
본 발명은 다양한 높이의 패턴을 제작하기 위해서 스핀코팅 공정으로 PR을 다층으로 코팅하는 과정에서 노광 깊이를 제어하기 위한 금속 패턴층을 형성하는 방식으로 1장의 마스크를 이용하여 다층구조물을 제작할 수 있도록 한 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is a method of forming a multi-layered structure using a single mask by forming a metal pattern layer for controlling exposure depth in a process of coating a PR in multiple layers by a spin coating process to produce patterns of various heights. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a single-aligned multi-pattern for a polymer planar optical element.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법은 기판상에 제 1 PR층을 형성하는 단계;제 1 PR층상에 노광 깊이를 제어하기 위한 금속 패턴층을 형성하는 단계;금속 패턴층이 형성된 제 1 PR층상에 제 2 PR층을 형성하고, 노광 및 현상을 하여 서로 다른 깊이를 갖는 패턴을 형성하는 단계;서로 다른 깊이를 갖는 패턴을 갖는 제 1,2 PR층을 이용하여 금속 몰드를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a single-aligned multi-pattern for a polymer planar optical element according to the present invention for achieving the above object comprises forming a first PR layer on a substrate; a metal pattern layer for controlling exposure depth on the first PR layer Forming; forming a second PR layer on the first PR layer on which the metal pattern layer is formed, and exposing and developing to form patterns having different depths; first and second having patterns with different depths It characterized in that it comprises a; manufacturing a metal mold using a PR layer.
여기서, 노광 및 현상을 하여 서로 다른 깊이를 갖는 패턴을 형성하는 단계에서, 금속 패턴층이 형성된 제 1 영역에서는 금속 패턴층이 형성된 제 1 깊이까지만 노광이 이루어지고, 제 1 영역과 다른 제 2 영역은 제 1 깊이보다 깊은 제 2 깊이까지 노광 및 현상이 이루어지는 것을 특징으로 한다.Here, in the step of forming patterns having different depths by exposure and development, in the first region where the metal pattern layer is formed, exposure is performed only up to the first depth where the metal pattern layer is formed, and the second region different from the first region Is characterized in that exposure and development are performed to a second depth deeper than the first depth.
그리고 노광 및 현상에 의해, 제 1 영역에는 제 1 깊이를 갖는 제 1 패턴이 형성되고, 제 2 영역에는 제 2 깊이를 갖는 제 2 패턴이 형성되고, 제 1 패턴 영역에는 광소자의 광이 도파되는 경로가 형성되고, 제 2 패턴 영역에는 광소자의 광파이버가 삽입되는 것을 특징으로 한다.And, by exposure and development, a first pattern having a first depth is formed in the first region, a second pattern having a second depth is formed in the second region, and light of the optical element is guided in the first pattern region. A path is formed, and the optical fiber of the optical element is inserted into the second pattern region.
그리고 제 1,2 PR층을 이용하여 금속 몰드를 제조하는 단계는, 제 1 깊이를 갖는 제 1 패턴 및 제 2 깊이를 갖는 제 2 패턴을 갖는 제 1,2 PR층에 금속 몰드 제조용 금속층을 형성하는 단계와,제 1,2 PR층 및 기판을 제거하여 금속 몰드를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And the step of manufacturing the metal mold using the first and second PR layers, forming a metal layer for manufacturing a metal mold on the first and second PR layers having a first pattern having a first depth and a second pattern having a second depth And removing the first and second PR layers and the substrate to produce a metal mold.
그리고 제 1,2 PR층 및 기판을 제거시에 아세톤 세척 공정을 이용하고, 아세톤 세척 공정시에 노광 깊이를 제어하기 위한 금속 패턴층은 제거되지 않는 것을 특징으로 한다.And it is characterized in that the acetone cleaning process is used when removing the first and second PR layers and the substrate, and the metal pattern layer for controlling the exposure depth during the acetone cleaning process is not removed.
그리고 금속 몰드 제조용 금속층을 형성하는 단계에서, Ni 전기 도금을 이용하는 것을 특징으로 한다.And in the step of forming a metal layer for metal mold manufacturing, it is characterized in that using Ni electroplating.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법은 실리콘 기판상에 포지티브 PR 제 1 층을 형성하고, 제 1 영역이 오픈되는 쉐도우 마스크를 사용하여 금속 증착을 하여 금속 패턴층을 형성하는 단계;금속 패턴층이 형성된 포지티브 PR 제 1 층상에 포지티브 PR 제 2 층을 형성하는 단계;서로 다른 깊이를 갖는 제1,2 패턴을 동시에 패터닝하기 위한 패턴 형성용 마스크를 사용하여 포지티브 PR 제 1,2 층을 선택적으로 UV 노광(exposure)하는 단계;UV 노광(exposure)이 이루어진 포지티브 PR 제 1,2 층을 현상(development)하여 제 1 영역에 제 1 깊이를 갖는 제 1 패턴 및 제 2 영역에 제 2 깊이를 갖는 제 2 패턴을 동시에 형성하는 단계;제 1 깊이를 갖는 제 1 패턴 및 제 2 깊이를 갖는 제 2 패턴을 갖는 포지티브 PR 제 1,2 층에 금속 몰드 제조용 금속층을 형성하는 단계;포지티브 PR 제 1,2 층 및 실리콘 기판을 제거하여 금속 몰드를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a single-aligned multi-pattern for a polymer planar optical element according to the present invention for achieving another object is performed by forming a positive PR first layer on a silicon substrate and depositing metal using a shadow mask in which the first region is opened. Forming a pattern layer; forming a positive PR second layer on the positive PR first layer on which the metal pattern layer is formed; using a pattern forming mask to simultaneously pattern the first and second patterns having different depths Selectively UV exposure of the first and second layers of the positive PR; a first pattern having a first depth in the first region by developing the first and second layers of the positive PR having the UV exposure And simultaneously forming a second pattern having a second depth in the second region; a metal layer for manufacturing a metal mold on the positive PR first and second layers having a first pattern having a first depth and a second pattern having a second depth. And forming a metal mold by removing the first and second layers of the positive PR and the silicon substrate.
여기서, 포지티브 PR 제 2 층을 형성하는 단계에서 포지티브 PR 제 2 층을 실제 패턴 형성 높이와 동일한 두께를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 한다.Here, in the step of forming the positive PR second layer, it is characterized in that the positive PR second layer is formed to have the same thickness as the actual pattern formation height.
그리고 쉐도우 마스크의 패턴과 패턴 형성용 마스크의 제 1 영역의 패턴은 동일한 것을 특징으로 한다.The pattern of the shadow mask and the pattern of the first region of the pattern forming mask are the same.
그리고 포지티브 PR 제 1,2 층을 선택적으로 UV 노광(exposure)하는 단계에서, 금속 패턴층이 형성된 제 1 영역에서는 금속 패턴층이 형성된 제 1 깊이까지만 노광이 이루어지고, 제 1 영역과 다른 제 2 영역은 제 1 깊이보다 깊은 제 2 깊이까지 노광 및 현상이 이루어지는 것을 특징으로 한다.And in the step of selectively UV exposure (exposure) of the first and second layers of the positive PR, only the first depth where the metal pattern layer is formed is exposed in the first region where the metal pattern layer is formed, and the second region different from the first region. The region is characterized by exposure and development to a second depth deeper than the first depth.
그리고 제 1 패턴 영역에는 광소자의 광이 도파되는 경로가 형성되고, 제 2 패턴 영역에는 광소자의 광파이버가 삽입되는 것을 특징으로 한다.In addition, a path for guiding light of the optical element is formed in the first pattern region, and an optical fiber of the optical element is inserted in the second pattern region.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.The method of manufacturing a single alignment multi-pattern for a polymer planar optical device according to the present invention as described above has the following effects.
첫째, 고분자 평면 광소자 제조시에 기판상에 높이가 다른 두 종류의 패턴을 단일 마스크를 사용하여 형성하는 것에 의해 광소자 제조의 효율성을 높일 수 있다.First, the efficiency of manufacturing an optical device can be increased by forming two types of patterns having different heights on a substrate using a single mask when manufacturing a polymer planar optical device.
둘째, 높이가 다른 두 종류의 패턴을 단일 마스크를 사용하여 형성하는 것에 의해 광이 도파되는 경로와 광파이버가 삽입되는 위치 및 폭이 다른 광소자 제조의 효율성 및 소자의 신뢰성을 높일 수 있다.Second, by forming two types of patterns having different heights using a single mask, it is possible to increase the efficiency and reliability of the device for manufacturing optical devices having different paths through which light is guided and positions and widths in which optical fibers are inserted.
셋째, 단일 마스크를 사용하는 것에 의해 마스크 얼라인 단계를 진행하지 않고, 다른 높이의 패턴을 형성하기 위한 다른 종류의 마스크를 제작하지 않는 것에 의해 광소자의 제조 공정을 단순화할 수 있다.Third, the manufacturing process of the optical device can be simplified by not using a single mask and not performing a mask alignment step, and by not manufacturing other types of masks for forming patterns of different heights.
넷째, 다양한 높이의 패턴을 제작하기 위해서 스핀코팅 공정으로 PR을 다층으로 코팅하는 과정에서 노광 깊이를 제어하기 위한 금속 패턴층을 형성하는 방식으로 1장의 마스크를 이용하여 다층구조물을 제작할 수 있도록 한 것이다.Fourth, in order to fabricate patterns of various heights, a multi-layered structure can be manufactured using a single mask by forming a metal pattern layer for controlling exposure depth in the process of coating PR in multiple layers by a spin coating process. .
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술의 광소자 제조 공정을 나타낸 공정 단면도
도 2는 본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 공정을 나타낸 플로우 차트
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 공정을 나타낸 공정 단면도
도 4는 본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 공정을 나타낸 3차원 모식도
도 5는 본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 공정을 이용하여 제작된 1 x N 광분배기의 일 예를 나타낸 구성도1A to 1F are cross-sectional views showing a process for manufacturing an optical device of the prior art.
Figure 2 is a flow chart showing a single alignment multi-pattern manufacturing process for a polymer planar optical element according to the present invention
3A to 3G are process cross-sectional views showing a single alignment multi-pattern manufacturing process for a polymer planar optical element according to the present invention.
Figure 4 is a three-dimensional schematic diagram showing a single alignment multi-pattern manufacturing process for a polymer planar optical element according to the present invention
5 is a block diagram showing an example of a 1 x N optical distributor produced using a single alignment multi-pattern manufacturing process for a polymer planar optical element according to the present invention
이하, 본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the method of manufacturing a single-aligned multi-pattern for a polymer planar optical element according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.The features and advantages of the method of manufacturing a single-aligned multi-pattern for a polymer planar optical element according to the present invention will become apparent through detailed description of each embodiment below.
도 2는 본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 공정을 나타낸 플로우 차트이다.2 is a flow chart showing a single alignment multi-pattern manufacturing process for a polymer planar optical element according to the present invention.
본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법은 고분자 평면 광소자 제조시에 기판상에 높이가 다른 두 종류의 패턴을 단일 마스크를 사용하여 형성하는 것에 의해 광소자 제조의 효율성을 높일 수 있도록 한 것이다.The method of manufacturing a single-aligned multi-pattern for a polymer planar optical device according to the present invention can increase the efficiency of manufacturing an optical device by forming two types of patterns on a substrate using a single mask when manufacturing the polymer planar optical device. To make it possible.
특히, 본 발명은 높이가 다른 두 종류의 패턴을 단일 마스크를 사용하여 형성하는 것에 의해 광이 도파되는 경로와 광파이버가 삽입되는 위치 및 폭이 다른 광소자 제조의 효율성 및 소자의 신뢰성을 높일 수 있도록 한 것이다.In particular, according to the present invention, by forming two types of patterns having different heights by using a single mask, the optical waveguide path and the position and width at which the optical fiber is inserted can increase the efficiency of manufacturing an optical device with different width and reliability of the device. It is done.
본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법은 도 2에서와 같이, 실리콘 기판상에 포지티브 PR 제 1 층을 형성하고, 제 1 영역이 오픈되는 쉐도우 마스크를 사용하여 금속 증착을 하여 금속 패턴층을 형성하는 단계(S301)와, 금속 패턴층이 형성된 포지티브 PR 제 1 층상에 패턴 형성 높이와 동일한 두께를 갖도록 포지티브 PR 제 2 층을 형성하는 단계(S302)와, 서로 다른 깊이를 갖는 제1,2 패턴을 동시에 패터닝하기 위한 패턴 형성용 마스크를 사용하여 포지티브 PR 제 1,2 층을 선택적으로 UV 노광(exposure)하는 단계(S303)와, UV 노광(exposure)이 이루어진 포지티브 PR 제 1,2 층을 현상(development)하여 제 1 깊이를 갖는 제 1 패턴 및 제 2 깊이를 갖는 제 2 패턴을 동시에 형성하는 단계(S304)와, 제 1 깊이를 갖는 제 1 패턴 및 제 2 깊이를 갖는 제 2 패턴을 갖는 포지티브 PR 제 1,2 층에 금속 몰드 제조용 금속층을 형성(Ni Electroplating)하는 단계(S305)와, 포지티브 PR 제 1,2 층 및 실리콘 기판을 제거하여 금속 몰드를 제조하는 단계(S306)를 포함한다.The method of manufacturing a single-aligned multi-pattern for a polymer planar optical element according to the present invention, as shown in FIG. 2, forms a positive PR first layer on a silicon substrate, and deposits metal using a shadow mask in which the first region is opened to form a metal Forming a pattern layer (S301), forming a positive PR second layer so as to have a thickness equal to a pattern formation height on the positive PR first layer on which the metal pattern layer is formed (S302), and having different depths. Selective UV exposure of the first and second layers of the positive PR using a pattern forming mask for simultaneously patterning the 1,2 and 1 patterns (S303), and the
이와 같은 본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The method of manufacturing a single-aligned multi-pattern for a polymer planar optical element according to the present invention will be described in detail as follows.
그리고 도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 공정을 나타낸 공정 단면도이다.And Figures 3a to 3g is a process cross-sectional view showing a single alignment multi-pattern manufacturing process for a polymer planar optical element according to the present invention.
먼저, 도 3a에서와 같이, 실리콘 기판(40)상에 포지티브 PR 제 1 층(41)을 스핀 코팅을 하여 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, the positive PR
이어, 도 3b에서와 같이, 포지티브 PR 제 1 층(41)의 제 1 영역이 오픈되는 쉐도우 마스크(42)를 사용하여 금속 증착을 진행하여 노광 깊이를 제어하기 위한 금속 패턴층(43)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3B, metal deposition is performed using the shadow mask 42 in which the first region of the positive PR
그리고 도 3c에서와 같이, 제 1 영역에 금속 패턴층(43)이 형성된 포지티브 PR 제 1 층(41)상에 패턴 형성 높이와 동일한 두께를 갖도록 포지티브 PR 제 2 층(44)을 스핀 코팅을 하여 형성한다.Then, as shown in FIG. 3C, the positive PR
이어, 도 3d에서와 같이, 서로 다른 깊이를 갖는 제1,2 패턴을 동시에 패터닝하기 위한 패턴 형성용 마스크(45)를 사용하여 포지티브 PR 제 1,2 층(41)(44)을 선택적으로 UV 노광(exposure)을 한다.Subsequently, as shown in FIG. 3D, the positive PR first and
여기서, 패턴 형성용 마스크(45)는 금속 패턴층(43)이 형성된 제 1 깊이를 갖는 제 1 패턴이 형성되는 제 1 영역(46)과 제 2 깊이를 갖는 제 2 패턴이 형성되는 제 2 영역(47)이 오픈되는 구조이다.Here, the
그리고 노광 깊이는 제 1 영역은 금속 패턴층(43)에 의해 제 1 깊이까지 노광되고, 제 2 영역은 금속 패턴층(43)이 형성되지 않은 영역으로 제 2 깊이까지 노광이 이루어진다.In addition, the exposure depth of the first region is exposed to the first depth by the
제 2 영역의 노광은 실리콘 기판(40)까지 이루어지는 것이 바람직하다.It is preferable that exposure of the second region is made to the
이어, 도 3e에서와 같이, UV 노광(exposure)이 이루어진 포지티브 PR 제 1,2 층(41)(44)을 현상(development)하여 제 1 깊이를 갖는 제 1 패턴(48) 및 제 2 깊이를 갖는 제 2 패턴(49)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3E, the
그리고 도 3f에서와 같이, 제 1 깊이를 갖는 제 1 패턴(48) 및 제 2 깊이를 갖는 제 2 패턴(49)을 갖는 포지티브 PR 제 1,2 층(41)(44)에 금속 몰드 제조용 금속층(49)을 형성(Ni Electroplating)한다.And, as shown in Figure 3f, the
이어, 도 3g에서와 같이, 포지티브 PR 제 1,2 층(41)(44) 및 실리콘 기판(40)을 제거하여 금속 몰드(50)를 제조한다.Subsequently, as shown in FIG. 3G, the
도 4는 본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 공정을 나타낸 3차원 모식도이고, 도 5는 본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 공정을 이용하여 제작된 1 x N 광분배기의 일 예를 나타낸 구성도이다.4 is a three-dimensional schematic diagram showing a single-aligned multi-pattern manufacturing process for a polymer planar optical element according to the present invention, and FIG. 5 is a 1 x N-light produced using a single-aligned multi-pattern manufacturing process for a polymer planar optical element according to the present invention It is a block diagram showing an example of a distributor.
본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 공정은 원하는 패턴을 제작하기 위한 모든 패턴을 한 장의 마스크 내에 그려서 준비한다.The process of manufacturing a single-aligned multi-pattern for a polymer planar optical element according to the present invention is prepared by drawing all patterns for manufacturing a desired pattern in a single mask.
일정한 깊이만큼만 UV를 조사하기 위해서 포지티브 PR 제 1 층(1 layer)을 스핀코팅한 후 패턴과 동일한 형태의 쉐도우 마스크(shadow mask)를 이용하여 금속 증착을 진행하여 노광 깊이를 제어하기 위한 금속 패턴층을 형성한다.Metal pattern layer for controlling exposure depth by spin coating the positive PR first layer (1 layer) to irradiate UV only at a certain depth, and then performing metal deposition using a shadow mask in the same shape as the pattern To form.
이어, 포지티브 PR 제 2 층(2 layer)을 스핀코팅하고, UV 노광 및 현상을 하여 제 1 깊이를 갖는 제 1 패턴 및 제 2 깊이를 갖는 제 2 패턴을 갖는 포지티브 PR 제 1,2 층에 금속 몰드 제조용 금속층을 형성(Ni Electroplating)한다.Subsequently, the positive PR second layer (2 layer) is spin-coated and subjected to UV exposure and development to form a metal on the positive PR first and second layers having a first pattern having a first depth and a second pattern having a second depth. A metal layer for mold production is formed (Ni Electroplating).
그리고 포지티브 PR 제 1,2 층 및 실리콘 기판을 제거하여 금속 몰드를 제조한다.Then, the positive PR first and second layers and the silicon substrate are removed to manufacture a metal mold.
포지티브 PR 제 1,2 층의 제거는 아세톤 세척 공정으로 이루어지고, 금속 패턴층의 증착 두께는 최대 100nm 정도로 니켈 몰드를 제작할 시 따로 제거할 필요가 없으며, PR을 세척하는데 방해되지 않는다.The removal of the positive PR first and second layers is performed by an acetone washing process, and the deposition thickness of the metal pattern layer does not need to be removed separately when manufacturing a nickel mold up to about 100 nm, and does not interfere with washing the PR.
다양한 높이의 패턴을 제작하기 위해서 스핀코팅 공정으로 PR을 다층으로 코팅하는 과정에서 노광 깊이를 제어하기 위한 금속 패턴층을 형성하는 방식으로 1장의 마스크를 이용하여 다층구조물을 제작할 수 있도록 한 것이다. In order to produce patterns of various heights, a multi-layer structure can be manufactured using a single mask in a manner of forming a metal pattern layer for controlling exposure depth in a process of coating PR in multiple layers by a spin coating process.
이전의 방식에서는 전체영역에 증착을 진행해 마지막 니켈몰드에 끼여 있는 PR을 제거하기 위해서 에칭을 필수적으로 진행하여야 하는데, 본 발명에서는 패턴과 동일한 형상의 쉐도우 마스크를 이용하여 증착을 진행하게 되었을 때 마지막 단계에서 PR이 씻겨나가지 못하게 막는 부분이 없으므로 빛을 막을 수 있는 어떠한 금속을 사용하여도 된다.In the previous method, the deposition must be performed on the entire region and etching must be essentially performed to remove the PR trapped in the last nickel mold. In the present invention, the final step when deposition is performed using a shadow mask having the same shape as the pattern. Since there is no part that prevents the PR from being washed out, any metal that can block light may be used.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법은 단일 마스크를 사용하는 것에 의해 마스크 얼라인 단계를 진행하지 않고, 다른 높이의 패턴을 형성하기 위한 다른 종류의 마스크를 제작하지 않는 것에 의해 광소자의 제조 공정을 단순화할 수 있도록 한 것이다.The method of manufacturing a single-aligned multi-pattern for a polymer planar optical element according to the present invention described above does not proceed with a mask alignment step by using a single mask, and does not produce other types of masks for forming patterns of different heights. This makes it possible to simplify the manufacturing process of the optical element.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be appreciated that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention as described above.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the specified embodiments are to be considered in terms of explanation rather than limitation, and the scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent range are included in the present invention. Should be interpreted.
40. 실리콘 기판 41. 포지티브 PR 제 1 층
42. 쉐도우 마스크 43. 금속 패턴층
44. 포지티브 PR 제 2 층 45. 패턴 형성용 마스크
46. 제 1 영역 47. 제 2 영역
48. 제 1 패턴 49. 금속 몰드 제조용 금속층
50. 금속 몰드40.
42.
44. Positive
46.
48.
50. Metal mold
Claims (11)
쉐도우 마스크의 패턴을 이용하여 제 1 PR층상에 노광 깊이를 제어하기 위한 금속 패턴층을 형성하는 단계;
금속 패턴층이 형성된 제 1 PR층상에 제 2 PR층을 형성하고, 패턴 형성용 마스크를 사용하여 상기 제 1 PR층 및 제 2 PR층을, 단일 노광 공정으로 노광하여 상기 금속 패턴층을 이용하여 서로 다른 노광 깊이를 갖도록 하고 한번에 현상을 하여 서로 다른 깊이를 갖는 패턴을 형성하는 단계;
서로 다른 깊이를 갖는 패턴을 갖는 제 1,2 PR층을 이용하여 금속 몰드를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 쉐도우 마스크의 패턴과 패턴 형성용 마스크의 패턴은 상기 금속 패턴층이 형성되는 영역에서 동일한 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법.Forming a first PR layer on the substrate;
Forming a metal pattern layer for controlling the exposure depth on the first PR layer using the pattern of the shadow mask;
A second PR layer is formed on the first PR layer on which the metal pattern layer is formed, and the first PR layer and the second PR layer are exposed by a single exposure process using a mask for pattern formation, and the metal pattern layer is used. Forming a pattern having different depths by having different exposure depths and developing at once;
Including a step of manufacturing a metal mold using the first and second PR layer having a pattern having a different depth; includes,
The pattern of the shadow mask and the pattern of the mask for forming a pattern have the same pattern in the region where the metal pattern layer is formed.
금속 패턴층이 형성된 제 1 영역에서는 금속 패턴층이 형성된 제 1 깊이까지만 노광이 이루어지고,
제 1 영역과 다른 제 2 영역은 제 1 깊이보다 깊은 제 2 깊이까지 노광 및 현상이 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법.According to claim 1, In the step of forming a pattern having a different depth by exposure and development,
In the first region where the metal pattern layer is formed, exposure is performed only up to the first depth where the metal pattern layer is formed,
The second region different from the first region is a single alignment multi-pattern manufacturing method for a polymer planar optical element, characterized in that exposure and development to a second depth deeper than the first depth.
제 1 영역에는 제 1 깊이를 갖는 제 1 패턴이 형성되고, 제 2 영역에는 제 2 깊이를 갖는 제 2 패턴이 형성되고,
제 1 패턴 영역에는 광소자의 광이 도파되는 경로가 형성되고, 제 2 패턴 영역에는 광소자의 광파이버가 삽입되는 것을 특징으로 하는 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법.According to claim 2, by exposure and development,
A first pattern having a first depth is formed in the first region, and a second pattern having a second depth is formed in the second region,
A method for manufacturing a single-aligned multi-pattern for a polymer planar optical element, wherein a path for guiding light of an optical element is formed in the first pattern region, and an optical fiber of the optical element is inserted in the second pattern region.
제 1 깊이를 갖는 제 1 패턴 및 제 2 깊이를 갖는 제 2 패턴을 갖는 제 1,2 PR층에 금속 몰드 제조용 금속층을 형성하는 단계와,
제 1,2 PR층 및 기판을 제거하여 금속 몰드를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법.According to claim 1, The step of manufacturing the metal mold using the first and second PR layers,
Forming a metal layer for manufacturing a metal mold in the first and second PR layers having a first pattern having a first depth and a second pattern having a second depth,
And removing the first and second PR layers and the substrate to produce a metal mold.
아세톤 세척 공정시에 노광 깊이를 제어하기 위한 금속 패턴층은 제거되지 않는 것을 특징으로 하는 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법.The method of claim 4, wherein the acetone cleaning process is used to remove the first and second PR layers and the substrate,
A method of manufacturing a single alignment multi-pattern for a polymer planar optical element, wherein the metal pattern layer for controlling the exposure depth is not removed during the acetone cleaning process.
Ni 전기 도금을 이용하는 것을 특징으로 하는 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법.According to claim 4, In the step of forming a metal layer for manufacturing a metal mold,
A method of manufacturing a single alignment multi-pattern for a polymer planar optical element, characterized by using Ni electroplating.
금속 패턴층이 형성된 포지티브 PR 제 1 층상에 포지티브 PR 제 2 층을 형성하는 단계;
서로 다른 깊이를 갖는 제1,2 패턴을 동시에 패터닝하기 위한 패턴 형성용 마스크를 사용하여 포지티브 PR 제 1,2 층을 단일 UV 노광(exposure)으로 노광하여 상기 금속 패턴층에 의해 노광 깊이가 금속 패턴층이 형성된 영역과 형성되지 않은 영역이 서로 차이를 갖도록 하는 단계;
UV 노광(exposure)이 이루어진 포지티브 PR 제 1,2 층을 현상(development)하여 제 1 영역에 제 1 깊이를 갖는 제 1 패턴 및 제 2 영역에 제 2 깊이를 갖는 제 2 패턴을 동시에 형성하는 단계;
제 1 깊이를 갖는 제 1 패턴 및 제 2 깊이를 갖는 제 2 패턴을 갖는 포지티브 PR 제 1,2 층에 금속 몰드 제조용 금속층을 형성하는 단계;
포지티브 PR 제 1,2 층 및 실리콘 기판을 제거하여 금속 몰드를 제조하는 단계;를 포함하고, 쉐도우 마스크의 패턴과 패턴 형성용 마스크의 제 1 영역의 패턴은 동일한 것을 특징으로 하는 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법.Forming a positive PR first layer on the silicon substrate, and forming a metal pattern layer by metal deposition using a shadow mask in which the first region is opened;
Forming a positive PR second layer on the positive PR first layer on which the metal pattern layer is formed;
The positive PR first and second layers are exposed by a single UV exposure using a pattern forming mask for patterning the first and second patterns having different depths at the same time. Causing the layered and unformed regions to differ from each other;
Developing the first and second layers of positive PR made of UV exposure to simultaneously form a first pattern having a first depth in a first region and a second pattern having a second depth in a second region. ;
Forming a metal layer for manufacturing a metal mold on the first and second layers of positive PR having a first pattern having a first depth and a second pattern having a second depth;
A step of manufacturing a metal mold by removing the positive PR first and second layers and the silicon substrate, wherein the pattern of the shadow mask and the pattern of the first region of the pattern forming mask are the same for the polymer planar optical element. Alignment multi-pattern manufacturing method.
금속 패턴층이 형성된 제 1 영역에서는 금속 패턴층이 형성된 제 1 깊이까지만 노광이 이루어지고,
제 1 영역과 다른 제 2 영역은 제 1 깊이보다 깊은 제 2 깊이까지 노광 및 현상이 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 평면 광소자용 단일 정렬 멀티패턴 제조 방법.According to claim 7, In the step of selectively UV exposure (exposure) of the first and second layers of positive PR,
In the first region where the metal pattern layer is formed, exposure is performed only up to the first depth where the metal pattern layer is formed,
The second region different from the first region is a single alignment multi-pattern manufacturing method for a polymer planar optical element, characterized in that exposure and development to a second depth deeper than the first depth.
The method of claim 7, wherein a path for guiding light of the optical element is formed in the first pattern region, and an optical fiber of the optical element is inserted in the second pattern region.
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