Thermal oxidation effect for sidewall roughness minimization of hot embossing master for polymer optical waveguides

Hot embossing master is indispensable for the fabrication of polymeric optical waveguides using hot embossing technology. Sidewall roughness of silicon master is directly related to optical loss of optical waveguides In this paper, a silicon master was fabricated by using a deep-RIE process. Additionally, thermal oxidation followed by oxide removal was carried out to minimize etched Si sidewall roughness. Thermal oxidation and oxide removal were performed with $H_2O_2$ atmosphere at $1050^{\circ}C$ and $NH_4$F:HF=6:l BOE, respectively, for the oxide thickness of 400$\AA$, 1000$\AA$, 3000$\AA$, 4500$\AA$, 5600$\AA$ and 6200$\AA$. The sidewall roughness was characterized by SEM and SPM-AFH measurements. We found that the roughness was improved from 12nm (RMS) to 6nm (RMS) for the scalloped sidewall and from 162nm (RMS) to 39nm (RMS) for the vertical striation sidewall, respectively.

고분자 광도파로용 핫엠보싱 마스터의 표면거칠기 최소화를 위한 열산화 영향

핫엠보싱 기술을 이용하여 고분자 광도파로를 제작하기 위해서는 핫엠보싱 마스터가 필수적이며, 본 연구에서는 deep-RIE 공정에 의해 실리콘 마스터를 제작하였다. 광도파로의 광손실과 직접 연관이 있는 실리콘 마스터의 측면 거칠기를 최소화하기 위해 deep-RIE 공정 수행 후, 온도 $1050^{\circ}C$에서 $H_2/O_2$ 분위기하에 산화층을 각각 400$\AA$, 1000$\AA$, 3000$\AA$, 4500$\AA$, 5600$\AA$ 및 6200$\AA$ 두께로 형성하였으며, 곧바로 $NH_4$F:HF=6:1 BOE를 사용하여 산화층을 제거하였다. 제작된 마스터의 측면 거칠기를 SPM-AFM을 이용하여 측정하였으며, 측면 거칠기가 scallop 부분의 경우, 산화층 형성과 제거 후, 12nm (RMS)에서 최소 약 6nm (RMS)로 개선되었으며, vertical striation부분은 162nm (RMS)에서 최소 39m (RMS)로 개선됨을 확인하였다.