KR20020048497A - Method of manufacturing planar optical waveguides through negative etching - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A fabrication method of a plate-type optical waveguide is provided to select any amorphous material as a material for a core of waveguide by using an engraving etching. CONSTITUTION: After forming a metal mask on a silica glass substrate(210) by a thermal deposition or a sputtering, a waveguide pattern is formed through a lithography processing. At this time, the waveguide pattern has a groove on a defined core region. A groove corresponding to the core of the waveguide is formed by etching the silica glass substrate(210). Then, an amorphous metal oxidation material(221) is filled into the groove formed on the silica glass substrate(210) by performing a sol-gel processing. An amorphous layer(250) having a similar refractive index with the silica glass substrate(210) is deposited on the entire surface of the resultant structure.

Description

음각 식각을 이용한 평판형 광 도파로 제조 방법{Method of manufacturing planar optical waveguides through negative etching}Method of manufacturing planar optical waveguides through negative etching

본 발명은 음각 식각을 이용한 평판형 광 도파로 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 광통신용 부품으로 사용가능한 평판형 광 도파로 소재가 비정질(amorphous) 상태의 금속 산화물인 채널 도파로를 실리콘 또는 실리카 등과 같은 유전체 기판 상에 구현하는 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar optical waveguide fabrication method using intaglio etching. In particular, a planar optical waveguide material which can be used as an optical communication component is a channel oxide in which an amorphous metal oxide is formed on a dielectric substrate such as silicon or silica. It relates to a technique to implement.

도 1a 내지 1d는 종래의 평판형 광 도파로 제조 공정을 도시한 도면이다. 평판형 채널 도파로를 제조하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 종래의 방법은 다음과 같다. 먼저, 화염가수분해 퇴적법(flame hydrolysis deposition), 화학기상 증착법(chemical vapor deposition), 스퍼터링법 (sputtering deposition), 졸-겔법(sol-gel coating) 등의 막형성 공정을 적용하여 도 1a와 같이 클래드 및 코아 기능을 하는 2층의 치밀한 비정질 막(120, 130)을 순차적으로 기판(110) 상부에 형성시킨다. 이때 만약 기판 재료가 도파로 코아에 대하여 클래드 역할을 할 수 있는 실리카 유리(fused silica)일 경우에는 하부 클래드 막(120) 형성 단계를 생략할 수 있다. 이와 같이 클래드 및 코아 막이 공존하는 기판에 열증착 또는 스퍼터링 등의 공정으로 금속 마스크(140)를 입힌 후 일반적인 리소그라피 공정을 거쳐 도 1b와 같이 도파로 패턴을 형성시킨다. 이후, 코아 막 깊이까지 반응성 이온 식각 (reactive ion etching) 공정을 행하여 도 1c와 같이 도파로 코아(131)에 대응하는 영역 이외의 부분을 제거한다. 마지막으로, 상기 막형성 공정을 반복하여 하부 클래드와 유사한 굴절률을 갖는 비정질 막(150)을 도 1d와 같이 기판 상부에 형성한다.1A to 1D are views illustrating a conventional planar optical waveguide manufacturing process. The conventional method most commonly used to produce flat channel waveguides is as follows. First, a film forming process such as flame hydrolysis deposition, chemical vapor deposition, sputtering, and sol-gel coating is applied, as shown in FIG. 1A. Two dense amorphous films 120 and 130 which function as clads and cores are sequentially formed on the substrate 110. In this case, if the substrate material is fused silica, which may serve as a clad with respect to the waveguide core, the lower clad film 120 may be omitted. As described above, after the metal mask 140 is coated on the substrate where the clad and the core film coexist, a process such as thermal deposition or sputtering, a waveguide pattern is formed as shown in FIG. 1B through a general lithography process. Thereafter, a reactive ion etching process is performed to the core film depth to remove portions other than the region corresponding to the waveguide core 131 as shown in FIG. 1C. Finally, the film forming process is repeated to form an amorphous film 150 having a refractive index similar to that of the lower clad on the substrate as shown in FIG. 1D.

도 1d와 같이 신호광이 통과되는 통로인 도파로 코아의 단면이 정사각형 또는 직사각형인 채널 도파로는 광가둠(mode confinement) 효과가 수직 방향은 물론이고 수평방향으로도 작용하기 때문에 슬랩 형태인 도파로 코아의 상부 및 하부에만 클래드 막이 존재하는 리지(ridge) 또는 스트립 (strip-loaded) 형태의 도파로에 비해 편광에 기인하는 전송 손실이 작은 장점이 있다. 이러한 이유로 상업적으로는 평판형 광 도파로 소자 제조시 채널 도파로 구조가 선호된다.Channel waveguides having a square or rectangular cross section of a waveguide core, a passage through which signal light passes, as shown in FIG. 1D, have an upper portion of a waveguide core having a slab shape because the mode confinement effect acts in the vertical direction as well as the horizontal direction. Compared to the ridge or strip-loaded waveguide in which the clad film is present only at the bottom, the transmission loss due to polarization is small. For this reason, channel waveguide structures are preferred in the manufacture of planar optical waveguide devices.

상기 서술한 평판형 광 도파로 제조 방법을 이용하여 파워 분배기, 파장분할 다중화기 또는 도파로 열격자 소자와 같은 수동 광소자를 구현하고자 할 경우, 코아 막 조성으로는 실리카 계열의 광통신용 광섬유에서와 마찬가지로 SiO2/B2O3/P2O5/GeO2계가 주로 사용되며, 이러한 조성은 CF4, C2F6, CHF3와 같은 가스를 사용하는 반응성 이온 식각 공정에 의해 쉽게 식각된다. 그러나, 저손실 수동 도파로가 아닌 광신호 증폭을 위한 도파로를 제조하고자 할 경우에는 코아 막에 Er, Yb, Nd와 같은 희토류 금속이 첨가되는 것이 일반적이지만, 이러한 희토류 금속이 첨가된 비정질 막은 반응성 이온 식각 공정에 의해 식각되기 어려운 문제점이 있다.If you want to implement a passive optical device such as a power splitter, a wavelength division multiplexer or a waveguide open lattice elements by using the above-mentioned plate-like optical waveguide manufacturing method, the core layer composition was as in for the silica-based optical fiber SiO 2 The / B 2 O 3 / P 2 O 5 / GeO 2 system is mainly used and this composition is easily etched by a reactive ion etching process using gases such as CF 4 , C 2 F 6 , CHF 3 . However, in order to manufacture a waveguide for optical signal amplification rather than a low loss passive waveguide, rare earth metals such as Er, Yb, and Nd are commonly added to the core film. However, such an amorphous film to which the rare earth metal is added is a reactive ion etching process. There is a problem that is difficult to etch by.

따라서 상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 음각 식각을 이용한 평판형 광 도파로 제조 방법은 식각이 곤란한 비정질 물질을 평판형 광 도파로의 코아를 위한 소재로서 적용하고자 할 경우에도 도파로 코아에 대하여 클래드 역할을 할 수 있는 기판 표면에 식각 공정에 의해 도파로 코아에 해당하는 홈을 형성한 후 이 홈에 졸-겔 공정을 적용하여 비정질 상태의 금속산화물을 충전시킨 다음 마지막으로 도파로 코아에 대하여 클래드 역할을 할 수 있는 비정질 물질을 피복하는 간단한 공정으로 채널 도파로를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the method of manufacturing a plate-type optical waveguide using an intaglio etching according to the present invention for solving the above-described problems serves as a clad for the waveguide core even when an amorphous material that is difficult to be etched is applied as a material for the core of the plate-type optical waveguide. After forming a groove corresponding to the waveguide core by an etching process on the surface of the substrate capable of etching, the sol-gel process is applied to the groove to fill an amorphous metal oxide, and finally to serve as a clad for the waveguide core. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a channel waveguide by a simple process of coating an amorphous material.

도 1a 내지 1d는 종래의 평판형 광 도파로 제조 공정을 도시한 도면, 도 2a 내지 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 평판형 광 도파로 제조 공정을 도시한 도면,1A to 1D illustrate a conventional planar optical waveguide manufacturing process, and FIGS. 2A to 2D illustrate a planar optical waveguide manufacturing process according to an embodiment of the present invention.

도 3a 내지 3d는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 평판형 광 도파로 제조 공정을 도시한 도면이다.3A to 3D are views illustrating a manufacturing process of a planar optical waveguide according to another embodiment of the present invention.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of codes for main parts of drawing

210 : 실리카 유리 기판210: Silica Glass Substrate

221 : 도파로 코아 물질221: waveguide core material

250 : 비정질 막250: amorphous membrane

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 음각 식각을 이용한 평판형 광 도파로 제조 방법은, 광통신용 부품으로 사용가능한 평판형 광 도파로 소자의 제조방법에 있어서, 실리카 유리 기판 표면에 금속 마스크를 입힌 후 리소그라피 공정을 한 다음 도파로 패턴을 형성하는 제 1단계; 상기 실리카 유리 기판에 도파로 코아에 대응하는 홈을 형성하기 위하여 상기 실리카 유리 기판을 식각하는 제 2단계; 상기 실리카 유리 기판에 형성된 상기 홈에 졸-겔 공정을 적용하여 비정질 상태의 금속산화물을 충전시키는 제 3단계; 및 상기 비정질 상태의 금속산화물에 클래드 역할을 하는 비정질 막을 피복하는 제 4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 제조 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a plate-type optical waveguide using an intaglio etching method, the method of manufacturing a plate-type optical waveguide device usable as an optical communication component, wherein a metal mask is coated on a surface of a silica glass substrate. A first step of performing a lithography process and then forming a waveguide pattern; Etching the silica glass substrate to form a groove corresponding to the waveguide core in the silica glass substrate; A third step of applying a sol-gel process to the groove formed on the silica glass substrate to fill an amorphous metal oxide; And a fourth step of coating an amorphous film serving as a clad on the amorphous metal oxide.

또한, 광통신용 부품으로 사용가능한 평판형 광 도파로 소자의 제조방법에 있어서, 실리콘 기판 표면에 열산화막 또는 비정질 막을 형성하는 제 1단계; 상기 열산화막 또는 비정질 막에 금속 마스크를 입힌 후 리소그라피 공정을 한 다음 도파로 패턴을 형성하는 제 2단계; 상기 열산화막 또는 비정질 막 내부에 도파로 코아에 대응하는 홈을 형성하기 위하여 상기 열산화막 또는 비정질 막을 식각하는 제3단계; 상기 열산화막 또는 비정질 막 내부에 형성된 상기 홈에 졸-겔 공정을 적용하여 비정질 상태의 금속산화물을 충전시키는 제 4단계; 및 상기 비정질 상태의 금속산화물에 클래드 역할을 하는 비정질 막을 피복하는 제 5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 제조 방법이 제공된다.In addition, a method for manufacturing a planar optical waveguide device usable as an optical communication component, comprising: a first step of forming a thermal oxide film or an amorphous film on a surface of a silicon substrate; A second step of forming a waveguide pattern after performing a lithography process on the thermal oxide film or the amorphous film by coating a metal mask; Etching the thermal oxide film or the amorphous film to form a groove corresponding to the waveguide core in the thermal oxide film or the amorphous film; A fourth step of applying a sol-gel process to the groove formed in the thermal oxide film or the amorphous film to fill an amorphous metal oxide; And a fifth step of coating an amorphous film serving as a clad on the amorphous metal oxide.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 음각 식각을 이용한 평판형 광 도파로 제조 방법의 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다,Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the manufacturing method of the plate-type optical waveguide using the intaglio etching according to the present invention,

도 2a 내지 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 평판형 광 도파로 제조 공정을 도시한 도면이다.2A to 2D are views illustrating a manufacturing process of a flat optical waveguide according to an embodiment of the present invention.

(1) 제 1단계(1) First step

도 2a는 도파로 패턴을 형성하는 단계이다. 먼저, 실리카 유리 기판(210) 표면에 열증착 또는 스퍼터링 등의 공정으로 금속 마스크(240)를 입힌 후 리소그라피 공정을 거쳐 도파로 패턴을 형성시킨다. 이때 주목할 점은 도파로 코아에 해당하는 영역에 존재하는 금속막을 제거함으로서 이후의 식각 공정에서 도파로 코아에 해당하는 영역에서 식각이 이루어지도록 하는 것이다.2A is a step of forming a waveguide pattern. First, a metal mask 240 is coated on a surface of a silica glass substrate 210 by a process such as thermal deposition or sputtering, and then a waveguide pattern is formed through a lithography process. In this case, it is to be noted that the etching is performed in the region corresponding to the waveguide core in the subsequent etching process by removing the metal film existing in the region corresponding to the waveguide core.

(2) 제 2 단계(2) second stage

도 2b는 상기 도파로 코아에 대응하는 홈(220)을 형성하는 공정으로서, 상기 도파로 패턴 작업이 완료된 상기 실리카 유리 기판(210)에 대하여 반응성 이온 식각 공정을 행하여 상기 도파로 코아에 대응하는 홈(220)을 만든다.FIG. 2B illustrates a process of forming the groove 220 corresponding to the waveguide core. The groove 220 corresponding to the waveguide core is formed by performing a reactive ion etching process on the silica glass substrate 210 on which the waveguide pattern work is completed. Make

(3) 제 3 단계(3) the third stage

도 2c는 상기 홈(220)에 도파로 코아 물질(221)을 충전하는 공정으로서, 상기 코아 물질을 충전하기 위하여 일반적인 막형성 공정 중의 하나인 졸-겔 공정을 적용한다.FIG. 2C illustrates a process of filling the waveguide core material 221 in the groove 220, and applies a sol-gel process, which is one of general film forming processes, to fill the core material.

상기 도파로 코아에 대응하는 상기 홈(220)에 코아 물질을 충전시키기 위하여 졸-겔 공정을 적용한 이유는 다음과 같다. 폭과 높이가 수㎛ 인 도파로 코아에 대응하는 홈을 코아 물질로 충전시키기 위하여 화염가수분해 퇴적법, 화학기상 증착법 또는 스퍼터링법을 적용할 경우에는 홈 이외의 영역에도 수㎛ 두께의 비정질 막이 형성되는 현상을 피할 수 없고, 이와 같이 형성된 두꺼운 막은 채널 도파로 설계시 장애가 된다. 그러나, 졸-겔 공정을 적용할 경우에는 도파로 코아에 대응하는 홈 이외의 영역에 비정질 막이 형성되기는 하지만 막형성 공정을 수 차례 반복하더라도 그 두께가 0.5㎛를 넘지 않는 것이 일반적이기 때문에, 이 정도의 얇은 막은 채널 도파로 설계시 장애가 되지 않기 때문이다.The reason why the sol-gel process is applied to fill the core material in the groove 220 corresponding to the waveguide core is as follows. In order to fill the grooves corresponding to the waveguide cores having a width and height of several μm with core material, when the hydrohydrolysis deposition method, chemical vapor deposition method, or sputtering method is applied, an amorphous film having a thickness of several μm is formed in the regions other than the grooves. The phenomenon is inevitable, and the thick film thus formed is an obstacle when designing a channel waveguide. However, in the case of applying the sol-gel process, although an amorphous film is formed in a region other than the groove corresponding to the waveguide core, the thickness does not exceed 0.5 μm even if the film forming process is repeated several times. This is because thin films are not an obstacle in the design of channel waveguides.

본 발명에서는 음각 식각 기법에 의해 실리카 유리 기판(210) 상에 형성된 도파로 코아에 대응하는 홈(220)에 졸-겔법을 적용하여 비정질 코아 물질을 충전시키기 위하여 다음과 같은 방법을 사용하였다. 실리카 유리 계열의 광 도파로 코아 물질을 만들기 위한 졸 용액은 일반적으로 Si(OC2H5)4의 화학식으로 표현되는 TEOS(tetraethylorthosilicate)의 알코올 용액에 H2O를 첨가하여 가수분해 및 응축반응을 진행시킴으로서 제조되며, 이때 Ge, P, Al, Ti 등의 성분을 함유한 화학물질을 TEOS와 함께 첨가하여 도파로 코아의 굴절률을 증가시킨다. 그리고 신호광 증폭을 위한 도파로 제조시에는 Ge, P, Al, Ti 등의 성분 이외에도 Er, Nd, Yb 등과 같은 희토류 금속이 함유된 화학물질이 소량 첨가된다.In the present invention, the following method was used to fill the amorphous core material by applying the sol-gel method to the groove 220 corresponding to the waveguide core formed on the silica glass substrate 210 by the intaglio etching technique. A sol solution for making a core material with a silica glass optical waveguide generally undergoes hydrolysis and condensation reaction by adding H 2 O to an alcohol solution of tetraethylorthosilicate (TEOS) represented by the chemical formula of Si (OC 2 H 5 ) 4 . It is prepared by adding a compound containing Ge, P, Al, Ti, and other components together with TEOS to increase the refractive index of the waveguide core. In addition, in addition to Ge, P, Al, Ti, and the like, a small amount of chemical substances containing rare earth metals, such as Er, Nd, and Yb, are added when manufacturing a waveguide for amplifying signal light.

본 발명에서는 상기 서술한 것과 동일 또는 유사한 방법으로 제조된 졸 용액을 도파로 코아에 대응하는 홈(220)이 형성된 실리카 유리 기판(210) 상에 적하한 다음 고속으로 회전시키거나 상기 졸 용액에 상기 실리카 유리 기판(210)을 넣고 다시 꺼내는 방법으로 상기 홈(220)에 졸 용액을 충전시키고 건조 과정을 거쳐 충전된 졸 용액을 겔화시킨다. 이후 겔화된 코아 물질이 존재하는 상기 실리카 유리 기판(210)을 고온에서 열처리하여 겔화된 코아 물질을 열분해시키고, 그 결과 생성된 비정질 금속산화물 코아 물질이 치밀화되도록 한다. 한편, 이와 같은 열처리 공정 중에 상기 비정질 금속산화물 코아 물질에서 결정화가 발생할 수 있는데, 이러한 결정화에 의해 광 도파로에서 광의 전송 손실이 증가하므로 가능한 한 결정화를 억제할 수 있는 열처리 조건을 탐색하는 것이 중요하다.In the present invention, the sol solution prepared by the same or similar method as described above is dropped on the silica glass substrate 210 in which the grooves 220 corresponding to the waveguide core are formed and then rotated at a high speed or the silica is added to the sol solution. The sol solution is filled into the grooves 220 by inserting the glass substrate 210 and then re-geling the sol solution. Thereafter, the silica glass substrate 210 in which the gelled core material is present is heat-treated at a high temperature to thermally decompose the gelled core material, and the resulting amorphous metal oxide core material is densified. On the other hand, crystallization may occur in the amorphous metal oxide core material during such a heat treatment process. Since the transmission loss of light increases in the optical waveguide by such crystallization, it is important to search for heat treatment conditions that can suppress crystallization as much as possible.

이와 같은 일련의 과정을 거쳐 도 2c와 같이 음각 식각 기법에 의해 형성된 도파로 코아에 대응하는 홈(220)에 비정질 상태의 치밀한 금속산화물 코아 물질이 충전되게 된다. 또한, 광 도파로 제조 공정의 개선 또는 제조된 광도파로 소자의 특성 향상을 위해 필요시에는 도파로 코아에 대응하는 홈 이외의 영역에 존재하는 금속산화물 코아 물질의 얇은 막을 반응성 이온 식각 공정 또는 기계적인 연마 공정에 의해 제거할 수도 있다.Through such a series of processes, the dense metal oxide core material in the amorphous state is filled in the groove 220 corresponding to the waveguide core formed by the intaglio etching technique as shown in FIG. 2C. In addition, in order to improve the optical waveguide manufacturing process or improve the characteristics of the manufactured optical waveguide device, a thin film of metal oxide core material existing in a region other than the groove corresponding to the waveguide core may be reacted with a reactive ion etching process or a mechanical polishing process. It can also be removed by.

(4) 제 4 단계(4) the fourth step

도 2d는 비정질 막(250)을 상기 실리카 유리 기판(210) 상부에 형성하는 공정으로서, 본 공정은 화염가수분해 퇴적법, 화학기상 증착법, 스퍼터링법 또는 졸-겔법 등의 막형성 공정 중에서 어느 한가지 공정을 택하여 막형성 공정을 반복함으로서 상기 실리카 유리 기판(210)과 유사한 굴절률을 갖는 비정질 막(250)을 상기 실리카 유리 기판(210) 상부에 형성한다.FIG. 2D illustrates a process of forming an amorphous film 250 on the silica glass substrate 210. The process may be any one of film forming processes such as flame hydrolysis deposition, chemical vapor deposition, sputtering, or sol-gel. By repeating the film formation process by selecting the process, an amorphous film 250 having a refractive index similar to that of the silica glass substrate 210 is formed on the silica glass substrate 210.

도 3a 내지 3d는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 평판형 광 도파로 제조 공정을 도시한 도면이다.3A to 3D are views illustrating a manufacturing process of a planar optical waveguide according to another embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 음각 식각을 이용한 평판형 광 도파로 제조 방법은 도 2에서 설명한 바와 같은 실리카 유리 기판 대신에 실리콘 기판을 사용하여 광 도파로를 만들 수 있다. 상기 실리콘 기판을 사용하여 광 도파로를 만들기 위해서는, 상기 실리콘 기판의 표면에는 도 3a와 같이 두께가 수㎛ 이상인 실리콘의 열산화막(thermal oxidation layer, 340)이 존재하거나 화염가수분해 퇴적법, 화학기상 증착법, 스퍼터링법 또는 졸-겔법 등의 막형성 공정에 의해 도파로 코아에 대하여 클래드 기능을 할 수 있는 치밀한 실리카 계열의 비정질 막(340)이 형성되어 있어야 한다. 상기 두께가 수㎛ 이상인 비정질 막(320)에 금속 마스크 형성 작업에 이은 리소그라피 및 식각 공정을 행함으로서 도 3b와 같이 도파로 코아에 대응하는 홈(320)을 형성하고, 이 홈(320)에 상기 도 2의 공정에서 기술한 졸-겔 공정을 적용하여 도 3c와 같이 비정질 금속산화물 코아 물질(321)을 충전시킨다. 그리고 마지막으로 화염가수분해 퇴적법, 화학기상 증착법, 스퍼터링법 또는 졸-겔법 등의막형성 공정 중에서 어느 하나의 공정을 택하여 도 2와 같이 도파로 코아에 대응하는 홈(320)에 비정질 금속산화물 코아 물질이 충전된 실리콘 기판 표면에 막형성 공정을 반복함으로서 도파로 코아에 대하여 클래드 기능을 할 수 있는 치밀한 비정질 막(350)을 도 3d와 같이 실리콘 기판(310) 상부에 형성한다. 이때 졸-겔법을 막형성 공정으로 선택한 경우에는 도파로 코아에 대응하는 홈(320)에 도파로 코아용 졸 용액을 충전시킨 후 건조과정을 거친 다음 곧바로 도파로 클래드용 졸 용액을 피복시킨 후 건조과정 및 고온 열처리 공정을 행함으로서 고온 열처리 공정의 반복을 피할 수 있다.In the method of manufacturing a plate-type optical waveguide using intaglio etching according to the present invention, an optical waveguide may be made using a silicon substrate instead of the silica glass substrate as described in FIG. 2. In order to make an optical waveguide using the silicon substrate, a thermal oxidation layer 340 of silicon having a thickness of several μm or more is present on the surface of the silicon substrate as shown in FIG. 3A, or a hydrohydrolysis deposition method or a chemical vapor deposition method. A dense silica-based amorphous film 340 capable of cladding with respect to the waveguide core should be formed by a film forming process such as a sputtering method or a sol-gel method. By performing a lithography and etching process following a metal mask forming operation on the amorphous film 320 having a thickness of several μm or more, grooves 320 corresponding to the waveguide core are formed as shown in FIG. The sol-gel process described in step 2 is applied to fill the amorphous metal oxide core material 321 as shown in FIG. 3C. Finally, any one of a film forming process such as flame hydrolysis deposition, chemical vapor deposition, sputtering, or sol-gel method is selected, and the amorphous metal oxide core is formed in the groove 320 corresponding to the waveguide core as shown in FIG. 2. By repeating the film forming process on the surface of the silicon-filled material, a dense amorphous film 350 capable of cladding with respect to the waveguide core is formed on the silicon substrate 310 as shown in FIG. 3D. In this case, when the sol-gel method is selected as the film forming process, the sol solution for the waveguide is filled in the grooves 320 corresponding to the waveguide core, followed by the drying process, and immediately after coating the sol solution for the waveguide clad, the drying process and the high temperature. By performing the heat treatment step, repetition of the high temperature heat treatment step can be avoided.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 음각 식각을 이용한 평판형 광 도파로 제조 방법은 도파로 코아를 위한 소재로서 반응성 이온 식각 공정으로 식각이 가능한 비정질 물질뿐만 아니라 식각이 곤란한 비정질 물질을 선택할 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점을 이용하는 경우 저손실 수동 도파로 및 신호광 증폭용 도파로를 동일한 기판에 집적화할 수 있다. 또한, 기판으로서 실리카 유리 기판 또는 두께가 수㎛ 이상인 열산화막이 존재하는 실리콘 기판을 사용할 경우, 기판 상에 최종적으로 채널 도파로가 형성된 후에도 기판이 휘는 현상이 거의 없기 때문에 굴절률 이방성이 감소하여 도파로의 편광 의존성을 줄일 수 있는 장점이 있다.As described above, the method of manufacturing a plate type optical waveguide using an intaglio etching according to the present invention has an advantage of selecting an amorphous material that is difficult to etch as well as an amorphous material that can be etched by a reactive ion etching process as a material for the waveguide core. With this advantage, a low loss passive waveguide and a waveguide for signal light amplification can be integrated on the same substrate. In addition, when a silica glass substrate or a silicon substrate having a thermal oxide film having a thickness of several μm or more is used as the substrate, since the substrate hardly bends even after the channel waveguide is finally formed on the substrate, the refractive index anisotropy decreases, thereby polarizing the waveguide. This has the advantage of reducing dependencies.

Claims (9)

광통신용 부품으로 사용가능한 평판형 광 도파로 소자의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of a flat plate optical waveguide device usable as an optical communication component, 실리카 유리 기판 표면에 금속 마스크를 입힌 후 리소그라피 공정을 한 다음 도파로 패턴을 형성하는 제 1단계;Applying a metal mask to the surface of the silica glass substrate, performing a lithography process, and then forming a waveguide pattern; 상기 실리카 유리 기판에 도파로 코아에 대응하는 홈을 형성하기 위하여 상기 실리카 유리 기판을 식각하는 제 2단계;Etching the silica glass substrate to form a groove corresponding to the waveguide core in the silica glass substrate; 상기 실리카 유리 기판에 형성된 상기 홈에 졸-겔 공정을 적용하여 비정질 상태의 금속산화물을 충전시키는 제 3단계; 및A third step of applying a sol-gel process to the groove formed on the silica glass substrate to fill an amorphous metal oxide; And 상기 비정질 상태의 금속산화물에 클래드 역할을 하는 비정질 막을 피복하는 제 4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 제조 방법.And a fourth step of coating the amorphous metal serving as a clad on the amorphous metal oxide. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2단계는,The second step, 상기 도파로 패턴이 형성된 실리카 유리 기판에 대한 식각 공정시 반응성 이온 식각을 이용하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 제조 방법.The method of manufacturing an optical waveguide, characterized in that to use a reactive ion etching during the etching process on the silica glass substrate on which the waveguide pattern is formed. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 3단계는,The third step, 상기 졸-겔 공정에 있어서 금속 무기염(inorganic metal salt) 또는 금속 알콕사이드(metal alkoxide) 등과 같은 유기금속 화합물(metal organic compounds)의 수용액 또는 알코올용액을 출발 물질로 하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 제조 방법.In the sol-gel process, an optical waveguide manufacturing method comprising an aqueous solution or an alcohol solution of metal organic compounds such as an inorganic metal salt or a metal alkoxide as a starting material. . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 3단계는,The third step, 상기 졸-겔 공정 완료 후 도파로 코아에 대응하는 홈 이외의 영역에 형성된 비정질 막을 제거하기 위하여 반응성 이온 식각 공정 또는 기계적인 연마 공정을 추가하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 제조 방법.And a reactive ion etching process or a mechanical polishing process is added to remove the amorphous film formed in the region other than the groove corresponding to the waveguide core after completion of the sol-gel process. 광통신용 부품으로 사용 가능한 평판형 광 도파로 소자의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of a flat plate optical waveguide device that can be used as an optical communication component, 실리콘 기판 표면에 실리콘의 열산화막 또는 실리카 계열의 비정질 막을 형성하는 제 1단계;Forming a thermal oxide film of silicon or an amorphous film based on silica on the surface of the silicon substrate; 상기 열산화막 또는 비정질 막에 금속 마스크를 입힌 후 리소그라피 공정을 한 다음 도파로 패턴을 형성하는 제 2단계;A second step of forming a waveguide pattern after performing a lithography process on the thermal oxide film or the amorphous film by coating a metal mask; 상기 열산화막 또는 비정질 막 내부에 도파로 코아에 대응하는 홈을 형성하기 위하여 상기 열산화막 또는 비정질 막을 식각하는 제 3단계;Etching the thermal oxide film or the amorphous film to form grooves corresponding to the waveguide cores in the thermal oxide film or the amorphous film; 상기 열산화막 또는 비정질 막 내부에 형성된 상기 홈에 졸-겔 공정을 적용하여 비정질 상태의 금속산화물을 충전시키는 제 4단계; 및A fourth step of applying a sol-gel process to the groove formed in the thermal oxide film or the amorphous film to fill an amorphous metal oxide; And 상기 비정질 상태의 금속산화물에 클래드 역할을 하는 비정질 막을 피복하는 제 5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 제조 방법.And a fifth step of coating the amorphous metal serving as a clad on the amorphous metal oxide. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제 3단계는,The third step, 상기 도파로 패턴이 형성된 열산화막 또는 비정질 막에 대한 식각 공정시 반응성 이온 식각을 이용하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 제조 방법.The method of manufacturing an optical waveguide, characterized in that using reactive ion etching during the etching process for the thermal oxide film or amorphous film having the waveguide pattern formed. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제 4단계는,The fourth step, 상기 졸-겔 공정에 있어서 금속 무기염(inorganic metal salt) 또는 금속 알콕사이드(metal alkoxide) 등과 같은 유기금속 화합물(metal organic compounds)의 수용액 또는 알코올용액을 출발 물질로 하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 제조 방법.In the sol-gel process, an optical waveguide manufacturing method comprising an aqueous solution or an alcohol solution of metal organic compounds such as an inorganic metal salt or a metal alkoxide as a starting material. . 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제 4단계는,The fourth step, 상기 졸-겔 공정 완료 후 도파로 코아에 대응하는 홈 이외의 영역에 형성된 열산화막 또는 비정질 막을 제거하기 위하여 반응성 이온 식각 공정 또는 기계적인 연마 공정을 추가하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 제조 방법.And a reactive ion etching process or a mechanical polishing process is added to remove the thermal oxide film or the amorphous film formed in the region other than the groove corresponding to the waveguide core after completion of the sol-gel process. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 열산화막 또는 비정질 막은 두께가 5㎛ 이상인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 제조 방법.The thermal oxidation film or the amorphous film is an optical waveguide manufacturing method, characterized in that the thickness is 5㎛ or more used.
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