KR0169837B1 - Method for precise alignment of optical device and optical fiber - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광소자와 광섬유의 정밀 수동 정렬방법에 관한 것이다.The present invention relates to a precise manual alignment method of optical elements and optical fibers.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광소자와 광섬유의 정밀 수동 정렬방법은, V-홈을 이용한 광소자와 광섬유의 정밀 수동 정렬방법에 있어서, 상기한 V-홈을 제조시 광섬유가 정렬되는 V-홈 폭에 대한 정확한 측정을 위하여 수동 정렬용 기판 상에 V-홈 폭 측정용 마커를 형성하고, 광소자를 수동 정렬용 기판에 플립칩본딩시 광섬유와의 정렬정밀도를 높이기 위하여 수동 정렬용 기판 상에 플립칩본딩용 정렬부호를 형성한 것을 특징으로 한다.Precise manual alignment method of the light emitting device and the optical fiber according to a preferred embodiment of the present invention, in the precision manual alignment method of the optical device and the optical fiber using the V-groove, when the optical fiber is aligned when manufacturing the V-groove A marker for measuring V-groove width is formed on the substrate for manual alignment for accurate measurement of the groove width, and in order to increase the alignment accuracy with the optical fiber when flip chip bonding the optical device to the substrate for manual alignment. An alignment code for flip chip bonding is formed.

Description

광소자와 광섬유의 정밀 수동 정렬방법Precise manual alignment of optical element and optical fiber

제1도는 본 발명에 따른 수동 정렬용 기판의 제조공정도 및 제조된 기판에 광소자와 광섬유를 정렬하는 공정을 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process diagram of a manual alignment substrate according to the present invention and a process of aligning an optical element and an optical fiber to the prepared substrate.

제2(a)도는 본 발명에 따른 V-홈 폭 측정용 마커의 사용예를 나타낸 평면도.Figure 2 (a) is a plan view showing an example of the use of the marker for measuring the V-groove width in accordance with the present invention.

제2(b)도는 본 발명에 따른 플립칩본딩 정렬부호의 사용예를 나타낸 사시도.Figure 2 (b) is a perspective view showing an example of the use of flip chip bonding alignment code according to the present invention.

제2(c)도는 본 발명에 따른 광섬유 정렬용 미세눈금자의 사용예를 나타낸 평면도.Figure 2 (c) is a plan view showing an example of the use of the fine ruler for optical fiber alignment according to the present invention.

제2(d)도는 본 발명에 따른 광섬유 진행원점의 사용예를 나타낸 평면도.Figure 2 (d) is a plan view showing an example of the use of the optical fiber traveling origin according to the present invention.

제3(a)도는 본 발명에 따라 제조된 발광소자용 기판의 사시도.Figure 3 (a) is a perspective view of a substrate for a light emitting device manufactured according to the present invention.

제3(b)도는 본 발명에 따라 제조된 수광소자용 기판의 사시도.Figure 3 (b) is a perspective view of a substrate for a light receiving element manufactured according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 실리콘 웨이퍼 2 : 실리콘 질화물1: silicon wafer 2: silicon nitride

3 : 금속증착용 포토레지스트3: photoresist for metal deposition

4 : 증착된 금속층(under-bump metallurgy : UBM)4: under-bump metallurgy (UBM)

5 : UBM 패드 5' : 재정의된 UBM 패턴5: UBM pad 5 ': Redefined UBM pattern

6 : 실리콘 질화물 7 : V-홈6: silicon nitride 7: V-groove

8 : V-홈 개구 형성용 포토레지스트 9 : V-홈 개구8: photoresist for forming V-groove opening 9: V-groove opening

10 : 후막 포토레지스트 11 : 증착된 솔더범프10: thick film photoresist 11: deposited solder bumps

12 : 리플로우된 솔더범프 13 : 발광소자 도파로12: reflowed solder bump 13: light emitting device waveguide

14 : 수동 정렬용 기판 15 : 발광소자14 substrate for manual alignment 15 light emitting element

16 : 발광소자용 기판에 정렬된 광섬유16: optical fiber arranged on substrate for light emitting element

17 : 광섬유 코어 18 : 수광소자17: optical fiber core 18: light receiving element

19 : 수광창19: light receiving window

20 : 수광소자용 기판에 정렬된 광섬유20: optical fiber arranged on substrate for light receiving element

21 : 플립칩본딩용 정렬부호 22 : V-홈 폭 측정용 마커21: Alignment code for flip chip bonding 22: Marker for measuring V-groove width

23 : 광섬유 정렬용 미세눈금자 24 : 광섬유 진행원점23: fine ruler for optical fiber alignment 24: optical fiber progress origin

25 : 광섬유 진행 확인 마커 26 : (111) 반사면25: fiber progress check marker 26: (111) reflective surface

27 : 기판 위의 발광소자 위치부 28 : 기판 위의 수광소자 위치부27: light emitting element position on the substrate 28: light receiving element position on the substrate

29 : 수광창 위치부29: light receiving window position

본 발명은 광소자와 광섬유의 정밀 수동 정렬방법에 관한 것이다.The present invention relates to a precise manual alignment method of optical elements and optical fibers.

좀 더 구체적으로, 본 발명은 실리콘 기판 상의 V-홈을 이용한 광소자와 광섬유 간에 광결합을 이루고자 할 때 광소자와 광섬유의 위치제어를 가능하게 함으로써 정밀한 광결합을 이룰 수 있도록 하는 V-홈을 이용한 광소자와 광섬유의 정밀 수동 정렬방법에 관한 것이다.More specifically, the present invention provides a V-groove to achieve precise optical coupling by enabling the position control of the optical device and the optical fiber when optical coupling between the optical device and the optical fiber using the V-groove on the silicon substrate. It relates to a precise manual alignment method of the optical device and the optical fiber used.

빛을 전달하는 광섬유를 광소자와 결합시키는 방법은 크게 능동정렬(active alignment)과 수동 정렬(passive alignment)의 두가지로 나눌 수 있다.There are two ways to combine optical fiber that transmits light with optical devices. There are two types of optical alignment methods: active alignment and passive alignment.

통상적으로, 렌즈가 부착된 TO 패키지에서 나오는 전기적 신호를 관찰하면서 광섬유를 정렬하는 능동정렬법과는 달리, 수동 정렬법에서는 발광소자 등의 광소자를 실리콘 기판 위에 플립칩 본딩등의 방법으로 고정하고 동일 기판 상에 인접하여 광섬유의 중심 코어(core)가 플립칩본딩된 광소자의 도파로와 일치되도록 설계하여 형성시킨 V 형태의 홈(V-홈 : V-groove)에 광섬유를 정렬함으로써 결합공정이 완료된다.In general, unlike the active alignment method of aligning optical fibers while observing an electrical signal from a lens-attached TO package, in the manual alignment method, optical devices such as a light emitting device are fixed on a silicon substrate by flip chip bonding or the like, and then on the same substrate. The bonding process is completed by aligning the optical fiber in a V-shaped groove (V-groove) which is designed and formed so that the center core of the optical fiber is aligned with the waveguide of the flip chip bonded optical element adjacent thereto.

따라서, 수동 정렬법에서는 와이어본딩을 배제할 수 있기 때문에, 전기적 특성이 우수할 뿐 아니라 패키징 작업이 간단하여 대량생산이 용이하다는 장점을 지닌다.이러한 장점을 살리기 위해서는 V-홈 위에 놓인 광섬유와 플립칩본딩된 광소자의 위치 상관관계를 매우 정확히 유지하여야 한다. 특히, 발광소자의 경우 광도파로와 수직한 면에서 좌우방향(x 방향)으로는 통상 ±2μm, 그리고 높이방향(y 방향)으로는 ±1μm 내외의 정렬정밀도를 유지하여야 하며, V-홈에 정렬된 광섬유의 절단면과 광도파로간의 거리(z 방향)도 20μm 내외로 조절하여야 실용적인 광결합 효율을 얻을 수 있다.Therefore, in the manual sorting method, wire bonding can be eliminated, and it has the advantage of not only excellent electrical characteristics but also simple packaging operation, so that mass production is easy. The positional correlation of the optical devices must be maintained very accurately. Particularly, in the case of a light emitting device, alignment accuracy of about ± 2 μm in the left and right directions (x direction) and ± 1 μm in the height direction (y direction) should be maintained in a plane perpendicular to the optical waveguide, and aligned in the V-groove. The distance between the cut surface of the optical fiber and the optical waveguide (z direction) should also be adjusted to about 20 μm to obtain practical optical coupling efficiency.

이중에서, 광소자와 광섬유의 x 방향 정렬은 V-홈 위에 놓이는 광섬유의 중심축과 광소자의 도파로를 일치하도록 하는 것인데, 이를 위해서는 V-홈의 위치에 맞추어 형성한 플립칩본딩용 패드에 광소자를 정렬하여 본딩하여야 한다. 솔더를 이용한 광소자의 플립칩본딩시 용융된 솔더의 표면장력에 의한 자기 정렬(self-alignment) 성질을 이용하면, 본딩전에 광소자를 정밀하게 정렬하지 않아도 최종적으로 원하는 위치에 x-방향 정렬을 이룰 수 있다는 것이 광소자 수동 정렬방법의 근간이다. 그러나, 실제적으로는, 솔더의 표면장력에 의한 복원력만으로 2μm 이내 오차범위의 정렬정밀도를 얻기는 매우 어려우며, 시도를 한다고 하더라도 본딩에 필요한 시간이 매우 길어질 우려가 있으므로 실제적으로는 소자와 기판의 본딩 전에 가급적 정밀한 정렬을 하는 것이 바람직하다. 광소자 등의 칩을 기판에 정렬하기 위한 패턴으로 통상적으로 본딩패드가 사용되나, 이 크기가 100μm 정도에 이르기 때문에, 이러한 정렬패턴으로는 광결합에 필요한 정렬정밀도를 얻을 수 없다.Of these, the alignment of the optical element and the optical fiber in the x direction is to align the waveguide of the optical element with the central axis of the optical fiber placed on the V-groove. For this purpose, the optical element is placed on a flip chip bonding pad formed in accordance with the position of the V-groove. It must be aligned and bonded. When flip chip bonding of solder-based optical devices, the self-alignment property due to the surface tension of the molten solder can be used to achieve the x-direction alignment at the desired position without precisely aligning the optical devices before bonding. Is the basis of the optical element manual alignment method. However, in practice, it is very difficult to obtain the alignment accuracy of the error range within 2 μm only by the restoring force by the surface tension of the solder, and in practice, the time required for bonding may be very long. It is desirable to be as precise as possible. Bonding pads are typically used as a pattern for aligning chips such as optical elements on a substrate. However, since the size reaches about 100 μm, the alignment precision necessary for optical coupling cannot be obtained with such an alignment pattern.

한편, y-방향의 정렬, 즉 광소자의 높이는 솔더범프의 크기를 조절하거나, 혹은 광소자와 가판 사이에 광소자의 높이를 제어할 수 있는 단(壇)을 형성하여 조절할 수 있으나, 광섬유의 중심코어의 높이는 순수하게 V-홈의 폭에 의해서 결정되므로 V-홈의 크기를 제어하는 것이 중요하다. 그런데, 광섬유의 수동 정렬을 위한 V-홈의 폭이 통상 140μm, 혹은 그 이상이 되므로 이를 1μm 내외의 오차범위로 조절하려면, 공정의 재현성은 물론 현실적으로 이를 측정할 수 있는 수단이 존재하여야 한다. 통상적인 광학현미경 등을 이용한 V-홈 폭의 측정시 해상력 및 측정오차의 문제로 인해 1μm 이내의 정확도로 측정하는 것은 매우 어렵고, 2차원 혹은 3차원 방식의 최신 측정기기를 이용하여 측정을 할 수 있다하여도 특수한 장비가 요구되며 시간이 많이 소요되어 그 결과를 즉시 공정에 반영하기는 힘들다.On the other hand, the alignment in the y-direction, that is, the height of the optical element can be adjusted by adjusting the size of the solder bumps or forming a stage for controlling the height of the optical element between the optical element and the substrate, but the central core of the optical fiber It is important to control the size of the V-groove because the height of is determined purely by the width of the V-groove. However, since the width of the V-groove for manual alignment of the optical fiber is usually 140 μm or more, to adjust it to an error range of about 1 μm, there must be a means for measuring the reproducibility of the process and the reality. When measuring the V-groove width using a conventional optical microscope, it is very difficult to measure the accuracy within 1μm due to the problem of resolution and measurement error, and it is possible to measure using the latest measuring equipment of 2D or 3D method. Even though special equipment is required and time-consuming, it is difficult to reflect the result in the process immediately.

또한, 플립칩본딩이 완료된 광소자와 광결합을 이루기 위하여 광섬유를 V-홈 위에 정렬하는데(z축 정렬), 이때 광섬유 절단면 상의 중심코어와 광소자 활성지역 간의 간격이 중요하다. 광섬유를 단순 절단한 경우, 이 간격은 가까울수록 좋으나 정렬된 광섬유를 고정하기 위한 공정에서의 공정여유도 등을 감안한다면 약 20±10μm 정도가 무난하다. 그러나, 광결합 효율을 높이기 위하여 절단된 광섬유의 끝을 렌즈형으로 만드는 경우에는, 렌즈의 구경에 따라 이 간격이 다르며 통상 3μm 이내의 정렬오차를 요구한다. 특히, 발광소자의 경우에는 거리를 관찰하면서 광섬유를 정렬할 수 있으나, 수광소자의 광결합에서는 광소자가 플립칩본딩되어 수광창(受光窓)이 밑에 존재하기 때문에, 광섬유 끝의 위치를 볼 수 없으므로 원하는 간격의 정렬을 이루기 어렵다.In addition, the optical fiber is aligned on the V-groove (z-axis alignment) to achieve optical coupling with the optical device in which the flip chip bonding is completed, in which the spacing between the center core and the optical device active region on the optical fiber cutting surface is important. In the case of simple cutting of the optical fiber, the closer this interval is, the better, but considering the process margin in the process for fixing the aligned optical fiber, about 20 ± 10 μm is sufficient. However, in the case of making the end of the cut optical fiber lenticular in order to increase the optical coupling efficiency, this spacing varies depending on the diameter of the lens and usually requires an alignment error within 3 m. Particularly, in the case of the light emitting device, the optical fibers can be aligned while observing the distance. However, in the optical coupling of the light receiving device, since the light receiving device is flip chip bonded and the light receiving window exists underneath, the position of the optical fiber cannot be seen. Difficult to achieve the desired spacing.

따라서, 수동 정렬방법에서는 공정중 광소자를 구동시켜 광출력을 관찰하면서 z-축의 간격을 결정할 수도 있으나, 이러한 방법은 전극을 연결해야 하는 등의 번거로움 및 추가장비의 필요성으로 비용상승의 요인으로 작용한다.Therefore, the manual alignment method may determine the z-axis spacing while observing the light output by driving the optical device during the process, but this method is a factor of cost increase due to the trouble of connecting the electrodes and the need for additional equipment. do.

결국, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 수동 정렬방법에 의한 광소자와 광섬유의 광결합시 광소자의 플립칩본딩을 위한 정렬을 손쉽게 하며, 광섬유와 광소자 도피로 간의 거리제어를 정확하게 하고, 광섬유의 높이를 결정하는 V-홈의 폭 제어를 가능하게 함으로써, 광결합을 위한 광소자와 광섬유의 정밀수동 정렬을 가능하게 하는 광소자와 광섬유의 정밀 수동 정렬방법을 제공함에 있다.After all, the present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to facilitate the alignment for flip chip bonding of the optical device when the optical device and the optical fiber is coupled by the manual alignment method, the optical fiber and optical device escape The precise manual alignment method of optical devices and optical fibers that enables precise manual alignment of optical devices and optical fibers for optical coupling by precisely controlling the distance between them and enabling the width control of the V-groove to determine the height of the optical fibers. In providing.

상기한 목적을 달성하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광소자와 광섬유의 정밀 수동 정렬방법은, V-홈을 이용한 광소자와 광섬유의 정밀 수동 정렬방법에 있어서, 상기한 V-홈을 제조시 광섬유가 정렬되는 V-홈 폭에 대한 정확한 측정을 위하여 수동 정렬용 기판 상에 V-홈 폭 측정용 마커를 형성하고, 광소자를 수동 정렬용 기판에 플립칩본딩시 광섬유와의 정렬정밀도를 높이기 위하여 수동 정렬용 기판 상에 플립칩본딩용 정렬부호를 형성한 것을 특징으로 한다.Precision manual alignment method of the light emitting device and the optical fiber according to the preferred embodiment of the present invention to achieve the above object, in the precision manual alignment method of the optical device and the optical fiber using the V-groove, when manufacturing the V-groove In order to accurately measure the V-groove width at which the optical fiber is aligned, a marker for measuring V-groove width is formed on the passive alignment substrate, and the alignment accuracy with the optical fiber is increased when flip-chip bonding the optical element to the passive alignment substrate. A flip chip bonding alignment code is formed on a passive alignment substrate.

이때, 광섬유 축 방향으로 발광소자와 광섬유의 간격을 정밀하게 조절하기 위하여 수동 정렬용 기판 상에 광섬유 정렬용 미세눈금자를 추가로 형성하는 것이 바람직하다.At this time, in order to precisely adjust the distance between the light emitting element and the optical fiber in the direction of the optical fiber axis, it is preferable to further form a fine ruler for optical fiber alignment on the manual alignment substrate.

또한, 플립칩본딩된 수광소자와 광섬유 간의 광결합시 광섬유 위치의 정확한 제어를 위하여 광섬유의 절단면이 최종적으로 위치하여야 하는 지점에서 일정거리 떨어진 수동 정렬용 기판 상의 노출된 지점에 광섬유 진행 원점을 추가로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, in order to precisely control the position of the optical fiber during optical coupling between the flip chip bonded light-receiving element and the optical fiber, the optical fiber traveling origin is further added to the exposed point on the passive alignment substrate at a certain distance away from the point where the end surface of the optical fiber should finally be located. It is preferable to form.

아울러, 상기한 수광소자와 광섬유 간의 광결합시 광섬유의 진행 정확도를 확인하기 위하여, 상기한 광섬유 진행원점의 전단에는 광섬유 진행확인 마커를 추가로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, in order to confirm the progress accuracy of the optical fiber during optical coupling between the light receiving element and the optical fiber, it is preferable to further form an optical fiber progress check marker at the front end of the optical fiber traveling origin.

상기한 목적을 달성하기 위한 수동 정렬용 기판을 제조하기 위해서는 절연과 실리콘의 식각방지를 위한 실리콘질화물의 형성, V-홈의 형성, 패드 및 정렬부호를 위한 증착된 금속층(under-bump metallurgy : UBM)의 형성, 그리고 플립칩본딩을 위한 솔더증착 등의 공정이 요구되며, 이후 광소자의 본딩 및 광섬유의 정렬공정 등이 뒤따르게 되는데, 이를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.In order to fabricate a substrate for passive alignment to achieve the above object, an under-bump metallurgy (UBM) for the formation of silicon nitride, the formation of V-grooves, the pads and the alignment codes for insulation and silicon etching prevention ), And solder deposition for flip chip bonding are required, followed by bonding of the optical device and alignment of the optical fiber, which will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명에 따른 수동 정렬용 기판의 제조공정도 및 제조된 기판에 광소자와 광섬유를 정렬하는 공정을 도시한 단면도로이다.1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process diagram of a manual alignment substrate according to the present invention and a process of aligning an optical element and an optical fiber to the manufactured substrate.

제1공정은 전기적 절연 및 V-홈 형성을 위하여, 광소자와 광섬유 정렬용 기판인 실리콘 웨이퍼(1) 위에 실리콘 질화물(2)(또는 실리콘 산화물)을 전면 증착하며, 이의 단면도를 제1(a)도에 나타내었다.In the first process, silicon nitride 2 (or silicon oxide) is deposited on the silicon wafer 1, which is a substrate for optical element and optical fiber alignment, for electrical insulation and V-groove formation. ) Is shown.

제2공정에서는 솔더본딩을 위하여 솔더 접착이 가능한 UMB(예를 들면, Ti/Ni/Au)이라 일컬어지는 패드(5), 광소자 정렬부호(21), V-홈 폭 측정용 마커(22)와, 광섬유 정렬용 미세눈금자(2)(발광소자의 경우) 및 광섬유 진행 원점(24) 및 필요에 따라 광섬유진행 확인마커(25)(수광소자의 경우)등을 형성하는데, 먼저 포토레지스트(3)를 도포하고 노광공정을 수행하여 패턴을 정의한 개구를 만든 후, 제1(b)도와 같이, 전면(全面)에 금속층(4)을 증착하고, 제1(c)도와 같이, 리프트-오프(lift-off)공정을 이용하여 UBM 패드(5)와 마커 등의 특별 패턴들을 형성한다. 이때, UBM 형성을 위하여 전기도금법을 이용하여도 무방하며, 만약 UBM 패드(5)에 전송선 등이 연결되어 있으면 전송선을 따라 솔더가 점착되는 것을 방지하기 위하여, 실리콘 질화물(6) 등을 이용하여 UBM 패턴(5')을 다시 정의하며, 이러한 공정을 거친 단면도를 제1(d)도에 나타내었다.In the second process, a pad 5 called a UMB (for example, Ti / Ni / Au) capable of solder bonding for solder bonding, an optical element alignment code 21, and a marker for measuring V-groove width 22 are used. And a fine ruler 2 for optical fiber alignment (in the case of a light emitting device), an optical fiber advancing origin 24, and an optical fiber progress check marker 25 (in the case of a light receiving device) as necessary. ), An exposure process is performed to form an opening defining a pattern, and then the metal layer 4 is deposited on the entire surface as shown in FIG. 1 (b), and as shown in FIG. The lift-off process is used to form special patterns such as UBM pads 5 and markers. In this case, an electroplating method may be used to form the UBM. If the transmission line is connected to the UBM pad 5, the silicon nitride 6 may be used to prevent the solder from sticking along the transmission line. The pattern 5 'is redefined, and the cross section through this process is shown in FIG. 1 (d).

제3공정에서는 계산된 크기의 V-홈(7) 패턴 형성을 위하여 먼저 포토레지스트(8)를 도포하고 노광공정을 통하여 패턴을 정의한 후 실리콘질화물(2)을 건식식각하여 V-홈 식각용의 개구(9)를 만든다. 이 공정 후의 단면도를 제1(e)도에 나타내었다.In the third process, the photoresist 8 is first applied to form the calculated V-groove 7 pattern, the pattern is defined through an exposure process, and the silicon nitride 2 is dry etched to dry the V-groove 7. Opening 9 is made. The cross-sectional view after this process is shown in FIG. 1 (e).

제4공정에서는 상기한 제3공정에서의 포토레지스트(8)를 제거한 후 실리콘 질화물(2)을 식각방지막으로 하여 V-홈(7) 형성용 개구(9)에 식각공정을 하는데 식각용액으로는 KOH 등을 사용한다.In the fourth step, after the photoresist 8 is removed in the third step, the etching process is performed in the opening 9 for forming the V-groove 7 by using the silicon nitride 2 as an etch stopper. KOH or the like is used.

이때, 제2공정의 사진전사(photolithography) 및 증착공정에서 형성한 V-홈 폭 측정용 마커(22)를 이용하면, 식각 패턴의 오정렬(misalignment)이나 사진전사 작업에서 발생하는 미스레지스트레이션(misregistration) 오차 등에 의한 폭의 확장정도를 용이하게 판별할 수 있을 뿐 아니라, V-홈을 원하는 폭으로 제어하는 공정이 가능하게 되므로, 과도한 식각을 방지할 수 있다. 이와 같이 형성된 V-홈을 제1(f)도에 나타내었으며, V-홈 폭 측정용 마커의 사용예를 제2(a)도에 나타내었다.In this case, using the V-groove width measuring marker 22 formed in the photolithography and the deposition process of the second process, misregistration of the etching pattern or misregistration occurring in the photo transfer operation is performed. Not only can it easily determine the expansion of the width due to the error, but also the process of controlling the V-groove to a desired width, it is possible to prevent excessive etching. The V-groove thus formed is shown in FIG. 1 (f), and an example of use of the V-groove width measuring marker is shown in FIG. 2 (a).

제5공정은 솔더범프 형성을 위한 공정으로서, 제1(g)도에 도시된 바와 같이, 제2공정에서의 UBM패드(5) 형성공정과 마찬가지로 리프트-오프(lift-off)공정을 이용하는데, 이를 위해 후막 포토레지스트(10)를 도포하고 노광을 하여 솔더 증착을 위한 패턴을 정의한 후, 전면(全面)에 솔더(11)를 증착하고, 아세톤 용액 중에서 후막 포토레지스트(10)를 제거하여 UBM 패드(7) 위의 솔더범프 만을 남긴다. 이때, 솔더범프의 형성은 통상적으로 기판 또는 광소자의 한쪽에 하는데, 필요에 따라 양쪽에 다하는 경우도 있다.The fifth process is a process for forming solder bumps, and as shown in FIG. 1 (g), a lift-off process is used as in the process of forming the UBM pad 5 in the second process. To this end, after the thick film photoresist 10 is applied and exposed to define a pattern for solder deposition, the solder 11 is deposited on the entire surface, and the thick film photoresist 10 is removed from the acetone solution to remove the UBM. Only the solder bumps on the pad 7 are left. At this time, the solder bumps are usually formed on one side of the substrate or optical element, and sometimes both of them are necessary.

제6공정에서는 증착된 솔더의 조성 균일화를 위하여 질소(혹은 수소)분위기의 오븐에서 리플로우(reflow)공정을 수행하는데, 솔더가 리플로우 되면 용융된 솔더의 표면장력으로 인하여 솔더(12)의 형태가 둥글게 되며, 이를 제1(h)도에 나타내었다.In the sixth process, a reflow process is performed in an oven of nitrogen (or hydrogen) atmosphere to uniformize the composition of the deposited solder. When the solder reflows, the shape of the solder 12 is due to the surface tension of the molten solder. Is rounded and is shown in FIG. 1 (h).

제7공정에서는 상기한 공정이 완료된 수동 정렬용 기판(14)에 있는 솔더범프패드 패턴에 상응하는 UBM 패턴이 형성된 광소자(15)를 플립칩본딩하며, 광도파로(13)의 방향이 광섬유의 방향과 일치하도록 본딩이 완료된 결과를 제1(i)도에 도시하였다. 본딩을 위한 정렬시 기판(14) 위에 형성시켜 놓은 정렬부호(21)에 이에 상응하는 패턴을 가진 광소자의 정렬부호(21)를 일치시킴으로써 정렬을 이룬다. 이때, 정렬부호(21)로는 단순한 십자가나 유척(vernier) 형태, 혹은 정렬의 편의성 및 정확도를 높이기 위한 다양한 모양이 사용될 수 있다. 또한, 이러한 부호를 각각 다른 위치에 두개 이상 형성시키면, 본딩을 위한 정렬시 소자와 기판의 회전 정렬오차까지 정확히 교정할 수 있다. 상기한 플립칩본딩용 정렬부호(21)의 사용예를 제2(b)도에 나타내었다.In the seventh process, the chip 15 of the optical element 15 having the UBM pattern corresponding to the solder bump pad pattern on the passive alignment substrate 14 having the above-described process is flip-chip bonded, and the direction of the optical waveguide 13 is The result of bonding completed to match the direction is shown in FIG. 1 (i). The alignment is achieved by matching the alignment code 21 of the optical device having the corresponding pattern with the alignment code 21 formed on the substrate 14 during the alignment for bonding. In this case, as the alignment code 21, a simple cross or a vernier form, or various shapes for increasing convenience and accuracy of alignment may be used. In addition, by forming two or more of these symbols in different positions, it is possible to accurately correct the rotational alignment error of the device and the substrate during the alignment for bonding. An example of the use of the flip chip bonding alignment code 21 is shown in FIG. 2 (b).

제8공정에서는 기판(14) 위에 플립칩본딩된 광소자에 광섬유를 정렬하는 공정으로서, 제1(j)도는 발광소자(15)에 광섬유(16)를 정렬하여 광섬유 코어(17)와 발광소자(15)의 광도파로(13)가 일치되도록 정렬이 완료된 상태를 나타낸다.The eighth step is to align the optical fiber to the optical element flip-chip bonded on the substrate 14, the optical fiber core 17 and the light emitting element by aligning the optical fiber 16 to the first (j) or the light emitting element 15 The state where the alignment is completed so that the optical waveguide 13 in (15) coincides.

발광소자(15)에 광섬유(16)를 정렬하는 경우에는, x-y 방향의 정렬은 물론 광소자의 도파로(13)와 광섬유 절단면 간의 거리(z-방향)의 조절이 중요한데, 이때 제2공정에서 형성한 광섬유 정렬용 미세눈금자(23)를 이용하면 이 거리의 측정이 매우 정확할 뿐 아니라, 판독이 용이하여 정렬을 손쉽게 할 수 있다. 광섬유 정렬용 미세눈금자(23)는 광소자 크기의 부정확성 및 본딩 공정오차를 감안하여 광도파로(13)가 노출된 절단면의 전후로 여유있게 형성하는데, 제2(c)도에 미세눈금자(23)의 사용예를 도시하였다.In order to align the optical fiber 16 to the light emitting device 15, it is important not only to align the xy direction but also to adjust the distance (z-direction) between the optical waveguide 13 and the optical fiber cutting surface of the optical device. The use of the fine ruler 23 for aligning the optical fiber not only makes the measurement of this distance very accurate, but also makes the alignment easy because of the easy reading. The fine ruler 23 for aligning the optical fiber is formed to the front and rear of the cut surface to which the optical waveguide 13 is exposed in consideration of the inaccuracy of the size of the optical device and the bonding process error, and the fine ruler 23 of FIG. An example of use is shown.

한편, 제1(k)도에 도시된 바와 같이, 수광소자(18)의 광결합에서는, 상기한 바와 같이, 광섬유(20)가 플립칩본딩된 수광소자(18)의 하부에 위치하여 광섬유(20)에서 나오는 광신호를 금속막이 입혀진 V-홈(7)의 (111)사면(斜面)을 반사면으로 이용하여 수광창(19)에 전달하게 되므로 V-홈(7) 위에 정렬된 광섬유(20)를 수광소자(18)의 아랫쪽 적절한 지점까지 밀어넣어야 하는데, 플립칩본딩된 칩의 하부에서 광섬유(20)의 진행을 볼 수 없으므로 광결합에 가장 적합한 지점까지 광섬유(20)의 절단면이 위치하기 어렵게 된다. 따라서, 본 공정에서는 수광소자 본딩위치(28)의 외부에 설정된 광섬유 진행 원점(24)에 광섬유 절단면을 정렬한 후, 일정거리 만큼 마이크로포지셔너(mocropositioner)를 이용하여 광섬유(20)를 - z-방향으로 진행시킴으로써, 광섬유(20)를 본딩된 수광소자(18) 아래의 원하는 지점에 정확히 정렬할 수 있다. 더욱이, 원점으로부터 광섬유(20) 진행방향으로 안쪽 일정거리에 광섬유 진행원점 마커(24)와 구별할 수 있도록 길이 혹은 모양이 다른 광섬유 진행확인 마커(25)를 설정하게 되면, 광섬유(20)의 진행정확도를 도중에 확인할 수 있다. 이러한 광섬유 진행원점(24) 및 이를 이용하여 광섬유(20)가 정렬된 예를 제2(d)도에 도시하였다.On the other hand, as shown in Figure 1 (k), in the optical coupling of the light receiving element 18, as described above, the optical fiber 20 is located below the flip chip bonded light receiving element 18, the optical fiber ( 20 is transmitted to the light-receiving window 19 using the (111) slope of the V-groove 7 coated with a metal film as a reflecting surface, so that the optical signal aligned on the V-groove 7 20) should be pushed to the lower point of the light receiving element 18. Since the progress of the optical fiber 20 cannot be seen from the bottom of the flip chip bonded chip, the cut surface of the optical fiber 20 is positioned to the point most suitable for optical coupling. It becomes difficult to do it. Therefore, in this process, the optical fiber cutting plane is aligned with the optical fiber traveling origin 24 set outside of the light receiving element bonding position 28, and then the optical fiber 20 is moved in the -z-direction by using a micropositioner for a predetermined distance. By proceeding with, the optical fiber 20 can be precisely aligned to a desired point under the bonded light receiving element 18. Furthermore, when the optical fiber progress confirmation marker 25 having a different length or shape is set so as to be distinguished from the optical fiber progress origin marker 24 at a predetermined distance in the direction of the optical fiber 20 traveling from the origin, the progress of the optical fiber 20 You can check the accuracy on the way. An example in which the optical fiber progressing point 24 and the optical fiber 20 are aligned by using the same is shown in FIG. 2 (d).

아울러, 상기한 본 발명에 따라 제조된 방광소자용 기판과 수광소자용 기판을 제3(a)도 및 제3(b)도에 각각 도시하였다.In addition, the light-emitting device substrate and the light-receiving device substrate manufactured according to the present invention described above are shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), respectively.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 광소자를 플립칩본딩 방법으로 정렬하여 광섬유와의 광결합을 이루고자 할 때, 광소자와 기판에 플립칩본딩을 위한 정렬부호를 형성하고, V-홈의 폭을 측정하기 위한 마커를 형성하며, 발광소자와 광섬유를 결합시 정렬간격을 조절하기 위한 미세눈금자를 형성하고, 수광소자와의 광결합을 위한 광섬유 진행원점을 설정함으로써, 각각 광소자의 플림칩본딩시 자기정렬에 소요되는 시간을 줄이면서도 오차가 적으며, V-홈의 정확한 폭을 용이하게 측정하여 즉각적으로 공정에 반영할 수 있으며, 발광소자와 광섬유의 간격을 짧은 시간에 일정하게 조절할 수 있을 뿐 아니라, 수광소자 하부의 보이지 않는 위치에도 광섬유를 정확한 위치에 정렬할 수 있게 효과를 지니고 있다.As described in detail above, in the present invention, when the optical devices are aligned by flip chip bonding to achieve optical coupling with the optical fiber, an alignment code for flip chip bonding is formed on the optical device and the substrate, and the width of the V-groove is increased. Forming a marker for measuring the optical density, forming a fine ruler for adjusting the alignment gap when the light emitting device and the optical fiber are coupled, and setting an optical fiber progression point for optical coupling with the light receiving device, respectively. While reducing the time required for self-alignment, the error is small, and the exact width of the V-groove can be easily measured and immediately reflected in the process, and the distance between the light emitting element and the optical fiber can be adjusted constantly in a short time. In addition, the optical fiber can be aligned in the correct position even in the invisible position under the light receiving element.

Claims (4)

V-홈을 이용한 광소자와 광섬유의 정밀 수동 정렬방법에 있어서, 상기한 V-홈을 제조시 광섬유가 정렬되는 V-홈 폭에 대한 정확한 측정을 위하여 수동 정렬용 기판 상에 V-홈 폭 측정요 마커를 형성하고, 광소자를 수동 정렬용 기판에 플립칩본딩시 광섬유와의 정렬정밀도를 높이기 위하여 수동 정렬용 기판 상에 플립칩본딩용 정렬부호를 형성한 것을 특징으로 하는 광소자와 광섬유의 정밀 수동 정렬방법.In the precision manual alignment method of the optical device and the optical fiber using the V-groove, the V-groove width is measured on the passive alignment substrate for accurate measurement of the V-groove width in which the optical fiber is aligned when the V-groove is manufactured. The precision of optical devices and optical fibers, characterized in that the formation of the yaw marker, the flip chip bonding alignment code is formed on the manual alignment substrate in order to increase the alignment accuracy with the optical fiber when flip-chip bonding the optical device to the substrate for manual alignment. Manual sorting method. 제1항에 있어서, 광섬유 축 방향으로 발광소자와 광섬유의 간격을 정밀하게 조절하기 위하여 수동 정렬용 기판 상에 광섬유 정렬용 미세눈금자를 추가로 형성하는 것을 특징으로 하는 광소자와 광섬유의 정밀 수동 정렬방법.According to claim 1, Fine alignment of the optical element and the optical fiber, characterized in that further forming a fine ruler for optical fiber alignment on the manual alignment substrate in order to precisely control the distance between the light emitting element and the optical fiber in the direction of the optical fiber axis Way. 제1항에 있어서, 플립칩본딩된 수광소자와 광섬유 간의 광결합시 광섬유 위치의 정확한 제어를 위하여 광섬유의 절단면이 최종적으로 위치하여야 하는 지점에서 일정거리 떨어진 수동 정렬용 기판 상의 노출된 지점에 광섬유 진행 원점을 추가로 형성하는 것을 특징으로 하는 광소자와 광섬유의 정밀 수동 정렬방법.2. The optical fiber of claim 1, wherein the optical fiber proceeds to an exposed point on the passive alignment substrate at a distance from the point where the cut surface of the optical fiber should be finally positioned for accurate control of the position of the optical fiber during optical coupling between the flip chip bonded light receiving element and the optical fiber. Precision manual alignment method of the optical element and the optical fiber, characterized in that further forming the origin. 제3항에 있어서, 상기한 수광소자와 광섬유 간의 광결합시 광섬유의 진행 정확도를 확인하기 위하여, 상기한 광섬유 진행원점의 전단에는 광섬유 진행 확인 마커를 추가로 형성하는 것을 특징으로 하는 광소자와 광섬유의 정밀 수동 정렬방법.The optical device and the optical fiber according to claim 3, wherein an optical fiber progress check marker is further formed at the front end of the optical fiber progressing point in order to confirm the accuracy of the optical fiber upon optical coupling between the light receiving element and the optical fiber. Precision manual alignment.
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