KR100243329B1 - 실리카광소자제조장치및이를이용한실리카광소자제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실리카 광소자 제조장치는 웨이퍼가 로딩될 수 있도록 표면에 웨이퍼 모양의 음각홈이 형성된 장착부를 구비하고, 장착되는 복수의 웨이퍼를 이송할 수 있는 콘베이어와, 상기 콘베이어 상부에 위치하고 화염가수분해증착법으로 상기 복수의 웨이퍼 상에 화염을 생성시켜 실리카 수트를 증착하는 증착부와, 상기 증착부와 인접하여 상기 실리카 수트의 수분을 제거할 수 있는 하소부와, 상기 하소부와 인접하여 상기 하소된 실리카 수트를 치밀화하여 실리카막을 형성하는 소결부를 포함하여 이루어지고, 상기 실리카 수트 증착 단계부터 실리카막의 소결 단계까지를 연속적으로 수행한다. 본 발명은 실리카막의 생산공정을 연속적으로 수행할 수 있고 이에 따라 생산성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 광소자 제조 장치 및 이를 이용한 광소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 실리카를 기초로한 실리카 광소자 제조장치 및 이를 이용한 실리카 광소자 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 화염가수분해증착법(flame hydrolysis deposition method)은 실리카를 기초로한 광도파막을 증착하는 기술로써 실리카 광소자를 제작하는데 중요하다. 구체적으로 설명하면, 화염가수분해증착법은 먼저 4인치 실리콘 웨이퍼(si wafer)를 약 20장 가량 원판 위에 장착한 후 회전시킨다. 이어서, 원료를 공급받아 화염을 형성하여 실리카를 생성하는 토치를 실리콘 기판이 장착된 원판 상에서 원판의 중심과 외곽을 직선 왕복운동하도록 하여 실리카를 균일하게 증착한다.
그런데, 종래의 화염가수분해증착법은 상술한 바와 같이 20장 단위의 배치(batch) 생산 개념이므로 배치 사이에 생산이 중단되어 생산성이 저하되는 문제점을 가진다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는 상술한 문제점을 개선할 수 있는 실리카 광소자 제조장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제를 상기 실리카 광소자 제조장치를 이용하여 실리카 광소자를 제조하는 데 적합한 제조방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 실리카 광소자 제조장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시한 증착부의 토치 이동 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 토치 이동 경로에 따른 실리카 수트의 두께 분포를 도시한 도면이다.
도 4는 상기 도 1에 도시한 실리카 광소자 제조장치를 이용한 실리카 광소자의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 도 1의 실리카 광소자 제조장치의 하소부 및 소결부에서 웨이퍼가 거치는 온도분포를 도시한 그래프이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실리카 광소자 제조장치는 웨이퍼가 로딩될 수 있도록 표면에 웨이퍼 모양의 음각홈이 형성된 장착부를 구비하고, 장착되는 복수의 웨이퍼를 이송할 수 있는 콘베이어와, 상기 콘베이어 상부에 위치하고 화염가수분해증착법으로 상기 복수의 웨이퍼 상에 화염을 생성시켜 실리카 수트를 증착하는 증착부와, 상기 증착부와 인접하여 상기 실리카 수트의 수분을 제거할 수 있는 하소부와, 상기 하소부와 인접하여 상기 하소된 실리카 수트를 치밀화하여 실리카막을 형성하는 소결부를 포함하여 이루어지고, 상기 실리카 수트 증착 단계부터 실리카막의 소결 단계까지를 연속적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 콘베이어는 알루미나(Al2O3), 뮬라이트(mullite), 실리콘 카바이드(SiC), 양극산화된 알루미늄 및 양극산화된 텅스텐중에서 선택된 하나로 구성된다. 상기 증착부는 원료가스가 공급되어 화염을 형성하는 복수의 토치와 상기 토치의 운송을 제어하는 운송장치로 구성된다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실리카 광소자의 제조방법은 복수의 웨이퍼를 장착수단을 이용하여 웨이퍼가 로딩될 수 있도록 표면에 웨이퍼 모양의 음각홈이 형성된 콘베이어의 장착부에 로딩하는 단계와, 상기 로딩된 복수의 웨이퍼를 상기 콘베이어를 이용하여 증착부로 이동시켜 상기 복수의 웨이퍼 상에 화염가수분해증착법으로 화염을 생성시켜 실리카 수트를 증착하는 단계와, 상기 증착부의 웨이퍼를 상기 콘베이어를 이용하여 하소부로 이동시켜 상기 실리카 수트의 수분을 제거하는 단계와, 상기 하소부의 웨이퍼를 상기 콘베이어를 이용하여 소결부로 이동시켜 상기 실리카 수트를 치밀화하여 실리카막을 형성하는 단계를 포함하여, 상기 실리카 수트를 증착하는 단계부터 실리카막을 형성하는 단계를 연속적으로 수행하는 것을 특징으로 한다. 상기 실리카 수트의 치밀화는 1250∼1300℃에서 2∼3시간 수행한다.
본 발명은 실리카막의 생산공정을 연속적으로 수행할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있고, 실리카 수트를 증착한 후 웨이퍼를 공기중에 노출시킬 필요가 없으므로 오염과 수분에 의한 실리카막의 열화를 막을 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 실리카 광소자 제조장치를 도시한 개략도이다.
구체적으로, 본 발명에 의한 실리카 광소자 제조장치는 복수의 웨이퍼(11)를 로딩할 수 장착부를 구비하고 상기 로딩된 웨이퍼(11)를 이동할 수 있어 생산용량을 결정하는 콘베이어(13)를 포함한다. 상기 장착부는 상기 콘베이어(13) 표면에 웨이퍼(11)가 장착될 위치에 웨이퍼 모양으로 음각홈으로 구성되어 있다. 상기 콘베이어(13)는 후속공정에서 고온공정을 거치므로 고온에서 견딜수 있는 재료, 예를 들어 알루미나(Al2O3), 뮬라이트(mullite), 실리콘 카바이드(SiC)등의 세라믹이나 양극산화된 알루미늄, 양극산화된 텅스텐등과 같은 고온에 강한 금속재료들로 구성된다. 이러한 고온에 강한 금속 재료들은 유연성이 없는 재료이므로 캐터필터와 같은 관절을 가진 구조이어야 한다.
또한, 본 발명의 실리카 광소자 제조장치는 콘베이어(13) 상부에 위치하고 화염가수분해증착법에 의해 상기 웨이퍼 상에 실리카 수트를 증착하는 증착부(15)를 포함한다. 상기 증착부(15)는 원료가스가 공급되어 화염을 형성하는 토치(17)와 토치(17)의 운송을 제어하는 운송장치(19)를 포함한다. 상기 토치(17)의 움직임은 웨이퍼(11)의 이동방향과 수직한 이동한 방향으로 직선운동을 하며 증착균일성을 향상시키기 위하여 토치를 3개 이상 장착한다.
또한, 본 발명의 실리카 광소자 제조장치는 상기 증착부(15)와 인접하여 상기 증착된 실리카 수트의 수분을 제거할 수 있는 하소부(21:calcination part)와, 상기 하소된 실리카 수트의 치밀화를 수행하여 실리카막을 형성하는 소결부(23: sintering part)를 포함한다. 상기 하소부(21)와 소결부(23)는 터널식 고온로로 만들어져 웨이퍼(11)가 이송되면서 고온에서 일정한 시간동안 머무르게 된다. 결과적으로, 본 발명의 실리카 광소자 제조장치는 종래와 다르게 실리카막의 제조시 연속적으로 진행할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 도 2 및 도 3을 참조하여 증착부의 토치의 이동경로와 이에 따라 실리카 수트의 두께 분포를 설명한다.
도 2는 도 1에 도시한 증착부의 토치 이동 경로를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2의 토치 이동 경로에 따른 실리카 수트의 두께 분포를 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 1에 도시한 콘베이어는 일정한 속도로 Y방향으로 움직이며 토치는 주기적으로 X방향으로 a만큼 왕복운동을 한다. 이때 형성되는 토치의 이동경로(a)는 주기적인 톱니모양이 된다. 토치에서 분사되는 실리카 스트의 분포는 대략 가우시안 분포(Gaussian distribution)를 가진다. 가우시안 분포의 표준편차를 σ라 할 때 토치와 그 다음 토치 사이의 중심거리의 최소차는 약 2σ가 되는 것이 균일한 증착을 위하여 가장 바람직하다. 따라서, 균일한 증착을 위하여 필요한 토치의 숫자는 l/2σ가 된다. 토치가 이동하는 X방향에서 가장자리의 d만큼은 경로가 중첩되어 이외의 영역과 실리카 수트의 면밀도가 다르기 때문에 이 부분에 웨이퍼가 놓이는 것은 피해야 한다.
한편, 증착율 및 균일도를 결정하는 중요한 인자는 토치의 크기, 웨이퍼 이송장치의 x와 y방향으로의 속도비율 등이다. 웨이퍼의 이송속도는 하소공정과 소결공정의 공정시간을 고려해야 하므로 증착공정 단독으로 정해질 수 없다. 그리고, 도 3에서 보는 바와 같이 증착된 실리카 수트의 두께 편차는 입자 분포의 표준편차가 작을수록 작아지므로 가능한한 작은 구경의 토치를 사용하는 것이 좋으나 너무 작은 경우 장착해야할 숫자가 늘어나므로 경제성이 떨어진다.
도 4는 상기 도 1에 도시한 실리카 광소자 제조장치를 이용한 실리카 광소자의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 5는 도 1의 실리카 광소자 제조장치의 하소부 및 소결부에서 웨이퍼가 거치는 온도분포를 도시한 그래프이다.
먼저, 본 발명의 실리카 광소자 제조방법은 복수의 웨이퍼를 장착수단을 이용하여 콘베이어의 장착부에 로딩한다(31). 이어서, 상기 장착된 복수의 웨이퍼를 상기 콘베이어를 이용하여 증착부로 이동시켜 상기 복수의 웨이퍼 상에 화염가수분해증착법(flame hydrolysis deposition method)를 이용하여 실리카 수트를 증착한다(33). 상기 증착부의 웨이퍼를 상기 콘베이어를 이용하여 하소부로 이동시켜 상기 실리카 수트의 수분을 제거한다(35). 상기 실리카 수트의 수분제거는 도 5에 도시한 바와 같이 약 700℃에서 30분가량 진행한다. 상기 하소부의 웨이퍼를 상기 콘베이어를 이용하여 소결부로 이동시켜 상기 실리카 수트를 치밀화하여 실리카막을 형성한다(37). 상기 소결부에서 실리카 수트의 치밀화를 위하여 도 5에 도시한 바와 같이 1250∼1300℃에서 약 2∼3시간 진행한다. 상기 하소부 및 소결부에서 웨이퍼가 거치는 온도분포 및 공정시간은 항상 일정한 온도구배를 거쳐 진행되어야만 웨이퍼가 받는 열충격을 줄일 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 실리카 광소자 제조방법은 도 1의 실리카 광소자 제조 장치를 이용하여, 하나의 배치를 증착한 후 다시 웨이퍼를 장착하고 증착시스템을 안정화한 후 증착을 행하는 비효율적인 방법을 탈피하여 한쪽에서는 웨이퍼가 공급되고 이에 따라 증착부, 하소부 및 소결부에서 순차적으로 연속공정이 진행된다. 따라서, 본 발명의 실리카 광소자 제조방법은 생산공정을 연속적으로 진행할 수 있어 웨이퍼를 로딩하거나 증착부를 안정화시킬 필요가 없기 때문에 종래와 다르게 생산성을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 생산공정이 연속적으로 이루어지므로 실리카 광소자를 제작하기 위한 실리카막의 대량생산을 가능케하고 실리카막의 균일성 향상과 생산단가를 낮출 수 있다. 또한, 실리카막의 생산공정이 연속적으로 이루어지므로 실리카 수트를 증착한 후 웨이퍼를 공기중에 노출시킬 필요가 없으므로 오염과 수분에 의한 실리카막의 열화를 막을 수 있다.
Claims (5)
- 웨이퍼가 로딩될 수 있도록 표면에 웨이퍼 모양의 음각홈이 형성된 장착부를 구비하고, 장착되는 복수의 웨이퍼를 이송할 수 있는 콘베이어;상기 콘베이어 상부에 위치하고 화염가수분해증착법으로 상기 복수의 웨이퍼 상에 화염을 생성시켜 실리카 수트를 증착하는 증착부;상기 증착부와 인접하여 상기 실리카 수트의 수분을 제거할 수 있는 하소부; 및상기 하소부와 인접하여 상기 하소된 실리카 수트를 치밀화하여 실리카막을 형성하는 소결부를 포함하여 이루어지고, 상기 실리카 수트 증착 단계부터 실리카막의 소결 단계까지를 연속적으로 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 실리카 광소자 제조장치.
- 제1항에 있어서, 상기 콘베이어는 알루미나(Al2O3), 뮬라이트(mullite), 실리콘 카바이드(SiC), 양극산화된 알루미늄 및 양극산화된 텅스텐중에서 선택된 하나로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 실리카 광소자 제조장치.
- 제1항에 있어서, 상기 증착부는 원료가스가 공급되어 화염을 형성하는 복수의 토치와 상기 토치의 운송을 제어하는 운송장치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 실리카 광소자 제조장치.
- 복수의 웨이퍼를 장착수단을 이용하여 웨이퍼가 로딩될 수 있도록 표면에 웨이퍼 모양의 음각홈이 형성된 콘베이어의 장착부에 로딩하는 단계;상기 로딩된 복수의 웨이퍼를 상기 콘베이어를 이용하여 증착부로 이동시켜 상기 복수의 웨이퍼 상에 화염가수분해증착법으로 화염을 생성시켜 실리카 수트를 증착하는 단계;상기 증착부의 웨이퍼를 상기 콘베이어를 이용하여 하소부로 이동시켜 상기 실리카 수트의 수분을 제거하는 단계; 및상기 하소부의 웨이퍼를 상기 콘베이어를 이용하여 소결부로 이동시켜 상기 실리카 수트를 치밀화하여 실리카막을 형성하는 단계를 포함하여, 상기 실리카 수트를 증착하는 단계부터 실리카막을 형성하는 단계를 연속적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 실리카 광소자의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 실리카 수트의 치밀화는 1250∼1300℃에서 2∼3시간 수행하는 것을 특징으로 하는 실리카 광소자의 제조방법.
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