KR100322130B1 - Optical Waveguide Forming Method - Google Patents
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Abstract
광도파로 제조방법이 개시된다. 본 광도파로 제조방법은 자외선을 투과하는 투명기판을 구비시키는 단계와, 기판상에 코어가 형성될 영역을 제외한 영역에 금속층을 형성하는 단계와, 상기 금속층 상에 하부 클래드층을 형성하는 단계와, 상기 하부 클래드층 상에 자외선에 의하여 경화되는 자외선 경화 광학 폴리머를 도포함으로써 광학 폴리머층을 형성하는 단계와, 투명 기판 하부측에서 금속층으로 자외선을 조사함으로써 금속층이 형성되지 않은 영역을 부분적으로 경화시키는 단계와, 상기 광학 폴리머층에서 경화되지 않은 영역을 제거하는 단계, 및 상부 클래드층을 형성하는 단계를 포함하여, 포토 마스크의 오염 및 광학 폴리머층의 손상을 방지할 수 있고, 기판상의 코어를 형성할 부분에 포토 마스크를 정밀하게 정렬하는 까다로운 공정을 제거할 수 있다.An optical waveguide manufacturing method is disclosed. The optical waveguide manufacturing method includes the steps of providing a transparent substrate that transmits ultraviolet rays, forming a metal layer in a region other than a region where a core is to be formed on the substrate, and forming a lower clad layer on the metal layer; Forming an optical polymer layer by applying an ultraviolet cured optical polymer that is cured by ultraviolet rays on the lower clad layer, and partially curing an area where the metal layer is not formed by irradiating ultraviolet rays with a metal layer on a lower side of the transparent substrate. And removing uncured regions from the optical polymer layer, and forming an upper clad layer, to prevent contamination of the photo mask and damage to the optical polymer layer, and to form a core on the substrate. Eliminating the difficult process of precisely aligning the photo mask on the part.
Description
본 발명은 광도파로 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 자외 경화 광학 폴리머를 사용하여 광도파로를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide, and more particularly, to a method for manufacturing an optical waveguide using an ultraviolet curing optical polymer.
광학 폴리머를 사용하여 광도파로를 제작하는 종래의 방법으로서는 활성 이온 식각(Reactive Ion Etching: RIE) 방법, 포토 블리칭(Photobleaching), 폴링여기도파로(Poling Induced Waveguide) 제작법이 사용되고 있다. 하지만, 이러한 종래의 방법들은 진공장비를 사용하고 제작 방법이 복잡하여 공정 시간이 길게 소요된다는 단점이 있다. 또한, 포토 마스크와 광학 폴리머층이 접촉함으로써 광학 폴리머층에 손상을 가하거나 포토 마스크가 오염될 수 있다는 문제점이 있다.Reactive ion etching (RIE), photobleaching, and polling induced waveguide fabrication methods are used as a conventional method of fabricating an optical waveguide using an optical polymer. However, these conventional methods have a disadvantage in that the process time is long because the manufacturing method is complicated and the vacuum equipment is used. In addition, the contact between the photomask and the optical polymer layer may cause damage to the optical polymer layer or contaminate the photomask.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 포토 마스크와 광학 폴리머층의 접촉을 방지함으로써 종래의 방법에서 발생하는 포토 마스크의 오염 및 광학 폴리머층의 손상을 방지할 수 있는 광도파로 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide an optical waveguide manufacturing method capable of preventing contact between a photomask and an optical polymer layer, thereby preventing contamination of the photomask and damage to the optical polymer layer.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광도파로 제조방법의 주요 단계들을 나타낸 흐름도이다.1 is a flow chart showing the main steps of the optical waveguide manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 2a는 도 1의 방법에서 금속층을 형성하는 단계를 도시한 단면도이다.2A is a cross-sectional view illustrating the step of forming a metal layer in the method of FIG. 1.
도 2b는 도 1의 방법에서 하부 클래드층을 형성하는 단계를 도시한 단면도이다.FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating the step of forming a lower clad layer in the method of FIG. 1.
도 2c는 도 1의 방법에서 자외 경화 광학 폴리머를 도포하고 자외선을 조사하는 단계를 도시한 단면도이다.FIG. 2C is a cross-sectional view illustrating the step of applying the ultraviolet curable optical polymer and irradiating ultraviolet rays in the method of FIG. 1.
도 2d는 도 1의 방법에서 기판측에서 금속층으로 자외선을 조사하는 단계를 도시한 단면도이다.FIG. 2D is a cross-sectional view illustrating the step of irradiating ultraviolet light to the metal layer on the substrate side in the method of FIG. 1.
도 2e는 도 1의 방법에서 비경화 폴리머를 제거하는 단계를 도시한 단면도이다.2E is a cross-sectional view illustrating the step of removing the uncured polymer in the method of FIG. 1.
도 2f는 도 1의 방법에서 상부 클래드층을 형성하는 단계를 도시한 단면도이다.FIG. 2F is a cross-sectional view illustrating the formation of an upper clad layer in the method of FIG. 1.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100...투명기판 준비 단계, 102...금속층 형성 단계,100 ... transparent substrate preparation step, 102 ... metal layer formation step,
104...하부클래딩층 형성단계, 106...자외경화 광학폴리머 도포단계,104 ... forming a bottom cladding layer, 106 ... applying an ultraviolet curing optical polymer,
108...광학 폴리머층의 표면에 자외선을 조사하는 단계,108 ... irradiating the surface of the optical polymer layer with ultraviolet light,
110...기판측에서 금속층으로 자외선 조사,110. Irradiating ultraviolet light to the metal layer from the substrate
112...비경화 광학 폴리머 제거단계,112. Uncured optical polymer removal step,
114...상부 클래드층 형성단계.114. The formation of the upper clad layer.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 광도파로 제조방법은 자외선을 투과하는 투명기판을 구비시키는 단계와, 기판상에 코어가 형성될 영역을 제외한 영역에 금속층을 형성하는 단계와, 상기 금속층 상에 하부 클래드층을 형성하는 단계와, 상기 하부 클래드층 상에 자외선에 의하여 경화되는 자외선 경화 광학 폴리머를 도포함으로써 광학 폴리머층을 형성하는 단계와, 투명 기판 하부측에서 금속층으로 자외선을 조사함으로써 금속층이 형성되지 않은 영역을 부분적으로 경화시키는 단계와, 상기 광학 폴리머층에서 경화되지 않은 영역을 제거하는 단계, 및 상부 클래드층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the optical waveguide manufacturing method according to the present invention comprises the steps of: providing a transparent substrate that transmits ultraviolet rays, forming a metal layer in a region other than a region where a core is to be formed on the substrate, Forming an optical polymer layer by forming a cladding layer, applying an ultraviolet curable optical polymer cured by ultraviolet rays on the lower cladding layer, and irradiating ultraviolet rays with a metal layer on the lower side of the transparent substrate to form a metal layer. Partially curing the uncured region, removing the uncured region from the optical polymer layer, and forming an upper clad layer.
또한, 상기 방법은 상기 부분적 경화 단계 이전에 광학 폴리머층 상에 자외선을 소정량 조사함으로써 광학폴리머층의 표면을 경화시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the method preferably further comprises curing the surface of the optical polymer layer by irradiating a predetermined amount of ultraviolet light on the optical polymer layer before the partial curing step.
또한, 상기 광학 폴리머는 코어층에서 사용하는 빛의 파장에 대하여 광 투명성을 가지는 것이 바람직하고, 상기 상부 및 하부 클래드층의 굴절률 보다 높은 굴절률을 가지는 것이 바람직하다,In addition, the optical polymer preferably has optical transparency with respect to the wavelength of light used in the core layer, and preferably has a refractive index higher than that of the upper and lower clad layers.
또한, 상기 투명 기판 및 상기 하부 클래드층은 자외선을 투과할 수 있는 광학 특성을 가지는 것이 바람직하고, 글라스 또는 고분자 재료 기판인 것이 바람직하다.In addition, the transparent substrate and the lower clad layer preferably have optical properties that can transmit ultraviolet rays, and preferably a glass or a polymer material substrate.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 광도파로 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the optical waveguide manufacturing method according to the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in detail.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 광도파로 제조방법의 주요 단계들을 흐름도로써 나타내었다.Figure 1 shows the main steps of the optical waveguide manufacturing method according to an embodiment of the present invention as a flow chart.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 광도파로 제조방법은 먼저 자외선을 투과하는 투명기판을 구비시킨다(단계 100). 상기 투명 기판은 자외선을 투과하는 광학특성을 가져야 하며 글라스 기판 또는 고분자재료 기판이 사용될 수 있다. 다음으로, 상기 기판상에 코어가 형성될 영역을 제외한 영역에 금속층을 형성한다(단계 102). 도 2a에는 도 1의 방법에서 금속층을 형성하는 단계를 단면도로써 나타내었다. 도 2a를 참조하면, 기판(200) 상에 코어가 형성될 부분을 제외한 영역에 금속층(202)이 형성된다.Referring to Figure 1, the optical waveguide manufacturing method according to the present invention is first provided with a transparent substrate that transmits ultraviolet light (step 100). The transparent substrate should have optical properties that transmit ultraviolet rays, and a glass substrate or a polymer material substrate may be used. Next, a metal layer is formed on the substrate except for the region where the core is to be formed (step 102). FIG. 2A shows in cross section a step of forming a metal layer in the method of FIG. 1. Referring to FIG. 2A, a metal layer 202 is formed on an area of the substrate 200 except for a portion where a core is to be formed.
다음에는 도 2b에 도시한 바와 같이 상기 금속층(202) 상에 하부 클래드층(204)을 형성한다(단계 104). 상기 하부 클래드층은 자외선을 투과할 수 있는 광학 특성을 가지는 재료에 의하여 형성된다. 실험에 의하면 일반적인 클래드층의 재료들은 자외선을 잘 투과하는 것으로 나타났다. 또한, 클래드층을 형성하기 위해서는 당업자에 의하여 알려진 바와 같이 증착법이 사용될 수도 있고, 자외선 경화 폴리머 또는 열경화 폴리머를 도포하고 자외선 또는 열에 의하여 경화시키는 방법이 사용될 수 있다.Next, as shown in FIG. 2B, a lower clad layer 204 is formed on the metal layer 202 (step 104). The lower clad layer is formed of a material having optical properties capable of transmitting ultraviolet rays. Experiments have shown that the materials of a typical cladding layer can transmit ultraviolet light well. In addition, a vapor deposition method may be used to form a cladding layer as known by those skilled in the art, and a method of applying an ultraviolet curable polymer or a thermosetting polymer and curing by ultraviolet or heat may be used.
다음에는, 도 2c에 도시한 바와 같이 상기 하부클래드층(204)상에 자외선에 의하여 경화되는 액상의 자외선 경화 광학 폴리머를 스핀 코팅(spin coating) 방법에 의하여 도포함으로써 광학 폴리머층(206)을 형성한다(단계 106). 상기 자외선 경화 광학 폴리머는 코어층에서 사용하는 빛의 파장에 대하여 광 투명성을 가지는 광학 폴리머이어야 한다. 또한, 상기 자외선 경화 광학 폴리머는 코어층을 형성하게 될 부분이므로 굴절률이 하부클래드층(204)의 굴절률보다 높아야 한다. 다음으로, 광학 폴리머층 상에 자외선을 조사함으로써 광학폴리머층의 표면(207)을 경화시킨다(단계 108). 이와같이 광학 폴리머층의 표면(207)을 경화시키는 이유는 다음과 같다. 일반적으로, 자외선에 의하여 일정 부분을 경화시키면 경화되는 부분과 경화되지 않은 부분 사이에서 표면장력의 차이가 발생한다. 즉, 이와같은 광학 폴리머층의 표면(207)을 경화시키는 단계는 부분적인 경화에 의하여 경화되지 않은 부분이 경화된 부분으로 빨려 들어가는 현상을 방지하기 위한 준비 단계로 이해될 수 있다.Next, as shown in FIG. 2C, the optical polymer layer 206 is formed by applying a liquid ultraviolet curable optical polymer, which is cured by ultraviolet rays, onto the lower clad layer 204 by a spin coating method. (Step 106). The ultraviolet curable optical polymer should be an optical polymer having light transparency with respect to the wavelength of light used in the core layer. In addition, since the ultraviolet curable optical polymer is a part which will form the core layer, the refractive index must be higher than the refractive index of the lower clad layer 204. Next, the surface 207 of the optical polymer layer is cured by irradiating ultraviolet rays onto the optical polymer layer (step 108). The reason for curing the surface 207 of the optical polymer layer in this way is as follows. In general, curing a portion by ultraviolet light causes a difference in surface tension between the portion to be cured and the portion not to be cured. That is, the hardening of the surface 207 of the optical polymer layer may be understood as a preparation step for preventing the uncured portion from being sucked into the hardened portion by partial hardening.
다음에는 도 2d에 도시한 바와 같이 투명 기판 하부측에서 금속층으로 자외선을 조사한다(단계 110). 투명 기판 하부측에서 금속층으로 자외선을 조사하면 조사된 자외선은 투명기판(200)을 투과하지만 금속층을 투과하지는 못한다. 하지만, 코어층이 형성될 영역(208)에는 금속층이 형성되어 있지 않기 때문에 조사된 자외선이 투과된다. 또한, 클래드층은 자외선을 투과시키는 재료로 이루어져 있기 때문에 코어층이 형성될 상기 영역(208)만이 부분적으로 경화된다. 이때, 상기 영역(208)만이 부분적으로 경화되면 상술한 바와 같이 경화되는 부분(208)과 경화되지 않은 부분(206) 사이에는 표면장력의 차이가 발생할 수 있다. 이는 코어의 변형을 초래한다. 하지만, 본 실시예에 따른 광도파로 제조방법에서는 광학 폴리머층의 표면(207)을 경화함으로써 이러한 표면장력의 차이에 의한 코어층의 변형을 방지할 수 있다.Next, as illustrated in FIG. 2D, ultraviolet rays are irradiated onto the metal layer from the lower side of the transparent substrate (step 110). When ultraviolet rays are irradiated onto the metal layer from the lower side of the transparent substrate, the irradiated ultraviolet rays pass through the transparent substrate 200 but do not pass through the metal layer. However, since no metal layer is formed in the region 208 where the core layer is to be formed, irradiated ultraviolet rays are transmitted. In addition, since the clad layer is made of a material that transmits ultraviolet light, only the region 208 on which the core layer is to be formed is partially cured. At this time, if only the region 208 is partially cured, a difference in surface tension may occur between the cured portion 208 and the uncured portion 206 as described above. This results in deformation of the core. However, in the optical waveguide manufacturing method according to the present embodiment, the surface 207 of the optical polymer layer may be cured to prevent deformation of the core layer due to the difference in surface tension.
다음에는 도 2e에 도시한 바와 같이 상기 광학 폴리머층에서 경화되지 않은영역(206: 도 2d)을 제거한다(단계 112). 경화되지 않은 영역(206)의 제거를 위해서는 용제에 의한 용해 제거 방법이 사용될 수 있다. 이때, 경화된 광학 폴리머의 표면부(207)는 두께가 매우 얇기 때문에 유연성이 있다. 이러한 유연성으로 인하여 도시한 바와 같이 광학 폴리머의 표면부(207)는 하부클래드층(204)과 밀착하게 된다. 이로써, 경화된 부분만이 남게되고 그 부분은 코어층(208)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2E, the uncured region 206 (FIG. 2D) is removed from the optical polymer layer (step 112). Solvent removal using a solvent may be used to remove the uncured region 206. At this time, the surface portion 207 of the cured optical polymer is flexible because the thickness is very thin. Due to this flexibility, the surface portion 207 of the optical polymer is in close contact with the lower cladding layer 204 as shown. This leaves only the hardened portion, which forms the core layer 208.
마지막으로, 도 2f에 도시한 바와 같이 상부클래드층(210)을 형성한다(단계 114). 하부 클래드층을 형성하는 단계와 기본적으로 동일하기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.Finally, as shown in FIG. 2F, the upper clad layer 210 is formed (step 114). Since it is basically the same as the step of forming the lower clad layer, a detailed description thereof will be omitted.
이와같은 광도파로 제조방법은 포토 마스크와 광학 폴리머층의 접촉을 방지함으로써 종래의 방법에서 발생하는 포토 마스크의 오염 및 광학 폴리머층의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 금속층이 조사되는 자외선에 대하여 마스크로써 작용하기 때문에 별도로 기판상의 코어를 형성할 부분에 포토 마스크를 정밀하게 정렬하는 까다로운 공정을 제거할 수 있다.Such an optical waveguide manufacturing method can prevent contamination of the photomask and damage to the optical polymer layer generated by the conventional method by preventing contact between the photomask and the optical polymer layer. In addition, since the metal layer acts as a mask against the ultraviolet rays to be irradiated, it is possible to eliminate the difficult process of precisely aligning the photo mask to the portion to form the core on the substrate separately.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광도파로 제조방법은 포토 마스크의 오염 및 광학 폴리머층의 손상을 방지할 수 있고, 기판상의 코어를 형성할 부분에 포토 마스크를 정밀하게 정렬하는 까다로운 공정을 제거할 수 있다.As described above, the optical waveguide manufacturing method according to the present invention can prevent the contamination of the photomask and damage to the optical polymer layer, and can eliminate the troublesome process of precisely aligning the photomask to the portion to form the core on the substrate. have.
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