KR100353607B1

KR100353607B1 - 브이홈기판상에광소자를서로정렬하기위한방법

Info

Publication number: KR100353607B1
Application number: KR1019980002581A
Authority: KR
Inventors: 요시마사 히라노
Original assignee: 오끼 덴끼 고오교 가부시끼가이샤
Priority date: 1997-02-05
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 2002-12-18
Also published as: GB2321974A; GB9802386D0; US6052178A; JPH10223505A; KR19980070952A; GB2321974B

Abstract

본 발명의 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법은 복수의 광소자가 배치될 영역 내의 복수의 함몰부(6)와 함몰부(4)를 평탄한 표면을 갖는 Si 기판 상에 형성하는 공정과, V홈이 형성될 영역에 형성된 함몰부의 단차 형성된 에지를 이용하여, 광파이버가 배치될 V홈을 형성하는데 적합한 에칭 마스크를 형성하는 공정과, KOH 수용액 및 이전 공정에서 형성된 에칭 마스크를 사용하여 수행되는 에칭 공정을 이용하여, 광파이버가 배치될 V홈을 형성하는 공정과, 이전 단계에서 사용된 에칭 마스크를 제거하기 위한 공정과, Si 기판의 전면을 산화시키는 공정과, 레이저 다이오드 또는 포토다이오드가 정렬 마스크로서 배치된 영역에 형성된 상기 함몰부의 단차 형성된 에지를 이용하여, 레이저 다이오드 또는 포토다이오드가 배치된 금속패드를 이전 단계에서 상기 Si 기판 상에 형성된 SiO₂층 상에 형성하는 공정과, 레이저 다이오드 또는 포토다이오드가 정렬 마스크로서 배치된 영역에 형성된 상기 함몰부의 단차 형성된 에지를 이용하여, 이전 단계에서 형성된 상기 금속패드 상에 레이저 다이오드 또는 포토다이오드를 배치하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 방법.

Description

브이홈 기판 상에 광소자를 서로 정렬하기 위한 방법{METHOD FOR ALIGNING OPTICAL ELEMENTS ONE ANOTHER ON V-GROOVE SUBSTRATE}

본 발명은 광파이버, 레이저 다이오드, 포토다이오드 등과 같은 광소자를, 고정밀도로 광소자가 그것의 광부품을 접속하기 위해 배열된 모듈로서 형성된 V홈 기판 상에 서로 정렬하기 위한 방법에 관한 것이다.

광파이버, 레이저 다이오드 및 포토다이오드 등과 같은 광소자는 고정밀도로 서로 접속되어야 한다. 그렇지 않으면, 광전송효율이 저하된다. 이 목적을 위해, 다양한 형태의 광 커넥터가 개발되었다. 그러나, 그것들의 대부분은 그것의 광부품을 조정하기 위해 렌즈 등을 사용하기 때문에, 광 커넥터에 의해 달성할 수 있는 정밀도가 반드시 만족스럽지 않고, 게다가 그것들은 사용하는데 반드시 편리하지않았다. 이 단점을 제거하기 위해, 광소자가 광신호를 전송하는 것을 허용하는 복수의 광소자에 대하여 연속적인 광경로를 확보하도록 광파이버, 레이저 다이오드, 포토다이오드 등과 같은 복수의 광소자가 고정밀도로 하나의 동작에 의해 배열될 수 있는 모듈이 개발되었다.

모듈의 제조방법은 일반적인 반도체 장치의 제조방법, 예를 들어 포토리소그래피 공정, 특정한 반도체 기판 및 레이저를 에칭하기 위한 공정, 반도체층 상에 특정한 금속층을 적층하기 위한 공정 등에 근거한다. 이와 같이, 그러한 모듈은 통상 V홈 기판이라고 칭한다. 본 명세서에 있어서, 이러한 명칭이 사용된다.

도 1을 참조하여, 종래의 기술에서 이용할 수 있는 V홈 기판에 대해서 이하에 간략히 설명할 것이다. V홈(7)은 SiO₂층(8)으로 덮여 있는 Si 기판(1)의 표면을 따라 형성된다. 광파이버(14)는 그것의 표면이 또 SiO₂층(8)으로 덮여 있는 V홈(7) 내부에 배치된다. 광파이버(14)의 코어(15)는 광파이버(14)의 코어(15)와 대향하여 배치된 레이저 다이오드 또는 포토다이오드(13) 쪽의 수평방향으로 연장된다. 레이저 다이오드 또는 포토다이오드(13)의 양극배선(16)과 음극배선(17)은 Si 기판(1)의 표면 위에 배치된다. 이 예에서, 모니터 포토다이오드(18)는 레이저 다이오드 또는 포토다이오드(13)와 대향하여 배치된다. 모니터 포토다이오드(18)의 양극배선(19)과 음극배선(20)은 또 Si 기판(1)의 표면 위에 배치된다.

종래의 기술로 이용할 수 있는 V홈 기판에서, ±1㎛의 치수 정밀로 광파이버와 레이저 다이오드 또는 포토다이오드를 정렬하는 것을 매우 중요하다. 그렇지 않으면, 레이저 다이오드 또는 포토다이오드의 광축은 광파이버의 코어와 정렬될 수 없다.

KOH 수용액을 사용하여 수행되는 이방성 에칭 공정은 사이드 에칭 대 수직 에칭의 비가 약 0.3만큼 큰 사이드 에칭에 의해 필연적으로 수행되기 때문에, 결과적으로 광소자와 광파이버에 대한 정렬 정밀도가 만족스럽지 않아, 완성된 V홈과 광소자를 정렬하는 것은 쉽지 않다.

또한, KOH 수용액을 이용하여 형성되는 V홈의 길이방향의 에지(V홈의 축을 따른 또는 축과 평행한 에지)가 지그재그 또는 구불구불하게 기울어져 있다. 이것은 광소자와 광파이버의 정렬을 어렵게 하는 이유 중의 하나이다. 이와 같이, V홈의 에지의 그러한 구불구불함 또는 직선도가 V홈을 형성하는 공정 중에 판정될 수 있으면, 매우 사용하기 편리하다.

따라서, 본 발명의 목적은 V홈 기판 상에 광파이버, 레이저 다이오드, 포토다이오드 등과 같은 광소자를 서로 정렬하기 위한 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 V홈을 형성하기 위한 공정 중에 V홈 에지의 직선도를 검사하기 위한 방법을 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 광소자를 정렬하기 위한 방법은 Si 기판 상에 형성된 단차 형성된 함몰부의 에지를 이용하고, 그 함몰부가 그 위에 배치된 물체를 정렬하기 위한 기준으로서 사용된 SiO₂, 포토레지스트 등과 같은 투명한 재료로덮여 있다는 착상에 근거한다.

특히, 본 발명에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법은 복수의 광소자가 배치될 영역 내의 복수의 함몰부(6)와 함몰부(4)를 평탄한 표면을 갖는 Si 기판 상에 형성하는 공정과, V홈이 형성될 영역에 형성된 함몰부의 단차 형성된 에지를 이용하여, 광파이버가 배치될 V홈을 형성하는데 적합한 에칭 마스크를 형성하는 공정과, KOH 수용액 및 이전 공정에서 형성된 에칭 마스크를 사용하여 수행되는 에칭 공정을 이용하여, 광파이버가 배치될 V홈을 형성하는 공정과, 이전 단계에서 사용된 에칭 마스크를 제거하기 위한 공정과, Si 기판의 전면을 산화시키는 공정과, 레이저 다이오드 또는 포토 다이오드가 정렬 마스크로서 배치된 영역에 형성된 상기 함몰부의 단차 형성된 에지를 이용하여, 레이저 다이오드 또는 포토다이오드가 배치된 금속패드를 이전 단계에서 상기 Si 기판 상에 형성된 SiO₂층 상에 형성하는 공정과, 레이저 다이오드 또는 포토다이오드가 정렬 마스크로서 배치된 영역에 형성된 상기 함몰부의 단차 형성된 에지를 이용하여, 이전 단계에서 형성된 상기 금속패드 상에 레이저 다이오드 또는 포토다이오드를 배치하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 V홈을 형성하기 위한 공정 중에 V홈의 에지의 직선도를 검사하는 방법은 상기 V홈을 형성하는 공정 중에, KOH 수용액을 사용하여 형성되는 상기 V홈의 길이방향의 에지를 상기 V홈이 형성될 영역 내부에 형성된 함몰부의 단차 형성된 에지와 비교 관측하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명 및 본 발명의 다양한 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하면서 이하의 보다 상세한 설명으로부터 쉽게 이해할 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따라 광소자가 광신호를 전송하는 것을 허용하는 복수의 광소자에 대하여 연속적인 광경로를 확보하도록 광파이버, 레이저 다이오드, 포토다이오드 등과 같은 복수의 광소자가 고정밀도로 하나의 동작에 의해 배열될 수 있는 모듈로서 형성된 V홈 기판의 사시도,

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법의 진행 중에 있는 Si 기판의 단면도,

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법의 진행 중에 있는 Si 기판의 단면도,

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법의 진행 중에 있는 Si 기판의 단면도,

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법의 진행 중에 있는 Si 기판의 단면도,

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법의 진행 중에 있는 Si 기판의 단면도,

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법의 진행중에 있는 Si 기판의 단면도,

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법의 진행 중에 있는 Si 기판의 평면도,

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법의 진행 중에 있는 Si 기판의 단면도,

도 10은 화살표 A를 따른 도 9의 단면도,

도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법의 진행 중에 있는 Si 기판의 단면도,

도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법의 진행 중에 있는 Si 기판의 단면도,

도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법의 진행 중에 있는 Si 기판의 단면도,

도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법의 진행 중에 있는 Si 기판의 단면도,

도 15는 본 발명의 제1 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법의 진행 중에 있는 Si 기판의 단면도,

도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법의 진행 중에 있는 Si 기판의 단면도,

도 17은 본 발명의 제1 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법의 진행 중에 있는 Si 기판의 단면도,

도 18은 본 발명의 제1 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법을 이용하여 형성된 V홈 기판을 나타낸 도면,

도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따라 V홈을 형성하기 위한 공정 중에 V홈 에지의 직선도를 검사하는 방법의 진행 중에 있는 Si 기판의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : Si기판 2, 3, 5, 8 : SiO₂층

4, 6 : 함몰부 7 : V홈

9 : 포토레지스트층 10 : 포토마스크

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따라 광소자를 정렬하기 위한 방법과 본 발명의 실시예에 따라 V홈을 형성하는 공정 중에 V홈 에지의 직선도를 검사하기 위한 방법을 설명할 것이다.

제1 실시예

광소자를 정렬하기 위한 방법.

도 2를 참조하면, <100>의 결정 배향을 갖는 Si 기판(1)에 산화공정을 적용하여 대략 1500Å의 두께를 갖는 SiO₂층(2)을 그 위에 형성한다.

도 3을 참조하면, 포토 리소그래피 공정을 수행하여 광파이버에 대한 V홈이 그 위에 형성되고 광소자에 대한 금속 패드가 배치될 영역으로부터 SiO₂층(2)을 제거한다.

도 4를 참조하면, 다시 산화공정을 수행하여 SiO₂층(2) 상에 대략 1500Å의 두께를 갖는 SiO₂층(3)을 형성한다.

도 5를 참조하면, Si 기판(1)을 HF 수용액과 접촉하여 Si 기판(1)의 전면에서 SiO₂층(3) 및 SiO₂층(2)을 제거하고, 광파이버에 대한 V홈이 형성되고 광소자에 대한 금속패드가 배치될 영역 상에 함몰부(4)를 형성한다. 함몰부(4)의 치수 정밀도는 상기 설계된 치수에 대해서 ±0.01㎛이 될 수 있다. 상기 일련의 공정은 SiO₂에칭 마스크 대신에 포토레지스트 에칭 마스크를 사용하여 수행되는 통상의 포토리소그래피 공정으로 대체될 수 있다.

도 6을 참조하면, Si 기판(1)에 산화공정을 적용하여 Si 기판(1)의 표면 위에 대략 6000Å의 두께를 갖는 SiO₂층(5)을 형성한다. KOH 수용액을 사용하여 수행되는 에칭공정에 의해 발생될 매우 큰 손상도에 주의하여 이 SiO₂층(5)의 두께를 결정한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 포토리소그래피 공정을 수행하여, 광파이버에 대한 V홈이 배치될 영역으로부터 오직 SiO₂층만을 제거하고, 광파이버에 대한 V홈이 배치될 영역 내에 형성된 함몰부(6)를 형성한다. 이 함몰부(6)는 다음 공정에서 KOH 수용액을 사용하여 수행될 이방성 에칭 공정에 대한 기준으로서 사용될 것이다. 마스크 치수가 결정된 경우에, KOH 수용액을 사용하여 수행되는 이방성 에칭 공정을 수행하는 매우 큰 사이드 에칭의 크기를 주의해야 한다. 사실상, 마스크의 크기는 V홈의 크기의 0.7배이다.

상기 포토리소그래피 공정 동안, 함몰부(4)의 에지는 상기 리소그래피 공정에 대해서 사용할 수 있는 포토마스크의 정렬에 대한 기준으로서 사용된다. SiO₂층 (5)과 포토레지스트층(미도시)은 투명하기 때문에, 함몰부(4)의 에지는 그것을 통해서 관측될 수 있다. 따라서, 포토레지스트층(미도시)의 노출을 위해 사용할 수있는 포토마스크는 고정밀도로 함몰부(4)의 에지와 쉽게 정렬될 수 있다.

도 9 및 도 10을 참조하면, Si 기판(1)을 H2O 내에 KOH의 20.5 wt%를 포함하는 KOH 수용액과 접촉하여, 광파이버에 대한 V홈이 배치될 영역 내부에 형성된 함몰부(6)에 대응하는 V홈(7)을 형성한다. KOH 수용액을 사용하여 수행되는 에칭 공정은 정확히 70.5°의 저부 각도를 갖는 함몰부가 내부에 형성된다는 특징을 갖기 때문에, V홈(7)의 단면은 도 10에 도시한 바와 같이 된다. 즉, 저부 각도 및 V홈(7)의 사이드 각도는 각각 70.5°및 54.75°가 된다. 마스크의 평면(내부에 함몰부(6)를 갖는 SiO₂층(5))은 더 작은 직사각형과 붙은 직사각형이기 때문에, V홈의 단면은 광파이버의 클래드부(clad portion)를 수용하는 V홈을 나타내는 보다 큰 단면과 광파이버의 코어부를 수용하는 V홈을 나타내는 보다 작은 단면을 포함하는 이중의 V홈으로 된다. 사이드 에칭의 결과로 인해, V홈(7)의 가로 치수는 마스크(5)의 대응하는 치수보다 약간 크게 된다. 편의상, 도 9 및 도 10만 투영도법의 일반적인 룰에 따라서 그려진다. 즉, 함몰부(7)와 대향하는 벽 형태의 SiO₂층(5)도 도면에 표시된다.

도 11을 참조하면, Si 기판(1)을 HF 수용액과 접촉하여, Si 기판(1)의 전체 표면으로부터 SiO₂층(5)을 제거한다. 이 공정은 KOH 수용액을 사용하여 수행되는 에칭공정 중에 손상되었던 SiO₂층을 제거하는 데에 필요하다.

도 12를 참조하면, 산화공정을 수행하여, Si 기판(1)의 전면 상에 대략 6000Å의 두께를 갖는 새로운 SiO₂층(8)을 형성한다. 이 공정은 Si 기판(1)의 전면을 절연시키는데 필요하다.

도 13을 참조하면, 포토레지스트를 Si 기판(1)의 전면 상에 스핀(spin) 코팅하여, 포토레지스트층(9)을 형성한다. 광소자에 대한 금속패드가 배치될 영역에 대응하는 투명한 영역을 갖는 포토마스크(10)는 광소자에 대한 금속패드가 배치될 영역 상에 형성된 함몰부(4)의 에지와 정렬된다. 포토레지스트층(9)과 SiO₂층(8)은 투명하기 때문에, 함몰부(4)의 에지는 쉽게 관측될 수 있다. 이와 같이, 함몰부(4)의 에지와 포토마스크(10)에 대한 정밀한 정렬이 실현될 수 있다. 포토마스크(10)는 포토레지스트층(9)의 선정된 영역을 노출하기 위해 사용된다.

도 14를 참조하면, 포토레지스트층(9)이 현상되어 광소자용 금속 패드의 네가티브형으로 패턴된다.

도 15를 참조하면, 3개의 독립적인 스퍼터링 공정을 연속적으로 수행하여 Ti 층, Pt 층 및 Au 층을 형성한다. 그 결과, Au/Pt/Ti의 순으로 적층된 층(11)은 이전의 공정에서 패턴된 포토레지스트층(9) 상에 형성된다.

도 16을 참조하면, 포토레지스트층(9)을 제거하여, 광소자용 금속 패드가 배치될 영역 상에 오직 Au/Pt/Ti의 순으로 적층된 층(11)만을 남겨둔다.

도 17을 참조하면, 리프트 오프(lift off) 공정을 다시 사용하여, 이전 공정에서 형성된 Au/Pt/Ti의 순으로 적층된 층(11)의 선정된 영역 상에 Au-Sn 층(12)을 형성한다.

도 18을 참조하면, 레이저 다이오드 또는 포토다이오드와 같은 광소자(13)는 서로 부착되도록 가열되기 전에, Au-Sn 층(12) 상에 배치된다. 광소자(13)를 실장하기 위한 공정 중에, Au/Pt/Ti의 순으로 적층된 층(11)의 에지가 Au/Pt/Ti의 순으로 적층된 층(11)과 광소자(18)를 정렬하는 공정에 대한 기준으로서 사용된다.

마지막으로, 광파이버(14)는 V홈(7) 내부에 배치된다. V홈(7)과 Au/Pt/Ti의 순으로 적층된 층(11)은 고정밀도로 서로 정렬되기 때문에, 광파이버(13)의 코어의 중심은 광소자(13)의 광축과 정밀하게 정렬될 수 있다.

상기 설명으로부터 본 발명의 제1 실시예가 높은 치수 정밀도로, 광소자를 정렬하기 위한 방법을 성공적으로 제공했다는 것을 분명히 알 수 있다.

제2 실시예

V홈을 형성하는 공정 중에 V홈의 에지의 직선도를 검사하기 위한 방법.

도 19를 참조하면, 실시간 검사를 수행하여, 함몰부(6)의 대응하는 에지와 그것을 비교하여 V홈의 길이방향의 에지(71)의 직선도를 검사한다. SiO₂층(5)으로 이루어진 에칭 마스크는 투명하기 때문에, 함몰부(6)의 에지는 쉽게 관측될 수 있다. 그 결과, 함몰부의 에지가 V홈의 에지의 직선도를 감시하기 위한 기준으로서 사용되도록 허용된다. 그 결과, 잘못된 기판이 V홈을 형성하기 위한 에칭 공정 중에 쉽게 포착될 수 있다.

상기 설명으로부터 본 발명의 제2 실시예가 V홈을 형성하기 위한 공정 중에 V홈의 에지의 직선도를 검사하기 위한 방법을 성공적으로 제공하고, 실시간으로 V홈을 에칭하기 위한 공정 중에서 상기 검사과정이 수행된다는 것을 분명히 알 수 있다.

상기 설명으로부터 본 발명이 광소자를 고정밀도로 정렬하기 위한 방법과 V홈을 형성하기 위한 공정 중에 V홈의 에지의 선형형태를 검사하기 위한 방법을 성공적으로 제공하고, 실시간으로 V홈을 에칭하기 위한 공정 중에 검사과정이 수행된다는 것을 분명히 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 광소자를 고정밀도로 정렬하기 위한 방법과 V홈을 형성하기 위한 공정 중에 V홈의 에지의 직선도를 검사하기 위한 방법을 성공적으로 제공하고, 실시간으로 V홈을 에칭하기 위한 공정 중에 검사과정이 수행될 수 있다는 데에 그 효과가 있다.

본 발명은 특정한 실시예를 참조하여 설명했지만, 이 설명은 제한된 의미로 해석된다는 것을 의미하지 않는다. 본 발명의 다른 실시예뿐만 아니라 개시된 실시예의 다양한 변형은 본 발명의 설명을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게서 분명해질 것이다. 따라서, 이와 같은 모든 변형 또는 실시예는 본 발명의 진정한 범주에 속하므로, 첨부된 청구범위는 이들 모든 변형 또는 실시예를 포괄하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims

V홈 기판 상에 광소자를 서로 정렬하기 위한 방법에 있어서,

복수의 광소자가 배치될 영역 내의 복수의 함몰부(6)와 함몰부(4)를 평탄한 표면을 갖는 Si 기판 상에 형성하는 공정과,

상기 V홈이 형성될 영역에 형성된 상기 함몰부(6)의 단차 형성된 에지를 이용하여, 광파이버가 배치될 상기 V홈을 형성하는데 적합한 에칭 마스크를 형성하는 공정과,

KOH 수용액 및 이전 공정에서 형성된 상기 에칭 마스크를 사용하여 수행되는 에칭 공정을 이용하여, 상기 광파이버가 배치될 상기 V홈을 형성하는 공정과,

이전 단계에서 사용된 상기 에칭 마스크를 제거하기 위한 공정과,

상기 Si 기판의 전면을 산화시키는 공정과,

발광소자 또는 수광소자가 정렬 마스크로서 배치된 영역 내에 형성된 상기 함몰부(6)의 단차 형성된 에지를 이용하여, 발광소자 또는 수광소자가 배치될 금속패드를 이전 단계에서 상기 Si 기판 상에 형성된 SiO₂층 상에 형성하는 공정과,

발광소자 또는 수광소자가 정렬 마스크로서 배치된 영역에 형성된 상기 함몰부(6)의 단차 형성된 에지를 이용하여, 이전 단계에서 형성된 상기 금속패드 상에 상기 발광소자 또는 상기 수광소자를 배치하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 방법.
V홈을 형성하기 위한 공정 중에 V홈의 에지의 직선도를 검사하는 방법에 있어서,

상기 V홈을 형성하는 공정 중에, KOH 수용액을 사용하여 형성되는 상기 V홈의 길이방향의 에지를 상기 V홈이 형성될 영역에 형성된 함몰부의 단차 형성된 에지와 비교 관측하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 방법.