KR100358177B1 - 반사형 다중기/역다중기 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파장다중(WDM ; wavelength division multiplexing) 광통신 시스템에 있어서 파장 다중/역다중(multiplexing/demultiplexing) 기능을 갖는 핵심 소자중의 하나인 반사형 (reflective) 다중기/역다중기 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 격자 도파로 형성 방법을 절단이 아닌 포토리소그라피 (photolithography) 방법을 이용함으로써 절단에 의한 종래방법보다 수율을 훨씬 좋게 할 수 있을 뿐만 아니라, 격자 도파로 끝단에 증착 방법을 이용하여 고반사박막을 부착하므로 정확하게 위치를 선정하여야 하는 브래그 반사경 또는 회절격자 모양의 반사경을 사용하는 종래방법에 비해서 수율 및 특성을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
Description
본 발명은 파장다중(WDM ; wavelength division multiplexing) 광통신 시스템에 사용되어 파장 다중/역다중(multiplexing/demultiplexing) 기능을 갖는 핵심 소자중의 하나인 반사형 (reflective)다중기/역다중기(multiplexer/demultiplexer) 제조방법에 관한 것이다.
다중기/역다중기에는 크게 투과형(transmissive)과 반사형이 있는데, 투과형 다중기/역다중기 소자는 반사형 배열 도파로 소자에 비해서 소자의 크기가 두 배 이상이나 크기 때문에 반사형 다중기/역다중기가 많이 이용되고 있으며 연구되고 있다.
한편, 종래기술에 따른 반사형 다중기/역다중기 소자 제조방법은 배열 도파로 끝단에 브래그 반사경(Bragg Reflector)을 제작하는 것으로서, 상기 브래그 반사경을 제작하는데 있어서 정확하게 브래그 반사경이 있어야 할 위치에 고정하도록 실현시키는데 큰 어려움이 있다. 그리고 또 다른 종래의 반사형 다중기/역다중기 형성 방법은 투과형 다중기/역다중기 소자를 절반(in half)으로 절단함(cleaving)으로써 반사형을 형성하는 방법이다. 그러나, 이러한 절단에 의한 방법으로 정확하게 절반으로 절단하는 것이 결코 쉽지 않다. 즉, 도파로에 정확하게 수직하도록 절단되지 않으면 각 도파로에서의 위상 오차가 유발되어 소자의 특성이 크게 떨어지는 단점이 있을 뿐만 아니라 제작 수율도 나빠지게 된다.
도1 내지 도5를 참조하여 종래의 반사형 다중기/역다중기 구조 및 그 제조방법을 살펴보도록 한다.
도1은 일반적으로 가장 많이 알려져 있는 다중기/역다중기를 나타내고 있다. 도1을 참조하면, 자유공간영역(6)이 서로 다른 길이를 갖는 직선의 격자도파로(7,8,9,10,11)에 연결되어 있고 그 도파로(7,8,9,10,11) 끝단에 반사 성분(reflective element)(12,13,14,15,16)이 형성된 구조이다. 그리고 역시 자유공간영역(6)은 직선의 입력도파로(1) 및 출력도파로(3,4,5)에 연결되어 있으며, 입력도파로(1)와 출력도파로(3,4,5)가 서로 동일한 방향으로 형성되어 있다.
도2는 직선의 격자도파로 끝단에 브래그 반사경이 있는 종래의 반사형 다중기/역다중기를 개략적으로 나타낸 도면이다, 도2를 참조하면, 자유공간영역(17)이 서로 다른 길이를 갖는 직선의 격자도파로(18,19,20,21,22)에 연결되어 있고 그 도파로 끝단에 반사 성분으로 브래그 반사경(23,24,25,26,27)이 형성된다. 이 브래그 반사경은 반사 격자 역할을 할 수 있도록 간격이 촘촘한 많은 그루브(groove)로 형성되어 있으며 각 도파로 끝단에 부착되어 있다. 격자도파로는 최대의 반사가 일어나도록 세로 방향의 축에 대하여 적당하게 각도가 져 있고 브래그 반사경은 웨이퍼의 면에서 x, y 방향으로 서로가 직선적으로 변위되도록 놓여 있으며, 또한 서로에 대해서 회전적으로 변위하면서 등간격으로 놓여 있다.
그러나 앞서 간단히 언급한 바와 같이 이러한 구조의 종래 반사형 다중기/역다중기는 웨이퍼 상에 독립적으로 브래그 반사경을 형성하기 위하여 스테핑 장비(stepping equipment)를 이용할 경우의 구조를 제작하기에 어려움이 따른다. 즉, 정확하게 브래그 반사경의 위치를 선정하기가 쉽지 않다.
도3은 이를 개선하기 위한 구조로써, 직선 및 곡선 형상의 도파로(29 내지 33)를 함께 적용하여 어떤 회전적 변위도 없이 x, y 평면에 각각이 단지 직선적으로만 변위되도록 브래그 반사경(34 내지 38)이 놓여 있는 구조를 보여 주고 있다. 그러나 여전히 스테핑 장비를 이용하여야 구현이 가능하며, 브래그 반사경을 이용할 경우 정확하게 위치를 선정하여야 하는 정확성 때문에 실현하는데 큰 어려움이있다. 미 설명 도면부호"28"은 자유공간영역이다.
이의 개선 방법이 도4에 보여지는 바와 같은, 도파로 끝단에 회절 격자(diffraction grating)가 있는 종래의 반사형 다중기/역다중기이다. 이 구조는 격자도파로(39) 끝 부분들이 도파로가 서로 평행하며 등간격으로 떨어져 있도록 정렬되어 있다. 격자도파로(39) 의 끝단에서 웨이퍼의 가장 자리가 절단되며 도파로에 대해서 일정한 각으로 연마되어 있다. 그리고 별도로 제작된 회절 격자(40)를 격자 도파로 끝단에 접착시켜서 만든다.
그러나 이러한 회절 격자(40)를 이용한 방법은 절단하여 연마하는데 있어서 정확하게 일정 각도를 유지하도록 절단하여야 하고 연마시 파손의 위험성도 수반하므로 제작 수율 및 특성이 나쁘다. 또한 별도의 제작된 회절 격자를 격자 도파로 끝단에 접착시킬 때에도 정확성이 요구된다.
도5는 투과형 다중기/역다중기를 절반으로 절단함으로써 반사형 다중기/역다중기를 형성하는 종래 방법을 보여 주는 도면이다. 투과형 다중기/역다중기를 제작한 후 제작된 소자를 거의 절반으로 절단하므로써 도파로 끝단들이 일렬로 정렬된 절단면이 나타나게 되며, 이 절단된 면에 대해서 고 반사 물질(50) 을 코팅하여 다중기/역다중기를 제작하게 된다. 그러나 이 방법 역시 절반으로 절단할 때 도파로 끝단에 대해서 정확하게 수직이 되도록 절단하여야 하므로 고도의 정확성이 요구되고 제작 수율이 크게 떨어질 뿐 아니라 소자 특성도 나빠질 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 격자도파로 형성시 포토리소그라프 방법을 이용함으로써 절단에 의한 방법보다 수율을 높일 수 있으며, 격자도파로 끝단에 증착 및 리프트-오프(lift-off) 방법을 이용하여 고반사박막을 형성하므로써 브래그 반사경 또는 회절 격자 모양의 반사경을 사용하는 방법에 비해서 수율 및 특성을 크게 향상시킬 수 있는데 적합한 반사형 다중기/역다중기 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도1은 도파로 끝단에 반사 성분이 있는 종래의 반사형 다중기/역다중기를 개략적으로 나타낸 도면.
도2는 직선의 도파로 끝단에 브래그 반사경이 있는 종래의 반사형 다중기/역다중기를 개략적으로 나타낸 도면.
도3은 직선 및 곡선도파로 끝단에 브래그 반사경이 있는 종래의 반사형 다중기/역다중기를 개략적으로 나타낸 도면.
도4는 도파로 끝단에 회절 격자가 있는 종래의 반사형 다중기/역다중기를 개략적으로 나타낸 도면.
도5는 투과형 다중기/역다중기를 절반으로 절단함(cleaving)으로써 반사형 다중기/역다중기를 형성하는 종래 방법을 보여 주는 도면.
도6은 본 발명이 적용되는 반사형 다중기/역다중기 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도7은 본 발명에 따라 포토리소그라피(photolithography) 방법으로 형성된 격자 도파로를 나타낸 도면.
도8은 본 발명에 따라 포토리소그라피 방법으로 격자 도파로 끝단에 고 반사 박막 물질(high reflective coating material)을 코팅하기 위한 과정을 나타내는 도면.
도9는 본 발명에 따라 구현된 반사형 다중기/역다중기의 도파로 끝단에 고 반사 박막 물질이 코팅된 것을 보여 주는 사진.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
61 : 입력 도파로 (input waveguide)
62, 63 : 출력 도파로(output waveguide)
64 : 자유 공간 영역(free space region)
651, 652, 65M: 서로 다른 길이를 갖는 격자도파로
66 : 감광물질(photoresist)이 남아 있지 않은 시료 표면
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 자유공간영역, 입출력도파로, 및 격자도파로를 구비하는 반사형 다중기/역다중기를 제조하기 위한 방법에 있어서, 제1포토리소그라피 공정과 식각 공정에 의해 시료상에 상기 자유공간영역, 입출력도파로 및 격자도파로를 형성하는 제1단계; 및 제2포토리소그라피 공정 및 리프트오프 공정에 의해 상기 격자도파로의 끝단에 고반사박막을 형성하는 제2단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 제1단계에서 상기 격자도파로의 끝단 식각면이 시료의 표면에 실질적인 수직을 이루도록 하는 것을 특징으로 하며, 상기 제2단계는, 상기 격자도파로의 끝단을 노출시키는 감광막 패턴을 형성하는 단계; 결과물의 전면에 상기 고반사박막은 증착하는 단계; 및 상기 감광막 패턴과 그 상부의 상기 고반사박막을 리프트-오프시켜 제거하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도6은 본 발명을 적용하기 위한 반사형 다중기/역다중기를 개략적으로 나타낸 것이다.
도6에 도시된 반사형 다중기/역다중기는 입력도파로(51) 및 출력도파로(521, 522...524)와 자유공간영역(53), 격자도파로(541, 542, 543...54M-1, 54M), 및 고반사박막(551, 552, 553...55M-1, 55M)으로 이루어져 있어, 1 x N 다중/역다중 기능을 하는 다중기/역다중기가 될 수 있다. 여기서 N은 8 또는 그 이상의 큰 수가 될 수 있다.
입력도파로(51)는 입력 광 신호를 전달하며 출력도파로(521, 522...52N)는 출력 광 신호를 전달하는 도파로로서, 각 도파로의 배열을 용이하게 하기 위하여 입력도파로(51)와 출력도파로(521, 522...52N)는 각각이 굴곡 및 직선 부분을 가지면서 서로 다른 방향으로 배열되어 있다.
자유공간영역(53)은 위에서 언급한 도파로들과 연결되어 있으며, 길이 D가 약 190㎛인 평평한 영역으로 되어 있다. 위에서 언급한 도파로의 폭 w는 2.15㎛이며 인접한 도파로들의 간격 s는 1㎛로 떨어져 있다. 도 6에 도시된 소자에 의해 결정되는 파장 채널 λ1, λ2... λN은 1.6 nm 간격으로 떨어져 있으며, λ1은 약1.55㎛가 될 수 있다.
입,출력 도파로 외에도 M개의 도파로로 이루어진 격자도파로(541, 542, 543...54M-1, 54M)를 구비하고 있는 바, M의 값은 본 발명의 실시예에서는 47 이다. 격자에 있는 M개의 도파로들은 서로 다른 길이를 가지고 있으며, 인접한 도파로 사이의 길이 차이는 일정한 값 d를 유지하고 있다. 즉, 격자도파로(541) 의 길이는 도파로 (542)의 길이보다 d 만큼 더 길며, 도파로(542)의 길이는 도파로 (543) 의 길이보다 d 만큼 더 길다. 본 발명의 예제에서 d 의 값은 약 23.67㎛이다. 격자에 있는 각각의 도파로는 인접한 도파로로부터 약 0.21°정도의 각을 이루며 간격으로 떨어져 있다. 격자에서 가장 긴 도파로의 길이는 약 1100㎛이다.
격자에서 각각의 도파로(541, 542, 543...54M-1, 54M)의 끝단은 고반사박막(551, 552, 553, 55M-1, 55M)으로 코팅되어 있으며, 본 실시예에서는 전자 빔 증착기를 이용하여 두께가 약 150nm 정도의 금 (gold)을 증착시켰으나, 전자빔증착법 대신에 열 증착기(thermal evaporator) 또는 스프터링 방법(sputtering method)으로 금(Gold) 또는 은(silver) 또는 동(Cupper) 또는 알루미늄(Aluminum) 등의 금속 박막 또는 유전체 박막을 증착하는 것이 가능하다.
한편, 종래의 브래그 반사경은 실제 소자에 적용된 경우가 없어 그 적용 가능 물질에 대해 검증된 것이 없으나, 일반적으로 반도체(semiconductor) 물질을 이용하여 반사경을 제작하는 것으로 알려져 있다. 또한, 투과형 다중기/역다중기를절반으로 절단하여 반사형으로 제작하는 경우에는 금속 박막의 절단면 전체에 반사막이 코팅되므로 고 반사 박막만이 필요한 영역을 제외한 나머지 절단면에서 금속 박막에 의해 야기될 수 있는 흡수(absorption)로 인하여 소자 특성이 약화될 수도 있다. 그러나 본 발명에서는 도파로 끝단 부분만이 고 반사 박막 물질로 코팅되므로 금속박막에 의해 야기될 수 있는 흡수로 인하여 소자 특성이 저하되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
그러면, 이러한 구조의 반사형 다중기/역다중기를 제조하기 위한 방법을 구체적으로 살펴본다.
먼저, 도7에 도시된 바와 같이 1차 포토리소그라피 공정과 식각 공정을 통하여 자유공간영역(64)과, 입력도파로(61)와 출력도파로(62, 63) 그리고 격자 도파로(651, 652...65M)를 형성한다. 이때 가능하면 도파로 끝단(601, 602, 60M)이 도파로에 대하여 거의 수직이 되도록 한다.
이어서, 격자 도파로 끝단에 고반사박막을 부착시키기 위하여 본 발명에서는 리프트-오프 (lift-off) 공정을 적용한다. 도8을 참조하면, 도파로 끝단 부분을 포함하는 고반사박막이 필요한 영역이 오픈되도록 2차 포토리소그라프 공정을 통하여 감광막패턴을 형성한다. 도면에 구체적으로 도시되지 않았지만 도면의 화살표가 지칭하는 부분은 모두 감광막으로 덮힌 부분이고 도면부호 "66" 부분은 시료 표면이다. 즉 자유공간영역(64)과 입력 도파로(61), 출력 도파로(62, 63), 및 끝단을 제외한 격자 도파로(651, 652...65M)는 감광막으로 덮혀 있다.
그리고 나서 전자빔 증착기(또는 열 증착기 또는 스프터링 장치)를 이용하여 소자의 전면을 고반사박막으로 증착한 후, 실제 고반사박막만 필요한 영역만을 남겨 놓고 나머지 부분을 제거하기 위하여 리프트-오프 공정을 도입하여, 아세톤으로 감광막 위에 증착된 고반사박막을 제거한다.
도9는 본 실시예에 따라 제작 완료된 반사형 다중기/역다중기의 격자 도파로(71) 끝단과 끝단에 고반사박막(72)이 증착된 사진이다. 도면부호 "73"은 시료 표면 위에 고반사박막이 코팅된 부분이다.
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 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에서는 격자 도파로 형성 방법을 포토리소그라피 방법을 이용함으로써, 절단에 의한 방법보다 수율을 훨씬 좋게 할 수 있을 뿐만 아니라, 리프트-오프 공정 방법을 도입함으로써 격자 도파로 끝단에 증착 방법을 이용하여 고반사박막을 부착할 수 있으므로, 정확하게 위치를 선정하여야 하는 브래그 반사경 또는 회절격자 모양의 반사경을 사용하는 방법에 비해서 수율 및 특성을 크게 향상시키는 효과를 가져온다. 또한 다중기/역다중기 (mux/demux) 단위소자의 크기를 줄일 수 있으므로 광원, 광검출기, 반도체 광증폭기, 광스위칭 소자 등을 집적하여 제작되는 집적형 광소자의 제작을 용이하게 한다. 그리고 브래그(Bragg) 격자, 회절격자 및 절단형에 비해 크기를 대폭 줄일 수 있다.
Claims (6)
- 삭제
- 반사형 배열 도파로 구조의 다중기/역다중기에 있어서,자유공간영역;굴곡 및 직선 부분을 가지면서 입력광신호를 전달하는 입력도파로;굴곡 및 직선부분을 가지면서 상기 입력도파로와 다른 방향으로 배열되는 복수개의 출력도파로; 및서로 다른 길이를 가지며 인접한 도파로와 일정간격으로 이격되어 배열되며, 각각의 도파로 끝단만이 고반사박막으로 코팅되어 있는 복수개의 격자도파로를 포함하며,상기 고반사박막은 금, 은, 동 및 알루미늄 중에서 선택된 어느한 금속박막 또는 유전체 박막임을 특징으로 하는 반사형 다중기/역다중기.
- 삭제
- 자유공간영역, 입출력도파로, 및 격자도파로를 구비하는 반사형 다중기/역다중기를 제조하기 위한 방법에 있어서,제1포토리소그라피 공정과 식각 공정에 의해 시료상에 상기 자유공간영역, 입출력도파로 및 격자도파로를 형성하는 제1단계; 및제2포토리소그라피 공정 및 리프트오프 공정에 의해 상기 격자도파로의 끝단에 고반사박막을 형성하는 제2단계를 포함하며,상기 제1단계에서 상기 격자도파로의 끝단 식각면이 시료의 표면에 실질적인 수직을 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 반사형 다중기/역다중기 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 제2단계는,상기 격자도파로의 끝단을 노출시키는 감광막 패턴을 형성하는 단계;결과물의 전면에 상기 고반사박막은 증착하는 단계; 및상기 감광막 패턴과 그 상부의 상기 고반사박막을 리프트-오프시켜 제거하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 반사형 다중기/역다중기 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 고반사박막은 금, 은, 동 및 알루미늄 중에서 선택된 어느한 금속박막 또는 유전체 박막임을 특징으로 하는 반사형 다중기/역다중기 제조방법.
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