KR100369239B1 - 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 및 그 제작방법 - Google Patents
에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 및 그 제작방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100369239B1 KR100369239B1 KR10-1999-0041865A KR19990041865A KR100369239B1 KR 100369239 B1 KR100369239 B1 KR 100369239B1 KR 19990041865 A KR19990041865 A KR 19990041865A KR 100369239 B1 KR100369239 B1 KR 100369239B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- silica
- optical waveguide
- layer
- core
- afd
- Prior art date
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 162
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 69
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000151 deposition Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000005253 cladding Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000075 oxide glass Substances 0.000 claims description 11
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 6
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 15
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 4
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 abstract description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 abstract 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- -1 lanthanum organic compound Chemical class 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052767 actinium Inorganic materials 0.000 description 3
- QQINRWTZWGJFDB-UHFFFAOYSA-N actinium atom Chemical compound [Ac] QQINRWTZWGJFDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 3
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 3
- RPAJSBKBKSSMLJ-DFWYDOINSA-N (2s)-2-aminopentanedioic acid;hydrochloride Chemical class Cl.OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O RPAJSBKBKSSMLJ-DFWYDOINSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000001856 aerosol method Methods 0.000 description 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- RLOWWWKZYUNIDI-UHFFFAOYSA-N phosphinic chloride Chemical compound ClP=O RLOWWWKZYUNIDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DVJSDNKGCNXYQR-UHFFFAOYSA-N CO.[B] Chemical compound CO.[B] DVJSDNKGCNXYQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005793 GeO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017493 Nd 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 1
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000002604 lanthanum compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- DFIYWQBRYUCBMH-UHFFFAOYSA-N oxogermane Chemical compound [GeH2]=O DFIYWQBRYUCBMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000010909 process residue Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005019 vapor deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
본 발명은 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 및 그 제작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광통신, 광 신호처리, 또는 광센서 등에 사용되는 집적광학형의 평판형 실리카 광도파로 소자[광분배기, AWG(Arrayed Waveguide Grating)와 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexer)소자, 광도파로 스위치, 광증폭기 등]의 제작 공정에서 계면 접합불량, 결정상 및 기공 등의 공정결함들을 제거할 수 있는 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로제작방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 미리 각각의 구성성분들이 이미 반응하여 용액상에서 서로 구성비 대로 결합한 거대분자를 이루는 졸 용액을 초음파에 의하여 화염 내부로 미립자 용액으로 분무하여 화염 안에서 건조되어 그 조성이 그대로 유지되면서 기판에 부착시킴으로서 화염 상태 및 기판의 열적인 전도상태에 비교적 무관하게 미립자 조성이 생성되고 또한 증착되어 용액의 조성과 유리막의 조성이 거의 같게 유지되도록 하는 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 및 그 제작방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 에어로졸 화염증착법에 의해 평판형 실리카 광도파로를 제작하는 방법에 있어서, 실리카 광도파로의 하부 클래드 층(under-clad layer)과 코어 층(core layer)을 만들기 위하여 Si기판(10) 위에 화염가수분해 증착법 또는 에어로졸 화염증착법으로 실리카 미립자(
Description
본 발명은 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 및 그 제작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광통신, 광 신호처리, 또는 광센서 등에 사용되는 집적광학형의 평판형 실리카 광도파로 소자[광분배기, AWG(Arrayed Waveguide Grating)와 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexer)소자, 광도파로 스위치, 광증폭기 등]의 제작 공정에서 계면 접합불량, 결정상 및 기공 등의 공정결함들을 제거할 수 있는 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로제작 방법에 관한 것이다.
지금까지 사용된 실리카 광도파로소자의 제작법으로는 화염가수분해 증착법(FHD; Flame Hydrolysis Deposition), 화학기상증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 전자빔 증착법(Electron Beam Deposition), 스퍼터증착법(Sputter Deposition), 이온교환법, 졸겔 스핀코팅법 등의 방법이 있다. 이들 방법들 중에서 FHD와 CVD방법은 현재는 품질이 가장 좋고 경제적 생산방법으로 알려져 있고 따라서 이들 방법을 주로 사용하고 있다.특히 FHD방법은 증착속도가 크고 고품위의 도파로를 만들 수 있으며 증착장치나 방법이 CVD에 비하여 간단하여 실리카 평판도파로 제작의 주요한 방법이 되고 있다.
또한 기존의 FHD 방법에 의한 실리카 도파로를 이용하여 광증폭기 소자를 제작하고자 할 때는 실리카 유리에 광증폭 기능을 주는 란탄 또는 악티늄 계의 중원소의 산화물을 함유시키기 위하여 침탕법(실리카 미립자의 가소결 후에 란탄계 화합물의 용액에 침탕함), 이온주입법, 란탄계 유기화합물의 기화 증착법 등을 사용하고 있다.기존의 FHD방법은 토치(torch)의 화염 내부에 SiCl4, POCl3, GeCl4, BCl3등의 기화된 액체 재료를 주입하여 이들 재료의 가수분해반응으로 실리카 미립자를 화염 내부에 생성시켜 이들을 실리콘이나 실리카 등의 기판에 부착시키고 이들 실리카 미립자를 녹여서 투명한 도파로용의 유리박막으로 변환시키는 고밀화공정(Consolidation)을 사용하고 있다.이와같은 FHD방법에 의하여 실리카 광도파로를 제작할 때 생기는 문제점들은(1) SiCl4, POCl3, GeCl4, BCl3등의 가수분해반응의 화학적 활성도가 기체의 종류마다 달라서 화염내부에서 미립자가 생겨서 점점 미립자가 성장하여 기판 쪽으로 이동되어서 부착되는 과정에서 기체마다 반응속도의 차이가 있고 따라서 미립자의 표면측과 내부측의 유리의 화학적 조성이 달라지게 되어 미립자의 증착시에 사용된 온도분포 및 유속분포 등의 화염의 상태에 따라서 고밀화공정시 유리 미립자의 고밀화조건이 크게 달라지게 되며,(2) 가수분해의 결과로 생기는 SiO2, P2O5, GeO2, B2O3등의 포화증기압이 화염 내부에서 서로 크게 차이가 있어 이들이 기체에서 고체화되는 화염내부의 부위 및 시점이 서로 다르고 따라서 기판에 증착된 이들 미립자 막의 미시적 조성이 불균일하여 미립자의 증착시에 사용된 온도분포 및 유속분포등의 화염의 상태에 따라서 고밀화공정시 유리 미립자의 고밀화조건이 크게 달라지게 된다.이같은 공정방법의 문제들은 식각된 실리카 광도파로 코어 위에 상부 클래드 실리카 막을 입히는 공정에서 화염 내부에 주입된 원료의 성분비와는 다른 조성의 박막이 증착되거나, 박막의 조성이 증착되는 기판의 상태 또는 화염조건이나 토치에 따라서 그 조성이 식각된 도파로의 주위에서 또는 박막에 수직한 방향으로 달라져서 도파로의 도파특성을 조절하기가 매우 어렵게 되며, 실리카 미립자층 내부나 층간에 또는 실리카 미립자층 하부의 실리카 유리막이나 기판간 계면에 공정 잔여물이나 응력 등이 쉽게 존재하게 된다.따라서 도파로 주위에 여러가지 결함들[기공, 계면접합불량, 결정상, 상분리, 도파코어 용융, 불균질 굴절률 분포 등]을 발생하게 한다.또한 기존의 FHD 방법의 실리카 도파로를 이용하여 광증폭기 소자를 제작하고자 할 때는 광증폭 기능을 주는 란탄 또는 악티늄 계의 중원소의 산화물을 실리카 유리에 함유시켜야 하며, 이들 란탄이나 악티늄 계 원소를 실리카계 유리에 미시적으로 상분리 없이 균일하게 분산시키기 위하여서는 란탄계 원소와 동시에 1,2족의 금속산화물을 증착시켜 함유하게 하여야 한다. 그러나 지금까지 이들 원소를 실리카 유리 내에 주입하는 방법으로는 침탕법(실리카 미립자의 가소결 후에 란탄계 화합물의 용액에 침탕함), 이온주입법, 란탄계 유기화합물의 기화 증착법 등이 사용되어 왔으나 이들 원소들은 기화시키기에 적당한 화합물이 없는 경우가 많고 또한 있다하더라도 화학적으로 불안정하여 공정을 원하는 대로 제어하기가 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 미리 각각의 구성성분들이 이미 반응하여 용액상에서 서로 구성비 대로 결합한 거대분자를 이루는 졸 용액을 초음파에 의하여 화염 내부로 미립자 용액으로 분무하여 화염 안에서 건조되어 그 조성이 그대로 유지되면서 기판에 부착시킴으로서 화염 상태 및 기판의 열적인 전도상태에 비교적 무관하게 미립자 조성이 생성되고 또한 증착되어 용액의 조성과 유리막의 조성이 거의 같게 유지되도록 하는 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 및 그 제작방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 에어로졸 화염증착법에 의해 평판형 실리카 광도파로를 제작하는 방법에 있어서, 실리카 광도파로의 하부 클래드층(under-clad layer)과 코어 층(core layer)을 만들기 위하여 Si기판(10) 위에 화염가수분해 증착법 또는 에어로졸 화염증착법으로 실리카 미립자(SiO2soot;20)를 증착하는 증착공정과; 상기 증착된 실리카 미립자(20)를 투명한 실리카 하부클래드(30) 및 유리막 코어층(40)으로 변환시키는 고밀화 열처리 공정과; 상기 코어층(40) 위에 건식마스크 (dry-etch mask)로 사용될 Cr박막층(50)을 증착하고 유기감광막(photo-resist;51)을 도포하여 광도파로의 2차원 평면 형상을 노광마스크(photo-mask;52)를 사용하여 감광막과 건식마스크층에 사진현상법(photo-lithography)과 습식식각(wet-etch)법으로 이를 전사(transfer)하여 코어 실리카층을 사각형 모양의 채널 광도파로(코어;45)로 식각하는 건식식각(dry-etch)공정 및; 그 후 다시 상기 코어(45)위에 상부 클래드 실리카 미립자층(25)을 증착하고 이어서 상부클래드층(26)을 고밀화 열처리를 하여 실리카 광도파로를 완성하는 상부클래드층 고밀화 열처리공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는 실리카 미립자(SiO2soot;20)를 증착하는 증착공정은, 회토류 및 Ⅰ, Ⅱ족 금속산화물을 Si-B-P-Ge 산화물 유리계에 첨가하는 과정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하고, 상기 증착된 실리카 미립자(20)를 투명한 실리카 하부클래드(30) 및 유리막 코어층(40)으로 변환시키는 고밀화 열처리 공정은, 게르마늄이나 인의 농도를 조절하여 그 굴절률이 하부클래드(30)나 상부클래드 실리카 막 보다 크게하여 광이 코어층(40)을 따라서 도파될 수 있게 하는 과정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.또한 본 발명은 Si-B-P-Ge 산화물 유리계에 AFD/AFD/Hipox로 클래드/코아/버퍼를 형성하는 것을 특징으로 하고, Si-B-P-Ge 산화물 유리계에 AFD/AFD/FHD로 클래드/코아/버퍼를 형성하는 것을 특징으로 하며, Si-B-P-Ge 산화물 유리계에 AFD/FHD/FHD로 클래드/코아/버퍼를 형성하는 것을 특징으로 하고, Si-B-P-Ge 산화물 유리계에 AFD/AFD/AFD로 클래드/코아/버퍼를 형성하는 것을 특징으로 한다.
도1은 본 발명에 따른 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 제작방법의 흐름도,
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로의 코어 및 상부클래드의 구조 예시도,
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 Si-B-P-Ge계 산화물 유리의 졸겔 반응공정의 예시도,
도4는 본 발명에 따른 실리카 광도파로 제작을 위한 화염증착장치의 구조도.＜ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＞10: Si기판 20: SiO2미립자25: SiO2미립자 상부클래드층 26: 상부클래드층30: 하부클래드층 40: 코어층45: 코어 50: Cr박막층51: 유기감광막 52: 노광마스크
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 및 그 제작방법에 대해 상세히 설명한다.본 발명은 Si-B-P-Ge계 실리카 유리막의 에어로졸 화염 증착 공정의 발명으로서, 에어로졸 반응은 졸 용액이 미리 각각의 구성성분들이 이미 반응하여 용액상에서 서로 구성비 대로 결합한 거대분자를 이루는 화학반응과정이다. 이같은 반응공정 후에 용액을 초음파에 의하여 화염 내부로 미립자 용액으로 분무하여 화염 안에서 건조되어 그 조성이 그대로 유지되면서 기판에 부착된다. 따라서 화염 상태 및 기판의 열적인 전도상태에 비교적 무관하게 미립자 조성이 생성되고 또한 증착되어 용액의 조성과 유리막의 조성이 거의 같게 유지가 된다.
도1은 본 발명에 따른 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 제작방법의 흐름도이고, 도2는 본 발명의 실시 예에 따른 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로의 코어 및 상부클래드의 구조 예시도이며, 도3은 본 발명의 실시 예에 따른 Si-B-P-Ge계 산화물 유리의 졸겔 반응공정의 예시도이고, 도4는 본 발명에 따른 실리카 광도파로 제작을 위한 화염증착장치의 구조도이다.
먼저, 상기 도1을 참조하면, 실리카 광도파로의 하부 클래드 층(under-clad layer)과 코어 층(core layer)을 만들기 위하여 Si기판(10) 위에 화염가수분해 증착법 또는 에어로졸 화염증착법으로 실리카 미립자(SiO2soot;20)를 증착하는 증착공정과; 상기 증착된 실리카 미립자(20)를 투명한 실리카 하부클래드(30) 및 유리막 코어층(40)으로 변환시키는 고밀화 열처리 공정과; 상기 코어층(40) 위에 건식마스크 (dry-etch mask)로 사용될 Cr박막층(50)을 증착하고 유기감광막(photo-resist;51)을 도포하여 광도파로의 2차원 평면 형상을 노광마스크(photo-mask;52)를 사용하여 감광막과 건식마스크층에 사진현상법(photo-lithography)과 습식식각(wet-etch)법으로 이를 전사(transfer)하여 코어 실리카층을 사각형 모양의 채널 광도파로(코어;45)로 식각하는 건식식각(dry-etch)공정과; 그 후 다시 상기 코어(45)위에 상부 클래드 실리카 미립자층(25)을 증착하고 이어서 상부클래드층(26)을 고밀화 열처리를 하여 실리카 광도파로를 완성하는 고밀화 열처리공정으로 이루어진다.또한 식각된 도파로(45) 위에 상부클래드(25) 증착할 때에 특히 결함이 거의 없는 박막을 제작할 수 있어 그 효과가 크며 또한 이 방법은 코어에 기화시키기 어려운 유리재료물질, 즉 나트륨산화물, 칼슘 산화물, 희토류산화물 등을 손쉽게 포함시킬수 있는 장점이 있다.
그리도 도2는 본 발명에 의한 평판형 실리카 광도파로의 코어 및 상부클래드의 구조도로서 Si기판 위에 각각 Hipox/AFD/AFD(50), FHD/AFD/AFD(51), AFD/FHD/FHD(52), AFD/AFD/AFD(53) 공정으로 각각의 버퍼를 Hipox, FHD, AFD로 형성하고, 그 위의 코어층을 AFD, FHD공법으로 형성하고, 그 위의 클래드층을 AFD공법으로 형성할 수 있다.상기 Hipox는 FOX(Fast Oxidation)라고도 하며, 고압(0∼25기압)에서 증기 산화방식을 이용하여 산화막 성장속도를 빠르게 하는 장치를 말한다(High Presure oxidation).
상기 에어로졸은 도3에 도시된 바와 같이 액상의 졸(sol)을 초음파 진동자를 사용하여 입자로 만들고 산·수소 불꽃으로 산화시켜 기판 위에 증착시키는 방법이다. 에어로졸 공정은 FHD법에 비해 도펀트 첨가의 제한이 매우 적어서 B, P, Ge등의 함량을 자유롭게 조절하는 것이 가능하다.또한 에어로졸 공정에 의하면 증기압이 낮고 기체상으로 이송이 곤란한 알칼리 금속 및 중이온인 희토류와 같은 금속을 다량으로 첨가할 수 있다. 따라서, 증기압이 낮은 어븀과 같은 원소가 함유되어야 하는 평판형 광증폭기 제작에 적합한 방법이다.상기 코어층(40) 및 상부클래드등(26) 형성에 사용되는 에어로졸 공정, 즉 에어로졸을 이용한 유리 박막 제조 공정을 자세히 살펴보면 먼저, 소정의 재료(예를 들어 TEOS(tetraethyl orthosilicate)와 에탄올, 증류수 등을 사용하여 졸 용액(60)을 제조한다. 이를 위하여 먼저 TEOS를 증류수와 메탄올의 몰비가 5:1인 용매에서 1시간 동안 가수분해시킨다. 가수분해 촉매(62)로는 질산을 사용하고 인산의 양이 많은 경우는 질산의 양을 줄인다(DI water + HNO3+ Metal Nitrate). 여기에 B과 메탄올(Boron alkoxide + methanol;66)를 천천히 첨가하여 자석 교반기로 교반하면서 3시간 동안 반응시킨다. 이 졸 용액의 조성비는 생성하고자 하는 박막의 조성비에 따라 적절히 조절하는 것은 자명할 것이다.다음에는 이 졸 용액을 초음파 진동자가 부착된 용기에 넣고 에어로졸을 만든다. 초음파를 이용하여 에어로졸을 만들 때, 초음파가 액체를 통과하여 액체와 기체의 경계면에 도달하면 그 경계면에서 액체 방울이 생성되는데, 이때 액체 입자의 크기는 액체의 밀도와 표면장력 및 초음파의 각진동수의 함수에 의하여 결정된다. 따라서, 액체의 밀도와 표면장력을 조절함으로써 어어로졸의 크기를 조절할 수있다.
도4는 에어로졸 화염증착 방법에 의하여 실리카계 미립자를 증착하기 위한 구성 장치의 개략도이다. 여기서 증착과정은 상방향 화염 또는 하방향 화염이 사용될 수 있다. 장치의 구성은 에어로졸 생성부(130), 시료의 이동없이 급속 가열과 열처리를 동시에 수행할 수 있는 열처리 및 기판홀더 장치(160) 등이다.즉, 토치(torch; 140)를 이용하여 실리콘 웨이퍼상의 하부클래드(10) 위에(코어층 형성시) 또는 하부클래드 및 코어 위에(상부클래드 생성시) 증착된다. 에어로졸은 아르곤(Ar) 가스에 의해 토치(140)로 이동되고, 산·수소 불꽃에 의해 산화반응되면서 웨이퍼 호울더(160)에 부착되어 있는 실리콘 웨이퍼(140)에 증착된다. 이때, B와 P의 휘발을 최소화하기 위하여 온도조절기(110)를 사용하여 웨이퍼 호울더(160)가 200℃를 유지하도록 한다.또한 박막의 두께가 일정하게 증착되도록 하기 위하여 토치(140)는 컴퓨터(100)를 이용하여 x-y 스테이지(120)상에서 그물망 모양으로 움직이며 산화분말을 증착시킨다.따라서, 실리콘이나 실리카 기판 위에 붕산(B2O3), 인산(P2O5), 산화게르마늄(GeO2) 등이 첨가된 규산(SiO2)계 유리(Si-B-P-Ge계 유리) 평판 광회로 소자를 제작할 때에 생기는 여러 가지 결함들[기공(pore), 계면접합불량(adhesion defect), 결정상(crystalline phase), 상분리(phase separation), 도파코어 용융(melt-back), 불균질 굴절률 분포 등]을 제거하여 고품위의 실리카 광회로 소자를 제작하고, 또한 Si-B-P-Ge계 유리를 평판 도파로 광증폭기의 모재로 사용할 때 광증폭 기능을 주는 희토류 산화물[Er2O3, Nd2O3, Yb2P3등]과 광증폭 효율을 높여주는 Ⅰ, Ⅱ족의 금속산화물[Na2O, K2O, CaO 등]을 손쉽게 넣을 수 있게 된다.
에어로졸 화염 증착법으로 실리콘을 기판으로 하는 광도파 박막, 광도파로 및 광도파로 소자를 제작하는 공정에서 도파로 코어를 증착하거나 또는 상부 클래드 실리카 미립자 층의 증착 후 행하여 지는 고밀화 열처리공정 시에 본 발명의 간단한 장치를 이용하여 공정을 수행함으로서 결정상, 기공 및 계면 접합불량 등의 결함들을 제거할 수 있어 소자제작의 경제성을 높이고 또한 소자 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 생산 수율을 증가시킴으로서 경제성 있는 실리카 광도파로 소자를 제작하는 것이 가능하다. 또한 기존의 재료용액 기화방법으로는 실리카계 유리에 함유시키기가 어려운 어려운 Ⅰ, Ⅱ족의 금속산화물, 희토류 산화물 등을 손쉽게 함유시킬수 있다.
Claims (7)
- 에어로졸 화염증착법에 의해 평판형 실리카 광도파로를 제작하는 방법에 있어서,실리카 광도파로의 하부 클래드 층(under-clad layer)과 코어 층(core layer)을 만들기 위하여 Si기판(10) 위에 화염가수분해 증착법 또는 에어로졸 화염증착법으로 실리카 미립자(SiO2soot;20)를 증착하는 증착공정과;상기 증착된 실리카 미립자(20)를 투명한 실리카 하부클래드(30) 및 유리막 코어층(40)으로 변환시키는 고밀화 열처리 공정과;상기 코어층(40) 위에 건식마스크 (dry-etch mask)로 사용될 Cr박막층(50)을 증착하고 유기감광막(photo-resist;51)을 도포하여 광도파로의 2차원 평면 형상을 노광마스크(photo-mask;52)를 사용하여 감광막과 건식마스크층에 사진현상법(photo-lithography)과 습식식각(wet-etch)법으로 이를 전사(transfer)하여 코어 실리카층을 사각형 모양의 채널 광도파로(코어;45)로 식각하는 건식식각(dry-etch)공정 및;그 후 다시 상기 코어(45)위에 상부 클래드 실리카 미립자층(25)을 증착하고 이어서 상부클래드층(26)을 고밀화 열처리를 하여 실리카 광도파로를 완성하는 상부클래드층 고밀화 열처리공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 제작방법.
- 제1항에 있어서, 실리카 미립자(SiO2soot;20)를 증착하는 증착공정은,희토류 및 Ⅰ, Ⅱ족 금속산화물 Si-B-P-Ge 산화물 유리계에 첨가하는 과정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 제작방법.
- 제1항에 있어서, 상기 증착된 실리카 미립자(20)를 투명한 실리카 하부클래드(30) 및 유리막 코어층(40)으로 변환시키는 고밀화 열처리 공정은,게르마늄이나 인의 농도를 조절하여 그 굴절률이 하부클래드(30)나 상부클래드 실리카 막 보다 크게하여 광이 코어층(40)을 따라서 도파될 수 있게 하는 과정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 제작방법.
- 제1항에 있어서,Si-B-P-Ge산화물 유리계에 AFD/AFD/Hipox로 클래드/코아/버퍼를 형성하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 제작방법.
- 제 1항에 있어서,Si-B-P-Ge 산화물 유리계에 AFD/AFD/FHD로 클래드/코아/버퍼를 형성하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 제작방법.
- 제1항에 있어서,Si-B-P-Ge 산화물 유리계에 AFD/FHD/FHD 로 클래드/코아/버퍼를 형성하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 제작방법.
- 제 1항에 있어서,Si-B-P-Ge 산화물 유리계에 AFD/AFD/AFD 로 클래드/코아/버퍼를 형성하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 제작방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-1999-0041865A KR100369239B1 (ko) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 및 그 제작방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-1999-0041865A KR100369239B1 (ko) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 및 그 제작방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20000000195A KR20000000195A (ko) | 2000-01-15 |
| KR100369239B1 true KR100369239B1 (ko) | 2003-01-24 |
Family
ID=19613295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR10-1999-0041865A KR100369239B1 (ko) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 및 그 제작방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100369239B1 (ko) |
-
1999
- 1999-09-29 KR KR10-1999-0041865A patent/KR100369239B1/ko active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20000000195A (ko) | 2000-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3249905B2 (ja) | プレーナ導波路の作製用エーロゾルプロセス | |
| KR100890981B1 (ko) | 모놀리식 광학 구조체, 이 모놀리식 광학 구조체의 형성 방법, 가요성 광섬유, 광섬유 형성 방법, 및 광섬유 예비 성형체 | |
| KR100369239B1 (ko) | 에어로졸 화염증착법에 의한 평판형 실리카 광도파로 및 그 제작방법 | |
| JP2900732B2 (ja) | 光導波路の製造方法 | |
| JPH05297236A (ja) | プレーナ光導波路の作製方法及び得られたデバイス | |
| KR20010047296A (ko) | 에어로졸 공정을 이용한 평판형 광도파로 및 그 제조 방법 | |
| JPH09222525A (ja) | 光導波路の製造方法 | |
| KR100219715B1 (ko) | 희토류 이온이 첨가된 광도파로 제조방법 | |
| JP2831407B2 (ja) | 希土類元素添加導波路の製造方法 | |
| JP2747352B2 (ja) | 光導波路用ガラス膜の形成方法及び光導波路の製造方法 | |
| JP3031066B2 (ja) | 酸化膜の製造方法及び光導波路の製造方法 | |
| JP2001185786A (ja) | エアゾール工程を用いたプレーナ型光増幅素子及びその製造方法 | |
| Bi et al. | High-throughput planer glass coating using Laser Reactive Deposition (LRD) | |
| JP2842874B2 (ja) | 導波路型光デバイスの製造方法 | |
| KR20000000194A (ko) | 에이치티에스-에프에이치디를 이용한 광소자용 평판형실리카 박막의 제조법 | |
| Morse et al. | Aerosol transport for optical fiber core doping: a new technique for glass formation | |
| JPH0353202A (ja) | 希土類元素添加導波路の製造方法 | |
| KR100221550B1 (ko) | 산화물 입자를 이용한 후막 형성방법 | |
| JPS6365619B2 (ko) | ||
| Bi et al. | Synthesis of nanoscale optical materials using nanoparticle manufacturing (NPM) technology | |
| JP2603652B2 (ja) | 光導波路製造方法 | |
| Morse et al. | A High Temperature Sol-Gel Process for Glass Formation: Aerosol Doping in Modified Chemical Vapor Deposition | |
| JP2002148462A (ja) | 二酸化シリコン膜生成方法及び光導波路生成方法 | |
| JPH0675134A (ja) | 希土類イオン添加光導波膜及び光導波路の製造方法 | |
| JPH05313034A (ja) | 低損失希土類元素添加光導波路およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130109 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140109 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150209 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160111 Year of fee payment: 14 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170109 Year of fee payment: 15 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180108 Year of fee payment: 16 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190108 Year of fee payment: 17 |