KR100403673B1

KR100403673B1 - 광섬유 상의 상호 절연된 두 도전막 형성방법

Info

Publication number: KR100403673B1
Application number: KR10-2001-0078667A
Authority: KR
Inventors: 박상기; 김종배; 조두희; 최용규; 김경헌; 이번
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2003-10-30
Also published as: US6625361B2; KR20030048686A; US20030108314A1

Abstract

광섬유 표면 상의 상호 절연된 두 도전막 형성방법이 개시된다. 본 발명에서는, 기판에 형성된 그루브에 광섬유를 접착한 다음, 사진식각공정으로 광섬유 상에 도전막이 형성될 부위만 개구하는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 포토레지스트 패턴 상에 도전막을 형성한 다음 리프트 오프하면, 그루브에서 광섬유가 분리되는 동시에 포토레지스트 패턴 및 포토레지스트 패턴 상에 형성된 도전막이 제거되고, 광섬유 표면에는 원하는 패턴대로 형성된 도전막만 남는다. 도전막이 형성된 면의 반대면에 대해서도 위와 같은 방법으로 도전막을 형성하여 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성할 수 있다. 본 발명이 개시하는 방법에 따라 광섬유 상에 도전막을 형성한 다음, 이를 이용하여 폴링을 하게 되면, 변조기, 가변필터 및 스위치와 같은 광전소자, 전기장 센서, 및 주파수 변환기나 분산 보상기와 같은 비선형 광섬유 광학 소자에 널리 응용될 수 있다.

Description

광섬유 상의 상호 절연된 두 도전막 형성방법{Method for forming on a fiber two thin conductive films isolated electrically each other}

본 발명은 광섬유 광학에 관한 것으로, 특히 단일모드 또는 다중모드의 광섬유에 폴링(poling)을 위한 전극으로 이용될 수 있는 도전막을 형성하는 방법에 관한 것이다.

최근에 컴퓨터 등의 정보처리기술의 진보에 따라 대량 데이터의 고속처리나 대용량 정보전송의 필요성은 점점 더 높아지고 있는데, 대용량 정보전송을 위해서는 광섬유전송이 가장 유효하고 널리 이용되고 있다. 광섬유전송은 광섬유 속으로 광신호를 전송하는 것으로서, 광신호를 전송하기 위해서는 광원, 수광기, 광신호발생기, 광스위치/커플러 및 전송을 위한 광섬유 등이 필요하다. 또, 광신호발생기나 광스위치 등의 광기능소자에는, 전기광학효과(광비선형성)가 이용된다. 이 전기광학효과는 광에 의하여 물질 중에 발생하는 비선형분극이 원인이 된다. 이 때문에, 광비선형재료에 인가하는 전기장의 강도를 제어함으로써 광비선형재료를 투과하는 광의 강도나 방향을 바꾸고, 광스위치 등이 형성된다. 그리고, 광섬유에 도입되는 광에 대하여 이와 같이 광기능소자를 이용하여 전달하고자 하는 정보에 의거한 광변조를 실시하여 전송함으로써, 수광기 쪽에서 이것을 복조하여 정보의 광섬유전송이 달성된다.

광비선형재료로서는 LiNbO₃나 BaTiO₃등의 결정 재료를 많이 이용하여 왔다. 비정질 재료는 반전 대칭이 없으며 이는 곧, 전기광학 특성 및 2차 비선형 계수가 없다는 것을 의미한다. 그러나, 비정질인 실리카 유리 물질을 몇 가지 다른 조건 하에서 폴링하게 되면 전기광학 특성 및 비선형 광학 특성을 가질 수 있다고 알려졌다. 특히, 모든 광기능소자를 광섬유로 만들고 이들을 시스템으로 집적하면 집적 비용과 광학적 전력 손실이 감소되며, 변조 속도와 전송 속도 또한 향상될 수 있어유리하다는 것이 제안됨에 따라, 유리 물질에서 2차 효과를 유도하고 향상시키고자 하는 연구와 개발에 관심이 집중되고 있다.

유리 물질에서 전기광학 특성을 유도하는 방법으로 알려진 폴링에는 크게 두 가지 종류가 있다. 하나는 열적으로 폴링하는 것이고, 다른 하나는 자외선을 이용하여 폴링하는 것이다. 열적 폴링에서는 전형적으로 100V/㎛에 달하는 높은 전기장을 가하면서 유리 물질을 250℃ 내지 300℃로 가열한 다음, 이와 같은 높은 전기장이 계속 가해지는 상태에서 상온까지 냉각시킨다. 자외선 폴링에서는 유리 물질에 전기장을 가하면서 대개 파장이 150nm 내지 400nm인 자외선을 조사한다. 열적 폴링과 자외선 폴링은 동시에 적용될 수도 있다.

125㎛의 직경을 갖는 단일모드 광섬유에 전기광학 효과를 유도하기 위하여 높은 전기장을 가하려면, 전극이 광섬유의 코어 부분에 최대한 가까이 위치하도록 디자인하는 것이 무엇보다 중요하다. 그리고, 100V/㎛에 달하는 전기장을 항복없이 절연시키는 것도 중요하다.

도 1a 내지 도 1d는 미국 특허 제 5,617,499호에 개시된 폴링 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 먼저 도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 웨이퍼(11) 상에 제 1 전극(12)을 형성한 다음, 폴리이미드(13)를 개재시켜 D형 광섬유(10)의 평평한 면(flat side)을 웨이퍼(11)에 접착한다. 다음에, 두꺼운 폴리이미드막(14)을 형성하여 광섬유(10)를 고정시키고 전기적으로 절연한다. 이어서, 폴리이미드막(14)과 광섬유(10)의 상부를 폴리싱하여 광섬유(10)의 평평한 면 반대편에 폴리싱된 면을 만든다. 이 폴리싱된 면에 제 2 전극(15)을 형성하고, 제 1 및 제 2 전극(12, 15)을 통해 광섬유(10)에 전기장을 가하여 전기광학계수가 유도되게 한다.

이 방법은 전기광학계수가 유도된 광섬유를 저렴한 제조가로 비교적 대량생산할 수 있게 하지만, 기판(11)에 광섬유(10)를 영구적으로 접착하기 때문에 소자로서 이용하려면 집적 비용이나 처리 비용이 많이 들며 소형화하기가 어렵다. 또 제 1 및 제 2 전극(12, 15)을 광섬유 표면이 아닌, 기판과 폴리싱된 면에 각각 형성하기 때문에, 광섬유(10)와 기판(11) 사이의 폴리이미드(13)와 폴리싱된 면의 결함으로 인하여 전기장이 불안정하거나 불균일할 수 있다. 따라서, 재현성이 떨어질 우려가 있다. 그리고, 광섬유는 매우 가늘기 때문에 이러한 광섬유를 폴리싱하는 것은 어렵고도 비용이 많이 든다. 특히, 이러한 문제는 광섬유 길이가 길 때 더욱 심각하다. 절연체로서 폴리이미드(14)를 형성하는 것 또한 고압 및 고전류 하에서의 누설전류가 발생될 수 있기 때문에 문제가 있다. 뿐만 아니라, 광섬유의 양단은 다른 광섬유와 접속하는 데 필요한 부분임에도 불구하고, 도 1d에 나타낸 바와 같이, 기판(11)으로부터 떨어진 광섬유(10)의 양단(18, 19)은 매우 약하기 때문에 스핀 코팅(spin-coating)하기에 어려움이 있다.

한편 도 2는 광섬유에 전기광학 효과 및 비선형 효과를 유도하고 증대시키기 위한 미국 특허 제 5,966,233호를 설명하는 도면이다. 도 2를 참조하면, 이 방법에서는 광섬유(30) 내에 코어(33)에 평행한 두 개의 홀을 소정의 간격을 두고 형성한다음, 이 홀에 가는 전극(31, 32)을 각각 삽입한다. 이 전극(31, 32)을 통하여 광섬유(30)에 전기장을 가하는 동시에 자외선을 조사하여 폴링한다. 이 방법에 따르면, 전기광학계수의 값이 최대 6 pm/V까지 향상되는데, 이는 실용화가 가능한 수치이며, 따라서 실리카 광섬유를 이용한 비선형 소자의 구성을 용이하게 할 수 있다. 그러나, 미국 특허 제 6,134,356호에서 지적된 바와 같이, 전극(31, 32)이 광섬유(30)의 양단으로부터 돌출되어 있으므로 이러한 구조의 광섬유를 다른 광섬유에 접속하기가 매우 어렵다. 즉, 직접적인 커플링(direct butt coupling)이나 융착 접속(fusion splicing)을 할 수가 없다. 또한, 기계적으로 약한 전극을 홀에 삽입하는 것은 매우 어렵기 때문에 제조단가나 시간면에 있어서 불리하다. 뿐만 아니라, 광섬유의 단부로부터 전극을 삽입하기 때문에, 고속 전파를 가능하게 하는 형태를 갖는 전극을 형성하는 것이 불가능하다. 따라서, 이러한 광섬유(30)가 변조기로 구현되는 경우, 변조 주파수는 낮은 값에 머무를 수밖에 없다.

도 3은 도 2의 방법에서 홀에 전극을 삽입하는 문제를 해결한 미국 특허 제 5,966,233호를 설명하는 도면이다. 이 방법에서는 광섬유(60)의 표면에 광섬유의 길이 방향으로 홈(64, 65)을 형성하고, 이 홈(64, 65)에 전극(69)을 배치한 다음, 전기장을 가하여 폴링한다. 이 방법에 따르면, 폴링된 광섬유(60)를 다른 광섬유에 융착 접속하는 것이 가능하고, 고속 전파를 가능하게 하는 형태를 갖는 전극도 형성할 수 있다.

그러나, 도 2 및 도 3에 나타낸 방법 모두, 준-위상 정합(quasi-phase matching) 조건을 충족시키기 위해 주기적인 전극 패턴을 형성하는 데에 어려움이 있다. 현재까지 도 2 또는 도 3에 따른 방법에 주기적인 전극 패턴을 적용하여 SHG(Second Harmonic Generation), DFG(Difference Frequency Generation), SFG(Sum Frequency Generation) 및 4파 혼합(4 wave mixing) 등의 비선형 효과를얻었다는 결과는 보고되고 있지 않다. 특히, 도 2 및 도 3에 나타낸 방법에서는 두 전극을 수용하려면 광섬유의 직경이 300㎛에 달해야 하는데, 이것은 표준 단일모드 광섬유의 직경인 125㎛보다 훨씬 큰 값이다. 이에 따라, 불가능한 것은 아니지만, 이러한 광섬유를 표준 단일모드 광섬유에 융착 접속하는 것은 매우 어려운 공정이며, 광신호의 전력손실이 아주 클 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하면서 폴링을 위한 전극으로 사용될 수 있는 두 도전막을 광섬유 상에 형성하는 방법을 제공하는 것이다.

도 1a 내지 도 1d와, 도 2 및 도 3은 종래기술에 따라 광섬유 코어 주변에 전극을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 4 내지 도 7과, 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 따라 광섬유 상에 도전막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실험예에 따라 광섬유 상에 형성된 도전막을 보여주는 현미경 사진들이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

110 : 기판, 120, 121 : 그루브,

126, 127 : 광섬유, 130, 131 : 포토레지스트,

140 : 포토레지스트 패턴, 128a, 129a : 얕은 홈,

145, 145a, 145b : 도전막

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에서는 전기적으로 상호 절연된 두 도전막을 광섬유 표면에 직접 형성한다. 이 광섬유는 광통신 시스템에서의 광전소자에 이용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 광섬유가 실리콘 기판에 형성된 그루브에 놓이고 이 때, 포토레지스트가 접착제로 쓰여진다. 상기 그루브는 기판 표면과 실질적인 단차없이 광섬유를 수용할 수 있도록, 상기 기판을 습식식각하여 형성한 것이다. 상기 광섬유를 기판에 접착하는 동안 상기 광섬유 상부 표면에 묻게 되는 포토레지스트를 정교하게 제거한 다음, 상기 광섬유의 표면에 도전막을 원하는 패턴대로 형성하기 위한 포토레지스트 패턴을 사진식각공정으로 형성한다. 이 때, 도전막이 상기 광섬유의 표면에 더 잘 형성되도록, 도전막을 형성하기 전에 상기 포토레지스트 패턴에의하여 노출된 광섬유의 표면을 가볍게 습식식각하여 얕은 홈을 미리 형성할 수도 있다. 도전막, 예를 들어 금속막을 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 결과물 상에 도포한 다음, 스트립용액을 이용하여 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다. 이에 따라, 광섬유 표면에는 패터닝된 도전막만 남고, 상기 포토레지스트 패턴 상에 형성된 도전막은 포토레지스트 패턴이 리프트 오프되면서 동시에 제거된다. 이 때, 상기 광섬유 자체도 상기 기판으로부터 분리된다. 이렇게 도전막이 형성된 광섬유에 대하여, 도전막이 형성된 면의 반대면에 도전막을 하나 더 형성하려면, 상기 도전막이 형성된 면이 상기 그루브에 접착되도록 한 다음, 위의 일련의 과정을 수행하면 된다. 마지막으로, 상기 도전막을 화학적 및 기계적으로 보호할 수 있도록, 도전막이 형성된 광섬유 표면에 실리콘 산화막과 같은 절연막을 형성할 수도 있다.

본 발명의 방법이 적용될 수 있는 광섬유는 원형의 단일모드 또는 다중모드의 광섬유이거나 D형 광섬유일 수 있는데, D형 광섬유의 평평한 면과 둥근 면에 각각 도전막을 형성하려면, 평평한 면이 놓여지는 그루브와 둥근 면이 놓여지는 그루브의 크기는 서로 다르게 형성한다.

이러한 방법으로 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성한 다음, 이 도전막을 전극으로 사용하여 광섬유를 폴링하게 되면, 앞서 언급한 종래의 문제점을 거의 모두 해결할 수 있다. 즉, 광섬유가 기판에 영구적으로 접착되는 일이 없고, 가는 광섬유를 폴리싱할 필요도 없으며, 폴리이미드 절연층을 사용하지 않는다. 또, 본 발명에 따라 도전막이 형성된 광섬유를 표준 단일모드 광섬유에 직접 커플링하거나 융착 접속할 수 있다. 광섬유 상에 형성되는 도전막은 어떤 패턴으로든구현할 수 있기 때문에, 고속 전파 형상뿐만 아니라 주기적인 패턴도 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 이렇게 형성된 도전막은 현재로서는 폴링 시에 전기장을 가하는 수단으로서만 이용되나 미래에 더 일반적인 적용례를 가질 수 있을 것으로 예측된다. 예를 들어, 단순히 전류만 흘려주어 온도차를 유도하거나, 두 도전막을 상호 다른 물질막으로 형성하여 반사율, 굴절률 또는 응력(stress) 차이 등을 유도할 수도 있을 것이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.

도 4 내지 도 7과, 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 따라 광섬유 상에 도전막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 본 발명의 방법이 적용될 수 있는 광섬유는 원형의 단일모드 또는 다중모드의 광섬유이거나 D형 광섬유일 수 있는데, 본 실시예에서는 D형 광섬유 상에 상호 절연된 두 금속막을 형성하는 방법을 설명한다.

먼저 도 4를 참조하면, 본 실시예에 이용될 제 1 그루브(120)와 제 2그루브(121)를 형성한다. 제 1 및 제 2 그루브(120, 121)는 (100)면 실리콘 기판(110)에서 <100> 방향과 <111> 방향의 식각속도가 다른 점을 이용하여 형성한다. 알려진 바와 같이, <100> 방향의 식각속도가 <111> 방향의 식각속도보다 빠르기 때문에, 적절한 조건 하에서 실리콘 기판(110)을 식각하면 도 4에 나타낸 바와 같은 형태의 제 1 및 제 2 그루브(120, 121)를 형성할 수 있다. 제 1 및 제 2 그루브(120, 121)에서의 측벽(122)이 기판(110)의 표면과 이루는 각(θ)은 54.74°인데, 이것은 <100> 방향과 <111> 방향이 이루는 각이다. 식각 용액으로는 85℃ 정도의 약 45% KOH 용액을 사용할 수 있다.

제 1 그루브(120)는 D형 광섬유의 평평한 면이 아래쪽으로 놓이게 되는 그루브이고, 제 2 그루브(121)는 D형 광섬유의 평평한 면이 위쪽으로 놓이게 되는 그루브이다. 제 1 및 제 2 그루브(120, 121)는 기판(110) 표면과 실질적인 단차없이 광섬유를 수용할 수 있는 크기를 갖도록 형성한다. 예를 들어, 제 1 그루브(120)의 상부 폭(123)은 227㎛이고, 제 2 그루브(121)의 상부 폭(124)은 166㎛가 되도록 형성한다. 그리고, 제 1 및 제 2 그루브(120, 121)의 깊이(125)는 각각 71.5㎛가 되도록 형성한다. 제 1 및 제 2 그루브(120, 121)에서의 측벽(122)이 기판(110)의 표면과 이루는 각(θ)은 54.74°로 고정된 것이므로, 상부 폭과 깊이가 결정되면 이에 따라 하부 폭도 결정된다. 이와 같은 각 그루브의 크기는 직경이 125㎛이고 코어로부터 평평한 면까지의 거리가 5㎛인 표준 단일모드 광섬유에 대해 정해진 것이다. 필요에 따라서는, D형 광섬유를 사전에 습식식각하여 표면에서 코어까지의 거리를 더 조절할 수 있고, 이럴 경우 이에 맞는 각 그루브의 크기를 결정할 수 있다. 본 실시예에서는 깊이는 같고 폭이 다른 두 종류의 그루브를 하나의 기판에 형성하지만, 각 그루브를 서로 다른 기판에 형성하여도 무방하다.

다음에 도 5를 참조하면, 포토레지스트(130, 131)를 이용하여 제 1 및 제 2 그루브(120, 121)에 제 1 및 제 2 D형 광섬유(126, 127)를 각각 접착한다.

각 그루브(120, 121)에 각 D형 광섬유(126, 127)를 접착하는 공정은 후속 공정을 위해서 매우 중요하며 숙련된 기술을 필요로 한다. 먼저, 제 1 및 제 2 그루브(120, 121)에 포토레지스트(130, 131)를 채운다. 그 다음에 제 1 그루브(120)에는 제 1 D형 광섬유(126)의 평평한 면이 아래쪽으로 향하도록 놓는다. 제 2 그루브(121)에는 제 2 D형 광섬유(127)의 평평한 면이 위쪽으로 향하도록 놓는다.

각 그루브(120, 121)에 각 D형 광섬유(126, 127)를 접착하는 동안 각 광섬유(126, 127)의 표면(128, 129)에 포토레지스트(130, 131)가 묻게 되면, 후속적으로 각 D형 광섬유(126, 127)의 표면을 미세하게 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 데에 장애가 될 수 있으므로, 이를 제거한다. 포토레지스트(130, 131)를 각 D형 광섬유(126, 127)의 표면(128, 129)에 묻히지 않고 각 D형 광섬유(126, 127)를 각 그루브(120, 121)에 접착하는 것이 가능하면, 각 D형 광섬유(126, 127)의 표면(128, 129)에 묻은 포토레지스트를 제거하는 공정을 수행하지 않아도 된다.

각 D형 광섬유(126, 127)의 표면(128, 129)에 묻은 포토레지스트를 제거하는 방법을 소개하면 다음과 같다. 우선, 각 D형 광섬유(126, 127)의 표면(128, 129)을 면봉으로 부드럽게 문지른다. 그 다음에, 각 D형 광섬유(126, 127)의 표면(128, 129)에 묻어 있는 포토레지스트는 현상할 수 있지만, 각 그루브(120, 121) 내의 포토레지스트(130, 131)는 점성을 잃게 하지 않을 정도로 노광한다. 이렇게 노광된 기판(110)을 현상액에 담가 각 D형 광섬유(126, 127)의 표면(128, 129)에 묻어 있어 노광된 포토레지스트가 깨끗이 제거되도록 한다. 노광된 포토레지스트는 제거되지만, 각 그루브(120, 121) 내의 노광되지 않은 포토레지스트(130, 131)는 제거되지 않기 때문에, 기판(110)으로부터 각 D형 광섬유(126, 127)가 분리되지는 않는다. 현상한 다음에, 기판(110) 상부를 충분한 물로 세정한다.

각 D형 광섬유(126, 127)의 표면(128, 129)에 묻은 포토레지스트를 제거하는 다른 방법은 광섬유 표면(128, 129)이 기판(110) 표면과 같거나 수 ㎛ 높게 각 그루브(120, 121) 깊이 및 포토레지스트(130, 131) 두께 등을 맞춘 뒤 기판(110) 표면을 폴리싱하는 것이다. 포토레지스트의 연마율이 기판 표면이나 광섬유 표면의 연마율보다 훨씬 크므로 표면(128, 129)에 묻은 포토레지스트만 제거할 수 있다. 이 경우, 노광을 이용하지 않으므로 각 D형 광섬유(126, 127) 측면에 발생하는 기포를 상당히 억제할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

계속하여 도 6을 참조하면, 각 D형 광섬유(126, 127)의 표면에 도전막을 원하는 패턴대로 형성하기 위한 포토레지스트 패턴(140)을 사진식각공정으로 형성한다. 먼저 기판(110)을 기체 상태의 HMDS(HexaMethylDisilazane)에 노출시킨다. HMDS는 포토레지스트와 기판의 접착력을 증대시키는 액체 물질이다. 다음에, 기판(110) 상에 포토레지스트를 스핀 코팅하고, 적정한 온도에서 프리-베이크(pre-bake)한다. 이 때, 포토레지스트가 기판(110) 표면에 잘 도포되도록 이러한 과정을 두 번 내지 세 번 반복할 수 있다. 즉, 포토레지스트를 1차 도포한 다음 프리-베이크하고, 다시 포토레지스트를 도포하고 프리-베이크하는 과정을 반복할 수 있다. 이러한 일련의 과정은 각 그루브(120, 121)와 각 D형 광섬유(126, 127)로 인해 굴곡이 큰 기판(110) 표면에 대해 균일한 두께로 포토레지스트를 도포하기 위해서이다.

이러한 방법으로 균일하게 포토레지스트가 도포되었으면, 각 D형 광섬유(126, 127)의 표면에 도전막이 형성될 부위에 개구부(A, B)를 갖는 포토레지스트 패턴(140)이 형성되도록 노광한다. 개구부(A, B)의 선폭은 매우 미세하므로, 노광시에는 도즈량을 정밀하게 제어하여야 한다. 계속하여, 노광된 포토레지스트를 현상 및 세정한다. 세정한 후에는 포스트-베이크(post-bake)를 진행할 수도 있다. 그러나, 포스트-베이크 단계에서 각 그루브(120, 121) 내에 있는 포토레지스트(130, 131)로부터 발생되어 나오는 가스로 인해 각 광섬유(126, 127) 측면에 기포가 형성되는 일이 없어야 한다. 이러한 기포는 포토레지스트 패턴(140)을 변형시키기 때문이다. 따라서, 포스트-베이크 단계의 온도는 프리-베이크 단계의 온도보다 낮아야 한다. 포스트-베이크 단계를 생략하여도 무방하다.

다음에, 각 광섬유(126, 127)의 표면에 도전막이 잘 부착되도록, 도전막을 형성하기 전에 포토레지스트 패턴(140)에 의하여 노출된 각 광섬유(126, 127)의 표면을 가볍게 습식식각하여 깊이가 1㎛ 정도로 얕은 홈(128a, 129a)을 미리 형성한다. 식각할 때에는 BOE(Buffered Oxide Etchant)를 가하여 노출된 각 광섬유(126, 127)의 표면을 등방성 식각할 수 있다. 이렇게 홈(128a, 129a)을 형성하면, 후속공정에서 광섬유(126, 127) 상에 즉, 홈(128a, 129a) 내에 형성된 도전막은 남기면서, 포토레지스트 패턴(140) 상에 형성된 도전막은 쉽게 제거할 수 있다.

도 7을 참조하면, 홈(128a, 129a)이 형성된 결과물 상에 Au막과 같은 도전막(145, 145a, 145b)을 형성한다. Au막을 형성하기 위해서는 100Å 정도의 Cr막을 홈(128a, 129a)이 형성된 결과물 상에 접착막(adhesion layer, 미도시)으로서 먼저 형성한다. 이 Cr막을 형성하는 단계와 인시튜(in-situ)로 1000Å 정도의 Au막을 전자빔 진공 증착(electron-beam vacuum evaporation) 또는 열증착(thermal evaporation) 방법 등의 진공 증착(vacuum evaporation) 방법에 의하여 형성한다. 100Å 이상의 Cr막이 형성되어 있어야 Au막이 박리되지 않음을 실험을 통해 확인하였다. 본 실시예에서는 금속막으로서 Au막을 형성하나, Au막이 아닌 다른 금속막을 형성하여도 되고, 금속막의 형성은 진공 증착 방법 이외의 방법이더라도 상관없다. 또한, Au막 이외에 Cr막, Al막, Cu막, Ag막 등 다른 금속막을 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 실시예에서는 도전막의 예로서 금속막을 들었지만, 산화막(즉, 실리카 광섬유) 표면에 형성될 수 있는 도전성 막이라면 어떠한 막이라도 형성될 수 있음은 명백하다. 예를 들어, 도전성 폴리머막 또는 도핑된 반도체막 등을 도전막으로서 형성할 수 있다. 그리고, 도면에는 포토레지스트 패턴(140) 상에 형성되는 도전막(145)과 홈(128a, 129a) 내에 형성된 도전막(145a, 145b)을 분리하여 도시하였으나, 도전막 형성 방법의 단차도포성이 좋은 경우에는 포토레지스트 패턴(140)의 측벽에도 도전막이 형성됨으로써 도전막(145, 145a, 145b)이 일체로 형성될 수 있음을 알려둔다.

다음, 150℃ 정도의 스트립용액에 도전막(145, 145a, 145b)이 형성된기판(110)을 담그면, 포토레지스트 패턴(140) 상에 형성된 도전막(145)은 포토레지스트 패턴(140)이 리프트 오프되면서 제거된다. 이와 동시에 기판(110)으로부터 광섬유(126, 127)가 분리되며, 광섬유(126, 127) 표면에는 원하는 패턴대로 형성된 도전막(145a, 145b)만이 남게 된다. 각 광섬유(126, 127)에서 도전막(145a, 145b)이 형성된 면의 반대면에 다른 도전막을 형성하기 위해서는 적절한 그루브에 도전막(145a, 145b)이 형성된 면의 반대면이 위쪽으로 놓이도록 한 다음, 위의 일련의 과정을 반복하면 된다.

필요하다면, 형성된 도전막(145a, 145b) 상에 절연막(미도시)을 형성하여 화학적 및 기계적으로 도전막(145a, 145b)을 보호한다. 상기 절연막으로는 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막이 가능한데, 이러한 막의 형성은 금속의 융점보다 낮은 온도에서 공정 진행이 가능한 CVD나 진공 증착 방법을 이용할 수 있다. 상기 절연막으로서 폴리이미드(polyimide)막을 도포하여도 된다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 따라 상호 절연된 두 금속막이 형성된 광섬유의 예를 나타낸다. 먼저 도 8a는 D형 광섬유(150)의 둥근 면에 60㎛의 폭으로 스트라이프 모양의 금속막(160)을 형성하고, 이 D형 광섬유(150)의 평평한 면에는 20㎛의 폭으로 스트라이프 모양의 금속막(170)을 형성한 것을 나타낸다. 그리고, 도 8b는 D형 광섬유(151)의 둥근 면에 60㎛의 폭으로 스트라이프 모양의 금속막(161)을 형성하고, 이 D형 광섬유(151)의 평평한 면에는 42㎛ 주기의 사다리(ladder) 모양으로 금속막(171)을 형성한 것을 나타낸다. 또한, 도 8c는 D형 광섬유(152)의 둥근 면에 60㎛의 폭으로 스트라이프 모양의 금속막(162)을 형성하고, 이 D형 광섬유(152)의 평평한 면에는 66㎛ 주기의 사다리 모양으로 금속막(172)을 형성한 것을 나타낸다. 참고적으로, 사다리 모양의 금속막은 광섬유의 둥근 면에도 형성할 수 있으나, 본 실시예에서는 평평한 면에만 형성하는 경우를 예로 들었다.

도 8a 내지 도 8c의 각 경우에 있어서, 실제 샘플에 대한 현미경 사진을 도 9a 내지 도 9d에 나타내었다. 각 금속막으로서는 Au막을 형성하였다. 먼저 도 9a는 D형 광섬유(150)의 둥근 면에 60㎛의 폭으로 형성한 스트라이프 모양의 금속막(160)을 나타낸다. 도 9b는 이 D형 광섬유(150)의 평평한 면에 20㎛의 폭으로 형성한 스트라이프 모양의 금속막(170)을 나타낸다. 도 9c는 D형 광섬유(151)의 평평한 면에 42㎛ 주기의 사다리 모양으로 형성한 금속막(171)을 나타낸다. 또한, 도 9d는 D형 광섬유(152)의 평평한 면에 66㎛ 주기의 사다리 모양으로 형성한 금속막(172)을 나타낸다.

이렇게 형성된 상호 절연된 두 금속막, 나아가 도전막은 현재로서는 광섬유의 폴링 시에 전기장을 가하는 수단으로서 이용되나, 미래에 더 일반적인 적용례를 가질 수 있을 것으로 예측된다. 예를 들어, 단순히 전류만 흘려주어 온도차를 유도하거나, 두 도전막을 상호 다른 물질막으로 형성하여 반사율, 굴절률, 응력 차이 등을 유도할 수도 있을 것이다.

특히, 본 발명에 따르면, 광섬유 상에 형성되는 도전막은 어떤 패턴으로든 구현할 수 있게 때문에, 고속 전파 형상뿐만 아니라 주기적인 패턴도 용이하게 형성할 수 있다. 예를 들어, SHG를 위하여 주기적인 분극을 유도할 수 있도록 주기적인 패턴을 형성할 수 있다. 이에 따라, 본 발명이 개시하는 방법에 따라 광섬유 상에 도전막을 형성한 다음, 이를 이용하여 폴링을 하게 되면, 변조기, 가변필터 및 스위치와 같은 광전소자, 전기장 센서, 및 파장분할 다중 전송방식(Wavelength Division Multiplexing : WDM)을 위하여 SHG나 DFG를 이용하는 주파수 변환기나 분산 보상기와 같은 비선형 광섬유 광학 소자에 널리 응용될 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

상기의 실시예에서 명백하게 알 수 있듯이, 본 발명이 개시하는 방법에 따르면, D형 및 표준 단일모드 광섬유를 포함한 일반적인 광섬유 표면 위에 상호 절연된 두 도전막을 직접 형성하는 것이 가능하다. 즉, 미세한 광섬유 표면 위에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 고난도 기술을 확보할 수 있다.

이러한 방법으로 광섬유 상에 도전막을 형성하고, 형성된 도전막을 전극으로 사용하여 광섬유를 폴링하게 되면, 앞서 언급한 종래의 문제점을 거의 모두 해결할 수 있다. 즉, 광섬유가 기판에 영구적으로 접착되는 일이 없고, 가는 광섬유를 폴리싱할 필요도 없으며, 폴리이미드 절연층을 사용하지 않는다. 또, 본 발명에 따라 도전막이 형성된 광섬유를 표준 단일모드 광섬유에 직접 커플링하거나 융착 접속할 수 있다. 광섬유 상에 형성되는 도전막은 어떤 패턴으로든 구현할 수 있기 때문에, 고속 전파 형상뿐만 아니라 주기적인 패턴도 용이하게 형성할 수 있다.

따라서, 본 발명이 개시하는 방법에 따라 광섬유 상에 도전막을 형성한 다음, 이를 이용하여 폴링을 하게 되면, 변조기, 가변필터 및 스위치와 같은 광전소자, 전기장 센서, 및 WDM을 위하여 SHG나 DFG를 이용하는 주파수 변환기나 분산 보상기와 같은 비선형 광섬유 광학 소자에 널리 응용될 수 있다.

Claims

(a)기판 표면과 실질적인 단차없이 광섬유를 수용할 수 있도록, 적절한 폭과 깊이를 갖는 그루브를 기판에 형성하는 단계;

(b)포토레지스트를 이용하여 상기 광섬유를 상기 그루브에 접착하는 단계;

(c)상기 광섬유의 표면에 도전막을 원하는 패턴대로 형성하기 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

(d)상기 포토레지스트 패턴이 형성된 결과물 상에 도전막을 형성하는 단계;

(e)상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 동시에 상기 그루브로부터 상기 광섬유를 분리하면서, 상기 포토레지스트 패턴 상에 형성된 도전막은 제거하되, 상기 광섬유 상에는 원하는 패턴대로 형성된 도전막을 남기는 단계; 및

(f)상기 도전막이 형성된 면의 반대면에 다른 도전막을 더 형성하기 위하여 상기 반대면에 대하여 상기 (a) 내지 (e) 단계를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 기판은 (100) 실리콘 기판이고, 상기 그루브는(100) 실리콘 기판에서 <100> 방향과 <111> 방향의 식각속도가 다른 점을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 그루브를 형성하기 위하여 85℃ 정도의 약 45% KOH 용액을 사용하여 상기 기판을 식각하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 광섬유는 표면에서 코어까지의 거리가 미리 조절된 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 (b) 단계는,

상기 그루브 내에 포토레지스트를 채우는 단계; 및

도전막이 형성될 면이 위쪽을 향하도록 상기 포토레지스트가 채워진 그루브에 상기 광섬유를 놓는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 광섬유를 상기 그루브에 접착하는 동안 상기 광섬유의 표면에 묻게 되는 포토레지스트를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 포토레지스트를 제거하는 단계는,

상기 광섬유의 표면을 면봉으로 부드럽게 문지르는 단계;

상기 광섬유의 표면에 묻어 있는 포토레지스트는 현상할 수 있지만, 상기 그루브 내의 포토레지스트는 점성을 잃게 하지 않을 정도로 노광하는 단계;

상기 광섬유의 표면에 묻은 노광된 포토레지스트를 현상하여 제거하는 단계; 및

상기 기판을 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 포토레지스트를 제거하는 단계는,

상기 광섬유 표면이 상기 기판 표면과 같거나 수 ㎛ 높게 상기 그루브 깊이 또는 상기 포토레지스트 두께 등을 맞춘 뒤 상기 기판 표면을 폴리싱하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 (c) 단계는

(c-1)상기 광섬유가 접착된 기판 상에 포토레지스트를 도포하는 단계;

(c-2)상기 포토레지스트를 프리-베이크(pre-bake)하는 단계;

(c-3)상기 광섬유의 표면에 도전막이 형성될 부위에 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴이 형성되도록 노광하는 단계;

(c-4)노광된 포토레지스트를 현상하는 단계; 및

(c-5)현상된 포토레지스트를 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 (c-1) 단계 전에 상기 기판을 HMDS(HexaMethylDisilazane) 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 (c-5) 단계 이후, 상기 세정된 포토레지스트를 포스트-베이크(post-bake)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 포스트-베이크하는 단계의 온도는 상기 프리-베이크 단계의 온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 광섬유가 접착된 기판 상에 포토레지스트가 잘 도포되도록, 상기 (c-1) 단계 및 (c-2) 단계를 순차적으로 두 번 이상 수행한 다음 상기 (c-2) 이후의 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 광섬유의 표면에 상기 도전막이 더 잘 부착되도록, 상기 (d) 단계 전에 상기 포토레지스트 패턴에 의하여 노출된 광섬유의 표면에 얕은 홈을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 홈을 형성하는 단계는 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 결과물 상에 BOE(Buffered Oxide Etchant)를 적용하여 상기 광섬유의 노출된 표면을 등방성 식각하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 홈의 깊이는 1㎛ 정도로 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 도전막으로서 Au막을 진공 증착(vacuum evaporation) 방법에 의하여 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 Au막을 형성하기 전에 접착막(adhesion layer)으로서 Cr막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을형성하는 방법.
제 18 항에 있어서, 상기 Cr막의 두께는 100Å 이상인 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 18 항에 있어서, 상기 Cr막을 형성하는 단계와 상기 Au막을 형성하는 단계는 인시튜(in-situ)로 수행하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 도전막으로서 Cr막, Al막, Cu막, Ag막, 도전성 폴리머막 또는 도핑된 반도체막을 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 (e) 단계 이후 상기 도전막을 화학적 및 기계적으로 보호하기 위하여, 상기 도전막 상에 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 폴리이미드(polyimide)막인 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 광섬유는 원형의 단일모드 또는 다중모드의 광섬유이거나 D형 광섬유인 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 광섬유 상에 형성되는 도전막의 패턴은 준-위상 정합(quasi-phase matching)을 위한 사다리(ladder) 모양의 주기적인 패턴인 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 두 도전막이 형성된 광섬유를 이용하여 변조기, 전계 센서, 가변 필터, 파장 변환기, 스위치, 분산 보상기와 같이 광전자학 및 광통신에 이용되는 소자를 제조할 수 있도록, 상기 (e) 단계 이후 각 도전막에 전기장을 가하여 상기 광섬유를 폴링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 광섬유에 반사율, 굴절률 또는 응력 차이를 유도할 수 있도록, 상기 두 도전막은 서로 다른 물질막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 상에 상호 절연된 두 도전막을 형성하는 방법.