KR100440763B1 - 광도파로형 이득평탄화 필터소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

광도파로형 이득평탄화 필터소자 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광도파로형 이득평탄화 필터소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 기판의 상부에 형성된 하부클래드층과; 상기 하부클래드층의 상부에 형성된 상부클래드층과; 상기 하부클래드층과 상부클래드층의 사이에 처프된 격자패턴이 형성된 코아층으로 구성된다.
따라서, 본 발명은 광섬유로 제조하는 기술을 탈피하여 평면 광도파로(Planar Lightwave Circuit, PLC)기술로 소자를 제조함으로써, 한 웨이퍼에 다수의 소자를 양산할 수 있어 대량생산을 할 수 있고, 제조비용을 줄일 수 있으며, 다양한 광증폭기에 적용할 수 있는 효과가 발생한다.

Description

광도파로형 이득평탄화 필터소자 및 그의 제조방법{ Optical waveguide-type filter device for flattening gain and method for manufacturing the same }
본 발명은 광도파로형 이득평탄화 필터소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 광섬유로 제조하는 것을 탈피하여 평면 광도파로(Planar Lightwave Circuit, PLC) 기술로 소자를 제조함으로써, 한 웨이퍼에 다수의 소자를 제조할 수 있는 광도파로형 이득평탄화 필터소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어 광통신은 인터넷과 멀티미디어 등의 발달로 정보의 대용량화와 고속화로 인하여 광 결합기, 광파장 분할기와 광증폭기 등 각종 집적형 광학 부품이 각광을 받고 있다.
특히, 광증폭기 이득평탄화 필터소자는 각 파장대역에서 일정하지 않은 어븀 도핑 광섬유 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA)의 이득을 일정하게 평탄화시켜주는 소자로서 광증폭기 장비내에 광신호 레벨을 일정하게 만들어주는 역할을 한다.
도 1은 종래의 이득평탄화 필터소자의 개략사시도로서, 굴절률이 크며 광을 도파하는 코아층(1)과, 굴절률이 작고 광을 전반사하는 클래드층(2)으로 이루어져 있다.
이득평탄화 필터소자는 코아층(1)에 Ge가 첨가된 특수광섬유를 사용하며, 노광장비를 이용하여 코아층(1)에 처프된 격자(Chirped grating) 패턴(3)을 형성함으로써 제조된다.
이러한 이득평탄화 필터소자는 서로 다른 넓은 대역의 파장을 갖는 광이 코아층(1)으로 입사되면, 처프된 격자패턴(3) 각 부분에서, 조건을 만족하는 파장을 클래드층(2)으로 방사시킴으로써, 서로 다른 레벨을 갖는 광을 일정하게 평탄화된 크기의 파장을 갖는 광으로 출력해주는 역할을 수행한다.
도 2는 종래의 광섬유를 이용하여 이득평탄화 필터소자를 제조하는 방법을 도시한 구성도로서, 244㎚ 대역의 파장을 갖는 아르곤 레이저(10)에서 방출된 광이 제 1, 2 반사미러(11,12)를 거쳐 감쇠기(13)에서 광의 파워량을 조절한다.
그 후, 빔 팽창기(Beam expander)(14)에서 광의 크기를 확장시키고, 실린더리컬 렌즈(15)에서 광을 집속시켜, 광의 형상을 원형형태에서 바(Bar) 형태로 변환시킨다.
바형태로 변환된 광은 일정한 스텝 간격을 갖는 구동스테이지(19)에 의해 움직이는 스캐닝 미러(Scanning mirror)(16)를 따라 움직이면서, 위상마스크(17)를 통하여, 위상마스크(17) 저면에 접촉되어 있는 광섬유(18)에 처프된 격자패턴을 형성시킨다.
이러한 방법으로, 처프된 격자패턴이 광섬유(18)에 형성됨으로서, 광섬유를 이용한 어븀 도핑 섬유광 증폭기(EDFA)형태의 이득평탄화 필터소자가 제조된다.
전술된 종래의 광증폭기 이득평탄화 필터소자는 광섬유에 Ge가 도핑되어 있어 광섬유의 제조경비가 증가되며, 처프된 격자패턴을 개별 광섬유 각각에 형성시켜 제조하는 방법으로, 제조시간이 오래 소요되어 대량생산이 어려운 단점이 있다.
더불어, 제조공정에서 미러와 렌즈 등의 광학계의 구성이 필수적이며, 이 광학계의 정렬에 오류가 발생하면, 수율이 낮아지는 문제점이 발생하였다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 종래의 광섬유로 제조하는 것을 탈피하여 평면 광도파로(Planar Lightwave Circuit, PLC) 기술로 소자를 제조함으로써, 한 웨이퍼에 다수의 소자를 양산할 수 있는 광도파로형 이득평탄화 필터소자 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 기판의 상부에 형성된 하부클래드층과; 상기 하부클래드층의 상부에 형성된 상부클래드층과; 상기 하부클래드층과 상부클래드층의 사이에 처프된 격자패턴이 형성된 코아층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파로형 이득평탄화 필터소자가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는,
기판의 상부에 하부클래드층을 형성하는 단계와;
상기 하부클래드층의 상부에 코아층을 형성하는 단계와;
상기 코아층의 상부에 감광제를 형성하고, 상기 감광제를 사진식각공정을 수행하여 처프된 격자패턴 형상을 포토레지스트층에 형성하는 단계와;
상기 포토레지스트층을 마스크로 하여, 상기 코아층을 식각하여 각각 분리되어, 처프된 격자패턴을 코아층에 형성하는 단계와;
상기 코아층을 감싸며, 상기 하부클래드층의 상부에 상부클래드층을 형성하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 광도파로형 이득평탄화 필터소자의 제조방법이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 또 다른 양태(樣態)는, 실리콘 웨이퍼의 상부에 SiO2를 증착하여 하부클래드층을 형성하는 단계와;
상기 하부클래드층의 상부에 SiO2-GeO2층을 증착하고, 상기 증착된 SiO2-GeO2층을 고온의 로에서 가열하는 고밀화(Consolidation) 공정을 수행하는 단계와;
상기 고밀화 공정이 수행된 SiO2-GeO2층의 상부에 스퍼터링 장비를 이용하여 알루미늄을 증착시키고, 증착된 알루미늄층의 상부에 포토레지스트층을 형성한 후, 건식 오븐(Oven)을 이용하여 소프트베이킹을 수행하는 단계와;
상기 소프트베이킹을 수행한 후, 처프된 격자패턴이 형성된 크롬 마스크를 이용하여 자외선을 이용하여 포토레지스트층을 노광시키고, 사진식각공정을 수행하여 처프된 격자패턴을 갖는 포토레지스트층을 형성하는 단계와;
상기 처프된 격자패턴을 갖는 포토레지스트층을 마스크로 하여, 건식 또는 습식 식각으로 알루미늄층과 상기 SiO2-GeO2층을 순차적으로 제거하여 처프된 격자패턴을 갖는 코아층을 형성하는 단계와;
상기 처프된 격자패턴을 갖는 코아층을 감싸며, 상기 하부클래드층의 상부에 상부클래드층을 형성하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 광도파로형 이득평탄화 필터소자의 제조방법이 제공된다.
도 1은 종래의 광통신용 이득평탄화 필터소자의 개략사시도이다.
도 2는 종래의 광섬유를 이용하여 이득평탄화 필터소자를 제조하는 방법을 도시한 구성도이다.
도 3a 내지 도 3l은 본 발명에 따른 광도파로형 이득평탄화 필터소자의 제조 공정도이다.
도 4는 본 발명에 따른 광도파로형 이득평탄화 필터소자의 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 22' : 코아층 2 : 클래드층
3 : 처프된 격자패턴 10 : 레이저
11,12 : 반사미러 13 : 감쇠기
14 : 빔팽창기 15 : 실린더리컬 렌즈
16 : 스캐닝 미러 17 : 위상마스크
18 : 광섬유 19 : 구동스테이지
20 : 웨이퍼 21 : 하부클래드층
22 : SiO2-GeO2층 23 : 알루미늄층
24 : 포토레지스트층 25 : 크롬마스크
26 : 상부클래드층
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 3a 내지 도 3l은 본 발명에 따른 광도파로형 이득평탄화 필터소자의 제조 공정도로서, 먼저, 도 3a에서 실리콘 웨이퍼(20)를 깨끗이 세척한 후에, 화염 가수분해 증착(FHD: Flame Hydrolysis Deposition) 장비나 화학 기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 장비를 사용하여 SiO2를 증착하여 하부클래드층(21)을 형성한다.(도 3b)
그 후에, 광이 도파될 코어층을 형성하기 위하여, SiO2-GeO2층(22)을 증착하고(도 3c), 상기 증착된 SiO2-GeO2층(22)을 고온의 로에서 가열하는 고밀화(Consolidation) 공정을 수행하여 미세한 다공질 실리카를 고밀도 후막으로 형성시킨다.(도 3d)
그 다음, 상기 고밀화 공정이 수행된 SiO2-GeO2층(22)의 상부에 스퍼터링 장비를 이용하여 알루미늄을 증착시키고(도 3e), 증착된 알루미늄층(23)의 상부에 포토레지스트층(24)을 형성한 후, 건식 오븐(Oven)을 이용하여 소프트베이킹을 한다.(도 3g)
소프트베이킹을 수행한 후, 처프된 격자패턴이 형성된 크롬 마스크(25)를 이용하여 자외선을 이용하여 노광시켜, 크롬 마스크에 의하여 빛을 받은 부분의 포토레지스트만을 반응시키고(도 3g), 현상액에 담그는 사진식각공정으로, 반응된 포토레지스트는 제거되고, 처프된 격자패턴을 갖는 포토레지스트층(24')만 남게된다.(도 3h)
연이어, 처프된 격자패턴을 갖는 포토레지스트층(24')을 마스크로 하여, 건식 또는 습식 식각으로 알루미늄층(23)과 상기 SiO2-GeO2층(22)을 순차적으로 제거한다.(도 3i)
상기 남아 있는 포토레지스트층(24')과 알루미늄층(23')을 제거하여, 처프된 격자패턴을 갖는 코아층(22')을 형성한다.(도 3j)
마지막으로, 상기 처프된 격자패턴을 갖는 코아층(22')을 감싸며, 상부클래드층(26)을 상기 하부클래드층(21)의 상부에 형성함으로서, 에르븀 도핑 섬유광 증폭기(EDFA)용 광 이득평탄화 필터소자가 제조된다.(도 3l)
이러한 처프된 격자패턴을 갖는 코아층은 코아층이 처프된 격자패턴으로 식각되고, 이로서, 각각 분리되며, 분리된 코아층에 의해 처프된 격자패턴이 형성된다.
도 4는 본 발명에 따른 광도파로형 이득평탄화 필터소자의 개략도로서, 기판(20)의 상부에 형성된 하부클래드층(21)과 상부클래드층(26) 사이에는 쳐프된 격자패턴을 갖는 코아층(22')이 형성되어 있다.
이러한 본 발명의 도파로형 광 이득평탄화필터에 입력되는 광이 처프된 격자패턴을 갖는 코아층(22')을 통과하면서, 평탄화되기 위한 빔의 파워만큼 방사되어 평탄화된 광이 출력하게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 종래의 광섬유로 제조하는 것을 탈피하여 평면 광도파로(Planar Lightwave Circuit, PLC) 기술로 소자를 제조함으로써, 한 웨이퍼에 다수의 소자를 양산할 수 있어 대량생산을 할 수 있고, 제조비용을 줄일 수 있으며, 다양한 광증폭기에 적용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (5)

  1. 기판의 상부에 형성된 하부클래드층과;
    상기 하부클래드층의 상부에 형성된 상부클래드층과;
    상기 하부클래드층과 상부클래드층의 사이에 처프된 격자패턴이 형성된 코아층으로 구성하되,
    상기 하부와 상부클래드층은 고밀화된 SiO2이며,
    상기 코아층은 SiO2-GeO2층인 것을 특징으로 광도파로형 이득평탄화 필터소자.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 처프된 격자패턴은 코아층이 식각되어 각각 분리된 코아층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광도파로형 이득평탄화 필터소자.
  4. 삭제
  5. 실리콘 웨이퍼의 상부에 SiO2를 증착하여 하부클래드층을 형성하는 단계와;
    상기 하부클래드층의 상부에 SiO2-GeO2층을 증착하고, 상기 증착된 SiO2-GeO2층을 고온의 로에서 가열하는 고밀화(Consolidation) 공정을 수행하는 단계와;
    상기 고밀화 공정이 수행된 SiO2-GeO2층의 상부에 스퍼터링 장비를 이용하여 알루미늄을 증착시키고, 증착된 알루미늄층의 상부에 포토레지스트층을 형성한 후, 건식 오븐(Oven)을 이용하여 소프트베이킹을 수행하는 단계와;
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