KR100441242B1 - 다중박막필터 증착형 평판 광도파로를 이용한 광대역파장분할다중화기 제조방법 - Google Patents

다중박막필터 증착형 평판 광도파로를 이용한 광대역파장분할다중화기 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중박막필터를 광소자용 평판형 광도파로에 증착하여 파장분할 다중화기 제작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광통신망, 광 신호처리 그리고 광센서 등에 사용되는 저 채널 파장다중화 광소자를 광섬유를 포함한 평판 광도파로 형태로 제작하는 방법 및 다중박막필터 증착 방법으로 제작할 때 발생하는 많은 공정시간, 공정의 난이도, 제품 크기, 낮은 수율, 이에 따른 제품 가격의 상승 등의 문제점을 최소화하고 평판 광도파로 방법 및 다중박막필터 방법의 장점만을 극대화한 다중박막필터 증착형 평판 광도파로를 이용한 파장분할다중화기 제작방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 평판 광도파로 방법을 이용한 파장 다중화기에 있어 제품 성능에서 다중 박막 필터형 및 광섬유형 제품보다 유효 광 투과폭의 협소 그리고 유효 잡음지수 과다 등의 문제점을 제거하고 다중박막필터형 및 광섬유형에 있어 제품 크기 거대, 개별 채널의 개별 공정에 따른 수율 감소 그에 따른 원가 상승 등의 문제점을 제거하기 위한 방법으로 광도파로 방법과 다중박막필터 방법의 장점만을 조합하여 고효율, 저가격 가입자용 광파장 분할기 소자를 제작하기 위한 다중박막 필터 내장형 광소자용 평판형 실리카 광도파로 제작방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 실리콘기판(1) 위에 실리카 유리박막을 증착하여 하부클래드(2)를 생성하는 하부클래드층 증착단계와; 상기 하부클래드(2) 위에 코어 실리카 막의 굴절률이 하부클래드(2)나 상부 클래드 실리카 막의 굴절률보다 크게하여 광이 코어층을 따라서 도파될 수 있도록 실리카 미립자를 증착하여 코어층(3)을 생성하는 코어층 증착단계와; 상기 코어층(3) 위에 크롬(Cr)박막과 같은 건식마스크(dry-etch mask)층(4)을 증착하고 유기감광막(photo-resist)을 도포한 다음 광도파로의 2차원 평면 형상을 노광마스크(photo-mask)를 이용하여 감광막과 건식마스크층에 사진현상법(photo-lithography)과 습식식각(wet-etch)방법으로 이를 전사(transfer)하는 전사단계와; 상기 전사단계 후에 건식식각(dry-etch)방법을 이용하여 코어 실리카층을 사각형 모양의 채널 광도파로(5)로 식각하는 건식식각단계와; 상부 클래드 실리카 미립자층(6)을 증착하는 상부클래드층 증착단계와; 자름 전자톱을 이용하여 평판 광도파로의 특정 위치를 소정폭으로 하여 자르는 단계와; 상기 잘라진 도파로의 거칠음을 없애기 위한 측면 가공단계와; 잘라진 도파로 측면에 다중박막 증착 장치를 이용하여 높은 굴절률과 낮은 굴절률을의 박막을 절개된 도파로 측면에 교대로 증착하는 단계로 이루어 지는 다중박막필터 증착형 평판 광도파로를 이용한 광대역 파장분할다중화기 제조방법.

Description

다중박막필터 증착형 평판 광도파로를 이용한 광대역 파장분할다중화기 제조방법{Coarse Wavelength Division Multiplexer manufactural method using the Thin Film Filter deposited Planar silica optical waveguide }
본 발명은 다중박막필터를 광소자용 평판형 광도파로에 증착하여 파장분할 다중화기 제작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광통신망, 광 신호처리 그리고 광센서 등에 사용되는 저 채널 파장다중화 광소자를 광섬유를 포함한 평판 광도파로 형태로 제작하는 방법 및 다중박막필터 증착 방법으로 제작할 때 발생하는 많은 공정시간, 공정의 난이도, 제품 크기, 낮은 수율, 이에 따른 제품 가격의 상승 등의 문제점을 최소화하고 평판 광도파로 방법 및 다중박막필터 방법의 장점만을 극대화한 다중박막필터 증착형 평판 광도파로를 이용한 파장분할다중화기 제작방법에 관한 것이다.
기존의 저채널 광대역 파장분할다중화 소자의 제작방법으로는 광섬유를 융착 기술을 이용하는 방법과 평판형 광도파로를 이용한 제작방법 그리고 다중박막을 유리기판에 증착하고 일정 크기로 잘라 광섬유를 붙이는 방법 등이 주로 사용되어 왔다.
이들 방법중 가장 광학특성이 우수한 방법으로는 광섬유를 융착하는 방법과 다중박막 증착 방법이라고 알려져 있다. 이 두 방법은 공통적으로 광섬유를 기본으로 하여 제작하는 방법으로 광섬유 융착 방법은 두 개의 광섬유를 서로 가깝게 붙여 놓고 마이크로 토치를 이용하여 클래드층을 녹여 광섬유 코어를 가깝게 만들어 광결합을 유도하는 방법으로 제작하고 다중박막증착 방법은 수십~수백층의 일정한 굴절률 차이를 가지는 박막을 유리기판에 증착한 후 일정크기로 잘라내어 광섬유를 정렬하여 붙이는 방법으로 광대역 파장다중화 소자를 제작하는 방법이다.
그리고 실리카 및 폴리머 재료를 이용하여 기존의 평판형 광도파로를 이용한 방법등이 있다.
그러나, 광섬유를 융착 접속하는 방법의 경우에는 고품질의 특성을 가지는광대역 파장분할 다중화 소자를 제작할 수 있지만 공정조건이 매우 까다롭고 채널 개수가 증가할수록 광 파장 조절이 용이하지 않다. 그리고 대부분 수작업에 의존하므로 수율이 무척 낮고 광손실을 줄이기 위하여 광섬유의 기본 곡률 반경을 유지하여야 하므로 제품의 크기가 무척 커지는 단점이 있다.
그리고 다중박막 증착 방법의 경우에는 파장에 따라 각각의 다른 기판에 각각의 공정 조건을 이용하여 증착을 하여야 하고 유리기판과 다중박막 재료들간의 광학 특성을 정밀하게 제어하여야 하며 광섬유와 다중박막 필터의 정밀 결합이 필요하고 이때 주로 수작업이 이루어지므로 수율이 대폭 하락하고 공정 시간이 대폭 늘어나게 된다.
또한 평판형 광도파로 방법의 경우에는 광섬유를 융착 접속하는 방법과 다중박막증착 방법에 비해 비교적 수율이 높고 제작 공정이 간단하나 광학적 성능, 즉, 유효 광 투과대역의 협소, 광학적 손실, 유효 잡음지수의 과다 등의 문제점이 있다.
상기에서 언급한 바와 같이 광통신망, 광 신호처리, 또는 광센서 등에 사용되는 광대역 광파장분할 다중화기 소자를 광섬유 융착방법, 다중박막필터 증착 방법 그리고 평판형 광도파로 제작방법 등 각각의 독립된 방법으로 제작할 경우 많은 공정시간, 공정조건의 복잡함, 낮은 수율, 광학특성 불량, 이에 따른 제품 가격의 상승 등의 문제점이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본발명의 목적은 평판 광도파로 방법을 이용한 파장 다중화기에 있어 제품 성능에서 다중 박막 필터형 및 광섬유형 제품보다 유효 광 투과폭의 협소 그리고 유효 잡음지수 과다 등의 문제점을 제거하고 다중박막필터형 및 광섬유형에 있어 제품 크기 거대, 개별 채널의 개별 공정에 따른 수율 감소 그에 따른 원가 상승 등의 문제점을 제거하기 위한 방법으로 광도파로 방법과 다중박막필터 방법의 장점만을 조합하여 고효율, 저가격 가입자용 광파장 분할기 소자를 제작하기 위한 다중박막 필터 내장형 광소자용 평판형 실리카 광도파로 제작방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 실리콘기판(1) 위에 실리카 유리박막을 증착하여 하부클래드(2)를 생성하는 하부클래드층 증착단계와; 상기 하부클래드(2) 위에 게르마늄이나 인을 부가적으로 첨가하여 이는 코어 실리카 막의 굴절률이 하부클래드(2)나 상부 클래드 실리카 막의 굴절률보다 크게하여 광이 코어층을 따라서 도파될 수 있도록 실리카 미립자를 증착하여 코어층(3)을 생성하는 코어층 증착단계와; 상기 코어층(3) 위에 크롬(Cr)박막과 같은 건식마스크(dry-etch mask)층(4)을 증착하고 유기감광막(photo-resist)을 도포한 다음 광도파로의 2차원 평면 형상을 노광마스크(photo-mask)를 이용하여 감광막과 건식마스크층에 사진현상법(photo-lithography)과 습식식각(wet-etch)방법으로 이를 전사(transfer)하는 전사단계와; 상기 전사단계 후에 건식식각(dry-etch)방법을 이용하여 코어 실리카층을 사각형 모양의 채널 광도파로(5)로 식각하는 건식식각단계와; 상부 클래드 실리카 미립자층(6)을 증착하는 상부클래드층 증착단계와; 자름 전자톱을 이용한 평판 광도파로의 특정 위치 자름 단계와; 잘라진 도파로의 거칠음을 없애기 위한 측면 가공단계와; 잘라진 도파로 측면에 파장 필터링을 위한 다중박막필터를 증착 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도1은 본 발명에 따른 화염가수분해증착법 및 화학기상증착법을 이용한 광소자용 평판형 실리카 광도파로 제조방법의 공정도,
도2는 본 발명에 따른 다채널 광대역 파장 분할 다중화를 나타내는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1: 실리콘 기판 2: 하부클래드층
3: 코어 슬랩도파로 4: 금속 마스크
5: 코어 채널도파로 6: 상부클래드층
7: 도파로 절단면 8: 낮은굴절률 다중박막
9: 높은굴절률 다중박막 10: 평판형 광도파로
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다중박막필터 증착형 평판 광도파로를 이용한 광대역 파장분할다중화기 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도1(a)에 도시된 바와같이 실리콘기판(1)상에 실리카 유리박막을 증착하여 하부클래드(2)를 생성(증착)하고, 도1(b)에서와 같이 상기 하부클래드(2)상에 게르마늄이나 인을 부가적으로 첨가하여 코어 실리카 막의 굴절률이 하부클래드(2)나 상부 클래드 실리카 막의 굴절률보다 크게하여 광이 코어층을 통해 도파될 수 있도록 실리카 미립자를 증착하여 코어층(3)을 생성하도록 코어층 증착단계를 거치게 된다.
이어서, 상기 코어층(3) 위에 크롬(Cr)박막과 같은 건식마스크(dry-etch mask)층을 증착하고 유기감광막(photo-resist)을 도포한 다음 광도파로의 2차원 평면 형상을 노광마스크(photo-mask)를 이용하여 감광막과 건식마스크층에 사진현상법(photo- lithography)과 습식식각(wet-etch)방법으로 이를 전사(transfer)하는 전사단계를 거친 다음 건식식각(dry-etch)방법을 이용하여 도1(c)와 같이 코어 실리카층을 사각형 모양의 채널 광도파로(5)로 식각하는 건식식각단계를 거친다.
이어서, 도1(d)에 도시된 바와같이 상부 클래드층(6)을 증착하는 상부클래드층 증착단계가 이루어지게 되는데, 통상 하부클래드 층은 15 내지 20 미크론, 코어층은 6 내지 8 미크론 그리고 상부 클래드층은 30미크론 이상의 두꺼운 막으로서증착되도록 하는 것이 바람직하다.
이어서, 도2에 도시된 바와같이 평판형 광도파로에 다중박막을 증착하기 위하여 자름 톱을 이용하여 광도파로 단면을 폭 40㎛. 깊이 50㎛ 정도의 크기로 형성하는 단계를 거치게 되며, 상기 공정후에는 도3에서와 같이 다중박막 증착 장치를 이용하여 높은 굴절률과 낮은 굴절률을의 박막을 절개된 도파로 측면에 교대로 증착하는 단계를 거치게 된다.
상기 전 공정이 완료되면 본 발명의 다중박막필터 증착형 평판 광도파로를 이용한 광대역 파장분할다중화기 제조방법이 완성된다.
상기와 같은 제조방법으로 제조된 광대역 파장분할다중화기를 이용하게 되면 광도파로(5)를 통해 입사는 광은 도4에 도시된 바와같이 굴절류이 상이한 다중박막에 의해 파장분할되어 다중화되어 진다.
다시말해, 굴절율이 상이한 다중박막을 교대로 배치하게 되면 굴절율이 따라 특정 파장대의 반사 및 투과광이 발생하게 되고 이에따라 다채널 구현이 가능해 진다.
상기 언급된 바에 의하면, 광섬유 융착접속 방법, 다중박막 증착법 및 평판 광도파로형을 이용한 다채널 광대역 파장분할다중화기를 제작하는데 있어 광특성이 우수한 다중박막 필터를 실리콘을 기판으로 하는 평판형 광도파로에 집적함으로써 각각의 고유 공정기술에서 발생하는 광학적 특성의 열악, 까다로운 공정조건, 다수의 수작업 공정, 제품의 크기 등의 문제점을 효과적으로 제어하여 공정을 수행함으로서 소자제작의 경제성을 높이고 또한 소자 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 생산 수율을 증가시킴으로서 경제성 있는 다중박막필터 증착형 평판 광도파로를 이용한 광대역 파장분할다중화기를 제작하는 것이 가능하다.

Claims (1)

  1. 실리콘기판(1) 위에 실리카 유리박막을 증착하여 하부클래드(2)를 생성하는 하부클래드층 증착단계와; 상기 하부클래드(2) 위에 코어 실리카 막의 굴절률이 하부클래드(2)나 상부 클래드 실리카 막의 굴절률보다 크게하여 광이 코어층을 따라서 도파될 수 있도록 실리카 미립자를 증착하여 코어층(3)을 생성하는 코어층 증착단계와; 상기 코어층(3) 위에 크롬(Cr)박막과 같은 건식마스크(dry-etch mask)층(4)을 증착하고 유기감광막(photo-resist)을 도포한 다음 광도파로의 2차원 평면 형상을 노광마스크(photo-mask)를 이용하여 감광막과 건식마스크층에 사진현상법(photo-lithography)과 습식식각(wet-etch)방법으로 이를 전사(transfer)하는 전사단계와; 상기 전사단계 후에 건식식각(dry-etch)방법을 이용하여 코어 실리카층을 사각형 모양의 채널 광도파로(5)로 식각하는 건식식각단계와; 상부 클래드 실리카 미립자층(6)을 증착하는 상부클래드층 증착단계와; 자름 전자톱을 이용하여 평판 광도파로의 특정 위치를 소정폭으로 하여 자르는 단계와; 상기 잘라진 도파로의 거칠음을 없애기 위한 측면 가공단계와; 잘라진 도파로 측면에 다중박막 증착 장치를 이용하여 높은 굴절률과 낮은 굴절률을의 박막을 절개된 도파로 측면에 교대로 증착하는 단계로 이루어 지는 다중박막필터 증착형 평판 광도파로를 이용한 광대역 파장분할다중화기 제조방법.
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