KR100450767B1 - 광 크로스 커넥터용 광스위치의 거울면 반사도 개선방법 - Google Patents

광 크로스 커넥터용 광스위치의 거울면 반사도 개선방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미러부의 거울면의 거칠기를 개선하여, 난반사를 방지하고 신호광의 감쇄를 방지할 수 있는 광 크로스 커넥터용 광스위치의 거울면 반사도 개선방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 광 크로스 커넥터용 광스위치의 거울면 반사도 개선방법은, 먼저, 측단면에 스켈럽이 발생된 미러부의 측단면에 상기 스켈럽이 메꾸어질 정도의 두께로 알루미늄막을 증착한다음, 상기 알루미늄막을 재결정화하는 단계를 포함한다.

Description

광 크로스 커넥터용 광스위치의 거울면 반사도 개선방법{Method for improving reflectivity of optical switch for optical cross connector}
본 발명은 광 크로스 커넥터용 광스위치의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 광 크로스 커넥터용 광스위치의 거울면 반사도 개선방법에 관한 것이다.
정보화 사회의 기간 통신망으로 자리 잡은 파장 분할 다중(wavelength division multiplexing) 광통신의 실용화를 위하여는 망운용 효율을 극대화시킬 수 있는 회선 분배 시스템이 필요하다. 이러한 회선 분배 시스템의 핵심 소자로서 확장성, 신뢰성 및 소모 전력 면에서 특성이 우수한 광 크로스 커넥터용 광 스위치가 이용되고 있다.
이러한 광 크로스형 광 스위치 소자는 일반적으로 SOI(silicon on insulator) 기판에 형성되며, 마이크로 미러를 포함하는데, 이러한 종래의 광 크로스형 광 스위치 소자를 도 1 및 도 2를 통하여 개략적으로 설명하도록 한다.
도 1을 참조하여, 일반적인 광 크로스형 광 스위치 소자는 마주하는 한 쌍의 콤(comb)형 액츄에이터(actuator: 50a,50b)와, 각각의 액츄에이터(50a,50b)에 탄성을 가하는 탄성 스프링(52a,52b)을 포함한다. 또한, 광 스위치 소자는 한 쌍의 액츄에이터(50a,50b)의 일단들과 공통 연결되는 제 1 구동 전극(55)과, 각각의 액츄에이터(50a,50b)와 연결된 탄성 스프링(52a,52b)의 일단과 연결되는 제 2 구동 전극(57a,57b)을 포함한다. 또한, 한쌍의 액츄에이터(50a,50b) 사이에는 제 1 구동 전극(55)과 연결된 액츄에이터(50a,50b)의 일단과 연결되는 전달부(60)가 위치된다. 전달부(60)는 액츄에이터의 동력을 일정 거리만큼 전달하는 역할을 한다. 또한, 전달부(60)의 일측단에는 광을 스위칭하는 미러부(62)가 위치된다. 여기서, 미러부(62)의 거울면은 측단면(62a)이 된다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도로서, 상기한 종래의 광 스위치 소자는 웨이퍼 기판(10), 매몰 절연층(20) 및 실리콘층(30)으로 구성된 SOI(silicon on insulator) 기판(100) 상에 구현된다. 즉, 광 스위치 소자의 각 구성 요소는 SOI 기판(100)의 실리콘층(30)을 딥-알아이이(Deep-RIE:deep reactive ion etch) 방식으로 소정 부분 패터닝하여 형성된다. 또한, 액츄에이터(50a,50b) 및 미러부(62)는 구동시 공간적 이동이 필요하므로, 하부의 매몰 절연층(20)을 식각한다. 이에따라, 액츄에이터(50a,50b) 및 미러부(62)는 기판(10) 상에 들뜬 상태가 된다. 아울러, 잔류하는 매몰 절연층(20)은 상부의 실리콘층(30)으로 구성된 각 구성 요소들을 지지하게 된다.
그러나, 이러한 종래의 광 스위치 소자는 다음과 같은 문제점이 있다.
상기의 미러부(62)는 상술한 바와 같이 SOI 기판(100)의 실리콘층(30)을 deep-RIE 방식으로 식각하여 형성되고 있으며, 미러부(62)에서 거울면으로 작용하는 측단면(62a)의 표면 거칠기는 광 파장의 1/20 이하 정도, 예를들어, 1.55㎛의 파장을 사용할 경우, 80nm 정도가 적당하다.
그러나, 상기와 같이 실리콘층(30)을 deep-RIE 방식으로 식각할 경우, 미러부의 측단면(62a)의 거칠기가 약 110 내지 300nm 정도로 매우 거칠어져서, 심한 난반사가 발생된다. 이렇게 미러부의 측단면(62a)에 표면 거칠기가 증대되는 현상을 스켈럽(scallop) 현상이라고 하며, 이러한 스켈럽 현상은 상술한 바와 같이 레이저입사시 심한 난반사를 일으켜 신호광을 감쇄시키게 된다. 이와같이 신호광이 감쇄되면, 대용량 어레이에 적용하기 어렵다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 미러부의 거울면의 거칠기를 개선하여, 난반사를 방지하고 신호광의 감쇄를 방지할 수 있는 광 크로스 커넥터용 광스위치의 거울면 반사도 개선방법을 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 광 크로스 커넥터용 광 스위치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선으로 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 광 스위치의 미러부를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 광 크로스 커넥터용 광스위치의 거울면 반사도 개선방법을 설명하기 위한 미러부의 사시도이다.
도 5는 레이저 어닐링 공정을 실시하기 이전의 광스위치의 거울면을 나타낸 전자 현미경 사진이다.
도 6은 레이저 어닐링 공정 이후의 광 스위치의 거울면을 나타낸 전자 현미경 사진이다.
도 7은 레이저 에너지에 따른 거울면의 반사도를 나타낸 그래프이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
50a,50b : 액츄에이터 55 : 제 1 구동 전극
57a,57b : 제 2 구동 전극 62 : 미러부
62a : 미러부의 측단면
본 발명의 목적과 더불어 그의 다른 목적 및 신규한 특징은, 본 명세서의 기재 및 첨부 도면에 의하여 명료해질것이다.
본원에서 개시된 발명중, 대표적 특징의 개요를 간단하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 본 발명에 따른 광 크로스 커넥터용 광스위치의 거울면 반사도 개선방법은, 먼저, 측단면에 스켈럽이 발생된 미러부의 측단면에 상기 스켈럽이 메꾸어질 정도의 두께로 알루미늄막을 증착한다음, 상기 알루미늄막을 재결정화하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 측단면에 스켈럽을 갖는 미러부를 제공하는 단계는, 기판, 매몰층 및 실리콘층이 순차적으로 증착된 SOI 기판을 제공하는 단계와, 상기 실리콘층을 Deep-RIE 식각 방식으로 식각하여, 미러부를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 실리콘층을 Deep-RIE 식각함에 따라, 미러부의 측단면에 스켈럽이 발생한다.
또한, 상기 알루미늄막은 1 내지 3 ㎛ 두께로 형성한다.
또한, 상기 고반사막은 KrF 혹은 ArF 엑시머 레이저로 어닐링하여, 재결정화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, SOI 기판의 실리콘층을 Deep RIE 식각하여 미러부를 형성한다음, 미러부의 측단면에 후막의 알루미늄막을 증착하고, 단파장 엑시머 레이저로 재결정화시켜서, 미러부의 측단면을 평탄화시킨다. 이에따라, 미러부의 측단면의 반사도가 크게 개선되어, 신호광의 감쇄가 방지되고, 대용량 어레이에도 적용할 수 있다.
(실시예)
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한, 어떤 층이 다른 층 또는 반도체 기판의 "상"에 있다라고 기재되는 경우에, 어떤 층은 상기 다른 층 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는, 그 사이에 제 3의 층이 개재되어질 수 있다.
첨부한 도면 도 4는 본 발명의 광 크로스 커넥터용 광스위치의 거울면 반사도 개선방법을 설명하기 위한 미러부의 사시도이고, 도 5는 레이저 어닐링 공정을 실시하기 이전의 광스위치의 거울면을 나타낸 전자 현미경 사진이다. 도 6은 레이저 어닐링 공정 이후의 광 스위치의 거울면을 나타낸 전자 현미경 사진이고, 도 7은 레이저 에너지에 따른 거울면의 반사도를 나타낸 그래프이다.
본 실시예에 따른 광 크로스 커넥터용 광스위치의 전반적인 구성은 도 1 및 도 2와 대부분 동일하며, 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 광 스위치 소자에 대하여 설명하도록 한다. 아울러, 종래와 동일한 부호에 대하여는 동일한 부호를 부여하도록 한다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하여, 실리콘 기판(10)이 준비된다. 실리콘 기판(10) 상부에 약 2 내지 5㎛ 두께의 매몰 절연층(20)을 증착한다. 다음, 매몰 절연층(20) 상부에 100 내지 300㎛ 정도로 폴리슁(polishing)된 박막 실리콘 기판(30, 이하 실리콘층)을 애노딕(anodic) 접합법으로 접합하여, SOI 기판(100)을 완성한다.
다음, 실리콘층(30)을 C4F8, SF6, O2등의 가스를 이용한 Deep-RIE 방식으로 식각하여, 마주하는 한 쌍의 콤형 액츄에이터(50a,50b), 각각의 액츄에이터(50a,50b)에 탄성을 가하는 탄성 스프링(52a,52b), 한 쌍의 액츄에이터(50a,50b)의 일단들과 공통 연결되는 제 1 구동 전극 영역(도시되지 않음)과, 각각의 액츄에이터(50a,50b)와 연결된 탄성 스프링(52a,52b)의 일단과 연결되는 제 2 구동 전극 영역(도시되지 않음), 제 1 구동 전극(55)과 연결된 액츄에이터(50a,50b)의 일단과 연결되며 액츄에이터(50a,50b)의 동력을 전달하는 전달부(60) 및 전달부(60)의 일측단에 형성되며 광을 스위칭하는 미러부(62) 영역을 한정한다. 그후, 공간적 이동이 필요한 액츄에이터(50a,50b) 및 미러부(62) 하부의 매몰 절연층(20)을 무수불화수소 및 알코올류의 혼합액을 기화시킨 가스로 제거한다. 이에따라, 남겨진 매몰 절연층(20)이 실리콘층(30)을 지지, 고정하게 된다.
이때, 실리콘층(30)은 Deep-RIE 방식으로 식각하므로써, 상기한 도 3과 같이 거울면으로 작용하는 측단면(62a)에 스켈럽이 발생되어, 난반사가 발생될 수 있다.
이에따라, 본 실시예에서는 이러한 미러부의 측단면(62a)의 스캘럽 현상을 방지하기 위하여 다음과 같은 공정을 실시한다.
우선, 도 4에 도시된 바와 같이, 미러부(62)의 측단면(62a)에 반사율이 높은 알루미늄막(70)을 1 내지 3㎛ 정도의 후막으로 증착한다. 이때, 알루미늄막(70)은 스퍼터링(sputtering) 혹은 전자빔 증착 방식으로 증착함이 바람직하다. 여기서, 알루미늄막(70)을 후막으로 형성하는 것은 Deep RIE 식각에 의하여 미러부의 측단면(62a)에 이미 110 내지 300nm의 스캘럽이 발생되었으므로, 이러한 거친 부분을 메우기 위하여는 적어도 1 내지 3㎛(100 내지 300nm) 두께의 후막을 증착하여아 한다.
다음, 알루미늄막(70)이 피복된 미러부의 측단면(62a)을 KrF 엑시머 레이저 혹은 ArF 엑시머 레이저로 결정화한다. 그러면, 알루미늄막(70)이 평탄화되면서, 측단면(62a)의 스켈럽이 제거된다.
이에 대하여 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 1㎛ 이하의 알루미늄막을 증착하면, 그 표면이 우유빛을 띠게 되는데, 이는 알루미늄 표면 거칠기가 증대되어, 빛을 산란시키기 때문이다. 아울러,알루미늄 증착시 알루미늄의 그레인의 크기가 증착 도중 계속적으로 증착면의 수직 방향으로 성장하는 경향이 있기 때문에 표면이 거칠어지는 것이다. 이러한 상태가 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 의하면, 알루미늄막의 그레인 크기가 매우 작으며, 군데군데 빛의 산란에 의하여 우유빛을 띰을 알 수 있다.
한편, 이와같은 우유빛 현상을 없애기 위하여 알루미늄을 1㎛이하의 박막으로 형성하면, 미러부 측단면(62a)의 스켈럽 부분이 메워지지 않는다.
이에따라, 본 실시예에서는 알루미늄막(70)을 스켈럽이 메워질정도의 두께로 증착한다음, KrF 또는 ArF 엑시머 레이저에 의하여 어닐링을 실시하면, 알루미늄막(70)이 재결정화되어, 도 6과 같이 표면이 평탄화된다. 도 6에 의하면, KrF 또는 ArF 엑시머 레이저에 의하여 어닐링에 의하여 알루미늄막의 그레인 크기는 2 내지 3㎛ 정도고 증대되어, 표면의 평균 거칠기는 0.08nm 정도로 이상적인 표면이 된다. 또한, 그레인의 크기가 증가됨에 따라, 그레인 경계면의 밀도가 작아져서 동공(void) 혹은 단락의 문제등이 발생되지 않는다. 아울러, KrF 또는 ArF와 같은 엑시머 레이저를 사용하는 것은 이들 엑시머 레이저가 알루미늄막에 흡수될 정도의 비교적 단파장(KrF 엑시머 레이저의 경우: 248nm, ArF 엑시머 레이저의 경우: 193nm)을 갖기 때문이다. 예를들어, 308nm 정도의 파장을 갖는 XeCl 엑시머 레이저같은 경우는알루미늄을 재결정화시키지 못한다.
이와같이, 미러부의 측단면(62a)에 반사도가 우수한 알루미늄막(70)을 증착하고, 비교적 단파장인 KrF 혹은 ArF 엑시머 레이저로 어닐링하면 측단면(62a)의 스캘럽이 제거되고, 표면이 평탄화되어, 입력 파장이 1550nm인 경우 금박막에 대한상대 반사도가 98.5%까지 개선된다.
즉, 도 7은 KrF 엑시머 레이저의 세기에 대한 반사도를 나타낸 그래프로서, 도 7의 x축은 레이저의 입력 파장을 나타내고, y축은 반사광의 세기로, 스퍼터링으로 증착된 100nm 두께의 금박막의 반사도에 대한 상대 세기를 나타낸다. 상기 도 7에 의하면, KrF 레이저의 세기가 커질수록 반사도가 증가됨을 알 수 있다. 특히, 레이저 에너지의 세기가 350W(mj)일 때, 입력 파장이 1550nm에서 금박막에 대한 상대 반사광의 세기가 98.5%까지 획기적으로 개선됨을 알 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, SOI 기판의 실리콘층을 Deep RIE 식각하여 미러부를 형성한다음, 미러부의 측단면에 후막의 알루미늄막을 증착하고, 단파장 엑시머 레이저로 재결정화시켜서, 미러부의 측단면을 평탄화시킨다. 이에따라, 미러부의 측단면의 반사도가 크게 개선되어, 신호광의 감쇄가 방지되고, 대용량 어레이에도 적용할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

Claims (6)

  1. 측단면에 스켈럽이 발생된 미러부를 제공하는 단계;
    상기 미러부의 측단면에 상기 스켈럽이 메꾸어질 정도의 두께로 고반사막을증착하는 단계; 및
    상기 고반사막을 재결정화하는 단계를 포함하는 광 크로스 커넥터용 광스위치의 거울면 반사도 개선방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측단면에 스켈럽을 갖는 미러부를 제공하는 단계는,
    기판, 매몰층 및 실리콘층이 순차적으로 증착된 SOI 기판을 제공하는 단계;
    상기 실리콘층을 Deep-RIE 식각 방식으로 식각하여, 미러부를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 실리콘층을 Deep-RIE 식각함에 따라, 미러부의 측단면에 스켈럽이 발생하는 것을 특징으로 하는 광 크로스 커넥터용 광스위치의 거울면 반사도 개선방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고반사막은 알루미늄막인 것을 특징으로 하는 광 크로스 커넥터용 광스위치의 거울면 반사도 개선방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 알루미늄막은 1 내지 3 ㎛ 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 광 크로스 커넥터용 광스위치의 거울면 반사도 개선방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고반사막을 재결정화시키는 단계는,
    상기 고반사막을 KrF 엑시머 레이저로 어닐링하는 단계인 것을 특징으로 하는 광 크로스 커넥터용 광스위치의 거울면 반사도 개선방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고반사막을 재결정화시키는 단계는,
    상기 고반사막을 ArF 엑시머 레이저로 어닐링하는 단계인 것을 특징으로 하는 광 크로스 커넥터용 광스위치의 거울면 반사도 개선방법.
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