KR100454105B1 - 리튬니오베이트 광도파로 소자 연마를 위한 지그와 홀더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적으로 LiNbO3 웨이퍼를 이용하여 광도파로를 제조한 후 수행되는 화학 기계적 연마에 관한 것으로, 특히 광도파로의 단일 칩 연마에 관한 것이다. 세부적으로는, 연마면의 개선을 가능하게 하는 연마 소자의 고정지그 및 연마를 위한 홀더의 제작에 관한 것이다.

Description

리튬니오베이트 광도파로 소자 연마를 위한 지그와 홀더 {Holder and Zig Fabrication for LiNbO3 waveguide fine polishing}

본 발명은 LiNbO3 웨이퍼를 이용하여 광도파로를 제조한 후 수행되는 화학 기계적 연마에 관한 것으로, 보다 자세하게는 광도파로의 단일 칩의 연마에서 연마면의 개선을 가능하게 하는 연마 소자의 고정지그 및 연마를 위한 홀더의 제작과 연마 방법에 관한 것이다.

일반적으로, LiNbO3 광도파로 소자는 전기-광학효과를 이용하며 변조기, 스위치, 모드 및 편광 보안기 등의 응용성을 가지고 있다. 이러한 광도파로는 열확산 또는 이온주입 등의 방법으로 LiNbO3 기판 위에 형성하며, 형성된 도파로는 수 마이크로의 선 폭과 기판의 투명성으로 육안식별이 어렵다. 상기 광도파로를 이용한 광디바이스 이용을 위해 도파로 입출력 부위에 광섬유의 접속은 필수적이며, 특히 낮은 광 삽입손실(Low insertion loss)소자의 구현을 위해 매우 중요하다. 또한 소자의 소형과 추세에 따라 적은 칩 면적의 도파로 연마기술을 필요로 한다.

종래의 LiNbO3 광도파로 소자의 측면 연마방법은 기판에 광파로가 형성된 소자의 표면에 보조 블록을 접착한 후 연마기의 드럼을 고속으로 회전시키면서 연마패드위에 광도파로 소자의 측면을 접촉시켜 연마하는데 연마패드와 물의 소비가 많은 단점이 있다. 다른 방법으로는 LiNbO3 기판의 표면 근방에 광도파로를 형성한 후 광도파로가 형성된 기판에 버퍼층 증착, 버퍼층 상에 금속층을 한다. 상기 금속층을 패터닝 하여 광도파로 상의 버퍼층상에 연마용 금속 패턴을 형성시킨다. 상기 버퍼층 및 연마용 금속 패턴이 형성된 기판을 연마할 수 있도록 패키징한 후 패키징된 기판, 버퍼층 및 연마용 금속 패턴의 측면을 연마한다. 상기의 방법은 광도파로 상에 버퍼층 및 연마용금속 패턴이 형성되어 있기 때문에 상기 광도파로와 금속패턴 사이에 에어겝이 발생하지 않으므로 광도파로 표면에 흠이 발생하지 않는 장점을 가지고는 있으나 손으로 패키징된 샘플을 들고 하므로 평탄도(Flatness)를 얻기는 힘든 단점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, LiNbO3 웨이퍼를 이용하여 광도파로를 제조한 후 광도파로의 단일 칩의 연마에서 연마면의 개선을 가능하게 하는 연마 소자의 고정지그 및 연마를 위한 홀더의 제작하여 LiNbO3 광도파로 소자의 연마를 수행함으로써 종래의 광도파로 연마방법에서 가장문제가 되었던 우수한 평판도(Flatness)를 가질 수 있으며 연마패드의 교환을 줄이고 단계를 줄임으로써 연마 공정비를 낮출 수 있도록 하기 위한 연마 소자의 고정지그 및 연마를 위한 홀더 및 연마방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 지그 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 LiNbO3 광도파로 소자 래핑연마를 위한 홀더 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 LiNbO3 광도파로 소자 폴리싱 연마를 위한 홀더 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101 : 지그몸체 102 : 광도파로 소자

103 : 더미샘플 104 : 받침대

105 : 지지대 106 : 고정대

107 : 고정나사 201 : 전극

본 발명의 공정에서 LiNbO3 광도파로 소자, 광도파로 기판에 SiO2 버퍼층이 형성된 소자, 광도파로 기판에 SiO2 버퍼층 및 전극이 형성된 소자 등의 연마가 가능하다. 구체적으로 광도파로 소자의 연마방법은 광도파로가 형성된 기판을 소자의 크기에 맞게 다이싱 한 후 같은 크기와 강도를 갖는 세척된 LiNbO3 더미샘플을 위치시킨다. 더미샘플과 소자간에 에어갭의 생성은 연마 후 연마 에지 부근의 파손 및 연마면의 평탄도에 영향을 미치므로 소자와 더미샘플사이에 플랜지를 형성시켜접합시킴으로써 에어겝의 생성을 막는다. 세팅된 도파로 소자는 폭이 같은 제작된 지그에 위치시키고 고정판의 나사로 압력을 가하여 고정시킨다. 연마 중 진동에 의하여 나사의 풀림현상이 일어날 수 있음으로 나사의 몸체에 고정액을 묻힌 후 고정시킴으로써 연마 중 소자의 밀림현상을 미연에 방지한다.

광도파로 소자가 장착된 지그는 랩핑을 위해 제작된 홀더의 가운데 홀에 밀어 넣는다. 다음으로 연마패드에 홀더를 위치시키고 연마를 수행한다. 홀더와 지그사이에는 공차가 거의 없음으로 손쉽게 평판도를 유지할 수 있다. 연마는 5 마이크로 까지 연마를 수행하고 연마 후 지그의 끝단에 약 1-2 mm 정도의 연마된 샘플이 나와 있다. 상기의 길이 보다 길 경우 화학 기계적 연마공정 중 샘플의 파손 위험이 있음으로 상기의 연마 후 길이가 적당하다.

제작된 홀더 및 지그에 의해 랩핑된 소자는 화학 기계적 연마를 위해 제작된 홀더에 위치시킨 후 폴리싱 연마를 수행한다. 폴리싱 연마패드의 회전에 의해 제작된 홀더는 패드의 방향으로 회전하게 되고 샘플지그는 반대방향으로 회전하게 된다. 또한 홀더를 잡고 있는 수직구동부에 의해서 균일한 연마가 가능하며 폴리싱 홀더와 지그간에 공차가 거의 없음으로 더욱 좋은 연마를 기대할 수 있다. LiNbO3 광도파로에 SiO2 버퍼층이 형성된 소자의 연마도 상기의 방법으로 수행할 수 있다. LiNbO3 광도파로에 SiO2 버퍼층 및 전극이 형성된 소자의 경우 상기의 방법으로 할 경우 안전판의 압력에 의해 높은 전극의 무너짐 현상이 일어날 수 있으므로 안전판의 모양을 달리 함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다. 지그에 사용되는 안전판의 모양을 Π 와 같이 하고 더미샘플을 사용하지 않음으로써 갖은 효과를 같은 원활한 연마의 수행이 가능하다.

본 발명에 의하면, 광도파로 표면에 흠을 발생시키지 않으면서 균일하고 쉽게 연마를 수행할 수 있다. 도 1 (a) 및 도 1 (b)은 LiNbO3 광도파로와 전극이 형성된 소자의 연마에 필요한 지그의 단면 도면이다. 도 1 (c)은 지그의 옆면의 도면이다. 도 1 (a)은 지그몸체(101)안에 받침대(104), 지지대(105), 고정대(106)와 고정나사(107)로 이루어져 있다. 상기의 광도파로 소자(102)는 더미샘플(103)을 붙인 후 받침대(104)와 지지대(105) 사이에 위치시켜 고정나사(107)를 이용하여 고정시킨다. 연마공정 동안 나사의 풀림 현상에 의한 소자의 밀림현상을 방지하기 위하여 고정나사(107)의 몸체에 고정액을 묻힌 후 연마를 수행한다. 도 1 (c)에서 보는 것과 같이 지그보다 짧은 LiNbO3 소자는 지그에 소자를 위치시킨 후 고정나사(107)의 위치를 달리 함으로써 다양한 길이의 소자의 연마를 수행할 수 있다. 또한 지그의 벽의 넓이를 조정해 줌으로써 다양한 폭을 갖는 도파로 소자의 연마에 용이하다. 도 1 (b)은 LiNbO3 광도파로가 제작된 기판에 SiO2 및 전극(201)이 형성된 소자의 연마에 이용되는 Π 모양의 지지대(202)를 나타내는 도면이다. 상기에 이용되는 연마 공정은 더미샘플을 이용할 경우 압력을 가해 주었을 때 전극이 무너질 수 있음으로 더미샘플을 사용하지 않는다. 도 2 (a) 와 도 2 (b)는 광도파로 소자 랩핑 연마에 사용되는 지그 홀더의 도면이다. 도 2 (a)는 중앙에 형성된 홀(501)에 광도파로 소자가 세팅된 지그를 끼워 넣도록 구성된 드라이 연마에 이용되는 홀더(502)이며 도 2 (b)는 젖음 연마에 사용되는 홀더(603)의 단면이다. 홀더의 중앙 홀(601)에 광도파로 소자가 세팅된 지그를 끼워 넣는다. 젖음 연마에 이용되는 홀더(603)는 연마패드와 접촉되는 부분에 여러 개의 홈(602)이 파져 있어 용액이 원활하게 시편에 공급됨으로써 연마의 원활함을 돕는다.

도 3 (a) 와 도 3 (b)은 폴리싱에 이용되는 홀더의 밑면 및 옆면의 도면이다. 폴리싱에 이용되는 홀더는 지그에 맞는 홀(703)을 대칭구조로 여러 개 만들어 많은 소자의 동시 폴리싱 연마가 가능하다. 연마패드와 접합되는 홀더 밑면은 원 모양으로 홈(704)을 만들고 옆면에 홈 라인(702)을 만들어 화학용액이 균일하게 공급되고 방출될 수 있도록 해 줌으로써 화학 기계적 연마가 가능하다. 도 3 (b)은 홀더의 옆면으로써 위 보다 아래 부분(701)이 보다 넓어짐으로써 장비의 받침대가 아래를 받쳐줌으로써 연마패드에 대한 홀더의 회전 중심을 아래로 가져감으로써 안정되고 균일한 면을 갖는 소자의 연마가 가능하다.

본 발명에서, 고정대(106)는 알루미늄으로 만들어져 있으며 지지대(105)와 나머지 부분(101,104)은 황동으로 제조하였다. 또한 랩핑과 폴리싱에 이용되는 두개의 홀더(301, 701)는 스테인레스 강으로 제조되었다. 상기의 방법에 의한 LiNbO3 광도파로 소자의 연마를 수행함으로써 종래의 광도파로 연마방법에서 가장문제가 되었던 우수한 평판도(Flatness)를 가질 수 있으며 연마패드의 교환을 줄이고 단계를 줄임으로써 연마 공정비를 낮출 수 있다. 또한 LiNbO3 광도파로 소자, SiO2 버퍼층이 증착된 광도파로 소자, SiO2 버퍼층과 전극이 형성된 도파로 소자 모두를 안정적으로 연마할 수 있다.

종래의 LiNbO3 연마방법은 평판도(Flatness)의 제어가 힘들고 연마패드의 빈번한 교체와 연마를 위한 공정상의 스텝이 첨가됨으로써 연마가격의 상승과 재현성 있는 균일한 연마결과를 얻기가 힘들다. 따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 연마패드의 빈번한 교체를 피하고 공정상의 스텝을 줄여줌과 더불어 더 나은 연마결과를 얻기 위한 것이다. 따라서. 본 발명에 따르면, 여러 형태의 소자를 기존보다 적은 공정으로써 더 나은 연마 면을 얻을 수 있으므로 광도파로 입·출력 단에 광섬유와의 접촉을 양호하게 할 수 있으므로 광신호의 전송효율을 향상시킬 수 있으며 전체적인 디바이스의 생산 단가를 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (17)

1. 광도파로 소자를 고정하는 지그에 있어서,

   지그몸체(101);

   상기 지그몸체 내부에 위치한 받침대(104);

   상기 받침대 상부에 접촉한 광도파 소자(102);

   상기 광도파소자 상부에 접촉한 더미샘플(103);

   상기 더미샘플 상부에 접촉한 지지대(105);

   상기 지지대 상부에 위치하고 지그몸체의 양쪽 홈에 맞물려있는 고정대(106); 및

   상기 고정대의 중심을 관통하며 지지대, 더미샘플, 광도파로소자, 받침대를 밀착시키기 위하여 지지대에 연결된 고정대 나사(107)

   로 구성된 것을 특징으로 하는 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 지그.
2. 제 1항에 있어서, 상기 지그몸체의 재료는 황동으로 구성되는 것을 특징으로 하는 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 지그.
3. 제 1항에 있어서, 상기 지지대의 재료는 황동으로 구성되는 것을 특징으로하는 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 지그.
4. 제 1항에 있어서, 상기 고정대의 재료는 알루미늄으로 구성되는 것을 특징으로 하는 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 지그.
5. 제 1항에 있어서, 상기 광도파소자와 더미샘플사이는 에어갭의 생성을 막기 위하여 플랜지를 형성시켜 접합하는 것을 특징으로 하는 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 지그.
6. 제 1항에 있어서, 상기 고정나사는 그 몸체에 나사의 풀림 및 소자의 밀림현상이 방지되도록 하는 고정액이 도포됨을 특징으로 하는 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 지그.
7. 광도파로 소자를 고정하는 지그의 구조에 있어서,

   지그몸체;

   상기 지그몸체 내부에 위치한 받침대;

   상기 받침대 상부에 접촉한 광도파 소자;

   상기 광도파 소자의 상부에 접촉한 SiO2 및 전극(201);

   상기 SiO2 및 전극 상부에 접촉하고, 광도파 소자의 양 끝부분에 'Π'자 모양으로 접촉한 Π 모양의 지지대(202);

   상기 지지대 상부에 위치하고 지그몸체의 양쪽 측에 맞물려있는 고정대; 및

   상기 고정대의 중심을 관통하며 지지대, 더미샘플, 광도파로소자, 받침대를 밀착시키기 위하여 지지대에 연결된 고정대 나사(107)

   로 구성된 것을 특징으로 하는 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 지그.
8. 제 7항에 있어서, 상기 지그몸체의 재료는 황동으로 구성되는 것을 특징으로 하는 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 지그.
9. 제 7항에 있어서, 상기 지지대의 재료는 황동으로 구성되는 것을 특징으로 하는 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 지그.
10. 제 7항에 있어서, 상기 고정대의 재료는 알루미늄으로 구성되는 것을 특징으로 하는 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 지그.
11. 제 7항에 있어서, 상기 고정나사는 그 몸체에 나사의 풀림 및 소자의 밀림현상이 방지되도록 하는 고정액이 도포됨을 특징으로 하는 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 지그.
12. 광도파로 소자 랩핑 연마에 사용되는 홀더로서,

    원통형의 홀더몸체와 상기 원통형 홀더몸체 내부에 광도파로 소자가 세팅된 지그를 끼워 넣을 수 있게 원통형의 중앙 홀로 구성된 것을 특징으로 하는 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 홀더.
13. 제 12항에 있어서, 상기 원통형의 홀더몸체와 중앙 홀에 최단거리로 파여져, 용액이 원활하게 시편에 공급되도록 만들어진 홈을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 홀더.
14. 제 12항에 있어서, 상기 원통형의 홀더몸체의 재료는 스테인레스 강으로 구성되는 것을 특징으로 하는 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 홀더.
15. 광도파로 소자 폴리싱 연마에 사용되는 홀더로서,

    원통형의 홀더몸체;

    상기 홀더몸체 밑면에 원모양의 홈;

    상기 홈 내부에 지그에 맞게 대칭구조로 만들어진 다수개의 홀; 및

    상기 홈과 원통형의 홀더몸체에 최단거리로 파여져, 화학용액이 균일하게 시편에 공급되고 방출할 수 있게 만들어진 홈라인

    으로 구성된 것을 특징으로 하는 LiNbO3 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 홀더.
16. 제 15항에 있어서, 상기 원통형의 홀더몸체의 재료는 스테인레스 강으로 구성되는 것을 특징으로 하는 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 홀더.
17. 제 15항에 있어서, 상기 원통형의 홀더몸체는 안정되고 균일한 면을 갖는 소자의 연마가 가능하도록, 위 보다 아래 부분이 넓어지는 요철모양으로 이루어짐을 특징으로 하는 LiNbO3 광도파로 소자 연마를 위한 홀더.