KR100630091B1 - 광학 필터 및 광학 필터의 제작 방법과 그를 이용한 평면광도파로 소자 - Google Patents

광학 필터 및 광학 필터의 제작 방법과 그를 이용한 평면광도파로 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 광학 필터는 일 측면으로부터 기 설정된 깊이를 갖는 홈이 전면 및 후면에 노출된 다면체 구조의 몸체와, 상기 몸체의 전면에 증착되어 상기 몸체의 노출된 홈을 폐쇄시키는 다층 박막을 포함한다.
광학 필터, 평면 광도파로 소자, 박막

Description

광학 필터 및 광학 필터의 제작 방법과 그를 이용한 평면 광도파로 소자{FABRICATING METHOD OF THE OPTICAL FILTER AND OPTICAL FILTER AND PLANAR LIGHTWAVE CIRCUIT USING THE SAME}
도 1은 종래의 광학 필터를 실장하는 평면 광도파로를 나타내는 평면도,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 필터를 나타내는 도면,
도 3a와 도 3b는 도 2에 도시된 광학 필터를 제작 단계별로 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 필터를 나타내는 도면,
도 5는 도 4에 도시된 광학 필터의 제작 과정을 설명하기 위한 도면,
도 6 내지 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학 필터를 평면 광도파로 소자와 결합한 상태를 도시한 도면.
본 발명은 광학 필터에 관한 것으로서, 특히 평면 광도파로 소자 등에 실장 가능한 형태의 광학 필터에 관한 것이다.
광학 필터는 무반사, 고반사, 대역 투과, 파장 분할 다중화/역다중화 필터 등과 같이 광학적 목적과 기능에 따라서 다양하게 제작될 수 있다.
다양한 형태의 데이터 통신과 디지털 미디어의 보급은 광 소자의 집적 및 광소자를 이용한 다양한 형태의 광학 기기 들의 보급 또한 유발한다. 상술한 바와 같은 광학 기기들을 보다 소형화, 고집적화 시키기 위한 수단으로써 평면 광도파로 소자(Planar lightwave circuit)가 다양하게 사용되고 있으며, 상술한 평면 광도파로 소자는 다양한 형태의 광학 필터들이 집적됨으로써 보다 다양한 기능을 수행하고 있다.
도 1은 종래의 광학 필터를 실장하는 평면 광도파로를 나타내는 평면도이다. 도 1을 참조하면, 상기 평면 광도파로 소자(100)는 반도체 기판(미도시) 상에 순차적으로 적층된 하부 클래드, 활성층, 상부 클래드에 광이 진행하는 경로인 제1 및 제2 도파로(111, 112)와, 상기 제1 및 제2 도파로(111, 112)의 사이에 위치된 홈(120)과, 상기 홈(120)에 안착된 광학 필터(130)를 포함한다.
상기 홈(120)이 다이싱(Dicing) 등에 의해 형성되며, 상기 제1 및 제2 도파로들(111, 112)은 상기 홈(120)에 의해 기 설정된 간격 이격된다. 상기 제1 및 제2 도파로들(111, 112) 사이의 이격 간격은 삽입될 광학 필터(130)의 두께에 따라서 결정된다.
상기 제1 및 제2 도파로들(111, 112)은 반도체 기판(미도시) 상에 순차적으로 형성된 하부 클래드, 활성층, 상부 클래드로 구성되며, 상기 하부 클래드와 상 기 활성층과 상기 상부 클래드를 가르는 상기 홈(120)에 의해 제1 및 제2 도파로(111, 112)로 분할된다.
상기 제1 및 제2 도파로(111, 112)를 따라 진행하던 광은 상기 홈(120)에서 기 설정된 각도로 확산되게 되며, 상기 홈(120)에 의한 제1 및 제2 도파로(111, 112) 사이의 이격 간격이 멀어질 수록 확산에 의한 광의 손실도 비례해서 증가하게 된다.
특히, 일반적인 싱글 모드 도파로인 경우는 상기 홈(120)에 의한 이격 간격이 30㎛ 이상이 되면 광신호의 확산에 의한 손실로 인해서 결합 손실이 크게 저하된다. 따라서, 일반적인 경우의 상기 홈(120)에 삽입되는 광학 필터는 15 ~ 30 ㎛ 정도의 두께를 가져야 하며, 10㎛ 이내의 두께를 갖는 폴리마이드 계열의 기판을 사용한 광학 박막 필터(Thin Film filter)가 사용되기도 한다.
해당 홈(120)에 안착된 상기 광학 필터(130)는 상기 제1 및 제2 도파로들(111, 112) 사이의 굴절률 매칭이 가능한 고분자 물질로 이루어진 자외선 또는 열경화성 매질에 의해서 접착된다. 사용되는 고분자 물질은 에폭시(epoxy) 계열이나, 실리콘(Silicone) 계열의 물질이 주로 사용된다. 상기 홈(120)은 쏘잉(sawing) 등의 방법에 의해 형성된다.
그러나, 광학 박막 필터는 두께가 얇아 질수록 취급이 용이하지 않고, 그로 인해서 생산비가 증가하게 되는 문제가 있다. 그 외에도 광학 박막 필터는 외력에 의한 물리적이 훼손이 쉽게 발생하게 되며, 이로 인해서 광학 박막 필터를 평면 광도파로 소자 상에 안착시키는 광축 정렬 공정의 자동화가 용이하지 않은 문제가 있 다.
본 발명은 평면 광도파로 소자에 실장 공정 및 자동화가 가능한 광학 필터를 제공함에 있다.
본 발명에 따른 광학 필터는,
일 측면으로부터 기 설정된 깊이를 갖는 홈이 전면 및 후면에 노출된 다면체 구조의 몸체와;
상기 몸체의 전면에 증착되어 상기 몸체의 노출된 홈을 폐쇄시키는 다층 박막을 포함한다.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 필터를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 필터(200)는 일 측면으로부터 기 설정된 깊이를 갖는 홈(211)이 전면 및 후면에 노출된 다면체 구조의 몸체(210)와, 상기 몸체(210)의 전면에 증착되어 상기 몸체(210)의 전면에 노출된 상기 홈(211)의 일단을 폐쇄시키는 다층 박막(230) 및 산화막(220a, 220b)을 포함한다.
상기 몸체(210)는 실리카 재질로 구성된 웨이퍼(Wafer)로부터 제작 가능하며, 상기 산화막(220a, 220b)은 고온의 열처리에 의해 상기 몸체(210)의 양면에 형성된다. 상기 산화막(220a, 220b)의 두께가 두꺼워지면 상기 광학 필터(230)의 기계적인 강도가 강화되지만, 상기 산화막(220a, 220b)의 두께가 과도하게 두꺼워지면 상기 다층 박막(230)의 광학적 특성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 상기 산화막(220a, 220b)의 두께는 1 ~ 2㎛ 이내의 범위에서 결정되는 것이 바람직하다.
상기 다층 박막(230)은 SiO2, ZrO2, TiO2 등과 같은 유전체 매질들 또는 그 외에 금속 매질 등을 이용해서 적층될 수 있으며, 상기 산화막(220a)의 전면에 증착되어 상기 몸체(210)의 노출된 홈(211)을 폐쇄시킨다.
상기 다층 박막(230)은 서로 다른 파장들로 이루어진 광을 각각의 파장으로 역다중화시키는 역다중화 필터 또는 서로 다른 파장들을 하나의 광으로 다중화시키는 다중화 필터 등으로 구성 가능하다. 상기 다층 박막(230)은 상술한 바와 같은 다중화 또는 역다중화 필터 외에도 특정 파장의 광만을 투과시키는 밴드 패스 필터(Band-Pass filter), 편광 빔 분할 필터 등과 같이 다양한 기능을 갖는 박막들로 그 필요에 따라서 증착될 수 있다.
상기 홈(211)은 상기 몸체(210)의 일 측면으로부터 기 설정된 깊이로, 상기 몸체(210)의 전면 및 후면에 노출된 구조를 갖도록 식각된다. 또한, 상기 홈(211)은 상기 몸체(210) 전면의 산화막(220a)에 접하도록 식각된다.
도 3a와 도 3b는 도 2에 도시된 광학 필터를 제작 단계별로 설명하기 위한 도면이다. 도 3a와 3b를 참조하면, 도 2에 도시된 상기 광학 필터(200)는 실리콘 재질의 웨이퍼(310) 등으로부터 제작되며, 양면이 연마된 상태의 웨이퍼(310)를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 광학 필터(200)의 두께는 상기 웨이퍼(310)의 두께에 따라서 결정 가능하며, 상기 웨이퍼(310)의 두께는 필요에 따라서 선택할 수 있다.
상기 웨이퍼(310)의 제1 및 제2 면에는 고온에서 산화된 산화막(320a, 320b)이 형성되고, 상기 웨이퍼(310)의 제1 면에 형성된 상기 산화막(320a) 상에 다층 박막(340)이 증착된다.
상기 다층 박막(340)이 적층된 상기 웨이퍼(310)를 이루는 복수의 섹터들(330)은 다이싱(dicing) 등에 의해 각각의 웨이퍼 조각들(311)로 분할된다. 상기 각 웨이퍼 조각(311)은 상기 제2 면의 중심 부분으로부터 상기 제1 면의 산화막(320a)에 접하도록 식각에 의한 트랜치(313)가 형성된다.
상기 각 웨이퍼 조각(311)은 상기 트랜치(313)를 포함해서 상기 제1 면과 상기 제2 면이 가로지르도록 절단됨으로써 도 2에 도시된 바와 같은 각각의 몸체를 갖는 둘 이상의 광학 필터들(200)로 완성된다. 도 3c에 도시된 A와 B의 절단선을 따라 절단 가능하다. 상기 트랜치(313)는 실리콘의 딥(Deep) 식각(etching) 시 주로 사용되는 보쉬 공정(Bosch process)을 이용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 필터를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 필터(400)는 몸체(410)와, 상기 몸체(410)의 전면에 증착된 다층 박막(422)을 포함하며, 상기 몸체(410)는 홈(411) 이 형성되어져 있다.
상기 홈(411)은 이방성 식각에 의해 형성됨으로써, 상기 산화막(421)에 접하는 상기 홈(411)의 면적과, 상기 몸체(410)에 노출된 상기 홈(411)의 면적이 서로 다르다.
상기 광학 필터(400)는 양면에 산화막이 형성된 웨이퍼를 이용해서 제작되며, 상기 광학 필터(400)는 상기 산화막(421)에 다수의 유전체 매질들로 구성된 다층 박막을 증착하는 과정과, 상기 다층 박막이 증착된 웨이퍼를 식각시켜서 기 설정된 형태의 트랜치를 형성하는 과정과, 상기 웨이퍼를 다수의 광학 필터들로 절단하는 과정에 의해 제작된다.
도 5는 상기 웨이퍼를 각각의 광학 필터들로 절단하기 위한 패턴들을 형성하는 단계를 나타내며, 도 5에 도시된 광학 필터의 제작 방법은 도 3a 내지 도 3b에 도시된 과정은 동일하지만, 웨이퍼 조각(511)에 트랜치(513)를 식각하는 과정과, 상기 트랜치(513)가 형성된 상기 웨이퍼 조각(511)을 절단하는 과정에 있어서 서로 상이하다. 즉, 도 5는 상기 웨이퍼 조각(511)은 식각(etching)에 의해서 상기 트랜치(513)가 형성되고, 상기 트랜치(513)의 형성과 동시에 도 2와 도 4 각각에 도시된 바와 같은 광학 필터(200, 400)로 절단된다.
식각에 의해 절단된 광학 필터는 다이싱 등의 기계적인 절단 방법 보다 이물질 등의 발생이 적고, 다층 박막에 가해지는 물리적인 충격이 작음으로 넓은 면적을 필요로 하는 광학 필터의 제작에 적용 가능하다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학 필터가 평면 광도파로 소자와 결합된 상태를 도시한 도면이다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 평면 광도파로 소자(620)는 반도체 기판(621) 상에 하부 클래드, 활성층, 상부 클래드가 순차적으로 적층된 제1 및 제2 도파로들(622a, 622b)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 도파로들(622a, 622b)은 기설정된 간격 이격되며, 본 발명에 따른 광학 필터(610)는 제1 및 제2 도파로들(622a, 622b)의 사이에 안착된다.
상기 광학 필터(610)는 일 측면으로부터 기 설정된 깊이를 갖는 홈(611a)이 전면 및 후면에 노출된 다면체 구조의 몸체(611)와, 상기 몸체(611)의 전면에 증착되어 상기 몸체(611)의 노출된 상기 홈(611a)의 전면에 형성된 다층 박막(613) 및 상기 몸체의 양면에 형성된 산화막들(612a, 612b)를 포함하며, 상기 산화막들(612a, 612b) 중 하나는 상기 다층 박막(613)과 상기 몸체(611)의 사이에 형성된다.
상기 홈(611a)은 상기 제2 도파로(622b)가 삽입됨으로써, 상기 다층 박막(613)이 상기 제1 및 제2 도파로들(622a, 622b)의 사이에 위치된다. 상기 몸체(611)의 홈(611a)이 노출된 일면의 일부가 상기 반도체 기판(621) 상에 접한다.
본 발명에 따른 광학 필터는 얇은 두께의 기판 상에 다층 박막을 증착시킨 광학 필터 보다 생산비를 절감할 수 있다. 즉, 본 발명은 실리콘 재질의 웨이퍼를 이용해서 다수의 광학 필터들을 동시에 제작함으로써 증착 단가 등을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 광학 필터는 몸체가 다층 박막을 지지함으로써, 평면 광도파로 소자와 결합시키기 위해서 몸체에 형성된 홈을 깊게 식각시키지 않아도 되는 이점이 있다.

Claims (11)

  1. 광학 필터에 있어서,
    일 측면으로부터 기 설정된 깊이를 갖는 홈이 전면 및 후면에 노출된 다면체 구조의 몸체와;
    상기 몸체의 전면에 증착되어 상기 몸체의 노출된 홈을 폐쇄시키는 다층 박막을 포함함을 특징으로 하는 광학 필터.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 광학 필터는,
    상기 몸체의 전면과 상기 다층 박막의 사이와, 상기 몸체의 후면에 형성된 산화막을 더 포함함을 특징으로 하는 광학 필터.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 몸체는 실리콘 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 광학 필터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 다층 박막은 다수의 유전체 매질들이 적층됨을 특징으로 하는 광학 필 터.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 산화막은 1 ~ 2㎛ 범위 내의 두께로 형성됨을 특징으로 하는 광학 필터.
  6. 광학 필터를 제작하는 방법에 있어서,
    웨이퍼의 대향되는 제1 및 제2 면을 산화시키는 산화막 형성 과정과;
    상기 제1 면에 형성된 상기 산화막 상에 다층 박막을 증착하는 증착 과정과;
    상기 제2 면의 중심부분으로부터 상기 제1 면의 산화막에 접하도록 상기 웨이퍼를 식각시켜서 트랜치를 형성하는 식각 과정과;
    상기 트랜치를 포함하는 상기 제1 면과 상기 제2 면을 절단해서 각각의 몸체를 갖는 둘 이상의 광학 필터들을 형성하는 절단 과정을 포함함을 특징으로 하는 광학 필터의 제작 방법.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 절단 과정에 있어서,
    상기 웨이퍼는 다이싱에 의해서 각각의 몸체를 갖는 광학 필터들로 분리되 며, 상기 다층 박막 상에 다이싱하기 위한 경로를 형성함을 특징으로 하는 광학 필터의 제작 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 트랜치는 습식 식각에 의해 형성됨을 특징으로 하는 광학 필터의 제작 방법.
  9. 제6 항에 있어서, 상기 절단 과정에 있어서,
    상기 웨이퍼는 벌크 식각에 의해서 둘 이상의 광학 필터들로 절단됨을 특징으로 하는 광학 필터의 제작 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
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