KR100678342B1 - 광도파로 소자 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광도파로 소자 제조 방법에 관한 것으로, 광도파로 형상의 개구가 형성된 형틀판을 이용하여 광도파로 소자를 형성함으로써, 고가의 공정장비가 불필요하고, 공정이 간단하여 제조 경비를 절감하고 대량 생산할 수 있으며, 대면적의 광도파로 소자 제작이 가능하고 두께가 큰 광도파로를 쉽게 얻을 수 있는 효과가 있다.

광도파로, 소자, 개구, 형틀판

Description

광도파로 소자 제조 방법 { Fabrication method for optical waveguide device }

도 1a 내지 도 1e는 일반적인 광도파로를 제조하는 공정을 설명하는 공정 단면도

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따라 광 도파로 소자 제조 공정을 설명하기 위한 개략적인 사시도

도 3a 및 3b는 본 발명에 따라 광 도파로 소자 제조를 위한 형틀판의 평면도 및 단면도

도 4a 및 4b는 본 발명에 따라 광 도파로 소자 제조를 위한 광도파로 물질 공급기의 측면도 및 정면도

도 5는 본 발명에 따라 형틀판 상부에 광도파로 물질 공급기가 올려져 있는 상태를 도시한 개략적인 단면도

도 6은 본 발명에 따라 대면적의 광 도파로 소자를 제조하는 것을 설명하기 위한 개략적인 사시도

도 7a와 7b는 본 발명에 따라 형틀판의 두께를 조절하여 두께가 큰 광 도파 로를 형성할 수 있는 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 기판 110 : 하부 클래드층

120,120a,120b,321,351 : 형틀판 130,322,352 : 개구

140 : 광도파로용 물질 141 : 광도파로

150 : 상부 클래드층 200 : 광도파로 물질 공급기

210 : 중공부 220 : 개방부

230 : 금속판 240 : 광도파로 물질 공급 용기

본 발명은 광도파로 소자 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광도파로 형상의 개구가 형성된 형틀판을 이용하여 광도파로 소자를 형성함으로써, 고가의 공정장비가 불필요하고, 공정이 간단하여 제조 경비를 절감하고 대량 생산할 수 있으며, 대면적의 광도파로 소자 제작이 가능하고 두께가 큰 광도파로를 쉽게 얻을 수 있는 광도파로 소자 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 폴리머 광도파로를 제조하는 방법은 대표적으로 RIE(Reactive Ion Etching), 엠보싱(Embossing), 그리고 레이저 직접 조사(Laser direct writing) 방법 등이 있다.

도 1a 내지 도 1e는 일반적인 광도파로를 제조하는 공정을 설명하는 공정 단면도로서, 기판(10) 상부에 하부 클래드층(11)과 코어층(12)을 스핀(Spin) 코팅기를 사용하여 순차적으로 코팅하고, 하드 베이크(Hard bake)공정을 수행하여 상기 코팅막을 경화시킨다.(도 1a)

그 다음, 상기 코어층(12) 상부에 금속층(13)과 포토레지스트막(14)을 순차적으로 적층하고, 상기 포토레지스트막(14) 상부에서 개구 패턴(16)이 형성된 마스크(15)을 위치시킨 후, 노광시킨다.(도 1b)

연이서, 상기 노광된 포토레지스트막을 남기고 포토레지스트막을 제거한 후, 상기 남겨진 포토레지스트막(14a)으로 금속층을 식각한다.(도 1c)

계속하여, 도 1c의 공정에서 남아있는 포토레지스트막(14a)을 제거하고, 상기 식각된 금속층(13a)으로 마스킹하여 상기 코어층을 식각하여 코어 패턴(12a)을 형성한다.(도 1d)

여기서, 상기 코어층의 식각으로 상기 하부 클래드층(11) 상부가 노출된다.

그 다음, 상기 식각된 금속층(13a)을 제거하고, 상기 코어 패턴(12a)을 감싸며, 상기 하부 클래드층(11) 상부에 상부 클래드층(15)을 형성한다.(도 1e)

전술된 RIE 공정을 이용하여 광 도파로를 제조하는 방법은 기존의 단일 모드 광 도파로를 만드는데 주로 사용되어진 방법이다.

그러나, 다중모드 광 도파로는 광 도파로 사이즈가 50㎛ 이상되기 때문에, RIE 공정을 사용하여 식각하기에는 너무나 많은 시간을 요구하고, 정사각형의 광 도파로를 형성하기 어렵기 때문에 다중모드 광 도파로를 제작하는 데는 적합하지 않다.

광 도파로를 제조하기 위한, 다른 방법은 엠보싱(Embossing) 방법으로, 일면에 도파로 형상의 돌출부를 갖는 마스터를 제작한 후, 기판에 형성된 하부 클래드층 상부에 상기 마스터의 돌출부를 접촉시켜, 가압 한후 자외선을 사용하여 마스터 본을 뜬다.

이 때, 상기 하부 클래드층에는 홈이 형성된다.

그 후, 상기 하부 클래드층 상부에 코어 물질을 도포하고, 상부클래드를 이용하여 코어 물질에 압력을 가해 누른 후, 자외선을 인가하면 폴리머 광 도파로를 얻게된다.

이러한 방법은 저가격화와 대량생산에 유리한 점이 있으나, 정확한 광 도파로 형상을 얻기가 힘들고, 마스터를 10cm이상의 대면적으로 제작하기 힘들어 결국, 대면적의 광 도파로 소자를 제작하기 힘든 단점이 있다.

더불어, 광 도파로를 제조하기 위한, 또 다른 방법은 레이저 조사 방법으로, 기판 상부에 하부 클래층과 코어층을 순차적으로 형성한 다음, 광도파로를 형성할 코어층 영역에 레이저를 조사하여, 레이저가 조사된 코어층 영역의 굴절률을 증가시켜 광도파로를 제작하는 방법이다.

이 방법은 스테이지를 이용하여 대면적의 광 도파로를 제작하는데는 유리하나, 코어층와 클래드층의 굴절률 차이를 높이기가 힘들고, 레이저 초점에 민감하게 광 도파로가 영향을 받기 때문에, 전체적으로 균일한 광 도파로를 얻을 수 없어 현재는 연구단계에 있다.

전술된 바와 같이, 종래기술에 있어서 RIE 방법은 50㎛ 이상의 두께를 가지는 광 도파로를 제작하기 어렵고, 노광기나 RIE 공정 영향으로 대면적의 도파로를 균일하게 얻기가 힘든 단점이 있다.

그리고, 엠보싱 공정은 코어층을 채우는 공정이 수반되므로, 상부 클래드층이 코어층을 가압하는 공정에서 정확하게 코어층이 정사각형이 되지 못하고 리브(Rib) 구조가 되는 경우가 많아 그로 인한 손실증가로 수율이 나쁘고, 마스터 크기를 크게 하기 어렵기 때문에 대면적 도파로를 제작하기 어렵다.

또한, 레이저 직접조사 방법은 레이저에 반응하여 굴절률이 변하는 광 도파로 재료를 구하기 힘들고, 굴절률 변화가 적어 곡률반경이 커져 소자 크기가 커지는 문제점과 레이저 초점에 도파로가 민감하게 반응하여 균일한 광 도파로를 얻기가 힘든 문제점을 안고 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 광도파로 형상의 개구가 형성된 형틀판을 이용하여 광도파로 소자를 형성함으로써, 고가의 공정장비가 불필요하고, 공정이 간단하여 제조 경비를 절감하고 대량 생산할 수 있으며, 대면적의 광도파로 소자 제작이 가능하고 두께가 큰 광도파로를 쉽게 얻을 수 있는 광도파로 소자 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 기판 상부에 하부 클래드층을 형성하는 제 1 단계와;

상기 하부 클래드층 상부에 광 도파로 형상의 개구를 갖는 형틀판을 올려놓고, 상기 형틀판의 개구에 광도파로용 물질을 채우는 제 2 단계와;

상기 형틀판의 개구에 채워진 광도파로용 물질을 경화시키는 제 3 단계와;

상기 형틀판을 제거하여 상기 하부 클래드층 상부에 광도파로를 형성하고, 상기 광도파로 및 상기 하부 클래드층 상부에 상부 클래드층을 형성하는 제 4 단계로 구성된 광도파로 소자 제조 방법이 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따라 광 도파로 소자 제조 공정을 설명하기 위한 개략적인 사시도로서, 먼저, 기판(100) 상부에 하부 클래드층(110)을 형성한다.(도 2a)

이 때, 상기 하부 클래드층(110)은 기판(100) 상부에 하부 클래드층 물질을을 스핀 코팅하고, 상기 코팅된 하부 클래드층을 하드 베이킹(Hard baking)하여 형성하는 것이다.

그 후, 상기 하부 클래드층(110) 상부에 광 도파로 형상의 개구(130)를 갖는 형틀판(120)을 올려놓고, 상기 형틀판(120)의 개구(130)에 광도파로용 물질을 채운다.(도 2b)

상기 형틀판(120)은 실리콘, 실리카, 폴리머와 금속 중 어느 하나로 형성되 어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 형틀판(120)의 개구(130)에 광도파로용 물질을 채우는 것은, 도 3에 도시된 바와 같이, 내부의 중공부(210)에 광도파로용 물질이 내장되어 있고, 상기 중공부(210)와 연통되는 개방부(220)가 일측에 형성된 광도파로 물질 공급기(200)의 개방부(220)를 상기 형틀판(120)의 상부 일 영역(121a)에 접촉시킨 후, 상기 광도파로 물질 공급기(200)를 형틀판(120)의 상부 타 영역(121b)까지 이동시켜 상기 광도파로 물질 공급기(200)의 개방부(220)로 빠져나오는 광도파로용 물질을 형틀판(120)의 개구(130)에 채우는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 광도파로용 물질은 액상의 폴리머와 같은 물질이고, 이 물질의 점도 및 굴절률은 자유롭게 설계할 수 있다.

그 다음, 상기 광도파로용 물질의 특성에 따라, 상기 형틀판(120)의 개구(130)에 채워진 광도파로용 물질(140)에 자외선 또는 열을 인가하여 경화시킨다.(도 2c)

연이어, 상기 형틀판(120)을 제거하여 상기 하부 클래드층(110) 상부에 광도파로(141)를 형성하고(도 2d), 상기 광도파로(141) 및 상기 하부 클래드층(110) 상부에 상부 클래드층(150)을 형성한다.(도 2e)

여기서, 상기 상부 클래드층(150)은 상부 클래드층 물질을 스핀 코팅하고, 하드 베이킹하여 형성한다.

전술된 하부 및 상부 클리드층(110,150)을 형성하기 위한 하드 베이킹은 경화를 위하여 수행하는 것이다.

도 3a 및 3b는 본 발명에 따라 광 도파로 소자 제조를 위한 형틀판의 평면도 및 단면도로서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 형틀판(120)에는 4채널 분배기를 위한 모드 광도파로 형상의 개구(130)가 형성되어 있다.

즉, 하나의 입력단과 연결되는 4개의 출력단을 갖는 4채널 분배기를 위한 광도파로 형상의 개구(130)가 형틀판(120)에 형성되어, 이 개구(130)에 광도파로용 물질이 채워지고, 형틀판(120)을 제거하면 광도파가 형성되는 것이다.

도 3b는 도 4a의 A-A'선 절단면도로서, 개구(130)는 형틀판(120)을 관통되어 형성된 것이다.

도 4a 및 4b는 본 발명에 따라 광 도파로 소자 제조를 위한 광도파로 물질 공급기의 측면도 및 정면도로서, 광도파로 물질 공급기(200)의 측면도인 도 4a를 참조하면, 내부의 중공부(210)에 광도파로 물질이 내장되어 있고, 상기 광도파로 물질이 빠져나오는 개방부(220)가 일측에 형성되어 있는 광도파로 물질 공급 용기(240)와; 상기 광도파로 물질 공급 용기(240)의 개방부(220) 하부면로부터 일부가 돌출되어 상기 광도파로 물질 공급 용기(240) 하부에 장착되어 있고, 상기 광도파로 물질 공급 용기(240)에서 빠져 나오는 광도파로 물질을 가이드할 수 있는 금속판(230)으로 구성된다.

여기서, 상기 광도파로 물질 공급 용기(240)의 개방부(220)로부터 돌출된 금속판 영역은 일정 각도( α)로 경사져 있는 것이 바람직하다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 광도파로 물질 공급 용기(240)의 개방부(220)로부터 빠져나온 광도파로 물질(140)이 금속판(230)의 돌출된 영역에서 가이 드되어 형틀판(120) 상부면을 따라 도 5의 화살표 방향으로 이동하게 된다.

이 때, 상기 금속판(230)의 돌출된 영역은 일정 각도( α)로 경사져 그 끝이 날카로운 칼날과 같아, 이미 지나간 형틀판(120) 상부면에는 광도파로 물질(140)이 남아 있지 않게 된다.

도 6은 본 발명에 따라 대면적의 광 도파로 소자를 제조하는 것을 설명하기 위한 개략적인 사시도로서, 두 개 이상의 형틀판(120a,120b)을 붙쳐서 전술된 도 2b의 공정을 수행하면, 대면적의 광도파로 소자도 제조할 수 있게 된다.

즉, 두 개 이상의 형틀판(120a,120b)을 준비하고, 각각의 형틀판들에 형성된 개구들이 연통되도록, 형들판들을 일렬로 배열시켜 기판 상부에 올려놓는 것이다.

그러므로, 본 발명은 광도파로 소자의 면적을 자유롭게 조절할 수 있는 것이다.

도 7a와 7b는 본 발명에 따라 형틀판의 두께를 조절하여 두께가 큰 광 도파로를 형성할 수 있는 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도로서, 먼저, 도 7a와 같이, 두께가 'T1'인 형틀판(321)을 준비하면, 형틀판(321)에 형성된 개구(322)의 두께로 'T1'이 된다.

결국, 이 형틀판(321)을 사용하여 형성된 광 도파로의 두께는 'T1'이 된다.

그리고, 도 7a의 형틀판(321)의 두께(T1)보다 큰 두께(T2)를 갖는 도 7b에 도시된 바와 같은 형틀판(351)을 준비하면, 이 형틀판(351)을 사용하여 형성된 광 도파로의 두께는 'T2'가 된다.

그러므로, 본 발명은 형틀판의 두께를 자유롭게 변형하여, 광도파로의 두께 를 자유롭게 조절할 수 있으며, 두께가 큰 광도파로를 쉽게 얻을 수 있는 장점이 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 광도파로 형상의 개구가 형성된 형틀판을 이용하여 광도파로 소자를 형성함으로써, 고가의 공정장비가 불필요하고, 공정이 간단하여 제조 경비를 절감하고 대량 생산할 수 있으며, 대면적의 광도파로 소자 제작이 가능하고 두께가 큰 광도파로를 쉽게 얻을 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 (8)

1. 기판 상부에 하부 클래드층을 형성하는 제 1 단계와;

   상기 하부 클래드층 상부에 광 도파로 형상의 개구를 갖는 형틀판을 올려놓고, 상기 형틀판의 개구에 광도파로용 물질을 채우는 제 2 단계와;

   상기 형틀판의 개구에 채워진 광도파로용 물질을 경화시키는 제 3 단계와;

   상기 형틀판을 제거하여 상기 하부 클래드층 상부에 광도파로를 형성하고, 상기 광도파로 및 상기 하부 클래드층 상부에 상부 클래드층을 형성하는 제 4 단계로 구성된 광도파로 소자 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 단계에서,

   상기 형틀판은 두 개 이상이고,

   각각의 형틀판들에 형성된 개구들이 연통되도록, 형들판들을 기판 상부에 일렬로 배열시켜 올려놓는 것을 특징으로 하는 광도파로 소자 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부 클래드층 및 하부 클래드층은,

   클래드층 물질을 스핀 코팅하고, 하드 베이킹하여 형성하는 것을 특징으로 하는 광도파로 소자 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 형틀판의 개구에 광도파로용 물질을 채우는 것은,

   내부의 중공부에 광도파로용 물질이 내장되어 있고, 상기 중공부와 연통되는 개방부가 일측에 형성된 광도파로 물질 공급기의 개방부를 상기 형틀판의 상부 일 영역에 접촉시킨 후, 상기 광도파로 물질 공급기를 형틀판의 상부 타 영역까지 이동시켜 상기 광도파로 물질 공급기의 개방부로 빠져나오는 광도파로용 물질을 형틀판의 개구에 채우는 것을 특징으로 하는 광도파로 소자 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 광도파로 물질 공급기는,

   내부의 중공부에 광도파로 물질이 내장되어 있고, 상기 광도파로 물질이 빠져나오는 개방부가 일측에 형성되어 있는 광도파로 물질 공급 용기와;

   상기 광도파로 물질 공급 용기의 개방부 하부면로부터 일부가 돌출되어 상기 광도파로 물질 공급 용기 하부에 장착되어 있고, 상기 광도파로 물질 공급 용기에 서 빠져 나오는 광도파로 물질을 가이드할 수 있는 금속판으로 구성된 것을 특징으로 하는 광도파로 소자 제조 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 광도파로 물질 공급 용기의 개방부로부터 돌출된 금속판 영역은,

   경사져 있는 것을 특징으로 하는 광도파로 소자 제조 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 형틀판은,

   실리콘, 실리카, 폴리머와 금속 중 어느 하나로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파로 소자 제조 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 4 단계에서 형성된 광도파로의 두께는,

   상기 제 2 단계의 형틀판 두께에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 광도파로 소자 제조 방법.

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