KR100687738B1 - 광도파로와 광섬유간의 수동정렬이 가능한 광모듈의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 상에 하부 클래드층 및 코아층을 순차적으로 형성한 후, 상기 코아층 상에 후에 광도파로와 광섬유가 탑재될 홈 영역을 모두 형성하기 위한 식각 마스크막을 동시에 형성한다. 이어서, 상기 식각 마스크막을 마스크층으로 상기 코아층을 식각하여 광 진행 방향과 수평 방향으로 광도파로와 상기 광섬유가 탑재될 홈 영역을 노출하는 코아층 패턴을 형성한다. 상기 광도파로 상의 식각 마스크막을 제거한다. 상기 코아층 패턴, 광도파로 및 하부 클래드층 상에 상부 클래드층을 형성한다. 상기 상부 클래드층 및 하부 클래드층을 순차적으로 식각하여 상기 광섬유가 탑재될 홈 영역의 기판을 노출시킨다. 상기 홈 영역에 노출된 기판을 식각하여 광섬유가 삽입되는 홈을 형성한 후, 상기 홈에 광섬유를 삽입하여 상기 광섬유와 상기 광도파로간에 광의 진행 방향과 평행한 수평 방향으로 수동 정렬이 가능한 광 모듈을 완성한다.

Description

광도파로와 광섬유간의 수동정렬이 가능한 광모듈의 제조방법{Fabrication method of optical module for enabling passive alignment between optical waveguide and optical fiber}

도 1은 본 발명에 따른 광모듈을 도시한 입체 투시도이다.

도 2 내지 도 10은 도 1의 광모듈의 제조방법을 설명하기 위한 입체 투시도들이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

300: 광섬유, 100: 광 플랫폼, 110: 기판, 130: 하부 클래드층

150: 코아층 165: 코아층 패턴, 170: 광도파로, 190: 홈

155a, 155b: 제1 식각 마스크막, 175: 홈 영역

185: 제2 식각 마스크막

본 발명은 광모듈의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광도파로와 광섬유간의 수동정렬이 가능한 광모듈의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광모듈의 제조방법에 있어서 광도파로와 광섬유를 정렬할 때 능 동 정렬 방법을 이용한다. 상기 능동 정렬 방법에서는 먼저 광섬유 또는 광도파로에 입력광을 도파시킨 후, 광섬유의 위치를 정밀 조정하여 광도파로나 광섬유의 출력도파로에서 광파워를 관측한다. 이어서, 상기 능동 정렬 방법에서는 광섬유와 광도파로간의 결합이 최대가 되는 상태에서 광섬유와 광도파로를 결합하여 고정시킨다. 이러한 능동 정렬 방법은 광도파로와 광섬유를 정렬할 때 통신 파장대의 레이저 광원, 정렬 스테이지, 광검출기 등의 정밀하고 고가의 장비가 필요하며, 정렬 과정에 있어서도 많은 시간과 비용이 들어가게 된다.

이러한 단점을 해결하기 위해, 수동 정렬 방법이 제안되었다. 상기 수동 정렬 방법에서는 능동 정렬 방법과는 달리 광섬유와 광도파로의 정렬, 결합 및 고정시 광을 도파시키지 않고 단순히 결합부의 형태나 구조에 의해 자동적으로 광섬유와 광도파로간의 정밀 정렬이 이루어지게 한다.

그러나, 상기 수동 정렬 방법에서는 광섬유의 코아층과 광도파로의 코아층 크기가 수 마이크론 내외이기 때문에 결합 손실을 줄이기 위해서는 매우 정밀한 결합부의 형태나 구조, 광섬유의 중심과 광도파로의 중심의 정밀한 정렬이 매우 중요하다. 다시 말해, 수동 정렬 방법에서는 광섬유와 도파로간의 정렬 오차를 줄이는 것이 매우 중요하다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 정렬 오차를 줄이면서도 광도파로와 광섬유간의 수동정렬이 가능한 광모듈의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광도파로와 광섬유가 탑재되는 홈 영역을 한 장의 포토마스크와 한번의 포토리소그래피 공정으로 형성함으로써 광도파로와 상기 홈 영역 사이에 광이 진행하는 수평 방향으로의 정렬 오차를 줄일 수 있는 광모듈의 제조방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광도파로와 광섬유간의 정렬 오차를 줄여 수동 정렬도를 증가시킴으로써 광모듈 공정 재현성이 높은 저가의 광모듈의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 상에 하부 클래드층 및 코아층을 순차적으로 형성한 후, 상기 코아층 상에 후에 광도파로와 광섬유가 탑재될 홈 영역을 모두 형성하기 위한 식각 마스크막을 동시에 형성한다. 상기 식각 마스크막은 한 장의 포토 마스크와 한 번의 포토리소그래피 공정을 이용하여 동시에 형성하여 광도파로와 상기 홈 영역 사이에 광 진행 방향과 수평 방향으로의 정렬 오차를 줄일 수 있게 된다.

이어서, 상기 식각 마스크막을 마스크층으로 상기 코아층을 식각하여 광 진행 방향과 수평 방향으로 광도파로와 상기 광섬유가 탑재될 홈 영역을 노출하는 코아층 패턴을 형성한다. 상기 광도파로 상의 식각 마스크막을 제거한다. 상기 코아층 패턴, 광도파로 및 하부 클래드층 상에 상부 클래드층을 형성한다. 상기 상부 클래드층 및 하부 클래드층을 순차적으로 식각하여 상기 광섬유가 탑재될 홈 영역의 기판을 노출시킨다. 상기 홈 영역에 노출된 기판을 식각하여 광섬유가 삽입되는 홈을 형성한 후, 상기 홈에 광섬유를 삽입하여 상기 광섬유와 상기 광도파로간에 광의 진행 방향과 평행한 수평 방향으로 수동 정렬이 가능한 광 모듈을 완성한다.
이상과 같이 본 발명의 광모듈의 제조방법은 광도파로와 광섬유가 탑재되는 홈 영역을 한 장의 포토마스크와 한번의 포토리소그래피 공정으로 형성한다. 이에 따라, 본 발명은 써 광도파로와 상기 홈 영역간에 광진행 방향과 수평방향으로 정렬 오차를 줄여 수동 정렬도를 증가시킴으로써 제조 공정 재현성이 높고 수동 정렬이 가능한 저가의 광모듈을 제조할 수 있다.

삭제

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 광모듈을 도시한 입체 투시도이다.

구체적으로, 본 발명에 따른 광모듈은 코아층(320)과 클래드층(340)으로 구성되는 광섬유(300)와 광 플랫폼(100)으로 구성된다. 상기 광 플랫폼(100)은 광도파로가 형성되는 광도파로 형성 영역과, 광섬유가 탑재되는 광섬유 탑재 영역으로 구분된다. 여기서, 광 플랫폼(100)을 보다 자세히 설명한다.

상기 광도파로 형성 영역은 기판(110) 상에 하부 클래드층(130) 및 상부 클래드층(180)이 형성되어 있고, 상기 하부 클래드층(130) 상에 광도파로(170)가 형성되어 있다. 상기 광섬유 탑재 영역은 광섬유(300)가 탑재되는 영역으로 코아층 패턴(165)과, 하부 클래드층(130) 및 기판(110)을 식각하여 마련되는 홈(190)이 형 성되어 있다. 상기 홈(190)의 모양은 도 1에서는 U자형으로 구성되어 있으나, V자 형태라도 무방하다. 상기 홈(190) 내에 광섬유(300)가 화살표 방향으로 삽입된다.

이에 따라, 본 발명에 따른 광모듈은 상기 홈(190)에 광섬유(300)가 삽입되면 광섬유(300)와 광도파로(170) 간에 광의 진행 방향과 평행한 수평방향, 즉 Z축 방향으로 수동 정렬이 가능하게 된다.

도 2 내지 도 10은 도 1의 광모듈의 제조방법을 설명하기 위한 입체 투시도들이다. 특히, 도 2 내지 도 10은 도 1의 광모듈의 광 플랫폼의 제조방법을 중점적으로 설명하기 위하여 제공된다.

도 2를 참조하면, 직사각형 기둥 형태의 기판(110) 상에 하부 클래드층(130)을 형성한다. 상기 하부 클래드층(130)은 폴리머 또는 실리카로 형성한다. 상기 기판(110)은 후공정에서 광섬유 탑재 영역과 광도파로 형성 영역으로 구분된다.

상기 기판(110)에서 직사각형 기둥의 긴변 방향, 즉 광이 진행하는 방향과 평행한 Z축 방향으로 광섬유가 수동정렬된다. 상기 기판(110)은 실리콘, 실리카 또는 폴리머로 구성할 수 있다. 물론, 상기 기판(110)은 크게 보아 수지, 유리, 세라믹 또는 금속물질로도 형성할 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 기판(110)은 식각에 의한 미세 가공 공정을 용이하게 수행하기 위해 실리콘 기판을 이용한다. 상기 하부 클래드층(130) 상에 코아층(150)을 형성한다. 상기 코아층(150)은 폴리머, 실리콘 또는 실리카로 형성한다

도 3을 참조하면, 상기 코아층(150) 상에 한 장의 포토마스크를 이용하여 후에 광도파로의 형성과 후에 광섬유가 탑재될 홈 영역 형성을 위해 포토리소그래피 방법을 이용하여 제1 식각 마스크막(155a, 155b)을 수평 방향, 즉 Z축 방향으로 형성한다. 다시 말해, 광도파로 형성 및 홈 영역 형성 모두를 위한 제1 식각 마스크막(155a, 155b)을 한 장의 포토마스크와 한번의 포토리소그래피 방법을 이용하여 형성한다.

상기 제1 식각 마스크막(155a)은 상기 코아층(150)의 중앙 부분 상에 Z축 방향으로 광도파로 형성을 위해 광도파로 형성 영역에 형성된다. 상기 제1 식각 마스크막(155b)은 상기 코아층(150)의 전면부 양측에 Z축 방향으로 광섬유가 탑재될 홈 영역이 형성될 부분(160)을 형성하기 위해 광섬유 탑재 영역에 형성된다. 상기 제1 식각 마스크막(155a, 155b)은 광도파로를 형성하는 물질의 종류에 따라 크롬, 금과 같은 금속막, 산화막 또는 유기박막을 이용하여 형성한다.

상기 제1 식각 마스크막(155a, 155b)을 형성할 때, 한 장의 포토마스크 및 한번의 포토리소그래피 방법을 이용하여 제1 식각 마스크막(155)을 형성하기 때문에, 후에 광섬유가 탑재되는 홈(도 10의 190) 중심과 광도파로(도 10의 170)의 중심은 Y축 방향으로 정확히 일치하게 된다.

도 4를 참조하면, 상기 제1 식각마스크(155a, 155b)를 이용하여 상기 코아층(150)을 식각하여 광도파로(170)와 광섬유가 탑재될 홈 영역(175)을 노출하는 코아층 패턴(165)을 형성한다. 상기 광도파로(170)는 하부 클래드층(130)의 중앙 부분에 광진행 방향과 수평 방향, 즉 Z축 방향으로 형성된다. 상기 코아층 패턴(165)은 상기 광도파로(170)의 양측에 상기 광도파로(170)와 이격되어 형성된다.

도 5를 참조하면, 상기 광도파로(170) 상에 형성된 제1 식각 마스크막(155a) 을 제거한다. 즉, 광도파로 형성 영역 상에 형성된 제1 식각 마스크막(155a)을 제거한다.

도 6을 참조하면, 상기 광섬유 탑재 영역 및 광도파로 형성 영역 모두에 상부 클래드층(180)을 형성한다. 즉, 상기 코아층 패턴(165), 광도파로(170) 및 하부 클래드층(130) 상에 상부 클래드층(180)을 형성한다. 상기 상부 클래드층(180)은 폴리머 또는 실리카로 형성한다

도 7을 참조하면, 상기 광도파로 형성 영역의 상부 클래드층(180) 상에 포토리소그래피 방법을 이용하여 제2 식각 마스크막(185)을 형성한다. 다시 말해, 상기 광섬유 탑재 영역을 제외한 광도파로 형성 영역을 커버하도록 제2 식각 마스크막(185)을 형성한다.

도 8을 참조하면, 상기 제2 식각 마스크막(185)을 마스크층으로 하여 상부 클래드층(180) 및 하부 클래드층(130)을 식각하여 상기 광섬유가 탑재될 홈 영역(175)의 기판(110)을 노출시킨다. 상기 제2 식각 마스크막(185)을 마스크층으로 상부 클래드층(180)을 식각할 때, 상기 코아층 패턴(165)은 제1 식각 마스크막(155b)으로 인하여 식각되지 않는다.

도 9를 참조하면, 상기 제1 식각 마스크막(155b) 및 제2 식각 마스크막(185)을 모두 제거한다. 여기서, 상기 제1 식각 마스크막(155b)을 제거하지 않고 후공정의 기판(110)을 식각하여 홈을 형성할 때 식각 마스크막으로 이용할 수도 있다. 본 공정에서 제1 식각 마스크막(155b)을 제거하지 않으면 후의 광섬유가 탑재될 홈 형성 후에 상기 코아층 패턴(165) 상의 제1 식각 마스크막(155b)을 제거할 수 있다.

도 10을 참조하면, 상기 코아층 패턴(165)과 상기 홈 영역(175) 형성시 만들어진 상기 하부 클래드층(130) 및 상부 클래드층(180)의 패턴을 식각 마스크막으로 노출된 기판(110)을 식각하여 홈(190)을 형성한다. 도 10에서, 앞서 설명한 바와 같이 상기 홈(190)의 모양은 U자형으로 형성하였으나, V자 형태로 형성하여도 무방하다.

상기 홈(190)을 형성하기 위한 기판(110)의 식각 깊이, 즉 X축 방향의 깊이는 탑재될 광섬유의 중심과 광도파로(170)의 중심이 일치하도록 한다. 이어서, 도 1에 도시한 바와 같이 상기 광섬유 탑재 영역의 홈(190)에 광섬유를 삽입하여 광모듈을 완성한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 광모듈의 제조방법은 광도파로와 광섬유가 탑재되는 홈 영역을 한 장의 포토마스크와 한번의 포토리소그래피 공정으로 형성함으로써 광도파로와 상기 홈 영역간에 광진행 방향과 수평방향으로 정렬 오차를 줄일 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 광모듈의 제조방법은 광도파로와 상기 홈 영역 사이에 탑재될 광섬유와의 수평 방향으로의 정렬오차를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 광모듈의 제조 방법은 광도파로와 광섬유간의 정렬 오차를 줄여 수동 정렬도를 증가시킴으로써 제조 공정 재현성이 높은 저가의 광모듈을 제조할 수 있다.

Claims (12)

1. 기판 상에 하부 클래드층 및 코아층을 순차적으로 형성하는 단계;

   상기 코아층 상에 후에 광도파로와 광섬유가 탑재될 홈 영역을 모두 형성하기 위한 식각 마스크막을 동시에 형성하는 단계;

   상기 식각 마스크막을 마스크층으로 상기 코아층을 식각하여 광진행 방향과 수평 방향으로 광도파로와 상기 광섬유가 탑재될 홈 영역을 노출하는 코아층 패턴을 형성하는 단계;

   상기 광도파로 상의 식각 마스크막을 제거하는 단계;

   상기 코아층 패턴, 광도파로 및 하부 클래드층 상에 상부 클래드층을 형성하는 단계;

   상기 상부 클래드층 및 하부 클래드층을 순차적으로 식각하여 상기 광섬유가 탑재될 홈 영역의 기판을 노출시키는 단계; 및

   상기 홈 영역에 노출된 기판을 식각하여 상기 광섬유가 삽입되는 홈을 형성하는 단계; 및

   상기 홈에 상기 광섬유를 삽입하는 단계를 포함하여 상기 광섬유와 상기 광도파로간에 광의 진행 방향과 평행한 수평 방향으로 수동 정렬이 가능한 것을 특징으로 하는 광모듈의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 광도파로와 광섬유가 탑재될 홈 영역을 모두 형성하기 위한 식각 마스크막 형성시 한 장의 포토 마스크와 한 번의 포토리소그래피 공정을 이용하여 동시에 형성함으로써 후공정에서 상기 홈의 중심과 광도파로의 중심을 일치시키는 것을 특징으로 하는 광모듈의 제조방법.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 홈은 V자나 U자형으로 형성하는 것을 특징으로 하는 광모듈의 제조방법.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 식각 마스크막은 금속막, 산화막 또는 유기박막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 광모듈의 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 광섬유가 탑재될 홈을 형성할 때, 상기 기판의 식각 깊이를 후공정에서 삽입될 상기 광섬유의 중심과 상기 광도파로의 중심이 일치하도록 조절하는 것을 특징으로 하는 광모듈의 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 광섬유가 탑재될 홈을 형성할 때, 상기 코아층 패턴과 상기 홈 영역 형성시 만들어진 상기 하부 클래드층 및 상부 클래드층의 패턴을 식각 마스크막으로 이용하거나, 상기 식각 마스크막을 마스크층으로 이용하는 것을 특징으로 하는 광모듈의 제조방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 광섬유가 탑재될 홈 영역의 기판을 노출시키는 단계는,

   상기 광도파로 상부의 상부 클래드층 상에 제2 식각 마스크막을 형성하는 단계와, 상기 제2 식각 마스크막을 마스크층으로 상부 클래드층 및 하부 클래드층을 순차적으로 식각하여 상기 광섬유가 탑재되는 홈 영역을 노출시키는 단계와, 상기 상부 클래드층 상의 제2 식각 마스크막을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광모듈의 제조방법.
10. 기판 상에 하부 클래드층 및 코아층을 순차적으로 형성하는 단계;

    상기 코아층 상에 광도파로와 광섬유가 탑재될 홈 영역을 모두 형성하기 위한 제1 식각 마스크막을 동시에 형성하는 단계;

    상기 제1 식각 마스크막을 마스크층으로 상기 코아층을 식각하여 광진행 방향과 수평 방향으로 광도파로와 후에 광섬유가 탑재되는 홈 영역을 노출하는 코아층 패턴을 형성하는 단계;

    상기 광도파로 상의 제1 식각 마스크막을 제거하는 단계;

    상기 코아층 패턴, 광도파로 및 하부 클래드층 상에 상부 클래드층을 형성하는 단계;

    상기 광도파로 상부의 상부 클래드층 상에 제2 식각 마스크막을 형성하는 단계;

    상기 제2 식각 마스크막을 마스크층으로 상부 클래드층 및 하부 클래드층을 순차적으로 식각하여 상기 광섬유가 탑재되는 홈 영역을 노출시키는 단계;

    상기 코아층 패턴 및 상부 클래드층 상의 제1 식각 마스크막 및 제2 식각 마스크막을 각각 제거하는 단계;

    상기 홈 영역에 노출된 기판을 식각하여 광섬유가 삽입되는 홈을 형성하는 단계; 및

    상기 홈에 상기 광섬유를 삽입하는 단계를 포함하여 상기 광섬유와 상기 광도파로간에 광의 진행 방향과 평행한 수평 방향으로 수동 정렬이 가능한 것을 특징으로 하는 광모듈의 제조방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 광도파로와 광섬유가 탑재될 홈 영역을 모두 형성하기 위한 상기 제1 식각 마스크막 형성시 한 장의 포토 마스크와 한 번의 포토리소그래피 공정을 이용하여 동시에 형성함으로써 후공정에서 상기 홈의 중심과 광도파로의 중심을 일치시키는 것을 특징으로 하는 광모듈의 제조방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 광섬유가 삽입되는 홈을 형성할 때, 상기 기판의 식각 깊이를 후공정에서 삽입될 상기 광섬유의 중심과 상기 광도파로의 중심이 일치하도록 조절하는 것을 특징으로 하는 광모듈의 제조방법.

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