KR100970068B1

KR100970068B1 - 도파관의 적응적 제조 방법, 도파관 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100970068B1
Application number: KR1020057001617A
Authority: KR
Inventors: 발츠어네스트웨인; 더글라스레오나르드리차드; 쉬흐민-위
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2010-07-16
Also published as: CN100547444C; CN1682138A; CA2494307A1; US7146081B2; US20040017974A1; KR20050026047A; EP1540392B1; US6957007B2; US20060002676A1; EP1540392A1; JP4831286B2; CA2494307C; AU2003259224A1; WO2004011974A1; JP2005534964A; DE60324813D1

Abstract

도파관(30)을 적응적으로 제조하는 방법은, 기판(20)에 대한 포토닉 장치(31, 32, 34)의 오배치를 측정하는 단계와, 복수의 그래픽 프리미티브(16)를 이용하여 도파관을 형성하는 컴퓨터 판독가능 명령어를 생성하는 단계와, 컴퓨터 판독가능 명령어에 따라서 기판 상에 도파관을 사진 식자하는 단계를 포함한다. 레티클(14)은 복수의 그래픽 프리미티브 중 적어도 하나가 테이퍼 끝단을 포함하는 복수의 그래픽 프리미티브를 포함한다. 도파관(30)은, 각각의 도파관 세그먼트가 테이퍼 끝단을 포함하며 적어도 하나의 다른 도파관 세그먼트에 인접하는 복수의 도파관 세그먼트(22)를 포함한다.

Description

도파관의 적응적 제조 방법, 도파관 및 그 제조 방법{METHOD AND APPARATUS FOR FABRICATING WAVEGUIDES AND WAVEGUIDES FABRICATED THEREFROM}

도파관은 리소그래피 기술을 이용하여 폴리머 또는 무기질 재료로 제조될 수 있으며, 여기서, 마스크가 정렬되며 감광성 재료가 노광된다. 이러한 기술로, 몇몇 광학 장치가 단일 모드의 도파관에 의해 결합되어야 한다면, 그 장치의 위치는 마이크론 단위 이하의 허용 오차까지 정확해야 한다.

예를 들어, VCSEL(수직 공동면 발광 레이저)을 광파이버에 능동적으로 정렬시키는 하나의 일반적인 방법에서, VCSEL 칩은 도파관의 출력을 모니터링하면서 도파관에 정렬된다. 전형적인 포토닉 모듈 조립 비용의 절반 이상은 이러한 능동적인 정렬 프로세스동안에 발생된다.

따라서, 도파관을 장치 위치에 적응시켜, 제조동안에 장치 위치의 배치 허용 오차를 완화시킬 수 있는 기능을 가지는 것이 바람직할 것이다. 또한, VCSEL 칩과 검출기가 정렬에 앞서 위치상 고정될 수 있게 하는 저가의 제조 기술을 가지는 것이 유용할 것이다.

개략적인 설명

간략하게, 본 발명의 일실시예에 따르면, 도파관을 적응적으로 제조하는 방법은, 기판에 대한 포토닉 장치의 오배치를 측정하는 단계와, 복수의 그래픽 프리미티브(primitive)를 이용하는 컴퓨터 판독가능 명령어를 생성하여 도파관을 형성하는 단계와, 컴퓨터 판독가능 명령어에 따라서 기판 상에 도파관을 사진 식자(photocompose)하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 컴퓨터 판독가능 매체는, 컴퓨터 시스템에게 복수의 그래픽 프리미티브를 이용한 컴퓨터 판독가능 명령어를 공식화하여 도파관을 형성할 것을 지시하는 컴퓨터 커맨드를 저장한다. 이러한 실시예에서, 컴퓨터 커맨드는 기판 상에서의 포토닉 장치의 실제 위치를 기술하는 데이터를 포함하는 정렬 파일에 액세스하는 것과, 기판 상에서의 그래픽 프리미티브의 이상적인 배치를 기술하는 데이터를 포함하는 CAD(컴퓨터 보조 설계) 플래쉬 파일에 액세스하는 것과, 각각의 레티클 파일이 개별적인 레티클 상의 이용가능한 그래픽 프리미티브의 리스트를 포함하는 복수의 레티클 파일을 포함하는 레티클 인덱스에 액세스하는 것과, 포토닉 장치의 위치적인 오프셋 오차에 대한 레티클 오버랩에 대한 파일을 포함하는 적응형 파일에 액세스하는 것과, 정렬 파일, CAD 플래쉬 파일, 레티클 인덱스 및 적응형 파일을 이용하여, 레이클을 선택하며, 레티클을 통해 광을 기판에 공급하기 위해 레티클에 대향 배치된 광원과 레티클을 지지하는 웨이퍼 스테퍼를 제어하는 컴퓨터 판독가능 명령어를 제공하는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 레티클은 복수의 그래픽 프리미티브를 포 함하며, 복수의 그래픽 프리미티브 중 적어도 하나는 테이퍼 형상의 끝단을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도파관을 제조하는 방법은, 적어도 하나는 테이퍼 형상의 끝단을 포함하는 복수의 그래픽 프리미티브를 포함하는 레티클을 선택하는 단계와, 레티클의 선택된 그래픽 프리미티브를 통해 도파관을 사진 식자하기 위해, 적어도 몇몇 쌍의 인접하는 사진 식자된 도파관 세그먼트 각각에 대해서, 하나의 도파관의 적어도 하나의 테이퍼 형상의 끝단이 다른 도파관 세그먼트의 인접하는 끝단에 오버랩하도록 설계된 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독가능 명령어를 이용하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도파관은, 각각이 테이퍼 형상의 끝단을 포함하며 적어도 하나의 다른 도파관 세그먼트에 인접하는 복수의 도파관 세그먼트를 포함한다.

본 발명의 이들 특징 및 다른 특징, 측면 및 장점은 다음의 상세한 설명을 첨부 도면과 결부시켜 참조할 경우에 보다 이해될 것이며, 도면에서, 동일 참조 부호는 유사한 구성 요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 이용되는 도파관 제조 시스템을 도시하는 도면,

도 2는 도 1의 실시예에서의 선택 사용을 위한 재료층의 몇몇에 대한 측면 도,

도 3은 복수의 그래픽 프리미티브를 포함하는 레티클의 상부도,

도 4는 도 3의 그래픽 프리미티브를 이용하여 제조된 도파관 마하-젠더 간섭계 장치의 상면도,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 도파관 엔드포인트를 도시하는 측면도,

도 6 내지 도 9는 본 발명의 몇몇 실시예에 따라 제조된 도파관의 상면도,

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 파일을 도시하는 블록도,

도 11 내지 도 18은 양방향 광 흐름에 주로 유용한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 그래픽 프리미티브 또는 대응 도파관 세그먼트의 테이퍼 형상을 도시하는 상면도,

도 19 내지 도 24는 단방향 광 흐름에 주로 유용한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 그래픽 프리미티브 또는 대응 도파관 세그먼트의 테이퍼 형상을 도시하는 상면도,

도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 그래픽 프리미티브 또는 대응 도파관 세그먼트의 프로파일 테이퍼의 상면도,

도 26은 도 25의 도파관 세그먼트의 프로파일의 사시도,

도 27은 도 25에 도시된 유형의 2개의 그래픽 프리미티브 또는 대응 도파관 세그먼트의 상면도,

도 28 및 도 29는 도 27에 도시된 유형의 도파관 세그먼트의 프로파일의 사 시도 및 상면도,

도 30 내지 도 33은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 그래픽 프리미티브 또는 대응 도파관 세그먼트의 상면도.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 사용하기 위한 도파관 제조 시스템(10)을 도시하며, 도 2는 도 1의 실시예에서의 선택 사용하기 위한 몇몇 재료층의 측면도이다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 도파관(30)("적어도 하나의 도파관"을 의미)을 적응적으로 제조하는 방법은, 기판(20)에 대한 포토닉 장치(31, 32, 34)(도 5 내지 도 9에 도시되며, "적어도 하나의 포토닉 장치"를 의미)의 오배치를 측정하는 단계와, 오배치 측정값을 적용함으로써, 복수의 그래픽 프리미티브(16)를 이용하여 도파관(20)을 형성하는 컴퓨터 판독가능 명령어를 생성하는 단계와, 컴퓨터 판독가능 명령어에 따라 기판 상에 도파관을 사진 식자하는 단계를 포함한다.

전형적으로, 도파관(30)은 예를 들어, 폴리머와 같은 유기 재료와, 예를 들어, 적층형 글래스 또는 반도체 재료와 같은 무기 재료를 포함하며, 선택된 재료 및 층의 개수에 따라서 대략 2 마이크로미터 내지 대략 50 마이크로미터 정도의 두께를 가진다. 도파관(30)의 얇은 특성으로 인해, 기판(20)의 거칠기가 도파관(30)을 통한 광의 반사를 야기시키는 것을 방지하기 위해서, 전형적으로, 기판(20)은 실질적으로 평탄한 기판을 포함한다. 본 명세서에서, "실질적으로 평탄"이라 함은 폴리싱된 실리콘 웨이퍼에 대한 평탄성과 유사한 것을 의미한다. 일실시예에서, 기판(30)은 안정한 저 팽창율의 재료(즉, 대략 4 ppm/degree C(섭씨 당 백만분의 1) 정도의 열팽창 계수를 가짐)를 포함한다. 기판에 대한 하나의 예시적인 재료는 폴리싱된 석영이다.

포토닉 장치(31)의 예는 수직 공동면 발광 레이저(VCSEL)(32) 및 광검출기(34)를 포함한다. 전형적으로, 사용될 때의 VCSEL은 도파관의 표면과 실질적으로 평탄하고 평행을 이루게 배치된다. 본 발명은 고품질의 신호와 높은 데이터 속도를 필요로 하는 통신에서 사용되는 단일 모드의 VCSEL에 특히 유용하지만 이것에 제한되지 않는다. 특정 실시예에서, VCSEL로부터의 발산광을 집속하기 위한 마이크로렌즈(35)(도 5)가 VCSEL(32) 위에 제공된다.

전형적으로, 오배치 측정에 앞서 기판(20) 상에 마킹(21)(도 6)이 형성되고, 포토닉 장치(31)는 그 마킹에 대해 측정된다. 하나의 예로, 종래의 포토리소그래피를 이용하여 높은 콘트라스트 +'가 만들어진다.

일실시예에서, 기판(20)에 대한 포토닉 장치(31)의 오배치를 측정하는 것은, 병진 오차로 포토닉 장치(31)의 실제 위치를 표현하는 것을 포함한다. 전형적으로, 병진 오차는 X 및 Y 방향의 위치 오차로서 표현된다. 마이크론 단위 이하의 측정 시스템은 예를 들어, Visionary Systems와 같은 회사에서 상업적으로 시판하고 있다. 이러한 실시예에서, 병진 오차가 결정된 후에, 컴퓨터 판독가능 명령어가 생성되어 내장형 포토닉 장치의 병진 오차를 보상한다.

몇몇 실시예에서, 포토닉 장치(31)의 실제 위치는 회전 오차로 추가로 표현되며, 컴퓨터 판독가능 명령어는 오차 둘 다를 보상한다. 전형적으로, 회전 오차는 세타 방향의 위치 오차로서 표현되며, 포토닉 장치(31)가 기판과 평행하지 않으면 발생한다. 회전 오차의 보상 기능은 전형적으로, 기판과 사진 식자 장치(예시적인 목적으로 도 1에서 광원(12), 레티클(14) 및 집속 광학 장치(18)로 도시됨) 간의 회전과 관련되어 있다. 이러한 회전이 바람직하지 않으면, 다른 옵션은 병진 오차로 포토닉 장치의 개구 자체 또는 다른 포인트 소스의 실제 위치를 표현하는 것이다.

전형적으로, 컴퓨터 판독가능 명령어의 생성은 사진 식자동안 사용하기 위한 레티클(14)("적어도 하나의 레티클"을 의미)을 식별하는 것을 포함한다. 레티클은 그래픽 프리미티브(16)(이들 레티클은 "마스크" 또는 1X 레티클로서 지칭됨)와 동일한 크기이거나 그래픽 프리미티브와는 다른 크기인 도파관 세그먼트(22)를 제공하는데 사용된다. 일실시예에서, 상이한 크기는 예를 들어, 대략 5의 축소 계수이다. 그래픽 프리미티브는 개구, 또는 원하는 양의 광이 관통되기에 충분한 두께 또는 불투명성의 축소부, 또는 개구와 두께 축소부의 조합을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 그래픽 프리미티브에 비해 도파관 세그먼트의 상이한 크기는 대략 5의 축소 계수이다. 특정 실시예에서, 레티클(14)은 5X 축소 계수 실시예에 있어서 대략 10㎜의 측면을 가진 사각형의 노출 영역으로 병진 이동하는 대략 50㎜의 측면을 가진 사각형을 포함하는 내부 활성화 영역(그래픽 프리미티브를 포함하는 영역)을 포함하는 대략 127㎜의 측면을 가진 사각형을 포함한다. 일예로, 그래픽 프리미티브는 대략 7㎜ 내지 대략 10㎜ 범위의 길이와, 대략 50 마이크로미터 이하의 높이와, 대략 5 마이크로미터의 폭을 가지며, 대략 1㎜ 만큼 인접 프리미티브와 이격되어 있다.

도 3은 복수의 그래픽 프리미티브(116, 216, 316)를 포함하는 레티클(114)의 상면도이며, 도 4는 도 3의 레티클의 그래픽 프리미티브(116, 216, 316)를 이용하여 제조된 도파관(30) 마하-젠더 간섭계 장치의 상면도이다. 예를 들어 3개의 그래픽 프리미티브가 도시되어 있지만, 그래픽 프리미티브의 수가 많아질수록, 도파관 설계 및 적응의 융통성이 커진다. 일실시예에서, 컴퓨터 판독가능 명령어의 생성은 최적의 그래픽 프리미티브를 결정하는 것과, 최적의 그래픽 프리미티브를 이용하여 레티클을 식별하는 것을 포함한다. 도 4는 예시적인 목적으로만 스플릿 도파관을 구비한 것으로서 도시되어 있다. 몇몇 응용예에서, 스플릿은 공간 변조에 도움이 된다.

VCSEL이 사용된 전형적인 실시예는 VCSEL로부터 상부 도파관으로 광을 반사시키기 위한 미러(전형적으로, 예를 들어, 45도 미러)를 포함한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라서 제조된 도파관 엔드포인트를 도시하는 측단면도이며, 여기서, 컴퓨터 판독가능 명령어의 생성은 복수의 그래픽 프리미티브를 이용하여 프로파일의 엔드포인트(33)를 가진 도파관을 형성하기 위해 컴퓨터 판독가능 명령어를 생성한다. 이러한 실시예에서, 프로파일 엔드포인트를 생성하는데 사용되는 레티클은 그레이스케일 레티클(종종 2진 하프톤 마스크라 함)을 포함한다. 그레이스케일 레티클을 이용함으로써, 개별적인 도파관과 동시에 소망의 각도(반드시는 아니지만 전형적으로 대략 45도)가 만들어질 수 있다. 각도의 경사 는 그래픽 프리미티브(예를 들어, 도 25의 구성 요소(2216)로서 도시됨)의 투과율을 변경함으로써 형성 및 조정될 수 있다. 광 발산량을 최소화하기 위해서는, VCSEL(32)이 각도의 반사점의 대략 12um(Z 방향) 내에 있고, 바람직하게 대략 10 마이크로미터 내에 있는 경우에 유용하다.

에지 발광 레이저 다이오드(도시 생략)가 사용되는 몇몇 실시예에서, 포토닉 장치에 가장 근접한 도파관의 끝단에서의 이러한 프로파일 엔드포인트는 일반적으로 사용되지 않는다. 이들 실시예에서, 레이저 개구는 도파관과 동일한 면 상에서 평행하게 되도록 또한 도파관과 정렬되도록 설계된다.

일실시예에서, 사진 식자는 웨이퍼 스테퍼(26)(도 1)를 이용하는 것을 포함한다. 본 발명의 특정 실시예에서, 레티클은 고정 위치로 유지되며, 웨이퍼 스테퍼는 사전 설정된 위치로 기판을 이동시키기 위해 사용된다. 이러한 실시예에서, 광원(12)(도 1)은 고정 상태를 유지하며, 마스킹 블레이드(도시 생략)를 통한 레티클 에지 마스킹은 레티클을 커버 및 커버해제하는데 사용되며, 셔터 메카니즘(도시 생략)은 광원(12)으로부터의 광을 제어한다. 추가로, 컴퓨터 명령어에 의해 지시된 된 바와 같이 기판을 이동시킬 때 보다 융통성있는 위치 조정을 제공하기 위해 스테퍼 소프트웨어를 수정하는 것이 바람직하다.

사진 식자 기술은 몇몇 편리한 형태 중 하나를 취할 수 있다. 일실시예에서, 예를 들어, 포토레지스트(27)(도 2)는 도파관(30)의 재료 위에 제공되며, 포토레지스트(27)는 레티클(16)을 통해 노광되며, 포토레지스트(27)는 도파관(30)을 패터닝하는데 사용된다. 이러한 실시예에서, 포토레지스트를 이용하여 도파관을 패 터닝하는 것은 포토레지스트와 도파관 둘 다를 건조 에칭함으로써 전형적으로 달성된다. 보다 상세하게, 그레이스케일 레티클 실시예에서, 레티클의 그레이스케일 부분은 도파관의 프로파일 엔드포인트(33)(도 5)가 형성되어야 하는 영역의 포토레지스트를 통해 부분적으로 에칭하는데 사용된다. 그 다음, 건조 에칭은 포토레지스트와 도파관 둘 다를 통해 에칭한다. 전형적으로, 실질적으로 비슷한 속도로 에칭이 일어나는 재료가 선택된다. 일실시예에서, 에칭 기술은 반응성 이온 에칭이다. 이러한 기술에 있어서, AZ 4660™ 포토레지스트(AZ는 Hoechst Celanese Corportation의 상표명임)와 같은 후막의 낮은 콘트라스트 처리의 포토레지스트가 특히 유용하다.

관련 실시예에서, 포토레지스트에 추가로, 금속화층(29)이 사용된다. 이러한 실시예에서, 금속화층(29)은 도파관(30) 및 포토레지스트의 재료 사이에 제공된다. 포토레지스트(27)를 레티클(14)을 통해 노광시킨 후에, 금속화층(29)은 습식 에칭되어 금속화층 마스크를 형성한다. 이러한 실시예에서, 금속화층은 하부 도파관을 손상시키지 않고 습식 에칭될 수 있는 재료를 포함한다. 일실시예에서, 예를 들어, 금속화층은 니켈을 포함하며, 도파관 재료는 폴리(메틸 메타아크릴레이트) 또는 폴리에테르이미드와 같은 폴리머를 포함한다. 도파관은 금속화층을 통해 건식 에칭된다. 건식 에칭동안에, 금속화층은 하부 도파관(각진 엔드포인트(33)의 동시 제조를 허용하지 않음)을 보호한다. 최종적으로, 금속화층(29)이 제거된다.

또 다른 사진 식자 실시예에서, 도파관은 레티클을 통해 도파관을 노광시킴으로서 형성된다. 이러한 실시예에서, 도파관은 레티클을 통해 노광되고, 현상되 고, 고착된다. 이러한 실시예에 있어서의 특히 유용한 재료는 예를 들어, Xu 외 다수 발명의 미국 특허 제 6,306,563 호에 기술된 바와 같이, 광중합 반응 모너머, 올리고머, 또는 폴리머를 포함한다. 재료가 노광될 때(이러한 처리를 "광표백" 또는 직접적인 사진 식자라 함), 굴절 인덱스는 변하며 원하는 도파관이 형성된다. 비노광 재료는 제거 또는 적소에 남게 될 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따라서 제조된 도파관(230, 130)의 상면도이다. 예시 목적으로, 개별적인 도파관 세그먼트(22)(도 1)는 도시 생략된다. 이들 실시예에서, 포토닉 장치는 VCSEL(32)과 광검출기(34)를 포함한다. 도 6 및 도 7은 적응성 및 비적응성의 능동 장치(42, 36)의 선택 사용을 추가로 도시한다. 광 변조가 바람직한 경우에, 전류원에 결합된 금속화층과 같은 능동 장치를 이용하여 도파관을 오버레이하는 것이 유용하다.

도 6의 실시예에서, 컴퓨터 판독가능 명령어의 생성은, 컴퓨터 판독가능 명령어를 이용하여, VCSEL(32)와 검출기(34) 간의 전체 거리에 걸쳐 적응되는 실질적으로 직선인 도파관(230)을 제조하는 것을 포함한다. 본 명세서에 사용된 "실질적으로 직선"이라 함은 도파관이 대략 최단거리를 따라 하나의 위치에서 다른 위치로 이동하도록 패터닝됨을 의미한다. 실제로, 도파관 세그먼트(도시 생략)를 정렬시킬 때, 완만한 곡선과 꺾임이 발생할 수 있으며, 따라서, 최종적인 도파관은 완전한 직선이 아닐 수 있다.

도 6의 실시예와 대조적으로, 도 7의 실시예는 컴퓨터 판독가능 명령어가 적응 부분(38)을 포함하는 도파관을 제조하기 위한 것인 실시예이다. 보다 상세하게 는, 도 7의 실시예는 적응 부분(38)에 의해 결합된 2개의 실질적 직선 부분(37)을 포함하는 도파관을 나타낸다. 도 6의 실시예에서, 적응이 "완성"이며, 도 7의 실시예의 적응 부분(40)("부분적" 적응)에 비해, 보다 적은 각도가 도파관 세그먼트 사이의 접속 조인트에 존재하지만, 포토닉 장치를 도파관과 정렬(평행)시킬 때 보다 큰 문제점이 있다. 적응 부분(40)의 크기가 커질수록, 직선 부분과 적응 부분 사이의 각도를 최소화하기 위한 융통성이 더 많아진다.

도 6 및 도 7의 실시예에서, 도파관을 포토닉 장치에 상호 접속하는 그래픽 프리미티브의 개수는 각도에 의존하지만, 전형적으로, 대략 50 내지 대략 100의 범위에 있는 것으로 예상된다. 도 8 및 도 9는 도파관 정렬의 용이성 및 적응 부분으로부터 발생되는 날카로움의 감소의 장점을 가진 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따라 제조된 도파관의 상면도이다.

도 8 및 도 9의 실시예는 도 7의 실시예 상에 제조된다. 이들 실시예에서, 본 방법의 실시예의 컴퓨터 판독가능 명령어는 실질적 직선 부분(37) 중 하나("적어도 하나"를 의미)로 스트레치 영역(70 또는 72)을 제조하는 명령어를 포함한다. 스트레치 영역(72, 70)(도 9)의 사진 식자의 상호 접속부는 병진 접속에 앞서 프리미티브의 각각의 오버랩으로 인해 포토닉 장치(31)의 병진 오차에 기초하여 각각의 X 또는 Y 방향으로 팽창 또는 수축하게 된다. 이러한 오버랩은 적용될 수 있는 병진의 최대량을 제한한다. 팽창에 대한 하나의 예가 도 8에 도시되며, 도파관 세그먼트(122, 222) 간의 조인트(오버랩)(128)는 도파관의 길이를 변경하도록 조정될 수 있다.

도 8의 실시예에서, 적응 부분은 직선의 스트레치 영역(72)과 병진 굴곡 영역(174)을 포함한다. 도파관 세그먼트(322, 422) 간의 조인트(228)는 병진 굴곡 영역을 X 및 Y 양방향으로 오프셋하도록 조정될 수 있다. 하나의 병진 굴곡 영역이 예시적으로 도시되어 있지만, 다수의 병진 굴곡 영역이 사용될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 굴곡 영역은 적응적이지 않다. 도 8 및 도 9의 병진 굴곡 영역에 도시된 굴곡량은 예시용으로 다소 과장되어 있다. 굴곡이 완만할수록, 광 투과 손실이 적어진다.

일실시예에서, 오배치를 측정하여 컴퓨터 판독가능 명령어를 생성하기 전에 도파관 설계내에 특정 영역이 확립된다. 도 9에 도시된 하나의 특정 접근법에서, 5개의 영역, 즉, (1) 비적응성의 도파관 영역(76), (2) X 스트레치 영역(72), (3) Y 스트레치 영역(70), (4) X, Y 병진 굴곡 영역(74) 및 (5) X, Y 병진 접속 영역(68)이 표시된다. 그 다음, 종래의 마스킹을 이용하여 비적응 영역(76, 78)에서 설계가 사진 식자되고, 포토닉 소자 위치에 기초하여 굴곡 및 스트레치 영역(72, 74, 70)에서 오프셋이 수행된다. 비오프셋 영역의 그래픽 프리미티브는 고정되어 있기 때문에, 필요한 그래픽 프리미티브 개수는 감소될 수 있다. 굴곡 영역에서의 회전 반경은 굴절 인덱스에 의존하지만, 일반적으로, 회전 반경이 클수록, 병진은 유연해진다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 파일을 도시하는 블록도이다. 도 10의 실시예에서, 복수의 그래픽 프리미티브(16)를 이용하여 도파관(30)을 형성하기 위해 컴퓨터 시스템(11)에게 컴퓨터 판독가능 명령어를 공식화하라고 지시하 는 컴퓨터 커맨드를 저장하는 컴퓨터 판독가능 매체는 기판 상에서의 포토닉 장치의 실제 위치를 기술하는 데이터를 포함하는 정렬 파일(44)에 액세스하는 것과, 기판 상에서의 그래픽 프리미티브의 이상적인 배치를 기술하는 데이터를 포함하는 CAD(컴퓨터 보조 설계) 플래쉬 파일(46)에 액세스하는 것과, 각각의 파일이 개별적인 레티클 상의 이용가능한 그래픽 프리미티브의 리스트를 포함하는 복수의 레티클 파일(50)을 포함하는 레티클 인덱스(52)에 액세스하는 것과, 포토닉 장치의 위치적인 오프셋 오차를 오버래핑하고, 반전 프로그램(54) 내에서, 정렬 파일, CAD 플래쉬 파일, 레티클 인덱스 파일, 및 적응형 파일을 이용하여 레티클(14)("적어도 하나"를 의미)을 선택하기 위한 컴퓨터 판독가능 명령어를 제공하는 레티클 상의 데이터를 포함하는 적응형 파일(48)에 액세스하는 것과, 레티클을 통해 광을 기판(도 1)에 공급하기 위해 레티클에 대향 배치된 광원(12)과 기판(20)을 지지하는 웨이퍼 스테퍼(26)를 제어하는 것을 포함한다.

컴퓨터 시스템(11)은 예를 들어, 하나 이상의 디지털 프로세서, 아날로그 프로세서, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일실시예에서, 반전 프로그램은 웨이퍼 스테퍼 노출 위치를 지정한다. 상술한 바와 같이, 기판을 배치하기 위해 웨이퍼 스테퍼를 이용할 때 융통성이 이로워진다.

다른 실시예에서, 반전 프로그램은 웨이퍼 스테퍼 패스에 사용되는 레티클을 지정한다. 레티클이 변경되고 새로운 노출이 개시될 때마다, 새로운 "패스"가 개시된 것으로 간주된다. 하나의 도파관에 대한 소망의 그래픽 프리미티브 모두가 하나의 레티클 상에 배치되면, 하나의 패스가 도파관 제조에 적당하다. 하나의 실 시예에서, 대략 5 내지 10개의 그래픽 프리미티브가 각각의 레티클 상에 배치된다.

전형적으로, 반전 프로그램은 도파관 세그먼트 각각에 대한 노출 파라미터를 지정한다. 일실시예에서, 노출 파라미터는 위치적인 좌표와 레티클 개구 오프셋을 포함한다. 이들 파라미터는, 노출될 소망 부분을 제외하고 레티클 에지 마스킹 블레이드(도시 생략)가 모든 레티클을 차단하게 하는데 사용된다. 위치적인 좌표는 레티클이 마스킹 블레이드의 새로운 X Y 센터를 배치하게 하는데 사용된다. 레티클 개구 오프셋은 마스킹 블레이드가 얼마의 폭으로 개구되는지를 제어하는데 사용된다. 다수의 특정 실시예에서, 노출 파라미터는 노출, 초점 및 레티클 오프셋을 더 포함한다. 파라미터를 이용하는 하나의 예에서, 기판(20)은 스테퍼(26)로 로딩되고, 작업이 스테퍼(26) 상에 셋업되며, 스테퍼 파라미터가 입력되고, 레티클은 그 작업에 대해 로딩되며, 작업 소프트웨어가 로딩되며, 기판은 스테퍼 상에서 정렬된다.

한 쌍의 인접하는 도파관 세그먼트가 정렬되지 않으면(예를 들어, 도 1의 구성 요소(24)에 도시된 바와 같이), 광은 역으로 반사되고 의도한 방향으로 모두 진행하지 않는다. 레티클 오정렬로 인한 도파 손실(스티치 오차라 함)을 최소화하기 위해 2개의 기술이 개별적으로 또는 조합되어 사용될 수 있다. 하나의 기술은 그래픽 프리미티브의 끝단의 형상화에 관한 것이며, 다른 하나의 기술은 그래픽 프리미티브의 끝단에서의 레티클의 프로파일(높이 또는 세기 분포)에 관한 것이다. 2개의 기술 모두는 한 쌍의 도파관 세그먼트간의 정렬의 약간 느슨한 제어 및 요건을 허용하면서 광 에너지를 효율적으로 도광(손실을 최소화)하도록 설계된다.

본 발명의 일실시예에서, 레티클은 적어도 하나가 테이퍼 형상의 끝단("적어도 하나"를 의미)을 포함하는 복수의 그래픽 프리미티브를 포함한다. 이하에 설명하는 바와 같이, 테이퍼 형상의 끝단을 가진 그래픽 프리미티브를 이용함으로써, 도파관 평탄성에 대한 레티클 오정렬의 효과는 감소될 수 있다. 테이퍼는 물리적인 테이퍼(도파관이 에칭에 의해 패터닝되는 일실시예에서와 같이) 또는 굴절 테이퍼 인덱스(도파관이 사진 식자에 의해 직접 패터닝되는 실시예에서와 같이)를 포함한다.

도 12 내지 도 24는 양방향 광 흐름(도 12 내지 도 18)과 단방향 광 흐름(도 19 내지 도 24)에 주로 유용한 본 발명의 몇몇 실시예에 따라서 그래픽 프리미티브(116, 216) 또는 대응 도파관 세그먼트(122, 222)의 형상화 테이퍼를 도시하는 상면도이다. 그 형상은 그래픽 프리미티브 또는 도파관 세그먼트가 기술되는 것과 무관한 형상이기 때문에, 설명의 간략화를 위해서, 도면은 각각의 카테고리에 대해 중복되지 않는다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "형상화 테이퍼"는 그래픽 프리미티브 또는 도파관의 X Y 평면을 지칭한다. 도 11의 실시예에서, 직사각형의 엔드포인트를 가진 직사각형은 오버래핑 조인트(328)로 도시되어 있다. 대조적으로, 도 12 내지 도 24의 실시예에서, 각각의 쌍의 적어도 하나의 엔드포인트는 테이퍼 형상을 갖는다. 도 12 내지 도 18의 양방향 실시예에서, 각 쌍의 2개의 엔드포인트는 형상화 테이퍼(78, 80, 82, 84, 86, 88, 90)를 갖는다. 하나의 형상화 테이퍼(188, 182, 180, 184, 190)는 도 19 내지 도 23의 단방향 실시예에 도시되어 있다. 그러나, 이러한 구별은 필요하지 않다. 예를 들어, 2개의 형상화 테이퍼(182, 92)는 도 24의 단방향 실시예에 도시되어 있다. 양방향 실시예에서, 형상은 양 방향으로의 광 투과를 용이하게 하는 것으로 선택되며, 단방향 실시예에서는, 형상이 한 방향으로 광을 집중시키는 것으로 선택된다.

도 12에서는 형상화 테이퍼(78)로, 도 24에서는 형상화 테이퍼(92)로 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 형상화 테이퍼는 광폭의 테이퍼를 포함한다. 다른 실시예에서, 형상화 테이퍼는 각각의 도 13, 도 14, 도 15, 도 16, 도 17, 도 18, 도 19, 도 20, 도 21, 도 22, 도 23 및 도 24에서 형상화 테이퍼(80, 82, 84, 86, 88, 90, 188, 182, 184, 190, 182)로 도시된 바와 같이 협폭의 테이퍼를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 형상화 테이퍼는 도 15에서 테이퍼(84)로 도 22에서는 테이퍼(184)로 도시된 바와 같은 라운드 형상의 테이퍼를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 형상화 테이퍼는 예를 들어, 도 12에서 테이퍼(78)로, 도 13에서 테이퍼(80)로, 도 14에서 테이퍼(82)로 도시된 바와 같이 각진 테이퍼를 포함한다. 다른 실시예(도시 생략)에서, 라운드 및 각진 테이퍼의 조합이 존재한다.

도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 그래픽 프리미티브(2216) 또는 대응 도파관 세그먼트(2222)의 프로파일 테이퍼(392)(보다 상세하게는, 그레이스케일 마스크 기술을 적용하여 발생되는 도파관 세그먼트의 강도 프로파일)의 상면도이며, 도 26은 도 25의 도파관 세그먼트의 강도 프로파일의 사시도이다. 도 27은 도 25에 도시된 형태의 2개의 그래픽 프리미티브 또는 대응 도파관 세그먼트의 상면도이며, 도 28 및 도 29는 도 27에 도시된 형태의 도파관 세그먼트의 강도 프로파일의 사시 도 및 상면도이다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "프로파일 테이퍼"는 그래픽 프리미티브 또는 도파관의 Z 평면에 대한 프로파일을 지칭한다. 상술한 바와 같이, 도파관에 관련하여, 테이퍼는 물리적인 테이퍼 또는 굴절 테이퍼 인덱스를 포함한다. 프로파일 테이퍼(392)는 도 5와 관련하여 상술한 바와 유사한 방식으로 제조될 수 있다.

그레이스케일 레티클을 이용함으로써, 오버래핑의 도파관 세그먼트간의 자기 정렬은 용이해질 수 있다. 그레이스케일은, 프로파일 테이퍼를 가진 그래픽 프리미티브에 의해 제조된 2개의 도파관 세그먼트를 나타내는 도 28 및 도 29에 보다 용이하게 도시된 바와 같이, 측면 영역(23)과 비교해서, 중간 영역(25)의 도파관 두께가 더 높고, 대략 50 퍼센트만큼 패터닝을 감소시키는데 사용된다. 프로파일 테이퍼의 추가적인 장점은 도파관 조인트에서의 이중 노출(사진 식자 실시예에 따르는 포토레지스트 또는 도파관)은 감소될 수 있으며, 도파관 세그먼트간의 보다 평탄한 전이가 제공될 수 있다.

다른 추가적인 또는 대체 실시예에서, 테이퍼는 그래픽 프리미티브(2016) 또는 도파관 세그먼트(2022)의 대응 프로파일의 상면도인 도 30 내지 도 33에 도시된 바와 같이, 형상화 및 프로파일 테이퍼(284, 292 또는 492)를 포함한다.

프로파일 테이퍼 실시예와 형상화 및 프로파일 테이퍼 실시예에서의 프로파일의 원하는 각도는 도파관 세그먼트 사이에서 겹치는 조인트의 길이와 도파관 세그먼트 엔드포인트의 형상에 따라 변할 것이다. 그래픽 프리미티브는 상당한 이중 노출없이도 각각의 조인트에서의 충분한 도파관 프로파일로 되는 각도를 가진 것으 로 선택된다.

다른 실시예에서, 도파관(30)("적어도 하나"를 의미)을 제조하는 방법은 적어도 하나는 테이퍼 형상의 끝단("적어도 하나"를 의미)을 포함하는 복수의 그래픽 프리미티브를 포함하는 레티클을 선택하는 단계와, 레티클의 선택된 그래픽 프리미티브를 통해 도파관을 사진 식자하기 위해, 적어도 몇몇 쌍의 인접하는 사진 식자된 도파관 세그먼트 각각에 대해서, 하나의 도파관의 적어도 하나의 테이퍼 형상의 끝단이 다른 도파관 세그먼트의 인접하는 끝단에 오버랩하도록 설계된 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독가능 명령어를 이용하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예에서, "인접"은 각각의 도파관 세그먼트 쌍이 오버래핑 도파관 세그먼트를 포함하는 의미로 사용된다.

특정의 실시예에서, 도파관은 양방향 도파관을 포함하며, 적어도 몇몇 쌍의 인접 사진 식자 도파관 세그먼트 각각에 대해, 하나의 도파관 세그먼트의 테이퍼 끝단이 다른 도파관 세그먼트의 인접하는 테이퍼 끝단과 겹치도록 설계된 명령어를 포함한다.

어느 하나의 도파관 제조 방법의 실시예에서, 테이퍼는 도 12 내지 도 33과 관련해서 상술한 형상화 및 프로파일 테이퍼 실시예로부터 선택될 수 있다.

다른 실시예에서, 도파관(30)은 각각이 테이퍼 끝단을 포함하며 적어도 다른 하나의 복수의 도파관 세그먼트에 인접하는 복수의 도파관 세그먼트를 포함한다. 다수의 특정 도파관 실시예는 도 12 내지 도 33과 관련해서 상술한 형상화 및 프로파일 테이퍼 실시예로부터 선택된 테이퍼를 포함한다.

본 발명의 상술한 실시예는 여러 조합에 사용될 수 있으며, 하나의 예로서, HDI(고밀도 상호 접속) 포토닉 장치의 실제 장치 위치에 적응되는 완성된 도파관을 사진 식자하도록 프린팅되는 그래픽 프리미티브 계열로 도파관을 분할함으로써 마이크론 이하의 허용 오차를 달성할 가능성을 포함하여, 여러 장점을 가진다.

본 발명의 특징만이 본 명세서에 기술되고 설명되었지만, 당업자라면 여러 수정 및 변경이 발생할 수 있다는 것을 알 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 사상 내에 있는 이러한 모든 수정 및 변경을 커버하고자 한다.

Claims

도파관(30)을 적응적으로 제조하는 방법에 있어서,

(a) 기판(20)에 대한 포토닉 장치(31, 32, 34)의 오배치를 측정하는 단계와,

(b) 상기 도파관을 형성하도록 복수의 그래픽 프리미티브(16)를 이용하기 위한 컴퓨터 판독가능 명령어를 생성하는 단계와,

(c) 상기 컴퓨터 판독가능 명령어에 따라서 상기 기판 상에 상기 도파관을 사진 식자하는 단계(photocomposing)

를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 (a) 단계는 병진 오차(translational error)로 상기 포토닉 장치의 실제 위치를 나타내는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 (b) 단계는 상기 병진 오차를 보상하는 컴퓨터 판독가능 명령어를 생성하는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 (a) 단계는 상기 병진 오차로 상기 포토닉 장치의 개구의 실제 위치를 나타내는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 (a) 단계는 회전 오차와 병진 오차로 상기 포토닉 장치의 실제 위치를 나타내는 단계를 포함하며, 상기 (b) 단계는 상기 회전 오차와 상기 병진 오차를 보상하는 컴퓨터 판독가능 명령어를 생성하는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 (a) 단계 전에, 상기 기판 상에 마킹(21)을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 (a) 단계는 상기 마킹에 대해 상기 포토닉 장치를 측정하는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 (b) 단계는 레티클(14)을 식별하는 컴퓨터 판독가능 명령어를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 (c) 단계는 상기 레티클을 이용하는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 (b) 단계는 최적의 그래픽 프리미티브를 결정하는 단계와 상기 레티클을 식별하기 위해 상기 최적의 그래픽 프리미티브를 이용하는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 (b) 단계는 프로파일 엔드포인트(33)를 가진 도파관을 형성하도록 상기 복수의 그래픽 프리미티브를 이용하기 위한 컴퓨터 판독가능 명령어를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 레티클 이용 단계는 그레이스케일 레티클을 이용하는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 (c) 단계는 웨이퍼 스테퍼(26)를 이용하는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 (c) 단계는 상기 레티클을 고정 위치로 유지하는 단계와, 상기 기판을 이동시키기 위해 상기 웨이퍼 스테퍼를 이용하는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 (c) 단계는 상기 도파관 위에 포토레지스트(27)를 제공하는 단계와, 상기 레티클을 통해 상기 포토레지스트를 노광시키는 단계와, 상기 도파관을 패터닝하기 위해 상기 포토레지스트를 이용하는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 (c) 단계는 상기 포토레지스트와 도파관을 건식 에칭함으로써, 상기 도파관을 패터닝하기 위해 상기 포토레지스트를 이용하는 단계를 더 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 (c) 단계는 상기 도파관과 상기 포토레지스트 사이에 금속화층(29)을 제공하는 단계와, 상기 레티클을 통해 상기 포토레지스트를 노광시킨 후에, 상기 금속화층을 습식 에칭하는 단계와, 상기 에칭된 금속화층을 통해 상기 도파관을 건식 에칭하는 단계와, 상기 에칭된 금속화층을 제거하는 단계를 더 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 (c) 단계는 상기 레티클을 통해 상기 도파관을 노광시킴으로써 상기 도파관을 사진 식자하는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 (a) 단계 전에, 실질적으로 평탄한 기판을 제공하는 단계를 더 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 (a) 단계 전에, 수직 공동면 발광 레이저(VCSEL)(32)를 포함하는 포토닉 장치를 배치하는 단계를 더 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 (a) 단계 후와 상기 (c) 단계 전에, 상기 VCSEL 위에 마이크로렌즈(35)를 제공하는 단계를 더 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 (a) 단계는 VCSEL(32)과 광검출기(34)를 포함하는 포토닉 장치의 오배치를 측정하는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 19 항에 있어서,

상기 (b) 단계는 실질적으로 직선인 도파관(230)을 제조하기 위한 컴퓨터 판독가능 명령어를 생성하는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 19 항에 있어서,

(b) 단계는 적응 부분(38)을 포함하는 도파관을 제조하는 컴퓨터 판독가능 명령어를 생성하는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 (b) 단계는 상기 적응 부분(38)에 의해 결합된 2개의 실질적 직선 부분(130)을 포함하는 도파관을 제조하기 위한 컴퓨터 판독가능 명령어를 생성하는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 (a) 단계는 병진 오차로 상기 포토닉 장치의 실제 위치를 표현하는 단계를 포함하며, 상기 (b) 단계는 상기 병진 오차를 보상하는 컴퓨터 판독가능 명령어를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 (b) 단계는 적응 부분(38)과, 상기 적응 부분에 의해 결합된 2개의 실질적 직선 부분(130)을 포함하는 도파관을 제조하는 컴퓨터 판독가능 명령어를 생성하는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 23 항에 있어서,

상기 (b) 단계는 상기 실질적 직선 부분 중 하나 내에 스트레치 영역(70, 72)을 제조하기 위한 컴퓨터 판독가능 명령어를 생성하는 단계를 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 23 항에 있어서,

상기 적응 부분은 직선의 스트레치 영역(70)과 병진 굴곡 영역(74)을 포함하는 도파관의 적응적 제조 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 병진 굴곡 영역은 X 및 Y 양방향으로 오프셋되는 도파관의 적응적 제조 방법.
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