KR100978496B1 - 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법 - Google Patents

주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법에 관한 것으로,
제1 기판 및 제2 기판을 1차 세척하는 단계; 상기 제2 기판의 제1 표면에 접착될 상기 제1 기판의 제1 표면에 SiO2막을 증착하는 단계; 상기 제2 기판의 제1 표면 및 제2 표면을 광학 연마하는 단계; 상기 제1 기판 및 제2 기판을 2차 세척하는 단계; 상기 제1 기판 및 제2 기판을 접착체 내에 디핑하는 단계; 상기 디핑된 제1 기판 및 제2 기판을 중첩시키는 단계; 및 상기 중첩된 제1 기판 및 제2 기판을 압착하여 접합하는 방법이 제공된다.
강유전체, 미소-버블, 유기접합, 에폭시, 도파로, 기판

Description

주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법{METHOD FOR BONDING A FIRST AND A SECOND FERROELECTRICS SUBSTRATES TO BE USED IN LIGHT WAVE GUIDE}
본 발명은 파장 변환 응용 소자에서 주 재료로 이용되는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작과정에서 수행되는 기판 간의 접합에 관한 것으로, 특히 접합 물질로써 에폭시 등을 이용한 유기(organic) 접합에 관한 것이다. 세부적으로는, 접합 강도 증가를 위한 기판 표면 개질 및 내부 마이크로 버블이 없는 균일한 접합 상태를 얻기 위한 방법에 관한 것이다.
파장 변환 응용 소자에서 주 재료로 이용되는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작과정에서 수행되는 기판 간의 접합을 위한 방법들로는 크게 두 가지 방법이 있으며, 첫 번째는 유기(organic) 접합제를 이용하여 광이나 열을 접합제의 커링 소스(curing source)로 이용하는 방법 또는 무기(inorganic) 접합제를 이용하여 열을 커링 소스(curing source)로 이용하는 방법 등의 접합을 위해, 두 기판 사이에 중간층(interlayer)을 삽입하는 방법이 있으며, 나머지는 확산, 압력, 광학적 접합 등의 접합제를 이용하지 않는 직접 접합 방식이 있다.
기존에 언덕형 도파로 파장가변 소자 제작을 위해 강유전체 LiNbO3 기판을 얇게 가공한 후 LiTaO3 기판에 유기 접합제를 사용하지 않고 바로 두 기판을 접합하는 기술을 이용하여 소자를 제작하는 것에 관한 보고가 되어져 있다.
이 접합의 원리는 기판의 표면을 친수성으로 표면 개질 시킨 후 두 기판의 분자 간 접합하려는 힘을 이용하는 것이다. 또한 위와 같은 소자에 응용에 있어 두 기판 사이에 유기 접합제를 충진 시킨 후 압력과 열을 가하여 또는 UV와 같은 광을 조사하여 접합하는 것에 내용도 보고되고 있다.
다른 방법으로는 최근 표면 활성 접합(surface activated bonding:SAB)의 방법으로써 접합을 위한 두 기판의 표면에 Ar 플라즈마를 조사하여 오염물질 등을 제거한 후 활성화 된 두 기판의 표면을 상온에서 오토믹(atomic) 접합 시키는 방법이 발표되었다. 이 방법의 원리는 일반적으로 기판표면에는 산소 또는 흡착 분자 등에 의해 형성되어진 얇은 층에 의해 표면 원자는 안정적인 상태를 유지한다. 이때 표면에 Ar 등의 빔을 주사함으로 그 층을 제거할 수 있게 되고 이로 인해 활성화된 표면은 외부의 열을 통하지 않고 원자 간의 상호 강한 접합특성을 가지게 되어 두 기판의 강한 접합이 가능하게 되는 것이다.
두 기판 접합을 통해 파장 가변형 주기적 분극반전 언덕형 도파로 제작을 위해서는 선행되어져야 하는 조건 들이 있다. 이러한 조건들은 아래와 같다.
1. 주기적 분극 반전된 기판에 부탁되는 하부 기판의 굴절률이 상부 기판의 굴절률 보다 낮아야 한다.
2. 두 기판 사이의 에폭시 류의 접착제 중간층(interlayer)의 두께가 얇아야 한다.
3. 두 기판 사이에 존재하는 접착제 층에 미소-버블(micro-bubble) 등이 존재하지 않아야 한다.
4. 두 기판 접착 후 주기적 분극 반전 기판의 가공 및 식각 공정 동안 접착력이 감소하여 탈착되지 않을 정도의 접착강도를 가지고 있어야 한다.
5. 주기적 분극 반전 기판은 접착을 위해 열을 가하면 기판 재료가 가지고 있는 열팽창 계수에 의해 변형이 일어남으로 하부 기반은 주기적 분극 반전 기판과 거의 같은 열팽창 계수 값을 가지고 있어야 한다.
6. 완성된 주기적 분극 반전 언덕형 광 도파로에 광을 입사했을 경우 도파로를 따라 진행되는 광이 기판 하부로 전파되어 손실을 유발시켜서는 않된다.
이러한 조건을 만족시키기 위해 위에 언급된 어떠한 접합제도 포함하지 않는 확산, 압력, 광학적 직접접합의 경우 다른 조건들은 모두 만족 시킬 수 있지만 중 요한 문제점을 가지고 있다.
첫 번째는 만약 MgO:LiNbO3를 주기적 분극반전 기판으로 사용할 경우 이 기판보다 굴절률이 낮은 또한 열팽창 계수가 유사한 LiTaO3 기판의 사용이 가능한데, 이 경우 접착되어 지는 두 기판의 표면이 원자 결합이 가능하도록 매우 정밀한 표면을 가지고 있어야 하며, 표면에 존재하는 작은 결함에도 그 영역에서 접합이 일어나지 않아 생산되는 칩의 수율이 매우 낮아 질 수 있다. 또한 접합 공정이 매우 낮은 청정도를 요구함으로써 생산단가가 매우 높다.
다른 방법인 유기 또는 무기 접합 재료를 이용한 경우 직접 접합과정에서 발생되는 문제는 적지만 균일한 얇은 접착층, 두 기판 사이에 존재하는 미소-버블의 제거, 접착층이 얇아 졌을 경우 발생되는 도파로를 통해 진행되는 광 손실 등의 문제를 해결해야 한다는 점을 가지고 있다. 또한, 일반적으로 두 기판 사이에 존재하는 접착층의 두께가 매우 얇을 경우 접착강도가 약해진다는 문제점도 가지고 있다.
유기 접합제를 이용한 일반적 접합 방식은 아래와 같은 순으로 공정이 진행되어 진다. 우선 주기적 분극 반전된 기판 및 하부 기판을 세척 한다. 세척된 하부 기판 위에 접합제를 정량 도포한 및 상부 기판을 덮는다. 그 후 압력과 열을 가하여 접합을 완료한다. 따라서 접합을 위해 중요한 변수는 기판 표면상태, 두 기판에 가해 주는 압력, 접합제의 양 등이며, 접합 공정에서 주의해야 할 점은 접합제 도포 후 상부 기판을 덮을 때 포획되는 미소-버블(micro-bubble)을 제거하는 방법에 있다.
주기적 분극 반전된 강유전체 기판에 언덕형 도파로 형성을 위해서는 두 기판 접합 후 도메인 반전된 기판을 수 ㎛ 두께로 가공하여야 하는데 두 기판 사이 접합제의 두께가 두꺼워 질수록 두께 편차도 함께 증가되어 균일한 언덕형 도파로 제작이 어렵다. 반대로 균일성 확보를 위해 접합제의 두께를 얇게 할 경우 광 손실 유발 및 접합력 감소를 가져오게 된다.
따라서 본 발명은 기존 방법에서 문제가 되는 접착 두께, 접착력, 접착 층에 존재하는 미소버블(micro-bubble)을 효과적으로 제거하여 주기적 분극반전 언덕형 도파로 제작을 위한 균일한 접착 두께를 갖는 방법을 제공하는데 있다. 또한 본 발명은 유기(organic) 접합제를 이용하여 주기적으로 분극이 반전된 기판을 두께 편차 없이 하부 기판에 접착하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법은, 제1 기판 및 제2 기판을 1차 세척하는 단계; 상기 제2 기판의 제1 표면에 접착될 상기 제1 기판의 제1 표면에 SiO2막을 증착하는 단계; 상기 제2 기판의 제1 표면 및 제2 표면을 광학 연마하는 단계; 상기 제1 기판 및 제2 기판을 2차 세척하는 단계; 상기 제1 기판 및 제2 기판을 접착체 내에 디핑하는 단계; 상기 디핑된 제1 기판 및 제2 기판을 중첩시키는 단계; 및 상기 중첩된 제1 기판 및 제2 기판을 압착하여 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법을 제공한다.
또한, 방법에서, 상기 제1 기판은, 주기적 분극 반전된 LiNbO3, MgO:LiNbO3, LiTaO3, MgO:LiTaO3, KTP 등의 강 유전체 기판 중 하나이고, 상기 제2 기판은, 주기적 분극 반전된 LiNbO3, MgO:LiNbO3, LiTaO3, MgO:LiTaO3, KTP 등의 강 유전체 기판중 하나이거나, 실리콘 기판 또는 글래스 기판인 것이 좋다.
또한, 1차 세척 단계는, 초음파 배스(bath)에서 아세톤, H2O:H2O2:H2SO4, H2O:H2O2:HCL 용액을 이용하여 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 순차적으로 세척한 후, 탈이온수 린스(D.I. water rinse) 및 아르곤 가스를 이용하여 건조된다.
제1 기판의 제1 표면에 SiO2막을 증착하는 단계는, 스퍼터링 증착법, 화학증착법, 기상증착법 중 하나를 이용하며, 증착된 SiO2막의 두께는 100nm 내지 500 nm정도인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 기판의 제1 표면 및 제2 표면을 광학 연마하는 단계는 0.1 내지 1㎛의 슬러리를 사용한 가공면을 갖고 있다.
전술한 본 발명의 특징적 구성에 따르면, 기존 방법에서 문제가 되는 접착 두께, 접착력, 접착 층에 존재하는 미소버블(micro-bubble)을 효과적으로 제거하여 주기적 분극반전 언덕형 도파로 제작을 위한 균일한 접착 두께를 갖는 방법이 제공될 뿐만 아니라, 유기(organic) 접합제를 이용하여 주기적으로 분극이 반전된 기판을 두께 편차 없이 하부 기판에 접착하는 것이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른, 파장 변환 응용 소자에서 주 재료로 이용되는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작과정에서 수행되는 기판간의 접합 방법은 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도 1에서 참조번호 1b는 주기적 분극 반전된 LiNbO3, MgO:LiNbO3, LiTaO3, MgO:LiTaO3, KTP 등의 강 유전체 기판 중 하나이며, 참조번호 2b는 열 경화 또는 UV 경화 에폭시 류 중 하나로 이루어진 접착층(또는 접합층)이며, 3b는 주기적 분극 반전된 LiNbO3, MgO:LiNbO3, LiTaO3, MgO:LiTaO3, KTP 등의 기판과 열팽창 계수가 비슷한 동종류의 기판 혹은 실리콘 또는 슬래스 등의 기판 중 하나이다.
주기적 분극 반전된 제1 기판(1b)과, 접합을 위한 제2 기판(3b)은 세척과정 을 수행한다. 세척의 방법은 우선 초음파 배스(bath)에서 아세톤, H2O:H2O2:H2SO4, H2O:H2O2:HCL 용액을 이용하여 순차적으로 세척한 후 마지막으로 D.I. water rinse(탈이온수 린스) 및 아르곤 가스를 이용하여 건조시킨다.
제2 기판과 접합되는, 건조된 주기적 분극 반전된 제1 기판(1b)의 표면(1a)은 스퍼터, 화학증착법, 기상증착법 등의 기술을 이용하여 약 100 ~ 500nm의 두께의 SiO2 막을 증착시킨다. 주기적 분극 반전된 제1 기판의 접합면(1a)에 SiO2 막을 형성시키는 이유는 제2 기판(3b)과 접합 후에 형성되는 두 기판 사이의 접착 층이 매우 얇아 추후 형성되는 언덕형 도파로의 광 손실을 유발시킬 수 있기 때문에, 주기적 분극 반전 기판 보다 굴절률이 낮은 SiO2 막을 형성시켜 이러한 광 손실의 유발을 막고자 함이다.
일반적으로 상용화 된 기판의 경우 3인치 기준으로 약 수 ㎛의 전체 두께 편차를 가지고 있다. 제2 기판(3b)의 편차가 클 경우 두 기판의 접착 층 두께가 얇고 균일 하더라도 언덕형 도파로 제작을 위해 주기적 분극 반전된 제1 기판(1b) 가공 공정에서 하부 기판의 편차가 주기적 분극 반전된 제1 기판(1b)의 가공편차를 증가시켜 균일한 도파로 형성이 어렵다.
따라서 제2 기판(3b)의 경우 양 면을 정밀 가공하여 두께 편차를 최소화 시 켜야 한다.
본 발명에서는 제2 기판(3b)의 가공에 있어서, 주기적 분극 반전된 기판의 접합면(2a)과 반대면(3a)은 광학 연마가 되어있으며, 접합면(2a)은 0.1~1㎛의 슬러리를 사용한 가공면을 갖는다. 제2 기판의 접합면(2a)에 0.1~1㎛의 슬러리를 이용한 가공면을 형성하는 이유는 얇은 접착 층의 형성 및 접착력의 증가를 위해서다.
도 2a는 1㎛ 슬러리를 이용하여 가공된 가공면의 레이저 3차원 랩핑(lapping)을 도시한 사진이며, 도2b는 오토믹 포스 마이크로스코피(Atomic Force Microscopy)의 결과를 나타낸 도면이다.
표면의 Ra값은 약 100nm의 값을 나타내었다. 가공면(2a)은 탑부(top)과 밸리부(valley)의 분포로 구성되어 있으며, 탑부와 밸리부의 편차는 수십 nm의 편차를 가지고 있다.
주기적 분극 반전된 제1 기판의 접합면(1a)과 접합되는 제2 기판의 접합면(2a) 거칠기는 탑부와 탑부간의 편차가 중요하며, 이러한 편차는 수 nm로 매우 작다.
따라서, 제2 기판 가공면(2a)의 거칠기에서 탑부와 밸리부중 탑부는 제1 기 판의 접합면(1a)에 영향을 주며, 밸리부는, 기존 광학 연마된 기판을 이용하는 방법과 비교하여, 접착층에 존재하는 접착제의 양의 증가로 층의 두께가 얇아짐으로 인한 접착력의 감소를 억제할 수 있다.
다음으로 SiO2 막이 증착된 증착면(1a)를 포함하는 주기적 분극 반전된 제1 기판(1b)과, 가공면(2a)을 포함하는 제2 기판(3b)은 세척공정을 통해 세척을 수행한다.
이 세척 공정에서는, 아세톤, H2O:H2O2:H2SO4 의 용액에 기판을 담근 후 초음파 배스에서 세척한 후 탈이온수 린스후 아르곤 가스를 이용하여 건조시킨다. 이 때, 기판의 표면은 친수성(hydrophile)을 가지고 있어야 하는데, 이는 두 기판( 접합 과정에서 접착제가 다시 표면에서 뭉치려는 힘을 억제하여 균일한 접착 층의 형성을 가능하게 한다.
세척된 기판과 별도로, 두 기판 접착을 위해 사용되는 접착제의 전처리 과정을 수행한다. 열 경화 에폭시 접착제를 이용할 경우 접착제는 경화동안온도에 따라 점성이 달라지며, 주기적 분극 반전 언덕형 도파로 형성을 위한 접착제로 이용되기 위해서는, 낮은 굴절률, 강한 접합강도, 높은 열 안정성, 파장가변 소자에 이용되는 입사 및 변환 파장에 대한 높은 투과율 등의 조건이 만족되어져야만 한다.
두 기판(1b,3b)사이에 존재하는 접착층(2b)에 포함되는 미소-버블의 경우 다양한 유입경로를 가지고 있다. 첫 번째는 2 성분(component) 에폭시의 경우 두 성분을 섞을 때 미소-버블이 발생된다.
이렇게 발생된 버블들이 완전히 제거되지 않는다면 두 기판 첩착 층 내에 미소-버블이 잔존하게 되며, 이는 주기적 분극 반전 기판(1b)의 가공 공정 중 파손을 일으키는 원인이 된다. 따라서 혼합된 에폭시 접착제는 진공 분위기에서 존재하는 미소-버블을 완전히 제거해 준다. 이 때 진공도는 약 수 10-2 ~ 10-3 torr 이며 시간은 접착제 양에 따라 다르다. 1 성분 에폭시의 경우도 용기에 에폭시를 충진할 때 용기의 표면과 에폭시 사이에 미소-버블이 혼입될 가능성이 있으므로 위와 같은 공정을 진행하여야 한다.
일반적으로 기판 접합을 위해서 제2 기판 위에 우선 정량의 접착제를 드롭하거나 또는 스핀 코터(spin coater)를 이용하여 표면에 도포하는 방법을 사용한다. 첫 번째 드롭 방법의 경우 에폭시의 양을 통하여 두께를 조절할 수 있는 장점을 가지고 있지만, 얇은 접착 층을 형성하기 위해서는 매우 적은 양이 필요하며, 이때 드롭된 접착제 위에 주기적 분극 반전된 기판을 올려놓을 경우 접착제는 두 기판의 갭(gap)을 통하여 퍼져 나가게 된다.
그러나 접착제가 완전히 퍼져나간 후 접착층(2b)에는 미소-버블이 존재하고 있기 때문에, 이는 진공 분위기하에서 제거해 준다. 하지만 주기적 분극 반전된 제1 기판(1b) 또는 제2 기판(3b)의 전체적 표면이 보우(bow) 또는 와프(warp)의 형상을 가지고 있다면, 두 기판 사이의 편차에 의해 기판 간 갭이 큰 쪽으로 미소-버블이 모이게 되고, 이러한 결함은 진공 중에서 완전히 제거하기가 매우 어렵다.
이렇게 형성된 마이크로-버블의 제거 방법으로는, 위에서 압력을 가해 두 기판을 평탄하게 형성시켜 빠져나가게 하는 방법이 있으나, 이러한 방법의 경우 압력을 기판에 가해주는 과정에서 기판에 약간의 이동이 발생하면, 주기적 분극 반전 기판 에지면이 공기와 접하게 되고, 그 공기가 기판 사이에서 포획이 되어 또 다른 미소-버블을 유발 시키는 결과를 가져올 수 있다.
따라서 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해, 주기적 분극 반전된 제1 기판(1b)과 제2 기판(3b)를 접착제에 딥핑(dipping)하여 미소-버블을 제거한다.
이러한 방법은 두 가지가 있으며, 제1 방법으로, 주기적 분극 반전된 제1 기판(1b)과 제2 기판(3b)을 넣을 수 있는 두 개의 용기를 각각 준비한다. 용기의 내부는 별도의 이물질이 포함되지 않도록 세척되어져 있어야 한다.
용기 내부에 준비된 에폭시를 용기의 절반 정도 붙는다. 그 후 접착되어 지는 양 면(1a,2a)이 각각 용기의 바닥과 반대가 되도록 위치시킨다.
다음으로 두 기판이 용기 내에 완전히 담궈지도록 나머지 에폭시를 충진시킨다. 기판을 포함하는 에폭시가 충진된 용기를 진공 분위기 하에서 미소-버블이 완전히 제거 될 때까지 유지한다. 이 때 사용 되는 진공도는 약 수 10-2 ~ 10-3 torr이며, 시간은 미소-버블이 포함되어있는 양에 따라 다르다.
제2 방법으로는, 먼저 주기적 분극 반전된 제1 기판(1b)과 제2 기판(3b)을 넣을 수 있는 하나의 용기를 준비한다. 용기의 내부는 별도의 이물질이 포함되어있지 않도록 세척되어 있어야 한다.
용기 내부에 준비된 에폭시를 용기의 절반 정도 붙는다. 그 후 접착되어 지는 제2 기판의 가공면(2a)이 용기의 바닥과 반대되도록 위치시킨다. 다음으로 제2 기판(3b)이 용기 내에 담궈질 수 있도록 에폭시를 충진시킨다.
다음으로 주기적 분극 반전된 제1 기판의 접합면(1a)이 제2 기판(3b)와 마주보게 위치시킨다. 마지막으로 두 기판이 완전히 담궈질 수 있도록 나머지 에폭시를 충진시킨다. 이렇게 준비된 두 기판이 포함된 에폭시가 충진된 용기를 진공 분위기 하에서 미소-버블이 완전히 제거될 때까지 유지시킨다.
이 때 사용 되는 진공도는 수 10-2 ~ 10-3 torr이며, 시간은 미소-버블이 포함되어있는 양에 따라 다르다. 각각의 방법으로 준비된 기판의 형태는 주기적 분극반전된 제1 기판(1b)과 제2 기판(3b)의 접합부를 포함한 모든 면에 에폭시가 감싸고 있다. 따라서 주기적 분극 반전된 제1 기판의 접합면(1a)과 제2 기판의 접합면(2a) 사이에 존재하는 에폭시외 다른 부분의 접합물질을 제거해 주어야하지만, 두 기판 접합면의 수직한 방향의 기판 주위는 예외이다. 이는 두 기판의 수직한 방향으로 압력을 인가할 때 두 기판 또는 한 기판이 움직일 경우 외부로부터 공기가 기판 접착층(2b)으로 들어가 미소-버블을 생성시킬 우려가 있기 때문이다.
기판에 압력을 가해 주었을 때 외부로부터의 영양을 최소화 할 수 있도록 기판 주의를 제외한 부분의 접합물질을 완전히 제거해 준다. 접합물질이 제거된 기판 사이 접착층(2b)을 포함하는 기판을 접합 장치에 장착 한 후 두 기판의 수직 방향으로 압력을 가해준다. 이때 가해주는 압력은 0.1~0.5 MPa 이다.
압력이 가해진 접합 기판은 다시 접합면 주위에 남아있는 에폭시 접합 물질을 완전히 제거해 준다. 그 후 기판을 접합 장치에 장착 하여 두 기판의 수직한 방향으로 약 0.1~0.5 MPa의 압력을 가해준다. 두 기판 사이에 존재하는 접착층(2b)를 완전히 경화하기 위해서 약 3 ~ 15 시간 동안 접합 장치 내에서 유지시켜 주며, 경화온도는 분당 3 ~ 5 °C/min의 승온 속도로 오븐 또는 핫 플레이트(hot plate)를 이용하여 사용된 접착 층의 재료에 따라 50 ~ 100°C에서 작업을 수행한다.
이때 경화 온도가 너무 높을 경우 두 기판 사이에 존재하는 열팽창계수에 의해 접착층(2b)이 손상될 수 있음으로 최소한의 경화온도, 낮은 승온 속도, 낮은 냉각 속도에서 작업을 수행한다. 경화가 완전히 끝난 후 하부 기판에 접합된 주기적 분극 반전 기판을 얻을 수 있으며, 이렇게 접합된 접착층(2b)은 0.1㎛ 이하의 균일한 층으로 형성된다.
본 발명에서, 파장 변환 소자 제작을 위한 주기적 분극 반전 언덕형 도파로 제작을 위해 사용된 주기적 분극 반전된 제1 기판(1b)으로는 LiNbO3, LiTaO3, MgO:LiNbO3, MgO:LiTaO3, ZnO:LiNbO3, ZnO:LiTaO3, KTP 등 중 하나인 강 유전체 기판을 이용하는 것이 좋다.
또한, 본 발명에서, 제2 기판(3b)으로는 분극 반전 기판과 열팽창 계수가 비슷한 값을 가지고 있는 LiNbO3, LiTaO3, MgO:LiNbO3, MgO:LiTaO3, ZnO:LiNbO3, ZnO:LiTaO3, KTP 중 하나인 강 유전체 기판 또는 실리콘 또는 글래스 기판을 이용하여 접착 공정을 수행하는 것이 좋다.
상기 방법에 의한 접착 공정을 수행함으로써 종래의 접착 방법에서 가장 문제가 되었던 우수한 접합 강도 및 접착층(2b)의 균일성을 확보할 수 있었으며 직접접합법과 비교하여 공정이 단순하고 고가의 장비가 필요하지 않음으로 소자 제작 비용을 효과적으로 낮출 수 있다. 또한 파장변환 소자 제작 외에도 언덕형 광도파로를 응용할 수 있는 전기광학 소자, 공명기, 센서 등에의 이용도 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법을 개략적으로 설명한 도면.
도 2a는 1㎛ 슬러리를 이용하여 가공된 가공면의 레이저 3차원 랩핑(lapping)을 도시한 사진.
도 2b는 오토믹 포스 마이크로스코피(Atomic Force Microscopy)의 결과를 나타낸 도면.

Claims (16)

  1. 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법에 있어서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판을 에폭시 접착액 내에 디핑하고, 미소 버블이 제거될 때까지 유지하는 단계;
    상기 제1 기판 및 제2 기판을 중첩시키는 단계; 및
    상기 중첩된 제1 기판 및 제2 기판을 압착하여 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판을 에폭시 접착액 내에 디핑하고, 미소 버블이 제거될 때까지 유지하는 단계 이전에,
    제1 기판 및 제2 기판을 1차 세척하는 단계;
    상기 제2 기판의 제1 표면에 접착될 상기 제1 기판의 제1 표면에 SiO2막을 증착하는 단계;
    상기 제2 기판의 제1 표면 및 제2 표면을 광학 연마하는 단계;
    상기 제1 기판 및 제2 기판을 2차 세척하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 기판은, 주기적 분극 반전된 LiNbO3, MgO:LiNbO3, LiTaO3, MgO:LiTaO3, KTP 등의 강 유전체 기판 중 하나이고,
    상기 제2 기판은, 주기적 분극 반전된 LiNbO3, MgO:LiNbO3, LiTaO3, MgO:LiTaO3, KTP 등의 강 유전체 기판 중 하나이거나, 실리콘 기판 또는 글래스 기판인 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 1차 세척 단계는, 초음파 배스(bath)에서 아세톤, H2O:H2O2:H2SO4, H2O:H2O2:HCL 용액을 이용하여 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 순차적으로 세척한 후, 탈이온수 린스(D.I. water rinse) 및 아르곤 가스를 이용하여 건조되는 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 기판의 제1 표면에 SiO2막을 증착하는 단계는,
    스퍼터링 증착법, 화학증착법, 기상증착법 중 하나를 이용하며, 증착된 SiO2막의 두께는 100nm 내지 500 nm의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 기판의 제1 표면 및 제2 표면을 광학 연마하는 단계는 0.1 내지 1㎛의 슬러리를 사용한 가공면을 갖는 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법.
  6. 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법에 있어서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판을 에폭시 수지가 충진된 제1 용기 및 제2 용기 내에 디핑하는 단계;
    상기 기판을 포함하는 용기를 진공 분위기 하에서 미소-버블이 제거될 때까지 유지하는 단계;
    상기 제1 기판 및 제2 기판을 중첩시키는 단계; 및
    상기 중첩된 제1 기판 및 제2 기판을 압착하여 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판을 에폭시 수지가 충진된 제1 용기 및 제2 용기 내에 디핑하는 단계 이전에,
    상기 제1 기판 및 제2 기판을 1차 세척하는 단계;
    상기 제2 기판의 제1 표면에 접착될 상기 제1 기판의 제1 표면에 SiO2막을 증착하는 단계;
    상기 제2 기판의 제1 표면 및 제2 표면을 광학 연마하는 단계;
    상기 제1 기판 및 제2 기판을 2차 세척하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 기판은, 주기적 분극 반전된 LiNbO3, MgO:LiNbO3, LiTaO3, MgO:LiTaO3, KTP 등의 강 유전체 기판 중 하나이고,
    상기 제2 기판은, 주기적 분극 반전된 LiNbO3, MgO:LiNbO3, LiTaO3, MgO:LiTaO3, KTP 등의 강 유전체 기판 중 하나이거나, 실리콘 기판 또는 글래스 기 판인 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 1차 세척 단계는, 초음파 배스(bath)에서 아세톤, H2O:H2O2:H2SO4, H2O:H2O2:HCL 용액을 이용하여 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 순차적으로 세척한 후, 탈이온수 린스(D.I. water rinse) 및 아르곤 가스를 이용하여 건조되는 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 기판의 제1 표면에 SiO2막을 증착하는 단계는,
    스퍼터링 증착법, 화학증착법, 기상증착법 중 하나를 이용하며, 증착된 SiO2막의 두께는 100nm 내지 500 nm의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2 기판의 제1 표면 및 제2 표면을 광학 연마하는 단계는 0.1 내지 1㎛의 슬러리를 사용한 가공면을 갖는 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법.
  11. 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법에 있어서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판이 디핑될 하나의 용기를 준비하고, 상기 용기의 절반까지 에폭시 수지를 충진하는 단계;
    상기 용기에 상기 제2 기판의 제1 표면이 상기 용기의 바닥면에 대해 반대가 되도록 위치시키는 단계;
    상기 제2 기판이 완전히 디핑되도록 에폭시 수지를 충진시키는 단계;
    상기 제1 기판을 상기 제2 기판의 상부에 정합되게 위치시키는 단계;
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판이 모두 디핑되도록 상기 에폭시 수지를 충진하는 단계;
    상기 제1 및 제2 기판을 포함하는 용기를 진공 분위기 하에서 미소-버블이 제거될 때까지 유지하는 단계;
    상기 제1 기판 및 제2 기판을 중첩시키는 단계; 및
    상기 중첩된 제1 기판 및 제2 기판을 압착하여 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 용기의 절반까지 에폭시 수지를 충진하는 단계 이전에,
    제1 기판 및 제2 기판을 1차 세척하는 단계;
    상기 제2 기판의 제1 표면에 접착될 상기 제1 기판의 제1 표면에 SiO2막을 증착하는 단계;
    상기 제2 기판의 제1 표면 및 제2 표면을 광학 연마하는 단계; 및
    상기 제1 기판 및 제2 기판을 2차 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 기판은, 주기적 분극 반전된 LiNbO3, MgO:LiNbO3, LiTaO3, MgO:LiTaO3, KTP 등의 강 유전체 기판 중 하나이고,
    상기 제2 기판은, 주기적 분극 반전된 LiNbO3, MgO:LiNbO3, LiTaO3, MgO:LiTaO3, KTP 등의 강 유전체 기판중 하나이거나, 실리콘 기판 또는 글래스 기판인 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 1차 세척 단계는, 초음파 배스(bath)에서 아세톤, H2O:H2O2:H2SO4, H2O:H2O2:HCL 용액을 이용하여 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 순차적으로 세척한 후, 탈이온수 린스(D.I. water rinse) 및 아르곤 가스를 이용하여 건조되는 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 기판의 제1 표면에 SiO2막을 증착하는 단계는,
    스퍼터링 증착법, 화학증착법, 기상증착법 중 하나를 이용하며, 증착된 SiO2막의 두께는 100nm 내지 500 nm의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반 전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제2 기판의 제1 표면 및 제2 표면을 광학 연마하는 단계는 0.1 내지 1㎛의 슬러리를 사용한 가공면을 갖는 것을 특징으로 하는 주기적 분극 반전된 강유전체 언덕형 도파로의 제작에서 이용되는 제1 기판 및 제2 기판 간의 접합 방법.
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