KR101310895B1 - 평판형 광도파로 소자 제조방법 - Google Patents

평판형 광도파로 소자 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평판형 광도파로 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 금속소재에 형성하고자 하는 코어의 도파로 패턴을 음각 형태로 하여 금속마스터를 형성하는 단계와, 금속마스터의 도파로 패턴에 코어 형성용 용액을 도포하는 단계와, 코어 형성용 용액 위에서 하부클래드 패널이 금속마스터의 중앙부분에서 가장자리방향으로 점진적으로 밀착 가압되게 하면서 코어 형성용 용액을 경화시켜 코어층을 하부클래드 패널 하부에 형성하는 단계와, 금속마스터를 코어층으로부터 분리하고, 노출된 코어층 상부에 상부 클래드층을 형성하는 단계를 포함한다. 이러한 평판형 광도파로 소자 제조방법에 의하면, 금속마스터를 이용함으로써 복제 사용 수명이 연장되고, 도파로 패턴의 복잡도와 관계없이 충진밀도가 일정한 코어층을 립발생이 억제되게 용이하게 형성할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

평판형 광도파로 소자 제조방법{method of manufacturing plannar optical waveguide device}
본 발명은 평판형 광도파로 소자 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 금속마스터와 광경화 고분자를 이용하여 평판형 광도파로 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 근거리 광통신용 광도파로 소자는 실리카를 소재로 한 평면 광도파로 대신 상대적으로 대량생산이 용이하고 저가격화 할 수 있는 폴리이미드, 에폭시, 아크릴레이트 등과 같은 고분자를 이용한 광도파로 소자가 다양하게 개발되고 있다.
고분자를 이용한 평판형 광도파로소자는 마스터를 제작하여 미세구조를 가진 소자를 대량으로 복제할 수 있는 미세성형 기술이 다양하게 개발되고 있다.
이러한 미세 성형 기술은 제조공정을 단순화할 수 있으면서, 코어 패턴에 광손실을 야기시키는 잔여층 발생이 억제될 수 있는 방안이 요구되고 있다.
국내 등록특허 제10-0610230호에는 UV 몰딩방법을 이용한 고분자 광도파로 제조방법이 개시되어 있다. 그런데, 상기 광도파로 제조방법은 고무 몰드를 이용하여 복제하는 경우 반복 사용에 따른 수명이 짧은 단점이 있고, 금속몰드를 이용하는 경우에 반복 사용 수명은 연장되나 코어 패턴에 수지를 주입하는 방식으로 제조하기 때문에 코어 패턴이 복잡하고 소자의 크기가 대형인 경우 코어 패턴내로의 수지 충진 밀도가 일정하게 유지되기 어려워 복잡한 코어 패턴에는 적용하기 어려운 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 복제용으로 금속마스터를 이용하되 복잡한 코어 패턴에 대해서도 충진밀도를 일정하게 유지할 수 있고 립발생을 억제시킬 수 있는 평판형 광도파로 소자 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 평판형 광도파로 소자 제조방법은 가. 금속소재에 형성하고자 하는 코어의 도파로 패턴을 음각 형태로 하여 금속마스터를 형성하는 단계와; 나. 상기 금속마스터의 도파로 패턴에 코어 형성용 용액을 도포하는 단계와; 다. 상기 코어 형성용 용액 위에서 하부클래드 패널이 상기 금속마스터의 중앙부분에서 가장자리방향으로 점진적으로 밀착 가압되게 하면서 상기 코어 형성용 용액을 경화시켜 코어층을 상기 하부클래드 패널 하부에 형성하는 단계와; 라. 상기 금속마스터를 상기 코어층으로부터 분리하고, 노출된 상기 코어층 상부에 상부 클래드층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 가 단계는 가-1. 실리콘소재로 상기 도파로 패턴이 양각이 되게 베이스 마스터를 제작하는 단계와; 가-2. 상기 베이스 마스터의 상기 도파로 패턴 위에 상기 금속소재로 적층한 후 상기 베이스 마스터를 분리하여 상기 금속 마스터를 제조하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 다 단계는 다-1. 기체의 주입 및 배출이 가능한 내부공간을 갖는 챔버 내에 상기 코어 형성용 용액이 도포된 상기 금속마스터를 상기 코어 형성용 용액이 상부에 노출되게 배치하는 단계와; 다-2. 구부림이 가능한 소재로 된 상기 하부클래드 패널을 상기 코어 형성용 용액 보다 상방으로 이격되어 상기 챔버의 내부공간을 상부영역과 하부영역으로 구획하게 상기 챔버에 설치하는 단계와; 다-2. 상기 하부 클래드 패널의 중앙부분이 하방으로 호형으로 휘면서 상기 금속마스터의 중앙부분부터 가장자리방향으로 점진적으로 밀착 가압되게 상기 챔버의 상부영역에 공기를 가압 상태로 주입하거나, 상기 하부영역의 공기를 배출하는 감압과정을 수행하거나, 상기 상부영역에 공기를 가압상태로 주입하는 과정과 상기 하부영역에 공기를 배출하는 감압과정을 동시에 수행한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 다 단계는 다-1. 기체의 주입 및 배출이 가능한 내부공간을 갖는 챔버 내에 상기 코어 형성용 용액이 도포된 상기 금속마스터의 상기 코어 형성용 용액 위에 하부 클래드 패널을 안착시키는 단계와; 다-2. 구부림이 가능한 소재로 된 가압판을 상기 하부 클래드 패널보다 상방으로 이격되어 상기 챔버의 내부공간을 상부영역과 하부영역으로 구획하게 상기 챔버에 설치하는 단계와; 다-3. 상기 가압판의 중앙부분이 하방으로 호형으로 휘면서 상기 하부 클래드패널의 중앙부분부터 가장자리방향으로 점진적으로 밀착 가압되게 상기 챔버의 상부영역에 공기를 가압 상태로 주입하거나, 상기 하부영역에 공기를 배출하는 감압과정을 수행하거나, 상기 상부영역에 공기를 가압상태로 주입하는 과정과 상기 하부영역에 공기를 배출하는 감압과정을 동시에 수행한다.
본 발명에 따른 평판형 광도파로 소자 제조방법에 의하면, 금속마스터를 이용함으로써 복제 사용 수명이 연장되고, 도파로 패턴의 복잡도 및 소자의 크기와 관계없이 충진밀도가 일정한 코어층을 잔여층이 억제되게 용이하게 형성할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 평판형 광도파로 소자 제조방법을 나타내 보인 공정도이고,
도 2 내지 도 8을 본 발명에 따른 평판형 광도파로 소자 제조방법을 설명하기 위한 단면도이고,
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평판형 광도파로 소자 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 평판형 광도파로 소자 제조방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 평판형 광도파로 소자 제조방법을 나타내 보인 공정도이고, 도 2 내지 도 8을 본 발명에 따른 평판형 광도파로 소자 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면서 본 발명에 따른 평판형 광도파로 소자 제조방법을 설명한다.
먼저, 양각의 베이스 마스터(110)를 제작한다(단계 10).
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 실리콘소재로 형성하고자 하는 코어에 해당하는 양각의 도파로 패턴(112)을 갖는 베이스 마스터(112)를 제작한다.
베이스 마스터(110)는 실리콘 웨이퍼에 감광제를 도포하고, 포토리소그라피 공정을 통해 도파로 패턴에 대응되는 패턴을 형성하고 건식 식각을 통해 제조한 것을 적용하여도 된다.
다음은 도 3에 도시된 바와 같이 베이스 마스터(110)의 양각의 도파로 패턴(112) 위에 금속소재로 적층하는 복제과정을 거친 후 베이스 마스터(110)를 분리하여 베이스 마스터(110)에 대해 역상으로 된 음각의 금속 마스터(120)를 제조한다(단계 20).
여기서, 금속 마스터(120)는 베이스 마스터(110)의 양각의 도파로 패턴(112)이 형성된 상면에 니켈, 구리 또는 그 밖의 금속소재를 전기 도금방식에 의해 양각의 도파로 패턴(112) 및 베이스 마스터(110)의 상면에 대응되게 적층하면서 복제될 수 있게 형성하는 방식으로 제작될 수 있다.
이와 같은 과정을 거쳐 제조된 금속마스터(120)에는 표면으로부터 내부로 인입된 음각의 도파로 패턴(122)이 형성된다.
금속마스터(120)의 제작이 완료되면 이후, 음각의 도파로 패턴(122)이 상부에 노출되게 한 상태에서 도 4에 도시된 바와 같이 금속마스터(120)의 음각의 도파로 패턴(122) 형성부분에 코어 형성용 용액(130)을 도포한다(단계 30).
코어 형성용 용액(130)은 자외선에 의해 경화되는 광경화 고분자 소재를 적용하는 것이 바람직하고, 음각의 도파로 패턴(122)이 형성된 영역 및 그 주변의 상면(121)영역까지도 충분히 도포되게 한다.
이후, 코어 형성용 용액(130) 위에서 하부클래드 패널이 금속마스터(120)의 음각의 도파로 패턴(122)이 형성된 상면(121) 중앙부분에서 가장자리방향으로 점진적으로 밀착 가압되게 하면서 코어 형성용 용액(130)을 자외선으로 경화시켜 코어층을 하부클래드 패널 하부에 형성한다(단계 40).
여기서, 하부 클래드 패널은 구부림이 가능하고 투명한 연성의 소재 예를 들면 PET, PES, PC 등의 합성수지소재로 된 베이스 기판 위에 광경화성 고분자소재로 된 필름형태의 하부 클래드층을 갖는 판형구조로 형성된 것을 적용하거나, 베이스 기판으로부터 하부 클래드층을 분리한 필름형태만을 단독으로 적용할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이 기체의 주입 및 배출이 가능한 내부공간을 갖는 챔버(200)를 이용하여 하부클래드 패널(140)을 코어 형성용 용액(130)이 도포된 금속마스터(120)에 가압되게 밀착시켜 코어층을 형성한다.
여기서, 챔버(200)는 상호 결합 및 분리될 수 있도록 된 하부 챔버(210)와 상부 챔버(220)로 되어 있고, 하부 챔버(210) 및 상부챔버(220)의 측면에는 기체를 주입 및 배기할 수 있게 내부공간과 연통되게 설치된 제1 내지 제4 기체 유통관(214)(215)(224)(225)이 설치되어 있다.
상부챔버(220)의 상면에는 자외선 광을 출사하는 자외선 노광기(250)로부터 출사된 광을 내부공간 내부로 투과시킬 수 있게 유리 또는 석영과 같은 투명소재로 형성된 투광창(230)이 마련되어 있다.
하부 클래드 패널(140)은 구부림이 가능한 연성을 갖으면서 투명소재로 된 투명 베이스 기판(141)의 저면에 하부 클래드층(142)이 형성된 구조가 적용되었다.
이러한 챔버(200)를 이용하여 하부 클래드 패널(140)에 코어 도파로 패턴이 복제 되게 형성하는 과정을 설명하면, 먼저, 하부 챔버(210) 내에 코어 형성용 용액(130)이 도포된 금속마스터(120)를 코어 형성용 용액(130)이 상부에 노출되게 배치하고, 코어 형성용 용액(130) 보다 상방으로 이격되어 챔버(200)의 내부공간을 상부영역(222)과 하부영역(212)으로 구획하도록 하부 챔버(210) 상면에 구부림이 가능한 소재로 된 하부클래드 패널(140)을 하부클래드층(142)이 하방에 위치되게 안착시키고 상부 챔버(220)를 결합한다.
다음은, 하부 클래드 패널(140)의 중앙부분이 하방으로 호형으로 휘면서 금속마스터(120)의 중앙부분부터 가장자리방향으로 점진적으로 밀착 가압되게 챔버(200)의 상부영역(222)에 해당하는 상부 챔버(220)의 제3기체 유통관(224)을 통해 기체 공급기(240)에서 기체를 공급하고, 제4기체 유통관(225), 제1기체 유통관(214) 및 제2기체 유통관(215)은 폐쇄되게 하여 공기를 가압 상태로 주입한다.
이와는 다르게, 챔버(200)의 상부영역(222)에 해당하는 상부 챔버(220)의 제3기체 유통관(224)을 통해 기체 공급기(240)에서 기체를 공급하고, 제3기체 유통관(224)을 통해 주입되는 공기량보다 적은 량을 제4기체 유통관(225)을 통해 기체를 배기하는 방법을 적용할 수도 있다.
또 다르게는 상부 챔버(220)의 제3기체 유통관(224)과 제4기체 유통관(225)을 통해 기체 공급기(240)에서 기체를 동시에 주입되게 공급할 수도 있다.
한편, 하부 클래드 패널(140)의 상부 챔버(220)로 주입된 공기의 점진적인 압력증에 따른 하방으로의 휘어짐을 가속화하기 위해 상부챔버(220)로 공기를 주입하면서 동시에 제1기체 유통관(214) 및 제2기체 유통관(215)을 통해 하부 챔버(210) 내부의 하부영역(212)의 기체를 배기하는 감압과정을 함께 수행할 수도 있다. 이 경우 하부 챔버(210) 내의 기체를 배기하는 기체배출기(245)를 제1기체 유통관(214)에 결합하여 가동하면 된다.
도시된 예에서는 하부 챔버(210) 내부의 하부영역(212)의 기체를 배기하는 감압과정을 수행할 때 질소 또는 아르곤 분위기에서 수행하는 경우, 하부 챔버(210) 내의 기체를 배기하는 기체배출기(245)를 제1기체 유통관(214)에 결합하고, 제2기체 유통관(215)에 기체 공급기(247)를 결합하되, 제2기체 유통관(215)을 통해 주입되는 기체량보다 많은 량을 제1기체 유통관(214)을 통해 기체를 배기하는 방법을 적용하는 예가 도시되어 있다.
또 다르게는 상부챔버(220)로는 공기의 유입을 차단하면서 하부 챔버(210) 내부의 하부영역(212)의 기체를 배기하는 감압과정만 수행할 수도 있다.
이러한 과정을 통해 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 하부 클래드 패널(140)이 중앙부분부터 금속마스터(120) 및 금속마스터(120)에 도포된 코어 형성용 용액(130)을 가압하면서 가장자리 부분으로 점진적으로 가압이 진행된다.
이러한 가압과정에 의해 하부 클래드 패널(140)이 금속마스터(120)의 가장자리까지 완전 밀착되면 음각 도파로 패턴(122)에 충진된 코어형성용 용액(130) 이외의 잔여 코어 형성용 용액(130)은 금속 마스터(120) 바깥으로 밀려 배출된다. 이러한 가압상태에서 자외선 노광기(250)를 가동하여 코어 형성용 용액(130)을 경화시켜 코어층(135)을 형성시키고, 이후, 챔버(200)를 분리한 후 코어층(135)이 형성된 하부 클래드 패널(140)을 금속마스터(120)로부터 분리하면 하부 클래드 패널(140) 저부에 음각의 도파로 패턴(122)에 대응한 코어층(135)을 갖는 구조가 형성된다.
이후, 코어층(135)이 노출되게 형성된 구조체에 도 8에 도시된 바와 같이 상부 클래드층(150)을 형성하면 평판형 광도파로 소자의 제작이 완료된다(단계 50).
여기서, 상부 클래드층(150)은 광경화성 고분자소자를 도포하여 자외선 조사과정을 거쳐 제조할 수 있다.
한편, 하부 클래드 패널(140)을 코어 형성용 용액(130)위에 안착시킨 상태에서 가압판을 이용하여 앞서 설명된 바와 같이 하부 클래드 패널(140)의 중앙부분에서부터 금속마스터(120)를 가압하면서 가장자리 방향으로 점진적으로 가압되게 할 수 있고 그 예가 도 9 및 도 10에 도시되어 있다. 앞서 도시된 도면에서와 동일 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도 9을 참조하면, 하부 클래드 패널(140)은 코어 형성용 용액(130)이 도포된 금속마스터(120)의 코어 형성용 용액(130) 위에 안착되어 하부 챔버(210) 내에 설치되어 있다.
가압판(260)은 구부림이 가능한 소재로 판형상으로 형성되어 상부챔버(220)와 하부 챔버(210) 사이에 하부 클래드 패널(140)보다 상방으로 이격되어 상부영역(222)과 하부영역(212)을 구획하게 설치되어 있다.
이와 같이 가압판(260)이 설치된 상태에서 가압판(260)의 중앙부분이 하방으로 호형으로 휘면서 하부 클래드패널(140)의 중앙부분부터 가장자리방향으로 점진적으로 밀착 가압되게 앞서 설명된 방식으로 상부 챔버(220) 내에만 공기를 주입하여 가압하는 방식, 또는 하부 챔버(210)의 공기를 빼는 감압방식 또는 상부 챔버(220)에 공기를 주입하고, 하부챔버(210)의 공기를 빼는 감압을 동시에 수행하는 방식으로 수행할 수 있다.
이러한 평판형 광도파로 소자 제조방법에 의하면, 코어 형성용 용액(130)이 음각의 도파로 패턴(122)이 형성된 금속 마스크(120)에 대해 중앙부분부터 가장자리방향으로 가압방향이 점진적으로 확산되면서 음각의 도파로 패턴(122)에 충진되지 않은 잔여 코어 형성용 용액(130)이 바깥으로 밀쳐 배출되면서 하부 클래드 패널(140)이 음각의 도파로 패턴(122) 내에 충진된 코어 형성용 용액(130)과 압착된상태에서 경화처리됨으로써 기포가 제거되고, 잔여층 발생이 억제되면서 변형이 없는 정밀한 코어층(135)을 형성할 수 있다.
또한, 금속마스터(120)를 사용함으로써 반복사용 가능 횟수가 증가하며, 제조가 용이한 장점을 제공한다.
120: 금속 마스터 130: 코어 형성용 용액
140: 하부 클래드 패널 200: 챔버
260: 가압판

Claims (6)

  1. 평판형 광도파로 소자의 제조방법에 있어서,
    가. 금속소재에 형성하고자 하는 코어의 도파로 패턴을 음각 형태로 하여 금속마스터를 형성하는 단계와;
    나. 상기 금속마스터의 도파로 패턴에 코어 형성용 용액을 도포하는 단계와;
    다. 상기 코어 형성용 용액 위에서 하부클래드 패널이 상기 금속마스터의 중앙부분에서 가장자리방향으로 점진적으로 밀착 가압되게 하면서 상기 코어 형성용 용액을 경화시켜 코어층을 상기 하부클래드 패널 하부에 형성하는 단계와;
    라. 상기 금속마스터를 상기 코어층으로부터 분리하고, 노출된 상기 코어층 상부에 상부 클래드층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가 단계는
    가-1. 실리콘소재로 상기 도파로 패턴이 양각이 되게 베이스 마스터를 제작하는 단계와;
    가-2. 상기 베이스 마스터의 상기 도파로 패턴 위에 상기 금속소재로 적층한 후 상기 베이스 마스터를 분리하여 상기 금속 마스터를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다 단계는
    다-1. 기체의 주입 및 배출이 가능한 내부공간을 갖는 챔버 내에 상기 코어 형성용 용액이 도포된 상기 금속마스터를 상기 코어 형성용 용액이 상부에 노출되게 배치하는 단계와;
    다-2. 구부림이 가능한 소재로 된 상기 하부클래드 패널을 상기 코어 형성용 용액 보다 상방으로 이격되어 상기 챔버의 내부공간을 상부영역과 하부영역으로 구획하게 상기 챔버에 설치하는 단계와;
    다-2. 상기 하부 클래드 패널의 중앙부분이 하방으로 호형으로 휘면서 상기 금속마스터의 중앙부분부터 가장자리방향으로 점진적으로 밀착 가압되게 상기 챔버의 상부영역에 공기를 가압 상태로 주입하거나, 상기 하부영역의 공기를 배출하는 감압과정을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 다 단계는
    다-1. 기체의 주입 및 배출이 가능한 내부공간을 갖는 챔버 내에 상기 코어 형성용 용액이 도포된 상기 금속마스터를 상기 코어 형성용 용액이 상부에 노출되게 배치하는 단계와;
    다-2. 구부림이 가능한 소재로 된 상기 하부클래드 패널을 상기 코어 형성용 용액 보다 상방으로 이격되어 상기 챔버의 내부공간을 상부영역과 하부영역으로 구획하게 상기 챔버에 설치하는 단계와;
    다-3. 상기 하부 클래드 패널의 중앙부분이 하방으로 호형으로 휘면서 상기 금속마스터의 중앙부분부터 가장자리방향으로 점진적으로 밀착 가압되게 상기 챔버의 상부영역에 공기를 가압 상태로 주입하면서, 상기 하부영역의 공기를 배출하는 감압과정을 동시에 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 다 단계는
    다-1. 기체의 주입 및 배출이 가능한 내부공간을 갖는 챔버 내에 상기 코어 형성용 용액이 도포된 상기 금속마스터의 상기 코어 형성용 용액 위에 하부 클래드 패널을 안착시키는 단계와;
    다-2. 구부림이 가능한 소재로 된 가압판을 상기 하부 클래드 패널보다 상방으로 이격되어 상기 챔버의 내부공간을 상부영역과 하부영역으로 구획하게 상기 챔버에 설치하는 단계와;
    다-3. 상기 가압판의 중앙부분이 하방으로 호형으로 휘면서 상기 하부 클래드패널의 중앙부분부터 가장자리방향으로 점진적으로 밀착 가압되게 상기 챔버의 상부영역에 공기를 가압 상태로 주입하거나, 상기 하부영역에 공기를 배출하는 감압과정을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 다 단계는
    다-1. 기체의 주입 및 배출이 가능한 내부공간을 갖는 챔버 내에 상기 코어 형성용 용액이 도포된 상기 금속마스터의 상기 코어 형성용 용액 위에 하부 클래드 패널을 안착시키는 단계와;
    다-2. 구부림이 가능한 소재로 된 가압판을 상기 하부 클래드 패널보다 상방으로 이격되어 상기 챔버의 내부공간을 상부영역과 하부영역으로 구획하게 상기 챔버에 설치하는 단계와;
    다-3. 상기 가압판의 중앙부분이 하방으로 호형으로 휘면서 상기 하부클래드 패널의 중앙부분부터 가장자리방향으로 점진적으로 밀착 가압되게 상기 챔버의 상부영역에 공기를 가압 상태로 주입하면서, 상기 하부영역에 공기를 배출하는 감압과정을 동시에 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자 제조방법.
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