KR101835456B1 - Manufacturing method of optical fiber array block - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 어레이 블럭의 제조방법은, 실리콘 기판 상에 피식각될 영역을 노출시키는 식각 마스크 패턴을 형성하는 단계; 노출된 상기 실리콘 기판을 건식 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치의 바닥면에 노출된 상기 실리콘 기판을 습식 식각으로 이방성 식각하여 복수개의 브이 홈(V-groove)들을 형성하는 단계; 상기 브이 홈들에 광섬유들을 안착시키는 단계; 및 상기 안착된 광섬유들에 UV 경화용 에폭시를 도포하고 덮개판을 올린 후 UV를 조사하여 상기 광섬유들을 고정시키는 단계를 포함한다.A method of fabricating an optical fiber array block according to an embodiment of the present invention includes: forming an etch mask pattern exposing a region to be seeded on a silicon substrate; Dry etching the exposed silicon substrate to form a trench; Forming a plurality of V-grooves by anisotropically etching the silicon substrate exposed on the bottom surface of the trench by wet etching; Placing optical fibers in the V-grooves; And applying UV curing epoxy to the placed optical fibers, raising the cover plate, and fixing the optical fibers by irradiating UV light.
Description
본 발명은 광섬유를 이용한 통신 방법에 사용되는 것으로, 더욱 상세하게는 광섬유를 실장하는 V홈(groove)을 가지는 광섬유 어레이 블럭의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an optical fiber array block having a V-groove for mounting an optical fiber, which is used in a communication method using an optical fiber.
광섬유 어레이 블럭(optical fiber array block)은 광분배기(optical splitter), 광결합기(coupler), 도파로 어레이 격자(arrayed waveguide grating; AWG), 광스위치, 다중화기(multiplexer)/역다중화기(demultiplexer) 등에서 여러 가닥의 광섬유와 칩을 패키징할 때 광섬유의 정렬 및 고정을 용이하게 하는 장치이다.The optical fiber array block may be divided into a plurality of optical fibers such as an optical splitter, an optical coupler, an arrayed waveguide grating (AWG), an optical switch, a multiplexer / demultiplexer, It is a device that facilitates alignment and fixing of optical fibers when packaging optical fibers and chips of strands.
일반적으로, 상기 광섬유 어레이 블럭은 광섬유의 정렬을 용이하게 하는 복수의 V홈(groove)이 형성된 기판, 상기 V홈에 정렬된 복수의 광섬유들, 상기 복수의 광섬유들을 눌러 고정시키는 덮개판 및 상기 기판과 상기 덮개판 사이에 충진된 접착제로 구성된다.In general, the optical fiber array block includes a substrate on which a plurality of V grooves are formed to facilitate alignment of optical fibers, a plurality of optical fibers aligned in the V groove, a cover plate for pressing and fixing the plurality of optical fibers, And an adhesive filled between the cover plate and the cover plate.
상기 V홈 기판으로서 실리콘(Si) 기판은 실리콘의 특성을 이용하여 매우 정밀한 V홈을 용이하게 만들 수 있고, 대량생산이 가능하여 저가격화가 가능하다. 하지만, 상기 실리콘 기판은 V홈의 깊이가 결정되어 있어 광섬유가 충분히 안착될 수 있을 만큼 충분한 깊이의 V홈을 제작하기 어려우므로 광섬유 어레이 블럭의 신뢰성이 취약한 단점이 있다. 한편, 쿼츠(quartz)는 열팽창계수가 작아서 열적 안정성이 우수하고, UV경화가 용이하고, 연삭기를 이용한 기계가공으로 V홈을 제작하기 때문에 광섬유가 충분히 안착될 수 있는 충분히 깊은 V홈의 제작이 가능하여 신뢰성이 높은 광섬유 어레이 블럭을 만들 수 있다. 그러나, 상기 쿼츠는 기계가공을 하기 때문에 16 어레이 이상의 다수의 어레이를 제작할 경우 제작시간이 길고 회수율도 낮아져서 제조단가가 높아지는 단점이 있다.
The silicon (Si) substrate as the V-groove substrate can easily make very precise V-grooves by using the characteristics of silicon, and can be mass-produced, thereby enabling cost reduction. However, since the depth of the V-groove is determined in the silicon substrate, it is difficult to fabricate a V-groove having a depth sufficient for the optical fiber to be sufficiently seated, and thus the reliability of the optical fiber array block is poor. On the other hand, since quartz has a small thermal expansion coefficient, it has excellent thermal stability, UV curing is easy, and V groove is manufactured by machining using a grinding machine, so that it is possible to fabricate a sufficiently deep V groove Thereby making a highly reliable optical fiber array block. However, since the above-mentioned quartz is machined, when a large number of arrays of 16 arrays or more are manufactured, the manufacturing time is long and the recovery rate is low, which causes a disadvantage that the manufacturing cost is increased.
본 발명의 목적은 저렴하면서 높은 신뢰성을 갖는 광섬유 어레이 블럭의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an optical fiber array block which is inexpensive and has high reliability.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 어레이 블럭의 제조방법은, 실리콘 기판 상에 피식각될 영역을 노출시키는 식각 마스크 패턴을 형성하는 단계; 노출된 상기 실리콘 기판을 건식 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치의 바닥면에 노출된 상기 실리콘 기판을 습식 식각으로 이방성 식각하여 복수개의 브이 홈(V-groove)들을 형성하는 단계; 상기 브이 홈들에 광섬유들을 안착시키는 단계; 및 상기 안착된 광섬유들에 UV 경화용 에폭시를 도포하고 덮개판을 올린 후 UV를 조사하여 상기 광섬유들을 고정시키는 단계를 포함한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating an optical fiber array block, including: forming an etch mask pattern exposing a region to be seeded on a silicon substrate; Dry etching the exposed silicon substrate to form a trench; Forming a plurality of V-grooves by anisotropically etching the silicon substrate exposed on the bottom surface of the trench by wet etching; Placing optical fibers in the V-grooves; And applying UV curing epoxy to the placed optical fibers, raising the cover plate, and fixing the optical fibers by irradiating UV light.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실리콘 기판에 건식 식각(dry etch)과 습식 식각(wet etch)의 조합을 통해 광섬유가 충분히 안착될 수 있는 V홈(groove)을 포함하는 광섬유 실장부를 형성하여 광섬유를 V홈에 충분히 깊게 실장시킴으로써, 광섬유 어레이와 덮개판 사이의 간격을 줄여 접착제인 에폭시 수지의 사용량을 줄임에 따라 신뢰성이 높고 저렴한 광섬유 어레이 블럭을 제작할 수 있다. 본 발명은 광섬유 어레이 블럭에 사용되는 실리콘과 쿼츠의 재질적인 장점을 모두 살릴 수 있다. 또한, 본 발명의 광섬유 어레이 블럭을 사용하여 저가격 광분배기(optical splitter) 등 광통신 부품의 가격을 낮출 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, an optical fiber mounting portion including a V groove in which an optical fiber can be sufficiently placed through a combination of dry etch and wet etch is formed on a silicon substrate, By reducing the distance between the optical fiber array and the cover plate to reduce the amount of epoxy resin used as an adhesive, it is possible to manufacture an optical fiber array block with high reliability and low cost. The present invention can take advantage of the material advantages of silicon and quartz used in optical fiber array blocks. In addition, the cost of an optical communication component such as a low-cost optical splitter can be reduced by using the optical fiber array block of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 어레이 블럭의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2m은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 어레이 블럭의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 어레이 블럭용 실리콘 기판에 제작된 V홈을 포함한 광섬유 실장부를 나타낸 전자주사현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진이다.1 is a cross-sectional view of an optical fiber array block according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2M are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an optical fiber array block according to an embodiment of the present invention.
3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing an optical fiber mounting part including a V-groove fabricated on a silicon substrate for an optical fiber array block according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되는 것으로 해석되어져서는 안되며, 당업계에서 보편적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 따라서, 도면에서의 요소들이 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the embodiments of the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. It is preferred that the invention be interpreted as providing a more complete description of the invention. Therefore, the elements, shapes, sizes, and the like in the drawings may be exaggerated for clarity of description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 어레이 블럭의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an optical fiber array block according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 어레이 블럭(100)은 광섬유 실장부(F)를 구비하는 실리콘 기판(110) 및 상기 실리콘 기판(110) 아래에 직접접합된 쿼츠 웨이퍼(quartz wafer, 120)를 포함하는 실리콘-쿼츠 직접접합 기판(130), 상기 광섬유 실장부(F)에 실장된 적어도 하나 이상의 광섬유들(140) 상에 제공된 덮개판(160) 및 상기 실리콘-쿼츠 직접접합 기판(130)과 상기 덮개판(160) 사이에 충진된 접착층(150)을 포함할 수 있다.1, an optical
상기 광섬유 실장부(F)는 수직한 측벽들(110a)과 상기 수직한 측벽들(110a) 사이의 아래에 제공되되, 최외각의 경사면들이 상기 수직한 측벽들(110a)의 저면으로부터 연장되는 적어도 하나 이상의 이웃한 V홈(groove)들(110c)로 구획되어 제공될 수 있다.The optical fiber mounting portion F is provided under the
상기 광섬유 실장부(F)는 수직한 측벽들(110a)과 상기 수직한 측벽들(110a) 사이의 아래에 제공되되, 상기 수직한 측벽들(110a)의 저면으로부터 연장되는 V홈(110c)으로 구획되어 제공될 수 있다.The optical fiber mounting portion F is provided under the
상기 수직한 측벽들(110a)은 상기 실리콘 기판(110)의 상면으로부터 40㎛ 내지 60㎛의 제1 깊이로 제공될 수 있다. 상기 V홈들(110c)은 상기 수직한 측벽들(110a)의 저면으로부터 80㎛ 내지 100㎛의 제2 깊이로 제공될 수 있다. 상기 광섬유 실장부(F)는 상기 실리콘 기판(110)의 상면으로부터 상기 V홈들(110c)의 저면까지 상기 제1 깊이와 상기 제2 깊이를 합한 제3 깊이, 즉, 120㎛ 내지 160㎛로 제공될 수 있다.The
상기 실리콘 기판(110)의 표면은 (110)결정면을 가진다. 상기 V홈들(110c)의 경사면은 (111) 결정면과 54.7°의 경사각을 가진다.The surface of the
상기 V홈들(110c)은 서로 이웃하여 제공될 수 있다. 도시하지는 않았으나, 상기 V홈들(110c)은 상기 실리콘 기판(110)의 일 평탄면을 사이에 두고 일 방향으로 평행하게 일정 간격 이격되어 제공될 수 있다.The V-
상기 광섬유들(140)은 약 125㎛의 직경을 가지고 제공될 수 있다. 상기 광섬유들(140)은 상기 광섬유 실장부(F)의 최외곽 상부에 제공된 상기 수직한 측벽들(110a)로 인해 상면이 상기 실리콘 기판(110)의 상면보다 50㎛ 이내에서 돌출되어 상기 광섬유 실장부(F)의 상기 V홈들(110c)에 충분히 깊게 실장될 수 있다.The
상기 V홈들(110c)은 상기 광섬유들(140)에 발생되는 응력집중을 최소화하여 광손실 발생을 최소화한 상기 광섬유 어레이 블럭(100)을 제공하는 효과가 있다.The V-
상기 덮개판(160)은 상기 광섬유들(140)을 고정시키고, 외부 환경으로부터 상기 광섬유들(140)을 보호하는 역할을 한다. 상기 덮개판(160)은 상기 광섬유들(140) 및 상기 실리콘-쿼츠 직접접합 기판(130) 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 덮개판(160)은 유리(glass) 또는 쿼츠 기판일 수 있다. 여기서, 상기 광섬유 실장부(F)를 포함하는 실리콘-쿼츠 직접접합 기판(130)은 광섬유 어레이를 구성할 수 있다. 상기 실리콘-쿼츠 직접접합 기판(130)에서 상기 쿼츠 웨이퍼(120)는 생략될 수 있다.The
상기 접착층(150)은, 예를 들어, UV 경화용 에폭시(epoxy)로 이루어질 수 있다. 상기 접착층(150)은 상기 광섬유들(140) 아래의 상기 V홈들(110c) 내부에도 제공될 수 있다.The
상기 광섬유 어레이 블럭(100)은 상기 실리콘-쿼츠 직접접합 기판(130), 즉, 상기 광섬유 어레이와 상기 덮개판(160) 사이의 간격이 좁아 상기 에폭시의 사용량이 적으므로 신뢰성이 높다.The optical
또한, 상기 광섬유 어레이 블럭(100)은 상기 실리콘 기판(110)에 V홈들(110c)을 형성하고, 상기 실리콘 기판(110) 아래에 상기 쿼츠 웨이퍼(120)를 접합하여 제조단가는 저렴하게 가져가면서 실리콘과 쿼츠의 재질적인 장점을 모두 살릴 수 있다.
The optical
이하, 도 2a 내지 도 2m을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 어레이 블럭의 제조방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of fabricating an optical fiber array block according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2M.
도 2a 내지 도 2m은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 어레이 블럭의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 어레이 블럭용 실리콘 기판에 제작된 V홈을 포함한 광섬유 실장부를 나타낸 전자주사현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진이다.FIGS. 2A to 2M are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an optical fiber array block according to an embodiment of the present invention, 3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing an optical fiber mounting part including a V-groove fabricated on a silicon substrate for an optical fiber array block according to an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 실리콘 기판(110) 상에 식각 마스크층(112)을 형성한다. 상기 실리콘 기판(110)은, 일례로 RCA 세정 등을 통해 자연 산화막(native oxide)이 제거된 기판일 수 있다. 상기 실리콘 기판(110)은 결정면에 따른 특유의 습식 식각(wet etch) 특성으로 광섬유들(140, 도 2k 참조)를 정밀하게 정렬하기 위한 V홈(groove, 도 2h의 110c 참조)을 제작하기 위한 양산에 유리하고, 대량생산이 가능하여 경제성이 있다. 상기 실리콘 기판(110)은 표면이 (110)결정면을 가진다.Referring to FIG. 2A, an
상기 식각 마스크층(112)은 상기 실리콘 기판(110)과 식각 선택비가 다른 물질로 형성할 수 있다. 바람직하게, 상기 식각 마스크층(112)은 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(Si3N4)으로 형성할 수 있다. 상기 실리콘 산화막(SiO2)은 1000Å 내지 5000Å의 두께로 형성할 수 있다. 상기 실리콘 질화막(Si3N4)은 500Å 내지 1000Å의 두께로 형성할 수 있다.The
일례로, 상기 실리콘 산화막(SiO2)은 열 산화막(thermal oxide)일 수 있다. 일례로, 상기 열 산화막은 700℃ 내지 1000℃의 온도에서 2slm 내지 15slm 의 O2 가스를 사용하여 10분 내지 15분 동안 수행하여 형성할 수 있다.For example, the silicon oxide film (SiO 2 ) may be a thermal oxide film. For example, the thermal oxide film may be formed at a temperature of 700 ° C to 1000 ° C for 10 minutes to 15 minutes using 2 slm to 15 slm of O 2 gas.
도 2b를 참조하면, 상기 식각 마스크층(112) 상에 감광막(114)을 형성한다. 상기 감광막(114)은 상기 식각 마스크층(112) 상에 양성(positive) 또는 음성(negative) 감광성 물질(photo resist)을 도포하여 형성할 수 있다. 여기서는 설명의 편의를 위하여 양성 감광성 물질로 이루어진 감광막(114)을 도시하기로 한다. 일례로, 상기 감광막(114)은 AZ 계열(Mg-Al-Zn 합금)의 양성 감광성 물질을 스핀코터(spin coater)를 사용하여 1000rpm 내지 3000rpm의 속도로 도포하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 2B, a
도 2c를 참조하면, 상기 감광막(114) 상에 노광 마스크(116)를 위치시킨 후 노광(exposure) 공정을 실시한다.Referring to FIG. 2C, an
상기 노광 마스크(116)는 투광부들(116a) 및 차광부들(116b)을 포함할 수 있다. 상기 투광부들(116a)은 상기 실리콘 기판(110)의 피식각될 영역들에 대응시키고, 상기 차광부들(116b)은 상기 실리콘 기판(110)의 피식각될 영역들을 제외한 나머지 영역에 대응시킨다. 상기 실리콘 기판(110)의 피식각될 영역들은 일방향으로 평행한 적어도 하나 이상의 직사각형 형상을 가질 수 있다.The
상기 노광 공정은 자외선(Ultraviolet; UV)을 조사하여 실시할 수 있다. 이로써, 상기 투광부들(116a)에 대응되는 상기 감광막(114)이 노광부들(A)로 변경된다. 상기 노광 마스크(116)는 상기 노광 공정이 완료된 후 제거한다.The exposure process may be performed by irradiating ultraviolet (UV) light. As a result, the
도 2d를 참조하면, 상기 감광막(114, 도 2c 참조)의 노광부들(A, 도 2c 참조)을 현상(develope)한다. 상기 현상 공정은, 예를 들어, EKC 830(EKC 테크놀러지 社) 등의 스트립(strip) 용액을 사용하여 수행할 수 있다.Referring to FIG. 2D, the exposed portions A (see FIG. 2C) of the photoresist layer 114 (see FIG. 2C) are developed. The developing process can be performed using a strip solution such as, for example, EKC 830 (EKC Technologies).
그 결과, 상기 감광막(114, 도 2c 참조)의 노광부들(A, 도 2c 참조)이 제거되고, 상기 차광부들(116b, 도 2c 참조)에 대응되는 감광막(114, 도 2c 참조)이 잔류되어 상기 식각 마스크층(112)의 표면 일부를 노출시키는 적어도 하나 이상의 제1 오프닝들(O1, opening)을 가지는 감광막 패턴(114a)이 형성된다.As a result, the exposed portions A (see FIG. 2C) of the photoresist 114 (see FIG. 2C) are removed and the photoresist 114 (see FIG. 2C) corresponding to the light-shielded
상기 감광막 패턴(114a)을 형성한 후에는 상기 감광막 패턴(114a)의 경화를 위해 베이크(bake) 공정을 더 실시할 수 있다.After the
도 2e를 참조하면, 상기 감광막 패턴(114a)의 제1 오프닝들(O1)의 저면에 노출된 상기 식각 마스크층(112, 도 2d 참조)을 식각한다.Referring to FIG. 2E, the etch mask layer 112 (see FIG. 2D) exposed at the bottom of the first openings O1 of the
상기 식각은 건식 식각(dry etch) 공정으로 수행할 수 있다. 상기 건식 식각 공정은 O2 가스, 산소 함유 가스, CxFy(x, y는 양의 정수)계 가스, CxHyFz(x, y, z는 양의 정수)계 가스, 불활성 가스 또는 이들의 조합으로 이루어지는 혼합 가스를 식각 가스로 사용하여 수행할 수 있다.The etching may be performed by a dry etch process. The dry etching process may be performed by using a mixed gas comprising an O 2 gas, an oxygen-containing gas, CxFy (x, y is a positive integer) gas, CxHyFz (x, y, z is a positive integer) gas, an inert gas, Gas can be used as an etching gas.
이로써, 노출된 상기 식각 마스크층(112, 도 2d 참조)이 선택적으로 제거되어 상기 실리콘 기판(110)의 피식각될 영역들을 노출시키는 적어도 하나 이상의 제2 오프닝들(O2)을 가지는 식각 마스크 패턴(112a)이 형성된다.The etch mask pattern 112 (see FIG. 2D) is selectively removed to form at least one second opening O2 exposing the regions to be crystallized in the
도 2f를 참조하면, 상기 감광막 패턴(114a, 도 2e 참조)을 제거한다. 상기 감광막 패턴(114a, 도 2e 참조)의 제거 공정은 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정으로 실시할 수 있다. 일례로, 상기 건식 식각 공정은 O2 플라즈마(plasma)를 사용하여 수행할 수 있다. 일례로, 상기 습식 식각 공정은 나노스트립(nanostrip) 용액을 사용하여 70℃ 내지 100℃의 온도에서 10분 내지 20분 동안 실시하여 수행할 수 있다.Referring to FIG. 2F, the
그 결과, 상기 감광막 패턴(114a, 도 2e 참조)이 선택적으로 제거되어 상기 실리콘 기판(110) 상에는 식각 마스크 패턴(112a)만이 잔류된다.As a result, the
도 2g를 참조하면, 상기 식각 마스크 패턴(112a)을 식각 마스크로 사용하여 노출된 상기 실리콘 기판(110)을 식각한다.Referring to FIG. 2G, the exposed
상기 식각은 건식 식각 공정을 이용하여 수행할 수 있다. 상기 건식 식각 공정은 CxFy(x,y는 양의 정수)계 또는 CxHyFz(x,y,z는 양의 정수)계 가스를 식각 가스로 사용하여 5분 내지 10분 동안 실시할 수 있다. 이때, 식각 깊이는 상기 실리콘 기판(110)의 상면으로부터 40㎛ 내지 60㎛의 제1 깊이로 형성할 수 있다. 일례로, 상기 건식 식각 공정은 CF4 가스를 식각 가스로 사용하여 약 5분 동안 실시할 수 있다.The etching can be performed using a dry etching process. The dry etching process can be performed for 5 to 10 minutes using CxFy (x, y is a positive integer) or CxHyFz (x, y, z is a positive integer) type gas as an etching gas. At this time, the etching depth may be formed to a first depth of 40 to 60 탆 from the upper surface of the
이로써, 노출된 상기 실리콘 기판(110)이 식각되어 상기 실리콘 기판(110)의 상면으로부터 상기 제1 깊이를 가지는 적어도 하나 이상의 트렌치들(T, trench)이 형성된다. 상기 트렌치들(T)은 수직한 측벽들(110a) 및 바닥면(110b)으로 구성될 수 있으며, 일 방향으로 평행한 직사각형 형상을 가질 수 있다.As a result, the exposed
도시하지는 않았으나, 상기 건식 식각 공정 후에는 식각 손상을 보상하기 위해 산화(oxidation) 공정을 추가로 실시할 수 있다.Although not shown, an oxidation process may be further performed after the dry etching process to compensate for etching damage.
도 2j를 참조하면, 상기 광섬유 실장부(F)를 포함하는 실리콘 기판(110)의 아래에 쿼츠 웨이퍼(120)를 직접접합(direct bonding)한다.Referring to FIG. 2J, the
상기 쿼츠 웨이퍼(120)는 이후에 광섬유 어레이 블럭(100, 도 2m 참조)에 실장될 광분배기 칩(optical splitter chip, 미도시)과의 열팽창계수 차이를 완화시키기 위하여 제공될 수 있으며, 생략 가능하다.The
도 2h 및 도 3을 참조하면, 상기 식각 마스크 패턴(112a)을 식각 마스크로 사용하여 상기 트렌치들(T)의 바닥면(110b, 도 2g 참조)에서의 노출된 실리콘 기판(110)을 식각한다. 이때, 식각 깊이는 상기 트렌치들(T)의 바닥면(110b, 도 2g 참조) 또는 상기 수직한 측벽들(110a)의 저면으로부터 80㎛ 내지 100㎛의 제2 깊이로 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 2h and 3, the
상기 식각은 습식 식각 공정을 이용하여 수행할 수 있다. 바람직하게, 상기 습식 식각 공정은 수산화칼륨(KOH) 용액 또는 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(Tetramethyl-Ammonium Hydroxide; 이하 TMAH) 용액 등을 사용하여 실시할 수 있다. 일례로, 상기 습식 식각 공정은 20wt%의 TMAH 용액을 사용하여 75℃ 내지 95℃의 온도에서 150분 내지 170분 동안 실시할 수 있다.The etching may be performed using a wet etching process. Preferably, the wet etching process may be performed using a potassium hydroxide (KOH) solution or a tetramethyl-ammonium hydroxide (TMAH) solution. For example, the wet etching process can be performed at a temperature of 75 ° C to 95 ° C for 150 to 170 minutes using a 20 wt% TMAH solution.
상기 실리콘 기판(110)은 상기 KOH 또는 TMAH 용액을 식각 매개체로 사용하면 결정방위 의존성 식각 특성으로 인해 이방성 식각된다. 즉, 상기 식각 마스크 패턴(112a)을 식각 마스크로 이용하여 (110)결정면을 표면으로 하는 노출된 상기 실리콘 기판(110)을 식각하면 (111)결정면이 경사면이 되는 적어도 하나 이상의 깊은 V홈들(groove, 110c)이 형성된다. 이는 실리콘이 결정방향에 따라 원자밀집 정도가 다르기 때문에 결정 방향에 따라 서로 다른 식각률을 보이기 때문이며, 이때, 가장 낮은 활성화 에너지를 가진 방향으로서의 식각률이 가장 높게 된다.The
상기 V홈들(110c)의 경사면은 (111)결정면과 54.7°의 경사각을 가진다. 상기 경사각는 표면이 (110)결정면을 갖는 상기 실리콘 기판(110)에 대해 고정된 인자(factor)이다.The inclined plane of the
이로써, 도 2h 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 기판(110)의 상부에 수직한 측벽들(110a)과 상기 수직한 측벽들(110a) 사이의 아래에 제공되되, 최외각의 경사면들이 상기 수직한 측벽들(110a)의 저면으로부터 연장되는 적어도 하나 이상의 이웃한 V홈(groove)들(110c)로 구획된 광섬유 실장부(F)가 형성된다.2H and FIG. 3, the uppermost portion of the
따라서, 상기 광섬유 실장부(F)는 상기 실리콘 기판(110)의 상면으로부터 상기 V홈들(110c)의 저면까지 상기 수직한 측벽들(110a)의 상기 제1 깊이와 상기 V홈들(110c)의 상기 제2 깊이를 합한 제3 깊이, 즉 120㎛ 내지 160㎛의 깊이로 형성될 수 있다.Therefore, the optical fiber mounting portion F is disposed between the first depth of the
상기 V홈들(110c)은 상기 V홈들(110c)을 식각하는 과정에서 상기 트렌치들(T, 도 2g 참조) 사이의 실리콘 기판(110)이 함께 식각되면서 도시한 바와 같이 서로 이웃하여 형성될 수 있다. 하지만, 상기 트렌치들(T) 사이의 간격이 넓다면, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 V홈들(110c)은 상기 실리콘 기판(110)의 일 평탄면을 사이에 두고 일 방향으로 평행하게 일정 간격 이격되어 형성될 수 있다. 따라서, 상기 광섬유 실장부(F)는 상기 수직한 측벽들(110a)과 상기 수직한 측벽들(110a) 사이의 아래에 제공되되, 상기 수직한 측벽들(110a)의 저면으로부터 연장되는 하나의 V홈(110c)으로 구획되어 제공될 수 있다. 한편, 도 3에서 상기 수직한 측벽들(110a)의 하부 양측에 돌출되어 식각된 부분은 식각 공정에서 발생되지 않도록 조절이 가능하므로 이는 무시하기로 한다.The
상기 V홈들(110c)은 상기 광섬유들(140, 도 2k 참조)에 발생되는 응력집중을 최소화하여 광손실 발생을 최소화한 상기 광섬유 어레이 블럭(100, 도 2m 참조)을 제공하는 효과가 있다.The V-
도 2i를 참조하면, 상기 식각 마스크 패턴(112a, 도 2h 참조)을 제거한다. 상기 식각 마스크 패턴(112a, 도 2h 참조)은 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정을 이용하여 제거할 수 있다.Referring to FIG. 2I, the
상기 식각 마스크 패턴(112a, 도 2h 참조)이 상기 실리콘 산화막(SiO2)이면, 일례로 상기 식각 마스크 패턴(112a, 도 2h 참조)은 HF계 혼합수용액을 사용한 습식 식각 공정으로 제거할 수 있다. 이와는 달리, 상기 식각 마스크 패턴(112a, 도 2h 참조)이 상기 실리콘 질화막(Si3N4)이면, 일례로 상기 식각 마스크 패턴(112a, 도 2h 참조)은 인산(H3PO4) 용액을 이용한 습식 식각 공정으로 제거할 수 있다.If the
이로써, 상기 식각 마스크 패턴(112a, 도 2h 참조)이 선택적으로 제거되어 상기 광섬유 실장부(F)를 포함하는 실리콘 기판(110)의 표면이 노출된다.Thus, the
이로써, 상기 광섬유 실장부(F)를 포함하는 실리콘 기판(110) 및 쿼츠(120)로 이루어지는 실리콘-쿼츠 직접접합 기판(130)이 형성된다. 따라서, 상기 실리콘 기판(110)의 상부에 적어도 하나 이상의 상기 V홈들(110c)이 형성되어 광섬유 어레이를 구성할 수 있다.Thereby, the silicon-quartz direct bonded
상기 실리콘-쿼츠 직접접합 기판(130)은 상기 V홈들(110c)을 저렴한 단가로 상기 실리콘 기판(110)에 용이하게 만들면서 상기 쿼츠 웨이퍼(120)를 상기 실리콘 기판(110)과 직접접합시킴으로써, 광섬유 어레이 블럭(100, 도 2m 참조)에 사용되는 실리콘과 쿼츠의 재질적인 장점을 모두 살릴 수 있다.The silicon-quartz directly bonded
도 2k를 참조하면, 상기 실리콘-쿼츠 직접접합 기판(130)의 상기 광섬유 실장부(F)에 적어도 하나 이상의 광섬유들(140)을 안착시킨다.Referring to FIG. 2K, at least one
상기 광섬유들(140)은 약 125㎛의 직경을 가진다. 따라서, 상기 광섬유들(140)은 상기 광섬유 실장부(F)의 최외곽 상부에 제공된 상기 수직한 측벽들(110a)로 인해 상기 광섬유 실장부(F)의 상기 V홈들(110c)에 충분히 깊게 안착될 수 있다.The
하지만, 상기 광섬유들(140)은 상기 V홈들(110c)의 형상으로 인해 완전히 상기 광섬유 실장부(F)에 안착되지 못하고 상면이 상기 실리콘 기판(110)의 상면보다 약 50㎛ 이내에서 돌출될 수 있다.However, since the
도 2l을 참조하면, 상기 광섬유 실장부(F)에 안착된 상기 광섬유들(140) 및 상기 실리콘-쿼츠 직접접합 기판(130) 상에 접착제를 도포하여 접착층(150)을 형성한다.Referring to FIG. 21, an
상기 접착층(150)은 상기 광섬유들(140) 아래까지 상기 접착제가 스며들 수 있도록 상기 접착제를 충분히 도포하여 형성할 수 있다. 일례로, 상기 접착층(150)은 UV 경화용 에폭시일 수 있다.The
도 2m을 참조하면, 상기 접착층(150) 상에 덮개판(160)을 올려놓은 후 UV를 조사하여 상기 실리콘-쿼츠 직접접합 기판(130)과 상기 덮개판(160)을 접착시킴으로써 상기 광섬유들(140)을 고정시킨다.Referring to FIG. 2M, a
상기 덮개판(160)은 상기 광섬유들(140)을 고정하고, 외부 환경으로부터 상기 광섬유들(140)을 보호하는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 덮개판(160)은 유리(glass) 또는 쿼츠를 사용할 수 있다.The
이로써, 상기 광섬유 실장부(F)를 포함한 상기 실리콘-쿼츠 직접접합 기판(130), 상기 광섬유 실장부(F)에 실장된 상기 광섬유들(140) 상에 제공된 상기 덮개판(160) 및 상기 실리콘-쿼츠 직접접합 기판(130)과 상기 덮개판(160) 사이에 충진된 상기 접착층(150)을 포함하는 광섬유 어레이 블럭(100)이 완성된다.The
일반적으로, 상기 실리콘-쿼츠 직접접합 기판(130), 즉, 광섬유 어레이와 상기 덮개판(160) 사이의 간격이 멀면 그 사이에 투입되는 상기 에폭시의 양도 많아지게 되는데, 투입된 에폭시는 온도 변화에 따라 수축·팽창하여 에폭시의 엽렬(delamination) 현상을 발생시키고, 이 현상은 광섬유의 광손실을 유발시키는 한 원인이 되고 있다.In general, when the gap between the silicon-quartz bonded
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실리콘 기판(110)의 건식 식각과 습식 식각의 조합을 통해 상기 광섬유 실장부(F)를 형성하여 상기 광섬유들(140)을 상기 V홈들(110c)에 충분히 깊게 실장시킴으로써, 상기 광섬유 어레이와 상기 덮개판(160) 사이의 간격을 줄여 상기 에폭시의 사용량을 줄일 수 있다. 따라서, 신뢰성이 높고 저렴한 상기 광섬유 어레이 블럭(100)을 제작할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the optical fiber mounting portion F may be formed through a combination of dry etching and wet etching of the
광분배기와 같은 광통신 부품에서 광섬유 어레이 블럭의 제조단가는 전체의 1/3을 차지하는데, 본 발명의 광섬유 어레이 블럭(100)을 사용하면 광분배기 등 광통신 부품의 가격을 낮출 수 있다는 장점이 있다.The manufacturing cost of an optical fiber array block in an optical communication component such as an optical distributor accounts for 1/3 of the total, and the use of the optical
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 쿼츠 웨이퍼(120)가 상기 V홈들(110c)을 형성하기 위한 습식 식각 공정 후에 상기 실리콘 기판(110) 아래에 직접접합되는 것으로 설명되었으나 이에 한정되는 것은 아니며 상기 쿼츠 웨이퍼(120)는 상기 V홈들(110c) 형성 전 상기 트렌치들(T)을 형성하기 위한 건식 식각 공정 후에 상기 실리콘 기판(110) 아래에 직접접합될 수 있음은 물론이다. 후자는 상기 V홈들(110c)의 형성으로 기인한 상기 실리콘 기판(110)의 휨 발생이 발생되지 않은 상태에서 직접접합을 진행하므로 접합측면에서 보다 유리하다.In an embodiment of the present invention, the
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
The present invention is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is intended to be limited only by the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. something to do.
100: 광섬유 어레이 블럭 110: 실리콘 기판
120: 쿼츠 130: 실리콘-쿼츠 직접접합 기판
140: 광섬유 150: 접착층
160: 덮개판 F: 광섬유 실장부
110a: 수직한 측벽 110c: V홈100: Optical fiber array block 110: Silicon substrate
120: Quartz 130: Silicon-quartz direct bonded substrate
140: optical fiber 150: adhesive layer
160: cover plate F: optical fiber mounting part
110a:
Claims (10)
노출된 상기 실리콘 기판을 건식 식각하여 복수의 트렌치들을 형성하는 단계;
상기 트렌치들의 바닥면 및 내측면에 노출된 상기 실리콘 기판을 습식 식각으로 이방성 식각하여 실장부를 형성하는 단계;
상기 실장부에 광섬유들을 안착시키는 단계; 및
상기 실리콘 기판 상에 상기 안착된 광섬유들을 덮는 덮개판을 제공하여 상기 광섬유들을 고정시키는 단계를 포함하되,
상기 실장부는:
상기 실리콘 기판의 상부면에 대해 수직하고, 서로 마주보는 한 쌍의 측벽; 및
상기 한 쌍의 측벽으로부터 아래로 연장되며, 서로 이웃하도록 형성되는 복수의 브이 홈들을 포함하는 광섬유 블록의 제조방법.
Forming an etch mask pattern exposing a region to be crystallized on a silicon substrate;
Dry-etching the exposed silicon substrate to form a plurality of trenches;
Anisotropically etching the silicon substrate exposed on a bottom surface and an inner surface of the trenches by wet etching to form a mounting portion;
Placing optical fibers on the mounting portion; And
Providing a cover plate covering the optical fibers on the silicon substrate to fix the optical fibers,
The mounting portion includes:
A pair of side walls perpendicular to the upper surface of the silicon substrate and facing each other; And
And a plurality of V grooves extending downward from the pair of side walls and formed to be adjacent to each other.
상기 광섬유들을 고정시키는 단계는:
상기 광섬유들에 UV 경화용 에폭시를 도포하는 단계;
상기 UV 경화용 에폭시가 도포된 상기 광섬유들을 덮도록 상기 덮개판을 제공하는 단계; 및
상기 UV 경화용 에폭시에 UV를 조사하여 상기 광섬유들과 상기 덮개판 사이에 접착막을 형성하는 단계를 포함하는 광섬유 블록의 제조방법.
The method according to claim 1,
The step of fixing the optical fibers comprises:
Applying UV curing epoxy to the optical fibers;
Providing the cover plate to cover the optical fibers coated with the UV curing epoxy; And
And irradiating the UV curable epoxy with UV light to form an adhesive film between the optical fibers and the cover plate.
상기 브이 홈들은 상기 실리콘 기판의 상부면에 대해 54.7도의 경사면들을 갖는 광섬유 블록의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the V-grooves have inclined surfaces of 54.7 degrees with respect to the upper surface of the silicon substrate.
상기 브이 홈들에 광섬유들을 안착시키는 단계 전에, 상기 실리콘 기판 아래에 쿼츠 웨이퍼를 접합하는 것을 더 포함하는 광섬유 블록의 제조방법.
The method according to claim 1,
Further comprising bonding a quartz wafer under the silicon substrate prior to seating the optical fibers in the V-grooves.
상기 실장부 내에 배치되는 광 섬유들;
상기 기판 상에 배치되며, 상기 광 섬유들을 덮는 덮개판; 및
상기 광 섬유들과 상기 덮개판 상에 개재된 접착층을 포함하되,
상기 실장부는:
상기 기판의 상부면에 대해 수직하고, 서로 마주보는 한 쌍의 측벽; 및
상기 한 쌍의 측벽 사이에 배치되는 복수의 브이 홈들을 포함하고,
상기 브이 홈들은 상기 한 쌍의 측벽들로부터 아래로 연장되어, 서로 이웃하도록 형성되는 광섬유 블록.
A mounting portion recessed from an upper surface of the substrate and extending in one direction;
Optical fibers disposed in the mounting portion;
A cover plate disposed on the substrate, the cover plate covering the optical fibers; And
And an adhesive layer interposed between the optical fibers and the cover plate,
The mounting portion includes:
A pair of side walls perpendicular to the upper surface of the substrate and facing each other; And
And a plurality of V-shaped grooves disposed between the pair of side walls,
Wherein the V-grooves extend downward from the pair of side walls and are formed adjacent to each other.
상기 광 섬유들은 상기 브이 홈들 상에 배치되는 광 섬유 블록.
The method according to claim 6,
Wherein the optical fibers are disposed on the V-grooves.
상기 브이 홈들은 상기 기판의 상기 상부면에 대해 54.7도를 갖도록 경사진 경사면들을 포함하는 광 섬유 블록.
The method according to claim 6,
Wherein the V-grooves include sloped surfaces inclined at 54.7 degrees relative to the top surface of the substrate.
상기 광 섬유의 상부는 상기 기판의 상기 상부면 위로 돌출된 광 섬유 블록.
The method according to claim 6,
Wherein an upper portion of the optical fiber protrudes above the upper surface of the substrate.
상기 기판은 실리콘 기판인 광 섬유 블록.
The method according to claim 6,
Wherein the substrate is a silicon substrate.
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