KR19990012248A - 광도파로 소자의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 도파로 소자 중에 전극 등의 외부 바이어스가 필요없는 도파로 소자를 제작할때 기존의 방법을 응용하여 손쉽게 제작하며, 도파로 제작시 도파로의 공정 노출을 최소화 하여 공정과정에서 도파로에 주는 피해를 최소화 하는 방법에 관한 것으로서, 하부완충층, 광도파로 및 상부완충층으로 이루어지는 광도파로 소자를 제작하는 방법에 있어서, 평면 기판위에 하부완충층, 하부완충층 보다 굴절율이 큰 광도파로 층, 광도파로층 보다 굴절율이 작은 상부완충층을 차례대로 형성하는 단계; 소정의 광도파로 패턴을 상부완충층 위에 제작하는 단계; 상부완충층 및 광도파로층을 광도파로 패턴에 따라 식각하는 단계; 및 식각된 기판 위에 상부완충층과 동일한 물질을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로한다.

본 발명에 의하면, 도파로 제작시 도파로의 공정 노출을 최소화하여 공정과정에서 도파로에 주는 피해를 최소화하며, 도파로 소자의 제작 후 도파로에 영향을 줄수있는 외부 스트레스의 제거가 별도의 추가 공정이 없이도 가능하다.

Description

광도파로 소자의 제작 방법

본 발명은 광도파로 소자 제작방법에 관한 것으로서, 특히 전극 등의 외부 바이어스가 필요없는 도파로 소자를 제작할때 기존의 방법을 응용하여 손쉽게 제작하는 광도파로 소자 제작방법에 관한 것이다.

최근까지 평면 도파로 기술(Planar Waveguide Technology)을 이용하여 평면 기판상에 많은 종류의 광도파로 소자가 제작되고 있으며, 그 기능을 더욱 집적화하려는 연구가 이루어져 왔다. 일반적으로 사용되는 광도파로 소자의 제작 기술은 반도체 제작 기술 또는 MEMS 기술을 활용한 기술을 사용하였다.

광도파로 소자를 제작하는 일반적인 방법은 다음과 같이 이루어진다. 도 1a내지 도 1f는 일반적인 광도파로 소자 제작 공정을 설명하기 위한 과정을 도시한 것이다. 먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이 평면 기판(100)위에 하부 완충층(Cladding)을 증착하고, 도 1b에 도시된 바와 같이 도파로를 구성하는 코아층(140)을 증착한다. 그리고 나서 도 1c에 도시된 바와 같이 상기 코아층(140) 위에 도파로 패턴(Pattern)을 위한 마스킹(Masking)을 하고 노광(Photolithography)과 식각(Etching) 공정을 통하여 도파로 마스킹 패턴(Masking Pattern, 150)을 제작한다. 그 다음에 도 1d에 도시된 바와 같이 상기 코아층(140)을 식각하여 도파로를 제작한다. 여기서 참조번호 170은 식각된 부위를 나타낸다. 상기 도파로를 제작한 후에는 도 1e에 도시된 바와 같이 상기 마스킹 패턴(150)을 제거하는 공정을 거친후, 도 1f에 도시된 바와 같이 상부 완충층(160)을 덮어서 광도파로 소자 제작을 완료한다.

상술한 기존의 일반적인 광도파로 소자의 제작방법은 현실적으로 공정 측면에 대한 큰 문제가 없었고, 현재까지도 활용을 하고있는 방법이다. 그러나, 전기 신호나 열 등의 외부 바이어스(bias)가 없이도 작동을 할수 있는 소자에 대하여는 상기 방법에 의한 공정 순서를 그대로 따르지 않아도 소자의 제작이 충분히 가능하다. 또한 도파로 제작시 도파로의 공정 노출도가 크기 때문에 공정 과정에서 도파로에 피해가 가해질 가능성이 높다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 광 도파로 소자중에 전극 등의 외부 바이어스가 필요없는 도파로 소자를 제작할때, 공정 진행을 원할히 하고, 도파로 제작시 공정 노출도를 최소화 하여 공정 과정에서 도파로에 가해질 수 있는 임의의 피해를 줄일 수 있으며 도파로 소자제작 후 외부 스트레스 제거를 위한 별도의 공정이 필요없는 광도파로 소자의 제작방법을 제공하는 것이다.

도 1a 내지 도 1f는 광도파로 소자의 일반적인 제작 공정을 설명하기 위한 제작 공정 과정도를 도시한 것이다.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 바람직한 일 실시에에 따른 광도파로 제작 방법을 설명하기 위한 제작공정 과정도를 도시한 것이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

200 : 평면 기판, 210 : 하부 완충층

220 : 상부 완충층, 230 : 도파로

240 : 코아층, 250 : 마스킹 패턴

260 : 완충층, 270 : 식각 부위

280 : 식각후 하부완충층, 290 : 식각후 상부 완충층

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한, 광도파로 소자의 제작방법은, 하부완충층, 광도파로 및 상부완충층으로 이루어지는 광도파로 소자를 제작하는 방법에 있어서, 평면 기판위에 하부완충층을 형성하는 단계; 상기 하부완충층 위에 상기 하부완충층 보다 굴절율이 큰 광도파로 층을 형성하는 단계; 상기 광도파로층 위에 상기 광도파로층 보다 굴절율이 작은 상부완충층을 형성하는 단계; 소정의 광도파로 패턴을 상기 상부 완충층 위에 제작하는 단계; 상기 상부완충층 및 광도파로층을 상기 광도파로 패턴에 따라 식각하는 단계; 및 상기 식각된 기판 위에 상기 상부완충층과 동일한 물질을 형성하는 단계를 를 포함함이 바람직하다.

상기 하부완충층은 상기 기판과 동일한 재질을 사용할 수도 있으며, 상기 하부 완충층, 광도파로층 및 상부 완충층의 재료는 사용하는 파장대에서 광학적인 손실 특성이 좋은 저손실의 광학고분자이며, 스핀코팅 공정에 의해 증착되고, 증착공정 후, 막질을 좋게 하기 위해 열처리한다.

그리고 상기 광도파로 패턴 제작단계는, 상기 상부완충층 위에 건식식각 내성이 상기 광도파로층보다 강한 물질의 박막을 형성하는 단계; 포토레지스트를 상기 형성된 박막 위에 도포하는 단계; 광도파로 패턴이 그려진 포토마스크를 상기 기판에 정렬하고, 상기 포토레지스트에 선택적으로 UV광선을 조사하는 단계; 및 상기 포토레지스트를 현상액에 담가 현상하여 포토레지스트 패턴을 제작하는 단계를 포함함이 바람직하다.

또한, 상기 광도파로 패턴 제작단계를 위한 다른 방법은 상기 상부완충층 위에 포토레지스트를 도포하는 단계; 소정의 광도파로 패턴이 그려진 포토마스크를 기판에 정렬하고 상기 포토레지스트에 선택적으로 UV광선을 조사하는 단계; 상기 포토레지스트를 현상액에 담가 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 금속 박막을 상기 형성된 포토레지스트 및 상부완충층 위에 증착하는 단계; 및 상기 결과물을 유기용매에 넣어서 리프트-오프하여 마스킹 패턴을 형성하는 단계를 포함함이 바람직하다.

그리고 상기 식각단계는 상기 하부 완충층의 일부 또는 전부까지 식각하며, 상기 식각 후의 완충층 형성은 스핀코팅 또는 딥핑(Dipping)에 의함을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명에서 사용하는, 도파로를 제작 하고자 하는, 광학 고분자는 사용하는 광학 파장대에서 저손실(Low Propagation Loss)을 그 기능으로 하는 것을 특징으로 하는 광학 고분자이며, 그 중 하나의 고분자는 완충층과 비교하여 굴절률의 차이가 0.3% (Δn) 정도 높은 물질로 도파로용 고분자로 사용한다. 이러한 두 가지의 광학 고분자를 이용하여 본 발명에 따른 광도파로 소자를 구성하는 제작 방법은 다음과 같다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 기판은 실리콘 웨이퍼(Si Wafer)나 유리(Glass)등의 표면의 평탄성이 좋은 평면 기판(200)을 이용하고, 상기 기판(200)의 표면에 하부 완충층(Lower Clad, 210)을 형성한다. 상기 하부 완충층(210)의 물질은 도파로로 사용하는 물질보다 굴절률이 낮으며, 사용 파장에서 광투명성을 지닌 물질이다. 상기 하부 완충층(210)은 반도체 공정의 스핀코팅(Spin Coating) 방법을 사용하여 증착한다. 상기 하부 완충층(210)을 효과적으로 운용하기 위하여는 약 20㎛ 정도의 두께가 필요하다. 도포 후 열처리(Baking)에 의하여 막질을 좋게 한다. 그리고 상기 하부완충층(210)은 상기 기판과 동일한 재질을 사용할 수도 있다.

다음 공정은 도 2b에 도시된 바와 같이, 코아층(Core Layer,240)을 형성하기 위하여, 상기 하부 완충층(210)의 물질보다 굴절률이 0.3% (Δn) 높은 도파로용 저손실 광학 고분자를 상기 하부 완충층(210) 위에 스핀 코팅하여 증착한다. 도포후, 열처리 공정을 통해 막질을 좋게 한다. 코아층(240)의 두께는 약 7㎛ 정도이다.

다음 공정은, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 제작된 코아층(240) 위에 하부 완충층(210)을 제작할때 사용한 고분자를 사용하여 상부 완충층(220)을 스핀코팅에 의하여 제작한다. 상기 상부 완충층(220)의 최적 두께는 약 20㎛ 내외이다. 도 2c는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 기판(200) 위에 형성된 하부 완충층(210)과 그 위에 하부 완충층의 물질보다 굴절률이 높은 코아층(240), 그 위에 상부 완충층(220) 등 세 층이 모두 덮인 구조를 보여준다.

도 2d는 도파로 패턴을 제작하기 위한 마스킹 패턴(250)을 형성한 도면을 나타내고 있다. 마스킹을 위한 물질로는 폴리머, 금속박막 또는 실리카(Sillica) 박막, 실리콘(Silicon) 박막처럼 코아층(240) 보다 건식식각 내성이 강한 물질을 사용하거나, 리프트-오프(Lift-Off)공정을 위한 크롬(Cr) 등의 금속박막을 사용한다.

도 2d에서와 같이 마스킹 패턴을 건식식각으로 형성하는 공정을 설명하면 다음과 같다. 먼저 고분자 상부 완충층 위에 스퍼터링(Sputtering), E-비임(E-beam), 또는 열증발(Thermal Evaporation ) 등의 진공증착 방법을 통하여 약 300 ∼ 500 Å 정도의 실리카 박막을 형성한다. 그리고 나서 PR(Photoresist)을 스핀코팅 방법으로 도포한 후, 패턴이 그려진 포토마스크(Photomask)를 기판에 정렬하고 PR에 선택적으로 UV 광선이 조사되도록 한다. 이 공정이 끝나면 PR을 현상(Develop)용액에 담가 현상(Develop)하여 PR 패턴을 제작한 후 건식 식각으로 PR 패턴을 따라서 마스킹패턴(250)을 제작한다.

한편 상기 마스킹 패턴을 리프트-오프(Lift-Off)방법으로 형성하는 공정을 설명하면 다음과 같다. 먼저 이미 형성된 상부 완충층 위에 PR(Photoresist)을 스핀코팅 방법으로 도포한 후, 패턴이 그려진 포토마스크(Photomask)를 기판에 정렬하고 PR에 선택적으로 UV 광선이 조사되도록 한다. 이 공정이 끝나면 PR을 현상액에 담가 현상(Develop)하여 PR 패턴을 형성한후, 스퍼터링(Sputtering) , E-beam, 또는 열증발(Thermal Evaporation) 등의 진공 증착 방법을 통하여 Cr 등의 금속 박막을 증착 시킨후 아세톤 (Aceton) 용액 같은 유기 용매 등에 넣어서 리프트-오프하여 도파로 마스킹패턴(250)을 형성하게 된다.

도 2d의 공정이 끝난후, 수직 식각 공정을 통하여 상부 완충층(120)과 코아층(140)을 식각한다. 일례로 진공 상태에서 기판의 상부에서 O₂플라즈마를 가하면 마스킹 패턴(250)이 있는 부분은 플라즈마에 식각이 되지 않고, 마스킹이 되어 있지 않은 부분은 플라즈마에 의하여 식각된다. 식각 시, 도파로(230)가 형성될 코아층(240)까지의 정확한 식각 깊이의 조절은 필요없고, 하부 완충층(210)의 일부까지 식각하여도 무방하다. 도 2e는 도파로 패턴을 제작하기 위하여 하부 완충층(210) 일부까지 수직 식각한 모습을 나타내고 있다. 참조번호 270은 식각 부위를 나타내며, 참조번호 280은 식각 후의 하부 완충층을 의미하고, 참조번호 290은 식각 후의 상부 완충층을 의미한다.

도 2f는 마지막 공정으로 도 2e에 도시된 식각된 기판 위에, 완충층(160)을 위한 동일한 고분자를 스핀코팅, 또는 딥핑(Dipping)에 의하여 제작한후 열처리 하여 제작을 완료한다. 이 공정에서는 마스킹패턴(250)을 제거하지 않고 완충층(160)으로 덮는다. 이렇게 함으로써 도파로에 영향을 줄수있는 외부 스트레스를 제거할 수 있다.

본 발명은 광 도파로 소자중에 전극 등의 외부 바이어스가 필요없는 도파로 소자를 제작할때 기존의 방법을 응용하여 손쉽게 제작하며, 도파로 제작시 도파로의 공정 노출을 최소화하여 공정과정에서 도파로에 주는 피해를 최소화한다.

그리고 전기 신호나 열 등의 외부 바이어스가 없이도 작동을 할수 있는 소자의 제작을 위하여는 본 발명에 의한 방법을 사용할시 공정 진행을 더욱 원할히 할수 있으며 도파로 제작시 공정 노출도를 최소화 할수 있기 때문에 공정 과정에서 도파로에 가해질 수 있는 임의의 피해를 줄일수 있다.

또한 도파로 소자의 제작 후, 도파로에 영향을 줄수있는 외부 스트레스의 제거가 별도의 추가 공정이 없이도 가능하다.

Claims (11)

1. 하부완충층, 광도파로 및 상부완충층으로 이루어지는 광도파로 소자를 제작하는 방법에 있어서,

   평면 기판위에 하부완충층을 형성하는 단계;

   상기 하부완충층 위에 상기 하부완충층 보다 굴절율이 큰 광도파로 층을 형성하는 단계;

   상기 광도파로층 위에 상기 광도파로층 보다 굴절율이 작은 상부완충층을 형성하는 단계;

   소정의 광도파로 패턴을 상기 상부 완충층 위에 제작하는 단계;

   상기 상부완충층 및 광도파로층을 상기 광도파로 패턴에 따라 식각하는 단계; 및

   상기 식각된 기판 위에 상기 상부완충층과 동일한 물질을 형성하는 단계를 를 포함함을 특징으로하는 광도파로 소자 제작 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 하부완충층은

   상기 기판과 동일한 재질임을 특징으로 하는 광도파로 소자제작방법.
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부 완충층, 광도파로층 및 상부 완충층의 재료는

   사용하는 파장대에서 광학적인 손실 특성이 좋은 저손실의 광학고분자임을 특징으로 하는 광도파로 소자 제작방법.
4. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부완충층, 광도파로층 및 상부완충층은

   스핀코팅 공정에 의해 증착됨을 특징으로 하는 광도파로 소자 제작방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 하부완충층, 광도파로층 및 상부완충층은

   증착공정 후, 막질을 좋게 하기 위해 열처리 공정을 더 구비함을 특징으로 하는 광도파로 소자 제작방법.
6. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광도파로 패턴 제작단계는

   상기 상부완충층 위에 건식식각 내성이 상기 광도파로층보다 강한 물질의 박막을 형성하는 단계;

   포토레지스트를 상기 형성된 박막 위에 도포하는 단계;

   광도파로 패턴이 그려진 포토마스크를 상기 기판에 정렬하고, 상기 포토레지스트에 선택적으로 UV광선을 조사하는 단계; 및

   상기 포토레지스트를 현상(Develop )액에 담가 현상하여 포토레지스트 패턴을 제작하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 광도파로 소자 제작방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 건식식각 내성이 상기 광도파로층보다 강한 물질의 박막은

   폴리머, 금속 박막, 실리카 박막, 실리콘 박막 중 어느 하나임을 특징으로 하는 광도파로 소자 제작방법.
8. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광도파로 패턴 제작단계는

   상기 상부완충층 위에 포토레지스트를 도포하는 단계;

   소정의 광도파로 패턴이 그려진 포토마스크를 기판에 정렬하고 상기 포토레지스트에 선택적으로 UV광선을 조사하는 단계;

   상기 포토레지스트를 현상액에 담가 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   금속 박막을 상기 형성된 포토레지스트 및 상부완충층 위에 증착하는 단계; 및

   상기 결과물을 유기용매에 넣어서 리프트-오프하여 마스킹 패턴을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 광도파로 소자 제작방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 금속은

   크롬(Cr)임을 특징으로하는 광도파로 소자 제작방법.
10. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 식각단계는

    상기 하부 완충층의 일부 또는 전부까지 식각함을 특징으로하는 광도파로 소자 제작방법.
11. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 식각 후의 완충층 형성은

    스핀코팅 또는 딥핑(Dipping)에 의함을 특징으로 하는 광도파로 소자 제작방법.