KR20020059289A - 실리콘의 결정방향의존식각특성을 이용한 광섬유 블록 일체형 단면 무연마 에스오아이 광소자의 제작 기술 - Google Patents

Abstract

광도파로 소자의 제작 공정에 있어서 도파로의 끝단면 경면화는 난반사 및 삽입

손실을 줄이기 위해서 필수적이다. 이를 위해서 기존의 방법은 연마제와 연마기를

사용한 기계적인 연마 기술에 의존하고 있다. 기계적인 단면 경면화를 위해서는 도

파로의 양끝을 절단하여야 하므로 광섬유와 광도파로간의 정열이 용이하고 접속손

실을 줄일 수 있는 광섬유-도파로간의 self-align을 형성 할 수 있는 도파로와 단

일 기판상에 집적된 광섬유 block을 형성할 수 없으며 연마공정의 특성상 동시에

대량가공의 어려움과 도파로의 길이 조절이 어렵다.

본 발명에서는 상기한 기계적 연마의 한계를 극복하여 도파로의 끝단면을 절단없이 경면화하여 단일 소자상에 도파로와 self-align을 위한 fiber block을 구현하는 기술을 고안했다.

Description

실리콘의 결정방향의존식각특성을 이용한 광섬유 블록 일체형 단면 무연마 에스오아이 광소자의 제작 기술 { Fabrication method of no mechanical polished SOI Optical Waveguide Device with Fiber block usin ODE}

본 발명은 SOI(Silicon on insulator)를 사용한 광도파로 소자의 제작에 대한 기술로서 기존의 기계적인 연마법으로는 불가능한 도파로 끝단면의 경면화와 일체형 fiber block을 구현하는 방법으로 (100) SOI의 <010> 방향으로 비등방성 습식식각법으로 광도파로면을 형성하여 광도파로 끝단면의 경면화를 이루고 self-align을 위한 나사홈형 v-groove구조의 fiber block을 단일소자상 집적하는 기술을 구현하여 생산효율이 좋고 특성이 뛰어난 광소자의 제작 기술을 제공함을 목적한다

본 발명은 Silicon 기판위에 SiO2 박막층, Silicon 층을 적층한 구조를 가진 SOI를 사용하여 광소자를 제작하는 기술이다. 종래의 광소자 제조기술에서는 난반사와 접속 손실을 줄이기 위하여 도파로 끝단면을 연마제와 연마기를 사용한 기계적인 경면화 기술을 사용하고 있다. 기계적인 연마를 통한 도파로 끝단면의 경면화 기술은 도파로의 양끝을 절단하여 기계적인 마찰로서 연마하는 방법으로 절단을 하여야 하므로 도파로와 광섬류 자기정열을 위한 광섬유블록을 단일칩상에 형성할 수 없으며, 도파로의 길이를 정밀하게 조절할 수 없고, 동시에 다량의 단면을 가공할 수 없는 등 많은 한계를 가지고 있어 광소자의 제조 시간을 늘리고 단가를 높이는 요소로 작용한다.

본 발명은 SOI를 이용한 도파로 광소자의 제작 기술로서 도파로 끝단면의 난반사로인한 산란손실을 최소화 하기위한 도파로 끝단면의 경면화 방법으로 기존의 기계식 연마를 이용하는 종래의 방법과는 달리 단면의 경면화를 위한 방법으로 결정방향에 따른 식각율의 차이로 인한 ODE(Orientation Dependent Etches)특성을이용한 <010> 방향으로의 마스패턴의 형성, 비등방성 화학적 습식식각을 이용하며, Butt Coupling 방법을 이용하였던 종래의 방법과는 달리 광섬유 정렬용 V-Block을 도파로의 양끝단에 집적하는 자기정렬이 집적화된 방법이다. 아래 표는 기존의 기계적인 연마를 통한 도파로 끝단면 경면화 기술과 본 발명에서 제안하는 화학적 습식식각을 통한 경면화 기술의 차이를 나타낸 것이다.

아래

도 1 - 100 Si wafer의 대표적 결정방향

도 2 - ODE 특성에 의한 <010> 방향으로 비등방성 습식식각된 프로파일

도 3 - ODE를 이용한 <010> 방향으로의 광도파로면 형성으로 단면의 화학적 경면화와 광도파로 양단에 나사홈형 V-groove를 형성하는 SOI 광도파로 소자의 제작 공정도

도 4 - 광섬유가 장착된 나사홈형 V-groove의 개념도

도 5 -나사홈형 V-groove Fiber Block 형성을 위한 마스크 layout 설계를 위한 관계식의 도출과 mask layout

도 6 - 도 5 추가 설명

상기 기계적인 연마공정의 문제점들을 해결하기 위하여 (100) SOI wafer의 flat zone에서 45도 방향인 <010>으로 식각 마스크를 형성하면 식각되어 나타나는 sidewall이 {100}면을 형성하게 되며 이는 웨이퍼의 표면방향과 동일족으로 Silicon의 ODE(Orientaion Dependent Etches) 특성에 의해 sidewall과 웨이퍼 표면이 수직을 이루게 되며 화학적 습식식각으로 sidewall의 표면이 광학적으로 우수한 경면을 형성하게 된다. 또, 기존의 fiber block은 <110> 방향으로의 비등방성 식각을 통해 54.74도의 경사각을 갖는 {111}면이 만나 형성되는 V-groove를 형성하였고 본 발명과 같이 <010> 방향으로는 {100} 면들이 이루는 U-groove를 형성하는 기술을 사용하였으나 본 발명에서는 광섬유 장착시 사용되는 epoxy등의 넘침을 방지하고 광섬유에서의 클래드모드를 제거하는 효과가 기대되는 {111}면들이 만나 이루는 모서리가 주기적으로 배열되는 나사홈형 광섬유 블록의 형성방법을 제안한다.

이때 사용되는 마스크의 패턴은 직사각형의 모양의 주기적인 배열을 가지며 이는 [ 도 5] 에서 보이는 규칙을 따른다.

공정의 순서는 다음과 같다

1. 비등방성 화학적 습식 식각으로 경면화된 도파로 층의 끝단면 형성

2. SOI의 oxide층 제거

3. 형성된 끝단면 보호

4. 나사홈형 V-groove 형성

5. 광도파로 형성

6. 도파로 끝단면의 AR coating

7. 광섬유 장착

본 발명은 광소자의 제작에 있어서 수율을 높여 제조단가를 낮출 수 있고 양산에 적합한 기술을 제안하며 광학적으로 우수한 특성을 갖는 SOI를 재료로 상기한 Silicon 비등방성 화학적 습식 식각 기술을 활용, 기존의 도파로 양단 절단후 기계적 연마를 통한 도파로 끝단면 경면화 기술의 한계를 극복하여 광소자의 대량생산과 특성의 개선을 꾀 할 수 있어 향후 우수한 특성을 가진 광소자를 제작하는데 필요한 핵심기술의 제공 할 수 있다

Claims (3)

1. (100)SOI를 이용하여 <010> 방향(wafer의 flatzone에서 45도 방향)으로의 도파로면의 실리콘 비등방성식각액을 사용한 화학적 습식 단면 경면화를 이용하여 광도파로 소자를 제작하는 방법
2. (100) SOI의 <010> 방향으로 형성된 광도파로의 끝단에 나사홈형 v-groove를 형성하는 공정
3. (100)SOI를 사용하여 <010> 방향으로 형성된 광도파로 소자의 단면을 화학적 식각으로 미세가공 형성된 끝단면과 일체형으로 광섬유 자기정열을 위한 구조를 집적한 일체형 구조의 형성방법