KR20020071682A - 광학부품 얼라이먼트의 정밀도 향상을 위한 SiOB 제조 방법 - Google Patents
광학부품 얼라이먼트의 정밀도 향상을 위한 SiOB 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 내용은 SiOB(Silicon Optical Bench) 에 있어 광학부품의 정밀한 얼라이먼트의 용이함과 안정된 조립과정 그리고 공정의 단순화를 통한 제조원가 절감을 목적으로 하고있다.
본 발명의 장치제조에는 광섬유를 V홈에 얼라이먼트하고 발광소자와 수광소자를 실장하는데 있어 건식식각 공정을 이용하여 접촉점 수를 증가 시키고 각각의 광학부품 마스크로 사용하는 실리콘 Nitride막의 증착공정을 줄임으로써 조립공정에서의 높은 온도 및 압력에 안정적인 신뢰성을 확보할 수 있으며 공정의 단순화로 인한 제조 원가 절감 및 광학부품의 얼라이먼트시 정밀함과 용이함을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 광통신 네트워크망의 구축을 위해 광섬유(2)와 발광소자(9)와 수광소자(10)를 이용하여 데이터 고속전송을 가능케 하는 부품의 광 송/수신 모듈에 관한 것이다.
보다 상세하게는 광 송/수신 모듈의 제작공정에 있어 실리콘 이방성 건식식각(7) 공정을 통한 제작공정의 단순화 및 광학부품과 실리콘 기판(1)과의 접촉점(16)수의 증가에 관한 것이다.
일반적으로 제조되어 광학부품이 실장되어 있는 광 송/수신 모듈을 도 l에 도시하였다. 도 3, 도 4, 도 5를 참조하여 설명하겠다. 일반적으로 발광소자(9)에는 LD(Laser Diode), 수광소자(10)에는 PD(Photo Diode)가 사용된다.
광 송/수신 모듈을 제조하기위해 실리콘 (100)기판을 사용하여 실리콘 Nitride막(3) 증착공정, Photolithography공정(5), 실리콘 Nitride막 이방성 건식식각(6)공정, 실리콘 습식식각(8)공정으로 크게 4가지 공정을 거치게 된다. 보다 상세히 순서적으로 설명하면 다음과 같다.
실리콘(100)웨이퍼(1)에 마스크용 실리콘 Nitride막(3)을 증착한다(도 3참조).
Photolithography공정을 이용하여 광섬유 실장 Pattern(5)을 형성한다(도 4참조). 광섬유실장을 위한 PR.(Photo-Resist)(4)현상 및 실리콘 Nitride막을 이방성 건식식각(6)한다(도 5참조). Pattern형성된 실리콘 Nitride막을 KOH용액에 습식식각(8)하여 V홈(13)을 제작한다(도 1참조).
광섬유 실장을 위한 마스크용 실리콘 Nitride막(3)을 제거한 다음 세정공정을 거쳐 발광소자를 실장하기위해 다시 마스크용 실리콘 Nitride막(3)을 증착한다. Photolithography공정을 이용하여 발광소자 실장 Pattern(5)을 형성한다(도 4참조). 발광소자(9) 실장을 위한 PR.(Photo-Resist)(4)현상 및 실리콘 Nitride막(3)을 이방성 건식식각(6)한다(도 5참조). Pattern형성된 실리콘 Nitride막을 KOH용액에 습식식각(8)하여 V홈(13)을 제작한다(도 1참조).
발광소자(9) 실장을 위한 마스크용 실리콘 Nitride막(3)을 제거한 다음 세정공정을 거쳐 수광소자(10)를 실장하기위해 다시 마스크용 실리콘 Nitride막(3)을 증착한다. Photolithography공정을 이용하여 수광소자(10) 실장 Pattern(5)을 형성한다(도 4참조). 발광소자(9) 실장을 위한 PR.(Photo-Resist)(4)현상 및 실리콘 Nitride막을 이방성 건식식각(6)한다(도 5참조). Pattern형성된 실리콘 Nitride막을 KOH용액에 습식식각(8)하여 V홈을 제작한다(도 1참조).
상술한 도 l에서와 같이 광섬유, 발광소자 및 수광소자를 실장하기 위해서는 각각의 광학부품마다 마스크용 실리콘 Nitride막 증착공정 및 Pattern 형성을 위한 Photolithography공정 그리고 실리콘 Nitride막 이방성 건식식각공정등이 반복되어 들어가 공정이 복잡하고 공정수가 증가하여 제조원가 상승 및 공정기술상 어려움이 있다.
또한 광학부품을 실장하는 부분은 실리콘 Nitride막을 마스크로 이용하여 KOH용액을 이용한 습식식각 공정을 사용 할 경우 식각 깊이를 조절하기가 어려우며 공정시간이 길어 생산성 능력 및 수율이 낮아진다. 또한 각각의 광학부품은±0.5um허용오차 이내에서 얼라이먼트가 되어야 하지만 원형 파이버의 경우 Pyrex glass 및 웨이퍼와 조립공정 후 3 점만 접촉하게 되어 조립공정에서의 온도 및 압력을 받을 경우 광 축에 맞게 얼라이먼트되어 있던 파이버의 위치가 어긋남으로 인해 전기적 삽입손실(Insertion Loss)이 증가하게 된다.
Fiber Block의 경우도 마찬가지로 다심을 동시에 ±1um 허용오차내에서 얼라이먼트하여야 하는 어려움이 있으며 이와 같은 정밀한 작업을 수작업에 의존하고 있는 실정이다.
따라서 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결 할 수 있도록 이방성 건식식각 공정을 이용 광섬유의 접촉점수를 늘림으로 광학부품이 얼라이먼트함에 있어 정밀도를 높이고 실리콘 Nitride막 증착공정을 줄임으로써 공정의 단순화를 제공함에 있다.
도 1 은 종래 공정기술로 실리콘 기판 위에 실장된 광학부품 단면도,
도 2 는 개량 공정기술로 실리콘 기판 위에 실장된 광학부품 단면도,
도 3 은 실리콘 웨이퍼 위에 실리콘 Nitride막 증착 단면도,
도 4 는 Photolithography를 이용한 광섬유실장 pattern형성 단면도,
도 5 는 광섬유실장 pattern 의 실리콘 Nitride막 이방성 건식식각 단면도,
도 6 은 광섬유실장 pattern 의 실리콘 웨이퍼 이방성 건식식각 단면도,
도 7 은 광섬유실장 pattern 의 실리콘 웨이퍼 습식식각 단면도,
도 8 은 Photolithography를 이용한 발광소자 pattern 형성 및 실리콘 Nitride막 이방성 건식식각 단면도,
도 9 는 발광소자 pattern 의 실리콘 웨이퍼 이방성 건식식각 단면도,
도 10 은 Photolithography를 이용한 수광소자 pattern 형성 및 실리콘 Nitride막 이방성 건식식각 단면도,
도 11 은 Photo-Resist 의 제거 단면도,
도 12 는 광섬유, 발광소자, 수광소자 pattern 의 실리콘 웨이퍼 습식식각 단면도
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >
1: 실리콘 웨이퍼 (100) 단면
2: 광섬유 단면
3: 실리콘 Nitride 단면
4:Photo-Resist 단면
5:Photolithography Pattern 단면
6: 실리콘 Nitride 이방성 건식식각 단면
7: 실리콘 웨이퍼 이방성 건식식각 단면
8: 실리콘 웨이퍼 습식식각 단면
9: 발광소자 단면
10: 수광소자 단면
11: 접착제 단면
12:Pyrex glass 단면
13:V홈 단면
14: 실리콘 (111)면 방향
15: 실리콘 (100)면 방향
16: 접촉점
본 발명에 따른 일체형의 발광소자(9)와 수광소자(10) 그리고 광섬유(2)를 일체화를 위한 공정은 아래 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 제조공정을 기술하겠다.
이때 광섬유(2)와 발광소자(9), 수광소자(10)의 각각의 깊이는 customer조건에 따라 달라지지만 광축에 맞게 얼라이먼트 하게된다.
각각의 광학부품이 실장되는 부분을 제조하기 위한 공정으로는 광섬유(2)는 실리콘 웨이퍼 이방성 건식식각(7)과 KOH의 습식식각공정(8)이 있고, 발광소자(9) 실장을 위한 실리콘 웨이퍼 이방성 건식식각(7)과 KOH의 습식식각공정(8), 마지막으로 수광소자(10) 실장을 위한 KOH의 습식식각공정(8)이 있다. 이때 중요한 것은 각각의 KOH의 습식식각공정(8)이 각각 광학부품의 실장되는 깊이에 맞추어야 한다는 점이다. 즉, 각각의 광학부품이 실장되는 깊이가 다르게 때문에 KOH의 습식식각 공정시간도 다르게 된다. 각각의 순서를 간략하게 보면 다음과 같다.
1.광섬유 실장을 위한 실리콘 웨이퍼 이방성 건식식각(7)
2. 광섬유 실장을 위한 실리콘 웨이퍼 습식식각(8)
3. 발광소자 실장을 위한 실리콘 웨이퍼 이방성 건식식각(7)
4. 수광소자 실장을 위한 실리콘 웨이퍼 습식식각(8)
으로 광섬유(2) 와 발광소자(9) 실장의 실리콘 이방성 건식식각(7)은 수광소자(10) 실장 습식식각(8)를 고려하여 뺀 깊이만큼을 식각시간으로 조절하여야 한다.
다음은 자세한 공정조건을 순서적으로 서술하였다.
도 3은 단결정 실리콘(100)(1)위에 실리콘 Nitride막(3)을 LPCVD로 NH3OH:DCS=1:10, 반응압력을 20∼40Pa, 반응온도 600∼800℃조건에서 1000∼3000Å증착한 단면도이다.
도 4는 증착된 실리콘 Nitride막(3)을 마스크로 하여 Photolithography공정으로 광섬유(2)의 실장을 위한 pattern(5)을 형성한 단면도이다.⑤ 이때 폭은 광섬유(2)의 지름으로 한다.
도 5는 형성된 pattern을 이용하여 LAM사 Rainbow4500 설비로 CHF3 50∼100SCCM, CF4 50∼100SCCM, Ar 300∼500SCCM, 공정압력 200∼500 mTorr RFpower 300∼600 W, 웨이퍼 CHUCK 온도를 -10∼20℃로하여 웨이퍼 위의 실리콘 Nitride막(3)을 이방성 건식식각(6)한 단면도이다.
도 6은 광섬유(2)를 실장하기위해 광섬유(2)의 지름만큼 형성된 실리콘 Nitride막(3) pattern위에서 다음과 같은 공정을 한다. High Density Plasma장치인 TCP 9400 Model(LAM 사)로 SF6 50∼200 SCCM, 산소 10∼30 SCCM의 가스를 이용, 압력 5∼100 mTorr, RF power 500∼1500W, Bias power 100∼500W, 웨이퍼 CHUCK 온도를 -20∼0 ℃로 하여 실리콘 웨이퍼 이방성 건식식각(7)을 한 단면도이다.⑦
도 7은 마지막 수광소자(10)실장 깊이를 뺀 깊이 만큼 고려하여 KOH 23.4%+Isopropyl Alcohol 13.3%+H2O 63%를 사용하여 웨이퍼 위의 균일한 온도 70∼80℃로 습식식각(8)을 한 단면도이다.⑧
도 8은 발광소자(9)를 실장하기위해 기존의 증착된 실리콘 Nitride막(3)을 마스크로 하여 Photolithography공정으로 발광소자(9)의 실장을 위한 pattern을 형성한다. 이때 Dimension은 발광소자의 Dimension으로 한다. 이와 같이 형성된 발광소자(9) pattern을 광섬유(2)를 실장하기위한 실리콘 Nitride막 이방성 건식식각(6) 조건과 동일하게 식각한 단면도이다.
도 9는 마지막으로 수광소자(10) 실장 깊이를 뺀 깊이 만큼 고려하여 광섬유를 실장하기위한 실리콘 웨이퍼 이방성 건식식각(7) 조건과 동일하게 실리콘 웨이퍼(1)를 식각한 단면도이다.
도 10은 마지막으로 수광소자(10)를 실장하기위해 기존의 증착된 실리콘 Nitride막(3)를 마스크로 하여 Photolithography공정으로 pattern을 형성한다. 이때 Dimension은 수광소자(10)의 Dimension으로 한다. 이와 같이 형성된 수광소자(10) pattern을 광섬유를 실장하기위한 실리콘 Nitride막(3) 이방성 건식식각(6) 조건과 동일하게 식각한 단면도이다.
도 11은 광섬유(2), 발광소자(9) 그리고 수광소자(10)를 동시에 습식식각 하기위해 Stripper를 이용하여 Photo-Resist(4)를 제거하여준 단면도이다.
도면 12는 광섬유(2)의 V홈(13)을 만들기 위한 습식식각 조건과 동일하게 하여 식각시간을 조절 수광소자(10)의 실장깊이 만큼을 식각하게 되는데 이때 광섬유(2)와 발광소자(9)를 실장하기위한 곳도 식각액에 노출⑨되어있어 수광소자(10)가 식각되는 깊이 만큼 동시에 식각이 된 단면도이다.
상술함 바와 같이, 본 공정은 각각의 광학부품마다 마스크로의 실리콘 Nitride막을 증착해야 함을 단 한번의 실리콘 Nitride막을 증착함으로 공정의 단순화와 제조 비용의 절감 및 단시간에 용이하게 제작 할 수 있다. 또한 광섬유의 얼라이먼트시 5점이 웨이퍼 및 Pyrex glass와 접촉하게 됨으로써 얼라이먼트시 용이함과 정밀도를 증가시킬 수 있으며 조립공정에서의 높은 압력과 온도에 안정적인 신뢰성을 확보할 수 있다.
Claims (4)
- 광컨넥터를 제조하는 방법에 있어서 웨이퍼를 먼저 수직으로 식각을 하고 이어서 습식식각으로 경사각을 만드는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서 웨이퍼를 수직으로 식각하는 방법으로 이방성 건식식각하는 방법과 습식식각으로 만들어 광섬유의 접촉점 수를 3개이상으로 만드는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서 각각의 광학부품의 마스크로 사용하는 실리콘 Nitride막을 초기에 한번만 증착하는 제조방법
- 제 1 항에 있어서 Fiber Block의 제조시 실리콘 이방성 건식식각하는 방법과 습식식각으로 만들어 광섬유를 실장하는 제조방법
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|---|---|---|---|---|
| KR100396252B1 (ko) * | 2001-08-31 | 2003-09-02 | 신상모 | 광소자 및 그 제조방법 |
| KR100416762B1 (ko) * | 2001-05-08 | 2004-01-31 | 삼성전자주식회사 | 광학 모듈 및 그 제조 방법 |
| KR100425100B1 (ko) * | 2001-08-27 | 2004-03-30 | 엘지전자 주식회사 | 건식식각에 의한 그루브 제조방법 및 그를 이용한광통신용소자 |
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2001
- 2001-03-07 KR KR1020010011869A patent/KR20020071682A/ko not_active Application Discontinuation
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