KR20050076807A - 화이버 유사 형태를 갖는 기판 광학 도파관 및 그 형성 방법 - Google Patents

화이버 유사 형태를 갖는 기판 광학 도파관 및 그 형성 방법 Download PDF

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Abstract

만곡한 주표면을 구비한 기판 광학 도파관 및 이를 형성하는 방법이 개시되었다. 예시적인 일실시예에서, 감광성 클래딩층은 제1 그레이 스케일 마스크를 통해 화학 방사선에 패터닝 노출된 후, 만곡한 하부 주표면을 갖는 홈을 정의하도록 현상된다. 이후 감광성 코어 재료의 층이 홈 위에 형성되고, 제2 그레이 스케일 마스크를 통해 화학 방사선에 패터닝 노출된 후, 이어서 코어 소자를 정의하도록 현상된다. 코어 소자는 홈 내에 배치되고 만곡한 하부 주표면 및 만곡한 상부 주표면을 갖는다.

Description

화이버 유사 형태를 갖는 기판 광학 도파관 및 그 형성 방법{SUBSTRATE OPTICAL WAVEGUIDES HAVING FIBER-LIKE SHAPE AND METHODS OF MAKING THE SAME}
본 발명은 집적 회로 기판과 같은 평면 기판에 형성된 광학 도파관 및 그 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 화이버 유사 형태를 갖는 광학 도파관에 관한 것이다.
평면 도파관 회로 기판의 분야에서, 광학 도파관은 전자 시스템의 회로기판 및, 일부 경우에, 집적 회로칩을 횡단하는 신호 전파 시간을 줄이기 위한 노력으로 광전자 소자 및/또는 전기적 배선과 함께 형성될 수 있다. 예로써, 다수의 집적 회로(IC) 칩을 하나의 시스템으로서 전기적으로 연결하도록 된 광전자 연결 기판(board)을 고려하자. 종종 이러한 시스템에서는 두 칩 사이에 아마도 수십 센티미터의 거리가 있을 때 기판(board)의 일단에 있는 IC 칩으로부터 기판의 반대단에 있는 다른 IC 칩으로 전기 신호를 전달할 필요가 있을 수 있다. 이 두 IC 칩을 전기적으로 연결하도록 구성된, 연결 보드에 형성된 종래의 전기 신호 배선은 큰 저항 및 용량을 가질 것이고, 이리하여 큰 전파 지연이 있을 것이다. 이론상, 이 두 IC 칩 사이의 광학 연결은 이러한 큰 지연을 갖지 않는다. 이러한 광학적 연결을 위해, 광전 변환 장치(예, VCSEL 또는 광변조기)가 하나의 IC 칩 아래에 배치되어 그 칩에 전기적으로 연결될 수 있고, 다른 광전 변환 장치(예, 광검출기)가 다른 하나의 IC 칩 아래에 배치되어 그 칩에 전기적으로 연결될 수 있으며, 광학 도파관이 두 개의 광전 변환 장치 사이에 형성될 수 있다. 광학 도파관은 정방형 또는 장방형 횡단면을 갖고 두 클래딩층 사이에 배치된 코어 재료의 스트립을 포함한다.
이러한 기판 광학 전송 시스템의 성능은 원하는 기대치를 완전히 충족시키지 못하고, 이 분야에는 이러한 시스템을 개선시켜야 한다는 인식이 있다. 신호가 신뢰성있게 전송될 수 있는 거리는 원하는 것보다 짧고, 광학 신호를 전송하는데 필요한 전력량은 원하는 것보다 크다. 현재의 연구는 광전 변환 장치의 개선 및 그를 기판에 집적하는 것에 초점이 맞추어져 있다. 이 분야의 현재 관심은 이러한 시스템의 만족스럽지 못한 성능을 개선하는데 모아지고 있다.
본 발명을 이루는 부분으로서, 본 발명자는 기판 도파관의 코어 소자의 횡단면 형태를 정방형 또는 장방형이라고 인식하였고, 발명자는 이 형태가 도파관을 통한 광의 전송에서 편광에 따른 손실을 유발한다는 것을 발견하였다. 구체적으로, 도파관의 중심으로부터 도파관의 먼 코너까지의 거리는 중심에서 일변까지의 거리에 비해 상당히 크고(정방형 코어의 경우 1.4배이고 장방형 코어의 경우는 훨씬 큼), 이러한 차이는 도파관에서 광의 전송에 있어 편광에 따른 손실을 발생시킨다.
또한, 본 발명자는 많은 기판 도파관 응용예가 광이 수직 방향에서 기판으로부터 나오게 하기 위해서(즉, 기판에 수평인 전파 방향에서 기판에 수직인 전파 방향으로 변경) 일부 도파관의 단부에서 45도 거울 구조의 결합을 필요로 한다는 것을 인식하였다. 본 발명의 다른 형태의 일부로서, 본 발명자는 거울 구조가, 특히 상기 언급된 편광 의존 효과가 발생하는 장방형 및 정방향 코어에 대해, 추가적인 전송 손실을 유발하는 광학 발산(optical divergence)을 갖는다는 것을 발견하였다.
본 발명자는 정방형 및 장방형 코어를 원형 또는 타원형 횡단면을 갖는 코어로 대체하고, 45도 거울 대신에 코어 재료의 엘보우 벤드 세그먼트(elbow-bend segment)를 이용하여 이러한 손실을 해결할 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명은 이러한 구조 및 이를 형성하는 방법에 대한 것이다. 본 발명에 따른 일실시예의 방법은 감광성 재료의 하부 클래딩층을 형성하는 단계와, 클래딩층을 화학 방사선에 종래의 "이진(binary)" 마스크 대신에 제1 그레이 스케일 마스크를 통해 노출시키는 단계와, 하부 클래딩층에 배치되고 3차원 형태를 갖는 홈을 형성하기 위해서 노출된 패턴을 현상하는 단계를 포함한다. 일실시예의 방법은 감광성 재료의 코어층을 홈 및 하부 클래딩층의 나머지 부분 위에 형성하는 단계와, 제2 그레이 스케일 마스크를 통해 화학 방사선에 코어층을 노출시키는 단계와, 홈 내 및 위에 배치되고 3차원 형태를 갖는 코어 재료의 소자를 형성하기 위해서, 노출된 패턴을 현상하는 단계를 더 포함한다. 그리고, 상부 클래딩층이 코어 소자 및 하부 클래딩층 상에 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 3차원 형태를 갖는 도파관 코어 소자 및 그 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 원형 또는 타원형 횡단면을 갖는 도파관 코어 소자 및 그 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 엘보우 벤드(elbow-bend) 세그먼트를 포함하는 도파관 코어 소자 및 그 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적은 당업자가 본 출원서를 검토함으로써 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 제1 도파관 구조물은 도 1에 참조번호 10으로 도시되어 있다. 도파관 구조물(10)은 기판(1)상에 형성되고, 하부 클래딩층(11), 부분적으로 하부 클래딩층(11)에 임베드된 코어 소자(30), 및 코어 소자(30)의 부분들을 덮는 상부 클래딩층(20)을 포함한다. 도파관 구조물(10)은 일반적으로 약 700nm 내지 약 1600nm 범위(소위, 자유공간에서 측정된 "자유공간 파장")의 파장을 갖는 광을 전달하도록 설계된다. 클래딩층(11, 20)은 원하는 동작 파장에서 광학적으로 투명(transparent)하거나 반투명(semi-transparent)이고, 원하는 동작 파장에서 서로 같거나 비슷한 굴절률(n)을 갖는다. 코어 소자(30)는 원하는 동작 파장에서 광학적으로 투명하거나 또는 반투명이고, 원하는 동작 파장에서 클래딩층의 굴절률 각각보다 큰 굴절률을 갖는다(바람직하게는, 최소한 0.02의 값만큼, 바람직하게는, 최소한 0.05값만큼). 코어 소자와 클래딩층의 광학적 투명도가 더 높은 것은 보다 낮은 광흡수가 일어난다는 것을 의미하는데, 이는 도파관 구조물이 보다 먼 거리로 광을 전도할 수 있다는 것을 더 의미한다. 그러나, 도파관 구조물(10)이 광을 단거리 전달하기 위해 사용될 때는 투명도가 높을 필요가 없다.
예시적인 일실시예로서, 코어 소자(30)는 제1 코어 세그먼트(31) 및 제1 코어 세그먼트(31)에 광학적으로 결합된 제2 코어 세그먼트(32)를 포함한다. 코어 세그먼트(31, 32) 각각은 광이 따라 전파하는 길이 차원(전파축(propagation axis))을 갖고, 길이 차원에 횡인(또한 광의 전파축에 횡인) 평면에 원형 또는 타원형 단면을 갖는다. 제1 코어 세그먼트(31)는 그 길이 차원의 길이를 따라 거의 균일한 횡단면을 갖는다. 예를 들면, 원형 횡단면의 경우에, 제1 코어 세그먼트(31)는 균일한 지름을 가질 수 있다. 또한, 타원형 횡단면의 경우에, 제1 코어 세그먼트(31)는 길이 차원을 따라 거의 일정한 값을 가진 주축 및 부축을 가질 수 있다. 두 예에서, 코어 세그먼트(31)는 만곡한 상부 주표면 및 만곡한 하부 주표면, 및 클래딩층(11)의 상부 표면과 하부 표면 사이에 있는 클래딩층(11)으로의 최고 깊이를 갖는다. 제2 코어 세그먼트(32)는 그 길이 차원의 길이를 따라 차원이 변하는 횡단면을 갖는다. 제1 코어 세그먼트(31)와의 결합점에서, 제2 코어 세그먼트(32)는 제1 코어 세그먼트(31)의 것과 거의 동일한 단면을 갖는다. 그러나, 코어 세그먼트(32)가 기판을 벗어나는, 장치의 오른쪽 면으로 향하여 움직인다면, 제2 코어 세그먼트(32)의 단면의 차원(및 면적)은 제2 코어 세그먼트(32)의 길이를 따라 증가한다. 차원의 증가는 도파관 코어의 벌어짐을 유발하고, 이러한 벌어짐은 도파관을 큰 횡단면을 갖는 코어가 있는 광섬유에 결합하는데 특히 유용하다. 벌어짐은 도파관에 광섬유를 정렬하는데 허용오차를 여유 있게 하고, 결합 효율을 높인다. 코어 세그먼트(31)처럼, 코어 세그먼트(32)는 만곡한 상부 주표면 및 만곡한 하부 주표면, 및 클래딩층(11)의 상부 표면과 하부 표면 사이에 있는 클래딩층(11)으로의 최고 깊이를 갖는다.
본 명세서에서 사용되는 "하부 클래딩층" 및 "상부 클래딩층"이라는 용어는 상부 클래딩층 이전에 하부 클래딩층이 형성됨을 나타내고, 이러한 용어는 도파관 구조물을 임의의 방향으로 사용할 수 있으므로 도파관 구조물의 사용 중에 층의 특정 방향성을 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
기판(1)은 재료의 단일층 또는 다양한 재료의 다중층을 포함할 수 있고, 전기적 배선(trace), 전기적 비아(via), 임베디드 전자 부품 및 임베디드 광전자 부품과 같은 구성요소를 구비할 수 있다. 양호한 실시예에서, 기판(1)은 하부 클래딩층(11)에 직접 붙은 접착층(때때로 결합층으로 불림)을 포함한다. 이러한 접착층의 형성은 당업계에 공지되어 있고, 그 설명은 본 명세서에서 당업자가 본 발명을 생산 및 사용하는데 필요하지 않다.
도 2-9는 도파관 구조물(10)을 형성하는 방법을 예시한다. 기판(1)에서 시작하여, 감광성 클래딩 재료의 제1 클래딩층(11)이 기판(1) 상에 형성된다. 당업계에 공지된 것처럼, 감광성 폴리머 재료는 한면 또는 양면에 접착제를 바른 고형 재료의 시트 형태로 제공되거나, 하나 이상의 용해제에 의해 유체화된 점착성 있는 형태로 초기에 제공될 수 있는데, 이는 유체화된 형태의 재료라 지칭된다. 본 발명은 두 형태로 실시될 수 있다. 유체화된 형태가 현재 선호된다. 감광성 폴리머 시트는 종래의 라미네이션(lamination) 방법에 의해 이용될 수 있는데, 감소된 대기압에서의 라미네이션은 정교한 형태로 기존 시트 상에 라미네이트 하는 경우 사용될 수 있다. 라미네이션 후, 감광성 시트는 화학 방사선에 패터닝 노출되고 현상제에 의해 현상된다.
통상, 유체화된 감광성 폴리머 재료는 유체화된 형태로 있는 동안 스핀코팅하여 기판 상에 형성되고, 스핀코팅의 처리는 기판 전체에 거의 균일한 두께를 달성한다. 다른 코팅 방법도 가능하다. 기판 위에 코팅한 후, 솔벤트를 건조시키기 위해 유체화된 재료의 층이 소프트 베이킹(재료의 온도를 양생하는 것에 비교하면 낮은 온도로 가열)되어, 감광성 재료의 고체화된 층을 남긴다. 그리고 나서, 감광성 재료는 화학 방사선에 패터닝 노출되고 현상제에 의해 현상된다. 다른 유체화된 폴리머층이 기존 폴리머층에 이어서 형성되어야 한다면, 기존 폴리머층은 바람직하게는 후속층의 솔벤트가 기존 층을 약화시키거나 녹이기 않도록 처리된다. 이러한 처리(예, 층의 부분적 경화)는 당업계에 공지되어 있고, 그 설명은 본 발명의 생산 및 사용에 필요하지 않다.
감광성 클래딩 재료는, 고형 형태일 때, 화학 방사선에 그 노출량의 함수인 비율에서 현상제(통상 수성액이거나 유체화 솔벤트와 다른 솔벤트)에 용해되지 않는다. 상업적으로 사용가능한 다수의 감광성 클래딩 재료가 있다. 네가티브 타입(또한 "네가티브 톤" 및 "네가티브 이미지"로 지칭됨) 및 포지티브 타입(또한 "포지티브 톤" 및 "포지티브 이미지"로 지칭됨)"이 사용가능하다. 당업계에 공지된 것처럼, 포지티브 타입 감광성 재료는 초기에는 현상제에서 용해되지 않지만 화학 방사선에 대한 그 노출량이 증가하면서 현상 용액에서 더 잘 용해된다. 반대로, 네가티브 타입 감광성 재료는 초기에는 현상제에 용해될 수 있지만 화학 방사선에 대한 그 노출량이 증가하면서 더 용해되지 않게 된다. 두 유형에서, 감광성 재료의 현상제에서의 용해도는 화학 방사선에 대한 노출량의 함수이다. 포지티브 타입에서, 용해도는 노출량에 비례한다. 네가티브 타입에서, 용해도는 노출량에 반비례한다. 본 명세서에서 사용된 것처럼, 화학 방사선은 용해도의 원하는 변경을 개시하는 임의의 형태의 에너지이고, 이는 재료의 층에 선택적으로 인가된다. 화학 방사선의 통상적 형태는 자외선, 고도 자외선(deep ultraviolet), 전자빔 및 X선을 포함한다. 자외선 및 고도 자외선은 500nm보다 짧은 파장(자유공간에서 측정한 것으로서)을 갖는다.
다음, 도 3에 도시된 것처럼, 감광성 클래딩층(11)은 코어 소자(30)가 이후 형성될 홈을 형성하기 위해서, 그레이 스케일 마스크(gray-scale mask)(50)를 통해 화학 방사선에 노출된다[즉, 클래딩층(11)은 화학 방사선에 패터닝 노출된다]. 홈은 만곡한 표면을 가지게 되어(즉, 홈의 표면의 대부분이 만곡되어 있다), 코어 소자(30)는 만곡한 하부 주표면을 갖게 된다. 예를 들면, 홈은 둥근 표면을 포함할 수 있다. 홈의 만곡한 주표면은 화학 방사선에 대해 불투명도가 변하는 영역을 갖는 그레이 스케일 마스크(50)에 의해 형성된다. 마스크의 불투명도의 공간적 변화는 클래딩층(11)이 화학 방사선의 양에 있어 공간적 변화를 받게 하여, 이로써 클래딩층(11)이 현상제에 대한 용해도에 있어 공간적 변화를 갖게 한다. 결국, 클래딩층(11)의 부분은 다른 비율로, 다른 깊이로 제거되고, 그러한 작용은 현상된 클래딩층의 두께에 큰 변동이 있는 3차원 형태를 갖는 구조물을 생성한다.
도 4에는 마스크(50)의 상면도가 도시되어 있다. 마스크(50)는 도파관 구조물(10)의 전파축 방향의 길이 및 제1 코어 세그먼트(31)가 형성되게 되는 홈을 초기에 정의하는 폭을 갖는 제1 영역(51)을 구비한다. 마스크(50)는 도파관 구조물(10)의 전파축 방향으로 길이 및 제2 코어 세그먼트(32)가 형성되게 되는 홈을 초기에 정의하는 폭을 갖는 제2 영역(52)을 구비한다. 이 영역 내에 일정한 불투명도의 등고선이 보다 얇은 실선으로 도시되었다. 이러한 선 각각은 동일한 값의 불투명도를 갖는 마스크의 지점을 잇는다. 인접한 선 사이에는 불투명도의 계조(gradation)가 존재한다. 제1 및 제2 영역(51, 52) 각각은 그 폭을 따라서 점진적으로 변하는 불투명도를 갖는다. 바람직한 실시예에서, 감광성 클래딩층(11)은 포지티브(positive) 타입이고, 영역(51, 52)의 불투명도는 도 4에 도시된 것처럼 영역의 폭 중심에서 최저값(가장 덜 불투명)이고, 폭의 끝에서 최고값(가장 불투명)으로서, 중심에서 끝으로 점진적으로 변한다. 이는 끝보다는 폭의 중심에서 보다 많은 양의 화학 방사선을 받게 하고, 전반적으로 끝보다는 중심에서 보다 더 층 깊숙하게 화학 방사선이 침투하게 한다.
또한, 제2 영역(52)은 제2 코어 세그먼트(32)의 높이에서 플레어(flare) 효과를 내기 위해[즉, 코어 세그먼트(32)의 홈이 더 깊어지게 함] 그 길이를 따라 점진적으로 변하는 제2 불투명도를 갖는다. 포지티브 타입의 감광성 재료를 이용하는 바람직한 실시예에서, 제2 영역(52)의 불투명도는 영역(51)에서 마스크의 오른쪽 엣지로 그 길이를 따라 가면서 감소한다. 즉, 제2 영역(52)의 좌측 엣지는 제1 영역(51)의 우측 엣지와 동일한 불투명값을 갖고, 제2 영역(52)의 불투명도는 제1 영역(51)에서 멀어지면서 오른쪽으로 따라 가면서 감소한다.
그레이 스케일 마스크의 구성은 당업계에 공지되어 있고, 그 설명은 당업자가 본 발명을 생산 및 사용하는데 필요하지 않다. 또한, 당업자가 사용하기 원하는 특정 감광성 재료 및 노출 시간에 대해서, 원하는 패턴 구조를 달성하기 위해 그레이 스케일 마스크(50)의 계조값을 선택하고 화학 방사선 전력 수준을 선택하는 능력은 본 발명의 견지에서 당업자가 알 수 있다. 기본적인 방법으로서, 그레이 스케일 마스크 상에 영역(51, 52)에 다수의 시험 버전을 최소 불투명도, 최대 불투명도, 불투명도의 계조의 다른 정도를 갖도록 형성하는 것이다. 그리고 나서, 원하는 결과를 내는 영역(51, 52)을 형성하기 위해서, 결과를 검토하고 그 결과들을 보간(interpolation)한다. 또한, 이러한 방식의 반복도 물론 가능하다. 마스크 패턴의 시험 버전의 형성 및 분석은 그레이 스케일 마스크를 현상하는 통상의 정상적인 실시의 일부이고, 과도한 실험을 요하지 않는다.
다음 단계에서, 클래딩층(11)은 코어 소자(30)가 이후 형성될 홈(15)을 형성하기 위해서 현상제에 노출된다. 결과가 도 5에 도시되어 있다. 홈(15)은 도파관 전파축을 따라 배치된 길이, 및 홈의 길이에 횡방향에서 만곡한 표면을 갖는다. 홈(15)은 코어 세그먼트(31, 32)가 각각 형성될 두 세그먼트(16, 17)를 포함한다. 코어 세그먼트(31, 32) 각각은 만곡한 표면, 및 하부 클래딩층(11)의 상부 표면과 하부 표면 사이에 있는 최고 깊이를 갖는다. 선택적인 단계에서, 현상된 클래딩층(11)은 화학 방사선에 대한 그 감도를 감소시키기 위해서 (가열 및 높여진 온도, 또는 화학 약품에 노출시키는 것과 같이) 부분적으로 경화 및/또는 탈감광처리(desensitized)될 수 있다. 이러한 처리 단계는 코어 재료가 이후 형성되고 화학 방사선에 노출될 때 클래딩층(11)의 용해도가 더 변화는 것을 감소시킬 것이다. 이러한 처리 단계는 클래딩층(11)이 코어층의 임의의 유체화 솔벤트에 의해 용해되는 것도 통상적으로 감소시킨다. 아니면, 유체화 솔벤트에 대한 저항성을 증가시키기 위한 선택적인 처리 단계가 수행될 수 있다. 상기한 것처럼, 이러한 처리 단계는 당업계에 공지되어 있다.
다음, 도 6에 도시된 것처럼, 감광성 코어 재료의 코어층(30')이 홈(15) 및 클래딩층(11)의 나머지 부분 위에 형성된다. 이는 코어 세그먼트(31, 32)의 하부를 정의 및 형성한다. 상부는 아직 정의되지 않았다. 클래딩 재료와 마찬가지로, 코어층은 화학 방사선에 대한 노출량의 함수인 비율로 현상제(통상 액체 용액 또는 사용된다면 유체화 솔벤트와 다른 솔벤트)에 용해되지 않는다. 양호한 실시예에서, 코어층(30')의 재료는 포지티브 타입이다.
다음, 도 7에 도시된 것처럼, 감광성 코어층(30')은 코어 세그먼트(31, 32)의 상부를 정의하기 위해서 제2 그레이 스케일 마스크(60)를 통해 화학 방사선에 노출된다[즉, 코어층(30')은 화학 방사선에 패터닝 노출된다]. 상부는 만곡한 주표면(예를 들면, 둥근 표면)을 갖게 된다. 만곡한 표면은 그레이 스케일 마스크(60)에 의해 제공되고, 이는 화학 방사선에 대해 변하는 불투명도를 갖는 영역을 갖는다. 마스크의 불투명도의 공간적 변화는 코어층(30')이 화학 방사선의 양에 있어서 공간적 변화를 갖도록, 코어층(30')이 현상제에 대한 용해도에서 공간적 변화를 갖게 한다. 결국, 코어층(30')의 부분은 다른 비율로 다른 깊이로 제거되어, 현상된 코어층의 두께가 상당한 변화가 있으므로, 3차원 형태를 갖는 구조를 생성한다.
마스크(60)의 상면도가 도 8에 도시되어 있다. 마스크(60)는 도파관 구조(10)의 전파축 방향인 길이 및 제1 코어 세그먼트(31)의 상부의 형태를 정의하는 폭을 갖는 제1 영역(61)을 갖는다. 또한, 마스크(60)는 도파관 구조(10)의 전파축 방향인 길이 및 제2 코어 세그먼트(32)의 상부의 형태를 정의하는 폭을 갖는 제2 영역(62)을 갖는다. 이러한 영역 내에 일정한 불투명도의 등고선이 보다 얇은 실선으로 도시되어 있다. 이러한 선 각각은 동일한 값의 불투명도를 갖는 마스크의 지점을 잇는다. 인접 선 사이에서 불투명도의 계조(gradation)가 존재한다. 제1 및 제2 영역(61, 62) 각각은 그 폭을 따라 점진적으로 변하는 불투명도를 갖는다. 양호한 실시예의 한 세트에서, 감광성 코어층(30')은 포지티브 타입이고, 영역(61, 62)의 불투명도는 도 8에 도시된 것처럼 중심에서 끝으로 점진적으로 변하는데 폭의 중심에서 최고값(가장 불투명)이고, 폭의 끝에서 최저값(가장 덜 불투명)이다. 이는 폭의 끝보다 중심에서 보다 적은 양의 화학 방사선을 받게 하여, 전반적으로, 화학 방사선이 끝보다 중심에서 층에 덜 깊숙하게 침투하게 된다. 이러한 불투명도의 변화는 도 4에 대해 상기 설명된 클래딩층(11)에 대한 양호한 그레이 스케일 마스크와 반대이다. 그러므로, 도 4 및 8에 도시된 양호한 그레이 스케일 마스크는 영역(51, 52, 61, 62)에서 거의 서로 상보적이다.
또한, 제2 영역(62)은, 제2 코어 세그먼트(32)의 높이에서 플레어(flare) 효과를 내기 위해, 그 길이에서 불투명도의 2차 계조를 갖는다. 포지티브 타입 감광성 재료를 사용하는 바람직한 실시예에서, 제2 영역(62)의 불투명도는 마스크의 영역(61)으로부터 우측 엣지로 길이를 따라 가면서 증가한다. 즉, 제2 영역(62)의 좌측 엣지는 제1 영역(61)의 우측 엣지와 동일한 값의 불투명도를 갖고, 제2 영역의 불투명도는 제1 영역(61)에서 멀어질수록 오른쪽으로 갈수록 증가한다.
당업자가 사용하기 원하는 특정 감광성 재료 및 노출 시간에 대해서, 원하는 대로 패터닝된 구조물을 달성하기 위해, 그레이 스케일 마스크(60)의 계조값을 선택하고, 화학 방사선 전력 수준을 선택하는 능력은 본 명세서의 견지에서 당업자가 할 수 있는 것이다. 기본 방식으로서, 그레이 스케일 마스크(50)에 대해 상술한 보간법을 사용할 수 있다.
다음 단계로서, 코어층(30')은 현상제에 노출되고, 그 결과가 도 9에 도시되어 있다. 패터닝 노출 및 현상의 결합은 만곡한 상부 주표면 및 만곡한 하부 주표면을 갖는 원형 또는 타원형 단면을 갖는 코어 소자를 형성한다. 도파관 구조물을 완성하기 위해서, 상부 클래딩층(20)은 코어 소자(30) 및 하부 클래딩층(11)의 노출부 위에 형성될 수 있다. 상부 클래딩층(20)은 감광성 재료를 포함할 필요가 없다. 재료가 그럴 필요가 있다면, 전체 구조물은 충분히 경화된다. 이 결과는 도 1에 도시되어 있다.
상부 클래딩층(20)을 형성하기 전에, 코어 소자(30)는 클래딩층(20)의 유체화된 형태의 솔벤트가 코어 소자(30)를 부분적으로 용해하는 것을 방지하기 위해서 부분적으로 경화되거나, 경화되지 않는다. 특히 포지티브 타입 감광성 재료인 감광성 재료는, 다수 부분의 비감광성 폴리머재 및 그 광감도를 재료에 제공하는 소수 부분의 광반응성 혼합물을 일반적으로 포함한다. 경화 단계가 사용되면, 일반적으로 광반응성 혼합물이 비감광성 성분으로 분해되게 되는데, 이는 본 명세서에서 분해된 광반응성 혼합물로 지칭된다. 또한, 화학 방사선으로 감광성 재료를 탈감광처리하는 상기 단계는, 광반응성 혼합물을 분해된 광반응성 혼합물로 분해되게 한다. 일부 경우에, 광반응성 혼합물의 전부가 경화 단계 또는 탈감광처리 단계에서 분해되지는 않는다. 그러므로, 도파관 구조물이 형성된 후, 하부 클래딩층 및 코어 소자는 각각 일정량의 광반응성 혼합물 및/또는 분해된 광반응성 혼합물을 포함한다.
도파관의 코어 소자를 감광성 코어 및 하부 클래딩층으로 정의하는 처리는 다음과 같은 유리함을 갖는다. 먼저, 홈 및 코어 소자의 측벽은, 이러한 형태가 3차원 감광층을 이용하여 비등방성 식각 처리에 의해 정의되는 경우에 비해 보다 부드럽게 될 수 있다. 폴리머 재료에 있어서, 이러한 비등방성 식각 처리는 통상 에너지가 큰 플라즈마의 사용을 포함하며, 이는 식각된 표면을 거칠게 할 수 있다. 이러한 거친 표면은 광 흡수 및 산란의 원인이 될 수 있다. 대조적으로, 패터닝 노출된 감광성층의 현상은 특히 소프트 베이킹 단계가 뒤따를 때, 보다 부드러운 표면을 생성한다. 또한, 플라즈마 식각은 식각 표면의 화학적 조성을 변화시킬 수 있고 감광 마스크의 분해의 부수물로 인해 식각된 표면의 일부를 오염시킬 수 있다. 이러한 오염은 광 흡수 및 산란의 원인을 또한 생성할 수 있다. 대조적으로, 패터닝 노출된 감광성층의 현상은 분해된 부수물로 측벽을 오염시키지 않는다.
다양한 감광성 코어 및 클래딩 재료가 상업적으로 사용가능 및/또는 특허 및 기술 문서에 설명되어 있고, 이들은 본 발명을 실시하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 광학 응용예에서 사용하기에 정상적으로 고려되지 않는 폴리머 재료가 사용될 수 있는데, 종래에 집적 회로 칩 및 다중 칩 모듈 응용예에서 금속간 유전체 층으로서 사용돠는 감광성 폴리이미드, 특히 고도의 투명성을 갖는 불소첨가 폴리머(예, 불소첨가 폴리이미드)가 사용될 수 있다. 재료 선택의 한 방법으로서, 클래딩 및 코어층중의 하나로 베이스 감광성 폴리머 재료를 사용하고, 클래딩 및 코어층중 다른 하나로 다른(그러나 호환가능한) 폴리머 재료가 소량(무게로 50％ 미만) 첨가된 베이스 폴리머 재료의 조합을 사용할 수 있다. 다른 폴리머 재료는 기본 폴리머 재료에 이를 첨가하여 조합된 재료가 기본 폴리머 재료의 굴절률과 다른 굴절률(더 높거나 낮은)을 갖게 하도록 선택된다. 일반적으로, 폴리머 재료의 굴절률은 재료의 밀도에 상관 있다(일반적으로 밀도가 증가하면 증가함). 따라서, 하나의 선택으로서, 기본 폴리머 재료와 다른 밀도를 갖는 첨가 폴리머 재료를 선택할 수 있다. 굴절률이 다른 것을 달성하기 위한 호환가능한 재료의 선택은 당업계에서 알 수 있다.
예로서, 닛토 덴코(Nitto Denko, 감광성 폴리이미드), 히타치 케미칼사(OPGUIDE 및/또는 OP 시리즈), 엔티티 어드밴스드 테크놀로지(FL-01, CB-M, CB-L 불소첨가 폴리이미드 시스템), 니폰 스틸 케미칼(V-259PH, EH 감광성 에폭시 제품)에서 나오는 저손실 폴리머를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 제2 도파관 구조물이 도 10에 참조번호(100)로 도시되어 있다. 도파관 구조물(100)은 기판(1) 상에 형성되고 하부 클래딩층(11), 하부 클래딩층(11)에 부분적으로 임베드된 코어 소자(130), 코어소자(130)와 하부 클래딩층(11)의 노출된 부분을 덮는 상부 클래딩층(20)을 포함한다.
코어 소자(130)는 제1 코어 세그먼트(131) 및 제1 코어 세그먼트(131)에 광학적으로 결합된 제2 코어 세그먼트(132)를 포함한다. 제1 코어 세그먼트(131)는 클래딩층(11)에 보다 깊이 형성된 다는 것을 제외하면 상기 코어 세그먼트(31)와 거의 동일한 형태(예, 원형 또는 타원형 단면)를 가질 수 있다. 제2 코어 세그먼트(132)는 코어 세그먼트(131)와 유사한 도파관의 짧은 세그먼트이지만 90도 벤드를 갖는 엘보우 벤드(elbow-bend) 세그먼트(예를 들면, 90도로 벤드의 실린더 튜브)를 포함한다. 도 11은 클래딩층(11) 내의 코어 세그먼트(131, 132)의 위치를 도시하는 도파관 구조물의 측면도이다.
90도 벤드의 곡률 반경이 15㎛ 이하일 때, 벤드 주위를 이동하는 광이 측정가능한 정도의 손실이 있을 수 있다. 이러한 손실을 감소시키기 위해서, 도 11에 도시된 것처럼 반사 금속층(135)이 벤드의 만곡한 하부 표면에 형성될 수 있다. 양호한 실시예에서, 금속막(135)은 금을 포함한다.
도파관 구조물(10)과 같이, 도파관 구조물(100)은 약 700nm에서 약 1600nm 범위의 파장을 갖는 광을 전달하도록 일반적으로 설계된다. 도파관(100, 10)은 동일한 기판 상에 함께 형성될 수 있다.
도파관(100)은, 그레이 스케일 마스크에 다른 패턴이 사용된다는 점과 금속층(135)이 사용되면 이를 형성하기 위한 추가 처리 단계가 있다는 점을 제외하면, 도파관 구조물(10)을 형성하기 위한 상기 단계와 동일한 단계에 의해 형성될 수 있다. 간결을 위해서, 도파관 구조물(10)을 형성하는 전술한 단계는 도파관 구조물(100)을 형성하기 위해 본 명세서에 참조로서 포함된다. 도 12는 도파관 구조물(100)을 형성하기 위해 클래딩층(11)을 패턴화하는데 사용할 수 있는 일실시예의 그레이 스케일 마스크(150)의 상면도를 도시한다. 마스크(150)는 도파관 구조물(100)의 전파축 방향의 길이 및 제1 코어 세그먼트(131)가 형성될 홈을 초기에 정의하기 위한 폭을 갖는 제1 영역(151)을 포함한다. 또한, 마스크(150)는 도파관 구조물(100)의 전파축 방향의 길이 및 제2 코어 세그먼트(132)가 형성될 홈을 초기에 정의하기 위한 폭을 갖는 제2 영역(152)을 포함한다. 이러한 영역내는 일정한 불투명도의 등고선이 보다 얇은 실선으로 도시되어 있다. 이러한 선 각각은 동일한 불투명도를 갖는 마스크의 지점을 잇는다. 인접한 선 사이는 불투명도의 계존가 존재한다. 제1 및 제2 영역(151, 152) 각각은 그 폭을 따라 점진적으로 변하는 불투명도를 갖는다. 양호한 실시예에서, 감광성 클래딩층(11)은 포지티브 타입이고, 영역(151, 152)의 불투명도는 도 12에 도시된 것처럼 중심에서 끝으로 점진적으로 변하면서 영역의 폭의 중심에서 최저값(가장 덜 불투명)이고, 폭의 끝에서 최고값(가장 불투명)이다. 이는 폭의 끝보다 폭의 중심에서 화학 방사선을 더 많이 받게 하여, 일반적으로, 끝보다 중심에서 화학 방사선이 더 깊숙하게 층으로 침투하게 한다.
또한, 제2 영역(152)은 코어 세그먼트(132)의 엘보우 벤드의 하부 라운딩 효과를 내기 위해서 우측단에서 불투명도의 2차 계조를 갖는다. 이러한 계조는 도 12에서 불투명도 등고선에 의해 도시된 것처럼 방사상으로 형성된다. 포지티브 타입 감광성 재료를 사용하는 바람직한 실시예에서, 제2 영역(152)의 불투명도는 도 12에 도시된 것처럼 말단 지점(153)에서 말단 지점(153)의 우측 영역으로 갈수록 감소한다.
도 13은 도파관 구조물(100)의 구성에서 코어층(30')을 패턴화하는데 사용될 수 있는 일실시예의 그레이 스케일 마스크(160)의 상면도를 도시한다[코어 세그먼트(131, 132)는 코어층(30')으로부터 형성됨]. 마스크(160)는 도파관 구조물(100)의 전파축 방향의 길이 및 제1 코어 세그먼트(131)의 상부의 형태를 정의하는 폭을 갖는 제1 영역(161)을 갖는다. 또한, 마스크(160)는 도파관 구조물(100)의 전파축 방향의 길이 및 제2 코어 세그먼트(132)의 상부의 형태(엘보우 벤드)를 정의하는 폭을 갖는 제2 영역(162)을 갖는다. 이러한 영역내는 불투명도의 등고선이 보다 얇은 실선으로 도시되어 있다. 이러한 선 각각은 동일한 불투명도를 갖는 마스크의 지점을 잇는다. 인접한 선 사이는 불투명도의 계조가 존재한다. 제1 및 제2 영역(161, 162) 각각은 그 폭을 따라 점진적으로 변하는 불투명도를 갖는다. 양바람직한 실시예에서, 감광성 코어층(30')은 포지티브 타입이고, 영역(161)의 불투명도는 도 12에 도시된 것처럼 중심에서 끝으로 가면서 점진적으로 변하고 그 폭의 중심에서 최고값(가장 불투명)이고, 그 폭의 끝에서 최저값(가장 덜 불투명)이다. 이는 폭의 끝보다 폭의 중심에서 화학 방사선을 덜 받게 하여, 일반적으로, 끝보다 중심에서 화학 방사선이 덜 깊숙하게 층으로 침투하게 한다.
제2 영역(162)의 불투명도에서 변화는 보다 복잡하다. 영역(162)의 좌측은 영역(161)의 불투명도 프로파일과 일치하여, 영역(162)의 좌측의 일정한 불투명도의 선들은 영역(161)의 우측의 선들과 일치한다. 영역(162)의 우측에는 양호하게는 일정한 불투명도인 큰 원형 또는 타원형의 고도의 불투명도가 있는데, 이는 코어 세그먼트(132)의 수직 부분을 정의한다. 이러한 원형의 불투명도는 코어 세그먼트(131)의 상부를 정의하는데 사용된 영역(161)의 최고 불투명도보다 높다. 이러한 불투명도 차이는 코어 세그먼트(132)의 상부와 코어 세그먼트(131)의 상부 사이에 높이 차를 생성할 수 있게 한다. 최종적으로, 코어 세그먼트(132)의 만곡한 상부 표면을 정의하기 위해서, 영역(161)의 불투명도의 등고선은 좌측에서 우측으로 가면서 벌어진다.
금속층(135)을 형성하는 단계는 층(11)이 패턴화된 후 층(20)이 형성되기 전에 수행될 수 있다. 이 경우, 감광층이 층(11)에 걸쳐 형성되고, 금속층(135)이 형성될 위치에 윈도우를 내도록 정의된다. 그 후, 하나 이상의 금속층이 마스크가 있는 기판에 스퍼터링, 적층 또는 다른 방법으로 형성된다. 통상, 금속 접착층(예, 크롬)이 먼저 형성되고, 다음에 반사 금속층(예, 금)이 형성된다. 이후, 감광층이 벗겨내지고, 처리는 층(20)을 형성하기 위해 상술된 형성 단계로 진행한다.
도 14는 코어 세그먼트(31, 131) 각각을 위해 클래딩층(11)에 형성된 홈(16, 116)의 단면을 하나씩 비교하여 도시한다. 도 14는 클래딩층(11)이 화학 방사선에 패터닝 노출되고 이어서 현상제에 노출된 후 단면을 도시한다. 보이는 것처럼, 홈(116)은 홈(16)보다 깊고, 홈(116)의 측벽은 만곡하다기 보다는 거의 수직인 층(11)의 상부 표면 근처의 부분을 갖는다. 도 15는 코어층(30')이 형성되고 화학 방사선에 그레이 스케일 마스크(60, 160) 각각을 통해 패터닝 노출된 후의 도파관 장치(10, 100)의 단면을 하나씩 비교하여 도시한다. 이러한 구조물에 대한 노출 깊이는 선(65, 165)으로 도시되어 있다. 도파관 구조물(100)에 있어서, 노출 깊이는 클래딩층(11)을 적은 거리로 침투한다. 이러한 침투로 인해 클래딩층(11)의 상부의 손실이 있지만, 이 손실은 이어지는 상부 클래딩층(20)의 형성으로 대체될 수 잇다. 또한, 층(11, 30') 사이의 적은 굴절률 차이는 화학 방사선에 패터닝 노출되는 동안 원하지 않는 굴절 효과를 일으킬 것으로 생각되지 않는다.
상기한 것처럼, 원형 단면은 물론 타원형 단면을 갖는 도파관 코어가 형성될 수 있다. 도 16은 두 개의 예시적인 타원형 단면을 참조번호(30A, 30B)에서 도시한다. 이러한 단면은 그레이 스케일 마스크(50, 60, 150, 160)의 계조값을 선택하여 용이하게 달성될 수 있다.
도 17은 두 도파관 구조물(10, 100)이 기판(1) 상에 함께 형성되어 사용될 수 있는 배선 응용예(200)를 도시한다. 기판(1)은 다수의 와이어링 평면(202), 및 복수의 집적 회로(IC) 칩(220)을 전기적으로 상호연결하는 수직 전기 배선(204)을 포함한다. 칩(220)의 전기 패드는 각자의 땜납 범프(214)에 의해 수직 배선(204)에 전기적으로 결합한다. 광학적 배선층(210)은 층을 통해 수직적으로 통과하기 위해서, 수직 배선(204)이 광학적 배선층(210)으로 집적되어 형성되도록 기판(1)의 상부 표면에 형성된다. 광학적 상호연결층(210) 내 도파관 구조물(10)의 일례 및 도파관 구조물(100)의 3가지 예가 도 17에 도시되어 있다. 이와 같이, 광학적 상호연결층은 하부 클래딩층, 상부 클래딩층, 및 클래딩층 사이에 배치된 다수의 코어 소자를 포함한다. 그 한쪽 끝에서, 도파관 구조물(10)이 광섬유(5)에 표면 장착 홀더(205)를 통해 광학적으로 결합된다. 다른 끝에서, 도파관 구조물(10)이 도파관 구조물(100)의 일례와 광학적으로 결합되어, "광학적 풀(glue)"인 볼(ball)에 의해 IC 칩(220)의 일부에 광학적으로 결합된다. IC 칩의 일부는 광학 신호를 수신 또는 송신하기 위해 칩의 표면에 배치된 광전자 장치(225)를 구비한다. 광학적 풀은 당업계에 공지되어 있고, 코어 재료와 유사한 굴절률을 갖는 유연하고 투명한 폴리머 재료를 포함한다. 광이 도파관(100)의 끝과 광학적 풀인 볼 사이의 결합에 수직인 방향으로 이동하기 때문에 굴절률이 정확히 일치할 필요는 없다. 또한, 도파관(100)의 두가지 예는 그 제2 코어 세그먼트(132)에서 서로 광학적으로 결합된 것으로 도시되어 있다. 이러한 도파관의 다른 끝은 가장 좌측과 가장 우측에 있는 IC칩(220)의 일부에 광학적 풀의 각각의 볼을 통해 광학적으로 결합된다. 광학 신호를 수신하기 위해서, 광전자 장치(225)는 광검출기를 포함하고, 광학 신호를 전송하기 위해서, 광전자 장치(225)는 수직 캐비티 방출 레이저(VCSEL)를 포함할 수 있다.
본 발명이 도시된 실시예에 관하여 특정적으로 설명되었지만, 다양한 대체실시예, 변형예 및 적용예가 본 개시에 기초하여 이루어질 수 있고 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도됨을 알아야 한다. 본 발명이 가장 실질적이고 바람직한 실시예로 현재 생각되는 것과 연관하여 설명되었지만, 본 발명이 개시된 실시예에 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구항의 범위 내에서 의도된 다양한 변형예 및 등가 방치를 포함하는 것으로 의도된다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명은 정방형 및 장방형 코어를 원형 또는 타원형 횡단면을 갖는 코어로 대체하고 45도 거울 대신에 코어 재료의 엘보우 벤드 세그먼트를 이용하여 도파관에서 광의 전송에 있어서 손실을 해결한다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 도파관 구조의 사시도.
도 2 내지 9는 본 발명에 따른 여러 제조 단계에서의 제1 도파관 구조의 도면으로서, 그 중 도 4 및 8은 본 발명에 따른 예시적인 그레이 스케일 마스크의 상부 평면도.
도 10은 본 발명에 따른 제2 도파관 구조의 사시도.
도 11은 본 발명에 따른 도 10에 도시된 제2 도파관 구조의 단면도.
도 12 및 13은 본 발명에 따른 도 10 및 11에 도시된 제2 도파관 구조의 구성에 사용될 수 있는 예시적인 그레이 스케일 마스크의 상부 평면도.
도 14는 본 발명에 따른 홈을 도시하는 제1 및 제2 예시적인 도파관 구조의 제1 단면 비교도.
도 15는 본 발명에 따른 그레이 스케일 마스크의 제2 세트를 통한 화학 방사선의 3차원 투과 깊이를 도시하는 제1 및 제2 예시적인 도파관 구조의 제2 단면 비교도.
도 16은 본 발명에 따른 타원 횡단면을 갖는 코어를 구비하는 예시적인 도파관 구조의 단면도.
도 17은 본 발명에 따른 제1 및 제2 일실시예의 도파관 구조를 포함하는 일실시예의 전자 시스템을 나타낸 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 도파관 구조물
1: 기판
11, 20: 클래딩층
15: 홈
30: 코어 소자
50: 그레이 스케일 마스크

Claims (30)

  1. 광이 전달되는 전파축, 클래딩층, 및 도파관의 상기 전파축과 동일선상의 길이 차원을 갖고 상기 길이 차원을 횡단하는 횡단면을 갖는 코어 소자를 구비하는 기판 광학 도파관을 형성하는 방법이며,
    (a) 감광성 클래딩 재료의 하부 클래딩층을 형성하는 단계;
    (b) 제1 그레이 스케일 마스크를 통해 화학 방사선에 상기 클래딩층을 노출시키는 단계;
    (c) 상기 하부 클래딩층 내에 배치되고 3차원 형태를 갖는 홈을 형성하기 위해서 상기 노출된 패턴을 현상하는 단계;
    (d) 상기 홈과 상기 하부 클래딩층의 잔여 부분상에 감광성 코어 재료의 코어층을 형성하는 단계;
    (e) 제2 그레이 스케일 마스크를 통해 화학 방사선에 상기 코어층을 노출시키는 단계; 및
    (f) 상기 홈 위에 배치되고 3차원 형태를 갖는 코어 재료의 소자를 형성하기 위해서 상기 노출된 패턴을 현상하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감광성 클래딩 재료는 포지티브 타입인 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 감광성 코어 재료는 포지티브 타입인 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코어 소자 및 상기 하부 클래딩층의 상기 노출된 부분 상에 상부 클래딩층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (c) 이후 상기 단계 (d) 이전에 상기 하부 클래딩층을 최소한 부분적으로 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (c) 이후 상기 단계 (d) 이전에, 상기 단계 (e)에서 사용되는 상기 화학 방사선에 대하여 상기 하부 클래딩층의 감광도를 줄이는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코어 재료의 소자는 상기 도파관의 전파축의 횡단면에서 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코어 재료의 소자는 상기 도파관의 전파축의 횡단면에서 타원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 코어 재료의 소자는 만곡한 상부 및 하부 표면부를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 클래딩 및 코어 재료 각각은 통상적인 베이스 감광성 폴리머 재료를 포함하고, 상기 클래딩 및 코어 재료 중 하나는 다른 폴리머 재료의 소량 첨가물을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  11. 광이 전달되는 전파축, 클래딩층, 및 도파관의 상기 전파축과 동일선상의 길이 차원을 갖고 상기 길이 차원을 횡단하는 횡단면을 갖는 코어 소자를 구비하는 기판 광학 도파관을 형성하는 방법이며,
    (a) 감광성 클래딩 재료의 클래딩층을 기판에 형성하는 단계 -현상제에서 상기 클래딩 재료의 용해도는 화학 방사선에 대한 노출량의 함수임- ;
    (b) 제1 그레이 스케일 마스크를 통해 화학 방사선에 상기 클래딩층을 패터닝 노출시키는 단계 - 상기 제1 그레이 스케일 마스크는 상기 코어 소자의 제1 세그먼트를 정의하는 제1 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 도파관의 상기 전파축의 방향으로 길이 및 상기 제1 세그먼트에서 상기 코어 소자의 횡단면을 초기에 정의하는 폭을 갖고, 상기 제1 그레이 스케일 마스크의 제1 영역은 그 폭을 따르는 불투명도의 계조를 가짐- ;
    (c) 상기 도파관 전파축을 따라 배치된 길이 및 상기 길이에 횡방향으로 만곡한 주표면을 갖는 제1 세그먼트를 포함하는 홈을 상기 감광성 클래딩 재료의 층에 형성하기 위해서 현상제에 상기 클래딩층을 노출시키는 단계; 및
    (d) 상기 홈과 상기 클래딩층 위에 감광성 코어 재료의 코어층을 형성하는 단계 -현상제에서 상기 코어 재료의 용해도는 화학 방사선에 대한 노출량의 함수임- ;
    (e) 제2 그레이 스케일 마스크를 통해 화학 방사선에 상기 코어층을 패터닝 노출시키는 단계 -상기 제2 그레이 스케일 마스크는 상기 도파관의 코어 소자의 상기 제1 세그먼트를 더 정의하는 제1 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 도파관의 전파축 방향의 길이 및 상기 제1 세그먼트의 상기 코어 소자의 횡단면을 더 정의하는 폭을 가지며, 상기 제2 그레이 스케일 마스크의 상기 제1 영역은 그 폭의 방향에서 불투명도의 계조를 가짐- ; 및
    (f) 상기 도파관 코어 소자의 상기 제1 세그먼트를 형성하기 위해 현상제에 상기 코어층을 노출시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  12. 제11항에 있어서,
    단계 (b)의 상기 제1 그레이 스케일 마스크는 상기 코어 소자의 제2 세그먼트를 정의하는 제2 영역을 더 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 도파관의 상기 전파축 방향의 길이 및 상기 코어 소자의 상기 제2 세그먼트의 횡단면을 초기에 정의하는 폭을 가지며, 상기 제1 그레이 스케일 마스크의 상기 제2 영역은 그 폭을 따르는 제1 계조의 불투명도를 갖고, 그 길이를 따라 따르는 제2 계조의 불투명도를 가지며,
    상기 클래딩층을 현상제에 노출시키는 단계 (c)에서는 제2 세그먼트를 갖는 홈을 더 형성하고, 상기 제2 세그먼트는 제 상기 도파관의 전파축을 따라 배치된 길이 및 상기 홈의 상기 제2 세그먼트의 길이에 횡방향에서 만곡한 주표면을 갖고, 상기 홈의 제2 세그먼트는 그 길이 및 폭에서 계조를 가지며,
    상기 코어층을 형성하는 단계 (d)는 상기 홈의 상기 제2 세그먼트 위에 상기 감광성 코어 재료를 더 형성하고,
    상기 단계 (e)의 상기 제2 그레이 스케일 마스크는, 상기 도파관 코어 소자의 상기 제2 세그먼트를 더 정의하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 도파관의 상기 전파축 방향의 길이 및 상기 제2 세그먼트에 상기 코어 소자의 횡단면을 더 정의하는 폭을 갖고, 상기 제2 그레이 스케일 마스크의 상기 제2 영역은 그 폭에서 제1 계조의 불투명도를 갖고 그 길이에서 제2 계조의 불투명도를 갖고,
    상기 코어층을 현상제에 노출시키는 상기 단계 (f)는 상기 도파관의 코어 소자의 상기 제2 세그먼트를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 단계 (b)의 상기 제1 그레이 스케일 마스크는, 상기 코어 소자의 제2 세그먼트를 정의하는 제2 영역을 더 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 도파관의 상기 전파축 방향의 길이 및 상기 코어 소자의 상기 제2 세그먼트의 횡단면을 초기에 정의하는 폭을 갖고, 상기 제1 그레이 스케일 마스크의 상기 제2 영역은 그 폭을 따라 제1 계조의 불투명도를 갖는 제1 부분, 및 그 길이를 따라 제2 계조의 불투명도를 갖는 제2 부분을 포함하며,
    상기 클래딩층을 현상제에 노출시키는 상기 단계 (c)에서는, 상기 홈에 제2 세그먼트를 더 형성하며, 상기 제2 세그먼트는 상기 도파관의 전파축을 따라 배치된 길이 및 상기 홈의 제2 세그먼트의 길이에 횡방향으로 만곡한 주표면을 가지며, 상기 홈의 제2 세그먼트의 상기 주표면은 상기 홈의 제2 세그먼트의 길이 방향에서 만곡한 부분을 더 구비하고,
    상기 코어층을 형성하는 상기 단계 (d)는 상기 홈의 상기 제2 세그먼트 위에 상기 감광성 코어 재료를 더 형성하고,
    상기 단계 (e)의 상기 제2 그레이 스케일 마스크는 상기 도파관의 코어 소자의 상기 제2 세그먼트를 더 정의하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 도파관의 상기 전파축 방향인 길이 및 상기 제2 세그먼트에 상기 코어 소자의 횡단면을 더 정의하는 폭을 갖고, 상기 제2 그레이 스케일 마스크의 상기 제2 영역은 상기 제2 영역의 폭의 방향에서 불투명도의 계조를 갖는 제1 부분 및 원형 또는 타원형의 불투명도의 등고선을 갖는 제2 부분을 더 구비하고,
    상기 코어층을 현상제에 노출시키는 단계 (f)는 상기 도파관의 코어 소자의 상기 제2 세그먼트를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단계 (c) 및 상기 단계 (d)의 수행 사이에, 상기 홈의 제2 세그먼트의 상기 하부 표면 상에 반사성 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 감광성 클래딩층은 포지티브 타입인 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 감광성 코어 재료는 포지티브 타입인 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 코어 소자 및 하부 클래딩층의 상기 노출된 부분 상에 상부 클래딩층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 단계 (c) 이후 상기 단계 (d) 이전에, 상기 하부 클래딩층을 최소한 부분적으로 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 단계 (c) 이후 상기 단계 (d) 이전에, 상기 단계 (e)에서 사용되는 상기 화학 방사선에 상기 하부 클래딩층의 감도를 줄이는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 코어 재료의 소자는 상기 도파관의 전파축의 횡단면에 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 코어 재료의 소자는 상기 도파관의 전파축의 횡단면에 타원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  22. 제11항에 있어서,
    상기 코어 재료의 소자는 만곡한 상부 및 하부 표면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  23. 제11항에 있어서,
    상기 클래딩 및 코어 재료의 각각은 통상적인 베이스 감광성 폴리머 재료를 포함하고, 상기 클래딩 및 코어재료 중 하나는 다른 폴리머 재료의 소량 첨가물을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관 형성방법.
  24. 광이 전달되는 전파축을 갖는 기판 광학 도파관이며,
    상부 표면, 하부 표면, 제1 자유공간 파장을 갖는 광에 대한 제1 굴절률, 및상기 상부 표면에 형성된 홈을 포함하는 하부 클래딩층 -상기 홈은 만곡한 주표면 및 상기 하부 클래딩층의 상기 상부과 하부 표면 사이에 놓인 최고 깊이를 갖는 제1 세그먼트를 구비하고, 상기 하부 클래딩층은 상기 하부 클래딩층이 일정량의 광반응성 혼합물 및/또는 일정량의 분해된 광반응성 혼합물을 포함하도록 감광성 재료로 형성됨- ;
    상기 도파관의 전파축과 동일선상의 길이 차원 및 상기 길이 차원을 횡단하는 횡단면을 가지며, 상기 제1 자유공간 파장을 갖는 광에 대한 제2 굴절률을 갖는 코어 소자 -상기 제2 굴절률은 상기 제1 굴절률과 다르고, 상기 코어 소자는 상기 홈의 제1 세그먼트 내 및 위에 형성된 제1 코어 세그먼트 및 만곡한 상부 주표면 및 만곡한 하부 주표면을 가지며, 상기 코어 소자는 감광성 재료로 형성되어 상기 코어 소자가 일정량의 광반응성 혼합물 및/또는 일정량의 분해된 광반응성 혼합물을 포함함- ; 및
    상기 하부 클래딩층의 상기 노출된 부분들 중 최소한 하나 및 상기 코어 소자의 상기 노출된 부분들 중 최소한 하나 위에 형성된 상부 클래딩층
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 코어 소자는 상기 도파관의 전파축의 횡단면에 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 하부 클래딩층의 상기 홈은 상기 제1 세그먼트에 인접한 제2 세그먼트를 더 포함하고, 상기 홈의 상기 제2 세그먼트는 만곡한 주표면 및 상기 하부 클래딩층의 상기 상부와 하부 표면 사이에 놓인 최고 깊이를 갖고, 상기 홈의 제2 세그먼트는 그 폭에서의 계조 및 그 깊이에서의 계조를 가지며,
    상기 코어 소자는 상기 홈의 상기 제2 세그먼트 내 및 위에 형성되고 만곡한 상부 주표면 및 만곡한 하부 주표면을 갖는 제2 세그먼트를 더 포함하고, 상기 코어 소자의 상기 제2 세그먼트의 상기 하부 주표면은 그 폭에서의 계조 및 그 깊이에서의 계조를 가지며, 상기 코어 소자의 제2 세그먼트의 상기 상부 주표면은 그 폭에서의 계조 및 그 깊이에서의 계조를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 하부 클래딩층의 상기 홈은 상기 제1 세그먼트에 인접한 제2 세그먼트를 더 포함하고, 상기 홈의 상기 제2 세그먼트는 만곡한 주표면 및 상기 하부 클래딩층의 상부 표면과 하부 표면 사이에 놓인 최고 깊이를 갖고, 상기 홈의 제2 세그먼트는 엘보우 벤드(elbow-bend)의 하부의 형태로 그 폭에서의 계조 및 그 깊이에서의 계조를 가지며,
    상기 코어 소자는 상기 홈의 상기 제2 세그먼트 내 및 위에 형성되고 엘보우 벤드 형태를 갖는 제2 세그먼트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 하부 클래딩층의 상기 홈은, 상기 제1 세그먼트에 인접한 제2 세그먼트를 더 포함하고, 상기 홈의 상기 제2 세그먼트는 만곡한 주표면 및 상기 하부 클래딩층의 상부 표면과 하부 표면 사이에 놓인 최고 깊이를 갖고, 상기 홈의 제2 세그먼트는 엘보우 벤드의 하부의 형태로 그 폭에서의 계조 및 그 깊이에서의 계조를 가지며,
    상기 엘보우 벤드의 표면에 금속층이 형성되고,
    상기 코어 소자는 상기 홈 및 상기 금속층의 제2 세그먼트 내 및 위에 형성된 제2 세그먼트를 더 포함하고, 상기 코어 소자의 상기 제2 세그먼트는 엘보우 벤드의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관.
  29. 광이 전달되는 전파축을 갖는 기판 광학 도파관이며,
    상부 표면, 하부 표면, 제1 자유공간 파장을 갖는 광에 대한 제1 굴절률, 및 상기 상부 표면에 형성된 홈을 포함하는 하부 클래딩층 -상기 홈은 만곡한 주표면 및 상기 하부 클래딩층의 상기 상부와 하부 표면 사이에 놓인 최고 깊이를 갖는 제1 세그먼트 및 상기 제1 세그먼트에 인접한 제2 세그먼트를 구비하고, 상기 홈의 상기 제2 세그먼트는 만곡한 주표면 및 상기 하부 클래딩층의 상기 상부와 하부 표면 사이에 놓인 최고 깊이를 갖고, 상기 홈의 제2 세그먼트는 엘보우 벤드(elbow-bend)의 하부의 형태로 그 폭에서의 계조 및 그 깊이에서의 계조를 가짐- ;
    상기 도파관의 전파축과 동일선상의 길이 차원을 갖고 상기 길이 차원을 횡단하는 횡단면을 가지며, 상기 제1 자유공간 파장을 갖는 광에 대한 제2 굴절률을 갖는 코어 소자 -상기 제2 굴절률은 상기 제1 굴절률과 다르고, 상기 코어 소자는 제1 코어 세그먼트 및 상기 제1 코어 세그먼트에 인접한 제2 코어 세그먼트를 구비하고, 상기 제1 코어 세그먼트는 상기 홈의 상기 제1 세그먼트 내 및 위에 형성되고, 만곡한 상부 주표면 및 만곡한 하부 주표면을 가지며, 상기 제2 코어 세그먼트는 상기 홈의 상기 제2 세그먼트 내 및 위에 형성되고 엘보우 벤드 형태를 가짐- ; 및
    상기 하부 클래딩층의 상기 노출된 부분들 중 적어도 하나 및 상기 코어 소자의 상기 노출된 부분들 중 적어도 하나 위에 형성된 상부 클래딩층
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 제1 코어 세그먼트는 상기 도파관의 전파축의 횡단면에 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 광학 도파관.
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