KR100396252B1

KR100396252B1 - 광소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100396252B1
Application number: KR10-2001-0053440A
Authority: KR
Inventors: 신상모
Original assignee: 신상모
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-09-02
Also published as: KR20030018856A

Abstract

광통신 시스템에서 사용되는 광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 단일 기판에서 광도파로 소자와 광섬유 블록을 제작한 후에 이들의 접속면을 다이싱 공정 및 그라인딩/폴리싱 공정을 수행하고 이들을 다시 접속시킴으로써, 고가의 정렬장치 없이도 광도파로와 광섬유를 간단하고 정확하게 접속시킬 수 있다.

Description

광소자 및 그 제조방법{optical device and method for fabricating the same}

본 발명은 광통신 시스템 등에서 사용되는 광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 광통신 시스템에서는 광 신호를 전송하기 위해 광도파로 소자를 사용하고 있다.

광도파로 소자는 광섬유에 접속되어 사용되는데, 광섬유의 중심과 광도파로의 중심을 정확하게 일치시켜 접속해야만 원활한 광 신호의 전송이 이루어진다.

그러나, 광섬유와 광도파로 사이의 접속 기술은 매우 정밀함을 요구할 뿐만 아니라 고가의 정렬 또는 접속 보조 장치가 필요하다.

이러한 요구들은 광도파로 소자를 저가로 대량 생산하는데 가장 큰 걸림돌로 작용하고 있다.

도 1은 광도파로 소자와 광섬유를 접속하는 일반적인 방법을 보여주는 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 먼저 광도파로 소자 및 입/출력 광섬유 블록을 각각 제작한다.

여기서, 광섬유 블록은 통상 V자 형태의 홈을 가지며, 그 홈 위에 광섬유가 장착되어 있다.

그리고, 이와 같이 제작된 광도파로 소자 및 입/출력 광섬유 블록 중에서, 서로 결합될 면을 각각 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing)한 다음, 정렬장치(alignment station)를 이용하여 이들을 정밀하게 접속시킨다.

정렬장치를 이용하는 경우, 먼저 1개의 광섬유가 고정되어 있는 입력 광섬유 블록을 광도파로 소자의 입력면과 맞댄다.

이어, 정렬장치는 입력 광섬유 블록을 미세하게 이동시켜 입력 광섬유로부터 광도파로 소자의 입력 광도파로를 통해 출력되는 빛의 세기가 최대가 될 때, 입력 광도파로와 입력 광섬유의 코어 중심을 맞춘다.

이때, 레이저나 접착제 등을 이용하여 입력 광섬유와 입력 광도파로를 접속시킨다.

그리고, 1개 이상의 출력 광섬유가 고정되어 있는 출력 광섬유 블록을 광도파로 소자의 출력면과 맞댄다.

그 다음, 정렬장치는 출력 광섬유 블록을 미세하게 이동시켜 입력 광섬유로부터 1개 이상의 출력 광섬유를 통해 출력되는 빛의 세기가 최대가 될 때, 광도파로 소자의 출력 광도파로과 출력 광섬유의 코어 중심을 맞춘다.

이때, 레이저나 접착제 등을 이용하여 출력 광섬유와 출력 광도파로를 접속시킨다.

하지만, 이러한 기존의 접속방법은 광도파로 소자에 형성된 광도파로의 축중심과 광섬유 블록에 장착된 광섬유의 축중심을 맞추기 위한 기준점이 없고, 단지 광섬유에 빛을 입사하여 그 때 출력되는 빛의 세기의 대소에 따라 축중심에 대한 최적의 접속 상태를 판단하므로 특수 장비가 필요하고 어렵다.

또한, 현재 생산되는 광도파로 소자 및 입/출력 광섬유 블록은 각각 다른 실리콘 웨이퍼에서 배치 처리(batch process)로 제작되어 다이싱(dicing)되기 때문에 한꺼번에 많은 소자와 블록이 생산된다.

그러나, 서로 다른 실리콘 기판으로부터 제작된 광도파로 소자들과 입/출력 광섬유 블록들을 서로 접속시키는 조립 공정의 경우, 1회의 접속에 대해서 적어도 상당한 작업시간이 필요하고, 고가의 정렬 장치가 여러 대가 필요하므로 소자의 원가 절감 및 양산화에 큰 걸림돌로 작용하고 있다.

본 발명은 이러한 문제들을 해결하기 위한 것으로, 대량 생산 및 원가절감이 가능한 광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광도파로 소자와 입/출력 광섬유 블록을 접속하는 일반적인 방법을 보여주는 도면

도 2a 내지 도 2j는 본 발명 제 1 실시예에 따른 광소자의 제조 공정을 보여주는 공정 사시도

도 3a 내지 도 3j는 본 발명 제 2 실시예에 따른 광소자의 제조 공정을 보여주는 공정 사시도

도 4a 내지 도 4j는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광소자의 제조 공정을 보여주는 공정 사시도

도 5는 접속 가이드를 갖는 본 발명의 광소자를 보여주는 구조 사시도

도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광소자의 제조 공정을 보여주는 공정 사시도

도 7은 1×8 광도파로 소자와 입/출력 광섬유 블록이 접속된 본 발명의 광소자를 보여주는 구조 사시도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11,21,31,51 : 기판 12,22,32 : 마스크층

13,23,33,53 : 하부 클래드층 14,24,34,54 : 코아층

14a,24a,34a,42,54a : 광도파로 15,25,35,55 : 상부 클래드층

11a-11c,21a-21c,31a-31c,51a-51c : 제 1, 제 2, 제 3 서브 기판

41 : 접속 가이드 43 : 광섬유

44 : 광도파로 소자 45 : 입력 광섬유 블록

46 : 출력 광섬유 블록

본 발명에 따른 광소자는 적어도 하나의 제 1 광섬유를 갖는 제 1 광섬유 블록과, 제 1 광섬유 블록과 동일한 기판상에서 제작되고 적어도 하나의 제 2 광섬유를 갖는 제 2 광섬유 블록과, 제 1, 제 2 광섬유 블록과 동일한 기판상에서 제작되고 적어도 하나의 광도파로를 갖는 광도파로 소자로 구성되고, 여기서 광도파로와 광섬유의 광축이 서로 일치하도록 광도파로 소자의 양 측면에 제 1, 제 2 광섬유 블록이 각각 접속되고, 광도파로 소자의 상/하부면과 제 1, 제 2 광섬유 블록의 상/하부면이 서로 평행하도록 접속면의 면적 및 높이가 동일하다.

여기서, 광도파로 소자와 제 1, 제 2 광섬유 블록의 경계면 일부에는 홈 형태의 접속 가이드가 적어도 하나 형성되는데, 접속 가이드는 광도파로 소자에 형성되는 접속 가이드의 중심축과 제 1, 제 2 광섬유 블록에 형성되는 접속 가이드의 중심축이 서로 일치하거나 또는 서로 어긋나도록 형성한다.

그리고, 기판은 Si, GaAs, InP 중 어느 하나로 이루어진다.

한편, 적어도 하나의 광도파로를 갖는 광도파로 소자의 양 측면에 적어도 하나의 광섬유를 갖는 제 1, 제 2 광섬유 블록이 각각 접속된 광소자의 제조방법은 제 1, 제 2, 제 3 영역을 갖는 기판을 준비하는 단계와, 기판의 제 2 영역에 적어도 하나의 광도파로를 형성하는 단계와, 기판의 제 1, 제 2, 제 3 영역이 각각 분리되도록 기판을 다이싱(dicing)하여 제 1 영역을 갖는 제 1 서브 기판, 제 2 영역을 갖는 제 2 서브 기판, 제 3 영역을 갖는 제 3 서브 기판을 형성하는 단계와, 제 1 서브 기판과 제 3 서브 기판 위에 적어도 하나의 광섬유를 각각 배열하는 단계와, 제 2 서브 기판의 양 측면 및 제 1, 제 3 서브 기판의 일 측면을 각각 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing)하는 단계와, 그라인딩 및 폴리싱된 측면이 서로 마주보도록 제 2 서브 기판의 양 측면에 제 1, 제 3 서브 기판을 각각 정렬시키고 접속하는 단계로 이루어진다.

여기서, 상기 광도파로 형성 단계 이전 또는 상기 기판을 다이싱하는 단계이후에, 제 1, 제 3 서브 기판의 소정 영역을 소정 깊이로 식각하여 적어도 하나의 홈을 형성할 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 광소자의 제조방법은 제 1, 제 2, 제 3 영역을 갖는 기판을 준비하는 단계와, 기판 하부 및 기판 상부의 제 1 영역 및 제 3 영역에 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 기판 상부의 전면에 하부 클래드층을 형성하는 단계와, 하부 클래드층 위에 코어층을 형성하고 패터닝하여 기판의 제 2 영역에 적어도 하나의 광도파로를 형성하는 단계와, 패터닝된 코어층을 포함한 전면에 상부 클래드층을 형성하는 단계와, 기판의 제 1, 제 2, 제 3 영역이 각각 분리되도록 기판을 다이싱(dicing)하여 제 1 영역을 갖는 제 1 서브 기판, 제 2 영역을 갖는 제 2 서브 기판, 제 3 영역을 갖는 제 3 서브 기판을 형성하는 단계와, 제 1 서브 기판과 제 3 서브 기판 위에 형성된 상/하부 클래드층을 제거하여 마스크 패턴을 노출시키는 단계와, 마스크 패턴을 마스크로 제 1 서브 기판과 제 3 서브 기판을 소정 깊이로 식각하여 적어도 하나의 홈을 형성하고 마스크 패턴을 제거하는 단계와, 홈 위에 각각 대응되도록 광섬유를 배열하는 단계와, 제 2 서브 기판의 양 측면 및 제 1, 제 3 서브 기판의 일 측면을 각각 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing)하는 단계와, 그라인딩 및 폴리싱된 측면이 서로 마주보도록 제 2 서브 기판의 양 측면에 제 1, 제 3 서브 기판을 각각 정렬시키고 접속하는 단계로 이루어진다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제조방법은 제 1, 제 2, 제 3 영역을 갖는 기판을 준비하는 단계와, 기판 하부 및 기판 상부의 제 1 영역 및 제 3 영역에 제1 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 기판 상부의 전면에 하부 클래드층을 형성하는 단계와, 하부 클래드층 위에 코어층을 형성하고 패터닝하여 기판의 제 2 영역에 적어도 하나의 광도파로를 형성하는 단계와, 패터닝된 코어층을 포함한 전면에 상부 클래드층을 형성하는 단계와, 기판 상부의 제 2 영역 위에 형성된 상부 클래드층 위에 제 2 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 제 2 마스크 패턴을 마스크로 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역 위에 형성된 상/하부 클래드층을 제거하여 제 1 마스크 패턴을 노출시키는 단계와, 제 1 마스크 패턴을 마스크로 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역을 소정 깊이로 식각하여 적어도 하나의 홈을 형성하고 제 2 마스크 패턴을 제거하는 단계와, 기판의 제 1, 제 2, 제 3 영역이 각각 분리되도록 기판을 다이싱(dicing)하여 제 1 영역을 갖는 제 1 서브 기판, 제 2 영역을 갖는 제 2 서브 기판, 제 3 영역을 갖는 제 3 서브 기판을 형성하는 단계와, 홈 위에 각각 대응되도록 광섬유를 배열하는 단계와, 제 2 서브 기판의 양 측면 및 제 1, 제 3 서브 기판의 일 측면을 각각 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing)하는 단계와, 그라인딩 및 폴리싱된 측면이 서로 마주보도록 제 2 서브 기판의 양 측면에 제 1, 제 3 서브 기판을 각각 정렬시키고 접속하는 단계로 이루어진다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제조방법은 제 1, 제 2, 제 3 영역을 갖는 기판을 준비하는 단계와, 기판 하부 및 기판 상부의 제 1 영역 및 제 3 영역에 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 마스크 패턴을 마스크로 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역을 소정 깊이로 식각하여 적어도 하나의 홈을 형성하고 마스크 패턴을 제거하는 단계와, 기판 상부의 전면에 하부 클래드층을 형성하는 단계와, 하부 클래드층 위에 코어층을 형성하고 패터닝하여 기판의 제 2 영역에 적어도 하나의 광도파로를 형성하는 단계와, 패터닝된 코어층을 포함한 전면에 상부 클래드층을 형성하는 단계와, 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역 위에 형성된 상/하부 클래드층을 제거하여 홈이 형성된 기판을 노출시키는 단계와, 기판의 제 1, 제 2, 제 3 영역이 각각 분리되도록 기판을 다이싱(dicing)하여 제 1 영역을 갖는 제 1 서브 기판, 제 2 영역을 갖는 제 2 서브 기판, 제 3 영역을 갖는 제 3 서브 기판을 형성하는 단계와, 홈 위에 각각 대응되도록 광섬유를 배열하는 단계와, 제 2 서브 기판의 양 측면 및 제 1, 제 3 서브 기판의 일 측면을 각각 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing)하는 단계와, 그라인딩 및 폴리싱된 측면이 서로 마주보도록 제 2 서브 기판의 양 측면에 제 1, 제 3 서브 기판을 각각 정렬시키고 접속하는 단계로 이루어진다.

여기서, 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역에 홈을 형성할 때에, 홈에 대해 평행하도록 기판 상부의 제 1, 제 2, 제 3 영역을 소정 깊이로 식각하여 적어도 하나의 접속 가이드를 형성할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제조방법은 제 1, 제 2, 제 3 영역을 갖는 기판을 준비하는 단계와, 기판 상부의 전면에 하부 클래드층을 형성하는 단계와, 하부 클래드층 위에 코어층을 형성하고 패터닝하여 기판의 제 2 영역에 적어도 하나의 광도파로를 형성하는 단계와, 패터닝된 코어층을 포함한 전면에 상부 클래드층을 형성하는 단계와, 소정 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역의 상/하부 클래드층을 1차 식각하여 기판을 노출시키고 노출된기판을 소정 깊이로 2차 식각하여 홈을 형성하는 단계와, 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역에 남아 있는 상/하부 클래드층을 제거하는 단계와, 기판의 제 1, 제 2, 제 3 영역이 각각 분리되도록 기판을 다이싱(dicing)하여 제 1 영역을 갖는 제 1 서브 기판, 제 2 영역을 갖는 제 2 서브 기판, 제 3 영역을 갖는 제 3 서브 기판을 형성하는 단계와, 홈 위에 각각 대응되도록 광섬유를 배열하는 단계와, 제 2 서브 기판의 양 측면 및 제 1, 제 3 서브 기판의 일 측면을 각각 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing)하는 단계와, 그라인딩 및 폴리싱된 측면이 서로 마주보도록 제 2 서브 기판의 양 측면에 제 1, 제 3 서브 기판을 각각 정렬시키고 접속하는 단계로 이루어진다.

여기서, 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역에 홈을 형성하는 단계는 소정 패턴이 형성된 마스크를 준비하는 단계와, 마스크를 기판 상부에 정렬시키는 단계와, 마스크를 이용하여 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역의 상/하부 클래드층을 건식식각하여 기판을 노출시키는 단계와, 마스크를 제거하고 상부 클래드층을 마스크로 노출된 기판을 소정 깊이로 습식식각하여 홈을 형성하는 단계로 이루어진다.

그리고, 기판 상부의 제 1 영역과 제 2 영역의 경계면, 기판 상부의 제 2 영역과 제 3 영역의 경계면을 소정 깊이로 식각하여 적어도 하나의 접속 가이드를 형성한다.

이와 같이 제작되는 본 발명은 공정이 간단하고 대량 생산이 가능하며, 고가의 정렬장치가 필요 없이도 광도파로와 광섬유를 정확하게 접속시킬 수가 있으므로, 제조 공정 시간 및 공정 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 개념은 단일 기판에서 광도파로 소자와 입/출력 광섬유 블록을 제작한 후에 이들의 접속면을 다이싱 공정 및 그라인딩/폴리싱 공정을 수행하고 이들을 다시 접속시킴으로써, 고가의 정렬장치 없이도 광도파로와 광섬유를 간단하고 정확하게 접속시키는데 있다.

제 1 실시예

도 2a 내지 도 2j는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광소자의 제조 공정을 보여주는 공정 사시도이다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 광도파로가 형성될 제 2 영역과 광섬유가 배열될 제 1 영역 및 제 3 영역을 갖는 실리콘 기판(11)을 준비한 다음, 준비된 실리콘 기판(11)의 상/하부면 위에 실리콘 나이트라이드(silicon nitride) 등으로 이루어진 마스크층(12)을 형성하고, 도 2b에 도시된 바와 같이 일반적인 포토리소그래피 공정 등을 사용하여 마스크층(12)을 패터닝하여 광도파로가 형성될 제 2 영역의 기판(11)과 광섬유가 배열될 제 1 영역 및 제 3 영역의 기판(11)을 노출시킨다.

이어, 도 2c 및 도 2d에 도시된 바와 같이, 기판(11) 전면에 하부 클래드층(13) 및 코어층(14)을 순차적으로 형성한다.

여기서, 하부 클래드층(13) 및 코어층(14)은 SiO₂로 이루어지고, 두께는 각각 약 20㎛, 약 8㎛로 형성한다.

그리고, 도 2e에 도시된 바와 같이 코어층(14)을 패터닝하여 제 2 영역의 기판 위에 적어도 하나의 광도파로(14a)를 형성한다.

여기서, 하부 클래드층(13)은 광도파로(14a)로 광이 잘 도파되도록 광의 전반사를 도와주는 역할을 하고, 광도파로(14a)은 광을 도파시키는 역할을 한다.

그 다음 공정으로, 도 2f에 도시된 바와 같이 광도파로(14a)를 포함한 전면에 상부 클래드층(15)을 형성한다.

상부 클래드층(15) 역시, 하부 클래드층(13)과 마찬가지로 SiO₂로 이루어지고, 두께는 약 20㎛로 형성하며, 광도파로(14a)로 광이 잘 도파되도록 광의 전반사를 도와주는 역할을 한다.

이어, 도 2g에 도시된 바와 같이, 기판(11)의 제 1, 제 2, 제 3 영역이 각각 분리되도록 기판(11)을 다이싱(dicing)하면, 다이싱된 기판(11)은 제 1 영역을 갖는 제 1 서브 기판(11a), 제 2 영역을 갖는 제 2 서브 기판(11b), 그리고 제 3 영역을 갖는 제 3 서브 기판(11c)으로 분리된다.

여기서, 제 1 및 제 3 서브 기판(11a, 11c)은 후공정에서 제 1, 제 2 광섬유 블록이 되고, 제 2 서브 기판(11b)은 광도파로 소자가 된다.

다음으로, 도 2h에 도시된 바와 같이 제 1 서브 기판(11a)과 제 3 서브 기판(11c) 위에 형성된 상부 클래드층(15), 하부 클래드층(13)을 순차적으로 제거하여 패터닝된 마스크층(12)을 노출시킨다.

이때, 상부 클래드층(15) 및 하부 클래드층(13)은 CxFy계와 CxCly계 등의 반응 가스을 이용하여 건식 식각 공정 또는 HF 등의 습식 식각 공정으로 제거한다.

그리고, 도 2i에 도시된 바와 같이 마스크층(12)을 마스크로 제 1 서브 기판(11a)과 제 3 서브 기판(11c)을 소정 깊이로 식각하여 적어도 하나의 홈을 형성하고, 마스크층(12)을 제거한다.

여기서, 홈은 V자 형태로 형성되며, 홈이 형성된 제 1 서브 기판(11a)과 제 3 서브 기판(11c)은 비로소 입력 광섬유 블록과 출력 광섬유 블록이 된다.

다음, 도시되지는 않았지만, 입/출력 광섬유 블록의 홈 위에 각각 대응되도록 광섬유를 배열 및 장착한다.

이어, 후공정에서 광도파로 소자와 입/출력 광섬유 블록이 접속될 접속면, 즉 광도파로 소자의 양 측면 및 입/출력 광섬유 블록의 일 측면을 각각 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing)한다.

그리고, 마지막으로, 도 2j에 도시된 바와 같이 그라인딩 및 폴리싱된 접속면이 서로 마주보도록 광도파로 소자의 양 측면에 입/출력 광섬유 블록을 각각 정렬시키고 에폭시 등을 사용하여 접속면을 접착시킴으로써 광소자가 제작된다.

이때, 접속된 광도파로 소자와 광섬유 블록에서, 광도파로 소자의 상/하부면과 입/출력 광섬유 블록의 상/하부면은 서로 평행하고, 접속면의 면적 및 높이가 동일하다.

이와 같이, 본 발명은 광도파로 소자와 광섬유 블록을 동일한 기판에서 제작한 후에 분리하였기 때문에, 하나의 기준면을 중심으로 광도파로 소자와 광섬유 블록을 정렬시키고 접속하면, 종래와 같은 고가의 정렬 장치가 없어도 간단하게 광도파로와 광섬유의 광축을 맞출 수가 있다.

제 2 실시예

도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광소자의 제조 공정을 보여주는 공정 사시도이다.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 광도파로가 형성될 제 2 영역과 광섬유가 배열될 제 1 영역 및 제 3 영역을 갖는 실리콘 기판(21)을 준비한 다음, 준비된 실리콘 기판(21)의 상/하부면 위에 실리콘 나이트라이드 등으로 이루어진 제 1 마스크층(22)을 형성하고, 도 3b에 도시된 바와 같이 일반적인 포토리소그래피 공정 등을 사용하여 제 1 마스크층(22)을 패터닝하여 광도파로가 형성될 제 2 영역의 기판(21)과 광섬유가 배열될 제 1 영역 및 제 3 영역의 기판(21)을 노출시킨다.

이어, 도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 홈이 형성된 기판(21) 전면에 하부 클래드층(23) 및 코어층(24)을 순차적으로 형성한다.

그리고, 도 3e에 도시된 바와 같이 코어층(24)을 패터닝하여 제 2 영역의 기판 위에 적어도 하나의 광도파로(24a)를 형성한다.

그 다음 공정으로, 도 3f에 도시된 바와 같이 광도파로(24a)를 포함한 전면에 상부 클래드층(25)을 형성한다.

이어, 도 3g에 도시된 바와 같이 상부 클래드층(25) 위에 제 2 마스크층(26)을 형성하고 패터닝하여 제 2 영역의 기판(21) 위에 형성된 상부 클래드층(25) 위에만 제 2 마스크층(26)을 남긴다.

그리고, 남아있는 제 2 마스크층(26) 패턴을 마스크로 제 1 영역과 제 3 영역의 기판(21) 위에 형성된 상부 클래드층(25) 및 하부 클래드층(23)을 순차적으로 제거하여 제 1 마스크층(22)을 노출시킨다.

다음, 도 3h에 도시된 바와 같이, 노출된 제 1 마스크층(22)을 마스크로 제 1 영역의 기판과 제 3 영역의 기판을 소정 깊이로 식각하여 적어도 하나의 홈을 형성하고, 제 1, 제 2 마스크층(22, 26)을 제거한다.

여기서, 제 1 마스크층(22)은 제거하지 않아도 무방하다.

이어, 도 3i에 도시된 바와 같이 기판(21)의 제 1, 제 2, 제 3 영역이 각각 분리되도록 기판(21)을 다이싱(dicing)하면, 다이싱된 기판(21)은 제 1 영역을 갖는 제 1 서브 기판(21a), 제 2 영역을 갖는 제 2 서브 기판(21b), 그리고 제 3 영역을 갖는 제 3 서브 기판(21c)으로 분리된다.

여기서, 제 1 및 제 3 서브 기판(21a, 21c)은 입/출력 광섬유 블록이 되고, 제 2 서브 기판(21b)은 광도파로 소자가 된다.

그리고, 마지막으로, 도 3j에 도시된 바와 같이 그라인딩 및 폴리싱된 접속면이 서로 마주보도록 광도파로 소자의 양 측면에 입/출력 광섬유 블록을 각각 정렬시키고 에폭시 등을 사용하여 접속면을 접착시킴으로써 광소자가 제작된다.

이와 같이, 본 발명 제 2 실시예는 기판을 다이싱하기 전에 미리 광도파로 블록의 홈을 형성하기 때문에 공정이 더 간단해지고, 공정의 신뢰도가 좋아진다.

제 3 실시예

도 4a 내지 도 4j는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광소자의 제조 공정을 보여주는 공정 사시도이다.

먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 광도파로가 형성될 제 2 영역과 광섬유가 배열될 제 1 영역 및 제 3 영역을 갖는 실리콘 기판(31)을 준비한 다음, 준비된 실리콘 기판(31)의 상/하부면 위에 실리콘 나이트라이드 등으로 이루어진 마스크층(32)을 형성하고, 도 4b에 도시된 바와 같이 일반적인 포토리소그래피 공정 등을 사용하여 마스크층(32)을 패터닝하여 광섬유가 배열될 제 1 영역 및 제 3 영역의 기판을 노출시킨다.

이어, 도 4c에 도시된 바와 같이 마스크층(32)을 마스크로 제 1 영역의 기판과 제 3 영역의 기판을 소정 깊이로 식각하여 적어도 하나의 홈을 형성하고, 마스크층(32)을 제거한다.

그리고, 도 4d 및 도 4e에 도시된 바와 같이, 홈이 형성된 기판(31) 전면에 하부 클래드층(33) 및 코어층(34)을 순차적으로 형성한다.

이어, 도 4f에 도시된 바와 같이 코어층(34)을 패터닝하여 제 2 영역의 기판 위에 적어도 하나의 광도파로(34a)를 형성한다.

그 다음 공정으로, 도 4g에 도시된 바와 같이 광도파로(34a)를 포함한 전면에 상부 클래드층(35)을 형성한다.

이어, 도 4h에 도시된 바와 같이, 제 1 영역과 제 3 영역의 기판(31) 위에 형성된 상부 클래드층(35), 하부 클래드층(33)을 순차적으로 제거하여 기판(31)을 노출시킨다.

그리고, 도 4i 및 도 4j는 제 2 실시예의 도 3i 및 도 3j와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명 제 3 실시예는 제 2 실시예와 마찬가지로 기판을 다이싱하기 전에 홈을 형성하는 것은 동일하지만, 광도파로 형성 전에 광도파로 블록의 홈을 먼저 형성한다는 점에서 차이가 있다.

본 발명 제 3 실시예 역시, 기판을 다이싱하기 전에 미리 광도파로 블록의 홈을 형성하기 때문에 공정이 더 간단해지고, 공정의 신뢰도가 좋아진다.

또한, 본 발명 제 3 실시예는 도 4c에 도시된 바와 같이 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역에 홈을 형성하는 단계에서, 마스크층(32)을 마스크로 기판 상부의 제 1 영역과 제 2 영역의 경계면, 기판 상부의 제 2 영역과 제 3 영역의 경계면을 소정 깊이로 식각하여 적어도 하나의 접속 가이드를 형성할 수도 있다.

즉, 접속 가이드(41)는 도 5에 도시된 바와 같이 광도파로(42)와 광섬유(43)에 대해 평행하게 형성되고, 광도파로 소자(44)에 형성되는 접속 가이드의 중심축과 입/출력 광섬유 블록(45, 46)에 형성되는 접속 가이드의 중심축이 서로 일치한다.

이 접속 가이드(41)는 광도파로(42)와 광섬유(43)를 접속시킬 때, 입/출력 광섬유 블록(45, 46)의 접속 가이드와 광도파로 소자(44)의 접속 가이드의 중심축을 일치시키면, 광도파로(42)와 광섬유(43)의 광축이 자동으로 일치되므로 광도파로와 광섬유의 접속이 매우 간단하다.

이외에도, 접속 가이드(41)는 광도파로 소자(44)에 형성되는 접속 가이드의 중심축과 입/출력 광섬유 블록(45, 46)에 형성되는 접속 가이드의 중심축이 서로 일치하지 않고 서로 어긋나도록 형성할 수도 있다.

즉, 광도파로 소자(44)에 형성된 접속 가이드가 입/출력 광섬유 블록(45, 46)에 형성된 접속 가이드들 사이에 끼우는 형태로 접속 가이드를 형성할 수도 있다.

물론, 이 밖에도 다양한 형태로 접속 가이드를 형성할 수 있다.

제 4 실시예

도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광소자의 제조 공정을 보여주는 공정 사시도이다.

먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 광도파로가 형성될 제 2 영역과 광섬유가 배열될 제 1 영역 및 제 3 영역을 갖는 실리콘 기판(51) 위에 하부 클래드층(53) 및 코어층(54)을 순차적으로 형성한다.

이어, 도 6b에 도시된 바와 같이 코어층(54)을 패터닝하여 제 2 영역의 기판 위에 적어도 하나의 광도파로(54a)를 형성한다.

그 다음 공정으로, 도 6c에 도시된 바와 같이 광도파로(54a)를 포함한 전면에 상부 클래드층(55)을 형성한다.

이어, 도 6d에 도시된 바와 같이, 기판(51)의 제 1 영역과 제 3 영역에 홈을 형성하기 위한 패턴을 갖는 마스크(도시되지 않음)를 준비한 후, 이 마스크를 기판(51) 상부에 정렬시킨다.

여기서, 상기 마스크는 기판에 형성된 정렬 마크나 광도파로 등을 기준점으로 기판(51) 상부에 정밀하게 정렬될 수 있다.

그리고, 정렬된 마스크를 이용하여 기판(51) 상부의 제 1 영역과 제 3 영역의 상부 클래드층(55), 하부 클래드층(53)을 건식식각하여 기판(51)을 노출시킨 후, 마스크를 제거하고, 도 6e에 도시된 바와 같이 상부 클래드층(55)을 마스크로 노출된 기판(51)을 소정 깊이로 습식식각하여 홈을 형성한다.

다음, 기판(51) 상부의 제 1 영역과 제 3 영역에 남아 있는 상/하부 클래드층(55, 53)을 제거하여 기판(51)을 노출시킨다.

이어, 도 6f 및 도 6g는 제 2 실시예의 도 3i 및 도 3j와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명 제 4 실시예는 제 2 실시예 및 제 3 실시예와는 달리 홈을 형성하기 위한 마스크로서 마스크층을 사용하지 않으므로, 다른 실시예보다도 공정이 더욱 간단해진다는 장점이 있다.

또한, 본 발명 제 4 실시예는 제 3 실시예와 마찬가지로 적어도 하나의 접속 가이드를 형성할 수도 있다.

즉, 도 6d의 단계에서, 마스크에 접속 가이드 패턴을 형성하면 기판에 접속가이드를 쉽게 형성할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제조 방법들에 따라 제작된 1×8 광도파로 소자와 광섬유가 접속되는 것을 보여주는 도면이다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에서는 실리콘 기판을 사용하여 광소자를 제작하는 방법을 보여주었지만, 본 발명은 GaAs, InP 등과 같은 화합물 반도체 기판을 사용하여 제작할 수도 있어 그 분야가 광범위하다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims

적어도 하나의 제 1 광섬유를 갖는 제 1 광섬유 블록;

상기 제 1 광섬유 블록과 동일한 기판상에서 제작되고, 적어도 하나의 제 2 광섬유를 갖는 제 2 광섬유 블록; 그리고,

상기 제 1, 제 2 광섬유 블록과 동일한 기판상에서 제작되고, 적어도 하나의 광도파로를 갖는 광도파로 소자로 구성되고,

여기서 상기 광도파로의 광축과 상기 광섬유의 광축이 서로 일치하도록 상기 광도파로 소자의 양 측면에 상기 제 1, 제 2 광섬유 블록이 각각 접속되고,

상기 광도파로 소자의 상/하부면과 상기 제 1, 제 2 광섬유 블록의 상/하부면이 서로 평행하도록 상기 접속면의 면적 및 높이가 동일한 것을 특징으로 하는 광소자.
제 1 항에 있어서, 상기 광도파로 소자와 상기 제 1, 제 2 광섬유 블록의 경계면 일부에는 홈 형태의 접속 가이드가 적어도 하나 형성되는 것을 특징으로 하는 광소자.
제 2 항에 있어서, 상기 접속 가이드는 상기 광도파로 소자에 형성되는 접속 가이드의 중심축과 상기 제 1, 제 2 광섬유 블록에 형성되는 접속 가이드의 중심축이 서로 일치하거나 또는 서로 어긋나도록 형성하는 것을 특징으로 하는 광소자.
제 1 항에 있어서, 상기 기판은 Si, GaAs, InP 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광소자.
적어도 하나의 광도파로를 갖는 광도파로 소자의 양 측면에 적어도 하나의 광섬유를 갖는 제 1, 제 2 광섬유 블록이 각각 접속된 광소자의 제조방법에 있어서,

제 1, 제 2, 제 3 영역을 갖는 기판을 준비하는 단계;

상기 기판의 제 2 영역에 적어도 하나의 광도파로를 형성하는 단계;

상기 기판의 제 1, 제 2, 제 3 영역이 각각 분리되도록 상기 기판을 다이싱(dicing)하여 상기 제 1 영역을 갖는 제 1 서브 기판, 상기 제 2 영역을 갖는 제 2 서브 기판, 상기 제 3 영역을 갖는 제 3 서브 기판을 형성하는 단계;

상기 제 1 서브 기판과 상기 제 3 서브 기판 위에 적어도 하나의 광섬유를 각각 배열하는 단계;

상기 제 2 서브 기판의 양 측면 및 상기 제 1, 제 3 서브 기판의 일 측면을 각각 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing)하는 단계; 그리고,

상기 그라인딩 및 폴리싱된 측면이 서로 마주보도록 상기 제 2 서브 기판의 양 측면에 상기 제 1, 제 3 서브 기판을 각각 정렬시키고 접속하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광소자 제조방법.
제 5 항에 있어서, 상기 광도파로 형성 단계 이전 또는 상기 광도파로 형성 단계 이후 또는 상기 기판을 다이싱하는 단계 이후에, 상기 제 1, 제 3 서브 기판의 소정 영역을 소정 깊이로 식각하여 적어도 하나의 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 광소자 제조방법.
제 5 항에 있어서, 상기 기판은 Si, GaAs, InP 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광소자 제조방법.
적어도 하나의 광도파로를 갖는 광도파로 소자의 양 측면에 적어도 하나의 광섬유를 갖는 제 1, 제 2 광섬유 블록이 각각 접속된 광소자의 제조방법에 있어서,

제 1, 제 2, 제 3 영역을 갖는 기판을 준비하는 단계;

상기 기판 하부 및 상기 기판 상부의 제 1 영역 및 제 3 영역에 마스크 패턴을 형성하는 단계;

상기 기판 상부의 전면에 하부 클래드층을 형성하는 단계;

상기 하부 클래드층 위에 코어층을 형성하고 패터닝하여 상기 기판의 제 2 영역에 적어도 하나의 광도파로를 형성하는 단계;

상기 패터닝된 코어층을 포함한 전면에 상부 클래드층을 형성하는 단계;

상기 기판의 제 1, 제 2, 제 3 영역이 각각 분리되도록 상기 기판을 다이싱(dicing)하여 상기 제 1 영역을 갖는 제 1 서브 기판, 상기 제 2 영역을 갖는 제 2 서브 기판, 상기 제 3 영역을 갖는 제 3 서브 기판을 형성하는 단계;

상기 제 1 서브 기판과 상기 제 3 서브 기판 위에 형성된 상/하부 클래드층을 제거하여 상기 마스크 패턴을 노출시키는 단계;

상기 마스크 패턴을 마스크로 상기 제 1 서브 기판과 제 3 서브 기판을 소정 깊이로 식각하여 적어도 하나의 홈을 형성하고, 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계;

상기 홈 위에 각각 대응되도록 광섬유를 배열하는 단계;

상기 제 2 서브 기판의 양 측면 및 상기 제 1, 제 3 서브 기판의 일 측면을 각각 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing)하는 단계; 그리고,

상기 그라인딩 및 폴리싱된 측면이 서로 마주보도록 상기 제 2 서브 기판의 양 측면에 상기 제 1, 제 3 서브 기판을 각각 정렬시키고 접속하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광소자 제조방법.
적어도 하나의 광도파로를 갖는 광도파로 소자의 양 측면에 적어도 하나의 광섬유를 갖는 제 1, 제 2 광섬유 블록이 각각 접속된 광소자의 제조방법에 있어서,

제 1, 제 2, 제 3 영역을 갖는 기판을 준비하는 단계;

상기 기판 하부 및 상기 기판 상부의 제 1 영역 및 제 3 영역에 제 1 마스크 패턴을 형성하는 단계;

상기 기판 상부의 전면에 하부 클래드층을 형성하는 단계;

상기 하부 클래드층 위에 코어층을 형성하고 패터닝하여 상기 기판의 제 2 영역에 적어도 하나의 광도파로를 형성하는 단계;

상기 패터닝된 코어층을 포함한 전면에 상부 클래드층을 형성하는 단계;

상기 기판 상부의 제 2 영역 위에 형성된 상부 클래드층 위에 제 2 마스크 패턴을 형성하는 단계;

상기 제 2 마스크 패턴을 마스크로 상기 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역 위에 형성된 상/하부 클래드층을 제거하여 상기 제 1 마스크 패턴을 노출시키는 단계;

상기 제 1 마스크 패턴을 마스크로 상기 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역을 소정 깊이로 식각하여 적어도 하나의 홈을 형성하고, 상기 제 2 마스크 패턴을 제거하는 단계;

상기 기판의 제 1, 제 2, 제 3 영역이 각각 분리되도록 상기 기판을 다이싱(dicing)하여 상기 제 1 영역을 갖는 제 1 서브 기판, 상기 제 2 영역을 갖는 제 2 서브 기판, 상기 제 3 영역을 갖는 제 3 서브 기판을 형성하는 단계;

상기 홈 위에 각각 대응되도록 광섬유를 배열하는 단계;

상기 제 2 서브 기판의 양 측면 및 상기 제 1, 제 3 서브 기판의 일 측면을 각각 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing)하는 단계; 그리고,

상기 그라인딩 및 폴리싱된 측면이 서로 마주보도록 상기 제 2 서브 기판의 양 측면에 상기 제 1, 제 3 서브 기판을 각각 정렬시키고 접속하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광소자 제조방법.
적어도 하나의 광도파로를 갖는 광도파로 소자의 양 측면에 적어도 하나의 광섬유를 갖는 제 1, 제 2 광섬유 블록이 각각 접속된 광소자의 제조방법에 있어서,

제 1, 제 2, 제 3 영역을 갖는 기판을 준비하는 단계;

상기 기판 하부 및 상기 기판 상부의 제 1 영역 및 제 3 영역에 마스크 패턴을 형성하는 단계;

상기 마스크 패턴을 마스크로 상기 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역을 소정 깊이로 식각하여 적어도 하나의 홈을 형성하고, 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계;

상기 기판 상부의 전면에 하부 클래드층을 형성하는 단계;

상기 하부 클래드층 위에 코어층을 형성하고 패터닝하여 상기 기판의 제 2 영역에 적어도 하나의 광도파로를 형성하는 단계;

상기 패터닝된 코어층을 포함한 전면에 상부 클래드층을 형성하는 단계;

상기 기판 상부의 제 1 영역과 상기 제 3 영역 위에 형성된 상/하부 클래드층을 제거하여 상기 홈이 형성된 기판을 노출시키는 단계;

상기 기판의 제 1, 제 2, 제 3 영역이 각각 분리되도록 상기 기판을 다이싱(dicing)하여 상기 제 1 영역을 갖는 제 1 서브 기판, 상기 제 2 영역을 갖는 제 2 서브 기판, 상기 제 3 영역을 갖는 제 3 서브 기판을 형성하는 단계;

상기 홈 위에 각각 대응되도록 광섬유를 배열하는 단계;

상기 제 2 서브 기판의 양 측면 및 상기 제 1, 제 3 서브 기판의 일 측면을 각각 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing)하는 단계; 그리고,

상기 그라인딩 및 폴리싱된 측면이 서로 마주보도록 상기 제 2 서브 기판의 양 측면에 상기 제 1, 제 3 서브 기판을 각각 정렬시키고 접속하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광소자 제조방법.
제 10 항에 있어서, 상기 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역에 홈을 형성할 때에,

상기 기판 상부의 제 1 영역과 제 2 영역의 경계면, 상기 기판 상부의 제 2 영역과 제 3 영역의 경계면을 소정 깊이로 식각하여 적어도 하나의 접속 가이드를 형성하는 것을 특징으로 하는 광소자 제조방법.
적어도 하나의 광도파로를 갖는 광도파로 소자의 양 측면에 적어도 하나의 광섬유를 갖는 제 1, 제 2 광섬유 블록이 각각 접속된 광소자의 제조방법에 있어서,

제 1, 제 2, 제 3 영역을 갖는 기판을 준비하는 단계;

상기 기판 상부의 전면에 하부 클래드층을 형성하는 단계;

상기 하부 클래드층 위에 코어층을 형성하고 패터닝하여 상기 기판의 제 2 영역에 적어도 하나의 광도파로를 형성하는 단계;

상기 패터닝된 코어층을 포함한 전면에 상부 클래드층을 형성하는 단계;

소정 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 상기 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역의 상/하부 클래드층을 1차 식각하여 상기 기판을 노출시키고, 상기 노출된 기판을 소정 깊이로 2차 식각하여 홈을 형성하는 단계;

상기 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역에 남아 있는 상/하부 클래드층을 제거하는 단계;

상기 기판의 제 1, 제 2, 제 3 영역이 각각 분리되도록 상기 기판을 다이싱(dicing)하여 상기 제 1 영역을 갖는 제 1 서브 기판, 상기 제 2 영역을 갖는 제 2 서브 기판, 상기 제 3 영역을 갖는 제 3 서브 기판을 형성하는 단계;

상기 홈 위에 각각 대응되도록 광섬유를 배열하는 단계;

상기 제 2 서브 기판의 양 측면 및 상기 제 1, 제 3 서브 기판의 일 측면을 각각 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing)하는 단계; 그리고,

상기 그라인딩 및 폴리싱된 측면이 서로 마주보도록 상기 제 2 서브 기판의 양 측면에 상기 제 1, 제 3 서브 기판을 각각 정렬시키고 접속하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광소자 제조방법.
제 12 항에 있어서, 상기 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역에 홈을 형성하는 단계는

소정 패턴이 형성된 마스크를 준비하는 단계;

상기 마스크를 상기 기판 상부에 정렬시키는 단계;

상기 마스크를 이용하여 상기 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역의 상/하부클래드층을 건식식각하여 상기 기판을 노출시키는 단계;

상기 마스크를 제거하고, 상기 상부 클래드층을 마스크로 노출된 기판을 소정 깊이로 습식식각하여 홈을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광소자 제조방법.
제 12 항에 있어서, 상기 기판 상부의 제 1 영역과 제 3 영역에 홈을 형성할 때에,

상기 기판 상부의 제 1 영역과 제 2 영역의 경계면, 상기 기판 상부의 제 2 영역과 제 3 영역의 경계면을 소정 깊이로 식각하여 적어도 하나의 접속 가이드를 형성하는 것을 특징으로 하는 광소자 제조방법.