KR100426959B1 - 평판형 광도파로의 제조방법 - Google Patents

평판형 광도파로의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평판형 광도파로의 제조방법으로서,
광감응성 광화학 단위체가 균일하게 도핑된 무기-유기 매트릭스를 포함하는 광도파로를 하부 클래드층의 상부에 코팅하는 단계와, 코팅된 광도파로의 소정 영역에 상기 도핑된 광화학 단위체를 고정하기 위해 선택된 소정 범위의 파장을 가지는 광을 조사하는 단계와, 광에 노출되지 않은 단위체를 제거하고 막을 경화하기 위해 광도파로를 가열하는 단계를 포함하는 평판형 광도파로의 제조방법을 포함한다.
상기 구성에 의하면 별도로 광도파로의 식각 공정을 필요로 하지 않으므로 많은 수의 제조 단계를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 광손실이 적은 평판형 광도파로를 제조할 수 있게 된다.

Description

평판형 광도파로의 제조방법{Menufacturing Method for Planar Optical Waveguide}
본 발명은 평판형 광도파로의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 굴절율의 조정이 가능하고, 다른 유전 영역 사이에서 매끄러운 굴절률과 두께 분포를 갖는 광도파로를 코어층의 식각과정을 거치지 않는 간단한 공정을 통해 제조하는 방법에 관한 것이다.
현재 광도파로 소자는 통상적으로 반도체 제작 기술이나 또는 MEMS(Micro Electro-Mechanical System) 기술을 활용하여 제작되어지며, 평면 기판 상에 광도파로 소자를 제작하는 경우에는 평면 도파로 기술이 이용되고 있다. 또한 이와 같이 제작된 광도파로 소자의 기능을 더욱 집적화하려는 연구가 계속적으로 진행되고 있다.
일반적인 광도파로 소자의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다. 우선, 기판 위에 하부 클래드층을 형성한 다음, 이 하부 클래드층 상부에 코어층을 형성한다. 이어서, 상기 코어층 상부에 포토레지스트층을 형성한 다음, 이를 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 얻어진 포토레지스트 패턴을 이용하여 코어층을 식각하여 패터닝한다. 그 후, 패터닝된 코어층 상부에 상부 클래드층을 형성함으로써 광도파로가 완성된다.
상기 클래드층이나 코어층은 통상적으로 스핀코팅법에 의해 형성되며, 그 형성재료로는 굴절률이 상이한 실리카나 또는 폴리머가 이용되고 있다. 그러나, 코어와 클래드층 형성 재료로서 실리카가 이용되는 경우에는 코어와의 굴절률 차이는 최대 0.75%까지 얻어진다. 따라서, 이러한 재료를 이용하는 경우에는 광도파로의 규모가 제한되어 초소형 광통신용 수동 소자를 제작하기가 어렵다는 문제점이 있다.
반면, 폴리머 재료는 코어와 클래드 간의 굴절률 차이를 광범위하게 조절할 수 있고 미합중국 특허 제 3,809,732호, 제 3,953,620호에서 폴리머 재료에 포토락킹(photo-locking)이라 불리우는 방법을 이용하여 물질의 굴절률 및 두께를 변화시켜 광도파로를 형성하는 방법이 기재되어 있다.
그러나 상기 폴리머만을 재료로 도입하는 경우에는 열에 약하고 색분산과 광손실이 커서 광도파로의 제작시 많은 문제를 수반하게 된다.
또한 미합중국 특허 제 6,054,253호에 개시하고 있는 졸-겔 방법을 이용한 광감응성 무기-유기 혼성 재료를 이용한 광도파로 제작의 경우, 광을 조사한 부분과 조사하지 않은 부분의 용매에 대한 용해도의 차이를 이용해서 용매를 이용한 필요없는 부분을 식각하여 광도파로를 형성한다. 그리고 미합중국 특허 제 6,144,795에서는 무기-유기 혼성 재료를 몰드에 사용하여 광도파로를 형성하는 방법이 개시되어 있다.
하지만 상기 개시된 방법들은 광도파로 제작을 위해 모두 복잡한 과정을 거쳐 제조되는 바 본 발명의 방법과는 차이가 있다.
상기 종래 기술상의 문제를 해결하기 위해 광범위한 연구를 수행한 결과 무기-유기 혼성 매트릭스에 도펀트를 첨가하여 광감응성 내지는 포토락킹 특성을 관찰하였으며, 이에 기초하여 본 발명은 많은 제조단계를 필요로 하지 않으면서도 광손실이 적은 평판형 광도파로를 제조하는 방법을 제시하고자 한다.
본 발명의 목적은 광도파로가 광조사에 의해 포토리소그래피 공정을 이용하는 패터닝 공정에서 습식식각 공정을 이용하지 않고서도 다른 유전 영역 사이에서 매끄러운 굴절률과 두께 분포를 갖는 평판형 광도파로를 제조하는 방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 의한 평판형 광도파로의 제조공정도이다.
도 2는 본 발명에 의해 제조된 광도파로의 광학현미경 사진이다.
도 3은 본 발명에 의해 제조된 광도파로의 3차원 AFM 사진이다.
도 4는 본 발명에 의해 제조된 광도파로의 2차원 AFM 사진이다.
도 5는 본 발명에 의해 제조된 광도파로의 광학현미경 사진이다.
도 6은 본 발명에 의해 제조된 광도파로의 근접장 사진이다.
도 7은 본 발명에 의해 제조된 1×4 스플리터의 마스크 패턴 형태이다.
도 8은 본 발명에 의해 제조된 1×4 스플리터의 저배율 현미경 사진이다.
도 9는 본 발명에 의해 제조된 1×4 스플리터의 근접장 사진이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호설명*
1: 기판 2: 하부 클래드층
3: 광도파로 4: 패턴 마스크
5: 광 6: 상부 클래드층
7: 형성된 릿지형 광도파로
본 발명은 평판형 광도파로의 제조방법으로서,
광감응성 광화학 단위체가 균일하게 도핑된 무기-유기 혼성 매트릭스를 포함하는 광도파로를 하부 클래드층의 상부에 코팅하는 단계와, 코팅된 광도파로의 소정 영역에 상기 도핑된 광화학 단위체를 고정하기 위해 선택된 소정 범위의 파장을 가지는 광을 조사하는 단계와, 광에 노출되지 않은 단위체를 제거하고 막을 경화하기 위해 광도파로를 가열하는 단계를 포함하는 평판형 광도파로의 제조방법을 포함한다.
상기에서 무기-유기 혼성 매트릭스는 무기재료와 유기재료로 구성되는 혼성재질의 매트릭스를 의미하며, 우수한 광학물질로서 바람직하기로는 가시광선 영역에서 투명한 물질 중에서 선택된다. 이들 무기 물질로서 이용가능한 예를 들면 실리카 내지는 게르마늄 실리케이트, 타이타늄 실리케이트, 지르코늄 실리케이트 등을 들 수 있으며, 유기물질로는 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리이미드 등이 본 발명에 있어 사용가능하나 이들은 단지 예시적인 것으로 본 발명의 권리를 제한하지는 아니함은 당업자에게 자명하다.
바람직하기로 상기 무기-유기 혼성 매트릭스는 실리콘과 산소를 함유하고, 상기 실리콘은 적어도 하나의 분획이 치환되거나 비치환된 탄화수소 원자에 직접 결합되어진 무기-유기 혼성재료를 포함한다.
또한 상기 무기-유기 혼성 매트릭스는 3A, 4A, 3B∼5B 족에 속하는 금속원소로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 금속 산화물을 함유할 수 있는데, 예를 들면 무기물로 실리카가 사용되는 경우 실리콘의 일부를 상기 금속 중에서 선택하여 치환할 수도 있다. 이들 금속의 구체적인 예로는 티타늄, 지르코늄, 알루미늄, 게르마늄 등이 있다.
또한 상기 무기-유기 혼성 매트릭스는 불소를 추가로 함유할 수 있다.
상기 용액 상태의 무기-유기 혼성 매트릭스를 구성하는 혼합 재료의 시작 농도는 요구되는 특성에 따라 달리할 수 있다. 일반적으로 혼합 재료의 농도가 클수록 또한 분자량이 더 클수록(즉 용액의 점도가 더 클수록) 코팅되는 막의 최종 두께는 두꺼워지는 경향이 있다.
또한 무기-유기 혼성 매트릭스의 액체 용액은 소정의 굴절률을 가지는 광감응성 광화학 단위체 물질로 균일하게 도핑된다. 상기 단위체 물질은 적당한 파장의 광의 조사에 따라 분자 변형이 한 가지 혹은 그 이상이 일어나는 물질로부터 선택된다.
바람직하기로는 반응에 참여하는 분자의 숫자를 증가시키기 위해 (a) 광조사시 매트릭스 내에서 적어도 이분자체를 형성하는 단위체로부터 적어도 1종 이상 선택된 단위체를 도입하거나, (b) 광조사시 매트릭스내에서 매트릭스를 구성하는 사슬과 화학결합이 가능한 단위체를 도입하거나, (c) 광조사시 매트릭스내에서 중합체 형성이 가능한 단위체로부터 적어도 1종 이상 선택된 단위체를 도입할 수 있다.
이러한 광에 의한 분자 변형은 매트릭스 내에서의 도핑 단위체의 이동성과 휘발성의 충분한 감소를 가져온다. 높은 굴절률의 도펀트는 상기 방법으로 무기-유기 혼성 매트릭스에 광화학적으로 고정될 수 있게 된다.
광감응성 단위체의 굴절률은 바람직하기로는 용액 상태의 매트릭스의 굴절률보다 높은 것으로부터 선택되어진다. 보통, 굴절률은 폴리싸이클릭 방향족 탄화수소 핵이나 높은 편광성을 가지는 무거운 원자를 갖는 단위체의 경우 높게 나타난다. 도펀트 단위체의 분자구조에 상기 그룹의 존재는 분자량을 증가시키고 결과적으로는 휘발성을 감소시키게 된다. 보통, 도펀트 또는 용액 상태에서의 농도가 더 클수록 앞서 설명한 방법에 따라 더 큰 굴절률과 두께 증가를 얻을 수 있다. 이때 도펀트의 양은 10 ∼ 50 중량%가 일반적이다.
상기 조건을 만족하는 광감응성 단위체의 예를 들면 에틸 2-(1-나프틸)아크릴레이트, 쿠마린, 아세나프틸렌, 나프틸메타크릴레이트, 나프탈렌티올, 벤조인에테르 계열, 벤질케탈 계열, 알파-다이알콕시아세토페논 계열, 알파-하이드로옥시알킬페논 계열, 알파-아미노알킬페논 계열, 아실-포스핀옥사이드 계열, 벤조페논/아민 계열, 티옥산/아민 계열 등의 광감응성 단위체로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 단위체를 들 수 있다.
도 1은 광감응성 단위체로 도핑된 투명한 무기-유기 혼성 매트릭스를 이용하여 평판형 광도파로를 제조하는 과정을 도시하고 있다.
먼저 기판(1) 상에 하부 클래드층(2)을 코팅하고, 광도파로(3)는 도핑한 무기-유기 혼성 매트릭스 용액을 이용하여 코팅한다. 이때 하부 클래드층(2)과 광도파로(3)는 통상의 방법으로 형성이 가능하다. 예를 들면 균일한 두께를 갖는 막을 형성할 수 있는 스핀-코팅법이 적용될 수 있음은 물론이다. 용액을 코팅하기 전에는 코팅 면의 주의 깊은 세척이 필요하다. 이러한 세척 공정은 막질에 영향을 줄 수 있는 먼지나 다른 외부 물질을 제거하는 데 있어 유용한 공정이다.
다음으로 광도파로(3)에 원하는 형태를 가진 마스크(4)와 특정 파장을 갖는 광(5)을 조사하여 패터닝 과정을 수행한다. 이 경우 패터닝 과정은 마스크를 이용하지 않고 레이저를 이용하여 수행될 수도 있다.
광을 조사하는 단계에서, 원하는 광도파로 패턴은 도펀트 단위체가 반응하는 파장에 해당되는 광을 사용해서 만들어진다. 보통은 자외선에 해당하는 파장 영역을 이용하게 되고, 광도파로의 특별한 형태에 따라 굽은 모양의 광도파로의 제작도 가능하다.
상기와 같이 포토락킹에 사용되기 위해서는 단순한 광감응성 도펀트 대신에무기-유기 혼성 매트릭스의 교차결합에 포함되어 고정되는 반응에 참여하게 되는 도펀트가 사용된다. 막에 부분적으로 광을 조사함으로 도펀트의 분자구조의 변형은 광을 조사한 부분에서만 일어나게 된다. 막에서 무기-유기 혼성 매트릭스에 단위체가 결합하거나 단위체의 이분자체 형성 또는 단위체의 중합에 해당하는 천이가 무기-유기 혼성 매트릭스 내에서 도펀트의 이동성과 휘발성의 충분한 감소 또는 완전한 감소를 가져온다.
이하 이들 도펀트의 분자구조의 천이에 관하여 구체적인 예를 들어 상세히 설명하기로 한다.
첫째, 이분자체가 된 분자는 그에 대응하는 단위체보다 구조면에서 훨씬 크기 때문에 무기-유기 혼성 매트릭스의 길고 유연한 분자 사슬에서 서로 뒤엉키게 될 것이다. 광의 조사에 의해 이분자체를 형성할 수 있는 광감응성 에스테르인 에틸 2-(1-나프틸)아크릴레이트(ethyl 2-(1-naphthyl)acrylate)의 광화학 반응은 다음과 같이 나타난다.
[화학식 1]
여기서 R은 나프틸(C10H7) 그룹이다.
또한 쿠마린(coumarin)의 경우에는 벤질다이메틸케탈(BDK)과 같은 감광제의 첨가로 쿠마린의 이분자체를 다음과 같은 방식으로 형성할 수 있다.
[화학식 2]
쿠마린 단위체는 녹는점은 섭씨 64도인 반면에 쿠마린의 이분자체는 녹는점이 섭씨 176.5도이다. 따라서 현상에 해당하는 열처리 후에도 쿠마린 이분자체가 막에 남아 두께와 굴절률을 증가시키는 것이다.
둘째, 단위체가 무기-유기 혼성 매트릭스를 구성하는 사슬의 다양한 지점에 화학적으로 결합된다. 포토락킹에서 도펀트와 유기 사슬의 결합을 이용하는 방법은 크게 다른 두 가지 방식의 반응이 있다. 첫 번째 반응은 광감응성 도펀트로써 벤조페논과 같은 고굴절률의 카르보닐 화합물을 사용하는 것이다. 광을 조사할 때 카르보닐 화합물은 일반적으로 용액에서 무기-유기 혼성 재료 사슬로부터 수소 원자를 빼앗고 다음과 같은 방식으로 결합된다.
[화학식 3]
광 조사시에 카르보닐 화합물은 보통 이분자체를 형성한다거나 자체 반응이 일어나지 않는다. 결합 반응의 다른 형식은 카르보닐 화합물이 무기-유기 혼성 매트릭스 내의 사슬에 있는 탄소-탄소 이중 결합과 반응하는 것이다. 어떤 경우에라도 화합물은 실제적인 화학 결합에 의해 무기-유기 혼성 매트릭스에 고정되려고 한다.
다음의 화학식에서 나타나는 BDK의 반응은 우선 광을 조사하게 되면 (1)과 같이 2개의 라디칼을 형성하고 형성된 라디칼은 유기 망목에 (2),(3)와 같이 결합하게 된다. 혹은 생성된 벤조일 라디칼이 (4)와 같은 반응에 의해 이분자체를 형성하는 반응을 하게 된다. 따라서 두 가지 반응의 결과 두께와 굴절률이 증가하게 되는 것이다.
[화학식 4]
그리고 다음의 화학식에서 상용적으로 많이 사용되는 광개시제인 하이드로옥시메틸페닐프로판원(DAROCUR1173)은 다음과 같이 광 조사에 의해 2개의 라디칼을 형성하고 형성된 벤조일 라디칼이 BDK와 동일한 방법으로 유기 망목에 결합하게 된다.
[화학식 5]
또, 딜스-알더(Diels-Alder) 반응에 해당하는 반응 역시 포토락킹의 부착 이론을 설명하기 위해 사용된다. 이 때 고굴절률의 광감응성 도펀트는 아세나프틸렌이다. 도펀트의 고정 반응은 다음에서 나타난다.
[화학식 6]
세 번째, 단위체가 중합될 때 단위체 분자는 길고 유연한 무기-유기 혼성 매트릭스의 분자 사슬과 쉽게 뒤얽힐 수 있는 랜덤하게 정열된 사슬을 형성하게 된다. 포토락킹에서 단위체의 중합반응을 설명하기 위해서 바람직하기로 액체 용액은 폴리메틸메타크릴레이트를 포함한다. 상기 용액에 고굴절률을 가지는 단위사슬로 나프틸메타크릴레이트를 첨가하고 감광제로는 벤조인메틸에테르를 도핑한다. 감광제의 첨가로 나프틸메타크릴레이트 단위체는 광의 조사에 의해 중합이 가능하게 된다.
이상과 같은 분자 천이과정은 다양한 모습의 형태로 나타날 수 있으며, 상기 설명한 분자 천이과정 이외에도 다른 형태의 반응을 포함할 수 있음은 물론이다.
광을 조사하는 단계에서, 일반적으로 입사빔의 세기가 클수록 무기-유기 혼성 매트릭스에 고정되는 단위체 분자의 수가 더 증가한다. 따라서 입사빔의 세기가 클수록 광을 조사한 영역의 굴절률 변화와 최종 두께가 더 커지게 된다.
또한 막에서 광의 단면 직경과 축의 방향은 광의 집중성 또는 입사각의 각도를 바꿈으로써 조절할 수 있다. 따라서 더 큰 선 폭을 원할 때는 더 긴 파장이 바람직하고, 입사빔의 각도 또는 빔의 집중성은 막에서 광의 직경이 증가할 때 감소될 수 있다.
노출빔의 파장은 막에서 무기-유기 혼성 매트릭스 자체에는 분명한 효과가 없는 동시에 단위체에서 원하는 분자 천이를 충분히 개시할 수 있도록 선택되어야한다. 따라서 선택되는 특정한 파장은 각 경우에 출발 물질로 사용되는 특정한 단위체와 무기-유기 혼성 매트릭스 구성 물질에 의존적이다. 또한 막의 성분을 분해하거나 최종 소자의 질에 해로운 영향을 미치는 파장은 배제되어야 한다.
포토락킹 방법은 막에 대해 높은 투과율을 갖는 파장 영역의 광을 원하는 광도파로 패턴을 포함하는 마스크를 통해 조사하는 과정을 포함할 수 있다. 이러한 마스크를 이용하는 기술은 널리 알려져 있고 일반적으로 포토레지스트를 사용하는 반도체 소자의 제작에서 적용되는 방법이다. 또한 레이저를 이용하는 경우에는 상기 마스크를 이용하지 않고서도 직접 조사가 가능하다.
광조사 단계는 단순한 광원 뿐만 아니라 전자, 이온, 중성자 등이 사용될 수 있다. 어떤 출발 물질에 대해서는 입자의 조사가 큰 공간 해상력을 얻는 데 유용할 수 있다.
다음 단계는 막에서 광에 노출된 광도파로 패턴의 현상과 관련된다. 현상은 단순히 광에 노출되지 않은 부분의 도펀트를 휘발시키기 위해 막을 가열함으로써 행해진다. 이 단계는 막에 광을 조사한 부분의 도펀트를 남기고 다음과 같은 결과를 가져온다. 즉, 막의 두께는 광에 노출되지 않은 도펀트의 제거로 인해 노출하지 않은 영역에서 감소한다.
현상 시의 최대 온도는 실험에 사용된 도펀트와 무기-유기 혼성 매트릭스 재료의 다양한 물리적, 화학적 성질에 의해 제한된다. 고려할 사항은 무기-유기 혼성 매트릭스 재료 물질의 유리 천이 온도, 무기-유기 혼성 매트릭스 내에 고정되는 도펀트의 온도에 의해 유도되는 확산과 물질들의 열에 의해 유도되는 바람직하지 않은 화학적인 변화들이다. 현상은 최종 소자의 원하는 특성에 영향을 거의 미치지 않는 온도에서 행해져야 한다. 이러한 이유로 단위체는 현상이 비교적 적당한 온도에서 일어날 수 있게 하기 위해 적당한 휘발성을 가져야 한다.
마지막으로 상부 클래드층(6)을 코팅함으로써 광도파로(7)가 형성된다.
도 1d에서 나타난 바와 같이 포토락킹의 장점은 소자에서 다른 유전 영역 사이에서 매끄러운 굴절률과 두께 분포를 갖는 광도파로를 제작할 수 있다는 데에 있다. 보통 노출광의 세기의 단면적 변화에 대응하는 굴절률과 두께의 매끄러우면서 축방향을 기준으로 대칭적으로 가로지르는 변화가 얻어진다. 고정된 고굴절률의 도펀트 농도는 일반적으로 조사빔의 축을 따라 최대가 되고 축으로부터 점차 감소한다. 그리고 현상 후에 막의 두께는 보통 고정된 도펀트의 농도에 비례한다. 이러한 특징은 종래 많이 사용되고 있는 방법으로 제조되는 광도파로가 높은 산란 손실을일으키는 가장자리의 거칠기를 대부분 제거하게 된다.
그리고 공간 분해능이 적어도 5 마이크로미터보다는 좋아야 한다. 본 발명에서 포토락킹의 궁극의 해상도는 현상하는 동안 무기-유기 혼성 매트릭스에서 도펀트의 확산과 도펀트의 분자 구조와 크기, 그리고 무기-유기 혼성 매트릭스 재료의 특성에 의존한다. 현재 해상도에 영향을 미치는 여러 요소에 대한 정확한 영향에 대해 연구가 진행되고 있다.
상기와 같이 포토락킹에 의해 제작된 광도파로는 본 발명에 의하면 상온에서 한달 이상의 기간에도 안정한 것으로 관찰되었고, 고정된 도펀트의 확산이 거의 일어나지 않았다.
상기에서는 고굴절률의 도펀트를 선택 영역의 굴절률을 증가시키기 위해 사용했지만 본 발명의 기재로부터 당업자라면 고굴절률의 매트릭스에 낮은 굴절률의 도펀트 역시 포토락킹시킬 수 있음을 용이하게 알 수 있을 것이다. 만약 두께의 분포만 포토락킹에 의해 얻고 싶으면 도펀트와 매트릭스의 굴절률을 같게 하는 것으로 충분하다. 상기와 같은 방식은 막에서 규칙적인 변화를 갖는 광소자를 제작하는 데 있어서 매우 유용하다.
이하 본 발명의 내용을 실시예를 통해 상세히 설명하기로 한다. 다만 하기 실시예는 본 발명의 내용을 설명하기 위한 것으로서 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지는 아니한다.
<실시예 1>
메틸트리에톡시실란(MTES)에 0.01N 염산을 1:1의 몰비로 첨가하여 상온에서 1시간 교반한 후, 페닐트리메톡시실란(PhTMS)을 MTES와 몰비 1:1이 되게 첨가하여 다시 20분 동안 교반하고 0.01N 염산을 상기 첨가한 양과 동일한 양을 첨가하고 20시간을 교반시켰다. 각각의 용액에 표 1에 나타난 단위체를 전체 알콕사이드의 몰비에 해당하는 양을 각각 첨가하고 단위체가 완전히 용해될 때까지 다시 교반시켜 용액을 완성했다. 완성된 용액을 실리콘 웨이퍼 위에 스핀코팅기를 이용하여 코팅한 후, 할로겐-제논 램프를 사용하여 코팅막에 광을 조사하고 150℃에서 5시간을 건조시켰다. 그리고 동일 용액의 코팅막에 광을 조사하지 않고 150℃에서 5시간을 건조시킨 뒤, 광을 조사한 것과 조사하지 않은 코팅막의 굴절률과 두께를 각각 프리즘 커플러로 측정하였다. 도핑하지 않은 용액을 코팅막의 굴절률과 도핑하고 광을 조사하지 않은 코팅막의 굴절률은 1550nm에서 1.490이었다. 표 1에서는 광을 조사한 경우의 광을 조사하지 않은 경우에 대한 굴절률 증가(%)와 두께 증가(%)를 기재하였다.
<표 1>
도펀트 양(%) 굴절률 증가(%) 두께 증가(%)
에틸 2-(1-나프틸)아크릴레이트 25 1.1 18
쿠마린 15 0.9 29
BDK(감응제) 5
벤조페논 20 1.2 23
BDK 20 0.7 10
DAROCUR1173 30 0.4 6
나프탈렌티올 15 1.3 10
나프틸메타크릴레이트 27 1 26
벤조인메틸에테르(감응제) 3
<실시예 2>
상기 단위체가 첨가되는 용액을 1550nm에서 굴절률 1.47의 메타크릴릭옥시프로필트리메톡시실란(MPTS)와 0.01N 염산을 몰 비 1:1.5가 되게 첨가하여 24시간 동안 교반하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 실시예 2에 따른 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<표 2>
도펀트 양(%) 굴절률 증가(%) 두께 증가(%)
에틸 2-(1-나프틸)아크릴레이트 25 1.2 23
쿠마린 15 0.9 31
BDK(감응제) 5
벤조페논 20 1.4 26
BDK 30 1.8 47
DAROCUR1173 30 0.6 12
아세나프틸렌 20 1.7 35
나프탈렌티올 15 1.4 12
나프틸메타크릴레이트 27 1.4 34
벤조인메틸에테르(감응제) 3
<실시예 3>
메타크릴릭옥시프로필트리메톡시실란(MPTS)에 0.01N 염산을 1:1의 몰비로 첨가하여 상온에서 1시간 교반하고, 1:1의 몰비로 메타크릴릭액시드(MAA)를 이용해 킬레이트된 지르코늄프로폭사이드(ZPO)를 상온에서 1시간 동안 교반하여 상기 두 용액을 몰비 4:1로 혼합하여 다시 1시간 동안 교반하고 증류수를 상기 첨가한 염산의 양과 함께 전체 알콕사이드의 1:1.5 의 몰비가 되게 첨가하고 20시간을 더 교반시켰다. 상기 무기-유기 혼성 용액으로 선택한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 상기 무기-유기 혼성 용액의 코팅막의 1550nm의 굴절률은 1.50이었다. 실시예 3에 따른 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
<표 3>
도펀트 양(%) 굴절률 증가(%) 두께 증가(%)
에틸 2-(1-나프틸)아크릴레이트 25 1.3 25
쿠마린 15 1 35
BDK(감응제) 5
벤조페논 20 1.7 32
BDK 30 1.9 52
DAROCUR1173 30 0.8 17
아세나프틸렌 20 1.8 38
나프탈렌티올 15 1.4 13
나프틸메타크릴레이트 27 1.5 40
벤조인메틸에테르(감응제) 3
<실시예 4>
상기 실시예 3에 있어서, 첨가한 메타크릴릭옥시프로필트리메톡시실란(MPTS)의 25몰 퍼센트를 퍼플루오르알킬실란(perfluoroalkylsilane)으로 선택한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하였다. 그리고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 상기 무기-유기 혼성 매트릭스 용액의 코팅막의 1550nm에서의 굴절률은 1.454이었다. 실시예 4에 따른 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
<표 4>
도펀트 양(%) 굴절률 증가(%) 두께 증가(%)
에틸 2-(1-나프틸)아크릴레이트 25 1.4 20
쿠마린 15 0.1 32
BDK(감응제) 5
벤조페논 20 1.8 33
BDK 20 1.4 25
DAROCUR1173 30 0.7 12
아세나프틸렌 20 1.6 35
나프탈렌티올 15 1.5 12
나프틸메타크릴레이트 27 1.5 38
벤조인메틸에테르(감응제) 3
<실시예 5>
상기 실시예 3에 있어서의 첨가한 단위체 BDK만을 하기 표 5와 같은 몰비로 배합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였으며, 실시예 5에 따른 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
<표 5>
BDK의 양(%) 굴절률 증가(%) 두께 증가(%)
0 0.1 3
10 0.7 34
20 1.4 47
30 1.9 52
40 2.5 58
50 2.8 62
<실시예 6>
상기 실시예 5에 있어서 BDK 30몰%를 첨가한 용액을 웨이퍼에 스핀코터기로 코팅을 하고, 마스크에 램프를 조사하고 난 뒤, 150℃에서 5시간 동안 열처리하였다. 도 2는 이와 같은 방법으로 형성된 광도파로의 패턴 모양을 광학현미경을 이용하여 관찰한 결과이다. 도 3과 4는 광도파로의 패턴 모양을 atomic forcemicroscopy를 통해 3차원과 2차원에서 본 결과이다. 이 때, 마스크를 이용하지 않고 레이저를 이용한 패터닝 또한 가능하다. 도 5는 이와 같은 방법으로 형성된 광도파로의 패턴 모양을 광학현미경을 이용하여 관찰한 결과이다.
하기 도 6 내지 9는 상기 실시예 3의 BDK 30몰%를 도펀트로 하여 제조된 광도파로의 패턴을 이용하여 광도파 특성을 관찰한 결과이다.
도 6은 형성된 광도파로의 1550nm 파장에서 단일모드가 도파됨을 관찰한 근접장 이미지이고, 도 7과 8은 1x4 스플리터의 마스크 패턴 형태와 저배율 광학 현미경으로 패턴된 광도파로의 모양을 관찰한 결과이며, 도 9는 상기 제작방법으로 형성된 1x4 스플리터의 1550nm 파장에서 광이 잘 분배됨을 관찰한 근접장 이미지를 보여주고 있다.
상기 본 발명의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면 별도로 광도파로의 식각 공정을 필요로 하지 않으므로 많은 수의 제조 단계를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 광손실이 적은 평판형 광도파로를 제조할 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 하부 클래드층을 형성하고, 하부 클래드층의 상부에 광도파로를 적층하고 패터닝하는 단계와, 광도파로의 상부에 상부 클래드층을 적층하는 단계를 포함하는 평판형 광도파로의 제조방법에 있어서,
    광감응성 광화학 단위체가 균일하게 도핑된 무기-유기 혼성 매트릭스를 포함하는 광도파로를 하부 클래드층의 상부에 적층하는 단계와, 적층된 광도파로의 소정 영역에 상기 도핑된 광화학 단위체를 고정하기 위해 선택된 소정 범위의 파장을 가지는 광을 조사하는 단계와, 광에 노출되지 않은 단위체를 제거하고 막을 경화하기 위해 광도파로를 가열하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 평판형 광도파로의 제조방법
  2. 제 1항에 있어서, 상기 혼성 매트릭스는
    실리콘과 산소를 함유하고, 상기 실리콘은 적어도 하나의 분획이 치환되거나 비치환된 탄화수소 원자에 직접 결합되어진 것임을 특징으로 하는 평판형 광도파로의 제조방법
  3. 제 2항에 있어서, 상기 혼성 매트릭스는
    3A, 4A, 3B∼5B 족에 속하는 금속원소로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 금속 산화물을 함유함을 특징으로 하는 평판형 광도파로의 제조방법
  4. 제 2항에 있어서, 상기 혼성 매트릭스는
    불소를 함유함을 특징으로 하는 평판형 광도파로의 제조방법
  5. 제 1항에 있어서, 상기 광화학 단위체는
    광조사시 매트릭스내에서 적어도 이분자체를 형성하는 단위체로부터 적어도 1종 이상 선택되어짐을 특징으로 하는 평판형 광도파로의 제조방법
  6. 제 1항에 있어서, 상기 광화학 단위체는
    광조사시 매트릭스내에서 매트릭스를 구성하는 사슬과 화학결합이 가능한 단위체로부터 선택되어짐을 특징으로 하는 평판형 광도파로의 제조방법
  7. 제 1항에 있어서, 상기 광화학 단위체는
    광조사시 매트릭스내에서 중합체 형성이 가능한 단위체로부터 적어도 1종 이상 선택되어짐을 특징으로 하는 평판형 광도파로의 제조방법
  8. 제 1항에 있어서, 상기 광화학 단위체는
    에틸 2-(1-나프틸)아크릴레이트, 쿠마린, 아세나프틸렌, 나프틸메타크릴레이트, 나프탈렌티올, 벤조인에테르 계열, 벤질케탈 계열, 알파-다이알콕시아세토페논 계열, 알파-하이드로옥시알킬페논 계열, 알파-아미노알킬페논 계열, 아실-포스핀옥사이드 계열, 벤조페논/아민 계열, 티옥산/아민 계열 등의 광감응성 단위체로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 단위체임을 특징으로 하는 평판형 광도파로의 제조방법
  9. 제 1항에 있어서,
    광의 조사단계는 광도파로 상부에 원하는 패턴의 마스크를 형성하여 수행됨을 특징으로 하는 평판형 광도파로의 제조방법
  10. 제 1항에 있어서,
    광의 조사단계는 마스크 없이 레이저를 직접 조사하여 수행됨을 특징으로 하는 평판형 광도파로의 제조방법
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100808016B1 (ko) * 2006-08-29 2008-02-28 삼성전기주식회사 광도파로

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3953620A (en) * 1974-12-06 1976-04-27 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Producing integrated optical circuits
US5235659A (en) * 1992-05-05 1993-08-10 At&T Bell Laboratories Method of making an article comprising an optical waveguide
US6054253A (en) * 1997-10-10 2000-04-25 Mcgill University-The Royal Institute For The Advancement Of Learning Solvent-assisted lithographic process using photosensitive sol-gel derived glass for depositing ridge waveguides on silicon
KR20000057567A (ko) * 1996-12-13 2000-09-25 알프레드 엘. 미첼슨 유기-무기 혼성 평판형 광도파관 디바이스
US6144795A (en) * 1996-12-13 2000-11-07 Corning Incorporated Hybrid organic-inorganic planar optical waveguide device
JP2001281475A (ja) * 2000-03-29 2001-10-10 Hitachi Chem Co Ltd 光導波路用有機・無機複合材料及びそれを用いた光導波路の製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3953620A (en) * 1974-12-06 1976-04-27 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Producing integrated optical circuits
US5235659A (en) * 1992-05-05 1993-08-10 At&T Bell Laboratories Method of making an article comprising an optical waveguide
KR20000057567A (ko) * 1996-12-13 2000-09-25 알프레드 엘. 미첼슨 유기-무기 혼성 평판형 광도파관 디바이스
US6144795A (en) * 1996-12-13 2000-11-07 Corning Incorporated Hybrid organic-inorganic planar optical waveguide device
US6054253A (en) * 1997-10-10 2000-04-25 Mcgill University-The Royal Institute For The Advancement Of Learning Solvent-assisted lithographic process using photosensitive sol-gel derived glass for depositing ridge waveguides on silicon
JP2001281475A (ja) * 2000-03-29 2001-10-10 Hitachi Chem Co Ltd 光導波路用有機・無機複合材料及びそれを用いた光導波路の製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7729587B2 (en) 2005-01-17 2010-06-01 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Method of producing planar multimode optical waveguide using direct photopatterning
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