KR100732005B1

KR100732005B1 - 열광학 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100732005B1
Application number: KR1020050104487A
Authority: KR
Inventors: 이재종; 박수연
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2007-06-27
Also published as: KR20070047596A

Abstract

본 발명은 적은 수의 제조 단계를 통하여 열광학적 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터를 제조하는 방법과 그 방법에 의하여 제조되고 높은 전송율로 데이터를 전송할 수 있는 열광학 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터에 관한 것으로서, 파브리-페로 파장가변 필터를 제조하는 방법은 실리콘 웨이퍼에 감광막을 도포하고, 그 감광막이 도포된 실리콘 웨이퍼 위에 임프린팅을 수행하여 소정의 패턴을 형성하며, 임프린팅에 의하여 감광막이 제거된 부분의 실리콘 웨이퍼를 식각하고 그 식각된 공간에 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

파브리-페로, 파장가변, 필터, 열광학 현상

Description

열광학 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터 및 그 제조방법 {SILICON FABRY-PEROT WAVELENGTH TUNABLE FILTER USING THERMO-OPTIC EFFECT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

도 1은 종래의 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 구조를 나타낸 구성도이다.

도 2는 종래의 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 제조방법을 나타낸 순서도이다.

도 3은 도1의 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 특성을 나타낸 2층 박막 경우의 그래프이다.

도 4는 도1의 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 특성을 나타낸 3층 박막 경우의 그래프이다.

도 5(a)는 본 발명에 따른 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 단면도이고, 도 5(b)는 그 평면도이다.

도 6(a) ~ 도 6(d)는 본 발명에 따를 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터를 제작하는 과정을 설명하기 위한 그 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 제조방법을 나타낸 순서도이다.

도 8은 본 발명에 따른 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터에 대하여 모의 실험한 결과를 나타낸 그래프로써 소정의 공진기 두께에 대하여 굴절율 변화에 따른 FSR의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 9는 본 발명에 따를 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터에 열이 가해져 굴절율이 변화하였을 경우, 변화되는 굴절율에 의한 그 FSR의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 10은 공진기의 각각의 두께에 대하여 반사도의 변화에 따른 FWHM 의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 11은 소정의 두께를 갖는 공진기의 경우 반사도 증가에 따른 피네스 (finesse)의 값을 나타낸 그래프이다.

도 12는 굴절율과 반사도의 관계에 대한 FWHM의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 13은 소정의 두께를 갖는 공진기의 경우 반사도와 FWHM 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 14는 굴절율이 변함에 따른 파장의 이동 관계를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 열광학적 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적은 수의 제조 단계를 통하여 열광학적 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터를 제조하는 방법과 그 방법에 의하 여 제조되고 높은 전송율로 데이터를 전송할 수 있는 열광학 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터에 관한 것이다.

일반적으로, 전송용량을 증가시킬 수 있는 방법에는 채널당 전송속도를 증가시키는 방법인 시분할 다중화 (Time Division Multiplexing (TDM)) 방식, 광섬유에 많은 채널을 할당하여 이용하는 방법인 파중분할 다중화 (Wavelength Division Multiplexing (WDM)) 방식 및 새로운 광섬유를 설치하는 방법이 있다. 이들 방법 중에서, 전자기술의 한계를 극복할 수 있고 구현할 때의 경제성을 고려하는 경우, WDM 방식이 가장 큰 장점을 나타내고, 그에 따라 통신방식으로서 WDM방식의 채택율이 점점 더 높아지고 있다.

WDM 방식은 송신단이 하나의 광섬유 내에서 서로 다른 파장을 가지는 신호들을 다중화하여 수신단으로 전송하면, 수신단이 그 수신된 신호를 파장에 따라 분리함으로써 통신을 수행하는 방식이다. WDM방식은 파장에 따라 신호를 다중화하기 때문에 광섬유의 전송용량을 증가시킨다.

최근들어, 단일 광섬유를 통하여, 음성, 데이터, 화상 등과 같은, 다양한 정보가 동시에 전송되기를 원하는 통신기술의 요구가 점점 증가함에 따라, 다른 통신방식에 비하여 추가로 새로운 기기를 더 설치하도록 요구하지도 않고 그에 따라 사용자는 추가 비용을 부담할 필요가 없는 WDM방식은 통신방식에서 점점 더 많이 이용되고 있다. 또한 WDM 방식은 광섬유의 전송용량을 증가시킬 수 있고 기존의 시스템을 더 확장시킬 수 있기 때문에, 현재 통신망을 이용하여 앞으로 생성될 서비스를 제공하는 데에 최적의 통신방식이 될 것이다.

한편, WDM 방식은 광의 초고속성과 병렬성을 이용하여 각 파장에 정보를 실어 신호를 송신하고 그 수신된 신호를 처리하기 때문에, 각각의 파장에 실려 온 정보를 정확하게 필터링 기술이 중요하게 되었다.

파장가변 광필터는, 광섬유망을 추가로 구축하거나 고속 전송 장비를 사용하지 않더라도 통신망의 전송용량을 증대시킬 수 있는 WDM방식에 쓰이는 여러 종류의 필터들 중에서 하나이다. 즉, 인터넷을 통하여 전송되는 데이터 양이 증가함과 동시에, 광대역 네트워킹이 진전되고, 새로운 광대역폭을 이용하는 응용기기들이 나타남에 따라, 파장가변 필터는 대량의 정보를 처리할 수 있는 능력을 요구 받고 있다.

WDM용 광필터로는 크게 고정 필터와 가변 필터로 나눌 수 있고, 고정필터에는 파이버 브래그 그레이팅 (Fiber Bragg Grating) 필터와, PLC로 집적화 가능한 광저손실 폴리머 필터가 있다.

광저손실 폴리머 필터는, 도파로형 회절격자 (Array Wavelength Grating; AWG), 파장선택필터, 광감쇄기, 집접화가 가능한 PLC를 구현할 수 있다. 또한 저손실 불소 폴리머를 이용한 광도파로와 고굴절율 폴리머를 이용한 격자 구조를 이용하여 브래그 반사형 광파장 필터를 구현할 수 있다. 그러나, 고정 필터는 필요한 파장을 얻으려면 시스템을 다시 구현해야 한다는 불편함 때문에 주목받지 못하고 있다.

파장가변 필터는 음향광(Acoustic-Optic) 가변 필터와 파브리-페로 파장가변 필터로 나뉜다.

파브리-페로 파장가변 필터는 두 개의 평행하게 마주보는 유전체 거울로 이루어진 광공진기를 갖는, 간단한 구조로 구현된다. 파브리-페로 파장가변 필터는 외부로부터 가해지는 열에 의하여 그 내부의 공진기를 이루는 물질의 굴절율이 변화되고 (열광학 현상) 그 변화된 굴절율에 의하여 그 공진기를 투과하는 빛의 파장을 가변시키는 원리로 동작한다. 이러한 파브리-페로 파장가변 필터는 높은 파장 분해능과 큰 광손실 특성을 지니고 있다.

한편, 피네스 (Finesse)가 크면 클수록 WDM 통신 시스템에서 채널 용량은 커지게 되는 데, 파브리-페로 파장가변 필터는 높은 피네스를 얻기 위하여 투과 손실이 허용되는 범위까지 반사율이 크면 클수록 유리한 장점을 갖는다.

입사빛을 필터링하는 필터부(102)와, 필터부(102)의 양쪽 면에 부착된 PTC 써미스터(101-1, 101-2)와, 필터부(102)의 양쪽에 면의 중심에 각각 부착되어 입사빛을 받아들이고 필터링된 빛을 출력하는 광섬유(103-1, 103-2)로 구성된다.

필터부(102)는 소정의 두께 (예를 들어, 10μm)의 실리콘 기판(102-1)과, 그 양쪽 면에 각각 교대로 형성된 산화막 (SiO₂) 층(102-2)과 실리콘 (Si)층 (102-3)으로 이루어진다.

상기와 같이 구성되는 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 제조방법을 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.

도 2는 종래의 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 제조방법을 나타낸 순서도로서, CMP 공정을 통해 100μm의 두께의 실리콘 기판을 형성한 다음, 그 양면을 폴리싱하여 거울면을 형성한다 (S101). 그 다음에 공진기의 기능을 갖는 기판의 양면에 굴절율이 다른 물질을 1550nm를 중심 파장으로 하여 중심파장의 λ/4의 두께로 산화막(SiO₂)을 증착시켜 산화막층을 형성한다 (S102). 상기 단계(S101, S102)를 반복해서 수행함으로써, 기판의 양쪽면에 3층의 산화막층 및 실리콘층을 각각 형성되고, 그에 따라 필터부(102)가 제작된다. 이와 같이 제작된 필터부(102)의 양쪽 면에, 일정한 온도에서 포화되는 특성을 갖는 PTC 써미스터를 부착시키고 (S103), 이 PTC 써미스터에 전압을 가하면 필터의 온도가 증가하고, 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터가 제작, 작동된다.

그러나, 상기 종래의 WDM용 파브리-페로 파장가변 필터는, 전자빔(E-beam) 박막 증착법이나 CVD 박막 증착법에 의하여 제작되기 때문에, 산화막층의 그 두께가 고르게 형성되지 않는 단점을 가지고 있다. 또한, 종래의 WDM용 파브리-페로 파장가변 필터의 제조방법이 산화막 실리콘의 두께의 불균일하게 형성되는 문제점을 해소하기 위해서, 스퍼터를 이용할 경우 파브리-페로 파장가변 필터의 공진기의 양면에 3층 이상의 박막을 번갈아 가면서 증착해야 하는 번거로운 단계를 반복적으로 수행해야 하기 때문에, 그 제조 단계가 복잡한 문제점을 가지고 있다.

상기와 같은 방법에 의하여 제작되는, WDM용 파브리-페로 파장가변 필터는 굴절율을 변화시키기 위한 가열기를 그 필터에 부착하는데 어려움이 있고 그 가열 기에 전압 인가하기 위한 리드선을 부착하는데도 어려움이 있다.

또한 종래의 파브리-페로 파장가변 필터는, 공진기의 두께(d)가 비교적 두껍기 때문에 (예를 들어, d=100μm), 채널이 들어 갈 수 있는 공간으로서 자유스펙트럼범위(free spectral range (FSR))이 좁고, 다른 채널로부터 하나의 파장을 분리할 수 있는 필터 성능을 나타내는 피네스(finesse)가 상대적으로 낮은 문제점을 가지고 있다.

한편, 상기와 같은 방법으로 제작된, 종래의 WDM용 파브리-페로 파장가변 필터의 성능을 실험하기 위하여, PTC 써미스터에 소정의 전압을 입력하고, 소정의 파장을 갖는 빛이 광섬유(103-1)를 통하여 필터부(102)에 입력하면, 도 3 및 도 4와 같은 특성그래프를 나타낸다.

도 3과 도 4는 도1의 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 특성을 나타낸 그래프로서, 파장가변 레이저와 광스펙트로미터 분석기를 이용함으로써 구해진 결과이다. 즉, 상기 그래프는 2층 박막이 형성된 상태에서, 도 3은 반사율이 약 80%일 때의 그래프이고, 도 4는 반사율이 약 90%일 때의 그래프이다.

그러나, 도면에 나타난 것과 같이, 종래 방법에 따라 제조된 WDM용 파브리 페로 파장가변 필터는 실리콘 웨이퍼를 이용한 공진거리 제작의 한계와 공정 반복으로 인한 번거로움의 문제점을 나타내고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 한 번의 패터닝 단계와 한번의 산화막을 성장시키는 단계를 거쳐 열광학 현상을 이용한 실리콘 파브리-페 로 파장가변 필터를 제조하는 방법과, 그 방법에 의하여 제조되는 성능이 파장가변 필터를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 임프린팅에 의한 패터닝 단계와 수 나노 선급 단위로 산화막을 성장시켜는 단계를 거쳐 열광학 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터를 제조하는 방법과, 그 방법에 의하여 제조되는 파장가변 필터를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 임프린팅에 의한 패터닝 단계와 1~2백 나노 선급 단위로 산화막을 성장시키는 단계를 거쳐 열광학 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터 제조하는 방법과, 그 방법에 의하여 제조되는 파장가변 필터를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 건식 식각 단계를 통하여, 에칭 단면을 수직하게 형성하여 유전거울을 쉽게 정렬할 수 있는, 열광학 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터를 제조하는 방법과, 그 방법에 의하여 제조되는 파장가변 필터를 제공하는 데에 있다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 열광학적 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 제조방법은 입사빛의 파장을 가변하여 가변된 파장의 빛을 출력하는 필터부를 형성하는 단계와, 상기 입사빛을 상기 필터부에 공급하기 위한 광섬유(30-1)와 상기 필터부로부터 출력되는 출사빛을 출력하는 출사빛 광섬유(30-2)를 고정시킬 수 있는 쐐기형 골(V-groove)부와, 필터부(10)에 열을 가하는 가열부를 상기 필터부에 부착시키기 위한 부착부분을 형성하는 단계를 포함하여 실시함으로 써 달성된다.

특히, 상기 필터부를 형성하는 단계는, 공진기를 형성하는 기판부(10-1)와 그 기판부로부터 소정의 층부(10-2, 10-3)가 형성될 실리콘 웨이퍼(1)에 감광막을 도포하는 단계와, 상기 감광막이 도포된 실리콘 웨이퍼(1) 위에, 원하는 선폭의 패턴이 형성되도록 나노 임프린팅 공정을 이용하여 패터닝(50)을 수행하는 단계와, 상기 패터닝 단계에 의하여 감광막이 제거되어 실리콘 웨이퍼가 드러난 부분에 식각 공정을 수행하는 단계와, 식각 후 남아 있는 감광막을 제거하는 단계와, 상기 식각된 부분에 산화막을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 열 광학 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터는 입사빛의 파장을 가변하는 필터부(10)와, 필터부(10)의 둘레를 둘러싸여 부착되어 그 필터부(10)에 열을 가하는 가열기(20)와, 필터부(10)의 양쪽 면의 중심에 각각 부착된 입사빛 광섬유(30-1)와, 필터부(10)를 거쳐 출사된는 빛을 외부로 출력하는 출사빛 광섬유(30-2)를 포함하여 실시함으로써 달성된다.

특히, 상기 필터부(10)는 소정의 두께(D)를 가지고 공진기를 형성하는 기판부(10-1)와, 상기 기판부(10-1)를 중심으로 그 양쪽으로 소정의 거리만큼 떨어져서 형성된 층부(10-2, 10-3)와, 상기 기판부(10-1)와 층부(10-2, 10-3) 사이에 형성된 공간에 채워지는 산화막층(10-4, 10-5)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도면과 함께 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 5(a)는 본 발명에 따른 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 단면도이고, 도 5(b)는 그 평면도를 나타낸 구성도로서, 그 내부에 공진기를 형성하여 입사빛의 파장을 가변하는 필터부(10)와, 필터부(10)의 둘레를 둘러싸여 부착되어 그 필터부(10)에 열을 가하는 가열기(20)와, 필터부(10)의 양쪽 면의 중심에 부착된 입사빛 광섬유(30-1)와, 필터부(10)를 거쳐 출사되는 빛을 외부로 출력하는 출사빛 광섬유(30-2)로 이루어진다.

필터부(10)는 소정의 두께(D)를 가지고 공진기를 형성하는 기판부(10-1)와, 기판부(10-1)를 중심으로 그 양쪽으로 소정의 거리만큼 떨어져서 형성된 층부(10-2, 10-3)와, 상기 기판부(10-1)와 층부(10-2, 10-3) 사이에 형성된 공간에 채워지는 산화막층(10-4, 10-5)으로 이루어진다. 여기서, 상기 층부(10-2, 10-3)와 산화막층(10-4, 10-5)은 기판부(10-1)를 중심으로 그 양쪽으로 복수의 층을 이룬다.

한편, 본 발명에 따른 필터는 입사빛 광섬유(30-1)를 통해 입사되는 빛과 상기 필터부의 각도를 조절할 수 있는 액츄에이터가 더 부착되어 구현될 수도 있다.

상기와 같이 구성되는, 본 발명에 다른 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 제작방법을 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.

도 6(a) ~ 도 6(d)는 본 발명에 따를 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터를 제작하는 과정을 설명하기 위한 구성도이고, 도 7은 본 발명에 따른 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 제조방법을 나타낸 순서도이다.

기판부(10-1)와 층부(10-2, 10-3)를 형성할 실리콘 웨이퍼(1)를 처리하는 단계, 예를 들어, 감광막을 도포하는 단계를 수행하고 (S11), 그 처리된 실리콘 웨이 퍼(1) 위에, 도 6(a)에 나타낸 것과 같이, 원하는 선폭의 패턴이 형성되도록 임프린팅을 함으로써 패터닝(50)을 수행한다 (S12). 그 다음에 실리콘 딥에처를 이용하여, 도 6(b)에 나타낸 것과 같이, 예를 들어, 약 150μm의 깊이로 식각을 수행한다 (S13). 식각 후, 도 6(c)에 나타낸 것과 같이, 남아있는 감광막을 제거한다 (S14). 감광막을 제거한 다음에, 도 6(d)에 나타낸 것과 같이, 산화막을, 예를 들어 약 67nm로 성장시킴으로써 (S15), 필터부(10)가 제조된다.

그 다음에, 필터부(10)에 입사빛 광섬유(30-1)와 출사빛 광섬유(30-2)를 고정시킬 수 있는 쐐기형 골(V-groove)부와, 필터부(10)에 열을 가하게 될 가열기 (20)를 부착할 부분을 형성함으로써 (S16), 본 발명에 따른 파브리-페로 파장가변 필터가 제조된다.

여기서, 상기 패턴은 상기 실리콘 웨이퍼에 형성할 모양의 본이 미리 형성된 임프린팅용 스템프에 의하여 형성된다.

본 발명에 따른 유전 거울 부분의 선폭은 λ/2n으로 결정된다. 이에 WDM 통신이 1550nm의 선폭을 중심으로 하므로, Si와 SiO₂의 물질을 이용하게 되면, 각각 111nm와 269nm의 선폭을 만들어 낼 수 있다.

패터닝시, 산화막의 성장 특성을 고려하여 Si의 선폭을 결정한다. 즉 공진기 부분은 10μm, SiO₂가 성장될 부분은 134nm의 선폭, Si가 남아 있을 곳은 약 245nm의 선폭이 되도록 패터닝한다. 또한 공진기의 양 옆쪽은 굴절율이 다른 두 물질 Si와 SiO2가 번갈아 가도록 위치하게 4층 이상을 생성한다.

임프린팅으로 패터닝이 이루어진 기판을 형성한 후에는 기판 식각을 하게 되는데, 이때 기판의 식각은 필터에 광섬유을 고정시킬 수 있는 위치를 지정하여 함께 식각하는 것도 바람직하다. 식각 시 깊이는 광섬유의 표준 직경보다 약간 큰 150μm로 하면 바람직하다.

기판을 식각한 후에는, 식각된 기판 표면을 기준으로 기판의 안쪽과 바깥쪽으로 산화막이 성장되며, 충분한 시간동안 성장을 시키면 식각된 부분은 모두 성장한 산화막으로 채워질 수 있다. 산화막 성장 공정에서 산화막의 두께는 672A를 성장시키는 것이 바람직하다.

상기와 같이 제작된 파브리-페로 파장가변 필터는 입사파와 투과파 사이의 정렬이 정확하고 쉽게 이루어진다.

이제 상기와 같이 제작된 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 성능을 모의실험한 결과를 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.

먼저, 모의실험을 위하여, 공진기의 길이는 0.8nm 의 채널이 약 40여 개가 들어 갈 수 있도록 10μm로 설정한다. 예를 들어, 공진기의 길이가 6μm로 줄어든다면 0.8nm 의 채널은 약 60여 개 이상이 들어갈 수 있으나, 그 FWHM은 공진기의 길이가 10μm 일 때의 FWHM (Full Width at Half Maximum)보다 커지기 때문에, 공진기의 길이는 10μm로 설정되었다.

아울러, 입사 광섬유(30-1)를 통하여 입사되는 입사빛은 중심파장이 1550nm 인 1500~1600nm의 파장을 갖는다. 유전체 거울의 반사도는 종래에 실리콘 파브리-페로 필터의 반사도로 설정하였다. 한편, 유전체 거울의 반사도는 유전체 거울의 층 수를 늘림으로써 증가된다.

상기와 같이 설정된 상태에서 본 발명에 따른 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터에 대하여 모의실험을 수행한 결과는 다음과 같다.

즉, 도 8은 본 발명에 따른 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터에 대하여 모의 실험한 결과를 나타낸 그래프이다. 공진기 길이가 10μm이고 굴절율이 증가할수록 파장간의 간격을 나타내는 FSR은 선형으로 증가한다. 특히, 굴절율이 3.4일 경우에 FSR은 약 35~36nm로 된다.

도 9는 본 발명에 따를 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터에 열이 가해져 굴절율이 변화하였을 경우, 변화되는 굴절율에 의한 그 FSR의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 9는 열광학 상수를 고려한 그래프이다. 공진기 길이가 10μm로 정해진 상태에서, 굴절율이 약 3.48 (N1)에서 약 3.49(N2)로 변화되어도, FSR의 변화는 거의 없음을 보여준다.

도 10은, 각각의 공진기의 길이에 대하여, 반사도에 따른 FWHM 의 변화를 나타낸 그래프이다. 즉, 공진기의 길이가 각각 5μm, 10μm, 15μm일 경우에, 반사도에 따른 FWHM 의 변화를 나타낸 그래프가 된다. 공진기의 길이가 줄어들수록 FSR이 넓어지고 또한 FWHM도 함께 늘어나므로, 필터를 설계할 때에는 두 인자를 고려해야(trade-off)한다.

예를 들어, 공진기의 길이가 10μm이고, 굴절율이 3.48일 때, 반사도가 90%이면 FWHM은 약1.158nm가 된다.

도 11은 공진기의 길이가 10μm인 경우 반사도에 따른 피네스 (finesse)의 값을 나타낸 그래프이다.

반사도가 높아질수록 피네스 (finesse)의 값이 급격히 증가됨을 알 수 있다.

각각의 반사도 (R=0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9)에 대하여 열이 가해져 굴절율이 증가함으로써 FWHM이 증가된다.

도 13은 반사도와 FWHM 사이의 관계를 나타낸 그래프로서, 반사도가 90% 이상이 되면 FWHM의 값이1nm이하로 떨어짐을 나타낸다. FWHM이 줄어들수록 같은 FSR의 크기에도 더욱 많은 신호를 보낼 수 있는 것으로, 반사도의 중요도를 보여준다.

도 14는 굴절율 변화에 따라 파장의 이동 관계를 나타낸 그래프로서, 반사도가 90%이고, 굴절율 3.48에서 3.49로 0.01만큼 변화함에 따라, 입사빛의 파장은 4~5nm만큼 이동됨을 나타난다.

본 발명에서 실시한 모의 실험결과에서, 가열기로 파장가변 필터에 열을 가하여 그 내부에 형성된 공진기의 굴절율을 변화 시킬 경우, 반사도는 90%이상이 나온다는 가정하에 FSR이 약 35nm 정도에서 FWHM이 약 1.158nm을 갖으며 이는 약 30개의 채널이 동시 전송 할 수 있는 능력이 된다. 즉, 기판과 기판을 중심으로 성장될 산화막의 종류 선택에 따라 필터의 성능은 달라진다.

한편 본 발명에 따른 실시 예에서, 가열기는 파장가변 필터의 열을 가하여 그 내부에 형성된 공진기의 굴절율을 변화시켜서 파장을 가변시키는 예를 들었지만, 입사빛과 필터와의 각도가 조절 가능한 액츄에이터를 더 설치함으로써, 그 액츄에이터를 조절하여 입사빛의 각도를 조절함으로써 파장을 가변 할 수 있도록 실 시할 수도 있다.

본 발명에 따른 열광학 효과를 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 제조방법은 WDM 용 필터로서 기존의 필터들에 비하여 월등한 성능을 가지면서도, 제작 공정이 상대적으로 간단하고, 제조비용 및 제조시간을 절감할 수 있다.

본 발명에 따른 파장가변 필터는 파장 간의 간격이 넓고 각 파장의 선폭이 좁으며 많은 정보량을 전달할 수 있다.

이에 공진기의 두께가 조절 가능하며, 필터의 파장 간 간격 및 각 파장의 선폭이 좁도록 설계를 하고 이를 제작할 수 있는 방법을 제시하였다.

본 발명에 따른 패터닝은 임프린팅 스템프를 이용하여 수행되기 때문에 종래의 반도체를 패터닝하는 단계와 다를 뿐만 아니라, 전자빔을 이용한 패터닝과도 다르다. 반도체 패터닝은 생산성은 뛰어나나 선폭을 1μm이하로 줄이는 것에 그 한계가 있고, 전자빔을 이용한 패터닝은 상대적으로 너무나 많은 시간동안 이루어지므로 생산성 면에서 한계가 있다. 반면에, 본 발명에 따른 패터닝은 임프린팅 단계에 의하여 이루어짐으로써, 본 발명에 따른 파장가변 필터 제조방법은 종래의 방법에 비하여 그 제조 단계의 수를 줄일 수 있다. 또한 본 발명에 따른 패터닝은 그 패턴의 선폭을 전자빔에 의한 패터닝의 선폭인 나노 단위로 줄일 수 있고, 생산성 면에서도 일반 반도체 패터닝의 수준에 뒤지지 않는다.

Claims

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입사빛의 파장을 가변하여 가변된 파장의 빛을 출력하는 필터부를 형성하는 단계와,

상기 입사빛을 상기 필터부에 공급하기 위한 광섬유(30-1)와 상기 필터부로부터 출력되는 출사빛을 출력하는 출사빛 광섬유(30-2)를 고정시킬 수 있는 쐐기형 골(V-groove)부와, 필터부(10)에 열을 가하는 가열부를 상기 필터부의 부착시키기 위한 부착부분을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고,

여기서, 상기 필터부를 형성하는 단계는,

공진기를 형성하는 기판부(10-1)와 그 기판부로부터 소정의 층부(10-2, 10-3)가 형성될 실리콘 웨이퍼(1)에 감광막을 도포하는 단계와,

상기 감광막이 도포된 실리콘 웨이퍼(1) 위에, 원하는 선폭의 패턴이 형성되도록 임프린팅을 함으로써 패터닝(50)을 수행하는 단계와,

상기 패터닝을 수행하는 단계에 의하여 감광막이 제거된 감광막 부분에 식각을 수행하는 단계와,

식각 후 남아 있는 감광막을 제거하는 단계와,

상기 식각된 부분에 산화막을 성장시키는 단계를 포함하고;

상기 감광막을 도포하는 단계는

스핀 코팅에 의하여 감광막을 상기 웨이퍼에 도포하는 것을 특징으로 하는 열광학적 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 제조방법.
제2 항에 있어서, 상기 패턴은

상기 실리콘 웨이퍼에 형성할 모양의 본이 미리 형성된 스템프를 이용한 임프린트 장비에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 열광학적 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 제조방법.
제2 항에 있어서, 상기 식각단계는

상기 실리콘 딥 에처(deep etcher)에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열광학적 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 제조방법.
제4항에서 있어서, 상기 산화막을 성장시키는 단계는

상기 식각된 부분은 산화막으로 채워지고, 상기 층부의 일부분만 산화막이 성장되는 것을 특징으로 하는 열광학적 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 제조방법.
제4 항에 있어서,

상기 입사빛 광섬유(30-1)를 통해 입사되는 빛과 상기 필터부의 각도를 조절할 수 있는 액츄에이터를 더 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열광 학적 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터의 제조방법.
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입사빛의 파장을 가변하는 필터부(10)와,

상기 필터부(10)의 둘레를 둘러싸여 부착되어 그 필터부(10)에 열을 가하는 가열기(20)와,

상기 필터부(10)의 양쪽 면의 중심에 각각 부착된 입사빛 광섬유(30-1)와, 필터부(10)를 거쳐 출사된는 빛을 외부로 출력하는 출사빛 광섬유(30-2)를 포함하는 것을 특징으로 하고;

여기서, 상기 필터부(10)는

소정의 두께(D)를 가지고 공진기를 형성하는 기판부(10-1)와,

기판부(10-1)를 중심으로 그 양쪽으로 소정의 거리만큼 떨어져서 형성된 층부(10-2, 10-3)와,

상기 기판부(10-1)와 층부(10-2, 10-3) 사이에 형성된 공간에 채워지는 산화막층(10-4, 10-5)을 포함하고;

상기 층부(10-2, 10-3)와 산화막층(10-4, 10-5)은 기판부(10-1)를 중심으로 그 양쪽으로 복수의 층이 형성되는 것을 특징으로 하는 열광학적 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터.
제8 항에 있어서,

상기 입사빛 광섬유(30-1)를 통해 입사되는 빛과 상기 필터부의 각도를 조절할 수 있는 액츄에이터가 더 부착되는 것을 특징으로 하는 열광학적 현상을 이용한 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터.