KR101803326B1 - 광 스위치 소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 스위치 소자가 제공된다.
상기 광 스위치 소자는 기판상에 일부분을 노출시키는 전극배선, 상기 노출된 상기 기판 상에 배치된 제 1 다중모드 광도파로, 상기 제 1 다중모드 광도파로 상면에 배치된 히터, 및 상기 전극배선과 상기 히터를 연결하는 연결배선들을 포함하되, 상기 제 1 다중모드 광도파로는 경사진 측면들을 가지고, 상기 연결배선들은 상기 제 1 다중모드 광도파로의 상기 측면들 상에 배치된다.
상기 광 스위치 소자는 기판상에 일부분을 노출시키는 전극배선, 상기 노출된 상기 기판 상에 배치된 제 1 다중모드 광도파로, 상기 제 1 다중모드 광도파로 상면에 배치된 히터, 및 상기 전극배선과 상기 히터를 연결하는 연결배선들을 포함하되, 상기 제 1 다중모드 광도파로는 경사진 측면들을 가지고, 상기 연결배선들은 상기 제 1 다중모드 광도파로의 상기 측면들 상에 배치된다.
Description
본 발명은 광 스위치 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전반사형 광 스위치 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에 광통신 시스템의 대용량, 고속화 및 고기능화에 대한 요구가 급격하게 높아지고 있다. 예컨대, 광통신 시스템의 일 예로서, WDM(Wavelength Division Multiplexing) 방식의 광통신 시스템 및 ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer) 방식의 광통신 시스템 등이 있다. 예컨대, ROADM 방식의 광통신 시스템은 여러 채널들을 동시에 연결하는 것 등의 장점으로 인하여 망(network)의 활용도를 증가시킬 수 있으며, 또한, 비용이 줄어들고 네트워크 구조도 단순화할 수 있다.
광 스위치들은 이러한 광통신 시스템들을 구성하는 중요한 요소들 중에 하나이다. 광 스위치는 광 신호의 경로를 외부에서 조절하는 광 소자라 할 수 있다. 예컨대, 전반사 효과에 의하여 광 스위치를 통과하는 광신호의 경로가 변경되거나, 변경되지 않을 수 있다. 이처럼 전반사 효과에 의한 광신호 변경을 이용하여 광신호를 스위칭 할 수 있다.
하지만, 광통신 산업이 발전함에 따라, 광통신 시스템은 다양한 기능의 광 스위치들을 요구하고 있다. 이에 따라, 새로운 기능을 수행하는 광 스위치들에 한 많은 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 신뢰성이 향상된 광 스위치 소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 신뢰성이 향상된 광 스위치 소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자는 기판상에 제 1 영역의 일부분을 노출시키는 전극배선, 상기 노출된 상기 기판 상에 배치된 제 1 다중모드 광도파로, 상기 제 1 다중모드 광도파로 상면에 배치된 히터, 및 상기 전극배선과 상기 히터를 연결하는 연결배선들을 포함하되, 상기 제 1 다중모드 광도파로는 경사진 측면들을 가지고, 상기 연결배선들은 상기 제 1 다중모드 광도파로의 상기 측면들 상에 배치된다.
상기 기판은 실리콘 기판 또는 유리기판이다.
상기 광 스위치 소자는 상기 전극배선 상면 양 끝에 본딩된 와이어를 더 포함한다.
상기 기판과 상기 전극배선 사이에 절연막을 더 포함한다.
상기 제 1 영역으로부터 이격된 제 2 영역의 상기 전극배선 상면에 배치되는 제 2 다중모드 광도파로를 더 포함하되,
상기 제 2 다중모드 광도파로는 상기 기판의 상면에 대해 수직인 측면들을 갖는다.
상기 제 1 다중모드 광도파로는 하부 클래드, 상기 하부 클래드 상면에 배치된 상부 클래드, 및 상기 하부 클래드 및 상기 상부 클래드 사이의 코어를 포함한다.
상기 코어는 상기 하부 클래드 내에 배치되고, 상기 상부 클래드는 상기 코어 상면을 덮는다.
상기 코어는 상기 하부 클래드 상면에 배치되고, 상기 상부 클래드는 상기 코어를 덮는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법은 기판상에 일부분을 노출시키는 전극배선을 형성하는 것, 상기 전극배선이 형성된 상기 기판 상에 하부 클래드막, 코어 및 상부 클래드막을 차례로 형성하는 것, 상기 하부 클래드막 및 상기 상부 클래드막을 패터닝하여, 상기 전극배선에 노출된 상기 기판 상면에 경사진 측면들을 갖는 제 1 다중모드 광도파로를 형성하는 것, 상기 제 1 다중모드 광도파로 상면에 히터를 형성하는 것; 및 상기 제 1 다중모드 광도파로 측면들 상에 상기 히터와 상기 전극배선을 연결하는 연결배선들을 형성하는 것을 포함한다.
상기 제 1 다중모드 광도파로를 형성하는 것은, 상기 상부 클래드막 상면에 경사진 측면들을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 것, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 하부 클래드막 및 상기 상부 클래드막을 식각하는 것, 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 것을 포함한다.
상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 것은, 상기 상부 클래드막 상면에 포토레지스트막을 도포하는 것, 상기 포토레지스트막 상에 마스크 패턴들을 포함하는 마스크 구조체를 배치하되, 상기 마스크 패턴들 사이의 간격은 상기 포토레지스트막의 상면에서부터 포토레지스트막의 하면으로 내리막 경사를 가질 수 있는 방향으로 점진적으로 넓혀 상기 마스크 구조체에 통과되는 자외선 양을 증가하여 경사진 측면을 갖는 광 스위치 소자 제조방법을 포함한다.
상기 기판은 제 1 영역과 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 1 영역 상에 제 1 다중모드 광도파로를 형성하되, 상기 제 2 영역 상의 상기 전극배선 상면에 제 2 다중모드 광도파로를 형성하는 것을 더 포함한다.
상기 제 2 다중모드 광도파로의 측면들은 상기 기판에 대해 수직인 측면들을 갖도록 형성되는 것을 포함한다.
상기 히터를 형성하는 것은, 상기 상부 클래드막 상면에 히터막을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자는 기판 상에 일부분을 노출시키는 전극배선을 포함하며, 노출된 상기 기판 상면에 경사진 측면들을 가지는 제 1 다중모드 광도파로를 포함한다. 상기 제 1 다중모드 광도파로 상면에 히터를 포함하며, 상기 제 1 다중모드 광도파로의 측면들 상에 연결배선들을 포함한다. 상기 연결배선들은 상기 히터와 상기 전극배선을 전기적으로 연결시켜준다. 상기 기판 상면에 형성된 상기 전극배선은 상기 제 1 다중모드 광도파로 상면에 상기 전극 배선을 형성하는 것보다 배선면적을 줄일 수 있다. 따라서, 배선 설계 자유도를 높이고 광 도파로의 크기를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법은 상기 전극배선 상면에 패드들을 형성하고, 상기 패드들과 본딩 와이어들을 연결하는 와이어 본딩 공정을 진행할 수 있다. 상기 와이어 본딩 공정은 열과 압력과 수반하여 진행된다. 이에 따라, 폴리머나 유기물질과 같은 열과 압력에 약한 물질 상에 와이어 본딩 공정을 진행하게 되면, 상기 물질의 성질이나 모양의 변형을 가져올 수 있다. 본 발명에서 상기 전극 배선 상면에서 와이어 본딩 공정을 진행하기 때문에, 상기 제 1 다중모드 광도파로는 열과 압력과 같은 물리적 및 열적 스트레스를 받지 않는다. 따라서, 상기 제 1 다중모드 광도파로가 열과 압력과 같은 물리적 및 열적 스트레스를 받을 시 생길 수 있는 균열발생 및 편광의존 손실을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타낸 단면도이다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타낸 단면도이다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예 따른 광 스위치 소자의 제조 방법에서 경사면을 갖는 포토레지스트 패턴의 형성방법을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자를 주사전자현미경으로 관찰한 표면사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자를 광학현미경으로 관찰한 표면사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타낸 단면도이다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타낸 단면도이다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예 따른 광 스위치 소자의 제조 방법에서 경사면을 갖는 포토레지스트 패턴의 형성방법을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자를 주사전자현미경으로 관찰한 표면사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자를 광학현미경으로 관찰한 표면사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타낸 평면도이다.
도 1를 참조하면, 복수의 제 1 다중모드 광도파로들(10)이 제1 방향으로 나란히 연장된다. 상기 제 1 다중모드 광도파로들(10)각각은 연속적으로 연장된다. 복수의 제 2 다중모드 광도파로들(20)이 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 나란히 연장되어 상기 복수의 제 1 다중모드 광도파로들(10)과 교차한다. 상기 제 2 다중모드 광도파로들(20)각각은 상기 제 2 방향으로 연속적으로 연장된다. 상기 제 1 다중모드 광도파로들(10)의 개수는 상기 제 2 다중모드 광도파로들(20)의 개수와 동일할 수 있다. 상기 제 1 다중모드 광도파로들(10) 및 상기 제2 다중모드 광도파로들(20)의 교차 영역들은 2차원적으로 배열된다. 즉, 상기 교차 영역들은 상기 제 1 다중모드 광도파로들(10) 및 상기 제 2 다중모드 광도파로들(20)을 따라 2차원적으로 배열된다.
상기 제 1 다중모드 광도파로들(10)각각의 일단에 입력 테이퍼 광도파로들(15) 및 입력 단일모드 광도파로들(12a)이 차례로 연결된다. 따라서, 상기 제 1 다중모드 광도파로들(10)의 일단들에 각각 대응되는 복수의 상기 입력 단일모드 광도파로들(12a)이 존재한다. 상기 제 2 다중모드 광도파로들(20) 각각의 일단에 출력 테이퍼 광도파로(25) 및 출력 단일모드 광도파로(22a)가 차례로 연결된다. 따라서, 상기 제 2 다중모드 광도파로들(20)의 일단들에 각각 대응되는 복수의 상기 출력 단일모드 광도파로(22a)가 존재한다. 상기 입력 단일모드 광도파로들(12a) 각각은 일직선으로 연장된 제 1 부분(11a) 및 곡선형태로 휘어진 제 2 부분(11b)을 포함할 수 있다. 상기 입력 단일모드 광도파로(12a) 각각의 제2 부분(11b) 내에서 광신호는 상기 제 2 부분(11b)의 형태를 따라 곡선 형태로 진행될 수 있다. 이와 유사하게, 상기 출력 단일모드 광도파로(22a) 각각은 일직선으로 연장된 제 1 부분(21a) 및 곡선형태로 휘어진 제 2 부분(21b)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 다중모드 광도파로들(10)과 상기 제 2 다중모드 광도파로들(20)의 교차 영역 상에 히터(50)가 배치된다. 상기 히터(50)는 하나의 광스위치에 배치된다. 상기 광스위치는 상기 제 1 다중모드 광도파로들(10)과 상기 제 2 다중모드 광도파로들(20)의 교차점에 배치될 수 있다. 따라서, 복수의 광스위치들(S11,S12,S13...S1N, S21,S22,S23...S2N, S31,S32,S33...S3N, SN1,SN2,SN3...SNN)이 N×N 매트릭스 형태로 배열된다. 상기 교차 영역들 상에 배치된 히터들(50)은 모두 동일한 방향으로 연장될 수 있다.
상기 복수의 입력 단일모드 광도파로들(12a)은 복수의 입력 포트들(In1,In2,In3...InN)에 각각 해당하고, 상기 복수의 출력 단일모드 코어들(22a)은 복수의 출력 포트들(Out1,Out2,Out3...OutN)에 각각 해당한다. 이에 따라, 상기 광스위치들(S11,S12,S13...S1N, S21,S22,S23...S2N, S31,S32,S33...S3N, SN1,SN2,SN3...SNN), 입력 포트들(In1,In2,In3...InN) 및 출력 포트들(Out1,Out2,Out3...OutN)로 N×N형 매트릭스 광스위치를 구현할 수 있다.
도 1를 참조하여 광통신 소자의 동작 방법을 간략히 설명한다. 제 1 입력 포트(In1)로 입력된 광신호는 상기 제 1 입력 포트(In1)에 연결된 광스위치들(S11,S12,S13...S1N)의 동작들을 제어하여 상기 복수의 출력 포트들(Out1,Out2,Out3...OutN) 중에서 하나로 출력될 수 있다. 구체적으로, 복수의 광스위치들(S11,S12,S13...S1N, S21,S22,S23...S2N, S31,S32,S33...S3N, SN1,SN2,SN3...SNN) 중에서 선택된 광스위치를 동작시키고 선택되지 않은 광스위치들을 동작시키지 않으면, 상기 선택된 광스위치에 연결된 입력 포트로 입력된 광신호는 상기 선택된 광스위치에 연결된 출력포트로 출력될 수 있다.
예를들어, 광스위치(S12)을 동작시키고, 나머지 광스위치들(S11,S13...S1N, S21,S22,S23...S2N, S31,S32,S33...S3N, SN1,SN2,SN3...SNN)을 동작시키지 않은 상태에서, 상기 제1 입력 포트(In1)로 광신호를 입력하면, 입력된 광신호는 제2 출력 포트(Out2)로 출력될 수 있다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타낸 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 광 스위치 소자는 기판(100)상에 일부분을 노출시키는 전극배선(102), 상기 노출된 상기 기판(100) 상에 배치된 제 1 다중모드 광도파로(110), 상기 제 1 다중모드 광도파로(110) 상면에 배치된 히터(227), 및 상기 전극배선(102)과 상기 히터(227)를 연결하는 연결배선들(228)을 포함한다.
상기 기판(100)은 실리콘 기판 또는 유리기판일 수 있다. 상기 기판(100)이 실리콘 기판일 경우, 상기 기판(100)과 상기 전극배선(102)의 전기적 연결을 차단하기 위해서 상기 실리콘 기판 상면에 절연막(101)을 더 포함할 수 있다. 상기 절연막(101)은 실리콘 산화막일 수 있다.
상기 기판(100) 상에 상기 기판(100)의 일부분을 노출시키는 전극배선(102)이 배치된다. 상기 기판(100)은 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함할 수 있다. 상기 전극배선(102)에 의해 노출된 상기 기판(100)은 상기 기판(100)의 제 1 영역일 수 있다.
상기 전극배선(102)은 약 10nm 내지 약 50nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 전극배선(102)은 예를 들어, 구리(Cu), 금(Au), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 구리-망간(Cu/Mn), 구리-알루미늄(Cu-Al), 크롬-금(Cr/Au), 티타늄-백금-금(Ti/Pt/Au) 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 기판(100)의 상기 제 1 영역 상에 제 1 다중모드 광도파로(110)가 배치될 수 있다. 상기 제 1 다중모드 광도파로(110)의 상면은 상기 기판(100)과 평행한 면을 가질 수 있으며, 상기 제 1 다중모드 광도파로(110)의 측면들은 상기 기판(100)과 약 1도 이상 내지 약 90도 미만의 제 3 경사각(θ3)을 가지는 경사진 면을 가질 수 있다. 상기 제 1 다중모드 광도파로(110)는 하부 클래드(112a)와 상기 하부 클래드(112a) 상면에 배치된 상부 클래드(118a)를 포함할 수 있다. 상기 하부 클래드(112a) 내에 코어(116a)를 포함할 수 있다. 상기 코어(116a)의 상면과 상기 하부 클래드(112a)의 상면은 공면(coplanar)를 이룰 수 있다. 상기 코어(116a)는 상기 하부 클래드(112a)와 상기 상부 클래드(118a)에 둘러싸여 있을 수 있다.
상기 기판(100)의 제 2 영역 상에 제 2 다중모드 광도파로(111)가 배치될 수 있다. 상기 제 2 다중모드 광도파로(111)는 상기 전극배선(102)의 상면에 배치될 수 있다. 상기 제 2 다중모드 광도파로(111)의 상면은 상기 기판(100)과 평행한 면을 가질 수 있으며, 상기 제 2 다중모드 광도파로(111)의 측면들은 상기 기판(100)과 대략 90도의 제 4 경사각(θ4)을 가질 수 있다. 상기 제 2 다중모드 광도파로(111)는 하부 클래드(112b)와 상기 하부 클래드(112b) 상면에 배치된 상부 클래드(118b)를 포함할 수 있다. 상기 하부 클래드(112b) 내에 코어(116a)를 포함할 수 있다. 상기 코어(116a)의 상면과 상기 하부 클래드(112b)의 상면은 공면(coplanar)를 이룰 수 있다. 상기 코어(116a)는 상기 하부 클래드(112b)와 상기 상부 클래드(118b)에 둘러싸여 있을 수 있다.
상기 코어들(116a)은 빛이 전파되는 경로이다. 상기 빛은 입력 포드들(도 1 참조)로부터 어떤 각도(임계각) 이상으로 상기 코어들(116a) 내에 입사되면 굴절되지 않고 반사만 일어난다. 이러한 현상을 전반사라고 한다. 상기 전반사가 일어나기 위해서, 상기 코어들(116a)의 주변물질의 굴절률은 상기 코어들(116a)의 굴절률보다 작아야 한다. 즉, 상기 하부 클래드(112a, 112b) 및 상기 상부 클래드 (118a, 118b)의 굴절률은 상기 코어들(116a)의 굴절률보다 작아야 한다. 따라서, 상기 코어들(116a) 내에 입사된 상기 빛은 상기 하부 클래드(112a, 112b) 및 상기 상부 클래드 (118a, 118b)에 의해서 전반사가 되어 상기 코어들(116a) 내를 통하여 출력 포드들(도 1 참조)로 전파될 수 있다.
예를 들어, 상기 하부 클래드(112a, 112b) 및 상기 상부 클래드(118a, 118b)는 폴리머 물질로 이루어질 수 있다. 상기 코어(116a)는 폴리머로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 다중모드 광도파로(110) 상면에 히터(227)가 배치될 수 있다. 상기 제 1 다중모드 광도파로(110) 측면들 상에 연결배선들(228)이 배치될 수 있다. 상기 연결배선들(228)은 상기 히터(227)와 상기 전극배선(102) 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 이에 따라, 상기 히터(227)는 상기 전극배선(102)과 상기 연결배선들(228)을 통한 전기연결로 구동될 수 있다. 상기 히터(227) 및 상기 연결배선들(228)은 예를 들어 구리(Cu), 금(Au), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 구리-망간(Cu/Mn), 구리-알루미늄(Cu-Al), 크롬-금(Cr/Au), 티타늄-백금-금(Ti/Pt/Au) 중 어느 하나의 물질일 수 있다.
상기 전극 배선들(102)을 상기 제 1 다중모드 광도파로(110) 상면에 배치하지 않고 상기 기판(100) 상면에 배치하면 배선 면적을 줄일 수 있다. 이에 따라, 광 도파로의 크기를 줄일 수 있어 광 모듈 패키징의 축소화가 가능하다. 또한, 한 칩 내에 더 많은 광 도파로를 제작할 수 있어 대량생산이 가능하다.
상기 전극배선(102) 양 끝 상면에 패드들(302)이 배치될 수 있으며, 상기 패드들(302)은 본딩 와이어들(304)과 본딩될 수 있다. 상기 본딩 와이어들(304)들은 외부 전원(미도시)과 연결될 수 있다. 상기 패드들(302)과 상기 본딩 와이어들(304)은 예를 들어 구리(Cu), 금(Au), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 구리-망간(Cu/Mn), 구리-알루미늄(Cu-Al), 크롬-금(Cr/Au), 티타늄-백금-금(Ti/Pt/Au) 중 어느 하나의 물질일 수 있다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면 기판(100) 상의 일부분을 노출시키는 전극배선(102)이 배치된다. 상기 기판(100)은 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함할 수 있다. 상기 배선전극(102)에 의해 노출된 상기 기판(100)은 상기 기판(100)의 제 1 영역일 수 있다.
상기 기판(100)은 실리콘 기판 또는 유리기판일 수 있다. 상기 기판(100)이 실리콘 기판 일 경우, 상기 기판(100)과 상기 전극배선(102)의 전기적 연결을 막기 위해서 상기 실리콘 기판 상면에 절연막(101)을 포함할 수 있다. 상기 절연막(101)은 실리콘 산화막일 수 있다.
상기 전극배선(102)은 약 10nm 내지 약 50nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 전극배선(102)은 예를 들어, 구리(Cu), 금(Au), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 구리-망간(Cu/Mn), 구리-알루미늄(Cu-Al), 크롬-금(Cr/Au), 티타늄-백금-금(Ti/Pt/Au) 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 기판(100)의 제 1 영역 상에 제 1 다중모드 광도파로(110)가 배치될 수 있다. 상기 제 1 다중모드 광도파로(110)는 하부 클래드(112a)와 상기 하부 클래드(112a) 상면에 배치된 상부 클래드(118a)를 포함할 수 있다. 상기 상부 클래드(118a) 내에 코어(116a)를 포함할 수 있다. 상기 코어(116a)의 하면과 상기 상부 클래드(118a)의 하면은 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 상기 코어(116a)는 상기 하부 클래드(112a)와 상기 상부 클래드(118a)에 둘러싸여 있을 수 있다.
상기 제 1 다중모드 광도파로(110)의 상면은 상기 기판(100)과 평행한 면을 가질 수 있으며, 상기 제 1 다중모드 광도파로(110)의 측면들은 상기 기판(100)과 약 1도 이상 내지 약 90도 미만의 제 3 경사각(θ3)을 가지는 경사진 면을 가질 수 있다.
상기 기판(100)의 제 2 영역 상에 제 2 다중모드 광도파로(111)가 배치될 수 있다. 상기 제 2 다중모드 광도파로(110)는 상기 전극배선(102) 상면에 배치될 수 있다. 상기 제 2 다중모드 광도파로(111)는 하부 클래드(112b)와 상기 하부 클래드(112b) 상면에 배치된 상부 클래드(118b)를 포함할 수 있다. 상기 상부 클래드(118b) 내에 상기 코어(116a)를 포함할 수 있다.
상기 제 2 다중모드 광도파로(111)의 상면은 상기 기판(100)과 평행한 면을 가질 수 있으며, 상기 제 2 다중모드 광도파로(111)의 측면들은 실질적으로 상기 기판(100)에 대해 대략 수직인 제 4 경사각(θ4)을 가질 수 있다.
상기 하부 클래드(112a, 112b) 및 상기 상부 클래드(118a, 118b)는 폴리머 물질로 이루어질 수 있다. 상기 코어(116a)는 실리콘 또는 폴리머로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 다중모드 광도파로(110) 상면에 히터(227)가 배치될 수 있고, 상기 제 1 다중모드 광도파로(110) 측면들 상에 연결배선들(228)이 배치될 수 있다. 상기 연결배선들(228)은 상기 히터(227)와 상기 전극배선(102)을 사이를 전기적으로 연결해줄 수 있다. 상기 히터(227) 및 상기 연결배선들(228)은 예를 들어, 구리(Cu), 금(Au), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 구리-망간(Cu/Mn), 구리-알루미늄(Cu-Al), 크롬-금(Cr/Au), 티타늄-백금-금(Ti/Pt/Au) 중 어느 하나의 물질일 수 있다.
상기 전극배선(102) 양 끝 상면에 패드들(302)와 상기 패드들(302)를 연결하는 본딩 와이어들(304)을 포함할 수 있다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 4a를 참조하면, 기판(100)을 준비한다. 상기 기판(100)은 실리콘 기판 또는 유리기판일 수 있다. 상기 기판(100)은 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함할 수 있다. 상기 기판(100) 상에 제 1 영역의 상기 기판(100)을 노출하도록 전극배선(102)을 형성한다.
상기 전극배선(102)은 열증착(Thermal Evaporation), 전자선 증착(E-Beam Evaporation) 및 스퍼터링(Sputtering) 증착 방법 중 어느 하나에 의해서 형성될 수 있다. 상기 전극배선(102)은 약 10nm 내지 약 50nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 전극배선(102)의 일부영역은 리프트 오프(Lift-Off) 공정, 습식식각 및 건식식각 중 어느 하나의 공정에 의해서 식각되어, 상기 기판(100) 상면을 노출할 수 있다. 상기 전극배선(102)은 예를 들어, 구리(Cu), 금(Au), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 구리-망간(Cu/Mn), 구리-알루미늄(Cu-Al), 크롬-금(Cr/Au), 티타늄-백금-금(Ti/Pt/Au) 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
상기 기판(100)이 실리콘 기판일 경우, 상기 기판(100)과 상기 전극배선(102)의 전기적 연결을 차단하기 위해서 상기 실리콘 기판 상면에 절연막(101)을 더 형성할 수 있다. 상기 절연막(101)은 대기 중에 노출되었을 때 상기 실리콘 기판 상면에 자연적으로 형성된 실리콘 산화막일 수 있다.
도 4b를 참조하면, 상기 전극배선(102)이 형성된 상기 기판(100) 상면에 하부 클래드막(112)을 형성하고, 상기 하부 클래드막(112)을 이방성 식각하여 트렌치들(113)을 형성한다. 상기 트렌치들(113)을 채우도록 상기 하부 클래드막(112) 상면에 코어막(116)을 형성한다.
상기 하부 클래드막(112)은 스핀코팅(Spin Coating) 방법 에 의해서 증착될 수 있다. 상기 하부 클래드막(112)은 폴리머 물질로 형성될 수 있다.
상기 트렌치들(113)은 RIE(Reactive Ion Etching) 또는 ICP(Inductively Couped Plasma) 등의 건식식각 방법에 의해서 형성될 수 있다. 상기 트렌치들(113)은 상기 하부 클래드막(112)의 일부영역과 상부 클래드막(118)을 식각하여 형성될 수 있다.
상기 코어막(116)은 스핀코팅(Spin Coating) 방법에 의해서 상기 하부 클래드막(112) 상면에 형성될 수 있다. 상기 코어막(116)은 상기 트렌치들(113)을 채울 수 있다. 상기 코어막(116)은 폴리머막일 수 있다.
도 4c를 참조하면, 상기 하부 클래드막(112) 상면에 형성된 상기 코어막(116)을 제거하여 코어들(116a)을 형성한다. 상기 하부 클래드막(112) 상면에 증착된 상기 코어막(116)은 RIE(Reactive Ion Etching) 또는 ICP(Inductively Couped Plasma) 등의 건식식각 방법에 제거되어 상기 하부 클래드막(112) 상면이 노출될 수 있다.
상기 코아막(116)은 통상적으로 한번의 증착과 식각공정으로 평탄화 되어지나, 필요시 추가적인 증착 및 식각공정을 반복하여 평탄화 할 수 잇다.
상기 코어들(116a)이 형성된 상기 하부 클래드막(112) 상면에 상부 클래드막(118)을 형성한다. 상기 상부 클래드막(118)은 스핀코팅(Spin Coating)에 의해서 형성될 수 있다. 상기 상부 클래드막(118)은 폴리머 물질로 형성될 수 있다. 상기 하부 클래드막(112)와 상기 상부 클래드막(118)은 동일한 물질일 수 있으며, 상기 코어들(116a)의 굴절률은 상기 하부 클래드막(112)와 상기 상부 클래드막(118)의 굴절률보다 클 수 있다.
도 4d를 참조하면, 상기 상부 클래드막(118) 상면에 포토레지스트 막(222)을 형성한다. 상기 포토레지스트막(222)은 스핀코팅(spin coating)방법으로 형성될 수 있다.
상기 포토레지스트막(222) 상부에 마스크 구조체(224)를 배치하여 리소그래피 공정을 진행한다. 상기 포토레지스트막(222)은 상기 마스크 구조체(224)를 통과하는 자외선(226) 양을 조절하여 다양한 형태로 패터닝될 수 있다. 상기 마스크 구조체(224)는 마스크 패턴들(224a)를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 마스크 패턴들(224a) 사이에 통과한 상기 자외선(226)에 노출된 상기 포토레지스트막(222)은 제거될 수 있다.
도 4e를 참조하면, 상기 포토레지스트막(222)을 패터닝하여 제 1 포토레지스트 패턴(222a) 및 제 2 포토레지스트 패턴(222b)을 형성할 수 있다. 상기 제 1 포토레지스트 패턴(222a) 및 상기 제 2 포토레지스트 패턴(222b)은 상기 코어들(116a)이 배치된 상부에 형성될 수 있다.
상기 제 1 포토레지스트 패턴(222a)의 상면은 상기 상부 클래드막(118)과 평행하며, 제 1 포토레지스트 패턴(222a)의 측면들은 약 1도 이상 내지 약 90도 미만의 제 1 경사각(θ1)을 가질 수 있다. 상기 제 1 포토레지스트 패턴(222a)의 상면은 상기 자외선(226)에 노출되지 않아, 제거되지 않을 수 있다. 상기 제 1 포토레지스트 패턴(222a)의 측면들은 상기 마스크 구조체(224)로부터 통과한 상기 자외선(226)의 양을 점진적으로 증가시켜 상기 제 1 경사각(θ1)을 갖는 패턴을 형성할 수 있다. 이를 위해, 그래이 톤(Gray Tone) 마스크가 사용될 수 있다.(도 6 참조)
다른 실시예에 따르면, 일반적인 포토 마스크 구조체를 사용하여 상기 포토레지스트막(222)을 패터닝할 수 있다. 상기 패터닝된 상기 포토레지스트막(222)에 약 100°C 내지 약 120°C 사이의 리플로우(reflow) 공정을 진행하여 제 1 경사각(θ1)을 가진 상기 제 1 포토레지스트 패턴(222a)을 형성할 수 있다.
상기 제 2 포토레지스트 패턴(222b)의 측면들은 실질적으로 상기 기판(100)에 대해 대략 수직인 90도인 제 2 경사각(θ2)을 갖도록 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 일반적인 포토 마스크 구조체를 사용하여 상기 포토레지스트막(222)을 패터닝할 수 있다. 상기 패터닝된 상기 포토레지스트막(222)에 약 100°C 내지 약 120°C 사이의 리플로우(reflow) 공정을 진행하여 제 2 경사각(θ2)을 가진 상기 제 2 포토레지스트 패턴(222b)를 형성할 수 있다.
도 4f를 참조하면, 상기 제 1 포토레지스트 패턴(222a) 및 상기 제 2 포토레지스트 패턴(222b)을 식각 마스크로 사용하여 제 1 다중모드 광도파로(110) 및 제 2 다중모드 광도파로(111)를 형성할 수 있다.
상기 하부 클래드막(112) 및 상기 상부 클래드막(118)이 식각되는 동안, 상기 제 1 포토레지스트 패턴(222a) 및 상기 제 2 포토레지스트 패턴(222b)은 동시에 식각될 수 있다.
상기 하부 클래드막(112) 및 상기 상부 클래드막(118)은 건식 식각 방법으로 식각될 수 있다. 상기 건식 식각 방법은 예를 들면, 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching) 또는 유도결합플라즈마(Inductively Couped Plasma) 식각 일 수 있다.
상기 제 1 포토레지스트 패턴(222a)을 식각 마스크로 사용하여 형성된 상기 제 1 다중모드 광도파로(110)의 측면들은 약 1도 이상 내지 약 90도 미만의 제 3 경사각(θ3)을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 제 1 다중모드 광도파로(110)는 상기 전극배선(102)으로부터 노출된 상기 기판(100) 상면에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 다중모드 광도파로(110)는 상기 기판(100)의 제 1 영역 내에 형성될 수 있다.
상기 제 2 포토레지스트 패턴(222b)을 식각 마스크로 사용하여 형성된 제 2 다중모드 광도파로(111)의 측면들은 실질적으로 상기 기판(100)에 대해 수직인 제 4 경사각(θ4)을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 제 2 다중모드 광도파로(111)는 상기 전극배선(102) 상면에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 2 다중모드 광도파로(111)는 상기 기판(100)의 상기 제 2 영역 상에 형성될 수 있다.
도 4g를 참조하면, 상기 제 1 포토레지스트 패턴(222a) 및 상기 제 2 포토레지스트 패턴(222b)를 제거한다. 상기 제 1 포토레지스트 패턴(222a) 및 상기 제 2 포토레지스트 패턴(222b)는 습식 식각 또는 건식 식각으로 제거될 수 있다.
상기 제 1 다중모드 광도파로(110) 상면에 히터(227)가 형성될 수 있다. 상기 제 1 다중모드 광도파로(110) 측면들 상에 연결배선들(228)이 형성될 수 있다. 상기 연결배선들(228)은 상기 히터(226)와 상기 전극배선(102) 사이를 연결할 수 있다. 상기 전극배선(102) 상면에 패드들(302)을 형성할 수 있다. 상기 패드들(302)은 본딩 와이어들(304)로 연결될 수 있다.
상기 히터(227) 및 상기 연결배선들(228)은 열증착(Thermal Evaporation), 전자선 증착(E-Beam Evaporation) 및 스퍼터링(Sputtering) 증착 방법 중 어느 하나에 의해서 형성될 수 있다.
상기 히터(227) 및 상기 연결배선들(228)은 예를 들어, 구리(Cu), 금(Au), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 구리-망간(Cu/Mn), 구리-알루미늄(Cu-Al), 크롬-금(Cr/Au), 티타늄-백금-금(Ti/Pt/Au) 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
상기 패드들(302)과 상기 본딩 와이어들(304)을 형성하는 와이어 본딩 공정을 상기 전극배선(102) 상면에서 수행한다. 따라서, 상기 제 1 다중모드 광도파로(110) 상에서 본딩 공정을 진행함으로써 발생할 수 있는 광도파로의 물리적 및 열적인 손상을 방지할 수 있다. 또한 폴리머로 이루어진 상기 제 1 다중모드 광도파로(110) 상면에서 와이어 본딩 공정을 진행하는 것보다, 상기 전극배선(102) 상에서의 와이어 본딩 실패를 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법을 나타낸 단면도이다.
도 4c의 설명과 연결하여 도 5를 참조하면, 상기 상부 클래드막(118) 상면에 히터막(229)이 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예 따른 광 스위치 소자의 제조 방법에서 경사면을 갖는 포토레지스트 패턴의 형성 방법을 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 상부 클래드막(118) 상면에 포토레지스트막(222)을 형성하고 상기 포토레지스트막(222) 상부에 마스크 구조체(224)을 배치한다.
상기 마스크 구조체(224)는 마스크 패턴들(224a)을 포함한다. 노광 공정을 진행하기 위해서, 상기 마스크 구조체(224) 상부로 자외선(226)을 조사한다. 이에 따라, 상기 포토레지스트막(222)은 마스크 패턴들(224a) 사이의 공간으로 통과된 상기 자외선(226)에 노출될 수 있다.
상기 포토레지스트막(222)의 상면에서부터 포토레지스트막(222)의 하면으로 내리막 경사를 형성할 수 있는 방향으로 상기 마스크 패턴들(224a) 사이의 간격을 점진적으로 넓힌다. 상기 마스크 패턴들(224a) 사이의 간격이 점점 넓어지면, 상기 마스크 패턴들(224a) 사이의 통과되는 상기 자외선(226)의 양은 점점 많아진다. 이에 따라, 현상 공정 시, 상기 자외선(226)에 노출된 양에 따라 상기 포토레지스트막(222a)의 제거양은 비례할 수 있다. 따라서, 상기 포토레지스트막(222a)은 경사진 면을 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자를 주사전자현미경으로 관찰한 표면사진이다.
도 7를 참조하면, 전극배선(102) 상면에 제 1 다중모드 광도파로(110)가 형성되어 있다. 상기 전극배선(102)는 연결배선들(228)과 연결되어 있으며, 상기 연결배선들(228)은 경사진 면 상에 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치 소자를 광학현미경으로 관찰한 표면사진이다.
도 8을 참조하면, 전극배선(102)과 상기 전극배선 상에 배치되어 있는 히터(227) 사이를 연결배선(228)으로 연결되어 있는 것을 확인할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 기판
102: 전극배선
110: 제 1 다중모드 광도파로
111: 제 2 다중모드 광도파로
116a: 코어
227: 히터
228: 연결배선들
102: 전극배선
110: 제 1 다중모드 광도파로
111: 제 2 다중모드 광도파로
116a: 코어
227: 히터
228: 연결배선들
Claims (14)
- 기판 상에 제 1 영역의 일부분을 노출시키는 전극배선;
상기 전극배선의 상면을 노출시키며, 상기 기판의 상기 제 1 영역의 상기 일부분 상에 배치되는 제 1 다중모드 광도파로;
상기 제 1 다중모드 광도파로 상면에 배치된 히터;
상기 전극배선과 상기 히터를 연결하는 연결배선들; 및
상기 전극배선의 상기 상면 양 끝에 본딩된 와이어를 포함하되,
상기 제 1 다중모드 광도파로는 경사진 측면들을 가지고, 상기 연결배선들은 상기 제 1 다중모드 광도파로의 상기 측면들 상에 배치되는 광 스위치 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판은 실리콘 기판 또는 유리기판인 광 스위치 소자. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 기판과 상기 전극배선 사이에 절연막을 더 포함하는 광 스위치 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 영역으로부터 이격된 제 2 영역의 상기 전극배선의 상기 상면에 배치되는 제 2 다중모드 광도파로를 더 포함하되,
상기 제 2 다중모드 광도파로는 상기 기판의 상면에 대해 수직인 측면들을 갖는 광 스위치 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 다중모드 광도파로는 하부 클래드, 상기 하부 클래드 상면에 배치된 상부 클래드, 및 상기 하부 클래드 및 상기 상부 클래드 사이의 코어를 포함하는 광 스위치 소자. - 제 6 항에 있어서,
상기 코어는 상기 하부 클래드 내에 배치되고, 상기 상부 클래드는 상기 코어 상면을 덮는 광 스위치 소자. - 제 6 항에 있어서,
상기 코어는 상기 하부 클래드 상면에 배치되고, 상기 상부 클래드는 상기 코어를 덮는 광 스위치 소자. - 기판상에 일부분을 노출시키는 전극배선을 형성하는 것;
상기 전극배선이 형성된 상기 기판 상에 하부 클래드막, 코어 및 상부 클래드막을 차례로 형성하는 것;
상기 하부 클래드막 및 상기 상부 클래드막을 패터닝하여, 상기 기판의 상기 일부분 상에 형성되며, 상기 전극배선의 상면을 노출시키는 제 1 다중모드 광도파로를 형성하는 것, 상기 제 1 다중모드 광도파로는 상기 기판 상면에 경사진 측면들을 갖고;
상기 제 1 다중모드 광도파로 상면에 히터를 형성하는 것;
상기 제 1 다중모드 광도파로 측면들 상에 상기 히터와 상기 전극배선을 연결하는 연결배선들을 형성하는 것; 및
상기 전극배선의 상기 상면 상에 와이어 본딩 공정을 진행하여 본딩 와이어들을 형성하는 것을 포함하는 광 스위치 소자 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 다중모드 광도파로를 형성하는 것은,
상기 상부 클래드막 상면에 경사진 측면들을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 것;
상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 하부 클래드막 및 상기 상부 클래드막을 식각하는 것; 및
상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 것을 포함하는 광 스위치 소자 제조방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 것은,
상기 상부 클래드막 상면에 포토레지스트막을 도포하는 것;
상기 포토레지스트막 상에 마스크 패턴들을 포함하는 마스크 구조체를 배치하되,
상기 마스크 패턴들 사이의 간격은 상기 포토레지스트막의 상면에서부터 포토레지스트막의 하면으로 내리막 경사를 가질 수 있는 방향으로 점진적으로 넓혀 상기 마스크 구조체에 통과되는 자외선 양을 증가하여 경사진 측면을 갖는 광 스위치 소자 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 기판은 제 1 영역과 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 1 영역 상에 상기 제1 다중모드 광도파로를 형성하되,
상기 제 2 영역 상의 상기 전극배선 상기 상면에 제 2 다중모드 광도파로를 형성하는 것을 더 포함하는 광 스위치 소자 제조방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 다중모드 광도파로의 측면들은 상기 기판에 대해 수직인 측면들을 갖도록 형성되는 것을 포함하는 광 스위치 소자 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 히터를 형성하는 것은, 상기 상부 클래드막 상면에 히터막을 형성하는 것을 포함하는 광 스위치 소자 제조방법.
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