포토리소그래피를 통한 광통신용 실리콘 렌즈 제작 및 특성 연구
Research on Fabrication of Silicon Lens for Optical Communication by Photolithography Process
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초록
광결합 효율(Fiber coupling efficiency)을 개선하기 위해서는 Laser diode에서 넓은 각도로 방출된 빛을 광섬유의 중심(Core) 부분으로 모아주는 집광렌즈(Collimating lens)가 필수적이다. 현재 사용되는 집광렌즈는 형틀(Mold)을이용한 글래스 몰드(Glass mold) 공법이 널리 사용되고 있다. 이 방식은 생산단가가 저렴하지만, 정교한 성형이 어렵고구면수차와 같은 품질문제가 있다. 본 연구는 기존의 글래스 몰드 공법을 반도체 공정으로 대체함으로써 표면 가공의 정밀도를 높이고, 렌즈의 재질 또한 반도체 공정에 적합한 실리콘으로 변경하였다. 반도체공정은 PR을 이용한 포토리소그래피(Photolithography) 공정과 플라즈마를 이용한 건식 식각(Dry etching) 공정으로 구성된다. 광결합 효율은 실리콘 렌즈의 광학적 특성을 평가하기 위해 초정밀 정렬 시스템을 사용하여 측정되었다. 그 결과, 렌즈 직경 220 μm 일 때의 최대 광결합 효율은 50%로 측정되었고, 렌즈 직경 210-240 μm 범위에서는 최고 광결합 효율 대비 5% 이하의 광결합 특성저하를 보여줌을 확인하였다.
Abstract
In order to improve the coupling efficiency, a collimator lens that collects the light emitted from the laser diode at a wide angle to the core of the optical fiber is essential. Glass mold method using a mold is widely used as a collimator lens currently used. Although this method is inexpensive to produce, it is difficult to form precisely and quality problems such as spherical aberration. In this study, the precision of surface processing was improved by replacing the existing glass mold method with the semiconductor process, and the material of the lens was changed to silicon suitable for the semiconductor process. The semiconductor process consists of a photolithography process using PR and a dry etching process using plasma. The optical coupling efficiency was measured using an ultra-precision alignment system for the evaluation of the optical characteristics of the silicon lens. As a result, the optical coupling efficiency was 50% when the lens diameter was 220 μm, and the optical coupling property was 5% or less with respect to the maximum optical coupling efficiency in the lens diameter range of 210-240 μm.
참고문헌 (20)
- J. J. Lee, "Market and Technology Trends in 100Gb", s Optical Transceiver, 2015, pp.30, 65~
- 김동민, "렌즈 일체형 광도파로를 이용한 고효율 수동 광 PCB 접속 구조 설계", 마이크로전자 및 패키징학회지, 19(2), pp.47~53 (2012), 한국마이크로전자및패키징학회[DOI]
- J. Minowa, "Optical Componentry Utilized in Field Trial of Single-Mode Fiber Long-Haul Transmission", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 30, pp.551~ (1982)[DOI]
- L. G. Cohen, "Microlenses for Coupling Junction Lasers to Optical Fibers", Appl. Opt., 13, pp.89~ (1974)[DOI]
- E. Weidel, "Light Coupling from a Junction Laser into a Monomode Fibre e with a Glass Cylindrical Lens on the Fibre End", Opt. Commun., 12, pp.93~ (1974)[DOI]
- H. Kuwahara, "Efficient Coupling from Semiconductor Lasers into Single-Mode Fibers with Tapered Hemispherical Ends", Appl. Opt., 19, pp.2578~ (1980)[DOI]
- J. Sakai, "Design of a Miniature Lens for Semiconductor Laser to Single-Mode Fiber Coupling", IEEE J. Quantum Electron, QE-16, pp.1059~ (1980)
- J. Yamada, "Characteristics of a Hemispherical Microlens for Coupling Between a Semiconductor Laser and Single-Mode Fiber", IEEE J. Quantum Electron, QE-16, pp.1067~ (1980)
- H. Sakaguchi, "High Efficiency Coupling from Laser Diodes into Single-Mode Fibers with Quadrangular Pyramid-Shaped Hemielliptical Ends;paper TUL1", Optical Society of America (1981)
- G. Eisenstein, "Chemically Etched Conical Microlensesfor Coupling Single-Mode Lasers into Single-Mode Fibers", Appl. Opt., 21, pp.3470~ (1982)[DOI]
- G. D. Khoe, "Efficient Couplingof Laser Diodes to Tapered Monomode Fibers with High Index End", Electron. Lett., 19, pp.205~ (1983)[DOI]
- S.K. Kim, "Optical coupling coefficients and packaging of optical transmitter module for optical subscriber", Opt. Soc., 11, pp.179~ (2000)
- M. Saruwatari, "Semiconductor laser to single-mode fiber coupler", Appl. Opt., 18, pp.1847~ (1979)[DOI]
- S. B. Kang, "Analysis of the performance of the aspheric lens collimator", J-Kics, 2006, pp.725~ (2006)
- S. Yin, "Review of small aspheric glass lens molding technologies", Front. Mech. Eng., 12, pp.66~ (2017)[DOI]
- 황인엽, "실리콘 프레넬 렌즈 기반 트랜스미터 광모듈의 광정렬 설계 및 특성 향상 연구", 대한금속·재료학회지, 55(11), pp.813~818 (2017), 대한금속·재료학회[DOI]
- M. Quirk, "Semiconductor manufacturing technology" (2001), Prentice hall
- F. T. O'Neill, "Photoresist reflow method of microlens production Part I: Background and experiments", Optik, 113(9), pp.391~ (2002)[DOI]
- 김신형, "Photoresist thermal reflow 방법을 이용하여 제작한 마이크로렌즈 어레이의 형상 관련 오차 및 이에 대한 보정", 마이크로전자 및 패키징학회지, 20(2), pp.23~28 (2013), 한국마이크로전자및패키징학회[DOI]
- 권경일, "Aspherical Lens Design by Using a Numerical Analysis", Journal of the Korean Physical Society, 51(I), pp.93~103 (2007), 한국물리학회