KR100934541B1 - Serrated grating formation method and diffraction optical device manufacturing method using same - Google Patents

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Abstract

직선형의 톱니 모양을 구현할 수 있는 톱니 모양 격자 형성 방법 및 이를 사용한 회절 광학 소자 제조방법이 개시되어 있다. 회절 광학 소자 제조방법은 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 포토레지스트 패턴을 구비하는 기판에 하기 수학식을 만족하는 각도로 식각빔을 조사하는 단계, 식각빔을 조사하여 포토레지스트 패턴 및 기판을 식각하는 단계, 포토레지스트 패턴 및 기판을 식각하여 표면에 격자를 갖는 금형을 형성하는 단계 및 금형을 사용하여 표면에 격자를 갖는 수지 기판을 성형하는 단계를 포함한다. 따라서, 직선형의 톱니 모양을 구현함으로써 회절격자의 효율이 향상된 톱니 모양 수지 기판을 제조할 수 있다. Disclosed are a method of forming a sawtooth grating which can realize a straight sawtooth shape, and a method of manufacturing a diffractive optical device using the same. A method of manufacturing a diffractive optical device includes forming a photoresist pattern on a substrate, irradiating an etch beam to an substrate having the photoresist pattern at an angle satisfying the following equation, and irradiating the etch beam to the photoresist pattern and the substrate. Etching the photoresist, etching the photoresist pattern and the substrate to form a mold having a lattice on the surface, and forming a resin substrate having a lattice on the surface using the mold. Therefore, the sawtooth resin substrate can be manufactured by improving the efficiency of the diffraction grating by implementing a straight sawtooth shape.

<수학식>Equation

Figure 112008013286934-pat00001
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Description

톱니 모양 격자 형성 방법 및 이를 사용한 회절 광학 소자 제조방법{Method of Fabricating Sawtooth Gratings And Method of Manufacturing Diffractive Optic Elements Using Thereof}Method of Fabricating Sawtooth Gratings And Method of Manufacturing Diffractive Optic Elements Using Thereof}

본 발명은 격자의 형성 방법 및 이를 사용한 회절 광학 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 톱니 모양 격자 형성 방법 및 이를 사용한 회절 광학 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a grating and a method for manufacturing a diffractive optical device using the same, and more particularly, to a method for forming a sawtooth grating and a method for manufacturing a diffractive optical device using the same.

최근 회절광학소자는 표면 요철 격자를 형성하는데 있어 중요한 발판이 되고 있다. 회절광학소자는 스펙트로미터, 빔 스플리터 및 입체이미지 소자등으로 구성되어 있다. In recent years, diffractive optical devices have become important scaffolds for forming surface gratings. The diffractive optical element is composed of a spectrometer, a beam splitter, and a stereoscopic image element.

회절광학소자를 이용하여 회절격자를 분석하기 위해서는 다수의 분석법들이 소개되고 있는데, 회절격자 분석법은 프레넬 회절 접근법(Fresnel diffraction approximation), 프라운호퍼 회절 접근법(Fraunhofer diffraction approximation), 푸리에 변환법(Fourier transformation), 전자기장 해석 방법(Rigorous Coupled Wave Analysis, RCWA), FDTD법(Finite Difference Time Domain), FEM법(Finite Element Method) 또는 포리에 모달법(Fourier modal method)등이 있다. In order to analyze the diffraction grating using the diffraction optical element, a number of analysis methods have been introduced. Rigorous Coupled Wave Analysis (RCWA), Finite Difference Time Domain (FDTD), Finite Element Method (FEM), or Fourier modal method.

이와 같은 분석들 중 프라운호퍼 접근법 및 푸리에 변환법은 스칼라 분석에 적당하며, 전자기장 해석 방법(RCWA)은 벡터분석에 적당하다. Among these analyzes, the Fraunhofer approach and the Fourier transform method are suitable for scalar analysis, and the electromagnetic field analysis method (RCWA) is suitable for vector analysis.

스칼라 분석은 격자가 파장에 비해 클 경우 사용되며, 이와 같은 분석을 통해, 회절 이론 및 격자 모델을 거의 근접한 상태로 확립시킬 수 있다. Scalar analysis is used when the grating is large compared to the wavelength, and through such an analysis, the diffraction theory and the grating model can be established in close proximity.

또한, 벡터 회절 분석법은 격자가 파장과 비슷하거나 작을 경우 사용되며, TE(Transverse Electric)와 TM(Transverse Magnetic) 각각의 입사광에 의해 일어난 편광을 통해 톱니 격자의 회절 특성을 알 수 있다. In addition, the vector diffraction analysis method is used when the grating is similar to or smaller than the wavelength, and the diffraction characteristics of the sawtooth grating can be known through the polarization generated by the incident light of TE (Transverse Electric) and TM (Transverse Magnetic).

이러한 회절 광학 소자의 효율 및 특성은 회절 격자의 프로파일에 의해 결정된다. 그러나, 종래의 톱니 모양 회절 격자의 경우 톱니 모양에 가깝다기 보다는 사인 곡선에 가까워서 적절한 회절 특성을 얻기 어려웠다.The efficiency and characteristics of this diffractive optical element are determined by the profile of the diffraction grating. However, in the case of the conventional sawtooth diffraction grating, it is hard to obtain proper diffraction characteristics because it is closer to the sinusoid rather than the sawtooth shape.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 직선형의 톱니 모양을 구현하기 위한 격자 형성 방법을 제공하는데 있다. A first object of the present invention for solving the above problems is to provide a grid forming method for implementing a straight sawtooth shape.

또한, 본 발명의 제2 목적은 직선형의 톱니 모양의 수지기판을 형성하기 위한 회절 광학 소자 제조방법을 제공하는 것이다. Further, a second object of the present invention is to provide a method for producing a diffractive optical element for forming a straight serrated resin substrate.

상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 격자 형성 방법은 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 구비하는 기판에 하기 수학식을 만족하는 각도로 식각빔을 조사하는 단계 및 상기 식각빔을 조사하여 상기 포토레지스트 패턴 및 상기 기판을 식각하는 단계를 포함하는 격자 형성 방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a lattice forming method according to an aspect of the present invention, the method including forming a photoresist pattern on a substrate, and an angle satisfying the following equation on a substrate having the photoresist pattern. The method of claim 1 provides a lattice forming method including irradiating an etch beam and etching the photoresist pattern and the substrate by irradiating the etch beam.

또한, 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 회절 광학 소자 제조방법은 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 구비하는 기판에 하기 수학식을 만족하는 각도로 식각빔을 조사하는 단계, 상기 식각빔을 조사하여 상기 포토레지스트 패턴 및 상기 기판을 식각하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴 및 상기 기판을 식각하여 표면에 격자를 갖는 금형을 형성하는 단계 및 상기 금형을 사용하여 표면에 격자를 갖는 수지 기판을 성형하는 단계를 포함하는 회절 광학 소자 제조 방법을 제공한다. In addition, the method for manufacturing a diffractive optical device according to an aspect of the present invention for achieving the second object of the present invention is to form a photoresist pattern on a substrate, the following equation on the substrate having the photoresist pattern Irradiating an etch beam at an angle to etch, etching the photoresist pattern and the substrate by irradiating the etch beam, etching the photoresist pattern and the substrate to form a mold having a lattice on a surface thereof, and It provides a method for producing a diffractive optical element comprising molding a resin substrate having a grating on the surface using a mold.

<수학식>Equation

Figure 112008013286934-pat00002
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상기 수학식에서, θ는 기판의 법선과 식각빔이 이루는 각, P는 회절격자의 주기, F는 하나의 주기에서 포토레지스트가 차지하는 비율, h는 포토레지스트의 높이를 나타낸다.In the above equation,? Denotes an angle formed by the normal of the substrate and the etching beam, P denotes the period of the diffraction grating, F denotes the ratio of the photoresist in one period, and h denotes the height of the photoresist.

본 발명에 따르면, 기판과 포토레지스트에 대해 1:1의 식각 선택비를 만족시키는 식각빔을 사용하고, 회절격자의 주기, 격자의 높이, 포토레지스트의 높이 및 기판의 법선과 식각빔이 이루는 각을 만족하는 수학식을 확립시킴으로써 직선형의 톱니 격자를 형성할 수 있다.According to the present invention, an etching beam that satisfies an etching selectivity ratio of 1: 1 with respect to the substrate and the photoresist is used, and the period of the diffraction grating, the height of the grating, the height of the photoresist, and the angle between the normal and the etching beam of the substrate are made. By establishing the equation that satisfies the equation, a linear sawtooth grating can be formed.

직선형의 톱니 격자 금형을 이용하여 수지 기판을 성형하고, 이를 회절 광학 소자에 사용함으로써 회절격자의 효율을 향상시킬 수 있다. The resin substrate is molded using a linear sawtooth lattice mold and used for the diffractive optical element, thereby improving the efficiency of the diffraction grating.

이하의 실시예에는 단지 예시를 위한 목적을 갖는 것으로서, 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아님을 유의하여야 한다.It should be noted that the following examples are merely for illustrative purposes and do not limit the scope of the present invention.

도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 격자 형성 방법 및 이를 사용한 금형 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a lattice forming method and a mold manufacturing method using the same according to an embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 기판(110)을 제공한다. 상기 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있다.Referring to FIG. 1A, a substrate 110 is provided. The substrate 110 may be a silicon substrate.

도 1b를 참조하면, 기판(110) 상에 약 1000 nm의 포토레지스트(120)를 형성한다. 포토레지스트(120)의 형성은 스핀코팅기를 이용할 수 있으며, 한 번에 많은 양을 증착하면, 불균일한 코팅층이 형성되기 때문에 두 번에 나눠서 형성함이 바람직하다. Referring to FIG. 1B, a photoresist 120 of about 1000 nm is formed on the substrate 110. The photoresist 120 may be formed using a spin coater, and if a large amount is deposited at one time, it is preferable to form the film in two portions because an uneven coating layer is formed.

먼저, 제1 포토레지스트층(122)을 상기 기판(110)위에 코팅한다. 상기 제1 포토레지스트(122)은 2000 rpm의 속도로 수행하여 450 nm 내지 500 nm의 두께로 코팅할 수 있다. First, a first photoresist layer 122 is coated on the substrate 110. The first photoresist 122 may be coated at a thickness of 450 nm to 500 nm by performing at a speed of 2000 rpm.

그런후, 상기 제1 포토레지스트층(122) 상에 접착층(124)을 형성한다. 상기 접착층(124)은 상기 제1 포토레지스트층(122) 상에 제2 포토레지스트층(126)이 형성되었을 때 분리되는 현상을 방지하기 위해 형성되며, 3000 rpm의 속도로 30초간 스핀코팅기를 이용하여 도포할 수 있다. 상기 접착층(124)은 에폭시층일 수 있다. Thereafter, an adhesive layer 124 is formed on the first photoresist layer 122. The adhesive layer 124 is formed to prevent separation when the second photoresist layer 126 is formed on the first photoresist layer 122, and the spin coater is used for 30 seconds at a speed of 3000 rpm. Can be applied. The adhesive layer 124 may be an epoxy layer.

상기 접착층(124) 상에 2000 rpm 속도로 60초간 제2 포토레지스트층(126)을 도포하고, 이를 150℃ 내지 180℃의 온도에서 1분 내지 3분간 베이킹한다. 여기서, 베이킹 처리한 후의 포토레지스트(120)의 두께는 약 1000 nm이며, 표면단자 측정기(Tencor, Co.)를 이용하여 두께를 측정할 수 있다. The second photoresist layer 126 is applied on the adhesive layer 124 at 2000 rpm for 60 seconds and baked at a temperature of 150 ° C. to 180 ° C. for 1 minute to 3 minutes. Here, the thickness of the photoresist 120 after the baking process is about 1000 nm, the thickness can be measured using a surface terminal measuring device (Tencor, Co.).

도 1c를 참조하면, 상기 베이킹 처리한 실리콘 기판(110) 상에 E-Beam을 조사하여 약 5분 동안 패터닝을 수행한다. 이때 가속전압 및 빔전류는 각각 30 KV 및 10 pA로 하고, 방사선량은 56.0μC/cm2로 함이 바람직하다.Referring to FIG. 1C, patterning is performed for about 5 minutes by irradiating E-Beam on the baked silicon substrate 110. At this time, the acceleration voltage and the beam current are preferably 30 KV and 10 pA, respectively, and the radiation dose is preferably 56.0 μC / cm 2 .

이어서, 20℃ 내지 25℃ 온도의 물에 10초 내지 30초간 MIBK(rinse-filled beaker)하여 세척하고, 100℃ 내지 120℃의 온도에서 3분간 베이킹 처리한다. 상술한 바와 같이 도 1a 내지 도 1c의 단계를 수행하면, 기판(110) 위에 포토레지스트 패턴 (128)의 주기를 2.0 ㎛로 형성시킬 수 있다. Subsequently, MIBK (rinse-filled beaker) is washed with water at a temperature of 20 ° C to 25 ° C for 10 to 30 seconds, and baked for 3 minutes at a temperature of 100 ° C to 120 ° C. As described above, when the steps of FIGS. 1A to 1C are performed, a period of the photoresist pattern 128 may be formed on the substrate 110 to 2.0 μm.

도 1d를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(128)이 형성된 기판(110)을 하기 수학식을 만족시키는 각도(θ)로 기울인다. Referring to FIG. 1D, the substrate 110 on which the photoresist pattern 128 is formed is tilted at an angle θ that satisfies the following equation.

<수학식>Equation

Figure 112008013286934-pat00003
Figure 112008013286934-pat00003

상기 수학식에서, θ는 기판의 법선과 식각빔이 이루는 각, P는 회절격자의 주기, F는 하나의 주기에서 포토레지스트가 차지하는 비율, h는 포토레지스트의 높이를 나타낸다.In the above equation,? Denotes an angle formed by the normal of the substrate and the etching beam, P denotes the period of the diffraction grating, F denotes the ratio of the photoresist in one period, and h denotes the height of the photoresist.

도 1e를 참조하면, 기울어진 기판(110) 및 포토레지스트 패턴(128) 상에 식각빔을 조사한다. Referring to FIG. 1E, an etch beam is irradiated onto the inclined substrate 110 and the photoresist pattern 128.

식각을 수행하는 동안의 챔버 내부의 온도는 상온과 비교하였을 때 6~7℃ 정도 높아야 하므로, 챔버 내부의 온도를 6℃ 내지 7℃ 상승시킨다. Since the temperature inside the chamber during the etching should be about 6 to 7 ℃ higher than the room temperature, the temperature inside the chamber is raised to 6 ℃ to 7 ℃.

또한, 식각이 30분 이상 수행되면, 챔버 내부의 온도가 상승되어 식각시간에 따른 식각비가 변할 수 있기 때문에 식각시간은 한번에 30분 이상 초과하지 않는 것이 바람직하다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예와 같이 식각을 50분간 수행하고자 할 경우, 30분 에칭한 후 챔버 안의 온도를 상온까지 저하시키고 다시 20분간 에칭을 수행해야 최적화된 에칭 효율을 갖을 수 있다. In addition, when the etching is performed for 30 minutes or more, the etching time may not exceed 30 minutes at a time because the temperature inside the chamber may be increased to change the etching ratio according to the etching time. For example, when the etching is to be performed for 50 minutes as in one embodiment of the present invention, after etching for 30 minutes, the temperature in the chamber is lowered to room temperature and the etching is performed for 20 minutes again to have an optimized etching efficiency.

상기 기판(110) 및 포토레지스트 패턴(128) 상에 조사되는 식각빔은 기판(110)을 θ의 각도로 회전하는 경우 수직으로 입사될 수 있다. θ의 각도로 회전된 기판(110)의 표면에 대한 법선과 상기 식각빔 사이의 각은 상기 수학식을 만족할 수 있다. The etch beam irradiated on the substrate 110 and the photoresist pattern 128 may be incident vertically when the substrate 110 is rotated at an angle of θ. An angle between the normal to the surface of the substrate 110 rotated at an angle of θ and the etching beam may satisfy the above equation.

그러나, 본 발명의 일 실시예와 같이 기판(110)을 상기 θ의 각도로 기울이는 것 외에도 기판(110)을 회전하지 않고, 기판(110)의 수직으로부터 θ의 각도로 기울여 식각빔을 조사함으로서 상기 수학식을 만족시킬 수도 있다. However, in addition to tilting the substrate 110 at the angle of θ as in an embodiment of the present invention, the substrate 110 is not rotated, but is inclined at an angle of θ from the vertical of the substrate 110 to irradiate the etching beam. You can also satisfy the equation.

상기 식각빔은 직진성을 가질 수 있으며, 상기 기판(110)과 상기 포토레지스트(120)에 대해 1:1의 식각 선택비를 가질 수 있다. 이를 만족하는 식각빔은 고속원자빔(Fast Atom Beam)일 수 있다.The etching beam may have a straightness and may have an etch selectivity of 1: 1 with respect to the substrate 110 and the photoresist 120. The etching beam satisfying this may be a fast atom beam.

이러한 고속원자빔을 사용하여 식각을 수행하는 경우, 상기 고속원자빔의 진 행방향에서 상기 포토레지스트 패턴(128)의 식각 깊이와 상기 기판(110)의 식각 깊이의 합은 항상 일정할 수 있다. 따라서, 상기 기판(110) 표면에 형성되는 격자의 프로파일은 끊어지지 않고 연속적일 수 있으며, 곡선이 아닌 꺽인 직선의 형태를 가질 수 있다. 그 결과, 거의 완전한 톱니형 격자를 형성할 수 있다.When etching is performed using the high speed atomic beam, the sum of the etching depth of the photoresist pattern 128 and the etching depth of the substrate 110 may be always constant in the advancing direction of the high speed atomic beam. Accordingly, the profile of the grating formed on the surface of the substrate 110 may be continuous without breaking, and may have a shape of a straight line rather than a curved line. As a result, an almost complete serrated grating can be formed.

이와 같이 직선형의 톱니형 격자를 형성하면, 기존의 곡선형 격자에 비해 회절격자 효율이 향상될 수 있다. 예컨대, 곡선형 회절격자의 최대 효율이 33.8%일 경우, 톱니형 회절격자의 최대 효율은 거의 100%에 근접하다. As such, when the linear sawtooth grating is formed, the diffraction grating efficiency may be improved as compared with the conventional curved grating. For example, when the maximum efficiency of the curved diffraction grating is 33.8%, the maximum efficiency of the sawtooth diffraction grating is near 100%.

도 1f를 참조하면, 상기 식각된 기판(110) 상의 잔존하는 포토레지스트(128)를 제거한다. 상기 포토레지스트의 제거는 H2SO4와 H2O2를 2:1로 혼합한 용액을 사용하여 수행할 수 있다. 그 결과, 기판(110) 표면에 톱니 형상의 격자가 형성된 금형(140)을 얻을 수 있다.Referring to FIG. 1F, the remaining photoresist 128 on the etched substrate 110 is removed. Removal of the photoresist may be performed using a solution in which H 2 SO 4 and H 2 O 2 are mixed 2: 1. As a result, it is possible to obtain a mold 140 having a sawtooth lattice formed on the surface of the substrate 110.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 회절 광학 소자의 제조방법을 나타낸다. 2A and 2B show a method of manufacturing a diffractive optical element according to an embodiment of the present invention.

도 2a을 참조하면, 도 2a 내지 2f를 참조하여 설명한 방법을 사용하여 제조된 금형(140) 상에 수지(150)를 적절한 두께로 공급한다. 상기 수지(150)는 PMMA(poly-methyl methacrylate)일 수 있다.Referring to FIG. 2A, a resin 150 is supplied in an appropriate thickness onto a mold 140 manufactured using the method described with reference to FIGS. 2A through 2F. The resin 150 may be polymethyl methacrylate (PMMA).

도 2b를 참조하면, 상기 금형(140)을 하부 플레이트(164) 상에 위치시키고, 상기 공급된 수지(150) 상에 상부 플레이트(162)를 위치시킨 후, 상기 상부 플레이트(162) 및/또는 상기 하부 플레이트(164)에 열 및 압력을 가하여 상기 수지(150) 를 성형함으로서 수지 기판(155)을 형성한다. Referring to FIG. 2B, after placing the mold 140 on the lower plate 164 and placing the upper plate 162 on the supplied resin 150, the upper plate 162 and / or The resin substrate 155 is formed by molding the resin 150 by applying heat and pressure to the lower plate 164.

도 2c를 참조하면, 상기 상부 플레이트(162)를 제거하고, 상기 수지 기판(155)을 상기 금형(140)으로부터 분리한다. 상기 수지 기판(155)은 상기 금형(140)의 표면에 형성된 격자 패턴에 대응하는 격자 패턴을 구비한다. 상기 격자 패턴을 표면에 구비하는 수지 기판(155)은 회절 광학 소자로 사용될 수 있다.Referring to FIG. 2C, the upper plate 162 is removed, and the resin substrate 155 is separated from the mold 140. The resin substrate 155 includes a lattice pattern corresponding to the lattice pattern formed on the surface of the mold 140. The resin substrate 155 having the grating pattern on its surface can be used as a diffractive optical element.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에칭 시간에 따라 형성된 격자의 이미지를 나타낸다. 3 illustrates an image of a grating formed according to an etching time according to an embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 기판(110) 및 포토레지스트 패턴(128)에 각각 50분 내지 60분간 식각빔을 조사할 경우, 기판(110) 및 포토레지스트 패턴(128)이 식각될 만한 충분한 시간이 주어지지 않아 톱니형의 격자가 형성되지 않은 것을 알 수 있다.3A to 3B, when the etching beam is irradiated to the substrate 110 and the photoresist pattern 128 for 50 to 60 minutes, respectively, the substrate 110 and the photoresist pattern 128 may be sufficiently etched. Since no time is given, it can be seen that no sawtooth lattice is formed.

도 3c를 참조하면, 기판(110) 및 포토레지스트 패턴(128)에 70분간 식각빔을 조사할 경우 직선형에 가까운 톱니 격자를 얻을 수 있다. Referring to FIG. 3C, when the etching beam is irradiated to the substrate 110 and the photoresist pattern 128 for 70 minutes, a sawtooth grating close to a straight line may be obtained.

도 3d를 참조하면, 기판(110) 및 포토레지스트 패턴(128)에 80분간 식각빔을 조사할 경우 기판(110) 및 포토레지스트 패턴(128)이 과식각되어 톱니형의 격자를 형성하지 못하고, 파괴가 일어나는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 3D, when the etching beam is irradiated to the substrate 110 and the photoresist pattern 128 for 80 minutes, the substrate 110 and the photoresist pattern 128 may be overetched to form a sawtooth grating. It can be seen that destruction occurs.

따라서, 기판(110) 및 포토레지스트 패턴(128)에 조사되는 식각빔의 시간은 70분으로 수행됨이 바람직하다. Therefore, the time of the etching beam irradiated to the substrate 110 and the photoresist pattern 128 is preferably performed to 70 minutes.

도 4a는 본 발명에 따른 톱니형 격자의 크기를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 도 4a의 A-B 단면을 나타내는 그래프이다. Figure 4a is a graph showing the size of the sawtooth grating according to the present invention, Figure 4b is a graph showing the A-B cross section of Figure 4a.

도 4a를 참조하면, 식각빔을 조사하여 형성된 격자의 깊이를 측정해본 결과 약 0.84 ㎛ 정도인 것을 알 수 있으며, 회절격자의 주기가 약 2 ㎛로 형성된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4A, as a result of measuring the depth of the grating formed by irradiating the etch beam, it can be seen that it is about 0.84 μm, and the period of the diffraction grating is about 2 μm.

도 4b를 참조하면, 회절격자가 직선형에 가까운 톱니 격자로 형성된 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 4B, it can be seen that the diffraction grating is formed of a sawtooth grating close to a straight line.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 격자 깊이에 따른 회절 효율을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing diffraction efficiency according to grating depth according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 벡터 분석에 따라 격자 깊이와 회절 효율과의 관계를 알 수 있다. TE 필드에서 1번째 회절 차수(diffraction order)의 최대 회절 효율은 격자 깊이가 0.83 nm일 경우 69.8%로 났으며, TM 필드에서 1번째 회절 차수의 최대 효율은 격자 깊이가 0.84 nm일 경우 73%가 나타났다.Referring to FIG. 5, the relationship between grating depth and diffraction efficiency may be known according to vector analysis. The maximum diffraction efficiency of the first diffraction order in the TE field is 69.8% when the grating depth is 0.83 nm, and the maximum efficiency of the first diffraction order in the TM field is 73% when the grating depth is 0.84 nm. appear.

상기 결과로부터 톱니 격자의 주기(P)를 2.0 ㎛로 형성하기 위해서는 회절격자의 높이(h)를 0.84 ㎛로 하고, 한 주기에서 포토레지스트가 차지하는 비율(F)을 0.5로 하는 것이 바람직하다.From the above results, in order to form the period P of the toothed grating at 2.0 mu m, it is preferable that the height h of the diffraction grating is 0.84 mu m, and the ratio F of the photoresist in one cycle is 0.5.

또한, 이와 같은 수를 상기 수학식에 대입하면, 기판(110)의 표면에 대한 법선과 상기 식각빔 사의의 각을 나타내는 기판의 법선과 식각빔이 이루는 각(θ)은 약 50°임을 알 수 있다.In addition, when the number is substituted into the above equation, the angle between the normal and the etch beam of the substrate representing the angle between the normal to the surface of the substrate 110 and the etch beam yarn is about 50 °. have.

따라서, 이와 같은 수학식을 이용하고, 직진성이 우수한 식각빔을 이용하면, 직선형의 톱니 격자를 형성할 수 있다. 또한, 이와 같이 얻어진 톱니 격자의 금형(140)을 바탕으로 성형된 수지 기판(155)은 회절 광학 소자에 사용될 수 있다. Therefore, by using such an equation and using an etch beam having excellent straightness, a straight sawtooth grating can be formed. In addition, the resin substrate 155 molded based on the mold 140 of the sawtooth lattice thus obtained can be used for the diffractive optical element.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 격자 형성 방법 및 이를 사용한 금형 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a lattice forming method and a mold manufacturing method using the same according to an embodiment of the present invention.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 회절 광학 소자의 제조방법을 나타낸다.2A and 2B show a method of manufacturing a diffractive optical element according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에칭 시간에 따라 형성된 격자의 이미지를 나타낸다.3 illustrates an image of a grating formed according to an etching time according to an embodiment of the present invention.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 톱니형 격자의 크기를 나타내는 그래프이다. Figure 4a is a graph showing the size of the sawtooth grating in accordance with an embodiment of the present invention.

도 4b는 도 4a의 A-B 단면을 나타내는 그래프이다. 4B is a graph showing a cross section taken along the line A-B in FIG. 4A.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 격자 깊이에 따른 회절 효율을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing diffraction efficiency according to grating depth according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

110: 기판 120: 포토레지스트110: substrate 120: photoresist

122: 제1 포토레지스트 124: 접착층122: first photoresist 124: adhesive layer

126: 제2 포토레지스트 128: 패터닝된 포토레지스트126: second photoresist 128: patterned photoresist

140: 금형 150: 수지140: mold 150: resin

155: 수지기판 162: 상부플레이트155: resin substrate 162: upper plate

164: 하부플레이트164: lower plate

Claims (8)

기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern on the substrate; 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 기판을 하기 수학식을 만족시키는 각도로 기울이는 단계; 및Tilting the substrate on which the photoresist pattern is formed at an angle satisfying the following equation; And 상기 기판 및 상기 포토레지스트 패턴 상에 고속원자빔을 조사하여 격자를 형성하는 단계를 포함하는 격자 형성 방법:Forming a grating by irradiating a high-speed atomic beam on the substrate and the photoresist pattern: <수학식>Equation
Figure 112009046030646-pat00019
Figure 112009046030646-pat00019
 상기 수학식에서, θ는 기판의 법선과 식각빔이 이루는 각, P는 회절격자의 주기, F는 하나의 주기에서 포토레지스트가 차지하는 비율, h는 포토레지스트의 높이를 나타낸다.In the above equation,? Denotes an angle formed by the normal of the substrate and the etching beam, P denotes the period of the diffraction grating, F denotes the ratio of the photoresist in one period, and h denotes the height of the photoresist. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고속원자빔은 직진성을 갖는 것을 특징으로 하는 격자 형성 방법.And the high-speed atomic beam has a linearity. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 고속원자빔은 상기 기판과 상기 포토레지스트 패턴에 대해 1:1의 식각 선택비를 갖는 것을 특징으로 하는 격자 형성 방법.And the fast atom beam has an etch selectivity of 1: 1 with respect to the substrate and the photoresist pattern. 삭제delete 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern on the substrate; 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 기판을 하기 수학식을 만족시키는 각도로 기울이는 단계;Tilting the substrate on which the photoresist pattern is formed at an angle satisfying the following equation; 상기 기판 및 상기 포토레지스트 패턴 상에 고속원자빔을 조사하여 톱니모양의 격자로 구성된 금형을 형성하는 단계; 및Irradiating a high-speed atomic beam on the substrate and the photoresist pattern to form a mold including a sawtooth grating; And 상기 금형을 사용하여 표면에 톱니모양의 격자를 갖는 수지 기판을 성형하는 단계를 포함하는 회절 광학 소자 제조 방법:Forming a resin substrate having a sawtooth grating on a surface using the mold; <수학식>Equation
Figure 112009046030646-pat00020
Figure 112009046030646-pat00020
 상기 수학식에서, θ는 기판의 법선과 식각빔이 이루는 각, P는 회절격자의 주기, F는 하나의 주기에서 포토레지스트가 차지하는 비율, h는 포토레지스트의 높이를 나타낸다.In the above equation,? Denotes an angle formed by the normal of the substrate and the etching beam, P denotes the period of the diffraction grating, F denotes the ratio of the photoresist in one period, and h denotes the height of the photoresist. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 수지 기판은 PMMA(poly-methyl methacrylate) 기판인 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자 제조 방법. The resin substrate is a method for producing a diffractive optical element, characterized in that the polymethyl methacrylate (PMMA) substrate. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는 상기 기판 상에 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계;The forming of the photoresist pattern may include forming a first photoresist layer on the substrate; 상기 제1 포토레지스트층 상에 접착층을 형성하는 단계; Forming an adhesive layer on the first photoresist layer; 상기 접착층 상에 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계; 및Forming a second photoresist layer on the adhesive layer; And 상기 제2 포토레지스트층, 상기 접착층 및 상기 제1 포토레지스트층을 차례로 패터닝하는 단계를 포함하는 격자 형성 방법. Patterning the second photoresist layer, the adhesive layer, and the first photoresist layer in sequence. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는 상기 기판 상에 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계;The forming of the photoresist pattern may include forming a first photoresist layer on the substrate; 상기 제1 포토레지스트층 상에 접착층을 형성하는 단계; Forming an adhesive layer on the first photoresist layer; 상기 접착층 상에 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계; 및Forming a second photoresist layer on the adhesive layer; And 상기 제2 포토레지스트층, 상기 접착층 및 상기 제1 포토레지스트층을 차례로 패터닝하는 단계를 포함하는 회절 광학 소자 제조 방법. And patterning the second photoresist layer, the adhesive layer, and the first photoresist layer in sequence.
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