KR101515600B1 - 회절광학소자 제조 방법 - Google Patents

Abstract

회절광학소자 제조 방법이 형성되며, 기판 위에 식각 방지막을 형성하는 단계, 상기 식각 방지막 위에 식각막을 형성하는 단계, 소정의 식각 공정을 통해 상기 식각 방지막 위에 일정한 깊이의 패턴을 갖는 상기 식각막을 포함하는 금형을 형성하는 단계, 그리고 상기 금형 위에 성형 재료를 도포하고, 상기 성형 재료의 성형이 완료되면 상기 금형으로부터 분리하여 회절광학소자를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

회절광학소자 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING DIFFRACTIVE OPTICAL ELEMENT}

본 발명은 3차원 형상 정보를 측정하기 위한 구조광 패턴 기반의 3차원 형상 측정 시스템에 관한 것으로, 회절광학소자 제조 방법에 관한 것이다.

종래 3차원 형상을 측정하기 위한 구조광 패턴 형성 방법은 LCD(liquid crystal display) 또는 DLP(digital light processing) 소자를 이용한 빔 프로젝터를 통해 측정 대상물에 패턴을 조사한 후 카메라를 이용하여 대상물의 구조광 패턴 변화를 측정함으로써 3차원 형상을 측정하였다. 그러나, 상기 LCD 또는 DLP 소자를 이용한 빔 프로젝터는 LCD 또는 DLP 소자와 이들을 구동하기 위한 제어기, 광원을 생성하기 위한 조명 광학계, LCD 또는 DLP 소자에서 만들어진 구조광 패턴을 대상물에 프로젝션하기 위한 프로젝션 광학계 등을 포함하는 복잡한 구조로 인해 소형화하기 어렵고 제조비용이 상승한다는 문제점이 있다. 최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 회절광학소자(DOE,diffractive optical element)를 이용하는 광학계 개발이 활발히 이루어지고 있다.

도 1은 종래 회절광학소자 성형을 위한 금형 제조 방법을 나타낸다.

먼저, 기판을 준비하고(S11), 상기 기판의 상부에 식각 마스크를 형성한 후 반응성 이온 식각 공정(RIE, reactive ion etching)을 수행하여(S12), 회절광학소자 성형을 위한 금형을 제조한다(S13). 그러나, 상기 반응성 이온 식각 공정을 통해 상기 기판을 직접 식각하는 경우 식각을 위해 노출된 면적 차이에 따라 식각률이 서로 다르게 나타나며 그 결과 S13 단계와 같이 금형 내의 패턴의 깊이가 균일하지 못하다는 문제점이 있다.

본 발명의 일 실시예가 해결하려는 과제는 투명 플라스틱 재료를 포함하며 패턴의 깊이가 일정한 회절광학소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 기판 위에 식각 방지막을 형성하는 단계, 상기 식각 방지막 위에 식각막을 형성하는 단계, 식각 공정을 통해 상기 식각 방지막 위에 일정한 깊이의 패턴을 갖는 상기 식각막을 포함하는 금형을 형성하는 단계, 그리고 상기 금형 위에 성형 재료를 도포하고, 상기 성형 재료의 성형이 완료되면 상기 금형으로부터 분리하여 회절광학소자를 형성하는 단계를 포함하는 회절광학소자 제조 방법을 일 실시예로 제안한다.

여기서, 상기 회절광학소자 형성 단계는 상기 회절광학소자 위에 레이저 반사 방지막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 회절광학소자 형성 단계는 상기 금형 위에 이형 재료를 도포하는 단계와, 상기 이형 재료 위에 성형 재료를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 기판은 실리콘, 유리, 또는 석영 중 적어도 하나 이상일 수 있다.

또한, 상기 식각 방지막은 상기 식각막보다 식각률이 작은 물질을 포함할 수 있다.

또한, 상기 식각 방지막은 금속을 포함할 수 있다.

또한, 상기 식각막은 폴리 실리콘(polysilicon), 비정질 실리콘(amorphous silicon), 실리콘 산화막(silicon dioxide film), 또는 폴리머(polymer) 중 적어도 하나 이상일 수 있다.

또한, 상기 성형 재료는 투명 플라스틱일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면 플라스틱 소재의 회절광학소자를 제조함으로써 구조광 패턴 프로젝션 모듈의 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 일정한 깊이의 패턴을 포함하는 회절광학소자를 제조함으로써 회절 효율을 높이고 구조광 패턴 프로젝션 모듈을 소형화할 수 있다.

도 1은 종래 회절광학소자 성형을 위한 금형 제조 방법을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회절광학소자의 패턴을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회절광학소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회절광학소자 성형을 위한 금형 제조 방법을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회절광학소자 성형 방법을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 회절광학소자 성형 방법을 나타낸다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 설명과 관계없는 부분은 생략하며 명세서 전체를 통하여 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회절광학소자의 패턴을 나타낸다.

도 2는 3차원 형상 측정에 사용되는 구조광 패턴을 형성하기 위한 회절광학소자의 패턴으로, 상기 패턴은 일반적으로 IFTA(반복 푸리에 변환 알고리즘, iterative fuorier transform algorithm)을 통해 설계한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회절광학소자의 단면도이다.

도 3은 도 2의 회절광학소자의 단면 형상을 나타낸 것으로, 투과형 회절광학소자로 사용하기 위한 상기 패턴의 깊이(D)는 아래의 식과 같이 나타낸다.

여기서, λ는 회절광학소자에 입사되는 레이저 광원의 파장이며,

는 공기 굴절률이고,

는 회절광학소자 투명기판의 굴절률이다.

이때, 상기 패턴의 깊이(D)는 회절광학소자의 회절 변환 효율에 영향을 미치기 때문에 회절광학소자 제조시 패턴의 깊이가 균일하게 제조되어야 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회절광학소자 성형을 위한 금형 제조 방법을 나타낸다.

먼저, 기판(11) 위에 식각 방지막(12)과 식각막(13)을 형성한다(S21).

기판(11)은 실리콘, 유리, 또는 석영 중 적어도 하나 이상을 포함한다.

식각 방지막(12)는 식각막(13)보다 식각률이 작은 물질을 포함한다. 구체적으로, 실리콘 산화막(silicon dioxide film) 또는 크롬(chromium), 니켈(nickel), 또는 알루미늄(aluminium) 등의 금속을 포함할 수 있다.

식각막(13)은 구현하고자 하는 패턴의 깊이(D)와 동일한 두께를 포함하며, 식각 방지막(12)보다 식각률이 큰 물질을 포함한다. 예를 들어, 폴리 실리콘(polysilicon), 비정질 실리콘(amorphous silicon), 실리콘 산화막(silicon dioxide film), 또는 폴리머(polymer) 중 적어도 하나 이상을 포함한다.

이후, 식각막(13) 위에 식각막(13)을 패터닝하기 위한 식각 마스크 패턴(14)을 형성하고(S22), 식각 공정을 수행한다. 이때, 용액을 사용하지 않은 채 기상(vapor) 또는 가스(gas)를 이용하여 식각막(13)을 제거하기 위하여 건식 식각(dry etching) 공정을 수행한다. 구체적으로, 반응성 이온 식각 공정(RIE, reactive ion etching)을 수행한다.

반응성 이온 식각 공정을 통하여 식각 방지막(12)가 노출될 때까지 식각막(13)을 완전히 식각하고 식각 마스크 패턴(14)을 제거함으로써 일정한 높이의 패턴을 포함하는 금형(10)을 제조한다(S23).

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회절광학소자 성형 방법을 나타낸다.

먼저, 도 4에서 제조된 금형(10) 위에 성형 재료(21)를 도포한다(S31). 이때, 상기 성형 재료는 투명 플라스틱일 수 있다.

이후, 상기 투명 플라스틱의 성형(molding)이 완료되면 회절광학소자(20)가 형성된다(S32).

또한, 회절광학소자(20) 위에 레이저가 반사되는 것을 방지하기 위한 레이저 반사 방지막(30)을 더 포함한다. 이때, 레이저 반사 방지막(30)은 회절광학소자(20)에서 패턴이 구비되지 않은 면에 제공한다.

도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 회절광학소자 성형 방법을 나타낸다.

아래에서는 도 5의 회절광학소자 성형 방법과 차이점이 있는 S31-1단계에 대해서 설명하며, 도 5의 회절광학소자 성형 방법과 동일한 S32 단계와 S33 단계의 설명은 생략한다.

도 6의 회절광학소자 성형 방법에서 S31-1단계는 도 4에서 제조된 금형(10) 위에 이형 재료(22)를 도포한 후 투명 플라스틱 성형 재료(21)를 도포한다(S31-1). 이때, 금형(10) 위에 이형 재료(22)를 이용한 막을 형성함으로써 투명 플라스틱 성형 재료(21)의 성형이 완료되었을 경우 금형(10)으로부터 쉽게 분리할 수 있다. 여기서, 이형 재료(22)는 테프론(teflon)일 수 있다.

이처럼 본 발명의 일 실시예에 따르면 식각 방지막을 이용하여 식각 패턴의 높이가 균일한 금형을 제조할 수 있으며, 상기 금형을 통해 회절광학소자를 성형할 수 있다. 또한, 상기 회절광학소자를 구비한 레이저 조사 장치를 이용하여 구조광 패턴 프로젝션 모듈을 간단한 구조로 구현할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

10 : 금형 11 : 기판 12 : 식각 방지막
13 : 식각막 14 : 식각 마스크 패턴 20 : 회절광학소자
21 : 성형 재료 22 : 이형 재료 30 : 레이저 반사 방지막

Claims (8)

1. 기판 위에 식각 방지막을 형성하는 단계,
   상기 식각 방지막 위에 패턴의 깊이와 동일한 두께를 포함하는 식각막을 형성하는 단계,
   상기 식각막 위에 식각 마스크 패턴을 형성하는 단계,
   식각 공정을 통해 상기 식각 방지막이 노출될 때까지 상기 식각막을 완전히 식각하는 단계,
   상기 식각 마스크 패턴을 제거하고 상기 깊이의 패턴을 포함하는 금형을 형성하는 단계, 그리고
   상기 금형 위에 성형 재료를 도포하고, 상기 성형 재료의 성형이 완료되면 상기 금형으로부터 분리하여 회절광학소자를 형성하는 단계
   를 포함하는 회절광학소자 제조 방법.
2. 제1항에서,
   상기 회절광학소자 형성 단계는 상기 회절광학소자 위에 레이저 반사 방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 회절광학소자 제조 방법.
3. 제1항에서,
   상기 회절광학소자 형성 단계는 상기 금형 위에 이형 재료를 도포하는 단계와, 상기 이형 재료 위에 성형 재료를 도포하는 단계를 더 포함하는 회절광학소자 제조 방법.
4. 제1항에서,
   상기 기판은 실리콘, 유리, 또는 석영 중 적어도 하나 이상인 회절광학소자 제조 방법.
5. 제1항에서,
   상기 식각 방지막은 상기 식각막보다 식각률이 작은 물질을 포함하는 회절광학소자 제조 방법.
6. 제1항에서,
   상기 식각 방지막은 금속(metal)을 포함하는 회절광학소자 제조 방법.
7. 제1항에서,
   상기 식각막은 폴리 실리콘(polysilicon), 비정질 실리콘(amorphous silicon), 실리콘 산화막(silicon dioxide film), 또는 폴리머(polymer) 중 적어도 하나 이상인 회절광학소자 제조 방법.
8. 제1항에서,
   상기 성형 재료는 투명 플라스틱인 회절광학소자 제조 방법.

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