KR100809802B1 - 격자구조 형성방법, 광소자, 소산장 센서 플레이트,마이크로타이터 플레이트, 및 통신기술 및 파장 모니터장치용 광커플러 - Google Patents

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Abstract

격자주기가 100nm 내지 2500nm인 라인격자 형태의 커플링 격자를 생성하기 위해서, 기판(1)을 포토레지스트 층(10)으로 덮은 후, 상기 포토레지스트 층이 위상 마스크(14)의 근거리 음장 내에 배열된 상태에서 상기 위상 마스크(14)를 통해 접이식 거울(13, 13')을 거쳐 예를 들어 리드로 각도(
Figure 112002023758157-pct00019
L)로 또는 0°로 수은-증기 램프(11)에 노광한 다음, 반응성 이온 에칭에 의해 구조화하고, 반응성 DC 마그네트론 스퍼터링, 특히 펄스 DC 스퍼터링 또는 AC-중첩 DC 스퍼터링에 의해 투명층을 제공한다. 상기 위상 마스크(14)는 미리 레이저 2-빔 간섭 방법에 의해 구조화된다. 매우 높은 정밀도의 격자가 큰 치수로도 생성될 수 있기 때문에, 본 발명의 방법은 광소자, 특히 소산장 센서 플레이트, 및 광섬유 네트워크에서 파장 다중화용 필터로서 사용가능한 통신기술용 광커플러의 생산에 특히 적합하다.
격자구조, 라인격자, 광소자, 소산장 센서 플레이트, 마이크로타이터 플레이트, 광커플러, 파장 다중화, 광섬유 네트워크, 통신기술

Description

격자구조 형성방법, 광소자, 소산장 센서 플레이트, 마이크로타이터 플레이트, 및 통신기술 및 파장 모니터 장치용 광커플러{PROCESS FOR PRODUCING A GRATING STRUCTURE, OPTICAL ELEMENT, EVANESCENT FIELD SENSOR PLATE, MICROTITRE PLATE, AND OPTICAL COUPLER FOR COMMUNICATIONS TECHNOLOGY AS WELL AS DEVICE FOR MONITORING A WAVELENGTH}
본 발명은 청구범위 제 1항의 전제부(preamble)에 따른 적어도 하나의 연속적인 격자구조(continuous grating structure)를 형성하기 위한 방법, 본 발명의 방법에 의해 생산된 광소자, 소산장(evanescent field) 센서 플레이트, 마이크로타이터 플레이트, 통신기술용 광커플러, 및 그러한 커플러를 포함하는 파장 모니터용 장치에 관한 것이다.
본 발명의 방법은 격자구조를 가지는 광소자를 생산하는데 적합하다. 본 발명의 방법에 따라 생산된 소산장 센서 플레이트 및 마이크로타이터 플레이트는 화학적 및 분자생물학적 분석에 사용될 수 있다. 광커플러의 응용분야는 통신기술, 보다 상세하게는 섬유 네트워크(fibre network)를 통한 데이터 전송 기술이다. 본 발명에 따른 특정한 커플러의 잠재적인 응용분야는 섬유 네트워크에 있어서 레이저광의 파장을 모니터하기 위한 장치이다.
EP-A-0 602 829에는, 예를 들면 DBR 반도체 레이저용으로 기판 상에 격자구조를 형성하는 방법이 개시되어 있는데, 여기에서는 우선 위상 마스크(phase mask)를 제작한 다음, 기판, 예를 들면 InP를 상기 위상 마스크를 통해 리드로 각도(Littrow angle)로 노광시킨다. 노광은 직경 0.25mm의 광원을 구비하고 있으며 365nm 파장 부근의 세 개의 선이 여광(濾光)되어 나오는 Hg-Xe 아크 램프를 사용하여 행해질 수 있다. 기판은 위상 마스크의 근거리 음장(near filed) 내에, 즉 최대 10㎛의 거리 내에 위치한다.
위상 마스크를 제작하기 위해서, 석영 기판은 세 개의 층들, 즉 포토레지스트 층, 얇은 게르마늄 층, 및 마지막으로 전자빔에 민감한 레지스트 층으로 덮인다. 이어서, 최상층은 전자빔 라이팅(electron beam writing), 현상(developing), 및 비노광 부위의 제거를 거쳐 구조화된다(structured). 상기 구조는, 처음에는 CF3Br을 사용하다가 나중에는 O2를 사용하여 반응성 이온 에칭(reactive ion etching)에 의해 아래층으로 전이되고, 추가의 반응성 이온 에칭 단계에 의해 최종적으로는 석영 기판 자체에까지 전이되며, 그후 각 층의 잔여물(residue)들은 제거된다. 격자주기(grating period)는 예를 들면 190nm 내지 250nm일 수 있다. 위상 마스크는 수 센티미터 길이일 수 있으며, 격자는 그의 전장(entire length)에 걸쳐 연장될 수 있다. 그러나, 대체로 라인(line)의 길이는 5-20㎛에 불과하다. 더 긴 길이도 가능하지만, 매우 긴 가공시간을 요한다. 실제로, 1㎠ 이상의 격자를 적당한 노력과 양호한 정밀도로 형성하는 것은 거의 불가능하며, 특히 전자빔 라이팅 중에 스티칭 에러(stitching error)를 피하기가 어렵다.
US-A-5 675 691에는, 유리로 된 기판, 특히 석영유리, 세라믹 또는 주로 유기물로 된 기판에 TiO2, Ta2O5, Hfo2, Y2O3, Al2O3, Nb2O5, 또는 Al, Si 혹은 Hf의 나이트라이드(nitride) 내지는 옥시나이트라이드(oxynitride) 층을 도포함으로써 커플링 격자(coupling grating)를 생산할 수 있다고 개시되어 있는데, 이 기술에 따르면 예를 들어 SiO2로 된 20nm 두께의 중간층(intermediate layer)을 제공한 후, 상기 중간층을 두 개의 중첩된(superimposed) 엑시머 레이져 빔 또는 마스크에 의해 변조된 빔에 노광시켜 삭마하거나 굴절율을 변화시킴으로써 구조화하는 것이 가능하다. 이와 달리, 예를 들어, 삭마 장벽(ablation barrier)이 더 낮고 상기 도포층 위에 도포되거나 또는 상기 기판 상에 직접 도포된 TiO2로 된 중간층을 구조화하는 것도 가능한데, 후자의 경우에 상기 TiO2 중간층은 구조화 후에 상기 도포층으로 덮인다. 격자주기는 예를 들면 375nm 또는 440nm이다. 격자 표면적은 자유로이 선택가능하며, 예를 들어 1mm ×1mm, 또는 8mm ×8mm일 수 있다.
US-A-5 822 472에서는 플라스틱, 유리 또는 석영으로 된 지지체(support) 상에 40nm 내지 160nm 두께의 TiO2, ZnO, Nb2O5, Ta2O5, HfO2 또는 ZrO2 층을 구비한, 화학분석용 소산장 센서 플레이트를 개시하고 있다. 예컨대 100nm 두께의 석영층과 같은 저굴절율을 가진 비발광성 물질로 된 중간층으로서, 예를 들면 동시에 접 착력 개선제(adhesion promoter)로 작용하기도 하는 중간층이 그 사이에 배치될 수도 있다. 공지의 포토리소그라피 또는 할로그라피 또는 에칭 방법에 의해 형성되었으며 200nm 내지 1000nm의 격자주기를 갖는 입력 커플링 격자(input coupling grating) 및 출력 커플링 격자(output coupling grating)가 상기 지지체 또는 상기 층 상에 제공된다. 격자는 2mm(라인에 평행하게) × 4mm의 치수를 가지며, 이때 도파관 플레이트(wave-guide plate)의 총 표면적은 12mm × 20mm이다.
J. Dubendorfer and R.E. Kunz, "Compact integrated optical immunosensor using replicated chirped coupling grating sensor chips", Applied Optics, 37/10(1st April, 1998)에는 420nm와 422.8nm 사이에서 변하는 격자주기를 갖는 변형된 입력 커플링 격자 및 595.1nm와 600.8nm 사이에서 변하는 격자주기를 갖는 출력 커플링 격자가 양각된 폴리카보네이트 지지 플레이트(support plate)를 포함하는 소산장 센서 플레이트가 개시되어 있다. 이 기술에 따르면, 양각에 이어 두께가 137nm이고 굴절율이 2.346인 TiO2 층이 저온 DC 마그네트론 스퍼터링에 의해 증착되며, 최종적으로 상기 소산장 센서 플레이트는 실란화된다. 입력 커플링 각도는 약 -9.5°이고, 출력 커플링 각도는 약 22.5°이다.
US-A-5 738 825에서는 저면에 30nm 내지 500nm 두께의 TiO2, Ta2O5, HfO 2, ZrO2, SiO2, Si3N4, Al2O3, Nb2 O5, 또는 Al, Si 혹은 Hf의 나이트라이드 내지는 옥시나이트라이드 층이 도포되어 있고 그 위에 플라스틱 층이 덮여 있는 마이크로타이터 플레이트를 개시하고 있다. 입력 및 출력 커플링 격자들이 각 캐비티의 하부에 장착된다. 상기 격자들은 330nm 내지 1000nm, 바람직하게는 약 400nm 내지 800nm의 격자주기를 가지고 있으며, 리소그라피 또는 기계적 방법에 의해 형성된다.
CH-A-688 165에는 표면이 디프 드로잉(deep drawing)이나 양각(embossing)에 의해 또는 사출성형 중에 기계적으로 구조화되었으며 커플링 격자가 형성되어 있고, 아울러 PVD 방법에 의해 도포된 TiO2, Ta2O5, ZrO2, Al 2O3, SiO2-TiO2, HfO2, Y2O3, Nb2O5, 실리콘 나이트라이드, 옥시나이트라이드, SiOxNy, HfO xNy, AlOxNy, TiOxNy, MgF2 또는 CaF2 층을 구비하고 있는 플라스틱(예를 들면, 폴리카보네이트) 기판을 포함하는 도파관 플레이트가 개시되어 있다. 감쇠 손실(attenuation loss)을 줄이기 위해서, SiO2와 같은 무기 유전체를 포함하는 약 20nm 두께의 중간층이 상기 층 이전에 기판에 도포되는데, 이러한 중간층은 동시에 접착력 개선제로도 작용한다.
상술한 모든 플레이트들은 커플링 격자의 만족스러운 균일성을 달성할 수 없는 방법들에 의해서 생산되기 때문에, 커플링 각도의 변동이 비교적 크다. 그 결과, 상기 플레이트를 소산장 센서 플레이트로 사용하고자 하는 경우, 매 단계마다 번거롭게 노광 유닛(exposure unit)과 플레이트의 상대적인 각위치(angular position)를 최적화해야 한다. 상기 플레이트가 통신기술에 있어서 광커플러로 사용되는 경우, 필터 특성은 불만족스러우며, 예를 들어 매우 밀접한 일군의 파장으로부터 특정 파장을 선택적으로 여광하기에 불충분하다. 상술한 방법들 중 일부는 또한 매우 노동집약적이거나 또는 일정한 품질을 가진 다수 개의 제품을 대량생산하는 것이 불가능하다.
[발명의 요약]
본 발명의 목적은 높은 정밀도와 비교적 적은 노력으로 격자구조를 바람직하게는 대량으로 생산하는 것을 가능케하는 방법을 제공하는 것이다. 이러한 목적은 청구범위 제 1항의 특징부(characterizing clause)에 서술된 특징들에 의해 달성된다. 본 발명의 방법을 이용하면, 간편하고 경제적인 방식에 의해 높은 정밀도 및 처리량으로 대면적 격자구조, 바람직하게는 라인에 평행한 방향으로 긴 연속적인 격자구조를 형성하는 것이 가능하다. 아울러, 격자구조의 배열(arrangement) 및 형상과 관련하여 디자인의 자유가 보장된다. 따라서, 하나의 동일한 일러스트레이션을 가지고 다양한 응용분야를 위한 매우 상이한 광소자들을 생산하는 것이 가능해진다. 본 발명의 방법은 나아가 품질이 일정하고, 커플링 효율 및 특히 좁은 범위 내에서 일정한 커플링 각도와 같은 광학적 특성을 가지는 일련의 광소자를 생산하는 것을 허용한다.
또한, 본 발명의 방법에 따라 생산가능한 것과 같은 매우 정밀한 광소자가 제공된다. 보다 상세하게, 상기 광소자는 소산장 센서 플레이트 또는 그러한 플레이트에 기초한 마이크로타이터 플레이트로서 형성될 수 있다. 긴 격자 내에서 조차도 커플링 각도가 변화할 수 있는 범위가 협소함을 고려할 때, 소산장 센서 플레이트 또는 마이크로타이터 플레이트의 대부분을 동시에 조명하고 판독하는 것이 가능하다. 소산장 센서 플레이트 또는 마이크로타이터 플레이트의 여러 부위들의 연속적인 노광 또한 간편해지는데, 이는 이러한 플레이트와 노광 유닛의 상대적인 각위치의 재최적화가 아예 필요없거나 또는 매우 단순화되기 때문이다.
광소자는 또한 통신기술용 광커플러로 형성될 수도 있다. 이러한 경우, 대형 격자구조에서 조차도 높게 유지되는 정밀도로 인해 우수한 필터 특성, 특히 개개의 파장의 매우 협소한 밴드 선택(very-narrow-band selection)이 보장되며, 그 결과 예를 들어 매우 밀접한 파장들을 수반하는 파장 다중화(wavelength multiplexing)가 가능한데, 이러한 파장 다중화는 송전용량(transmission capacity)을 증가시킨다.
이하에서 본 발명을 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명하는데, 이들 도면들은 단순히 일구현예를 나타낸다.
도 1은 완전한 마이크로타이터 플레이트가 되도록 점선으로 표시된 탑 피스(top piece)가 부착된, 본 발명에 따른 소산장 센서 플레이트의 평면도,
도 2는 도 1의 II-II 선을 따른 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 소산장 센서 플레이트를 포함하는 마이크로타이터 플레이트의 사용을 도시한 개략도,
도 4a-e는 본 발명에 따른 소산장 센서 플레이트의 생산 단계들을 도시한 개략도,
도 5는 본 발명에 따른 소산장 센서 플레이트의 생산 중에 포토레지스트 층을 노광하는데 사용되는 설비를 도시한 개략도,
도 6은 노광 중의 포토레지스트 층과 포토마스크 및 기판을 도시한 개략도,
도 7a-g는 본 발명에 따른 소산장 센서 플레이트를 생산하기 위한 위상 마스크의 제작 단계들을 도시한 개략도,
도 8a는 본 발명에 따른 통신기술용 광커플러의 제 1 구현예의 개략적인 평면도,
도 8b는 도 8a에 따른 커플러의 개략적인 중앙 단면도,
도 9a는 제 1 구현예에 따른 커플러의 반사율을 도시한 도표,
도 9b-d는 제 1 구현예에 따른 커플러에 의한 파장의 선별을 도시한 도표,
도 10은 제 1 구현예에 따른 커플러를 구비한 장치를 도시한 개략도,
도 11a는 본 발명에 따른 통신기술용 광커플러의 제 2 구현예의 개략적인 평면도,
도 11b는 도 11a에 따른 커플러의 개략적인 중앙 단면도,
도 12는 제 2 구현예에 따른 커플러를 구비한 장치를 도시한 개략도,
도 13a는 본 발명에 따른 통신기술용 광커플러의 제 3 구현예의 개략적인 평면도,
도 13b는 도 13a에 따른 커플러의 개략적인 중앙 단면도,
도 14는 제 3 구현예에 따른 커플러를 포함하는, 레이저에 의해 방사된 광선의 파장을 모니터하고 안정화하기 위한 장치를 도시한 개략도, 및
도 15는 다양한 파장에서의 제 3 구현예에 따른 커플러의 커플링 격자 상에서의 위치의 함수로서의 투과율을 도시한 그래프이다.
* 도면 부호에 대한 설명 *
1: 기판(substrate)
2: 투명층(transparent layer)
3: 커플링 격자(coupling grating)
4: 부가된 탑 파트(added top part)
5: 커버 플레이트(cover plate)
6: 개구(opening)
7: 튜브 섹션(tube section)
8: 캐비티(cavity)
9: 광학계(optical system)
10: 포토레지스트 층(photoresist layer)
11: 수은-증기 램프(mercury-vapour lamp)
12: 광학계
13, 13': 접이식 거울(folding mirror)
14: 위상 마스크(phase mask)
15: 석영 기판(quartz substrate)
16: 포토레지스트 층
17: 크롬 층(chromium layer)
18: 포토레지스트 층
19: 유리 기판(glass plate)
20: 층(layer)
21a, b: 스트라이프 도파관(stripe waveguides)
22: 커플링 영역(coupling region)
23: 커플러(coupler)
24: 입구(input)
25a, b, c: 출구(outputs)
26a, b: 광섬유(optical fibres)
27: 광검출기(photodetector)
28: 레이저(laser)
29: 광섬유
30: 반투과성 거울(semi-transmissive mirror)
31: 제 1 광학계(first optical system)
32: 제 2 광학계(second optical system)
33a, b: 광검출기
이하, 본 발명의 방법을 소산장 센서 플레이트 및 그의 제조와 관련하여 보다 상세하게 설명한다. 여기에서, 소산장 센서 플레이트란, 그 표면의 일부를 조명(illumination)함으로써 분석될 시료가 배열될 소산장을 형성하는 것이 가능케하는 플레이트를 의미한다. 따라서, 소산장 센서 플레이트는 화학 분석용으로 사용 된다. 소산장은, 그들이 생성되는 산란 표면(scattering surface)으로부터 거리가 멀어짐에 따라 감소하다가 사라지는 비방사성 전자기장(nonradiating electromagnetic filed)이다. 그러한 장은 하나의 파장보다 더 좁은 주파(periodicity)를 갖는 평면 내에서의 전기장의 공간적인 변조(spatial modulation)와 관련하여 생성될 수 있다. 그러한 변조의 가장 잘 알려진 예는, 유전체의 측면으로부터 나오는 광선이 임계각보다 큰 입사각(incidence angle)을 가지는 경우 상기 유전체와 공기 사이의 계면에서 발생한다.
소산장 센서 플레이트들은 투명한 광-안내 층(light-guiding layer)을 구비하는데, 이 층으로부터 사라지는 광선(evanescent light)이 그들의 표면을 떠나며 거기에 존재하는 결합 분자(bound molecule)들과 상호작용하여 예컨대 그들의 발광을 여기한다. 상기 소산장 센서 플레이트(도 1 및 도 2에 비례에 상관없이 개략적으로 도시함)는 유리 기판(1)으로 구성되는데, 상기 유리 기판은 예를 들어 Schott DESAG의 AF 45(면적: 102mm × 72mm; 두께: 0.7mm)이며, 한쪽 면에 두께가 150nm인 투명한 Ta2O5 층(2)을 구비한다. 그것의 굴절율은 633nm에서 2.11이다. 이 밖에 기판(1)의 재료로 실질상 석영, 실리콘, 열산화 실리콘(thermally oxidised silicon), 게르마늄, 실리콘-게르마늄, III-V 화합물 반도체(III-V compound semiconductor), 또는 리튬 니오베이트(lithium niobate) 등을 들 수 있다.
상기 소산장 센서 플레이트의 전체 폭에 걸쳐서 라인들에 평행하게 연장된 평행한 이격진 스트립(parallel, spaced apart strip)들의 형태를 띤 다수의 커플링 격자(3)가 상기 투명층(2)을 구비한 표면 상에 배열된다. 각 스트립의 폭은 0.5mm이고, 격자주기 A=360nm이며, 격자깊이는 약 20nm이다. 그루브-투-랜드 비율(groove-to-land ratio)은 약 1:1이고, 보다 상세하게는 0.3:1 내지 3:1로 적용가능하며, 바람직하게는 0.7:1 내지 1.5:1로 적용한다. 격자를 규정하는 파라미터들은 모든 스트립들의 전장에 걸쳐 매우 정확하게 보존되어 있다. 따라서, 기판(1) 아래에서부터 기판(1)을 관통하여 커플링 격자(3)로 지향되는 광선, 특히 약 633nm의 파장을 갖는 광선이 최대 커플링 효율로 상기 투명층(2)에 커플링되는 각도인 커플링 각도가 매우 좁은 범위 내에 유지된다. 커플링 격자(3)의 라인을 따라, 커플링 각도는 최대 0.05°/cm 만큼씩 변한다. 전체 소산장 센서 플레이트에 걸쳐서, 커플링 각도의 평균값(상술한 경우에 있어서는 2.31°에 해당함)으로부터의 편차는 0.15° 미만으로 유지된다. 이 경우 투명층(2)의 굴절율은 1.65 내지 2.80인 것이 바람직하다.
상기 투명층(2)의 표면에는 접착력 개선제(adhesion promoter) 층, 바람직하게는 실란, 에폭사이드 및 자가-유기화 작용성화 단일층(self-organising functionalized monolayer)으로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물로 구성된 코팅이 제공되며, 그 위에는 핵산, 항체, 항원, 막 수용체 및 그들의 리간드와 같은 분자 인식 성분(molecular recognition element)으로 된 층이 제공된다.
도 3에 도시되고 도 1에 표시된 바와 같이, 소산장 센서 플레이트는, 특히 생물학적 물질의 화학적 분석에 사용될 마이크로타이터 플레이트를 형성하기 위해서, 플라스틱으로 된 부가된 벌집형 탑 피스(added honeycomb-like top piece; 4)에 의해 연장된다. 상기 탑 피스는, 예를 들어 약 8mm의 직경을 가지며 규칙적인 배열로 정렬된 둥근 개구들(6)에 의해 꿰뚫린 커버 플레이트(5)를 구비한다. 커버 플레이트(5)의 저면에서는, 튜브 섹션(7)이 하부가 개방되어 있는 상기 개구들 각각에 부착되고, 캐비티(8)의 측면을 제한하며, 자신의 하부 말단에서 소산장 센서 플레이트(2)에 단단히 부착된다(예를 들면, 접착제로 접착됨).
만일 캐비티(8)의 내용물, 예를 들어 혈액, 혈청, 뇨, 타액, 또는 약물 후보물질을 함유하는 용액과 같은 분석물(analyte)을 특정 분자의 농도에 대해 조사하고자 하는 경우, 소산장 센서 플레이트(2)의 인접한 커플링 격자(3)가 공지의 방법에 따라 커플링 각도
Figure 112002023758157-pct00001
로 특정한 파장을 가지는 적절한 광원에 노광되는데, 예를 들면 He-Ne 레이저를 사용하여 633nm의 파장을 가진 광선에 노광된다. 상기 광선은 캐비티(8)의 저면을 형성하는 투명층(2)을 관통하여 인접한 커플링 격자(3')로 안내되며, 거기에서 커플링된다. 사라지는 광선은 캐비티(8) 내에 존재하는 인식 성분들에 결합된 분자들에게서 형광을 자극하며, 이러한 형광은 광학계(optical system; 9)에 의해 기록된 다음 분석된다. 커플링 격자(3)의 길이에 걸쳐 커플링 각도
Figure 112002023758157-pct00002
가 높은 정확도로 유지됨으로 인해, 그를 따라 배열된 캐비티들의 동시적이고 매우 효율적인 검사가 가능해진다. 전체 소산장 센서 플레이트(2)에 걸쳐 커플링 각도
Figure 112002023758157-pct00003
가 평균값으로부터 조금 변하기 때문에, 다음열의 캐비티(8)를 검사할 때조차도 이 각도를 힘들게 최적화할 필요가 없다. 형광을 측정하는 대신에 또는 그에 더하여, 캐비티(8)의 저면에서 분자들의 인식 성분에의 결합에 의해 야기되는 굴절율 변화를 기록할 수 있다.
도 4a-e에 개략적으로 도시된 바와 같이, 투명층(2)을 형성하기 위해서는, 우선 포토레지스트, 예를 들면 Clariant사의 AZ1500으로 1:4로 희석된 AZ1518을 기판(1)에 1300rpm으로 도포한 후, 90℃ 오븐 안에서 30분간 베이킹하고, 이어서 동일 회사의 Aquatar를 1400rpm으로 도포한 다음, 90℃ 오븐 안에서 15분간 한번 더 베이킹한다. 이렇게 형성된 포토레지스트 층(10)은 200nm 이하, 대체로 150nm의 두께를 가져서, 간섭 정재파(interfering standing wave)가 그 안에 발달되지 않는다. 반사율은 1% 이하이어서, 뉴튼 링(Newton's ring)의 발달로 이어질 수 있는 간섭 반사(interfering reflection) 또한 실질상 배제된다(참조: 도 4a).
후속 단계에서, 상기 포토레지스트 층(10)은 70초간 노광된다. 이러한 목적으로, 기판(1)은 도 5에 따른 장치 내로 도입되는데, 상기 장치는 개조된 마지막 단계(modified end-stage) 광학계(12) 및 접이식 거울(13)을 구비한 개조된 수은-증기 램프(11)를 포함하는 마스크 배열기(mask aligner) MA4(Suss, Munich)이다. 광학계(12)는 예를 들어 365nm 파장에서 I-라인을 여광하는 밴드패스(bandpass) 필터, 및 바람직하게는 S-편광 광선을 생산하는 편광기를 포함한다. 광선의 평행성을 향상시키기 위해서, 광선 경로로부터 플라이 아이(fly's eye)가 제거되며, 가능한한 작은 호를 지닌 램프가 사용되고 이 램프를 가능한 상기 기판으로부터 멀리에 배치한다.
노광은 위상 마스크(14)를 통해 이루어진다. 상기 위상 마스크는 대면적 격자구조, 즉 불투명 물질(예를 들면, 크롬)로 된 층을 포함하는 회절격자를 구비한 투명한 물질(예를 들면, 석영)로 된 기판을 포함하는데, 상기 격자는 예를 들면 규칙적으로 이격진 연속적인 스트립들에 의해 인터럽트된다. 이러한 유형의 위상 마스크는 Ibsen사(Farum, Denmark)에 의해 제공되며, 대략 다음과 같이 제조된다:
석영 기판(15)을 포토레지스트 층(16)으로 덮고(참조: 도 7a), 상기 포토레지스트 층을 레이저 2-빔 간섭 방법(laser two-beam interference method)을 이용 하여 노광후 현상한다(참조: 도 7b). 그런 다음, 에칭 및 뒤이은 포토레지스트의 제거에 의해 전면 회절 격자(full-area diffraction grating)가 석영 기판(15)의 표면에 형성된다(참조: 도 7c). 상기 표면은 이어서 크롬층(17)으로 완전히 덮인다(참조: 도 7d). 그 후, 크롬 층(17) 위에 연속적인 포토레지스트 층(18)을 도포한 다음(참조: 도 7e), 전자 빔 또는 레이저 라이팅에 의해 구조화된 마스크를 통해 노광시킨다. 포토레지스트 층을 현상한 후(참조: 도 7f), 포토레지스트로 덮이지 않은 부분으로부터 에칭에 의해 크롬 층(17)을 제거한다. 마지막으로, 포토레지스트 층(18)의 잔여부분을 제거하면 위상 마스크(14)가 완성된다(참조: 도 7g). 이와 같이 상기 마스크의 구조는 위상 마스크의 어떤 부분이 투명하게 될 지를 결정한다.
기판(1)은 포토레지스트 층(10)이 위상 마스크와 진공접촉(vacuum contact)되도록 위상 마스크(14) 아래에 배치된다. 위상 마스크(14)의 윗면은 대략 리드로 각도
Figure 112002023758157-pct00004
L와 일치하며 특히 그 각도로 부터 10°이상, 바람직하게는 5°이상 벗어나지 않는 각도로 노광되는데, 여기서 리드로 각도란 입사각이 1차 회절 각도와 동일한 각도이다. 이러한 조건하에서, 위상 마스크(14)의 격자구조와 일치하는 구조를 가지는 회절 패턴이 위상 마스크(14)의 투명 영역 아래의 근거리 음장 내에 형성된다(참조: 도 6). 이와 달리, 위상 마스크(14)는 대략 0°에 해당하는 각도로, 즉 수직 입사로 노광되거나, 또는 수직 입사로부터 10°이상 벗어나지 않는 각도로, 바람직하게는 5°이상 벗어나지 않는 각도로 노광될 수도 있다(점선으로 표시된 접 이식 거울 13'). 이 경우, 위상 마스크(14)의 근거리 음장 내의 회절 패턴은 그 마스크의 1/2 격자주기를 갖는다.
노광 후에, Aquatar 층을 탈이온수로 세척하여 제거한 다음, 포토레지스트를 현상한다(참조: 도 4b). 이어서, 기판(1)의 표면 중 포토레지스트로 덮이지 않은 부분들을, 13.6MHz 및 50W의 RF 파워에서 플라스마의 용량성 여기(capacitive excitation)를 가지는 평행-플레이트 반응기(parallel-plate reactor) 내에서 0.02mbar의 압력 하에 Ar 및 CHClF2를 사용하여 에칭한다. 에칭 깊이는 20nm이다. 이어서, 포토레지스트를 제거하는데, 이를 위해서 그것은 우선 0.2mbar의 압력 및 50W의 RF 파워에서 산소 플라스마 내에서 60초 동안 반응성 이온 에칭을 거친 다음, 리무버 AZ100(Deconex)와 탈이온수를 사용하여 탈리된다(참조: 도 4d).
마지막으로, 투명층(2)이, EP-A-0 508 359에 기술된 바와 같이 Balzers MSP1000 유닛을 사용하여 반응성 펄스 DC 마그네트론 스퍼터링, 또는 1kHz 내지 1MHz의 AC 주파수에 의해 중첩되는 DC 마그네트론 스퍼터링에 의해 증착된다(참조: 도 4e). 상기 방법에 의하여 투명층(2)은 50㎚ 내지 5000㎚의 두께로 형성 가능하고, 소산장 센서플레이트 또는 통신기술용 광커플러에 적용할 때는 50㎚ 내지 200㎚로 형성하는 것이 바람직하며, 이 단계는 Ar-O2 분위기에서 3.7μbar의 압력 하에 수행된다. 타겟 물질은 탄탈이다. 끝으로, 소산장 센서 플레이트가 웨이퍼 소잉(wafer sawing)에 의해 그의 최종 사이즈로 절단된다.
특히 실질상 원하는 만큼 여러번 재사용 가능한 위상 마스크를 통한 노광으로 인해, 상술한 공정은 격자구조, 바람직하게는 회절 커플링 격자(diffractive coupling grating)를 가지는 소자(element)를 대량으로 간편하게 생산하는 것을 가 능케 해준다. 위상 마스크가 2-빔 간섭 방법에 의해 구조화된다는 사실은 또한, 전자빔 라이팅과 같은 다른 구조화 방법들이 그들의 실질상 불가피한 스티칭 에러 때문에 이러한 목적에 부적합한 반면에, 10㎠ 이상의 표면적을 갖는 대형 무결점 격자구조가 고정밀도로 그 위에 형성될 수 있음을 암시한다. 따라서, 우수한 품질과 균일성의 대면적 격자를 가진 대형 광소자(optical element)가 최종제품으로서 뿐만 아니라, 웨이퍼 소잉(wafer sawing), 스크라이빙(scribing), 브레이킹(breaking), 또는 레이저 커팅(laser cutting)에 의해 더 작은 최종제품으로 분리될 수 있는 반제품(semi-finished) 플레이트로서 생산될 수 있는데, 후자의 경우 최종제품은 매우 경제적으로 그리고 고품질로 생산될 수 있다.
물론 소산장 센서 플레이트는 다른 기준 또는 요구사항에 부합하는 기하학적 및 광학적 특성을 갖도록 생산될 수도 있다. 즉, 다른 소산장 센서 플레이트는 57mm × 14mm ×0.7mm의 치수를 가질 수 있으며, 0.5mm의 폭을 가지는 스트립 형상(strip-shaped)의 커플링 격자들을 구비할 수 있는데, 각각의 격자는 긴 측면을 따라 평행하게 대칭적으로 배열되어 있으며 서로 간의 거리는 9mm이다. 격자주기 A=318nm이고, 격자깊이는 12nm인데, 다른 모든 점에서는 상기 층과 커플링 격자의 특성은 제1 실시예에서와 동일하다. 이 경우, 633nm 파장에서의 커플링 각도
Figure 112006001364532-pct00005
= -12.14°이며, 최대 0.15°/cm 만큼씩 라인에 평행하게 변화한다. 평균값과의 편차는 소산장 센서 플레이트 상의 모든 부위에서 0.5°이하로 유지된다. 후에 웨이퍼 소잉에 의해 개개의 소산장 센서 플레이트를 얻을 수 있는 반제품 플레이트를 생산하는 경우에는, 면적이 150mm × 150mm인 위상 마스크가 사용되는데, 상기 위상 마스크는 격자주기가 318nm이고 면적이 115mm × 115mm인 격자 영역을 구비한다. 커플링 격자에 해당하는 상기 영역은, 격자의 나머지 부분이 불투명 층, 특히 크롬층으로 다시 마스크되는 반면에 드러난 채로 유지된다. 다른 모든 점에서는, 생산은 상술한 바와 같이 진행된다.
다른 예는, 75mm × 113.5mm ×0.7mm의 치수를 가진 소산장 센서 플레이트로, 상기 플레이트는 그의 기본적인 특성에 있어서 도 1과 실질상 일치하며, 13개의 스트립형 커플링 격자들을 구비하는데, 각각의 격자는 폭이 0.5mm이고 넓은 면에 평행하며 이웃한 스트립 간에 8.5mm의 간격을 갖는다. 층 및 격자 특성은 제 2 실시예에서와 일치한다. 633nm에서의 커플링 각도
Figure 112002023758157-pct00006
= -11.48°이며, 최대 0.05°/cm씩 라인에 평행하게 변화한다. 전체 소산장 센서 플레이트에 걸쳐서, 커플링 각도는 평균값으로부터 최대 0.4° 벗어난다. 소산장 센서 플레이트는 적절한 첨부(top portion)를 부가함으로써 8 × 12 캐비티를 구비한 마이크로타이터 플레이트로 확장될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 방법에 따라 생산되고 화학적 분석에 사용되는 격자구조를 가진 광소자의 구현예와 별개로, 통신기술에 응용하기 위한 구현예가 특히 적절하다. 그러한 소자들은 광섬유 네트워크에 사용되는 것과 같은 고효율 광커플러(optical coupler)로서 특히 적합하다.
그러한 커플러의 제 1 실시예가 도 8a 및 8b에 도시되어 있다. 유리 플레이트(19)와 투명물질층(20)으로 구성된 기판(1) 상에, 일정한 격자주기의 라인격자로 서 형성된 커플링 격자(3)가 배열되어 있다. 층(20)은 예를 들어 Ta2O5로 구성된 투명층(2)에 의해 덮인다. 상기 투명층(2)은 도파관(wave-guide)으로서 기능한다. 커플링 격자(3)는 도 9a에 개략적으로 도시된 바와 같이 파장-의존성 반사율 R에 따라 특정한 파장 λB의 빛은 반사하는 반면에, 다른 모든 파장의 입사광은 투과시킨다. 이것을 도 9b-d에 도시하였는데, 여기서 도 9b는 입사 파장을, 도 9c는 반사된 파장 λB를, 그리고 도 9d는 투과된 파장들을 보여준다. 상기 커플러를 사용하면, 예를 들어 파장 다중화(wavelength multiplexing)를 이용하는 광섬유 네트워크에서 특정한 파장을 여광하는 것이 가능해진다. 우수한 격자 품질 덕분에, 파장의 함수로서의 반사율 R의 1/2 최대치에서의 전체 폭은 매우 작다. 따라서, 아무리 밀접해 있는 파장들일지라도, 한 파장을 매우 효율적으로 분리하는 것이 가능하다.
그러한 커플러의 사용예가 도 10에 도시되어 있다. 공지의 구조를 갖는 두 개의 평행한 스트라이프 도파관(parallel stripe waveguide; 21a, b)들이, 제 1 스트라이프 도파관(21a)에서 안내된 빛의 50%가 제 2 스트라이프 도파관(21b)으로 전달되고 또 그 역으로 전달되도록, 커플링 영역(22)에서 서로 매우 가까운 거리로 평행하게 연장된다. 제 1 스트라이프 도파관(21a)의 마지막 세그먼트(segment)에 도 8a 및 8b에 따른 커플링 격자(3)를 구비한 커플러(23)가 삽입되는데, 상기 커플링 격자는 파장이 λ3인 빛을 선택적으로 반사한다.
파장 λ1, λ2, λ3, λ4 등을 가진 신호가 입구(input; 24)에서 제 1 스트라이프 도파관(21a) 내로 공급되면, 커플링 영역(22) 내의 모든 신호의 50%가 제 2 스트라이프 도파관(21b)으로 이동된 후 거기서 제 1 출구(output; 25a)로 전달되는 한편, 제 1 스트라이프 도파관(21a) 내에 남아있는 신호들은 도 9a-d의 λB에 해당하는 λ3의 파장을 가진 신호를 제외하고는 제 2 출구(25b)로 전달된다. 이 때, 상기 파장이 λ3인 신호는 커플러(23)에서 반사되어, 커플링 영역(22) 내에서 그 강도의 50%가 제 2 스트라이프 도파관(21b)으로 이동된 후, 거기서 제 1 스트라이프 도파관(21a)으로부터 직접 전달된 신호와 반대되는 방향으로 전달되어 제 3 출구(25c)에 도달하게 되며, 거기서 그 신호는 최종적으로 분리되어 더 프로세싱될 수 있다. 출구(25a, 25b)의 신호는, 파장이 λ3인 신호의 겨우 50% 감쇠(attenuation)만큼 원래 신호와 차이가 나는 신호로 재결합될 수 있다.
커플러(23)는, 제 1 스트라이프 도파관(21a)이 커플러(23)와 동일한 구조를 가져서 이 커플러와 제 1 스트라이프 도파관(21a)이 단일 부품을 형성하는 방식으로, 제 1 스트라이프 도파관(21a) 내로 완전히 통합될 수 있다. 커플러(23)의 유일한 차이점은 커플링 격자(3)를 구비하고 있다는 것이다.
커플러의 제 2 실시예가 도 11a 및 11b에 도시되어 있다. 장방형 유리기판(1), 예를 들면 굴절율이 1.52인 Schott DESAG AF 45의 상부에 세로 방향으로 두 개의 커플링 격자, 즉 입력 커플링 격자(3a) 및 출력 커플링 격자(3b)가 거리를 두고 연속적으로 배열되는데, 각각은 커플러의 전체 폭에 걸쳐 연장된다. 입력 커플링 격자(3a)는 격자주기 A1=981nm이고 격자깊이는 6nm이며, 출력 커플링 격자(3b)는 격자주기 A2=1350nm이고 격자깊이는 12nm이다. 기판(1)의 윗면은, Ta2O5로 이루어져 있으며 굴절율이 2.1인 연속적인 투명층(2)으로 덮인다. 그것의 두께는 400nm이다.
상기 커플러는 광선, 예를 들어 멀티모드 레이저의 선(line)의 강도를 모니터하고 안정화하기 위한 드롭 필터(drop filter)로서 사용될 수 있다. 이러한 목적으로(참조: 도 12), 상술한 커플러(23)은 제 1 광섬유(26a)와 그에 잇대어 배열된 제 2 광섬유(26b)의 말단 간에 배열되어, 입력 커플링 격자(3a)가 제 2 광섬유(26b)의 말단에 면하는 한편, 제 1 광섬유(26a)는 커플러(23)의 저면에 면하게 된다. 제 1 광섬유(26a)에 의해 공급되는 광선은 커플러(23)의 입력 커플링 격자(3a) 부분을 관통하는 한편, 그 강도의 0.01% 미만에 해당하는 1550nm 선의 광선 부분은 상기 격자에 의해 층(2)로 커플링된다. 출력 커플링 격자(3b)에서, 광선은 30°의 각도로 커플링되어 적절히 배치된 광검출기(27)에 도달하는데, 상기 광검출기의 출력 신호는 모니터된 선의 강도를 나타낸다. 입력 커플링 격자(3a)의 높은 정밀도 때문에 입력 커플링은 상당히 파장-감수성이며, 강도 분포(intensity distirbution)의 2/1 최대치에서의 전체 폭은 겨우 0.01nm이어서, 고 송전용량(high-transmission capacity)을 위해 파장 다중화에서 요구되는 바와 같이, 파장들이 밀접해 있는 경우에 조차도 단일 파장의 특이적인 모니터링이 가능하 다.
본 발명에 따른 광커플러의 세번째 실시예가 도 13a 및 13b에 도시되어 있다. 장방형 기판(1)은 굴절율이 1.586인 유리기판(19), 및 이 유리기판의 윗면을 285nm 두께로 덮고 있는 굴절율 2.4의 TiO2 투명층(20)으로 구성된다. 상기 유리기판의 윗면은 그것의 전체 면적을 차지하는, 라인 패턴으로 층(20)을 완전히 제거함으로써 형성된 커플링 격자(3)를 구비하며, 두께가 342nm이고 굴절율이 1.38인 추가의 MgF2 투명층(2)으로 덮여 있다. 따라서 격자깊이는 층(20)의 두께와 일치하여 285nm가 된다. 격자주기 A(x)는 격자 라인에 수직인 방향으로 선형으로 변하며, A1=970nm에서 A2=977nm로 증가한다.
상기 커플러 생산시, 층(20) 및 층(2)는 소산장 센서 플레이트의 제 1 실시예와 관련하여 상술한 바와 같이 도포될 수 있다. 층(20)을 도포한 후의 커플링 격자(3)의 형성 또한 거기에 상술한 바와 같이 이루어진다. 이러한 조작에 있어서, 격자가 적절히 변화하는, 즉 이 경우에는 선형으로 변화하는 위상 마스크가 사용된다. 그러한 위상 마스크는 가요성 마스터 카피(flexible master copy)를 적절히 구부리고 2-빔 간섭 방법을 이용하여 격자구조를 적용함으로써 제작될 수 있다. 위상 마스크는 복제(replication)에 의해, 즉 재평탄화된 마스터 카피의 압흔(impression)을 만듦으로써 유래된다.
상기 커플러는, 그의 광선이 섬유 네트워크의 광전도 섬유(light-conducting fibre; 29), 예컨대 유리섬유 내로 공급되는 레이저(28)의 파장을 모니터하고 안정 화하기 위한 장치에 유용하게 사용될 수 있다(참조: 도 14). 상기 장치는, 레이저(28)로부터 나오는 광선의 경로에 배치된 반투과성 거울(30)을 포함하는데, 상기 거울(30) 뒤에는 거울(30)에 의해 편향된 일부 광선을 증폭(expansion)하기 위한 제 1 광학계(31), 및 그 광선을 조준하기 위한 제 2 광학계(32)가 배치된다. 상기 광학계들 뒤에는 상술한 커플러(23)가, 상기 레이저(28)로부터 나오는 광선의 방향에 수직인 광선 내에 그 광선이 커플링 격자(3)를 때리도록 배치된다. 커플러(23)의 바로 아래에는 두 개의 광검출기(33a 및 33b)를 구비한 검출기 시스템이 설치되는데, 상기 광검출기들은, 격자주기가 A1과 중간값 Ai 사이인 커플링 격자(3)의 제 1 부위에 의해 투과된 일부 광선은 제 1 광검출기(33a)를 때리는 반면, 격자주기가 Ai와 A2 사이인 커플링 격자(3)의 나머지 부위에 의해 투과된 일부 광선은 제 2 광검출기(33b)를 때리도록, 서로 아주 밀접하여 나란히 그리고 라인에 수직이 되도록 배열된다. 광검출기(33a 및 33b)는 Ai가 조정가능하도록 배치될 수 있다.
커플러(23)의 투과율은 파장 및 격자주기 A의 민감한 함수이다. 격자주기 A(X)의 위치-의존성 변화(position-dependent variation) 때문에, 그것은 그의 위치에 의존하는, 입사광에 대한 특이적인 파장 의존성을 시현한다. 이것이 도 15에 도시되어 있는데, 여기서 투과율 T는 세 개의 매우 밀접한 파장(1549.5nm, 1550nm, 및 1550.5nm)에 대해 커플링 격자(3) 상에서의 위치의 함수로서 얻어질 수 있다. 투과율 곡선의 극소점은 파장이이 증가하거나 또는 감소함에 따라 더 크거나 또는 더 작은 격자주기로, 즉 격자 상의 다른 위치로 전위된다. 그 결과, 광검출기(33a 및 33b)에 의해 포획되는 광선의 상대적인 강도의 변화가 초래되는데, 이는 그들의 출력 신호 Ia 및 Ib의 크기에 직접적인 영향을 미친다.
특정 파장을 안정화하기 위한 목적으로, 검출기의 위치를 관심있는 파장에 맞추어 대충 조정하고 하기와 같이 Q 값을 계산한 다음, 검출기를 전위시킴으로써 그것을 제로로 감소시킬 수 있다:
Q = (Ia-Ib)/(Ia+Ib)
레이저(28)로부터 나오는 광선의 파장의 변화는, 파장 변화의 방향에 따라 Q 값의 제로로부터의 양 또는 음의 편차를 초래할 것이며, 레이저(28)의 상응하는 제어에 의해 상쇄될 수 있다. 광선의 강도는 여기서 중요하지 않다. 예를 들면, 균일하지는 않지만 가우스분포(gaussian distribution)를 따르는 상기 증폭된 광선의 강도 분포만이 예를 들어 궁극적으로 섭동(perturbation)을 야기할 수 있으나, 이것은 광학계의 적절한 배열이나 연장에 의해 또는 계산에 의해 상쇄될 수 있다.
본 발명에 따른 광소자는 본 발명의 기본 개념에서 벗어나지 않고 다양한 측면에서 변형될 수 있다. 따라서, 많은 경우에 전체 소자에 걸쳐, 또는 심지어는 커플링 격자에 걸쳐 최대 0.3°, 심지어는 최대 0.5°에 달하는 평균값으로부터의 편차가 허용가능하다. 소산장 센서 플레이트에 관해서도 역시, 격자 라인을 따른 커플링 각도
Figure 112002023758157-pct00007
의 변화가 0.1°/cm 보다 크지 않은 경우 그것은 종종 충분할 것이다.
또한, 특정한 요구사항에 따른 다수의 일탈 및 특별한 적응이 생산 공정에 있어서 가능하다. 따라서, 공정에 결정적인 노광 단계에서조차도, 포토레지스트 층이 위상 마스크로부터 이격질 수 있는데, 이는 공정을 용이하게 한다. 그러나, 그것은 회절 패턴이 충분히 발현될 수 있도록 근거리 음장 내에, 즉 대체로 100㎛ 이하의 거리에 배치되어야 한다. 이러한 거리는 아마도 2㎛ 내지 100㎛일 것이다. 수은-증기 램프 대신에, 레이저, 특히 엑시머 레이저 또는 아르곤 레이저 또한 광원으로 사용될 수 있다. Ta2O5 이외에 다른 물질들, 특히 Nb2O5, TiO2, ZrO2, Al2O3, SiO2-TiO2, HfO2, Y2O3, SiOxNy, Si3N4, HfoxNy, AlOxNy, TiOxNy, MgF2 또는 CaF2가 층의 재료로 사용될 수 있다. 이온-증진 증발(ion-enhanced evaporation) 또는 플라스마-증진 기상 증착(plasma-enhanced gas phase deposition)이 코팅 방법으로 이용될 수 있다. 마지막으로, 상술한 구현예들 중 하나에 기술된 바와 같이, 조성 및 두께가 상이한 수 개의 층들이 연속적으로 도포될 수 있다.
위상 마스크는 2-빔 간섭 방법에 의해 직접적으로 제작될 필요는 없으며, 그와 같이 제작된 마스터 카피로부터 직접적으로 또는 간접적으로 카피될 수 있다. 이러한 위상 마스크는, 커플링 격자 등의 다양한 배열을 일정한 격자주기를 유지하면서 생성하고자 하는 경우, 다양한 방식으로 인터럽트된 층과 함께 수회 사용가능하다. 불투명 층 대신에, 투명한 물질로 된 적절한 층도 사용가능하다. 따라서, 격자의 그루브는 위상 마스크 기판의 굴절율을 가지는 물질에 의해 채워질 수 있다.
위상 마스크는 반사방지-코팅(antireflection-coating)될 수 있다. 이러한 경우, 반사-감소 층(reflection-reducing layer)을 포토레지스트 층에 도포하는 것이 필요치 않을 수도 있는데, 이는 기판 상에 일련의 격자구조를 생성하는 것을 용이하게 해준다. 반사방지를 위해서는, 위상 마스크 기판의 굴절율과 공기의 굴절율 사이에 드는 굴절율을 가지는 층, 예를 들면 MgF2로 된 층이 포토레지스트 층에 대면한 위상 마스크의 면에 적용된다. 동시에, 격자는 투과된 빛의 간섭 회절차수(interfering diffraction order)가 다시 동일한 강도를 갖도록 조정되어야만 한다. 이러한 조정은 그루브-투-랜드 비율(groove-to-land ratio) 및 격자깊이를 변화시킴으로써 일어날 수 있는데, 이들은 당업자에게 공지된 프로그램을 사용하여 용이하게 계산된다.

Claims (58)

  1. 기판의 표면을 포토레지스트 층(10)으로 덮는 단계;
    상기 기판 표면을 격자구조를 구비한 위상 마스크(14)의 근거리 음장(near field) 내로 도입하되, 상기 포토레지스트 층(10)이 이 마스크와 면하게 도입하는 단계;
    상기 위상 마스크(14)를 리드로 각도(
    Figure 112007020544400-pct00008
    L) 또는 0°로부터 10°이상 벗어나지 않는 각도로 노광시키는 단계;
    상기 포토레지스트 층(10)을 현상한 후 상기 기판 표면을 에칭 공정에 적용하여 격자구조를 생성하는 단계; 및
    상기 포토레지스트 층(10)을 제거하는 단계에 의해, 연속적인 격자 라인들 간의 거리가 100nm 내지 2500nm인 라인격자(line grating)로서 형성된 적어도 하나의 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법으로서, 한 기판을 2-빔 간섭 방법(two-beam interference method)을 이용하여 포토리소그라피에 의해 미리 구조화하고 그렇게 형성된 구조물 또는 그로부터 유래된 다른 구조물을 상기 적어도 하나의 격자구조를 형성하기 위한 위상 마스크(14)로 사용하며, 상기 구조물의 연장(extension)이 라인에 평행하게 최소한 0.5cm인 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 격자구조의 연장(extension)이 라인에 평행하게 최소한 1cm인 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 위상 마스크 상의 적어도 하나의 격자구조의 표면적이 최소한 10㎠인 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 포토레지스트 층(10)의 노광이 수은-증기 램프(11)를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 포토레지스트 층(10)의 노광이 엑시머 레이저 또는 아르곤 레이저를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 위상 마스크(14)가 투명기판, 및 격자구조를 광학적으로 불활성화시키는 구조화된 방식으로 인터럽트된 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 인터럽트된 층이 불투명 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 기판이 석영기판(15)인 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 포토레지스트 층(10)에 대면한 위상 마스크(14)의 면이 반사방지 층(antireflection layer)으로 덮이는 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 포토레지스트 층(10)이 노광 중에 위상 마스크(14)와 진공접촉(vacuum contact)되는 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 포토레지스트 층(10)의 두께가 최대 200nm인 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 포토레지스트 층(10)이 노광 전에 반사감소 층(reflection-reducing layer)으로 덮이는 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  13. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 포토레지스트 층(10)의 노광 중에 이 층과 위상 마스크(14) 간의 거리가 2㎛ 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  14. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 에칭 공정이 바람직하게는 Ar, CHClF2 및 CHF3 중 적어도 어느 한 성분을 함유하는 기체를 이용하는 반응성 이온 에칭인 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  15. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 기판(1)의 재료가 실질상 석영, 실리콘, 열산화 실리콘(thermally oxidised silicon), 게르마늄, 실리콘-게르마늄, III-V 화합물 반도체(III-V compound semiconductor), 또는 리튬 니오베이트(lithium niobate)인 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  16. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 기판과 다른 굴절율을 가지는 적어도 하나의 투명층(2)이 격자구조의 적용 후에 상기 기판 표면에 도포되는 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 격자구조 및 투명층(2)이 커플링 각도(
    Figure 112007020544400-pct00009
    )가 라인을 따라 최대 0.1°/cm 만큼씩 변하고 커플링 각도(
    Figure 112007020544400-pct00010
    )의 목적값(desired value)으로부터의 편차의 절대값이 0.5°를 초과하지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  18. 제 16항에 있어서, 투명층(2)이 반응성 DC 마그네트론 스퍼터링, 특히 펄스 DC 스퍼터링 또는 AC-중첩 DC 스퍼터링에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  19. 제 16항에 있어서, 투명층(2)의 두께가 50nm 내지 5000nm인 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  20. 제 16항에 있어서, 투명층(2)의 재료가 Ta2O5, Nb2O5, TiO2, ZrO2, Al2O3, SiO2-TiO2, HfO2, Y2O3, SiOxNy, Si3N4, HfOxNy, AlOxNy, TiOxNy, MgF2 또는 CaF2인 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  21. 제 1항 또는 제 2항에 따른 방법에 의해 생산된 광소자.
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  52. 제 1항에 있어서, 상기 노광시키는 단계는 위상 마스크(14)를 리드로 각도(
    Figure 112007020544400-pct00051
    L) 또는 0°로부터 5°이상 벗어나지 않는 각도로 노광시키는 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
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  57. 제 6항에 있어서, 인터럽트된 층이 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
  58. 제 6항에 있어서, 인터럽트된 층이 크롬층(7)인 것을 특징으로 하는 연속적인 격자구조를 기판의 표면 상에 형성하는 방법.
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