KR101389320B1 - Apparatus and method for manufacturing phase­type diffraction element using laser exposure type - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치, 위상회절소자 제조방법 및 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자에 대한 것이다. 보다 상세하게는 위상회절소자 제조장치에 있어서, 특정폭을 갖는 레이저빔을 발생시키는 레이저발생부; 레이저발생부에서 발생된 레이저빔을 투과시키는 노광렌즈; 노광렌즈의 초점부분에 설치되어 레이저빔이 주사되어 레이저빔에 의해 굴절률이 변화되는 광경화성 수지로 구성된 기판; 및 기판 또는 노광렌즈를 평면방향으로 이동시키기 위한 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치에 관한 것이다. The present invention relates to a phase diffraction device manufacturing apparatus using a direct laser exposure method, a phase diffraction device manufacturing method and a phase diffraction device using a direct laser exposure method. In more detail, an apparatus for manufacturing a phase diffraction element, comprising: a laser generator for generating a laser beam having a specific width; An exposure lens for transmitting the laser beam generated by the laser generation unit; A substrate formed at a focal portion of the exposure lens and configured of a photocurable resin in which a laser beam is scanned and a refractive index thereof is changed by the laser beam; And a driving unit for moving the substrate or the exposure lens in the planar direction.

Figure R1020120087418
Figure R1020120087418

Description

직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치, 위상회절소자 제조방법 및 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자{Apparatus and method for manufacturing phase­type diffraction element using laser exposure type}Apparatus and method for manufacturing phase pattern type diffraction element using laser exposure type}

본 발명은 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치, 위상회절소자 제조방법 및 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자에 대한 것이다. 보다 상세하게는 광경화성수지로 구성된 기판에 레이저빔을 주사하여 위상회절소자를 제조할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a phase diffraction device manufacturing apparatus using a direct laser exposure method, a phase diffraction device manufacturing method and a phase diffraction device using a direct laser exposure method. More particularly, the present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing a phase diffraction element by scanning a laser beam on a substrate made of a photocurable resin.

종래 미세패턴을 제작하는 방법으로서 포토 리소그래피 방식, 이온빔 방식, 레이저 노광방식 등이 존재한다. 여기서 이온빔 방식은 이온빔의 선폭이 좁기 때문에 더욱 미세한 선폭을 가진 미세패턴을 제조할 수 있어 첨단 제품이나, 고집적도의 반도체를 제조할 때 사용된다. 그리고, 레이저 노광방식은 레이저에 의해 물성이 변환되는 감광막(3)을 기판(4)에 코팅한 후 레이저 광을 주사시켜 식각공정을 거쳐 미세패턴을 형성하게 된다. A photolithography method, an ion beam method, a laser exposure method and the like exist as a method of manufacturing a conventional fine pattern. In this case, the ion beam method is used to manufacture a high-tech product or a high-density semiconductor because the ion beam has a narrow line width, and thus a fine pattern having a finer line width can be manufactured. In the laser exposure method, after the photosensitive film 3 whose physical properties are converted by the laser is coated on the substrate 4, the laser light is scanned to form a fine pattern through an etching process.

도 1은 종래 감광막(3)에 주사되는 노광렌즈(70)를 투과한 레이저 빔(1)을 모식적으로 도시한 단면도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 감광막(3)에 노광렌즈(70)를 투과한 레이저빔(1)을 주사시키고, 식각공정을 거쳐 미세패턴을 제조할 수 있다. FIG. 1 shows a cross-sectional view schematically showing a laser beam 1 transmitted through an exposure lens 70 scanned in a conventional photosensitive film 3. As illustrated in FIG. 1, a fine pattern may be manufactured by scanning the laser beam 1 transmitted through the exposure lens 70 to the photosensitive film 3 and performing an etching process.

또한, 이러한 직접 레이저 노광방식을 적용하여 위상회절소자를 제조할 수도 있다. 즉, 광경화성수지는 레이저빔(1)의 강도, 위상에 따라 굴절률이 변화하게 됨으로써 직접레이저 노광방식을 적용하여 원하는 굴절률을 갖는 위상회절소자를 제조할 수 있다. In addition, a phase diffraction element may be manufactured by applying the direct laser exposure method. That is, the photocurable resin is changed in refractive index according to the intensity and phase of the laser beam 1, so that a phase diffraction element having a desired refractive index can be manufactured by applying the direct laser exposure method.

이러한 광경화성 수지는 종래 렌즈(6)를 제조하기 위해 사용되었다. 그러나 광경화성 수지로 구성된 렌즈(6) 표면에 노광렌즈(70)를 투과한 레이저빔(1)을 주사하게 될 때, 렌즈(6)는 내부에 균일한 굴절률이 필요하나 렌즈(6) 표면에 주사되는 레이저의 출력을 일정하게 하기 어려운 문제점이 존재하였다. This photocurable resin has been used to manufacture the conventional lens 6. However, when scanning the laser beam 1 transmitted through the exposure lens 70 to the surface of the lens 6 made of a photocurable resin, the lens 6 needs to have a uniform refractive index therein, but the surface of the lens 6 There has been a problem that makes it difficult to make the output of the laser to be scanned constant.

도 2a는 광경화성 수지로 구성된 렌즈(6) 표면에 주사되는 노광렌즈(70)를 투과한 레이저 빔(1)을 모식적으로 도시한 단면도를 도시한 것이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 노광렌즈(70)에 투과된 레이저빔(1)을 광경화성 수지로 구성된 렌즈(6)에 주사하게 될 때, 노광렌즈(70)를 평면방향으로 평행하게 이동시키게 되면, 광경화성 수지로 구성된 렌즈(6) 끝단에 주사되는 레이저출력과 렌즈(6) 중단에 주사되는 레이저출력이 달라지게 되어 균일한 굴절률을 갖지 못하게 되는 문제가 발생되게 된다. 또한, 광경화성수지로 구성된 렌즈(6) 속이 경화될 때 겉의 경화가 다시 변하게 되는 악영향을 끼치게 되며 균일한 굴절률을 갖는 렌즈(6)를 제조하기 어려운 점이 있었다. FIG. 2A shows a cross-sectional view schematically showing a laser beam 1 transmitted through an exposure lens 70 scanned on a surface of a lens 6 made of a photocurable resin. As shown in FIG. 2A, when the laser beam 1 transmitted through the exposure lens 70 is scanned into the lens 6 made of a photocurable resin, the exposure lens 70 is moved in parallel in the planar direction. In this case, the laser power scanned at the end of the lens 6 composed of the photocurable resin and the laser power scanned at the interruption of the lens 6 are different, thereby causing a problem of not having a uniform refractive index. In addition, when the inside of the lens 6 made of a photocurable resin is cured, the surface hardening is adversely affected again, and it is difficult to manufacture the lens 6 having a uniform refractive index.

결국 이러한 광경화성 수지는 평판 형태의 광경화성수지에 균일한 광을 조사하여 코팅용 또는 광도파로(wave guide)의 제조에 사용되었다. 도 2b는 광경화성 수지로 구성된 기판(5) 표면에 광이 주사되는 상태를 나타낸 단면도를 도시한 것이다.Eventually, such a photocurable resin was used to prepare a coating or a wave guide by irradiating uniform light onto a photocurable resin in the form of a plate. 2B is a cross-sectional view showing a state in which light is scanned on the surface of the substrate 5 made of a photocurable resin.

따라서 이러한 광경화성 수지를 코팅용이나 광도파로에 적용하는 것 외에 광경화성수지의 특정을 이용하여 직접 레이저 노광방식을 적용해 위상회절소자를 제조할 수 있는 방법 및 그 제조장치가 요구되게 되었다. Therefore, there is a need for a method and a manufacturing apparatus capable of manufacturing a phase diffraction element by applying a direct laser exposure method using a photocurable resin, in addition to applying such a photocurable resin to a coating or an optical waveguide.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면 광경화성 수지로 구성된 기판에 광량 조절이 가능한 레이저 빔을 주사하게 됨으로써 원하는 굴절률을 갖는 사인파 위상회절소자 또는 톱니파 위상회절소자를 제조할 수 있는 방법 및 장치를 제공할 수 있다. The present invention has been made to solve the above problems, according to an embodiment of the present invention by scanning a laser beam capable of adjusting the amount of light to a substrate composed of a photocurable resin having a desired wave refractive index device or sawtooth wave It is possible to provide a method and apparatus capable of manufacturing a phase diffraction element.

본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다. Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 제1목적은 위상회절소자 제조장치에 있어서, 특정폭을 갖는 레이저빔을 발생시키는 레이저발생부; 레이저발생부에서 발생된 레이저빔을 투과시키는 노광렌즈; 노광렌즈의 초점부분에 설치되어 레이저빔이 주사되어 레이저빔에 의해 굴절률이 변화되는 광경화성 수지로 구성된 기판; 및 기판 또는 노광렌즈를 평면방향으로 이동시키기 위한 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention is a device for manufacturing a phase diffraction element, comprising: a laser generator for generating a laser beam having a specific width; An exposure lens for transmitting the laser beam generated by the laser generation unit; A substrate formed at a focal portion of the exposure lens and configured of a photocurable resin in which a laser beam is scanned and a refractive index thereof is changed by the laser beam; And a driving unit for moving the substrate or the exposure lens in the planar direction. It can be achieved as a phase diffraction device manufacturing apparatus using a direct laser exposure method comprising a.

또한, 레이저빔은 가우시안 빔인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the laser beam may be a Gaussian beam.

가우시안 빔 단면은 중앙에서 외주부로 점진적으로 광강도가 감소되는 것을 특징으로 할 수 있다. Gaussian beam cross section may be characterized in that the light intensity is gradually reduced from the center to the outer peripheral portion.

기판이 설치되는 기판설치부를 포함하고, 구동부는 기판설치부 또는 노광렌즈를 평면방향과 평행인 X축으로 이동시키는 X축 구동부를 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다. The substrate may include a substrate mounting portion on which the substrate is installed, and the driving portion may include an X-axis driving portion for moving the substrate mounting portion or the exposure lens to an X axis parallel to the plane direction.

기판설치부 또는 노광렌즈를 평면방향과 평행이고 X축과 수직인 Y축으로 이동시키는 Y축 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. It may further comprise a Y-axis drive unit for moving the substrate mounting portion or the exposure lens in the Y-axis parallel to the plane direction and perpendicular to the X-axis.

기판 설치부를 수직축인 Z축을 중심으로 회전시키는 회전구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. It may be characterized by further comprising a rotation driving unit for rotating the substrate mounting portion about the vertical Z axis.

X축 구동부, Y축 구동부 및 회전구동부의 이동방향과 이동속도를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. It may be characterized in that it further comprises a control unit for controlling the movement direction and the moving speed of the X-axis drive unit, the Y-axis drive unit and the rotary drive unit.

본 발명의 제2목적은 위상회절소자 제조장치에 있어서, 특정폭을 갖는 레이저빔을 발생시키는 레이저발생부; 레이저발생부에서 발생된 레이저빔의 광량을 조절하는 광량조절부; 레이저발생부에서 발생된 레이저빔을 투과시키는 노광렌즈; 노광렌즈의 초점부분에 설치되어 레이저빔이 주사되어 레이저빔에 의해 굴절률이 변화되는 광경화성 수지로 구성된 기판; 및 기판 또는 노광렌즈를 평면방향으로 이동시키기 위한 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치로서 달성될 수 있다. A second object of the present invention is a phase diffraction device manufacturing apparatus, comprising: a laser generating unit for generating a laser beam having a specific width; A light amount adjusting unit for adjusting the light amount of the laser beam generated by the laser generating unit; An exposure lens for transmitting the laser beam generated by the laser generation unit; A substrate formed at a focal portion of the exposure lens and configured of a photocurable resin in which a laser beam is scanned and a refractive index thereof is changed by the laser beam; And a driving unit for moving the substrate or the exposure lens in the planar direction. It can be achieved as a phase diffraction device manufacturing apparatus using a direct laser exposure method comprising a.

또한, 광량조절부는 광음향변조기, 빔스플리터, 포토다이오드 및 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The light amount adjusting unit may include a photoacoustic modulator, a beam splitter, a photodiode, and a controller.

기판이 설치되는 기판설치부를 포함하고, 구동부는 기판설치부 또는 노광렌즈를 평면방향과 평행인 X축으로 이동시키는 X축 구동부를 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다. The substrate may include a substrate mounting portion on which the substrate is installed, and the driving portion may include an X-axis driving portion for moving the substrate mounting portion or the exposure lens to an X axis parallel to the plane direction.

기판설치부 또는 노광렌즈를 평면방향과 평행이고 X축과 수직인 Y축으로 이동시키는 Y축 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. It may further comprise a Y-axis drive unit for moving the substrate mounting portion or the exposure lens in the Y-axis parallel to the plane direction and perpendicular to the X-axis.

기판 설치부를 수직축인 Z축을 중심으로 회전시키는 회전구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. It may be characterized by further comprising a rotation driving unit for rotating the substrate mounting portion about the vertical Z axis.

X축 구동부, Y축 구동부 및 회전구동부의 이동방향과 이동속도를 제어하고, 광량조절부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The X-axis drive unit, the Y-axis drive unit and the rotary drive unit may control the movement direction and the moving speed, and further comprising a control unit for controlling the light amount control unit.

노광렌즈와 기판 사이의 간격을 조절하여 노광렌즈의 초점을 조절하는 초점조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. It may be characterized by further comprising a focus control unit for adjusting the focus of the exposure lens by adjusting the distance between the exposure lens and the substrate.

본 발명의 제3목적은 레이저발생부에서 특정폭을 갖는 가우시안 빔을 발생시키는 단계; 가우시안 빔이 노광렌즈에 투과되는 단계; 노광렌즈의 초점 부분에 설치된 광경화성 수지로 구성된 기판에 가우시안 빔이 주사되는 단계; 가우시안 빔이 주사된 기판에 굴절률이 변경되는 단계; 제어부가 평면방향과 평행인 X축방향으로 기판설치부 또는 노광렌즈를 이동시키는 X축 구동부, X축과 수직이고 평면방향과 평행인 Y축 방향으로 기판설치부 또는 노광렌즈를 이동시키는 Y축 구동부 및 수직축인 Z축을 중심으로 기판설치부를 회전시키는 회전구동부 중 적어도 어느 하나를 구동시키는 단계; 및 가우시안 빔이 주사된 기판에 사인파 위상회절격자가 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법으로서 달성될 수 있다. A third object of the present invention is to generate a Gaussian beam having a specific width in the laser generation unit; Transmitting a Gaussian beam through the exposure lens; Scanning a Gaussian beam on a substrate made of a photocurable resin provided at a focus portion of the exposure lens; Changing the refractive index of the substrate on which the Gaussian beam is scanned; X-axis driving unit for moving the substrate mounting unit or the exposure lens in the X-axis direction parallel to the plane direction, Y-axis driving unit for moving the substrate mounting unit or the exposure lens in the Y-axis direction perpendicular to the X-axis and parallel to the plane direction And driving at least one of a rotation driving unit rotating the substrate mounting unit about a Z axis, which is a vertical axis. And forming a sinusoidal phase diffraction grating on the substrate on which the Gaussian beam is scanned.

또한, 본 발명의 제4목적은 레이저발생부에서 특정폭을 갖는 레이저 빔을 발생시키는 단계; 광량조절부에서 레이저 빔을 설정된 광량이 되도록 조절하는 단계; 레이저 빔이 노광렌즈에 투과되는 단계; 노광렌즈의 초점 부분에 설치된 광경화성 수지로 구성된 기판에 레이저 빔이 주사되는 단계; 레이저 빔이 주사된 기판에 굴절률이 변경되는 단계; 제어부가 평면방향과 평행인 X축방향으로 기판설치부 또는 노광렌즈를 이동시키는 X축 구동부를 제어하여 설정된 이동길이만큼 레이저 빔을 기판에 주사하게 하는 단계; Y축 구동부에 의해 X축과 수직이고 평면방향과 평행인 Y축으로 기판설치부 또는 노광렌즈를 특정거리만큼 이동시키고, 광량조절부에서 레이저 빔의 광량을 변경하는 단계; 및 주사하는 단계 및 광량을 변경하는 단계를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법으로서 달성될 수 있다. In addition, a fourth object of the present invention comprises the steps of generating a laser beam having a specific width in the laser generating unit; Adjusting the laser beam to a set light amount in the light amount adjusting unit; Transmitting a laser beam through the exposure lens; Scanning a laser beam on a substrate made of a photocurable resin provided in a focus portion of the exposure lens; Changing the refractive index of the substrate on which the laser beam is scanned; Controlling the X-axis driving unit to move the substrate mounting unit or the exposure lens in the X-axis direction parallel to the plane direction so as to scan the laser beam to the substrate by a set moving length; Moving the substrate mounting part or the exposure lens by a specific distance from the Y axis perpendicular to the X axis and parallel to the plane direction by the Y axis driver, and changing the amount of light of the laser beam in the light amount adjusting part; And repeating the steps of scanning and changing the amount of light can be achieved as a method for manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method.

초점조절부가 노광렌즈와 기판 사이의 간격을 조절하여 노광렌즈의 초점을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The focus adjusting unit may further include adjusting a focus of the exposure lens by adjusting a distance between the exposure lens and the substrate.

본 발명의 제5목적은 앞서 언급한 위상회절소자 제조방법에 의해 제조된 위상회절소자로서 달성될 수 있다. The fifth object of the present invention can be achieved as a phase diffraction element manufactured by the aforementioned phase diffraction element manufacturing method.

따라서, 설명한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의하면, 광경화성 수지로 구성된 기판에 광량 조절이 가능한 레이저 빔을 주사하게 됨으로써 원하는 굴절률을 갖는 사인파 위상회절소자 또는 톱니파 위상회절소자를 제조할 수 있는 효과를 갖는다. Therefore, according to one embodiment of the present invention, as described above, by scanning a laser beam capable of adjusting the amount of light to a substrate composed of a photocurable resin, it is possible to manufacture a sinusoidal phase sawing device or a sawtooth wave phase diffractive device having a desired refractive index Has

또한, 가우시안 빔을 사용하고, 제어부가 X축 구동부, Y축 구동부 및 회전구동부를 제어하게 됨으로써 원하는 형태의 다양한 사인파 위상회절소자를 제조할 수 있고, 제어부가 광량조절부와 X축 구동부, Y축 구동부 및 회전구동부를 제어하게 됨으로써 원하는 형태의 톱니파 형태의 위상회절소자를 제조할 수 있는 효과를 갖게 된다. In addition, by using a Gaussian beam, the control unit to control the X-axis drive unit, Y-axis drive unit and the rotary drive unit can produce a variety of sinusoidal phase diffraction element of the desired shape, the control unit is a light amount control unit, X-axis drive unit, Y axis By controlling the driving unit and the rotary driving unit has the effect of manufacturing a sawtooth wave type phase diffraction element of a desired shape.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that various other modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention, All fall within the scope of the appended claims.

도 1은 종래 감광막에 주사되는 노광렌즈를 투과한 레이저 빔을 모식적으로 도시한 단면도,
도 2a는 광경화성 수지로 구성된 렌즈 표면에 주사되는 노광렌즈를 투과한 레이저 빔을 모식적으로 도시한 단면도,
도 2b는 광경화성 수지로 구성된 기판 표면에 광이 주사되는 상태를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치의 단면도,
도 4a는 광경화성 수지로 구성된 기판 표면에 노광렌즈를 투과한 가우시안 빔을 모식적으로 도시한 단면도,
도 4b는 가우시안 빔 단면과 직경에 따른 굴절률 그래프,
도 4c는 본 발명의 제1실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치에 의해 주사되는 레이저 빔의 주사방향을 나타낸 기판의 평면도,
도 5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법에 의해 제조된 위상회절소자의 평면도,
도 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법에 의해 제조된 위상회절소자의 굴절률 분포를 나타낸 단면도,
도 6a는 본 발명의 제2실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법을 나타낸 기판과 노광렌즈의 단면도,
도 6b는 본 발명의 제2실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치에 의해 주사되는 레이저 빔의 주사방향을 나타낸 기판의 평면도,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법에 의해 제조된 위상회절소자의 평면도와 굴절률 분포 그래프,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치의 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing a laser beam transmitted through an exposure lens scanned in a conventional photosensitive film;
2A is a cross-sectional view schematically showing a laser beam transmitted through an exposure lens scanned on a lens surface made of a photocurable resin;
2B is a cross-sectional view showing a state in which light is scanned on a substrate surface made of a photocurable resin;
3 is a cross-sectional view of a device for manufacturing a phase diffraction element using a direct laser exposure method according to an embodiment of the present invention;
4A is a cross-sectional view schematically showing a Gaussian beam passing through an exposure lens on a substrate surface made of a photocurable resin;
4b is a graph of refractive index according to Gaussian beam cross section and diameter,
4C is a plan view of a substrate showing a scanning direction of a laser beam scanned by a phase diffraction element manufacturing apparatus using a direct laser exposure method according to a first embodiment of the present invention;
5A is a plan view of a phase diffraction element manufactured by a method for manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method according to the first embodiment of the present invention;
5B is a cross-sectional view illustrating a refractive index distribution of a phase diffraction element manufactured by a phase diffraction element manufacturing method using a direct laser exposure method according to a first embodiment of the present invention;
6A is a cross-sectional view of a substrate and an exposure lens showing a method of manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method according to the second embodiment of the present invention;
6B is a plan view of a substrate showing a scanning direction of a laser beam scanned by a phase diffraction element manufacturing apparatus using a direct laser exposure method according to a second embodiment of the present invention;
7 is a plan view and a refractive index distribution graph of a phase diffraction element manufactured by a phase diffraction element manufacturing method using a direct laser exposure method according to a second embodiment of the present invention;
8 is a block diagram showing a signal flow of a control unit of the apparatus for manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method according to an embodiment of the present invention;
9 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method according to the second embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings. Throughout the specification, when a part is connected to another part, it includes not only a case where it is directly connected but also a case where the other part is indirectly connected with another part in between. In addition, the inclusion of an element does not exclude other elements, but may include other elements, unless specifically stated otherwise.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치(100)의 구성과 이러한 제조장치(100)에 의한 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자의 제조방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. Hereinafter, a description will be given of a configuration of a phase diffraction device manufacturing apparatus 100 using a direct laser exposure method and a method of manufacturing a phase diffraction device using a direct laser exposure method by the manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. Do it. First, FIG. 3 illustrates a cross-sectional view of the apparatus 100 for manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치(100)는 레이저발생부(10), 광량조절부(20), 셔터(30), 노광헤드(40), 틸트미러(50), 초점조절부, 노광렌즈(70), 기판용지그(81), 기판설치부(80), 회전구동부(90), X축 구동부(92), Y축 구동부(93) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다. As shown in FIG. 3, the apparatus 100 for manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method according to an embodiment of the present invention includes a laser generator 10, a light amount control unit 20, a shutter 30, Exposure head 40, tilt mirror 50, focus adjusting unit, exposure lens 70, substrate jig 81, substrate mounting unit 80, rotation driving unit 90, X-axis driving unit 92, Y It can be seen that the shaft drive 93 and the like.

레이저발생부(10)(구체적 실시예에서는 아르곤(Ar) 레이저 발생기를 사용하였다.)에서 발생된 레이저빔(1)은 광량조절부(20)를 거치면서 광량이 조절되고, 레이저빔(1)을 단속하는 셔터(30)를 투과하여 노광헤드(40)로 입사되게 된다. 본 발명의 구체적 실시예에서 광량조절부(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 광음향변조기(acousto-optic modulator, 22), 빔스플리터(21), 포토다이오드(23) 및 컨트롤러(24)를 포함하여 구성될 수 있다. The laser beam 1 generated by the laser generator 10 (in an embodiment, an argon (Ar) laser generator) is used) is controlled by the amount of light through the light amount control unit 20, the laser beam (1) The light is incident on the exposure head 40 by passing through the shutter 30 that intercepts it. In a specific embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, the light amount adjusting unit 20 includes an optical-optic modulator 22, a beam splitter 21, a photodiode 23, and a controller 24. It may be configured to include.

노광헤드(40)로 입사된 레이저빔(1)은 도 3에 도시된 바와 같이, 빔스플리터(21)와 틸트미러(50) 및 빔스플리터(21)에 의해 경로가 변경되면서 노광렌즈(70)에 투과되게 된다. 틸트미어에 의해 반사되어 경로가 변경되는 구성은 구체적 실시예에 한정되는 것은 아니고, 노광헤드(40)의 구조 및 노광렌즈(70)의 위치에 따라 변경될 수 있고, 이러한 구체적인 구조는 본 발명의 권리범위에 영향을 미치지 않음은 자명하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 경로를 변경시키기 위한 미러 중 틸트미러(50)를 포함할 수 있고, 틸트미러(50)의 각도를 조절하기 위해 틸트미러 각도 조절부를 포함할 수도 있다. As shown in FIG. 3, the path of the laser beam 1 incident to the exposure head 40 is changed by the beam splitter 21, the tilt mirror 50, and the beam splitter 21 while the exposure lens 70 is changed. It is transmitted through. The configuration in which the path is changed by being reflected by the tilt mirror is not limited to the specific embodiment, and may be changed depending on the structure of the exposure head 40 and the position of the exposure lens 70, and the specific structure may be changed according to the present invention. Obviously, it does not affect the scope of rights. As shown in FIG. 3, the mirror may include a tilt mirror 50 to change a path, and may include a tilt mirror angle adjuster to adjust the angle of the tilt mirror 50.

틸트미러(50) 각도조절부는 도 3에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드(23)와 빔스플리터(21)로 구성될 수 있다. 빔스플리터(21)는 레이저빔(1)을 반사시켜 틸트미러(50)에 입사시키고, 포토 다이오드(23)에서 주사되는 광은 투과시키게 된다. 포토 다이오드(23)에서 방출된 광은 빔스플리터(21)를 투과하여 틸트미러(50)에 반사되어 다시 포토다이오드(23)에 입사되어 틸트미러(50)의 각도를 조절하게 된다. As shown in FIG. 3, the tilt mirror 50 may be configured of a photodiode 23 and a beam splitter 21. The beam splitter 21 reflects the laser beam 1 to enter the tilt mirror 50, and transmits the light scanned by the photodiode 23. The light emitted from the photodiode 23 passes through the beam splitter 21 and is reflected by the tilt mirror 50 to be incident on the photodiode 23 again to adjust the angle of the tilt mirror 50.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치(100)는 초점조절부를 더 포함할 수 있다. 초점조절부에 의해 노광렌즈(70)와 광경화성수지 기판(5) 사이의 간격을 변화시켜 초점을 조절할 수 있다. 구체적 실시예에 따른 초점조절부는 레이저 다이오드(60), 빔스플리터(21), 광검출기(61), 초점제어부(62), PZT 구동기(63)를 포함하고 있다. 레이저 다이오드(60)에서 발생된 레이저광이 빔스플리터(21)에 반사되어 도 3에 도시된 하부측 빔스플리터(21)를 통과하여 노광렌즈(70)에 입사되고, 노광렌즈(70)에 반사된 레이저광이 빔스플리터(21) 2개를 모두 투과하여 광검출기(61)로 입사되게 된다. 반사된 레이저광에 대한 정보를 기초로 초점제어부(62)가 PZT 구동기(63)에 제어신호를 전송하여 PZT 구동기(63)가 노광렌즈(70)를 이동시켜 노광렌즈(70)와 광경화성수지 기판(5) 사이의 이격거리를 변화시키게 된다. In addition, the apparatus 100 for manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method according to an embodiment of the present invention may further include a focus control unit. The focus may be adjusted by changing a distance between the exposure lens 70 and the photocurable resin substrate 5 by the focus adjusting unit. According to a specific embodiment, the focus adjusting unit includes a laser diode 60, a beam splitter 21, a photodetector 61, a focus controller 62, and a PZT driver 63. The laser light generated by the laser diode 60 is reflected by the beam splitter 21, passes through the lower beam splitter 21 shown in FIG. 3, and enters the exposure lens 70, and is reflected by the exposure lens 70. The laser beam is transmitted through both beam splitters 21 and is incident to the photodetector 61. Based on the information on the reflected laser light, the focus controller 62 transmits a control signal to the PZT driver 63 so that the PZT driver 63 moves the exposure lens 70 to expose the exposure lens 70 and the photocurable resin. The separation distance between the substrates 5 is changed.

노광렌즈(70)를 투과한 레이저빔(1)은 초점부근에 구비된 기판설치부(80)에 설치된 광경화성수지 기판(5)에 주사되게 된다. 이러한 레이저빔(1)은 후에 설명되는 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에서는 가우시안빔(2)에 해당하고, 제2실시예에 따른 레이저빔(1)은 광강도가 균일한 레이저빔(1)이 사용되었다. The laser beam 1 transmitted through the exposure lens 70 is scanned by the photocurable resin substrate 5 provided in the substrate mounting portion 80 provided near the focal point. As described later, the laser beam 1 corresponds to a Gaussian beam 2 in the first embodiment of the present invention, and the laser beam 1 according to the second embodiment is a laser beam having a uniform light intensity. 1) was used.

도 4a는 광경화성 수지 기판(5) 표면에 노광렌즈(70)를 투과한 가우시안빔(2)을 모식적으로 도시한 단면도를 도시한 것이고, 도 4b는 가우시안빔(2) 단면과 직경에 따른 굴절률 그래프를 도시한 것이다. FIG. 4A is a cross-sectional view schematically showing a Gaussian beam 2 having passed through the exposure lens 70 on the surface of the photocurable resin substrate 5, and FIG. The refractive index graph is shown.

가우시안빔(2)은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 중앙측에서 외측으로 갈 수록 광강도가 감소되는 특성을 갖고, 굴절률 역시 중앙에서 가장 크고, 외측으로 갈수록 줄어드는 특성을 가지고 있다. 따라서, 가우시안빔(2)을 광경화성수지 기판(5)에 주사하게 되면, 광경화성수지 기판(5)의 굴절률 분포가 변화하게 되고, 사인파 위상회절격자가 형성되게 된다. As shown in FIGS. 4A and 4B, the Gaussian beam 2 has a property of decreasing light intensity as it goes from the center side to the outside, and also has a refractive index that is largest in the center and decreases toward the outside. Therefore, when the Gaussian beam 2 is scanned on the photocurable resin substrate 5, the refractive index distribution of the photocurable resin substrate 5 changes, and a sinusoidal phase diffraction grating is formed.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치(100)는, X축 구동부(92), Y축 구동부(93) 및 회전구동부(90)를 포함할 수 있다. X축 구동부(92)는 도 3에 도시된 바와 같이, 노광헤드(40) 일측에 구비되어 노광헤드(40)를 X축방향으로 이동시키게 된다. 그리고, 광경화성수지 기판(5)은 기판 설치부(80)에 설치되게 되고, 기판용지그(81)에 의해 광경화성수지 기판(5)을 기판설치부(80)에 고정시킬 수 있다. In addition, the apparatus 100 for manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method according to an embodiment of the present invention may include an X-axis driver 92, a Y-axis driver 93, and a rotation driver 90. . As shown in FIG. 3, the X-axis driving unit 92 is provided at one side of the exposure head 40 to move the exposure head 40 in the X-axis direction. The photocurable resin substrate 5 is attached to the substrate attaching portion 80, and the photocurable resin substrate 5 can be fixed to the substrate attaching portion 80 by the substrate jig 81.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치(100)는 기판 설치부(80)를 수직축인 Z축 방향으로 이동시키는 Z축 구동부를 더 포함할 수도 있다. 그리고 회전구동부(90)는 기판설치부(80)를 Z축을 중심으로 회전시킬 수 있도록 구성되며, 회전구동부(90) 하부에 결합된 Y축 구동부(93)를 포함하여 회전구동부(90) 및 기판설치부(80) 일체를 Y축 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 회전구동부(90)와 Y축 구동부(93) 사이에 틸트 테이블(91)을 더 포함하여 회전 스테이지 및 기판 설치부(80)를 틸트시켜 각도를 변화시킬 수 있다.
In addition, the apparatus 100 for manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method according to an embodiment of the present invention may further include a Z-axis driving unit for moving the substrate mounting unit 80 in the Z-axis direction, which is a vertical axis. In addition, the rotation driving unit 90 is configured to rotate the substrate installation unit 80 about the Z axis, and includes the Y driving unit 93 coupled to the lower portion of the rotation driving unit 90. The mounting portion 80 can be moved in the Y-axis direction. In addition, a tilt table 91 may be further included between the rotation driving unit 90 and the Y-axis driving unit 93 to change the angle by tilting the rotation stage and the substrate mounting unit 80.

이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법에 대해 설명하도록 한다. 이러한 방법은 앞서 설명한 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치(100)를 이용한 것이다. Hereinafter, a method of manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method according to the first embodiment of the present invention will be described. This method uses a phase diffraction device manufacturing apparatus 100 using the direct laser exposure method described above.

먼저, 레이저발생부(10)에서 특정폭을 갖는 가우시안빔(2)이 발생되게 되고, 가우시안빔(2)이 노광헤드(40) 내에 구비된 노광렌즈(70)에 입사되어 투과되게 된다. 그리고, 노광렌즈(70)의 초점 부분에 설치된 광경화성 수지 기판(5)으로 가우시안빔(2)이 주사된다. First, a Gaussian beam 2 having a specific width is generated in the laser generating unit 10, and the Gaussian beam 2 is incident on the exposure lens 70 provided in the exposure head 40 and then transmitted. Then, the Gaussian beam 2 is scanned to the photocurable resin substrate 5 provided in the focus portion of the exposure lens 70.

따라서 가우시안빔(2)이 주사된 광경화성수지 기판(5)의 굴절률이 변경되게 된다. 이러한 가우시안빔(2)이 주사되는 동안, 제어부(94)는 X축 구동부(92)를 구동시켜 노광렌즈(70)를 X축 방향을 이동시키게 된다. 이때 제어부(94)는 X축 구동부(92)를 제어하여 이동속도 및 이동거리를 조절하게 된다. Accordingly, the refractive index of the photocurable resin substrate 5 on which the Gaussian beam 2 is scanned is changed. While the Gaussian beam 2 is being scanned, the controller 94 drives the X-axis driver 92 to move the exposure lens 70 in the X-axis direction. In this case, the controller 94 controls the X-axis driver 92 to adjust the moving speed and the moving distance.

설정된 X축 거리까지 이동시킨 후에 제어부(94)는 Y축 구동부(93)를 구동하여 특정거리만큼 기판설치부(80)를 Y축 방향으로 이동시키게 된다. 그리고, 제어부(94)는 다시 X축 구동부(92)를 구동시켜 설정된 거리만큼 다시 노광렌즈(70)를 X축 방향으로 이동시키게 된다. After moving to the set X-axis distance, the controller 94 drives the Y-axis driver 93 to move the substrate mounting unit 80 in the Y-axis direction by a specific distance. Then, the controller 94 drives the X-axis driver 92 again to move the exposure lens 70 in the X-axis direction again by the set distance.

도 4c는 본 발명의 제1실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법에 의해 주사되는 가우시안빔(2)의 주사방향(8)을 나타낸 기판의 평면도를 도시한 것이다. FIG. 4C shows a plan view of the substrate showing the scanning direction 8 of the Gaussian beam 2 scanned by the phase diffraction element manufacturing method using the direct laser exposure method according to the first embodiment of the present invention.

이러한 주사방향(8)으로 가우시안빔(2)을 광경화성수지 기판(5)에 주사하게 되면, 가우시안빔(2)이 갖는 굴절률에 따라 광경화성수지의 굴절률이 변경되면서 사인파 위상회절격자가 형성되게 된다. 도 5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법에 의해 제조된 위상회절소자(7)의 평면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법에 의해 제조된 위상회절소자(7)의 굴절률 (9)분포를 나타낸 단면도를 도시한 것이다. When the Gaussian beam 2 is scanned on the photocurable resin substrate 5 in the scanning direction 8, the refractive index of the photocurable resin is changed according to the refractive index of the Gaussian beam 2 so that a sinusoidal phase diffraction grating is formed. do. FIG. 5A shows a plan view of a phase diffraction element 7 manufactured by the method for manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method according to the first embodiment of the present invention. 5B is a cross-sectional view showing the distribution of the refractive index 9 of the phase diffraction element 7 manufactured by the phase diffraction element manufacturing method using the direct laser exposure method according to the first embodiment of the present invention.

따라서 이러한 제1실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법에 의해 사인파 위상회절소자(7)를 제조할 수 있게 된다.
Accordingly, the sine wave phase diffraction element 7 can be manufactured by the method for manufacturing the phase diffraction element using the direct laser exposure method according to the first embodiment.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법에 대해 설명하도록 한다. 이러한 방법 역시, 앞서 설명한 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치(100)를 이용한 것이다. Hereinafter, a method of manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method according to the second embodiment of the present invention will be described. This method also uses the apparatus 100 for manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method described above.

도 6a는 본 발명의 제2실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법을 나타낸 기판과 노광렌즈(70)의 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 6b는 본 발명의 제2실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법에 의해 주사되는 레이저 빔(1)의 주사방향(8)을 나타낸 광경화성수지 기판(5)의 평면도를 도시한 것이다. 6A illustrates a cross-sectional view of a substrate and an exposure lens 70 showing a method of manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method according to the second embodiment of the present invention. 6B shows a photocurable resin substrate 5 showing a scanning direction 8 of a laser beam 1 scanned by a method for manufacturing a phase diffraction element using a direct laser exposure method according to a second embodiment of the present invention. A plan view is shown.

또한, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법에 의해 제조된 위상회절소자(7)의 평면도와 굴절률(9) 분포 그래프를 도시한 것이다. 그리고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치(100)의 제어부(94)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이고, 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다. 7 shows a plan view and a refractive index 9 distribution graph of the phase diffraction element 7 manufactured by the phase diffraction element manufacturing method using the direct laser exposure method according to the second embodiment of the present invention. 8 is a block diagram illustrating a signal flow of the controller 94 of the apparatus 100 for manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method according to an embodiment of the present invention, and FIG. A flowchart of a method of manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method according to the second embodiment is shown.

먼저, 레이저발생부(10)에서 특정폭을 갖는 레이저 빔(1)을 발생시키게 된다(S10). 그리고, 제2실시예에서는 광강도가 균일한 레이저빔(1)이 사용되게 된다. 그리고, 레이저발생수에서 발생된 레이저빔(1)은 레이저 광량조절부(20)에 의해 설정된 광량이 되도록 조절되게 된다(S20). First, the laser generation unit 10 generates a laser beam 1 having a specific width (S10). In the second embodiment, the laser beam 1 with uniform light intensity is used. Then, the laser beam 1 generated from the laser generation water is adjusted to be the amount of light set by the laser light amount control unit 20 (S20).

그리고, 광량이 조절된 레이저 빔(1)은 노광헤드(40)에 구비된 노광렌즈(70)에 입사되어 투과되게 된다(S30). 그리고, 노광렌즈(70)의 초점 부분에 구비된 기판설치부(80)에 설치된 광경화성수지 기판(5)에 레이저 빔(1)이 주사되게 된다(S40). 따라서 레이저 빔(1)이 주사된 광경화성수지 기판(5)에 굴절률이 변경되게 된다(S50). Then, the laser beam 1, the amount of light is adjusted is incident to the exposure lens 70 provided in the exposure head 40 is transmitted through (S30). Then, the laser beam 1 is scanned on the photocurable resin substrate 5 provided in the substrate mounting portion 80 provided in the focal portion of the exposure lens 70 (S40). Therefore, the refractive index is changed on the photocurable resin substrate 5 on which the laser beam 1 is scanned (S50).

그리고, 이러한 레이저빔(1)이 광경화성수지 기판(5)에 주시되는 동안, 제어부(94)는 X축 구동부(92)를 구동시켜 설정된 거리만큼 노광헤드(40)를 X축으로 이동시키게 된다(S60). 따라서 레이저빔(1)이 주사된 영역의 굴절률이 변경되게 된다. While the laser beam 1 is directed to the photocurable resin substrate 5, the controller 94 drives the X-axis driver 92 to move the exposure head 40 along the X-axis by a set distance. (S60). Therefore, the refractive index of the region where the laser beam 1 is scanned is changed.

다음으로 제어부(94)는 Y축 구동부(93)를 구동시켜 X축과 수직이고 평면방향과 평행인 Y축으로 기판설치를 특정거리(레이저빔(1)의 폭 정도의 거리)만큼 이동시키고, 동시에 제어부(94)는 광량조절부(20)를 조절하여 레이저 빔(1)의 광량을 변경시키게 된다(S70). 구체적실시예에서는 초기에 설정된 광량보다 작은 정도의 광량이 되도록 조절하게 된다. Next, the control unit 94 drives the Y-axis driving unit 93 to move the substrate installation by a specific distance (the distance of the width of the laser beam 1) in the Y axis perpendicular to the X axis and parallel to the plane direction. At the same time, the controller 94 adjusts the light amount adjusting unit 20 to change the light amount of the laser beam 1 (S70). In a specific embodiment, the light amount is adjusted to be smaller than the initially set light amount.

그리고, 제어부(94)는 다시 X축 구동부(92)를 제어하여 설정된 거리만큼 노광헤드(40)를 X축 방향으로 이동시키게 된다. 따라서 레이저빔(1)이 주사된 영역의 굴절률이 변경되게 되고, 그 굴절률은 초기보다 작은 값이 된다. The controller 94 again controls the X-axis driver 92 to move the exposure head 40 in the X-axis direction by the set distance. Therefore, the refractive index of the area where the laser beam 1 is scanned is changed, and the refractive index is smaller than the initial value.

이러한 과정을 설정된 주기 만큼 반복적으로 수행하게 되면(S80), 도 7에 도시된 바와 같이, 미세한 계단 형태의 굴절률 분포를 갖는 위상회절격자가 제조되게 된다. 설정된 주기가 완료되면, 원하는 위상회절소자(7) 제조가 종료되기 전까지(S90), 다시 설정된 초기 광량으로 변경하고(S100), 상기의 S60, S70, S80 단계를 반복하게 된다. 이러한 과정을 반복하게 됨으로써 전체적으로 도 7에 도시된 바와 같이, 톱니파 형태의 위상회절소자(7)를 제조할 수 있게 된다. When this process is repeatedly performed for a predetermined period (S80), as shown in FIG. 7, a phase diffraction grating having a fine stepped refractive index distribution is manufactured. When the set cycle is completed, until the desired phase diffraction device 7 is finished (S90), it is changed back to the set initial light amount (S100), and the above steps S60, S70, and S80 are repeated. By repeating this process, as shown in FIG. 7, the sawtooth wave type phase diffraction element 7 can be manufactured.

1:레이저 빔
2:가우시안 빔
3:감광막
4:기판
5:광경화성수지 기판
6:렌즈
7:위상회절소자
8:주사방향
9:굴절률
10:레이저발생부
20:광량조절부
21:빔스플리터
22:광음향변조기
23:포토다이오드
24:컨트롤러
30:셔터
40:노광헤드
50:틸트미러
60:레이저다이오드
61:광검출기
62:초점제어부
63:PZT구동기
70:노광렌즈
80:기판설치부
81:기판용지그
90:회전구동부
91:틸트테이블
92:X축 구동부
93:Y축 구동부
94:제어부
100:직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치1: laser beam
2: Gaussian beam
3: photosensitive film
4: substrate
5: photocurable resin substrate
6: lens
7: Phase diffraction element
8: Scanning direction
9: refractive index
10: laser generating unit
20: Light quantity control part
21: beam splitter
22: optoacoustic modulator
23: photodiode
24: controller
30: shutter
40: Exposure head
50: tilt mirror
60: laser diode
61: Photodetector
62: focus control unit
63: PZT driver
70: exposure lens
80: substrate mounting part
81: substrate jig
90: rotation drive part
91: tilt table
92: X axis drive part
93: Y axis drive part
94: control unit
100: device for manufacturing a phase diffraction element using a direct laser exposure method

Claims (19)

위상회절소자 제조장치에 있어서,
특정폭을 갖는 레이저빔을 발생시키는 레이저발생부;
상기 레이저발생부에서 발생된 상기 레이저빔을 투과시키는 노광렌즈;
상기 노광렌즈의 초점부분에 설치되어 상기 레이저빔이 주사되어 상기 레이저빔에 의해 굴절률이 변화되는 광경화성 수지로 구성된 기판;
상기 기판 또는 상기 노광렌즈를 평면방향으로 이동시키기 위한 구동부;
상기 레이저발생부에서 발생된 레이저빔의 광량을 조절하는 광량조절부; 및
기판이 설치되는 기판설치부를 포함하고,
상기 구동부는,
상기 기판설치부 또는 상기 노광렌즈를 평면방향과 평행인 X축으로 이동시키는 X축 구동부와, 상기 기판설치부 또는 상기 노광렌즈를 평면방향과 평행이고 상기 X축과 수직인 Y축으로 이동시키는 Y축 구동부와, 상기 기판 설치부를 수직축인 Z축을 중심으로 회전시키는 회전구동부를 포함하고,
상기 X축 구동부, 상기 Y축 구동부 및 상기 회전구동부의 이동방향과 이동속도를 제어하고, 광량조절부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치. In a device for manufacturing a phase diffraction element,
A laser generator for generating a laser beam having a specific width;
An exposure lens configured to transmit the laser beam generated by the laser generator;
A substrate formed at a focus portion of the exposure lens, the substrate being made of a photocurable resin in which the laser beam is scanned and the refractive index is changed by the laser beam;
A driver for moving the substrate or the exposure lens in a planar direction;
A light amount adjusting unit controlling an amount of light of the laser beam generated by the laser generating unit; And
Including a substrate installation unit is installed,
The driving unit includes:
An X-axis driving unit for moving the substrate mounting unit or the exposure lens to an X axis parallel to the plane direction, and Y for moving the substrate mounting unit or the exposure lens to the Y axis parallel to the plane direction and perpendicular to the X axis An axis drive unit and a rotation driving unit rotating the substrate mounting unit about a vertical Z axis;
And a control unit controlling a moving direction and a moving speed of the X-axis driving unit, the Y-axis driving unit, and the rotary driving unit, and controlling a light amount adjusting unit. 제 1항에 있어서,
상기 레이저빔은 가우시안 빔인 것을 특징으로 하는 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치.
The method of claim 1,
The laser beam is a phase diffraction device manufacturing apparatus using a direct laser exposure method, characterized in that the Gaussian beam.
제 2항에 있어서,
상기 가우시안 빔 단면은 중앙에서 외주부로 점진적으로 광강도가 감소되는 것을 특징으로 하는 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치.
3. The method of claim 2,
The Gaussian beam cross section is a phase diffraction device manufacturing apparatus using a direct laser exposure method characterized in that the light intensity gradually decreases from the center to the outer peripheral portion.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 광량조절부는 광음향변조기, 빔스플리터, 포토다이오드 및 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치. The method of claim 1,
The apparatus for manufacturing a phase diffraction element using the direct laser exposure method, characterized in that the light amount control unit includes a photoacoustic modulator, a beam splitter, a photodiode and a controller. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 노광렌즈와 상기 기판 사이의 간격을 조절하여 상기 노광렌즈의 초점을 조절하는 초점조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조장치. The method of claim 1,
And a focus control unit for adjusting a focus of the exposure lens by adjusting a distance between the exposure lens and the substrate. 제 2항에 따른 위상회절소자 제조장치를 이용한 위상회절소자 제조방법에 있어서,
레이저발생부에서 특정폭을 갖는 가우시안 빔을 발생시키는 단계;
상기 가우시안 빔이 노광렌즈에 투과되는 단계;
상기 노광렌즈의 초점 부분에 설치된 광경화성 수지로 구성된 기판에 상기 가우시안 빔이 주사되는 단계;
상기 가우시안 빔이 주사된 기판에 굴절률이 변경되는 단계;
제어부가 평면방향과 평행인 X축방향으로 기판설치부 또는 상기 노광렌즈를 이동시키는 X축 구동부, 상기 X축과 수직이고 평면방향과 평행인 Y축방향으로 기판설치부 또는 상기 노광렌즈를 이동시키는 Y축 구동부 및 수직축인 Z축을 중심으로 상기 기판설치부를 회전시키는 회전구동부 중 적어도 어느 하나를 구동시키는 단계; 및
상기 가우시안 빔이 주사된 기판에 사인파 위상회절격자가 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법.In the method for manufacturing a phase diffraction element using the phase diffraction element manufacturing apparatus according to claim 2,
Generating a Gaussian beam having a specific width at the laser generator;
Transmitting the Gaussian beam through an exposure lens;
Scanning the Gaussian beam on a substrate made of a photocurable resin provided at a focus portion of the exposure lens;
Changing a refractive index of the substrate on which the Gaussian beam is scanned;
An X-axis driver for moving the substrate mounting portion or the exposure lens in the X-axis direction parallel to the plane direction, and a control unit for moving the substrate mounting portion or the exposure lens in the Y-axis direction perpendicular to the X-axis and parallel to the plane direction. Driving at least one of a Y-axis driver and a rotational drive unit for rotating the substrate mounting unit about a vertical Z-axis; And
And a sine wave phase diffraction grating is formed on the substrate on which the Gaussian beam has been scanned. 제 1항에 따른 위상회절소자 제조장치를 이용한 위상회절소자 제조방법에 있어서,
레이저발생부에서 특정폭을 갖는 레이저 빔을 발생시키는 단계;
광량조절부에서 상기 레이저 빔을 설정된 광량이 되도록 조절하는 단계;
상기 레이저 빔이 노광렌즈에 투과되는 단계;
상기 노광렌즈의 초점 부분에 설치된 광경화성 수지로 구성된 기판에 상기 레이저 빔이 주사되는 단계;
상기 레이저 빔이 주사된 기판에 굴절률이 변경되는 단계;
제어부가 평면방향과 평행인 X축방향으로 기판설치부 또는 상기 노광렌즈를 이동시키는 X축 구동부를 제어하여 설정된 이동길이만큼 상기 레이저 빔을 기판에 주사하게 하는 단계;
Y축 구동부에 의해 상기 X축과 수직이고 평면방향과 평행인 Y축으로 상기 기판설치부 또는 상기 노광렌즈를 특정거리만큼 이동시키고, 상기 광량조절부에서 상기 레이저 빔의 광량을 변경하는 단계; 및
상기 주사하는 단계 및 상기 광량을 변경하는 단계를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법.In the method for manufacturing a phase diffraction element using the apparatus for manufacturing a phase diffraction element according to claim 1,
Generating a laser beam having a specific width in the laser generation unit;
Adjusting the laser beam to a set light amount by a light amount adjusting unit;
Transmitting the laser beam through an exposure lens;
Scanning the laser beam on a substrate made of a photocurable resin provided at a focus portion of the exposure lens;
Changing the refractive index of the substrate on which the laser beam is scanned;
A control unit controlling the substrate mounting unit or the X-axis driving unit to move the exposure lens in the X-axis direction parallel to the plane direction to scan the laser beam on the substrate by a set moving length;
Moving the substrate mounting part or the exposure lens by a specific distance from a Y axis perpendicular to the X axis and parallel to a plane direction by a Y axis driver, and changing the light amount of the laser beam in the light amount adjusting part; And
And repeating the scanning and changing the quantity of light. 제 15항 또는 제16항에 있어서,
초점조절부가 노광렌즈와 상기 기판 사이의 간격을 조절하여 상기 노광렌즈의 초점을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직접레이저 노광법을 이용한 위상회절소자 제조방법.
17. The method according to claim 15 or 16,
And adjusting a focus of the exposure lens by adjusting a gap between a focus lens and an exposure lens and the substrate.
제 15항의 위상회절소자 제조방법에 의해 제조된 위상회절소자.
A phase diffraction element manufactured by the method for manufacturing a phase diffraction element of claim 15.
제 16항의 위상회절소자 제조방법에 의해 제조된 위상회절소자.A phase diffraction element manufactured by the method for manufacturing a phase diffraction element of claim 16.
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