KR101729582B1 - Method for making functional optical fiber tips using maskless fabrication - Google Patents

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김재범
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02295—Microstructured optical fibre

Abstract

본 발명은 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작 방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 마스크를 사용하지 않고 사용자가 원하는 다양한 모양의 미세 패턴을 광섬유 단면에 제작 가능한, 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작 방법을 제공함에 있다.The present invention relates to a method of fabricating a micropattern-integrated optical fiber element using a maskless lithography system, and an object of the present invention is to provide a maskless lithography system capable of manufacturing various shapes of fine patterns desired by a user, And a method of fabricating an integrated optical fiber element using the same.

Description

무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작 방법 {Method for making functional optical fiber tips using maskless fabrication}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of fabricating a micro patterned integrated optical fiber element using a maskless lithography system,

본 발명은 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광섬유의 끝단면에 미세 패턴을 용이하고 효과적으로 형성할 수 있는 제작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for fabricating a micropattern-integrated optical fiber element using a maskless lithography system, and more particularly, to a fabrication method capable of easily and effectively forming a fine pattern on an end surface of an optical fiber.

마이크로 또는 나노 공정 기술의 발달로 인하여, 과거에는 제작 상의 한계로 인하여 사용하지 못했던 다양한 대상물들의 응용 범위가 넓어지고 있다. 그 중 하나가 광섬유로서, 기존의 전통적인 기판인 웨이퍼를 대체할 수 있는 새로운 플랫폼으로서 연구되고 있다. 보다 구체적으로는, 마이크로/나노 공정 기술을 이용하여 광섬유 단면에 다양한 마이크로/나노 구조물을 형성함으로써 광섬유에 다양한 기능성을 부여하고자 하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 단면에 렌즈, 격자, 광학 필터 등과 같은 마이크로/나노 구조물을 포함하는 광섬유 소자는, 광통신, 초소형 광소자(photonic device), 바이오 센싱(biosensing), 바이오 이미징(bioimaging) 등 다양한 응용 분야를 가질 수 있다.
Due to the development of micro or nano process technology, the application range of various objects that have not been used due to manufacturing limit has been widened in the past. One of them is being studied as a new platform that can replace wafers, which are conventional substrates, as optical fibers. More specifically, various studies have been actively made to impart various functions to an optical fiber by forming various micro / nano structures on the cross section of the optical fiber using micro / nano process technology. Lenses, gratings, optical filters in cross section An optical fiber device including a micro / nano structure such as a photonic device can have various application fields such as optical communication, photonic device, biosensing, and bioimaging.

이처럼 광섬유 단면에 마이크로/나노 구조물 즉 미세 패턴이 형성되어 있는 광섬유를 미세 패턴 일체형 광섬유라고 칭한다. 이러한 미세 패턴 일체형 광섬유를 제작하는 기술로서 포토 리소그래피(photo lithography), 나노 임프린팅(nano imprinting), 아크 방전(arc discharge) 등의 기술이 제안되었다.An optical fiber in which a micro / nano structure or fine pattern is formed on the cross section of the optical fiber is referred to as a micro pattern integrated optical fiber. Techniques such as photo lithography, nano imprinting, and arc discharge have been proposed as techniques for fabricating such a fine pattern integrated optical fiber.

포토 리소그래피 또는 나노 임프린팅을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 제작 기술에 관해서는, "The Optical Fiber Tip : An Inherently Light-Coupled Microscopic Platform for Micro- and Nanotechnologies."(Gorgi Kostovski , Paul R. Stoddart , and Arnan Mitchell, ADVANCED MATERIALS, 2014, DOI: 10.1002/ adma.201304605.) 논문에 잘 나타나 있다. 일본특허공개 제2003-227931호("편광자 일체형 광부품, 그 제조법 및 그것을 사용한 직선 편파 결합 방법", 2003.08.15) 등에도, 포토 리소그래피 방식을 사용하여 광섬유 끝단에 미세 패턴을 형성하는 기술이 개시된다.An optical fiber tip fabrication technique using micro-pattern integration using photolithography or nanoimprinting is described in " An Inherently Light-Coupled Microscopic Platform for Micro- and Nanotechnologies "(Gorgi Kostovski, Paul R. Stoddart, and Arnan Mitchell , ADVANCED MATERIALS, 2014, DOI: 10.1002 / adma.201304605). Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-227931 ("Polarizer-integrated optical component, its fabrication method and linear polarized wave combining method using it, ", Aug. 15, 2003) discloses a technique of forming a fine pattern at the end of an optical fiber by using a photolithography method. do.

그런데, 상기 논문 등에 소개된 기술을 이용하여 미세 패턴 일체형 광섬유를 제작할 경우, 제작하고자 하는 패턴의 형상을 포함한 포토 마스크가 공정 과정에서 필수적으로 필요하다. 그런데 이러한 포토 마스크를 별도로 제작하기 위한 비용 및 시간이 소요되고, 또한 다른 모양의 패턴을 제작하기 위해서는 새로운 포토 마스크를 제작하여야 하기 때문에 추가적인 비용, 시간, 인력 등의 자원이 소요되는 등의 문제가 있다. 즉 상기 논문에 제시된 기술을 실제로 미세 패턴 일체형 광섬유 생산에 적용하기에는 경제성, 효율성 등의 측면에서 불리한 점이 많아 현실화되기 어렵다.However, when a micropattern-integrated optical fiber is manufactured by using the technique disclosed in the above-mentioned papers and the like, a photomask including the shape of the pattern to be fabricated is indispensably required in the process. However, it takes a long time and cost to manufacture such a photomask separately, and since a new photomask has to be manufactured in order to produce patterns of different shapes, there is a problem such that additional resources such as cost, time, manpower, etc. are required . In other words, it is difficult to apply the technique disclosed in the above-mentioned paper to the production of the micro pattern integrated optical fiber, because it is disadvantageous in terms of economical efficiency and efficiency.

광섬유 끝단에 미세 패턴을 형성하는 것 외에도, 광섬유 끝단에 렌즈 형상이 결합된 형태를 형성하고자 하는 경우도 있다. 아크 방전을 이용하는 방법은, 광섬유의 종단면에 열을 가해 일정 곡률 반경의 렌즈면을 제작하는 기술이다. 이 방법을 이용하면 광섬유 끝단에 미세한 크기의 렌즈를 형성할 수 있으나, 재현성이 부족하고 자유로운 형태로 가공하기 힘든 단점이 있다. 한편 일본특허공개 제2003-149470호("광섬유 단면의 마이크로 렌즈의 형성 방법", 2003.05.21)에는 광섬유 단면에 포토레지스트를 도포하고 마스크를 사용하여 광섬유 단면 이외 부분의 포토레지스트를 노광, 현상함으로써 제거한 후, 가열 용융에 의해 포토레지스트가 렌즈 형상을 이루도록 하는 기술을 개시하고 있다. 이러한 방식으로 광섬유 끝단에 렌즈면을 형성하는 것은 아크 방전 이용 방법보다는 보다 재현성이 높을 수는 있겠으나, 역시 가열 용융에 의해 포토레지스트가 렌즈 형상을 이루는 과정에서 완벽한 제어가 이루어지기 어려워 역시 재현성이 매우 높다고 보기는 어렵다.
In addition to forming a fine pattern at the end of the optical fiber, there is also a case where a lens shape is combined with the end of the optical fiber. A method of using arc discharge is a technique for producing a lens surface having a certain radius of curvature by applying heat to the longitudinal surface of the optical fiber. Using this method, a finer size lens can be formed at the end of the optical fiber, but it is not reproducible and it is difficult to process it in a free form. On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-149470 ("Method of forming microlenses of cross-section of optical fiber ", May 23, 2003) discloses a method of coating a photoresist on an end face of an optical fiber and exposing and developing photoresist portions other than the cross- And then the photoresist is formed into a lens shape by heating and melting. Although forming the lens surface at the end of the optical fiber in this manner may be more reproducible than the method using the arc discharge, it is also difficult to control the photoresist completely in the process of forming the lens shape by heating and melting, It is difficult to see it as high.

1. 일본특허공개 제2003-227931호("편광자 일체형 광부품, 그 제조법 및 그것을 사용한 직선 편파 결합 방법", 2003.08.15)1. JP-A-2003-227931 ("Polarizer-integrated optical component, its manufacturing method and linear polarization coupling method using it ", Aug. 15, 2003) 2. 일본특허공개 제2003-149470호("광섬유 단면의 마이크로 렌즈의 형성 방법", 2003.05.21)2. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-149470 ("Method of forming microlenses of cross-section of optical fiber ", May 23, 2003)

"The Optical Fiber Tip : An Inherently Light-Coupled Microscopic Platform for Micro- and Nanotechnologies."(Gorgi Kostovski , Paul R. Stoddart , and Arnan Mitchell, ADVANCED MATERIALS, 2014, DOI: 10.1002/ adma.201304605.)"The Optical Fiber Tip: An Inherently Light-Coupled Microscopic Platform for Micro- and Nanotechnologies." (Gorgi Kostovski, Paul R. Stoddart, and Arnan Mitchell, ADVANCED MATERIALS, 2014, DOI: 10.1002 / adma.201304605.)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 마스크를 사용하지 않고 사용자가 원하는 다양한 모양의 미세 패턴을 광섬유 단면에 제작 가능한, 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작 방법을 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a maskless lithography system capable of producing various shapes of fine patterns desired by a user in an optical fiber cross section without using a mask, And a method of fabricating an integrated optical fiber element using the same.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작 방법은, 종단면에 미세 패턴이 형성된 광섬유로서 이루어지는 미세 패턴 일체형 광섬유 소자를 제작하는 방법으로서, 광섬유(500)의 종단면에 감광성 재료가 도포 및 평탄화되어 감광층(550)이 형성되는 감광층 형성 단계; 광원(110)으로부터 조사된 광이 공간 광 변조기(120)에 의해 광 진행 경로에 수직한 단면 상에서 패턴을 형성하는 패턴광으로 변조되는 광 변조 단계; 상기 패턴광이 집광 렌즈(130)에 의해 상기 광섬유(500) 종단면에 상응하는 면적을 가지도록 축소되는 광 축소 단계; 축소된 상기 패턴광이 상기 감광층(550)에 조사되어 노광이 이루어지는 감광층 노광 단계; 패턴 이외의 부분이 제거되도록 상기 감광층(550)이 현상되어 미세 패턴을 형성함으로써, 종단면에 미세 패턴이 일체로 형성된 광섬유 소자의 제작이 완료되는 감광층 현상 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a micropattern-integrated optical fiber device using a maskless lithography system, A photosensitive layer forming step of forming a photosensitive layer 550 by applying and planarizing a photosensitive material on a longitudinal section of the photosensitive layer; An optical modulation step in which the light emitted from the light source 110 is modulated by the spatial light modulator 120 into pattern light forming a pattern on a cross section perpendicular to the optical path; Wherein the pattern light is reduced by the condenser lens (130) so as to have an area corresponding to an end face of the optical fiber (500); Exposing the photosensitive layer (550) to expose the patterned light; A photosensitive layer development step in which the photosensitive layer 550 is developed to form a fine pattern so that portions other than the pattern are removed, thereby completing fabrication of the optical fiber element in which the fine patterns are integrally formed on the longitudinal sides; . ≪ / RTI >

이 때 상기 감광층 형성 단계는, 상기 광섬유(500)의 일측단이 감광성 재료로 이루어지는 용액에 디핑(dipping)되어 상기 광섬유(500)의 일측 종단면에 감광성 재료를 코팅하는 단계, 일측 종단면에 감광성 재료가 코팅된 상기 광섬유(500) 및 타측 종단면에 평판(550')이 접착된 평탄화용 광섬유(500')가 광융착 접속기(fusion splicer)에 장착되어 종방향으로 정렬되는 단계, 일측 종단면에 감광성 재료가 코팅된 상기 광섬유(500) 및 상기 평탄화용 광섬유(500')가 종방향으로 접촉되어, 상기 평판(550')에 의하여 감광성 재료가 눌려져 평탄화되는 단계, 광이 조사되어 감광성 재료가 소프트-베이크(soft-bake)되는 단계, 상기 평탄화용 광섬유(500')가 제거되어 상기 광섬유(500)의 일측 종단면에 평탄화된 감광층(550)이 형성되는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 이 때 상기 감광층 형성 단계는, 상기 광섬유(500)의 일측단이 감광성 재료로 이루어지는 용액에 디핑(dipping)되기 전에, 상기 광섬유(500)의 일측 종단면에 접착 촉진제가 도포되는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.The photosensitive layer forming step includes dipping one end of the optical fiber 500 into a solution made of a photosensitive material and coating a photosensitive material on one longitudinal side of the optical fiber 500, And a planarizing optical fiber 500 'having a flat plate 550' adhered to the other longitudinal end face thereof is mounted on a fusion splicer and aligned in the longitudinal direction. The optical fiber 500 ' Wherein the optical fiber 500 coated with the optical fiber 500 and the flattening optical fiber 500 'are vertically contacted with each other and the photosensitive material is pressed and flattened by the flat plate 550' blanketing the optical fiber 500 ', removing the planarizing optical fiber 500', and forming a planarized photosensitive layer 550 on one longitudinal side of the optical fiber 500. The step of forming the photosensitive layer may further include the step of applying an adhesion promoter to one longitudinal end face of the optical fiber 500 before the one end of the optical fiber 500 is dipped in a solution made of a photosensitive material .

또한 상기 공간 광 변조기(120)는, 배치 각도가 가변되는 다수 개의 가변 미러(125)들이 평면 상에 배열된 형태로 이루어져, 상기 가변 미러(125)들의 배치 각도 상태에 따라 입사된 광을 선택적인 방향으로 반사시킴으로써 패턴광으로 변조하는 디지털 미소반사 표시기(Digital Micromirror Device, DMD)일 수 있다.Also, the spatial light modulator 120 has a configuration in which a plurality of variable mirrors 125 whose arrangement angles are variable are arranged on a plane, and the incident light according to the arrangement angle state of the variable mirrors 125 is selectively Or a digital micromirror device (DMD) that modulates the light into pattern light by reflecting it in the direction of the light.

또한 상기 광섬유 소자 제작 방법은, 상기 공간 광 변조기(120) 및 상기 집광 렌즈(130) 사이에 빔 스플리터(140)가 더 구비되고, 상기 집광 렌즈(130) 후단측에 관측용 카메라(150)가 더 구비되어, 상기 광 변조 단계에서 변조된 패턴광이 상기 빔 스플리터(140)로 입사되어 광경로가 변경됨으로써 상기 집광 렌즈(130)로 입사되어 상기 광 축소 단계가 수행되고, 상기 감광층(550)에 조사 및 반사된 반사광이 상기 빔 스플리터(140)를 통과하여 상기 관측용 카메라(150)에 입사되어 상기 감광층(550)의 영상이 획득되는 감광층 영상 획득 단계가 더 수행되도록 이루어질 수 있다.The optical fiber device manufacturing method further includes a beam splitter 140 disposed between the spatial light modulator 120 and the condenser lens 130. The observation camera 150 is disposed at a rear end of the condenser lens 130, Pattern light modulated in the light modulating step is incident on the beam splitter 140 and the optical path is changed to enter the condenser lens 130 to perform the light reduction step and the photosensitive layer 550 And the reflected light is incident on the observation camera 150 through the beam splitter 140 to acquire an image of the photosensitive layer 550. In this case, .

이 때 상기 광섬유 소자 제작 방법은, 상기 광원(110)이, 감광성 재료와 반응하는 광특성을 가지는 특성광을 발생시키는 특성광원(111) 및 백색광으로부터 상기 특성광이 제거되어 이루어지는 관측광을 발생시키는 관측광원(112)을 포함하여 이루어져, 상기 특성광에 의해 상기 감광층 노광 단계가 수행되고, 상기 관측광에 의해 상기 감광층 영상 획득 단계가 수행되도록 이루어질 수 있다.At this time, the optical fiber element fabrication method may include a characteristic light source 111 for generating the characteristic light having the optical characteristic of reacting with the photosensitive material, and an observation light beam having the characteristic light removed from the white light, And the observation light source 112. The photosensitive layer exposure step is performed by the characteristic light and the photosensitive layer image acquisition step is performed by the observation light.

또한 상기 광섬유 소자 제작 방법은, 상기 광원(110) 및 상기 공간 광 변조기(120) 사이에 빔 균질기(beam homogenizer, 160)가 더 구비되어, 상기 광원(110)으로부터 조사된 광이 상기 빔 균질기(160)에 의해 광 세기가 균일화된 후 상기 공간 광 변조기(120)로 입사되어 상기 광 변조 단계가 수행되도록 이루어질 수 있다.The optical fiber element manufacturing method further includes a beam homogenizer 160 between the light source 110 and the spatial light modulator 120 so that the light emitted from the light source 110 is uniformly distributed And the light intensity is made uniform by the light intensity modulator 160 and then incident on the spatial light modulator 120 to perform the light modulating step.

또한 상기 광섬유 소자 제작 방법은, 상기 광원(110) 및 상기 공간 광 변조기(120) 사이에 빔 확장기(beam expander, 170)가 더 구비되어, 상기 광원(110)으로부터 조사된 광이 상기 공간 광 변조기(120)의 광 입사면 면적에 상응하는 면적을 가지도록 확장된 후 상기 공간 광 변조기(120)로 입사되어 상기 광 변조 단계가 수행되도록 이루어질 수 있다.The optical fiber element manufacturing method may further include a beam expander 170 between the light source 110 and the spatial light modulator 120 so that the light emitted from the light source 110 passes through the spatial light modulator 120. [ The incident light is expanded to have an area corresponding to the light incident surface area of the spatial light modulator 120 and then incident on the spatial light modulator 120 to perform the light modulating step.

또한 상기 광섬유 소자 제작 방법은, 상기 공간 광 변조기(120) 및 상기 집광 렌즈(130) 사이에 축소 렌즈(180)가 더 구비되어, 상기 공간 광 변조기(120)에 의해 변조된 패턴광이 상기 축소 렌즈(180)에 의해 미리 축소된 후 상기 집광 렌즈(130)로 입사되어 상기 광 축소 단계가 수행되도록 이루어질 수 있다.
The optical fiber device manufacturing method further includes a reduction lens 180 between the spatial light modulator 120 and the condenser lens 130 so that the pattern light modulated by the spatial light modulator 120 is reduced Is condensed in advance by the lens 180, and is incident on the condenser lens 130, so that the light reduction step may be performed.

또한 본 발명에 의한 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자는, 상술한 바와 같은 제작 방법에 의하여 제작되는 것을 특징으로 한다.In addition, the micro pattern integrated optical fiber device using the maskless lithography system according to the present invention is manufactured by the manufacturing method as described above.

이 때 상기 광섬유(500)는, 단일모드 광섬유(single mode fiber), 다중모드 광섬유(multi mode fiber), 그린렌즈 광섬유(GRIN fiber), 공기구멍이 제거된 광결정 광섬유(photonic crystal fiber) 및 코어없는 광섬유(coreless silica fiber) 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.
In this case, the optical fiber 500 may be a single mode fiber, a multi mode fiber, a green lens optical fiber, a photonic crystal fiber in which air holes are removed, And a coreless silica fiber.

본 발명에 의하면, 공간 광 변조기 기반 무마스크 리소그래피를 이용하여 광섬유 단면에 미세 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 기존의 포토 리소그래피를 이용하는 방식과 비교할 때 새로운 모양의 구조물을 제작할 때마다 그에 맞는 새로운 마스크를 제작할 필요가 없어지기 때문에, 마스크 제작에 필요한 시간, 비용, 인력 등의 자원을 절약할 수 있다는 큰 장점이 있다. 즉 이에 따라 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작에 있어서의 경제성, 효율성, 생산성 등이 비약적으로 증대되는 효과가 있다.According to the present invention, since a fine pattern can be formed on a cross section of an optical fiber by using a spatial light modulator-based maskless lithography, a new mask corresponding to the new shape structure is obtained when compared with the conventional method using photolithography There is a great advantage that resources such as time, cost, manpower required for mask production can be saved. That is, the economical efficiency, the productivity, and the like in fabrication of a micropattern-integrated optical fiber element are remarkably increased.

또한 공정 중 패턴을 변경하고자 하는 경우에도 공간 광 변조기를 이용하여 간단히 광 형상을 바꾸기만 하면 되기 때문에, 마스크를 새로 바꾸어야 한다거나 마스크의 위치를 정렬해야 하는 등의 부가 작업을 전혀 필요로 하지 않아, 제조되는 패턴이 변경되더라도 공정 연속성을 해치지 않는 효과가 있으며, 물론 이에 따라 생산성 등을 더욱 향상시키는 효과 또한 있다.Further, even in the case of changing the pattern in the process, it is only required to change the shape of the light simply by using the spatial light modulator. Therefore, no additional operation such as the necessity of changing the mask or aligning the position of the mask is required at all, The process continuity is not hindered even if the pattern is changed. Of course, the productivity is further improved.

더불어 본 발명에 의하여 제조되는 미세 패턴 일체형 광섬유 소자는, 빔 쉐이핑 등에 사용되는 초소형 광소자나 바이오 센싱 또는 이미징에 사용되는 초소형 프루브 등으로 응용이 가능하여, 광, 광통신, 바이오 등 다양한 분야로의 산업적 활용 범위를 크게 확장할 수 있는 효과가 있다. 또한 광섬유 끝단 자체에 렌즈나 격자(grating) 등과 같은 미세 패턴으로 된 광학 구조물이 형성되어 있는 것이기 때문에, 이러한 광섬유 소자가 적용되는 장치 자체에서는 별도의 광학 부품들을 많이 생략할 수 있어 궁극적으로는 초소형 시스템을 구축하는 것이 가능하게 해 주는 효과 또한 얻을 수 있다.
In addition, the micro patterned integrated optical fiber device manufactured by the present invention can be applied to microminiaturized optical devices used for beam shaping, micro-probes used for biosensing or imaging, and the like for industrial applications in various fields such as light, optical communication, It is possible to greatly expand the range. In addition, since the optical structure having a fine pattern such as a lens or a grating is formed on the end of the optical fiber itself, it is possible to omit a lot of optical components in the optical fiber device itself, and ultimately, Can be obtained.

도 1은 무마스크 리소그래피 시스템의 한 실시예.
도 2는 디지털 미소반사 표시기의 원리.
도 3은 디지털 미소반사 표시기를 이용하여 만들어지는 패턴의 한 실시예 및 실제 광섬유 종단면에 상기 패턴이 노광된 모습.
도 4는 무마스크 리소그래피 시스템의 다른 실시예.
도 5는 감광층 형성 단계의 각 세부 단계.
도 6은 감광층 형성 단계 중의 각부의 실제 모습.
도 7은 본 발명의 제작 방법에 의하여 만들어진 다양한 미세 패턴 일체형 광섬유의 실시예들.1 is an embodiment of a maskless lithography system.
2 shows the principle of a digital micro-reflector.
Figure 3 shows an embodiment of a pattern made using a digital micro-reflective indicator and the pattern exposed in an actual fiber optic profile.
4 is another embodiment of a maskless lithography system.
5 is a detailed step of the photosensitive layer forming step.
6 is an actual view of each part in the photosensitive layer forming step.
FIG. 7 illustrates embodiments of various micropattern-integrated optical fibers made by the fabrication method of the present invention.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a method for fabricating a micro patterned integrated optical fiber element using the maskless lithography system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작 방법은, 종단면에 미세 패턴이 형성된 광섬유로서 이루어지는 미세 패턴 일체형 광섬유 소자를 제작하는 방법으로서, 기본적으로 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한다. 도 1은 무마스크 리소그래피 시스템의 한 실시예를 도시하고 있으며, 본 발명의 제작 방법은, 먼저 광섬유 끝단에 감광층이 형성되는 감광층 형성 단계 이후, 도 1에 도시된 바와 같은 시스템을 이용하여 광 변조 단계, 광 축소 단계, 감광층 노광 단계, 감광층 현상 단계가 순차적으로 이루어지게 된다.The method for fabricating a micropattern-integrated optical fiber element using the maskless lithography system of the present invention is a method for fabricating a micropattern-integrated optical fiber element comprising an optical fiber in which fine patterns are formed on a longitudinal section, and basically a maskless lithography system is used. FIG. 1 shows an embodiment of a maskless lithography system. In the method of manufacturing a photomask of the present invention, a photosensitive layer is formed on an optical fiber end, A modulation step, a light reduction step, a photosensitive layer exposure step, and a photosensitive layer development step are sequentially performed.

감광층 형성 단계에서는, 광섬유(500)의 종단면에 감광성 재료가 도포 및 평탄화되어 감광층(550)이 형성된다. 이 때, 일반적으로 광섬유(500)는 수~수백 μm 정도의 직경을 가지는 것으로서, 즉 광섬유(500)의 종단면 면적은 일반적인 리소그래피의 플랫폼으로 사용되는 웨이퍼 등의 면적에 비해 상대적으로 엄청나게 작으며, 이에 따라 감광성 재료를 광섬유(500) 종단면에 균일하게 도포하는 것이 용이하지 않다. 그런데 감광층(550)이 균일하고 평탄하게 형성되지 못할 경우 상기 광섬유(500) 종단면에 형성하고자 하는 미세 패턴의 정확도 및 정밀도가 크게 떨어지게 되어, 이렇게 만들어진 미세 패턴 일체형 광섬유는 원하는 기능을 발휘할 수 없다. 본 발명에서는 이러한 문제를 방지하기 위하여 광섬유(500)의 종단면에 감광성 재료를 단지 도포하는 것으로 끝나지 않고, 이를 평탄화하는 과정을 거침으로써 상술한 바와 같은 문제의 요인을 제거한다. 상기 감광층 형성 단계의 세부 단계에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다.
In the photosensitive layer forming step, a photosensitive material is coated and planarized on the longitudinal surface of the optical fiber 500 to form a photosensitive layer 550. In this case, generally, the optical fiber 500 has a diameter of several to several hundreds of micrometers, that is, the area of the longitudinal section of the optical fiber 500 is extremely small as compared with the area of a wafer used as a general lithography platform, It is not easy to uniformly apply the photosensitive material to the longitudinal cross-section of the optical fiber 500. However, if the photosensitive layer 550 can not be formed uniformly and flatly, the accuracy and precision of the fine pattern to be formed on the vertical cross-section of the optical fiber 500 are significantly reduced, and thus the micropattern-integrated optical fiber can not exhibit a desired function. In order to prevent such a problem, the present invention does not just apply the photosensitive material to the longitudinal surface of the optical fiber 500, but flattenes it, thereby eliminating the above-mentioned problem. The details of the photosensitive layer forming step will be described later in more detail.

광 변조 단계에서는, 광원(110)으로부터 조사된 광이 공간 광 변조기(120)에 의해 광 진행 경로에 수직한 단면 상에서 패턴을 형성하는 패턴광으로 변조된다. 상기 공간 광 변조기(120)는 입사된 광을 입사 위치에 따라 선택적으로 다른 방향으로 반사시키거나, 또는 입사 위치에 따라 광 흡수 정도가 달리 형성되도록 하여 선택적으로 반사광 세기가 달라지게 하는 등과 같은 방식을 이용하여, 광 진행 경로에 수직한 단면 상에서 광에 패턴이 형성되도록 변조하는 역할을 한다. 즉 상기 공간 광 변조기(120)는 상기 공간 광 변조기(120)에 포함된 화소들 중 원하는 화소에 입사된 광만을 선택적으로 전달할 수 있도록 이루어지는 장치이다.In the light modulation step, the light emitted from the light source 110 is modulated by the spatial light modulator 120 into pattern light that forms a pattern on a cross section perpendicular to the optical path. The spatial light modulator 120 selectively reflects the incident light in different directions according to the incident position, or alternatively, the intensity of the reflected light is changed by varying the degree of light absorption according to the incident position And serves to modulate the light so that a pattern is formed on the light beam on a cross section perpendicular to the light propagation path. That is, the spatial light modulator 120 selectively transmits only the light incident on a desired pixel among the pixels included in the spatial light modulator 120.

도 1에는 상기 공간 광 변조기(120)가 디지털 미소반사 표시기(Digital Micromirror Device, DMD)인 예시를 도시하고 있는데, 디지털 미소반사 표시기(Digital Micromirror Device, DMD)란, 배치 각도가 가변되는 다수 개의 가변 미러(125)들이 평면 상에 배열된 형태로 이루어져, 상기 가변 미러(125)들의 배치 각도 상태에 따라 입사된 광을 선택적인 방향으로 반사시킴으로써 패턴광으로 변조하는 장치이다. 도 2를 통해 디지털 미소반사 표시기의 원리를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기 공간 광 변조기(120)의 광 입사면에는 도시된 바와 같이 다수 개의 가변 미러(125)들이 배열되어 있다. 상기 가변 미러(125)들은 1차원 어레이를 형성해도 되고, 2차원 배열을 형성해도 되는 등, 사용자의 목적에 따라 적절한 것으로 선택될 수 있다. 광이 상기 공간 광 변조기(120)의 광 입사면에 입사되었을 때, 상기 가변 미러(125)들 중 일부(도 2의 예시에서 중앙 부분)의 배치 각도를 변경하면 상기 일부 영역에 입사된 광이 반사되어 진행되는 경로(도 2의 예시에서 ON-lay로 표시)와 상기 가변 미러(125)등 중 다른 일부(도 2의 예시에서 양측 가장자리 부분)에 입사된 광이 반사되어 진행되는 경로(도 2의 예시에서 OFF-lay로 표시)가 서로 달라진다. 이 때 ON-lay 경로 상에서 광의 단면을 관측하면, 상기 공간 광 변조기(120)로 입사된 광은, ON-lay 영역에서는 원래의 세기를 유지하되 OFF-lay 영역에서는 광 세기가 0이 되어, 결과적으로 광 단면 상에 패턴이 형성된 패턴광으로 변조될 수 있게 되는 것이다.FIG. 1 shows an example in which the spatial light modulator 120 is a digital micromirror device (DMD). A digital micromirror device (DMD) is a device in which a plurality of variable The mirrors 125 are arranged on a plane, and the incident light is reflected in a selective direction according to the arrangement angle state of the variable mirrors 125, thereby modulating the light into pattern light. The principle of the digital micro-reflection indicator will be described in more detail with reference to FIG. A plurality of variable mirrors 125 are arranged on the light incident surface of the spatial light modulator 120 as shown in FIG. The variable mirrors 125 may form a one-dimensional array, a two-dimensional array, or the like, depending on the purpose of the user. When light is incident on the light incident surface of the spatial light modulator 120, if the arrangement angle of a part of the variable mirrors 125 (central part in the example of FIG. 2) is changed, (ON-lay in the example shown in FIG. 2) and a path (also shown in FIG. 2) in which light incident on another part (both side edges in the example of FIG. 2) of the variable mirror 125, Quot; OFF-lay " in the example of " 2 "). At this time, if the cross section of the light is observed on the ON-lay path, the light incident on the spatial light modulator 120 maintains the original intensity in the ON-lay region, but the light intensity in the OFF-lay region becomes 0, So that the light can be modulated into the pattern light in which the pattern is formed on the optical section.

도 3(A)에는 디지털 미소반사 표시기를 이용하여 만들어지는 패턴의 한 실시예가 도시되며, 도 3(B)에는 도 3(A)와 같은 패턴에 의해 변조된 패턴광이 실제 광섬유 종단면에 조사된 모습을 관측한 실시예가 도시된다. 도 3에 잘 나타나 있는 바와 같이, 디지털 미소반사 표시기의 가변 미러(125)들의 배치 각도를 적절히 변경시켜서 원하는 패턴을 만들기만 하면, 그 패턴을 그대로 광섬유 종단면에 조사시켜 노광시킬 수 있다. 즉, 마스크가 없어도 패턴 노광이 가능해지는 것이다. 물론 상기 공간 광 변조기가 반드시 디지털 미소반사 표시기여야만 하는 것은 아니며, LCD 등과 같은 형태로 이루어질 수도 있다.Fig. 3 (A) shows an embodiment of a pattern made using a digital micro-reflective display. In Fig. 3 (B), pattern light modulated by the pattern shown in Fig. 3 (A) An embodiment of observing the shape is shown. As shown in FIG. 3, if a desired pattern is formed by appropriately changing the arrangement angle of the variable mirrors 125 of the digital micro-reflective display, the pattern can be irradiated on the optical fiber longitudinal cross-section as it is. That is, pattern exposure can be performed even without a mask. Of course, the spatial light modulator does not necessarily have to be a digital micro-reflective display, but may be in the form of an LCD or the like.

이처럼 디지털 미소반사 표시기 등과 같은 장치로 이루어지는 상기 공간 광 변조기(120)에서 만들어지는 패턴은, 컴퓨터 등에 의해 용이하게 변경 제어가 가능하다. 따라서 기존의 포토 리소그라피에서 포토 마스크를 사용하여 패턴 노광을 수행할 때 패턴을 변경시키려면 그에 맞는 포토 마스크를 새롭게 제작해야만 했던 문제를 원천적으로 제거하여, 시간 및 비용 등을 훨씬 절약할 수 있다. 뿐만 아니라 패턴이 변경되더라도 포토 마스크의 교체 등과 같이 어떤 부품 자체의 위치 변경이 이루어지는 것이 전혀 아니기 때문에, 패턴 변경 전후로 장치들의 위치 정렬 등과 같은 부가 작업들이 원천적으로 제거되어, 공정 시간을 훨씬 단축할 수 있다.As described above, the pattern produced by the spatial light modulator 120 made up of a device such as a digital micro-reflective display can be easily changed and controlled by a computer or the like. Therefore, when pattern exposure is performed using a photomask in a conventional photolithography, it is possible to substantially reduce the time and cost by originally eliminating the problem that a new photomask has to be prepared. In addition, even if the pattern is changed, since the position of the part itself is not changed, such as replacement of the photomask, additional operations such as alignment of the devices are removed before and after the pattern change, .

광 축소 단계에서는, 상기 패턴광이 집광 렌즈(130)에 의해 상기 광섬유(500) 종단면에 상응하는 면적을 가지도록 축소된다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 광섬유(500)의 직경은 일반적으로 수~수백 μm 정도이며, 상기 공간 광 변조기(120)의 면적은 대개 이보다 크게 형성된다. 일례로 현재 널리 상용화된 디지털 미소반사 표시기는, 상기 가변 미러(125) 1개당 17 * 17μm2의 면적을 가지며 화소 수는 768 * 576인 것으로 알려져 있으며, 즉 디지털 미소반사 표시기에 의해 만들어지는 패턴 면적은 13056 * 9792μm2이다. 상기 공간 광 변조기(120) 전체 면적에 상응하는 단면 면적을 가지는 광이 그대로 상기 광섬유(500) 종단면에 입사될 경우 상기 감광층(550) 상에 원하는 패턴이 형성될 수 없다. 이에 따라 상기 패턴광을 축소해 주는 상기 집광 렌즈(130)를 통과하게 하는 것이다. (첨언하자면, 도 1 등에서는 이해를 용이하게 하기 위해 광 면적을 고려하지 않고 광의 진행 방향을 화살표로 단순화하여 표시하였고, 또한 광섬유나 공간 광 변조기도 실제보다 과장되게 크게 도시되는 등 각부의 스케일이 변경되어 표시되어 있다.) 한편 상기 광섬유(500)의 직경이 달라질 경우에는 상기 집광 렌즈(130)의 배율을 조절하여 그에 맞게 축소 정도를 조절할 수 있다.
In the light reduction step, the pattern light is reduced by the condenser lens 130 to have an area corresponding to the longitudinal plane of the optical fiber 500. As described above, the diameter of the optical fiber 500 is generally several to several hundreds of micrometers, and the area of the spatial light modulator 120 is generally larger than that. For example, a widely-used digital micro-reflective display device has an area of 17 * 17 μm 2 per variable mirror 125 and a pixel number of 768 * 576. That is, a pattern area Is 13056 * 9792 占 퐉 2 . A desired pattern can not be formed on the photosensitive layer 550 when the light having a cross-sectional area corresponding to the entire area of the spatial light modulator 120 is directly incident on the longitudinal face of the optical fiber 500. And then passes through the condenser lens 130 which reduces the pattern light. (In addition, in FIG. 1 and the like, the progress direction of the light is represented by an arrow in a simplified manner without considering the light area, and the scale of the back part, in which the optical fiber and the spatial light modulator are exaggeratedly larger than the actual size, When the diameter of the optical fiber 500 is changed, the magnification of the condenser lens 130 may be adjusted and the degree of reduction may be adjusted accordingly.

상기 감광층 노광 단계에서는, 축소된 상기 패턴광이 상기 감광층(550)에 조사되어 노광이 이루어지게 된다. 상술한 바와 같이 상기 광 변조 단계에서 광 단면 상에 원하는 형태의 패턴이 형성되도록 하고, 상기 광 축소 단계에서 광 면적이 상기 광섬유(500) 종단면에 상응하는 면적을 가지도록 축소되었으므로, 상기 감광층(550)이 정확하게 원하는 형태의 패턴으로 노광되도록 할 수 있다.In the photosensitive layer exposure step, the reduced pattern light is irradiated to the photosensitive layer 550 to perform exposure. Since a desired pattern is formed on the optical section in the light modulation step and the light area is reduced to have an area corresponding to the longitudinal section of the optical fiber 500 in the light reduction step, 550) can be exposed in a precisely desired pattern.

상기 감광층 현상 단계에서는, 패턴 이외의 부분이 제거되도록 상기 감광층(550)이 현상(developing)되어 미세 패턴을 형성함으로써, 종단면에 미세 패턴이 일체로 형성된 광섬유 소자의 제작이 완료된다. 첨언하자면, 도 1 등에 도시된 무마스크 리소그래피 시스템으로는 상기 감광층 노광 단계까지 수행하게 되며, 감광층 현상 단계는 감광층 노광 단계까지 이루어진 상기 광섬유(500)를 상기 무마스크 리소그래피 시스템에서 꺼내어 별도의 현상 장비로 이동시킨 후 이루어지게 할 수 있다.In the photosensitive layer developing step, the photosensitive layer 550 is developed to form a fine pattern so that portions other than the pattern are removed, thereby completing the fabrication of the optical fiber element in which the fine patterns are integrally formed on the vertical faces. In the maskless lithography system shown in FIG. 1 or the like, the photosensitive layer is exposed to the exposure step. In the photosensitive layer development step, the optical fiber 500, which has been exposed to the photosensitive layer exposure step, is removed from the maskless lithography system, It can be done after moving to the developing equipment.

상기 감광층(550)을 형성하는 감광성 재료는, 특정 파장의 광에 반응하여 경화되거나 성질이 달라지는 재료이면 어떤 것이라도 무방한데, 물론 이러한 감광성 재료의 특성에 따라 각 단계 공정의 세부 단계들이 일부 변경될 수 있다. 예를 들어 상기 감광층(550)을 형성하는 감광성 재료가 UV가 조사되면 경화되는 성질을 가지는 UV 광경화성 수지일 수 있으며, 이 경우 상기 감광층 현상 단계에서는 UV가 조사되지 않은 부분이 용해되어 제거될 것이므로, 이를 고려하여 상기 광 변조 단계에서는 미세 패턴 구조물이 형성되어 있도록 하고 싶은 부분이 ON-lay가 되도록 패턴을 형성하면 된다. 다른 예로서 상기 감광층(550)을 형성하는 감광성 재료가 특정 파장 광에 반응하여 현상액에 잘 용해되는 성질로 바뀌게 되는 재료일 수도 있는데, 이 경우 상기 감광층 현상 단계에서는 광이 조사된 부분이 용해되어 제거될 것이므로, 이를 고려하여 상기 광 변조 단계에서는 (앞서의 예시와는 반대로) 미세 패턴 구조물이 형성되어 있도록 하고 싶은 부분이 OFF-lay가 되도록 패턴을 형성하면 된다. 이러한 감광성 재료 및 그에 맞는 광특성, 현상액 등의 예시는 포토 리소그래피 등과 관련된 수많은 문헌에 다양하게 소개되어 있으므로, 사용자의 목적이나 편의에 맞게 적절히 선택하여 사용할 수 있다.The photosensitive material forming the photosensitive layer 550 may be any material that is cured or changed in response to light of a specific wavelength. Of course, depending on the characteristics of the photosensitive material, . For example, the photosensitive material forming the photosensitive layer 550 may be a UV-curable resin having a property of being cured when UV is irradiated. In this case, in the photosensitive layer developing step, In consideration of this, in the light modulation step, a pattern may be formed so that a portion where a fine pattern structure is desired to be formed is on-lay. As another example, the photosensitive material forming the photosensitive layer 550 may be a material that reacts with specific wavelength light to be dissolved in a developing solution. In this case, in the photosensitive layer developing step, In consideration of this, in the light modulation step (as opposed to the above example), a pattern may be formed so that the portion where the fine pattern structure is desired to be formed is off-lay. Examples of such photosensitive materials and optical properties and developing solutions corresponding thereto are variously disclosed in a large number of documents related to photolithography and the like, and can be appropriately selected and used according to the purpose or convenience of the user.

상술한 바와 같은 감광층 현상 단계까지 완료된다는 것은, 상기 광섬유(500)의 종단면에 노광 후 일부가 현상되어 제거됨으로써 미세 패턴을 이루는 상기 감광층(550)이 형성되어 있는 형태로서 미세 패턴 일체형 광섬유의 제작이 완료된다는 것을 의미하며, 즉 미세 패턴은 상기 감광층(550)에 의해 이루어지게 된다. 여기에서, 추가적으로 식각(etching)이 더 이루어질 수 있는데, 이와 같이 할 경우 상기 광섬유(500) 자체가 파여지게 함으로써 미세 패턴이 형성되게 할 수도 있다. 물론 이는 부가적인 공정으로 반드시 수행되어야 하는 것은 아니며, 필요에 따라 이러한 식각 공정을 수행하여도 되고 그렇지 않아도 무방하다.
The completion of the development of the photosensitive layer as described above means that the photoresist layer 550 forming the fine pattern is formed by partially developing and removing the photoresist layer on the longitudinal surface of the optical fiber 500, That is, a fine pattern is formed by the photosensitive layer 550. In this case, etching may be further performed. In this case, the optical fiber 500 itself may be broken to form a fine pattern. Of course, this does not necessarily have to be performed as an additional process, and the etching process may or may not be performed as needed.

도 4는 무마스크 리소그래피 시스템의 다른 실시예로서, 도 4에 도시된 부가 구성들을 통해 상술한 바와 같은 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작 방법에 부가적인 단계들이 더 이루어질 수 있다.Fig. 4 is another embodiment of a maskless lithography system. Additional steps may be further added to the method for manufacturing a micropattern-integrated optical fiber element as described above with the additional structures shown in Fig.

먼저, 상기 공간 광 변조기(120) 및 상기 집광 렌즈(130) 사이에 빔 스플리터(140)가 더 구비되고, 상기 집광 렌즈(130) 후단측에 관측용 카메라(150)가 더 구비되도록 함으로써, 상기 감광층(550)에 패턴 노광이 이루어지는 모습 등을 실시간으로 관측할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하자면, 이와 같이 빔 스플리터(140)를 구비시킬 경우, 상기 광 변조 단계에서 변조된 패턴광이 상기 빔 스플리터(140)로 입사되어 광경로가 변경됨으로써 상기 집광 렌즈(130)로 입사되어 상기 광 축소 단계가 수행되게 할 수 있다. 또한, 상기 감광층(550)에 조사 및 반사된 반사광이 상기 빔 스플리터(140)를 통과하여 상기 관측용 카메라(150)에 입사되어 상기 감광층(550)의 영상이 획득되는 감광층 영상 획득 단계가 더 수행되게 할 수 있다.A beam splitter 140 is further provided between the spatial light modulator 120 and the condenser lens 130 and the observation camera 150 is further provided at the rear end of the condenser lens 130, It is possible to observe in real time the state in which the photosensitive layer 550 is pattern-exposed. More specifically, when the beam splitter 140 is provided as described above, the pattern light modulated in the light modulating step is incident on the beam splitter 140 to change the optical path, So that the light reduction step can be performed. The photosensitive layer image acquisition step in which reflected light irradiated and reflected on the photosensitive layer 550 is incident on the observation camera 150 through the beam splitter 140 and an image of the photosensitive layer 550 is obtained Can be performed.

이 때, 상기 감광층(550)을 구성하는 재료에 따라 상기 감광층(550)과 반응하는 광특성을 가지는 광은 UV 등과 같은 특정한 광이 되는데, 이러한 특정한 광이 영상 획득에 사용하기에 용이하지 않을 수도 있다. 이러한 경우에도 감광층 영상 획득 단계가 용이하게 수행되게 하려면, 상기 광원(110)의 구성이 도 4에 도시된 바와 같이 구성되게 할 수 있다. 즉 상기 광원(110)이, 감광성 재료와 반응하는 광특성을 가지는 특성광을 발생시키는 특성광원(111) 및 백색광으로부터 상기 특성광이 제거되어 이루어지는 관측광을 발생시키는 관측광원(112)을 포함하여 이루어지도록 하는 것이다. 이렇게 함으로써, 상기 특성광에 의해 상기 감광층 노광 단계가 수행되고, 상기 관측광에 의해 상기 감광층 영상 획득 단계가 수행되게 할 수 있다.At this time, depending on the material constituting the photosensitive layer 550, the light having the optical characteristic to react with the photosensitive layer 550 becomes a specific light such as UV or the like. Such specific light is not easily used for image acquisition . In this case, the light source 110 may be configured as shown in FIG. 4 so that the photosensitive layer image acquiring step can be easily performed. That is, the light source 110 includes a characteristic light source 111 for generating characteristic light having optical characteristics that react with the photosensitive material, and an observation light source 112 for generating observation light in which the characteristic light is removed from the white light. . By doing so, the photosensitive layer exposure step is performed by the characteristic light, and the photosensitive layer image acquiring step can be performed by the observation light.

이에 대하여 조금 더 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 감광성 재료와 반응하는 광특성을 갖는 특성광(예를 들어 UV)으로 노광이 이루어지도록 하기 전에, 상기 감광층(550)에 패턴이 올바르게 조사되고 있는지를 모니터링할 필요가 있다. 즉 관측 시에는 관측광만 조사되도록 하고 특성광이 조사되지 않게 구성되어야 한다. 한편 노광 시에는 특성광이 반드시 조사되어야 하는데, 이 때 관측광이 조사되든 조사되지 않든 노광 자체에는 특별한 영향이 없다. 따라서 상기 광원(110)이 상술한 바와 같이 특성광원(111) 및 관측광원(112)으로 이루어지는 경우, 상기 특성광원(111)에서 조사되는 특성광이 선택적으로 조사될 수 있도록(관측광은 선택적으로 조사되거나 또는 계속 조사되어도 무방하다) 하는 구성이 구비되면 된다. Here is a more detailed description. It is necessary to monitor whether or not the pattern is properly irradiated to the photosensitive layer 550 before the exposure is performed with the characteristic light (for example, UV) having the optical characteristic of reacting with the photosensitive material. That is, at the time of observation, only the observation light should be irradiated and the characteristic light should not be irradiated. On the other hand, the characteristic light must be irradiated at the time of exposure, and there is no particular influence on the exposure itself whether the observation light is irradiated or not. Therefore, when the light source 110 is composed of the characteristic light source 111 and the observation light source 112 as described above, the characteristic light emitted from the characteristic light source 111 can be selectively irradiated Or it may be continuously irradiated).

도 4의 무마스크 리소그래피 시스템 도면 상에는, 상기 특성광원(111)에서 조사되는 특성광의 조사 경로 및 상기 관측광원(112)에서 조사되는 관측광의 조사 경로가 처음에 다르게 형성되어 있되, 그 경로 상에 플립 미러(flip mirror)가 구비되어 있음으로써, 플립 미러의 회전에 따라 선택적인 광 조사가 이루어질 수 있도록 하는 구성이 도시되어 있다. 도 4에 도시된 상태에서는 상기 특성광원(111)에서 조사되는 특성광이 막힘없이 진행하여 노광이 이루어지게 되며, 플립 미러가 회전하여 흐리게 표시된 위치에 배치될 경우에는 상기 특성광원(111)에서 조사되는 특성광은 플립 미러에 의해 막혀서 더 이상 진행하지 못하고, 대신 상기 관측광원(112)에서 조사되는 관측광이 화살표로 표시된 경로를 따라 진행되어 관측이 이루어질 수 있게 된다. 4, the illumination path of the characteristic light irradiated by the characteristic light source 111 and the irradiation path of the observation light irradiated by the observation light source 112 are formed differently at first, A configuration is shown in which a flip mirror is provided so that selective light irradiation can be performed according to the rotation of the flip mirror. In the state shown in FIG. 4, the characteristic light emitted from the characteristic light source 111 travels without clogging and is exposed. When the flip mirror is rotated and disposed at a blurred position, the characteristic light source 111 irradiates The characteristic light is blocked by the flip mirror and can not proceed any more. Instead, the observation light emitted from the observation light source 112 travels along a path indicated by an arrow so that observation can be performed.

또는 도 4 하단에 따라 표시된 바와 같이, 특성광 및 관측광이 섞여 있는 광이 조사되는 혼합광원(111+112)이 사용될 수도 있다. 이 경우에는, 노광 시에는 도 4 하단 좌측 도면과 같이 광경로 상에서 UV 필터를 제거하며(즉 이 때는 특성광 및 관측광이 모두 조사됨), 관측 시에는 도 4 하단 우측 도면과 같이 광경로 상에 UV 필터를 배치시킨다(즉 이 때에는 특성광은 차단되고 관측광만 조사됨). 이와 같이 특성광 및 관측광을 선택적으로 조사시키기 위한 구성은 필요에 따라 적절하게 변경 채용될 수 있으며, 도 4나 위의 설명으로 한정되는 것은 아니다.Alternatively, as shown in the lower part of FIG. 4, a mixed light source 111 + 112 may be used in which light having mixed characteristic light and observation light is irradiated. In this case, at the time of exposure, the UV filter is removed on the optical path as shown in the lower left figure of FIG. 4 (in this case, both the characteristic light and the observation light are irradiated) (In this case, the characteristic light is blocked and only the observation light is irradiated). The configuration for selectively irradiating the characteristic light and the observation light in this manner can be appropriately modified and employed as needed, and is not limited to the description of Fig. 4 or the above.

첨언하자면, 예를 들어 상기 특성광이 UV일 경우 상기 관측광이 단순히 백색광(즉 UV를 포함하고 있음)이어도 실질적으로 큰 문제는 없다. 관측 시 백색광에 포함되어 있는 UV의 영향이 미약하기 때문에, 관측을 하는 동안 고려할만한 정도의 노광이 일어나지는 않는 것이다. 그러나 패턴이 원하는 만큼 축소되지 않거나 원하는 위치에 정렬이 잘 되지 않는 등의 상황이 발생하여 필요 이상으로 오랜 시간 동안 관측이 이루어지게 될 경우, 백색광에 포함된 UV의 영향이 (미약한 영향이라 할지라도) 누적이 됨으로써 원래 노광시키고자 하는 부분 이외의 부분에서 불필요한 노광이 이루어지게 될 수도 있다. 이러한 위험을 완전히 배제하기 위해서는 관측광이 단순한 백색광이 아니라 UV 성분이 제거된 백색광이 되도록 하는 것이 바람직하다. UV 성분이 제거된 백색광은 백색광이 UV 필터를 거치게 함으로써 간단히 만들 수 있다. 위의 예시 설명에서는 특성광이 UV인 경우로 예를 들었으나 이로써 한정되는 것은 물론 아니며, 특성광이 다른 파장 대역의 광일 경우 관측광은 백색광에서 해당 파장 대역의 광만 필터링하여 제거한 광으로 사용하면 된다.In other words, when the characteristic light is UV, for example, the observation light is not substantially large even if it is simply white light (i.e., contains UV). Since the influence of the UV contained in the white light at the time of observation is weak, the exposure to a considerable degree does not occur during the observation. However, if the pattern is not reduced as much as desired or the alignment is not done at the desired position, and the observation is made longer than necessary, the effect of UV contained in the white light (even if it is a slight effect ), The unnecessary exposure may be caused at a portion other than the portion to be originally exposed. In order to completely eliminate such a risk, it is desirable that the observation light is not a simple white light but a white light from which the UV component is removed. The white light from which the UV component has been removed can be made simply by passing the white light through a UV filter. In the above description, the characteristic light is UV, but it is not limited thereto. If the characteristic light is a light of a different wavelength band, the observation light may be used as the light filtered by filtering only the light of the corresponding wavelength band in the white light .

한편, 상기 광원(110)에서 조사되는 광이 균일한 세기(intensity)를 가지지 못하는 경우 이를 균일화시킬 필요가 있다. 이 경우 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 광원(110) 및 상기 공간 광 변조기(120) 사이에 빔 균질기(beam homogenizer, 160)가 더 구비되어, 상기 광원(110)으로부터 조사된 광이 상기 빔 균질기(160)에 의해 광 세기가 균일화된 후 상기 공간 광 변조기(120)로 입사되어 상기 광 변조 단계가 수행되도록 하는 것이 바람직하다.If the light emitted from the light source 110 does not have a uniform intensity, it is necessary to uniformize the light. 4, a beam homogenizer 160 is further provided between the light source 110 and the spatial light modulator 120 so that the light emitted from the light source 110 is transmitted to the spatial light modulator 120. In this case, It is preferable that the light intensity is made uniform by the beam homogenizer 160 and then incident on the spatial light modulator 120 so that the light modulating step is performed.

또한, 상기 광원(110)이 예를 들어 레이저 광원일 경우 등에는 광 자체의 단면이 상당히 작게 이루어져, 상기 공간 광 변조기(120) 전체 면적에 걸쳐 조사되지 못하게 될 수 있다. 이 경우 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 광원(110) 및 상기 공간 광 변조기(120) 사이에 빔 확장기(beam expander, 170)가 더 구비되어, 상기 광원(110)으로부터 조사된 광이 상기 공간 광 변조기(120)의 광 입사면 면적에 상응하는 면적을 가지도록 확장된 후 상기 공간 광 변조기(120)로 입사되어 상기 광 변조 단계가 수행되도록 하는 것이 바람직하다.In addition, when the light source 110 is, for example, a laser light source, the cross section of the light itself may be considerably small and may not be irradiated over the entire area of the spatial light modulator 120. 4, a beam expander 170 is further provided between the light source 110 and the spatial light modulator 120 so that the light emitted from the light source 110 is transmitted to the spatial light modulator 120. In this case, Is expanded to have an area corresponding to the light incident surface area of the optical modulator 120, and is incident on the spatial light modulator 120 to perform the light modulation step.

한편, 예를 들어 상기 광원(110)이 레이저 광원인 경우에는 상기 광원(110)은 일정 빔 크기를 가지면서 퍼지지 않고 직진하는 성질을 가지는 광을 발생시키기 때문에 별다른 문제가 없지만, 예를 들어 상기 광원(110)이 LED인 경우에는 상기 광원(110)은 광이 진행함에 따라 퍼지는 성질을 가지는 광을 발생시키기 때문에 상기 공간 광 변조기(120)에 의해 변조된 패턴광이 퍼지게 될 수도 있다. 이러한 경우에는 이 패턴광의 면적이 상기 집광 렌즈(130)의 면적보다 커지게 되면 올바른 광 축소가 이루어지지 못할 수 있다. 이 경우 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 공간 광 변조기(120) 및 상기 집광 렌즈(130) 사이에 축소 렌즈(180)가 더 구비되어, 상기 공간 광 변조기(120)에 의해 변조된 패턴광이 상기 축소 렌즈(180)에 의해 미리 축소된 후 상기 집광 렌즈(130)로 입사되어 상기 광 축소 단계가 수행되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 축소 렌즈(180)는 도시된 바와 같이 다수 개의 렌즈들의 어레이로 이루어질 수도 있고 단일 개의 렌즈로 이루어질 수도 있는 등 필요한 성능에 따라 적절히 구성할 수 있다.On the other hand, when the light source 110 is a laser light source, for example, the light source 110 generates a light having a certain beam size but does not spread but goes straight. However, When the light source 110 is an LED, the light source 110 generates light having a spreading property as the light advances, so that the pattern light modulated by the spatial light modulator 120 may spread. In this case, if the area of the pattern light becomes larger than the area of the condenser lens 130, correct light reduction may not be achieved. 4, a condensing lens 180 is further provided between the spatial light modulator 120 and the condenser lens 130 so that the pattern light modulated by the spatial light modulator 120 It is preferable that the light is condensed by the condensing lens 180 before entering the condensing lens 130 so that the condensing step is performed. The reduction lens 180 may be formed of an array of a plurality of lenses as shown in FIG.

더불어, 상기 관측용 카메라(150)는 일반적으로 이러한 광학 시스템에서 관측용으로 널리 사용되는 CCD 카메라 등이 사용될 수 있는데, 이 때에도 이미지 센서의 크기에 맞게 광이 축소되어야 할 필요가 있는 경우도 있다. 즉 광의 크기 및 상기 빔 스플리터(140) 및 상기 관측용 카메라(150) 사이에 축소용의 렌즈 또는 렌즈 어레이 등이 더 구비될 수도 있다. 다만 일반적으로 CCD 카메라 모듈은 이러한 점을 고려하여 CCD 이미지 센서 및 광 축소용 렌즈가 미리 합쳐져서 패키징된 상태로 제공되는 경우가 많으며, 이러한 점을 고려하여 도면 상에서는 특별히 표시하지 않았다.
In addition, the observation camera 150 may be a CCD camera or the like which is widely used for observation in such an optical system. In such a case, it may be necessary to reduce the light according to the size of the image sensor. That is, a size of light and a lens or a lens array for shrinking between the beam splitter 140 and the observation camera 150 may be further provided. However, in general, the CCD camera module is often provided in a packaged state in which the CCD image sensor and the lens for light reduction are combined in advance in consideration of this point.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 마스크 없이 공간 광 변조기를 사용하여 광섬유 상에 형성된 감광층에 자유롭게 패턴을 변경해 가면서 노광시킬 수 있어, 기존의 포토 마스크를 사용하던 방법에 비해 시간, 비용, 인력 등의 자원을 크게 절약할 수 있는 큰 장점이 있다. 그런데 한편, 앞서도 언급한 바와 같이, 수~수백 μm 정도의 직경을 가지는 매우 미세 면적의 광섬유 종단면 상에 감광성 재료를 균일하게 도포하여 감광층을 형성하는 것이 용이하지 않으며, 감광층이 균일하고 평탄하게 형성되지 못할 경우 무마스크 리소그래피 시스템을 사용하여 원하는 패턴을 노광시킨다 해도 실제 형성된 미세 패턴 구조물의 정확도 및 정밀도가 크게 떨어진다. 이하에서는, 감광층 형성 단계의 각 세부 단계를 도시하고 있는 도 5 및 감광층 형성 단계 중의 각부의 실제 모습을 도시하고 있는 도 6을 참조하여, 광섬유 종단면 상에 평탄화된 감광층을 형성할 수 있도록 하는 상기 감광층 형성 단계의 세부 단계를 보다 구체적으로 설명한다.As described above, in the present invention, it is possible to freely change the pattern of the photosensitive layer formed on the optical fiber using a spatial light modulator without using a mask, There is a big advantage of saving a great deal of resources. On the other hand, as mentioned above, it is not easy to form a photosensitive layer by uniformly applying a photosensitive material on an optical fiber longitudinal section having a very small area with a diameter of several to several hundreds of micrometers, and the photosensitive layer is uniformly and flatly If not formed, even if a desired pattern is exposed using a maskless lithography system, the accuracy and accuracy of the actually formed fine pattern structure are greatly degraded. 5, which shows the detailed steps of the photosensitive layer forming step and FIG. 6, which shows the actual parts of the photosensitive layer forming step, so that a planarized photosensitive layer can be formed on the optical fiber longitudinal section The detailed steps of the photosensitive layer forming step will be described in more detail.

먼저, 도 5(B)에 도시된 바와 같이, 상기 광섬유(500)의 일측단이 감광성 재료로 이루어지는 용액에 디핑(dipping)되어 상기 광섬유(500)의 일측 종단면에 감광성 재료를 코팅하는 단계가 수행된다. 이 단계 이전에, 감광성 재료와 상기 광섬유(500)의 일측 종단면 간의 결합이 보다 견고하게 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 도 5(A)에 도시된 바와 같이, 상기 광섬유(500)의 일측 종단면에 접착 촉진제(adhesion promoter)가 도포되는 단계가 먼저 수행되어도 된다. 접착 촉진제의 도포 여부는 감광성 재료의 종류나 형성하고자 하는 패턴의 모양에 따라 보다 유리한 방향으로 적절히 결정하면 된다. 또한 접착 촉진제의 도포 형태도, 접착 촉진제가 코팅되어 이루어지거나, 광섬유 끝단이 접착 촉진제에 디핑됨으로써 이루어지거나, 접착 촉진제가 증착되어 이루어지거나, 매우 얇은 드라이 필름층을 붙이는 형태로 이루어질 수 있는 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다.5 (B), a step of dipping one end of the optical fiber 500 into a solution of a photosensitive material and coating a photosensitive material on one longitudinal side of the optical fiber 500 is performed do. 5 (A), in order to make the coupling between the photosensitive material and one side vertical face of the optical fiber 500 more rigid, an adhesive promoter (not shown) is formed on one longitudinal side of the optical fiber 500, a step of applying an adhesion promoter may be performed first. The application of the adhesion promoter may be appropriately determined in a more favorable direction depending on the type of the photosensitive material and the shape of the pattern to be formed. The application form of the adhesion promoter may be formed by coating the adhesion promoter or by dipping the end of the optical fiber into the adhesion promoter or by depositing an adhesion promoter or by attaching a very thin dry film layer ≪ / RTI >

상기 광섬유(500)의 일측단이 감광성 재료로 이루어지는 용액에 디핑되면, 상기 광섬유(500) 일측 종단면 상에 코팅된 감광성 재료는 표면장력에 의하여 도 5(B)에 도시된 바와 같이 볼록한 렌즈 형상을 형성하게 된다. 도 6(A)에는 실제로 디핑 직후 상기 광섬유(500) 일측 종단면에 감광성 재료가 묻어 있는 형태를 관측한 사진들이 도시된다. 도시된 바와 같이, 단지 디핑만이 이루어졌을 경우 감광성 재료의 분포가 매우 불균일하게 형성됨을 확인할 수 있다.When one end of the optical fiber 500 is dipped in a solution made of a photosensitive material, the photosensitive material coated on one longitudinal side of the optical fiber 500 has a convex lens shape as shown in FIG. 5 (B) Respectively. FIG. 6A shows photographs in which a photosensitive material is observed on the longitudinal side of one side of the optical fiber 500 immediately after dipping. As shown in the figure, it can be seen that the distribution of the photosensitive material is very unevenly formed only by dipping.

다음으로, 도 5(C)에 도시된 바와 같이, 일측 종단면에 감광성 재료가 코팅된 상기 광섬유(500) 및 타측 종단면에 평판(550')이 접착된 평탄화용 광섬유(500')가 광융착 접속기(fusion splicer)에 장착되어 종방향으로 정렬되는 단계가 수행된다. 도 6(B)에는 상기 평탄화용 광섬유(500')의 실제 예시가 도시되어 있다. 또한 상기 평판(550')은, 감광성 재료와의 결합력이 약한 재질, 예를 들어 PDMS 등과 같은 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 한편 광융착 접속기란 광섬유들을 종방향으로 정렬하고 종단면끼리를 접촉시킨 후 열융착시켜 주는 장치로서, 이를 이용하면 광섬유의 종방향 정렬을 매우 용이하게 수행할 수 있다(실제로 광융착 접속기는 접촉 후 열융착까지 수행되나, 본 발명에서는 광섬유를 융착시키고자 하는 것이 아니기 때문에 광융착 접속기에서 광섬유의 종방향 정렬 기능만을 사용한다).Next, as shown in FIG. 5C, the optical fiber 500 coated with the photosensitive material on one longitudinal side surface and the flattening optical fiber 500 'having the flat plate 550' bonded to the other longitudinal side surface are bonded to the optical fiber- a step of mounting in a longitudinal direction is carried out on a fusion splicer. 6 (B) shows an actual example of the planarizing optical fiber 500 '. Further, it is preferable that the flat plate 550 'is made of a material having weak bonding force with a photosensitive material, for example, a material such as PDMS. On the other hand, an optical fiber splicer refers to a device for aligning optical fibers in the longitudinal direction and bringing the longitudinal sides into contact with each other and then thermally fusing the optical fibers. In this case, longitudinal alignment of the optical fibers can be performed very easily (actually, However, in the present invention, since the optical fiber is not intended to be fused, only the longitudinal alignment function of the optical fiber is used in the optical fusing connector).

다음으로, 도 5(D)에 도시된 바와 같이, 일측 종단면에 감광성 재료가 코팅된 상기 광섬유(500) 및 상기 평탄화용 광섬유(500')가 종방향으로 접촉되어, 상기 평판(550')에 의하여 감광성 재료가 눌려져 평탄화되는 단계가 수행된다. 이 때 상기 광융착 접속기를 이용하여 상기 광섬유(500) 및 상기 평탄화용 광섬유(500')의 종방향 위치를 적절하게 조절함으로서, 감광성 재료의 두께를 적절히 조절할 수 있다. 즉 상기 광섬유(500) 및 상기 평탄화용 광섬유(500')가 서로 가까워지도록 할수록 감광성 재료의 두께는 얇아지며, 반대의 경우도 마찬가지이다. 이러한 방법을 통해, 이후 설명될 소프트-베이크 단계를 거쳐 완성되는 감광층(550)의 두께가 조절될 수 있으며, 궁극적으로 광섬유 끝단에 형성되는 미세 패턴 자체의 두께가 조절될 수 있다.5 (D), the optical fiber 500 coated with a photosensitive material and the flattening optical fiber 500 'are longitudinally contacted to one longitudinal side surface, and the flat plate 550' A step in which the photosensitive material is pressed and planarized is performed. At this time, the longitudinal position of the optical fiber 500 and the flattening optical fiber 500 'may be appropriately adjusted by using the optical fusing connector to appropriately adjust the thickness of the photosensitive material. That is, as the optical fiber 500 and the flattening optical fiber 500 'become closer to each other, the thickness of the photosensitive material becomes thinner and vice versa. With this method, the thickness of the photosensitive layer 550 completed through the soft-bake step to be described later can be adjusted, and the thickness of the fine pattern itself formed at the end of the optical fiber can be adjusted.

다음으로, 도 5(E)에 도시된 바와 같이, 광이 조사되어 감광성 재료가 소프트-베이크(soft-bake)되는 단계가 수행된다. 일반적으로 리소그래피 공정에서는, 본격적으로 노광을 하기 전에 액상의 감광성 재료 상에 물결이 형성되는 것을 방지하기 위해 용매(solvent) 성분을 일차적으로 제거하여 살짝 굳혀 주는 소프트-베이크 공정이 수행된다. 본 발명에서는, 감광성 재료가 상기 평판(550')에 의해 눌려져 평탄화된 상태에서 소프트-베이크가 이루어짐으로써, 감광성 재료가 일차적으로 경화되어 평탄화된 형상을 유지할 수 있게 된다.Next, as shown in Fig. 5 (E), a step in which light is irradiated to soft-bake the photosensitive material is performed. Generally, in a lithography process, a soft-bake process is performed in which a solvent component is firstly removed and hardened slightly in order to prevent a wave from being formed on a liquid photosensitive material before the exposure in earnest. In the present invention, the photosensitive material is soft-baked while being pressed and flattened by the flat plate 550 ', so that the photosensitive material can be primarily cured to maintain the planarized shape.

다음으로, 도 5(F)에 도시된 바와 같이, 상기 평탄화용 광섬유(500')가 제거되어 상기 광섬유(500)의 일측 종단면에 평탄화된 감광층(550)이 형성되는 단계가 수행된다. 도 6(C)는 상술한 바와 같은 과정들이 수행되어 형성이 완료된 감광층을 관찰한 것으로서, 도 6(A)와 비교하였을 때 매우 균일하고 평탄화된 감광층이 성공적으로 형성되었음을 확인할 수 있다.
Next, as shown in FIG. 5F, the planarization optical fiber 500 'is removed, and a photosensitive layer 550 is formed on one longitudinal side of the optical fiber 500. FIG. 6C is a view of the photosensitive layer formed by performing the processes as described above, and it can be confirmed that a highly uniform and planarized photosensitive layer was successfully formed as compared with FIG. 6A.

도 7은 본 발명의 제작 방법에 의하여 만들어진 다양한 미세 패턴 일체형 광섬유의 실시예들을 도시하고 있다. 도 7로부터, 본 발명의 제작 방법에 의하면, 광섬유 종단면 상에 무궁무진하게 다양한 패턴들을 형성할 수 있음이 명확히 확인된다. 특히 도 7(E)는 광 포커싱 기능이 있는 프레넬 렌즈(fresnel lens) 구조가 형성되도록 한 것으로, 이처럼 원하는 특정 기능에 따른 미세 패턴 구조물을 자유롭고 용이하게 제작할 수 있다.FIG. 7 shows embodiments of various fine pattern integrated optical fibers made by the fabrication method of the present invention. From Fig. 7, it can be clearly seen that the fabrication method of the present invention can form various patterns on the optical fiber longitudinal cross section indefinitely. In particular, FIG. 7 (E) shows that a fresnel lens structure having an optical focusing function is formed. Thus, a fine pattern structure according to a desired specific function can be freely and easily manufactured.

본 발명에 사용되는 광섬유는, 단일모드 광섬유(single mode fiber), 다중모드 광섬유(multi mode fiber), 그린렌즈 광섬유(GRIN fiber), 공기구멍이 제거된 광결정 광섬유(photonic crystal fiber) 및 코어없는 광섬유(coreless silica fiber) 등 다양한 종류일 수 있으며, 필요에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 제작 방법에 의하여 만들어진 미세 패턴 일체형 광섬유 소자는, 광섬유 단면에 렌즈, 격자, 금속 구조물 등과 같은 미세 패턴이 형성될 수 있다. 따라서, 일례로 광섬유 단면에 렌즈 등을 형성하여 OCT(optical coherence tomography) 프로브로 사용되는 등과 같이, 광학 분야, 광통신 분야, 바이오 이미징 또는 센싱 분야 등으로의 다양한 응용이 가능하다.
The optical fiber used in the present invention may be a single mode fiber, a multi mode fiber, a green lens fiber optic fiber, a photonic crystal fiber in which air holes are removed, and a coreless optical fiber (coreless silica fiber), and may be appropriately selected according to needs. As described above, the fine pattern integrated optical fiber device manufactured by the fabrication method of the present invention can form a fine pattern such as a lens, a grating, a metal structure, or the like on an end face of an optical fiber. Therefore, various applications such as optics, optical communication, bio-imaging or sensing are possible, for example, by forming a lens or the like on an end face of an optical fiber to be used as an OCT (optical coherence tomography) probe.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

100: 무마스크 리소그래피 시스템
110: 광원 111: 특성광원
112: 관측광원 115: 플립 미러
120: 공간 광 변조기 125: 가변 미러
130: 집광 렌즈 140: 빔 스플리터
150: 관측용 카메라 160: 빔 균질기
170: 빔 확장기 180: 축소 렌즈
500: 광섬유 550: 감광층
500': 평탄화용 광섬유 550': 평판100: maskless lithography system
110: light source 111: characteristic light source
112: Observation light source 115: Flip mirror
120: spatial light modulator 125: variable mirror
130: condenser lens 140: beam splitter
150: Observation camera 160: Beam homogenizer
170: beam expander 180: reduction lens
500: optical fiber 550: photosensitive layer
500 ': Flattening optical fiber 550': Flat plate

Claims (10)

종단면에 미세 패턴이 형성된 광섬유로서 이루어지는 미세 패턴 일체형 광섬유 소자를 제작하는 방법으로서,
광섬유(500)의 종단면에 감광층(550)이 형성되는 감광층 형성 단계;
광원(110)으로부터 조사된 광이 공간 광 변조기(120)에 의해 광 진행 경로에 수직한 단면 상에서 패턴을 형성하는 패턴광으로 변조되는 광 변조 단계;
상기 패턴광이 집광 렌즈(130)에 의해 상기 광섬유(500) 종단면에 상응하는 면적을 가지도록 축소되는 광 축소 단계;
축소된 상기 패턴광이 상기 감광층(550)에 조사되어 노광이 이루어지는 감광층 노광 단계;
패턴 이외의 부분을 제거하여 미세 패턴이 형성되도록 상기 감광층(550)이 현상되는 감광층 현상 단계;
를 포함하여 이루어지며,
상기 감광층 형성 단계는
상기 광섬유(500)의 일측단이 감광성 재료로 이루어지는 용액에 디핑(dipping)되어 상기 광섬유(500)의 일측 종단면에 감광성 재료를 코팅하는 단계,
일측 종단면에 감광성 재료가 코팅된 상기 광섬유(500) 및 타측 종단면에 평판(550')이 접착된 평탄화용 광섬유(500')가 광융착 접속기(fusion splicer)에 장착되어 종방향으로 정렬되는 단계,
일측 종단면에 감광성 재료가 코팅된 상기 광섬유(500) 및 상기 평탄화용 광섬유(500')가 종방향으로 접촉되어, 상기 평판(550')에 의하여 감광성 재료가 눌려져 평탄화되는 단계,
광이 조사되어 감광성 재료가 소프트-베이크(soft-bake)되는 단계,
상기 평탄화용 광섬유(500')가 제거되어 상기 광섬유(500)의 일측 종단면에 평탄화된 감광층(550)이 형성되는 단계
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작 방법.
A method for fabricating a micropattern integrated optical fiber device comprising an optical fiber having a fine pattern formed on a vertical plane,
A photosensitive layer forming step of forming a photosensitive layer (550) on the longitudinal surface of the optical fiber (500);
An optical modulation step in which the light emitted from the light source 110 is modulated by the spatial light modulator 120 into pattern light forming a pattern on a cross section perpendicular to the optical path;
Wherein the pattern light is reduced by the condenser lens (130) so as to have an area corresponding to an end face of the optical fiber (500);
Exposing the photosensitive layer (550) to expose the patterned light;
A photosensitive layer developing step of developing the photosensitive layer 550 so as to form a fine pattern by removing portions other than the pattern;
And,
The photosensitive layer forming step
A step of dipping one end of the optical fiber 500 into a solution made of a photosensitive material and coating a photosensitive material on one longitudinal side of the optical fiber 500,
The optical fiber 500 coated with a photosensitive material on one longitudinal section and the flattening optical fiber 500 'having a flat plate 550' bonded to the other longitudinal section are mounted on a fusion splicer and aligned in the longitudinal direction,
The optical fiber 500 coated with a photosensitive material and the flattening optical fiber 500 'are longitudinally contacted on one longitudinal surface, and the photosensitive material is pressed and planarized by the flat plate 550'
Wherein the light is irradiated to soft-bake the photosensitive material,
The planarizing optical fiber 500 'is removed to form a planarized photosensitive layer 550 on one longitudinal side of the optical fiber 500
Wherein the mask pattern is formed on the substrate.
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 공간 광 변조기(120)는
배치 각도가 가변되는 다수 개의 가변 미러(125)들이 평면 상에 배열된 형태로 이루어져, 상기 가변 미러(125)들의 배치 각도 상태에 따라 입사된 광을 선택적인 방향으로 반사시킴으로써 패턴광으로 변조하는 디지털 미소반사 표시기(Digital Micromirror Device, DMD)인 것을 특징으로 하는 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작 방법.
The apparatus of claim 1, wherein the spatial light modulator (120)
A plurality of variable mirrors 125 whose arrangement angles are variable are arranged on a plane, and a plurality of variable mirrors 125 are arranged in a plane, Wherein the light source is a micromirror device (DMD). 2. The method of claim 1, wherein the micromirror device is a DMD.
제 1항에 있어서, 상기 광섬유 소자 제작 방법은
상기 공간 광 변조기(120) 및 상기 집광 렌즈(130) 사이에 빔 스플리터(140)가 더 구비되고, 상기 집광 렌즈(130) 후단측에 관측용 카메라(150)가 더 구비되어,
상기 광 변조 단계에서 변조된 패턴광이 상기 빔 스플리터(140)로 입사되어 광경로가 변경됨으로써 상기 집광 렌즈(130)로 입사되어 상기 광 축소 단계가 수행되고,
상기 감광층(550)에 조사 및 반사된 반사광이 상기 빔 스플리터(140)를 통과하여 상기 관측용 카메라(150)에 입사되어 상기 감광층(550)의 영상이 획득되는 감광층 영상 획득 단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작 방법.
The optical fiber device manufacturing method according to claim 1,
A beam splitter 140 is further provided between the spatial light modulator 120 and the condenser lens 130 and a camera 150 for observation is disposed at a rear end of the condenser lens 130,
The patterned light modulated in the light modulating step is incident on the beam splitter 140 and is changed into an optical path so that the light is incident on the condenser lens 130,
The photosensitive layer image acquisition step in which reflected light irradiated and reflected on the photosensitive layer 550 passes through the beam splitter 140 and is incident on the observation camera 150 to acquire an image of the photosensitive layer 550 Patterned optical fiber device according to any one of claims 1 to 3.
제 4항에 있어서, 상기 광섬유 소자 제작 방법은
상기 광원(110)이, 감광성 재료와 반응하는 광특성을 가지는 특성광을 발생시키는 특성광원(111) 및 백색광으로부터 상기 특성광이 제거되어 이루어지는 관측광을 발생시키는 관측광원(112)을 포함하여 이루어져,
상기 특성광에 의해 상기 감광층 노광 단계가 수행되고, 상기 관측광에 의해 상기 감광층 영상 획득 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작 방법.
The method of claim 4, wherein the manufacturing method of the optical fiber element
The light source 110 includes a characteristic light source 111 for generating characteristic light having an optical characteristic for reacting with the photosensitive material and an observation light source 112 for generating observation light in which the characteristic light is removed from the white light, ,
Wherein the photosensitive layer exposure step is performed by the characteristic light and the photosensitive layer image acquisition step is performed by the observation light.
제 1항에 있어서, 상기 광섬유 소자 제작 방법은
상기 광원(110) 및 상기 공간 광 변조기(120) 사이에 빔 균질기(beam homogenizer, 160)가 더 구비되어,
상기 광원(110)으로부터 조사된 광이 상기 빔 균질기(160)에 의해 광 세기가 균일화된 후 상기 공간 광 변조기(120)로 입사되어 상기 광 변조 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작 방법.
The optical fiber device manufacturing method according to claim 1,
A beam homogenizer (160) is further provided between the light source (110) and the spatial light modulator (120)
Wherein the light irradiated from the light source (110) is incident on the spatial light modulator (120) after the light intensity is uniformed by the beam homogenizer (160), and the light modulation step is performed. A method for fabricating an integrated optical fiber element using fine patterns.
제 1항에 있어서, 상기 광섬유 소자 제작 방법은
상기 광원(110) 및 상기 공간 광 변조기(120) 사이에 빔 확장기(beam expander, 170)가 더 구비되어,
상기 광원(110)으로부터 조사된 광이 상기 공간 광 변조기(120)의 광 입사면 면적에 상응하는 면적을 가지도록 확장된 후 상기 공간 광 변조기(120)로 입사되어 상기 광 변조 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작 방법.
The optical fiber device manufacturing method according to claim 1,
A beam expander (170) is further provided between the light source (110) and the spatial light modulator (120)
The light emitted from the light source 110 is expanded to have an area corresponding to the light incident surface area of the spatial light modulator 120 and then incident on the spatial light modulator 120 to perform the light modulation step A method for fabricating a micro patterned integrated optical fiber element using a maskless lithography system.
제 1항에 있어서, 상기 광섬유 소자 제작 방법은
상기 공간 광 변조기(120) 및 상기 집광 렌즈(130) 사이에 축소 렌즈(180)가 더 구비되어,
상기 공간 광 변조기(120)에 의해 변조된 패턴광이 상기 축소 렌즈(180)에 의해 미리 축소된 후 상기 집광 렌즈(130)로 입사되어 상기 광 축소 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자 제작 방법.
The optical fiber device manufacturing method according to claim 1,
A condensing lens 180 is further provided between the spatial light modulator 120 and the condenser lens 130,
Wherein the pattern light modulated by the spatial light modulator (120) is preliminarily reduced by the reduction lens (180), and is incident on the condenser lens (130), and the light reduction step is performed. A method for fabricating an integrated optical fiber element using fine patterns.
제 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8항 중 선택되는 어느 한 항의 제작 방법에 의하여 제작되는 것을 특징으로 하는 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자.
A patterned integrated optical fiber element using a maskless lithography system, which is fabricated by any one of the methods of 1, 3, 4, 5, 6, 7, and 8.
제 9항에 있어서, 상기 광섬유(500)는
단일모드 광섬유(single mode fiber), 다중모드 광섬유(multi mode fiber), 그린렌즈 광섬유(GRIN fiber), 공기구멍이 제거된 광결정 광섬유(photonic crystal fiber) 및 코어없는 광섬유(coreless silica fiber) 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무마스크 리소그래피 시스템을 이용한 미세 패턴 일체형 광섬유 소자.The optical fiber according to claim 9, wherein the optical fiber (500)
Optical fibers selected from the group consisting of single mode fiber, multi mode fiber, green lens fiber, photonic crystal fiber without air holes and coreless silica fiber. Patterned optical fiber element using the maskless lithography system.
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