KR20010107631A - 리트로우 격자(Ｌｉｔｔｒｏｗ ｇｒａｔｉｎｇ) 및리트로우 격자의 사용방법 - Google Patents

Abstract

리트로우 격자는 베이스영역을 한정하는 지지수단상에 배치되고 리트로우 각과 역-플랭크에서 베이스영역을 향하여 경사지는 블레이즈 플랭크를 각각 달성하는 서로 주기적으로 연속하는 평행한 다중 회절구조를 가지며, 상기 블레이즈 플랭크와 역-플랭크가 90°미만의 정점각으로 회절구조의 정점에서 형성되고, 역-플랭크(6)가 서로 경계를 이루고 경사각 beta 로 서로 경사지며 회절구조(3)의 연장방향과 평행하게 연장되는 둘 이상의 평평한 영역섹션(7,8)을 포함하고, 서로에 대한 상기 둘 이상의 섹션(7,8)의 경사로 인해, 상기 역-플랭크(6)가 광입사측면으로부터 오목한 표면을 대체로 나타낸다.

고반사성의 리트로우 격자(1)는 제조단계에서 물질의 오직 작은 양만을 제거함으로써 달성될 수 있다.

Description

리트로우 격자(Ｌｉｔｔｒｏｗ ｇｒａｔｉｎｇ) 및 리트로우 격자의 사용방법{Littrow grating and uses of a littrow grating}

본 발명은 서로 주기적으로 연속하는 다중 회절구조를 가지는 리트로우 격자에 관한 것으로, 이는 베이스 영역을 한정하는 지지대상에 배치되고 각각은 리트로우 각과 역-플랭크에서 실질적으로 베이스 영역을 향하여 경사진 블레이즈 플랭크를 형상한다. 여기서 상기 블레이즈 플랭크와 역-플랭크는 회절구조의 점점에서 90°이하의 정점각으로 형성된다.

본 발명은 역시 상기 리트로우 격자를 사용하는 방법에 관한 것이다.

상기 리트로우 격자는 상업적으로 공지되어 있다. 이들은 고반사 효율, 즉, 리트로우 배치에서 고편향효율이 요구되는 경우에 사용된다.

90°미만의 정점각은 역-플랭크에서 끝나고 리트로우 격자가 작동하는 동안 빛에 노출되지 않으며 블레이즈 플랭크상에 충돌하는 광빔의 통로와 이격된다.

계산은 결과로써 특히 TM 편광을 가지는 입사광의 요소와 역-플랭크사이의 상호작용이 일어나지 않는 다는 것을 보여준다.

상기 상호작용은 가장 큰 정점 각을 가지는 리트로우 격자의 경우 입사광빔이 역-플랭크의 표면에 직접 인접하여 지나가서 반사율이 바람직하게 감소하게 된다.

상술한 공지된 리트로우 격자를 제조하는 동안 많은 양의 격자 블랭크물질은 정점각 90°미만으로 인해 제거되어야 한다. 왜냐하면 역-플랭크는 격자 블랭크에 매우 이격되어 잠겨지기 때문이다.

제조공정시 많은 양의 물질을 제거하여야 하므로 상기 공지된 격자의 제조비용이 많이들고 복잡해 지게된다.

따라서, 본 발명의 목적은 동일한 시간에 반사효율의 감소없이 단순하고 쉽게 제조되는 방법으로 상술한 종류의 리트로우 격자를 제조하기 위한 것이다.

상기 목적은 역-플랭크가 다른 것과 경계를 이루며 경사각에 의해 다른 것에 대해 경사지고 회절구조의 확장방향과 평행하게 연장되는 둘 이상의 실질적으로 평면영역 섹션을 포함한다는 사실에 의해 본 발명에 따라 달성된다.

다른 것에 대해 둘이상의 영역 섹션의 경사로 인해 상기 역-플랭크는 대체로 빛 입사측면으로부터 보여진 오목표면을 포함한다.

이는 회절구조의 정점의 영역에서 역-플랭크가 급속하게 광빔(정점 각 90°미만)으로부터 그 자체를 제거하는 둘 이상의 영역 섹션으로 역-플랭크를 패시팅(facetting)함으로써 확실히 발생한다. 그러나, 오목 패시팅과 그다지 강력하게 경사지지않은 제 2 영역 섹션으로 인하여 역-플랭크가 격자 블랭크로 잠기지 않는한 평평한 역-플랭크를 가진 케이스가 된다.

따라서 리트로우 격자의 제조시 제거된 물질의 양은 감소되고 제조가 단순해져서 비용이 적게든다.

상기 영역 섹션은 0.5에서 2의 폭비율로 회절구조의 연장방향으로 나타나는 것이 바람직하다. 상기 폭비율로 한 영역 섹션이 다른 것보다 두배 정도 넓음에 따라 주어진 경사각과 정정각으로 두 영역섹션이 서로 경계를 이루는 역-플랭크의 영역은 입사하는 광빔의 광로로부터 비교적 멀리 제거된다. 이에따라 역-플랭크를 가진 입사하는 광빔의 상호작용은 최적으로 작다.

경사각은 90°에서 150°범위내에 있다. 상기 경사각의 선택에 따라 제조를 위해 제거되어야하는 물질이 잘 감소되는 리트로우 격자가 얻어진다.

상기 리트로우 격자는 수정 유리로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 물질은 반응이온빔 에칭(RIEE) 또는 반응 이온에칭(RIE)에 의해 작업될 수 있으며 따라서 본 발명에 따른 회절구조의 홀로그래픽 제조를 위해 고려된다.

선택적으로, 수정물질은 예를들어 실리콘과 같은 리트로우 격자를 위한 물질로 사용될 수 있고 여기서 상기 수정표면은 또한 우선방향이 예를들어 KOH로 이방성화학 에칭에 의해 작업되기 위해 달성되는 방법으로 수정의 크리스탈로그래픽 경사를 위해 정렬될 수 있다. 상기 우선방향은 정점각 또는 경사각의 세팅을 위해 이용될 수 있다.

만약 회절격자가 도프된 석영(doped quartz)으로 구성된다면, 상기 물질이 제조공정 및 사용을 위해 적절한 바람직한 팽창 특성을 가지기 때문에 상기 홀로그래픽 제조공정은 더 단순화된다.

리트로우 격자는 반사성을 증가시키는 코팅을 포함할 수 있다. 이에 따라 리트로우 격자의 반사효율이 증가한다. 반사성을 증가시크는 코팅을 사용하는 경우 상기 코팅은 알루미늄코팅인 것이 바람직하다. 상기 코팅은 비교적 비용이 적게들고 높은 반사력을 보인다.

물질의 선택에 의한 반사효율을 증가시키는 선택적인 가능성은 반사성을 증가시키는 코팅대신에 리트로우 격자가 유전체층 시스템, 예를들어 다수의 상호 연속층, 예를들어 Al₂O₃(고굴절지수) 및 MgF₂(저굴절지수) 또는 LaF₃(고굴절지수) 및 MgF₂(저굴절지수)를 포함하는 경우 달성된다. 여기서 층의 순서는 고효율반사가 일어나도록 선택된다.

블레이즈 플랭크는 회절구조의 연장방향에 수직으로 측정된 최소폭의 g cos theta 를 나타낸다. 여기서 g는 리트로우 격자의 격자 주기와 theta 리트로우 각을 나타낸다.

상기 폭은 입사광의 전체다발이 블레이즈 플랭크에 의해 반사될 수 있다는 것을 보증한다. 만약 플레이즈 플랭크가 특정 계산 공식에 따른 폭을 정확히 가진다면 리트로우 격자는 물질을 최소로 제거하여 얻어질 수 있다.

또한 본 발명의 목적은 상술한 잇점을 가지는 리트로우 격자가 사용하기에 용이한 본 발명에 따른 리트로우 격자를 위한 특정 사용을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적은 후술하는 바람직한 사용방법을 통해 달성된다.

상기 리트로우 격자의 바람직한 사용방법은 입사 광 파장의 회절순서중 하가15번째 회절순서와 동일하거나 그 이상이 되게 하는 것이다.

상기 고회절순서로 반사된 파장의 선택을 위한 리트로우 격자의 산란은 바람직하게 높다. 동시에 상기 리트로우 격자의 제조로 이루어진 요구는 그다지 높지않다. 이것은 격자 주기가 상기 회절순서에 비례하기 때문이다.

리트로우 격자의 사용방법의 바람직한 영역은 UV광의 회절이 250nm 미만의 파장을 가지는 것이다. 상기 UV광원은 특히 칩제조시 반도체 구조의 제조를 위한 사출 리도그래피에서 사용된다. 본 발명에 따른 리트로우 격자를 가진 좁은대역 및 효율의 파장은 분출광원을 위해 선택되어질 수 있다.

본 발명의 실시예는 도면에서 상세히 설명되어진다.

도 1은 리트로우 격자의 상세한 단면도이다. 여기서 리트로우 격자의 회절구조의 연장방향에 직각이다.

도 2와 3은 도 1에 따른 리트로우 격자이 제조시 즉시노출을 도시한다.

* 부호설명

1: 리트로우 격자 2: 지지수단

3: 회절구조 4: 베이스영역

5: 블레이즈 플랭크 6: 역-플랭크

도 1은 다중평행하고 주기적으로 배치된 회절구조(3)가 일체로 주조되며 참조번호 1로 표시되고 지지수단(2)이 전체적으로 형성된 리트로우 격자의 상세도이다.

여기서 도 1의 상세한 것은 대략 두 격자 주기로 나타난다.

상기 지지수단(2)과 회절구조(3)는 석영글래스로 구성된다. 상기 격자 주기 즉, 두 회절구조(3)사이의 거리는 3002.5nm에 달한다.

상기 지지수단(2)의 두께는 회절구조(3), 즉 몇 미리미터 범위에서 상기 지지수단(2)이 도 1에서 파단선으로 나타내었으므로 상기 회절구조(3)의 높이에 비해 매우크다. 회절구조(3)의 표면은 지지수단(2)에 의해 한정된 베이스영역(4)에 대해 각각 다르게 경사진 세 영역 섹션으로 구성된다.

베이스영역(4)에 대해 가파르게 경사딘 영역 섹션은 상술한 방법으로 입사하는 광빔과 상호작용하는 블레이즈 플랭크(5)에 의해 형성된다.

상기 블레이즈 플랭크(5)의 반사영역은 도 1의 평면에서 777.1의 폭을 가지고 후술하는것과 마찬가지로 입사광빔을 위한 리트로우 각인 75°의 각 theta 를 통하여 베이스영역(4)에 의해 경사진다.

리트로우 격자(1)의 작동시 광빔이 직접 충돌하고 블레이즈 플랭크(5)로 가지않는 회절구조(3)의 다른 두 영역 섹션은 두 인접 회절 구조(3)의 각각의 블레이즈 플랭크(5)사이에 연장되는 역-플랭크(6)를 형성한다.:

상기 역-플랭크(6)의 제 1 영역 섹션(7)은 90°미만이고 도 1에서 약 50°의 값을 가지는 회절구조의 정점각 alpha 로 경계형성되는 블레이즈 플랭크(5)로 경계를 이룬다.

상기 역-플랭크의 제 2 영역 섹션(8)은 제 1 영역 섹션(7)과 인접한 블레이즈 플랭크(5)사이에 각각 있다.

두 상호 경계를 이루는 영역섹션(7,8)은 역-플랭크(6)가 리트로우 격자(1)의 광입사측면으로부터 오목한 방법으로 약 120°의 순서이 경사 beta 각을 통하여 서로 경사진다.

회절구조(3)의 연장방향에 수직인 영역섹션(7,8)의 폭, 즉, 영역섹션(7)인 경우 한편으로는 영역섹션(7)과 블레이즈 플랭크(5)에 의해, 다른 한편으로는 영역섹션(7)과 영역섹션(8)에 의해 형성되는 경계지는 변부사이의 거리, 영역섹션(8)의 경우에는, 한편으로는 블레이즈 플랭크(5)와 영역섹션(8)에 의해, 다른한편으로는 영역섹션(8)과 영역섹션(7)에 의해 형성되는 경계변부사이의 거리는 도 1에서 약 1대 1.5의 폭비율을 가진다.

다른 폭비율들, 특히, 1대 1의 폭비율이 역시 여기서 가능하고 리트로우 격자(1)의 최적 효율 파라미터는 정점각 alpha 와 경사 beta 각과 마찬가지로 폭의 최적선택에 의해 달성된다.

상기 리트로우 격자(1)는 다음과 같이 기능한다.:

리트로우 격자(1)는 광빔(도시되지 않음)에 의해 방출되는 평행한 입사 광빔에 대해 배치된다.

광빔(9',9",9"')이 도 1의 예에 의해 보여지고 블레이즈 플랭크(5)가 30번째 순서로 193.35nm의 광파장과 특정 격자 주기 D로 얻어지는 75°의 리트로우 각 theta 로 입사하는 광빔(9,10)으로 추정되는 방법으로 도시된다.

특정된 광파장은 아르곤-플로라이드 엑시머 레이저의 파장이다.

여기서 입사하는 광빔(9,10)은 회절구조(3)(TM 편광, 광파(9'))의 연장방향과 도 1에서 개략적으로 보여진바와 같이, 회절구조(3)(TE 편광, 광파(9",9"')의 연장방향과 평행한 방향에 수직으로 편광될 수 있다.

회절구조93)의 선택된 격자주기 D를 가지는 구조적인 30번째 순서 간섭의 조건은 입사방향으로 뒤로 반사된 특정파장의 광빔(11,12)에 적절하다.

따라서 리트로우 격자(1)는 자체의 후방으로 30번째 회절에서 입사광빔(9,10)을 반사하는 거울로서 입사광빔(9,10)을 위해 작용한다.

다음은 리트로우 격자(1)를 위한 효율성 파라미터를 따르는 상술한 조건을 위해 달성된다.

1. 60%미만의 반사효율, 영역섹션(7,8)의 폭비율과 경사 beta 의 각 크기의 기능으로 75% 까지 증가할 수 있다. 여기서 반사효율은 TM편광을 위해서보다 TE를 위해 더 높다.

2. 폭비율과 영역섹션(7,8)의 경사각이 10%미만으로 줄어듬에 따른20%미만의 흡수, 여기서 다시 TE를 위한 흡수 파라미터는 TM 편광을 위한 파라미터 보다 더 바람직하다.

도 1의 리트로우 격자의 방법이 시행된 후 리트로우격자의 제조는 도 2 및 3에서 나타난 제조단계로 도시된다.

상기 도면을 위해 선택된 절단된 평면은 도 1의 것과 유사하나 회절구조(3)는 도 1의 도면의 평면과 수직인 평면에 대해 반사되어 보이며 베이스 영역(40에 수직이다.

제 1 제조단계에서 석영글래스의 격자 블랭크(13)는 홀로그램적으로 노출된 포토레지스트 마스크(14)로 코팅된 후 전개된다.

도 2는 포토레지스트 마스크(14)의 전개과정에서 상기 구조의 단면의 시간의존을 도시한다. 도 2의 최상부만곡부는 비전개된 포토레지스트 마스크(14)를 나타내며 그 평평한 표면은 격자 블랭크(13)와 평행하다.

전개과정에서 이미지 중심과 도 2의 측면 변부에 남아있고 포토레지스트(14)사이의 슬레이트(15)가 대체로 포토레지스트(14)의 반사인곡선 형태가 격자 블랭크(13)상에서 얻어지는 방법으로 제거된다.

도 2에서 도시된 개별 곡선은 시간에 연속적인 지점에서 포토레지스트 제거과정중 포토레지스트(14)의 동시적 높이를 나타낸다.

상기 포토레지스트 슬레이트(15)는 회절구조(3)를 위해 의도된 2958nm의 이격에 따른 상호 이격을 노출에 의한 조절에 따라 이미 가진다.

제 2 제조단계에서, 제 1 단계에서 달성된 구조는 아르곤-이온 빔 에칭에 따른다. 도 3은 상기 공정중 포토레지스트 슬래이트(15)를 가진 격자 블랭크(13)의 단면의 시간종속을 도시한다.

두 포토레지스트 슬레이트(15)와 격자 블랭크(13)는, 포토레지스트 마스크(14)의 원래표면으로부터 측정된 약 3.5 mu m의 에칭깊이가 격자 블랭크(13)에서 달성될 때까지, 경사진 우선방향을 가진 층내에서 제거된다.

제 1단계에서 제조된 반사인파형 그루브 프로파일의 비대칭 프로파일 변형과 구조가 경사진 우선 에칭방향으로 인해 여기서 달성되고 격자 블랭크(13)로 이송된다. 도 3에서의 가장바닥의 곡선은 의도된 에칭깊이의 달성시 상황을 도시한다.

제 2 제조단계의 아르곤-이온 에칭시 포토레지스트 마스크(14)는 완전히 제거된다. 따라서, 도 1의 리트로우 격자(1)가 격자 블랭크(13)로부터 형성되어지는 방법이 수행된 후 상기 리트로우 격자가 남아있게 된다.

반사효율성을 증가시키기 위해, 상기 리트로우 격자(1)는 또한 선택적으로 역시 MgF₂층인 반사알루미늄 코팅(도시되지 않음)으로 코팅된다.

반사효율성을 증가시키기 위한 선택적인 가능성은 고굴절지수 및 저굴절지수층의 선택적인 층을 가지는 유전체층시스템의 사용하는 것이다.

고굴절지수 층을 위해서는 Al₂O₃또는 LaF₃및 저굴절지수 층을 위해서는 MgF₂와 같은 물질이 고려되어진다.

Claims (12)

1. 베이스영역을 한정하는 지지수단상에 배치되고 리트로우 각과 역-플랭크에서 베이스영역을 향하여 경사지는 블레이즈 플랭크를 각각 달성하는 서로 주기적으로 연속하는 평행한 다중 회절구조를 가지며, 상기 블레이즈 플랭크와 역-플랭크가 90°미만의 정점각으로 회절구조의 정점에서 형성되는 리트로우 격자에 있어서,

   역-플랭크(6)가 서로 경계를 이루고 경사각 beta 로 서로 경사지며 회절구조(3)의 연장방향과 평행하게 연장되는 둘 이상의 평평한 영역섹션(7,8)을 포함하고, 서로에 대한 상기 둘 이상의 섹션(7,8)의 경사로 인해, 상기 역-플랭크(6)가 광입사측면으로부터 오목한 표면을 대체로 나타내는 것을 특징으로 하는 리트로우 격자.
2. 제 1항에 있어서, 상기 영역섹션(7,8)은 회절구조(3)의 연장방향에 수직학 측정된 0.5대 2의 폭비율을 나타내는 것을 특징으로 하는 리트로우 격자.
3. 제 1항에 있어서, 상기 경사 beta 의 각이 90°에서 150°사이에 있는 것을 특징으로 하는 리트로우 격자.
4. 전항중 어느 한 항에 있어서, 석영글래스를 포함하는 것을 특징으로 하는 리트로우 격자.
5. 전항중 어느 한 항에 있어서,제 1항에 있어서, 반사성을 증가시키는 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 리트로우 격자.
6. 제 5항에 있어서, 상기 코팅이 알루미늄코팅인 것을 특징으로 하는 리트로우 격자.
7. 전항중 어느 한 항에 있어서, 유전체 층 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 리트로우 격자.
8. 제 7항에 있어서, 상기 유전체층 시스템이 Al₂O₃및 MgF₂를 포함하는 것을 특징으로 하는 리트로우 격자.
9. 제 7항에 있어서, 상기 유전체 층 시스템이 LaF₃및 MgF₂를 포함하는 것을 특징으로 하는 리트로우 격자.
10. 전항중 어느 한 항에 있어서, 상기 블레이즈 플랭크(50가 회절구조(3)의 연장방향에 수직으로 측정되는 g cos theta 의 최소폭을 포함하고, 여기서, g는 리트로우 격자의 격자주기를 나타내고 theta 는 리트로우 각도를 나타내는 것을 특징으로 하는 리트로우 격자.
11. 제 1항에 따른 리트로우 격자의 사용방법에 있어서, 입사광 파장의 회절순서가 15번째 회절순서이상이거나 같은 것을 특징으로 하는 리트로우 격자의 사용방법.
12. 제 1항에 있어서, 제 1항에서 11항중 하나에 따른 리트로우 격자의 사용방법에 있어서, 250nm 미만의 파장을 가지는 UV광(9,10,11,12)의 회절을 위한 것을 특징으로 하는 리트로우 격자의 사용방법.