KR20130085405A - 실리콘 적외선 투과용 광학계 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예는 인체 방사선(human body radiation)을 측정가능한 적외선 투과용 광학계로서, 적외선 영역에 대한 투과율을 향상시키기 위하여 표면에 돌기 형상의 패턴이 형성되며, 패턴의 피치(pitch)는 1~5㎛이고, 적외선 영역의 파장이 8~12㎛이며, 광학계가 적외선 영역 중에서 인체 방사선을 투과시킬 수 있는 단일 재질로서, 실리콘으로 이루어진다.
Description
본 발명은 적외선 투과용 광학계 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 실리콘 적외선 투과용 광학계 및 그 제조방법에 관한 것이다.
렌즈, 윈도우 및 필터 등의 광학계의 투과율을 향상시켜 입사 빛의 양을 높이기 위한 종래의 AR(anti-reflection) 기술은 일반적으로 무반사 필름 코팅 방식과 무반사 패턴 코팅 방식이 있다.
무반사 필름 코팅 방식은 굴절률의 제곱이 공기와 렌즈의 굴절률 곱과 동일한 λ/4 두께의 유전물질 필름을 광학계 표면에 코팅하여 투과율을 향상시키는 방법이며, 무반사 패턴 코팅 방식은 광학계와 굴절률이 비슷한 물질로 제작된 그래이팅 (grating) 패턴을 광학계 표면에 코팅하여 투과율을 향상시키는 방법이다.
그러나, 이러한 종래의 AR 코팅은 주로 다층 코팅으로 이루어지므로 제조비용이 높을 뿐만 아니라, 패턴 제작 후 코팅을 진행해야 하기 때문에 공정 시간이 오래 걸린다는 단점이 있었다. 또한 코팅 물질의 소재에 제한이 많고, 코팅으로 인한 내구성 저하 등의 문제점이 있었다.
이에, 본 발명에서는 종래의 AR 코팅 방식을 사용하지 않고, 실리콘과 같이 적외선 투과가 가능한 단일 재질로 이루어진 광학계에 패턴을 직접 형성함으로써, 광학계의 내구성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 제조 공정을 단순화시키고, 제조 비용을 낮출 수 있는 인체 방사선이 투과 가능한 8~12㎛ 파장 영역에서 적외선 투과가 가능한 실리콘 단일 재질로 이루어진 렌즈, 윈도우, 필터와 같은 광학계를 개발하였다.
본 발명의 목적은 인체 방사선이 측정가능한 8~12㎛ 파장의 영역에서 투과가 되는 실리콘 단일 재질의 실리콘 적외선 투과용 광학계 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위하여, 본 발명은 인체 방사선(human body radiation)을 측정가능한 적외선 투과용 광학계로서, 적외선 영역에 대한 투과율을 향상시키기 위하여 표면에 돌기 형상의 패턴이 형성되며, 상기 패턴의 피치(pitch)는 1~5㎛이고, 상기 적외선 영역의 파장이 8~12㎛이며, 상기 광학계가 적외선 영역 중에서 인체 방사선을 투과시킬 수 있는 단일 재질로서, 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘 적외선 투과용 광학계를 제공한다. 상기 광학계는 렌즈, 윈도우, 필터일 수 있다.
한편, 인체 방사선(human body radiation)을 측정가능한 실리콘 적외선 투과용 광학계는, i) 광학계 평판 표면에 포토레지스트(PR) 층을 도포하는 단계; ii) 상기 포토레지스트(PR) 층에 정현파(sinusoidal wave) 형상의 에칭 배리어(etching barrier) 패턴을 제작하는 단계; 및 iii) 상기 에칭 배리어 패턴이 형성된 평판에 에칭 공정을 통하여 돌기 형상의 패턴을 제작하는 단계;로 제조될 수 있으며,
상기 패턴의 피치(pitch)는 1~5㎛이고, 상기 적외선 영역의 파장이 8~12㎛이며, 상기 광학계가 적외선 영역 중에서 인체 방사선을 투과시킬 수 있는 단일 재질로서, 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 패턴이 형성된 광학계의 반대면에 상기 i)~iii) 단계를 반복하여 수행함으로써, 광학계 양면에 돌기 형상의 패턴을 형성할 수 있으며, 광학계 반대면에포토레지스트(PR) 층을 도포하기 전에, 패턴이 형성된 면을 보호 필름으로 코팅하고, 패턴이 형성된 광학계의 반대면에 CMP 공정을 진행할 수 있다.
또한, 상기 정현파(sinusoidal wave) 형상의 에칭 배리어(etching barrier) 패턴은 패턴을 형성할 수 있는 다양한 방법이 가능하며, 바람직하게는 레이저 식각(laser ablation), 전자빔 직접 조사 (direct electron-beam writing), 포토리소그래피(photolithography), 레이저 간섭 리소그래피(laser interference lithography), 고온 임프린팅(thermal imprinting), UV 임프린팅(UV impiriting) 중 어느 하나의 방법을 통하여 형성될 수 있다.
본 발명에서 제조된 실리콘 적외선 투과용 광학계는 별도의 코팅물질을 사용하지 않고 광학계의 표면에 패턴을 직접 형성함으로써, 인체 방사선이 측정 가능한 8~12㎛ 파장의 적외선 영역에 대한 투과율을 현저히 증가시킬 수 있다.
도 1 - 본 발명의 실리콘 적외선 투과용 광학계의 제조 공정도
도 2 - 레이저 식각에 의한 정현파에칭 배리어 패턴 제작 개념도
도 3 - 전자빔 직접 조사에 의한 정현파에칭 배리어 패턴 제작 개념도
도 4 - 레이저 간섭 리소그래피에 의한 정현파에칭 배리어 패턴 제작 개념도
도 5 - 포토리소그래피에 의한 정현파에칭 배리어 패턴 제작 개념도
도 6 - 고온 임프린팅에 의한 정현파에칭 배리어 패턴 제작 개념도
도 7 - UV 임프린팅에 의한 정현파에칭 배리어 패턴 제작 개념도
도 8 - 레이저 간섭 리소그래피에 의하여 정현파에칭 배리어 패턴이 형성된 광학계 표면 사진
도 9 - 정현파에칭 배리어 패턴이 형성된 광학계 표면을 에칭한 후 광학계 표면 사진
도 10 - 양면 공정 후 필름 코팅면 사진
도 11 - 양면 공정 후 최종 패턴면 사진
도 12 - 패턴이 형성되지 않은 광학계, 단면 패턴이 형성된 광학계 및 양면 패턴이 형성된 광학계의 투과율 비교 그래프
도 13 - 8㎛ 조사 파장에서 단면 패턴이 형성된 광학계(Si)의 패턴 피치 및 높이에 따른 투과율 시뮬레이션 결과
도 14 - 9.5㎛ 조사 파장에서 단면 패턴이 형성된 광학계(Si)의 패턴 피치 및 높이에 따른 투과율 시뮬레이션 결과
도 15 - 12㎛ 조사 파장에서 단면 패턴이 형성된 광학계(Si)의 패턴 피치 및 높이에 따른 투과율 시뮬레이션 결과
도 16 - 8㎛ 조사 파장에서 양면 패턴이 형성된 광학계(Si)의 패턴 피치 및 높이에 따른 투과율 시뮬레이션 결과
도 17 - 9.5㎛ 조사 파장에서 양면 패턴이 형성된 광학계(Si)의 패턴 피치 및 높이에 따른 투과율 시뮬레이션 결과
도 18 - 12㎛ 조사 파장에서 양면 패턴이 형성된 광학계(Si)의 패턴 피치 및 높이에 따른 투과율 시뮬레이션 결과
도 2 - 레이저 식각에 의한 정현파에칭 배리어 패턴 제작 개념도
도 3 - 전자빔 직접 조사에 의한 정현파에칭 배리어 패턴 제작 개념도
도 4 - 레이저 간섭 리소그래피에 의한 정현파에칭 배리어 패턴 제작 개념도
도 5 - 포토리소그래피에 의한 정현파에칭 배리어 패턴 제작 개념도
도 6 - 고온 임프린팅에 의한 정현파에칭 배리어 패턴 제작 개념도
도 7 - UV 임프린팅에 의한 정현파에칭 배리어 패턴 제작 개념도
도 8 - 레이저 간섭 리소그래피에 의하여 정현파에칭 배리어 패턴이 형성된 광학계 표면 사진
도 9 - 정현파에칭 배리어 패턴이 형성된 광학계 표면을 에칭한 후 광학계 표면 사진
도 10 - 양면 공정 후 필름 코팅면 사진
도 11 - 양면 공정 후 최종 패턴면 사진
도 12 - 패턴이 형성되지 않은 광학계, 단면 패턴이 형성된 광학계 및 양면 패턴이 형성된 광학계의 투과율 비교 그래프
도 13 - 8㎛ 조사 파장에서 단면 패턴이 형성된 광학계(Si)의 패턴 피치 및 높이에 따른 투과율 시뮬레이션 결과
도 14 - 9.5㎛ 조사 파장에서 단면 패턴이 형성된 광학계(Si)의 패턴 피치 및 높이에 따른 투과율 시뮬레이션 결과
도 15 - 12㎛ 조사 파장에서 단면 패턴이 형성된 광학계(Si)의 패턴 피치 및 높이에 따른 투과율 시뮬레이션 결과
도 16 - 8㎛ 조사 파장에서 양면 패턴이 형성된 광학계(Si)의 패턴 피치 및 높이에 따른 투과율 시뮬레이션 결과
도 17 - 9.5㎛ 조사 파장에서 양면 패턴이 형성된 광학계(Si)의 패턴 피치 및 높이에 따른 투과율 시뮬레이션 결과
도 18 - 12㎛ 조사 파장에서 양면 패턴이 형성된 광학계(Si)의 패턴 피치 및 높이에 따른 투과율 시뮬레이션 결과
본 발명에 따른 실리콘 적외선 투과용 광학계는, 표면에 돌기 형상의 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 하며, 상기 돌기 형상의 패턴은 도 1에 도시된 바와 같이, i) 광학계 평판 표면에 포토레지스트(PR) 층을 도포하는 단계, ii) 상기 포토레지스트(PR) 층에 정현파(sinusoidal wave) 형상의 에칭 배리어(etching barrier) 패턴을 제작하는 단계, 및 iii) 상기 에칭 배리어 패턴이 형성된 평판에 에칭 공정을 통하여 돌기 형상의 패턴을 제작하는 단계를 통하여 제조될 수 있다. 이때, 상기 광학계는 렌즈, 윈도우 및 필터 등일 수 있다.
광학계의 평판 표면에 패턴을 직접 형성하기 위하여, 에칭 배리어 패턴을 먼저 형성하게 되는데 상기 에칭 배리어 패턴은 도 2~7에 도시된 바와 같이, 다양한 방법으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 또한, 레이저 식각(laser ablation)(도 2), 전자빔 직접 조사 (direct electron-beam writing)(도 3), 레이저 간섭 리소그래피(laser interference lithography)(도 4), 포토리소그래피(도 5), 고온 임프린팅(thermal imprinting)(도 6), UV 임프린팅(UV impiriting)(도 7) 중 어느 하나의 방법을 통하여 형성될 수 있다.
한편, 상기 패턴이 형성된 광학계의 반대면에 상기 i)~iii) 단계를 반복하여 수행함으로써, 광학계의 양면에 돌기 형상의 패턴을 형성되도록 할 수 있으며, 이때 반대면에 패턴을 형성하기에 앞서 이미 패턴이 형성된 면을 보호 필름으로 코팅하고 패턴이 형성된 광학계의 반대면에 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 진행할 수 있다.
도 8은 레이저 간섭 리소그래피 방식에 의하여 에칭 배리어 패턴이 형성된 광학계 표면을 보여주고 있으며, 도 9는 상기 에칭 배리어 패턴이 형성된 광학계 표면을 에칭한 후의 광학계 표면을 보여주는 사진으로서, 표면에 돌기 형상의 패턴이 형성된 것을 알 수 있다. 또한, 도 10은 양면 공정 후 필름 코팅면을, 도 11은 양면 공정 후 최종 패턴면을 보여주는 사진으로서, 역시 광학계 양면에 돌기 형상의 패턴이 형성된 것을 알 수 있다.
또한, 도 12는 패턴이 형성되지 않은 광학계, 단면에만 패턴이 형성된 광학계 및 양면에 패턴이 형성된 광학계의 투과율을 비교한 그래프로서, 단면에만 패턴이 형성된 광학계의 경우 패턴이 형성되지 않은 광학계에 비하여 높은 투과율 향상을 보이며, 양면에 패턴이 형성된 광학계의 경우에는 거의 2배 이상의 투과율 향상을 보이는 것을 알 수 있다.
한편, 도 13~15는 각각 8㎛, 9.5㎛, 12㎛ 조사 파장에서 단면에만 패턴이 형성된 광학계의 패턴 피치 및 높이에 따른 투과율 시뮬레이션 결과이며, 도 16~18은 각각 8㎛, 9.5㎛, 12㎛ 조사 파장에서 양면 모두에 패턴이 형성된 광학계의 패턴 피치 및 높이에 따른 투과율 시뮬레이션 결과이다.
상기 시뮬레이션 결과들에서도 살펴볼 수 있듯이, 상기 패턴의 피치(pitch)는 1~5㎛이며, 본 발명의 실리콘 광학계에 투과되는 적외선 영역의 파장은 8~12㎛이다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실리콘 적외선 투과용 광학계는 별도의 코팅물질을 사용하지 않고 광학계 표면에 다양한 방식을 이용하여 패턴을 직접 형성함으로써, 광학계의 내구성을 높이고, 제조 공정을 단순화시켜 제조 비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 적외선 영역에 대한 투과율을 현저히 증가시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
Claims (6)
- 인체 방사선(human body radiation)을 측정가능한 적외선 투과용 광학계로서, 적외선 영역에 대한 투과율을 향상시키기 위하여 표면에 돌기 형상의 패턴이 형성되며,
상기 패턴의 피치(pitch)는 1~5㎛이고, 상기 적외선 영역의 파장이 8~12㎛이며, 상기 광학계가 적외선 영역 중에서 인체 방사선을 투과시킬 수 있는 단일 재질로서, 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘 적외선 투과용 광학계.
- 제1항에 있어서,
상기 돌기 형상의 패턴이 형성되는 광학계가 렌즈, 윈도우 또는 필터인 것을 특징으로 하는 실리콘 적외선 투과용 광학계.
- 인체 방사선(human body radiation)을 측정가능한 적외선 투과용 광학계의 제조방법으로서,
i) 광학계 평판 표면에 포토레지스트(PR) 층을 도포하는 단계; ii) 상기 포토레지스트(PR) 층에 정현파(sinusoidal wave) 형상의 에칭 배리어(etching barrier) 패턴을 제작하는 단계; 및 iii) 상기 에칭 배리어 패턴이 형성된 평판에 에칭 공정을 통하여 돌기 형상의 패턴을 제작하는 단계;를 포함하며,
상기 패턴의 피치(pitch)는 1~5㎛이고, 상기 적외선 영역의 파장이 8~12㎛이며, 상기 광학계가 적외선 영역 중에서 인체 방사선을 투과시킬 수 있는 단일 재질로서, 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘 적외선 투과용 광학계의 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 패턴이 형성된 광학계의 반대면에 상기 i)~iii) 단계를 반복하여 수행함으로써, 광학계 양면에 돌기 형상의 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 적외선 투과용 광학계의 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 에칭 배리어 패턴이 레이저 식각(laser ablation), 전자빔 직접 조사 (direct electron-beam writing), 레이저 간섭 리소그래피(laser interference lithography), 포토리소그래피(photolithography), 고온 임프린팅(thermal imprinting), UV 임프린팅(UV impiriting) 중 어느 하나의 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 적외선 투과용 광학계의 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 돌기 형상의 패턴이 형성되는 광학계가 렌즈, 윈도우 또는 필터인 것을 특징으로 하는 실리콘 적외선 투과용 광학계의 제조방법.
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| JP2020067514A (ja) * | 2018-10-22 | 2020-04-30 | 豊田合成株式会社 | 近赤外線センサ用カバー |
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| PA0107 | Divisional application |
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