KR100519769B1 - 하이브리드 마이크로렌즈 어레이 제조방법 - Google Patents

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Abstract

마이크로렌즈 어레이 제조방법이 개시된다. 개시된 마이크로렌즈 어레이 제조방법은, 기판에 복수개의 호울을 형성한 다음, 상기 호울 내에 복수개의 볼렌즈를 삽입하는 단계; 상기 볼렌즈의 상부에 용융된 글라스를 주입하여 경화시킨 다음, 상기 기판, 볼렌즈 및 글라스를 연마하는 단계; 상기 단계에서 형성된 구조체를 상하부 역전시킨 다음, 연마되지 않은 볼렌즈의 표면에 폴리머를 도포하고 비구면 금형으로 압착하는 단계; 및 상기 폴리머에 광선을 조사하여 경화시킨 다음 상기 금형을 제거하고 연마한 면을 다시 연마하는 단계;를 포함한다. 마이크로렌즈를 고 광학정밀도를 가지고 저가로 대량생산할 수 있다.

Description

하이브리드 마이크로렌즈 어레이 제조방법{Manufacturing method of hybrid microlens array}
본 발명은 마이크로렌즈 어레이 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고개구수를 가지는 하이브리드 마이크로렌즈 어레이 제조방법에 관한 것이다.
마이크로렌즈란 수 마이크로미터 정도의 크기를 가지는 미세렌즈를 의미하며, 마이크로렌즈 어레이는 미세렌즈가 1차원 또는 2차원으로 배열된 광학 구조를 의미한다. 마이크로렌즈는 광디스크에 정보를 기록하거나 광디스크로부터 정보를 재생하는 광픽업에 있어서 집광수단 또는 수광소자와 결합을 위한 집광수단, CCD 등의 고체 촬상 소자 또는 팩시밀리에 사용되는 1차원 이미지 센서의 감도를 향상시키기 위해 입사광을 광전변환영역에 집광시키는 집광 수단 또는 결상수단, 프린터에 있어 인지하여야 할 화상을 감광체에 결상시키는 결상 수단, 광정보 처리용 필터 등에 사용된다.
특히 광픽업에 사용되는 마이크로렌즈는 최근 광디스크의 소형화와 광정보밀도의 집적화에 따라 고개구수의 마이크로렌즈를 초소형으로 개발하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 기존의 마이크로렌즈 어레이 제조방법에서는 사출 몰딩(injection molding)법 또는 압축 몰딩법을 이용하여 몰드 내의 회전 대칭 광학 표면을 그라인딩하거나 다이아몬드 터닝을 함으로써 마이크로렌즈를 형성한다. 하지만, 사출 몰딩법은 마이크로렌즈의 표면에 스크래치를 형성하여 렌즈의 정밀도를 떨어뜨리는 경향이 있으며 충진도(fill factor) 및 광학 정확도가 떨어지는 단점을 가진다. 다이아몬드 터닝법은 광학 표면을 2밀리미터 크기 미만으로 제조하는데 이용될 수 있지만, 장치의 셋업이 어려우며 다수개의 광학 렌즈 표면을 정확한 위치에 정렬하는 것이 용이하지 않다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 웨이퍼를 이용한 간단한 제조공정을 이용하여 저가로 마이크로렌즈를 양산할 수 있는 마이크로렌즈 어레이 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
(a)기판에 복수개의 호울을 형성한 다음, 상기 호울 내에 복수개의 마이크로렌즈를 삽입하는 단계;
(b)상기 마이크로렌즈의 상부에 용융된 글라스를 주입하여 경화시킨 다음, 상기 기판, 마이크로렌즈 및, 글라스를 연마하는 단계;
(c)상기 (b)단계에서 형성된 구조체를 상하부 역전시킨 다음, 연마되지 않은 마이크로렌즈의 표면에 폴리머를 도포하고 비구면 금형으로 압착하는 단계; 및
(d)상기 폴리머에 광선을 조사하여 경화시킨 다음 상기 금형을 제거하고 상기 기판, 마이크로렌즈 및, 글라스를 연마하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 제조방법을 제공한다.
상기 개구는 상부 개구 및 하부 개구에 비해 중심부의 지름이 작은 것이 바람직하다.
상기 (b) 및 (d) 단계에서, 상기 기판, 마이크로렌즈 및 글라스는 연마 중에 표면의 일부가 동일한 높이로 평탄화된다.
상기 (d)단계에서, 상기 광선은 자외선이며, 상기 폴리머는 상기 마이크로렌즈 상에 비구면 렌즈 형태로 결합된다.
상기 (d)단계 다음에 DOE 어레이 웨이퍼를 상기 마이크로렌즈 어레이 웨이퍼 상에 본딩하고 다이싱하는 공정을 더 포함한다.또한, 본 발명에서는,(a)기판에 중심부의 지름이 상부 개구 및 하부 개구보다 작은 복수개의 호울을 형성한 다음, 상기 호울 내에 상기 호울 중심부의 지름보다 실질적으로 큰 직경의 복수개의 볼렌즈를 삽입하는 단계;(b)상기 볼렌즈의 상부에 용융된 글라스를 주입하여 경화시킨 다음, 상기 기판, 볼렌즈 및 글라스가 동일한 높이로 평탄화되도록 연마하는 단계;(c)상기 (b)단계에서 형성된 구조체를 상하부 역전시킨 다음, 연마되지 않은 볼렌즈의 표면에 폴리머를 도포하고 비구면 금형으로 압착하는 단계; 및(d)상기 폴리머에 광선을 조사하여 경화시킨 다음 상기 금형을 제거하고 상기 (b)단계에서 연마한 면을 다시 연마하는 단계;를 포함하는 마이크로렌즈 어레이 제조방법을 제공한다.
본 발명은 광픽업에 탑재되는 대물렌즈를 웨이퍼상에 마이크로렌즈 어레이 형태로 형성함으로써 고 광학정밀도 및 충진도를 가지는 마이크로렌즈를 저가로 대량생산할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 제조방법의 공정도이다.
먼저 도 1a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 형태의 실리콘 기판(11)을 식각하여 복수개의 호울(12)을 형성한다. 복수개의 호울(12)은 상부 개구 및 하부 개구에 비해 중심부의 지름이 더 작도록 깔대기 형태로 형성되어 있다. 복수개의 호울(12) 내부에는 별도 제작된 볼렌즈 형태의 마이크로렌즈(13)를 삽입한다. 마이크로렌즈(13)는 수 내지 수십 마이크로미터의 직경을 가진다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈(13)의 상면에 용융된 글라스(15)를 주입(inject)하고 경화(harden)시킨 다음, 기판(11), 마이크로렌즈(13) 및, 글라스(15)의 표면을 기계적으로 연마(polishing)하여 도 1c에 도시된 바와 같이 평탄화시킨다. 이 과정에서 기판(11), 마이크로렌즈(13) 및, 글라스(15)의 상면이 동일한 높이를 가지게 되고, 호울(12) 내부 중심에 걸친 마이크로렌즈(13)의 하부에는 글라스(15)로 충진되지 않은 공간이 형성된다.
도 1c에 도시된 구조체를 상하 역전되도록 뒤집은 다음 도 1d에 도시된 바와 같이 호울(12) 내부로 노출된 마이크로렌즈(15) 표면에 용융 상태의 포토 폴리머(17)를 도포한다. 다음 도 1e에 도시된 바와 같이, 액형의 포토폴리머(17) 상부에 비구면 몰드 금형(22)을 위치시키고 압착시킨 다음 자외선을 조사하여 폴토 폴리머(17)를 경화(curing)시킨다. 도 1f에 도시된 바와 같이, 금형(22)을 분리시키면 마이크로렌즈(13)의 표면에 비구면 포토 폴리머 층(18)이 형성된다. 비구면 포토 폴리머 층(18)이 형성된 면에 대해 반대쪽 면을 기계적으로 연마하면 도 1g에 도시된 바와 같이 하이브리드 마이크로렌즈 어레이(10)가 완성된다.
완성된 마이크로렌즈 어레이(10)의 상면에는 역시 웨이퍼 상에 형성되고 회절격자(G)를 구비하는 DOE(Diffractive Optical Element) 어레이(19)를 도 1h에 도시된 바와 같이 본딩한다. 이후의 공정은 도시되지 않았으나, 마이크로렌즈 어레이(10)와 DOE 어레이(19)가 결합된 웨이퍼를 복수개의 마이크로렌즈(13) 및 회절격자(G)의 조립체로 다이싱한 다음 와이어링 및 패키징 공정을 수행하여 광픽업을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 제조방법은 초소형 광픽업용 대물렌즈 광학계에 이용되는 마이크로렌즈를 웨이퍼 상에 어레이 형태로 형성함으로써 고정밀도의 마이크로렌즈를 저가로 대량생산할 수 있는 잇점이 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 제조방법은 고정밀도의 초소형 마이크로렌즈를 저가로 대량생산할 수 있다는 것이다.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 제조방법.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
11 ; 기판 13 ; 마이크로렌즈
15 ; 글라스 17 ; 폴리머
22 ; 비구면 금형

Claims (8)

  1. (a)기판에 복수개의 호울을 형성한 다음, 상기 호울 내에 복수개의 볼렌즈를 삽입하는 단계;
    (b)상기 볼렌즈의 상부에 용융된 글라스를 주입하여 경화시킨 다음, 상기 기판, 볼렌즈 및 글라스를 연마하는 단계;
    (c)상기 (b)단계에서 형성된 구조체를 상하부 역전시킨 다음, 연마되지 않은 볼렌즈의 표면에 폴리머를 도포하고 비구면 금형으로 압착하는 단계; 및
    (d)상기 폴리머에 광선을 조사하여 경화시킨 다음 상기 금형을 제거하고 상기 (b)단계에서 연마한 면을 다시 연마하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 호울의 중심부의 지름은 상부 개구 및 하부 개구에 비해 작고 실질적으로 상기 볼렌즈의 직경보다 작은 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 (b) 및 (d) 단계에서,
    상기 기판, 볼렌즈 및 글라스의 연마되는 면은 동일한 높이로 평탄화되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 (d)단계에서,
    상기 광선은 자외선인 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 (d)단계에서,
    상기 폴리머는 상기 볼렌즈 상에 비구면 렌즈 형태로 결합되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d)단계 다음에 DOE 어레이 웨이퍼를 상기 기판 상에 본딩하고 다이싱하는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 제조방법.
  7. (a)기판에 중심부의 지름이 상부 개구 및 하부 개구보다 작은 복수개의 호울을 형성한 다음, 상기 호울 내에 상기 호울 중심부의 지름보다 실질적으로 큰 직경의 복수개의 볼렌즈를 삽입하는 단계;
    (b)상기 볼렌즈의 상부에 용융된 글라스를 주입하여 경화시킨 다음, 상기 기판, 볼렌즈 및 글라스가 동일한 높이로 평탄화되도록 연마하는 단계;
    (c)상기 (b)단계에서 형성된 구조체를 상하부 역전시킨 다음, 연마되지 않은 볼렌즈의 표면에 폴리머를 도포하고 비구면 금형으로 압착하는 단계; 및
    (d)상기 폴리머에 광선을 조사하여 경화시킨 다음 상기 금형을 제거하고 상기 (b)단계에서 연마한 면을 다시 연마하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 (d)단계 다음에 DOE 어레이 웨이퍼를 상기 기판 상에 본딩하고 다이싱하는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 제조방법.
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