KR20020088146A - Method for fabrication micro lens arrays - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for fabricating micro lens array is provided to achieve improved performance and reliability by minimizing the problem of adhesion caused during demolding process for lens array master and polymer material. CONSTITUTION: A method comprises a first step of depositing an oxide film onto a semiconductor substrate(200); a second step of forming a photosensitive film pattern onto the oxide film; a third step of forming an oxide film pattern by using the photosensitive film pattern as an etching barrier; a fourth step of forming a lens array master having an undercut beneath the semiconductor substrate, by performing an isotropic etching using XeF6 etching gas and the oxide film pattern as an etching barrier; a fifth step of removing the oxide film pattern from the semiconductor substrate; a sixth step of depositing polymer into a predetermined thickness all over the resultant structure; and a seventh step of forming shape of a micro lens array(250) by separating the polymer deposited on the semiconductor substrate from the semiconductor substrate master.

Description

초소형 렌즈 어레이 제조방법{Method for fabrication micro lens arrays}Method for fabrication micro lens arrays

본 발명은 광 집적용 소자에 사용되는 초소형 렌즈 어레이 제조방법에 관한것이다. 보다 상세하게는 초소형 렌즈 어레이 제작을 위한 Si 몰드 마스터의 제작과 폴리머 물질과의 분리시 발생하는 점착력(adhesion) 문제를 해결할 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a micro lens array for use in an optical integration device. More specifically, the present invention relates to a technology capable of solving the problem of adhesion caused when the Si mold master is manufactured and the polymer material is separated from the microlens array.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술로서 리플로우(reflow) 공정을 이용하여 제작한 마이크로 렌즈 어레이의 제조 공정에 대하여 살펴보기로 한다.1A to 1D illustrate a manufacturing process of a microlens array manufactured using a reflow process as a prior art.

먼저, 반도체기판(100) 상에 일정 두께의 산화막(110)을 증착한 다음 크롬(Cr) 마스크을 이용하여 산화막(110) 패턴을 형성한다.(도 1a 참조)First, an oxide film 110 having a predetermined thickness is deposited on the semiconductor substrate 100, and then an oxide film 110 pattern is formed using a chromium (Cr) mask (see FIG. 1A).

이어서, 상기 결과물의 전표면에 일정 두께의 감광막(120)를 도포한다.(도 1b 참조)Subsequently, a photosensitive film 120 having a predetermined thickness is coated on the entire surface of the resultant product (see FIG. 1B).

그 상태에서 노광마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 거쳐 감광막(120)의 소정 부분을 제거하여 실린더형의 감광막(120) 패턴을 형성한다.In this state, a predetermined portion of the photosensitive film 120 is removed through an exposure and development process using an exposure mask to form a cylindrical photosensitive film 120 pattern.

이 때, 상기 감광막(120) 패턴의 형상은 리플로우 공정전의 렌즈 원형 상태를 나타낸다.(도 1c참조)At this time, the shape of the photosensitive film 120 pattern indicates the lens circular state before the reflow process (see FIG. 1C).

그 후, 전 표면에 폴리머 물질을 코팅한 후 리플로우 공정을 거쳐 반도체기판(100) 상에 마이크로 렌즈 어레이(130)를 제작함으로서 제조 공정이 완료된다.(도 1d참조)Thereafter, after the polymer material is coated on the entire surface, the manufacturing process is completed by fabricating the microlens array 130 on the semiconductor substrate 100 through a reflow process (see FIG. 1D).

이상에서와 같이 종래에는 기존의 초소형 렌즈 어레이 제작 기술은 광을 집적하기 위해 폴리머를 쌓은 후 렌즈 표면을 형성시켰다. 실리콘(Si)과 같은 반도체 물질처럼 자체적으로 리플로우(reflow)가 불가능한 물질을 이용하는 경우 여기에다 식각 공정을 추가해야 한다.As described above, the conventional microlens array fabrication technology forms a lens surface after stacking polymers to integrate light. If you use a material that cannot reflow on its own, such as a semiconductor material such as silicon (Si), you need to add an etching process to it.

그리고 나서, Si 기판을 등방성 식각해서 렌즈모양을 만든 후 폴리머를 코팅해서 Si 마스터로부터 폴리머를 분리시켜 렌즈형태의 구조물을 오나성하게 된다.Then, the Si substrate is isotropically etched to form a lens shape, and then the polymer is coated to separate the polymer from the Si master to form a lens-shaped structure.

이러한 기본 구조에서는 제작된 렌즈의 우수한 특징과는 별개로 제작과정이 장시간에 걸쳐 진행되는 등 현실적인 도입에 있어서 어려움을 많았다.In this basic structure, apart from the excellent features of the manufactured lens, there was a lot of difficulties in the realistic introduction, such as the manufacturing process is carried out for a long time.

또한, 광응용을 하기 위해 렌즈 어레이의 마스터가 될 실리콘(Si) 표면이 거울면과 같이 매끄러워야 하는데 거친 표면에 의해 광손실을 가져 올 수 있다.In addition, the silicon (Si) surface, which is to be the master of the lens array, needs to be as smooth as the mirror surface in order to apply the light, which may result in light loss due to the rough surface.

즉, 초소형 렌즈로 제작될 리플로우를 한 폴리머 표면(도 1d 참조)은 표면의 곡면도를 보장하기 어렵고, 이러한 초소형 렌즈 어레이를 제작하기 위해 복잡한 공정을 여러번 거쳐야 하는 문제점이 있다.In other words, the reflowed polymer surface (see FIG. 1D) that is to be manufactured into a microlens lens has difficulty in guaranteeing the curvature of the surface, and has a problem of having to go through a complicated process several times in order to manufacture such a microlens array.

특히, 광집적 소자로써 사용되는 초소형 렌즈 어레이를 MEMS기술을 이용해서 제작할 때 직접 폴리머 물질을 리플로우하는 경우에 있어서 여러 가지 공정을 거치는 수고와 일반적인 Si의 습식 식각을 통한 마스터 제작시 표면의 거친 조도와 폴리머 물질과 분리시 분리가 잘 안되는 문제가 발생한다.In particular, when manufacturing a micro lens array used as an optical integrated device using MEMS technology, the process of reflowing the polymer material directly and the roughness of the surface during the master fabrication through the wet etching of the general Si are performed. Difficulty in separating from and polymer materials.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은를 이용한 Si의 등방성 식각을 통해 거울면과 같은 조도를 가진 마스터의 제조와 SAM coating을 이용해서 폴리머 구조물과 Si 마스터를 쉽게 분리시킬 수 있도록 하는 초소형 렌즈 어레이 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems. Through isotropic etching of Si, the manufacturing of a master with mirror-like roughness and a method of manufacturing a micro lens array to easily separate the polymer structure and the Si master by using SAM coating are provided.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로써 본 발명은As a technical idea for achieving the above object of the present invention

반도체기판 상부에 산화막을 증착하는 단계와;Depositing an oxide film on the semiconductor substrate;

상기 산화막 상부에 감광막 패턴을 형성하는 단계와;Forming a photoresist pattern on the oxide film;

상기 감광막 패턴을 식각장벽으로 이용하여 산화막 패턴을 형성하는 단계와;Forming an oxide film pattern using the photoresist pattern as an etch barrier;

식각 개스를 이용하여 상기 산화막 패턴을 식각장벽으로 등방성 식각 하여 반도체기판 하부에 언더컷이 진 렌즈 어레이 마스터를 형성하는 단계와; Forming an undercut lens array master under the semiconductor substrate by isotropically etching the oxide layer pattern through an etch barrier using an etching gas;

상기 반도체기판 상부에 남아있는 산화막 패턴을 제거하는 단계와;Removing the oxide pattern remaining on the semiconductor substrate;

상기 결과물 전표면에 일정 두께의 폴리머를 증착하는 단계와;Depositing a polymer of a predetermined thickness on the entire surface of the resultant;

상기 반도체기판 상부에 증착된 반도체기판 마스터와 분리하여 마이크로 렌즈 어레이의 형상을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징을 하는 초소형 렌즈 어레이 제조방법이 제시된다.Provided is a method of manufacturing a microlens array comprising separating a semiconductor substrate master deposited on the semiconductor substrate and manufacturing a shape of a microlens array.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술로서 리플로우(reflow) 공정을 이용하여 제작한 마이크로 렌즈 어레이의 제조공정도1A to 1D are manufacturing process diagrams of a microlens array manufactured using a reflow process as a prior art.

도 2a 내지 도 2i는 본 발명에 따라를 이용하여 제작한 마이크로 렌즈 어레이의 제조공정도2a to 2i are in accordance with the present invention Process diagram of the micro lens array fabricated using

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따라 실리콘(Si) 마스터와 폴리머 물질과의 분리를 위한 SAM 코팅을 이용한 제조공정도3a to 3c is a manufacturing process using a SAM coating for separation of the silicon (Si) master and the polymer material according to the present invention

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

200 : 반도체기판210 : 실리콘산화막200: semiconductor substrate 210: silicon oxide film

220 : 감광막230 : 노광마스크220: photosensitive film 230: exposure mask

240 : 폴리머250 : 마이크로 렌즈 어레이240: polymer 250: micro lens array

300 : 반도체기판310 : 반도체기판 마스터300: semiconductor substrate 310: semiconductor substrate master

320 : 폴리머330 : 마이크로 렌즈 어레이320: polymer 330: micro lens array

이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail.

도 2a 내지 도 2i는 본 발명에 따라식각개스를 이용하여 제작한 마이크로 렌즈 어레이의 제조공정도이다.2a to 2i are in accordance with the present invention It is a manufacturing process chart of the micro lens array manufactured using the etching gas.

먼저, 반도체기판(200) 상에 절연막으로 실리콘산화막()(210)을 형성한 다음(도 2a 참조) 그 전면에 일정 두께의 감광막(220)을 도포한다.(도 2b 참조)First, a silicon oxide film (an insulating film on the semiconductor substrate 200) is used. 210 is formed (see FIG. 2A), and then a photosensitive film 220 having a predetermined thickness is coated on the entire surface thereof (see FIG. 2B).

그 다음, 노광마스크(230)를 이용한 노광 및 현상 공정을 거쳐(도 2c 참조) 감광막(220) 패턴을 형성한 다음 그외의 나머지 부분을 제거한다.(도 2d 참조)Next, a photosensitive film 220 pattern is formed through an exposure and development process using the exposure mask 230 (see FIG. 2C), and the rest of the rest is removed (see FIG. 2D).

그 후, 상기 감광막(220) 패턴을 식각장벽으로 이용하여 실리콘산화막(210)패턴을 형성한 다음 감광막(220) 패턴을 제거한다.(도 2e 참조)Thereafter, the silicon oxide film 210 pattern is formed using the photoresist film 220 as an etch barrier, and then the photoresist film 220 pattern is removed (see FIG. 2E).

이어서식각개스를 이용하여 실리콘산화막(210) 패턴을 식각장벽으로 등방성 식각 공정을 진행함으로서 반도체기판(200) 하부의 소정 부분에 언더컷(under cut) 형상을 형성한다.(도 2f 참조)next By using an etching gas, an isotropic etching process is performed on the silicon oxide layer 210 pattern as an etch barrier to form an under cut shape in a predetermined portion of the lower portion of the semiconductor substrate 200 (see FIG. 2F).

그 다음, 상기 반도체기판(200) 상부에 형성되어 있는 실리콘산화막(210) 패턴을 제거함으로서 반도체기판 마스터(215) 구조가 형성된다.(도 2g 참조)Next, the semiconductor substrate master 215 structure is formed by removing the silicon oxide film 210 pattern formed on the semiconductor substrate 200 (see FIG. 2G).

이어서, 상기 결과물 전표면에 SAM 코팅 공정을 이용하여 일정 두께의 폴리머(240) 물질을 증착한다. 이때, 폴리머(240) 대신에 유리질 물질을 사용하여도 무방하다.(도 2h 참조)Subsequently, a predetermined thickness of the polymer 240 material is deposited on the entire surface of the resultant using a SAM coating process. In this case, a glass material may be used instead of the polymer 240 (see FIG. 2H).

그 후, 상기 폴리머(240) 물질을 반도체기판 마스터(215)와 분리시킴으로서 최종적인 마이크로 렌즈 어레이(250)의 형상이 완료된다.(도 2i 참조)Thereafter, the shape of the final micro lens array 250 is completed by separating the polymer 240 material from the semiconductor substrate master 215 (see FIG. 2I).

상기에서와 같이, 도 2a 내지 도 2i에서 제시한 새로운 초소형 마이크로 렌즈 어레이 제작 방법은 먼저 최종적인 렌즈 어레이를 연속적으로 생산해내기 위해 반도체기판(Si)을 이용해서 렌즈 마스터를 제작하는 것이다.As described above, the method for fabricating the new ultra-small microlens array shown in FIGS. 2A to 2I is to fabricate the lens master using the semiconductor substrate Si to continuously produce the final lens array.

이 때, 초소형 렌즈로써 사용되기 위해 표면이 거울면과 같이 매끈해야 하며 그것을 가능하게 해주는식각공정을 통해 그러한 면을 형성할 수 있다.In order to be used as a micro lens, the surface must be smooth like a mirror and make it possible. Such surfaces can be formed by etching.

또한, 계속적인 렌즈 어레이의 생산을 위해 SAM(self-assembled monolayer)를 Si 렌즈 마스터에 코팅하여 렌즈 어레이의 제작의 성능을 향상시킬 수 있다. 특히, 미세구조물의 점착 현상을 방지하기 위해 적용된 SAM 코팅을 폴리머의 리플리케이션(replication)에 적용시킬 수 있다.In addition, self-assembled monolayers (SAMs) can be coated on the Si lens master for continuous lens array production to improve the performance of the lens array fabrication. In particular, a SAM coating applied to prevent sticking of microstructures can be applied to the replication of the polymer.

이어서, 실리콘(Si) 마스터와 폴리머 물질과의 분리를 위한 SAM 코팅을 이용한 제조 공정을 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 살펴보기로 한다.Next, a manufacturing process using a SAM coating for separating the silicon (Si) master and the polymer material will be described with reference to FIGS. 3A to 3C.

먼저, 도 2a 내지 도 2f에서와 같은 상기 과정을 거쳐 제작된 반도체기판(300)의 하부에 등방성 식각공정을 이용하여 언더컷을 형성한 후, 등방성 식각된 반도체기판(300)의 표면에 SAM(Self-Assembled Monolayer) 코팅을 실시하여 반도체기판 마스터(310)를 형성한다.First, an undercut is formed in the lower portion of the semiconductor substrate 300 manufactured by the above process as shown in FIGS. 2A through 2F using an isotropic etching process, and then SAM (Self) is formed on the surface of the isotropically etched semiconductor substrate 300. -Assembled Monolayer) is performed to form the semiconductor substrate master 310.

이 때, 상기 SAM 코팅은 반도체기판 마스터(310)와 후속 공정의 폴리머 물질과의 용이한 분리를 위해 실시한다.(도 3a 참조)At this time, the SAM coating is performed for easy separation between the semiconductor substrate master 310 and the polymer material in a subsequent process (see FIG. 3A).

그 상태에서, 렌즈 어레이로 사용될 폴리머(320) 물질을 상기 결과물 전표면에 도포한 후(도 3b 참조) 상기 폴리머(320) 물질을 반도체기판 마스터(310)와 분리시킴으로서 최종적인 마이크로 렌즈 어레이(330)의 형상이 완료된다. 물론, 폴리머(320) 대신에 유리질 물질을 사용하여도 무방하다.In this state, the polymer 320 material to be used as the lens array is applied to the entire surface of the resultant (see FIG. 3B), and the polymer 320 material is separated from the semiconductor substrate master 310 to separate the final micro lens array 330. ) Is completed. Of course, a glass material may be used instead of the polymer 320.

이 때, 일종의 프레스 성형 기법을 이용하여 반도체기판 마스터(310)와 마이크로 렌즈 어레이(330)를 분리시키게 된다.(도 3c 참조)At this time, the semiconductor substrate master 310 and the micro lens array 330 are separated using a kind of press molding technique (see FIG. 3C).

이상에서와 같이 본 발명에 의한 초소형 렌즈 어레이 제조방법에 따르면 다음과 같은 이점이 있다.As described above, according to the microlens array manufacturing method according to the present invention, there are advantages as follows.

첫째,식각개스를 이용하면 거울면과 같은 조도를 가진 Si 초소형 렌즈 어레이 구조를 제작하는 것이 가능하다.first, Using etching gas, it is possible to fabricate a Si micro lens array structure with mirror-like roughness.

둘째, 기존의 렌즈 어레이 보다 효율적인 마이크로 렌즈 어레이 성능을 얻을 수 있고, Si 초소형 렌즈 어레이 마스터와 폴리머 물질 사이의 디몰딩(demolding)시 발생할 수 있는 점착력(adhesion) 문제를 최소화하여 신뢰성 있는 초소형 렌즈 어레이의 제조가 가능하다.Second, the micro lens array performance can be more efficient than the conventional lens array, and the miniaturization of the reliable micro lens array can be achieved by minimizing the adhesion problem that may occur during demolding between the Si micro lens array master and the polymer material. Manufacturing is possible.

셋째, SAM 코팅이 폴리머의 리플리케이션(replication)의 성능 향상을 얻을 수 있는 간단한 공정 방법으로써 생산 기술의 획기적 발전으로 인해 대량으로 미소 부품의 생산이 가능하다.Third, SAM coating is a simple process method that can improve the performance of replication of polymer, and it is possible to produce micro parts in large quantities due to the breakthrough of production technology.

Claims (3)

반도체기판 상부에 산화막을 증착하는 단계와;Depositing an oxide film on the semiconductor substrate; 상기 산화막 상부에 감광막 패턴을 형성하는 단계와;Forming a photoresist pattern on the oxide film; 상기 감광막 패턴을 식각장벽으로 이용하여 산화막 패턴을 형성하는 단계와;Forming an oxide film pattern using the photoresist pattern as an etch barrier; 식각 개스를 이용하여 상기 산화막 패턴을 식각장벽으로 등방성 식각 하여 반도체기판 하부에 언더컷이 진 렌즈 어레이 마스터를 형성하는 단계와; Forming an undercut lens array master under the semiconductor substrate by isotropically etching the oxide layer pattern through an etch barrier using an etching gas; 상기 반도체기판 상부에 남아있는 산화막 패턴을 제거하는 단계와;Removing the oxide pattern remaining on the semiconductor substrate; 상기 결과물 전표면에 일정 두께의 폴리머를 증착하는 단계와;Depositing a polymer of a predetermined thickness on the entire surface of the resultant; 상기 반도체기판 상부에 증착된 폴리머를 반도체기판 마스터와 분리시켜 마이크로 렌즈 어레이의 형상을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징을 하는 초소형 렌즈 어레이 제조방법.And separating the polymer deposited on the semiconductor substrate from the semiconductor substrate master to form a shape of a micro lens array. 청구항 1에 있어서, 상기 폴리머를 대체하여 유리질 물질이 증착되는 것을 특징으로 하는 초소형 렌즈 어레이 제조방법.The method of claim 1, wherein a glass material is deposited in place of the polymer. 반도체기판 상부에 산화막을 증착하는 단계와;Depositing an oxide film on the semiconductor substrate; 상기 산화막 상부에 감광막 패턴을 형성하는 단계와;Forming a photoresist pattern on the oxide film; 상기 감광막 패턴을 식각장벽으로 이용하여 산화막 패턴을 형성하는 단계와;Forming an oxide film pattern using the photoresist pattern as an etch barrier; 식각 개스를 이용하여 상기 산화막 패턴을 식각장벽으로 등방성 식각하여 반도체기판 하부에 언더 컷을 형성하는 단계와; Isotropically etching the oxide layer pattern with an etch barrier using an etching gas to form an undercut under the semiconductor substrate; 상기 식각된 반도체기판의 하부 표면에 SAM 코팅을 실시하여 반도체기판 마스터를 형성하는 단계와;Forming a semiconductor substrate master by applying a SAM coating to a lower surface of the etched semiconductor substrate; 상기 결과물 전표면에 폴리머를 증착한 후, 증착된 폴리머를 반도체기판 마스터와 분리시켜 마이크로 렌즈 어레이의 형상을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징을 하는 초소형 렌즈 어레이 제조방법.And depositing a polymer on the entire surface of the resultant, separating the deposited polymer from the semiconductor substrate master to form a shape of a micro lens array.
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