KR20070110810A

KR20070110810A - 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조방법

Info

Publication number: KR20070110810A
Application number: KR1020070060712A
Authority: KR
Inventors: 안철훈
Original assignee: 최기종
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2007-11-20
Also published as: KR100820349B1

Abstract

본 발명은 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 기판 상에 제1 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제1 포토레지스트 패턴을 플로우시켜서 제1 렌즈 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 렌즈 패턴 상에 제1 보호막을 증착하는 단계; 상기 제1 보호막을 포함하는 상기 기판 상에 상기 제1렌즈 패턴에 의해서 형성된 상기 기판 상의 요철이 전사되는 제1 구조체를 형성하는 단계; 상기 결과물에서 상기 기판, 상기 제1 렌즈 패턴 및 제1 보호막을 제거하여 상기 제1 구조체를 남기는 단계; 상기 제1 구조체의 표면에 제2 보호막을 증착하고, 상기 제2 보호막의 표면에 형성된 요철이 전사되는 제2 구조체를 상기 제1 구조체 상에 형성하는 단계; 상기 결과물에서 상기 제1 구조체를 제거하여 제1 마이크로렌즈 패턴이 형성된 상기 제2 구조체를 남기는 단계; 상기 제1 마이크로렌즈 패턴 상에 제2 포토레지스트 패턴을 정렬하여 형성하고, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 플로우시켜서 제2 렌즈 패턴을 형성하는 단계; 상기 제2 렌즈 패턴 상에 제3 보호막을 증착하는 단계; 상기 제2 렌즈 패턴 및 상기 제1 마이크로렌즈 패턴을 포함하는 상기 제2 구조체 상의 요철이 전사되는 제3 구조체를 형성하는 단계; 상기 결과물에서 상기 제2 구조체 및 제2 렌즈 패턴을 제거하여 제3 구조체를 남기는 단계; 및 상기 제3 구조체를 금형으로 이용하여 마이크로렌즈 어레이 장치를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 다수의 보호막을 반복적으로 사용하여 광학적 특성이 우 수하고, 경면으로 가공된 마이크로렌즈 어레이 장치를 제작할 수 있는 효과가 있다.

마이크로렌즈, 어레이, 투시경, 기판, 보호막

Description

마이크로렌즈 어레이 장치의 제조방법{Method for manufacturing microlens array device}

도 1은 투시경 장치에 사용되는 마이크로렌즈 어레이 장치의 단면도.

도 2는 도 1에 보인 마이크로렌즈 어레이 장치의 평면도.

도 3a 내지 도 3i는 본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서대로 형성되는 단면의 형태를 보여주는 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 투명한 기판 110 : 제1 마이크로렌즈

120 : 제2 마이크로렌즈 200 : 기판

210 : 제1 렌즈 패턴 220,240,260,280 : 보호막

230,250,290 : 구조체 270 : 제2 렌즈 패턴

본 발명은 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 투시경 장치에 사용되는 마이크로렌즈 어레이 장치의 표면을 경면으로 형성하여 우수한 광학적 특성을 확보할 수 있도록 구성된 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

투시경 장치에 대한 기술은 본 발명자에 의해서 개발되어 대한민국특허 제53407호(미국특허 제 4,892,399호) 및 이를 개량한 실용신안등록 제44957호(미국특허 제 5,138,487호)가 공지되어 있다.

이들 특허는 프리즘을 2개 사용하여 프리즘에 의해서 도립된 상을 정립시키는 복수의 볼록렌즈와 광축을 따라 차례로 배열되고, 젖빛면으로 가공된 후방볼록렌즈 또는 유리를 부착하여 실내에서 외부의 상황을 볼 수 있는 투시경 장치이다.

한편, 도 1은 투시경 장치에 사용되는 마이크로렌즈 어레이 장치의 단면도이고, 도 2는 도 1에 보인 마이크로렌즈 어레이 장치의 평면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈 어레이 장치는 투명한 기판(100), 제1 마이크로렌즈(110) 및 제2 마이크로렌즈(120)를 포함한다.

투명한 기판(100)은 그 상부에 형성되는 일정한 높이로 형성되는 마이크로렌즈가 배열되는 지지부 역할을 한다.

제1 마이크로렌즈(110)는 투명한 기판(100)위에 돌출되어 일정한 간격으로 배열된 렌즈로서, 예를 들어 평면은 원형 또는 사각형이고, 사각형의 경우 단면은 늘어져서 연장된 호형의 형태로 돌출되어 형성하는 것이 가능하다.

제2 마이크로렌즈(120)는 상기 제1 마이크로렌즈(110)의 표면 위에 돌출되어 제1 마이크로렌즈(110)보다 작은 직경을 가지고, 제1 마이크로렌즈(110)와 동축으로 배열되어 있다.

투명한 기판(100), 제1 마이크로렌즈(110) 및 제2 마이크로렌즈(120)는 동일한 아크릴수지(PMMA,Polymethyl methacrylate)로 제작되어 투명한 기판(100), 제1 마이크로렌즈(110) 및 제2 마이크로렌즈(120) 사이에 계면이 마이크로렌즈 어레이 장치를 투과하는 빛에 악영향을 주지 않도록 제작된다.

또한, 투시경 장치 등에 사용되는 마이크로렌즈 어레이 장치가 투사되는 상의 크기를 조절하기 용이하도록, 투명한 기판(100)은 원형의 렌즈 예를 들어, 볼록렌즈로 형성되며, 이때 볼록렌즈는 제1 마이크로렌즈(110) 및 제2 마이크로렌즈(120)가 형성된 이면에 형성된다.

이때, 상기 마이크로렌즈 어레이 장치는 별도의 보호막을 구비하지 않으므로, 그 표면이 거칠고, 매끄럽지 못하며, 이와 같이 표면이 매끄럽지 못할 경우, 상기 마이크로렌즈 어레이 장치의 광학적 특성을 높이기 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 마이크로렌즈 어레이 장치의 표면을 경면으로 형성하여 우수한 광학적 특성을 확보할 수 있는 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 본 발명의 목적은 기판 상에 제1 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제1 포토레지스트 패턴을 플로우시켜서 제1 렌즈 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 렌즈 패턴 상에 제1 보호막을 증착하는 단계; 상기 제1 보호막을 포함하는 상기 기판 상에 상기 제1렌즈 패턴에 의해서 형성된 상기 기판 상의 요철이 전사되는 제1 구조체를 형성하는 단계; 상기 결과물에서 상기 기판, 상기 제1 렌즈 패턴 및 제1 보호막을 제거하여 상기 제1 구조체를 남기는 단계; 상기 제1 구조체의 표면에 제2 보호막을 증착하고, 상기 제2 보호막의 표면에 형성된 요철이 전사되는 제2 구조체를 상기 제1 구조체 상에 형성하는 단계; 상기 결과물에서 상기 제1 구조체를 제거하여 제1 마이크로렌즈 패턴이 형성된 상기 제2 구조체를 남기는 단계; 상기 제1 마이크로렌즈 패턴 상에 제2 포토레지스트 패턴을 정렬하여 형성하고, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 플로우시켜서 제2 렌즈 패턴을 형성하는 단계; 상기 제2 렌즈 패턴 상에 제3 보호막을 증착하는 단계; 상기 제2 렌즈 패턴 및 상기 제1 마이크로렌즈 패턴을 포함하는 상기 제2 구조체 상의 요철이 전사되는 제3 구조체를 형성하는 단계; 상기 결과물에서 상기 제2 구조체 및 제2 렌즈 패턴을 제거하여 제3 구조체를 남기는 단계; 및 상기 제3 구조체를 금형으로 이용하여 마이크로렌즈 어레이 장치를 제작하는 단계를 포함하는 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법에 의하여 달성된다.

상기 제1 포토레지스트 패턴 및 상기 제2 포토레지스트 패턴은 리소그래피 공정으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 포토레지스트 패턴 및 상기 제2 포토레지스트 패턴은 열처리로 플로우시켜서 각각으로 제1 렌즈 패턴 및 제2 렌즈 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 보호막, 제2 보호막 및 제3 보호막은 진공 증착 방법에 의해서 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 구조체, 제2 구조체 및 제3 구조체는 전기 도금 방법에 의해서 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 구조체를 남기는 단계에서 상기 제1 구조체 상의 잔류물은 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(TMAH;Tetramethyl Ammonium Hydroxide)를 사용하여 제거되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 구조체를 남기는 단계 후에 상기 제2 구조체의 표면에 제4 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 상기의 마이크로렌즈 어레이 장치를 제작하는 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.

도 3a 내지 도 3i는 본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서대로 형성되는 단면의 형태를 보여주는 도면이다. 이때 본 발명에 따른 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들에 대하여는 동일한 참조부호가 사용된다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법에 의해서 기판(200)에 포토레지스트 막을 도포하고, 통상의 리소그래피 공정을 통하여 제1 포토레지스트 패턴(도면에 표시하지 않음)을 형성한다. 이때 기판(200)은 실리콘(Si) 웨이퍼이고, 제1 포토레지스트 패턴의 단면은 직사각형의 형태를 가진다.

상기 제1 포토레지스트 패턴은 열처리 공정을 통하여 플로우(flow)됨으로써, 제1 포토레지스트 패턴의 모서리가 곡선의 형태를 가지는 제1 렌즈 패턴(210)으로 변형되고, 상기 제1 렌즈 패턴(210) 상에 제1 보호막(220)을 형성한다. 이때 제1 보호막(220)의 재질은 예를 들어 크롬이고, 진공 증착 방법에 의해서 형성되어 제1 렌즈 패턴(210)의 표면이 매끈한 경면으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 보호막(220)이 형성된 기판(200) 상에 제1 렌즈 패턴(210)에 의해서 형성된 기판(200) 상의 요철이 전사되도록 제1 구조체(230)가 형성된다. 이때 제1 구조체(230)는 전기 도금(electroplating) 방법에 의해서 니켈 등의 금속으로 형성된다.

도 3c에 도시된 바와 같이, 전기 도금으로 형성된 제1 구조체(230)에서 기판(200), 제1 렌즈 패턴(210) 및 제1 보호막(220)을 제거하고, 표면에 제1 렌즈 패턴(210)의 형태가 역으로 형성된 제1 구조체(230)를 남기게 된다. 이때 제1 구조체(230)의 표면은 제1 보호막(220)에 의해서 매끈한 경면이 되는 것이 바람직하다. 상기 제1 구조체(230) 상의 실리콘 잔류 물질은 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(TMAH;Tetramethyl Ammonium Hydroxide)를 사용하여 제거되는 것이 바람직하다.

도 3d에 도시된 바와 같이, 제1 구조체(230)의 표면에 균일한 두께를 가지는 제2 보호막(240)을 형성하고, 제2 보호막(240)에 의해서 형성된 제1 구조체(230) 상의 요철이 전사되도록 제1 구조체(230) 상에 제2 구조체(250)가 형성된다. 이때 제2 구조체(250)는 제1 구조체(230)와 동일한 방법에 의해서 니켈 등의 금속으로 형성된다.

도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 제2 구조체(250)에서 제1 구조체(230)를 제거하여 표면에 제1 렌즈 패턴(210)의 형태로 형성된 제1 마이크로렌즈 패턴(255)을 포함하는 제2 구조체(250)를 남긴다. 이때 제2 보호막(240)을 함께 제거하는 것이 바람직하다. 이어서 제2 구조체(250)의 표면에 제3 보호막(260)을 형성하여 제2 구조체(250)의 표면을 경면으로 만드는 것이 바람직하다.

제2 보호막(240) 및 제3 보호막(260)은 제1 보호막(220)과 동일하게 재질은 크롬이고, 진공 증착 방법에 의해서 형성된다. 또한 상기 제2 구조체(250) 상의 잔류 물질은 상기 TMAH를 사용하여 제거하는 것이 바람직하다.

도 3f에 도시된 바와 같이, 제2 포토레지스트 패턴을 상기 제1 마이크로렌즈 패턴(255) 상에 정렬하여 형성하고, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 플로우시켜서 제2 렌즈 패턴(270)을 형성한다. 이때 제2 포토레지스트 패턴은 제1 마이크로렌즈 패턴(255)과 동축으로 정렬되도록 배열하고, 제2 렌즈 패턴(270)은 제1 렌즈 패턴(210)과 동일한 방법으로 열처리 공정을 통하여 형성되는 것이 바람직하다.

도 3g에 도시된 바와 같이, 상기 제2 렌즈 패턴(270) 상에 제4 보호막(280)을 증착하고, 제4 보호막(280)은 제1 보호막(220)과 동일한 방법에 의해서 형성되어 제2 렌즈 패턴(270)의 표면이 매끈한 경면으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 3h에 도시된 바와 같이, 제2 렌즈 패턴(270) 및 상기 제1 마이크로렌즈 패턴(255)을 포함하는 상기 제2 구조체(250) 상의 요철이 전사되는 제3 구조체(290)를 제4 보호막(280)에 의해서 형성된 표면 위에 형성한다. 이때 제3 구조체(290)는 제1 구조체(230)와 동일한 방법에 의해서 니켈 등의 금속으로 형성된다.

도 3i에 도시된 바와 같이, 상기 제3 구조체(290)에서 제2 구조체(250), 제2 렌즈 패턴(270) 및 제4 보호막(280)을 제거하여 경면의 표면을 가지는 제3 구조체(290)를 남긴다. 이때 상기 제3 구조체(290) 상의 잔류물은 상기 TMAH를 사용하여 제거하는 것이 바람직하다.

이렇게 형성된 상기 제3 구조체(290)를 금형으로 이용하여 사출 성형 방법 또는 스탬퍼(stamper) 방식으로 마이크로렌즈 어레이 장치를 완성한다.

본 발명의 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법에 의해서 만들어진 마이크로렌즈 어레이 장치는 상기 다수의 보호막에 의해서 그 표면을 경면으로 처리된 제3 구조체를 사용하기 때문에 그 표면이 매끄러운 장점이 있다.

이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상 및 특허청구 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법은 다수의 보호막을 반복적으로 사용하여 광학적 특성이 우수하고, 경면으로 가공된 마이크로렌즈 어레이 장치를 제작할 수 있는 효과가 있다.

Claims

기판 상에 제1 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제1 포토레지스트 패턴을 플로우시켜서 제1 렌즈 패턴을 형성하는 단계;

상기 제1 렌즈 패턴 상에 제1 보호막을 증착하는 단계;

상기 제1 보호막을 포함하는 상기 기판 상에 상기 제1렌즈 패턴에 의해서 형성된 상기 기판 상의 요철이 전사되는 제1 구조체를 형성하는 단계;

상기 결과물에서 상기 기판, 상기 제1 렌즈 패턴 및 제1 보호막을 제거하여 상기 제1 구조체를 남기는 단계;

상기 제1 구조체의 표면에 제2 보호막을 증착하고, 상기 제2 보호막의 표면에 형성된 요철이 전사되는 제2 구조체를 상기 제1 구조체 상에 형성하는 단계;

상기 결과물에서 상기 제1 구조체를 제거하여 제1 마이크로렌즈 패턴이 형성된 상기 제2 구조체를 남기는 단계;

상기 제1 마이크로렌즈 패턴 상에 제2 포토레지스트 패턴을 정렬하여 형성하고, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 플로우시켜서 제2 렌즈 패턴을 형성하는 단계;

상기 제2 렌즈 패턴 상에 제3 보호막을 증착하는 단계;

상기 제2 렌즈 패턴 및 상기 제1 마이크로렌즈 패턴을 포함하는 상기 제2 구조체 상의 요철이 전사되는 제3 구조체를 형성하는 단계;

상기 결과물에서 상기 제2 구조체 및 제2 렌즈 패턴을 제거하여 제3 구조체를 남기는 단계; 및

상기 제3 구조체를 금형으로 이용하여 마이크로렌즈 어레이 장치를 제작하는 단계를 포함하는 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제1 포토레지스트 패턴 및 상기 제2 포토레지스트 패턴은 리소그래피 공정으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제1 포토레지스트 패턴 및 상기 제2 포토레지스트 패턴은 열처리로 플로우시켜서 각각으로 제1 렌즈 패턴 및 제2 렌즈 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제1 보호막, 제2 보호막 및 제3 보호막은 진공 증착 방법에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제1 구조체, 제2 구조체 및 제3 구조체는 전기 도금 방법에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제1 구조체를 남기는 단계에서 상기 제1 구조체 상의 잔류물은 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(TMAH)를 사용하여 제거되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제2 구조체를 남기는 단계 후에 상기 제2 구조체의 표면에 제4 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 장치의 제조 방법.