KR20140058972A - 다층 마이크로 렌즈의 제조방법 - Google Patents

다층 마이크로 렌즈의 제조방법 Download PDF

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KR20140058972A KR1020120125493A KR20120125493A KR20140058972A KR 20140058972 A KR20140058972 A KR 20140058972A KR 1020120125493 A KR1020120125493 A KR 1020120125493A KR 20120125493 A KR20120125493 A KR 20120125493A KR 20140058972 A KR20140058972 A KR 20140058972A
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이종무
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한국전자통신연구원
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Abstract

다층 마이크로 렌즈의 제조방법이 제공된다. 다층 마이크로 렌즈의 제조방법은, 기판 상에 제1 물질을 포함하는 제1 마이크로 렌즈를 형성하는 것, 및 상기 기판과 상기 제1 마이크로 렌즈 사이에 제2 물질을 포함하는 제2 마이크로 렌즈를 형성하는 것을 포함하되, 상기 제1 및 제2 마이크로 렌즈들은 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질의 식각 속도의 차이를 이용한 식각 공정에 의해 동시에 형성된다. 상기 제1 및 제2 마이크로 렌즈들의 곡률 반경은 서로 상이하다.

Description

다층 마이크로 렌즈의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING MULTI-LAYERD MICRO LENS}
본 발명은 마이크로 렌즈의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다층 마이크로 렌즈의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달로 디지털 카메라, 캠코더, PCS, 감시용 카메라 등과 같은 이미지 센서의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 이미지 센서는 외부의 빛을 전기적인 신호로 변환하는 광전 변환 소자들과, 상기 광전 변환 소자들에 빛을 집중시키는 마이크로 렌즈들을 포함할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이는 광 검출을 위한 광 집속 및 조명 균일화 등에 활용되는데, 단층 마이크로 렌즈 어레이는 종래부터 구현되어 왔다. 다층 마이크로 렌즈 어레이는 일반 굴절형 렌즈와 회절형 렌즈를 결합한 구조를 응용한 광 인터커넥션 기술, 및 일반 굴절형 마이크로 렌즈 쌍을 이용하여 집적도를 높인 CCD(Charged Coupled Device)기술 등에서 제시되고 있다.
본 발명의 기술적 과제는 제조공정이 단순화된 다층 마이크로 렌즈의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 다층 마이크로 렌즈의 제조방법은 기판 상에 제1 물질을 포함하는 제1 마이크로 렌즈를 형성하는 것, 및 상기 기판과 상기 제1 마이크로 렌즈 사이에 제2 물질을 포함하는 제2 마이크로 렌즈를 형성하는 것을 포함하되, 상기 제1 및 제2 마이크로 렌즈들은 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질의 식각 속도의 차이를 이용한 식각 공정에 의해 동시에 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 마이크로 렌즈들의 곡률 반경은 서로 상이할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 다층 마이크로 렌즈의 제조 공정이 단순화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 다층 마이크로 렌즈 어레이의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 마이크로 렌즈들을 나타내는 도면으로, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 마이크로 렌즈들의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 마이크로 렌즈들의 제조방법을 설명하기 위한 도면들로, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 마이크로 렌즈를 알파 스텝으로 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 마이크로 렌즈들을 나타내는 도면으로, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다.
도 11 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 마이크로 렌즈들의 제조방법을 설명하기 위한 도면들로, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도들이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 마이크로 렌즈를 알파 스텝으로 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 다층 마이크로 렌즈 어레이의 평면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 마이크로 렌즈들을 나타내는 도면으로, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 다층 마이크로 렌즈(40)는 기판(10) 상의 제1 마이크로 렌즈(30), 및 상기 제1 마이크로 렌즈(30)와 상기 기판(10) 사이의 제2 마이크로 렌즈(20)를 포함할 수 있다.
상기 기판(10)은 일 예로, 실리콘 기판, 유리 기판, 또는 쿼츠(quartz) 기판일 수 있다.
상기 다층 마이크로 렌즈(40)는 상기 기판(10) 상에 제1 방향(일 예로, X방향) 및 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향(일 예로, Y방향)을 따라 연속적으로 배치될 수 있다. 제3 방향(일 예로, Z방향)은 상기 제1 및 제2 방향들 모두에 대하여 수직한 방향이다. 도 2의 단면은 Z-X 단면을 나타낸다. 상기 제1 마이크로 렌즈(30) 및 상기 제2 마이크로 렌즈(20)의 중심은 같은 축 상에 위치하도록 정렬될 수 있다. 상기 제1 마이크로 렌즈(30)는 반구형일 수 있고, 상기 제2 마이크로 렌즈(20)는 상면이 평평한 반구형일 수 있다. 상기 제1 마이크로 렌즈(30)의 곡률 반경과 상기 제2 마이크로 렌즈(20)의 곡률 반경은 상이할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 마이크로 렌즈(30)의 곡률 반경은 상기 제2 마이크로 렌즈(20)의 곡률 반경보다 클 수 있다. 상기 제1 마이크로 렌즈(30)는 포토 레지스트(Photo resist)를 포함할 수 있다. 상기 제2 마이크로 렌즈(20)는 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 폴리머 물질은 아크릴레이트 또는 폴리이미드 등일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 마이크로 렌즈들의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 마이크로 렌즈들의 제조방법을 설명하기 위한 도면들로, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도들이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 기판(10) 상에 폴리머층(21)이 형성된다(S10). 상기 기판(10)은 실리콘, 유리, 및 쿼츠 중 어느 하나일 수 있다. 상기 폴리머층(11)은 아크릴레이트 또는 폴리아미드일 수 있고, 약 20μm의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 폴리머층(21) 상에 포토 레지스트(Photo resist, PR, 31)층이 형성된다(S20). 상기 포토 레지스트층(31)는 약 10μm의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
도 3, 도 6 및 도 7을 참조하면, 포토 마스크(Photo Mask, 50)를 이용하여 상기 포토 레지스트층(31)를 노광하고 현상함으로써, 제1 패턴들(33)이 형성된다(S30). 상기 제1 패턴들(33)은 포토 레지스트를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 8을 참조하면, 상기 제1 패턴들(33)에 열처리(Thermal reflow)공정을 수행하여, 반구형의 제2 패턴들(35)이 형성된다(S40).
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제2 패턴들(35) 상에 산소 기반의 건식 식각 공정을 수행하여, 제1 마이크로 렌즈(30) 및 제2 마이크로 렌즈(20)가 동시에 형성된다(S50). 구체적으로, 상기 제2 패턴들(35)의 일부가 식각되어 상기 제1 마이크로 렌즈(30)가 형성될 수 있고, 상기 제2 패턴들(35)을 식각 마스크로 상기 폴리머층(21)이 식각되어 상기 제2 마이크로 렌즈(20)가 형성될 수 있다. 산소 기반 건식 식각 공정 동안, 포토 레지스트를 포함하는 상기 제2 패턴들(35)의 식각 속도와 상기 폴리머층(21)의 식각 속도가 상이할 수 있다. 일 예로, 산소 기반 건식 식각 공정에서, 포토 레지스트를 포함하는 상기 제2 패턴들(35)의 식각 속도는 상기 폴리머층(21)의 식각 속도보다 느릴 수 있다. 따라서, 포토 레지스트를 포함하는 상기 제1 마이크로 렌즈(30)는 작은 경사를 가지도록, 즉 큰 곡률 반경을 가지도록 형성될 수 있고, 폴리머를 포함하는 상기 제2 마이크로 렌즈(20)는 큰 경사를 가지도록, 즉 작은 곡률 반경을 가지도록 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 마이크로 렌즈를 알파 스텝으로 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 상부 렌즈는 곡률 반경이 크고, 하부 렌즈는 곡률 반경이 작은 다층 마이크로 렌즈가 형성되었음을 확인할 수 있다. 이는, 중심부의 초점거리가 길고 주변부의 초점거리가 짧은 다층의 다초점 렌즈의 구현이 가능함을 보여준다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 마이크로 렌즈들을 나타내는 도면으로, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다. 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 마이크로 렌즈와 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조번호가 제공되고, 설명의 간소화를 위해 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
도 10을 참조하면, 다층 마이크로 렌즈(40)는 기판(10) 상의 제1 마이크로 렌즈(30), 및 상기 제1 마이크로 렌즈(30)와 상기 기판(10) 사이의 제2 마이크로 렌즈(20)를 포함할 수 있다. 도 10의 단면은 Z-X 단면을 나타낸다. 상기 제1 마이크로 렌즈(30) 및 상기 제2 마이크로 렌즈(20)의 중심은 같은 축 상에 위치하도록 정렬될 수 있다. 상기 제1 마이크로 렌즈(30)는 반구형일 수 있고, 상기 제2 마이크로 렌즈(20)는 상면이 평평한 반구형일 수 있다. 상기 제1 마이크로 렌즈(30)의 곡률 반경과 상기 제2 마이크로 렌즈(20)의 곡률 반경은 상이할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 마이크로 렌즈(30)의 곡률 반경은 상기 제2 마이크로 렌즈(20)의 곡률 반경보다 작을 수 있다. 상기 제1 마이크로 렌즈(30)는 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 폴리머 물질은 아크릴레이트 또는 폴리이미드 등일 수 있다. 상기 제2 마이크로 렌즈(20)는 상기 기판(10)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 제2 마이크로 렌즈(20)는 실리콘, 유리, 쿼츠 등을 포함할 수 있다.
도 11 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 마이크로 렌즈들의 제조방법을 설명하기 위한 도면들로, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도들이다.
도 3 및 도 11을 참조하면, 도 7을 참조하여 설명된 결과물 상에 열처리(Thermal reflow)공정을 수행하여, 반구형의 제2 패턴들(35)이 형성된다(S40). 상기 제2 패턴들(35)은 포토 레지스트를 포함할 수 있다.
도 12를 참조하면, 도 3에 도시된 바와 달리, 상기 제2 패턴들(35) 상에 산소 기반의 건식 식각 공정을 수행하여 제3 패턴들(25)이 형성될 수 있다. 상기 건식 식각 공정은 상기 제2 패턴들(35)이 모두 식각될 때까지 계속되어, 반구형의 제3 패턴들(25)이 형성될 수 있다. 상기 제3 패턴들(25)은 폴리머 물질을 포함할 수 있다.
다시 도 3 및 도 10 를 참조하면, 상기 제3 패턴들(25) 상에 사불화탄소(CF4) 기반의 건식 식각 공정을 수행하여, 제1 마이크로 렌즈(30) 및 제2 마이크로 렌즈(20)가 동시에 형성된다(S50). 구체적으로, 상기 제3 패턴들(25)의 일부가 식각되어 상기 제1 마이크로 렌즈(30)가 형성될 수 있고, 상기 제3 패턴들(25)을 식각 마스크로 상기 기판(10)의 일부가 식각되어 상기 제2 마이크로 렌즈(20)가 형성될 수 있다. 사불화탄소 기반 건식 식각 공정 동안, 폴리머 물질을 포함하는 상기 제3 패턴들(25)의 식각 속도와 상기 기판(10)의 식각 속도가 상이할 수 있다. 일 예로, 사불화탄소 기반 건식 식각 공정에서, 폴리머 물질을 포함하는 상기 제3 패턴들(25)의 식각 속도는 상기 기판(10)의 식각 속도보다 빠를 수 있다. 따라서, 폴리머 물질을 포함하는 상기 제1 마이크로 렌즈(30)는 큰 경사를 가지도록, 즉 작은 곡률 반경을 가지도록 형성될 수 있고, 상기 기판(10)과 동일한 물질을 포함하는 상기 제2 마이크로 렌즈(20)는 작은 경사를 가지도록, 즉 큰 곡률 반경을 가지도록 형성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 마이크로 렌즈를 알파 스텝으로 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13을 참조하면, 상부 렌즈는 곡률 반경이 작고, 하부 렌즈는 곡률 반경이 큰 다층 마이크로 렌즈가 형성되었음을 확인할 수 있다. 이는, 중심부의 초점거리가 짧고 주변부의 초점거리가 긴 다층의 다초점 렌즈의 구현이 가능함을 보여준다.
본 발명의 개념에 따르면, 서로 다른 물질의 식각 속도의 차이를 이용하여, 곡률 반경이 상이한 다층의 마이크로 렌즈를 동시에 형성할 수 있다. 따라서, 다층의 다초점 마이크로 렌즈의 제조공정이 단순화될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.

Claims (1)

  1. 기판 상에 제1 물질을 포함하는 제1 마이크로 렌즈를 형성하는 것; 및
    상기 기판과 상기 제1 마이크로 렌즈 사이에 제2 물질을 포함하는 제2 마이크로 렌즈를 형성하는 것을 포함하되,
    상기 제1 및 제2 마이크로 렌즈들은 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질의 식각 속도의 차이를 이용한 식각 공정에 의해 동시에 형성되고,
    상기 제1 및 제2 마이크로 렌즈들의 곡률 반경은 서로 상이한 다층 마이크로 렌즈의 제조방법.
KR1020120125493A 2012-11-07 2012-11-07 다층 마이크로 렌즈의 제조방법 KR20140058972A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9842890B2 (en) 2015-07-30 2017-12-12 Samsung Display Co., Ltd. Method of manufacturing display device

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