KR20180007507A - 경사증착법을 이용한 마이크로 렌즈의 제조방법 - Google Patents
경사증착법을 이용한 마이크로 렌즈의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180007507A KR20180007507A KR1020160088624A KR20160088624A KR20180007507A KR 20180007507 A KR20180007507 A KR 20180007507A KR 1020160088624 A KR1020160088624 A KR 1020160088624A KR 20160088624 A KR20160088624 A KR 20160088624A KR 20180007507 A KR20180007507 A KR 20180007507A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- lens
- microlens
- layer
- substrate
- present
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title description 24
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 43
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims abstract description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052950 sphalerite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 9
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 1
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000002174 soft lithography Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/0006—Arrays
- G02B3/0012—Arrays characterised by the manufacturing method
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
- H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
- H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
- H01L21/31144—Etching the insulating layers by chemical or physical means using masks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조방법은 기판 위에 포토레지스트 층을 증착하고 내부에 렌즈가 형성될 수 있는 공간이 형성되도록 일정한 높이의 마스크 층을 형성하는 과정, 상기 마스크 층의 내부 공간에 렌즈를 형성하는 입자를 기판에 경사지게 투입하여 렌즈층을 증착시키는 과정 및 상기 마스크 층을 제거하는 과정을 포함한다.
Description
본 발명은 마이크로 렌즈의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자빔 증착기 또는 스퍼터 등을 활용한 경사증착법에 의해 별도의 추가 레이어 성장이 필요 없는 마이크로 렌즈의 제조방법에 관한 것이다.
마이크로 렌즈는 통신, 의료기기, 멀티미디어기기, 전자기기분야 등의 부품에 다양하게 응용되고 있다. 마이크로 렌즈는 반도체 레이저와 광섬유와의 연결부분에서 레이저의 퍼짐을 막는데 사용되며, 광 감지 센서의 효율을 증대시켜 디스플레이의 성능 향상 등을 가능하게 한다.
또한, 마이크로 렌즈 어레이는 형광 물질로 염색된 생체분자를 관찰할 때 선명도 향상을 위한 집광용으로 사용이 가능하다. 형광 현미경으로 졸겔(sol-gel)과 같은 바이오 물질 내부에서 나오는 형광 신호를 관찰할 때, 사용하는 광원에 의한 노이즈가 클 뿐 아니라 생체분자에서 나오는 신호의 크기 역시 작아 관찰이 쉽지 않게 된다. 이를 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 형광물질로 염색된 생체분자에서 나오는 빛을 집광하게 되면 선명도를 향상시킬 수 있다.
이와 같은 마이크로 렌즈 어레이의 제작 방법으로는 렌즈를 직접적으로 가공하는 방법과 몰드를 가공하여 렌즈를 제작하는 방법으로 나눌 수 있으며, 직접적으로 가공하는 방법에 대표적인 방법은 UV 레진을 이용하는 방법이다. 이 방법은 피에조 엑츄에이터를 이용하여 잉크젯 프린트법 방식으로 UV 레진을 떨어뜨리면 표면장력 때문에 볼록한 형상을 나타내게 된다. 이 때 UV를 조사해주면 레진이 굳으면서 실제로 사용이 가능한 렌즈 어레이가 제작된다. 이와 같은 방법으로 레진과 레진을 떨어뜨리는 기판에 따라 제작 조건이 까다로우며, 제조 가능한 렌즈의 직경에 최소 한계가 존재한다.
반면에 몰드를 제작하여 렌즈를 제작하는 방법 중 대표적인 방법은 photoresist thermal reflow법이다. 이 방법은 photoresist의 포토리소그래피 공정 중 하드 베이크를 진행할 때 높은 온도나 긴 시간 동안 열을 가하게 되면 photoresist가 단단해지다가 다시 녹게 되는데, 이 때 패턴의 윗부분 증 가장자리부터 녹기 시작해 표면장력으로 인하여 점차 둥글게 변해 마침내는 반구의 형상으로 변하는 현상인 reflow를 응용하여 제작하는 방법이다. 이 방법은 기계적 안정성이 좋지 않고 photoresist의 제한된 광학 특성 때문에 직접적으로 렌즈로 사용하여 않고, 전기 도금 과정을 이용하여 금속 몰드를 만들거나 소프트 리소그래피 과정을 통하여 마이크로 렌즈 제작 시 몰드로 사용하여 높은 질의 렌즈를 얻을 수 있으며, 과정이 간단하여 쉽고 빠르게 렌즈를 제작할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 몰드를 사용하는 제조방법의 경우에는, photoresist 물질로 렌즈 모형을 만들고 실제 렌즈가 될 추가적일 물질이 필요로 하였고, 기존 반도체 공정 epitaxial growth 공정에서 렌즈를 형성할 추가적인 layer를 성장시킬 필요가 있다. 이에 따라 부수적으로 성장된 layer를 렌즈모양과 같이 식각하는 공정이 추가적으로 투입되어서 사용되었다. 또한, 제조공정에서 정밀한 몰드가 필요하고 적용 가능한 재료가 PDMS 또는 폴리카보네이트와 같이 한정되어 있다. 또한 이러한 방법들은 내구성이 약하며, 열 문제와 어레이 제조에만 사용되는 한계가 존재한다.
상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 포토레지스트를 이용하여 수 마이크로미터 크기의 소자에 정렬이 쉬운 장점을 유지하면서 다양한 물질로 렌즈를 제작할 수 있는 마이크로 렌즈 제조방법을 제공하는 데 있다.
위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조방법은 기판 위에 포토레지스트 층을 증착하고 내부에 렌즈가 형성될 수 있는 공간이 형성되도록 일정한 높이의 마스크 층을 형성하는 과정, 상기 마스크 층의 내부 공간에 렌즈를 형성하는 입자를 기판에 경사지게 투입하여 렌즈층을 증착시키는 과정 및 상기 마스크 층을 제거하는 과정을 포함한다.
상기 렌즈층을 증착시키는 과정은 상기 기판을 회전시키거나, 상기 기판 주위로 상기 렌즈를 형성하는 입자를 주입하는 장치를 회전시키는 것일 수 있다.
상기 렌즈층을 증착시키는 과정은 상기 입자의 투입 경사각을 점진적으로 증가시키는 것일 수 있다.
상기 렌즈층을 증착시키는 과정은 상기 입자의 투입 경사각을 단계적으로 증가시키는 것일 수 있다.
상기 입자의 투입 경사각은 5도 ~ 80 도 사이에서 점진적으로 증가되는 것일 수 있다.
상기 입자의 투입 경사각은 5도 ~ 80도 사이에서 단계적으로 증가되는 것일 수 있다.
상기 마스크 층은 AZ5214, PR2035, DNR, GXR, AZ5206, PR9260, SU-8 중에 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 렌즈층은 SiO2, TiO2, ZnS, ZnO, Al2O3, amorphous Si중에 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 마이크로 렌즈 제조방법에 따르면 경사 증착법을 이용하여 기존의 photoresist를 이용하여 수 마이크로 크기의 소자에 정렬이 쉬운 장점을 유지하면서 기존 방법에서 문제점으로 드러난 epitaxial growth 과정에서 필요한 추가 layer 성장이 필요 없어 보다 간단하게 마이크로 렌즈를 제조할 수 있으며, 다양한 물질로 렌즈를 구성할 수 잇다. 또한, 추가적인 식각공정 대신 증착공정을 통하여 보다 높은 품질을 가진 마이크로 렌즈를 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조방법과 종래 reflow 방법을 간단하게 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조방법에서 렌즈형성과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조방법에서 경사각에 따른 음영영역과 증착영역을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 일 실시예에 따라 형성된 마이크로 렌즈를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 직경 값을 나타낸 그래프이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 높이와 마스크 거리 및 마이크로 렌즈 직경과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 높이와 마스크 거리 및 경사증착각의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조공정을 간단하게 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 경사증착각에 따른 마이크로 렌즈의 형상을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 증착단계별로 형성된 렌즈형태와 제조된 렌즈의 높이 변화와 계산된 값을 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 광학효율을 측정하기 위한 실험을 간단하게 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 광학효율을 측정하기 위한 실험결과를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조방법에서 렌즈형성과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조방법에서 경사각에 따른 음영영역과 증착영역을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 일 실시예에 따라 형성된 마이크로 렌즈를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 직경 값을 나타낸 그래프이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 높이와 마스크 거리 및 마이크로 렌즈 직경과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 높이와 마스크 거리 및 경사증착각의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조공정을 간단하게 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 경사증착각에 따른 마이크로 렌즈의 형상을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 증착단계별로 형성된 렌즈형태와 제조된 렌즈의 높이 변화와 계산된 값을 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 광학효율을 측정하기 위한 실험을 간단하게 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 광학효율을 측정하기 위한 실험결과를 나타낸 도면이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 마이크로 렌즈의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명은 기존의 reflow 방식의 마이크로 렌즈 어레이 제조방법에 존재하던 식각공정 및 추가 layer 성장이 필요한 문제점을 해결하기 위해 물리적인 증착방법을 활용하여 직접 렌즈를 형성하는 방법을 사용하여 완성한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조방법과 종래 reflow 방법을 간단하게 나타낸 모식도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조방법에서 렌즈형성과정을 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조방법은 기판 위에 내부에 렌즈가 형성될 수 있는 공간이 형성되도록 일정한 높이의 포토레지스트 층을 형성시키는 과정, 상기 포토레지스트 층을 마스크로 활용하여 상기 기판 위에 증착되는 입자를 기판에 경사지게 투입하여 렌즈층을 증착시키는 과정 및 상기 포토레지스트 층을 제거하는 과정을 포함한다.
우선 기판 위에 포토레지스트 층을 형성시킨다. 포토레지스트 층을 증착하는 방법은 종래에 알려진 어떠한 방법을 사용해도 무방하다. 이 때 형성되는 포토레지스트 층은 AZ5214, PR2035, DNR, GXR, AZ5206, PR9260, SU-8중에 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 포토레지스트 층을 기판 위에 형성시킨 후 포토리소그래피 공정을 활용하여 내부에 렌즈가 형성될 수 있도록 포토레지스트 층을 가공한다. 이 때 형성되는 공간은 렌즈의 형태인 원형인 것이 바람직하다. 이 때, 남은 포토레지스트 층은 렌즈를 형성하는 재료를 증착할 때 마스크로 이용되어 내부에 렌즈 형태로 증착될 수 있도록 전자빔을 가이드하는 역할을 수행한다.
포토레지스트 층을 형성시킨 다음에는 스퍼터링 장비 또는 전자빔 증착장치 등을 이용하여 렌즈를 형성시킬 수 있도록 상기 기판 위에 렌즈층을 증착한다. 이 때, 기판의 방향과 일정각도가 형성하도록 하여 경사증착법을 이용한다. 경사증착법은 기존의 물리적 증착방법인 전자빔 증착장치 또는 스퍼터링 장비를 사용하는 방법으로 통상적으로 사용되는 수직 증착 대신 기판에 각도를 주어 증착하는 방법이다. 이 때 기판을 기울여 증착하는 동시에 기판을 회전시키거나, 증착장비를 기판 주위를 회전하여 증착시키기 되면 본래 마스크로 사용되는 포토레지스트에 의해 발생되는 음영부분은 증착되지 않으며 기울인 각도에 의해 증착되는 영역이 달라진다.
이때 증착되는 물질은 렌즈를 구성할 수 있는 다양한 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어 SiO2, TiO2, ZnS, ZnO, Al2O3, amorphous Si중에 어느 하나 이상을 사용하는 것이 가능하다. 기존의 reflow 방식에서는 추가 layer로 사용될 수 있는 물질은 GaAs, InGaP 등의 격자구조를 가지는 물질로서 극히 제한적이지만, 본 발명에 따른 실시예에서는 TiO2, SiO2, ZnS, ZnO 등 비격자 구조를 가지는 물질을 사용할 수 있어 다양한 굴절률을 가진 물질을 이용함으로써 굴절률이 변화하는 렌즈를 제작할 수 있다.
도 2을 참조하면, (i)은 경사각이 10도인 경우 포토레지스트 층의 내부에 렌즈층이 형성되는 증착영역을 나타내며, (ii)는 경사각이 40도인 경우 포토레지스트 층의 내부에 렌즈층이 형성되는 증착영역을 나타내며, (iii)은 경사각을 크게 변화시키는 경우 포토레지스트 층의 내부에 렌즈층이 형성되는 증착영역을 나타낸다. 경사각이 작은 경우에는 포토레지스트 층에 의해 형성되는 음영부분을 줄어들게 되면 증착영역이 넓어지게 된다. 경사각이 증가하게 되면 포토레지스트 층에 의해 음영부분이 늘어나게 되고 증착영역이 좁아지게 된다. 따라서 렌즈층을 형성되는 입자의 경사증착각을 늘려감에 따라 렌즈 모양으로 형성하는 것이 가능하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조방법에서 경사각에 따른 음영영역과 증착영역을 나타낸 도면이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 렌즈층을 형성하도록 증착되는 입자의 경사각이 10도인 경우(i) 마스크로 표시된 포토레지스트 층에 의해 형성되는 음영부분이 작게 나타나게 되고 증착되는 부분은 넓어지게 된다. 이에 비해 점차로 경사각이 25도, 40도로 증가함에 따라, 음영부분이 증가하게 되며 증착되는 부분은 좁아지게 된다. 따라서 경사각을 조절하여 렌즈의 직경과 곡률반경을 조절하는 것이 가능하다.
도 3은 본 발명에 일 실시예에 따른 경사증착각의 변화에 따른 렌즈형상의 변화를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 경사각을 낮은 범위에서 변화시키는 경우에는 렌즈의 직경이 크며 곡률반경이 큰 렌즈 형태를 증착시키는 것이 가능하다. 시작되는 경사각을 일정하게 유지하고 변화되는 경사각의 범위가 증가시킴에 따라 렌즈의 곡률반경을 점점 줄일 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명에 일 실시예에 따라 형성된 마이크로 렌즈를 간단하게 나타낸 도면이다. 마이크로 렌즈의 직경(L)과 높이(H)는 초기의 마스크(포토레지스트 층) 간의 거리(LM)와 마스크(포토레지스트 층)의 높이(HM)와 경사각(θ)을 결정하여 조절하는 것이 가능하다. 이러한 상관관계는 하기 식1과 같이 표시될 수 있다.
[식 1]
L = LM-[2HM/ {1-sin2 (90-θ)} 1/2]
도 5는 본 발명에 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 직경 값을 나타낸 그래프이다. 도 5에 도시된 같이, 마스크의 높이를 3㎛로 고정한 경우 측정된 값이 상기 식1에 의해 계산된 값에 의해 예측하는 것이 가능한 것을 알 수 있다. 한편, 마스크의 높이는 마이크로 렌즈의 직경을 결정하는 데 있어서 중요한 변수이다. 마스크 높이가 낮고 마스크 간의 거리가 클수록 음영부분을 줄일 수 있다. 이는 결과적으로 렌즈의 크기를 직경을 크게 할 수 있다(도 6 참조). 반면에 마스크 높이가 높고 마스크 간의 거리가 작을수록 음영부분이 차지하는 부분이 증가하게 되고 증착이 되지 않는 부분도 존재할 수 있으며, 증착되는 경우 마이크로 렌즈의 직경을 작게 할 수 있다(도 7 참조).
또한, 증착되는 입자의 경사각은 마이크로 렌즈의 제조 시에 중요한 변수이다. 상기 식 1에 따르면 최대 경사각은 마이크로 렌즈와 직경과 마스크 간 거리의 차이가 거의 없는 경우에 얻을 수 있다. 예를 들면 마스크의 높이가 3㎛에서 4㎛으로 증가하는 경우 증착영역은 9.77㎛에서 7.96㎛으로 감소하게 되며, 이러한 결과는 경사각의 제한이 될 수 있다. 렌즈층을 형성할 수 있는 입자의 경사각은 증착영역 감소에 따른 마스크 간 거리에 따라 제한이 된다. 따라서 최대 경사각은 각각의 마이크로 렌즈의 사이즈에 따라 달라지게 된다. 경사각은 0도 초과 90 미만의 범위에서 변화되나, 통상적으로 5도에서 80도의 범위에서 변화가 이루어지게 된다. 이러한 범위는 마이크로 렌즈의 크기와 마스크간의 거리, 마스크의 높이의 변수에 따라 달라지게 된다.
렌즈층을 증착시키는 과정은 상기 설명한 바와 같이 점진적으로 변화시키는 것뿐만 아니라 단계적으로 변화시키는 것도 가능하다. 이는 마이크로 렌즈의 형상이나 그 크기와 용도에 따라 적절하게 선택하는 것이 가능하다.
렌즈층을 형성하고 나면 마스크로 역할을 수행한 상기 포토레지스트 층을 제거하여 렌즈를 형성하게 된다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따라 마이크로 렌즈를 제조하는 경우에는 경사 증착법을 이용하여 기존의 photoresist를 이용하여 수 마이크로 크기의 소자에 정렬이 쉬운 장점을 유지하면서 기존 방법에서 문제점으로 드러난 epitaxial growth 과정에서 필요한 추가 layer 성장이 필요 없어 보다 간단하게 마이크로 렌즈를 제조할 수 있으며, 다양한 물질로 렌즈를 구성할 수 잇다. 또한, 추가적인 식각공정 대신 증착공정을 통하여 보다 높은 품질을 가진 마이크로 렌즈를 제작할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 보다 자세하게 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조공정을 간단하게 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 2인치 glass wafer위에 원통형의 홀 패턴을 형성하고 negative 포토레지스트(DNR-40) 층을 형성하였다. SiO2를 렌즈층을 형성할 수 있도록 전자빔 증착기를 사용하여 기판을 기울어진 시편 고정기를 사용하여 경사증착을 하였다. 증착 속도에 따라 적절하게 기판을 회전시켰다. 원통형의 홀 패턴은 렌즈를 형성하는 물질이 증착되는 도중에 마스크로서 활용 되어 내부 공간에 최종적으로 렌즈가 형성되었다. 증착되는 경사각을 5도부터 각각 15도, 30도, 60도로 경사각의 변화범위를 조절하여 증착하였다. 최종적으로 포토레지스트 층을 제거하였다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 경사증착각에 따른 마이크로 렌즈의 형상을 나타낸 도면이다. (i), (ii), (iii)는 각각 최종 경사각도를 15도, 30도, 60도로 한 경우에 미세렌즈를 나타내고 있으며, (iv)는 최종 마이크로 렌즈 어레이를 제조한 경우를 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따라 제조된 경우에 마이크로 렌즈 어레이를 제조가 가능함을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착단계별로 형성된 렌즈형태와 제조된 렌즈의 높이 변화와 계산된 값을 변화를 나타낸 그래프이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈 제조 시 다양한 경사각에 따라 증착단계를 조절하게 되면 마이크로 렌즈의 높이를 조절할 수 있다. 증착되는 경사각에 따라 형성된 마이크로 렌즈의 표면은 계단형으로 형성되는 것을 알 수 있다. 이러한 각 경사각에 따른 증착횟수를 다양하게 변화시켜 증착단계 간의 간격을 줄임으로써 계단형의 편차를 줄일 수 있는 있는 것을 알 수 있다. 또한 렌즈의 높이는 증착된 층의 개수에 따라 정하여진다.
이와 같이 제조된 마이크로 렌즈의 광학 효율을 측정하였다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 광학효율을 측정하기 위한 실험을 간단하게 나타낸 도면이다. 도 11과 같이, 마이크로 렌즈의 투과율을 측정하기 위해 백색 조명 소스와 CCD 카메라를 사용하여 포커싱과 이미징 특성을 측정하였다. 마이크로 렌즈 어레이를 이동 가능한 스테이지 상에 수평으로 배치하여 CCD 카메라에 대하여 이동 필름 상에 인쇄된 "G"와 종이 뒤에서 백색 광원으로 비추었다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 광학효율을 측정하기 위한 실험결과를 나타낸 도면이다. (a) 는 직경 25㎛ 의 마이크로 렌즈를 사용하여 얻은 "G"문자의 이미지이고, (b)는 각각의 마이크로 렌즈를 통해 통과하는 XYZ 평면 내에서 렌즈에 의해 형성된 광 강도를 나타낸 도면이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 이미지로부터 집광효과가 있음을 확인할 수 있으며, 마이크로 렌즈는 760 nm에서 레이져 광에 따라 포커싱 된 빔에 따라 광학 부재를 촬상하여 변화된 광 프로파일을 측정하는 시스템으로 특정될 수 있다. 마이크로 렌즈의 허 초점에서 정규화된 광 강도를 가지며, 날카롭게 포커싱된 광점을 얻을 수 있었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (9)
- 기판 위에 포토레지스트 층을 증착하고 내부에 렌즈가 형성될 수 있는 공간이 형성되도록 일정한 높이의 마스크 층을 형성하는 과정;
상기 마스크 층의 내부 공간에 렌즈를 형성하는 입자를 기판에 경사지게 투입하여 렌즈층을 증착시키는 과정; 및
상기 마스크 층을 제거하는 과정;을 포함하는 마이크로 렌즈의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 렌즈층을 증착시키는 과정은 상기 기판을 회전시키거나, 상기 기판 주위로 상기 렌즈를 형성하는 입자를 주입하는 장치를 회전시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 렌즈층을 증착시키는 과정은 상기 입자의 투입 경사각을 점진적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 렌즈층을 증착시키는 과정은 상기 입자의 투입 경사각을 단계적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조방법.
- 청구항 3에 있어서,
상기 입자의 투입 경사각은 5도 ~ 80 도 사이에서 점진적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조방법.
- 청구항 4에 있어서,
상기 입자의 투입 경사각은 5도 ~ 80도 사이에서 단계적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 마스크 층은 AZ5214, PR2035, DNR, GXR, AZ5206, PR9260 및 SU-8 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 마이크로 렌즈의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 렌즈층은 SiO2, TiO2, ZnS, ZnO, Al2O3 및 amorphous Si중에 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 마이크로 렌즈의 제조방법.
- 청구항 1 내지 청구항 8 중의 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 마이크로 렌즈.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160088624A KR20180007507A (ko) | 2016-07-13 | 2016-07-13 | 경사증착법을 이용한 마이크로 렌즈의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160088624A KR20180007507A (ko) | 2016-07-13 | 2016-07-13 | 경사증착법을 이용한 마이크로 렌즈의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180007507A true KR20180007507A (ko) | 2018-01-23 |
Family
ID=61071075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160088624A KR20180007507A (ko) | 2016-07-13 | 2016-07-13 | 경사증착법을 이용한 마이크로 렌즈의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20180007507A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108584867A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-09-28 | 中国科学技术大学 | 一种微透镜阵列的加工方法 |
| KR20210110454A (ko) * | 2020-02-28 | 2021-09-08 | (주)펨트론 | 다초점 마이크로렌즈 및 이의 제조방법 |
-
2016
- 2016-07-13 KR KR1020160088624A patent/KR20180007507A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108584867A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-09-28 | 中国科学技术大学 | 一种微透镜阵列的加工方法 |
| KR20210110454A (ko) * | 2020-02-28 | 2021-09-08 | (주)펨트론 | 다초점 마이크로렌즈 및 이의 제조방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101520005B1 (ko) | 마이크로 렌즈 어레이 제조방법 | |
| US6949215B2 (en) | Method for processing a three-dimensional structure by laser | |
| US20060056034A1 (en) | Micro lens array, optical member and method of producing micro lens array | |
| Wang et al. | A novel thermal reflow method for the fabrication of microlenses with an ultrahigh focal number | |
| US8617799B2 (en) | Post arrays and methods of making the same | |
| US7173767B2 (en) | Focusing device | |
| US20130148206A1 (en) | Optical component | |
| CN1611320A (zh) | 基板的加工方法、微透镜片的制造方法、透射型屏幕 | |
| Savander | Microlens arrays etched into glass and silicon | |
| JP2000231007A (ja) | 凹型微細形状のアレイ状パターン形成方法及びその形成方法を用いて製作される平板型レンズアレイ及び液晶表示素子及び平板型オイルトラップ | |
| KR20180007507A (ko) | 경사증착법을 이용한 마이크로 렌즈의 제조방법 | |
| US11592462B2 (en) | Diamond probe hosting an atomic sized defect | |
| Wang et al. | Subtle control on hierarchic reflow for the simple and massive fabrication of biomimetic compound eye arrays in polymers for imaging at a large field of view | |
| Su et al. | Direct Microtip Focused Electrohydrodynamic Jet Printing of Tailored Microlens Arrays on PDMS Nanofilm‐Modified Substrate | |
| CN109031482B (zh) | 一种制备微透镜结构的方法 | |
| KR101172476B1 (ko) | 전기방사법을 이용한 기판의 패턴구조 형성방법 | |
| KR101001756B1 (ko) | 자외선 경화 접착제를 이용한 마이크로 렌즈 어레이의 제작방법 | |
| US20120307368A1 (en) | Optical element and method of manufacturing optical elements | |
| US20150247954A1 (en) | Batch fabrication method of three-dimensional photonic microstructures | |
| KR101173155B1 (ko) | 마이크로렌즈 어레이의 제조 방법 | |
| US20050133478A1 (en) | Microlens fabrication method | |
| CN108627894B (zh) | 一种大面积的纳米透镜型阵列及其制备方法 | |
| JP2011243540A (ja) | 透過電子顕微鏡の制限視野絞りプレート、制限視野絞りプレートの製造方法及び制限視野電子回折像の観察方法 | |
| KR102272003B1 (ko) | 기판 상의 패턴 형성방법 및 이에 따라 제조되는 패턴이 형성된 기판 | |
| KR20130108314A (ko) | 분절된 광학구조물의 제조 공정 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |