KR20200042039A - 미세가공 기술기반의 폴리머 렌즈 어레이 제조 방법 - Google Patents

미세가공 기술기반의 폴리머 렌즈 어레이 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200042039A
KR20200042039A KR1020180121690A KR20180121690A KR20200042039A KR 20200042039 A KR20200042039 A KR 20200042039A KR 1020180121690 A KR1020180121690 A KR 1020180121690A KR 20180121690 A KR20180121690 A KR 20180121690A KR 20200042039 A KR20200042039 A KR 20200042039A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lens array
micro lens
nickel mold
less
polymer
Prior art date
Application number
KR1020180121690A
Other languages
English (en)
Inventor
류세훈
최우창
박동규
Original Assignee
주식회사 제이티에스인더스트리
주식회사 제이티에스인더스트리
신라대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 제이티에스인더스트리, 주식회사 제이티에스인더스트리, 신라대학교 산학협력단 filed Critical 주식회사 제이티에스인더스트리
Priority to KR1020180121690A priority Critical patent/KR20200042039A/ko
Publication of KR20200042039A publication Critical patent/KR20200042039A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/3842—Manufacturing moulds, e.g. shaping the mould surface by machining
    • B29C33/3857—Manufacturing moulds, e.g. shaping the mould surface by machining by making impressions of one or more parts of models, e.g. shaped articles and including possible subsequent assembly of the parts
    • B29C33/3878—Manufacturing moulds, e.g. shaping the mould surface by machining by making impressions of one or more parts of models, e.g. shaped articles and including possible subsequent assembly of the parts used as masters for making successive impressions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/40—Plastics, e.g. foam or rubber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00365—Production of microlenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B29D11/0048—Moulds for lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2833/00—Use of polymers of unsaturated acids or derivatives thereof as mould material
    • B29K2833/04—Polymers of esters
    • B29K2833/12—Polymers of methacrylic acid esters, e.g. PMMA, i.e. polymethylmethacrylate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2867/00—Use of polyesters or derivatives thereof as mould material
    • B29K2867/003—PET, i.e. polyethylene terephthalate

Abstract

본 발명은 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세가공기술과 폴리머 성형기술을 도입하여 마이크로 렌즈 어레이를 대량 생산함으로써, 각각의 렌즈를 기계 가공에 의존하고 있는 레이저 치료용 렌즈의 상용화가 가능한 효과를 제공하기 위한 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법에 관한 것이다.

Description

미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법{Method of manufacturing polymer microlens array based Microfabrication technology}
본 발명은 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세가공기술과 폴리머 성형기술을 도입하여 마이크로 렌즈 어레이를 대량 생산함으로써, 각각의 렌즈를 기계 가공에 의존하고 있는 레이저 치료용 렌즈의 상용화가 가능한 효과를 제공하기 위한 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법에 관한 것이다.
현재 레이저 치료용 렌즈는 그 크기가 크기 때문에 대부분 기계 가공에 의존하고 있다.
최근 기술의 발달로 기계적인 가공도 그 한계치가 점점 좋아지고 있기 때문에 현재까지는 별문제가 없다.
하지만, 향후 어레이 타입의 렌즈가 상용화되고, 개별 렌즈 간의 피치가 줄어듦에 따라 기존의 기계가공 방법은 그 한계가 있다.
또한, 기존의 미세가공기술로 협피치의 렌즈 패턴을 형성하는 기술은 일반적이지만, 그 형상을 구면의 형태로 가공하고 대량 생산할 수 있는 금형 및 사출방법은 확보되어 있지 못하다.
이에 대량생산이 가능한 미세가공기술과 폴리머 성형기술을 도입하여 렌즈 어레이를 가공하는 것도 하나의 방법이 될 수 있다.
이러한 가공 상의 한계를 뛰어 넘고, 타분야와의 기술적 융합이 이루어져야만 설계자가 원하는 다양한 형태의 마이크로 렌즈 제품이 나올 수 있게 된다.
그러나, 현재 기술에서는 상기한 기술을 제공하지 않아 대량 생산할 수 없으며, 설계자가 원하는 다양한 형태의 마이크로 렌즈 제품을 생산해낼 수가 없었다.
따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 개선하고자 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법을 개시하게 되는 것이다.
(선행문헌) 대한민국등록특허번호 10-0551623호
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 미세가공 공정 기술과 폴리머 성형기술을 마이크로 렌즈 어레이 제조 공정에 도입함으로써, 기계 가공에 의존하고 있는 레이저 치료용 렌즈의 상용화가 가능한 효과를 제공하는데 있다.
본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적을 위해 미세가공기술을 이용하여 마이크로 렌즈 어레이를 성형하기 위한 금형을 제조하고자 한다.
이는 일반적인 플라스틱 사출장비를 위한 것이 아니라, 핫엠보싱, 나노임프린팅 등과 같은 상용화된 마이크로 폴리머 성형장비에 적합한 금형인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 목적은 마이크로 렌즈 어레이 금형과 마이크로 폴리머 성형장비를 통해 레이저 치료용 마이크로 렌즈 어레이의 상용화를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법은,
실리콘 웨이퍼에 Photo-Lithography(사진 평판) 공정을 수행하여 마이크로 렌즈 어레이 패턴을 형성하기 위한 사진평판공정단계(S100)와;
가열 공정(reflow)을 수행하여 마이크로 렌즈 어레이 패턴 상의 포토 레지스트(PR)를 반구 형상의 마이크로 렌즈 어레이 패턴으로 형성하기 위한 가열공정단계(S200)와;
상기 형성된 반구 형상의 마이크로 렌즈 어레이 패턴 위에 시드층(Seed layer)을 형성하기 위한 시드층형성단계(S300)와;
상기 형성된 시드층의 표면을 처리하기 위한 표면처리단계(S400)와;
상기 표면 처리된 시드층의 상면에 니켈 전기도금을 이용하여 니켈 몰드를 제작하기 위한 니켈몰드제작단계(S500)와;
상기 니켈 몰드의 하면에 존재하는 표면 처리된 시드층과 실리콘 웨이퍼를 니켈 몰드로부터 제거하여 니켈 몰드를 획득하기 위한 니켈몰드획득단계(S600)와;
랩핑(Lapping)과 연마(Polishing) 공정을 통해 상기 획득된 니켈 몰드를 원하는 두께로 연마시키기 위한 랩핑및연마단계(S700)와;
상기 연마된 니켈 몰드를 원하는 크기로 컷팅하여 마이크로 렌즈용 니켈 금형(800)을 획득하기 위한 니켈금형획득단계(S800)와;
상기 컷팅된 니켈 금형의 표면에 형성된 마이크로 렌즈 어레이 패턴을 핫 엠보싱 혹은 나노임프린팅 장치를 이용하여 PET(Polyethylenterephthalat) 혹은 PMMA(Polymethyl methacrylate) 중 어느 하나의 폴리머에 각인(Imprinting)시켜 마이크로 렌즈 어레이 패턴(910)이 형성된 폴리머 마이크로 렌즈 어레이(900)를 획득하기 위한 폴리머마이크로렌즈어레이획득단계(S900);로 이루어진다.
이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명에 따른 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법을 통해, 미세가공 공정 기술과 폴리머 성형가공 기술을 마이크로 렌즈 어레이 제조 기술에 도입함으로써, 기계 가공에 의존하고 있는 레이저 치료용 렌즈의 상용화가 가능한 효과를 제공하게 된다.
또한, 설계자가 원하는 다양한 형태의 폴리머 재질의 마이크로 렌즈 어레이 제품을 양산할 수 있는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법의 공정도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법의 공정을 설명한 흐름도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법에 의해 제조된 마이크로 어레이의 배열 및 레이아웃 예시도.
도 4의 도면A는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법에 의해 제조된 원기둥 모양의 포토 레지스트의 평면을 나타낸 도면이며, 도 4의 도면B는 원기둥 모양의 포토 레지스트의 측면을 나타낸 도면.
도 5의 도면A는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법에 의해 제조된 반구 형상의 포토 레지스트(PR)의 평면을 나타낸 도면이며, 도 5의 도면B는 반구 형상의 포토 레지스트의 측면을 나타낸 도면.
도 6의 도면A는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법에 의해 제조된 니켈 몰드의 저배율에서의 평면을 나타낸 도면이며, 도 6의 도면B는 획득된 니켈 몰드의 고배율에서의 측면을 나타낸 도면.
도 7의 도면A는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법에 의해 제조된 니켈 몰드를 원하는 두께로 연마하기 전의 평면을 나타낸 도면이며, 도 7의 도면B는 니켈 몰드를 원하는 두께로 연마한 후의 평면을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법에 의해 제조된 마이크로 렌즈용 니켈 금형(800)을 나타낸 도면.
도 9의 도면A는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법에 의해 제조된 성형 후, 폴리머 마이크로 렌즈 어레이(900) 즉, 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 시트를 나타낸 도면이며, 도 9의 도면B는 전사된 마이크로 렌즈 어레이 패턴(910)을 나타낸 도면.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만, 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다.
또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는, 본 발명에 의한 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법은,
실리콘 웨이퍼에 Photo-Lithography(사진 평판) 공정을 수행하여 마이크로 렌즈 어레이 패턴을 형성하기 위한 사진평판공정단계(S100)와;
가열 공정(reflow)을 수행하여 마이크로 렌즈 어레이 패턴 상의 포토 레지스트(PR)를 반구 형상의 마이크로 렌즈 어레이 패턴으로 형성하기 위한 가열공정단계(S200)와;
상기 형성된 반구 형상의 마이크로 렌즈 어레이 패턴 위에 시드층(Seed layer)을 형성하기 위한 시드층형성단계(S300)와;
상기 형성된 시드층의 표면을 처리하기 위한 표면처리단계(S400)와;
상기 표면 처리된 시드층의 상면에 니켈 전기도금을 이용하여 니켈 몰드를 제작하기 위한 니켈몰드제작단계(S500)와;
상기 니켈 몰드의 하면에 존재하는 표면 처리된 시드층과 실리콘 웨이퍼를 니켈 몰드로부터 제거하여 니켈 몰드를 획득하기 위한 니켈몰드획득단계(S600)와;
랩핑(Lapping)과 연마(Polishing) 공정을 통해 상기 획득된 니켈 몰드를 원하는 두께로 연마시키기 위한 랩핑및연마단계(S700)와;
상기 연마된 니켈 몰드를 원하는 크기로 컷팅하여 마이크로 렌즈용 니켈 금형(800)을 획득하기 위한 니켈금형획득단계(S800)와;
상기 컷팅된 니켈 금형의 표면에 형성된 마이크로 렌즈 어레이 패턴을 핫 엠보싱 혹은 나노임프린팅 장치를 이용하여 PET(Polyethylenterephthalat) 혹은 PMMA(Polymethyl methacrylate) 중 어느 하나의 폴리머에 각인(Imprinting)시켜 마이크로 렌즈 어레이 패턴(910)이 형성된 폴리머 마이크로 렌즈 어레이(900)를 획득하기 위한 폴리머마이크로렌즈어레이획득단계(S900);로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 니켈 금형(800)은,
가로와 세로의 길이가 각각 8cm 이하, 두께가 500㎛ 이하, 후면이 연마된 표면조도는 10nm 미만, 평탄도는 2㎛ 미만, 휨정도는 2㎛ 미만인 것을 특징으로 하고, 직경이 2cm 내외인 마이크로 렌즈 어레이 패턴을 9개 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로 렌즈 어레이 패턴(910)은,
PET(Polyethylenterephthalat) 혹은 PMMA(Polymethyl methacrylate) 중 어느 하나의 폴리머 소재로 제조되며, 직경이 2cm 내외, 두께가 1,000㎛ 이하, 표면조도는 1㎛ 미만, 평탄도는 5㎛ 미만, 휨정도는 5㎛ 미만인 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법의 공정을 설명한 흐름도이다.
도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법은, 사진평판공정단계(S100), 가열공정단계(S200), 시드층형성단계(S300), 표면처리단계(S400), 니켈몰드제작단계(S500), 니켈몰드획득단계(S600), 랩핑및연마단계(S700), 니켈금형획득단계(S800), 폴리머마이크로렌즈어레이획득단계(S900)를 포함한다.
구체적으로 설명하면, 사진평판공정단계(S100)는 실리콘 웨이퍼에 Photo-Lithography(사진 평판) 공정을 수행하여 마이크로 렌즈 어레이 패턴을 형성하게 된다.
예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이 패턴은 양성 또는 음성 톤의 성격을 가지는 포토 레지스트(PR)를 2,000 ~ 3,000rpm의 속도로 회전시켜 20 ~ 25um의 두께로 코팅하고 90 ~ 100℃에서 건조한다.
건조된 포토 레지스트(PR) 상에 자외선을 선택적으로 조사하여 원기둥 모양의 포토 레지스트(PR) 패턴을 형성하는 것이다.
도 4의 A 도면은 원기둥 모양의 포토 레지스트의 평면을 나타낸 도면이며, 도 4의 B 도면은 원기둥 모양의 포토 레지스트의 측면을 나타낸 도면이다.
즉, 상기한 도 4에 도시한 바와 같이, 사진평판공정단계를 통해, 원기둥 모양의 포토 레지스트 패턴을 형성하는 것이다.
이후, 상기 가열공정단계(S200)는 가열 공정(reflow)을 수행하여 마이크로 렌즈 어레이 패턴 상의 포토 레지스트(PR)를 반구 형상의 마이크로 렌즈 어레이 패턴으로 형성하게 된다.
구체적으로는 가열 공정을 수행하여 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 원기둥 모양의 포토 레지스트 패턴을 반구 형상의 마이크로 렌즈 어레이 패턴으로 형성하는 것이다.
즉, 사진 평판 공정을 수행하여 원기둥 모양의 패턴을 형성한 후, 추가적으로 160 ~ 170℃의 높은 온도에서 가열 공정을 수행하여 원기둥 모양의 포토 레지스트(PR) 패턴을 반구 형상의 마이크로 렌즈 어레이 패턴으로 변환함과 동시에 이후에 진행되는 금속박막증착 공정, 니켈 도금공정에서 반구 형상이 변형되지 않도록 한다.
도 5의 A 도면은 반구 형상의 포토 레지스트(PR)의 평면을 나타낸 도면이며, 도 5의 B 도면은 반구 형상의 포토 레지스트의 측면을 나타낸 도면이다.
즉, 상기한 도 5에 도시한 바와 같이, 가열공정단계(S200)를 통해, 반구 형상의 포토 레지스트 패턴을 형성하는 것이다.
이후, 시드층형성단계(S300)는 상기 형성된 반구 형상의 마이크로 렌즈 어레이 패턴 위에 시드층(Seed layer)을 형성하게 되는 것이다.
즉, 형성된 마이크로 렌즈 어레이 패턴 위에 전기 도금을 통해 니켈 몰드를 제작하기 위하여 시드층을 선행하여 진행하게 되는데, 시드층은 크롬(Cr) 금속박막을 E-Beam Evaporator 장비를 이용하여 20 ~ 30nm 두께의 금속박막을 증착한다.
상기 크롬(Cr)의 두께가 20nm보다 얇으면 전기 도금을 위한 전류 공급이 충분하지 않고, 30nm보다 두꺼우면 이후 실리콘 웨이퍼와 니켈 몰드를 분리하기 어려우므로 상기한 두께 범위로 금속박막을 증착시키는 것이 바람직하다.
이후, 표면처리단계(S400)는 상기 형성된 시드층의 표면을 처리하게 되는 것이다.
즉, 시드층 표면에 잔류한 유기 오염물질을 5%의 묽은 황산(H2SO4)으로 제거하여 니켈 도금의 균일함을 높인다.
또한, 실리콘 웨이퍼와 니켈 몰드와의 분리를 수월하게 하기 위하여 금속 도금에서 일반적으로 사용되는 불소(HF) 함유 계면활성제를 이용하여 표면을 처리하는 것이다.
이후, 니켈몰드제작단계(S500)는 상기 표면 처리된 시드층의 상면에 니켈 전기도금을 이용하여 니켈 몰드를 제작하게 되는 것이다.
전기도금을 위해 제작된 전용 지그에 전극과 함께 체결하고, 니켈 도금액이 있는 전주도금 장치에 로딩하여 전기도금(Electro-forming or Electro-Plating)을 진행한다.
니켈 전기도금을 위한 용액은 리터당 술파민산 니켈(Nickel sulfamate), 붕산(Boric acid), 습윤제(Wetting agent)의 비율이 각각 100그램, 45그램, 1밀리리터가 되도록 조제한다.
이는 금형 용도로 사용하기 위해 니켈의 강도를 높이기 위한 것으로, 상기에 기술한 니켈과 붕산의 비율이 바뀌면 니켈 금형의 강도가 낮아지는 반면에 금형의 유연성이 증가한다.
니켈 도금 공정은 조제된 니켈 도금액을 수용하고 있는 전주도금 장치에서 50 ~ 55℃의 온도, 3.8 ~ 4.2의 pH에서 진행된다.
50℃ 이하의 온도에서는 전기 도금이 활성화되기 어렵고, 55℃ 이상의 온도에서는 포토 레지스트가 영향을 받아 반구 형상이 변형되게 되므로 상기한 온도 범위 내에서 진행하는 것이 바람직하다.
균일한 전기 도금을 위해서 초기 20분 동안은 cm2당 2mA의 낮은 음극 전류밀도로 천천히 도금하고, 그 이후 cm2당 10mA의 높은 음극 전류밀도로 도금을 진행한다.
초기부터 cm2당 2mA 이상의 높은 음극 전류밀도로 도금을 하면 씨앗층의 표면에서 니켈이 거칠게 도금된다.
렌즈를 성형하기 위한 니켈 몰드의 표면은 매우 중요한 요소이기 때문에 최대한 낮은 음극 전류밀도에서 시작한다.
최종적인 니켈 금형의 두께는 500um이므로, 이후 평탄화 과정인 랩핑(Lapping)과 연마(Polishing)에서의 손실을 고려하여 600um 정도의 두께가 되도록 10시간 동안 도금을 진행한다.
이후, 니켈몰드획득단계(S600)는 상기 니켈 몰드의 하면에 존재하는 표면 처리된 시드층과 실리콘 웨이퍼를 니켈 몰드로부터 제거하여 니켈 몰드를 획득하게 된다.
도 6의 A 도면은 획득된 니켈 몰드의 저배율에서의 평면을 나타낸 도면이며, 도 6의 B 도면은 획득된 니켈 몰드의 고배율에서의 측면을 나타낸 도면이다.
즉, 상기한 도 6에 도시한 바와 같이, 니켈몰드획득단계를 통해, 니켈 몰드를 획득하는 것이다.
렌즈용 금형은 이물질이 남아 있으면 렌즈 특성에 직접적인 영향을 주기 때문에 니켈 몰드로부터 실리콘, 씨앗층, 포토 레지스트를 완전히 제거해야 한다.
약 600um의 두께로 도금된 시편에서 대부분의 실리콘 웨이퍼를 물리적으로 제거하고, 일부 남은 실리콘은 수산화트리메틸벤질암모늄(TMAH, Tetra Methyl Ammonium Hydroxide) 용액으로 제거한다.
실리콘을 제거한 후에, 잔류 포토 레지스트는 전용 제거제로 제거하고, 크롬(Cr)은 전용 에칭액으로 제거한다.
포토 레지스트는 160 ~ 170℃의 높은 온도에서 가열되었기 때문에 완전히 제거되지 않을 수 있는데, 이 경우에는 산소 플라즈마 발생장치를 이용한 공정을 추가하여 잔류 포토레지스트를 완전히 제거할 수 있다.
또한, 크롬(Cr) 잔류물의 경우, 도금 전처리 과정에서의 영향으로 인하여 전용 식각액에서 완전히 제거되지 않을 수 있는데, 이 경우에는 금속 전용 식각장치(ICP etcher)를 이용하여 잔류 크롬을 완전히 제거할 수 있다.
이후, 랩핑및연마단계(S700)는 랩핑(Lapping)과 연마(Polishing) 공정을 통해 상기 획득된 니켈 몰드를 원하는 두께로 연마시키게 되는 것이다.
도 7의 A 도면은 니켈 몰드를 원하는 두께로 연마하기 전의 평면을 나타낸 도면이며, 도 7의 B 도면은 니켈 몰드를 원하는 두께로 연마한 후의 평면을 나타낸 도면이다.
즉, 상기한 도 7에 도시한 바와 같이, 랩핑및연마단계(S700)를 통해, 니켈 몰드를 원하는 두께로 연마시키게 되는 것이다.
니켈 몰드의 전면은 웨이퍼에 형성된 반구 형상의 포토 레지스트 렌즈 패턴을 그대로 따라서 도금되고, 이후에 도금이 계속되더라도 몰드의 후면은 완전한 반구 형상은 아니지만 약간의 굴곡이 있는 형상을 가진다.
니켈 몰드의 후면이 평탄하지 않으면 폴리머 성형 시 전사되는 렌즈의 배열에서 높낮이의 차이가 생긴다.
약 600um 두께의 니켈 몰드는 랩핑(Lapping)과 연마(Polishing) 공정을 거쳐 500um 두께의 몰드가 된다.
연마의 초기에는 마모와 연삭 작용의 속도가 빠르고 공정비용이 저렴한 랩핑(Lapping) 공정을 이용하여 약 90um 정도의 두께를 연마하고, 나머지 약 10um 정도의 두께는 연마의 정밀도와 표면조도를 고려하여 연마(Polishing) 공정 진행한다.
이후, 니켈금형획득단계(S800)는 연마된 니켈 몰드를 원하는 크기로 컷팅하여 마이크로 렌즈용 니켈 금형(800)을 획득하게 된다.
도 8에 도시한 바와 같이, 니켈금형획득단계(S800)를 통해, 원하는 크기로 컷팅하여 마이크로 렌즈용 니켈 금형(800)을 획득하게 되는 것이다.
즉, 연마된 니켈 몰드를 원하는 크기로 컷팅하여 핫 엠보싱 혹은 나노임프린팅 장치에 이용되는 성형용 마이크로 렌즈용 니켈 금형을 완성하는 것이다.
니켈 몰드는 1회의 성형 공정에서 직경 2cm 내외의 마이크로 렌즈 어레이 9개 이상이 제조될 수 있도록 가로 8cm, 세로 8cm 크기의 니켈 금형으로 컷팅된다.
바람직하게는 상기 니켈 금형(800)은,
가로와 세로의 길이가 각각 8cm 이하, 두께가 500㎛ 이하, 후면이 연마된 표면조도는 10nm 미만, 평탄도는 2㎛ 미만, 휨정도는 2㎛ 미만인 것을 특징으로 하고, 직경이 2cm 내외의 마이크로 렌즈 어레이 패턴을 9개 이상 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
니켈 금속은 도전성이 있는 소재와 전극을 연결한 상태로 이온수 내에서 연속적으로 발생되는 불꽃 방전의 침식 작용에 의해서 금속을 조금씩 깎아내는 방전가공장치(EDM, Electro Discharge Machine)로 절단한다.
이후, 폴리머마이크로렌즈어레이획득단계(S900)는 컷팅된 니켈 금형의 표면에 형성된 마이크로 렌즈 어레이 패턴을 핫 엠보싱 혹은 나노임프린팅 장치를 이용하여 PET(Polyethylenterephthalat) 혹은 PMMA(Polymethyl methacrylate) 중 어느 하나의 폴리머에 각인(Imprinting)시켜 마이크로 렌즈 어레이 패턴(910)이 형성된 폴리머 마이크로 렌즈 어레이(900)를 획득하게 되는 것이다.
도 9의 A 도면은 성형 후, 폴리머 마이크로 렌즈 어레이(900) 즉, 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 시트를 나타낸 도면이며,도 9의 B 도면은 전사된 마이크로 렌즈 어레이 패턴(910)을 나타낸 도면이다.
즉, 도 9에 도시한 바와 같이, 폴리머마이크로렌즈어레이획득단계(S900)를 통해 폴리머 마이크로 렌즈 어레이(900)를 획득하게 되는 것이다.
구체적으로 설명하면, 핫엠보싱 혹은 나노임프린팅 장치 등에서 챔버 내의 상판에 니켈 금형을 고정시키고, 상판과 하판을 유리전이 온도인 180 ~ 190℃로 가열한 후, 상판과 하판 사이에 PET 혹은 PMMA 등의 폴리머를 두어 열압착 방식을 통해 니켈 금형에 구현된 마이크로 렌즈 어레이 패턴(910)을 폴리머에 동일하게 전사한다.
40kN의 압력으로 500초 동안 압착하였을 때, 폴리머에 전사된 마이크로 렌즈 어레이 형상이 니켈 금형의 마이크로 렌즈 어레이 패턴과 가장 유사하다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법에 의해 제조된 마이크로 어레이의 배열 및 레이아웃 예시도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 가로 8cm, 세로 8cm 크기의 폴리머 상에 직경 2cm 내외의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 패턴(910)이 9개가 제조된다.
바람직하게, 상기한 마이크로 렌즈 어레이 패턴(910)은,
PET(Polyethylenterephthalat) 혹은 PMMA(Polymethyl methacrylate) 중 어느 하나의 폴리머 소재로 제조되며, 지름이 2cm 이하, 두께가 1,000㎛ 이하, 표면조도는 1㎛ 미만, 평탄도는 5㎛ 미만, 휨정도는 5㎛ 미만인 것을 특징으로 한다.
물론, 마이크로 렌즈 어레이 패턴(910)을 9개 이상 형성할 수 있는 것은 자명한 사실이다.
그리고, 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 패턴(910)에 형성된 개별 마이크로 렌즈(920)의 크기는 설계자에 따라 렌즈의 높이는 30um, 직경은 80 ~ 130um, 렌즈 간 간격은 90 ~ 150um로 변화시키면서 제조할 수 있다.
상기한 개별 마이크로 렌즈 예시는 도 3에 도시한 바와 같이, 원형 형상의 점을 이용하여 패턴을 형성하는 것이지만, 필요에 따라, 삼각형, 사각형, 다각형 형상 중 어느 하나를 선택하여 패턴을 형성할 수도 있을 것이다.
상기와 같은 단계를 거치게 되면, 설계자가 원하는 다양한 형태의 폴리머 재질의 마이크로 렌즈 어레이 제품을 양산할 수 있는 효과를 발휘한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
S100 : 사진평판공정단계
S200 : 가열공정단계
S300 : 시드층형성단계
S400 : 표면처리단계
S500 : 니켈몰드제작단계
S600 : 니켈몰드획득단계
S700 : 랩핑및연마단계
S800 : 니켈금형획득단계
S900 : 폴리머마이크로렌즈어레이획득단계

Claims (3)

  1. 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법에 있어서,
    실리콘 웨이퍼에 Photo-Lithography(사진 평판) 공정을 수행하여 마이크로 렌즈 어레이 패턴을 형성하기 위한 사진평판공정단계(S100)와;
    가열 공정(reflow)을 수행하여 마이크로 렌즈 어레이 패턴 상의 포토 레지스트(PR)를 반구 형상의 마이크로 렌즈 어레이 패턴으로 형성하기 위한 가열공정단계(S200)와;
    상기 형성된 반구 형상의 마이크로 렌즈 어레이 패턴 위에 시드층(Seed layer)을 형성하기 위한 시드층형성단계(S300)와;
    상기 형성된 시드층의 표면을 처리하기 위한 표면처리단계(S400)와;
    상기 표면 처리된 시드층의 상면에 니켈 전기도금을 이용하여 니켈 몰드를 제작하기 위한 니켈몰드제작단계(S500)와;
    상기 니켈 몰드의 하면에 존재하는 표면 처리된 시드층과 실리콘 웨이퍼를 니켈 몰드로부터 제거하여 니켈 몰드를 획득하기 위한 니켈몰드획득단계(S600)와;
    랩핑(Lapping)과 연마(Polishing) 공정을 통해 상기 획득된 니켈 몰드를 원하는 두께로 연마시키기 위한 랩핑및연마단계(S700)와;
    상기 연마된 니켈 몰드를 원하는 크기로 컷팅하여 마이크로 렌즈용 니켈 금형(800)을 획득하기 위한 니켈금형획득단계(S800)와;
    상기 컷팅된 니켈 금형의 표면에 형성된 마이크로 렌즈 어레이 패턴을 핫 엠보싱 혹은 나노임프린팅 장치를 이용하여 PET(Polyethylenterephthalat) 혹은 PMMA(Polymethyl methacrylate) 중 어느 하나의 폴리머에 각인(Imprinting)시켜 마이크로 렌즈 어레이 패턴(910)이 형성된 폴리머 마이크로 렌즈 어레이(900)를 획득하기 위한 폴리머마이크로렌즈어레이획득단계(S900);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 니켈 금형(800)은,
    가로와 세로의 길이가 각각 8cm 이하, 두께가 500㎛ 이하, 후면이 연마된 표면조도는 10nm 미만, 평탄도는 2㎛ 미만, 휨정도는 2㎛ 미만인 것을 특징으로 하고, 직경이 2cm 내외인 마이크로 렌즈 어레이 패턴을 9개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이 패턴(910)은,
    PET(Polyethylenterephthalat) 혹은 PMMA(Polymethyl methacrylate) 중 어느 하나의 폴리머 소재로 제조되며, 직경이 2cm 내외, 두께가 1,000㎛ 이하, 표면조도는 1㎛ 미만, 평탄도는 5㎛ 미만, 휨정도는 5㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 미세가공 기술기반의 폴리머 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법.
KR1020180121690A 2018-10-12 2018-10-12 미세가공 기술기반의 폴리머 렌즈 어레이 제조 방법 KR20200042039A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180121690A KR20200042039A (ko) 2018-10-12 2018-10-12 미세가공 기술기반의 폴리머 렌즈 어레이 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180121690A KR20200042039A (ko) 2018-10-12 2018-10-12 미세가공 기술기반의 폴리머 렌즈 어레이 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200042039A true KR20200042039A (ko) 2020-04-23

Family

ID=70472440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180121690A KR20200042039A (ko) 2018-10-12 2018-10-12 미세가공 기술기반의 폴리머 렌즈 어레이 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20200042039A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100551623B1 (ko) 2001-11-14 2006-02-13 주식회사 엘지에스 자외선 경화를 이용한 하이브리드 렌즈의 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100551623B1 (ko) 2001-11-14 2006-02-13 주식회사 엘지에스 자외선 경화를 이용한 하이브리드 렌즈의 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4200223B2 (ja) マイクロレンズ用金型、マイクロレンズおよびそれらの製法
JP5276830B2 (ja) インプリント用モールドの製造方法
JP2002122707A (ja) 非球面マイクロ構造体、及びその作製方法
KR20000071524A (ko) 마이크로 구조체 어레이와, 마이크로 구조체 어레이 및마이크로 구조체 어레이 성형용 금형 그리고 마이크로렌즈 어레이의 제조 방법
JP5002207B2 (ja) パターンを有する構造体の製造方法
JP5698916B2 (ja) 表面凹凸パターンを有する樹脂材の製造方法
CN1693182A (zh) 深亚微米三维滚压模具及其制作方法
KR101165396B1 (ko) 금속 나노 링 패턴을 이용한 나노 구조물의 제조 방법
JPWO2005057634A1 (ja) ナノインプリントを利用するパターン形成方法および該方法を実行する装置
JP2012187762A (ja) 微細パターン成形品の製造方法、スタンパおよび微細パターン成形品
KR101365211B1 (ko) 롤 공정을 위한 복제 몰드 제작 방법
JP2006235195A (ja) 反射防止構造体を有する部材の製造方法
US20030209819A1 (en) Process for making micro-optical elements from a gray scale etched master mold
KR20200042039A (ko) 미세가공 기술기반의 폴리머 렌즈 어레이 제조 방법
AU2018262130A1 (en) Methods for micro and nano fabrication by selective template removal
JP4650113B2 (ja) 積層構造体、ドナー基板、および積層構造体の製造方法
JP2006299371A (ja) 微細金属構造体の製造方法、および微細金属構造体
KR20150097762A (ko) 사출 성형을 포함한 노즐의 제조 방법
JP4646705B2 (ja) 金型の製造方法及び成型品の製造方法
CN110426761A (zh) 带有金属光阑的环烯烃共聚物微透镜阵列及其制备方法
JP4533730B2 (ja) 微細構造体成形用型材、微細構造体成形用型材の作製方法及び微細構造体の成形方法
JP2008208431A (ja) 電鋳型とその製造方法および電鋳部品の製造方法
CN1994859B (zh) 涟漪结构薄膜与具有该结构的模具制造方法
CN109782383B (zh) 一种适用于低导热导电材料基板的器件制成方法
Zhang et al. Comparison of selected processes for surface microstructuring of complex mould for an implanted device

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
AMND Amendment
AMND Amendment
E801 Decision on dismissal of amendment
X601 Decision of rejection after re-examination