KR101078812B1

KR101078812B1 - 비구면 형태의 실리콘 몰드, 마이크로 렌즈 어레이 및 상기 실리콘 몰드와 마이크로 렌즈 어레이를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR101078812B1
Application number: KR1020100018980A
Authority: KR
Inventors: 장환수; 김재현; 백성호; 최호진; 김성빈
Original assignee: 재단법인대구경북과학기술원
Priority date: 2010-03-03
Filing date: 2010-03-03
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2030-03-03
Also published as: KR20110099948A

Abstract

본 명세서에서는 비구면 형태의 실리콘 몰드, 마이크로 렌즈 어레이 및 상기 실리콘 몰드와 마이크로 렌즈 어레이를 제조하는 방법을 제공한다. 본 명세서의 일 실시예에 따른 비구면 형태의 실리콘 몰드를 제조하는 방법은 기판의 일면에 산화막을 증착하고, 상기 증착한 산화막에 포토 레지스트를 도포하는 단계, 상기 도포된 포토 레지스트에 소정의 간격을 가지도록 패터닝하여 포토 레지스트 마스크를 형성하는 단계, 상기 패터닝된 포토 레지스트 마스크에 대하여 소정의 전해질 용액으로 에칭하는 단계, 및 상기 에칭이 완료된 기판의 산화막을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 전해질 용액은 HF와 DMSO가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

비구면 형태의 실리콘 몰드, 마이크로 렌즈 어레이 및 상기 실리콘 몰드와 마이크로 렌즈 어레이를 제조하는 방법{Mold, microlens, and method of fabrication of the silicon mold and microlens array with aspheric surface shape}

비구면 형태의 실리콘 몰드를 제작하여 이를 기반으로 마이크로 렌즈 어레이를 생성하는 방법 및 이에 의해 생성되는 비구면 형태의 실리콘 몰드와 마이크로 렌즈 어레이를 제공하는 것이다.

종래의 마이크로 렌즈 제조방법에는 기계 가공법을 이용하여 단일 마이크로 렌즈로 제조하는 방법과 감광제를 사용한 포토 공정의 포토레지스트 열적 리플로잉(Thermal reflowing)을 이용하여 마이크로 렌즈 어레이를 제조하는 방법 등이 있다. 광모듈과 같은 소자에 결합시키기 위해서는 렌즈를 평판형 및 복수 개의 어레이 형태로 제조하는 것이 필요하다. 렌즈를 어레이 형태로 제작하기 위해 마이크로 공정인 포토 공정을 통한 PR 리플로잉(Photo Resist reflowing) 기술, 증착 기술(전기 도금, 스퍼터링(sputtering), 증착(evaporation)), 드라이 에칭 기술 (반응성 이온 식각) 등을 일반적으로 사용한다. 한편 렌즈를 어레이 형태로 만드는 과정에서는 비구면 렌즈가 필요하며, 비구면 마이크로 렌즈를 어레이 형태로 제작하는 방법이 필요하다.

구면 형태의 마이크로 렌즈에서 평행 광들을 한점에 모을 수 없는 부분을 해결하기 위하여 비구면 형태의 마이크로 렌즈를 제조하고, 마이크로 렌즈의 대량 생산을 위한 실리콘 몰드를 제작하고자 한다.

전술한 과제를 달성하기 위해, 본 명세서의 일 실시예에 따른 비구면 형태의 실리콘 몰드를 제조하는 방법은 기판의 일면에 산화막을 증착하고, 상기 증착한 산화막에 포토 레지스트를 도포하는 단계, 상기 도포된 포토 레지스트에 소정의 간격을 가지도록 패터닝하여 포토 레지스트 마스크를 형성하는 단계, 상기 패터닝된 포토 레지스트 마스크에 대하여 소정의 전해질 용액으로 에칭하는 단계, 및 상기 에칭이 완료된 기판의 산화막을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 전해질 용액은 HF와 DMSO가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 명세서의 다른 실시예에 따른 비구면 형태의 실리콘 몰드를 이용하여 마이크로 렌즈를 제조하는 방법은 산화막이 일면에 증착된 기판 상측의 상기 산화막에 포토 레지스트를 도포하여 상기 도포된 포토 레지스트에 소정의 간격을 가지도록 패터닝하여 포토 레지스트 마스크를 형성한 후, 소정의 전해질 용액으로 에칭하고, 상기 에칭이 완료된 기판의 산화막을 제거한 실리콘 몰드 기판에 SAM 처리를 하여 상기 실리콘 몰드의 표면 에너지를 낮추는 단계, 상기 실리콘 몰드 기판에 폴리머를 부착하는 단계, 및 상기 부착된 폴리머와 상기 기판을 디몰딩하는 단계를 포함하며, 상기 전해질 용액은 HF와 DMSO가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 명세서의 다른 실시예에 따른 실리콘 몰드는 기판, 및 상기 기판의 일면에 산화막이 증착되고, 상기 증착된 산화막에 포토 레지스트가 도포되어 상기 포토 레지스트가 소정의 간격을 가지도록 패터닝 되어, 상기 패터닝된 포토 레지스트 마스크를 HF와 DMSO가 포함된 전해질 용액으로 에칭하여 상기 기판에 형성된 비구면 기공을 포함하며, 상기 실리콘 몰드는 소정의 폴리머와 부착되어 상기 폴리머에 비구면의 마이크로 렌즈를 형성한다.

본 명세서의 다른 실시예에 따른 비구면 마이크로 렌즈 어레이는 기판의 일면에 산화막이 증착되고, 상기 증착된 산화막에 포토 레지스트가 도포되어 상기 포토 레지스트가 소정의 간격을 가지도록 패터닝 되어, 상기 패터닝된 포토 레지스트 마스크를 HF와 DMSO가 포함된 전해질 용액으로 에칭하여 상기 기판에 형성된 비구면 기공의 실리콘 몰드에 부착된 후 디몰딩된다.

도 1a, 1b, 1c는 본 명세서의 전기화학적 에칭(Electrochemical etching) 공정을 위한 사전 공정에 대한 공정 과정을 보여주는 도면이다.
도 2a, 2b, 2c는 본 명세서의 전기화학적 에칭공정에서 생성된 비구면 형태의 실리콘 몰드의 형상을 확대한 사진이다.
도 3은 도 2a, 2b, 2c와 같이 전기화학적 방식으로 만들어진 비구면 실리콘 몰드를 사용하여 마이크로 렌즈 어레이를 제작하는 공정을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2a, 2b, 2c와 같이 전기화학적 방식으로 만들어진 비구면 실리콘 몰드를 사용하여 마이크로 렌즈 어레이를 제작하는 공정을 보여주며 도 3과 달리 유리 또는 석영을 사용하는 공정을 보여주고 있다.

이하, 본 명세서에서는 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 명세서의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 명세서의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

종래의 기술은 일반적으로 고 개구수(Numerical Aperture)를 위한 높은 새그(High sag)를 구현하기가 용이하지 못하며, 그 결과, 구면 형태의 렌즈가 만들어지게 된다. 이 구면 형태의 렌즈는 구면 수차 때문에 평행 광들을 한 점에 모이도록 하는 것이 이론적으로 불가능하여, 여러 구면 렌즈들이 조합된 광학계를 구성해야한다.

이 경우, 렌즈 배열의 정확성이 필요하며, 그 결과, 상대적으로 큰 부피와 무게를 필요로 하며, 높은 광학적 성능을 제공하기 어렵다. 따라서 평행 광들을 한 점에 모이게 할 수 있고, 렌즈 개수를 줄일 수 있고 높은 광학적 성능을 제공 할 수 있는 비구면 형태의 마이크로 렌즈 어레이가 필요하다. 비구면 형태의 마이크로 렌즈 어레이를 제작하기 위하여, 본 명세서에서는 비구면 형태의 실리콘 몰드를 제작하고, 이 몰드를 이용하여 폴리머 계열의 마이크로 렌즈 어레이를 제작할 수 있도록 한다. 폴리머를 이용한 렌즈는 광학적 특성, 내충격성, 가공성, 경량화 및 환경친화성 등의 장점이 있다. 본 명세서에서 마이크로 렌즈 어레이의 제작에 사용할 수 있는 폴리머의 예는 폴리카보네이트(Polycarbonate), PMMA(Poly-methyl-meth-acrylate), PS(Polystyrene), PET(Polyethylene terephtalate) 등이 있다. 또한 COC(Cyclo-olefine copolymer) 역시 사용할 수 있는데, COC는 뛰어난 광학특성, 내열특성을 가지고 고온고습에서 90% 이상의 광 투과율을 나타내고 있다.

본 명세서에서는 실리콘 몰드를 제작하기 위해 전기화학적 에칭을 일 실시예로 적용한다. 전기화학적 에칭에 사용되는 실리콘 기판은 p-type과 n-type (100) 결정방향의 단결정 실리콘 모두 사용할 수 있으며, HF(hydrofluoric acid)가 포함된 전해질 용액을 이용하여 실리콘 기판에 기공(Pore) 또는 와이어(Wire)를 형성한다. 도핑된 실리콘 웨이퍼에서 정공(Electronic holes)을 이용하여 전기화학적 에칭을 실시할 수 있는데, 이때 인가되는 인자, 전해질의 농도, 용액 온도, 전류 밀도, 에칭 시간, 실리콘의 도핑 농도 및 타임 등에 따라 기공 및 실리콘 와이어의 형태를 조절 할 수 있기 때문에 여러 가지 형태의 실리콘 몰드를 제작할 수 있다. 특히 n-type의 실리콘 웨이퍼는 백사이드(Back side)에 조절 가능한 빛을 조사하여 빛에 의해 여기된 정공에 의해 전기화학적 에칭이 진행된다. 따라서 이러한 인자들을 조절하면 비구면 형태의 실리콘 몰드를 제작할 수 있다. 이와 같이 본 명세서에서는 전기화학적 에칭 방법으로 형성된 실리콘 몰드를 이용하여 나노임프린팅 리소그래피(Nano-imprinting lithography)기술과 접목시켜 폴리머 계열의 구면 또는 비구면 형태의 마이크로 렌즈 어레이를 제작하고자 한다.

도 1a, 1b, 1c는 본 명세서의 전기화학적 에칭(Electrochemical etching) 공정을 위한 사전 공정에 대한 공정 과정을 보여주는 도면이다. 도 1a는 실리콘 웨이퍼의 구성에서 포토 레지스트를 도포한 과정을 보여주는 도면이다. 본 명세서의 일 실시예로 도 1a의 실리콘 웨이퍼(100)는 P-Type 100 이다. 그러나, 본 발명이 이와 같은 실리콘에 한정되는 것은 아니며, N-type 100 등 다양한 실리콘 웨이퍼에 적용할 수 있다.

초기 세정(intial cleaning)을 완료한 후 120과 같이 실리콘 웨이퍼에 산화막(SiO₂)을 증착한다. 이를 산화막 증착 공정(Oxidation) 또는 산화막 형성 공정이라고 한다. 이후 130과 같이 포토 레지스트(Photo Resist)를 코팅하는 PR 코팅(PR Coating) 공정을 진행한다.

도 1b는 PR 패터닝, ICP 에칭, 그리고 KOH 에칭을 진행하는 과정을 보여주는 도면이다.

140은 PR 패터닝(PR Patterning)을 진행한 예를 보여준다. 포토 리소그래피(photo-lithography)에 의해 PR 패터닝 공정 결과 141과 같은 포토레지스트 마스크가 형성된다. 패터닝된 포토레지스트 마스크에 대하여 에칭(etching)을 진행할 수 있다. 151과 같이 에칭 공정이 완료될 수 있다. 150에 적용된 에칭의 일 실시예로 이방성 에칭(예를 들어, inductively coupled plasma etching, 이하 ICP 에칭이라 함)을 적용할 수 있다. 이방성 에칭은 특수한 결정 평면을 빠른 속도로 에칭하여 식각된 표면을 평평하게 하고 만나는 지점은 얇은 각이 되도록 하는 것으로, 150과 같이 <100> 평면을 가지는 실리콘 웨이퍼(P-Type (100) Si Wafer)에 적용할 수 있다. ICP 에칭을 적용한 후, KOH 에칭 공정을 진행한 결과는 160과 같다.

도 1c는 산화막 제거 공정 및 웨이버 팩사이드 전극 증착 공정을 보여준다. 170은 산화막(SiO₂)를 제거한 형태이며, KOH 에칭공정에 의해 형성된 에치핏(etch pit, 171)이 드러나있다. 이후 전극 증착 공정을 진행할 수 있는데 180과 같이 웨이퍼 백사이드에 Al 또는 Ti/Au 등을 증착할 수 있다.

도 1a, 1b, 1c의 공정은 일반적인 포토리소그래피(PR coating, baking, developing), 산화막 증착(Thermal oxidation), 이방성 드라이 에칭(ICP etching), 이방성 KOH 에칭, 웨이퍼 백사이드 전극 증착(Al, Ti/Au) 공정을 포함한다. 이렇게 만들어진 샘플을 이용하여 전기화학적 에칭 공정을 진행한다. 이 샘플을 테프론으로 제작된 베스(Bath) 내부에 HF가 포함되어 있는 전해질(49% HF(Hydrogen Fluoride) :DMSO(dimethyl sulfoxide) : DI(Deionized water) = 2 : 5 : 15)과 함께 넣는다. 특히 DMSO의 비율에 따라 기공 형성 또는 와이어 형성을 조절 할 수 있다. 이 때 사용 중인 샘플 웨이퍼의 뒷면은 전해질에 노출되지 않고, 에칭 구멍(Etch pit, 171)이 있는 부분만 전해질에 노출시켜야 한다. 그리고 전해질 속에는 백금(Pt) 와이어를 보조 전극(Counter electrode)과 기준 전극(Reference electrode)으로 사용하고, 웨이퍼 뒷면에는 구리-크롬 합금 재질의 작업 전극(Working electrode)와 센서 전극(Sense electrode)로 구성된다 이 시스템에서 순방향 바이어스(forward bias)를 인가하여 전기화학적 에칭 공정을 진행한다. 일 반적으로 단위 면적당 일정한 전류를 인가하는 갈바노 스테틱(Galvanostatic) 또는 일정한 전압을 인가하는 포텐티 스테틱(Potentiostatic)를 사용한다. 이 전기화학적 에칭의 변수로는 인가되는 전류 밀도, 전해질의 용액 농도, 용액의 온도, 사용되는 웨이퍼의 저항, 그리고 에칭 시간 등에 의해서 여러 가지 형태의 실리콘 기공 또는 와이어를 만들 수 있다. 특히 전류 밀도값을 형성되는 기공의 깊이에 따라 또는 경과된 시간에 따라 변화시키므로 도 2a, 2b, 2c와 같이 기공의 지름, 깊이, 와이어의 지름, 높이, 형태까지 조절이 가능하다.

도 2a, 2b, 2c는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기 화학적 에칭의 조건을 변경하여 다양하게 생성된 실리콘 몰드 패턴에 대한 이미지이다. 전기화학적 에칭 공정은 일반적으로 전류 밀도와 전압 그래프에서 안정적인 기공 형성 영역(Stable pore formation region), 전기화학적 연마 영역(Electrochemical polishing region), 그리고 두 영역 사이이의 와이어 형성 전이 영역(Wire formation transition region)으로 나누어진다. 전기화학적 에칭 인자들을 조절하면 비구면 형태의 실리콘 몰드를 만들 수 있다. 이렇게 하여 만들어진 비구면 실리콘 몰드는 DMSO(Dimethyl sulfoxide) 농도에 따라 표면의 거칠기 정도가 차이가 발생한다. 만약 표면의 거칠기가 심할 경우 건식 열적 산화막 증착(Dry thermal oxidation) 방법으로 수백 나노 두께의 산화막을 증착한 후 상온에서 BOE(Buffered Oxide Etch) 용액으로 에칭을 하게 되면 표면이 부드럽게 되며 기공의 지름 또는 와이어의 지름을 줄일 수 있고, 여러 번 반복하게 되면 기공의 벽(Pore wall)도 제거 할 수 있다. 예로써 산화막 증착 조건은 1050?, 1시간 30분 이상, 산소(O2) flow rate 5sccm으로 실시한다. 실리콘 몰드의 백사이드(Back side)에 있는 작업 전극(Working electrode)은 나노 임프린트 시 온도가 300? 이하에서 진행하게 되므로 그대로 둘 수 있으며, 이와 달리, 이 금속 전극을 습식 에칭(wet etching) 방식인 에칭제(Etchant)를 사용하여 제거 할 수 있다. 특히 금속, 실리콘 몰드, 폴리머들 간의 열팽창 계수의 차이에 의해 실리콘 몰드의 비구면 렌즈 패턴이 폴리머로 전사될 때 외곡이 발생할 경우는 금속을 제거하는 것이 바람직하다. 또한 기공 또는 와이어가 형성되어 있는 부분에 화학적 또는 물리적 증착(Vapor deposition)방식으로 자기조립 단분자막(Self-assembled monolayer, 이하 'SAM'이라 한다) 처리를 할 수 있는데, SAM 처리를 위해 heptadeca-fluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl-trichlorosilane (HDFS), C13Si(C2H4)C8F17, 트리클로로실레인(trichlorosilane) 등을 코팅하여 실리콘 몰드의 표면에 표면 에너지를 낮추어 나노 임프린팅 시 실리콘 몰드와 마이크로 렌즈 어레이의 재료가 되는 폴리머 계열과의 접착력을 감소시켜서 디몰딩(Demolding)을 용이하게 하기 위한 기술이다.

본 명세서의 일 실시예에 의한 전기 화학적 에칭 방법을 이용하여 도 2a, 2b, 2c와 같은 비구면 형태의 실리콘 몰드를 형성할 수 있다. 전기화학적 에칭 전 역 피라미드 모양의 프리 패터닝(pre-patterning), 즉 주기적이고 규칙적인 에치핏(etch pit, 에칭 구멍)의 형성이 필요하다. 이 에치핏을 형성함으로써, 에칭의 핵심 인자인 정공(Electronic hole)은 n-type의 경우 소수 캐리어(Minority carrier)이기 때문에 인가된 전류 밀도에 의해 정렬된 에치핏에 정공을 집중시키기 쉬우나 p-type의 경우 정공이 다수 캐리어(Majority carrier)이며, 순방향 바이어스(forward bias) 상태의 인가된 전류 밀도로 인하여 에치 핏에 정공을 집중시키기 어렵고 기공(pore) 및 와이어 어레이 형성 자체도 어렵다. 이와 같은 기공(pore) 및 와이어 어레이 형성은 사용하는 웨이퍼의 저항 값에 따라 차이를 보이고 있기 때문에 웨이퍼 저항 값 선정에 신중해야 한다. 전기화학적 에칭 공정에서 기공(pore) 및 와이어 어레이를 형성하는 방법은 프리 패턴(pre-pattern)이 없는 랜덤하게 형성하는 방식과 주기적이고 규칙적인 프리 패턴(pre-pattern)을 사용하는 방식으로 나누워진다. 본 명세서의 일 실시예에서는 후자 방식을 이용하며, 마이크론 크기의 구조체로 잘 정렬된 에치핏이 이방성 에칭인 KOH 또는 TMAH 에칭을 사용하여 형성된다. 이 에치핏에 일정한 전류 밀도, 에칭 시간, 온도, 전해액 농도 등을 조절하여 정공을 집중시켜 기공(pore)를 형성하고 나아가 실리콘 와이어 또는 기둥 배열(pillar array) 형태의 다양한 구조체를 제작한다. 이 제작된 실리콘 구조체(몰드)를 사용하여 폴리머 계열의 마이크로 렌즈 어레이를 나노임프린팅 리소그래피 기술과 접목시켜 제작한다.

도 2a는 도 1의 공정에서 생성된 기공을 확대한 화면이다. 도 2a에 도시된 바와 같이 스테이블한 기공 형성 영역(stable pore formation region)은 비구면으로 형성되어 있다. 210은 타원에 작은 구멍이 추가된 기공의 형상이며, 220은 긴 곡선으로 형성된 기공이다. 210과 220의 차이는 전기화학적 에칭 공정에서의 전해질 농도를 변화시키거나, 가공 깊이 또는 와이어의 높이에 따라 인가되는 전류 밀도의 값을 변화시키거나, 또는 경과된 에칭 시간에 따른 전류 밀도를 변화시켜 기공과 와이어의 지름, 깊이, 높이, 그리고 형태 등을 조절할 수 있다.

도 2b는 도 1의 공정에서 생성된 기공을 확대한 다른 화면이다. 도 2b는 와이어 기공이 형성된 모습(wire formation transition region)을 보여주고 있다. 와이어 기공(230, 240, 250)은 각각 기공의 깊이와 폭이 상이하다. 이는 전기화학적 에칭 공정에서의 전해질 농도를 변화시키거나, 가공 깊이 또는 와이어의 높이에 따라 인가되는 전류 밀도의 값을 변화시키거나, 또는 경과된 에칭 시간에 따른 전류 밀도를 변화시켜 기공과 와이어의 지름, 깊이, 높이, 그리고 형태 등을 조절할 수 있다.

도 2c는 도 1의 공정에서 생성된 기공을 확대한 또다른 화면이다. 도 2c는 전기화학적으로 연마된 영역(electrochemical polishing region)(260, 270)을 보여주고 있다.

도 3, 4는 앞서 생성된 비구면 형태의 실리콘 몰드를 이용하여 마이크로 렌즈 어레이를 생성하는 공정을 보여준다.

마이크로 렌즈 어레이는 현재 액정표시장치(TFT-LCD)의 BLU 유닛의 소재인 확산판, 광수신기 및 광통신 시스템, 반도체 레이저와 광섬유와의 연결 부분에서 레이저의 퍼짐을 막는 용도, 디지털 카메라용 비구면 렌즈 등으로 사용되고 있다. 장래에는 광 디스크 드라이브에서 정보를 기록하거나 재생하는 데 사용되는 광픽업의 대물렌즈 또는 그 일부의 광학요소로서 적용될 수 있는 가능성이 있다.

도 3은 도 2a, 2b, 2c와 같이 전기화학적 방식으로 만들어진 비구면 실리콘 몰드를 사용하여 마이크로 렌즈 어레이를 제작하는 공정을 보여주는 도면이다. 본 명세서의 일 실시예에 의해 나노임프린팅 리소그래피(nano-imprinting Lithography)기술로 폴리머 계열 자체에 마이크로 렌즈 어레이를 제작할 수 있다.

나노 임프린트 리소그라피는 나노 소자 제작 방법이다. 나노 임프린팅은 컴팩트 디스크(CD)와 같이 마이크로(micro) 스케일의 패턴을 갖는 고분자 소재 제품의 대량 생산에 사용되는 엠보싱(embossing)기술을 리소그라피에 적용한 것으로, 나노 스케일의 구조를 갖는 스탬프를 제작하고, 그 스탬프를 고분자 박막에 각인하여 나노 스케일의 구조를 전사하고, 제작된 스탬프를 반복하여 사용하는 것이다.

도 3은 본 명세서의 다양한 실리콘 몰드 중 도 2a와 같이 생성된 실리콘 몰드(310)를 사용하여 폴리머 계열의 마이크로 렌즈 어레이를 제작하는 공정을 도시하고 있다. 다른 형태의 비구면 실리콘 몰드(도 2b, 2c 등)를 사용하여 동일한 방법으로 마이크로 렌즈 어레이를 제작할 수 있다.

실리콘 몰드(310)에 폴리머(322)를 부착하는 나노 임프린팅 공정이 320과 같이 진행된다. 실리콘 몰드(310)와 폴리머(322)의 결합을 위하여 열과 압력을 가할 수 있다. 나노 임프린팅 공정 시 적당한 압력과 압력 인가 시간, 그리고 온도를 조절해야 한다. 본 명세서의 일 실시예에 의한 온도는 렌즈 재료인 폴리머의 유리전이 온도보다 40~50도 이상 되는 온도에서 진행하는 것이 바람직하다.

유리전이 온도보다 너무 낮은 온도에서 디몰딩(Demolding)을 실시할 경우, 폴리머 마이크로 렌즈에 외곡 현상이 발생하기 때문에, 본 명세서의 일 실시예에 의하여 유리전이 온도보다 10도 정도 낮은 온도에서 실리콘 몰드와 폴리머를 분리하는 것이 바람직하다.

디몰딩을 진행함으로써 330과 같은 비구면 형태를 갖는 폴리머의 마이크로 렌즈 어레이가 제작 가능하다. 따라서 전기화학적 에칭 공정을 통한 비구면 형태의 실리콘 몰드를 제작하여 임프린팅 함으로써 대량복제가 가능하므로 양산 공정에도 적용가능하다.

도 3은 실리콘 웨이퍼를 중심으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, Si, SiC, SiN, 사파이어 등이 몰드의 재료로 사용될 수 있으며, 고온, 고압에 의한 공정이므로, 열팽창에 의한 패턴의 변형을 최소화하기 위하여 기판과 열적 특성이 유사한 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

도 4는 도 2a, 2b, 2c와 같이 전기화학적 방식으로 만들어진 비구면 실리콘 몰드를 사용하여 마이크로 렌즈 어레이를 제작하는 공정을 보여주며 도 3과 달리 유리 또는 석영을 사용하는 공정을 보여주고 있다.

도 3에서는 폴리머 자체에 마이크로 렌즈 어레이를 형성하였다. 반면 도 4에는 다른 투명 기판, 예를 들어, 유리(Glass)나 석영(Quartz)에 폴리머를 드롭(drop) 시키거나 스핀 코팅(spin coating)을 하여 적당한 높이를 갖도록 도포한 424/422를 420과 같이 나노 임프린팅 하여 430과 같이 비구면 형태의 마이크로 렌즈 어레이를 제작할 수 있다.

몰드의 재질이 S-FIL과 같이 자외선 경화 고분자를 사용하는 경우는 자외선 투과도 및 경도를 고려하여 도 4와 같이 유리 또는 석영을 사용할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

기판의 일면에 산화막을 증착하고, 상기 증착한 산화막에 포토 레지스트를 도포하는 단계;
상기 도포된 포토 레지스트에 소정의 간격을 가지도록 패터닝하여 포토 레지스트 마스크를 형성하는 단계;
상기 패터닝된 포토 레지스트 마스크에 대하여 소정의 전해질 용액으로 에칭하는 단계; 및
상기 에칭이 완료된 기판의 산화막을 제거하는 단계를 포함하며,
상기 전해질 용액은 HF와 DMSO가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는, 비구면 형태의 실리콘 몰드를 제조하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 에칭하는 단계는 상기 DMSO와 상기 HF의 비율에 따라 깊이, 넓이, 또는 형상이 상이한 기공 또는 와이어를 형성하는 것을 특징으로 하는, 비구면 형태의 실리콘 몰드를 제조하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 HF 와 상기 DMSO의 비율은 1:2에서 1:2.5 사이인 것을 특징으로 하는, 비구면 형태의 실리콘 몰드를 제조하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 에칭하는 단계는 상기 산화막의 형성 또는 에칭을 통하여 기공 또는 와이어의 지름을 줄이거나 기공의 벽을 제거하는 단계를 더 포함하는, 비구면 형태의 실리콘 몰드를 제조하는 방법.
산화막이 일면에 증착된 기판 상측의 상기 산화막에 포토 레지스트를 도포하여 상기 도포된 포토 레지스트에 소정의 간격을 가지도록 패터닝하여 포토 레지스트 마스크를 형성한 후, 소정의 전해질 용액으로 에칭하고, 상기 에칭이 완료된 기판의 산화막을 제거한 실리콘 몰드 기판에 SAM 처리를 하여 상기 실리콘 몰드의 표면 에너지를 낮추는 단계;
상기 실리콘 몰드 기판에 폴리머를 부착하는 단계; 및
상기 부착된 폴리머와 상기 기판을 디몰딩하는 단계를 포함하며,
상기 전해질 용액은 HF와 DMSO가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는, 비구면 형태의 실리콘 몰드를 이용하여 마이크로 렌즈를 제조하는 방법.
제 5항에 있어서,
상기 폴리머는 투명 기판에 폴리머를 도포한 것을 특징으로 하는, 비구면 형태의 실리콘 몰드를 이용하여 마이크로 렌즈를 제조하는 방법.
제 5항에 있어서,
상기 디몰딩하는 단계는
상기 폴리머의 유리 전이 온도보다 10도 낮은 온도에서 디몰딩하는 단계를 포함하는, 비구면 형태의 실리콘 몰드를 이용하여 마이크로 렌즈를 제조하는 방법.
제 5항에 있어서,
상기 폴리머를 부착하는 단계는
상기 폴리머의 유리 전이 온도보다 40내지 50도 높은 온도에서 부착하는 단계를 포함하는, 비구면 형태의 실리콘 몰드를 이용하여 마이크로 렌즈를 제조하는 방법.
기판; 및
상기 기판의 일면에 산화막이 증착되고, 상기 증착된 산화막에 포토 레지스트가 도포되어 상기 포토 레지스트가 소정의 간격을 가지도록 패터닝 되어, 상기 패터닝된 포토 레지스트 마스크를 HF와 DMSO가 포함된 전해질 용액으로 에칭하여 상기 기판에 형성된 비구면 기공을 포함하며;
상기 실리콘 몰드는 소정의 폴리머와 부착되어 상기 폴리머에 비구면의 마이크로 렌즈를 형성하는, 실리콘 몰드.
제 9항에 있어서,
상기 기판의 뒷면은 작업 전극이 도포된 것을 특징으로 하는, 실리콘 몰드.
기판의 일면에 산화막이 증착되고, 상기 증착된 산화막에 포토 레지스트가 도포되어 상기 포토 레지스트가 소정의 간격을 가지도록 패터닝 되어, 상기 패터닝된 포토 레지스트 마스크를 HF와 DMSO가 포함된 전해질 용액으로 에칭하여 상기 기판에 형성된 비구면 기공의 실리콘 몰드에 부착된 후 디몰딩된 비구면 마이크로 렌즈 어레이.
제 11항에 있어서,
상기 폴리머는 투명 기판에 도포된 것을 특징으로 하는, 비구면 마이크로 렌즈 어레이.
제 11항에 있어서,
상기 폴리머는 상기 폴리머의 유리 전이 온도보다 10도 낮은 온도에서 디몰딩된 비구면 마이크로 렌즈 어레이로 구성된 비구면 마이크로 렌즈 어레이.
제 11항에 있어서,
상기 폴리머는 상기 폴리머의 유리 전이 온도보다 40내지 50도 높은 온도에서 상기 기판에 부착된 디몰딩된 비구면 마이크로 렌즈 어레이로 구성된 비구면 마이크로 렌즈 어레이.