WO2017082467A1 - Method for manufacturing microlens array - Google Patents

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WO2017082467A1
WO2017082467A1 PCT/KR2015/014456 KR2015014456W WO2017082467A1 WO 2017082467 A1 WO2017082467 A1 WO 2017082467A1 KR 2015014456 W KR2015014456 W KR 2015014456W WO 2017082467 A1 WO2017082467 A1 WO 2017082467A1
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WO
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thin film
photoresist layer
photoresist
lens array
micro lens
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PCT/KR2015/014456
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Korean (ko)
Inventor
원용협
김준오
Original Assignee
한국과학기술원
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a micro lens array.
  • Microlens arrays are fundamentally required in fine optical applications such as optical communication, interconnection, direct optical imaging, lab-on-a-chip, and the like.
  • this method has a disadvantage in that the cost of the processing itself is expensive and the cost of manufacturing a new mold can be burdensome if the characteristics of the micro lens array to be used are different.
  • a cylindrical photoresist is formed on a substrate using lithography in a conventional semiconductor process, and the photoresist is liquefied by applying a high temperature to form a spherical shape on the substrate using the surface tension of the photoresist. It is a method of forming. Subsequently, lowering the temperature and applying UV light causes the photoresist to harden, creating a microlens array.
  • microlens array made in this manner is limited to fabricating only a microlens array having a short focal length due to the characteristics of the surface tension.
  • the focal length of the lens is determined by the contact angle due to the tension of the contact surface with the substrate, and it is rare that the photoresist usually has a very small ( ⁇ 10 degree) contact angle. It can be used only for applications that require a short focal length. In other words, it is not a suitable method for making an imaging lens, which is an application that should have a relatively long focal length.
  • the coupling between the two lenses may occur at some point, which may render the entire micro lens array unusable. Therefore, the gap between the lenses should be spaced to some extent, which is why fill factor is lower than other methods.
  • the photoresist reflow method should always be performed in a low dust concentration.
  • a method of manufacturing a domed shape by radially exposing ultraviolet light and stopping the photoresist phenomenon in the middle has been proposed, such as a method of using a mold, a method of making a lens by applying an electric field from a conductive liquid polymer, but a more effective method for manufacturing a micro lens array is required.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for manufacturing a micro lens array which can have a long ultra-short distance and also improves the filling rate.
  • the thickness control of the photoresist sheet layer is performed by spin coating, and the soft baking is further performed after the spin coating.
  • the thin film is characterized in that formed by the entire exposure to the upper portion of the photoresist layer.
  • the thickness of the thin film is controlled according to the focal length of the micro lens.
  • post-exposure baking of the thin film may be further performed.
  • the step of allowing the thin film is raised, the step of immersing the substrate, the photoresist layer and the thin film in an ultrasonic generator containing a developer; And applying vibration to the substrate, the photoresist layer and the thin film using the ultrasonic wave generator.
  • the microlens array is formed by floating the mold of the thin film after the front surface exposure is performed by nickel electroplating or polydimethylsiloxane (PDMS).
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the photoresist is characterized in that the ultraviolet photosensitizer polymer or SU-8.
  • the thickness of the photoresist layer is 200 to 300um
  • the thickness of the thin film is characterized in that 25 to 40um.
  • the microlens array can be made as the mask pattern, a complicated calculation process can be omitted.
  • the focal length can be adjusted by the thickness of the thin film, a lens having a considerably long focal length can be manufactured.
  • FIG. 1 is a perspective view of a micro lens array according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the micro lens array shown in FIG. 1.
  • FIG 3 is a view showing a state in which a photoresist is applied on a substrate to manufacture a micro lens array according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a state after the photoresist layer in FIG. 3 is exposed through a mask.
  • FIG. 5 is a view showing a state after forming a thin film on the photoresist layer in FIG.
  • FIG. 6 is a view showing a state after development of the photoresist layer in FIG. 5.
  • FIG. 7 illustrates a completed microlens array after exposure to the raised thin film of FIG. 6.
  • FIG. 1 is a perspective view of a micro lens array according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of the micro lens array shown in FIG. 1.
  • a micro lens array 10 may include a substrate 100 on a rectangular plate, a photoresist film 110 formed on the substrate 100, and a photo. A plurality of micro lenses 120 formed on the resist film 110 is included.
  • the substrate 100 is a substrate of a transparent material, for example, a glass substrate may be used.
  • the shape of the substrate 100 may be manufactured in a form other than a square, for example, circular, depending on the use.
  • FIG 3 is a view showing a state in which a photoresist is applied on a substrate to manufacture a micro lens array according to an embodiment of the present invention.
  • the photoresist layer 111 is formed by applying a photoresist on the glass substrate 100 in the same procedure as a lithography method in a general semiconductor process (S100).
  • SU-8 which is a negative photosensitive agent
  • the photoresist may be used as the photoresist, and the negative photosensitive agent is an ultraviolet photosensitive polymer.
  • the photoresist layer may be adjusted in thickness through spin coating. For example, 500 rpm 5 seconds, ramping rate (ramping rate) to 300rpm / s to increase to 2000rpm and spin coating for 20 seconds at 2000rpm.
  • Such a condition is a condition of applying the photoresist layer 111 to a thickness of 200 ⁇ m on the glass substrate 100.
  • the photoresist layer according to the embodiment of the present invention may have a thickness of 200 to 300um.
  • a soft baking process may be further performed. Such a soft firing process may be performed by heating the ramping temperature to 95 degrees at 5 degrees at 65 degrees and 95 degrees at 3 degrees / min, and then heating at 95 degrees for 1 hour.
  • the solvent (Solvent) included in the photoresist layer 111 is vaporized and becomes a condition for curing the photoresist layer.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a state after the photoresist layer 111 of FIG. 3 is exposed through a mask.
  • a mask 200 having an opening surface is formed in order to allow ultraviolet light to pass in the shape of a desired microlens 120.
  • the exposure is performed for 40 seconds (S110).
  • the photoresist layer 111 is composed of the photoresist 112 and the exposed photoresist 113 that is not exposed by the mask 200.
  • the mask 200 has the same shape as the circular cross section in which the microlens 120 as shown in FIG. 2 contacts the photoresist layer 111.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a state after forming a thin film on the photoresist layer 111 in FIG. 3.
  • the mask 200 is removed and the entire area is exposed for 5 seconds to form an upper portion of the photoresist layer 111 as the thin film 130 (S120).
  • the thin film 130 is formed to prevent the photoresist from melting away during the later development process.
  • the thickness of the thin film 130 is determined according to the time for exposing the entire surface of the photoresist layer 111.
  • the thickness of the thin film 130 becomes an element capable of adjusting the focal length of the microlens 120.
  • the thin film 130 according to the embodiment of the present invention may have a thickness of 25 to 40um.
  • a post exposure baking process may be performed at 95 degrees for 15 minutes. This post-exposure bake is performed to further promote crosslinking of the crosslinkable moieties in the exposed portions of the photoresist.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a state after development of the photoresist layer 111 in FIG. 5.
  • an ultrasonic generator after immersing all of the substrate 100, the photoresist layer 111, and the thin film 130 in a developing solution is used. Give a vibration of 5 minutes using (S130).
  • S130 instead of the photoresist melting as molecules of the developer penetrate between defects of the thin film 130 due to the vibration of the ultrasonic wave generator, a mixture of the photoresist and the developer is combined in the thin film 130 and illustrated in FIG. 6. As described above, the thin film is in a raised state.
  • the developer is contained in the ultrasonic generator, and after the substrate 100, the photoresist layer 111 and the thin film 130 are all immersed in the developer may be used a method of giving a vibration using the ultrasonic generator. .
  • FIG. 7 illustrates a completed microlens array after exposure to the raised thin film 130 in FIG. 6.
  • a micro lens array 10 having a lens shape is formed (S140). That is, the photoresist film 110 is formed on the substrate 100, the microlens 120 is formed thereon, and finally the microlens array 10 is formed.
  • the micro lens array 10 generated through the above-described process may be used as a lens, but because the cured photoresist is less transparent than PC (poly carbonate) or PMMA (Poly methyl methacrylate)
  • This form may be formed by nickel electroplating or polydimethylsiloxane (PDMS) to form the final microlens array 10 by reforming with PC or PMMA.
  • the ultraviolet light applied to the photoresist is light of a wavelength range of 365 to 400nm having an intensity of 5 ⁇ 8mJ / s * cm 2 .

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Abstract

A method for manufacturing a microlens array is disclosed. In the method, first, a photoresist is applied on a substrate to form a photoresist layer. Thereafter, a part of the photoresist layer is exposed using a mask, and a thin film is formed on the photoresist layer. Subsequently, the photoresist layer on which the thin film is formed is developed, and simultaneously ultrasonic vibration is applied to cause the thin film to rise. Then, the raised thin film is subjected to an entire surface exposure to form a microlens array.

Description

마이크로 렌즈 어레이 제조 방법Micro Lens Array Manufacturing Method
본 발명은 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a micro lens array.
마이크로 렌즈 어레이는 광학 통신, 인터커넥션(interconnection), 직접 영상관측(direct optical imaging), 랩온어칩(lab-on-a-chip) 등과 같은 미세 광학 적용 분야에서 기본적으로 요구되는 부품이다.Microlens arrays are fundamentally required in fine optical applications such as optical communication, interconnection, direct optical imaging, lab-on-a-chip, and the like.
높은 품질의 마이크로 렌즈 어레이를 제작하기 위해서는 기계적인 가공을 통하여 렌즈를 만들기 위한 형틀을 제작하는 것이 일반적이다. In order to manufacture a high quality micro lens array, it is common to manufacture a mold for making a lens through mechanical processing.
그러나, 이러한 방법은 가공 자체에 들어가는 비용이 비싸고 사용하고자 하는 마이크로 렌즈 어레이의 특성이 다른 경우 새로운 형틀을 제작하는 비용이 부담스러울 수 있다는 단점을 가지고 있다.However, this method has a disadvantage in that the cost of the processing itself is expensive and the cost of manufacturing a new mold can be burdensome if the characteristics of the micro lens array to be used are different.
이로 인해, 품질은 조금 떨어지더라도 더 쉽게 마이크로 렌즈 어레이를 만들 수 있는 방법이 사용된다. 대표적으로 포토레지스트 리플로우(Photoresist Reflow) 방식이 사용된다. Because of this, a method is used that makes it easier to create a micro lens array, even if the quality is slightly degraded. Typically, a photoresist reflow method is used.
이 방식은 기존의 반도체 공정 과정 중 리소그래피(Lithography) 방식을 이용하여 원통형의 포토레지스트를 기판 위에 형성 시키고, 높은 온도를 가하여 포토레지스트를 액화시켜 포토레지스트의 표면 장력을 이용하여 구형의 모양을 기판 위에 형성시키는 방법이다. 그 후, 온도를 낮추고 자외선 광(UV light)을 가하면 포토레지스트가 경화되어 마이크로 렌즈 어레이가 만들어 진다In this method, a cylindrical photoresist is formed on a substrate using lithography in a conventional semiconductor process, and the photoresist is liquefied by applying a high temperature to form a spherical shape on the substrate using the surface tension of the photoresist. It is a method of forming. Subsequently, lowering the temperature and applying UV light causes the photoresist to harden, creating a microlens array.
그러나, 이러한 방식으로 만드는 마이크로 렌즈 어레이는 표면 장력의 특성상 짧은 초점거리를 가지는 마이크로 렌즈 어레이만을 제작하는 것으로 한정이 된다. However, the microlens array made in this manner is limited to fabricating only a microlens array having a short focal length due to the characteristics of the surface tension.
포토레지스트가 기판과의 접촉면이 가지는 장력으로 인한 접촉각(Contact Angle)에 의해 렌즈의 초점거리가 정해지게 되며, 보통의 경우 굉장히 작은(~10도 이하) 접촉각을 가지는 경우가 거의 없다는 점을 미루어 보면 짧은 초점거리를 필요로 하는 어플리케이션에만 사용될 수 있는 방법이라고 말할 수 있다. 즉, 상대적으로 긴 초점거리를 가져야 하는 어플리케이션인 이미징용 렌즈를 만들기 위해서 적합한 방법은 아니라고 할 수 있다. The focal length of the lens is determined by the contact angle due to the tension of the contact surface with the substrate, and it is rare that the photoresist usually has a very small (~ 10 degree) contact angle. It can be used only for applications that require a short focal length. In other words, it is not a suitable method for making an imaging lens, which is an application that should have a relatively long focal length.
포토레지스트를 리플로우할 경우, 리플로우를 하기 위한 원통형 포토레지스트의 면적이 원래 크기보다 더 넓어지기 때문에 인접한 렌즈와 표면 장력에 의한 결합을 방지하기 위해서는 정확한 계산이 수행되어야 한다. When reflowing the photoresist, since the area of the cylindrical photoresist for reflow is larger than the original size, accurate calculation must be performed to prevent the coupling due to surface tension with adjacent lenses.
이러한 계산에 오차가 있거나 열을 가하는 온도가 일정하지 않은 경우, 어느 지점에선가 두 렌즈간의 결합이 일어날 수 있게 되고, 이는 전체 마이크로 렌즈 어레이를 사용할 수 없도록 만들 수 있다. 그렇기 때문에 어느 정도 렌즈간 간격에 대한 격차를 두어야 하고, 이는 상대적인 다른 방법보다 채움율(Fill Factor)이 낮을 수 밖에 없는 이유가 된다.If there is an error in this calculation or the temperature at which the heating is not constant, the coupling between the two lenses may occur at some point, which may render the entire micro lens array unusable. Therefore, the gap between the lenses should be spaced to some extent, which is why fill factor is lower than other methods.
또한, 열융해 현상을 이용하여 표면 장력을 사용하기 때문에, 기판에 붙어있는 먼지가 렌즈의 품질을 상당히 크게 좌우할 수 있다는 어려움이 있다. 따라서, 포토레지스트 리플로우 방법은 항상 먼지 농도가 낮은 곳에서 진행 되어야 하는데, 이러한 문제점을 해결하기 위해 자외선 광을 방사형으로 노광시켜 돔 형태로 식각한 형틀을 제작하는 방식, 포토레지스트 현상을 중간에 중단하여 형틀로 사용하는 방식, 전도성을 띠는 액상 폴리머를 사용하여 위에서 전기장을 가하여 렌즈를 만드는 방식 등 여러 가지 방식이 제안되고 있으나, 마이크로 렌즈 어레이를 제조하기 위한 보다 효과적인 방법이 요구되고 있다.In addition, since the surface tension is used by using the thermal melting phenomenon, there is a difficulty that dust adhered to the substrate can significantly influence the quality of the lens. Therefore, the photoresist reflow method should always be performed in a low dust concentration. To solve this problem, a method of manufacturing a domed shape by radially exposing ultraviolet light and stopping the photoresist phenomenon in the middle However, various methods have been proposed, such as a method of using a mold, a method of making a lens by applying an electric field from a conductive liquid polymer, but a more effective method for manufacturing a micro lens array is required.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 긴 초첨거리를 가질 수 있으며 채움율 또한 향상되는 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for manufacturing a micro lens array which can have a long ultra-short distance and also improves the filling rate.
본 발명의 한 특징에 따른 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법은,Microlens array manufacturing method according to an aspect of the present invention,
기판 상에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층을 형성하는 단계; 마스크를 사용하여 상기 포토레지스트층의 일부를 노광하는 단계; 상기 포토레지스트층의 상부에 박막을 형성하는 단계; 상기 박막이 형성된 포토레지스트층을 현상하는 동시에 초음파 진동을 가하여 상기 박막이 융기하도록 하는 단계; 및 융기한 상기 박막에 전면 노광을 수행하는 단계를 포함한다.Applying a photoresist on the substrate to form a photoresist layer; Exposing a portion of the photoresist layer using a mask; Forming a thin film on the photoresist layer; Developing the photoresist layer on which the thin film is formed and simultaneously applying ultrasonic vibration so that the thin film is raised; And performing a front surface exposure on the raised thin film.
여기서, 상기 포토레지스트층을 형성하는 단계에서, 스핀코팅에 의해 상기 포토레지시트층의 두께 조절이 수행되고, 상기 스핀코팅 후에 소프트 소성이 추가로 수행되는 것을 특징으로 한다.Here, in the forming of the photoresist layer, the thickness control of the photoresist sheet layer is performed by spin coating, and the soft baking is further performed after the spin coating.
또한, 상기 박막은 상기 포토레지스트층의 상부에 대한 전체 노광에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the thin film is characterized in that formed by the entire exposure to the upper portion of the photoresist layer.
또한, 마이크로 렌즈의 초점거리에 따라 상기 박막의 두께가 조절되는 것을 특징으로 한다.In addition, the thickness of the thin film is controlled according to the focal length of the micro lens.
또한, 상기 박막을 형성하는 단계에서, 상기 박막에 대한 노광 후 소성이 추가로 수행될 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, in the forming of the thin film, post-exposure baking of the thin film may be further performed.
또한, 상기 박막이 융기하도록 하는 단계는, 현상액에 상기 기판, 상기 포토레지스트층 및 상기 박막을 담구는 단계; 및 초음파 발생 장치를 사용하여 상기 기판, 상기 포토레지스트층 및 상기 박막에 진동을 가하는 단계를 포함한다.In addition, the step of allowing the thin film to be raised, immersing the substrate, the photoresist layer and the thin film in a developer; And applying vibration to the substrate, the photoresist layer and the thin film using an ultrasonic wave generator.
또한, 상기 박막이 융기하도록 하는 단계는, 현상액이 담긴 초음파 발생 장치 내에 상기 기판, 상기 포토레지스트층 및 상기 박막을 담구는 단계; 및 상기 초음파 발생 장치를 사용하여 상기 기판, 상기 포토레지스트층 및 상기 박막에 진동을 가하는 단계를 포함한다.In addition, the step of allowing the thin film is raised, the step of immersing the substrate, the photoresist layer and the thin film in an ultrasonic generator containing a developer; And applying vibration to the substrate, the photoresist layer and the thin film using the ultrasonic wave generator.
또한, 상기 전면 노광을 수행하는 단계 후에, 니켈 전기도금 또는 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 상기 전면 노광이 수행된 후의 상기 박막의 형틀을 떠서 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, after performing the front surface exposure, the microlens array is formed by floating the mold of the thin film after the front surface exposure is performed by nickel electroplating or polydimethylsiloxane (PDMS).
또한, 상기 포토레지스트는 자외선 감광제 폴리머 또는 SU-8인 것을 특징으로 한다.In addition, the photoresist is characterized in that the ultraviolet photosensitizer polymer or SU-8.
또한, 상기 포토레지스트층의 두께는 200 내지 300um이고, 상기 박막의 두께는 25 내지 40um인 것을 특징으로 한다.In addition, the thickness of the photoresist layer is 200 to 300um, the thickness of the thin film is characterized in that 25 to 40um.
본 발명에 따르면, 마스크 패턴 그대로 마이크로 렌즈 어레이를 만들 수 있기 때문에 복잡한 계산과정을 생략할 수 있다.According to the present invention, since the microlens array can be made as the mask pattern, a complicated calculation process can be omitted.
또한, 박막의 두께로 초점거리가 조절될 수 있기 때문에 상당히 긴 초점거리를 가지는 렌즈도 제작할 수 있다.In addition, since the focal length can be adjusted by the thickness of the thin film, a lens having a considerably long focal length can be manufactured.
또한, 내부로부터 부풀어 오르는 현상을 이용한 것이기 때문에 공정시 표면의 먼지 농도가 짙더라도 제작이 완료된 후에 세척이 가능하고, 원하는 개구면의 모양(원형, 사각, 삼각 등) 대로 마이크로 렌즈를 형성시킬 수 있기 때문에 채움율(Fill Factor) 측면에서도 높은 효과를 볼 수 있다.In addition, because it uses the phenomenon of swelling from the inside, even after the concentration of dust on the surface during the process can be cleaned after the completion of the production, it is possible to form a micro lens according to the shape of the desired opening surface (round, square, triangular, etc.) Because of this, the effect can be seen in terms of fill factor.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이의 사시도이다.1 is a perspective view of a micro lens array according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 마이크로 렌즈 어레이의 평면도이다.FIG. 2 is a plan view of the micro lens array shown in FIG. 1.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 제조하기 위해 기판 상에 포토레지스트가 도포된 상태를 도시한 도면이다.3 is a view showing a state in which a photoresist is applied on a substrate to manufacture a micro lens array according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3에서의 포토레지스트층이 마스크를 통해 노광된 후의 상태를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a state after the photoresist layer in FIG. 3 is exposed through a mask.
도 5는 도 3에서의 포토레지스트층에 박막을 형성한 후의 상태를 도시한 도면이다.FIG. 5 is a view showing a state after forming a thin film on the photoresist layer in FIG.
도 6은 도 5에서의 포토레지스트층에 대한 현상 후의 상태를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a view showing a state after development of the photoresist layer in FIG. 5.
도 7은 도 6에서의 융기된 박막에 대한 노광 후 완성된 마이크로 렌즈 어레이를 도시한 도면이다.FIG. 7 illustrates a completed microlens array after exposure to the raised thin film of FIG. 6.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise. In addition, the terms “… unit”, “… unit”, “module”, etc. described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software. have.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이의 제조 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a micro lens array according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 마이크로 렌즈 어레이의 평면도이다.1 is a perspective view of a micro lens array according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the micro lens array shown in FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이(10)는 사각 판 상의 기판(100), 그 기판(100) 상에 형성되어 있는 포토레지스트막(110), 그리고 포토레지스트막(110) 상에 형성되어 있는 복수의 마이크로 렌즈(120)를 포함한다. 1 and 2, a micro lens array 10 according to an exemplary embodiment of the present invention may include a substrate 100 on a rectangular plate, a photoresist film 110 formed on the substrate 100, and a photo. A plurality of micro lenses 120 formed on the resist film 110 is included.
여기서, 기판(100)은 투명한 소재의 기판이며, 예를 들어 유리 기판이 사용될 수 있다.Here, the substrate 100 is a substrate of a transparent material, for example, a glass substrate may be used.
또한, 기판(100)의 형태는 용도에 따라 사각형 외에 다른 형태, 예를 들어 원형 등의 형태로 제조될 수 있다.In addition, the shape of the substrate 100 may be manufactured in a form other than a square, for example, circular, depending on the use.
이하, 상기한 마이크로 렌즈 어레이(10)의 제조 과정에 대해 설명한다.Hereinafter, the manufacturing process of the micro lens array 10 will be described.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 제조하기 위해 기판 상에 포토레지스트가 도포된 상태를 도시한 도면이다.3 is a view showing a state in which a photoresist is applied on a substrate to manufacture a micro lens array according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 일반적인 반도체 공정 상의 리소그래피 방법과 같은 절차로, 유리 기판(100) 위에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층(111)을 형성한다(S100). 이 때 포토레지스트로는 음성감광제인 SU-8이 사용될 수 있으며, 이러한 음성감광제는 자외선 감광성 폴리머이다.Referring to FIG. 3, the photoresist layer 111 is formed by applying a photoresist on the glass substrate 100 in the same procedure as a lithography method in a general semiconductor process (S100). In this case, SU-8, which is a negative photosensitive agent, may be used as the photoresist, and the negative photosensitive agent is an ultraviolet photosensitive polymer.
이러한 포토레지스트층은 스핀코팅을 통해 두께 조절이 수행될 수 있다. 예를 들어, 500rpm 5초, 램핑 레이트(ramping rate) 300rpm/s 로 2000rpm까지 증가시킨 후 2000rpm에서 20초간 스핀코팅을 진행한다. 이러한 조건은 유리 기판(100) 위에 200um 두께로 포토레지스트층(111)을 도포하는 조건이다. 본 발명의 실시예에 따른 포토레지스트층은 200 내지 300um의 두께를 가질 수 있다.The photoresist layer may be adjusted in thickness through spin coating. For example, 500 rpm 5 seconds, ramping rate (ramping rate) to 300rpm / s to increase to 2000rpm and spin coating for 20 seconds at 2000rpm. Such a condition is a condition of applying the photoresist layer 111 to a thickness of 200 μm on the glass substrate 100. The photoresist layer according to the embodiment of the present invention may have a thickness of 200 to 300um.
상기한 스핀코팅 후에 소프트 소성(soft baking) 과정이 추가로 진행될 수 있다. 이러한, 소프트 소성 과정은 65도에서 5분, 램핑 온도를 3 degree/min 으로 95도까지 올린 후, 95도에서 1시간 동안 가열되는 방식으로 수행될 수 있다. After the spin coating, a soft baking process may be further performed. Such a soft firing process may be performed by heating the ramping temperature to 95 degrees at 5 degrees at 65 degrees and 95 degrees at 3 degrees / min, and then heating at 95 degrees for 1 hour.
이 과정을 통해 포토레지스트층(111)에 포함되어있는 솔벤트(Solvent)를 기화시키고 포토레지스트층을 경화시킬 수 있는 조건이 된다.Through this process, the solvent (Solvent) included in the photoresist layer 111 is vaporized and becomes a condition for curing the photoresist layer.
도 4는 도 3에서의 포토레지스트층(111)이 마스크를 통해 노광된 후의 상태를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a state after the photoresist layer 111 of FIG. 3 is exposed through a mask.
도 4를 참조하면, 이 후 포토레지스트층(111)에 패터닝을 할 때, 원하는 마이크로 렌즈(120) 모양대로 자외선 광을 통과시킬 수 있도록 하기 위해 개구면이 형성되어있는 마스크(200)를 사용하여 40초간 노광을 진행한다(S110). 그러면, 포토레지스트층(111)은 마스크(200)에 의해 노광되지 않은 포토레지스트(112)와 노광된 포토레지스트(113)로 구성된다. 여기서, 마스크(200)는 도 2에 도시된 바와 같은 마이크로 렌즈(120)가 포토레지스트층(111)과 접촉하는 원형의 단면과 동일한 형태를 갖는다.Referring to FIG. 4, when patterning the photoresist layer 111 thereafter, a mask 200 having an opening surface is formed in order to allow ultraviolet light to pass in the shape of a desired microlens 120. The exposure is performed for 40 seconds (S110). Then, the photoresist layer 111 is composed of the photoresist 112 and the exposed photoresist 113 that is not exposed by the mask 200. Here, the mask 200 has the same shape as the circular cross section in which the microlens 120 as shown in FIG. 2 contacts the photoresist layer 111.
여기까지는 일반적인 포토레지스트의 패터닝 과정과 동일하다고 볼 수 있다.Up to this point, it can be regarded as the same as the general patterning process of photoresist.
도 5는 도 3에서의 포토레지스트층(111)에 박막을 형성한 후의 상태를 도시한 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a state after forming a thin film on the photoresist layer 111 in FIG. 3.
도 5를 참조하면, 상기 과정(S110) 후에 마스크(200)를 제거하고 전체 면적을 5초간 노광시켜서 포토레지스트층(111)의 상부가 박막(130)으로 형성되도록 한다(S120).Referring to FIG. 5, after the process S110, the mask 200 is removed and the entire area is exposed for 5 seconds to form an upper portion of the photoresist layer 111 as the thin film 130 (S120).
이 박막(130)은 추후의 현상 과정 중에 포토레지스트가 녹아 없어지는 것을 방지하기 위해 형성하는 것이다. 이러한 박막(130)의 두께는 포토레지스트층(111) 전체 면을 노광하는 시간에 따라 결정된다. 또한, 이 박막(130)의 두께는 마이크로 렌즈(120)의 초점거리를 조절할 수 있는 요소가 된다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 박막(130)은 25 내지 40um의 두께를 가질 수 있다.The thin film 130 is formed to prevent the photoresist from melting away during the later development process. The thickness of the thin film 130 is determined according to the time for exposing the entire surface of the photoresist layer 111. In addition, the thickness of the thin film 130 becomes an element capable of adjusting the focal length of the microlens 120. For example, the thin film 130 according to the embodiment of the present invention may have a thickness of 25 to 40um.
상기한 노광 과정(S120) 후에 노광 후 소성(Post exposure baking) 과정이 95도에서 15분간 진행될 수 있다. 이러한, 노광 후 소성은 포토레지스트의 노광된 부위들 내에 가교성 부분들의 가교를 더 증진시키기 위해 수행되는 것이다.After the exposure process S120, a post exposure baking process may be performed at 95 degrees for 15 minutes. This post-exposure bake is performed to further promote crosslinking of the crosslinkable moieties in the exposed portions of the photoresist.
도 6은 도 5에서의 포토레지스트층(111)에 대한 현상 후의 상태를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a state after development of the photoresist layer 111 in FIG. 5.
도 6을 참조하면, 상기 과정(S120) 또는 상기한 노광 후 소성 과정 후에, 현상액에 기판(100), 포토레지스트층(111) 및 박막(130)을 모두 담군 후 초음파 발생 장치(Ultra sonicator)를 사용하여 5분간의 진동을 준다(S130). 이와 같이, 초음파 발생 장치의 진동에 의해 박막(130)의 결함(Defect) 사이로 현상액의 분자들이 침투하면서 포토레지스트가 녹아 없어지는 대신 포토레지스트와 현상액의 혼합물이 박막(130) 안에서 합쳐져서 도 6에 도시된 바와 같이 박막이 융기한 상태가 된다. Referring to FIG. 6, after the process (S120) or the post-exposure baking process, an ultrasonic generator after immersing all of the substrate 100, the photoresist layer 111, and the thin film 130 in a developing solution is used. Give a vibration of 5 minutes using (S130). As described above, instead of the photoresist melting as molecules of the developer penetrate between defects of the thin film 130 due to the vibration of the ultrasonic wave generator, a mixture of the photoresist and the developer is combined in the thin film 130 and illustrated in FIG. 6. As described above, the thin film is in a raised state.
한편, 상기에서 초음파 발생 장치에 현상액이 담겨져 있고, 그 현상액에 기판(100), 포토레지스트층(111) 및 박막(130)을 모두 담군 후에 초음파 발생 장치를 사용하여 진동을 주는 방식이 사용될 수도 있다.On the other hand, the developer is contained in the ultrasonic generator, and after the substrate 100, the photoresist layer 111 and the thin film 130 are all immersed in the developer may be used a method of giving a vibration using the ultrasonic generator. .
도 7은 도 6에서의 융기된 박막(130)에 대한 노광 후 완성된 마이크로 렌즈 어레이를 도시한 도면이다.FIG. 7 illustrates a completed microlens array after exposure to the raised thin film 130 in FIG. 6.
도 7을 참조하면, 상기한 과정(S130)을 거쳐서 박막(130)이 융기한 상태에서 전면 노광(Flood Exposure)을 진행하면 마이크로 렌즈의 형태를 갖춘대로 경화가 진행이 되며 경화가 완료 되었을 때에는 구면 렌즈의 형상을 갖춘 마이크로 렌즈 어레이(10)가 형성된다(S140). 즉, 기판(100) 상에 포토레지스트막(110)이 형성되고, 그 위에 마이크로 렌즈(120)가 형성되어 최종적으로 마이크로 렌즈 어레이(10)가 형성된다.Referring to FIG. 7, if the surface exposure is performed while the thin film 130 is raised through the above-described process (S130), curing proceeds as long as the microlens has a shape. A micro lens array 10 having a lens shape is formed (S140). That is, the photoresist film 110 is formed on the substrate 100, the microlens 120 is formed thereon, and finally the microlens array 10 is formed.
한편, 상기한 과정(S140)을 거쳐 생성되는 마이크로 렌즈 어레이(10)를 그대로 렌즈로 사용해도 되지만, 경화된 포토레지스트의 경우 PC(poly carbonate)나 PMMA(Poly methyl methacrylate)보다 투명도가 부족하기 때문에 이 형태를 니켈 전기도금(Nickel Electroplating)이나 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 형틀을 떠서 그곳에 PC나 PMMA로 다시 형틀을 뜨는 방식으로 최종 마이크로 렌즈 어레이(10)를 형성할 수도 있다.On the other hand, the micro lens array 10 generated through the above-described process (S140) may be used as a lens, but because the cured photoresist is less transparent than PC (poly carbonate) or PMMA (Poly methyl methacrylate) This form may be formed by nickel electroplating or polydimethylsiloxane (PDMS) to form the final microlens array 10 by reforming with PC or PMMA.
또한, 포토레지스트에 인가되는 자외선 광은 5~8mJ/s*cm2 의 세기를 가진 365~400nm의 파장대의 빛이다.In addition, the ultraviolet light applied to the photoresist is light of a wavelength range of 365 to 400nm having an intensity of 5 ~ 8mJ / s * cm 2 .
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

Claims (8)

  1. 기판 상에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층을 형성하는 단계;Applying a photoresist on the substrate to form a photoresist layer;
    마스크를 사용하여 상기 포토레지스트층의 일부를 노광하는 단계;Exposing a portion of the photoresist layer using a mask;
    상기 포토레지스트층의 상부에 박막을 형성하는 단계; Forming a thin film on the photoresist layer;
    상기 박막이 형성된 포토레지스트층을 현상하는 동시에 초음파 진동을 가하여 상기 박막이 융기하도록 하는 단계; 및Developing the photoresist layer on which the thin film is formed and simultaneously applying ultrasonic vibration so that the thin film is raised; And
    융기한 상기 박막에 전면 노광을 수행하는 단계Performing a front-side exposure on the raised thin film
    를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법.Micro lens array manufacturing method comprising a.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 포토레지스트층을 형성하는 단계에서,In the forming of the photoresist layer,
    스핀코팅에 의해 상기 포토레지시트층의 두께 조절이 수행되고,The thickness control of the photoresist sheet layer is performed by spin coating,
    상기 스핀코팅 후에 소프트 소성이 추가로 수행되는Soft firing is further performed after the spin coating
    것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법.Micro lens array manufacturing method characterized in that.
  3. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 박막은 상기 포토레지스트층의 상부에 대한 전체 노광에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법.And the thin film is formed by total exposure to the upper portion of the photoresist layer.
  4. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    마이크로 렌즈의 초점거리에 따라 상기 박막의 두께가 조절되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법.The thickness of the thin film is controlled according to the focal length of the micro lens array manufacturing method of the micro lens.
  5. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 박막을 형성하는 단계에서, 상기 박막에 대한 노광 후 소성이 추가로 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법.In the step of forming the thin film, micro-lens array manufacturing method characterized in that the post-exposure baking for the thin film can be further performed.
  6. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 전면 노광을 수행하는 단계 후에,After performing the front surface exposure,
    니켈 전기도금 또는 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 상기 전면 노광이 수행된 후의 상기 박막의 형틀을 떠서 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는Forming a micro lens array by floating the mold of the thin film after the entire surface exposure is performed by nickel electroplating or polydimethylsiloxane (PDMS)
    것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법.Micro lens array manufacturing method characterized in that.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6,
    상기 포토레지스트는 자외선 감광제 폴리머 또는 SU-8인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법.And the photoresist is an ultraviolet photosensitive polymer or SU-8.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6,
    상기 포토레지스트층의 두께는 200 내지 300um이고,The thickness of the photoresist layer is 200 to 300um,
    상기 박막의 두께는 25 내지 40um인 The thickness of the thin film is 25 to 40um
    것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법.Micro lens array manufacturing method characterized in that.
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