Glass reflow process를 이용한 평면오목렌즈 제작

Abstract

초 록

Glass reflow process를 이용한 평면오목렌즈 제작

서울대학교 대학원 전기정보공학부 김민성

렌즈란 굴절률이 다른 매질을 빛이 통과할 때 굴절하는 성질을 이용하여 빛을 모으거나 분산시켜 상을 확대하거나 축소하는 도구이다. 이러한 성질을 가지는 렌즈는 일상생활, 과학연구, 의료, 우주항공 분야등 매우 많은 분야에서 사용되고 있으며 그 사용 영역은 더욱더 확대되고 있다. 일반적으로 렌즈는 연삭 공정을 통해 표면을 갈아서 형성하는데 크기가 작은 마이크로 렌즈의 필요성이 점차 커짐에 따라 반도체 공정을 이용한 제작법에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다. 그 중에서도 감광막, PDMS(Polydimethylsiloxane)와 같은 폴리머를 이용한 렌즈제작에 대한 연구가 많이 이루어졌으며 글래스를 이용하여 렌즈를 제작하는 방법에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 글래스를 이용한 렌즈 제작 방법에 대한 연구는 볼록렌즈 제작법에 관한 비중이 높으며 볼록렌즈와 더불어 중요 광학 부품 중 하나임에도 불구하고 오목렌즈를 제작하는 방법에 대한 연구는 부족한 것이 사실이다. 본 논문은 반도체 공정을 이용하여 오목렌즈를 제작하는 방법에 관한 것으로 아직 시도되지 않은 글래스 리플로우 공정을 이용하여 구조의 크기를 컨트롤 하였다. 이를 위해 렌즈에 관한 광학 공식을 이용하여 렌즈를 설계하고 설계한 렌즈를 제작하기 위해 하나의 마스크와 글래스 리플로우를 이용하여 아래와 같이 오목렌즈를 제작하였다. 한 장의 실리콘 웨이퍼는 170㎛의 캐비티를 DRIE(Deep Reactive Ion Etching)로 형성하고 또 다른 실리콘 웨이퍼는 2000㎛의 지름을 가지는 실린더의 관통공정을 진행한다. 이렇게 준비된 실리콘 웨이퍼와 Pyrex7740 글래스 웨이퍼는 양극 접합을 진행한 후 글래스 웨이퍼가 변형될 수 있도록 675℃에서 5분간 글래스 리플로우를 진행한다. 이 때 Pyrex7740 글래스 웨이퍼의 위에 양극 접합되어 렌즈의 지름을 결정할 관통 실리콘 웨이퍼와 Pyrex7740 글래스 웨이퍼 아래쪽에 양극 접합된 아래쪽 실리콘 웨이퍼와의 압력차이가 렌즈를 형성하게 된다. 이렇게 제작된 렌즈의 표면형상은 알파스텝을 이용하여 측정하였으며 렌즈의 새그(sag height)값과 지름은 렌즈에 크롬을 증착한 뒤 현미경 깊이 측정기를 이용하여 측정하였다. 이렇게 측정된 평면 오목렌즈는 각각 평균 지름 2008㎛, 평균 새그값 163.8㎛, 평균 초점거리 -6.7mm를 갖는다. 본 논문은 MEMS공정을 통하여 단일한 공정조건에서 렌즈를 형성할 수 있으며 mm단위의 크기를 갖는 오목렌즈를 제작하는 새로운 방법을 제안하였다.

주요어 : Plano concave lens, Glass reflow process, Triple anodic bonding, Lens equation

학 번 : 2015-20894