KR100645220B1 - 이미지 센서의 마이크로 렌즈 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 이미지 센서의 표면 상에 마이크로 렌즈를 위한 포토레지스트층을 형성하고, 포토레지스트층을 감쇠형 위상 시프트 마스크(attenuated PSM)를 이용하여 노광하되 사이드 로브(side lobe)를 수반하며 노광하고, 포토레지스트층을 현상하여 포토레지스트 패턴들을 형성한 후, 리플로우(reflow)하여 상호 간에 연결된 마이크로 렌즈들을 형성하는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 제조 방법을 제시한다.
이미지 센서, PSM, 사이드 로브
Description
도 1 및 도 2는 종래의 이미지 센서의 마이크로 렌즈를 설명하기 위해서 제시한 사진들이다.
도 3 및 도 4는 종래의 이미지 센서의 마이크로 렌즈 제조 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 5는 종래의 이미지 센서의 마이크로 렌즈의 갭(gap)을 지나는 스트레이 빔(stray beam)을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 마이크로 렌즈를 형성하는 방법을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면들이다.
본 발명은 이미지 센서(image sensor)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 감쇠형 위상 시프트 마스크(attenuated Phase Shift Mask)의 사이드 로브(side lobe)를 이용한 이미지 센서의 마이크로 렌즈(micro lens) 제조 방법에 관한 것이다.
현재 CMOS 이미지 센서의 마이크로 렌즈 제조 방법은 디포커스(defocus) 현 상과 리플로우(reflow) 현상을 이용하여 마이크로 렌즈를 형성하고 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 이미지 센서의 마이크로 렌즈를 설명하기 위해서 제시한 사진들이다. 도 3 및 도 4는 종래의 이미지 센서의 마이크로 렌즈 제조 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다. 도 5는 종래의 이미지 센서의 마이크로 렌즈의 갭(gap)을 지나는 스트레이 빔(stray beam)을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 1은 마이크로 렌즈의 전체적인 평면 이미지(top view image)를 보여주는 도면이고, 도 2는 마이크로 렌즈들 사이의 갭(gap)을 보여주는 사진이다. 마이크로 렌즈의 경우 포토 다이오드(photo diode)에 빛을 모아주기 위해서, 볼록 렌즈 형태로 형성되고 있다.
이때, 도 3 및 도 4에 제시된 바와 같이 투명 하지층(10) 상에 포토레지스트(PR)를 도포하고, 마스크(mask: 30)를 이용하여 노광한다. 이때, 디포커스 현상을 이용해서, 포토레지스트 패턴(20)을 사다리꼴 모양으로 만들어 준다. 이후에, PR 패턴(20)을 융점(melting point)까지 가열해주면 유동성을 가지면서 둥글어지는 현상, 즉, 리플로우 현상을 이용하여 도 4에 제시된 바와 같이 마이크로 렌즈(21)를 형성한다.
그런데, 이와 같이 형성되는 마이크로 렌즈(21)는 렌즈(21)들 사이에 갭이 발생된다. 마이크로 렌즈(21)의 갭을 통해 들어오는 대상물(object: 50)의 이미지 광은, 포토 다이오드(40)에 정확하게 포커스(focus)되지 못하게 된다. 마이크로 렌즈(21)의 갭 부분은 평평한 부분이므로, 이러한 부분으로 들어온 빛은 그대로 직진 하게 되어 투명 하지층(10) 아래의 포토 다이오드(40)에 모이지 못하는 스트레이 빔(stray beam)으로 이해될 수 있다. 마이크로 렌즈(21)를 통해서 내려오는 광은 포토 다이오드(40)에 포커스되지만, 그 외의 빛은 스트레이 빔이 되어 이미지 질을 저하시키는 원인이 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이미지 센서의 마이크로 렌즈들 사이의 갭(gap)을 제거할 수 있는 마이크로 렌즈 제조 방법을 제시하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 위한 본 발명의 일 실시예는, 이미지 센서의 표면 상에 마이크로 렌즈를 위한 포토레지스트층을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트층을 감쇠형 위상 시프트 마스크를 이용하여 노광하되 사이드 로브를 수반하며 노광하는 단계; 상기 포토레지스트층을 현상하여 포토레지스트 패턴들을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 리플로우(reflow)하여 상호 간에 연결된 마이크로 렌즈들을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 제조 방법을 제시한다.
상기 노광 단계는 상기 마이크로 렌즈들의 연결 부위에 상기 감쇠형 위상 시프트 마스크의 위상 시프트 패턴의 투과율에 의존하여 상기 마이크로 렌즈보다 작은 크기의 2차 렌즈를 형성할 수 있다.
상기 2차 렌즈는 상기 포토레지스트를 네거티브형으로 형성할 때 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이미지 센서의 마이크로 렌즈들 사이의 갭(gap)을 제거하여 렌즈 이외의 경로를 지나는 광을 근원적으로 없앨 수 있는 마이크로 렌즈 제조 방법을 제시할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 마이크로 렌즈를 형성하는 방법을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 6을 참조하면, 마이크로 렌즈를 위한 포토 마스크를 종래의 바이너리 마스크(binary mask: 도 3의 30) 대신에 감쇠형 PSM(Phase Shift Mask) 마스크(300)를 이용하여 노광을 수행한다. 감쇠형 PSM 마스크(300)는 투명 기판(310) 상에 x, y 방향으로 달리는 라인 패턴(line pattern), 즉, 격자 형태의 위상 시프트 패턴(phase shift pattern: 330)에 의해 노출된 기판(310) 부분의 투광 영역들이 모자익(mosaic) 형태로 배열된 패턴을 가지게 형성된다. 이러한 감쇠형 PSM 마스크(300)를 이용하여 하지층 상에 형성된 포토레지스트층을 노광하여 마이크로 렌즈를 형성한다.
이때, 감쇠형 PSM 마스크(300)를 사용하면 도 6의 웨이퍼 상의 광 세기 그래프에 제시된 바와 같이 사이드 로브(side lobe)가 발생하게 된다. 이 사이드 로브는 통상적인 포토(photo) 공정에서는 공정 마진(margin)을 감소시키는 요소로 인식되지만, 본 발명의 실시예에서는 사이드 로브의 세기 및 위치를 조절하여 인위적으로 라운드 형태의 포토레지스트 패턴을 만들 수 있다.
즉, 사이드 로브를 이용하면, 웨이퍼 상에서의 이미지는 도 6의 광 세기 그래프에서와 같이 컨트래스트(contrast)가 나빠지고, 이에 따라, 디포커스를 정밀하게 제어한 것 보다 더 효과적으로 렌즈들 사이에 렌즈 물질이 잔류하도록 유도할 수 있다. 이후에 리플로우 과정을 수행하며, 도 4에 제시된 바와 달리, 렌즈들 사이에 렌즈 물질이 잔류하므로 갭이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 사이드 로브의 크기는 감쇠형 PSM 마스크(300)의 투과율에 따라 도 7 및 도 8에 제시된 바와 같이 조절될 수 있다. 도 7은 180° 위상 시프트 패턴(330)이 대략 6% 정도의 투과율을 가지는 경우이고, 도 8은 대략 20% 정도의 투과율을 가지는 경우이다. 투과율에 따라 사이드 로브 정도가 달라지고, 이에 따라, 마이크로 렌즈들 사이에 잔류하는 렌즈 물질의 잔류 정도가 달라진다.
또한, 네거티브 포토레지스트(negative photoresist)를 사용할 경우, 도 9에 제시된 바와 같이, 하지층(100) 상에 형성된 렌즈(210)와 렌즈(210) 사이에 상대적으로 작은 2차 렌즈(211)를 구현할 수 있다. 이러한 2차 렌즈(210)는 광을 차단시키거나 다른 포토 다이오드로 스트레이 빔이 입사는 것을 막아주는 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 스트레이 빔이 포토 다이오드에 도달하여 이미지 질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 감쇠형 PSM 마스크의 사이드 로브를 이용하여 포토레지스트를 노광함으로써, 마이크로 렌즈들 사이에 갭(gap)이 형성되지 않도록 마이크로 렌즈를 위한 포토레지스트층을 노광할 수 있다. 이때, 렌즈들 사이에 보 다 작은 크기의 2차 렌즈가 형성되도록 유도할 수 있다.
이에 따라, 렌즈들 사이에 갭이 수반되지 않는 마이크로 렌즈를 구현할 수 있어, 마이크로 렌즈 이외의 경로를 지나는 광을 근원적으로 없앨 수 있어, 이미지 센서에 수광되는 이미지의 질을 효과적으로 높일 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예들을 통하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명은 여러 형태로 변형될 수 있다.
Claims (3)
- 이미지 센서의 표면 상에 마이크로 렌즈를 위한 포토레지스트층을 형성하는 단계;상기 포토레지스트층을 감쇠형 위상 시프트 마스크를 이용하여 노광하되 사이드 로브를 수반하며 노광하는 단계;상기 포토레지스트층을 현상하여 포토레지스트 패턴들을 형성하는 단계; 및상기 포토레지스트 패턴을 리플로우(reflow)하여 상호 간에 연결된 마이크로 렌즈들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 노광 단계는상기 마이크로 렌즈들의 연결 부위에 상기 감쇠형 위상 시프트 마스크의 위상 시프트 패턴의 투과율에 의존하여 상기 마이크로 렌즈보다 작은 크기의 2차 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 2차 렌즈는 상기 포토레지스트를 네거티브형으로 형성할 때 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 제조 방법.
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