KR100693927B1 - 마이크로 렌즈 제조방법, 마이크로 렌즈 어레이 제조방법및 이미지 센서 제조방법 - Google Patents
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Abstract
마이크로 렌즈 제조방법은 제 1 렌즈 패턴을 형성하는 단계, 제 1 렌즈 패턴의 일부분 상에 제 2 렌즈 패턴을 형성하는 단계 및 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴을 리플로우 시켜 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다. 마이크로 렌즈 어레이 제조방법 및 씨모스 이미지 센서 제조방법은 상술한 마이크로 렌즈 제조방법에 따라 마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 멀수록 마이크로 렌즈의 곡률 비대칭성이 크게 되도록 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈를 형성한다. 따라서, 효과적으로 마이크로 렌즈의 곡률을 제어할 수 있다.
Description
도 1은 곡률이 일정한 평볼록 렌즈의 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 쉐이딩 현상을 설명하기 위한 이미지 센서의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 4는 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈의 단면도이다.
도 5 내지 도 9는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 곡률 제어방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 제조방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 빛이 입사하는 쪽에서 바라본 평면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이의 쉐이딩 현상 개선을 설명하기 위한 이미지 센서의 단면도이다.
도 19 내지 도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
S310 : 제 1 렌즈 패턴 형성단계
S320 : 제 2 렌즈 패턴 형성단계
S330 : 마이크로 렌즈 형성단계
본 발명은 이미지 센서(image sensor)에 관한 것으로, 특히 이미지 센서에 사용되는 마이크로 렌즈 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 대표적으로 전하결합소자(CCD; Charge Coupled Device)와 씨모스(CMOS) 이미지 센서가 널리 사용되고 있다. 이 중, 씨모스 이미지 센서는 웨이퍼 공정을 통한 대량생산이 가능하고, 전력 소비가 낮으며, 주변회로와 양립성이 좋고, 1칩화가 가능하여 디지털 카메라, 스마트 폰, PDA(Personal Digital Assistant), 노트북, 보안카메라, 바코드 탐지기, HDTV 해상도 카메라, 완구용품 등에 널리 적용되고 있다.
이미지 센서는 크게 빛을 감지하는 광감지부(통상적으로 포토다이오드를 포함)와 감지된 빛을 전기적 신호로 변환하여 처리하는 로직회로부로 구성되는 바, 광감도를 높이기 위하여 단위화소의 면적 중 광감지부의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하여야 하지만 근본적으로 칩 사이즈에 한계가 있고, 사용되는 픽셀의 수가 증가하고 있으며, 로직회로부를 완전히 제거할 수는 없기 때문에 단위화소의 면적 중 광감지부의 면적이 차지할 수 있는 비율에는 한계가 있다.
따라서, 광감도를 높여주기 위하여 포토다이오드 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꾸어서 빛을 포토다이오드로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 집광을 위하여 각각의 단위화소마다 빛을 집광하는 마이크로 렌즈가 사용되게 된다. 통상적으로, 마이크로 렌즈는 곡률이 일정한 평볼록 렌즈(planoconvex)로 구현된다.
도 1은 곡률이 일정한 평볼록 렌즈의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 평볼록 렌즈의 곡면이 모두 원점(P)을 중심으로 하는 반지름 R인 원의 일부인 것을 알 수 있다.
종래 기술에 따른 이미지 센서에서 마이크로 렌즈는 그 중심이 포토다이오드 등 포토 디텍터의 중심의 상부에 위치하도록 형성되는데, 이와 같은 경우에 모듈 렌즈를 통하여 들어오는 빛이, 수광면에 대하여 수직으로 입사하는 마이크로 렌즈 어레이의 중심부에 집중됨에 따라 마이크로 렌즈 어레이의 중심부에서 먼 포토다이오드는 상대적으로 적은 양의 빛을 수광하게 된다. 따라서, 이러한 경우에 이미지 센서에 의해 촬상된 이미지에는 주변이 검게 보이는 쉐이딩(shading) 현상이 나타나게 된다.
도 2는 종래 기술에 따른 쉐이딩 현상을 설명하기 위한 이미지 센서의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 포토 디텍터들(210L, 210C, 210R) 각각의 상부에 마이크로 렌즈들(220L, 220C, 220R) 각각이 위치하는 것을 알 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 모듈 렌즈(미도시)를 통하여 들어오는 빛이 마이크로 렌즈 어레이의 중심부에 위치한 마이크로 렌즈(220C)에 대해서는 수광면(52)에 수직방향으로 입사하게 되나 마이크로 렌즈 어레이의 중심부로부터 먼 마이크로 렌즈들(220L, 220R)에 대해서는 수광면(52)에 비스듬하게 입사하게된다. 따라서, 마이크로 렌즈 어레이의 중심부로부터 먼 포토 디텍터들(210L, 210R)은 그 중심부에 빛이 모이지 아니하고, 가장자리에 빛이 집광되어 수광효율이 떨어지게 된다. 나아가, 모듈 렌즈를 통하여 들어오는 빛이 마이크로 렌즈 어레이의 중심부에 집중되므로 마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 멀리 떨어져 있는 포토 디텍터들(210L, 210R)은 상대적으로 수광할 수 있는 광량이 적다.
쉐이딩 현상을 줄이기 위해 종래에는 마이크로 렌즈 어레이의 중심부에서 먼 마이크로 렌즈의 위치를 마이크로 렌즈 어레이의 중심부 쪽으로 이동시키는 방법이 사용되었다. 마이크로 렌즈 어레이의 중심부에서 먼 마이크로 렌즈의 위치를 중심 부 쪽으로 이동시킴으로써 마이크로 렌즈 어레이의 중심부로부터 먼 포토 디텍터들의 중심부에 빛이 집광되도록 할 수 있어 수광효율을 향상시킬 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 예를 들어 쉐어드 픽셀(shared-pixel) 구조의 이미지 센서와 같이 마이크로 렌즈의 위치를 적절히 쉬프트할 수 없는 경우에 적용되기 어렵다. 쉐어드 픽셀 또는 픽셀 쉐어드 구조의 씨모스 이미지 센서는 Hwang-Cherng Chow 및 Yung-Kuo Ho에 의해 2002년 IEEE에 발표된 "New Pixel-Shared Design and Split-Path Readout of CMOS Image Sensor Circuits"라는 제목으로 소개된 논문에 그 구조가 상세하게 개시되어 있다.
일본공개특허 평11-340446호에는 '고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조방법'이 개시되어 있다. 일본공개특허 평11-340446호의 고체 촬상 장치는 마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 먼 마이크로 렌즈의 곡률을 비대칭적으로 함으로써 효과적으로 포토 디텍터의 중심부에 집광할 수 있어 수광효율을 높일 수 있다. 나아가, 일본공개특허 평11-340446호의 고체 촬상 장치의 제조방법은 마이크로 렌즈를 가열하고 이를 회전시킴으로써 윈심력을 이용하여 회전축으로부터 먼 마이크로 렌즈일수록 해당 마이크로렌즈의 곡률이 더욱 비대칭으로 되도록 한다. 그러나, 일본공개특허 평11-340446호의 고체 촬상 장치의 제조방법은 실제 마이크로 렌즈 제조공정에 적용되기 어렵다. 일본공개특허 평11-340446호의 고체 촬상 장치의 제조방법은 마이크로 렌즈 제조공정시에 웨이퍼를 모듈 렌즈 단위로 커팅한 후 커팅된 각각의 웨이퍼 조각을 회전시키면서 공정을 진행하여야 하며 이는 이미지 센서의 제조단가를 상승시키고 이미지 센서 제작시간을 크게 증가시켜 심각한 문제가 된다.
따라서, 효과적으로 마이크로 렌즈의 곡률을 비대칭적으로 만들 수 있는 마이크로 렌즈의 제조방법의 필요성이 절실히 대두된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 효과적으로 비대칭적인 곡률을 가지는 마이크로 렌즈를 제작할 수 있는 마이크로 렌즈의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 효과적으로 마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 먼 마이크로 렌즈일수록 그 곡률의 비대칭성이 큰 마이크로 렌즈 어레이를 제작할 수 있는 마이크로 렌즈 어레이 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 효과적으로 마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 먼 마이크로 렌즈일수록 그 곡률의 비대칭성이 큰 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 이미지 센서를 제작할 수 있는 이미지 센서 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 마이크로 렌즈 제조방법은 제 1 렌즈 패턴을 형성하는 단계, 제 1 렌즈 패턴의 일부분 상에 제 2 렌즈 패턴을 형성하는 단계 및 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴을 리플로우시켜 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 마이크로 렌즈 어레이 제조방법은 제 1 렌즈 패턴 어레이를 형성하는 단계, 마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 먼 마이크로 렌즈일수록 곡률 비대칭성이 크게 되도록 제 1 렌즈 패턴 어레이 상에 제 2 렌즈 패턴 어레이를 형성하는 단계 및 결과물을 리플로우시키는 단계를 포함한다.
이 때, 마이크로 렌즈 어레이의 중심은 광이 수광면에 수직으로 입사되는 지점으로 모듈 렌즈의 중심에 상응하는 지점일 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 멀어질수록 모듈 렌즈를 통하여 입사하는 광이 수광면에 대하여 비스듬해진다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 이미지 센서 제조방법은 반도체 기판 상에 광을 감지하기 위한 포토 디텍터를 형성하는 단계, 포토 디텍터의 상부에 제 1 렌즈 패턴을 형성하는 단계, 제 1 렌즈 패턴의 일부분 상에 제 2 렌즈 패턴을 형성하는 단계 및 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴에 대하여 리플로우 공정을 수행하여 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
이 때, 마이크로 렌즈는 마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 멀수록 마이크로 렌즈의 곡률 비대칭성이 크게 되도록 할 수 있다.
실시예에 따라 이미지 센서 제조방법은 포토 디텍터 및 제 1 렌즈 패턴 사이에 컬러 필터를 형성하는 단계를 더 구비할 수도 있다.
마이크로 렌즈의 곡률이 비대칭적이라 함은 하나의 마이크로 렌즈의 곡면의 곡률이 일정하지 아니함을 뜻한다. 특히, 본 발명에서 곡률이 비대칭적이라 함은 한 마이크로 렌즈의 곡면중에서 마이크로 렌즈 어레이의 중심에 가까운 부분의 곡률과 마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 먼 부분의 곡률이 다름을 뜻한다.
곡률 비대칭성은 곡률이 큰 부분의 마이크로 렌즈의 곡률과 곡률이 작은 부분의 곡률 사이의 차이를 뜻한다.
상기한 마이크로 렌즈 어레이 제조방법 및 이미지 센서 제조방법에서 마이크로 렌즈의 곡률은 마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 먼 부분의 곡률이 마이크로 렌즈 어레이의 중심에 가까운 부분의 곡률보다 큰 것이 바람직하다.
이 때, 마이크로 렌즈의 곡률은 제 2 렌즈 패턴의 넓이에 의하여 제어될 수도 있고, 제 1 렌즈 패턴 상의 상기 제 2 렌즈 패턴의 위치에 따라 제어될 수도 있으며, 제 2 렌즈 패턴의 두께를 이용하여 제어될 수도 있다.
실시예에 따라, 상술한 본 발명의 제조방법들은 제 1 렌즈 패턴 상에 둘 이상의 층을 형성한 후 리플로우를 수행하여 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈를 형성할 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 제조방법들은 제 2 렌즈 패턴 상에 제 3 렌즈 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하여 제 1 렌즈 패턴, 제 2 렌즈 패턴 및 제 3 렌즈 패턴에 대하여 리플로우 공정을 수행하여 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈를 형성할 수도 있다.
따라서, 효과적으로 마이크로 렌즈의 곡률을 제어할 수 있어 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈를 용이하게 생성할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법은 먼저 제 1 렌즈 패턴을 형성한다(S310).
제 1 렌즈 패턴은 포토 디텍터의 상부에 형성될 수 있고, 이 때, 포토 디텍터는 포토 다이오드 등과 같이 빛을 수광하고, 수광된 빛을 전기신호로 변환하는 모든 장치를 포함한다. 제 1 렌즈 패턴과 포토 디텍터 사이에는 광투과층 또는 평탄화층이 형성될 수 있다.
예를 들어, 제 1 렌즈 패턴은 95%이상의 광 투과율을 가지는 열경화성 아크릴수지(Acrylic Resin)일 수 있다. 또한, 제 1 렌즈 패턴은 감광성 수지 또는 열가소성을 가지는 재료일 수도 있다.
제 1 렌즈 패턴은 노광 및 현상을 통하여 형성될 수 있다. 이 때, 제 1 렌즈층이 형성된 후 제 1 렌즈층에 노광 및 현상 공정을 수행하여 제 1 렌즈 패턴을 형성할 수 있다.
제 1 렌즈 패턴은 포토레지스트를 이용한 포토 리소그래피 공정을 이용하여 형성될 수도 있다. 이 때, 제 1 렌즈층이 형성되고, 제 1 렌즈층 상에 제 1 렌즈층의 일부를 노출시키도록 포토레지스트 패턴을 형성한다. 보다 구체적으로, 제 1 렌즈층 상에 포토레지스트 막을 형성한 후 포토레지스트 막에 노광 및 현상 공정을 수행하여 제 1 렌즈층 상에 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이후에, 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 제 1 렌즈층의 노출된 부분을 제거한다. 이에 따라, 제 1 렌즈 패턴이 형성된다.
다음에, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법은 제 1 렌즈 패턴의 일부분 상에 제 2 렌즈 패턴을 형성한다(S320).
이 때, 제 2 렌즈 패턴은 제 1 렌즈 패턴과 동일한 물질일 수 있다. 예를 들어, 제 2 렌즈 패턴은 95%이상의 광 투과율을 가지는 열경화성 아크릴수지(Acrylic Resin)일 수 있다. 또한, 제 2 렌즈 패턴은 감광성 수지 또는 열가소성을 가지는 재료일 수도 있다.
제 2 렌즈 패턴은 노광 및 현상을 통하여 형성될 수 있다. 이 때, 제 2 렌즈층이 형성된 후 제 2 렌즈층에 노광 및 현상 공정을 수행하여 제 2 렌즈 패턴을 형성할 수 있다.
제 2 렌즈 패턴은 포토레지스트를 이용한 포토 리소그래피 공정을 이용하여 형성될 수도 있다. 이 때, 제 2 렌즈층이 형성되고, 제 2 렌즈층 상에 제 2 렌즈층의 일부를 노출시키도록 포토레지스트 패턴을 형성한다. 보다 구체적으로, 제 2 렌즈층 상에 포토레지스트 막을 형성한 후 포토레지스트 막에 노광 및 현상 공정을 수행하여 제 2 렌즈층 상에 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이후에, 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 제 2 렌즈층의 노출된 부분을 제거한다. 이에 따라, 제 2 렌즈 패턴이 형성된다.
제 2 렌즈 패턴은 제 1 렌즈 패턴의 일부분 상에만 형성된다. 이는, 제 2 렌즈 패턴이 마이크로 렌즈의 곡률을 비대칭적으로 만들기 위한 것이기 때문이다.
이후에, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법은 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴을 리플로우시켜 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈를 형성 한다(S330).
이 때, 마이크로 렌즈 제조방법은 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴을 점차적으로 온도를 높여가면서 가열한 후 냉각시킬 수 있다.
예를 들어, 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴을 140℃에서 5분, 150℃에서 5분, 160℃에서 5분 및 170℃에서 5분 동안 가열한 후 냉각시킬 수 있다.
리플로우 공정을 통하여 연화된 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴은 그 표면장력 및 점성에 의하여 평볼록 렌즈(planoconvex)의 형상을 가지게 된다. 다만, 제 1 렌즈 패턴의 일부분 위에 제 2 렌즈 패턴을 형성하였으므로 제 2 렌즈 패턴이 형성된 부분의 곡률이 큰 마이크로 렌즈가 형성된다.
도 4는 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈는 도 1에 도시된 곡률이 일정한 평볼록 렌즈와는 달리 마이크로 렌즈의 곡면 중 곡률이 큰 부분은 반지름이 작은 원(420)의 일부로 볼 수 있고, 곡률이 작은 부분은 반지름이 큰 원(410)의 일부로 볼 수 있다.
곡률은 곡선 또는 곡면의 휜 정도를 나타내는 변화율을 뜻한다. 일반적으로 곡선 위의 점이 곡선을 따라 일정한 속도로 움직일 때, 그 진행 방향은 이동한 거리(곡선의 호의 길이)에 따라 변화한다. 이 때, 이동 방향의 변화율을 곡선의 곡률이라고 한다. 평면 곡선 위의 한 점 P에서 Q까지 곡선을 따라 이동한 이동거리를 Δs, 두 점 P, Q에서의 2개의 접선이 만드는 각을 Δθ라 하면, 곡률 k는 하기 수학식 1과 같이 정의된다.
일반적으로, 곡률이 크면 곡률 반경이 작고, 곡률이 크면 곡률 반경이 크다.
곡률이 비대칭적이라는 것은 도 4에 도시된 마이크로 렌즈와 같이 한 마이크로 렌즈의 곡면의 곡률이 일정하지 아니함을 뜻한다.
곡률 비대칭성은 곡률이 큰 부분의 마이크로 렌즈의 곡률과 곡률이 작은 부분의 곡률 사이의 차이를 뜻한다.
도 5 내지 도 9는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법은 먼저 제 1 렌즈 패턴(510)을 형성한다. 이 때, 제 1 렌즈 패턴(510)은 95%이상의 광 투과율을 가지는 열경화성 아크릴수지(Acrylic Resin)일 수 있다. 또한, 제 1 렌즈 패턴(510)은 감광성 수지 또는 열가소성을 가지는 재료일 수도 있다. 제 1 렌즈 패턴(510)이 노광 및 현상 또는 포토 리소그래피 공정을 통하여 생성될 수 있음은 상술한 바와 같다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법은 제 1 렌즈 패턴(510)의 일부분 상에 제 2 렌즈 패턴(610)을 형성한다. 이 때, 제 2 렌 즈 패턴(610)은 제 1 렌즈 패턴(510)과 동일한 물질일 수 있다. 예를 들어, 제 2 렌즈 패턴(610)은 95%이상의 광 투과율을 가지는 열경화성 아크릴수지(Acrylic Resin)일 수 있다. 또한, 제 2 렌즈 패턴(610)은 감광성 수지 또는 열가소성을 가지는 재료일 수도 있다. 제 2 렌즈 패턴(610)이 노광 및 현상 또는 포토 리소그래피 공정을 통하여 생성될 수 있음은 상술한 바와 같다. 제 2 렌즈 패턴(610)은 제 1 렌즈 패턴(510) 중 곡률을 크게 하고자 하는 부분 상에 형성되는 것이 바람직하다.
도 7 내지 도 9는 리플로우 공정에 따른 도 6에 도시된 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴의 변화를 도시한 단면도이다.
예를 들어, 리플로우 공정은 도 6에 도시된 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴을 140℃에서 5분, 150℃에서 5분, 160℃에서 5분 및 170℃에서 5분 동안 가열한 후 냉각시키는 것일 수 있다. 리플로우 공정을 통하여 연화된 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴은 그 표면장력 및 점성에 의하여 평볼록 렌즈(planoconvex)의 형상을 가지게 된다. 다만, 제 1 렌즈 패턴의 일부분 위에 제 2 렌즈 패턴을 형성하였으므로 도 9에 도시된 바와 같이 제 2 렌즈 패턴이 형성된 부분의 곡률이 큰 마이크로 렌즈가 형성된다.
도 10 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 곡률 제어방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 제 1 렌즈 패턴 위에 형성되는 제 2 렌즈 패턴의 넓이를 이용하여 마이크로 렌즈의 곡률을 제어할 수 있는 것을 알 수 있다. 이 때, 제 2 렌즈 패턴의 넓이란 제 2 렌즈 패턴이 제 1 렌즈 패턴과 접하는 면의 넓이를 뜻한다. 즉, 제 1 렌즈 패턴(111)의 일부분 상에 넓게 분포되는 제 2 렌즈 패턴(112)을 형성하여 제 1 렌즈 패턴(111) 및 제 2 렌즈 패턴(112)을 리플로우시키면 마이크로 렌즈의 곡률을 도 10에 도시된 것과 같이 만들 수 있다. 또한, 제 1 렌즈 패턴(121)의 일부분 상에 좁게 분포되는 제 2 렌즈 패턴(122)을 형성하여 제 1 렌즈 패턴(121) 및 제 2 렌즈 패턴(122)을 리플로우시키면 마이크로 렌즈의 곡률을 도 11에 도시된 것과 같이 만들 수 있다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제 1 렌즈 패턴 위에 형성되는 제 2 렌즈 패턴의 위치를 이용하여 마이크로 렌즈의 곡률을 제어할 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 제 1 렌즈 패턴(131)의 중심부에 제 2 렌즈 패턴(132)을 형성하여 제 1 렌즈 패턴(131) 및 제 2 렌즈 패턴(132)을 리플로우시키면 마이크로 렌즈의 곡률을 도 12에 도시된 것과 같이 만들 수 있다. 또한, 제 1 렌즈 패턴(141)의 가장자리에 제 2 렌즈 패턴(142)을 형성하여 제 1 렌즈 패턴(141) 및 제 2 렌즈 패턴(142)을 리플로우시키면 마이크로 렌즈의 곡률을 도 13에 도시된 것과 같이 만들 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 제 1 렌즈 패턴 위에 형성되는 제 2 렌즈 패턴의 두께를 이용하여 마이크로 렌즈의 곡률을 제어할 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 제 1 렌즈 패턴(151)의 일부분 상에 두께가 얇은 제 2 렌즈 패턴(152)을 형성하여 제 1 렌즈 패턴(151) 및 제 2 렌즈 패턴(152)을 리플로우시키면 마이크로 렌즈의 곡률을 도 14에 도시된 것과 같이 만들 수 있다. 또한, 제 1 렌즈 패턴(161)의 일부분 상에 두께가 두꺼운 제 2 렌즈 패턴(162)을 형성하여 제 1 렌즈 패턴(161) 및 제 2 렌즈 패턴(162)을 리플로우시키면 마이크로 렌즈의 곡률을 도 15에 도시된 것과 같이 만들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법은 제 1 렌즈 패턴 상에 둘 이상의 층을 형성한 후 리플로우를 수행하여 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈를 형성할 수도 있다. 예를 들어, 마이크로 렌즈 제조방법은 제 2 렌즈 패턴 상에 제 3 렌즈 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하여 제 1 렌즈 패턴, 제 2 렌즈 패턴 및 제 3 렌즈 패턴에 대하여 리플로우 공정을 수행하여 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈를 형성할 수도 있다.
도 10 내지 도 15를 통하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법에서 제 2 렌즈 패턴의 넓이, 위치 및 두께 중 어느 하나에 따라 마이크로 렌즈의 곡률을 제어할 수 있으며 필요에 따라 제 2 렌즈 패턴의 넓이, 위치 및 두께 중 둘 이상을 함께 조절하여 마이크로 렌즈의 곡률을 제어할 수도 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 제조방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 제조방법은 먼저 제 1 렌즈 패턴 어레이를 형성한다(S161).
제 1 렌즈 패턴 어레이는 포토 디텍터의 상부에 형성될 수 있고, 이 때, 포토 디텍터는 포토 다이오드 등과 같이 빛을 수광하고, 수광된 빛을 전기신호로 변환하는 모든 장치를 포함한다. 제 1 렌즈 패턴 어레이와 포토 디텍터 사이에는 광 투과층 또는 평탄화층이 형성될 수 있다.
예를 들어, 제 1 렌즈 패턴 어레이는 95%이상의 광 투과율을 가지는 열경화성 아크릴수지(Acrylic Resin)일 수 있고, 감광성 수지 또는 열가소성을 가지는 재료일 수도 있다.
제 1 렌즈 패턴 어레이는 노광 및 현상을 통하여 형성될 수도 있고, 포토레지스트를 이용한 포토 리소그래피 공정을 이용하여 형성될 수도 있다.
다음에, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 제조방법은 마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 먼 마이크로 렌즈일수록 곡률 비대칭성이 크게 되도록 제 1 렌즈 패턴 어레이 상에 제 2 렌즈 패턴 어레이를 형성한다(S162).
이 때, 제 2 렌즈 패턴 어레이는 제 1 렌즈 패턴 어레이와 동일한 물질일 수 있다. 예를 들어, 제 2 렌즈 패턴 어레이는 95%이상의 광 투과율을 가지는 열경화성 아크릴수지(Acrylic Resin), 감광성 수지 또는 열가소성을 가지는 재료일 수 있다.
제 2 렌즈 패턴 어레이는 노광 및 현상을 통하여 형성될 수 있고, 포토레지스트를 이용한 포토 리소그래피 공정을 이용하여 형성될 수도 있다.
제 2 렌즈 패턴 어레이의 제 2 렌즈 패턴은 제 1 렌즈 패턴 어레이의 제 1 렌즈 패턴의 일부분 상에만 형성된다. 이는, 제 2 렌즈 패턴이 마이크로 렌즈의 곡률을 비대칭적으로 만들기 위한 것이기 때문이다.
제 2 렌즈 패턴이 제 1 렌즈 패턴상에 형성되는 위치나, 제 2 렌즈 패턴의 넓이 또는 제 2 렌즈 패턴의 두께 등은 해당 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴이 어느 위치의 모듈 렌즈에 상응하는 것인지에 따라 달라진다. 즉, 해당 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴이 마이크로 렌즈 어레이의 중심에 가까운 마이크로 렌즈에 상응하는 것이라면 제 2 렌즈 패턴은 마이크로 렌즈의 곡률 비대칭성을 작게 하도록 형성된다. 또한, 해당 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴이 마이크로 렌즈 어레이의 중심에서 먼 마이크로 렌즈에 상응하는 것이라면 제 2 렌즈 패턴은 마이크로 렌즈의 곡률 비대칭성을 크게 하도록 형성된다. 이 때, 마이크로 렌즈의 곡률을 제어하기 위해 제 2 렌즈 패턴의 위치, 넓이 및 두께를 조절할 수 있음은 도 10 내지 도 15를 통하여 상술한 바와 같다.
이후에, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 제조방법은 결과물을 리플로우시킨다(S163).
이 때, 리플로우 결과 생성되는 마이크로 렌즈 어레이 내의 마이크로 렌즈는 마이크로 렌즈 어레이의 중심에서 멀수록 마이크로 렌즈의 곡률 비대칭성이 크게 된다.
마이크로 렌즈 어레이의 중심은 빛이 수광면에 대하여 수직으로 입사하는 마이크로 렌즈 어레이 상의 지점이다. 마이크로 렌즈 어레이의 중심은 모듈 렌즈의 중심에 상응하는 지점일 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 멀어질수록 모듈 렌즈를 통하여 입사하는 광이 수광면에 대하여 비스듬해진다.
이 때, 리플로우는 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴을 점차적으로 온도를 높여가면서 가열한 후 냉각시키는 것일 수 있다.
예를 들어, 리플로우는 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴을 140℃에서 5분, 150℃에서 5분, 160℃에서 5분 및 170℃에서 5분 동안 가열한 후 냉각시키는 것일 수 있다.
리플로우 공정을 통하여 연화된 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴은 그 표면장력 및 점성에 의하여 평볼록 렌즈(planoconvex)의 형상을 가지게 된다. 다만, 제 1 렌즈 패턴의 일부분 위에 제 2 렌즈 패턴을 형성하였으므로 제 2 렌즈 패턴이 형성된 부분의 곡률이 큰 마이크로 렌즈가 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 제조방법은 도 16에 도시된 각 단계를 수행하여 마이크로 렌즈 어레이의 중심에서 멀수록 마이크로 렌즈의 곡률 비대칭성이 큰 마이크로 렌즈 어레이들을 형성한다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 빛이 입사하는 쪽에서 바라본 평면도이다.
도 17을 참조하면, 마이크로 렌즈 어레이는 마이크로 렌즈(10)를 복수개 포함한다. 도 17에 도시되지는 아니하였지만 마이크로 렌즈 어레이의 상부에는 모듈 렌즈가 형성된다. 빛은 모듈 렌즈를 통하여 마이크로 렌즈 어레이로 입사하게 된다.
마이크로 렌즈 어레이에는 마이크로 렌즈 어레이의 중심(14)에 가까운 마이크로 렌즈도 있고, 마이크로 렌즈 어레이의 중심(14)으로부터 먼 마이크로 렌즈도 있다. 도 17을 참조하면, 각각의 마이크로 렌즈마다 렌즈면 중 가장 높은 부분(12)이 표시되어 있다. 렌즈면 중 가장 높은 부분(12)은 수광면(52)에 평행한 평면이 빛이 입사하는 쪽에서 마이크로 렌즈 어레이 쪽으로 다가온다고 할 때, 각각의 마 이크로 렌즈들이 가장 먼저 수광면(52)에 평행한 평면과 만나는 부분이다. 도 17에 도시된 바와 같이 각각의 마이크로 렌즈의 렌즈면 중 가장 높은 부분(12)은 마이크로 렌즈 어레이의 중심(14)으로부터 먼 마이크로 렌즈일수록 해당 마이크로 렌즈의 중심에서 멀리 떨어져 있다. 이 때, 각각의 마이크로 렌즈의 렌즈면 중 가장 높은 부분(12)은 각각의 마이크로 렌즈의 중심에서 마이크로 렌즈 어레이의 중심(14)의 반대쪽으로 위치하게 된다. 마이크로 렌즈의 렌즈면 중 가장 높은 부분이 해당 마이크로 렌즈의 중심에서 멀리 떨어져 있다는 것은 그 마이크로 렌즈의 곡률 비대칭성이 크다는 것을 의미한다. 따라서, 도 17에 도시된 마이크로 렌즈 어레이의 마이크로 렌즈들은 마이크로 렌즈 어레이의 중심(14)으로부터 멀수록 마이크로 렌즈 어레이의 곡률 비대칭성이 큰 것을 알 수 있다. 이와 같이, 마이크로 렌즈의 곡률을 비대칭적이 되도록 함으로써 마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 먼 마이크로 렌즈를 통한 수광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이의 쉐이딩 현상 개선을 설명하기 위한 이미지 센서의 단면도이다.
도 18을 참조하면, 포토 디텍터들(210L, 210C, 210R) 각각의 상부에 마이크로 렌즈들(181L, 181C, 181R) 각각이 위치하는 것을 알 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 모듈 렌즈(미도시)를 통하여 들어오는 빛이 마이크로 렌즈 어레이의 중심(14)에 가까운 마이크로 렌즈(181C)에는 수광면(52)에 수직방향으로 입사하게 되나 마이크로 렌즈 어레이의 중심(14)으로부터 먼 마이크로 렌즈들(181L, 181R)에는 수광면(52)에 비스듬하게 입사하게된다.
곡률이 거의 일정한 마이크로 렌즈(181C)와는 달리 마이크로 렌즈 어레이의 중심(14)으로부터 먼 마이크로 렌즈들(181L, 181R)은 그 곡률이 비대칭적이다. 즉, 마이크로 렌즈들(181L, 181R)은 각각 마이크로 렌즈 어레이의 중심(14)에 가까운 쪽 렌즈면의 곡률보다 마이크로 렌즈 어레이의 중심(14)으로부터 먼 쪽의 곡률이 더 크다.
따라서, 도 2에 도시된 이미지 센서와는 달리 도 18에 도시된 이미지 센서는 마이크로 렌즈 어레이의 중심(14)으로부터 먼 포토 디텍터들(210L, 210R)에 대하여도 그 중심부에 효과적으로 집광할 수 있어 차광막(미도시)을 통해 차단되는 빛을 줄일 수 있고, 사광성분의 빛이 도달할 수 있는 렌즈면을 증가시킬 수 있어 수광효율을 향상시킬 수 있다.
도 19 내지 도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 19를 참조하면, 기판(900) 상에 액티브 영역(미도시) 및 필드 영역(미도시)을 정의하는 필드 산화막(미도시)을 형성한다. 상기 액티브 영역의 표면부위에 포토다이오드(902)와 같은 포토 디텍터를 형성하고, 상기 기판(900) 상에 상기 포토다이오드(902)와 접속되는 트랜지스터(912)들을 형성한다. 상기 트랜지스터(912)들은 상기 포토다이오드(902)의 스위칭 소자의 역할을 수행한다. 보다 구체적으로, 반도체 기판(900) 상에 게이트 절연막(904)을 형성한 후, 상기 게이트 절연막(904) 상에 게이트 전극(906)을 형성한다. 이어서, 상기 게이트 전극(906)들 사이의 반도체 기판(900) 상부 표면 부위에 불순물을 주입하여 소오스/드레인 영역(910)을 형 성한다. 이 후, 상기 게이트 전극(904)의 양측벽에 스페이서(908)를 형성하여 상기 게이트 절연막(904), 게이트 전극(906), 소오스/드레인 영역(910) 및 스페이서(908)를 포함하는 트랜지스터(912)를 완성할 수 있다.
도 20을 참조하면, 상기 트랜지스터(912)가 형성된 반도체 기판(900)을 덮도록 절연막(914)을 형성한다. 상기 절연막(914)은 투명한 재질로 형성할 수 있으며, 상기 절연막(914)에 사용할 수 있는 투명한 물질의 예로서는 산화 실리콘 등을 들 수 있다. 상기 절연막(914)에 노광 및 현상 공정을 수행하여 상기 트랜지스터(912)의 소정 부위를 노출시키는 제1 콘택홀(916)들을 형성한다.
이어서, 도 21을 참조하면, 상기 제1 콘택홀(916)을 매립하는 제1 금속층(미도시)을 형성한다. 상기 제1 금속층은 티타늄, 텅스텐, 구리 등과 같은 금속 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 금속층은 화학 기상 증착 방법(chemical vapor deposition; CMP)이나 스퍼터링 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 제1 금속층은 구리를 포함할 수도 있으나, 구리는 하부에 존재하는 실리콘 기판으로 확산되기 쉬우므로 이를 방지하기 위하여 티타늄이나 텅스텐을 이용하는 것이 보다 바람직하다.
이어서, 상기 금속 물질을 포함하는 제1 금속층을 상기 절연막(914)의 표면이 노출될 때까지 화학적 기계적 연마방법(chemical mechanical polishing; CMP)으로 연마하여 상기 제1 콘택홀(916)들을 매립하는 제1 금속 패드(918)를 형성한다.
도 22를 참조하면, 상기 절연막(914) 및 상기 제1 금속 패드(918) 상에 층간 절연막(920)을 형성한다. 상기 층간 절연막(920)은 실리콘 산화물과 같은 투명한 재질로 형성할 수 있다. 이어서, 통상적인 사진 식각 공정을 수행하여, 상기 층간 절연막(914)을 부분적으로 제거하여 상기 제1 금속 패드(918)를 노출시키는 제2 콘택홀(922)을 형성한다.
도 23을 참조하면, 상기 제2 콘택홀(922)을 매립하는 제2 금속층(미도시)을 형성한다. 상기 제2 금속층은 화학 기상증착 방법이나 스퍼터링 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 제2 금속층은 구리, 티타늄이나 텅스텐 등과 같은 금속 물질을 포함할 수 있다. 이어서, 상기 제2 금속층을 상기 층간 절연막(920)의 표면이 노출될 때까지 화학적 기계적 연마방법으로 연마하여 상기 제2 콘택홀(922)들을 매립하는 제2 금속 패드(924)를 형성한다. 이에 따라, 상기 층간 절연막(920) 및 상기 제2 금속패드(924)를 포함하는 층간 절연막 구조물을 완성할 수 있다.
도 24를 참조하면, 상기 층간 절연막(920) 및 상기 제2 금속패드(924) 상에 제1 감광성 막(926)을 형성한다. 상기 제1 감광성 막(926)은 습기나 스크래치(scratch)등으로부터 소자들을 보호하는 역할을 수행한다. 상기 제1 감광성 막(926)은 포토레지스트와 같은 감광성 물질을 포함할 수 있다.
이어서, 도 25를 참조하면, 상기 제1 감광막 상부에 컬러 필터(928)를 형성한다. 상기 컬러 필터(928)는 블루, 그린 및 레드 컬러 필터의 어레이 구조를 갖는다. 본 실시예에서는 하나의 수광 소자인 포토 다이오드(902)가 도시되어 있는 것으로서, 상부에 블루, 그린 및 레드 컬러중의 하나의 컬러 필터가 형성된다. 상기 컬러필터(928)는 포토레지스트와 같은 감광성 물질을 포함할 수 있다. 상기 컬러필터(928)로 사용할 수 있는 포토레지스트의 예로는 메타아크릴 수지(methacrylic resin), 교차 결합된 메타아크릴 수지(cross-linked methacrylic resin) 등을 들 수 있다.
도 26을 참조하면, 상기 제1 감광성 막(926) 및 상기 컬러필터(928) 상에 제 2 감광성 막(930)을 형성한다. 일반적으로 컬러 필터는 단차를 가지며 형성된다. 따라서, 후속 공정으로 형성될 마이크로 렌즈를 평탄화된 표면에서 형성하기 위해서는 컬러필터로 인한 단차를 없애야 한다. 상기 제2 감광성 막(930)은 상술한 컬러필터(928)의 단차를 없애는 역할을 한다. 또한, 상기 제2 감광성 막(930)은 포토레지스트와 같은 감광성 물질을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 감광성 막은 상기 제1 감광성 막에 포함된 포토레지스트와 동일하거나 다른 종류의 포토레지스트를 포함할 수 있다.
도 27을 참조하면, 상기 컬러 필터(928) 상에, 제 1 렌즈 패턴(932-1)을 형성한다. 제 1 렌즈 패턴(932-1)은 포토 다이오드(902)의 상부에 형성되며, 제 1 렌즈 패턴은 95%이상의 광 투과율을 가지는 열경화성 아크릴수지(Acrylic Resin)일 수 있고, 감광성 수지 또는 열가소성을 가지는 재료일 수도 있다. 제 1 렌즈 패턴은 노광 및 현상을 통하여 형성될 수도 있고, 포토레지스트를 이용한 포토 리소그래피 공정을 이용하여 형성될 수도 있다.
도 28을 참조하면, 제 1 렌즈 패턴(932-1)의 일부분 상에 제 2 렌즈 패턴(932-2)을 형성한다. 이 때, 제 2 렌즈 패턴(932-2)은 제 1 렌즈 패턴(932-1)과 동일한 물질일 수 있다. 제 2 렌즈 패턴(932-2)은 노광 및 현상을 통하여 형성될 수 있고, 포토레지스트를 이용한 포토 리소그래피 공정을 이용하여 형성될 수도 있다.
제 2 렌즈 패턴(932-2)이 제 1 렌즈 패턴(932-1) 상에 형성되는 위치나, 제 2 렌즈 패턴(932-2)의 넓이 또는 제 2 렌즈 패턴(932-2)의 두께 등은 해당 제 1 렌즈 패턴(932-1) 및 제 2 렌즈 패턴(932-2)이 어느 위치의 마이크로 렌즈에 상응하는 것인지에 따라 달라진다. 즉, 해당 제 1 렌즈 패턴(932-1) 및 제 2 렌즈 패턴(932-2)이 마이크로 렌즈 어레이의 중심에 가까운 마이크로 렌즈에 상응하는 것이라면 제 2 렌즈 패턴(932-2)은 마이크로 렌즈의 곡률 비대칭성을 작게 하도록 형성된다. 또한, 해당 제 1 렌즈 패턴(932-1) 및 제 2 렌즈 패턴(932-2)이 마이크로 렌즈 어레이의 중심에서 먼 마이크로 렌즈에 상응하는 것이라면 제 2 렌즈 패턴(932-2)은 마이크로 렌즈의 곡률 비대칭성을 크게 하도록 형성된다. 이 때, 마이크로 렌즈의 곡률을 제어하기 위해 제 2 렌즈 패턴(932-2)의 위치, 넓이 및 두께를 조절할 수 있음은 도 10 내지 도 15를 통하여 상술한 바와 같다.
도 29를 참조하면, 제 1 렌즈 패턴(932-1) 및 제 2 렌즈 패턴(932-2)을 리플로우시켜 마이크로 렌즈 어레이의 중심에서 멀수록 마이크로 렌즈(932)의 곡률 비대칭성이 크게 되도록 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈(932)를 형성한다. 예를 들어, 제 1 렌즈 패턴(932-1) 및 제 2 렌즈 패턴(932-2)을 140℃에서 5분, 150℃에서 5분, 160℃에서 5분 및 170℃에서 5분 동안 가열한 후 냉각시킬 수 있다. 리플로우 공정을 통하여 연화된 제 1 렌즈 패턴(932-1) 및 제 2 렌즈 패턴(932-2)은 그 표면장력 및 점성에 의하여 평볼록 렌즈(planoconvex)의 형상을 가지게 된다. 다만, 제 1 렌즈 패턴(932-1)의 일부분 위에 제 2 렌즈 패턴(932-2)을 형성하였으므로 제 2 렌즈 패턴(932-2)이 형성된 부분의 곡률이 큰 마이크로 렌즈(932)가 형성된다. 이어서, 통상적인 공정을 수행하여 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서를 완성할 수 있다.
도 19 내지 도 29를 통하여 씨모스 이미지 센서 제조방법을 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 씨모스 이미지 센서의 제조에 한하는 것이 아니다. 도 3 및 도 16에 도시된 마이크로 렌즈 제조방법 또는 마이크로 렌즈 어레이 제조방법에 따라 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈를 생성하는 한 전하결합소자 이미지 센서를 제조하는 경우에도 본 발명의 기술사상의 범위를 벗어나는 것으로 볼 수 없다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명의 마이크로 렌즈 제조방법, 마이크로 렌즈 어레이 제조방법 및 씨모스 이미지 센서 제조방법은 제 1 렌즈 패턴을 형성하고 제 1 렌즈 패턴의 일부분 상에 제 2 렌즈 패턴을 형성한 후, 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴을 리플로우시킴으로써 효과적으로 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈를 생성할 수 있다. 이에 따라, 제 2 렌즈 패턴의 넓이, 위치 또는 두께 등에 따라 효과적으로 마이크로 렌즈의 곡률을 제어할 수 있다. 결과적으로, 마이크로 렌즈의 크기에 상관없이 마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 먼 마이크로 렌즈에서도 포토 디텍터의 중심부에 집광하도록 할 수 있고, 사광성분의 빛이 도달할 수 있는 렌즈면을 증 가시킬 수 있어 쉐이딩 현상을 줄일 수 있다.
Claims (33)
- 제 1 렌즈 패턴을 형성하는 단계;상기 제 1 렌즈 패턴의 일부분 상에 제 2 렌즈 패턴을 형성하는 단계; 및상기 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴을 리플로우시켜 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈는 씨모스 이미지 센서에 사용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈는 전하결합소자 이미지 센서에 사용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈 제조방법은상기 제 2 렌즈 패턴의 넓이를 이용하여 상기 마이크로 렌즈의 곡률을 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈 제조방법은상기 제 1 렌즈 패턴 상의 상기 제 2 렌즈 패턴의 위치를 이용하여 상기 마이크로 렌즈의 곡률을 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈 제조방법은상기 제 2 렌즈 패턴의 두께를 이용하여 상기 마이크로 렌즈의 곡률을 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈 제조방법은상기 제 2 렌즈 패턴 상에 제 3 렌즈 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하여 상기 제 3 패턴이 형성된 후에 상기 제 1 및 제 2 렌즈 패턴과 함께 상기 제 3 렌즈 패턴을 리플로우시켜 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈를 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈를 형성하는 단계는 상기 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴을 점차적으로 온도를 높여가면서 가열한 후 냉각시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴은 95%이상의 광 투과율을 가지는 열경화성 아크릴수지(Acrylic Resin)인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈를 형성하는 단계는 상기 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴을 140℃에서 5분, 150℃에서 5분, 160℃에서 5분 및 170℃에서 5분 동안 가열한 후 냉각시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조방법.
- 제 1 렌즈 패턴 어레이를 형성하는 단계;마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 먼 마이크로 렌즈일수록 곡률 비대칭성이 크게 되도록 상기 제 1 렌즈 패턴 어레이 상에 제 2 렌즈 패턴 어레이를 형성하는 단계; 및상기 결과물을 리플로우시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈 어레이는 씨모스 이미지 센서에 사용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈 어레이는 전하결합소자 이미지 센서에 사용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈 어레이 제조방법은상기 제 2 렌즈 패턴 어레이의 제 2 렌즈 패턴들의 넓이를 이용하여 상기 마이크로 렌즈의 곡률을 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조방법.
- 제 11 항 또는 제 14 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈 어레이 제조방법은상기 제 1 렌즈 패턴 어레이 상의 상기 제 2 렌즈 패턴 어레이의 위치를 이용하여 상기 마이크로 렌즈의 곡률을 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈 어레이 제조방법은상기 제 2 렌즈 패턴 어레이의 두께를 이용하여 상기 마이크로 렌즈의 곡률을 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈 어레이 제조방법은상기 제 2 렌즈 패턴 어레이 상에 제 3 렌즈 패턴 어레이를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 리플로우 시키는 단계는 상기 결과물을 점차적으로 온도를 높여가면서 가열한 후 냉각시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제 1 렌즈 패턴 어레이 및 제 2 렌즈 패턴 어레이는 95%이상의 광 투과율을 가지는 열경화성 아크릴수지(Acrylic Resin)인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 리플로우 시키는 단계는 상기 결과물을 140℃에서 5분, 150℃에서 5분, 160℃에서 5분 및 170℃에서 5분 동안 가열한 후 냉각시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 제조방법.
- 반도체 기판 상에 광을 감지하기 위한 포토 디텍터를 형성하는 단계;상기 포토 디텍터의 상부에 제 1 렌즈 패턴을 형성하는 단계;상기 제 1 렌즈 패턴의 일부분 상에 제 2 렌즈 패턴을 형성하는 단계; 및상기 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴에 대하여 리플로우 공정을 수행하여 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈는 마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 멀수록 곡률 비대칭성이 큰 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 이미지 센서 제조방법은 씨모스 이미지 센서의 제조에 사용되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 이미지 센서 제조방법은 전하결합소자 이미지 센서의 제조에 사용되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈의 가장 볼록한 부분은 상기 마이크로 렌즈가 상기 마이크로 렌즈 어레이의 중심으로부터 먼 거리에 위치할수록 상기 마이크로 렌즈의 중심으로부터 멀어지고, 또한 상기 마이크로 렌즈의 곡률은 상기 가장 볼록한 부분과 상기 마이크로 렌즈 어레이의 중심간의 거리가 최대가 되도록 증가하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 포토 디텍터 및 상기 제 1 렌즈 패턴 사이에 컬러 필터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 이미지 센서 제조방법은상기 제 2 렌즈 패턴의 넓이를 이용하여 상기 마이크로 렌즈의 곡률을 제어하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 21 항 또는 제 27 항에 있어서,상기 이미지 센서 제조방법은상기 제 1 렌즈 패턴 상의 상기 제 2 렌즈 패턴의 위치를 이용하여 상기 마이크로 렌즈의 곡률을 제어하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 이미지 센서 제조방법은상기 제 2 렌즈 패턴의 두께를 이용하여 상기 마이크로 렌즈의 곡률을 제어하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 이미지 센서 제조방법은상기 제 2 렌즈 패턴 상에 제 3 렌즈 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하여 상기 제 3 패턴이 형성된 후에 상기 제 1 및 제 2 렌즈 패턴과 함께 상기 제 3 렌즈 패턴을 리플로우시켜 곡률이 비대칭적인 마이크로 렌즈를 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈를 형성하는 단계는 상기 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴을 점차적으로 온도를 높여가면서 가열한 후 냉각시키는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴은 95%이상의 광 투과율을 가지는 열 경화성 아크릴수지(Acrylic Resin)인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 32 항에 있어서,상기 마이크로 렌즈를 형성하는 단계는 상기 제 1 렌즈 패턴 및 제 2 렌즈 패턴을 140℃에서 5분, 150℃에서 5분, 160℃에서 5분 및 170℃에서 5분 동안 가열한 후 냉각시키는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
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