KR100759701B1 - 마이크로 렌즈 제조 장치 및 이를 이용한 마이크로 렌즈제조 방법 - Google Patents

마이크로 렌즈 제조 장치 및 이를 이용한 마이크로 렌즈제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마스크를 사용하지 않고 홀로그램 현상을 이용하여 마이크로 렌즈를 제조하는 장치 및 마이크로 렌즈의 제조 방법을 개시한다. 빛의 간섭현상에 따라 일정한 거리로 이격된 간섭무늬를 웨이퍼에 형성하므로, 웨이퍼 크기에 따라 다시 마스크를 제조할 필요가 없으므로 공정의 제조 수율이 향상된다.
마이크로 렌즈, 그레이팅

Description

마이크로 렌즈 제조 장치 및 이를 이용한 마이크로 렌즈 제조 방법{an apparatus for fabricating microlens and a method of fabricating micro lens by the apparatus}
도 1은 종래의 기술에 따른 마이크로 렌즈 제조 장치의 개략도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조 장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조 장치에 포함되는 확산부의 개략도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 단계별로 형성되는 웨이퍼 및 단위화소의 평면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법으로 형성된 마이크로 렌즈의 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200: 광원 220: 확산부
250: 제 2 반사부 240: 스테이지
본 발명은 이미지 센서의 마이크로 렌즈 제조 장치 및 이를 이용한 마이크로 렌즈 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 홀로그램 현상을 이용하여 마이크로 렌즈를 제조하는 장치 및 이를 이용한 마이크로 렌즈의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 CMOS 이미지 센서는 머신 비전(machine vision)으로 광학영상을 전기신호로 변환시키는 소자로 광학신호에 반응하는 화소(pixel)영역과 그렇지 않은 주변부(periphery)영역을 포함한다.
CMOS 이미지 센서는 물체로부터 입력되는 빛을 집적시키는 마이크로 렌즈를 포함하는데, 이하 도면을 이용하여 종래의 기술에 따른 마이크로 렌즈의 제조 공정을 설명한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 CMOS 이미지센서용 마이크로 렌즈 제조 장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 마이크로 렌즈의 제조 장치는 광원(100)으로부터 발생하는 광을 마스크(110) 및 광학 렌즈(120)를 거치게 하여 형성되는 일정한 이미지를 웨이퍼(130)에 노광한다. 이후 현상(development) 과정을 통해서 패턴을 만든다.
이러한 방법을 사용하였을 때 마이크로 렌즈의 사이즈 변경, 웨이퍼의 크기 변경시 새로운 마스크를 제작하거나 새 장비를 이용하여 다시 설치해야하는 번거로움이 있다. 또한 한 샷(140)마다 노출(exposure)을 하여야하므로 전체 공정 제조 수율에 한계를 갖는다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여 마스크가 제거되어 전체 수율이 향상되고 웨이퍼 크기에 영향을 받지 않는 마이크로 렌즈의 제조 장치를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 또 다른 기술적 과제는 마스크가 제거되어 전체 수율이 향상되고 웨이퍼 크기에 영향을 받지 않는 마이크로 렌즈의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 일 실시예는 제 1 광을 발생시키는 광원과, 상기 광원으로부터 제 1 광을 입력받아 상기 제 1 광보다 넓은 범위에 걸쳐 평행한 경로를 갖는 제 2 광을 발생시키는 평행부와, 상기 제 2 광의 일부를 입력받아 반사광인 제 3 광을 발생시키는 제 1 반사부, 및 웨이퍼가 상부에 제공되며 상기 평행부로부터 발생하는 제 2 광 및 상기 제 1 반사부로부터 발생하는 제 3 광을 동시에 입력받아 홀로그램 현상이 상부에 발생하는 스테이지를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조 공정은 광원으로부터 발생하는 광을 평행하게 확산하여 감광막이 상부에 적층된 웨이퍼에 입사하는 단계와, 상기 확산되는 광의 일부를 굴절 반사하여 상기 웨이퍼에 입사시킴으로써 보강 상쇄 간섭효과에 따라 웨이퍼 상에 일정하게 제 1 거리로 이격된 복수의 직선형간섭무늬를 형성하는 단계, 및 상기 웨이퍼를 90도 회전한 후 상기 단계를 반복 하여 상기 제 1 거리의 직교형 그레이팅 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조 장치는 홀로그래피의 원리를 이용하므로 종래의 제조 장치와 달리 마스크가 불필요하게 된다. 따라서 공정 조건의 변경에 따라 일일이 마스크를 다시 제작할 필요가 없게 되므로 장치의 공정 탄력성이 증가한다.
이하 도면을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조 장치를 상세히 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조 장치의 개략도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조 장치는 제 1 광(205)을 발생시키는 광원(200) 및 상기 광원(200)으로부터 조사되는 빛을 보다 넓은 범위의 평행한 경로를 갖는 광을 발생시키는 확산부(220)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예는 광의 간섭 및 보강을 이용하는 홀로그램(hologram) 현상을 마이크로 렌즈 제조에 적용하므로 위상이 잘 맞는 간섭성의 빛을 발하는 레이저 광원이 본 발명의 일 실시예에서 사용되었다.
상기 제조 장치의 기능을 보다 상세히 살펴보면, 상기 광원(200)으로부터 발생하여 상기 확산부(220)를 거친 제 1 광은 넓은 범위의 제 2 광(230)으로 전환된다. 상기 제 2 광(230) 중 일부(230a)는 웨이퍼(W)가 상부에 제공된 스테이지(240)로 직접 입사된다.
반면 상기 제 2 광(230) 중 일부 (230b)는 상기 스테이지의 측면에 일정한 각도로 세워져있는 제 2 반사부(250)에 입사되어 제 3 광(250a)이 발생한다.
이후 상기 제 3 광(250a)은 상기 스테이지(240)상에 위치한 웨이퍼(W)로 입사된다. 이에 따라 상기 스테이지(240)에 위치한 웨이퍼(W)는 상기 제 2 광의 일부 (230a) 와 상기 3 광(250a)을 동시에 입사 받는다.
이때 상기 제 2 광(230a) 및 제 3 광(250a)이 갖는 위상은 상기 웨이퍼(W) 상에서 간섭(interference)현상을 일으켜 미세한 형태의 간섭무늬를 생성시키는데, 이를 홀로그램(hologram)이라 한다.
보다 상세히 이를 설명하면, 상기 제 2광(230a)과 제 3 광(250a)의 위상이 일치하였을 때 보강간섭이 일어나는 반면, 그 위상이 일치하지 않을 때는 상쇄 간섭이 일어난다. 이러한 규칙적인 보강간섭과 상쇄간섭의 반복에 따라 웨이퍼(W)상에 규칙적인 직선의 패턴이 형성되는 것이다. 만약 상기 웨이퍼를 90도 간격으로 회전한 후 다시 한번 상기 웨이퍼를 노출하는 경우 직교형의 그레이팅(grating) 패턴이 형성된다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 장치는 마이크로 렌즈를 형성하기 위하여 기판상에 직교형의 그레이팅 패턴을 형성하여야 하므로 상기 스테이지(240)는 상기 스테이지(240)의 상부에 제공된 웨이퍼(w)를 90도 이상의 각도로 상기 웨이퍼(w)를 회전시킬 수 있다.
또한 상술한 바와 같이 공정 조건이나 웨이퍼의 크기에 따라 간섭 길이 및 패터닝의 간격 등을 조절하여야 하므로 제 1 반사부(250)는 각도가 가변적으로 조절될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 반도체 제조 장치를 이하 도면을 이용하여 상세히 설명한다.
도 2b를 참조하면, 광원(200)과 확산부(220)의 사이에 제 2 반사부(210)가 제공된다. 상기 제 2 반사부(210)는 광원으로부터 발생하는 제 1 광(205)을 일정한 각도로 반사하는 기능을 하며, 각도의 조절이 가능하므로 상기 마이크로 렌즈 제조 장치를 공정의 필요에 따라 조절할 수 있다.
다른 구성은 상술한 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조 장치와 동일하므로 이하 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조 장치의 확산부(220)는 복수의 렌즈 및 회절 슬릿을 포함하는 데 이하 도면을 이용하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조 장치의 확산부를 나타내는 개략도이다.
도 3을 참조하면, 상기 확산부는 입사되는 광을 회절 슬릿(slit)의 중심부로 모아주는 제 1 렌즈(310)를 제공한다. 상기 제 1 렌즈(310)는 입사되는 광을 모으는 기능을 하므로 광이 입사되는 면은 볼록렌즈와 같은 구조, 출사되는 면은 평행한 구조를 갖는다.
상기 제 1 렌즈로부터 집적되는 광은 회절 스릿(320)의 중심부를 거치면서 확산된다. 하지만 상기 확산되는 복수의 광은 서로 평행한 경로를 가지지 않으므로, 상기 확산되는 광의 경로를 평행하게 하는 제 2 렌즈(330)가 제공된다. 따라서 상기 제 2 렌즈(330)는 확산된 광의 방향을 일정하게 해주는 기능을 수행하므로 입 사받는 면은 평행하고 출사하는 면은 볼록렌즈와 같은 구조를 갖는다.
따라서 제 1 렌즈(310) 및 제 2 렌즈(330)를 포함하는 상기 확산부에 의하여 입사되는 광은 서로 평행한 경로를 가지며 확산된 형태의 광으로 바뀌게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조 장치를 이용하여 마이크로 렌즈를 제작하는 방법을 이하 도면을 이용하여 상세히 설명한다.
도 4a은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제작 방법을 나타내는 웨이퍼의 평면도이다.
도 4a를 참조하면, 상술한 장치에 의하여 감광막이 적층된 웨이퍼상에 X축과 평행한 제 1 거리의 직선형 간섭무늬를 형성한다. 이후 상기 웨이퍼를 90도로 돌린 후 Y축과 평행한 또 다른 직선형 간섭무늬를 형성하여 직교형 그레이팅 패턴을 상기 기판상에 형성한다. 이로써 화소 영역(410) 및 주변부 영역(420)이 구분된다.
이후 마이크로 렌즈를 상기 화소 영역(410)상에 제조하는 공정이 진행되는 데, 상기 공정 역시 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조 장치를 적용할 수 있는데, 이하 도면을 이용하여 상세히 이를 설명한다.
도 4b를 참조하면, 주변부 및 화소 영역이 구분된 웨이퍼를 다시 90도씩 회전하면서 상술한 노광 공정을 2회 거친다. 다만 상기 노광 공정은 전술한 화소 영역 및 주변부 영역을 구분하기 위한 전 단계의 또 다른 노광 공정의 제 1 거리 (430)보다 더 짧은 제 2 거리(440)를 갖도록 한다.
이러한 간섭무늬의 거리 조절은 렌즈의 각도 및 광원의 변화 등 다양한 공정 조건의 변화에 의하여 가능하다. 이후 현상공정이 진행되어 마이크로 렌즈가 형성 된다.
도 5는 상기 현상 공정까지 거친 후의 단위 화소의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 주변부 영역(520)으로 구분된 화소 영역(510) 상에 복수개의 마이크로 렌즈(530)가 형성된다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따라 이미지 센서의 마이크로 렌즈를 형성하는 경우 마스크를 이용하지 않고도 복수의 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조 장치는 종래의 기술에 이용되던 마스크 없이 마이크로 렌즈를 형성하므로, 공정 조건 또는 웨이퍼 크기 변화에 탄력적으로 대응할 수 있는 노광 공정을 제공한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조 장치는 마스크 없이 빠른 시간동안에 웨이퍼의 크기에 상관없이 대량의 이미지 센서용 마이크로 렌즈를 제조할 수 있다. 또한 공정 변화에 따라 마스크를 일일이 제조할 필요가 없으므로 공정변화에 대하여 빠르게 최적화되는 마이크로 렌즈 제조 공정을 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 제 1 광을 발생시키는 광원;
    상기 광원으로부터 제 1 광을 입력받아 상기 제 1 광보다 넓은 범위에 걸쳐 평행한 경로를 갖는 제 2 광을 발생시키는 확산부;
    상기 제 2 광의 일부를 입력받아 반사광인 제 3 광을 발생시키는 제 1 반사부; 및
    웨이퍼가 상부에 제공되며 상기 확산부로부터 발생하는 제 2 광 및 상기 제 1 반사부로부터 발생하는 제 3 광을 동시에 입력받아 홀로그램 현상이 상부에 발생하는 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 확산부는
    상기 광원으로부터 조사되는 광을 입력받아 일정방향으로 집적시키는 제 1 렌즈;
    상기 제 1 렌즈로부터 집적되는 광을 입력받아 확산시키는 회절 슬릿; 및
    상기 회절 슬릿으로부터 확산되는 광을 입력받아 상기 광을 평행한 경로로 전환시키는 제 2 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 광원 및 상기 확산부 사이에 상기 광원으로부터 조사되는 제 1 광의 경로를 조절하며, 각도 조절이 가능한 제 2 반사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 반사부는 각도 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 스테이지는 상기 스테이지의 상부에 제공된 웨이퍼를 회전시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조 장치.
  6. 광원으로부터 발생하는 광을 평행하게 확산하여 감광막이 상부에 적층된 웨이퍼에 입사하는 단계;
    상기 확산되는 광의 일부를 반사하여 상기 웨이퍼에 입사시킴으로써 홀로그램 현상이 발생하여 웨이퍼 상에 제 1 거리로 이격된 복수의 직선형 간섭무늬를 형성하는 단계; 및
    상기 웨이퍼를 90도 회전한 후 상기 단계를 반복하여 상기 제 1 거리의 직교형 그레이팅 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 공정 후 90도로 상기 웨이퍼를 회전한 후 광원으로부터 발생하는 광을 평행하게 확산하여 감광막을 상부에 적층한 웨이퍼에 입사하는 단계;
    상기 확산되는 광의 일부를 굴절 반사하여 상기 웨이퍼에 입사시킴으로써 보강 상쇄 간섭효과에 따라 웨이퍼 상에 일정하게 상기 제 1 거리보다 더 짧은 제 2 거리를 갖는 복수의 직선형 간섭무늬를 형성하는 단계; 및
    상기 웨이퍼를 90도 회전한 후 상기 단계를 반복하여 상기 제 2 거리의 직교형 그레이팅 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 제조 방법.
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