KR100835433B1 - 이미지센서의 마이크로렌즈 및 그 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서(image sensor)의 마이크로렌즈(microlens) 및 그 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 입사광을 굴절시켜 광감지부(101)로 집광되도록 하기 위해 컬러필터 어레이(104)의 상부측에 형성되는 이미지센서의 마이크로렌즈로서, 광투과도, 굴절률과 함께 특히 내열성 및 내충격성이 우수하게 되는 폴리카보네이트(polycarbonate) 계열의 포토 레지스트를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 특히 열적 안정성 및 충격 안정성이 우수한 마이크로렌즈를 형성할 수 있게 되므로, 사용시에 보다 견고한 내구성을 제공할 수 있게 되고, 또한 포토 리소그래피 공정만을 이용하여 용이하게 형성될 수 있게 되므로, 공정 단순화에 따른 생산성 향상을 기할 수 있는 효과가 있게 된다.
이미지센서, 마이크로렌즈, 폴리카보네이트, 포토 레지스트, PEB
Description
도 1은 종래의 이미지센서의 구성을 보여주는 단면도,
도 2는 종래에 불량되게 형성된 마이크로렌즈를 보여주는 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 마이크로렌즈 형성 방법에 대한 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 반도체 기판 101 : 광감지부
102 : 층간절연막 104 : 컬러필터 어레이
106 : 평탄화층 108 : 마이크로렌즈
본 발명은 이미지센서(image sensor)의 마이크로렌즈(microlens) 및 그 형성 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 아크릴레이트(acrylate) 계열의 포토 레지스트를 대신하여 보다 내열성 및 내충격성이 우수한 폴리카보네이트(polycarbonate) 계열의 포토 레지스트로 형성되며, 그 형성시 종래의 리플로우 공정 대신에 PEB(Post Exposure Bake : 노광후 베이크) 공정을 통해 적정 곡률로 형성되게 되는 이미지센서의 마이크로렌즈 및 그 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지센서(image sensor)는 광학 영상(optical image)을 전기적인 신호로 변환하는 반도체 소자로서, 컬러 이미지 구현을 위한 이미지센서는 외부 광을 입사받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부 상부에 레드(red), 그린(green) 및 블루(blue)의 3가지 컬러로 이루어지는 컬러필터 어레이(Color Filter Array : CFA)를 구비하게 된다.
또한, 광감도(photo sensitivity)의 제고를 위해 광감지부 이외의 영역으로 입사되는 빛의 경로를 변경하여 광감지부로 집광하기 위해 컬러필터 어레이의 상부측에 마이크로렌즈(microlens)를 구비하게 되며, 해당 마이크로렌즈는 입사광의 경로를 굴절시켜 보다 많은 양의 광이 광감지부로 집속되도록 하게 된다.
도 1은 종래의 이미지센서에 대한 단면도이다.
이미지센서는, 빛을 수광하여 광전하를 생성하게 되는 주로 포토 다이오드(photo diode)로 이루어지는 광감지부(101)를 포함하는 반도체 기판(100)상에 층간절연막(102)을 증착하여 형성한 다음, 해당 층간절연막(102)의 상부에 컬러필터 어레이(104)를 형성하게 되며, 이때 컬러필터 어레이(104)는 레드, 그린, 블루로 염색된 컬러 포토 레지스트(Photo Resist : PR)를 이용하는 포토 리소그래피(photo lithography) 공정을 통해 형성하게 되고, 이러한 컬러필터 어레이(104)는 각각 해당하는 특정 파장대의 빛을 통과시키게 된다.
이어서, 컬러필터 어레이(104)의 전면을 덮도록 평탄화층(Planarization Layer : PL)(106)을 형성하게 되며, 이때 평탄화층(106)은 그 해당하는 포토 레지 스트를 도포한 다음 노광, 현상 및 베이킹(baking)하는 과정을 통해 형성하게 되고, 이러한 평탄화층(106)은 컬러필터 어레이(104)를 덮어 단차가 극복되도록 하면서 이후 형성될 마이크로렌즈(108)가 평탄화된 표면에 대해 형성되도록 하게 된다.
다음으로, 형성된 평탄화층(106)의 상부에 마이크로렌즈(108)를 일정곡률을 갖는 볼록형태로 각각 하부측의 컬러필터 어레이(104)에 대해 대응되도록 형성하게 되며, 상세하게는 광투과도가 우수한 아크릴레이트(acrylate) 또는 메타아크릴레이트(methacrylate) 폴리머(polymer) 계열의 감광성 포토 레지스트를 도포한 다음 마스크를 이용한 노광 및 후속되는 현상의 포토 리소그래피 공정을 통해 선택적으로 패터닝(patterning)하는 것에 의해 우선 어느 정도 곡률진 형태로 형성한 다음, 열공정(thermal process)인 리플로우(reflow) 공정을 통해 완전한 곡률로 형성하게 된다.
따라서, 해당 이미지센서의 작용은, 입사광이 마이크로렌즈(108)를 통해 집속되면서 컬러필터 어레이(104)를 통해 필터링된 다음 하부측의 포토 다이오드의 광감지부(101)로 입사되도록 하게 된다.
그러나, 이상과 같은 이미지센서에서는 다음과 같은 문제점이 발생되고 있다.
첫째, 마이크로렌즈(108)는 그 재질로서 열가공성이면서 광투과도가 우수한 재질인 아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트 계열의 포토 레지스트를 이용하여, 해당 포토 레지스트를 도포한 다음, 곡률 형성을 위해 초점을 흐리게 하는 디포커스(defocus) 조건의 노광을 실시하고, 그 후 현상하여 불완전한 곡률로 우선 형성 한 다음, 150℃ 정도의 유리전이온도 이상의 충분한 온도로 가열하는 리플로우 열처리를 2~3분간 실시하여 적정한 곡률로 형성하게 되는데, 이는 포토 리소그래피 공정인 도포, 노광 및 현상을 포함하는 한편, 완전히 다른 공정인 리플로우 공정을 이용하게 됨에 따라, 공정이 다소 복잡하고 공정변경이 수반되므로 다소 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
둘째, 마이크로렌즈(108)의 재질로 유리와 같이 광투과도가 우수하여 안경 및 렌즈의 재질로 널리 이용하고 있는 열가공성의 아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트 계열을 이용하고 있는데, 이는 투명성과 가공성이 우수하다는 장점이 있으나, 반면 내열성 및 내충격성이 다소 낮아 이미지센서가 완성된 후 사용될 때 쉽게 손상되게 된다는 내구성이 낮다는 문제점이 있었다.
셋째, 아크릴레이트 또는 메타 아크릴레이트 계열을 이용함에 따라, 해당 재질은 열에 매우 약해 조금만 리플로우 온도를 잘못 조절하게 되면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 원래는 0.1㎛ 정도 갭(gap)이 있어야 할 렌즈 사이가 완전하게 붙어 버리게 되면서 불량된 완만한 곡률로 형성되게 됨으로써, 제조되는 이미지센서의 성능이 대폭 저하되게 되는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 투명성이 우수하면서 내열성 및 내충격성도 우수한 열경화성의 폴리카보네이트(polycarbonate) 계열의 포토 레지스트를 이용하여 마이크로렌즈를 형성하되, 도포/노광/PEB(Post Exposure Bake : 노광후 베이크)/현상의 일련된 포토 리소그래피 공정만을 이용하여 손쉽게 적정 곡률로 형성할 수 있게 되는 이미지센서의 마이크로렌즈 및 그 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이미지센서의 마이크로렌즈는, 입사광을 굴절시켜 광감지부로 집광되도록 하기 위해 컬러필터 어레이의 상부측에 형성되는 이미지센서의 마이크로렌즈로서, 광투과도, 굴절률과 함께 특히 내열성 및 내충격성이 우수하게 되는 폴리카보네이트(polycarbonate) 계열의 포토 레지스트를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이미지센서의 마이크로렌즈 형성 방법은, 입사광을 굴절시켜 광감지부로 집광되도록 하기 위해 컬러필터 어레이의 상부측에 형성되는 이미지센서의 마이크로렌즈 형성 방법으로, 폴리카보네이트 계열의 포토 레지스트를 도포하는 단계와, 디포커스(defocus) 조건의 노광을 실시하는 단계와, PEB(Post Exposure Bake : 노광후 베이크)를 실시하는 단계와, 현상을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
설명에 앞서, 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부기하 고, 그 상세한 설명은 일부 생략함을 밝힌다.
이미지센서에서 마이크로렌즈(108)는 입사광을 굴절시켜 보다 많은 양이 광감지부(101)로 집광되도록 하기 위해 컬러필터 어레이(104)의 상부측에 구비되는 것으로, 광투과도가 높은 폴리머(polymer) 물질로 이루어지게 된다.
본 발명에 따르면, 해당 마이크로렌즈(108)는 광투과도가 우수하면서 기존의 아크릴레이트나 메타아크릴레이트에 비해 특히 굴절률과 함게 내열성 및 내충격성이 보다 우수하게 되는 폴리카보네이트(polycarbonate) 계열의 포토 레지스트를 이용하여 형성되게 되며, 해당 폴리카보네이트 계열은 열경화성중에서도 특성 가공성이 우수한 재질이다.
이때, 폴리카보네이트 계열의 포토 레지스트를 만드는 방법은 비스페놀 A 폴리카보네이트를 알카리 수용액에 녹여 반응시키며, 이때 광감제를 첨가하여 광반응을 유발시킴으로써, 저 분자량으로 흐름성이 좋아 곡률의 용이 형성이 가능하도록 제조될 수 있다.
이러한 폴리카보네이트 계열의 포토 레지스트를 이용하여 마이크로렌즈(108)를 형성하는 방법을 도 3을 참조로 설명한다.
먼저, 폴리카보네이트 계열의 포토 레지스트를 도포하며(S200), 이어서 곡률형성을 위해 초점을 흐리게 하는 디포커스(defocus) 조건의 노광을 실시하고(S202), 그 후 100~200℃ 온도 범위에서 30초~2분 정도, 바람직하기로는 150℃ 온도 범위에서 1분 정도 PEB(Post Exposure Bake : 노광후 베이크)를 실시한(S204) 다음, 이후 현상하면(S206), 목적하는 곡률로 완전하게 형성되게 된다.
따라서, 종래의 별도 공정인 리플로우를 실시하지 않고, 도포/노광/PEB/현상의 일련된 포토 리소그래피 공정만을 이용하여 손쉽게 형성할 수 있게 되므로, 공정이 대폭 단순화되고 공정변경을 할 필요도 없어 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 이때 종래의 리플로우 공정은 2-3분 정도 실시하였으나, 본 발명에 따른 PEB는 1분 정도만 실시하면 되므로, 이 점에서도 대량 생산에서 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
덧붙여, 이상의 제조과정을 통해 형성되는 마이크로렌즈(108)는 그 재질 특성에 따라 열적 안정성 및 충격 안정성을 갖게 되므로, 이후 사용시에 있어 보다 견고한 내구성을 제공할 수 있게 되며, 또한 굴절률도 보다 우수하게 되어 훨씰 품질 좋은 이미지를 구현할 수 있도록 하게 된다.
참고로, 본 발명에서는 열경화성 폴리머 계열을 이용함에 따라 그 재작업(rework)이 어려울 것으로 예상될 수 있으나, 그렇지 않고 산(酸)처리나 애싱(ashing) 처리를 통해 원활히 제거될 수도 있음을 밝힌다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
본 발명에 따르면, 특히 열적 안정성 및 충격 안정성이 우수한 마이크로렌즈를 형성할 수 있게 되므로, 사용시에 보다 견고한 내구성을 제공할 수 있게 되고, 또한 포토 리소그래피 공정만을 이용하여 용이하게 형성될 수 있게 되므로, 공정 단순화에 따른 생산성 향상을 기할 수 있는 효과가 달성될 수 있다.
Claims (4)
- 입사광을 굴절시켜 광감지부(101)로 집광되도록 하기 위해 컬러필터 어레이(104)의 상부측에 형성되는 이미지센서의 마이크로렌즈로서,비스페놀 A 폴리카보네이트를 알카리 수용액에 녹여서 반응시키고, 광감제를 첨가하여 광반응을 유발시켜 제조되는 폴리카보네이트(polycarbonate) 계열의 포토 레지스트를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 마이크로렌즈.
- 삭제
- 입사광을 굴절시켜 광감지부(101)로 집광되도록 하기 위해 컬러필터 어레이(104)의 상부측에 형성되는 이미지센서의 마이크로렌즈 형성 방법으로,폴리카보네이트 계열의 포토 레지스트를 도포하는 단계와,디포커스(defocus) 조건의 노광을 실시하는 단계와,PEB(Post Exposure Bake : 노광후 베이크)를 실시하는 단계와,현상을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 마이크로렌즈 형성 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 PEB는,100~200℃ 온도 범위에서 30초~2분 실시하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 마이크로렌즈 형성 방법.
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