KR100945448B1 - 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법 - Google Patents

웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법에 관한 것으로서, 렌즈 웨이퍼를 구성하는 단위 렌즈의 BFL(Back Focal Length)값을 측정하여, 상기 렌즈 웨이퍼의 BFL 대표값을 얻는 단계; 상기 렌즈 웨이퍼의 BFL 대표값에 대응하여 디포커스를 보상할 수 있는 높이(두께)를 갖는 스페이서 웨이퍼를 준비하는 단계; 상기 스페이서 웨이퍼를 상기 렌즈 웨이퍼와 센서 웨이퍼 사이에 삽입하고 접착하는 단계; 및 적층된 상기 웨이퍼들을 다이싱하여 단위 카메라 모듈로 분리하는 단계;를 포함하는 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법을 제공한다.
웨이퍼 레벨 카메라 모듈, 렌즈, BFL(Back Focal Length), 스페이서 웨이퍼

Description

웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법{Method for compensating defocus of wafer level camera module}
본 발명은 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 센서 웨이퍼와 렌즈 웨이퍼 사이에 적층되는 스페이서 웨이퍼의 높이(두께)를 렌즈 웨이퍼마다 가변 적용하는 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법에 관한 것이다.
현재 휴대폰 및 PDA 등과 같은 휴대용 단말기는 최근 그 기술의 발전과 더불어 단순한 전화기능 뿐만 아니라, 음악, 영화, TV, 게임 등으로 멀티 컨버전스로 사용되고 있으며, 이러한 멀티 컨버전스로의 전개를 이끌어 가는 것 중의 하나로서 카메라 모듈(camera module)이 가장 대표적이라 할 수 있다. 이러한 카메라 모듈은 기존의 30만 화소(VGA급)에서 현재 800만 화소 이상의 고화소 중심으로 변화됨과 동시에 오토포커싱(AF), 광학 줌(optical zoom) 등과 같은 다양한 부가 기능의 구현으로 변화되고 있다.
일반적으로, 카메라 모듈(CCM: Compact Camera Module)은 소형으로써 카메라폰이나 PDA, 스마트폰을 비롯한 휴대용 이동통신 기기 등의 다양한 IT 기기에 적용되고 있는 바, 최근에 이르러서는 소비자의 다양한 취향에 맞추어 소형의 카메라 모듈이 장착된 기기의 출시가 점차 늘어나고 있는 실정이다.
이와 같은 카메라 모듈은, CCD나 CMOS 등의 이미지센서를 주요 부품으로 하여 제작되고 있으며 상기 이미지센서를 통하여 사물의 이미지를 집광시켜 기기내의 메모리상에 데이터로 저장되고, 저장된 데이터는 기기내의 LCD 또는 PC 모니터 등의 디스플레이 매체를 통해 영상으로 디스플레이된다.
통상적인 카메라 모듈용 이미지센서의 패키지 방식은 플립 칩 방식(COF ; Chip Of Flexible), 와이어 본딩 방식(COB ; Chip Of Board), 및 칩 스케일 패키지(CSP ; Chip Scale Package) 방식 등이 있으며, 이 중 COF 방식과 COB 방식이 널리 이용되고 있다.
최근에는 가격 절감을 극대화하기 위해 웨이퍼 레벨 카메라 모듈(WLCM ; Wafer Level Camera Module)이 제안되고 있다.
상기 웨이퍼 레벨 카메라 모듈은, 이미지센서와 렌즈를 웨이퍼 레벨 공법으로 제작하여 대량생산 체제에 적합하고, 휴대폰의 메인 기판에 직접 실장할 수 있도록 제작한 카메라 모듈이다.
이러한 웨이퍼 레벨 카메라 모듈은, 센서 웨이퍼 상에 렌즈 웨이퍼를 본딩 방식으로 접착한 후, 싱귤레이션(singulation) 공정을 통해 카메라 모듈을 제작하는 웨이퍼 대 웨이퍼(wafer to wafer) 공법을 최종 목표로 개발되고 있다.
그러나, 웨이퍼 상태로 제작된 렌즈의 경우, 현재 개발 업체마다 동일 웨이퍼 내에서 각 렌즈의 후초점거리(Back Focal Length; 이하, "BFL"이라 칭함) 값의 균일도(uniformity)와 웨이퍼 간의 균일도 저하로 인해 수율 향상이 어려운 실정이다.
동일 웨이퍼 내에서의 균일도의 경우, 웨이퍼 중심 부분과 주변부에서 성형된 렌즈의 BFL값에 편차가 발생하는 문제로서, 렌즈부를 형성하는 제조 공법의 개선으로 균일도가 향상될 수도 있지만, 웨이퍼 간의 균일도 문제에 있어서는 렌즈를 성형하는 금형 및 스탬퍼(stamper) 등의 노후화 및 각 웨이퍼마다 발생할 수 있는 재료의 양 조절 등 일반 사출 조건과는 다른 변수들로 인해 웨이퍼 간에 BFL값의 편차가 발생할 수 있다.
이와 같이 웨이퍼 간에 발생할 수 있는 BFL값의 편차로 인해, 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 스페이서 웨이퍼를 이용하는 무조정 접착 공정에서 디포커스(defocus) 현상이 발생하고, 상기 웨이퍼 간의 BFL값의 균일도 저하에 의해 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 제조 공정 수율 또한 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 각 렌즈 웨이퍼마다 측정된 BFL 대표값에 대해 설계값과의 편차를 고려한 스페이서 웨이퍼를 선택적으로 투입하여 접착함으로써, 서로 다른 웨이퍼 간에 발생하는 BFL값의 편차에 의한 디포커스 현상을 개선하여, 제조 수율을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법은, 렌즈 웨이퍼를 구성하는 단위 렌즈의 BFL(Back Focal Length)값을 측정하여, 상기 렌즈 웨이퍼의 BFL 대표값을 얻는 단계; 상기 렌즈 웨이퍼의 BFL 대표값에 대응하여 디포커스를 보상할 수 있는 높이(두께)를 갖는 스페이서 웨이퍼를 준비하는 단계; 상기 스페이서 웨이퍼를 상기 렌즈 웨이퍼와 센서 웨이퍼 사이에 삽입하고 접착하는 단계; 및 적층된 상기 웨이퍼들을 다이싱하여 단위 카메라 모듈로 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 렌즈 웨이퍼의 BFL 대표값을 얻는 단계에서, 상기 렌즈 웨이퍼의 BFL 대표값으로서, 상기 측정된 단위 렌즈의 BFL값들의 평균값 또는 중앙값을 이용할 수 있다.
그리고, 상기 스페이서 웨이퍼를 준비하는 단계에서, 상기 스페이서 웨이퍼 는, 상기 렌즈 웨이퍼의 설계된 BFL값과 상기 BFL 대표값과의 편차를 검출하여, 편차를 없앨 수 있는 높이(두께)를 갖는 스페이서 웨이퍼를 준비할 수 있다.
또한, 상기 스페이서 웨이퍼를 준비하는 단계에서, 상기 렌즈 웨이퍼의 설계된 BFL값에 대해 높이(두께) t의 스페이서 웨이퍼가 디포커스가 발생하지 않는 최적의 스페이서 웨이퍼 높이(두께)라고 할 경우, 상기 렌즈 웨이퍼의 BFL 대표값이 상기 렌즈 웨이퍼의 설계된 BFL값보다 α만큼 큰 경우에는, 높이(두께)가 t+α인 스페이서 웨이퍼를 사용하고, 상기 렌즈 웨이퍼의 BFL 대표값이 상기 렌즈 웨이퍼의 설계된 BFL값보다 α만큼 작은 경우에는, 높이(두께)가 t-α인 스페이서 웨이퍼를 사용할 수 있다.
또한, 상기 센서 웨이퍼는 상면에 수광부 및 상기 수광부를 밀봉하는 투명부재가 구비되고, 하면에 외부연결수단이 구비될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법에 의하면, 렌즈 웨이퍼를 구성하는 각 단위 렌즈의 BFL(Back Focal Length)값을 측정하여 상기 렌즈 웨이퍼의 BFL 대표값을 얻은 후에, 상기 BFL 대표값과 상기 렌즈 웨이퍼의 설계된 BFL값의 편차를 고려한 높이(두께)를 갖는 스페이서 웨이퍼를 선택적으로 투입하여 접착시킴으로써, 서로 다른 웨이퍼 간에 발생하는 BFL값의 편차에 의한 디포커스 현상을 개선하여, 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이고, 도 5는 렌즈 웨이퍼의 BFL 설계값과 BFL 대표값의 편차를 없애는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 마스터 센서(100) 및 상기 마스터 센서(100)와 연결되어 있는 화상검사 장치(200)를 사용하여, 렌즈 웨이퍼(10)를 구성하는 단위 렌즈(L)의 BFL(Back Focal Length)값을 측정한 다음, 상기 렌즈 웨이퍼(10)의 BFL 대표값을 얻는다.
상기 렌즈 웨이퍼(10)는, 웨이퍼 레벨 상태로 레플리카 공법을 통해 어레이 형태로 제작된 것일 수 있으며, 1매 또는 2매 이상의 적층 구조로 이루어질 수 있다. 그리고, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 렌즈 웨이퍼(10)의 입사구를 제외한 전면에는, 외부광의 입사를 차단하는 블랙 계열의 코팅막이 형성되어 있을 수 있다.
상기 BFL값이란, 렌즈(L)군의 최하부에 위치하는 렌즈(L)와 센서 웨이퍼 수광부의 상이 맺히는 면, 즉 결상면간의 거리를 말한다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 렌즈 웨이퍼(10)의 BFL 대표값을 얻기 위하여, 상술한 바와 같이 상기 렌즈 웨이퍼(10)를 구성하는 단위 렌즈(L)들의 BFL값을 각각 측정한 다음, 상기 측정된 BFL값들의 평균값, 또는 상기 측정된 BFL값의 중앙값 등을 이용할 수 있다.
이때, 상기 렌즈 웨이퍼(10)의 각 렌즈(L)의 BFL값이 어느 수준 이상의 일정한 BFL값을 갖는다고 하면, 상기 렌즈 웨이퍼(10)를 구성하는 모든 렌즈(L)의 BFL값을 측정할 필요없이, 상기 렌즈 웨이퍼(10)의 중심 및 그 주변에 위치하는 몇 개의 렌즈(L)에 대해서만 BFL값을 측정하고, 측정된 BFL값들의 대표값을 얻을 수 있다.
다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 렌즈 웨이퍼(10)의 BFL 대표값에 대응하여 디포커스(defocus)를 보상할 수 있는 높이(두께)를 갖는 스페이서 웨이퍼(20)를 준비한다.
여기서, 상기 스페이서 웨이퍼(20)는, 센서 웨이퍼(30)의 수광부(40)가 오픈되도록 윈도우(25)가 구비된 것일 수 있다.
특히, 상기 스페이서 웨이퍼(20)를 준비할 때에, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 렌즈 웨이퍼(10)의 설계된 BFL값과 상술한 바와 같이 실질적인 측정을 통해 얻은 BFL 대표값과의 편차를 검출하고, 스페이서 웨이퍼(20)의 높이(두께)를 조정 하여 편차를 없앨 수 있는 높이(두께)를 갖는 스페이서 웨이퍼(20)를 준비하는 것이 바람직하다.
예컨대, 상기 렌즈 웨이퍼(10)의 설계된 BFL값에 대해 높이(두께) t의 스페이서 웨이퍼(20)가 디포커스가 발생하지 않는 최적의 스페이서 웨이퍼 높이(두께)라고 할 경우, 상기 렌즈 웨이퍼(10)의 BFL 대표값이 상기 렌즈 웨이퍼(10)의 설계된 BFL값보다 α만큼 큰 경우에는, 높이(두께)가 t+α인 스페이서 웨이퍼(20)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 렌즈 웨이퍼(10)의 BFL 대표값이 상기 렌즈 웨이퍼(10)의 설계된 BFL값보다 α만큼 작은 경우에는, 높이(두께)가 t-α인 스페이서 웨이퍼(20)를 사용하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 BFL 대표값이 설계값보다 α만큼 클 경우에는, 촬영된 상(像)이 수광부(40)의 상면보다 α만큼 아랫쪽에 맺히게 되므로, 높이(두께)를 α만큼 더 높인 스페이서 웨이퍼(20)를 사용하여 상(像)이 수광부(40)의 상면에 맺히게 할 수 있고, 반대로 상기 BFL 대표값이 설계값보다 α만큼 작을 경우에는, 촬영된 상(像)이 수광부(40)의 상면보다 α만큼 윗쪽에 맺히게 되므로, 높이(두께)를 α만큼 더 줄인 스페이서 웨이퍼(20)를 사용하여 상(像)이 수광부(40)의 상면에 맺히게 할 수 있는 것이다.
따라서, 센서 웨이퍼(30)와 렌즈 웨이퍼(10) 사이에 스페이서 웨이퍼(20)를 접착하기 전에, 상기 렌즈 웨이퍼(10)의 설계된 BFL값에 맞게 그 높이(두께)가 설계된 1가지의 스페이서 웨이퍼만을 준비하지 않고, 상기 렌즈 웨이퍼(10)의 대표값을 얻기 위해 측정되는 BFL값의 편차 범위 내에서 스페이서 웨이퍼 원자재의 두께 품질 및 공차를 고려하여, 서로 다른 높이(두께)를 갖는 복수의 스페이서 웨이퍼를 준비하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 소정의 렌즈 웨이퍼를 구성하는 단위 렌즈의 BFL값을 측정한 결과, 그 최대값과 최소값의 차이가 50 ㎛일 경우, 5 ㎛ 단위로 서로 다른 높이(두께)를 갖는 스페이서 웨이퍼를 10개 준비한 후, 준비된 스페이서 웨이퍼 중에서, 상기 렌즈 웨이퍼의 설계된 BFL값과 실제 측정을 통해 얻은 BFL 대표값의 편차를 없앨 수 있는 높이(두께)를 갖는 스페이서 웨이퍼를 공정에 투입하는 것이다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 각 렌즈 웨이퍼마다 측정된 BFL 대표값에 대해 설계된 BFL값의 편차를 고려한 스페이서 웨이퍼를 선택적으로 사용함으로써, 서로 다른 웨이퍼 간에 발생하는 BFL값의 편차에 의한 디포커스 현상을 개선할 수 있고, 이에 따라 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 제조 수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상술한 바와 같이, 상기 렌즈 웨이퍼(10)의 BFL 대표값에 대해 디포커스를 보상할 수 있는 높이(두께)의 스페이서 웨이퍼(20)가 준비되면, 상기 스페이서 웨이퍼(20)를 상기 렌즈 웨이퍼(10)와 센서 웨이퍼(30) 사이에 삽입한 후, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼들(10,20,30)을 접착한다.
상기 센서 웨이퍼(30)의 상면에는 수광부(40) 및 상기 수광부(40)를 밀봉하는 투명부재(50)가 구비되고, 하면에는 외부연결수단(60)이 구비될 수 있다. 상기 외부연결수단(60)은 솔더볼, 범프 또는 패드 등으로 이루어질 수 있다.
그런 후에, 도 4에 도시된 바와 같이, 적층된 상기 웨이퍼들을 다이 싱(dicing)하여 단위 카메라 모듈로 분리한다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도.
도 5는 렌즈 웨이퍼의 BFL 설계값과 BFL 대표값의 편차를 없애는 방법을 설명하기 위한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 렌즈 웨이퍼 L: 렌즈
20: 스페이서 웨이퍼 25: 윈도우
30: 센서 웨이퍼 40: 수광부
50: 투명부재 60: 외부연결수단
100: 마스터 센서 200: 화상검사 장치

Claims (5)

  1. 렌즈 웨이퍼를 구성하는 단위 렌즈의 BFL(Back Focal Length)값을 측정하여, 상기 렌즈 웨이퍼의 BFL 대표값을 얻는 단계;
    상기 렌즈 웨이퍼의 BFL 대표값에 대응하여 디포커스를 보상할 수 있는 높이(두께)를 갖는 스페이서 웨이퍼를 준비하는 단계;
    상기 스페이서 웨이퍼를 상기 렌즈 웨이퍼와 센서 웨이퍼 사이에 삽입하고 접착하는 단계; 및
    적층된 상기 웨이퍼들을 다이싱하여 단위 카메라 모듈로 분리하는 단계;
    를 포함하는 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈 웨이퍼의 BFL 대표값을 얻는 단계에서,
    상기 렌즈 웨이퍼의 BFL 대표값으로서, 상기 측정된 단위 렌즈의 BFL값들의 평균값 또는 중앙값을 이용하는 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서 웨이퍼를 준비하는 단계에서,
    상기 스페이서 웨이퍼는, 상기 렌즈 웨이퍼의 설계된 BFL값과 상기 BFL 대표값과의 편차를 검출하여, 편차를 없앨 수 있는 높이(두께)를 갖는 스페이서 웨이퍼를 준비하는 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스페이서 웨이퍼를 준비하는 단계에서,
    상기 렌즈 웨이퍼의 설계된 BFL값에 대해 높이(두께) t의 스페이서 웨이퍼가 디포커스가 발생하지 않는 최적의 스페이서 웨이퍼 높이(두께)라고 할 경우,
    상기 렌즈 웨이퍼의 BFL 대표값이 상기 렌즈 웨이퍼의 설계된 BFL값보다 α만큼 큰 경우에는, 높이(두께)가 t+α인 스페이서 웨이퍼를 사용하고,
    상기 렌즈 웨이퍼의 BFL 대표값이 상기 렌즈 웨이퍼의 설계된 BFL값보다 α만큼 작은 경우에는, 높이(두께)가 t-α인 스페이서 웨이퍼를 사용하는 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서 웨이퍼는 상면에 수광부 및 상기 수광부를 밀봉하는 투명부재가 구비되고, 하면에 외부연결수단이 구비된 웨이퍼 레벨 카메라 모듈의 디포커스 보정방법.
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