KR100960641B1 - Method for fabricating liquid lens using wafer level packaging - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 액체 렌즈가 형성된 웨이퍼 레벨 상태에서 패키징 공정을 진행하여 품질 관리 및 제조 공정의 효율성을 높일 수 있도록 한 웨이퍼 레벨 패키징을 이용한 액체 렌즈 제조 방법에 관한 것으로,하부 글래스 웨이퍼상에 전극 패드를 형성하는 단계;중판으로 사용될 실리콘 웨이퍼에 복수 개의 챔버 영역을 형성하는 단계;실리콘 웨이퍼에 절연막을 형성하는 단계;하부 글래스 웨이퍼와 실리콘 웨이퍼를 접합하고, 복수 개의 챔버 영역의 내부에 전해액과 절연액을 주입하고, 실리콘 웨이퍼 상부에 상부 글래스 웨이퍼를 접합하여 복수 개의 액체 렌즈를 형성하는 단계; 및, 복수 개의 액체 렌즈를 개별화하고 상기 전극 패드를 오픈시키는 단계;를 포함한다.The present invention relates to a liquid lens manufacturing method using wafer level packaging to improve the efficiency of the quality control and manufacturing process by performing a packaging process in a wafer level state where a plurality of liquid lenses are formed, the electrode pad on the lower glass wafer Forming a plurality of chamber regions on the silicon wafer to be used as the intermediate plate; forming an insulating film on the silicon wafer; bonding the lower glass wafer and the silicon wafer to each other, and the electrolyte solution and the insulating solution inside the plurality of chamber regions. Forming a plurality of liquid lenses by bonding the upper glass wafer to the silicon wafer; And individualizing a plurality of liquid lenses and opening the electrode pad.
액체렌즈, 웨이퍼레벨 패키지, DFR, 절연액, 전해액, 챔버 Liquid Lens, Wafer Level Package, DFR, Insulation, Electrolyte, Chamber
Description
본 발명은 액체 렌즈에 관한 것으로, 구체적으로 다수의 액체 렌즈가 형성된 웨이퍼 레벨 상태에서 패키징 공정을 진행하여 품질 관리 및 제조 공정의 효율성을 높일 수 있도록 한 웨이퍼 레벨 패키징을 이용한 액체 렌즈 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid lens, and more particularly, to a liquid lens manufacturing method using wafer level packaging, in which a packaging process is performed at a wafer level in which a plurality of liquid lenses are formed, thereby improving efficiency of quality control and manufacturing processes. .
액체 렌즈는 형상을 변화시켜서 초점을 조절하는 인간의 눈의 수정체의 동작을 응용한 것으로서, 구조가 간단하고 기계적 구동부가 없어서 신뢰성이 높고 대량 생산에 적합할 뿐 아니라 반응 속도가 빠르며 소모 전력이 매우 낮고 수 밀리미터 이하로 소형화할 수 있다.The liquid lens is an application of the human eye's lens to change the focus by changing its shape.The liquid lens has a simple structure and no mechanical driving part, so it is not only reliable, suitable for mass production, but also fast for reaction and very low power consumption. It can be downsized to several millimeters or less.
액체 렌즈는 디지털 카메라, 카메라 폰, 내시경, 보안 시스템, 광학 기록 장치 등에 다양하게 이용될 수 있다.Liquid lenses can be used in various ways such as digital cameras, camera phones, endoscopes, security systems, optical recording devices, and the like.
액체 렌즈의 기본 원리는 다음과 같다.The basic principle of the liquid lens is as follows.
도 1a에서와 같이 물과 같은 전도성 용액 방울을 절연체와 금속판으로 구성된 기판상에 위치시키고 금속판과 전도성 용액 사이에 전압을 인가하면, 절연체의 친수성이 증가하면서 절연체 상의 전도성 용액 방울의 형상이 점선 A로부터 실선 B의 형태로 변화하게 된다.When a conductive solution droplet such as water is placed on a substrate composed of an insulator and a metal plate and a voltage is applied between the metal plate and the conductive solution, as shown in FIG. 1A, the shape of the conductive solution drop on the insulator is changed from the dotted line A while increasing the hydrophilicity of the insulator. It changes to the form of the solid line B.
이와 같은 현상을 전기습윤(Electrowetting) 현상이라 한다.Such a phenomenon is called an electrowetting phenomenon.
도 1a에서와 같이 공기 중에 놓인 물 방물 대신에, 도 1b에 도시된 바와 같이 동일한 밀도와 상이한 굴절률을 가지며 서로 혼합되지 않는 물과 기름을 이용해도 전기습윤 현상을 발견할 수 있다.Instead of the water defenses placed in the air as in FIG. 1A, electrowetting can be found even with water and oil having the same density and different refractive indices and not mixing with each other as shown in FIG.
도 1b에서 비전도성 용액인 기름 방울이 전도성 용액인 물속에 잠겨 있는 상황에서, 전압을 인가하면 전기 습윤 현상에 따라 절연체의 친수성이 증가하고 이에 따라 전도성 용액인 물의 형상이 점선 A로부터 실선 B의 형태로 변화하게 된다.In the situation in which the oil droplet, which is a non-conductive solution, is immersed in the water, which is a conductive solution, the hydrophilicity of the insulator increases according to the electrowetting phenomenon, and thus the shape of the water, which is the conductive solution, is changed from the dotted line A to the solid line B. Will change.
이와 같은 전기 습윤 현상이란 절연체로 코팅된 전극 위에 전도성 용액과 비전도성 용액이 맞닿아 있을 때 외부에서 전극과 전도성 용액에 전압을 인가하여 전도성 용액의 표면장력을 제어함으로써 전도성 용액의 접촉각과 두 용액의 계면의 형상을 변화시키는 것을 말한다.This electrowetting phenomenon refers to the contact angle between the conductive solution and the two solutions by controlling the surface tension of the conductive solution by applying a voltage to the electrode and the conductive solution from the outside when the conductive solution and the non-conductive solution contact the electrode coated with the insulator. It means to change the shape of the interface.
도 2는 종래 기술의 개별 액체 렌즈 패키징 공정에 의한 구조를 나타낸 것이다.2 shows the structure by the individual liquid lens packaging process of the prior art.
전극(22)이 형성된 하부 기판(21)과, 하부 기판(21)에 접합되며, 내부에 용액을 채우기 위한 챔버(25)와, 상기 챔버(25)의 표면에 형성되는 절연막(24), 소수성막(23) 그리고 챔버(25) 내부에 채워지는 전해액(26),절연액(27)을 포함하고 구성되고, 챔버(25)의 상부에 상부 기판(28)이 접합된다.A
여기서, 절연막(24)은 산화막(SiO2)이 사용되고, 소수성막(23)은 패럴린(Parylene)이 사용된다.Here, an oxide film (SiO 2 ) is used for the
이와 같은 종래 기술의 액체 렌즈 패키징 방법은 챔버가 형성된 챔버와 메탈 전극이 형성된 하부 기판을 접합한 후 개별 절단하여 분리하고, 분리된 개별 소자에 용액을 주입하고 상부 기판을 덮어 패키징을 하는 형태이다.Such a liquid lens packaging method of the prior art is a form in which the chamber in which the chamber is formed and the lower substrate in which the metal electrode is formed are bonded to each other and then cut and separated, injecting a solution into the separated individual elements, and packaging the upper substrate.
따라서, 종래 기술의 액체 렌즈 패키징 방법은 다음과 같은 문제가 있다.Therefore, the liquid lens packaging method of the prior art has the following problems.
즉, 각각의 액체렌즈를 하나씩 패키징을 함에 따라 작업시간이 오래 걸리게 돼 생산성이 떨어지게 된다.That is, as each liquid lens is packaged one by one, it takes a long time and reduces productivity.
또한, 패키징된 소자의 검사에 있어서도 효율성이 저하되어 양상 적용에 어려움이 있다.In addition, even when inspecting the packaged device efficiency is reduced, there is a difficulty in applying the aspect.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 액체 렌즈의 패키징 방법의 문제를 해결하기 위한 것으로, 다수의 액체 렌즈가 형성된 웨이퍼 레벨 상태에서 패키징 공정을 진행하여 품질 관리 및 제조 공정의 효율성을 높일 수 있도록 한 웨이퍼 레벨 패키징을 이용한 액체 렌즈 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problem of the conventional packaging method of the liquid lens, the wafer level to improve the efficiency of the quality control and manufacturing process by proceeding the packaging process in the state of the wafer level formed with a plurality of liquid lenses It is an object of the present invention to provide a liquid lens manufacturing method using packaging.
본 발명은 다수의 액체 렌즈가 형성된 웨이퍼 레벨 상태에서 패키징 공정을 진행하여 생산성을 높이고 소자 검사 단계에서의 효율성을 높여 양산 적용 가능성을 높인 웨이퍼 레벨 패키징을 이용한 액체 렌즈 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a liquid lens manufacturing method using wafer level packaging, in which a packaging process is performed at a wafer level in which a plurality of liquid lenses are formed to increase productivity and increase efficiency in device inspection. .
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키징을 이용한 액체 렌즈 제조 방법은 하부 글래스 웨이퍼상에 전극 패드를 형성하는 단계;중판으로 사용될 실리콘 웨이퍼에 복수 개의 챔버 영역을 형성하는 단계;상기 실리콘 웨이퍼에 절연막을 형성하는 단계;상기 하부 글래스 웨이퍼와 상기 실리콘 웨이퍼를 접합하고, 상기 복수 개의 챔버 영역의 내부에 전해액과 절연액을 주입하고, 상기 실리콘 웨이퍼 상부에 상부 글래스 웨이퍼를 접합하여 복수 개의 액체 렌즈를 형성하는 단계; 및,상기 복수 개의 액체 렌즈를 개별화하고 상기 전극 패드를 오픈시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a liquid lens using wafer level packaging, the method including: forming an electrode pad on a lower glass wafer; forming a plurality of chamber regions on a silicon wafer to be used as a middle plate; Forming an insulating film on a wafer; bonding the lower glass wafer and the silicon wafer, injecting an electrolyte solution and an insulating solution into the plurality of chamber regions, and bonding an upper glass wafer on the silicon wafer to form a plurality of liquids. Forming a lens; And individualizing the plurality of liquid lenses and opening the electrode pad.
여기서, 상기 하부 글래스 웨이퍼상에 전극 패드를 형성하는 단계는,상기 하 부 글래스 웨이퍼상에 전극 형성용 물질층을 증착하는 단계;상기 전극 형성용 물질층을 선택적으로 패터닝하여 전극층을 형성하는 단계;상기 전극층이 형성된 하부 글래스 웨이퍼상에 웨이퍼 접합을 위한 접합층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of an electrode pad on the lower glass wafer may include: depositing an electrode forming material layer on the lower glass wafer; selectively patterning the electrode forming material layer to form an electrode layer; And forming a bonding layer for wafer bonding on the lower glass wafer having the electrode layer formed thereon.
그리고 상기 접합층을 형성하는 단계는,상기 전극층이 형성된 하부 글래스 웨이퍼상에 상기 실리콘 웨이퍼와의 접합을 위한 DFR(Dry Film Resist)을 적층하는 단계;및,접합 영역만 남도록 상기 DFR을 선택적으로 패터닝하여 상기 하부 글래스 웨이퍼상에 접합층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the bonding layer may include stacking a dry film resist (DFR) for bonding to the silicon wafer on the lower glass wafer on which the electrode layer is formed; and selectively patterning the DFR so that only the bonding region remains. To form a bonding layer on the lower glass wafer.
그리고 상기 실리콘 웨이퍼에 챔버 영역을 형성하는 단계 이전에, 상기 실리콘 웨이퍼에 저지홈을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And forming a stop groove in the silicon wafer before the forming of the chamber region on the silicon wafer.
그리고 상기 실리콘 웨이퍼상에 저지 홈을 형성하는 단계는,상기 실리콘 웨이퍼에 샌드 블라스팅(sand blasting) 공정, ICP를 이용한 실리콘 딥 에칭 공정 중 어느 하나를 이용하여 상기 챔버가 형성될 영역의 주위에 원형으로 형성하는 것을 특징으로 한다.The forming of the stop groove on the silicon wafer may be performed in a circular shape around a region where the chamber is to be formed by using any one of a sand blasting process and a silicon deep etching process using an ICP. It is characterized by forming.
그리고 챔버 영역을 형성하는 단계는,상기 실리콘 웨이퍼에 레이져 가공, ICP를 이용한 실리콘 딥 에칭(Si deep etching), 다이아몬드 드릴을 이용하는 공정 중 어느 하나를 이용하여 챔버가 형성될 영역을 제거함으로써 챔버 영역이 형성되는 것을 특징으로 한다.The forming of the chamber region may include removing the region in which the chamber is to be formed using any one of laser processing on the silicon wafer, Si deep etching using ICP, and a diamond drill. It is characterized by being formed.
그리고 상기 절연막을 형성하는 단계는,상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 제 1 절연막을 형성하는 단계; 및,절연막이 형성된 상기 실리콘 웨이퍼의 복수 개의 챔 버 영역의 측면에 제 2 절연막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the insulating film may include: forming a first insulating film on a surface of the silicon wafer; And forming a second insulating film on side surfaces of the plurality of chamber regions of the silicon wafer on which the insulating film is formed.
그리고 상기 제 1 절연막을 형성하는 단계는,열산화공정을 이용한 열산화막, CVD(Chemical Vapor Deposition)를 이용한 질화막, 패럴린막 어느 하나 또는 이들 중에서 선택적으로 적층하여 형성하는 것을 특징으로 한다.The forming of the first insulating layer may be performed by selectively stacking one of a thermal oxide film using a thermal oxidation process, a nitride film using a CVD (Chemical Vapor Deposition), and a paraline film.
그리고 상기 제 1 절연막은,열산화 방법을 이용하여 1,000 ~ 3,000Å의 두께로 열산화막을 성장시키고, 열산화막상에 CVD를 이용하여 0.3 ~ 1㎛두께의 질화막을 형성한 적층 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.The first insulating film has a laminated structure in which a thermal oxide film is grown to a thickness of 1,000 to 3,000 kPa using a thermal oxidation method, and a nitride film having a thickness of 0.3 to 1 μm is formed on the thermal oxide film by CVD. It is done.
그리고 상기 제 2 절연막을 형성하는 단계는,상기 실리콘 웨이퍼의 하부에 보호 필름을 형성하고, 상기 실리콘 웨이퍼의 상부에 마스크층을 형성하는 단계;보호 필름 및 마스크층이 형성된 상기 실리콘 웨이퍼의 복수 개의 챔버 영역의 측면에 소수성 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 실리콘 웨이퍼에 형성된 보호 필름 및 마스크층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the second insulating layer may include forming a protective film on the lower portion of the silicon wafer and forming a mask layer on the silicon wafer; a plurality of chambers of the silicon wafer on which the protective film and the mask layer are formed. Forming a hydrophobic insulating film on the side of the region; And removing the protective film and the mask layer formed on the silicon wafer.
그리고 상기 소수성 절연막을 형성하는 단계는,상기 복수 개의 챔버 영역의 측면에 디핑(dipping), 스프레이(spray) 또는 스핀 코팅(spin coating)의 어느 하나의 방법으로 테프론막을 코팅하여 형성하는 것을 특징으로 한다.The forming of the hydrophobic insulating layer may include forming a hydrophobic insulating layer by coating a Teflon layer on one side of the plurality of chamber regions by any one of dipping, spraying, or spin coating. .
그리고 상기 복수 개의 액체 렌즈를 형성하는 단계는,상기 하부 글래스 웨이퍼와 상기 실리콘 웨이퍼를 접합하는 단계;접합된 상기 실리콘 웨이퍼의 복수 개의 챔버 영역 내부에 전해액을 주입하고, 상기 전해액과 섞이지 않으면서 비중이 같은 절연액을 상기 실리콘 웨이퍼의 상부 표면 위로 돌출되도록 주입하는 단계; 및,전해액 및 절연액이 주입된 상기 실리콘 웨이퍼와 상기 상부 글래스 웨이퍼를 접합하 는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the plurality of liquid lenses may include: bonding the lower glass wafer and the silicon wafer; injecting electrolyte into a plurality of chamber regions of the bonded silicon wafer, and having specific gravity without mixing with the electrolyte. Injecting the same insulating liquid to protrude above the upper surface of the silicon wafer; And bonding the silicon wafer and the upper glass wafer into which the electrolyte and the insulating liquid are injected.
그리고 상기 실리콘 웨이퍼와 상기 상부 글래스 웨이퍼를 접합하는 단계는,상기 실리콘 웨이퍼상에 접합층을 형성하고, 상기 형성된 접합층을 150 ~ 190℃의 온도로 열처리하여 상기 실리콘 웨이퍼와 상기 상부 글래스 웨이퍼를 접합하는 것을 특징으로 한다.The bonding of the silicon wafer and the upper glass wafer may include forming a bonding layer on the silicon wafer, and heat treating the formed bonding layer at a temperature of 150 to 190 ° C. to bond the silicon wafer and the upper glass wafer. Characterized in that.
그리고 상기 복수 개의 액체 렌즈를 개별적으로 분리하고 상기 전극 패드를 외부에 노출시키는 단계는, 상기 복수 개의 액체 렌즈를 각 액체 렌즈에 대해 실리콘 웨이퍼의 일부가 남는 하프 커팅 형태로 다이싱 공정을 진행하여 전극 패드 오픈 영역을 정의하는 단계; 전극 패드 오픈 영역이 정의된 상기 복수 개의 액체 렌즈를 개별 단위로 다이싱하는 단계; 및, 상기 하부 글래스 웨이퍼상의 전극 패드가 드러나도록 상기 전극 패드 오픈 영역을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The separating of the plurality of liquid lenses and exposing the electrode pads to the outside may include a process of dicing the plurality of liquid lenses in a half-cutting form in which a part of a silicon wafer remains for each liquid lens. Defining a pad open area; Dicing the plurality of liquid lenses, each having an electrode pad open region defined therein, in individual units; And removing the electrode pad open region to expose the electrode pad on the lower glass wafer.
이와 같은 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키징을 이용한 액체 렌즈 제조 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.The liquid lens manufacturing method using the wafer level packaging according to the present invention has the following effects.
첫째, 다수의 액체 렌즈가 형성된 웨이퍼 레벨 상태에서 패키징 공정을 진행하여 품질 관리 및 제조 공정의 효율성을 높일 수 있다.First, the packaging process may be performed at a wafer level in which a plurality of liquid lenses are formed, thereby improving efficiency of quality control and manufacturing process.
둘째, 웨이퍼 레벨 상태에서 용액의 주입 및 패키징 공정을 진행하여 패키징이 완료된 상태에서 개별 분리 작업을 하므로 제조 공정 진행시의 결함 발생을 줄일 수 있다.Second, since the solution is injected and packaged at the wafer level, the separation process is performed when the packaging is completed, thereby reducing the occurrence of defects during the manufacturing process.
셋째, 실리콘 웨이퍼를 액체 렌즈의 몸체전극으로 사용하기 때문에 웨이퍼 상태로 일반 반도체 공정의 적용이 가능하다.Third, since the silicon wafer is used as the body electrode of the liquid lens, it is possible to apply the general semiconductor process in the wafer state.
넷째, 다수의 액체 렌즈가 형성된 웨이퍼 레벨 상태에서 패키징 공정을 진행하여 제조 공정 진행 시간을 줄여 양산 적용 가능성을 높일 수 있다.Fourth, the packaging process may be performed in a wafer level state in which a plurality of liquid lenses are formed, thereby reducing the manufacturing process progress time and increasing the possibility of mass production.
이하, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키징을 이용한 액체 렌즈 제조 방법의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a liquid lens manufacturing method using wafer level packaging according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키징을 이용한 액체 렌즈 제조 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Features and advantages of the liquid lens manufacturing method using wafer level packaging according to the present invention will become apparent from the detailed description of each embodiment below.
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키징을 이용한 액체 렌즈의 단면 구성도이다.3A and 3B are cross-sectional configuration diagrams of a liquid lens using wafer level packaging according to the present invention.
본 발명은 웨이퍼 레벨 상태에서 용액의 주입 및 패키징 공정을 진행하여 패키징이 완료된 상태에서 개별적으로 분리 작업을 하는 것으로 공정의 용이성 및 효율성을 높일 수 있다.The present invention can increase the ease and efficiency of the process by performing a separate process of the injection and packaging process of the solution in the wafer level state to individually complete the packaging.
챔버가 형성된 실리콘 구조체와 메탈 전극이 형성된 하부 글래스를 접합한 후 개별 절단 없이 웨이퍼 레벨에서 용액의 주입과 패키징을 완료하여 개별적으로 분리하는 구조이다.After the silicon structure in which the chamber is formed and the lower glass in which the metal electrode is formed are bonded together, the injection and packaging of the solution is completed at the wafer level without separate cutting, and then separated separately.
먼저, 도 3a는 각각의 액체 렌즈 형성 영역에 상응하여 전극 패드(32)가 형성된 하부 글래스 웨이퍼(31)와, 하부 글래스 웨이퍼(31)에 접합되며, 실리콘 웨이 퍼(35)에 형성되어 내부에 용액을 채우기 위한 챔버와, 상기 챔버의 표면에 형성되는 절연막(34), 소수성막(33) 그리고 챔버 내부에 채워지는 전해액(36),절연액(37)을 포함하고 구성되고, 챔버의 상부에 상부 글래스 웨이퍼(38)가 접합되는 구조이다.First, FIG. 3A is bonded to the
이와 같이 용액의 주입과 상부 글래스 웨이퍼(38)가 접합된 상태에서 전극 패드를 외부에 노출시키기 위하여 하프 커팅 형태로 다이싱되는 전극 패드의 외부 노출 영역(39) 정의되고, 다이싱 분리 영역(40)에 의해 각각의 액체 렌즈들이 웨이퍼 레벨에서 개별적으로 분리되는 구조를 나타낸 것이다.As described above, the external exposed
그리고 도 3b는 실리콘 웨이퍼(51)의 챔버 영역의 주위에 원형으로 저지홈(52)이 형성되고 저지홈(52)의 외곽에는 UV 에폭시층(60)이 형성되는 구조로써, 마찬가지로 각각의 액체 렌즈 형성 영역에 상응하여 전극 패드(42a)가 형성된 하부 글래스 웨이퍼(41)와, 하부 글래스 웨이퍼(41)에 접합층(43a)에 의해 접합되며, 내부에 용액을 채우기 위한 챔버와, 상기 챔버의 표면에 형성되는 절연막(54), 소수성막(57) 그리고 챔버 내부에 채워지는 전해액(61),절연액(62)을 포함하고 구성되고, 챔버의 상부에 상부 글래스 웨이퍼(63)가 접합되는 구조이다.3B is a structure in which a
이와 같이 용액의 주입과 상부 글래스 웨이퍼(63)가 접합된 상태에서 전극 패드를 외부에 노출시키기 위하여 하프 커팅 형태로 다이싱되는 전극 패드의 외부 노출 영역(64) 정의되고, 다이싱 분리 영역(65)에 의해 각각의 액체 렌즈들이 웨이퍼 레벨에서 개별적으로 분리되는 구조를 나타낸 것이다.As described above, the external
도 3a와 도 3b는 챔버 영역내에 용액의 주입을 하고 상부 글래스 웨이퍼를 덮어 웨이퍼 레벨의 패키징을 하고, 전극 패드를 외부에 노출하기 위한 하프 커팅 및 각각의 액체 렌즈들을 개별적으로 분리하기 위하여 다이싱 공정을 진행한 상태의 구조 단면이다.3A and 3B show a dicing process for injecting a solution into the chamber area, covering the top glass wafer for wafer level packaging, half cutting to expose the electrode pads to the outside, and individually separating the respective liquid lenses. The structural cross section of the state which progressed.
본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키징을 이용한 액체 렌즈 제조 방법은 크게 하부 기판 제조 공정, 중판 실리콘 제조 공정, 웨이퍼 레벨 패키징 공정으로 나눌 수 있다.The liquid lens manufacturing method using wafer level packaging according to the present invention can be roughly divided into a lower substrate manufacturing process, a mid-sized silicon manufacturing process, and a wafer level packaging process.
이하의 설명은 상부 글래스 기판의 접합시에 주입된 용액이 밖으로 흘러나가는 것과 에폭시가 눌리면서 챔버 안쪽으로 들어가는 것을 방지하는 역할을 하도록 저지홈을 형성하는 도 3b의 구조를 중심으로 설명한다.The following description focuses on the structure of FIG. 3B which forms a stop groove to serve to prevent the injected solution from flowing out during bonding of the upper glass substrate and to prevent the epoxy from being pressed into the chamber.
상기 저지홈 및 에폭시층의 형성 이외에 다른 공정의 진행은 도 3a와 도 3b의 구조의 액체 렌즈가 동일하다.In addition to the formation of the stop groove and the epoxy layer, the other processes proceed in the same manner as in the liquid lens of FIGS. 3A and 3B.
먼저, 하부 기판 제조 공정은 다음과 같다.First, the lower substrate manufacturing process is as follows.
도 4a내지 도 4e는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키징을 이용한 액체 렌즈의 하부 글래스 제조를 위한 공정 단면도이다.4A-4E are cross-sectional views of a process for manufacturing a bottom glass of a liquid lens using wafer level packaging according to the present invention.
먼저, 도 4a와 도 4b에서와 같이, 하부 글래스 웨이퍼(41)상에 전극 형성용 물질층(42)을 증착한다.First, as shown in FIGS. 4A and 4B, an
전극 형성용 물질층(42)은 Au를 사용한다.The
이어, 도 4c에서와 같이, 상기 하부 글래스 웨이퍼(41)상에 증착된 전극 형성용 물질층(42)을 사진 식각 공정으로 선택적으로 패터닝하여 전극층(42a)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 4C, the
도 4d에서와 같이, 전극층(42a)이 형성된 하부 글래스 웨이퍼(41)상에 웨이 퍼 접합을 위한 DFR(Dry Film Resist)(43)을 적층하고, 도 4e에서와 같이, 적층된 DFR(43)을 접합 영역만 남도록 사진 식각 공정으로 선택적으로 패터닝하여 접합층(43a)을 형성한다.As shown in FIG. 4D, a dry film resist (DFR) 43 for wafer bonding is stacked on the
그리고 중판 실리콘 제조 공정은 다음과 같다.And the middle silicon manufacturing process is as follows.
도 5a내지 도 5g는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키징을 이용한 액체 렌즈의 중판 실리콘 기판 제조를 위한 공정 단면도이다.5A through 5G are cross-sectional views of a process for manufacturing a mid-sized silicon substrate of a liquid lens using wafer level packaging according to the present invention.
먼저, 도 5a와 도 5b에서와 같이, 용액의 용기(챔버) 및 몸체 전극으로 사용되는 실리콘 웨이퍼(51)에 샌드 블라스팅(sand blasting) 공정 또는 ICP를 이용한 실리콘 딥 에칭 공정 중의 어느 하나를 이용하여 각각의 챔버 형성 영역들에 대응되도록 그 주위에 원형으로 저지 홈(52)을 형성한다.First, as shown in FIGS. 5A and 5B, any one of a sand blasting process or a silicon deep etching process using ICP is applied to a
상기 공정으로 각각의 챔버 형성 영역들에 대응하여 형성된 저지 홈(52)은 용액 주입 후 에폭시에 의한 상부 글래스 접합시에 주입된 용액(오일)이 밖으로 흘러나가는 것과 에폭시가 눌리면서 챔버 안쪽으로 들어가는 것을 방지하는 역할을 한다.The
그리고 도 5c에서와 같이, 저지홈(52)이 형성된 실리콘 웨이퍼(51)를 챔버 형성 영역만 제거되도록 선택적으로 가공하여 용액 주입 영역이 되는 복수 개의 챔버(53)를 형성한다.As illustrated in FIG. 5C, the
각각의 챔버(53)는 상기 저지홈(52)의 내측 중심에 일정 간격 이격되어 형성되는 것으로, 챔버(53) 형성을 위한 공정은 레이져 가공, ICP를 이용한 실리콘 딥 에칭(Si deep etching), 또는 다이아몬드 드릴을 이용하여 형성한다.Each
이어, 도 5d에서와 같이, 전기습윤 현상이 가능하도록 챔버(53) 내측의 실리콘 벽면에 제 1 절연막 즉, 절연막(54)을 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 5D, the first insulating film, that is, the insulating
여기서, 절연막(54)은 열산화공정을 이용한 열산화막, CVD(Chemical Vapor Deposition)를 이용한 질화막, 패럴린막 등을 사용할 수 있으며, 또한 이것들을 혼용하여 사용할 수 있다.The insulating
바람직하게는, 1차적으로 열산화 방법을 이용하여 1,000 ~ 3,000Å의 두께로 열산화막을 성장시킨다. 이 열산화막은 절연강도를 높이는 효과가 있다.Preferably, the thermal oxide film is first grown to a thickness of 1,000 to 3,000 kPa using the thermal oxidation method. This thermal oxide film has an effect of increasing the insulation strength.
이 위에 CVD를 이용하여 0.3 ~ 1㎛두께의 질화막을 형성하여 산화막,질화막의 적층 구조를 갖도록 한다.A nitride film having a thickness of 0.3 to 1 μm is formed on the substrate by CVD to have a stacked structure of an oxide film and a nitride film.
질화막은 산화막에 비해 유전율이 높기 때문에 낮은 전압에서 전기습윤현상을 나타내는데, 이를 이용하기 위한 것이다.Since the nitride film has a higher dielectric constant than the oxide film, the nitride film exhibits an electrowetting phenomenon at a low voltage.
그리고 도 5e에서와 같이, 하부 글래스와 접합이 될 실리콘 웨이퍼(51)의 하면에 UV 테이프를 부착하여 보호 필름(55)을 형성하고, 상부는 DFR을 증착하고 선택적으로 패터닝하여 마스크층(56)을 형성한다.5E, a UV film is attached to a lower surface of the
이어, 도 5f에서와 같이, 실리콘 웨이퍼(51)에 형성된 복수 개의 챔버(53) 내부에 제 2 절연막으로 소수성 절연막(57)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 5F, a hydrophobic insulating
소수성 절연막(57)은 챔버(53)의 벽면에 디핑(dipping), 스프레이(spray) 또는 스핀 코팅(spin coating) 등의 방법을 이용하여 테프론막을 코팅하여 형성한다.The hydrophobic insulating
이때 테프론막은 듀퐁사에서 생산하는 Teflon-AF 용액을 사용한다.In this case, the Teflon membrane uses a Teflon-AF solution produced by DuPont.
여기서, 실리콘 웨이퍼(51)의 챔버(53) 내부에 제 2 절연막으로 소수성 절연 막(57)을 형성하는 공정에서 상부에 DFR을 증착하고 선택적으로 패터닝하여 마스크층(56)을 형성하는 공정 대신에 쉐도우마스크를 사용하여 마스킹을 한 상태에서 소수성 절연막(57)을 형성하는 것도 가능하다.Here, in the process of forming the hydrophobic insulating
그리고 도 5g에서와 같이, 보호 필름(55) 및 마스크층(56)을 제거하여 중판 실리콘층을 제조한다.As shown in FIG. 5G, the
이와 같이 하부 기판 및 중판 실리콘 제조가 이루어지면, 다음과 같이 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 진행한다.As described above, when the lower substrate and the intermediate silicon are manufactured, the wafer level package process is performed as follows.
도 6a내지 도 6i는 본 발명에 따른 액체 렌즈의 웨이퍼 레벨 패키징 공정 단면도이다.6A-6I are cross-sectional views of a wafer level packaging process of a liquid lens in accordance with the present invention.
액체 렌즈의 웨이퍼 레벨 패키징 공정은 먼저 도 6a에서와 같이, 복수 개의 전극층(42a) 및 접합층(43a)들이 형성된 하부 글래스 웨이퍼(41)와 중판 실리콘층 즉, 복수 개의 챔버(53)가 형성된 실리콘 웨이퍼(51)를 150 ~ 190℃의 온도에서 접합층(43a)을 이용하여 접합한다.In the wafer level packaging process of the liquid lens, as shown in FIG. 6A, the
그리고 도 6b에서와 같이, 실리콘 웨이퍼(51)의 상부의 각각의 저지홈(52) 외곽에 스크린프린팅이나 디펜싱(dipensing)을 이용하여 UV 에폭시층(60)을 형성한다.As shown in FIG. 6B, the
이어, 도 6c에서와 같이, 실리콘 웨이퍼(51)에 형성된 각각의 챔버(53) 내부에 전해액(61)을 주입한다.6C, the
그리고 도 6d에서와 같이, 전해액(61)과 섞이지 않으면서 비중이 같은 절연액(62)을 주입한다.6D, an insulating
여기서, 절연액(62)은 실리콘 웨이퍼(51)의 상부 표면 위로 돌출되도록 주입한다.Here, the insulating
이어, 도 6e에서와 같이, UV 에폭시층(60)이 형성된 실리콘 웨이퍼(51)의 상부에 상부 글래스 웨이퍼(63)를 덮어 UV를 조사하여 경화시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 6E, the
이때 챔버(53) 내에 기포가 형성되지 않도록 절연액(62)을 밖으로 밀어내며 상부 글래스 웨이퍼(63)가 덮이게 된다.At this time, the insulating
여기서, 도시하지 않았지만, 상부 글래스 웨이퍼(63)와 접합 될 실리콘 웨이퍼(51)의 접합 영역에는 DFR을 패터닝하여 형성되는 접합층이 형성되고, 실리콘 웨이퍼(51)와 상부 글래스 웨이퍼(63)의 접합 공정은 접합층을 150 ~ 190℃의 온도로 열처리하는 공정에 의해 접합이 이루어진다.Although not shown, a bonding layer formed by patterning a DFR is formed in the bonding region of the
그리고 도 6f에서와 같이, 하부 글래스 웨이퍼(41),실리콘 웨이퍼(51)와 상부 글래스 웨이퍼(63)의 접합된 구조체를 선택적으로 식각하여 후속되는 분리 공정으로 하부 글래스 웨이퍼(41)의 전극(42a) 패드가 드러날 수 있도록 실리콘 웨이퍼(51)가 바닥면으로부터 약 100㎛ 이하의 두께만 남도록 다이싱 공정을 진행하여 전극 패드의 외부 노출 영역(64)을 정의한다.6F, the bonded structure of the
이어, 도 6g와 도6h에서와 같이, 상부 글래스 웨이퍼(63),중판 실리콘 웨이퍼(51),하부 글래스 웨이퍼(41)를 제거하여 다이싱 분리 영역(65)을 정의하고, 각각의 액체 렌즈 소자가 분리될 수 있도록 다이싱 공정을 진행한다.6G and 6H, the
그리고 도 6i에서와 같이, 각각의 분리된 액체 렌즈를 하부 글래스 웨이퍼상의 전극(42a) 패드가 드러나도록 하프커팅된 분리 실리콘층(66)을 제거한다.6I, each separated liquid lens is removed with the half-cut
이와 같은 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키징을 이용한 액체 렌즈 제조 방법은 웨이퍼 레벨에서 다수의 액체렌즈가 형성된 상태에서 패키징이 이루어지기 때문에 생산성이 향상된다.The liquid lens manufacturing method using the wafer level packaging according to the present invention improves productivity because the packaging is performed in a state where a plurality of liquid lenses are formed at the wafer level.
또한, 웨이퍼레벨 상태에서 공정이 이루어지기 때문에 제품의 품질관리가 용이하여 양산 적용시에 유리하다.In addition, since the process is performed at the wafer level, quality control of the product is easy, which is advantageous in mass production.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.
도 1a와 도 1b는 액체 렌즈의 원리를 설명하기 위한 구성도1A and 1B are schematic diagrams for explaining the principle of a liquid lens.
도 2는 종래 기술의 개별 액체 렌즈 패키징 공정에 의한 구조 단면도2 is a structural cross-sectional view of an individual liquid lens packaging process of the prior art.
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키징을 이용한 액체 렌즈의 단면 구성도3A and 3B are cross-sectional configuration diagrams of a liquid lens using wafer level packaging according to the present invention.
도 4a내지 도 4e는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키징을 이용한 액체 렌즈의 하부 글래스 제조를 위한 공정 단면도4A-4E are cross-sectional views of a process for manufacturing a bottom glass of a liquid lens using wafer level packaging according to the present invention.
도 5a내지 도 5g는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키징을 이용한 액체 렌즈의 중판 실리콘 기판 제조를 위한 공정 단면도5A to 5G are cross-sectional views of a process for manufacturing a mid-sized silicon substrate of a liquid lens using wafer level packaging according to the present invention.
도 6a내지 도 6i는 본 발명에 따른 액체 렌즈의 웨이퍼 레벨 패키징 공정 단면도6A-6I are cross-sectional views of a wafer level packaging process for a liquid lens in accordance with the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
41. 하부 글래스 웨이퍼 42. 전극 형성용 금속층41.
43. DFR 51. 실리콘 웨이퍼43.
52. 저지홈 53. 챔버52.
54. 절연막 55. 보호 필름54.
56. 마스크층 57. 소수성 절연막56.
60. UV 에폭시층 61. 전해액60.
62. 절연액 63. 상부 글래스 웨이퍼62. Insulating
64. 전극 패드 오픈 영역 65. 다이싱 분리 영역64. Electrode pad
66. 분리 실리콘층66. Separation Silicon Layer
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