KR100961425B1 - 마이크로렌즈를 형성하기 위한 다단식의 리소그래피를이용한 그레이스케일 레티클의 제조 방법 - Google Patents
마이크로렌즈를 형성하기 위한 다단식의 리소그래피를이용한 그레이스케일 레티클의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
그레이스케일 레티클의 제조 방법은, 석영 웨이퍼 기판을 준비하는 공정; 그 석영 웨이퍼 기판의 표면에 SRO 층을 퇴적하는 공정; 다단식의 리소그래피를 이용하여, SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써 초기 마이크로렌즈 패턴을 형성하는 공정; SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써, SRO 층에 오목부 패턴을 형성하는 공정; SRO 층 상에 불투명 박막을 퇴적하는 공정; 불투명 박막을 패터닝하여 에칭하는 공정; 평탄화 층을 퇴적하여 평탄화하는 공정; 석영 웨이퍼를, 선택한 블랭크 레티클보다 작은 크기의 직사각형 조각으로 절단하는 공정; 그 조각을 선택한 레티클 블랭크에 접착하여 그레이스케일 레티클을 형성하는 공정; 및 그레이스케일 레티클을 이용하여 포토 촬상기기 상에 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 공정을 포함한다.
석영 웨이퍼 기판, SRO 층, 불투명 박막, 레티클 블랭크
Description
본 발명은, 이미지 센서에 관한 것으로, 특히, 마이크로렌즈 어레이에서 거의 100% 에 가까운 필 팩터 (fill factor) 를 갖는 이미지 센서의 제공에 관한 것이다.
카메라로부터 고품질의 이미지를 얻기 위해, 가능한 한 촬영현장 (scene) 으로부터 많은 광을 모으는 것이 바람직하다. 극대 검출 및 신호 강도를 위한 활성 화소 엘리먼트에, 이미지 센서의 표면에 작용하는 광을 인도하는 것이 바람직하다. 공지되어 있는 이미지 센서는, 마이크로렌즈 어레이에서, 100% 에 가까운 필 팩터 (FF) 를 가지고 있지 않다. FF 란, 광을 이미지 센서의 영역에 모아, 검출하는 영역의 양의 비율로서 정의된다.
마이크로렌즈라 불리는 집광 엘리먼트 (light concentrating element) 를 형성하기 위해 사용되는 2 가지의 공지된 방법이 있다. 가장 일반적인 방법은, 유닛 셀당 한 개의 원주를 이용하여, 원주형 패턴의 포토레지스트를 노광 및 현상 하는 것이다. 포토레지스트 리플로우는, 원주를 반구로 변화시키기 위해 수행된다. 그 포토레지스트 리플로우는, 포토레지스트를 융해시키기 위해 시간/온도의 조합을 이용한다. 사용되는 통상의 조건은, 170℃ 에서 60 초이다. 이 기술을 이용한 필 팩터는 대략 78% 로 한정되는데, 그 이유는, 반구형상의 투영면 (footprint) 이 원형이고, 사각형 어레이의 마이크로렌즈가 희망되어, 유닛 셀 코너에는 미사용된 영역이 존재하기 때문이다. 이것은, 사각형 내에 원을 끼워 맞추는 문제이다. 이것은, 비용 효율이 높은 마이크로 렌즈의 형성 방법이지만, 이용가능한 광을 모두 모으는 능력이 결핍되어 있다.
다른 방법은, 리플로우 프로세스를 이용하지 않고, 포토레지스트를 직접 패터닝하기 위해 그레이스케일 마스크를 이용하고 있다. 이 방법에서, 사용된 포토마스크는, 특유의 그레이스케일 포토마스크이다. 2003년 5월 13일에 등록된, Wu 등의 "Direct write all-glass photomask blanks", 미국특허번호 제6,562,523 B1호, 및 2003년 2월 25일에 등록된, Wu 의 "Grayscale all-glass photomasks", 미국특허번호 제6,524,756 B1호에는 이들 프로세스가 개시되어 있다. 이들 특허에 기재되어 있는 포토마스크는 본질적으로 평면이다. 약 1㎛ 두께의 아연 규산염층은 전자 빔에 의해 노광되며, 그 전자 빔은, 전자빔 선량에 따라, 보다 불투명한 층을 형성하여 전도 특성 (transmission property) 을 변경시킨다. 투과율을 바꾸는 마이크로렌즈를 각각 제작함으로써, 노광하고 현상한 후의 결과로 발생한 형상은, 원하는 형상의 거의 완전히 100% 인 필 팩터이다. 이 방법의 문제는, 포토마스크의 비용이 높아, 실제로 산업적으로 사용하기에 너무 고가라는 것 이다. 이것은, 예를 들어, 전자 빔의 다수회의 조사에 이어서 각각의 마이크로렌즈를 노광하는 등, 포토마스크의 제작 프로세스가 일련의 프로세스이기 때문이다.
1996년 7월 16일에 등록된, Aoyama 등의 "Method of manufacturing lens array", 미국특허번호 제5,536,455호에는, 복수의 렌즈-베이스 엘리먼트의 조합이 개시되어 있다.
2001년 4월 24일에 등록된, Abramovich 의 "Color image sensor with embedded microlens array", 미국특허번호 제6,221,687 B1호에는, 마이크로렌즈 어레이를 형성하기 위해, SixNy 층 및 그의 반응성 이온 에칭을 사용하는 것이 개시되어 있다.
2002년 10월 29일에 등록된, Daniell 의 "Lens Arrays", 미국특허번호 제6,473,238 B1호에는, 내부에 에어 갭을 가진 렌즈 어레이가 개시되어 있다.
2006년 6월 27일에 등록된, Boettiger 등의 "Controlling lens shape in microlens array", 미국특허번호 제7,068,432 B2호에는, 마이크로렌즈 재료의 융해 특성을 조정하는 것이 개시되어 있다.
2006년 7월 18일에 등록된, Jeon 의 "CMOS image sensors and methods for fabricating the same", 미국특허번호 제7,078,260 B2호에는, 렌즈가 충분히 평탄화된 표면을 가진 렌즈 어레이가 개시되어 있다.
2006년 10월 27일에 등록된, Ono 등의 "Grayscale Reticle for Precise Control of Photoresist Exposure", 미국특허출원번호 제11/588,891호에는, IC 리소그래피 프로세스에서 사용하기 위한 그레이스케일 마스크를 제조하기 위해 낮은 비용의 기술을 이용하는 것이 개시되어 있다.
본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 100% 에 가까운 필 팩터 (FF) 를 달성하는 동시에, 제조 비용이 저렴한 마이크로렌즈를 제조하기 위한 그레이스케일 레티클의 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은, 석영 기반 레티클의 제조에 사용하는 방법을 제공하고, 또한, 대칭 또는 비대칭 형상 중 어느 하나의 형상의 마이크로렌즈를 제작할 수 있는 방법에 대해서도 제공한다.
그레이스케일 레티클의 제조 방법은, 석영 웨이퍼 기판을 준비하는 공정; 석영 웨이퍼 기판의 표면에 SRO 층을 퇴적하는 공정; 다단식 (step-over) 의 리소그래피를 이용하여, SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써 초기 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 공정; SRO 층의 굴절률과 일치하는 굴절률을 가진 투명층을 퇴적하여 평탄화하는 공정; 석영 웨이퍼 기판을, 선택한 레티클 블랭크의 영역 내에 끼워 맞출 조각 (piece) 으로 절단하는 공정; 선택한 레티클 블랭크에 조각을 접착하여 그레이스케일 레티클을 형성하는 공정; 및 그레이스케일 레티클을 이용하여, 포토센서 상에 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 공정을 포함한다.
또한, 본 발명에 관한 그레이스케일 레티클의 제조 방법은, 또한, 상기 SRO 층을 퇴적하는 공정 전에, 스크래치 보호층을 형성하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 그레이스케일 레티클의 제조 방법은, 또한, 상기 직사 각형 조각을 접착하기 전에, 상기 석영 웨이퍼 기판으로부터 상기 스크래치 보호층을 제거하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 그레이스케일 레티클의 제조 방법은, 또한, 상기 SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써, 상기 SRO 층에 상기 오목부 패턴을 형성하는 공정은, 소정 양의 상기 SRO 층을 에칭하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 그레이스케일 레티클의 제조 방법은, 또한, 상기 SRO 층 상에 불투명 박막을 퇴적하는 공정에 있어서 퇴적하는 불투명 박막의 두께는, 상기 SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써, 상기 SRO 층에 상기 오목부 패턴을 형성하는 공정에 있어서 제거하는 상기 소정 양의 SRO 층의 두께와 동일한 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 그레이스케일 레티클의 제조 방법은, 또한, 상기 석영 웨이퍼 기판은, 실리콘 웨이퍼와 같은 물리적인 SEMI 기준 치수 규격을 가지고 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 그레이스케일 레티클의 제조 방법은, 또한, 상기 SRO 층에 퇴적하는 상기 불투명 박막은, Ti 막, TiN 막, Al 막, Cr 막, CrO 막, Cu 막, Pd 막, Pt 막, 또는 그의 산화물 막으로 이루어진 군에 의해 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 그레이스케일 레티클의 제조 방법은, 또한, 상기 평탄화층을 형성하는 물질의 굴절률의 실수부는, 상기 SRO 층의 굴절률의 실수부와 일치하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 제조된 그레이스케일 레티클을 이용하여 제작하는 포토센서의 마이크로렌즈 어레이도 본 발명의 범주에 포함된다.
실제의 제조 시에는, 그레이스케일 영역에 더하여 불투명 영역이 요구되며, 이는, 부가적인 프로세스 공정을 요구한다. 블랭크 석영 웨이퍼를 준비하는 공정; 석영 웨이퍼의 표면에 SRO 층을 퇴적하는 공정; 어레이 영역에서 다단식의 리소그래피를 이용하여, SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써 마이크로렌즈 어레이(들) 를 형성하는 공정; 불투명 영역을 원하는 주변 영역에서 SRO 층을 패터닝하여 에칭하는 공정; 불투명 박막을 SRO 층 상에 퇴적하고, 패터닝하여 에칭하는 공정; 평탄화층을 퇴적하여 평탄화하는 공정; 석영 웨이퍼를, 선택한 레티클 블랭크의 영역 내에 끼워 맞출 조각으로 절단하는 공정; 선택한 레티클 블랭크에 조각을 접착하여 그레이스케일 레티클을 형성하는 공정; 및 그레이스케일 레티클을 이용하여 포토센서 상에 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 공정을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 그레이스케일 레티클의 제조 방법은, 또한, 상기 SRO 층을 퇴적하는 공정 전에, 상기 석영 웨이퍼에 스크래치 보호층을 형성하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 그레이스케일 레티클의 제조 방법은, 또한, 상기 석영 웨이퍼의 조각을 접착하기 전에, 상기 석영 웨이퍼로부터 상기 스크래치 보호층을 제거하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 그레이스케일 레티클의 제조 방법은, 또한, 상기 석영 웨이퍼 기판은, 실리콘 웨이퍼와 동일하게 물리적인 SEMI 기준 치수 규격을 가지고 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 그레이스케일 레티클의 제조 방법은, 또한, 상기 SRO 에 퇴적하는 상기 불투명 박막은, Ti 막, TiN 막, Al 막, Cr 막, CrO 막, Cu 막, Pd 막, Pt 막, 및 그의 산화물 막으로 이루어진 군에 의해 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 제조된 그레이스케일 레티클을 이용하여 제작하는 포토센서의 마이크로렌즈 어레이도 본 발명의 범주에 포함된다.
본 발명의 목적은, 100% 에 가까운 필 팩터를 가진 마이크로렌즈 어레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 석영 기반 레티클을 제조하는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 이런 개요 및 목적은, 본 발명의 본질의 신속한 이해를 가능하게 하기 위해 제공된다. 본 발명의 보다 완전한 이해는, 이하의 본 발명의 바람직한 실시형태의 상세한 설명을 도면과 함께 참조함으로써 획득될 수도 있다.
본 발명에 의하면, 본 발명은, 100% 에 가까운 필 팩터 (FF) 를 달성하는 동시에, 제조 비용이 저렴한 마이크로렌즈를 제조하기 위한 그레이스케일 레티클의 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은, 석영 기반 레티클의 제조에 사용하는 방법을 제공하고, 또한, 대칭 또는 비대칭 형상 중 어느 하나의 형상의 마이크로렌즈를 제작할 수 있는 방법에 대해서도 제공한다.
본 발명의 방법에 있어서, SRO (Silicon Rich Oxide) 층은, 부분적으로 투과층으로 사용된다. SRO 층의 두께는, 포토레지스트의 노광을 제어하도록 변화된다. 3 차원 구조는, SRO 박막의 패터닝 및 에칭에 의해 가공된다. 기판으로서 사용되는 석영 (Qz) 웨이퍼 상에 퇴적되는 초기의 박막 두께는, 대략 0.75㎛ 이다.
5㎛ 미만이고 1㎛ 보다 큰 피치를 갖는 마이크로렌즈 어레이를 생산하는 것을 목적으로 한 그레이스케일 레티클의 구체적인 제조 방법이 개시된다. 전형적인 마이크로렌즈는, 통상은, 포물선 또는 반구형의 기능적 형상을 가진 볼록면을 갖고, 이로써, 굴절 변화율을 갖는 렌즈 상의 어디든지 부딪치는 광은 그 표면에서 굴절되고, 광검출기의 활성 영역을 향하여 편향된다. 포토레지스트의 포물선 또는 반구형상의 형성은, 3 차원의 원하는 형상을 형성하도록 제어된 방법으로 포토레지스트를 노광하는 광의 투과율을 변화시키는 그레이스케일 마스크를 이용하여 가능하게 된다.
100% 에 가까운 필 팩터 (FF) 는 본 발명의 방법을 이용하여 달성될 수도 있으며, 본 발명의 방법은 또한, 이 높은 필 팩터를 달성하기 위해 비용 효율이 높은 프로세스를 제공한다. 본 발명은, 마이크로렌즈의 형성에 한정되지 않는다. 본 발명은, 결과로 발생한 포토레지스트 패턴의 형상을, 마이크로렌즈 어레이 이외의 패턴 구조에도 사용될 수도 있는 원하는 형상으로 제어한다. 본 발명은, 대칭 또는 비대칭 형상 중 어느 하나의 마이크로렌즈도 형성하는 일반적인 방법을 제공한다.
SRO 층 또는 흡광성 박막을 패터닝함으로써, 투과율은, 그의 두께의 함수로서 변화될 수도 있고, SRO 박막의 투명도와 일치하는 박막 (예를 들어, 각 물질의 굴절률의 실수부가 일치하는 박막) 을 이용함으로써, 간섭 효과도 없고, 광의 굴절도 없다. 그 결과는, 정밀한 그레이스케일 포토마스크이다.
처음에는, 원조 (parent) 의 포토마스크 상에, 다양한 크기의 패턴의 어레이 (모두가 동일한 렌즈 피치임) 가 설계되는데, 이는, Cr/CrO 및 석영으로 제조된 종래의 바이너리 포토마스크를 이용하여 마이크로렌즈 어레이를 제조한다. Cr/CrO 박막은 모든 광을 차단하는 한편, 석영은, 광이 포토마스크를 관통하게 한다. 보통, 레티클, 또는 원조의 레티클이라 불리는 이런 원조의 포토마스크는, 본 발명에서의 그레이스케일 레티클이 아니라, 본 발명의 그레이스케일 레티클의 제조에 사용된다. 이 때, 그레이스케일 레티클은, CMOS 또는 CCD IC 프로세스에서의 마이크로렌즈 어레이의 제조에 사용된다. 원조의 레티클을 이용하여 다양한 크기의 패턴을 중첩함으로써, 미리 결정된 노광 시에, 노광된 동축의 패턴의 복합물이 원하는 포토레지스트 형상 패턴이 된다. 이 패턴이 마이크로렌즈 어레이의 제조에 사용되는 패턴이다.
이제, 도 1 을 참조하면, 본 발명의 방법은 일반적으로 10 으로 표시된다. 제 1 공정은, 기판으로서 사용하기 위한 석영 (Qz) 웨이퍼를 준비한다 (공정 12). 석영 웨이퍼 기판은, 실리콘 웨이퍼와 동일한 물리적인 SEMI 기준 치수 규격을 갖는다.
석영 웨이퍼에는 스크래치 보호층이 도포된다 (공정 14). 절단하고 접착한 후의, 완성된 석영 기판의 표면 및 하면 (bottom surface) 이 광학면이 되기 때문에, 어떤 결함도 존재하지 않을 수도 있다. 이것은, 그레이스케일 포토마스크의 노광 중에 광 경로에 영향을 주는 스크래치 및 입자를 포함한다. 스크래치 보호층은, 석영 기판의 광학 특성에 영향을 주지 않고 제거될 수 있는, 산화물, 질화물, 폴리이미드, 금속 또는 임의의 다른 물질을 포함할 수도 있다. 이 스크래치 보호층은, 사용될 수도 있고 사용되지 않을 수도 있지만, 바람직한 실시형태에서, 스크래치 보호층은, 석영 기판의 표면 (또는, 전면) 및 하면 (또는, 배면) 에 도포되고, 순차적으로는, 먼저 표면에 도포된 후 하면에 도포된다. 표면의 스크래치 보호층이 그 후 제거되지만, 그 표면의 스크래치 보호층은, 하면 또는 배면의 스크래치 보호 재료의 퇴적 중에, 그 표면을 보호하는 역할을 한다.
스크래치 보호 프로세스는, 에지만이 스크래치되기 쉽도록 수동 조작으로, 전면에 티타늄 박막을 증착하는 공정; 다시 수동 조작으로, 석영 웨이퍼의 배면에 티타늄 박막을 증착하는 공정; 이 절차가 전면을 스크래치할 수도 있는 사이에, 자동 조작으로 석영 웨이퍼의 배면에 TEOS 를 PECVD 하는 공정으로서, 임의의 스크래칭은 티타늄층에 한정되는, 상기 PECVD 공정; 끝으로, 선택성이 매우 높고 하위의 석영 웨이퍼에는 영향을 주지 않는 습식 에칭에 의해, 전면의 티타늄층을 제거하는 공정을 포함할 수도 있다. TEOS 층은, 전면의 티타늄층의 습식 에칭 중에 배면의 티타늄층을 보호한다. 이들, 또는 유사한 스크래치 보호층의 공정은 본 발명의 방법의 일부로서 요구되며, 종래의 실리콘 처리 툴이 여기에 사용될 수도 있 지만, 종래의 실리콘 처리 툴은 보통, 본 발명의 방법에 의해 제조되는 광학 레티클에 대해 요구되는 것처럼, 실리콘의 배면, 또는 하부면을 보호하도록 설계되지 않기 때문에, 종래의 실리콘 처리 툴에 의해 석영 웨이퍼로의 손상을 막기 위해서는 부가적인 프로세스 공정이 본 발명의 방법에서 요구된다.
다음으로, SRO (SixOy) 가 기판의 표면에 퇴적되고, 패터닝되어, 에칭된다 (공정 16). SRO 층의 패터닝 및 에칭은, 초기의 마이크로렌즈 패턴을 제공한다. SRO 층은, 결과로 발생한 포토마스크의 그레이스케일 특성에 중요한 열쇠이다. 이 그레이스케일 포토마스크를 갖는 다른 기판을 노광하기 위해 사용된 광의 투과율은, SRO 층을 관통할 때, 강도의 감쇠 특성을 갖는다. 감쇠는 베르의 법칙 (Beer's low) 에 영향을 받으며, 출력의 광 강도를 I 라 하고, SRO 층의 관통 후에, 입력된 광 강도로부터 감쇠된 강도를 
라 하면, 다음의 식, 즉,
가 되고, 여기서, 
는 1/거리의 차원에서의 흡광 계수 (extinction coefficient) 이고, d 는, 박막의 두께이다.
SRO 층은, 오목부 패턴을 형성하기 위해, 포토레지스트로 도포되고, 패터닝되어 에칭된다 (공정 18). 이 공정은, 습식 에칭이나 건식 에칭 중 어느 하나로, 소정 양의 SRO 박막을 제거한다. 제거된 SRO 양은, 패터닝된 영역에서의 동일한 두께의 불투명 박막으로 치환된다. 이 공정은 사용될 수도 있고 사용되 지 않을 수도 있다. 이 공정의 목적은, 처리된 석영 웨이퍼의 표면에 걸쳐 균일한 높이를 유지하는 것으로, 이는, 본 발명의 방법의 그레이스케일 레티클의 제조에 있어서 중요하다.
불투명 박막층은, SRO 층 상부에 퇴적되고, 패터닝되어 에칭된다 (공정 20). 바람직한 실시형태에서는, 공정 18 에서 에칭된 SRO 양과 동일한 두께로 티타늄층이 퇴적된다. 오목부 영역에 불투명 박막을 패터닝하는 것은, 패터닝 영역, 정렬 마크, 마스크 식별 등을 명확하게 할 수 있다. 불투명 박막은, Ti 막, TiN 막, Al 막, Cr 막, CrO 막, Cu 막, Pd 막, 또는 Pt 막, 및 그들의 산화물 막과 같은 임의의 불투명 박막일 수 있다. 보통은, 금속성 박막이 사용된다. 앞서 언급한 것처럼, 불투명 박막의 두께는, 이전의 오목부 에칭 공정에 의해 제거된 SRO 양과 동일하다.
바람직한 실시형태에서는, SiOxNy 층인 평탄화층이 퇴적되며 (공정 22), 이는 후속의 CMP 공정 중에 부분적으로 제거된다. 박막의 굴절률의 실수부는 SRO 층의 굴절률의 실수부와 일치할 것이다. 흡광 계수는 0 일 것이다. 실수부가 일치하지 않는다면, 최종의 마이크로렌즈 어레이에 불리한 2 가지 경우가 발생한다. 첫째는, 반사 및 간섭 효과로 인한 투과율에 대한 제어의 손실이고, 둘째는, SRO 의 형상으로 인해 발생하는 굴절이다. 이 굴절 효과는, 포토레지스트의 표면에 있는 이미지 면에서의 방사 강도 패턴을 바꿀 것이다. 부분 노광 강도에 대한 제어는, 본 발명의 방법을 상업적으로 실행가능하기 위한 중요한 요소 이다.
SiOxNy 퇴적은, 등각 퇴적의 유형인 PECVD 이기 때문에, SiOxNy 굴절률이 미조정될 수도 있고, 처리된 석영 웨이퍼의 표면은 평면이 아니고 SRO 패턴의 윤곽을 따른다. CMP (공정 24) 는, 표면을 실질적으로 평탄화하기 위해 수행된다.
석영 웨이퍼는 적당한 크기로 절단 (공정 26) 된 후, 원형의 웨이퍼로부터 직사각형상으로 변형된다. 직사각형 조각은, 블랭크 레티클 기판에 접착된다. 이 프로세스 공정은 본래부터 미립자를 생성한다. 다이아몬드 톱날은, 석영 기판을 물리적으로 절단하기 위해 사용된다. 기판은, 물에 의한 단순한 헹굼 및 건조 공정이 충분한 세정을 제공하지 않기 때문에 완전히 세정되어야 한다. 기판상에 임의의 입자가 남아있으면, 그 입자는, 후에 포토마스크로부터 발생된 결함으로서 영향을 줄 것이다.
석영 웨이퍼에 스크래치 보호층이 도포되었다면, 석영 웨이퍼의 하면 상의 임의의 잔존하는 스크래치 보호층은, 스크래치 보호층을 제거하고 레티클의 접착부의 최종 표면을 세정하는 화학적 제거 공정에서 제거된다 (공정 28). 직사각형 석영 기판의 양측은, 접착하기 전에는 결함이 없어야 한다.
본 발명의 방법의 최종의 공정은 접착 공정 (공정 30) 이다. 필요한 사전-접착 세정은, 직사각형 석영 기판과 레티클 블랭클 모두에 대해 수행된다. 세정 후에, 이들 2 개의 조각은 서로 정렬된 후 접착된다. 조각들 사이에 잔존할 수도 있는 임의의 입자가 2 개의 표면들의 접착을 방해하겠지만, 2 개의 표면이 서로 물리적으로 분리되어서는 안된다. 불충분한 접착은, 육안으로 볼 수 있는 뉴턴 링 (Newton ring) 의 출현을 초래할 것이다. 뉴턴 링의 존재는, 간섭 효과가 존재하기 때문에 포토레지스트면에서의 개구 강도를 제어하는 능력에 악영향을 줄 것이다.
성숙한 IC 프로세스는, 그레이스케일 레티클을 형성하기 위해 사용된다. 프로세스의 마지막 공정은, 절단된 석영 웨이퍼의 레티클 블랭크로의 접착이며, 이는 도 2 및 도 3 에 도시된다. 석영 레티클 블랭크 (32) 가 준비된다. 석영 웨이퍼 (34; 도 2 에는 접착되어 도시됨) 는, 그 위에 형성된 마이크로렌즈 어레이 (36) 를 갖는다. 접착제는, 렌즈 어레이 (36) 와 블랭크 (32) 사이에 도시된다. 외부 필드 (38) 는 기준점 (40) 을 포함한다. 비활성 영역 (42) 은, 활성 영역 (44) 을 둘러싸고, 그 위에 형성된 데이터 라벨 (46) 을 갖는다. 플레이트 라벨 (48) 은, 외부 필드 (46) 내에 형성된다.
제조되고 있는 구조의 설명과 함께 본 발명의 방법의 공정들의 설명은 도 4 내지 도 7 에 도시된다. 원조의 레티클을 형성하여, 석영 웨이퍼 (53) 상의 SRO 층 (52) 을 노광하기 위해 사용되는 종래의 레티클 (50) 이 제공되며, 이는 후속적으로 절단되어 레티클 블랭크 (54) 에 접착된다. 최종의 마이크로렌즈 어레이는, CMOS 또는 CCD 웨이퍼 (56) 상에 형성된다.
종래의
레티클
상에서의 패턴 설계
반도체 디바이스의 제조 시, 본 발명의 방법에서 사용되는 대표적인 포토리소그래피 스텝퍼 (stepper) 는, 1/5 축소 스텝퍼이며, Hg i-선 (365nm) 에 의해 노 광한다. 그레이스케일 레티클은 동일한 스텝퍼를 이용하는 것을 의도하고 있기 때문에, 마이크로렌즈 어레이 치수는, 효율적으로, 목표로 정해진 CCD 또는 CMOS 이미지 센서 상에 원하는 피치의 25 배인, 원조의 레티클의 렌즈 피치에 의해 결정된다. 현 세대의 이미지 센서는 2㎛×2㎛ 의 피치, 또는 유닛 셀 사이즈를 가질 수도 있고, 원조의 레티클은 50㎛ 의 피치를 가지며, 그레이스케일 마스크는 10㎛ 의 피치를 갖는다. 원조의 레티클은 다수의 어레이를 포함하고, 모든 피치가 50㎛ 로 동일하지만, 다양한 직경의 원을 포함한다. 특정 크기의 원 직경의 어레이는 존으로 정의한다. 그레이스케일 마스크를 생성하기 위해, 다수의 존이 SRO 층 상에 패터닝되고, 각 존은 SRO 의 상이한 두께를 정의한다. 본 발명의 방법의 그레이스케일 마스크를 이용할 때, 평활한 마이크로렌즈 형상을 달성하기 위하여, 임의의 2 개의 순차적으로 사용된 존들 사이의 직경 차가 스텝퍼의 분해능보다 작다는 것을 보장하기 위해 충분한 수의 존들이 필요하다. 예를 들어, CMOS 또는 CCD 웨어퍼에서, 유닛 셀 사이즈를 2㎛×2㎛, 노광장치 서브분해능 (aligner subresolution) 이 0.2㎛ 영역인 경우에, 대각선을 따라,
이 된다. 따라서, 그레이스케일 레티클 상에서, 1㎛/존의 존 분리가 존재하고, 더욱이, 종래 레티클 상에서는, 5㎛/존의 존 분리가 존재한다.
종래의 레티클에서의 4 개의 존 패턴 레이아웃의 2 개의 예 (하나는 명시야 (LF), 다른 하나는 암시야 (DF)) 가 도 8 및 도 9 에 도시되며, 이들 도면에는, 각 각, 서로로부터 역 극성을 가진, 4 개의 존 패턴 레이아웃을 위해 요구된 것처럼, 2 개의 종래의 레티클을 도시된다. 도 8 및 도 9 에 도시된 각 존은, 원형의 거대 어레이를 나타내고, 임의의 주어진 존에 대해서도 모두 동일한 크기이다.
종래의
레티클을
이용한 석영 웨이퍼의 노광
이제, 도 10 및 도 11 을 참조하면, 노광 공정이 도시되고, 여기서, 웨이퍼의 중앙부분은 ETL, ETR, EBL, 및 EBR 로 표시된 노광을 실시하며, 이들은, 각각, 도 8 및 도 9 의 석영 웨이퍼면에서의 4 개의 분리된 조사 선량을 나타낸다. 개별적인 노광 모두가 집중적으로 중첩되는 다단식의 리소그래피가 사용된다. 도 10 및 도 11 의 EACC 그래프는, 석영 웨이퍼면에서의 누적된 조사 선량을 나타내고 있다. 반사된 PRT 대 EXP 그래프에 의해 표시된, 도 10 및 도 11 의 각각의 단면은, 노광 광에 대한 포토레지스트 응답 곡선이다. 이것은, 사용하는 적절한 조사 선량의 결정을 위해 사용된다. 끝으로, 도 10 및 도 11 의 PR 그래프는, 노광 및 현상 후의 포토레지스트 프로파일을 나타낸다. PRTi 는, 노광 전의 초기의 포토레지스트 두께이다.
포토레지스트 응답 곡선은, 원하는 포토레지스트 프로파일로부터 역행함으로써 개별 노광을 결정하기 위해 사용된다. 포토레지스트 응답 곡선의 사용은, 포토레지스트의 계단형상으로 쌓인 높이와 조사 선량 사이의 직접 상관관계를 갖는다. 노광 축에 있어서, 가능한 한 폭이 넓은 곡선을 갖는 것이 유익하며, 곡선의 폭이 넓을수록, 결과로 발생한 포토레지스트의 계단형상으로 쌓인 높이와 조사 선량과의 사이의 상관관계가 보다 정확하다.
그레이스케일
포토마스크를
이용한
CCD
또는
CMOS
웨이퍼 또는 다른 기판의 노광
일단 그레이스케일이 제작되면, 그것은 포토레지스트에서 직접적으로 마이크로렌즈 어레이를 패터닝하기 위해 사용된다. 이 패터닝은 그 후, 마이크로렌즈 어레이의 제조 시에 사용하기 위한 하위 박막에 에칭 전사될 수도 있다.
도 12 는, 다양한 k 값에 대한 투과율 대 SRO 박막 두께의 그래프이며, 여기서, k 는, 0.01/nm 씩 0 내지 0.04/nm 으로 변화하는 굴절률에 대한 복소수의 허수부이며, 각각, 곡선 A ~ 곡선 E 를 나타낸다. 그래프에서의 SRO 의 양측은, 외부 공기에 접하고 있다. 곡선 A 는, 박막 두께의 간섭 효과로 인해 사인파 곡선이 되는 강도의 감쇠가 없다는 것을 주목하라. 곡선 E 는, 최고의 k 값을 갖는 가장 큰 감쇠가 있다는 것을 주목하다. 투과율의 지수 감쇠는, SRO 두께의 사인파 간섭 작용과 결부된다.
CMP 공정은, 접착 공정 전에 필요하기 때문에, SRO 와 하위 SiOxNy 두께의 합계의 두께는 일정하다. 이것은 도 13 에 도시된다. 이 적층박막은, CMP 공정 후에, 일정한 두께 t 를 갖는다.
광학 경로는, 도 13 에 도시된 적층박막의 두께 전체이다. 흡광 계수가 0 과 동일한 SiOxNy 또는 SiO2 와 같은 비흡광 박막을, 적층박막 내의 표면의 박막으로서 사용할 때, SRO 층과 비흡광 박막과의 굴절률의 실수부를 일치시키기 위해 감쇠되어야 한다. 이것이 발생할 때, 적층박막이 일정한 두께를 갖기 때문에 간섭 효과의 결핍으로 인해 적층박막을 통한 투과율의 발진이 없을 것이다. 이런 점을 도시하기 위해, 도 14 의 그래프는, SiOxNy 및 SiO2 에 대한 투과율 T 대 SRO 두께를 나타낸다. 곡선들은, 적층박막 두께 (
) 에 대한 다음의 식, 즉,
으로부터 도출되며, 여기서 c 는, 일정값이다.
도 15 는, 도 14 에 도시된 투과율 대 SRO 두께의 계산 시에 사용되는 것과 같은 상기 공의 응용을 나타낸다. 적층박막은, 일정값으로 유지된다는 것을 주목하라. 따라서, 본질적으로, 그레이스케일 포토마스크를 이용할 때, 노광하는 광의 조사 선량에 대해 적절한 제어를 제공하도록 SRO 박막 상부의 상위 박막과 SRO 박막의 굴절률이 일치되어야 한다.
따라서, 그레이스케일 레티클의 제조 방법이 개시되어 있다. 이들의 추가 변형 및 변경은 첨부된 특허청구범위 내에 정의된 것처럼 본 발명의 범위 내에서 행해질 수도 있음을 알아야 할 것이다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 그레이스케일 레티클의 제조 방법은, 석영 웨이퍼 기판을 준비하는 공정, 석영 웨이퍼 기판의 표면에 실리콘 SRO 층을 퇴적하는 공정, 다단식의 리소그래피를 이용하여, SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써 초기의 마이크로렌즈를 형성하는 공정, SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써, SRO 층에 오목부 패턴을 형성하는 공정, SRO 층 상에 불투명 박막을 퇴적하는 공정, 불투명 박막을 패터닝하여 에칭하는 공정, 평탄화층을 퇴적하여 평탄화하는 공정, 석영 웨이퍼를, 선택한 레티클 블랭크보다 작은 크기의 직사각형 조각으로 절단하는 공정, 선택한 레티클 블랭크에 석영 웨이퍼의 직사각형 조각을 접착하여 그레이스케일 레티클을 형성하는 공정을 포함한다.
본 발명에 관한 제조 방법에 의해 제조된 그레이스케일 레티클을 이용함으로써, 100% 에 가까운 필 팩터의 마이크로렌즈를 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 효과를 얻는다.
본 발명에 관한 제조 방법에 의해 제조되는 그레이스케일 레티클은, 이미지 센서에서의 마이크로렌즈 어레이의 생산에 바람직하게 이용할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 방법의 블록도.
도 2 는, 그레이스케일 레티클의 단면도.
도 3 은, 그레이스케일 레티클의 평면도.
도 4 내지 도 7 은, 본 발명의 방법의 프로세스 시퀀스를 나타낸 도면.
도 8 및 도 9 는, 서로 역 극성을 가진 2 개의 종래의 레티클을 나타낸 도면.
도 10 및 도 11 은, 각각, 도 8 및 도 9 에 대한 포토레지스트 노광 프로파일을 나타낸 도면.
도 12 는, 투과율 대 SRO 두께를 나타낸 그래프.
도 13 은, 적층박막을 나타낸 도면.
도 14 는, 2 개의 상이한 적층박막의 투과율 대 SRO 두께를 나타낸 도면.
도 15 는, SRO 대 SiOxNy 또는 SiO2 의 상대적인 두께의 관계를 나타낸 도면.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
32: 석영 레티클 블랭크 34: 석영 웨이퍼
36: 마이크로렌즈 어레이 38: 외부 필드
40: 기준점 42: 비활성 영역
44: 활성 영역 46: 데이터 라벨
48: 플레이트 라벨
Claims (15)
- 석영 웨이퍼 기판을 준비하는 공정;상기 석영 웨이퍼 기판의 표면에 SRO (Silicon Rich Oxide) 층을 퇴적하는 공정;다단식의 리소그래피를 이용하여, 상기 SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써 초기의 마이크로렌즈를 형성하는 공정;상기 SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써 상기 SRO 층에 오목부 패턴을 형성하는 공정;상기 SRO 층 상에 불투명 박막을 퇴적하는 공정;상기 불투명 박막을 패터닝하여 에칭하는 공정;평탄화층을 퇴적하여 평탄화하는 공정;상기 석영 웨이퍼 기판을, 선택한 레티클 블랭크보다 작은 크기의 직사각형 조각으로 절단하는 공정; 및상기 선택한 레티클 블랭크에 상기 석영 웨이퍼 기판의 직사각형 조각을 접착하여 그레이스케일 레티클을 형성하는 공정을 포함하는, 그레이스케일 레티클의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 SRO 층을 퇴적하는 공정 전에, 상기 석영 웨이퍼 기판에 스크래치 보호층을 도포하는 공정을 포함하는, 그레이스케일 레티클의 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 접착하기 전에, 상기 석영 웨이퍼 기판으로부터 상기 스크래치 보호층을 제거하는 공정을 포함하는, 그레이스케일 레티클의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써 상기 SRO 층에 오목부 패턴을 형성하는 공정은, 소정 양의 SRO 층을 에칭하는 공정을 포함하는, 그레이스케일 레티클의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 SRO 층 상에 불투명 박막을 퇴적하는 공정은, 상기 SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써 상기 SRO 층에 오목부 패턴을 형성하는 공정 동안 제거된 상기 소정 양의 SRO 층과 동일한 두께의 불투명 박막을 퇴적하는 공정을 포함하는, 그레이스케일 레티클의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 석영 웨이퍼 기판을 준비하는 공정은, 실리콘 웨이퍼와 동일한 물리적인 SEMI 표준 치수를 가진 석영 웨이퍼 기판을 준비하는 공정을 포함하는, 그레이 스케일 레티클의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 SRO 층 상에 불투명 박막을 퇴적하는 공정은, Ti 막, TiN 막, Al 막, Cr 막, CrO 막, Cu 막, Pd 막, Pt 막, 및 그들의 산화물 막으로 이루어진 군에서 선택된 박막을 퇴적하는 공정을 포함하는, 그레이스케일 레티클의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 평탄화층을 형성하는 물질의 굴절률의 실수부는, 상기 SRO 층의 굴절률의 실수부와 일치하고 있는, 그레이스케일 레티클의 제조 방법.
- 석영 웨이퍼 기판을 준비하는 공정,상기 석영 웨이퍼 기판의 표면에 SRO (Silicon Rich Oxide) 층을 퇴적하는 공정,다단식의 리소그래피를 이용하여, 상기 SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써 초기의 마이크로렌즈를 형성하는 공정,상기 SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써 상기 SRO 층에 오목부 패턴을 형성하는 공정,상기 SRO 층 상에 불투명 박막을 퇴적하는 공정,상기 불투명 박막을 패터닝하여 에칭하는 공정,평탄화층을 퇴적하여 평탄화하는 공정,상기 석영 웨이퍼 기판을, 선택한 레티클 블랭크보다 작은 크기의 직사각형 조각으로 절단하는 공정,상기 선택한 레티클 블랭크에 상기 석영 웨이퍼 기판의 직사각형 조각을 접착하여 그레이스케일 레티클을 형성하는 공정,상기 그레이스케일 레티클을 이용하여 촬상기기의 마이크로렌즈 어레이를 제작하는 공정을 포함하는, 마이크로렌즈 어레이의 제조 방법.
- 석영 웨이퍼 기판을 준비하는 공정,상기 석영 웨이퍼 기판의 표면에 SRO (Silicon Rich Oxide) 층을 퇴적하는 공정,다단식의 리소그래피를 이용하여, SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써 초기의 마이크로렌즈를 형성하는 공정,상기 SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써, 소정 양의 SRO 층을 제거하는 공정,상기 SRO 층 상에 불투명 박막을 퇴적하는 공정,상기 불투명 박막을 패터닝하여 에칭하는 공정,상기 SRO 층의 굴절률의 실수부와 일치하는 굴절률의 실수부를 갖는 물질로 이루어지고, 제거된 상기 소정 양의 SRO 층과 동일한 두께의 평탄화층을 퇴적하여 평탄화하는 공정,상기 석영 웨이퍼 기판을, 선택한 레티클 블랭크보다 작은 크기의 조각으로 절단하는 공정,상기 선택한 레티클 블랭크에 상기 석영 웨이퍼 기판의 조각을 접착하는 공정을 포함하는, 그레이스케일 레티클의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 SRO 층을 퇴적하는 공정 전에, 상기 석영 웨이퍼 기판에 스크래치 보호층을 도포하는 공정을 포함하는, 그레이스케일 레티클의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 접착하는 공정 전에, 상기 석영 웨이퍼 기판으로부터 상기 스크래치 보호층을 제거하는 공정을 포함하는, 그레이스케일 레티클의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 석영 웨이퍼 기판을 준비하는 공정은, 실리콘 웨이퍼와 동일한 물리적인 SEMI 표준 치수를 가진 석영 웨이퍼 기판을 준비하는 공정을 포함하는, 그레이스케일 레티클의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 SRO 층 상에 불투명 박막을 퇴적하는 공정은, Ti 막, TiN 막, Al 막, Cr 막, CrO 막, Cu 막, Pd 막, Pt 막, 및 그들의 산화물 막으로 이루어진 군에서 선택된 박막을 퇴적하는 공정을 포함하는, 그레이스케일 레티클의 제조 방법.
- 석영 웨이퍼 기판을 준비하는 공정,상기 석영 웨이퍼 기판의 표면에 SRO (Silicon Rich Oxide) 층을 퇴적하는 공정,다단식의 리소그래피를 이용하여, SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써 초기의 마이크로렌즈를 형성하는 공정,상기 SRO 층을 패터닝하여 에칭함으로써 소정 양의 SRO 층을 제거하는 공정,상기 SRO 층 상에 불투명 박막을 퇴적하는 공정,상기 불투명 박막을 패터닝하여 에칭하는 공정,상기 SRO 층의 굴절률의 실수부와 일치하는 굴절률의 실수부를 갖는 물질로 이루어지고, 제거된 상기 소정 양의 SRO 층과 동일한 두께의 평탄화층을 퇴적하여 평탄화하는 공정,상기 석영 웨이퍼 기판을, 선택한 레티클 블랭크보다 작은 크기의 조각으로 절단하는 공정,상기 선택한 레티클 블랭크에 상기 석영 웨이퍼 기판의 조각을 접착하여 그레이스케일 레티클을 형성하는 공정,상기 그레이스케일 레티클을 이용하여 촬상기기의 마이크로렌즈 어레이를 제작하는 공정을 포함하는, 마이크로렌즈 어레이의 제조 방법.
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