KR101917944B1 - Cmos 이미지 센서(cis) 및 cis의 컬러필터 결합체 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)에는 집광기능을 갖는 컬러필터 결합체가 포함되고, 컬러필터 결합체에는 소정의 컬러에 대한 컬러필터부 및 컬러필터부와 일체화되게 통합된 마이크로렌즈 어레이부가 포함될 수 있다.
Description
본 발명은 CMOS 이미지 센서(CIS) 및 CIS의 컬러필터 결합체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 빅데이터(Big data), 클라우드 컴퓨팅(Cloud computing) 등을 기반으로 하는 지능 정보 시스템의 급속한 발전에 따라 반도체 칩(chip)의 고집적화, 고밀도화, 고기능화 추세가 지속되고 있다.
모바일 무선 통신 기기에 탑재되는 CMOS Image Sensor(CIS)에서도 고화질(예컨대, 고해상도) 요구에 따라 화소(Pixel) 수는 점차 증가하고 있다. 고밀도화(다시 말해서, 화소수 증가)에 따라 한 화소 당 PD(Photodiode)의 수광면적은 점차 감소하고 있으나, 기존 기술은 고화질을 요구하는 사용자의 요구(customer needs)에 부응하기 위해서는 신호대잡음비(SNR)가 증가해야 하는 모순에 봉착하였다.
SNR을 증가시키거나 유지하는 종래의 방법으로는, BSI(Backside Illumination)기술이 있는데, color filter와 photodiode(PD) 사이의 metal layer에 의하여 초래되는 optical loss를 제거 가능하게 한 기술로서, 현재 High-end급 CIS의 대부분에 채용 중이다. 또한, Isocell 기술이 있는데, 각 pixel의 PD 사이에 절연체 격벽을 설치하는 기술로, 공정비용 증가의 문제점이 있다. SNR 증가를 위해서는 또한 BSI Si 상에서 optical stack(color filter, top 평탄화층, microlens array)의 구조(structure) 최적화가 필요하다. 예를 들어 (i) 컬러필터(CF)가 두꺼우면 CF 층의 스펙트럴 크로스톡(spectral crosstalk)이 감소될 수 있고, (ii) 픽셀 높이(Pixel height)가 높으면 광학 크로스톡(optical crosstalk)이 증가될 수 있다.
종래의 CIS 제조공정에서는 color filter와 (on-chip) microlens array가 각각 별도로 photo, etching 등의 순차적인 반도체 공정을 거쳐 제작되는데, CIS의 고밀도화 추세에 따라서 더욱 미세화하는 microlens array와 color filter 상호 간의 오정렬(mis-alignment) 발생에 따라 optical crosstalk 증가 및 SNR 저하를 초래할 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 공정 미세화(예컨대, 고밀도화)에 한계를 초래하며, 제조원가 부담도 상승한다는 문제점이 존재한다.
모바일 무선 통신 기기에 탑재되는 CMOS Image Sensor(CIS)에서도 고화질(예컨대, 고해상도) 요구에 따라 화소(Pixel) 수는 점차 증가하고 있다. 고밀도화(다시 말해서, 화소수 증가)에 따라 한 화소 당 PD(Photodiode)의 수광면적은 점차 감소하고 있으나, 기존 기술은 고화질을 요구하는 사용자의 요구(customer needs)에 부응하기 위해서는 신호대잡음비(SNR)가 증가해야 하는 모순에 봉착하였다.
SNR을 증가시키거나 유지하는 종래의 방법으로는, BSI(Backside Illumination)기술이 있는데, color filter와 photodiode(PD) 사이의 metal layer에 의하여 초래되는 optical loss를 제거 가능하게 한 기술로서, 현재 High-end급 CIS의 대부분에 채용 중이다. 또한, Isocell 기술이 있는데, 각 pixel의 PD 사이에 절연체 격벽을 설치하는 기술로, 공정비용 증가의 문제점이 있다. SNR 증가를 위해서는 또한 BSI Si 상에서 optical stack(color filter, top 평탄화층, microlens array)의 구조(structure) 최적화가 필요하다. 예를 들어 (i) 컬러필터(CF)가 두꺼우면 CF 층의 스펙트럴 크로스톡(spectral crosstalk)이 감소될 수 있고, (ii) 픽셀 높이(Pixel height)가 높으면 광학 크로스톡(optical crosstalk)이 증가될 수 있다.
종래의 CIS 제조공정에서는 color filter와 (on-chip) microlens array가 각각 별도로 photo, etching 등의 순차적인 반도체 공정을 거쳐 제작되는데, CIS의 고밀도화 추세에 따라서 더욱 미세화하는 microlens array와 color filter 상호 간의 오정렬(mis-alignment) 발생에 따라 optical crosstalk 증가 및 SNR 저하를 초래할 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 공정 미세화(예컨대, 고밀도화)에 한계를 초래하며, 제조원가 부담도 상승한다는 문제점이 존재한다.
본 발명은 CIS 제조공정에서 R,G,B color filter와 microlens array의 두 광학요소를 하나로 통합하여 일체화함으로써, 두 광학요소의 mis-alignment에 따른 optical crosstalk의 발생 및 이에 따른 노이즈 증가로 인한 SNR 저하 (전체적인 화질 저하)를 방지하고자 한다. 또한, BSI 구조의 전체적인 pixel height를 낮춤으로써 optical crosstalk를 감소시켜 SNR을 향상시키고자 한다. 또한, CIS chip의 제조공정 수도 감소시키고 단순화함으로써 제조원가를 대폭 감소시키고자 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예로써, CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS) 및 그 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)에는 집광기능을 갖는 컬러필터 결합체가 포함되고, 컬러필터 결합체에는 소정의 컬러에 대한 컬러필터부 및 컬러필터부와 일체화되게 통합된 마이크로렌즈 어레이부가 포함될 수 있다.
컬러필터 결합체의 제 1 높이 구간(h1)에서는 소정의 컬러에 대한 컬러 분리 기능이 수행되고, 제 2 높이 구간(h2)에서는 빛의 집속 기능 및 컬러 분리 기능이 혼합 수행되며, 소정의 컬러는 적색, 녹색, 청색, 백색의 제 1 컬러군 또는 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow)의 제 2 컬러군에 속할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)의 컬러필터 결합체를 제조하는 방법은 (a) 제 1 컬러의 혼합물(PR)을 웨이퍼 표면에 스핀코팅하는 단계, (b) 제 1 포토마스크를 이용하여 (a)단계에서 스핀코팅된 웨이퍼 표면에 대하여 포토리소그래피를 수행하는 단계, (c) (b)단계가 수행된 웨이퍼 표면에 제 2 컬러의 혼합물(PR)을 스핀코팅하는 단계, (d) 제 2 포토마스크를 이용하여 (c)단계에서 스핀코팅된 웨이퍼 표면에 대하여 포토리소그래피를 수행하는 단계, (e) (d)단계가 수행된 웨이퍼 표면에 제 3 컬러의 혼합물(PR)을 스핀코팅하는 단계, (f) 제 3 포토마스크를 이용하여 (e)단계에서 스핀코팅된 웨이퍼 표면에 대하여 포토리소그래피를 수행하는 단계, (g) (f)단계가 수행된 웨이퍼에 대하여 큐어링(curing)을 수행하는 단계를 포함하고, 제 1 컬러, 제 2 컬러 및 제 3 컬러는 각기 상이한 컬러이고, 제 1 포토마스크, 제 2 포토마스크 및 제 3 포토마스크는 각각 상이한 패턴을 가질 수 있다.
제 1 포토마스크, 제 2 포토마스크 및 제 3 포토마스크는 영역마다 전자 도즈(electron dose)를 다르게 하여 광투과율(optical density)이 조정된 그레이스케일 포토마스크일 수 있다.
전술한 단계적인 포토리소그래피 및 큐어링(curing)의 수행에 따라 컬러필터 결합체가 형성되고, 컬러필터 결합체의 제 1 높이 구간(h1)에서는 소정의 컬러에 대한 컬러 분리 기능이 수행되고, 제 2 높이 구간(h2)에서는 빛의 집속 기능 및 컬러 분리 기능이 혼합 수행되며, 소정의 컬러는 스핀코팅된 제 1 컬러, 제 2 컬러 또는 제 3 컬러이고, 적색, 녹색, 청색, 백색의 제 1 컬러군 또는 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow)의 제 2 컬러군에 속할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)에는 집광기능을 갖는 컬러필터 결합체가 포함되고, 컬러필터 결합체에는 소정의 컬러에 대한 컬러필터부 및 컬러필터부와 일체화되게 통합된 마이크로렌즈 어레이부가 포함될 수 있다.
컬러필터 결합체의 제 1 높이 구간(h1)에서는 소정의 컬러에 대한 컬러 분리 기능이 수행되고, 제 2 높이 구간(h2)에서는 빛의 집속 기능 및 컬러 분리 기능이 혼합 수행되며, 소정의 컬러는 적색, 녹색, 청색, 백색의 제 1 컬러군 또는 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow)의 제 2 컬러군에 속할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)의 컬러필터 결합체를 제조하는 방법은 (a) 제 1 컬러의 혼합물(PR)을 웨이퍼 표면에 스핀코팅하는 단계, (b) 제 1 포토마스크를 이용하여 (a)단계에서 스핀코팅된 웨이퍼 표면에 대하여 포토리소그래피를 수행하는 단계, (c) (b)단계가 수행된 웨이퍼 표면에 제 2 컬러의 혼합물(PR)을 스핀코팅하는 단계, (d) 제 2 포토마스크를 이용하여 (c)단계에서 스핀코팅된 웨이퍼 표면에 대하여 포토리소그래피를 수행하는 단계, (e) (d)단계가 수행된 웨이퍼 표면에 제 3 컬러의 혼합물(PR)을 스핀코팅하는 단계, (f) 제 3 포토마스크를 이용하여 (e)단계에서 스핀코팅된 웨이퍼 표면에 대하여 포토리소그래피를 수행하는 단계, (g) (f)단계가 수행된 웨이퍼에 대하여 큐어링(curing)을 수행하는 단계를 포함하고, 제 1 컬러, 제 2 컬러 및 제 3 컬러는 각기 상이한 컬러이고, 제 1 포토마스크, 제 2 포토마스크 및 제 3 포토마스크는 각각 상이한 패턴을 가질 수 있다.
제 1 포토마스크, 제 2 포토마스크 및 제 3 포토마스크는 영역마다 전자 도즈(electron dose)를 다르게 하여 광투과율(optical density)이 조정된 그레이스케일 포토마스크일 수 있다.
전술한 단계적인 포토리소그래피 및 큐어링(curing)의 수행에 따라 컬러필터 결합체가 형성되고, 컬러필터 결합체의 제 1 높이 구간(h1)에서는 소정의 컬러에 대한 컬러 분리 기능이 수행되고, 제 2 높이 구간(h2)에서는 빛의 집속 기능 및 컬러 분리 기능이 혼합 수행되며, 소정의 컬러는 스핀코팅된 제 1 컬러, 제 2 컬러 또는 제 3 컬러이고, 적색, 녹색, 청색, 백색의 제 1 컬러군 또는 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow)의 제 2 컬러군에 속할 수 있다.
본 발명에서는 CIS 제조공정에서 R,G,B color filter와 microlens array의 두 광학요소를 하나로 통합하여 일체화함으로써, 두 광학요소(예컨대, 컬러필터, 마이크로렌즈 어레이)의 mis-alignment에 따른 optical crosstalk의 발생 및 이에 따른 노이즈 증가로 인한 SNR 저하 (전체적인 화질 저하)를 방지할 수 있다. 다시 말해서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, CIS의 핵심성능인 SNR 증가, 화질 향상 등을 효과적으로 달성할 수 있다.
또한, BSI 구조의 전체적인 pixel height를 낮춤으로써 optical crosstalk을 감소시켜 SNR을 개선하고, 향상시킬 수 있다.
또한, CIS chip의 제조공정 상의 공정 step 수도 감소시키고 보다 단순화함으로써 제조원가를 대폭 감소시킬 수 있다.
또한, BSI 구조의 전체적인 pixel height를 낮춤으로써 optical crosstalk을 감소시켜 SNR을 개선하고, 향상시킬 수 있다.
또한, CIS chip의 제조공정 상의 공정 step 수도 감소시키고 보다 단순화함으로써 제조원가를 대폭 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래의 CMOS 이미지 센서의 구조도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 컬러필터 결합체의 구조의 일 예를 나타낸다.
도 3은 종래의 CMOS 이미지 센서의 컬러필터와 마이크로렌즈 어레이의 제조 공정을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)의 컬러필터 결합체를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CIS)의 컬러필터 결합체의 제조 공정을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이스케일 포토마스트의 일 예 및 제작예를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 컬러필터 결합체의 구조의 일 예를 나타낸다.
도 3은 종래의 CMOS 이미지 센서의 컬러필터와 마이크로렌즈 어레이의 제조 공정을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)의 컬러필터 결합체를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CIS)의 컬러필터 결합체의 제조 공정을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이스케일 포토마스트의 일 예 및 제작예를 나타낸다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.
스핀코팅(다시 말해서, 회전도포)은 감광제 PR를 반도체 기판 등의 웨이퍼에 바를 때 사용되는 기법이다. PR(photoresist)은 빛이나 전자파 방사, 열 등의 다양한 형태의 에너지에 노출되었을 때 내부 분자 구조가 바뀌는 특성을 갖는 혼합물을 일컫는다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 CMOS 이미지 센서의 구조도를 나타내고, 도 3은 종래의 CMOS 이미지 센서에서 컬러필터 및 마이크로렌즈 어레이의 제조 공정을 나타낸다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 컬러필터 결합체의 구조의 일 예를 나타내며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)의 컬러필터 결합체를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CIS)의 컬러필터 결합체의 제조 공정을 나타내고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이스케일 포토마스트의 일 예 및 제작예를 나타낸다.
도 1 및 도 3에서와 같이 종래의 CIS 제조공정에서는 컬러필터(2)와 (on-chip) 마이크로렌즈 어레이(1)가 각각 별도로 photo, etching 등의 순차적인 반도체 공정을 거쳐 제작되는데, CIS의 고밀도화 추세에 따라서 더욱 미세화하는 마이크로렌즈 어레이(1)와 컬러필터(2) 상호 간의 오정렬(mis-alignment) 발생에 따라 optical crosstalk 증가 및 SNR 저하를 초래할 수 있다는 문제점이 있다. 이에 따라서 공정 미세화(예컨대, 고밀도화)에 한계가 있을 수 있으며, 제조원가 부담도 상승할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)에는 집광기능을 갖는 컬러필터 결합체(10)가 포함되고, 컬러필터 결합체(10)에는 소정의 컬러에 대한 컬러필터부 및 컬러필터부와 일체화되게 통합된 마이크로렌즈 어레이부가 포함될 수 있다.
도 2를 참조하면, 컬러필터 결합체(10)의 제 1 높이 구간(h1)에서는 소정의 컬러에 대한 컬러 분리 기능이 수행되고, 제 2 높이 구간(h2)에서는 빛의 집속 기능 및 컬러 분리 기능이 혼합 수행되며, 소정의 컬러는 적색, 녹색, 청색, 백색의 제 1 컬러군 또는 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow)의 제 2 컬러군에 속할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 높이 구간(h1)은 제 2 높이 구간(h2)보다 클 수 있다. 다시 말해서, 전술한 광학요소에서 h1 > h2 인 것이 색 분리 등의 측면에서 보다 바람직하다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)의 컬러필터 결합체(10)를 제조하는 방법은 (a) 제 1 컬러의 혼합물(PR)을 웨이퍼 표면에 스핀코팅하는 단계(S100), (b) 제 1 포토마스크를 이용하여 (a)단계에서 스핀코팅된 웨이퍼 표면에 대하여 포토리소그래피를 수행하는 단계(S200), (c) (b)단계가 수행된 웨이퍼 표면에 제 2 컬러의 혼합물(PR)을 스핀코팅하는 단계(S300), (d) 제 2 포토마스크를 이용하여 (c)단계에서 스핀코팅된 웨이퍼 표면에 대하여 포토리소그래피를 수행하는 단계(S400), (e) (d)단계가 수행된 웨이퍼 표면에 제 3 컬러의 혼합물(PR)을 스핀코팅하는 단계(S500), (f) 제 3 포토마스크를 이용하여 (e)단계에서 스핀코팅된 웨이퍼 표면에 대하여 포토리소그래피를 수행하는 단계(S600), (g) (f)단계가 수행된 웨이퍼에 대하여 큐어링(curing)을 수행하는 단계(S700)를 포함하고, 제 1 컬러, 제 2 컬러 및 제 3 컬러는 각기 상이한 컬러이고, 제 1 포토마스크, 제 2 포토마스크 및 제 3 포토마스크는 각각 상이한 패턴을 가질 수 있다.
도 6을 참조하면, 제 1 포토마스크, 제 2 포토마스크 및 제 3 포토마스크는 영역마다 전자 도즈(electron dose)를 다르게 하여 광투과율(optical density)이 조정된 그레이스케일 포토마스크일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이스케일 포토마스크는 Graytone Mask 또는 Binary Mask 일 수 있다.
Graytone Mask는 예를 들어 HEBS(High-Energy Beam Sensitive) 유리(glass)와 같은 특수한 유리를 사용하여 전자빔 노광으로 영역마다 electron dose를 다르게 하여 optical density(광투과율)을 조정하여 제작할 수 있다. 이는 진정한 의미의 grayscale mask라고도 할 수 있다. 또한, Binary Mask는 보통의 photomask용 glass에 전자빔 노광을 사용하여 (1,0)(투과율 100% 또는 0%)과 같이 일정 크기의 digital dot으로 패턴을 형성하고, 영역마다 dot의 밀도(예컨대, 수)를 다르게 하여 영역에 따른 optical density(광투과율)를 다르게 나타낸 형태이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 Color PR의 curing 온도는 100~200 ℃(도씨), 시간은 0.5 ~ 30분 정도가 바람직할 수 있다. Color PR의 curing을 실시하는 이유는 각각의 컬러에 대한 포토리소그래피가 수행된 직후에 형성되는 각각의 컬러필터 결합체의 제 2 높이 구간(h2) 부분에 미세한 계단 형상이 나타나게 되는데, curing시 가열을 통해서 각각의 컬러 PR이 부분적으로 유동(reflow)을 일으켜 이 미세한 계단 형상을 부드러운 곡선 형상으로 바꾸어 줌으로써 빛의 집속 기능을 향상시킬 수 있기 때문이다.
전술한 단계적인 포토리소그래피 및 큐어링(curing)의 수행에 따라 컬러필터 결합체(10)가 형성되고, 컬러필터 결합체(10)의 제 1 높이 구간(h1)에서는 소정의 컬러에 대한 컬러 분리 기능이 수행되고, 제 2 높이 구간(h2)에서는 빛의 집속 기능 및 컬러 분리 기능이 혼합 수행되며, 소정의 컬러는 스핀코팅된 제 1 컬러, 제 2 컬러 또는 제 3 컬러이고, 적색, 녹색, 청색, 백색의 제 1 컬러군 또는 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow)의 제 2 컬러군에 속할 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 제작공정은 Bayer 패턴의 R,G,B color filter 이외에도 R,G,B,W 등 다른 종류의 color filter 패턴에도 적용가능하며 보색형(C,M,Y) color filter에도 적용될 수 있다.
또한, 전술한 설명에서는 Negative형의 color PR에 대하여 제작 공정을 설명하였으나 positive형의 color PR에도 적용될 수 있다. 이 때 grayscale mask의 tone은 도 6에 표현된 것과 명암이 역상으로 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법과 관련하여서는 전술한 장치(예컨대, CMOS 이미지 센서)에 대한 내용이 적용될 수 있다. 따라서, 방법과 관련하여, 전술한 장치에 대한 내용과 동일한 내용에 대하여는 설명을 생략하였다.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.
스핀코팅(다시 말해서, 회전도포)은 감광제 PR를 반도체 기판 등의 웨이퍼에 바를 때 사용되는 기법이다. PR(photoresist)은 빛이나 전자파 방사, 열 등의 다양한 형태의 에너지에 노출되었을 때 내부 분자 구조가 바뀌는 특성을 갖는 혼합물을 일컫는다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 CMOS 이미지 센서의 구조도를 나타내고, 도 3은 종래의 CMOS 이미지 센서에서 컬러필터 및 마이크로렌즈 어레이의 제조 공정을 나타낸다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 컬러필터 결합체의 구조의 일 예를 나타내며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)의 컬러필터 결합체를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CIS)의 컬러필터 결합체의 제조 공정을 나타내고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이스케일 포토마스트의 일 예 및 제작예를 나타낸다.
도 1 및 도 3에서와 같이 종래의 CIS 제조공정에서는 컬러필터(2)와 (on-chip) 마이크로렌즈 어레이(1)가 각각 별도로 photo, etching 등의 순차적인 반도체 공정을 거쳐 제작되는데, CIS의 고밀도화 추세에 따라서 더욱 미세화하는 마이크로렌즈 어레이(1)와 컬러필터(2) 상호 간의 오정렬(mis-alignment) 발생에 따라 optical crosstalk 증가 및 SNR 저하를 초래할 수 있다는 문제점이 있다. 이에 따라서 공정 미세화(예컨대, 고밀도화)에 한계가 있을 수 있으며, 제조원가 부담도 상승할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)에는 집광기능을 갖는 컬러필터 결합체(10)가 포함되고, 컬러필터 결합체(10)에는 소정의 컬러에 대한 컬러필터부 및 컬러필터부와 일체화되게 통합된 마이크로렌즈 어레이부가 포함될 수 있다.
도 2를 참조하면, 컬러필터 결합체(10)의 제 1 높이 구간(h1)에서는 소정의 컬러에 대한 컬러 분리 기능이 수행되고, 제 2 높이 구간(h2)에서는 빛의 집속 기능 및 컬러 분리 기능이 혼합 수행되며, 소정의 컬러는 적색, 녹색, 청색, 백색의 제 1 컬러군 또는 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow)의 제 2 컬러군에 속할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 높이 구간(h1)은 제 2 높이 구간(h2)보다 클 수 있다. 다시 말해서, 전술한 광학요소에서 h1 > h2 인 것이 색 분리 등의 측면에서 보다 바람직하다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)의 컬러필터 결합체(10)를 제조하는 방법은 (a) 제 1 컬러의 혼합물(PR)을 웨이퍼 표면에 스핀코팅하는 단계(S100), (b) 제 1 포토마스크를 이용하여 (a)단계에서 스핀코팅된 웨이퍼 표면에 대하여 포토리소그래피를 수행하는 단계(S200), (c) (b)단계가 수행된 웨이퍼 표면에 제 2 컬러의 혼합물(PR)을 스핀코팅하는 단계(S300), (d) 제 2 포토마스크를 이용하여 (c)단계에서 스핀코팅된 웨이퍼 표면에 대하여 포토리소그래피를 수행하는 단계(S400), (e) (d)단계가 수행된 웨이퍼 표면에 제 3 컬러의 혼합물(PR)을 스핀코팅하는 단계(S500), (f) 제 3 포토마스크를 이용하여 (e)단계에서 스핀코팅된 웨이퍼 표면에 대하여 포토리소그래피를 수행하는 단계(S600), (g) (f)단계가 수행된 웨이퍼에 대하여 큐어링(curing)을 수행하는 단계(S700)를 포함하고, 제 1 컬러, 제 2 컬러 및 제 3 컬러는 각기 상이한 컬러이고, 제 1 포토마스크, 제 2 포토마스크 및 제 3 포토마스크는 각각 상이한 패턴을 가질 수 있다.
도 6을 참조하면, 제 1 포토마스크, 제 2 포토마스크 및 제 3 포토마스크는 영역마다 전자 도즈(electron dose)를 다르게 하여 광투과율(optical density)이 조정된 그레이스케일 포토마스크일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이스케일 포토마스크는 Graytone Mask 또는 Binary Mask 일 수 있다.
Graytone Mask는 예를 들어 HEBS(High-Energy Beam Sensitive) 유리(glass)와 같은 특수한 유리를 사용하여 전자빔 노광으로 영역마다 electron dose를 다르게 하여 optical density(광투과율)을 조정하여 제작할 수 있다. 이는 진정한 의미의 grayscale mask라고도 할 수 있다. 또한, Binary Mask는 보통의 photomask용 glass에 전자빔 노광을 사용하여 (1,0)(투과율 100% 또는 0%)과 같이 일정 크기의 digital dot으로 패턴을 형성하고, 영역마다 dot의 밀도(예컨대, 수)를 다르게 하여 영역에 따른 optical density(광투과율)를 다르게 나타낸 형태이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 Color PR의 curing 온도는 100~200 ℃(도씨), 시간은 0.5 ~ 30분 정도가 바람직할 수 있다. Color PR의 curing을 실시하는 이유는 각각의 컬러에 대한 포토리소그래피가 수행된 직후에 형성되는 각각의 컬러필터 결합체의 제 2 높이 구간(h2) 부분에 미세한 계단 형상이 나타나게 되는데, curing시 가열을 통해서 각각의 컬러 PR이 부분적으로 유동(reflow)을 일으켜 이 미세한 계단 형상을 부드러운 곡선 형상으로 바꾸어 줌으로써 빛의 집속 기능을 향상시킬 수 있기 때문이다.
전술한 단계적인 포토리소그래피 및 큐어링(curing)의 수행에 따라 컬러필터 결합체(10)가 형성되고, 컬러필터 결합체(10)의 제 1 높이 구간(h1)에서는 소정의 컬러에 대한 컬러 분리 기능이 수행되고, 제 2 높이 구간(h2)에서는 빛의 집속 기능 및 컬러 분리 기능이 혼합 수행되며, 소정의 컬러는 스핀코팅된 제 1 컬러, 제 2 컬러 또는 제 3 컬러이고, 적색, 녹색, 청색, 백색의 제 1 컬러군 또는 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow)의 제 2 컬러군에 속할 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 제작공정은 Bayer 패턴의 R,G,B color filter 이외에도 R,G,B,W 등 다른 종류의 color filter 패턴에도 적용가능하며 보색형(C,M,Y) color filter에도 적용될 수 있다.
또한, 전술한 설명에서는 Negative형의 color PR에 대하여 제작 공정을 설명하였으나 positive형의 color PR에도 적용될 수 있다. 이 때 grayscale mask의 tone은 도 6에 표현된 것과 명암이 역상으로 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법과 관련하여서는 전술한 장치(예컨대, CMOS 이미지 센서)에 대한 내용이 적용될 수 있다. 따라서, 방법과 관련하여, 전술한 장치에 대한 내용과 동일한 내용에 대하여는 설명을 생략하였다.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 마이크로렌즈 어레이(microlens array)
2: 컬러필터 (color filter)
3: Si 기판 (Si substrate)
4: 금속배선 (metal interconnection)
5: 입사광 (incident light)
10: 컬러필터 결합체 (microlens array + color filter)
2: 컬러필터 (color filter)
3: Si 기판 (Si substrate)
4: 금속배선 (metal interconnection)
5: 입사광 (incident light)
10: 컬러필터 결합체 (microlens array + color filter)
Claims (5)
- CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)로서,
상기 CIS에는 집광기능을 갖는 복수개의 컬러필터 결합체들이 포함되고,
상기 컬러필터 결합체에는,
소정의 컬러에 대한 컬러필터부; 및
상기 컬러필터부와 일체화되게 통합된 마이크로렌즈 어레이부가 포함되고,
상기 컬러필터 결합체의 제 1 높이 구간(h1)에서는 상기 소정의 컬러에 대한 컬러 분리 기능이 수행되고, 제 2 높이 구간(h2)에서는 빛의 집속 기능 및 컬러 분리 기능이 혼합 수행되며,
상기 소정의 컬러는 적색, 녹색, 청색, 백색의 제 1 컬러군 또는 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow)의 제 2 컬러군에 속할 수 있는 컬러이고,
상기 복수개의 컬러필터 결합체들 각각은 서로 직접적으로 연결되어 있으며,
상기 제 1 높이 구간(h1)이 상기 제 2 높이 구간(h2) 보다 큰 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 삭제
- CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)의 복수개의 컬러필터 결합체들을 제조하는 방법으로서,
(a) 제 1 컬러의 혼합물(PR)을 웨이퍼 표면에 스핀코팅하는 단계;
(b) 제 1 포토마스크를 이용하여 (a)단계에서 스핀코팅된 웨이퍼 표면에 대하여 포토리소그래피를 수행하는 단계;
(c) (b)단계가 수행된 웨이퍼 표면에 제 2 컬러의 혼합물(PR)을 스핀코팅하는 단계;
(d) 제 2 포토마스크를 이용하여 (c)단계에서 스핀코팅된 웨이퍼 표면에 대하여 포토리소그래피를 수행하는 단계;
(e) (d)단계가 수행된 웨이퍼 표면에 제 3 컬러의 혼합물(PR)을 스핀코팅하는 단계;
(f) 제 3 포토마스크를 이용하여 (e)단계에서 스핀코팅된 웨이퍼 표면에 대하여 포토리소그래피를 수행하는 단계;
(g) (f)단계가 수행된 웨이퍼에 대하여 큐어링(curing)을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 컬러, 제 2 컬러 및 제 3 컬러는 각기 상이한 컬러이고,
상기 제 1 포토마스크, 제 2 포토마스크 및 제 3 포토마스크는 각각 상이한 패턴을 갖고,
상기 컬러필터 결합체의 제 1 높이 구간(h1)에서는 소정의 컬러에 대한 컬러 분리 기능이 수행되고, 제 2 높이 구간(h2)에서는 빛의 집속 기능 및 컬러 분리 기능이 혼합 수행되며,
상기 복수개의 컬러필터 결합체들 각각은 서로 직접적으로 연결되어 있으며,
상기 제 1 높이 구간(h1)이 상기 제 2 높이 구간(h2) 보다 큰 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서(CIS)의 컬러필터 결합체를 제조하는 방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 포토마스크, 제 2 포토마스크 및 제 3 포토마스크는 영역마다 전자 도즈(electron dose)를 다르게 하여 광투과율(optical density)이 조정된 그레이스케일 포토마스크인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서(CIS)의 컬러필터 결합체를 제조하는 방법.
- 제 3 항에 있어서,
단계적인 포토리소그래피 및 상기 큐어링(curing)의 수행에 따라 컬러필터 결합체가 형성되고,
상기 소정의 컬러는 스핀코팅된 제 1 컬러, 제 2 컬러 또는 제 3 컬러이고, 적색, 녹색, 청색, 백색의 제 1 컬러군 또는 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow)의 제 2 컬러군에 속할 수 있는 컬러인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서(CIS)의 컬러필터 결합체를 제조하는 방법.
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|---|---|
| KR20180089130A KR20180089130A (ko) | 2018-08-08 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012256782A (ja) * | 2011-06-10 | 2012-12-27 | Toppan Printing Co Ltd | カラー固体撮像素子およびそれに用いるカラーマイクロレンズの製造方法 |
| JP2016036004A (ja) | 2014-07-31 | 2016-03-17 | 采▲ぎょく▼科技股▲ふん▼有限公司ＶｉｓＥｒａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ | ダブルレンズ構造とその製造方法 |
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |