KR102439203B1 - 지문 감지를 위한 이미지 센서 구조체들 - Google Patents

지문 감지를 위한 이미지 센서 구조체들 Download PDF

Info

Publication number
KR102439203B1
KR102439203B1 KR1020187012976A KR20187012976A KR102439203B1 KR 102439203 B1 KR102439203 B1 KR 102439203B1 KR 1020187012976 A KR1020187012976 A KR 1020187012976A KR 20187012976 A KR20187012976 A KR 20187012976A KR 102439203 B1 KR102439203 B1 KR 102439203B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wafer
image sensor
collimator filter
light
forming
Prior art date
Application number
KR1020187012976A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180053422A (ko
Inventor
영신 이
폴 윅볼트
패트릭 스미스
로버트 존 고브
제이슨 구델
Original Assignee
베이징 지오브이 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US15/087,481 external-priority patent/US10147757B2/en
Application filed by 베이징 지오브이 테크놀로지 컴퍼니 리미티드 filed Critical 베이징 지오브이 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
Publication of KR20180053422A publication Critical patent/KR20180053422A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102439203B1 publication Critical patent/KR102439203B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/30—Collimators
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1318—Sensors therefor using electro-optical elements or layers, e.g. electroluminescent sensing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1324—Sensors therefor by using geometrical optics, e.g. using prisms
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/1347—Preprocessing; Feature extraction
    • G06V40/1359—Extracting features related to ridge properties; Determining the fingerprint type, e.g. whorl or loop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14618—Containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14629—Reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14632—Wafer-level processed structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14678—Contact-type imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14687—Wafer level processing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Image Input (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Collating Specific Patterns (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

이미지 센서 구조체들과 시준 필터들을 통합하는 방법들 및 시스템들은, 이미지 센서 반도체 웨이퍼들과의 통합을 위해 웨이퍼 레벨에서 시준 필터들을 형성하는 제조 방법들 및 연관된 구조체들을 포함한다. 광학 생체인식 센서를 제조하는 방법들은, 이미지 센서 웨이퍼 상에 시준기 필터 층을 형성하는 단계로서, 시준기 필터 층에서의 복수의 광 시준 개구부들이 이미지 센서 웨이퍼에서의 복수의 광 감지 엘리먼트들과 정렬되는, 상기 시준기 필터 층을 형성하는 단계와, 이미지 센서 웨이퍼 상에 시준기 필터 층을 형성한 후, 이미지 센서 웨이퍼를 복수의 개별 광학 센서들로 싱귤레이트하는 단계를 포함한다.

Description

지문 감지를 위한 이미지 센서 구조체들
관련 출원들에 대한 상호참조들
본 출원은 2015년 10월 7일자로 출원된 발명의 명칭 "IMAGE SENSOR STRUCTURES FOR FINGERPRINT SENSORS"의 미국 가출원 제62/238,603호의 35 U.S.C. §119 (e) 하의 이점을 주장하며, 이는 그 전부가 참조로 본 명세서에 포함된다.
분야
본 개시물은 대체로 광학 센서들에 관한 것이고, 더 상세하게는 시준기를 사용하는 광학 센서에 관한 것이다.
물체 이미징이 다양한 응용들에서 유용하다. 예로서, 생체 인식 시스템들이 인식 시스템들을 통합한 디바이스들의 사용자들을 인증 및/또는 검증하기 위한 생체인식 물체들을 이미지화한다. 생체인식 이미징은 개인 아이덴티티를 인식 목적으로 검증하는 신뢰가능한, 비-침습적 (non-intrusive) 방식을 제공한다. 다양한 유형들의 센서들이 생체인식 이미징을 위해 사용될 수도 있다.
지문들은, 다양한 다른 생체인식 특성들처럼, 고유의 개인적 특성들에 기초하고 따라서 개인을 인식하는 신뢰가능 메커니즘을 제공한다. 따라서, 지문 센서들은 많은 잠재적 응용들을 가진다. 예를 들어, 지문 센서들은 보안 검색대들 (security checkpoint) 과 같은 정적 애플리케이션들에서 액세스 제어를 제공하는데 사용될 수도 있다. 지문 센서들은 모바일 디바이스들, 이를테면 셀 폰들, 착용가능 스마트 디바이스들 (예컨대, 스마트 워치들 및 활동 추적기들), 태블릿 컴퓨터들, 개인휴대 정보단말들 (PDA들), 내비게이션 디바이스들, 및 휴대용 게이밍 디바이스들에서 액세스 제어를 제공하는데 또한 사용될 수도 있다. 따라서, 일부 애플리케이션들, 특히 모바일 디바이스들에 관련된 애플리케이션들이, 작은 사이즈 및 고도의 신뢰성 둘 다를 갖는 인식 시스템들을 요구할 수도 있다.
대부분의 상업적으로 입수가능한 지문 센서들은 광학 또는 용량성 감지 기술들에 기초한다. 유감스럽게도, 기존의 광학 지문 센서들은 모바일 디바이스들과 다른 일반 소비자 전자 디바이스들에 패키징되기에는 너무 부피가 커서, 자신들의 사용을 도어 액세스 제어 단말들 및 센서 사이즈가 제한되지 않는 다른 애플리케이션들에 국한시킨다.
그 결과, 대부분의 모바일 디바이스들에서의 지문 센서들은 지문의 융선 및 골 특징들을 감지하도록 구성되는 감지 어레이를 갖는 용량성 센서들이다. 통상적으로, 이들 지문 센서들은 절대 커패시턴스 (때때로 "자체 커패시턴스"로서 알려짐) 또는 트랜스-커패시턴스 (때때로 "상호 커패시턴스"로서 알려짐) 를 검출한다. 어느 경우에나, 어레이에서의 각각의 감지 엘리먼트에서의 커패시턴스는 융선 또는 골이 존재하는지의 여부에 의존하여 변화하고, 이들 변화들은 지문의 이미지를 형성하도록 전기적으로 검출된다.
용량성 지문 센서들이 특정한 장점들을 제공하지만, 대부분의 상업적으로 입수가능한 용량성 지문 센서들은 큰 거리들을 통해 미세한 융선 및 골 특징들을 감지하는데 어려움이 있어, 감지 어레이에 가까운 감지 표면과 지문이 접촉하는 것을 요구한다. 많은 스마트 폰들 및 다른 모바일 디바이스들의 디스플레이를 보호하는 두꺼운 덮개 유리 (때때로 본 명세서에서 "덮개 렌즈"라고 지칭됨) 와 같은 두꺼운 층들을 통해 지문들을 검출하는 용량성 센서에 대해 상당한 도전이다. 이 문제를 해결하기 위해, 디스플레이 옆의 영역에서의 덮개 유리에 컷아웃 (cutout) 이 종종 형성되고, 개별 용량성 지문 센서 (종종 기계적 버튼과 통합됨) 가 덮개 유리를 통해 감지하지 않고서도 지문들을 검출할 수 있도록 컷아웃 영역에 배치된다. 컷아웃에 대한 필요는 디바이스의 앞면 상에 플러시 표면 (flush surface) 을 형성하기 어렵게 하여, 사용자 경험을 감소시키고, 제조를 복잡하게 한다. 기계적 버튼들의 존재는 가치 있는 디바이스 부동산을 또한 차지한다.
본 개시물의 실시형태들은, 이미지 센서 반도체 웨이퍼들과의 통합을 위해 웨이퍼 레벨에서 시준기 필터들을 형성하는 제조 방법들 및 연관된 구조체들을 포함하는, 이미지 센서 구조체들과 시준기 필터들을 통합하는 방법들 및 시스템들을 제공한다.
실시형태에 따르면, 광학 생체인식 센서 (예컨대, 광학 지문 센서) 를 제조하는 방법이 제공된다. 그 방법은 이미지 센서 웨이퍼 상에 시준기 필터 층을 형성하는 단계로서, 시준기 필터 층에서의 복수의 광 시준 개구부들이 이미지 센서 웨이퍼에서의 복수의 광 감지 엘리먼트들과 정렬되는, 상기 시준기 필터 층을 형성하는 단계와, 이미지 센서 웨이퍼 상에 시준기 필터 층을 형성한 후, 이미지 센서 웨이퍼를 복수의 개별 광학 센서들로 싱귤레이트 (singulation) 하는 단계를 통상적으로 포함한다. 특정한 양태들에서, 시준기 필터 층을 형성하는 단계는 복수의 광 시준 개구부들을 형성하는 단계와 이미지 센서 웨이퍼의 앞면에 배치된 하나 이상의 재배선 층 (redistribution layer) 들에 이미지 센서 웨이퍼의 광 감지 엘리먼트들을 위한 회로부를 라우팅하는 단계를 포함한다. 특정한 양태들에서, 복수의 시준기 필터 층을 형성하는 단계는, 이미지 센서 웨이퍼의 뒷면에 광 시준 개구부들을 형성하는 단계로서, 이미지 센서 웨이퍼의 앞면이 하나 이상의 재배선 층들을 포함하는, 상기 광 시준 개구부들을 형성하는 단계를 포함한다. 특정한 양태들에서, 이미지 센서 웨이퍼 상에 시준기 필터 층을 형성하는 단계는, 복수의 광 시준 개구부들을 갖는 시준기 필터 웨이퍼를 형성하는 단계와, 이미지 센서 웨이퍼에 시준기 필터 웨이퍼를 부착시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 예시적인 도면들에 기초하여 아래에서 훨씬 더 상세히 설명될 것이다. 본 발명은 예시적인 실시형태들로 제한되지 않는다. 본 명세서에서 설명되는 그리고/또는 예시되는 특징들은 본 발명의 실시형태들에서 단독으로 또는 상이한 조합들로 조합하여 사용될 수 있다. 게다가, 본 발명의 다양한 실시형태들의 특징들 및 장점들은 첨부된 도면들을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 명확하게 될 것이며, 그 도면들은 다음을 예시하는데:
도 1은 본 개시물의 실시형태에 따른, 광학 센서와 프로세싱 시스템을 포함하는 시스템의 일 예의 블록도이다.
도 2는 본 개시물의 실시형태에 따른 광학 센서를 포함하는 모바일 디바이스의 일 예를 도시한다.
도 3은 본 개시물의 실시형태에 따른 시준기 필터 층을 갖는 광학 센서의 일 예를 도시한다.
도 4는 본 개시물의 실시형태에 따른 시준기 필터 층을 갖는 광학 센서와 상호작용하는 광의 일 예를 도시한다.
도 5는 본 개시물의 실시형태에 따른 시준기 필터 층의 대체 실시형태를 예시한다.
도 6은 본 개시물의 실시형태에 따른 입력 물체를 이미지화하는 방법을 예시한다.
도 7은 본 개시물에 따라서 이미지 센서 구조체를 묘사한다.
도 8은 본 개시물에 따라서 다른 이미지 센서 구조체를 묘사한다. 더 구체적으로는, 도 8은, RDL 층에 에칭된 시준기 필터를 갖는, 앞면 조명된 CMOS 검출기를 묘사한다.
도 9는 본 개시물에 따라서 다른 이미지 센서 구조체를 묘사한다. 더 구체적으로는, 도 9는 RDL 층에 에칭된 시준기 필터를 갖는 그리고 광의 각도를 구별하는 포토 검출기들을 갖는 앞면 조명된 CMOS 검출기를 묘사한다.
도 10은 본 개시물에 따라서 다른 이미지 센서 구조체를 묘사한다. 더 구체적으로는, 도 10은, 시준기 필터를 가지는, 그리고 자신에 장착되는 제 2 ASIC (디지털 ASIC) 를 가지는 CMOS 검출기 (센서 ASIC) 를 묘사한다.
도 11은 본 개시물에 따라서 다른 이미지 센서 구조체를 묘사한다. 더 구체적으로는, 도 11은 장착된 TSV 기판을 갖는 뒷면 조명 이미지 센서를 묘사한다.
도 12는 본 개시물에 따라서 다른 이미지 센서 구조체를 묘사한다. 도 1. 이미지 센서에 접합된 실리콘 시준기 필터
도 13은 본 개시물의 실시형태에 따라서 시준기 필터를 갖는 이미지 센서 구조체를 형성하는 공정 흐름을 묘사한다.
도 14는, 좌측에서: 웨이퍼 UV 릴리스 테이프에 부착된 에치 마스크를 갖는 웨이퍼를, 그리고 우측에서: 미완성 시준기 비아들의 단면을 묘사한다.
도 15는 시준기 필터 대 이미지 센서의 정렬을 묘사한다.
도 16은 접합 패드들 위의 웨이퍼 간 접합 및 Si의 제거 (점선들이 스크라이브 라인들을 나타냄) 를 묘사한다.
도 17은 본 개시물의 실시형태에 따라서 시준기 필터를 갖는 이미지 센서 구조체를 형성하는 대체 방법을 위한 다른 공정 흐름을 묘사한다.
도 18은 본 개시물의 실시형태에 따라서 시준기 필터를 갖는 이미지 센서 구조체를 형성하는 대체 방법을 위한 다른 공정 흐름을 묘사한다.
다음의 상세한 설명은 본질적으로 단지 예시적이고 본 발명 또는 본 발명의 응용 및 사용들을 제한하도록 의도되지 않았다. 더욱이, 앞서의 기술분야, 배경 기술, 발명의 내용, 도면의 간단한 설명 또는 다음의 상세한 설명에서 제시되는 임의의 표현된 또는 암시된 이론에 의해 구속될 의도는 없다.
도면들로 가면, 그리고 본 명세서에서 상세히 설명된 바와 같이, 본 개시물의 실시형태들은 지문과 같은 입력 물체를 광학적으로 이미지화하는 방법들 및 시스템들을 제공한다. 특히, 감지 지역과 이미지 센서 어레이 사이에 개재된 광 컨디셔닝 층으로서 작동하는 시준기 필터 층을 광학 센서가 포함하는 방법 및 시스템이 설명된다. 단지 일부의 반사된 광 빔들만이 이미지 센서 어레이에서의 광학 감지 엘리먼트들 (또한 "감지 화소들" 또는 "광 감지 엘리먼트들") 에 도달하도록 감지 지역으로부터의 광이 시준기 필터 층에 의해 필터링된다.
본 개시물의 시준기 필터 층을 채용하면 순수하게 렌즈 기반 또는 핀홀 카메라 기반 이미징 센서들로 가능한 것보다 더 낮은 프로파일의 이미지 센서, 이를테면 지문 센서를 허용하면서도 블러링을 방지한다. 따라서, 이미지 센서는 셀 폰들과 같은 모바일 디바이스들에서의 사용을 위해 얇게 만들어질 수 있다. 각각의 광학 감지 엘리먼트, 또는 엘리먼트들의 그룹 위에 개개의 시준기 개구부들을 배치하는 것은, 더 많은 광을 광학 감지 엘리먼트들로 전달함으로써 순수 핀홀 기반 영상기들보다 더 나은 민감도를 제공한다. 본 개시물은 큰 범위의 두께들의 덮개 층들을 통한 광학 감지를 가능하게 하는 시준기 필터 층의 사용을 설명한다.
본 개시물의 실시형태들은, 이미지 센서 반도체 웨이퍼들과의 통합을 위해 웨이퍼 레벨에서 시준기 필터들을 형성하는 제조 방법들 및 연관된 구조체들을 포함하는, 이미지 센서 구조체들과 시준기 필터들을 통합하는 방법들 및 시스템들을 또한 제공한다.
도 1은 본 개시물의 실시형태에 따른, 광학 센서 디바이스 (102) 와 프로세싱 시스템 (104) 을 포함하는 전자 시스템 (100) 의 일 예의 블록도이다. 예로서, 생체인식 매칭 시도를 캡처, 저장, 및 검증 (validation) 하는 동안 이용되는 전자 디바이스 (100) 의 기본 기능 컴포넌트들이 예시된다. 프로세싱 시스템 (104) 은 프로세서(들)(106), 메모리 (108), 템플릿 스토리지 (110), 운영 체제 (OS) (112), 및 전력 소스 (114) 를 포함한다. 프로세서(들)(106), 메모리 (108), 템플릿 스토리지 (110), 및 운영 체제 (112) 의 각각은 컴포넌트 간 통신들을 위해 물리적으로, 통신적으로, 그리고/또는 동작적으로 상호접속된다. 전력 소스 (114) 는 전력을 필요한 대로 제공하기 위해 다양한 시스템 컴포넌트들에 상호접속된다.
예시된 바와 같이, 프로세서(들)(106) 는 전자 디바이스 (100) 및 프로세싱 시스템 (104) 내의 실행을 위한 기능 및 /또는 프로세스 명령들을 구현하도록 구성된다. 예를 들어, 프로세서(들)(106) 는 생체인식 물체를 식별하기 위해 또는 생체인식 인증 시도가 성공적인지 또는 비성공적인지를 결정하기 위해 메모리 (108) 에 저장된 명령들 또는 템플릿 스토리지 (110) 상에 저장된 명령들을 실행한다. 비-일시적, 컴퓨터 판독가능 저장 매체일 수도 있는 메모리 (108) 는, 동작 동안 전자 디바이스 (100) 내에 정보를 저장하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 메모리 (108) 는 전자 디바이스 (100) 가 턴 오프될 때 유지되지 않는 정보를 위한 영역인 임시 메모리를 포함한다. 이러한 임시 메모리의 예들은 랜덤 액세스 메모리들 (RAM), 동적 랜덤 액세스 메모리들 (DRAM), 및 정적 랜덤 액세스 메모리들 (SRAM) 과 같은 휘발성 메모리들을 포함한다. 메모리 (108) 는 프로세서(들)(106) 에 의한 실행을 위한 프로그램 명령들을 또한 유지한다.
템플릿 스토리지 (110) 는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함한다. 지문 센서의 맥락에서, 템플릿 스토리지 (110) 는 사용자의 지문에 대한 지문 이미지들을 위한 등록 뷰들 또는 다른 등록 정보를 저장하도록 일반적으로 구성된다. 더 일반적으로, 템플릿 스토리지 (110) 는 물체에 관한 정보를 저장하는데 사용될 수도 있다. 템플릿 스토리지 (110) 는 정보의 장기 저장을 위해 추가로 구성될 수도 있다. 일부 예들에서, 템플릿 스토리지 (110) 는 비휘발성 저장 엘리먼트들을 포함한다. 비휘발성 저장 엘리먼트들의 비제한적 예들은, 무엇보다도, 자기적 하드 디스크들, 고체상태 드라이브들 (SSD), 광 디스크들, 플로피 디스크들, 플래시 메모리들, 또는 전기적으로 프로그램가능 메모리들 (EPROM) 또는 전기적으로 소거가능 및 프로그램가능 (EEPROM) 메모리들의 형태들을 포함한다.
프로세싱 시스템 (104) 은 운영 체제 (OS) (112) 를 또한 호스팅한다. 운영 체제 (112) 는 프로세싱 시스템 (104) 의 컴포넌트들의 동작들을 제어한다. 예를 들어, 운영 체제 (112) 는 프로세서(들)(106), 메모리 (108) 및 템플릿 스토리지 (110) 의 상호작용을 용이하게 한다.
다양한 실시형태들에 따르면, 프로세서(들)(106) 는 입력 물체의 이미지를 설명하는 데이터를 획득하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 구현한다. 프로세서(들)(106) 는 또한 두 개의 이미지들을 정렬시키고 정렬된 이미지들을 서로 비교하여 매칭이 있는지의 여부를 결정할 수도 있다. 프로세서(들)(106) 는 검증 또는 식별을 위한 등록 또는 매칭 프로세스와 같은 생체인식 프로세스 동안 다수의 부분적 지문 이미지들이 수집될 때 지문 이미지들과 같은 일련의 더 작은 부분적 이미지들 또는 서브-이미지들로부터 더 큰 이미지를 구성하도록 또한 동작할 수도 있다.
프로세싱 시스템 (104) 은 전력을 전자 디바이스 (100) 에 제공하는 전력 소스 (114) (또는 하나 이상의 전력 소스들) 를 포함한다. 전력 소스 (114) 의 비제한적 예들은 일회용 전력 소스들, 재충전가능 전력 소스들, 및/또는 니켈-카드뮴, 리튬-이온, 또는 다른 적합한 재료로부터 개발된 전력 소스들 뿐만 아니라 전력에 결국 접속되는 전력 코드들 및/또는 어댑터들을 포함한다.
광학 센서 (102) 는 전자 시스템 (100) 의 물리적 부분으로서 구현될 수 있거나, 또는 전자 시스템 (100) 으로부터 물리적으로 분리될 수 있다. 적절한 대로, 광학 센서 (102) 는 버스들, 네트워크들, 및 다른 유선 또는 무선 상호접속들 중 임의의 하나 이상을 사용하여 전자 시스템 (100) 의 부분들과 통신할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 광학 센서 (102) 는 사용자의 지문 이미지를 캡처하는 지문 센서로서 구현된다. 본 개시물에 따라서, 광학 센서 (102) 는 지문들과 같은 생체인식정보 (biometrics) 를 이미지화하는 것을 포함하는 물체 이미징을 목적으로 광학 감지를 사용한다. 광학 센서 (102) 는, 예를 들어, 디스플레이의 일부로서 통합될 수 있거나, 또는 개별 센서일 수도 있다.
전자 시스템들 (100) 의 일부 비제한적 예들은 모든 사이즈들 및 형상들의 개인용 컴퓨터들, 이를테면 데스크톱 컴퓨터들, 랩톱 컴퓨터들, 넷북 컴퓨터들, 태블릿들, 웹 브라우저들, e-북 리더들, 및 개인휴대 정보단말들 (PDA들) 을 포함한다. 추가의 예시적인 전자 시스템들 (100) 은 복합 입력 디바이스들, 이를테면 물리적 키보드들 및 별개의 조이스틱들 또는 키 스위치들을 포함한다. 추가의 예시적인 전자 시스템들 (100) 은 데이터 입력 디바이스들 (원격 컨트롤들 및 마우스들을 포함함) 과 데이터 출력 디바이스들 (디스플레이 스크린들 및 프린터들을 포함함) 과 같은 주변기기들을 포함한다. 다른 예들은 원격 단말들, 키오스크들, 비디오 게임 머신들 (예컨대, 비디오 게임 콘솔들, 휴대용 게이밍 디바이스들 등), 통신 디바이스들 (셀룰러 폰들, 이를테면 스마트 폰들을 포함함), 및 미디어 디바이스들 (레코더들, 편집기들, 및 플레이어들, 이를테면 텔레비전들, 셋톱 박스들, 뮤직 플레이어들, 디지털 포토 프레임들, 및 디지털 카메라들을 포함함) 을 포함한다.
광학 센서 (102) 는 감지 지역에 조명을 제공할 수도 있다. 조명 파장(들)에서의 감지 지역로부터의 반사들은 입력 물체에 대응하는 입력 정보를 결정하기 위해 검출된다.
광학 센서 (102) 는 입력 물체의 직접 조명의 원리들을 이용할 수도 있는데, 그 입력 물체는 구성에 의존하여 감지 지역의 감지 표면과 접촉할 수도 있거나 또는 접촉하지 않을 수도 있다. 하나 이상의 광원들 및/또는 광 안내 구조들이 광을 감지 지역으로 지향시키는데 사용될 수도 있다. 입력 물체가 존재할 때, 이 광은 입력 물체의 표면들에서부터 반사되며, 그 반사들은 광학 감지 엘리먼트들에 의해 검출되고 입력 물체에 관한 정보를 결정하는데 사용될 수 있다.
광학 센서 (102) 는 감지 표면과 접촉하는 입력 물체들을 검출하기 위해 내부 반사의 원리들을 또한 이용할 수도 있다. 하나 이상의 광원들은 감지 표면에 의해 정의된 경계의 대향 측면들에서의 상이한 굴절 계수들로 인해, 광이 감지 지역의 감지 표면에서 내부적으로 반사되는 각도로 광을 광 안내 엘리먼트 내에서 향지시키는데 사용될 수도 있다. 입력 물체에 의한 감지 표면의 접촉은 굴절 계수가 이 경계를 가로질러 변화하게 하며, 이는 감지 표면에서 내부 반사 특성들을 바꾸어, 입력 물체로부터 반사된 광이 감지 표면과 접촉하는 부분들에서 더 약화되게 한다. FTIR (frustrated total internal reflection) 의 원리들이 입력 물체를 검출하는데 사용된다면 더 높은 콘트라스트 신호들이 종종 성취될 수 있다. 그런 실시형태들에서, 광은 전체적으로 내부적으로 반사되는 입사각에서 감지 표면으로 지향될 수도 있는데, 다만 입력 물체가 감지 표면과 접촉하여 광이 이 계면을 가로질러 부분적으로 투과하게 하는 경우는 예외이다. 이것의 일 예가 유리 대 대기 계면에 의해 정의되는 입력 표면에 도입된 손가락의 존재이다. 대기에 비교하여 인간 피부의 더 높은 굴절 계수는 대기에 대한 계면의 임계 각도로 감지 표면에 입사한 광이 손가락을 통해 부분적으로 투과되게 하며, 그렇지 않으면 유리 대 대기 계면에서 전체적으로 내부적으로 반사될 것이다. 이 광학 응답은 시스템에 의해 검출되고 공간적 정보를 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 입사 광의 내부 반사율이 융선 또는 골이 감지 표면의 그 부분과 접촉하는지의 여부에 의존하여 달라지는 경우, 이는 작은 스케일 지문 특징들을 이미지화하는데 사용될 수 있다.
도 2는 디스플레이 (120) 위에 덮개 유리 (또는 덮개 렌즈) (118) 를 포함하는 모바일 폰과 같은 전자 디바이스 (116) 의 일 예를 도시한다. 개시된 방법 및 시스템은 입력 물체를 이미지화하기 위한 광학 센서로서 디스플레이 (120) 를 사용함으로써 구현될 수도 있다. 대안적으로, 별도의 개별 컴포넌트 (122) 가 광학적 감지 능력들을 제공한다. 대안적으로, 또는 덧붙여, 광학 감지 능력들을 제공하는 별도의 개별 컴포넌트 (122) 가 디스플레이 (120) 하에 위치될 수 있다.
도 3은 지문과 같은 물체 (216) 를 이미지화하는데 사용되는 광학적 이미지 센서 디바이스 (200) 를 위한 스택-업 (stack-up) 의 일 예를 도시한다. 센서 (200) 는 이미지 센서 어레이 (202), 이미지 센서 어레이 (202) 위에 배치된 광 시준기 필터 층 또는 광 컨디셔닝 층 (204), 시준기 필터 층 (204) 위에 배치된 조명 층 (207), 광원 (208), 및 덮개 층 (210) 을 포함한다. 특정한 실시형태들에서, 차단 층 (214) 이 또한 제공될 수도 있다.
덮개 층 (210) 은 이미지 센서 어레이 (202) 와 같은 센서 (200) 의 내부 컴포넌트들을 보호한다. 덮개 층 (210) 은 센서 (200) 외에도 디스플레이의 내부 컴포넌트들을 보호하는 덮개 유리 또는 덮개 렌즈를 포함할 수도 있다. 입력 물체를 위한 감지 지역이 덮개 층 (210) 위에 정의된다. 덮개 층 (210) 의 상단 표면 (218) 이 감지 표면을 형성하는데, 이 감지 표면은 입력 물체 (216) (예컨대, 지문) 을 위한 접촉 영역을 제공한다. 덮개 층 (210) 이 유리, 투명한 폴리머 재료들 등과 같은 임의의 재료로 이루어진다.
비록 예시적 목적으로 지문의 맥락에서 일반적으로 설명되지만, 입력 물체 (216) 는 이미지화될 임의의 물체이다. 일반적으로, 물체 (216) 는 다양한 특징들을 가질 것이다. 예로서, 물체 (216) 는 융선들과 골들을 가진다. 그것들의 돌출 성질로 인해, 융선들은 덮개 (210) 층의 감지 표면 (218) 과 접촉한다. 그 반면, 골들은 감지 표면 (218) 과 접촉하지 않고 대신 입력 물체 (216) 와 감지 표면 (218) 사이에 에어 갭을 형성한다. 물체 (216) 는 입력 물체 (216) 의 부분들에서의 중요한 구조적 차이들을 생성하지 않지만 자신의 광학적 특성들에 영향을 미치는 얼룩, 잉크 등과 같은 다른 특징들을 가질 수도 있다. 본 명세서에서 개시되는 방법들 및 시스템들은 입력 물체 (216) 의 이러한 구조적 및 비-구조적 특징들을 이미지화하기에 적합하다.
조명 층 (207) 은 입력 물체를 이미지화하기 위하여 조명을 감지 지역으로 지향시키는 광원 (208) 및/또는 광 안내 엘리먼트 (206) 를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 광원 (208) 은 광 빔들 또는 광선들 (212) 을 광 안내 엘리먼트 (206) 로 투과하고, 투과된 광은 광 안내 엘리먼트 (206) 를 통해 전파한다. 광 안내 엘리먼트는 내부 전반사를 이용할 수도 있거나, 또는 감지 지역을 향하여 광을 추출하는 반사 표면들을 포함할 수도 있다. 조명 층에서의 광의 일부는 입력 물체 (216) 와 접촉하는 영역에서 감지 표면 (218) 에 입사될 수도 있다. 입사 광은 결국 시준기 필터 층 (204) 을 향해 다시 반사된다. 도시된 예에서, 광원 (208) 은 광 안내 엘리먼트 (206) 에 인접하게 배치된다. 그러나, 광원 (208) 은 방출된 광이 광 안내 엘리먼트 (206) 에 도달하는 것을 전제로 센서 (200) 내의 어디든 위치될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 광원 (208) 은 이미지 센서 어레이 (202) 아래에 배치될 수도 있다. 더구나, 별도의 광 안내 엘리먼트 (206) 가 요구되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 광원 (208) 에서부터 투과된 광은 덮개 층 (210) 속으로 직접적으로 투과될 수 있으며 이 경우 덮개 층 (210) 은 광 안내 엘리먼트로서 또한 역할을 한다. 다른 예로서, 광원 (208) 에서부터 투과된 광은 감지 지역으로 직접적으로 투과될 수도 있으며, 이 경우 광원 (208) 자체는 조명 층으로서 역할을 한다.
개별 광원이 또한 요구되지 않는다. 예를 들어, 방법 및 시스템은 적합한 광원들로서 디스플레이에 의해 제공된 광 또는 LCD로부터의 백라이팅을 사용하는 것을 고려한다. 물체 (216) 를 이미지화하기 위해 조명 층 (207) 에 의해 제공된 광은 근적외선 (NIR) 또는 가시광일 수도 있다. 광은 좁은 대역의 파장들, 넓은 대역의 파장들을 가지거나, 또는 여러 대역들에서 동작할 수 있다.
이미지 센서 어레이 (202) 는 광 시준기 필터 층 (204) 을 통과하는 광을 검출한다. 적합한 센서 어레이들의 예들은 상보성 금속 산화물 반도체 (CMOS) 및 전하 결합 소자 (CCD) 센서 어레이들이다. 센서 어레이 (202) 는 입사 광의 세기를 검출할 수 있는 복수의 개개의 광학 감지 엘리먼트들을 포함한다.
더 두꺼운 덮개 층들 (210) 을 통해 지문들 및 지문-사이즈 특징들의 광학 감지를 성취하기 위해, 지문에서부터 반사된 광은 이미지 센서 어레이 (202) 의 감지 엘리먼트에 도달하는 광이 센서 엘리먼트 바로 위의 입력 물체 (216) 상의 작은 스폿에서부터만 나오도록 광 시준기 필터 층 (204) 에 의해 컨디셔닝된다. 이러한 컨디셔닝의 부재 시, 광학 감지 엘리먼트들에서부터 멀리 떨어진 물체 상의 지역에서부터 감지 엘리먼트에 도달하는 임의의 광이 이미지 블러링에 기여한다.
본 개시물에 따라서 광을 컨디셔닝하기 위해, 시준기 필터 층 (204) 에는 이미지 센서 어레이 (202) 상의 하나 이상의 광학 감지 엘리먼트들 바로 위에 있는 각각의 개구부를 갖는 개구부들의 어레이 (본 명세서에서 또한 시준기 홀들, 또는 시준기 필터 홀들 또는 시준기 비아들, 또는 단순히 홀들이라고 지칭됨) (220) 가 제공된다. 개구부들 (220) 은 레이저 드릴링, 에칭 등과 같은 임의의 적합한 기법을 사용하여 형성된다. 본 개시물의 개구부들 (시준기 홀들, 또는 시준기 필터 홀들 또는 시준기 비아들, 또는 홀들) 은 도전성 재료가 없을 수도 있는 웨이퍼 또는 기판에서 지역들 또는 홀 구조들을 정의하는 것이 이해되어야 한다. 홀들은 광학적으로 투명한 재료로 이루어질 수도 있거나, 또는 그것들은 재료가 없을 (예컨대, 홀이 형성되는 재료에서의 물리적 보이드들일) 수도 있다.
시준기 필터 층 (204) 은 입력 물체 (216) (예컨대, 손가락) 에서부터 반사되는 광선들만이 시준기 필터 층 (204) 에 수직 또는 거의 수직 입사로 이미지 센서 어레이 (204) 의 광학 감지 엘리먼트들을 통과하고 도달하는 것을 허용한다. 하나의 실시형태에서, 시준기 필터 층 (204) 은 홀들 (220) 의 어레이를 갖는 불투명한 층이다. 시준기 필터 층 (204) 은 이미지 센서 어레이 (202) 바로 위에 적층, 스택, 또는 구축된다. 예로서, 시준기 필터 층 (204) 은 플라스틱 재료들, 이를테면 폴리카보네이트, PET, 또는 폴리이미드, 카본 블랙, 무기성 절연 또는 금속성 재료들, 실리콘, 또는 SU-8로 이루어질 수도 있다. 특정한 실시형태들에서, 시준기 필터 층 (204) 은 모놀리식 (monolithic) 이다.
또한 도 3에 도시된 것은 광학 센서 (200) 의 일부로서 옵션적으로 제공되는 차단 층 (214) 이다. 차단 층 (214) 은 시준기 필터 층 (204) 위에 배치될 수도 있는 반투명 또는 불투명 층이다. 예로서, 차단 층은, 도 3에 도시된 바와 같이, 덮개 층 (210) 과 조명 층 (207) 사이에 배치될 수도 있다. 대안적으로, 차단 층 (214) 은 조명 층 (207) 과 시준기 필터 층 (204) 사이에 배치될 수도 있다. 어느 경우에나, 차단 층 (214) 은, 센서 (200) 가 동작하는 것을 여전히 허용하면서도, 시준기 필터 층에서의 개구부들과 같은 센서 (200) 의 컴포넌트들을 주변 광 조명에서부터 가린다. 차단 층 (214) 은 다수의 상이한 재료들 또는 서브-층들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 얇은 금속 또는 전자 전도 층이, 층 두께가 가시 스펙트럼에서의 광 침투의 표피 깊이 미만인 경우 사용될 수도 있다. 대안으로, 차단 층 (214) 은, 예를 들어, 가시 스펙트럼에서 광을 흡수하는 염료 및/또는 안료 또는 여러 염료들 및/또는 안료들을 포함할 수도 있다. 또 다른 대체예로서, 차단 층 (214) 은, 상이한 파장들의 광을 선택적으로 흡수 또는 반사하기 위해서, 예를 들어 가시광선과 같은 특정한 파장들과의 간섭을 야기하도록 설계되는 여러 서브-층들 또는 나노-사이즈 특징부들을 포함할 수도 있다. 차단 층 (214) 의 광 흡수 프로파일은 컬러, 텍스처, 또는 반사성 품질의 특정 외관을 제공하도록 공식화됨으로써, 광학 센서 (200) 가 통합되는 디바이스와의 특정한 미적 매칭 또는 대조를 허용할 수도 있다. 가시 조명 파장들이 사용되면, 반투명 층이, 아래의 컴포넌트들을 여전히 충분히 가리면서도 충분한 광이 차단 층을 통하여 감지 지역으로 전달되는 것을 허용하는데 사용될 수도 있다.
도 4는 조명 층 (207) 과 이미지 센서 어레이 (202) 사이에 배치된 시준기 필터 층 (204) 과 센서 (200) 내의 광의 상호작용의 더 자세한 도면을 도시한다. 덮개 층 (210) 의 부분들 (226) 은 입력 물체 (216) 의 융선들과 접촉하고 덮개 층 (210) 의 부분 (228) 은 물체 (216) 의 골의 존재로 인해 대기와 접촉한다. 이미지 센서 어레이 (202) 는 시준기 필터 층 (204) 의 개구부들 또는 홀들 (220) 아래에 배치된 광학 감지 엘리먼트들 (230, 232, 234 및 236) 을 포함한다.
예시적으로 도시된 것은 덮개 층 (210) 에서 반사되는 일련의 광선들이다. 예를 들어, 광선들 (238) 은 물체 (216) 의 융선들 또는 골들에 의해 점유된 부분들에서 덮개 층 (210) 에서부터 반사한다. 광선들 (238) 이 시준기 개구부들 (220) 위에 있고 비교적 거의 수직이기 때문에, 광선들 (238) 은 시준기 필터 층 (204) 에서 개구부들 (220) 을 통과하고, 예를 들어, 광학 감지 엘리먼트들 (232 및 236) 상에 입사한다. 광학 감지 엘리먼트들은 그러면 광의 세기를 측정하고 측정된 세기를 입력 물체 (216) 의 이미지 데이터로 변환하는데 사용될 수 있다. 한편, 수직보다 더 큰 각도를 갖는 광 빔들 (240 및 242) 은, 시준기 필터 층 (204) 에, 그것의 상단 표면 상에서 또는 개구부 내의 표면 (예컨대, 개구부 측벽) 에서 부딪치고 이미지 센서 어레이 (202) 에서의 광학 감지 엘리먼트들에 도달하는 것이 차단되고 방지된다.
시준기 필터 층 (204) 의 유용한 메트릭이 개구부들 또는 홀들 (220) 의 애스펙트 비이다. 애스펙트 비는 시준기 필터 층 (204) 에서의 홀들의 높이 (h) (244) 를 홀 직경 (d) (246) 에 의해 나눈 것이다. 애스펙트 비는 "미 (stray)" 광이 각각의 시준기 홀 바로 밑의 광학 감지 엘리먼트들에 도달하는 것을 방지하도록 충분히 커야 한다. 미광의 일 예가 덮개 층 (210) 의 부분 (228) (예컨대, 골) 에서부터 반사된 광선 (242) 인데, 이는 시준기 필터 층의 부재 시 융선 밑의 감지 엘리먼트들에 도달할 것이다. 더 큰 애스펙트 비들이 시스템의 광학적 해상도를 개선시키게 수광 원뿔체 (light acceptance cone) 를 더 작은 각도들로 제한한다. 최소 애스펙트 비는 손가락의 원하는 광학 해상도에 의해 나누어진 시준기 필터 층 (204) 에서부터 이미지화되고 있는 물체 (예컨대, 손가락) 까지의 거리의 비율을 사용하여 추정될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 시준기 개구부들 (220) 은 형상이 원통형 또는 원뿔형이다. 시준기 개구부들 (220) 의 측벽들은 미광이 벽들에서 반사되고 광학 감지 엘리먼트들에 도달하는 것을 방지하는 그루브들 또는 다른 구조들을 포함할 수도 있다. 효과적인 애스펙트 비는 시준기 홀들의 높이 (또는 길이) 를 따르는 평균 홀 직경에 의해 결정된다. 적합한 애스펙트 비들의 예들은 약 3:1 내지 100:1의 범위의 그리고 더 일반적으로는 약 5:1 내지 20:1의 범위의 비율들이다.
시준기 필터 층 (204) 을 제작하고 그것을 밑에 있는 이미지 센서 어레이 (202), 이를테면 CMOS 또는 CCD 이미지 센서와 통합하기 위한 최대 유연성을 제공하도록 시준기 개구부들 (220) 의 높이 (244) 를 가능한 한 얇게 만드는 것이 일반적으로 바람직하다. 작은 개구부 직경 (246) 이 원하는 시준기 애스펙트 비를 유지하는데 사용될 수도 있다. 그러나, 개구부가 너무 작게 (사용되고 있는 광의 파장의 수 배 미만으로) 만들어진다면, 시준기 개구부들 (220) 에서 출사하는 광선들이 발산할 때 회절 효과들은 추가적인 블러링에 기여할 수 있다. 이러한 회절 효과들은 시준기 필터 층 (204) 을 이미지 센서 어레이 (202) 에 가능한 한 가까이, 이상적으로는 프라운호프 파 필드 (Fraunhofer far field) 거리 (r2/lambda, 여기서 r은 개구부 반경이고 lambda는 광 파장) 보다 훨씬 더 가깝게 배치함으로써 완화될 수 있다.
이미지 센서 어레이 (202) 의 광학 감지 엘리먼트들에 도달하는 광이 가능한 한 집중되는 것을 허용하기 위해 시준기 필터 층 (204) 과 이미지 센서 어레이 (202) 사이의 거리를 최소화하는 것이 또한 일반적으로 바람직하다. 덧붙여서, 이 센서 어레이 (202) 대 시준기 필터 층 (204) 거리가 너무 길면, 인접한 홀들에서부터의 미광이 특정 광학 감지 엘리먼트에 도달하여, 이미지 블러링에 기여할 수도 있다.
이미지 센서 어레이 (202) 가, 광학 감지 엘리먼트 피치 (엘리먼트들 사이의 거리) 가 시준기 홀 피치 (홀들 사이의 거리) 보다 더 작을 수도 있는 CCD 또는 CMOS 이미지 센서이면, 단일 시준기 개구부 (220) 를 통과한 광은 하나를 초과하는 광학 감지 엘리먼트를 조명할 수도 있다. 이러한 배열은 도 4에서의 광학 감지 엘리먼트들 (234 및 236) 에 의해 도시된다. 그런 경우들에서, 프로세싱 시스템 (도 1) 은 주어진 시준기 개구부에 대응하는 모든 광학 감지 엘리먼트들에 의해 기록된 광 세기를 결합할 수도 있다. 이미지 센서 어레이 (202) 로부터의 원시 데이터를 프로세싱한 후의 결과적인 지문 이미지는 시준기 개구부들의 어레이에 대응하는 해상도를 가질 수도 있다. 시준기 필터 층 (204) 에서의 개구부들 (220) 의 배열은 센서 어레이 (202) 에서의 일부 광학 감지 엘리먼트들이 사용되지 않게 할 수도 있다는 것이 주목될 것이다. 비사용 광학 감지 엘리먼트들의 예들은 감지 엘리먼트들 (240) 이다. 광학 감지 엘리먼트들 (240) 이 시준기 홀 밑에 있지 않기 때문에, 반사된 광선들은 도달하기 전에 차단될 것이다. 이미지 프로세싱은, 예를 들어 데이터가 이미지 재구성 또는 이미지 매칭에서 사용되기 전에, 비사용 센서 엘리먼트들을 제거하고 이미지를 적절하게 스케일링할 수도 있다.
광학 센서 (200) 의 이미징 해상도 (dpi 단위) 는 시준 필터 층 (204) 에서의 개구부들 (220) 의 분해능에 의해 정의되는 한편 피치는 각각의 개구부 사이의 거리이다. 광학 센서 (200) 에서, 시준기 필터 층 (204) 에서의 각각의 개구부 (220) 는 지문 내의 융선 또는 골로부터의 샘플과 같은, 이미지화되고 있는 물체 (216) 의 특징의 샘플에 대응한다. 해상도를 최대화하기 위해, 샘플링 밀도 (이는 개구부 밀도와 동일함) 는 다수의 샘플들이 각각의 관심 특징을 취하도록 충분히 커야 한다. 따라서, 예를 들어, 지문에서의 융선들을 이미지화하기 위해, 융선들 그것들 자체의 피치가 150 내지 250 미크론 정도이므로 피치는 50 내지 100 미크론 정도일 수도 있다. 지문에서의 구멍과 같은 더 많은 입상 특징들을 캡처하는 것을 원한다면, 25 미크론과 같은 더 작은 피치가 적절할 것이다. 반대로, 더 큰 피치가 입력 물체의 더 큰 특징들을 캡처하는데 사용될 수 있다.
광학 센서 (200) 는 시준기 필터 층 (204) 과 감지 표면 (220) 사이의 넓은 범위의 거리들에 걸쳐 유사하게 수행하는데, 시준기 필터 층 (204) 에서의 홀들의 애스펙트 비가 원하는 광학 해상도를 지원하도록 선택되는 한, 반사된 광의 필터링이 일반적으로 두께 독립적이기 때문이다.
도 5는 시준기 필터 층 (204) 의 대체 실시형태를 도시한다. 위에서 설명된 바와 같이, 시준기 필터 층 (204) 은 광 흡수 재료들로 이루어지고 개구부들 (220) 의 어레이를 포함한다. 도시된 대체 실시형태에서, 시준기 필터 층 (204) 의 상단 표면은 반사 층 (250) 을 더 포함한다. 반사 층 (250) 은 시준기 필터 층 (204) 에 의해 일반적으로 흡수될 광 빔들이 감지 지역을 향해 위쪽으로 다시 반사되는 것을 허용한다. 광을 감지 지역으로 다시 재지향하는 것은 반사된 광이 재순환되는 것을 허용하여서 재순환된 광의 일부가 이미지화될 입력 물체에서 반사되고 시준기 필터 층 개구부들을 통해 투과될 수 있게 한다.
반사 층 (250) 의 포함은 전체 센서 패키지에서 높은 조명 레벨을 요구하지 않으면서도 미광을 입력 물체 (216) 로 다시 반사시킴으로써 광 손실을 최소화한다. 광 흡수 시준기 필터 층 몸체의 상단은 샌드블라스팅, 충전제들로 코팅, UV 엠보싱 또는 건식 에칭을 비제한적으로 포함하는 다양한 텍스처화 (texturizing) 기법들을 사용하여 거칠게 될 수도 있다. 이 거칠게 된 상단은 그 다음에 얇은 금속 층으로 덮일 수도 있으며, 얇은 금속 층은 랜덤화된 방식으로 다측면화된 (multifaceted) 표면을 생성한다. 반사 층 (250) 은 몇몇 예들을 말하자면 알루미늄, 크롬, 및 은과 같이 광을 반사할 임의의 적합한 재료로 이루어질 수도 있다.
개시된 방법 및 시스템은 시준기 필터 층 (204) 을 광학 센서 (200) 의 전체 구조에 포함시키기 위한 다양한 방법들을 고려한다. 예를 들어, 시준기 필터 층 (204) 은 도 3 및 도 4에 일반적으로 묘사된 바와 같이, 이미지 센서 어레이 (202) 상에 적층 또는 스택되는 미리 패터닝된 구조체일 수도 있다. 대체 실시형태들이 아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이 본 개시물에 의해 고려된다. 예를 들어, 하나의 대체 실시형태가, 도 5에서 일반적으로 묘사된 바와 같이, 이미지 센서 다이 또는 웨이퍼, 예컨대, CMOS 다이 또는 웨이퍼 상에, 시준기 필터 층 (204) 을 직접적으로 패터닝 또는 생성하는 것이다. 추가의 예들이 도 7에서 시작하여 묘사된다. 복수의 광학 센서 디바이스를 포함하는 광학 센서 웨이퍼를 포함하여, 광학 생체인식 센서들을 제작하는 방법들의 예들은 도 13으로 시작하여 아래에서 설명된다. 예를 들어, 웨이퍼-레벨 시준기 층이 마이크로-제작에 의해 형성될 수도 있다. 별도의 시준기 필터 층 (204) 을 이미지 센서 어레이 (202) 의 상단에 배치하는 대신, 백 엔드 공정들이 이미지 센서 어레이 제작에 추가된다. 이 기법으로, 시준기 필터 층의 별도의 제조가 요구되지 않는다. 이미지 센서 어레이의 상단에, 카본 블랙과 같은 광 흡수 염료들을 갖는 액체형 폴리머 수지가 먼저 코팅된 다음 경화되어 시준기 필터 층 몸체를 형성할 수도 있다. 폴리머 수지가 경화된 후, 금속이 반사 층으로서 역할을 하도록 경화된 수지 상단에 옵션적으로 스퍼터링될 수도 있다. 개구부 패턴은 포토리소그래피를 통해 만들어지고 그 뒤의 아래의 금속 및 폴리머 층의 에칭으로 개구부들이 형성된다. 최종 단계로서, 금속 층은 반사/확산 층을 형성하도록 거칠게 될 수 있다.
도 6은 본 개시물에 따라서 이미징의 방법 (600) 을 도시한다. 단계 602에서, 감지 지역은 광원 및/또는 광 안내 엘리먼트를 갖는 조명 층을 사용하여 조명된다. 이전에 설명된 바와 같이, 이는 광을 별도의 광 안내 엘리먼트로 지향시키는 광을 사용함으로써 또는 광을 직접적으로 덮개 층으로 투과함으로써 행해질 수도 있다. 투과된 광은 덮개 층 위의 감지 지역을 향해 지향되고 물체에서부터 광 시준기 층을 향해 반사된다.
단계 604에서 반사된 광의 일부는 시준기 필터 층에서 반사되는 한편 다른 광은 시준기 필터 층에서의 개구부들을 통과한다. 일반적으로, 시준기 필터 층에 비교적 거의 수직 입사하는 광선들은 개구부들을 통과할 것인 한편 수직 입사로부터 먼 광선들이 차단될 것이다. 광은 시준기 층의 상단 표면, 시준기의 중간 층, 시준기의 바닥 층, 또는 시준기 개구부의 측벽들에 의해 차단될 수도 있다.
단계 606에서, 시준기 필터 층을 통과하는 광은 광 시준기 층 아래의 센서 어레이 상의 하나 이상의 광학 감지 엘리먼트들에 입사한다. 하나를 초과하는 감지 엘리먼트가 시준기 필터 층에서의 특정 개구부 아래에 있는 사례들에서, 감지 엘리먼트들에서의 검출된 광은 평균화되거나 또는 그렇지 않으면 결합될 수도 있다. 이미지 데이터는 개구부 아래에 있지 않은 감지 엘리먼트들을 고려하여 조정될 수도 있다.
단계 608에서, 이미지 센서 어레이에서의 검출된 광은 입력 물체의 이미지 또는 부분적 이미지를 형성하도록 프로세싱된다. 이러한 프로세싱은, 예를 들어, 부분적 이미지들을 함께 스티칭하는 것, 템플릿에서 다양한 부분적 이미지들을 서로 관련시키는 것, 및/또는 식별 또는 검증 프로세스의 일부로서 캡처된 이미지 데이터와 이전에 저장된 이미지 데이터를 비교하는 것을 포함할 수도 있다.
도 7 내지 도 11은 지문 센서로서의 사용을 위한 고성능을 가능하게 하는 특징들을 포함하는 실리콘 이미지 광학 센서들의 다양한 실시형태들을 묘사한다. 이들 특징들은 다음 중 임의의 것을 포함한다: 1) (재료의 두께들을 통해 정밀한 이미징을 용이하게 하기 위해) 입사 광의 수광각을 제한하는 광 센서 엘리먼트들 위의 시준기 필터 구조들 (본 명세서에서 광학 센서 엘리먼트들 또는 감지 화소들이라고 또한 지칭됨); 2) 실리콘 사용량을 절약하기 위해 광학 감지 화소들과는 동일한 층들 내에 분산되는 비-감지 디바이스들/회로 엘리먼트들; 3) 큰 각도 광을 감소시키기 위한 광 흡수 재료들/코팅들; 4) 이미지 센서 다이를 접속시키고 BSI (back-side-illuminated) 배향의 사용을 용이하게 하는 관통 실리콘 비아 (through silicon via, TSV) 의 사용; 5) 낮은 각도 광 및 높은 각도 광 사이를 구별하도록 위치되는 광학 감지 엘리먼트들; 6) 특징들의 모듈화를 가능하게 하는 두 개의 ASICS의 사용.
도 7은 본 개시물에 따라서 이미지 센서 구조체를 묘사한다. 도 7에서의 센서 구조체는, 웨이퍼-스케일 통합 시준기 필터들 (1); 시준기 개구부들 사이의 영역에 배치된 광 감지 화소들 또는 광학 감지 엘리먼트들 (5) 과 동일 평면상의 (시준기 필터의 차단 부분 뒤의) 비-감지 디바이스들 및 회로 엘리먼트들 (2); 큰 각도 광을 감소시키는 광 흡수 재료들 또는 코팅들 (3); 이미지 센서를 위한 뒷면 조명 (BSI) 배향을 용이하게 하는 관통 실리콘 비아 접속 (TSV) (4); 재배선 층들 (6); 그리고 큰 각도 (φ) 및 낮은 각도 (θ) 광의 조명을 포함하는 CMOS 광학 지문 센서이다.
시준기 필터를 생성하기 위한 하나의 옵션은 흑색 마일러 필름 (mylar film) 을 통해 홀들을 레이저 드릴링한 다음, CCD 이미지 센서의 화소 센서 어레이 상단에 이 필름을 직접적으로 배치하는 것이다. 이미지들이 제자리의 시준기 필터로 취해질 때, 원시 이미지들은 그것들을 원하는 애플리케이션을 위한 분해된 이미지들로 변환하기 위한 상당한 재구성을 요구할 수도 있다. 이 접근법에 대해 그것을 실제 소비자 지문 센서에 대해 덜 바람직하게 하는 일부 단점들이 있다. 예를 들어, 시준기 필터를 별도의 필름으로서 제작하고 그것을 부착하면 많은 결함들 (예컨대, 오정렬들, 밴딩 및/또는 누락 화소들) 에 대한 가능성을 야기한다. 제작 비용을 낮추고 결함들에 대한 가능성들을 감소시키기 위해 이들 필터들이 웨이퍼-레벨 공정들을 사용하여 만들어질 수 있다면 유익할 것이다. 게다가, 시준기 필터는 이미지 센서에서의 화소들의 작은 부분에만 광을 투과할 수도 있다는 것에 주의한다. 예를 들어, 감지 화소들에 대한 1000 dpi 셋업으로, 매 25 ㎛ 마다 직경이 거의 10 ㎛의 감지 영역, 또는 이미지 센서의 전체 영역의 대략 13%만이 필요할 수도 있다. 이는 프로세싱된 실리콘의 비효율적 사용 또는 원하는 것보다 더 높은 실리콘 제작 비용을 초래할 수 있다.
본 개시물은, 예를 들어 도 7 내지 도 17의 실시형태들에 포함되는 특징들을 이용하여 이들 및 다른 문제들을 해결한다. 이미지 센서 구조체들이 예시를 목적으로 CMOS 이미지 센서에 관해 설명될 것임에 주의한다. 그러나, 본 개시물은 다른 유형들의 이미지 센서들, 이를테면 CCD 센서들 또는 센서 어레이들에 적용 가능하다는 것이 이해되어야 한다. 이들 센서들이 제작될 때, 광학적 광 센서 화소들의 층 위에 만들어진 일반적으로 금속 재배선 층들 (RDL들) 이 있다. 이들 층들은, 예를 들어, 실리콘에서 광학 엘리먼트들/감지 화소들로부터 라우팅하기 위해 사용될 수도 있다. 이들 금속 층들은 도 7 및 도 11에서 흑색 파선들과, 도 8 및 도 9의 시준기 필터의 차단 부분에서의 직사각형들로서 예시된다. 도 7과 도 11은 뒷면 조명 (BSI) 구조체들을 사용하여 실시형태들을 예시한다. 도 8과 도 9는 앞면 조명 (FSI) 구조체들을 사용하여 실시형태들을 예시한다.
오늘날 CMOS 센서들의 경우, 일반적인 이미지 감지 애플리케이션들을 위한 여러 구성들이 있다. 하나의 이러한 구성은 RDL들을 통해 광 파이프들을 형성하는 것이다. 이들 "앞면 조명" (FSI) 구조체들에서, 이미지 센서에 의해 검출된 광은 RDL 측으로 도입되고 이들 광 파이프들을 통해 센서들에 도달한다. 이들 광 파이프들은 가능한 한 큰 각도 범위에서 모든 광을 수집하는 그리고, 광 파이프들의 측벽들 상의 반사를 개선하는 것을 포함하여, 광자들을 센서에 효율적으로 전달하는 능력을 향상시키는 많은 특징들과, 수렴 광학 엘리먼트들로서 구성되는 마이크로렌즈들을 가진다. 다른 구성은 광이 RDL들에 대향하는 측에서부터 도입되는 뒷면 조명 (BSI) 구성이다. 이들 구성들에서, RDL들은 이전처럼 앞면 상에 만들어지지만 이 RDL 측에 광 파이프들 없이 만들어진다. 대신, 이미지 센서의 감지 화소들/광학 감지 엘리먼트들은 RDL들에 대향하는 뒷면에서부터 웨이퍼를 박형화함으로써 뒷면에서 노출된다.
본 개시물의 실시형태들은 생체인식 특징 (예컨대, 지문) 감지를 용이하게 하는 많은 측면들에서 일반 이미지 센서들과는 상이한 이미지 센서 구조체들을 포함한다. 본 개시물의 "앞면 조명" (FSI) 구성에서는, 도 8 및 도 9에 예시된 바와 같이, 시준기 필터 개구부들이 이미지 센서의 앞면에 만들어진 재배선 층들 (RDL들) 을 통해 직접적으로 형성될 수도 있다. 이들 시준기 필터들은 일반 이미지 센서 애플리케이션들의 광 파이프들과는 상이하다는 것에 주의한다. 예를 들어, 일반 애플리케이션의 광 파이프들은 RDL들을 통해 센서들에 도달하도록 모든 각도들의 광을 아래로 전달하려고 반드시 시도하는 반면 이 시준기 필터 접근법에서, 광각 광을 거부하도록 설계는 향상된다. 이는, 예를 들어, 큰 각도 광이 흡수되도록 홀들의 표면들에 흡수 재료들을 코팅함으로써, 높이 대 홀 직경의 큰 비율 (위에서 설명된 애스펙트 비들 참조) 을 생성함으로써, 광각 광을 디포커싱하고 거부하는 발산 광학 엘리먼트들을 사용함으로써, 그리고 반사에 의해 상단 표면에서부터 실리콘 속으로 투과하는 임의의 광을 차단함으로써 행해질 수도 있다. 발명의 명칭이 "Biometric Sensor with Diverging Optical Element"이고 본원과 동시에 출원된 미국 특허 출원 번호 [Leydig ref.: 722899 (150135)]는, 발산 마이크로렌즈 엘리먼트들을 포함하는 세부 발산 광학 엘리먼트들을 개시하며 모든 목적으로 참조로 본 명세서에 포함된다.
BSI 구성에서, 도 7 및 도 11에서 예시된 바와 같이, 시준기 필터 개구부들은 벌크 실리콘 속에 직접적으로 제작될 수도 있다. 도 7 및 도 11에서, 이는 시준기 개구부들을 형성하기 위한 이미지 센서 웨이퍼의 뒷면의 선택적 에칭으로서 도시되며, 따라서 화소들의 일부만을 뒷면으로 노출시키는 한편 이미지 센서 웨이퍼의 뒤의 일부를 시준기 필터의 광 차단부로서 역할을 하도록 남겨둔다.
이미지 센서 구조체의 감지측 (예컨대, 감지 지역 측) 이 시준기 개구부들 또는 홀들을 갖는 측에 대응한다는 것에 주의한다. 따라서, 도 7 및 도 11에서의 이미지 센서 구조체를 위한 감지 지역 (예컨대, 지문 입력 용) 은 이들 도면 시트들의 하부에 대응하는 한편, 도 8 및 도 9에서의 이미지 센서 구조체를 위한 감지 지역은 이들 도면 시트들의 상부에 대응한다.
도 7에서 예시된 바와 같이, 관통 실리콘 비아들 (TSV) 을 사용하는 BSI 구성이 이미지 센서 ASIC을 패키징 기판 (PCB 등) 에 접속시키는데 사용될 수 있다.
BSI 구성은 이미지 센서 ASIC을 제 2 ASIC에 장착하기 위해 TSV를 또한 사용할 수 있다. 이 제 2 ASIC은 이미지 프로세싱, 암호화, 지문 매칭 능력, 메모리 등과 같은 디지털 능력을 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 디바이스들 및 회로부 (2) 는 입사 광을 캡처하는 것이 필요하지 않는 이미지 센서 다이/웨이퍼의 센서 층에 추가될 수 있다. 이는 시준기 필터에 의해 차단된 이미지 센서의 영역에 추가될 수 있다.
시준기 필터에서 출사하는 광이 광의 입사각에 따라 달라질 중심에서부터의 상이한 방사상 거리를 가질 수도 있다는 것에 또한 주의한다. 작은 각도의 광에서부터 큰 각도의 광을 구별하기 위해 각각의 홀 하의 화소(들)를 (예컨대, 도 9에서 도시된 바와 같이, 각각 다이오드 검출기 (2) 및 다이오드 검출기 (1) 를) 분리하는 것이 유용할 수도 있다.
본 개시물은 실리콘 (Si) 웨이퍼들로 시준기 층을 제작하는 다양한 추가적인 방법들을 또한 설명한다. 예로서, 이것들은, 아래에서 설명되는 바와 같이, 시준기 필터 웨이퍼를 이미지 센서 웨이퍼에 부착함으로써 웨이퍼 레벨에서 형성될 수도 있다.
이미지 센서 층 (1210) 에 접합되는, 시준기 필터 개구부들 또는 홀들의 어레이를 가지는 시준기 필터 층 (1205) 을 갖는 예시적인 광학 이미지 센서 구조체 (1200) 가 도 12에 도시되고 동일한 것을 제작하기 위한, 특정한 실시형태들에 따른 일반 공정 단계들은 도 13 내지 도 18에서 도시된다. 도 13은 실시형태에 따라 시준기 필터 층 (1205) 을 제작하는 공정 (1300) 을 예시한다. 단계 1310 (도 13a) 에서, 마스크 층 (1302) 이 웨이퍼 기판 (1304) 의 연마된 측, 예컨대, 단일 측 연마된 Si 웨이퍼에 추가된다. 마스크 층 (1302) 은 웨이퍼 기판 (예컨대, Si) 에치 속도와 비교하여, 현저히 더 느린 에치 속도를 가져야 하는 마스크 재료를 포함한다. 통상적으로, 실리콘 이산화물, SOC (Spin-on-Carbon), 금속, 및 포토레지스트 재료들이 사용된다. 마스크 층이 형성된 후, 단계 1320 (도 13b) 에서, 마스크 층 (1302) 은 시준기 홀 패턴을 정의하는 에치 마스크 (1306) 를 형성하도록 패터닝된다. 포토레지스트 (예컨대, 소프트 마스크) 가 사용되면, 패터닝은 스핀 코팅, 베이킹, 노광 및 현상과 같은 전통적인 리소그래피 공정들로 행해질 수 있다. 다른 마스크 재료들 (예컨대, 하드 마스크들) 이 사용되면, 추가적인 포토레지스트 층이 전통적인 리소그래피 공정들과, 뒤따르는 에치 마스크에서의 노출된 영역들의 습식 또는 건식 에칭으로 마스크 층에 패턴들/홀들을 생성하기 위해 하드 마스크의 상단에 도포되어야 한다.
일단 홀 패턴을 포함하는 에치 마스크 (1306) 이 생성되면, 단계 1330 (도 13c) 에서, 웨이퍼 기판 (1304) 의 앞면 (F) 은 지지 구조체 (13081) (예컨대, UV 테이프) 에 부착되고 기존의 웨이퍼 박형화 기법들을 사용하여 뒷면 (B) 에서부터 박형화된다. 타겟 두께는 원하는 시준기 필터 홀 사이즈 및 피치에 기초하여 결정되어야 한다. 웨이퍼 기판의 초기 두께가 약 500 ㎛보다 더 큰, 예컨대, 약 500 ㎛부터 약 1 mm 또는 2 mm까지인 경우, 타겟 두께 (와 그런고로 시준기 홀들의 원하는 길이 또는 깊이) 는 일반적으로 약 30 ㎛와 약 300 ㎛ 사이이다. 웨이퍼 박형화 후, 웨이퍼 기판은 지지 구조체 (예컨대, UV 테이프) 로부터 제거되거나 또는 분리되고, 단계 1340 (도 13d) 에서, 뒷면 (B) 이 다른 지지 구조체 (13082) (예컨대, UV 테이프) 에 부착되어서, 에치 마스크 (1306) 가 위치되는 앞면 (F) 을 드러낸다.
UV 테이프 (13082) 에 부착되는 웨이퍼 기판 (부착된 웨이퍼 기판) 을 박형화하는 일 예가 도 14a에 도시된다. 단계 1350 (도 13e) 에서, 부착된 웨이퍼 기판은 웨이퍼 기판 (1304) 내에 시준기 필터 홀들 또는 비아들을 형성하도록 에칭된다. 예를 들어, 부착된 웨이퍼 기판은 홀들 또는 비아들을 만드는 Si 에칭을 거치기 위해 Si DRIE (deep reactive ion etching) (또한 "Bosch" 공정으로서 알려짐) 장비 챔버 내에 배치될 수도 있다. 에처 (etcher) 는 UV 테이프를 핸들링하도록 갖추어져야 한다. 하나의 이러한 에처는 Plasma-Therm, LLC로부터의 MicroDie SingulatorTM이다. 이 DRIE 단계로부터의 비아들은 똑바로 (도 14b 참조, 이 도면은 Si 기판을 통해 부분적으로 연장하는 에칭된 시준기 비아들 또는 홀들의 일 예를 도시함) 그리고 높은 애스펙트 비로 생성될 수 있다. 에칭 단계 (1350) 가 완료된 후, 단계 1360 (도 13f) 에서, 시준기 필터 웨이퍼는 지지 구조체 (13082) 로부터 분리될 수 있다. 분리된 시준기 필터 웨이퍼는 그 다음에 이미지 센서 웨이퍼와 정렬되고 그 이미지 센서 웨이퍼에 부착되어 (예컨대, 접착제 접합되어) 이미지 센서 웨이퍼에서의 복수의 광 감지 엘리먼트들 또는 화소들과 정렬되는 시준기 필터 층에서의 복수의 광 시준 개구부들 또는 홀들을 갖는 광학 센서 웨이퍼를 형성한다. 광학 센서 웨이퍼의 형성 후, 이미지 센서 웨이퍼는, 복수의 광 감지 엘리먼트들 또는 화소들과 정렬되는 시준기 필터 층에서의 복수의 광 시준 개구부들 또는 홀들을 각각 갖는 복수의 개개의 광학 이미지 센서 구조체들 (1200) (예컨대, 개개의 광학 생체인식 센서들) 을 형성하도록 싱귤레이트된다.
조립 동안 시준기 필터 층 (1305) 의 일관된 배치를 성취하고 임의의 스큐를 피하기 위하여, 시준기 필터 홀들과 액티브 감지 영역에서의 이미지 센서 엘리먼트들/화소들 사이의 정렬이 요망된다. 양호한 정렬은 이미지 구성 프로세스를 더욱 강건하게 하고 모듈 간에 일관되게 하는데 또한 바람직하다. 정렬 마크들 (또는 기점 마크들) 이 시준기 필터 웨이퍼 및 이미지 센서 웨이퍼 둘 다에 존재해야 한다. 이미지 센서 웨이퍼 상의 정렬 마크들에 기초하여, 시준기 웨이퍼들이 가공될 때 정렬 마크들의 새로운 세트들이 생성될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 이러한 기점 마크들은 웨이퍼 기판의 앞면 상에 에치 마스크 패터닝 단계 (1320) 의 일부로서 그리고/ 또는 에칭 단계 (1350) 동안 생성된다. 웨이퍼 접합 시스템들은 여러 정렬 기법들을 가지고, 실시형태에 따라 적용될 수도 있는 정렬 기법들 중 하나의 정렬 기법이 도 15에 도시된 바와 같은 "기판 간" 정렬이라 지칭된다. 카메라(들)은 웨이퍼들 사이에 위치되고 상부 웨이퍼의 하단 상의 그리고 하부 웨이퍼의 상단 상의 정렬 마크들을 관찰한다. 양 웨이퍼들이 정렬됨이 확인될 때, 웨이퍼들은 제자리에 고정되고 접합 준비가 된다. 이 기법으로, 다이-대-웨이퍼 또는 웨이퍼 간 접합과 같은 3D 스태킹이 가능해진다.
시준기 필터 웨이퍼의 이미지 센서 웨이퍼에의 부착은 정렬이 완료된 후, 예컨대 Suss MicroTec, EVG, Ayumi, 등으로부터의 웨이퍼 본더 (bonder) 들을 사용하여, 행해질 수 있다. 열과 압력 둘 다는 웨이퍼들을 함께 접합하는데 도움이 된다. 여러 접합 유형들 (금속, 산화물, 공융 (eutectic), 직접 등) 이 있고, 높은 온도 (<200 ℃) 가 사용되지 않고 접합 표면의 평탄함에 관한 엄격한 요건이 존재하지 않으므로 접착제 접합이 유리하다. 이미지 센서 웨이퍼는 접착제로 코팅되고 이미지 센서 화소 영역의 에지와 접합 패드들 사이의 영역들만을 커버하도록 패터닝된다. TSV (through silicon via) 가 이미지 센서와 아래의 PCB 사이에 접속들을 만드는데 사용되지 않는 한, 접합 패드들은 와이어 본딩을 가능하게 하기 위해 상단에 아무것도 가지지 않아야 한다.
도 16은 이미지 센서의 접합 패드들 (1618) 상단의 기판 재료 (예컨대, 실리콘) 를 제거하기에 유용한 시준기 필터 웨이퍼 및 이미지 센서를 위한 상이한 스크라이브 라인들 (1610) 을 도시한다. 예를 들어, 하나의 실시형태에서, 시준기 필터 웨이퍼를 형성하는 것은, 각각의 스크라이브 라인 쌍 (1616) 이 시준기 필터 웨이퍼에서 자신들 사이에 제거 지역 (1612) 을 정의하는 복수의 스크라이브 라인 쌍들 (1616) 을 형성하는 것을 포함한다. 이미지 센서 웨이퍼는 시준기 필터 웨이퍼의 각각의 제거 지역 (1612) 아래에 한 쌍의 접합 패드들 (1618) 을 또한 포함한다. 하나의 실시형태에서, 이미지 센서 웨이퍼를 싱귤레이트하는 것은, 예컨대, 하프 컷 (half-cut) 다이싱에 의해 또는 에칭에 의해, 각각의 스크라이브 라인 쌍 (1616) 사이의 시준기 필터 웨이퍼에서 각각의 제거 지역 (1616) 을 제거함으로써, 이미지 센서 웨이퍼에서 각각의 쌍의 접합 패드들 (1618) (과 스크라이브 라인들 (1620)) 을 노출시키는 것을 포함한다. 싱귤레이트하는 것은 각각의 접합 패드 쌍의 각각의 접합 패드 (1618) 사이의 스크라이브 라인 (1620) 에서 이미지 센서 웨이퍼를 다이싱하는 것을 더 포함한다. TSV가 적용되면, 이미지 센서 스크라이브 라인들 (1620) 위의 웨이퍼 기판 재료의 제거는 필요하지 않을 수도 있고 동일한 스크라이브 라인 (1620) 이 시준기 필터 웨이퍼 및 이미지 센서 웨이퍼 둘 다에 의해 공유될 수 있다.
UV 캐리어 테이프 외에도, 캐리어 웨이퍼가 기계적 안정성을 위해 그리고 웨이퍼를 가로지르는 정밀한 레지스트레이션 (registration) 을 보호하기 위해 또한 사용될 수도 있다는 것에 주의해야 한다. 또한, 전체 웨이퍼-웨이퍼 공정을 위해, 하나의 실시형태에서, 개개의 다이 단위 시준기 홀 기준 (fiduciary) 또는 정렬 마크들이 시준기 홀들을 형성하기 위해 사용되는 동일한 에치를 사용하여 에칭된다. 이는 개개의 시준기 필터 층들 (즉, 각각의 시준기 필터 층이 개구부들의 어레이를 가지는 이미지 센서 다이 당 하나의 시준기 필터 층) 을 초래하지만, 웨이퍼-웨이퍼 접합 공정에서 이미지 센서 웨이퍼에 모두 접합될 수도 있는 개개의 시준기 필터들은 캐리어 웨이퍼에 부착될 수도 있다.
대체예로서, 시준기 필터 웨이퍼는 에칭, 예컨대, Si DRIE 단계 동안 부분적으로 에칭될 수도 있고, 도 17의 프로세스 (1700) 에서 예시되는 바와 같이, 이미지 센서 웨이퍼에의 접합이 완료된 후 박형화가 일어날 수도 있다. 이 대체 방법은 이전에 설명된 공정에서부터 하나의 지지 구조체 (예컨대, UV 테이프) 접합 단계를 없앨 것이다. 단계 1710 (도 17a) 에서, 마스크 층 (1702) 이 웨이퍼 기판 (1704) 의 연마된 측, 예컨대, 단일 측 연마된 Si 웨이퍼에 추가된다. 마스크 층 (1702) 은 웨이퍼 기판 (예컨대, Si) 에치 속도와 비교하여, 현저히 더 느린 에치 속도를 가져야 하는 마스크 재료를 포함한다. 통상적으로, 실리콘 이산화물, SOC (Spin-on-Carbon), 금속, 및 포토레지스트 재료들이 사용된다. 마스크 층이 형성된 후, 단계 1720 (도 17b) 에서, 마스크 층 (1702) 은 시준기 홀들의 패턴을 정의하는 에치 마스크 (1706) 를 형성하도록 패터닝된다. 포토레지스트 (예컨대, 소프트 마스크) 가 사용되면, 패터닝은 스핀 코팅, 베이킹, 노광 및 현상과 같은 전통적인 리소그래피 공정들로 행해질 수 있다. 다른 마스크 재료들 (예컨대, 하드 마스크들) 이 사용되면, 추가적인 포토레지스트 층이 전통적인 리소그래피 공정들과, 뒤따르는 에치 마스크에서의 노출된 영역들의 습식 또는 건식 에칭으로 패턴들/홀들을 생성하기 위해 하드 마스크의 상단에 도포되어야 한다.
일단 홀 패턴을 포함하는 에치 마스크 (1706) 가 생성되면, 웨이퍼 기판 (1704) 의 뒷면 (B) 은 지지 구조체 (1708), 예컨대, UV 테이프, (부착된 웨이퍼 기판) 에 부착된다. 특정한 실시형태들에서, 지지 구조체 (1708) 는 (예컨대, 사용되는 에처 도구에 따라) 필요하지 않고 사용되지 않는다. 단계 1730 (도 17c) 에서, 웨이퍼 기판 (예컨대, 부착된 웨이퍼 기판) 은 기판 웨이퍼의 두께 미만의 타겟 깊이로 웨이퍼 기판 (1704) 을 통하여 부분적으로 연장하는 시준기 필터 홀들 또는 비아들을 형성하도록 부분적으로 에칭된다. 예를 들어, 웨이퍼 기판은 부분적 홀들 또는 비아들을 만드는 Si 에칭을 거치기 위해 Si DRIE (deep reactive ion etching) (또한 "Bosch" 공정으로서 알려짐) 장비 챔버 내에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 웨이퍼 기판이 UV 테이프에 부착되면, 에처는 UV 테이프를 핸들링하도록 갖추어져야 한다. 하나의 이러한 에처는 Plasma-Therm, LLC로부터의 MicroDie SingulatorTM이다. 타겟 두께는 원하는 시준기 필터 홀 사이즈 및 피치에 기초하여 결정되어야 한다. 하나의 실시형태에서, 형성될 시준기 홀들의 원하는 길이 또는 깊이는 약 30 ㎛와 약 300 ㎛ 사이이고, 그래서 부분적으로 에칭된 시준기 홀들의 타겟 깊이는 적어도 형성될 시준기 홀들의 원하는 길이 또는 깊이 이상이어야 한다. 웨이퍼 기판의 초기 두께는 약 500 ㎛보다 더 크며, 예컨대, 약 500 ㎛부터 약 1 mm 또는 2 mm까지이다.
에칭이 완료된 후, 부분적으로 에칭된 웨이퍼 기판은 지지 구조체 (1708) 로부터 분리된다. 단계 1740 (도 17d) 에서, 웨이퍼 기판의 앞면 (부분적으로 에칭된 시준기 홀들을 포함함) 은 이미지 센서 웨이퍼와 정렬되고 그 이미지 센서 웨이퍼에 부착된다 (예컨대, 접착제 접합된다). 정렬 및 접합 기법들의 예들은 위에서 논의되어 있다. 마스크 층 (1706) 은 이미지 센서 웨이퍼에 접합하기 전에 유지되거나 또는 제거될 수도 있다. 단계 1750 (도 17e) 에서, 뒷면 (B) 은 복수의 부분적으로 에칭된 홀들 또는 비아들을 노출시켜 노출된 홀들 또는 비아들이 복수의 광 시준 개구부들 또는 홀들에 대응하는 시준기 필터 층을 이미지 센서 웨이퍼 상에 형성하기 위해 기존의 웨이퍼 박형화 기법들을 사용하여 박형화된다. 이미지 센서 웨이퍼 상에 시준기 필터 층을 포함하는 결과적인 웨이퍼 구조체는, 복수의 광학 생체인식 센서 디바이스들을 생상하도록 싱귤레이트될 수도 있다.
도 18은 실시형태에 따라서 시준기 필터 층을 갖는 이미지 센서 웨이퍼 구조체를 형성하는 다른 공정 (1800) 을 묘사한다. 단계 1810 (도 18a) 에서, 웨이퍼 기판이 캐리어 웨이퍼, 또는 캐리어 기판에 접합된 다음, 단계 1820 (도 18b) 에서 원하는 두께로 박형화된다. 캐리어 웨이퍼는 다양한 웨이퍼 가공 도구들을 사용하여 기판 웨이퍼 (예컨대, 더 얇은 웨이퍼) 의 가공 능력들을 향상시키기 위해 추가적인 구조적 지지체를 제공한다. 단계 1830 (도 18c) 에서, 마스크 층이 웨이퍼 기판의 노출된 측에 추가된다. 마스크 층은 웨이퍼 기판 (예컨대, Si) 에치 속도와 비교하여, 현저히 더 느린 에치 속도를 가져야 하는 마스크 재료를 포함한다. 통상적으로, 실리콘 이산화물, SOC (Spin-on-Carbon), 금속, 및 포토레지스트 재료들이 사용된다. 마스크 층이 형성된 후, 단계 1840 (도 18d) 에서, 마스크 층은 시준기 홀들의 패턴을 정의하는 에치 마스크를 형성하도록 패터닝된다. 포토레지스트 (예컨대, 소프트 마스크) 가 사용되면, 패터닝은 스핀 코팅, 베이킹, 노광 및 현상과 같은 전통적인 리소그래피 공정들로 행해질 수 있다. 다른 마스크 재료들 (예컨대, 하드 마스크들) 이 사용되면, 추가적인 포토레지스트 층이 전통적인 리소그래피 공정들과, 뒤따르는 에치 마스크에서의 노출된 영역들의 습식 또는 건식 에칭으로 패턴들/홀들을 생성하기 위해 하드 마스크의 상단에 도포되어야 한다.
단계 1850 (도 18e) 에서, 시준기 홀들은 웨이퍼 기판을 통해 전체적으로 에칭함으로써 형성된다. 덧붙여, 개개의 시준기 다이 구조들의 다이싱은 하나의 실시형태에서 이 에치 단계 동안 성취될 수 있다. 옵션적 단계 1860 (도 18f) 에서, 마스크, 예컨대, 하드 마스크는, 기존의 기법들을 사용하여 제거될 수도 있다. 이에 뒤따라, 단계 1870 (도 18g) 에서, 에칭된 시준기 홀들을 포함하는 웨이퍼 기판은, 위에서 논의된 바와 같은 웨이퍼 간 접합 공정을 사용하여, 이미지 센서 웨이퍼, 예컨대, CMOS 웨이퍼에 접합된다. 단계 1880 (도 18h) 에서, 캐리어 웨이퍼는 이미지 센서들, 예컨대, CMOS 이미지 센서들에 정확히 접합된 개개의 시준기들을 드러내기 위해 (시준기) 웨이퍼 기판에서부터 해제된다.
비록 본 발명이 광학 물체 이미징을 지문 이미지 감지의 맥락에서 설명하지만, 방법 및 시스템은 다른 물체들을 이미지화하기 위해서도 사용될 수도 있다. 예를 들어, 손바닥 또는 손의 고 해상도 이미지가 덮개 층 상에 직접적으로 손을 배치함으로써 취득될 수도 있다. 비-생체인식 물체들의 이미징은 또한 본 개시물의 범위에 속한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 시준기 필터 홀들 또는 홀 구조들의 글에서 "시준기"는 시준기 필터 홀에 들어가는 광선들이 능동적으로 시준됨 (예컨대, 병렬로 만들어짐) 을 의미하지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 시준기 필터 홀들은 (광선이 시준기 필터 홀의 측벽과 상호작용 - 이 경우 광선은 측벽의 특성들에 의존하여 부분적으로 또는 전체적으로 반사되거나 또는 흡수될 수도 있음 - 하지 않는 한) 들어오는 광선들이 일탈 또는 변경 없이 통과하는 것을 일반적으로 허용한다. 다른 반도체 재료들 또는 반도체 웨이퍼들 (예컨대, GaAs 또는 다른 반도체 재료 웨이퍼들) 또는 유리 또는 플라스틱 재료들 또는 웨이퍼들이 본 개시물의 범위에서부터 벗어남 없이 본 명세서에서 설명되는 재료들 및 웨이퍼들을 대체할 수도 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.
본 명세서에서 인용되는 공개들, 특허 출원들, 및 특허들을 포함하는 모든 참고문헌들은, 각각의 참고문헌이 개별적으로 그리고 구체적으로 인용에 의해 포함될 것으로 나타내어졌고 그 전부가 본 명세서에서 언급되었던 것처럼 동일한 정도로 참조로 본 명세서에서 포함된다.
본 발명을 설명하는 맥락에서 (특히 다음의 청구항들의 맥락에서)"a"와 "an"과 "the"와 "적어도 하나" 및 유사한 지시자들이란 용어들의 사용은, 본 명세서에서 달리 나타내거나 또는 맥락에 의해 분명히 부정하지 않는 한 단수 및 복수 둘 다를 커버하도록 해석되어야 한다. "적어도 하나"라는 용어와 뒤따르는 하나 이상의 아이템들의 리스트의 사용 (예를 들어, "A 및 B 중 적어도 하나") 은 본 명세서에서 달리 나타내거나 또는 맥락에 의해 분명히 부정하지 않는 한 열거된 아이템들에서부터 선택된 하나의 아이템 (A 또는 B) 또는 열거된 아이템들 중 둘 이상의 아이템들의 임의의 조합 (A 및 B) 을 의미하도록 해석되어야 한다. "포함하는", "가지는", "구비하는", 및 "담고 있는"이란 용어들은 달리 명시하지 않는 한 개방형 용어들 (즉, "비제한적으로 포함하는"을 의미함) 로서 해석되어야 한다. 본 명세서에서의 값들의 범위들의 언급은, 본 명세서에서 달리 나타내어지지 않는 한, 범위 내에 속하는 각각의 개별 값으로 개별적으로 언급하는 약식 방법으로서 역할을 하는 것으로서만 의도되고, 각각의 개별 값은 그것이 본 명세서에서 개별적으로 언급되는 것처럼 명세서에 포함된다.
본 명세서에서 설명되는 모든 방법들은 본 명세서에서 달리 나타내거나 또는 맥락에 의해 분명히 부정하지 않는 한 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 임의의 및 모든 예들의 사용, 또는 본 명세서에서 제공되는 예시적인 언어 (예컨대, "이를테면") 는, 본 발명을 더 잘 예시하도록만 의도되고 달리 청구되지 않는 한 본 발명의 범위에 대한 제한을 제기하지 않는다. 명세서에서의 언어표현은 본 발명의 실시에 필수적인 것으로서 임의의 비-청구된 엘리먼트를 나타내는 것으로서 해석되어야 한다.
본 발명을 수행하기 위한 발명자들에게 공지된 최선의 모드를 포함하는 본 발명의 바람직한 실시형태들이 본 명세서에서 설명된다. 그들 바람직한 실시형태들의 변형들은 앞서의 설명을 읽을 시 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 명확하게 될 수도 있다. 발명자들은 숙련된 기술자들이 이러한 변형들을 적절한 대로 채용할 것을 기대하고, 발명자들은 본 발명이 본 명세서에서 구체적으로 설명되는 것과는 달리 실시되는 것을 의도한다. 따라서, 본 발명은 첨부되는 청구범위에서 언급되는 본 발명의 주제의 모든 수정들 및 동등물들을 적용 가능한 법률에 의해 허용되는 것으로서 포함한다. 더구나, 모든 가능한 변형들에서의 위에서 설명된 엘리먼트들의 임의의 조합이 본 명세서에서 달리 나타내거나 또는 맥락에 의해 분명히 부정하지 않는 한 본 발명에 의해 포함된다.

Claims (37)

  1. 광학 생체인식 센서를 제조하는 방법으로서,
    이미지 센서 웨이퍼 상에 시준기 필터 층을 형성하는 단계 - 상기 시준기 필터 층의 복수의 광 시준 개구부들은 상기 이미지 센서 웨이퍼의 복수의 광 감지 엘리먼트들과 정렬됨 - 와,
    상기 이미지 센서 웨이퍼 상에 상기 시준기 필터 층을 형성한 후, 상기 이미지 센서 웨이퍼를 복수의 개별 광학 센서들로 싱귤레이트하는 단계를 포함하고,
    상기 시준기 필터 층을 형성하는 단계는, 상기 복수의 광 시준 개구부들을 형성하는 단계와, 상기 이미지 센서 웨이퍼의 앞면에 배치된 하나 이상의 재배선 층들에 상기 이미지 센서 웨이퍼의 상기 광 감지 엘리먼트들을 위한 회로부를 라우팅하는 단계를 포함하며,
    상기 복수의 광 시준 개구부들을 형성하는 단계는, 상기 하나 이상의 재배선 층들의 상기 광 시준 개구부들의 측벽들 상에 광 흡수 재료를 코팅하는 단계를 포함하는,
    광학 생체인식 센서를 제조하는 방법.
  2. 광학 생체인식 센서를 제조하는 방법으로서,
    이미지 센서 웨이퍼 상에 시준기 필터 층을 형성하는 단계 - 상기 시준기 필터 층의 복수의 광 시준 개구부들은 상기 이미지 센서 웨이퍼의 복수의 광 감지 엘리먼트들과 정렬됨 - 와,
    상기 이미지 센서 웨이퍼 상에 상기 시준기 필터 층을 형성한 후, 상기 이미지 센서 웨이퍼를 복수의 개별 광학 센서들로 싱귤레이트하는 단계를 포함하고,
    상기 이미지 센서 웨이퍼 상에 시준기 필터 층을 형성하는 단계는,
    상기 복수의 광 시준 개구부들을 갖는 시준기 필터 웨이퍼를 형성하는 단계와,
    상기 시준기 필터 웨이퍼를 상기 이미지 센서 웨이퍼에 부착하는 단계를 포함하는,
    광학 생체인식 센서를 제조하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시준기 필터 웨이퍼를 형성하는 단계는,
    뒷면과, 상기 뒷면과 대향하는 연마된 앞면을 갖는 웨이퍼 기판을 제공하는 단계 - 상기 웨이퍼 기판은 초기 두께를 가짐 - 와,
    상기 연마된 앞면에 패터닝된 마스크 층을 형성하는 단계 - 상기 패터닝된 마스크 층은 상기 웨이퍼 기판의 상기 앞면을 노출시키는 복수의 노출 홀들을 가짐 - 와,
    상기 웨이퍼 기판을, 상기 뒷면에서부터, 상기 초기 두께 미만의 타겟 두께로 박형화하는 단계와,
    상기 패터닝된 마스크 층에 상기 복수의 노출 홀들에 대응하는 상기 복수의 광 시준 개구부들을 형성하기 위해 상기 웨이퍼 기판의 상기 앞면을 에칭하는 단계 - 상기 복수의 광 시준 개구부들의 각각의 광 시준 개구부는 상기 웨이퍼 기판의 상기 타겟 두께의 전체를 통과해 연장됨 - 를 포함하는,
    광학 생체인식 센서를 제조하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 기판의 상기 앞면을 에칭하는 단계 동안 또는 상기 패터닝된 마스크 층을 형성하는 단계 동안 상기 웨이퍼 기판의 상기 앞면에 기점 정렬 마크들을 생성하는 단계를 더 포함하는,
    광학 생체인식 센서를 제조하는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 패터닝된 마스크 층을 형성하는 단계는, 상기 연마된 앞면에 마스킹 재료 층을 형성하는 단계와, 상기 복수의 노출 홀들을 갖는 상기 패터닝된 마스크 층을 형성하기 위해 상기 마스킹 재료 층을 패터닝하는 단계를 포함하는,
    광학 생체인식 센서를 제조하는 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 시준기 필터 웨이퍼를 형성하는 단계는 복수의 스크라이브 라인 쌍들을 형성하는 단계를 포함하며, 각각의 스크라이브 라인 쌍은 상기 시준기 필터 웨이퍼에서 상기 스크라이브 라인 쌍 사이에 제거 지역(removal region)을 정의하고, 상기 이미지 센서 웨이퍼는 상기 시준기 필터 웨이퍼의 상기 제거 지역 아래에 접합 패드 쌍을 포함하는,
    광학 생체인식 센서를 제조하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 이미지 센서 웨이퍼를 싱귤레이트하는 단계는, 하프 컷 다이싱에 의해 또는 에칭에 의해 각각의 스크라이브 라인 쌍 사이의 상기 시준기 필터 웨이퍼에서 각각의 제거 지역을 제거함으로써 상기 이미지 센서 웨이퍼에서 각각의 접합 패드 쌍을 노출시키는 단계를 더 포함하는,
    광학 생체인식 센서를 제조하는 방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 시준기 필터 웨이퍼를 형성하는 단계는,
    지지 구조체에 웨이퍼 기판의 뒷면을 부착하는 단계 - 상기 웨이퍼 기판은 상기 뒷면과, 상기 뒷면에 대향하는 앞면을 갖고, 상기 웨이퍼 기판은 초기 두께를 가짐 - 와,
    상기 웨이퍼 기판을, 상기 앞면에서부터, 상기 초기 두께 미만의 타겟 두께로 박형화하는 단계와,
    상기 앞면에 패터닝된 마스크 층을 형성하는 단계 - 상기 마스크 층은 상기 앞면이 노출되는 복수의 노출 홀들을 가짐 - 와,
    상기 복수의 노출 홀들을 통해 상기 복수의 광 시준 개구부들을 형성하기 위해 상기 앞면을 에칭하는 단계 - 상기 복수의 광 시준 개구부들의 각각의 광 시준 개구부는 상기 웨이퍼 기판의 상기 타겟 두께의 전체를 통과해 연장됨 - 를 포함하고,
    상기 시준기 필터 웨이퍼를 상기 이미지 센서 웨이퍼에 부착하는 단계는,
    상기 이미지 센서 웨이퍼에 에칭된 상기 웨이퍼 기판의 상기 앞면을 부착하는 단계와,
    상기 웨이퍼 기판에서부터 상기 지지 구조체를 제거하는 단계를 포함하는,
    광학 생체인식 센서를 제조하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 지지 구조체를 제거하는 단계는 부착하는 단계 후 발생하는,
    광학 생체인식 센서를 제조하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 이미지 센서 웨이퍼에 상기 에칭된 웨이퍼 기판의 상기 앞면을 부착하기 전에 그리고 상기 지지 구조체를 제거하기 전에 에칭된 웨이퍼를 다이싱하는 단계를 더 포함하는,
    광학 생체인식 센서를 제조하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 앞면을 에칭하는 동안 상기 웨이퍼 기판을 다이싱하는 단계를 더 포함하는,
    광학 생체인식 센서를 제조하는 방법.
  12. 광학 생체인식 센서를 제조하는 방법으로서,
    이미지 센서 웨이퍼 상에 시준기 필터 층을 형성하는 단계 - 상기 시준기 필터 층의 복수의 광 시준 개구부들은 상기 이미지 센서 웨이퍼의 복수의 광 감지 엘리먼트들과 정렬됨 - 와,
    상기 이미지 센서 웨이퍼 상에 상기 시준기 필터 층을 형성한 후, 상기 이미지 센서 웨이퍼를 복수의 개별 광학 센서들로 싱귤레이트하는 단계를 포함하고,
    상기 이미지 센서 웨이퍼 상에 시준기 필터 층을 형성하는 단계는,
    뒷면과, 상기 뒷면과 대향하는 연마된 앞면을 갖는 웨이퍼 기판을 제공하는 단계 - 상기 웨이퍼 기판은 초기 두께를 가짐 - 와,
    상기 연마된 앞면에 패터닝된 마스크 층을 형성하는 단계 - 상기 패터닝된 마스크 층은 상기 앞면이 노출되는 복수의 노출 홀들을 가짐 - 와,
    상기 노출 홀들을 통해 복수의 비아들을 형성하기 위해 상기 앞면을 에칭하는 단계 - 상기 복수의 비아들의 각각의 비아는 도전성 재료가 없고 상기 웨이퍼 기판 속으로 상기 초기 두께 미만의 타겟 깊이로 부분적으로 연장함 - 와,
    상기 이미지 센서 웨이퍼에 에칭된 웨이퍼 기판의 상기 앞면을 부착하는 단계와,
    상기 복수의 비아들을 노출시키기 위해 상기 에칭된 웨이퍼 기판을, 상기 뒷면에서부터, 타겟 두께로 박형화하는 단계 - 노출된 상기 복수의 비아들이 복수의 광 시준 개구부들에 대응함 - 를 포함하는,
    광학 생체인식 센서를 제조하는 방법.
  13. 광학 생체인식 센서를 제조하는 방법으로서,
    이미지 센서 웨이퍼 상에 시준기 필터 층을 형성하는 단계 - 상기 시준기 필터 층의 복수의 광 시준 개구부들은 상기 이미지 센서 웨이퍼의 복수의 광 감지 엘리먼트들과 정렬됨 - 와,
    상기 이미지 센서 웨이퍼 상에 상기 시준기 필터 층을 형성한 후, 상기 이미지 센서 웨이퍼를 복수의 개별 광학 센서들로 싱귤레이트하는 단계를 포함하고,
    상기 시준기 필터 층을 형성하는 단계는 상기 이미지 센서 웨이퍼의 뒷면 내로 상기 복수의 광 시준 개구부들을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 이미지 센서 웨이퍼의 앞면은 하나 이상의 재배선 층들을 포함하는,
    광학 생체인식 센서를 제조하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 광 시준 개구부들을 형성하는 단계는 상기 이미지 센서 웨이퍼의 상기 뒷면의 선택된 부분들을 에칭하는 단계를 포함하는,
    광학 생체인식 센서를 제조하는 방법.
  15. 생체인식 감지를 위한 복수의 광학 센서 디바이스들을 갖는 광학 센서 웨이퍼로서,
    광 센서 디바이스들의 어레이를 포함하는 이미지 센서 웨이퍼와,
    상기 이미지 센서 웨이퍼 상에 배치된 시준기 필터 층 - 상기 시준기 필터 층은 광 시준 필터 엘리먼트들의 어레이를 포함하며, 상기 광 시준 필터 엘리먼트들의 어레이는 광 감지 디바이스들의 어레이와 정렬됨 - 을 포함하고,
    상기 시준기 필터 층은 복수의 스크라이브 라인 쌍들을 포함하며, 상기 스크라이브 라인 쌍들 각각은 시준기 필터 웨이퍼에서 상기 스크라이브 라인 쌍들 사이에 제거 지역을 정의하며, 상기 이미지 센서 웨이퍼는 복수의 광학 센서 디바이스들의 각각의 광학 센서 디바이스에 대해, 상기 시준기 필터 웨이퍼의 상기 제거 지역 아래에 접합 패드 쌍을 포함하는,
    광학 센서 웨이퍼.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 광 시준 필터 엘리먼트들 각각은 복수의 광 시준 개구부들을 포함하고, 상기 광 감지 디바이스들 각각은 대응하는 복수의 광 감지 엘리먼트들을 포함하는,
    광학 센서 웨이퍼.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 광 시준 필터 엘리먼트들 각각은 상기 복수의 광 시준 개구부들 사이에 배치된 광 차단부(light blocking portion)를 포함하고,
    상기 광 감지 디바이스들 각각은 상기 대응하는 복수의 광 시준 개구부들 아래에 배치된 복수의 광 감지 엘리먼트들 및 상기 대응하는 광 차단부 아래에 배치된 비-감지 회로부를 포함하는,
    광학 센서 웨이퍼.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
KR1020187012976A 2015-10-07 2016-10-05 지문 감지를 위한 이미지 센서 구조체들 KR102439203B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562238603P 2015-10-07 2015-10-07
US62/238,603 2015-10-07
US15/087,481 US10147757B2 (en) 2015-02-02 2016-03-31 Image sensor structures for fingerprint sensing
US15/087,481 2016-03-31
PCT/US2016/055574 WO2017062506A1 (en) 2015-10-07 2016-10-05 Image sensor structures for fingerprint sensing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180053422A KR20180053422A (ko) 2018-05-21
KR102439203B1 true KR102439203B1 (ko) 2022-09-02

Family

ID=58488433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187012976A KR102439203B1 (ko) 2015-10-07 2016-10-05 지문 감지를 위한 이미지 센서 구조체들

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3360162B1 (ko)
JP (1) JP2018537845A (ko)
KR (1) KR102439203B1 (ko)
CN (1) CN108352396B (ko)
WO (1) WO2017062506A1 (ko)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018164634A1 (en) * 2017-03-10 2018-09-13 Fingerprint Cards Ab Fingerprint sensor module and a method for manufacturing such a fingerprint sensor module
CN109145702A (zh) 2017-06-15 2019-01-04 神盾股份有限公司 光学指纹感测器
KR102433168B1 (ko) * 2017-10-31 2022-08-16 아크소프트 코포레이션 리미티드 디스플레이에 지문인식 기능을 구현하는 광 선택 구조 및 지문인식 기능을 구비한 디스플레이
KR102438206B1 (ko) * 2017-12-22 2022-08-31 엘지이노텍 주식회사 지문 인식 모듈 및 이를 포함하는 전자 디바이스
US10515253B2 (en) * 2017-12-27 2019-12-24 Visera Technologies Company Limited Optical fingerprint sensor
KR102620446B1 (ko) * 2018-06-22 2024-01-03 삼성전자주식회사 반사 속성을 갖는 제1 광학 부재 및 제1 광학 부재에서 반사된 광을 흡수할 수 있는 흡수 속성을 갖는 제2 광학 부재를 포함하는 센서 및 그를 포함하는 전자 장치
KR102542872B1 (ko) * 2018-06-22 2023-06-14 엘지디스플레이 주식회사 지문 센싱 모듈 및 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치
KR102396510B1 (ko) * 2018-07-23 2022-05-10 주식회사 엘지화학 핀홀 패턴 필름 및 이의 제조방법
KR20200022077A (ko) * 2018-08-22 2020-03-03 (주)포인트엔지니어링 생체인식센서 및 이를 구비한 디스플레이 장치
US10733413B2 (en) 2018-08-29 2020-08-04 Fingerprint Cards Ab Optical in-display fingerprint sensor and method for manufacturing such a sensor
WO2020105767A1 (ko) * 2018-11-23 2020-05-28 엘지전자 주식회사 이동단말기
CN111310521B (zh) * 2018-12-12 2024-01-23 上海耕岩智能科技有限公司 一种图像采集装置及电子设备
CN111325072B (zh) * 2018-12-17 2023-05-09 上海箩箕技术有限公司 光学传感器模组及其形成方法
US11682584B2 (en) * 2018-12-26 2023-06-20 Camtek Ltd. Measuring buried layers
CN111597865B (zh) * 2019-02-20 2024-07-02 华为技术有限公司 屏组件及电子设备
CN111614799A (zh) * 2019-02-22 2020-09-01 北京小米移动软件有限公司 屏幕盖板、显示屏及移动终端
CN110008885B (zh) * 2019-03-29 2021-04-30 厦门天马微电子有限公司 显示面板和显示装置
CN110770639B (zh) * 2019-04-02 2022-07-08 深圳市汇顶科技股份有限公司 光学准直器及其制作方法
TWI752511B (zh) * 2019-05-31 2022-01-11 台灣積體電路製造股份有限公司 感測裝置、電子設備及用於形成感測裝置的方法
CN112151572B (zh) * 2019-06-28 2023-06-23 云谷（固安）科技有限公司 指纹识别显示器件及其制备方法、指纹识别显示装置
CN110472617B (zh) * 2019-08-29 2021-10-12 维沃移动通信有限公司 显示模组及电子设备
CN110543847B (zh) * 2019-08-29 2021-04-02 维沃移动通信有限公司 显示模组及电子设备
KR20220019123A (ko) 2020-08-06 2022-02-16 삼성디스플레이 주식회사 지문 센서, 지문 센서의 제조 방법, 및 지문 센서를 포함한 표시 장치
KR20220062208A (ko) 2020-11-06 2022-05-16 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 이의 제조 방법

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5726443A (en) * 1996-01-18 1998-03-10 Chapman Glenn H Vision system and proximity detector
US6784413B2 (en) * 1998-03-12 2004-08-31 Casio Computer Co., Ltd. Reading apparatus for reading fingerprint
JP3858263B2 (ja) * 2001-11-09 2006-12-13 日本電気株式会社 指紋画像入力装置及びそれを用いた電子機器
WO2004070785A2 (en) * 2003-01-31 2004-08-19 Intevac, Inc. Backside thinning of image array devices
US7193289B2 (en) * 2004-11-30 2007-03-20 International Business Machines Corporation Damascene copper wiring image sensor
KR100643017B1 (ko) * 2005-01-07 2006-11-10 삼성전자주식회사 보호판이 부착된 웨이퍼와 이미지 센서 칩, 그리고 그의제조 방법
KR101563688B1 (ko) * 2009-02-11 2015-10-28 삼성전자주식회사 집적된 바이오칩 및 이의 제조방법
US8921280B2 (en) * 2009-02-11 2014-12-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Integrated bio-chip and method of fabricating the integrated bio-chip
WO2013010285A1 (en) * 2011-07-19 2013-01-24 Heptagon Micro Optics Pte. Ltd. Method for manufacturing passive optical components, and devices comprising the same
US9337229B2 (en) * 2013-12-26 2016-05-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180053422A (ko) 2018-05-21
CN108352396B (zh) 2023-08-01
WO2017062506A1 (en) 2017-04-13
CN108352396A (zh) 2018-07-31
JP2018537845A (ja) 2018-12-20
EP3360162A4 (en) 2019-05-29
EP3360162A1 (en) 2018-08-15
EP3360162B1 (en) 2022-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102439203B1 (ko) 지문 감지를 위한 이미지 센서 구조체들
US10147757B2 (en) Image sensor structures for fingerprint sensing
US11372143B2 (en) Optical fingerprint sensor
CN108885693B (zh) 具有发散光学元件的生物计量传感器
US10181070B2 (en) Low profile illumination in an optical fingerprint sensor
US11281336B2 (en) Optical sensor having apertures
US10891460B2 (en) Systems and methods for optical sensing with angled filters
EP3889827B1 (en) Fingerprint detection apparatus and electronic device
CN108292361B (zh) 具有角度限制反射器的显示器集成的光学指纹传感器
CN110945524B (zh) 识别指纹的方法、指纹识别装置和电子设备
US11210491B2 (en) Fingerprint sensor under a display module with tilted receiving optics
KR102374723B1 (ko) 광학 지문 장치 및 전자 기기
US11017200B1 (en) Collimator for under-display optical fingerprint sensing
WO2018064563A1 (en) Low profile illumination in an optical fingerprint sensor
CN111095279B (zh) 指纹检测装置和电子设备
CN114072859B (zh) 包括准直结构的生物特征成像装置和在生物特征成像装置中成像的方法
EP3706040B1 (en) Under-display sensing device
KR102629153B1 (ko) 광학식 이미지 인식 센서를 구비한 평판 표시장치
US20160344985A1 (en) Solid-state imaging device and camera module

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
N231 Notification of change of applicant
GRNT Written decision to grant