KR20000044588A

KR20000044588A - 높은 광 투과도를 갖는 이미지센서의 마이크로렌즈 형성방법

Info

Publication number: KR20000044588A
Application number: KR1019980061087A
Authority: KR
Inventors: 박기엽; 배상길
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2000-07-15
Also published as: US20010044166A1

Abstract

본 발명은 가시광선영역의 단파장에 대해서 높은 광 투과도를 갖는 이미지센서의 마이크로렌즈 형성방법을 제공하고자 하는 것으로, 이를 위한 본 발명의 마이크로렌즈 형성방법은, 광 투과도가 향상된 마이크로렌즈 형성을 위한 이미지센서 제조방법에 있어서, 마이크로렌즈용 레지스트를 도포하는 제1단계; 선택적 노광 및 현상을 실시하여 레지스트 패턴을 형성하는 제2단계; 상기 레지스트 패턴을 노광파장대역의 광에 노출시켜 상기 레지스트에 존재하는 감광제를 제거하는 제3단계; 및 상기 제3단계가 완료된 상기 레지스트 패턴을 플로우시켜 마이크로렌즈를 형성하기 위하여 열공정을 실시하는 제4단계를 포함하여 이루어진다. 열공정 전에 레지스트 패턴을 광에 노출시키면 감광제는 제거되고 이에 의해 열공정 후 플로우된 레지스트 물질은 황색화되지 않아 단파장 광에 대한 투과도를 향상시킨다.

Description

높은 광 투과도를 갖는 이미지센서의 마이크로렌즈 형성방법

본 발명은 본 발명은 이미지센서(Image sensor) 제조방법에 관한 것으로, 특히 이미지센서의 마이크로렌즈 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.

이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는바 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 "Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 많이 연구되고 있으며, 그 중 하나가 칼라필터 상에 마이크로렌즈(micro lens)를 형성하는 방법이다.

도1a 내지 도1c는 종래의 마이크로렌즈 형성방법을 보여주는 공정 단면도로서, 이를 참조하여 종래기술과 그 문제점을 살펴보도록 한다.

먼저, 도1a를 참조하면, 예컨대 포토다이오드와 같은 이미지센서의 광감지소자 등 관련 소자들을 형성된 기판을 준비한 다음(도면에 도시되지 않음), 칼라필터어레이(CFA : Color Filter Array)(1)를 형성하고, 칼라필터어레이(1) 상에 마이크로렌즈를 형성하기 위한 레지스트(resist)(2)를 도포한다. 계속해서 레티클(reticle)(3)을 사용하여 선택적으로 빛(4)을 인가하여 레지스트(2)를 부분적으로 노광시킨다.

이어서, 도1b와 같이 현상에 의해 노광된 부위를 제거하므로써, 원하는 레지스트 패턴(2a)을 형성하고, 도1c와 같이 베이킹(baking)에 의해 레지스트 패턴(2a)을 플로우 시키므로써 볼록한 반구형 또는 반 원통형의 마이크로렌즈(2b)를 형성한다.

한편, 마이크로렌즈의 투과도가 좋지 않을 경우 뛰어난 광집속 능력에도 불구하고, 광감도를 향상시키는데 한계가 있을 수 있다. 마이크로렌즈를 형성하기 위해 노광 지역이 현상되고 비 노광 지역이 패턴으로 남게 되는 양성(positive) 레지스트를 사용할 경우, 비노광 지역에는 감광제 (photo-sensitizer)가 그대로 남게 되는데, 이때 감광제 그 자체는 가시 광선 영역의 빛을 흡수하지 않는다. 하지만, 렌즈 모양을 형성하기 위해 150℃ 정도의 온도에서 베이킹을 하게되면 투명하던 감광막이 황색화되면서 가시 광선 영역의 빛을 흡수하게 된다.

도3에는 황색화된 레지스트에 대한 투과도를 측정한 그래프로서, 도2에 도시된 바와 같이 광 투과도는 단파장 영역에서 좋지 못하다. 이 경우 빛의 파장에 따른 감도 차이로 인해 전체적인 광소자의 광감도가 저하될 뿐 아니라, 황색화에 의한 색 분리도의 저하까지 발생한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 가시광선영역의 단파장에 대해서 높은 광 투과도를 갖는 이미지센서의 마이크로렌즈 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1a 내지 도1c는 종래의 마이크로렌즈 형성방법을 보여주는 공정 단면도,

도2a 내지 도2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로렌즈 형성 방법을 보여주는 공정 단면도,

도3은 황색화된 레지스트에 대한 광 투과도를 측정한 실험 그래프,

도4는 본 발명에 따른 표백 공정 후의 레지스트에 대한 광 투과도를 측정한 실험 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 칼라필터어레이

2 : 마이크로렌즈용 레지스트

3 : 레티클

4 : 노광

5 : 표백을 위한 광

2a: 레지스트 패턴

2b : 황색화된 마이크로렌즈

2c : 황색화되지 않은 마이크로렌즈

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로렌즈 형성방법은, 광 투과도가 향상된 마이크로렌즈 형성을 위한 이미지센서 제조방법에 있어서, 마이크로렌즈용 레지스트를 도포하는 제1단계; 선택적 노광 및 현상을 실시하여 레지스트 패턴을 형성하는 제2단계; 상기 레지스트 패턴을 노광파장대역의 광에 노출시켜 상기 레지스트 패턴에 존재하는 감광제를 제거하는 제3단계; 및 상기 제3단계가 완료된 상기 레지스트 패턴을 플로우시켜 마이크로렌즈를 형성하기 위하여 열공정을 실시하는 제4단계를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였다.

도2a 내지 도2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로렌즈 형성 방법을 보여주는 공정 단면도이다.

먼저, 도2a를 참조하면, 예컨대 포토다이오드와 같은 이미지센서의 광감지소자 등 관련 소자들을 형성된 기판을 준비한 다음(도면에 도시되지 않음), 칼라필터어레이(Color Filter Array)(1)를 형성하고, 칼라필터어레이(1) 상에 마이크로렌즈를 형성하기 위한 레지스트(2)를 도포한다. 계속해서 레티클(reticle)(3)을 사용하여 선택적으로 빛(4)을 인가하여 레지스트(2)를 부분적으로 노광시킨다.

이어서, 도1b와 같이 현상에 의해 노광된 부위를 제거하므로써, 원하는 레지스트 패턴(2a)을 형성한다.

이어서, 도1c에 도시된 바와 같이, 레지스트 패턴(2a)을 노광 파장 ± 300nm의 파장 대역을 갖는 광(5)에 노출시키므로써 비노광지역의 감광제(photo-sensitizer)를 제거한다. 이때 광(5)은 50mj/cm²이상의 에너지를 갖도록 하는 것이 바람직하며, 1회 또는 1회 이상 이 광에 레지스트 패턴(2a)을 노출시킨다.

이어서, 도1d는 베이킹(baking)을 실시하여 레지스트 패턴(2a)을 플로우 시키므로써 볼록한 반구형 또는 반 원통형의 마이크로렌즈(2c)를 형성한다. 이때의 마이크로렌즈(2c)는 종래의 마이크로렌즈(2b)와 다르게 황색화되지 않는다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 황색화 현상의 원인을 제공하는 감광제를 먼저 제거한 다음 베이킹을 실시하여 황색화 현상을 제거하므로써 가시 광선 영역의 광에 대한 투과도를 향상시키는 방법이다. 즉, 레지스트 패턴(2a) 형성후, 감광제가 반응하는 파장 대의 광(5)을 쪼여줌으로써, 비노광 지역의 감광제를 제거하여 열 공정을 거치더라도 황색화 현상이 발생하지 않도록 하는 것이다.

한편, 감광제 제거를 위해 광에 노출시키는 공정(이하에서는 이를 간단히 표백(bleaching) 공정이라 칭한다)은 플로우를 위한 열 공정 전에 실시되어야 하며, 열 공정을 거치고 나서는 그 효과가 없다. 실제로 레지스트를 도포하고 나서 표백 공정→ 열 공정의 순서를 거친 경우와, 열 공정 → 표백 공정의 순서를 거친 경우의 투과도를 측정해 보았을 때, 도4에 도시된 바와 같이 후자의 경우 표백 공정을 실시하지 않은 것에 비해 거의 투과도가 향상되지 않았다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 마이크로렌즈에서의 단파장에 대한 광 투과도를 향상시키므로써 전체적인 광감도와 색 분리도를 향상시키는 뛰어난 효과를 갖는다.

Claims

광 투과도가 향상된 마이크로렌즈 형성을 위한 이미지센서 제조방법에 있어서,

마이크로렌즈용 레지스트를 도포하는 제1단계;

선택적 노광 및 현상을 실시하여 레지스트 패턴을 형성하는 제2단계;

상기 레지스트 패턴을 노광파장대역의 광에 노출시켜 상기 레지스트 패턴에 존재하는 감광제를 제거하는 제3단계; 및

상기 제3단계가 완료된 상기 레지스트 패턴을 플로우시켜 마이크로렌즈를 형성하기 위하여 열공정을 실시하는 제4단계

를 포함하여 이루어진 마이크로렌즈 형성방법.
제1항에 있어서,

상기 제3단계를 노광 파장 ± 300nm의 파장 대역을 갖는 광에서 실시함을 특징으로 하는 마이크로렌즈 형성방법.
제2항에 있어서,

상기 제3단계를 적어도 50mj/cm²이상의 에너지를 갖는 광에서 실시함을 특징으로 하는 마이크로렌즈 형성방법.
제3항에 있어서,

상기 제3단계를 적어도 1회 이상 실시함을 특징으로 하는 마이크로렌즈 형성방법.