KR20070086918A - 간극이 없는 마이크로렌즈 어레이 및 제조 방법 - Google Patents

Abstract

제1 및 제2 세트의 구 형상 마이크로렌즈를 가진 마이크로렌즈 어레이에 관한 것이다. 제2 세트의 구 형상 마이크로렌즈는 전체 마이크로렌즈 어레이 상에 최소의 간극이 존재하도록 제1 세트의 개별 마이크로렌즈 사이의 구역에 위치한다. 반도체 기반 이미저는 포토센서를 각각 가진 탑재 화소 셀을 가진 화소 어레이와 설명한 바와 같이 구 형상의 마이크로렌즈를 가진 마이크로렌즈 어레이를 포함한다.

Description

간극이 없는 마이크로렌즈 어레이 및 제조 방법{GAPLESS MICROLENS ARRAY AND METHOD OF FABRICATION}

본 발명은 일반적으로 마이크로렌즈를 사용하는 반도체 기반 이미저(imager) 장치의 분야에 관한 것으로, 특히 상기 장치를 위한 마이크로렌즈 어레이의 제조에 관한 것이다.

전하결합소자(charge coupled device)(CCD) 및 CMOS 이미저를 포함한 솔리드스테이트(solid state) 이미저는 포토 이미징(photo imaging) 애플리케이션에 사용되어 왔다. 솔리드 스테이트 이미저 회로는 화소 셀(pixel cell)의 초점 평면 어레이를 포함하고, 각 셀은 포토센서를 포함하며, 포토센서로는 포토발생(photo-generated) 전하를 축적하는 도핑된 영역을 가진 포토다이오드, 포토게이트(photogate), 또는 포토컨덕터(photoconductor)가 있을 수 있다. 마이크로렌즈는 포토센서의 초기 전하 축적 영역에 빛을 집속시키기 위해, 이미저 화소 셀 위에 놓인다.

마이크로렌즈의 사용은, 큰 집광 구역으로부터 빛을 모아서 이를 포토센서의 작은 감광(photosensitive) 구역에 집속시킴으로써 이미징 장치의 감광성(photosensitivity)을 상당히 향상시킨다. 이미저 어레이 및 화소의 감광 영역의 크기가 계속 감소하면, 입사 광선을 화소 셀의 감광 영역에 집속시킬 수 있는 마이크로렌즈를 제공하는 것이 점점 더 어려워진다. 이 문제는 부분적으로, 더욱 작아진 이미저 장치에 대해 최적의 초점 특징을 가진 마이크로렌즈의 구성에 있어서의 난해성의 증가 때문이다. 제조 중의 마이크로렌즈 성형은 마이크로렌즈의 초점을 최적화하는데 중요하다. 이어서 이것은 밑에 놓인 화소 어레이에 대한 양자 효율(quantum efficiency)을 증가시킨다. 구 마이크로렌즈 형상을 이용하는 것이 입사광을 협소한 초점에 집속시키는데 더 나으며, 이것이 포토센서 크기의 바람직한 감소를 허용한다. 그러나 구 마이크로렌즈는 하기에 설명한 바와 같이 바람직하지 않은 간극이 생기는 문제가 있다.

마이크로렌즈는 삭제(subtractive) 또는 부착(additive) 공정을 통해 형성될 수 있다. 부착 공정에서는 렌즈 재료가 기재 위에 형성된다. 이후 렌즈 재료가 마이크로렌즈로 형성된다.

종래의 부착형 마이크로렌즈 제조에서는, 중간 재료가 기판 상의 어레이에 침착되고, 리플로우(reflow) 공정을 이용하여 마이크로렌즈 어레이로 형성된다. 각 마이크로렌즈는 인접한 마이크로렌즈 사이에 최소의 거리를 두고 형성되는데, 일반적으로 0.3 마이크론이다. 0.3 마이크로미터보다 가까우면 리플로우 중에 두 개의 이웃한 마이크로렌즈가 가교될 수 있다. 알려진 공정에서는,각 렌즈가 주변에 간극을 가진 단일 정방형(square)으로서 재료 층에 패턴이 형성된다. 패턴을 가진 정방형 마이크로렌즈 재료의 리플로우 중에, 겔 방울은 표면 장력과 중력의 힘평형에 의해 발생되는 부분 구 형태로 형성된다. 그 다음 마이크로렌즈가 이 형상으로 경 화된다. 두 개의 인접한 겔 방울 사이의 간극이 지나치게 협소하면, 이들이 닿아서 병합 또는 가교되어 하나의 큰 방울이 될 수 있다. 가교는 렌즈의 형상을 변화시키고, 이것은 초점 거리(focal length), 또는 더 정확하게는 초점 범위 내 에너지 분포를 변화시킨다. 초점 범위 내 에너지 분포의 변화는 화소의 양자 효율의 손실과 화소 간의 강화된 크로스토크(cross-talk)를 일으킨다. 반면에 제조 중에 간극이 지나치게 넓으면, 집속되지 않은 광자(photon)가 마이크로렌즈 어레이 내 빈 공간을 지나는 것을 허용하여, 낮은 양자 효율과 인접한 화소 셀들의 각 포토센서 간의 크로스토크의 증가를 일으킨다.

따라서, 관련된 포토센서들의 양자 효율을 증가시키기 위해, 작은 초점을 가진 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 것이 바람직하다. 또한 마이크로렌즈 제조 리플로우 공정 중에 가교를 일으키지 않고 마이크로렌즈 사이에 최소의 간극을 가진 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예는 이미저용의 개선된 마이크로렌즈 어레이를 제공한다.

마이크로렌즈의 한 실시예에서는 마이크로렌즈 어레이가, 마이크로렌즈 재료의 서로 다른 각 층으로부터 형성된 제1 및 제2 세트의 구 형상 마이크로렌즈를 포함한다. 제2 세트의 구 형상 마이크로렌즈는 제1 세트의 개별 마이크로렌즈들 사이의 구역에 위치되어, 전체 마이크로렌즈 어레이에 걸쳐서 마이크로렌즈 사이에 최소 간극이 존재한다.

본 발명의 반도체 기반 이미저 실시예는 화소 어레이와 마이크로렌즈 어레이를 포함한다. 화소 어레이는 포토센서를 각각 가진 화소 셀을 매립하였다. 마이크로렌즈 어레이는 제1 및 제2 세트의 마이크로렌즈로 된 구 형상 마이크로렌즈를 가지는데, 제2 세트는 어레이의 전 표면에 걸쳐 렌즈 간의 간극을 최소화하기 위해 제1 세트의 마이크로렌즈와 겹친다. 마이크로렌즈 어레이는 매우 협소한 초점을 이용하여 빛을 화소 어레이의 포토센서에 집속시킨다.

마이크로렌즈 어레이 제조의 실시 방법은, 기판 상에 간격을 두고 떨어진 구형상의 마이크로렌즈 제1 세트를 형성하는 것과 제1 세트의 마이크로렌즈가 차지하지 않은 공간에 구 형상의 마이크로렌즈 제2 세트를 형성하는 것을 포함한다. 이 방법은 마이크로렌즈 어레이의 전체 간극을 최소화시키는 한편, 제조 중 인접 렌즈들의 잠재 가교 효과 또는 병합을 감소시킨다.

본 발명의 상기, 및 다른 장점들과 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 하기에 제공된 본 발명의 상세 설명에서 더 쉽게 이해될 것이다.

도 1A는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이를 구비한 이미저 장치 일부의 단면도이다.

도 1B는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이의 경사진 평면도이다.

도 2A는 제조의 실시 방법에 따른 초기 제조 단계의 마이크로렌즈 어레이를 도시하는 평면도이다.

도 2B는 제조의 실시 방법에 따른 초기 제조 단계의 마이크로렌즈 어레이를 도시하는 단면도이다.

도 3A는 도 2A에 도시된 것에 이어지는 제조 단계의 마이크로렌즈 어레이를 도시하는 평면도이다.

도 3B는 도 2B에 도시된 것에 이어지는 제조 단계의 마이크로렌즈 어레이를 도시하는 단면도이다.

도 4A는 도 3A에 도시된 것에 이어지는 제조 단계의 마이크로렌즈 어레이를 도시하는 평면도이다.

도 4B는 도 3B에 도시된 것에 이어지는 제조 단계의 마이크로렌즈 어레이를 도시하는 단면도이다.

도 5A는 도 4A에 도시된 것에 이어지는 제조 단계의 마이크로렌즈 어레이를 도시하는 평면도이다.

도 5B는 도 4B에 도시된 것에 이어지는 제조 단계의 마이크로렌즈 어레이를 도시하는 단면도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 구성된 마이크로렌즈 어레이를 가진 이미저의 블록 다이어그램을 도시한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 구성된 마이크로렌즈 어레이를 구비한 적어도 하나의 이미징 장치를 통합한 프로세서 시스템을 도시한다.

하기의 상세 설명에서는 첨부된 도면을 참조하는데, 도면이 그 한 부분을 형성하고 본 발명이 실시될 수 있는 구체적 실시예들을 도시한다. 이 실시예들은 본 기술 분야의 숙련자가 본 발명을 시행할 수 있을 정도로 충분히 자세히 설명되며, 다른 실시예들이 이용될 수도 있고, 본 발명의 의도 및 범위를 벗어나지 않고 구조적, 논리적, 및 전기적 변화가 이루어질 수도 있음을 이해해야 한다. 설명된 처리 단계의 진행은 본 발명의 실시예이다. 그러나 단계 시퀀스(sequence)는 여기에 상술된 것에 한정되지 않고, 특정 순서로 반드시 일어나는 단계들을 제외하고는 본 기술 분야에 알려진 바와 같이 변경될 수 있다.

여기에 사용되는 "웨이퍼(wafer)" 또는 "기판(substrate)"이라는 용어는 실리콘(silicon), 인슐레이터 위의 실리콘(silicon-on-insulator)(SOI) 또는 사파이어 위의 실리콘(silicon-on-sapphire)(SOS) 기술, 도핑 및 비도핑된 반도체, 기저 반도체 토대에 의해 지지된 실리콘 에피택시층(epitaxial layer), 및 다른 반도체 구조물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한 하기의 설명에서 "웨이퍼" 또는 "기판"을 언급할 때, 기저 반도체 구조 또는 토대의 안 또는 위에 영역, 접합, 또는 재료층을 형성하기 위해 이전 처리 단계가 사용되었을 수도 있다. 또한 반도체는 실리콘 기반일 필요가 없으며, 실리콘-게르마늄, 게르마늄, 갈륨 비소 또는 다른 반도체 기반일 수 있다.

여기에서 사용되는 "화소(pixel)"라는 용어는 포토센서 장치와, 광자를 전기 신호로 전환하는 관련 구조물을 내포한, 포토-부재(element) 유닛 셀을 가리킨다. 예시의 목적으로, 대표적인 3색 화소 한 개와 이것의 형성 방법이 도면에 도시되고 설명되어 있다. 그러나 일반적으로 복수의 동일한 화소의 제조는 동시에 진행된다. 따라서 하기의 상세 설명은 한정적인 의미로 받아들여져서는 안되고, 본 발명의 범 위는 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.

여기에 사용된 "구(sphere)", "구의(spherical)", 또는 "구 형상의(spherically shaped)"라는 용어는 대략적으로 구 형상을 갖거나 기하학적으로 구를 닮은 물체를 지칭려는 목적이 있다. 이 용어는 형상이 완전히 구가 아닌 물체를 배제하려는 의도가 아니며, 거의 구 곡률을 가진 마이크로렌즈를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 마찬가지로, "실질적으로 간극이 없는"은 개별 마이크로렌즈 사이에 간극이 전혀 없는 마이크로렌즈 어레이뿐만 아니라 마이크로렌즈 사이에 실질적으로 간극이 없는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 것이 목적이다. 예를 들어, 마이크로렌즈에 의해 덮이지 않는 공간인 약 3% 이하의 표면적(즉, 3% 이하의 간극)을 가진, 마이크로렌즈 어레이는 실질적으로 간극이 없는 것으로 간주되며, 본 발명의 범위 내에 있다. 본 발명에 따른 실질적으로 간극이 없는 마이크로렌즈 어레이의 바람직한 실시예에서는 전체 표면적의 2% 이하가 간극이다.

마지막으로, 본 발명은 CMOS 이미저와 같은 반도체 기반 이미저를 참조하여 설명되지만, 본 발명은 최적화된 성능을 위한 고품질의 마이크로렌즈를 요구하는 마이크로전자 또는 마이크로광학 장치 어느 것에나 응용될 수 있다. 본 발명을 이용할 수 있는 다른 마이크로광학 장치는 CCD 이미지와 디스플레이 장치를 포함한다.

동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타내는 도면을 참조할 때, 도 1A는 CMOS 이미저와 같은 반도체 기반 이미저(134)의 일부를 도시한다. 이미저(134)는 마이크로렌즈 어레이(110)를 포함하고, 제1 세트의 마이크로렌즈(101)와 제2 세트의 마이 크로렌즈(102)는 수용 표면(120)에 형성되어 있다. 마이크로렌즈 어레이(110) 아래에는 컬러 필터 어레이(124), 빛 차폐층(light shield layer)(126), 금속 배선을 포함할 수 있는 적어도 하나의 ILD층(127), 및 웨이퍼(132) 내에 구비된 화소 셀(130)이 있다. 추가 BPSG 및 ILD층과 같은 추가 층들도 본 기술 분야에서 알려진 바와 같이 이미저(134)의 일부가 될 수 있다. 각 화소 셀(130)은 트랜지스터(129)와 어떤 형태의 포토센서이든지 포토센서(128)를 포함하고, 포토게이트 또는 포토다이오드에 한정되지 않으면서 이들을 포함한다. 각 마이크로렌즈(101, 102)는 빛(119)을 하나의 관련 포토센서(128)에 집속시키는데 관련되어 있다. 제1 세트의 마이크로렌즈와 제2 세트의 마이크로렌즈는 동일한 곡률과 크기를 갖도록 도 1A와 도 1B에 도시되어 있지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 즉, 이러한 특징들도 서로 다른 곡률 및/또는 서로 다른 직경을 갖도록 제1 세트(101)와 제2 세트가 다를 수 있다.

제2 세트의 마이크로렌즈(102)와 인접한 제1 세트의 마이크로렌즈(101)의 겹침은 상술한 간극 문제를 감소시키는 것이 이해되어야 한다. 도 1B에 도시된 바와 같이, 각 마이크로렌즈는 간극(150)이 마이크로렌즈 어레이(110) 상의 최소의 영역에 있도록, 네 개의 인접한 마이크로렌즈에 접한다. 또한 마이크로렌즈(101, 102)는, 입사광(119)이 각 α로 마이크로렌즈(101)에 들어와도 포토센서(128) 상의 협소한 초점(115)에 입사광(119)을 집속시키는 구 형상을 갖는다.

이제 도 2A 내지 도 5B를 참조하여, 실질적으로 간극이 없는 마이크로렌즈 어레이(110)를 만드는 실시 방법이 설명된다. 도 2A, 도 2B로 돌아가서, 마이크로 렌즈 어레이(110)의 제조에 있어 제1 단계는 제1 마이크로렌즈 재료를 수용 표면(120)에 배치하는 것을 포함한다(도 1A). 알려진 어떤 마이크로렌즈 재료도 이 단계에 사용될 수 있는데, 본 발명은 결코 선택된 마이크로렌즈 재료의 유형에 한정되지 않는다. 실시예의 마이크로렌즈 재료는 일본 합성 고무 회사에서 제조한 MFR-401과 같은 포토레지스트(photoresist)이다. 마이크로렌즈 재료(201)는 제1 원형 렌즈 패턴(200)을 사용하여 배치된다. 제1 렌즈 패턴(200)은 반복하는 재료 써클(circle)들의 체커보드(checkerboard) 패턴이며, 렌즈 재료들 사이에 공간 D를 두는 행과 열로 배열된다. 개별 재료 써클들은, 하기에 논의된 바와 같이 리플로우의 발생 때 구 렌즈 형상이 얻어지는 한, 정방형(square)과 같은 다른 형상으로도 형성될 수 있다. 패턴 형성 단계에서, 소정의 두께의 마이크로렌즈 재료(201) 박막이 수용 표면(120)에 코팅된다. 재료(201)는 적절한 마스크를 사용하여 노출되고, 노출된 마이크로렌즈 재료(201)(양성 레지스트)를 녹이거나 비노출된 마이크로렌즈 재료(201)(음성 레지스트)를 녹이는 것이 전개된다. 제1 렌즈 패턴(200), 즉 포토마스크(photomask)는 일반적으로 균일한 라이트 필드(light field)를 공간 패턴을 가진 라이트 필드로 전환시키는 역할을 하는 구경(aperture)과 구경 조리개(aperture stop)를 가진 라이트 마스크(light mask)이다. 일반적으로, 렌즈 패턴(200)은 크롬 패턴이 증발된 표면을 수용하는, 실질적으로 편평한 유리이다. 크롬 패턴은 UV 라이트 필드가 마이크로렌즈 재료(201)에 투과되도록 한정한다. 본 기술 분야의 일반 기술 중의 하나에 의해 인지되는 바와 같이 가변 투과 마스트(variable transmission mask)와 같은 다른 유형의 마스크가 사용될 수도 있다.

도 2B의 단면도에 도시된 바와 같이, 이 단계에서 배치된 재료는, 마이크로렌즈 재료(201)가 재료 써클의 행을 지나는 이분선 A-A'의 방향으로, 인접한 재료(201)로부터 거리 D 만큼 떨어져 있는 것과 같이, 상당한 간극을 갖는다. 사용되는 레지스트 재료와 바람직한 초점 특징에 따라 이 시점에서 블리칭(bleaching) 단계가 요구될 수 있다. 일반적으로 블리칭은 마이크로렌즈 재료(201)를 자외(UV)선에 노출시켜 수행되는데, 이것이 마이크로렌즈 재료(201)의 리플로우 반응을 수정한다. 일반적으로 마이크로렌즈 재료(201)의 블리칭은 이어지는 리플로우 과정 중에 발생하는 재료(201)의 용융을 감소시킨다. 따라서 블리칭은 필요한 경우 더 긴 초점 거리를 갖는 덜 둥근 마이크로렌즈를 발생시킬 수 있다. 블리칭 단계는 UV의 수준, 노출 시간, 블리칭 복사에 노출된 프리 리플로우(pre-reflow) 마이크로렌즈 재료(201) 부분을 조절함으로써 제어될 수 있다. 이러한 조건들을 제어함으로써, 형성되는 마이크로렌즈의 구 형상에 크게 영향을 미치지 않고 블리칭이 사용될 수 있다.

다음, 도 3B에 도시된 바와 같이, 제1 마이크로렌즈 재료(201)는, 제1 리플로우 공정을 거쳐 경화되어 제1 세트의 마이크로렌즈(101)를 형성한다. 일반적으로 제1 리플로우 단계는 선택된 마이크로렌즈 재료(201)의 유형에 따라 약 150℃ 내지 약 220℃ 범위의 균일한 온도로 고온 플레이트(plate)에서 이루어진다. 리플로우 공정 중의 평형힘은 마이크로렌즈 재료(201)가 제1 세트의 마이크로렌즈 구 형상으로 형성되도록 한다. 평면도(도 3A)에서, 경화 단계 후 레이아웃에 있어, 차이가 없다. 마이크로렌즈(101)는 수용 표면(120) 상에 원형 체커보드 패턴으로 유지된 다. 이 때, 마이크로렌즈(101)는 솔리드이고, 이어지는 제조 단계에 의해 영향을 받지 않는다.

다음, 도 4A, 도 4B에 도시된 바와 같이, 제2 마이크로렌즈 재료(202)는 제1 마이크로렌즈 재료와 동일할 수도 있고 동일하지 않을 수도 있으며, 제1 마이크로렌즈 재료(201)와 동일한 또는 이와 다른 두께를 가질 수 있다. 도 5A에 도시된 바와 같이, 배치된 각 제2 마이크로렌즈 재료(202)는 네 개의 제1 마이크로렌즈(101)의 엣지와 접촉하고 겹친다.

이 때 사용되는 제2 마이크로렌즈 재료(202)와 제2 세트의 마이크로렌즈(102)의 바람직한 특징에 따라 블리칭 단계가 수행될 수 있다. 그 다음, 도 5B에 도시된 바와 같이, 제2 렌즈 재료(202)는 리플로우되고 경화되어 제1 세트의 마이크로렌즈(101)의 인접한 렌즈들 사이의 구역에 제2 세트의 구 형상 렌즈(102)를 형성한다. 리플로우 조건은 제1 리플로우 조건과 동일할 수도 있고, 선택된 제2 마이크로렌즈 재료(202)의 유형 및 제2 세트의 마이크로렌즈(102)의 바람직한 형상에 따라 다를 수도 있다.

제조에 있어 한 가지 중요한 요소는 제2 마이크로렌즈 재료(202)의 정방형 침착물은 편평한 표면에 놓이지 않고, 도리어 기존의 제1 세트의 마이크로렌즈(101)의 엣지 상에 부분적으로 놓인다. 이것은 이웃한 마이크로렌즈 간의 간극을 발생시키지 않고 제2 재료(202)의 정방형 침착물이 경화 후 제2 구 세트의 마이크로렌즈를 형성하는 것(도 5B)을 허용한다. 사실, 제2 렌즈 재료(202)는 눈에 띄게 경화된 네 개의 인접한 제1 마이크로렌즈(101)에 접하여 침착된다. 인접은, 실질적 으로 간극이 없는 마이크로렌즈 어레이(110)의 형성을 허용하는데, 즉 인접한 마이크로렌즈 사이의 간극 면적이 최소화되면서 전체 간극 면적이 전체 마이크로렌즈 어레이(110) 면적의 약 3% 이하가 된다. 또한 두 단계에서의 렌즈 세트(101, 102)의 형성은 상기 가교 문제를 감소시킨다. 특히, 리플로우 중 제2 마이크로렌즈 재료(202)의 리플로우는 이미 형성된 제1 세트의 솔리드 마이크로렌즈(101)에 영향을 미치지 않아서, 형성 중에 인접한 렌즈들의 가교가 발생하지 않는다.

일부 이미저(134) 애플리케이션에 대해서는, 두 세트의 마이크로렌즈(101, 102)가 서로 다른 초점 거리 또는 크기를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어 두 세트의 마이크로렌즈(101, 102)는, 입사광(119)(도 1)을 화소 기판(130)의 서로 다른 깊이에 집속시키기 위해 사용될 수 있다. 이들 예에서, 침착된 제2 마이크로렌즈 재료(202)의 유형 또는 두께, 또는 리플로우 조건은 제1 세트(101)와 제2 세트(102)의 마이크로렌즈 사이의 바람직한 차이를 달성하기 위해 조절될 수 있다.

도 6은, 도 2A 내지 도 5B를 참조하여 상술한 바와 같이 구성한 화소와 마이크로렌즈 어레이(110)를 구비한 화소 어레이(240)를 가진 이미징 장치(300)의 한 예를 도시한다. 어레이(240)의 행(row) 라인은 행 어드레스 디코더(255)에 반응하여 행 드라이버에 의해 선택적으로 활성화된다. 열(column) 드라이버(260) 및 열 어드레스 디코더(270)도 이미징 장치(300)에 포함된다. 이미징 장치(300)는 타이밍 및 제어 회로(250)에 의해 작동하는데, 이것이 어드레스 디코더(270, 255)를 제어한다. 제어 회로(250)도 행 및 열 드라이버 회로(245, 260)를 제어한다.

열 드라이버(260)와 관련된 샘플 및 홀드(sample and hold) 회로(261)는 화 소 리셋 신호 Vrst와, 어레이(240)의 선택된 화소에 대한 화소 이미지 신호 Vsig를 읽는다. 차동신호(differential siganl)(Vrst-Vsig)는 각 화소에 대한 차동 증폭기에 의해 발생되고, 아날로그-디지털(analog-to-digital) 컨버터(275)(ADC)에 의해 디지털화된다. 아날로그-디지털 컨버터(275)는 디지털 이미지를 형성하는 이미지 프로세서(280)에 디지털화된 화소 신호를 공급한다.

도 7은 본 발명의 이미징 장치(300)(도 6)를 포함하기 위하여 수정된 전형적인 프로세서 시스템인 시스템(1100)을 도시한다. 시스템(1100)은 이미지 센서 장치를 포함할 수 있는 디지털 회로를 가진 시스템의 예이다. 제한이 없으면, 이러한 시스템은 컴퓨터 시스템, 또는 비디오 카메라 시스템, 스캐너, 머신 비젼, 비디오폰, 및 자동 포커스 시스템, 또는 다른 이미저 애플리케이션을 포함할 수 있다.

시스템(1100), 예를 들어 카메라 시스템은 일반적으로 버스(1104) 상에서 입력/출력(I/O) 장치(1106)와 통신하는, 마이크로프로세서와 같은 중앙 처리 장치(central processing unit)(CPU)(1102)를 구비한다. 이미징 장치(300)도 버스(1104) 상에서 CPU(1102)와 통신한다. 프로세서 기반 시스템(1100)은 랜덤 액세스 메모리(random access memory(RAM)(1110)도 포함하며, 플래시 메모리와 같은 탈착가능한 메모리(1115)를 포함할 수 있는데, 이것도 버스(1104) 상에서 CPU(1102)와 통신한다. 이미징 장치(300)는, 단일 집적 회로 또는 프로세서와 다른 칩 상에 메모리 저장소가 있거나 없는 CPU, 디지털 신호 프로세서, 또는 마이크로프로세서와 같은 프로세서와 결합될 수 있다.

본 발명이 현재 알려진 실시예와 연관하여 상세히 설명되었지만, 본 발명은 이러한 밝혀진 실시예에 한정되지 않는다는 것이 쉽게 이해되어야 한다. 오히려 본 발명은 상기에 설명되지 않았지만 본 발명의 의도와 범위에 맞는 임의의 수의 변형, 개조, 대용을 통합하도록 수정될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 빛이 마이크로렌즈에 의해 방출되는 디스플레이 장치에 사용될 수 있다. 따라서 본 발명은 상기의 설명에 의해 한정되는 것으로 간주되지 않으나, 첨부된 청구항의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (40)

1. 제1 재료층으로 형성된 복수의 제1 마이크로렌즈와,

   제2 재료층으로 형성된 복수의 제2 구 형상 마이크로렌즈로서, 마이크로렌즈 어레이(array)가 실질적으로 간극이 없도록, 제2 구 형상 마이크로렌즈의 각각이 적어도 네 개의 상기 제1 마이크로렌즈에 접하도록 배열된 복수의 제2 구 형상 마이크로렌즈를 구비한 마이크로렌즈 어레이.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 복수의 제2 마이크로렌즈의 각각은 상기 복수의 제1 마이크로렌즈와 동일한 직경을 갖는 마이크로렌즈 어레이.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 복수의 제2 마이크로렌즈의 각각은 상기 복수의 제1 마이크로렌즈와 다른 직경을 갖는 마이크로렌즈 어레이.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 복수의 제2 마이크로렌즈의 각각은 상기 복수의 제1 마이크로렌즈와 동일한 초점 거리(focal length)를 갖는 마이크로렌즈 어레이.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 복수의 제2 마이크로렌즈의 각각은 상기 복수의 제1 마이크로렌즈와 다른 초점 거리(focal length)를 갖는 마이크로렌즈 어레이.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1 및 제2 재료층은 동일한 재료를 구비한 마이크로렌즈 어레이.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1 및 제2 재료층은 다른 재료를 구비한 마이크로렌즈 어레이.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 복수의 제2 마이크로렌즈의 각각은 상기 복수의 제1 마이크로렌즈와 동일한 두께를 갖는 마이크로렌즈 어레이.
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 복수의 제2 마이크로렌즈의 각각은 상기 복수의 제1 마이크로렌즈의 두께와 다른 두께를 갖는 마이크로렌즈 어레이.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 제1 복수의 마이크로렌즈의 각각은 구 형상인(spherically-shaped) 마 이크로렌즈 어레이.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 마이크로렌즈 어레이 표면적의 약 2% 미만은 제1 또는 제2 마이크로렌즈로 덮이지 않는 마이크로렌즈 어레이.
12. 기판에 매설된 포토센서(photosensor)를 각각 가진 복수의 화소(pixel)를 구비한 화소 어레이와,

    상기 화소 어레이 위에 형성된 실질적으로 간극이 없는 마이크로렌즈 어레이를 구비한 이미저(imager)로서, 상기 마이크로렌즈 어레이는,

    제1 재료층에 형성된 복수의 제1 구 형상 마이크로렌즈와,

    제2 재료층에 형성된 복수의 제2 구 형상 마이크로렌즈로서, 제2 구 형상 마이크로렌즈의 각각이 적어도 네 개의 상기 제1 구 형상 마이크로렌즈와 접하도록 배열된 복수의 제2 구 형상 마이크로렌즈를 구비한 것인 이미저.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 이미저는 CMOS 이미저인 이미저.
14. 청구항 12에 있어서,

    상기 이미저는 CCD 이미저인 이미저.
15. 청구항 12에 있어서,

    상기 포토센서는 포토다이오드를 구비한 이미저.
16. 청구항 12에 있어서,

    상기 포토센서는 포토게이트를 구비한 이미저.
17. 청구항 12에 있어서,

    상기 복수의 제1 마이크로렌즈는, 기판의 다른 깊이에서 입사광의 초점을 맞추도록 상기 복수의 제2 마이크로렌즈의 초점 거리와 다른 초점 거리를 갖는 이미저.
18. 청구항 12에 있어서,

    상기 제1 및 제2 재료층은 동일한 재료를 갖는 이미저.
19. 청구항 12에 있어서,

    상기 마이크로렌즈 어레이의 전체 표면적의 2% 미만은 간극 공간이고, 제1 또는 제2 구 형상 마이크로렌즈에 의해 덮이지 않는 것인 이미저.
20. 프로세서와;

    상기 프로세서에 연결된 이미저로서,

    각각 포토센서를 갖는 복수의 화소 셀이 형성된 기판과,

    상기 화소 셀 위에 형성되고, 인접한 마이크로렌즈 사이에 거의 공간이 없는 복수의 구 형상 마이크로렌즈를 구비한 간극이 없는 마이크로렌즈 어레이를 구비한 이미저를 포함한 이미지 처리 시스템.
21. 청구항 20에 있어서,

    상기 이미저는 CMOS 이미저인 이미지 처리 시스템.
22. 청구항 20에 있어서,

    상기 이미저는 CCD 이미저인 이미지 처리 시스템.
23. 청구항 20에 있어서,

    인접한 마이크로렌즈 사이에 공간이 거의 없다는 것은, 구 형상 마이크로렌즈에 의해 덮이지 않은 마이크로렌즈 어레이의 전체 표면적의 약 2% 미만이 존재하는 것을 의미하는 이미지 처리 시스템.
24. 기판 상에 제1 렌즈 재료를 형성하는 단계,

    제1 형상 패턴으로 상기 제1 렌즈 재료를 패터닝하여, 제1 프리 리플로우(pre-reflow) 렌즈 어레이를 형성하는 단계,

    상기 제1 프리 리플로우 어레이를 리플로우하여, 복수의 제1 마이크로렌즈와, 인접한 제1 마이크로렌즈 사이에 복수의 공간을 가진 제1 세트의 마이크로렌즈를 형성하는 단계,

    기판 상에 제2 렌즈 재료를 형성하는 단계,

    제2 형상 패턴을 이용하여 상기 제2 렌즈 재료를 패터닝하여, 제2 프리 리플로우 렌즈 어레이를 상기 복수의 공간 내에 형성하는 단계,

    상기 제2 프리 플로우 어레이를 리플로우하여 제2 세트의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 마이크로렌즈 어레이 형성 방법.
25. 청구항 24에 있어서,

    상기 제1 또는 제2 프리 리플로우 어레이를 블리칭(bleaching)하는 단계를 더 포함하는 방법.
26. 청구항 24에 있어서,

    리플로우의 제1 및 제2 액트(act)는 다른 리플로우 조건 하에서 수행되는 것인 방법.
27. 청구항 24에 있어서,

    리플로우의 제1 또는 제2 액트는, 약 150℃ 내지 약 200℃ 범위의 온도에서 고온 플레이트(hot plate)를 기저 가열 표면으로서 사용하여 행해지는 것인 방법.
28. 청구항 24에 있어서,

    상기 제1 형상은 원형인 방법.
29. 청구항 28에 있어서,

    상기 제2 형상은 정방형인 방법.
30. 임의의 두 개의 인접한 제1 마이크로렌즈 사이에 공간을 두는 반복된 패턴으로 제1 재료층에 제1 복수의 구 형상 마이크로렌즈를 형성하는 단계,

    실질적으로 간극이 없는 마이크로렌즈 어레이를 형성하도록, 인접한 제1 마이크로렌즈 사이의 공간에 적어도 부분적으로 위치하는 제2 재료층 내의 제2 복수의 구 형상 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는, 마이크로렌즈 어레이 형성 방법.
31. 청구항 30에 있어서,

    상기 제2 복수의 마이크로렌즈를 형성하는 단계는, 마이크로렌즈 재료를 상기 복수의 제1 마이크로렌즈 상에 적어도 부분적으로 침적하는 것을 포함하는 방법.
32. 청구항 31에 있어서,

    상기 제2 복수의 마이크로렌즈를 형성하는 단계는, 상기 복수의 제1 마이크로렌즈의 적어도 네 개의 인접하는 마이크로렌즈에 접하는 제2 마이크로렌즈를 각각 형성하는 것을 포함하는 방법.
33. 청구항 31에 있어서,

    상기 제1 및 제2 복수의 마이크로렌즈는 거의 동일한 직경을 갖는 방법.
34. 청구항 30에 있어서,

    상기 제2 복수의 마이크로렌즈는 상기 제1 복수의 마이크로렌즈와 다른 직경을 갖는 방법.
35. 청구항 30에 있어서,

    상기 제1 및 제2 복수의 마이크로렌즈는 동일한 재료로 만들어지는 방법.
36. 기판에 각각 포토센서를 가진 복수의 화소를 구비한 화소 어레이를 형성하는 단계,

    각 구 형상 마이크로렌즈가 상기 화소 어레이 내의 관련된 포토센서 상에 입사광의 초점을 맞추도록 상기 어레이의 화소 위에 위치하고 상기 어레이 상의 적어도 네 개의 다른 마이크로렌즈에 접하고 있도록, 상기 화소 어레이 위에 형성된 복수의 구 형상 마이크로렌즈를 구비한 실질적으로 간극이 없는 마이크로렌즈 어레이 를 형성하는 단계를 포함하는, 이미저 형성 방법.
37. 청구항 36에 있어서,

    상기 간극이 없는 마이크로렌즈 어레이는 그 표면적의 약 2% 미만이 마이크로렌즈에 의해 덮이지 않는 것인 방법.
38. 청구항 36에 있어서,

    실질적으로 간극이 없는 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 액트는, 제1 재료층 내에 복수의 제1 구 형상 마이크로렌즈를 형성하고 제2 재료층 내에 복수의 제2 구 형상 마이크로렌즈를 형성하는 것을 포함하는 방법.
39. 청구항 38에 있어서,

    복수의 제1 구 형상 마이크로렌즈를 형성하는 액트는, 제1 마이크로렌즈 재료를 상기 제1 복수의 렌즈 내로 패터닝하기 위해 원형 재료의 반복 패턴의 사용을 포함하는 방법.
40. 청구항 39에 있어서,

    복수의 제2 구 형상 마이크로렌즈를 형성하는 액트는, 제2 렌즈 재료를 상기 제2 복수의 렌즈 내로 패터닝하기 위해 정방형 재료의 반복 패턴의 사용을 포함하는 방법.

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