KR20100074443A - 이미지 센서의 마이크로 렌즈 마스크 및 마이크로 렌즈 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 의한 마이크로 렌즈 마스크는 마이크로 렌즈용 포토레지스트층을 패터닝하는데 이용되는 노광 마스크로서, 각 면이 인접되도록 오각형 또는 육각형의 어레이를 이루는 다수의 패턴을 포함하고, 상기 패턴 사이의 간격은 0.045μm 내지 0.055μm인 것을 특징으로 한다.
실시예에 의하면, 마이크로 렌즈 마스크의 구조를 개선하고 이에 따른 노광 공정의 광량을 강하게 조정함으로써, 1회의 노광 공정을 통하여 금속 패드 위의 마이크로 렌즈용 포토레지스트를 완전히 제거할 수 있다. 또한, 금속 패드 위의 마이크로 렌즈용 포토레지스트를 한번에 제거하기 위하여 노광 공정의 광량을 강하게 조정하더라도, 마이크로 렌즈 사이의 간격이 넓어지는 현상을 방지할 수 있다.
마이크로 렌즈, 마스크, 컬러필터층, 절연층, 노광 공정
Description
실시예는 이미지 센서의 마이크로 렌즈 및 마이크로 렌즈 형성 방법에 관한 것이다.
도 1은 마이크로 렌즈용 포토레지스트층(40)이 형성된 후의 이미지 센서의 형태를 도시한 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 포토 다이오드, 트랜지스터 등이 형성된 기판(미도시) 위에 USG(Undoped Silicate Glass) 등의 물질로 이루어지고, 금속 패드(12), 금속 배선(미도시), 컨택 플러그(미도시) 등을 포함한 절연층(10)이 형성된다.
상기 절연층(10) 위에는 SiN층(20)이 형성되고, 상기 SiN층(20)을 관통하여 컬러필터층(30)이 상기 절연층(10) 위에 형성된다.
또한, 상기 컬러필터층(30), 상기 SiN층(20), 상기 금속 패드(12)를 포함한 기판 전면에 마이크로 렌즈용 포토레지스트층(40)이 형성된다.
도 2는 패드(12) 위의 포토레지스트층(40)을 제거하기 위한 마스크(50)가 형성된 후의 이미지 센서의 형태를 도시한 측단면도이고, 도 3은 패드(12) 위에 포토 레지스트 찌꺼기가 잔류된 형태를 도시한 상면도이다.
상기 패드(12) 영역을 개방시키는 마스크(50)를 상기 마이크로 렌즈용 포토레지스트층(40) 위에 형성하고, 약 330/0(Dose/Focus)의 광량으로 제1 노광을 진행한다. 따라서, 상기 패드(12) 위의 상기 포토레지스트층(40)이 제거될 수 있는데, 제1 노광 시의 광량은 약하게 조정된 것이므로 도 3과 같이 상기 패드(12) 위에 포토레지스트 찌꺼기가 남게 된다.
도 4는 마이크로 렌즈 마스크(60)가 형성된 후의 이미지 센서의 형태를 도시한 측단면도이고, 도 5는 마이크로 렌즈 마스크(60)의 형태를 도시한 상면도이며, 도 6은 마이크로 렌즈(42)가 형성된 후의 이미지 센서의 형태를 도시한 측단면도이다.
상기 마스크(50)를 제거하고, 도 5와 같은 형태의 마이크로 렌즈 마스크(60)를 상기 컬러필터층(30) 위에 형성한다.
이어서, 상기 마이크로 렌즈 마스크(60)를 노광 마스크로 이용하여 300/0 (Dose/Focus)의 광량으로 제2 노광을 진행한다. 이때, 제2 노광 공정에 의하여 상기 패드(12) 위에 남아있던 포토레지스트 찌꺼기가 제거된다.
이후, 상기 마이크로 렌즈 마스크(60)를 제거하고, 현상(development) 공정을 진행하여 상기 컬러필터층(30) 위의 포토레지스트층(40)을 제외한 나머지 포토레지스트층(40)을 제거한다.
마지막으로, 리플로우(reflow) 공정을 진행하여 상기 컬러필터층(30) 위에 형성된 마이크로 렌즈용 포토레지스트 패턴을 도 6과 같이 볼록한 형상으로 만듦으 로써 마이크로 렌즈(42)를 완성한다.
이와 같이 광량을 약하게 조정하여 2회의 노광을 처리하는 이유는, 약 500/0(Dose/Focus)의 강한 광량으로 1회의 노광을 진행하여 상기 패드(12) 위의 상기 포토레지스트층(40)을 완전히 제거하게 되면 상기 컬러필터층(30) 위에 형성된 마이크로 렌즈용 포토레지스트 패턴의 간격(d1)이 약 0.3 μm 에서 약 0.5μm까지 커지기 때문이다.
따라서, 상기 마이크로 렌즈(42) 사이의 간격 역시 넓어지게 되고 이미지 센서의 감도가 저하되는 결과를 초래한다.
그러나, 2회의 노광 공정을 통하여 상기 패드(12) 위의 포토레지스트 찌꺼기를 제거하더라도 마이크로 렌즈용 포토레지스트 패턴의 간격이 벌어지는 현상을 배제할 수 없으며, 공정이 복잡해지고 제조 시간 및 비용이 증가하는 문제점이 있다.
실시예는 노광 공정을 진행하여 금속 패드 위의 마이크로 렌즈용 포토레지스트를 제거하는 경우, 1회의 노광 공정을 통하여 금속 패드 위의 포토레지스트를 제거할 수 있고, 컬러필터층 위에 형성된 마이크로 렌즈용 포토레지스트 패턴의 간격이 일정하게 유지될 수 있는 마이크로 렌즈 마스크 및 이를 이용한 마이크로 렌즈 형성 방법을 제공한다.
실시예에 의한 마이크로 렌즈 마스크는 마이크로 렌즈용 포토레지스트층을 패터닝하는데 이용되는 노광 마스크로서, 각 면이 인접되도록 오각형 또는 육각형의 어레이를 이루는 다수의 패턴을 포함하고, 상기 패턴 사이의 간격은 0.045μm 내지 0.055μm인 것을 특징으로 한다.
실시예에 의한 마이크로 렌즈 형성 방법은 포토 다이오드, 트랜지스터를 포함하는 반도체 기판 위에 외부로 노출된 금속 패드를 포함하는 절연층이 형성되는 단계; 상기 절연층 위에 보호층이 형성되는 단계; 상기 보호층을 관통하여 상기 포토 다이오드에 수직하게 대응되는 상기 절연층 위에 컬러필터층이 형성되는 단계; 상기 컬러필터층, 상기 보호층, 상기 금속패드를 포함한 상기 반도체 기판 전면에 마이크로 렌즈용 포토레지스트층이 형성되는 단계; 각 면이 인접되도록 오각형 또는 육각형의 어레이를 이루는 다수의 패턴을 포함하고, 상기 패턴 사이의 간격은 0.045μm 내지 0.055μm인 마이크로 렌즈 마스크가 상기 컬러필터층 위의 상기 마 이크로 렌즈용 포토레지스트층 위에 형성되는 단계; 450/0 내지 550/0(Dose/Focus)의 광량으로 노광 공정이 1회 실시되는 단계; 상기 컬러필터층 위의 포토레지스트층을 제외한 나머지 포토레지스트층을 제거하고, 상기 컬러필터층 위의 상기 포토레지스트층을 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 마이크로 렌즈용 포토레지스트층을 리플로우하여 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 마이크로 렌즈 마스크의 구조(형태 및 간격)를 개선하고 이에 따른 노광 공정의 광량을 강하게 조정함으로써, 1회의 노광 공정을 통하여 금속 패드 위의 마이크로 렌즈용 포토레지스트를 완전히 제거할 수 있다.
둘째, 금속 패드 위의 마이크로 렌즈용 포토레지스트를 한번에 제거하기 위하여 노광 공정의 광량을 강하게 조정하더라도, 마이크로 렌즈 사이의 간격이 넓어지는 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 이미지 센서의 감도를 안정적으로 유지할 수 있고 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
셋째, 1회의 노광 공정을 통하여 금속 패드 위의 마이크로 렌즈용 포토레지스트를 완전히 제거할 수 있으므로, 공정이 간소화되고 제조 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
첨부된 도면을 참조하여, 실시예에 따른 마이크로 렌즈 마스크 및 마이크로 렌즈 형성 방법에 대하여 상세히 설명한다.
이하, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되므로 본 발명의 기술적 사상과 직접적인 관련이 있는 핵심적인 구성부만을 언급하기로 한다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도 7은 실시예에 따른 마이크로 렌즈용 포토레지스트층이 형성된 후의 이미지 센서의 형태를 도시한 측단면도이다.
도 7을 참조하면, 포토 다이오드, 트랜지스터 등이 형성된 반도체 기판(미도시) 위에 USG(Undoped Silicate Glass) 등의 물질로 이루어지고, 금속 패드(120), 금속 배선(미도시), 컨택 플러그(미도시) 등을 포함한 절연층(100)이 형성된다.
상기 반도체 기판의 포토 다이오드는 이미지 센서의 단위 화소(Pexel)를 이루며, 상기 포토 다이오드에 저장된 전하들의 전송 및 출력 등을 제어하는 다수의 트랜지스터와 연결된다.
가령, 상기 트랜지스터는 포토 다이오드 사이의 반도체 기판 영역에 반도체 공정을 통하여 형성될 수 있으며, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax) 등으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 절연층(100)은 다수의 적층 구조로 형성될 수 있으며, 상기 금속 패드(120)는 최상위 절연층(100) 상부에 형성되어 외부로 노출된다.
상기 절연층(100) 위에는 SiN층(200)이 형성되고, 상기 SiN층(200)을 관통하여 컬러필터층(300)이 상기 절연층(100) 위에 형성된다.
상기 SiN층(120)은 보호층(passivation layer)으로 기능된다.
상기 컬러필터층(300)은 상기 포토 다이오드에 수직하게 대응되는 영역에 형성된다.
상기 컬러필터층(300)이 형성되면, 상기 컬러필터층(300), 상기 SiN층(200), 상기 금속 패드(12)를 포함한 기판 전면에 마이크로 렌즈용 포토레지스트층(400)이 형성된다.
도 8은 실시예에 따른 마이크로 렌즈 마스크(600)가 형성된 후의 이미지 센서의 형태를 도시한 측단면도이고, 도 9는 실시예에 따른 마이크로 렌즈 마스크(600)의 형태를 도시한 상면도이다.
이어서, 도 8과 같이 상기 마이크로 렌즈용 포토레지스트층(400) 위에 마이크로 렌즈 마스크(600)를 형성하고 노광 공정을 진행한다.
상기 마이크로 렌즈 마스크(600)는 도 9와 같이 육각형 형태((a) 도면)또는 오각형 형태((b) 도면)의 패턴을 가지며, 육각형 형태의 경우 벌집 모양의 패턴을 이룰 수 있고, 오각형 형태의 경우 축구공 모양의 패턴을 이룰 수 있다.
상기 마이크로 렌즈 마스크(600)의 각 패턴은 도 8과 같이 상기 컬러필터층(300)의 하나의 컬러필터 및 그 위에 형성될 하나의 마이크로 렌즈에 대 응된다.
또한, 각 패턴 사이의 간격(d2)은 약 0.045μm 내지 0.055μm로 형성된다.
따라서, 실시예에 따른 마이크로 렌즈 마스크(600)는 각 패턴 사이의 모든 면의 간격이 일정하게 유지되면서도 촘촘히 배열될 수 있고, 패턴 사이의 간격을 최소화할 수 있다. 따라서, 노광 시 집광 효율을 높일 수 있고 강한 광량에 의하여 패턴 사이의 간격이 넓어지는 현상을 최소화할 수 있다.
상기 노광 공정은 450/0 내지 550/0(Dose/Focus)의 강한 광량으로 1회 실시되며, 이때 노광 공정만으로 상기 금속 패드(120) 위의 마이크로 렌즈용 포토레지스트층(400)이 완전히 제거될 수 있다.
이와 같은 실시예에 따른 마이크로 렌즈 마스크(600)에 의하면, 마이크로 렌즈용 포토레지스트 패턴 사이의 간격이 노광 공정에 의하여 넓어지더라도 그 간격을 0.15μm 이하로 유지할 수 있다. 따라서, 이미지 센서의 감도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 마이크로 렌즈(420)가 형성된 후의 이미지 센서의 형태를 도시한 측단면도이다.
이어서, 상기 마이크로 렌즈 마스크(600)를 제거하고, 현상(development) 공정을 진행하여 상기 컬러필터층(300) 위의 포토레지스트층(400)을 제외한 나머지 포토레지스트층(400)을 제거한다.
따라서, 상기 컬러필터층(300) 위에 0.15μm 이하의 간격을 유지하는 마이크로 렌즈용 포토레지스트 패턴이 형성될 수 있다.
마지막으로, 리플로우(reflow) 공정을 진행하여 상기 컬러필터층(300) 위에 형성된 마이크로 렌즈용 포토레지스트 패턴을 도 10과 같이 볼록한 형상으로 만듦으로써 마이크로 렌즈(420)를 완성한다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 마이크로 렌즈용 포토레지스트층이 형성된 후의 이미지 센서의 형태를 도시한 측단면도.
도 2는 패드 위의 포토레지스트층을 제거하기 위한 마스크가 형성된 후의 이미지 센서의 형태를 도시한 측단면도.
도 3은 패드 위에 포토레지스트 찌꺼기가 잔류된 형태를 도시한 상면도.
도 4는 마이크로 렌즈 마스크가 형성된 후의 이미지 센서의 형태를 도시한 측단면도.
도 5는 마이크로 렌즈 마스크의 형태를 도시한 상면도.
도 6은 마이크로 렌즈가 형성된 후의 이미지 센서의 형태를 도시한 측단면도.
도 7은 실시예에 따른 마이크로 렌즈용 포토레지스트층이 형성된 후의 이미지 센서의 형태를 도시한 측단면도.
도 8은 실시예에 따른 마이크로 렌즈 마스크가 형성된 후의 이미지 센서의 형태를 도시한 측단면도.
도 9는 실시예에 따른 마이크로 렌즈 마스크의 형태를 도시한 상면도.
도 10은 실시예에 따른 마이크로 렌즈가 형성된 후의 이미지 센서의 형태를 도시한 측단면도.
Claims (10)
- 마이크로 렌즈용 포토레지스트층을 패터닝하는데 이용되는 노광 마스크로서, 각 면이 인접되도록 오각형 또는 육각형의 어레이를 이루는 다수의 패턴을 포함하고, 상기 패턴 사이의 간격은 0.045μm 내지 0.055μm인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 마스크.
- 제1항에 있어서, 상기 패턴은오각형의 어레이를 이루는 경우 축구공 모양의 패턴을 이루고, 육각형 어레이를 이루는 경우 벌집 모양의 패턴을 이루는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 마스크.
- 제1항에 있어서, 상기 패턴은오각형 어레이 또는 육각형 어레이를 이루며, 각 패턴의 인접된 면은 동일하게 0.045μm 내지 0.055μm의 간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 마스크.
- 포토 다이오드, 트랜지스터를 포함하는 반도체 기판 위에 외부로 노출된 금속 패드를 포함하는 절연층이 형성되는 단계;상기 절연층 위에 보호층이 형성되는 단계;상기 보호층을 관통하여 상기 포토 다이오드에 수직하게 대응되는 상기 절연층 위에 컬러필터층이 형성되는 단계;상기 컬러필터층, 상기 보호층, 상기 금속패드를 포함한 상기 반도체 기판 전면에 마이크로 렌즈용 포토레지스트층이 형성되는 단계;각 면이 인접되도록 오각형 또는 육각형의 어레이를 이루는 다수의 패턴을 포함하고, 상기 패턴 사이의 간격은 0.045μm 내지 0.055μm인 마이크로 렌즈 마스크가 상기 컬러필터층 위의 상기 마이크로 렌즈용 포토레지스트층 위에 형성되는 단계;450/0 내지 550/0(Dose/Focus)의 광량으로 노광 공정이 1회 실시되는 단계;상기 컬러필터층 위의 포토레지스트층을 제외한 나머지 포토레지스트층을 제거하고, 상기 컬러필터층 위의 상기 포토레지스트층을 패터닝하는 단계;상기 패터닝된 마이크로 렌즈용 포토레지스트층을 리플로우하여 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 마이크로 렌즈 형성 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 마스크의 패턴은오각형의 어레이를 이루는 경우 축구공 모양의 패턴을 이루고, 육각형 어레이를 이루는 경우 벌집 모양의 패턴을 이루는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 형성 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 마스크의 패턴은오각형 어레이 또는 육각형 어레이를 이루며, 각 패턴의 인접된 면은 동일하게 0.045μm 내지 0.055μm의 간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 형성 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 노광 공정의 광량은상기 금속 패드 위의 상기 마이크로 렌즈용 포토레지스트층이 노광에 의하여 완전히 제거되는 것을 기준으로 하여 조정되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 형성 방법.
- 제4항에 있어서,상기 절연층은 USG층을 포함하고, 상기 보호층은 SiN층을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 형성 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 절연층은다수의 적층 구조를 가지며, 금속 배선, 컨택 플러그를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 형성 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 포토레지스트층을 패터닝하는 단계는상기 마이크로 렌즈 마스크가 제거되는 단계;현상 공정을 진행하여 상기 컬러필터층 위의 포토레지스트층을 제외한 나머 지 포토레지스트층을 제거하고, 상기 컬러필터층 위의 상기 포토레지스트층을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 형성 방법.
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