KR20120123409A - 마이크로 렌즈의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
[과제]
마이크로 렌즈 형성시의 인접 렌즈 사이의 갭 해소, 렌즈간 중첩 구조의 형성에 우수하고, 또한 렌즈의 곡률 제어성이 우수하며, 마이크로 렌즈 형성 안정성을 높임으로써, 실효감도가 높은 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.
[해결수단]
마이크로 렌즈가 기판 상에 서로 인접하도록 배설된 고체 영상 소자의 제조 방법으로서, 제1 마이크로 렌즈를 기판 표면 상에, 제2 마이크로 렌즈가 마련되는 공간을 두고 형성하는 제1 공정과, 상기 제1 마이크로 렌즈가 형성된 기판 표면 상에 오버코트 재료를 도포한 후, 건조하고, 이를 그레이스케일 마스크를 이용하여 노광하고, 계속해서, 노광된 오버코트 재료를 현상함으로써, 제2 마이크로 렌즈를 제1 마이크로 렌즈와 그의 이웃하는 제1 마이크로 렌즈 사이의 공간에 형성하는 제2 공정을 포함하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
마이크로 렌즈 형성시의 인접 렌즈 사이의 갭 해소, 렌즈간 중첩 구조의 형성에 우수하고, 또한 렌즈의 곡률 제어성이 우수하며, 마이크로 렌즈 형성 안정성을 높임으로써, 실효감도가 높은 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.
[해결수단]
마이크로 렌즈가 기판 상에 서로 인접하도록 배설된 고체 영상 소자의 제조 방법으로서, 제1 마이크로 렌즈를 기판 표면 상에, 제2 마이크로 렌즈가 마련되는 공간을 두고 형성하는 제1 공정과, 상기 제1 마이크로 렌즈가 형성된 기판 표면 상에 오버코트 재료를 도포한 후, 건조하고, 이를 그레이스케일 마스크를 이용하여 노광하고, 계속해서, 노광된 오버코트 재료를 현상함으로써, 제2 마이크로 렌즈를 제1 마이크로 렌즈와 그의 이웃하는 제1 마이크로 렌즈 사이의 공간에 형성하는 제2 공정을 포함하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
Description
본 발명은 마이크로 렌즈를 구비한 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
기판 상으로의 마이크로 렌즈의 형성 방법으로서, 다양한 방법이 검토되고 있다.
제1 방법으로서, 이미지 센서의 수광부 컬러필터 상에 감광성의 렌즈용 열가소성 수지층을 형성하고, 이 수지층을 소정의 패턴을 가지는 포토 마스크를 이용하여 노광하고 현상하여, 각 수광부에 대응하는 위치에 원기둥 형상의 레지스트 패턴층을 형성하고, 그 다음, 열가소성 수지의 연화점 이상의 가열 처리를 실시하여 수지를 열 유동시킴으로써, 패턴층의 에지에 처짐을 발생시켜 볼록렌즈를 형성하는 방법이 잘 알려져 있다(멜트법).
제2 방법으로서, 이미지 센서 상의 평탄화된 렌즈용 수지층 상에 감광성의 레지스트막을 형성하고, 소정의 패턴을 가지는 포토 마스크를 이용하여 노광하고 현상하여, 각 수광부에 대응하는 위치에 원기둥 형상의 레지스트 패턴층을 형성하고, 그 다음, 레지스트의 연화점 이상으로 가열 처리를 실시하여 수지를 유동시킴으로써, 패턴층의 에지에 처짐을 발생시켜 볼록렌즈 형상을 형성하고, 다시 이것을 에칭 마스크로 하여 렌즈용 수지층을 에치백(etch back)하여 레지스트막을 제거하는 동시에, 렌즈용 수지층에 렌즈를 형성하는 방법이 알려져 있다(에치백법).
제3 방법으로서, 수광부 컬러필터 상에 감광성의 렌즈용 경화성 수지층을 형성하고, 이 수지층을 노광 파장으로는 해상되지 않는 미세한 패턴의 분포 상태에 따라 노광할 때 투과광량 분포를 제어하는 그레이스케일 마스크(grayscale mask)를 통해 노광, 현상하여, 각 수광부에 대응하는 위치에 렌즈 패턴층을 직접 형성하는 방법이 알려져 있다(그레이스케일법).
종래 기술 중 제1 방법을 이용한 경우, 감광성의 렌즈용 열가소성 수지의 패턴층을 열 유동시켜 볼록렌즈 형상으로 하기 때문에, 열 유동 공정 중에 인접 렌즈 사이에서 융착이 일어나, 수율이 저하되는 원인이 된다. 또한, 이를 방지하기 위해 렌즈간 거리를 길게 취하면, 수율은 개선되지만, 렌즈 사이에 갭을 발생시켜 개구율의 저하로 이어지고, 이미지 센서의 성능이 저하된다는 문제가 생긴다.
제2 방법에서도 열 유동 공정을 포함하므로, 동일한 우려가 있다. 또한, 제2 방법은 에치백 공정이 반드시 필요하기 때문에, 반응성 이온 에칭 장치 등의 설비가 필요해지고, 또한 공정이 길어지므로, 그에 수반하여 에치백 시의 결함도 새로이 발생하여, 렌즈 형성 수율에 영향을 준다는 문제가 있었다.
제3 방법은 공정의 단축, 고개구율화에 유리하지만, 화소 크기의 축소에 수반하여 포토마스크 패턴을 레지스트에 충실히 전사하기 힘들다는 문제가 있다.
또한, 제4 방법으로서, 인접 렌즈 사이의 융착을 방지하기 위하며, 기판 상의 수지층에 체스판 모양의 레지스트 패턴을 전사하고, 열 유동한 후, 일단 경화시키고, 그 후, 패턴이 없는 부분에 새로이 레지스트 패턴층을 형성하고, 열 유동한 후, 경화시키는 방법이 알려져 있으며, 이 방법에 의해 렌즈 사이의 갭이 적은 마이크로 렌즈의 형성이 가능하다고 보고되어 있다(멜트법). 그러나, 이 방법에서도 인접 렌즈 사이의 갭을 해소할 수는 없다. 뿐만 아니라, 집광 효율상 이상적이라고 알려져 있는 렌즈 사이에 중첩을 가지는 고개구율의 마이크로 렌즈 어레이 형상을 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.
한편, 기판 상에 마이크로 렌즈를 형성하고, 그 위에 오버코트재를 피복하고 리소그래피를 이용하여 오버코트층을 형성하고, 그 후에 리플로우하는 방법으로 마이크로 렌즈 표면을 오버코트층으로 피복하는 방법(특허문헌 1, 특허문헌 2 참조)이 있다.
또한, 마이크로 렌즈 표면에 오버코트재를 피복하고, 그레이스케일 마스크를 이용하여 노광하고, 현상하여, 오버코트층이 마이크로 렌즈 표면에 피복된 구조를 형성하는 방법(특허문헌 3 참조)이 있다.
본 발명은, 마이크로 렌즈 형성시의 인접 렌즈 사이의 갭 해소, 렌즈 사이의 중첩 구조의 형성에 우수하고, 또한 렌즈의 곡률 제어성에 우수하며, 마이크로 렌즈 형성 안정성을 높임으로써, 실효 감도가 높은 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 제1 관점으로서, 마이크로 렌즈가 기판 상에 서로 인접하도록 배설된 고체 영상 소자의 제조 방법에 있어서,
제1 마이크로 렌즈를 기판 표면 상에, 제2 마이크로 렌즈가 마련되는 공간을 두고 형성하는 제1 공정과,
상기 제1 마이크로 렌즈가 형성된 기판 표면 상에 오버코트 재료를 도포한 후, 건조하고, 이를 그레이스케일 마스크를 이용하여 노광하고, 계속해서, 노광된 오버코트 재료를 현상함으로써, 제2 마이크로 렌즈를 제1 마이크로 렌즈와 그의 이웃하는 제1 마이크로 렌즈 사이의 공간에 형성하는 제2 공정을 포함하는 고체 촬상 소자의 제조 방법,
제2 관점으로서, 상기 제2 공정에서, 노광 후에 제1 마이크로 렌즈를 연화점 온도 이하의 온도에서 가열하는 조작을 추가로 포함하는 제1 관점에 기재된 제조 방법,
제3 관점으로서, 상기 제1 마이크로 렌즈의 외연부와 상기 제2 마이크로 렌즈의 외연부가 겹치는 겹침부가 생기도록, 제2 마이크로 렌즈를 형성하는 제1 관점 또는 제2 관점에 기재된 제조 방법,
제4 관점으로서, 제1 마이크로 렌즈 및 제2 마이크로 렌즈는 원형의 마이크로 렌즈이고, 상기 겹침부의 최대 폭은 원형의 상기 마이크로 렌즈 반경의 1 ~ 85%인 제1 관점 내지 제3 관점 중 어느 하나에 기재된 제조 방법,
제5 관점으로서, 상기 제1 마이크로 렌즈의 성분과 상기 제2 마이크로 렌즈의 성분이 상이한 제1 관점 내지 제4 관점 중 어느 하나에 기재된 제조 방법,
제6 관점으로서, 상기 제1 마이크로 렌즈의 성분과 상기 제2 마이크로 렌즈의 성분이 동일한 제1 관점 내지 제4 관점 중 어느 하나에 기재된 제조 방법, 및
제7 관점으로서, 제1 관점 내지 제6 관점 중 어느 하나에 기재된 방법으로 제조된 마이크로 렌즈를 가지는 고체 촬상 소자이다.
본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 따르면, 인접 마이크로 렌즈 사이에 갭을 두지 않고 중첩 구조를 형성하고, 또한 2차원 방향에서 본 곡률이 균일한 마이크로 렌즈 어레이를 확실하게 형성할 수 있으므로, 집광 효율의 향상을 실현할 수 있다. 제2 마이크로 렌즈 형성 공정을 그레이스케일 마스크를 통한 방법으로 행함으로써, 인접 렌즈 사이의 접합 형상을 손상시키지 않고 제2 마이크로 렌즈를 형성할 수 있으므로, 종래의 방법으로는 곤란했었던 형상을 가지는 마이크로 렌즈 어레이의 형성이 가능하게 된다.
기판 상에 체스판 모양이 되도록 제1 마이크로 렌즈가 이미 형성되고, 그의 이웃하는 공간에 제2 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 재료를 제1 마이크로 렌즈가 형성된 기판면에 도포한다. 고체의 제1 마이크로 렌즈에 액체의 재료를 도포하여도 인터믹싱되지 않고 제2 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다. 제2 마이크로 렌즈의 형성에는 마이크로 렌즈의 연화점 온도 이상의 온도에서 가열하는 리플로우법을 이용하지 않으므로, 제1 마이크로 렌즈와의 융착이 없이 이상적인 형상(렌즈간 단면 형상이 V자)의 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다. 이는, 제2 마이크로 렌즈를 그레이스케일 마스크를 이용하여 형성하기 때문에, 마이크로 렌즈의 연화점 온도 이상의 온도로 가열하는 리플로우 공정이 필요하지 않고, 마이크로 렌즈의 연화점 온도 이하의 온도에서 경화시킬 수 있기 때문이다.
또한, 제2 마이크로 렌즈를 그레이스케일 마스크를 이용하여 형성하기 때문에 원하는 형상으로 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다. 이에 따라, 이웃하는 마이크로 렌즈가 서로 외연부를 공유하고 있으므로, 기판 상에 갭이 적은 집광률이 높은 마이크로 렌즈 어레이를 형성할 수 있다.
종래 기술 중 한 방법인, 처음부터 그레이스케일 마스크를 이용하여 한번에 마이크로 렌즈를 형성하는 방법에서는, 인접하는 마이크로 렌즈 사이에 노광시 광의 간섭이 발생하여, 인접한 마이크로 렌즈 사이의 단면 형상은 V자 구조가 형성되지 않고, U자 구조가 형성되기 때문에, 렌즈간의 집광 효율이 저하된다.
본 발명에서는 제1 마이크로 렌즈를 형성(제1 공정)한 후에, 오버코트 재료를 피복하여 건조하고, 그 후에 그레이스케일 마스크로 노광을 행하므로(제2 공정), 인접한 제1 및 제2 마이크로 렌즈 사이에 광의 간섭이 발생하지 않으며, 이 마이크로 렌즈 사이의 단면 형상은 U자 구조가 되지 않고 V자 구조를 형성하므로, 충분히 집광 효율이 향상된다.
이에 따라, 본 발명의 제조법으로 제조된 마이크로 렌즈를 가지는 고체 촬상 소자는 실효감도가 높은 것이 된다.
도 1의 (a)는 제1 마이크로 렌즈 형성용 조성물을 도포하기 전의 기판을 위에서 관찰한 평면 구조의 모식도이다. 도 1의 (b)는 제1 공정을 거쳐 마이크로 렌즈가 형성된 기판을 위에서 관찰한 평면 구조의 모식도이다. 도 1의 (c)는 제1 마이크로 렌즈가 형성된 기판 상에 제2 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 오버코트재를 도포하고, 노광과 현상을 행하는 상태의 기판을 위에서 관찰한 평면 구조의 모식도이다. 도 1의 (d)는 제1 공정 및 제2 공정을 거쳐 마이크로 렌즈가 형성된 기판을 위에서 관찰한 평면 구조의 모식도이다.
도 2의 (a')는 제1 마이크로 렌즈 형성용 조성물을 도포하기 전의 기판을 측면에서 관찰한 단면 구조의 모식도이다. 도 2의 (b')는 제1 공정을 거쳐 마이크로 렌즈가 형성된 기판을 측면에서 관찰한 단면 구조의 모식도이다. 도 2의 (c')는 제1 마이크로 렌즈가 형성된 기판 상에 제2 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 오버코트재를 도포하고, 노광과 현상을 행하는 상태의 단면 구조의 기판을 측면에서 관찰한 것이다. 도 2의 (d')는 제1 공정 및 제2 공정을 거쳐 마이크로 렌즈가 형성된 기판을 측면에서 관찰한 단면 구조의 모식도이다.
도 2의 (a')는 제1 마이크로 렌즈 형성용 조성물을 도포하기 전의 기판을 측면에서 관찰한 단면 구조의 모식도이다. 도 2의 (b')는 제1 공정을 거쳐 마이크로 렌즈가 형성된 기판을 측면에서 관찰한 단면 구조의 모식도이다. 도 2의 (c')는 제1 마이크로 렌즈가 형성된 기판 상에 제2 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 오버코트재를 도포하고, 노광과 현상을 행하는 상태의 단면 구조의 기판을 측면에서 관찰한 것이다. 도 2의 (d')는 제1 공정 및 제2 공정을 거쳐 마이크로 렌즈가 형성된 기판을 측면에서 관찰한 단면 구조의 모식도이다.
본 발명은, 마이크로 렌즈가 기판 상에 서로 인접하도록 배설된 고체 영상 소자의 제조 방법에 있어서,
제1 마이크로 렌즈를 기판 표면 상에, 제2 마이크로 렌즈가 마련되는 공간을 두고 형성하는 제1 공정과,
이 제1 마이크로 렌즈가 형성된 기판 표면 상에 오버코트 재료를 도포한 후, 건조하고, 이를 그레이스케일 마스크를 이용하여 노광하고, 계속해서, 노광된 오버코트 재료를 현상함으로써, 제2 마이크로 렌즈를 제1 마이크로 렌즈와 그의 이웃하는 제1 마이크로 렌즈 사이의 공간에 형성하는 제2 공정을 포함하는 고체 촬상 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에서의 제1 공정에서 이용되는 제1 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 조성물은 통상 이용되는 마이크로 렌즈 형성용 조성물을 이용할 수 있다.
조성물로는, 예를 들면, 비닐계 화합물 또는 그 유도체를 이용하고, 필요에 따라 아크릴산, 아크릴산에스테르 등을 공중합한 열가교 가능한 폴리머와 나프토퀴논디아지드 등의 감광제를 포함하고, 필요하다면 가교제를 포함할 수 있는 포지티브형 레지스트 조성물(1), 노볼락계 수지 또는 히드록시스티렌계 수지를 이용하고, 필요에 따라 아크릴산, 아크릴산에스테르 등을 공중합한 열가교 가능한 폴리머와 나프토퀴논디아지드 등의 감광제를 포함하고, 필요하다면 가교제를 포함할 수 있는 포지티브형 레지스트 조성물(2)을 들 수 있다.
열가교 가능한 열가교 형성기의 조합으로는, 예를 들면, 카르복실기나 수산기 등의 관능기(1)와, 에폭시기, 옥세탄기, 이소시아네이트기나 알콕시기 등의 관능기(2)의 조합을 들 수 있으며, 관능기(1)와 관능기(2)의 반응에 의해 열가교가 이루어진다.
본 발명에서 열가교 가능한 폴리머와 감광제를 포함하는 경우에는, 상기 관능기(1)와 관능기(2)가 포함되는 폴리머 간에 열가교가 이루어진다. 또한, 열가교 가능한 폴리머와 감광제와 가교제를 포함하는 경우에는, 폴리머와 가교제 중 어느 하나가 관능기(1)를 가지고, 다른 하나가 관능기(2)를 가지며, 폴리머와 가교제 간에 열가교가 이루어진다.
제1 마이크로 렌즈는, 멜트법, 에치백법, 그레이스케일법 중 어느 방법으로도 형성할 수 있다.
유리 기판, 실리콘 웨이퍼, 산화막, 질화막, 알루미늄이나 몰리브덴이나 크롬 등의 금속이 피복된 기판 상에 제1 마이크로 렌즈 형성용 조성물을, 회전 도포, 흐름 도포, 롤 도포, 슬릿 도포, 슬릿에 이은 회전 도포, 잉크젯 도포 등에 의해 도포한다. 예를 들면, 스핀 코팅법에 의해 도포한다. 스핀 코팅의 회전 속도는 500 ~ 4000rpm으로 행할 수 있다. 도포액의 막두께는 예를 들어 0.1 ~ 3.0μm로 할 수 있다. 그 후, 50 ~ 130℃의 온도에서 가열 건조를 행한 후, 패턴 마스크를 이용하여 노광을 행한다. 이 패턴 마스크는 제1 마이크로 렌즈와, 제2 마이크로 렌즈가 배치 가능한 공간이 교대로 배치되도록 형성되기 위한 마스크 패턴(이른바 체스판 모양)을 가지는 마스크를 이용하여 행해진다. 제1 마이크로 렌즈는, 직경은 통상, 1.0 ~ 3.0μm이고, 예를 들어 1.7μm 정도의 직경을 가지는 높이 0.5 ~ 1.0μm의 반구형상으로 형성된다. 이웃하는 인접하는 제2 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 제1 마이크로 렌즈로 둘러싸인 공간은, 제1 마이크로 렌즈를 형성한 공간과 동일한 정도의 공간이다.
제1 마이크로 렌즈를 형성한 후에 기판 상에 도포하는, 제2 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 오버코트 재료는, 통상의 마이크로 렌즈 형성용 조성물을 이용할 수 있으며, 상술한 포지티브형 레지스트 조성물을 이용할 수도 있다. 그리고, 제1 마이크로 렌즈 형성용 조성물과 동일한 조성물로 할 수도 있고, 상이한 조성물로 할 수도 있다.
제1 마이크로 렌즈 패턴이 형성된 기판 표면 상에, 제2 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 오버코트 재료가 도포된다. 제2 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 오버코트 재료는, 회전 도포, 슬릿 도포, 슬릿에 이은 회전 도포, 잉크젯 도포법에 의해 도포할 수 있다. 도포한 제2 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 오버코트 재료의 막두께는, 제1 마이크로 렌즈의 높이와 동일한 정도로 하거나, 그 이상의 막두께로 할 수 있다.
오버코트 재료의 도포 후, 그레이스케일 마스크를 이용하여 노광이 행해진다.
그레이스케일 마스크(그라데이션 마스크)에 형성되어 있는 마스크 패턴은 마이크로 렌즈 부분의 가장자리로부터 중심을 향해 차광성이 높아지고, 가장자리로부터 중심을 향해 경사 노광되는 것이다. 차광성은 주로 마스크의 차광성 금속(크롬 등) 농도에 따라 조정된다. 오버코트 재료로 포지티브형 레지스트 조성물을 이용했을 때에, 형성되는 마이크로 렌즈 패턴의 중심 부분에서는 노광량이 낮아지고, 마이크로 렌즈 패턴의 가장자리 부분에서는 노광량이 높아지므로 반구형상의 마이크로 렌즈가 형성된다.
[0020]
제2 마이크로 렌즈가 제1 마이크로 렌즈 사이의 공간에 형성된다. 본 발명의 제조 방법에서는, 제1 마이크로 렌즈와 제2 마이크로 렌즈는, 서로 그 외연부가 겹치는 겹침부를 가질 수 있으므로, 마이크로 렌즈의 직경을 크게 할 수 있으며, 그 결과, 집광 효율이 향상된다. 예를 들면, 제1 및 제2 마이크로 렌즈가 모두 직경 1.7μm의 원형인 경우, 외연부끼리의 겹침부의 최대 폭을 0.15μm로 할 수 있다.
겹침부의 폭이 마이크로 렌즈 반경의 1 ~ 85%, 또는 1 ~ 60%, 또는 1 ~ 50%로 할 수 있다.
여기서, 마이크로 렌즈가 원형이 아닌 경우, 마이크로 렌즈의 반경이란, 마이크로 렌즈의 근사원의 반경을 말하며, 외연부끼리의 겹침부의 폭이란, 근사원의 반경 상에서의, 가장 긴 겹침 부분의 폭을 말한다.
본 발명에서는, 제1 마이크로 렌즈 사이에 제2 마이크로 렌즈를 형성하기 위하여, 오버코트 재료를 도포한 기판을 그레이스케일 마스크를 이용하여 노광한 후, 현상액으로 현상하고, 그 후에 PEB(노광 후 가열)를 할 수 있지만, PEB를 하였더라도 리플로우하는 온도(연화점 이상의 온도)에서는 가열하지 않는다.
마이크로 렌즈를 형성하는 공정에서, 다단계(예를 들면, 2단계)의 소성을 행하는 경우에는, 연화점 이하의 온도의 제1 소성에서 가교 반응을 수반하는 경화를 실시하여, 이후의 제2 소성에서 리플로우하지 않을 정도까지 경화를 완료시키고, 그 후에 제2 소성을 행하는 것이 가능하다. 가교 형성에 의해 마이크로 렌즈 자체의 연화점 온도가 제1 소성 전의 연화점 온도보다 상승한다. 이에 따라, 마이크로 렌즈가 리플로우하지 않고, 제1 소성 전의 연화점 온도보다 높은 온도에서의 제2 소성이 가능해진다. 즉, 마이크로 렌즈의 형성 공정에서, (제1 소성 온도) ＜ (제2 소성 온도) ＜ (제1 소성 후의 마이크로 렌즈의 연화점 온도)라는 관계가 성립된다. 이 제1 소성은 통상 0.5 ~ 20분 내에 달성된다. 제2 소성은 통상 0.5 ~ 20분 내에 달성된다.
제2 마이크로 렌즈는 그레이스케일법으로 형성되기 때문에 리플로우 공정이 없으며, 인접하는 마이크로 렌즈 사이의 단면 형상이 V자 형상을 유지하고, 그에 따라 렌즈 곡률을 일정하게 유지할 수 있으므로, 집광 효율이 향상된다.
상기 노광 후에 알칼리 현상액으로 현상하는 것으로, 노광부가 씻겨져서 단면이 날카로운 릴리프 패턴이 얻어진다. 이때, 사용되는 현상액은 알칼리 수용액이라면 특별히 한정되지 않는다. 그 구체예로는, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산칼륨, 탄산나트륨 등의 알칼리 금속 수산화물의 수용액, 수산화테트라메틸암모늄, 수산화테트라에틸암모늄, 콜린 등의 수산화 4급 암모늄의 수용액, 에탄올아민, 프로필아민, 에틸렌디아민 등의 아민 수용액을 들 수 있다.
상기 알칼리 현상액은 10질량% 이하의 수용액인 것이 일반적이며, 바람직하게는 0.1 ~ 3.0질량%의 수용액 등이 이용된다. 또한, 상기 현상액에 알코올류나 계면활성제 등을 첨가하여 사용할 수도 있으며, 이들은 각각, 현상액 100질량부에 대하여, 바람직하게는 0.05 ~ 10질량부이다.
이 중에서, 수산화테트라메틸암모늄 0.10 ~ 2.38질량% 수용액은, 포토 레지스트의 현상액으로서 일반적으로 사용되고 있으며, 본 발명에 이용되는 마이크로 렌즈 형성용 조성물 및 오버코트 재료로 이루어진 도막은 이 용액을 이용하여, 팽윤 등의 문제를 일으키는지 않고 현상할 수 있다.
또한, 현상 방법은 퍼들(액성)법, 다이나믹 디스펜스법, 디핑법, 요동 침지법 등 중 어느 것을 이용하여도 된다. 이때, 현상 시간은, 통상 15 ~ 180초이다. 현상 후, 흐르는 물로 20 ~ 90초간 세정하고, 압축 공기나 압축 질소, 혹은 스핀에 의해 공기 건조시킴으로써, 기판 상의 수분이 제거되어, 패턴이 형성된 도막이 얻어진다. 그 후, 이 패턴이 형성된 도막에, 고압 수은등 등을 이용한 자외선 등의 광을 모든 면에 조사하고, 패턴 형상 도막 중에 잔존하는 감광제 성분(1,2-나프토퀴논디아지드 화합물)을 완전히 분해시킴으로써, 도막의 투명성을 향상시킨다.
이렇게 해서 목적으로 하는 양호한 패턴 형상을 가지는 경화막을 얻을 수 있다. 이 경화막은 내열성, 내용제성, 투명성이 우수하며, 마이크로 렌즈 이외에 층간 절연막, 각종 절연막 및 각종 보호막 등에도 적합하게 이용할 수 있다.
[실시예]
다음에 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도면은 본 발명의 실시예인 마이크로 렌즈 어레이의 제조 공정을 나타낸 평면 구조 및 단면 구조의 모식도이다. 본 실시예에서는 단위 화소 피치가 2.0μm 크기인 컬러필터를 가지는 기판을 이용하였다.
실시예 1
제1 공정으로서, 기판 상에 열경화성 마이크로 렌즈 형성용 조성물을 도포하여 형성되는 도막(도막의 연화점 온도는 170℃임)에, 그레이스케일 마스크를 통해 노광하고 현상하여 제1 마이크로 렌즈가 되는 패턴을 형성하였다(도 1의 (b), 도 2의 (b')). 이때, 패턴막은 컬러필터 상에 체스판 모양으로 형성하였다. 그 다음, 140℃, 다시 180℃의 소성에 의해 전술한 노광 및 현상에 의해 형성된 렌즈형상 패턴막을 경화하였다. 렌즈 패턴의 직경은 2.5μm이었다. 그 후, 제2 공정으로서, 제1 공정에서 패턴막을 형성하지 않은 부분의 컬러필터 상에 마찬가지로 그레이스케일 마스크를 통해, 제1 공정과 동일한 열경화성 마이크로 렌즈 형성용 조성물을 이용하여, 제2 렌즈형상 패턴막을 형성하고, 계속해서 140℃에서 5분간 소성하여 가교 반응을 수반하는 경화를 완료시키고, 다시 180℃에서 5분간 소성함으로써 렌즈형상 패턴막을 형성하였다. 이에 따라, 렌즈 개구율이 높으면서, 인접 렌즈간에 겹침(겹치는 부분의 폭은 0.5μm)을 가지며, 이상적인 형상인 마이크로 렌즈 어레이를 형성하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일한 기판 상에 제1 공정으로서, 열가소성 마이크로 렌즈 형성용 조성물(조성물로 이루어진 도막의 연화점 온도는 120℃임)을 이용하여, 바이너리 마스크(binary mask)를 통해 도트 패턴막(제1 마이크로 렌즈)를 형성하였다(도 1의 (b), 도 2의 (b')). 이때, 도트 패턴막은 컬러필터 상에 체스판 모양으로 형성하였다. 그 다음, 160℃의 열처리에 의해 전술한 형성된 도트 패턴막을 열 유동시켜, 렌즈형상 패턴막을 형성하였다. 그 후, 200℃의 소성에 의해 경화하였다. 렌즈형상 패턴막의 직경은 2.5μm였다. 그 후, 제2 공정으로서, 제1 공정에서 패턴막을 형성하지 않은 부분의 컬러필터 상에 마찬가지로 그레이스케일 마스크를 통해 제1 공정과 상이한 열경화성 마이크로 렌즈 형성용 조성물(조성물로 이루어진 도막의 연화점 온도는 170℃임)을 이용하여 제2 렌즈형상 패턴막을 형성하고, 계속해서 140℃에서 5분간 소성하여 가교 반응을 수반하는 경화를 완료시키고, 다시 180℃에서 5분간 소성함으로써 렌즈형상 패턴막을 경화하였다. 이에 따라, 렌즈 개구율이 높으면서, 인접 렌즈간에 겹침(겹치는 부분의 폭은 0.5μm)을 가지며, 이상적인 형상인 마이크로 렌즈 어레이를 형성하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 기판 상에 제1 공정으로서, 열가소성 마이크로 렌즈 형성용 조성물(조성물로 이루어진 도막의 연화점 온도는 120℃임)을 이용하여, 바이너리 마스크를 통해 도트 패턴막(제1 마이크로 렌즈)을 형성하였다(도 1의 (b), 도 2의 (b')). 이때, 패턴막은 컬러필터 상에 체스판 모양으로 형성하였다. 그 다음, 160℃의 열처리에 의해 전술한 노광에 의해 형성된 도트 패턴막을 열 유동시켜, 렌즈형상 패턴막을 형성하였다. 그 후, 200℃의 소성에 의해 경화하였다. 렌즈형상 패턴막의 직경은 2.0μm였다. 그 후, 제2 공정으로서, 제1 공정에서 패턴막을 형성하지 않은 부분의 컬러필터 상에 마찬가지로 바이너리 마스크를 통해 제1 공정과 동일한 열가소성 마이크로 렌즈 형성용 조성물을 이용하여 직경이 2.0μm인 도트 패턴막(제2 마이크로 렌즈)을 형성하고, 계속해서 160℃에서 5분간 소성하여 가교 반응을 수반하는 경화를 완료시키고, 다시 200℃에서 5분간 소성함으로써 렌즈형상 패턴막을 경화하여, 인접 렌즈간에 0.2μm의 갭을 갖는 마이크로 렌즈 어레이를 형성하였다. 형성한 렌즈는 2차원 방향에서 본 곡률이 균일하지 않았으며, 렌즈 개구율 또한 낮았다.
[산업상 이용가능성]
2단계로 마이크로 렌즈를 형성하고, 후공정은 그레이스케일을 이용한 방법으로 마이크로 렌즈를 형성한다. 그레이스케일법에서는 리플로우 공정이 없으므로 인접하는 마이크로 렌즈 사이가 이상적인 형상(렌즈 사이의 단면 형상이 V자 형상으로 형성)이 된다. 이에 따라, 실효감도가 높은 고체 촬상 소자가 얻어진다.
도 1 및 도 2에서,
1은 기판이고,
2는 제1 마이크로 렌즈이고,
3은 제2 마이크로 렌즈를 형성하기 위해 이용되는 그레이스케일 마스크(그라데이션 마스크)이고,
4는 노광광(예를 들어, 자외선)이고,
5는 제2 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 오버코트 재료이고,
6은 제2 마이크로 렌즈이다.
1은 기판이고,
2는 제1 마이크로 렌즈이고,
3은 제2 마이크로 렌즈를 형성하기 위해 이용되는 그레이스케일 마스크(그라데이션 마스크)이고,
4는 노광광(예를 들어, 자외선)이고,
5는 제2 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 오버코트 재료이고,
6은 제2 마이크로 렌즈이다.
Claims (7)
- 마이크로 렌즈가 기판 상에 서로 인접하도록 배설된 고체 영상 소자의 제조 방법에 있어서,
제1 마이크로 렌즈를 기판 표면 상에 제2 마이크로 렌즈가 마련되는 공간을 두고 형성하는 제1 공정; 및
상기 제1 마이크로 렌즈가 형성된 기판 표면 상에 오버코트 재료를 도포한 후 건조하고, 이를 그레이스케일 마스크를 이용하여 노광하고, 계속해서, 노광된 오버코트 재료를 현상함으로써, 제2 마이크로 렌즈를 제1 마이크로 렌즈와 그의 이웃하는 제1 마이크로 렌즈 사이의 공간에 형성하는 제2 공정
을 포함하는,
고체 촬상 소자 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 공정에서, 노광 후에 제2 마이크로 렌즈를 연화점 온도 이하의 온도에서 가열하는 조작을 더 포함하는,
고체 촬상 소자 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 마이크로 렌즈의 외연부와 상기 제2 마이크로 렌즈의 외연부가 겹치는 겹침부가 생기도록 제2 마이크로 렌즈를 형성하는,
고체 촬상 소자 제조 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 마이크로 렌즈 및 제2 마이크로 렌즈는 원형의 마이크로 렌즈이고, 상기 겹침부의 최대 폭은 원형의 상기 마이크로 렌즈 반경의 1 ~ 85%인,
고체 촬상 소자 제조 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 마이크로 렌즈의 성분과 상기 제2 마이크로 렌즈의 성분이 상이한,
고체 촬상 소자 제조 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 마이크로 렌즈의 성분과 상기 제2 마이크로 렌즈의 성분이 동일한,
고체 촬상 소자 제조 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 방법으로 제조된 마이크로 렌즈를 가지는 고체 촬상 소자.
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