KR940002316B1 - 촬상소자의 마이크로 렌즈 제조방법 - Google Patents

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Description

촬상소자의 마이크로 렌즈 제조방법

제1도는 종래의 마이크로 렌즈 구조를 설명하기 위한 설명도로서, (a)도는 렌즈 마스크를 나타낸 도면, (b)도는 이미징 장치의 단면도이고,

제2도는 이 발명의 마이크로 렌즈의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.

이 발명은 전하결합소자(CCD), 버킷브리케드(BBD) 등을 포함하는 촬상소자 등에서 집광율의 향상을 위해 형성되는 마이크로 렌즈(micro-lens)의 제조방법에 관한 것이다.

촬상소자란 광학적인 정보를 전기적 영상신호로 검출하는 것으로 이러한 촬상소자의 하나로 CCD 이미지 센서는 소형, 경량이고 화소배열이 균일한 기계적인 특성과, 낮은 전압 및 낮은 전압 및 낮은 소비전력의 전기적인 특성, 그외에도 고감도 및 저암출력의 특성 때문에 계측제어, 의료계통 등의 제품 뿐만아니라, OA기기, 카메라 일체형 VRT등에 널리 사용되고 있다.

이러한 CCD 이미지 센서는 예를 들면 이미지 센서 또는 고체촬상소자와 칼라필터층 및 마이크로 렌즈를 포함하여 이루어지는데-이하에는 이를 이미징 장치라 명칭한다-이에 대한 보편적인 제조과정을 이미징 장치의 단면구조를 나타낸 제1도를 참조하여 개략적으로 설명한다.

제1도는 종래의 마이크로 렌즈 구조를 설명하기 위한 개념도로서, (a)도는 렌즈의 패턴을 형성하기 위한 렌즈 마스크를 나타낸 도면, (b)도는 상기 렌즈 마스크로써 렌즈를 형성한 이미징 장치의 단면도이다.

먼저, 칼라필터층(2)을 형성하는 그 개략적 과정을 제1b도의 단면도를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

포토다이오드(PD) 및 금속층(M)을 갖는 이미지 센서(1)를 마련한 다음, 이미지 센서(1)위에 칼라필터(이하, 색분해 필터층이라 함)을 형성하게 된다.

그런데 도면에서는 이미지 센서(1)위에 블랙염색층(22) 및 이 블랙 염색층(22)을 보호, 평탄화하기 위한 보호층(24)이 형성되어 있다. 이 블랙 염색층(22)에 관해서는 후술하기로 하고, 이하에는 이미지 센서(1)위에 칼라필터층(2)을 형성하는 경우를 설명한다.

이미지 센서(1)위에 제1평탄화층(21)을 형성한다. 이 제1평탄화층(21)은 색분해 필터층을 염색할 때 염색액 중의 산성성분에 의하여 이미지 센서(1)의 금속층(M)이 부식되지 않게 보호하고 색분해 필터층들의 스텝커버리지를 좋게하기 위한 것이다.

제1평탄화층(21)을 형성한 다음, 그 위에 폴리비닐알콜, 카세인 또는 젤라틴 등의 친수성 고분자 재료에 중크롬산 암모늄 등으로 감광성을 부여한 감광성 수지를 상기 제1평탄화층(21)위에 균일하게 도포하고 이를 건조한 후에 마스크 노광법으로 노광, 현상시킴으로써 소망의 색패턴을 형성한다.

이 색패턴을 소정의 분광특성을 갖는 염료로 염색하여 제1의 색분해 필터층(2a)을 형성하고, 그 위에 혼색방지용의 투명한 방염막(22)을 전면에 도포한다. 마찬가지로 다시 감광성 수지를 도포하고, 노광 현상하여 소망의 패턴을 형성하고 방염막을 도포하는 공정을 반복하여 제2 및 제3의 색분해 필터층(2b)(2c)을 형성한 다음, 그 위에 평탄화 및 보호를 위한 제2평탄화층(29)을 도포하여 칼라필터층(2)을 완성한다.

이와 같이 칼라필터층(2)을 완성한 후에는 화소에 대한 마이크로 렌즈의 촛점을 적절히 조절하고 평탄화를 시키기 위하여 제3평탄화층(3)을 형성한 후, 렌즈 마스크[(제1a도)]를 사용하여 마이크로 렌즈(4) 즉, 집광렌즈를 형성한다.

상기 마이크로 렌즈 형성에 관련한 공정을 렌즈 마스크를 나타낸 제1a도를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

제1a도는 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 렌즈 마스크의 패턴의 일예를 도식적으로 나타낸 것이다. 도면에서 D는 렌즈의 크기, g는 렌즈간 거리 S는 개구부를 표시하는데 이들 변수는 광수집 효율에 밀접한 상호 유기적 관계를 갖고 있는 것이다.

이미지 센서(1)가 갖는 포토다이오드(PD)위에 대응하여 색분해 필터층(2a)(2b)(2c)이 형성되는데 외부의 이미지 상은 각각의 색분해 필터층을 거쳐 대응하는 포토다이오드(PD)의 개구부(S)에 이르게 된다.

광수집 효율면에서 개구부를 가능한 한 크게, 그러나 적절한 크기로 형성해야 할 것이나 고화질화, 고감도화에 따른 화소의 미세화 경향으로 광수집 효율을 증대시키기 위해 각 색분해 필터층 위에는 화소마다에 대응하는 마이크로 렌즈(4)를 형성시켜 광이 최대한 수집되도록 하고 있다.

이러한 마이크로 렌즈를 형성하기 위해서는 상기 촛점조절 및 평탄화를 위한 제3평탄화층(3)위에 카제인 또는 젤라틴에 중크롬산 암모늄등을 첨가한 네가티브형의 수지를 도포하고, 제2도에 나타낸 바와 같이, 크롬(Cr)으로 된 블랙영역(5)과, 클리어(clear)부분(6)으로 패턴이 형성된 마스크를 덮어 노광 현상하여 각각의 화소 위에 대응되는 마이크로 렌즈가 형성될 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이때, 하층에 형성된 블랙 염색층(22)이 노광파장의 빛을 흡수하여 금속층(M)의 반사를 방지하기 때문에 마이크로 렌즈 형성용 포토레지스트에 영향을 미치는 노광량은 패턴의 중심부와 에지부에서 차이가 발생하게 된다.

다시말하면, 패턴중심부는 블랙염색층(22)의 영향을 받지 않으므로 블랙염색층(22)의 영향을 받는 에지부 보다 상대적으로 노광량이 많아서 현상후 잔막율에 차이가 발생한다. 따라서 소정의 곡률을 갖게 되고 집광 능력을 갖게 된다.

이 블랙염색층(22)은, 렌즈 마스크를 통해 상기 포토레지스트막으로 조사된 빛에 노출시키는 노광 공정시에, 이미지 센서(1)의 요철부, 즉, 포토다이오드(PD)가 형성된 오목부와 금속층이 형성된 볼록부의 광 반사율이 다르기 때문에 발생하는 상기한 문제점을 해결하기 위해 반사율이 다소 높은 금속층이 형성된 볼록부 위에 형성되는 광흡수층이다.

이 광흡수층은 통상 색분해 필터층을 형성하는 것과 마찬가지의 방법으로 형성되는데, 이 블랙염색층(22)은 통상적으로 제1b도에 나타낸 바와 같이 색분해 필터층을 형성할 때에 각 패턴의 프로파일이 반사광에 의해 손상되지 않도록 하기 위하여 제1평탄화층(21)을 형성한 후에 형성된다.

그러나 노광을 위한 광에 의한 프로파일의 손상은 색분해 필터층(2a)(2b)(2c)의 프로파일 손상에는 크게 영향이 없더라도 상기 마이크로 렌즈(4)의 형성시에는 심각하므로 제1평탄화층(2)을 형성한 후에 형성하지 않고 마이크로 렌즈(4) 형성 직전에 형성하는 경우도 있다.

이와 같이 종래의 마이크로 렌즈의 형성방법은 반사광의 차이에 의한 패턴 프로파일을 위하여 블랙염색층(22)을 형성하는 공정이 불가피하였다.

이 발명은 이러한 기술적 배경하에서 이루어진 것이다. 이 발명의 목적은 상기한 블랙염색층의 형성공정을 생략할 수 있는 촬상소자의 마이크로 렌즈의 제조방법을 제공하는 것이다.

이 발명의 목적에 관련한 마이크로 렌즈의 제조방법은, 이미지 센서 위에 칼라필터층을 형성하고 상기 칼라필터층 위에 집광율의 향상을 위해 형성되는 마이크로 렌즈의 제조방법에 있어서, 상기 칼리필터층 위에 감광성 수지를 도포한 후 노광, 현상하여 색분해 필터층에 대응되는 위치에 렌즈패턴을 형성하는 단계와, 그 다음에 다시 산성수에 침적하여 상기 렌즈패턴을 스웨링하고 안정화 베이크를 하여 소정의 곡률을 갖는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 발명의 특징은 종래의 블랙염색층을 사용하지 않고 색분해 필터층을 형성하는데 이용한 감광성 수지만을 사용하는 것이다. 즉 색분해 필터층을 형성하는데 사용된 감광성 수지는 젤라틴 또는 카제인 등의 동물성 단백질이다.

이러한 동물성 단백질로 마이크로 렌즈를 형성함에 있어서, 일반 형상공정에 의한 렌즈패턴의 프로파일로는 마이크로 렌즈로서의 효과를 충분히 낼 수 없으므로 마이크로 렌즈에 적합한 곡률을 주게 되는데 그 방법은 상기 젤라틴 또는 카제인의 특성을 이용하는 것이다. 즉, 카제인과 젤라틴같은 동물성 단백질은 물에 의하여 부풀어 오르는 특성, 산성에는 용해되지 않는 특성이 있다.

이와 같은 특성을 이용하여 젤라틴 또는 카제인을 도포하고 패턴을 형성한 후 소정의 pH를 갖는 산성용액에 침적하여 패턴의 유실없이 집광렌즈를 형성하는 것을 특징으로 한다.

이하 제2a 내지 b도를 참조하여 이 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제2a 내지 b도는 이 발명의 마이크로 렌즈의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.

이 실시예에서 이미지 센서(1)위에 칼라필터층(2)이 형성되고 이 칼라필터층(2)위에 마이크로 렌즈르 형성하게 되는데, 이미지 센서(1)위에 칼라필터층(2)을 형성하는 공정까지는 종래의 방법과 동일하므로 그 상세한 공정은 생략한다. 그리고 이 실시예에서는 제1도 종래의 예에서 보인 블랙염색층(22)의 형성공정은 필요치 않는다. 종래와 동일구조에 대해서는 동일 부호를 달고 상세한 설명은 생략한다.

설명을 생략하는 부분은 제2a도의 단면도에서 제1평탄화층(21), 각각의 색분해 필터층(2a)(2b)(2c), 상기 색분해 필터층 사이에 형성되는 방염막(26), 평탄화 및 색분해 필터층을 보호하기 위한 제2평탄화층(29)이고, 그 두께는 차례로 제1평탄화층(21)이 3㎛, 색분해 필터층이 0.5∼2.0㎛, 방염막(26)이 0.5∼4.0㎛, 제2평탄화층(29)이 2.0∼5.0㎛이다.

먼저, 제2a도에 나타낸 바와 같이 블랙염색층(22)이 형성되지 않고 칼라필터층(2)이 형성된 이미지 센서(1)를 구비하고, 이미지 센서(1)위에 형성된 칼라필터층(2)위에 칼라필터층(2)의 색분해 필터층(2a)(2b)(2c)을 형성할 때 사용된 감광성 수지, 즉 카세인 또는 젤라틴 등의 동물성 단백질인 친수성 고분자 재료에 중크롬산 암모늄 등으로 감광성을 부여한 감광성 수지를 1.0∼3.0㎛의 두께로 도포한다.

제2b도에서와 같이 도포된 감광성 수지를 소정의 렌즈 마스크(6)를 통하여 광하고 순수에 침적 또는 스프레이하여 현상한다. 이렇게 하여 색분해 필터층(2a)(2b)(2c)과 대응되는 위치에 마이크로 렌즈 패턴(5a)이 형성되면 제 2c도와 같다.

이 마이크로 렌즈패턴(5a)의 프로파일로는 아직 마이크로 렌즈로서의 제기능을 다할 수 없으므로 원하는 곡률을 가지게 하는 공정을 실시하게 되는데, 그 방법은 상기 젤라틴 또는 카제인 등의 동물성 단백질의 특성을 이용한다. 즉 동물성 단백질은 물에 의하여 부풀어 오르는 특성, 산성에는 용해되지 않는 특성을 이용하는 것이다.

제2c도의 공정 다음에, 그 결과적 구조물을 순수에 초산을 약 0.5중량 퍼센트(wt%) 첨가한 pH 2.0∼5.5의 산성수에 10초∼5분 동안 침적하여 스웰링(Sweling), 즉 부풀이면 제2d도와 같이 소정의 곡률을 갖는 마이크로 렌즈(5b)가 형성된다. 이때, 산성수의 pH는 3.5∼4.5, 침적시간은 30초∼60초가 특히 바람직하다.

마지막으로 제2e도에 나타낸 바와 같이 부풀림 공정후에 안정화 베이크를 실시하고 투명수지막을 0.3∼1㎛의 두께로 도포한 다음 열처리하여 마이크로 렌즈를 보호하는 보호막(7)을 형성하면 이 발명에 따른 마이크로 렌즈가 완성된다.

이 발명에 따른 마이크로 렌즈를 형성한 후 렌즈 표면으로부터 반사에 의한 빛이 타 렌즈로 입사됨을 방지하도록 반사억제(anti-reflection)물질을 코팅할 수 있다.

이 발명에 의하면, 이미지 센서의 표면의 반사율의 차이를 이용하여 마이크로 렌즈의 곡률을 주기 위한 블랙염색층을 형성할 필요가 없게 되어 제조공정이 안정화되어 수율이 향상될 수 있고 공정 단순화에 따른 제조원가의 절감 효과가 있다.

Claims (6)

1. 이미지 센서 위에 칼라필터층을 형성하고 상기 칼라필터층 위에 집광율의 향상을 위해 형성되는 마이크로 렌즈의 제조방법에 있어서, 상기 칼라필터층 위에 감광성 수지를 도포한 후 노광, 현상하여 색분해 필터층에 대응되는 위치에 렌즈패턴을 형성하는 단계와, 그 다음에 다시 산성수에 침적하여 상기 렌즈패턴을 스웰링하고 안정화 베이크를 하여 소정의 곡률을 갖는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 촬상소자의 마이크로 렌즈 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 감광성 수지는 카제인 혹은 젤라틴에 중크롬산 암모늄을 혼합한 조성물인 것을 특징으로 하는 촬상소자의 마이크로 렌즈 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 산성수는 순수에 초산을 혼합한 것을 특징으로 하는 촬상소자의 마이크로 렌즈 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 순수에 첨가되는 초산은 0.5중량 퍼센트(wt%)이고 이때 pH는 2.0∼5.0인 것을 특징으로 하는 촬상소자의 마이크로 렌즈 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 소정의 곡률을 갖게 형성된 렌즈층 위에 이 렌즈층의 보호를 위한 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상소자의 마이크로 렌즈 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 보호층 위에 렌즈 표면으로부터 반사에 의한 빛이 타 렌즈로 입사됨을 방지하도록 반사억제(anti-reflection)물질을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상소자의 마이크로 렌즈 제조방법.