KR940005965B1 - 이미징 장치의 마이크로 렌즈 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

이미징 장치의 마이크로 렌즈 제조방법

제 1도는 이미징 장치의 단면도이고,

제 2도는 종래의 마이크로 렌즈 구조를 설명하는 평면 및 그의 단면도이고,

제 3도는 이 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈 구조를 설명하는 평면 및 그의 단면도이다.

이 발명은 이미징 장치의 마이크로 렌즈 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 전하결합장치(CCD), 버킷브리케드(BBD)등을 포함하는 고체상태 촬상장치, 접촉형 이미지 센서, 컬러 디스플레이장치 또는 LCD장치 등에 사용되는 이미징 장치의 컬러필터위에 형성된 마이크로-렌즈(micro-lens)에 관한 것이다 .

언급한 CCD 또는 BBD와 같은 이미지 센서와 스트라이프 또는 모자이크상의 컬러필터 어레이를 서로 결합시킨 컬러 이미징 장치의 연구개발이 진행되고 있다.

이러한 컬러 이미징 장치들은 예를들면 이미지 센서와 컬러필터 및 마이크로 렌즈를 포함하여 이루어지는데, 이에 대한 보편적인 제조과정의 개략적 흐름은 다음과 같다. 상기한 컬러 이미징 장치의 단면구조가 제 1도에 도시 되어 있으며, 이를 참조로 하여 설명하기로 한다.

포토다이오드(PD)를 갖는 이미지 센서(1) 또는 고체촬상소자 위에는 모자이크 또는 스트라이프상의 컬러필터 어레이(2)가 형성된다. 이 컬러필터층(2)을 형성함에 있어, 그 개략적인 과정을 살펴보면 다음과 같다.

젤라틴등 친수성 고분자 재료에 중크롬산 암모늄 등으로 감광성을 부여하여 상기 기판상에 균일하게 도포하고 이를 건조한 후에 마스크 노광법으로 제 1의 색패턴 부분만을 노광, 현상시키므로써 소망의 패턴을 형성한다. 다음에 소정의 분광특성을 갖는 염료로 염색하여 제 1의 색분해 필터층(21)을 형성하고, 혼색방지용의 투명한 방염막(22)을 전면에 도포한다.

마찬가지로 다시 감광막을 형성하고, 노광 현상하여 소망의 패턴을 형성하고, 필요 횟수만큼 반복하여 최후로 투명한 보호막(23)을 도포하여 컬러필터를 완성한다.

이와 같이 컬러필터층(2)을 완성한 후에는 화소의 초점을 조절하고 평탄화시키기 위하여 평탄화층(3)을 형성한 후, 렌즈 마스크를 사용하여 마이크로 렌즈(4) 즉, 집광렌즈를 형성한다.

상기와 같은 컬러 이미지 장치에 있어, 마이크로 렌즈(4)의 형성에 관련한 공정을 보다 구체적으로 이하 설명한다.

이미지 센서가 갖는 포토다이오드(PD)의 위에 대응하여 색필터층이 형성되는데 외부의 이미지 상은 각각의 색필터를 거쳐 대응하는 포토다이오드(PD)의 개구부(S)에 이르게 된다. 스미어(smear) 방지 또는 광 수집 효율면에서 개구부를 크게 형성해야 할 것이나 고화질화, 고감도화에 따른 화소의 미세화 경향으로 광 수집 효율을 증대시키기 위해 각 화소의 색필터 어레이(2)상에는 화소마다에 대응하는 마이크로 렌즈(4)를 형성시켜 광이 최대한으로 수집되도록 하고 있다.

이러한 마이크로 렌즈(4)를 형성하기 위해서는, 컬러필터층(2)의 위에 포지티브(또는 네가티브)형의 투명한 수지로 된 포토레지스트막을 도포하고, 제 2도에 도시한 바와 같이, 크롬(Cr)으로 된 블랙영역(5)과, 클리어(clear)부분(6)으로 패턴이 형성된 마스크를 덮어 노광 현상한 뒤에 열처리함으로써 마이크로 렌즈(4)를 형성하게 된다.

제 2도는 렌즈 형성을 위한 렌즈 마스크의 패턴의 일예를 도식적으로 나타낸 것이다. 제 2도에서 D는 렌즈의 크기, g는 렌즈간 거리, S는 개구부를 표시하는데, 이들 변수는 광수집 효율에 밀접한 상호 유기적 관계를 갖고 있는 것이고, 특히 렌즈간 거리 'g'로 입사하는 빛은 그 영역만큼 손실이 있는 것인데 종래에는 이러한 상황을 고려함이 없이 도면과 같이 형성되었다.

또한, 마이크로 렌즈에 의해 수집된 이미지 정보를 갖는 빛은 컬러필터를 통과하여 대략 직사각형 형상의 포토다이오드에 집중적으로 포커싱(focusing)되어 감도(intensity)가 강화될 필요가 있으나, 단순한 볼록렌즈만의 형성으로 보다 효율적인 화상정보의 추출이 제한되었다. 즉 광수집 효율의 증가와 더불어 센서인 포토다이오드로 효과적인 포커싱이 이루어져야 한다.

또한, 이러한 요구조건에 더하여 산란, 반사, 굴절등의 매질과의 상호작용이 최대한 억제되어야 한다. 예를들면 형성된 볼록렌즈 표면을 반사한 빛은 타 렌즈로 입사될 경우가 발생할 수 있는데 이러한 광특성들은 스미어나 블루밍 현상을 유발시키는 요인이 되는 것이다.

따라서, 이 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 외부 화상 정보를 더욱 정확하고 선명하게 이미지 재현을 가능하게 하고, 또한 더욱 많은 광량들 집속하여 강도를 향상시킬 수 있도록, 겹침형의 마이크로 렌즈의 형태와 배치구조로서 그 목적을 실현할 수 있는 마이크로 렌즈의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 제조방법의 구성은, 포토다이오드와, 상기한 포토다이오드의 위에 형성된 컬러필터와, 상기한 컬러필터의 위에 형성된 마이크로 렌즈를 갖는 이미징 장치의 마이크로 렌즈의 제조방법에 있어서, 입사광량을 증가시키기 위해서, 가로, 세로의 크기가 다른 화소크기에 대하여 상대적으로 짧은쪽 길이(단축)방향으로 마이크로 렌즈가 화소간에 서로 겹쳐서 형성될 수 있도록, 단축쪽의 블랙부분을 상대적으로 긴쪽길이(장축)에 있어서의 블랙부분보다 더욱 좁게 하여 패터닝하여 클리어부분을 형성하고, 투명한 포토레지스트를 사용하여 열적으로 리플로시키며, 포커싱 강화를 위하여 상기 장축, 단축의 곡률이 같아지도록 상기 포토레지스트를 두껍게 도포시켜 마이크로 렌즈를 형성하는 공정으로 이루어 진다.

상기한 제조방법에 의한 마이크로 렌즈는, 광량을 증가시키도록 가로, 세로의 크기가 다른 화소 크기에 대하여 상대적으로 짧은 쪽 길이방향으로 렌즈가 화소간 서로 겹치도록 하며, 포커싱 강화를 위해 상기한 가로, 세로의 각각의 곡률은 서로 같은 구조로 이루어진다.

상기한 구성에 의하여, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 제 3도를 참조로 하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 광량은 화소 크기의 면적에 비례한다. 이것이 정사각형일 경우 광량을 증가시키기 위해서 화소 크기를 무한정 크게 할 수는 없는 것이기 때문에 최소한의 화소 크기에 기초하여 광량을 보다 많이 흡수하기 위해서 표면적이 증가된 형태를 취하게 되는데, 그것은 화소의 가로 및 세로의 길이(제 3도의 x, y)를 다르게 하여 이 위에 형성된 타원체의 표면적인 원형의 면적보다 크게 하는 것이다.

따라서, 제 3도의 평면도에서 보듯이 이 발명의 화소의 가로 및 세로는 서로 길이를 달리하고 있다. 앞으로, 이 발명의 실시예에서는 상대적으로 짧게 도시된 가로 길이를 단축으로, 상대적으로, 길게 도시된 세로 길이를 장축으로 칭하여 기술하기로 한다.

이 발명의 실시예에서는 1/2인치(inch) 규격의 이미징 장치에 대하여 장축과 단축의 길이가 각각 12.7[μm], 9.9[μm]인 화소에 대하여 실시하였는데, 이것은 제 2도와 같은 종래의 예에서 렌즈간 거리 'g'를 효율적으로 활용한 크기로 하여 얻어진 것이다.

즉, 종래의 경우를 예로 들면, 11.7 ×8.8크기의 화소일 때의 렌즈 패턴보다도 21%의 광량수집 효율의 증가를 가져온다.

거런, 상기한 21%의 효율증가라는 것은 특히 제 3도에서 단축방향으로 렌즈와 렌즈간 서호 겹침으로 인해 더욱 증가된 것임에 유의한다.

또한 마이크로 렌즈간 거리의 활용은 빛에너지 손실, 화상정보 유실 그리고 이로 입사되는 빛에 의한 스미어 발생등이 억제되는 효과를 갖게 한다.

상기 겹침형태에 대하여 그 단면구조는 제 3(a)도의 평면도에 대해서 a-a'라인을 따라 취해진 단면도인 제 3(b)도와 같다. 그리고 한편으로 장축 길이방향프로 b-b'라인을 따라 취해진 단면구조가 제 3(c)도에 도시된 바와 같다.

광량은 주어진 화소크기에 대해서 광수집 효율이 상기한 방식에 따라 개선된다.

다음에, 곡률에 대해서 설명하면, 이 마이크로 렌즈의 곡률은 특히 입사된 빛의 포커싱에 관계하고 있기 때문에 주의 깊게 제작될 필요가 있다.

이 발명은 종래와는 달리, 타원 형상으로 마이크로 렌즈가 구성되고 있기 때문에 마이크로 렌즈는 곡률면에서 장축과 단축방향으로 서로 다르게 된다.

곡률이 다르면 포커싱에 차이가 생겨 제 3(a)도의 도시된 포토다이오드(PD)에 일점으로 표시한 바와 같이 입사된 빛이 한 곳으로 집중될 수가 없게 된다.

이 발명은 제 3(b)도와 같이 마이크로 렌즈의 겹침형태로부터 광량 수집 효율의 향상과 더불어, 가로, 세로 차원에 대한 곡률이 같아지게 하는 효과를 가져 오기 때문에 포커싱을 위한 곡률의 특별한 제어를 요구하지 않는다.

포토다이오드를 포함하는 이미징 장치는 가장 중요한 변수가 감도이다. 상기한 감도는 광수집 효율의 증대와 아울러 수집된 빛이 포토다이오드로 집광될 것이 요구되는 것이므로, 이 발명은 상기한 감도 향상에 적합히 적용되는 구조인 것이다.

제 3도에 도시되어 있는 이 발명의 실시예는 평면구조가 대체적으로 타원구조에 입각하고 있는 것이다.

그러나 선택적으로는 클리어 부분은 6각형 내지는 8각형과 같이 다갹형으로 마스킹, 패턴하여 공정을 보다 용이하게 할 수도 있다. 즉, 클리어 부분을 경계짓는 콘투어가 곡률이 아닌 각을 이룬 6각, 8각등의 다각으로 구성되어도 광량이나 포커싱에는 영향이 없다. 이것은 곡률조정이 용이하여 공정상에 잇점을 준다.

이 발명의 실시예에서 보인 바와 같이 그 구조는 상기한 바와 같다. 이 때 겹침구조를 실현하는 방법에 대하여 설명하면, 마이크로 렌즈는 언급하였듯이 예를들면, 노볼락 계통의 포토레지스트 수지를 열적으로 플로우(flow)시켜 형성하는 것이고, 마이크로 렌즈를 단축방향으로 화소간 서로 겹치게 하는 것은 패터닝시 단축쪽의 블랙부분을 장축에 있어서 블랙부분보다 더욱 좁게하여 패터닝하고, 투명한 포토레지스트를 사용하여 리플로(reflow)시킴으로써 달성된다. 또한, 이에 더하여 곡률조정은 통상적인 방법보다 20%정도 두껍게 포토레지스트를 도포하여 플로우시키면 가능하다.

이와 같이 이 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈를 형성한 후, 렌즈 표면으로부터 반사에 의한 빛이 타 렌즈로 입사됨을 방지하도록 반사억제(anti-reflection)물질(도시되지 않음)을 코팅할 수 있다.

따라서, 이 발명의 실시예에 따라서 광수집 효율의 증대와 개선된 포커싱으로 정밀하고 선명한 화상이 재현될 수 있으며, 마이크로 렌즈 제작시 곡률제어가 용이하고 제조공정이 안정화되어 수율이 향상될 수 있는 효과를 가진 마이크로 렌즈의 제조방법을 제공할 수가 있다.

또한, 이 발명의 실시예에 따라서 상기한 바와 같은 마이크로 렌즈의 형성후에는, 마이크로 렌즈와 마이크로 렌즈의 사이의 넓은 여분의 공간으로 입사하는 빛에너지의 손실 및 화상정보 손실과 이 빛들이 스미어 발생에 기여하게 되는 단점들이 본 발명의 구조에 의해서 제거될 수 있으므로 스미어나 블루밍이 없는 선명한 화상을 얻을 수가 있는 효과를 갖는다.

Claims (3)

1. 포토다이오드와, 상기한 포토다이오드의 위에 형성된 컬러필터와, 상기한 컬러필터의 위에 형성된 마이크로 렌즈를 갖는 이미징 장치의 마이크로 렌즈의 제조방법에 있어서, 입사광량을 증가시키기 위해서, 가로, 세로의 크기가 다른 화소크기에 대하여 상대적으로 짧은쪽 길이(단축)방향으로 마이크로 렌즈가 화소간에 서로 겹쳐서 형성될 수 있도록, 단축쪽의 블랙부분을 상대적으로 긴쪽길이(장축)에 있어서의 블랙부분보다 더욱 좁게 하여 패터닝하여 클리어부분을 형성하고, 투명한 포트레지스트를 사용하여 열적으로 리플로시키며, 포커싱 강화를 위하여 상기 장축, 단축의 곡률이 같아지도록 상기 포토레지스트를 두껍게 도포시켜 마이크로 렌즈를 형성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미징 장치의 마이크로 렌즈 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 패터닝된 클리어 부븐은 타원, 6각 또는 8각형의 다각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미징 장치의 마이크로 렌즈 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 형성된 렌즈 표면에 반사억제 물질을 코팅하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미징 장치의 마이크로 렌즈의 제조방법.