KR100801850B1 - Image sensor and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 센서를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an image sensor according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 포토 다이오드 화소를 도시한 레이아웃도이다.FIG. 2 is a layout diagram illustrating the photodiode pixel illustrated in FIG. 1.
도 3은 도 2의 포토 다이오드 화소의 평면도이다.3 is a plan view of the photodiode pixel of FIG. 2.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a manufacturing method of an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 도 4의 제 1 및 제 2포토레지스트 박막을 도시한 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the first and second photoresist thin films of FIG. 4.
도 6은 도 4의 예비 마이크로 렌즈를 도시한 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating the preliminary micro lens of FIG. 4.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10: 반도체 기판 100: 포토 다이오드 구조물10: semiconductor substrate 100: photodiode structure
110: 포토 다이오드 화소 120: 배선110: photodiode pixel 120: wiring
130: 층간 절연막 140: 컬러필터130: interlayer insulating film 140: color filter
150: 평탄화층 200: 제 1포토레지스트 박막150 planarization layer 200 first photoresist thin film
210: 제 2포토레지스트 박막 230: 예비 마이크로 렌즈210: second photoresist thin film 230: preliminary microlens
250: 비구면 마이크로 랜즈250: aspherical micro lens
본 발명은 이미지 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 비구면 표면을 갖는 마이크로 렌즈를 갖는 이미지 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor and a method for manufacturing the same, and more particularly to an image sensor having a microlens having an aspheric surface and a method for manufacturing the same.
일반적으로, 이미지 센서는 광학적 영상을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로 정의된다. 종래 이미지 센서는 전하 결합 소자(CCD), 씨모스 이미지 센서(CMOS image Sensor) 등이 대표적이다.In general, an image sensor is defined as a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Conventional image sensors are typically a charge coupled device (CCD), CMOS image sensor (CMOS image sensor) and the like.
전하 결합 소자는 빛의 신호를 전기적 신호로 변환하는 복수개의 포토 다이오드들, 매트릭스 형태로 배열된 각 수직 방향의 포토 다이오드 사이에 형성되어 각 포토 다이오드에서 생성된 전하를 수직방향으로 전송하는 복수개의 수직 방향 전하 전송 영역, 각 수직 방향 전하 전송 영역에 의해 전송된 전하를 수평방향으로 전송하는 수평방향 전하전송영역(HCCD) 및 수평방향으로 전송된 전하를 센싱하여 전기적인 신호를 출력하는 센스 증폭기(Sense Amplifier)를 포함한다.The charge coupling device is formed between a plurality of photo diodes for converting a signal of light into an electrical signal, and a plurality of vertical diodes formed in a matrix to transfer charges generated in each photo diode in a vertical direction. A directional charge transfer region, a horizontal charge transfer region (HCCD) for transmitting charges transferred by each vertical charge transfer region in a horizontal direction, and a sense amplifier (Sense) for sensing an electric charge transferred in the horizontal direction and outputting an electrical signal Amplifier).
그러나, 이와 같은 전하결합소자는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소비가 클 뿐만 아니라, 다단계의 포토 공정이 요구되므로 제조 공정이 복잡한 단점을 갖고 있다.However, such a charge coupling device has a disadvantage in that the driving method is complicated, the power consumption is high, and the manufacturing process is complicated because a multi-step photo process is required.
또한, 전하 결합 소자는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로(A/D converter) 등을 전하 결합 소자 칩에 집적시키기가 어려워 제품의 소형화 가 곤란한 단점을 갖는다.In addition, the charge coupling device has a disadvantage in that it is difficult to integrate a control circuit, a signal processing circuit, an analog-to-digital conversion circuit (A / D converter), and the like into a charge coupling device chip, which makes it difficult to miniaturize a product.
최근에는 전하 결합 소자의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다. 씨모스 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리회로 등을 주변회로로 사용하는 씨모스 기술을 이용하여 단위 화소의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다.Recently, CMOS image sensors have attracted attention as next-generation image sensors to overcome the disadvantages of charge-coupled devices. The CMOS image sensor uses CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as a peripheral circuit to form MOS transistors corresponding to the number of unit pixels on a semiconductor substrate, thereby outputting each unit pixel by the MOS transistors. It is a device that employs a switching method that detects sequentially.
즉, 씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.That is, the CMOS image sensor implements an image by sequentially detecting an electrical signal of each unit pixel by a switching method by forming a photodiode and a MOS transistor in the unit pixel.
씨모스 이미지 센서는 씨모스 제조 기술을 이용하므로 적은 전력 소모, 적은 포토공정 스텝에 따른 단순한 제조공정 등과 같은 장점을 갖는다. 또한, 상기 씨모스 이미지 센서는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로 등을 씨모스 이미지 센서 칩에 집적시킬 수가 있으므로 제품의 소형화가 용이하다는 장점을 갖고 있다. 따라서, 씨모스 이미지 센서는 현재 디지털 정지 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 응용 부분에 널리 사용되고 있다.CMOS image sensor has advantages such as low power consumption, simple manufacturing process according to few photo process steps because of CMOS technology. In addition, since the CMOS image sensor can integrate a control circuit, a signal processing circuit, an analog / digital conversion circuit, and the like into the CMOS image sensor chip, the CMOS image sensor has an advantage of easy miniaturization. Therefore, CMOS image sensors are now widely used in various application areas such as digital still cameras, digital video cameras, and the like.
일반적인 씨모스 이미지 센서는 화소 영역에 배치되어 광량을 디텍팅 하는 복수개의 화소들 및 화소로 광을 집광하기 위해 화소와 대응하는 마이크로 렌즈를 포함한다.A general CMOS image sensor includes a plurality of pixels disposed in a pixel area and detecting a light amount, and a micro lens corresponding to the pixel to focus light to the pixel.
종래 씨모스 이미지 센서의 마이크로 렌즈는 구면 형상을 갖는다. 마이크로 렌즈가 구면 형상을 갖기 때문에, 씨모스 이미지 센서의 해상도가 증가함에 따라 씨모스 이미지 센서의 구면 형상을 갖는 마이크로 렌즈에 의하여 씨모스 이미지 센서의 화소 사이즈가 감소되고 이로 인해 마이크로 렌즈의 사이즈 역시 감소되고 있다. 이와 같은 이유로 마이크로 렌즈의 사이즈가 감소될 경우 구면 수차에 의하여 구면을 갖는 마이크로 렌즈의 촛점이 화소 영역에 정확하게 포커싱 되지 못하는 문제점이 발생된다.The micro lens of the conventional CMOS image sensor has a spherical shape. Since the microlens has a spherical shape, as the resolution of the CMOS image sensor increases, the pixel size of the CMOS image sensor is reduced by the microlens having the spherical shape of the CMOS image sensor, thereby decreasing the size of the microlens. It is becoming. For this reason, when the size of the microlens is reduced, a problem arises in that the focus of the microlens having the spherical surface is not accurately focused on the pixel area due to the spherical aberration.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명의 목적은 마이크로 렌즈의 사이즈 감소에 따른 구면수차 문제를 해결할 수 있는 이미지 센서를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide an image sensor that can solve the spherical aberration problem caused by the size reduction of the microlens.
본 발명의 다른 목적은 상기 이미지 센서의 제조 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the image sensor.
이와 같은 본 발명의 하나의 목적을 구현하기 위하여 본 발명에 의한 이미지 센서는 반도체 기판의 화소 영역에 형성되며, 입사된 광에 의하여 전기적 신호를 발생하는 포토 다이오드 구조물 및 상기 포토 다이오드 구조물 상에 배치된 비구면 마이크로 렌즈를 포함한다.In order to realize one object of the present invention, an image sensor according to the present invention is formed in a pixel region of a semiconductor substrate, and is disposed on a photodiode structure and a photodiode structure generating an electrical signal by incident light. Aspherical microlenses.
한편, 본 발명의 다른 목적을 구현하기 위한 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판의 화소 영역에 입사된 광에 의하여 전기적 신호를 발생하는 포토 다이오드 화소들을 갖는 포토 다이오드 구조물을 형성하는 단계, 상기 포토 다이오드 구조물 상에 광에 대하여 제 1감도를 갖는 제 1포토레지스트 박막을 형성하는 단계, 상기 제 1포토레지스트 박막 상에 상기 광에 대하여 제 1감도보다 높은 제 2감도를 갖는 제 2포토레지스트 박막을 형성하는 단계, 상기 제 1 및 제 2포토레지스트 박막들을 패턴 마스크를 이용하여 패터닝하여 상기 포토 다이오드 구조물 상에 제 1 평면적을 갖는 제 1포토레지스트 패턴 및 상기 제 1포토레지스트 패턴 상에 상기 제 1평면적보다 작은 제 2평면적을 갖는 제 2포토레지스트 패턴을 포함하는 예비 마이크로 렌즈를 형성하는 단계 및 상기 예비 마이크로 렌즈를 열처리하여 비구면 표면을 갖는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.Meanwhile, a method of manufacturing an image sensor for realizing another object of the present invention includes forming a photodiode structure having photodiode pixels for generating an electrical signal by light incident on a pixel region of a semiconductor substrate. Forming a first photoresist thin film having a first sensitivity to light on the first photoresist thin film, and forming a second photoresist thin film having a second sensitivity higher than a first sensitivity to the light on the first photoresist thin film And patterning the first and second photoresist thin films using a pattern mask so as to have a first photoresist pattern having a first planar area on the photodiode structure and a smaller than the first planar area on the first photoresist pattern. Forming a preliminary microlens including a second photoresist pattern having a second planar area And heat treating the preliminary microlens to form a microlens having an aspheric surface.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서 및 이의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.Hereinafter, an image sensor and a method of manufacturing the same according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. Those skilled in the art can implement the present invention in various other forms without departing from the technical spirit of the present invention.
이미지 센서Image sensor
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 센서를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an image sensor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 이미지 센서는 포도 다이오드 구조물 및 비구면 렌즈를 포함한다.Referring to FIG. 1, an image sensor according to the present invention includes a grape diode structure and an aspherical lens.
포토 다이오드 구조물(100)은 반도체 기판의 화소 영역에 형성되는 것으로, 입사된 광에 의하여 전기적 신호를 발생시킨다. 이러한, 포토 다이오드 구조물(100)은 다시 반도체 기판(10)의 상부면에 형성되는 포토 다이오드 화소(110), 포토 다이오드 화소(110) 상에 형성되는 층간 절연막(130), 층간 절연막(130) 상에 형성된 컬러필터(140) 및 컬러필터(141) 상에 배치된 평탄화층(150)을 포함한다.The
이하, 포토 다이오드 화소(110)를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the
도 2는 도 1에 도시된 포토 다이오드 화소를 도시한 레이아웃도이고, 도 3은 도 2의 포토 다이오드 화소의 평면도이다.FIG. 2 is a layout diagram illustrating the photodiode pixel illustrated in FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view of the photodiode pixel of FIG. 2.
도 2 및 도 3을 참조하면, 포토 다이오드 화소(110)는 광의 광량을 감지하는 포토 다이오드(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함한다.2 and 3, the
포토 다이오드(PD)에는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 및 리셋 트랜지스터(Rx)가 직렬로 접속된다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소오스는 포토 다이오드(PD)와 접속하고, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인은 리셋 트랜지스터(Sx)의 소오스와 접속한다. 리셋 트랜지스터(Sx)의 드레인에는 전원 전압(Vdd)이 인가된다.The transfer transistor Tx and the reset transistor Rx are connected in series to the photodiode PD. The source of the transfer transistor Tx is connected to the photodiode PD, and the drain of the transfer transistor Tx is connected to the source of the reset transistor Sx. A power supply voltage Vdd is applied to the drain of the reset transistor Sx.
트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인은 부유 확산층(FD, floating diffusion) 역할을 한다. 부유 확산층(FD)은 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에 접속된다. 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)는 직렬로 접속된다. 즉, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소오스와 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인은 서로 접속한다. 억세스 트랜지스터(Ax)의 드레인 및 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스에는 전원 전압(Vdd)이 인가된다. 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 드레인은 출력단(Out)에 해당하고, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 게이트에는 선택 신호(Row)가 인가된다.The drain of the transfer transistor Tx serves as a floating diffusion (FD). The floating diffusion layer FD is connected to the gate of the select transistor Sx. The select transistor Sx and the access transistor Ax are connected in series. That is, the source of the select transistor Sx and the drain of the access transistor Ax are connected to each other. A power supply voltage Vdd is applied to the drain of the access transistor Ax and the source of the reset transistor Rx. The drain of the select transistor Sx corresponds to the output terminal Out, and the select signal Row is applied to the gate of the select transistor Sx.
다시 도 1을 참조하면, 층간 절연막(130)은 다층으로 이루어진 배선(120)을 절연하는데, 상기 배선(120)은 포토 다이오드(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax) 등을 상호 전기적으로 연결하여 구동 신호를 제공 또는 광량에 대응하는 신호를 출력한다. 따라서, 층간 절연막(130)은 도 1에 도시된 바와 같이 서로 다른 층에 배치된 배선(120)들을 덮어 이들을 절연시킨다.Referring back to FIG. 1, the
한편, 컬러필터(140)는 상술한 층간 절연막(130) 중 최상층에 위치한 층간 절연막의 상부면에 형성되며, 포토 다이오드 화소(110)에 대응하여 형성된다. 본 실시예에서, 컬러필터(140)는 레드 컬러필터, 그린 컬러필터 및 블루 컬러필터 등의 단위 컬러필터(142)로 이루어질 수 있다.On the other hand, the
도 1을 참조하면, 비구면 마이크로 렌즈(250)는 포토 다이오드 구조물(100) 중 상기 평탄화막(150)의 상부면에 배치되고 포물선 형상을 갖는다. 포물선 형상의 비구면 마이크로 렌즈(250)는 감도가 서로 다른 제 1 및 제 2포토레지스트 패턴(200a, 210a)에 의해 형성된다. Referring to FIG. 1, the aspherical
제 1포토레지스트 패턴(200a)은 제1 평면적, 예를 들어 각각의 단위 컬러필터(142)와 거의 동일한 면적 및 광에 대하여 제 1감도를 갖는다. 제 2포토레지스트 패턴(210a)은 제 1포토레지스트 패턴(200a) 상에 배치되며, 제 1평면적보다 작은 제2 평면적 및 광에 대하여 제1 감도보다 높은 제2 감도를 갖는다.The
바람직하게, 제 1포토레지스트 패턴(200a) 및 제 2포토레지스트 패턴(210a)의 두께는 서로 동일하며, 제 2감도는 제 1감도 대비 1.5 배 내지 2 배 높다.Preferably, the thicknesses of the
본 실시예에서 상세하게 설명한 바와 같이 포토 다이오드 구조물(100) 중 평탄화막(150) 상부면에 감도가 서로 다른 제 1포토레지스트 패턴(200a) 및 제 2포토 레지스트 패턴(210)을 이용하여 포물선 형상의 비구면 마이크로 렌즈(250)를 형성하면, 마이크로 렌즈의 사이즈 감소에 따른 구면수차 문제를 해결할 수 있다.As described in detail in the present embodiment, a parabolic shape is formed using the
이미지 센서의 제조 방법Manufacturing Method of Image Sensor
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a manufacturing method of an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4 및 도 1을 참조하면, 단계 S10에서, 이미지 센서를 제조하기 위해서, 먼저, 반도체 기판(10) 상에 도 1에 도시된 포토 다이오드 구조물(100)을 제조한다. 포토 다이오드 구조물(100)은 액티브 영역(AR) 및 액티브 영역(AR)의 주변에 배치된 주변 영역(도시 안됨)에도 함께 형성된다. 4 and 1, in step S10, to manufacture an image sensor, first, the
도 2를 참조하면, 포토 다이오드 구조물(100)을 형성하기 위해서는 먼저, 반도체 기판(10) 상에 광량을 감지하는 포토 다이오드(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 셀렉트 트랜지스터(Sx) 및 억세스 트랜지스터(Ax)를 포함하는 복수개의 포토 다이오드 화소(110)를 형성하는데, 상술한 구성을 갖는 포토 다이오드 화소(110)는 반도체 박막 공정을 통해 형성한다.Referring to FIG. 2, in order to form the
상술한 구조의 포토 다이오드 화소(110)의 동작을 간략히 설명한다. 먼저, 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 온(turn on)시켜 부유 확산층(FD)의 전위를 상기 전원 전압(Vdd)과 동일하게 한 후에, 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴 오프(turn off)시킨다. 이러한 동작을 리셋 동작이라 정의한다.The operation of the
외부의 광이 포토 다이오드(PD)에 입사되면, 포토 다이오드(PD)내에 전자-홀 쌍(EHP; electron-hole pair)들이 생성되어 신호 전하들이 포토 다이오드(PD)내에 축적된다. 이어서, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)가 턴 온됨에 따라 포토 다이오드(PD)내 축적된 신호 전하들은 부유 확산층(FD)으로 출력되어 부유 확산층(FD)에 저장된다.When external light is incident on the photodiode PD, electron-hole pairs (EHP) are generated in the photodiode PD and signal charges are accumulated in the photodiode PD. Subsequently, as the transfer transistor Tx is turned on, the signal charges accumulated in the photodiode PD are output to the floating diffusion layer FD and stored in the floating diffusion layer FD.
이에 따라, 부유 확산층(FD)의 전위는 포토 다이오드(PD)에서 출력된 전하의 전하량에 비례하여 변화되고, 이로 인해 억세스 트랜지스터(Ax)의 게이트의 전위가 변한다. 이때, 선택 신호(Row)에 의해 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 턴 온되면, 데이타가 출력단(Out)으로 출력된다.Accordingly, the potential of the floating diffusion layer FD is changed in proportion to the amount of charges output from the photodiode PD, thereby changing the potential of the gate of the access transistor Ax. At this time, when the select transistor Sx is turned on by the selection signal Row, data is output to the output terminal Out.
데이타가 출력된 후에, 포토 다이오드 화소(110)는 다시 리셋 동작을 수행한다. 각 포토 다이오드 화소(110)는 이러한 과정들을 반복하여 광을 전기적 신호로 변환시켜 출력한다. After the data is output, the
상술한 구조를 갖는 포토 다이오드 화소(110)가 형성되면, 포토 다이오드 화소(110)로 구동 신호를 제공 또는 광량에 대응하는 신호를 출력하기 위한 배선(120) 및 배선(120)들을 절연하기 위한 복수개의 층간 절연막(130)들이 형성한다. When the
이어, 층간 절연막(130) 중 최상층에 형성된 최상층 층간 절연막의 상부면에 컬러필터(140)를 형성하는데, 각 컬러필터(140)는 각 포토 다이오드 화소(110)에 대응하여 형성된다. 본 실시예에서, 컬러필터(140)는 레드 컬러필터, 그린 컬러필터 및 블루 컬러필터 등의 단위 컬러필터(142)로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 최상층 층간 절연막의 표면으로부터 측정된 각 단위 컬러필터(142)들은 두께는 서로 다를 수 있다. 이와 다르게, 최상층 층간 절연막의 표면으로부터 측정된 각 단위 컬러필터(142)의 두께는 모두 동일할 수 있다.Subsequently, a
컬러필터(140)는 감광물질, 안료 및/또는 염료를 포함하는 감광물질을 층간 절연막(130) 상에 도포하고, 이들을 사진-식각 방식으로 패터닝 하여 형성할 수 있다.The
컬러필터(140)를 형성한 후, 컬러필터(140) 상에는 평탄화층(150)이 형성되어 포토 다이오드 구조물(100)이 형성된다. 본 실시예에서, 평탄화층(150)은 특히 단위 컬러필터(142)의 두께가 서로 다를 때 형성하는 것이 바람직하다.After the
도 5는 도 4의 제 1 및 제 2포토레지스트 박막을 도시한 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the first and second photoresist thin films of FIG. 4.
도 4 및 도 5를 참조하면, 단계 S20에서, 포토 다이오드 구조물(100) 상에 제1 포토레지스트 박막(200)을 형성한다. 제 1포토레지스트 박막(200)은 평탄화막의 상부면 전체에 형성되며, 제 1감도를 갖는다.4 and 5, in step S20, the first photoresist thin film 200 is formed on the
다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 단계 S30에서, 제 1포토레지스트 박막(200)의 상부면에 광에 대하여 제 1포토레지스트 박막(200)의 제 1감도보다 높은 제 2감도를 갖는 제 2포토레지스트 박막(210)을 형성한다.4 and 5 again, in step S30, the second surface having a second sensitivity higher than the first sensitivity of the first photoresist thin film 200 with respect to light on the upper surface of the first photoresist thin film 200. The photoresist thin film 210 is formed.
본 실시예에서, 제 1 및 제 2포토레지스트 박막(200, 210)은, 예를 들어, 스핀 코팅 공정에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2포토레지스트 박막(200, 210)은 광과 반응하여 제거되는 포지티브 타입 감광물질을 포함할 수 있다.In the present embodiment, the first and second photoresist thin films 200 and 210 may be formed by, for example, a spin coating process. For example, the first and second photoresist thin films 200 and 210 may include a positive type photosensitive material which is removed by reacting with light.
바람직하게, 제 2포토레지스트 박막(210)의 두께 및 광학 굴절 계수는 제 1 포토레지스트 박막(200)의 두께 및 광학 굴절 계수와 동일하다. 또한, 제 2포토레지스트 박막(210)이 열에 의해 녹는 용융점과 제 1포토레지스트 박막(200)의 용융점도 동일하다. Preferably, the thickness and optical refraction coefficient of the second photoresist thin film 210 are the same as the thickness and optical refraction coefficient of the first photoresist thin film 200. Also, the melting point of the second photoresist thin film 210 that is melted by heat and the melting point of the first photoresist thin film 200 are also the same.
또한, 제 2 포토레지스트 박막(210)의 제 2감도는 제 1포토레지스트 박막(200)의 제 1 감도의 1.5 배 내지 2 배인 것이 바람직하다.In addition, the second sensitivity of the second photoresist thin film 210 is preferably 1.5 to 2 times the first sensitivity of the first photoresist thin film 200.
도 6은 도 4의 예비 마이크로 렌즈를 도시한 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating the preliminary micro lens of FIG. 4.
도 4 및 도 6를 참조하면, 단계 S40에서, 제 1 및 제 2포토레지스트 박막들(200, 210)을 패턴 마스크를 이용하여 패터닝하여 포토 다이오드 구조물(100) 상에 제1 평면적을 갖는 제 1포토레지스트 패턴(200a) 및 제1 포토레지스트 패턴(200a) 상에 제 1평면적보다 작은 제 2평면적을 갖는 제 2포토레지스트 패턴(210a)을 포함하는 예비 마이크로 렌즈(230)를 형성한다.4 and 6, in step S40, the first and second photoresist thin films 200 and 210 are patterned using a pattern mask to have a first planar area on the
예비 마이크로 렌즈(230)를 형성하기 위해서는 제 1 및 제 2포토레지스트 박막(200, 210)을 레티클(도시안됨)을 이용하여 노광한다. 본 실시예에서, 레티클은 포토 다이오드 화소(110)와 대응하는 곳으로 향하는 광은 차단하는 광 차단부(도시안됨)를 포함한다. 따라서, 제 1포토레지스트 박막(200) 중 단위 컬러필터(142)와 대응하는 부분을 제외한 나머지 부분이 모두 광에 의하여 노광된 후, 노광된 부분이 현상액에 의하여 제거되어, 제 1포토레지스트 패턴(200a)은 단위 컬러필터(142)와 동일한 평면적을 갖는다. 그리고, 제 1포토레지스트 박막(200)의 광 감도에 비해 1.5배 내지 2배 정도 광 감도가 높은 제 2포토레지스트 박막(210)은 제 1포토레지스트 박막(200) 보다 더 많이 제거되어 제 2포토레지스트 패턴(210a)은 제 1포토 레지스트 패턴(200a)의 평면적보다 작은 평면적을 갖는다.In order to form the
한편, 제 1 및 제 2포토레지스트 박막(200, 210)을 노광하는 광의 포커싱은 제 2포토레지스트 박막(210)의 상부면에 맞춘다. 이와 같이 노광하는 광의 포커싱이 제 2포토레지스트 박막(210)의 상부면에 맞춰지면 제 1 및 제 2포토레지스트 박막(200, 210)이 패터닝될 때 측벽(202, 212))이 일정한 기울기를 갖는다. Meanwhile, the focusing of the light exposing the first and second photoresist thin films 200 and 210 is matched to the upper surface of the second photoresist thin film 210. When the focusing of the light to be exposed is aligned with the upper surface of the second photoresist thin film 210, the
바람직하게, 제 1포토레지스트 패턴(200a)의 측벽(202)과 포토 다이오드 구조물(100)의 상면이 이루는 내각 및 제 1포토레지스트 패턴(200a)의 상면과 제 2포토레지스트 패턴(210)의 측벽(212)이 이루는 내각은 각각 예각이다.Preferably, the inner sidewalls of the
도 1 및 도 4를 참조하면, 단계 S50에서, 예비 마이크로 렌즈(230)가 형성된 후, 예비 마이크로 렌즈(230)를 고온, 예를 들어 제 1 및 제 2포토레지스트 박막이 녹는 온도에서 열처리하여, 비구면 마이크로 렌즈(250)를 제조한다. 즉, 예비 마이크로 렌즈(230)는 열에 의하여 포물선 형상으로 가공 및 열처리에 의해 화학적/물리적으로 안정한 비구면 마이크로 렌즈(250)로 변경된다.1 and 4, in step S50, after the
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면 평탄화막 상에 감도가 서로 다른 2개의 포토레지스트 박막을 형성하고, 이를 노광 후 현상하여 최상층 포토레지스트 박막으로 갈수록 면적이 작은 예비 마이크로 렌즈를 형성한 후, 이를 열처리하여 포물선 형상의 비구면 마이크로 랜즈를 형성하면, 포토 다이오드로 광을 집광하는 마이크로 렌즈 수차를 용이하게 줄일 수 있고, 마이크로 랜즈의 사이즈가 감소되어도 이미지의 질은 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.As described in detail above, two photoresist thin films having different sensitivity are formed on the planarization film, and are developed after exposure to form a preliminary microlens having a smaller area toward the top photoresist thin film, and then subjected to heat treatment and parabolic. Formation of the aspherical microlenses of the shape can easily reduce the micro lens aberration for condensing light with the photodiode, and the image quality can be improved even if the size of the microlenses is reduced.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the detailed description of the present invention has been described with reference to the embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art will have the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be appreciated that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the art.
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