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KR20020059094A - Mehtod for verification performance in micro-lens - Google Patents

Mehtod for verification performance in micro-lens Download PDF

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KR20020059094A
KR20020059094A KR1020000087633A KR20000087633A KR20020059094A KR 20020059094 A KR20020059094 A KR 20020059094A KR 1020000087633 A KR1020000087633 A KR 1020000087633A KR 20000087633 A KR20000087633 A KR 20000087633A KR 20020059094 A KR20020059094 A KR 20020059094A
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KR
South Korea
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light sensing
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resistance
test light
unit length
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KR1020000087633A
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Korean (ko)
Inventor
임부택
Original Assignee
박종섭
주식회사 하이닉스반도체
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    • G—PHYSICS
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Abstract

PURPOSE: A method for measuring a characteristic of a microlens is provided to measure the characteristic of the microlens by using a size of a phase of the microlens without a breakdown of a chip. CONSTITUTION: The first and the second test light sensing regions are formed. The first and the second test light sensing regions have the same column size and different row sizes. Each resistance of the first and the second test light sensing regions is measured by using incident light. Each resistance value corresponding to unit length of the first and the second test light sensing regions is measured when the incident light is received. Each resistance value corresponding to the unit length of the first and the second test light sensing regions is measured in a darkroom after the incident light is removed. Each resistance value corresponding to unit length of the first and the second test light sensing regions is measured in the darkroom. The third, the fourth, the fifth test light sensing regions are formed. Each resistance value corresponding to the unit length of the third, the fourth, the fifth test light sensing regions is measured. A size of a phase is obtained.

Description

마이크로렌즈의 특성 측정 방법{MEHTOD FOR VERIFICATION PERFORMANCE IN MICRO-LENS}METHOD FOR VERIFICATION PERFORMANCE IN MICRO-LENS

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로서, 특히 광감지영역에서의 상의 크기, 곡률반경, 초점거리 등 마이크로렌즈의 특성 측정 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to a method for measuring characteristics of a microlens such as an image size, a curvature radius, and a focal length in an optical sensing region.

일반적으로 이미지센서(Image sensor)는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이타화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있다. 광감도(Sensitivity)를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지 부분의 면적이 차지하는 비율(Fill factor)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근복적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다.In general, an image sensor is composed of an optical sensing part for detecting light and a logic circuit part for processing the detected light into an electrical signal to make data. Efforts have been made to increase the fill factor of the area of the light-sensing portion of the entire image sensor device in order to increase the sensitivity, but this effort is limited in a limited area because the logic circuit portion cannot be removed in recent years. There is a limit.

따라서, 광감도를 높여주기 위하여 광감지 부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지 부분으로 모아주는 집광 기술이 등장하였는데, 이러한 기술이 바로 마이크로 렌즈 형성 기술이다. 또한, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 컬러필터(Color filter)가 배열되어 있다.Therefore, in order to increase the light sensitivity, a light condensing technology that changes the path of light incident to a region other than the light sensing portion and collects the light sensing portion has emerged. Such a technique is a microlens forming technique. In addition, the image sensor for implementing a color image is a color filter (Color filter) is arranged on the upper portion of the light sensing portion for generating and accumulating photocharges from the light.

상기의 컬러필터배열(Color Filter Array;CFA)은 적색(Red), 초록색(Green) 및 청색(Blue)의 3가지 컬러로 이루어지거나, 황색(Yellow), 자황색 (Magenta) 및 청록색(Cyan)의 3가지 컬러로 이루어질 수 있다.The color filter array (CFA) is composed of three colors of red, green, and blue, or yellow, magenta, and cyan. It can be made in three colors.

상술한 마이크로렌즈는 이미지센서의 광특성 향상에 큰 역할을 하고 있으며, 칩크기가 작아지고 화소(Pixel) 수가 증가함에 따라 그 역할이 증대되고 있으나, 렌즈 특성 즉, 광감지영역에서의 상의 크기, 곡률반경 등은 실제 패턴에서는 칩을 쪼개어 주사전자현미경(Scanning Eelectron Microscope; SEM)으로 단면 사진을 촬영하여 이미지 프로세싱 프로그램(Image processing program)으로 측정하고 있다.The above-described microlenses play a big role in improving the optical characteristics of the image sensor, and the role of the microlenses increases as the chip size decreases and the number of pixels increases, but the characteristics of the lens, that is, the size of the image in the light sensing region, The curvature radius is divided into chips in actual patterns, and a cross-sectional photograph is taken with a scanning electron microscope (SEM) and measured with an image processing program.

본 발명은 칩 파괴 없이 마이크로렌즈의 상의 크기를 구하고 이를 이용하여 마이크로렌즈의 특성(촛점거리와 곡률반경)을 측정하는 비파괴 방식의 마이크로 렌즈 특성 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a non-destructive method for measuring microlens characteristics that obtains the size of a microlens image without chip breaking and measures the characteristics (focal length and curvature radius) of the microlens using the same.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 일예에 따른 마이크로렌즈의 광감지영역에서의 상의 크기를 측정하는 방법을 도시한 도면,1 to 6 illustrate a method of measuring an image size in an optical sensing region of a microlens according to an embodiment of the present invention;

도 7은 마이크로렌즈의 초점거리를 측정하는 방법을 도시한 도면,7 illustrates a method of measuring a focal length of a microlens;

도 8은 마이크로렌즈의 색수차를 측정하는 방법을 도시한 도면,8 illustrates a method of measuring chromatic aberration of a microlens;

도 9는 마이크로렌즈의 구면수차를 측정하는 방법을 도시한 도면.9 illustrates a method of measuring spherical aberration of a microlens.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로렌즈의 특성 측정 방법, 세로 크기는 같고 가로 크기는 서로 다르며, 마이크로렌즈를 통과한 후의 자신에 형성되는 상보다 작은 크기로 제1, 2 테스트용 광감지영역을 형성하는 제1단계; 빛을 입사시켜 상기 제1 및 제2 테스트용 광감지영역의 각 저항을 측정하는 제2단계; 빛을 비추었을때의 단위길이당 저항값 구하는 제3단계; 빛을 제거한 후, 암실에서 상기 제1 및 제2 테스트용 광감지영역의 저항을 측정하는 제4 단계; 빛을 비추지 않았을때의 단위길이당 저항값을 측정하는 제5단계; 마이크로렌즈를 각각 자신에 형성되는 상보다 큰 크기로 세로는 같고 가로는 다른 제3, 제4, 및 제5 테스트용 광감지영역을 형성하는 제6단계; 상기 제3, 제4 및 제5 테스트용 광감지영역의 단위길이당 저항값을 구하는 제7단계; X축은 광감지소자의 길이의 차, Y축은 단위길이당 저항으로 하여 그래프를 구하고 상의 크기를 구하는 제8단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다. 바람직하게, 상기 단위길이당 저항은 외부저항을 감산한 실제저항값 임을 특징으로 한다.Method for measuring the characteristics of the microlens of the present invention for achieving the above object, the vertical size is the same, the horizontal size is different, the first and second test light sensing to a size smaller than the image formed on the self after passing through the microlens Forming a region; A second step of measuring light resistance of each of the first and second test light sensing regions by incident light; Obtaining a resistance value per unit length when light is emitted; After removing light, measuring a resistance of the first and second test light sensing regions in a dark room; A fifth step of measuring a resistance value per unit length when no light is emitted; A sixth step of forming the third, fourth, and fifth test light sensing regions having the same length and width and different lengths of the microlenses, respectively, having a size larger than an image formed on the microlenses; Obtaining a resistance value per unit length of the third, fourth and fifth test light sensing regions; X-axis is the difference between the length of the photosensitive device, Y-axis is characterized in that it comprises the eighth step of obtaining a graph and the size of the image as the resistance per unit length. Preferably, the resistance per unit length is characterized in that the actual resistance value by subtracting the external resistance.

바람직하게, 본 발명은 삼각형의 비례 공식을 이용하여 상의 크기로부터 초점거리를 구하는 제9단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.Preferably, the present invention further comprises a ninth step of obtaining a focal length from an image size using a proportional formula of a triangle.

바람직하게 본 발명은 상기 초점거리에 마이크로렌즈의 두께를 합하여 곡률반경을 구하는 제10단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.Preferably, the present invention may further include a tenth step of obtaining a radius of curvature by adding the thickness of the microlens to the focal length.

바람직하게 본 발명에서 제1내지 제5 테스트용 광감지영역은 색수차과 구면차수의 효과로 레드, 블루 및 그린에 대해 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the present invention, the first to fifth test light sensing regions are formed for red, blue, and green, respectively, by the effects of chromatic aberration and spherical aberration.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 살펴보도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings to look at the most preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 일예에 따른 마이크로렌즈 특성 측정 방법은 다음과 같다.Microlens characteristic measurement method according to an embodiment of the present invention is as follows.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 일예에 따른 마이크로렌즈의 광감지영역에서의 상의 크기를 측정하는 방법을 도시한 도면이다.1 to 6 illustrate a method of measuring an image size in an optical sensing region of a microlens according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 세로 크기는 같고 가로 크기는 서로 다른 제1, 2 광감지영역(R1, R2)을 형성한다. 제1, 2 광감지영역(R1, R2)은 반드시 빛이 마이크로렌즈를 통과하여 각 광감지영역(R1, R2)에 형성되는 상보다 작아야 한다.1, 2, and 3, first and second light sensing regions R1 and R2 having the same vertical size and different horizontal sizes are formed. The first and second light sensing regions R1 and R2 must be smaller than the image formed in each of the light sensing regions R1 and R2 through which light passes through the microlens.

이어서, 빛을 조사하여 제1, 2 광감지영역(R1, R2)의 저항을 측정하는데, 여기서, 제1 광감지영역(R1)의 저항을 R1, 제2 광감지영역(R2)의 저항을 R2라 하고 , 빛이 조사되어 상이 형성된 광감지영역(Deep N-)의 실제 저항(Rr)은 외부저항(Rex)을 제외해야 하므로 각 광감지영역의 저항은 다음과 같다.Then, the irradiation with light to measure the resistance of the first and second light sensing area (R1, R2), wherein the resistance of the first light sensing area (R1) of the resistance R 1, the second light sensing area (R2) of Is R 2 , and the actual resistance R r of the light sensing area Deep N − formed by the irradiation of light should exclude the external resistance R ex , and thus the resistance of each light sensing area is as follows.

R1= Rr1+ 2Rex,R 1 = R r1 + 2R ex ,

R2= Rr2+ 2Rex R 2 = R r2 + 2R ex

두 광감지영역(R1,R2)의 저항을 감산하면,By subtracting the resistance of the two light sensing regions R1, R2,

R1- R2= Rr1- Rr2 R 1 -R 2 = R r1 -R r2

R1과 R2는 측정하여 알 수 있으므로, Rr1- Rr2의 값을 얻을 수 있다.Since R 1 and R 2 can be measured and known, the values of R r1 -R r2 can be obtained.

따라서, 두 광감지영역(R1, R2)의 크기의 차(도 3의 d)로 수학식 2에서 얻은결과를 나누면 단위 길이당 저항값(R빛)을 얻을 수 있다.Therefore, by dividing the result obtained from Equation 2 by the difference between the sizes of the two light sensing regions R1 and R2 (d in FIG. 3), the resistance value R light per unit length can be obtained.

단위 길이당 저항 = (Rr1-Rr2)/d (빛을 비출때)Resistance per unit length = (R r1 -R r2 ) / d (when shining)

빛을 제거한 후, 암실에서 빛을 조사하여 두 광감지영역의 저항을 측정하고 각 광감지영역의 실제저항을 측정하고, 단위길이당 저항값을 측정하는 과정을 반복하므로써, 빛이 없을 때의 단위길이당 저항값(R암)을 산출한다.After removing the light, measure the resistance of the two light sensing areas by irradiating light from the dark room, measure the actual resistance of each light sensing area, and measure the resistance value per unit length. The resistance value (R arm) per length is calculated.

이어서 도 4에 도시된 바와 같이 광감지영역에 맺혀질 상의 크기(원형)보다 큰 광감지영역을 세로 크기는 같고 가로 크기가 서로 다른(x,y,z) 광감지영역을 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 4, the light sensing region larger than the size (circular) of the image to be formed in the light sensing region is formed (x, y, z).

각 광감지영역의 저항을 Ra,Rb,Rc라 하면, 실제저항 Ra,Rb,Rc는 다음 수학식3과 같다.When the resistance of each light sensing region is R a , R b , and R c , the actual resistances R a , R b , and R c are given by Equation 3 below.

Ra=Rra+ 2Rex,R a = R ra + 2R ex ,

Rb= Rrb+ 2Rex,R b = R rb + 2R ex ,

Rc= Rra+ 2Rex R c = R ra + 2R ex

2 개의 광감지영역의 저항값을 감산하면,Subtracting the resistance values of the two light sensing areas,

Ra-Rb=Rra-Rrb,R a -R b = Rra-Rrb,

Rb-Rc=Rrb-Rrc,R b -R c = Rrb-Rrc,

Rc-Ra=Rrc-RraR c -R a = Rrc-Rra

여기서, Ra, Rb는 측정값으로 주어지며, 상의 크기는 일정하지만 그 상에 의해 생성된 전하는 광감지영역에 넓게 퍼져서 존재한다.Here, Ra and Rb are given as measured values, and the magnitude of the phase is constant, but the charge generated by the phase is widespread in the light sensing region.

도 6에 도시된 바와 같이, X축은 광감지소자의 길이의 차, Y축은 단위길이당 저항으로 도시해 보면, 단위길이당 저항은 최대 R암 최소 R빛의 값을 갖는다.As shown in FIG. 6, when the X axis represents the difference in the length of the photosensitive device, and the Y axis represents the resistance per unit length, the resistance per unit length has a maximum R arm minimum R light value.

Y축의 값이 R빛일 때, 그래프의 X축 값을 읽는다.When the value of Y axis is R light, read the value of X axis of graph.

X축 값= 상의 크기-zX-axis value = phase size-z

결국, 상의 크기는 X축 값+z이다.After all, the size of the image is the X-axis value + z.

다음으로, 렌즈의 초점거리를 구하는 방법에 대해 설명하기로 한다.Next, a method of obtaining the focal length of the lens will be described.

도 7을 참조하여 삼각형의 비례공식을 이용하면, 다음과 같은 비례식이 성립된다.Using the proportional formula of the triangle with reference to Figure 7, the following proportional formula is established.

a : L = c : fa: L = c: f

여기서, a는 상 크기의 1/2, b는 렌즈에서 상까지의 거리(렌즈에서 광감지영역까지의 거리), c는 초점거리에서 상까지의 거리, f는 초점거리이다.Where a is 1/2 of the image size, b is the distance from the lens to the image (the distance from the lens to the light sensing region), c is the distance from the focal length to the image, and f is the focal length.

수학식6에서 b = f + c임을 알 수 있고, c를 중심으로 다시 정리하면, c = b-f이고, 이를 수학식에서 6에 대입하면 다음과 같다.It can be seen from Equation 6 that b = f + c, and rearranged around c, c = b-f, and substituting this in Equation 6 is as follows.

a : L = (b-f) : f,a: L = (b-f): f,

a*f = L(b-f),a * f = L (b-f),

a*f + L*f = L*b,a * f + L * f = L * b,

f=L*b/(a+L)f = L * b / (a + L)

여기서, L과 b는 주사전자현미경을 이용하여 측정할 수 있는 상수임으로 초점거리(f)를 구할 수 있다. 이 때, L과 b는 같은 공정을 진행한 로트(Lot)에서는 일정하다고 보면 한 번 측정한 값을 상수로 할 수 있다.Here, L and b are constants that can be measured using a scanning electron microscope to obtain a focal length f. At this time, L and b can be taken as a constant once the value measured once in a lot (Lot) which performed the same process.

다음으로, 곡률반경은 초점거리에 마이크로렌즈의 두께를 합하면 구할 수 있다.Next, the radius of curvature can be obtained by adding the thickness of the microlens to the focal length.

한편, 도 8은 색수차(Chromatic abration)를 도시한 도면이고, 도 9는 구면수차(Spherical abration)를 도시한 도면인데, 색수차와 구면수차의 효과로 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue)에 대해 각각 테스트 패턴을 만들어 주어야 한다. 색수차는 거울에서는 없고 렌즈에서만 나타나는 중요한 수차로서 파장에 따라 렌즈의 굴절율이 다르기 때문에 발생되는 수차이고, 구면수차(Spherical abration)는 빛이 렌즈에 입사할 때 상이 한 점으로 수렵하기 위한 이상적인 렌즈 표면 모양은 포물선의 방정식을 만족하므로 구면렌즈를 사용할 경우에는 상이 정확히 한 점으로 맺히지 않는다.Meanwhile, FIG. 8 is a diagram illustrating chromatic aberration, and FIG. 9 is a diagram illustrating spherical aberration. Red, Green, and Blue (Spherical Aberration) are shown by the effects of chromatic aberration and spherical aberration. Each test pattern needs to be created for Blue). Chromatic aberration is an important aberration only in the lens, not in the mirror, and it is caused by the difference in the refractive index of the lens depending on the wavelength. Since satisfies the parabolic equation, the image does not form exactly one point when using a spherical lens.

상술한 본 발명은 칩을 파괴시키지 않고 마이크로렌즈의 초점거리, 곡률반경등의 특성을 전기적 데이터만을 통해 알 수 있는 효과가 있다.The present invention described above has the effect of knowing the characteristics of the focal length, curvature radius, etc. of the microlenses only through electrical data without destroying the chip.

Claims (5)

세로 크기는 같고 가로 크기는 서로 다르며, 마이크로렌즈를 통과한 후의 자신에 형성되는 상보다 작은 크기로 제1, 2 테스트용 광감지영역을 형성하는 제1단계;A first step of forming the first and second test light sensing regions having the same vertical size and different horizontal sizes and having a smaller size than an image formed on the same after passing through the microlens; 빛을 입사시켜 상기 제1 및 제2 테스트용 광감지영역의 각 저항을 측정하는 제2단계;A second step of measuring light resistance of each of the first and second test light sensing regions by incident light; 빛을 비추었을때의 단위길이당 저항값 구하는 제3단계;Obtaining a resistance value per unit length when light is emitted; 빛을 제거한 후, 암실에서 상기 제1 및 제2 테스트용 광감지영역의 저항을 측정하는 제4 단계;After removing light, measuring a resistance of the first and second test light sensing regions in a dark room; 빛을 비추지 않았을때의 단위길이당 저항값을 측정하는 제5단계;A fifth step of measuring a resistance value per unit length when no light is emitted; 마이크로렌즈를 각각 자신에 형성되는 상보다 큰 크기로 세로는 같고 가로는 다른 제3, 제4, 및 제5 테스트용 광감지영역을 형성하는 제6단계;A sixth step of forming the third, fourth, and fifth test light sensing regions having the same length and width and different lengths of the microlenses, respectively, having a size larger than an image formed on the microlenses; 상기 제3, 제4 및 제5 테스트용 광감지영역의 단위길이당 저항값을 구하는 제7단계;Obtaining a resistance value per unit length of the third, fourth and fifth test light sensing regions; X축은 광감지소자의 길이의 차, Y축은 단위길이당 저항으로 하여 그래프를 구하고 상의 크기를 구하는 제8단계;An eighth step of obtaining a graph by calculating the X-axis as the difference of the length of the photosensitive device and the Y-axis as the resistance per unit length; 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 마이크로렌즈의 특성 측정 방법.Characteristic measuring method of the microlens characterized in that it comprises a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단위길이당 저항은 외부저항을 감산한 실제저항값 임을 특징으로 하는 마이크로렌즈의 특성 측정 방법.The resistance per unit length is a characteristic measurement method of the microlens, characterized in that the actual resistance value is subtracted from the external resistance. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 삼각형의 비례 공식을 이용하여 상기 상의 크기오부터 초점거리를 구하는 제9단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 마이크로렌즈 특성 측정 방법.And a ninth step of obtaining a focal length from the size of the image by using a proportional formula of a triangle. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 초점거리에 마이크로렌즈의 두께를 합하여 곡률반경을 구하는 제10단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 마이크로렌즈 특성 측정 방법.And a tenth step of obtaining a radius of curvature by summing the thicknesses of the microlenses to the focal length. 제1항 내지 제1항중 어느한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 1, 상기 제1내지 제5 테스트용 광감지영역은 색수차와 구면차수의 효과로 레드, 블루 및 그린에 대해 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 특성 측정 방법.The first to fifth test light sensing regions are formed with respect to red, blue, and green, respectively, by the effect of chromatic aberration and spherical aberration.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20140146903A (en) * 2013-06-18 2014-12-29 주식회사 엘지화학 Focus distance measurement method and apparatus of microlens

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