(8) Microlens 소재, 그 외
Color Filter 구조에서 핵심 역할을 하는 Color PR 이 외에도 Microlens 와 Grid 소재가 있겠습니다.
2017 Sony IMX260 Wafer Bonding Surfaces @Imagesensorworld위 이미지는 2017년 Sony의 IMX Chip을 단면 분석한 자료로, 최상단에 위치한 Microlens 구조를 확인할 수 있습니다. 그 아래로 Color Filter와 APS (Active Pixel Sensor) 구조가 보입니다.
위 사진에서도 Color Filter Layer 사이에 조그만 Fence 구조가 보입니다만, 아래 삼성전자의 이미지센서 단면을 보면 더 명확한 Fence 구조가 보입니다. 업계에서는 Grid 라는 용어로 불립니다.
2019 Samsung 64MP Sensor with 0.8um Dual CG Pixel @ImagesensorworldMicrolens
Microlens는 CIS 에서 Photodiode로 더 많은 빛이 입사되도록 수광 능력을 높이기 위해 형성되는 구조입니다.
광학특성, 투과도, 신뢰성 중요
빛을 수광하기 위해 광학적으로 특정한 굴절율을 가져야하며, 또한 빛을 굴절시키는 과정에서 빛을 흡수하지 않기 위해 투과도가 매우 높은 물질이어야만 합니다. 그리고 우수한 신뢰성을 가져야 합니다.
일상 생활에서도 흔히 볼 수 있는 아크릴, 에폭시 수지 등을 요구 되는 광학 특성, 공정 특성 그리고 신뢰성 등에 맞게 화학적으로 조성을 조절하여 사용되고 있습니다.
Thermal Flow를 통해 반구형태로
Microlens의 반구형태의 구조는 Thermal Flow를 통해 형성되며, 이 때 Flow 하여 반구형태가 될 수 있도록 반복적인 육면체의 구조가 먼저 형성이 되는데, 이는 Photolithography로 진행됩니다.
이런 Thermal Flow 특성도 공정의 Margin에 직결되기 때문에 Lens 소재개발에 있어 아주 중요한 면으로 작용하고 있습니다.
실제 제조 공정
Visera의 Lens 공정 자료를 참고하면 조금 더 실제를 이해하는데 도움이 될 것 같습니다.
Non-Etch Type
Lens 역할을 하면서 Photoresist 기능이 있는, Lens PR을 도포한 후 Lithography 공정을 통해 Lens를 형성하는 방법이 있습니다. 이 때에는 네모난 패턴을 먼저 만든 후 열을 가해 동그랗게 만드는 방식과, PSM Mask를 통해, 쉽게 말하자면 Gradation이 있는 Photo Mask를 이용해 3D 패터닝을 하는 방식으로 나뉩니다.
Etch Type
또 다른 방법은, 실제 Lens 역할을 하게 되는 Hardmask 물질을 미리 도포한 후, 상부에 PR을 올려 Photo 공정을 진행하고 Thermal Flow한 후, 이 반구를 Mask로 사용하여 Etch 공정을 통해 쭉 내려깎는 방식입니다.
이 방식의 경우 Lens의 굴곡과 사각지대를 공정으로 조절가능하고, 실제 Lens 소재로 사용될 Hardmask 물질에 Litho 특성이 필요없게 되면서 투과도, 신뢰성 등의 특성을 더욱 높일 수 있는 장점이 있습니다.
Grid 재료와 그 외,
CF Pattern 사이에는 Grid가 있다고 말씀을 드렸습니다. 최초에는 빛이 새어나가지 않도록 Metal 물질을 사용했지만, 최근에는 굴절율이 낮은 물질로 격벽을 만들어 튕겨나가는 빛을 반사시켜 들여보내도록 하는 새로운 Grid를 사용해오고 있습니다.
이 기술은 삼성전자와 일본의 Fuji사가 공동개발한 것으로 카메라 감도가 15% 수준으로 개선되는 것으로 알려져 있습니다.
2019 Samsung 64MP Sensor with 0.8um Dual CG Pixel @Imagesensorworld아래 몇가지 참고할 만한 Article들을 붙여드립니다.
https://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=80404
http://thenewcamera.com/tag/isocell/
