KR102614907B1 - Image sensor and method to produce image sensor - Google Patents
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Abstract
이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법이 제공된다. 이미지 센서는 흡수층 및 투명층을 포함하는 블록 레이어, 블록 레이어의 하단에 배치되는 렌즈 엘리먼트, 및 렌즈 엘리먼트와 마주하도록 배치되는 센싱 엘리먼트를 포함할 수 있다.An image sensor and a method of manufacturing the image sensor are provided. The image sensor may include a block layer including an absorption layer and a transparent layer, a lens element disposed at the bottom of the block layer, and a sensing element disposed to face the lens element.
Description
이하, 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 기술이 제공된다.Hereinafter, technology related to an image sensor and its manufacturing method is provided.
이미지 센서는 피사체의 영상을 촬상하기 위한 장치로서, 피사체의 영상 정보를 포함하는 광 신호를 전기적인 신호로 변환할 수 있다. 이미지 센서는 다양한 전자 기기에 포함될 수 있으며, 예를 들어, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서가 널리 사용되고 있다.An image sensor is a device for capturing an image of a subject, and can convert an optical signal containing image information of the subject into an electrical signal. Image sensors may be included in various electronic devices, and for example, charge coupled device (CCD) image sensors and complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensors are widely used.
CMOS 이미지 센서는 광전 변환 소자와 복수의 트랜지스터를 포함하는 복수의 픽셀을 포함한다. 광전 변환 소자에 의해 광전 변환된 신호는 복수의 트랜지스터에 의해 처리되어 출력되고, 픽셀에서 출력된 픽셀 신호에 기초하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 각 픽셀은 특정 색 또는 특정 파장 범위의 빛을 광전 변환하여 그에 따른 신호를 출력할 수 있다.A CMOS image sensor includes a plurality of pixels including a photoelectric conversion element and a plurality of transistors. The signal photoelectrically converted by the photoelectric conversion element is processed and output by a plurality of transistors, and image data can be generated based on the pixel signal output from the pixel. Each pixel can photoelectrically convert light of a specific color or wavelength range and output a signal accordingly.
일 실시예에 따른 이미지 센서는, 흡수층 및 투명층을 포함하고, 외부로부터 수신된 빛을 상기 흡수층 및 상기 투명층에 형성된 개구부를 통해 통과시키는 블록 레이어(block layer); 및 상기 빛을 센싱 엘리먼트(sensing element)로 전달하는 렌즈 엘리먼트(lens element)를 포함할 수 있다.An image sensor according to an embodiment includes a block layer that includes an absorbing layer and a transparent layer and allows light received from the outside to pass through openings formed in the absorbing layer and the transparent layer; And it may include a lens element that transmits the light to a sensing element.
상기 센싱 엘리먼트는, 상기 렌즈 엘리먼트와 이격되고, 상기 개구부 및 상기 렌즈 엘리먼트를 통과한 빛을 수신할 수 있다.The sensing element is spaced apart from the lens element and may receive light passing through the opening and the lens element.
상기 렌즈 엘리먼트는, 상기 빛을 굴절시켜서 상기 센싱 엘리먼트 상에 초점(focal point)을 형성할 수 있다.The lens element may refract the light to form a focal point on the sensing element.
상기 블록 레이어는, 상기 센싱 엘리먼트로부터 상기 렌즈 엘리먼트의 초점 길이(focal length)만큼 이격될 수 있다.The block layer may be spaced apart from the sensing element by the focal length of the lens element.
상기 이미지 센서는, 빛을 통과시키는 투명 기판(transparent substrate)을 더 포함할 수 있다.The image sensor may further include a transparent substrate that allows light to pass through.
상기 개구부는, 상기 블록 레이어에서 상기 렌즈 엘리먼트의 배치에 대해 정렬되도록 형성될 수 있다.The opening may be formed to be aligned with the placement of the lens element in the block layer.
상기 이미지 센서는, 상기 블록 레이어 및 센싱 엘리먼트 간의 간격을 유지하는 스페이서(spacer)를 더 포함할 수 있다.The image sensor may further include a spacer that maintains a gap between the block layer and the sensing element.
상기 블록 레이어는, 상기 흡수층 및 상기 투명층이 교대로(alternatively) 배치된 구조에 의해 상기 개구부를 형성할 수 있다.The block layer may form the opening by a structure in which the absorbing layer and the transparent layer are alternately arranged.
상기 흡수층은, 상기 렌즈 엘리먼트의 배치에 따라, 상기 흡수층에서 상기 렌즈 엘리먼트에 대응하는 지점을 중심으로 하는 원형 영역으로 형성된 조리개를 포함할 수 있다.Depending on the arrangement of the lens elements, the absorption layer may include an aperture formed as a circular area centered on a point in the absorption layer corresponding to the lens element.
상기 흡수층은, 상기 렌즈 엘리먼트에 대응하는 지점을 중심으로 하여 형성된 제1 직경의 조리개를 포함하고, 상기 블록 레이어는, 상기 제1 직경과 다른 제2 직경의 조리개가 형성된 다른 흡수층을 더 포함할 수 있다.The absorption layer may include an aperture having a first diameter formed around a point corresponding to the lens element, and the block layer may further include another absorption layer having an aperture having a second diameter different from the first diameter. there is.
상기 블록 레이어는, 상기 블록 레이어의 일면으로부터 다른 일면까지 상기 개구부의 직경이 점진적으로 달라질 수 있다.In the block layer, the diameter of the opening may gradually vary from one side of the block layer to the other side.
상기 투명층은, 미리 정한 파장 대역의 빛을 투과시킬 수 있다.The transparent layer can transmit light in a predetermined wavelength band.
상기 블록 레이어는, 미리 정한 시야각에 기초하여 결정된 높이(height)를 가질 수 있다.The block layer may have a height determined based on a predetermined viewing angle.
상기 블록 레이어는, 미리 정한 시야각에 기초하여 결정된 개수(number)의 흡수층이 적층될 수 있다.The block layer may be a stack of a determined number of absorption layers based on a predetermined viewing angle.
상기 블록 레이어는, 미리 정한 광량에 기초하여 결정된 개구부 직경을 가지고, 상기 미리 정한 광량에 기초하여 결정된 초점 거리만큼 센싱 엘리먼트로부터 이격될 수 있다.The block layer may have an opening diameter determined based on a predetermined amount of light and may be spaced apart from the sensing element by a focal distance determined based on the predetermined amount of light.
상기 투명층은, 빛을 통과시키는 투명 폴리머를 포함할 수 있다.The transparent layer may include a transparent polymer that allows light to pass through.
상기 흡수층은, 빛을 흡수하는 블랙 매트릭스 물질(black matrix material)을 포함할 수 있다.The absorption layer may include a black matrix material that absorbs light.
상기 블록 레이어에 포함된 복수의 흡수층들의 각각에 형성되는 원형 조리개는, 투명 기판 및 상기 투명층에 의해 결정된 굴절률 및 미리 정한 시야각에 기초하여 결정된 직경을 가질 수 있다.A circular aperture formed in each of the plurality of absorption layers included in the block layer may have a diameter determined based on a predetermined viewing angle and a refractive index determined by the transparent substrate and the transparent layer.
상기 렌즈 엘리먼트 및 센싱 엘리먼트는, 평면 어레이 패턴으로 배치되고, 상기 흡수층은, 상기 평면 어레이 패턴에 대해 정렬되어 형성된 조리개를 포함할 수 있다.The lens element and the sensing element may be arranged in a planar array pattern, and the absorption layer may include an aperture formed in alignment with the planar array pattern.
일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은, 투명 기판(transparent substrate)을 제공하는 단계; 흡수층 및 투명층을 포함하는 블록 레이어를 제공 하는 단계; 상기 블록 레이어에 개구부가 형성된 패턴(pattern)에 따라 렌즈 엘리먼트(lens element)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing an image sensor according to an embodiment includes providing a transparent substrate; providing a block layer comprising an absorbent layer and a transparent layer; It may include providing a lens element according to a pattern in which an opening is formed in the block layer.
도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 블록 레이어 및 렌즈 엘리먼트를 도시하는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 블록 레이어 및 렌즈 엘리먼트의 단면을 도시하는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 이미지 센서가 가지는 시야각을 설명하는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 블록 레이어의 개구부에 의해 결정되는 시야각을 설명하는 도면이다.
도 6은 다른 일 실시예에 따른 블록 레이어의 개구부에 의해 결정되는 시야각을 설명하는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 블록 레이어의 제공 방법을 설명하는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 렌즈 엘리먼트의 제공 방법을 설명하는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 렌즈 엘리먼트가 블록 레이어의 일면에 집적된 구조가 전자주사현미경에 의해 촬영된 이미지를 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른 렌즈 엘리먼트가 블록 레이어의 일면에 집적된 구조가 광학현미경에 의해 촬영된 이미지를 도시한다.
도 12는 일 실시예에 따른 블록 레이어에 포함되는 흡수층의 개수에 따른 빛의 투과율을 도시한 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 상면 및 측면이 공초점 레이저 주사 현미경(confocal laser scanning microscope)에 의해 촬영된 이미지를 도시한다.
도 14는 일 실시예에 따른 이미지 센서의 세기 프로필(intensity profile)을 도시한 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 이미지 센서를 통해 촬영된 이미지를 도시한다.
도 16은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 시야각이 측정된 결과를 도시한다.
도 17 및 도 18은 일 실시예에 따른 블록 레이어가 MTF (modulation transfer function)에 미치는 영향을 설명하는 도면이다.1 is a diagram illustrating the configuration of an image sensor according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a block layer and a lens element according to an embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a cross section of a block layer and a lens element according to an embodiment.
Figure 4 is a diagram explaining the viewing angle of an image sensor according to an embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a viewing angle determined by an opening of a block layer according to an embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a viewing angle determined by an opening of a block layer according to another embodiment.
Figure 7 is a flowchart explaining a method of manufacturing an image sensor according to an embodiment.
Figure 8 is a diagram explaining a method of providing a block layer according to an embodiment.
Figure 9 is a diagram explaining a method of providing a lens element according to an embodiment.
Figure 10 shows an image taken with a scanning electron microscope of a structure in which lens elements are integrated on one side of a block layer according to an embodiment.
Figure 11 shows an image taken with an optical microscope of a structure in which lens elements are integrated on one side of a block layer according to an embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing light transmittance according to the number of absorption layers included in a block layer according to an embodiment.
FIG. 13 shows images of the top and side surfaces of an image sensor according to an embodiment taken using a confocal laser scanning microscope.
FIG. 14 is a diagram illustrating an intensity profile of an image sensor according to an embodiment.
Figure 15 shows an image captured through an image sensor according to one embodiment.
Figure 16 shows the results of measuring the viewing angle of an image sensor according to one embodiment.
Figures 17 and 18 are diagrams illustrating the effect of a block layer on a modulation transfer function (MTF) according to an embodiment.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the scope of the patent application is not limited or limited by these examples. The same reference numerals in each drawing indicate the same members.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Various changes may be made to the embodiments described below. The embodiments described below are not intended to limit the embodiments, but should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes therefor.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수 개의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the examples are merely used to describe specific examples and are not intended to limit the examples. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the embodiments belong. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, when describing with reference to the accompanying drawings, identical components will be assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may unnecessarily obscure the gist of the embodiments, the detailed descriptions are omitted.
도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 구성을 도시하는 도면이다.1 is a diagram illustrating the configuration of an image sensor according to an embodiment.
이미지 센서(100)는 피사체의 영상을 촬상하기 위한 장치를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따르면 이미지 센서(100)는 렌즈 엘리먼트(110), 블록 레이어(120), 투명 기판(130), 센싱 엘리먼트(140), 스페이서(150), 및 카메라 칩(190)을 포함할 수 있다.The
렌즈 엘리먼트(110)는 외부로부터 수신되는 빛을 굴절시키는 엘리먼트로서, 집광(concentrate light)할 수 있다. 렌즈 엘리먼트(110)는, 빛을 굴절시켜서 센싱 엘리먼트(140) 상에 초점(focal point)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 엘리먼트(110)의 일면은 돌출된 부분을 가질 수 있고, 다른 일면은 평평한 면일 수 있다. 예를 들어, 렌즈 엘리먼트(110)는 일면이 볼록한(convex) 형상을 가지는 마이크로 렌즈일 수 있으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 렌즈 엘리먼트(110)에서 돌출된 부분을 가지는 일면은 구면 형상(spherical shape), 비구면 형상(aspherical shape), 및 프레넬 형상(fresnel shape) 등으로 형성될 수 있다. 다만, 이로 한정하는 것은 아니고, 렌즈 엘리먼트(110)는 오목 렌즈로 구현될 수도 있다.The
렌즈 엘리먼트(110)의 집합은 렌즈 어레이라고 나타낼 수 있다. 예를 들어, 렌즈 어레이는 평면 어래이 패턴(예를 들어, 격자 패턴)을 따라 배치된 복수의 렌즈 엘리먼트들을 포함할 수 있다.A set of
블록 레이어(120)는 빛을 차단(block)하는 레이어를 나타낼 수 있다. 블록 레이어(120)는 투명층(transparent layer) 및 패턴(예를 들어, 홀 패턴)이 형성된 흡수층(absorption layer)을 포함할 수 있다. 블록 레이어(120)는 흡수층의 패턴에 의해 형성되는 개구부(aperture)를 포함할 수 있다. 블록 레이어(120)는 외부로부터 수신되는 빛을 개구부를 통해서만 렌즈 엘리먼트(110)로 전달할 수 있다. 블록 레이어(120)에 포함되는 흡수층 및 투명층은 하기 도 2 및 도 3에서 상세히 설명한다.The
투명 기판(130)은 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 기판을 나타낼 수 있다. 투명 기판(130)은 블록 레이어(120)의 상부에 배치될 수 있다. 다만, 투명 기판(130)의 배치를 이로 한정하는 것은 아니고, 투명 기판(130)은 블록 레이어(120) 위에 배치된 렌즈 엘리먼트(110) 위에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 투명 기판(130)은 유리 웨이퍼(glass wafer)를 포함할 수 있으나, 투명 기판(130)의 종류를 이로 한정하는 것은 아니다.The
센싱 엘리먼트(140)는 렌즈 엘리먼트(110)와 이격되고, 블록 레이어(120)의 개구부 및 렌즈 엘리먼트(110)를 통과한 빛을 수신할 수 있다. 센싱 엘리먼트(140)는 투명 기판(130) 및 블록 레이어(120)의 개구부를 통과한 빛이 렌즈 엘리먼트(110)에 의해 집광된 빛을 수신할 수 있다. 센싱 엘리먼트(140)는 수신된 빛의 세기를 지시하는 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 센싱 엘리먼트(140)는 임의의 색상 채널에 대응하는 빛을 센싱하여 해당 색상의 세기를 지시하는 신호를 출력할 수 있다. 색상 채널은 가시 영역(visible region) 중 일부 영역에 대응하는 색상을 나타내는 채널로서, 예를 들어, 적색 채널, 녹색 채널, 및 청색 채널을 포함할 수 있다. 개별 센싱 엘리먼트(140)는 적색 채널, 녹색 채널, 및 청색 채널 중 하나의 색상 채널에 대응하는 빛을 센싱할 수 있다. 다만, 센싱 엘리먼트(140)가 센싱할 수 있는 파장을 이로 한정하는 것은 아니고, 설계에 따라 센싱 엘리먼트(140)는 적외선 또는 자외선도 센싱할 수 있다.The
센싱 엘리먼트(140)의 집합은 센서 어레이(sensor array)라고 나타낼 수 있고, 예를 들어, 센서 어레이는 평면 어레이 패턴(예를 들어, 격자 패턴 등)을 따라 배치된 복수의 센싱 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 센서 어레이는 적색을 센싱하는 센싱 엘리먼트(140), 녹색을 센싱하는 센싱 엘리먼트(140), 및 청색을 센싱하는 센싱 엘리먼트(140)를 포함할 수 있고, 센서 어레이는 3개 색상을 구별하여 센싱할 수 있다.The set of sensing
스페이서(150)는 블록 레이어(120) 및 센싱 엘리먼트(140) 간의 간격을 유지할 수 있다. 예를 들어, 스페이서(150)는 블록 레이어(120) 및 센싱 엘리먼트(140)를 지지할 수 있다. 도 1에서는 스페이서(150)가 센서 어레이의 외곽 경계를 따라 배치되는 것으로 도시되었으며, 스페이서(150)는 블록 레이어(120)의 외곽 경계를 지지할 수 있다.The
카메라 칩(190)은 센서 어레이가 구현되는(implemented) 칩을 나타낼 수 있다. 카메라 칩(190)은 예를 들어, 웨이퍼 레벨로 구현될 수 있다.The
일 실시예에 따르면 렌즈 엘리먼트(110), 블록 레이어(120), 투명 기판(130), 센싱 엘리먼트(140), 스페이서(150), 및 카메라 칩(190)은, 집적 공정(integration process)를 통해 결합될 수 있다.According to one embodiment, the
도 2는 일 실시예에 따른 블록 레이어 및 렌즈 엘리먼트를 도시하는 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a block layer and a lens element according to an embodiment.
블록 레이어(220)는 흡수층(221) 및 투명층(222)을 포함할 수 있다. 블록 레이어(220)는 외부로부터 수신된 빛을 흡수층(221) 및 투명층(222)에 형성된 개구부(229)를 통해 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 블록 레이어(220)는 개구부(229)를 통해 외부로부터 수신된 빛을 렌즈 엘리먼트(210)로 제공할 수 있다.The
흡수층(221)은 빛을 흡수하는 레이어로서, 예를 들어, 광 흡수 층(photo absorption layer)이라고도 나타낼 수 있다. 흡수층(221)은, 빛을 흡수하는 블랙 매트릭스 물질(black matrix material)을 포함할 수 있다. 블랙 매트릭스 물질은 예를 들어, Black SU-8을 포함할 수 있다. 다만, 흡수층(221)의 재질을 이로 한정하는 것은 아니고, 흡수층(221)은 빛을 흡수하는 네거티브 포토레지스트(negative photoresist)를 포함할 수 있다. 흡수층(221)은 렌즈 엘리먼트(210)의 배치에 따라, 흡수층(221)에서 렌즈 엘리먼트(210)에 대응하는 지점을 중심으로 하는 원형 영역으로 형성된 조리개를 포함할 수 있다. 흡수층(221)은 평면 어레이 패턴에 대해 정렬되어 형성된 조리개를 포함할 수 있다.The
투명층(222)은 빛을 통과시키는 레이어를 나타낼 수 있다. 투명층(222)은, 빛을 통과시키는 투명 폴리머(transparent polymer)를 포함할 수 있다. 투명 폴리머는 예를 들어, SU-8을 포함할 수 있다. 다만, 투명층(222)의 재질을 이로 한정하는 것은 아니고, 투명층(222)은 빛을 통과시키는 네거티브 포토레지스트를 포함할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 투명층(222)은 미리 정한 파장 대역의 빛을 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 투명층(222)은 가시광선 대역의 빛만을 투과시킬 수 있다.The
블록 레이어(220)는, 흡수층(221) 및 투명층(222)이 교대로(alternatively) 배치된 구조에 의해 개구부(aperture)(229)를 형성할 수 있다. 블록 레이어(220)에서 렌즈 엘리먼트(210)가 배치되는 일면(surface)의 반대면에 대응하는 레이어는 흡수층(221)일 수 있다. 다만, 흡수층(221)의 배치를 이로 한정하는 것은 아니고, 흡수층(221)은 렌즈 엘리먼트(210)가 배치되는 일면과 동일한 면에 배치될 수도 있다.The
흡수층(221)에는 격자 패턴을 따라 원형 조리개가 형성될 수 있다. 예를 들어, 블록 레이어(220)가 복수의 흡수층들을 포함하는 경우, 복수의 흡수층들의 조리개들은 개구부(229)를 형성할 수 있다. 개구부(229)는 블록 레이어(220)에서 빛을 통과시키는 부분(portion)을 나타낼 수 있다. 개구부(229)는, 블록 레이어(220)에서 렌즈 엘리먼트(210)의 배치에 대해 정렬되도록 형성될 수 있다. 개구부(229)는 하기 도 3에서 설명한다.A circular aperture may be formed in the
렌즈 엘리먼트(210)는 외부로부터 수신된 빛을 센싱 엘리먼트로 전달할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 엘리먼트(210)는 블록 레이어(220)의 하부에 배치되고, 개구부(229)로부터 제공된 빛을 통과시킬 수 있다. 렌즈 엘리먼트(210)는, 렌즈 엘리먼트(210)의 일면에 돌출된 부분(protrusion)을 가지고, 돌출된 부분이 센싱 엘리먼트와 마주하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 렌즈 엘리먼트(210)는 개구부(229)로부터 제공된 빛을, 해당 개구부(229)에 대응하는 센싱 엘리먼트로 전달할 수 있다. 다만, 상술한 구조는 단순한 예시로서, 이로 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 렌즈 엘리먼트(210)가 블록 레이어(220)의 하부에 배치되는 것으로 한정하는 것은 아니고, 렌즈 엘리먼트(210)는 블록 레이어(220)의 상부에 배치되거나, 상부 및 하부 둘 다에 배치될 수도 있다. 또한, 렌즈 엘리먼트(210)의 돌출된 부분이 센싱 엘리먼트를 마주하는 대신, 평평한 부분이 센싱 엘리먼트를 마주하도록 배치될 수도 있다. 렌즈 엘리먼트(210)는 일면에 돌출된 부분 대신 오목한 부분을 가질 수도 있다.The
일 실시예에 따른 블록 레이어(220)에 형성된 패턴(예를 들어, 홀 패턴)은, 블록 레이어(220)에서 임의의 개구부(229)를 통과한 빛을 해당 개구부(229)에 대응하는 센싱 엘리먼트로 전달하고, 해당 빛이 다른 센싱 엘리먼트로 향하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 상술한 홀 패턴을 가지는 블록 레이어(220)는 광학 크로스토크를 저감할 수 있다. 또한, 홀 패턴의 직경 및 블록 레이어(220)의 높이 등에 따라, 이미지 센서의 광시야각이 설계될 수 있다.A pattern (e.g., a hole pattern) formed on the
도 3은 일 실시예에 따른 블록 레이어 및 렌즈 엘리먼트의 단면을 도시하는 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a cross section of a block layer and a lens element according to an embodiment.
일 실시예에 따른 이미지 센서는, 개구부(329)가 형성된 블록 레이어(320) 및 블록 레이어(320)의 하부에 배치된 렌즈 엘리먼트(310)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 블록 레이어(320)는 흡수층(321) 및 투명층(322)이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 개별 흡수층(321)은 원형 조리개를 포함할 수 있고, 원형 조리개는 투명층(322)과 동일한 재질로 채워질(filled) 수 있다.The image sensor according to one embodiment may include a
흡수층(321)에서 조리개가 형성된 영역은 빛을 통과시킬 수 있고, 조리개가 형성되지 않은 나머지 영역은 빛을 흡수할 수 있다. 임의의 흡수층(321)의 조리개를 통과한 빛은 다음 투명층(322)을 통과할 수 있다. 다음 투명층(322)을 통과한 빛은 다음 흡수층의 조리개를 통과할 수 있다. 따라서 복수의 흡수층들 각각의 조리개는, 외부로부터 수신된 빛을 통과시키는, 원기둥 형태의 개구부(329)를 형성할 수 있다.In the
개구부(329)를 통과한 빛은 렌즈 엘리먼트(310)로 제공될 수 있다. 렌즈 엘리먼트(310)는 개구부(329)를 통과한 빛을 집광(concentrate)하여, 센싱 엘리먼트로 전달할 수 있다.Light passing through the
도 4는 일 실시예에 따른 이미지 센서가 가지는 시야각을 설명하는 도면이다. Figure 4 is a diagram explaining the viewing angle of an image sensor according to an embodiment.
블록 레이어(420)는, 미리 정한 시야각에 기초하여 결정된 높이(height)(H)를 가질 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서의 시야각은, 외부로부터 수신된 빛이 센싱 엘리먼트에 도달할 수 있는, 투명 기판(430)에 대한 최대 입사각 을 나타낼 수 있다. 투명 기판(430)으로 입사한 빛은 투명 기판(430) 및 투명층(422)의 굴절율에 따라 굴절될 수 있다. 예를 들어, 도 4에서 빛이 투명 기판(430)에 대해 의 각도로 입사한 상황을 가정할 수 있다. 블록 레이어(420)에서 흡수층(421)이 빛을 흡수하므로, 개구부에 의해 빛이 블록 레이어(420)를 통과가능한 최대 각도 가 결정될 수 있다. 예를 들어, 외부로부터 수신된 빛이 블록 레이어(420)를 통과가능한 최대 각도 는 블록 레이어(420)에 형성된 개구부의 직경 및 개구부의 높이에 따라 결정될 수 있다. 개구부의 높이는 블록 레이어(420)의 높이(H)에 대응할 수 있다.The
예를 들어, 이미지 센서에서, 블록 레이어(420)의 높이(H), , 및 의 관계는 하기 표 1과 같이 나타낼 수 있다.For example, in an image sensor, the height (H) of the
예를 들어, 표 1에 따르면, 블록 레이어(420)의 높이(H)가 110 μm일 때 이미지 센서의 시야각은 약 70°로 나타날 수 있다.다만, 블록 레이어(420)의 구성을 상술한 바로 한정하는 것은 아니다. 블록 레이어(420)는, 미리 정한 시야각에 기초하여 결정된 개수(number)의 흡수층(421)이 적층될 수 있다. 예를 들어, 미리 정한 시야각에 기초하여 블록 레이어(420)의 높이가 결정될 수 있고, 블록 레이어(420)의 높이 및 흡수층(421) 간의 간격에 따라 적층되는 흡수층(421)의 개수가 결정될 수 있다. 흡수층(421) 간의 간격은 투명층(422)의 두께에 대응할 수 있다.For example, according to Table 1, when the height (H) of the
도 5는 일 실시예에 따른 블록 레이어의 개구부에 의해 결정되는 시야각을 설명하는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a viewing angle determined by an opening of a block layer according to an embodiment.
흡수층(521)은, 렌즈 엘리먼트(510)에 대응하는 지점을 중심으로 하여 형성된 제1 직경(D1)의 조리개를 포함할 수 있다. 블록 레이어(520)는, 제1 직경(D1)과 다른 제2 직경(D2)의 조리개가 형성된 다른 흡수층(522)을 더 포함할 수 있다. 또 다른 흡수층(523)은 제2 직경(D2)과 다른 제3 직경(D3)의 조리개를 포함할 수 있다. 제1 직경(D1), 제2 직경(D2), 및 제3 직경(D3)은 점진적으로 증가하거나 감소하는 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 블록 레이어(520)는, 블록 레이어(520)의 일면으로부터 다른 일면까지 개구부(529) 의 직경이 점진적으로 달라지는 구조일 수 있다.The absorption layer 521 may include an aperture with a first diameter D1 formed around a point corresponding to the
도 4에서는 개구부(529)의 직경이 일정한 예시를 도시하였는데, 도 5는 개구부(529)의 직경이 증가하는 예시를 도시한다. 도 5에서는 렌즈 엘리먼트(510)에 가까운 흡수층으로부터 먼 흡수층까지, 각 흡수층에 형성되는 조리개의 직경이 점진적으로 증가할 수 있다. 개구부(529)의 직경이 점진적으로 증가하면 개구부(529)에 의해 빛이 블록 레이어(520)를 통과가능한 최대 각도 가 증가할 수 있다. 여기서, 개구부(529)의 직경이 증가하는 정도는, 투명 기판(530) 및 투명층의 굴절률 및 원하는 시야각 (이하, 미리 정한 시야각)에 기초하여 결정될 수 있다. 미리 정한 시야각 으로 투명 기판(530)에 입사한 빛이 굴절된 후 해당 빛이 블록 레이어(520)에 입사하는 각도에 따라 개구부(529)의 직경이 증가하는 정도가 결정될 수 있다. 개구부(529)의 직경이 증가하는 정도는 블록 레이어(520)를 통과가능한 최대 각도 에 대응할 수 있다. 따라서, 블록 레이어(520)에 포함된 복수의 흡수층들의 각각에 형성되는 원형 조리개는, 투명 기판(530) 및 투명층에 의해 결정된 굴절률 및 미리 정한 시야각 에 기초하여 결정된 직경을 가질 수 있다.Figure 4 shows an example in which the diameter of the
또한, 블록 레이어(520)는 센싱 엘리먼트(540)로부터 렌즈 엘리먼트(510)의 초점 길이 (focal length)만큼 이격될 수 있다. 예를 들어, 블록 레이어(520)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 렌즈 엘리먼트(510)를 기준으로 센싱 엘리먼트(540)의 반대편에 배치될 수 있다. 다만, 블록 레이어(520)의 배치를 이로 한정하는 것은 아니고, 블록 레이어(520)는 렌즈 엘리먼트(510)를 기준으로 센싱 엘리먼트(540)와 같은 편에 배치될 수도 있다.Additionally, the
예를 들어, 블록 레이어(520)는, 미리 정한 광량에 기초하여 결정된 개구부 직경을 가지고, 미리 정한 광량에 기초하여 결정된 초점 거리만큼 센싱 엘리먼트(540)로부터 이격될 수 있다.For example, the
도 5에서는 개구부(529)의 직경이 점진적으로 증가하는 예시를 도시하였는데, 아래 도 6에서는 반대 예시를 설명한다.Figure 5 shows an example in which the diameter of the
도 6은 다른 일 실시예에 따른 블록 레이어의 개구부에 의해 결정되는 시야각을 설명하는 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a viewing angle determined by an opening of a block layer according to another embodiment.
블록 레이어(620)는, 렌즈 엘리먼트(610)를 기준으로, 제1 직경(D1)의 조리개를 포함하는 제1 흡수층(621), 제2 직경(D2)의 조리개를 포함하는 제2 흡수층(622), 및 제3 직경의 조리개를 포함하는 제3 흡수층(623)을 포함할 수 있다. 제1 직경(D1), 제2 직경(D2), 및 제3 직경(D3)은 점진적으로 감소할 수 있다. 예를 들어, 블록 레이어(620)는, 블록 레이어(620)의 일면으로부터 다른 일면까지 개구부(629) 의 직경이 점진적으로 감소하는 구조일 수 있다. 개구부(629)의 직경이 점진적으로 감소하는 구조를 통해, 이미지 센서는 멀리 있는 물체를 보다 잘 관찰할 수 있다.The
도 7은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.Figure 7 is a flowchart explaining a method of manufacturing an image sensor according to an embodiment.
일 실시예에 따르면 이미지 센서는, 투명 기판부터, 블록 레이어, 렌즈 엘리먼트, 및 센싱 엘리먼트의 순서로 적층될 수 있다.According to one embodiment, the image sensor may be stacked in the order of a transparent substrate, a block layer, a lens element, and a sensing element.
우선, 단계(710)에서 투명 기판이 제공될 수 있다. 상술한 바와 같이 투명 기판은 유리 웨이퍼일 수 있으나, 이로 한정하는 것은 아니다.First, in step 710 a transparent substrate may be provided. As described above, the transparent substrate may be a glass wafer, but is not limited thereto.
그리고 단계(720)에서 흡수층 및 투명층을 포함하는 블록 레이어가 제공될 수 있다. 예를 들어, 블록 레이어는 투명 기판 상에 제공될 수 있다. 상술한 바와 같이 흡수층 및 투명층이 교대로 적층될 수 있고, 이러한 블록 레이어의 형성은 하기 도 8에서 설명한다.And in
이어서 단계(730)에서 블록 레이어에 개구부가 형성된 패턴에 따라 렌즈 엘리먼트가 제공될 수 있다. 예를 들어, 렌즈 엘리먼트는 블록 레이어 상에 제공될 수 있다. 아래 도 9에서는 렌즈 엘리먼트로서 마이크로 렌즈 어레이를 제공하는 방법을 설명한다.Subsequently, in
도 8은 일 실시예에 따른 블록 레이어의 제공 방법을 설명하는 도면이다.Figure 8 is a diagram explaining a method of providing a block layer according to an embodiment.
우선, 단계(821)에서 투명 기판 상에 흡수층이 제공될 수 있다. 예를 들어, 흡수층으로서 흑색 폴리머(예를 들어, Black SU-8)가 코팅될 수 있다.First, an absorbing layer may be provided on a transparent substrate in
그리고 단계(822)에서 마스크(mask)가 흡수층 상에 나열(align)될 수 있다. 마스크는 흡수층 상에 평면 어레이 패턴으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 원형 마스크가 격자 패턴을 따라 배치될 수 있다. 흡수층 상에 마스크가 나열된 상태에서, 자외선이 방출될 수 있다. 흡수층에서 마스크를 제외한 부분이 자외선에 노출될 수 있다. 흡수층은 네거티브 포토레지스트로 구성될 수 있다. 포토레지스트는 여러 프로세스들에서 사용되는 광감응성 소재를 나타낼 수 있고, 표면 상에 패터닝된 코팅을 형성할 수 있다.And in
이어서 단계(823)에서 자외선 노출에 의해 패터닝된 흡수층이 현상액(developer)에 의해 현상(development)될 수 있다. 현상액이라고 불리는 용제(solvent)가 표면에 도포(applied)될 수 있다. 네거티브 포토레지스트에서 자외선에 노출된 부분은 현상액에 대해 불용성(insoluble)이 될 수 있다. 네거티브 포토레지스트에서 비노출된 부분은 포토레지스트 현상액에 의해 용해될 수 있다. 따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 흡수층에서 마스크 형태에 대응하는 부분들이 용해되어 제거될 수 있다.Then, in
그리고 단계(824)에서 패턴이 형성된 흡수층 상에 투명층이 코팅될 수 있다. 투명층이 코팅된 상태에서, 블록 레이어는 자외선에 노출될 수 있다. 투명층도 네거티브 포토레지스트로 구성될 수 있고, 자외선에 노출된 부분은 현상액에 대해 불용성일 수 있다. 마스크 없이 자외선에 노출되었으므로, 코팅된 투명층 전체가 고정될 수 있다.And in
이어서 단계(825)에서 친수 처리(Hydrophile process)가 투명층에 대해 적용될 수 있다. 친수 처리를 통해, 투명층 및 흡수층 간의 결합력이 증가할 수 있다. 친수 처리는 예를 들어, 산소 플라즈마(oxygen plasma) 처리일 수 있다.A hydrophile process may then be applied to the transparent layer in
그리고 단계(826)에서는, 상술한 단계들(821 내지 825)의 반복에 의해, 복수의 레이어들(예를 들어, N개의 레이어)가 적층될 수 있다. 여기서, N은 2이상의 정수일 수 있다. 흡수층 및 투명층이 교대로 적층될 수 있다. 상술한 단계들(821 내지 825)이 반복되는 동안, 흡수층들의 각각에 형성되는 패턴 간에 얼라인이 유지될 수 있다. 따라서, 개별 흡수층에 형성된 조리개의 집합은 개구부에 대응할 수 있다.And in
도 9는 일 실시예에 따른 렌즈 엘리먼트의 제공 방법을 설명하는 도면이다.Figure 9 is a diagram explaining a method of providing a lens element according to an embodiment.
우선, 단계(931)에서, 블록 레이어 상에 열가소성 폴리머가 제공될 수 있다. 열가소성 폴리머는 렌즈를 제작하기 위한 투명한 재질로서, 열에 의해 변형 가능한 재질을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 열가소성 폴리머는 AZ9260를 나타낼 수 있다.First, in
그리고 단계(932)에서 흡수층에 형성된 평면 어레이 패턴에 대해 정렬된 패턴의 마스크가 열가소성 폴리머 상에 배치될 수 있다. 열가소성 폴리머 상에 마스크가 배치된 상태에서, 열가소성 폴리머는 자외선에 노출될 수 있다.Then, in
이어서 단계(933)에서 자외선 노출에 의해 패터닝된 열가소성 폴리머가 현상액에 의해 현상될 수 있다. 열가소성 폴리머는 포지티브 포토레지스트일 수 있고, 포지티브 포토레지스트에서 노출된 부분은 포토레지스트 현상액에 의해 용해될 수 있다. 포지티브 포토레지스트에서 비노출된 부분은 불용성일 수 있다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 코팅된 열가소성 폴리머 중 마스크 형태에 대응하는 부분들이 자외선 노출 후 유지될 수 있다. 마스크가 원형 마스크인 경우, 열가소성 폴리머는 평면 어레이 패턴을 따라 원기둥 형태로 유지될 수 있다.The thermoplastic polymer patterned by exposure to ultraviolet rays may then be developed with a developer in
그리고 단계(934)에서 열가소성 폴리머가 패터닝 된 구조물 위에 소수코팅(Hydrophobe coating)(901)(예를 들어, Fluorocarbon nanofilm coating)이 적용될 수 있다. 소수코팅(901)에 의해 열가소성 폴리머의 응집력이 증가할 수 있다.And in
이어서 단계(935)에서 열 리플로우 공정을 통해 마이크로 렌즈 형상이 제작될 수 있다. 상술한 단계(934)에서 적용된 소수코팅(901)에 의해 열가소성 폴리머의 응집력이 증가되었으므로, 하므로, 열가소성 폴리머는 구형 형태로 응집될 수 있다.Subsequently, in
다만, 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조를 상술한 도 7 내지 도 9로 한정하는 것은 아니고, 설계에 따라 변경될 수 있다. 또한, 도 7 내지 도 9에서 설명한 제조 공정의 각 단계의 순서를 상술한 바로 한정하는 것은 아니고, 일부 공정이 생략되거나, 추가될 수도 있다.However, the manufacturing of the image sensor according to one embodiment is not limited to the above-described FIGS. 7 to 9 and may change depending on the design. In addition, the order of each step of the manufacturing process described in FIGS. 7 to 9 is not limited to the above-mentioned, and some processes may be omitted or added.
도 10은 일 실시예에 따른 렌즈 엘리먼트가 블록 레이어의 일면에 집적된 구조가 전자주사현미경에 의해 촬영된 이미지를 도시한다. Figure 10 shows an image taken with a scanning electron microscope of a structure in which lens elements are integrated on one side of a block layer according to an embodiment.
도 10는 전자주사현미경(electronic scanning electron microscope)에 의해 촬영된 렌즈 엘리먼트를 도시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 렌즈 엘리먼트는 블록 레이어의 하부에 격자 패턴을 따라 구형으로 일정하게 형성될 수 있다.Figure 10 shows a lens element imaged by an electronic scanning electron microscope. As shown in FIG. 10, the lens element may be uniformly formed in a spherical shape along a grid pattern at the bottom of the block layer.
도 11은 일 실시예에 따른 렌즈 엘리먼트가 블록 레이어의 일면에 집적된 구조가 광학현미경에 의해 촬영된 이미지를 도시한다.Figure 11 shows an image taken with an optical microscope of a structure in which lens elements are integrated on one side of a block layer according to an embodiment.
도 11은 광학현미경(optical microscope)에 의해 촬영된 렌즈 엘리먼트를 도시한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 렌즈 엘리먼트의 초점이 균일하게 형성되어, 흰색 점으로 나타날 수 있다.Figure 11 shows a lens element imaged by an optical microscope. As shown in FIG. 11, the focus of the lens element is formed uniformly and may appear as a white dot.
도 12는 일 실시예에 따른 블록 레이어에 포함되는 흡수층의 개수에 따른 빛의 투과율을 도시한 도면이다. FIG. 12 is a diagram showing light transmittance according to the number of absorption layers included in a block layer according to an embodiment.
도 12는 블록 레이어에 포함되는 흡수층의 개수가 증가할 수록, 블록 레이어를 통과하는 빛의 투과도가 감소한 결과를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 4.5 μm의 흡수층이 코팅된 경우, 1개 레이어에서는 약 40~50%의 빛이 투과될 수 있다. 2개 레이어에서는 약 10%의 빛이 투과될 수 있다. 4개 레이어에서는 가시광 영역의 빛이 거의 투과되지 않을 수 있다.Figure 12 shows that as the number of absorption layers included in the block layer increases, the transmittance of light passing through the block layer decreases. For example, when a 4.5 μm absorbing layer is coated, about 40 to 50% of light can be transmitted through one layer. About 10% of light can be transmitted through two layers. In four layers, little light in the visible light region may be transmitted.
도 13은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 상면 및 측면이 공초점 레이저 주사 현미경(confocal laser scanning microscope)에 의해 촬영된 이미지를 도시한다. FIG. 13 shows images of the top and side surfaces of an image sensor according to an embodiment taken using a confocal laser scanning microscope.
도 13은 렌즈 어레이가 없는 구조(1310), 블록 레이어가 없는 구조(1320), 및 렌즈 어레이 및 블록 레이어를 가지는 구조(1330)에 대해 촬영된 이미지를 각각 도시한다.FIG. 13 shows images taken for a structure 1310 without a lens array, a structure 1320 without a block layer, and a structure 1330 with a lens array and a block layer, respectively.
공초점 레이저 주사 현미경을 통하여 촬영된 렌즈 어레이가 없는 구조(1310)에서는 빛의 경로가 포커싱이 되지 않는 모습을 나타낸다. 공초점 레이저 주사 현미경을 통하여 촬영된 블록 레이어가 없는 구조(1320)에서는 빛이 차단되지 않는 모습을 나타낸다.In the structure 1310 without a lens array photographed through a confocal laser scanning microscope, the light path is not focused. A structure without a block layer (1320) photographed through a confocal laser scanning microscope shows that light is not blocked.
일 실시예에 따른 이미지 센서는 렌즈 어레이 및 블록 레이어를 가지는 구조(1330)로서, 빛의 경로가 포커싱되면서도, 개구부를 제외한 나머지 부분에서 빛이 차단되는 모습을 나타낼 수 있다.The image sensor according to one embodiment has a structure 1330 having a lens array and a block layer, and can show the light path being focused while the light is blocked in the remaining portion except for the opening.
도 14는 일 실시예에 따른 이미지 센서의 세기 프로필(intensity profile)을 도시한 도면이다.FIG. 14 is a diagram illustrating an intensity profile of an image sensor according to an embodiment.
도 14는 도 13의 각 구조에 대한 세기 프로필(intensity profile)을 비교한 결과를 도시한다. 일 실시예에 따른 이미지 센서는 블록 레이어가 없는 구조에 비해 빛을 약 60% 정도 더 효과적으로 차단할 수 있다. 또한, 초점 면에서도, 일 실시예에 따른 이미지 센서는 균일한 광량을 나타낼 수 있다. 균일한 광량은 렌즈가 균일하게 제작된 것을 나타낼 수 있다.FIG. 14 shows the results of comparing intensity profiles for each structure in FIG. 13. The image sensor according to one embodiment can block light by about 60% more effectively than a structure without a block layer. Additionally, in terms of focus, the image sensor according to one embodiment can display a uniform amount of light. A uniform amount of light may indicate that the lens is manufactured uniformly.
도 15는 일 실시예에 따른 이미지 센서를 통해 촬영된 이미지를 도시한다.Figure 15 shows an image captured through an image sensor according to one embodiment.
이미지 센서가 상단의 원본 이미지를 촬영한 결과는, 하단 이미지와 같이 나타날 수 있다. 일 실시예에 따른 이미지 센서는 블록 레이어를 통해 크로스토크가 방지되면서도 선명한 복수의 분할 영상들을 획득할 수 있다.The result of the image sensor shooting the original image at the top may appear like the image at the bottom. An image sensor according to an embodiment can obtain a plurality of clear segmented images while preventing crosstalk through a block layer.
도 16은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 시야각이 측정된 결과를 도시한다.Figure 16 shows the results of measuring the viewing angle of an image sensor according to an embodiment.
일 실시예에 따른 이미지 센서가 대상 객체 이미지를 촬영하였을 때, 이미지 센서에 의해 촬영된 이미지에 객체가 가득 차게 관측되는 거리 및 대상 객체 이미지의 길이로부터 이미지 센서의 시야각이 측정될 수 있다. 도 16에 도시된 이미지 센서의 시야각은 약 70 °로 나타날 수 있다.When an image sensor according to an embodiment captures a target object image, the viewing angle of the image sensor may be measured from the distance at which the object is observed to be completely filled in the image captured by the image sensor and the length of the target object image. The viewing angle of the image sensor shown in FIG. 16 may be approximately 70°.
도 17 및 도 18은 일 실시예에 따른 블록 레이어가 MTF (modulation transfer function)에 미치는 영향을 설명하는 도면이다.Figures 17 and 18 are diagrams illustrating the effect of a block layer on a modulation transfer function (MTF) according to an embodiment.
도 17은 블록 레이어가 없는 구조(1710)에 대한 MTF 측정 이미지 및 블록 레이어를 가지는 구조(1720)에 대한 MTF 측정 이미지를 나타낼 수 있다. 블록 레이어가 없는 구조(1710)에 대한 MTF 측정 이미지는 샤프니스 퀄리티가 낮지만, 블록 레이어를 가지는 구조(1710)는 높은 샤프니스를 나타낼 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 블록 레이어를 가지는 구조의 이미지 센서에 대해 MTF가 측정가능할 수 있다.FIG. 17 may show an MTF measurement image for a structure 1710 without a block layer and an MTF measurement image for a structure 1720 with a block layer. The MTF measurement image for the structure 1710 without a block layer may have low sharpness quality, but the structure 1710 with a block layer may exhibit high sharpness. As shown in FIG. 18, MTF can be measured for an image sensor with a block layer structure.
일 실시예에 따른 이미지 센서는 모바일용 디지털 카메라 등 초박형 카메라 응용제품에 탑재될 수 있다. 또한, 이미지 센서는 내시경 카메라, 드론 등 초소형 광학영상장비에 적용될 수 있다.The image sensor according to one embodiment can be mounted on ultra-thin camera applications such as digital cameras for mobile devices. Additionally, image sensors can be applied to ultra-small optical imaging equipment such as endoscope cameras and drones.
일 실시예에 따른 이미지 센서는 광학 크로스토크를 방지하기 위한 흡수층이 렌즈 엘리먼트를 기준으로 센싱 엘리먼트의 반대편에 배치될 수 있고, 렌즈 엘리먼트와 센싱 엘리먼트 사이의 빈 공간은 스페이서에 의해 유지될 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 이미지 센서는 얇게 구현될 수 있다.In the image sensor according to one embodiment, an absorption layer to prevent optical crosstalk may be disposed on the opposite side of the sensing element with respect to the lens element, and an empty space between the lens element and the sensing element may be maintained by a spacer. Accordingly, the image sensor according to one embodiment can be implemented thinly.
일 실시예에 따른 이미지 센서는 흡수층과 투명층을 포함하는 블록 레이어를 통해, 광학 크로스토크를 저감하고, 제조 시에 시야각이 조절될 수 있다.The image sensor according to one embodiment reduces optical crosstalk through a block layer including an absorption layer and a transparent layer, and the viewing angle can be adjusted during manufacturing.
일 실시예에 따른 이미지 센서에서 블록 레이어의 아랫면에 렌즈 엘리먼트가 배치될 수 있다. 렌즈 엘리먼트의 상면에 블록 레이어가 배치되므로, 광학 크로스토크가 저감될 수 있다. 또한, 이미지 센서에서 블록 레이어의 윗면에 투명 기판이 배치될 수 있다. 블록 레이어의 윗면에 투명 기판이 배치되므로, 수신되는 빛이 굴절되어 시야각이 효과적으로 확대될 수 있다. 투명층의 두께, 흡수층이 적층되는 개수를 통해 이미지 센서의 시야각이 조절될 수 있다. 또한, 개별 흡수층에 형성되는 조리개의 넓이 또는 직경이 다른 흡수층과 다른 넓이 또는 직경을 가지도록 설계함으로써, 이미지 센서의 시야각이 결정될 수 있다.In the image sensor according to one embodiment, a lens element may be disposed on the lower surface of the block layer. Since the block layer is disposed on the upper surface of the lens element, optical crosstalk can be reduced. Additionally, a transparent substrate may be disposed on the upper surface of the block layer in the image sensor. Since a transparent substrate is placed on the top of the block layer, the received light is refracted and the viewing angle can be effectively expanded. The viewing angle of the image sensor can be adjusted through the thickness of the transparent layer and the number of absorption layers stacked. Additionally, the viewing angle of the image sensor can be determined by designing the area or diameter of the aperture formed in each absorption layer to have a different area or diameter from that of the other absorption layers.
일 실시예에 따른 이미지 센서는 반도체에 집적되어 초박형 카메라로 사용될 수 있다. 또한, 적층된 흡수층에 형성된 조리개의 넓이 및 렌즈 엘리먼트의 f 값(f number)의 설계를 통해, 이미지 센서에 의해 수신되는 광량이 조절될 수 있다.The image sensor according to one embodiment can be integrated into a semiconductor and used as an ultra-thin camera. Additionally, the amount of light received by the image sensor can be adjusted by designing the width of the aperture formed in the laminated absorption layer and the f number (f number) of the lens element.
일 실시예에 따른 이미지 센서를 제조하는 방법은 자외선 패터닝이 가능한 재료를 이용하여, 정밀한 이미지 센서를 제조할 수 있다. 또한, 이미지 센서를 제조하는 방법은 초박형의 렌즈를 제작할 수 있다. 흡수층에 형성되는 조리개의 직경을 개별 흡수층마다 다르게 하여, 빛이 들어오는 시야각이 조절될 수 있다. 스페이서의 높이 및 렌즈 엘리먼트의 곡률에 따른 초점거리도 설계에 따라 변경될 수 있다.The method of manufacturing an image sensor according to an embodiment can manufacture a precise image sensor using a material capable of ultraviolet patterning. Additionally, the method of manufacturing an image sensor can produce an ultra-thin lens. By varying the diameter of the aperture formed in the absorption layer for each individual absorption layer, the viewing angle at which light enters can be adjusted. The focal length depending on the height of the spacer and the curvature of the lens element can also be changed depending on the design.
일 실시예에 따른 이미지 센서는, 센서 어레이에 포함된 개별 센싱 엘리먼트로 빛을 제공하는 블록 레이어 및 렌즈 엘리먼트의 설계를 통해, 개별 센싱 엘리먼트에 대한 시야각이 조절될 수 있다. 이미지 센서는 복수의 센싱 엘리먼트들을 이용하여 복수의 분할 영상들을 획득할 수 있다. 이미지 센서는, 상술한 블록 레이어 등의 설계에 따른 시야각 조절에 따라, 조절된 중첩도를 가지는 분할 영상들을 획득할 수 있다. 이미지 센서는 고화질 초박형카메라용 MTF를 개선하거나, 3차원 카메라용 3D 깊이 정보를 추출할 수 있다.In an image sensor according to an embodiment, the viewing angle for individual sensing elements can be adjusted through the design of a block layer and lens element that provide light to individual sensing elements included in the sensor array. An image sensor may acquire a plurality of segmented images using a plurality of sensing elements. The image sensor can acquire segmented images with an adjusted degree of overlap according to the viewing angle adjustment according to the design of the block layer, etc. described above. Image sensors can improve the MTF for high-definition ultra-thin cameras or extract 3D depth information for 3D cameras.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The device described above may be implemented with hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, devices and components described in embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), It may be implemented using one or more general-purpose or special-purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. A processing device may perform an operating system (OS) and one or more software applications that run on the operating system. Additionally, a processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software. For ease of understanding, a single processing device may be described as being used; however, those skilled in the art will understand that a processing device includes multiple processing elements and/or multiple types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, a processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Additionally, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which may configure a processing unit to operate as desired, or may be processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be used on any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device to be interpreted by or to provide instructions or data to a processing device. , or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. Software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. Computer-readable media may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination. Program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Includes optical media (magneto-optical media) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.
100: 이미지 센서
110: 렌즈 엘리먼트
120: 블록 레이어
130: 투명 기판
140: 센싱 엘리먼트
150: 스페이서
190: 카메라 칩100: image sensor
110: lens element
120: block layer
130: transparent substrate
140: Sensing element
150: spacer
190: Camera chip
Claims (20)
흡수층 및 투명층을 포함하고, 외부로부터 수신된 빛을 상기 흡수층 및 상기 투명층에 형성된 개구부를 통해 통과시키는 블록 레이어(block layer); 및
상기 블록 레이어의 하부에 배치된 렌즈 엘리먼트(lens element)
를 포함하고,
상기 렌즈 엘리먼트는,
상기 블록 레이어를 통과한 빛을 수신하고 상기 빛을 센싱 엘리먼트(sensing element)로 전달하며,
상기 흡수층 및 상기 투명층은,
상기 블록층에서 교대로(alternatively) 배치되는,
이미지 센서.In the image sensor,
A block layer including an absorbing layer and a transparent layer, and allowing light received from the outside to pass through openings formed in the absorbing layer and the transparent layer; and
A lens element disposed below the block layer.
Including,
The lens element is,
Receives light passing through the block layer and transmits the light to a sensing element,
The absorbent layer and the transparent layer,
Alternately arranged in the block layer,
Image sensor.
상기 센싱 엘리먼트는,
상기 렌즈 엘리먼트와 이격되고, 상기 개구부 및 상기 렌즈 엘리먼트를 통과한 빛을 수신하는,
이미지 센서.According to paragraph 1,
The sensing element is,
Spaced apart from the lens element and receiving light passing through the opening and the lens element,
Image sensor.
상기 렌즈 엘리먼트는,
상기 빛을 굴절시켜서 상기 센싱 엘리먼트 상에 초점(focal point)을 형성하는,
이미지 센서.According to paragraph 1,
The lens element is,
Refracting the light to form a focal point on the sensing element,
Image sensor.
상기 블록 레이어는,
상기 센싱 엘리먼트로부터 상기 렌즈 엘리먼트의 초점 길이(focal length)만큼 이격되는,
이미지 센서.According to paragraph 1,
The block layer is,
Spaced apart from the sensing element by the focal length of the lens element,
Image sensor.
상기 이미지 센서는,
빛을 통과시키는 투명 기판(transparent substrate)
을 더 포함하는 이미지 센서.According to paragraph 1,
The image sensor is,
Transparent substrate that allows light to pass through
An image sensor further comprising:
상기 개구부는,
상기 블록 레이어에서 상기 렌즈 엘리먼트의 배치에 대해 정렬되도록 형성된,
이미지 센서.According to paragraph 1,
The opening is
formed to be aligned with respect to the placement of the lens element in the block layer,
Image sensor.
상기 이미지 센서는,
상기 블록 레이어 및 센싱 엘리먼트 간의 간격을 유지하는 스페이서(spacer)
를 더 포함하는 이미지 센서.According to paragraph 1,
The image sensor is,
A spacer that maintains the gap between the block layer and the sensing element.
An image sensor further comprising:
상기 흡수층은,
상기 렌즈 엘리먼트의 배치에 따라, 상기 흡수층에서 상기 렌즈 엘리먼트에 대응하는 지점을 중심으로 하는 원형 영역으로 형성된 조리개
를 포함하는 이미지 센서.According to paragraph 1,
The absorption layer is,
Depending on the arrangement of the lens elements, an aperture is formed as a circular area centered on a point corresponding to the lens element in the absorption layer.
An image sensor including.
상기 흡수층은,
상기 렌즈 엘리먼트에 대응하는 지점을 중심으로 하여 형성된 제1 직경의 조리개를 포함하고,
상기 블록 레이어는,
상기 제1 직경과 다른 제2 직경의 조리개가 형성된 다른 흡수층을 더 포함하는,
이미지 센서.According to paragraph 1,
The absorption layer is,
It includes an aperture of a first diameter formed around a point corresponding to the lens element,
The block layer is,
Further comprising another absorption layer formed with an aperture having a second diameter different from the first diameter,
Image sensor.
상기 블록 레이어는,
상기 블록 레이어의 일면으로부터 다른 일면까지 상기 개구부의 직경이 점진적으로 달라지는,
이미지 센서.According to paragraph 1,
The block layer is,
The diameter of the opening gradually changes from one side of the block layer to the other side,
Image sensor.
상기 투명층은,
미리 정한 파장 대역의 빛을 투과시키는,
이미지 센서.According to paragraph 1,
The transparent layer is,
Transmitting light in a predetermined wavelength band,
Image sensor.
상기 블록 레이어는,
미리 정한 시야각에 기초하여 결정된 높이(height)를 가지는,
이미지 센서.According to paragraph 1,
The block layer is,
Having a height determined based on a predetermined viewing angle,
Image sensor.
상기 블록 레이어는,
미리 정한 시야각에 기초하여 결정된 개수(number)의 흡수층이 적층된,
이미지 센서.According to paragraph 1,
The block layer is,
A determined number of absorbing layers are laminated based on a predetermined viewing angle,
Image sensor.
상기 블록 레이어는,
미리 정한 광량에 기초하여 결정된 개구부 직경을 가지고, 상기 미리 정한 광량에 기초하여 결정된 초점 거리만큼 센싱 엘리먼트로부터 이격되는,
이미지 센서.According to paragraph 1,
The block layer is,
Having an opening diameter determined based on a predetermined amount of light, and spaced apart from the sensing element by a focal distance determined based on the predetermined amount of light,
Image sensor.
상기 투명층은,
빛을 통과시키는 투명 폴리머를 포함하는,
이미지 센서.According to paragraph 1,
The transparent layer is,
Containing a transparent polymer that allows light to pass through,
Image sensor.
상기 흡수층은,
빛을 흡수하는 블랙 매트릭스 물질(black matrix material)을 포함하는,
이미지 센서.According to paragraph 1,
The absorption layer is,
Containing a black matrix material that absorbs light,
Image sensor.
상기 블록 레이어에 포함된 복수의 흡수층들의 각각에 형성되는 원형 조리개는, 투명 기판 및 상기 투명층에 의해 결정된 굴절률 및 미리 정한 시야각에 기초하여 결정된 직경을 가지는,
이미지 센서.According to paragraph 1,
A circular aperture formed in each of the plurality of absorption layers included in the block layer has a diameter determined based on a refractive index determined by the transparent substrate and the transparent layer and a predetermined viewing angle,
Image sensor.
상기 렌즈 엘리먼트 및 센싱 엘리먼트는,
평면 어레이 패턴으로 배치되고,
상기 흡수층은,
상기 평면 어레이 패턴에 대해 정렬되어 형성된 조리개
를 포함하는 이미지 센서.According to paragraph 1,
The lens element and sensing element are:
Arranged in a flat array pattern,
The absorption layer is,
Aperture formed by alignment with the planar array pattern
An image sensor including.
투명 기판(transparent substrate)을 제공하는 단계;
흡수층 및 투명층을 포함하는 블록 레이어를 제공하는 단계;
상기 블록 레이어에 개구부가 형성된 패턴(pattern)에 따라 렌즈 엘리먼트(lens element)를 제공하는 단계
를 포함하고,
상기 렌즈 엘리먼트는,
상기 블록 레이어의 하부에 배치되고,
상기 블록 레이어를 통과한 빛을 수신하며,
상기 빛을 센싱 엘리먼트로 전달하고,
상기 흡수층 및 상기 투명층은,
상기 블록층에서 교대로 배치되는,
이미지 센서의 제조 방법.In a method of manufacturing an image sensor,
providing a transparent substrate;
providing a block layer comprising an absorbent layer and a transparent layer;
Providing a lens element according to a pattern in which an opening is formed in the block layer
Including,
The lens element is,
is placed at the bottom of the block layer,
Receives light passing through the block layer,
Transmitting the light to the sensing element,
The absorbent layer and the transparent layer,
Arranged alternately in the block layers,
Manufacturing method of image sensor.
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Comment text: Final Notice of Reason for Refusal Patent event date: 20230329 Patent event code: PE09021S02D |
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