KR100529672B1 - 이미지 센서의 백 그라인딩 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이미지 센서에 구비된 마이크로 렌즈의 프로파일(profile) 변형을 방지할 수 있는 백 그라인딩 방법에 관한 것으로, 본 발명의 백 그라인딩 방법은,

마이크로 렌즈 위에 포토 레지스트를 일정 두께로 도포한 후 이를 고형화하여 프로파일 변형 방지막을 형성하는 단계와; 상기 프로파일 변형 방지막 위에 백 그라인딩용 접착 수단을 제공하는 단계와; 상기 이미지 센서의 반도체 기판 후면을 연마하여 원하는 두께만큼 제거하는 단계;를 포함한다.

Description

이미지 센서의 백 그라인딩 방법{BACK GRINDING METHOD OF IMAGE SENSOR}

본 발명은 마이크로 렌즈를 구비하는 이미지 센서(image sensor)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로 렌즈의 프로파일(profile) 변형을 방지할 수 있는 백 그라인딩 방법에 관한 것이다.

일반적으로 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 씨씨디(CCD: Charged Coupled Device) 이미지 센서와 씨모스(CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서가 있다.

상기한 이미지 센서를 제조함에 있어서, 이미지 센서의 광감도(photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는 바, 그 중 하나가 집광 기술이다.

예컨대, 씨모스 이미지 센서는 빛을 감지하는 광 감지 부분과, 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화 하는 로직 회로 부분으로 구성되어 있다. 여기에서, 상기한 광 감지 부분에는 통상 포토다이오드가 사용된다.

이러한 구성의 씨모스 이미지 센서를 제조함에 있어서, 광감도를 증가시키기 위해 전체 이미지 센서 면적에서 광 감지 부분의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 "Fill Factor"라 한다)을 증가시켜야 한다.

그러나, 상기한 로직 회로 부분을 제외한 부분에만 광 감지 부분을 형성할 수 있으므로, 광 감지 부분의 면적을 증가시키는 데에는 한계가 있다.

따라서, 광 감지 부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광 감지 부분으로 모아주는 집광 기술이 많이 연구되고 있는바, 그 중 하나가 광 투과율이 양호한 물질을 사용하여 이미지 센서의 칼라 필터 상부에 마이크로 렌즈를 형성하는 기술이다. 여기에서, 상기한 마이크로 렌즈는 입사광의 경로를 굴절시켜 광 감지 부분에 보다 많은 양의 빛을 전달하는 작용을 한다.

최근에는 이미지 센서의 사용 범위가 디지털 카메라나 모바일 휴대폰까지 넓어짐에 따라, 이미지 센서의 크기를 축소하여 전체적인 패키지 크기를 줄이고자 하는 노력이 실시되고 있다.

그러나, 이미지 센서를 구성하는 웨이퍼의 두께는 대략 800㎛ 정도이기 때문에, 이미지 센서의 크기를 축소하기 위해서는 웨이퍼의 두께를 줄여야 한다.

이를 위해, 이미지 센서를 패키징(packing)하기 전에 웨이퍼의 후면을 연마하는 백 그라인딩 공정을 실시하게 된다.

상기한 백 그라인딩 공정을 실시하기 위해, 종래에는 도 1a에 도시한 바와 같이 이미지 센서(100)의 마이크로 렌즈(102) 표면에 백 그라인딩용 접착 테이프(104)를 접착한 후 백 그라인딩을 실시하였다.

상기 도 1a에서, 미설명 도면부호 106은 도시하지 않은 포토 다이오드 등의 광 감지 수단을 갖는 반도체 기판을 나타내고, 도면부호 108,110,112,114,116은 반도체 기판에 순차적으로 적층되는 산화막, 질화막, 평탄화층. 칼라필터 어레이와, 오씨엠(OCM: Over Coating Material)층을 각각 나타낸다. 여기에서, 산화막(108) 및 질화막(110)은 외부의 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하는 작용을 하고, 오씨엠층(116)은 칼라필터 어레이(114)의 단차 극복, 마이크로 렌즈(102)의 균일한 제조 및 포커스 길이를 조절하기 위한 것으로, 레지스트, 산화막 또는 질화막 계열의 절연막으로 이루어진다.

그러나, 상기한 방법에 의하면, 도 1b에 도시한 바와 같이 그라인더의 압력에 의해 마이크로 렌즈(102)의 프로파일이 변형되어 렌즈 성능이 저하되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 다른 예로 도 2에 도시한 바와 같이 반도체 기판(106)의 표면에 스페이서(118)를 설치하고, 그 위에 유리판(120)을 접착시킨 후 백 그라인딩을 실시하는 방법이 개발되었다. 상기 도 2에서 미설명 도면부호들은 전술한 도 1a 및 1b와 동일한 것이므로, 여기에서는 별도의 설명을 생략한다.

그러나, 이 방법은 스페이서(118) 및 유리판(120) 사용으로 인한 공정 추가의 문제점이 있으며, 또한 칩 로스(chip loss)가 불가피하게 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 이미지 센서의 백 그라인딩을 실시함에 있어서 마이크로 렌즈의 프로파일 변형 및 칩 로스를 방지할 수 있는 이미지 센서의 백 그라인딩 방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적은,반도체 기판과 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서의 상기 반도체 기판 후면을 연마하는 이미지 센서의 백 그라인딩 방법으로서,마이크로 렌즈 위에 포토 레지스트를 일정 두께로 도포한 후 이를 고형화하여 프로파일 변형 방지막을 형성하는 단계와;상기 프로파일 변형 방지막 위에 백 그라인딩용 접착 수단을 제공하는 단계와;상기 이미지 센서의 반도체 기판 후면을 연마하여 원하는 두께만큼 제거하는 단계;

를 포함하는 백 그라인딩 방법에 의해 달성할 수 있다.

삭제

삭제

삭제

삭제

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 백 그라인딩 작업시의 압력에 의한 렌즈 프로파일 변형을 효과적으로 방지하기 위해 상기 프로파일 변형 방지막은 마이크로 렌즈 두께의 2배 이상, 특히 2∼3배 정도의 두께로 형성하는 것이 적당하다.

그리고, 백 그라인딩을 완료한 후에는 접착 수단을 제거한 후 프로파일 변형 방지막을 제거하고, 이후 패키징 공정을 실시한다.

삭제

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a 내지 3f는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 백 그라인딩 방법을 나타내는 공정도를 도시한 것이다.

도 3a에 도시한 바와 같이, 이미지 센서는 반도체 기판(10)을 포함한다.

반도체 기판(10)의 소자 영역에는 포토 다이오드 등의 광 감지부들(미도시함)이 제공되어 있고, 광 감지부들이 형성된 구조 상부에는 산화막(12) 및 질화막(14)이 순차적으로 제공되어 있으며, 질화막(14)의 상부에는 접착성 향상을 위한 평탄화층(16)이 제공되어 있다. 여기에서, 상기 평탄화층(16)은 경우에 따라 삭제 가능하며, 산화막(12)과 질화막(14)은 외부의 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하는 작용을 한다.

그리고, 평탄화층(16)의 상부에는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 칼라 필터들로 이루어진 칼라필터 어레이(18)가 제공되어 있고, 칼라필터 어레이(18)의 상부에는 오씨엠층(20)이 제공되어 있다. 여기에서, 상기 오씨엠층(20)은 칼라필터 어레이(18)의 단차 극복, 마이크로 렌즈(22)의 균일한 제조 및 포커스 길이를 조절하기 위한 것으로, 레지스트, 산화막 또는 질화막 계열의 절연막으로 이루어진다.

그리고, 상기 오씨엠층(20)의 상부에는 외부의 빛을 각 칼라 필터(R,G,B)에 집광하는 마이크로 렌즈(22)가 제공되어 있다.

이러한 구성의 이미지 센서에 있어서, 센서 크기를 축소하기 위해 백 그라인딩 공정을 실시할 때, 마이크로 렌즈(22)의 프로파일 변형 및 칩 로스를 방지하는 것이 중요하다.

따라서, 본 발명에서는 신규한 구성의 백 그라인딩 방법을 제공한다.

이를 상술하면, 먼저 도 3b에 도시한 바와 같이 마이크로 렌즈(22)의 상부에 일정 두께(T1)의 프로파일 변형 방지막(24)을 형성한다. 이때, 상기 프로파일 변형 방지막(24)은 통상의 포토 레지스트를 일정 두께, 예를 들면 마이크로 렌즈 두께(T2)의 2배 이상(바람직하게는 2∼3배 정도)의 두께로 도포한 후, 열처리 등의 후처리 공정을 통해 형성할 수 있다.

여기에서, 상기 프로파일 변형 방지막(24)의 두께(T1)에 대해 특별히 한정하는 이유는, 상기 방지막(24)의 두께(T1)를 마이크로 렌즈 두께(T2)의 2배 이상으로 형성하는 경우 백 그라인딩 작업시의 연마 압력으로 인한 마이크로 렌즈(22)의 프로파일 변형을 효과적으로 방지할 수 있기 때문이다. 이때, 상기 프로파일 변형 방지막(24)의 두께(T1)는 도시한 바와 같이 렌즈(22)의 최상측 지점으로부터의 두께를 나타낸다.

이어서, 도 3c에 도시한 바와 같이 상기 프로파일 변형 방지막(24)의 표면에 백 그라인딩용 접착 테이프(26)를 접착시킨 후, 백 그라인딩 장비를 사용하여 반도체 기판(10)의 후면을 백 그라인딩 한다. 도 3d에는 백 그라인딩이 완료된 이미지 센서가 도시되어 있다.

그리고, 백 그라인딩을 완료한 후에는 도 3e에 도시한 바와 같이 백 그라인딩용 접착 테이프(26)를 제거하고, 이후 도 3f에 도시한 바와 같이 케미컬(chemical)을 이용하여 프로파일 변형 방지막(24)을 제거한다.

이러한 방법에 따르면, 마이크로 렌즈(22)의 프로파일이 초기대로 유지되면서 백 그라인딩된 이미지 센서를 얻을 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 유리판을 사용하는 종래의 백 그라인딩 방법에 비해 공정 단순화 및 비용 절감이 가능하면서도 렌즈의 프로파일 변형을 효과적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 광 감지 수단 및 이미지 센서의 종류, 프로파일 변형 방지막의 재질, 및 상기 프로파일 변형 방지막을 제거하는데 사용하는 케미컬의 종류 등에 관계없이 범용적으로 사용할 수 이점이 있다.

도 1a 및 1b는 종래 기술에 따른 이미지 센서의 백 그라인딩 방법을 나타내는 공정도 및 도 1a의 문제점을 나타내는 개략도이고,

도 2는 종래 기술의 다른 예에 따른 이미지 센서의 백 그라인딩 방법을 나타내는 공정도이며,

도 3a 내지 3f는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 백 그라인딩 방법을 나타내는 공정도이다.

Claims (4)

1. 반도체 기판과 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서의 상기 반도체 기판 후면을 연마하는 이미지 센서의 백 그라인딩 방법으로서,

   마이크로 렌즈 위에 포토 레지스트 또는 다른 성질의 재료를 일정 두께로 도포한 후 이를 고형화하여 프로파일 변형 방지막을 형성하는 단계와;

   상기 프로파일 변형 방지막 위에 백 그라인딩용 접착 수단을 제공하는 단계와;

   상기 이미지 센서의 반도체 기판 후면을 연마하여 원하는 두께만큼 제거하는 단계;

   를 포함하는 이미지 센서의 백 그라인딩 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 프로파일 변형 방지막은 마이크로 렌즈 두께의 2배 이상, 특히 2∼3배 정도의 두께로 형성하는 이미지 센서의 백 그라인딩 방법.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 백 그라인딩을 완료한 후에는 상기 접착 수단과 상기 프로파일 변형 방지막을 제거하는 단계를 더욱 포함하는 이미지 센서의 백 그라인딩 방법.