JP7503367B2 - Image sensor and method for manufacturing the same - Google Patents

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Description

以下、イメージセンサ及びその製造方法に関する技術が提供される。 The following provides technology related to image sensors and their manufacturing methods.

イメージセンサは、被写体の映像を撮像するための装置として、被写体の映像情報を含む光信号を電気的な信号に変換し得る。イメージセンサは様々な電子機器に含まれ、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサとＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサが幅広く用いられている。 As a device for capturing an image of a subject, an image sensor can convert an optical signal containing image information of the subject into an electrical signal. Image sensors are included in a variety of electronic devices, and for example, CCD (Charge Coupled Device) image sensors and CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensors are widely used.

ＣＭＯＳイメージセンサは、光電変換素子と複数のトランジスタを含む複数のピクセルを含む。光電変換素子によって光電変換された信号は、複数のトランジスタにより処理されて出力され、ピクセルで出力されたピクセル信号に基づいてイメージデータを生成する。各ピクセルは、特定の色又は特定の波長範囲の光を光電変換し、それによる信号を出力し得る。 A CMOS image sensor includes a number of pixels, each of which includes a photoelectric conversion element and a number of transistors. A signal photoelectrically converted by the photoelectric conversion element is processed and output by the multiple transistors, and image data is generated based on the pixel signal output by the pixel. Each pixel can photoelectrically convert light of a specific color or in a specific wavelength range, and output a signal based on the converted light.

一実施形態に係るイメージセンサの目的は、光学クロストークを防止し、製造時に視野角を調整することにある。 The purpose of the image sensor of one embodiment is to prevent optical crosstalk and adjust the viewing angle during manufacturing.

一実施形態に係るイメージセンサは、吸収層及び透明層を含み、外部から受信された光を前記吸収層及び前記透明層に形成された開口部を介して通過させるブロックレイヤと、前記光を検出エレメントに伝達するレンズエレメントとを含む。 The image sensor according to one embodiment includes an absorbing layer and a transparent layer, a blocking layer that transmits light received from the outside through openings formed in the absorbing layer and the transparent layer, and a lens element that transmits the light to a detection element.

前記検出エレメントは、前記レンズエレメントから離隔され、前記開口部及び前記レンズエレメントを通過した光を受信し得る。 The detection element may be spaced apart from the lens element and receive light that has passed through the opening and the lens element.

前記レンズエレメントは、前記光を屈折させて前記検出エレメント上に焦点を形成し得る。 The lens element can refract the light to form a focal point on the detection element.

前記ブロックレイヤは、前記検出エレメントから前記レンズエレメントの焦点距離だけ離隔され得る。 The block layer may be spaced from the detector element by the focal length of the lens element.

前記イメージセンサは、光を通過させる透明基板をさらに含み得る。 The image sensor may further include a transparent substrate that allows light to pass through.

前記開口部は、前記ブロックレイヤで前記レンズエレメントの配置に対して整列されるように形成され得る。 The openings may be formed in the block layer to be aligned with respect to the placement of the lens elements.

前記イメージセンサは、前記ブロックレイヤと検出エレメントとの間の間隔を保持するスペーサをさらに含み得る。 The image sensor may further include a spacer that maintains a distance between the block layer and the detection element.

前記ブロックレイヤで前記吸収層及び前記透明層が交番に配置され得る。 The absorbing layers and the transparent layers may be arranged alternately in the block layer.

前記吸収層は、前記レンズエレメントに対応する地点を中心にする円形領域に形成された絞りを含み得る。 The absorbing layer may include an aperture formed in a circular area centered on a point corresponding to the lens element.

前記吸収層は、前記レンズエレメントに対応する地点を中心にして形成された第１直径の絞りを含み、前記ブロックレイヤは、前記第１直径と異なる第２直径の絞りが形成された異なる吸収層をさらに含み得る。 The absorbing layer may include an aperture of a first diameter formed around a point corresponding to the lens element, and the block layer may further include a different absorbing layer having an aperture of a second diameter different from the first diameter.

前記ブロックレイヤは、前記ブロックレイヤの一面から他の一面まで前記開口部の直径が次第に変わり得る。 The block layer may have a gradually changing diameter of the opening from one side of the block layer to the other.

前記透明層は、予め定められた波長帯域の光を透過させ得る。 The transparent layer can transmit light of a predetermined wavelength band.

前記ブロックレイヤは、予め定められた視野角に基づいて決定された高さを有し得る。 The block layer may have a height determined based on a predetermined viewing angle.

前記ブロックレイヤは、予め定められた視野角（ＦＯＶ：ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）に基づいて決定された個数の吸収層が積層され得る。 The block layer may be stacked with a number of absorbing layers determined based on a predetermined field of view (FOV).

前記開口部の直径は予め定められた光量に基づき、前記ブロックレイヤは、前記予め定められた光量に基づいて決定された焦点距離だけ検出エレメントから離隔され得る。 The diameter of the aperture may be based on a predetermined amount of light, and the block layer may be spaced from the detection element by a focal distance determined based on the predetermined amount of light.

前記透明層は、光を通過させる透明ポリマーを含み得る。 The transparent layer may include a transparent polymer that allows light to pass through.

前記吸収層は、光を吸収するブラックマトリックス物質を含み得る。 The absorption layer may include a black matrix material that absorbs light.

前記ブロックレイヤは複数の吸収層を含み、前記複数の吸収層のそれぞれに形成される円形絞りは、前記ブロックレイヤ上に配置された透明基板及び前記透明層の屈折率と予め定められた視野角とに基づいて決定された直径を有し得る。 The block layer may include a plurality of absorbing layers, and the circular aperture formed in each of the plurality of absorbing layers may have a diameter determined based on the refractive index of the transparent substrate and the transparent layers disposed on the block layer and a predetermined viewing angle.

前記レンズエレメント及び検出エレメントは、平面アレイパターンに配置され、 The lens elements and detector elements are arranged in a planar array pattern,

前記吸収層は、前記平面アレイパターンに対して整列して形成された絞りを含み得る。 The absorber layer may include apertures formed in alignment with the planar array pattern.

前記透明基板は、前記ブロックレイヤの第１側に配置され、前記レンズエレメントは、前記第１側の反対側である前記ブロックレイヤの第２側に配置され得る。 The transparent substrate may be disposed on a first side of the block layer, and the lens element may be disposed on a second side of the block layer opposite the first side.

一実施形態に係るイメージセンサの製造方法は、透明基板を提供するステップと、吸収層及び透明層を含むブロックレイヤを提供するステップと、前記ブロックレイヤに開口部が形成されたパターンに応じてレンズエレメントを提供するステップとを含む。 A method for manufacturing an image sensor according to one embodiment includes the steps of providing a transparent substrate, providing a block layer including an absorbent layer and a transparent layer, and providing lens elements according to a pattern in which openings are formed in the block layer.

他の一実施形態に係るイメージセンサ製造方法は、透明基板上に透明層及び吸収層を含むブロックレイヤを配置するステップと、前記ブロックレイヤに形成された開口部のパターンに対応するレンズエレメントを提供するステップとを含む。 An image sensor manufacturing method according to another embodiment includes the steps of disposing a block layer including a transparent layer and an absorbing layer on a transparent substrate, and providing lens elements corresponding to a pattern of openings formed in the block layer.

前記ブロックレイヤを配置するステップは、不透明ポリマーで前記透明基板をコーティングするステップと、前記不透明ポリマーの複数の部分上に前記パターンからなるマスクを配置するステップと、前記マスクのパターンに応じて露出された前記不透明ポリマーに紫外線を照射するステップと、前記マスクでカバーされた前記不透明ポリマーの前記複数の部分を除去するステップと、残りの不透明ポリマー間及び前記残りの不透明ポリマー上にネガ型フォトレジストを含む透明層をコーティングするステップと、前記透明層を紫外線に露出させるステップとを含み得る。 The step of disposing the block layer may include the steps of coating the transparent substrate with an opaque polymer, disposing a mask of the pattern on a plurality of portions of the opaque polymer, irradiating the exposed opaque polymer with ultraviolet light according to the pattern of the mask, removing the portions of the opaque polymer covered by the mask, coating a transparent layer including a negative photoresist between and on the remaining opaque polymer, and exposing the transparent layer to ultraviolet light.

親水処理を行うことによって前記残りの不透明ポリマーと前記透明層との間の結合を強めるステップをさらに含み得る。 The method may further include a step of strengthening the bond between the remaining opaque polymer and the transparent layer by performing a hydrophilic treatment.

前記マスクは、格子パターンからなる円形マスクを含み得る。 The mask may include a circular mask having a grid pattern.

前記吸収層は、ネガ型フォトレジストを含み得る。 The absorber layer may include a negative photoresist.

前記レンズエレメントを提供するステップは、前記ブロックレイヤ上にポジ型フォトレジストを含む熱可塑性ポリマーレイヤをコーティングするステップと、前記熱可塑性ポリマーレイヤの複数の部分上に前記パターンからなるマスクを配置するステップと、前記マスクの前記パターンに応じて前記熱可塑性ポリマーレイヤを紫外線に露出させるステップと、紫外線に露出された前記熱可塑性ポリマーレイヤを現像液によって溶解させて、前記熱可塑性ポリマーレイヤをパターニングするステップと、前記パターニングされた熱可塑性ポリマーレイヤに疎水性コーティングを適用するステップと、前記疎水性コーティングされた熱可塑性ポリマーレイヤを加熱して球形レンズを形成するステップとを含み得る。 The step of providing the lens element may include the steps of: coating a thermoplastic polymer layer including a positive photoresist on the block layer; placing a mask of the pattern on a plurality of portions of the thermoplastic polymer layer; exposing the thermoplastic polymer layer to ultraviolet light according to the pattern of the mask; dissolving the thermoplastic polymer layer exposed to ultraviolet light with a developer to pattern the thermoplastic polymer layer; applying a hydrophobic coating to the patterned thermoplastic polymer layer; and heating the hydrophobically coated thermoplastic polymer layer to form a spherical lens.

前記熱可塑性ポリマーレイヤは、熱によって変形可能な透明素材を含み得る。 The thermoplastic polymer layer may include a transparent material that is thermally deformable.

一実施形態に係るイメージセンサは、交番に共にスタックされる吸収層及び透明層を含むブロックレイヤと、レンズエレメントに光を伝達するため前記透明層及び前記吸収層に形成される開口部と、前記レンズエレメントから離隔され、前記レンズエレメントから光を受信するように構成される検出エレメントとを含む。 In one embodiment, the image sensor includes a block layer including an absorbing layer and a transparent layer stacked together in an alternating manner, an opening formed in the transparent layer and the absorbing layer for transmitting light to a lens element, and a detection element spaced apart from the lens element and configured to receive light from the lens element.

前記開口部の直径は、前記ブロックレイヤの両面間で次第に変化し得る。 The diameter of the opening may vary gradually between the two sides of the block layer.

前記開口部は、前記吸収層のそれぞれで円形絞りを含み、前記円形絞りの直径は、視野角と前記ブロックレイヤ上に配置された透明基板及び前記透明層の屈折率とに基づく。 The aperture includes a circular aperture in each of the absorbing layers, the diameter of the circular aperture being based on the viewing angle and the refractive index of the transparent substrate and the transparent layer disposed on the blocking layer.

前記検出エレメント及び前記ブロックレイヤの外郭境界に位置するスペーサをさらに含み、前記スペーサは、前記ブロックレイヤ及び前記検出エレメントの間に前記レンズエレメントの焦点距離と実質的に同じ間隔を保持するように構成され得る。 The system may further include a spacer located at an outer boundary of the detection element and the block layer, the spacer being configured to maintain a distance between the block layer and the detection element substantially equal to the focal length of the lens element.

一実施形態に係るイメージセンサは、吸収層と透明層を含むブロックレイヤを介して光学クロストークを低減し、製造の際に視野角を調整することができ、より薄く具現することができる。 The image sensor according to one embodiment reduces optical crosstalk through a block layer including an absorbing layer and a transparent layer, can adjust the viewing angle during manufacturing, and can be implemented thinner.

一実施形態に係るイメージセンサの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an image sensor according to an embodiment. 一実施形態に係るブロックレイヤ及びレンズエレメントを示す図である。FIG. 2 illustrates a block layer and lens elements according to one embodiment. 一実施形態に係るブロックレイヤ及びレンズエレメントの断面を示す図である。FIG. 2 illustrates a cross-section of a block layer and a lens element according to one embodiment. 一実施形態に係るイメージセンサが有する視野角を説明する図である。1 is a diagram illustrating a viewing angle of an image sensor according to an embodiment. FIG. 一実施形態に係るブロックレイヤの開口部によって決定される視野角を説明する図である。1A and 1B are diagrams illustrating a viewing angle determined by an opening in a block layer according to an embodiment. 他の一実施形態に係るブロックレイヤの開口部によって決定される視野角を説明する図である。13A and 13B are diagrams illustrating a viewing angle determined by an opening in a block layer according to another embodiment. 一実施形態に係るイメージセンサの製造方法を説明するフローチャートである。1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing an image sensor according to an embodiment. 一実施形態に係るブロックレイヤの提供方法を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a method for providing a block layer according to an embodiment. 一実施形態に係るレンズエレメントの提供方法を説明する図である。1A-1C are diagrams illustrating a method of providing a lens element according to an embodiment. 一実施形態に係るレンズエレメントがブロックレイヤの一面に集積された構造が走査電子顕微鏡によって撮影されたイメージを示す。1 shows an image taken by a scanning electron microscope of a structure in which lens elements according to an embodiment are integrated on one side of a block layer. 一実施形態に係るレンズエレメントがブロックレイヤの一面に集積された構造が光学顕微鏡によって撮影されたイメージを示す。1 shows an image taken by an optical microscope of a structure in which lens elements according to an embodiment are integrated on one side of a block layer. 一実施形態に係るブロックレイヤに含まれる吸収層の数による光の透過率を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing light transmittance depending on the number of absorption layers included in a block layer according to an embodiment. 一実施形態に係るイメージセンサの上面及びの側面が共焦点レーザー走査顕微鏡（ｃｏｎｆｏｃａｌ ｌａｓｅｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって撮影されたイメージを示す。1 shows images of the top and side of an image sensor according to an embodiment taken by a confocal laser scanning microscope. 一実施形態に係るイメージセンサの強度プロフィール（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｐｒｏｆｉｌｅ）を示す図である。FIG. 2 illustrates an intensity profile of an image sensor according to one embodiment. 一実施形態に係るイメージセンサを介して撮影されたイメージを示す。4 illustrates an image captured via an image sensor according to an embodiment. 一実施形態に係るイメージセンサの視野角が測定された結果を示す。4 shows a result of measuring the viewing angle of an image sensor according to an embodiment. 一実施形態に係るブロックレイヤがＭＴＦ（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）に及ぼす影響を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the effect of a block layer on a modulation transfer function (MTF) according to an embodiment. 一実施形態に係るブロックレイヤがＭＴＦに及ぼす影響を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating the effect of block layers on MTF according to an embodiment.

下記で説明する実施形態は様々な変更が加えられることができる。特許出願の範囲がこのような実施形態によって制限も限定もされることはない。各図面に提示された同じ参照符号は同じ部材を示す。 Various modifications may be made to the embodiments described below. The scope of the patent application is not limited or restricted by such embodiments. The same reference numerals in each drawing indicate the same elements.

本明細書で開示されている特定の構造的又は機能的な説明は単に実施形態を説明するための目的として例示されたものであり、実施形態は様々な異なる形態で実施され、本明細書に説明された実施形態に限定されることはない。 Specific structural or functional descriptions disclosed herein are merely exemplary for purposes of describing embodiments, and the embodiments may be embodied in many different forms and are not limited to the embodiments described herein.

本明細書で用いた用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられるものであって、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味をもたない限り複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」等の用語は明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものが存在することを示すものであって、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものとして理解しなければならない。 The terms used in this specification are merely used to describe certain embodiments and are not intended to limit the present invention. The singular expressions include the plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "include" and "have" indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, and should be understood as not precluding the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

異なる定義がされない限り、技術的であるか又は科学的な用語を含むここで用いる全ての用語は、本実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる予め定義された用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであって、本明細書で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されることはない。 Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms commonly used and predefined should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and should not be interpreted as having an ideal or overly formal meaning unless expressly defined in this specification.

また、添付図面を参照して説明することにおいて、図面符号に関係なく同じ構成要素は同じ参照符号を付与し、これに対する重複する説明は省略する。実施形態の説明において関連する公知技術に対する具体的な説明が実施形態の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明は省略する。 In addition, in the description with reference to the attached drawings, the same components are given the same reference symbols regardless of the drawing numbers, and duplicate descriptions thereof will be omitted. In the description of the embodiments, if a detailed description of related publicly known technology is deemed to unnecessarily obscure the gist of the embodiments, the detailed description thereof will be omitted.

図１は、一実施形態に係るイメージセンサの構成を示す図である。 Figure 1 is a diagram showing the configuration of an image sensor according to one embodiment.

イメージセンサ１００は、被写体の映像を撮像するための装置を示す。一実施形態によれば、イメージセンサ１００は、レンズエレメント１１０、ブロックレイヤ１２０、透明基板１３０、検出エレメント１４０、スペーサ１５０、及びカメラチップ１９０を含む。 The image sensor 100 represents a device for capturing an image of a subject. According to one embodiment, the image sensor 100 includes a lens element 110, a block layer 120, a transparent substrate 130, a detection element 140, a spacer 150, and a camera chip 190.

レンズエレメント１１０は、外部から受信される光を屈折させるエレメントであって、集光を行う。レンズエレメント１１０は、光を屈折させて検出エレメント１４０上に焦点を形成する。例えば、レンズエレメント１１０の一面は、突出した部分を有し、他面は平たい面を有する。例えば、レンズエレメント１１０は、一面がふっくらした形状を有するマイクロレンズであり得るが、これに限定されることはない。レンズエレメント１１０で突出した部分を有する一面は球面の形状（ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｓｈａｐｅ）、非球面の形状（ａｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｓｈａｐｅ）、凹レンズ（ｃｏｎｃａｖｅ ｌｅｎｓ）及びフレネル形状（ｆｒｅｓｎｅｌ ｓｈａｐｅ）などに形成される。ただし、これに限定されず、レンズエレメント１１０は凹レンズで具現されてもよい。 The lens element 110 is an element that refracts light received from the outside and focuses the light. The lens element 110 refracts the light to form a focus on the detection element 140. For example, one surface of the lens element 110 has a protruding portion and the other surface has a flat surface. For example, the lens element 110 may be a microlens having a convex shape on one surface, but is not limited thereto. The surface of the lens element 110 having the protruding portion may be formed into a spherical shape, an aspherical shape, a concave lens, a Fresnel shape, or the like. However, without being limited thereto, the lens element 110 may be embodied as a concave lens.

レンズエレメント１１０の集合はレンズアレイと示す。例えば、レンズアレイは、平面アレイパターン（例えば、格子パターン）に沿って配置された複数のレンズエレメントを含む。 A collection of lens elements 110 may be referred to as a lens array. For example, a lens array may include a number of lens elements arranged along a planar array pattern (e.g., a grid pattern).

ブロックレイヤ１２０は光を遮断するレイヤを示す。ブロックレイヤ１２０は、透明層及びパターン（例えば、ホールパターン）が形成された吸収層を含む。ブロックレイヤ１２０は、吸収層のパターンによって形成される開口部を含む。ブロックレイヤ１２０は、外部から受信される光を開口部を介してのみレンズエレメント１１０へ伝達し得る。ブロックレイヤ１２０に含まれる吸収層及び透明層について、下記の図２及び図３を参照して詳細に説明する。 The block layer 120 indicates a layer that blocks light. The block layer 120 includes a transparent layer and an absorbing layer having a pattern (e.g., a hole pattern) formed therein. The block layer 120 includes an opening formed by the pattern of the absorbing layer. The block layer 120 can transmit light received from the outside to the lens element 110 only through the opening. The absorbing layer and the transparent layer included in the block layer 120 will be described in detail with reference to FIG. 2 and FIG. 3 below.

透明基板１３０は、光を通過させ得る透明な基板を示す。透明基板１３０は、ブロックレイヤ１２０の上部に配置される。ただし、透明基板１３０の配置はこれに限定されず、透明基板１３０は、ブロックレイヤ１２０上に配置されたレンズエレメント１１０上に配置されてもよい。例えば、透明基板１３０は、ガラスウェハーを含むが、透明基板１３０の種類がこれに限定されることはない。 The transparent substrate 130 refers to a transparent substrate that can transmit light. The transparent substrate 130 is disposed on top of the block layer 120. However, the arrangement of the transparent substrate 130 is not limited thereto, and the transparent substrate 130 may be disposed on the lens element 110 disposed on the block layer 120. For example, the transparent substrate 130 includes a glass wafer, but the type of the transparent substrate 130 is not limited thereto.

検出エレメント１４０は、レンズエレメント１１０から離隔され、ブロックレイヤ１２０の開口部及びレンズエレメント１１０を通過した光を受信する。検出エレメント１４０は、透明基板１３０及びブロックレイヤ１２０の開口部を通過した光がレンズエレメント１１０によって集光された光を受信する。検出エレメント１４０は、受信された光の強度を指示する信号を出力する。例えば、検出エレメント１４０は、任意の色チャネルに対応する光を検出し、該当の色の強度を指示する信号を出力する。色チャネルは、可視領域のうちの一部領域に対応する色を示すチャネルとして、例えば、赤色チャネル、緑色チャネル、及び青色チャネルを含む。個々の検出エレメント１４０は、赤色チャネル、緑色チャネル、及び青色チャネルのうち１つの色チャネルに対応する光を検出する。ただし、検出エレメント１４０が検出できる波長はこれに限定されず、設計に応じて検出エレメント１４０は、赤外線又は紫外線も検出できる。 The detection element 140 is spaced apart from the lens element 110 and receives light that has passed through the openings of the block layer 120 and the lens element 110. The detection element 140 receives light that has passed through the transparent substrate 130 and the openings of the block layer 120 and is collected by the lens element 110. The detection element 140 outputs a signal indicating the intensity of the received light. For example, the detection element 140 detects light corresponding to any color channel and outputs a signal indicating the intensity of the corresponding color. The color channels include, for example, a red channel, a green channel, and a blue channel as channels that indicate colors corresponding to a portion of the visible range. Each detection element 140 detects light corresponding to one of the red channel, the green channel, and the blue channel. However, the wavelengths that the detection element 140 can detect are not limited to these, and the detection element 140 can also detect infrared or ultraviolet light depending on the design.

検出エレメント１４０の集合はセンサアレイと示し、例えば、センサアレイは、平面アレイパターン（例えば、格子パターンなど）に沿って配置された複数の検出エレメントを含む。センサアレイは、赤色を検出する検出エレメント１４０、緑色を検出する検出エレメント１４０、及び青色を検出する検出エレメント１４０を含んでもよく、センサアレイは３つの色を区別して検出される。 A collection of detection elements 140 is referred to as a sensor array, and for example, the sensor array may include a number of detection elements arranged along a planar array pattern (e.g., a grid pattern, etc.). The sensor array may include detection elements 140 that detect red, detection elements 140 that detect green, and detection elements 140 that detect blue, such that the sensor array distinguishes between the three colors.

スペーサ１５０は、ブロックレイヤ１２０と検出エレメント１４０との間の間隔を保持する。例えば、スペーサ１５０は、ブロックレイヤ１２０及び検出エレメント１４０を支持する。図１において、スペーサ１５０がセンサアレイの外郭境界に沿って配置されるものと示され、スペーサ１５０は、ブロックレイヤ１２０の外郭境界を支持する。 The spacers 150 maintain the spacing between the block layer 120 and the detection elements 140. For example, the spacers 150 support the block layer 120 and the detection elements 140. In FIG. 1, the spacers 150 are shown positioned along the outer boundary of the sensor array, and the spacers 150 support the outer boundary of the block layer 120.

カメラチップ１９０は、センサアレイが具現されるチップを示す。カメラチップ１９０は、例えば、ウェハーレベルに具現されてもよい。 Camera chip 190 indicates a chip on which a sensor array is implemented. Camera chip 190 may be implemented, for example, at a wafer level.

一実施形態によれば、レンズエレメント１１０、ブロックレイヤ１２０、透明基板１３０、検出エレメント１４０、スペーサ１５０、及びカメラチップ１９０は、集積工程を介して結合される。 According to one embodiment, the lens element 110, the block layer 120, the transparent substrate 130, the detection element 140, the spacer 150, and the camera chip 190 are bonded together via an integration process.

図２は、一実施形態に係るブロックレイヤ及びレンズエレメントを示す図である。 Figure 2 shows a block layer and lens elements according to one embodiment.

ブロックレイヤ２２０は、吸収層２２１及び透明層２２２を含む。ブロックレイヤ２２０は、外部から受信された光を吸収層２２１及び透明層２２２に形成された開口部２２９を介して通過させる。例えば、ブロックレイヤ２２０は、開口部２２９を介して外部から受信された光をレンズエレメント２１０に提供する。 The block layer 220 includes an absorbing layer 221 and a transparent layer 222. The block layer 220 passes light received from the outside through an opening 229 formed in the absorbing layer 221 and the transparent layer 222. For example, the block layer 220 provides the light received from the outside to the lens element 210 through the opening 229.

吸収層２２１は、光を吸収するレイヤとして、例えば、光吸収層に示してもよい。吸収層２２１は、光を吸収するブラックマトリックス物質を含む。ブラックマトリックス物質は、例えば、Ｂｌａｃｋ ＳＵ－８を含む。ただし、吸収層２２１の材質はこれに限定されず、吸収層２２１は、光を吸収するネガ型フォトレジスト（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）を含んでもよい。吸収層２２１は、レンズエレメント２１０の配置に応じて、吸収層２２１でレンズエレメント２１０に対応する地点を中心にする円形の領域に形成された絞りを含む。吸収層２２１は、平面アレイパターンに対して整列して形成された絞りを含む。 The absorption layer 221 may be a layer that absorbs light, and may be, for example, a light absorption layer. The absorption layer 221 includes a black matrix material that absorbs light. The black matrix material includes, for example, Black SU-8. However, the material of the absorption layer 221 is not limited thereto, and the absorption layer 221 may include a negative photoresist that absorbs light. The absorption layer 221 includes an aperture formed in a circular region centered on a point corresponding to the lens element 210 in the absorption layer 221 according to the arrangement of the lens element 210. The absorption layer 221 includes an aperture formed in alignment with the planar array pattern.

透明層２２２は、光を通過させるレイヤを示す。透明層２２２は、光を通過させる透明ポリマーを含む。透明ポリマーは、例えば、ＳＵ－８を含んでもよい。ただし、透明層２２２の材質はこれに限定されず、透明層２２２は光を通過させるネガ型フォトレジストを含んでもよい。更なる例として、透明層２２２は、予め定められた波長帯域の光を透過させ得る。例えば、透明層２２２は、可視光線帯域の光のみを透過させてもよい。 The transparent layer 222 indicates a layer that allows light to pass through. The transparent layer 222 includes a transparent polymer that allows light to pass through. The transparent polymer may include, for example, SU-8. However, the material of the transparent layer 222 is not limited thereto, and the transparent layer 222 may include a negative photoresist that allows light to pass through. As a further example, the transparent layer 222 may transmit light of a predetermined wavelength band. For example, the transparent layer 222 may transmit only light in the visible light band.

ブロックレイヤ２２０は、吸収層２２１及び透明層２２２が交番に配置された構造によって開口部２２９を形成する。ブロックレイヤ２２０でレンズエレメント２１０が配置される一面の反対面に対応するレイヤは、吸収層２２１である。ただし、吸収層２２１の配置はこれに限定されず、吸収層２２１は、レンズエレメント２１０が配置される一面と同じ面に配置されてもよい。 The block layer 220 has an opening 229 formed by a structure in which the absorbing layer 221 and the transparent layer 222 are arranged alternately. The layer corresponding to the opposite surface of the block layer 220 to the surface on which the lens element 210 is arranged is the absorbing layer 221. However, the arrangement of the absorbing layer 221 is not limited to this, and the absorbing layer 221 may be arranged on the same surface as the surface on which the lens element 210 is arranged.

吸収層２２１には格子パターンに沿って円形絞りが形成される。例えば、ブロックレイヤ２２０が複数の吸収層を含んでいる場合、複数の吸収層の絞りは開口部２２９を形成する。開口部２２９は、ブロックレイヤ２２０で光を通過させる部分を示す。開口部２２９は、ブロックレイヤ２２０でレンズエレメント２１０の配置に対して整列するように形成される。開口部２２９は、下記の図３を参照して説明する。 Circular apertures are formed in the absorbing layer 221 along a grid pattern. For example, if the block layer 220 includes multiple absorbing layers, the apertures of the multiple absorbing layers form apertures 229. The apertures 229 represent portions of the block layer 220 that allow light to pass through. The apertures 229 are formed in the block layer 220 to align with the arrangement of the lens elements 210. The apertures 229 are described with reference to FIG. 3 below.

レンズエレメント２１０は、外部から受信された光を検出エレメントに伝達する。例えば、レンズエレメント２１０は、ブロックレイヤ２２０の下部に配置され、開口部２２９から提供された光を通過させる。レンズエレメント２１０は、レンズエレメント２１０の一面に突出した部分を有し、突出した部分が検出エレメントに向かい合うよう配置される。例えば、レンズエレメント２１０は、開口部２２９から提供された光を、該当の開口部２２９に対応する検出エレメントに伝達する。ただし、上述した構造は単なる例示であって、これに限定されることはない。例えば、レンズエレメント２１０がブロックレイヤ２２０の下部に配置すると限定せず、レンズエレメント２１０は、ブロックレイヤ２２０の上部に配置されたり、上部及び下部の両方に配置されたりしてもよい。また、レンズエレメント２１０の突出した部分が検出エレメントに向かい合っている代わりに、平たい部分が検出エレメントに向かい合うように配置されてもよい。レンズエレメント２１０は、一面に突出した部分の代わりに凹んだ部分を有してもよい。 The lens element 210 transmits light received from the outside to the detection element. For example, the lens element 210 is disposed at the bottom of the block layer 220 and passes light provided from the opening 229. The lens element 210 has a protruding portion on one side of the lens element 210, and is disposed so that the protruding portion faces the detection element. For example, the lens element 210 transmits light provided from the opening 229 to the detection element corresponding to the opening 229. However, the above-mentioned structure is merely an example and is not limited thereto. For example, the lens element 210 is not limited to being disposed at the bottom of the block layer 220, and the lens element 210 may be disposed at the top of the block layer 220 or at both the top and bottom. Also, instead of the protruding portion of the lens element 210 facing the detection element, a flat portion may be disposed so as to face the detection element. The lens element 210 may have a recessed portion instead of a protruding portion on one side.

一実施形態に係るブロックレイヤ２２０に形成されたパターン（例えば、ホールパターン）は、ブロックレイヤ２２０で任意の開口部２２９を通過した光を該当の開口部２２９に対応する検出エレメントに伝達し、該当の光が他の検出エレメントに向かうことを防止する。したがって、上述したホールパターンを有するブロックレイヤ２２０は、光学クロストークを低減し得る。また、ホールパターンの直径及びブロックレイヤ２２０の高さなどに応じて、イメージセンサの広視野角が設計され得る。 The pattern (e.g., hole pattern) formed on the block layer 220 according to one embodiment transmits light passing through any opening 229 in the block layer 220 to the detection element corresponding to the opening 229 and prevents the light from traveling toward other detection elements. Therefore, the block layer 220 having the above-mentioned hole pattern can reduce optical crosstalk. In addition, a wide viewing angle of the image sensor can be designed depending on the diameter of the hole pattern and the height of the block layer 220, etc.

図３は、一実施形態に係るブロックレイヤ及びレンズエレメントの断面を示す図である。 Figure 3 shows a cross-section of a block layer and lens elements according to one embodiment.

一実施形態に係るイメージセンサは、開口部３２９が形成されたブロックレイヤ３２０及びブロックレイヤ３２０の下部に配置されたレンズエレメント３１０を含む。図３に示すように、ブロックレイヤ３２０は、吸収層３２１及び透明層３２２が交番に積層された構造である。個々の吸収層３２１が円形絞りを含むことができ、円形絞りは、透明層３２２と同じ材質で満たされてもよい。 An image sensor according to one embodiment includes a block layer 320 having an opening 329 formed therein and a lens element 310 disposed under the block layer 320. As shown in FIG. 3, the block layer 320 has a structure in which an absorbing layer 321 and a transparent layer 322 are alternately stacked. Each absorbing layer 321 may include a circular aperture, which may be filled with the same material as the transparent layer 322.

吸収層３２１で絞りが形成された領域は光を通過させ、絞りが形成されていない残りの領域は光を吸収する。任意の吸収層３２１の絞りを通過した光は、次の透明層３２２を通過する。次の透明層３２２を通過した光は、次の吸収層の絞りを通過する。したがって、複数の吸収層それぞれの絞りが、外部から受信された光を通過させる、円柱形態の開口部３２９を形成する。 The areas where the apertures are formed in the absorbing layer 321 allow light to pass through, while the remaining areas where no apertures are formed absorb light. Light that passes through the aperture of any absorbing layer 321 passes through the next transparent layer 322. Light that passes through the next transparent layer 322 passes through the aperture of the next absorbing layer. Thus, the apertures of each of the multiple absorbing layers form a cylindrical opening 329 that allows light received from the outside to pass through.

開口部３２９を通過した光は、レンズエレメント３１０に提供される。レンズエレメント３１０は、開口部３２９を通過した光を集光し、検出エレメントに伝達し得る。 The light passing through the opening 329 is provided to the lens element 310. The lens element 310 may collect the light passing through the opening 329 and transmit it to the detection element.

図４は、一実施形態に係るイメージセンサが有する視野角を説明する図である。 Figure 4 is a diagram illustrating the viewing angle of an image sensor according to one embodiment.

ブロックレイヤ４２０は、予め定められた視野角に基づいて決定された高さ（ｈｅｉｇｈｔ）Ｈを有する。例えば、イメージセンサの視野角は、外部から受信された光が検出エレメントに到達できる、透明基板４３０に対する最大入射角θ１を示す。透明基板４３０に入射した光は、透明基板４３０及び透明層４２２の屈折率に応じて屈折される。例えば、図４において、光が透明基板４３０に対してθ１の角度で入射した状況を仮定する。ブロックレイヤ４２０で吸収層４２１が光を吸収するため、開口部によって光がブロックレイヤ４２０を通過可能な最大角度θ２が決定される。例えば、外部から受信された光がブロックレイヤ４２０を通過可能な最大角度θ２は、ブロックレイヤ４２０に形成された開口部の直径及び開口部の高さに応じて決定される。開口部の高さは、ブロックレイヤ４２０の高さＨに対応する。 The block layer 420 has a height H determined based on a predetermined viewing angle. For example, the viewing angle of the image sensor indicates a maximum incident angle θ 1 with respect to the transparent substrate 430 at which light received from the outside can reach the detection element. The light incident on the transparent substrate 430 is refracted according to the refractive index of the transparent substrate 430 and the transparent layer 422. For example, in FIG. 4, assume a situation in which light is incident on the transparent substrate 430 at an angle of θ 1. Since the absorption layer 421 in the block layer 420 absorbs light, a maximum angle θ 2 at which the light can pass through the block layer 420 is determined by the opening. For example, the maximum angle θ 2 at which the light received from the outside can pass through the block layer 420 is determined according to the diameter of the opening formed in the block layer 420 and the height of the opening. The height of the opening corresponds to the height H of the block layer 420.

例えば、イメージセンサで、ブロックレイヤ４２０の高さＨ、θ２、及びθ１の関係は下記の表１のように示すことができる。 For example, in an image sensor, the relationship between the height H of the block layer 420, θ 2 , and θ 1 can be shown as in Table 1 below.

Figure 0007503367000001
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例えば、表１によれば、ブロックレイヤ４２０の高さＨが１１０μｍであるとき、イメージセンサの視野角は約７０°に示される。 For example, according to Table 1, when the height H of the block layer 420 is 110 μm, the viewing angle of the image sensor is shown to be approximately 70°.

ただし、ブロックレイヤ４２０の構成は上述したように限定されない。ブロックレイヤ４２０は、予め定められた視野角に基づいて決定された個数（ｎｕｍｂｅｒ）の吸収層４２１が積層される。例えば、予め定められた視野角に基づいてブロックレイヤ４２０の高さが決定され、ブロックレイヤ４２０の高さ及び吸収層４２１間の間隔により積層される吸収層４２１の個数が決定される。吸収層４２１間の間隔は、透明層４２２の厚さに対応する。 However, the configuration of the block layer 420 is not limited to the above. The block layer 420 is formed by stacking a number of absorption layers 421 determined based on a predetermined viewing angle. For example, the height of the block layer 420 is determined based on the predetermined viewing angle, and the number of absorption layers 421 to be stacked is determined based on the height of the block layer 420 and the spacing between the absorption layers 421. The spacing between the absorption layers 421 corresponds to the thickness of the transparent layer 422.

図５は、一実施形態に係るブロックレイヤの開口部によって決定される視野角について説明する図である。 Figure 5 is a diagram illustrating the viewing angle determined by the openings of a block layer in one embodiment.

吸収層５２１は、レンズエレメント５１０に対応する地点を中心にして形成された第１直径Ｄ１の絞りを含む。ブロックレイヤ５２０は、第１直径Ｄ１と異なる第２直径Ｄ２の絞りが形成された異なる吸収層５２２をさらに含む。更なる吸収層５２３は、第２直径Ｄ２と異なる第３直径Ｄ３の絞りを含む。第１直径Ｄ１、第２直径Ｄ２、及び第３直径Ｄ３は、次第に増加したり減少したりする値を有する。例えば、ブロックレイヤ５２０は、ブロックレイヤ５２０の一面から他の一面まで開口部５２９の直径が次第に変わる構造である。ブロックレイヤ５２０で吸収層の個数は、説明されたものに限定されることはない。 The absorbing layer 521 includes an aperture of a first diameter D1 formed around a point corresponding to the lens element 510. The block layer 520 further includes a different absorbing layer 522 having an aperture of a second diameter D2 different from the first diameter D1. The further absorbing layer 523 includes an aperture of a third diameter D3 different from the second diameter D2. The first diameter D1, the second diameter D2, and the third diameter D3 have gradually increasing or decreasing values. For example, the block layer 520 has a structure in which the diameter of the opening 529 gradually changes from one side of the block layer 520 to the other side. The number of absorbing layers in the block layer 520 is not limited to those described.

図４では、開口部５２９の直径が一定であることを例示しているが、図５は、開口部５２９の直径が増加する例示を示す。図５では、レンズエレメント５１０に近い吸収層から遠い吸収層まで、各吸収層に形成される絞りの直径が次第に増加する。開口部５２９の直径が次第に増加すれば、開口部５２９によって光がブロックレイヤ５２０を通過可能な最大角度θ２が増加する。ここで、開口部５２９の直径が増加する程度は、透明基板５３０及び透明層の屈折率及び所望する視野角θ１（以下、予め定められた視野角）に基づいて決定される。予め定められた視野角θ１で透明基板５３０に入射した光が屈折された後、該当の光がブロックレイヤ５２０に入射する角度に応じて、開口部５２９の直径が増加する程度が決定される。開口部５２９の直径が増加する程度は、ブロックレイヤ５２０を通過可能な最大角度θ２に対応する。したがって、ブロックレイヤ５２０に含まれた複数の吸収層のそれぞれに形成される円形絞りは、透明基板５３０及び透明層の屈折率と予め定められた視野角θ１とに基づいて決定された直径を有する。 FIG. 4 illustrates an example in which the diameter of the opening 529 is constant, whereas FIG. 5 illustrates an example in which the diameter of the opening 529 increases. In FIG. 5, the diameter of the aperture formed in each absorbing layer gradually increases from the absorbing layer closest to the lens element 510 to the absorbing layer farthest from the lens element 510. As the diameter of the opening 529 gradually increases, the maximum angle θ 2 at which light can pass through the block layer 520 through the opening 529 increases. Here, the degree to which the diameter of the opening 529 increases is determined based on the refractive index of the transparent substrate 530 and the transparent layer and a desired viewing angle θ 1 (hereinafter, referred to as a predetermined viewing angle). After light incident on the transparent substrate 530 at a predetermined viewing angle θ 1 is refracted, the degree to which the diameter of the opening 529 increases is determined according to the angle at which the light enters the block layer 520. The degree to which the diameter of the opening 529 increases corresponds to the maximum angle θ 2 at which the light can pass through the block layer 520. Therefore, the circular aperture formed in each of the plurality of absorbing layers included in the block layer 520 has a diameter determined based on the refractive index of the transparent substrate 530 and the transparent layers and the predetermined viewing angle θ 1 .

また、ブロックレイヤ５２０は、検出エレメント５４０からレンズエレメント５１０の焦点距離だけ離隔される。例えば、ブロックレイヤ５２０は、図５に示すように、レンズエレメント５１０を基準として検出エレメント５４０の反対側に配置される。ただし、ブロックレイヤ５２０の配置はこれに限定されず、ブロックレイヤ５２０は、レンズエレメント５１０を基準として検出エレメント５４０と同じ側に配置され得る。 The block layer 520 is also spaced apart from the detection element 540 by the focal length of the lens element 510. For example, the block layer 520 is disposed on the opposite side of the detection element 540 with respect to the lens element 510 as shown in FIG. 5. However, the arrangement of the block layer 520 is not limited thereto, and the block layer 520 may be disposed on the same side as the detection element 540 with respect to the lens element 510.

例えば、ブロックレイヤ５２０は、予め定められた光量に基づいて決定された開口部直径を有し、予め定められた光量に基づいて決定された焦点距離だけ検出エレメント５４０から離隔される。 For example, the block layer 520 has an aperture diameter determined based on a predetermined amount of light and is spaced from the detection element 540 by a focal length determined based on the predetermined amount of light.

図５では、開口部５２９の直径が次第に増加することを例示しているが、以下の図６では反対の例示を説明する。 While Figure 5 illustrates an example in which the diameter of the opening 529 gradually increases, Figure 6 below illustrates the opposite.

図６は、他の一実施形態に係るブロックレイヤの開口部によって決定される視野角を説明する図である。 Figure 6 is a diagram illustrating the viewing angle determined by the openings in the block layer according to another embodiment.

ブロックレイヤ６２０は、レンズエレメント６１０を基準にして第１直径Ｄ１の絞りを含む第１吸収層６２１、第２直径Ｄ２の絞りを含む第２吸収層６２２、及び第３直径の絞りを含む第３吸収層６２３を含む。第１直径Ｄ１、第２直径Ｄ２、及び第３直径Ｄ３は次第に減少する。例えば、ブロックレイヤ６２０は、ブロックレイヤ６２０の一面から他の一面まで開口部６２９の直径が次第に減少する構造である。開口部６２９の直径が次第に減少する構造によって、イメージセンサは遠くにある物体をより円満に観察することができる。 The block layer 620 includes a first absorption layer 621 including an aperture of a first diameter D1, a second absorption layer 622 including an aperture of a second diameter D2, and a third absorption layer 623 including an aperture of a third diameter based on the lens element 610. The first diameter D1, the second diameter D2, and the third diameter D3 gradually decrease. For example, the block layer 620 has a structure in which the diameter of the opening 629 gradually decreases from one side of the block layer 620 to the other side. The structure in which the diameter of the opening 629 gradually decreases allows the image sensor to more smoothly observe distant objects.

図７は、一実施形態に係るイメージセンサの製造方法を説明するフローチャートである。 Figure 7 is a flowchart illustrating a method for manufacturing an image sensor according to one embodiment.

一実施形態によれば、イメージセンサは、透明基板からブロックレイヤ、レンズエレメント、及び検出エレメントの順に積層される。 According to one embodiment, the image sensor is stacked in the following order: transparent substrate, block layer, lens element, and detection element.

まず、ステップＳ７１０において、透明基板が提供される。上述したように透明基板は、ガラスウェハーであってもよいが、これに限定されることはない。 First, in step S710, a transparent substrate is provided. As described above, the transparent substrate may be a glass wafer, but is not limited thereto.

そして、ステップＳ７２０において、吸収層及び透明層を含むブロックレイヤが提供される。例えば、ブロックレイヤは、透明基板上に提供される。上述したように吸収層及び透明層が交番に積層され、このようなブロックレイヤの形成は下記の図８を参照して説明する。 Then, in step S720, a block layer is provided that includes an absorbent layer and a transparent layer. For example, the block layer is provided on a transparent substrate. The absorbent layers and transparent layers are alternately stacked as described above, and the formation of such a block layer is described with reference to FIG. 8 below.

次に、ステップＳ７３０において、ブロックレイヤに開口部が形成されたパターンに応じてレンズエレメントが提供される。例えば、レンズエレメントは、ブロックレイヤ上に提供される。以下、図９を参照してレンズエレメントとしてマイクロレンズアレイを提供する方法について説明する。 Next, in step S730, lens elements are provided according to the pattern in which the openings are formed in the block layer. For example, the lens elements are provided on the block layer. Below, a method of providing a microlens array as the lens elements is described with reference to FIG. 9.

図８は、一実施形態に係るブロックレイヤの提供方法を説明する図である。 Figure 8 is a diagram illustrating a method for providing a block layer according to one embodiment.

まず、ステップＳ８２１において、透明基板上に吸収層が提供される。例えば、吸収層として黒色ポリマー（例えば、Ｂｌａｃｋ ＳＵ－８）がコーティングされる。 First, in step S821, an absorbent layer is provided on a transparent substrate. For example, a black polymer (e.g., Black SU-8) is coated as the absorbent layer.

そして、ステップＳ８２２において、マスクが吸収層上に配置される。マスクは、吸収層上に平面アレイパターンで配置される。例えば、円形マスクが格子パターンに沿って配置される。吸収層上に配置されたマスクを介して紫外線が照射される。吸収層でマスクを除いた部分が紫外線に露出される。吸収層は、ネガ型フォトレジストから構成されてもよい。フォトレジストは、様々なプロセスで用いられる感光性素材を示し、表面上にパターニングされたコーティングを形成する。 Then, in step S822, a mask is placed on the absorbent layer. The mask is placed on the absorbent layer in a planar array pattern. For example, a circular mask is placed along a grid pattern. Ultraviolet light is applied through the mask placed on the absorbent layer. The absorbent layer is exposed to the UV light except for the mask. The absorbent layer may be comprised of a negative photoresist. Photoresist refers to a light-sensitive material used in various processes to form a patterned coating on a surface.

次に、ステップＳ８２３において、紫外線露出によってパターニングされた吸収層が現像液によって現像される。現像液と呼ばれる溶剤が表面に塗布される。ネガ型フォトレジストで紫外線に露出された部分は、現像液に対して不溶性である。ネガ型フォトレジストで露出されていない部分は、フォトレジスト現像液によって溶解される。したがって、図８に示すように、吸収層でマスク形態に対応する部分が溶解して除去される。 Next, in step S823, the absorbing layer patterned by UV exposure is developed with a developer. A solvent called a developer is applied to the surface. The portions of the negative photoresist exposed to UV light are insoluble in the developer. The portions of the negative photoresist not exposed are dissolved by the photoresist developer. Thus, as shown in FIG. 8, the portions of the absorbing layer that correspond to the mask shape are dissolved and removed.

そして、ステップＳ８２４において、パターンが形成された吸収層上に透明層がコーティングされる。パターニングされた吸収層上にコーティングされた透明層にブロックレイヤは紫外線に露出される。透明層もネガ型フォトレジストから構成されてもよく、紫外線に露出された部分は、現像液に対して不溶性である。マスクなしに紫外線に露出されたため、コーティングされた透明層の全体が固定され得る。 Then, in step S824, a transparent layer is coated on the patterned absorbent layer. The block layer is exposed to UV light on the transparent layer coated on the patterned absorbent layer. The transparent layer may also be made of a negative photoresist, and the portion exposed to UV light is insoluble in the developer. The entire coated transparent layer may be fixed by being exposed to UV light without a mask.

次に、ステップＳ８２５において、親水処理（Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ）が透明層に対して適用される。親水処理によって、透明層及び吸収層間の結合力が増加する。親水処理は、例えば、酸素プラズマ処理であり得る。 Next, in step S825, a hydrophilic process is applied to the transparent layer. The hydrophilic process increases the bonding strength between the transparent layer and the absorbing layer. The hydrophilic process can be, for example, an oxygen plasma process.

そして、ステップＳ８２６において、上述したステップＳ８２１～Ｓ８２５が繰り返されることにより、複数のレイヤ（例えば、Ｎ個のレイヤ）が積層される。ここで、Ｎは２以上の整数である。吸収層及び透明層が交番に積層される。上述したステップＳ８２１～Ｓ８２５が繰り返される間、吸収層のそれぞれに形成されるパターン間にアライメントが保持される。したがって、個々の吸収層に形成された絞りの集合は開口部に対応する。 Then, in step S826, the above-described steps S821 to S825 are repeated to stack multiple layers (e.g., N layers), where N is an integer equal to or greater than 2. Alternating absorbent and transparent layers are stacked. While the above-described steps S821 to S825 are repeated, alignment is maintained between the patterns formed on each of the absorbent layers. Thus, a collection of apertures formed on each of the absorbent layers corresponds to an aperture.

図９は、一実施形態に係るレンズエレメントの提供方法を説明する図である。 Figure 9 is a diagram illustrating a method for providing a lens element according to one embodiment.

まず、ステップＳ９３１において、ブロックレイヤ上に熱可塑性ポリマーが提供される。熱可塑性ポリマーは、レンズを製造するための透明な材質として、熱によって変形可能な材質を示す。例えば、熱可塑性ポリマーはＡＺ９２６０を示してもよい。 First, in step S931, a thermoplastic polymer is provided on a block layer. The thermoplastic polymer represents a material that can be deformed by heat as a transparent material for manufacturing a lens. For example, the thermoplastic polymer may represent AZ9260.

そして、ステップＳ９３２において、吸収層に形成された平面アレイパターンに対して整列されたパターンのマスクが熱可塑性ポリマー上に配置される。熱可塑性ポリマー上にマスクを配置して、熱可塑性ポリマーは紫外線に露出される。 Then, in step S932, a mask is placed on the thermoplastic polymer with a pattern aligned with the planar array pattern formed on the absorbent layer. With the mask placed on the thermoplastic polymer, the thermoplastic polymer is exposed to ultraviolet light.

次に、ステップＳ９３３において、紫外線露出によってパターニングされた熱可塑性ポリマーが現像液によって現像される。熱可塑性ポリマーは、ポジ型フォトレジストであってもよく、ポジ型フォトレジストで露出された部分はフォトレジスト現像液によって溶解される。ポジ型フォトレジストで露出されていない部分は現象液に不溶性である。したがって、図９に示すように、コーティングされた熱可塑性ポリマーのうち、マスク形態に対応する部分が紫外線露出の後に保持される。マスクが円形マスクである場合、熱可塑性ポリマーは、平面アレイパターンに沿って円柱形態に保持される。 Next, in step S933, the thermoplastic polymer patterned by UV exposure is developed with a developer. The thermoplastic polymer may be a positive photoresist, and the portions exposed by the positive photoresist are dissolved by the photoresist developer. The portions not exposed by the positive photoresist are insoluble in the developer. Thus, as shown in FIG. 9, the portions of the coated thermoplastic polymer that correspond to the mask shape are retained after UV exposure. If the mask is a circular mask, the thermoplastic polymer is retained in a cylindrical shape along the planar array pattern.

そして、ステップＳ９３４において、熱可塑性ポリマーがパターニングされた構造物の上に疎水性コーティング９０１（例えば、Ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｆｉｌｍ ｃｏａｔｉｎｇ）が適用される。疎水性コーティング９０１によって熱可塑性ポリマーの凝集力が増加する。 Then, in step S934, a hydrophobic coating 901 (e.g., a fluorocarbon nanofilm coating) is applied over the thermoplastic polymer patterned structure. The hydrophobic coating 901 increases the cohesive strength of the thermoplastic polymer.

次に、ステップＳ９３５において、熱リフロー工程を介してマイクロレンズアレイの形状が製造される。上述したステップＳ９３４で適用された疎水性コーティング９０１により熱可塑性ポリマーの凝集力が増加するため、熱可塑性ポリマーは球状に凝集される。 Next, in step S935, the shape of the microlens array is produced through a thermal reflow process. The thermoplastic polymer is aggregated into a spherical shape because the cohesive strength of the thermoplastic polymer is increased by the hydrophobic coating 901 applied in step S934 described above.

ただし、一実施形態に係るイメージセンサの製造は上述した図７～図９に限定されず、設計に応じて変更され得る。また、図７～図９を参照して説明した製造工程の各ステップの順は上述したものに限定されず、一部の工程が省略されたり、追加されたりしてもよい。 However, the manufacture of the image sensor according to one embodiment is not limited to the above-mentioned FIGS. 7 to 9, and may be changed according to the design. Furthermore, the order of each step of the manufacturing process described with reference to FIGS. 7 to 9 is not limited to that described above, and some steps may be omitted or added.

図１０は、一実施形態に係るレンズエレメントがブロックレイヤの一面に集積された構造が走査電子顕微鏡によって撮影されたイメージを示す。図１０は、走査電子顕微鏡によって撮影されたレンズエレメントを示す。図１０に示すように、レンズエレメントは、ブロックレイヤの下部に格子パターンに沿って球形に一定に形成される。 Figure 10 shows an image taken by a scanning electron microscope of a structure in which lens elements according to one embodiment are integrated on one side of a block layer. Figure 10 shows the lens elements photographed by a scanning electron microscope. As shown in Figure 10, the lens elements are uniformly formed in a spherical shape along a lattice pattern on the bottom of the block layer.

図１１は、一実施形態に係るレンズエレメントがブロックレイヤの一面に集積された構造が光学顕微鏡によって撮影されたイメージを示す。図１１は、光学顕微鏡によって撮影されたレンズエレメントを示す。図１１に示すように、レンズエレメントの焦点が均一に形成され、白点に示されている。 Figure 11 shows an image taken by an optical microscope of a structure in which lens elements according to one embodiment are integrated on one side of a block layer. Figure 11 shows the lens elements photographed by an optical microscope. As shown in Figure 11, the focal points of the lens elements are uniformly formed and are indicated by white dots.

図１２は、一実施形態に係るブロックレイヤに含まれる吸収層の数による光の透過率を示す図である。図１２は、ブロックレイヤに含まれる吸収層の個数が増加するほど、ブロックレイヤを通過する光の透過度が減少する結果を示す。例えば、４．５μｍの吸収層がコーティングされた場合、１つのレイヤでは約４０～５０％の光が透過する。２つのレイヤでは約１０％の光が透過する。４つのレイヤでは可視光領域の光がほとんど透過しない。 Figure 12 is a diagram showing the light transmittance depending on the number of absorbing layers included in a block layer according to one embodiment. Figure 12 shows that the transmittance of light passing through the block layer decreases as the number of absorbing layers included in the block layer increases. For example, when a 4.5 μm absorbing layer is coated, one layer transmits about 40-50% of the light. Two layers transmit about 10% of the light. Four layers transmit almost no light in the visible light range.

図１３は、一実施形態に係るイメージセンサの上面及びの側面が共焦点レーザー走査顕微鏡によって撮影されたイメージを示す。図１３は、レンズアレイのない構造１３１０、ブロックレイヤのない構造１３２０、及びレンズアレイ及びブロックレイヤを有する構造１３３０に対して撮影されたイメージをそれぞれ示す。 Figure 13 shows images taken by a confocal laser scanning microscope of the top and side of an image sensor according to one embodiment. Figure 13 shows images taken of a structure without a lens array 1310, a structure without a block layer 1320, and a structure with a lens array and a block layer 1330, respectively.

共焦点レーザー走査顕微鏡によって撮影されたレンズアレイのない構造１３１０では、光の経路がフォーカシングされない形状を示す。共焦点レーザー走査顕微鏡によって撮影されたブロックレイヤのない構造１３２０では、光が遮断されない形状を示す。 A structure 1310 without a lens array, imaged by a confocal laser scanning microscope, shows a shape in which the light path is not focused. A structure 1320 without a block layer, imaged by a confocal laser scanning microscope, shows a shape in which the light is not blocked.

一実施形態に係るイメージセンサは、レンズアレイ及びブロックレイヤを有する構造１３３０として、光の経路がフォーカスされながらも、開口部を除いた残りの部分で光が遮断される形状を示す。 The image sensor according to one embodiment has a structure 1330 having a lens array and a block layer, in which the light path is focused while the remaining part except the opening blocks light.

図１４は、一実施形態に係るイメージセンサの強度プロフィールを示す図である。図１４は、図１３に示す各構造に対する強度プロフィールを比較した結果を示す。一実施形態に係るイメージセンサは、ブロックレイヤのない構造に比べて光を約６０％程度有効に遮断できる。また、焦点面においても、一実施形態に係るイメージセンサは均一な光量を示す。均一な光量は、レンズが均一に製造されていることを示す。 Figure 14 shows the intensity profile of an image sensor according to an embodiment. Figure 14 shows a comparison of the intensity profiles for each structure shown in Figure 13. The image sensor according to an embodiment can block light approximately 60% more effectively than a structure without a block layer. Also, even at the focal plane, the image sensor according to an embodiment shows a uniform amount of light. The uniform amount of light indicates that the lens is manufactured uniformly.

図１５は、一実施形態に係るイメージセンサを介して撮影されたイメージを示す。 Figure 15 shows an image captured through an image sensor according to one embodiment.

イメージセンサが上段のオリジナルイメージを撮影した結果は、下段のイメージのように示されている。一実施形態に係るイメージセンサは、ブロックレイヤを介してクロストークが防止されながら鮮明な複数の分割映像を取得できる。 The result of the image sensor capturing the original image in the top row is shown in the image in the bottom row. An image sensor according to one embodiment can obtain clear multiple divided images while preventing crosstalk through the block layer.

図１６は、一実施形態に係るイメージセンサの視野角が測定された結果を示す。 Figure 16 shows the results of measuring the viewing angle of an image sensor according to one embodiment.

一実施形態に係るイメージセンサが対象オブジェクトイメージを撮影したとき、イメージセンサによって撮影されたイメージにオブジェクトが充満しているように観測される距離、及び対象オブジェクトイメージの長さからイメージセンサの視野角が測定される。図１６に示されたイメージセンサの視野角は約７０°に示される。 When an image sensor according to an embodiment captures an image of a target object, the viewing angle of the image sensor is measured from the distance at which the object is observed to fill 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 is shown to be approximately 70°.

図１７及び図１８は、一実施形態に係るブロックレイヤがＭＴＦ（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ、変調伝達関数）に及ぼす影響を説明する図である。 Figures 17 and 18 are diagrams illustrating the effect of a block layer on the modulation transfer function (MTF) according to one embodiment.

図１７は、ブロックレイヤのない構造１７１０に対するＭＴＦ測定イメージ及びブロックレイヤを有する構造１７２０に対するＭＴＦ測定イメージを示す。ブロックレイヤのない構造１７１０に対するＭＴＦ測定イメージは、シャープネスクォリティーは低いが、ブロックレイヤを有する構造１７２０は、高いシャープネスを示す。図１８に示すように、ブロックレイヤを有する構造のイメージセンサに対してＭＴＦが測定可能である。 Figure 17 shows 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 has low sharpness quality, while the structure 1720 with a block layer shows high sharpness. As shown in Figure 18, the MTF can be measured for an image sensor with a structure with a block layer.

一実施形態に係るイメージセンサは、モバイル用デジタルカメラなどの超薄型カメラ応用製品に搭載される。また、イメージセンサは、内視鏡カメラ、ドローンなどの超小型光学映像装備に適用される。 The image sensor according to one embodiment is mounted on ultra-thin camera application products such as mobile digital cameras. The image sensor is also applied to ultra-compact optical imaging equipment such as endoscope cameras and drones.

一実施形態に係るイメージセンサは、光学クロストークを防止するための吸収層がレンズエレメントを基準にして検出エレメントの反対側に配置され、レンズエレメントと検出エレメントとの間の空いた空間はスペーサによって保持される。したがって、一実施形態に係るイメージセンサは薄く具現される。 In an image sensor according to an embodiment, an absorbing layer for preventing optical crosstalk is disposed on the opposite side of the detection element relative to the lens element, and the space between the lens element and the detection element is maintained by a spacer. Therefore, the image sensor according to an embodiment is realized to be thin.

一実施形態に係るイメージセンサは、吸収層と透明層を含むブロックレイヤを介して光学クロストークを低減し、製造時に視野角が調整される。 In one embodiment, the image sensor reduces optical crosstalk through a blocking layer that includes an absorbing layer and a transparent layer, and the viewing angle is adjusted during manufacturing.

一実施形態に係るイメージセンサでブロックレイヤの下面にレンズエレメントが配置されてもよい。レンズエレメントの上面にブロックレイヤが配置されるため、光学クロストークが低減され得る。また、イメージセンサでブロックレイヤの上面に透明基板が配置される。ブロックレイヤの上面に透明基板が配置されるため、受信される光が屈折されて視野角が効率よく拡大される可能性がある。透明層の厚さ、吸収層が積層される個数によってイメージセンサの視野角が調整され得る。また、個々の吸収層に形成される絞りの広さ又は直径の異なる吸収層と、異なる広さ又は直径を有するよう設計することで、イメージセンサの視野角が決定される。 In an image sensor according to an 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 may be reduced. In addition, a transparent substrate may be disposed on the upper surface of the block layer in the image sensor. Since the transparent substrate is disposed on the upper surface of the block layer, the received light may be refracted, and the viewing angle may be efficiently expanded. The viewing angle of the image sensor may be adjusted depending on the thickness of the transparent layer and the number of absorbent layers stacked. In addition, the viewing angle of the image sensor is determined by designing the absorbent layers to have different aperture widths or diameters formed in the individual absorbent layers.

一実施形態に係るイメージセンサは、半導体に集積されて超薄型カメラで使用される。また、積層された吸収層に形成された絞りの広さ及びレンズエレメントのｆ値（ｆ ｎｕｍｂｅｒ）の設計に応じて、イメージセンサにより受信される光量が調整され得る。 The image sensor according to one embodiment is integrated into a semiconductor and used in an ultra-thin camera. In addition, the amount of light received by the image sensor can be adjusted depending on the width of the aperture formed in the stacked absorption layer and the design of the f-number of the lens element.

一実施形態に係るイメージセンサを製造する方法は、紫外線パターニングが可能な材料を使用し、精密なイメージセンサを製造できる。また、イメージセンサを製造する方法は、超薄型のレンズを製造することができる。吸収層に形成される絞りの直径を個々の吸収層ごとに相違させ、光が入ってくる視野角を調整することができる。スペーサの高さ及びレンズエレメントの曲率による焦点距離も設計に応じて変更できる。 The method for manufacturing an image sensor according to one embodiment uses a material that can be patterned with ultraviolet light, and can manufacture a precision image sensor. The method for manufacturing an image sensor can also manufacture an ultra-thin lens. The diameter of the aperture formed in the absorption layer can be made different for each absorption layer, and the viewing angle at which light enters can be adjusted. The focal length, which is determined by the height of the spacer and the curvature of the lens element, can also be changed according to the design.

一実施形態に係るイメージセンサは、センサアレイに含まれた個々の検出エレメントに光を提供するブロックレイヤ及びレンズエレメントの設計を介して個々の検出エレメントに対する視野角が調整される。イメージセンサは、複数の検出エレメントを用いて複数の分割映像を取得できる。イメージセンサは、上述したブロックレイヤなどの設計に応じる視野角の調整によって、調整された重畳度を有する分割映像を取得できる。イメージセンサは、高画質の超薄型カメラ用にＭＴＦを改善したり、３次元カメラ用に３Ｄ深度情報を抽出したりすることができる。 In one embodiment of the image sensor, the viewing angle for each individual detection element is adjusted through the design of the block layer and lens element that provide light to each individual detection element included in the sensor array. The image sensor can obtain multiple split images using multiple detection elements. The image sensor can obtain split images with adjusted overlapping by adjusting the viewing angle according to the design of the block layer and the like described above. The image sensor can improve the MTF for a high-quality ultra-thin camera or extract 3D depth information for a three-dimensional camera.

上述した装置は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、又はハードウェア構成要素及びソフトウェア構成要素の組み合せで具現される。例えば、本実施形態で説明した装置及び構成要素は、例えば、プロセッサ、コントローラ、ＡＬＵ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔ）、デジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロコンピュータ、ＦＰＡ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ａｒｒａｙ）、ＰＬＵ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサー、又は命令（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を実行して応答する異なる装置のように、１つ以上の汎用コンピュータ又は特殊目的コンピュータを用いて具現される。処理装置は、オペレーティングシステム（ＯＳ）及びオペレーティングシステム上で実行される１つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行する。また、処理装置は、ソフトウェアの実行に応答してデータをアクセス、格納、操作、処理、及び生成する。理解の便宜のために、処理装置は１つが使用されるものとして説明する場合もあるが、当技術分野で通常の知識を有する者は、処理装置が複数の処理要素（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）及び／又は複数類型の処理要素を含むことが把握する。例えば、処理装置は、複数のプロセッサ又は１つのプロセッサ及び１つのコントローラを含む。また、並列プロセッサ（ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）のような、他の処理構成も可能である。 The above-described devices may be implemented with hardware components, software components, or a combination of hardware and software components. For example, the devices and components described in the present embodiment may be implemented using one or more general-purpose or special-purpose computers, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or a different device that executes and responds to instructions. The processing device executes an operating system (OS) and one or more software applications that run on the operating system. The processing device also accesses, stores, manipulates, processes, and generates data in response to the execution of the software. For ease of understanding, the description may assume that a single processing device is used, but one skilled in the art will appreciate that a processing device may include multiple processing elements and/or multiple types of processing elements. For example, a processing device may include multiple processors or a processor and a controller. Other processing configurations, such as parallel processors, are also possible.

ソフトウェアはコンピュータプログラム、コード、命令、又はそのうちの一つ以上の組合せを含み、希望の通りに動作するよう処理装置を構成したり、独立的又は結合的に処理装置に命令したりすることができる。ソフトウェア及び／又はデータは、処理装置によって解釈されたり処理装置に命令又はデータを提供したりするために、いずれかの類型の機械、構成要素、物理的装置、仮想装置、コンピュータ格納媒体又は装置、又は送信される信号波に永久的又は一時的に具体化することができる。ソフトウェアはネットワークに連結されたコンピュータシステム上に分散され、分散した方法で格納されたり実行されたりし得る。ソフトウェア及びデータは一つ以上のコンピュータで読出し可能な記録媒体に格納され得る。 Software may include computer programs, codes, instructions, or any combination of one or more thereof, which may configure or instruct a processing device to operate as desired, either independently or in combination. The software and/or data may be embodied, permanently or temporarily, in any type of machine, component, physical device, virtual device, computer storage medium or device, or transmitted signal wave, to be interpreted by or provide instructions or data to a processing device. The software may be distributed across computer systems coupled to a network, and may be stored and executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

本実施形態による方法は、様々なコンピュータ手段を介して実施されるプログラム命令の形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組み合せて含む。記録媒体及びプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計して構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気－光媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置を含む。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含む。ハードウェア装置は、本発明に示す動作を実行するために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成してもよく、その逆も同様である。 The method according to the present invention is embodied in the form of program instructions to be executed by various computer means and recorded on a computer-readable recording medium. The recording medium includes program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The recording medium and program instructions may be specially designed and constructed for the purposes of the present invention, 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 recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROMs, RAMs, flash memories, and the like. Examples of program instructions include high-level language code executed by a computer using an interpreter, as well as machine language code, such as generated by a compiler. The hardware devices may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations shown in the present invention, and vice versa.

上述したように実施形態を限定された図面によって説明したが、当技術分野で通常の知識を有する者であれば、上記の説明に基づいて様々な技術的な修正及び変形を適用することができる。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順で実行されてもよいし、及び／又は説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が説明された方法と異なる形態で結合又は組み合わせられてもよいし、他の構成要素又は均等物によって置き換え又は置換されたとしても適切な結果を達成することができる。 Although the embodiments have been described above with limited drawings, a person having ordinary skill in the art may apply various technical modifications and variations based on the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than described, and/or the components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different manner than described, or may be replaced or substituted by other components or equivalents to achieve suitable results.

したがって、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されて定められるものではなく、特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである。 Therefore, the scope of the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but is defined by the claims and equivalents thereto.

１００：イメージセンサ
１１０：レンズエレメント
１２０：ブロックレイヤ
１３０：透明基板
１４０：検出エレメント
１５０：スペーサ
１９０：カメラチップ 100: Image sensor 110: Lens element 120: Block layer 130: Transparent substrate 140: Detection element 150: Spacer 190: Camera chip

Claims (27)

イメージセンサにおいて、
光を通過させる透明基板と、
吸収層及び透明層を含み、外部から受信された光を、前記吸収層のパターンによって形成された開口部を介して通過させるブロックレイヤと、
前記ブロックレイヤの前記開口部に対して整列するように配置され、前記開口部を通過した光を検出エレメントに伝達するレンズエレメントと、
を含み、
前記透明基板は、前記ブロックレイヤの第１側に配置され、
前記レンズエレメントは、前記第１側の反対側である前記ブロックレイヤの第２側に配置される、
イメージセンサ。 In the image sensor,
A transparent substrate that transmits light;
a blocking layer including an absorbing layer and a transparent layer, and passing light received from the outside through an opening formed by a pattern of the absorbing layer;
a lens element disposed in alignment with the opening in the block layer to transmit light passing through the opening to a detection element;
Including,
the transparent substrate is disposed on a first side of the blocking layer;
the lens element is disposed on a second side of the block layer opposite the first side.
Image sensor. 前記検出エレメントは、前記レンズエレメントから離隔され、前記開口部及び前記レンズエレメントを通過した光を受信する、請求項１に記載のイメージセンサ。 The image sensor of claim 1, wherein the detection element is spaced apart from the lens element and receives light that has passed through the opening and the lens element. 前記レンズエレメントは、前記光を屈折させて前記検出エレメント上に焦点を形成する、請求項１に記載のイメージセンサ。 The image sensor of claim 1, wherein the lens element refracts the light to form a focal point on the detector element. 前記ブロックレイヤは、前記検出エレメントから前記レンズエレメントの焦点距離だけ離隔される、請求項１に記載のイメージセンサ。 The image sensor of claim 1, wherein the block layer is spaced from the detector element by a focal length of the lens element. 前記イメージセンサは、前記ブロックレイヤと前記検出エレメントとの間の間隔を保持するスペーサをさらに含む、請求項１に記載のイメージセンサ。 The image sensor of claim 1, further comprising a spacer that maintains a distance between the block layer and the detection element. 前記ブロックレイヤで前記吸収層及び前記透明層が交番に配置される、請求項１に記載のイメージセンサ。 The image sensor of claim 1, wherein the absorbing layers and the transparent layers are arranged alternately in the block layer. 前記吸収層は、前記レンズエレメントに対応する地点を中心にする円形領域に形成された絞りを含む、請求項１に記載のイメージセンサ。 The image sensor of claim 1, wherein the absorbing layer includes an aperture formed in a circular area centered on a point corresponding to the lens element. 前記吸収層は、前記レンズエレメントに対応する地点を中心にして形成された第１直径の絞りを含み、
前記ブロックレイヤは、前記第１直径と異なる第２直径の絞りが形成された異なる吸収層をさらに含む、請求項１に記載のイメージセンサ。 the absorbing layer includes an aperture of a first diameter formed about a point corresponding to the lens element;
The image sensor of claim 1 , wherein the blocking layer further comprises a different absorbing layer having an aperture formed therein with a second diameter different from the first diameter. 前記ブロックレイヤは、前記ブロックレイヤの一面から他の一面まで前記開口部の直径が次第に変わる、請求項１に記載のイメージセンサ。 The image sensor of claim 1, wherein the block layer has a diameter of the opening that gradually changes from one side of the block layer to the other side of the block layer. 前記透明層は、予め定められた波長帯域の光を透過させる、請求項１に記載のイメージセンサ。 The image sensor of claim 1, wherein the transparent layer transmits light in a predetermined wavelength band. 前記ブロックレイヤは、予め定められた視野角に基づいて決定された高さを有する、請求項１に記載のイメージセンサ。 The image sensor of claim 1, wherein the block layer has a height determined based on a predetermined viewing angle. 前記ブロックレイヤは、予め定められた視野角（ＦＯＶ）に基づいて決定された個数の吸収層が積層される、請求項１に記載のイメージセンサ。 The image sensor of claim 1, wherein the block layer is formed by stacking a number of absorbing layers determined based on a predetermined field of view (FOV). 前記開口部の直径は予め定められた光量に基づき、
前記ブロックレイヤは、前記予め定められた光量に基づいて決定された焦点距離だけ前記検出エレメントから離隔される、請求項１に記載のイメージセンサ。 The diameter of the opening is based on a predetermined amount of light,
The image sensor of claim 1 , wherein the blocking layer is spaced from the detector element by a focal distance determined based on the predetermined amount of light. 前記透明層は、光を通過させる透明ポリマーを含む、請求項１に記載のイメージセンサ。 The image sensor of claim 1, wherein the transparent layer includes a transparent polymer that allows light to pass through. 前記吸収層は、光を吸収するブラックマトリックス物質を含む、請求項１に記載のイメージセンサ。 The image sensor of claim 1, wherein the absorption layer comprises a light-absorbing black matrix material. 前記ブロックレイヤは複数の吸収層を含み、
前記複数の吸収層のそれぞれに形成される円形絞りは、前記透明基板及び前記透明層の屈折率と予め定められた視野角とに基づいて決定された直径を有する、請求項１に記載のイメージセンサ。 the blocking layer includes a plurality of absorbent layers;
2. The image sensor of claim 1, wherein a circular aperture formed in each of the plurality of absorbing layers has a diameter determined based on the refractive indices of the transparent substrate and the transparent layers and a predetermined viewing angle. 前記レンズエレメント及び前記検出エレメントは、平面アレイパターンに配置され、
前記吸収層は、前記平面アレイパターンに対して整列して形成された絞りを含む、請求項１に記載のイメージセンサ。 the lens elements and the detector elements are arranged in a planar array pattern;
The image sensor of claim 1 , wherein the absorbing layer includes an aperture formed in alignment with the planar array pattern. イメージセンサの製造方法において、
透明基板を提供するステップと、
吸収層及び透明層を含むブロックレイヤを提供するステップと、
検出エレメントを提供するステップと、
前記ブロックレイヤに形成された開口部に対して整列するようにレンズエレメントを、前記ブロックレイヤと前記検出エレメントとの間に提供するステップと、
を含み、
前記透明基板は、前記ブロックレイヤの第１側に配置され、
前記レンズエレメントは、前記第１側の反対側である前記ブロックレイヤの第２側に配置される、
イメージセンサの製造方法。 In a method for manufacturing an image sensor,
Providing a transparent substrate;
providing a blocking layer comprising an absorbent layer and a transparent layer;
Providing a detection element;
providing a lens element between the block layer and the detection element such that the lens element is aligned with an opening formed in the block layer;
Including,
the transparent substrate is disposed on a first side of the blocking layer;
the lens element is disposed on a second side of the block layer opposite the first side.
A method for manufacturing an image sensor. イメージセンサ製造方法において、
透明基板上に透明層及び吸収層を含むブロックレイヤを配置するステップと、
前記ブロックレイヤに形成された開口部のパターンに整列するようにレンズエレメントを提供するステップと、
前記レンズエレメントの、前記ブロックレイヤとは反対側に、検出エレメントを提供するステップと、
を含み、
前記ブロックレイヤを配置するステップは、
不透明ポリマーで前記透明基板をコーティングするステップと、
前記不透明ポリマーの複数の部分上に前記パターンからなるマスクを配置するステップと、
前記マスクのパターンに応じて露出された前記不透明ポリマーに紫外線を照射するステップと、
前記マスクでカバーされた前記不透明ポリマーの前記複数の部分を除去するステップと、
残りの不透明ポリマー間及び前記残りの不透明ポリマー上にネガ型フォトレジストを含む透明層をコーティングするステップと、
前記透明層を紫外線に露出させるステップと、
を含む、イメージセンサ製造方法。 1. A method for manufacturing an image sensor, comprising:
disposing a blocking layer including a transparent layer and an absorbing layer on a transparent substrate;
providing a lens element aligned with a pattern of openings formed in the block layer;
providing a detection element on an opposite side of the lens element from the block layer;
Including,
The step of arranging the block layer includes:
coating the transparent substrate with an opaque polymer;
placing a mask of the pattern over portions of the opaque polymer;
irradiating the exposed opaque polymer with ultraviolet light according to the pattern of the mask;
removing the portions of the opaque polymer covered by the mask;
coating a transparent layer comprising a negative photoresist between and over the remaining opaque polymer;
exposing the transparent layer to ultraviolet light;
13. A method for manufacturing an image sensor comprising: 親水処理を行うことによって前記残りの不透明ポリマーと前記透明層との間の結合を強めるステップをさらに含む、請求項１９に記載のイメージセンサ製造方法。 20. The image sensor manufacturing method of claim 19 , further comprising the step of: strengthening the bond between the remaining opaque polymer and the transparent layer by performing a hydrophilic treatment. 前記マスクは、格子パターンからなる円形マスクを含む、請求項１９に記載のイメージセンサ製造方法。 20. The method of claim 19 , wherein the mask comprises a circular mask consisting of a grid pattern. 前記吸収層は、ネガ型フォトレジストを含む、請求項１９に記載のイメージセンサ製造方法。 20. The image sensor manufacturing method of claim 19 , wherein the absorber layer comprises a negative photoresist. イメージセンサ製造方法において、
透明基板上に透明層及び吸収層を含むブロックレイヤを配置するステップと、
前記ブロックレイヤに形成された開口部のパターンに整列するようにレンズエレメントを提供するステップと、
前記レンズエレメントの、前記ブロックレイヤとは反対側に、検出エレメントを提供するステップと、
を含み、
前記レンズエレメントを提供するステップは、
前記ブロックレイヤ上にポジ型フォトレジストを含む熱可塑性ポリマーレイヤをコーティングするステップと、
前記熱可塑性ポリマーレイヤの複数の部分上に前記パターンからなるマスクを配置するステップと、
前記マスクの前記パターンに応じて前記熱可塑性ポリマーレイヤを紫外線に露出させるステップと、
紫外線に露出された前記熱可塑性ポリマーレイヤの部分を現像液によって溶解させて、前記熱可塑性ポリマーレイヤをパターニングするステップと、
前記パターニングされた熱可塑性ポリマーレイヤに疎水性コーティングを適用するステップと、
前記疎水性コーティングされた熱可塑性ポリマーレイヤを加熱して球形レンズを形成するステップと、
を含む、イメージセンサ製造方法。 1. A method for manufacturing an image sensor, comprising:
disposing a blocking layer including a transparent layer and an absorbing layer on a transparent substrate;
providing a lens element aligned with a pattern of openings formed in the block layer;
providing a detection element on an opposite side of the lens element from the block layer;
Including,
The step of providing a lens element comprises:
coating a thermoplastic polymer layer containing a positive photoresist over the block layer;
placing a mask of the pattern over portions of the thermoplastic polymer layer;
exposing the thermoplastic polymer layer to ultraviolet light according to the pattern of the mask;
dissolving the portions of the thermoplastic polymer layer exposed to the UV light with a developer to pattern the thermoplastic polymer layer;
applying a hydrophobic coating to the patterned thermoplastic polymer layer;
heating the hydrophobic coated thermoplastic polymer layer to form a spherical lens;
13. A method for manufacturing an image sensor comprising: 前記熱可塑性ポリマーレイヤは、熱によって変形可能な透明素材を含む、請求項２３に記載のイメージセンサ製造方法。 24. The method of claim 23 , wherein the thermoplastic polymer layer comprises a thermally deformable transparent material. イメージセンサにおいて、
交番に共にスタックされる吸収層及び透明層を含むブロックレイヤと、
前記吸収層のパターンによって形成される開口部と、
前記開口部に対して整列するように配置され、前記開口部から光を受信するように構成されるレンズエレメントと、
前記レンズエレメントから離隔され、前記レンズエレメントから光を受信するように構成される検出エレメントと、
前記検出エレメント及び前記ブロックレイヤの外郭境界に位置するスペーサと、
を含み、
前記スペーサは、前記ブロックレイヤ及び前記検出エレメントの間に前記レンズエレメントの焦点距離と実質的に同じ間隔を保持するように構成される、
イメージセンサ。 In the image sensor,
a block layer including alternating absorbing and transparent layers stacked together;
an opening formed by a pattern in the absorbent layer;
a lens element disposed in alignment with the opening and configured to receive light from the opening;
a detector element spaced apart from the lens element and configured to receive light from the lens element;
spacers located at the outer boundaries of the detection elements and the block layer;
Including,
the spacer is configured to maintain a spacing between the block layer and the detector element substantially equal to a focal length of the lens element.
Image sensor. 前記開口部の直径は、前記ブロックレイヤの両面間で次第に変化する、請求項２５に記載のイメージセンサ。 26. The image sensor of claim 25 , wherein a diameter of the opening varies gradually between opposite sides of the blocking layer. 前記開口部は、前記吸収層のそれぞれで円形絞りを含み、
前記円形絞りの直径は、視野角と前記ブロックレイヤ上に配置された透明基板及び前記透明層の屈折率とに基づく、請求項２５に記載のイメージセンサ。 the aperture includes a circular aperture in each of the absorbing layers;
26. The image sensor of claim 25 , wherein a diameter of the circular aperture is based on a viewing angle and a refractive index of the transparent layer and a transparent substrate disposed on the blocking layer.
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