JP2006053558A - フォトジストプロフィールのパターン転写によるレンズ形成 - Google Patents
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Abstract
【課題】光素子に入射する光を増大させるマイクロレンズ構成の好適な形成方法を提供する。
【解決手段】 本発明の方法の実施形態は、所定の焦点でフォトレジスト層を露光し、露光してフォトレジスト層内のレンズ形状領域に感光性を与える方法を含む。そして、フォトレジスト層を現像して、フォトレジスト層内にレンズ形状領域を形成する。レンズ形状領域を下部の材料（１４）に転写する。下部の材料（１４）は、その後に、レンズ（２０）が形成される透明な材料であり得る。代替として、下部の材料（１４）は、レンズ形状領域が転写される場合にマイクロレンズ（２０）を形成するレンズ材料である。
【選択図】 図１
【解決手段】 本発明の方法の実施形態は、所定の焦点でフォトレジスト層を露光し、露光してフォトレジスト層内のレンズ形状領域に感光性を与える方法を含む。そして、フォトレジスト層を現像して、フォトレジスト層内にレンズ形状領域を形成する。レンズ形状領域を下部の材料（１４）に転写する。下部の材料（１４）は、その後に、レンズ（２０）が形成される透明な材料であり得る。代替として、下部の材料（１４）は、レンズ形状領域が転写される場合にマイクロレンズ（２０）を形成するレンズ材料である。
【選択図】 図１
Description
本発明は、基板上へのマイクロレンズの形成方法に関する。
イメージセンサの解像度を向上させると、ピクセルサイズを減少させる必要がある。ピクセルサイズを減少させると、各ピクセルの光活性領域が減少し、各ピクセルにより検出される光量を低減させることができる。
各ピクセルの上に上記のマイクロレンズを設けることで、各ピクセルを用いて各ピクセルに入射する光量を増大させ、これにより各ピクセルの有効な信号を増大させることができる。
本発明は、以下のマイクロレンズ構成を形成する方法手段を提供する。
（項目１）
マイクロレンズ構成を形成する方法であって、
材料の上に重ねてフォトレジスト層を堆積することと、
所定の焦点および露光を使用してフォトレジスト層を露光して、フォトレジスト層内のレンズ形状領域に感光性を与えることと、
該フォトレジスト層内にレンズ形状領域を形成するためにフォトレジストを現像することと、
該フォトレジスト層から該材料にレンズ形状領域を転写することと
を包含する、マイクロレンズ構成の形成方法。
マイクロレンズ構成を形成する方法であって、
材料の上に重ねてフォトレジスト層を堆積することと、
所定の焦点および露光を使用してフォトレジスト層を露光して、フォトレジスト層内のレンズ形状領域に感光性を与えることと、
該フォトレジスト層内にレンズ形状領域を形成するためにフォトレジストを現像することと、
該フォトレジスト層から該材料にレンズ形状領域を転写することと
を包含する、マイクロレンズ構成の形成方法。
（項目２）
上記フォトレジスト層がポジフォトレジストであり、上記材料が透明な材料である、項目１に記載の方法。
上記フォトレジスト層がポジフォトレジストであり、上記材料が透明な材料である、項目１に記載の方法。
（項目３）
上記所定の焦点がデフォーカスした１μｍと５μｍの間にある、項目１に記載の方法。
上記所定の焦点がデフォーカスした１μｍと５μｍの間にある、項目１に記載の方法。
（項目４）
上記所定の焦点がデフォーカスした２μｍと３μｍの間にある、項目３に記載の方法。
上記所定の焦点がデフォーカスした２μｍと３μｍの間にある、項目３に記載の方法。
（項目５）
上記所定の焦点がデフォーカスした１μｍと５μｍの間にある、項目２に記載の方法。
上記所定の焦点がデフォーカスした１μｍと５μｍの間にある、項目２に記載の方法。
（項目６）
上記所定の焦点がデフォーカスした２μｍと３μｍの間にある、項目５に記載の方法。
上記所定の焦点がデフォーカスした２μｍと３μｍの間にある、項目５に記載の方法。
（項目７）
上記フォトレジスト層から上記透明な材料に上記レンズ形状領域を転写後、上記透明な材料の上に重ねてレンズ材料を堆積することをさらに包含する、項目１に記載の方法。
上記フォトレジスト層から上記透明な材料に上記レンズ形状領域を転写後、上記透明な材料の上に重ねてレンズ材料を堆積することをさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目８）
上記レンズ材料が上記透明な材料より大きい屈折率を有する、項目７に記載の方法。
上記レンズ材料が上記透明な材料より大きい屈折率を有する、項目７に記載の方法。
（項目９）
上記透明な材料が二酸化シリコンまたはガラスを含む、項目８に記載の方法。
上記透明な材料が二酸化シリコンまたはガラスを含む、項目８に記載の方法。
（項目１０）
上記レンズ材料がＨｆＯ２，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，またはＺｎＯ２を含む、項目８に記載の方法。
上記レンズ材料がＨｆＯ２，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，またはＺｎＯ２を含む、項目８に記載の方法。
（項目１１）
上記レンズ材料を平坦化することをさらに包含する、項目７に記載の方法。
上記レンズ材料を平坦化することをさらに包含する、項目７に記載の方法。
（項目１２）
上記フォトレジスト層がネガフォトレジストであり、上記材料がレンズ材料である、項目１に記載の方法
（項目１３）
上記所定の焦点がデフォーカスした１μｍと５μｍの間にある、項目１２に記載の方法。
上記フォトレジスト層がネガフォトレジストであり、上記材料がレンズ材料である、項目１に記載の方法
（項目１３）
上記所定の焦点がデフォーカスした１μｍと５μｍの間にある、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
上記所定の焦点がデフォーカスした２μｍと３μｍの間にある、項目１３に記載の方法。
上記所定の焦点がデフォーカスした２μｍと３μｍの間にある、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
上記レンズ材料がＨｆＯ２，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，またはＺｎＯ２を含む、項目１２に記載の方法。
上記レンズ材料がＨｆＯ２，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，またはＺｎＯ２を含む、項目１２に記載の方法。
（項目１６）
上記フォトレジスト層を堆積する前に、上記材料の上に重ねて反射制御層を堆積することをさらに包含する、項目１に記載の方法。
上記フォトレジスト層を堆積する前に、上記材料の上に重ねて反射制御層を堆積することをさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目１７）
上記反射制御層がチタンである、項目１６に記載の方法。
上記反射制御層がチタンである、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
上記反射制御層が窒化チタンである、項目１６に記載の方法。
上記反射制御層が窒化チタンである、項目１６に記載の方法。
（項目１９）
上記反射制御層がＢＡＲＣ材料である、項目１６に記載の方法。
上記反射制御層がＢＡＲＣ材料である、項目１６に記載の方法。
（項目２０）
上記材料の下に光学素子さらに備える、項目１に記載の方法。
上記材料の下に光学素子さらに備える、項目１に記載の方法。
（項目２１）
上記光学素子がＣＣＤピクセルである、項目２０に記載の方法。
上記光学素子がＣＣＤピクセルである、項目２０に記載の方法。
（項目２２）
上記光学素子がＬＣＤピクセルである、項目２０に記載の方法。
上記光学素子がＬＣＤピクセルである、項目２０に記載の方法。
（項目２３）
マイクロレンズ構成を形成する方法であって、
デフォーカスしたマスク画像を使用してフォトレジスト層を露光し、該フォトレジスト層を現像して、該フォトレジスト層内に該レンズ形状領域を形成することと、
該フォトレジスト層から下部の透明な材料へ該レンズ形状領域を転写することと、
該透明な材料の上に重ねてレンズ材料を堆積して、該レンズ形状領域を充填することと
を包含する、方法。
マイクロレンズ構成を形成する方法であって、
デフォーカスしたマスク画像を使用してフォトレジスト層を露光し、該フォトレジスト層を現像して、該フォトレジスト層内に該レンズ形状領域を形成することと、
該フォトレジスト層から下部の透明な材料へ該レンズ形状領域を転写することと、
該透明な材料の上に重ねてレンズ材料を堆積して、該レンズ形状領域を充填することと
を包含する、方法。
（項目２４）
マイクロレンズ構成を形成する方法であって、
デフォーカスしたマスク画像を使用してフォトレジスト層を露光し、該フォトレジスト層を現像して、該フォトレジスト層内にレンズ形状領域を形成することと、
該フォトレジスト層から下部のレンズ材料へ該レンズ形状領域を転写することと
を包含する、方法。
マイクロレンズ構成を形成する方法であって、
デフォーカスしたマスク画像を使用してフォトレジスト層を露光し、該フォトレジスト層を現像して、該フォトレジスト層内にレンズ形状領域を形成することと、
該フォトレジスト層から下部のレンズ材料へ該レンズ形状領域を転写することと
を包含する、方法。
（項目２５）
上記フォトレジスト層と上記下部のレンズ材料の間に反射制御層を設けることをさらに包含する、項目２４に記載の方法。
上記フォトレジスト層と上記下部のレンズ材料の間に反射制御層を設けることをさらに包含する、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
上記反射制御層が反射材料を含む、項目２５に記載の方法。
上記反射制御層が反射材料を含む、項目２５に記載の方法。
（項目２７）
上記反射材料がチタンである、項目２５に記載の方法。
上記反射材料がチタンである、項目２５に記載の方法。
（項目２８）
上記反射制御層が光吸収性材料を含む、項目２５に記載の方法。
上記反射制御層が光吸収性材料を含む、項目２５に記載の方法。
（項目２９）
上記反射制御層が窒化チタンである、項目２５に記載の方法。
上記反射制御層が窒化チタンである、項目２５に記載の方法。
（項目３０）
上記反射制御層がＢＡＲＣ材料である、項目２５に記載の方法。
上記反射制御層がＢＡＲＣ材料である、項目２５に記載の方法。
（項目３１）
マイクロレンズ構成を形成する方法であって、
デフォーカスしたマスク画像を使用してフォトレジスト層を露光し、該フォトレジスト層を現像して、該フォトレジスト内に第１のレンズ材料領域を形成することと、
該フォトレジスト層から下部の透明な材料へ該第１のレンズ形状領域を転写することと、
該透明な材料の上に重ねてレンズ材料を堆積して該第1のレンズ形状領域を充填し、これにより第１のマイクロレンズ構成を形成することと、
該第１のマイクロレンズ構成の上に重ねてレンズ材料を堆積することと、
該レンズ材料の層の上に重ねて該フォトレジスト層を堆積することと、
デフォーカスしたマスク画像を使用して該フォトレジスト層を露光し、該フォトレジスト層を現像して、該フォトレジスト層内に第２のレンズ形状領域を形成することと、
該フォトレジスト層から該レンズ材料層へ該第２のレンズ形状領域を転写し、これにより該第１のマイクロレンズ構成の上に重ねてマイクロレンズ構成を形成することと
を包含する、マイクロレンズ構成の形成方法。
（概要）
本発明の方法の実施形態は、所定の焦点でフォトレジスト層を露光し、露光してフォトレジスト層内のレンズ形状領域に感光性を与える方法を含む。そして、フォトレジスト層を現像して、フォトレジスト層内にレンズ形状領域を形成する。レンズ形状領域を下部の材料に転写する。下部の材料は、その後に、レンズが形成される透明な材料であり得る。代替として、下部の材料は、レンズ形状領域が転写される場合にマイクロレンズを形成するレンズ材料である。
マイクロレンズ構成を形成する方法であって、
デフォーカスしたマスク画像を使用してフォトレジスト層を露光し、該フォトレジスト層を現像して、該フォトレジスト内に第１のレンズ材料領域を形成することと、
該フォトレジスト層から下部の透明な材料へ該第１のレンズ形状領域を転写することと、
該透明な材料の上に重ねてレンズ材料を堆積して該第1のレンズ形状領域を充填し、これにより第１のマイクロレンズ構成を形成することと、
該第１のマイクロレンズ構成の上に重ねてレンズ材料を堆積することと、
該レンズ材料の層の上に重ねて該フォトレジスト層を堆積することと、
デフォーカスしたマスク画像を使用して該フォトレジスト層を露光し、該フォトレジスト層を現像して、該フォトレジスト層内に第２のレンズ形状領域を形成することと、
該フォトレジスト層から該レンズ材料層へ該第２のレンズ形状領域を転写し、これにより該第１のマイクロレンズ構成の上に重ねてマイクロレンズ構成を形成することと
を包含する、マイクロレンズ構成の形成方法。
（概要）
本発明の方法の実施形態は、所定の焦点でフォトレジスト層を露光し、露光してフォトレジスト層内のレンズ形状領域に感光性を与える方法を含む。そして、フォトレジスト層を現像して、フォトレジスト層内にレンズ形状領域を形成する。レンズ形状領域を下部の材料に転写する。下部の材料は、その後に、レンズが形成される透明な材料であり得る。代替として、下部の材料は、レンズ形状領域が転写される場合にマイクロレンズを形成するレンズ材料である。
従って、マイクロレンズを形成して、動作中の光検出装置の各ピクセルに入射する光を増大させる方法を提供する。マイクロレンズが正しく製造されて形状と位置が適切である場合には、マイクロレンズは、レンズに入射する光を光検出器のピクセルに向ける。マイクロレンズ領域が、ピクセル領域よりも大きい場合には、各々の個々のピクセル外部の領域に入射する光を集光して、光検出器のピクセルに光を向けることができる。光検出器のピクセルに入射する光量を増大させると、それに伴ってピクセルにより生成された電気信号も増加する。
図１は、本発明の方法の一実施形態により形成されたマイクロレンズ構成の一実施形態を示す図である。基板１０は、その上に形成された少なくとも１つの光素子１２を有している。光素子１２は光学素子、例えば、ＣＣＤカメラピクセル、または表示光素子、例えば、ＬＣＤピクセルであってもよい。透明な層１４が基板１０の上に重ねて堆積される。また、光素子１２の上にマイクロレンズ２０が形成される。マイクロレンズ２０は、光素子１２方向を向いた凸面を有するほぼ平凸レンズである。透明なレンズ１４の厚さは、所望のレンズ曲率と焦点長に基づいて部分的に決定される。凸面の代わりに、平面に最初に光が入射している間公知の収差が増加するが、これは本発明においてそれ程重要ではなく、画像を鮮明に結像しようとするよりは、各々の光素子１２に入射する光量を増大させることに関する。
本発明の方法の一実施形態において、マイクロレンズ２０が、光素子１２の上に重ねて形成されて、レンズを形成する必要性をなくし、そしてマイクロレンズを基板に転写する。従って、基板上に形成された所望の光素子１２を有する基板が作成される。図２は、ピクセルに重なった透明な層１４を有する光を検出する光素子１２を備える基板１０を示す。別の実施形態において、レンズを例えば、マイクロレンズシートとして個別に形成して、光素子１２の上に重ねて配置してもよい。
図３は、透明な層１４の上に重ねて堆積したフォトレジスト２４層を示す。任意の反射制御層（図示せず）を、フォトレジスト層２４と透明な層１４の間に設けてもよい。反射制御層の細部を以下に詳細に説明する。フォトレジスト層２４は、所望のレンズ領域の基本的な形状、例えば円形マスクを通して露光される。所望のレジストプロフィールの応答空間を決定することで、レンズ形状領域を現像する以下のものが生成されるようにフォトレジスト２４層を現像できる。応答空間に影響を与える可能性がある変数は、焦点、露光、レチクルサイズ、現像時間、現像温度、フォトレジストコントラスト、およびフォトレジストがポジレジストであるかネガレジストであるか否かである。フォトレジストコントラストは、フォトレジストガンマと呼ばれることがある。フォトレジストコントラストは、選択されたレジストの関数であり、例えば、後露光ベーク（ＰＥＢ）を含む現像条件により調節できる。フォトレジストコントラストやガンマは、任意の所与のフォトレジストに対して必ずしも知られていないが、それらの相対フォトレジストコントラスト特性の経験的知識に基づき、次々とフォトレジストを選択することができる。これらの変数を調整して、レンズとして使用するのに適したレジストプロフィールを得ることができる。
図４は、露光と現像後のフォトレジスト層を示す。レンズ形状領域２６が形成される。この例においては、ポジフォトレジストを使用しているので、フォトレジスト層１４の窪みとしてレンズ形状領域２６が形成される。円形マスクを使用した場合に、レンズ形状領域２６が、例えば、球面レンズまたは非球面レンズのいずれか、例えば、レンズ形状領域２６が放物形レンズに近い機能を発揮する。
レンズ形状領域２６を下部の透明な層１４に転写して、図５に示すように、透明な層１４にレンズ形状領域２８を形成する。何らかの適切な異方性エッチングを使用して、レンズ形状領域２６を下部の透明な層１４に転写することができる。例えば、５０ｓｃｃｍＣＨ３Ｐ８/１０ｓｃｃｍＡｒを使用した１，８００ワットの電力のプラズマエッチングを使用してもよい。酸素を追加してエッチング時に不要な重合体残渣を除去することを支援してもよい。透明な層１４に対するフォトレジストのエッチング比が１：１である場合、レンズ形状領域２６が、元のレンズ形状領域２８と基本的に同じ形状を有するようにレンズ形状領域２６が転写される。エッチング比が１：１でない場合には、結果として得られるレンズ形状領域２８は、元のレンズ形状領域２６よりもより圧縮されるかより引き延ばされたプロフィールを有することになる。転写時のこの歪みは、最終的な所望のレンズ形状領域２８を得るために考慮する必要があるかも知れない。
いったんレンズ形状２８が形成されると、レンズ材料４０を堆積してレンズ形状２８を充填する。スパッタリングプロセス、ＣＶＤプロセス、スピンオンプロセス、またはその他の適切なプロセスによりレンズ材料を堆積できる。スピンオンプロセスを使用した場合、上部平面のさらなる平坦化は必要ないかもしれない。この場合、レンズ２０が形成されて、図１に示す最終的な構成が形成される。
図６に示すように、レンズ材料４０が粗い場合には、平坦化ステップが実行される。本発明の方法の一実施形態において、レンズ材料４０を平坦化するために、ＣＭＰプロセスが使用される。その代わりに、レンズ材料４０を平坦化するのに、リフロープロセスを使用してもよい。図７に示すように、改良された高い集光性を達成するのに十分な数のレンズ２０が残っている限り、平坦化の量は重要ではない。
図１について再度説明する。光素子１２を形成し支持する何らかの適切な材料で基板を構成できる。例えば、ある実施形態において、基板１０はシリコン基板、ＳＯＩ基板、水晶基板、またはガラス基板である。
光素子１２の上に光を集中するのが望ましい本発明のマイクロレンズ構成の一実施形態において、透明な層１４は、各マイクロレンズ２０よりも小さな屈折率を有する。例えば、透明な層１４の屈折率が約１．５である場合には、マイクロレンズ２０の屈折率は、約２に等しいか大きくなければならない。透明な層１４が、二酸化シリコンまたはガラスである場合には、マイクロレンズ２０をＨｆＯ２，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＺｎＯ２か、屈折率が約２以上のその他のレンズ材料から好適に形成してもよい。
所望のレンズ曲率と焦点長並びに透明な層１４へのフォトレジストプロフィールの転写に使用する異方性エッチングング量に基づいて、透明な層１４の厚さが部分的に決定される。本発明のマイクロレンズ構成の一実施形態において、マイクロレンズ２０の所望の焦点長が約２μｍと８μｍの間にある。堆積された透明な層１４の厚さは、全てのエッチングングと平坦化ステップ後の所望の焦点距離長を達成するのに十分な厚さでなければならない。
図８は、本発明の方法の別の実施形態を示す。レンズ材料４０層が、透明な層１４の上に重ねて堆積される。また、フォトレジスト層２４が、レンズ材料４０の上に重ねて堆積される。任意の光反射制御層４２が、フォトレジスト２４とレンズ材料４０の間に設けられる。反射制御層４２は、例えば、チタン等のその面にわたって比較的反射が一定の材料層でなければならない。その代わりに、反射制御層４２は、窒化チタン等の光を吸収する材料であってもよい。別の実施形態において、反射制御層４２は、ここでＢＡＲＣと呼ばれている底部反射防止被覆材料であってもよい。ＢＡＲＣ材料は、例えば、ＢＡＲＣ材料がフォトレジストのエッチング速度とエッチング速度が同じのフォトレジストの特性と類似した特性を持つことができる。例えば、ＡＢＣＩ-ＣＯＮＴＭ１６がこれに該当し、これは入手可能なＲＡＲＣ材料であるＢｒｅｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ社から提供された適切な交差結合薬（０〜２％）と重合体固体（２〜１０％）と、プロプレングリコールモノメチルエーテルアセテート（２０〜４０％）、乳酸エチル（６０〜８０％）の合成物である。反射制御層４２は、配線やフォトレジストの露光に悪影響を与えるかも知れないその他の特徴等の光素子１２に関連する下部構成からの反射を低減または除去する。これらの望ましくない反射の存在により、結果として得たレンズ形状を歪ませる可能性がある。フォトレジスト層２４を露光して、レンズ形状領域に感光性を与える。レンズ形状領域に感光性を与えることは、露光中にフォトレジストで空間像が形成され、続いて、レジスト中にその位置でレンズ形状領域が形成されることを意味する。
図９は、露光と現像後のフォトレジスト層を示す。レンズ形状領域２６が形成される。この例において、ネガフォトレジストを使用しているので、現像後のフォトレジスト層の残りによりレンズ形状領域２６が突起として形成される。円形マスクを使用した場合には、レンズ形状領域２６は、球面レンズまたは非球面レンズのいずれかが、例えば、放物形レンズに近い機能を発揮できる。
そして、レンズ形状領域２６が、レンズ材料４０の下部層に転写されて、図１０に示すように、レンズ形状領域２８を形成する。何らかの適切な異方性エッチングを使用してレンズ材料４０層に転写できる。例えば、ＴｉＯ２レンズ材料を使用した場合、３５ｓｃｃｍＣｌ２/２０ｓｃｃｍＢＣＬ３/３５ｓｃｃｍＨＢｒを使用して４００ワットの電力のプラズマエッチングを行うことができる。酸素を追加してエッチング時の不要な重合体残渣を除去するのを支援できる。レンズ材料４０層に対するフォトレジストのエッチング比が１：１である場合には、レンズ形状領域２８が、元のレンズ形状領域２６と基本的に同一形状になるようにレンズ形状領域２６が転写される。各エッチング比が１：１でない場合には、結果として得たレンズ形状領域２８は、元のレンズ形状領域２６より圧縮またはより引き伸ばされたいずれかのプロフィールを有する。転送時のこの歪は、最終的な所望のレンズ形状領域２８を得るために考慮する必要があるかも知れない。
図１１は、予め形成されたレンズ形状領域２７にレンズ材料層４０を堆積し、処理して形成されたレンズ形状領域２８を示す。これにより両凸レンズ構成の形成が可能になる。
図１２は、例えば、円形マスク開口を使用したパターン形成後のフォトレジストプロフィールを示す。理想的なプロフィール５０は、歪を生じることなくパターンが転写されるように縦側壁を有するパターンを示す。より代表的なプロフィール５２は、従来において公知であるように、フォトレジスト上にパターンを描画することに関連する様々な問題により縁部で歪が生じる。これらの歪は一般的に望ましくないと考えられる。レンズ形状プロフィール５４は、プロフィール５０に示す理想的な場合からの歪がプロフィール５２より歪んでいると考えられる。本発明の方法において、望ましくない効果を利用して、レンズ形状に対応するプロフィール５４を生成するのに使用されている。
上述したように、応答空間に影響を与える可能性のある変数のあるものは、焦点、露光、レチクルサイズ、現像時間、現像温度、フォトレジストコントラスト、およびフォトレジストがネガレジストかポジレジストか否かである。これらの変数を調整することで、レンズとして使用するのに適切なレジストプロフィールを得ることができる。これらの変数は、露光と処理グループに分類できる。焦点、露光、およびレチクル設計変数は露光グループに関連している。これらの変数の全ては、光学システムによりフォトレジスト層のフォトレジスト上に投影されたレチクル像である空間像に影響を及ぼす。焦点変数は、パターン縁の空間画像のコントラストを調整する。露光は横方向の最終的なフォトレジストパターンのパターンサイズを調整する。レチクル設計は、近接効果に関するオブジェクトの全体パターンを考慮に入れる。
現像時間、現像温度、フォトレジストコントラスト、ＰＥＢ条件、およびフォとレジストの色調（ポジまたはネガ）の変数を、処理パラメータとして一緒にグループ化できる。これらの変数の全ては、フォトレジストに直接関連し、空間像を別にして考慮することができる。現像温度とＰＥＢと組み合わせて、現像時間はフォトレジストコントラストと結果として得たフォトレジストプロフィールを調整する。フォトレジストの色調は、露光後のフォトレジストを除去するか除去しないか調整する。
幾つかの変数を定義しその他も調整することで、結果として得たフォトレジストプロフィールを制御することが可能である。例えば、処理パラメータとレチクル設計を固定し、焦点と露光を変化させて、所望のレンズ形状プロフィールを生成する適切な条件を決定できる。焦点と露光を変化させる効果は、試料ウェハを処理して研究することができる。その代わりに、Ｐｒｏｌｉｔｈ（登録商標）等のシミュレーションパッケージを、焦点と露光を変化させる効果並びにその他のパラメータをシミュレーションするのに使用できる。図１３は、Ｐｒｏｌｉｔｈを使用して作成された結果として得たフォトレジストプロフィールの焦点・露光関係を示す。この関係を再検証して、露光が１００ｍＪ/ｃｍ２と１６０ｍＪ/ｃｍ２の間の１．５μｍと３．５μｍの間の焦点が、レンズを形成するのに適したフォトレジストプロフィールを生成する。ＳＰＲ５００ポジレジストが、図１３に示す関係を生成するのに使用されるモデルに使用された。露光は選択したフォトレジストによって変化し得る。
図１４は、２つの異なるフォトレジストプロフィールを示す。一方のプロフィールは、１３５ｍｓの露光で２μｍのデフォーカスを使用しており、他方のプロフィールは、１５０ｍｓの露光で２．５μｍのデフォーカスを使用して得られる。各プロフィールの比較には放物形レンズが適している。適合性に基づき、結果として得たフォトレジストプロフィールは、放物形レンズに近い機能を発揮する。たとえプロフィールの底部において放物形レンズと異なるとしても、結果として得たレンズを放物形レンズと見なすことが可能である。
上述したように、ポジフォトレジストまたはネガフォトレジストのいずれかを使用して、レンズ形状の形成に本発明の方法を使用できる。例えば、レンズ形状フォトレジストプロフィールを、ＪＳＲ ＴＸ７１５ＤＭ５等のポジレジストを使用してレンズ形状フォトレジストプロフィールを形成できる。フォトレジストは、約１．２μｍの厚さまで堆積される。約９７度で約１分間ソフトベークが実行される。ウェハ面で約２μｍの直径のパターンを生成する円形開口のマスクパターンを約２μｍのデフォーカスで使用し、フォトレジストを４５０ｍｓ間露光し、約２００ｍＪ/ｃｍ２の露光を行う。ＮＩＫＯＮ＠ＮＳＲ１５０５１７アライナであるこれらの例で使用したアライナに関して、マスクパターンは、ウェハ面のパターンサイズの約５倍になる。約１１０度で約１分間後露光ベークし、その後、ＴＡＭＡＨベースの水溶性現像液であるＰＤ５２３ＡＤ現像液を使用して室温で約１分間現像する。約１１０度で約１分間のハードベークにより現像処理が終了する。結果として得たレンズ形状フォトレジストプロフィールを使用して、上述したように、基板上に重ねて平凸レンズが形成される。
別の例において、ＪＳＢ ＮＦＲ１０３Ｇ等のネガレジストを使用して、レンズ形状のフォトレジストプロフィールが生成される。約１．０μｍの厚さまでフォトレジストが堆積される。約９７度で約１分間ソフトベークが実行される。ウェハ面で約２μｍの直径のパターンを生成する円形開口のマスクパターンは、約２μｍのデフォーカスで使用され、３５０ｍｓ間フォトレジストを露光して、約１５０ｍＪ/ｃｍ２の露光を行う。これらの例で使用したアライナに関して、マスクパターンは、ウェハ面のパターンサイズの約５倍である。後露光ベークを約１１０度で約１分間実行し、その後、ＰＤ５２３ＡＤ現像液を使用して室温で約１分間現像する。約１１０度で約１分間のハードベイクにより現像処理が終了する。結果として得たレンズ形状フォトレジストプロフィールを上記のように使用して、基板上に重ねて平凸レンズを形成する。
上記の例において、水晶上のＣｒ/ＣｒＯのバイナリレチクルも使用できる。その代わりに、光学近接効果補正（ＯＰＣ）機能を有する位相シフトレチクルを使用してもよい。ウェハ上にレチクルにより形成されたパターンサイズは、約１０μｍの直径があってもよい。ある種のＣＣＤ応用に関して、１μｍと３μｍの間のレンズ直径を使用できる。また、ＬＣＤ応用に関しては、デフォーカスを１０μｍ以上まで増加させて、１０μｍ以上のレンズ直径を実現できる。
処理中または処理後の実際の向きは全く任意であるため、上に重ねる（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）、下部に重ねる（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ）、真下に（ｂｅｎｅａｔｈ）等の相対位置を表す用語は、図の向きを参照する説明だけを容易にするものである。
好適な実施形態を含む実施形態を上記において述べたが、本発明の範囲は何らかの特定の実施形態に限定されていない。むしろ、請求項は本発明の範囲を決定する。
１０ 基板
１２ 光素子
１４ 透明な層
２０ マイクロレンズ
２４ フォトレジスト
２６、２７、２８ レンズ形状領域
４０ レンズ材料
４２ 光反射制御層
１２ 光素子
１４ 透明な層
２０ マイクロレンズ
２４ フォトレジスト
２６、２７、２８ レンズ形状領域
４０ レンズ材料
４２ 光反射制御層
Claims (31)
- マイクロレンズ構成を形成する方法であって、
材料の上に重ねてフォトレジスト層を堆積することと、
所定の焦点および露光を使用してフォトレジスト層を露光して、フォトレジスト層内のレンズ形状領域に感光性を与えることと、
該フォトレジスト層内にレンズ形状領域を形成するためにフォトレジストを現像することと、
該フォトレジスト層から該材料にレンズ形状領域を転写することと
を包含する、マイクロレンズ構成の形成方法。 - 前記フォトレジスト層がポジフォトレジストであり、前記材料が透明な材料である、請求項１に記載の方法。
- 前記所定の焦点がデフォーカスした１μｍと５μｍの間にある、請求項１に記載の方法。
- 前記所定の焦点がデフォーカスした２μｍと３μｍの間にある、請求項３に記載の方法。
- 前記所定の焦点がデフォーカスした１μｍと５μｍの間にある、請求項２に記載の方法。
- 前記所定の焦点がデフォーカスした２μｍと３μｍの間にある、請求項５に記載の方法。
- 前記フォトレジスト層から前記透明な材料に前記レンズ形状領域を転写後、前記透明な材料の上に重ねてレンズ材料を堆積することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
- 前記レンズ材料が前記透明な材料より大きい屈折率を有する、請求項７に記載の方法。
- 前記透明な材料が二酸化シリコンまたはガラスを含む、請求項８に記載の方法。
- 前記レンズ材料がＨｆＯ２，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，またはＺｎＯ２を含む、請求項８に記載の方法。
- 前記レンズ材料を平坦化することをさらに包含する、請求項７に記載の方法。
- 前記フォトレジスト層がネガフォトレジストであり、前記材料がレンズ材料である、請求項１に記載の方法
- 前記所定の焦点がデフォーカスした１μｍと５μｍの間にある、請求項１２に記載の方法。
- 前記所定の焦点がデフォーカスした２μｍと３μｍの間にある、請求項１３に記載の方法。
- 前記レンズ材料がＨｆＯ２，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，またはＺｎＯ２を含む、請求項１２に記載の方法。
- 前記フォトレジスト層を堆積する前に、前記材料の上に重ねて反射制御層を堆積することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
- 前記反射制御層がチタンである、請求項１６に記載の方法。
- 前記反射制御層が窒化チタンである、請求項１６に記載の方法。
- 前記反射制御層がＢＡＲＣ材料である、請求項１６に記載の方法。
- 前記材料の下に光学素子さらに備える、請求項１に記載の方法。
- 前記光学素子がＣＣＤピクセルである、請求項２０に記載の方法。
- 前記光学素子がＬＣＤピクセルである、請求項２０に記載の方法。
- マイクロレンズ構成を形成する方法であって、
デフォーカスしたマスク画像を使用してフォトレジスト層を露光し、該フォトレジスト層を現像して、該フォトレジスト層内に該レンズ形状領域を形成することと、
該フォトレジスト層から下部の透明な材料へ該レンズ形状領域を転写することと、
該透明な材料の上に重ねてレンズ材料を堆積して、該レンズ形状領域を充填することと
を包含する、方法。 - マイクロレンズ構成を形成する方法であって、
デフォーカスしたマスク画像を使用してフォトレジスト層を露光し、該フォトレジスト層を現像して、該フォトレジスト層内にレンズ形状領域を形成することと、
該フォトレジスト層から下部のレンズ材料へ該レンズ形状領域を転写することと
を包含する、方法。 - 前記フォトレジスト層と前記下部のレンズ材料の間に反射制御層を設けることをさらに包含する、請求項２４に記載の方法。
- 前記反射制御層が反射材料を含む、請求項２５に記載の方法。
- 前記反射材料がチタンである、請求項２５に記載の方法。
- 前記反射制御層が光吸収性材料を含む、請求項２５に記載の方法。
- 前記反射制御層が窒化チタンである、請求項２５に記載の方法。
- 前記反射制御層がＢＡＲＣ材料である、請求項２５に記載の方法。
- マイクロレンズ構成を形成する方法であって、
デフォーカスしたマスク画像を使用してフォトレジスト層を露光し、該フォトレジスト層を現像して、該フォトレジスト内に第１のレンズ材料領域を形成することと、
該フォトレジスト層から下部の透明な材料へ該第１のレンズ形状領域を転写することと、
該透明な材料の上に重ねてレンズ材料を堆積して該第1のレンズ形状領域を充填し、これにより第１のマイクロレンズ構成を形成することと、
該第１のマイクロレンズ構成の上に重ねてレンズ材料を堆積することと、
該レンズ材料の層の上に重ねて該フォトレジスト層を堆積することと、
デフォーカスしたマスク画像を使用して該フォトレジスト層を露光し、該フォトレジスト層を現像して、該フォトレジスト層内に第２のレンズ形状領域を形成することと、
該フォトレジスト層から該レンズ材料層へ該第２のレンズ形状領域を転写し、これにより該第１のマイクロレンズ構成の上に重ねてマイクロレンズ構成を形成することと
を包含する、マイクロレンズ構成の形成方法。
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