JP2009199045A

JP2009199045A - マイクロレンズの製造方法および固体撮像装置の製造方法

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Publication number: JP2009199045A
Application number: JP2008153760A
Authority: JP
Inventors: Goro Fujita; 五郎藤田; Kimihiro Saito; 公博齊藤; Seiji Kobayashi; 誠司小林; Shingo Imanishi; 慎悟今西
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2008-01-24
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2028-06-12
Also published as: US8309000B2; JP4479834B2; US20090189302A1; CN101493650A; CN101493650B; KR20090082117A

Abstract

【課題】電子ビーム露光装置を用いず、任意形状のマイクロレンズを得ることを可能とする。
【解決手段】マイクロレンズ型をマイクロレンズ形成膜に押し当ててマイクロレンズを形成する工程を有し、マイクロレンズ型１０を形成する工程は、型基板１１に形成した無機レジスト膜１２に対して相対的に２次元走査された露光光Ｌを該無機レジスト膜１２に照射する工程と、無機レジスト膜１２の露光した領域をエッチングしてマイクロレンズの反転形状１３を形成する工程とを有し、マイクロレンズの反転形状１３のプロファイルデータに基づいて、無機レジスト膜１２表面からのマイクロレンズの反転形状１３の深さに対応させて露光光Ｌの照射強度を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロレンズの製造方法および上記マイクロレンズが搭載される固体撮像装置の製造方法に関するものである。

マイクロレンズやマイクロレンズアレイの用途は、分割された微小素子へ集光するマイクロレンズ、および単品レンズの代替品としてのマイクロレンズに大別される。
上記分割された微小素子へ集光するマイクロレンズの用途では、例えば、受光素子をもつカメラの固体撮像素子（ＣＣＤ)やファクスの読み取り用イメージセンサに対して光電変換素子の有効領域に入射光を集束し光量を有効に利用する手段としての用途がある。
また、二次元に配置された半透過型液晶表示パネルの表示画素に有効に光を集めることにより輝度を高める手段としての用途がある。
上記単品レンズの代替品としてのマイクロレンズの用途では、リア型プロジェクタのレンチキュラレンズの代替品等の用途がある。

マイクロレンズ（マイクロレンズアレイのマイクロレンズも含む）を製造する方法としてはレジストを溶融させ、溶融させたレジストの表面張力を利用して曲面を形成する方法が知られている。

例えば、図１５（１）に示すように、基板１０１上に形成されたレンズ形成膜１０２上にフォトレジスト膜を形成し、このフォトレジスト膜に露光、現像を施して、円柱形状のレジストパターン１０３を得る。
次いで、図１５（２）に示すように、レジストパターン１０３を加熱して流動させることにより凸レンズ形状にする。その後、冷却して固化させ、凸レンズ形状のレジストレンズパターン１０４を得る。
次に、この凸レンズ形状のレジストレンズパターン１０４とレンズ形成膜１０２をエッチングする。
その結果、図１５（３）に示すように、レンズ形成膜１０２に上記凸レンズ形状のレジストレンズパターン１０４（前記図１５（２）参照）の形状が転写され、凸レンズ形状のマイクロレンズ１０５が形成される。

もしくは、図示はしないが、基板上に形成されたポリマー膜をレーザ加工によって円柱形状に形成した後、その円柱形状に形成されたポリマー膜を流動させて、そのポリマーの表面張力を利用して凸レンズ形状にする。その後、ポリマーを冷却して固化させ、マイクロレンズを形成する。

上記マイクロレンズの製造方法では、大面積に複数のマイクロレンズを形成することに対応させることは可能であるが、マイクロレンズの形状を決定する凸レンズ津形状のレジストパターンは、そのレジストの流動によって決定される。このため、設計上の自由度が低く、望ましい画素光拡散特性を得ることが困難であった。
また、レジストパターンを加熱して軟化させ流動化させたとき、隣接したレジストパターン同士が接触した場合には、表面張力により滑らかにつながり、レンズ形状が歪むという問題が発生する。このため、互いに連結したマイクロレンズアレイを作成することが困難であった。

近年のコンパクトデジタルカメラや携帯電話のカメラは、小型化・薄型化が進み、レンズと固体撮像素子（例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ)の距離が狭まってきている。このため、マイクロレンズアレイに入射する光の角度が固体撮像装置の周辺領域では大きくなり、受光有効領域から外れることにより受光効率の減少による感度低下の問題が起きている。

上記問題を解決するために、電子ビーム露光技術を用いてＤＭＬ（デジタルマイクロレンズ）により受光部の位置に合わせて最適化したレンズの形状に形成し、３０度以上の入射度における受光効率の向上を達成している技術が開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。
また、上記のようなマイクロレンズアレイに対して、レンズ毎に形状の変化を持たせる方法として、レンズ型の押し当ての圧力を非等方にすることによって達成している技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
前者の方法では、電子ビーム露光という大掛かりな装置が必要であるという問題点があり、後者の方法では、任意形状のマイクロレンズを形成する点で自由度が低く、今後のマイクロレンズの微小化に対しては適用が難しいという問題点がある。

特開平０９−３２３３５３号公報 Kimiaki Toshikiyo, Takanori Yogo, Motonari Ishii, Kazuhiro Yamanaka, Toshinobu Matsuno, Kazutoshi Onozawa, Takumi Yamaguchi著「A MOS Image Sensor with Microlenses Built by Sub-Wavelength Patterning」 2007 ISSCC, SESSION 28, IMAGE SENSORS 28.8 ２００７年

解決しようとする問題点は、電子ビーム露光装置を用いないと、任意形状のマイクロレンズを形成することが困難な点である。

本発明は、電子ビーム露光装置を用いず、任意形状のマイクロレンズを得ることを可能にする。

本発明のマイクロレンズの製造方法（第１製造方法）は、マイクロレンズの反転形状が形成されたマイクロレンズ型を基板上に形成されたマイクロレンズ形成膜に押し当てて、前記マイクロレンズの反転形状をマイクロレンズ形成膜に転写してマイクロレンズを形成する工程を有し、前記マイクロレンズ型を形成する工程は、型基板に形成した無機レジスト膜に対して相対的に２次元走査された露光光を該無機レジスト膜に照射する工程と、前記無機レジスト膜の露光した領域をエッチングして前記マイクロレンズの反転形状を形成する工程を有し、前記マイクロレンズの反転形状のプロファイルデータに基づいて、前記無機レジスト膜表面からの前記マイクロレンズの反転形状の深さに対応させて前記露光光の照射強度を調整する。

本発明のマイクロレンズの第１製造方法では、マイクロレンズ型を形成するとき、電子線露光を用いず光露光を用い、型基板に形成した無機レジスト膜に対して相対的に２次元走査された露光光を無機レジスト膜に照射する。このとき、マイクロレンズの反転形状のプロファイルデータに基づいて、無機レジスト膜表面からのマイクロレンズの反転形状の深さに対応させて露光光の照射強度を調整する。これによって、無機レジスト膜の２次元面内に露光光を所望の照射強度に調整して照射することが可能になる。
したがって、所望のマイクロレンズの反転形状を得ることが可能になる。
また、エッチングでは、エッチング条件を制御することにより、マイクロレンズの反転形状の深さを制御することが可能になる。

本発明のマイクロレンズの製造方法（第２製造方法）は、マイクロレンズの反転形状が形成されたマイクロレンズ型を基板上に形成されたマイクロレンズ形成膜に押し当てて、前記マイクロレンズの反転形状をマイクロレンズ形成膜に転写してマイクロレンズを形成する工程を有し、前記マイクロレンズ型を形成する工程は、型基板に形成した無機レジスト膜に露光光を照射する工程と、前記無機レジスト膜の露光した領域をエッチングして前記マイクロレンズの反転形状を形成する工程を有し、前記露光光を照射するとき、前記露光光の光路に挿入した空間変調器によって前記マイクロレンズの反転形状に対応させたビームプロファイルに露光光を変調する。

本発明のマイクロレンズの第２製造方法では、マイクロレンズ型を形成するとき、電子線露光を用いず光露光を用い、型基板に形成した無機レジスト膜に対して、空間変調器によってマイクロレンズの反転形状に対応させたビームプロファイルに変調された露光光を無機レジスト膜に照射する。これによって、無機レジスト膜の２次元面内に所望のマイクロレンズの反転形状を得る露光が可能になる。
また、エッチングでは、エッチング条件を制御することにより、マイクロレンズの反転形状の深さを制御することが可能になる。

本発明の固体撮像装置の製造方法（第１製造方法）は、入射光を光電変換する受光部を有し、前記受光部の前記入射光が入射する側に、前記入射光を前記受光部に集光するマイクロレンズを形成する工程を有し、前記マイクロレンズは、前記マイクロレンズの反転形状が形成されたマイクロレンズ型を前記受光部の前記入射光が入射する側に形成されたマイクロレンズ形成膜に押し当てて、前記マイクロレンズの反転形状をマイクロレンズ形成膜に転写して形成され、前記マイクロレンズ型を形成する工程は、型基板に形成した無機レジスト膜に対して相対的に２次元走査された露光光を該無機レジスト膜に照射する工程と、前記無機レジスト膜の露光した領域をエッチングして前記マイクロレンズの反転形状を形成する工程とを有し、前記マイクロレンズの反転形状のプロファイルデータに基づいて、前記無機レジスト膜表面からの前記マイクロレンズの反転形状の深さに対応させて前記露光光の照射強度を調整する。

本発明の固体撮像装置の第１製造方法では、本発明のマイクロレンズの第１製造方法を用いてマイクロレンズを形成するため、電子線露光を用いずに、所望の形状のマイクロレンズが形成される。

本発明の固体撮像装置の製造方法（第２製造方法）は、入射光を光電変換する受光部を有し、前記受光部の前記入射光が入射する側に、前記入射光を前記受光部に集光するマイクロレンズを形成する工程を有し、前記マイクロレンズは、前記マイクロレンズの反転形状が形成されたマイクロレンズ型を前記受光部の前記入射光が入射する側に形成されたマイクロレンズ形成膜に押し当てて、前記マイクロレンズの反転形状をマイクロレンズ形成膜に転写して形成され、前記マイクロレンズ型は、型基板に形成した無機レジスト膜に露光光を照射する工程と、前記無機レジスト膜の露光した領域をエッチングして前記マイクロレンズの反転形状を形成する工程により形成され、前記露光光を照射するとき、前記露光光の光路に挿入した空間変調器によって前記マイクロレンズの反転形状に対応させたビームプロファイルに露光光を変調する。

本発明の固体撮像装置の第２製造方法では本発明のマイクロレンズの第１製造方法を用いてマイクロレンズを形成するため、電子線露光を用いずに、所望の形状のマイクロレンズが形成される。

本発明のマイクロレンズの製造方法は、マイクロレンズ型に所望のマイクロレンズの反転形状を形成することができるので、そのマイクロレンズ型を用いることで、所望の形状のマイクロレンズを形成することができる。
よって、マイクロレンズによる集光特性の向上が図れるという利点がある。
また、露光に電子線を用いることなく、光露光を用いることから、露光装置のコストの低減、製造工程のコストの低減が図れる。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、本発明のマイクロレンズの製造方法を用いてマイクロレンズを形成するため、所望の形状のマイクロレンズを形成することができるので、マイクロレンズによる集光特性の向上が図れるという利点がある。
また、露光に電子線を用いることなく、光露光を用いることから、露光装置のコストの低減、製造工程のコストの低減が図れる。

本発明のマイクロレンズの第１製造方法に係る一実施の形態（実施例）を、以下に説明する。

本発明のマイクロレンズの製造方法は、マイクロレンズの反転形状が形成されたマイクロレンズ型を基板上に形成されたマイクロレンズ形成膜に押し当てて、上記マイクロレンズの反転形状をマイクロレンズ形成膜に転写してマイクロレンズを形成する。

上記マイクロレンズ型を形成する工程について、図１の製造工程図および図２によって説明する。

図１（１）に示すように、型基板１１に無機レジスト膜１２を形成する。上記型基板１１には酸化シリコン（ＳｉＯ₂）基板もしくはガラス基板を用いる。上記無機レジスト膜１２には、例えば、遷移金属の酸化物を用いる。例えばタングステン酸化物、モリブデン酸化物もしくはタングステンモリブデン合金の酸化物等を用いる。これらの材料は、例えば、スパッタリングによって型基板１１上に形成される。上記無機レジスト膜１２は非晶質状態で形成される。

そして、図１（２）に示すように、型基板１１に形成した無機レジスト膜１２に対して相対的に２次元走査された露光光Ｌを照射する。例えば、図面矢印方向に照射することを複数回繰り返す、いわゆるラスタースキャンによって照射を行う。
なお、図１（２）〜（５）では、型基板１１の図示は省略した。

上記照射方法は、まず、上記露光光ＬをＸ軸方向に走査することを、無機レジスト膜１２が形成された型基板１１をＸ軸に対して直交するＹ軸方向に移動するごとに行う。
なお、上記露光光Ｌには、例えば波長が４０５ｎｍの半導体レーザ光を用いる。この露光光Ｌは、上記レーザ光に限定されることはなく、無機レジスト１２の種類によって、波長、レーザ発振の種類は適宜選択される。例えば、固体レーザの高調波を用いることもできる。

上記スキャン方法は、例えば、列方向をＹ軸、行方向をＸ軸として、上記型基板１１を第１列において固定し、Ｘ軸方向に露光光Ｌを走査して無機レジスト膜１２に照射する。
次に、型基板１１をＹ軸方向に１ステップ移動させ、第２列の位置に固定する。そして、Ｘ軸方向に露光光Ｌを走査して無機レジスト膜１２に照射する。
このように、型基板１１を１ステップずつ移動させては固定し、露光光ＬをＸ軸方向に走査して無機レジスト膜１２に照射することを、例えばｍ回繰り返す。ここで、ｍは、マイクロレンズの大きさによって適宜設定されるＹ軸方向のステップ数である。

また、露光光Ｌの走査時には、上記マイクロレンズの反転形状のプロファイルデータを参照し、上記無機レジスト膜１２表面からの上記マイクロレンズの反転形状の深さに対応させて上記露光光Ｌの照射強度を、例えば、Ｘ軸方向の分割数に合わせて調整する。
例えば、Ｘ軸方向の分割数をｎとすれば、ｎは上記マイクロレンズの反転形状において、Ｙ軸方向のある１列に対するＸ軸方向のプロファイルデータ数に対応する。
例えば、１回の露光光Ｌの走査において、プロファイルデータ数がi個の場合には、ｎ＝i回、露光光の強度が調整されることになる。

例えば、マイクロレンズの反転形状のプロファイルデータマップは、Ｘ軸方向にｎ＝i＝３１で、Ｙ軸方向にｊ＝３１ステップのマップとなっている。
このプロファイルデータマップに対応させて、露光のパワー階調マップを形成する。
例えば、図２に示すような、露光のパワー階調マップを形成する。
なお、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに、パワーデータが「０」の行および列には露光光Ｌの照射は行わない。露光光Ｌの照射では、例えば、露光のパワー階調の数値が大きくなるほど、照射強度を強くする。

このように、マイクロレンズの反転形状のプロファイルデータを参照し、無機レジスト膜１２の表面からのマイクロレンズの反転形状の深さに対応させて露光光Ｌのパワー階調を変化させる。すなわち、照射強度を調整する。

上記のように、ラスタースキャンによって無機レジスト膜１２を露光する。
この結果、図１（３）に示すように、上記無機レジスト膜１２はレーザ光照射よる熱化学反応により露光光Ｌを照射した部分で結晶化が進み、そして膨潤し、膜に微細な隙間ができる。

上記状態で、上記無機レジスト膜１２をエッチングする。
この結果、図１（４）に示すように、上記無機レジスト膜１２にマイクロレンズの反転形状１３が形成される。

また、上記露光では、無機レジスト膜１２の材質を選択することで、マイクロレンズの反転形状の形状を制御することができる。
例えば、無機レジスト膜１２にタングステン酸化物を用いた場合、マイクロレンズの反転形状の側壁部分が立った状態に形成されやすくなり、アスペクト比が取れるエッチング加工が可能になる。例えば、無機レジスト膜１２の表面から１００ｎｍ程度の深さまでマイクロレンズの反転形状を得るための露光が可能になる。
また、無機レジスト膜１２にモリブデン酸化物を用いた場合、マイクロレンズの反転形状の側壁部分が緩やかに傾斜した状態に形成されやすくなる。
さらに、無機レジスト膜１２にタングステンとモリブデンの合金の酸化物を用いた場合には、その混合比を調整することによって、マイクロレンズの反転形状の側壁部分の傾斜を調整することが可能になる。
上記無機レジスト膜１２を用いたプロセスは、相変化マスタリング（ＰＴＭ：Phase Transition Mastering）技術を応用したものであり、光照射によって無機レジスト膜１２のハーフトーンの深さ制御ができる点でマイクロレンズの形成に適している。

上記プロセスによって、無機レジスト膜１２にマイクロレンズの反転形状１３が形成される。そして、上記プロセスを所望のレンズ形成位置に対応させて繰り返し行うことによって、図１（５）に示すように、上記無機レジスト膜１２に複数のマイクロレンズの反転形状１３を形成することができる。このようにして、マイクロレンズアレイを形成するためのマイクロレンズ型１０が形成される。

上記マイクロレンズ型１０は、ラスタースキャンのときの露光光量を調節することで、各マイクロレンズの反転形状１３を、個々のマイクロレンズの形状に合わせた形状に形成することができるという利点がある。

そして、図示はしないが、上記マイクロレンズ型１０の上記マイクロレンズの反転形状１３が形成された無機レジスト膜１２を、基体上に形成されたマイクロレンズを形成するためのレンズ形成膜に押し当てる。すると、レンズ形成膜に上記マイクロレンズの反転形状１３が転写され、レンズ形成膜にマイクロレンズが形成される。
したがって、１回の型押しによって、複数のマイクロレンズを形成することが可能になる。

次に、上記露光を行う露光装置について、図３の概略構成図によって説明する。

図３に示すように、露光装置３０は、露光光Ｌを発振する光源３１を備えている。この光源３１は、例えば露光光Ｌを発振する半導体レーザ発振器３２と、それを駆動する光源駆動部３３を有する。この光源３１は、半導体レーザ発振器に限定されず、露光光Ｌを発振できるものであれば、いかなる光源の用いることができる。例えば固体レーザ発振器を用いることもできる。

上記光源３１から発振された露光光Ｌは、コリメータレンズ３４、ビーム整形部３５、ガルバノミラー３６、集光光学部３７の順に配置された光学系を通して、被照射物（例えば上記無機レジスト膜１２）に照射される。
上記ビーム整形部３５は、例えばビーム整形プリズムで構成されている。
上記ガルバノミラー３６は、例えばガルバノ駆動部３８によって、角度が変えられるようになっている。これによって、露光光Ｌが照射面に対して走査される。
また、露光光Ｌの照射面には被照射物（例えば上記型基板に形成した無機レジスト膜）を固定するステージ（図示せず）が設けられている。このステージは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能となっている。

また、ホストコンピュータ４１を備え、このホストコンピュータ４１では、予めラスタースキャンして各座標で与える露光光Ｌのパワー階調データを数値化する。そのデータを記憶するメモリ４２が備えられている。すなわち、メモリ４２では、ラスタースキャンの各座標位置と、それに対応した露光光Ｌのパワー階調データを数値化した情報が記憶されている。

そして露光制御部４３によって、メモリ４２に記憶されたラスタースキャンの座標位置をガルバノ駆動信号に変換してガルバノ駆動部３８に指令し、ガルバノ駆動部３８がその指令に基づいて上記ガルバノミラー３６を駆動する。
同時に、露光制御部４３によって、ラスタースキャンの座標位置に対応した上記数値化されたパワー階調データを取り出し、それをパワー制御信号に変換して光源駆動部３３に指令する。光源駆動部３３ではパワー制御信号に対応して露光光Ｌの強度が得られるようになっていて、光源３１から露光光Ｌが発振されるようになっている。

次に、上記露光装置３０によるラスタースキャンによる露光を説明する。
マイクロレンズの反転形状を得るための座標位置は、例えばＸ軸方向に１０２４ステップ、Ｙ軸方向に１０２４ステップに分割されている。その分割数に対応するように、図４（１）に示すように、Ｘ軸方向に「０」番地〜「１０２３」番地、Ｙ軸方向に「０」番地〜「１０２３」番地に対応するように、上記露光制御部によって、パワー制御信号が決定される。なお、露光光ＬはＸ軸方向に走査し、ステージをＹ軸方向に走査する場合を示した。また図面のＺ軸はレーザ光を発信させるための光源駆動部のパワーを示す。

また、Ｙ軸方向の所定番地におけるＸ軸方向に露光光Ｌが走査されるときのガルバノ駆動信号の一例を図４（２）に示す。
したがって、図５（１）のＡ部拡大図である図５（２）に示すように、Ｘ軸方向の１番地ごとにガルバノ駆動信号によってガルバノミラーを駆動させつつ、その番地に対応したパワー制御信号に変化させる。このことを、Ｘ軸方向に「０」番地〜「１０２３」番地に対して行い、Ｙ軸方向のある番地に対応する露光が完了する。このような露光を、Ｙ軸方向の「０」番地〜「１０２３」番地まで行うことで、一つのマイクロレンズの反転形状の部分が露光される。

本発明のマイクロレンズの第１製造方法では、マイクロレンズ型１０を形成するとき、電子線露光を用いず光露光を用い、型基板１１に形成した無機レジスト膜１２に対して相対的に２次元走査された露光光Ｌを無機レジスト膜１２に照射する。このとき、マイクロレンズの反転形状１３のプロファイルデータに基づいて、無機レジスト膜１２表面からのマイクロレンズの反転形状１３の深さに対応させて露光光Ｌの照射強度を調整する。これによって、無機レジスト膜１２の２次元面内に露光光Ｌを所望の照射強度に調整して照射することが可能になる。
したがって、マイクロレンズ型１０に所望のマイクロレンズの反転形状１３を得ることが可能になる。
また、エッチングでは、エッチング条件を制御することにより、マイクロレンズの反転形状１３の深さを制御することが可能になる。
よって、上記マイクロレンズ型１０で形成したマイクロレンズは、設計値に近いもしくいは設計値通りの形状のマイクロレンズになるので、そのマイクロレンズによる集光特性の向上が図れるという利点がある。
また、露光に電子線を用いることなく、光露光を用いることから、露光装置のコストの低減、製造工程のコストの低減が図れる。さらに、露光光Ｌの強度を直接制御するため、マスクが不要になり、製造工程が簡素化される。

次に、本発明のマイクロレンズの第２製造方法に係る一実施の形態（実施例）を、以下に説明する。

上記マイクロレンズ型を形成する工程について、図６の製造工程図および図７によって説明する。

図６（１）に示すように、型基板１１に無機レジスト膜１２を形成する。上記型基板には酸化シリコン（ＳｉＯ₂）基板もしくはガラス基板を用いる。上記無機レジスト膜１２には、例えば、遷移金属の酸化物を用いる。例えばタングステン酸化物、モリブデン酸化物もしくはタングステンモリブデン合金の酸化物等を用いる。これらの材料は、例えば、スパッタリングによって型基板１１上に形成される。上記無機レジスト膜１２は非晶質状態で形成される。

そして、図６（２）に示すように、型基板１１に形成した無機レジスト膜１２に対してマイクロレンズの反転形状に対応させたビームプロファイルに変調された露光光Ｌを照射する。
上記露光光Ｌには、例えば波長が４０５ｎｍの半導体レーザ光を用いる。この露光光Ｌは、上記レーザ光に限定されることはなく、無機レジスト１２の種類によって、波長、レーザ発振の種類は適宜選択される。例えば、固体レーザの高調波を用いることもできる。
なお、図６（２）〜（５）では、型基板１１の図示は省略した。

上記照射方法は、図７に示すように、上記露光光Ｌを空間変調器５１によって、マイクロレンズの反転形状に対応させたビームプロファイルに露光光を変調する。上記空間変調器５１には、例えば可動スリット５２を用いることができる。なお、図７の平面図と断面図の縮尺は一致させておらず、平面図が縮小されて描かれている。
例えば、露光光Ｌの光径をはみ出さないように、可動スリット５２の開口部５３を、例えば、露光光Ｌの中心に対して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の２次元方向に移動させる。もしくは、露光光Ｌの中心に対して、偏心させて円運動もしくは楕円運動させる。
これによって、露光光Ｌを所望のマイクロレンズの反転形状に対応させたビームプロファイルに変調する。
例えば、可動スリット５２の開口部５３の中心に露光光Ｌの中心があるときには、露光光の強度分布は例えば強度分布Ａとなる。そして可動スリット５２を矢印方向（例えばＸ軸の図面右方向）に可動させることで、露光光Ｌの強度分布は例えば強度分布Ｂを得ることができる。

上記のように、露光光Ｌを空間変調器５１によって、図６（２）に示すマイクロレンズの反転形状に対応させたビームプロファイル（強度分布）に変調して、無機レジスト膜１２に照射する。
この結果、図６（３）に示すように、上記無機レジスト膜１２はレーザ光照射よる熱化学反応により部分的に結晶化が進み、そして膨潤し、膜に微細な隙間ができる。

上記状態で、上記無機レジスト膜１２をエッチングする。
この結果、図６（４）に示すように、上記無機レジスト膜１２にマイクロレンズの反転形状１３が形成される。

上記プロセスによって、無機レジスト膜１２にマイクロレンズの反転形状１３が形成される。そして、上記プロセスを所望のレンズ形成位置に対応させて繰り返し行うことによって、図６（５）に示すように、上記無機レジスト膜１２に複数のマイクロレンズの反転形状１３を形成することができる。このようにして、マイクロレンズアレイを形成するためのマイクロレンズ型１０が形成される。

そして、図示はしないが、上記マイクロレンズ型１０の上記マイクロレンズの反転形状１３が形成された無機レジスト膜１２を、基体上に形成されたマイクロレンズを形成するためのレンズ形成膜に押し当てる。これによって、レンズ形成膜に上記マイクロレンズの反転形状１３が転写され、レンズ形成膜にマイクロレンズが形成される。
したがって、１回の型押しによって、複数のマイクロレンズを形成することが可能になる。

次に、上記露光を行う露光装置について、図８の概略構成図によって説明する。

図８に示すように、露光装置５０は、露光光Ｌを発振する光源３１を備えている。この光源３１は、例えば露光光Ｌを発振する半導体レーザ発振器３２と、それを駆動する光源駆動部３３を有する。この光源３１は、半導体レーザ発振器に限定されず、露光光Ｌを発振できるものであれば、いかなる光源の用いることができる。例えば固体レーザは発振器を用いることもできる。

上記光源３１から発振された露光光Ｌは、コリメータレンズ３４、ビーム整形部３５、空間変調器５１（例えば、可動スリット５２）、ミラー５５、集光光学部３７の順に配置された光学系を通して、被照射物（例えば前記無機レジスト膜１２）に照射される。
上記ビーム整形部３５は、例えばビーム整形プリズムで構成されている。
上記可動スリット５２は、前記図７によって説明したように、露光光Ｌがマイクロレンズの反転形状に対応させたビームプロファイル（強度分布）に変調されるように可動するものである。
上記ミラー５５は、通常の反射ミラーを用いる。または、露光光Ｌの照射位置の微調整が行えるように、例えばガルバノミラーとしてもよい。この場合には、図示しないが、ガルバノミラー駆動部が設けられる。
また、露光光Ｌが照射面には被照射物（例えば上記型基板に形成した無機レジスト膜）を固定するステージ（図示せず）が設けられている。このステージは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能となっている。

また、ホストコンピュータ４１を備え、このホストコンピュータ４１では、予め露光光Ｌのパワー変調データを数値化する。そのデータを記憶するメモリ４２が備えられている。すなわち、メモリ４２では、各座標位置と、それに対応した露光光Ｌのパワー変調データを数値化した情報が記憶されている。

そして露光制御部４３によって、メモリ４２に記憶された座標位置を、空間変調信号８例えば可動スリット駆動信号）に変換して空間変調器５１（例えば、可動スリット５２）に指令し、その指令に基づいて空間変調器５１（例えば、可動スリット５２）を駆動する。
同時に、露光制御部４３によって、座標位置に対応した上記パワー変調データを取り出し、それをパワー制御信号に変換して光源駆動部３３に指令する。光源駆動部３３ではパワー制御信号に対応して露光光Ｌの強度が得られるように光源３１から露光光Ｌが発振されるようになっている。

図９は、マイクロレンズアレイを形成する複数のマイクロレンズの反転形状を得る露光光の一例および各位置におけるその露光光で得られるレンズ形状の断面図に示す。上記各位置は、例えば、Ａ−Ａ’線断面、Ｂ−Ｂ’線断面、Ｃ−Ｃ’線断面、Ｄ−Ｄ’線断面、Ｅ−Ｅ’線断面、Ｆ−Ｆ’線断面、Ｇ−Ｇ’線断面、Ｈ−Ｈ’線断面である。また、図１０は、レンズ部分の拡大図である。
上記第２製造方法では、図９に示すように、露光装置５０で露光光ＬをＸ軸方向、Ｙ軸方向にステップ送りしながらマイクロレンズの反転形状毎に適切なプロファイルでビーム照射することが可能になる。
図９では、図面中央部に示した円形の複数の分布図およびその周囲に示した９個の拡大図が露光光の強度分布を等高線で示し、その梨時模様の濃い部分が露光光Ｌの強度が高く、梨時模様の薄い部分が露光光Ｌの強度が低くなっている。このような階調は、露光光Ｌに対して上記可動スリット５２を、例えばＸ軸方向、Ｙ軸方向に適宜可動させることで得ることができる。
例えば、図１０（１）に示すように、例えば斜め入射による結像ポイントのシフト分Δｘだけ、レンズ中心をシフトさせればよい。すなわち、図１０（２）に示すように、周囲のレンズは、本来のレンズ中心より上記シフト分Δｘだけレンズ中心を中央部側にずらして形成される。

本発明のマイクロレンズの第２製造方法では、マイクロレンズ型１０を形成するとき、電子線露光を用いず光露光を用いる。そして、型基板１１に形成した無機レジスト膜１２に対して、空間変調器５１によって、形成しようとするマイクロレンズの反転形状１３に対応させたビームプロファイルに変調された露光光Ｌを無機レジスト膜１２に照射する。これによって、無機レジスト膜１２の２次元面内に所望のマイクロレンズの反転形状１３を得る露光が可能になる。
したがって、マイクロレンズ型１０に所望のマイクロレンズの反転形状１３を得ることが可能になる。
また、エッチングでは、エッチング条件を制御することにより、マイクロレンズの反転形状の深さを制御することが可能になる。
よって、上記マイクロレンズ型１０で形成したマイクロレンズは、設計値に近いもしくは設計値通りの形状のマイクロレンズになるので、そのマイクロレンズによる集光特性の向上が図れるという利点がある。
また、露光に電子線を用いることなく、光露光を用いることから、露光装置のコストの低減、製造工程のコストの低減が図れる。さらに、露光光Ｌの強度を直接制御するため、マスクが不要になり、製造工程が簡素化される。

次に、本発明の固体撮像装置の製造方法に係る一実施の形態（実施例）を、図１１〜図１４の製造工程図によって説明する。ここでは一例として、ＣＣＤ型固体撮像装置を説明するが、ＣＭＯＳ型固体撮像装置のマイクロレンズ形成においても、ＣＣＤ型固体撮像装置のマイクロレンズの形成と同様に行うことができる。

図１１（１）に示すように、通常の固体撮像装置の製造プロセスによって、半導体基板７１に画素分離領域（図示せず）、受光部７２、電荷読み出し部７３、電荷転送電極７４Ｅを含む電荷転送部７４等を形成した後、全面に光透過性の絶縁膜７５を形成する。さらに受光部７２上に開口部７６を設けた遮光膜７７を形成する。さらに、光透過性の平坦化絶縁膜７８を形成した後、カラーフィルター層７９を形成する。

次に、図１１（２）に示すように、上記カラーフィルター層７９上にレンズ形成膜８１を形成する。このレンズ形成膜８１は、例えばレジストで形成され、例えば紫外線硬化型レジストで形成される。

次に、図１２（３）に示すように、前記説明したマイクロレンズの第１製造方法もしくはマイクロレンズの第２製造方法で形成されたマイクロレンズ型１０のマイクロレンズ反転形状１３が形成された無機レジスト膜１２を上記レンズ形成膜８１に押し当てる。これによって、レンズ形成膜８１にマイクロレンズ型１０のマイクロレンズ反転形状１３が転写され、レンズ形成膜８１にマイクロレンズ８２が形成される。

次に、図１３（４）に示すように、紫外線ＵＶを、上記マイクロレンズ型１０を透過させて上記レンズ形成膜８１に照射し、マイクロレンズ８２が形成されたレンズ形成膜８１を硬化させる。

次に、図１４（５）に示すように、上記マイクロレンズ８２が形成されたレンズ形成膜８１から上記マイクロレンズ型１０（前記図１３（４）参照）を剥離する。図面では、マイクロレンズ型１０を剥離した状態を示した。

本発明の固体撮像装置の製造方法では、本発明のマイクロレンズの第１製造方法もしくは第２製造方法を用いてマイクロレンズ８２を形成するため、電子線露光を用いずに、所望の形状のマイクロレンズ８２を形成することができる。
よって、集光特性に優れたマイクロレンズ８２を形成することができるので、固体撮像装置７０の感度を向上させることができる。

上記説明したマイクロレンズの製造方法は、上記説明した固体撮像装置のマイクロレンズの製造方法に適用される他、各種電子機器に用いられるマイクロレンズの製造方法に適用することができる。

例えば、ファクシミリ機械内で使用される一次イメージセンサの感度を向上させるため光電変換区域内に入射光を集める集束手段または像形成手段としてのマイクロレンズが挙げられる。
半透過型液晶表示パネルのバックライトの輝度の向上を目的としたマイクロレンズが挙げられる。また、液晶表示装置などの余り輝かない表示装置内の画素の周りの区域内に光を集めることによって輝度を強めるためのマイクロレンズが挙げられる。
発光装置または受光装置を光ファイバに結合するための集束手段としてのマイクロレンズが挙げられる。
単品レンズの代替品として、液晶プリンタまたはＬＥＤプリンタによって印刷される感光媒体上の像を形成するための手段としてのマイクロレンズが挙げられる。
リア型プロジェクタ用のレンズ、レンチキュラレンズを備えた従来のリア型プロジェクタでは、左右の視野角が大きいが、上下の視野角が小さい問題を解決するためのマイクロレンズが挙げられる。
レンズシャッタ−カメラの自動焦点検出に用いる焦点板として、例えば規則正しい形状のレンズ配置によって入射光が均等に拡散され、焦点ずれを精度良く制御することができるようにするマイクロレンズが挙げられる。
その他、光情報を処理するためのフィルタとしてのマイクロレンズが挙げられる。
光ピックアップ用素子として、例えばレーザディスク、コンパクトディスクまたは光磁気ディスクなどの光ピックアップ手段に用いるマイクロレンズが挙げられる。

本発明のマイクロレンズの第１製造方法に係る一実施の形態（実施例）を示した製造工程図である。露光のパワー階調マップの一例を示した図である。本発明のマイクロレンズの第１製造方法を実施する露光装置の一例を示した概略構成図である。ラスタースキャンによる露光の一例を説明する図である。ガルバノ駆動信号およびパワー制御信号の一例を示した図である。本発明のマイクロレンズの第２製造方法に係る一実施の形態（実施例）を示した製造工程図である。空間変調器による露光光の変調の一例を示した図である。本発明のマイクロレンズの第２製造方法を実施する露光装置の一例を示した概略構成図である。マイクロレンズアレイを形成する複数のマイクロレンズの反転形状を得る露光光の一例を示した図である。マイクロレンズアレイを形成する複数のマイクロレンズの反転形状を得る露光光の一例を示した拡大図である。本発明の固体撮像装置の製造方法に係る一実施の形態（実施例）を示した製造工程図である。本発明の固体撮像装置の製造方法に係る一実施の形態（実施例）を示した製造工程図である。本発明の固体撮像装置の製造方法に係る一実施の形態（実施例）を示した製造工程図である。本発明の固体撮像装置の製造方法に係る一実施の形態（実施例）を示した製造工程図である。従来のマイクロレンズの製造方法を示した製造工程断面図である。

符号の説明

１０…マイクロレンズ型、１１…型基板、１２…無機レジスト膜、１３…マイクロレンズの反転形状、Ｌ…露光光

Claims

マイクロレンズの反転形状が形成されたマイクロレンズ型を基板上に形成されたマイクロレンズ形成膜に押し当てて、前記マイクロレンズの反転形状をマイクロレンズ形成膜に転写してマイクロレンズを形成する工程を有し、
前記マイクロレンズ型を形成する工程は、
型基板に形成した無機レジスト膜に対して相対的に２次元走査された露光光を該無機レジスト膜に照射する工程と、
前記無機レジスト膜の露光した領域をエッチングして前記マイクロレンズの反転形状を形成する工程とを有し、
前記マイクロレンズの反転形状のプロファイルデータに基づいて、前記無機レジスト膜表面からの前記マイクロレンズの反転形状の深さに対応させて前記露光光の照射強度を調整する
マイクロレンズの製造方法。
前記無機レジスト膜に対して相対的に露光光を２次元走査する方法は、
前記露光光をＸ軸方向に走査することを、
前記無機レジスト膜が形成された型基板を前記Ｘ軸に対して直交するＹ軸方向に移動するごとに行う
請求項１記載のマイクロレンズの製造方法。
前記マイクロレンズの反転形状の深さを前記無機レジスト膜のエッチング条件で制御する
請求項１記載のマイクロレンズの製造方法。
前記無機レジスト膜に複数の前記マイクロレンズの反転形状を形成する
請求項１記載のマイクロレンズの製造方法。
マイクロレンズの反転形状が形成されたマイクロレンズ型を基板上に形成されたマイクロレンズ形成膜に押し当てて、前記マイクロレンズの反転形状をマイクロレンズ形成膜に転写してマイクロレンズを形成する工程を有し、
前記マイクロレンズ型を形成する工程は、
型基板に形成した無機レジスト膜に露光光を照射する工程と、
前記無機レジスト膜の露光した領域をエッチングして前記マイクロレンズの反転形状を形成する工程を有し、
前記露光光を照射するとき、前記露光光の光路に挿入した空間変調器によって前記マイクロレンズの反転形状に対応させたビームプロファイルに露光光を変調する
マイクロレンズの製造方法。
前記無機レジスト膜に複数の前記マイクロレンズの反転形状を形成する
請求項５記載のマイクロレンズの製造方法。
入射光を光電変換する受光部を有し、前記受光部の前記入射光が入射する側に、前記入射光を前記受光部に集光するマイクロレンズを形成する工程を有し、
前記マイクロレンズは、前記マイクロレンズの反転形状が形成されたマイクロレンズ型を前記受光部の前記入射光が入射する側に形成されたマイクロレンズ形成膜に押し当てて、前記マイクロレンズの反転形状をマイクロレンズ形成膜に転写して形成され、
前記マイクロレンズ型を形成する工程は、
型基板に形成した無機レジスト膜に対して相対的に２次元走査された露光光を該無機レジスト膜に照射する工程と、
前記無機レジスト膜の露光した領域をエッチングして前記マイクロレンズの反転形状を形成する工程を有し、
前記マイクロレンズの反転形状のプロファイルデータに基づいて、前記無機レジスト膜表面からの前記マイクロレンズの反転形状の深さに対応させて前記露光光の照射強度を調整する
固体撮像装置の製造方法。
入射光を光電変換する受光部を有し、前記受光部の前記入射光が入射する側に、前記入射光を前記受光部に集光するマイクロレンズを形成する工程を有し、
前記マイクロレンズは、前記マイクロレンズの反転形状が形成されたマイクロレンズ型を前記受光部の前記入射光が入射する側に形成されたマイクロレンズ形成膜に押し当てて、前記マイクロレンズの反転形状をマイクロレンズ形成膜に転写して形成され、
前記マイクロレンズ型は、
型基板に形成した無機レジスト膜に露光光を照射する工程と、
前記無機レジスト膜の露光した領域をエッチングして前記マイクロレンズの反転形状を形成する工程により形成され、
前記露光光を照射するとき、前記露光光の光路に挿入した空間変調器によって前記マイクロレンズの反転形状に対応させたビームプロファイルに露光光を変調する
固体撮像装置の製造方法。