JP2009222850A - マイクロレンズアレイの製造方法及び濃度分布マスク - Google Patents

Abstract

【課題】濃度分布マスクにより、非対称な形状のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイを製造する。
【解決手段】単位レンズを配列したマイクロレンズアレイを形成するための、遮光パターンを格子上に設置した濃度分布マスクにおいて、個々の単位レンズの領域を、各単位レンズの中心からの距離が異なる階調境界円で分割した複数の環状領域に分割し、前記中心からの距離が同じ前記環状領域内の遮光パターンを全ての単位レンズで集合して一体化した遮光パターン群を複数形成し、前記遮光パターン群を前記マイクロレンズアレイの中心に関して対称に拡大縮小するシュリンク処理が行なわれ、前記単位レンズの中心に近い前記環状領域の前記遮光パターン群ほど大きく拡大縮小されることで前記遮光パターンの位置が移動している濃度分布マスクを用いてマイクロレンズアレイを製造する。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像デバイスに利用されるマイクロレンズアレイの製造方法に関する。

ビデオカメラ、ディジタルカメラ、携帯電話に用いられる撮像デバイスは高画素化が求められている。画素が微細となると、画素を構成するＣＣＤ、ＣＭＯＳ等からなる受光素子も微細となる。微細な受光素子への集光効率を高めるため、広くマイクロレンズが利用されている。これは、画素への入射光を効率よくマイクロレンズにて集光して、受光素子に入射させ、受光感度を向上させるためである。

このようなマイクロレンズは、一般に次のような方法で製造される。まずひとつには、熱リフロー方式で製造される。すなわち、まず、マイクロレンズとなる素材（例えば、透明な感光性樹脂）を基板上に塗布する。次に、所定のパターンを有するパターン露光用マスクを介し感光性樹脂にパターン露光した後、現像を行い、マイクロレンズを形成する部位に透明樹脂層を形成する。次に、基板に加熱処理を行い透明樹脂層の表面を溶かし、溶けた透明樹脂層の表面張力にて、曲面を有するマイクロレンズを形成する。このような熱リフロー方式でマイクロレンズを形成する際、個々のマイクロレンズ同士に隙間がないと、加熱処理時、隣接したマイクロレンズ同士が溶着し、所望する曲面が形成できないことになる。このため、熱リフロー方式では隣接するマイクロレンズ同士の距離をある程度離す必要が生じ、各マイクロレンズ間に隙間を持たせる必要が生じる（以上、例えば特許文献１に記載）。そのため、画像領域を全てマイクロレンズで覆うことが出来ず、集光性の向上には限度がある。

そのため、近年、３次元形状作成用濃度分布マスクを用いた感光性材料へのパターン露光および現像により、基板上に３次元構造の感光性材料パターンを形成する方法、又は、その感光性材料パターンを基板に彫り写すことにより３次元構造の表面形状をもつ物品を製造する方法があり、濃度分布マスク及びその製造方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この濃度分布マスクを用いてマイクロレンズを製造することができる。この方法によれば、隣接するマイクロレンズ同士を接して形成することが可能になるためマイクロレンズで画素領域を覆う割合を大きくでき、集光性向上の上で好ましい。

特許文献２によれば、３次元形状の工程や傾斜面は、露光マスクの濃淡（光透過率１００％から０％の間の任意の濃度）と中間階調の連続的な変化により、露光光の透過率を変化させ感光性材料に露光する光量を変化させることにより実現している。

具体的には、濃度分布マスクの露光に使用される領域は適当な形状および大きさの単位セルにより隙間なく分割されており、その単位セル内に円形の遮光パターン（ドット）を、段階的に大きさを変えて形成し、所定の透過量（濃度）を得ている。

円形の遮光パターン（ドット）の大きさが段階的に変化するものであっても、単位セルが充分に小さければ、例えば露光装置の解像度又は、使用する感光性材料の解像度よりも単位セルの大きさ、もしくは遮光パターン（ドット）の大きさが小さければ、結果として露光〜現像により感光性材料で形成されるパターンの表面形状は連続的に変化する３次元形状となる。

また、特許文献２では、矩形の遮光パターンで形成された濃度分布マスクを用いて、写真製版工程（フォトリソ工程）で以下の工程を含めた方法で、基板上に３次元構造の感光
性材料パターンによるマイクロレンズアレイ１を形成している。
（１）前記のような３次元構造を製作するために、その３次元構造を基に露光時の露光量の全体的な光強度分布を計算し、基板上での各ポイントの感光性材料の除去量をシミュレーションで計算し、除去量に見合った光を透過する矩形遮光パターンを設計する計算シミュレーション工程。
（２）透明基板上に遮光膜を形成し、さらにその上にマスク用感光性材料層をもつマスクブランクスに電子線またはレーザー光線によって前記の設計された矩形遮光パターンに基づいて露光し、現像してマスク用感光性材料パターンを形成するパターン化工程。
（３）形成されたマスク用感光性材料パターンをマスクとして前記遮光膜をドライエッチング又はウエットエッチングし、矩形遮光パターンを形成する工程。
（４）次いで必要により、工程（３）で形成された遮光パターンを工程（１）で設計された矩形遮光パターンと比較し、両者が一致するように前記形成された濃度分布マスクの遮光パターンを修正する工程。

以下に公知文献を記す。
特開２００１−０８５６５７号公報 特開２００２−２４４２７３号公報

上記した従来の製造方法を用いれば曲面を有するマイクロレンズが得られると考えられるが、非対称な形状のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイをどういう濃度分布マスクを用いて製造するかの具体的製造方法が明確に示されていない問題があった。

本発明は、この問題点を解決し、濃度分布マスクにより、非対称な形状のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイを製造する方法を提供することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために、単位レンズを配列したマイクロレンズアレイの製造方法において、遮光パターンを格子上に千鳥足状に設置した濃度分布マスクを用い、前記濃度分布マスクの個々の単位レンズの領域を、各単位レンズの中心からの距離が異なる階調境界円で分割した複数の環状領域に分割し、前記中心からの距離が同じ前記環状領域内の遮光パターンを全ての単位レンズで集合して一体化した遮光パターン群を複数形成し、前記遮光パターン群を前記マイクロレンズアレイの中心に関して対称に拡大縮小するシュリンク処理を行い、前記遮光パターン群毎に前記シュリンク処理の拡大縮小率を変えた前記濃度分布マスクのパターンを形成する工程と、基板上に塗布した感光性レジスト材料層に、前記濃度分布マスクのパターンを介して露光し、前記感光性レジスト材料層を現像することで非対称な形の前記単位レンズを有する前記マイクロレンズアレイを製造する工程を有することを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法である。

また、本発明は、上記シュリンク処理が、上記遮光パターン群の上記環状領域が単位レンズの中心に近いほど大きく拡大縮小し、かつ、全ての上記階調境界円において、上記階調境界円で分割された内側の環状領域と外側の環状領域の境界が相対的にずれて重なる長さが上記格子のピッチ以下になるシュリンク処理を行うことを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズアレイの製造方法である。

また、本発明は、上記基板が、撮像デバイスの半導体基板上にカラーフィルター層を形成して成る基板であることを特徴とする上記のマイクロレンズアレイの製造方法である。

また、本発明は、単位レンズを配列したマイクロレンズアレイを形成するための、遮光
パターンを格子上に設置した濃度分布マスクにおいて、個々の単位レンズの領域を、各単位レンズの中心からの距離が異なる階調境界円で分割した複数の環状領域に分割し、前記中心からの距離が同じ前記環状領域内の遮光パターンを全ての単位レンズで集合して一体化した遮光パターン群を複数形成し、前記遮光パターン群を前記マイクロレンズアレイの中心に関して対称に拡大縮小するシュリンク処理が行なわれ、前記単位レンズの中心に近い前記環状領域の前記遮光パターン群ほど大きく拡大縮小されることで前記遮光パターンの位置が移動していることを特徴とする濃度分布マスクである。

本発明のマイクロレンズアレイの製造方法は、以上のように、個々の単位レンズの領域が、単位レンズの中心からの距離が異なる環状領域に分割され、その環状領域の大きさ毎に、全ての単位レンズにおける大きさが同じ環状領域内の遮光パターンが一体にされてマイクロレンズアレイの中心に関して対称に拡大縮小するシュリンク処理が行なわれて遮光パターンの位置が移動している濃度分布マスクを用いることで、非対称な形の単位レンズを有するマイクロレンズアレイが得られる効果がある。

本実施形態では、図１に示すように、撮像デバイス１０の半導体基板１１上に塗布した感光性レジスト材料層２０に濃度分布マスク２のパターンを露光し現像することで、その撮像デバイス１０の個々の受光素子１２毎の画素のカラーフィルターの画素１４ｒ、１４ｇ、１４ｂ上に個々のマイクロレンズ（単位レンズ）を形成することでマイクロレンズアレイ１を製造する。個々の単位レンズは、平面上の画素の配列の個々のカラーフィルターの画素１４ｒ、１４ｇ、１４ｂ毎に夫々略矩形状の単位レンズを配置する。

（濃度分布マスク）
マイクロレンズアレイ１の形成用の濃度分布マスク２は、実際に形成するパターンの５倍や４倍や１．２５倍の寸法に形成し、パターン露光時に、縮小投影型露光装置（ステッパー）で縮小して、露光光の波長以下の寸法のパターンにして投影する。あるいは、濃度分布マスク２を実際に形成するパターンと同じ縮尺の寸法に形成し、マスクアライナーで濃度分布マスク２のパターンを半導体基板１１に、コンタクト露光あるいはプロキシミティ露光又は投影露光しても良い。

この濃度分布マスク２は、図２（ａ）に平面図を示すように、個々の単位レンズ毎に、単位レンズの中心の周りの同心円の階調境界円５で単位レンズの領域を分割し、外周円の階調境界円５と内周円の階調境界円５間の領域である環状領域６に分解する。図２（ａ）では、各単位レンズの各環状領域６を、その外周の階調境界円５により示す。環状領域６の内周の階調境界円５の記載は省略した。図２（ａ）では円環状の環状領域６同士の一部が重なり合っているが、その重なりの詳細は、後に図３で説明する。図２（ｂ）には、マイクロレンズアレイ１の領域の端部の単位レンズの（ネガ型の）濃度分布パターン３を、複数の矩形の遮光パターン４を配置して形成する例を示す。図２（ｂ）では、矩形の遮光パターン４を略市松模様に並べて濃度分布パターン３を形成している。遮光パターン４は千鳥足状の格子点４ａ位置に設置する。図２（ａ）の階調境界円５で分割した環状領域６毎に、すなわち、単位レンズの中心からの距離が異なる円環状の環状領域６毎に、図２（ｂ）に示すように、遮光パターン４の寸法を変える。これにより、単位レンズの中心からの距離が異なる環状領域６毎に階調（グレースケール：濃度）を変える。図２（ｂ）は、濃度分布マスク２のネガパターンを示す。図２（ｂ）のような、単位レンズの中心に近い環状領域６ほど、個々の遮光パターン４の面積を小さくすることで、単位レンズの中心に近い環状領域６ほど濃度を薄くするように階調を変化させたネガパターンの白黒を反転させたポジ型の濃度分布マスク２のパターンを作製する。

こうして、個々の単位レンズの中心からの距離により単位レンズの領域が環状領域６に分割され、その環状領域６の大きさ毎に、全ての単位レンズにおけるその環状領域６内の遮光パターン４が一体にされて、マイクロレンズアレイ１の中心に関して対称に拡大縮小するシュリンク処理が行なわれ、単位レンズの中心に近い環状領域６の遮光パターン４ほど大きく拡大縮小されて、格子点４ａとともに位置が移動した遮光パターン４が形成された濃度分布マスク２のパターンが得られる。そして、このパターンの白黒を反転し、個々の単位レンズ毎の濃度分布パターン３を有するポジ型の濃度分布マスク２を製造する。その濃度分布マスク２を介してポジ型の感光性レジスト材料層２０を露光する。

（濃度分布マスクの階調）
濃度分布マスク２の濃度（階調）は、グリッド（格子）上の互い違いの千鳥足状の格子点４ａの位置に配置された矩形の遮光パターン４の寸法を変えて調整する。すなわち、矩形の遮光パターン４の辺の長さを０からグリッドのピッチの２倍の大きさにまで変えることにより、マスクの光透過率を変えて調整する。矩形の遮光パターン４の辺の長さがちょうどグリッドのピッチと等しい場合は、遮光パターン４と、その間の同じ大きさの正方形の開口パターンとで市松模様が形成される。矩形の遮光パターン４の辺の長さが開口パターンより大きい場合は、隣接する矩形の遮光パターン４同士が重なり合い、その間の矩形の開口パターンの寸法が小さくなる。こうして単位面積当たりに形成される光透過部の割合により濃度分布マスク２の階調を調整する。

図２（ａ）で、全ての単位レンズの、各単位レンズの中心からの距離が同じで大きさが同じ環状領域６を一体にして、すなわち、それらの環状領域６に設置された遮光パターン４の集合を一体にして、その集合を、マイクロレンズアレイ１の中心に関して対称に拡大縮小するシュリンク処理を行う。それにより、マイクロレンズアレイ１の端部の環状領域６はマイクロレンズアレイ１の中心に向かって移動する。このシュリンク処理は、各単位レンズの中心からの距離が異なる環状領域６に関しては異なる縮小率で拡大縮小処理を行う。そのため、単位レンズの中心からの距離が異なる環状領域６は異なる移動量で移動する。図２（ａ）のマイクロレンズアレイ１の領域の端部の単位レンズの濃度分布パターン３は、その単位レンズの領域を分割した外側の環状領域６と内側の環状領域６が異なる縮小率でシュリンク処理され、大きさの異なる環状領域６が異なる移動距離で移動させられている。内側の環状領域６と外側の環状領域６が異なる移動距離で移動する結果、相対的に移動し、互いに重なる部分ができ、その重なり部分では濃度分布マスク２の階調が高くなる。逆に、内側の環状領域６と外側の環状領域６が互いに離れて隙間ができる部分もでき、その部分では階調が低くなる。

（濃度分布マスクの格子点）
図３の平面図に、遮光パターン４を設置する位置である格子点４ａを十字線で示す。図３（ａ）は、マイクロレンズアレイ１の領域の中心の単位レンズの濃度分布パターン３内の格子点４ａの分布を示し、図３（ｂ）は、マイクロレンズアレイ１の領域の端部の単位レンズの濃度分布パターン３内の格子点４ａの分布を示す。図３（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ１の領域の端部の単位レンズの環状領域６をその中の格子点４ａと一体にして移動させるシュリンク処理を行う。このシュリンク処理により、単位レンズの領域を分けた外側の環状領域６と内側の環状領域６を独立に移動させ、その移動距離を変えることで、場所により、内側の環状領域６と外側の環状領域６を重ねることで格子点４ａの密度を高くした部分を形成し、逆に、内側の環状領域６と外側の環状領域６を離すことで格子点４ａの密度を低くした部分を形成する。これにより格子点４ａの密度分布を変えて、単位レンズの濃度分布パターン３の階調（濃度）の分布を非対称に変える。そして、この濃度分布マスク２で感光性レジスト材料層２０に露光することで、個々の単位レンズ毎に異なるパターンの濃度分布パターン３を露光し感光性レジスト材料層２０を現像することにより異なる形状の単位レンズから成るマイクロレンズアレイ１を形成する。

（格子点のピッチ）
格子点４ａのピッチは以下の様に設定する。すなわち、半導体基板１１側のステッパーの投影レンズの開口比をＮａとし、露光する光の波長をλとすると、（λ／Ｎａ）に０．２から０．５の係数Ｋ１を掛け算した値の寸法より小さいピッチのグリッドに、遮光パターン４を図２（ｂ）の様に互い違いに千鳥足状に配置する。この投影レンズの開口比Ｎａは最大１．３まで可能である。例えば、半導体基板１１を露光する光の波長λが０．３６５μｍの場合、投影レンズのＮａが０．５程度でＫ１が０．２の場合、グリッドのピッチの上限は概ね０．１５μｍになる。この場合は、縮尺が５倍の濃度分布マスク２には、０．７５μｍのピッチのグリッド上に遮光パターン４を互い違いに千鳥足状に配置したパターンを形成する。このパターンをステッパーで５分の１に縮小して半導体基板側１１上の感光性レジスト材料層２０に投影する。あるいは、概ね１μｍのピッチのグリッドに遮光パターン４を千鳥足状に設置した１：１の縮尺の濃度分布マスク２のパターンを、マスクアライナーで半導体基板１１上の感光性レジスト材料層２０に投影することもできる。

（濃度分布マスクの製造方法）
このようにパターンを設計して製造する濃度分布マスク２は、半導体基板１１上に樹脂のマイクロレンズアレイ１を形成するために用いる。それは、そのパターンの設計を含めて、以下の工程で製造する。
（１）マイクロレンズアレイ１を製造するために、そのマイクロレンズアレイ１の３次元構造を基に露光時の露光量の全体的な光強度分布を計算し、半導体基板１１上での各ポイントの感光性レジスト材料層２０の除去量をシミュレーションで計算し、除去量に見合った光を透過するように矩形の遮光パターン４の大きさを設計する。ここで、以下で説明する濃度分布マスクのパターンのシュリンク処理を行い、マスクのパターンを設計する。
（２）合成石英ガラス基板からなる透明基板上にＣｒ等の金属もしくは金属酸化物遮光膜を形成し、さらにその上にマスク用感光性レジストをもつマスクブランクスに電子線またはレーザー光線によって前記の設計された矩形の遮光パターン４を形成するように露光し、現像してマスク用感光性レジストのパターンを形成する。
（３）形成されたマスク用感光性レジストのパターンをエッチングマスクとして前記遮光膜をドライエッチング又はウエットエッチングし、図２（ｂ）のような遮光パターン４を形成する。
（４）次いで必要に応じ、工程（３）で形成された遮光パターン４を工程（１）で設計された遮光パターン４と比較し、両者が一致するように、濃度分布マスク２に形成された遮光パターン４の寸法を修正する。

（濃度分布マスクのパターンのシュリンク処理）
濃度分布マスク２のパターンのシュリンク処理は以下のように行う。すなわち、マイクロレンズアレイ１の領域の中心の単位レンズの濃度分布パターン３は、図３（ａ）のように、等ピッチのグリッド（格子）上の千鳥足状の格子点４ａに遮光パターン４を設置する。そして、同心円状の階調境界円５ａから５ｄで領域を分割した各環状領域６毎に遮光パターン４の矩形の寸法を変えることで階調（濃度）を設定する。マイクロレンズアレイ１の領域の各単位レンズの濃度分布パターン３は、図２（ａ）の中央の単位レンズの濃度分布パターン３における階調境界円５で分割された各環状領域６内の遮光パターン４の格子点４ａから、図２（ａ）の左下の単位レンズの濃度分布パターン３を以下のようにして形成する。図３（ａ）に示すように、単位レンズの領域を階調境界円５ａから５ｄで分割して、環状領域６に分割する。そして、マイクロレンズアレイ１の全単位レンズの同じ階調境界円５を外周にする環状領域６とその中の格子点４ａと遮光パターン４とを一括して、寸法を縮小するシュリンク処理を行う。このシュリンク処理によるパターンの縮小の結果、マイクロレンズアレイ１の端部の単位レンズの環状領域６は、図３（ｂ）のように、移動する。このように、マイクロレンズアレイ１の全単位レンズの同じ直径の環状領域６と遮光パターン４を一括して寸法を所定の割合で縮小させて、その結果、マイクロレンズアレイ１の端部の単位レンズの環状領域６を移動させる処理をシュリンク処理と呼ぶ。

このシュリンク処理により環状領域６を移動させ、マイクロレンズアレイ１の全単位レンズの、内側の直径の小さい環状領域６の集合を外側の直径の大きい環状領域６の集合以上に縮小させることで、直径の小さい環状領域６ほどマイクロレンズアレイ１の中心に近づける。それにより、単位レンズの領域の内側の直径の小さい環状領域６の、マイクロレンズアレイ１の領域の中心側の端は、外側の直径の大きい環状領域６に重なる。一方、内側の環状領域６の、マイクロレンズアレイ１の領域の中心から遠い側の端は、外側の環状領域６から離れて間隙が開く。環状領域６の重なる長さは、格子点４ａのピッチより短くする。環状領域６の重なる長さが格子点４ａの格子のピッチで左右あるいは前後で重なると、辺の長さが格子のピッチである遮光パターン４同士では完全に遮光することになり、階調（濃度）が上がる。そのため、単位レンズの領域を分割する全ての階調境界円５において、その内側の環状領域６と外側の環状領域６の重なる長さを格子点４ａのグリッド（格子）のピッチ以下にしたシュリンク処理を行う。

（具体的パターンのシュリンク処理）
また、マイクロレンズアレイ１の全単位レンズの同じ直径の階調境界円５を外周とする環状領域６の集合を、マイクロレンズアレイ１の中心に関して対称に所定の割合で縮小するシュリンク処理を行い、その結果、図２（ａ）のように環状領域６の位置をずらす。すなわち、図２（ａ）のように、直径が小さい環状領域６の集合ほど、元の位置から大きく移動するように縮小し、一番直径の大きい環状領域６の集合はほとんど縮小しないシュリンク処理を行う。図２（ａ）の左下の単位レンズの濃度分布パターン３を拡大して図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）の階調境界円５で分割された各環状領域６内の格子点４ａは、以下のシュリンク処理の結果、単位レンズの中心からの距離が異なる環状領域６毎に異なる移動量で移動する。
（１）マイクロレンズアレイ１の全単位レンズの最外周の階調境界円５ｄを外周とする環状領域６ａと格子点４ａの座標は等倍に設置する。
（２）マイクロレンズアレイ１の全単位レンズの階調境界円５ｃを外周とする環状領域６ｃと格子点４ａの座標を０．９８倍に縮小させる。
（３）マイクロレンズアレイ１の全単位レンズの階調境界円５ｂを外周とする環状領域６ｂと格子点４ａの座標を０．９６倍に縮小させる。
（４）マイクロレンズアレイ１の全単位レンズの階調境界円５ａを外周とする円状の環状領域６ａと格子点４ａの座標を０．９４倍に縮小させる。

（露光強度分布のシミュレーション）
以上の条件のシュリンク処理により、図３（ｂ）のように環状領域６と遮光パターン４を移動させたポジ型の濃度分布マスク２で、単位レンズの中心位置に近づくほど光の透過率が下がる濃度分布マスク２を作った。このポジ型の濃度分布マスク２でポジ型の感光性レジスト材料層２０を露光することで、濃度分布マスク２を介した露光光の強度分布のグラフは単位レンズの領域にわたる３次元的なお椀形（凹状）の湾曲面の光強度分布で露光する。その露光箇所を現像して除去し、単位レンズの中心ほど厚くレジストを残すことで図１のように凸状の単位レンズを形成する。そのポジ型の濃度分布マスク２でポジ型感光性レジスト材料層２０を露光する場合の単位レンズの光の強度分布のシミュレーション結果を図４に示す。図４（ａ）に、その結果の、光強度分布の平面図を示し、図４（ｂ）に、図４（ａ）のＡ−Ａ’部の光の強度を、その縦軸のスケールを逆にしたグラフで示す。図４（ｂ）に示すように、露光光の強度分布のグラフは、単位レンズの領域にわたる３次元的なお椀形（凹状）の湾曲面の光強度分布が非対称な形に形成された。この非対称な形の単位レンズは、シュリンク処理がマイクロレンズアレイ１の中心に関して対称であるため、マイクロレンズアレイ１の中心に関して対称に形成されて配置される。

なお、ポジ型の濃度分布マスク２は、隣接する単位レンズの濃度分布パターン３同士の境界線上に両単位レンズの濃度分布パターン３にかかるように、スリット（図２（ｂ）に示すマスクのネガパターンでは帯状遮光部になる）を形成することが望ましい。それにより、単位レンズの濃度分布パターン３の中央に比べ、単位レンズの濃度分布パターン３の端部近傍では濃度分布マスク２の透過率の変化を激しくすることができ、急激に透過率を高くすることで単位レンズの端部のレンズの傾斜を大きく形成できる。特に、単位レンズの濃度分布パターン３の四隅のパターンを四隅近傍のパターンに比し大きく開口して光を多く透過させるパターンで形成することで、露光されたポジ型レジストを現像して形成する各単位レンズの対角方向の端部近傍を中央部と同等の球面曲率で形成する。

（マイクロレンズアレイの製造方法）
以下、この濃度分布マスク２を用いてカラー撮像デバイス１０にマイクロレンズアレイ１を製造する方法について、図５と図１を参照し詳細に説明する。先ず、図５（ａ）に示すように、複数のＣＭＯＳの撮像デバイス１０のパターンが形成された半導体基板１１を用いる。この撮像デバイス１０は受光素子１２の配列から成り、個々の受光素子１２に対応する各画素のサイズは、長方形もしくは正方形等の四角形状で寸法が略０．５μｍ〜略１００μｍの範囲であり、例えば略０．８μｍ〜略２．７μｍの画素の撮像デバイス１０が形成された半導体基板１１を用いる。

（工程１）
次に、図５（ｂ）に示すように、半導体基板１１の表面に熱硬化型のアクリル系樹脂をスピンコートにより塗布した後に加熱して熱硬化させることにより略０．１μｍの厚さの平坦化層１３を形成する。
（工程２）
次には、図５（ｃ）に示すように、平坦化層１３の上に、個々の受光素子１２に対応した個々の画素で、厚さが略１μｍの緑，青，そして赤の３色のカラーフィルターの画素１４ｇ、１４ｂ、１４ｒから成るカラーフィルター層１４を形成する。この３色のカラーフィルターの画素１４ｇ、１４ｂ、１４ｒは、平坦化層１３の上の全体に均一に順次形成した夫々の色のネガ型カラーレジスト層から所望の受光素子１２に対応した位置にのみ残るようフォトリソグラフィー法により形成する。あるいは、夫々の色のポジ型カラーレジスト層から所望の受光素子１２に対応した位置にのみ夫々の色のカラーフィルターの画素１４ｇ、１４ｂ、１４ｒが残るようフォトリソグラフィー法によりカラーフィルター層１４を形成することもできる。

（工程３）
次には、図５（ｄ）に示すように、カラーフィルター層１４上に感光性レジスト材料層２０を形成する。感光性レジスト材料層２０は、カラーフィルター層１４上にアクリル系樹脂やフェノール系樹脂やスチレン系樹脂を主体とするポジ型感光性レジスト材料をスピンコーターで１０００〜２０００ｒｐｍでコートし、約１００℃で約２秒間プリベークすることで略０．７〜１μｍの厚さに形成する。

（工程４）
次に、図５（ｅ）に示すように、感光性レジスト材料層２０を、現像後に対応する受光素子１２上のカラーフィルター層１４のカラーフィルターの画素１４ｇ、１４ｂ、１４ｒ上に図１に示すマイクロレンズアレイ１の単位レンズ１ｇ、１ｂ、１ｒが形成されるように濃度分布マスク２を用いて、ステッパーで露光する。この各濃度分布マスク２は、５倍レチクルであり、感光性レジスト材料層２０の表面に露光するパターンの寸法の５倍の大きさの寸法のパターンを用い、半導体基板１１の領域（１）の感光性レジスト材料層２０の表面に濃度分布マスク２のパターンを１／５に縮小して、紫外線域の３６５ｎｍの波長
の光を２００〜３００ｍＪ／ｃｍ²の露光量で照射する。

（工程５）
次に、その感光性レジスト材料層２０を、有機アルカリ現像液（ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液：液濃度０．０５重量％）を用いて現像する。
（工程６）
次に、現像後に残った感光性レジスト材料層２０に３６５ｎｍの波長の光を２００〜２５００ｍＪ／ｃｍ²の露光量で照射することで、次の加熱処理によってマイクロレンズを形成する樹脂の熱だれが生じない程度に感光性レジスト材料層２０を仮硬化させる。最後に、ホットプレートを使用して、３分間の１６０℃の加熱処理と、それに続く６分間の２００℃の加熱処理とでベークすることで、図１のように単位レンズ１ｒ、１ｇ、１ｂを硬化させる。

このようにして、半導体基板１１のマイクロレンズアレイ１の領域において、複数の受光素子１２が開口した表面に平坦化層１３を介し複数の受光素子１２に対応して形成されたカラーフィルター層１４の画素上に、頂点の高さが０．６〜１μｍの単位レンズ１ｇ、１ｂ、１ｒを、形成する。そして、濃度分布マスク２の同じ直径の環状領域６の集合の遮光パターン４の集合がシュリンク処理により所定の割合で一括して縮小された結果、マイクロレンズアレイ１の領域の端部の単位レンズが非対称な形に形成される。

以上の実施形態では、遮光パターンを格子点４ａ上に設置した濃度分布マスク２のパターンの設計において、個々の単位レンズの中心からの距離が異なる階調境界円５で単位レンズの領域を環状領域６に分割し、単位レンズの中心からの距離が同じ環状領域６内の格子上に設置した遮光パターン４を全ての単位レンズで集合して一体化した遮光パターン群を複数形成し、その遮光パターン群をマイクロレンズアレイ１の中心に関して対称に拡大縮小するシュリンク処理を行い移動させた。そして、その遮光パターン群の単位レンズの中心からの距離によりシュリンク処理の拡大縮小率を変え、遮光パターン群の環状領域６が単位レンズの中心に近いほどシュリンク処理の拡大縮小率を大きくし、単位レンズの中心に近い遮光パターン４を元の位置から大きく移動させて濃度分布マスク２のパターンを形成した。このため、単位レンズの領域が階調境界円５で分割された内側の環状領域６から成る遮光パターン群と、外側の環状領域から成る前記遮光パターン群において互いの環状領域の境界が相対的にずれて環状領域６同士が重なる。マイクロレンズアレイ１形成用の濃度分布マスク２のパターンを設計する際のこのシュリンク処理は、遮光パターン群をマイクロレンズアレイ１の中心に関して対称に縮小するのみならず、この遮光パターン群をマイクロレンズアレイ１の中心に関して対称に拡大することもできる。

また、この実施形態の濃度分布マスク２は、大きさの異なる矩形の遮光パターン４を互い違いに配置することによって濃度分布マスクで単位レンズの濃度分布パターン３を形成したが、遮光パターン４の形状は特にこれにこだわるものではなく、矩形に代えて多角形や円形などの図形を、種々の配置で形成してもよい。また、遮光パターン４は縦横の市松模様に限らず、斜め４５度の市松模様に形成しても良い。

また、濃度分布マスク２のパターンは、単位レンズの中心から同心円状に階調を変化させたパターンを用いることができるが、その階調の変化は、ポジパターンでは単位レンズの中心から外側に向かって濃度を薄くするように階調を変化させた濃度分布マスク２を用いることで、濃度分布マスク２を介した露光光の強度分布のグラフは、縦軸のスケールの大小を逆にしてあらわした図４（ｂ）のように、単位レンズの領域にわたる３次元的なお椀形（凹状）の湾曲面の光強度分布で露光し、単位レンズの中心ほど厚くレジストを残すことで図１のように単位レンズを凸レンズにしたマイクロレンズアレイ１を形成することができる。あるいは、それとは逆に、ポジパターンでは単位レンズの中心から外側に向か
って濃度を薄くするように階調を変化させたパターンを用いることで、単位レンズを凹レンズにしたマイクロレンズアレイ１を形成することもできる。

また、本実施形態は、撮像デバイス１０にマイクロレンズアレイ１を直接形成する製造方法に適用するのみならず、感光性レジスト材料層に濃度分布マスク２のパターンを露光し、それを現像してマイクロアレイレンズアレイ用母型を形成することも可能である。その母型に電鋳技術で金属めっきすることで金型を形成し、その金型をスタンパにして熱可塑性樹脂に金型の形状を転写することで撮像デバイス１０用、又はその他のシステム用の樹脂のマイクロレンズアレイを形成することも可能である。

本発明の製造方法で形成されるマイクロレンズアレイの概略的な断面図である。 （ａ）本発明のマイクロレンズアレイ形成用の濃度分布マスクを示す平面図である。（ｂ）濃度分布マスクのネガパターンにおける単位レンズの濃度分布パターンを示す平面図である。 単位レンズの濃度分布パターンの、遮光パターンを設置する位置である格子点の分布を示す平面図である。（ａ）撮像デバイスの領域の中心の単位レンズの濃度分布パターンの格子点の分布を示す平面図である。（ｂ）撮像デバイスの領域の端部の単位レンズの濃度分布パターンの格子点の分布を示す平面図である。 （ａ）本発明のマイクロレンズアレイの個々の単位レンズ形成用の（ポジ型の）濃度分布マスクの単位レンズの濃度分布パターンを示す平面図である。（ｂ）図４（ａ）のＡ−Ａ’部の露光強度を示すグラフである。 本発明のマイクロレンズアレイの製造工程を示す半導体基板の概略的な縦断面図である。

符号の説明

１・・・マイクロレンズアレイ
１ｇ、１ｂ、１ｒ・・・（マイクロレンズ）単位レンズ
２・・・濃度分布マスク
３・・・単位レンズの濃度分布パターン
４・・・遮光パターン
４ａ・・・格子点
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ・・・階調境界円
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ・・・環状領域
１０・・・撮像デバイス
１１・・・半導体基板
１２・・・受光素子
１３・・・平坦化層
１４・・・カラーフィルター層
１４ｇ、１４ｂ、１４ｒ・・・カラーフィルターの画素
２０・・・感光性レジスト材料層

Claims (4)

1. 単位レンズを配列したマイクロレンズアレイの製造方法において、遮光パターンを格子上に千鳥足状に設置した濃度分布マスクを用い、前記濃度分布マスクの個々の単位レンズの領域を、各単位レンズの中心からの距離が異なる階調境界円で分割した複数の環状領域に分割し、前記中心からの距離が同じ前記環状領域内の遮光パターンを全ての単位レンズで集合して一体化した遮光パターン群を複数形成し、前記遮光パターン群を前記マイクロレンズアレイの中心に関して対称に拡大縮小するシュリンク処理を行い、前記遮光パターン群毎に前記シュリンク処理の拡大縮小率を変えた前記濃度分布マスクのパターンを形成する工程と、基板上に塗布した感光性レジスト材料層に、前記濃度分布マスクのパターンを介して露光し、前記感光性レジスト材料層を現像することで非対称な形の前記単位レンズを有する前記マイクロレンズアレイを製造する工程を有することを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
2. 前記シュリンク処理が、前記遮光パターン群の前記環状領域が単位レンズの中心に近いほど大きく拡大縮小し、かつ、全ての前記階調境界円において、前記階調境界円で分割された内側の環状領域と外側の環状領域の境界が相対的にずれて重なる長さが前記格子のピッチ以下になるシュリンク処理を行うことを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
3. 前記基板が、撮像デバイスの半導体基板上にカラーフィルター層を形成して成る基板であることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
4. 単位レンズを配列したマイクロレンズアレイを形成するための、遮光パターンを格子上に設置した濃度分布マスクにおいて、個々の単位レンズの領域を、各単位レンズの中心からの距離が異なる階調境界円で分割した複数の環状領域に分割し、前記中心からの距離が同じ前記環状領域内の遮光パターンを全ての単位レンズで集合して一体化した遮光パターン群を複数形成し、前記遮光パターン群を前記マイクロレンズアレイの中心に関して対称に拡大縮小するシュリンク処理が行なわれ、前記単位レンズの中心に近い前記環状領域の前記遮光パターン群ほど大きく拡大縮小されることで前記遮光パターンの位置が移動していることを特徴とする濃度分布マスク。