JP2009276717A - 濃度分布マスクとその製造方法及びマイクロレンズアレイの製造方法 - 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】単位レンズを複数配列したマイクロレンズアレイを形成するための、格子点上に遮光パターンを設置して成る濃度分布マスクにおいて、前記濃度分布マスクの個々の単位レンズの中心から同心円状に形成した階調境界円が、同じ寸法の前記階調境界円を一体の集合にし前記マイクロレンズアレイの中心に対して前記集合毎に異なる倍率で各階調境界円の中心座標を拡大縮小するシュリンク処理を行い、前記階調境界円により分割された前記単位レンズの環状領域毎に、階調に応じた寸法の遮光パターンを格子点上に設置した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３

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用いる濃度分布マスクとその製造方法、及び、その濃度分布マスクを用いた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、カメラ付き携帯電話など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、受光素子の光が入射する面側にマイクロレンズを形成する方法が広く利用されている。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）を受光素子が形成された基板上に塗布する。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残す。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。しかし、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った。

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る方法にてマイクロレンズを製造すれば、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、集光性が向上できる。

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）と中間階調の濃度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、露光量に応じた膜厚を有する感光性材料を得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（あるいは濃度）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、露光から現像処理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次元形状になる。

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寸法の矩形遮光パターンの配列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の配列に基づいて露光し、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にして、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て矩形遮光パターンの配列を形成する工程。
（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の配列と比較し、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

撮像デバイスは、受光素子を複数有するため、マイクロレンズも複数の受光素子に対応させて複数形成する必要がある。そのため、受光素子を形成した基板上には、複数のマイクロレンズで形成されるマイクロレンズアレイを形成することになる。一般的に、撮像デバイスは、光が入射する前面に、レンズ系で構成される焦点合わせ機構や、絞り機構などからなる光学系を有しており、光学系を通過した光がマイクロレンズに入射される。そのため、マイクロレンズアレイの中心領域（受光素子を形成した基板の中心領域）に位置するマイクロレンズには垂直に光が入射しても、マイクロレンズアレイの中心から周辺部にいくにつれ、マイクロレンズに入射する光は、徐々に垂直方向から角度を持って入射する、いわゆる斜め入射することになる。ここで、垂直に入射する光を集光するには、マイクロレンズの形状は断面視で左右対称が望ましいといえる。すなわち、レンズの最厚部が平面視でのレンズの中心にあり、最厚部であるレンズ中心から上下左右対称に厚みが減じていく形状が望ましい。しかし、斜め入射する光を効率良く受光素子に集めるためには、マイクロレンズの形状を断面視で非対称にする必要が生じる。すなわち、平面視でのレンズの中心から外れた位置に最厚部を有し、最厚部から上下左右非対称に厚みを減じていく形状が望ましい。

そのため、マイクロレンズアレイに形成するマイクロレンズは、中心領域では断面視が対称な形状にし、中心から周辺にいくにつれ断面視非対称な形状に形成する必要がある。また、マイクロレンズアレイの中心から周辺にいくにつれ、マイクロレンズに入射する光の角度が変化することから、マイクロレンズの非対称の度合いも変化させる必要が生じる。このマイクロレンズアレイを形成するために、上記した従来の製造方法を用いれば非対称な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、単位レンズを複数配列したマイクロレンズアレイを形成するための、格子点上に遮光パターンを設置して成る濃度分布マスクにおいて、前記濃度分布マスクの個々の単位レンズの中心から同心円状に形成した階調境界円が、同じ寸法の前記階調境界円を一体の集合にし前記マイクロレンズアレイの中心に対して前記集合毎に異なる倍率で各階調境界円の中心座標を拡大縮小するシュリンク処理を行い、前記階調境界円により分割された前記単位レンズの環状領域毎に、階調に応じた寸法の遮光パターンを格子点上に設置したことを特徴とする濃度分布マスクである。

また、本発明は、上記の濃度分布マスク、の製造方法において、個々の前記単位レンズの中心から同心円状の階調境界円を形成する工程と、同じ寸法の前記階調境界円を一体の集合にし、前記マイクロレンズアレイの中心に対して各階調境界円の中心座標を拡大縮小するシュリンク処理を前記集合毎に拡大縮小倍率を変えて行なう工程と、前記階調境界円により前記単位レンズの領域を環状領域に分割し、前記環状領域内における格子点上に千鳥足状に、前記環状領域の階調に応じた寸法の遮光パターンを設置する工程を有することを特徴とする濃度分布マスクの製造方法である。

また、本発明は、上記の濃度分布マスクの製造方法において、上記シュリンク処理が、上記単位レンズの中心に近い上記階調境界円の集合ほど大きく拡大縮小することを特徴とする濃度分布マスクの製造方法である。

また、本発明は、上記の濃度分布マスクを用いて、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の配列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、上記のマイクロレンズアレイの製造方法において、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マイクロレンズアレイの製造方法である。

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中心から同心円状の階調境界円を形成し、同じ寸法の階調境界円を一体の集合にして、その集合をマイクロレンズアレイの中心に対して各階調境界円の中心座標を拡大縮小する拡大縮小するシュリンク処理を、その集合毎に拡大縮小倍率を変えて行ない、その階調境界円で単位レンズの領域を分割した環状領域を形成し、指定された階調に応じた寸法の遮光パターンを格子点上に設置した濃度分布マスクを作成し、その濃度分布マスクのパターンを感光性レジスト材料層に露光して現像することで、非対称な形の単位レンズの配列を形成した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毎に、平坦化層１３上のカラーフィルター層１４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層１４の画素１４ｒ、１４ｇ、１４ｂ毎に夫々平面視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倍の寸法に拡大して露光用パターンを形成し、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。

本発明の濃度分布マスク２を得るにあたり、先ず、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により単位レンズの領域を環状領域６に分割する。なお、単位レンズの中心では、環状領域６は円形である。中心から離れると、環状領域６は隣接する階調境界円５に囲まれたドーナツ状の領域となる。ちなみに、図２（ａ）の各単位レンズでは４個の環状領域６に分割されている。図２（ｂ）には、従来のマイクロレンズアレイ１の個々の単位レンズを形成するための濃度分布パターン３（ネガ型）を、複数の矩形の遮光パターン４を配列して形成する例を示す。図２（ｂ）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遮光パターン４を示す。

また、図３（c）は、本発明に関わるシュリンク処理を行った後の、各単位レンズの環状領域６を示し、図３（d）は、シュリンク処理を行った後のマイクロレンズアレイ１の領域の中心から外れた端部の単位レンズの遮光パターン４を示す。図２（ｂ）、図３（d）に示すように、シュリンク前、及びシュリンク後の単位レンズの領域では、矩形の遮光パターン４を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は後述するピッチで設定した格子点４ａの座標位置に千鳥足状に設置する。図２（ａ）、図３（ｃ）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毎に指定された階調（グレースケール：濃度）に従って、図２（ｂ）、図３（ｄ）に示すように、寸法（面積）を変えた遮光パターン４を設置する。こうして、寸法が異なる環状領域６毎に階調を変える。図２（ｂ）、図３（ｄ）は濃度分布マスク２のネガパターンを示すが、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の面積を大きくすることで濃度を薄くするように階調を変化させたネガパターンを形成する。そして、このネガ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の座標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。

（濃度分布マスクの階調境界円のシュリンク処理）
図４の平面図に、遮光パターン４を設置する格子点４ａの位置を十字線で示す。図４（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内の階調境界円５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの位置と、その間の環状領域６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを示す。図４（ｂ）は、マイクロレンズアレイ１の領域の中心から外れた端部の単位レンズの濃度分布パターン３内の階調境界円５ａから５ｄと、その間の環状領域６ａから６ｄを示す。図４（ｂ）では階調境界円５の中心が単位レンズの中心から移動している。この階調境界円５の位置の移動処理は、全単位レンズから同じ寸法の階調境界円５を集めた集合を作成して一体化させ、その集合毎に拡大縮小率を変えて、各階調境界円５の中心の座標を、マイクロレンズアレイ１の中心に対しシュリンク処理する。これにより、マイクロレンズアレイ１の領域の中心から外れた端部の単位レンズでは階調境界円５ａから５ｄの位置が単位レンズの中心から非対称にずらされる。その階調境界円５ａから５ｄの間の環状領域６ａから６ｄ毎に、指定された階調に応じた寸法の遮光パターン４を格子点４ａに千鳥足状に設置して、本発明に係わる濃度分布マスク２を作製する。

（濃度分布マスクの格子点のピッチ）
濃度分布マスク上には、遮光パターンの配置する場所（座標）を決めるために、平面視で、複数本の平行線（例えば、単位レンズの中心を原点とするＸ軸に平行な複数の線）と、前記複数本の平行線と各々直交する複数本の線（例えば、単位レンズの中心を原点とするＹ軸に平行な複数の線）とからなる格子を仮りに設定している。平行線同士が交差する格子点４ａ（グリッド）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とする。

かかるピッチとした格子点（座標）上に、遮光パターン４を図２（ｂ）、図３（ｄ）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、遮光パターンが置かれるグリッド（座標）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（座標）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。この遮光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のピッチの格子点４ａ（グリッド）に遮光パターン４を千鳥足状に設置し、１：１の縮尺の濃度分布マスク２のパターンを形成した濃度分布マスク２を作製し、その濃度分布マスク２の遮光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に投影する露光処理を行うこともできる。これにより、個々の単位レンズ毎に異なる濃度分布パターン３が感光性レジスト材料層２０に露光し、それを現像することにより、半導体基板１１の位置毎に異なる形状の単位レンズを複数配列したマイクロレンズアレイ１を作製することができる。すなわち、本発明で言う格子及び格子点は、遮光パターン４を配置する座標を決めるために仮に設定しているもので、濃度分布マスク上には存在しないパターンである。

なお、格子を形成する仮りの線は、マイクロレンズアレイの中心を原点として設定しても構わず、単位レンズの中心を原点とするか、マイクロレンズアレイの中心を原点とするかは、最終的に基板上に形成するマイクロレンズの仕様などに応じて、適宜選定して構わない。

（具体的パターンのシュリンク処理）
シュリンク処理では、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、径を変えることなく、各階調境界円５の中心座標（中心の位置）をマイクロレンズアレイ１の中心に対して所定の割合で拡大縮小するシュリンク処理を行い、その結果、図２（ａ）に示す階調境界円５の位置をずらす。すなわち、図３（ｃ）のように、直径が小さい階調境界円５ほど、元の位置から大きく移動するように縮小し、一番直径の大きい階調境界円５はほとんど縮小しないシュリンク処理を行う。それにより、階調境界円５の間
の環状領域６は、マイクロレンズアレイ１の領域の中心側の端での幅が、マイクロレンズアレイ１の領域の中心か遠い側の端での幅より狭くなる。図３（ｃ）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４（ｂ）に示す。図４（ｂ）の階調境界円５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階調境界円５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の座標を０．９４倍に縮小させる。
このシュリンク処理による階調境界円５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４（ｂ）のように形成される。

ここで、本発明においては、シュリンク処理は各階調境界円に対し行うもので、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように格子及び格子点に対してはシュリンク処理は行わない。シュリンク前の隣接する階調境界線に囲まれた各環状領域内に配置した遮光パターンと同じ種類、サイズの遮光パターンを、階調境界線のシュリンク処理により移動した各環状領域内であって、シュリンクが行われない格子点の位置（座標）に、配置することになる。例えて言えば、階調境界線のシュリンク処理により移動した環状領域と、格子点（座標）とのＡＮＤ処理を行い、ＡＮＤ処理で抽出された格子点（座標）上に移動前の環状領域に配置した遮光パターンと同じ種類、サイズの遮光パターンを配置するのと同じことである。

（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、マスクの濃度分布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の遮光膜を形成し、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にして前記の金属もしくは金属酸化物の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３（ｄ）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の遮光パターン４の寸法を修正する。

（露光強度分布のシミュレーション）
図５に、単位レンズの縦横の寸法が約２．２μｍのマイクロレンズアレイ１の濃度分布マスク２を用いて感光性レジスト材料層２０に露光する場合の露光光量のシミュレーション結果を示す。図５（ａ）のように、同じ寸法の同じ種類の階調境界円５の集合を、マイ
クロレンズアレイ１の中心に関して対称なシュリンク処理で移動させ、階調境界円５間の環状領域６毎に、ピッチが約１４０ｎｍの格子点４ａ上に遮光パターン４を、階調の指定に応じて寸法を変えて千鳥足状に設置したポジ型の濃度分布マスク２を形成した。図５（ｂ）に、そのポジ型の濃度分布マスク２を用いてポジ型の感光性レジスト材料層２０を露光する場合の露光光の強度分布のシミュレーション結果の平面図を示す。図５（ｃ）に、図５（ｂ）の直線Ａの部分の露光光の強度を縦軸であらわすグラフを示し、図５（ｄ）に、図５（ｂ）の直線Ｂの部分の露光光の強度を縦軸であらわすグラフを示す。図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、露光光の強度分布は、単位レンズ毎に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。これにより、ポジ型の感光性レジスト材料層２０を露光し、現像することで非対称な凸状の単位レンズの配列が、マイクロレンズアレイ１の中心に関して対称に配置されたマイクロレンズアレイ１が形成される。

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（ネガ型の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、単位レンズにおける濃度分布パターン３は、端部が中央部に比べ透過率を急激に変えることができ、急激に透過率を高くすることで、この濃度分布マスク２のパターンを感光性レジスト材料層に露光・現像して形成する単位レンズの傾斜をレンズの端部で大きくできる。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した濃度分布マスク２によりポジ型の感光性レジスト材料層２０に露光・現像して形成する各単位レンズの表面の曲率は、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できる効果がある。

（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６と図１を参照し詳細に説明する。先ず、図６（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６（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、図６（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層１４の画素１４ｇ、１４ｂ、１４ｒは、平坦化層１３の上の全面に均一に夫々の色のネガ型あるいはポジ型のカラーレジスト層を順次形成し、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層１４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形成する。

（工程３）
次には、図６（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６（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層１４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上に平坦化層１３を介し各々の受光素子１２に対応して形成されたカラーフィルター層１４の各画素１４ｇ、１４ｂ、１４ｒ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の同じ直径の階調境界円５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の領域の中心から外れた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上に千鳥足状に設置する濃度分布マスク２のパターンの設計において、個々の単位レンズの同じ直径の階調境界円５を一体化させた集合毎に拡大縮小率を変えてマイクロレンズアレイ１の中心に対して各階調境界円５の中心位置の座標値を拡大縮小するシュリンク処理を行い階調境界円５を移動させた。階調境界円５の直径が小さい単位レンズの中心に近いもの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階調境界円５を元の位置から大きく移動させた。その階調境界円５で単位レンズの領域を環状領域６に分割し、環状領域６内の格子点４ａ上に、指定した階調に合わせた大きさの遮光パターン４を千鳥足状に設置した濃度分布マスク２のパターンを形成した。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、階調境界円５を一体化させた集合をマイクロレンズアレイ１の中心に対して縮小するのみならず、この集合をマイクロレンズアレイ１の中心に対して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を格子点４ａ上に互い違いに千鳥足状に配置することによって濃度分布マスク２のパターンを形成したが、その遮光パターン４の形状は矩形に限定されず、多角形や円形などの図形を用いることができる。また、遮光パターン４の配置位置も、千鳥足状の配置（市松模様）に限定されず、全ての格子点４ａに配置しても良いし、また、斜め４５度の市松模様に配置しても良い。

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の環状領域６毎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、図５（ｃ）と（ｄ）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し、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することもできる。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が可能である。

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）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。 （ｃ）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。（ｄ）本発明の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、階調境界円の位置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階調境界円の位置を示す平面図である。（ｂ）撮像デバイスの領域の中心から外れた端部の単位レンズの階調境界円の位置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ポジ型の濃度分布マスクの濃度分布パターンを示す平面図である。（ｂ）図５（ａ）の濃度分布マスクによる露光光の光強度分布を示す平面図である。（ｃ）図５（ｂ）のＡ部の露光強度を示すグラフである。（ｄ）図５（ｂ）のＢ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・・・カラーフィルター層の画素
２０・・・感光性レジスト材料層

Claims (5)

1. 単位レンズを複数配列したマイクロレンズアレイを形成するための、格子点上に遮光パターンを設置して成る濃度分布マスクにおいて、前記濃度分布マスクの個々の単位レンズの中心から同心円状に形成した階調境界円が、同じ寸法の前記階調境界円を一体の集合にし前記マイクロレンズアレイの中心に対して前記集合毎に異なる倍率で各階調境界円の中心座標を拡大縮小するシュリンク処理を行い、前記階調境界円により分割された前記単位レンズの環状領域毎に、階調に応じた寸法の遮光パターンを格子点上に設置したことを特徴とする濃度分布マスク。
2. 請求項１に記載の濃度分布マスク、の製造方法において、個々の前記単位レンズの中心から同心円状の階調境界円を形成する工程と、同じ寸法の前記階調境界円を一体の集合にし、前記マイクロレンズアレイの中心に対して各階調境界円の中心座標を拡大縮小するシュリンク処理を前記集合毎に拡大縮小倍率を変えて行なう工程と、前記階調境界円により前記単位レンズの領域を環状領域に分割し、前記環状領域内における格子点上に千鳥足状に、前記環状領域の階調に応じた寸法の遮光パターンを設置する工程を有することを特徴とする濃度分布マスクの製造方法。
3. 請求項２に記載の、濃度分布マスクの製造方法において、前記シュリンク処理が、前記単位レンズの中心に近い前記階調境界円の集合ほど大きく拡大縮小することを特徴とする濃度分布マスクの製造方法。
4. 請求項１に記載の濃度分布マスクを用いて、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の配列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。
5. 請求項４に記載のマイクロレンズアレイの製造方法において、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マイクロレンズアレイの製造方法。