JP2009277885A - 固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロレンズ及び／又はインナーレンズの形状を、安定して、集光特性を優先した所望の一定形状にし、しかも、要する時間及びコストを低減する。
【解決手段】固体撮像素子は、光電変換を行う受光部と、受光部に対応するようにオンチップに配置され入射光を前記受光部に集光させるマイクロレンズと、を有する画素が、基板に複数配置されたものである。この固体撮像素子の製造方法は、前記マイクロレンズの形状を有する型５２を、マイクロレンズとなる材料５５に押し付けて、型５２の形状を材料５５に転写させる段階を含むマイクロレンズ形成段階を、備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、マイクロレンズがオンチップに配置された固体撮像素子の製造方法に関するものである。

近年、ビデオカメラや電子スチルカメラが広く一般に普及している。これらのカメラには、ＣＣＤ型、ＣＭＯＳ型等の固体撮像素子が使用されている。また、固体撮像素子は、携帯電話や車載用カメラなどの様々なアプリケーションへ応用されるようになってきている。

このような固体撮像素子では、集光率を向上させるために、フォトダイオード等の受光部に入射光を集光させるマイクロレンズがオンチップに配置されている（例えば、下記特許文献１）。

ところが、近年の更なる高画素化（狭ピッチ化）により、形成される受光部の開口率は益々小さくなってきている。このため、入射光をマイクロレンズのみによって受光部に集光させる従来の固体撮像素子では、十分な集光率を得ることはできず、感度不足等の画質の低下が問題となってきている。

そこで、入射光の受光部への集光率をより高めるために、マイクロレンズと受光部との間にインナーレンズを配置した固体撮像素子が、提案されている（例えば、下記特許文献１）。

ところで、従来から、マイクロレンズがオンチップで配置された前述したような固体撮像素子を製造する際にマイクロレンズを形成する方法として、熱リフロー法とエッチバック法が広く知られている。熱リフロー法は、レジスト膜を塗布し、該レジスト膜をフォトリソグラフィ及び現像により各マイクロレンズ形成領域毎に分離独立させる形状にパターニングし、その後、加熱溶融により各マイクロレンズ形成領域のレジスト膜を半球状に整形し、マイクロレンズを半球状のレジスト膜として形成する方法である。エッチバック法は、熱リフロー法によりレンズ材膜（樹脂膜）上にレンズ形状を持つレジスト膜を形成し、このレジスト膜及びレンズ材膜を全面的にドライエッチング等によりエッチバックしてレンズ材膜にレンズ形状を転写し、レンズ形状が転写されたレンズ材膜をマイクロレンズとして形成する方法である。

そして、インナーレンズを配置した前述したような従来の固体撮像素子を製造する際には、インナーレンズは、窒化シリコン膜をエッチングすることによって形成されていた。
特開２００８−１６５５９号公報

しかしながら、従来の固体撮像素子の製造方法では、マイクロレンズが熱リフロー法又はエッチバック法によって形成されていたため、マイクロレンズの形状は、加熱溶融によるレジスト膜の整形形状により決定されてしまい、制約が非常に大きく、集光特性を優先した所望の形状にすることができず、集光率を高めることができなかった。しかも、マイクロレンズの形状が加熱溶融によるレジスト膜の整形形状により決定されるので、形成条件のわずかなばらつきによってもマイクロレンズの形状が比較的大きくばらついてしまい、安定してマイクロレンズの一定の形状を得ることができず、この点から、集光率が一層低下してしまう場合があった。

さらに、従来の固体撮像素子の製造方法では、マイクロレンズが熱リフロー法又はエッチバック法によって形成されていたため、そのいずれの手法を採用する場合であっても、毎回、レジスト膜のリソグラフィ工程（ステッパー露光工程）及び現像工程を行わなければならず、各工程に時間を要するとともに高価な装置が必要となり、時間とコストが増大していた。エッチバック法を採用する場合には、レジスト膜のリソグラフィ工程（ステッパー露光工程）び現像工程の他に、エッチング工程も毎回行わなければならないため、時間とコストが更に増大していた。

また、従来の固体撮像素子の製造方法では、インナーレンズを形成する場合、窒化シリコン膜をエッチングすることによって形成されていたため、インナーレンズの形状は、制約が非常に大きく、集光特性を優先した所望の形状にすることができず、集光率を高めることができなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、マイクロレンズ及び／又はインナーレンズの形状を、安定して、集光特性を優先した所望の一定形状にすることができ、しかも、要する時間及びコストを低減することができる固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による固体撮像素子の製造方法は、光電変換を行う受光部と、前記受光部に対応するようにオンチップに配置され入射光を前記受光部に集光させるマイクロレンズと、を有する画素が、基板に複数配置された固体撮像素子の製造方法であって、前記マイクロレンズの形状に応じた形状を有する第１の型を、前記マイクロレンズとなる第１の材料に相対的に押し付けて、前記第１の型の形状を前記第１の材料に転写させる段階を含むマイクロレンズ形成段階を、備えたことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。

本発明の第２の態様による固体撮像素子の製造方法は、前記第１の態様において、前記画素は前記マイクロレンズと前記受光部との間に配置されたインナーレンズを有し、前記インナーレンズの形状に応じた形状を有する第２の型を、前記インナーレンズの反転形状を有する前記インナーレンズの下側の層となる第２の材料に相対的に押し付けて、前記第２の型の形状を前記第２の材料に転写させる段階と、前記下側の層上に、前記インナーレンズとなる材料を形成する段階とを、更に備えたものである。

本発明の第３の態様による固体撮像素子の製造方法は、前記第１又は第２の態様において、前記第１の型は紫外線を透過させる材料で構成され、前記第１の材料は紫外線硬化樹脂であり、前記マイクロレンズ形成段階は、前記第１の型を介して紫外線を前記第１の材料に照射して前記第１の材料を硬化させる段階を含むものである。

本発明の第４の態様による固体撮像素子の製造方法は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記マイクロレンズ形成段階は、１つのウエハ上に形成される複数の前記固体撮像素子の前記マイクロレンズを一括して形成し、前記第１の型の形状を前記第１の材料に転写させる前記段階は、複数の前記固体撮像素子のマイクロレンズの形状に応じた形状を有する１つの型を用いて、複数の前記固体撮像素子のマイクロレンズの形状を一括して前記第１の材料に転写させるものである。

本発明の第５の態様による固体撮像素子の製造方法は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記マイクロレンズ形成段階は、前記マイクロレンズの厚みが２μｍ以上となるように、行われるものである。

本発明の第６の態様による固体撮像素子の製造方法は、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記マイクロレンズ形成段階は、前記第１の材料によって前記マイクロレンズと一体に連続して前記マイクロレンズの下側に形成される層の厚みが１μｍ以下となるように、行われるものである。

本発明の第７の態様による固体撮像素子の製造方法は、前記第１乃至第６のいずれかの態様において、前記第１の型の形状を前記第１の材料に転写させる前記段階は、前記基板の側及び前記第１の型をそれぞれ独立して前記基板の面方向に位置調整することにより、前記基板の側と前記第１の型との間の前記面方向の位置合わせを行った状態で、行われるものである。

本発明の第８の態様による固体撮像素子の製造方法は、光電変換を行う受光部と、前記受光部に対応するようにオンチップに配置され入射光を前記受光部に集光させるマイクロレンズと、該マイクロレンズと前記受光部との間に配置されたインナーレンズと、を有する画素が、基板に複数配置された固体撮像素子の製造方法であって、前記インナーレンズの形状に応じた形状を有する型を、前記インナーレンズの反転形状を有する前記インナーレンズの下側の層となる材料に相対的に押し付けて、前記型の形状を前記材料に転写させる段階と、前記下側の層上に、前記インナーレンズとなる材料を形成する段階とを、備えたものである。

本発明によれば、マイクロレンズ及び／又はインナーレンズの形状を、安定して、集光特性を優先した所望の一定形状にすることができ、しかも、要する時間及びコストを低減することができる固体撮像素子の製造方法を提供することができる。

以下、本発明による固体撮像素子の製造方法について、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態による製造方法により製造される固体撮像素子１の一例を示す概略構成図である。この固体撮像素子１は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子として構成されている。もっとも、本発明による固体撮像素子の製造方法は、ＣＣＤ型などの他の固体撮像素子の製造方法にも適用可能である。

図１に示すように、この固体撮像素子１は、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に、垂直走査回路２と、水平走査回路３と、２次元状に配置された複数の単位画素４と、読み出し回路５と、出力アンプ６とを有している。各画素４のフォトダイオード１５（図１では図示せず。図２参照）が出力する電気信号が垂直走査回路２によって読み出し回路５に行単位で取り出され、水平走査回路３によって列単位で出力アンプ６を介して出力端子７に画像信号として出力されるようになっている。

図２は、図１中の単位画素４を示す回路図である。各画素４は、図２に示すように、選択トランジスタ１１と、ソースフォロアの増幅トランジスタ１２と、リセットトランジスタ１３と、転送トランジスタ１４と、光電変換を行う受光部としてのフォトダイオード１５とから構成されている。図２において、Ｖｃｃは電源である。

図１及び図２に示すように、画素４の選択トランジスタ１１のゲートは行毎に選択線２０に共通に接続されている。画素４のリセットトランジスタ１３のゲートは、行毎にリセット線２１に共通に接続されている。画素４の転送トランジスタ１４のゲートは、行毎に転送線２２に共通に接続されている。画素４の選択トランジスタ１１のソースは、列毎に垂直信号線２３に共通に接続されている。選択線２０、リセット線２１及び転送線２２は、垂直走査回路２に接続されている。垂直信号線２３は、読み出し回路５に接続されている。

図３は、図１に示す固体撮像素子１の一部を模式的示す概略断面図である。説明の便宜上、図３に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する。ＸＹ平面が基板３１の面と平行となっている。図３は、Ｘ軸方向に並んだ３つの画素４を大幅に簡略化してその主要部のみを模式的に示している。

この固体撮像素子１では、図３に示すように、各画素４において、シリコン基板３１にフォトダイオード１５が設けられている。シリコン基板３１上には、例えばシリコン酸化膜からなる層間膜３２〜３４が、下側（基板３１側）から順に形成されている。また、図３に示すように、１層目アルミニウム配線層３５、２層目アルミニウム配線層３６及び３層目アルミニウム配線層３７が形成され、これらによって、図１及び図２に示す回路の配線がなされている。３層目のアルミニウム配線層３７は、各画素４の有効受光領域以外を覆う遮光膜となっている。なお、図面には示していないが、各画素４の図２に示す回路や図１中の他の回路も、シリコン基板３１に搭載されている。

また、この固体撮像素子１では、図３に示すように、３層目のアルミニウム配線層３７より上側の位置において、窒化シリコン膜等の絶縁膜３８、平坦化層３９、カラーフィルタ４０、及び、入射光をフォトダイオード１５に集光させるマイクロレンズ４１が設けられている。カラーフィルタ４０は、各画素４毎に、例えばベイヤー配列に従って配列された赤色、緑色及び青色のいずれかの色とされている。マイクロレンズ４１も、各画素４毎に形成されている。この固体撮像素子１では、カラーフィルタ４０上にはその凹凸を吸収するための平坦化層は設けられておらず、その代わりに、マイクロレンズ４１と同じ材料からなる厚みｄ２の層４２が、マイクロレンズ４１と一体に連続してマイクロレンズ４１の下側に形成されている。本実施の形態では、マイクロレンズ４１は、例えば、アクリル系樹脂等の紫外線硬化樹脂などの樹脂で構成されている。なお、必要に応じて、層４２とカラーフィルタ４０との間に平坦化層を形成してもよい。

次に、本発明の第１の実施の形態による製造方法として、図１乃至図３に示す固体撮像素子１の製造方法について、図４乃至図６を参照して説明する。図４乃至図６は、本実施の形態による製造方法の主要な工程を模式的に示す概略断面図である。

まず、複数（勿論、量産する場合にはその数が多いほど好ましい。）の固体撮像素子１を一括して製造するべく、例えば、直径２００ｍｍ又は直径３００ｍｍのシリコンウエハを用意する。このシリコンウエハは、最後にチップ毎に分割することで、各固体撮像素子１の前記シリコン基板３１となる。このシリコンウエハ上に、従来の固体撮像素子と同様に半導体製造プロセスを利用して、カラーフィルタ４０までの構造（マイクロレンズ４１及び層４２を除いた残りの構造であって、図１及び図２に示す回路を含む。）を、複数の固体撮像素子１の分だけ一括して作製する。図４では、カラーフィルタ４０までの構造が作製されたシリコンウエハに、全体として、符号５１を付している。以下の説明では、カラーフィルタ４０までの構造が作製されたシリコンウエハを、単に、「シリコンウエハ５１」と呼ぶ。

一方、本実施の形態では、１つのシリコンウエハ上に形成される前記複数の固体撮像素子１のマイクロレンズ４１の形状（本実施の形態では、凸形）に応じた形状（本実施の形態では、凹形）５２ａを有する１つの型５２を、予め、用意しておく。本実施の形態では、例えば、シリコンウエハと同じ直径２００ｍｍ又は直径３００ｍｍの円盤状に構成されている。もっとも、製造する固体撮像素子１が小さいデバイスで少量生産もしくはＲ＆Ｄの実験用途の場合は、型５２のサイズは小さくてもよく、例えば直径１５０ｍｍの円盤状にしたり、一辺１００ｍｍの正方形状などにしてもよい。本実施の形態では、型５２は、形状５２ａを有する型本体５３と、型本体５３を支持する支持板５４とから構成されている。型本体５３及び支持板５４は、いずれも、紫外線を透過する材料、例えば石英又はガラスで構成されている。型５２の形状５２ａは、例えば、露光技術とエッチング技術とを用いることで、所望の任意の形状にすることができる。図面では、マイクロレンズ４１の形状及びその反転形状である型５２の形状５２ａは、半球状の形状として示しているが、その深さを適当に変えた形状や、自由曲面形状や、非球面形状としてもよい。また、マイクロレンズ４１は、凸レンズ形状に限定されるものではなく、例えば、サブ波長３次元構造体として構成することもでき、その場合は、その構造体の形状に合わせて型５２の形状５２ａが設定される。

次に、シリコンウエハ５１のカラーフィルタ４０側を上にして、シリコンウエハ５１上に、アクリル系樹脂等の紫外線硬化樹脂５５を塗布する（図４）。このとき、紫外線硬化樹脂５５は、例えば、スピンコートで均一に塗布してもよいし、あるいはシリコンウエハ５１の中心部に塗布してもよい。

その後、型５２とシリコンウエハ５１とを押し付けて密着させる（図５）。両者を密着させてから、型５２及びシリコンウエハ５１をそれぞれ独立してＸＹアライメント（ＸＹ方向の位置調整）することによって、シリコンウエハ５１と型５２との間のＸＹ方向の位置合わせを行う。このように、両者をそれぞれ独立して位置調整して位置合わせすると、シリコンウエハ５１と型５２との間のＸＹ方向の位置合わせを高い精度で行い易くなるため、好ましい。もっとも、型５２及びシリコンウエハ５１の一方のみをＸＹアライメントすることによって、シリコンウエハ５１と型５２との間のＸＹ方向の位置合わせを行ってもよい。シリコンウエハ５１と型５２との間のＸＹ方向の位置合わせは、シリコンウエハと型５２にそれぞれアライメント用の印を入れておき、その印を利用して光学的にアライメントを行うことにより、例えば１μｍ以下の精度で位置合わせを行うことが可能である。

このように、型５２とシリコンウエハ５１とを押し付けることで、型５２の形状５２ａが紫外線硬化樹脂５５に転写される。図５には示していないが、図５及び図３から理解できるように、マイクロレンズ４１の下の層４２の厚みｄ２は、紫外線硬化樹脂５５の塗布量で決定される。層４２の厚みｄ２が薄いほど、固体撮像素子１を薄く構成することができるので、層４２の厚みｄ２は、薄いことが好ましく、１μｍ以下であることが好ましい。もっとも、層４２の厚みｄ２を比較的厚くしても、マイクロレンズ４１の形状をそれに合わせて設計することができるので、集光率の低下を招くようなことはない。

次いで、紫外線（ＵＶ光）を型５２を介して紫外線硬化樹脂５５に照射して、紫外線硬化樹脂５５を硬化させる（図５）。このとき、紫外線は均一になるように照射してもよい。紫外線の照射量は、紫外線硬化樹脂５５が硬化するのに適度な量とする。

その後、型５２とシリコンウエハ５１とを剥離する（図６）。紫外線硬化樹脂５５は、マイクロレンズ４１及び層４２（図６では、図示せず）となって、シリコンウエハ５１上に残る。型５２の剥離を容易にするために、型５２を樹脂５５に押し付ける前に、予め型５２に離型剤（例えば、フッ素系樹脂）を塗布しておいてもよい。この剥離を行う際は、型５２及びシリコンウエハ５１をそれぞれ垂直方向（Ｚ軸方向）にそれぞれ互いに移動させてもよいし、一方のみを垂直方向に移動させてもよい。

このようにして、１つのシリコンウエハ上に多数の固体撮像素子１が形成される。最後に、これを個々のチップに分離することで、多数の固体撮像素子１が完成する。

本実施の形態によれば、型５２によるマイクロレンズ材料（本実施の形態では、紫外線硬化樹脂５５）への形状転写によって、マイクロレンズ４１が形成される。したがって、本実施の形態によれば、従来のように熱リフロー法やエッチバック法でマイクロレンズ４１を形成する場合に比べて、マイクロレンズ４１の形状の自由度が飛躍的に高まり、マイクロレンズ４１の形状を、集光特性を優先した所望の形状にすることができる。特に、高画素化（狭ピッチ化）にも拘わらずに、集光率を高めるためには、マイクロレンズ４１を厚く構成することが好ましく、マイクロレンズ４１の厚みｄ１を例えば２μｍ以上にすることが好ましい。本実施の形態によれば、その厚みｄ１に合わせた形状５２ａを持つ型５２を用意するだけで、特別な制約等が生ずることなく、２μｍ以上の厚みを持ったマイクロレンズ４１を有する固体撮像素子１を極めて容易に製造することができる。マイクロレンズ４１の厚みｄ２を２μｍ以上、３μｍ以上、４μｍ以上、５μｍ以上などにするような形状５２ａを持つ型５２を一旦作製してしまえば、それらの厚い厚みｄ２を持ったマイクロレンズ４１を有する固体撮像素子１を容易に製造することができる。

そして、本実施の形態によれば、型５２による形状転写によってマイクロレンズ４１の形状が定まる。そして、型５２は、一旦作製すれば、何度も繰り返して使用することができる。したがって、本実施の形態によれば、製造ばらつきの影響を受けることなく、一定の同じ形状を持ったマイクロレンズ４１を有する固体撮像素子１を安定して製造することができる。

このように、本実施の形態によれば、マイクロレンズ４１の形状を、安定して、集光特性を優先した所望の一定形状にすることができるという利点が得られる。

なお、図３に示すように、固体撮像素子１において、隣り合う画素４のマイクロレンズ４１間に所定寸法のギャップｇが存在するものとしている。そして、本実施の形態では、これに合わせて、当該ギャップｇが生ずるように、型５２の形状５２ａが設定されているものとしている。しかしながら、集光率をより高めるためには、ギャップｇをゼロにすることが好ましい。型５２の形状５２ａをギャップｇがゼロとなるように変更しておくだけで、ギャップｇがゼロのマイクロレンズ４１を有する固体撮像素子１を極めて容易に製造することができる。

また、従来のように熱リフロー法やエッチバック法でマイクロレンズ４１を形成する場合に毎回必要であった、レジスト膜のリソグラフィ工程（ステッパー露光工程）及び現像工程などが、本実施の形態では行わずに済む。本実施の形態では、それらに代えて型５２による形状転写が行われるが、その転写工程は極めて容易で時間を要しないとともに、高価な装置を使用することもない。したがって、本実施の形態によれば、従来のように熱リフロー法やエッチバック法でマイクロレンズ４１を形成する場合に比べて、要する時間及びコストを大幅に低減することができる。

なお、本実施の形態では、前述した図４乃至図６に示す工程は、シリコンウエハ５１を下側に配置し型５２を上側に配置して行っている。これとは逆に、前述した図４乃至図６に示す工程に相当する工程を、シリコンウエハ５１を上側に配置し型５２を下側に配置して行ってもよい。この場合、紫外線硬化樹脂５５の塗布は、シリコンウエハ５１上ではなく、型５２上に行われることになる。

［第２の実施の形態］

図７は、本発明の第２の実施の形態による製造方法により製造される固体撮像素子６１の一部を模式的に示す概略断面図であり、図３に対応している。図７において、図３中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

この固体撮像素子６１が図１乃至図３に示す固体撮像素子１と異なる所は、平坦化層３９の代わりに層６２が形成されるとともに、層６２とカラーフィルタ４０との間に層６３が追加され、層６３の下側の一部がインナーレンズ６３ａを構成し、層６２の上側がインナーレンズ６３ａの反転形状を有し、これにより、各画素４においてマイクロレンズ４１とフォトダイオード１５との間にインナーレンズ６３ａが配置されている点のみである。本実施の形態では、例えば、層６２はアクリル系樹脂等の紫外線硬化樹脂などの樹脂で構成され、インナーレンズ６３ａを含む層６３ａは窒化シリコン膜等で構成され、両者の間には適度な屈折率差がある。したがって、インナーレンズ６３ａは、マイクロレンズ４１と共に入射光をフォトダイオード１５に集光させるレンズ作用を有している。

次に、本発明の第２の実施の形態による製造方法として、図７に示す固体撮像素子６１の製造方法について、図８乃至図１２を参照して説明する。図８乃至図１２は、本実施の形態による製造方法の主要な工程を模式的に示す概略断面図である。図８及び図１２は、図７と同じ断面を示している。

まず、複数（勿論、量産する場合にはその数が多いほど好ましい。）の固体撮像素子６１を一括して製造するべく、例えば、直径２００ｍｍ又は直径３００ｍｍのシリコンウエハを用意する。このシリコンウエハは、最後にチップ毎に分割することで、各固体撮像素子６１のシリコン基板３１となる。このシリコンウエハ上に、従来の固体撮像素子と同様に半導体製造プロセスを利用して、絶縁膜３８までの構造（図１及び図２に示す回路を含む。）を、複数の固体撮像素子６１の分だけ一括して作製する（図８）。図８では、絶縁膜３８までの構造が作製されたシリコンウエハに、全体として、符号７１を付している。以下の説明では、絶縁膜３８までの構造が作製されたシリコンウエハを、単に、「シリコンウエハ７１」と呼ぶ。

一方、本実施の形態では、１つのシリコンウエハ上に形成される前記複数の固体撮像素子６１のインナーレンズ６３ａの形状（本実施の形態では、凸形）に応じた形状（本実施の形態では、凸形）７２ａを有する１つの型７２を、予め、用意しておく。本実施の形態では、例えば、シリコンウエハと同じ直径２００ｍｍ又は直径３００ｍｍの円盤状に構成されている。もっとも、製造する固体撮像素子６１が小さいデバイスで少量生産もしくはＲ＆Ｄの実験用途の場合は、型７２のサイズは小さくてもよく、例えば直径１５０ｍｍの円盤状にしたり、一辺１００ｍｍの正方形状などにしてもよい。本実施の形態では、型７２は、形状７２ａを有する型本体７３と、型本体７３を支持する支持板７４とから構成されている。型本体７３及び支持板７４は、いずれも、紫外線を透過する材料、例えば石英又はガラスで構成されている。型７２の形状７２ａは、例えば、露光技術とエッチング技術とを用いることで、所望の任意の形状にすることができる。図面では、インナーレンズ６３ａの形状及びそれと同様の形状である型７２の形状７２ａは、球面形状として示しているが、その深さを適当に変えた形状や、自由曲面形状や、非球面形状としてもよい。また、インナーレンズ６３ａは、凸レンズ形状に限定されるものではなく、例えば、サブ波長３次元構造体として構成することもでき、その場合は、その構造体の形状に合わせて型７２の形状７２ａが設定される。

次に、シリコンウエハ７１の絶縁膜３８側を上にして、シリコンウエハ７１上に、アクリル系樹脂等の紫外線硬化樹脂７５を塗布する（図９）。このとき、紫外線硬化樹脂７５は、例えば、スピンコートで均一に塗布してもよいし、あるいはシリコンウエハ７１の中心部に塗布してもよい。

その後、型７２とシリコンウエハ７１とを押し付けて密着させる（図１０）。両者を密着させてから、型７２及びシリコンウエハ７１をそれぞれ独立してＸＹアライメント（ＸＹ方向の位置調整）することによって、シリコンウエハ７１と型７２との間のＸＹ方向の位置合わせを行う。このように、両者をそれぞれ独立して位置調整して位置合わせすると、シリコンウエハ７１と型７２との間のＸＹ方向の位置合わせを高い精度で行い易くなるため、好ましい。

このように、型７２とシリコンウエハ７１とを押し付けることで、型７２の形状７２ａが紫外線硬化樹脂７５に転写される。図９には示していないが、図７から理解できるように、インナーレンズ６３ａの下の層６２の厚みは、紫外線硬化樹脂７５の塗布量で決定される。

次いで、紫外線（ＵＶ光）を型７２を介して紫外線硬化樹脂７５に照射して、紫外線硬化樹脂７５を硬化させる（図１０）。このとき、紫外線は均一になるように照射してもよい。紫外線の照射量は、紫外線硬化樹脂７５が硬化するのに適度な量とする。

その後、型７２とシリコンウエハ７１とを剥離する（図１１）。紫外線硬化樹脂７５は、インナーレンズ６３ａの下の層６２となって、シリコンウエハ７１上に残る。図１２は、この状態を示している。型７２の剥離を容易にするために、型７２を樹脂７５に押し付ける前に、予め型７２に離型剤（例えば、フッ素系樹脂）を塗布しておいてもよい。

引き続いて、図１２に示す状態の層６２上に、インナーレンズ６３ａを有する層６３となる材料（例えば、窒化シリコン膜）を形成する。これにより、インナーレンズ６３ａが形成される。本実施の形態では、層６３は平坦化層としても機能する。次いで、層６３上にカラーフィルタ４０を形成する。その後、前述した図４乃至図６と同様の工程を行って、カラーフィルタ４０上にマイクロレンズ４１及び層４２を形成する。

このようにして、１つのシリコンウエハ上に多数の固体撮像素子６１が形成される。最後に、これを個々のチップに分離することで、多数の固体撮像素子６１が完成する。

本実施の形態によれば、マイクロレンズ４１に関して前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる他、インナーレンズ６３ａに関しても、マイクロレンズ４１に関する利点と同様の利点が得られる。

前記第１の実施の形態による製造方法で製造される固体撮像素子１のように、インナーレンズ６３ａを設けなくても、マイクロレンズ４１の形状を適切に設定すれば、集光率を十分に高めることが可能である。したがって、本実施の形態による製造方法で製造される固体撮像素子６１に比べて、前記第１の実施の形態による製造方法で製造される固体撮像素子１の方が、構造が簡単でよりコストを低減することができる。

しかしながら、マイクロレンズ４１の他にインナーレンズ６３ａを設けた固体撮像素子６１を製造する場合に、本実施の形態による製造方法を採用すれば、従来のようにインナーレンズ６３ａを窒化シリコン膜をエッチングすることによって形成する場合に比べて、その利点は大きい。

もっとも、本発明では、マイクロレンズ４１の他にインナーレンズ６３ａを設けた固体撮像素子６１を製造する場合、マイクロレンズ４１を型５２による形状転写で形成するとともにインナーレンズ６３ａを窒化シリコン膜のエッチングにより形成するか、あるいは、マイクロレンズ４１を熱リフロー法又はエッチバック法により形成するとともにインナーレンズ６３ａを型７２による層６２への形状転写を利用して形成してもよい。これらの場合であっても、従来のようにマイクロレンズ４１を熱リフロー法又はエッチバック法により形成するとともにインナーレンズ６３ａを窒化シリコン膜のエッチングにより形成する場合に比べて、その利点は大きい。

なお、本実施の形態では、前述した図９乃至図１１に示す工程は、シリコンウエハ７１を下側に配置し型７２を上側に配置して行っている。これとは逆に、前述した図９乃至図１１に示す工程に相当する工程を、シリコンウエハ７１を上側に配置し型７２を下側に配置して行ってもよい。この場合、紫外線硬化樹脂７５の塗布は、シリコンウエハ７１上ではなく、型７２上に行われることになる。

ところで、インナーレンズ６３ａは、マイクロレンズ４１とフォトダイオード１５との間に配置すればよく、インナーレンズ６３ａが形成される階層は必ずしも図７に示す階層に限定されるものではない。例えば、絶縁膜３８とカラーフィルタ４０との間に層６２，６３に代えて平坦化層３９を形成しておき、層６２，６３を、層間膜３３と層間膜３４との間、あるいは、層間膜３４と絶縁膜３８との間に形成してもよい。これらの固体撮像素子を製造する場合には、層６２，６３を形成する階層に合わせて、本実施の形態による製造方法において、図９乃至図１１に示す工程を行う順番等を適宜変更すればよい。

以上、本発明の各実施の形態及び変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

本発明の第１の実施の形態による製造方法により製造される固体撮像素子の一例を示す概略構成図である。 図１中の単位画素を示す回路図である。 図１に示す固体撮像素子の一部を模式的示す概略断面図である。 本発明の第１の実施の形態による製造方法の主要な工程を模式的に示す概略断面図である。 図４に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。 図５に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。 本発明の第２の実施の形態による製造方法により製造される固体撮像素子の一部を模式的に示す概略断面図である。 本発明の第２の実施の形態による製造方法の主要な工程を模式的に示す概略断面図である。 図８に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。 図９に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。 図１０に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。 図１１に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。

符号の説明

１，６１ 固体撮像素子
４ 画素
１５ フォトダイオード（受光部）
３１ 基板
４１ マイクロレンズ
５２，７２ 型
５５，７５ 紫外線硬化樹脂
６３ａ インナーレンズ

Claims (8)

1. 光電変換を行う受光部と、前記受光部に対応するようにオンチップに配置され入射光を前記受光部に集光させるマイクロレンズと、を有する画素が、基板に複数配置された固体撮像素子の製造方法であって、
   前記マイクロレンズの形状に応じた形状を有する第１の型を、前記マイクロレンズとなる第１の材料に相対的に押し付けて、前記第１の型の形状を前記第１の材料に転写させる段階を含むマイクロレンズ形成段階を、備えたことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
2. 前記画素は、前記マイクロレンズと前記受光部との間に配置されたインナーレンズを有し、
   前記インナーレンズの形状に応じた形状を有する第２の型を、前記インナーレンズの反転形状を有する前記インナーレンズの下側の層となる第２の材料に相対的に押し付けて、前記第２の型の形状を前記第２の材料に転写させる段階と、前記下側の層上に、前記インナーレンズとなる材料を形成する段階とを、更に備えたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の製造方法。
3. 前記第１の型は紫外線を透過させる材料で構成され、
   前記第１の材料は紫外線硬化樹脂であり、
   前記マイクロレンズ形成段階は、前記第１の型を介して紫外線を前記第１の材料に照射して前記第１の材料を硬化させる段階を含む、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像素子の製造方法。
4. 前記マイクロレンズ形成段階は、１つのウエハ上に形成される複数の前記固体撮像素子の前記マイクロレンズを一括して形成し、
   前記第１の型の形状を前記第１の材料に転写させる前記段階は、複数の前記固体撮像素子のマイクロレンズの形状に応じた形状を有する１つの型を用いて、複数の前記固体撮像素子のマイクロレンズの形状を一括して前記第１の材料に転写させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの記載の固体撮像素子の製造方法。
5. 前記マイクロレンズ形成段階は、前記マイクロレンズの厚みが２μｍ以上となるように、行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
6. 前記マイクロレンズ形成段階は、前記第１の材料によって前記マイクロレンズと一体に連続して前記マイクロレンズの下側に形成される層の厚みが１μｍ以下となるように、行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
7. 前記第１の型の形状を前記第１の材料に転写させる前記段階は、前記基板の側及び前記第１の型をそれぞれ独立して前記基板の面方向に位置調整することにより、前記基板の側と前記第１の型との間の前記面方向の位置合わせを行った状態で、行われることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
8. 光電変換を行う受光部と、前記受光部に対応するようにオンチップに配置され入射光を前記受光部に集光させるマイクロレンズと、該マイクロレンズと前記受光部との間に配置されたインナーレンズと、を有する画素が、基板に複数配置された固体撮像素子の製造方法であって、
   前記インナーレンズの形状に応じた形状を有する型を、前記インナーレンズの反転形状を有する前記インナーレンズの下側の層となる材料に相対的に押し付けて、前記型の形状を前記材料に転写させる段階と、前記下側の層上に、前記インナーレンズとなる材料を形成する段階とを、備えたことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。

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