JP2009294624A - マイクロレンズの形成方法、固体撮像素子およびその製造方法、表示装置およびその製造方法、並びに電子情報機器 - Google Patents

Abstract

【課題】被写体からの光の集光効率の向上とともに、被写体画像の色分解能の向上を図ることができる固体撮像素子を得る。
【解決手段】画素アレイ上にマイクロレンズ１１ａを、該マイクロレンズが形成された複数の第１画素領域Ｐｒ１と、該マイクロレンズが形成されない複数の第２画素領域Ｐｒ２とが市松格子模様をなすよう、選択的に形成する第１レンズ工程と、該画素アレイの、該マイクロレンズ１１ａの形成されていない第２画素領域Ｐｒ２にマイクロレンズ１１２ａを形成する第２レンズ工程とを含み、該第２レンズ工程では、レンズ材料層の露光現像により得られるレンズ形成部材１１２を、そのリフローにより得られるマイクロレンズ１１２ａの平面パターンが該第２画素領域の平面パターンと実質的に重なるように、該レンズ形成部材の側辺部が、その中央部分ほど深く第２画素領域Ｐｒ２の側辺より内側にえぐれた平面形状にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロレンズの形成方法、固体撮像素子およびその製造方法、表示装置およびその製造方法、並びに電子情報機器に関し、特に、マトリクス状に配列された複数のマイクロレンズを２工程に分けて形成する方法、このように２工程に分けて形成されたマイクロレンズを有する固体撮像素子及び表示装置、これらの固体撮像素子および表示装置の製造方法、並びに、このような固体撮像素子および表示装置の少なくとも一方を用いた電子情報機器に関するものである。

従来から、マイクロレンズは、固体撮像素子や表示装置などで用いられており、例えば、被写体光を固体撮像素子の各受光部に集光するレンズとして、また、照明光を表示装置の表示画面上の各絵素部に集光するレンズとして用いられている。また、近年の携帯電話やデジタルカメラなどの電子情報機器には、このようなマイクロレンズを備えた固体撮像素子や表示装置が搭載されている。

以下、従来のマイクロレンズを備えた固体撮像素子の製造方法について簡単に説明する。

図６は、このような従来の固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、図６（ａ）〜図６（ｃ）は特にマイクロレンズの形成工程を処理順に示している。

まず、半導体基板１の表面領域上に、複数の画素をマトリクス状（行列状）に配列してなる画素アレイ（図示せず）、および該画素アレイを駆動するとともに、該画素アレイからの画素信号を処理する周辺回路（図示せず）を形成し、さらに、全面に平坦化膜２を形成した後、この平坦化膜２上に感光性を有する熱可塑性樹脂を塗布してレンズ材料層Ｐｒを形成する。続いて、該レンズ材料層Ｐｒを、露光マスクＲｃを用いて露光光Ｌにより選択的に露光する（図６（ａ））。この露光マスクＲｃは、ガラスなどの透明基板Ｒｃ１の表面に所定の開口パターンを有するクロムなどからなる遮光膜Ｒｃ２を形成してなるものである。ここでは、このレンズ材料層Ｐｒの露光された部分（露光部分）Ｐｒ２は、現像液に溶ける部分であり、このレンズ材料層Ｐｒの露光されていない部分（非露光部分）Ｐｒ１は、現像液に溶けない部分である。

次に、レンズ材料層Ｐｒの現像を行って、該レンズ材料層Ｐｒの露光部分Ｐｒ２を選択的に除去して、非露光部分Ｐｒ１のみレンズ形成部材として上記平坦化膜２上に残す（図６（ｂ））。

その後、レンズ材料層Ｐｒの非露光部分Ｐｒ１であるレンズ形成部材を加熱溶融によりレンズ形状となるようリフローさせてマイクロレンズＭを形成する（図６（ｃ））。

ところで、マイクロレンズを用いた固体撮像素子では、集光率の向上の手段として、マイクロレンズの無効領域（レンズが配置されない領域）を最小限に抑えることが挙げられる。一般的なマイクロレンズの加工方法は、フォトリソグラフィー技術によってレンズ材料層をパターニングして、断面矩形形状のレンズ形成部材を形成し、このレンズ形成部材の熱リフローによって、湾曲したレンズ形状を得る。この時、１回の工程でレンズ形状を得ようとする場合、レンズの無効領域を縮小するために、現像により得られるレンズ形成部材の間のスペースを狭くしたり、レンズ形成部材のリフロー量と大きくすると、隣接するマイクロレンズ同士が融着してしまい、逆に集光率を悪化させることになる。

これを避けるためには、マイクロレンズの形成工程を２工程に分割し、１回目の工程で、マイクロレンズが形成された第１画素領域と、マイクロレンズが形成されない第２画素領域とが市松格子模様をなすようマイクロレンズを形成し、２回目の工程で残りの領域（第２受光領域）にマイクロレンズを形成する。なお、ここで、画素領域は、複数の画素をマトリクス状に配列してなる画素アレイにおける各画素の占める領域である。

この方法では、２回目のマイクロレンズを形成する際には、１回目のマイクロレンズが既に熱リフロー後に熱架橋されているため、２回目の工程で形成されるマイクロレンズが、１回目の工程で形成されたマイクロレンズに接触しても、融着によるレンズ形状の崩れは発生しない。また、１回目のマイクロレンズの形成工程では、レンズ材料層の現像により得られるレンズ形成部材の平面形状を円形形状にすることで、各マイクロレンズの画素アレイの行方向及び列方向における曲率と、該画素アレイの行方向あるいは列方向に対して４５度の角度をなす対角方向における曲率とを一致させることができ、集光率の向上に寄与できる。

このようにマイクロレンズの形成を２回に分けて行う方法は、特許文献１〜４にも開示されており、以下、簡単に説明する。

まず、固体撮像素子の製造方法における前半工程では、上記のように、半導体基板１の表面領域上に、複数の画素をマトリクス状（行列状）に配列してなる画素アレイ（図示せず）、および該画素アレイを駆動するとともに、該画素アレイからの画素信号を処理する周辺回路（図示せず）を形成する。その後の後半工程では、例えば、カラーフィルタの形成処理を行った後、マイクロレンズの形成処理を２回に分けて行う。

図７は、１回目のマイクロレンズの形成工程を説明する図であり、図７（ａ）は、レンズ材料層の露光現像により得られたレンズ形成部材の平面パターンを示し、図７（ｂ）は、該レンズ形成部材の熱リフローにより得られたマイクロレンズの平面パターンを示している。また、図７（ｃ）および図７（ｄ）は、それぞれ図７（ａ）および図７（ｂ）のＡ−Ａ線断面の構造を示している。

すなわち、図６（ａ）に示すように半導体基板１の平坦化膜２上に感光性のレンズ材料層Ｐｒを塗布した後、第１の露光マスクＭ１（図９（ａ）参照）を用いて上記レンズ材料層Ｐｒを露光する。この第１の露光マスクＭ１は、図９（ａ）に示すように、円形形状の開口部（光透過部）Ｍ１ａと遮光部（光非透過部）Ｍ１ｂとを有している。

その後、露光されたレンズ材料層Ｐｒを現像して、レンズ形成部材１１を第１画素領域Ｐｒ１上にのみ残るようパターニングする（図７（ａ）および（ｃ））。ここで、第１画素領域Ｐｒ１は、第１グループの各画素、例えば、奇数画素行と奇数画素列との交差部、および偶数画素行と偶数画素列との交差部に位置する各画素が、画素アレイ上で占める領域である。

続いて、該現像されたレンズ材料層（レンズ形成部材）１１を熱処理によりリフローさせて硬化させる。これにより、画素アレイにおける第１画素領域Ｐｒ１上に、マイクロレンズ１１ａが形成される（図７（ｂ）および（ｄ））。

次に２回目のマイクロレンズの形成を行う。

図８は、２回目のマイクロレンズの形成工程を説明する図であり、図８（ａ）は、レンズ材料層の現像により得られたレンズ形成部材の平面パターンを示し、図８（ｂ）は、このレンズ形成部材の熱リフローにより得られたマイクロレンズの平面パターンを示している。また、図８（ｃ）および図８（ｄ）は、それぞれ図８（ａ）および図８（ｂ）のＢ−Ｂ線断面の構造を示している。

すなわち、上記マイクロレンズ１１ａの形成された平坦化膜２上に、感光性のレンズ材料層を塗布した後、第２の露光マスクＭ２（図９（ｂ）参照）を用いて露光する。この第２の露光マスクＭ２は、図９（ｂ）に示すように、正方形の四隅を面取りした略正方形形状の開口部（光透過部）Ｍ２ａと遮光部（光非透過部）Ｍ２ｂとを有している。

その後、露光されたレンズ材料層を現像して、レンズ形成部材１２を、第２画素領域Ｐｒ２上にのみ残るようパターニングする（図８（ａ）及び（ｃ））。ここで、第２画素領域は、第２グループの各画素、例えば、奇数画素行と偶数画素列との交差部、および偶数画素行と奇数画素列との交差部に位置する各画素が、画素アレイ上で占める領域である。

続いて、現像されたレンズ材料層１２を熱処理によりリフローさせて硬化させる。これにより、画素アレイにおける第２画素領域Ｐｒ２上にマイクロレンズ１２ａが形成される（図８（ｂ）及び（ｄ））。
特開２０００−２６９４７４号公報 特開２００３−３３２５４７号公報 特開２００３−２２９５５０号公報 特開２００６−６６９３１号公報

ところが、２回目のレンズ形成工程で得られたレンズ形成部材（現像したレンズ材料層）の平面形状が正方形である場合、このレンズ形成部材を熱リフローさせた時には、画素アレイの縦横方向におけるリフロー量と、この縦横方向に対して４５度の角度をなす対角方向におけるリフロー量とが異なるために、２回目のレンズ形成工程における熱リフロー後のマイクロレンズの平面形状が正方形とならない。この場合、１回目のレンズ形成工程に加工されたマイクロレンズにて集光されるべき光が、２回目のレンズ形成工程に形成されたマイクロレンズにて集光される部分（画素の上下辺の中央付近および左右辺の中央付近）が生じたり、さらに、２回目のレンズ形成工程で形成されたマイクロレンズにて集光されるべき光が１回目の形成工程で形成されたマイクロレンズによって集光される部分（画素の上下辺の両側部付近および左右辺の両側部付近）が生じたりする。このため、被写体画像の分解能、とくに、カラーフィルターを有する固体撮像素子では、被写体画像の色分解能が低下してしまうという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、被写体からの光の集光効率の向上とともに、被写体画像の色分解能の向上を図ることができるマイクロレンズの形成方法、このようなマイクロレンズを有する固体撮像素子および表示装置、これらの固体撮像素子および表示装置の製造方法、並びに、このような固体撮像素子および表示装置の少なくとも一方を用いた電子情報機器を提供することを目的とする。

本発明に係るマイクロレンズの形成方法は、マトリクス状に配列された複数のマイクロレンズを形成する方法であって、平面多角形形状を有する複数の単位領域を行列状に配列してなる下地領域上に、マイクロレンズを、該マイクロレンズが形成された複数の第１単位領域と、該マイクロレンズが形成されない複数の第２単位領域とが市松格子模様をなすよう、選択的に形成する第１レンズ工程と、該下地領域の、該マイクロレンズの形成されていない第２単位領域にマイクロレンズを形成する第２レンズ工程とを含み、該第２レンズ工程は、レンズ材料層を露光現像によりパターニングして、該各第２単位領域上にレンズ形成部材を形成するパターニング工程と、該レンズ形成部材を、その表面が湾曲したレンズ形状となるよう熱処理によりリフローさせて、該マイクロレンズを形成する熱処理工程とを含み、該パターニング工程で得られるレンズ形成部材は、そのリフローにより得られるマイクロレンズの平面パターンが該第２単位領域の平面パターンと重なるように、該レンズ形成部材の側辺部が、該側辺部の中央部分ほど深く、該第２単位領域の側辺より内側にえぐれた平面形状を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記第２レンズ工程は、前記マイクロレンズの形成されていない複数の第２単位領域の一部の領域に前記マイクロレンズを形成する前レンズ工程と、該前レンズ工程でマイクロレンズの形成されなかった、複数の第２単位領域の残りの領域に、マイクロレンズを形成する後レンズ工程とを含み、該前レンズ工程および該後レンズ工程はそれぞれ、レンズ材料層を露光現像によりパターニングして、該各第２単位領域上にレンズ形成部材を形成するパターニング工程と、該レンズ形成部材を、その表面が湾曲したレンズ形状となるよう熱処理によりリフローさせて、該マイクロレンズを形成する熱処理工程とを含むことが好ましい。

本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記第１レンズ工程は、レンズ材料層を露光現像によりパターニングして、前記各第１単位領域上にレンズ形成部材を形成するパターニング工程と、該レンズ形成部材を、その表面が湾曲したレンズ形状となるよう熱処理して、該マイクロレンズを形成する熱処理工程とを含み、該第１レンズ工程で得られるレンズ形成部材の平面形状は、前記単位領域の平面形状とは異なる形状であることが好ましい。

本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記単位領域の平面形状は正方形形状であり、該第１レンズ工程で得られるレンズ形成部材の平面形状は円形形状であることが好ましい。

本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記第２レンズ工程で得られるマイクロレンズの平面形状は、正方形形状の角部を面取りしてなる略正方形形状であり、前記第２レンズ工程のパターニング工程で得られるレンズ形成部材は、前記正方形形状の第２単位領域上に重なるよう配置され、該レンズ形成部材の平面形状は、正方形形状の角部を面取りしてなる略正方形形状の側辺を、該第２単位領域の側辺より内側に湾曲させた形状となっていることが好ましい。

本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記第１レンズ工程は、前記レンズ材料層を露光現像によりパターニングして、前記各第１単位領域上にレンズ形成部材を形成するパターニング工程と、該レンズ形成部材を、その表面が湾曲したレンズ形状となるよう熱処理によりリフローさせて、前記マイクロレンズを形成する熱処理工程とを含み、該第１レンズ工程で得られるレンズ形成部材の平面形状は、前記単位領域の平面形状と同じ形状であることが好ましい。

本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記単位領域の平面形状は正方形形状であり、該第１レンズ工程で得られるレンズ形成部材の平面形状は正方形形状の角部を面取りしてなる略正方形形状であることが好ましい。

本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記第２レンズ工程で得られるマイクロレンズの平面形状は、正方形形状の角部を面取りしてなる略正方形形状であり、前記第２レンズ工程のパターニング工程で得られるレンズ形成部材は、前記正方形形状の第２単位領域上に重なるよう配置され、該レンズ形成部材の平面形状は、正方形形状の角部を面取りしてなる略正方形形状の側辺を、該第２単位領域の側辺より内側に湾曲させた形状となっていることが好ましい。

本発明に係る固体撮像素子は、複数の画素をマトリクス状に配置してなる画素アレイと、該画素アレイの、該各画素の占有する画素領域上に形成された複数のマイクロレンズとを有する固体撮像素子であって、該複数のマイクロレンズは、第１グループの複数のマイクロレンズと、第２グループの複数のマイクロレンズとを含み、該第１グループの複数のマイクロレンズが位置する複数の第１画素領域と、該第２グループの複数のマイクロレンズが位置する第２画素領域とが、市松格子模様をなすよう配列されており、該第１グループの各マイクロレンズは、対応する画素領域から一部がはみ出た、かつ隣接するもの同士が接触しない平面形状を有し、該第２グループの各マイクロレンズは、対応する画素領域と実質的に重なる平面形状を有し、隣接する該第１グループのマイクロレンズと部分的に重なるよう配置されており、そのことにより上記目的が達成される。

本発明は、上記固体撮像素子において、前記画素領域の平面形状は正方形形状であり、前記第１グループのマイクロレンズの平面形状は円形形状であることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像素子において、前記第２グループのマイクロレンズの平面形状は、正方形形状の角部を面取りしてなる略正方形形状であり、該第２グループのマイクロレンズは、その周縁がその角部を除いて前記画素領域の周縁上に重なるよう配置されていることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像素子において、前記画素アレイは、平面正方形形状を有する画素領域が、その縦辺および横辺が該画素アレイの列方向および行方向にそれぞれ平行になるよう配置されている正方格子配列を有することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像素子において、前記画素アレイ上には、緑色フィルタ、赤色フィルタ、および青色フィルタをマトリクス状に配列してなるカラーフィルタが配置されており、該カラーフィルタでは、該緑色フィルタと該赤色フィルタとを行方向に交互に配置してなる緑赤フィルタ行と、該青色フィルタと該緑色フィルタとを行方向に交互に配置してなる青緑フィルタ行とが、隣接する各フィルタ行間で異なる色のフィルタが対向するよう、列方向に交互に配置されていることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像素子において、前記画素アレイは、平面正方形形状を有する画素領域が、その隣接する側辺が該画素アレイの列方向および行方向に対して４５度の角度をなすよう配置されているハニカム配列を有することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像素子において、前記画素アレイ上には、緑色フィルタ、赤色フィルタ、および青色フィルタをマトリクス状に配列してなるカラーフィルタが配置されており、該カラーフィルタでは、該緑色フィルタを順次行方向に配置してなる緑フィルタ行と、該青色フィルタと該赤色フィルタとを行方向に交互に配置してなる青赤フィルタ列とが、列方向に交互に配置されていることが好ましい。

本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、複数の画素をマトリクス状に配置してなる画素アレイと、該画素アレイの、該各画素の占有する平面多角形形状の画素領域上に形成された複数のマイクロレンズとを有する固体撮像素子を製造する方法であって、該画素アレイの複数の画素領域に、マイクロレンズを、該マイクロレンズが形成された複数の第１画素領域と、該マイクロレンズが形成されない複数の第２画素領域とが市松格子模様をなすよう、選択的に形成する第１レンズ工程と、該画素アレイの、該マイクロレンズの形成されていない第２画素領域にマイクロレンズを形成する第２レンズ工程とを含み、該第２レンズ工程は、レンズ材料層を露光現像によりパターニングして、該各第２画素領域上にレンズ形成部材を形成するパターニング工程と、該レンズ形成部材を、その表面が湾曲したレンズ形状となるよう熱処理によりリフローさせて、該マイクロレンズを形成する熱処理工程とを含み、該パターニング工程で得られるレンズ形成部材は、そのリフローにより得られるマイクロレンズの平面パターンが該第２画素領域の平面パターンと重なるように、該レンズ形成部材の側辺部が、該側辺部の中央部分ほど深く、該第２画素領域の側辺より内側にえぐれた平面形状を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記第２レンズ工程は、前記マイクロレンズの形成されていない複数の第２画素領域の一部の領域にマイクロレンズを形成する前レンズ工程と、該前レンズ工程でマイクロレンズの形成されなかった、複数の第２画素領域の残りの領域に、マイクロレンズを形成する後レンズ工程とを含み、該前レンズ工程および該後レンズ工程はそれぞれ、レンズ材料層を露光現像によりパターニングして、該各第２画素領域上にレンズ形成部材を形成するパターニング工程と、該レンズ形成部材を、その表面が湾曲したレンズ形状となるよう熱処理によりリフローさせて、該マイクロレンズを形成する熱処理工程とを含むことが好ましい。

本発明に係る表示装置は、複数の表示絵素をマトリクス状に配置してなる絵素アレイと、該絵素アレイの、該各表示絵素の占有する絵素領域上に形成された複数のマイクロレンズとを有する表示装置であって、該複数のマイクロレンズは、第１グループの複数のマイクロレンズと、第２グループの複数のマイクロレンズとを含み、該第１グループの複数のマイクロレンズが位置する複数の第１絵素領域と、該第２グループの複数のマイクロレンズが位置する第２絵素領域とが、市松格子模様をなすよう配列されており、該第１グループの各マイクロレンズは、対応する絵素領域から一部がはみ出た、かつ隣接するもの同士が接触しない平面形状を有し、該第２グループの各マイクロレンズは、対応する絵素領域と実質的に重なる平面形状を有し、隣接する該第１グループのマイクロレンズと部分的に重なるよう配置されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明に係る表示装置の製造方法は、複数の表示絵素をマトリクス状に配置してなる絵素アレイと、該絵素アレイの、該各表示絵素の占有する平面多角形形状の絵素領域上に形成された複数のマイクロレンズとを有する表示装置を製造する方法であって、該絵素アレイの複数の絵素領域上に、マイクロレンズを、該マイクロレンズが形成された複数の第１絵素領域と、該マイクロレンズが形成されない複数の第２絵素領域とが市松格子模様をなすよう、選択的に形成する第１レンズ工程と、該絵素アレイの、該マイクロレンズの形成されていない第２絵素領域にマイクロレンズを形成する第２レンズ工程とを含み、該第２レンズ工程は、レンズ材料層を露光現像によりパターニングして、該各第２絵素領域上にレンズ形成部材を形成するパターニング工程と、該レンズ形成部材を、その表面が湾曲したレンズ形状となるよう熱処理によりリフローさせて、該マイクロレンズを形成する熱処理工程とを含み、該パターニング工程で得られるレンズ形成部材は、そのリフローにより得られるマイクロレンズの平面パターンが該第２絵素領域の平面パターンと重なるように、該レンズ形成部材の側辺部が、該側辺部の中央部分ほど深く、該第２絵素領域の側辺より内側にえぐれた平面形状を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明に係る電子情報機器は、被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、該撮像部は、上記固体撮像素子を含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明に係る電子情報機器は、画像表示を行う表示部を備えた電子情報機器であって、該表示部は、上記表示装置を含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。

以下、本発明の作用について説明する。

本発明においては、複数の単位領域を配列してなる下地領域上に、マイクロレンズを、該マイクロレンズが形成された複数の第１単位領域と、該マイクロレンズが形成されない複数の第２単位領域とが市松格子模様をなすよう、選択的に形成した後、残りの第２単位領域にマイクロレンズを形成する際に、レンズ材料層のパターニングにより得られるレンズ形成部材の平面形状を、その側辺部が、該側辺部の中央部分ほど深く、該第２単位領域の側辺より内側にえぐれた形状として、該レンズ形成部材のリフローにより得られるマイクロレンズの平面パターンが第２単位領域の平面パターンと重なるようにしたので、レンズ形成部材は熱リフローにより、その平面パターンが単位領域の平面パターンに一致することとなる。

つまり、２回目のレンズ形成工程で形成されたマイクロレンズの一部が、その対応する単位領域の周縁からはみ出すことはないため、１回目のレンズ形成工程で加工されたマイクロレンズにて集光されるべき光が、２回目のレンズ形成工程に形成されたマイクロレンズにて集光されるのを防止することができる。また、第２の単位領域、つまり２回目のレンズ形成工程に形成されたマイクロレンズの配置されるべき単位領域に、１回目のレンズ形成工程で形成されたマイクロレンズの一部がはみ出していても、この部分を、２回目のレンズ形成工程で形成されたマイクロレンズで覆うことが可能となる。このため、２回目のレンズ形成工程で形成されたマイクロレンズにて集光されるべき光が１回目のレンズ形成工程で形成されたマイクロレンズによって集光されるのを防止することができる。

この結果、各単位領域へのマイクロレンズによる集光率を高めることができ、また、各単位領域上にカラーフィルタが設けられている場合にカラーフィルタによる色分解能を向上させることもできる。

また、この発明においては、複数の単位領域のうちの第１単位領域にマイクロレンズを形成した後、残りの複数の第２単位領域にマイクロレンズを形成する工程を、複数の第２単位領域の一部にマイクロレンズを形成する前レンズ工程と、第２単位領域の残りの領域にマイクロレンズを形成する後レンズ工程とに分けているので、マイクロレンズの形成を実質的に３回に分けて行うことができる。例えば、第１単位領域にマイクロレンズを形成し、その後、複数の第２単位領域にマイクロレンズを形成する際に、複数の第２単位領域の半分の領域にマイクロレンズを形成し、次に、残りの第２単位領域にマイクロレンズを形成する場合、各単位領域上に設けられるカラーフィルタの各色のフィルタ毎にマイクロレンズの形成処理を分けることができる。この場合、各色フィルタの特性に応じてマイクロレンズの形状、例えば、平面形状や断面形状を変えることも可能となる。

また、この発明においては、レンズ材料層のパターニングにより第１単位領域に形成されるレンズ形成材料の平面形状を円形形状としているので、第１単位領域に形成されるマイクロレンズの曲率を、マイクロレンズアレイにおける縦横方向と、この縦横方向に対して４５度の角度をなす対角方向とで一致させることができる。

また、この発明においては、レンズ材料層のパターニングにより第１単位領域に形成されるレンズ形成材料の平面形状を、正方形の角部を面取りしてなる略正方形形状とすることで、第１単位領域に形成されるマイクロレンズの周辺部が、該第１単位領域に隣接する第２単位領域にはみ出すのを抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、複数の単位領域を行列状に配列してなる下地領域上に、マイクロレンズを、該マイクロレンズが形成された複数の第１単位領域と、該マイクロレンズが形成されない複数の第２単位領域とが市松格子模様をなすよう、選択的に形成する第１レンズ工程と、該下地領域の、該マイクロレンズの形成されていない第２単位領域にマイクロレンズを形成する第２レンズ工程とを含み、該第２レンズ工程では、レンズ材料層のパターニングにより得られるレンズ形成部材を、そのリフローにより得られるマイクロレンズの平面パターンが該第２単位領域の平面パターンと重なるように、該レンズ形成部材の側辺部が、該側辺部の中央部分ほど深く、該第２単位領域の側辺より内側にえぐれた平面形状としたので、第２単位領域に形成されるマイクロレンズの平面形状（レンズ形成部材の熱リフロー後の平面形状）を、単位領域の平面形状と実質的に一致させることが可能となり、これにより、集光率の向上と色分解能の向上を実現することができる。この結果、このようなマイクロレンズを用いた固体撮像素子では、、被写体からの光の集光効率の向上とともに、被写体画像の色分解能の向上を図ることができる。また、上記のようなマイクロレンズを用いた液晶表示装置などの表示装置では、光源からの光を液晶表示パネルなどに集光する集光率を図り、液晶表示パネルにおけるカラーフィルタによる光源光の色分解能力を高めることも可能となる。

さらに、このような固体撮像素子や表示装置を用いた電子情報機器では、色鮮やかな画像の表示が可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１および図２は本発明の実施形態１による固体撮像素子およびその製造方法を説明する図であり、図１は第１のマイクロレンズの形成工程を示し、図２は第２のマイクロレンズの形成工程を示している。

本実施形態１の固体撮像素子１００は、半導体基板１の表面領域に複数の画素をマトリクス状に配置してなる画素アレイと、該画素アレイの、該各画素の占有する画素領域（単位領域）上に形成された複数のマイクロレンズとを有している。該複数のマイクロレンズは、第１グループの複数のマイクロレンズ１１ａと、第２グループの複数のマイクロレンズ１１２ａとを含み、該第１グループの複数のマイクロレンズ１１ａが位置する複数の第１画素領域Ｐｒ１と、該第２グループの複数のマイクロレンズ１１２ａが位置する第２画素領域Ｐｒ２とが、市松格子模様をなすよう配列されている。

第１グループの各マイクロレンズ１１ａは、対応する画素領域Ｐｒ１から一部がはみ出た、かつ隣接するもの同士が接触しない平面形状を有し、該第２グループの各マイクロレンズ１１２ａは、対応する画素領域Ｐｒ２と実質的に重なる平面形状を有し、隣接する該第１グループのマイクロレンズ１１ａと部分的に重なるよう配置されている。

ここで、前記画素領域Ｐｒ１及びＰｒ２の平面形状は正方形形状であり、第１グループのマイクロレンズ１１ａの平面形状は円形形状である。但し、前記画素領域Ｐｒ１及びＰｒ２の平面形状は正方形形状に限るものではなく、例えば、長方形形状や正六角形などの他の多角形形状であってもよい。また、第１グループのマイクロレンズ１１ａの平面形状は円形形状に限るものではなく、正方形の四隅を面取りしてなる略正方形形状、長方形の四隅を面取りしてなる略長方形形状、あるいは正六角形形状の角部を面取りしてなる略正六角形形状などのその他の多角形形状であってもよい。

また、ここでは、第２グループのマイクロレンズ１１２ａの平面形状は、正方形形状の角部を面取りしてなる略正方形形状であり、該第２グループのマイクロレンズ１１２ａは、その周縁がその角部を除いて前記画素領域Ｐｒ２の周縁上に重なるよう配置されている。

また、図１および図２では示していないが、上記マイクロレンズの下側にはカラーフィルタが配置されている。図５（ａ）はこのようなカラーフィルタの平面図であり、図５（ａ）に示すカラーフィルタＦ１では、画素アレイの画素領域Ｐｒ１上には緑色フィルタＦｇが、画素アレイの画素領域Ｐｒ２上には赤色フィルタＦｒおよび青色フィルタＦｂが配置されている。ここで、画素アレイは、平面正方形形状を有する画素領域が、その縦辺および横辺が該画素アレイの列方向および行方向にそれぞれ平行になるよう配置されている正方格子配列を有している。また、このカラーフィルタでは、緑色フィルタＦｇと赤色フィルタＦｒとを行方向に交互に配置してなる緑赤フィルタ行Ｃｇｒと、該青色フィルタＦｂと該緑色フィルタＦｇとを行方向に交互に配置してなる青緑フィルタ行Ｃｂｇとが、隣接する各フィルタ行間で異なる色のフィルタが対向するよう、列方向に交互に配置されている。

なお、画素アレイは、図５（ａ）で説明した正方格子配列を有する画素アレイに限るものではなく、図５（ｂ）に示すように、平面正方形形状を有する画素が、その隣接する側辺が該画素アレイの列方向および行方向に対して４５度の角度をなすよう配置されているハニカム配列を有する画素アレイでもよい。この場合、上記図５（ａ）に示すカラーフィルタと同様に、画素アレイでは、画素アレイの画素領域Ｐｒ１上には緑色フィルタＦｇが、画素アレイの画素領域Ｐｒ２上には赤色フィルタＦｒおよび青色フィルタＦｂが配置されるが、図５（ｂ）に示すカラーフィルタＦ２では、該緑色フィルタＦｇを順次行方向に配置してなる緑フィルタ行Ｃｇと、該青色フィルタＦｂと該赤色フィルタＦｒとを行方向に交互に配置してなる青赤フィルタ列Ｃｂｒとが、列方向に交互に配置されている。

次に本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法について説明する。

本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法は、複数の画素をマトリクス状に配置してなる画素アレイと、該画素アレイの、該各画素の占有する画素領域上に形成された複数のマイクロレンズとを有する固体撮像素子を製造する方法である。この方法は、該画素アレイの各画素領域上にマイクロレンズを形成する工程を含み、該マイクロレンズの形成工程は、平面多角形形状を有する複数の画素領域に、マイクロレンズ１１ａを、該マイクロレンズが形成された複数の第１画素領域Ｐｒ１と、該マイクロレンズが形成されない複数の第２画素領域Ｐｒ２とが市松格子模様をなすよう、選択的に形成する第１レンズ工程と、該画素アレイの、該マイクロレンズ１１ａの形成されていない第２画素領域Ｐｒ２にマイクロレンズ１１２ａを形成する第２レンズ工程とを含む。さらに、該第２レンズ工程は、レンズ材料層を露光現像によりパターニングして、該各第２画素領域上にレンズ形成部材１１２を形成するパターニング工程と、該レンズ形成部材１１２を、その表面が湾曲したレンズ形状となるよう熱処理によりリフローして、該マイクロレンズ１１２ａを形成する熱処理工程とを含み、該パターニング工程で得られるレンズ形成部材１１２は、そのリフローにより得られるマイクロレンズ１１２ａの平面パターンがその四隅を除いて該第２画素領域Ｐｒ２の平面パターンと重なるように、該レンズ形成部材１１２の側辺部が、該側辺部の中央部分ほど深く、該第２画素領域Ｐｒ２の側辺より内側にえぐれた平面形状を有している。

以下具体的に説明する。

まず、固体撮像素子の製造方法における前半工程では、上記のように、半導体基板１の表面領域上に、複数の画素をマトリクス状（行列状）に配列してなる画素アレイ（図示せず）、および該画素アレイを駆動するとともに、該画素アレイからの画素信号を処理する周辺回路（図示せず）を形成する。その後の後半工程では、例えば、カラーフィルタの形成処理を行った後、マイクロレンズの形成処理を２工程に分けて行う。

図１は、本実施形態１による固体撮像素子の製造方法における１回目のマイクロレンズの形成工程（第１レンズ工程）を説明する図であり、図１（ａ）は、レンズ材料層の露光現像により得られたレンズ形成部材の平面パターンを示し、図１（ｂ）は、該レンズ形成部材の熱リフローにより得られたマイクロレンズの平面パターンを示している。また、図１（ｃ）および図１（ｄ）は、それぞれ図１（ａ）および図１（ｂ）のＡ１−Ａ１線断面の構造を示している。

つまり、図６（ａ）に示すように半導体基板１の平坦化膜２上に感光性のレンズ材料層Ｐｒを塗布した後、第１の露光マスクＭ１１（図３（ａ）参照）を用いて上記レンズ材料層Ｐｒを露光する。この第１の露光マスクＭ１１は、図３（ａ）に示すように、円形形状の開口部（光透過部）Ｍ１１ａと遮光部（光非透過部）Ｍ１１ｂとを有している。

その後、露光されたレンズ材料層Ｐｒを現像して、レンズ形成部材１１を第１画素領域Ｐｒ１上にのみ残るようパターニングする（図１（ａ）および（ｃ））。ここで、第１画素領域Ｐｒ１は、第１グループの各画素、例えば、奇数画素行と奇数画素列との交差部、および偶数画素行と偶数画素列との交差部に位置する各画素が、画素アレイ上で占める領域である。なお、第１の各画素は、奇数画素行と偶数画素列との交差部、および偶数画素行と奇数画素列との交差部に位置する各画素であってもよい。また、ここでの露光現像は、いわゆるフォトリソグラフィー技術を用いたものである。

続いて、該現像されたレンズ材料層（レンズ形成部材）１１を熱処理によりリフローさせて硬化させる。このとき、レンズ形成部材の熱リフローにより、画素アレイにおける第１画素領域Ｐｒ１上に、マイクロレンズ１１ａが形成される（図１（ｂ）および（ｄ））。

次に２回目のマイクロレンズの形成を行う。

図２は、本実施形態１による固体撮像素子の製造方法における２回目のマイクロレンズの形成工程（第２レンズ工程）を説明する図であり、図２（ａ）は、レンズ形成部材の平面パターンを示し、図２（ｂ）は、マイクロレンズの平面パターンを示し、図２（ｃ）および図２（ｄ）は、それぞれ図２（ａ）および図２（ｂ）のＢ１−Ｂ１線断面の構造を示している。

すなわち、第２レンズ工程では、第１レンズ工程で選択されなかった、市松格子形状を形成する第２画素領域Ｐｒ２上に、フォトリソグラフィーの手法を用いてマイクロレンズ材料をパターニングする。

具体的には、上記マイクロレンズ１１ａの形成された平坦化膜２上に、感光性のレンズ材料層を塗布した後、第２の露光マスクＭ１２（図３（ｂ）参照）を用いて露光する。この第２の露光マスクＭ１２は、図３（ｂ）に示すように、正方形の四隅を面取りした略正方形形状の開口部（光透過部）Ｍ１２ａと遮光部（光非透過部）Ｍ１２ｂとを有している。ここでは、開口部（光透過部）Ｍ１２ａの平面パターンは、該開口部の側辺部が、該側辺部の中央部分ほど深く、該第２画素領域Ｐｒ２の側辺より内側にえぐれた平面パターンとなっている。

その後、露光されたレンズ材料層を現像して、レンズ形成部材１１２を、第２画素領域Ｐｒ２上にのみ残るよう形成する（図２（ａ）及び（ｃ））。このとき、第２レンズ工程における現像後のパターン、つまりレンズ形成部材１１２のパターンは、断面形状は矩形であるが、上面からみた形（平面パターン）は、正方形の４辺夫々が円弧状（あるいは多角形状）に凹んだ形状であることが必要である。また、画素アレイの対角方向（画素アレイの行方向および列方向に対して４５度の角度をなす方向）に並ぶマイクロレンズのうち、隣接するもの同士がリフロー時に融着するのを避けるため、厳密には、上記レンズ形成部材の平面形状は、正方形の四隅をカットした形状としている。また、例えば、画素アレイの対角方向に並ぶ隣接するレンズ形成材料の間隔は０．３ｕｍ程度のスペースとする。またここで、第２画素領域Ｐｒ２は、第２グループの各画素、例えば、奇数画素行と偶数画素列との交差部、および偶数画素行と奇数画素列との交差部に位置する各画素が、画素アレイ上で占める領域である。なお、上述したように、第１グループの各画素が、奇数画素行と偶数画素列との交差部、および偶数画素行と奇数画素列との交差部に位置する画素である場合は、第２グループの各画素は、奇数画素行と奇数画素列との交差部、および偶数画素行と偶数画素列との交差部に位置する各画素とする。

このレンズ形成部材１１２の平面パターンは、その熱リフローにより得られるマイクロレンズの平面パターンが該第２画素領域Ｐｒ２の平面パターンとほぼ重なるように、該レンズ形成部材１１２の側辺部が、該側辺部の中央部分ほど深く、該第２画素領域Ｐｒ２の側辺より内側にえぐれた平面パターンとなっている。

続いて、現像されたレンズ材料層１１２を熱処理によりリフローさせて硬化させる。これにより、画素アレイにおける第２画素領域Ｐｒ２上にマイクロレンズ１１２ａが形成される（図２（ｂ）及び（ｄ））。

このマイクロレンズ１１２ａの平面形状は、正方形形状の角部を面取りしてなる略正方形形状であり、第２画素領域Ｐｒ２の平面形状にほぼ重なっている。

このように本実施形態１では、複数の画素を行列状に配列してなる画素アレイ上にマイクロレンズ１１ａを、該マイクロレンズが形成された複数の第１画素領域Ｐｒ１と、該マイクロレンズが形成されない複数の第２画素領域Ｐｒ２とが市松格子模様をなすよう、選択的に形成する第１レンズ工程と、該画素アレイの、該マイクロレンズ１１ａの形成されていない第２画素領域Ｐｒ２にマイクロレンズ１１２ａを形成する第２レンズ工程とを含み、該第２レンズ工程では、レンズ材料層の露光現像により得られるレンズ形成部材１１２の平面形状を、その熱処理により得られるマイクロレンズ１１２ａの平面パターンがその四隅を除いて該第２単位領域Ｐｒ２の平面パターンと重なるように、該レンズ形成部材１１２の側辺部が、該側辺部の中央部分ほど深く、該第２単位領域Ｐｒ２の側辺より内側にえぐれた平面形状としているので、マイクロレンズの熱リフロー後の平面形状が画素領域Ｐｒ２のパターンと一致することとなる。

つまり、２回目のレンズ工程で形成された略正方形形状のマイクロレンズの一部分（側辺部）が、その対応する画素領域Ｐｒ２の周縁からはみ出すことはないため、１回目のレンズ工程で加工されたマイクロレンズ１１ａにて集光されるべき光が、２回目のレンズ工程に形成されたマイクロレンズ１１２ａにて集光されるのを防止することができる。また、第２の画素領域、つまり２回目のレンズ工程に形成されたマイクロレンズ１１２ａの配置されるべき画素領域Ｐｒ２に、１回目のレンズ工程で形成された円形形状のマイクロレンズ１１ａの一部（画素領域Ｐｒ１の縦横辺に相当する部分）がはみ出していても、この部分を、２回目のレンズ工程で形成されたマイクロレンズ１１２ａで完全に覆うことが可能となる。このため、２回目のレンズ工程で形成されたマイクロレンズにて集光されるべき光が１回目のレンズ工程で形成されたマイクロレンズによって集光されるのを防止することができる。

この結果、各画素領域に対するマイクロレンズによる集光率を高めることができ、また、各画素領域上にカラーフィルタが設けられている場合には、カラーフィルタによる色分解能を向上させることもできる。

なお、上記実施形態１では、第１レンズ工程で形成するマイクロレンズの平面形状は円形形状としているが、これは、円形形状に限らず、画素アレイの対角方向に隣接するマイクロレンズが融着しないものであれば、正方形形状の角部を面取りしてなる略正方形形状、あるいは長方形形状の角部を面取りしてなる略長方形形状などの他の多角形形状であってもよい。

また、上記実施形態１では、第２レンズ工程にて、第１レンズ工程でマイクロレンズの形成されなかった複数の第２画素領域のすべてに一度にマイクロレンズを形成する場合を示しているが、第２レンズ工程では、マイクロレンズの形成を２回に分けて行ってもよく、このようなマイクロレンズの形成方法を本発明の実施形態２として説明する。
（実施形態２）
本発明の実施形態２による固体撮像素子の製造方法は、上記実施形態１の固体撮像素子の製造方法における、画素アレイの第２画素領域にマイクロレンズを一度に形成する第２レンズ工程に代えて、画素アレイの第２画素領域にマイクロレンズを形成する処理を２回に分けて行う第２レンズ工程を含むものであり、その他の工程は実施形態１のものと同一である。

以下、図１〜図３を用いて具体的に説明する。

まず、実施形態１と同様、この実施形態２の固体撮像素子の製造方法においても、前半工程では、半導体基板１の表面領域上に、複数の画素をマトリクス状（行列状）に配列してなる画素アレイ（図示せず）、および該画素アレイを駆動するとともに、該画素アレイからの画素信号を処理する周辺回路（図示せず）を形成する。その後の後半工程では、例えば、カラーフィルタの形成処理を行った後、マイクロレンズの形成処理を行う。

この実施形態２では、マイクロレンズの形成は、第１レンズ工程では、実施形態１と同様に、図６（ａ）に示すように半導体基板１の平坦化膜２上に感光性のレンズ材料層Ｐｒを塗布した後、第１の露光マスクＭ１１（図３（ａ）参照）を用いて上記レンズ材料層Ｐｒを露光し、該露光されたレンズ材料層Ｐｒを現像して、レンズ形成部材１１を第１画素領域Ｐｒ１上にのみ残るようパターニングする（図１（ａ）および（ｃ））。続いて、実施形態１と同様に、該現像されたレンズ材料層（レンズ形成部材）１１を熱処理によりリフローさせて硬化させ、画素アレイにおける第１画素領域Ｐｒ１上に、マイクロレンズ１１ａを形成する（図１（ｂ）および（ｄ））。

その後、この実施形態２では、第１レンズ工程でマイクロレンズが形成されていない第２画素領域Ｐｒ２には、２回のマイクロレンズの形成処理によりマイクロレンズを形成する。

つまり、この実施形態２の第２レンズ工程では、上記マイクロレンズ１１ａの形成された平坦化膜２上に、感光性のレンズ材料層を塗布した後、マイクロレンズの形成されていない複数の第２画素領域の一部の領域にのみ、レンズ形成材料が残るよう、該レンズ材料層の露光現像を行う。その後、該レンズ形成材料を熱処理によりリフロさせて硬化させ、画素アレイにおける第２画素領域Ｐｒ２の一部（例えば、複数の第２画素領域Ｐｒ２の半分の領域）にマイクロレンズを形成する。

その後、感光性のレンズ材料層を塗布した後、マイクロレンズの形成されていない、残りの領域（例えば、複数の第２画素領域の残り半分の領域）に、レンズ形成材料が残るよう、該レンズ材料層の露光現像を行う。その後、該レンズ形成材料を熱処理によりリフローさせて硬化させ、画素アレイにおける残りの第２画素領域Ｐｒ２にマイクロレンズを形成する。

このように本実施形態２では、画素アレイにおける複数の第１画素領域Ｐｒ１にマイクロレンズ１１ａを形成する工程と、画素アレイにおける複数の第１画素領域以外の第２画素領域Ｐｒ２の一部にマイクロレンズを形成する工程と、該第２画素領域Ｐｒ２の残りの領域にマイクロレンズを形成する工程とを有するので、マイクロレンズの形成を実質的に３回に分けて行うことができる。例えば、複数の第２画素領域Ｐｒ２にマイクロレンズを形成する際に、まず、複数の第２画素領域Ｐｒ２の半分の領域にマイクロレンズを形成し、次に、残りの第２画素領域Ｐｒ２にマイクロレンズを形成する場合、例えば、図５（ａ）に示すカラーフィルタＦ１の各色のフィルタ毎にマイクロレンズの形成処理を分けることができる。

この場合、各色フィルタの特性に応じてマイクロレンズの形状、例えば、平面形状や断面形状を変えることも可能となる。

なお、上記実施形態１および２では、第２レンズ工程で用いる露光マスクの開口パターンは、正方形の四隅を面取りした略正方形の各辺を、内側に湾曲させた形状としているが、この露光マスクの開口パターンは、これに限るものではなく、この露光マスクを用いて感光性レンズ材料層を露光現像して得られるレンズ形成材料を熱処理したときに、該レンズ形成材料のリフローにより得られるマイクロレンズの平面形状が、画素アレイの対角方向で隣接するマイクロレンズ同士が接触することなく、画素領域の平面形状と実質的に一致するものであればどのようなものでもよい。

例えば、上記第２のマイクロレンズ形成工程で用いる露光マスクとして、図４（ａ）に示す露光マスクＭ１３や図４（ｂ）に示す露光マスクＭ１４を用いてもよい。

図４では、各露光マスクＭ１３およびＭ１４の開口部（光透過部）は１つのみ示しているが、図３に示す露光マスクＭ１２と同様に、これらの露光マスクＭ１３およびＭ１４は、これを用いてレンズ材料層を露光したとき、該レンズ材料層の露光部分と非露光部分とが市松格子模様をなすように複数配列されている。

ここで、露光マスクＭ１３は開口部（光透過部）Ｍ１３ａと光遮光部（光非透過部）Ｍ１３ｂとからなり、この開口部Ｍ１３ａの平面形状は、四隅を面取りした正方形の四辺をそれぞれ、その中間点で折れ曲がるように内側に屈曲させた形状となっている。

また、露光マスクＭ１４は開口部（光透過部）Ｍ１４ａと光遮光部（光非透過部）Ｍ１４ｂとからなり、この開口部Ｍ１４ａの平面形状は、四隅を面取りした正方形の四つの側辺部をその中央部分で切り欠いた形状となっている。

これらのいずれの露光マスクも、これらの露光マスクを用いて露光現像を行って得られるレンズ形成部材の平面パターンを、該レンズ形成部材のリフローにより得られるマイクロレンズの平面パターンが画素領域の平面パターンと実質的に一致するパターンとすることができるものである。
（実施形態３）
なお、上記実施形態１および２では、特に説明しなかったが、上記実施形態１および２の固体撮像装置の少なくともいずれかを撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器について説明する。本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態１および２の固体撮像装置の少なくともいずれかを撮像部に用いて得た高品位な画像データを、記録用に所定の信号処理を施した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。

さらに、上記実施形態１〜３では、マイクロレンズを用いた固体撮像素子およびその製造方法について説明したが、マイクロレンズは、表示装置などにも用いられるものであり、以下簡単に、マイクロレンズを備えた表示装置について説明する。

液晶表示装置などの表示デバイスは、複数の表示絵素をマトリクス状に配置してなる絵素アレイと、該絵素アレイの、該各表示絵素の占有する絵素領域上に形成された複数のマイクロレンズとを有している。

このような表示装置における複数のマイクロレンズは、上記実施形態１および２の固体撮像素子における複数のマイクロレンズと同様のマイクロレンズを用いることができる。

つまり、この複数のマイクロレンズは、第１グループの複数のマイクロレンズと、第２グループの複数のマイクロレンズとを含み、該第１グループの複数のマイクロレンズが位置する複数の第１絵素領域と、該第２グループの複数のマイクロレンズが位置する第２絵素領域とが、市松格子模様をなすよう配列されている。該第１グループの各マイクロレンズは、対応する絵素領域から一部がはみ出した、かつ隣接するもの同士が接触しない平面形状を有し、該第２グループの各マイクロレンズは、対応する絵素領域と実質的に重なる平面形状を有し、隣接する該第１グループのマイクロレンズと部分的に重なるよう配置されている。

また、このようなマイクロレンズを有する表示装置は、以下のように製造することができ、簡単に説明する。

このような表示装置の製造方法は、複数の表示絵素をマトリクス状に配置してなる絵素アレイと、該絵素アレイの、該各表示絵素の占有する絵素領域上に形成された複数のマイクロレンズとを有する表示装置を製造するものである。この方法は、該絵素アレイの各絵素領域上にマイクロレンズを形成する工程を含み、該マイクロレンズの形成工程は、平面多角形形状を有する複数の絵素領域上に、マイクロレンズを、該マイクロレンズが形成された複数の第１絵素領域と、該マイクロレンズが形成されない複数の第２絵素領域とが市松格子模様をなすよう、選択的に形成する第１レンズ工程と、該絵素アレイの、該マイクロレンズの形成されていない第２絵素領域にマイクロレンズを形成する第２レンズ工程とを含む。また、該第２レンズ工程は、レンズ材料層を露光現像によりパターニングして、該各第２絵素領域上にレンズ形成部材を形成するパターニング工程と、該レンズ形成部材を、その表面が湾曲したレンズ形状となるようリフローさせて、該マイクロレンズを形成する熱処理工程とを含む。ここで、該パターニング工程で得られるレンズ形成部材は、そのリフローにより得られるマイクロレンズの平面パターンが該第２絵素領域の平面パターンと重なるように、該レンズ形成部材の側辺部が、該側辺部の中央部分ほど深く、該第２絵素領域の側辺より内側にえぐれた平面形状を有している。

このような表示装置およびその製造方法においては、上記実施形態で説明した固体撮像素子およびその製造方法と同様に、第１絵素領域のマイクロレンズで集光されるべき光が、第２絵素領域のマイクロレンズで集光されたり、あるいは第２絵素領域のマイクロレンズで集光されるべき光が、第１絵素領域のマイクロレンズで集光されたりするのを回避することができ、これにより、光源からの光を液晶表示パネルなどに集光する集光率の向上を図り、また、液晶表示パネルなどにおけるカラーフィルタによる光源光の色分解能力を高めることが可能となる。

また、上記電子情報機器は、上記表示手段として、上述したように、実施形態１および２で説明したマイクロレンズを備えた表示装置を有するものであってもよい。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、マイクロレンズの形成方法、固体撮像素子およびその製造方法、表示装置およびその製造方法、並びに電子情報機器の分野において、マイクロレンズの形成を２回に分けて行う際に、２回目のマイクロレンズの形成工程では、レンズ形成部材の平面形状を、その熱リフロー後の平面形状を画素領域の平面パターンと実質的に一致させることにより、第２単位領域に形成されるマイクロレンズの平面形状（レンズ形成部材の熱リフロー後の平面形状）を、単位領域の平面形状と実質的に一致させることが可能となり、これにより、集光率の向上と色分解能の向上を実現することができる。従って、このようなマイクロレンズを用いた固体撮像素子では、被写体からの光の集光効率の向上とともに、被写体画像の色分解能の向上を図ることができ、また、上記のようなマイクロレンズを用いた表示装置では、光源からの光を液晶表示パネルなどに集光する集光率の向上を図り、該液晶表示パネルなどにおけるカラーフィルタでの光源光の色分解能力を高めることが可能となる。

図１は、本発明の実施形態１による固体撮像素子およびその製造方法を説明する図であり、図１（ａ）は、１回目のマイクロレンズの形成工程で形成されるレンズ形成部材の平面パターンを示し、図１（ｂ）は、該マイクロレンズの平面パターンを示し、図１（ｃ）および図１（ｄ）は、それぞれ図１（ａ）および図１（ｂ）のＡ１−Ａ１線断面の構造を示している。 図２は、本実施形態１による固体撮像素子およびその製造方法を説明する図であり、図２（ａ）は、２回目のマイクロレンズの形成工程で形成されるレンズ形成部材の平面パターンを示し、図２（ｂ）は、該マイクロレンズの平面パターンを示し、図２（ｃ）および図２（ｄ）は、それぞれ図２（ａ）および図２（ｂ）のＢ１−Ｂ１線断面の構造を示している。 図３は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法で用いる露光マスクを説明する図であり、１回目のマイクロレンズの形成工程で用いる露光マスク（図１（ａ））及び２回目のマイクロレンズの形成工程で用いる露光マスク（図１（ｂ））を示している。 図４は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法で用いる露光マスクを説明する図であり、２回目のマイクロレンズの形成工程で用いる露光マスクの他の例（図４（ａ）及び図４（ｂ））を示している。 図５は、本発明の実施形態１による固体撮像素子におけるカラーフィルタの配列を説明する図であり、図５（ａ）は、正方格子配列を有する画素アレイにおけるもの、図５（ｂ）は、ハニカム配列を有する画素アレイにおけるものを示している。 図６は、従来の固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、図６（ａ）〜図６（ｃ）は特にマイクロレンズの形成工程を処理順に示している。 図７は、従来の固体撮像素子の製造方法における１回目のマイクロレンズの形成工程を説明する図であり、図７（ａ）は、レンズ形成部材の平面パターンを示し、図７（ｂ）は、マイクロレンズの平面パターンを示し、図７（ｃ）および図７（ｄ）は、それぞれ図７（ａ）および図７（ｂ）のＡ−Ａ線断面の構造を示している。 図８は、従来の固体撮像素子の製造方法における２回目のマイクロレンズの形成工程の説明図であり、図８（ａ）は、レンズ形成部材の平面パターンを示し、図８（ｂ）は、マイクロレンズの平面パターンを示し、図８（ｃ）および図８（ｄ）は、それぞれ図８（ａ）および図８（ｂ）のＡ−Ａ線断面の構造を示している。 図９は、１回目のマイクロレンズの形成工程で用いる露光マスク（図９（ａ））及び２回目のマイクロレンズの形成工程で用いる露光マスク（図９（ｂ））を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ 平坦化膜
１１、１１２ レンズ形成部材
１１ａ、１１２ａ マイクロレンズ
１００ 固体撮像素子
Ｆ１、Ｆ２ カラーフィルタ
Ｆｂ 青色フィルタ
Ｆｇ 緑色フィルタ
Ｆｒ 赤色フィルタ
Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ１４ 露光マスク
Ｍ１１ａ、Ｍ１２ａ、Ｍ１３ａ、Ｍ１４ａ 開口部（光透過部）
Ｍ１１ｂ、Ｍ１２ｂ、Ｍ１３ｂ、Ｍ１４ｂ 遮光部（光非透過部）
Ｐｒ１ 第１画素領域
Ｐｒ２ 第２画素領域

Claims (21)

1. マトリクス状に配列された複数のマイクロレンズを形成する方法であって、
   平面多角形形状を有する複数の単位領域を行列状に配列してなる下地領域上に、マイクロレンズを、該マイクロレンズが形成された複数の第１単位領域と、該マイクロレンズが形成されない複数の第２単位領域とが市松格子模様をなすよう、選択的に形成する第１レンズ工程と、
   該下地領域の、該マイクロレンズの形成されていない第２単位領域にマイクロレンズを形成する第２レンズ工程とを含み、
   該第２レンズ工程は、
   レンズ材料層を露光現像によりパターニングして、該各第２単位領域上にレンズ形成部材を形成するパターニング工程と、
   該レンズ形成部材を、その表面が湾曲したレンズ形状となるよう熱処理によりリフローさせて、該マイクロレンズを形成する熱処理工程とを含み、
   該パターニング工程で得られるレンズ形成部材は、そのリフローにより得られるマイクロレンズの平面パターンが該第２単位領域の平面パターンと重なるように、該レンズ形成部材の側辺部が、該側辺部の中央部分ほど深く、該第２単位領域の側辺より内側にえぐれた平面形状を有するマイクロレンズの形成方法。
2. 前記第２レンズ工程は、
   前記マイクロレンズの形成されていない複数の第２単位領域の一部の領域に前記マイクロレンズを形成する前レンズ工程と、
   該前レンズ工程でマイクロレンズの形成されなかった、複数の第２単位領域の残りの領域に、マイクロレンズを形成する後レンズ工程とを含み、
   該前レンズ工程および該後レンズ工程はそれぞれ、
   レンズ材料層を露光現像によりパターニングして、該各第２単位領域上にレンズ形成部材を形成するパターニング工程と、
   該レンズ形成部材を、その表面が湾曲したレンズ形状となるよう熱処理によりリフローさせて、該マイクロレンズを形成する熱処理工程とを含む請求項１に記載のマイクロレンズの形成方法。
3. 前記第１レンズ工程は、
   レンズ材料層を露光現像によりパターニングして、前記各第１単位領域上にレンズ形成部材を形成するパターニング工程と、
   該レンズ形成部材を、その表面が湾曲したレンズ形状となるよう熱処理して、該マイクロレンズを形成する熱処理工程とを含み、
   該第１レンズ工程で得られるレンズ形成部材の平面形状は、前記単位領域の平面形状とは異なる形状である請求項１に記載のマイクロレンズの形成方法。
4. 前記単位領域の平面形状は正方形形状であり、
   該第１レンズ工程で得られるレンズ形成部材の平面形状は円形形状である請求項３に記載のマイクロレンズの形成方法。
5. 前記第２レンズ工程で得られるマイクロレンズの平面形状は、正方形形状の角部を面取りしてなる略正方形形状であり、
   前記第２レンズ工程のパターニング工程で得られるレンズ形成部材は、前記正方形形状の第２単位領域上に重なるよう配置され、該レンズ形成部材の平面形状は、正方形形状の角部を面取りしてなる略正方形形状の側辺を、該第２単位領域の側辺より内側に湾曲させた形状となっている請求項４に記載のマイクロレンズの形成方法。
6. 前記第１レンズ工程は、
   前記レンズ材料層を露光現像によりパターニングして、前記各第１単位領域上にレンズ形成部材を形成するパターニング工程と、
   該レンズ形成部材を、その表面が湾曲したレンズ形状となるよう熱処理によりリフローさせて、前記マイクロレンズを形成する熱処理工程とを含み、
   該第１レンズ工程で得られるレンズ形成部材の平面形状は、前記単位領域の平面形状と同じ形状である請求項１に記載のマイクロレンズの形成方法。
7. 前記単位領域の平面形状は正方形形状であり、
   該第１レンズ工程で得られるレンズ形成部材の平面形状は、正方形形状の角部を面取りしてなる略正方形形状である請求項６に記載のマイクロレンズの形成方法。
8. 前記第２レンズ工程で得られるマイクロレンズの平面形状は、正方形形状の角部を面取りしてなる略正方形形状であり、
   前記第２レンズ工程のパターニング工程で得られるレンズ形成部材は、前記正方形形状の第２単位領域上に重なるよう配置され、該レンズ形成部材の平面形状は、正方形形状の角部を面取りしてなる略正方形形状の側辺を、該第２単位領域の側辺より内側に湾曲させた形状となっている請求項７に記載のマイクロレンズの形成方法。
9. 複数の画素をマトリクス状に配置してなる画素アレイと、該画素アレイの、該各画素の占有する画素領域上に形成された複数のマイクロレンズとを有する固体撮像素子であって、
   該複数のマイクロレンズは、第１グループの複数のマイクロレンズと、第２グループの複数のマイクロレンズとを含み、該第１グループの複数のマイクロレンズが位置する複数の第１画素領域と、該第２グループの複数のマイクロレンズが位置する第２画素領域とが、市松格子模様をなすよう配列されており、
   該第１グループの各マイクロレンズは、対応する画素領域から一部がはみ出た、かつ隣接するもの同士が接触しない平面形状を有し、
   該第２グループの各マイクロレンズは、対応する画素領域と実質的に重なる平面形状を有し、隣接する該第１グループのマイクロレンズと部分的に重なるよう配置されている固体撮像素子。
10. 前記画素領域の平面形状は正方形形状であり、
    前記第１グループのマイクロレンズの平面形状は円形形状である請求項９に記載の固体撮像素子。
11. 前記第２グループのマイクロレンズの平面形状は、正方形形状の角部を面取りしてなる略正方形形状であり、
    該第２グループのマイクロレンズは、その周縁がその角部を除いて前記画素領域の周縁上に重なるよう配置されている請求項１０に記載の固体撮像素子。
12. 前記画素アレイは、平面正方形形状を有する画素領域が、その縦辺および横辺が該画素アレイの列方向および行方向にそれぞれ平行になるよう配置されている正方格子配列を有する請求項１１に記載の固体撮像素子。
13. 前記画素アレイ上には、緑色フィルタ、赤色フィルタ、および青色フィルタをマトリクス状に配列してなるカラーフィルタが配置されており、
    該カラーフィルタでは、該緑色フィルタと該赤色フィルタとを行方向に交互に配置してなる緑赤フィルタ行と、該青色フィルタと該緑色フィルタとを行方向に交互に配置してなる青緑フィルタ行とが、隣接する各フィルタ行間で異なる色のフィルタが対向するよう、列方向に交互に配置されている請求項１２に記載の固体撮像素子。
14. 前記画素アレイは、平面正方形形状を有する画素領域が、その隣接する側辺が該画素アレイの列方向および行方向に対して４５度の角度をなすよう配置されているハニカム配列を有する請求項１１に記載の固体撮像素子。
15. 前記画素アレイ上には、緑色フィルタ、赤色フィルタ、および青色フィルタをマトリクス状に配列してなるカラーフィルタが配置されており、
    該カラーフィルタでは、該緑色フィルタを順次行方向に配置してなる緑フィルタ行と、該青色フィルタと該赤色フィルタとを行方向に交互に配置してなる青赤フィルタ行とが、列方向に交互に配置されている請求項１４に記載の固体撮像素子。
16. 複数の画素をマトリクス状に配置してなる画素アレイと、該画素アレイの、該各画素の占有する平面多角形形状の画素領域上に形成された複数のマイクロレンズとを有する固体撮像素子を製造する方法であって、
    該画素アレイの複数の画素領域に、マイクロレンズを、該マイクロレンズが形成された複数の第１画素領域と、該マイクロレンズが形成されない複数の第２画素領域とが市松格子模様をなすよう、選択的に形成する第１レンズ工程と、
    該画素アレイの、該マイクロレンズの形成されていない第２画素領域にマイクロレンズを形成する第２レンズ工程とを含み、
    該第２レンズ工程は、
    レンズ材料層を露光現像によりパターニングして、該各第２画素領域上にレンズ形成部材を形成するパターニング工程と、
    該レンズ形成部材を、その表面が湾曲したレンズ形状となるよう熱処理によりリフローさせて、該マイクロレンズを形成する熱処理工程とを含み、
    該パターニング工程で得られるレンズ形成部材は、そのリフローにより得られるマイクロレンズの平面パターンが該第２画素領域の平面パターンと重なるように、該レンズ形成部材の側辺部が、該側辺部の中央部分ほど深く、該第２画素領域の側辺より内側にえぐれた平面形状を有する固体撮像素子の製造方法。
17. 前記第２レンズ工程は、
    前記マイクロレンズの形成されていない複数の第２画素領域の一部の領域にマイクロレンズを形成する前レンズ工程と、
    該前レンズ工程でマイクロレンズの形成されなかった、複数の第２画素領域の残りの領域に、マイクロレンズを形成する後レンズ工程とを含み、
    該前レンズ工程および該後レンズ工程はそれぞれ、
    レンズ材料層を露光現像によりパターニングして、該各第２画素領域上にレンズ形成部材を形成するパターニング工程と、
    該レンズ形成部材を、その表面が湾曲したレンズ形状となるよう熱処理によりリフローして、該マイクロレンズを形成する熱処理工程とを含む請求項１６に記載の固体撮像素子の製造方法。
18. 複数の表示絵素をマトリクス状に配置してなる絵素アレイと、該絵素アレイの、該各表示絵素の占有する絵素領域上に形成された複数のマイクロレンズとを有する表示装置であって、
    該複数のマイクロレンズは、第１グループの複数のマイクロレンズと、第２グループの複数のマイクロレンズとを含み、該第１グループの複数のマイクロレンズが位置する複数の第１絵素領域と、該第２グループの複数のマイクロレンズが位置する第２絵素領域とが、市松格子模様をなすよう配列されており、
    該第１グループの各マイクロレンズは、対応する絵素領域から一部がはみ出た、かつ隣接するもの同士が接触しない平面形状を有し、
    該第２グループの各マイクロレンズは、対応する絵素領域と実質的に重なる平面形状を有し、隣接する該第１グループのマイクロレンズと部分的に重なるよう配置されている表示装置。
19. 複数の表示絵素をマトリクス状に配置してなる絵素アレイと、該絵素アレイの、該各表示絵素の占有する平面多角形形状の絵素領域上に形成された複数のマイクロレンズとを有する表示装置を製造する方法であって、
    該絵素アレイの複数の絵素領域上に、マイクロレンズを、該マイクロレンズが形成された複数の第１絵素領域と、該マイクロレンズが形成されない複数の第２絵素領域とが市松格子模様をなすよう、選択的に形成する第１レンズ工程と、
    該絵素アレイの、該マイクロレンズの形成されていない第２絵素領域にマイクロレンズを形成する第２レンズ工程とを含み、
    該第２レンズ工程は、
    レンズ材料層を露光現像によりパターニングして、該各第２絵素領域上にレンズ形成部材を形成するパターニング工程と、
    該レンズ形成部材を、その表面が湾曲したレンズ形状となるよう熱処理によりリフローさせて、該マイクロレンズを形成する熱処理工程とを含み、
    該パターニング工程で得られるレンズ形成部材は、そのリフローにより得られるマイクロレンズの平面パターンが該第２絵素領域の平面パターンと重なるように、該レンズ形成部材の側辺部が、該側辺部の中央部分ほど深く、該第２絵素領域の側辺より内側にえぐれた平面形状を有する表示装置の製造方法。
20. 被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、
    該撮像部は、請求項９に記載の固体撮像素子を含む電子情報機器。
21. 画像表示を行う表示部を備えた電子情報機器であって、
    該表示部は、請求項１８に記載の表示装置を含む電子情報機器。

Images