JP2010002677A - 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】濃度分布マスクを用いて露光して形成するマイクロレンズアレイの、感光性材料へのパターン露光の露光効率を良くするとともに、マイクロレンズの形状の縦横の寸法の誤差を小さくしたマイクロアレイレンズを得る。
【解決手段】濃度分布マスクの個々の単位レンズのパターンの中心から同心円状に形成した仮想的な階調境界円により分割された単位レンズの環状領域毎に、階調に応じた寸法の菱形の遮光パターンを、仮想的な縦横の格子の交点の格子点の位置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に所望する曲面を形成するために、特許文献１から３で、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。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１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。その格子の交わる格子点（座標）上に、円形の遮光パターン（ドット）を互い違いに千鳥足状に配置する。その円形の遮光パターンを、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。

特許文献１では、円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円形の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円形の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円形の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）で設計された円形の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。

また、特許文献２では、遮光パターンを矩形にして、格子の交わる格子点（座標）上に配置する。特許文献３では、遮光パターンを矩形にすることで、電子ビーム描画装置で濃度分布マスクを描画する場合に、描画パターンのデータ量を特許文献１より少なくした。データ量が少なくなる理由は、電子ビーム描画装置は、スループットを高くするため、電子銃から放射された電子ビームを２枚の矩形のアパーチャを通して矩形ビームに形成し、そして、成形された矩形ビームを縮小倍率レンズ系で縮小し、濃度分布マスク用の基板上に収束投影することで濃度分布マスクの遮光パターンを描画するため、遮光パターンを矩形にすると、１つの矩形の投影だけで遮光パターンが描画できるからである。更に、特許文献３では、図６（ｂ）のように、矩形の遮光パターンを、格子の交わる格子点（座標）上に、互い違いに千鳥足状に配置した。

以下に公知文献を記す。
特開２００２−２４４２７３号公報 特開２００７−４１０９４号公報 特開２００７−２９８６２５号公報

この矩形の遮光パターンは、濃度分布マスクのポジ型のパターンでは、開口部になる。そして、濃度分布マスクによるマイクロレンズアレイの感光性材料へのパターン露光の際に、遮光パターン（ポジ型マスクでは開口部）を通る露光用の光は、遮光パターン（開口部）の境界線から内側に露光用光の半波長（λ／２）程度の領域では光が透過せず、遮光パターン（開口部）の実質的な直径はその遮光パターンの直径より１波長（λ）分小さくなる。そのため、特許文献２の濃度分布マスクでは、矩形の遮光パターンを格子点上に配置するので、矩形の遮光パターンの縦横の寸法が最大の寸法の、格子間隔（α）程度まで大きくなった場合でも、その遮光パターンの実質的な縦横の寸法は格子間隔（α）より１波長（λ）分小さくなり、露光光の濃度分布マスクの最大の透過光量の割合は、露光光よりも（１−λ／α）の二乗に少なくなった。例えば、露光光の波長λに３６５ｎｍを用い、ステッパーで５分の１に縮小投影する像のピッチを１５０ｎｍにするための元の濃度分布マスクのパターンを、その格子間隔（α）を７５０ｎｍにする場合では、その濃度分布マスクの遮光パターン（開口部）の最大透過率は５７％になってしまい、露光の効率が悪い問題があった。

一方、特許文献３の濃度分布マスクでは、図６（ｂ）のように、矩形の遮光パターンを格子点上に千鳥足状に設置するので、遮光パターンの縦横の寸法の最大値は格子間隔（α）の２倍まで大きくなり、そのときの露光光の濃度分布マスクの最大の透過光量は、１より、（λ／α）の二乗の２分の１だけ小さくなった程度である。格子間隔（α）を７５０ｎｍとし、露光光の波長λに３６５ｎｍを用いる場合に、最大透過率は９７％あり、露光の効率が良い。しかし、特許文献３では、遮光パターンの縦横の配列の間隔は、格子間隔（α）の２倍あるので、濃度分布マスクを用いて製造するマイクロレンズの形状の縦横の寸法の誤差が２α程度あり、縦横の寸法の誤差が大きい問題があった。

本発明は、この問題点を解決し、濃度分布マスクを用いて露光して形成するマイクロレンズアレイの、感光性材料へのパターン露光の露光効率を良くするとともに、マイクロレンズの形状の縦横の寸法の誤差を小さくしたマイクロアレイレンズを得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の製造に用い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パターンの中心から同心円状に形成した仮想的な階調境界円により分割された単位レンズの環状領域毎に、階調に応じた寸法の菱形の遮光パターンを、仮想的な縦横の格子の交点の格子点の位置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、前記濃度分布マスクの前記環状領域内の前記格子点の位置に前記環状領域の階調に応じた寸法の菱形の遮光パターンを描画する描画位置と遮光パターンの寸法から成る描画データを作成する工程と、次に、電子銃から放射された電子ビームを、第１の電子ビームアパーチャと、４５度の開口辺を有する第２の電子ビームアパーチャを通すことで菱形ビームに成形する構成を有する電子ビーム描画装置により、前記菱形ビームを、縮小倍率レンズ系で縮小し、前記濃度分布マスク用の透明基板の遮光膜上に形成したマスク用感光性レジストに、前記描画データにより指定された寸法の菱形の遮光パターンを指定された描画位置に投影する工程と、前記マスク用感光性レジストを現像することで得たレジストパターンで前記遮光膜を被覆して前記遮光膜をエッチングすることで遮光パターンを形成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を用いて、マイクロレンズアレイ用基板上に塗布した感光性レンズ材料層に、上記濃度分布マスクのパターンを露光し、前記感光性レンズ材料層を現像することで単位レンズの配列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、上記マイクロレンズアレイ用基板が、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たマイクロレンズアレイ用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、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、縦横の仮想的な格子の交点の格子点の位置に菱形の遮光パターンを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為、電子ビーム露光装置で少ない描画データ量で遮光パターンを描画できる濃度分布マスクが形成される効果があり、また、露光して形成するマイクロレンズアレイの、感光性材料へのパターン露光の露光効率を良くするとともに、マイクロレンズの形状の縦横の寸法の誤差を小さくしたマイクロアレイレンズを製造できる効果がある。

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上に平坦化層１３とカラーフィルター層１４を形成して成るマイクロレンズアレイ用基板１５上に、感光性レンズ材料層２０を塗布し、それに濃度分布マスク２のパターンを露光し感光性レンズ材料層２０を現像することで、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、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領域の濃度分布パターン３（ネガ型）を示す。個々の単位レンズの領域では、正方形を４５度傾けた形の菱形の遮光パターン４を格子状に並べて濃度分布パターン３を形成する。遮光パターン４は後述する格子間隔で設定した縦横の格子の交差点の格子点４ａの座標位置に設置する。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毎に指定された階調（グレースケール：濃度）に従って、図２（ｂ）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）の濃度分布マスク２のネガパターンは、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。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ンズ材料層２０を露光する。

本実施形態は、菱形の遮光パターン４を格子状に配列した濃度分布マスク２を用いるので、この濃度分布マスクによるマイクロレンズアレイ１の感光性材料へのパターン露光の露光効率は、格子間隔（α）を７５０ｎｍとし、露光光の波長λに３６５ｎｍを用いる場合に、最大透過率は７６％あるとともに、マイクロレンズ１の縦横の形の寸法精度を７５０ｎｍ程度に精度を良くしてマイクロレンズ１を製造できる効果がある。

（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）上の格子点４ａの座標位置に配置された菱形の遮光パターン４の寸法を変えて調整する。すなわち、菱形の遮光パターン４の辺の長さを０からグリッドの格子間隔の１．４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。菱形の遮光パターン４の辺の長さがグリッドの格子間隔の０．７倍の場合は、遮光パターン４と、その間の同じ大きさの菱形の開口パターンとが市松模様に形成される。菱形の遮光パターン４の辺の長さが開口パターンより大きい場合は、隣接する菱形の遮光パターン４同士が重なり合い、その間の菱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３の平面図に、マイクロレンズアレイ１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。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菱形の遮光パターン４を格子点４ａ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格子間隔）
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）の格子間隔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０．７の係数Ｋ１を掛け算した値の寸法より小さい格子間隔のグリッドとする。

かかる格子間隔とした格子点（座標）上に、菱形の遮光パターン４を図２（ｂ）の様に格子状に配置する。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）の格子間隔の上限は概ね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、７５０ｎｍの格子間隔のグリッド（座標）上に遮光パターン４を格子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に縮小してマイクロレンズアレイ用基板１５上に塗布した感光性レンズ材料層２０に投影する。あるいは、概ね１μｍの格子間隔の格子点４ａ（グリッド）に遮光パターン４を格子状に設置し、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マイクロレンズアレイ用基板１５上の感光性レンズ材料層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が感光性レンズ材料層２０に露光し、それを現像することにより、マイクロレンズアレイ用基板１５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。

（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。
（工程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、マイクロレンズアレイ用基板１５上での各ポイントの感光性レンズ材料層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菱形の遮光パターン４の大きさを設計する。

（工程２）濃度分布マスク用の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形成する。こうして形成したマスクブランクスに電子ビーム描画装置で以下のようにして菱形の遮光パターン４を描画し、マスク用感光性レジストを現像してマスク用パターンを形成する。すなわち、電子ビーム描画装置は、電子銃から放射された電子ビームを、第１の電子ビームアパーチャと、次に、４５度の開口辺を有する第２の電子ビームアパーチャを通すことで菱形ビームに成形する。そして、成形された菱形ビームを縮小倍率レンズ系で縮小し、濃度分布マスク用の基板上に収束投影することで菱形の遮光パターン４を描画する。これにより、電子ビーム描画装置が、少ない描画データで目的の菱形の遮光パターン４を
透明基板上のマスク用感光性レジストに描画することができる。

（工程３）こうして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遮光パターン４を形成する。
（工程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４に、単位レンズの縦横の寸法が約２μｍのマイクロレンズアレイ１の濃度分布マスク２を用いて感光性レンズ材料層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２（ｂ）のように、階調境界円５間の環状領域６毎に、ステッパーで縮小投影するピッチが約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設置したポジ型の濃度分布マスク２を形成した。図４（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ンズ材料層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４（ａ）に、図４（ｂ）の横方向の直線の位置の露光光の強度を縦軸であらわすグラフを実線で示し、斜め４５度方向の直線の位置の露光光の強度を破線であらわすグラフを示す。図４（ａ）、（ｂ）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形成された。これにより、ポジ型の感光性レンズ材料層２０を露光し、現像することで凸状の単位レンズの配列の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ンズ材料層２０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ンズ材料層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、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。こうして、半導体基板１１上に平坦化層１３とカラーフィルター層１４が形成されたマイクロレンズアレイ用基板１５が形成される。

（工程３）
次には、図５（ｄ）に示すように、マイクロレンズアレイ用基板１５のカラーフィルター層１４上に感光性レンズ材料層２０を形成する。感光性レンズ材料層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０．６〜３μｍの厚さに形成する。

（工程４）
次に、図５（ｅ）に示すように、感光性レンズ材料層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、感光性レンズ材料層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）の感光性レンズ材料層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、その感光性レンズ材料層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ンズ材料層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ンズ材料層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、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を格子状に設置した濃度分布マスク２のパターンを感光性レジスト材料２０に露光して現像することで、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０．６〜３μｍの単位レンズ１ｇ、１ｂ、１ｒを形成する。

ここで、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、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感光性レジスト材料２０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遮光の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、半導体基板１１以外の母型のマイクロレンズアレイ用基板１５上に塗布した感光性レンズ材料層２０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）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）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。 本発明の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）図４（ｂ）の横方向と斜め方向の露光強度を示すグラフである。（ｂ）本発明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。 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。 （ａ）従来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）従来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。

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
１５・・・マイクロレンズアレイ用基板
２０・・・感光性レンズ材料層

Claims (4)

1. 単位レンズを複数配列したマイクロレンズアレイの製造に用い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パターンの中心から同心円状に形成した仮想的な階調境界円により分割された単位レンズの環状領域毎に、階調に応じた寸法の菱形の遮光パターンを、仮想的な縦横の格子の交点の格子点の位置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、前記濃度分布マスクの前記環状領域内の前記格子点の位置に前記環状領域の階調に応じた寸法の菱形の遮光パターンを描画する描画位置と遮光パターンの寸法から成る描画データを作成する工程と、次に、電子銃から放射された電子ビームを、第１の電子ビームアパーチャと、４５度の開口辺を有する第２の電子ビームアパーチャを通すことで菱形ビームに成形する構成を有する電子ビーム描画装置により、前記菱形ビームを、縮小倍率レンズ系で縮小し、前記濃度分布マスク用の透明基板の遮光膜上に形成したマスク用感光性レジストに、前記描画データにより指定された寸法の菱形の遮光パターンを指定された描画位置に投影する工程と、前記マスク用感光性レジストを現像することで得たレジストパターンで前記遮光膜を被覆して前記遮光膜をエッチングすることで遮光パターンを形成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１に記載の濃度分布マスクを用いて、マイクロレンズアレイ用基板上に塗布した感光性レンズ材料層に、前記濃度分布マスクのパターンを露光し、前記感光性レンズ材料層を現像することで単位レンズの配列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。
4. 請求項３に記載のマイクロレンズアレイの製造方法において、前記マイクロレンズアレイ用基板が、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たマイクロレンズアレイ用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。