JP2012054565A - 固体撮像素子とその製造方法および固体撮像素子を用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導波路構造を有しシェーディングが抑制された固体撮像素子とその製造方法を提供する。
【解決手段】各マイクロレンズ１２の中心位置、あるいは、各マイクロレンズの中心位置と各カラーフィルタ１０の中心位置が、対応する受光素子３の中心よりも有効撮像領域の中央部方向にシフトしたものとし、このシフト量を、境界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し導波路１５の入口中心に至る光路をとるものと想定して求められる光線の光路上の位置と、受光素子の中心に対応する位置との差から得られる想定シフト量に収差補正係数ａを乗じて設定し、この収差補正係数ａを、各マイクロレンズの中心位置のみがシフトしているときは０．４６≦ａ≦０．８１の範囲とし、各マイクロレンズの中心位置と各カラーフィルタの中心位置とがシフトしているときは０．５９≦ａ≦１．３４の範囲とする。
【選択図】図９

Description

本発明は、固体撮像素子と撮像装置に係り、特に複数の受光素子と微小な集光レンズ（マイクロレンズ）を配設した固体撮像素子とその製造方法、および、この固体撮像素子を使用した撮像装置に関する。

近年、静止画像、動画像を撮像するデジタルカメラ、ビデオカメラが様々な分野で普及してきている。これらのカメラには、被写体光を光電信号に変換して画像を記録するＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Coｍpleｍentary Ｍetal Oxide Seｍiconductor）等の固体撮像素子が組み込まれている。固体撮像素子の構造は、例えば、被写体光を受けて光電信号に変換する受光素子と、この受光素子上に形成されたカラーフィルタ層と、受光素子への集光率を向上させるためのマイクロレンズとを備えたものである。
このような固体撮像素子においては、有効撮像領域の中央部に比べて周辺部での信号出力が減衰（感度低下）するシェーディングという現象が生じる。このシェーディングは、有効撮像領域の周辺部へ入射光が斜めに入射して光利用効率が低下することに起因している。従来、シェーディングを防止するために、カメラレンズからの主光線入射角度を考慮して、有効撮像領域の中心ではマイクロレンズを受光素子の位置に配列し、有効撮像領域の周辺部では、マイクロレンズを受光素子より有効撮像領域の中央部側にシフトさせて配列することが行われている。このシフト量の設定に関しては、カメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズ中心に入射される光線について、スネルの法則に基づいた光線追跡を行い、その光線が受光素子の中心に入射するようにマイクロレンズのシフト量を決定する方法が開示されている（特許文献１、２）。

一方、近年の多画素化に伴う画素寸法の微細化により、受光素子の寸法縮小、感度低下という別の問題が生じている。これらに対応して、マイクロレンズで集光した光線を有効に受光素子に導く手段として、透明な高屈折率物質と低屈折率物質の界面での全反射を応用した導波路構造を受光素子上に形成する技術が提案されている。この導波路を備えた固体撮像素子においても、上述のシェーディング現象は生じており、その対策として、マイクロレンズや導波路自体や導波路開口部を受光素子より有効撮像領域の中央部側にシフトさせて配列したり、導波路の断面形状を変化させることが提案されている（特許文献３〜６）。

特開２００３−１８４７６号公報 特開２００１−１６０９７３号公報 特開２００５−２５９８２４号公報 特開２００６−２６１２４９号公報 特開２００６−３２４４３９号公報 特開２００６−２９５１２５号公報

しかし、特許文献１、２に開示されている従来のシェーディング防止技術では、マイクロレンズへ入射する光線の入射角度が大きい場合（すなわち、有効撮像領域の周辺部）に発生するコマ収差の影響が考慮されておらず、単純な光線追跡のみでシフト量が設定されているので、シェーディングの抑制が不十分であるという問題があった。また、特許文献２には、単純な光線追跡を省略した計算でシフト量を求め、これに対して±３０％の範囲を許容することが開示されている。しかし、この±３０％の誤差は、計算上の省略および近似と、実際の製造上の精度とを考慮して認められたものであり、積極的に−３０％側に、あるいは＋３０％側にするという技術事項ではない。

一方、特許文献３〜６では、導波路等のシフトをどのように設定するかは示されておらず、特許文献１、２と同様にしてシフト量が設定されるとした場合、導波路がシェーディング防止にどのように影響しているかは考慮されていない。また、ＣＭＯＳデバイスの導波路の周辺には金属配線層、金属遮光層が配設されているが、導波路をシフトさせるためには、これらも合わせてシフトさせる必要があり、特に金属配線層では上下の配線層間の導通部も含めてシフトさせることとなる。このため、ＣＭＯＳデバイスを構成する大部分の層に何らかのシフト、設計変更が必要となるが、このことは、顧客毎、カメラレンズ毎にＣＭＯＳデバイスの専用設計が必要ということとなり、設計の工数増加、製造の小ロット化等により製造コストの増大を来すという問題があった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、導波路構造を有しシェーディングが抑制された固体撮像素子とその製造方法、この固体撮像素子を用いた撮像装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明は、２次元配置された複数の受光素子と、個々の前記受光素子に対応させて２次元配置された複数の導波路と、該導波路間に位置するとともに導波路よりも屈折率が低い絶縁層と、個々の前記受光素子に対応させて複数の開口部が２次元配置された遮光層と、個々の前記受光素子に対応させて赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタが配列されてなるカラーフィルタと、個々の前記受光素子に対応させて複数のマイクロレンズが２次元配置されてなるマイクロレンズアレイとを少なくとも備え、これらが光入射側からマイクロレンズアレイ、カラーフィルタ、絶縁層と導波路、受光素子の順に配設され、遮光層は開口部のマイクロレンズ側の表面が導波路の入口と同一平面、あるいは、導波路の入口よりマイクロレンズ側、あるいは、導波路の入口より受光素子側となるように配設され、前記マイクロレンズはマイクロレンズの光軸側にコマ収差を生じる特性を有している固体撮像素子であり、各マイクロレンズの中心位置、あるいは、各マイクロレンズの中心位置と各カラーフィルタの中心位置は、対応する受光素子の中心よりも有効撮像領域の中央部方向にシフトしており、該シフト量は、カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズの中心位置に入射した主光線が、マイクロレンズへ入射する境界、および、マイクロレンズから受光素子に到達するまでの光路上の各材料層の各境界において、境界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し導波路の入口中心に至る光路をとるものと想定して求められる前記光線の光路上の位置と、受光素子の中心に対応する位置との差から得られる想定シフト量に収差補正係数ａを乗じて設定されており、各マイクロレンズの中心位置のみが、対応する受光素子の中心よりも有効撮像領域の中央部方向にシフトしているときの前記収差補正係数ａは０．４６≦ａ≦０．８１の範囲であり、各マイクロレンズの中心位置と各カラーフィルタの中心位置とが、対応する受光素子の中心よりも有効撮像領域の中央部方向にシフトしているときの前記収差補正係数ａは０．５９≦ａ≦１．３４の範囲であるような構成とした。

本発明の他の態様として、受光素子から光入射側に位置する積層構造がＭ層構造であり、最も光入射側に位置するマイクロレンズを１層目とし、導波路入口をＭ′層目（Ｍ′≦Ｍ）としたときに、１層目からＮ層目（１≦Ｎ＜Ｍ′）までをシフトするときのｉ層目（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）の想定シフト量Ｓiは下記の式（３）
Ｓi＝Σ_j=i ^M'-1ｄ_jｔａｎθ_j … 式（３）
ただし、ｄ_j＝ｉ層目からＭ′−１層目までの間に位置するｊ層目の厚み、
θ_j＝ｉ層目からＭ′−１層目までの間に位置するｊ層目の光線角度
であり、
θ_j＝ｓｉｎ^-1（（ｎ_j-1／ｎ_j）ｓｉｎθ_j-1）で示され、
ｎ₀＝１．０（０層目は大気）であり、
ｎ_jはｊ層目の屈折率であり、
θ₀はカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置
に入射した主光線入射角度である
で設定され、
ｉ層目（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）のシフト量Ｓi actualは下記の式（４）
Ｓi actual＝ａ×Ｓi … 式（４）
ただし、ａは収差補正係数
で表されるような構成とした。

また、本発明は、各マイクロレンズの中心位置と各カラーフィルタの中心位置とが、対応する受光素子の中心よりも有効撮像領域の中央部方向にシフトしている上記の固体撮像素子の製造方法において、カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズの中心位置に入射した主光線が、マイクロレンズへ入射する境界、および、マイクロレンズから受光素子に到達するまでの光路上の各材料層の各境界において、境界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し導波路の入口中心に至る光路をとるものと想定して求められる前記光線の光路上の位置と、受光素子の中心に対応する位置との差から得られる想定シフト量に、収差補正係数ａ1を乗じた値と収差補正係数ａ2を乗じた値を求め、各画素についての該２種の値をＹ軸に、有効撮像領域の中心を０番目とした画素数をＸ軸にプロットしたグラフ上にて、収差補正係数ａ1を乗じた値がなす曲線と収差補正係数ａ2を乗じた値がなす曲線で挟まれた領域の任意の一直線に乗るように前記シフト量を設定し、前記収差補正係数ａ1と前記収差補正係数ａ2は０．５９〜１．３４の範囲内であるとともに、ａ1＜ａ2の関係にあるような構成とした。

本発明の他の態様として、受光素子から光入射側に位置する積層構造がＭ層構造であり、最も光入射側に位置するマイクロレンズを１層目とし、導波路入口をＭ′層目（Ｍ′≦Ｍ）としたときに、１層目からＮ層目（１≦Ｎ＜Ｍ′）までをシフトするときのｉ層目（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）の想定シフト量Ｓiは下記の式（６）から求めるような構成とした。
Ｓi＝Σ_j=i ^M'-1ｄ_jｔａｎθ_j … 式（６）
ただし、ｄ_j＝ｉ層目からＭ′−１層目までの間に位置するｊ層目の厚み、
θ_j＝ｉ層目からＭ′−１層目までの間に位置するｊ層目の光線角度
であり、
θ_j＝ｓｉｎ^-1（（ｎ_j-1／ｎ_j）ｓｉｎθ_j-1）で示され、
ｎ₀＝１．０（０層目は大気）であり、
ｎ_jはｊ層目の屈折率であり、
θ₀はカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置
に入射した主光線入射角度である。

本発明の撮像装置は、上述の本発明の固体撮像素子を備えるような構成とした。

このような本発明の固体撮像素子は、カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズの中心位置に入射した主光線が受光素子の中心に至る光路を想定してマイクロレンズ、カラーフィルタ、導波路をシフトさせた従来の固体撮像素子では考慮されていないマイクロレンズのコマ収差に配慮して、想定シフト量に収差補正係数ａを乗じてシフト量が設定されているので、有効撮像領域の周辺部でのシェーディングが効果的に抑制されたものである。

本発明の固体撮像素子の製造方法は、像高と主光線入射角度の関係が非線形であるカメラレンズを使用する場合であっても、マイクロレンズ、カラーフィルタ、導波路のシフト量を有効撮像領域の中心から周辺部に向って非線形に変化させる必要がなく、有効撮像領域の周辺部でのシェーディングが効果的に抑制された固体撮像素子の製造を簡便なものとすることができる。
本発明の撮像装置は、斜め入射に起因するケラレ等のロスが少なく、入射光量に対しての効率分布の少ない高品位のものであり、小型化、薄型化が可能である。

本発明の固体撮像素子の一実施形態を示す概略構成図である。 マイクロレンズに入射した光線が受光素子に至るまでの光路を説明するための図である。 入射角度２０°でマイクロレンズに入射した平行光が受光素子上に集光する状態を示す図である。 図３に示されるコマ収差が生じる状態で、Ｆ値＝２．８のカメラレンズから入射する光束（主光線入射角度２０°）が受光素子上に集光した場合の相対的強度レベルを示す図である。 図３に示されるコマ収差が生じる状態で、Ｆ値＝２．８のカメラレンズから入射する光束（主光線入射角度３０°）が受光素子上に集光した場合の相対的強度レベルを示す図である。 各マイクロレンズの中心位置と各カラーフィルタの中心位置と各遮光層の開口中心位置をシフトさせた場合の層構造の概略を示す図である。 図６に示されるシフトを行った場合に、主光線入射角度３０°の条件でＦ値＝２．８のカメラレンズからマイクロレンズに入射し光束が受光素子上に到達するエネルギーヒット率（相対値）を示す図である。 シミュレーションにおける入射光の設定を説明する図である。 各マイクロレンズの中心位置と各カラーフィルタの中心位置をシフトさせた場合の層構造の概略を示す図である。 図９に示されるシフトを行った場合に、主光線入射角度３０°の条件でＦ値＝２．８のカメラレンズからマイクロレンズに入射し光束が受光素子上に到達するエネルギーヒット率（相対値）を示す図である。 各マイクロレンズの中心位置をシフトさせた場合の層構造の概略を示す図である。 図１１に示されるシフトを行った場合に、主光線入射角度３０°の条件でＦ値＝２．８のカメラレンズからマイクロレンズに入射し光束が受光素子上に到達するエネルギーヒット率（相対値）を示す図である。 像高と主光線入射角度の関係が非線形となるカメラレンズ特性を示す図である。 本発明の製造方法にて線形シフトのシフト量の設定を説明するための図である。 本発明の製造方法にて線形シフトのシフト量の設定を説明するための図である。 導波路シフトの場合の製造方法の一例を説明するための工程図である。 導波路シフトの場合の製造方法の一例を説明するための工程図である。 本発明の撮像装置の一例を説明するための図である。 本発明の撮像装置の他の例を説明するための図である。 遮光層のシフトを行なう場合を説明するための層構造の概略を示す図である。 遮光層のシフトを行なう場合を説明するための層構造の概略を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［固体撮像素子］
図１は本発明の固体撮像素子の一実施形態を示す概略構成図である。図１において、固体撮像素子１は、基板２に一定の配置ピッチで２次元配置された複数の受光素子３と、配線層４、５と遮光層６を有する絶縁層７と、この絶縁層７上に順次設けられたパッシベーション層８、下平坦化層９、カラーフィルタ１０、上平坦化層１１、および、マイクロレンズ１２を有している。また、絶縁層７には各受光素子３に対応して導波路１５が配設されている。

基板２はシリコン基板であり、受光素子３はｐｎ接合が形成された公知のフォトダイオードであってよく、通常、正方格子状に配置される。配線層４、５はフォトダイオードである受光素子３で発生した信号電荷を転送するものである。遮光層６は、個々の受光素子３に対応して配置された複数の開口部を有するものであり、遮光性の金属層（例えば、Ａｌ、Ａｌ／Ｓｉ／Ｃｕ合金等）で形成することができる。尚、本発明にて、遮光層６は、固体撮像素子のカラーフィルタ１０と受光素子３の間に設けられた金属等の遮光性物質によるパターン層の内、最もカラーフィルタ１０側に設けられたパターンを言う。通常、遮光層６は、平面視上で受光素子３に対応する開口を有する格子状である場合が多いが、閉じた開口形状を有さないストライプ状である場合も含める。また、遮光層６は配線層を兼ねるものであってもよい。

絶縁層７は、例えば、ＣＶＤ法で成膜した酸化珪素等の透明膜からなり、受光素子３を被覆するように形成されている。この絶縁層７は、配線層４、５と遮光層６が内部に配設された多層構造となっており、最もマイクロレンズ１２寄りの絶縁層７ａがパッシベーション層８と導波路１５との間に位置している。また、図１の例では、遮光層６と導波路１５の位置関係は、遮光層６の開口部のマイクロレンズ側の表面が、導波路１５の入口と同一平面にあるが、このような構成に限るものではない。したがって、遮光層６の開口部のマイクロレンズ側表面は、導波路１５の入口よりマイクロレンズ１２側であってもよく、また、受光素子３側であってもよい。また、パッシベーション層８は窒化珪素、二酸化珪素等で形成することができ、下平坦化層９は樹脂材料で形成することができる。
カラーフィルタ１０は、赤色フィルタ１０Ｒ、緑色フィルタ１０Ｇ、青色フィルタ１０Ｂが配列されたものであり、これらの各色のフィルタは各受光素子３に対応している。

上平坦化層１１は、カラーフィルタ１０を被覆して平坦面を形成し、同等の集光性を有する均質なマイクロレンズ１２からなるマイクロレンズアレイ１３の形成を可能にするものである。このような上平坦化層１１は、樹脂材料で形成することができる。
マイクロレンズアレイ１３は、各受光素子３、カラーフィルタ１０の各色フィルタに対応して形成された複数のマイクロレンズ１２からなっている。このマイクロレンズ１２は、上平坦化層１１上に形成されているため、光入射側に凸となっており、光軸側にコマ収差を生じる特性を有している。マイクロレンズ１２の形状は、例えば、回転楕円体の一部を切り取った形状とし、隣接するマイクロレンズとの境界に隙間のない形状であってよいが、これに限定されるものではない。

マイクロレンズ１２からなるマイクロレンズアレイ１３の形成方法としては特に制限はなく、例えば、マイクロレンズ材料としてポジ型フォトレジストを用い、塗布、露光、現像のフォトリソグラフィー工程の後、フォトレジストをポストベークして溶融し凸レンズ状に成形する方法を挙げることができる。このように溶融して凸レンズ状に成形するマイクロレンズ形成方法は、マイクロレンズ間に必ず隙間を必要とする形成方法である。また、露光波長では解像しないような微細なドットパターンで、マイクロレンズの三次元形状を階調表現した階調フォトマスクを介して露光、現像することにより、微細ドットで階調表現された形状をフォトレジスト層に形成してマイクロレンズ１２とすることができる。この方法では、マイクロレンズ間に隙間の無い効率的なマイクロレンズの形成が可能である。
導波路１５は、マイクロレンズ１２で集光した光線を有効に受光素子３に導く手段であり、各導波路１５は各受光素子３に対応している。この導波路１５は、絶縁層７よりも屈折率が高い透明材料、例えば、窒化珪素で構成されている。

この固体撮像素子１は、光入射側からマイクロレンズアレイ１３、カラーフィルタ１０、遮光層６、導波路１５、受光素子３の順に配設されており、遮光層６の開口部のマイクロレンズ側の表面は導波路１５の入口と同一平面にある。しかし、上述のように、遮光層６と導波路１５の入口との関係はこれに限定されるものではない。そして、マイクロレンズ１２は、その光軸側にコマ収差を生じる特性を有している。このような本発明の固体撮像素子１では、各マイクロレンズ１２の中心位置、あるいは、各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０（赤色フィルタ１０Ｒ、緑色フィルタ１０Ｇ、青色フィルタ１０Ｂ）の中心位置、あるいは、各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０（赤色フィルタ１０Ｒ、緑色フィルタ１０Ｇ、青色フィルタ１０Ｂ）の中心位置と各遮光層６の開口中心位置と各導波路１５の入口中心位置とは、対応する受光素子３の中心よりも有効撮像領域の中央部方向にシフトしたものである。このシフト量の設定について、以下に説明する。

まず、各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０（赤色フィルタ１０Ｒ、緑色フィルタ１０Ｇ、青色フィルタ１０Ｂ）の中心位置と各導波路１５の入口中心位置とが、対応する受光素子３の中心よりも有効撮像領域の中央部方向にシフトしたものである場合について説明する。この場合、カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズ１２の中心位置に入射した主光線が、マイクロレンズ１２へ入射する境界、および、マイクロレンズ１２から受光素子３に到達するまでの光路上の各材料層の各境界において、境界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し受光素子３の中心に至る光路をとるものと想定する。そして、シフト量は、この想定から求められる光線の光路上の位置と、受光素子３の中心に対応する位置との差から得られる想定シフト量に収差補正係数ａを乗じて設定される。尚、本発明における導波路のシフトは、光入射側（導波路入口部）をシフトさせ、受光素子３側はシフトさせないものである。

ここで、想定シフト量について説明する。図２は、マイクロレンズに入射した光線が受光素子に至るまでの光路を説明するための図である。図２に示されるように、光入射側からマイクロレンズ１２、上平坦化層１１、カラーフィルタ１０、下平坦化層９、パッシベーション層８、絶縁層７ａ、導波路１５、受光素子３の順に配設されている。尚、配線層４、５は光路外側に配設されており、光路説明に不要なため省略している。ここでは、マイクロレンズ１２および機能層（受光素子３とマイクロレンズ１２との間に位置している各層）をまとめてＭ層積層部材とし、最も光入射側に位置するマイクロレンズ１２を１層目とする。さらに、ｎ₀を大気の屈折率（ｎ₀＝１．０）とし、ｎ₁をマイクロレンズの屈折率とし、θ₀をカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置に入射した主光線入射角度とし、θ₁をマイクロレンズから出射する主光線の出射角度とする。また、上記のように、マイクロレンズ１２から受光素子３に到達するまでの光路上の各材料層の各境界において、境界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し受光素子３の中心に至る光路をとるものと想定すると、スネルの法則により、ｎ₀、ｎ₁、θ₀、θ₁は以下の関係を有する。この図２では、カメラレンズの光軸（撮像領域の中心）は、受光素子３の中心に対して、図中で左側（有効撮像領域の中心部方向）に位置している。
ｎ₀ｓｉｎθ₀＝ｎ₁ｓｉｎθ₁
よって、θ₁＝ｓｉｎ^-1（（ｎ₀／ｎ₁）ｓｉｎθ₀）となる。

同様に、ｊ−１層およびｊ層の界面におけるθ_j（ｊ層から出射する主光線の出射角度）は、θ_j＝ｓｉｎ^-1（（ｎ_j-1／ｎ_j）ｓｉｎθ_j-1）となる。
また、マイクロレンズ１２のシフト量ｄＳ₁（２層目である上平坦化層１１に対するマイクロレンズ１２のシフト量）について、ｄＳ₁／ｄ₁＝ｔａｎθ₁であるから、ｄＳ₁＝ｄ₁ｔａｎθ₁となる。
同様に、ｊ層のｊ＋１層に対するシフト量ｄＳ_jは、ｄＳ_j＝ｄ_jｔａｎθ_jとなる。

そして、ｉ層目（ｉ＝１、２、・・・、Ｍ）からＭ層目までのシフト量ｄＳ_jの累積が、１層目からＮ層目（１≦Ｎ≦Ｍ）までをシフトするときのｉ層目（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）の想定シフト量Ｓｉとなり、下記の式（１）で表される。
Ｓi＝Σ_j=i ^Mｄ_jｔａｎθ_j … 式（１）
ただし、ｄ_j＝ｉ層目からＭ層目までの間に位置するｊ層目の厚み、
θ_j＝ｉ層目からＭ層目までの間に位置するｊ層目の光線角度であり、
θ_j＝ｓｉｎ^-1（（ｎ_j-1／ｎ_j）ｓｉｎθ_j-1）で示され、
ｎ₀＝１．０（０層目は大気）であり、
ｎ_jはｊ層目の屈折率であり、
θ₀はカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置
に入射した主光線入射角度である。
尚、屈折率の測定は分光エリプソメータを用いて行う。以下の本発明においても同様である。

図示例では、Ｍ＝Ｎ＝７であり、ｉ＝１のマイクロレンズ１２の想定シフト量Ｓ１は、Ｓ１＝Σ_j=1 ⁷ｄ_jｔａｎθ_jとなる。また、ｉ＝３のカラーフィルタ１０の想定シフト量Ｓ３は、Ｓ３＝Σ_j=3 ⁷ｄ_jｔａｎθ_jとなる。さらに、ｉ＝７の導波路１５の想定シフト量Ｓ７は、Ｓ７＝ｄ₇ｔａｎθ₇となる。ここで、図１に示した構成のように、導波路１５の入口と同一平面に遮光層６の開口部のマイクロレンズ側表面が存在すれば、遮光層６の開口中心位置と導波路１５の入口中心位置の想定シフト量は、ｉ＝７としたときに得られる想定シフト量Ｓ７となる。また、導波路１５では、高屈折率材料部と低屈折率材料部が存在するが、主光線の通過する領域は高屈折率材料部であるので、屈折率としては高屈折率材料部の屈折率を考慮する。
そして、本発明では、シフト量が、このように求めた想定シフト量に収差補正係数ａを乗じて設定され、ｉ層目（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）のシフト量Ｓi actualは下記の式（２）で表される。ただし、ａは収差補正係数である。
Ｓi actual＝ａ×Ｓi … 式（２）

ここで、遮光層６の開口部のマイクロレンズ側表面が、導波路１５の入口と同一平面にない場合の想定シフト量について説明する。まず、遮光層６の開口部のマイクロレンズ側表面が、導波路１５の入口よりマイクロレンズ側にある場合は、例えば、図２０に示すように、図２に比べて１層増した構成を考慮して、上記式（１）、式（２）を組み立てればよい。図２０の例では、Ｍ＝Ｎ＝８となり、ｉ＝１のマイクロレンズ１２の想定シフト量Ｓ１は、Ｓ１＝Σ_j=1 ⁸ｄ_jｔａｎθ_jとなる。また、ｉ＝３のカラーフィルタ１０の想定シフト量Ｓ３は、Ｓ３＝Σ_j=3 ⁸ｄ_jｔａｎθ_jとなる。また、ｉ＝７の遮光層６の想定シフト量Ｓ７は、Ｓ７＝Σ_j=7 ⁸ｄ_jｔａｎθ_jとなる。さらに、ｉ＝８の導波路１５の想定シフト量Ｓ８は、Ｓ８＝ｄ₈ｔａｎθ₈となる。次いで、遮光層６の開口部のマイクロレンズ側表面が、導波路１５の入口より受光素子側にある場合は、例えば、図２１に示すようになる。この例では、Ｍ＝Ｎ＝９となり、ｉ＝１のマイクロレンズ１２の想定シフト量Ｓ１は、Ｓ１＝Σ_j=1 ⁹ｄ_jｔａｎθ_jとなる。また、ｉ＝３のカラーフィルタ１０の想定シフト量Ｓ３は、Ｓ３＝Σ_j=3 ⁹ｄ_jｔａｎθ_jとなる。また、ｉ＝７の導波路１５（入口部）の想定シフト量Ｓ７は、Ｓ７＝Σ_j=7 ⁹ｄ_jｔａｎθ_jとなる。さらに、ｉ＝８の遮光層６の想定シフト量Ｓ８は、Ｓ８＝Σ_j=8 ⁹ｄ_jｔａｎθ_jとなる。尚、このとき、導波路１５はｉ＝７〜９の３層に跨るが、実質的には連続している。また、導波路１５の入口部および遮光層６のシフトでは、導波路１５の高屈折率材料部の屈折率を考慮すればよい。

次に、各マイクロレンズ１２の中心位置、あるいは、各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０（赤色フィルタ１０Ｒ、緑色フィルタ１０Ｇ、青色フィルタ１０Ｂ）の中心位置とが、対応する受光素子３の中心よりも有効撮像領域の中央部方向にシフトしたものである場合について説明する。この場合、カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズ１２の中心位置に入射した主光線が、マイクロレンズ１２へ入射する境界、および、マイクロレンズ１２から受光素子３に到達するまでの光路上の各材料層の各境界において、境界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し導波路１５の入口中心に至る光路をとるものと想定する。このような想定では、主光線は受光素子３の中心に集光されないが、受光素子３の中心から外れる光路であっても、導波路１５が機能して受光素子３のいずれかの部位に導かれる。
この場合も、上記の場合と同様に、ｊ層のｊ＋１層に対するシフト量ｄＳ_jは、ｄＳ_j＝ｄ_jｔａｎθ_jとなる。

そして、受光素子３から光入射側に位置する積層構造がＭ層構造であり、最も光入射側に位置するマイクロレンズ１２を１層目とし、導波路１５の入口をＭ′層目（Ｍ′≦Ｍ）とし、１層目からＮ層目（１≦Ｎ＜Ｍ′）までをシフトするときのｉ層目（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）からＮ層目までのシフト量ｄＳ_jの累積が、１層目からＮ層目（１≦Ｎ＜Ｍ′）までをシフトするときのｉ層目（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）の想定シフト量Ｓｉとなり、下記の式（３）で表される。
Ｓi＝Σ_j=i ^M'-1ｄ_jｔａｎθ_j … 式（３）
ただし、ｄ_j＝ｉ層目からＭ′ー１層目までの間に位置するｊ層目の厚み、
θ_j＝ｉ層目からＭ′ー１層目までの間に位置するｊ層目の光線角度
であり、
θ_j＝ｓｉｎ^-1（（ｎ_j-1／ｎ_j）ｓｉｎθ_j-1）で示され、
ｎ₀＝１．０（０層目は大気）であり、
ｎ_jはｊ層目の屈折率であり、
θ₀はカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置
に入射した主光線入射角度である。

図２に示される層構成では、Ｍ＝Ｍ′＝７、Ｎ＝６であり、ｉ＝１のマイクロレンズ１２の想定シフト量Ｓ１は、Ｓ１＝Σ_j=1 ⁶ｄ_jｔａｎθ_jとなる。また、ｉ＝３のカラーフィルタ１０の想定シフト量Ｓ３は、Ｓ３＝Σ_j=3 ⁶ｄ_jｔａｎθ_jとなる。
このとき、遮光層６の開口部のマイクロレンズ側表面が、導波路１５の入口と同一平面である場合、あるいは、同一平面より受光素子３側にある場合は、遮光層６の開口部はシフトされない。一方、遮光層６の開口部のマイクロレンズ側表面が、導波路１５の入口よりマイクロレンズ側にある場合は、例えば、図２０に示すように、図２に比べて１層増した構成を考慮して、上記式（３）を組み立てればよい。図２０の層数では、Ｍ＝Ｍ′＝８、Ｎ＝７となり、ｉ＝１のマイクロレンズ１２の想定シフト量Ｓ１は、Ｓ１＝Σ_j=1 ⁷ｄ_jｔａｎθ_jとなる。また、ｉ＝３のカラーフィルタ１０の想定シフト量Ｓ３は、Ｓ３＝Σ_j=3 ⁷ｄ_jｔａｎθ_jとなる。また、ｉ＝７の遮光層６の想定シフト量Ｓ７は、Ｓ７＝ｄ₇ｔａｎθ₇となる。

そして、本発明では、シフト量が、このように求めた想定シフト量に収差補正係数ａを乗じて設定され、ｉ層目（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）のシフト量Ｓi actualは下記の式（４）で表される。ただし、ａは収差補正係数である。
Ｓi actual＝ａ×Ｓi … 式（４）

次に、上記の収差補正係数ａについて説明する。
図３は、入射角度２０°でマイクロレンズに入射した平行光が受光素子上に集光する状態を示す図である。図３に示されるように、光入射側からマイクロレンズ１２、上平坦化層１１、カラーフィルタ１０、下平坦化層９、パッシベーション層８、絶縁層７ａ、導波路１５、受光素子３の順に配設されている。そして、各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０（赤色フィルタ１０Ｒ、緑色フィルタ１０Ｇ、青色フィルタ１０Ｂ）の中心位置と各導波路１５の入口中心位置を、上記の式（１）から得られる想定シフト量に基づいてシフトさせている。また、隣接画素間で実質的に連続している上平坦化層１１、下平坦化層９、パッシベーション層８、絶縁層７ａも上記の式（１）から得られる想定シフト量に基づいてシフトしたものとみなしている。勿論、これら各層の厚み、屈折率、マイクロレンズ１２の曲率は、マイクロレンズ１２に入射する主光線の入射角度が０°のときに、受光素子３の一点に集光するように設計されている。そして、図３に示すように、マイクロレンズ１２への入射角度が大きくなると、受光素子３の１点に集光せず、マイクロレンズ１２の中心に入射した主光線の到達点よりも下側（図３において矢印で示す方向）、すなわち、有効撮像領域の中心方向へ光線がずれて到達し、コマ収差が生じる。

尚、図３には遮光層６の開口部が示されていないが、図２の説明で述べたように、遮光層６の開口部のマイクロレンズ側表面が導波路１５の入口よりマイクロレンズ１２側にあるか、受光素子３側にあるかに応じて想定シフト量を算出し、それに基づいてシフトされている。
図４は、図３に示されるようにコマ収差が生じる状態で、Ｆ値＝２．８のカメラレンズから入射する光束（主光線入射角度２０°）が導波路１５の入口に到達した場合の、導波路１５の入口表面での相対的な入射光強度レベルを示す図であり、図中で下側は、図３の下側に対応する。また、図５は、図３に示されるようにコマ収差が生じる状態で、Ｆ値＝２．８のカメラレンズから入射する光束（主光線入射角度３０°）が導波路１５の入口に到達した場合の、導波路１５の入口表面での相対的な入射光強度レベルを示す図であり、図中で下側は、図３の下側に対応する。このような図４および図５に示される入射光強度レベルは、上記の式（１）から得られる想定シフト量に基づいて各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０の中心位置と各導波路１５の入口中心位置をシフトさせた場合の相対的な入射光強度レベルであり、カメラレンズから入射する光束の拡がりが上下方向でいびつになり、光束の広がりは、マイクロレンズ１２の中心を通過する光線が到達する点（図中に十字で示す）よりも図中で下側、すなわち、有効撮像領域の中央部方向へ広がっている。

ここで、相対的な入射光強度レベルの高い領域の中心は、図中において上側にあり、相対的な入射光強度レベルの低い領域の中心は、図中において下側にある。したがって、入射する光束を効率よく導波路１５の入口に入射させるためには、導波路１５の入口中心は、マイクロレンズ中心を通る主光線の通過点よりも図４、図５にて上側にシフトさせるべきか、下側にシフトさせるべきかを検討する必要がある。本発明での検討結果によれば、各マイクロレンズの中心位置と各カラーフィルタの中心位置と各導波路の入口中心位置とが、あるいは、各マイクロレンズの中心位置と各カラーフィルタの中心位置とが、対応する受光素子の中心よりも有効撮像領域の中央部方向へシフトしているときは、導波路の入口中心の位置は、マイクロレンズ中心を通る主光線の通過点よりも図４、図５にて上下方向ともある程度のズレが許容される冗長性があることが判明した。

また、各マイクロレンズの中心位置のみが、対応する受光素子の中心よりも有効撮像領域の中央部方向へシフトしているときは、導波路の入口中心の位置が、マイクロレンズ中心を通る主光線の通過点よりも図４、図５にて下側にシフトさせることが好ましいことが判明した。これは、後述する図１２に示されるように、高いヒット率を維持できる収差補正係数ａの値の領域の中心は、１未満（１００％未満）であることによる。このことは、入射角度が大きくなると、マイクロレンズ中心を通る主光線が導波路の入口中心を通るようにシフト量を設定すると、シフト量が大き過ぎて、入射する光束を効率よく導波路の入口に入射させ得ないことを示している。
尚、主光線入射角度は、有効撮像領域の中心で０°となり、有効撮像領域の周辺部に向うにつれて大きくなる。一般に、有効撮像領域の最外周部での主光線入射角度は２０°程度であるが、カメラの小型薄型化により、有効撮像領域の最外周部での主光線入射角度が更に大きくなり、例えば、３０°近くの主光線入射角度を有するカメラレンズを用いたカメラも本発明では考慮する必要がある。

ここで、図３に示される積層構造に、上記の式（１）、（２）を当てはめて、各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０（赤色フィルタ１０Ｒ、緑色フィルタ１０Ｇ、青色フィルタ１０Ｂ）の中心位置と各導波路１５の入口中心位置を、図６に示すようにシフトさせる場合のシフト量を算出する。この図６は、入射角度２０°でマイクロレンズの中心位置に入射した主光線が受光素子上に到達する状態を示す図である。図６に示されるように、光入射側からマイクロレンズ１２、上平坦化層１１、カラーフィルタ１０、下平坦化層９、パッシベーション層８、絶縁層７ａ、導波路１５、受光素子３の順に配設されている。そして、各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０（赤色フィルタ１０Ｒ、緑色フィルタ１０Ｇ、青色フィルタ１０Ｂ）の中心位置と各導波路１５の入口中心位置を、上記の式（１）から得られる想定シフト量に基づいてシフトさせている。また、隣接画素間で実質的に連続している上平坦化層１１、下平坦化層９、パッシベーション層８、絶縁層７ａも上記の式（１）から得られる想定シフト量に基づいてシフトさせたものとみなしている。この場合、主光線光路は、導波路１５の入口中心を通り、かつ、導波路１５の出口中心（受光素子３の中心）に至る光路を想定する。シフト量は、各々の層で求められた想定シフト量に共通して同じ値の収差補正係数ａを乗じて算出しており、収差補正係数ａの値を変化させることにより種々のシフト量を算出している。そして、算出したシフト量に基づいてシフトさせ、主光線入射角度３０°の条件でＦ値＝２．８のカメラレンズからマイクロレンズ１２に入射した光束が受光素子３上に到達したエネルギーを求め、入力エネルギーとの相対比を光学シミュレーションにより求めた値をエネルギーヒット率として図７に示した。尚、入力エネルギーは、主光線入射角度によらず、マイクロレンズ１２の表面に主光線入射角度０°で入射した際のエネルギーとした。

図７に示されるように、収差補正係数ａの値が３９％〜１２６％の範囲において、収差補正係数ａの値を変えたときの最大エネルギーヒット率の９５％以上のエネルギーヒット率を維持することができる。さらに、収差補正係数ａの値が４４％〜１１６％の範囲において、最大エネルギーヒット率の９９％以上を維持することができる。この結果から、各マイクロレンズ１２の中心位置のシフト量（Ｓ１ actual）と各カラーフィルタ１０（赤色フィルタ１０Ｒ、緑色フィルタ１０Ｇ、青色フィルタ１０Ｂ）の中心位置のシフト量（Ｓ３ actual）と各導波路１５の入口中心位置のシフト量（Ｓ７ actual）とを、上記の式（１）、（２）から求めるときの収差補正係数ａは、０．３９≦ａ≦１．２６となる。ここで、図１に示す遮光層６の開口部のシフトについては、図２の説明で述べたように、遮光層６の開口部のマイクロレンズ側表面が導波路１５の入口よりマイクロレンズ１２側にあるか、受光素子３側にあるかを考慮して、その開口中心の想定シフト量を算出し、それに収差補正係数ａを乗ずればよい。尚、上記の各シフト量（Ｓ１ actual、Ｓ３ actual、Ｓ７ actual）の算出に使用するａの値は、上記の範囲にあればよく、シフトする層全てに共通の同じ値を使用する必要はない。

ここで、本発明では、光学シミュレーションを行うソフトウェアとして、ZEMAX Development Corpotation社製 ZEMAX-EE(Version April 2, 2004 rev.b)を使用する。ソフトウェア(ZEMAX)上の計算結果（efficiency）は、単純に入力光線の本数と、受光素子に到達した光線の本数の比ではなく、受光素子への入射角度を加味してエネルギーとして処理している。すなわち、受光素子に到達した光線の一本一本に、ｃｏｓθ（θは入射角）を乗じて、エネルギーとして扱える形とし、入力光のエネルギーと比較してefficiencyとして表している。また、エネルギーヒット率は、主光線入射角度０°のときにマイクロレンズ表面に入力されるエネルギー（efficiency）Ｅ₁と、所定の条件で受光素子に達するエネルギー（efficiency）Ｅ₂の比Ｅ₂／Ｅ₁で表される。また、入力光については、図８に示すように、ZEMAX上のOBJECT面がマイクロレンズ表面（ZEMAX上の第１層）に接して設定される。これを均一な明るさをもつ光源（サイズはマイクロレンズが２μｍ×２μｍ□のとき、これに外接する半径√２μｍの円）と見立て、OBJECT面からの光線の角度は、０°からカメラレンズのＦ値から求められる見込み角度までの範囲でランダムであり、OBJECT面の全面からランダムに光線を発生させる（但し、OBJECT面周辺の光線の処理は、図８のａに示すように系外へ出る光線は考慮されない）ものとする。尚、ZEMAX上の各層のパラメータを下記の表１に示す。

また、図３に示される積層構造に、上記の式（３）、（４）を当てはめて、各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０（赤色フィルタ１０Ｒ、緑色フィルタ１０Ｇ、青色フィルタ１０Ｂ）の中心位置を、図９に示すようにシフトさせる場合のシフト量を算出する。この図９は、図６と同様に、入射角度２０°でマイクロレンズの中心位置に入射した主光線が受光素子上に到達する状態を示す図であり、各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０（赤色フィルタ１０Ｒ、緑色フィルタ１０Ｇ、青色フィルタ１０Ｂ）の中心位置を、上記の式（３）から得られる想定シフト量に基づいてシフトさせている。また、隣接画素間で実質的に連続している上平坦化層１１、下平坦化層９、パッシベーション層８、絶縁層７ａも上記の式（３）から得られる想定シフト量に基づいてシフトさせたものとみなしている。この場合、各導波路１５の入口中心位置はシフトさせず、主光線光路は、導波路１５の入口中心を通る光路を想定する。このような想定では、主光線は受光素子３の中心に集光されないが、受光素子３の中心から外れる光路であっても、導波路１５が機能して受光素子３のいずれかの部位に導かれる。シフト量は、各々の層で求められた想定シフト量に共通して同じ値の収差補正係数ａを乗じて算出しており、収差補正係数ａの値を変化させることにより、各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０の中心位置について、種々のシフト量を得る。そして、算出したシフト量に基づいてシフトさせ、主光線入射角度３０°の条件でＦ値＝２．８のカメラレンズからマイクロレンズ１２に入射した光束が受光素子３上に到達したエネルギーを求め、入力エネルギーとの相対比を上記のように光学シミュレーションにより求めた値をエネルギーヒット率として図１０に示した。図１０に示されるように、収差補正係数ａの値が５９％〜１３４％の範囲において、最大エネルギーヒット率の９５％以上を維持することができ、収差補正係数ａの値が７５％〜１１９％の範囲において、最大エネルギーヒット率の９９％以上を維持することができる。この結果から、各マイクロレンズ１２の中心位置のシフト量（Ｓ１ actual）と各カラーフィルタ１０（赤色フィルタ１０Ｒ、緑色フィルタ１０Ｇ、青色フィルタ１０Ｂ）の中心位置のシフト量（Ｓ３ actual）を、上記の式（３）、（４）から求めるときの収差補正係数ａは、０．５９≦ａ≦１．３４となる。尚、上記の各シフト量（Ｓ１ actual、Ｓ３ actual）の算出に使用するａの値は、上記の範囲にあればよく、シフトする層全てに共通の同じ値を使用する必要はない。

さらに、図３に示される積層構造に、上記の式（３）、（４）を当てはめて、各マイクロレンズ１２の中心位置を、図１１に示すようにシフトさせる場合のシフト量を算出する。この図１１は、図６と同様に、入射角度２０°でマイクロレンズの中心位置に入射した主光線が受光素子上に到達する状態を示す図であり、各マイクロレンズ１２の中心位置を、上記の式（３）から得られる想定シフト量に基づいてシフトさせている。また、隣接画素間で実質的に連続している上平坦化層１１も上記の式（３）から得られる想定シフト量に基づいてシフトさせたものとみなしている。この場合、各カラーフィルタ１０の中心位置と各導波路１５の入口中心位置はシフトさせず、主光線光路は、導波路１５の入口中心を通る光路を想定する。このような想定では、主光線は受光素子３の中心に集光されないが、受光素子３の中心から外れる光路であっても、導波路１５が機能して受光素子３のいずれかの部位に導かれる。シフト量は、各々の層で求められた想定シフト量に共通して同じ値の収差補正係数ａを乗じて算出しており、収差補正係数ａの値を変化させることにより、各マイクロレンズ１２の中心位置のみについて、種々のシフト量を得る。そして、算出したシフト量に基づいてシフトさせ、主光線入射角度３０°の条件でＦ値＝２．８のカメラレンズからマイクロレンズ１２に入射した光束が受光素子３上に到達したエネルギーを求め、入力エネルギーとの相対比を上記のように光学シミュレーションにより求めた値をエネルギーヒット率として図１２に示した。図１２に示されるように、収差補正係数ａの値が３５％〜１００％の範囲において、ａ＝１（１００％）に比してエネルギーヒット率が改善される。さらに、収差補正係数ａの値が４６％〜８１％の範囲において、最大エネルギーヒット率の９５％以上を維持することができ、収差補正係数ａの値が５５％〜７２％の範囲において、最大エネルギーヒット率の９９％以上を維持することができる。この結果から、各マイクロレンズ１２の中心位置のシフト量（Ｓ１ actual）を、上記の式（３）、（４）から求めるときの収差補正係数ａは、０．４６≦ａ≦０．８１となる。

上述のような本発明の固体撮像素子は、カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズの中心位置に入射した主光線が受光素子の中心に至る光路を想定してマイクロレンズ、カラーフィルタ、導波路をシフトさせた従来の固体撮像素子では考慮されていないマイクロレンズのコマ収差に配慮して、想定シフト量に収差補正係数ａを乗じてシフト量が設定されているので、有効撮像領域の周辺部でのシェーディングが効果的に抑制されたものである。
上述の固体撮像素子の実施形態は例示であり、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

［固体撮像素子の製造方法］
次に、本発明の固体撮像素子の製造方法について、上述の固体撮像素子１を例として説明する。
上述にように、導波路１５を有する固体撮像素子１は、斜め入射光が導波路１５の側壁に入射しても全反射するため、マイクロレンズの集光中心が少し受光素子３の中心からずれても問題が生じにくい構造となっている。すなわち、上述の本発明の検討結果が示すように、シフト量にある程度幅が許容される。本発明では、この観点から、図１３に示されるような像高と主光線入射角度の関係が非線形であるカメラレンズを用いた場合であっても、シェーディングを効率的に抑制できるシフト量の設定を検討した。図１３に示されるような非線形な特性のカメラレンズは、カメラの小型薄型化を進めるにあたって近年採用されてきている非球面レンズである。しかし、このようなカメラレンズでは、従来行われてきた線形のシフト、例えば、マイクロレンズをシフトさせる場合において、マイクロレンズ用のフォトマスクに縮率９９．９９％等の微小スケーリングを行うシフトでは、非線形なカメラレンズ特性に適合したマイクロレンズのシフトを行うことが困難である。すなわち、一定の縮率でスケーリングを行う線形のシフトに対し、非線形のシフトでは、一定の縮率を用いることができず、画素位置に応じて微妙に変化する配置ピッチを全画素に亘って設計し直す必要があるため、その設計工数は膨大となる。また、隣接する画素間の配置ピッチの変化量は極めて僅かであるため、フォトマスクデータ上で必要な寸法変化量が、フォトマスク作成上の最小寸法単位である１ｎｍ未満となる場合が往々にして発生し、その僅かな変化量をフォトマスク上で表現することができない等の問題が発生する。

本発明の製造方法は、各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０の中心位置と各遮光層６の開口中心位置と各導波路１５の入口中心位置とを、対応する受光素子３の中心よりも有効撮像領域の中央部方向に所定のシフト量でシフトさせるものである。そして、シフト量を以下のように設定する。
すなわち、カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズ１２の中心位置に入射した主光線が、マイクロレンズ１２へ入射する境界、および、マイクロレンズ１２から受光素子３に到達するまでの光路上の各材料層の各境界において、境界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し受光素子３の中心に至る光路をとるものと想定する。そして、この想定から得られる光線の光路上の位置と、受光素子３の中心に対応する位置との差から得られる想定シフト量に、収差補正係数ａ1を乗じた値と収差補正係数ａ2を乗じた値を求める。次いで、各画素についてのこれら２種の値をＹ軸に、有効撮像領域の中心を０番目とした画素数をＸ軸にプロットしたグラフ上にて、収差補正係数ａ1を乗じた値がなす曲線と収差補正係数ａ2を乗じた値がなす曲線で挟まれた領域の任意の一直線に乗るようにシフト量を設定する。

まず、想定シフト量を上述の図２を参照して説明する。図２に示されるように、光入射側からマイクロレンズ１２、上平坦化層１１、カラーフィルタ１０、下平坦化層９、パッシベーション層８、絶縁層７ａ、導波路１５、受光素子３の順に配設されている。そして、最も光入射側に位置するマイクロレンズ１２を１層目とし、上記のように、マイクロレンズ１２から受光素子３に到達するまでの光路上の各材料層の各境界において、境界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し受光素子３の中心に至る光路をとるものと想定し、１層目からＮ層目（１≦Ｎ≦Ｍ）までをシフトするときのｉ層目（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）の想定シフト量Ｓiを下記の式（５）から求める。尚、この式（５）は、上述の式（１）と同様にして導かれる。
Ｓi＝Σ_j=i ^Mｄ_jｔａｎθ_j … 式（５）
ただし、ｄ_j＝ｉ層目からＭ層目までの間に位置するｊ層目の厚み、
θ_j＝ｉ層目からＭ層目までの間に位置するｊ層目の光線角度であり、
θ_j＝ｓｉｎ^-1（（ｎ_j-1／ｎ_j）ｓｉｎθ_j-1）で示され、
ｎ₀＝１．０（０層目は大気）であり、
ｎ_jはｊ層目の屈折率であり、
θ₀はカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置
に入射した主光線入射角度である。

図示例では、Ｍ＝Ｎ＝７であり、ｉ＝１のマイクロレンズ１２の想定シフト量Ｓ１は、Ｓ１＝Σ_j=1 ⁷ｄ_jｔａｎθ_jとなる。また、ｉ＝３のカラーフィルタ１０の想定シフト量Ｓ３は、Ｓ３＝Σ_j=3 ⁷ｄ_jｔａｎθ_jとなる。さらに、ｉ＝７の導波路１５の想定シフト量Ｓ７は、Ｓ７＝ｄ₇ｔａｎθ₇となる。ここで、図１と同じく、遮光層６の開口部のマイクロレンズ側表面が、導波路１５の入口と同一平面に存在すれば、遮光層６の開口中心位置と導波路１５の入口中心位置の想定シフト量は、ｉ＝７としたときに得られる想定シフト量Ｓ７となる。また、導波路１５では、高屈折率材料部と低屈折率材料部が存在するが、主光線の通過する領域は高屈折率材料部であるので、屈折率としては高屈折率材料部の屈折率を考慮する。一方、遮光層６の開口部のマイクロレンズ側表面が、導波路１５の入口と同一平面にない場合は、次のようになる。まず、遮光層６の開口部のマイクロレンズ側表面が、導波路１５の入口よりマイクロレンズ側にある場合の遮光層６の開口部のシフトは、例えば、図２０に示すように、図２に比べて１層増した構成を考慮して、上記式（５）を組み立てればよい。図２０の例では、Ｍ＝Ｎ＝８となり、ｉ＝１のマイクロレンズ１２の想定シフト量Ｓ１は、Ｓ１＝Σ_j=1 ⁸ｄ_jｔａｎθ_jとなる。また、ｉ＝３のカラーフィルタ１０の想定シフト量Ｓ３は、Ｓ３＝Σ_j=3 ⁸ｄ_jｔａｎθ_jとなる。また、ｉ＝７の遮光層６の想定シフト量Ｓ７は、Ｓ７＝Σ_j=7 ⁸ｄ_jｔａｎθ_jとなる。さらに、ｉ＝８の導波路１５の想定シフト量Ｓ８は、Ｓ８＝ｄ₈ｔａｎθ₈となる。次いで、遮光層６の開口部のマイクロレンズ側表面が、導波路１５の入口より受光素子側にある場合の遮光層６の開口部のシフトは、例えば、図２１に示すようになる。すなわち、Ｍ＝Ｎ＝９となり、ｉ＝１のマイクロレンズ１２の想定シフト量Ｓ１は、Ｓ１＝Σ_j=1 ⁹ｄ_jｔａｎθ_jとなる。また、ｉ＝３のカラーフィルタ１０の想定シフト量Ｓ３は、Ｓ３＝Σ_j=3 ⁹ｄ_jｔａｎθ_jとなる。また、ｉ＝７の導波路１５（入口部）の想定シフト量Ｓ７は、Ｓ７＝Σ_j=7 ⁹ｄ_jｔａｎθ_jとなる。さらに、ｉ＝８の遮光層６の想定シフト量Ｓ８は、Ｓ８＝Σ_j=8 ⁹ｄ_jｔａｎθ_jとなる。尚、このとき、導波路１５はｉ＝７〜９の３層に跨るが、実質的には連続している。また、導波路１５の入口部および遮光層６のシフトでは、導波路１５の高屈折率材料部の屈折率を考慮すればよい。

また、本発明の製造方法は、各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０の中心位置とを、対応する受光素子３の中心よりも有効撮像領域の中央部方向に所定のシフト量でシフトさせるものである。そして、シフト量を以下のように設定する。
すなわち、カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズ１２の中心位置に入射した主光線が、マイクロレンズ１２へ入射する境界、および、マイクロレンズ１２から受光素子３に到達するまでの光路上の各材料層の各境界において、境界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し導波路１５の入口中心に至る光路をとるものと想定する。そして、この想定から得られる光線の光路上の位置と、受光素子３の中心に対応する位置との差から得られる想定シフト量に、収差補正係数ａ1を乗じた値と収差補正係数ａ2を乗じた値を求める。次いで、各画素についてのこれら２種の値をＹ軸に、有効撮像領域の中心を０番目とした画素数をＸ軸にプロットしたグラフ上にて、収差補正係数ａ1を乗じた値がなす曲線と収差補正係数ａ2を乗じた値がなす曲線で挟まれた領域の任意の一直線に乗るようにシフト量を設定する。

まず、想定シフト量を上述の図９を参照して説明する。図９に示されるように、光入射側からマイクロレンズ１２、上平坦化層１１、カラーフィルタ１０、下平坦化層９、パッシベーション層８、絶縁層７ａ、導波路１５、受光素子３の順に配設されている。そして、最も光入射側に位置するマイクロレンズ１２を１層目とし、上記のように、マイクロレンズ１２から受光素子３に到達するまでの光路上の各材料層の各境界において、境界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し導波路１５の入口中心に至る光路をとるものと想定し、受光素子から光入射側に位置する積層構造がＭ層構造であり、最も光入射側に位置するマイクロレンズを１層目とし、導波路入口がＭ′層目（Ｍ′≦Ｍ）としたときに、１層目からＮ層目（１≦Ｎ＜Ｍ′）までをシフトするときのｉ層目（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）の想定シフト量Ｓiを下記の式（６）から求める。尚、この式（６）は、上述の式（３）と同様にして導かれる。
Ｓi＝Σ_j=i ^M'-1ｄ_jｔａｎθ_j … 式（６）
ただし、ｄ_j＝ｉ層目からＭ′−１層目までの間に位置するｊ層目の厚み、
θ_j＝ｉ層目からＭ′−１層目までの間に位置するｊ層目の光線角度
であり、
θ_j＝ｓｉｎ^-1（（ｎ_j-1／ｎ_j）ｓｉｎθ_j-1）で示され、
ｎ₀＝１．０（０層目は大気）であり、
ｎ_jはｊ層目の屈折率であり、
θ₀はカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置
に入射した主光線入射角度である。

図示例では、Ｍ＝Ｍ′＝７、Ｎ＝６であり、ｉ＝１のマイクロレンズ１２の想定シフト量Ｓ１は、Ｓ１＝Σ_j=1 ⁶ｄ_jｔａｎθ_jとなる。また、ｉ＝３のカラーフィルタ１０の想定シフト量Ｓ３は、Ｓ３＝Σ_j=3 ⁶ｄ_jｔａｎθ_jとなる。
このとき、遮光層６の開口部のマイクロレンズ側表面が、導波路１５の入口と同一平面である場合、あるいは、同一平面より受光素子３側にある場合は、遮光層６の開口部はシフトされない。一方、遮光層６の開口部のマイクロレンズ側表面が、導波路１５の入口よりマイクロレンズ側にある場合は、例えば、図２０に示すように、図２に比べて１層増した構成を考慮して、上記式（６）を組み立てればよい。図２０の層数では、Ｍ＝Ｍ′＝８、Ｎ＝７となり、ｉ＝１のマイクロレンズ１２の想定シフト量Ｓ１は、Ｓ１＝Σ_j=1 ⁷ｄ_jｔａｎθ_jとなる。また、ｉ＝３のカラーフィルタ１０の想定シフト量Ｓ３は、Ｓ３＝Σ_j=3 ⁷ｄ_jｔａｎθ_jとなる。また、ｉ＝７の遮光層６の想定シフト量Ｓ７は、Ｓ７＝ｄ₇ｔａｎθ₇となる。

次に、上記の収差補正係数ａ1と収差補正係数ａ2について説明する。
まず、各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０（赤色フィルタ１０Ｒ、緑色フィルタ１０Ｇ、青色フィルタ１０Ｂ）の中心位置と各導波路１５の入口中心位置のシフト量を設定する場合、収差補正係数ａ1と前記収差補正係数ａ2は０．３９〜１．２６の範囲内とし、かつ、ａ1＜ａ2の関係とする。すなわち、上記の式（５）から算出した想定シフト量に種々の収差補正係数ａを乗じてえられるシフト量に基づいて、各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０の中心位置と各導波路の入口中心位置をシフトさせ、主光線入射角度３０°の条件でＦ値＝２．８のカメラレンズからマイクロレンズ１２に入射した光束が受光素子３上に到達したエネルギーを求め、入力エネルギーとの相対比を上記のように光学シミュレーションにより求めた値をエネルギーヒット率として算出すると、上述の図７のような曲線が得られる。そして、図７に示されるように、収差補正係数ａの値が３９％〜１２６％の範囲において、収差補正係数ａの値を変えたときの最大エネルギーヒット率の９５％以上のエネルギーヒット率を維持することができる。ここで、例えば、カメラレンズの特性が図１３に示すような像高と主光線入射角度の関係が非線形の場合であっても、収差補正係数ａの値が３９％〜１２６％の範囲で一定のシェーディング補正効果が奏されるのであるから、シフト量を非線形に変化させることに拘る必要はない。そこで、上記の範囲（０．３９〜１．２６）内にて、例えば、収差補正係数ａ1を０．５０とし、収差補正係数ａ2を１．１として、各画素についてのこれら２種の値をＹ軸に、有効撮像領域の中心を０番目とした画素数をＸ軸にプロットすると、図１４に示すように、収差補正係数ａ1を乗じた値がなす曲線Ａと収差補正係数ａ2を乗じた値がなす曲線Ｂで挟まれた領域が得られる。そして、この曲線Ａと曲線Ｂで挟まれた領域の任意の一直線に乗るように線形シフトを行うことができる。ここで、曲線Ａと曲線Ｂで挟まれた領域の任意の一直線とは、有効撮像領域の中心から最外周部の画素（図示例では１２４６番目の画素）まで、曲線Ａと曲線Ｂで挟まれた領域から外れない直線である。したがって、図１４では、原点（有効撮像領域の中心）付近で曲線Ａに接する直線Ｌ１と、１２４６番目の画素における曲線Ｂ上の点と原点（有効撮像領域の中心）とを結ぶ直線Ｌ２とで囲まれた領域（斜線を付している）内の任意の直線となる。尚、ここでは遮光層６のシフトに関して説明を省略したが、上記の固体撮像素子についての説明で述べた想定シフト量を遮光層６についても算出し、上記と同様の値の収差補正係数ａ1と収差補正係数ａ2を用いて、同じ手順で遮光層６の開口中心部のシフト量を求めることができる。

図１４の例では、有効撮像領域の長軸方向での最外周部の画素が中心から１２４６番目の画素であるが、同じカメラレンズを用い、同じ画素ピッチでありながら、画素数が、例えば、有効撮像領域の長軸方向で１０００画素であるときは、図１４のグラフで０画素から１０００画素の区間で曲線Ａと曲線Ｂで挟まれた領域に位置する直線に乗るように線形シフトを行うことができる。この場合、図１４にて斜線を付した領域の下側の境界線Ｌ１は同じであるが、上側の境界線Ｌ２は図１４に一点鎖線で示すように広がりを見せる。

次に、各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０（赤色フィルタ１０Ｒ、緑色フィルタ１０Ｇ、青色フィルタ１０Ｂ）の中心位置のシフト量を設定する場合、収差補正係数ａ1と前記収差補正係数ａ2は０．５９〜１．３４の範囲内とし、かつ、ａ1＜ａ2の関係とする。すなわち、上記の式（６）から算出した想定シフト量に種々の収差補正係数ａを乗じてえられるシフト量に基づいて、各マイクロレンズ１２の中心位置と各カラーフィルタ１０の中心位置をシフトさせ、主光線入射角度３０°の条件でＦ値＝２．８のカメラレンズからマイクロレンズ１２に入射した光束が受光素子３上に到達したエネルギーを求め、入力エネルギーとの相対比を上記のように光学シミュレーションにより求めた値をエネルギーヒット率として算出すると、上述の図１０のような曲線が得られる。そして、図１０に示されるように、収差補正係数ａの値が５９％〜１３４％の範囲において、収差補正係数ａの値を変えたときの最大エネルギーヒット率の９５％以上のエネルギーヒット率を維持することができ、一定のシェーディング補正効果が奏されるのであるから、シフト量を非線形に変化させることに拘る必要はない。そこで、上記の範囲（０．５９〜１．３４）内にて、例えば、収差補正係数ａ1を０．６とし、収差補正係数ａ2を１．３として、各画素についてのこれら２種の値をＹ軸に、有効撮像領域の中心を０番目とした画素数をＸ軸にプロットすると、図１５に示すように、収差補正係数ａ1を乗じた値がなす曲線Ａと収差補正係数ａ2を乗じた値がなす曲線Ｂで挟まれた領域が得られる。そして、この曲線Ａと曲線Ｂで挟まれた領域に位置する直線（図１５にて２本の直線Ｌ１、Ｌ２で囲まれ斜線を付した領域内の任意の直線）に乗るように線形シフトを行うことができる。

このような本発明の固体撮像素子の製造方法は、像高と主光線入射角度の関係が非線形であるカメラレンズを使用する場合であっても、マイクロレンズ、カラーフィルタのシフト量を有効撮像領域の中心から周辺部に向って非線形に変化させる必要がない。したがって、有効撮像領域の周辺部でのシェーディングが効果的に抑制された固体撮像素子を簡便に製造することができる。尚、本発明の固体撮像素子の製造方法は、カメラレンズ特性が線形な像高／主光線入射角度である場合にも有効であることは勿論である。例えば、線形のシフトを行う場合であっても、シフト量から求めるマイクロレンズの縮率が９９．９７８％であるとしたとき、画素ピッチ２μｍに対して、縮率を乗じた後の画素ピッチは１．９９９５６μｍとなる。このとき、マイクロレンズ形成に５倍体のフォトマスクを用いるとすると、フォトマスク上のピッチは９．９９７８μｍとなり、フォトマスクの電子線描画時の最小グリッド（１ｎｍ）未満の端数が発生する。これを９．９９８μｍに丸める（すなわち、縮率９９．９８％とする）ことができれば、マイクロレンズ用フォトマスクの描画データの作成は容易となる。この例では、５倍体フォトマスク上の１画素あたりのシフト量が、２．２ｎｍから２ｎｍへ変化させているが、収差補正係数ａ1、ａ2の範囲内の変化であれば、問題ないということとなる。

ここで、導波路をシフトさせる場合の製造方法の一例を図１６、図１７を参照しながら説明する。
まず、基板２に、一定の配置ピッチで複数の受光素子３を２次元配置して形成し、さらに、配線層４、５と遮光層６を有する絶縁層７を形成する（図１６（Ａ））。
次に、絶縁層７の表面にポジ型の感光性レジスト層４１を形成し（図１６（Ｂ））、露光波長の解像度以下のドットパターンにて階調を付与したフォトマスクを介して感光性レジスト層４１を露光、現像（露光部のレジスト除去）して、抜き部４２を形成する（図１６（Ｃ））。このとき、図１６（Ｃ）右図にて、抜き部４２の右側エッジは、略垂直であるが、左側エッジは傾斜を有する。右側エッジに対応するフォトマスクパターンは、階調を有さず、遮光部、非遮光部の２階調（通常の白と黒のパターン）として、略垂直のエッジを形成する。これに対して、左側エッジに対応するフォトマスクパターンは、傾斜部の幅に対応して階調を有する領域を設け、ドットパターンの密度を階調領域内で段階的または略連続的に変化させるパターンとすれば、傾斜を有するエッジが形成できる。

次いで、抜き部４２を有するレジスト層４１をマスクとして、絶縁層７を異方性ドライエッチングして、導波路形成用の穴部４３を穿設する（図１７（Ａ））。次に、窒化珪素等の高屈折率物質をＣＶＤ法等により絶縁層７上に成膜して高屈折率物質層１５′を形成する（図１７（Ｂ））。その後、高屈折率物質層１５′の表面凹凸をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）にて平坦化することにより、導波路１５を形成する（図１７（Ｃ））。

［撮像装置］
図１８は、本発明の撮像装置の一実施形態を示す概略断面図である。図１８において、本発明の撮像装置２１は、本発明の固体撮像素子２２を備えた基板２３と、固体撮像素子２２の外側に配した封止用部材２４と、この封止用部材２４を介して固体撮像素子２２と所望の間隙を設けて対向するように配設された透明な保護材２５とを備えている。また、固体撮像素子２２は配線２６、表裏導通ビア２７を介して外部端子２８に接続されている。このようなセラミックパッケージ型の撮像装置２１は、種々のデジタルカメラ、ビデオカメラ等に使用することができ、カメラの高感度化、小型化、薄型化が可能である。

また、図１９は、本発明の撮像装置の他の実施形態を示す概略断面図である。図１９に示される本発明の撮像装置３１は、携帯電話用カメラモジュールの例であり、本発明の固体撮像素子３２を備えた基板３３と、固体撮像素子３２の外側に配した封止用部材３４と、固体撮像素子３２と所望の間隙を設けて対向するように配設された赤外カットフィルタ３５と、赤外カットフィルタ３５上に配設された鏡筒３６と、この鏡筒３６内に装着されたレンズユニット３７を備えている。このような撮像装置３１は、本発明の固体撮像素子３２がシェーディング補正されていて高感度のものであるため、小型化、薄型化が可能である。
本発明の撮像装置は上述の実施形態に限定されるものではなく、固体撮像素子として本発明の固体撮像素子を備えるものであればよく、従来の種々の撮像装置の構成をそのまま採用することができる。

次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１］
まず、画素受光部ピッチ２．０μｍ、画素数２５９２個（Ｘ軸方向）×１９４４個（Ｙ軸方向）のフォトダイオード（受光部サイズ１．０μｍ×１．０μｍ）からなり、図１に示されるように、基板２に一定の配置ピッチで２次元配置された複数の受光素子３と、Ａｌからなる配線層４、５と遮光層６を有する絶縁層７（酸化珪素）と、パッシベーション層８（窒化珪素）と、導波路１５（窒化珪素）とを備えたＣＭＯＳセンサーを形成したウェハを用意した。このＣＭＯＳセンサーでは、パッシベーション層の厚みが０．３μｍ、パッシベーション層と導波路との間に介在する絶縁層の厚みが０．３μｍ、導波路の厚みが２．１μｍであり、遮光層の開口中心と導波路の入口中心は、後述するシフト量（Ｓ７ actual）に基づいてシフトさせたものとした。導波路の入口平面寸法は１．５μｍ×１．５μｍ、出口平面寸法はフォトダイオード寸法と同じく１．０μｍ×１．０μｍとした。また、パッシベーション層、絶縁層、導波路の屈折率を分光エリプソメータにより測定した結果、パッシベーション層の屈折率は２．０、絶縁層の屈折率は１．４６、導波路の屈折率は１．８８、導波路の外側の絶縁層の屈折率は１．４６であった。尚、屈折率の値は、以降も含めて、特に波長に指定のない限り、波長５５０ｎｍでの値である。

（下平坦化層の形成）
パッシベーション層上に、光硬化型アクリル系透明樹脂材料（富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＣＴ−２０２０Ｌ）をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って下平坦化層（厚み０．３μｍ）を形成した。この下平坦化層について、上記と同様に屈折率を測定した結果、１．５６であった。

（カラーフィルタの形成）
ネガ型感光性の赤色材料（Ｒ用材料）、緑色材料（Ｇ用材料）、青色材料（Ｂ用材料）として以下の材料を用意した。
Ｒ用材料：富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＳＲ−４０００Ｌ
Ｇ用材料：富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＳＧ−４０００Ｌ
Ｂ用材料：富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＳＢ−４０００Ｌ

Ｇ、Ｒ、Ｂの形成順序に、上記材料をスピン塗布し、プリベーク、１／５縮小型のｉ線ステッパーによる露光、現像、ポストベークを行って、カラーフィルタ（膜厚０．８μｍ）を形成した。すなわち、まず、下平坦化層上にＧ用材料を塗布し、露光、現像した後、ポストベーク（２２０℃、１０分間）を行って、市松状に緑色フィルタを形成した。次に、この緑色フィルタを被覆するようにＲ用材料を塗布し、フォトマスクを用いて露光、現像した後、ポストベーク（２２０℃、１０分間）を行って赤色フィルタを形成した。次いで、赤色フィルタ、緑色フィルタを被覆するようにＢ用材料を塗布し、フォトマスクを用いて露光、現像した後、ポストベーク（２２０℃、１０分間）を行って、青色フィルタを形成した。
上記の露光において使用したフォトマスクは、後述するシフト量（Ｓ３ actual）に基づいてシフトさせたカラーフィルタパターンとした。
尚、現像液として、富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＣＤ−２０００の５０％希釈液を使用した。
形成したカラーフィルタの各色フィルタについて、上記と同様に屈折率を測定した結果、赤色フィルタの屈折率は１．５９（波長６２０ｎｍ）、緑色フィルタの屈折率は１．６０（波長５５０ｎｍ）、青色フィルタの屈折率は１．６１（波長４５０ｎｍ）であった。

（上平坦化層の形成）
カラーフィルタ上に、光硬化型アクリル系透明樹脂材料（富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＣＴ−２０２０Ｌ）をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って上平坦化層を形成した。形成した上平坦化層の厚みは０．３μｍであり、上記と同様に測定した屈折率は１．５６であった。

（マイクロレンズの形成）
上平坦化層に、マイクロレンズ材料としてＪＳＲ（株）製 ＭＦＲ４０１Ｌをスピン塗布し、プリベーク、１／５縮小型のｉ線ステッパーによる露光、現像、後露光、ポストベークによるメルトフローを行って、マイクロレンズ（高さ０．６７５μｍ）を形成した。形成したマイクロレンズの屈折率を上記と同様に測定した結果、１．６１であった。尚、現像液として、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）の１．１９％液を使用した。
上記の露光において使用したフォトマスクは、上述の階調フォトマスクであり、後述するシフト量（Ｓ１ actual）に基づいてシフトさせたマイクロレンズパターンとした。

次に、ボンディングパッド部の窓開けを行った。すなわち、ポジレジスト（住友化学（株）製 ｉ線用ポジレジスト ＰＦＩ−２７）をスピン塗布し、次いで、プリベーク後、ボンディングパッド部およびスクライブ部に対応するパターンを有するフォトマスク用いて露光、現像を行った。これにより、ボンディングパッド部およびスクライブ部に開口を有するレジストパターンが形成され、このレジストパターンをマスクとして酸素アッシングを行って、当該箇所上の平坦化層をエッチング除去した。次いで、レジスト剥離液を用いてポジレジストを除去した。
次いで、ウェハのダイシングを行い、パッケージ組立を行って、本発明の固体撮像素子を作製した。

このように作製した固体撮像素子にＦ２．８で図１３に示す特性のカメラレンズを組み合わせ（このカメラレンズと本実施例のＣＭＯＳセンサーの組み合わせにて、有効撮像領域の最外周付近（対角方向の四隅）で主光線入射角度が３０°となる）、有効撮像領域の中（主光線入射角度０°）での感度を１００％としたときの、主光線入射角度が５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°の各グリーン画素での相対感度を測定し、その結果を下記の表２に示した。表２に示される結果から、シェーディングが抑制されていることが確認された。

ここで、遮光層の開口中心と導波路の入口中心のシフト量（Ｓ７ actual）、カラーフィルタのシフト量（Ｓ３ actual）、およびマイクロレンズのシフト量（Ｓ１ actual）の設定について説明する。図２において、ｄ₁＝０．６７５μｍ、ｄ₂＝０．３μｍ、ｄ₃＝０．８μｍ、ｄ₄＝０．３μｍ、ｄ₅＝０．３μｍ、ｄ₆＝０．３μｍ、ｄ₇＝２．１μｍとし、また、ｎ₀＝１、ｎ₁＝１．６１、ｎ₂＝１．５６、ｎ₃＝１．６０、ｎ₄＝１．５６、ｎ₅＝２．０、ｎ₆＝１．４６、ｎ₇＝１．８８、導波路の外側の絶縁層の屈折率＝１．４６とした。また、有効撮像領域の中心からＸ軸方向に１２９６個目でＹ方向に９７２個目の画素において主光線入射角度θ₀が３０°となり、有効撮像領域の中心では主光線入射角度θ₀が０°となるようにθ₀が変化するものとした。

そして、ｉ＝７の遮光層の開口中心と導波路の入口中心の想定シフト量Ｓ７は、主光線入射角度θ₀を０°から３０°（有効撮像領域の中心部から最外周部の画素までに相当）まで変化させて、上記の式（５）を基に、Ｓ７＝Σ_j=7 ⁷ｄ_jｔａｎθ_j＝ｄ₇ｔａｎθ₇ら算出した。このように算出したＳ７に、収差補正係数ａとして０．５を乗じた値をＸＹ軸にプロットして、図１４に示すように、曲線Ａを得た。また、式（５）から算出したＳ７に、収差補正係数ａとして１．１を乗じた値をＸＹ軸にプロットして、図１４に示すように、曲線Ｂを得た。この曲線Ａと曲線Ｂで挟まれた領域の任意の一直線として、最外周部の画素（Ｘ軸方向に１２９６個目でＹ軸方向に９７２個目の画素）のシフト量が０．５２０μｍ（Ｘ軸方向０．４１６μｍ、Ｙ軸方向０．３１２μｍ）となる直線を設定し、この直線に乗るように、遮光層の開口中心と導波路の入口中心のシフト量（Ｓ７ actual）を設定した。

また、ｉ＝３のカラーフィルタの想定シフト量Ｓ３は、主光線入射角度θ₀を０°から３０°（有効撮像領域の中心部から最外周部の画素までに相当）まで変化させて、上記の式（５）を基に、Ｓ３＝Σ_j=3 ⁷ｄ_jｔａｎθ_jから算出した。このように算出したＳ３に、収差補正係数ａとして０．５を乗じた値をＸＹ軸にプロットして、図１４に示すように、曲線Ａを得た。また、式（５）から算出したＳ３に、収差補正係数ａとして１．１を乗じた値をＸＹ軸にプロットして、図１４に示すように、曲線Ｂを得た。この曲線Ａと曲線Ｂで挟まれた領域の任意の一直線として、最外周部の画素（Ｘ軸方向に１２９６個目でＹ軸方向に９７２個目の画素）のシフト量が１．０１６μｍ（Ｘ軸方向０．８１３μｍ、Ｙ軸方向０．６１０μｍ）となる直線を設定し、この直線に乗るように、カラーフィルタのシフト量（Ｓ３ actual）を設定した。

また、ｉ＝１のマイクロレンズの想定シフト量Ｓ１は、主光線入射角度θ₀を０°から３０°（有効撮像領域の中心部から最外周部の画素までに相当）まで変化させて、上記の式（１）を基に、Ｓ１＝Σ_j=1 ⁷ｄ_jｔａｎθ_jから算出した。このように算出したＳ１に、上記の式（２）を基に、収差補正係数ａとして０．５を乗じた値をＸＹ軸にプロットして、図１４に示すように、曲線Ａを得た。また、式（１）から算出したＳ１に、上記の式（２）を基に、収差補正係数ａとして１．１を乗じた値をＸＹ軸にプロットして、図１４に示すように、曲線Ｂを得た。この曲線Ａと曲線Ｂで挟まれた領域の任意の一直線として、最外周部の画素（Ｘ軸方向に１２９６個目でＹ軸方向に９７２個目の画素）のシフト量が１．３０６μｍ（Ｘ軸方向１．０４５μｍ、Ｙ軸方向０．７８４μｍ）となる直線を設定し、この直線に乗るように、マイクロレンズのシフト量（Ｓ１ actual）を設定した。

［実施例２］
カラーフィルタのシフト量（Ｓ３ actual）、および、マイクロレンズのシフト量（Ｓ１ actual）の設定を下記のように行い、遮光層の開口中心と導波路の入口中心はシフトさせない他は、実施例１と同様にして、本発明の固体撮像素子を作製した。
このように作製した固体撮像素子にＦ２．８で図１３に示す特性のカメラレンズを組み合わせ（このカメラレンズと本実施例のＣＭＯＳセンサーの組み合わせにて、有効撮像領域の最外周付近（対角方向の四隅）で主光線入射角度が３０°となる）、有効撮像領域の中（主光線入射角度０°）での感度を１００％としたときの、主光線入射角度が５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°の各グリーン画素での相対感度を測定し、その結果を下記の表２に示した。表２に示される結果から、シェーディングが抑制されていることが確認された。

ここで、カラーフィルタのシフト量（Ｓ３ actual）、およびマイクロレンズのシフト量（Ｓ１ actual）の設定について説明する。図２において、ｄ₁＝０．６７５μｍ、ｄ₂＝０．３μｍ、ｄ₃＝０．８μｍ、ｄ₄＝０．３μｍ、ｄ₅＝０．３μｍ、ｄ₆＝０．３μｍ、ｄ₇＝２．１μｍとし、また、ｎ₀＝１、ｎ₁＝１．６１、ｎ₂＝１．５６、ｎ₃＝１．６０、ｎ₄＝１．５６、ｎ₅＝２．０、ｎ₆＝１．４６、ｎ₇＝１．８８、導波路の外側の絶縁層の屈折率＝１．４６とした。また、有効撮像領域の中心からＸ軸方向に１２９６個目でＹ方向に９７２個目の画素において主光線入射角度θ₀が３０°となり、有効撮像領域の中心では主光線入射角度θ₀が０°となるようにθ₀が変化するものとした。

そして、ｉ＝３のカラーフィルタの想定シフト量Ｓ３は、主光線入射角度θ₀を０°から３０°（有効撮像領域の中心部から最外周部の画素までに相当）まで変化させて、上記の式（６）を基に、Ｓ３＝Σ_j=3 ⁶ｄ_jｔａｎθ_jから算出した。このように算出したＳ３に、収差補正係数ａとして０．６を乗じた値をＸＹ軸にプロットして、図１５に示すように、曲線Ａを得た。また、式（６）から算出したＳ３に、収差補正係数ａとして１．３を乗じた値をＸＹ軸にプロットして、図１５に示すように、曲線Ｂを得た。この曲線Ａと曲線Ｂで挟まれた領域の任意の一直線として、最外周部の画素（Ｘ軸方向に１２９６個目でＹ軸方向に９７２個目の画素）のシフト量が０．７１７μｍ（Ｘ軸方向０．５７４μｍ、Ｙ軸方向０．４３０μｍ）となる直線を設定し、この直線に乗るように、カラーフィルタのシフト量（Ｓ３ actual）を設定した。

また、ｉ＝１のマイクロレンズの想定シフト量Ｓ１は、主光線入射角度θ₀を０°から３０°（有効撮像領域の中心部から最外周部の画素までに相当）まで変化させて、上記の式（６）を基に、Ｓ１＝Σ_j=1 ⁶ｄ_jｔａｎθ_jから算出した。このように算出したＳ１に、収差補正係数ａとして０．６を乗じた値をＸＹ軸にプロットして、図１５に示すように、曲線Ａを得た。また、式（６）から算出したＳ１に、収差補正係数ａとして１．３を乗じた値をＸＹ軸にプロットして、図１５に示すように、曲線Ｂを得た。この曲線Ａと曲線Ｂで挟まれた領域の任意の一直線として、最外周部の画素（Ｘ軸方向に１２９６個目でＹ軸方向に９７２個目の画素）のシフト量が１．１３５μｍ（Ｘ軸方向０．９０８μｍ、Ｙ軸方向０．６８１μｍ）となる直線を設定し、この直線に乗るように、マイクロレンズのシフト量（Ｓ１ actual）を設定した。

［実施例３］
マイクロレンズのシフト量（Ｓ１ actual）の設定を下記のように行い、遮光層の開口中心と導波路の入口中心、カラーフィルタはシフトさせない他は、実施例１と同様にして、本発明の固体撮像素子を作製した。
このように作製した固体撮像素子にＦ２．８で図１３に示す特性のカメラレンズを組み合わせ（このカメラレンズと本実施例のＣＭＯＳセンサーの組み合わせにて、有効撮像領域の最外周付近（対角方向の四隅）で主光線入射角度が３０°となる）、有効撮像領域の中（主光線入射角度０°）での感度を１００％としたときの、主光線入射角度が５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°の各グリーン画素での相対感度を測定し、その結果を下記の表２に示した。表２に示される結果から、シェーディングが抑制されていることが確認された。

ここで、マイクロレンズのシフト量（Ｓ１ actual）の設定について説明する。図２において、ｄ₁＝０．６７５μｍ、ｄ₂＝０．３μｍ、ｄ₃＝０．８μｍ、ｄ₄＝０．３μｍ、ｄ₅＝０．３μｍ、ｄ₆＝０．３μｍ、ｄ₇＝２．１μｍとし、また、ｎ₀＝１、ｎ₁＝１．６１、ｎ₂＝１．５６、ｎ₃＝１．６０、ｎ₄＝１．５６、ｎ₅＝２．０、ｎ₆＝１．４６、ｎ₇＝１．８８、導波路の外側の絶縁層の屈折率＝１．４６とした。また、有効撮像領域の中心からＸ軸方向に１２９６個目でＹ方向に９７２個目の画素において主光線入射角度θ₀が３０°となり、有効撮像領域の中心では主光線入射角度θ₀が０°となるようにθ₀が変化するものとした。
そして、ｉ＝１のマイクロレンズの想定シフト量Ｓ１は、上記の式（３）を基に、Ｓ１＝Σ_j=1 ⁶ｄ_jｔａｎθ_jから算出し、上記の式（４）を基に、Ｓ１に収差補正係数ａとして０．６を乗じて、マイクロレンズのシフト量（Ｓ１ actual）を設定した。

［比較例１］
遮光層の開口中心と導波路の入口中心、マイクロレンズおよびカラーフィルタはシフトさせない他は、実施例１と同様にして、固体撮像素子を作製した。
このように作製した固体撮像素子にＦ２．８で図１３に示す特性のカメラレンズを組み合わせ（このカメラレンズと本実施例のＣＭＯＳセンサーの組み合わせにて、有効撮像領域の最外周付近（対角方向の四隅）で主光線入射角度が３０°となる）、有効撮像領域の中（主光線入射角度０°）での感度を１００％としたときの、主光線入射角度が５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°の各グリーン画素での相対感度を測定し、その結果を下記の表２に示した。表２に示される結果から、実施例１〜３に比べてシェーディング現象が顕著であった。

［比較例２］
カラーフィルタのシフト量を実施例２で説明した想定シフト量Ｓ３に設定し、マイクロレンズのシフト量を実施例２で説明した想定シフト量Ｓ１に設定して非線形シフトを行った他は、実施例１と同様にして、固体撮像素子を作製した。
このように作製した固体撮像素子にＦ２．８で図１３に示す特性のカメラレンズを組み合わせ（このカメラレンズと本実施例のＣＭＯＳセンサーの組み合わせにて、有効撮像領域の最外周付近（対角方向の四隅）で主光線入射角度が３０°となる）、有効撮像領域の中（主光線入射角度０°）での感度を１００％としたときの、主光線入射角度が５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°の各グリーン画素での相対感度を測定し、その結果を下記の表２に示した。

表２に示される結果から、シェーディングの抑制効果は、実施例１とほぼ同等で、実施例２に比べて若干良好である。このことから、線形シフトを行う実施例１にて、非線形シフトと同程度のシェーディング抑制効果が可能であることが確認され、したがって、非線形シフトを用いる製造方法に比べて大幅に容易、安価に固体撮像素子の製造が可能であることが確認された。

小型で高信頼性の固体撮像素子、撮像装置が要求される種々の分野において適用できる。

１…固体撮像素子
２…基板
３…受光素子
４，５…配線層
６…遮光層
７，７ａ…絶縁層
８…パッシベーション層
９…下平坦化層
１０…カラーフィルタ
１１…上平坦化層
１２…マイクロレンズ
１３…マイクロレンズアレイ
１５…導波路
２１，３１…撮像装置

Claims (5)

1. ２次元配置された複数の受光素子と、個々の前記受光素子に対応させて２次元配置された複数の導波路と、該導波路間に位置するとともに導波路よりも屈折率が低い絶縁層と、個々の前記受光素子に対応させて複数の開口部が２次元配置された遮光層と、個々の前記受光素子に対応させて赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタが配列されてなるカラーフィルタと、個々の前記受光素子に対応させて複数のマイクロレンズが２次元配置されてなるマイクロレンズアレイとを少なくとも備え、これらが光入射側からマイクロレンズアレイ、カラーフィルタ、絶縁層と導波路、受光素子の順に配設され、遮光層は開口部のマイクロレンズ側の表面が導波路の入口と同一平面、あるいは、導波路の入口よりマイクロレンズ側、あるいは、導波路の入口より受光素子側となるように配設され、前記マイクロレンズはマイクロレンズの光軸側にコマ収差を生じる特性を有している固体撮像素子であり、
   各マイクロレンズの中心位置、あるいは、各マイクロレンズの中心位置と各カラーフィルタの中心位置は、対応する受光素子の中心よりも有効撮像領域の中央部方向にシフトしており、該シフト量は、カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズの中心位置に入射した主光線が、マイクロレンズへ入射する境界、および、マイクロレンズから受光素子に到達するまでの光路上の各材料層の各境界において、境界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し導波路の入口中心に至る光路をとるものと想定して求められる前記光線の光路上の位置と、受光素子の中心に対応する位置との差から得られる想定シフト量に収差補正係数ａを乗じて設定されており、
   各マイクロレンズの中心位置のみが、対応する受光素子の中心よりも有効撮像領域の中央部方向にシフトしているときの前記収差補正係数ａは０．４６≦ａ≦０．８１の範囲であり、
   各マイクロレンズの中心位置と各カラーフィルタの中心位置とが、対応する受光素子の中心よりも有効撮像領域の中央部方向にシフトしているときの前記収差補正係数ａは０．５９≦ａ≦１．３４の範囲であることを特徴とする固体撮像素子。
2. 受光素子から光入射側に位置する積層構造がＭ層構造であり、最も光入射側に位置するマイクロレンズを１層目とし、導波路入口をＭ′層目（Ｍ′≦Ｍ）としたときに、１層目からＮ層目（１≦Ｎ＜Ｍ′）までをシフトするときのｉ層目（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）の想定シフト量Ｓiは下記の式（３）
   Ｓi＝Σ_j=i ^M'-1ｄ_jｔａｎθ_j … 式（３）
   ただし、ｄ_j＝ｉ層目からＭ′−１層目までの間に位置するｊ層目の厚み、
   θ_j＝ｉ層目からＭ′−１層目までの間に位置するｊ層目の光線角度
   であり、
   θ_j＝ｓｉｎ^-1（（ｎ_j-1／ｎ_j）ｓｉｎθ_j-1）で示され、
   ｎ₀＝１．０（０層目は大気）であり、
   ｎ_jはｊ層目の屈折率であり、
   θ₀はカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置
   に入射した主光線入射角度である
   で設定され、
   ｉ層目（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）のシフト量Ｓi actualは下記の式（４）
   Ｓi actual＝ａ×Ｓi … 式（４）
   ただし、ａは収差補正係数
   で表されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 各マイクロレンズの中心位置と各カラーフィルタの中心位置とが、対応する受光素子の中心よりも有効撮像領域の中央部方向にシフトしている請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法において、
   カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズの中心位置に入射した主光線が、マイクロレンズへ入射する境界、および、マイクロレンズから受光素子に到達するまでの光路上の各材料層の各境界において、境界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し導波路の入口中心に至る光路をとるものと想定して求められる前記光線の光路上の位置と、受光素子の中心に対応する位置との差から得られる想定シフト量に、収差補正係数ａ1を乗じた値と収差補正係数ａ2を乗じた値を求め、各画素についての該２種の値をＹ軸に、有効撮像領域の中心を０番目とした画素数をＸ軸にプロットしたグラフ上にて、収差補正係数ａ1を乗じた値がなす曲線と収差補正係数ａ2を乗じた値がなす曲線で挟まれた領域の任意の一直線に乗るように前記シフト量を設定し、
   前記収差補正係数ａ1と前記収差補正係数ａ2は０．５９〜１．３４の範囲内であるとともに、ａ1＜ａ2の関係にあることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
4. 受光素子から光入射側に位置する積層構造がＭ層構造であり、最も光入射側に位置するマイクロレンズを１層目とし、導波路入口をＭ′層目（Ｍ′≦Ｍ）としたときに、１層目からＮ層目（１≦Ｎ＜Ｍ′）までをシフトするときのｉ層目（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）の想定シフト量Ｓiは下記の式（６）から求めることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法。
   Ｓi＝Σ_j=i ^M'-1ｄ_jｔａｎθ_j … 式（６）
   ただし、ｄ_j＝ｉ層目からＭ′−１層目までの間に位置するｊ層目の厚み、
   θ_j＝ｉ層目からＭ′−１層目までの間に位置するｊ層目の光線角度
   であり、
   θ_j＝ｓｉｎ^-1（（ｎ_j-1／ｎ_j）ｓｉｎθ_j-1）で示され、
   ｎ₀＝１．０（０層目は大気）であり、
   ｎ_jはｊ層目の屈折率であり、
   θ₀はカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置
   に入射した主光線入射角度である。
5. 請求項１または請求項２に記載の固体撮像素子を備えることを特徴とする撮像装置。

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