JP2013084743A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い測定精度を有しつつ、測定時間の短縮が可能なマイクロレンズのモニタ用構造体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体装置は、画素領域に設けられたマイクロレンズと、画素領域の他の領域である周辺領域の上に設けられ、マイクロレンズの形状と相関があり、基板に垂直な面に含まれる断面の形状が同一のモニタ用構造体を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。

ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像装置や液晶表示装置等の半導体装置には、感度を向上させるためのマイクロレンズ（オンチップレンズとも称する）が設けられているものがある。

特許文献１では、撮像装置のマイクロレンズの品質測定のため、チップの周辺の領域に半球状のモニタ用構造体を形成している。そして、マイクロレンズ用のモニタ用構造体の表面形状をＡＦＭ（原子力間顕微鏡）で測定することによって、マイクロレンズ形成工程の異常、すなわちマイクロレンズの形状の異常を検出している。

特開２００６−３５１８５３

マイクロレンズの形状の確認においては、マイクロレンズの断面形状や曲率や高さが重要である。しかし、特許文献１においては、マイクロレンズのモニタ用構造体が半球形状であるため、ＡＦＭでラスタ走査する必要がある。ＡＦＭのラスタ走査によって得られた複数の断面形状を合成し、マイクロレンズの断面形状や曲率や高さを得ることになる。しかし、ＡＦＭでラスタ走査をする際には、必ずマイクロレンズの頂点（トップ）を通るラインで走査できるとは限らないため、正確な断面形状等を取得することができずに測定誤差につながる要因となりうる。また、走査間隔を狭めることで測定誤差を低減することは出来るが、限界がある。また、走査間隔を狭めると走査するラインが増加するため、長い測定時間が必要となる。

そこで、本発明においては、高い測定精度を有しつつ、測定時間の短縮が可能なマイクロレンズのモニタ用構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の半導体装置は、画素領域に設けられたマイクロレンズと、前記画素領域の他の領域である周辺領域に設けられ、前記マイクロレンズの形状と相関があり、底面を有し、前記底面に垂直な方向での断面の形状が前記断面に直行する方向に渡って同一であるモニタ用構造体を有する。

また、本発明の半導体装置の製造方法は、画素を含む画素領域に設けられたマイクロレンズと、前記画素領域の他の領域である周辺領域に設けられ、底面を有し、前記底面に垂直な面に含まれる断面の形状が前記断面に直行する方向に渡って同一なモニタ用構造体を有する半導体装置の製造方法において、前記モニタ用構造体と前記マイクロレンズとを同時に形成する工程を有する。

高い測定精度を有しつつ、測定時間の短縮が可能なマイクロレンズのモニタ用構造体及びその製造方法を提供することが可能となる。

第１の実施形態を説明するマイクロレンズ及びモニタ用構造体の模式的な平面図及び断面図。 第１の実施形態を説明する半導体ウエハの模式的な平面図。 第１の実施形態を説明する光電変換装置の模式的な断面図。 第２の実施形態を説明するマイクロレンズ及びモニタ用構造体の模式的な平面図及び断面図。 第２の実施形態を説明するマイクロレンズ及びモニタ用構造体の模式的な平面図及び断面図。 第１の実施形態を説明するマイクロレンズ及びモニタ用構造体のフォトマスクの遮光パターンを模式的に示した図。 第３の実施形態を説明するモニタ用構造体の断面の測定結果を示したグラフ。 第３の実施形態を説明するマイクロレンズとモニタ用構造体の形状の関係を示したグラフ。

本発明の半導体装置は、画素領域に設けられたマイクロレンズと、画素領域の他の領域に設けられたモニタ用構造体とを有する。モニタ用構造体は、マイクロレンズの形状と相関がある形状を有する。具体的には、モニタ用構造体は、底面を有し、底面に垂直な方向での断面の形状が、断面に直行する方向に渡って同一形状となる。あるいは、底面が矩形の領域を少なくとも有し、その矩形の領域においてモニタ用構造体の断面の形状が、断面に垂直な方向に渡って同一形状となる。つまり、このモニタ用構造体は、ある断面形状が所定の長さだけ延在する形状である。例えば、円柱の半分や、いわゆるかまぼこ型などである。このようなモニタ用構造体を有することで、マイクロレンズの形状についてＡＦＭ等の走査によって形状測定をする場合に、高い測定精度を有しつつ、測定時間の短縮が可能となる。

なお、同一形状とは、同一の形状となるように設計され、製造されたものであり、製造時の誤差などによる形状の不一致は同一の範囲とみなす。

以下、本発明について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態では、半導体装置として光電変換装置を例に、図１〜図３、及び図６を用いて説明する。まず、図２の半導体ウエハの模式的な平面図を用いて、マイクロレンズとモニタ用構造体との位置関係について説明する。

図２は半導体ウエハ２００における半導体チップ２０１のレイアウトを示した平面図である。図２は、半導体ウエハ２００の表面に半導体チップ２０１の外縁等を投影したものである。図２では説明のため半導体ウエハ２００に２つの半導体チップ２０１を示しているが、実際には、多くの半導体チップ２０１が半導体ウエハ２００上に設けられている。

半導体チップ２０１のそれぞれは、画素が配された画素領域２０２とそれ以外の領域である周辺領域２０３とを有している。周辺領域２０３には、画素領域２０２から信号を読み出すための駆動回路や、画素領域２０２からの信号を処理する信号処理回路や、外部回路との接続のための端子（パッド）等が設けられている。ここで、本実施形態のマイクロレンズは画素領域２０２に画素に対応して設けられており、モニタ用構造体は周辺領域２０３の一部であるモニタ領域２０４に設けられている。モニタ用構造体は、画像に関係する画素領域２０２とは別のモニタ領域２０４に設けられているため、測定時にモニタ用構造体にダメージを与えてしまった場合にも、画像へのダメージの影響を抑制することが可能である。

次に、このマイクロレンズとモニタ用構造体の形状について、図１を用いて説明する。図１（ａ）は、マイクロレンズの平面構造１０１、平面構造１０１におけるＡ−Ｂ線の断面構造１０２、及び平面構造１０１におけるＣ−Ｄ線の断面構造１０３を示している。マイクロレンズの平面構造１０１は、上方からの投影図ともいえる。図１（ａ）の平面構造１０１は画素領域２０２の一部を示しており、画素領域２０２には画素１０４が二次元に配されている。長さＷは画素１０４の１辺の長さであり、また、画素ピッチである。画素ピッチは、平面構造において、画素の中心と隣接する画素の中心とを結ぶ線分の長さである。なお、本実施形態においては、画素１０４は正方形としている。よって、画素の長さＷは画素ピッチと等しいため、簡単のため画素の長さＷを示している。ここで、画素１０４は正方形に限らず、長さＷは画素の形状の１辺か直径か対角線で規定可能である。

ここで、１つのマイクロレンズ１０５がそれぞれの画素１０４に対応して配されている。つまり、画素領域２０２には、マイクロレンズアレイが配されている。つまり、マイクロレンズ１０５も画素１０４と同様に長さＷのピッチで配されている。マイクロレンズ１０５は平面構造１０１に示すように上方から見ると円状の形を有している。また、マイクロレンズ１０５は、断面構造１０２及び断面構造１０３に示すように、高さｈの半円の断面形状１０６と高さｈの半円の断面形状１０７を有している。つまり、マイクロレンズ１０５は高さｈの半球状の形を有している。なお、マイクロレンズの平面形状は楕円や矩形のような形であってもよい。また、図１（ａ）において、複数のマイクロレンズ１０５は、隣接するマイクロレンズと互いに接しており、レンズ間ギャップのない構成となっている。この断面形状とは半導体装置の半導体基板の表面に垂直な面（断面）に含まれる形状である。あるいは、この断面形状とはマイクロレンズの底面に垂直な面（断面）に含まれる形状である。

次に、図１（ｂ）において、モニタ領域２０４にモニタ用構造体群１１０が配置されている。ここでモニタ用構造体群１１０は少なくとも１つのモニタ用構造体１１５を有する。ここで、モニタ用構造体１１５は、ある長さにおいて等しい断面形状を有する。図１（ｂ）の平面構造１１１に示すように、モニタ用構造体１１５は長さＷと長さｍを有する楕円状の平面形状を有する。そして、モニタ用構造体１１５は、同一の断面形状を有する領域１１４を有する。領域１１４は、長さｄと長さＷを有する矩形の形状を有している。この領域１１４の２辺はＥ−Ｆ線とＧ−Ｈ線に含まれている。領域１１４におけるモニタ用構造体の形状を断面構造１１２及び断面構造１１３を用いて説明する。ここで、断面構造１１２とは断面構造１１２ａ及び断面構造１１２ｂをまとめて示すものである。

平面構造１１１のＥ−Ｆ線における断面構造１１２ａに示すように、モニタ用構造体１１５は半円の形状１１６ａを有する。また、平面構造１１１のＧ−Ｈ線における断面構造１１２ｂに示すようにモニタ用構造体１１５は半円の形状１１６ｂを有する。このように矩形の領域１１４において、モニタ用構造体１１５は半円の形状を連続して有している。この時、Ｅ−Ｆ線及びＧ−Ｈ線に直行する断面である、Ｉ−Ｊ線における断面構造１１３において、モニタ用構造体１１５は断面形状１１７を有する。断面形状１１７は、領域１１４（長さｄの範囲）において、一定の高さｈ’を有する。この高さｈ’は、図１（ａ）のマイクロレンズ１０５の高さｈと相関がある。また、この長さｄは、ＡＦＭ等の測定装置におけるＹ方向の分解能よりも長い。例えば、マイクロレンズのピッチである長さＷに対して、モニタ用構造体１１５の長手方向の寸法ｍは、Ｗ＜ｍの関係となっていることが好ましい。そして、領域１１４の長さｄは、Ｗ≦ｄ＜ｍの関係を有することが好ましい。また、長さｄは長さＷの１倍以上５００倍以下（Ｗ≦ｄ≦５００Ｗ）であるとよい。モニタ用構造体１１５が長すぎても半導体装置のチップ上に配置が難しいため、画素領域２０２に配置される画素の長さ以下であると良い。例えば、画素領域２０２に画素が二次元に配置され、横方向に５００個の画素が配置されている場合には、長さｄは５００画素分の長さ以下、つまり長さＷの５００倍以下の長さにするとよい。例えば、長さＷを１．８６μｍとし、１００個の画素が配置されているとすると、領域１１４の長さｄを約１８０μｍとすることができる。この時、モニタ用構造体１１５の長手方向の寸法ｍを約１９０μｍとなる。

更に、図３を用いて、マイクロレンズ１０５とモニタ用構造体群１１０を有する光電変換装置について説明する。図３（ａ）は、図１（ａ）の平面構造１０１のＡ−Ｂ線における半導体基板までを含む断面模式図である。図３（ｂ）は図１（ｂ）の平面構造１１１のＥ−Ｆ線における半導体基板までを含む断面模式図であり、図３（ｃ）は図１（ｂ）の平面構造１１１のＩ−Ｊ線における半導体基板までを含む断面模式図である。図１（ａ）の平面構造１０１のＣ−Ｄ線における断面形状は図３（ａ）と、図１（ｂ）の平面構造１１１のＧ−Ｈ線における断面形状は図３（ｂ）と、概ね等しいので、説明を省略する。図３（ａ）〜図３（ｃ）において、半導体装置は、この順に積層された半導体基板３０１と、配線構造体３０２と、保護層３０３と、平坦化層３０４と、カラーフィルタ層３０５と、平坦化層３０６と、を有している。平坦化層３０６の上に、マイクロレンズ１０５とモニタ用構造体群１１０とが設けられている。半導体基板３０１には、画素領域２０２においては少なくとも光電変換素子３０７が設けられ、モニタ領域２０４を含む周辺領域２０３には少なくともトランジスタなどの回路素子３０８が設けられている。ここで、画素領域２０２には、図３（ａ）に示すように、画素１０４が設けられている。この画素１０４は、少なくとも１つの光電変換素子３０７を有している。画素１０４は長さWを有する。また、モニタ領域２０４には回路素子３０８を設けなくてもよい。配線構造体３０２は絶縁膜と配線とコンタクト等のプラグを有し、例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜と銅を主成分とした配線とを有する。この配線の積層数は複数であってもよい。保護層３０３は、外部からの水分やカラーフィルタ層からの不純物の半導体基板への拡散を抑制するための物であり、例えばシリコン窒化膜を有する。平坦化層３０４及び平坦化層３０６は、凹凸を埋めるための物であり、無くてもよい。平坦化層３０４及び平坦化層３０６は、有機材料、例えば、スピンコートが可能な樹脂からなる。カラーフィルタ層３０５は複数の色のフィルタを有しており、例えば、画素領域２０２において、各画素に１つの色が対応するように原色のフィルタが配列されている。なお、モニタ領域２０４では、回路素子に光が入射しないように、例えば青のフィルタがモニタ領域２０４覆うように配されている。また、配線構造体においても、モニタ領域２０４においては、例えば遮光膜としても機能する配線がモニタ領域２０４を覆うように配されている。本実施形態のマイクロレンズ１０５及びモニタ用構造体群１１０は、光電変換装置において図３のような構成を有する。以上、説明したようなモニタ用構造体１１５を有することで、測定時間を短縮しつつ、測定精度を向上することが可能となる。

測定時間の短縮と測定精度の向上について、詳細に説明する。まず、モニタ用構造体が、図１（ａ）に示すような画素領域２０２のマイクロレンズ１０５と同じ形状を有する場合について説明する。その場合には、モニタ用構造体は半球状であり、その半球の高さの測定をするには、ＡＦＭ等の測定装置において、Ｘ方向に走査しながらＹ方向に走査するエリア走査（ラスタスキャン等）を行い、ある平面における高さのデータを得る必要がある。つまり、複数の断面形状を入手することで半球の頂点を含む断面形状を入手することになり、Ｘ方向への走査が複数必要であり、時間がかかる。また、半球の頂点を含む断面がどの位置にあるのか不明なため、正しい半球の高さを測定しているか不明であり、測定精度が高いとは言い難い。また、測定精度を高めるには走査間隔を狭める必要があるため、更に時間がかかってしまう。

一方、本実施形態のモニタ用構造体によれば、モニタ用構造体１１５の領域１１４を測定装置によって、Ｘ方向に１回走査をすることで、マイクロレンズ１０５の高さｈと対応が取れた高さを測定することが出来る。よって、複数回の走査が不要であり、またマイクロレンズの高さｈと対応する高さｈ’を確実に測定することが出来るため高い測定精度を有する。よって、このようなモニタ用構造体を用いることで、ＡＦＭ等の走査により測定する装置を用いる場合において、高い測定精度を有しつつ、測定時間を短縮させることが可能となるのである。

本実施形態のモニタ用構造体の製造方法について説明する。本実施形態では、モニタ用構造体群１１０を、複数のマイクロレンズ１０５と同時に製造する。本実施形態では、モニタ用構造体群１１０が複数のマイクロレンズ１０５と同時に、階調露光法で製造された場合について説明する。本実施形態では、階調露光法の一例として、面積階調マスクを用いた場合について説明する。ハーフトーンマスク等、他のマスクを用いてもよい。面積階調マスクは露光装置で解像しない微細な遮光の密度変化、あるいは微細な遮光の面積の変化で階調を作る方法である。面積階調マスクについては後に詳述する。

まず、図３に示した平坦化層３０６を形成するまでは、一般の半導体プロセスを用いて実施可能である。その後、平坦化層３０６の上に、画素領域２０２及び周辺領域２０３に渡って、感光性の有機材料からなるマイクロレンズ材料層（感光性の材料層）を形成する。例えば、感光性の樹脂をスピンコートによって塗付する。ここで、平坦化層３０６は省略し、マイクロレンズ材料層で平坦化をすることも可能である。そして、マイクロレンズ材料層に対して、面積階調マスクを用いてマイクロレンズ材料層の任意の箇所を露光し、現像及び焼成をする。以上の工程で、マイクロレンズ１０５及びモニタ用構造体１１５が形成される。この後、モニタ用構造体群１１０のうち少なくとも１つのモニタ用構造体１１５をＡＦＭ等で測定することで、マイクロレンズ１０５の形状、あるいは高さを求める。マイクロレンズの形状、高さを求める際には、本実施例と同じ条件でマイクロレンズとモニタ用構造体を試作し、それらの相関関係を求めておけばよい。マイクロレンズ１０５の高さや形状が所望の値である場合には、次の処理へ進む。しかし、マイクロレンズ１０５の高さや形状が所望の値でない場合には、マイクロレンズ１０５及びモニタ用構造体群１１０を半導体装置から除去し、再度、マイクロレンズ及びモニタ用構造体群１１０を形成し（リワーク）、再度、測定を行う。再測定の後のフローは最初の測定の時と同様である。

次に、面積階調マスクについて、図６を用いて説明する。図６（ａ）は１つのマイクロレンズ１０５用のフォトマスクの遮光パターン６０１である。本実施形態のように複数のマイクロレンズを形成する場合には、この遮光パターン６０１を複数配列してフォトマスクを形成する。図６（ｂ）はモニタ用構造体１１５用のフォトマスクの遮光パターン６０２である。本実施形態のように複数のモニタ用構造体１１５を形成する場合には、この遮光パターン６０２を複数配列してフォトマスクを形成する。これら複数の遮光パターン６０１と複数の遮光パターン６０２とは同一のフォトマスクの任意の位置に設ける。

遮光パターン６０１はその中心６０３から外周６０４へ向かって遮光の有無で透過光量を調整している。この遮光は露光装置で解像しない大きさである。遮光の有無は、マイクロレンズ１０５の形状と感光性材料の感度との関係から導き出される透過光量分布の値を、仮想的に二次元に設けられたセルに当てはめ、各セルで二値化したものである。ここで領域６０５は少なくとも中心６０３を含む一行（Ｘ方向に配列した）のセルの遮光パターンを含む領域である。なお、領域６０５は二行分のセルを夫君でいてもよい。

遮光パターン６０２は遮光パターン６０１の領域６０５を一次元に繰り返し連続して配置することで形成している。具体的には、遮光パターン６０１の中心６０３近傍の２行分のセルを抜き出し、Ｙ方向に繰り返し延在させて形成している。つまり、遮光パターン６０２の線６０６はマイクロレンズの中心６０３に対応するパターン上に存在している。このような設計方法によって、遮光パターン６０１と遮光パターン６０２とが設計され、フォトマスクが形成される。なお、長さＷ’は縮小露光や現像等を経て出来上がりのマイクロレンズあるいはモニタ用構造体の幅が長さＷとなるような値である。

このような製造方法によって形成されたモニタ用構造体によって、マイクロレンズの形状あるいは高さについて測定可能である。なお、マイクロレンズ１０５の高さ等を決める因子として、マイクロレンズ材料の膜厚、露光条件、現像条件等があるが、本実施形態ではマイクロレンズ及びモニタ用構造体は同時に製造されるために、それらの高さ等の関係は精度の高いものとなる。

モニタ用構造体は、本実施例の製造方法のように、マイクロレンズと同時に製造することが望ましい。本実施例ではマイクロレンズ材料層を形成する工程から焼成する工程まで、同じタイミングで露光し、同じタイミングで現像等をし、同じマイクロレンズ材料層からマイクロレンズとモニタ用構造体を形成している。マイクロレンズが形成されるまでに受ける熱や光からの影響と同じ影響をモニタ用構造体にも与えることが出来るためである。このように同時に製造することで、モニタ用構造体はマイクロレンズの形状に相関がある形状を有することが容易となる。また、材料が同一であることが望ましい。また、モニタ用構造体のためのフォトマスクとマイクロレンズのためのフォトマスクを１枚のフォトマスクとし、同時に露光されることが望ましい。これらは、マイクロレンズとモニタ用構造体の形状の相関関係をより強いものとすることが出来る。しかしながら、相関関係が得られるのであれば、このように同時に形成することに限ることはなく、また同じ材料であることに限定されるものでもない。

また、本実施形態のようにマイクロレンズが複数存在する場合には、モニタ用構造体も複数設けることが望ましい。マイクロレンズを形成する際の隣接マイクロレンズからの影響を、モニタ用構造体でも同様にするためである。測定の際には、両端のモニタ用構造体を除くモニタ用構造体で測定を行う。このような配置及び測定を行うことで、より高精度な測定が可能である。

また、モニタ用構造体の高さや形状を変える場合には、遮光の配置を変更し遮光パターン６０２を変更することで調整することができる。また、モニタ用構造体の形状がマイクロレンズの形状と異なる場合でも、モニタ用構造体の高さや形状とマイクロレンズの高さや形状との相関関係を予め得ておけばよい。この相関関係とモニタ用構造体の測定結果とによって、画素領域内撮像装置上のオンチップマイクロレンズの高さや形状の情報を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態のモニタ用構造体によれば、高い測定精度で測定時間を短縮することが可能となる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態の製造方法とは異なり、マイクロレンズ及びモニタ用構造体がリフロー法によって製造された場合について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、図１と対応する図面であるが、完成した構成ではなく形成途中のマイクロレンズとモニタ用構造体の部材を示している。図５は、図４の後に出来上がるマイクロレンズとモニタ用構造体を示す図面である。図４及び図５は図１と対応し、図１と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

リフロー法でマイクロレンズを形成する場合には、感光性の有機材料からなるマイクロレンズ材料を設け、露光し、現像した後に、熱処理を行うことで、マイクロレンズを形成する。具体的には、図３の平坦化層３０６の上に、感光性の樹脂であるマイクロレンズ材料を塗付し、所望の形（円柱や四角柱等）になるよう露光及び現像をする。その後、マイクロレンズ材料の部材（パターン）が溶融する温度で熱処理を行うことでマイクロレンズ材料の表面に曲率を形成する。

図４は、所望の形になるように露光及び現像をした後のマイクロレンズ材料の部材を示している。図４（ａ）はマイクロレンズのための部材であり、図４（ｂ）はモニタ用構造体のための部材である。

まず、図４（ａ）の平面構造４０１には、矩形状のマイクロレンズのための部材４０５が設けられている。この部材４０５は、平面構造４０１のＡ−Ｂ線での断面構造４０２においては同じく矩形の断面形状４０６を有し、平面構造４０１のＣ−Ｄ線での断面構造４０３においては同じく矩形の断面形状４０７を有している。いずれも、第１の実施形態とは異なり長さＷよりは一回り小さく形成されている。

次に、図４（ｂ）の平面構造４１１には、モニタ用構造体となる部材４１５が設けられている。この部材４１５は、平面構造４１１のＥ−Ｆ線での断面構造４１２ａにおいて矩形の断面形状４１６ａを有し、Ｇ−Ｈ線での断面構造４１２ｂにおいて矩形の断面形状４１６ｂを有する。また、部材４１５は、平面構造４１１のＩ−Ｊ線での断面構造４１３において、矩形の断面形状４１７を有している。こちらも長さＷより一回り小さく、長さｍよりも一回り小さく形成されている。

このような図４（ａ）及び図４（ｂ）の部材に対して、熱処理を行い、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すマイクロレンズ５０５及びモニタ用構造体５１５が得られる。

図５（ａ）の平面構造５０１のマイクロレンズ５０５は円状であり、長さＷよりも小さく、隣接するマイクロレンズは接しておらず、隣接するマイクロレンズの間には間隔がある。マイクロレンズ５０５は、平面構造５０１のＡ−Ｂ線での断面構造５０２において半円状の断面形状５０６を有し、平面構造５０１のＣ−Ｄ線での断面構造５０３において半円状の断面形状５０７を有する。断面形状５０６及び断面形状５０７においても、マイクロレンズ５０５は長さＷよりも小さく、隣接するマイクロレンズとの間に間隔がある。つまり、第１の実施形態のマイクロレンズ１０５よりも本実施形態のマイクロレンズ５０５は小さくなっている。それは、リフロー法によってマイクロレンズを形成する場合には、隣接するマイクロレンズが接してしまうと、半球状の形状を維持できなくなってしまうためである。

そして、図５（ｂ）の平面構造５１１において、モニタ用構造体群５１０のモニタ用構造体５１５は、楕円状であり、長さＷより小さく、長さｍより小さい。また、隣接するモニタ用構造体５１５と接しておらず、その間には間隔がある。モニタ用構造体５１５は、平面構造５１１のＥ−Ｆ線での断面構造５１２ａにおいて半球状の断面形状５１６ａを有し、平面構造５１１のＧ−Ｈ線での断面構造５１２ｂにおいて半球状の断面形状５１６ｂを有する。いずれも長さＷよりも小さく、隣接するモニタ用構造体５１５とは接していない。そして、断面形状５１６ａ及び断面形状５１６ｂはほぼ同一の形状となっている。また、モニタ用構造体５１５は、平面構造５１１のＩ−Ｊ線での断面構造５１３において、端部が曲率を有する長方形の断面形状５１７を有している。断面形状５１７は、長さｄの領域５１４を有し、領域５１４において高さｈ’’で一定となっている。つまり、領域５１４においては、第１の実施形態と同様に等しい断面形状となっている。

このように、本実施形態にて説明したリフロー法によっても、本発明のモニタ用構造体を形成することが可能である。

なお、本実施形態にて形成したマイクロレンズ及びモニタ用構造体をマスクとしてエッチングを行ってもよい。具体的には、マイクロレンズ材料を設ける前に、別のマイクロレンズ材料を設けておき、本実施形態の手順で形成したマイクロレンズ及びモニタ用構造体をマスクとして、それらの形状を別のマイクロレンズ材料に転写するようにエッチングを行う。このような方法によってもマイクロレンズ及びモニタ用構造体を形成することが可能である。このような方法によれば、隣接するマイクロレンズ同士、及び隣接するモニタ用構造体同士を第１の実施形態のように接触させることが可能となる。マイクロレンズ同士が接触していることで、集光効率が向上し、光電変換装置の場合には感度を向上させることが可能となる。

（第３の実施形態）
本実施形態では、マイクロレンズとモニタ用構造体のモニタ用構造体との形状を変化させた場合について図７及び図８を用いて説明する。

図７は、第１の実施形態の製造方法によって形成したモニタ用構造体の形状をＡＦＭにて測定したグラフである。図７は、横軸が位置であり、縦軸が高さ（μｍ）を示している。つまり、図７には、断面形状の測定結果が示されている。図７（ｂ）は、モニタ用構造体が基準の形状を有する場合の測定結果である。マイクロレンズの高さｈとモニタ用構造体の高さｈ’とが等しい場合である。一方、図７（ａ）は、モニタ用構造体の高さを図７（ｂ）よりも低くした場合の測定結果である。図７（ｃ）は、モニタ用構造体の間隔を図７（ｂ）よりも広くしたものである。

図８は、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示した異なる形状のモニタ用構造体とマイクロレンズとの関係を示している。図８は、縦軸に図７のモニタ用構造体の高さ（μｍ）を取り、横軸にマイクロレンズの高さ（μｍ）を取ったグラフである。まず、図８（ｂ）は、縦軸に図７（ｂ）のモニタ用構造体の高さ（μｍ）を取り、横軸にマイクロレンズの高さ（μｍ）を取ったグラフである。第１の実施形態の製造方法において、露光条件を変化させて、具体的には露光量を増減させて、マイクロレンズ及びモニタ用構造体の高さを変化させている。ここで、マイクロレンズが高くなった場合にはモニタ用構造体も高くなり、マイクロレンズが低くなった場合にはモニタ用構造体も低くなっており、マイクロレンズの高さｈとモニタ用構造体の高さｈ’の関係は近似線８０２で示すように直線となっている。このようにマイクロレンズの高さｈとモニタ用構造体の高さｈ’には強い相関関係があり、高い精度でマイクロレンズの高さ及び形状を測定することが可能であることが分かる。

次に、図８（ａ）は、縦軸に図７（ａ）のモニタ用構造体の高さを取り、横軸にマイクロレンズの高さを取ったグラフである。図８（ａ）の測定結果はモニタ用構造体の高さを基準とした図７（ｂ）よりも低くしている以外は、図８（ｂ）と同様である。マイクロレンズの高さｈとモニタ用構造体の高さｈ’とが等しい高さでない場合においても、マイクロレンズが高くなった場合にはモニタ用構造体も高くなる。また、マイクロレンズが低くなった場合にはモニタ用構造体も低くなる。そして、マイクロレンズの高さとモニタ用構造体の高さの関係は近似線８０１で示すように直線となっており、相関関係があることが分かる。このように、マイクロレンズの高さとモニタ用構造体の高さが異なっていてもよい。

図８（ｃ）は、縦軸に図７（ｃ）のモニタ用構造体の隣接するモニタ用構造体との間隔を取り、横軸にマイクロレンズの高さを取ったグラフである。図８（ｃ）の測定結果はモニタ用構造体の間隔を基準とした図７（ｂ）よりも広げている以外は、図８（ｂ）と同様に露光量を変化させてマイクロレンズの高さを変化させている。その時の間隔の変化は、マイクロレンズの高さの変化と対応し、それらの関係は近似線８０３で示すようにほぼ直線を有している。よって、モニタ用構造体の間隔とマイクロレンズの高さとの相関関係があることが分かる。なお、本実施形態では説明しないが、間隔を変えた場合にも、モニタ用構造体の高さとマイクロレンズの高さとの間に相関関係はある。

図８（ａ）〜図８（ｃ）より、画素領域２０２のマイクロレンズの高さの変化に応じてモニタ用構造体の高さあるいは間隔が対応して変化する相関関係があることがわかる。このような相関関係に基づき、マイクロレンズの高さを求めることが出来るため、高い測定精度を得ることが出来る。

なお、図７（ｃ）及び図８（ｃ）より、複数のモニタ用構造体の間に間隔があるモニタ用構造体を設けることで、ＡＦＭ等の測定装置だけでなく、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）によってその間隔を測定し、マイクロレンズの高さを測定することが可能となる。

また、マイクロレンズが反射防止膜を含む（マイクロレンズの基体が反射防止膜に覆われている）場合には、モニタ用構造体も同じ反射防止膜を含むことが望ましい。それは、マイクロレンズとモニタ用構造体との形状、あるいは寸法の相関関係を高めることが出来るためである。

以上のようなモニタ用構造体を有する半導体装置によって、測定時間を短縮しつつ測定誤差を低減可能である。なお、本発明は実施形態に限定されることはなく、また、各実施形態は適宜組み合わせ可能である。半導体装置についても、固体撮像装置を含む光電変換装置のみならず、表示装置等のマイクロレンズを有する装置に適用可能である。

なお、本発明のマイクロレンズと画素との配置関係は、１つの画素に対して１つのマイクロレンズの場合のみならず、複数の画素に対して１つのマイクロレンズの場合、あるいは１つの画素に対して複数のマイクロレンズの場合など任意の配置が可能である。また、上述のモニタ用構造体は複数の場合について説明してきたが、１つあるいは複数のマイクロレンズに対して１つのモニタ用構造体が設けられていてもよく、１つあるいは複数のマイクロレンズに対して複数のモニタ用構造体が設けられていてもよい。但し、マイクロレンズが複数存在する場合には、モニタ用構造体も複数設けることが望ましい。マイクロレンズを形成する際の隣接マイクロレンズからの影響をモニタ用構造体でも同様にするためである。

１０１ マイクロレンズの平面構造
１０２ マイクロレンズの平面構造のＡ−Ｂ線での断面構造
１０３ マイクロレンズの平面構造のＣ−Ｄ線での断面構造
１０４ 画素
１０５ マイクロレンズ
１０６ マイクロレンズのＡ−Ｂ線の断面形状
１０７ マイクロレンズのＣ−Ｄ線の断面形状
１１０ モニタ用構造体群
１１１ モニタ用構造体の平面構造
１１２ モニタ用構造体の平面構造のＥ−Ｆ線、Ｇ−Ｈ線での断面構造
１１３ モニタ用構造体の平面構造のＩ−Ｊ線での断面構造
１１５ モニタ用構造体
１１６ モニタ用構造体のＥ−Ｆ線、Ｇ−Ｈ線での断面形状
１１７ モニタ用構造体のＩ−Ｊ線での断面形状

Claims (18)

1. 画素領域に設けられたマイクロレンズと、
   前記画素領域の他の領域である周辺領域に設けられ、前記マイクロレンズの形状と相関があり、底面を有し、前記底面に垂直な方向での断面の形状が前記断面に直行する方向に渡って同一であるモニタ用構造体を有する半導体装置。
2. 前記モニタ用構造体は、前記マイクロレンズと同じ材料からなる請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記断面の形状は前記マイクロレンズの頂点を含む断面と同じ形状である請求項１あるいは２のいずれか１項に記載の半導体装置。
4. 前記モニタ用構造体の断面の形状は、前記マイクロレンズと同じ断面形状を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記画素領域の上に複数の前記マイクロレンズが設けられている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記周辺領域は、複数の前記モニタ用構造体を有する請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記矩形の領域は、前記断面に直行する方向に沿った２辺を有し、
   前記２辺は長さｄを有し、
   前記長さｄは前記画素領域の画素の辺の長さＷとＷ≦ｄの関係を有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 前記画素領域には複数の画素が設けられており、
   前記長さｄは前記長さＷの１倍以上５００倍以下である請求項７に記載の半導体装置。
9. 前記マイクロレンズと前記モニタ用構造体は、反射防止膜を含む請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置。
10. 前記画素領域には、光電変換素子が設けられている請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置。
11. 画素を含む画素領域に設けられたマイクロレンズと、
    前記画素領域の他の領域である周辺領域に設けられ、底面を有し、前記底面に垂直な面に含まれる断面の形状が前記断面に直行する方向に渡って同一なモニタ用構造体を有する半導体装置の製造方法において、
    前記モニタ用構造体と前記マイクロレンズとを同時に形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
12. 前記モニタ用構造体と前記マイクロレンズとを同時に形成する工程において、
    前記モニタ用構造体及び前記マイクロレンズの材料が同一であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記モニタ用構造体と前記マイクロレンズとを同時に形成する工程において、
    前記モニタ用構造体及び前記マイクロレンズのためのフォトマスクは、１つのフォトマスクであることを特徴とする請求項１１あるいは１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
14. 前記モニタ用構造体と前記マイクロレンズとを同時に形成する工程は、
    感光性の材料層を前記画素領域から前記周辺領域に渡って設ける工程と、
    前記モニタ用構造体、及び前記マイクロレンズのためのフォトマスクを用いて前記材料層を露光する工程と、を含む請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
15. 前記フォトマスクは、階調マスクである請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
16. 前記階調マスクは、
    前記マイクロレンズのための遮光パターンと、
    前記マイクロレンズの中心を含む断面に対応する前記遮光パターンの一部の領域を一次元に繰り返し配置することで形成した前記モニタ用パターンのための遮光パターンと、を有する請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
17. 前記モニタ用構造体と前記マイクロレンズとを同時に形成する工程は、
    前記露光する工程の後に、前記感光性の材料を現像し、前記感光性の材料の構造体を形成する工程と、
    前記感光性の材料の構造体の表面が曲率を有するように熱処理を行う工程と、を有する請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
18. 前記モニタ用構造体と前記マイクロレンズとを同時に形成する工程は、
    前記材料層を設ける工程の前に、前記モニタ用構造体と前記マイクロレンズとを構成する材料層を設ける工程を有し、
    前記熱処理を行う工程の後に、前記表面が曲率を有する感光性の材料のパターンをマスクとして前記材料層をエッチングする工程を有する請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
    

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