JP2014089432A - 固体撮像装置、固体撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法、及び、電子機器 - Google Patents

固体撮像装置、固体撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法、及び、電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】位相差検出用画素の検出感度（ＡＦ検出精度)をより向上させることが可能な固体撮像装置、当該固体撮像装置のマイクロレンズの形成方法、及び、固体撮像装置を有する電子機器を提供する。
【解決手段】 撮像信号を得る撮像用画素と、撮像用画素と同じ受光領域に設けられ、受光光束を瞳分割して位相差検出信号を得る位相差検出用画素と、撮像用画素に対応して形成された第１マイクロレンズと、位相差検出用画素に対応して形成された第２マイクロレンズとを備える固体撮像装置において、第２マイクロレンズを、平面視において実質的に同一面積を有するマイクロレンズに比べて、画素境界部の対辺中央部を含みその対辺境界部近傍の焦点距離と、対角境界部を含みその対角境界部近傍の焦点距離との差が小さくなるように形成する。
【選択図】 図５

Description

本開示は、固体撮像装置、固体撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法、及び、電子機器に関する。
撮像装置において、自動的に焦点（ピント）が合った状態、即ち、自動的に合焦状態にするオートフォーカス（Auto Focus：ＡＦ）方式は、大別すると、コントラスト検出方式と位相差検出方式とに分類される。位相差検出方式は、コントラスト検出方式に比べて高速ＡＦ動作が可能である点で優れている。
位相差検出方式としては、瞳分割型位相差検出方式が一般に知られている。瞳分割型位相差検出方式は、同一受光領域（撮像領域）に撮像用画素とは別に位相差検出用または焦点検出用の画素（以下、「位相差検出用画素」に用語を統一して記述する）を設けて撮像面でＡＦ測距する、即ち、焦点のずれ方向及びずれ量を表わす位相差検出信号を得る、という方式である。
固体撮像装置の撮像領域に位相差検出用画素を組み込んだ場合、撮像用画素の高い感度特性を維持しつつ、位相差検出用画素の検出感度を向上させる必要がある。そのため、従来は、画素に対応して開口部を有して形成された遮光膜を、撮像用画素と比較してその開口部を小さく形成し、且つ、位相差検出用画素に対応するマイクロレンズの焦点を前ピンにするようにしていた（例えば、特許文献１参照）。ここで、「前ピン」とは、ピント（焦点）が被写体よりも手前にずれている状態を言う。
特開２００９−１０９９６５号公報
上記の特許文献１に記載の従来技術では、位相差検出用画素に対応するマイクロレンズの曲率半径を相対的に小さくするか、あるいは、屈折率を相対的に高くすることで前ピンとし、撮像レンズの射出瞳の左右からの光束を分離することによってＡＦ機能の向上を図っている。
本開示は、位相差検出用画素の検出感度（ＡＦ検出精度)をより向上させることが可能な固体撮像装置、当該固体撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法、及び、固体撮像装置を有する電子機器を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための本開示の固体撮像装置は、
撮像信号を得る撮像用画素と、
前記撮像用画素と同じ受光領域に設けられ、受光光束を瞳分割して位相差検出信号を得る位相差検出用画素と、
前記撮像用画素に対応して形成された第１マイクロレンズと、
前記位相差検出用画素に対応して形成され、平面視において実質的に同一面積のマイクロレンズに比べて、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の焦点距離と、対角境界部を含む対角境界部近傍の焦点距離との差が小さい第２マイクロレンズとを備える固体撮像装置である。
本開示の固体撮像装置は、オートフォーカス方式、特に、瞳分割型位相差検出方式を採用する、デジタルスチルカメラやビデオカメラ、携帯電話機等の撮像機能を有する携帯情報端末などの電子機器において、その撮像部（画像取込部）として用いて好適な固体撮像装置である。
また、上記の目的を達成するための本開示の固体撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法は、
撮像信号を得る撮像用画素と、
前記撮像用画素と同じ受光領域に設けられ、受光光束を瞳分割して位相差検出信号を得る位相差検出用画素と、
前記撮像用画素に対応して形成された第１マイクロレンズと、
前記位相差検出用画素に対応して形成された第２マイクロレンズと
を備える固体撮像装置におけるマイクロレンズの形成に当たって、
前記第２マイクロレンズを、平面視において実質的に同一面積を有するマイクロレンズに比べて、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の焦点距離と、対角境界部を含む対角境界部近傍の焦点距離との差が小さくなるように形成する形成方法である。
位相差検出用画素に対応するマイクロレンズ（第２マイクロレンズ）の、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の焦点距離と、対角境界部を含む対角境界部近傍の焦点距離との差が小さいということは、対辺方向の焦点位置と対角方向の焦点位置が近いということである。これにより、両方向の焦点位置を共に、瞳分割のための遮光膜の位置の近傍に設定できるため、対辺方向及び対角方向の両方向の、射出瞳からの左右の光の分離性が向上する。
本開示によれば、位相差検出用画素に対応するマイクロレンズの対辺方向及び対角方向の左右の光の分離性を向上できるため、位相差検出用画素の検出感度（ＡＦ検出精度)をより向上できる。
図１は、本開示の技術が適用されるＣＭＯＳイメージセンサのシステム構成の概略を示すシステム構成図である。 図２は、単位画素の回路構成の一例を示す回路図である。 図３Ａは位相差検出用画素の一例を示す断面図であり、図３Ｂは遮光膜の一例を示す平面図である。 図４Ａは一般的に位相差検出用画素に対応して形成されるマイクロレンズの対辺方向の断面を模式的に示す図であり、図４Ｂは当該マイクロレンズの対角方向の断面を模式的に示す図である。 図５Ａは第１実施形態に係るマイクロレンズの対辺方向の断面を模式的に示す図であり、図５Ｂは当該マイクロレンズの対角方向の断面を模式的に示す図である。 図６は、「同一平面に形成されたマイクロレンズ」の定義について説明する図である。 図７は、実施例１に係るマイクロレンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その１）である。 図８は、実施例１に係るマイクロレンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その２）である。 図９は、実施例２に係るマイクロレンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図である。 図１０は、実施例３に係るマイクロレンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その１）である。 図１１は、実施例４に係るマイクロレンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その２）である。 図１２は、ポジ型感光性マイクロレンズ樹脂にて重ねて形成されるマイクロレンズのサイズについて説明する図である。 図１３は、マイクロレンズの形状について説明する図である。 図１４は、実施例４に係るマイクロレンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図である。 図１５は、位相差検出用画素に対応するマイクロレンズが、横方向に複数個並んで形成された場合の平面図である。 図１６は、実施例５に係るマイクロレンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図である。 図１７は、実施例６に係るマイクロレンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図である。 図１８は、実施例７に係るマイクロレンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図である。 図１９は、画素アレイ部の各画素が平面視で長方形の画素から成る場合の画素配列を示す平面図である。 図２０は、裏面照射型の画素構造の一例を示す断面図である。 図２１は、カラーフィルタ上に形成された下凸層内レンズを有する画素構造を示す断面図である。 図２２は、下凸層内レンズにおける円周方向の断面の曲率半径ｒと円周方向の位置との関係を示す模式図である。 図２３は、断面視におけるマイクロレンズと下凸層内レンズとの幅の関係を説明する図である。 図２４は、カラーフィルタ下に形成された下凸層内レンズを有する画素構造を示す断面図である。 図２５は、カラーフィルタ上に形成された上凸層内レンズを有する画素構造を示す断面図である。 図２６は、上凸層内レンズにおける円周方向の断面の曲率半径ｒと円周方向の位置との関係を示す模式図である。 図２７は、断面視におけるマイクロレンズと上凸層内レンズとの幅の関係を説明する図である。 図２８は、カラーフィルタ下に形成された上凸層内レンズを有する画素構造を示す断面図である。 図２９は、実施例８に係る下凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その１）である。 図３０は、実施例８に係る下凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その２）である。 図３１は、実施例８に係る下凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その３）である。 図３２は、実施例９に係る下凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その１）である。 図３３は、実施例９に係る下凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その２）である。 図３４は、実施例９に係る下凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その３）である。 図３５は、実施例１０に係る下凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れの一部を示す工程図である。 図３６は、下凸層内レンズを形成する際に用いるフォトマスクの形状例を示す平面図である。 図３７は、実施例１１に係る上凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その１）である。 図３８は、実施例１１に係る上凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その２）である。 図３９は、実施例１１に係る上凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その３）である。 図４０は、実施例１２に係る上凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その１）である。 図４１は、実施例１２に係る上凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その２）である。 図４２は、実施例１２に係る上凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その３）である。 図４３は、上凸層内レンズを形成する際に用いるフォトマスクの形状例を示す平面図である。 図４４は、位相差検出用画素が画素アレイ部（受光領域）内において散在して形成される様子を示す平面図である。 図４５は、下凸層内レンズを用いる場合の第２実施形態の変形例に係る画素構造を示す断面図である。 図４６は、上凸層内レンズを用いる場合の第２実施形態の変形例に係る画素構造を示す断面図である。 図４７は、イメージセンサに入射する光（入射光）と、画素アレイ部における中央部画素及び外周部画素との関係を示す模式図である。 図４８は、図４７における外周部画素のＸ−Ｘ´線に沿った矢視断面図である。 図４９は、本開示の電子機器の一例である撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。
以下、本開示の技術を実施するための形態（以下、「実施形態」と記述する）について図面を用いて詳細に説明する。本開示は実施形態に限定されるものではなく、実施形態における種々の数値や材料などは例示である。以下の説明において、同一要素または同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は以下の順序で行う。
１．本開示の固体撮像装置、固体撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法、及び、電子機器、全般に関する説明
２．本開示の技術が適用される固体撮像装置
２−１．システム構成
２−２．単位画素の回路構成
２−３．位相差検出用画素の構造例
３．第１実施形態
３−１．マイクロレンズの形成方法
３−２．裏面照射型の画素構造
４．第２実施形態
４−１．下凸層内レンズ
４−２．上凸層内レンズ
４−３．補助レンズの形成方法
４−４．変形例
５．電子機器（撮像装置の例）
６．本開示の構成
＜１．本開示の固体撮像装置、固体撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法、及び、電子機器、全般に関する説明＞
本開示の固体撮像装置は、オートフォーカス（Auto Focus：ＡＦ）方式、特に、瞳分割型位相差検出方式を採用する撮像装置などの電子機器に、その撮像部（画像取込部）として用いることができる。瞳分割型位相差検出方式を採用する撮像装置としては、デジタルスチルカメラやビデオカメラなどを例示することができる。
また、本開示の電子機器としては、デジタルスチルカメラやビデオカメラなどの撮像装置の他、携帯電話機などの撮像機能を有する携帯端末装置などを例示することができる。また、本開示の技術は、デジタルスチルカメラやビデオカメラなどの撮像装置や、携帯電話機などの撮像機能を有する携帯端末装置の他、撮像部（画像取込部）に固体撮像装置を用いる、瞳分割型位相差検出方式を採用する電子機器全般に対して適用可能である。
瞳分割型位相差検出を実現するために、本開示の固体撮像装置は、受光光束を瞳分割して光電変換し、位相差検出信号を得るための位相差検出用画素を備える構成とすることができる。ここで、位相差検出信号は、焦点（ピント）のずれ方向（デフォーカス方向）及びずれ量（デフォーカス量）を表わす信号、即ち、焦点検出信号である。
位相差検出用画素は、撮像信号を得るための撮像用画素とは別に設けられる。位相差検出用画素は、好ましくは、撮像用画素が行列状に２次元配置されて成る画素アレイ部（撮像領域／受光領域）内に撮像用画素と混在した形で設けられるのが望ましい。
本開示の固体撮像装置において、位相差検出用画素は、光電変換部の受光面側に、瞳分割された光の一方を通過する開口部を有する遮光膜を備える。光電変換部の受光面側に遮光膜が配されることで、光電変換部に対する入射光束の遮光を確実に行うことができるため、位相差検出精度を高い状態に維持できる。
撮像用画素及び位相差検出用画素には、各画素毎に光電変換部に光を集めるためのマイクロレンズ（第１マイクロレンズ及び第２マイクロレンズ）が形成される。このように画素毎にマイクロレンズが形成されて成る固体撮像装置において、本開示の技術は、位相差検出用画素に対応して形成されるマイクロレンズ（第２マイクロレンズ）に関するものである。
従って、本開示の固体撮像装置において、光電変換部で光電変換された電荷の転送方式については特に限定するものではない。すなわち、本開示の固体撮像装置は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)イメージセンサに代表される電荷転送型の固体撮像装置であってもよいし、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサに代表される増幅型の固体撮像装置であってもよい。
本開示の固体撮像装置、当該固体撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法、及び、当該固体撮像装置を有する電子機器（以下、「本開示の固体撮像装置、マイクロレンズの形成方法、及び、電子機器」と記述する）にあっては、次の点を特徴としている。すなわち、位相差検出用画素に対応する第２マイクロレンズを、平面視において実質的に同一面積を有するマイクロレンズに比べて、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の焦点距離と、対角境界部を含む対角境界部近傍の焦点距離との差が小さくなるように形成することを特徴としている。
ここで、第２マイクロレンズは平面視で矩形形状に形成される訳であるが、その際、コーナー部が直角になることによって平面視で点で形成される場合（例えば、図１１参照）と、コーナー部が丸みを帯びることによって平面視で線で形成される場合（例えば、図６参照）とが考えられる。前者の場合、マイクロレンズの対辺中央部近傍が最も高い位置に形成され、対角境界部が最も低く形成される。後者の場合は、マイクロレンズの対辺中央部近傍が最も高い位置に形成され、対角境界部近傍が最も低く形成される。
すなわち、第２マイクロレンズは、平面視において実質的に同一面積を有するマイクロレンズに比べて、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の高さ方向の形成位置に対して、対角境界部を含む対角境界部近傍の高さ方向の形成位置が低く形成される。ここで、「低く形成される」ということは、「光電変換部に近く形成される」という意味である。
そして、上述した好ましい構成を含む、本開示の固体撮像装置、マイクロレンズの形成方法、及び、電子機器にあっては、第２マイクロレンズを、第１マイクロレンズに比べて焦点距離が短くなるように形成する構成とすることができる。また、第２マイクロレンズを、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面が、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高く形成する構成とすることができる。
また、上述した好ましい構成を含む、本開示の固体撮像装置、マイクロレンズの形成方法、及び、電子機器にあっては、位相差検出用画素の光電変換部の受光面側に、瞳分割された光の一方を通過する開口部が形成された遮光膜を設ける構成とすることができる。このとき、第２マイクロレンズについては、焦点位置が遮光膜の位置に合致するように形成する構成とすることができる。ここで、「合致する」とは厳密に合致する（一致する）場合の他、実質的に合致する場合も含む。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
また、上述した好ましい構成を含む、本開示の固体撮像装置、マイクロレンズの形成方法、及び、電子機器にあっては、焦点距離の差が小さくなるように形成するに当たって、同一平面に形成され、隣接するマイクロレンズ間で少なくても対辺方向が接触して形成され、８０％以上の有効面積を持つマイクロレンズを基準とする構成とすることができる。ここで、「８０％」とは厳密に８０％の場合の他、実質的に８０％の場合も含む。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
また、上述した好ましい構成を含む、本開示の固体撮像装置、マイクロレンズの形成方法、及び、電子機器にあっては、撮像用画素に対応して形成される第１マイクロレンズ及び位相差検出用画素に対応して形成される第２マイクロレンズのパターン形状については特に限定するものではない。
好ましくは、第１マイクロレンズのパターン形状を平面視において正方形とし、第２マイクロレンズのパターン形状を平面視において円形または多角形とするとよい。その際、第１マイクロレンズと第２マイクロレンズとの間に、第１マイクロレンズ相互間のパターンギャップと同一のパターンギャップを設定するのが好ましい。ここで、「同一」とは厳密に同一の場合の他、実質的に同一の場合も含む。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
また、上述した好ましい構成を含む、本開示の固体撮像装置、マイクロレンズの形成方法、及び、電子機器にあっては、第２マイクロレンズを、第１マイクロレンズのアレイ中に横方向、縦方向、または、斜め方向に並んで複数個配置する構成とすることができる。
また、上述した好ましい構成を含む、本開示の固体撮像装置、マイクロレンズの形成方法、及び、電子機器にあっては、第２マイクロレンズと遮光膜との間に補助レンズを有する構成とすることができる。補助レンズは、第２マイクロレンズの焦点距離を調整する、より具体的には、当該焦点距離が短くなる方向に調整するためのものである。この補助レンズについては、平面視における中点を中心として円周方向の断面の曲率半径が、円周方向の位置によらず等しい構成とするのが好ましく、より好ましくは、平面視で円形の形状とするのがよい。ここで、「等しい」とは厳密に等しい場合の他、実質的に等しい場合も含む。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
また、補助レンズについて、第２マイクロレンズの下の層内に形成される層内レンズとすることができる。このとき、補助レンズについて、第２マイクロレンズと同一の材料で形成することができ、また、遮光膜側に凸状の形状を有する構成、あるいは、第２マイクロレンズ側に凸状の形状を有する構成とすることができる。
また、上述した好ましい構成を含む、本開示の固体撮像装置、マイクロレンズの形成方法、及び、電子機器にあっては、撮像用画素及び位相差検出用画素について、配線層が形成される側と反対側から入射光を取り込む、所謂、裏面照射型の画素構造とすることができる。
また、上述した好ましい構成を含む、本開示の固体撮像装置、マイクロレンズの形成方法、及び、電子機器にあっては、補助レンズについて、第２マイクロレンズと遮光膜との間に設けるだけでなく、第１マイクロレンズと遮光膜との間にも設ける構成とすることもできる。
＜２．本開示の技術が適用される固体撮像装置＞
先ず、本開示の技術が適用される固体撮像装置、例えば、増幅型固体撮像装置の一種であるＣＭＯＳイメージセンサの構成について説明する。尚、前にも述べたように、本開示の技術は、ＣＭＯＳイメージセンサへの適用に限られるものではなく、他の増幅型の固体撮像装置やＣＣＤイメージセンサ等の電荷転送型の固体撮像装置にも適用可能である。
［２−１．システム構成］
図１は、ＣＭＯＳイメージセンサのシステム構成の概略を示すシステム構成図である。ここで、ＣＭＯＳイメージセンサとは、ＣＭＯＳプロセスを応用して、または、部分的に使用して作製された固体撮像装置である。
本適用例に係るＣＭＯＳイメージセンサ１０は、半導体基板（以下、「チップ」と記述する場合もある）１１上に形成された画素アレイ部１２と、当該画素アレイ部１２と同じチップ１１上に集積された周辺回路部とを有する構成となっている。本例では、周辺回路部として、例えば、行走査部１３、カラム処理部１４、列走査部１５、及び、システム制御部１６が設けられている。
画素アレイ部１２には、入射光の光量に応じた電荷量の光電荷を発生して内部に蓄積する光電変換部を有する単位画素（以下、単に「画素」と記述する場合もある）が行列状に２次元配置されている。ここで言う「単位画素」とは、撮像信号を得るための撮像用画素である。単位画素（撮像用画素）の具体的な回路構成については後述する。
画素アレイ部１２には更に、行列状の画素配列に対して画素行ごとに画素駆動線１７が行方向（画素行の画素の配列方向）に沿って配線され、画素列ごとに垂直信号線１８が列方向（画素列の画素の配列方向）に沿って配線されている。画素駆動線１７は、行走査部１３から行単位で出力される、画素を駆動するための駆動信号を伝送する。図１では、画素駆動線１７について１本の配線として示しているが、１本に限られるものではない。画素駆動線１７の一端は、行走査部１３の各行に対応した出力端に接続されている。
行走査部１３は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素アレイ部１２の各画素を、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。この行走査部１３はその具体的な構成については図示を省略するが、一般的に、読出し走査系と掃出し走査系の２つの走査系を有する構成となっている。
読出し走査系は、単位画素から信号を読み出すために、画素アレイ部１２の単位画素を行単位で順に選択走査する。単位画素から読み出される信号はアナログ信号である。掃出し走査系は、読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対して、その読出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して掃出し走査を行う。
この掃出し走査系による掃出し走査により、読出し行の単位画素の光電変換部から不要な電荷が掃き出されることによって当該光電変換部がリセットされる。そして、この掃出し走査系による不要電荷の掃き出し（リセット）により、所謂、電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換部の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する（光電荷の蓄積を開始する）動作のことを言う。
読出し走査系による読出し動作によって読み出される信号は、その直前の読出し動作または電子シャッタ動作以降に入射した光量に対応するものである。そして、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素における光電荷の蓄積期間（露光期間）となる。
行走査部１３によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、垂直信号線１８の各々を通してカラム処理部１４に供給される。カラム処理部１４は、画素アレイ部１２の画素列ごとに、選択行の各画素から垂直信号線１８を通して出力される信号に対して所定の信号処理を施すとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
具体的には、カラム処理部１４は、単位画素の信号を受けて当該信号に対して、例えばＣＤＳ(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング）によるノイズ除去や、信号増幅や、ＡＤ（アナログ−デジタル）変換等の信号処理を行う。ノイズ除去処理により、リセットノイズや増幅トランジスタの閾値ばらつき等の画素固有の固定パターンノイズが除去される。尚、ここで例示した信号処理は一例に過ぎず、信号処理としてはこれらに限られるものではない。
列走査部１５は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、カラム処理部１４の画素列に対応する単位回路を順番に選択する走査を行う。この列走査部１５による選択走査により、カラム処理部１４の各単位回路で信号処理された画素信号が順番に水平バス１９に出力され、当該水平バス１９を通してチップ１１の外部へ伝送される。
システム制御部１６は、チップ１１の外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、本ＣＭＯＳイメージセンサ１０の内部情報などのデータを出力する。システム制御部１６は更に、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部１３、カラム処理部１４、及び、列走査部１５などの周辺回路部の駆動制御を行う。
［２−２．単位画素の回路構成］
図２は、単位画素の回路構成の一例を示す回路図である。図２に示すように、本回路例に係る単位画素２０は、光電変換部として、例えばフォトダイオード２１を用いている。単位画素２０は、フォトダイオード２１に加えて、例えば、転送トランジスタ（読出しゲート部）２２、リセットトランジスタ２３、増幅トランジスタ２４、及び、選択トランジスタ２５の４つのトランジスタを有している。
ここでは、４つのトランジスタ２２〜２５として、例えばＮチャネルのＭＯＳトランジスタを用いている。ただし、ここで例示した転送トランジスタ２２、リセットトランジスタ２３、増幅トランジスタ２４、及び、選択トランジスタ２５の導電型の組み合わせは一例に過ぎず、これらの組み合わせに限られるものではない。
この単位画素２０に対して、画素駆動線１７として、例えば、転送線１７１、リセット線１７２、及び、選択線１７３の３本の駆動配線が同一画素行の各画素について共通に設けられている。これら転送線１７１、リセット線１７２及び選択線１７３は、各一端が行走査部１３の各画素行に対応した出力端に画素行単位で接続されており、画素２０を駆動する駆動信号である転送パルスφＴＲＦ、リセットパルスφＲＳＴ、及び、選択パルスφＳＥＬを伝送する。
フォトダイオード２１は、アノード電極が負側電源(例えば、グランド)に接続されており、受光した光（入射光）をその光量に応じた電荷量の光電荷（ここでは、光電子）に光電変換してその光電荷を蓄積する。フォトダイオード２１のカソード電極は、転送トランジスタ２２を介して増幅トランジスタ２４のゲート電極と電気的に接続されている。増幅トランジスタ２４のゲート電極と電気的に繋がったノード２６をＦＤ（フローティングディフュージョン／浮遊拡散領域）部と呼ぶ。
転送トランジスタ２２は、フォトダイオード２１のカソード電極とＦＤ部２６との間に接続されている。転送トランジスタ２２のゲート電極には、高レベル（例えば、Ｖddレベル）がアクティブ（以下、「Ｈｉｇｈアクティブ」と記述する）の転送パルスφＴＲＦが転送線１７１を介して与えられる。これにより、転送トランジスタ２２は導通状態となり、フォトダイオード２１で光電変換された光電荷をＦＤ部２６に転送する。
リセットトランジスタ２３は、ドレイン電極が画素電源Ｖddに、ソース電極がＦＤ部２６にそれぞれ接続されている。リセットトランジスタ２３のゲート電極には、ＨｉｇｈアクティブのリセットパルスφＲＳＴがリセット線１７２を介して与えられる。これにより、リセットトランジスタ２３は導通状態となり、ＦＤ部２６の電荷を画素電源Ｖddに捨てることによって当該ＦＤ部２６をリセットする。
増幅トランジスタ２４は、ゲート電極がＦＤ部２６に、ドレイン電極が画素電源Ｖddにそれぞれ接続されている。そして、増幅トランジスタ２４は、リセットトランジスタ２３によってリセットした後のＦＤ部２６の電位をリセット信号（リセットレベル）Ｖresetとして出力する。増幅トランジスタ２４はさらに、転送トランジスタ２２によって信号電荷を転送した後のＦＤ部２６の電位を光蓄積信号（信号レベル）Ｖsigとして出力する。
選択トランジスタ２５は、例えば、ドレイン電極が増幅トランジスタ２４のソース電極に、ソース電極が垂直信号線１８にそれぞれ接続されている。選択トランジスタ２５のゲート電極には、Ｈｉｇｈアクティブの選択パルスφＳＥＬが選択線１７３を介して与えられる。これにより、選択トランジスタ２５は導通状態となり、単位画素２０を選択状態として増幅トランジスタ２４から供給される信号を垂直信号線１８に出力する。
ここでは、選択トランジスタ２５について、増幅トランジスタ２４のソース電極と垂直信号線１８との間に接続する回路構成としたが、画素電源Ｖddと増幅トランジスタ２４のドレイン電極との間に接続する回路構成を採ることも可能である。
また、単位画素２０としては、上記構成の４つのトランジスタからなる画素構成のものに限られるものではない。例えば、増幅トランジスタ２４と選択トランジスタ２５とを兼用した３つのトランジスタからなる画素構成のものなどであっても良く、その画素回路の構成は問わない。
［２−３．位相差検出用画素の構造例］
上述したＣＭＯＳイメージセンサ１０は、瞳分割型の位相差検出を実現するために、位相差検出信号を得るための位相差検出用画素を備える。位相差検出信号は、焦点のずれ方向（デフォーカス方向）及びずれ量（デフォーカス量）を表わす焦点検出信号である。位相差検出用画素は、焦点検出用画素と呼称される場合もある。
位相差検出用画素は、撮像用画素（単位画素２０）が行列状に２次元配置されて成る、図１に示す画素アレイ部１２、即ち、有効画素領域内に設けられる。すなわち、画素アレイ部１２内に撮像用画素と位相差検出用画素とが混在した形で設けられる。より具体的には、位相差検出用画素は、有効画素領域内において、例えば、左右上下方向に交差した状態で設けられる。
図２に示した画素回路は、撮像用画素及び位相差検出用画素に共通の画素回路である。構造の点では、位相差検出用画素は撮像用画素と若干異なる。ここで、位相差検出用画素の構造の一例について、図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。図３Ａは位相差検出用画素の断面図を、図３Ｂは遮光膜の平面図をそれぞれ示している。
位相差検出用画素４０は、半導体基板１１の表層部に光電変換部であるフォトダイオード２１が形成され、当該フォトダイオード２１の受光面側に、位相差を検出するための遮光膜４１が配された構成となっている。遮光膜４１は、瞳分割された光の一方を通過する開口部４１Aを有する、この位相差検出のための遮光膜４１が存在するか否かの点で、構造上、位相差検出用画素４０は撮像用画素２０と相違している。開口部４１Aは、平面視で単位画素の半分程度の大きさを有する。
本例の画素構造にあっては、図３Ａに示すように、位相差検出のための遮光膜４１については、配線層４２の一部として、具体的には、配線層４２の最下部の配線層を遮光膜として兼ねた状態で形成されている。そして、遮光膜４１及び配線層４２を含む層間絶縁膜４３の上に絶縁膜４４が、当該絶縁膜４４の上にカラーフィルタ４５が、当該カラーフィルタ４５の上に平坦化膜４６が、当該平坦化膜４６の上にマイクロレンズ（所謂、オンチップレンズ）４７が順に積層されている。
ここで、遮光膜４１については、配線層４２の最下部の配線層を兼ねて形成する場合の他、配線層４２とは別に専用に形成することも可能である。遮光膜４１は、タングステン（Ｗ）やチタン（Ｔｉ）などの遮光性を有する材料によって形成することができる。尚、ここで例示した画素構造は、位相差検出用画素を有効画素領域内において左右方向に配置し、射出瞳からの左右の光束を分離する場合である。有効画素領域内において上下方向に配置する場合の位相差検出用画素４０については、図３Ｂにおいて、開口部４１Aを９０°回転させた画素構造となる。
＜３．第１実施形態＞
上述したように、位相差検出用画素４０と撮像用画素（単位画素）２０とは、構造上、開口部４１Aを有する遮光膜４１が存在するか否かの点で相違している他、マイクロレンズ４７の焦点距離の点でも相違している。
撮像用画素２０の高い感度特性を維持する上では、撮像用画素２０に対応して形成されるマイクロレンズ（第１マイクロレンズ）は、その焦点位置がフォトダイオード２１の受光面上に位置するように形成されるのが好ましい。一方、位相差検出用画素４０に対応して形成されるマイクロレンズ（第２マイクロレンズ）に関しては、位相差検出用画素４０の高い感度特性を維持する上では、その焦点位置が遮光膜４１に位置するように形成されるのが好ましい。
このような理由から、位相差検出用画素４０に対応して形成されるマイクロレンズは、撮像用画素２０に対応して形成されるマイクロレンズに比べて焦点距離が短くなるように形成されるのが好ましい。焦点距離が短くなるということは、位相差検出用画素４０に対応して形成されるマイクロレンズの焦点位置が、フォトダイオード２１の受光面から離れた位置に存在するということである。
ここで、一般的に位相差検出用画素４０に対応して形成されるマイクロレンズ４７と遮光膜４１との関係について、図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明する。図４Ａはマイクロレンズ４７の対辺方向の断面を、図４Ｂはマイクロレンズ４７の対角方向の断面をそれぞれ模式的に示している。
ここで、「対辺方向」とは、画素アレイ方向ということもできる。例えば、図１に示すように、画素アレイ方向とは行方向ｘもしくは列方向ｙとすることができる。対辺方向、画素アレイ方向は、図１の画素アレイ部１２の横方向ともいえる。「対角方向」は、画素アレイ方向に対して傾いていることを意味する。つまり、「対角方向」は、斜め方向ともいえる。以下においても同様である。
マイクロレンズ４７には、撮像レンズ（図示せず）の射出瞳の領域から光（光束）が入射する。そして、マイクロレンズ４７を通過した光は、平面視で単位画素の半分程度の大きさの開口部４１Aを有する遮光膜４１へと導かれる。図４Ａ及び図４Ｂの例では、遮光膜４１の左側半分が開口部４１Aとなっているので、射出瞳の領域から入射される右側の光のみが開口部４１Aを通過し、遮光膜４１の下方に位置するフォトダイオード２１に導かれるのが好ましい。このとき、射出瞳の領域から入射される左側の光は遮光膜４１で遮光される。
マイクロレンズ４７の幅寸法が短い対辺方向（横方向）のレンズ部分については、図４Ａに示すように、射出瞳の左右から入射される光はそれぞれ良好に遮光膜４１の開口部４１Aを通過し、あるいは、遮光膜４１で遮光されている。しかしながら、同一平面上に形成され、横方向のレンズ部分より幅寸法が長い対角方向（斜め方向）のレンズ部分に関しては、その焦点距離が長くなってしまうため、図４Ｂに示すように、左右の光が遮光膜４１によって良好に分離されない。左右の光が良好に分離されないと、位相差検出用画素４０の検出精度（以下、「ＡＦ検出精度」と記述する場合もある）が低下することになる。
このように、位相差検出用画素４０に対応して形成されるマイクロレンズ４７に起因してＡＦ検出精度が低下するという点に鑑み、当該ＡＦ検出精度をより向上させるべく為されたのが、第１実施形態に係るマイクロレンズ（第２マイクロレンズ）である。
図４Ａ及び図４Ｂで説明した一般的なマイクロレンズ４７の場合、対辺方向（画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍）の焦点位置が遮光膜４１の位置、対角方向（対角境界部を含む対角境界部近傍）の焦点位置が遮光膜４１よりもフォトダイオード２１側の位置となっていた。すなわち、双方の焦点距離に大きな差があり、その結果、ＡＦ検出精度の低下を招いていた。
これに対して、第１実施形態に係るマイクロレンズ４７は、平面視において実質的に同一面積を有するマイクロレンズに比べて、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍（対辺方向／横方向）の焦点距離と、対角境界部を含む対角境界部近傍（対角方向／斜め方向）の焦点距離との差が小さくなるように形成されていることを特徴としている。
第１実施形態に係るマイクロレンズ４７について図５Ａ及び図５Ｂを用いて説明する。図５Ａはマイクロレンズ４７の対辺方向の断面を、図５Ｂはマイクロレンズ４７の対角方向の断面をそれぞれ模式的に示している。
図５Ａと図５Ｂとの対比から明らかなように、第１実施形態に係るマイクロレンズ４７は、横方向（対辺方向）、即ち、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面が、斜め方向（対角方向）、即ち、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高い位置になるように形成されている。
マイクロレンズ４７の横方向の分離性については、図４Ａで説明した場合と同じように、その分離性に問題は無い。一方、マイクロレンズ４７の斜め方向については、上述した焦点距離の関係を満たすことで、斜め方向のレンズ部分の底面が横方向のレンズ部分の底面よりも低い位置になる。このように、横方向、斜め方向のレンズ部分の底面の位置が異なるようにマイクロレンズ４７を形成することで、横方向の良好な分離性を維持した上で、斜め方向の分離性を向上できるため、ＡＦ検出精度が良好となる。
前にも述べたように、マイクロレンズの焦点位置について、撮像用画素２０に対応して形成されるマイクロレンズに関しては、フォトダイオード２１の受光面の位置に合致する（合う）ように形成されることが好ましい。これにより、撮像用画素２０の感度、ひいては、固体撮像装置の感度を向上できる。
ここで、「合致する」とは厳密に合致する（一致する）場合の他、実質的に合致する場合も含む。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
一方、位相差検出用画素４０に対応して形成されるマイクロレンズ４７に関しては、焦点位置が遮光膜４１の位置に合致（一致する）するように形成されることが好ましい。このとき、横方向及び斜め方向の焦点位置が両方共に、遮光膜４１の位置に合致するのが理想的である。
但し、横方向及び斜め方向の焦点位置が両方共に遮光膜４１の位置に必ずしも一致していなくてもよい。すなわち、マイクロレンズの横方向と斜め方向の焦点距離の差が、「同一平面上に形成されたマイクロレンズ」に比べて小さく（短縮して）形成されていればよく、これにより、ＡＦ検出精度の向上を図ることができる。
ここで、「同一平面に形成されたマイクロレンズ」の定義について説明する。同一平面に形成されたマイクロレンズであっても、マイクロレンズをフォトリソグラフィー法で形成する際に、例えば四角形パターンの角をカットしたり、円形パターンのフォトマスクを用いたりすることで、横方向の長さに対して斜め方向の長さを短くし、焦点距離を調整することが可能である。
固体撮像装置におけるマイクロレンズは、その面積を可能な限り拡大することで、固体撮像装置の感度特性が向上する。このため、「同一平面に形成されたマイクロレンズ」とは、その有効面積が、図６に示すように、隣接するマイクロレンズ間で少なくても対辺方向が接触して形成され、８０％以上の有効面積を持つマイクロレンズを言う。ここで、「８０％」とは厳密に８０％の場合の他、実質的に８０％の場合も含む。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
上述したように、位相差検出用画素４０のマイクロレンズ４７を、平面視において実質的に同一面積を有するマイクロレンズに比べて、対辺方向の焦点距離と対角方向の焦点距離との差が小さくなるように形成することにより、ＡＦ検出精度をより向上できる。すなわち、対辺方向の焦点距離と対角方向の焦点距離との差が小さいことで、両方向の焦点位置を共に、瞳分割のための遮光膜４１の位置の近傍に設定できる。これにより、対辺方向及び対角方向の左右の光の分離性が向上するため、位相差検出用画素４０のＡＦ検出精度をより向上できることになる。
［３−１．マイクロレンズの形成方法］
位相差検出用画素４０のマイクロレンズ４７を形成するに当たっては、平面視において実質的に同一面積を有するマイクロレンズに比べて、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の焦点距離と、対角境界部を含む対角境界部近傍の焦点距離との差が小さくなるように形成する。以下に、位相差検出用画素４０のマイクロレンズ４７の形成方法（本開示のマイクロレンズの形成方法）に関して、その具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
図７及び図８は、実施例１に係るマイクロレンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その１、その２）である。
先ず、図７の工程１では、マイクロレンズ母材５１上にポジ型感光性樹脂を、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることによりマイクロレンズパターン５２を形成する。ここで、マイクロレンズ母材５１は、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、それらの共重合系樹脂などから成る。また、ポジ型感光性樹脂は、アクリル系、ノボラック系、スチレン系、それらの共重合系樹脂などを主成分とする樹脂である。
尚、図７の工程１〜工程３において、上側の図は、画素アレイ部の一部の領域の平面図を示している。また、下側の上の図は、上側の平面図のａ−ａ´線に沿った、即ち、マイクロレンズパターン５２の対辺方向（横方向）の断面図である。また、下側の下の図は、上側の平面図のｂ−ｂ´線に沿った、即ち、マイクロレンズパターン５２の対角方向（斜め方向）の断面図である。図８の工程４〜工程６においても、図７の工程１〜工程３と同様である。
次に、図７の工程２では、マイクロレンズパターン５２をその熱軟化点以上の温度での加熱処理によりメルトフローさせてマイクロレンズマスクパターン５３を形成する。この加熱処理は、例えば１４０℃〜２００℃程度の温度にてホットプレート上で行われる。
次に、図７の工程３では、マイクロレンズマスクパターン５３をドライエッチング法にてドライエッチングする。このとき、図示するように、撮像用画素に対応して隣接して形成されたマイクロレンズマスクパターン５３は、対辺方向が接触するように形成され、対角方向にはギャップを有する。
尚、ここで用いられるドライエッチング法に関しては、例えば以下の方法で行い、マイクロレンズマスクパターン５３の層のギャップＷ（図７の工程２を参照）が狭くなるように処理を行うことで、マイクロレンズの有効面積を拡大させる。こうすることによって、固体撮像装置における感度特性の向上を図ることができる。
エッチング処理については、一例として、次の条件の下で行うようにする。例えば、マイクロ波プラズマ型エッチング装置を用いて、マグネトロンパワー；１１００Ｗ、バイアスパワー；４０Ｗ、エッチングガスＡ；ＳＦ6（流量;３０ＳＣＣＭ）、エッチングガスＢ；Ｃ4Ｆ8（流量；１００ＳＣＣＭ）、エッチングガスＣ：Ａｒ（流量；２５ＳＣＣＭ）、電極温度；−３０℃、エッチング室内圧２Ｐａのエッチング条件とする。
エッチング装置については、マイクロ波プラズマ型エッチング装置に限られるものではない。平行平板型ＲＩＥ装置、高圧狭ギャップ型プラズマエッチング装置、ＥＣＲ型エッチング装置、変成器結合プラズマ型エッチング装置、誘導結合プラズマ型エッチング装置、あるいは、ヘリコン波プラズマ型エッチング装置等の他の高密度プラズマ型エッチング装置などを用いることができる。
エッチングガスの種類についても、ＳＦ6、Ｃ4Ｆ8、Ａｒに限られるものではない。ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8、ＣＨ2Ｆ2、ＣＨＦ3等のフロン系ガス単独、または、それらのガス中に、Ｈｅ、Ｎ2ガスなどを添加したものであっても構わない。
次に、図８の工程４では、ドライエッチングにより撮像用画素に形成されたマイクロレンズ間に位相差検出用画素に対応してマイクロレンズを形成するために、フォトリソグラフィー法を用いて、ポジ型感光性樹脂をパターニングすることによりマイクロレンズパターン５４を形成する。
ここで、ポジ型感光性樹脂は、ノボラック系やスチレン系、その共重合系樹脂などを主成分とする樹脂である。位相差検出用画素に対応するマイクロレンズパターン５４を形成するに当たっては、当該マイクロレンズパターン５４が撮像用画素に対応するマイクロレンズマスクパターン５３に接触しないように形成する。
次に、図８の工程５では、位相差検出用画素に対応するマイクロレンズパターン５４を加熱処理によってメルトフローさせて、マイクロレンズマスクパターン５５を形成する。この加熱処理は、例えば１４０℃〜２００℃程度の温度にてホットプレート上で行なわれる。
尚、本加熱処理でメルトフローしたマイクロレンズマスクパターン５５は、撮像用画素に対応するマイクロレンズマスクパターン５３に対して、少なくても対辺方向の一部が接触して形成される。但し、対角方向に隣接した撮像用画素に対応するマイクロレンズマスクパターン５３との間にはギャップが存在する。
このとき、マイクロレンズの横方向の高さｔ0、斜め方向の高さｔ0´は、平面上に形成されるためにほぼ同一となる。ここで、「同一」とは厳密に同一である場合の他、実質的に同一である場合も含む。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
作用としては、マイクロレンズマスクパターン５５の底面は加熱処理により、隣接する撮像用画素に対応して形成されたマイクロレンズパターン５３に移動しながら近づくが、当該マイクロレンズパターン５３の底面に接触した瞬間その移動速度が低下する。温度、時間、処理回数などの加熱条件を適宜調整することにより、実質的にセルフアライメントで形成可能となる。
このようにして、位相差検出用画素に対応するマイクロレンズマスクパターン５５を実質的にセルフアライメントで形成できるため、撮像用画素に対応するマイクロレンズと位相差検出用画素に対応するマイクロレンズの相対的な重ね合わせズレを軽減できる。また、平面視における各マイクロレンズの有効面積が実質的に同一となることから、撮像用画素の感度特性を劣化させること無く、位相差検出用画素に対応するマイクロレンズマスクパターン５５の形成が可能となる。
次に、図８の工程６では、位相差検出用画素に対応するマイクロレンズパターン５６を形成した後、図７の工程３で説明したドライエッチング法によりドライエッチングする。図示するように、位相差検出用画素に対応するマイクロレンズパターン５６は、撮像用画素に対応するマイクロレンズパターン５７に対して横方向及び斜め方向が接触して形成される。
また、図８の工程５に示すように、対角方向にはマイクロレンズパターン間にギャップが存在することで、その部分が深くエッチングされるために、横方向に対して斜め方向におけるマイクロレンズの底面が深く形成される。このように、有効面積が大きく、且つ、横方向と斜め方向の焦点距離が短縮されて近づくことにより、位相差検出用画素の検出感度が向上する。
尚、詳細な説明は省略するが、本実施例１によれば、撮像用画素に対応して形成されたマイクロレンズに関しても、位相差検出用画素に対応して形成されたマイクロレンズと同様にマイクロレンズの横方向と斜め方向のギャップが無く、且つ、横方向と斜め方向の焦点距離が短縮されて近づくことになる。これにより、固体撮像装置の感度特性の向上を図ることができ、また、ＣＣＤ型固体撮像装置（ＣＣＤイメージセンサ）にあっては、スミア特性の向上を図る技術としても有効である。
（実施例２）
図９は、実施例２に係るマイクロレンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図である。
実施例２に係る形成方法は、実施例１に係る形成方法における図７の工程３までは同じである。図７の工程３で示したように、マイクロレンズマスクパターン５３をドライエッチング法にてドライエッチングしたとき、撮像用画素に対応して隣接して形成されたマイクロレンズマスクパターン５３は、対辺方向が接触するように形成され、また、対角方向にはギャップを有する。
実施例２に係る形成方法において、図９の工程１では、対辺方向が接触し、対角方向にギャップを有する撮像用画素に対応して形成されたマイクロレンズマスクパターン５３について、更にドライエッチングを追加することで、斜め方向も接触したマイクロレンズマスクパターンとして形成する。
図中の破線は、画素境界部（画素境界線）を示している。ドライエッチングを追加することにより、図示のように、撮像用画素に対応して形成されたマイクロレンズマスクパターン５３の端部が、撮像用画素が形成されない領域（位相検出用画素のマイクロレンズが形成される領域）の端部に対して画素境界部を超えて形成される。
また、画素境界部を超えて形成される撮像用画素のマイクロレンズマスクパターン５３の断面は、その形状が非対称となる。具体的には、例えば、撮像用画素が形成されない領域の左右に位置する撮像用画素のマイクロレンズマスクパターン５３については、中心を通る縦線に関して非対称な断面形状となる。
特に、図９の工程１において、破線Ａで囲んで示すマイクロレンズマスクパターン５３の底面近傍は非対称性が大きい。また、破線Ｂで囲んで示す、非対称性が大きいレンズ底部の近傍からレンズ頂部の途中までの領域についてはその非対称性がマイクロレンズ底部よりも小さい。
次に、図９の工程２においては、ドライエッチングにより撮像用画素に対応して形成されたマイクロレンズマスクパターン５３間に、位相差検出用画素に対応してマイクロレンズを形成するために、フォトリソグラフィー法を用いてポジ型感光性樹脂をパターニングする。ここで、ポジ型感光性樹脂は、ノボラック系やスチレン系、その共重合系樹脂をなどを主成分とする樹脂である。このとき位相差検出用画素に対応して形成されたマイクロレンズパターン５４は、撮像用画素のマイクロレンズマスクパターン５３に接触して形成される。
次に、図９の工程３では、マイクロレンズパターン５４を加熱処理によりメルトフローさせてマイクロレンズマスクパターン５５を形成する。尚、加熱処理は、例えば１４０℃〜２００℃程度の温度にてホットプレート上で行なわれる。このとき、位相差検出用画素に対応して形成されたマイクロレンズマスクパターン５５は、先述した非対称性の大きな撮像用画素のマイクロレンズマスクパターン５３の底部を含んで接触して（重なって）、且つ、横方向の厚みｔ5よりも、斜め方向の厚みｔ6が厚く形成される。
次に、図９の工程４では、マイクロレンズマスクパターン５５をドライエッチング法にてドライエッチングする。位相差検出用画素に対応して形成されたマイクロレンズマスクパターン５６は、先述した非対称性の大きな撮像用画素のマイクロレンズマスクパターン５７の底部を含んで接触して（重なって）形成されるため、非対称性が小さく、且つ、横方向の厚みｔ7よりも斜め方向の厚みｔ8が厚く形成される。
このように、横方向に対して斜め方向におけるマイクロレンズの底面が深く形成されることにより、撮影用画素と位相差検出用画素に対応して形成されたマイクロレンズの有効面積が大きくなる。更に、横方向と斜め方向の焦点距離が短縮されて近づくことにより、ＡＦ検出感度が向上する。
（実施例３）
図１０及び図１１は、実施例３に係るマイクロレンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その１、その２）である。
先ず、図１０の工程１では、マイクロレンズ母材５１上にポジ型感光性樹脂を、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることによりマイクロレンズパターン５２を形成する。ここで、マイクロレンズ母材５１は、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、それらの共重合系樹脂などから成る。また、ポジ型感光性樹脂は、アクリル系、ノボラック系、スチレン系、それらの共重合系樹脂などを主成分とする樹脂である。
次に、図１０の工程２では、マイクロレンズパターン５２をその熱軟化点以上の温度での加熱処理によってメルトフローさせてマイクロレンズマスクパターン５３を形成する。尚、加熱処理は、例えば１４０℃〜２００℃程度の温度にてホットプレート上で行なわれる。
次に、図１０の工程３では、マイクロレンズマスクパターン５３をドライエッチング法にてドライエッチングする。このとき、図示するように、撮像用画素に対応して隣接して形成されたマイクロレンズマスクパターン５３については対辺方向と対角方向にはギャップが無い。
ドライエッチングにて処理する過程において、図１０の工程２では、マイクロレンズマスクパターン５３の対辺方向に比べて対角方向のギャップが広いため、マイクロレンズマスクパターン５３の対辺方向が接触した際にも、対角方向にはギャップが残っている。マイクロレンズマスクパターン５３の対辺方向の厚さｔ9と対角方向の厚さｔ10の関係はｔ9＜ｔ10となる。
次に、図１１の工程４では、マイクロレンズマスクパターン５３上にアクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ノボラック系、それらの共重合系樹脂などから成るポジ型感光性マイクロレンズ樹脂５８を塗布する。
次に、図１１の工程５では、ポジ型感光性マイクロレンズ樹脂５８をフォトリソグラフィー法にてパターニングする。ここで、ポジ型感光性マイクロレンズ樹脂中に感光剤としてナフトキノンジアジドが含まれた場合、可視光に吸収を持つために紫外線照射を行い、この感光剤を分解して透過率を向上させる（ブリーチング露光）。
次に、図１１の工程６では、ポジ型感光性マイクロレンズ樹脂パターン５９をその熱軟化点以上の温度での加熱処理によりメルトフローさせて、マイクロレンズマスクパターン６０を形成する。尚、加熱処理は、例えば１４０℃〜２００℃程度の温度にてホットプレート上で行なわれる。
このようにすることで、図示したように、位相差検出用画素に対応して形成されたマイクロレンズは、ドライエッチングにより形成されたマイクロレンズマスクパターン５３上に、ポジ型感光性マイクロレンズ樹脂５７により形成されたマイクロレンズマスクパターン５９が重なって形成される。これにより、位相差検出用画素のマイクロレンズ頂部の厚みが厚くなる。
その結果、位相差検出用画素のマイクロレンズの焦点距離が撮像用画素のマイクロレンズよりも短くなり、且つ、対辺中央部を含む対辺境界部近傍の焦点距離と、対角境界部を含む対角境界部近傍の焦点距離の差が短くなるように形成されている。また、撮像用画素のマイクロレンズについても、対辺方向、対角方向にギャップがないことから、撮像用画素の感度特性とＡＦ検出精度を向上できる。
ここで、ポジ型感光性マイクロレンズ樹脂にて重ねて形成されるマイクロレンズのサイズについて、図１２を用いて説明する。
マイクロレンズを図９の工程１において破線で示した画素境界部で囲まれた領域内に形成し、マイクロレンズのサイズについては、単位画素の面積の８０％以上とする。因みに、単位画素領域外で形成した場合は、隣接する撮像用画素に対応して形成されたマイクロレンズに重ねることで、撮像用画素の感度特性が劣化する。サイズ（面積）に関しては、単位画素の面積の８０％以上であると、ＡＦ検出精度に問題が無い。
次に、マイクロレンズの形状について説明する。図１０の工程１においては、撮像用画素と位相差検出用画素に対応して同じ形状、具体的には、平面視で四角形のパターン形状を有するマイクロレンズを形成するとしたが、これに限られない。例えば、位相差検出用画素のマイクロレンズに関しては、図１３に示すように、平面視で円形のパターン形状や多角形のパターン形状を用い、少なくても、対辺方向の一部に、撮像用画素のパターン間と同一のギャップを有していれば良い。
これは次の理由による。すなわち、対辺方向に同一ギャップが存在することで、ドライエッチの過程において対辺方向のギャップが無くなり、更にエッチングを追加することにより、対角方向のギャップが縮小されるようにマイクロレンズの平面視における面積が拡大する。その際に、撮像用画素のマイクロレンズが位相差検出用画素の境界部への進行によるパターンの非対称性を、位相差検出用画素にマイクロレンズマスクパターンが無い場合に比べ軽減できるからである（図９の工程１を参照）。
このようにパターンの非対称性が若干悪化した場合でも、実施例２と同様に位相差検出用画素の領域内に進行した撮像用画素にオーバーラップした状態でポジ型感光性マイクロレンズ樹脂を用いて位相差検出用画素に対応するマイクロレンズを形成すればよい。
（実施例４）
図１４は、実施例４に係るマイクロレンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図である。
実施例４に係るマイクロレンズの形成方法は、位相差検出用画素に対応するマイクロレンズのパターン形状として多角形パターンを用いた形成方法であり、図１４の工程１は図１０の工程３に対応している。それまでの工程は、図１０の工程１及び工程２と同じである。そして、図１４の工程１では、位相差検出用画素に対応するマイクロレンズの形成に多角形マスクを用いる。
次に、図１４の工程２では、マイクロレンズマスクパターン５３上にアクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ノボラック系、それらの共重合系樹脂などから成るポジ型感光性マイクロレンズ樹脂５７を塗布する。
次に、図１４の工程３では、ポジ型感光性マイクロレンズ樹脂５７をフォトリソグラフィー法にてパターニングする。ここで、図中、破線の○で囲って示すように、コーナー部を切り取った多角形パターンを用いることにより、コーナー部にパターニングされた感光性マイクロレンズ樹脂５８の膜厚が、図１１の工程５で示した場合と比べて厚く形成される。
次に、図１４の工程４では、ポジ型感光性マイクロレンズ樹脂パターン５８をその熱軟化点以上の温度での加熱処理によりメルトフローさせて、マイクロレンズマスクパターン５９を形成する。尚、加熱処理は、例えば１４０℃〜２００℃程度の温度にてホットプレート上で行なわれる。
ここで、上述したように、コーナー部にパターニングされた感光性マイクロレンズ樹脂５８の膜厚が厚いため、焦点距離が短縮されたマイクロレンズが形成される。このとき、横方向及び斜め方向は画素境界部を含み、それよりも小さく形成される。また、重ねて形成されたポジ型感光性マイクロレンズ樹脂５９から成るマイクロレンズは、斜め方向に関しては、ドライエッチングで形成されたマイクロレンズを覆うように形成され、その面積は、画素境界部で囲まれた領域内で形成し、且つ、単位画素面積の８０％以上とする（図１２参照）。
以上説明した実施例１乃至実施例４では、撮像用画素に対応するマイクロレンズのアレイ中に１個の位相差検出用画素に対応するマイクロレンズを形成する実施例であったが、これに限られない。例えば、図１５に示すように、位相差検出用画素に対応するマイクロレンズは、横方向に複数個（本例では、２個）並んで形成されてもよい。また、横方向に限らず、縦方向や斜め方向に複数個並んで形成されてもよい。
このように、撮像用画素に対応するマイクロレンズのアレイ中に複数個並んで形成される位相差検出用画素に対応するマイクロレンズの形成方法について、実施例５として以下に説明する。位相差検出用画素に対応するマイクロレンズが、撮像用画素に対応するマイクロレンズのアレイ中に複数個並んで形成される点では、実施例６及び実施例７も同様である。
（実施例５）
図１６は、実施例５に係るマイクロレンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図である。
先ず、図１６の工程１では、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、それらの共重合系樹脂などから成るマイクロレンズ母材上に、アクリル系、ノボラック系、スチレン系、それらの共重合系樹脂などを主成分としたポジ型感光性樹脂を、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングする。しかる後、このパターンをその熱軟化点以上の温度での加熱処理によりメルトフローさせて、マイクロレンズマスクパターンを撮像用画素に対応して形成する。尚、加熱処理は、例えば１４０℃〜２００℃程度の温度にてホットプレート上で行なわれる。
次に、図１６の工程２では、加熱硬化を行った撮像用画素のマイクロレンズマスクパターン上に、アクリル系、ノボラック系、スチレン系、それらの共重合系樹脂などを主成分としたポジ型感光性樹脂を、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングする。しかる後、このポジ型感光性樹脂パターンをその熱軟化点以上の温度での加熱処理によりメルトフローさせて、マイクロレンズマスクパターンを位相差検出用画素に対応して形成する。尚、このときのポジ型感光性樹脂の塗布膜厚は、撮像用画素のマイクロレンズマスクパターンの形成時の塗布膜厚よりも厚く設定される。加熱処理は、例えば１４０℃〜２００℃程度の温度にてホットプレート上で行なわれる。
次に、図１６の工程３では、撮像用画素のマイクロレンズパターンと位相差検出用画素のマイクロレンズマスクパターンとをドライエッチング法にてドライエッチングする。このとき、図示するように、撮像用画素に対応して隣接して形成されたマイクロレンズは対辺方向と対角方向が接触するように形成される。
このように、撮像用画素のマイクロレンズと位相差検出用画素のマイクロレンズは、横方向及び斜め方向が接触して形成されるため、固体撮像装置の感度が高く、ＡＦ検出感度が向上する。また、マイクロレンズの形状に関しては、実施例１で説明したように、横方向に対して斜め方向におけるマイクロレンズの底面が深く形成され、加えて、撮像画素用マイクロレンズマスクパターンの形成時の塗布膜厚より厚く設定される。
このため、位相差検出用画素に対応するマイクロレンズは、撮像用画素に対応するマイクロレンズの焦点位置に比べて、半導体基板上に形成された光電変換部から遠ざかるように、換言すれば、焦点距離が短くなるように形成される。しかも、平面視において実質的に同一面積で形成されたマイクロレンズと比較して、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の焦点距離と、対角境界部を含む対角境界部近傍の焦点距離の差が小さくなるように形成される。
尚、本実施例５に係るマイクロレンズの形成方法は、撮像用画素に対応するマイクロレンズのアレイ中に位相差検出用画素に対応するマイクロレンズを複数個形成する場合に限らず、１個形成する場合にも適用することができる。
（実施例６）
図１７は、実施例６に係るマイクロレンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図である。本実施例６は、図１０及び図１１に示した実施例３に対応している。具体的には、図１７の工程１及び工程２は、図１０の工程２及び工程３にそれぞれ対応している。そして、図１１の工程４乃至工程６に対応する図１７の工程３において、隣接する位相差検出用画素に対応するマイクロレンズを形成する。このとき、融着によるパターン崩れを防ぐために、ポジ型感光性マイクロレンズ樹脂間にはギャップが必要となる。
（実施例７）
図１８は、実施例７に係るマイクロレンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図である。本実施例７は、図１４に示した実施例４、即ち、位相差検出用画素に対応するマイクロレンズのパターン形状が多角形パターンの場合に対応している。具体的には、図１８の工程２は、図１４の工程１に対応している。そして、図１４の工程２乃至工程４に対応する図１８の工程３において、隣接する位相差検出用画素に対応するマイクロレンズを形成する。このとき、融着によるパターン崩れを防ぐために、ポジ型感光性マイクロレンズ樹脂間にはギャップが必要となる。
以上説明した各実施例に係る形成方法によれば、位相差検出用画素４０のマイクロレンズ４７を、平面視において実質的に同一面積を有するマイクロレンズに比べて、対辺方向の焦点距離と対角方向の焦点距離との差が小さくなるように形成できる他、次のような効果を得ることができる。
すなわち、位相差検出用画素４０のマイクロレンズ４７に限らず、撮像用画素２０に対応して形成されるマイクロレンズに関してもその有効面積を拡大することができる。これにより、固体撮像装置の感度やＡＦ検出精度（感度）の最適化を図ることができる。更には、ドライエッチング法によるマイクロレンズの形成時に、断面の非対称性も考慮しつつマイクロレンズを形成することができる。
ところで、マイクロレンズの形成方法に関して、マイクロレンズ材料を加熱により形成する際の融着による未形成部分の発生を抑えるために、マイクロレンズのパターンを市松状に２回に分ける技術が知られている（例えば、特開２００６−６６３１号公報、特開２００９−２６５５３５号公報、特開２０１１−１２９６３８号公報参照）。これらの技術によれば、隣接するマイクロレンズのギャップを無くすように形成できるため、マイクロレンズの集光効率をアップし、固体撮像装置の感度特性の向上を図ることができる。
しかしながら、これらの従来技術は、隣接するマイクロレンズ間の対辺方向のギャップを無くすように形成することが可能であるが、対角方向に隣接するマイクロレンズ間の関係に関しては考慮が為されていない。ここで、市松パターンで形成されるマイクロレンズの対角方向に隣接するマイクロレンズが存在する。
上述したように、加熱されて形成されるマイクロレンズについては、斜め方向に隣接するマイクロレンズ間の融着を防止して、マイクロレンズの未形成部分の発生を抑えるためにマイクロレンズ間のギャップが存在する状態で形成する必要がある。このギャップの存在により、固体撮像装置の感度特性が劣化する。更には、これらの従来技術では、マイクロレンズの形状について、マイクロレンズの画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍と、対角境界部を含む対角境界部近傍の断面における形状コントロールについて考慮が為されていない。
以上では、撮像用画素２０及び位相差検出用画素４０が行列状に２次元配置されて成る画素アレイ部１２の各画素が、平面視で正方形の画素である場合について説明したが、図１９に示すように、平面視で長方形の画素の場合であっても、正方形の画素の場合と同様の作用、効果を得ることができる。尚、図１９では、行方向に長い画素形状を例に示したが、列方向に長い画素形状とすることも可能である。
また、以上では、本実施形態が適用される固体撮像装置として、表面照射型の画素構造のＣＭＯＳイメージセンサを例に挙げて説明したが、本実施形態は、表面照射型の画素構造に限らず、裏面照射型の画素構造のＣＭＯＳイメージセンサにも適用可能である。ここで、「表面照射型の画素構造」とは、配線層が形成される側から入射光を取り込む（光が照射される）画素構造を言う（図３参照）。また、「裏面照射型の画素構造」とは、配線層が形成される側と反対側から入射光を取り込む（光が照射される）画素構造を言う。
［３−２．裏面照射型の画素構造］
ここで、裏面照射型の画素構造の概略について、図２０を用いて説明する。図２０は、裏面照射型の画素構造の一例を示す断面図である。ここでは、２画素分の断面構造を示している。
図２０において、半導体基板１１には、光電変換部であるフォトダイオード２１や画素トランジスタ（図２のトランジスタ２２〜２５）が形成されている。そして、半導体基板１１の一方の面側には、絶縁膜４４を介してカラーフィルタ４５が形成され、更に、当該カラーフィルタ４５の上に平坦化膜４６が、当該平坦化膜４６の上にマイクロレンズ（オンチップレンズ）４７が順に積層されている。
一方、半導体基板１１の他方の面側には、層間絶縁膜４３内に画素トランジスタのゲート電極や金属配線が多層配線されて成る配線層４２が形成されている。そして、層間絶縁膜４３の半導体基板１１と反対側の面には、接着剤６１によって支持基板６２が貼り付けられている。
上記の画素構造において、フォトダイオード２１が形成される半導体基板１１を基準として、配線層４２側を表面側と呼び、配線層４２側と反対側を裏面側と呼ぶこととする。このような定義の下に、本画素構造は、フォトダイオード２１に対して裏面側から光を照射する（入射光を取り込む）ことになるため裏面照射型（裏面入射型）の画素構造ということになる。
この裏面照射型の画素構造によれば、配線層４２が形成されていない面側から入射光を取り込むために、フォトダイオード２１の受光面を考慮して配線層４２の各配線をレイアウトする必要が無い。従って、配線のレイアウトの自由度が高くなるため、表面照射型の画素構造に比べて画素の微細化を図ることができる。しかも、図３との対比からも明らかなように、表面照射型の画素構造に比べて、配線層４２が存在しない分だけフォトダイオード２１とマイクロレンズ４７との間の距離を短く設定できる。
＜４．第２実施形態＞
先述した第１実施形態では、位相差検出用画素４０のマイクロレンズ４７に関して、平面視において実質的に同一面積を有するマイクロレンズに比べて、対辺方向の焦点距離と対角方向の焦点距離との差が小さいことを特徴としている。この特徴を有する第１実施形態に係るマイクロレンズ４７を備える画素構造において、第２実施形態では、マイクロレンズ４７と遮光膜４１との間に、マイクロレンズ４７の焦点距離を調整する補助レンズを有することを特徴としている。
補助レンズは、位相差検出用画素４０のマイクロレンズ４７の焦点距離が短くなる方向に当該マイクロレンズ４７の焦点距離を調整する。この補助レンズを用いる第２実施形態については、第１実施形態の場合と同様に、図３に示した表面照射型の画素構造にも適用可能であるし、図２０に示した裏面照射型の画素構造にも適用可能である。
補助レンズについては、平面視における中点を中心として円周方向の断面の曲率半径が、円周方向の位置によらず等しい構成とすることができる。ここで、「等しい」とは、厳密に等しい場合の他、実質的に等しい場合も含む。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
また、補助レンズについては、マイクロレンズ４７の下の層内に形成された、所謂、層内レンズ（インナーレンズ）とすることができる。この層内レンズについては、遮光膜４１側に凸状の形状を有する、所謂、下凸層内レンズとすることもできるし、マイクロレンズ４７側に凸状の形状を有する、所謂、上凸層内レンズとすることもできる。
このように、位相差検出用画素４０に関して、マイクロレンズ４７と遮光膜４１との間に補助レンズを設け、マイクロレンズ４７の焦点距離が短くなる方向に調整することで、次のような作用、効果を得ることができる。すなわち、撮像用画素２０についてフォトダイオード２１に合焦させた上で、位相差検出用画素４０については遮光膜４１に合焦させることができる。尚、以下では、位相差検出用画素４０のマイクロレンズ４７及び撮像用画素２０のマイクロレンズ（後述するマイクロレンズ６４）を「トップレンズ」と総称する場合がある。
また、マイクロレンズ４７の焦点距離を縮めることができるため、フォトダイオード２１の受光面とトップレンズの底部との間の膜厚を薄くする、所謂、固体撮像装置における断面の低背化を図ることができる。ここで、表面照射型の画素構造の場合は、入射光を取り込む側に配線層が存在するため低背化を図るにも限界がある。これに対して、裏面照射型の画素構造の場合は、入射光を取り込む側に配線層が存在しないため、補助レンズを設ける第２実施形態に係る技術は、低背化を図る上で、表面照射型の画素構造に比べてより効果的である。
ここで、下凸層内レンズ及び上凸層内レンズの構造例について、図面を用いて具体的に説明する。ここでは、図２０に示した裏面照射型の画素構造に適用する場合を例に挙げて説明するものとする。
［４−１．下凸層内レンズ］
図２１は、カラーフィルタ上に形成された下凸層内レンズを有する画素構造を示す断面図である。ここでは、互いに隣接する、撮像用画素２０及び位相差検出用画素４０の２画素分の断面構造を示している。
図２１に示すように、位相差検出用画素４０に対してのみ、瞳分割された光の一方を通過する開口部４１Aを有する遮光膜４１が形成され、更に、カラーフィルタ４５の上の平坦化膜４６内に下凸層内レンズ６３Aが形成されている。尚、遮光膜４１は、単位画素に対応して形成され、画素間を遮光する遮光膜も兼ねている。遮光膜４１の凹凸は、平坦化膜４８によって平坦化されている。
下凸層内レンズ６３Aは、図２２に示すように、好ましくは平面視で円形の形状にて、平面視における中点を中心として円周方向の断面の曲率半径ｒが、円周方向の位置によらず等しくなるように形成される。このとき、下凸層内レンズ６３Aは、マイクロレンズ４７と同一の材料で当該マイクロレンズ４７と一体的に形成されるのが好ましい。下凸層内レンズ６３Aは、位相差検出用画素４０のマイクロレンズ４７の焦点距離が短くなる方向に当該マイクロレンズ４７の焦点距離を調整する。
ここで、下凸層内レンズ６３Aは、断面視においてマイクロレンズ４７よりも幅が狭くなるように形成される。より具体的には、図２３に示すように、断面視において、マイクロレンズ４７の幅をＷtop、下凸層内レンズ６３Aの幅をＷinnerとするとき、Ｗtop＞Ｗinnerとなるようにレンズの幅が設定される。Ｗtop＞Ｗinnerとなるように下凸層内レンズ６３Aを形成するのは、マイクロレンズ４７により光束が絞られた位置に下凸層内レンズ６３Aが形成されるためである。
上述したように、位相差検出用画素４０に対して、マイクロレンズ４７の焦点距離を短くなる方向に調整する下凸層内レンズ６３Aを設けることで、フォトダイオード２１の受光面とトップレンズ（４７，６４）の底部との間の膜厚に関して、固体撮像装置の断面における低背化を図ることができる。また、下凸層内レンズ６３Aをマイクロレンズ４７と同一の材料で当該マイクロレンズ４７と一体的に形成することで、別々に形成する場合に比べて工程数を削減できるとともに、より低背化できる利点がある。
下凸層内レンズ６３Aを有する画素構造において、マイクロレンズ４７を通過した光は、図２１に破線で示すように、下凸層内レンズ６３Aを通過することによって遮光膜４１上に収束する。因みに、撮像用画素２０のマイクロレンズ６４を通過した光は、図２１に破線で示すように、フォトダイオード２１に収束することになる。
尚、本例では、下凸層内レンズ６３Aをマイクロレンズ４７の下の平坦化膜４６内に形成するに当たって、カラーフィルタ４５の上の平坦化膜４６内に形成する構成を例に挙げて説明したが、図２４に示すように、カラーフィルタ４５の下の平坦化膜４６内に形成する構成を採ることも可能である。
［４−２．上凸層内レンズ］
図２５は、カラーフィルタ上に形成された上凸層内レンズを有する画素構造を示す断面図である。ここでは、互いに隣接する、撮像用画素２０及び位相差検出用画素４０の２画素分の断面構造を示している。
図２５に示すように、位相差検出用画素４０に対してのみ、瞳分割された光の一方を通過する開口部４１Aを有する遮光膜４１が形成され、更に、カラーフィルタ４５の上の平坦化膜４６内に上凸層内レンズ６３Bが形成されている。尚、遮光膜４１は、単位画素に対応して形成され、画素間を遮光する遮光膜も兼ねている。遮光膜４１の凹凸は、平坦化膜４８によって平坦化されている。
上凸層内レンズ６３Bは、図２６に示すように、好ましくは平面視で円形の形状にて、平面視における中点を中心として円周方向の断面の曲率半径ｒが、円周方向の位置によらず等しくなるように形成される。このとき、上凸層内レンズ６３Bは、マイクロレンズ４７と同一の材料で形成されるのが好ましい。上凸層内レンズ６３Bは、位相差検出用画素４０のマイクロレンズ４７の焦点距離が短くなる方向に当該マイクロレンズ４７の焦点距離を調整する。
ここで、上凸層内レンズ６３Bは、断面視においてマイクロレンズ４７よりも幅が狭くなるように形成される。より具体的には、図２７に示すように、断面視において、マイクロレンズ４７の幅をＷtop、上凸層内レンズ６３Bの幅をＷinnerとするとき、Ｗtop＞Ｗinnerとなるようにレンズの幅が設定される。Ｗtop＞Ｗinnerとなるように上凸層内レンズ６３Bを形成するのは、下凸層内レンズ６３Aの場合と同様に、マイクロレンズ４７により光束が絞られた位置に上凸層内レンズ６３Bが形成されるためである。
上述したように、位相差検出用画素４０に対して、マイクロレンズ４７の焦点距離を短くなる方向に調整する上凸層内レンズ６３Bを設けることで、フォトダイオード２１の受光面とトップレンズ（４７，６４）の底部との間の膜厚に関して、イメージセンサの断面における低背化を図ることができる。
上凸層内レンズ６３Bを有する画素構造において、マイクロレンズ４７を通過した光は、図２５に破線で示すように、上凸層内レンズ６３Bを通過することによって遮光膜４１上に収束する。因みに、撮像用画素２０のマイクロレンズ６４を通過した光は、図２５に破線で示すように、フォトダイオード２１に収束することになる。
尚、本例では、カラーフィルタ４５の上の平坦化膜４６内に形成する構成を例に挙げて説明したが、下凸層内レンズ６３Aの場合と同様に、図２８に示すように、カラーフィルタ４５の下の平坦化膜４６内に形成する構成を採ることも可能である。
［４−３．補助レンズの形成方法］
下凸層内レンズ６３Aや上凸層内レンズ６３Bを形成するに当たっては、好ましくは平面視で円形の形状にて、平面視における中点を中心として円周方向の断面の曲率半径ｒが、円周方向の位置によらず等しくなるように形成する。以下に、下凸層内レンズ６３A及び上凸層内レンズ６３Bの形成方法に関して、その具体的な実施例について説明する。
（実施例８）
図２９、図３０、及び、図３１は、実施例８に係る下凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その１、その２、及び、その３）である。本実施例８は、下凸層内レンズ６３Aをカラーフィルタ４５の上に形成する場合の形成方法の一例である。
先ず、図２９の工程１では、単位画素に対応して形成された遮光膜４１の凹凸をアクリル系樹脂を用いて平坦化し、しかる後、平坦化膜４８上にカラーフィルタ４５を形成する。ここでは、赤、緑のカラーフィルタ４５R，４５Gのみを図示している。尚、位相差検出用画素４０上にはカラーフィルタ４５を形成しなくてもよい。
次に、図２９の工程２では、カラーフィルタ４５上にアクリル系樹脂（ｎ＝１．５)、シロキサン系樹脂（ｎ＝１．４２〜１．４５)、又それらの樹脂の低屈折率化のために、樹脂側鎖にフッ素含有基を導入した樹脂（ｎ＝１．４０〜１．４４)、中空シリカ粒子を添加した樹脂（ｎ＝１．３０〜１．３９)をスピンコートにより形成する。
次に、図２９の工程３では、スピンコートした樹脂７１上にノボラック樹脂を主成分としたポジ型フォトレジスト７２を公知のフォトリソグラフィー法により、位相差検出用画素４０に対応して平面視で円形のホール状のパターンとして形成する。ここで、「円形」とは、厳密に円形の場合の他、実質的に円形の場合も含む。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
次に、図２９の工程４では、フォトレジスト７２をマスクとし、酸素を主成分としたガスを用いて等方性ドライエッチングを行なう。等方性ドライエッチングを行なうことで、画素の対辺方向と対角方向を含み、平面視における中点を中心として円周方向の断面の曲率半径が、円周方向の位置によらず等しい下凸層内レンズ６３Aの型７３が形成される。ここで、「等しい」とは、厳密に等しい場合の他、実質的に等しい場合も含む。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
ドライエッチングの終了後、不要になったフォトレジスト７２を除去する。尚、本下凸層内レンズ６３Aは、平面視における画素全面をカバーしていないが、その上部にマイクロレンズ４７が存在し、光が絞られた状態で入射することから、画素全面をカバーしなくてもよい。このことについては、図２３を用いて説明した通りである。
次に、図３０の工程５では、下凸層内レンズ６３Aの型７３を形成した平坦化膜７１上に、下凸層内レンズ６３Aの型材よりも屈折率の高い樹脂７４をスピンコートにより形成する。これにより、下凸層内レンズ６３Aが形成される。スピンコートされた樹脂７４はその表面が実質的に平坦に形成される。平坦に形成されると、続いて行なうマイクロレンズ形成用のフォトレジストパターンが精度よく形成される。
この樹脂７４としては高屈折率化を目的に金属酸化物粒子を添加した材料を用いる。ここで用いられる金属酸化微粒子としては、例えば、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化錫などが挙げることができ、少なくても下凸層内レンズ６３Aの型材よりも屈折率が大きく調整された材料が用いられる。
次に、図３０の工程６では、高屈折率の樹脂７４上に、ノボラック樹脂を主成分としたポジ型フォトレジストのパターンを撮像用画素２０及び位相差検出用画素４０に対応して形成し、熱軟化点以上の温度にて熱処理を行って、レンズ形状のフォトレジスト７５を得る。このとき、両画素２０，４０に対応して形成されるパターンは同一とする。ここで、「同一」とは厳密に同一の場合の他、実質的に同一の場合も含む。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
次に、図３１の工程７では、レンズ形状のフォトレジスト７５をマスクとして、全面エッチバックを行なう。このときのエッチング処理に関して、プラズマ生成装置としては、ＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)装置、ＣＣＰ(Capacitively Coupled Plasma)装置、ＴＣＰ(Transformer Coupled Plasma)装置、マグネトロンＲＩＥ(Reactive Ion Etching)装置、ＥＣＲ(Electron Cyclotron Resonance)装置などの装置を用いる。そして、ＣＦ4や、Ｃ4Ｆ8などのフロロカーボンガス系のガスを主成分として用いて、温度、圧力などを適宜調整することによってマイクロレンズが形成される。
ドライエッチング後に各マイクロレンズ４７，６４間にギャップがある場合、図３１の工程８において、そのギャップを埋めるように、例えばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法により、補助膜７６の成膜が行なわれる。補助膜７６の膜種としては、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン酸化膜などを例示することができる。これらの膜については、高屈折率の樹脂７４から成るマイクロレンズ４７，６４のギャップを埋める効果に加え、反射防止膜としての機能を持たせるようにしても構わない。
（実施例９）
図３２、図３３、及び、図３４は、実施例９に係る下凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その１、その２、及び、その３）である。本実施例９は、下凸層内レンズ６３Aをカラーフィルタ４５の下に形成する場合の形成方法の一例である。
先ず、図３２の工程１では、単位画素に対応して形成された遮光膜４１の凹凸を、アクリル系樹脂を用いて平坦化膜４８を形成することによって平坦化する。
次に、図３２の工程２では、平坦化膜４８上にアクリル系樹脂（ｎ＝１．５)、シロキサン系樹脂（ｎ＝１．４２〜１．４５)、又それらの樹脂の低屈折率化のために、樹脂側鎖にフッ素含有基を導入した樹脂（ｎ＝１．４０〜１．４４)、中空シリカ粒子を添加した樹脂（ｎ＝１．３０〜１．３９)をスピンコートにより形成する。尚、本樹脂７１の材料については、後述するカラーフィルタ上の平坦化膜４６の材料と兼ねるようにしてもよい。
次に、図３２の工程３では、スピンコートした樹脂７１上にノボラック樹脂を主成分としたポジ型フォトレジスト７２を公知のフォトリソグラフィー法により、位相差検出用画素４０に対応して平面視円形のホール状のパターンとして形成する。ここで、「円形」とは、厳密に円形の場合の他、実質的に円形の場合も含む。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
次に、図３２の工程４では、フォトレジスト７２をマスクとし、酸素を主成分としたガスを用いて等方性ドライエッチングを行なう。等方性ドライエッチングを行なうことで、画素の対辺方向と対角方向を含み、平面視における中点を中心として円周方向の断面の曲率半径が、円周方向の位置によらず等しい下凸層内レンズ６３Aの型７３が形成される。ここで、「等しい」とは、厳密に等しい場合の他、実質的に等しい場合も含む。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。ドライエッチ終了後、不要になったフォトレジスト７２を除去する。
次に、図３３の工程５では、下凸層内レンズ６３Aの型７３を形成した平坦化膜７１上に、下凸層内レンズ６３Aの型材よりも屈折率の高い樹脂７４をスピンコートにより形成する。この樹脂７４としては、高屈折率化を目的に金属酸化物粒子を添加した材料を用いる。ここで用いられる金属酸化微粒子としては、例えば、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化錫などが挙げることができ、少なくても下凸層内レンズ６３Aの型材よりも屈折率が大きく調整された材料が用いられる。ここで、金属酸化微粒子の屈折率は、１．８５〜１．９５程度に調整される。
次に、図３３の工程６では、高屈折率の樹脂７４上にカラーフィルタ４５を形成する。ここでは、赤、緑のカラーフィルタ４５R，４５Gのみを図示している。尚、位相差検出用画素４０上にはカラーフィルタ４５を形成しなくてもよい。
次に、図３３の工程７では、カラーフィルタ４５の上に、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂とスチレン系樹脂の共重合系樹脂にて平坦化膜４６を形成し、カラーフィルタ４５の上の凹凸の平坦化を図る。
次に、図３４の工程８では、平坦化膜４６上に、ノボラック樹脂を主成分としたポジ型フォトレジストのパターンを、撮像用画素２０及び位相差検出用画素４０に対応して形成し、熱軟化点以上の温度にて熱処理を行ってレンズ形状のフォトレジスト７７を得る。
次に、図３４の工程９では、レンズ形状を有したフォトレジスト７７をマスクとして、全面エッチバックを行う。このときのエッチング処理に関して、プラズマ生成装置としては、ＩＣＰ装置、ＣＣＰ装置、ＴＣＰ装置、マグネトロンＲＩＥ装置、ＥＣＲ装置などの装置を用いる。そして、ＣＦ4や、Ｃ4Ｆ8などのフロロカーボンガス系のガスを主成分として用いて、温度、圧力などを適宜調整することによってマイクロレンズ４７，６７が形成される。
（実施例１０）
次に、実施例９の変形例を実施例１０として説明する。図３５は、実施例１０に係る下凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れの一部を示す工程図である。本実施例１０では、平坦化膜４８についての一つの形成法について示している。
先ず、図３５の工程１で単位画素に対応して遮光膜４１を形成し、次いで、図３５の工程２でプラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ）７８を形成する。次に、図３５の工程３では、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)法により平坦化処理を行い、平坦化膜４８を形成する。この平坦化膜４８を形成した状態は、実施例９の図３２の工程１の処理後の状態に相当する。そして、実施例１０の工程３以降のプロセスは、実施例９の工程２からのプロセスと同じプロセスとなる。
以上説明した、下凸層内レンズ６３Aの形成方法において、実施例８の工程３及び実施例９の工程３での平面視円形のホール状のパターンを形成するときのレジストパターンは平面視で円形状に形成される。ここで、「円形状」とは、厳密に円形状の場合の他、実質的に円形状の場合も含む。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
円形状のレジストパターンについては、図３６に示した円形もしくは八角形などの多角形のクロム（Ｃｒ）抜きの形状を有するフォトマスクを用いることによって形成することができる。図３６において、斜線の領域がクロム、白抜きの領域がガラスである。
（実施例１１）
図３７、図３８、及び、図３９は、実施例１１に係る上凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その１、その２、及び、その３）である。本実施例１１は、上凸層内レンズ６３Bをカラーフィルタ４５の上に形成する場合の形成方法の一例である。
先ず、図３７の工程１では、単位画素に対応して形成された遮光膜４１の凹凸をアクリル系樹脂を用いて平坦化し、しかる後、平坦化膜４８上にカラーフィルタ４５を形成する。ここでは、赤、緑のカラーフィルタ４５R，４５Gのみを図示している。尚、位相差検出用画素４０上にはカラーフィルタ４５を形成しなくてもよい。
次に、図３７の工程２では、カラーフィルタ４５の上に、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂とスチレン系樹脂の共重合系樹脂にて平坦化膜４６を形成し、カラーフィルタ４５上の平坦化を図る。
次に、図３７の工程３では、カラーフィルタ４５上の平坦化膜４６の上に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜（ＳｉＮ）７９を形成する。カラーフィルタ４５を含む有機膜の耐熱性（熱による黄変など）等を考慮して、例えば１８０℃〜２２０℃程度の成膜温度にてシリコン窒化膜７９を形成するのが好ましい。形成されたシリコン窒化膜７９の屈折率は、１．８５〜１．９５程度に調整される。
また、シリコン窒化膜７９の代わりに高屈折率の樹脂を用いてもよい。この高屈折率の樹脂としては、高屈折率化を目的として金属酸化物粒子を添加した材料を用いる。金属酸化物粒子としては、例えば、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化錫などを例示することができる。また、金属酸化物粒子の屈折率は、シリコン窒化膜７９と同様に、１．８５〜１．９５程度に調整される。シリコン窒化膜７９の代わりに樹脂を用いることにより、当該樹脂をスピンコーティングで形成できることから、樹脂表面が実質的に平坦に形成される。
次に、図３７の工程４では、シリコン窒化膜７９（または、高屈折率の樹脂）の上に、ノボラック樹脂を主成分としたポジ型フォトレジストのパターンを位相差検出用画素４０に対応して形成し、熱軟化点以上の熱処理を行ってレンズ形状のフォトレジスト８０を得る。
次に、図３８の工程５では、レンズ形状のフォトレジスト形状８０をマスクとして、全面エッチバックを行なう。このときのエッチング処理に関して、プラズマ生成装置としては、ＩＣＰ装置、ＣＣＰ装置、ＴＣＰ装置、マグネトロンＲＩＥ装置、ＥＣＲ装置などの装置を用いる。そして、ＣＦ4や、Ｃ4Ｆ8などのフロロカーボンガス系のガスを主成分として用いて、温度、圧力などを適宜調整することによって上凸層内レンズ６３Bが形成される。
次に、図３８の工程６では、上凸層内レンズ６３Bのレンズ材よりも屈折率の低い樹脂（低屈折率の樹脂）８１を形成する。この低屈折率の樹脂８１は、例えば、アクリル系樹脂（ｎ＝１．５)、シロキサン系樹脂（ｎ＝１．４２〜１．４５)、又それらの樹脂の低屈折率化のために、樹脂側鎖にフッ素含有基を導入した樹脂（ｎ＝１．４０〜１．４４)、中空シリカ粒子を添加した樹脂（ｎ＝１．３０〜１．３９)である。
尚、図示しないが、上凸層内レンズ６３Bと低屈折率の樹脂８１との界面に、その屈折率が両者の間となる材料（屈折率：上凸層内レンズ６３B＞低屈折率の樹脂８１）のシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）を、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて形成してもよい。このとき、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）は反射防止膜として作用する。
次に、図３８の工程７では、低屈折率の樹脂８１の上に、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂とスチレン系樹脂の共重合系樹脂にて高屈折率の樹脂８２を形成する。
次に、図３９の工程８では、高屈折率の樹脂８２の上に、ノボラック樹脂を主成分としたポジ型フォトレジストのパターンを、撮像用画素２０及び位相差検出用画素４０に対応して形成し、熱軟化点以上の温度にて熱処理を行ってレンズ形状のフォトレジスト７７を得る。
次に、図３９の工程９では、レンズ形状を有したフォトレジスト７７をマスクとして、全面エッチバックを行う。このときのエッチング処理に関して、プラズマ生成装置としては、ＩＣＰ装置、ＣＣＰ装置、ＴＣＰ装置、マグネトロンＲＩＥ装置、ＥＣＲ装置などの装置を用いる。そして、ＣＦ4や、Ｃ4Ｆ8などのフロロカーボンガス系のガスを主成分として用いて、温度、圧力などを適宜調整することによってマイクロレンズ４７，６７が形成される。
（実施例１２）
図４０、図４１、及び、図４２は、実施例１２に係る上凸層内レンズの形成方法のプロセスの流れを示す工程図（その１、その２、及び、その３）である。本実施例１２は、上凸層内レンズ６３Bをカラーフィルタ４５の下に形成する場合の形成方法の一例である。
先ず、図４０の工程１では、単位画素に対応して形成された遮光膜４１の凹凸を、アクリル系樹脂を用いて平坦化膜４８を形成することによって平坦化する。尚、平坦化膜４８については、実施例１０に係る形成法にて形成するようにしても構わない。
次に、図４０の工程２では、平坦化膜４８上にプラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜（ＳｉＮ）７９を形成する。このとき、平坦化膜４８としてアクリル系樹脂が選択された場合、樹脂の耐熱性（熱による黄変など）等を考慮して、例えば１８０℃〜２２０℃程度の成膜温度にてシリコン窒化膜７９を形成するのが好ましい。形成されたシリコン窒化膜７９の屈折率は、１．８５〜１．９５程度に調整される。また、平坦化膜４８としてプラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜が形成された場合、シリコン窒化膜７９については、例えば３００℃〜３５０℃程度の成膜温度にて形成可能である。
また、シリコン窒化膜７９の代わりに、高屈折率の樹脂を用いてもよい。この高屈折率の樹脂としては、高屈折率化を目的として金属酸化物粒子を添加した材料を用いる。金属酸化物粒子としては、例えば、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化錫などを例示することができる。また、金属酸化物粒子の屈折率は、シリコン窒化膜７９と同様に、１．８５〜１．９５程度に調整される。シリコン窒化膜７９の代わりに樹脂を用いることにより、当該樹脂をスピンコーティングで形成できることから、膜厚条件等の適正化により（形成後の表面が実質的に平坦であれば）、工程１で形成される平坦化膜４８を除いても構わない。
次に、図４０の工程３では、シリコン窒化膜７９（または、高屈折率の樹脂）の上に、ノボラック樹脂を主成分としたポジ型フォトレジストを位相差検出用画素４０に対応して形成し、熱軟化点以上の温度にて熱処理を行うことによってレンズ形状のフォトレジスト８０を得る。
次に、図４０の工程４では、レンズ形状のフォトレジスト８０をマスクとして、全面エッチバックを行なう。このときのエッチング処理に関して、プラズマ生成装置としては、ＩＣＰ装置、ＣＣＰ装置、ＴＣＰ装置、マグネトロンＲＩＥ装置、ＥＣＲ装置などの装置を用いる。そして、ＣＦ4や、Ｃ4Ｆ8などのフロロカーボンガス系のガスを主成分として用いて、温度、圧力などを適宜調整することによって上凸層内レンズ６３Bが形成される。
次に、図４１の工程５では、上凸層内レンズ６３Bのレンズ材よりも屈折率の低い樹脂（低屈折率の樹脂）８１を形成する。この低屈折率の樹脂８１は、例えば、アクリル系樹脂（ｎ＝１．５)、シロキサン系樹脂（ｎ＝１．４２〜１．４５)、又それらの樹脂の低屈折率化のために、樹脂側鎖にフッ素含有基を導入した樹脂（ｎ＝１．４０〜１．４４)、中空シリカ粒子を添加した樹脂（ｎ＝１．３０〜１．３９)である。
尚、図示しないが、上凸層内レンズ６３Bと低屈折率の樹脂８１との界面に、その屈折率が両者の間となる材料（屈折率：上凸層内レンズ６３B＞低屈折率の樹脂８１）のシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）を、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて形成してもよい。このとき、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）は、反射防止膜として作用する。
次に、図４１の工程６では、低屈折率の樹脂８１の上にカラーフィルタ４５を形成する。ここでは、赤、緑のカラーフィルタ４５R，４５Gのみを図示している。尚、位相差検出用画素４０上にはカラーフィルタ４５を形成しなくてもよい。
次に、図４１の工程７では、カラーフィルタ４５の上に、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂とスチレン系樹脂の共重合系樹脂にて平坦化膜４６を形成し、カラーフィルタ４５の上の凹凸の平坦化を図る。
次に、図４２の工程８では、平坦化膜４６上に、ノボラック樹脂を主成分としたポジ型フォトレジストのパターンを、撮像用画素２０及び位相差検出用画素４０に対応して形成し、熱軟化点以上の温度にて熱処理を行ってレンズ形状のフォトレジスト７７を得る。
次に、図４２の工程９では、レンズ形状を有したフォトレジスト７７をマスクとして、全面エッチバックを行う。このときのエッチング処理に関して、プラズマ生成装置としては、ＩＣＰ装置、ＣＣＰ装置、ＴＣＰ装置、マグネトロンＲＩＥ装置、ＥＣＲ装置などの装置を用いる。そして、ＣＦ4や、Ｃ4Ｆ8などのフロロカーボンガス系のガスを主成分として用いて、温度、圧力などを適宜調整することによってマイクロレンズ４７，６７が形成される。
以上説明した、上凸層内レンズ６３Bの形成方法において、実施例１１の工程４及び実施例１２の工程３での平面視円形のホール状のパターンを形成するときのレジストパターンは平面視で円形状に形成される。ここで、「円形状」とは、厳密に円形状の場合の他、実質的に円形状の場合も含む。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
円形状のレジストパターンについては、図４３に示した円形もしくは八角形などの多角形のクロム（Ｃｒ）残しの形状を有するフォトマスクを用いることによって形成することができる。図４３において、斜線の領域がクロム、白抜きの領域がガラスである。
［４−４．変形例］
ところで、位相差検出用画素４０は、例えば図４４に示すように、画素アレイ部（受光領域）１２内において散在して形成される。位相差検出用画素４０が散在して形成された場合、先述したように、位相差検出用画素４０の補助レンズ（下凸層内レンズ６３A／上凸層内レンズ６３B）上に高屈折率の樹脂７４や低屈折率の樹脂８１をスピンコートにより形成した際に、補助レンズを起点とした塗布ムラが生じる。この塗布ムラは、固体撮像装置における画質の劣化を招く。
そこで、本変形例（第２実施形態の変形例）では、補助レンズ（下凸層内レンズ６３A／上凸層内レンズ６３B）を位相差検出用画素４０のみならず、撮像用画素２０に対しても形成する構成を採るようにする。かかる構成を採ることで、位相差検出用画素４０が散在して形成されても、下凸層内レンズ６３Aまたは上凸層内レンズ６３Bの上に高屈折率の樹脂７４や低屈折率の樹脂８１をスピンコートにより形成した際に生じる塗布ムラを無くすことができる。
因みに、低背化を図る上で、上凸層内レンズ６３Bよりも下凸層内レンズ６３Aの方が有利であるが、画素サイズが例えば３μｍ□以上の比較的大きな固体撮像装置であれば、上凸層内レンズ６３Bの形成によって若干高背化しても、特性的に問題とならない。
従って、本変形例に係る技術、即ち、補助レンズを位相差検出用画素４０のみならず、撮像用画素２０に対しても形成するという技術は、補助レンズが下凸層内レンズ６３Aの場合にも、上凸層内レンズ６３Bの場合にも適用できる。図４５に、補助レンズとして下凸層内レンズを用いる場合の本変形例に係る画素構造の断面を、図４６に、補助レンズとして上凸層内レンズを用いる場合の本変形例に係る画素構造の断面をそれぞれ示す。
また、下凸層内レンズ６３Aまたは上凸層内レンズ６３Bを位相差検出用画素４０及び撮像用画素２０の双方に形成することで、次のような作用、効果を得ることもできる。この作用、効果について、図４７及び図４８を用いて説明する。
図４７は、イメージセンサに入射する光（入射光）と、画素アレイ部における中央部画素及び外周部画素との関係を示す模式図である。図４７に示すように、イメージセンサ１０にはカメラセットレンズ９０を通して入射光が入射する訳であるが、画素アレイ部１２の中央部画素２０Aには垂直に光が入射するのに対して、外周部画素２０Bには斜めに光が入射する。
従って、外周部画素２０Bの画素構造が中央部画素２０Aの画素構造と同じであると、斜め入射光の一部をフォトダイオード２１に集光できなくなる。そのため、トップレンズ（マイクロレンズ４７，６４）やカラーフィルタ４５などを、斜め入射光の角度や外周部画素２０Bの位置などに応じてシフトさせる手法が採られる。
図４８は、図４７における外周部画素２０BのＸ−Ｘ´線に沿った矢視断面図である。図４８において、ａは単位画素（撮像用画素２０及び位相差検出用画素４０）の中心を、ｂは上凸層内レンズ６３Bの中心を、ｃはカラーフィルタ４５の中心を、ｄはトップレンズ（マイクロレンズ４７，６４）の中心をそれぞれ表わしている。
図４７中の矢印は、図４８における単位画素の中心ａを基準として、上凸層内レンズ６３B、カラーフィルタ４５、及び、トップレンズ（マイクロレンズ４７，６４）のシフト方向及び相対的なシフト量を示している。ここでのシフト量の関係は、次の通りである。
上凸層内レンズ＜カラーフィルタ＜トップレンズ
また、ここでの各部材のシフトについては、少なくても、トップレンズ（マイクロレンズ４７，６４）に関してはシフトさせる必要があり、カラーフィルタ４５や上凸層内レンズ６３Bに関しては、カメラセットレンズ９０からイメージセンサ１０へ入射する光線の角度特性に応じて適宜調整するようにすればよい。尚、ここでは、上凸層内レンズ６３Bを有する画素構造について説明したが、下凸層内レンズ６３Aを有する画素構造の場合も同様である。
そして、位相差検出用画素４０及び撮像用画素２０を共に、補助レンズ（下凸層内レンズ６３Aまたは上凸層内レンズ６３B）を有する画素構造とすることで、外周部画素２０Bにおいて、補助レンズを持たない画素構造に比べて、斜め入射光をフォトダイオード２１により確実に集光させることができる。その結果、シェーディング特性をより優れたものとすることが可能となる。
＜５．電子機器＞
本開示は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、携帯電話機等の撮像機能を有する携帯端末装置など、撮像部（画像取込部）に固体撮像装置を用いる、瞳分割型位相差検出方式を採用する電子機器全般に対して適用可能である。
［撮像装置］
図４９は、本開示の電子機器の一例である撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。
図４９に示すように、本開示の撮像装置１００は、撮像レンズ１０１等を含む光学系、撮像素子１０２、カメラ信号処理部であるＤＳＰ(Digital Signal Processor)回路１０３、フレームメモリ１０４、表示装置１０５、記録装置１０６、操作系１０７、及び、電源系１０８等を有している。そして、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示装置１０５、記録装置１０６、操作系１０７、及び、電源系１０８がバスライン１０９を介して相互に通信可能に接続された構成となっている。
撮像レンズ１０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで撮像素子１０２の撮像面上に結像する。撮像素子１０２は、撮像レンズ１０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この撮像素子１０２として、位相差検出用画素を備える先述した第１、第２実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサを用いることができる。
表示装置１０５は、液晶表示装置や有機ＥＬ(electro luminescence)表示装置等のパネル型表示装置から成り、撮像素子１０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置１０６は、撮像素子１０２で撮像された動画または静止画を、メモリカード、ビデオテープ、ＤＶＤ(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。
操作系１０７は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系１０８は、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示装置１０５、記録装置１０６、及び、操作系１０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
本開示の撮像装置１００は更に、撮像レンズ１０１をその光軸方向において駆動するレンズ駆動部１１０を備えている。このレンズ駆動部１１０は撮像レンズ１０１と共に、焦点の調節を行うフォーカス機構を構成している。そして、本開示の撮像装置１００は、システムコントローラ１１１により、当該フォーカス機構の制御や、上記の各構成要素の制御など、種々の制御が行われる。
フォーカス機構の制御に関しては、先述した第１、第２実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサにおける位相差検出用画素から出力される位相差検出信号に基づいて、例えばＤＳＰ回路１０３において、焦点のずれ方向及びずれ量を算出する演算処理が行われる。この演算結果を受けて、システムコントローラ１１１は、レンズ駆動部１１０を介して撮像レンズ１０１をその光軸方向に移動させることによって焦点（ピント）が合った状態にするフォーカス制御を行う。
＜６．本開示の構成＞
尚、本開示は以下のような構成を採ることができる。
［１］撮像信号を得る撮像用画素と、
前記撮像用画素と同じ受光領域に設けられ、受光光束を瞳分割して位相差検出信号を得る位相差検出用画素と、
前記撮像用画素に対応して形成された第１マイクロレンズと、
前記位相差検出用画素に対応して形成され、平面視において実質的に同一面積を有するマイクロレンズに比べて、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の焦点距離と、対角境界部を含む対角境界部近傍の焦点距離との差が小さい第２マイクロレンズとを備える固体撮像装置。
［２］前記第２マイクロレンズは、前記第１マイクロレンズに比べて焦点距離が短くなるように形成されている上記［１］に固体撮像装置。
［３］前記第２マイクロレンズは、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面が、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高く形成されている上記［１］または上記［２］に記載の固体撮像装置。
［４］前記位相差検出用画素は、光電変換部の受光面側に、瞳分割された光の一方を通過する開口部が形成された遮光膜を有し、
前記第２マイクロレンズは、焦点位置が前記遮光膜の位置に合致ように形成されている上記［１］から上記［３］のいずれかに記載の固体撮像装置。
［５］前記第２マイクロレンズは、対辺方向及び対角方向の焦点位置が共に前記遮光膜の位置に合致するように形成されている上記［４］に記載の固体撮像装置。
［６］前記第２マイクロレンズは前記差が、同一平面に形成され、隣接するマイクロレンズ間で少なくても対辺方向が接触して形成され、８０％以上の有効面積を持つマイクロレンズに比べて小さくなるように形成されている上記［４］に記載の固体撮像装置。
［７］前記第１マイクロレンズは、平面視において正方形のパターン形状に形成され、
前記第２マイクロレンズは、平面視において円形または多角形のパターン形状に形成されている上記［１］から上記［５］のいずれかに記載の固体撮像装置。
［８］前記第２マイクロレンズは、前記第１マイクロレンズとの間に、前記第１マイクロレンズ相互間のパターンギャップと同一のパターンギャップを有している上記［７］に記載の固体撮像装置。
［９］前記第２マイクロレンズは、前記第１マイクロレンズのアレイ中に横方向、縦方向、または、斜め方向に並んで複数個配置されて成る上記［１］から上記［８］のいずれかに記載の固体撮像装置。
［１０］前記第２マイクロレンズと前記遮光膜との間に補助レンズを有する上記［４］に記載の固体撮像装置。
［１１］前記補助レンズは、平面視における中点を中心として円周方向の断面の曲率半径が、円周方向の位置によらず等しい上記［１０］に記載の固体撮像装置。
［１２］前記補助レンズは、平面視で円形の形状を有する上記［１０］または上記［１１］に記載の固体撮像装置。
［１３］前記補助レンズは、前記第２マイクロレンズの下の層内に形成される層内レンズである上記［１０］から上記［１２］のいずれかに記載の固体撮像装置。
［１４］前記補助レンズは、前記第２マイクロレンズと同一の材料で形成されている上記［１０］から上記［１３］のいずれかに記載の固体撮像装置。
［１５］前記補助レンズは、凸状の形状を有する上記［１０］から上記［１４］のいずれかに記載の固体撮像装置。
［１６］前記補助レンズは、前記第２マイクロレンズ側に凸状の形状を有する上記［１０］から上記［１４］のいずれかに記載の固体撮像装置。
［１７］前記撮像用画素及び前記位相差検出用画素は、配線層が形成される側と反対側から入射光を取り込む裏面照射型の画素構造である上記［１０］から上記［１６］のいずれかに記載の固体撮像装置。
［１８］前記補助レンズは、前記第１マイクロレンズと前記遮光膜との間にも設けられている上記［１０］から上記［１７］のいずれかに記載の固体撮像装置。
［１９］撮像信号を得る撮像用画素と、
前記撮像用画素と同じ受光領域に設けられ、受光光束を瞳分割して位相差検出信号を得る位相差検出用画素と、
前記撮像用画素に対応して形成された第１マイクロレンズと、
前記位相差検出用画素に対応して形成された第２マイクロレンズと
を備える固体撮像装置におけるマイクロレンズの形成に当たって、
前記第２マイクロレンズを、平面視において実質的に同一面積を有するマイクロレンズに比べて、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の焦点距離と、対角境界部を含む対角境界部近傍の焦点距離との差が小さくなるように形成する固体撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法。
［２０］ 撮像信号を得る撮像用画素、前記撮像用画素と同じ受光領域に設けられ、受光光束を瞳分割して位相差検出信号を得る位相差検出用画素、前記撮像用画素に対応して形成された第１マイクロレンズ、及び、前記位相差検出用画素に対応して形成され、平面視において実質的に同一面積を有するマイクロレンズに比べて、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の焦点距離と、対角境界部を含む対角境界部近傍の焦点距離との差が小さい第２マイクロレンズを備える固体撮像装置と、
前記位相差検出用画素から出力される位相差検出信号に基づいて焦点調節が可能なフォーカス機構とを具備する電子機器。
１０・・・ＣＭＯＳイメージセンサ、１１・・・半導体基板（チップ）、１２・・・画素アレイ部、１３・・・行走査部、１４・・・カラム処理部、１５・・・列走査部、１６・・・システム制御部、１７・・・画素駆動線、１８・・・垂直信号線、１９・・・水平バス、２０・・・単位画素（撮像用画素）、２１・・・フォトダイオード、２２・・・転送トランジスタ（読出しゲート部）、２３・・・リセットトランジスタ、２４・・・増幅トランジスタ、２５・・・選択トランジスタ、４０・・・位相差検出用画素、４１・・・遮光膜、４２・・・配線層、４３・・・層間絶縁膜、４４・・・絶縁膜、４５・・・カラーフィルタ、４６・・・平坦化膜、４７・・・位相差検出用画素のマイクロレンズ（第２マイクロレンズ）、６３A・・・下凸層内レンズ、６３B・・・上凸層内レンズ、６４・・・撮像用画素のマイクロレンズ（第１マイクロレンズ）

Claims (20)

  1. 撮像信号を得る撮像用画素と、
    前記撮像用画素と同じ受光領域に設けられ、受光光束を瞳分割して位相差検出信号を得る位相差検出用画素と、
    前記撮像用画素に対応して形成された第１マイクロレンズと、
    前記位相差検出用画素に対応して形成され、平面視において実質的に同一面積を有するマイクロレンズに比べて、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の焦点距離と、対角境界部を含む対角境界部近傍の焦点距離との差が小さい第２マイクロレンズとを備える固体撮像装置。
  2. 前記第２マイクロレンズは、前記第１マイクロレンズに比べて焦点距離が短くなるように形成されている請求項１に固体撮像装置。
  3. 前記第２マイクロレンズは、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面が、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高く形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 前記位相差検出用画素は、光電変換部の受光面側に、瞳分割された光の一方を通過する開口部が形成された遮光膜を有し、
    前記第２マイクロレンズは、焦点位置が前記遮光膜の位置に合致するように形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
  5. 前記第２マイクロレンズは、対辺方向及び対角方向の焦点距離が共に前記遮光膜の位置に合致するように形成されている請求項４に記載の固体撮像装置。
  6. 前記第２マイクロレンズは前記差が、同一平面に形成され、隣接するマイクロレンズ間で少なくても対辺方向が接触して形成され、８０％以上の有効面積を持つマイクロレンズに比べて小さくなるように形成されている請求項４に記載の固体撮像装置。
  7. 前記第１マイクロレンズは、平面視において正方形のパターン形状に形成され、
    前記第２マイクロレンズは、平面視において円形または多角形のパターン形状に形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
  8. 前記第２マイクロレンズは、前記第１マイクロレンズとの間に、前記第１マイクロレンズ相互間のパターンギャップと同一のパターンギャップを有している請求項７に記載の固体撮像装置。
  9. 前記第２マイクロレンズは、前記第１マイクロレンズのアレイ中に横方向、縦方向、または、斜め方向に並んで複数個配置されて成る請求項１に記載の固体撮像装置。
  10. 前記第２マイクロレンズと前記遮光膜との間に補助レンズを有する請求項４に記載の固体撮像装置。
  11. 前記補助レンズは、平面視における中点を中心として円周方向の断面の曲率半径が、円周方向の位置によらず等しい請求項１０に記載の固体撮像装置。
  12. 前記補助レンズは、平面視で円形の形状を有する請求項１０に記載の固体撮像装置。
  13. 前記補助レンズは、前記第２マイクロレンズの下の層内に形成される層内レンズである請求項１０に記載の固体撮像装置。
  14. 前記補助レンズは、前記第２マイクロレンズと同一の材料で形成されている請求項１０に記載の固体撮像装置。
  15. 前記補助レンズは、前記遮光膜側に凸状の形状を有する請求項１０に記載の固体撮像装置。
  16. 前記補助レンズは、前記第２マイクロレンズ側に凸状の形状を有する請求項１０に記載の固体撮像装置。
  17. 前記撮像用画素及び前記位相差検出用画素は、配線層が形成される側と反対側から入射光を取り込む裏面照射型の画素構造である請求項１０に記載の固体撮像装置。
  18. 前記補助レンズは、前記第１マイクロレンズと前記遮光膜との間にも設けられている請求項１０に記載の固体撮像装置。
  19. 撮像信号を得る撮像用画素と、
    前記撮像用画素と同じ受光領域に設けられ、受光光束を瞳分割して位相差検出信号を得る位相差検出用画素と、
    前記撮像用画素に対応して形成された第１マイクロレンズと、
    前記位相差検出用画素に対応して形成された第２マイクロレンズと
    を備える固体撮像装置におけるマイクロレンズの形成に当たって、
    前記第２マイクロレンズを、平面視において実質的に同一面積を有するマイクロレンズに比べて、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の焦点距離と、対角境界部を含む対角境界部近傍の焦点距離との差が小さくなるように形成する固体撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法。
  20. 撮像信号を得る撮像用画素、前記撮像用画素と同じ受光領域に設けられ、受光光束を瞳分割して位相差検出信号を得る位相差検出用画素、前記撮像用画素に対応して形成された第１マイクロレンズ、及び、前記位相差検出用画素に対応して形成され、平面視において実質的に同一面積を有するマイクロレンズに比べて、画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の焦点距離と、対角境界部を含む対角境界部近傍の焦点距離との差が小さい第２マイクロレンズを備える固体撮像装置と、
    前記位相差検出用画素から出力される位相差検出信号に基づいて焦点調節が可能なフォーカス機構とを具備する電子機器。
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