JP2015099840A - Method of manufacturing solid-state imaging element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a solid-state imaging element in which unevenness is prevented from occurring in an output image by flattening step portions having a plurality of different depths.SOLUTION: A substrate 1 includes a plurality of step portions 12 having different depths around a photoelectric conversion element array to be mounted, and a coated film 13 of a photosensitive resin composition is formed on the substrate 1. In a portion through which an exposure light 10 irradiated to the plurality of step portions 12 transmits, a photomask 9 has an exposure amount adjustment region 11 whose operation ratio is adjusted in accordance with the depth of the plurality of step portions 12 and in which a patterned coated film 13a corresponding to the adjusted operation ratio can be formed. Following a development step, the upper surfaces of the plurality of step portions 12 having a plurality of different depths are leveled.

Description

本発明は固体撮像素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state imaging device.

従来、固体撮像素子の製造方法としては、まず所定数の固体撮像素子が形成可能な大きさの基板の上に、各固体撮像素子ごとに光電変換素子およびその周辺にボンディングパッド及びスクライブライン等を形成し、次いで、その基板上にアンダーコート層、色フィルタアレイ、オーバーコート層及びマイクロレンズアレイが形成する、という方法が知られている。
しかしながら、この方法においては、アンダーコート層、色フィルタアレイ、オーバーコート層及びマイクロレンズアレイを形成するための材料のそれぞれを順次ウェハー全面にスピンコート法などにより塗布する工程を含むため、基板のボンディングパッド及びスクライブライン等の段差部位によって、塗布膜の不均一性(以下、塗布ムラともいう)が生じうる可能性がある。このような塗布ムラは撮像した際の画像のムラの原因となる。
Conventionally, as a method for manufacturing a solid-state imaging device, first, a photoelectric conversion element is provided for each solid-state imaging device on a substrate having a size capable of forming a predetermined number of solid-state imaging devices, and bonding pads and scribe lines are provided around the photoelectric conversion device. A method is known in which an undercoat layer, a color filter array, an overcoat layer, and a microlens array are formed on the substrate.
However, this method includes a step of sequentially applying each of the materials for forming the undercoat layer, the color filter array, the overcoat layer, and the microlens array to the entire surface of the wafer by a spin coat method or the like. There is a possibility that unevenness of the coating film (hereinafter, also referred to as coating unevenness) may occur due to a stepped portion such as a pad and a scribe line. Such coating unevenness causes image unevenness when captured.

この塗布ムラ対策として、感光性を有する高分子材料でスクライブライン等の凹部を選択的に埋める方法が従前より提案されており、有効な塗布ムラ改善手段の一つとなっている(特許文献1)。また、さらなる段差縮小のために、高分子材料をスクライブラインの
凹部およびフィールド領域における凹部に埋め、その樹脂を加熱して溶融させることも提案されている(特許文献2)。また、レジスト材料によってスクライブラインを少なくとも部分的に充填するか、又はボンディングパッド及びその近傍以外の基板全体を覆う方法が提案されている(特許文献3)。
As a countermeasure against this coating unevenness, a method of selectively filling recesses such as scribe lines with a photosensitive polymer material has been proposed in the past, and is one effective means for improving coating unevenness (Patent Document 1). . In order to further reduce the level difference, it has also been proposed to fill a polymer material in a recess in a scribe line and a recess in a field region and heat and melt the resin (Patent Document 2). Further, a method has been proposed in which a scribe line is at least partially filled with a resist material, or the entire substrate other than the bonding pad and its vicinity is covered (Patent Document 3).

特許第2786647号公報Japanese Patent No. 2786647 特許第2892865号公報Japanese Patent No. 2892865 米国特許第6,956,253号明細書US Pat. No. 6,956,253

しかし、特許文献1に記載の感光性を有する高分子材料を用いて基板の凹部を選択的に埋める手段は有効な手段ではあるものの、基板上には深さが夫々異なる多種の段差部位があるため、いちどのフォトリソグラフィー工程ですべての段差部位を有効に埋めることは困難であるという問題がある。
また、特許文献2に記載の方法では、スクライブラインの凹部およびフィールド領域の凹部の深さの差が大きい場合は、その双方を平坦化することは困難であり、改善の余地が残るものである。
また、特許文献3に記載の方法では、ある深さのスクライブラインの段差を平坦化することができるが、ボンディングパッド等、深さの異なる部位の段差は依然残るという問題がある。
本発明の目的は、異なる深さからなる複数の段差部位を一度のパターニング工程で平坦化させることを可能とすることにより、低コストで高品質・高歩留りの固体撮像素子を製造する方法を提供することにある。
However, although the means for selectively filling the concave portion of the substrate using the photosensitive polymer material described in Patent Document 1 is an effective means, there are various stepped portions having different depths on the substrate. Therefore, there is a problem that it is difficult to effectively fill all the stepped portions in every photolithography process.
Further, in the method described in Patent Document 2, if there is a large difference in depth between the scribe line recesses and the field region recesses, it is difficult to flatten both, leaving room for improvement. .
Further, the method described in Patent Document 3 can flatten a step of a scribe line having a certain depth, but has a problem that a step of a portion having a different depth such as a bonding pad still remains.
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a high-quality, high-yield solid-state imaging device at a low cost by making it possible to flatten a plurality of step portions having different depths by a single patterning process. There is to do.

本発明者らは、固体撮像素子の製造方法において、光電変換素子アレイの周辺に深さの
異なる複数の段差部位を有する基板上に感光性樹脂組成物を塗布する工程、段差部位の深さに応じて開口率を調整したフォトマスクを介して感光性樹脂組成物を露光する工程、露光した感光性樹脂組成物を現像して不要部分を除去する工程、および現像後の基板を加熱して感光性樹脂組成物を溶融させる工程を有することにより、深さの異なる複数の段差部位を一度で平坦化させることができることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち本発明は、光電変換素子アレイが搭載される基板上に感光性樹脂組成物を塗布し感光性樹脂組成物の塗膜を形成する工程、フォトマスクを介して該感光性樹脂組成物の塗膜を露光する工程、及び、露光後の該塗膜を現像して不要部分を除去する工程を含む、固体撮像素子の製造方法において、
前記基板は、搭載される光電変換素子アレイの周辺に深さの異なる複数の段差部位を有するものであり、
また前記フォトマスクは、前記複数の段差部位に照射される露光光が透過する部位において、該複数の段差部位の深さに応じて開口率が調整され、これに対応するパターン化塗膜を形成しうる露光量調整域を有するものであり、そして
前記製造方法は、現像工程に続いて、基板上に残る前記塗膜を加熱硬化し、その際、深さの異なる複数の段差部位について、前記パターン化塗膜の溶融により、その上面を平準化する工程を更に有することを特徴とする、固体撮像素子の製造方法に関する。
また本発明はその好ましい態様として、前記露光量調整域は、透光部及び遮光部が互いに隣り合うように配されて、市松模様、縞模様、又は格子模様の繰り返しパターンを有するものである、前記固体撮像素子の製造方法に関する。
そして本発明は具体的には、前記複数の段差部位は、スクライブラインにおける段差部位とボンディングパッドにおける段差部位からなる、前記固体撮像素子の製造方法に関する。
また本発明は、固体撮像素子の製造にあたり基板上の感光性樹脂組成物の塗膜の露光に用いるフォトマスクにおいて、該基板が搭載される光電変換素子アレイの周囲に有する深さの異なる複数の段差部位に照射される露光光が透過する部位について、開口率が調整された露光量調整域を有するフォトマスク、そして特に、
前記露光量調整域は、透光部及び遮光部が互いに隣り合うように配されて市松模様、縞模様又は格子模様の繰り返しパターンを有するものである、前記フォトマスクに関する。
In the method for manufacturing a solid-state imaging device, the present inventors apply a photosensitive resin composition on a substrate having a plurality of step portions having different depths around the photoelectric conversion element array, and the depth of the step portion. The step of exposing the photosensitive resin composition through a photomask with the aperture ratio adjusted accordingly, the step of developing the exposed photosensitive resin composition to remove unnecessary portions, and the substrate after development are heated to sensitize It has been found that a plurality of step portions having different depths can be planarized at a time by having the step of melting the conductive resin composition, and the present invention has been completed.
That is, the present invention includes a step of applying a photosensitive resin composition on a substrate on which a photoelectric conversion element array is mounted to form a coating film of the photosensitive resin composition, and applying the photosensitive resin composition via a photomask. In a method for manufacturing a solid-state imaging device, including a step of exposing a film, and a step of developing the coating film after exposure to remove unnecessary portions,
The substrate has a plurality of step portions having different depths around a photoelectric conversion element array to be mounted;
In the photomask, the aperture ratio is adjusted in accordance with the depth of the plurality of step portions at a portion through which the exposure light irradiated to the plurality of step portions is transmitted, and a patterned coating film corresponding to this is formed. In the manufacturing method, after the development step, the coating film remaining on the substrate is heat-cured, and at that time, with respect to a plurality of step portions having different depths, The present invention further relates to a method for manufacturing a solid-state imaging device, further comprising a step of leveling an upper surface of the patterned coating film by melting.
Further, as a preferred aspect of the present invention, the exposure amount adjustment region is arranged so that the light transmitting portion and the light shielding portion are adjacent to each other, and has a checkered pattern, a striped pattern, or a repetitive pattern of a lattice pattern. The present invention relates to a method for manufacturing the solid-state imaging device.
More specifically, the present invention relates to the method for manufacturing the solid-state imaging device, wherein the plurality of stepped portions are stepped portions in a scribe line and stepped portions in a bonding pad.
Further, the present invention provides a photomask used for exposure of a coating film of a photosensitive resin composition on a substrate in the production of a solid-state imaging device, and a plurality of different depths around the photoelectric conversion element array on which the substrate is mounted. A photomask having an exposure adjustment region in which the aperture ratio is adjusted for a portion through which exposure light irradiated to the stepped portion is transmitted, and in particular,
The said exposure amount adjustment area | region is related with the said photomask which is arrange | positioned so that a translucent part and a light-shielding part may mutually adjoin, and has a repetitive pattern of a checkered pattern, a striped pattern, or a lattice pattern.

本発明の固体撮像素子の製造方法においては、深さの異なる複数の段差部位が有効に平坦化されるため、例えばアンダーコート層を形成する熱硬化性樹脂溶液、色フィルタを形成するレジスト溶液及びマイクロレンズ形状を形成するためのポジレジストを塗布する時に塗布ムラが発生せず、出力画像にムラのない高品質な撮像素子を高歩留りで製造することが可能となる。
また、一度のパターニング工程で複数の段差部位を有効に平坦化することが可能であり、低コストで撮像画像にムラのない高品質な撮像素子を高歩留りで製造することが可能となる。
In the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, since a plurality of step portions having different depths are effectively flattened, for example, a thermosetting resin solution for forming an undercoat layer, a resist solution for forming a color filter, and When a positive resist for forming a microlens shape is applied, coating unevenness does not occur, and it is possible to manufacture a high-quality image pickup device with no unevenness in the output image with a high yield.
In addition, it is possible to effectively flatten a plurality of stepped portions in a single patterning process, and it is possible to manufacture a high-quality image sensor with no unevenness in captured images at a low cost and with a high yield.

図1は固体撮像素子が搭載される基板を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a substrate on which a solid-state imaging device is mounted. 図2は基板上に搭載された固体撮像素子及びその周囲を示す拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view showing the solid-state imaging device mounted on the substrate and the periphery thereof. 図3はスクライブラインの段差の解消を狙いとする平坦化方法を説明する図であり、図3(a)は露光の際の状態を示す図であり、図3(b)は現像処理後の状態を示す図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a flattening method aiming at elimination of the level difference of the scribe line, FIG. 3 (a) is a diagram showing a state at the time of exposure, and FIG. 3 (b) is a diagram after development processing. It is a figure which shows a state. 図4はボンディングパッドの段差の解消を狙いとする平坦化方法を説明する図であり、図4(a)は露光の際の状態を示す図であり、図4(b)は現像処理後の状態を示す図である。4A and 4B are diagrams for explaining a planarization method aiming at elimination of the level difference of the bonding pad, FIG. 4A is a diagram showing a state at the time of exposure, and FIG. 4B is a diagram after development processing. It is a figure which shows a state. 図5(a)は開口率が50%である場合の露光量調整域を示す模式図(左図)並びにその透光部及び遮光部の繰り返し単位を拡大して示す模式図(右図)であり、図5(b)は開口率が28%である場合の露光量調整域を示す模式図(左図)並びにその透光部及び遮光部の繰り返し単位を拡大して示す模式図(右図)であり、図5(c)は開口率が72%である場合の露光量調整域を示す模式図(左図)並びにその透光部及び遮光部の繰り返し単位を拡大して示す模式図である(右図)。FIG. 5A is a schematic diagram (left diagram) showing an exposure adjustment region when the aperture ratio is 50%, and a schematic diagram (right diagram) showing an enlarged repeating unit of the light transmitting part and the light shielding part. 5B is a schematic diagram (left diagram) showing an exposure adjustment region when the aperture ratio is 28%, and a schematic diagram (right diagram) showing an enlarged repeating unit of the light transmitting portion and the light shielding portion. FIG. 5C is a schematic diagram (left diagram) showing an exposure adjustment region when the aperture ratio is 72%, and a schematic diagram showing an enlarged repeating unit of the light transmitting part and the light shielding part. Yes (right figure). 図6は基板の段差部位及びその付近について、本発明に従う方法を説明する拡大図であり、図6(a)はポジ型感光性樹脂組成物を露光した際の状態を示す図であり、図6(b)は現像処理後の状態を示す図であり、図6(c)は加熱処理後の状態を示す図である。FIG. 6 is an enlarged view for explaining the method according to the present invention for the stepped portion of the substrate and the vicinity thereof, and FIG. 6A is a diagram showing a state when the positive photosensitive resin composition is exposed. 6 (b) is a diagram showing a state after the development processing, and FIG. 6 (c) is a diagram showing a state after the heat treatment. 図7は基板の段差部位及びその付近について本発明に従う方法であって図6の場合よりも露光量を減少させた場合を説明する拡大図であり、図7(a)はポジ型感光性樹脂組成物を露光した際の状態を示す図であり、図7(b)は現像処理後の状態を示す図であり、図7(c)は加熱処理後の状態を示す図である。FIG. 7 is an enlarged view for explaining the method according to the present invention for the stepped portion of the substrate and its vicinity, in which the exposure amount is reduced as compared with the case of FIG. 6, and FIG. 7 (a) is a positive photosensitive resin. It is a figure which shows the state at the time of exposing a composition, FIG.7 (b) is a figure which shows the state after image development processing, FIG.7 (c) is a figure which shows the state after heat processing. 図8は開口率の異なる種々のフォトマスクを使用してポジ型感光性樹脂組成物のパターニング及び加熱処理を行なった場合の結果を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing results when patterning and heat treatment of a positive photosensitive resin composition are performed using various photomasks having different aperture ratios.

CCD、CMOSに代表される固体撮像素子はビデオカメラ、監視カメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話、スマートフォン等における画像入力デバイスとして広く使用されており、基板上に二次元的に形成された光電変換素子アレイによって入射した光を電気信号に変換し、さらに生じた電気信号を出力させる機能を有する。
図1は固体撮像素子が形成された基板1を模式化して示したものであり、基板上に多数の固体撮像素子がスクライブライン3によって分離して形成されている。
図2は基板1に形成された固体撮像素子2の部分を拡大して示したものであり、光電変換素子アレイ部4を取り囲んで複数のボンディングパッド5が形成されており、さらにその周囲をスクライブライン3が取り囲んでいる。
ところで、固体撮像素子をカラー化するためには、光電変換素子2上にアンダーコート層を介して色フィルタが形成され、さらに色フィルタアレイの上部には入射光の集光率を向上させるためにオーバーコート層を介してマイクロレンズが形成される。
これらのアンダーコート層、色フィルタアレイ、オーバーコート層およびマイクロレンズアレイは、光電変換領域内において均一に形成されていないと、出力される画像にムラを生じることがある。
このムラには、額ブチ状、シェーディング状、筋状等多くの種類があり、素子の品質や歩留りを低下させる原因となる。
これらのムラは、アンダーコート層形成用の熱硬化性樹脂溶液、色フィルタを形成するための色素含有レジスト(いわゆるカラーレジスト)、オーバーコート層を形成するための熱硬化性樹脂溶液または透明感光性樹脂溶液、およびマイクロレンズ形状を形成するためのポジレジストのいずれかが均一に塗布されないことによって発生する場合が多い。
すなわち、これらの樹脂溶液やレジスト溶液はスピン塗布法によって形成されるため、各樹脂溶液やレジスト溶液を塗布する前の基板が完全に平坦であれば発生することはまれだが、実際の基板には、スクライブライン3、ボンディングパッド5、フィールド酸化膜、金属配線等、各種構造物による段差部位が存在するため、塗布膜に不均一性(塗布ムラ)を生じる原因となってしまう。
従来、このような塗布ムラの発生を防ぐために、上述のような感光性を有する高分子材料で段差部位を埋めるという方法が提案されていたが、基板に深さの異なる複数の段差部位を有する場合は全ての段差部位を平坦化するのは困難であった。
例えば、図3に光電変換素子アレイ4を取り囲んで幅40μm、深さ1.5μmのボンディングパッドの段差(A部)8とその外側に幅80μm深さ3.5μmのスクライブラインの段差(B部)7があるウエハ(基板1)において、スクライブラインの段差(B部)7の解消を狙いとする平坦化方法を説明する図を示し、図3(a)に、スクライブライ
ンの段差(B部)7が埋まるようにウエハ(基板1)上に塗布したネガ型感光性樹脂組成物の塗膜6を、フォトマスク9を用いて露光光10により露光する際の状態を示し、図3(b)にその現像後の状態を示す。
図3(b)に示されるとおり、この場合においては、より小さい段差部位であるボンディングパッドの段差(A部)8には現像後のネガ型感光性樹脂組成物の塗膜6aが収まりきらず、ボンディングパッドの段差(A部)8は逆に凸になってしまうという問題がある。
一方、図4に、図3に示された場合と同様の基板において、ボンディングパッドの段差(A部)8の解消を狙いとする平坦化方法を説明する図を示し、図4(a)に、ボンディングパッドの段差(A部)8が埋まるようにウエハ(基板1)上に塗布したネガ型感光性樹脂組成物の塗膜6を、フォトマスク9を用いて露光光10により露光する際の状態を示し、図4(b)にその現像後の状態を示す。図4(b)に示される通り、逆に、ボンディングパッドの段差(A部)8が凸にならないようにネガ型感光性樹脂組成物の塗膜6の膜厚を調整すると、現像後のネガ型感光性樹脂組成物の塗膜6aでスクライブラインの段差(B部)7が十分に埋まらないという問題がある。
これらの問題はボンディングパッドの段差(A部)8とスクライブラインの段差(B部)7を別のフォトマスクを用い、異なる塗布膜厚で二回に分けてパターニングすることによって回避可能だが、この場合製造工程が長くなって製造コストの増大を招いてしまうという問題がある。
これに対し本発明は、深さの異なる複数の段差部位をそれぞれ平坦化できる量の感光性樹脂組成物で一括して埋めることにより、深さの異なる複数の段差部位を有する基板であっても一度で平坦化することを可能にしたものである。
なお、図3及び図4には図示していないが、例えば固体撮像素子2においては、光電変換素子アレイ4の周辺に、光電変換素子から出力された信号に対して処理を行う周辺回路領域が配置され、そしてこれらの上部又は下部に層間絶縁膜等を介して複数層の配線を有する多層配線層が形成される。
また、外部との電気的接続を行うためのボンディングパッド5は、通常ボンディングパッドの段差8(A部)の底部に配置されている。
Solid-state image sensors represented by CCD and CMOS are widely used as image input devices in video cameras, surveillance cameras, digital still cameras, mobile phones, smartphones, etc., and are photoelectric conversion elements formed two-dimensionally on a substrate. The light incident by the array is converted into an electrical signal, and the generated electrical signal is output.
FIG. 1 schematically shows a substrate 1 on which a solid-state imaging element is formed. A large number of solid-state imaging elements are separated on a substrate by scribe lines 3.
FIG. 2 is an enlarged view of a portion of the solid-state imaging device 2 formed on the substrate 1, and a plurality of bonding pads 5 are formed surrounding the photoelectric conversion element array portion 4. Line 3 surrounds.
By the way, in order to colorize the solid-state imaging element, a color filter is formed on the photoelectric conversion element 2 via an undercoat layer, and further, on the upper part of the color filter array, in order to improve the condensing rate of incident light. A microlens is formed through the overcoat layer.
If the undercoat layer, the color filter array, the overcoat layer, and the microlens array are not formed uniformly in the photoelectric conversion region, the output image may be uneven.
There are many types of unevenness such as a forehead shape, a shading shape, and a streak shape, which cause a reduction in the quality and yield of the element.
These unevennesses are caused by the thermosetting resin solution for forming the undercoat layer, the dye-containing resist (so-called color resist) for forming the color filter, the thermosetting resin solution for forming the overcoat layer, or the transparent photosensitivity. This often occurs when either the resin solution or the positive resist for forming the microlens shape is not uniformly applied.
In other words, since these resin solutions and resist solutions are formed by spin coating, they rarely occur if the substrate before application of each resin solution or resist solution is completely flat. Since there are step portions due to various structures such as the scribe line 3, the bonding pad 5, the field oxide film, and the metal wiring, it causes non-uniformity (coating unevenness) in the coating film.
Conventionally, in order to prevent the occurrence of such coating unevenness, a method of filling the stepped portion with the photosensitive polymer material as described above has been proposed, but the substrate has a plurality of stepped portions having different depths. In this case, it was difficult to flatten all the steps.
For example, in FIG. 3, a step (A part) 8 of a bonding pad having a width of 40 μm and a depth of 1.5 μm surrounding the photoelectric conversion element array 4 and a step of a scribe line having a width of 80 μm and a depth of 3.5 μm (B part) FIG. 3A is a diagram for explaining a planarization method aiming at elimination of the scribe line step (B portion) 7 in a wafer (substrate 1) having a scribe line 7. FIG. 3A shows a scribe line step (B portion). 3) shows a state when the negative photosensitive resin composition coating film 6 coated on the wafer (substrate 1) so as to be filled with 7 is exposed with exposure light 10 using a photomask 9, and FIG. ) Shows the state after the development.
As shown in FIG. 3 (b), in this case, the coating film 6a of the negative photosensitive resin composition after development does not fit in the step (A portion) 8 of the bonding pad which is a smaller step portion, On the contrary, there is a problem that the step (A portion) 8 of the bonding pad becomes convex.
On the other hand, FIG. 4 shows a diagram for explaining a planarization method aiming at elimination of the step (A part) 8 of the bonding pad in the same substrate as that shown in FIG. 3, and FIG. When the negative photosensitive resin composition coating film 6 applied on the wafer (substrate 1) so that the step (A part) 8 of the bonding pad is filled is exposed with the exposure light 10 using the photomask 9. The state is shown, and FIG. 4B shows the state after the development. On the contrary, when the film thickness of the coating film 6 of the negative photosensitive resin composition is adjusted so that the step (A part) 8 of the bonding pad does not become convex as shown in FIG. There exists a problem that the level | step difference (B part) 7 of a scribe line is not fully embedded with the coating film 6a of a type photosensitive resin composition.
These problems can be avoided by patterning the bonding pad step (A portion) 8 and the scribe line step (B portion) 7 separately using different photomasks. In this case, there is a problem that the manufacturing process becomes long and the manufacturing cost increases.
On the other hand, the present invention is a substrate having a plurality of step portions having different depths by collectively filling a plurality of step portions having different depths with a photosensitive resin composition in an amount capable of flattening. It is possible to flatten at once.
Although not shown in FIGS. 3 and 4, for example, in the solid-state imaging device 2, a peripheral circuit region for processing a signal output from the photoelectric conversion element is provided around the photoelectric conversion element array 4. A multilayer wiring layer having a plurality of wirings is formed on the upper or lower portion of the wirings via an interlayer insulating film or the like.
Further, the bonding pad 5 for electrical connection with the outside is usually disposed at the bottom of the step 8 (A portion) of the bonding pad.

本発明においては、深さの異なる複数の段差部位を有する基板上に塗布した感光性樹脂組成物の塗膜を、段差部位に照射される露光光が透過する部位において段差部位の深さに応じて開口率が調整された露光量調整域を有するフォトマスクを介して露光する。
ここで、開口率とはフォトマスクの特定の露光領域内における透光部と遮光部の面積の合計に対する透光部の面積の比率を意味し、式1で定義される。
開口率(%)=(透光部の面積/透光部の面積+遮光部の面積)×100 式1
通常、フォトマスク(露光装置がステッパの場合にはレチクルとも言う)は、公知の方法、例えば、石英基板にクロム等からなる遮光膜(以下、クロム膜ともいう)を成膜し、フォトリソグラフィー工程とエッチング工程により透過すべき部分のクロム膜を除去することによって製作される。
この工程において、露光すべき領域のクロム膜は完全にエッチング除去されるので、前述の定義によれば露光すべき部分の開口率は通常100%ということになる。
一方、本発明に使用されるフォトマスクは、露光すべき領域の少なくとも一部である露光量調整域において開口率が0%から100%の間の値となるように製作される。
開口率を0%から100%の間の値になるようにするには、露光されるべき領域のクロム膜のうち、一定の面積をエッチング除去せずにフォトマスク上に残せば良い。
例えば特定の露光領域内に透光部及び遮光部が互いに隣り合うように配されて、市松模様の繰り返しパターンを形成し、繰り返しパターン内における透光部と遮光部の面積を変えてやることにより開口率をコントロールすることが可能となる。
図5に一例として、露光量調整域11を示す模式図及び透光部11a及び遮光部11bの繰り返し単位を拡大して示す模式図を示す。図5(a)は開口率が50%である場合の
露光量調整域11を示す模式図(左図)並びにその透光部11a及び遮光部11bの繰り返し単位を拡大して示す模式図(右図)であり、図5(b)は開口率が28%である場合の露光量調整域11を示す模式図(左図)並びにその透光部11a及び遮光部11bの繰り返し単位を拡大して示す模式図(右図)であり、図5(c)は開口率が72%である場合の露光量調整域11を示す模式図(左図)並びにその透光部11a及び遮光部11bの繰り返し単位を拡大して示す模式図である(右図)。
In the present invention, the coating film of the photosensitive resin composition applied on the substrate having a plurality of step portions having different depths is selected according to the depth of the step portion at the portion through which the exposure light irradiated to the step portion is transmitted. Then, exposure is performed through a photomask having an exposure amount adjustment area in which the aperture ratio is adjusted.
Here, the aperture ratio means the ratio of the area of the light-transmitting part to the total area of the light-transmitting part and the light-shielding part in a specific exposure region of the photomask, and is defined by Equation 1.
Aperture ratio (%) = (area of light transmitting part / area of light transmitting part + area of light shielding part) × 100 Equation 1
Usually, a photomask (also referred to as a reticle when the exposure apparatus is a stepper) is a known method, for example, a light shielding film made of chromium or the like (hereinafter also referred to as a chromium film) is formed on a quartz substrate, and a photolithography process. And a portion of the chromium film to be transmitted is removed by an etching process.
In this step, since the chromium film in the region to be exposed is completely removed by etching, the aperture ratio of the portion to be exposed is usually 100% according to the above definition.
On the other hand, the photomask used in the present invention is manufactured so that the aperture ratio becomes a value between 0% and 100% in the exposure amount adjustment region which is at least a part of the region to be exposed.
In order to set the aperture ratio to a value between 0% and 100%, a certain area of the chromium film in the region to be exposed may be left on the photomask without being etched away.
For example, a light-transmitting part and a light-shielding part are arranged adjacent to each other in a specific exposure area, thereby forming a checkered repetitive pattern, and changing the areas of the light-transmitting part and the light-shielding part in the repetitive pattern. It becomes possible to control the aperture ratio.
As an example, FIG. 5 shows a schematic diagram showing the exposure adjustment region 11 and a schematic diagram showing an enlarged repeating unit of the light transmitting part 11a and the light shielding part 11b. FIG. 5A is a schematic diagram (left diagram) showing the exposure adjustment region 11 when the aperture ratio is 50%, and a schematic diagram (right diagram) showing an enlarged repeating unit of the light transmitting portion 11a and the light shielding portion 11b. FIG. 5B is a schematic diagram (left diagram) showing the exposure adjustment region 11 when the aperture ratio is 28%, and an enlarged repeating unit of the light transmitting portion 11a and the light shielding portion 11b. FIG. 5C is a schematic diagram (left diagram) showing an exposure amount adjustment area 11 when the aperture ratio is 72%, and repetition of the light transmitting portion 11a and the light shielding portion 11b. It is a schematic diagram which expands and shows a unit (right figure).

本発明においては、感光性樹脂組成物の塗膜を露光した後、不要部分を現像により除去することにより、フォトマスクの露光量調整域に形成された透光部及び遮光部のパターンに対応するパターン化された感光性樹脂組成物の塗膜が段差の内部に形成される。
このパターン化塗膜のパターンはその後の加熱によりパターン同士が熱融着してその上面が平準化され、感光性樹脂組成物の熱溶融物が形成される。
この感光性樹脂組成物の熱溶融物が基板の表面(段差部位が無い部分)を超えない量で段差部位を埋めるとき、段差部位が平坦化される。
各段差部位を平坦化するには、感光性樹脂組成物の熱溶融物が段差部位を平坦化し得る量となるように、パターン化された感光性樹脂組成物の量を最適化する必要があり、そのために、フォトマスクの露光量調整域の透光部と遮光部の割合を段差部位の深さ毎に調整する必要がある。
なお、フォトマスクに形成される繰り返しパターンについては市松模様の他、格子模様、縞模様等がフォトマスク設計時に便利に用いることができるが、かならずしも繰り返しパターンでなくてもよい。
ただし、段差部位の内部に形成される現像後の感光性樹脂組成物のパターンが隣接するパターンと孤立して存在させる場合においては、現像後の加熱工程において隣接パターン同士の融着をうながす意味で隣接パターン間の距離は大きすぎないほうが好ましく、隣接パターン間の最大距離を概略6μm以下、できれば4μm以下となるようにフォトマスクの透光部及び遮光部のパターンを設計することが好ましい。
In the present invention, after exposing the coating film of the photosensitive resin composition, unnecessary portions are removed by development, thereby corresponding to the pattern of the light transmitting portion and the light shielding portion formed in the exposure amount adjustment region of the photomask. A patterned coating film of the photosensitive resin composition is formed inside the step.
The pattern of this patterned coating film is heat-sealed by subsequent heating and the upper surface thereof is leveled, and a hot melt of the photosensitive resin composition is formed.
When the hot melt of the photosensitive resin composition fills the stepped portion with an amount that does not exceed the surface of the substrate (the portion without the stepped portion), the stepped portion is flattened.
In order to flatten each level difference part, it is necessary to optimize the amount of the patterned photosensitive resin composition so that the hot melt of the photosensitive resin composition becomes an amount capable of flattening the level difference part. Therefore, it is necessary to adjust the ratio of the light transmitting portion and the light shielding portion in the exposure amount adjustment area of the photomask for each depth of the stepped portion.
In addition, as for the repetitive pattern formed on the photomask, a lattice pattern, a striped pattern, etc. can be conveniently used at the time of designing the photomask in addition to the checkered pattern, but it is not always necessary to be a repetitive pattern.
However, in the case where the pattern of the photosensitive resin composition after development formed inside the stepped portion is isolated from the adjacent pattern, it means that the adjacent patterns are fused in the heating process after development. It is preferable that the distance between adjacent patterns is not too large, and it is preferable to design the pattern of the light transmitting part and the light shielding part of the photomask so that the maximum distance between adjacent patterns is approximately 6 μm or less, preferably 4 μm or less.

本発明に使用する感光性樹脂組成物は、以下ふたつの特性を有することが必要であるが、これらの特性を有するものであれば特に限定されるものでない。
1.現像後の感光性樹脂組成物の塗膜のパターンが、その後の加熱工程において熱変形し、隣接するパターンと融着して現像後の凹凸が概略平坦になる。
2.加熱工程後の感光性樹脂組成物の熱溶融物は、一般的な有機溶剤に対して不溶である。
上記1、2の要求を共に満たすことができる樹脂としては、例えばアルカリ可溶性樹脂とナフトキノンジアジド化合物と熱硬化剤とを必須成分とするポジ型感光性樹脂組成物が挙げられる。
The photosensitive resin composition used in the present invention is required to have the following two characteristics, but is not particularly limited as long as it has these characteristics.
1. The pattern of the coating film of the photosensitive resin composition after development is thermally deformed in a subsequent heating step, and is fused with an adjacent pattern, so that the unevenness after development becomes substantially flat.
2. The hot melt of the photosensitive resin composition after the heating step is insoluble in a general organic solvent.
Examples of the resin that can satisfy both of the above requirements 1 and 2 include a positive photosensitive resin composition containing, as essential components, an alkali-soluble resin, a naphthoquinonediazide compound, and a thermosetting agent.

アルカリ可溶性樹脂としては、この種の分野で使用されているものを用いることができるが、例えば、ノボラック樹脂、フェノール性ヒドロキシ基を有するビニル系重合体(例えばp−ヒドロキシフェニルエチルメタクリレート共重合体、p−ヒドロキシスチレン共重合体等)、多価フェノールとアルデヒド又はケトンとの縮合樹脂、N−(p−トルエンスルホニル)メタクリルアミドとメタクリル酸メチルの共重合体等が挙げられる。またこれらの樹脂は併用することもできる。
ノボラック樹脂としては、クレゾール/ホルムアルデヒド樹脂(例えばm−クレゾール/ホルムアルデヒド樹脂、m−,p−混合クレゾール/ホルムアルデヒド樹脂、クレゾール及びm−又はp−アルキルフェノールとホルムアルデヒドとの縮合樹脂)、多価フェノールとケトンとの縮合樹脂としてはピロガロールとアセトンの重縮合により得られる樹脂(以下ピロガロール−アセトン樹脂と称する)を使用するのが良い。これらのアルカリ可溶性樹脂は塗布性を考慮すると重量平均分子量が1500以上のものが好ましい。
As the alkali-soluble resin, those used in this kind of field can be used. For example, a novolak resin, a vinyl polymer having a phenolic hydroxy group (for example, p-hydroxyphenylethyl methacrylate copolymer, p-hydroxystyrene copolymer), a condensation resin of polyhydric phenol and aldehyde or ketone, a copolymer of N- (p-toluenesulfonyl) methacrylamide and methyl methacrylate, and the like. These resins can also be used in combination.
As the novolak resin, cresol / formaldehyde resin (for example, m-cresol / formaldehyde resin, m-, p-mixed cresol / formaldehyde resin, cresol and condensation resin of m- or p-alkylphenol and formaldehyde), polyhydric phenol and ketone As the condensation resin, a resin obtained by polycondensation of pyrogallol and acetone (hereinafter referred to as pyrogallol-acetone resin) is preferably used. These alkali-soluble resins preferably have a weight average molecular weight of 1500 or more in consideration of applicability.

ナフトキノンジアジド化合物としては、1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルであり、特に限定されるものではないが、下記のようなポリフェノール類のスルホン酸エステルが好ましく用いられる。2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、2,3,4,4′−テトラヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、3,4,5,2’,4’−ペンタヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、1,1,3−トリス(2,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−3−フェニルプロパン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、1,1,3−トリス(2,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−3−フェニルプロパン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、4,4’−[1−[4−[1−[4−ヒドロキシフェニル]−1−メチルエチル]−1−メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、4,4’−[1−[4−[1−[4−ヒドロキシフェニル]−1−メチルエチル]−1−メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、2,2,4−トリメチル−7,2’,4’−トリヒドロキシフラバン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、2,2,4−トリメチル−7,2’,4’−トリヒドロキシフラバン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、1,1,1−トリ(p−ヒドロキシフェニル)エタン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、1,1,1−トリ(p−ヒドロキシフェニル)エタン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル。これらの1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルは、単独あるいは2種以上組み合わせて用いることができる。   The naphthoquinone diazide compound is 1,2-naphthoquinone diazide sulfonic acid ester, and is not particularly limited, but the following sulfonic acid esters of polyphenols are preferably used. 2,3,4-trihydroxybenzophenone-1,2-naphthoquinonediazide-4-sulfonic acid ester, 2,3,4-trihydroxybenzophenone-1,2-naphthoquinonediazide-5-sulfonic acid ester, 4,4′-tetrahydroxybenzophenone-1,2-naphthoquinonediazide-4-sulfonic acid ester, 2,3,4,4′-tetrahydroxybenzophenone-1,2-naphthoquinonediazide-5-sulfonic acid ester, 3, 4,5,2 ′, 4′-pentahydroxybenzophenone-1,2-naphthoquinonediazide-4-sulfonic acid ester, 1,1,3-tris (2,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -3-phenyl Propane-1,2-naphthoquinonediazide-4-sulfonic acid ester, 1,1,3-tri (2,5-Dimethyl-4-hydroxyphenyl) -3-phenylpropane-1,2-naphthoquinonediazide-5-sulfonic acid ester, 4,4 '-[1- [4- [1- [4-hydroxyphenyl] ] -1-methylethyl] -1-methylethyl] phenyl] ethylidene] bisphenol-1,2-naphthoquinonediazide-4-sulfonic acid ester, 4,4 ′-[1- [4- [1- [4-hydroxy] Phenyl] -1-methylethyl] -1-methylethyl] phenyl] ethylidene] bisphenol-1,2-naphthoquinonediazide-5-sulfonic acid ester, 2,2,4-trimethyl-7,2 ′, 4′-tri Hydroxyflavan-1,2-naphthoquinonediazide-4-sulfonic acid ester, 2,2,4-trimethyl-7,2 ′, 4′-trihydroxy Flavan-1,2-naphthoquinone diazide-5-sulfonic acid ester, 1,1,1-tri (p-hydroxyphenyl) ethane-1,2-naphthoquinone diazide-4-sulfonic acid ester, 1,1,1-tri (P-Hydroxyphenyl) ethane-1,2-naphthoquinonediazide-5-sulfonic acid ester. These 1,2-naphthoquinone diazide sulfonic acid esters can be used alone or in combination of two or more.

熱硬化剤としては、特に限定されるものでなく慣用の熱硬化剤を使用することができる。
また、ネガ型感光性樹脂組成物においても、例えば、露光・現像後の分子量が比較的低いものは、熱硬化剤を添加することにより1、2の要求を満たすことが可能である。
The thermosetting agent is not particularly limited, and a conventional thermosetting agent can be used.
Also, in the negative photosensitive resin composition, for example, those having a relatively low molecular weight after exposure / development can satisfy the requirements 1 and 2 by adding a thermosetting agent.

さらに本発明に使用する感光性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、必要に応じてその他の成分を含有することもできる。その他の成分としては、例えば、レオロジー調整剤、顔料、染料、保存安定剤、消泡剤、密着促進剤、界面活性剤または多価フェノールおよび多価カルボン酸などの溶解促進剤などの添加剤が挙げられる。   Furthermore, the photosensitive resin composition used in the present invention may contain other components as necessary as long as the effects of the present invention are not impaired. Other components include, for example, rheology modifiers, pigments, dyes, storage stabilizers, antifoaming agents, adhesion promoters, surfactants or solubilizers such as polyphenols and polycarboxylic acids. Can be mentioned.

本発明で使用される感光性樹脂組成物に用いられる有機溶媒としては、特に制限はなくエステル類、アルコール類、エーテル類、ケトン類等の種々の溶剤を用いることができ、単独で、又は混合して用いることが可能である。各種塗布装置の特性によって、適宜溶媒は選択される。溶媒としては、メタノール、エタノール、2−プロパノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類、酢酸エチル、酢酸イソブチル、エチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコールモノアセテート等のエステル類、エチレングリコールモノアルキルエーテル類、ジエチレングリコールモノアルキルエーテル類、プロピレングリコールモノアルキルエーテル類、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテル類、エチレングリコールジアルキルエーテル類、プロピレングリコールジアルキルエーテル類、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル類のジエチレングリコールジアルキルエーテル類、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル等のジプロピレングリコールジアルキルエーテル類、エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、プロピレングリコールモノアルキルエーテル
アセテート類、ジエチレングリコーツモノアルキルエーテルアセテート類、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類等が挙げられる。
There is no restriction | limiting in particular as an organic solvent used for the photosensitive resin composition used by this invention, Various solvents, such as ester, alcohols, ethers, and ketones, can be used individually or in mixture. Can be used. The solvent is appropriately selected depending on the characteristics of various coating apparatuses. Solvents include alcohols such as methanol, ethanol and 2-propanol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone, ethers such as diethyl ether, dibutyl ether and dioxane, ethyl acetate, isobutyl acetate, ethylene glycol monoacetate , Esters such as propylene glycol monoacetate and dipropylene glycol monoacetate, ethylene glycol monoalkyl ethers, diethylene glycol monoalkyl ethers, propylene glycol monoalkyl ethers, dipropylene glycol monoalkyl ethers, ethylene glycol dialkyl ethers, Propylene glycol dialkyl ethers, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol Diethylene glycol dialkyl ethers of ethyl ethers, dipropylene glycol dialkyl ethers such as dipropylene glycol dimethyl ether and dipropylene glycol diethyl ether, ethylene glycol monoalkyl ether acetates, propylene glycol monoalkyl ether acetates, diethylene glycol monoalkyl ether Examples include acetates and dipropylene glycol monoalkyl ether acetates.

本発明において感光性樹脂組成物を基板に塗布する際には、慣用の装置、例えば、スピンコーター、ナチュラルロールコーター、リバースロールコーター、グラビアロールコーター、スクリーン印刷機、カーテンコーター、エアースプレー、バーコーター、ナイフコーター、刷毛、浸漬(ディップ)塗装機等を用いることができる。
本発明において感光性樹脂組成物の塗膜の膜厚は、少なくともスクライブライン及び電極パッド等の基板上の段差部位を埋めるような厚さにする必要がある。
When the photosensitive resin composition is applied to the substrate in the present invention, a conventional apparatus such as a spin coater, natural roll coater, reverse roll coater, gravure roll coater, screen printing machine, curtain coater, air spray, bar coater. A knife coater, a brush, a dip coating machine or the like can be used.
In the present invention, the film thickness of the coating film of the photosensitive resin composition needs to be at least thick enough to fill the stepped portions on the substrate such as scribe lines and electrode pads.

次いで、感光性樹脂組成物を塗布した基板に対してホットプレート又はオーブン等の慣用の装置を用いてプリベークを行なう。プリベークの条件は前記感光性樹脂組成物及び基板の劣化が起こらない温度及び時間であれば特に限定されないが、例えば温度50℃乃至160℃、時間0.1分間乃至60分間の範囲の中から選択された加熱温度及び加熱時間が採用される。
得られた基板に上述のフォトマスクを介して、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプ等を使用して活性エネルギー線を照射して露光を行う。
Next, the substrate coated with the photosensitive resin composition is pre-baked using a conventional apparatus such as a hot plate or an oven. The pre-baking conditions are not particularly limited as long as the photosensitive resin composition and the substrate do not deteriorate, and the temperature and time are not particularly limited. The heating temperature and the heating time are adopted.
The obtained substrate is exposed by irradiating active energy rays through the above-described photomask using a high pressure mercury lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, or the like.

次いで、スプレーガン、浸漬法又はパドル法等によって現像処理される。本発明において現像処理には、例えばアルカリ水溶液が用いられる。前記アルカリ水溶液のアルカリ成分としては、具体的にはリチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、リン酸塩等の無機塩基、ピロリン酸塩、ベンジルアミン、ブチルアミン等の第1級アミン、ジメチルアミン、ジベンジルアミン、ジエタノールアミン等の第2級アミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン等の第3級アミン、モルホリン、ピペラジン、ピリジン等の環状アミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等のポリアミン、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルベンジルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルフェニルベンジルアンモニウムヒドロキシド、コリン等のアンモニウムヒドロキシド類、トリメチルスルホニウムヒドロキシド、ジエチルメチルスルホニウムヒドロキシド、ジメチルベンジルスルホニウムヒドロキシド等のスルホニウムヒドロキシド類、並びにこれらアルカリ成分と緩衝液の混合液等が挙げられる。これらの1種又は2種以上の混合物が用いられるが、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(以下、TMAHともいう)が好ましく用いられる。   Next, development processing is performed by a spray gun, a dipping method, a paddle method, or the like. In the present invention, for example, an alkaline aqueous solution is used for the development processing. Specific examples of the alkaline component of the alkaline aqueous solution include hydroxides of alkali metals such as lithium, sodium and potassium, inorganic bases such as carbonate, bicarbonate and phosphate, pyrophosphate, benzylamine and butylamine. Primary amines such as dimethylamine, dibenzylamine, secondary amines such as diethanolamine, tertiary amines such as trimethylamine, triethylamine, triethanolamine, cyclic amines such as morpholine, piperazine, pyridine, ethylenediamine, hexamethylene Polyamines such as diamine, tetraethylammonium hydroxide, trimethylbenzylammonium hydroxide, trimethylphenylbenzylammonium hydroxide, ammonium hydroxides such as choline, trimethylsulfonium hydroxide, Ethyl methyl sulfonium hydroxide, sulfonium hydroxide such as dimethyl benzyl sulfonium hydroxide, and a mixed solution of buffer and these alkali components. One or a mixture of two or more of these is used, and tetraethylammonium hydroxide (hereinafter also referred to as TMAH) is preferably used.

図6(a)に段差部位12を有する基板1にポジ型感光性樹脂組成物を塗布して塗膜13を形成した後、透光部11a及び遮光部11bのパターンが形成された露光量調整域11を有するフォトマスク9を介して露光光10にて露光した際の様子を表す図を示し、図6(b)に現像処理後の様子を表す図を示し、図6(c)に加熱処理後の様子を表す図を示す。
図6(b)に示される通り、現像後に基板1の段差部位12の内部にパターン化されたポジ型感光性樹脂組成物の塗膜13aが形成され、そして、図6(c)に示される通り、パターン化された感光性樹脂組成物のパターンがその後の加熱工程において熱変形して隣接するパターンと融着し、そして上面が平準化されポジ型感光性樹脂組成物の塗膜の熱溶融物13bが形成され、その結果段差部位が平坦化される。
この加熱工程における加熱の条件としては、温度50℃乃至300℃、時間0.1分乃至60分間の範囲の中から適宜選択された加熱温度及び加熱時間が採用される。
FIG. 6A shows the exposure amount adjustment in which the positive photosensitive resin composition is applied to the substrate 1 having the stepped portion 12 to form the coating film 13, and then the pattern of the light transmitting portion 11a and the light shielding portion 11b is formed. FIG. 6 (b) shows a state when the exposure light 10 is exposed through the photomask 9 having the area 11, FIG. 6 (b) shows a state after the development processing, and FIG. 6 (c) shows the heating. The figure showing the mode after processing is shown.
As shown in FIG. 6 (b), a positive-type photosensitive resin composition coating film 13a is formed inside the stepped portion 12 of the substrate 1 after development, and is shown in FIG. 6 (c). As described above, the patterned photosensitive resin composition pattern is thermally deformed and fused with the adjacent pattern in the subsequent heating process, and the upper surface is leveled and the positive photosensitive resin composition coating film is melted by heat. An object 13b is formed, and as a result, the stepped portion is flattened.
As heating conditions in this heating step, a heating temperature and a heating time appropriately selected from the range of a temperature of 50 ° C. to 300 ° C. and a time of 0.1 minutes to 60 minutes are employed.

加熱平坦化後の段差部位の内部の感光性樹脂組成物の膜厚は、現像後のパターンの体積と加熱硬化時の硬化収縮率によって決定される。
硬化収縮率は感光性樹脂に固有の値であるから、加熱平坦化後の膜厚は実質的に現像後のパターン体積によってコントロールされる。
このパターン体積をコントロールする手段として前述の開口率を調整したフォトマスクを使用するわけだが、実用上においては平坦化後の膜厚をチューニングする目的で、露光量の調整も併用することができる。
The film thickness of the photosensitive resin composition inside the stepped portion after heat planarization is determined by the volume of the pattern after development and the curing shrinkage rate during heat curing.
Since the curing shrinkage is a value inherent to the photosensitive resin, the film thickness after heating and planarization is substantially controlled by the pattern volume after development.
As a means for controlling the pattern volume, the above-described photomask having an adjusted aperture ratio is used. However, in practice, the adjustment of the exposure amount can be used together for the purpose of tuning the film thickness after planarization.

例えば、ポジ型の感光性樹脂を用いる場合においてフォトマスク開口率が一定の場合においても、露光量を増加させれば現像後のパターン体積は減少し、結果として平坦化後の膜厚は減少する。
また、同様に露光量を減少させれば現像後のパターン体積は増加し、結果として平坦化後の膜厚は増加する。
図7(a)に段差部位12を有する基板1にポジ型感光性樹脂組成物を塗布して塗膜13を形成した後、増加した露光量で露光光10によって露光した際の様子を表す図を示し、図7(b)に現像処理後の様子を表す図を示し、図7(c)に加熱処理後の様子を表す図を示す。
なお、この場合において、露光量をさらに減少させてゆくと図7(b)に示される通り、現像後のパターン化されたポジ型感光性樹脂組成物の塗膜13aは段差部位12まで現像されなくなり、パターン化されたポジ型感光性樹脂組成物の塗膜13aの表面形状に露光による凹凸を生じるだけとなるが、この状態であっても図7(c)に示される通り、ポジ型感光性樹脂組成物の塗膜の熱溶融物13bが形成され段差部位が平坦化されることから、露光量を減少させるという方法は、現像後のパターン体積をコントロールするという本発明の趣旨に合致して利用可能であり、現像後のパターン体積を増加する手段として積極的に活用すべき手法であるともいえる。
また、スクライブライン等の段差部位の塗膜は、厳密には、図6および図7に示されるような、段差部位の表面全体にわたって一定の膜厚を有するものではなく、通常、段差内のエッジ(段差の端部)近傍において実効膜厚が厚くなる傾向がある。すなわち、同じ深さの段差部位であっても、段差部位の面積が大きいか小さいかで段差部位の塗膜の膜厚が異なってくることがある。したがって、同じ深さの段差部位であっても、それぞれの段差部位に照射される露光光が透過するマスク上の部位について、開口率を更に微調整することにより、最終的に段差がより小さいものとなる平坦化が可能となる。
For example, even when a positive photosensitive resin is used and the photomask aperture ratio is constant, if the exposure amount is increased, the pattern volume after development decreases, and as a result, the film thickness after planarization decreases. .
Similarly, if the exposure amount is decreased, the pattern volume after development increases, and as a result, the film thickness after planarization increases.
FIG. 7A shows a state in which a positive photosensitive resin composition is applied to the substrate 1 having the stepped portion 12 to form the coating film 13 and then exposed to the exposure light 10 with an increased exposure amount. FIG. 7B illustrates a state after the development processing, and FIG. 7C illustrates a state after the heat processing.
In this case, if the exposure amount is further reduced, the patterned positive photosensitive resin composition coating film 13a after development is developed to the stepped portion 12 as shown in FIG. 7B. As a result, the surface shape of the coating film 13a of the patterned positive photosensitive resin composition is only uneven by exposure, but even in this state, as shown in FIG. Since the hot melt 13b of the coating film of the conductive resin composition is formed and the stepped portion is flattened, the method of reducing the exposure dose matches the purpose of the present invention of controlling the pattern volume after development. It can be used as a means to increase the pattern volume after development.
Strictly speaking, the coating film of the stepped portion such as a scribe line does not have a constant film thickness over the entire surface of the stepped portion as shown in FIG. 6 and FIG. There is a tendency for the effective film thickness to increase in the vicinity of the edge of the step. That is, even in the step portion having the same depth, the film thickness of the coating film on the step portion may vary depending on whether the area of the step portion is large or small. Therefore, even if it is a stepped portion having the same depth, the stepped portion finally becomes smaller by finely adjusting the aperture ratio for the portion on the mask through which the exposure light irradiated to each stepped portion is transmitted. Can be flattened.

以上のように、本発明の固体撮像素子の製造方法によって、深さの異なる複数の段差部位を有する基板であっても段差部位を平坦化することができる。
このように平坦化された基板上に、公知の方法によって、アンダーコート層、色フィルタアレイ、オーバーコート層及びマイクロレンズアレイ等を順次形成し、固体撮像素子を製造することができる。
例えば、平坦化された基板の表面に、まず、アンダーコート層形成用の熱硬化性樹脂溶液を塗布して加熱することによってアンダーコート層を形成する。
その後色フィルタを形成するための色素含有レジスト(いわゆるカラーレジスト)の塗布、露光、現像及びベーキング等を、赤色(R)、緑色(G)、および青色(B)のそれぞれについて行うことにより色フィルタアレイを形成し、次いでオーバーコート層を形成するための熱硬化性樹脂溶液または透明感光性樹脂溶液を塗布して加熱又は露光することによりオーバーコート層を形成する。
続いてマイクロレンズ形状を形成するためのポジレジストの塗布、露光、現像及びリフロー等を行ないマイクロレンズアレイを形成する。
このとき、スクライブライン及びボンディングパッド等の段差部位が平坦化されているので、形成されたアンダーコート層、色フィルタアレイ、オーバーコート層及びマイクロレンズ形成用のレジスト膜は、それぞれ均一な厚みで形成することができる。
そのため、本発明の製造方法に従って製造した固体撮像素子は、出力される画像におけるムラの発生を低減することができ、固体撮像素子の品質及び歩留まりを向上することができる。
なお、段差内部に存在する前述の熱溶融物は必要に応じて、マイクロレンズ形成後等の
段階において、薬品又はドライエッチング等を用いた慣用の方法により除去し得る。特にボンディングパッドの段差においては、ボンディングパッドと外部との電気的接続をとるという観点から、該熱溶融物は除去されることが望ましい。
As described above, according to the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, a stepped portion can be flattened even if the substrate has a plurality of stepped portions having different depths.
On the thus flattened substrate, an undercoat layer, a color filter array, an overcoat layer, a microlens array, and the like are sequentially formed by a known method to manufacture a solid-state imaging device.
For example, first, an undercoat layer is formed by applying and heating a thermosetting resin solution for forming an undercoat layer on the flattened surface of the substrate.
Thereafter, the color filter is formed by performing coating, exposure, development, baking, and the like of a dye-containing resist (so-called color resist) for forming a color filter for each of red (R), green (G), and blue (B). After forming the array, a thermosetting resin solution or a transparent photosensitive resin solution for forming an overcoat layer is applied and heated or exposed to form an overcoat layer.
Subsequently, a positive resist for forming a microlens shape is applied, exposed, developed, and reflowed to form a microlens array.
At this time, since the step portions such as the scribe line and the bonding pad are flattened, the formed undercoat layer, color filter array, overcoat layer, and resist film for forming the microlens are formed with uniform thicknesses, respectively. can do.
Therefore, the solid-state imaging device manufactured according to the manufacturing method of the present invention can reduce the occurrence of unevenness in the output image, and can improve the quality and yield of the solid-state imaging device.
In addition, the above-mentioned hot melt existing inside the step can be removed by a conventional method using chemicals, dry etching, or the like at a stage after forming the microlens, if necessary. In particular, at the step of the bonding pad, it is desirable to remove the hot melt from the viewpoint of establishing an electrical connection between the bonding pad and the outside.

以下、異なる深さの段差部位の例として、図3及び図4に示したような光電変換アレイを取り囲んで幅40μm、深さ1.5μmのボンディングパッドの段差(A部)とその外側に幅80μm深さ3.5μmのスクライブラインの段差(B部)を有する基板を本発明の方法によって平坦化させる具体的な方法を説明するが、これによって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, as an example of step portions having different depths, a step (A portion) of a bonding pad having a width of 40 μm and a depth of 1.5 μm surrounding a photoelectric conversion array as shown in FIGS. A specific method for flattening a substrate having a scribe line step (B portion) of 80 μm depth and 3.5 μm by the method of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

<実施例1>
前記基板上にポジ型感光性樹脂組成物としてPMR−NT2(冨士薬品工業株式会社から販売されているポジ型フォトレジストであり、ポリスチレン系のアルカリ可溶性樹脂にナフトキノンジアジド系の感光剤と熱硬化剤が配合されている)を1500rpmでスピンコートし、90℃にて90秒のプレベークののち、i線ステッパ(株式会社ニコン製NSR−2205i9c)で125mJ/cm2の露光を行なった。
このとき、A部を露光する部分のフォトマスクを開口率28%、2.0μmピッチの市松模様の繰り返しパターンとし、B部を露光する部分のフォトマスクを開口率0%(全面遮光)、A部、B部以外の部分は開口率100%(全面透過)とした。
次いで0.43%TMAH水溶液で60秒間現像処理を行ない、純水で20秒間リンスしたのちスピン乾燥して水分を除去した。
次いで、i線ステッパ(NSR−2205i9c)で400mJ/cm2の全面露光(
ブリーチング処理)を行なったのち、220℃のホットプレートで5分間の加熱処理を行なった。この加熱処理により、現像でA部に形成されていた凹凸のあるパターン表面が平坦になった。
触針式の段差計でA部とB部の段差を基板面(基板表面における段差部位の無い部分)を基準に測定したところ、以下の通りとなった。
A部:最大高さ 0.2μm 最大深さ −0.1μm
B部:最大高さ −0.4μm 最大深さ −0.8μm
最大段差 0.2μm−(−0.8μm)=1.0μm
<Example 1>
PMR-NT2 (a positive photoresist sold by Fuji Pharmaceutical Co., Ltd. as a positive photosensitive resin composition on the substrate, a naphthoquinone diazide photosensitive agent and a thermosetting agent on a polystyrene-based alkali-soluble resin. Was pre-baked at 90 ° C. for 90 seconds, and then exposed to 125 mJ / cm 2 with an i-line stepper (NSR-2205i9c manufactured by Nikon Corporation).
At this time, the portion of the photomask that exposes the A portion is a repetitive checkered pattern with an aperture ratio of 28% and a pitch of 2.0 μm, the portion of the photomask that exposes the B portion has an aperture ratio of 0% (entire light shielding) Portions other than the portion B and the portion B were 100% aperture ratio (entire transmission).
Next, development processing was performed with 0.43% TMAH aqueous solution for 60 seconds, rinsed with pure water for 20 seconds, and then spin-dried to remove moisture.
Next, an entire exposure (400 mJ / cm 2 ) using an i-line stepper (NSR-2205i9c)
After performing bleaching treatment), heat treatment was performed for 5 minutes on a 220 ° C. hot plate. By this heat treatment, the uneven pattern surface formed in the A portion by the development became flat.
When the level difference between A and B was measured with a stylus type level gauge on the basis of the substrate surface (the portion having no level difference on the substrate surface), the results were as follows.
Part A: Maximum height 0.2 μm Maximum depth −0.1 μm
Part B: Maximum height -0.4μm Maximum depth -0.8μm
Maximum level difference 0.2μm-(-0.8μm) = 1.0μm

次いで、溝が平坦化された基板にFOC−07M(冨士薬品工業株式会社から販売されているアクリル系の熱硬化性アンダーコート材料)を1500rpmで塗布し、180℃5分の硬化処理を行なったのち、ウエハを目視観察したところ、塗布ムラのない均一な膜が形成されていた。   Next, FOC-07M (acrylic thermosetting undercoat material sold by Fuji Pharmaceutical Co., Ltd.) was applied to the substrate with the flattened grooves at 1500 rpm, followed by a curing treatment at 180 ° C. for 5 minutes. Later, when the wafer was visually observed, a uniform film without coating unevenness was formed.

<実施例2>
実施例1と同様にPMR−NT2を用いて平坦化を行なったが、PMR−NT2の塗布回転数は800rpmとした。
また、A部を露光する部分のフォトマスクを開口率38%、2.0μmピッチの市松模様の繰り返しパターンとし、B部を露光する部分のフォトマスクを開口率18%、2.0μmピッチの市松模様の繰り返しA部、B部以外の部分は開口率100%(全面透過)とした。
220℃の加熱処理ののち、触針式の段差系でA部とB部の段差を測定したところ、以下の通りとなった。
A部:最大高さ 0.2μm 最大深さ 0μm
B部:最大高さ −0.2μm 最大深さ −0.4μm
最大段差 0.2μm−(−0.4μm)=0.6μm
<Example 2>
Although planarization was performed using PMR-NT2 as in Example 1, the coating rotation speed of PMR-NT2 was 800 rpm.
In addition, the photomask for the portion that exposes the A portion is a repetitive checkered pattern with an aperture ratio of 38% and a pitch of 2.0 μm, and the photomask for the portion that exposes the B portion is a checkerboard with an aperture ratio of 18% and a pitch of 2.0 μm The portions other than the A portion and B portion where the pattern is repeated have an aperture ratio of 100% (entire transmission).
After the heat treatment at 220 ° C., the step difference between the A part and the B part was measured with a stylus type step system, which was as follows.
Part A: Maximum height 0.2μm Maximum depth 0μm
Part B: Maximum height -0.2μm Maximum depth -0.4μm
Maximum level difference 0.2μm-(-0.4μm) = 0.6μm

次いで、溝が平坦化された基板にFOC−07M(冨士薬品工業株式会社から販売されているアクリル系の熱硬化性アンダーコート材料)を1500rpmで塗布し、180℃5分の硬化処理を行なったのち、ウエハを目視観察したところ、塗布ムラのない均一な膜が形成されていた。   Next, FOC-07M (acrylic thermosetting undercoat material sold by Fuji Pharmaceutical Co., Ltd.) was applied to the substrate with the flattened grooves at 1500 rpm, followed by a curing treatment at 180 ° C. for 5 minutes. Later, when the wafer was visually observed, a uniform film without coating unevenness was formed.

<比較例>
実施例1と同様にPMR−NT2を用いて平坦化を行なった。PMR−NT2の塗布回転数は1500rpmとした。
このとき、A部およびB部を露光する部分のフォトマスク開口率共に0%(全面遮光)とし、それ以外の部分は開口率100%(全面透過)とした。
220℃の加熱処理ののち、触針式の段差計でA部とB部の段差を測定したところ、以下の通りとなった。
A部:最大高さ 1.0μm 最大深さ 0.4μm
B部:最大高さ −0.4μm 最大深さ −0.8μm
最大段差 1.0μm−(−0.8μm)=1.8μm
<Comparative example>
As in Example 1, planarization was performed using PMR-NT2. The coating rotation speed of PMR-NT2 was 1500 rpm.
At this time, both the photomask aperture ratios of the portions exposed to the A portion and the B portion were set to 0% (entire light shielding), and the other portions were set to an aperture ratio of 100% (full surface transmission).
After the heat treatment at 220 ° C., the step between the A part and the B part was measured with a stylus type step meter, and the results were as follows.
Part A: Maximum height 1.0 μm Maximum depth 0.4 μm
Part B: Maximum height -0.4μm Maximum depth -0.8μm
Maximum step 1.0μm − (− 0.8μm) = 1.8μm

次いで、溝が平坦化された基板にFOC−07M(冨士薬品工業株式会社から販売されているアクリル系の熱硬化性アンダーコート材料)を1500rpmで塗布し、180℃5分の硬化処理を行なったのち、ウエハを目視観察したところ、ウエハ上に薄い放射状の塗布ムラが数箇所観察された。   Next, FOC-07M (acrylic thermosetting undercoat material sold by Fuji Pharmaceutical Co., Ltd.) was applied to the substrate with the flattened grooves at 1500 rpm, followed by a curing treatment at 180 ° C. for 5 minutes. Later, when the wafer was visually observed, several thin radial coating irregularities were observed on the wafer.

また、開口率が異なるフォトマスクを用いて、ポジ型フォトレジスト(ポジ型感光性樹脂組成物)のパターニング及び加熱処理を行った場合の膜厚変化について評価した。
<実施例3>
開口率が64%、59%、55%、50%、28%、23%及び19%フォトマスクを用いて、それぞれポジ型フォトレジスト(ポジ型感光性樹脂組成物)のパターニングと220℃5分の加熱処理を行なった。
本実施例において使用したフォトマスクは2.0umピッチの市松模様又は格子模様パターンであり、ポジ型感光性樹脂組成物の種類及びその塗布条件、並びに露光条件は、実施例2と同様のものとした。
図8に現像後の感光性樹脂組成物のパターン形状のSEM画像、現像後及び加熱処理後の断面のSEM画像、並びに塗布膜厚に対する加熱処理後の膜厚の割合を示す。
加熱処理によって現像後の凹凸パターンが平坦化され、その膜厚はフォトマスクの開口率が64%、59%、55%、50%、28%、23%及び19%の場合、それぞれ現像後の膜厚に対して14%、16%、21%、24%、57%、63%及び70%であり、フォトマスクの開口率で平坦化後の膜厚がコントロール可能であることがわかる。
In addition, using a photomask having a different aperture ratio, a change in film thickness when patterning and heat treatment of a positive photoresist (positive photosensitive resin composition) was evaluated.
<Example 3>
Patterning of positive photoresist (positive photosensitive resin composition) and 220 ° C. for 5 minutes using photomasks with an aperture ratio of 64%, 59%, 55%, 50%, 28%, 23% and 19%, respectively. The heat treatment was performed.
The photomask used in this example is a checkered pattern or a lattice pattern with a pitch of 2.0 um, and the type of positive photosensitive resin composition, its application conditions, and exposure conditions are the same as those in Example 2. did.
FIG. 8 shows the SEM image of the pattern shape of the photosensitive resin composition after development, the SEM image of the cross section after development and after heat treatment, and the ratio of the film thickness after heat treatment to the coating film thickness.
The uneven pattern after development is flattened by the heat treatment, and the film thickness is 64%, 59%, 55%, 50%, 28%, 23%, and 19%, respectively, after the development. 14%, 16%, 21%, 24%, 57%, 63% and 70% with respect to the film thickness, and it can be seen that the film thickness after planarization can be controlled by the aperture ratio of the photomask.

本発明は固体撮像素子を製造する産業で利用される。   The present invention is used in an industry for manufacturing a solid-state imaging device.

1 基板
2 固体撮像素子
3 スクライブライン
4 光電変換素子アレイ
5 ボンディングパッド
6 ネガ型感光性樹脂組成物の塗膜
6a 現像後のネガ型感光性樹脂組成物の塗膜
7 スクライブラインの段差(B部)
8 ボンディングパッドの段差(A部)
9 フォトマスク
10 露光光
11 露光量調整域
11a 透光部
11b 遮光部
12 段差部位
13 ポジ型感光性樹脂組成物の塗膜
13a パターン化されたポジ型感光性樹脂組成物の塗膜
13b ポジ型感光性樹脂組成物の塗膜の熱溶融物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Solid-state image sensor 3 Scribe line 4 Photoelectric conversion element array 5 Bonding pad 6 Negative photosensitive resin composition coating film 6a Negative photosensitive resin composition coating film 7 Step of scribe line (Part B) )
8 Bonding pad step (Part A)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Photomask 10 Exposure light 11 Exposure amount adjustment area 11a Translucent part 11b Light-shielding part 12 Step part 13 Coating film 13a of positive type photosensitive resin composition Patterned coating film 13b of positive type photosensitive resin composition Positive type Hot melt of coating film of photosensitive resin composition

Claims (5)

光電変換素子アレイが搭載される基板上に感光性樹脂組成物を塗布し感光性樹脂組成物の塗膜を形成する工程、フォトマスクを介して該感光性樹脂組成物の塗膜を露光する工程、及び、露光後の該塗膜を現像して不要部分を除去する工程を含む、固体撮像素子の製造方法において、
前記基板は、搭載される光電変換素子アレイの周辺に深さの異なる複数の段差部位を有するものであり、
また前記フォトマスクは、前記複数の段差部位に照射される露光光が透過する部位において、該複数の段差部位の深さに応じて開口率が調整され、これに対応するパターン化塗膜を形成しうる露光量調整域を有するものであり、そして
前記製造方法は、現像工程に続いて、基板上に残る前記塗膜を加熱硬化し、その際、深さの異なる複数の段差部位について、前記パターン化塗膜の溶融により、その上面を平準化する工程を更に有することを特徴とする、固体撮像素子の製造方法。
A step of applying a photosensitive resin composition on a substrate on which a photoelectric conversion element array is mounted to form a coating film of the photosensitive resin composition, a step of exposing the coating film of the photosensitive resin composition through a photomask And, in the method for producing a solid-state imaging device, including a step of developing the coating film after exposure to remove unnecessary portions,
The substrate has a plurality of step portions having different depths around a photoelectric conversion element array to be mounted;
In the photomask, the aperture ratio is adjusted in accordance with the depth of the plurality of step portions at a portion through which the exposure light irradiated to the plurality of step portions is transmitted, and a patterned coating film corresponding to this is formed. In the manufacturing method, after the development step, the coating film remaining on the substrate is heat-cured, and at that time, with respect to a plurality of step portions having different depths, A method for producing a solid-state imaging device, further comprising a step of leveling an upper surface of the patterned coating film by melting.
前記露光量調整域は、透光部及び遮光部が互いに隣り合うように配されて、市松模様、縞模様、又は格子模様の繰り返しパターンを有するものである、請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法。   2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the exposure amount adjustment region has a repetitive pattern of a checkered pattern, a striped pattern, or a lattice pattern in which the light transmitting part and the light shielding part are arranged adjacent to each other. Manufacturing method. 前記複数の段差部位は、スクライブラインにおける段差部位とボンディングパッドにおける段差部位からなる、請求項1又は請求項2に記載の固体撮像素子の製造方法。   3. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 1, wherein the plurality of stepped portions include a stepped portion in a scribe line and a stepped portion in a bonding pad. 固体撮像素子の製造にあたり基板上の感光性樹脂組成物の塗膜の露光に用いるフォトマスクにおいて、該基板が搭載される光電変換素子アレイの周囲に有する深さの異なる複数の段差部位に照射される露光光が透過する部位について、開口率が調整された露光量調整域を有するフォトマスク。   In manufacturing a solid-state imaging device, a photomask used for exposure of a coating film of a photosensitive resin composition on a substrate is irradiated to a plurality of steps having different depths around the photoelectric conversion element array on which the substrate is mounted. The photomask which has the exposure amount adjustment area | region where the aperture ratio was adjusted about the site | part which the exposure light which transmits. 前記露光量調整域は、透光部及び遮光部が互いに隣り合うように配されて市松模様、縞模様又は格子模様の繰り返しパターンを有するものである、
請求項4に記載のフォトマスク。
The exposure amount adjustment area has a repetitive pattern of a checkered pattern, a striped pattern, or a lattice pattern in which the light transmitting part and the light shielding part are arranged adjacent to each other.
The photomask according to claim 4.
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