JP2566087B2 - 有色マイクロレンズアレイ及びその製造方法 - Google Patents

有色マイクロレンズアレイ及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は有色マイクロレンズアレ
イ、その製造方法及びこれを用いた装置に関し、特に、
カラー固体撮像装置やカラー液晶表示装置等の色フィル
タアレイとして用いて好適な有色マイクロレンズアレイ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のカラー固体撮像装置の概略を図１
７を参照して説明する。図１７は、カラー固体撮像装置
の断面図を示しており、受光光量に応じた電荷を発生す
るシリコンフォトダイオード等によって構成される光電
変換領域２がシリコン基板１の表面に画素として行列状
に形成される。光電変換領域２には、図示しない撮像レ
ンズによって画像が投影され、画像の明暗に応じた電荷
を発生する。この光電変換領域２に隣接して図示しない
電荷転送領域が形成され、電荷を電気信号に変換する図
示しないプリアンプに向けて発生した電荷を転送する。
電荷転送領域等の上部にはアルミ等によって構成される
遮光膜３が絶縁膜４を介して積層され、光電変換領域以
外の部分に光が入射しないようにしている。遮光膜３の
開口部によって生じた凹凸は透明な平滑層５によって埋
め込まれて平らにされる。この平滑層５上に第１層目の
染色フィルタ６が形成される。染色フィルタ６は、例え
ばゼラチンを染色した赤色フィルタであり、赤色成分を
光電変換すべき光電変換領域の上にこの領域を覆うよう
に形成される。この第１層目の染色フィルタ６の上に混
色を防止しすると共に面の平坦化を図る平滑層（あるい
は中間層）７を形成する。この平滑層７上に第２層目の
染色フィルタ８が形成される。染色フィルタ８は、例え
ば緑色フィルタであり、緑色成分を光電変換すべき光電
変換領域の上にこの領域を覆うように形成される。この
第２層目の染色フィルタ８の上に混色を防止しすると共
に面の平坦化を図る平滑層９を形成する。この平滑層９
上に第３層目の染色フィルタ１０が形成される。染色フ
ィルタ１０は、例えば青色フィルタであり、青色成分を
光電変換すべき光電変換領域の上にこの領域を覆うよう
に形成される。この第３層目の染色フィルタ１０上に面
の平坦化を図る平滑層１１を形成する。この平滑層１１
上に集光レンズ層１２が形成される。集光レンズ層１２
はマイクロレンズ群からなり、図示しない撮像レンズに
よってカラー固体撮像装置表面に投影される像の画素各
々を染色フィルタを介して各光電変換領域２に集光す
る。
【０００３】従来は上述のように平滑層、中間層、染色
フィルタを数層積層して色フィルタアレイを形成し、更
に最上部にマイクロレンズ層を形成することで、図１３
に実線で示すように光電変換領域に色成分を集めて、見
かけ上の開口率を上げ、光の利用率、すなわち、受光感
度を向上させている。同図において図１７と対応する部
分には同一符号を付している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
構成においては３種類の色の色フィルタを積層して色フ
ィルタアレイを形成しているので、図１３に示されるよ
うにマイクロレンズ層１２と遮光膜３の開口部との距離
が約１０μｍと長くなっている。このため、カメラの撮
像レンズの絞りを開いた場合のように、マイクロレンズ
に対して斜めに入射する光が増加すると、同図に点線で
示すようにマイクロレンズにより集光された光は遮光膜
３の開口の中心からずれて光電変換領域２への集光率を
低下させる。また、集光された光が遮光膜の開口端に近
づくことにより、隣接画素である隣の光電変換領域や電
荷転送部に信号電荷を混入させていわゆるスミアを発生
させる。
【０００５】よって、本発明の目的は、異なる色の色フ
ィルタを複数積層してなる色フィルタアレイとマイクロ
レンズ層とを薄い層で実現することである。本発明の他
の目的は、斜め入射光によって生じる集光率の低下、撮
像素子の感度低下及びスミア発生の抑制を可能とするカ
ラー固体撮像装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の有色マイクロレンズは、透明な基礎部材上に二
次元的に配列されて各々が複数種類の色のうちいずれか
の色を有する有色マイクロレンズを含む有色マイクロレ
ンズアレイにおいて、上記有色マイクロレンズを載置す
る上記基礎部材の微小領域の厚さは、各有色マイクロレ
ンズの色に対応して設定されて、各有色マイクロレンズ
の焦点が略同一平面上に位置するようになされる、こと
を特徴とする。
【０００７】また、本発明の有色マイクロレンズの製造
方法は、有色マイクロレンズ群が形成されるべき透明な
基礎膜に色フィルタ層を積層する第１ステップと、マイ
クロレンズの型を形成するためのレンズ形状形成層を上
記色フィルタ層に積層する第２ステップと、形成される
べき有色マイクロレンズの配列パターンによって上記レ
ンズ形状形成層をパターニングする第３ステップと、パ
ターニングされた上記レンズ形状形成層を半球状に成形
する第４ステップと、半球状に成形された前記レンズ形
状形成層及び上記色フィルタ層を上記レンズ形状形成層
側から等方性エッチングし、上記色フィルタ層を半球状
に成形して上記基礎膜に有色マイクロレンズ群を形成す
る第５ステップと、を備えることを特徴とする。
【０００８】また、本発明のカラー固体撮像装置は、固
体撮像装置上に透明な基礎膜を介して二次元的に配列さ
れる複数の有色マイクロレンズを含んでなるカラー固体
撮像装置において、上記基礎膜の微小領域の膜厚は、該
領域を覆うべき有色マイクロレンズの色に対応して設定
されて、各有色マイクロレンズの焦点が略同一平面上に
位置するようになされる、ことを特徴とする。
【０００９】また、本発明のカラー固体撮像装置の製造
方法は、有色マイクロレンズを有するカラー固体撮像装
置の製造方法において、シリコン基板表面に二次元に配
列されて入射光量に応じた電荷を発生する複数の光電変
換領域を形成する第１ステップと、上記光電変換領域各
々を開口しかつ上記光電変換領域各々の周囲を遮光する
ように上記シリコン基板に積層される遮光膜を形成する
第２ステップと、少なくとも上記遮光膜の開口した部分
を埋め込む平滑層を形成する第３ステップと、上記光電
変換領域を覆うように配列された複数色の色フィルタか
らなる色フィルタ層を上記平滑層に積層する第４ステッ
プと、上記色フィルタ層にマイクロレンズの型を形成す
るためのレンズ形状形成層を積層する第５ステップと、
形成されるべき有色マイクロレンズが配列されたパター
ンによって上記レンズ形状形成層をパターニングする第
６ステップと、パターニングされた上記レンズ形状形成
層を半球状に成形する第７ステップと、半球状に成形さ
れた上記レンズ形状形成層及び上記色フィルタ層を上記
レンズ形状形成層側から等方性エッチングし、上記色フ
ィルタ層を半球状に成形して上記平滑層に有色マイクロ
レンズ群を形成する第８ステップと、を含むことを特徴
とする。
【００１０】
【作用】本発明の有色マイクロレンズアレイ及びカラー
固体撮像装置によれば、マイクロレンズアレイ自身が色
フィルタアレイとして機能する。同時に、各マイクロレ
ンズの光軸方向における位置が色によって設定されるの
で、各マイクロレンズの色が異なってもレンズ透過光を
略同一平面上に集光することが可能となる。本発明の有
色マイクロレンズの製造方法及びカラー固体撮像装置に
よれば、色フィルタアレイにレンズ形状形成層を積層
し、このレンズ形状形成層をマイクロレンズ群の配置パ
ターンによってパターニングする。パターニングされた
レンズ形状形成層をレンズ状に成形し、これをマスクと
して同マスク及び色フィルタアレイを等方性エッチング
するすることにより、色フィルタアレイをマイクロレン
ズ化する。
【００１１】この結果、従来の積層された色フィルタア
レイ及びマイクロレンズが担った機能が一つの層の有色
マイクロレンズアレイによって実現される。この有色マ
イクロレンズアレイ自身が複数色の色フィルタアレイと
しても機能するから、例えばカラー固体撮像装置に用い
ると、有色マイクロレンズ層を光電変換領域に略密着し
て配置することが可能となり、撮像装置の感度向上及び
スミアの抑制等が図られる。また、有色マイクロレンズ
アレイをカラー液晶表示装置の色フィルタアレイとして
用いれば表示画面の視野角をより広げることが可能とな
る。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明に係る有色マイクロレンズ
を用いたカラー固体撮像装置の断面図を示しており、図
１７に示された部分と対応する部分には同一符号を付し
ている。図１において、シリコン基板１の表面に受光光
量に応じた電荷を発生するシリコンフォトダイオード等
の光電変換領域２が画素として行列状に形成される。こ
の光電変換領域２に隣接して図示しない電荷転送領域等
が形成される。電荷転送領域は画像情報を担う上記電荷
を図示しない電気信号に変換するプリアンプに向けて転
送するものであり、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｉ
ｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＢＢＤ（ＢＵＣＫＥＴ Ｂｒｉ
ｇａｄｅ Ｄｅｖｉｃｅ）等種々の形式のものを用いる
ことが可能である。シリコン基板１には絶縁膜４が積層
される。更に、光電変換領域２の上部を開口し、これ以
外の上記電荷転送領域等の上部を遮光する遮光膜３が絶
縁膜４に積層される。遮光膜３はアルミ等の薄膜であ
り、周囲が絶縁膜４によって絶縁される。遮光膜３の開
口部によって生じた凹凸は平滑層５によって埋め込まれ
て平らな表面が形成される。シリコン基板１〜絶縁膜４
は固体撮像装置に対応する。平滑層５は基礎膜に対応す
るものである。この平滑層５上に複数色の有色マイクロ
レンズが行列状に配列され、各有色マイクロレンズは光
電変換領域２の上部を覆うように配置される。各有色マ
イクロレンズの中心は遮光膜開口部の中心と一致するよ
うに形成され、各光電変換領域は有色マイクロレンズに
よって抽出された色成分を光電変換する、例えば、有色
マイクロレンズ３１は赤色、同３２は緑色、同３３は青
色である。この有色マイクロレンズの色の種類は、ＣＣ
Ｄカラーカメラの撮像方式に対応して、例えば、赤、緑
及び青の三原色、更に、シアン、マゼンタ及びイエロー
の３つの補色の中から２〜３色を適宜に選択して組み合
わせる。また、有色マイクロレンズの形状はレンズの色
や材質の屈折率に応じて適当な集光が得られるように形
成されるが、好ましくは半球状である。マイクロレンズ
の有する色はレンズ材料を染料によって着色することに
より、あるいはレンズ材料自体の色により定められる。
なお、有色マイクロレンズ及び光電変換領域の配列パタ
ーンには、カラー方式に応じた種々の配列パターンが適
用される。これ等の配列パターンは、通常、色の異なる
有色マイクロレンズを二次元に配置して得られる１もし
くは２以上の基本配色パターンを組み合わせて構成され
る。カラー固体撮像装置を構成する光電変換部、電荷転
送部、電荷読出部は公知構成を用いるので、かかる部分
の説明を省略する。
【００１３】この実施例のような構成にすると、図１７
に示された従来の色フィルタ及び中間層（同図６、７、
８、９、１０、１１）からなる色フィルタアレイとマイ
クロレンズ１２とを一つの層のマイクロレンズに置き換
えることができる。別言すれば、有色マイクロレンズ３
１〜３３が一つの層の色フィルタアレイを構成してい
る。この有色マイクロレンズを用いると、色フィルタを
別途必要とせず、マイクロレンズはカラー固体撮像装置
の光電変換領域２に近接して形成される。
【００１４】この結果、図１４に示されるように、有色
マイクロレンズ３３が光電変換領域２に略密着し、遮光
膜開口部の真上にあるため、図１４に実線及び点線で示
されるようにマイクロレンズ３３に入射した光線が光電
変換領域２上に導出されて撮像素子の感度が向上する。
また、電荷転送領域への入射光線が減って画像へのスミ
アの発生が抑制される等の効果が得られる。
【００１５】この様な多数個かつ複数色からなる有色マ
イクロレンズアレイをカラー固体撮像装置の平滑層上に
形成する方法について説明する。本発明の有色マイクロ
レンズの製造方法では、色フィルタアレイをマイクロレ
ンズ化する。まず、色フィルタアレイの形成手順につい
て図２を参照して説明する。上記したように公知方法に
よってシリコン基板１上に光電変換領域２、絶縁膜４、
遮光膜３、平滑層５が形成され、ＣＣＤ撮像部が形成さ
れる。このＣＣＤ撮像部の平滑層５を基礎膜として、第
３色の、例えば青色の染色層３３ａを積層する。図示し
ない青色成分の光電変換領域の配置パターンによって染
色層３３ａをパターニングし、平滑層５の上に青フィル
タ３３ｂをモザイク状に形成する。すなわち、平滑層５
の上に第３色の染色層３３ａを積層し、フォトレジスト
２０を染色層３３ａの全面に塗布する。フォトレジスト
２０に第３色の光電変換領域のパターンを露光し、現像
して図２（ａ）に示されるフォトレジスト２０が第３色
に対する光電変換領域部分を覆う構造を得る。このフォ
トレジスト２０をマスクとしてエッチングを行い、第３
色に対する光電変換領域部分を覆う染色層３３ａだけを
残す。残ったフォトレジスト２０を溶剤等によって除去
する。
【００１６】次に、第１色の、例えば赤色の染色層３１
ａを平滑層５及び青フィルタ３３ｂに積層する。図示し
ない赤色成分の光電変換領域の配置パターンによって染
色層３１ａをパターニングし、平滑層５上に赤フィルタ
３１ｂ及び青フィルタ３３ｂをモザイク状に形成する。
すなわち、染色層３１ａを平滑層５及び青フィルタ３３
ｂに積層し、フォトレジスト２０を染色層３１ａの全面
に塗布する。フォトレジスト２０に第３色の光電変換領
域のパターンを露光し、現像して図２（ｂ）に示される
フォトレジスト２０が第１色に対する光電変換領域部分
を覆う構造を得る。このフォトレジスト２０をマスクと
してエッチングを行い、第１色に対する光電変換領域部
分を覆う染色層３１ａだけを残す。残ったフォトレジス
ト２０を溶剤等によって除去する。
【００１７】同様に、第２色の、例えば緑色の染色層３
２ａを平滑層５、赤フィルタ３１ｂ及び青フィルタ３３
ｂに積層する。図示しない緑色成分の光電変換領域の配
置パターンによって染色層３２ａをパターニングし、平
滑層５の上に赤フィルタ３１ｂ、青フィルタ３３ｂ及び
緑フィルタ３２ｂをモザイク状に形成する。すなわち、
緑色の染色層３２ａを平滑層５、赤フィルタ３１ｂ及び
青フィルタ３３ｂに積層し、フォトレジスト２０を染色
層３２ａの全面に塗布する。フォトレジスト２０に第２
色の光電変換領域のパターンを露光し、現像して図２
（ｃ）に示されるフォトレジスト２０が第２色に対する
光電変換領域部分を覆う構造を得る。このフォトレジス
ト２０をマスクとしてエッチングを行い、第２色に対す
る光電変換領域部分を覆う染色層３２ａだけを緑フィル
タ３２ｂとして残す。残ったフォトレジスト２０を溶剤
等によって除去する。
【００１８】カラーフィルタ３１ｂ、３２ｂ及び３３ｂ
は、例えばＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、合成染色
材料、顔料分散型の膜（例えばアクリル系）等を用いる
ことが可能である。こうして、図２（ｄ）に示されるよ
うに、複数種類の色の色フィルタ３１ｂ、３２ｂ及び３
３ｂによって色フィルタアレイが形成される。色フィル
タアレイの配色パターンはカラー方式に応じてモザイク
状やストライプ状等種々のパターンに形成される。
【００１９】次に、有色マイクロレンズの形成手順につ
いて図３を参照して説明する。図３において図２と対応
する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略
する。
【００２０】まず、前記した手順によって色フィルタ３
１ｂ、３２ｂ及び３３ｂからなる色フィルタアレイをカ
ラー固体撮像装置に形成する。この色フィルタアレイ上
にマイクロレンズの型を造るために用いるレンズ型形成
層３５を積層する。レンズ型形成層３５を形成すべきマ
イクロレンズの配列パターンによってパターニングす
る。すなわち、レンズ型形成層３５にフォトレジスト２
０を塗布し、これに形成すべきマイクロレンズアレイの
パターンと同様の図示しないエッチングパターンを投影
し、現像して図３（ａ）に示されるようにフォトレジス
ト２０が遮光膜３の開口部分を覆う構成を得る。このフ
ォトレジスト２０をマスクとしてレンズ型形成層３５に
ついて異方性エッチングを行い、図３（ｂ）に示される
ようにレンズ型形成層３５のうち遮光膜３の開口部分に
あるもののみを残す。残されたレンズ型形成層３５をレ
ンズ状に、好ましくは半球状に成型する。
【００２１】これは、例えば加熱処理や化学的処理によ
って行う。加熱処理による場合は、予めレンズ型形成層
３５の融点が色フィルタの融点よりも低い材質のものを
選択する。レンズ型形成層３５を色フィルタの融点より
も低い温度で加熱して溶融させる。溶融したレンズ型形
成層３５は、図３（ｃ）に示されるように表面張力によ
って半球状になる。この後温度を下げて半球形状を固定
する。レンズ型形成層３５が色フィルタ層に侵入するミ
ックスレイヤの防止方法については後述する。化学的処
理による場合は、溶解液とレンズ型形成層３５の材質の
組み合わせを適宜に選定し、溶液によってレンズ型形成
層３５を曲面化する。
【００２２】こうして、各色フィルタ上にレンズ状に成
型されたレンズ型形成層３５を得る。このレンズ状に成
型されたレンズ型形成層３５をマスクとして用いて、レ
ンズ型形成層３５側からＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉ
ｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等の等方性エッチングを行い、
レンズ型形成層３５、色フィルタ３１ｂ、３２ｂ及び３
３ｂをエッチングして図３（ｄ）に示されるように各色
フィルタを凸レンズ状に成型する。この結果、遮光膜３
の開口部上に光電変換領域に近接してカラーマイクロレ
ンズが形成される。このカラーマイクロレンズは各画素
毎に設けられ、また、上記実施例では３原色であるが、
必要な種類の色のフィルタが必要に応じて形成される。
上記実施例において、レンズ型形成層３５を形成する際
に色フィルタ３１ｂ、３２ｂ及び３３ｂとの間でいわゆ
るミックスレイヤが生じる場合には、図４に示されるよ
うにミックスレイヤを防止するための中間層１３を色フ
ィルタ３１ｂ、３２ｂ及び３３ｂからなる色フィルタア
レイとレンズ型形成層３５との間に形成することによ
り、これを防止することが可能である。
【００２３】色フィルタの他の形成方法について図７乃
至図９を参照して説明する。これ等の図は、いわゆる電
気メッキ法を用いて撮像部上に色フィルタを形成する方
法を示しており、図７及び図９において図１と対応する
部分には同一符号を付しており、かかる部分の説明は省
略する。まず、図７に示されるようにＣＣＤ撮像部の平
滑層５上に透明電極膜を積層し、これをパターニングし
て遮光膜３の開口部分を覆うように透明電極１４ａ〜１
４ｃをストライプ状に形成する。各透明電極の末端は図
８に示されるように多数のＣＣＤ撮像部を担うウェハの
電極に接続される。この電極に同図（ｂ）に示されるよ
うに直流電源を接続し、ウェハを染色溶液１５中に入れ
て通電する。これにより、電圧が選択的に印加された透
明電極、例えば透明電極１４ａ上に染色溶液１５中の染
色剤が堆積されて、例えば青色フィルタの染色層が形成
される。同様にして、赤色フィルタ及び黄色フィルタの
染色層が形成される。
【００２４】ところで、一般的に、同じレンズでも通過
する光線の波長によって屈折を異にする。従って、有色
マイクロレンズによって抽出された色成分をより正確に
光電変換領域上に導出するためには抽出した光成分の波
長や有色マイクロレンズの材質に応じた焦点距離や曲率
を各有色マイクロレンズが持つことが望ましい。
【００２５】図５は、このような点を考慮して各有色マ
イクロレンズの色に応じて各有色マイクロレンズの光軸
方向の位置を調整する例を示しており、同図において図
３と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説
明は省略する。この例では、撮像部の平滑層５を形成す
る前に、遮光膜３の開口部の溝が、この部分に形成され
る有色マイクロレンズの焦点距離に対応した深さになる
ようにて埋込材１６で埋め込む。これは、例えば埋込材
１６を第１の有色レンズの焦点距離に応じた第１の膜厚
に堆積した後、第１の色を光電変換する光電変換領域の
開口部のみを覆うマスクを用いて、この開口部にのみ埋
込材１６を残し、その他の部分の埋込材１６を除去す
る。次に、埋込材１６を第２の有色レンズの焦点距離に
応じた第２の膜厚に堆積した後、第２の色を光電変換す
る光電変換領域の開口部のみを覆うマスクを用いて、こ
の開口部にのみ埋込材１６を残し、その他の部分の埋込
材１６を削る。このようにして、第１及び第２の光電変
換領域各々の開口部に異なる厚さで埋込材１６を堆積す
ることができる。埋込材１６は透明なものであって、後
に形成する平滑層５と同じものを用いることが可能であ
る。
【００２６】この後、平滑層５を積層する。こうする
と、形成された平滑層５の上面は、埋込材１６の埋め込
み程度に応じて起伏が生じ、平滑層５と埋込材１６から
なる基礎膜は表面に形成される有色マイクロレンズの焦
点距離に応じて膜厚が定められることになる。このよう
に構成されたＣＣＤ撮像部に既述した方法により、例え
ば３色の色フィルタアレイを形成する。このフィルタ層
の上にレンズ型形成層３５を形成する。フォトレジスト
２０を塗布し、これにマイクロレンズアレイのパターン
を投影し、現像して図５（ａ）に示すようにフォトレジ
スト２０が遮光膜３の開口部分を覆う構成を得る。この
フォトレジスト２０をマスクとして異方性エッチングを
行い、図５（ｂ）に示すように遮光膜３の開口部分にあ
るレンズ型形成層３５を残す。このレンズ型形成層３５
を、例えば加熱処理によって熔解する。熔解したレンズ
型形成層３５は、図５（ｃ）に示されるように表面張力
によって半球状になる。このとき、加熱温度は色フィル
タの融点よりも高くかつ色フィルタの融点よりも低く設
定される。
【００２７】この凸レンズ状のレンズ型形成層３５をマ
スクとして用いてＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ Ｅ
ｔｃｈｉｎｇ）等の等方性エッチングを行い、色フィル
タ３１ｂ、３２ｂ及び３３ｂをエッチングして図３
（ｄ）に示されるように各色フィルタを凸レンズ状に形
成する。こうすると、マイクロレンズの色に応じて各有
色マイクロレンズの光軸方向の位置が調整された有色マ
イクロレンズが得られる。
【００２８】有色マイクロレンズの焦点が光電変換領域
表面に位置するようにするためには、上述したマイクロ
レンズの位置を調整する方法の他、マイクロレンズ自身
の曲率を色に応じて調整することによっても可能であ
る。このような個別の曲率を有する有色マイクロレンズ
を形成する例について図６を参照して説明する。同図に
おいて図３と対応する部分には同一符号を付し、かかる
部分の説明は省略する。
【００２９】まず、既述したような手順によってシリコ
ン基板１上に、光電変換領域２、遮光膜３、絶縁膜４、
平滑層５、色フィルタ３１ｂ、３２ｂ及びタ３３ｂを形
成する。次に、色フィルタアレイの上に第１のレンズ型
を形成するためのレンズ型形成層３５ａを堆積する。レ
ンズ型形成層３５ａは第１の色の有色マイクロレンズに
設定されるべき曲率に応じた膜厚になるように堆積され
る。この上に、第１の光電変換領域各々の開口部を覆う
マスクを形成し、第１の光電変換領域の開口部以外のレ
ンズ型形成層３５を除去してレンズ型形成層３５ａを得
る。次に、色フィルタアレイの上に第２のレンズ型を形
成するためのレンズ型形成層３５ｂを堆積する。レンズ
型形成層３５ｂは第２の色の有色マイクロレンズに設定
されるべき曲率に応じた膜厚になるように堆積される。
この上に、第２の光電変換領域各々の開口部を覆うマス
クを形成し、第２の光電変換領域の開口部以外のレンズ
型形成層３５ｂを除去してレンズ型形成層３５ｂを得
る。同様に、第３の色を光電変換する光電変換領域の開
口部にレンズ型形成層３５ｃを残し、その他の開口部の
レンズ型形成層３５ｃ除去する。このようにして、図６
（ａ）に示されるように、第１、第２及び第３の光電変
換領域各々の開口部に夫々レンズ型形成層３５ａ、３５
ｂ及び３５ｃを異なる厚さで堆積することができる。
【００３０】このレンズ型形成層３５ａ、３５ｂ及び３
５ｃは、例えば加熱によって溶融される。溶融したレン
ズ型形成層３５ａ、３５ｂ及び３５ｃは、図６（ｂ）に
示されるように表面張力によって半球状になり、各レン
ズ型形成層の厚さに対応した曲率（曲面）となる。この
色に応じて曲率が設定された凸レンズ状のレンズ型形成
層３５をマスクとして用いてＲＩＥ等の等方性エッチン
グを行い、色フィルタ３１ｂ、３２ｂ及び３３ｂをエッ
チングして図６（ｃ）に示されるように色フィルタアレ
イを凸レンズ状に成型する。こうして、遮光膜３の開口
部上に光電変換領域に近接して着色に対応した曲率を持
つ有色マイクロレンズ群を得ることができ、入射光をよ
り効果的に光電変換領域に導出することが可能となる。
【００３１】有色レンズの他の形成方法について図１０
を参照して説明する。同図においては、要部のみを示し
ており、シリコン基板１上に形成された光電変換領域
２、遮光膜３、絶縁膜４は省略されている。この方法の
特徴は、レンズ型形成層３５としてフォトレジスト２０
を用いることである。
【００３２】まず、平滑層５上の全体に染色された色フ
ィルタ層、例えば第２の色フィルタ層３２を形成する。
この第２の色フィルタ層３２にフォトレジスト２０を塗
布し、第２色の光電変換領域各々の開口部に重畳するよ
うにマイクロレンズパターンを露光した後、現像してこ
の開口部分以外のフォトレジスト２０を除去し、図１０
（ａ）の構成を得る。フォトレジスト２０をマスクにし
て第２の色フィルタ層３２をエッチングし、図１０
（ｂ）に示されるように第２の光電変換領域各々の開孔
部上にのみ第２の色フィルタ層３２を残す。この第２の
色フィルタ層３２を例えば加熱処理によって熔解して図
１０（ｃ）に示されるように凸レンズ状に成型する。こ
れによって、第２の色の有色マイクロレンズ群を得る。
【００３３】次に、平滑層５及び第２の色の有色マイク
ロレンズ３２上に染色された第３の色フィルタ層３３を
形成する。この第３の色フィルタ層３３にフォトレジス
ト２０を塗布し、第３色の光電変換領域各々の開口部に
重畳するようにマイクロレンズパターンを露光した後、
現像してこの開口部分以外のフォトレジスト２０を除去
し、図１０（ｄ）の構成を得る。フォトレジスト２０を
マスクにして第３の色フィルタ層３３をエッチングし、
図１０（ｅ）に示されるように第３色の光電変換領域各
々の開口部上にのみ第３の色フィルタ層３３を残す。こ
の第３の色フィルタ層３３を例えば加熱処理によって溶
融して図１０（ｆ）に示されるように凸レンズ状に成型
する。これによって、第３の色の有色マイクロレンズ群
を得る。同様にして、第１の色のマイクロレンズ群を得
ることができる。
【００３４】なお、マイクロレンズを全て形成した後、
各光電変換領域に対応してマイクロレンズを個別に染色
することが考えられる。例えば、マイクロレンズ群上に
第１の光電変換領域部分を開孔した第１マスクを形成
し、第１色を染色する。次に、第１マスクを除去し、上
記マイクロレンズ群上に第２の光電変換領域部分を開孔
した第２マスクを形成して第２色を染色する。この後、
第２マスクを除去する。このような手順を繰り返して複
数色に染色されたマイクロレンズ群を得るのである。
【００３５】上述した着色マイクロレンズの技術を種々
の装置に応用することが可能である。例えば、図１１に
示されるカラー液晶表示装置５０の第１色フィルタ２
１、第２色フィルタ２２及び第３色フィルタ２３からな
る色フィルタアレイ５２に適用することができる。カラ
ー液晶表示装置５０は、大略、画素電極、対向電極、液
晶等からなる液晶シャッタ層５１、液晶シャッタ層５１
の各画素となる単位液晶シャッタの各々に色フィルタを
重ねて構成される色フィルタアレイ５２及び保護ガラス
層５３によって構成される。このようなカラー液晶表示
装置５０は、図１５に示されるように表示パネル面に垂
直な方向からは画像が良く見えるが、表示パネル面に対
して斜めの方向からは画面が暗くなって良く見えない。
そこで、カラー液晶表示装置５０の色フィルタアレイ５
２の部分を図１２に示されるような第１の色の有色マイ
クロレンズ３１、第２の色の有色マイクロレンズ３２及
び第３色の色の有色マイクロレンズ３３からなる有色マ
イクロレンズアレイ５４に置換える。すると、図１６に
示すように色フィルタアレイとして機能する有色マイク
ロレンズアレイ５４を通過する光は表示パネル面に対し
て斜めの方向にも広がり、斜めの方向からであっても正
面から見たときと変らない画像を見ることができる。し
かも、液晶表示パネルの厚みの増加を抑制することがで
きる。
【００３６】なお、レンズ型形成層として通常のポシ型
フォトレジストを用いることができる。こうした場合に
は、例えば図３に示される有色マイクロレンズの形成方
法においては同図（ａ）に示されるレンズ型形成層３５
は不要となり、フィルタ３１ｂ、フィルタ３２ｂ及びフ
ィルタ３３ｂ上にフォトレジスト２０を形成する。そし
て、フォトレジスト２０を光電変換領域に応じて同図
（ｂ）の如くエッチングし、エッチングされたフォトレ
ジスト２０を熔解して同図（ｃ）の如く半球状に成型さ
れたフォトレジスト２０を得ることが可能である。この
半球状のフォトレジスト２０をマスクとして色フィルタ
アレイにレンズ形状を移すことができる。
【００３７】また、実施例では複数色のマイクロレンズ
を形成しているが、単一色のマイクロレンズを形成して
も勿論良い。例えば、赤色のマイクロレンズのみを有す
る固体撮像装置、青色のマイクロレンズのみを有する固
体撮像装置及び黄色のマイクロレンズのみを有する固体
撮像装置の各々に同じ画像を投影し、Ｒ信号、Ｇ信号及
びＢ信号を３つの固体撮像装置により別々に得る構成と
することができる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の有色マイ
クロレンズアレイ及びカラー固体撮像装置は、有色マイ
クロレンズを載置する基礎部材（基礎膜）の微小領域の
厚さによって、有色マイクロレンズを各々の色に対応し
た光軸上の位置に設定し、各色の光を略同一平面上に集
光するので、薄くかつ集光効率の良い有色マイクロレン
ズ層を実現することが可能となる。また、本発明の有色
マイクロレンズの製造方法及びカラー固体撮像装置にお
いては、色フィルタアレイ上にマイクロレンズの型を形
成し、等方性エッチングによってこの型を色フィルタア
レイに移して、色フィルタアレイをマイクロレンズ化す
るので各マイクロレンズに個別に色を選定することがで
き、色フィルタアレイとして機能し得る有色マイクロレ
ンズを製造することができる。また、本発明の有色マイ
クロレンズを用いたカラー固体撮像装置は従来の如き厚
手の色フィルタアレイ層を必要としない。このため、マ
イクロレンズを光電変換領域に近接して配置することが
可能になり、レンズ絞り開放により生じた斜め入射光に
対しても集光率が低下せず、レンズ絞り開放に伴う固体
撮像装置の感度劣化を抑制することが可能となる。更
に、本発明の有色マイクロレンズをカラー液晶表示装置
に使用することによって、カラー液晶表示パネルの視野
角をより広げることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有色マイクロレンズを撮像装置に適用
した例を示す断面図。
【図２】色フィルタ層の形成例を示す工程図。
【図３】有色マイクロレンズを固体撮像装置に形成する
工程を示す工程図。
【図４】中間層１３を設けた例を示す断面図。
【図５】高さが異なる有色マイクロレンズを固体撮像装
置に形成する工程を示す工程図。
【図６】曲率が異なる有色マイクロレンズを固体撮像装
置に形成する工程を示す工程図。
【図７】色フィルタを形成する工程を説明するための断
面図。
【図８】色フィルタを形成する工程を説明するための説
明図。
【図９】色フィルタを形成する工程を説明するための断
面図。
【図１０】有色マイクロレンズを形成する他の工程例を
示す工程図。
【図１１】カラー液晶表示装置の従来例を説明する断面
図。
【図１２】カラー液晶表示装置に有色マイクロレンズを
用いた例を示す断面図。
【図１３】従来のマイクロレンズを有する固体撮像装置
を説明するための説明図。
【図１４】本発明の有色マイクロレンズを有する固体撮
像装置を説明するための説明図。
【図１５】従来のカラー液晶表示装置の視野角を説明す
る断面図。
【図１６】有色マイクロレンズを有するカラー液晶表示
装置の視野角を説明する断面図。
【図１７】従来のカラー固体撮像装置の例を示す断面
図。
【符号の説明】
１ シリコン基板 ２ 光電変換領域 ３ 遮光板 ４ 絶縁膜 ５ 平滑層 １３ 中間層 ２０ マスクレジスト ３１ 第１色マイクロレンズ ３２ 第２色マイクロレンズ ３３ 第３色マイクロレンズ ３５ レンズ型形成層

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】透明な基礎部材上に二次元的に配列されて
    各々が複数種類の色のうちいずれかの色を有する有色マ
    イクロレンズを含む有色マイクロレンズアレイであっ
    て、前記有色マイクロレンズを載置する前記基礎部材の微小
    領域の厚さは、各有色マイクロレンズの色に対応して設
    定されて、各有色マイクロレンズの焦点が略同一平面上
    に位置するようになされる、 ことを特徴とする有色マイクロレンズアレイ。
  2. 【請求項２】有色マイクロレンズ群が形成されるべき透
    明な基礎膜に色フィルタ層を積層する第１ステップと、 マイクロレンズの型を形成するためのレンズ形状形成層
    を前記色フィルタ層に積層する第２ステップと、 形成されるべき有色マイクロレンズの配列パターンによ
    って前記レンズ形状形成層をパターニングする第３ステ
    ップと、 パターニングされた前記レンズ形状形成層を半球状に成
    形する第４ステップと、 半球状に成形された前記レンズ形状形成層及び前記色フ
    ィルタ層を前記レンズ形状形成層側から等方性エッチン
    グし、前記色フィルタ層を半球状に成形して前記基礎膜
    に有色マイクロレンズ群を形成する第５ステップと、 を備えることを特徴とする有色マイクロレンズの製造方
    法。
  3. 【請求項３】前記第４ステップは、前記レンズ形状形成
    層を溶融させて半球状に形成する加熱処理工程であるこ
    とを特徴とする請求項２記載の有色マイクロレンズの製
    造方法。
  4. 【請求項４】前記第１ステップは、形成すべき有色マイ
    クロレンズ群の色配列に対応して二次元に配列された複
    数種類の色の色フィルタによって前記色フィルタ層を形
    成する第６ステップを含むことを特徴とする請求項２ま
    たは３記載の有色マイクロレンズの製造方法。
  5. 【請求項５】前記第２ステップは、形成すべき有色マイ
    クロレンズの色に対応して前記レンズ形状形成層の膜厚
    を設定する第７ステップを含むことを特徴とする請求項
    ２、３または４記載の有色マイクロレンズの製造方法。
  6. 【請求項６】前記基礎膜の微小領域の膜厚を該領域を覆
    うべき有色マイクロレンズの色に対応して設定し、複数
    の有色マイクロレンズの光軸方向における位置を各有色
    マイクロレンズの色に応じて定める第８ステップを含む
    ことを特徴とする請求項２、３または４記載の有色マイ
    クロレンズの製造方法。
  7. 【請求項７】固体撮像装置上に透明な基礎膜を介して二
    次元的に配列される複数の有色マイクロレンズを含んで
    なるカラー固体撮像装置であって、 前記基礎膜の微小領域の膜厚は、該領域を覆うべき有色
    マイクロレンズの色に対応して設定されて、各有色マイ
    クロレンズの焦点が略同一平面上に位置するようになさ
    れる、 ことを特徴とするカラー固体撮像装置。
  8. 【請求項８】有色マイクロレンズを有するカラー固体撮
    像装置の製造方法であって、 基板表面に二次元に配列されて入射光量に応じた電荷を
    発生する複数の光電変換領域を形成する第１ステップ
    と、 上記光電変換領域各々を開口しかつ上記光電変換領域各
    々の周囲を遮光するように上記シリコン基板に積層され
    る遮光膜を形成する第２ステップと、 少なくとも上記遮光膜の開口した部分を埋め込む平滑層
    を形成する第３ステップと、 上記光電変換領域を覆うように配列された複数色の色フ
    ィルタからなる色フィルタ層を上記平滑層に積層する第
    ４ステップと、 上記色フィルタ層にマイクロレンズの型を形成するため
    のレンズ形状形成層を積層する第５ステップと、 形成されるべき有色マイクロレンズが配列されたパター
    ンによって上記レンズ形状形成層をパターニングする第
    ６ステップと、 パターニングされた上記レンズ形状形成層を半球状に成
    形する第７ステップと、半球状に成形された上記レンズ
    形状形成層及び上記色フィルタ層を上記レンズ形状形成
    層側から等方性エッチングし、上記色フィルタ層を半球
    状に成形して上記平滑層に有色マイクロレンズ群を形成
    する第８ステップと、 を含むことを特徴とするカラー固体撮像装置の製造方
    法。
  9. 【請求項９】前記第７ステップは、前記レンズ形状形成
    層を溶融させて半球状に形成する加熱処理工程であるこ
    とを特徴とする請求項８記載のカラー固体撮像装置の製
    造方法。
  10. 【請求項１０】前記第５ステップは、形成すべき有色マ
    イクロレンズの色に対応して前記レンズ形状形成層の膜
    厚を設定する第９ステップを含むことを特徴とする請求
    項８または９記載のカラー固体撮像装置の製造方法。
  11. 【請求項１１】前記平滑層の微小領域の膜厚を該領域を
    覆うべき有色マイクロレンズの色に対応して設定し、複
    数の有色マイクロレンズの光軸方向における位置を各有
    色マイクロレンズの色に応じて定める第１０ステップを
    含むことを特徴とする請求項８または９記載のカラー固
    体撮像装置の製造方法。
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