JP4212605B2 - 撮像素子および撮像素子の製造方法 - Google Patents
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Description
○所望の曲率設定に要するパラメータを増加させたマイクロレンズユニット等の提供
詳説すると、基板に支えられる下地層の面内で隣り合うように形成されている隆起部および溝部に対し、マイクロレンズを備えるレンズ材料膜(例えば、アクリル系有機材料製のレンズ材料膜)を積層させるとともに、隆起部に支えられるマイクロレンズ毎に応じた受光部を備える撮像素子では、溝幅を異にした複数の溝部が、溝幅の大小関係を交互に異ならせて並列しており、小の溝幅を有する溝部に隣り合う隆起部に支えられるマイクロレンズの周縁と、その溝部とが、下地層の面内に対する垂直方向において重なっており、大の溝幅を有する溝部に隣り合う隆起部に支えられるマイクロレンズの周縁と、その溝部の周縁とが、重なっている。
このようになっていれば、大の溝幅と小の溝幅とに隣り合う隆起部に支えられるレンズ材料膜は、大の溝幅に依存する曲率と小の溝幅に依存する曲率を有するマイクロレンズになる。
なお、このような撮像素子の製造方法では、以下の(1)のような溝幅を有する溝部、および、以下の(2)のような溝幅を有する溝部を、溝幅の大小関係を交互に異ならせるように並列させており、隆起部に支えられるレンズ材料膜を熱により溶かし、溝部の側壁をつたわせ溝部内に、レンズ材料膜の一部を流し込むことで、隆起部に支えられるレンズ材料膜の形状を変化させ、マイクロレンズを生じさせるマイクロレンズ形成工程を、少なくとも有している。
(1) 溝部の小の溝幅は、下地層の面内に対する垂直方向において、溝部自
身を、その溝部に隣り合う隆起部に支えられるマイクロレンズの周縁に
重なるように設定されている。
(2) 溝部の大の溝幅は、溝部自身の周縁を、その溝部に隣り合う隆起部に
支えられるマイクロレンズの周縁に重なるように設定されている。
また、溝幅の大小関係を交互に異ならせるようにして並列している溝部の並列方向とは異なる方向(例えば、並列方向に対して垂直方向)に、さらに異なる溝幅を有する溝部が並列していると望ましい。このようになっていれば、大の溝幅と小の溝幅とに隣り合う隆起部は、新たな別の溝幅にも隣接していることになるので、少なくとも3種の曲率を有するマイクロレンズが形成される。
なお、このような撮像素子の製造方法では、溝幅の大小関係を交互に異ならせるようにして並列している溝部の並列方向とは異なる方向に、さらに異なる溝幅を有する溝部を並列させている。
詳説すると、基板に支えられる下地層の面内で隣り合うように形成されている隆起部および溝部に対し、マイクロレンズを備えるレンズ材料膜(例えば、アクリル系有機材料製のレンズ材料膜)を積層させるとともに、隆起部に支えられるマイクロレンズ毎に応じた受光部を備える撮像素子では、溝幅を相異ならせた溝部のうち、小の溝幅を有する溝部を第1溝部、大の溝幅を有する溝部を第2溝部とすると、第1溝部が一方向に並列される一方、第2溝部が一方向とは異なる方向に並列されており、第1溝部に隣り合う隆起部に支えられるマイクロレンズの周縁と、その第1溝部とが、下地層の面内に対する垂直方向において重なっており、第2溝部に隣り合う隆起部に支えられるマイクロレンズの周縁と、その第2溝部の周縁とが、重なっている。
このようになっていれば、マイクロレンズにおける例えば交差する方向毎において、異なる曲率が生じるようになる。つまり、交差方向毎に応じた曲率を有するマイクロレンズが形成される。
なお、このような撮像素子の製造方法では、以下の(3)のような溝幅を有する溝部を第1溝部、および、以下の(4)のような溝幅を有する溝部を第2溝部とし、第1溝部を一方向に並列させる一方、第2溝部を一方向とは異なる方向に並列させており、隆起部に支えられるレンズ材料膜を熱により溶かし、溝部の側壁をつたわせ溝部内に、レンズ材料膜の一部を流し込むことで、隆起部に支えられるレンズ材料膜の形状を変化させ、マイクロレンズを生じさせるマイクロレンズ形成工程を、少なくとも有している。
(3) 第1溝部の溝幅は、下地層の面内に対する垂直方向において、第1溝
部を、その第1溝部に隣り合う隆起部に支えられるマイクロレンズの周
縁に重なるように設定されている。
(4) 第2溝部の溝幅は、第2溝部の周縁を、その第2溝部に隣り合う隆起
部に支えられるマイクロレンズの周縁に重なるように設定されている。
(5) 基板に支えられる下地層に、レンズ材料を塗布することで膜にするレン
ズ材料膜形成工程。
(6) レンズ材料膜に、除去溝を形成する除去溝形成工程。
(7) 除去溝を有するレンズ材料膜をパターンマスクとしてエッチングするこ
とで、下地層に、除去溝に対応する溝部を形成する溝部形成工程。
また、以上のマイクロレンズ形成工程では、溝部の溝幅は、流れ込むレンズ材料膜を溝部の側壁をつたわせ、溝部の底面における中心に向かうように浸入させ、底面の中心に滞留するレンズ材料膜の厚みを、底面の外縁に滞留するレンズ材料膜の厚みよりも薄くする、ように設定されていると望ましい。
また、撮像素子の製造方法では、下地層において複数ある溝部の深さの大小が、溝部の溝幅の大小に比例して異なっていると望ましい。
また、撮像素子の製造方法では、下地層において複数ある溝部の深さが、複数種類に設定されていると望ましい。
また、撮像素子の製造方法では、下地層において複数ある溝部の体積が、複数種類に設定されていると望ましい。
また、撮像素子の製造方法では、溝部の開口面における外縁を隆起部の面内中心に向かって延出させることで、開口面における外縁と隆起部に支えられるレンズ材料膜の周縁とを重ならないようにしていると望ましい。
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、図面によっては便宜上、部材番号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、理解を容易にすべくハッチングを省略している場合もある。
この図2に示すように、CMOSセンサDVE[CS]は、1画素に応じて1個のフォトダイオードPDを有している。また、CMOSセンサDVE[CS]は、フォトダイオードPDに外部光を集光させるマイクロレンズMSも有している(図2では不図示)。そこで、マイクロレンズMSの形状を理解しやすいように図示した図1Aおよび図1Bを用いて、このCMOSセンサDVE[CS]について説明する。
図1Aおよび図1Bに示されるCMOSセンサDVE[CS]は、フォトダイオードPDを備える基板11を有する基板ユニット(基板構造)SCUと、マイクロレンズMSを支える平担化膜31を有するマイクロレンズユニット(複層構造)MSUと、を含んでいる。
基板ユニットSCUは、基板11、フォトダイオードPD、トランジスタ、メタル配線層21、層間絶縁膜22(22a・22b・22c)、および離間絶縁膜23を含む。
マイクロレンズユニットMSUは、基板ユニットSCUに重なるように設けられており、平担化膜(下地層)31とレンズ材料膜(レンズ層)32とを含む。
ここで、CMOSセンサDVE[CS]の製造方法について図4A〜図4Fおよび図5A〜図5Fを用いて説明する。特に、平担化膜31に溝部DHを設けることで、所望の曲率を有するマイクロレンズMSを製造する製造方法である。そのため、基板ユニットSCUの製造工程は省略し、マイクロレンズユニットMSUの製造工程を重点的に説明していく。
ここで、マイクロレンズMSの形状(レンズ形状)について説明する。通常、レンズ材料膜32は、一定の粘度(0.005〜0.01Pa・s程度)を有しているために、溝部DHの底面における中心(例えば溝幅方向の中心)に向かって徐々に浸入していく。そのため、溝幅D’が比較的広い場合(例えば、溝幅D3’の溝部DH3の場合)、溝部DH3の底面における中心と、溝部DH3の底面における外縁(溝部DH3の側壁付近)とで、レンズ材料膜32の厚みが異なってくる。これは、比較的高い粘度のために、溝部DH3の底面における中心付近にレンズ材料が到達しにくいためである。
続いて、CCDを用いた撮像素子(CCDセンサ)DVE[CC]について説明する。なお、CMOSセンサDVE[CS]で用いた部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
そして、図8Aおよび図8Bに示されるCCDセンサDVE[CC]は、フォトダイオードPDを備える基板11を有する基板ユニット(基板構造)SCUと、マイクロレンズMSを支える平担化膜31を有するマイクロレンズユニット(複層構造)MSUと、を含んでいる。
基板ユニットSCUは、基板11、フォトダイオードPD、電荷転送路41、第1絶縁膜42、第1ゲート電極43a、第2ゲート電極43b、遮光膜44、下地絶縁膜45、および保護膜46、を含む。
マイクロレンズユニットMSUは、基板ユニットSCUに重なるように設けられており、平担化膜31とレンズ材料膜32とを含む。
ここで、CCDセンサDVE[CC]の製造方法について図10A〜図10Fおよび図11A〜図11Fを用いて説明する。なお、かかる説明においても、マイクロレンズユニットMSUの製造工程を重点的に説明していく。
なお、CMOSセンサDVE[CS]の製造方法同様に、レンズ材料は溝部DHの底面における中心に向かって徐々に浸入していく。そのため、図8Aおよび図10Fに示すように、溝幅D’が比較的広い場合(例えば、溝幅D5’の溝部DH5の場合)、その溝部DH5内に凹状のマイクロレンズMS(凹レンズMS[DH])が形成される。つまり、溝部DH5内に流れ込んだレンズ材料膜32は、外部側からみて窪んだ形状(すなわち長手方向LDに沿った断面が凹形状)になる。
《3−1.総括1》
以上のように、図1A・図1B並びに図8Bに示すように、マイクロレンズユニットMSUは、隆起部BGに支えられているマイクロレンズMS(凸レンズMS[BG])の周縁の少なくとも一部と溝部DHとを、平担化膜31の面内に対する垂直方向VVにおいて重ねている。
ところで、CMOSセンサDVE[CS]およびCCDセンサDVE[CC]には、マイクロレンズMSを有するレンズ材料膜32と、そのレンズ材料膜32を支持する平担化膜31とを含むマイクロレンズユニットMSUが存在する。そして、かかるマイクロレンズユニットMSUの製造方法では、下記のいくつかの製造工程が含まれる。
膜32を成膜させる工程。なお、平担化膜31は、基板ユ ニットSCUに支えられるようになっていることから、基 板ユニットSCUの主材ともいえる基板11に支えられて いると称してもよい。
・除去溝形成工程 …スリットSTを備えるマスクMKを介し、レンズ材料膜3 2を露光した後に現像することで、レンズ材料膜32の面 内に除去溝JDを形成させる工程。
・溝部形成工程 …除去溝JDの底に対応する平担化膜31をエッチングする
ことで、溝部DHを形成させる工程。
・マイクロレンズ形成工程…熱を加えることで、レンズ材料膜32を溶融させて平担化
膜31の溝部DHに流し込み、レンズ材料膜32にマイク
ロレンズMSを形成させる工程。この工程により、基板1
1に支えられる平担化膜31の面内に隣り合うように形成
されている隆起部BGおよび溝部DHに対し、マイクロレ
ンズを備えるレンズ材料膜32が積層することになる。
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
・溝幅D’の大小関係が「D1’<D3’」のとき、
乖離間隔Eの大小関係が「E1>E3’」
・溝幅D’の大小関係が「D2’<D3’」のとき、
乖離間隔Eの大小関係が「E2>E3’」
・溝幅D’の大小関係が「D4’<D5’」のとき、
乖離間隔Eの大小関係が「E4>E5’」
31 平担化膜(下地層)
32 レンズ材料膜(レンズ層)
PD フォトダイオード(受光部)
MS マイクロレンズ
BG 隆起部
DH 溝部
D’ 溝幅
JD 除去溝
MK マスク
ST スリット
D スリット幅
SCU 基板ユニット
MSU マイクロレンズユニット
DVE 撮像素子
DVE[CS] CMOSセンサ(撮像素子)
DVE[CC] CCDセンサ(撮像素子)
HD 横方向(一方向、または一方向とは異なる方向)
VD 縦方向(一方向とは異なる方向、または一方向)
LD 長手方向(一方向、または一方向とは異なる方向)
SD 短手方向(一方向とは異なる方向、または一方向)
VV 垂直方向
E 乖離間隔
J 隙間間隔
Claims (15)
- 基板に支えられる下地層の面内で隣り合うように形成されている隆起部および溝部に対し、マイクロレンズを備えるレンズ材料膜を積層させるとともに、上記隆起部に支えられるマイクロレンズ毎に応じた受光部を備える撮像素子にあって、
溝幅を異にした複数の上記溝部が、上記溝幅の大小関係を交互に異ならせて並列しており、
小の溝幅を有する溝部に隣り合う隆起部に支えられるマイクロレンズの周縁と、その溝部とが、下地層の面内に対する垂直方向において重なっており、
大の溝幅を有する溝部に隣り合う隆起部に支えられるマイクロレンズの周縁と、その溝部の周縁とが、重なっている撮像素子。 - 上記の溝幅の大小関係を交互に異ならせて並列している溝部の並列方向とは異なる方向に、さらに異なる溝幅を有する溝部が並列している請求項1に記載の撮像素子。
- 基板に支えられる下地層の面内で隣り合うように形成されている隆起部および溝部に対し、マイクロレンズを備えるレンズ材料膜を積層させるとともに、上記隆起部に支えられるマイクロレンズ毎に応じた受光部を備える撮像素子にあって、
溝幅を相異ならせた上記溝部のうち、小の溝幅を有する溝部を第1溝部、大の溝幅を有する溝部を第2溝部とすると、
上記第1溝部が一方向に並列される一方、上記第2溝部が一方向とは異なる方向に並列されており、
上記第1溝部に隣り合う隆起部に支えられるマイクロレンズの周縁と、その第1溝部とが、下地層の面内に対する垂直方向において重なっており、
上記第2溝部に隣り合う隆起部に支えられるマイクロレンズの周縁と、その第2溝部の周縁とが、重なっている撮像素子。 - 上記マイクロレンズは、上記隆起部に支えられるレンズ材料膜の一部が熱で溶け、上記溝部の側壁をつたって溝部内に流れ込むことで形状変化している請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 上記レンズ材料膜が、アクリル系有機材料製である請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 基板に支えられる下地層の面内で隣り合うように形成されている隆起部および溝部のうち、隆起部に支えられているレンズ材料膜を用いて形成されるマイクロレンズと、そのマイクロレンズによって集光される光を受光する受光部と、を含む撮像素子の製造方法にあって、
以下の(1)のような溝幅を有する上記溝部、および、以下の(2)のような溝幅を有する上記溝部を、上記溝幅の大小関係を交互に異ならせるように並列させており、
上記隆起部に支えられるレンズ材料膜を熱により溶かし、上記溝部の側壁をつたわせ溝部内に、レンズ材料膜の一部を流し込むことで、隆起部に支えられるレンズ材料膜の形状を変化させ、マイクロレンズを生じさせるマイクロレンズ形成工程を、
少なくとも有している撮像素子の製造方法;
(1) 溝部の小の溝幅は、下地層の面内に対する垂直方向において、溝部自
身を、その溝部に隣り合う隆起部に支えられるマイクロレンズの周縁に
重なるように設定されている。
(2) 溝部の大の溝幅は、溝部自身の周縁を、その溝部に隣り合う隆起部に
支えられるマイクロレンズの周縁に重なるように設定されている。 - 上記の溝幅の大小関係を交互に異ならせるようにして並列している溝部の並列方向とは異なる方向に、さらに異なる溝幅を有する溝部を並列させている請求項6に記載の撮像素子の製造方法。
- 基板に支えられる下地層の面内で隣り合うように形成されている隆起部および溝部のうち、隆起部に支えられているレンズ材料膜を用いて形成されるマイクロレンズと、そのマイクロレンズによって集光される光を受光する受光部と、を含む撮像素子の製造方法にあって、
以下の(3)のような溝幅を有する上記溝部を第1溝部、および、以下の(4)のような溝幅を有する上記溝部を第2溝部とし、上記第1溝部を一方向に並列させる一方、上記第2溝部を一方向とは異なる方向に並列させており、
上記隆起部に支えられるレンズ材料膜を熱により溶かし、上記溝部の側壁をつたわせ溝部内に、レンズ材料膜の一部を流し込むことで、隆起部に支えられるレンズ材料膜の形状を変化させ、マイクロレンズを生じさせるマイクロレンズ形成工程を、
少なくとも有している撮像素子の製造方法;
(3) 上記第1溝部の溝幅は、下地層の面内に対する垂直方向において、
第1溝部を、その第1溝部に隣り合う隆起部に支えられるマイクロレン
ズの周縁に重なるように設定されている。
(4) 上記第2溝部の溝幅は、第2溝部の周縁を、その第2溝部に隣り合う
隆起部に支えられるマイクロレンズの周縁に重なるように設定されてい
る。 - アクリル系有機材料製の上記レンズ材料膜を用いている請求項6〜8のいずれか1項に記載の撮像素子の製造方法。
- 上記隆起部に支えられているレンズ材料膜は、上記マイクロレンズ形成工程前に行われる以下の工程(5)〜(7)を経た後に生じる請求項6〜9のいずれか1項に記載の撮像素子の製造方法;
(5) 上記基板に支えられる下地層に、レンズ材料を塗布することで膜にする
レンズ材料膜形成工程。
(6) 上記レンズ材料膜に、除去溝を形成する除去溝形成工程。
(7) 上記除去溝を有するレンズ材料膜をパターンマスクとしてエッチングす
ることで、上記下地層に、除去溝に対応する溝部を形成する溝部形成工程。 - 上記マイクロレンズ形成工程では、
上記溝部の溝幅は、
上記の流れ込むレンズ材料膜を溝部の側壁をつたわせ、溝部の底面における中心
に向かうように浸入させ、
上記底面の中心に滞留するレンズ材料膜の厚みを、上記底面の外縁に滞留するレ
ンズ材料膜の厚みよりも薄くする、
ように設定されている請求項6〜10のいずれか1項に記載の撮像素子の製造方法。 - 上記下地層において複数ある上記溝部の深さの大小が、溝部の溝幅の大小に比例して異なっている請求項6〜11のいずれか1項に記載の撮像素子の製造方法。
- 上記下地層において複数ある上記溝部の深さが、複数種類に設定されている請求項6〜11のいずれか1項に記載の撮像素子の製造方法。
- 上記下地層において複数ある上記溝部の体積が、複数種類に設定されている請求項6〜11のいずれか1項に記載の撮像素子の製造方法。
- 上記溝部の開口面における外縁を隆起部の面内中心に向かって延出させることで、上記開口面における外縁と上記隆起部に支えられるレンズ材料膜の周縁とを重ならないようにしている請求項6〜14のいずれか1項に記載の撮像素子の製造方法。
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