JP4249586B2 - マイクロレンズの形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＣＤ（電荷結合素子）等の固体撮像素子の上に設ける光の利用効率の高いマイクロレンズの製造方法に関する。

従来、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサとして用いられる固体撮像素子においては、受光部の集光効率を高めるため、各受光部に集光用凸レンズであるマイクロレンズが設けられている。

このようなマイクロレンズの製造方法には種々の方法があるが、従来技術による第１の方法として、ＣＣＤイメ−ジセンサ上に感光性のレンズ用熱可塑性樹脂層を形成し、この樹脂層を所定のパタ−ンを有するフォトマスクを用いて露光し、現像して、各受光部に対応する位置にレンズの平面形状にレジストパタ−ンを形成し、次に、熱可塑性樹脂の軟化点以上に加熱処理を施して樹脂を熱流動させることにより、パタ−ンエッジにダレを生じさせて凸レンズを形成する方法がよく知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来技術による第２の方法として、ＣＣＤイメ−ジセンサの平坦化されたレンズ用樹脂層上に感光性のレジスト膜を塗布し、ドット密度を段階的に変化させた遮光膜パタ−ンを形成してなるフォトマスクを用いて、レジスト膜を露光し、現像し、レンズ形状にパタ−ニングした後、エッチバックしてレジスト膜を除去すると同時に、レンズ用樹脂層にレンズを形成する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

一方、本出願人は、マイクロレンズの形状を再現性良く、正確に形成することができるレンズ用のパタ−ンデ−タの作製方法、およびそのパタ−ンデ−タで作製されたフォトマスクに関する発明を行い出願している（特願２００２−２３０５９３号）。
特開昭６１−６７００３号公報（第４頁、第１１図） 特許第３１５８２９６号公報（第１頁、第３図）

しかしながら、上記の従来技術による第１の方法を用いた場合、感光性のレンズ用熱可塑性樹脂のパターンを熱流動させて凸レンズ形状とするため、滑らかな曲面を持つレンズ形状が得られにくいという問題があり、また、レンズ作製において制御できる要因がレンズ形成材料やその塗布厚等に限定されるために、レンズ形状を正確に制御することができず、目的とする形状や所望の焦点距離を有する集光効率の良いレンズを形成することが難しかった。特に、受光部までの距離が長いＣＭＯＳイメージセンサにおいては、熱処理による熱可塑性樹脂の自然流動では、焦点距離の長い設計通りのレンズ形状を形成することができなかった。すなわち、熱流動する際に、隣のセルのレンズと接触すると各レンズの山がつながってしまい目的とするレンズ形状が得られなくなるため、各レンズの境界ではレンズの高さをゼロにし、かつ、ある程度の間隔を設けなければならないという本質的な問題があった。

一方、上記の従来技術による第２の方法を用いた場合、マイクロレンズの形成にエッチバック工程が必要不可欠であり、反応性イオンエッチング装置等の設備が必要となり、工程が長くなり、それに伴いエッチバック時の欠陥も新たに発生し、レンズ形成歩留りに影響するという問題があった。また、従来技術の第２の方法に用いていたフォトマスクは、フォトマスクのパターン作成において、乱数によるパターンの配置を行う方法が採られていたため、正確な所望のレンズ形状の透過光量プロファイルを得るのは困難という問題があった。

上記の問題点を解決するために、本出願人は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサの受光部上側へ設けるマイクロレンズ形成方法をさらに検討し、特願２００２−２３０５９３号に示された発明のフォトマスクを用い、熱流動やエッチバックの工程を行なうことなく、極めて高精度のレンズ形状を短い製造工程で、再現性良く作製するマイクロレンズの製造方法を提供しようとするものである。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係わるマイクロレンズの形成方法は、マイクロレンズを形成する際の露光波長では解像しない微細なドットパタ−ンの分布状態により、露光する際の透過光量分布を制御するフォトマスクを用いたマイクロレンズの形成方法において、前記フォトマスクを作製するためのパタ−ンデ−タの作製方法が、フォトマスクのパタ−ン形成平面をＸ−Ｙ座標とし、その座標値ｘ、ｙを関数として、所望する透過光量分布をＺ座標上のｚ値として求め、求められたｚ値に対応してＸ−Ｙ座標上の位置に前記ドットパタ−ンを配置するパタ−ンデ−タの作製方法であり、順に、（ａ）露光量に応じて残膜厚の変化する感光性レンズ材料の現像後のレンズ材料の所望の形状を得るための、フォトマスクのパタ−ンの透過光量分布を得て、フォトマスクのパタ−ン形成平面をＸ−Ｙ座標とし、その座標値ｘ、ｙを関数として、目的とするフォトマスクの透過光量分布をＺ座標上のｚ値として表す透過光量分布把握処理と、（ｂ）露光においてフォトマスク面上は均一照度とし、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、再現性のある所定のアルゴリズムを用いて、露光波長では解像しない所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域毎に、該領域サイズのドットパタ−ンの配置の有無を決め、パタ−ンの配置が有と決められた所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパタ−ンを生成配置するドットパタ−ン生成処理とを行なうパタ−ンデ−タの作製方法であり、固体撮像素子が設けられた基板上に第１の平坦化膜、マイクロレンズを形成する際の露光波長における反射率が２１％以下の着色レジスト層、第２の平坦化膜、露光量に応じて現像後の残膜厚の変化する感光性レンズ材料層をこの順に設け、前記着色レジスト層はカラーフィルタ層であり、前記フォトマスクを用いて前記感光性レンズ材料層を露光し、現像してレンズを形成したことを特徴とするものである。

請求項２の発明に係わるマイクロレンズの形成方法は、前記透過光量分布把握処理が、露光量に応じて残膜厚の変化する感光性レンズ材料を露光し、現像し、得られた露光量と感光性レンズ材料の残膜厚曲線と所望のレンズ形状から、前記感光性レンズ材料の現像後の所望の形状を得るためのフォトマスクのパタ−ンの透過光量分布を得るパタ−ンデ−タ作製方法であることを特徴とするものである。

請求項３の発明に係わるマイクロレンズの形成方法は、前記透過光量分布把握処理が、ドットパタ−ンの密度により白面積率が異なる領域を複数設けたフォトマスクを用い、一定露光量で感光性レンズ材料を露光し、現像し、得られたフォトマスクの白面積率と感光性レンズ材料の残膜厚と所望のレンズ形状から、前記感光性レンズ材料の現像後の所望の形状を得るためのフォトマスクのパタ−ンの透過光量分布を得るパタ−ンデ−タ作製方法であることを特徴とするものである。

請求項４の発明に係わるマイクロレンズの形成方法は、前記透過光量分布把握処理が、所定のシミュレ−ションにより、露光量に応じて残膜厚の変化する感光性レンズ材料の現像後の所望の形状を得るためのフォトマスクのパタ−ンの透過光量分布を得るものであることを特徴とするものである。

請求項５の発明に係わるマイクロレンズの形成方法は、前記所定のアルゴリズムが、誤差分散法もしくはオ−ダ−ドディザ法を用いて作製されたパタ−ンデ−タであることを特徴とするものである。

請求項６の発明に係わるマイクロレンズの形成方法は、前記露光波長が３６５ｎｍであり、５倍レチクルである前記フォトマスク上で、前記ドットパタ−ンの一辺の寸法が０．３μｍ〜０．５μｍの範囲にあることを特徴とするものである。

本発明のマイクロレンズの形成方法によれば、熱流動工程やエッチバック工程が不要であり、短い工程で目的とするレンズ形状を現像後に正確に再現性よく形成することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は本発明のマイクロレンズの形成方法を説明する断面模式図である。図１（ａ）に示すように、受光部２が設けられたＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子基板１の上に、固体撮像素子表面の凹凸を平坦化するために、第１の平坦化膜３を形成する。第１の平坦化膜３の材料としては、可視波長域の光に透過率が高く、撮像素子上の絶縁膜よりも屈折率が高い材料が好ましく、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、フェノ−ル系樹脂、ポリイミド系樹脂等が用いられ、回転塗布法により１〜２μｍ程度の厚さに塗布される。

続いて、第１の平坦化膜３上に、着色レジスト層４を形成する（図１（ａ））。着色レジスト層４はカラ−フィルタ層であり、カラ−フィルタ層は染料もしくは顔料で着色した感光性樹脂をフォトリソグラフィ法で形成し、原色系の場合には、赤色、緑色、青色のいずれかのカラ−フィルタが各画素に形成されるが、補色系の場合には、イエロ−、シアン、マゼンタ、グリ−ンのいずれかのカラ−フィルタが各画素に形成される。

本発明では、マイクロレンズ形成時の露光波長において、着色レジスト層４の反射率が２１％以下とするものである。本発明において、マイクロレンズ形成時の露光波長は紫外光が用いられ、３６５ｎｍが好適である。マイクロレンズ形成時の露光光は、後述のレンズ材料層、第２の平坦化膜、着色レジスト層、第１の平坦化膜を透過した場合、固体撮像素子基板にまで到達するが、一般に、固体撮像素子基板の表面は、金属配線パタ−ン等を形成した上を透明な絶縁性保護膜で覆われており、基板表面の反射率は相当に高く、例えば、マイクロレンズ形成によく用いられる露光波長３６５ｎｍでは、固体撮像素子基板表面の反射率はほぼ５０％近くにも達する。基板表面の反射率が高い場合、従来の方法では、感光性レンズ材料に入射してくる露光光と基板表面からの反射光との干渉により、現像後のマイクロレンズの形状は図１１に示すように階段状となり、所望のなだらかな曲面のレンズ形状が得られなかった。本発明者は、着色レジストの反射率とレンズ形状とを種々検討した結果、マイクロレンズ形成時の露光波長において、着色レジストの反射率が２１％以下であれば、好ましいレンズ形状が得られることを見出し、本発明を完成させたものである。

次に、図１（ｂ）に示すように、着色レジスト層４の上に、カラ−フィルタ層の凹凸を平坦化するために第２の平坦化膜５を形成する。第２の平坦化膜５の材料としては、第１の平坦化膜と同じ材料を用いることができ、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、フェノ−ル系樹脂、ポリイミド系樹脂等が挙げられ、回転塗布法により１〜３μｍ程度の厚さに塗布される。

続いて、第２の平坦化膜５の上に、感光性のレンズ材料層６を形成する（図１（ｂ））。感光性レンズ材料層６としては、可視波長域で透明な感光性レジストを使用することができ、例えば、感光性アクリル樹脂、架橋性のポリマ−と共重合させたポリメチルメタクリレ−ト樹脂、光架橋剤を含むポリグリシジルメタクリレ−ト樹脂、フェノ−ルノボラック系樹脂、ナフトキノンジアジドを感光剤として添加したポリビニルフェノ−ル系樹脂等が挙げられ、ネガ型、ポジ型のいずれも用いられ、回転塗布法により１〜５μｍ程度の厚さに塗布される。

次に、図１（ｃ）に示すように、レンズパタ−ンを有するフォトマスク７を用い、紫外線８にて露光する。本発明において用いるフォトマスク７は、マイクロレンズを形成する際の露光波長では解像しない微細なドットパタ−ンの分布状態により透過光量分布を制御するフォトマスクである。すなわち、フォトマスクのパタ−ン形成平面をＸ−Ｙ座標とし、その座標値ｘ、ｙを関数として、所望する透過光量分布をＺ座標上のｚ値として求め、求められたｚ値に対応してＸ−Ｙ座標上の位置にドットパタ−ンを配置するパタ−ンデ−タを用いて作製されたフォトマスクである。

さらに、本発明に用いるフォトマスクのパターンデータの作製方法を詳しく述べると、順に、（ａ）露光量に応じて残膜厚の変化する感光性レンズ材料の現像後のレンズとしての所望の形状を得るため、フォトマスクのパターンの透過光量分布を得て、フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として、目的とするフォトマスクの透過光量分布をＺ座標上のｚ値として表す透過光量分布の把握処理と、（ｂ）露光においてフォトマスク面上は均一照度とし、Ｚ座標上のｚ値に対応して、再現性のある所定のアルゴリズムを用いて、Ｘ−Ｙ座標の領域毎に、露光波長では解像しない所定サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域にはドットパターンを生成配置するドットパタ−ンの生成処理を行なうものである。

本発明で用いる透過光量分布の把握処理には以下の方法があり、便宜上、残膜厚曲線測定法、白面積率測定法およびシミュレ−ション法と呼ぶ。先ず、残膜厚曲線測定法を用いた実施形態について説明する。

予め、所望の現像後のレンズ形状を得るための感光性レンズ材料と、この感光性レンズ材料を露光する露光波長を決めておく。先ず、マイクロレンズを形成する基板と同等の基板上に、決められた感光性レンズ材料を所定の膜厚に塗布し、一定の領域を露光量を変えて露光し、現像し、露光量と感光性レンズ材料の残膜厚の関係データ（残膜厚曲線）を求める。当然ながら、露光量はフォトマスクのパターンの透過光量に対応している。この場合、数式化した露光量とレジストの残膜厚の関係データとしても良い。一例として、感光性レンズ材料としてポジ型フォトレジストを用いる場合、露光量と残膜厚の関係を示す残膜厚曲線は、通常、図９のようになる。なお、図９においては、露光量、残膜厚とも正規化して示してある。

また、上記の残膜厚曲線測定方法に関連する他の方法として、予め作製してあるフォトマスクの白面積率を利用する方法がある。この方法は、一定面積（例えば、１００ｍｍ×５０ｍｍ）内では透過光量が均一となるようにドットパタ−ンを設けた領域を、予め、フォトマスク上に複数個形成する。ドットパタ−ンが全く無い領域では白面積率を１００％とし、遮光膜で完全に遮光されている領域を白面積率０％とし、この間の白面積領域をドットパタ−ンの密度により多段階に分ける。多段階の段数は特に限定されないが、段数が多いほどより精密なデ−タが得られ、例えば１６段階以上が好ましい。

上記の白面積率が多段階表示されたフォトマスクを用いて、感光性レンズ材料を一定露光量で一括露光し、現像し、フォトマスクの白面積率と感光性レンズ材料の残膜厚との関係デ−タを得る。図１０に横軸に白面積率、縦軸に残膜厚をとった図を示す。図１０は、前記の残膜厚曲線測定法に類似したデ−タ曲線であり、フォトマスクの透過光量と感光性レンズ材料の残膜厚との関係を示す。図１０のデ−タ曲線を近似し、レンズパタ−ンのある座標上の理想的な白面積率を、レンズ理想形状から逆算して求めて、フォトマスクのパタ−ンの透過光量分布を得る方法である。白面積率を透過光量分布に対応させる時に、シミュレ−ションを併用することも可能である。この白面積率を利用する方法は、比較的容易に精密なレンズ形状が得られるので有効な方法である。透過光量分布の把握処理以外は、前記の残膜厚曲線測定方法と同じなので、実施形態の説明は省略する。

残膜厚曲線測定方法において、作製する現像後のレンズ材料形状によっては、絵柄の形状や粗密によって、露光量と残膜厚の関係データが異なるため、絵柄状態に対応して、数種のデータの取り込みを行なう必要がある。なお、所望の現像後の形状を得るための感光性レンズ材料の、露光量に対する残膜厚特性が分かっていれば、その都度、露光量と残膜厚の関係データを求めることは必ずしも必要ではない。

上記の露光量と感光性レンズ材料の残膜厚の関係データを用い、被加工物であるレンズの所望の形状に適合したフォトマスクのパターンの透過光量（露光量）分布を求める。この一連の処理が透過光量（露光量）分布把握処理である。なお、通常は、得たいレンズ形状の関数について、レンズ材料・露光系などに対して最適化した補正式をかける。

次に、フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として露光量分布をＺ座標上のｚ値として表す。ここでは、ｚ＝Ｆ（ｘ，ｙ）と表し、図２に示すように求められるとする。図２はフォトマスクのパタ−ン形成平面をＸ−Ｙ座標とし、その座標値ｘ、ｙを関数として、所望の露光する際の透過光量（露光量）分布をＺ座標上の値ｚとして表した図である。

一方、フォトマスクの、決められた露光波長では解像しないパターン領域のサイズを決定しておく。次いで、求められた、ｚ＝Ｆ（ｘ，ｙ）の関係データと、決められた露光波長では解像しないパターン領域のサイズとから、再現性のある所定のアルゴリズムを用いて、露光波長では解像しないサイズのドットパターンを、Ｘ−Ｙ座標上の該サイズに分割された各領域毎に、配置の有無を決定する。本発明で用いる所定のアルゴリズムとしては、誤差分散法やオーダードディザ（Ｏｒｄｅｒｅｄ Ｄｉｔｈｅｒ）法が挙げられる。そして、この決定に基づき、ＣＡＤツールにより、Ｘ−Ｙ座標上の所定の位置にドットパターンを配置してパターンデータを作製する。この一連の処理がドットパターンの生成処理である。

このようにして、パターンデータを作製することができるが、図２に示す透過光量分布であるｚ＝Ｆ（ｘ，ｙ）に対応するパターンデータは、図３に示すようなフォトマスクパタ−ンになる。

ここで、所望の現像後のレンズ形状を得る露光量分布が、図４（ａ）に示す露光量分布、ｚ＝Ｆ１（ｘ，ｙ）であり、各位置（ｘ，ｙ）のｚ値が図４（ｂ）の表のようになる場合について、オーダードディザ法を適用する場合を、図５に基づいて、その手順のみを簡単に説明しておく。図５（ａ）の表は、図４（ｂ）に示す表と同じであり、各位置（ｘ，ｙ）におけるｚ値が配列される。一方、例えば、図５（ａ）に示す表の配列に合せ、最大値を１とした４行×４列のディザ行列を、図５（ｂ）のように配列させておく。

ここで、図５（ａ）の表の配列と、図５（ｂ）の表の配列について、対応する位置毎に、その大小を比較し、ディザ行列を示す図５（ｂ）の表の値が元デ−タである図５（ａ）の値よりも小の場合を１、そうでない場合を０として、図５（ｃ）に示すように、オ−ダ−ドディザ法による２値化デ−タを求める。図５（ｃ）では、１の領域の場合はドットパターンを配置しない領域とし、０の領域（黒部）の場合はドットパターンを配置する領域とする。ドットパターンのＸ方向、Ｙ方向サイズと図５（ａ）に示す各位置間距離とを同じとするほうが精度面で好ましいが、計算量が大きくなる。なお、ドットパターンのＸ方向、Ｙ方向サイズと図５（ａ）に示す各位置間距離を必ずしも同じとする必要はない。

次に、所定のアルゴリズムとして誤差分散法を適用する場合について説明する。先ず、図６に基づいて、誤差分散法の手順を簡単に説明しておく。例えば、表の横方向、縦方向を、Ｘ方向、Ｙ方向とし、それぞれ、所定ピッチでセル（画素とも言い、ピッチに対応するサイズである）を設け、各セルに図６（ａ）のように、値が配列されている場合について、表の左上から右下方向にかけて以下の処理を順次行なう。先ず、左上セルの値０．１について、中間値（０. ５）を閾値とし、２値化を行なうと、左上セルの値０. １は２値化により０となる（図６（ｂ））。次いで、このセルに隣接するセルに重み付け加算（あるいは減算）して、図６（ｃ）のようになる。次に、隣のセルに移り、２値化、重み付け加算（あるいは減算）して図６（ｄ）を得る。更に、その隣のセルに移り、同様に、値化、重み付け加算（あるいは減算）して図６（ｅ）を得る。以降、図６（ｅ）の矢印の方向に順次、各セルに対して同様の処理を行ない、得られた結果が求めるものである。

図４（ｂ）に示す表の場合、誤差分散法を適用すると、図７のようになる。即ち、図４（ａ）に示す露光量分布、Ｚ＝Ｆ１（ｘ，ｙ）の場合、図７に示す１の領域の場合はドットパターンを配置しない領域とし、図７に示す０の領域（黒部）の場合はドットパターンを配置する領域とする。上記は、表の左上から右下方向にかけて処理を順次行なったが、処理方向はこれに限定はされない。

上記操作を、図８に示すように、誤差分散行列を用いて、座標（０，０）からはじめて、順次全セルに対して繰り返す誤差分散方法もある。図８で、ｆ（ｘ，ｙ）を元データ、ｆｎｅｗ（ｘ，ｙ）を誤差分散を行った後のデータ、ｇ（ｘ，ｙ）を閾値０. ５で２値化したデータ、Ｅｘｙを２値化により生じた誤差とした場合、それぞれの関係は、図８に示す式のように表される。これらの関係式に基づいて、上記と同様にして、図７に相当する配列を求めることもできる。

また、本発明で用いる透過光量分布の把握処理方法の他の方法であるシミュレーション法は、露光光の追跡シミュレーションを行い、露光量に応じて残膜厚の変化する感光性レンズ材料の現像後のレジストの所望の形状を得るためのフォトマスクのパターンの透過光量分布を得る方法である。前述の露光量と感光性レンズ材料の残膜厚曲線を求める方法は、透過光量分布の把握処理方法として有効であるが、求める種類が多い場合には、多くの時間を要してしまい実用的でなくなる。この点、シミュレーション法は好適である。透過光量分布の把握処理以外は、前記の残膜厚による方法と同じなので、実施形態の説明は省略する。

本発明に用いるフォトマスクを作製するためのパタ−ンデ−タは、上記のように、露光時にフォトマスク面上は均一照度とし、Ｚ座標上のｚ値に対応して、再現性のある所定のアルゴリズムを用いて、Ｘ−Ｙ座標の領域毎に、露光波長では解像しない所定寸法のドットパタ−ンの配置の有無を決め、パタ−ンの配置が有と決められた所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパタ−ンを生成配置するパタ−ンデ−タの作成方法を用いており、所定のアルゴリズムとしては、誤差分散法もしくはオーダードディザ法を用いるものである。いずれのアルゴリズム方法もハ−フト−ン処理に用いることができ、画像全体を擬似的に階調表現でき、マイクロレンズの高さ方向を表現し、再現性のある手法である。

本発明のマイクロレンズの形成方法で用いるフォトマスクは、上記のパターンデータを用いて作製されたものであり、露光波長では解像しない微細なドットパタ−ンの透過光量変化が感光性レンズ材料の現像後の残膜厚の変化となり、所望形状のレンズが形成される。

例えば、露光波長３６５ｎｍで５倍レチクルを用いた場合、フォトマスク上でのドットパタ−ンの一辺の寸法が０．６μｍ以上であると、ドットパタ−ンがレンズ材料に解像してレンズ形状に微細な凹凸が生じてしまい、レンズとして使用できない。しかし、ドットパタ−ンの寸法が０．５μｍ（０．５×０．５μｍ）である場合には、露光波長３６５ｎｍでは解像せず、本発明に用いることが可能であることを確認している。一方、ドットパタ−ンの寸法を小さくして０．２μｍ以下にすると、電子ビ−ムまたはレ−ザビ−ムを用いるフォトマスクの作製に多大な時間と費用が必要となってしまい、実用的ではない。したがって、本発明では、露光波長３６５ｎｍで５倍レチクルを用いた場合、ドットパタ−ンの寸法として、ドットパタ−ンの一辺の寸法が５倍レチクルであるフォトマスク上で、０．３μｍ〜０．５μｍの範囲にあることを好ましい形態としている。この場合、パタ−ンデ−タの作成上、ドットパタ−ンは正方形状が望ましい。なお、本発明のマイクロレンズの形状としては、よく用いられる外接回転楕円体型はもとより、内接回転楕円体型、座布団型、またはそれ以外の所望の形状を得ることが可能である。

次に、感光性レンズ材料層を露光し、現像し、図１（ｄ）に示すように、第２の平坦化膜５の上に、マイクロレンズ９が形成される。本発明のマイクロレンズ９は、現像後、すでにレンズとしての所望の形状を有しており、従来のレンズ形成方法のように、感光性レンズ材料層の軟化点以上で熱流動させたり、あるいはレンズ材料層をエッチバックする必要性はなく、所望する寸法通りに正確なレンズ形状を形成でき、従来の方法に比べ、高精度のマイクロレンズを従来より短い工程で歩留まり良く形成することができる。

８インチのシリコン基材の表面に形成されたＣＣＤイメ−ジセンサ上にポリスチレン樹脂を回転塗布し、第１の平坦化膜を厚さ１μｍに形成した。次に、反射率測定装置（ウーラム社製）で測定し、波長３６５ｎｍにおける反射率が６％以下の３色のカラ−フィルタ用着色レジスト（サンプル：Ａ、富士フィルムア−チ社製）を準備し、第１の平坦化膜上に赤色のカラ−フィルタ用着色レジストを塗布し、ｉ線ステッパで露光し、所定の現像液で現像して赤色のカラ−フィルタ層を形成し、以後、緑色、青色のカラ−フィルタ層を順次形成して、３色の着色レジスト層を厚さ１〜１．５μｍに形成した。

次に、カラ−フィルタ層上にポリスチレン樹脂を回転塗布し、第２の平坦化膜を厚さ２μｍに形成した。続いて、第２の平坦化膜上に感光性レンズ材料として、ベンゾフェノン誘導体を含むポリグリシジルメタクリレ−ト樹脂を３μｍの厚さに塗布し、１２０℃でプリベ−ク後、所定のレンズ形状を有するフォトマスクで露光し、現像して、第２の平坦化膜上の各受光部に対応する位置に、レンズ径３μｍの外接回転楕円体型のマイクロレンズを形成した。

本実施例で用いたフォトマスクは、ドットパタ−ン寸法が０．４×０．４μｍであり、パタ−ンデ−タは誤差分散法で形成した。

本発明の製造方法によるマイクロレンズを設けた固体撮像素子は、レンズ形状が設計通りに形成されており、良好な撮像特性を示した。

上記の実施例と同様にして、８インチのシリコン基材の表面に形成されたＣＣＤイメ−ジセンサ上にポリスチレン樹脂を回転塗布し、第１の平坦化膜を厚さ１μｍに形成した。次に、波長３６５ｎｍにおける反射率を変えたカラ−フィルタ用着色レジストを複数サンプル（サンプル：Ｂ〜Ｅ）用意し、それぞれ赤色、緑色、青色の順にカラ−フィルタ層を形成して、厚さ１〜１．５μｍに形成した。

次に、実施例と同じく、上記のカラ−フィルタ層上にポリスチレン樹脂を塗布し、第２の平坦化膜を厚さ２μｍに形成し、第２の平坦化膜上に感光性レンズ材料として、ベンゾフェノン誘導体を含むポリグリシジルメタクリレ−ト樹脂を３μｍの厚さに塗布し、露光、現像して、第２の平坦化膜上の各受光部に対応する位置に、レンズ径３μｍの外接回転楕円体型のマイクロレンズを形成し、波長３６５ｎｍにおける着色レジストの反射率とマイクロレンズの形成状態を比較した。サンプルＡ〜Ｅの結果をまとめて表１に示す。

表１に示されるように、マイクロレンズを形成する露光波長における反射率が２１％以下の着色レジスト層において、レンジ形状が設計通りに形成されることが確認された。

本発明のマイクロレンズの形成方法を示す工程図である。 フォトマスクのパタ−ン形成平面をＸ−Ｙ座標とし、その座標値ｘ、ｙを関数として、所望の露光する際の透過光量（露光量）分布をＺ座標上の値ｚとして表した図である。 図２のパタンデ−タをフォトマスク上にドットパタ−ンとして表した上面図である。 図４（ａ）は所望のレンズ形状を得るためのフォトマスクのパタ−ンの露光量分布を表した図で、図４（ｂ）は 図４（ａ）に示す露光量分布における所定のＸ−Ｙ座標位置でのＺ座標上のｚ値の一覧を示した図である。 オ−ダ−ドディザ法を説明するための図である。 誤差分散法を説明するための図である。 図４に示す所定のＸ−Ｙ座標位置でのＺ座標上のｚ値の一覧に基づき誤差分散法を実施した結果を示した図である。 誤差分散行列を用いた誤差分散法を数式により説明するための図である。 ポジ型感光性レンズ材料の露光量と残膜厚との関係を示す図である。 フォトマスクの白面積率とポジ型感光性レンズ材料の残膜厚との関係を示す図である。 従来の方法による階段状マイクロレンズの模式図である。

符号の説明

１ 固体撮像素子基板
２ 受光部
３ 第１の平坦化膜
４ 着色レジスト層
５ 第２の平坦化膜
６ 感光性レンズ材料層
７ フォトマスク
８ 紫外線
９ マイクロレンズ
１０ 階段状マイクロレンズ

Claims (6)

1. マイクロレンズを形成する際の露光波長では解像しない微細なドットパタ−ンの分布状態により、露光する際の透過光量分布を制御するフォトマスクを用いたマイクロレンズの形成方法において、
   前記フォトマスクを作製するためのパタ−ンデ−タの作製方法が、フォトマスクのパタ−ン形成平面をＸ−Ｙ座標とし、その座標値ｘ、ｙを関数として、所望する透過光量分布をＺ座標上のｚ値として求め、求められたｚ値に対応してＸ−Ｙ座標上の位置に前記ドットパタ−ンを配置するパタ−ンデ−タの作製方法であり、順に、
   （ａ）露光量に応じて残膜厚の変化する感光性レンズ材料の現像後のレンズ材料の所望の形状を得るための、フォトマスクのパタ−ンの透過光量分布を得て、フォトマスクのパタ−ン形成平面をＸ−Ｙ座標とし、その座標値ｘ、ｙを関数として、目的とするフォトマスクの透過光量分布をＺ座標上のｚ値として表す透過光量分布把握処理と、
   （ｂ）露光においてフォトマスク面上は均一照度とし、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、再現性のある所定のアルゴリズムを用いて、露光波長では解像しない所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域毎に、該領域サイズのドットパタ−ンの配置の有無を決め、パタ−ンの配置が有と決められた所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパタ−ンを生成配置するドットパタ−ン生成処理とを行なうパタ−ンデ−タの作製方法であり、
   固体撮像素子が設けられた基板上に第１の平坦化膜、マイクロレンズを形成する際の露光波長における反射率が２１％以下の着色レジスト層、第２の平坦化膜、露光量に応じて現像後の残膜厚の変化する感光性レンズ材料層をこの順に設け、前記着色レジスト層はカラーフィルタ層であり、前記フォトマスクを用いて前記感光性レンズ材料層を露光し、現像してレンズを形成したことを特徴とするマイクロレンズの形成方法。
2. 前記透過光量分布把握処理が、露光量に応じて残膜厚の変化する感光性レンズ材料を露光し、現像し、得られた露光量と感光性レンズ材料の残膜厚曲線と所望のレンズ形状から、前記感光性レンズ材料の現像後の所望の形状を得るためのフォトマスクのパタ−ンの透過光量分布を得るパタ−ンデ−タ作製方法であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズの形成方法。
3. 前記透過光量分布把握処理が、ドットパタ−ンの密度により白面積率が異なる領域を複数設けたフォトマスクを用いて感光性レンズ材料を露光し、現像し、得られたフォトマスクの白面積率と感光性レンズ材料の残膜厚と所望のレンズ形状から、前記感光性レンズ材料の現像後の所望の形状を得るためのフォトマスクのパタ−ンの透過光量分布を得るパタ−ンデ−タ作製方法であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズの形成方法。
4. 前記透過光量分布把握処理が、所定のシミュレ−ションにより、露光量に応じて残膜厚の変化する感光性レンズ材料の現像後の所望の形状を得るためのフォトマスクのパタ−ンの透過光量分布を得るものであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズの形成方法。
5. 前記所定のアルゴリズムが、誤差分散法もしくはオ−ダ−ドディザ法を用いて作製されたパタ−ンデ−タであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のマイクロレンズの形成方法。
6. 前記露光波長が３６５ｎｍであり、５倍レチクルである前記フォトマスク上で、前記ドットパタ−ンの一辺の寸法が０．３μｍ〜０．５μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のマイクロレンズの形成方法。

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