JP4844513B2 - 固体撮像素子およびそれを用いた撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子と撮像装置に係り、特に複数の受光部と微小な集光レンズ（マイクロレンズ）を所定の周期で配設した固体撮像素子と、この固体撮像素子を使用した撮像装置に関する。

近年、静止画像、動画像を撮像するデジタルカメラ、ビデオカメラが様々な分野で普及してきている。これらのカメラには、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子が用いられているが、半導体技術の進歩とともに、固体撮像素子の画素の微細化が一段と進み、カメラ自体の小型化も進んできている。このような固体撮像素子には、受光部に入射する光量を増し、感度を向上させるためのマイクロレンズが各画素の受光部に対応して設けられている。
ここで、固体撮像素子には有効撮像領域周辺で感度が低下するシェーディングという現象がある。このシェーディングは、図１８に示されるように、カメラレンズから入射する光が、有効撮像領域中心ではほぼ垂直に入射するのに対し、有効撮像領域周辺に向うにつれて入射角度が大きくなり、有効撮像領域周辺での受光部５１に対する入射光量の低下が起こることにより生じる現象である。

従来、シェーディングを防止するために、カメラレンズからの主光線入射角度を考慮して、有効撮像領域の中心ではマイクロレンズ５２を受光部５１の位置に配列し、有効撮像領域の周辺部では、受光部５１の位置とずらしてマイクロレンズ５２を配列することが行われている（図１９参照）。例えば、有効撮像領域の中心から周辺部へ向って微小スケーリングをかけてマイクロレンズを配列することにより、受光部の配列ピッチに対してマイクロレンズの配列ピッチをわずかに小さく設定することが行われている（特許文献１）。これにより、有効撮像領域中心では、受光部とマイクロレンズの位置にズレはないが、周辺に向うにつれて、対応する受光部位置に対しマイクロレンズの位置が徐々に有効撮像領域中心方向へずれたものとなる。また、２種類の異なるピッチのマイクロレンズを配列し、平均的にマイクロレンズの配列ピッチを受光部の配列ピッチと変えることによりシェーディングを補正することが提案されている（特許文献２）。さらに、受光部に対するマイクロレンズのシフト量（ずらし量）を有効撮像領域の中心から周辺に向って非線形に変化させてシェーディングを補正することが提案されている（特許文献３）。ここでは、受光部が一定ピッチで配列されるのに対し、マイクロレンズのピッチを変化させることが提案されているが、ピッチを変化させるための具体的手段の記述はない。
特開平６−１４０６０９号公報 特開平１０−２２９１８１号公報 特開２００３−２３４９６５号公報

デジタルカメラ、ビデオカメラ等の小型化が進むに伴い、カメラレンズ光学系も小型化、薄型化が進み、カメラレンズが固体撮像素子に接近して配設されるため、固体撮像素子の有効撮像領域周辺部では、カメラレンズより入射する主光線の入射角度はますます大きくなり、シェーディング補正をよりいっそう緻密に行うことが求められている。例えば、図２０に示すような特性のカメラレンズを撮像装置に用いた場合、その特性が線形でないため、単に均等なピッチ差で受光部とマイクロレンズとを配列したのでは、有効撮像領域周辺部での主光線入射角度の非線形変化に対応できないという問題がある。図２０に示すようなレンズ特性におけるシェーディング補正として、受光部とマイクロレンズのピッチ差を用いる場合、例えば、図２１に実線で示すように、有効撮像領域中心部から周辺部に向って所定の範囲（０〜４００画素間）までは、ピッチはほぼ一様でマイクロレンズピッチを設定し、さらに有効撮像領域の周辺部に向かって（４００画素より周辺方向）は、徐々にマイクロレンズピッチを大きくするように変化させることが理想である。

しかし、マイクロレンズピッチを連続的に変化させる場合、画素毎にマイクロレンズのピッチを僅かに変えて設計することが考えられるが、数百万から一千万以上の全画素にわたって夫々の設計を行うのは膨大な工程となる。また、マイクロレンズピッチの変化量は全有効撮像領域にわたって、せいぜいｎｍ単位またはそれ以下となり、隣接するマイクロレンズ間のピッチを僅かづつ変化させるには変化量が小さ過ぎる。例えば、上記の図２１に示されるピッチ変化幅は９００画素以上に亘って０．００１μｍ（１ｎｍ）であり、個々の画素にそのピッチ差を分配すると１画素当たり１／９００ｎｍ以下となる。この寸法差を５倍体マスク上で表現しても、１／１８０ｎｍ以下の寸法差を表現することが必要となる。しかし、マイクロレンズをフォトリソグラフィー方式で製造する際に用いるマスク製造を考慮すると、上記の微小な寸法差はマスクの電子線描画におけるグリッド（最小１ｎｍ）に適合せず、したがって丸め誤差が生じ、設計されたピッチ差がマスク上に反映され難いという問題がある。すなわち、マスク上のパターン描画グリッドが１ｎｍの場合、描画される全ての図形データの座標は１ｎｍ単位のグリッド上でのみ表現され、１ｎｍ未満の端数をもつことができない。したがって、マスク上の寸法で表現された設計データが１ｎｍ未満の端数をもつ座標を有している場合、設計データから描画用データにデータ変換される際に、変換プログラムにより端数は１ｎｍ単位に切り捨てられ、あるいは、切り上げられる。これをデータを丸めると称する。このようなデータの丸めによって、例えば、以下のような現象が生じる。

マイクロレンズのＸ軸方向の配置ピッチを、１．９９７３μｍから１．９９８３μｍまで９００画素に渡って均等に変化させる場合を考える。１．９９７３μｍと１．９９８３μｍの差０．００１μｍ（＝１ｎｍ）を９００画素に渡って変化させるのであるから、隣接する画素間のピッチ差は０．００１／８９９＝０．０００００１１１２３…μｍであり、第１番目のマイクロレンズの配置ピッチを１．９９７３μｍとすると、第２番目のマイクロレンズの配置ピッチは１．９９７３０１１１２３…μｍとなり、以降、１．９９７３０２２２２…μｍ、１．９９７３０３３３３…μｍ、１．９９７３０４４４４…μｍ、・・・、第８９９番目のマイクロレンズの配置ピッチは１．９９８２９８８８８…μｍ、第９００番目のマイクロレンズの配置ピッチは１．９９８３μｍとなる。ところが、１ｎｍグリッドにて描画データを作成した際、データ変換後のマイクロレンズの配置ピッチは、第１番目のマイクロレンズから第１００番目程度まで、１．９９７２μｍまたは１．９９７４μｍ（５倍体マスク上で９．９８６μｍまたは９．９８７μｍ）のいずれかの値をとり、以降、順次値は大きくなり、第８００番目から第９００番目のマイクロレンズの配置ピッチは、１．９９８２μｍまたは１．９９８４μｍ（５倍体マスク上で９．９９１μｍまたは９．９９２μｍ）のいずれかの値をとり、０．０００００１１１２３…μｍという細かい値は一切無視される。

一方、マイクロレンズピッチを段階的に変化させる場合は、図２２に実線で示すように、有効撮像領域を複数に分割した部分領域を設定し、これらの部分領域間でピッチを変化させることになる。尚、図２２の鎖線は、図２１に実線で示したマイクロレンズのピッチ変化を示す。しかし、部分領域間には、異なるピッチのマイクロレンズが存在する境界線（マイクロレンズと受光部とのズレが段階的に変化する部位）が必ず発生し、このような境界線上には微妙に感度の異なる受光部が連続し、これが線状の感度ムラとなり製品品質を大きく損なうという問題がある。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、シェーディングを防止した固体撮像素子と、このような固体撮像素子を使用した撮像装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の固体撮像素子は、所定のピッチで２次元配置された複数の受光部と、個々の前記受光部に対応させて複数のマイクロレンズが２次元配置されてなるマイクロレンズアレイとを少なくとも備え、該マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの配置ピッチが、像高が大きいほど像高の増加に対し主光線入射角の増加割合が小さくなる非線形のレンズ特性であるカメラレンズに適合するように、有効撮像領域の中心から周辺に向って変化している固体撮像素子において、有効撮像領域の中心からＸ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとＹ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとはそれぞれ２種以上で設定され、かつ、Ｘ軸方向のマイクロレンズの異なる配置ピッチ間におけるピッチ差の中の最小ピッチ差、および、Ｙ軸方向のマイクロレンズの異なる配置ピッチ間におけるピッチ差の中の最小ピッチ差は０．２ｎｍ以上であり、前記有効撮像領域は中心から周辺に向って複数の部分領域に分割され、該複数の部分領域にはＸ軸方向の配置ピッチとＹ軸方向の配置ピッチの組み合わせが異なる部分領域が存在し、個々の部分領域内の配置ピッチは一律であり、配置ピッチが異なる部分領域が隣接する境界部には、隣接する部分領域における各々の配置ピッチのマイクロレンズが混在している中間帯状部が存在し、部分領域毎のマイクロレンズの配置ピッチの平均が、有効撮像領域の中心から周辺に向って大きくなる傾向であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記中間帯状部における異なる配置ピッチのマイクロレンズの混在比率は１：０〜０：１の範囲内で連続的に変化するような構成とした。

本発明の固体撮像素子は、所定のピッチで２次元配置された複数の受光部と、個々の前記受光部に対応させて複数のマイクロレンズが２次元配置されてなるマイクロレンズアレイとを少なくとも備え、該マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの配置ピッチが、像高が大きいほど像高の増加に対し主光線入射角の増加割合が小さくなる非線形のレンズ特性であるカメラレンズに適合するように、有効撮像領域の中心から周辺に向って変化している固体撮像素子において、有効撮像領域の中心からＸ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとＹ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとはそれぞれ２種以上で設定され、かつ、Ｘ軸方向のマイクロレンズの異なる配置ピッチ間におけるピッチ差の中の最小ピッチ差、および、Ｙ軸方向のマイクロレンズの異なる配置ピッチ間におけるピッチ差の中の最小ピッチ差は０．２ｎｍ以上であり、前記有効撮像領域は中心から周辺に向って複数の部分領域に分割され、該複数の部分領域には配置ピッチの異なるマイクロレンズが混在している部分領域が存在し、部分領域毎のマイクロレンズの配置ピッチの平均が、有効撮像領域の中心から周辺に向って大きくなる傾向であるような構成とした。

本発明の他の態様として、部分領域内での配置ピッチの異なるマイクロレンズの混在比率は、該部分領域内において有効撮像領域の中心から周辺に向う方向に沿って変化しているような構成とした。
本発明の他の態様として、部分領域内での配置ピッチの異なるマイクロレンズの混在比率は、該部分領域内においてほぼ均一であるような構成とした。
本発明の他の態様として、部分領域内で配置ピッチの異なるマイクロレンズがランダムに配置されているような構成とした。

本発明の他の態様として、有効撮像領域に対応するマイクロレンズアレイの外形形状は方形であるような構成とした。
本発明の他の態様として、有効撮像領域に対応するマイクロレンズアレイの外形形状は撮像領域の中心に向って湾曲あるいは屈曲した形状であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記部分領域はモザイク状であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記部分領域は有効撮像領域中心を中心とする同心の環状領域であるような構成とした。
本発明の撮像装置は、像高が大きいほど像高の増加に対し主光線入射角の増加割合が小さくなる非線形のレンズ特性であるカメラレンズと、上述の固体撮像素子を備えるような構成とした。

このような本発明の固体撮像素子は、カメラレンズの主光線入射角と像高の関係等のレンズ特性に適合した最適なマイクロレンズ配置、例えば、ピッチを非線形に変化させたマイクロレンズ配置を行うことができ、緻密なシェーディング補正が可能であり、かつ、配置ピッチの異なる二種以上のマイクロレンズの最小ピッチ差が０．２ｎｍ以上であるので、電子線描画による５倍体マスクの作製が可能であり、マイクロレンズのマスク設計段階で全領域のマイクロレンズを個別に設計するという煩雑な操作が不要であり、緻密なシェーディング補正を容易に行えるという効果が奏される。
本発明の撮像装置は、シェーディングが防止され、有効撮像領域内で、斜め入射に起因するケラレ等のロスが少なく、入射光量に対しての効率分布の少ない高品位のものであり、小型化、薄型化が可能である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［固体撮像素子］
図１は本発明の固体撮像素子の一例を示す概略構成図である。図１において、固体撮像素子１は、一定の配置ピッチで設けられた複数の受光部３と遮光膜４を備える基板２と、遮光層６を備えたパッシベーション層５を介して基板２と対向するように積層された下平坦化層７、カラーフィルタ８、上平坦化層９、および、マイクロレンズアレイ１０を有している。マイクロレンズアレイ１０は、個々の受光部３に対応させて複数のマイクロレンズ１１が２次元配置されたものである。そして、一定の配置ピッチで設けられた複数の受光部３に対して、マイクロレンズアレイ１０を構成するマイクロレンズ１１の配置ピッチが有効撮像領域の中心から周辺に向って変化するものである。尚、本発明の固体撮像素子は、図１に示す構成に限定されるものではない。
ここで、本発明における配置ピッチとは、マイクロレンズの中心間距離のことである。

本発明の固体撮像素子は、有効撮像領域の中心からＸ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとＹ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとをそれぞれ２種以上で設定し、かつ、最小ピッチ差を０．２ｎｍ以上とし、さらに、有効撮像領域を中心から周辺に向って複数の部分領域に分割し、この複数の部分領域にはＸ軸方向の配置ピッチとＹ軸方向の配置ピッチの組み合わせが異なっている部分領域を存在させ、また、個々の部分領域内の配置ピッチは一律とし、かつ、配置ピッチが異なる部分領域が隣接する境界部には、隣接する部分領域における各々の配置ピッチのマイクロレンズが混在している中間帯状部を設けたものである。

上記の本発明の固体撮像素子を、図２０に示すようなレンズ特性におけるシェーディング補正として図２１に実線で示すようにマイクロレンズの配置ピッチを変化させる場合を例として説明する。この場合、図２に示すように、有効撮像領域の中心からＸ軸方向を（１）〜（６）の６個の部分領域に分割し、図２に実線で示されるように、各部分領域内では配置ピッチを一律とする。そして、部分領域が隣接する境界部には、隣接する部分領域における各々の配置ピッチのマイクロレンズが混在する中間帯状部を設ける。

尚、部分領域の大きさは適宜設定することができ、例えば、幅を１００〜１０，０００μｍの範囲、あるいは、幅方向の画素数を５０〜２，０００個の範囲となるように設定することができる。以下、部分領域の大きさについて更に説明する。上述の図２では、有効撮像領域のＸ軸方向を（１）〜（６）の６個の部分領域に分割し、また、後述の図３では、有効撮像領域のＸ軸方向を（１）〜（７）の７個の部分領域に分割しており、それぞれの部分領域の幅は約１００画素〜４００画素に渡っている（有効撮像領域中心を含む部分領域では約８００画素）。また、後述の第３の実施形態では、図９に示すように、Ｘ軸方向の３個の部分領域に分割しており、それぞれの部分領域には、３８２画素（有効撮像領域中心の両側を含むと７６４画素）、６５８画素、２５６画素の幅がある。この例では、線形に平均ピッチが変化している３８３番目の画素から１２９６番目の画素までの領域を、３種類のＸ軸方向配置ピッチを配置した１つの部分領域を見なすと、９１４画素の幅があることになる。このような例を総合すると、部分領域の幅は約１００〜９００画素の幅を有しており、画素ピッチを２μｍとすれば部分領域の幅は２００〜１８００μｍ、画素ピッチを１μｍとすれば部分領域の幅は１００〜９００μｍ、画素ピッチを６μｍとすれば部分領域の幅は６００〜５４００μｍとなる。これらの幅は、マイクロレンズの配置ピッチの変化幅にも依存しており、像高変化に対する主光線入射角度変化の値が小さいカメラレンズを用いる場合は、マイクロレンズ配置ピッチの変化幅は小さくなり、部分領域の幅はより大きくなる。したがって、部分領域の大きさとして、上記の範囲（幅１００〜１０，０００μｍ、あるいは、幅方向の画素数５０〜２，０００個）を挙げることができる。

上記の中間帯状部での異なる配置ピッチの混在比率は、例えば、１：１とした場合には、図２に実線で示されるように、隣接する部分領域の中間的な配置ピッチが中間帯状部に出現する。これにより、６個の部分領域における階段状変化は細分化され、部分領域間の境界線上に微妙に感度の異なる受光部が形成されることが防止され、線状の感度ムラ等の欠陥を防止することができる。
また、中間帯状部での異なる配置ピッチの混在比率を連続的に、すなわち、１：０〜０：１に変化させた場合には、図２に鎖線で示されるように、更にスムースな平均ピッチ変化が可能となる。
尚、中間帯状部の幅は適宜設定することができ、例えば、部分領域の幅の１〜５０％の範囲で、あるいは、２０〜１０，０００μｍの範囲で設定することができる。

また、本発明では、固体撮像素子において、有効撮像領域の中心からＸ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとＹ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとをそれぞれ２種以上で設定し、かつ、最小ピッチ差を０．２ｎｍ以上とし、さらに、有効撮像領域を中心から周辺に向って複数の部分領域に分割し、この複数の部分領域には配置ピッチの異なるマイクロレンズが混在している部分領域を存在させたものとすることができる。

このような本発明の固体撮像素子について、図２０に示すようなレンズ特性におけるシェーディング補正として図２１に実線で示すようにマイクロレンズの配置ピッチを変化させる場合を例として説明する。この固体撮像素子では、画素受光部配置ピッチが２．０μｍ、画素数が２５９２個×１９４４個であり、例えば、図３に示すように、有効撮像領域の中心からＸ軸方向を（１）〜（７）の部分領域に分割する。そして、部分領域（１）では、ピッチ１．９９７２μｍ、１．９９７４μｍ（ピッチ差＝０．２ｎｍであり、それぞれ５倍体マスク上ではピッチ９．９８６μｍ、９．９８７μｍとなり、１ｎｍグリッドにてマスク描画が可能）を１：１で混在させる。また、部分領域（２）では、ピッチ１．９９７２μｍ、１．９９７４μｍを、混在比率１：１〜０：１でＸ軸方向にてピッチ１．９９７４μｍの混在比率を増加させる。これにより、ピッチ１．９９７３μｍ〜１．９９７４μｍがほぼ連続的に表現可能となる。また、部分領域（３）では、ピッチ１．９９７４μｍ、１．９９７６μｍ（ピッチ差＝０．２ｎｍであり、それぞれ５倍体マスク上ではピッチ９．９８７μｍ、９．９８８μｍ）の混在比率を１：０〜０：１で変化させ、Ｘ軸方向にてピッチ１．９９７６μｍの混在比率を増加させる。これにより、ピッチ１．９９７４μｍ〜１．９９７６μｍがほぼ連続的に表現可能となる。部分領域（４）〜（７）も同様に、ピッチ１．９９７６μｍ、１．９９７８μｍ、１．９９８０μｍ、１．９９８２μｍ、１．９９８４μｍ、（最小ピッチ差＝０．２ｎｍであり、それぞれ５倍体マスク上ではピッチ９．９８８μｍ、９．９８９μｍ、９．９９０μｍ、９．９９１μｍ、９．９９２μｍ、）にて、ほぼ連続的に図２１の実線のグラフに準じた平均ピッチの変化が図３の実線で示すように実現可能となる（図３の鎖線は図２１の実線と同じ）。このとき、５倍体マスクの製造時の電子線描画グリッドは１ｎｍであるので、電子線描画が可能であり、かつ、本来マスク描画に乗らない１ｎｍ未満の平均ピッチの変化を表現できる。
尚、本発明における平均ピッチについては、第３の実施形態を例として後述する。

次に、本発明の固体撮像素子について実施形態を挙げて説明する。
（第１の実施形態）
図４は、本発明の固体撮像素子の一実施形態におけるマイクロレンズの配置を説明するための図である。本実施形態の固体撮像素子は、有効撮像領域の中心からＸ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとＹ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとをそれぞれ２種以上で設定し、かつ、最小ピッチ差を０．２ｎｍ以上とし、さらに、有効撮像領域を中心から周辺に向って複数の部分領域に分割し、この複数の部分領域にはＸ軸方向の配置ピッチとＹ軸方向の配置ピッチの組み合わせが異なる部分領域を存在させ、また、個々の部分領域内の配置ピッチは一律とし、かつ、配置ピッチが異なる部分領域が隣接する境界部には、隣接する部分領域における各々の配置ピッチのマイクロレンズが混在している中間帯状部を設けたものである。すなわち、図４に示されるように、複数のマイクロレンズから構成されるマイクロレンズアレイにおいて、有効撮像領域が中心（０，０）から周辺に向ってＸ軸方向に３分割、Ｙ軸方向に３分割され、モザイク状に（１）〜（９）までの９種の部分領域に分割されている。そして、隣接する部分領域には鎖線で示すような中間帯状部が設定されている。

上記の（１）〜（９）までの各部分領域におけるマイクロレンズの配置ピッチは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向共にピッチＡ、ピッチＡ−Ｄ、ピッチＡ−２Ｄの３種（Ａは基準ピッチ、Ｄはピッチ差）とし、下記の表１のように部分領域毎にＸ軸方向の配置ピッチとＹ軸方向の配置ピッチの組み合わせが設定されている。

ここで、上記の基準のピッチＡを２μｍ、ピッチ差Ｄを０．００１μｍ（１ｎｍ）とすると、スケーリング率９９．９％から１００％までのピッチを有するマイクロレンズを配置することができる。

図５は図４において円で囲んだ部分領域（１）、（２）、（４）、（５）の拡大図であり、隣接する部分領域に設定される中間帯状部は鎖線で囲まれた領域であり、斜線を付して示している。この図５のＹ軸方向では、部分領域（１）と部分領域（４）の境界の中間帯状部に、Ｙ軸方向の配置ピッチがＡ−２ＤのマイクロレンズとＡ−Ｄのマイクロレンズとが混在して配置される。このような２種の配置ピッチの混在比率は、例えば、Ａ−２ＤとＡ−Ｄのピッチが交互となるような１：１とすることができる。また、２種の配置ピッチの混在比率を１：０〜０：１の範囲内で連続的に変化させてもよい。例えば、部分領域（１）側ではピッチＡ−２Ｄが２／３、ピッチＡ−Ｄが１／３の比率で混在し、部分領域（４）側ではピッチＡ−２Ｄが１／３、ピッチＡ−Ｄが２／３の比率で混在するように連続的に変化させることにより、部分領域（１）と部分領域（４）の境界部付近でのスムースな平均ピッチ変化が可能となる。さらに、部分領域（１）側ではピッチＡ−２Ｄの比率をほぼ１００％とし、部分領域（４）に向うにつれてピッチＡ−Ｄの比率を高め、部分領域（４）側ではピッチＡ−Ｄがほぼ１００％となるように混在させることにより、部分領域（１）と部分領域（４）の境界部付近での平均ピッチ変化が更にスムースなものとなる。

また、図５のＸ軸方向についても同様に、部分領域（１）と部分領域（２）の境界の中間帯状部に、Ｘ軸方向の配置ピッチがＡ−２ＤのマイクロレンズとＡ−Ｄのマイクロレンズとが混在して配置される。このような２種の配置ピッチの混在比率は、上述のＹ軸方向の中間帯状部と同様とすることができる。

（第２の実施形態）
本実施形態の固体撮像素子は、有効撮像領域の中心からＸ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとＹ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとをそれぞれ２種以上で設定し、かつ、最小ピッチ差を０．２ｎｍ以上とし、さらに、有効撮像領域を中心から周辺に向って複数の部分領域に分割し、この複数の部分領域には配置ピッチの異なるマイクロレンズが混在している部分領域を存在させたものである。

図６は本実施形態の固体撮像素子のマイクロレンズ配置図である。図６において、（０，０）点は有効撮像領域の中心点を示し、図面が煩雑になるのを避けるために、中心点から右上の１／４の領域の３０個×３０個の画素のみを示している。図６に示される固体撮像素子では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向とも５画素毎に部分領域に分割され、Ｘ軸方向では（Ｘ１）〜（Ｘ６）の６分割、Ｙ軸方向では（Ｙ１）〜（Ｙ６）の６分割とされ、中心点から右上の１／４の領域はモザイク状に３６個の部分領域に分割されている。また、マイクロレンズはピッチＡと、ピッチＡよりＤだけ小さいピッチＡ−Ｄの２種の配置ピッチで構成されている。したがって、マイクロレンズとしては、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向とも配置ピッチＡ−Ｄのマイクロレンズ、Ｘ軸方向の配置ピッチＡ−Ｄ、Ｙ軸方向の配置ピッチＡのマイクロレンズ、Ｘ軸方向の配置ピッチＡ、Ｙ軸方向の配置ピッチＡ−Ｄのマイクロレンズ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向とも配置ピッチＡのマイクロレンズの４種が設定され、これらが図６に示したように、１個の部分領域当たり２５個の割合で、３６個の部分領域に配置されている。

まず、Ｘ軸方向について説明する。部分領域（Ｘ１）内では、５個のマイクロレンズがＸ軸方向にピッチＡ−Ｄで配置され、部分領域（Ｘ２）内では、Ｘ軸方向の配置ピッチＡであるマイクロレンズ１個と、Ｘ軸方向の配置ピッチＡ−Ｄであるマイクロレンズ４個が配置され、部分領域（Ｘ３）内では、Ｘ軸方向の配置ピッチＡであるマイクロレンズ２個と、Ｘ軸方向の配置ピッチＡ−Ｄであるマイクロレンズ３個が配置され、部分領域（Ｘ４）内では、Ｘ軸方向の配置ピッチＡであるマイクロレンズ３個と、Ｘ軸方向の配置ピッチＡ−Ｄであるマイクロレンズ２個が配置され、部分領域（Ｘ５）内では、Ｘ軸方向の配置ピッチＡであるマイクロレンズ４個と、Ｘ軸方向の配置ピッチＡ−Ｄであるマイクロレンズ１個が配置され、部分領域（Ｘ６）内では、５個のマイクロレンズがＸ軸方向にピッチＡで配置されている。これにより、各部分領域でのＸ軸方向の平均ピッチは、部分領域（Ｘ１）ではＡ−Ｄ、部分領域（Ｘ２）ではＡ−４Ｄ／５、部分領域（Ｘ３）ではＡ−３Ｄ／５、部分領域（Ｘ４）ではＡ−２Ｄ／５、部分領域（Ｘ５）ではＡ−Ｄ／５、部分領域（Ｘ６）ではＡとなり、Ｘ軸方向での配置ピッチをほぼ連続的に変化させることができる。

次に、Ｙ軸方向について説明する。部分領域（Ｙ１）内では、５個のマイクロレンズがＹ軸方向にピッチＡ−Ｄで配置され、部分領域（Ｙ２）内では、Ｙ軸方向の配置ピッチＡであるマイクロレンズ１個と、Ｙ軸方向の配置ピッチＡ−Ｄであるマイクロレンズ４個が配置され、部分領域（Ｙ３）内では、Ｙ軸方向の配置ピッチＡであるマイクロレンズ２個と、Ｙ軸方向の配置ピッチＡ−Ｄであるマイクロレンズ３個が配置され、部分領域（Ｙ４）内では、Ｙ軸方向の配置ピッチＡであるマイクロレンズ３個と、Ｙ軸方向の配置ピッチＡ−Ｄであるマイクロレンズ２個が配置され、部分領域（Ｙ５）内では、Ｙ軸方向の配置ピッチＡであるマイクロレンズ４個と、Ｙ軸方向の配置ピッチＡ−Ｄであるマイクロレンズ１個が配置され、部分領域（Ｙ６）内では、５個のマイクロレンズがＹ軸方向にピッチＡで配置されている。これにより、各部分領域でのＹ軸方向の平均ピッチは、部分領域（Ｙ１）ではＡ−Ｄ、部分領域（Ｙ２）ではＡ−４Ｄ／５、部分領域（Ｙ３）ではＡ−３Ｄ／５、部分領域（Ｙ４）ではＡ−２Ｄ／５、部分領域（Ｙ５）ではＡ−Ｄ／５、部分領域（Ｙ６）ではＡとなり、Ｙ軸方向での配置ピッチをほぼ連続的に変化させることができる。

上記のピッチＡを２μｍ、ピッチ差Ｄを０．００１μｍ（１ｎｍ）とし、基準ピッチを２μｍとすると、スケーリング率９９．９５％から１００％まで０．０１％刻みでほぼ連続的に表現できる。そして、実際に使用される配置ピッチは２μｍと１．９９９μｍの２種類であり、マスク作製時のマスクデータも比較的小さくすることができ、５倍体マスクとして作製するのであれば、電子線描画のグリッドも５ｎｍとすることができる。
ここで、マイクロレンズの形成方法としては特に制限はないが、例えば、マイクロレンズ材料としてポジ型フォトレジストを用い、塗布、露光、現像のフォトリソグラフィー工程の後、フォトレジストをポストベークして溶融し凸レンズ状に成形する方法を挙げることができる。この成形方法で使用するマイクロレンズ用フォトマスクの一画素分を例示すると、図７のようになる。図７において、一画素２１は、遮光部２２と、その周囲の光透過部２３からなっている。図示例での寸法Ｂ、Ｃは同じ値としてもよいが、マスク描画時のグリッド等の制約を受ける場合は異なる値としてもよい。

図６に示した例では、配置ピッチが異なる４種のマイクロレンズ、すなわち、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向とも配置ピッチＡ−Ｄのマイクロレンズ、Ｘ軸方向の配置ピッチＡ−Ｄ、Ｙ軸方向の配置ピッチＡのマイクロレンズ、Ｘ軸方向の配置ピッチＡ、Ｙ軸方向の配置ピッチＡ−Ｄのマイクロレンズ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向とも配置ピッチＡのマイクロレンズが、各部分領域にほぼ均一で規則的に配置されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、各部分領域でマイクロレンズをランダムに配置してもよい。

図８は、図６に示されるＸ軸方向の（Ｘ２）とＹ軸方向の（Ｙ２）とが交差する部分領域でのマイクロレンズの配置を示す図であり、図８（Ａ）はほぼ均一で規則的に配置されたもの（図６と同じ）、図８（Ｂ）はランダムに配置した例を示す図である。図８（Ａ）に示される部分領域では、（ｉ）Ｘ軸方向、Ｙ軸方向とも配置ピッチＡ−Ｄである１６個のマイクロレンズ、（ii）Ｘ軸方向の配置ピッチＡ−Ｄ、Ｙ軸方向の配置ピッチＡである４個のマイクロレンズ、（iii）Ｘ軸方向の配置ピッチＡ、Ｙ軸方向の配置ピッチＡ−Ｄである４個のマイクロレンズ、（iv）Ｘ軸方向、Ｙ軸方向とも配置ピッチＡである１個のマイクロレンズが、ほぼ均一で規則的に配置されている。一方、図８（Ｂ）に示されるランダム配置では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の配置ピッチがＡとなる確率と、Ａ−Ｄとなる確率を予め定め、５個×５個のマトリックスで示される２５箇所に上記確率を基にランダムに（ｉ）〜（iv）のマイクロレンズを配置したものである。図８（Ｂ）に示されるランダム配置の例では、マイクロレンズの中心座標のＹ軸方向成分に相違があり、部分領域の４辺のうちの１辺が直線ではなく段差を含むものとなっている。しかし、この段差はｎｍ単位のものであるため、精度上の問題とはならない。さらに、図６の３０個×３０個のマトリックスに、このランダム配置を応用することができる。すなわち、それぞれのマイクロレンズの位置にてＸ軸方向またはＹ軸方向の（０，０）点までの距離に応じて、例えば、Ｘ軸方向の配置ピッチがＡとなる確率を、左から１番目の列では３．３３％、２番目の列では６．６７％、３番目の列では１０％、・・・３０番目の列では１００％とする。また、Ｙ軸方向の配置ピッチがＡとなる確率を、下から１番目の列では３．３３％、２番目の列では６．６７％、３番目の列では１０％、・・・３０番目の列では１００％とする。そして、それぞれ行列要素で、その場所でのＸ軸方向、Ｙ軸方向の配置ピッチを上述の確率に従ってランダムに設定すれば、３０個×３０個の画素からなる全域において、マイクロレンズの部分部分での平均ピッチを徐々にほぼ線形に変化させることができ、この場合に３０個×３０個のマトリックス全体を１つの部分領域と見なすこともできる。また、非線形に確率を分布させることもでき、非線形の平均ピッチ変化を表現することもできる。

尚、図６に示した実施形態では、有効撮像領域に対応するマイクロレンズアレイの外形形状は長方形であるが、これに限定されるものではない。例えば、有効撮像領域の中心にてピッチを小さく、有効撮像領域の周辺にてピッチを大きくすると、対角線方向にて、外形の頂点が４辺よりも外側へ若干突出する。この場合、マイクロレンズアレイの外形の４辺は撮像領域の中心に向って湾曲あるいは屈曲した形状となる。

（第３の実施形態）
本実施形態の固体撮像素子は、上述の第２の実施形態と同様に、有効撮像領域の中心からＸ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとＹ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとをそれぞれ２種以上で設定し、かつ、最小ピッチ差を０．２ｎｍ以上とし、さらに、有効撮像領域を中心から周辺に向って複数の部分領域に分割し、この複数の部分領域には配置ピッチの異なるマイクロレンズが混在している部分領域を存在させたものである。
この実施形態では、画素受光部のピッチが２．０μｍ、画素数が２５９２個×１９４４個であり、カメラレンズが図２０に示すようなレンズ特性を有する場合を例として説明する。このようなカメラレンズに対して、シェーディング補正としてマイクロレンズの配置ピッチを算出すると、図２１に実線で示すようなグラフとなるが、本実施形態では、図２１に鎖線で示す近似を行うものである。すなわち、図９に示されるように、有効撮像領域の中心（０，０）からＸ軸方向に３分割、Ｙ軸方向に２分割して全体を２４個の部分領域に分割する（図示例では中心（０，０）から右上の１／４の領域の６個の部分領域を示している）。そして、Ｘ軸方向に３８２画素までは配置ピッチ１．９９７３μｍ、３８２画素から最外周の１２９６画素までは配置ピッチ１．９９７３μｍから１．９９８３μｍまで直線的にピッチが変化するものと近似した（図２１の鎖線参照）。また、有効撮像領域の中心（０，０）からＹ軸方向に３８２画素までは配置ピッチ１．９９７３μｍ、３８２画素から最外周の９７２画素までは配置ピッチ１．９９７３μｍから１．９９７９μｍまで直線的にピッチが変化するものと近似した。そして、マイクロレンズの配置ピッチは１．９９７μｍ、１．９９８μｍ、１．９９９μｍの３種とし、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の両成分を考慮して、下記の表２のように５種の配置ピッチの組み合わせを設定して、マイクロレンズを有効撮像領域全面に配置する。

具体的には、図９に示すように、有効撮像領域の中心（０，０）からＸ軸方向に３８２番目の画素までは配置ピッチ１．９９７μｍと１．９９８μｍを７：３でランダムに混在させる。また、３８３番目の画素から１０４０番目の画素までは配置ピッチ１．９９７μｍと１．９９８μｍを、３８３番目画素付近では存在比７：３としてピッチ１．９９８μｍの存在率３０％とし、１０４０番目画素付近ではピッチ１．９９８μｍの存在率１００％となるように線形にピッチ１．９９８μｍの存在率を変化させてランダムに配置する。さらに、１０４１番目の画素から最外周１２９６番目画素までは、１０４１番目画素付近ではピッチ１．９９８μｍの存在率を１００％とし、１２９６番目画素付近ではピッチ１．９９８μｍと１．９９９μｍの存在比７：３としてピッチ１．９９８μｍの存在率７０％、ピッチ１．９９９μｍの存在率３０％となるように線形に存在率を変化させてランダムに配置する。

また、Ｙ軸方向も同様とする。すなわち、有効撮像領域の中心（０，０）からＹ軸方向に３８２番目の画素までは配置ピッチ１．９９７μｍと１．９９８μｍを７：３でランダムに混在させる。さらに、３８３番目の画素から最外周９７２番目画素までは、３８３番目画素付近ではピッチ１．９９７μｍと１．９９８μｍの存在比７：３としてピッチ１．９９７μｍの存在率７０％、ピッチ１．９９８μｍの存在率３０％とし、９７２番目画素付近ではピッチ１．９９７μｍと１．９９８μｍの存在比１：９としてピッチ１．９９７μｍの存在率１０％、ピッチ１．９９８μｍの存在率９０％となるように線形に存在率を変化させてランダムに配置する。

以上により、有効撮像領域全域に１．９９７μｍ、１．９９８μｍ、１．９９９μｍの３種の配置ピッチを有するマイクロレンズが配置され、部分部分での平均ピッチは、図２１の鎖線に近似するように、ほぼ連続的に変化し、図２０に示すような非線形のレンズ特性に対応したシェーディング補正が可能である。また、マスク作製の際にも、５倍体マスクであれば電子線描画グリッドは５ｎｍとなり、グリッドを極端に小さくすることが避けられ、５倍体マスク上では本来描画グリッドに乗らない１ｎｍ未満の寸法を有効数字として必要とするようなピッチも表現することが可能である。

ここで、本発明における平均ピッチについて説明する。本発明における平均ピッチとは、ある画素に着目した際の、その画素を含む近傍の連続した画素の集合でのＸ軸方向またはＹ軸方向での配置ピッチの平均値である。例えば、図１０に、第３の実施形態でのマイクロレンズのＸ軸方向の配置ピッチのうち、有効撮像領域中心からＸ軸方向３８３番目の画素からＸ軸最外周１２９６番目の画素までの配置ピッチの分布を示す。この例では、３８３番目の画素から１０４０番目の画素までは配置ピッチは１．９９７μｍまたは１．９９８μｍのいずれかの値をとり、１０４１番目の画素から最外周１２９６番目の画素までは配置ピッチは１．９９８μｍまたは１．９９９μｍのいずれかの値をとる（図９および図２１鎖線を参照）。このマイクロレンズ配置において、有効撮像領域中心からＮ番目の画素の平均ピッチとして、Ｎ−４番目の画素からＮ＋５番目の画素までの連続した１０画素のＸ軸方向の配置ピッチの平均で表すとした場合、Ｘ軸方向３８３番目の画素からＸ軸最外周１２９６番目の画素までの平均ピッチの変化は、図１１に実線で示されるようになる。図１１に示されるように、０．０００１μｍという僅かな凹凸は有しながらも、Ｘ軸最外周方向に向けて略連続的に徐々に平均ピッチが増大している。そして、図２１に鎖線で示される設計値を図１１に鎖線で示すと、上記の実線で示される平均ピッチの変化は、設計値である鎖線を中心として振動してる。このことから、有効撮像領域全域に配設された１．９９７μｍ、１．９９８μｍ、１．９９９μｍの３種の配置ピッチを有するマイクロレンズにおいて、各マイクロレンズの中心の座標位置（配置ピッチを累積した値に相当）が、図２１の鎖線に近似した所望のピッチに基づく座標位置に十分近い値となっていることが確認できる。

尚、配置ピッチを平均化する区間を更に広くすれば、よりスムースに平均ピッチが変化するように表現できる。例えば、有効撮像領域中心からＮ番目の画素の平均ピッチとして、Ｎ−２４番目の画素からＮ＋２５番目の画素までの連続した５０画素のＸ軸方向の配置ピッチの平均で表すとした場合、Ｘ軸方向３８３番目の画素からＸ軸最外周１２９６番目の画素までの平均ピッチの変化は、図１２に実線で示されるようになる。また、Ｎ−４９番目の画素からＮ＋５０番目の画素までの連続した１００画素のＸ軸方向の配置ピッチの平均で表すとした場合、Ｘ軸方向３８３番目の画素からＸ軸最外周１２９６番目の画素までの平均ピッチの変化は、図１３に実線で示されるようになる。
上述の実施形態は例示であり、本発明の固体撮像素子はこれらに限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、部分領域はモザイク状であるが、図１４に示されるように、部分領域を有効撮像領域中心を中心とする同心の環状領域としてもよい。

［撮像装置］
図１５は、本発明の撮像装置の一実施形態を示す概略断面図である。図１５において、本発明の撮像装置３１は、本発明の固体撮像素子３２を備えた基板３３と、固体撮像素子３２の外側に配した封止用部材３４と、この封止用部材３４を介して固体撮像素子３２と所望の間隙を設けて対向するように配設された保護材３５とを備えている。また、固体撮像素子３２は配線３６、表裏導通ビア３７を介して外部端子３８に接続されている。このようなセラミックパッケージ型の撮像装置３１は、種々のデジタルカメラ、ビデオカメラ等に使用することができ、カメラの高感度化、小型化、薄型化が可能である。

また、図１６は、本発明の撮像装置の他の実施形態を示す概略断面図である。図１６に示される本発明の撮像装置４１は、携帯電話用カメラモジュールの例であり、本発明の固体撮像素子４２を備えた基板４３と、固体撮像素子４２の外側に配した封止用部材４４と、固体撮像素子４２と所望の間隙を設けて対向するように配設された赤外カットフィルタ４５と、赤外カットフィルタ４５上に配設された鏡筒４６と、この鏡筒４６内に装着されたレンズユニット４７を備えている。このような撮像装置４１は、本発明の固体撮像素子４２がシェーディング補正されていて高感度のものであるため、小型化、薄型化が可能である。
本発明の撮像装置は上述の実施形態に限定されるものではなく、固体撮像素子として本発明の固体撮像素子を備えるものであればよく、従来の種々の撮像装置の構成をそのまま採用することができる。

次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例］
まず、画素受光部ピッチ２．０μｍ、画素数２５９２個×１９４４個のＣＭＯＳイメージセンサーを形成したウェハを用意した。
次に、上記のウェハ上に、以下のようにして、下平坦化層、カラーフィルタ、上平坦化層、および、マイクロレンズを形成した。
（下平坦化層の形成）
ウェハ表面をスピンスクラパーで洗浄した後、光硬化型アクリル系透明樹脂材料（富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＣＴ−２０２０Ｌ）をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って下平坦化層（厚み０．３μｍ）を形成した。

（カラーフィルタの形成）
ネガ型感光性の赤色材料（Ｒ用材料）、緑色材料（Ｇ用材料）、青色材料（Ｂ用材料）として以下の材料を用意した。
Ｒ用材料：富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＳＲ−４０００Ｌ
Ｇ用材料：富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＳＧ−４０００Ｌ
Ｂ用材料：富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＳＢ−４０００Ｌ
Ｇ、Ｒ、Ｂの形成順序で、上記材料をスピン塗布し、プリベーク、１／５縮小型のｉ線ステッパーによる露光、現像、ポストベークを行って、ＲＧＢカラーフィルタ（厚み０．８μｍ）を形成した。尚、現像液として、富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＣＤ−２０００の５０％希釈液を使用した。

ここで、上記のカラーフィルタの形成では、後述のマイクロレンズと同じく、本発明の技術思想を用い、各層の膜厚等を勘案して、カラーフィルタの配置ピッチを補正したフォトマスクを使用した。すなわち、図２０に示されるようなレンズ特性におけるシェーディング補正として、カラーフィルタの配置ピッチを図２３に実線で示した。この図２３の実線は、マイクロレンズのシェーディング補正の例として、図３の鎖線、図２１の実線に対応するものである。本実施例でのカラーフィルタの配置ピッチは、有効撮像領域の中心からＸ軸方向に３８２画素までは配置ピッチ１．９９８０μｍとし、３８２画素から最外周の１２９６画素までは配置ピッチ１．９９８０μｍから１．９９８７μｍまで直線的にピッチが変化するものと近似した（図２３の鎖線参照）。また、図２３には示されていないが、有効撮像領域の中心からＹ軸方向に３８２画素までは配置ピッチ１．９９８０μｍとし、３８２画素から最外周の９７２画素までは配置ピッチ１．９９８０μｍから１．９９８５μｍまで直線的にピッチが変化するものと近似した。この場合、カラーフィルタの配置ピッチは１．９９８μｍ、１．９９９μｍの２種とし、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の両成分を考慮して４種類の配置ピッチの組み合わせを設定して配置した。

（上平坦化層の形成）
ＲＧＢカラーフィルタ上に、光硬化型アクリル系透明樹脂材料（富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＣＴ−２０２０Ｌ）をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って上平坦化層（厚み０．３μｍ）を形成した。

（マイクロレンズの形成）
上平坦化層上に、マイクロレンズ材料としてＪＳＲ（株）製 ＭＦＲ４０１Ｌをスピン塗布し、プリベーク、１／５縮小型のｉ線ステッパーによる露光、現像、後露光、ポストベークによるメルトフローを行って、マイクロレンズを形成した。尚、現像液として、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）の１．１９％液を使用した。
上記の露光においては、図７にてＢ＝Ｃ＝０．１μｍを基準とし、上述の第３の実施形態（図２１に鎖線で示す近似を行う）に基く所定の配置ピッチ（１．９９７μｍ、１．９９８μｍ、１．９９９μｍの３種のいずれか）で配列したマイクロレンズ用フォトマスクを使用した（表２、図９を参照）。このマイクロレンズ用フォトマスクの寸法Ｅは、基準ピッチＡ＝１．９９９μｍからＥ＝１．７９９μｍと決定され、配置ピッチ＝１．９９８μｍではＤ＝０．００１μｍ（１ｎｍ）となり（尚、Ｂ−Ｄ／２、Ｃ−Ｄ／２の値が１ｎｍ以下の端数を含むため、５倍体マスク上で５ｎｍグリッドを維持するためには、それぞれ１．７９９μｍ、１．７９８μｍに丸める必要がある）、また、配置ピッチ＝１．９９７μｍではＤ＝０．００２μｍ（２ｎｍ）となる。

次に、ボンディングパッド部の窓開けを行った。すなわち、ポジレジスト（住友化学（株）製 ｉ線用ポジレジスト ＰＦＩ−２７）をスピン塗布し、次いで、プリベーク後、ボンディングパッド部およびスクライブ部に対応するパターンを有するフォトマスク用いて露光、現像を行い、ボンディングパッド部およびスクライブ部のレジストを除去し、その後、酸素アッシングを行って、当該箇所上の上平坦化層、下平坦化層をエッチング除去した。次いで、レジスト剥離液を用いてポジレジストを除去した。
次いで、ウェハのダイシングを行い、パッケージ組立を行って、本発明の固体撮像素子を作製した。

［比較例］
カラーフィルタ用のフォトマスクの配置ピッチを１．９９８μｍ（スケーリング率＝９９．９００％）とし、マイクロレンズ用のフォトマスクの配置ピッチを１．９９７３μｍ（スケーリング率＝９９．８６５％）とした他は、実施例と同様にして固体撮像素子を作製した。

［評 価］
上述のように作製した固体撮像素子に関して、下記の条件で感度を測定し、結果を図１７に示した。図１７に示されるように、本発明の固体撮像素子は、シェーディング補正が有効になされ、その感度分布（図１７に実線で示す）は比較例の固体撮像素子の感度分布（図１７に鎖線で示す）に比べて約２０％改善されていることが確認された。
これは、比較例でのマイクロレンズ配置ピッチが１．９９７３μｍ（一定）であり、図２０のカメラレンズの像高、主光線入射角度の関係を示すプロットにおいて、像高（有効撮像領域中心からの距離の相当する）０．８ｍｍ未満の領域の、そのプロットの直線性が比較的良い領域に対応しているが、図２０の像高０．８ｍｍ以上の領域では、像高の増加に対して主光線入射角度の増加割合が小さくなる非線形の特性であり、この領域で１．９９７３μｍのマイクロレンズ配置ピッチを維持すると、周辺部に向うにつれて、主光線入射角度の増大に対して受光部（ピッチ２．０μｍ）とマイクロレンズのずれ量（受光部とマイクロレンズの配置ピッチを、有効撮像領域中心からその画素まで累積した値の差）が大きくなり過ぎる傾向となるため、周辺部で感度低下が生じていると考えられる。

一方、実施例でのマイクロレンズ配置ピッチは、有効撮像領域中心部の近傍では、比較例と同じく１．９９７３μｍであるが、周辺部へ向うにつれて、その平均ピッチを１．９９８３μｍまで徐々に増大（図２１に鎖線で示す近似を参照）することにより、像高増加に対して主光線入射角度変化が緩和する領域にて、受光部（ピッチ２．０μｍ）とマイクロレンズのずれ量が増加するのを緩和しており、これにより、周辺部においても主光線入射角度に対して受光部とマイクロレンズのずれ量が適切に維持されると考えられる。
（感度の測定条件）
作製した固体撮像素子に、カメラレンズとして図２０に示す特性のものを用い、
白色光源に対するＸ軸方向の感度分布を測定した。

小型で高信頼性の固体撮像素子、撮像装置が要求される種々の分野において適用できる。

本発明の固体撮像素子の一例を示す概略構成図である。 本発明の固体撮像素子を説明するための部分領域毎の配置ピッチを示す図である。 本発明の固体撮像素子を説明するための部分領域毎の配置ピッチを示す図である。 本発明の固体撮像素子の一実施形態におけるマイクロレンズの配置を説明するための図である。 図４において円で囲んだ部分領域（１）、（２）、（４）、（５）の拡大図である。 本発明の固体撮像素子の他の実施形態におけるマイクロレンズの配置を説明するための図である。 マイクロレンズ用フォトマスクの一画素分を示す図である。 図６に示される部分領域でマイクロレンズをランダム配置した例を示す図である。 本発明の固体撮像素子の他の実施形態におけるマイクロレンズの配置を説明するための図である。 本発明の固体撮像素子の実施形態におけるマイクロレンズの配置ピッチの分布を示す図である。 本発明における平均ピッチを説明するための図である。 本発明における平均ピッチを説明するための図である。 本発明における平均ピッチを説明するための図である。 本発明の固体撮像素子における部分領域の他の例を示す図である。 本発明の撮像装置の一例を説明するための図である。 本発明の撮像装置の他の例を説明するための図である。 実施例における感度測定の結果を示す図である。 固体撮像素子におけるシェーディング現象を説明するための図である。 固体撮像素子におけるシェーディングの補正を説明するための図である。 撮像装置に用いられるレンズの主光線入射角度と像高の関係を示した図である。 固体撮像素子におけるシェーディングの補正をする際のマイクロレンズ配置を説明するための図である。 従来の固体撮像素子におけるシェーディングの補正を説明するための図である。 固体撮像素子におけるシェーディングの補正をする際のカラーフィルタ配置を説明するための図である。

符号の説明

１…固体撮像装置
２…基板
３…受光部
４…遮光膜
５…パッシベーション層
６…遮光層
７…下平坦化層
８…カラーフィルタ
９…上平坦化層
１０…マイクロレンズアレイ
１１…マイクロレンズ
３１，４１…撮像装置
３２，４２…固体撮像素子

Claims (11)

1. 所定のピッチで２次元配置された複数の受光部と、個々の前記受光部に対応させて複数のマイクロレンズが２次元配置されてなるマイクロレンズアレイとを少なくとも備え、該マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの配置ピッチが、像高が大きいほど像高の増加に対し主光線入射角の増加割合が小さくなる非線形のレンズ特性であるカメラレンズに適合するように、有効撮像領域の中心から周辺に向って変化している固体撮像素子において、
   有効撮像領域の中心からＸ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとＹ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとはそれぞれ２種以上で設定され、かつ、Ｘ軸方向のマイクロレンズの異なる配置ピッチ間におけるピッチ差の中の最小ピッチ差、および、Ｙ軸方向のマイクロレンズの異なる配置ピッチ間におけるピッチ差の中の最小ピッチ差は０．２ｎｍ以上であり、前記有効撮像領域は中心から周辺に向って複数の部分領域に分割され、該複数の部分領域にはＸ軸方向の配置ピッチとＹ軸方向の配置ピッチの組み合わせが異なる部分領域が存在し、個々の部分領域内の配置ピッチは一律であり、配置ピッチが異なる部分領域が隣接する境界部には、隣接する部分領域における各々の配置ピッチのマイクロレンズが混在している中間帯状部が存在し、部分領域毎のマイクロレンズの配置ピッチの平均が、有効撮像領域の中心から周辺に向って大きくなる傾向であることを特徴とする固体撮像素子。
2. 前記中間帯状部における異なる配置ピッチのマイクロレンズの混在比率は１：０〜０：１の範囲内で連続的に変化することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 所定のピッチで２次元配置された複数の受光部と、個々の前記受光部に対応させて複数のマイクロレンズが２次元配置されてなるマイクロレンズアレイとを少なくとも備え、該マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの配置ピッチが、像高が大きいほど像高の増加に対し主光線入射角の増加割合が小さくなる非線形のレンズ特性であるカメラレンズに適合するように、有効撮像領域の中心から周辺に向って変化している固体撮像素子において、
   有効撮像領域の中心からＸ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとＹ軸方向のマイクロレンズの配置ピッチとはそれぞれ２種以上で設定され、かつ、Ｘ軸方向のマイクロレンズの異なる配置ピッチ間におけるピッチ差の中の最小ピッチ差、および、Ｙ軸方向のマイクロレンズの異なる配置ピッチ間におけるピッチ差の中の最小ピッチ差は０．２ｎｍ以上であり、前記有効撮像領域は中心から周辺に向って複数の部分領域に分割され、該複数の部分領域には配置ピッチの異なるマイクロレンズが混在している部分領域が存在し、部分領域毎のマイクロレンズの配置ピッチの平均が、有効撮像領域の中心から周辺に向って大きくなる傾向であることを特徴とする固体撮像素子。
4. 部分領域内での配置ピッチの異なるマイクロレンズの混在比率は、該部分領域内において有効撮像領域の中心から周辺に向う方向に沿って変化していることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子。
5. 部分領域内での配置ピッチの異なるマイクロレンズの混在比率は、該部分領域内においてほぼ均一であることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子。
6. 部分領域内で配置ピッチの異なるマイクロレンズがランダムに配置されていることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子。
7. 有効撮像領域に対応するマイクロレンズアレイの外形形状は方形であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の固体撮像素子。
8. 有効撮像領域に対応するマイクロレンズアレイの外形形状は撮像領域の中心に向って湾曲あるいは屈曲した形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の固体撮像素子。
9. 前記部分領域はモザイク状であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の固体撮像素子。
10. 前記部分領域は有効撮像領域中心を中心とする同心の環状領域であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の固体撮像素子。
11. 像高が大きいほど像高の増加に対し主光線入射角の増加割合が小さくなる非線形のレンズ特性であるカメラレンズと、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の固体撮像素子を備えることを特徴とする撮像装置。

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