JP4977929B2 - マイクロレンズの形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子などにおけるマイクロレンズの形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
固体撮像素子は半導体基板上にマトリクス状に配列された多数の光電変換素子を備え、各光電変換素子の前方には入射光を光電変換素子に集光するマイクロレンズが各光電変換素子ごとに配列されている。このマイクロレンズは、フォトレジスト層のパターンニング、転写用マイクロレンズパターンの形成、同パターンの樹脂層への転写などの工程により形成される。
【0003】
図6は従来の固体撮像素子用のマイクロレンズを形成するためのマスクを示す部分平面図、図7は従来のマイクロレンズ形成過程におけるフォトレジストパターンを示す部分平面図、図8は従来のマイクロレンズを示す部分平面図である。
マイクロレンズの形成にあたっては、まず半導体基板上に配列された光電変換素子の上にカラーフィルターなどを介して樹脂層が形成され、その上にフォトレジスト層が形成される。そして、フォトレジスト層は、図6に示したようなマスク102を用いてフォトリソグラフィーによりパターン化される。このマスク102には、各マイクロレンズに対応する平面視矩形のマスクパターン104が多数近接してマトリクス状に配列されており、その結果、フォトレジスト層は、図7に示したように、マトリクス状に相互に近接配置された平面視略矩形の多数のフォトレジストパターン106にパターンニングされる。
【0004】
その後、フォトレジストパターン106は熱溶融によって凸面状の転写用マイクロレンズパターンとされ、つづいて、この転写用マイクロレンズパターンおよび樹脂層を全面エッチングすることで、転写用マイクロレンズパターンの立体形状が樹脂層に転写され、図8に示したように、相互に近接配置された平面視略矩形の多数のマイクロレンズ108が形成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のマイクロレンズ108の形成方法では、フォトレジスト層をパターンニングする際の解像度不足により、本来エッチングされるべきでないマスクパターン104の角部でエッチングが行われ、フォトレジストパターン106は、各角部110の角が取れた形状となってしまう。そのため、形成されるマイクロレンズ108も、図8に示したように、同様に角部112は角のとれた形状となり、マイクロレンズ108の面積が小さくなって無集光領域114が拡大する。そして、無集光領域に入射した光は光電変換素子には導かれず、固体撮像素子の感度が低下する結果となる。
【0006】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、無集光領域の縮小さらには解消が可能なマイクロレンズの形成方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のマイクロレンズの形成方法は、マイクロレンズとするための合成樹脂による樹脂層を基板上に形成し、前記樹脂層の上にフォトレジスト層を形成し、フォトレジストパターンにそれぞれ対応する各マスクパターンが、フォトレジストパターンの矩形の各角部に対応する各位置から外側に延出し、マスクパターンの対角線上に直角の角部を備えるサブアイランドパターンを有するマスクを、前記フォトレジスト層の上に設置し、前記マスクを用いて、前記フォトレジスト層をフォトリソグラフィーによりパターンニングしてマトリクス状に相互に所定の距離で近接配置された平面視矩形の多数のフォトレジストパターンを形成し、前記フォトレジストパターンを熱溶融させて凸面状の転写用マイクロレンズパターンを形成し、前記転写用マイクロレンズパターンおよび前記樹脂層の全面ドライエッチングにより前記転写用マイクロレンズパターンの立体形状を前記樹脂層に転写して、前記樹脂層に転写された前記所定の距離を短くして零として、相互に隣接する辺が接してマトリックス状に配置される複数の平面視矩形のマイクロレンズユニットを形成する。
【0008】
このように本発明のマイクロレンズの形成方法では、転写用フォトレジストパターンの形成に用いるマスクとして、転写用フォトレジストパターンに対応する各マスクパターンが上記サブアイランドパターンを備えたマスクを用い、そして、サブアイランドパターンは、フォトレジスト層をパターンニングする際の解像度不足によりフォトレジストパターンの各角部が角の取れた形状となることを補正すると共に、補正されたフォトレジストパターンを用いて転写用マイクロレンズパターンおよび樹脂層を全面ドライエッチングすることにより転写用マイクロレンズパターンの立体形状を樹脂層に転写して、樹脂層に転写して形成されたマイクロレンズユニットの相互に隣接する辺の間の所定の距離を短くして零とするように作用する。その結果、各フォトレジストパターンを正しく平面視矩形に形成することにより、複数の平面視矩形のマイクロレンズユニットの相互に隣接する辺を接してマトリックス状に配置することができ、無集光領域を縮小あるいは解消することが可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。
図1は本発明によるマイクロレンズの形成方法の一例で使用するマスクを示す部分平面図、図2の(A)ないし(D)は、実施の形態例のマイクロレンズの形成方法にもとづくマイクロレンズの各形成工程を示す部分断面側面図である。また、図3は実施の形態例のマイクロレンズの形成方法により形成されるフォトレジストパターンを示す部分平面図、図4は実施の形態例のマイクロレンズの形成方法により形成されるマイクロレンズを示す部分平面図である。
【0010】
ここでは、一例としてCCD(Charge Coupled Device)固体撮像素子のマイクロレンズを形成するものとし、図1に示したカラーフィルター層2の上にマイクロレンズを形成するものとする。カラーフィルター層2は、たとえばプラズマナイトライドから成る平坦化膜4の上に形成されており、図では省略されているが、平坦化膜4の下には、シリコンから成る半導体基板上に多数の光電変換素子(図示せず)が電極などとともにマトリクス状に配列され、その上には光電変換素子の受光部を除く箇所に斜光膜などが形成されている。マイクロレンズは上記光電変換素子ごとに入射光を集光すべく各光電変換素子ごとに配列する。
【0011】
まず、図2の(A)に示したように、半導体基板上にマイクロレンズ6とするための合成樹脂による透明な樹脂層8を形成する。つづいて、図2の(B)に示したように、樹脂層8の上にフォトレジスト層10を形成し、同フォトレジスト層をフォトリソグラフィーによってパターンニングして、図3に示したように、マトリクス状に相互に近接配置された平面視矩形の多数のフォトレジストパターン12を形成する。
【0012】
ここで、上記フォトレジスト層10をフォトリソグラフィーによりパターンニングする際に用いるマスクとしては、図1に示したように、平面視矩形のフォトレジストパターン12にそれぞれ対応する各マスクパターン16が、各角部18に、対角線方向で外側に延出するサブアイランドパターン20を備えたマスク14を用いる。
【0013】
次に、図2の(B)に示したように、フォトレジストパターン12を熱溶融させて凸面状の転写用マイクロレンズパターン22とする。
その後、転写用マイクロレンズパターン22および樹脂層8の全面ドライエッチングを行って、転写用マイクロレンズパターン22の立体形状を樹脂層8に転写して、図2の(C)および図4に示したように、相互に近接配置された平面視矩形の多数のマイクロレンズ6を形成する。
【0014】
このように、本実施の形態例のマイクロレンズの形成方法では、転写用フォトレジストパターンの形成に用いるマスクとして、上述のように転写用フォトレジストパターンに対応する各マスクパターン16が上記サブアイランドパターン20を備えたマスク14を用い、そして、サブアイランドパターン20は、フォトレジスト層10をパターンニングする際の解像度不足によりフォトレジストパターン12の各角部12Aが従来のように角の取れた形状となることを補正するように作用する。
【0015】
その結果、図3に示したように、各フォトレジストパターン12を正しく平面視矩形に形成することができ、図4に示したマイクロレンズ6の配列において、従来の場合の図8と比較して明らかなように、無集光領域24を縮小することが可能となる。よって、固体撮像素子の各光電変換素子に入射する光の量が多くなり、固体撮像素子の感度が向上する。
【0016】
なお、図2の(C)の状態からさらにドライエッチングを適切に行うことで、図2の(D)に示したように、上記無集光領域24(図4)を含め、各マイクロレンズ6の周辺部の無集光領域の解消を図ることも可能である。
このようなドライエッチングは、反応性イオンエッチング装置(RIE装置)により、CF4(四フッ化炭素)、または酸素およびCF4の混合ガスをプロセスガスに用いて行うことで、望ましい結果が得られる。
図5の(A)は、さらなるドライエッチングによりマイクロレンズ周辺部の無集光領域の解消を図った場合の、実施の形態例のマイクロレンズの形成方法により形成したマイクロレンズ6を示す部分平面図、(B)は従来のマイクロレンズの形成方法によるマイクロレンズ108を示す部分平面図である。従来の方法では、無集光領域114は縮小するものの解消されることはないが、本実施の形態例では、上記無集光領域24を含め、マイクロレンズ周辺部の無集光領域を解消することができる。
【0017】
なお、本実施の形態例ではCCD固体撮像素子の場合を例に説明したが、本発明は、MOS型固体撮像素子に対しても無論有効であり、さらには、液晶表示装置の液晶セルごとに形成するマイクロレンズに対しても有効である。
また、カラーフィルター層2上に、下に凸で上面は平坦な層内レンズを形成し、その上に、上に凸のマイクロレンズをさらに形成するような場合にも、同マイクロレンズを形成する段階で本発明を適用することができる。
【0018】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のマイクロレンズの形成方法では、転写用フォトレジストパターンの形成に用いるマスクとして、転写用フォトレジストパターンに対応する各マスクパターンが上記サブアイランドパターンを備えたマスクを用い、そして、サブアイランドパターンは、フォトレジスト層をパターンニングする際の解像度不足によりフォトレジストパターンの各角部が角の取れた形状となることを補正するように作用する。その結果、各フォトレジストパターンを正しく平面視矩形に形成することができ、無集光領域を縮小あるいは解消することが可能となる。
よって、たとえば固体撮像素子の場合には各光電変換素子に入射する光の量が多くなり、固体撮像素子の感度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるマイクロレンズの形成方法の一例で使用するマスクを示す部分平面図である。
【図2】(A)ないし(D)は、実施の形態例のマイクロレンズの形成方法にもとづくマイクロレンズの各形成工程を示す部分断面側面図である。
【図3】実施の形態例のマイクロレンズの形成方法により形成されるフォトレジストパターンを示す部分平面図である。
【図4】実施の形態例のマイクロレンズの形成方法により形成されるマイクロレンズを示す部分平面図である。
【図5】(A)は、さらなるドライエッチングによりマイクロレンズ周辺部の無集光領域の解消を図った場合の、実施の形態例のマイクロレンズの形成方法により形成したマイクロレンズを示す部分平面図、(B)は従来のマイクロレンズの形成方法によるマイクロレンズを示す部分平面図である。
【図6】従来の固体撮像素子用のマイクロレンズを形成するためのマスクを示す部分平面図である。
【図7】従来のマイクロレンズ形成過程におけるフォトレジストパターンを示す部分平面図である。
【図8】従来のマイクロレンズを示す部分平面図である。
【符号の説明】
2……カラーフィルター層、4……平坦化膜、6……マイクロレンズ、8……樹脂層、10……フォトレジスト層、12……フォトレジストパターン、14……マスク、16……マスクパターン、18……角部、20……サブアイランドパターン、22……転写用マイクロレンズパターン、24……無集光領域、102……マスク、104……マスクパターン、106……フォトレジストパターン、108……マイクロレンズ、110……角部、112……角部、114……無集光領域。
Claims (6)
- マイクロレンズとするための合成樹脂による樹脂層を基板上に形成し、
前記樹脂層の上にフォトレジスト層を形成し、
フォトレジストパターンにそれぞれ対応する各マスクパターンが、フォトレジストパターンの矩形の各角部に対応する各位置から外側に延出し、マスクパターンの対角線上に直角の角部を備えるサブアイランドパターンを有するマスクを、前記フォトレジスト層の上に設置し、
前記マスクを用いて、前記フォトレジスト層をフォトリソグラフィーによりパターンニングしてマトリクス状に相互に所定の距離で近接配置された平面視矩形の多数のフォトレジストパターンを形成し、
前記フォトレジストパターンを熱溶融させて凸面状の転写用マイクロレンズパターンを形成し、
前記転写用マイクロレンズパターンおよび前記樹脂層の全面ドライエッチングにより前記転写用マイクロレンズパターンの立体形状を前記樹脂層に転写して、前記樹脂層に転写された前記所定の距離を短くして零として、相互に隣接する辺が接してマトリックス状に配置される複数の平面視矩形のマイクロレンズユニットを形成する
マイクロレンズの形成方法。 - 前記転写用マイクロレンズパターンおよび前記樹脂層の全面ドライエッチングは反応性イオンエッチング装置によりCF4、または酸素およびCF4の混合ガスをプロセスガスとして用いて行う
請求項1記載のマイクロレンズの形成方法。 - 前記マイクロレンズは固体撮像素子の光電変換素子ごとに形成する
請求項1記載のマイクロレンズの形成方法。 - 前記固体撮像素子はCCD撮像素子またはMOS型撮像素子である
請求項3記載のマイクロレンズの形成方法。 - 前記マイクロレンズは液晶表示装置の液晶セルごとに形成する
請求項1記載のマイクロレンズの形成方法。 - 前記マイクロレンズは層内レンズの上に形成する
請求項1記載のマイクロレンズの形成方法。
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