JP6366101B2 - 撮像素子、撮像装置、製造装置および方法 - Google Patents

撮像素子、撮像装置、製造装置および方法 Download PDF

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Description

本技術は、撮像素子、撮像装置、製造装置および方法に関し、特に、感度特性の低減を抑制することができるようにした撮像素子、撮像装置、製造装置および方法に関する。
従来、半導体ウェーハ上に多数の撮像領域とマイクロレンズ等を有した光学素子とを備える固体撮像装置は、電気的な配線形成後に気密モールドされたものであり、デジタルスチルカメラや携帯電話用カメラ、デジタルビデオカメラ等のデジタル映像機器の受光センサとして用いられている。
このような固体撮像装置の製造方法として、様々な方法が提案されている（例えば特許文献１および特許文献２参照）。
特許文献１には、無機膜から成るマイクロレンズ間のギャップの縮小と、フォトダイオードからマイクロレンズ間の距離を短縮して、固体撮像素子の感度特性を向上させるためのマイクロレンズの製造方法が開示されている。
特許文献２には、２層から成るマイクロレンズの製造方法が開示されている。
特開２００８−００９０７９号公報 特開２００８−２７７８００号公報
しかしながら、特許文献１に記載の方法の場合、中間層を介してその形状を更にレンズ材料層にエッチング転写する為にエッチング時間が長くなってしまう。このエッチング処理はプラズマエッチングで処理されるので、そのプラズマダメージは固体撮像装置に悪影響を及ぼす。つまりエッチング時間が延長されることにより、固体撮像素子の暗電流特性などが悪化する。これと同時に、処理時間が長くなることにより、半導体ウェーハ基板面内やウェーハ基板間のエッチングのバラツキも増加することからマイクロレンズの断面方向における位置のバラツキが生じてしまい、固体撮像素子の感度特性が低減する恐れがあった。
また、特許文献２に記載の方法により生成される集光パワーの高いマイクロレンズは、２層目のマイクロレンズの成膜を調整して、マイクロレンズ間にギャップが無いギャップレスのマイクロレンズを形成されるが、ギャップが存在する１層目のマイクロレンズのギャップを縮小するように２層目のマイクロを形成した場合、最終的に形成されるマイクロレンズの位置が高くなり（フォトダイオード面から遠ざかり）、例えば裏面照射型固体撮像装置のようにフォトダイオードからマイクロレンズの間の距離が短縮された固体撮像装置の感度特性は向上させることができない恐れがあった。
本技術は、このような状況に鑑みて提案されたものであり、感度特性の低減を抑制することを目的とする。
本技術の第１の側面は、光透過方向の厚さが互いに異なる複数色のフィルタにより形成される、光入射面が非平坦な非平坦層と、前記非平坦層の非平坦な前記光入射面に重畳される、光入射面が非平坦な、スチレン系樹脂またはアクリル−スチレンの共重合系樹脂の非平坦化膜と、前記非平坦化膜の前記光入射面に重畳される、入射光を集光する無機材のマイクロレンズとを備え、前記非平坦層および前記マイクロレンズは、画素間の部分の膜厚が画素の部分よりも薄く、前記非平坦化膜の屈折率は、前記フィルタの屈折率と前記マイクロレンズの屈折率との間である撮像素子である。
前記マイクロレンズは、複数層からなるようにすることができる。
前記複数層からなるマイクロレンズの各層は、屈折率が互いに異なるようにすることができる。
前記複数層からなるマイクロレンズの各層は、曲面形状が互いに異なるようにすることができる。
前記複数層からなるマイクロレンズの少なくとも一部の層が前記非平坦層の凹部に形成されるようにすることができる。
前記マイクロレンズの光入射面に反射防止膜が形成されるようにすることができる。
前記マイクロレンズの光入射面側に重畳される接着材層をさらに備えるようにすることができる。
前記フィルタは、互いに前記厚さが異なる赤、緑、および青の画素毎のフィルタがベイヤ配列に配置され、かつ、緑のフィルタが画素間で連結されているようにすることができる。
前記フィルタは、有機材により形成されるようにすることができる。
前記非平坦化膜の光入射面の凹凸の高さは、前記フィルタの光入射面の凹凸の高さよりも低いようにすることができる。
前記非平坦層は、画素間遮光膜を有するようにすることができる。
前記非平坦層は、前記フィルタと前記画素間遮光膜との高さの差により、前記光入射面の凹凸を形成するようにすることができる。
チップサイズパッケージ構造を形成するようにすることができる。
本技術の第２の側面は、被写体を撮像し、前記被写体の画像を電気信号として出力する撮像素子と、前記撮像素子において得られた前記被写体の画像を画像処理する画像処理部とを備え、前記撮像素子は、光透過方向の厚さが互いに異なる複数色のフィルタにより形成される、光入射面が非平坦な非平坦層と、前記非平坦層の非平坦な前記光入射面に重畳される、光入射面が非平坦な、スチレン系樹脂またはアクリル−スチレンの共重合系樹脂の非平坦化膜と、前記非平坦化膜の前記光入射面に重畳される、入射光を集光する無機材のマイクロレンズとを備え、前記非平坦層および前記マイクロレンズは、画素間の部分の膜厚が画素の部分よりも薄く、前記非平坦化膜の屈折率は、前記フィルタの屈折率と前記マイクロレンズの屈折率との間である撮像装置である。
本技術の第３の側面は、光透過方向の厚さが互いに異なる複数色のフィルタにより形成される、画素間の部分の膜厚が画素の部分よりも薄い、光入射面が非平坦な非平坦層を形成する非平坦層形成部と、前記非平坦層形成部により形成された前記非平坦層の光入射面側に、前記非平坦層よりも屈折率の高い、スチレン系樹脂またはアクリル−スチレンの共重合系樹脂の平坦化膜を形成する平坦化膜形成部と、前記平坦化膜形成部により形成された前記平坦化膜の光入射面側に、前記平坦化膜よりも屈折率の高い無機膜を形成する無機膜形成部と、前記無機膜形成部により形成された前記無機膜の光入射面側にレジストを形成するレジスト形成部と、前記レジスト形成部により前記レジストが形成された前記撮像素子に対して熱リフロー処理を行い、前記無機膜によって、画素間の部分の膜厚が画素の部分よりも薄いマイクロレンズを形成する熱リフロー処理部と、前記熱リフロー処理部により前記熱リフロー処理された前記撮像素子に対してエッチングを行い、前記平坦化膜の光入射面を非平坦化するエッチング処理部とを備える製造装置である。
本技術の第３の側面は、また、撮像素子の製造方法において、光透過方向の厚さが互いに異なる複数色のフィルタにより形成される、画素間の部分の膜厚が画素の部分よりも薄い、光入射面が非平坦な非平坦層を形成し、形成された前記非平坦層の光入射面側に、前記非平坦層よりも屈折率の高い、スチレン系樹脂またはアクリル−スチレンの共重合系樹脂の平坦化膜を形成し、形成された前記平坦化膜の光入射面側に、前記平坦化膜よりも屈折率の高い無機膜を形成し、形成された前記無機膜の光入射面側にレジストを形成し、前記レジストが形成された前記撮像素子に対して熱リフロー処理を行い、前記無機膜によって、画素間の部分の膜厚が画素の部分よりも薄いマイクロレンズを形成し、前記熱リフロー処理された前記撮像素子に対してエッチングを行い、前記平坦化膜の光入射面を非平坦化する製造方法である。
本技術の第１の側面においては、光透過方向の厚さが互いに異なる複数色のフィルタにより形成される、光入射面が非平坦な非平坦層と、その非平坦層の非平坦な光入射面に重畳される、光入射面が非平坦な、スチレン系樹脂またはアクリル−スチレンの共重合系樹脂の非平坦化膜と、その非平坦化膜の光入射面に重畳される、入射光を集光する無機材のマイクロレンズとが備えられ、その非平坦層およびマイクロレンズは、画素間の部分の膜厚が画素の部分よりも薄く、非平坦化膜の屈折率は、フィルタの屈折率とマイクロレンズの屈折率との間である。
本技術の第２の側面においては、被写体を撮像し、被写体の画像を電気信号として出力する撮像素子と、撮像素子において得られた被写体の画像を画像処理する画像処理部とが備えられ、撮像素子には、光透過方向の厚さが互いに異なる複数色のフィルタにより形成される、光入射面が非平坦な非平坦層と、その非平坦層の非平坦な光入射面に重畳される、光入射面が非平坦な、スチレン系樹脂またはアクリル−スチレンの共重合系樹脂の非平坦化膜と、その非平坦化膜の前記光入射面に重畳される、入射光を集光する無機材のマイクロレンズとが備えられ、その非平坦層およびマイクロレンズは、画素間の部分の膜厚が画素の部分よりも薄く、非平坦化膜の屈折率は、フィルタの屈折率とマイクロレンズの屈折率との間である。
本技術の第３の側面においては、光透過方向の厚さが互いに異なる複数色のフィルタにより形成される、画素間の部分の膜厚が画素の部分よりも薄い、光入射面が非平坦な非平坦層が形成され、形成された非平坦層の光入射面側に、その非平坦層よりも屈折率の高い、スチレン系樹脂またはアクリル−スチレンの共重合系樹脂の平坦化膜が形成され、形成された平坦化膜の光入射面側に、平坦化膜よりも屈折率の高い無機膜が形成され、形成された無機膜の光入射面側にレジストが形成され、レジストが形成された撮像素子に対して熱リフロー処理が行われることにより、無機膜によって、画素間の部分の膜厚が画素の部分よりも薄いマイクロレンズが形成され、熱リフロー処理された撮像素子に対してエッチングが行われることにより、平坦化膜の光入射面が非平坦化される。
本技術によれば、感度特性の低減を抑制することができる。
撮像素子の一部の層の構成例を示す図である。 集光位置のシフトについて説明する図である。 撮像装置の主な構成例を示す図である。 カラーフィルタの構成例を示す図である。 撮像素子の一部の層の構成例を示す図である。 撮像素子の一部の層の構成例を示す図である。 撮像素子の一部の層の構成例を示す図である。 複数層マイクロレンズの構成例を示す図である。 複数層マイクロレンズの各層の例を示す図である。 複数層マイクロレンズの各層の例を示す図である。 複数層マイクロレンズの各層の例を示す図である。 複数層マイクロレンズの各層の例を示す図である。 複数層マイクロレンズの各層の例を示す図である。 複数層マイクロレンズの各層の例を示す図である。 製造装置の主な構成例を示すブロック図である。 製造処理の流れの例を説明するフローチャートである。 製造処理の様子を説明する図である。 膜圧比の例を説明する図である。 平均自由行程の例を説明する図である。 球面補正の例を説明する図である。 反射防止膜の適用例を示す図である。 接着剤の屈折率について例を説明する図である。 画素間遮光膜の適用例を示す図である。 画素間遮光膜の適用例を示す図である。 製造装置の他の構成例を示すブロック図である。 製造処理の流れの他の例を説明するフローチャートである。 製造処理の様子の他の例を説明する図である。 撮像素子の一部の層の構成例を示す図である。 製造装置の、さらに他の構成例を示すブロック図である。 製造処理の流れの、さらに他の例を説明するフローチャートである。 製造処理の様子の、さらに他の例を説明する図である。 撮像素子の一部の層の構成例を示す図である。 撮像素子の一部の構成例を示す図である。 撮像装置の主な構成例を示すブロック図である。 コンピュータの主な構成例を示すブロック図である。
以下、本開示を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（撮像装置）
２．第２の実施の形態（製造装置、製造方法）
３．第３の実施の形態（製造装置、製造方法）
４．第４の実施の形態（撮像装置）
５．第５の実施の形態（コンピュータ）
＜１．第１の実施の形態＞
［１−１ CSP］
半導体ウェーハ上に多数の撮像領域とマイクロレンズ等を有した光学素子とを備える固体撮像素子は、電気的な配線形成後に気密モールドされたものであり、デジタルスチルカメラや携帯電話用カメラ、デジタルビデオカメラ等のデジタル映像機器の受光センサとして用いられている。
固体撮像素子におけるマイクロレンズとカラーフィルタの構成例を図１に示す。図１の例において、カラーフィルタの各色のフィルタには厚さの差があることから、カラーフィルタの光入射面には凹凸が形成される。そこで、その光入射面側には、平坦化膜が形成され、光入射面が平坦化される。その平坦化膜の光入射面側には、マイクロレンズが形成される。
図１のＡと図１のＢに示される断面図は、その断面方向が互いに異なる。図１のＡに示される断面図におけるカラーフィルタの底面からマイクロレンズの低面までの厚さはｔ１であり、図１のＢに示される断面図におけるカラーフィルタの底面からマイクロレンズの低面までの厚さはｔ２である。
近年の映像機器の小型化、薄型化、及び高密度実装化を実現するために、固体撮像装置の構造として、以前のダイボンディングとワイヤーボンディングとによって電気的接続を確保するセラミックタイプやプラスチックタイプのパッケージではなく、ウェーハ状態での組立加工において、貫通電極と再配線の形成によって電気的接続を確保するチップサイズパッケージ（CSP）技術が検討されている。
入射光がマイクロレンズにより集光され、カラーフィルタを通過し、フォトダイオードに集光される様子を図２に示す。集光特性の観点から、マイクロレンズと接着材１の屈折率の関係は次を満たす必要がある。
マイクロレンズ＞接着材１
図２に示されるように固体撮像素子へ入射する光は垂直成分、斜め成分を含んだ垂直入射光や斜め入射光が存在する。垂直入射光は、円弧状の形状を持つマイクロレンズの曲率半径（r）を変えることでフォトダイオードへの集光特性を調整できる。しなしながら、斜め入射光では、垂直入射光の集光位置がシフトする。シフト量を少なくするためには、層厚を薄くする必要がある。層厚を薄くしてマイクロレンズの曲率半径を調整することで、固体撮像素子の感度特性や、輝度シェーディングが改善される。
固体撮像素子のパッケージ構造に関して、CSP構造を採らない場合、通常マイクロレンズの上は中空である。マイクロレンズの屈折率は一般的な樹脂であるアクリル系樹脂や、スチレン系樹脂を用いた場合、約１．５０乃至１．６程度である。よって、空気の屈折率１．０から、約１．５乃至１．６の屈折率を持った（屈折率差Δn約０．５乃至０．６）マイクロレンズのよってその集光特性か決定される。
しかしながら、CSP構造を採った場合、マイクロレンズ上に形成される接着材１にはアクリル系樹脂や、シロキサン系樹脂中のフッ素を含有させた場合、その屈折率は１．４乃至１．４３程度である。又、アクリル系樹脂や、シロキサン系樹脂中に中空シリカを含有させた場合、その屈折率は、約１．３乃至１．４程度となる。ここで、マイクロレンズ材に、上述したような約１．５乃至１．６の材料を用いた場合、Δnは約０．０７乃至０．３となり、マイクロレンズの集光パワーが低下してしまう恐れがあった。集光パワーが低下すると、マイクロレンズの焦点距離が伸びてしまうので、図２に示される、層厚を厚くする必要があり、厚くする固体撮像素子の感度特性が低下する恐れがあった。
上述したように、接着材１に屈折率が約１．３乃至１．４３の材料を用いた場合、マイクロレンズの屈折率については、CSP構造を採らない場合（マイクロレンズの上方が空気）と同等にするためには約１．８乃至２．０３にする必要がある。マイクロレンズには可視光（４００乃至７００ｎｍ）における高い透明性も要求されることから、屈折率と透明性の観点から有機材料単独でこれら特性を持つ材料は無い。これに対して、ポリイミド系樹脂や、シロキサン系樹脂、フェノール系樹脂中等に例えば酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化錫などの金属酸化物微粒子を添加することで、屈折率の向上化を図ることが可能となる屈折率は前記金属酸化物微粒子の添加量で調整可能であり、約１．６程度から、２．０程度迄調整可能である。
このように、有機材料中に金属酸化物微粒子を添加する方法以外に、屈折率や透明性を合わせ持つ材料として、半導体製造プロセスで一般的に用いられているシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）や、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）を用いることが可能である。
しかしながら、マイクロレンズ材としてシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）や、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）などの無機膜を用いた場合、マイクロレンズ形成後における固体撮像装置の製造プロセスでの熱処理工程や、固体撮像装置完成後の環境条件（特に高温、高湿）によってはマイクロレンズ材を含む無機膜とその下部に形成される有機膜との界面において、熱膨張率差等により、マイクロレンズが位置ズレを起す恐れがあった（熱膨張率：前記無機膜＜前記有機膜）。位置ズレが起こると、固体撮像装置の感度特性や色ムラ特性が変動し画質劣化となる恐れがあった。
そこで、映像機器の小型化、薄型化、及び高密度実装化を実現するために、固体撮像装置の構造として、ウェハレベルCSPを実現するにあたり、マイクロレンズ上に接着材があったとしても、従来のマイクロレンズ上が空気であった従来のパッケージと同等以上の感度特性を得るために、新たに考案されたものであって、固体撮像素子の各受光領域に対応して形成された、ＳｉＯＮやＳｉＮ、ＳｉＯ等の複数層無機膜から成るマイクロレンズが、少なくてもカラーフィルタによって凹凸形状を有する下地膜上に形成されていることを特長とし、マイクロレンズは、凹凸形状を持ったカラーフィルタ上に直接形成されているか若しくは、凹凸形状を持ったカラーフィルタ上に形成された非平坦化膜上に形成されているようにする。又、凹凸形状によって、マイクロレンズの位置ズレを防止することが可能となり、画質劣化が無く信頼性の高い固体撮像装置の構造およびその製造方法を提供する。
なお、特許文献１および２には、ＳｉＮや、ＳｉＯＮなどの無機膜から成るマイクロレンズの製造方法が開示されている。
特許文献１には、無機膜から成るマイクロレンズ間のギャップの縮小と、フォトダイオードからマイクロレンズ間の距離を短縮して、固体撮像素子の感度特性を向上させるためのマイクロレンズの製造方法が開示されている。
この特許文献１に記載の方法では、マイクロレンズの製造方法として、最上部に形成された有機材料から成る熱マスク層（マイクロレンズとなる材料層）を熱処理により変形させてマイクロレンズ間にギャップを有するマイクロレンズ形状を形成する。下方には無機材料から成るレンズ材料層（マイクロレンズとなる層）を形成しておき、このマスク層とレンズ材料層との間に有機材料から成る中間層を設ける。先ず各マイクロレンズ間にギャップのあるマイクロレンズ形状を有するマスク層を中間層に所定の条件でエッチングすることにより、この中間層レンズ形状を大きくしてから（マイクロレンズのギャップを縮小して）、中間層をマスクとして用いて無機材料よりなるレンズ材料層をマイクロレンズのギャップをエッチングすることでマイクロレンズ間のギャップを極めて縮小したマイクロレンズを形成できるとしている。
また、特許文献１には無機材料から成るレンズ材料層として、ＳｉＮ、ＳｉＯＳｉＯＮが適用可能と開示されている。この時、この材料層としてＳｉＮやＳｉＯＮが選択された場合はマイクロレンズの集光パワーが向上すると同時にマイクロレンズ間のギャップも縮小されて且つ、マスク層を、中間層にエッチング転写を行ない、更にエッチングを継続することでフォトダイオードからマイクロレンズまでの距離が縮小されるのでマイクロレンズの集光効率が向上する。
しかしながら、中間層を介してその形状を更にレンズ材料層にエッチング転写する為にエッチング時間が長くなってしまう恐れがあった。このエッチング処理はプラズマエッチングで処理されるので、そのプラズマダメージは固体撮像装置に悪影響を及ぼす恐れがあった。つまりエッチング時間が延長されることにより、固体撮像素子の暗電流特性などが悪化する恐れがあった。これと同時に、処理時間が長くなることにより、半導体ウェーハ基板面内やウェーハ基板間のエッチングのバラツキも増加することからマイクロレンズの断面方向に於ける位置のバラツキが生じてしまい、固体撮像素子の感度特性などに悪影響を及ぼす恐れがあった。更には、ウェーハ処理時間が長くなることによりエッチング装置の処理時間が長くなりことに加え、中間層の形成により工程数が増大しコストアップの要因にも繋がってしまう恐れがあった。
さらに、特許文献１には、カラーフィルタの記載はあるものの、その色数に関する記載がない。長時間のエッチングによるマイクロレンズの製造方法では、マイクロレンズ底部高さ方向の位置調整が困難である恐れがあった。
また、特許文献２に、２層から成るマイクロレンズの製造方法が開示されている。この特許文献２において開示されているマイクロレンズは、無機物として、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮが用いられる。その屈折率は一般的にＳｉＮで１.８５乃至２．０程度、ＳｉＯＮでは、１．６乃至１．８程度であるから、一般的にマイクロレンズに用いられるアクリル系樹脂やスチレン系樹脂の屈折率（１．５乃至１．６程度）よりも高いのでマイクロレンズの集光パワーを向上させる事が可能となる。
このような集光パワーの高いマイクロレンズは、２層目のマイクロレンズの成膜を調整して、マイクロレンズ間にギャップが無いギャップレスのマイクロレンズを形成されるが、ギャップが存在する１層目のマイクロレンズのギャップを縮小するように２層目のマイクロを形成した場合、最終的に形成されるマイクロレンズの位置が高くなり（フォトダイオード面から遠ざかり）、例えば裏面照射型固体撮像装置のようにフォトダイオードからマイクロレンズの間の距離が短縮された固体撮像装置の感度特性などが向上できない恐れがあった。
さらに、１層目のマイクロレンズと２層目のマイクロレンズに用いられる無機物は、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮから選択可能とされているが、特許文献２には、それぞれの屈折率や、膜厚の関係が開示されていなかった。
マイクロレンズはその集光特性の向上を図る為に、レンズ間のギャップの縮小化や、フォトダイオードからの距離（図２の層厚）、これらに加えてその表面反射率を考慮する必要があるが、特許文献２には、この関係が開示されていない。その為、例えば、１層目のマイクロレンズ材として屈折率の低いＳｉＯが選択され、２層目のマイクロレンズに屈折率の高いＳｉＮや、ＳｉＯＮが選択された場合、マイクロレンズの表面反射が増大してしまい、固体撮像装置の感度特性を低下させる恐れがあった。
更に特許文献２においては、マイクロレンズは、平坦化された表面上に形成されなければならないとある。理由はカラーフィルタによる段差を除去するためとされ、カラーフィルタ上に平坦化層が形成されるとしている。又、平坦化層は形成されない場合もある。とあるが、これはカラーフルタによる段差が無い場合を指していると推定される。また、特許文献１にもカラーフィルタ上の平坦化膜の記載は無い。特許文献１の図１に示されるように、単色のカラーフィルタ構造が図示されていることから、カラーフィルタによる段差が無いものと想定される。
以上のように、特許文献１および特許文献２においては、両者共にカラーフィルタを含み、その上に形成された有機膜から成る平坦化膜と、更にその上に形成される無機膜から成るマイクロレンズとの界面は実質的に平坦であると推定される。
このようにマイクロレンズ材を含む無機膜とその下部に形成される有機膜との界面が平坦であった場合、材料間での熱膨張率差等により、マイクロレンズが位置ズレを起す恐れがあった。
［１−２ 低背化］
そこで、撮像素子において、受光領域において光入射面が非平坦な非平坦層と、前記非平坦層の前記光入射面側に重畳される、入射光を集光する無機材のマイクロレンズとを備えるようにしてもよい。
また、前記マイクロレンズが、複数層からなるようにしてもよい。
さらに、前記複数層からなるマイクロレンズの各層が、屈折率が互いに異なるようにしてもよい。
また、前記複数層からなるマイクロレンズの各層が、曲面形状が互いに異なるようにしてもよい。
さらに、前記複数層からなるマイクロレンズの一部の層が、有機材により形成されるようにしてもよい。
また、前記マイクロレンズの光入射面に反射防止膜が形成されるようにしてもよい。
さらに、前記マイクロレンズの光入射面側に重畳される接着材層をさらに備えるようにしてもよい。
また、前記非平坦層が、フィルタを有するようにしてもよい。
さらに、前記フィルタが、光透過方向の厚さが互いに異なる複数色のフィルタにより形成されるようにしてもよい。
また、前記フィルタが、互いに前記厚さが異なる赤、緑、および青の画素毎のフィルタがベイヤ配列に配置され、かつ、緑のフィルタが画素間で連結されているようにしてもよい。
さらに、前記フィルタが、有機材により形成されるようにしてもよい。
また、前記非平坦層が、前記フィルタ上に形成される、光入射面が非平坦な有機膜を有するようにしてもよい。
さらに、前記有機膜の光入射面の凹凸の高さが、前記フィルタの光入射面の凹凸の高さよりも低いようにしてもよい。
また、前記有機膜の屈折率が、前記フィルタの屈折率と前記マイクロレンズの屈折率との間としてもよい。
さらに、前記非平坦層が、画素間遮光膜を有するようにしてもよい。
また、前記非平坦層が、前記フィルタと前記画素間遮光膜との高さの差により、前記光入射面の凹凸を形成するようにしてもよい。
さらに、チップサイズパッケージ構造を形成するようにしてもよい。
なお、被写体を撮像し、前記被写体の画像を電気信号として出力する撮像素子と、前記撮像素子において得られた前記被写体の画像を画像処理する画像処理部とを備え、前記撮像素子は、受光領域において光入射面が非平坦な非平坦層と、前記非平坦層の前記光入射面側に重畳される、入射光を集光する無機材のマイクロレンズとを備える撮像装置としてもよい。
さらに、撮像素子の受光領域において光入射面が非平坦な非平坦層を形成する非平坦層形成部と、前記非平坦層形成部により形成された前記非平坦層の光入射面側に無機膜を形成する無機膜形成部と、前記無機膜形成部により形成された前記無機膜の光入射面側に平坦化膜を形成する平坦化膜形成部と、前記平坦化膜形成部により形成された前記平坦化膜の光入射面側にレジストを形成するレジスト形成部と、前記レジスト形成部により前記レジストが形成された前記撮像素子に対して熱リフロー処理を行う熱リフロー処理部と、前記熱リフロー処理部により前記熱リフロー処理された前記撮像素子に対してエッチングを行うエッチング処理部とを備える製造装置としてもよい。
もちろん、製造装置の製造方法としてもよい。
このようにすることにより、映像機器の小型化、薄型化、及び高密度実装化を実現することができるだけでなく、固体撮像装置の構造として、ウェハレベルCSPを実現するにあたり、マイクロレンズ上に接着材があったとしても、従来のマイクロレンズ上が空気であった従来のパッケージと同等以上の感度特性を得ることができる。
［１−３ 撮像装置］
より具体的な例について説明する。図３は、撮像装置の主な構成例を示す図である。図３に示される撮像装置１００は、撮像素子として他の装置に搭載され得るデバイスであり、被写体からの光を光電変換し、被写体の画像を画像信号として出力する。
図３に示される撮像装置１００は、CSP構造に形成される。撮像装置１００は、半導体基板１１１に形成される、表面に複数のカラーフィルタ１３２、マイクロレンズ１３３、およびフォトダイオード１３１などが設けられた撮像領域１２１、半導体基板１１１における撮像領域１２１の外周領域に形成された周辺回路領域１２２、その周辺回路領域１２２の内部に形成された複数の電極部１２３とを含む固体撮像素子を備えている。
また、その固体撮像素子の主面側には、マイクロレンズ１３３上には樹脂系材料から成る接着材Ａ１４１および接着剤Ｂ１４２とを介して、例えば光学ガラス等よりなる透明基板１４３が形成されている。さらに、固体撮像素子の主面と対向する裏面側には、厚み方向に半導体基板を貫通する貫通電極１２４を介して、周辺回路領域１２２の複数の電極部１２３と接続する金属配線１２５が形成されており、その金属配線１２５を覆うと共にその一部を露出する開口部を有する絶縁樹脂層１２６が形成されており、その開口部には、例えば半田材料よりなる外部電極１２７が形成されている。なお、固体撮像素子は、図示していない絶縁層によって、貫通電極１２４及び金属配線１２５と電気的に絶縁されている。
この撮像装置１００では、複数の電極部１２３が、貫通電極１２４を介して金属配線１２５と電気的に接続されており、さらに、金属配線１２５を介して外部電極１２７と電気的に接続されており、受光信号の取り出しが可能となる。
図４のＡに固体撮像素子の同一受光領域に赤、緑、青色から成りベイヤ配列により形成されたカラーフィルタ１３２の平面視図を示す。また、図４のＢに図４のＡにおけるａ−ａ'方向の断面（カラーフィルタ１３２の辺方向）と、ｂ−ｂ'方向の断面（カラーフィルタ１３２の対角方向）を示す。図４のＡおよび図４のＢに示されるように、緑色カラーフィルタはその四隅が連結され、緑色カラーフィルタの開口部に、赤色若しくは青色のカラーフィルタが形成される。
ここで、図４のＢに示されるように、四隅が連結されて形成された緑色カラーフィルタの膜厚は薄く形成される。通常、固体撮像素子で用いられるカラーフィルタ１３２の材料は、光重合ネガ型感光性樹脂中に色素である顔料や、染料を内添して使われる。各色カラーフィルタは、固体撮像素子の画素サイズで形成することが望ましいが、カラーフィルタ１３２の密着性を確保するためや、各色カラーフィルタの重ね合わせズレなどによる隙間の発生を防止するためにオーバーラップした状態で形成する必要がある。緑色カラーフィルタは、四隅を連結して形成することにより、密着性を高めたり、隙間の発生を抑制したりすることができる。
ここで、緑色フィルタの四隅を充分な幅で形成した場合、そのパターンサイズが太り、赤、青色カラーフィルタが形成される開口部が細る。例えば、本来赤、青色カラーフィルタを形成すべき画素において、緑色フルタが入り込み、且つ、赤、青色カラーフィルタの形成サイズが小さくなることから、青、赤の感度が低下したり、緑色成分の混色が発生し、固体撮像素子の特性が低下したりする。
緑色カラーフィルタサイズを出来るだけ画素サイズに近づけ且つ、密着性を確保するためにその密着面積を拡大ことに加えて、緑色カラーフィルタの四隅連結部が分断無く且つ、赤、緑、青の各色カラーフィルタ間の隙間を無くして形成する必要がある。光重合ネガ型感光性樹脂を用いて形成されるカラーフィルタ形成時のマスクパターンサイズを感光性樹脂の解像度限界以下の露光マスクを用いて形成する必要がある。通常、四隅形成時の露光マスクサイズは２００ｎｍ以下で形成される。光重合ネガ型感光性樹脂を限界解像度以下の露光マスクサイズで形成した場合、光重合反応が充分に行なわれないため、その部分の膜厚が薄く形成される（Δt）。
このような、図４のＡおよび図４のＢに示したベイヤ配列の、赤、緑、青色から成るカラーフィルタ１３２に対して、その上方に、無機膜から成るマイクロレンズを、図５のＡおよび図５のＢに示されるように形成する。
上述したように、従来の構造の場合、図１のＡに示されるように、カラーフィルタの底面からマイクロレンズの低面までの厚さはｔ１であり、図１のＢに示されるように、カラーフィルタの底面からマイクロレンズの低面までの厚さはｔ２である。
これに対して、図５の例の場合、カラーフィルタ１３２には段差があるが、カラーフィルタ上には平坦化膜が形成されていない状態で、単層若しくは、複数の無機膜から成るマイクロレンズが形成される（後述）。ここで、ａ−ａ'方向及び、ｂ−ｂ'方向のカラーフィルタの底面からマイクロレンズの低面までの厚さはｔ３、ｔ４となる。
ここで、ｔ１、ｔ２とｔ３、ｔ４につき比較する。図１の例においては、マイクロレンズの底部は、無機膜中で形成されている。図５の例においては、マイクロレンズ１３３の底部は、同じく無機膜中で形成されているが、平坦化膜が形成されていないために、各厚さの関係は、ｔ１＞ｔ３、ｔ２＞ｔ４となり、層厚を薄く形成することができる。つまり、図５の例の方が、固体撮像素子の感度特性の向上を図ることができる。
又、図５のＢ中にΔｔで示されるように緑色カラーフィルタの四隅の部分が薄く形成できていることから、その分更に薄膜化が可能となる。ここで、ｂ−ｂ'断面のマイクロレンズ底部は、緑色カラーフィルタが露出しない位置で形成される。カラーフィルタ１３２が露出すると、カラーフィルタ１３２中に含まれる色素もエッチングされ、エッチング装置内のエッチング処理室の内壁が色素により汚染されてしまうためである。エッチング処理室内壁が汚染されると、ダストや、含金色素中の金属汚染などの影響により、撮像装置１００の歩留まり低下の要因となる。
さらに、図１の例において、図示した状態がら、エッチングを追加してカラーフィルタ１３２の底部から、マイクロレンズ１３３の底部迄の距離を短縮することもできる。しかしながら、その場合、図６のＢに示されるように、ｂ―ｂ'断面方向においてマイクロレンズ底部近傍に平坦化膜が露出した状態で、マイクロレンズが形成されていることから、屈折率の関係において、平坦化膜が露出したマイクロレンズ低部での集光パワーが低下し、固体撮像素子の感度特性が低下する恐れがある。
なお、図７に示されるように、カラーフィルタ１３２上に非平坦化膜１７１を形成するようにしてもよい。この場合、緑色カラーフィルタ四隅部において、図中Δａの段差を緩和するように有機材料若しくは、無機材料から選択され形成される。有機材料としては、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル−スチレン共重合系樹脂などが用いられ、無機材料としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ）、ＳｉＯＮ、ＳｉＮなどから選択される。ここで、非平坦化膜１７１を形成することで、その上に形成される無機膜なら成るマイクロレンズ１３３形成時の平坦性が改善される（Δａ＞Δｂ）。又、非平坦化膜として有機材料中から、アクリル系樹脂が選択された場合はその上面にＳｉＯＮを形成する。これは、マイクロレンズ１３３にＳｉＮを用いた場合、膜の応力差による皺の発生を防止するためである。皺の発生を防止するには、アクリル系樹脂よりも膜の硬化密度の高い、スチレン系樹脂、アクリル−スチレンの共重合系樹脂が用いられる。
上述したように、カラーフィルタ１３２上には非平坦化膜１７１が形成されていることにより、カラーフィルタ１３２の低部から、マイクロレンズ１３３の低部迄の薄膜化が図られる。仮にｂ−ｂ'方向断面において、非平坦化膜１７１が露出した場合であっても、露出面積が小さいためにマイクロレンズ１３３の集光パワーは、図５等で示した構造と遜色ないレベルとなり、固体撮像素子の感度向上化を図ることができる。さらには、非平坦化膜１７１にＳｉＯＮを用いた場合、その屈折率をカラーフィルタとマイクロレンズの中間にすることで、界面反射を低減でき、さらなる感度特性向上や、フレア特性の低減を図ることができる。
例えば、カラーフィルタ１３２の屈折率は約１．５１乃至１．７５で、マイクロレンズ材に屈折率約１．９のＳｉＮが用いられた場合、ＳｉＯＮの成膜条件を適宜調整することで、その中間の屈折率で形成すればよい。
なお、マイクロレンズ１３３は、複数層からなる構成としてもよい。その構造の例を、図８を用いて説明する。尚、図８は、図５のＡのａ−ａ'断面を示すものである。図８のＡに示される複数層マイクロレンズ１８１は、第１マイクロレンズ層１８１−１、および、第２マイクロレンズ層１８１−２を有する。これらの各層の構成は、図９に示される表のように３通りのいずれかとすることができる。
なお、屈折率の大小関係は以下の構成とする。
第１マイクロレンズ≧第２マイクロレンズ
また、図８のＢに示される複数層マイクロレンズ１８２は、第１マイクロレンズ層１８２−１、第２マイクロレンズ層１８２−２、及び、第３マイクロレンズ層１８２−３を有する。これらの各層の構成は、図１０に示される表のように４通りとすることができる。
なお、屈折率の大小関係は以下の構成とする。
第１マイクロレンズ層＝第２マイクロレンズ層≧第３マイクロレンズ層
ここで、２、４の構成（第１マイクロレンズ層＝第２マイクロレンズ層＞第３マイクロレンズ層）において、第２マイクロレンズ層は主に第１マイクロレンズ層のギャップ縮小するよう作用して、第３マイクロレンズ層は主に単層の反射防止膜として機能する。
図８のＣに示される複数層マイクロレンズ１８３は、第１マイクロレンズ層１８３−１、第２マイクロレンズ層１８３−２、第３マイクロレンズ層１８３−３、及び第４マイクロレンズ層１８３−４を有する。これらの各層の構成は、図１１に示される表のように２通りとすることができる。
なお、屈折率の大小関係は以下の構成とする。
第３マイクロレンズ層＞第１マイクロレンズ層＝第２マイクロレンズ層＞第４マイクロレンズ層
ここで、第２マイクロレンズ層１８３−２は主に第１マイクロレンズ層１８３−１のギャップを縮小すりように作用して、第３マイクロレンズ層１８３−３および第４マイクロレンズ層１８３−４は、主に２層から成る反射防止膜として機能する。
図１１中、（ｄ）の材料としては、酸化ジルコニウム（ＺｎＯ，屈折率約、２．４）や、酸化チタン（ＴｉＯ，屈折率約２．５２）などが用いられ、（ｅ）の材料としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ，屈折率約１．４５）やシリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ，屈折率約１．４）フッ化マグネシューム（ＭｇＦ，屈折率約１．３７）などが用いられるようにしてもよい。
以上のように、マイクロレンズ１３３が複数層からなる場合、その一部の層を有機材により形成されるマイクロレンズ層を適用するようにしてもよい。
例えば、図８のＡの例において、第１マイクロレンズ層１８１−１として有機マイクロレンズを形成し、第２マイクロレンズ層１８１―２として無機マイクロレンズを形成するようにしても良い。その場合の各マイクロレンズ層の構成は、図１２に示される表のように２通りとすることができる。
又、屈折率の大小関係は以下の構成とする。ここで、有機マイクロレンズの屈折率は、金属酸化物微粒子の添加量で調整可能である。
第１マイクロレンズ≧第２マイクロレンズ
ここで、第２マイクロレンズ層１８１−２は主に第１マイクロレンズ層１８１−１のレンズ間ギャップを縮小するよう作用する。
例えば、図８のＢの例において、第１マイクロレンズ層１８２−１として有機マイクロレンズを形成し、第２マイクロレンズ層１８１−２および第３マイクロレンズ層１８１−３として無機マイクロレンズを形成するようにしてもよい。その場合の各マイクロレンズ層の構成は、図１３に示される表のように４通りとすることができる。
又、屈折率の大小関係は以下の構成とする。ここで、有機マイクロレンズの屈折率は、金属酸化物微粒子の添加量で調整可能である。
第１マイクロレンズ層＝第２マイクロレンズ層≧第３マイクロレンズ層
ここで、２、４の構成（第１マイクロレンズ層＝第２マイクロレンズ層＞第３マイクロレンズ層）において、第２マイクロレンズ層１８２−１は、主に第１マイクロレンズ層１８２−１のギャップを縮小するように作用して、第３マイクロレンズ層１８１−３は主に反射防止膜として機能する。
例えば、図８のＣの例において、第１マイクロレンズ層１８３−１を有機マイクロレンズで形成し、第２マイクロレンズ層１８３−２、第３マイクロレンズ層１８３−３、及び、第４マイクロレンズ層１８４―３を無機マイクロレンズで形成するようにしてもよい。その場合の各マイクロレンズ層の構成は、図１４に示される表のように２通りとすることができる。
又、屈折率の大小関係は以下の構成とする。ここで、有機マイクロレンズの屈折率は、金属酸化物微粒子の添加量で調整可能である。
第３マイクロレンズ層＞第１マイクロレンズ層＝第２マイクロレンズ層＞第４マイクロレンズ層
ここで、第２マイクロレンズ層１８３−２は、第１マイクロレンズ層１８３−１のギャップを縮小するように作用し、第３マイクロレンズ層１８３−３および第４マイクロレンズ層１８４−３は、主に２層から成る反射防止膜として機能する。
図１４において、（ｄ）の材料としては、酸化ジルコニウム（ＺｎＯ，屈折率約、２．４）や、酸化チタン（ＴｉＯ，屈折率約２．５２）などが用いられ、（ｅ）の材料としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ，屈折率約１．４５）やシリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ，屈折率約１．４）フッ化マグネシューム（ＭｇＦ，屈折率約１．３７）などが用いられる。
＜２．第２の実施の形態＞
［２−１ 製造装置］
次に、以上のような撮像装置１００（撮像素子）を製造する製造装置について説明する。
図１５は、撮像装置１００の製造装置の主な構成例を示すブロック図である。図１５に示される製造装置２００は、制御部２０１および製造部２０２を有する。
制御部２０１は、例えば、CPU（Central Processing Unit）、ROM（Read Only Memory）、およびRAM（Random Access Memory）等を有し、製造部２０２の各部を制御し、撮像装置１００（撮像素子）の製造に関する制御処理を行う。例えば、制御部２０１のCPUは、ROMに記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行する。また、そのCPUは、記憶部２１３からRAMにロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAMにはまた、CPUが各種の処理を実行するにあたって必要なデータなども適宜記憶される。
製造部２０２は、制御部２０１に制御されて、撮像装置１００（撮像素子）の製造に関する処理を行う。製造部２０２は、受光配線層形成部２３１、フィルタ形成部２３２、第１無機膜形成部２３３、平坦化膜形成部２３４、レジストパターン形成部２３５、熱リフロー処理部２３６、エッチバック処理部２３７、第２無機化膜形成部２３８、およびエッチバック処理部２３９を有する。これらの受光配線層形成部２３１乃至エッチバック処理部２３９は、制御部２０１に制御され、後述するように、撮像装置１００（撮像素子）を製造する各工程の処理を行う。
なお、ここでは、説明の便宜上、本技術に関する工程のみ説明する。実際には、撮像装置１００（撮像素子）を製造するためには、これらの処理部による工程以外の工程も必要であり、製造部２０２は、そのための処理部も有するが、ここではそれらの工程についての詳細な説明を省略する。
製造装置２００は、入力部２１１、出力部２１２、記憶部２１３、通信部２１４、およびドライブ２１５を有する。
入力部２１１は、キーボード、マウス、タッチパネル、および外部入力端子などよりなり、ユーザ指示や外部からの情報の入力を受け付け、制御部２０１に供給する。出力部２１２は、CRT（Cathode Ray Tube）ディスプレイやLCD（Liquid Crystal Display）等のディスプレイ、スピーカ、並びに外部出力端子などよりなり、制御部２０１から供給される各種情報を画像、音声、若しくは、アナログ信号やデジタルデータとして出力する。
記憶部２１３は、フラッシュメモリ等SSD（Solid State Drive）やハードディスクなどよりなり、制御部２０１から供給される情報を記憶したり、制御部２０１からの要求に従って、記憶している情報を読み出して供給したりする。
通信部２１４は、例えば、有線LAN（Local Area Network）や無線LANのインタフェースやモデムなどよりなり、インターネットを含むネットワークを介して、外部の装置との通信処理を行う。例えば、通信部２１４は、制御部２０１から供給される情報を通信相手に送信したり、通信相手から受信した情報を制御部２０１に供給したりする。
ドライブ２１５は、必要に応じて制御部２０１に接続される。そして、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア２２１がそのドライブ２１５に適宜装着される。そして、そのドライブ２１５を介してリムーバブルメディア２２１から読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部２１３にインストールされる。
［２−２ 製造方法］
図１６のフローチャートを参照して、製造処理の流れの例を説明する。なお、適宜、図１７を参照して説明する。図１７は、製造処理の各工程の様子を説明する図である。
製造処理が開始されると、ステップＳ１０１において、受光配線層形成部２３１は、制御部２０１に制御されて、外部より供給されたＮ型半導体基板に受光層や配線層等を形成する。
ステップＳ１０２において、フィルタ形成部２３２は、フィルタを形成する（図１７のＡ）。図１７のＡに、撮像装置１００の各画素に対応して形成されたベイヤ配列のカラーフィルタ１３２を示す。カラーフィルタ１３２の材料としては、例えば色素として顔料や顔料が内添された感光性樹脂を、フォトリソグラフィ法を用いて形成される。カラーフィルタ１３２としては、例えば、赤、緑、青色などの色材として形成される。このとき、隣接するカラーフィルタ１３２間には段差がある。
ステップＳ１０３において、第１無機膜形成部２３３は、第１無機膜を形成する（図１７のＢ）。図１７のＢに、第１マイクロレンズ層１８１−１をＰ―ＣＶＤ法により形成した状態を示す。成膜条件としては、この時、第１マイクロレンズ層１８１−１がＳｉＯＮであれば成膜ガスにＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２Ｏ、Ｎ２を用い又、ＳｉＮであれば、成膜ガスとしてＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２を用いて、Ｐ―ＣＶＤ法により２００℃程度の温度で圧力などを適宜調整して形成される。
この時、Ｐ−ＣＶＤ法による成膜方法に関して、その成膜条件は、カラーフィルタ１３２の段差を考慮して、その段差を軽減するように成膜時の平均自由行程を調整し成膜される。
シリコン窒化（ＳｉＮ）膜
ガス：ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２
温度：約２００℃程度
シリコン酸化窒化（ＳｉＯＮ）膜
ガス：ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２Ｏ、Ｎ２
温度：約２００℃程度
圧力：２ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ
ここで、平均自由行程は、２ｍＴｏｒｒ側が高く、１０Ｔｏｒｒ側が低い。よって図１８に示すＴｆ，Ｔｇの膜厚比において第１マイクロレンズ層成膜後の平坦性（Δｈ）は、平均自由工程の高い圧力条件側で成膜した方がＴｇ/Ｔｆは小さくなる。これにより、樹脂平坦化膜形成時の膜厚を薄く形成することができ、第１マイクロレンズ形成におけるドライエッチ時においての第１マイクロレンズ層１８１−１と、樹脂平坦化膜とのエッチング選択比の僅かな差による第１マイクロレンズは良好に形成可能となる。
ステップＳ１０４において、平坦化膜形成部２３４は、平坦化膜を形成する（図１７のＣ）。図１７のＣに示されるように、第１マイクロレンズ層１８１−１上に、次いで行なうフォトレジストパターンとの間となるよう、中間膜４０１を形成する。ここで、中間膜４０１には、フォトレジストよりも熱膨張係数の大きい材料を用いる。
レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜４０１上に接して後述するフォトレジストパターンを形成し、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状とする。これにより、フォトレジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜４０１によって、熱リフロー時にフォトレジストが広がろうとする力を抑制して、中間膜４０１と接触して形成されたフォトレジストパターンの滑り量を低減することができるので、フォトレジストパターンギャップの間隔を狭めても隣接するレジスト同士が接触せず融着によるパターン崩れの発生を防止できる。
この時、中間膜の膜厚４０１は、最も薄い領域に於いて150nm以上が好ましい。この膜厚以下だと、熱膨張係数差を利用した効果が発揮できなくなり、レンズ形状の制御性が劣化する恐れがある。
ステップＳ１０５において、レジストパターン形成部２３５は、レジストパターンを形成する（図１７のＤ）。図１７のＤに、第１レンズ層上に撮像装置１００の各画素に対応してフォトレジストパターン４０２を形成した状態を示す。ポジ型感光性樹脂としてはノボラック系樹脂や、スチレン系樹脂、或いはそれらの共重合系樹脂をベースとした材料を用いる。
又、パターン形成としては、スピン塗布、プリベーク、i-線露光、露光後ベーク、現像処理を用いて行なわれる。
ステップＳ１０６において、熱リフロー処理部２３６は、熱リフロー処理を行う（図１７のＥ）。図１７のＥに示されるように、フォトレジストパターン４０２を加熱処理により、その熱軟化点以上の温度でベークを行なう。このベーク処理において、図１７のＥに示されるようにレンズ形状を得る。
ステップＳ１０７において、エッチバック処理部２３７は、エッチング処理を行う（図１７のＦ）。図１７のＦに、レンズ形状を有したフォトレジスト４０２をマスクとしてその形状を第１マイクロレンズ層１８１−１にエッチング転写した状態を示す。この時のエッチング処理に関して、プラズマ生成装置としては、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）装置、ＣＣＰ（Capacitively Coupled Plasma）装置、ＴＣＰ（Transformer Coupled Plasma）装置、マグネトロンＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置、ECR（Electron Cyclotron Resonance）装置などの装置を用いて、ＣＦ４や、Ｃ４Ｆ８などのフロロカーボンガス系のガスを主成分として用いて、温度、圧力などを適宜調整して実施される。このとき、図１７のＦや図１７のＧに示されるように、隣接する第１マイクロレンズ層１８１−１間にはギャップが存在し、ｂ−ｂ'断面図に示すギャップの方が広い。
ステップＳ１１１において、第２無機膜形成部２３８は、第２無機膜を形成する（図１７のＧ）。図１７のＧは、第２マイクロレンズ層１８１−２として、SｉＮが成膜された状態を示す。この時の成膜ガスとしてはＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２を用いて、Ｐ―ＣＶＤ法により２００℃程度の温度で圧力などを適宜調整して形成される。この時、ａ−ａ'ｂ−ｂ'断面図を図示したように、隣接する第２マイクロレンズ層１８１−２間にギャップが無くなるように形成される。
このＰ−ＣＶＤ法による成膜方法に関して、第２マイクロレンズ層１８１−２としてＳｉＮ又は、ＳｉＯＮ膜を形成する場合の平均自由行程を調整し、マイクロレンズ１３３の曲率を調整することが可能である。具体的な成膜条件としては、以下の通りである。
シリコン窒化（ＳｉＮ）膜
ガス：ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２
温度：約２００℃程度
シリコン酸化窒化（ＳｉＯＮ）膜
ガス：ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２Ｏ、Ｎ２
温度：約２００℃程度
圧力：２ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ
平均自由行程は、２ｍＴｏｒｒ側が高く、１０Ｔｏｒｒ側が低い。
以上のように平均自由行程を調整することで、同一形状を持った第１マイクロレンズ層１８１−１に対して、第２マイクロレンズ層１８１−２の曲率を調整することが可能となる。
例えば、図１９のＡに示されるように、平均自由行程を相対的に大きな条件成膜することで、図中Ｔｂ／Ｔｔは小さくなり曲率は大きくなり、図１９のＢに示されるように、平均自由行程を小さくすればＴｂ／Ｔｔが大きくなり曲率は小さくなる。マイクロレンズの曲率を調整することにより、CSPに限らず、様々な固体撮像素子に対応できるマイクロレンズの形成が可能となる。
更には第１レンズ層１８１−１の形状が、図２０に示されるような非曲面形状であっても、成膜条件を調整することで、曲面形状に近づくように補正された第２マイクロレンズ層１８１−２の形成が可能となる。
ステップＳ１１２において、エッチバック処理部２３９は、エッチング処理を行う（図１１のＨ）。
レンズ層間にギャップが無くなるように形成された第２マイクロレンズ層１８１−２について、デバイスの断面方向の低背化を図る目的で全面エッチバックを行なう。この時のエッチング処理に関して、プラズマ生成装置としては、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）装置、ＣＣＰ（Capacitively Coupled Plasma）装置、ＴＣＰ（Transformer Coupled Plasma）装置、マグネトロンＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置、ECR（Electron Cyclotron Resonance）装置などの装置を用いて、ＣＦ４や、Ｃ４Ｆ８などのフロロカーボンガス系のガスを主成分として用いて、温度、圧力などを適宜調整して実施される。このように前面エッチバックを行なうことにより、マイクロレンズのボトム位置が低く形成されることにより固体撮像素子の感度特性が向上する。
ステップＳ１０９の処理が終了すると、製造処理が終了する。
以上のように処理を行うことにより、感度特性の低減を抑制するように製造した撮像素子を得ることができる。
以上のように、第１マイクロレンズ層１８１−１、および、第２マイクロレンズ層１８１−２として無機マイクロレンズ１８１を形成する製造方法を示したが、第１マイクロレンズ層１８１−１を金属酸化物微粒子を添加した有機マイクロレンズとしてもよい。
第１マイクロレンズ層１８１−１を有機マイクロレンズとした場合の製造方法に関しては、図１７のＣの工程において、例えば金属微粒子に酸化チタンを添加したエポキシ系樹脂を用いた有機マイクロレンズ材料を用いることができる。この有機マイクロレンズは、スピンコーティング後に１５０乃至２００℃程度の熱処理により形成される。その他製造方法に関しては、上述したように準じ最適化される。
又、複数層マイクロレンズ層１８２のマイクロレンズ構造として、シリコン酸化（ＳｉＯ）膜を用いた場合の主な成膜条件は以下である。
シリコン酸化（ＳｉＯ）膜
ガス：ＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ
温度：約２００℃程度
圧力：２ｍＴｏｒｒ〜４Ｔｏｒｒ
又、図８の複数層マイクロレンズ層１８３の第３マイクロレンズ層１８３−３、第４マイクロレンズの成膜方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオン化蒸着法、イオンビーム法や、ミストＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などか用いられる。
［２−３ 付記］
図２１に図３で示した接着材Ａ１４１をマイクロレンズ上に形成した状態を示す。接着材Ａ１４１の材質としては、アクリル系樹脂（ｎ=1.5）、シロキサン系樹脂(ｎ=1.42乃至1.45)、低屈折率化の為に、樹脂側鎖にフッ素を導入したり(ｎ=1.4乃至1.44)、中空シリカ粒子を添加（ｎ=1.3乃至1.39)したりする。又、図中にマイクロレンズと接着材の屈折率につき、その中間的な屈折率を有するＳｉＯＮ膜を形成することにより、界面反射を抑制することが可能となる。界面反射が低減することで、固体撮像素子の感度特性の向上や、フレアの低減を図ることができる。
又、図２１の接着材Ａ１４１が、図３の接着材Ｂ１４２を兼ねてもよい（図示なし）。接着材Ａ１４１が接着材Ｂ１４２を兼ねることにより屈折率の異なる界面の数が減り入射光の反射ロスが減少する。図２２に示されるように、反射ロスが減少すると、固体撮像装置の感度特性の向上や、フレアの低減などを図ることができる。
なお、本技術はチップサイズパッケージ（CSP）以外にも適用することができる。例えば、マイクロレンズ上に、マイクロレンズより屈折率の低い平坦化膜が形成され、中空状態で固体撮像装置がパッケージされている形態も含む。
また、本技術におけるカラーフィルタ１３２の配列は、原色ベイヤ配列に限らない。例えば、補色カラーフィルタや、ホワイト（透明）カラーフィルタ、ブラックカラーフィルタ等、任意の色および配列のフィルタを用いることができる。
また、画素間に遮光膜を設けるようにしてもよい。例えば、図２３のＡに示されるように、画素間に、画素間遮光膜４５２が設けられ、各単位画素４５１の受光部分に、埋め込みカラーフィルタ４４１の各色のフィルタが埋め込まれるようにしてもよい。この場合、図２３のＢや図２３のＣに示されるように、フィルタと画素間遮光膜４５２によって、光入射面の凹凸が形成される。
また、図２４のＡに示されるように、画素間遮光膜の上に埋め込みカラーフィルタ４６１が設けられるようにしてもよい。この場合、図２４のＡに示されるように、光入射面側に画素間遮光膜が露出しない。
図２４のＢおよび図２４のＣに示されるように、画素間遮光膜４７２は、埋め込みカラーフィルタ４６１の下側に形成される。したがって、光入射面の凹凸は、埋め込みカラーフィルタ４６１によって形成される。
いずれの場合も、上述したのと同様に、マイクロレンズ１３３を形成することができる。
＜３．第３の実施の形態＞
［３−１ 製造装置］
なお、撮像装置の製造の仕方は、上述した例に限らない。例えば、塗布により図７を参照して説明したような非平坦化膜１７１を形成するのではなく、エッチングにより非平坦化層を形成するようにしてもよい。
図２５は、その場合の製造装置の主な構成例を示すブロック図である。図２５に示される製造装置５００は、製造装置２００と基本的に同様の装置であり、撮像装置１００を製造する装置である。製造装置５００は、製造装置２００と同様に、制御部５０１および製造部５０２を有する。
制御部５０１は、制御部２０１と同様の処理部であり、CPU、ROM、およびRAM等を有し、製造部５０２の各部を制御し、撮像装置１００（撮像素子）の製造に関する制御処理を行う。
製造部５０２は、製造部２０２と同様の処理部であり、制御部５０１に制御されて、撮像装置１００（撮像素子）の製造に関する処理を行う。製造部５０２は、受光配線層形成部５３１、フィルタ形成部５３２、平坦化膜形成部５３３、第１無機膜形成部５３４、レジストパターン形成部５３５、熱リフロー処理部５３６、エッチバック処理部５３７、エッチバック処理部５３８、第２無機化膜形成部５３９、およびエッチバック処理部５４０を有する。これらの受光配線層形成部５３１乃至エッチバック処理部５４０は、制御部５０１に制御され、後述するように、撮像装置１００（撮像素子）を製造する各工程の処理を行う。
なお、ここでは、説明の便宜上、本技術に関する工程のみ説明する。実際には、撮像装置１００（撮像素子）を製造するためには、これらの処理部による工程以外の工程も必要であり、製造部５０２は、そのための処理部も有するが、ここではそれらの工程についての詳細な説明を省略する。
製造装置５００は、入力部５１１、出力部５１２、記憶部５１３、通信部５１４、およびドライブ５１５を有する。これら入力部５１１乃至ドライブ５１５は、それぞれ、入力部２１１乃至ドライブ２１５と同様の処理部であり、同様の構成を有し、同様の処理を行う。
ドライブ５１５には、リムーバブルメディア２２１と同様のリムーバブルメディア５２１が適宜装着される。ドライブ５１５を介してリムーバブルメディア５２１から読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部５１３にインストールされる。
［３−２ 製造方法］
図２６のフローチャートを参照して、製造処理の流れの例を説明する。なお、適宜、図２７を参照して説明する。図２７は、製造処理の各工程の様子を説明する図である。
製造処理が開始されると、ステップＳ５０１において、受光配線層形成部５３１は、制御部２０１に制御されて、外部より供給されたＮ型半導体基板に受光層や配線層等を形成する。
ステップＳ５０２において、フィルタ形成部５３２は、フィルタを形成する（図２７のＡ）。図２７のＡにカラーフィルタ１３２を示す。
ステップＳ５０３において、平坦化膜形成部２３４は、カラーフィルタ１３２上に平坦化膜５５１を形成する（図２７のＢ）。この平坦化膜５５１は、非平坦化膜１７１と同様の素材により形成され、最終的に、非平坦化膜１７１のように表面が非平坦化される。つまり、カラーフィルタ１３２上には、この平坦化膜５５１が加工された、表面が非平坦な非平坦化層が形成される。ただし、成膜時には、上述したように平坦化膜５５１として形成される。
ステップＳ５０４において、第１無機膜形成部５３４は、平坦化膜５５１上に第１無機膜として第１マイクロレンズ層１８１−１を形成する（図２７のＣ）。成膜条件は、第２の実施の形態の場合と同様である。なお、第２の実施の形態の場合と同様に、第１無機膜（第１マイクロレンズ層１８１−１）上に、中間膜４０１を形成するようにしても良い。
ステップＳ５０５において、レジストパターン形成部５３５は、第１無機膜（第１マイクロレンズ層１８１−１）上に、レジストパターン４０２を形成する（図２７のＤ）。
ステップＳ５０６において、熱リフロー処理部５３６は、熱リフロー処理を行う（図２７のＥ）。図２７のＥに示されるように、フォトレジストパターン４０２を加熱処理により、その熱軟化点以上の温度でベークを行なう。このベーク処理において、図２７のＥに示されるようにレンズ形状を得る。
ステップＳ５０７において、エッチバック処理部５３７は、エッチング処理を行う（図２７のＦ）。図２７のＦに、レンズ形状を有したフォトレジスト４０２をマスクとしてその形状を第１マイクロレンズ層１８１−１にエッチング転写した状態を示す。この時のエッチング処理の方法は、図１７のＦを参照して上述した第２の実施の形態の場合と同様である。
図２７のＦにおいて点線丸ｃおよびｄに示されるように、マイクロレンズ周辺部の第１無機膜（第１マイクロレンズ層１８１−１）（例えばSiN）がエッチング除去されることにより、平坦化膜５５１が露出する。ここで、エッチング時のＣ−Ｏ発光スペクトルを検知することにより、より高さ方向のマイクロレンズ形成位置制御性を向上させることができる。
ステップＳ５０８において、エッチバック処理部５３８は、さらにエッチング処理を行う（図２７のＧ）。つまり、エッチバック処理部５３８は、ステップＳ５０７において行われるドライエッチングを継続する。これにより、図２７のＧにおいて点線丸ｅやｆに示されるように、マイクロＴレンズ周辺部のカラーフィルタ（CF）１３２上の平坦化膜５５１の表面に段差（凹凸）が形成される。すなわち、平坦化膜５５１の表面に凹凸が形成され、非平坦化膜５５２が形成される。
その際、エッチバック処理部５３８は、上述したようにエッチバック処理部５３７がＣ−Ｏスペクトルを検知した時刻を基準とし、その基準時刻からの時間によって、エッチング処理の処理時間を制御するようにしてもよい。このようにすることにより、エッチバック処理部５３８は、段差（形成される凹凸）の深さをより正確に制御することができる。
なお、エッチバック処理部５３８は、このエッチング処理において、カラーフィルタ１３２が露出しない程度に凹凸を形成するように処理時間を制御する。
ステップＳ５０９において、第２無機膜形成部５３９は、ドライエッチングされた第１無機膜（第１マイクロレンズ層１８１−１）等の上に、第２無機膜として第２マイクロレンズ層１８１−２を形成する（図２７のＨ）。図２７のＨは、第２マイクロレンズ層１８１−２として、SｉＮが成膜された状態を示す。成膜条件は、第２の実施の形態の場合と同様である。
この時、第２無機膜（第２マイクロレンズ層１８１−２）は、ａ−ａ'ｂ−ｂ'断面図を図示したように、隣接する第２マイクロレンズ層１８１−２間にギャップが無くなるように形成される。第２マイクロレンズ層１８１−２は、ａ−ａ'ｂ−ｂ'断面図を図示したように、隣接する第２マイクロレンズ層１８１−２との間にギャップが実質的に無くなる程度に形成される。なお、第２無機膜（第２マイクロレンズ層１８１−２）が成膜されたマイクロレンズの上部の位置をｔ０とする。
ステップＳ５１０において、エッチバック処理部５４０は、第２無機膜（第２マイクロレンズ層１８１−２）により覆われた状態を保つように、すなわち、第１無機膜（第１マイクロレンズ層１８１−１）や非平坦化膜５５２が露出しない程度に、エッチング処理を行う（図２７のＪ）。
この処理により、上述したｔ０の位置は、ｔ１となり、断面方向において低背化が実現される。低背化が実現されると、撮像装置１００（撮像素子）の特性が向上する。
ステップＳ５１０の処理が終了すると、製造処理が終了する。
［３−３ 撮像素子］
以上のような製造処理により、例えば、図２８に示されるような、非平坦化層（非平坦化膜５５２）の上にマイクロレンズが形成される。
この場合、図２８のＡの点線丸５５３や図２８のＢの点線丸５５４に示されるように、ａ−ａ’方向およびｂ-ｂ’方向の両方において、非平坦化膜５５２の表面に窪み（凹部）が形成され、その窪み（凹部）に一部（端部）が埋め込まれた状態でマイクロレンズが形成される。つまり、非平坦化膜５５２の表面の窪み（凹部）にマイクロレンズが形成される。図２８に示されるマイクロレンズは、第１マイクロレンズ層１８１−１と第２マイクロレンズ層１８１−２の複数層よりなる。このような複数層のマイクロレンズの場合、その内少なくとも１層以上の一部（端部）が窪みに形成される。
このような構成により、マイクロレンズ形成後における熱処理などにより発生するマイクレンズのズレを抑制することができる。
［３−４ 製造装置］
なお、上述したように、非平坦化膜表面の窪み（凹部）は、マイクロレンズ（画素）の周辺部に形成されるが、周辺部全体に形成される必要はなく、その一部にのみ形成されるようにしてもよい。例えば、画素の対角方向（ｂ―ｂ’方向）のみ（すなわちコーナー部のみ）に、窪み（凹部）が形成されるようにしてもよい。
図２９は、その場合の製造装置の主な構成例を示すブロック図である。図２９に示されるように、この場合、製造装置５００の製造部５０２は、エッチバック処理部５３８乃至エッチバック処理部５４０の代わりに、第２無機膜形成部５６１、エッチバック処理部５６２、および反射防止膜処理部５６３を有する。これらの処理部も、制御部５０１に制御され、後述するように、撮像装置１００（撮像素子）を製造する各工程の処理を行う。
［３−５ 製造方法］
図３０のフローチャートを参照して、製造処理の流れの例を説明する。なお、適宜、図３１を参照して説明する。図３１は、製造処理の一部の工程の様子を説明する図である。
製造処理が開始されると、ステップＳ５３１乃至ステップＳ５３７の各処理が、図２６のステップＳ５０１乃至ステップＳ５０7の各処理と同様に実行される。
ただし、ステップＳ５３７のエッチバック処理は、Ｃ−Ｏ発光スペクトルが検知された時点で終了する。そしてステップＳ５３８において、第２無機膜形成部５６１は、ａ-ａ’方向、ｂ-ｂ’方向の断面視におけるマイクロレンズのギャップが実質的に無くなる程度に、第２無機膜（第２マイクロレンズ層１８１−２）を成膜する（図３１のＡ）。マイクロレンズのギャップが実質的に無くなるまで成膜することで、ａ-ａ’方向、ｂ-ｂ’方向とで画素周辺部の高さの違いが生じる。例えば、図３１のＡに示されるように、ａ-ａ’方向における画素周辺部の上部の位置をｔ２とし、ｂ-ｂ’方向における画素周辺部の上部の位置をｔ３とする。この場合、画素の四隅（ｂ-ｂ’方向における画素周辺部）の上部の位置ｔ３の方が、ａ-ａ’方向における画素周辺部の上部の位置ｔ２よりも低く形成される。
エッチバック処理部５６２は、ステップＳ５３９において、この高さの違いを利用して、エッチバック処理を行い、平坦化膜５５１の表面に局所的な窪み（凹部）を形成する（図３１のＢ）。上述したように、断面方向に対して低い位置に形成されたマイクロレンズ４隅に相当する箇所がその下地の有機膜に早く到達する。この時、少なくてもマイクロレンズ４隅に相当する箇所の有機膜（平坦化膜５５１）に段差を形成するようにエッチング処理が実施される。
ステップＳ５３９において、反射防止膜形成部５６３は、エッチング処理（ドライエッチング）され露出した各層の表面に、無機膜の反射防止膜５７１を形成する（図３１のＣ）。この無機膜は、例えば、SiNからなるマイクロレンズの表面反射が低減するような屈折率を持つ透明材料から選択され、マイクロレンズ材と、その上部に形成される透明膜の中間の屈折率を持つ。このように、本無機膜はマイクロレンズの表面反射防止機能に加え、熱処理によるズレ耐性機能を併せ持つ。
ステップＳ５３９の処理が終了すると、製造処理が終了する。
［３−６ 撮像素子］
以上のような製造処理により、例えば、図３２に示されるような、非平坦化層（非平坦化膜５５２）の上にマイクロレンズが形成される。
この場合、図３２のＡに示されるように、ａ-ａ方向においては、平坦化膜５５１の表面に窪みが形成されず平坦化膜５５１のままである。これに対して、ｂ-ｂ'方向においては、図３２のＢに示されるように、平坦化膜５５１の表面に窪み（凹部）が形成される（点線丸５７２）。つまり、非平坦化膜５５２が形成される。そして、その窪み（凹部）には、反射防止膜５７１が形成される。
したがって、図２８の場合と同様に、マイクロレンズ形成後における熱処理などにより発生するマイクレンズのズレを抑制することができる。また、図３２に示されるように、この場合も、断面方向において低背化が実現される。低背化が実現されると、撮像装置１００（撮像素子）の特性が向上する。
なお、上述した各例の、撮像素子の断面視における構造において、カラーフィルタ等の有機膜等が露出しないように無機膜のマイクロレンズを構成することにより、外部からの水分がカラーフィルタ等の有機膜にダメージを与えるのを抑制することができる。これにより、撮像素子の分光特性等の劣化を抑制することができる。
［３−７ 撮像素子］
図３３は、撮像素子の例を示す図である。図３３に示されるように、一般的に、撮像素子５９０の、画素が形成される画素領域には、実際に撮像画像を生成する撮像領域５９１（有効画素領域とも称する）だけでなく、その撮像領域５９１の周囲に外周領域５９２も形成される。この外周領域５９２は、例えば、プロセスのバラツキ抑制のためのマージンとして利用されたり、或いは、遮光膜が形成されてOPB領域として利用される。外周領域５９２の画素は、基本的に撮像領域５９１の画素と同様の構成を有する。
このような構成の撮像素子５９０の画素領域において、撮像領域５９１の画素だけでなく、外周領域５９２の画素も、上述したような、無機材のマイクロレンズが非平坦層に重畳されて形成される構成としてもよい。このようにすることにより、より広い範囲において、マイクロレンズが非平坦層の上に形成されるので、熱処理などにより発生するマイクレンズのズレをさらに抑制することができる。
また、その場合、撮像領域５９１の画素と外周領域５９２の画素とを共通のプロセスにより一緒に生成することができる。これにより、製造処理の煩雑さの増大を抑制することができ、コストの増大を抑制することができる。
なお、以上のような、無機材のマイクロレンズが非平坦層に重畳されて形成されるような構成は、例えば、複数行毎に１行、複数列毎に一列、若しくは、複数画素毎に１画素といったように、一部の画素においてのみ行うようにしてもよい。また、その割合は、画素領域全体で均一であってもよいし、不均一であってもよい。例えば、外周領域の画素のみそのような構成としても良い。
＜４．第４の実施の形態＞
［撮像装置］
図３４は、撮像装置の主な構成例を示すブロック図である。図３４に示される撮像装置６００は、被写体を撮像し、その被写体の画像を電気信号として出力する装置である。
図３４に示されるように撮像装置６００は、光学部６１１、CMOSセンサ６１２、A/D変換器６１３、操作部６１４、制御部６１５、画像処理部６１６、表示部６１７、コーデック処理部６１８、および記録部６１９を有する。
光学部６１１は、被写体までの焦点を調整し、焦点が合った位置からの光を集光するレンズ、露出を調整する絞り、および、撮像のタイミングを制御するシャッタ等よりなる。光学部６１１は、被写体からの光（入射光）を透過し、CMOSセンサ６１２に供給する。
CMOSセンサ６１２は、入射光を光電変換して画素毎の信号（画素信号）をA/D変換器６１３に供給する。
A/D変換器６１３は、CMOSセンサ６１２から、所定のタイミングで供給された画素信号を、デジタルデータ（画像データ）に変換し、所定のタイミングで順次、画像処理部６１６に供給する。
操作部６１４は、例えば、ジョグダイヤル（商標）、キー、ボタン、またはタッチパネル等により構成され、ユーザによる操作入力を受け、その操作入力に対応する信号を制御部６１５に供給する。
制御部６１５は、操作部６１４により入力されたユーザの操作入力に対応する信号に基づいて、光学部６１１、CMOSセンサ６１２、A/D変換器６１３、画像処理部６１６、表示部６１７、コーデック処理部６１８、および記録部６１９の駆動を制御し、各部に撮像に関する処理を行わせる。
画像処理部６１６は、A/D変換器６１３から供給された画像データに対して、例えば、混色補正や、黒レベル補正、ホワイトバランス調整、デモザイク処理、マトリックス処理、ガンマ補正、およびYC変換等の各種画像処理を施す。画像処理部６１６は、画像処理を施した画像データを表示部６１７およびコーデック処理部６１８に供給する。
表示部６１７は、例えば、液晶ディスプレイ等として構成され、画像処理部６１６から供給された画像データに基づいて、被写体の画像を表示する。
コーデック処理部６１８は、画像処理部６１６から供給された画像データに対して、所定の方式の符号化処理を施し、得られた符号化データを記録部６１９に供給する。
記録部６１９は、コーデック処理部６１８からの符号化データを記録する。記録部６１９に記録された符号化データは、必要に応じて画像処理部６１６に読み出されて復号される。復号処理により得られた画像データは、表示部６１７に供給され、対応する画像が表示される。
以上のような撮像装置６００のCMOSセンサ６１２に上述した本技術を適用する。すなわち、CMOSセンサ６１２には、上述したような撮像装置１００が用いられる。したがって、CMOSセンサ６１２は、感度特性の低減を抑制することができる。したがって撮像装置６００は、被写体を撮像することにより、より高画質な画像を得ることができる。
なお、本技術を適用した撮像装置は、上述した構成に限らず、他の構成であってもよい。例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラだけでなく、携帯電話機、スマートホン、タブレット型デバイス、パーソナルコンピュータ等の、撮像機能を有する情報処理装置であってもよい。また、他の情報処理装置に装着して使用される（若しくは組み込みデバイスとして搭載される）カメラモジュールであってもよい。
＜５．第５の実施の形態＞
［コンピュータ］
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行させることもできるし、ソフトウエアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、ネットワークや記録媒体からコンピュータにインストールされる。
この記録媒体は、例えば、図１５、図２５、および図２９に示されるように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを配信するために配布される、プログラムが記録されているリムーバブルメディア２２１やリムーバブルメディア５２１により構成される。このリムーバブルメディア２２１やリムーバブルメディア５２１には、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）や光ディスク（CD-ROMやDVDを含む）が含まれる。さらに、光磁気ディスク（MD（Mini Disc）を含む）や半導体メモリ等も含まれる。また、上述した記録媒体は、このようなリムーバブルメディア２２１やリムーバブルメディア５２１だけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに配信される、プログラムが記録されているROMや、記憶部２１３に含まれるハードディスクなどにより構成されるようにしてもよい。
なお、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータ等が含まれる。
図３５は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。
図３５に示されるコンピュータ８００において、CPU（Central Processing Unit）８０１、ROM（Read Only Memory）８０２、RAM（Random Access Memory）８０３は、バス８０４を介して相互に接続されている。
バス８０４にはまた、入出力インタフェース８１０も接続されている。入出力インタフェース８１０には、入力部８１１、出力部８１２、記憶部８１３、通信部８１４、およびドライブ８１５が接続されている。
入力部８１１は、例えば、キーボード、マウス、マイクロホン、タッチパネル、入力端子などよりなる。出力部８１２は、例えば、ディスプレイ、スピーカ、出力端子などよりなる。記憶部８１３は、例えば、ハードディスク、RAMディスク、不揮発性のメモリなどよりなる。通信部８１４は、例えば、ネットワークインタフェースよりなる。ドライブ８１５は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリなどのリムーバブルメディア８２１を駆動する。
以上のように構成されるコンピュータ８００では、CPU８０１が、例えば、記憶部８１３に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース８１０およびバス８０４を介して、RAM８０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。RAM８０３にはまた、CPU８０１が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
コンピュータ（CPU８０１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブルメディア８２１に記録して適用することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。
コンピュータでは、プログラムは、リムーバブルメディア８２１をドライブ８１５に装着することにより、入出力インタフェース８１０を介して、記憶部８１３にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部８１４で受信し、記憶部８１３にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM８０２や記憶部８１３に、あらかじめインストールしておくことができる。
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
また、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
また、本明細書において、システムとは、複数の構成要素（装置、モジュール（部品）等）の集合を意味し、全ての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、１つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている１つの装置は、いずれも、システムである。
また、以上において、１つの装置（または処理部）として説明した構成を分割し、複数の装置（または処理部）として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置（または処理部）として説明した構成をまとめて１つの装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。また、各装置（または各処理部）の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置（または処理部）の構成の一部を他の装置（または他の処理部）の構成に含めるようにしてもよい。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、本技術は、１つの機能を、ネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。
また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
さらに、１つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その１つのステップに含まれる複数の処理は、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１） 受光領域において光入射面が非平坦な非平坦層と、
前記非平坦層の前記光入射面側に重畳される、入射光を集光する無機材のマイクロレンズと
を備える撮像素子。
（２） 前記マイクロレンズは、複数層からなる
前記（１）に記載の撮像素子。
（３） 前記複数層からなるマイクロレンズの各層は、屈折率が互いに異なる
前記（２）に記載の撮像素子。
（４） 前記複数層からなるマイクロレンズの各層は、曲面形状が互いに異なる
前記（２）または（３）に記載の撮像素子。
（５） 前記複数層からなるマイクロレンズの少なくとも一部の層が前記非平坦層の凹部に形成される
前記（２）乃至（４）のいずれかに記載の撮像素子。
（６） 前記マイクロレンズの光入射面に反射防止膜が形成される
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の撮像素子。
（７） 前記マイクロレンズの光入射面側に重畳される接着材層をさらに備える
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の撮像素子。
（８） 前記非平坦層は、フィルタを有する
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の撮像素子。
（９） 前記フィルタは、光透過方向の厚さが互いに異なる複数色のフィルタにより形成される
前記（８）に記載の撮像素子。
（１０） 前記フィルタは、互いに前記厚さが異なる赤、緑、および青の画素毎のフィルタがベイヤ配列に配置され、かつ、緑のフィルタが画素間で連結されている
前記（９）に記載の撮像素子。
（１１） 前記フィルタは、有機材により形成される
前記（８）乃至（１０）のいずれかに記載の撮像素子。
（１２） 前記非平坦層は、前記フィルタ上に形成される、光入射面が非平坦な有機膜を有する
前記（８）乃至（１１）のいずれかに記載の撮像素子。
（１３） 前記有機膜の光入射面の凹凸の高さは、前記フィルタの光入射面の凹凸の高さよりも低い
前記（１２）に記載の撮像素子。
（１４） 前記有機膜の屈折率は、前記フィルタの屈折率と前記マイクロレンズの屈折率との間である
前記（１２）または（１３）に記載の撮像素子。
（１５） 前記非平坦層は、画素間遮光膜を有する
前記（８）乃至（１４）のいずれかに記載の撮像素子。
（１６） 前記非平坦層は、前記フィルタと前記画素間遮光膜との高さの差により、前記光入射面の凹凸を形成する
前記（１５）に記載の撮像素子。
（１７） チップサイズパッケージ構造を形成する
前記（１）乃至（１６）のいずれかに記載の撮像素子。
（１８） 被写体を撮像し、前記被写体の画像を電気信号として出力する撮像素子と、
前記撮像素子において得られた前記被写体の画像を画像処理する画像処理部と
を備え、
前記撮像素子は、
受光領域において光入射面が非平坦な非平坦層と、
前記非平坦層の前記光入射面側に重畳される、入射光を集光する無機材のマイクロレンズと
を備える撮像装置。
（１９） 撮像素子の受光領域において光入射面が非平坦な非平坦層を形成する非平坦層形成部と、
前記非平坦層形成部により形成された前記非平坦層の光入射面側に無機膜を形成する無機膜形成部と、
前記無機膜形成部により形成された前記無機膜の光入射面側に平坦化膜を形成する平坦化膜形成部と、
前記平坦化膜形成部により形成された前記平坦化膜の光入射面側にレジストを形成するレジスト形成部と、
前記レジスト形成部により前記レジストが形成された前記撮像素子に対して熱リフロー処理を行う熱リフロー処理部と、
前記熱リフロー処理部により前記熱リフロー処理された前記撮像素子に対してエッチングを行うエッチング処理部と
を備える製造装置。
（２０） 撮像素子を製造する製造装置の製造方法において、
前記製造装置が、
撮像素子の受光領域において光入射面が非平坦な非平坦層を形成し、
形成された前記非平坦層の光入射面側に無機膜を形成し、
形成された前記無機膜の光入射面側に平坦化膜を形成し、
形成された前記平坦化膜の光入射面側にレジストを形成し、
前記レジストが形成された前記撮像素子に対して熱リフロー処理を行い、
前記熱リフロー処理された前記撮像素子に対してエッチングを行う
製造方法。
１００ 撮像装置， １２１ 撮像領域， １３２ カラーフィルタ， １３３ マイクロレンズ， １７１ 非平坦化膜， ２００ 製造装置， ２０２ 製造部， ２３１ 受光配線層形成部， ２３２ フィルタ形成部， ２３３ 第１無機膜形成部， ２３４ 平坦化膜形成部， ２３５ レジストパターン形成部， ２３６ 熱リフロー処理部， ２３７ エッチバック処理部， ４２１ 反射防止膜， ４４１ 埋め込みカラーフィルタ， ４５２ 画素間遮光膜

Claims (16)

  1. 光透過方向の厚さが互いに異なる複数色のフィルタにより形成される、光入射面が非平坦な非平坦層と、
    前記非平坦層の非平坦な前記光入射面に重畳される、光入射面が非平坦な、スチレン系樹脂またはアクリル−スチレンの共重合系樹脂の非平坦化膜と、
    前記非平坦化膜の前記光入射面に重畳される、入射光を集光する無機材のマイクロレンズと
    を備え、
    前記非平坦層および前記マイクロレンズは、画素間の部分の膜厚が画素の部分よりも薄く、
    前記非平坦化膜の屈折率は、前記フィルタの屈折率と前記マイクロレンズの屈折率との間である
    撮像素子。
  2. 前記マイクロレンズは、複数層からなる
    請求項１に記載の撮像素子。
  3. 前記複数層からなるマイクロレンズの各層は、屈折率が互いに異なる
    請求項２に記載の撮像素子。
  4. 前記複数層からなるマイクロレンズの各層は、曲面形状が互いに異なる
    請求項２に記載の撮像素子。
  5. 前記複数層からなるマイクロレンズの少なくとも一部の層が前記非平坦層の凹部に形成される
    請求項２に記載の撮像素子。
  6. 前記マイクロレンズの光入射面に反射防止膜が形成される
    請求項１に記載の撮像素子。
  7. 前記マイクロレンズの光入射面側に重畳される接着材層をさらに備える
    請求項１に記載の撮像素子。
  8. 前記フィルタは、互いに前記厚さが異なる赤、緑、および青の画素毎のフィルタがベイヤ配列に配置され、かつ、緑のフィルタが画素間で連結されている
    請求項１に記載の撮像素子。
  9. 前記フィルタは、有機材により形成される
    請求項１に記載の撮像素子。
  10. 前記非平坦化膜の光入射面の凹凸の高さは、前記フィルタの光入射面の凹凸の高さよりも低い
    請求項１に記載の撮像素子。
  11. 前記非平坦層は、画素間遮光膜を有する
    請求項１に記載の撮像素子。
  12. 前記非平坦層は、前記フィルタと前記画素間遮光膜との高さの差により、前記光入射面の凹凸を形成する
    請求項１１に記載の撮像素子。
  13. チップサイズパッケージ構造を形成する
    請求項１に記載の撮像素子。
  14. 被写体を撮像し、前記被写体の画像を電気信号として出力する撮像素子と、
    前記撮像素子において得られた前記被写体の画像を画像処理する画像処理部と
    を備え、
    前記撮像素子は、
    光透過方向の厚さが互いに異なる複数色のフィルタにより形成される、光入射面が非平坦な非平坦層と、
    前記非平坦層の非平坦な前記光入射面に重畳される、光入射面が非平坦な、スチレン系樹脂またはアクリル−スチレンの共重合系樹脂の非平坦化膜と、
    前記非平坦化膜の前記光入射面に重畳される、入射光を集光する無機材のマイクロレンズと
    を備え、
    前記非平坦層および前記マイクロレンズは、画素間の部分の膜厚が画素の部分よりも薄く、
    前記非平坦化膜の屈折率は、前記フィルタの屈折率と前記マイクロレンズの屈折率との間である
    撮像装置。
  15. 光透過方向の厚さが互いに異なる複数色のフィルタにより形成される、画素間の部分の膜厚が画素の部分よりも薄い、光入射面が非平坦な非平坦層を形成する非平坦層形成部と、
    前記非平坦層形成部により形成された前記非平坦層の光入射面側に、前記非平坦層よりも屈折率の高い、スチレン系樹脂またはアクリル−スチレンの共重合系樹脂の平坦化膜を形成する平坦化膜形成部と、
    前記平坦化膜形成部により形成された前記平坦化膜の光入射面側に、前記平坦化膜よりも屈折率の高い無機膜を形成する無機膜形成部と、
    前記無機膜形成部により形成された前記無機膜の光入射面側にレジストを形成するレジスト形成部と、
    前記レジスト形成部により前記レジストが形成された前記撮像素子に対して熱リフロー処理を行い、前記無機膜によって、画素間の部分の膜厚が画素の部分よりも薄いマイクロレンズを形成する熱リフロー処理部と、
    前記熱リフロー処理部により前記熱リフロー処理された前記撮像素子に対してエッチングを行い、前記平坦化膜の光入射面を非平坦化するエッチング処理部と
    を備える製造装置。
  16. 撮像素子の製造方法において、
    光透過方向の厚さが互いに異なる複数色のフィルタにより形成される、画素間の部分の膜厚が画素の部分よりも薄い、光入射面が非平坦な非平坦層を形成し、
    形成された前記非平坦層の光入射面側に、前記非平坦層よりも屈折率の高い、スチレン系樹脂またはアクリル−スチレンの共重合系樹脂の平坦化膜を形成し、
    形成された前記平坦化膜の光入射面側に、前記平坦化膜よりも屈折率の高い無機膜を形成し、
    形成された前記無機膜の光入射面側にレジストを形成し、
    前記レジストが形成された前記撮像素子に対して熱リフロー処理を行い、前記無機膜によって、画素間の部分の膜厚が画素の部分よりも薄いマイクロレンズを形成し、
    前記熱リフロー処理された前記撮像素子に対してエッチングを行い、前記平坦化膜の光入射面を非平坦化する
    製造方法。
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