JP7336206B2 - 光電変換装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光電変換装置の製造方法に関する。
半導体装置の製造においては、フォトマスク（レチクル）のパターンを露光して現像することにより形成したレジストパターンを用いて、半導体基板に対する所定の処理が行われる。露光装置の有効露光エリアよりも大きいチップサイズを有する半導体装置においては、チップ領域を複数のエリアに分割し、各エリアを別々に露光して繋ぎ合わせることにより、チップ領域の全体にパターンを露光することが行われている。このような露光方法は、繋ぎ露光や分割露光と呼ばれている。半導体装置の中でも特に撮像装置に代表される光電変換装置は、撮像領域の大面積化に伴ってチップサイズが大型化しており、繋ぎ露光が必要になることが多い。
特許文献１には、繋ぎ露光の境界部近傍の画素におけるメタル配線のパターン形状を変更することにより、繋ぎ露光に起因して生じる撮像特性の局所的な不均一化を抑制することが記載されている。また、特許文献２には、撮像素子に入射する光の角度が撮像面に対してほぼ垂直となる撮像領域の概略中央に繋ぎ露光の境界部を配置することにより、繋ぎ露光に起因して生じる撮像特性の局所的な不均一化を抑制することが記載されている。
特開２０１３－０１６６０８号公報 特開２００５－２２３７０７号公報
特許文献１に記載の方法は、繋ぎ露光の境界部近傍の画素のメタル配線のパターン形状を予め変えておくものである。しかしながら、多数の撮像素子を製造していくなかで、繋ぎ露光の境界部近傍において常に同じ露光がなされるとは限らない。そのため、特許文献１に記載の方法は必ずしも根本的な対策とは言えず、合わせ込みの目論見と逆方向となった場合には、却って画素特性の均一性が悪化することがあった。
また、特許文献２に記載の方法によれば、撮像素子に入射する光の角度に依存して繋ぎ露光の境界部で生じる撮像特性の局所的な不均一化を抑制することはできる。しかしながら、特許文献２においては、繋ぎ露光の位置合わせずれに起因する画素サイズ自体の変動に伴う撮像特性の不均一化やプロセスマージンの減少を抑制することはできなかった。
本発明の目的は、画素特性の均一性に優れた光電変換装置及びその製造方法を提供するうえで有利な技術を提供することにある。
本発明の一観点によれば、互いに隣り合う第１の領域及び第２の領域に、別々のフォトマスクを用いて同じ層のパターン露光を行う工程を有し、前記第１の領域及び前記第２の領域を含む画素領域に、光電変換部を各々が含む複数の画素と、前記複数の画素に各々が対応する複数のマイクロレンズと、を形成する光電変換装置の製造方法であって、前記第１の領域にパターン露光を行う第１のフォトマスクの露光エリアの一部と前記第２の領域にパターン露光を行う第２のフォトマスクの露光エリアの一部とが、前記第１の領域と前記第２の領域との境界部において重なるようにパターン露光を行う際に、前記第１の領域に、第４の領域と、前記第１フォトマスクのパターン及び前記第２フォトマスクのパターンが露光される二重露光エリアと前記第４の領域との間に位置する第３の領域と、を規定し、前記第２の領域に、第６の領域と、前記二重露光エリアと前記第６の領域との間に位置する第５の領域と、を規定し、前記複数の画素のうち、前記第１の領域及び前記第２の領域が並ぶ方向において互いに隣り合う前記第３の領域の第１の画素と前記第５の領域の第２の画素とを、前記二重露光エリアを介して第１の配列ピッチで形成し、前記複数の画素のうち、前記方向において互いに隣り合う前記第３の領域の２つの画素及び前記方向において互いに隣り合う前記第５の領域の２つの画素を、前記第１の配列ピッチよりも狭い第２の配列ピッチで形成し、前記複数の画素のうち、前記方向において互いに隣り合う前記第４の領域の２つの画素及び前記方向において互いに隣り合う前記第６の領域の２つの画素を、前記第１の配列ピッチよりも狭く前記第２の配列ピッチよりも広い第３の配列ピッチで形成し、前記第４の領域と前記第６の領域との間に配された画素列の数をｎとして、前記第４の領域及び前記第６の領域の各々において前記方向に隣り合う画素のメタル配線の間隔をｓで形成し、前記第１の画素のメタル配線と前記第２の画素のメタル配線との間隔を（ｓ＋ｗ）で形成し、前記第３の領域及び前記第５の領域の各々において前記方向に隣り合う画素のメタル配線の間隔を（ｓ－ｗ／ｎ）で形成し、前記第４の領域及び前記第６の領域の各々における画素の前記方向の幅をｘに設定し、前記第３の領域及び前記第５の領域の各々における画素の前記方向の幅を（ｘ－ｗ／ｎ）に設定し、前記複数のマイクロレンズのうち、互いに隣り合う前記第３の領域の前記第１の画素と前記第５の領域の前記第２の画素のそれぞれに対応する２つのマイクロレンズを、前記第１の配列ピッチよりも狭い配列ピッチで形成する光電変換装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、画素特性の均一性に優れた、良質な画像を取得しうる光電変換装置提供することができる。
本発明の第１実施形態による光電変換装置の平面図である。 本発明の第１実施形態による光電変換装置の概略断面図である。 本発明の第１実施形態による光電変換装置の画素の回路図である。 比較例による光電変換装置の製造に用いるマスクセットの例を示す概略図である。 本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造に用いるマスクセットの例を示す概略図である。 画素領域内における画素の位置と出力との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態による光電変換装置の概略断面図である。 本発明の第３実施形態による光電変換装置の概略断面図（その１）である。 本発明の第３実施形態による光電変換装置の概略断面図（その２）である。 本発明の第３実施形態による光電変換装置の概略断面図（その３）である。 本発明の第４実施形態による光電変換装置の概略断面図（その１）である。 本発明の第４実施形態による光電変換装置の概略断面図（その２）である。 光電変換装置に対して構成する入射光学系の一例を示す概略図である。 本発明の第５実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の第６実施形態による撮像システム及び移動体の構成例を示す図である。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による光電変換装置及びその製造方法について、図１乃至図６を用いて説明する。図１は、本実施形態による光電変換装置の平面図である。図２は、本実施形態による光電変換装置の概略断面図である。図３は、本実施形態による光電変換装置の画素の回路図である。図４は、比較例による光電変換装置の製造に用いるマスクセットの例を示す概略図である。図５は、本実施形態による光電変換装置の製造に用いるマスクセットの例を示す概略図である。図６は、画素領域内における画素の位置と出力との関係を示すグラフである。
はじめに、本実施形態による光電変換装置の概略構成について、図１乃至図３を用いて説明する。
図１は、本実施形態による光電変換装置が形成される半導体基板上におけるチップ領域１０の概略を示している。ここで、チップ領域１０とは、光電変換装置のチップサイズに対応する半導体基板上の領域である。チップ領域１０には、デバイス形成領域１２のほか、アライメントマークや位置ズレ検査マーク等のプロセスパターン形成領域など、光電変換装置の機能、製造、検査等に必要なパターンが形成される領域の総てが含まれる。
半導体基板上へのパターンの形成は、フォトリソグラフィを用いて行われる。半導体基板上にフォトレジスト膜を形成後、露光装置によってこのフォトレジスト膜に所定のパターンを露光し、露光後のフォトレジスト膜を現像することで、露光したパターンをフォトレジスト膜に転写する。パターニングしたフォトレジスト膜は、例えば、半導体基板やその上に設けられた膜をエッチングする際のマスクやイオン注入のマスクとして用いることができる。パターニングしたフォトレジスト膜を、その後のフォトリソグラフィ工程におけるアライメントマークとして用いることも可能である。
露光装置は、装置固有の有効露光エリアを有している。有効露光エリアは、１ショットで一度に露光できる最大の領域であり、露光装置の投影光学系の性能によって決定される。有効露光エリアのサイズが光電変換装置のチップ領域１０のサイズよりも小さい露光装置を用いる場合、チップ領域１０を露光装置の有効露光エリアよりも小さい複数のエリアに分割し、分割したエリアの各々に対応するパターンを別々に露光する必要がある。
図１には、Ｘ方向に並ぶ２つの露光エリアをチップ領域１０に定義し、２回の露光によってチップ領域１０の全体に所定のパターンを露光する場合を例示している。以後の説明では便宜上、図１における左側の露光エリアを左露光エリア１６Ｌと呼び、図１における右側の露光エリアを右露光エリア１６Ｒと呼ぶものとする。なお、チップ領域１０の全体に所定のパターンを露光する際の分割露光回数は、２回に限定されるものではなく、３回以上であってもよい。また、露光エリアの分割方向（露光エリアを並べる方向）は、Ｘ方向に限定されるものではなく、Ｙ方向であってもよいし、Ｘ方向及びＹ方向の２方向であってもよい。なお、Ｘ方向は、例えば、画素領域１４に行列状に配された画素の画素行に沿った方向である。また、Ｙ方向は、例えば、画素領域１４に行列状に配された画素の画素列に沿った方向である。
チップ領域１０のＸ方向の長さ（個片化した後の半導体基板のＸ方向の長さ）は、３５ｍｍより大きくてもよい。例えば、チップ領域１０のＸ方向の長さは、４０ｍｍ～５０ｍｍ程度であってもよい。画素領域１４のＸ方向の長さは、３３ｍｍよりも大きくてもよい。例えば、画素領域１４のＸ方向の長さは、３４ｍｍ～４５ｍｍ程度であってもよい。
一般的な露光装置の有効露光エリアは２６ｍｍ×３３ｍｍである。より大きな露光エリアを露光可能な露光装置を導入するにはコストがかかるため、低コストで２６ｍｍ×３３ｍｍの範囲を超える露光を行うには繋ぎ露光が有効である。繋ぎ露光を用いることで、長尺状の基板に設けられるラインセンサ、３５ｍｍフルサイズセンサ（画素領域：３６±１ｍｍ×２４±１ｍｍ）や中判センサ（画素領域：４４±１ｍｍ×３３±１ｍｍ）などのパターン露光も可能となる。
分割露光を行う場合、分割したエリアの間には、位置合わせずれによって未露光領域が生じないように、互いに重なり合う領域が設けられる。例えば図１の例では、左露光エリア１６Ｌと右露光エリア１６Ｒとの間に、左露光エリア１６Ｌの一部と右露光エリア１６Ｒの一部とが重なり合う領域が設けられる。この領域は、左露光エリア１６Ｌの露光時及び右露光エリア１６Ｒの露光時の２度にわたって露光される二重露光エリア１８であり、左露光エリア１６Ｌと右露光エリア１６Ｒとの繋ぎ部である。図１に示す中心線２０は、二重露光エリア１８の中心線であり、繋ぎ露光境界である。本実施形態の光電変換装置において、二重露光エリア１８は、画素領域１４を縦断するようにＹ方向に沿って配されているものとする。
図２は、露光エリアの分割方向（Ｘ方向）に沿った画素領域１４の断面図であり、図１のＡ－Ａ′線断面図に相当する。なお、実際の画素領域１４には数千前後の画素が配列されるが、図２には簡略化のため中心線２０近傍の１０個の画素２２（画素２２－１～画素２２－１０）のみを示している。
各々の画素２２は、例えば図３に示すように、光電変換部ＰＤと、転送トランジスタＭ１と、リセットトランジスタＭ２と、増幅トランジスタＭ３と、選択トランジスタＭ４と、を有する。光電変換部ＰＤは、例えばフォトダイオードであり、アノードが接地ノードに接続され、カソードが転送トランジスタＭ１のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインは、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレイン、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートの接続ノードは、いわゆる浮遊拡散（フローティングディフュージョン）部ＦＤである。浮遊拡散部ＦＤは、配線容量や接合容量などの寄生容量からなる容量成分（浮遊拡散容量Ｃｆｄ）を含み、電荷保持部としての機能を備える。リセットトランジスタＭ２のドレイン及び増幅トランジスタＭ３のドレインは、電圧ＶＤＤが供給される電源ノードに接続されている。増幅トランジスタＭ３のソースは、選択トランジスタＭ４のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ４のソースは、出力線２４に接続されている。出力線２４は、電流源２６に接続されている。
光電変換部ＰＤは、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換（光電変換）するとともに、生じた電荷を蓄積する。転送トランジスタＭ１は、オンになることにより光電変換部ＰＤが保持する電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する。浮遊拡散部ＦＤは、その容量による電荷電圧変換によって、光電変換部ＰＤから転送された電荷の量に応じた電圧となる。増幅トランジスタＭ３は、ドレインに電圧ＶＤＤが供給され、ソースに選択トランジスタＭ４を介して電流源２６からバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成する。これにより増幅トランジスタＭ３は、浮遊拡散部ＦＤの電圧に基づく信号を、選択トランジスタＭ４を介して出力線２４に出力する。リセットトランジスタＭ２は、オンになることにより浮遊拡散部ＦＤを電圧ＶＤＤに応じた電圧にリセットする。
図２には、各画素２２のこれら構成要素のうち、シリコン基板３０に設けられた光電変換部ＰＤと、画素２２の素子間を結線する配線、信号線、電源線などを構成する金属層４２と、を示している。金属層４２は、シリコン基板３０の上に設けられた絶縁膜４０内に配されている。隣接する画素２２の光電変換部ＰＤの間には、素子分離領域３２が設けられている。素子分離領域３２はＬＯＣＯＳ構造やＳＴＩ構造を有する絶縁体で構成されうるが、ＰＮ接合分離のみによって構成されてもよい。また、各画素２２の上方には、当該画素２２に対応した所定の透過波長帯域を有するカラーフィルタ５０と、光電変換部ＰＤに入射光を集光するマイクロレンズ６０と、がそれぞれ設けられている。なお、カラーフィルタ５０は、必ずしも備えている必要はない。
ここで、二重露光エリア１８を挟んで隣接する２つの画素列に属する画素２２を、画素群１と定義するものとする。また、画素群１の一方の側に隣接する複数の画素列に属する画素２２を、画素群２と定義するものとする。また、画素群２の画素群１とは反対の側に隣接する複数の画素列に属する画素２２を、画素群４と定義するものとする。また、画素群１の他方の側に隣接する複数の画素列に属する画素２２を、画素群３と定義するものとする。また、画素群３の画素群１とは反対の側に隣接する複数の画素列に属する画素２２を、画素群５と定義するものとする。
なお、図２には画素群２～画素群５の各々が２つの画素列を含む場合を例示しているが、画素群２～画素群５を構成する画素列の数は、後述する幅ｗを十分に確保できる限りにおいて特に限定されるものではない。画素群２を構成する画素列の数と画素群３を構成する画素列の数とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、画素群４を構成する画素列の数と画素群５を構成する画素列の数とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
図２には、画素群１に属する画素２２として、露光エリアの分割方向（Ｘ方向）に並ぶ画素２２－１，２２－２を示している。また、画素群２に属する画素２２として、Ｘ方向に並ぶ画素２２－３，２２－５を示している。また、画素群３に属する画素２２として、Ｘ方向に並ぶ画素２２－４，２２－６を示している。また、画素群４に属する画素２２として、Ｘ方向に並ぶ画素２２－７，２２－９を示している。また、画素群５に属する画素２２として、Ｘ方向に並ぶ画素２２－８，２２－１０を示している。
画素群１に属する画素２２は、露光エリアの分割方向（Ｘ方向）に沿った配列ピッチが配列ピッチｐｉｔｃｈ１となるように配置されている。画素群２及び画素群３に属する画素２２は、Ｘ方向に沿った配列ピッチが配列ピッチｐｉｔｃｈ２となるように配列されている。画素群４及び画素群５に属する画素２２は、Ｘ方向に沿った配列ピッチが配列ピッチｐｉｔｃｈ３となるように配列されている。
別の言い方をすると、左露光エリア１６Ｌ及び右露光エリア１６Ｒは、Ｘ方向に隣り合い、別々のフォトマスクを用いて同じ層のパターン露光が行われる第１の領域及び第２の領域である。第１の領域は、繋ぎ部に接する第３の領域と、第３の領域よりも繋ぎ部から離間した第４の領域と、を有する。第２の領域は、繋ぎ部に接する第５の領域と、第５の領域よりも繋ぎ部から離間した第６の領域と、を有する。第１の領域と第２の領域との繋ぎ部を介してＸ方向に隣り合う画素２２－１，２２－２は、配列ピッチｐｉｔｃｈ１で配置されている。第３の領域においてＸ方向に隣り合う画素２２－４，２２－６、及び、第５の領域においてＸ方向に隣り合う画素２２－３，２２－５は、配列ピッチｐｉｔｃｈ２で配置されている。第４の領域においてＸ方向に隣り合う画素２２－８，２２－１０、及び、第６の領域においてＸ方向に隣り合う画素２２－７，２２－９は、配列ピッチｐｉｔｃｈ３で配置されている。
なお、露光エリアを分割していない方向（本実施形態の例ではＹ方向）に沿った画素２２の配列ピッチは、本発明の効果との関係においては特に限定されるものではなく、画素領域１４の全体に渡って均一であってもよいし、場所により異なっていてもよい。
マイクロレンズ６０及びカラーフィルタ５０は、画素領域１４の全体に渡って、Ｘ方向に沿った配列ピッチが一定の配列ピッチｐｉｔｃｈ０となるように配置されている。画素領域１４におけるマイクロレンズ６０及びカラーフィルタ５０の平均配列ピッチは、配列ピッチｐｉｔｃｈ０であるとも言える。マイクロレンズ６０及びカラーフィルタ５０は、被写体の空間周波数を崩さないように、一定の配列ピッチで配置することが望ましい。
なお、配列ピッチとは、配列された単位構造の配置間隔のことである。例えば、マイクロレンズ６０であれば、配列ピッチは、マイクロレンズ６０の間のギャップとギャップとの間隔として、或いは、隣り合うマイクロレンズ６０の頂点と頂点との間隔として、規定することができる。また、画素２２であれば、メタル配線（金属層４２）で規定される光電変換部ＰＤの開口領域のＸ方向の幅ｚの中心と中心との間隔として規定することができる。
このように、本実施形態による光電変換装置においては、マイクロレンズ６０及びカラーフィルタ５０が画素領域１４の全体に渡って均一な配列ピッチで配置されている一方、画素２２は場所により異なる配列ピッチで配置されている。
本実施形態の光電変換装置において、画素２２の配列ピッチｐｉｔｃｈ１，ｐｉｔｃｈ２，ｐｉｔｃｈ３は、以下の関係を有している。
ｐｉｔｃｈ１＞ｐｉｔｃｈ３＞ｐｉｔｃｈ２
マイクロレンズ６０及びカラーフィルタ５０の配列ピッチｐｉｔｃｈ０は、例えば画素領域１４と図示しない撮像光学系との間の光学的な位置関係に応じて適宜設定されうる。一例では、配列ピッチｐｉｔｃｈ０は、配列ピッチｐｉｔｃｈ２よりも広い。また、一例では、配列ピッチｐｉｔｃｈ０は、配列ピッチｐｉｔｃｈ１よりも狭い。つまり、配列ピッチｐｉｔｃｈ１，ｐｉｔｃｈ２，ｐｉｔｃｈ０は、以下の関係を有している。
ｐｉｔｃｈ１＞ｐｉｔｃｈ０＞ｐｉｔｃｈ２
ここでは説明の簡略化のため、マイクロレンズ６０及びカラーフィルタ５０の配列ピッチｐｉｔｃｈ０と画素２２の配列ピッチｐｉｔｃｈ３とは等しいものとする。ｐｉｔｃｈ１＞ｐｉｔｃｈ０＞ｐｉｔｃｈ３であってもよいし、ｐｉｔｃｈ２＜ｐｉｔｃｈ０＜ｐｉｔｃｈ３であってもよい。
なお、ここでは画素群２に属する画素２２のＸ方向に沿った配列ピッチと画素群３に属する画素２２のＸ方向に沿った配列ピッチとを互いに等しい配列ピッチｐｉｔｃｈ２として説明したが、これら配列ピッチは必ずしも同じである必要はない。画素群２に属する画素２２のＸ方向に沿った配列ピッチ及び画素群３に属する画素２２のＸ方向に沿った配列ピッチの各々は、配列ピッチｐｉｔｃｈ０，ｐｉｔｃｈ１，ｐｉｔｃｈ３に対して、上述の配列ピッチｐｉｔｃｈ２と同様の関係を有していればよい。
同様に、ここでは画素群４に属する画素２２のＸ方向に沿った配列ピッチと画素群５に属する画素２２のＸ方向に沿った配列ピッチとを互いに等しい配列ピッチｐｉｔｃｈ３として説明したが、これら配列ピッチは必ずしも同じである必要はない。画素群４に属する画素２２のＸ方向に沿った配列ピッチ及び画素群５に属する画素２２のＸ方向に沿った配列ピッチの各々は、配列ピッチｐｉｔｃｈ０，ｐｉｔｃｈ１，ｐｉｔｃｈ２に対して、上述の配列ピッチｐｉｔｃｈ３と同様の関係を有していればよい。
光電変換部ＰＤの開口領域のＸ方向の幅ｚは、画素領域１４を構成する総ての画素２２において同じである。これは、光電変換部ＰＤの開口領域の面積を同じにして、光電変換部ＰＤの開口領域のサイズの違いに起因する画素２２の特性の不均一化を抑制するためである。本実施形態による光電変換装置では、Ｘ方向に隣り合う画素２２のメタル配線（金属層４２）の間隔によって、画素２２の配列ピッチｐｉｔｃｈ１，ｐｉｔｃｈ２，ｐｉｔｃｈ３を調整している。
すなわち、画素群４及び画素群５において、Ｘ方向に隣り合う画素２２のメタル配線の間隔は、間隔ｓに設定されている。画素群１において、Ｘ方向に隣り合う画素２２のメタル配線の間隔は、間隔ｓよりも広い間隔ｓ＋ｗに設定されている。画素群２及び画素群３において、Ｘ方向に隣り合う画素２２のメタル配線の間隔は、間隔ｓよりも狭い間隔ｓ′（＝ｓ－ｗ／ｎ）に設定されている。画素群２と画素群１及び画素群４との間、並びに、画素群３と画素群１及び画素群５との間においてＸ方向に隣り合う画素２２のメタル配線の間隔も、間隔ｓ′である。なお、幅ｗについては後述する。
ここで、ｎは、画素群４と画素群５との間の領域において、Ｘ方向に並ぶ画素２２の数である。別の言い方をすると、ｎは、画素群４と画素群５との間に配された画素列の数である。図２の例において、ｎは６である。
Ｘ方向に隣り合う画素２２のメタル配線の間隔をこのように調整することで、光電変換部ＰＤの開口領域のＸ方向の幅ｚを一定にしつつ、画素２２の配列ピッチｐｉｔｃｈ１，ｐｉｔｃｈ２，ｐｉｔｃｈ３を上記の関係に設定することができる。画素２２の配列ピッチｐｉｔｃｈ１，ｐｉｔｃｈ２，ｐｉｔｃｈ３をこのように設定することで、画素群１、画素群２及び画素群３における画素２２のＸ方向の幅は、画素群４及び画素群５における画素２２のＸ方向の幅をｘとすると、ｘ－ｗ／ｎと表される。
図２では簡略化のため、画素２２の配列ピッチが最小となる画素群２及び画素群３をそれぞれ２つの画素列で構成しているが、画素群２及び画素群３を構成する画素列の数を更に増加してもよい。このように構成することで、二重露光エリア１８における金属層４２間のスペースを広くするための幅ｗをより容易に確保することができる。
光電変換部ＰＤの開口領域のＸ方向の幅ｚやＸ方向に隣り合う画素２２の間隔ｓ，ｓ′，ｓ＋ｗを規定するメタル配線としては、金属層４２により構成される出力線２４や所定の電源電圧を供給する電源線（ＶＤＤ配線やＧＮＤ配線）が挙げられる。
次に、二重露光エリア１８を介して隣接する画素２２のメタル配線の間隔を広げる理由について、図４を用いて説明する。図４は、金属層４２を形成する際のフォトリソグラフィ工程に使用されるフォトマスク（レチクルとも言う）と半導体基板上に形成されるパターンの例を示す模式図である。実際のパターン露光時には半導体基板とフォトマスクとの間にレンズが配置されフォトマスク上のパターンが半導体基板に縮小投影されるが、ここでは説明を簡略化するためにフォトマスク上のパターンと半導体基板上のパターンとを同一のサイズで描いている。
図４には、課題を明確に示すために、参考例として、隣接する画素２２のメタル配線の間隔が等しくなるように画素２２を等ピッチで配列した場合を示している。すなわち、隣接する画素２２のメタル配線の間隔は、二重露光エリア１８を含む総てのエリアにおいて間隔ｓとなるように、フォトマスク上のパターンがデザインされているものとする。
金属層４２のパターニングには、例えばポジ型のフォトレジスト（図示せず）が用いられる。クロムなどの遮光部材からなる所定のパターンが描かれたフォトマスクを介してフォトレジスト膜を露光し、現像することで、露光されなかった部分のフォトレジストが選択的に残り、フォトマスク上のパターンがフォトレジスト膜に転写される。このようにしてパターニングしたフォトレジスト膜をマスクとして下地の金属層をエッチングすることにより、所定のパターンを有する金属層４２を形成することができる。
金属層４２のパターンの露光には、図４に示すように、左露光エリア１６Ｌを露光するためのフォトマスク７０Ｌと、右露光エリア１６Ｒを露光するためのフォトマスク７０Ｒとが用いられる。フォトマスク７０Ｌは、左露光エリア１６Ｌに配されるメタル配線に対応する配線パターン７２Ｌと、左露光エリア１６Ｌの右露光エリア１６Ｒ側の端部を規定する遮光パターン７４Ｌと、を有する。同様に、フォトマスク７０Ｒは、右露光エリア１６Ｒに配されるメタル配線に対応する配線パターン７２Ｒと、右露光エリア１６Ｒの左露光エリア１６Ｌ側の端部を規定する遮光パターン７４Ｒと、を有する。遮光パターン７４Ｌの左露光エリア１６Ｌ側の端部と遮光パターン７４Ｒの右露光エリア１６Ｒ側の端部との間の領域が、二重露光エリア１８となる。
図４には、二重露光エリア１８のパターンが異なる２種類のマスクセット、すなわちマスクセット１及びマスクセット２を示している。マスクセット１とマスクセット２とは、配線パターン７２Ｌ及び配線パターン７２Ｒは同じであるが、遮光パターン７４Ｌ及び遮光パターン７４Ｒが異なっている。
すなわち、マスクセット１において、フォトマスク７０Ｌの遮光パターン７４Ｌの左露光エリア１６Ｌ側の端部は、フォトマスク７０Ｒの配線パターン７２Ｒの左露光エリア１６Ｌ側の端部と一致するようにデザインされている。また、マスクセット１において、フォトマスク７０Ｒの遮光パターン７４Ｒの右露光エリア１６Ｒ側の端部は、フォトマスク７０Ｌの配線パターン７２Ｌの右露光エリア１６Ｒ側の端部と一致するようにデザインされている。
一方、マスクセット２において、フォトマスク７０Ｌの遮光パターン７４Ｌの左露光エリア１６Ｌ側の端部は、フォトマスク７０Ｒの配線パターン７２Ｒの左露光エリア１６Ｌ側の端部よりも左露光エリア１６Ｌ側に位置するようにデザインされている。また、マスクセット２において、フォトマスク７０Ｒの遮光パターン７４Ｒの右露光エリア１６Ｒ側の端部は、フォトマスク７０Ｌの配線パターン７２Ｌの右露光エリア１６Ｒ側の端部よりも右露光エリア１６Ｒ側に位置するようにデザインされている。
まず、マスクセット１を用いた場合の課題について説明する。ここでは、マスクセット１のフォトマスク７０Ｌを用いて左露光エリア１６Ｌの露光を行った後、マスクセット１のフォトマスク７０Ｒを用いて右露光エリア１６Ｒの露光を行う場合を想定する。
フォトマスク７０Ｌを用いて左露光エリア１６Ｌの露光を行うことにより、左露光エリア１６Ｌに設けられたフォトレジスト膜には、フォトマスク７０Ｌに設けられたパターンに応じた潜像が形成される。このとき、右露光エリア１６Ｒのうち、遮光パターン７４Ｌの左露光エリア１６Ｌ側の端部よりも右側の領域は光が透過しないため、この領域のフォトレジスト膜は露光されない。
次に、フォトマスク７０Ｒを用いて右露光エリア１６Ｒの露光を行うことにより、右露光エリア１６Ｒに設けられたフォトレジスト膜には、フォトマスク７０Ｒのパターンに応じた潜像が形成される。このとき、左露光エリア１６Ｌのうち、遮光パターン７４Ｒの右露光エリア１６Ｒ側の端部よりも左側に位置する領域は光が透過しないため、この領域のフォトレジスト膜は露光されない。
このとき、フォトマスク７０Ｌとフォトマスク７０Ｒとの間に位置ずれがなければ、左露光エリア１６Ｌの露光時に配線パターン７２Ｒと重なる領域が露光されたり、右露光エリア１６Ｒの露光時に配線パターン７２Ｌと重なる領域が露光されたりすることはない。したがって、フォトマスク７０Ｌ及びフォトマスク７０Ｒに形成されたパターンに応じたサイズのメタル配線４２Ｌ，４２Ｒを形成することができる。
ところが、フォトマスク７０Ｌとフォトマスク７０Ｒとの間に位置ずれが生じると、左露光エリア１６Ｌの露光時に配線パターン７２Ｒの形成領域が露光されたり、右露光エリア１６Ｒの露光時に配線パターン７２Ｌの形成領域が露光されたりすることがある。すなわち、図４の状態よりもフォトマスク７０Ｒが左側にずれた場合、配線パターン７２Ｌに対応する領域の少なくとも一部が、遮光パターン７４Ｒによって覆われなくなる。また、配線パターン７２Ｒに対応する領域の少なくとも一部が、遮光パターン７４Ｌによって覆われなくなる。これにより、メタル配線４２Ｌ，４２Ｒの配線幅が、フォトマスク７０Ｌ及びフォトマスク７０Ｒに形成されたパターンに応じたサイズよりも細くなってしまう。
その結果、二重露光エリア１８を挟んで隣接する画素２２－１，２２－２のメタル配線４２Ｌ，４２Ｒの配線幅が、その他のエリアのメタル配線の配線幅よりも細くなり、配線抵抗の増大や配線容量の面内ばらつきを生じ、画素特性の不均一化が生じてしまう。
メタル配線のパターンの不均一化を低減するために、マスクセット２のようなパターンを採用することが考えられる。マスクセット２では、前述のように、フォトマスク７０Ｌの遮光パターン７４Ｌの左露光エリア１６Ｌ側の端部が、フォトマスク７０Ｒの配線パターン７２Ｒの左露光エリア１６Ｌ側の端部よりも左露光エリア１６Ｌ側に位置するようにデザインしている。また、フォトマスク７０Ｒの遮光パターン７４Ｒの右露光エリア１６Ｒ側の端部が、フォトマスク７０Ｌの配線パターン７２Ｌの右露光エリア１６Ｒ側の端部よりも右露光エリア１６Ｒ側に位置するようにデザインしている。したがって、仮にフォトマスク７０Ｌとフォトマスク７０Ｒとの間の位置ずれが生じても、そのずれ量が配線パターン７２の端部と遮光パターン７４の端部との間のずらし量以下の場合には、メタル配線４２Ｌ，４２Ｒの配線幅が細くなることはない。
しかしながら、配線パターン７２Ｌと遮光パターン７４Ｌとの間の間隔及び配線パターン７２Ｒと遮光パターン７４Ｒとの間の間隔を近づけすぎると、これらパターンの間を抜くことができず、メタル配線４２Ｌとメタル配線４２Ｒとが短絡してしまうことがある。また、図４の状態よりもフォトマスク７０Ｒが右側にずれた場合には、平面視において遮光パターン７４Ｌと遮光パターン７４Ｒとが繋がってしまい、結果としてメタル配線４２Ｌとメタル配線４２Ｒとが短絡してしまうことがある。
そこで、本実施形態においては、二重露光エリア１８を挟んで隣接する２つの画素２２－１と画素２２－２との間のメタル配線４２Ｒとメタル配線４２Ｌとの間隔がｓ＋ｗとなるように、フォトマスク７０Ｌ，７０Ｒ上のパターンをデザインしている。具体的には、図５に示すように、上述のマスクセット２のデザインにおいて、平面視における配線パターン７２Ｌと配線パターン７２Ｒとの間の間隔をｓ＋ｗとしている。このように構成することで、配線パターン７２Ｌと遮光パターン７４Ｌとの間の間隔及び配線パターン７２Ｒと遮光パターン７４Ｒとの間の間隔を広げることができる。したがって、仮にフォトマスク７０Ｌとフォトマスク７０Ｒとの間に位置ずれが生じた場合にも、メタル配線４２Ｌ，４２Ｒの配線幅の変動を抑制しつつ、メタル配線４２Ｌとメタル配線４２Ｒとの間の短絡をも防止することができる。
本実施形態において、遮光パターン７４Ｌ，７４Ｒは、マスクセット２の場合と同様、フォトマスク７０Ｌとフォトマスク７０Ｒとの間に許容される最大の位置ずれが生じた場合にもメタル配線４２Ｌ，４２Ｒの配線幅が細くならないようにデザインする。すなわち、フォトマスク７０Ｌとフォトマスク７０Ｒとの間に許容される最大の位置ずれが生じた場合にも、遮光パターン７４Ｌと配線パターン７２Ｒとが重なり、遮光パターン７４Ｒと配線パターン７２Ｌとが重なるようにデザインする。その上で、幅ｗは、フォトマスク７０Ｌとフォトマスク７０Ｒとの間に許容される最大の位置ずれが生じた場合にも遮光パターン７４Ｌと遮光パターン７４Ｒとの間の間隔として最小加工寸法以上の間隔を確保できるように、適宜設定すればよい。
二重露光エリア１８を挟んで隣接するメタル配線４２Ｒとメタル配線４２Ｌとの間の間隔は、画素群１の画素２２における光電変換部ＰＤの開口部の幅ｚを調整することによって広げることも可能である。しかしながら、この場合、画素群１の画素２２における光電変換部ＰＤの開口部の幅ｚを大幅に縮小する必要があり、画素群１に属する画素の特性と他の画素群に属する画素２２の特性との均一性が損なわれてしまう。
そこで、本実施形態においては、画素群２及び画素群３における画素２２の配列ピッチを狭め、その分を画素群１における画素２２の配列ピッチを広げることに充当している。このように構成することで、画素２２の特性が不均一になるのを抑制しつつ、メタル配線４２Ｌ，４２Ｒの配線幅の変動やメタル配線４２Ｌとメタル配線４２Ｒとの間の短絡を防止することが可能となる。
画素群２及び画素群３における画素２２の配列ピッチｐｉｔｃｈ２を縮小する場合、光電変換部ＰＤの開口部の幅ｚを狭めるよりも、隣接する画素２２のメタル配線間の間隔ｓ′を狭める方が望ましい。これは、画素群１の画素２２の場合と同様、画素２２の特性が不均一になるのを抑制するうえで好ましいからである。
画素群２及び画素群３を構成する画素２２の数が多いほど、二重露光エリア１８を挟んで隣接するメタル配線４２Ｒとメタル配線４２Ｌとの間の間隔を容易に広げることができる。また、画素群２及び画素群３を構成する画素２２の数が多いほど、１画素当たりの配列ピッチを狭める量を減らすことができ、画素特性の均一性が向上する。ただし、画素群１、画素群２及び画素群３が配される領域は、画素領域１４への光線の入射角度をも考慮して決定することが望ましい。
図６は、瞳距離３５ｍｍ、Ｆ値１０の結像レンズを通して光電変換装置１００に光を入射した場合における画素の出力を示すグラフである。横軸はＸ方向に沿った画素２２の位置（画素座標）を示し、縦軸は画素出力（感度）の相対値を示している。
図６に示すように、画素領域１４の中央近傍のおよそ１０％の領域に配された画素２２の出力は大きく変化しておらずほぼ一定である。これは、画素領域１４の中央近傍では画素２２に対して光線がほぼ垂直に入射しており、金属層４２によって画素２２への光線の入射が妨げられていないことを示している。
このように、カメラの結像レンズや複写機の縮小光学系を通った光線は、画素領域１４の中央近傍では素子面に対して略垂直に入射するため、画素２２の配列ピッチが仮に変則的であったとしても画素特性に与える影響は小さい。したがって、配列ピッチを変更する画素群１、画素群２及び画素群３は、画素領域１４の中央近傍に配置することが望ましい。一つの目安として、画素群１、画素群２及び画素群３は、画素領域１４の分割方向（Ｘ方向）の中央部に位置し画素領域１４のうちのおよそ１０％以下の面積を占めるエリアに配置されていることが望ましい。
このように、本実施形態によれば、画素特性の均一性を損なうことなく分割露光の際の位置合わせマージンを確保することができ、良質な画像を取得しうる光電変換装置を安定して製造することができる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による光電変換装置及びその製造方法について、図７を用いて説明する。第１実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
第１実施形態では３種類の配列ピッチで画素２２を配列したが、画素２２の配列ピッチは必ずしも３種類である必要はない。本実施形態では２種類の配列ピッチで画素２２を配列した例を説明する。
図７は、本実施形態による光電変換装置の構成例を示す断面図である。本実施形態においては、図７に示すように、二重露光エリア１８を挟んで隣接する２つの画素列に属する画素２２を、画素群１と定義するものとする。また、画素群１の一方の側に隣接する複数の画素列に属する画素２２を、画素群２と定義するものとする。また、画素群１の他方の側に隣接する複数の画素列に属する画素２２を、画素群３と定義するものとする。
画素領域１４を構成する画素列の数をｍとすると、画素群１を構成する画素列の数は２であり、画素群２を構成する画素列の数と画素群３を構成する画素列の数との合計はｍ－２である。画素群２を構成する画素列の数と画素群３を構成する画素列の数とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
図７には、画素群１に属する画素２２として、露光エリアの分割方向（Ｘ方向）に並ぶ画素２２－１，２２－２を示している。また、画素群２に属する一部の画素２２として、Ｘ方向に並ぶ画素２２－３，２２－５，２２－７，２２－９を示している。また、画素群３に属する一部の画素２２として、Ｘ方向に並ぶ画素２２－４，２２－６，２２－８，２２－１０を示している。
画素群１に属する画素２２は、露光エリアの分割方向（Ｘ方向）に沿った配列ピッチが配列ピッチｐｉｔｃｈ１′となるように配置されている。画素群２及び画素群３に属する画素２２は、Ｘ方向に沿った配列ピッチが配列ピッチｐｉｔｃｈ２′となるように配置されている。ここで、画素２２の配列ピッチｐｉｔｃｈ１′，ｐｉｔｃｈ２′は、以下の関係を有している。
ｐｉｔｃｈ１′＞ｐｉｔｃｈ２′
これに対し、マイクロレンズ６０及びカラーフィルタ５０は、画素領域１４の全体に渡って、Ｘ方向に沿った配列ピッチが一定の配列ピッチｐｉｔｃｈ０となるように配置されている。
マイクロレンズ６０及びカラーフィルタ５０の配列ピッチｐｉｔｃｈ０は、例えば画素領域１４と図示しない撮像光学系との間の光学的な位置関係に応じて適宜設定されうる。一例では、配列ピッチｐｉｔｃｈ０は、配列ピッチｐｉｔｃｈ２′よりも広く、配列ピッチｐｉｔｃｈ１′よりも狭い。ここでは説明の簡略化のため、マイクロレンズ６０及びカラーフィルタ５０の配列ピッチｐｉｔｃｈ０は、第１実施形態に示した画素２２の配列ピッチｐｉｔｃｈ３と等しいものとする。
画素群２及び画素群３において、Ｘ方向に隣り合う画素２２のメタル配線の間隔は、第１実施形態に示した間隔ｓよりも狭い間隔ｓ″（＝ｓ－ｗ′／ｍ）に設定されている。画素群１においては、Ｘ方向に隣り合う画素２２のメタル配線の間隔は、ｓ″よりも広い間隔ｓ″＋ｗ′に設定されている。画素群２と画素群１との間、並びに、画素群３と画素群１との間においてＸ方向に隣り合う画素２２のメタル配線の間隔は、間隔ｓ″である。
画素２２の配列ピッチを変更する場合、第１実施形態において説明したように、画素領域１４の中央近傍に配された画素２２の配列ピッチを選択的に変更することが望ましい。しかしながら、画素領域１４の中央近傍から端部に至る領域に多数の画素２２が配置されている場合、二重露光エリア１８を除く画素領域１４の全体に渡って画素２２の配列ピッチを縮小することで、１画素当たりの配列ピッチを狭める量を減らすことができる。すなわち、間隔ｓ″は上述のようにｓ－ｗ′／ｍで表されることから、画素列の数ｍが増加するほどに、間隔ｓ″を間隔ｓに近づけることができる。
したがって、光電変換装置をこのように構成することによっても、金属層４２によって光線の入射が妨げられることを抑制することができ、画素２２の配列ピッチを狭めることによる画素特性の不均一化を抑制することが可能である。
このように、本実施形態によれば、画素特性の均一性を損なうことなく分割露光の際の位置合わせマージンを確保することができ、良質な画像を取得しうる光電変換装置を安定して製造することができる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による光電変換装置及びその製造方法について、図８乃至図１０を用いて説明する。第１及び第２実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図８乃至図１０は、本実施形態による光電変換装置の構成例を示す断面図である。
本実施形態による光電変換装置は、カラーフィルタ５０の構成が異なるほかは、第１又は第２実施形態による光電変換装置と同様である。
すなわち、図８に示す光電変換装置は、図２に示す第１実施形態の光電変換装置において、Ｘ方向（行方向）に沿って、青色のカラーフィルタ５０Ｂと、緑色のカラーフィルタ５０Ｇと、赤色のカラーフィルタ５０Ｒとを、この順番で繰り返し配置したものである。この配列においては、図示しないＹ方向（列方向）においても、青色のカラーフィルタ５０Ｂと、緑色のカラーフィルタ５０Ｇと、赤色のカラーフィルタ５０Ｒとを、この順番で繰り返し配置することができる。この場合、Ｘ方向及びＹ方向において並ぶ３つの画素のカラーフィルタは、互いに異なる透過波長帯域を有する。
また、図９に示す光電変換装置は、図２に示す第１実施形態の光電変換装置において、青色のカラーフィルタ５０Ｂと、緑色のカラーフィルタ５０Ｇと、赤色のカラーフィルタ５０Ｒとにより、ベイヤー配列のカラーフィルタアレイを構成したものである。図９に示す断面には、Ｘ方向（行方向）に沿って緑色のカラーフィルタ５０Ｇと赤色のカラーフィルタ５０Ｒとがこの順番で繰り返し配列されている画素行を示している。図示は省略するが、図９に示す画素行に隣接する画素行においては、緑色のカラーフィルタ５０Ｇと、青色のカラーフィルタ５０Ｂとが、この順番で繰り返し配置されている。
また、図１０に示す光電変換装置は、図７に示す第２実施形態の光電変換装置において、Ｘ方向（行方向）に沿って、青色のカラーフィルタ５０Ｂと、緑色のカラーフィルタ５０Ｇと、赤色のカラーフィルタ５０Ｒとを、この順番で繰り返し配置したものである。なお、図７に示す第２実施形態の光電変換装置において、図９と同様のベイヤー配列のカラーフィルタアレイを構成してもよい。
図８乃至図１０に示す光電変換装置のように、隣接する画素２２に透過波長帯域の異なるカラーフィルタ５０が配置されている場合、入射光が金属層４２により散乱されることによって混色を生じることがある。例えば、図８の画素２２－２に対応する緑色のカラーフィルタ５０Ｇを介して入射した光線が金属層４２で散乱されて右隣の画素２２－１に入射すると、画素２２－１において緑と赤の混色が生じうる。また、図８の画素２２－２に対応する緑色のカラーフィルタ５０Ｇを介して入射した光線が金属層４２で散乱されて左隣の画素２２－４に入射すると、画素２２－４において緑と青の混色が生じうる。
しかしながら、第１実施形態において説明したように、カメラの結合レンズや複写機の縮小光学系を通過した光線は、画素領域１４の中央近傍では撮像素子面に対してほぼ垂直に入射する。したがって、画素領域１４の中央近傍に配された画素群１、画素群２、画素群３において隣り合う画素２２の配列ピッチが仮に変則的であったとしても、金属層４２によって光線の入射が妨げられたり光線の散乱が生じたりすることはない。また、配列ピッチが場所により異なることに起因して混色の影響が面内で変化することもない。したがって、第１実施形態による光電変換装置は、透過波長帯域の異なる複数種類のカラーフィルタを備えた光電変換装置に適用した場合にも、混色のない良質な画像を取得することが可能である。
また、第２実施形態による光電変換装置においては、二重露光エリア１８を除く画素領域１４の全体に渡って画素２２の配列ピッチを縮小することで、１画素当たりの配列ピッチを狭める量を減らしている。これにより、二重露光エリア１８を介して隣接する画素２２の配列ピッチを広げた場合に、他の画素２２の間における配列ピッチに与える影響を抑制し、金属層４２によって光線の入射が妨げられたり光線の散乱が生じたりするのを防止することができる。また、配列ピッチが場所により異なることに起因して混色の影響が面内で変化することもない。したがって、第２実施形態による光電変換装置は、透過波長帯域の異なる複数種類のカラーフィルタを備えた光電変換装置に適用した場合にも、混色のない良質な画像を取得することが可能である。
このように、本実施形態によれば、画素特性の均一性を損なうことなく分割露光の際の位置合わせマージンを確保することができ、良質な画像を取得しうる光電変換装置を安定して製造することができる。
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による光電変換装置及びその製造方法について、図１１乃至図１３を用いて説明する。第１乃至第３実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１１及び図１２は、本実施形態による光電変換装置の構成例を示す断面図である。図１３は、光電変換装置に対して構成する入射光学系の一例を示す概略図である。
本実施形態による光電変換装置は、マイクロレンズ６０及びカラーフィルタ５０の配列ピッチｐｉｔｃｈ０が、画素領域１４の全体における画素２２の平均配列ピッチよりも小さい点で、図９及び図１０に示す第３実施形態による光電変換装置とは異なっている。すなわち、本実施形態による光電変換装置は、マイクロレンズアレイ及びカラーフィルタアレイの平面視におけるサイズが、画素領域１４に対して１未満の倍率で縮小されている。
図１１は、図９に示した第３実施形態による光電変換装置に、本実施形態の構成を適用した光電変換装置である。図９に示した第３実施形態による光電変換装置において、画素領域１４の全体における画素２２の平均配列ピッチは、画素群４及び画素群５における配列ピッチｐｉｔｃｈ３に等しい。すなわち、図１１に示す本実施形態による光電変換装置において、配列ピッチｐｉｔｃｈ０，ｐｉｔｃｈ１，ｐｉｔｃｈ２，ｐｉｔｃｈ３は、以下の関係を有している。
ｐｉｔｃｈ１＞ｐｉｔｃｈ３＞ｐｉｔｃｈ２
ｐｉｔｃｈ３＞ｐｉｔｃｈ０
図１２は、図１０に示した第３実施形態による光電変換装置に、本実施形態の構成を適用した光電変換装置である。図１０に示した第３実施形態による光電変換装置において、画素領域１４の全体における画素２２の平均配列ピッチは、画素群２及び画素群３における配列ピッチｐｉｔｃｈ２′にほぼ等しい。すなわち、図１２に示す本実施形態による光電変換装置において、配列ピッチｐｉｔｃｈ０，ｐｉｔｃｈ１′，ｐｉｔｃｈ２′は、以下の関係を有している。
ｐｉｔｃｈ１′＞ｐｉｔｃｈ２′＞ｐｉｔｃｈ０
図１３は、光電変換装置１００に対して構成する入射光学系の一例を示す概略図である。結像レンズ１１０は、例えばカメラの結合レンズや複写機の縮小光学系を構成する光学系である。被写体１２０により反射された光線は、結像レンズ１１０を介して光電変換装置１００の画素領域１４に入射する。その際、結像レンズ１１０を通過した光線は、図１３に示すように、画素領域１４の端部側に入射する光線ほど、光電変換装置１００の画素領域１４の法線方向に対する傾斜角度が大きくなる。そのため、マイクロレンズアレイ及びカラーフィルタアレイの平面視におけるサイズを画素領域１４に対して１未満の倍率で縮小することにより、特に画素領域１４の端部の画素２２において、光電変換部ＰＤに光線を効率よく導くことが可能となる。
したがって、本実施形態による光電変換装置の構成によれば、画素領域１４の端部の画素２２においても、金属層４２によって光線の入射が妨げられたり光線の散乱が生じたりするのを抑制することができ、より良質な画像を取得することが可能となる。
このように、本実施形態によれば、画素特性の均一性を損なうことなく分割露光の際の位置合わせマージンを確保することができ、良質な画像を取得しうる光電変換装置を安定して製造することができる。
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による撮像システムについて、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
上記第１乃至第４実施形態で述べた光電変換装置１００は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機やファックス、スキャナーなどの画像読み取り装置、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図１４には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。
図１４に例示した撮像システム２００は、撮像装置２０１、被写体の光学像を撮像装置２０１に結像させるレンズ２０２、レンズ２０２を通過する光量を可変にするための絞り２０４、レンズ２０２の保護のためのバリア２０６を有する。レンズ２０２及び絞り２０４は、撮像装置２０１に光を集光する光学系である。撮像装置２０１は、第１乃至第４実施形態のいずれかで説明した光電変換装置１００であって、レンズ２０２により結像された光学像を画像データに変換する。
撮像システム２００は、また、撮像装置２０１より出力される出力信号の処理を行う信号処理部２０８を有する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換を行う。また、信号処理部２０８はその他、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部２０８の一部であるＡＤ変換部は、撮像装置２０１が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、撮像装置２０１とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、撮像装置２０１と信号処理部２０８とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。
撮像システム２００は、さらに、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部２１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）２１２を有する。さらに撮像システム２００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体２１４、記録媒体２１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）２１６を有する。なお、記録媒体２１４は、撮像システム２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
さらに撮像システム２００は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部２１８、撮像装置２０１と信号処理部２０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部２２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム２００は少なくとも撮像装置２０１と、撮像装置２０１から出力された出力信号を処理する信号処理部２０８とを有すればよい。
撮像システム２００を、複写機、ファックス、スキャナーなどの画像読み取り装置として構成する場合、被写体（例えば原稿）と撮像装置２０１とを相対移動させる移動手段を更に有してもよい。
撮像装置２０１は、撮像信号を信号処理部２０８に出力する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部２０８は、撮像信号を用いて、画像を生成する。
このように、本実施形態によれば、第１乃至第４実施形態による光電変換装置１００を適用した撮像システムを実現することができる。
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態による撮像システム及び移動体について、図１５を用いて説明する。図１５は、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
図１５（ａ）は、車載カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム３００は、撮像装置３１０を有する。撮像装置３１０は、上記第１乃至第４実施形態のいずれかに記載の光電変換装置１００である。撮像システム３００は、撮像装置３１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部３１２と、撮像システム３００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部３１４を有する。また、撮像システム３００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部３１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部３１８と、を有する。ここで、視差取得部３１４や距離取得部３１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部３１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated circuit）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
撮像システム３００は車両情報取得装置３２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ３３０が接続されている。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ３３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム３００で撮像する。図１５（ｂ）に、車両前方（撮像範囲３５０）を撮像する場合の撮像システムを示した。車両情報取得装置３２０が、撮像システム３００ないしは撮像装置３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。
上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。さらに、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
また、上記実施形態では、画素領域１４を露光エリアの分割方向に沿って５つの画素群又は３つの画素群に分け、隣接する画素群において画素２２の配列ピッチが異なるように構成したが、画素領域１４を分割する画素群の数はこれらに限定されるものではない。
また、上記実施形態では、露光エリアの分割方向に沿って画素２２の配列ピッチを段階的に変化するように構成したが、画素２２の配列ピッチを連続的に変化するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、画素２２の配列ピッチを規定するレイヤとして、代表的に金属層４２を例示して説明を行ったが、他のレイヤのフォトリソグラフィにおいても画素２２の配列ピッチに応じて適宜パターンが変更されうる。例えば、光電変換部ＰＤの位置は、マイクロレンズ６０や金属層４２の開口領域の位置を考慮して画素２２毎に決定することができる。
また、上記実施形態に示した光電変換装置は、画像の取得を目的とした装置、すなわち撮像装置として用いることができる。また、上記実施形態に示した光電変換装置の適用例は必ずしも撮像装置に限定されるものではなく、例えば上記第６実施形態で説明したような測距を目的とする装置に適用する場合にあっては、必ずしも画像を出力する必要はない。このような場合、当該装置は、光情報を所定の電気信号に変換する光電変換装置と言うことができる。撮像装置は、光電変換装置の１つである。
また、上記第５及び第６実施形態に示した撮像システムは、本発明の光電変換装置を適用しうる撮像システム例を示したものであり、本発明の光電変換装置を適用可能な撮像システムは図１４及び図１５に示した構成に限定されるものではない。
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
１０…チップ領域
１２…デバイス形成領域
１４…画素領域
１６Ｌ…左露光エリア
１６Ｒ…右露光エリア
１８…二重露光エリア
２０…中心線
３０…シリコン基板
３２…素子分離領域
４０…絶縁膜
４２…金属層
５０…カラーフィルタ
５２…マイクロレンズ
７０Ｌ，７０Ｒ…フォトマスク
７２Ｌ，７２Ｒ…配線パターン
７４Ｌ，７４Ｒ…遮光パターン
１００…光電変換装置
２００，３００…撮像システム

Claims (13)

  1. 互いに隣り合う第１の領域及び第２の領域に、別々のフォトマスクを用いて同じ層のパターン露光を行う工程を有し、前記第１の領域及び前記第２の領域を含む画素領域に、光電変換部を各々が含む複数の画素と、前記複数の画素に各々が対応する複数のマイクロレンズと、を形成する光電変換装置の製造方法であって、
    前記第１の領域にパターン露光を行う第１のフォトマスクの露光エリアの一部と前記第２の領域にパターン露光を行う第２のフォトマスクの露光エリアの一部とが、前記第１の領域と前記第２の領域との境界部において重なるようにパターン露光を行う際に、
    前記第１の領域に、第４の領域と、前記第１のフォトマスクのパターン及び前記第２のフォトマスクのパターンが露光される二重露光エリアと前記第４の領域との間に位置する第３の領域と、を規定し、
    前記第２の領域に、第６の領域と、前記二重露光エリアと前記第６の領域との間に位置する第５の領域と、を規定し、
    前記複数の画素のうち、前記第１の領域及び前記第２の領域が並ぶ方向において互いに隣り合う前記第３の領域の第１の画素と前記第５の領域の第２の画素とを、前記二重露光エリアを介して第１の配列ピッチで形成し、
    前記複数の画素のうち、前記方向において互いに隣り合う前記第３の領域の２つの画素及び前記方向において互いに隣り合う前記第５の領域の２つの画素を、前記第１の配列ピッチよりも狭い第２の配列ピッチで形成し、
    前記複数の画素のうち、前記方向において互いに隣り合う前記第４の領域の２つの画素及び前記方向において互いに隣り合う前記第６の領域の２つの画素を、前記第１の配列ピッチよりも狭く前記第２の配列ピッチよりも広い第３の配列ピッチで形成し、
    前記第４の領域と前記第６の領域との間に配された画素列の数をｎとして、
    前記第４の領域及び前記第６の領域の各々において前記方向に隣り合う画素のメタル配線の間隔をｓで形成し、
    前記第１の画素のメタル配線と前記第２の画素のメタル配線との間隔を（ｓ＋ｗ）で形成し、
    前記第３の領域及び前記第５の領域の各々において前記方向に隣り合う画素のメタル配線の間隔を（ｓ－ｗ／ｎ）で形成し、
    前記第４の領域及び前記第６の領域の各々における画素の前記方向の幅をｘに設定し、
    前記第３の領域及び前記第５の領域の各々における画素の前記方向の幅を（ｘ－ｗ／ｎ）に設定し、
    前記複数のマイクロレンズのうち、互いに隣り合う前記第３の領域の前記第１の画素と前記第５の領域の前記第２の画素のそれぞれに対応する２つのマイクロレンズを、前記第１の配列ピッチよりも狭い配列ピッチで形成する
    ことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  2. 前記複数のマイクロレンズのうち、互いに隣り合う前記第３の領域の前記２つの画素及び互いに隣り合う前記第５の領域の前記２つの画素に対応する２つのマイクロレンズを、前記第２の配列ピッチよりも狭い配列ピッチで形成し、
    前記複数のマイクロレンズのうち、互いに隣り合う前記第４の領域の前記２つの画素及び互いに隣り合う前記第６の領域の前記２つの画素に対応する２つのマイクロレンズを、前記第３の配列ピッチよりも狭い配列ピッチで形成する
    ことを特徴とする請求項１記載の光電変換装置の製造方法。
  3. 前記画素領域における前記複数のマイクロレンズの平均配列ピッチは、前記第２の配列ピッチ及び前記第３の配列ピッチよりも大きい
    ことを特徴とする請求項１又は２記載の光電変換装置の製造方法。
  4. 前記複数の画素に各々が対応する複数のカラーフィルタを形成する工程を更に有し、
    前記複数のカラーフィルタのうち、前記第１の画素と前記第２の画素のそれぞれに対応する２つのカラーフィルタを、前記第１の配列ピッチよりも狭い配列ピッチで形成する
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
  5. 前記方向において並ぶ３つ画素の前記カラーフィルタは、互いに異なる透過波長帯域を有する
    ことを特徴とする請求項４記載の光電変換装置の製造方法。
  6. 前記第３の領域及び前記第５の領域は、前記画素領域の前記方向の中央部に位置し前記画素領域のうちの１０％以下の面積を占めるエリアに設けられている
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
  7. 前記第１の画素の光電変換部と前記第２の画素の光電変換部との間に配された絶縁体からなる素子分離領域の幅を、前記第１の領域の前記２つの画素のそれぞれの光電変換部の間に配された絶縁体からなる素子分離領域の幅、及び、前記第２の領域の前記２つの画素のそれぞれの光電変換部の間に配された絶縁体からなる素子分離領域の幅、よりも大きくする
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
  8. 前記複数の画素の各々は、前記光電変換部に入射光を取り込むための、金属層によって規定された開口領域を有し、
    前記第３の領域と前記第５の領域の境界を、前記方向において隣り合う画素の前記開口領域の間に形成する
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
  9. 前記複数の画素の前記開口領域の面積が同じである
    ことを特徴とする請求項８記載の光電変換装置の製造方法。
  10. 前記方向に隣り合う画素の前記金属層のパターンの間隔により、前記第１の配列ピッチ、前記第２の配列ピッチ及び前記第３の配列ピッチを規定する
    ことを特徴とする請求項８又は９記載の光電変換装置の製造方法。
  11. 前記金属層は、前記画素に電源電圧を供給する電源線又は前記画素の信号を出力する出力線である
    ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
  12. 前記光電変換部を有する半導体基板の前記方向における長さは３５ｍｍよりも大きい
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
  13. 前記画素領域の前記方向における長さは３３ｍｍよりも大きい
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
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