JPH01257901A - 固体撮像素子におけるマイクロ集光レンズ形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、テレビカメラ、ファクシミリ等に用いられる
固体撮像素子に用いることのできるマイクロ集光レンズ
の形成方法に関する。

〔従来の技術〕

ここ数年、固体↑層像素子は解像度及び感度を向上させ
る目的で、様々な技術が開発されているが、その一つと
して解像度を上げるために、固体撮像素子上にマトリッ
クス状に配置された感光部の画素数を多くする手段が用
いられている。しかしながら、単位面積当りの画素数を
増やしていくと、個々の画素上の感光部の受光面積が小
さくなることから感度の方を低下させてしまうという問
題が生じてくる。そこで、この問題を解決するために、
固体撮像素子の受光面にマイクロ集光レンズを設けて、
感光部へ入射する光の量を増やすことが一般に行なわれ
ている。第１図は、マイクロ集光レンズを受光面上に一
体的に形成している、従来の固体撮像素子７の断面を示
すものであって、１は光電変換部、２は信号転送部であ
る。

３は光電変換部１や信号転送部２表面の凹凸を緩和して
、その上にマイクロ集光レンズを形成し易くするために
設けられた平坦化層であって、アクリル系、ゴム系、ケ
イ皮酸ビニル系、その他の感光性透明樹脂を光架橋させ
て形成している。

４はマイクロ集光レンズで、これは入射光を光電変換部
１に集光させるために設けられるもので、平坦化層３の
上に感光性樹脂を塗布し、所定のマスクを介してプロキ
シミティあるいは、プロジェクション露光法によって光
電変換部１に対応するように露光し現像する、いわゆる
フォトリソグラフィー法によって形成していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のようなフォトリソグラフィー法に
よって形成されるマイクロ集光レンズは、第１図に示す
ように断面が台形状になり、充分な集光性を得ることが
できなかった。そこで、これを改善するために、パター
ニングされた樹脂層を熱フローによって球形に整える方
法も用いられているが、この方法によると、形成された
レンズの形状にばらつきが生じてしまう欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、以上述べたような従来技術の問題点を改善す
ると共に、固体撮像素子上に高精度なマイクロ集光レン
ズを容易に形成するための新規な方法を提供することを
目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のマイクロ集光レンズの形成方法は、固体撮像素
子と対応する形状の、表面が解放された透明成形型内に
紫外線硬化型の透明樹脂を充填し、次いで該透明成形型
の裏面より紫外線を照射することにより、前記透明樹脂
を紫外゛線硬化させて、マイクロ集光レンズを形成す条
ものである。

さらにマイクロ集光レンズを精度良く効率的に、固体撮
像素子上に形成するために、上記の方法において、紫外
線硬化型の透明樹脂を充填した透明成形型の表面を、固
体撮像素子表面に位置合わせした状態で紫外線を照射す
ることにより、固体撮像素子上に直接マイクロ集光レン
ズを形成するようにしたこと、および固体撮像素子表面
に層状に形成された紫外線硬化型の透明樹脂上に、透明
成形型の表面を押しつけることにより、該成形型内に透
明樹脂を充填し、次いで固体撮像素子上に透明成形型表
面を圧着したままの状態で、透明成形型裏面より紫外線
を照射して、固体撮像素子上に直接マイクロ集光レンズ
を形成するようにしたことである。

第２図は、本発明を実施するために用いられる、透明成
形型の断面図であって、これらガラスをフォトリソグラ
フィー法によって、エツチングしたり、透明なプラスチ
ック材を金型で成形加工するなどして作製することがで
きる。この場合、透明成形型５には、固体撮像素子に対
する位置合わせマークを設けておくと、後の位置決め作
業に便利である。透明成形型５には、マイクロ集光レン
ズの表面形状に合わせて、球面その他の形状に凹部５′
が設けられている。

紫外線硬化型の透明樹脂４′としては、ウレタンアクリ
レート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレ
ート、ポリエーテルアクリレート等のアクリロイル基を
もつ重合性オリゴマー、モノマーと、アクリル酸、アク
リルアミド、アクリロニトリル等の重合性ビニル基をも
つ重合性オリゴマー、モノマー等の単体あるいは、配合
したものを用いることができる。

〔作　用〕

次に図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。

第３図（Ａ）、　（Ｂ）、　（Ｃ）、　（Ｄ）は、本発
明の１実施例に係る、固体撮像素子７上にマイクロ集光
レンズを形成する工程を示す図であって、第３図（Ａ）
は、透明成形型５凹部５′に紫外線硬化型の透明樹脂４
′を充填した状態を示したものである。透明樹脂４′は
、凹部５′内ばかりでなく、同図のようにその外側の透
明成形型５表面も薄く被覆されるように、ロールコート
法、フローコート法、スピンコード法、スクイーダイン
グ法、スピンコード法により、透明成形型５に充填され
る。

第３図（Ｂ）は、マイクロ集光レンズを形成する前の、
固体撮像素子７の状態を示したもので、光電変換部１、
信号転送部２の上に、平坦化Ｎ３が形成されている。第
３図（Ｃ）は、第３図（Ｂ）の状態の固体撮像素子７上
に、紫外線硬化型の透明樹脂４′を充填済みの透明成形
型５を位置合わせして圧着した状態である。

この状態のまま、透明成形型５の裏面、すなわち第３図
（Ｃ）において透明成形型５の上方から、ＵＶ光源を用
いて紫外線を照射すると、紫外線は透明成形型５を透過
して、凹部５′内および該成形型５表面と平坦化層３の
間にある紫外線硬化型の透明樹脂４′を硬化させる。し
かる後に、固体撮像素子上から透明成形型５を取り外す
と、第３図（Ｄ）のように、マイクロ集光レンズ４が平
坦化層３上に形成される。

第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明の他の実施例
に係る、固体撮像素子７上にマイクロ集光レンズを形成
する工程を示す図であって、第４図（Ａ）は、固体撮像
素子７の平坦化層３上に、紫外線硬化型の透明樹脂４′
の層が形成された状態を示す。

第４図（Ｂ）は、平坦化層３上に形成された透明樹脂４
′の層に対して、透明成形型５が押しつけられると同時
に位置決めされて、透明成形型５内の凹部５′に侵入し
た透明樹脂４′が、マイクロ集光レンズ４の形状に成形
された状態である。

この状態のまま、透明成形型５の裏面、すなわち同図の
上方より紫外線を照射して、紫外線硬化型の透明樹脂４
′を硬化させる。

しかる後に、固体撮像素子７上から透明成形型５を取り
外すと、第４図（Ｃ）のように、マイクロ集光レンズ４
が平坦化層３上に形成される。

なお、撮像素子の外周領域にはポンディングパッドが形
成されているので、その上に残った樹脂はマイクロレン
ズ形成後に溶剤で除去しなければならない。そのために
は、透明成形型の電極に対応する部分を遮光するか或い
は嫌気硬化型の樹脂であれば、第６図の様に成形型を撮
像素子よりひとまわり小さくして、電極上の樹脂が硬化
しないように配慮する必要がある。

本発明の方法は、以上に説明したような、モノクロタイ
プの固体撮像素子のみならず、第５図に示すような、カ
ラーフィルター（６）が組み込まれたカラー固体撮像素
子７のマイクロ集光レンズの形成にも、同様に適用でき
ることは言うまでもない。

〔実施例〕

本発明の具体的な実施例は下記通りである。

■　ＣＣＤ固体撮像素子上に、ＦＶＲ（富士薬品製）を
２μｍの厚さに塗布した後、露光・現像を行い、平坦化
層を形成した。

一方、１ｒＩａ厚のガラス板に、フォトリソグラフィー
法を用いて撮像素子とピッチが合うようにレジスト層を
形成した後、硝酸とフッ化アンモニウムとの混合液で４
μｍの深さにエツチングして、透明成形型を作製した。

次に、作製した透明成形型内に、ウレタンアクリレート
系の紫外線硬化型透明樹脂層を、スピンコード法によっ
て形成した後、前記平坦化層が形成されている固体撮像
素子上に、透明成形型を位置合わせして圧着した。その
状態のままで、ＵＶ光源を用いて透明成形型裏面側から
紫外線を照射し、樹脂が硬化したのちに透明成形型を取
り外し、マイクロ集光レンズを固体撮像素子上に形成し
た。

■　ＣＣＤ固体撮像素子上に、ＦＶＲ（富士薬品型）を
２μｍの厚さに塗布した後、露光・現像を行い平坦化層
を形成し、その上にマイクロ集光レンズの材料として、
粘度５０センチポアズのウレタンアクリレート系の紫外
線硬化型透明樹脂を４μｍの厚さに塗布した。

一方、前記■と同様に、ＩＩＩＩＩ厚のガラス板に、フ
ォトリソグラフィー法を用いて撮像素子とピッチが合う
ようにレジスト層を形成した後、硝酸とフッ化アンモニ
ウムとの混合液で４μｍの深さにエツチングして透明成
形型を作製し、これを紫外線硬化型の透明樹脂を塗布し
である上記の固体撮像素子上に位置合わせして圧着し、
その状態のままで、ＵＶ光源を用いて透明成形型裏面側
から紫外線を照射し、樹脂が硬化したのちに透明成形型
を取り外し、マイクロ集光レンズを固体撮像素子上に形
成した。

上記実施例では、固体撮像素子がＣＣＤ撮像デバイスの
場合を例に上げて説明したが、ＭＯＳＦＥＴによって構
成される撮像デバイスであってもよいことは言うまでも
ない。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明の固体撮像素子におけるマ
イクロ集光レンズの形成方法によれば、透明成形型中で
、紫外線硬化型の透明樹脂を成形・硬化して、マイクロ
集光レンズを形成しているので、従来のフォトリソグラ
フィー法によって、固体撮像素子上にマイクロ集光レン
ズを形成する方法では難しかった、高精度のマイクロ集
光レンズを得ることが可能となり、また成形型に透明な
材料を用いることによって、固体撮像素子に対する成形
型の位置決め作業が容易となるので、固体撮像素子上の
正確な位置にマイクロ集光レンズを形成することができ
る。

しかも、本発明の方法によれば、固体撮像素子上に透明
成形型を位置決め・圧着した状態のまま、紫外線照射に
よって樹脂の硬化を行なうことができるため、マイクロ
集光レンズを形成する工程の能率化がはかれる。さらに
、固体撮像素子上に形成された平坦化層表面にあらかじ
め紫外線硬化型の透明樹脂を塗布しておき、透明成形型
をこれに圧着させて樹脂をマイクロ集光レンズの形に成
形する方法を用いた場合には、透明成形型への樹脂の充
填と、成形型の固体撮像素子に対する位置決め作業も同
時に行なうことができるので、マイクロ集光レンズの形
成工程をより一層効率化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の固体撮像素子の断面図、第２図は、本
発明の方法を実施するために用いる、透明成形型の断面
図、第３図（Ａ）、　（Ｂ）、　（Ｃ）。 （Ｄ）は、本発明の１実施例に係る、固体撮像素子上に
マイクロ集光レンズを形成する工程を示す図、第４図（
Ａ）、　（Ｂ）、　（Ｃ）は、本発明の他の実施例に係
る、固体撮像素子上にマイクロ集光レンズを形成する工
程を示す図、第５図は、カラーフィルターが設けられて
いる場合の固体撮像素子上における、マイクロ集光レン
ズの形成状態を示す断面図、第６図は、電極上の樹脂硬
化を防止する形成方法の一例を説明する略図である。 １・・・光電変換部、２・・・信号転送部、３．３′・
・・平坦化層、４・・・マイクロ集光レンズ、４′・・
・紫外線硬化型の透明樹脂、５・・・透明成形型、５′
・・・凹部、６・・・カラーフィルター、７・・・固体
撮像素子、８・・・マイクロレンズ形成領域、９・・・
電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固体撮像素子７と対応する形状の、表面が解放され
   た透明成形型５内に紫外線硬化型の透明樹脂４′を充填
   し、次いで該透明成形型５の裏面より紫外線を照射する
   ことにより、前記透明樹脂４′を紫外線硬化させて、マ
   イクロ集光レンズ４を形成することを特徴とする固体撮
   像素子におけるマイクロ集光レンズ形成方法。 ２、紫外線硬化型の透明樹脂４′を充填した透明成形型
   ５の表面を、固体撮像素子７表面に位置合わせした状態
   で紫外線を照射することにより固体撮像素子７上に直接
   マイクロ集光レンズ４を形成することを特徴とする請求
   項１記載の固体撮像素子におけるマイクロ集光レンズ形
   成方法。 ３、固体撮像素子７表面に層状に形成された紫外線硬化
   型の透明樹脂４′上に、透明成形型５の表面を押しつけ
   ることにより、該成形型５内に透明樹脂４′を充填し、
   次いで固体撮像素子７上に透明成形型５表面を圧着した
   ままの状態で、透明成形型５裏面より紫外線を照射して
   、固体撮像素子７上に直接マイクロ集光レンズ４を形成
   することを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子にお
   けるマイクロ集光レンズ形成方法。