JPH06317701A

JPH06317701A - マイクロレンズおよびその作製方法

Info

Publication number: JPH06317701A
Application number: JP5128256A
Authority: JP
Inventors: Takanao Fukuoka; 荘尚福岡
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1993-04-30
Publication date: 1994-11-15

Abstract

(57)【要約】【目的】化学的な耐久性が高く、高温、高湿、経時変
化等により劣化してしまうことがないものを得る。【構成】ガラス等の作製方法の一つであるゾルゲル法
を応用し、このときに用いるゾルを調製する。穴を有し
た平板透明部材をゾル溶液に触れさせることにより、表
面張力によって穴内のゾルに凹形状部を付与する。この
ゾルは反応してゲルとなり、凹形状のままの状態で固化
し、これを乾燥、焼成することによって凹形状部がガラ
ス化する。これにより、透明部材１の表面に形成した穴
２にガラスからなる凹面集光部３を埋設したマイクロレ
ンズを作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば感度向上のため
に固体撮像装置などの受光面の前方に配置されるマイク
ロレンズおよびその作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＣＣＤ（ＣｈｒａｇｅＣｏｕ
ｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）やＣＭＤ（ＣｈｒａｇｅＭ
ｏｄｕｌａｔｉｏｎＤｅｖｉｃｅ）等を用いた固体撮
像装置は、半導体表面に光電変換部および信号読み出し
部を備えているので、実際に光電変換に寄与する領域
は、画素面積に対して２０〜５０％程度に制限されるこ
とになる。

【０００３】従来、この欠点を解決するための手段とし
て、集光のためのマイクロレンズを画素毎に設け、入射
光を光電変換部に対して効率的に集光する方法が特公昭
６０−５９７５２号公報などに提案されている。この公
報記載のマイクロレンズ付きの固体撮像装置の断面図を
図５に示す。同図において、１１はＰ型のシリコン基板
であり、このシリコン基板１１には、チャンネルストッ
プ１２、垂直転送用拡散層１３、フォトダイオード１４
が形成されるとともに、表面には絶縁層１５が形成され
ている。また、この絶縁層１５の上には、電荷転送用の
ポリシリコンゲート１６が形成されている。さらに、そ
の受光表面には、屈折率が１より大きくて光を透過させ
る材料よりなる半球状のマイクロレンズ１７が、隣接す
る２つのポリシリコンゲート１６に接するように設けら
れている。

【０００４】そして、上記マイクロレンズ１７は、フォ
トレジスト等の有機材料を受光表面に塗布し、フォトエ
ッチング工程により半球体の端部となるべき部分を取り
除いた後、熱を加えてレジストを軟化させ、角部をだれ
させることにより作製されている。

【０００５】このような構成の固体撮像装置では、図５
においてＤで示す範囲の入射光がマイクロレンズ１７で
集束され、受光素子であるフォトダイオード１４に照射
される。すなわち、固体撮像装置の表面に入射した光が
できるだけ多くフォトダイオード１４に導かれるように
なっており、感度の向上が図られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来法に
より作製されたマイクロレンズ１７は、フォトレジスト
等の有機材料より作製されているので、化学的な耐久性
が低く、高温、高湿、経時変化等により劣化してしまう
ことがあった。また、固体撮像装置の用途によっては、
図６に示すように、図５に示した固体撮像装置上に、カ
バーガラス接着層１８を介してカバーガラス１９を取付
けることが要求される場合がある。さらに、クリアモー
ルド実装の場合もマイクロレンズ１７上に接してクリア
モールド材を形成させることとなる。このような構成と
した場合、通常の有機材料で形成されたマイクロレンズ
１７の屈折率は約１．６であり、一方、カバーガラス接
着層１８またはクリアモールド材の屈折率も、マイクロ
レンズ材料の屈折率値にほぼ近いために、レンズ効果が
大幅に低下するという欠点を有していた。

【０００７】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、化学的な耐久性が高く、高温、高湿、経
時変化等により劣化してしまうことがないマイクロレン
ズおよびその作製方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、透明部材の表面に形成した穴にガラスま
たはセラミックスからなる凹面集光部を埋設してマイク
ロレンズを構成した。

【０００９】また、このようなマイクロレンズを作製す
るにあたり、表面に穴を有した透明部材を液体に触れさ
せ、その穴にガラスまたはセラミックスの原料となる液
体を滞留させて表面張力により凹面を形成し、この液体
を固化することにより凹面集光部を形成することとし
た。ここに、前記液体はゾルであることが好ましい。

【００１０】本発明では、例えば、ガラス等の作製方法
の一つであるゾルゲル法を応用している。ゾルゲル法で
は、まずゾルを調製し、このゾルが反応により固化して
ゲルとなった後、このゲルをガラス転移温度付近まで加
熱して目的とするガラス、セラミックス等を得ている。

【００１１】いま、穴を有した平板透明部材をゾル等の
液体に触れさせると、表明張力により穴の内部にゾルが
凹形状の表面を形成して滞留する。このゾルは反応して
ゲル化するため穴の内部に凹形状の表面を持ったゲルが
形成される。このゲルを乾燥させ、透明部材全体を加熱
してゲルを焼成することによりゲルをガラス化する。こ
れにより、図１に示すように、透明部材１の表面に形成
した穴２にガラスからなる凹面集光部３を埋設したマイ
クロレンズを作製することができる。

【００１２】このとき、図１中の矢印に示すように、光
線は２つの凹面の間の凸部を中心として集光される。し
たがって、この凸部の下にフォトダイオード１４が位置
するように透明部材１を固体撮像素子に接着固定すれ
ば、感度の優れた固体撮像装置を得ることができる。な
お、図１の固体撮像素子の構成は図５に示したものと同
じなので説明は省略する。

【００１３】凹面集光部３の凹面の曲率半径ｒは、ゾル
の粘度と透明部材１に設けられた穴２の大きさおよび深
さにより決定される。この曲率半径ｒが制限されて充分
な集光作用が得られない場合には、図２に示すように、
透明部材１に設けられた穴２を貫通孔とすれば、表面張
力によりゾルの上下の面が凹面となるので、集光作用を
持つ面が２面形成されるため、充分な集光作用を確保す
ることができる。

【００１４】なお、これらにおいて更に集光させるため
には、透明部材１の平坦部１ａを小さくしたり、平坦部
１ａの上部に凸レンズ作用を持つレンズを配すれば良
い。

【００１５】本発明において用いるゾルは、種々の組成
のものを選択することが容易であり、ＳｉＯ₂を主成分
として、例えばＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＧｅＯ₂、Ａｌ₂
Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅など屈折率を高める成分をドープした
ガラスや、Ｂ₂Ｏ₃など屈折率を低くする成分をドープ
したガラスでもよく、透明な凹面集光部を形成すること
のできるものであれば、ガラスに制限はされず、一般に
セラミックスと呼ばれるものでもよい。したがって、凹
面集光部には、種々の屈折率を選択することができ、部
分的に屈折率を変えることもできる。このようなガラス
またはセラミックスによれば、化学的な耐久性は従来の
マイクロレンズに用いられている有機樹脂に比較すると
格段に良好であり、高温、高湿、経時変化等により劣化
してしまうことはない。一方、穴のパターンは撮像素子
の受光部にあわせて作るが、ガラスを用いた場合、マス
ク材をフォトレジストで形成し、露光、現像によりパタ
ーン化した後に、フッ酸などでエッチングして作製する
ことができる。

【００１６】さらに、図１に示したマイクロレンズの凹
面集光部３に、例えば、ゾルをコーティングして更に異
なった屈折率を持つ物質を埋め込むこともできる。初め
に凹面集光部３を形成した物質４よりも低屈折率の物質
５を穴２に埋め込んだ場合は、図３に示すように光は集
光されるが、初めに凹面集光部３を形成した物質４より
も高屈折率の物質６を穴２に埋め込んだ場合は、図４に
示すように光は集光し、この場合、図３とは異なった位
置に固体撮像素子の受光部を配置する。

【００１７】

【実施例１】両面を平面に光学研磨したパイレックスガ
ラス基板に、通常のフォトリソ工程を用いて所定のパタ
ーンを形成し、パイレックスガラス基板にマスクをし
た。これを、１２％フッ酸水溶液に浸漬して穴を明け
た。その後、洗浄、乾燥した。一方、１４５．８ｇのＳ
ｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄に１２８．８ｇのエタノールを加え
るとともに、１２．６ｇの１規定塩酸を加えて部分加水
分解し、１０２．１ｇのＴｉ（Ｏn Ｃ₄Ｈ₉）₄をエタ
ノールに溶解して混合した。このゾル溶液にエチレング
リコールを添加して粘度調整した後、ゾル中に穴を明け
たパイレックスガラス基板を浸漬し、引き上げて凹形状
部を形成させた。水分の存在下でゲル化させ、乾燥、焼
結して凹形状部をガラス化させ、凹面集光部を形成し
た。これにより、凹面集光部の屈折率が１．７０６であ
るレンズが得られた。

【００１８】

【実施例２】実施例１と同様にして穴を有したガラス基
板を作製した。次に、１４５．８ｇのＳｉ（ＯＣ
₂Ｈ₅）₄に１２８．８ｇのエタノールを加えるととも
に、１２．６ｇの１規定塩酸を加えて部分加水分解し、
１３８．０ｇのＢ（ＯⁿＣ₄Ｈ₉）₄をエタノールに溶
解して混合した。このゾル溶液をガラス基板に噴霧して
凹形状部を形成させ、水分の存在下でゲル化させた。次
に、Ｔｉ（ＯⁿＣ₄Ｈ₉）₄にアセト酢酸エチルを添加
して溶液を作製し、凹形状部を有したガラス基板にこの
溶液をスピンコートして、穴内の凹形状部に流し込み、
空気中でゲル化させた。これを乾燥後、電気炉で６００
℃まで焼成し、図４に示すような構成のレンズを得た。

【００１９】

【実施例３】実施例１に示す方法により穴を有した石英
ガラス基板を作製した。次に、Ａｌ（Ｏ^secＣ₄Ｈ₉）
4 にアセト酢酸エチルを添加し、エタノールで粘度調整
した後に、この溶液に石英ガラス基板を浸漬して引き上
げ、凹形状部を形成させた。水分の存在下でゲル化した
後、１５２．１ｇのＳｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄と１２８．８
ｇのエタノールに１規定塩酸を添加して加水分解した溶
液をスピンコートして、穴内の凹形状部に流し込み、空
気中でゲル化させた。これを乾燥後、電気炉で８００℃
まで焼成し、図３に示すような構成のレンズを得た。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、本発明のマイクロレンズ
およびその作製方法によれば、化学的な耐久性が高く、
高温、高湿、経時変化等により劣化してしまうこともな
く、しかもレンズ効果が大きいものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロレンズを示す断面図である。

【図２】本発明のマイクロレンズの変形例を示す断面図
である。

【図３】本発明の実施例３で作製したマイクロレンズを
示す断面図である。

【図４】本発明の実施例２で作製したマイクロレンズを
示す断面図である。

【図５】従来の固体撮像装置を示す断面図である。

【図６】カバーガラスを設けた従来の固体撮像装置を示
す断面図である。

【符号の説明】

１透明部材２穴３凹面集光部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明部材の表面に形成した穴にガラスま
たはセラミックスからなる凹面集光部を埋設したことを
特徴とするマイクロレンズ。
【請求項２】表面に穴を有する透明部材を液体に触れ
させることにより、その穴の内部に前記液体を凹形状の
表面を持つように滞留させ、該液体を固化することによ
りガラスまたはセラミックスからなる凹面集光部を形成
することを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項３】前記液体がゾルであることを特徴とする
請求項２記載のマイクロレンズの作製方法。