JPH11307750A - 固体撮像装置およびその検査方法および製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外観検査によってマイクロレンズの形状不良
を判別可能にする。 【解決手段】 撮像領域内の光電変換素子に光を集光さ
せる集光用マイクロレンズと同一形状・同一寸法の形状
検査用マイクロレンズ１９ｂと、その下方に位置する検
査用の下地パターン２３とを、撮像領域外に配設してお
き、下地パターン２３の、形状検査用マイクロレンズ１
９ｂに映る像を観察することにより、形状検査用マイク
ロレンズ１９ｂの形状を検査する。この検査結果はその
まま集光用マイクロレンズに対してもあてはまる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置および
その検査方法および製造方法に関し、特に、オンチップ
マイクロレンズを有する固体撮像装置において、マイク
ロレンズの集光率等の検査を効率よく行ない得る固体撮
像装置およびその検査方法および製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、ビデオカメラ用や、パーソナルコ
ンピュータの画像入力カメラ用の固体撮像装置の開発が
盛んになっている。固体撮像装置が一般に広まるにつ
れ、要求される性能が高度化しており、特に多画素化と
小型化は開発における不可欠な課題となっている。例え
ば多画素化に関しては、最近一般的になってきたデジタ
ルスチルカメラ用途において、３３万画素（６４０ドッ
ト×４８０ドット）から、１３０万画素（１２８０ドッ
ト×１０２４ドット）へと推移する様相を呈している。
また小型化に関しては、３３万画素クラスでいえば、こ
れまでの主流は１／３インチフォーマット（対角５．５
ｍｍ）から、１／４インチフォーマット（対角４ｍｍ）
へと移行しつつある。

【０００３】このような固体撮像装置の多画素化、小型
化にともない、画素サイズの縮小が余儀なくされてい
る。前述の３３万画素クラスでいえば、１／３インチフ
ォーマットでは、画素サイズは、画素が正方形であると
すれば一辺が約６．８μｍであったものが、１／４イン
チフォーマットでは、画素の一辺が５．０μｍとなる。
画素サイズが縮小されると、入射する光量が減ることに
なり、結果として感度の低下を招き、ＳＮ比が悪化し、
画質が劣化する。そのため、画素サイズが縮小された場
合においても、いかに感度を高く維持するかが課題とな
っている。この課題を解決するために、フォトダイオー
ド上にオンチップマイクロレンズを形成して、フォトダ
イオードへの集光率を高める構成が、従来より採用され
ている。

【０００４】ここで、従来の固体撮像素子の構成につい
て具体的に説明する。まず、従来の一般的なインターラ
イン型ＣＣＤ撮像装置について説明する。なお、ＣＣＤ
とは、電荷結合素子のことである。

【０００５】図２２に、インターライン型ＣＣＤ撮像装
置の平面構成図を示す。撮像装置は、半導体基板の一主
面の中央部に設けられた撮像領域１０１と、撮像領域１
０１に隣接して設けられた水平ＣＣＤ１０２と、この水
平ＣＣＤ１０２の出力部（電荷検出部）１０３とからな
り、これら以外の部分はフィールド領域１０８となって
いる。撮像領域１０１には、光を信号電荷に変換し蓄積
する光電変換素子であるフォトダイオード１０４が、２
次元マトリックス状に複数個配置されている。

【０００６】各フォトダイオード１０４の列に隣接し
て、垂直方向に信号電荷を転送する垂直ＣＣＤ１０５が
設けられている。そして、フォトダイオード１０４と垂
直ＣＣＤ１０５との間には、各フォトダイオード１０４
から垂直ＣＣＤ１０５に信号電荷を読み出すための読み
出し領域１０６が設けられている。撮像領域１０１内の
上記以外の部分は素子分離領域１０７である。各垂直Ｃ
ＣＤ１０５は水平ＣＣＤ１０２と接続されている。図２
２には図示していないが、各フォトダイオード４の上方
には、後述する集光用マイクロレンズ１１９がそれぞれ
設けられている。

【０００７】図２３に、このようなＣＣＤ撮像装置の１
つの画素の断面図を示す。Ｎ型基板１０９上にＰ型ウェ
ル１１０が形成され、Ｐ型ウェル１１０内には光電変換
を行い生じた信号電荷を蓄積するＮ型フォトダイオード
層（フォトダイオード）１０４と、電荷を垂直方向に転
送するＮ型垂直ＣＣＤ埋め込み層１０２と、フォトダイ
オード１０４から垂直ＣＣＤ埋め込み層１１２に電荷を
読み出す読み出し領域１０６とが形成されている。垂直
ＣＣＤ埋め込み層１１２の下部には、Ｐ型垂直ＣＣＤウ
ェル層１１３が、また、フォトダイオード１０４表面と
素子分離領域１０７には高濃度Ｐ型不純物層１１４が形
成されている。垂直ＣＣＤ埋め込み層１１２上には、絶
縁膜１１５を介して垂直ＣＣＤ転送電極１１６が形成さ
れ、その上部には、さらに絶縁膜１１５を介して遮光膜
１１７が形成されており、フォトダイオード１０４上に
遮光膜開口１１８が設けられている。前記した垂直ＣＣ
Ｄ１０５は、垂直ＣＣＤ埋め込み層１１２、Ｐ型垂直Ｃ
ＣＤウェル層１１３、垂直ＣＣＤ転送電極１１６等から
なる。

【０００８】このような半導体基板上に、平坦化層１２
０が形成され、その上に各遮光膜開口１１８に対応して
集光用マイクロレンズ１１９が形成されている。この集
光用マイクロレンズ１１９は光学的に凸レンズの働きを
して、入射光１２１が遮光膜開口１１８を通過してフォ
トダイオード１０４に集光することにより、感度の向上
を図るものである。なお、図２３には、均一な物質から
なる平坦化層２０を有する構成を、図２４には、平坦化
層１２０内に画素ごとの所望の色層１２２が形成されて
いるカラー撮像装置の構成を示している。なお、図２４
に示す構成は、色層１２２以外は図２３と同じ構成であ
る。

【０００９】次に、この撮像装置の形成方法の一例を示
す。図２５に示すように、詳述しないが、半導体基板１
０９上に、前述のＰ型ウェル１１０、フォトダイオード
１０４、垂直ＣＣＤ埋め込み層１１２および垂直ＣＣＤ
ウェル層１１３、高濃度Ｐ型不純物層１１４などを、一
般的におこなわれている半導体製造工程により形成す
る。そして、その上に絶縁膜１１５を形成する。

【００１０】次に、図２６に示すように、垂直ＣＣＤ転
送電極１１６、遮光膜１１７、遮光膜開口１１８などを
形成し、撮像装置の下地を完成させる。そして、図２７
に示すように、半導体製造工程により形成された撮像装
置の下地上に、例えばアクリル系樹脂からなる平坦化層
１２０を形成する。単板カラーの撮像装置の場合、画素
ごとに所望の色層（顔料系材料の色層または染色系材料
の色層）１２２を形成する（ただし、単板カラー以外の
撮像装置では、この色層１２２を形成しない場合もあ
る）。さらに、色層１２２形成後の平坦性を保つため
に、再び平坦化層１２０を形成する場合もある。その
後、図２８に示すように、リソグラフィ技術をもちい
て、各遮光膜開口１１８のそれぞれの上方、凸レンズと
なる部分に、例えばアクリル系材料からなる樹脂のパタ
ーニングをおこなう。この樹脂が集光用マイクロレンズ
１１９の基材１１９ａである。その後、例えば熱による
リフローなどの加工により、図２４に示すように所望の
曲率をもつ凸レンズ型の集光用マイクロレンズ１１９を
形成して、撮像装置が完成する。

【００１１】集光用マイクロレンズ１１９の凸レンズ形
状および寸法は、入射光１２１をフォトダイオード１０
４上にすべて集光させ得るように設定されている。集光
用マイクロレンズ１１９を形成するにあたっては、事前
に光学シミュレーションなどにより、適切な平坦化層１
２０の厚さと、集光用マイクロレンズ１１９の高さおよ
び幅を決定しておく。そして、製造工程においては、平
坦層１２０の膜厚や集光用マイクロレンズ１１９の高さ
については、例えばアクリル系樹脂の塗布時の膜厚をモ
ニターし、適切な膜厚であることを確認しながら形成を
行なうことにより管理する。また、集光用マイクロレン
ズ１１９の凸レンズ曲面の形成においては、リソグラフ
ィ技術におけるパターニングの形状をモニタすること、
および、リフロー工程における温度および時間を管理す
ることにより、所望の形状を得ている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記のように集光用マ
イクロレンズ１１９の製造工程において管理を行なって
も、平坦化膜１２０の厚さや集光用マイクロレンズ１１
９の形状が適切に形成されない場合がある。この場合、
光学顕微鏡による外観検査を行なって、集光用マイクロ
レンズの形状が不良であることが分かった場合は、不良
と判断する。不良と判断された撮像装置は、アクリル系
樹脂からなる集光用マイクロレンズ１１９や平坦化層１
２０を一旦除去して、再度、形成し直している。

【００１３】しかし、光学顕微鏡による外観検査によっ
てチェックできる項目は、目視で判別可能なごくはっき
りした形状不良、例えば、分離されるべき集光用マイク
ロレンズ１１９同士が互いに接触しているといった形状
不良のみである。

【００１４】外観検査において不良とチェックされなか
った撮像装置は、その後、撮像装置を実際に駆動する実
駆動検査が行われる。この検査においては、撮像装置の
電気光学的特性が測定される。この実駆動検査は、１チ
ップごとにおこなわれるうえ、検査のテスティングに時
間がかかるなど煩雑なものである。

【００１５】この実駆動検査において不良と判断される
撮像装置は、実際には集光用マイクロレンズ１１９が形
状不良であり、本来は外観検査によりチェックされるべ
きものである場合がある。しかし、前記の通り、光学顕
微鏡を用いた検査では微細な形状不良は見逃されてしま
う場合が多く、実駆動検査によりはじめて不良が発見さ
れることがある。この場合、外観検査時に不良が見逃さ
れてしまったために、テスティング時間が膨大にかか
り、製造工程のターン・アラウンド・タイム（ＴＡＴ）
を落とすことになり、製造効率に多大な損失を与える。

【００１６】そこで本発明の目的は、外観検査によって
マイクロレンズの形状不良をより確実に判別可能にする
固体撮像装置およびその検査方法および製造方法を提供
することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、半導体基板の主面の撮像領域内に配列された複数の
光電変換素子と、前記光電変換素子の上方に配設され、
該光電変換素子に光を集光させる集光用マイクロレンズ
と、前記半導体基板の前記主面の前記撮像領域外に配設
されている、前記集光用マイクロレンズと同一形状の形
状検査用マイクロレンズとを有することを特徴とする。
この構成によると、撮像のために実際に用いられる集光
用マイクロレンズを用いずに、撮像領域外に設けられた
形状検査用マイクロレンズを用いて外観検査を行なうこ
とができる。従って、撮像領域外に、形状検査用マイク
ロレンズの外観検査を容易にするための加工が可能であ
る。

【００１８】前記形状検査用マイクロレンズの下方に、
検査用の下地パターンが形成されていることが好まし
い。この構成によると、下地パターンを利用して、形状
検査用マイクロレンズを精度よく外観検査することがで
きる。

【００１９】前記下地パターンが、金属膜パターンまた
はポリシリコン膜パターンまたは絶縁膜の段差によるパ
ターンのいずれかからなっていてもよい。

【００２０】前記形状検査用マイクロレンズが複数配置
されており、それぞれの前記形状検査用マイクロレンズ
に対応する前記下地パターンの大きさが異なっていても
よい。

【００２１】前記下地パターンは、全て前記形状検査用
マイクロレンズよりも小さいことが好ましい。

【００２２】複数の前記形状検査用マイクロレンズが列
をなすように配置されており、該形状検査用マイクロレ
ンズの配列方向に沿って延びる細長い四角形状の前記下
地パターンが形成されていてもよい。その場合、前記下
地パターンの幅が、前記形状検査用マイクロレンズの幅
よりも小さいことが好ましい。

【００２３】さらに、前記形状検査用マイクロレンズの
列が複数設けられており、該形状検査用マイクロレンズ
列ごとに、前記下地パターンの幅が異なることが好まし
い。前記下地パターンが長方形形状であってもよい。ま
た、前記下地パターンが、一端から他端に向かって徐々
に幅が細くなる細長い台形形状であってもよい。

【００２４】また、本発明の固体撮像装置の検査方法
は、前記したいずれかの構成の固体撮像装置に関し、前
記下地パターンの、前記形状検査用マイクロレンズに映
る像を観察することにより、前記形状検査用マイクロレ
ンズの形状を検査することを特徴とする。

【００２５】また、本発明の固体撮像装置の製造方法
は、半導体基板の主面の撮像領域内に複数の光電変換素
子を配列する工程と、前記光電変換素子の上方に、前記
光電変換素子に光を集光させる集光用マイクロレンズ
を、前記半導体基板の前記主面の前記撮像領域外に、前
記集光用マイクロレンズと同一形状の形状検査用マイク
ロレンズをそれぞれ形成する工程とを含む。

【００２６】そして、前記集光用マイクロレンズと、前
記形状検査用マイクロレンズとを同時に形成することが
好ましい。

【００２７】さらに、前記半導体基板の前記主面の前記
撮像領域外に、検査用の下地パターンを形成し、その後
で前記下地パターン上に前記形状検査用マイクロレンズ
を形成することが好ましい。

【００２８】前記下地パターンを、金属膜パターンまた
はポリシリコン膜パターンまたは絶縁膜の段差によるパ
ターンのいずれかにより形成してもよい。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の固体撮像装置の
第１の実施形態を示す平面図である。本実施形態の、後
述する形状検査用マイクロレンズ１９ｂおよび下地パタ
ーン２３以外の構成は、前記した従来の構成と実質的に
同一であるので、ここでは簡単に説明する。

【００３０】半導体基板（Ｎ型基板：図３〜７参照）の
一方の主面の中央部に、撮像領域１が設けられ、撮像領
域１に隣接して水平ＣＣＤ２と、この水平ＣＣＤ２の出
力部（電荷検出部）３とが設けられている。これら以外
の部分はフィールド領域８となっている。撮像領域１に
は、フォトダイオード（光電変換素子）４が、２次元マ
トリックス状に複数個配置されている。各フォトダイオ
ード４の列に隣接して、垂直ＣＣＤ（電荷結合素子）５
が設けられている。そして、フォトダイオード４と垂直
ＣＣＤ５との間には、読み出し領域６が設けられてい
る。撮像領域１内の上記以外の部分は素子分離領域７で
ある。各垂直ＣＣＤ５は水平ＣＣＤ２と接続されてい
る。この図では図示していないが、各フォトダイオード
４の上方には、後述する集光用マイクロレンズ１９ａ
（図３参照）がそれぞれ設けられている。

【００３１】フィールド領域８には、後述する下地パタ
ーン２３が形成され、その下地パターン２３上に形状検
査用マイクロレンズ１９ｂが設けられている。形状検査
用マイクロレンズ１９ｂは、集光用マイクロレンズ１９
ａと同時に形成され同一形状である。

【００３２】図２にこのようなＣＣＤ撮像装置の形状検
査用マイクロレンズ１９ｂの部分の拡大図が、図３に撮
像領域１の集光用マイクロレンズ１９ａが形成されてい
る部分と、フィールド領域８の形状検査用マイクロレン
ズ１９ｂが形成されている部分とを示す拡大断面図が、
それぞれ示されている。撮像領域１の構成は、従来の技
術として説明した撮像装置の撮像領域１０１（図２２参
照）の構成と実質的に同一であるので、簡単に説明す
る。

【００３３】撮像領域１においては、Ｎ型基板９上にＰ
型ウェル１０が形成され、Ｐ型ウェル１０内にはＮ型フ
ォトダイオード層（フォトダイオード）４と、Ｎ型垂直
ＣＣＤ埋め込み層１２と、読み出し領域６とが形成され
ている。垂直ＣＣＤ埋め込み層１２の下部には、Ｐ型垂
直ＣＣＤウェル層１３が、また、フォトダイオード４表
面と素子分離領域７には高濃度Ｐ型不純物層１４が形成
されている。垂直ＣＣＤ埋め込み層１２上には、絶縁膜
１５を介して垂直ＣＣＤ転送電極１６が形成され、その
上部にさらに設けられた絶縁膜１５を介して遮光膜１７
が形成されており、フォトダイオード４上の一部に遮光
膜開口１８が設けられている。前記した垂直ＣＣＤ５
は、垂直ＣＣＤ埋め込み層１２、Ｐ型垂直ＣＣＤウェル
層１３、垂直ＣＣＤ転送電極１６からなる。

【００３４】本実施形態のフィールド領域８において
は、Ｎ型基板９上にＰ型ウェル１０が形成され、さらに
絶縁膜１５が形成されている。そして、金属膜からなる
下地パターン２３が形成されている。

【００３５】それから、撮像領域１およびフィールド領
域８の両方に、平坦化層２０および色層２２が形成さ
れ、その上に、撮像領域１の各遮光膜開口１８とフィー
ルド領域８の下地パターン２３とにそれぞれ対応してマ
イクロレンズ（凸レンズ）１９が形成されている。

【００３６】この撮像装置の製造工程について説明する
と、まず図４に示すように、半導体基板９の撮像領域１
に、Ｐ型ウェル１０、フォトダイオード４、垂直ＣＣＤ
埋め込み層１２および垂直ＣＣＤウェル層１３、高濃度
Ｐ型不純物層１４、絶縁膜１５が、通常の半導体製造工
程により形成される。一方、フィールド領域８には、撮
像領域１と同時にＰ型ウェル１０および絶縁膜１５が形
成される。

【００３７】次に、図５に示すように、撮像領域１に
は、垂直ＣＣＤ転送電極１６、遮光膜１７、遮光膜開口
１８などが形成される。一方、フィールド領域８には、
金属膜がパターニングされて下地パターン２３が形成さ
れる。こうして、撮像装置の下地が完成する。

【００３８】次に、図６に示すように、半導体製造工程
において形成された撮像装置の下地上に、アクリル系樹
脂などからなる平坦化層２０が形成される。単板カラー
の撮像装置であれば、画素ごとに所望の色層２２を形成
する。さらに、色層形成後の平坦性を保つために、もう
一度平坦化層２０を形成する。その後、図７に示すよう
に、リソグラフィ技術をもちいて、各遮光膜開口１８の
それぞれの上方および下地パターン２３の上方に、樹脂
のパターニングをおこなう。この樹脂がマイクロレンズ
１９の基材２５となる。その後、例えば熱によるリフロ
ーにより、所望の曲率をもつ凸レンズ型になるように加
工してマイクロレンズ１９が完成する（図３参照）。な
お、撮像領域１に設けられたマイクロレンズが集光用マ
イクロレンズ１９ａ、フィールド領域８に設けられたマ
イクロレンズが形状検査用マイクロレンズ１９ｂであ
り、両者を総称してマイクロレンズ１９と表している。

【００３９】集光用マイクロレンズ１９ａの凸レンズ形
状および寸法は、撮像領域１において入射光がフォトダ
イオード４上にすべて集光されるように設定されてい
る。フィールド領域８の外観検査用マイクロレンズ１９
ｂは、集光用マイクロレンズ１９ａと全く同じ工程で同
時に形成されるので、両マイクロレンズ１９は同一形状
かつ同一寸法となっている。具体的には、マイクロレン
ズ１９を形成するにあたって、事前に光学シミュレーシ
ョンなどにより、マイクロレンズ１９の高さおよび幅を
決定しておく。そして、例えばアクリル系樹脂の塗布時
の膜厚をモニターし、適切な膜厚であることを確認しな
がら形成を行なうことによりマイクロレンズ１９の高さ
を管理する。また、マイクロレンズ１９の凸レンズ曲面
の形成においては、リソグラフィ技術におけるパターニ
ングの形状をモニターすることと、リフロー工程におけ
る温度および時間を管理することにより、曲面形状を管
理している。しかし、厳密な管理の下で形成したつもり
でも、製造誤差等によりマイクロレンズ１９の形状また
は寸法が狂ってしまう場合がある。そこで本実施形態で
は、下地パターン２３と形状検査用マイクロレンズ１９
ｂを用いて、外観検査が行われる。

【００４０】本実施形態の下地パターン２３は、フィー
ルド領域８上に金属膜をパターニングすることにより形
成されている。図２に示すように、この下地パターン２
３は、個々の形状検査用マイクロレンズ１９ｂ毎に大き
さの異なる正方形パターンである。図８は、複数の下地
パターン２３および平坦化層２０および形状検査用マイ
クロレンズ１９ｂの正面断面図であり、入射光２１の入
射する様子を示している。なお、簡略化のため、断面図
では色層２２を省略して図示している。

【００４１】次に、この下地パターン２３を用いた形状
検査用マイクロレンズ１９ｂの形状検査方法を説明す
る。図２，８に示す形状検査用の下地パターン２３およ
び形状検査用マイクロレンズ１９ｂを、顕微鏡を用いて
観察する。この時、形状検査用マイクロレンズ１９ｂの
形状により、下地パターン２３の見え方が異なってくる
ので、その見え方により形状検査用マイクロレンズ１９
ｂの形状の検査を行うことができる。例えば、図９に示
すように、所定の大きさの下地パターン２３が、形状検
査用マイクロレンズ１９ｂいっぱいに拡大されて見える
状態であれば、集光率の高い適正な形状のマイクロレン
ズ１９が形成されていると判定できる。なお、平面図中
において、下地パターンの形状検査用マイクロレンズ１
９ｂに映る像は、クロスハッチングにより示されてい
る。

【００４２】一方、同様に顕微鏡を用いて観察した時
に、同じ下地パターン２３が、形状検査用マイクロレン
ズ１９ｂいっぱいに拡大されては見えず、形状検査用マ
イクロレンズ１９ｂの中央部付近に小さく見える場合、
形状検査用マイクロレンズ１９ｂの集光率が低く形状が
正確でないと判定される。その場合、図２に示すよう
に、本実施形態では大きさの少しずつ異なる正方形状の
複数の下地パターン２３が形成されているので、どの大
きさの下地パターン２３が形状検査用マイクロレンズ１
９ｂいっぱいに拡大されて見えるかを調べることによ
り、その撮像装置のマイクロレンズ１９がどのような形
状であるか、すなわち所望の形状に対する誤差がどの程
度であるかが確認できる。さらに、この下地パターン２
３を基準として一定の許容誤差範囲を設定することがで
き、形成されたマイクロレンズ１９の良否判断を行なう
ようにすることができる。なお、前記した本実施形態の
製造方法によると、両マイクロレンズ１９は同一形状か
つ同一寸法に形成されるので、形状検査用マイクロレン
ズ１９ｂによる検査結果が、集光用マイクロレンズ１９
ａにそのままあてはまる。

【００４３】なお、下地パターン２３の形状は正方形に
限られず、円形、菱形、三角形、星形、多角形などにす
ることができる。ただし、下地パターン２３の形成（パ
ターニング）を簡単にするため、あまり複雑な形状にす
ることは好ましくない。

【００４４】また、図１１に示すように、ポリシリコン
膜などの樹脂膜からなる下地パターン２４を形成しても
よく、また絶縁膜１５に段差を設けることにより下地パ
ターン１５ａを形成してもよい。さらにまた、図示しな
いが、このようなパターンを反転させて、例えば正方形
が白抜きのネガ表示状である下地パターンを形成するこ
ともできる。このような反転パターンは、微細な下地パ
ターンを形成する際に、パターンが飛んでしまい観察困
難になるおそれがない。

【００４５】図１３は、本発明の第２の実施形態の撮像
装置における、形状検査用マイクロレンズ１９ｂおよび
下地パターン２６の平面図である。図１４はその断面図
である。なお、本実施形態は、下地パターン２６のみが
第１の実施形態と異なっており、それ以外の構成は第１
の実施形態と実質的に同一であるので簡単に説明する。

【００４６】形状検査用の下地パターン２６は、フィー
ルド領域８に金属膜をパターニングすることにより形成
されている。この下地パターン２６は、マイクロレンズ
列を貫く長方形状であり、それぞれのマイクロレンズ列
毎に細長い長方形パターンの幅が異なっている。この例
では、５列のマイクロレンズ列が設けられており、それ
に対応して５列の長方形状の下地パターン２６が設けら
れている。この下地パターン２６は、図１３，１４の右
側の列から左側に向かって徐々に幅広になっている。

【００４７】本実施形態において、形状検査用マイクロ
レンズ１９ｂの形状検査方法を行なう場合について説明
する。図１３，１４に示す形状検査用下地パターン２６
を、顕微鏡を用いて観察した場合、形状検査用マイクロ
レンズ１９ｂの形状により、長方形状の下地パターン２
６の見え方が異なる。その見え方により検査をおこなう
ことができる。例えば、図１５に示すように、所定の下
地パターン２６が形状検査用マイクロレンズ１９ｂいっ
ぱいに拡大されて見える状態であれば、集光率の高い適
正な形状のマイクロレンズ１９ｂが形成されていると判
定される。

【００４８】一方、同様に顕微鏡を用いて観察した時
に、同じ下地パターン２６が、形状検査用マイクロレン
ズ１９ｂいっぱいに拡大されては見えず、形状検査用マ
イクロレンズ１９ｂの中央部付近に細く見える場合、形
状検査用マイクロレンズ１９ｂの集光率が低く形状が正
確でないと判定される。その場合、図１６に示すよう
に、本実施形態では幅が少しずつ異なる５列の長方形状
の下地パターン２３が形成されているので、どの幅の下
地パターン２３が形状検査用マイクロレンズ１９ｂいっ
ぱいに拡大されて見えるかを調べることにより、その撮
像装置のマイクロレンズ１９がどのような形状である
か、すなわち所望の形状に対する誤差がどの程度である
かが確認できる。さらに、この下地パターン２６を基準
として一定の許容誤差範囲を設定することができ、マイ
クロレンズ１９形成の良否判断を行なうようにすること
ができる。

【００４９】また、図示しないが、ポリシリコン膜など
の樹脂膜により下地パターン２６を形成してもよく、ま
た絶縁膜に段差を設けることにより下地パターン２６を
形成してもよい。さらにまた、このようなパターンを反
転させて、例えば正方形が白抜きのネガ表示状である下
地パターンを形成することもできる。このような反転パ
ターンは、微細な下地パターンを形成する際に、パター
ンが飛んでしまい観察困難になるおそれがない。

【００５０】図１７は、本発明の第３の実施形態の撮像
装置における、形状検査用マイクロレンズ１９ｂおよび
下地パターン２８ａ，２８ｂの平面図である。なお、本
実施形態は、形状検査用マイクロレンズ１９ｂの数と下
地パターン２８ａ，２８ｂのみが第１の実施形態と異な
っており、それ以外の構成は第１の実施形態と実質的に
同一であるので簡単に説明する。

【００５１】形状検査用の下地パターン２８ａ，２８ｂ
は、フィールド領域８に金属膜をパターニングすること
により形成されている。下地パターン２８ａは、第２の
実施形態の下地パターン２６と実質的に同じであり、マ
イクロレンズ列を縦方向（Ｙ方向）に貫く細長い長方形
状であり、それぞれのマイクロレンズ列毎に長方形パタ
ーンの幅が異なっている。下地パターン２８ｂは、第２
の実施形態の下地パターン２６を９０度回転させたよう
な形状であり、マイクロレンズ列を横方向（Ｘ方向）に
貫く細長い長方形状であり、それぞれのマイクロレンズ
列毎に長方形パターンの幅が異なっている。

【００５２】この例では、縦５列、横９列のマイクロレ
ンズ列が設けられており、横４列の上方部分２９ａと横
５列の下方部分２９ｂとの２領域に分けられる。上方部
分２９ａの下地パターン２８ａは、図１７の右側の列か
ら左側に向かって徐々に幅広になっており、下方部分２
９ｂの下地パターン２８ｂは、図１７の下側の列から上
側に向かって徐々に幅広になっている。

【００５３】本実施形態においても、第２の実施形態と
同様に、形状検査用マイクロレンズ１９ｂに映る下地パ
ターン２８ａ，２８ｂの像を顕微鏡を用いて観察するこ
とにより、マイクロレンズ１９ｂの形状を検査すること
ができる。なお、上方部分２９ａに関しては、縦方向の
下地パターン２８ａにより、形状検査用マイクロレンズ
１９ｂの横方向の集光率を調べることができる。一方、
下方部分２９ｂに関しては、横方向の下地パターン２８
ｂにより、形状検査用マイクロレンズ１９ｂの縦方向の
集光率を調べることができる。

【００５４】また、図示しないが、本実施形態の下地パ
ターン２８ａ，２８ｂも、ポリシリコン膜や絶縁膜の段
差により形成することもでき、反転パターンとすること
もできる。さらに、任意の角度方向にマイクロレンズ列
を準備し、その方向に下地長方形パターンを形成する
と、任意の方向の集光率を調べることができる。

【００５５】図１８は、本発明の第４の実施形態の撮像
装置における、形状検査用マイクロレンズ１９ｂおよび
下地パターン２７の平面図である。形状検査用マイクロ
レンズ１９ｂの数と下地パターン２７のみが第１の実施
形態と異なっており、それ以外の構成は第１の実施形態
と実質的に同一であるので説明は一部省略する。

【００５６】形状検査用の下地パターン２７は、フィー
ルド領域８に金属膜をパターニングすることにより形成
されている。この下地パターン２７は、細長い四角形の
一端から他端に向かって徐々に幅が細くなっている、マ
イクロレンズ列を貫く先細の細長い台形形状である。

【００５７】本実施形態において、形状検査用マイクロ
レンズ１９ｂの形状検査方法を行なう場合について説明
する。図１８に示す形状検査用下地パターン２７を、顕
微鏡を用いて観察した場合、形状検査用マイクロレンズ
１９ｂの形状により、下地パターン２７の見え方が異な
る。その見え方により検査をおこなうことができる。例
えば、図１９に示すように、所定の下地パターン２７が
形状検査用マイクロレンズ１９ｂいっぱいに拡大されて
見える状態であれば、集光率の高い適正な形状のマイク
ロレンズ１９ｂが形成されていると判定される。

【００５８】一方、同様に顕微鏡を用いて観察した時
に、同じ下地パターン２７が、形状検査用マイクロレン
ズ１９ｂいっぱいに拡大されては見えず、形状検査用マ
イクロレンズ１９ｂの中央部付近に細く見える場合、形
状検査用マイクロレンズ１９ｂの集光率が低く形状が正
確でないと判定される。その場合、図２０（ａ）に示す
ように実際の下地パターン２７が下向きに細くなる形状
であり、図２０（ｂ）に示すように形状検査用マイクロ
レンズ１９ｂに映る下地パターン２８ａ，２８ｂの像も
また下向きに細くなる形状であると、図２０（ｃ）に示
すように、形状検査用マイクロレンズ１９ｂの合焦点が
下地パターン２７よりも先（図２０（ｃ）下方）に位置
することが分かる。従って、これを補正するためには、
平坦化層２０またはマイクロレンズ１９の厚さを厚くす
るか、マイクロレンズ１９の曲率半径を大きくする必要
がある。これに対し、図２１（ａ）に示すように実際の
下地パターン２７が下向きに細くなる形状であるのに、
図２１（ｂ）に示すように形状検査用マイクロレンズ１
９ｂに映る下地パターン２８ａ，２８ｂの像は逆に上向
きに細くなる形状であると、図２１（ｃ）に示すよう
に、形状検査用マイクロレンズ１９ｂの合焦点が下地パ
ターン２７よりも手前（図２１（ｃ）上方）に位置する
ことが分かる。従って、これを補正するためには、平坦
化層２０またはマイクロレンズ１９の厚さを薄くする
か、マイクロレンズ１９の曲率半径を小さくする必要が
ある。

【００５９】このように本実施形態では、マイクロレン
ズの形状が不正確であることを検知するだけでなく、ど
のような形状不良であるかを知ることができ、それに伴
って、補正する方法もわかるという効果がある。

【００６０】本実施形態の下地パターン２７に関して
も、図示しないが、ポリシリコン膜や絶縁膜の段差によ
って形成することや、反転パターンとして形成すること
ができる。

【００６１】以上説明した本発明の各実施形態において
は、固体撮像装置として、インターライントランスファ
ー型ＣＣＤ撮像装置について説明したが、他の型式の撮
像装置に関しても本発明を適用することができる。例え
ば、フレームインターライントランスファー型ＣＣＤ、
フルフレームトランスファー型ＣＣＤ、ＭＯＳ型イメー
ジセンサ、ＣＭＯＳ型イメージセンサ、アクティブピク
セル型イメージセンサ、など、光電変換素子上にマイク
ロレンズが形成されている撮像装置であれば、様々な装
置に適用可能である。

【００６２】

【発明の効果】本発明によると、撮像装置の電気光学特
性のテスティングを行なわなくても、マイクロレンズの
形状の良否判定を行ない、マイクロレンズの形成不良を
知ることができる。これにより、不良品が出た場合に、
従来のように、撮像装置を完成させて電気光学特性のテ
スティングを行なった後に再加工を行なうする場合に比
べ、作業効率が著しく向上する。

【００６３】また、撮像装置の試作段階において、さま
ざまな加工条件（リフロー温度やリフロー時間等）を試
して、最適な条件を求める場合にも、電気光学特性を評
価することなく、顕微鏡観察だけで判断可能であり、開
発のターンアラウンドタイム（ＴＡＴ）を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のインターライン型Ｃ
ＣＤ撮像装置の平面図である。

【図２】図１に示す撮像装置の形状検査用マイクロレン
ズおよび下地パターンの拡大平面図である。

【図３】図１に示す撮像装置の完成状態の断面図であ
る。

【図４】図１に示す撮像装置の製造工程の第１段階を示
す断面図である。

【図５】図１に示す撮像装置の製造工程の第２段階を示
す断面図である。

【図６】図１に示す撮像装置の製造工程の第３段階を示
す断面図である。

【図７】図１に示す撮像装置の製造工程の第４段階を示
す断面図である。

【図８】図１に示す撮像装置の要部拡大断面図である。

【図９】図１に示す撮像装置によるマイクロレンズの形
状検査の一例を示す説明図であり、（ａ）は形状検査用
マイクロレンズに映る下地パターンの像を示す平面図、
（ｂ）は断面図である。

【図１０】図１に示す撮像装置によるマイクロレンズの
形状検査の他の例を示す説明図であり、（ａ）は形状検
査用マイクロレンズに映る下地パターンの像を示す平面
図、（ｂ）は断面図である。

【図１１】図１に示す撮像装置において他の下地パター
ンを形成した例を示す要部拡大断面図である。

【図１２】図１に示す撮像装置においてさらに他の下地
パターンを形成した例を示す要部拡大断面図である。

【図１３】本発明の第２の実施形態の形状検査用マイク
ロレンズおよび下地パターンの拡大平面図である。

【図１４】図１３に示す撮像装置の要部拡大断面図であ
る。

【図１５】図１３に示す撮像装置によるマイクロレンズ
の形状検査の一例を示す説明図であり、（ａ）は形状検
査用マイクロレンズに映る下地パターンの像を示す平面
図、（ｂ）は断面図である。

【図１６】図１３に示す撮像装置によるマイクロレンズ
の形状検査の他の例を示す説明図であり、（ａ）は形状
検査用マイクロレンズに映る下地パターンの像を示す平
面図、（ｂ）は断面図である。

【図１７】本発明の第３の実施形態の形状検査用マイク
ロレンズおよび下地パターンの拡大平面図である。

【図１８】本発明の第４の実施形態の形状検査用マイク
ロレンズおよび下地パターンの拡大平面図である。

【図１９】図１８に示す撮像装置によるマイクロレンズ
の形状検査の一例を示す説明図であり、（ａ）は形状検
査用マイクロレンズと下地パターンとの実際の位置関係
を示す平面図、（ｂ）は形状検査用マイクロレンズに映
る下地パターンの像を示す平面図、（ｃ）は断面図であ
る。

【図２０】図１８に示す撮像装置によるマイクロレンズ
の形状検査の他の例を示す説明図であり、（ａ）は形状
検査用マイクロレンズと下地パターンとの実際の位置関
係を示す平面図、（ｂ）は形状検査用マイクロレンズに
映る下地パターンの像を示す平面図、（ｃ）は断面図で
ある。

【図２１】図１８に示す撮像装置によるマイクロレンズ
の形状検査のさらに他の例を示す説明図であり、（ａ）
は形状検査用マイクロレンズと下地パターンとの実際の
位置関係を示す平面図、（ｂ）は形状検査用マイクロレ
ンズに映る下地パターンの像を示す平面図、（ｃ）は断
面図である。

【図２２】従来のインターライン型ＣＣＤ撮像装置の平
面図である。

【図２３】従来の撮像装置の断面図である。

【図２４】従来の撮像装置の他の例の断面図である。

【図２５】図２４に示す撮像装置の製造工程の第１段階
を示す断面図である。

【図２６】図２４に示す撮像装置の製造工程の第２段階
を示す断面図である。

【図２７】図２４に示す撮像装置の製造工程の第３段階
を示す断面図である。

【図２８】図２４に示す撮像装置の製造工程の第４段階
を示す断面図である。

【符号の説明】

１，１０１ 撮像領域 ２，１０２ 水平ＣＣＤ ３，１０３ 出力部（電荷検出部） ４，１０４ フォトダイオード（光電変換素子） ５，１０５ 垂直ＣＣＤ ６，１０６ 読み出し領域 ７，１０７ 素子分離領域 ８，１０８ フィールド領域 ９，１０９ Ｎ型基板（半導体基板） １０，１１０ Ｐ型ウェル １２，１１２ Ｎ型垂直ＣＣＤ埋込み層 １３，１１３ Ｐ型垂直ＣＣＤウェル層 １４，１１４ 高濃度Ｐ型不純物層 １５，１１５ 絶縁膜 １５ａ，２３，２４，２６，２７，２８ａ，２８ｂ
下地パターン １６，１１６ 垂直ＣＣＤ転送電極 １７，１１７ 遮光膜 １８，１１８ 遮光膜開口 １９ マイクロレンズ １９ａ，１１９ 集光用マイクロレンズ １９ｂ 形状検査用マイクロレンズ ２０，１２０ 平坦化層 ２１，１２１ 入射光 ２２，１２１ 色層 ２５，１１９ａ 基材 ２９ａ 上方部分 ２９ｂ 下方部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 徹 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 山本 克己 東京都台東区台東一丁目５番１号 凸版印 刷株式会社内 (72)発明者 原 敬一 東京都台東区台東一丁目５番１号 凸版印 刷株式会社内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の撮像領域内に配列された複
   数の光電変換素子と、 前記光電変換素子の上方に配設され、前記光電変換素子
   に光を集光させる集光用マイクロレンズと、 前記半導体基板の前記撮像領域外に配設されており、前
   記集光用マイクロレンズと同一形状の形状検査用マイク
   ロレンズとを有することを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記形状検査用マイクロレンズの下方
   に、検査用の下地パターンが形成されている請求項１に
   記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 前記下地パターンが、金属膜パターンま
   たはポリシリコン膜パターンまたは絶縁膜の段差による
   パターンのいずれかからなる請求項２に記載の固体撮像
   装置。
4. 【請求項４】 前記形状検査用マイクロレンズが複数配
   置されており、それぞれの前記形状検査用マイクロレン
   ズに対応する前記下地パターンの大きさがそれぞれ異な
   ることを特徴とする請求項２または３に記載の固体撮像
   装置。
5. 【請求項５】 前記下地パターンは、全て前記形状検査
   用マイクロレンズよりも小さい請求項４に記載の固体撮
   像装置。
6. 【請求項６】 複数の前記形状検査用マイクロレンズが
   列をなすように配置されており、該形状検査用マイクロ
   レンズの配列方向に沿って延びる細長い四角形状の前記
   下地パターンが形成されている請求項２または３に記載
   の固体撮像装置。
7. 【請求項７】 前記下地パターンの幅が、前記形状検査
   用マイクロレンズの幅よりも小さい請求項６に記載の固
   体撮像装置。
8. 【請求項８】 前記形状検査用マイクロレンズの列が複
   数設けられており、該形状検査用マイクロレンズ列ごと
   に、前記下地パターンの幅が異なることを特徴とする請
   求項７に記載の固体撮像装置。
9. 【請求項９】 前記下地パターンが長方形形状である請
   求項６〜８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
10. 【請求項１０】 前記下地パターンが、一端から他端に
    向かって徐々に幅が細くなる細長い台形形状である請求
    項６〜８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
11. 【請求項１１】 請求項２〜１０のいずれか１項に記載
    の固体撮像装置の検査方法であって、 前記下地パターンの、前記形状検査用マイクロレンズに
    映る像を観察することにより、前記形状検査用マイクロ
    レンズの形状を検査することを特徴とする固体撮像装置
    の検査方法。
12. 【請求項１２】 半導体基板の撮像領域内に複数の光電
    変換素子を配列する工程と、 前記光電変換素子の上方に、前記光電変換素子に光を集
    光させる集光用マイクロレンズを、前記半導体基板の前
    記撮像領域外に、前記集光用マイクロレンズと同一形状
    の形状検査用マイクロレンズをそれぞれ形成する工程と
    を含む固体撮像装置の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記集光用マイクロレンズと、前記形
    状検査用マイクロレンズとを同時に形成する請求項１２
    に記載の固体撮像装置の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記半導体基板の前記撮像領域外に、
    検査用の下地パターンを形成し、その後で前記下地パタ
    ーン上に前記形状検査用マイクロレンズを形成する請求
    項１２または１３に記載の固体撮像装置の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記下地パターンを、金属膜パターン
    またはポリシリコン膜パターンまたは絶縁膜の段差によ
    るパターンのいずれかにより形成する請求項１４に記載
    の固体撮像装置の製造方法。