KR102258268B1 - 렌즈 어레이 및 그 제조 방법, 고체 촬상 장치, 및 전자 기기 - Google Patents

렌즈 어레이 및 그 제조 방법, 고체 촬상 장치, 및 전자 기기 Download PDF

Info

Publication number
KR102258268B1
KR102258268B1 KR1020167006947A KR20167006947A KR102258268B1 KR 102258268 B1 KR102258268 B1 KR 102258268B1 KR 1020167006947 A KR1020167006947 A KR 1020167006947A KR 20167006947 A KR20167006947 A KR 20167006947A KR 102258268 B1 KR102258268 B1 KR 102258268B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
radius
curvature
pixel
lens
microlens
Prior art date
Application number
KR1020167006947A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160061999A (ko
Inventor
요이치 오오츠카
켄주 니시키도
잎페이 요시바
Original Assignee
소니그룹주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 소니그룹주식회사 filed Critical 소니그룹주식회사
Priority to KR1020217015183A priority Critical patent/KR20210062722A/ko
Publication of KR20160061999A publication Critical patent/KR20160061999A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102258268B1 publication Critical patent/KR102258268B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0056—Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along two different directions in a plane, e.g. honeycomb arrangement of lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11—Anti-reflection coatings
    • G02B1/113—Anti-reflection coatings using inorganic layer materials only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0012—Arrays characterised by the manufacturing method
    • G02B3/0018—Reflow, i.e. characterized by the step of melting microstructures to form curved surfaces, e.g. manufacturing of moulds and surfaces for transfer etching
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0012—Arrays characterised by the manufacturing method
    • G02B3/0025—Machining, e.g. grinding, polishing, diamond turning, manufacturing of mould parts
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0012—Arrays characterised by the manufacturing method
    • G02B3/0031—Replication or moulding, e.g. hot embossing, UV-casting, injection moulding
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/34—Systems for automatic generation of focusing signals using different areas in a pupil plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/703—SSIS architectures incorporating pixels for producing signals other than image signals
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B13/00—Viewfinders; Focusing aids for cameras; Means for focusing for cameras; Autofocus systems for cameras
    • G03B13/32—Means for focusing
    • G03B13/34—Power focusing
    • G03B13/36—Autofocus systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

본 기술은, 화질의 열화를 억제하면서, AF 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 렌즈 어레이 및 그 제조 방법, 고체 촬상 장치, 및 전자 기기에 관한 것이다. 렌즈 어레이는, 촬상 화소에 혼재하여 마련되는 위상차 검출 화소에 대응하여 형성되는 마이크로 렌즈를 구비하고, 마이크로 렌즈는, 그 렌즈면이 실질적으로 구면을 이루고, 평면시에서 사각형 형상으로 형성됨과 함께 네모퉁이의 모서리가 개략 모따기되는 일 없이 형성되고, 단면시에서 화소 경계부의 대변 중앙부를 포함하는 대변 경계부 근방의 저면이, 대각 경계부를 포함하는 대각 경계부 근방의 저면보다도 높아지도록 형성된다. 본 기술은, 예를 들면 CMOS 이미지 센서의 렌즈 어레이에 적용할 수 있다.

Description

렌즈 어레이 및 그 제조 방법, 고체 촬상 장치, 및 전자 기기{LENS ARRAY, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, SOLID IMAGING DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE}
본 기술은, 렌즈 어레이 및 그 제조 방법, 고체 촬상 장치, 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히, 화질의 열화를 억제하면서, AF 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 렌즈 어레이 및 그 제조 방법, 고체 촬상 장치, 및 전자 기기에 관한 것이다.
촬상 장치에서, 자동적으로 초점이 맞는 상태(합초(合焦) 상태)로 하는 AF(Auto Focus) 방식은, 대별하면, 콘트라스트 검출 방식과 위상차 검출 방식으로 분류된다. 위상차 검출 방식은, 콘트라스트 검출 방식에 비하여 고속 AF 동작이 가능한 점에서 우수하다.
위상차 검출 방식으로서는, 동분할형(瞳分割型) 위상차 검출 방식이 일반적으로 알려져 있다. 동분할형 위상차 검출 방식은, 동일 수광 영역(촬상 영역)에 촬상 화소와는 별개로, 위상차 검출용(초점 검출용)의 화소(이하, 위상차 검출 화소라고 한다)를 마련여고 촬상면에서 AF 측거(側距)하는, 즉, 초점의 어긋남 방향 및 어긋남량을 나타내는 위상차 검출 신호를 얻는다는 방식이다.
고체 촬상 장치의 촬상 영역에 위상차 검출 화소를 조립한 경우, 촬상 화소의 높은 감도 특성을 유지하면서, 위상차 검출 화소의 위상차 검출의 감도를 높여서, AF 특성을 향상시킬 필요가 있다. 그 때문에, 종래는, 화소에 대응하여 개구부를 갖고서 형성된 차광막을, 촬상 화소와 비교해 그 개구부를 작게 형성하고, 또한, 위상차 검출 화소에 대응하는 마이크로 렌즈의 초점을 전핀으로 하도록 하고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 여기서, 「전(前)핀」이란, 핀트(초점)가 피사체보다도 앞쪽으로 어긋나 있는 상태를 말한다.
특허 문헌 1 : 일본국 특개2009-109965호 공보
그렇지만, 특허 문헌 1의 기술에서는, 위상차 검출 화소에 대응하는 마이크로 렌즈의 초점을 전핀으로 하기 때문에, 그 마이크로 렌즈의 평면시(平面視)에서의 형상을 원형으로 하고 있기 때문에, 인접 화소와의 사이에 간격이 생겨 버린다.
그 결과, 간극에 들어간 광이 인접 화소에 입사함으로써 혼색이 발생하거나, 마이크로 렌즈로 완전히 집광되지 않은 광이 마이크로 렌즈보다 하층에 형성되어 있는 배선 메탈 등에 반사함으로써 플레어가 발생하고, 출력된 화상의 화질이 열화될 우려가 있다.
본 기술은, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 화질의 열화를 억제하면서, AF 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 기술의 한 측면의 렌즈 어레이는, 촬상 화소에 혼재하여 마련되는 위상차 검출 화소에 대응하여 형성되는 마이크로 렌즈를 구비하고, 상기 마이크로 렌즈는, 그 렌즈면이 실질적으로 구면(球面)을 이루고, 평면시에서 사각형 형상으로 형성됨과 함께 네모퉁이(四隅)의 모서리(角)가 개략 모따기(角取り)되는 일 없이 형성되고, 단면시(斷面視)에서 화소 경계부의 대변(對邊) 중앙부를 포함하는 대변 경계부 근방의 저면이, 대각 경계부를 포함하는 대각 경계부 근방의 저면보다도 높아지도록 형성된다.
상기 마이크로 렌즈는, 평면시에서 정방형 형상으로 형성되고, 상기 대변 중앙부의 단면에서의 상기 렌즈면의 곡률반경인 제1의 곡률반경과, 상기 대각 경계부의 단면에서의 상기 렌즈면의 곡률반경인 제2의 곡률반경은 개략 동등하게 되도록 형성되도록 할 수 있다.
상기 위상차 검출 화소의 화소 사이즈는, 3㎛ 이상이 되고, 상기 렌즈면의 곡률반경(r)이, 상기 렌즈면의 정점(頂点)을 통과하는 단면에서의 저면의 폭(d)과, 상기 저면을 기준으로 한 상기 렌즈면의 정점의 높이(t)를 이용하여, r=(d2+4t2)/8t로 표시되는 경우, 상기 제1의 곡률반경(r1)과 상기 제2의 곡률반경(r2)과의 비인 곡률반경비(r1/r2)는, 0.98 내지 1.20의 범위에 포함되는 값으로 되도록 할 수 있다.
상기 렌즈면 표면에, 반사 방지막으로서, 적어도 1층의 무기막이 형성되도록 할 수 있다.
상기 무기막은, 상기 제1의 곡률반경(r1)과 상기 제2의 곡률반경(r2)과의 차를 작게 하도록 할 수 있다.
본 기술의 한 측면의 렌즈 어레이의 제조 방법은, 촬상 화소에 혼재하여 마련되는 위상차 검출 화소에 대응하여 형성되는 마이크로 렌즈를 구비하는 렌즈 어레이의 제조 방법으로서, 상기 마이크로 렌즈를, 그 렌즈면을 실질적으로 구면으로 하고, 평면시에서 사각형 형상으로 형성함과 함께 네모퉁이의 모서리를 개략 모따기되는 일 없이 형성하고, 단면시에서 화소 경계부의 대변 중앙부를 포함하는 대변 경계부 근방의 저면을, 대각 경계부를 포함하는 대각 경계부 근방의 저면보다도 높아지도록 형성하는 스텝을 포함한다.
본 기술의 한 측면의 고체 촬상 장치는, 촬상 화소에 혼재하여 마련되는 위상차 검출 화소에 대응하여 형성되는 마이크로 렌즈를 구비하고, 상기 마이크로 렌즈가, 그 렌즈면이 실질적으로 구면을 이루고, 평면시에서 사각형 형상으로 형성됨과 함께 네모퉁이의 모서리가 개략 모따기되는 일 없이 형성되고, 단면시에서 화소 경계부의 대변 중앙부를 포함하는 대변 경계부 근방의 저면이, 대각 경계부를 포함하는 대각 경계부 근방의 저면보다도 높아지도록 형성되는 렌즈 어레이를 구비한다.
본 기술의 한 측면의 전자 기기는, 촬상 화소에 혼재하여 마련되는 위상차 검출 화소에 대응하여 형성되는 마이크로 렌즈를 구비하고, 상기 마이크로 렌즈가, 그 렌즈면이 실질적으로 구면을 이루고, 평면시에서 사각형 형상으로 형성됨과 함께 네모퉁이의 모서리가 개략 모따기되는 일 없이 형성되고, 단면시에서 화소 경계부의 대변 중앙부를 포함하는 대변 경계부 근방의 저면이, 대각 경계부를 포함하는 대각 경계부 근방의 저면보다도 높아지도록 형성되는 렌즈 어레이를 구비하는 고체 촬상 장치를 구비한다.
본 기술의 한 측면에서는, 마이크로 렌즈가, 그 렌즈면이 실질적으로 구면을 이루고, 평면시에서 사각형 형상으로 형성됨과 함께 네모퉁이의 모서리가 개략 모따기되는 일 없이 형성되고, 단면시에서 화소 경계부의 대변 중앙부를 포함하는 대변 경계부 근방의 저면이, 대각 경계부를 포함하는 대각 경계부 근방의 저면보다도 높아지도록 형성된다.
본 기술의 한 측면에 의하면, 화질의 열화를 억제하면서, AF 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 기술을 적용한 이미지 센서의 한 실시의 형태를 도시하는 블록도.
도 2는 단위 화소의 회로 구성의 예를 도시하는 도면.
도 3은 촬상 화소 및 위상차 검출 화소의 구조례를 도시하는 단면도.
도 4는 위상차 검출 화소의 차광막의 예를 도시하는 도면.
도 5는 종래의 위상차 검출 화소에서의 초점 위치에 관해 설명하는 도면.
도 6은 본 기술의 마이크로 렌즈의 구성례를 도시하는 평면도.
도 7은 본 기술의 위상차 검출 화소에서의 초점 위치에 관해 설명하는 도면.
도 8은 본 기술의 마이크로 렌즈의 곡률반경에 관해 설명하는 도면.
도 9는 종래의 드라이 에칭법에 관해 설명하는 도면.
도 10은 화소 사이즈에 대한 인접 화소에 대응하는 레지스트 패턴 사이의 거리에 관해 설명하는 도면.
도 11은 마이크로 렌즈의 형성의 흐름에 관해 설명하는 도면.
도 12는 화소 사이즈에 대한 곡률반경비에 관해 설명하는 도면.
도 13은 화소 사이즈와 곡률반경비와의 의존 관계에 관해 설명하는 도면.
도 14는 마이크로 렌즈 형성 처리의 예에 관해 설명하는 플로 차트.
도 15는 마이크로 렌즈의 형성의 공정에 관해 설명하는 도면.
도 16은 마이크로 렌즈 형성 처리의 다른 예에 관해 설명하는 플로 차트.
도 17은 마이크로 렌즈의 형성의 공정에 관해 설명하는 도면.
도 18은 화소 사이즈에 대한 곡률반경비에 관해 설명하는 도면.
도 19는 표면 조사형의 고체 촬상 장치의 구성례를 도시하는 단면도.
도 20은 이면 조사형의 고체 촬상 장치의 구성례를 도시하는 단면도.
도 21은 하철 층내렌즈를 갖는 위상차 검출 화소의 구성례를 도시하는 단면도.
도 22는 하철 층내렌즈의 원주 방향의 위치와 곡률반경에 관해 설명하는 도면.
도 23은 상철 층내렌즈를 갖는 위상차 검출 화소의 구성례를 도시하는 단면도.
도 24는 상철 층내렌즈의 원주 방향의 위치와 곡률반경에 관해 설명하는 도면.
도 25는 본 기술을 적용한 전자 기기의 한 실시의 형태를 도시하는 블록도.
이하, 본 기술의 실시의 형태에 관해 도면을 참조하여 설명한다.
<고체 촬상 장치의 구성례>
도 1은, 본 기술이 적용된` 고체 촬상 장치의 한 실시의 형태를 도시하는 블록도이다. 이하에서는, 증폭형 고체 촬상 장치의 하나인 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서의 구성에 관해 설명한다. 또한, 본 기술은, CMOS 이미지 센서로의 적용으로 한정되는 것이 아니고, 다른 증폭형 고체 촬상 장치나 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 등의 전하 전송형의 고체 촬상 장치에도 적용 가능하다.
도 1에 도시되는 CMOS 이미지 센서(10)는, 반도체 기판(이하, 칩이라고도 한다)(11)상에 형성된 화소 어레이부(12)와, 화소 어레이부(12)와 같은 칩(11)상에 집적된 주변 회로부를 갖는 구성으로 되어 있다. 본 예에서는, 주변 회로부로서, 예를 들면, 행 주사부(13), 칼럼 처리부(14), 열 주사부(15), 및 시스템 제어부(16)가 마련되어 있다.
화소 어레이부(12)에는, 입사광의 광량에 응한 전하량의 광 전하를 발생하여 내부에 축적하는 광전 변환부를 갖는 단위 화소(이하, 단지 화소라고도 한다)가 행렬형상으로 2차원 배치되어 있다. 여기서 말하는 「단위 화소」란, 촬상 신호를 얻기 위한 촬상 화소가다. 단위 화소(촬상 화소)의 구체적인 회로 구성에 관해서는 후술한다.
또한, 화소 어레이부(12)에는, 행렬형상의 화소 배열에 대해 화소행마다 화소 구동선(17)이 행방향(화소행의 화소의 배열 방향)에 따라 배선되고, 화소열마다 수직 신호선(18)이 열방향(화소열의 화소의 배열 방향)에 따라 배선되어 있다. 화소 구동선(17)은, 행 주사부(13)로부터 행 단위로 출력되는, 화소를 구동하기 위한 구동 신호를 전송한다. 도 1에서는, 화소 구동선(17)에 관해 1개의 배선으로서 나타내고 있지만, 1개로 한정되는 것이 아니다. 화소 구동선(17)의 일단은, 행 주사부(13)의 각 행에 대응하는 출력단에 접속되어 있다.
행 주사부(13)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소 어레이부(12)의 각 화소를, 예를 들면 행 단위로 구동한다. 여기서는, 행 주사부(13)의 구체적인 구성에 관해서는 도시를 생략하지만, 일반적으로, 판독 주사계와 소출 주사계의 2개의 주사계를 갖는 구성으로 되어 있다.
판독 주사계는, 단위 화소로부터 신호를 판독하기 위해, 화소 어레이부(12)의 단위 화소를 행 단위로 차례로 선택 주사한다. 단위 화소로부터 판독되는 신호는 아날로그 신호이다. 소출 주사계는, 판독 주사계에 의해 판독 주사가 행하여지는 판독 행에 대해, 그 판독 주사보다도 셔터 스피드의 시간분만큼 선행하여 소출 주사를 행한다.
이 소출 주사계에 의한 소출 주사에 의해, 판독 행의 단위 화소의 광전 변환부에서 불필요한 전하가 소출됨에 의해 광전 변환부가 리셋된다. 그리고, 이 소출 주사계에 의한 불필요 전하의 소출(리셋)에 의해, 이른바 전자 셔터 동작이 행하여진다. 여기서, 전자 셔터 동작이란, 광전 변환부의 광 전하를 버리고, 새롭게 노광을 시작하는(광 전하의 축적을 시작하는) 동작인 것을 말한다.
판독 주사계에 의한 판독 동작에 의해 판독된 신호는, 그 직전의 판독 동작 또는 전자 셔터 동작 이후에 입사한 광량에 대응하는 것이다. 그리고, 직전의 판독 동작에 의한 판독 타이밍 또는 전자 셔터 동작에 의한 소출 타이밍부터, 금회의 판독 동작에 의한 판독 타이밍까지의 기간이, 단위 화소에서의 광 전하의 축적 기간(노광 기간)이 된다.
행 주사부(13)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 단위 화소로부터 출력되는 신호는, 수직 신호선(18)의 각각을 통하여 칼럼 처리부(14)에 공급된다. 칼럼 처리부(14)는, 화소 어레이부(12)의 화소열마다, 선택행의 각 화소로부터 수직 신호선(18)을 통하여 출력되는 신호에 대해 소정의 신호 처리를 시행함과 함께, 신호 처리 후의 화소 신호를 일시적으로 유지한다.
구체적으로는, 칼럼 처리부(14)는, 단위 화소의 신호를 받고, 그 신호에 대해, 예를 들면 CDS(Correlated Double Sampling)에 의한 노이즈 제거, 신호 증폭, AD(Analog-Digital) 변환 등의 신호 처리를 행한다. 노이즈 제거 처리에 의해, 리셋 노이즈나 증폭 트랜지스터의 임계치 편차 등이라는 화소 고유의 고정 패턴 노이즈가 제거되다. 또한, 여기서 예시한 신호 처리는 한 예에 지나지 않고, 신호 처리로서는 이들로 한정되는 것이 아니다.
열 주사부(15)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 칼럼 처리부(14)의 화소열에 대응하는 단위 회로를 순번대로 선택하는 주사를 행한다. 열 주사부(15)에 의한 선택 주사에 의해, 칼럼 처리부(14)의 각 단위 회로에서 신호 처리된 화소 신호가 순번대로 수평 버스(19)에 출력되고, 수평 버스(19)를 통하여 칩(11)의 외부에 전송된다.
시스템 제어부(16)는, 칩(11)의 외부로부터 주어지는 클록이나, 동작 모드를 지령하는 데이터 등을 수취하고, 또한, CMOS 이미지 센서(10)의 내부 정보 등의 데이터를 출력한다. 또한, 시스템 제어부(16)는, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터를 가지며, 그 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로 행 주사부(13), 칼럼 처리부(14), 및 열 주사부(15) 등의 주변 회로부의 구동 제어를 행한다.
<단위 화소의 회로 구성>
도 2는, 단위 화소의 회로 구성의 한 예를 도시하는 회로도이다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 단위 화소(20)는, 광전 변환부로서, 예를 들면 포토 다이오드(21)를 갖고 있다. 또한, 단위 화소(20)는, 포토 다이오드(21)에 더하여, 예를 들면, 전송 트랜지스터(판독 게이트부)(22), 리셋 트랜지스터(23), 증폭 트랜지스터(24), 및 선택 트랜지스터(25)의 4개의 트랜지스터를 갖고 있다.
여기서는, 4개의 트랜지스터로서, 예를 들면 N채널의 MOS 트랜지스터가 사용되고 있다. 단, 여기서 예시한 전송 트랜지스터(22), 리셋 트랜지스터(23), 증폭 트랜지스터(24), 및 선택 트랜지스터(25)의 도전형의 조합은 한 예에 지나지 않고, 이들의 조합으로 한정되는 것이 아니다.
또한, 단위 화소(20)에 대해, 화소 구동선(17)으로서, 예를 들면, 전송선(17a), 리셋선(17b), 및 선택선(17c)의 3개의 구동 배선이 동일 화소행의 각 화소에 관해 공통에 마련되어 있다. 전송선(17a), 리셋선(17b), 및 선택선(17c)은, 각각의 일단이 행 주사부(13)의 각 화소행에 대응하는 출력단에 화소행 단위로 접속되어 있고, 단위 화소(20)를 구동하는 구동 신호인 전송 펄스(φTRF), 리셋 펄스(φRST), 및 선택 펄스(φSEL)를 전송한다.
포토 다이오드(21)는, 애노드 전극이 부측 전원(예를 들면, 그라운드)에 접속되어 있고, 수광한 광(입사광)을 그 광량에 응한 전하량의 광 전하로 광전 변환하여 그 광 전하를 축적한다. 포토 다이오드(21)의 캐소드 전극은, 전송 트랜지스터(22)를 통하여 증폭 트랜지스터(24)의 게이트 전극과 전기적으로 접속되어 있다. 증폭 트랜지스터(24)의 게이트 전극과 전기적으로 연결된 노드를, FD(플로팅 디퓨전)부(26)라고 한다.
전송 트랜지스터(22)는, 포토 다이오드(21)의 캐소드 전극과 FD부(26)와의 사이에 접속되어 있다. 전송 트랜지스터(22)의 게이트 전극에는, 고레벨(예를 들면, Vdd 레벨)이 액티브(이하, High 액티브라고 한다)인 전송 펄스(φTRF)가 전송선(17a)을 통하여 주어진다. 이에 의해, 전송 트랜지스터(22)는 도통 상태가 되고, 포토 다이오드(21)에서 광전 변환된 광 전하가 FD부(26)에 전송된다.
리셋 트랜지스터(23)는, 드레인 전극이 화소 전원(Vdd)에, 소스 전극이 FD부(26)에 각각 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(23)의 게이트 전극에는, High 액티브의 리셋 펄스(φRST)가 리셋선(17b)을 통하여 주어진다. 이에 의해, 리셋 트랜지스터(23)는 도통 상태가 되고, FD부(26)의 전하를 화소 전원(Vdd)에 버림에 의해 FD부(26)가 리셋된다.
증폭 트랜지스터(24)는, 게이트 전극이 FD부(26)에, 드레인 전극이 화소 전원(Vdd)에 각각 접속되어 있다. 그리고, 증폭 트랜지스터(24)는, 리셋 트랜지스터(23)에 의해 리셋된 후의 FD부(26)의 전위를 리셋 신호(리셋 레벨)(Vrst)로서 출력한다. 또한, 증폭 트랜지스터(24)는, 전송 트랜지스터(22)에 의해 신호 전하가 전송된 후의 FD부(26)의 전위를 광 축적 신호(신호 레벨)(Vsig)로서 출력한다.
선택 트랜지스터(25)는, 예를 들면, 드레인 전극이 증폭 트랜지스터(24)의 소스 전극에, 소스 전극이 수직 신호선(18)에 각각 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(25)의 게이트 전극에는, High 액티브의 선택 펄스(φSEL)가 선택선(17c)을 통하여 주어진다. 이에 의해, 선택 트랜지스터(25)는 도통 상태가 되고, 단위 화소(20)를 선택 상태로 하여 증폭 트랜지스터(24)로부터 공급되는 신호가 수직 신호선(18)에 출력된다.
도 2의 예에서는, 선택 트랜지스터(25)를, 증폭 트랜지스터(24)의 소스 전극과 수직 신호선(18)과의 사이에 접속하는 회로 구성으로 하였지만, 선택 트랜지스터(25)를, 화소 전원(Vdd)과 증폭 트랜지스터(24)의 드레인 전극과의 사이에 접속하는 회로 구성을 채택하는 것도 가능하다.
또한, 단위 화소(20)는, 상술한 4개의 트랜지스터로 이루어지는 화소 구성의 것으로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 증폭 트랜지스터(24)와 선택 트랜지스터(25)를 겸용한 3개의 트랜지스터로 이루어지는 화소 구성의 것 등이라도 좋고, 그 화소 회로의 구성은 묻지 않는다.
<위상차 검출 화소의 구조례>
상술한 CMOS 이미지 센서(10)는, 동분할형의 위상차 검출을 실현하기 위해, 위상차 검출 신호를 얻기 위한 위상차 검출 화소를 구비한다. 위상차 검출 신호는, 초점의 어긋남 방향(디포커스 방향) 및 어긋남량(디포커스량)을 나타내는 신호이다.
위상차 검출 화소는, 촬상 화소(단위 화소(20))가 행렬형상으로 2차원 배치되어 이루어지는, 도 1에 도시하는 화소 어레이부(12)(유효 화소 영역) 내에 혼재하여 마련된다. 구체적으로는, 위상차 검출 화소는, 유효 화소 영역 내에서, 예를 들면, 좌우 상하 방향에 교차한 상태로 마련된다.
도 2에 도시한 화소 회로는, 촬상 화소와 위상차 검출 화소에 공통의 화소 회로이다. 구조의 점에서는, 위상차 검출 화소는 촬상 화소와 약간 다르다. 여기서, 위상차 검출 화소의 구조의 한 예에 관해, 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한다. 도 3은 촬상 화소 및 위상차 검출 화소의 단면도를, 도 4는 위상차 검출 화소의 차광막의 평면도를 각각 도시하고 있다.
촬상 화소(20) 및 위상차 검출 화소(40)는, 반도체 기판(11)의 표층부에 광전 변환부인 포토 다이오드(21)가 형성되고, 포토 다이오드(21)의 수광면측에, 차광막(41)이 배치된 구성으로 되어 있다. 촬상 화소(20)에서의 차광막(41)은, 포토 다이오드(21)의 수광면(수광 영역)에 대응하여 마련된 개구부(41A)를 갖는다. 한편, 위상차 검출 화소(40)에서의 차광막(41)은, 위상차를 검출하기 위한 차광막이고, 동분할된 광의 일방을 통과하는 개구부(41A)를 갖는다. 위상차 검출 화소(40)는, 차광막(41)에 마련된 개구부(41A)의 크기가, 구조상, 촬상 화소(20)와 다르다. 위상차 검출 화소(40)에서의 차광막(41)의 개구부(41A)는, 도 4에 도시되는 바와 같이, 평면시로 단위 화소의 반분 정도의 크기를 갖는다.
도 3에 도시되는 바와 같이, 차광막(41)은, 배선층(42)의 일부로서, 구체적으로는, 배선층(42)의 최하부의 배선층을 차광막으로서 겸한 상태로 형성되어 있다. 그리고, 차광막(41) 및 배선층(42)을 포함하는 층간 절연막(43)의 위에는 절연막(44)이, 절연막(44)의 위에는 컬러 필터(45)가, 컬러 필터(45)의 위에는 아크릴계 수지 등으로 이루어지는 평탄화막(46)이, 평탄화막(46)의 위에는 마이크로 렌즈(온 칩 렌즈)(47)가 차례로 적층되어 있다.
또한, 차광막(41)은, 배선층(42)의 최하부의 배선층을 겸하여 형성되는 외에, 배선층(42)과는 별도로 전용으로 형성되도록 하여도 좋다. 차광막(41)은, 텅스텐(W)이나 티탄(Ti), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 차광성을 갖는 재료에 의해 형성된다. 또한, 도 4의 A, B에 도시되는 차광막(41)의 구조는, 위상차 검출 화소를 유효 화소 영역 내에서 좌우 방향으로 배치하고, 사출동(射出瞳)으로부터의 좌우의 광속을 분리하는 경우의 것이다. 유효 화소 영역 내에서 상하 방향으로 배치하는 경우의 위상차 검출 화소(40)에서의 차광막(41)의 구조는, 도 4의 A, B 각각에서, 개구부(41A)를 90°회전시킨 구조가 된다.
<위상차 검출 화소에서의 초점 위치>
상술한 바와 같이, 위상차 검출 화소(40)와 촬상 화소(단위 화소)(20)는, 구조상, 차광막(41)에 마련된 개구부(41A)의 크기가 다른 외에, 마이크로 렌즈(47)의 초점 거리도 다르다.
촬상 화소(20)가 높은 감도 특성을 유지하기 위해서는, 촬상 화소(20)에 대응하여 형성되는 마이크로 렌즈(제1의 마이크로 렌즈)는, 그 초점 위치가 포토 다이오드(21)의 수광면상에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 위상차 검출 화소(40)가 높은 위상차 검출 특성을 유지하기 위해서는, 위상차 검출 화소(40)에 대응하여 형성되는 마이크로 렌즈(제2의 마이크로 렌즈)는, 그 초점 위치가 차광막(41)에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 이유 때문에, 위상차 검출 화소(40)에 대응하여 형성되는 마이크로 렌즈는, 촬상 화소(20)에 대응하여 형성되는 마이크로 렌즈에 비하여 초점 거리가 짧아지도록 형성되는 것이 바람직하다. 초점 거리가 짧아진다는 것은, 위상차 검출 화소(40)에 대응하여 형성되는 마이크로 렌즈의 초점 위치가, 포토 다이오드(21)의 수광면에서 떨어진 위치에 존재한다는 것이다.
여기서, 도 5를 참조하여, 일반적으로 위상차 검출 화소(40)에 대응하여 형성되는 마이크로 렌즈(47)와 차광막(41)과의 관계에 관해 설명한다. 도 5의 A는 마이크로 렌즈(47)의 대변(對邊) 방향의 단면을, 도 5의 B는 마이크로 렌즈(47)의 대각(對角) 방향의 단면을 각각 모식적으로 도시하고 있다. 또한, 마이크로 렌즈(47)는, 평면시에서, 개략 정방형 형상으로 형성되어 있는 것으로 한다.
여기서, 대변 방향은, 화소 어레이 방향을 나타내고 있다. 화소 어레이 방향은, 예를 들면, 도 1에 도시되는 행방향(x) 또는 열방향(y)이 된다. 본 예에서는, 대변 방향은, 도 1의 화소 어레이부(12)의 횡방향을 나타내는 것으로 한다. 또한, 대각 방향은, 정방형 형상으로 형성되어 있는 마이크로 렌즈(47)에서의 대각의 방향이 된다. 따라서 대각 방향은, 화소 어레이 방향에 대해 기울어져 있고, 본 예에서는, 대변 방향은, 도 1의 화소 어레이부(12)의 경사 방향을 나타내는 것으로 한다.
마이크로 렌즈(47)에는, 도시하지 않은 촬상 렌즈의 사출동의 영역부터 광(광속)이 입사한다. 그리고, 마이크로 렌즈(47)를 통과한 광은, 평면시로 단위 화소의 반분 정도의 크기의 개구부(41A)를 갖는 차광막(41)으로 유도된다. 도 5의 예에서는, 차광막(41)의 좌측 반분이 개구부(41A)로 되어 있기 때문에, 사출동의 영역부터 입사되는 우측의 광만이 개구부(41A)를 통과하고, 차광막(41)의 하방에 위치하는 포토 다이오드(21)에 유도되는 것이 바람직하다. 이 때, 사출동의 영역부터 입사되는 좌측의 광은 차광막(41)으로 차광된다.
마이크로 렌즈(47)의 폭 치수가 짧은 대변 방향(횡 방향)의 렌즈 부분에서는, 도 5의 A에 도시되는 바와 같이, 그 단면에서의 렌즈면의 곡률반경(r1)은, 초점 위치(fp)가 차광막(41)의 위치가 되도록 설계되어 있기 때문에, 사출동의 좌우로부터 입사된 광은 각각 양호하게 차광막(41)의 개구부(41A)를 통과하든지, 또는, 차광막(41)으로 차광된다.
그렇지만, 횡방향의 렌즈 부분보다 폭 치수가 길다란 대각 방향(경사 방향)의 렌즈 부분에서는, 그 저면(底面)이, 횡방향의 렌즈 부분의 저면과 동일 평면상에 형성되기 때문에, 도 5의 B에 도시되는 바와 같이, 그 단면에서의 렌즈면의 곡률반경(r2)은, 횡방향의 단면에서의 렌즈면의 곡률반경(r1)보다 커지고, 초점 위치(fp)가 차광막(41)보다도 포토 다이오드(21)측의 위치로 되어 버린다. 즉, 초점 거리가 길어져 버리기 위해(때문에), 좌우의 광이 차광막(41)에 의해 양호하게 분리되지 않고, 위상차 검출 화소(40)의 검출 정밀도(이하, AF 검출 정밀도라고도 한다)가 저하되어 버린다.
한편, 본 기술의 CMOS 이미지 센서(10)에서, 화소 어레이부(12)에 배치되는 화소에 대응하여 형성됨으로써 렌즈 어레이를 구성하는 마이크로 렌즈(47)는, 그 렌즈면이 실질적으로 구면(球面)을 이루고, 도 6에 도시되는 바와 같이, 평면시에서, 단위 화소의 경계부에 대응하여, 사각구형 형상(정방형 형상)으로 형성됨과 함께, 네모퉁이(四隅)의 모서리(角)가 개략 모따기(角取り)되는 일 없이 형성된다. 구체적으로는, 마이크로 렌즈(47)의 네모퉁이의 모서리는, 도 6에 도시되는 바와 같이, 대각 방향으로 인접하는 마이크로 렌즈(47)의 모서리끼리의 간격(c)이, 대략 가시광 영역의 광의 파장인 0.4㎛보다 작아지도록 형성된다.
이와 같이, 인접 화소와의 간극이 거의 없기 때문에, 광이 인접 화소에 입사함에 의한 혼색이나, 광이 마이크로 렌즈(47)보다 하층에 형성되어 있는 배선층(42)에 반사함에 의한 플레어를 억제하고, 화질의 열화를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 기술의 CMOS 이미지 센서(10)에서의 마이크로 렌즈(47)는, 단면시에서 화소 경계부의 대변 중앙부를 포함하는 대변 경계부 근방의 저면, 즉, 횡방향(a-a' 방향)의 저면보다, 대각 경계부를 포함하는 대각 경계부 근방의 저면, 즉, 경사 방향(b-b' 방향)의 저면이 낮아지도록 형성된다.
여기서, 도 7을 참조하여, 위상차 검출 화소(40)에 대응하여 형성되는 본 기술의 마이크로 렌즈(47)와 차광막(41)과의 관계에 관해 설명한다. 도 7의 A는 마이크로 렌즈(47)의 대변 방향의 단면을, 도 7의 B는 마이크로 렌즈(47)의 대각 방향의 단면을 각각 모식적으로 도시하고 있다. 또한, 이하에서는, 마이크로 렌즈(47)는, 평면시에서 개략 정방형 형상으로 형성되어 있는 것으로 하고 설명하지만, 평면시에서 개략 장방형 형상으로 형성되도록 하여도 좋다.
마이크로 렌즈(47)의 폭 치수가 짧은 대변 방향(횡 방향)의 렌즈 부분에서는, 도 7의 A에 도시되는 바와 같이, 그 단면에서의 렌즈면의 곡률반경(r1)은, 초점 위치(fp)가 차광막(41)의 위치가 되도록 설계되어 있기 때문에, 사출동의 좌우로부터 입사된 광은 각각 양호하게 차광막(41)의 개구부(41A)를 통과하든지, 또는, 차광막(41)으로 차광되어 있다.
또한, 횡방향의 렌즈 부분보다 폭 치수가 길다란 대각 방향(경사 방향)의 렌즈 부분에서는, 그 저면이, 횡방향의 렌즈 부분의 저면보다 낮게 형성됨으로써, 도 7의 B에 도시되는 바와 같이, 그 단면에서의 렌즈면의 곡률반경(r2)은, 횡방향의 단면에서의 렌즈면의 곡률반경(r1)과 거의 동등하게 되어, 초점 위치(fp)가 차광막(41)의 위치로 되어 있다. 이와 같이, 횡방향과 경사 방향에서 렌즈 부분의 저면의 위치가 다르도록 마이크로 렌즈(47)를 형성함으로써, 횡방향의 양호한 분리성을 유지하고서, 경사 방향의 분리성을 향상할 수 있기 때문에, AF 검출 정밀도가 양호해지고, AF 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 후술하는 바와 같이, 본 기술의 마이크로 렌즈(47)는, 화소 사이즈(정방형 형상의 화소 영역의 1변의 길이)가, 3㎛ 이상의 위상차 검출 화소(40)에 적용되는 것으로 한다.
또한, 도 8에 도시되는 바와 같이, 렌즈면의 곡률반경(r)이, 렌즈면의 정점(頂点)을 통과하는 단면에서의 저면의 폭(d)과, 그 저면을 기준으로 한 렌즈면의 정점의 높이(t)를 이용하여, r=((d2+4t2)/8t로 표시되는 경우, 본 기술의 마이크로 렌즈(47)에서, 도 7에 도시되는 곡률반경(r1)과 곡률반경(r2)과의 비인 곡률반경비(r1/r2)는, 0.98 내지 1.20의 범위에 포함되는 값으로 된다.
<마이크로 렌즈의 형성 수법>
그런데, 일반적인 마이크로 렌즈의 형성 수법으로서, 열(熱) 멜트 플로법과 드라이 에칭법이 알려져 있다.
열 멜트 플로법은, 감광성 수지로 이루어지는 마이크로 렌즈재를 기판에 도포한 후, 프리 베이크, 노광, 현상, 블리칭 노광의 각 처리를 순차적으로 행하고, 감광성 수지의 열연화점 이상의 온도로 열처리(열 멜트 플로)를 행함으로써, 위로 볼록형상의 렌즈를 형성하는 수법이다. 이 열처리에서, 유동한 수지가 접촉하면, 표면장력에 의해 패턴이 흘러 버려, 렌즈 형상이 무너져 버린다. 그래서, 열처리가 행하여질 때에는, 인접하는 화소끼리에 대응하여 형성된 감광성 수지 패턴끼리가 융착하지 않도록 조건 설정이 행하여진다.
드라이 에칭법은, 마이크로 렌즈재를 기판에 형성한 후, 그 위에 감광성 수지를 도포하고, 프리 베이크, 노광, 현상의 각 처리를 순차적으로 행하고, 감광성 수지의 열연화점 이상의 온도로 열처리를 행하여, 위로 볼록형상의 렌즈 형상을 갖는 마스크층을 형성하고, 이 마스크층을, 그 하지의 마이크로 렌즈재에 에칭 전사하는 수법이다. 이 수법에 의하면, 마이크로 렌즈를, 마스크층의 치수보다도 평면적으로 크게 형성할 수 있기 때문에, 유효 면적이 넓은, 집광성이 높은 렌즈를 형성할 수 있다.
<종래의 드라이 에칭법에 대한 검토>
여기서, 드라이 에칭법을 이용한 마이크로 렌즈의 형성 수법으로서, 예를 들면, 특개2008-52004호 공보에 개시되어 있는 수법에 관해 검토한다.
이 수법에서는, 우선, 도 9 좌측에 도시되는 바와 같이, 평면시에서 원형(圓形)이며 단면이 사각형인 레지스트 패턴(51)이, 화소마다 형성된다. 다음에, 레지스트 패턴(51)에, 열처리를 시행함에 의해, 도 9 우측에 도시되는 바와 같이, 레지스트 패턴(51)의 표면이 구면(球面)렌즈 형상으로 변형된다. 이 때, 레지스트 패턴(51)은, 원주 방향에서 곡률반경이 개략 동등하게 되도록 변형된다. 그리고, 인접하는 화소에 대응하는 렌즈와의 간격을 축소시키는 조건으로 전면(全面) 에이치백을 행하고`, 레지스트 패턴(51)을, 그 하지의 마이크로 렌즈재에 에칭 전사(轉寫)함으로써, 인접하는 화소에 대응하는 렌즈와의 간격이 축소된 렌즈 어레이가 형성된다.
또한, 본 수법에서도, 구면렌즈 형상의 레지스트 패턴(51)으로 형성시에 열처리가 행하여질 때에는, 인접하는 화소끼리에 대응하여 형성된 감광성 수지 패턴끼리가 융착하지 않도록 조건 설정이 행하여진다.
도 9 우측에 도시되는 바와 같이, 횡방향(대변 방향)으로 인접하는 화소에 대응하는 레지스트 패턴(51)끼리 사이의 거리를 w로 하면, 거리(w)는, 사용된 노광 장치나, 재료종, 프로세스 조건(열처리 온도, 시간 등)으로 정하여진다. 예를 들면, 노광 장치로서 i선 스테처가 사용된 경우, 거리(w)는, 0.2 내지 0.6㎛ 정도가 된다. 여기서, 도 9 좌측에 도시되는 바와 같이, 화소 사이즈를 a로 하고, 도 9 우측에 도시되는 바와 같이, 경사 방향(대각 방향)으로 인접하는 화소에 대응하는 레지스트 패턴(51)끼리 사이의 거리를 x로 하면, 거리(x)는, x=a×√2-(a-w)라는 근사식으로 표시된다.
도 10은, 상술한 근사식에 의거하여, 거리(w)가 0.35㎛가 되도록 레지스트 패턴(51)을 형성한 경우의, 화소 사이즈(a)에 대한 거리(x)의 관계를 도시한 도면이다.
도 10에 도시되는 바와 같이, 화소 사이즈가 커질 수록, 대각 방향의 거리(x)도 커진다.
그런데, 본 기술의 마이크로 렌즈는, 평면시에서 실질적으로 화소 영역과 동등하게 형성되기 때문에, 그 형성의 공정에서, 거리(w) 및 거리(x)가 0으로 될 때까지 드라이 에칭 처리가 행하여질 필요가 있다. 그렇지만, 화소 사이즈가 커지면, 인접하는 화소와의 거리(w)나 거리(x)도 커지기 때문에, 거리(w) 및 거리(x)를 0으로 하기 위한 드라이 에칭 처리에 필요로 하는 시간이 길어진다. 예를 들면, 화소 사이즈가 4㎛인 경우의 드라이 에칭 처리에는, 화소 사이즈가 1㎛인 경우의 대략 2.6배의 시간이 걸려 버린다. 이와 같이, 드라이 에칭 처리에 걸리는 시간이 길어지면, 제조 비용의 증가나, 고체 촬상 장치에의 플라즈마 데미지 등의 증가에 의한 특성 열화를 초래하게 된다.
<본 기술의 마이크로 렌즈 형성 수법에 관해>
다음에, 본 기술의 마이크로 렌즈 형성 수법에 관해 설명한다.
마이크로 렌즈재가 기판에 형성된 후, 그 위에 감광성 수지가 도포되고, 프리 베이크된 후, 도 11의 A에 도시되는 바와 같은 포토 마스크(61)를 이용하여, 노광이 시작된다. 도 11의 A에 도시되는 포토 마스크(61)에서, 흑색 부분은 노광광을 차광하는 차광부이고, 백색 부분은, 노광광을 투과하는 투과부이다. 또한, 포토 마스크(61)에서, 투과부는, 노광에 의해 레지스트 패턴이 남는 부분에 대응하고, 투과부는, 노광에 의해 레지스트 패턴이 현상 제거된 부분에 대응한다.
여기서, 노광 장치로서는, 예를 들면 투영 배율이 1/4배의 축소 노광 장치가 사용되고, 노광광으로서는, i선이나, KrF, ArF 등의 엑시머 레이저가 사용된다. 예를 들면, 투영 배율이 1/4배의 축소 노광 장치에서, 노광광에 i선이 사용된 경우, 포토 마스크(61)에서, 횡방향(대변 방향)으로 인접하는 차광부끼리의 간격(w)은, 1.4㎛가 된다. 이 경우, 투영 배율이 1/4배이기 때문에, 실제로 패턴 노광된 경우의 간격은, 0.35㎛가 된다.
또한, 도 11의 A에 도시되는 포토 마스크(61)에서, 단위 화소에 대응하는 차광부의 경사(대각) 방향의 폭은, 횡방향의 폭의 √2배가 된다.
도 11의 B는, 포토 마스크(61)를 이용하여 노광되고, 테트라메틸하이드로옥시사이드 등의 유기 알카리 수용액을 사용하여 현상 처리된, 노볼락계 수지 등을 주성분으로 한 포지형 포투레지스트 패턴을 도시하고 있다. 또한, 단위 화소에 대응하여 형성된 포토레지스트 패턴(62)에서, 네모퉁이의 모서리는, 노광시의 광 회절 등의 영향에 의해 약간 둥그스름함을 띠기 때문에, 포토레지스트 패턴(62)의 경사(대각)방향의 폭은, 횡방향의 폭의 √2배보다 약간 작아진다.
도 11의 B의 상태로부터, 포토레지스트 패턴(62)에 대해, 그 열연화점 이상의 온도로 다시 열처리가 행하여지면, 도 11의 C에 도시되는 바와 같이, 포토레지스트 패턴(62)의 표면은 구면형상이 된다.
도 11의 C에 도시되는 포토레지스트 패턴(62)이, 그 하지에 형성되어 있는, 스티렌계 수지 등으로 이루어지는 마이크로 렌즈재에 에칭 전사된다. 이 드라이 에칭 처리는, 형성된 마이크로 렌즈의 유효 면적이 실질적으로 화소 영역과 동등하게 될 때까지 확대하여, 마이크로 렌즈끼리의 간격이 없어질 때까지, 예를 들면 플루오로카본계의 에칭 가스(CF4)를 사용하여 행하여진다. 결과로서, 도 11의 D에 도시되는 바와 같다, 평면시에서 실질적으로 화소 영역과 동등한 마이크로 렌즈(63)가 형성된다.
여기서, 본 출원인은, 상술한 수법에 의해, 도 11의 A에서의 간격(w)을 1.4㎛ 일정하게 하여 마이크로 렌즈(63)을 형성한 경우의, 화소 사이즈에 대한 곡률반경비(대변 방향의 단면에서의 렌즈면의 곡률반경(r1)/대각 방향의 단면에서의 렌즈면의 곡률반경(r2))의 관계를 조사하였다. 그 결과를 도 12에 도시한다.
도 12에 도시되는 바와 같이, 화소 사이즈가 1 내지 2㎛ 정도이면, 곡률반경비는 1.1보다 작지만, 화소 사이즈가 2㎛를 초과하면, 곡률반경비는 1.2를 초과하여 버리는 것이 판명되었다.
<화소 사이즈와 곡률반경비와의 의존 관계>
여기서, 도 13을 참조하여, 곡률반경비가 화소 사이즈에 의존하는 이유에 관해 설명한다.
도 13의 A는, 화소 사이즈가 3.0㎛인 경우의 포토레지스트 패턴(62)의 평면도를 도시하고 있고, 도 13의 B는, 화소 사이즈가 1.0㎛인 경우의 포토레지스트 패턴(62)의 평면도를 도시하고 있다.
상술한 바와 같이, 현상 처리로 형성된 포토레지스트 패턴(62)은, 그 네모퉁이의 모서리가 둥그스름함을 띠고서 형성된다. 이 둥그스름함의 크기는, 도 11의 A로 도시된 포토 마스크(61)의 차광부의 크기(정방형 형상의 차광부의 1변의 길이)가 2.6㎛(투영 배율이 1/4배이기 때문에, 실제로 패턴 노광되는 경우의 간격은 0.65㎛. 화소 사이즈는 1.0㎛에 상당) 이상이라면, 실질적으로 변하지 않는 것으로 된다.
도 13의 A에 도시되는 바와 같이, 화소 사이즈가 3.0㎛인 경우, 포토레지스트 패턴(62)의 2변의 가상 연장선의 교점과, 포토레지스트 패턴(62)의 둥그스름한 부분과의 거리는, 0.12㎛가 된다. 한편, 도 13의 B에 도시되는 바와 같이, 화소 사이즈가 1.0㎛인 경우, 포토레지스트 패턴(62)의 2변의 가상 연장선의 교점과, 포토레지스트 패턴(62)의 둥그스름한 부분과의 거리는, 0.13㎛가 된다.
즉, 화소 사이즈가 3.0㎛인 경우에는, 포토레지스트 패턴(62)의 횡방향(대변 방향)의 폭에 대한 경사 방향(대각 방향)의 폭은 충분히 큰 값으로 되고, 포토레지스트 패턴(62)은 평면시에서 정방형에 가까운 형상으로 형성된다.
한편, 화소 사이즈가 1.0㎛인 경우에는, 포토레지스트 패턴(62)은 평면시에서 개략 원형에 가까운 형상으로 형성된다. 포토레지스트 패턴(62)이 평면시에서 개략 원형에 가까운 형상으로 형성된 경우, 도 9의 예와 마찬가지로 하여, 포토레지스트 패턴(62)은, 원주 방향에서 곡률반경이 개략 동등하게 되도록 형성된다. 이와 같은 포토레지스트 패턴(62)이, 그 하지에 형성되어 있는 마이크로 렌즈재에 에칭 전사됨으로써, 곡률반경비가 1.1 이하의 마이크로 렌즈가 형성된다.
이와 같이 하여, 화소 사이즈가 2.0㎛ 이하인 경우, 결과적으로, 원주 방향에서 곡률반경이 개략 동등한 마이크로 렌즈가 형성되기 때문에, 그 곡률반경비도 1.1 이하가 된다.
그런데, 근래, 동일 수광 영역에 촬상 화소와 위상차 검출 화소를 마련하는 구성은, 특히, APS-C 사이즈나 35mm 풀 사이즈의 고체 촬상 장치에 적용되고, 그 고성능화를 도모하기 위해 다양한 검토가 이루어지고 있다. 이와 같은 고체 촬상 장치에서의 화소 사이즈는, 일반적으로 3 내지 6㎛ 정도가 된다.
그렇지만, 상술한 바와 같이, 화소 사이즈가 2.0㎛를 초과하는 경우, 마이크로 렌즈의 곡률반경비는 1.2를 초과하여 버린다. 본 출원인이, APS-C 사이즈, 화소 사이즈 3.9㎛의 고체 촬상 장치에 관해, 상술한 수법에 의해 마이크로 렌즈(렌즈 어레이)를 제조한 바, 그 곡률반경비는 1.34이였다. 또한, 본 출원인은, 그 마이크로 렌즈를 구비하는 고체 촬상 장치에 관해, AF 특성을 조사하여 보았지만, 양호한 AF 특성을 얻을 수는 없었다.
그래서, 이하에서는, APS-C 사이즈나 35mm 풀 사이즈의 고체 촬상 장치의 AF 특성의 향상을 도모하기 위해, 화소 사이즈가 3 내지 6㎛라도 곡률반경비를 억제하면서, 드라이 에칭 처리 시간의 증대를 억제하도록 하는 마이크로 렌즈의 형성 수법에 관해 설명한다.
<본 기술의 마이크로 렌즈의 형성 수법 1>
도 14 및 도 15를 참조하여, 본 기술의 마이크로 렌즈의 형성 수법에 관해 설명한다. 도 14는, 마이크로 렌즈의 형성 처리에 관해 설명하는 플로 차트이고, 도 15는, 마이크로 렌즈의 형성의 공정을 도시하는 평면도, 횡방향의 단면도, 및 경사 방향의 단면도이다.
우선, 스텝 S11에서, 평탄화막상에, 스티렌계 수지 등으로 이루어지는 마이크로 렌즈재가 성막된다.
스텝 S12에서, 포토 리소그래피법에 의해, 마이크로 렌즈재상에, 노볼락 수지 등으로 이루어지는 포지형 포투레지스트 패턴이 형성된다.
스텝 S13에서, 열처리에 의해, 도 15의 공정(A)에 도시되는 바와 같이, 포토레지스트 패턴(71)이 상철(上凸) 형상의 렌즈 형상으로 형성된다. 이 때, 포토레지스트 패턴(71)은, 횡방향(a-a' 방향)의 폭보다 경사 방향(b-b' 방향)의 폭의 쪽이 크고, 또한, 대변 방향의 단면의 곡률반경보다 대각 방향의 단면의 곡률반경의 쪽이 큰 상태가 된다.
스텝 S14에서, 포토레지스트 패턴(71)을, 그 하지에 형성된 마이크로 렌즈재에 에칭 전사함으로써, 드라이 에칭 처리가 행하여진다.
여기서, 이 때 사용된 에칭 장치 및 에칭 가스에 관해 설명한다.
(에칭 장치에 관해)
에칭 장치로서는, 마이크로파 플라즈마형 에칭 장치 외에, 평행 평판 RIE(Reactive Ion Etching)장치, 고압 협갭형(狹갭型) 플라즈마 에칭 장치, ECR(Electron Cyclotron Resonance)형 에칭 장치, 변성기 결합 플라즈마형 에칭 장치, 유도 결합 플라즈마형 에칭 장치, 및 헬리콘파(波) 플라즈마형 에칭 장치 등, 기타 고밀도 플라즈마형 에칭 장치가 사용된다.
(에칭 가스에 관해)
에칭 가스로서는, 에칭 속도를 컨트롤하기 위한 제1 그룹의 가스와, CD(Critical Dimension) 게인을 컨트롤하기 위한 제2 그룹의 가스의, 적어도 2 종류의 가스가 사용된다.
제1 그룹의 가스로는, CF4, NF3, SF6 등이 포함되고, 제2 그룹의 가스로는, C3F8, C4F8, C4F6, C5F8, C2F6 등이 포함된다.
이러한 불소 함유 가스는, 플라즈마 중에서, F 래디칼과 CF 래디칼을 생성한다. F 래디칼은, 드라이 에칭의 과정에서, 포투레지스트 패턴과 마이크로 렌즈에 대한 깊이 방향으로의 에칭에 작용하고, CF 래디칼은, 플루오로카본계의 퇴적물에 의한 마이크로 렌즈의 유효 면적의 확대에 작용한다. 즉, 제1 그룹의 가스는, F 래디칼을 많이 생성하고, 제2 그룹의 가스는, CF 래디칼을 많이 생성한다.
제1 그룹의 가스와 제2 그룹의 가스의 비는, 마이크로 렌즈에서, 소망하는 곡률반경비를 얻을 수 있도록 적절히 조정되고, 또한, 기타의 가스가 첨가되어도 좋다.
도 15의 공정(B)에서는, 드라이 에칭의 과정에서, 포토레지스트 패턴(71)과 마이크로 렌즈(72)에 대한 깊이 방향으로의 에칭이 진행함과 함께, 마이크로 렌즈의 유효 면적이 확대하고 있다. 도 15의 공정(B)에서는, 횡방향(a-a' 방향)으로 인접하는 화소에 대응하는 마이크로 렌즈(72)끼리가 접촉한 상태로 되어 있다. 이 때, 마이크로 렌즈(72)는, 대변 방향의 단면의 곡률반경보다 대각 방향의 단면의 곡률반경의 쪽이 약간 큰 상태가 된다.
도 15의 공정(B)의 상태로부터 더욱 계속적으로 드라이 에칭이 행하여짐으로써, 도 15의 공정(C)에서는, 경사 방향(b-b' 방향)으로 인접하는 화소에 대응하는 마이크로 렌즈(72)끼리가 접촉한 상태로 되어 있다. 이 때, 마이크로 렌즈(72)는, 평면시에서, 인접하는 화소에 대응하는 마이크로 렌즈(72)와 실질적으로 갭이 없는 상태가 된다. 또한, 이 때, 마이크로 렌즈(72)에서는, 횡방향(대변 방향)의 단면의 곡률반경이, 경사 방향(대각 방향)의 단면의 곡률반경에 근접하게 된다.
이상의 처리에 의하면, 마이크로 렌즈의 유효 면적이 확대되고, 대변 방향의 단면의 곡률반경이, 대각 방향의 단면의 곡률반경에 근접하게 된다. 즉, 곡률반경비가 1.0에 근접하게 되고, AF 특성의 개선에 연결된다. 본 출원인이, APS-C 사이즈, 화소 사이즈 3.9㎛의 고체 촬상 장치에 관해, 상술한 본 기술의 수법에 의해 마이크로 렌즈(렌즈 어레이)를 제조한 바, 그 곡률반경비는 1.20으로 되고, 양호한 AF 특성을 얻을 수가 있었다. 이와 같이, 본 기술의 수법에 의하면, 화질의 열화를 억제하면서, AF 특성을 향상시킬 수 있는 마이크로 렌즈를 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 출원인은, 상술한 본 기술의 수법에 있어서, 에칭 조건을 바꿔서, 곡률반경비를 1.20 내지 1.34의 사이에서 변화시킨 경우의 AF 특성의 평가를 행한 바, 양호한 AF 특성을 얻을 수는 없었다. 따라서 양호한 AF 특성을 얻으려면, 곡률반경비를 1.20 이하로 하는 것이 바람직하다고 말할 수 있다.
<본 기술의 마이크로 렌즈의 형성 수법 2>
다음에, 도 16 및 도 17을 참조하여, 본 기술의 마이크로 렌즈의 형성 수법의 다른 예에 관해 설명한다. 도 16은, 마이크로 렌즈의 형성 처리에 관해 설명하는 플로 차트이고, 도 17은, 마이크로 렌즈의 형성의 공정을 도시하는 횡방향의 단면도 및 경사 방향의 단면도이다.
또한, 도 16의 플로 차트의 스텝 S31 내지 S34의 처리는, 도 14의 플로 차트의 스텝 S11 내지 S14의 처리와 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 생략한다.
즉, 스텝 S34에서, 도 17의 공정(C)에 도시되는 바와 같이, 드라이 에칭 처리에 의해 마이크로 렌즈(72)가 형성된 후, 스텝 S35에서, 마이크로 렌즈(72)상에, 도 17의 공정(D)에 도시되는 바와 같이, 제1의 무기막(81)이 형성된다.
제1의 무기막(81)은, 예를 들면, 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 건식 성막법에 의해, SiON 등을 160 내지 200℃ 정도의 온도로 퇴적시킴으로써 형성된다. 이 때, SiON의 굴절율이, 폴리스티렌계 수지로 이루어지는 마이크로 렌즈재의 굴절율 1.57 내지 1.61 정도와 거의 동등하게 되도록, 성막 조건이 조정된다.
상술의 건식 성막법에 의하면, 제1의 무기막(81)의 성막 스피드는, 성막 분자의 평균자유공정(平均自由工程)의 차에 의해, 평균자유공정이 큰 마이크로 렌즈(72)의 정부(81a) 부근에서는 빠르고, 평균자유공정이 작은 마이크로 렌즈(72)의 홈부(81b, 81c) 부근에서는 늦어진다. 특히, 마이크로 렌즈(72)의 홈부(81c) 부근에 있어서 성막 스피드는 가장 늦어지기 때문에, 마이크로 렌즈(72)에서는, 횡방향(a-a' 방향)의 단면의 곡률반경과, 경사 방향(b-b' 방향)의 단면의 곡률반경과의 차가 작아진다. 그 결과, 곡률반경비는, 드라이 에칭 후의 1.20으로부터 1.15로 개선되었다.
또한, 제1의 무기막(81)이 성막된 후, 스텝 S36에서, 제1의 무기막(81)상에, 도 17의 공정(E)에 도시되는 바와 같이, 제2의 무기막(82)이 형성된다.
제2의 무기막(82)은, SiON보다 굴절율이 낮은 SiO, SiOC, SiOF, SiOCH 등을 160 내지 200℃ 정도의 온도로 퇴적시킴으로써 형성된다. 이 때, 제2의 무기막(82)은, 그 막두께가 가시광의 파장의 1/4이 되도록 형성됨으로써, 마이크로 렌즈(72)의 반사 방지막으로서 작용한다. 또한, 이 경우의 마이크로 렌즈(72), 제1의 무기막(81), 및 제2의 무기막(82)의 굴절율의 대소 관계는, 이하와 같이 된다.
(마이크로 렌즈(72))≒(제1의 무기막(81))>(제2의 무기막(82))
이상의 처리에 의하면, 도 14의 플로 차트를 참조하여 설명하는 처리와 마찬가지로, 화질의 열화를 억제하면서, AF 특성을 향상시킬 수 있는 마이크로 렌즈를 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 제2의 무기막(82)이, 마이크로 렌즈(72)의 반사 방지막으로서 작용함으로써, 마이크로 렌즈(72)에서의 반사율이 저감하고, 고체 촬상 장치의 감도 특성의 향상이나 플레어의 저감을 도모할 수 있기 때문에, 보다 화질을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 상술한 처리에서, 제1의 무기막(81)을, 마이크로 렌즈(72)보다 굴절율이 큰 SiON이나 SiN 등을 160 내지 200℃ 정도의 온도로 퇴적시킴으로써 형성하고, 제2의 무기막(81)을, 마이크로 렌즈(72) 및 제1의 무기막(81)보다 굴절율이 작은 SiO나 SiOC, SiOF, SiOCH 등을 160 내지 200℃ 정도의 온도로 퇴적시킴으로써 형성하도록 하여도 좋다. 이 때, 제1의 무기막(81) 및 제2의 무기막(82)은, 2층의 반사 방지막으로서 작용한다. 이에 의해, 마이크로 렌즈(72)에서의 반사율을 더욱 저감시킬 수 있다.
또한, 이 경우의 마이크로 렌즈(72), 제1의 무기막(81), 및 제2의 무기막(82)의 굴절율의 대소 관계는, 이하와 같이 된다.
(제1의 무기막(81))>(마이크로 렌즈(72))>(제2의 무기막(82))
본 출원인은, 상술한 본 기술의 수법의 2례에 의해 마이크로 렌즈(72)를 형성한 경우의, 화소 사이즈에 대한 곡률반경비의 관계를 조사하였다. 그 결과를 도 18에 도시한다.
도 18에 도시되는 바와 같이, 종래의 기술(검은 원의 플롯)에서는, 화소 사이즈가 3.0㎛를 초과하면, 곡률반경비는, 바람직한 값이 되는 1.2를 초과하여 버린다. 한편, 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한 본 기술의 예(예 1)(흰 사각의 플롯)에서는, 화소 사이즈가 4.0㎛라도, 곡률반경비는, 바람직한 값이 되는 1.2 이하의 값으로 된다. 또한, 도 16 및 도 17을 참조하여 설명한 본 기술의 예(예 2)(흰 삼각의 플롯)에서는, 화소 사이즈가 5.0㎛라도, 곡률반경비는, 바람직한 값이 되는 1.2 이하의 값으로 된다. 이와 같이, 본 기술에 의하면, 화소 사이즈가 3 내지 5㎛라도 곡률반경비를 억제할 수 있기 때문에, 특히, APS-C 사이즈나 35mm 풀 사이즈 등의, 촬상 화소에 혼재하여 마련되는 위상차 검출 화소에 대응하여 형성되는 마이크로 렌즈를 구비한 고체 촬상 장치의 AF 특성의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 상술한 건식 성막법에 의해 성막되는 막종(膜種)으로서는, SiON, SiN, SiO, SiOC 등으로 한하지 않고, ZnO, ZrO, Al2O3, TiO2, CaF2, LiF, MgO 등을 사용하는 것도 가능하고, 그 굴절율은 적절히, 적절하게 조정된다.
또한, 이상에서는, 건식 성막법으로서, 플라즈마 CVD를 이용하도록 하였지만, 열(熱) CVD, 유(有)금속 CVD, 광(光) CVD 등, 다른 CVD 법을 이용하도록 하여도 좋다. 또한, 다른 성막법으로서, 진공 증착, 이온 플레이팅, 스퍼터링, 레이저 어브레이전, 분자선 에피택시 등의 PVD(Physical Vapor Deposition)법을 이용하는 것도 가능하다.
<고체 촬상 장치에의 적용>
본 기술이 적용 가능한 고체 촬상 장치는, 주로, 표면 조사형의 고체 촬상 장치와, 이면 조사형의 고체 촬상 장치로 대별된다.
도 19는, 표면 조사형의 고체 촬상 장치의 구조례를 도시하는 단면도이다.
도 19에 도시되는 바와 같이, 표면 조사형의 고체 촬상 장치에서는, 포토 다이오드(101)의 상층에 형성된 절연막(102)상에, 화소 트랜지스터의 게이트 전극(103)이 형성되고, 그 상층에는, 예를 들면 3층의 배선층(104)이 형성된다. 게이트 전극(103)과 배선층(104), 배선층(104) 사이는, 서로 콘택트(105)에 의해 전기적으로 접속된다.
배선층(104)의 상층에는, 평탄화막(106)이 형성되고, 평탄화막(106)의 상층에는, 컬러 필터(107)가 형성된다. 그리고, 컬러 필터(107)의 상층에는, 마이크로 렌즈(108))가 형성된다.
도 19의 표면 조사형의 고체 촬상 장치에, 위상차 검출 화소를 마련하도록 한 경우, 1층째(최하층)의 배선층(104)이, 위상차 검출 화소에서 동분할을 행하는 차광막으로서 형성된다. 따라서 도 19의 예에서는, 위상차 검출 화소에서의 차광막과 포토 다이오드(101) 표면과의 거리(t1)는, 콘택트(105)를 포함하는 두께가 된다.
도 20은, 이면 조사형의 고체 촬상 장치의 구조례를 도시하는 단면도이다.
도 20에 도시되는 바와 같이, 이면 조사형의 고체 촬상 장치에서는, 포토 다이오드(111)의 상층에 형성된 절연막(112)상에, 화소마다 차광막(113)이 형성되고, 그 상층에는, 컬러 필터(114)가 형성된다. 그리고, 컬러 필터(114)의 상층에는, 마이크로 렌즈(115)가 형성된다.
또한, 이면 조사형의 고체 촬상 장치에서는, 마이크로 렌즈(115)가 형성되는 면이란 반대의 면에, 도시하지 않은 화소 트랜지스터나 배선층이 형성된다.
도 20의 이면 조사형의 고체 촬상 장치에, 위상차 검출 화소를 마련하도록 한 경우, 화소마다 마련된 차광막(113)이, 위상차 검출 화소에서 동분할을 행하는 차광막으로서 형성된다. 따라서 도 20의 예에서는, 위상차 검출 화소에서의 차광막과 포토 다이오드(111) 표면과의 거리 t2는, 도 19의 거리(t1)와 비교하여 짧게 할 수 있다.
그런데, 상술한 표면 조사형의 고체 촬상 장치나 이면 조사형의 고체 촬상 장치에서의 촬상 화소에 대응하는 마이크로 렌즈에도, 본 기술의 마이크로 렌즈를 적용할 수 있다. 이에 의해, 촬상 화소에 위상차 검출 화소가 혼재한 화소 어레이를 구비하는 고체 촬상 장치에서, 촬상 화소에 대응하는 마이크로 렌즈와, 위상차 검출 화소에 대응하는 마이크로 렌즈의 제조 공정을 나누는 일 없이, 일괄하여 동일 형상의 마이크로 렌즈(렌즈 어레이)를 형성할 수가 있어서, 공정수의 증가를 피할 수 있다.
또한, 위상차 검출 화소에 대응하는 마이크로 렌즈의 초점 위치는, AF 특성 향상의 관점에서 차광막에 맞추는 것이 바람직하고, 또한, 촬상 화소에 대응하는 마이크로 렌즈의 초점 위치는, 감도 특성 향상의 관점에서 포토 다이오드 표면에 맞추는 것이 바람직하다.
여기서, 도 19의 표면 조사형의 고체 촬상 장치와, 도 20의 이면 조사형의 고체 촬상 장치에서는, 이면 조사형의 고체 촬상 장치의 쪽이, 차광막과 포토 다이오드 표면과의 거리가 짧기 때문에, 촬상 화소와 위상차 검출 화소에서 일괄하여 동일 형상의 마이크로 렌즈를 형성한 경우에, 각각의 화소의 특성 열화를, 표면 조사형의 고체 촬상 장치에 비하여 억제할 수 있다.
그렇지만, 표면 조사형의 고체 촬상 장치에서도, 본 기술을 이용하여, 촬상 화소와 위상차 검출 화소로 일괄하여 동일 형상의 마이크로 렌즈를 형성한 경우에는, 각각의 화소의 특성은, 종래의 기술에 비하여 양호해진다.
그런데, 촬상 화소와 위상차 검출 화소에서 일괄하여 동일 형상의 마이크로 렌즈를 형성한 경우에, 각각의 화소에 대응하는 마이크로 렌즈의 초점 위치의 어긋남을 보정하는 구성으로서, 층내(層內)렌즈를 마련하도록 하여도 좋다.
여기서, 하철(下凸) 층내렌즈 및 상철(上凸) 층내렌즈의 구조례에 관해 설명한다. 여기서는, 이면 조사형의 고체 촬상 장치에 적용하는 경우를 예로 들어 설명하는 것으로 한다.
<하철 층내렌즈>
도 21은, 컬러 필터상에 형성된 하철 층내렌즈를 갖는 화소 구조를 도시하는 단면도이다. 여기서는, 서로 인접하는, 촬상 화소(20) 및 위상차 검출 화소(40)의 2 화소분의 단면 구조를 나타내고 있다.
도 21에 도시되는 바와 같이, 위상차 검출 화소(40)에 대해서만, 동분할된 광의 일방을 통과한 개구부(41A)를 갖는 차광막(41)이 형성되고, 또한, 컬러 필터(45)의 위의 평탄화막(46) 내에 하철 층내렌즈(121)가 형성되어 있다. 또한, 차광막(41)은, 단위 화소에 대응하여 형성되고 화소 사이를 차광하는 차광막도 겸하고 있다. 차광막(41)의 요철은, 평탄화막(48)에 의해 평탄화되어 있다.
촬상 화소(20)에 대응하는 컬러 필터(45)는, 적, 녹, 청의 각 색의 컬러 필터로서 형성된다. 한편, 위상차 검출 화소(40)에 대응하는 컬러 필터(45)는, 녹색이나 시안의 컬러 필터나, 가시광을 투과한 막, 카본 블랙이나 티탄 블랙 등의 흑색 색소로 이루어지는 층으로서 형성된다. 또한, 위상차 검출 화소(40)에 대응하는 컬러 필터(45)를 마련하지 않도록 하여, 촬상 화소(20)에 대응하는 컬러 필터(45)가 형성된 후에, 평탄화막(46)을 매입하도록 하여도 좋다.
평탄화막(46)은, 굴절율이 1.5 정도의 아크릴계의 수지나, 굴절율이 1.45 내지 1.5 정도의 실록산계 수지, 또한, 이들의 수지에 불소를 첨가하여 굴절율이 1.4 내지 1.44 정도로 조정된 수지나, 중공(中空) 실리카 미립자를 첨가하여 굴절율이 1.2 내지 1.39 정도로 조정된 수지 등으로 형성된다.
평탄화막(46)에서, 하철 층내렌즈(121)가 형성되는 부분은, 포토 리소그래피 및 드라이 에칭에 의해, 하철 층내렌즈(121)에 대응한 형상으로 가공된다.
하철 층내렌즈(121)는, 도 22에 도시되는 바와 같이, 바람직하게는 평면시로 원형의 형상에, 평면시에서의 중점(中點)을 중심으로 하여 원주 방향의 단면의 곡률반경(r)이, 원주 방향의 위치에 의하지 않고 동등하게 되도록 형성된다.
이 때, 하철 층내렌즈(121)는, 마이크로 렌즈(47)와 동일한 재료로 마이크로 렌즈(47)와 일체적으로 형성되는 것이 바람직하다. 마이크로 렌즈(47)는, 예를 들면, 굴절율이 1.57 내지 1.61 정도의 스티렌계 수지, 굴절율이 1.6 정도의 노볼락계 수지, 굴절율이 1.7 정도의 폴리이미드계 수지, 또는, 예를 들면 산화아연, 산화지르코늄, 산화니오브, 산화티탄, 산화주석 등의 금속 산화 미립자를 수지 중에 첨가하여 굴절율이 1.7 내지 2.0 정도로 조정된 수지를 사용하여, 촬상 화소와 위상차 검출 화소에서 일괄하여 동일 형상으로 형성된다.
도 21의 고체 촬상 장치에서는, 하철 층내렌즈(121)가, 마이크로 렌즈(47)에 의해 집광된 광의 초점 위치를 마이크로 렌즈(47)측으로 보정하고, 그 초점 위치는, 하철 층내렌즈(121)의 평면시에서의 원주 방향의 위치에 의하지 않고 일정하게 되기 때문에, 차광막과 포토 다이오드와의 사이의 거리에 관계없이, 고체 촬상 장치의 AF 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 예에서는, 하철 층내렌즈(121)를, 컬러 필터(45)의 위의 평탄화막(46) 내에 형성하는 구성을 예로 들어 설명하였지만, 컬러 필터(45)의 아래에 평탄화막을 형성하도록 하고, 그 평탄화막 내에 형성하는 구성을 채택하는 것도 가능하다.
<상철 층내렌즈>
도 23은, 컬러 필터상에 형성된 상철 층내렌즈를 갖는 화소 구조를 도시하는 단면도이다. 여기서는, 서로 인접하는, 촬상 화소(20) 및 위상차 검출 화소(40)의 2화소분의 단면 구조를 나타내고 있다.
도 23에 도시되는 바와 같이, 위상차 검출 화소(40)에 대해서만, 동분할된 광의 일방을 통과하는 개구부(41A)를 갖는 차광막(41)이 형성되고, 또한, 컬러 필터(45)의 위의 평탄화막(46) 내에 상철 층내렌즈(122)가 형성되어 있다. 또한, 차광막(41)은, 단위 화소에 대응하여 형성되고 화소 사이를 차광하는 차광막도 겸하고 있다. 차광막(41)의 요철은, 평탄화막(48)에 의해 평탄화되어 있다.
촬상 화소(20)에 대응하는 컬러 필터(45)는, 적, 녹, 청의 각 색의 컬러 필터로서 형성된다. 한편, 위상차 검출 화소(40)에 대응하는 컬러 필터(45)는, 녹색이나 시안의 컬러 필터나, 가시광을 투과한` 막, 카본 블랙이나 티탄 블랙 등의 흑색 색소로 이루어지는 층으로서 형성된다. 또한, 위상차 검출 화소(40)에 대응하는 컬러 필터(45)를 마련하지 않도록 하고, 촬상 화소(20)에 대응하는 컬러 필터(45)가 형성된 후에, 아크릴계 수지 등으로 이루어지는 컬러 필터 커버막(45A)을 매입하도록 하여도 좋다.
상철 층내렌즈(122)는, 도 24에 도시되는 바와 같이, 바람직하게는 평면시로 원형의 형상에, 평면시에서의 중점을 중심으로 하여 원주 방향의 단면의 곡률반경(r)이, 원주 방향의 위치에 의하지 않고서 동등하게 되도록 형성된다.
상철 층내렌즈(122)는, 예를 들면, 굴절율이 1.57 내지 1.61 정도의 스티렌계 수지, 굴절율이 1.6 정도의 노볼락계 수지, 굴절율이 1.7 정도의 폴리이미드계 수지, 또는, 예를 들면 산화아연, 산화지르코늄, 산화니오브, 산화티탄, 산화주석 등의 금속 산화 미립자를 수지 중에 첨가하여 굴절율이 1.7 내지 2.0 정도로 조정된 재료, 건식 성막법에 의해 성막된 굴절율이 1.6 내지 1.9 정도의 SiON, SiN 등에 대해, 포토 리소그래피 및 드라이 에칭이 행하여짐에 의해 형성된다.
평탄화막(46)은, 상철 층내렌즈(122)의 굴절율보다도 낮다, 굴절율이 1.5 정도의 아크릴계의 수지나, 굴절율이 1.45 내지 1.5 정도의 실록산계 수지, 이들의 수지에 불소를 첨가하여 굴절율이 1.4 내지 1.44 정도로 조정된 수지나, 또한, 중공 실리카 미립자를 첨가하여 굴절율이 1.2 내지 1.39 정도로 조정된 수지 등으로 형성된다.
마이크로 렌즈(47)는, 예를 들면, 스티렌계 수지 등을 사용하여, 촬상 화소와 위상차 검출 화소로 일괄하여 동일 형상으로 형성된다.
도 23의 고체 촬상 장치에서는, 상철 층내렌즈(122)가, 마이크로 렌즈(47)에 의해 집광된 광의 초점 위치를 마이크로 렌즈(47)측으로 보정하고, 그 초점 위치는, 상철 층내렌즈(122)의 평면시에서의 원주 방향의 위치에 의하지 않고서 일정하게 되기 때문에, 차광막과 포토 다이오드와의 사이의 거리에 관계없이, 고체 촬상 장치의 AF 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 예에서는, 상철 층내렌즈(122)를, 컬러 필터(45)의 위의 평탄화막(46) 내에 형성하는 구성을 예로 들어 설명하였지만, 컬러 필터(45)의 아래에 평탄화막을 형성하도록 하여, 그 평탄화막 내에 형성한 구성을 채택하는 것도 가능하다.
본 기술은, 고체 촬상 장치에의 적용으로 한정되는 것이 아니고, 디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 촬상 장치나, 휴대 전화기 등의 촬상 기능을 갖는 휴대 단말 장치 등, 고체 촬상 장치를 구비하는 전자 기기 전반에 대해 적용할 수 있다.
<전자 기기에의 적용>
도 25는, 본 기술을 적용한 전자 기기의 한 예인 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다.
도 25에 도시되는 바와 같이, 촬상 장치(200)는, 촬상 렌즈(201) 등을 포함하는 광학계, 촬상 소자(202), 카메라 신호 처리부인 DSP(Digital Signal Processor)회로(203), 프레임 메모리(204), 표시 장치(205), 기록 장치(206), 조작계(207), 및 전원계(208) 등을 갖고 있다. DSP 회로(203), 프레임 메모리(204), 표시 장치(205), 기록 장치(206), 조작계(207), 및 전원계(208)는, 버스 라인(209)을 통하여 상호 통신 가능하게 접속되어 있다.
촬상 렌즈(201)는, 피사체로부터의 입사광을 받아들여서 촬상 소자(202)의 촬상면상에 결상한다. 촬상 소자(202)는, 촬상 렌즈(201)에 의해 촬상면상에 결상된 입사광의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력한다. 이 촬상 소자(202)로서, 위상차 검출용 화소를 구비하는 본 기술의 고체 촬상 장치를 이용할 수 있다.
표시 장치(205)는, 액정 표시 장치나 유기 EL(Electro Luminescence) 표시 장치 등의 패널형 표시 장치로 이루어지고, 촬상 소자(202)로 촬상된 동화 또는 정지화를 표시한다. 기록 장치(206)는, 촬상 소자(202)로 촬상된 동화 또는 정지화를, 메모리 카드, 비디오테이프, DVD(Digital Versatile Disk) 등의 기록 매체에 기록한다.
조작계(207)는, 유저에 의한 조작하에, 촬상 장치(200)가 갖는 다양한 기능에 관해 조작 지령을 발한다. 전원계(208)는, DSP 회로(203), 프레임 메모리(204), 표시 장치(205), 기록 장치(206), 및 조작계(207)의 동작 전원이 되는 각종의 전원을, 이들 공급 대상에 대해 적절히 공급한다.
또한, 촬상 장치(200)는, 촬상 렌즈(201)를 그 광축 방향으로 구동하는 렌즈 구동부(210)를 구비하고 있다. 렌즈 구동부(210)는, 촬상 렌즈(201)와 함께, 초점의 조절을 행하는 포커스 기구를 구성하고 있다. 그리고, 촬상 장치(200)는, 시스템 컨트롤러(211)에 의해, 포커스 기구의 제어나, 상술한 각 구성 요소의 제어 등, 여러가지의 제어가 행하여진다.
포커스 기구의 제어에 관해서는, 본 기술의 고체 촬상 장치에서의 위상차 검출용 화소로부터 출력된 위상차 검출 신호에 의거하여, 예를 들면 DSP 회로(203)에서, 초점의 어긋남 방향 및 어긋남량을 산출하는 연산 처리가 행하여진다. 이 연산 결과를 받아, 시스템 컨트롤러(211)는, 렌즈 구동부(210)를 통하여 촬상 렌즈(201)를 그 광축 방향으로 이동시킴에 의해 초점(핀트)이 맞는 상태로 하는 포커스 제어를 행한다.
또한, 본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
(1)
촬상 화소에 혼재하여 마련되는 위상차 검출 화소에 대응하여 형성되는 마이크로 렌즈를 구비하고,
상기 마이크로 렌즈는,
그 렌즈면이 실질적으로 구면을 이루고,
평면시에서 사각형 형상으로 형성됨과 함께 네모퉁이의 모서리가 개략 모따기되는 일 없이 형성되고,
단면시에서 화소 경계부의 대변 중앙부를 포함하는 대변 경계부 근방의 저면이, 대각 경계부를 포함하는 대각 경계부 근방의 저면보다도 높아지도록 형성되는 렌즈 어레이.
(2)
상기 마이크로 렌즈는,
평면시에서 정방형 형상으로 형성되고,
상기 대변 중앙부의 단면에서의 상기 렌즈면의 곡률반경인 제1의 곡률반경과, 상기 대각 경계부의 단면에서의 상기 렌즈면의 곡률반경인 제2의 곡률반경은 개략 동등하게 되도록 형성되는 (1)에 기재된 렌즈 어레이.
(3)
상기 위상차 검출 화소의 화소 사이즈는, 3㎛ 이상이 되고,
상기 렌즈면의 곡률반경(r)이, 상기 렌즈면의 정점을 통과하는 단면에서의 저면의 폭(d)과, 상기 저면을 기준으로 한 상기 렌즈면의 정점의 높이(t)를 이용하여, r=(d2+4t2)/8t로 표시되는 경우,
상기 제1의 곡률반경(r1)과 상기 제2의 곡률반경(r2)과의 비인 곡률반경비(r1/r2)는, 0.98 내지 1.20의 범위에 포함되는 값으로 되는 (2)에 기재된 렌즈 어레이.
(4)
상기 렌즈면 표면에, 반사 방지막으로서, 적어도 1층의 무기막이 형성되는 (2) 또는 (3)에 기재된 렌즈 어레이.
(5)
상기 무기막은, 상기 제1의 곡률반경(r1)과 상기 제2의 곡률반경(r2)과의 차를 작게 하는 (4)에 기재된 렌즈 어레이.
(6)
촬상 화소에 혼재하여 마련되는 위상차 검출 화소에 대응하여 형성되는 마이크로 렌즈를 구비하는 렌즈 어레이의 제조 방법으로서,
상기 마이크로 렌즈를,
그 렌즈면을 실질적으로 구면으로 하고,
평면시에서 사각형 형상으로 형성함과 함께 네모퉁이의 모서리를 개략 모따기되는 일 없이 형성하고,
단면시에서 화소 경계부의 대변 중앙부를 포함하는 대변 경계부 근방의 저면을, 대각 경계부를 포함하는 대각 경계부 근방의 저면보다도 높아지도록 형성하는 스텝을 포함하는 렌즈 어레이의 제조 방법.
(7)
촬상 화소에 혼재하여 마련되는 위상차 검출 화소에 대응하여 형성되는 마이크로 렌즈를 구비하고,
상기 마이크로 렌즈가,
그 렌즈면이 실질적으로 구면을 이루고,
평면시에서 사각형 형상으로 형성됨과 함께 네모퉁이의 모서리가 개략 모따기되는 일 없이 형성되고,
단면시에서 화소 경계부의 대변 중앙부를 포함하는 대변 경계부 근방의 저면이, 대각 경계부를 포함하는 대각 경계부 근방의 저면보다도 높아지도록 형성되는 렌즈 어레이를 구비하는 고체 촬상 장치.
(8)
촬상 화소에 혼재하여 마련되는 위상차 검출 화소에 대응하여 형성되는 마이크로 렌즈를 구비하고,
상기 마이크로 렌즈가,
그 렌즈면이 실질적으로 구면을 이루고,
평면시에서 사각형 형상으로 형성됨과 함께 네모퉁이의 모서리가 개략 모따기되는 일 없이 형성되고,
단면시에서 화소 경계부의 대변 중앙부를 포함하는 대변 경계부 근방의 저면이, 대각 경계부를 포함하는 대각 경계부 근방의 저면보다도 높아지도록 형성되는 렌즈 어레이를 구비하는 고체 촬상 장치를 구비하는 전자 기기.
10 : CMOS 이미지 센서
12 : 화소 어레이부
20 : 촬상 화소
40 : 위상차 검출 화소
41 : 차광막
47 : 마이크로 렌즈
200 : 촬상 장치
202 : 촬상 소자

Claims (8)

  1. 렌즈 어레이로서,
    위상차 검출 화소에 대응하는 마이크로 렌즈를 포함하며, 상기 위상차 검출 화소는 촬상 화소에 혼재되며,
    상기 마이크로 렌즈는 :
    구면인 렌즈면을 포함하고, 상기 마이크로 렌즈는 평면시에서 정방형 형상을 갖고 상기 마이크로 렌즈의 네모통이가 모따기 되지 않고,
    화소 경계부의 대변 중앙부를 포함하는 대변 경계부의 제1 저면, 및 대각 경계부를 포함하는 대각 경계부의 제2 저면을 포함하고,
    단면시에서 상기 제1 저면이 상기 제2 저면보다 높고,
    상기 렌즈면은 제1 곡률반경(r1) 및 제2 곡률반경(r2)을 갖고, 상기 제1 곡률반경(r1)은 상기 대변 중앙부의 단면에서의 곡률반경이고, 상기 제2 곡률반경(r2)은 상기 대각 경계부의 단면에서의 상기 렌즈면의 곡률반경이고,
    상기 렌즈면의 곡률반경(r)이, 상기 렌즈면의 정점을 통과하는 단면에서의 상기 마이크로 렌즈의 제3 저면의 폭이 d이고 상기 제3 저면을 기준으로 한 상기 렌즈면의 정점의 높이가 t일때, r=(d2+4t2)/8t이며,
    상기 제1 곡률반경(r1)과 상기 제2 곡률반경(r2)과의 비인 곡률반경비(r1/r2)는 0.98 내지 1.20의 범위의 값인 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈면의 표면에 반사 방지막인 적어도 하나의 무기막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 곡률반경(r1)과 상기 제2 곡률반경(r2)의 차이는 상기 적어도 하나의 무기막에 기초하는 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  4. 렌즈 어레이의 제조 방법으로서,
    촬상 화소에 혼재되는 위상차 검출 화소에 대응하는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 마이크로 렌즈는 :
    상기 마이크로렌즈의 렌즈면이 구면이고, 상기 마이크로렌즈는 평면시에서 정방형 형상을 갖고 상기 마이크로 렌즈의 네모통이가 모따기 되지 않고,
    상기 마이크로렌즈의 제1 저면은 화소 경계부의 대변 중앙부를 포함하는 대변 경계부에 있고,
    상기 마이크로렌즈의 제2 저면은 대각 경계부를 포함하는 대각 경계부에 있고,
    단면시에서 상기 제1 저면이 상기 제2 저면보다 높고,
    상기 렌즈면은 제1 곡률반경(r1) 및 제2 곡률반경(r2)을 갖고, 상기 제1 곡률반경(r1)은 상기 대변 중앙부의 단면에서의 곡률반경이고, 상기 제2 곡률반경(r2)은 상기 대각 경계부의 단면에서의 상기 렌즈면의 곡률반경이고,
    상기 렌즈면의 곡률반경(r)이, 상기 렌즈면의 정점을 통과하는 단면에서의 상기 마이크로 렌즈의 제3 저면의 폭이 d이고 상기 제3 저면을 기준으로 한 상기 렌즈면의 정점의 높이가 t일때, r=(d2+4t2)/8t이며,
    상기 제1 곡률반경(r1)과 상기 제2 곡률반경(r2)과의 비인 곡률반경비(r1/r2)는 0.98 내지 1.20의 범위의 값인 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이의 제조 방법.
  5. 고체 촬상 장치로서,
    복수의 마이크로 렌즈를 포함하는 렌즈 어레이를 포함하고, 상기 복수의 마이크로 렌즈의 각각의 마이크로 렌즈는 위상차 검출 화소에 대응하고, 상기 위상차 검출 화소는 촬상 화소에 혼재되며,
    상기 복수의 마이크로 렌즈 중 하나의 마이크로 렌즈는 :
    구면인 렌즈면을 포함하고, 상기 마이크로 렌즈는 평면시에서 정방형 형상을 갖고 상기 마이크로 렌즈의 네모통이가 모따기 되지 않고,
    화소 경계부의 대변 중앙부를 포함하는 대변 경계부의 제1 저면을 포함하고,
    대각 경계부를 포함하는 대각 경계부의 제2 저면을 포함하고,
    단면시에서 상기 제1 저면이 상기 제2 저면보다 높고,
    상기 렌즈면은 제1 곡률반경(r1) 및 제2 곡률반경(r2)을 갖고, 상기 제1 곡률반경(r1)은 상기 대변 중앙부의 단면에서의 곡률반경이고, 상기 제2 곡률반경(r2)은 상기 대각 경계부의 단면에서의 상기 렌즈면의 곡률반경이고,
    상기 렌즈면의 곡률반경(r)이, 상기 렌즈면의 정점을 통과하는 단면에서의 상기 마이크로 렌즈의 제3 저면의 폭이 d이고 상기 제3 저면을 기준으로 한 상기 렌즈면의 정점의 높이가 t일때, r=(d2+4t2)/8t이며,
    상기 제1 곡률반경(r1)과 상기 제2 곡률반경(r2)과의 비인 곡률반경비(r1/r2)는 0.98 내지 1.20의 범위의 값인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 전자 기기로서,
    고체 촬상 장치를 포함하고,
    상기 고체 촬상 장치는,
    복수의 마이크로 렌즈를 포함하는 렌즈 어레이를 포함하고, 상기 복수의 마이크로 렌즈의 각각의 마이크로 렌즈는 위상차 검출 화소에 대응하고, 상기 위상차 검출 화소는 촬상 화소에 혼재되며,
    상기 복수의 마이크로 렌즈 중 하나의 마이크로 렌즈는 :
    구면인 렌즈면을 포함하고, 상기 마이크로 렌즈는 평면시에서 정방형 형상을 갖고 상기 마이크로 렌즈의 네모통이가 모따기 되지 않고,
    화소 경계부의 대변 중앙부를 포함하는 대변 경계부의 제1 저면을 포함하고,
    대각 경계부를 포함하는 대각 경계부의 제2 저면을 포함하고,
    단면시에서 상기 제1 저면이 상기 제2 저면보다 높고,
    상기 렌즈면은 제1 곡률반경(r1) 및 제2 곡률반경(r2)을 갖고, 상기 제1 곡률반경(r1)은 상기 대변 중앙부의 단면에서의 곡률반경이고, 상기 제2 곡률반경(r2)은 상기 대각 경계부의 단면에서의 상기 렌즈면의 곡률반경이고,
    상기 렌즈면의 곡률반경(r)이, 상기 렌즈면의 정점을 통과하는 단면에서의 상기 마이크로 렌즈의 제3 저면의 폭이 d이고 상기 제3 저면을 기준으로 한 상기 렌즈면의 정점의 높이가 t일때, r=(d2+4t2)/8t이며,
    상기 제1 곡률반경(r1)과 상기 제2 곡률반경(r2)과의 비인 곡률반경비(r1/r2)는 0.98 내지 1.20의 범위의 값인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  7. 삭제
  8. 삭제
KR1020167006947A 2013-09-25 2014-09-12 렌즈 어레이 및 그 제조 방법, 고체 촬상 장치, 및 전자 기기 KR102258268B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020217015183A KR20210062722A (ko) 2013-09-25 2014-09-12 렌즈 어레이 및 그 제조 방법, 고체 촬상 장치, 및 전자 기기

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013197861A JP2015065268A (ja) 2013-09-25 2013-09-25 レンズアレイおよびその製造方法、固体撮像装置、並びに電子機器
JPJP-P-2013-197861 2013-09-25
PCT/JP2014/074244 WO2015045914A1 (ja) 2013-09-25 2014-09-12 レンズアレイおよびその製造方法、固体撮像装置、並びに電子機器

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217015183A Division KR20210062722A (ko) 2013-09-25 2014-09-12 렌즈 어레이 및 그 제조 방법, 고체 촬상 장치, 및 전자 기기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160061999A KR20160061999A (ko) 2016-06-01
KR102258268B1 true KR102258268B1 (ko) 2021-06-01

Family

ID=52743056

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167006947A KR102258268B1 (ko) 2013-09-25 2014-09-12 렌즈 어레이 및 그 제조 방법, 고체 촬상 장치, 및 전자 기기
KR1020217015183A KR20210062722A (ko) 2013-09-25 2014-09-12 렌즈 어레이 및 그 제조 방법, 고체 촬상 장치, 및 전자 기기

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217015183A KR20210062722A (ko) 2013-09-25 2014-09-12 렌즈 어레이 및 그 제조 방법, 고체 촬상 장치, 및 전자 기기

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10088608B2 (ko)
JP (1) JP2015065268A (ko)
KR (2) KR102258268B1 (ko)
CN (1) CN105556672B (ko)
TW (1) TWI651563B (ko)
WO (1) WO2015045914A1 (ko)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015012059A (ja) * 2013-06-27 2015-01-19 ソニー株式会社 固体撮像素子及びその製造方法、並びに撮像装置
JP2015076475A (ja) * 2013-10-08 2015-04-20 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
JP2016058451A (ja) * 2014-09-05 2016-04-21 キヤノン株式会社 センサおよびカメラ
CN105140250A (zh) * 2015-06-30 2015-12-09 京东方科技集团股份有限公司 光电转换阵列基板及其制作方法、光电转换装置
JP6600246B2 (ja) * 2015-12-17 2019-10-30 キヤノン株式会社 撮像装置及びカメラ
JP6656720B2 (ja) * 2016-01-07 2020-03-04 株式会社ジャパンディスプレイ 電極の作製方法、および電極を備える表示装置の作製方法
CN106324727B (zh) * 2016-11-03 2017-12-12 山东师范大学 自聚焦微透镜阵列的制作系统及制作方法
JP7186620B2 (ja) 2017-01-20 2022-12-09 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 表示装置、電子機器、及び表示装置の製造方法
CN107040724B (zh) 2017-04-28 2020-05-15 Oppo广东移动通信有限公司 双核对焦图像传感器及其对焦控制方法和成像装置
US20210233951A1 (en) * 2018-05-16 2021-07-29 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device and method of manufacturing solid-state imaging device
US10880467B2 (en) * 2018-06-25 2020-12-29 Omnivision Technologies, Inc. Image sensors with phase detection auto-focus pixels
US10608039B1 (en) * 2018-10-02 2020-03-31 Foveon, Inc. Imaging arrays having focal plane phase detecting pixel sensors
CN113169200A (zh) * 2018-12-27 2021-07-23 索尼半导体解决方案公司 成像元件以及成像元件的制造方法
JP2020178120A (ja) * 2019-04-15 2020-10-29 キヤノン株式会社 撮像素子及び撮像装置
JPWO2021039955A1 (ko) * 2019-08-30 2021-03-04
KR20220036630A (ko) * 2020-09-16 2022-03-23 삼성전자주식회사 컬러 보정을 위한 영상 처리 장치, 영상 처리 방법 및 이를 포함하는 영상 처리 시스템
KR20220043556A (ko) * 2020-09-29 2022-04-05 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
US11569291B2 (en) 2020-11-05 2023-01-31 Visera Technologies Company Limited Image sensor and method forming the same
JPWO2022168523A1 (ko) * 2021-02-02 2022-08-11
JP2023016439A (ja) * 2021-07-21 2023-02-02 凸版印刷株式会社 固体撮像素子
FR3135330A1 (fr) * 2022-05-05 2023-11-10 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Procédé de fabrication de microlentilles

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000206310A (ja) 1999-01-19 2000-07-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd レンズアレイ
JP2004021209A (ja) 2002-06-20 2004-01-22 Seiko Epson Corp マイクロレンズアレイ、液晶パネル、投射型表示装置及びマイクロレンズアレイの製造方法
JP2004037873A (ja) 2002-07-03 2004-02-05 Seiko Epson Corp マイクロレンズアレイ、マイクロレンズ基板及びその製造方法、電気光学装置並びに電子機器
JP2007101661A (ja) * 2005-09-30 2007-04-19 Fujifilm Corp マイクロレンズアレイおよびマイクロレンズアレイの製造方法
JP2008052004A (ja) * 2006-08-24 2008-03-06 Sony Corp レンズアレイ及び固体撮像素子の製造方法
JP2009109965A (ja) * 2007-10-11 2009-05-21 Nikon Corp 固体撮像素子および撮像装置
JP2010129783A (ja) * 2008-11-27 2010-06-10 Nikon Corp 撮像素子および撮像装置
JP2013021168A (ja) 2011-07-12 2013-01-31 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、電子機器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003258224A (ja) * 2002-03-06 2003-09-12 Toppan Printing Co Ltd 固体撮像素子及びその製造方法
TWI278991B (en) * 2002-07-09 2007-04-11 Toppan Printing Co Ltd Solid image-pickup device and method of manufacturing the same
JP4761740B2 (ja) * 2004-08-31 2011-08-31 東京エレクトロン株式会社 マイクロレンズの形成方法
JP4285373B2 (ja) * 2004-09-01 2009-06-24 セイコーエプソン株式会社 マイクロレンズの製造方法、マイクロレンズ及びマイクロレンズアレイ、並びに電気光学装置及び電子機器
TW200628921A (en) * 2004-09-17 2006-08-16 Hitachi Maxell Microlens array, method of fabricating microlens array, and liquid crystal display apparatus with microlens array
JP2007208817A (ja) * 2006-02-03 2007-08-16 Toshiba Corp 固体撮像装置
JP4826362B2 (ja) * 2006-06-28 2011-11-30 東京エレクトロン株式会社 マイクロレンズの形成方法
US7978255B2 (en) * 2007-10-11 2011-07-12 Nikon Corporation Solid-state image sensor and image-capturing device
JP2010181485A (ja) * 2009-02-03 2010-08-19 Nikon Corp 撮像装置および撮像素子
JP2011013411A (ja) * 2009-07-01 2011-01-20 Toppan Printing Co Ltd マイクロレンズアレイの製造方法及びフォトマスク
US8659839B2 (en) * 2010-02-26 2014-02-25 Konica Minolta Advanced Layers, Inc. Imaging lens and imaging device
JP2012134261A (ja) 2010-12-20 2012-07-12 Sharp Corp レンズおよびその製造方法、固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器
JP2013077740A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Sony Corp 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び、電子機器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000206310A (ja) 1999-01-19 2000-07-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd レンズアレイ
JP2004021209A (ja) 2002-06-20 2004-01-22 Seiko Epson Corp マイクロレンズアレイ、液晶パネル、投射型表示装置及びマイクロレンズアレイの製造方法
JP2004037873A (ja) 2002-07-03 2004-02-05 Seiko Epson Corp マイクロレンズアレイ、マイクロレンズ基板及びその製造方法、電気光学装置並びに電子機器
JP2007101661A (ja) * 2005-09-30 2007-04-19 Fujifilm Corp マイクロレンズアレイおよびマイクロレンズアレイの製造方法
JP2008052004A (ja) * 2006-08-24 2008-03-06 Sony Corp レンズアレイ及び固体撮像素子の製造方法
JP2009109965A (ja) * 2007-10-11 2009-05-21 Nikon Corp 固体撮像素子および撮像装置
JP2010129783A (ja) * 2008-11-27 2010-06-10 Nikon Corp 撮像素子および撮像装置
JP2013021168A (ja) 2011-07-12 2013-01-31 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
CN105556672B (zh) 2019-11-12
KR20210062722A (ko) 2021-05-31
TW201512732A (zh) 2015-04-01
CN105556672A (zh) 2016-05-04
US20160231468A1 (en) 2016-08-11
JP2015065268A (ja) 2015-04-09
WO2015045914A1 (ja) 2015-04-02
KR20160061999A (ko) 2016-06-01
TWI651563B (zh) 2019-02-21
US10088608B2 (en) 2018-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102258268B1 (ko) 렌즈 어레이 및 그 제조 방법, 고체 촬상 장치, 및 전자 기기
US11217618B2 (en) Solid-state image pickup device, electronic apparatus, and manufacturing method
US9515114B2 (en) Solid-state imaging device, method of forming microlens in solid-state imaging device, and electronic apparatus
US9508767B2 (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus
TWI636557B (zh) Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic device
US8742525B2 (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus
CN102034842B (zh) 固态成像装置及其制造方法、电子装置和透镜阵列
JP2015060855A (ja) 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
JP2008270679A (ja) 固体撮像装置およびその製造方法および撮像装置
KR101010375B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
JP6028768B2 (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、電子機器
KR100887886B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant