TW200913238A - Optical member, solid state imaging apparatus, and manufacturing method - Google Patents

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200913238 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種光學構件及利用該光學構件之固體攝 像裝置以及此等之製造方法。 【先前技術】 CCD(電荷耦合器件）及CM〇s(互補金氧半導體）感測器等 固體攝像裝置，一般而言係設置晶載透鏡（OCL· : 〇n chip Lenz :亦稱為微透鏡）及層内透鏡等之光學構件，而使入 射光聚光於受光部。此處，前述光學構件係使用利用斯涅 耳定律之折射型透鏡構造者。 θ然而，利用斯淫耳定律之折射型透鏡構造，因為其透鏡 厚達1 μιη程度以上，所以應用於固體攝像裝置之晶載透鏡 及層内聚光透鏡時，器件上層變厚。藉此，從鄰近像素入 射之不適宜的光（稱為傾斜入射光）增加，該傾斜入射光之 混色增加，導致色重現性差。 此外，先W之晶载透鏡及層内聚光透鏡之製作步驟，係 使抗I虫劑圓滑熱處理等，步驟數量多且複雜，成本亦高。 而且以圓滑熱處理製作時，僅可製作球面形狀，而無法製 作如在橫方向變形之不對稱的透鏡形狀。 減〉、附加之成像系統透鏡的F值時，因為傾斜入 射光增加，藉ώ μ^ 、 曰變厚而顯著地從理想的靈敏度降低， 而無法獲得席水+ + μ " 于原來之靈敏度（F值光靈敏度降低）。 先則之晶載透鏡，其聚光效率依存於訊號光之入 射角度而降低。姑 ' 換έ之，就垂直入射於晶载透鏡之光，雖 128876.doc 200913238 可高效率地聚光，但是對傾斜入射光的聚光效率減少。二 維排列複數像素而構成之固體攝像裝置，具有廣角之入射 光的情況，在固體攝像裝置中央附近之像素與周邊附近之 像素的入射角不同，結果周邊附近之像素的聚光效率比中 央附近者降低的現象，亦即器件邊緣之靈敏度比中心小的 現象（發暗（shading))亦顯著。 傾斜入射光中關於色重現性降低，為了恢復色重現性， 亦考慮進行運算處理，不過，可能發生多餘之雜訊，而導 致畫質惡化的弊病。 再者，減少附加之成像系統透鏡的F值時，因為傾斜入 射光增加，藉由上層變厚而顯著地從理想的靈敏度降低， 亦產生無法獲得原來之靈敏度的F值光靈敏度降低現象。 另外，一種解決上層變厚之問題及靈敏度降低的方法， 提出有利用菲涅耳透鏡之結構（如參照專利文獻丨，〇。 [專利文獻1]日本特開2005_0U969號公報 [專利文獻2]曰本特開2006-35 1 972號公報 如記載於專利文獻1之結構，係將菲涅耳透鏡為基礎而 構成使以晶載透鏡等之上部透鏡收斂的光進一步收斂，而 入射於對應之光電轉換部的層内聚紐鏡者。此雖是折射 i透、兄不過其特徵為藉由形成波型而可使透鏡變薄。 此外，§己載於專利文獻2之結構，係藉由以與入射光之 波長相同程度或比其短之線寬分割的同心構造之複數帶 (zone)區域的組合而構成聚光元件者。其特徵為以二段同 心圓構造之分布折射率透鏡（換言之，係菲料透鏡）為基 128876.doc 200913238 礎而構成聚光元件。 但是，記餘專散獻i之結構，由於係以菲淫 之構想為基本，因為該菲涅耳透鏡係折射型： 等級薄有其限度。 友長 此外，製作此種波型比通常之折射型透鏡的步驟需 加複雜的步驟’而更加花費成本。此外]堇可以球面製作 透鏡，而無法加入不對稱性。 而且，因為專利文獻】，2之任何—個結構均係以菲淫耳 透鏡為基礎，所以傾斜入射於某個區域之光中，有些並未 聚集於原本聚光之點上（詳細内容於後述）。如此不但聚 光效率降低，且當發散之光人射於鄰近之像素時造^混 色。 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 本發明係鑑於上述情形所完成者，其目的為提供一種可 消除前述各種問題之至少丨個的新穎光學構件之結構。 [解決問題之技術手段] 在光學構件之橫方向（對光軸垂直之平面上的任意方向） 父互地排列有比光學長（透鏡長）相對較薄之高折射率層與 低折射率層情況下，低折射率層或高折射率層之各寬度比 入射光之波長等級大很多時，通過光學構件之光的等相位 面與以入射、側之媒介的等相位面同樣地形成，而不致彎 曲0 然而，低折射率層或高折射率層之各寬度與入射光之波 128876.doc 200913238 長等、'及相同程度或比其小時，根據波動方程式之連續性， 在低折射率層内之波面與在高折射率層内之波面連繫，其 結果產生全體之等相位面彎曲的現象。 本發明之光學構件絲據前述見解而完成者。亦即，本 發明之光學構件的一實施形態，係比光學長（透鏡長）相對 較薄，且折射率大之高折射率層與折射率小之低折射率層 對光軸交互地排列於橫方向者。此處，高折射率層及低折 射率層之各寬度為人射光之波長等級或比其小者。 將波長等級或比其小之寬度的低折射率層與高折射率層 並排於橫方向，而使其具有作為光學構件之功能時，藉由 調整構件中心與踹邱夕古4匕6丄亡， 精由 、°回折射率層各密度的配置關係，可 調整等相位面之彎曲狀況。 藉此’右亦可使其具有凸透鏡功能（聚光性），則亦可使 1有凹透鏡功能（擴散性）。此外，亦可使以㈣料 i現ίΓ奐成垂直入射光之功能(傾斜光修正功能)。而可 實現藉由調正低折射率層與高折射率層各排列寬度 制等相位面（波面;)之彎曲# 控 透鏡）。）之u狀態的新穎結構的光學構件（光學 隨==折射率層以在構件之機械性中心密集配置， 凸*開而變疏鬆之方式左右對稱配置，則可實現 機械性中心疏鬆配置，隨側觀察’以在構件之 右對稱配置’則可實現凸透鏡功能(聚蝴。 式左 將各高折射率層以在構件之機械性中心疏鬆配置，隨著 I28876.doc 200913238 從中心離開而變密集之方式左右對稱配置，則可實現凹透 鏡功能（發散性）。從低折射率層側觀察，以在構件之機械 性中心密集配置，隨著從令心離開而變疏鬆之方式左㈣ 稱配置，則可實現凹透鏡功能（發散性）。 將高折射率層及低折射率層之至少—方的各寬度不對稱 地配置於橫方向，則可實現傾斜光修正功能。 *此誠學構件作為獨立之構件，可與㈣掃描光學系統 等中使用的先前之一般光學透鏡替換而使用。 不過’在與固體攝像裝置之組合中，宜在形成像素陣列 部等之半導體基板上一體地形成光學構件。 固體攝像裝置可係作為單晶片所形成之形態亦可係將 攝像部與訊號處理部或光學系統滙集封裝之具有攝像功能 的模組狀形態。 尽發明不僅固體攝像裝置 处°』週用於攝像裝 置。此時，作騎像裝置，可獲得與固體攝像裝置同樣之 六 地攝像裝置例如表示相機（或是相機系統）戋具 能之攜帶式機器。此外，「攝像」不僅是通常相 等者：日’之拍攝圖冑’作為廣義之定義，亦包含指紋檢測 L發明之效果] 發明之-實施形態，由於將比人射光之波長等級 交互^ 鏡長更薄的高折㈣層與低折射率層對光軸 學構件t列於橫方向而構成光學構件’因此入射光通過光 時’可使等相位面隨著高折射率層與低折射率層之 128876.doc 200913238 各寬度的排列狀態而弯曲。其結果，光學構件顯示和高折 射率層與低折射率層各寬度之排列狀態相應的光學特性 (例如聚光功能、發散功能或是入射角轉換功能)。 如此將高折射率層與低折射率層交互地排列於橫方向之 光學構件可形成比光學長更短且薄的構件，可形成比先前 利用㈣耳定律之折射型透鏡構造者更薄的構件。其社 果’可緩和、消除由如先前具有相對較厚構造的透鏡所產 生之問題。 例如攝像器件之上層薄’混色減少，因此色重現性佳。 由於不需要運算處理之混色對策，因此減少產生多餘之雜 訊。此外，亦可防止F值光靈敏度降低，或將傾斜入射光 修正成垂直入射光，亦成為發暗對策。 此外，由於交互排列薄之低折射率層與高折射率層而構 成構件’因此無如菲淫耳透鏡之大折射率的階差，即使對 ，：入射光’因反射或折射而發散之光亦少。其結果，可 提尚聚光效率，亦可解決傾斜入射光之混色問題。 將薄之低折射率層與高折射率層 向即可，可參照半導體製程來製造 成本抑制得低。 形成交互地排列於橫方 ，氣作步驟簡便且可將

由於藉由調整低折㈣層與高折射率層之 :::學特性，因此亦具有光學性設計範圍比球面:鏡I 【實施方式】 以下’參照圖式，就本發明之實施形態進行詳細說明 12S876.doc 200913238 <第一種實施形態.·凸透鏡之基本> 圖1〜圖1B係光學透鏡第一種實施形態之基本原理的說明 圖。此處，圖1及圖1A係顯示等相位面之圖，圖1B係第一 種實施形態之光學透鏡的平面模式圖。 亦包含後述之其他實施形態，本實施形態之各光學透鏡 基本上，藉由對光軸在橫方向交互地排列折射率大之矩形 狀之層與折射率小之矩形狀之層’並且具有各個寬度為波 長等級或比其小之寬度的構造者，而使其具有透鏡功能。 如可藉由利用光微影以及電子線微影為代表之平面製程 技術而形成之具有子波長周期構造的聚光元件（Subwave length Lens . SWLL)之結構，而形成「波長等級或比其小 之寬度的構造」。 藉由使用SWLL於固體攝像裝置用之聚光元件中，可以 一般之半導體製程形成晶載透鏡，此外，可自由地控制透 鏡之形狀。 此處，第一種實施形態係關於具有聚光效果之凸透鏡 者。因而，將折射率大之層形成板狀，且在中心（透鏡之 機械性中心：本例係與光軸位置一致）密集，並隨著從中 心離開而變疏鬆的左右對稱構造。從折射率小之層方面而 言二各低折射率層形成在構件之機械性中心疏鬆地配置， 隨著從中讀開而變密㈣左㈣稱構造。透鏡之左右對 稱（具有左右對稱構造）部分與後述之第二或第三種實施形 態不同。 藉由形成中心密集，並隨著從中心離開而變疏鬆的構 128876.doc 200913238 造’使其具有凸透鏡功能時，可採用如具有折射率大之層 的寬度向透鏡中心而逐漸變大之構造的第—凸透鏡化二 -有折射率小之層的寬度向透鏡巾^逐漸變小之構造 的第二凸透鏡化方法；或是併用此等第一及第二凸透鏡化 :法之第三凸透鏡化方法的任何一種。從聚光效率方面而 吕，適用第三凸透鏡化方法者最具效果。 百先，如圖1所示，存在僅為折射率…之板狀的單一材 料層1，與其鄰接（詳細而言係相位面丨—4側）而設有將折射 率n0之矩形狀之層（稱為低折射率層）2〇與比折射率μ高 (大）之折射率η1(η1>η0)之矩形狀之層（稱為高折射率層pi 分別交互地排列於橫方向的板狀之層（稱為交互配置 層）2Α。亦可為在交互配置層2Α之更後方（與光入射側相反 側）’設有僅為折射率η0之板狀的單一材料層3。交互配置 層2Α形成具有聚光效果之光學透鏡（凸透鏡）的功能，不過 詳細内容於後述。 交互配置層2 Α中’對光學中心CL在右側者上註記”R"之 參照符號，在左側者上註記"L"之參照符號來表示。不作 右側與左側之區別時，省略”R”，“L"作說明。此等在後述 之其他例中亦同。 圖示之第一種實施形態的基本例之結構，係對光學中心 CL左右對稱地設有5層折射率大之矩形狀的高折射率層 21，並在其間設有4層折射率小之低折射率層20。高折射 率層21R_1〜21R_5，21L—1〜21L—5之寬度具有向中心CL而 逐漸變大的構造，並且具有低折射率層20R_l〜2〇r_4, 128876.doc -12- 200913238 20L—4之寬度向中心CL逐漸變小的構造。換言之， 該第-種實施形態之基本例係採用併二 透鏡化方k第三凸魏化方法者。 及第一凸 父互配置層2A全體形成折射率大之高折射率層2iR—让， 2iL_k(本財，k=1〜5)板狀地且“密集，並隨著從中心 離開而變疏鬆的構造。著眼於高折射率層l2i時係形成 透鏡之中心寬度寬而周邊寬度窄的構造。

此處，如圖1所示，光係從僅為折射 側入射。此時，光速c成為―此處，二、： 光速°，因此，板狀之交互配置層2A中的各個高折射率層 光速在其中變小，結果如圖丨所示，係形成與單一材 枓層1同樣之等相位面（波面）。但是，這在高折射㈣之高 折射率層21及其旁邊之折射率小的低折射率層2〇之橫方向 長度（換言之係寬度）比波長等級大時成立。 另外，高折射率nl之高折射率層21及其旁邊之折射率小 的低折射率層20之橫方向長度（寬度）為波長等級程度或比 …况下不形成與單一材料層1同樣之等相位面（波 面）’波面因應高折射率層21與其旁邊之低折射率層2〇的 寬度並排方式而彎曲。 具體而言’藉由波動方程式之連續性，在低折射率層 2〇J内之波面與在高折射率層21—k内之波面連續性連繫， 結果，全體等相位面.胃曲。如圖，折射率大之高折 射率層21_k具有板狀地且中心、密集，而隨著從中心離開變 疏鬆的構造時，如圖1A所示，此因折射率大之處(高折射 128876.doc •13- 200913238 率層21)與折射率小之處（低折射率層2〇)之光速不同。 從圖中可判斷’光之波面藉由交互配置層2a而形成凹 面，其通過更後方之僅為折射率n〇的板狀之單一材料層 3。結果如圖示，以透鏡中心為[而在左右轉換入射二 之路！於中心側的功能作用，可使其具有聚光性。折射率 大之同折射率層21與折射率小之低折射率層2()的光速不同 時，，藉由組合波動函數之連續性，可獲取凸透鏡效果。

從以上可理解’第—種實施形態之光學透鏡係將折射率 大之高折射率層21 _ k與折射率小之低折射率層2 〇」以矩形 狀而交互地排列於橫方向，並且具有其寬度為波長等級或 :匕其小之寬度的構造者，此時，#由使折射率大之高折射 率層21_k具有中心密集’並隨著從中心離開而變疏鬆的構 造，可作為具有聚光性之凸透鏡的功能。 由於係波面因應高折射率nl之高折射率層2ι與其旁邊之 折射率：的低折射率層2〇之寬度並排方式而彎曲者，因 此可藉由调整各個寬度之並排方式而控制光波面的彎曲 狀况、.’σ果可控制凸透鏡之聚光性。換言之，第一種實施 形心之又互配置層2Α可視為利用波面控制之結構的聚光透 鏡（換言之係凸透鏡；）。 從圖1A所示之構造可瞭解，由於其透鏡厚度係將折射率 大之矩形狀的高折射率層2l_k與折射率小之矩形狀的低折 射率層20 J交互地排列於俨 併幻於杈方向之交互配置層2八的厚度， 因此可形成極薄之 凸透鏡。如先前之利用斯涅耳定律的折 射型透鏡構造成為1 μη1以上者，不過，藉由形成本實施形 128876.doc 200913238 態之結構的光學透鏡，可使透鏡薄達0.5 μπ1以下。 可減少透鏡厚度時，在適用於固體攝像裝置之情況，藉 由上層變薄’混色減少，因此色重現性佳。此外，由於混 色減少’因此不需要進行使色重現性恢復用的運算處理， 因運算處理而發生多餘雜訊的情形減少。此外，由於透鏡 厚度溥’因此即使減少附加之成像系統透鏡的F值，傾斜 入射光不致增加，而不發生F值光靈敏度降低的問題。 父互配置層2 A即使在平面構造中

"wiz叫τ —切 集，並隨著從中心離開而變疏鬆的構造即可，在其範圍中 可採用各種平面構造。折射率大之高折射率層2i_k與折射 率小之低折射率層20J的各個形狀可為圓形、橢圓形、正 形長方形、二角形等任意之形狀。而後，只須將視為 與此等相同而獲得的形狀者形成環狀者，或是組合不同之 形狀者，而形成各環之寬度在 可。 卜左右相同地形成環狀即 :別為圓：或圓形環形狀之全體成為環狀者二圖; 斤…折射率層21_k與低折射率層2〇』 ) =形環形狀之全體成為環狀者。如圖iB(3)=橢: m層21—k與低折射率層2〇J亦可分別為正方形戈正： ㈣狀之全體成為環狀者。 方，或正方 义k與低折射率層20J亦 ()所不，馬折射率層 全體成為環狀者。 ’、'、、方形或長方環形狀之 高折射率層21_k與低折射率層2〇」亦 刀万】為二角形或 128876.doc 200913238 不過省略圖示。此外，如 狀者，外周形成四方環形 者’組合此等而全體成為 三角環形狀之全體成為環狀者，不過 亦可使用中心係圓形或圓形環形狀者 狀等之中心側與外周側不同形狀者， 環狀，不過省略圖示。

不過，由於作為凸透鏡之聚光效果 ，受到交互配置層2A

21 —1的形狀宜與受光部之平面形狀匹配。 <第一種實施形態：凸透鏡之適用例1：> 圖2〜圖2 D係適用光學透鏡之第一種實施形態的固體攝 像裝置之第一例（適用例1}的說明圖。此處，圖2係適用例i 之固體攝像裝置的剖面模式圖，圖2A係第一種實施形態 (適用例1)之固體攝像裝置更具體的剖面圖，圖2B〜圖2D係 顯示其光學特性之模擬結果的圖。 第一種實施形態（適用例1)之固體攝像裝置l〇〇A，在折 射率n3係4.1，消光係數（與光之吸收有關的係數）〇〇4 之矽Si的半導體基板（以下亦稱為矽基板）1〇2上，具有折射 率nl係2.0之氮化矽Si3N4(以下記載成SiN)的薄膜層13〇(厚 度=〇·1 μιη) ’在其上層具有主要部中保持使用圖丨〜圖iB而 說明之構造（交互配置層112 Α)的光學透鏡11 0 Α。 薄膜層1 30係作為對矽基板1 〇2之防反射膜而設置者。藉 此’可有效地使光入射於光二極體等之受光部。如矽8丨與 氮化石夕SiN與氧化石夕Si02之折射率分別為n_Si，n SiN， 128876.doc •16- 200913238 n—Si02時，成為n_si>n-SiN>n_Si02之關係。該情況下， 藉由薄膜層130之厚度d形成"d与Xx(m/2 + l/4)/n_SiN"的關 係’防反射膜之功能有效地出現。此處，χ係光之波長，m 係0以上之整數。 如圖2A所示，在矽基板1〇2之光學透鏡110A側的邊界附 近（基板表面），以特定之像素間距配置pN接合之光電轉換 部（受光部）104。固體攝像裝置1 〇〇a具有縱橫地或是在傾 斜方向規則地排列複數（如數百萬個）光電轉換部i 〇4而構成 的像素陣列部。 在光學透鏡110A之光入射面側的上層，依需要設置彩色 濾光器106及晶載透鏡108。晶載透鏡1〇8係利用斯涅耳定 律之折射型透鏡構造者。 圖2A所示之例係顯示，上層透鏡（表面透鏡）係使用晶載 透鏡108，層内聚光透鏡係使用光學透鏡u〇A之交互配置 層112A之例，不過，亦可將晶載透鏡1〇8替換成交互配置 層112A。該情況下，其交互配置層112八並非埋入器件上 層内者，而係在器件最上層作為透鏡構造而配置者，其表 面與空氣接觸。 晶載透鏡1〇8係利用斯涅耳定律之折射型透鏡構造者， 因其透鏡厚度為1 μίτΐ程度，所以器件上層變厚，因傾斜入 射光而發生混色問題，不㉟，藉由替換成交互配置層 11 2Α，則可減輕其問題。 圖2Α所示之例，係顯示像素陣列部之周邊部的狀態，且 以通過晶載透鏡108之傾斜入射光通過交互配置層丨以八中 128876.doc 200913238 心的方式’而偏差配置晶載透鏡1〇8之中心與光學透鏡 110A之1個周期部分的交互配置層1丨2A中心。像素陣列部 之中央部並無此需要，而使晶載透鏡1 08之中心與光學透 鏡110A之1個周期部分的交互配置層n2A中心一致來配 置。 在交互配置層112A與矽基板102之表面（薄膜層13〇側）之 間-又置佈線層1 〇9，不過其詳細之說明省略。佈線層i〇9係

以控制各光電轉換部1〇4之電荷存儲動作及訊號讀取動作 用的鋁佈線不妨礙至光電轉換部1〇4之光程的方式而設 置。 光學透鏡110A具有折射率…係丨.^之氧化矽以〇2的有厚 度之層（稱為氧化矽層）作為媒介，在其光入射側之表面附 近具有與使用圖1〜圖1B而說明之交互配置層2A同樣構 造的父互配置層112A。比交互配置層u2A靠近光入射 側，成為與使用圖丨〜圖1B而說明之單一材料層1同樣的單 -材料層⑴’比交互配置層U2A靠近碎基板⑽側，成為 與使用，〜圖1B而說明之單一材料層3相同的單一材料層 ^學透鏡⑽之！個周期（換言之係透鏡尺寸）與成像 、、㈠象素間距）3.6 μιη匹配。從矽基板1〇2之表面 離（厚度：實質之透鏡長）設定為36 μη1，Mi !12A之厚度（實質之透 曰 m ^ 于又）又夂為0·5 μιη。從此亦可判 乂互排列高折射率層21_k與低折射率層20J而構成之 128876.doc -18- 200913238 交互配置層2A設定成比光學長（透鏡長）充分薄。 父互配置層112A藉由將折射率⑽係丨46之氧化矽8丨〇2的 矩形狀之低折射率層120，與折射率nl係2 〇之氮化矽siN 的矩形狀之高折射率層121，配置成高折射率層121之寬度 向透鏡中心逐漸變大，並且低折射率層12〇之寬度向透鏡 中心逐漸變小，而將高折射率層121形成板狀，且中心密 集並者從中心離開而變疏鬆的構造。

第一種實施形態（適用例1)中，i個周期内之交互配置層 112A内的低折射率層12〇J與高折射率層i2i—k(均無圖示） 的寬度及邊界距離（本例係鄰接之低折射率層12〇r—5, 120L_5之合成寬）設定如下。 高折射率層121R—1 +高折射率層：〇 45 μηι 高折射率層121L_2 0.25 μηι 高折射率層121L_3 0.20 μιη 高折射率層1 2 1 L_4 0.15 μηι 高折射率層121L_5 0.10 μηι 低折射率層120L_1 0.10 μηι 低折射率層120L_2 0.15 μηι 低折射率層12〇l_3 0.20 μπι 高折射率層121R_2, 高折射率層121R_3, 高折射率層121R_4, 高折射率層121R_5, 低折射率層12〇R_l， 低折射率層12〇r_2, 低折射率層12〇r_3, 低折射率層i激一4,低折射率層12〇l_4: 〇 225 _ 低折射率層120R_5 +低折射率層i2〇L—5 由

從圖中可判斷光學透鏡_之交互配置層u2A成為藉 折射率為⑽之氧切⑽的低折射率層…與折射率 2.〇之氮切SiN的高折射率層121之周期構造，而使入 128876.doc -19· 200913238 射光f曲之SWLL構造的聚光元件。本例中，具有氮化矽 SiN及氧化矽Si02之周期構造的交互配置層U2A，其低折 射率層120及高折射率層121均將橫方向之最小線寬設為 0.1 μηι ’將透鏡之厚度設為〇 5 μηι。 圖2Β顯不關於通過圖2所示之光學透鏡11〇Α的波長入為 540 nm之綠色光的模擬結果。圖中之〇丁係光速c中乘上時 間τ者，且表示光在真空中前進之距離（單位。此處， 亦可視為模擬花費之時間。 首先，圖2Β(1)係通過圖2所示之光學透鏡11〇Α的交互配 置層112Α之後的模擬結果。從該結果判斷通過交互配置層 112Α之綠色光的前（矽基板ι〇2側）波面形成凹面。 圖2Β(2)係通過交互配置層112Α，進一步大致到達碎基 板1 02(換言之光電轉換元件）之表面時的模擬結果。從該結 果判斷綠色光聚光於各光學透鏡1 1 〇 Α之中心，關於綠色光 (λ=540 nm)有凸透鏡效果。就近紅外光（λ=78〇 nm)、紅色 光（λ=640 nm)、藍色光（λ=460 nm)同樣地有透鏡效果，不 過省略圖示。 圖2C及圖2D係顯示關於適用具有與圖2所示之第一種實 施形態（適用例1)的光學透鏡11〇A同樣構造之光學透鏡的 第一種實施形態（適用例1)之固體攝像裝置100A的模擬結 果圖’且係各個近紅外光（λ=780 nm)、紅色光（λ=：64〇 nm)、綠色光（人=540 nm)、藍色光（λ=460 nm)之結果。從此 等亦可判斷任何波長之光均藉由光學透鏡丨]；〇A聚光，而具 有凸透鏡效果。 128876.doc -20- 200913238 <第一種實施形態··凸透鏡之適用例2> 圖3〜圖3B係適用光學透鏡之第一種實施形態的固體攝像 裝置之第二例（適用例2)的說明圖。此處，圖3係第一種實 施形態（適用例2)之固體攝像裝置的剖面模式圖，圖从及 圖3 B係顯示其光學特性之模擬結果圖。 第一種實施形態（適用例2)之固體攝像裝置1〇〇A基本上 形成與第一種實施形態（適用例丨）之固體攝像裝置1〇〇A同 樣的構造，而橫方向之最小線寬並非〇1 μηι，而係〇 2 pm 者。伴隨该檢方向之最小線寬的變更，而調整交互配置層 112A内之低折射率層12〇」與高折射率層121—k之各數量、 寬度及邊界距離。 具體而言，第一種實施形態（適用例2)中，光學透鏡 110A之1個周期内之交互配置層U2A内的低折射率層12〇」 與间折射率層I21_k(均無圖示）的寬度及邊界距離（本例係 鄰接之高折射率層121R_4, 121L —4之合成寬）設定如下。 高折射率層mR_1 +高折射率層121LJ : 0.75 μιη 间折射率層121R-2，高折射率層121L_2 : 0.25 μιη 同折射率層121R-3,高折射率層121L_3 : 0.25 μηι 问折射率層丨21 r_4+高折射率層丨2丨: 〇 2〇 低折射率層12〇r—丨，低折射率層12〇L—丨：〇 2〇 低折射率層12〇r_2，低折射率層12〇L—2 : 〇 25 低折射率層12〇r—3，低折射率層：卩爪 圖3 A及圖33係顯示圖3所示之第一種實施形態（適用例2) 的光學特性之模擬結果圖’且係各個近紅外光 128876.doc 200913238 nm)、紅色光（λ=640 nm)、綠色光（λ=54〇 nm)、藍色光 (λ=460 nm)之結果。 從此等亦可判斷’即使橫方向之最小線寬從〇 . 1 μπ1變更 成0.2 μηι時’藉由正確地設定交互配置層U2A内之低折射 率層120」與南折射率層12i—k的各數量、寬度及邊界距 離’任何波長之光均可藉由交互配置層U2A聚光，而具有 凸透鏡效果。 <第一種實施形態：凸透鏡之適用例3> 圖4〜圖4B係適用光學透鏡之第一種實施形態的固體攝像 袭置之第三例（適用例3 )的說明圖。此處，圖4係第一種實 施形態（適用例3)之固體攝像裝置的剖面模式圖，圖4八及 圖4B係顯示其光學特性之模擬結果圖。 第一種實施形態（適用例3)之固體攝像裝置i〇〇a基本上 形成與第一種實施形態（適用例1)之固體攝像裝置l〇〇A同 樣的構造，而交互配置層112A之厚度（實質之透鏡厚度）並 非0.5 μηι，而係更薄之〇.3 μπι者。伴隨該透鏡厚度之變 更’依需要而調整交互配置層112Α内之低折射率層12〇』 與高折射率層121_k2各數量、寬度及邊界距離。本例與 第一種實施形態（適用例1)完全相同。 具體而言，第一種實施形態（適用例3 )中，1個周期内之 交互配置層112A内的低折射率層120J與高折射率層 121—k(均無圖示）的寬度及邊界距離（本例係鄰接之低折射 率層120R_5, 120L_5之合成寬）設定如下。如上述，雖對第 一種實施形態（適用例1)，將縱方向之厚度尺寸從〇 5 |1111變 128876.doc -22- 200913238 ’不過橫方向之寬度尺寸相同。 :折射率層121R-1 +高折射率層121L—1 : 0.45 μπι 门折射率層121R-2，高折射率層121L_2 : 0.25 μηι 门折射率層121R-3，高折射率層121L_3 : 0.20 μιη 问折射率層121R-4,高折射率層121L—4 : 0.15 μιη 同折射率層121R-5，高折射率層121L—5 : 0.10 μιη 低折射率層UORj，低折射率層i2〇Lj : 〇 1〇叫 低折射率層KOR—s，低折射率層12〇L_2 : 〇 15 低折射率層120R—3，低折射率層12〇L—3 : 〇 2〇 μηι 低折射率層1 20R—4，低折射率層丨2〇L_4 : 〇 225 μηι 低折射率層120R—5 +低折射率層12〇L_5 · 〇 4〇 μιη 圖4Α及圖4Β係顯示圖4所示之第一種實施形態（適用例3) 的光學特性之模擬結果圖’且係各個近紅外光（λ=78〇 nm)、紅色光（λ=640 nm)、綠色光（λ=54〇 nm)、藍色光 (λ=460 nm)之結果。 從此等亦可判斷，即使將交互配置層U2A之厚度（實質 之透鏡厚度）從0.5 μηι變更成0.3 μιη時，藉由正確地設定交 互配置層112Α内之低折射率層12〇J與高折射率層121_乂的 各數里、寬度及邊界距離’任何波長之光均可藉由交互配 置層112A聚光，而具有凸透鏡效果。 <第一種實施形態：凸透鏡之適用例4> 圖5〜圖5C係適用光學透鏡之第一種實施形態的固體攝像 裝置之第四例（適用例4)的說明圖。此處，圖5係第一種實 施形態（適用例4)之固體攝像裝置的剖面模式圖，圖5 a係 128876.doc -23- 200913238 更具體之剖面圖，圖5B及圖5C係顯示其光學特性之模擬 結果圖。 第一種實施形態（適用例4)之固體攝像裴置1〇〇A基本上 形成與第一種實施形態（適用例丨）之固體攝像裝置1〇〇八同 樣的構造，而像素尺寸或透鏡尺寸並非36 μιη，而係更小 之1·4 μιη者。伴隨該像素尺寸或透鏡尺寸之變更，而調整 從矽基板102與薄膜層130之邊界面至交互配置層U2A的距 離（厚度：實質之透鏡長）及交互配置層U2A之厚度（實質 之透鏡厚度）’以及父互配置層112人内之低折射率層12〇_】 與尚折射率層121—k之各數量、寬度及邊界距離。 具體而言，第一種實施形態（適用例4)中，首先，將交 互配置層Π2Α之厚度（實質之透鏡厚度）設為〇5 μιη。使光 學透鏡U0A之（換言之透鏡尺寸读像素尺寸Μ 素間距）1.4 μιη匹配。 光學透鏡110Α之1個周期内之交互配置層丨以八内的低折 射率層120—j與兩折射率層(均無圖示）的寬度及邊界 距離（本例係鄰接之低折射率層i2〇R」，12儿」之合成寬） 設定如下。 问折射率層121R-I +高折射率層121L_1 : 0.25 μπι 间折射率層121R-2,高折射率層121L_2 : 0.15 μηι 高折射率層121R—3,高折射率層12〗L_3: 〇ι〇μιη 低折射率層12〇R—丨，低折射率層12〇[_1:〇ι〇μιη 低折射率層12〇r_2，低折射率層12〇L—2 : 〇 ι3， 低折射率層12〇尺_3 +低折射率層HQ叫 128876.doc -24-

200913238 此外’在形成光學透鏡11 0A之主要部分的交互配置層 112A之见化石夕SiN的各高折射率層之上下，以與各高 折射率層121一k同寬’附加折射率以為h72Si〇N薄膜（厚 度=0.08 μηι)作為防反射膜124。防反射膜124係氮化矽SiN 與氧化矽Si02間之中間折射率材料（本例係折射率為丨7的 SiON)薄膜，且係減少反射造成之光學性損失用者。 防反射膜124係薄膜，與其厚度及寬度無關，不論附加 或不附加，均不影響交互配置層！〗2A之透鏡效果。當然， 防反射膜124除了該第一種實施形態（適用例4)之外，亦可 附加於第一種實施形態之適用例丨〜3。 附加防反射臈124時之透鏡長，係從矽基板1〇2與薄膜層 13 0之邊界面至防反射膜124的距離，本例設定成2.3 。 圖5B及圖5C係顯示圖5所示之第一種實施形態（適用例句 的光學特性之模擬結果圖，且係各個近紅外光（λ=78〇 nm)、紅色光（λ=64〇 nm)、綠色光（人=54〇譲）、藍色光 (λ=460 nm)之結果。 從此等亦可判斷’即使將像素尺寸及透鏡尺寸從36叫 變更成1.4陶’藉由正確設定透鏡長、及交互配置層· 内之低折射率層12〇」與高折射率層i2i—㈣各數量 及邊界距離，任何游具夕出^1 彳Μ長之先均可藉由交互配置層112八聚 光’而具有凸透鏡效果。 <第一比較例> 層 圖6係第種實施形態之光學透鏡110 Α具倚 112A(亦是作為單體之交互配置層2A)對凸透 之交互配置 鏡的第一比 128876.doc -25” 200913238 較例之說明圖。 第一比較例之固體攝像裝置丨〇 〇 A在矽基板i 〇 2上具有佈 線層109,其佈線層109之上層具有層内聚光透鏡1〇5 ’在 其層内聚光透鏡105上層具有彩色濾光器1〇6及晶載透鏡 108。

層内聚光透鏡105及晶載透鏡108均係利用斯涅耳定律之 折射型透鏡構造者。因而’其透鏡厚度達1 KM程度，矽基 板102之光入射側的器件上層變厚。藉此，來自鄰近像素 之不適合的傾斜人射光增加，因該傾斜人射光造成混色增 加，導致色重現性不佳。 為了使色重現性恢復，雖亦考慮進行矩陣運算等之運算 處理，不過發生多餘之雜訊，導致畫質惡化。 減少附加之成像系統透鏡的F值時，因為佈線層1〇9之金 屬佈線的遮光，傾斜入射光増加’藉由上層變厚而顯著地 從理想的靈敏度降低，而無法獲得原來靈敏度之f值光靈 敏度降低。 光電轉換部104二維狀地配置之像素陣列部的端部比中 心靈敏度變小的所謂發暗現象亦顯著。此因主光線傾斜地 入射導致遮光之影響更大等。 為了可賴斜人射光修正成垂直人射光，亦考慮將各透 鏡形成在橫方向變形之；&、来& , H(不對稱的通鏡形狀。但是，在製程 方面’如以圓滑熱處理製作各透 衣丨F分边纜時，由於受到重力及表 面張力的影響，僅可製作球面形 上 l 队換5之，由於以圓滑 熱處理製作球面透鏡，因此益法繁 …、沄I作在橫方向變形之構造 128876.doc -26· 200913238 的透鏡’而無法製作可將傾斜人射光修正成垂直人射光 透鏡。 另外，第一種實施形態之各光學透鏡11〇A係將交互配置 層U2A作為主要部分*構成，可以極薄之透鏡實現具有聚 光效果之凸透鏡功能。藉此，可減少器件上層之厚度，混 色減少’因此色重現性佳’並且因運算處理而發生多餘雜 訊的情況少。此外卩值光靈敏度降低亦小。 ， 再者，开多成光學透鏡110A之主要部的交互配置層 112A係以特定之寬度交互排列低折射率層與高折射 率層m的構造者，只須以微影技術及RIE(反應性離子钱 刻）法等單純又簡便的加工技術即可製造（詳細内容於後 述），因此製作步驟簡便且可降低成本。 此外，從適用例卜4所示者可理解，交互配置層u2A之 凸透鏡效果，可藉由調整矩形狀之各低折射率層及高 折射率層121的寬度及排列數量而適宜變更，光學性設計 範圍比球面透鏡廣。 ° <第二比較例> 圖6A係第一種實施形態之光學透鏡u〇A具備的交互配 置層112 A(亦是作為單體之交互配置層2A)對凸透鏡之第二 比較例的說明圖。 第二比較例之固體攝像裝置1〇〇八係記载於日本特開 2005-011969號公報者。簡言之，係使以晶载透鏡等之上 部透鏡收斂的光進-步收斂，而人射於對應之光電轉換部 的層内聚光透鏡作為菲淫耳透鏡而構成者。 128S76.doc -27- 200913238 、詳1而§，係折射型透鏡，不過藉由形成波型而可减少 、兄尽度但疋，因為該透鏡係折射型，雖比波長笼 /，旦疋仍有限度。此外，製作此種波型之步驟比通常軒 射型透鏡之步驟更加複雜，I更花費成本。此外，僅可以 球面製作透鏡，而無法加入不對稱性。 而且，菲涅耳透鏡之情況，傾斜入射於某個區域之光 中，有些並未聚集於原本聚光之點上。如圖6八中，如實綠 所不，光入射於透鏡之曲面部情況下聚光，但是如虛線所 不，光入射於階差之壁時，被壁反射或折射，而如圖所示 無法聚光而發散。如此，不但聚光效率降低，且當發散之 光入射於鄰近之像素情況下造成混色。 <第三比較例> 圖6B係第一種實施形態之光學透鏡n〇A具備的交互配 置層112A(亦是作為單體之交互配置層2 A)對凸透鏡之第三 比較例的說明圖。 第三比較例之固體攝像裝置i 00A係記載於日本特開 2006-351972號公報者。係藉由以與入射光之波長相同程 度或比其短之線寬分割聚光元件（換言之係凸透鏡）的同心 構造之複數帶區域的組合而構成者。此處，複數帶區域中 至少1個帶區域包含：第一線寬及第一膜厚之同心構造的 下段光透過膜，與構成於下段光透過膜之上階的第二線寬 及第二膜厚之同心構造的上段光透過膜。簡言之，係將二 段同心圓構造之分布折射率透鏡（換言之係菲涅耳透鏡）作 為基礎而構成聚光元件。 128876.doc -28 - 200913238 因而，記載於日本特開2006-35 1972號公報之第三比較 例的聚光元件（凸透鏡）雖為折射率透鏡，不過，由於將菲 涅耳透鏡作為基礎，因此產生與記載於曰本特開2〇〇5- 011969號公報之第二比較例的層内聚光透鏡同樣的情況。 如圖6B所示，傾斜入射光進入各區域邊界附近之折射率的 P皆差時’藉由被壁反射或折射，如圖所示無法聚光而發 散。此因，不但聚光效率降低，且當發散之光人射於鄰近 像素情況下造成混色。

另外，因為第一種實施形態之交互配置層2八（交互配置 層112 A)係折射率大之高折射率層i2 i與折射率小之低折射 率層120為波長等級以下’ i寬度逐漸變化，所以並無如 菲料透鏡之大折射率的階差，即使對傾斜人射光，因反 射或折射之發散光少。因此，聚光惡化輕，而可有效地聚 光。 此外’第-種實施形態之112(交互配置層2a)的製程， 比記載於日本特開则仙⑽號公報之第二比較例的層 内聚光透鏡及日本特開__351972號公報記载之第三比 較例的聚光元件之製程簡便。如即使觀察圖吒所示之構造 !可判斷’因為二階段地㈣，步驟數多，結果成本提 两。此外，藉^種複雜之㈣，亦料重㈣及均一 性，而谷易產生生產品質變動。 率=二：實施形態之112(交互配置層2A)係將高折射 :曰h折射率層121)與低折射率層2〇(低折射率層_ 乂互地排列於橫方向者’基本上，只須高折射率層2i(高 128876.doc -29- 200913238 折射率層121)之堆積及1次蝕刻，其後之低折射率層2〇(低 折射率層1 20)之堆積以及藉由微影技術及RIE等單純又簡 便之加工技術即可’所以步驟數少，成本低，且重現性及 均一性亦佳。 從以上可判斷’可視為使用利用波面控制結構之聚光透 鏡（換言之係凸透鏡）作為層内聚光透鏡（或是表面透鏡）者 的第一種實施形態之交互配置層2 A(交互配置層11 2 A)，與 第二比較例（日本特開2005-011969號公報）之層内聚光透鏡 及第三比較例（日本特開2〇〇6_35丨972號公報）之聚光元件的 原理完全不同。第二比較例之層内聚光透鏡及第三比較例 之聚光元件無法獲取第一種實施形態之交互配置層2 A(交 互配置層112A)具有之效果。 <第四比較例> 日本特開2005-252391號公報中揭示有將折射率大之散 射體設於像素内上層的結構（稱為第四比較例），不過省略 圖示。但是，第四比較例之結構並非如第一種實施形態之 交互配置層2A(交互g己置層U2A)，將折射率高之高折射率 層m形成板狀，i中心密集，並隨著從中心離開而變疏 鬆的構造，具體而言，並未形成折射率A之高折射率層 121寬度向透鏡中心逐漸變大之構造，亦即並未形成中心 寬度大，而周邊寬度窄的構造。 而且’第四比較例之結構係散射效果之低通濾、波器功能 及MTF控制功能’並非透鏡功能。這―點，第—種實施形 態之交互配置層2A(交互配置層！} 2A)係折射率大之高折射 128876.doc -30- 200913238 =2心折射率層121)與折射率小之低折射率㈣(低折 )的光速不同，J•組合波動函數m可獲 取凸透鏡效果，而與第四比較例之結構的原理及目的完全 不同。 <第五比較例> 曰本特開2005-203526號公韶φ姐-士 观a報中揭不有於透鏡基板上， 在對應於像素而形成之貫穿孔中 貝牙扎r埋入折射率分布型透鏡， 而具有在貫穿孔之徑方向蠻

燹化的折射率者之結構（稱為第 =⑷，不過省略圖示。但是，由於第五比較例之結 冓糸在貫穿孔之控方向亦即橫方向使折射率分布逐漸變化 此與藉由折射率大之高折射率層叫高折射率層 ⑵）與折射率小之低折射率層2〇(低折射率層_之光速不 同’且組合波動函數之速墙地 数；運續性的交互配置層2A(交互配置 層112 A)而獲取凸透鏡效果 蜆双果之第—種實施形態的結構，基 本的構造觀念不同。 第五比較例之結構雖亦同時敘述使折㈣大之層與折射 率低之層依序堆積於橫方向，不過實際上不僅從橫方向， 純下堆積，所以若不形成此種構造，無法㈣地製作僅 在杈方向折射率不同之多層構造。 另外’由於第~種實施形態之11取互配置層2A)係將 面折射率層21(高折射率層⑵）與低折射率層20(低折射率 層12〇)交互地排列於橫方向者，因此，基本上只須高折射 =21(高折射率層121)之堆積及1次㈣，其後堆積低折 '“層20(低折射率層}2〇)之所謂縱方向的多層構造以及微 128876.doc 200913238 影技術及RIE法等製程即可， 而具有間便且可以少數步驟 製作的優點。 # <第一種實施形態：凸透鏡之改良例 圖7及圖7A係光學透鏡之笛 蜆之第一種實施形態的第一種改良 例(改良例υ的說明圖。此處，圖7係說明適用改良例〗之光 學透鏡的改㈣1之_攝像裝置㈣面模式圖。圖㈣ 顯示其光學特性之模擬結果(λ=54〇ηιη)的圖。 且隨著 採用併 而改良 第一種實施形態之基本例係藉由形成中心密集 從中心離開而疏鬆的構造，而具有凸透鏡功能時 用第-及第二凸透鏡化方法之第三凸透鏡化方法 例1係僅適用具有折射率大之層（高折射率層121—k)的寬度 向透鏡中心逐漸變大之構造者的第一凸透鏡化方法者。關 於折射率小之層（低折射率層12G」）全部形成等寬。 從石夕基板i02與薄膜層13()之邊界面至交互配置層⑽的 距離（厚度•實質之透鏡長）為36㈣’交互配置層⑴八之 厚度（實質之透鏡厚度）為0.5 μηι。使光學透鏡之Η固周 期（換言之係透鏡尺寸）與像素尺寸卜像素間距）3 25 _匹 配。而與第-種實施形態（適用⑷）之透鏡尺寸及像素尺寸 形成3.6 μηΐ者有若干差異。雖將像素尺寸對前例作一些改 變，不過，這是將高折射率層121形成適度之尺寸（〇〇5 , 單位）且亦以適度之尺寸（0.05 μηι單位）將低折射率層12〇 形成等寬時作調整者。亦可使像素尺寸儘量與前例相同， 且將低折射率層120之部分形成等寬。 第一種實施形態（改良例丨）之固體攝像裝置1〇〇Α，基本 128876.doc -32- 200913238 上形成與第—種實施形態（適用例丨）之固體攝像裝置魏 同樣的構造，且伴隨將低折射率層12〇」之寬度全部形成 同寬的變更’而調整交互配置層112八内之低折射率層 120」與高折射率層i2i_k各數量及高折射率層k之寬 度及邊界距離。 — 上具體而t ’第—種實施形態（改良例㈠中，J個周期内之 交互配置層112A内的低折射率層12GJ與高折射率層 121一 k(均無圖示）的寬度及邊界距離（本例係鄰接之低折射 率層120R_4, 12〇L_4之合成寬）設定如下。 高折射率層121RJ +高折射率層121L_1 : 〇.65 μιη 高折射率層121R—2，高折射率層121L_2:〇25|Lim 高折射率層121R一3，高折射率層121Ι^3:()2〇μπι 高折射率層121R_4，高折射率層121L—4:〇.15μπι 低折射率層120R-1，低折射率層120L_1 : 0.20 μιη 低折射率層12〇R—2,低折射率層120L_2 : 0.20 μηι 低折射率層12〇R_3，低折射率層120L_3 : 〇 2〇 μηι 低折射率層12〇R_4 +低折射率層120L_4 ·· 0.20 pm a判斷出折射率小之低折射率層12〇」的寬度係〇·2 而為 等寬，且折射率大之高折射率層121_k的寬度分別為〇·65 μηι’ 0.25 μιη，0.2 μηι，〇· 1 5 μηι地從中心向邊緣逐漸變小。 從圖中可判斷第一種實施形態（改良例”中，亦係光學 透鏡110Α之交互配置層} 12Α成為藉由折射率為丨·46之氧化 矽Si〇2的低折射率層12〇與折射率為2〇之氮化矽siN的高 折射率層121之周期構造，而使入射光彎曲之SWLL構造的 I28876.doc -33- 200913238 ^光凡件。本例中’交互配置層U2A將低折射率層12〇在 向之最小線寬設為〇 2G㈣’將高折射率層⑵在橫方 向之最小線寬設為〇.15㈣’並將透鏡之厚度設為〇·5㈣。 圖7Α係顯不圖7所示之第一種實施形態（改良例^的光學 • 特性之模擬結果圖，且係綠色光（λ=540 nm)的結果。從此 +亦可判斷’即使為具有關於折射率小之層(低折射率層 、」）王成等寬’且折射率大之高折射率層i2i寬度向 f% 彡鏡之中心逐漸變A的構造者，藉由正確地設定交互配置 層112A内之低折射率層12〇」與高折射率層121』各數量、 寬度及邊界距離，可藉由交互配置層n2A聚光綠色光 (λ=540 nm) ’而具有凸透鏡效果。 就近紅外光（λ=780 nm)、紅色光（λ=64〇 nm)、藍色光 (λ=46〇ηιη)，亦同樣有凸透鏡效果，不過省略圖示。 ，如此’即使折射率小之低折射率層12〇」係等寬，藉由 形成具有折射率大之高折射率層121—k的寬度向透鏡中心 〇 逐漸變大之構造的第一種實施形態(改良例"，可將折射率 高之高折射率層121』形成板狀’且辛心密集並隨著從 中心離開而變疏鬆的構造，而與第一種實施形態（基本例 及其適用例1〜4)同樣地判斷出存在聚光性。 第一種實施形態（改良例1)之結構具有透鏡製作容易之 效果。亦即，以埋入低折射率層12〇之製程步驟，微影之 分解能力不足，且無法縮小埋入寬度，或是縮小埋入寬度 時，發生空隙等，埋入性變差而困難時’以可微影及埋: 之寬度，如改良例丨地形成等寬即可製作。特別是成為該 128876.doc -34- 200913238 可埋入寬度因波長等級限制，擴大其以上寬度時，等相位 面（波面）之連續性喪失時的有效手段。 <第一種實施形態：凸透鏡之改良例 圖8及圖8A係光學透鏡之第—種實施形態的第二種改良 例（改良例2)的說明圖。此處，圖8係說明適用改良例2之光 - 料鏡的改良例2之固體攝像裂置的剖面模式圖。圖从係 顯示其光學特性之模擬結果（λ=54〇ηηι)的圖。 第一種實施形態之基本例係藉由形成中心密集，且隨著 〇 财心離開而疏鬆的構造，而具有凸透鏡功能時，採用併 用第-及第二凸透鏡化方法之第三凸透鏡化方法，而改良 例3係僅適用具有折射率小之層（低折射率層12〇」）的寬度 向透鏡中心逐漸變小之構造者的第二凸透鏡化方法者。關 於折射率大之層（向折射率層丨21 —k)全部形成等寬。 從矽基板102與薄膜層130之邊界面至交互配置層u2a的 距離（厚度.實質之透鏡長）為3 6叫’交互配置層之 ^ 厚度（實質之透鏡厚度）為0 5 _。使光學透鏡noki個周 期（換言之係透鏡尺寸）與像素尺寸（=像素間距）3.8 5 _匹 配。而與第—種實施形態（適㈣1)之透鏡尺寸及像素尺寸 :成3.6 _者有若干差^雖將像素尺寸對前例作一些改 ^不過，這疋將低折射率層120形成適度之尺寸（〇.〇5 μηι 單位），且亦以適度之尺寸（〇.〇5 μ〇ι單位）將高折射率層I〗】 形成，寬時作調整者。亦可使像素尺寸儘量與前例相同， 且將高折射率層121之部分形成等寬。 第—種實施形態（改良例2)之固體攝像裝置100八，基本 128876.doc -35- 200913238 上形成與第一種實施形態（適用例丨）之固體攝像裝置i〇〇a 同樣的構造，且伴隨將高折射率層i2丨^之寬度全部形成 同寬的變更，而調整交互配置層U2A内之低折射率層 120J與高折射率層m_k各數量及高折射率層η〗—k之寬 度及邊界距離。 八體而5 ，第一種實施形態（改良例2)中，丨個周期内之 交互配置層112A内的低折射率層12〇J與高折射率層 121—k(均無圖示）的寬度及邊界距離（本例係鄰接之低折射 率層120R_5, 12〇L_5之合成寬）設定如下。 高折射率層121R—1 +高折射率層121L—丨：〇 15 μηι 高折射率層121R—2,高折射率層121L—2 : 〇.15 μιη 高折射率層121R—3，高折射率層121L—3:〇15μίη 高折射率層121R_4,高折射率層121L_4:〇.15pm 高折射率層121R_5,高折射率層121L—5:〇15μιη 低折射率層120R_1，低折射率層iml」：〇1〇μιιη 低折射率層120R_2，低折射率層12〇L_2: 〇2〇μιη 低折射率層120R_3，低折射率層12〇L—3 : 〇 3〇 低折射率層120R_4,低折射率層12〇L_4: 〇4〇μηι 低折射率層120R_5 +低折射率層12〇L_5 : 〇 5〇 μηι 判斷出折射率大之高折射率層121^的寬度係〇 ΐ5 ^爪而 為等寬，且折射率小之低折射率層12〇J的寬度分別為〇 1〇 μηι, 0.20 μηι，0.30 μηι, 0.40 μπι，0.50 μιη地從中心向邊緣逐 漸變大。 從圖中可判斷第一種實施形態（改良例2)中，亦係光學 128876.doc -36- 200913238 透鏡110A之交互配置層U2A成為藉由折射率為丨46之氧化 矽Si〇2的低折射率層12〇與折射率為2 〇之氮化矽siN的高 折射率層12 1之周期構造，而使入射光彎曲之構造的 聚光tl件。本例中，交互配置層U2A將高折射率層121在 橫方向之最小線寬設為〇 i 〇 pm，將高折射率層i 21在橫方 向之最小線寬設為〇.15 μιη，並將透鏡之厚度設為〇 5 _。 圖8 Α係顯不圖8所示之第一種實施形態（改良例2)的光學 特性之模擬結果圖，且係綠色光（λ=540 nm)的結果。從此 等亦可判斷，即使為具有關於折射率大之層（高折射率層 21—k)王邛形成等寬，且折射率小之低折射率層KG寬度 向透鏡之中心逐漸變小的構造者，藉由正確地設定交互配 :層112A内之低折射率層12〇J與高折射率層ΐ2ι—让各數 置寬度及邊界距離，可藉由交互配置層112八聚光綠色光 (λ=540 nm)，而具有凸透鏡效果。 就近紅外光（人=780 nm)、紅色光（λ=64〇 nm)、藍色光 ，46〇nm)，亦同樣有凸透鏡效果，不過省略圖示。 如此#使折射率大之高折射率層⑵』係等寬，藉由 形成具有折射率小之低折射率層12〇」的寬度向透鏡；心 ^漸變小之構造的第一種實施形態（改良例2)，可將折射率 =折射率層…形成板狀，且中心密集，並隨著從 中心離開而變疏歎的士塞 及兑、㈤， 而與第—種實施形態（基本例 :、適用例1〜4)同樣地判斷出存在聚光性。 第種實施形態（改良例2)之处構罝右、# _制 效果。亦I以微影钮柯‘具有透鏡製作容易之 虫〆1阿折射率層121之製程步驟，微 128876.doc •37- 200913238 力解月b力不足且無法縮小’或是钱刻步驟時發生側方 飿刻等，寬度之> 田銳* 控制性不佳，而窄寬度之微影及蝕刻步驟 、日：’以可微影及蝕刻之寬度，如改良例2地形成等寬 ^可製作。特別是成為該可微影及㈣寬度因波長等級限 ’卜擴大其以上寬度時，等相位面(波之連續性喪失時 的有效手段。 <第二種實施形態：凸型透鏡+傾斜人射光修正（別種型）> :圖9〜圖HK：係光學透鏡之第二種實施形態的基本原理之 說月圖it匕處，圖9係顯示在第一種實施形態之構造（如圖 2之適用例1)中’入射傾斜入射光時之模擬結果圖。圖1〇 係顯示說明光學透鏡之第二種實施形態的基本原理用之等 面圖® 10A係固體攝像裝置1GQA之受光光學系統的 說明圖。圖1 _第二種實施形態之光學透鏡1個部分之平 面模式H圖1GC係將第二種實施形態之光學透鏡適用於 固體攝像裝置之像素陣列部上時的平面概略圖。另外，圖 10C關於像素陣列部全體中，各像素之交互配置層的透鏡 形狀，僅拾取代表性之位置而放大顯示。 第二種實_態之透鏡構造的特徵為具備對人射傾斜入 射光之修正機構。與後述之第三種實施形Μ同之處為對 具有凸透鏡功能之交互配置層心以別種追加具有傾斜入 射光修正功能的光學構件（配置於另外之層）。 第-種實施形態之構造(如圖2之適用例”中，於入射傾 斜入射光時圖9所示’判斷出聚光位置對透鏡中心稍 微偏差於橫方向。此與通常之球面透鏡產生之現象相同。 128876.doc •38- 200913238 因而’第一種實施形態之 ：|.j 5| i , Z] ^ m ^ 兄的〜構有可能在影像感 利态中，引起因來自鄰近像 而發生：？洛少M 迎像素之不希望的傾斜入射光入射 ^色之問題，及在像素陣列部之端部，靈敏度顯著 降低而發生發暗的問題。 又”、 第二種實施形態之光學透鏡 钭入4+ 兄幻稱k ’為了減少因此等傾 斜入射先引起的問題，而且有 τ , At 八有使傾斜入射光形成垂直入射 先的修正功能。其修正功 也 刀此之、，°構的特徵如圖10所示，係 以透鏡中心為界，在一如丨^ 之例係左側）高折射率之高 折射率層21佔較多比率，在 在相反側（圖示之例係右側）佔較 夕比率。虽然’關於透鏡之左右 係不對稱方面，與前述第 一種實施形態不同。 藉由形成以透鏡中心為界，_側之高折射率的高折射率 層21佔較多比率，相反側佔較少比率的構造，而具有對入 射傾斜入射光之修正功能拉，^ — <乜止力犯時，如者眼於高折射率層以時， 可採用第一傾斜入射光修正方法 々沃其係具有在光學透鏡之 1個周期（換言之透鏡尺寸）中^ 攻兄八丁）《f折射率大之高折射率層21在 一個方向(圖示之例係在左側)寬度逐漸變大的構造者。另 外，著眼於低折射率層20時，亦可採用第二傾斜入射光修 正方法’其係具有在光學透鏡之i個周期（換言之透鏡尺寸） 中’折射率小之低折射率層20在_個方向（圖示之例係在 右側）寬度逐漸變大的構造者。再者，亦可採用併用此等 第一及第二傾斜入射光修正方法的第三傾斜入射光修正方 法。在修正效率方面，適用第三傾斜入射光修正方法者最 有效果。 128876.doc -39· 200913238 第-種實施形態之光學透鏡係具有將傾斜人射光轉換成 垂直入射光之功能（稱為入射角轉換功能）者，與後述之第 三種實施形態不同之處為不對稱之重心在光學透鏡之端部 (圖ίο中係左端之高折射率層21L—4的中心）。另外就 「重心」之定義，在第三種實施形態中作說明。 第-傾斜人射光修正方法係考慮後述之第三種實施形態 的結構說明’換言之，係具有從構件（透鏡：交互配置層 2B)之-方端部側向光學性重心'位置（本例之情況係透鏡之 另一方端部側）’折射率大之高折射率層21的寬度逐漸變 大的構造者之方法。同樣地，第二傾斜入射光係考慮與後 述之第二種實施形態的差異，換言之，係具有從構件（透 鏡父互配置層2B)之一方端部側向光學性重心位置（本例 之情況係透鏡之另一方端部側），折射率小之低折射率層 2 〇的見度逐漸變小的構造者之方法。從該說明可理解，入 射角轉換功能之基本構想，第二及第三種實施形態並無差 異。 首先，如圖10所示，在光輸出側從在數層（圖中係 1 — 1〜1—6之6層）僅為折射率n〇之板狀的單一材料層i，與其 (e羊細而s，係與層丨_6)鄰接，而設有將折射率仙之矩形狀 的層（稱為低折射率層）2〇與比折射率n〇高（大）之折射率 nl(nl>n〇)之矩形狀之層（稱為高折射率層）21分別交互地排 列於橫方向的板狀之層（稱為交互配置層）2B。亦可在交互 配置層2B之光入射側設有僅為折射率n〇之板狀的單一材料 層，不過省略圖示。交互配置層2；6形成將傾斜入射光轉換 128876.doc -40 - 200913238 成垂直入射光之光學透鏡的功能，不過詳細内容於後述。 圖不之第一種實施形癌的基本例之結構，係形成對中心 C L ’在左側尚折射率之局折射率層21佔較多比率，在右側 佔較少比率之構造時，左側之高折射率層21 l_ 1〜21 l 4的 寬度’具有向中心CL逐漸變小之構造，並且右側之高折射 率層21R—1〜21R_4的寬度具有向中心CL逐漸變大之構造， 而保持折射率大之高折射率層21從右至左，寬度向一個方 向逐漸變大之構造。

而且，左側之低折射率層2〇L—1〜20L_3的寬度具有向中 ^ CL逐漸變大之構造，並且右側之低折射率層 20R—1〜20R_3的寬度具有向中心CL逐漸變小的構造，而保 持折射率小之低折射率層2()」從右至纟，寬度向—個方向 逐漸變小的構造。 換言之，該第二種實施形態之基本例，係採用併用前述 第-及第：傾斜人射光修正方法的第三傾斜人射光修正方 法者。藉此，如圖所示’可將傾斜入射光轉換成垂直入射 與圖二八所示之第一種實施形態的交互配置層2A比較 中以乂互配置層2A之透鏡中心為界，僅為左右任何一方 (圖示之例係右側）的構造者， 再&有相當於第二種實施形態之交 配置層2B。第一種實施形能丄 、$ μ i 只犯〜匕、之父互配置層2Λ係作用以 透鏡中心為界，左六剩_由 ，中心側轉換入射光之路徑的功能 者，而僅利用其功能之一側 視為第二種實施形態之交 互配置層2B。 128876.doc -41 - 200913238 將此種交互配置層2B配置於交互配置層2A之光入射側 或光射出側或是其兩方’而適用於固體攝像裝置100A時， 可實現確實地在像素中心或光電轉換部1 04上具有凸透鏡 功能之聚光點的功能。 第一種實施形態之透鏡構造中，係將具有此種將傾斜入 射光轉換成垂直入射光之入射角轉換功能的交互配置層 2B，堆疊於形成具有聚光效果之光學透鏡功能的第一種實 施形態之交互配置層2A。此時’亦可形成在光入射側配置 父互配置層2B之構造，亦即在具有凸透鏡功能之交互配置 層2A上堆疊具有入射角轉換功能之交互配置層2B的構 造0 或是’亦可形成在光入射側配置交互配置層之構造， 亦即形成在具有凸透鏡功能之交互配置層2A之下堆疊具有 入射角轉換功能之交互配置層2]8的構造。再者，亦可形成 在光入射側與光射出側兩方配置交互配置層2B之構造，亦 即形成在具有凸透鏡功能之交互配置層2八的上下兩方堆疊 具有入射角轉換功能之交互配置層28的構造。 只要可將傾斜入射光轉換成垂直入射光，即可解決來自 鄰近像素之光入射的混色問題，及在像素陣列部之端部靈 敏度顯著降低而造成發暗的問題。 該效果如適用於固體攝像裝置1〇〇A之情況，如圖1〇八所 示，由於來自成像透鏡之主光線傾斜入射而到達像素陣列 部之端部，因此在像素陣列部之中心減弱傾斜修正功能， 而增強在像素陣列部之端部的修正功能’則更具效果=如 128876.doc -42- 200913238 隨著在像素陣列部之端部，而增大折射率大之高折射率層 2 1的比率之不對稱性。 攸圖10所不之構造可瞭解，其透鏡厚度係將折射率大之 矩形㈣高折射率層21Jc與折射率小之矩形狀的低折射率 層2〇-J 乂互地排列於橫方向的交互酉己置層2B之厚度，因 此，可形成極薄之入射角轉換透鏡（傾斜光修正透鏡）。如 可使透鏡薄達〇. 5 μηι以下。 交互配置層2Β之平面構造中，當，然只須形成以透鏡中心 為界’在-側高折射率之高折射率層21占較多比率，在相 反側佔較少比率的構造即可’在其範圍中，可採用各種平 面構造。 如圖⑽所示，亦可為將線狀之低折射率㈣及高折射 率⑽以特定寬度靠近-方而排列之構造。此外，低折射 率層20及高折射率層21亦可為曲線狀者，不過省略圖示。 ί； 與作為凸透鏡之交互配置層2Α組合，而適用於固體攝像 裝置ΗΚ)Α之像素㈣部的情況，由於像轉列部之中心不 致有傾斜人射光人射之問題，因此不需要交互配置層& 另外’隨著向像素陣列部之端部行進而發生傾斜入射光入 射之問題。因而’如圖10C所示’如將具有圖ι〇Β所示之 2〇及高折射率層21以特定寬度靠近一方 而排列的構造之交互配置層2Β，以光轴朝向像素陣列部中 心的方式配置。 此時，以隨著向像素陣列部之端部行進而入射角轉換功 能增強的方式，隨著向像素陣列部之她 味4竹進，低折射率 128876.doc -43- 200913238 況變大。換言之，可 而隨著向像素陣列部 層20及高折射率層21之比率的變化狀 形成像素陣列部之中心無不對稱性， 之端部而不對稱性增強的構造。 此處，係顯示二維狀地排列光電轉換元件(受光旬之像 素陣列部的情況，不過’即使係一維狀地排列光電轉換元 件（受光部）之像素陣列部的情況亦同。

糟此’隨著向像素陣列部之端部行進，*修正主光線之 傾斜入射’可將交互配置層2A之各凸透鏡的聚光點保持於 像素中心。藉由將此種透鏡形狀保持於固體攝像裝置10叩 之内部（換言之，與固體攝像裝置1〇〇B 一體地形成），即使 不設瞳孔修正機構’仍可減少在像素陣列部端部引起之靈 敏度降低（發暗）’並且亦可減少混色，因此可改善色重現 性。 〈第一種實施形態：入射角轉換功能之適用例> 圖11及圖11A係適用光學透鏡之第二種實施形態的固體 攝像裝置之說明圖。此處’圖i i係適用具有入射角轉換功 能之交互配置層2B的固體攝像裝置之剖面模式圖，圖i i A 係顯示其光學特性之模擬結果圖。 如圖11所不’第二種實施形態之固體攝像裝置1 00B係以 圖2所不之第一種實施形態的交互配置層2A之適用例丨的固 體攝像裝置100A為基礎者，並具備在具有凸透鏡功能之交 互配置層112A的光入射側（紙面之下側），配置具有入射角 轉換功能（傾斜修正功能）之交互配置層丨丨2B的光學透鏡 11 0B。如此’第二種實施形態之光學透鏡11〇B係分別具有 128876.doc •44· 200913238 交互配置層112 A之凸透鏡功能與交互配置層112B之傾斜 修正功能的構造。 圖丨1所示之交互配置層112A與交互配置層112B的配置 關係’係顯示光從紙面之右下側入射的情況。另外，對於 父互配置層Π 2 A構成之凸透鏡的中心，使交互配置層 U2B構成之入射角轉換透鏡（傾斜光修正透鏡）的中心向紙 面之右側偏移一些。 第二種實施形態（適用例）中，光學透鏡丨丨犯在！個周期 (像素尺寸=3.6 μπι)内時交互配置層112B内之低折射率層 12〇J與高折射率層12 l_k(均無圖示）的寬度設定如下。 高折射率層121R_4 : 〇 45 μιη 高折射率層121R_3 : 0.35 μπι 高折射率層121R_2 : 〇 25 μιη 高折射率層121R_1 +高折射率層121L—i : 〇_2〇 高折射率層121L_2 : 0.15 μπι 高折射率層121L_3 : 〇.u μιη 高折射率層121L_4 : O.io μηι 低折射率層120r_3 : 〇 1〇 _ 低折射率層12〇R_2 : 〇,12 μιη 低折射率層UOrj : 〇 185 μπι 低折射率層120L—丨：〇 235 _ 低折射率層120L_2 : 〇 26〇叫 低折射率層120L_3 : 〇.345 μιη 低折射率層120L_4 : 〇 745 μπι 128876.doc • 45· 200913238 圖11A係顯示圖丨丨所示之第二種實施形態（適用例）之光 學特性的模擬結果圖，且係將綠色光（χ=54〇 nm)之傾斜入 射光入射於固體攝像裝置丨〇〇B的結果。從此等可判斷，以 透鏡中心為界’藉由將在一側高折射率之高折射率層12 i 佔較多比率，在相反側佔較少比率之構造的交互配置層 112B重疊配置於交互配置層U2A，可使綠色光之傾斜入 射光聚光於交互配置層112a構成之凸透鏡的大致中心。這 表不入射角轉換功能之傾斜修正功能有效地作用。 就近紅外光（λ=780 nm)、紅色光（λ=640 nm)、藍色光 (λ=460 nm) ’亦同樣地具有使傾斜入射光聚光於交互配置 層2 A構成之凸透鏡的大致中心之傾斜修正功能效果，不過 省略圖示。 藉由形成具有交互配置層u 2 A構成之凸透鏡功能與交互 配置層112B構成之入射角轉換功能（傾斜修正功能）的固體 攝像裝置100B，可將傾斜入射光轉換成垂直入射光，減少 發暗及混色，而可達成高畫質。 <第三種實施形態：凸型透鏡+傾斜入射光修正（一體型）> 圖12〜圖12C係光學透鏡之第三種實施形態的基本原理說 明圖。此處，圖12係顯示說明光學透鏡之第三種實施形態 的基本原理用之等相位面圖，圖12A係透鏡之重心的說明 圖，圖12B及圖12C係光學透鏡之第三種實施形態的平面 模式圖。 第二種實施形態之透鏡構造的特徵為具備對傾斜入射光 入射之修正機構，這一點與第二種實施形態相同。與前述 128876.doc -46- 200913238 第二種實施形態不同之處為形成兼具凸透鏡功能與傾斜入 射光修正功能兩者的交互配置層。 如圖12所不’第二種實施形態之交互配置層2。的基本構 係將折射率大之層形成板狀，且具有中心密集，並隨 著從中心離開而變疏鬆的左右對稱構造之第一種實施形離 的交互配置層2八為基礎’而適用具有以透鏡中心為界，： -側高折射率之高折射率層佔較多比率，在相反側佔較少 比率之左右不對稱構造的第二種實施形態之交互配置層⑸ 的結構者。 換言之、，第三種實施形態之交互配置層2C的特徵為：藉 由其寬度為波長等級或比其小之寬度的折射率大之層係形 成板狀，且具有中心密集’並隨著從中心離開而變疏鬆的 構造’並且對透鏡N，在橫方向具有不對稱構造，:同 時具有凸透鏡功能與人射角轉換功能（傾斜人射光修 能）。 具有不論從重心之左或右觀察，折射率大之高折射率層 21的寬度向不對稱之重心逐漸變大的構造。此外，具有： 射率小之低折射率層20的寬度向不對稱之重心逐漸變小的 構造。與第-種實施形態不同之處為：對透鏡之重心，在 左右之-方，低折射率層20與高折射率層21之排列疏鬆， 而在另一方密集。 對具有左右對稱構造之交互配置層2A適用左右不對稱構 造時，如可採用第-種不對稱化方法，其係'具有從構件 (透鏡：交互配置層2C)之-方端部側向光學性重心位置， 128876.doc •47- 200913238 折射率大之兩折射率屏216^智rit 早層21的寬度逐漸變大之構造者，亦即 具有折射率大之高折 變大的構造者。 I層21的寬度向不對稱之重心逐漸 或是，可採用第-插τ β 稱化方法’其係具有從構件 (逐鏡•父互配置斧夕一 士山* )之一方、°卩側向光學性重心位置， 折射率小之低折射率 a町見度逐漸變小之構造者，亦即 具有折射率小之低折 午層20的寬度向不對稱之重心逐漸 抖’、的構造者。或是’亦可採用併用此等第一及第二種不 稱化方法之第三種不對稱化方法。在不對稱化之效率方 面，適用第三種不對稱化方法最具效果。 一此處，就「重心、」，參照圖12Α作說明。在像素矩陣内或 一定區域面内’將折射率大之高折射率層21的折射率設為 …並將折射率小之低折射率層2〇的折射率設為的。在平 面内之（x，y)座標中，下述公式⑴成利時，將其（χΐ，州之 位置疋義為光學性重心。 [數1] JJ(xi ~ ^)(^1 ^y)f{x,y)dxdy = 0 …⑴

D 這表示在重心之位置，周圍折射率之】次力矩的積分係 0。圖12A係顯示-維情況之重心位置的概念圖，不過，由 於實際上為二維，因此成為(x，y)座標，同時滿足&幻之 積分為0之條件的位置成為二維中之重心。 第一種實施形態之情況下，由於折射率大之高折射率層 21具有中心密集，並隨著從中心離開而變疏鬆之左右對^ 128876.doc -48- 200913238 構造’因此透鏡之機械性中心與重心一致。第二種實施形 態之情況下，可視為僅使用具有左右對稱構造之第一種實 施形態的左右任何一方者，重心為光學透鏡之端部。換言 之，成為不對稱之重心。

另外，第二種實施形態之情況下，由於係對具有左右對 稱構造之第一種實施形態，適用第二種實施形態，而成為 折射率高之高折射率層21的比率在左右不對稱’因此，重 心對透鏡之機械性中心偏差，而成為不對稱之重心。該情 況從圖12B及圖12C所示之平面模式圖亦可瞭解。 亦即，第三種實施形態之交互配置層2(：在平面構造中， 當然亦對第一種實施形態形成適用第二種實施形態之構 造。如為與第一種實施形態之交互配置層2A同樣地具有環 狀構造者之情況時，折射率大之高折射率層21』與折射率 小之低折射率層20J的各個形狀’可形成圓形、橢圓形、 正方形、長方形、三角形等任意之形狀。而後，只須組合 將可視為與此等相同之形狀者形成環狀者及不同形狀者， 各環之寬度並非以透鏡中心，而係以重心為界，而在左右 階段性不同地形成環狀者即可。 如亦可為圖12B⑴係對應於圖1B⑴者，高折射率層 = 分別係圓形或圓形環狀，且成為二 ^衣之寬度以透鏡令心為, ”·、，，在左側，低折射率層20朝向透 鏡中心而階段性變窄，古 且问折射率層21朝向重心而階段性 复粗，在右側，低折射 _ 千層20朝向重心而階段性變細，且 局折射率層21朝向透鎊 兄中〜而階段性變粗，且在左右， 128876.doc •49- 200913238 各寬及變化程度不同之不對稱的圓形或圓形環狀者。 圖12B(2)係對應於圖1B(2)者，且係形成不對稱之橢圓 形或橢圓形環狀者。圖12B(3)係對應於圖18(3)者，且係形 成不對稱之正方形或正方形之環狀者。圖12B(4)係對應於 圖1B(4)者，且係形成不對稱之長方形或長方形之環狀 者。 ^ 由於各透鏡之總聚光效果受到交互配置層2 a之平 面構U亦即文到兩折射率層21與低折射率層2〇並排方式 之平面構造的影響，因此應用於固體攝像元件情況下，例 示於圖12B之平面構造，特別是重心之高折射率層2的 形狀與受光部之平面形狀匹配即可。 此外，將傾斜人射光轉換成垂直光之功能，對重心不論 在左側或右側均存在，因此亦可形成對重心僅使用左側及 一 Ή之任何方的構造。如圖i 2C⑴所示，對圖1⑴所 不之平面配置’亦可係折射率小之圓形狀的低折射率層 2〇J及折射率大之圓形狀的高折射率層叫—部分欠缺， 而不形成環狀的構造者。或是如圖12c⑺所示，對圖 :2B(3)所示之平面配置’亦可係折射率小之四方形狀的低 一:率層20」及折射率大之四方形狀的高折射率層^之 一部分欠缺，而不形成環狀的構造者。 適用於固體攝像裝置職之像素陣列部的情況，在像辛 陣列部之中心，傾斜入射光不致成為問 斜光修正效果。另外，隨著向像 不而㈣ & u 豕f陣列部之端部行進，傾 斜入射光成為問題。因而，係以隨 考向像素陣列部之端部 128876.doc -50- 200913238 仃入射角轉換功能增強的方式，而隨著向像素陣列部 之端部行進，而低折射率層2Q及高折射率層21之比率 化狀況變大。 換5之’形成在像素陣列部之中心並無不對稱性，隨著 到達像素陣列部之端部而不對稱性增強的構造即可。改變 觀察方式時’係隨著到達像素陣列部之端部，而將不對稱 之重心位置從像素（光電轉換部、受光部）之中心向像素陣 列部之中心方向偏差的構造即可。 此處，係顯示二維狀地排列光電轉換元件（受光部）之像 素陣列部的情況，不過，即使是一維狀地排列光電轉換元 件（受光部）的像素陣列部之情況亦同。 藉此，與第二種實施形態同樣地’可隨著向像素陣列部 之端部行進，修正主光線之傾斜入射，而將交互配置層2A 形成之各凸透鏡的聚光點保持於像素中心。藉由將此種透 鏡形狀保持於固體攝像裝置looc之内部（亦即與固體攝像 裝置100C—體地形成）可減少在像素陣列部之端部引起的 靈敏度降低（發暗）’並且亦可減少混色，因此可改善色重 現性。而且，藉由以丨個交互配置層2C實現凸透鏡效果與 傾斜光修正效果’可使構造小型化。 <第三種實施形態：凸透鏡功能+入射角轉換功能之適用例 1> 圖13及圖13A係適用光學透鏡之第三種實施形態的固體 攝像裝置之第一例（適用例〗）的說明圖。此處，圖13係第三 種實施形態（適用例丨）之固體攝像裴置的剖面模式圖，圖 128876.doc -51 - 200913238 13A係顯示其光學特性之模擬結果圖。 如圖13所不，第三種實施形態（適用例〗）之固體攝像裝 置00C其像素尺寸及透鏡尺寸係】4㈣，且係將圖$所 不之第種實施形態的交互配置層2A之適用例4的固體攝 像裝置100A作為基礎者。 第一種實施形態（適用例）中，光學透鏡丨丨…在丨個周期 内之父互配置層U2C内的低折射率層12〇J與高折射率層 121—k(均無圖示）的寬度設定如下。 高折射率層121RJ +高折射率層121Lj : 〇25μιη 高折射率層121R_2 : 0.10 μιη 高折射率層121L_2 : 0.15 μηι 高折射率層121L_3 : 0.10 μηι 低折射率層12〇R_l : 〇.丨4 低折射率層12〇L_l : 0.15 μπι 低折射率層^01^2 : 0.195 μηι 此外，在形成光學透鏡110C之主要部分的交互配置層 112C之氮化矽SiN構成的各高折射率層121—k之上下，以與 各高折射率層121_k同寬，附加折射率114為1.7之以〇1^薄膜 (厚度=0.08 μηι)作為防反射膜124。這一點與第一種實施形 態之適用例4相同。 圖13Α係顯示圖13所示之第三種實施形態（適用例丨）的光 學特性之模擬結果圖，且係將綠色光（λ=54〇 傾斜入 射光入射於固體攝像裝置100C的結果。從此等可判斷，即 使形成兼具具有凸透鏡功能之第一種實施形態的交互配置 128876.doc -52- 200913238 層112A結構與具有傾斜入射角轉換功能（光修正功能）之第 二種實施形態的交互配置層U2B結構之i個交互配置層 112C的情況，仍可使綠色光之傾斜人射光聚光於交互配置 層I12C構叙凸透鏡的大致中心。這表示入射角轉換功能 之傾斜修正功能有效地作用。 就近紅外光（λ=780 mn)、紅色光（λ=64〇 nm)、藍色光 (λ 460 nm)，亦同樣地具有使傾斜入射光聚光於交互配置 「 層2C構成之凸透鏡的大致中心之傾斜修正功能效果，不過 L ' 省略圖示。 藉由形成具有兼具凸透鏡功能與入射角轉換功能（傾斜 修正功能）之交互配置層112〇的固體攝像裝置i〇〇c，可將 傾斜入射光轉換成垂直入射光，亦減少發暗及混色，而可 達成高晝質。 目前，通常之影像感測器用的透鏡係以圓滑熱處理來製 作，不過，藉由表面張力一定形成球面，所以無法作出不 對稱性。因此無法獲得上述之效果。 <弟二種實施形態：適用例2(對應CMOS)> 圖！4及圖HA係適用光學透鏡之第三種實施形態的固體 攝像裝置之第二例（適用例2)的說明圖。此處，圖14係第三 種實施形態（適用例2)之固體攝像裝置的電路圖。圖係 第三種實施形態（適用例2)之固體攝像裝置中適用於像素陣 列部上之交互配置層的平面概略圖。另外，圖於像素 陣列部全體中，關於各像素之交互配置層構成的透鏡形 狀’僅拾取代表性之位置而放大顯示。 128876.doc -53· 200913238 第三種實施形態（適用例2)之固體攝像裝置係應用於 CMOS感測器者。以下記載成CM0S固體攝像裝置2〇1。此 時，成為對像素陣列部内之各個像素（特別是光電轉換元 件）具有1個胞放大器的構造。像素訊號被胞放大器放大 後’通過雜訊消除電路等而輸出。 如圖14(1)所示，CM0S固體攝像裝置201具有像素陣列 部2 1 0 ’其係行及列地排列（亦即二維矩陣狀之）包含輸出因 應入射光量之訊號的受光元件（一種電荷產生部）之複數像 素211 ’來自各像素211之訊號輸出係電壓訊號，且成為列 並列地設有CDS(相關雙重抽樣；Correiated DQuble Sampling)處理功能部及數位轉換部（Adc ; Analog Digital Converter)等的所謂典型之列型。 具體而言，如圖所示，CMOS固體攝像裝置2〇1具備：行 及列地排列複數像素211的像素陣列部210，設於像素陣列 部2 10外側之驅動控制部2〇7，列處理部226，及輸出電路 228 » 驅動控制部207具備依序讀取像素陣列部210之訊號用的 控制電路功能❶如驅動控制部207具備：控制列位址及列 掃描之水平掃描電路（列掃描電路）212，控制行位址及行掃 描之垂直掃描電路（行掃描電路）2 14，及具有與外部之間的 介面功能及產生内部時脈等功能的通訊、時序控制部 220。 水平掃描電路212具有從列處理部226讀取計數值之讀取 掃描部的功能。此等驅動控制部2〇7之各要素與像素陣列 128876.doc •54· 200913238 部210-起’使用與半導體積體電路製造技術同樣的技 術’ -體地形成於單晶石夕等之半導體區域，而構成一種半 導體系統的固體攝像元件（攝像器件）。 圖14(1)為了簡單而省略行及列之—部分來顯示，不過 實際上，在各行及各列上配置數十至數千個像素Mi。該 像素211典型而言由亦稱為受光元件(電荷產生部)等之光電 轉換兀件212，與具有放大用之半導體元件（如電晶體）的像 素内放大器（胞放大器；像素訊號產生部）2〇5而構成。像素 内放大器205如使用浮動擴散放大器結構者。 像素211分別經由行選擇用之行控制線215而與垂直掃描 電路214連接，並經由垂直訊號線219而與列處理部226連 接。此處，行控制線215顯示從垂直掃描電路2丨4進入像素 的佈線全般情況。 水平掃描電路212及垂直掃描電路2 14如包含移位暫存器 及解碼器而構成，回應從通訊、時序控制部22〇給予之控 制訊號，而開始位址選擇動作（掃描）。因而，在行控制線 215中包含驅動像素211用之各種脈衝訊號（如重設脈衝 Rst、轉送脈.TRF、DRNg制脈衝DRN等）。 通訊、時序控制部220具備：時序產生器TG(一種讀取位 址控制裝置）之功能區塊，其係供給各部動作時需要之時 脈及特定時序的脈衝訊號；及通訊介面之功能區塊，其係 經由端子220a而取得主時脈CLK0，並經由端子22〇b而取 得指示動作模式等之資料DATA，進一步將包含cM0S固體 攝像裝置201之資訊的資料經由端子22〇c而輸出，不過並 128876.doc -55- 200913238 無圖示。 由於將像素211配置成二維矩陳 以仵置办， 因此’可藉由進行 以订早位（以列並列）存取藉 邱)2子取精由像素内放大器(像素訊號產生 〇P)205產生，並經由垂直訊幹蟪 L你主 唬線219而輸出於列方向的類 Η象素訊號而讀入的（垂直）掃描讀取，之後，進行在垂直 列之並列方向的行方向上存取，而將像素訊號（如經數位 化^象素資料）讀取至輸出側的（水平）掃描讀取，而謀求像 素況號及像素資料之讀取的高速 町阿迷化。當然，不限於掃描讀 二亦：藉由直接位址指定欲讀取之像素21】，而僅讀取 需要之像素211的資訊之隨機存取。 通訊、時序控制部220係將與經由端子心而輸入之主 時脈（Master dock)CLK()相同頻率之時脈clki，將盆二八 頻後之時脈，及進-步分頻後之低迷時脈，供給至器= 之各部’如供給至水平掃描部212、垂直掃描部214 理部226等。 垂直掃描部214係選擇像素陣列部21〇之行，而在其行上 供給需要之脈衝者。如具有：規定垂直方向之讀取二選 擇像素陣列部21〇之行）的垂直解碼器；及對垂直解碼哭所 規定之讀取位址上（行方向）的像素211，供給脈衝於行控制 線215而驅動的垂直驅動電路。另外，垂直解碼器除了讀 取訊號之行外，亦選擇電子快門用之行等。 貝 水平掃描部212係與低速時脈CLK2同步，依編號選擇列 處理部226内無圖示之列電路，而將其訊號導於水平訊號 線（水平輸出線）2丨8者。如具有：規定水平方向之讀㈣ 128876.doc •56· 200913238 (選擇列處理部226内之各個列電路）的水平解碼器；及按照 水平解碼器所規定之讀取位址’以選擇開關227將列處理 226之各訊號導於水平訊號線218的水平驅動電路。另 外’水平訊號線218如列AD電路處理之位元數n(n係正整 數）部分，如為10(=n)位元時，對應於其位元數部分而配置 10條。 此種結構之CMOS固體攝像裝置201中，從像素211輸出 之像素訊號，各垂直列經由垂直訊號線219而供給至列處 理部226之列電路。 列處理部226之各列電路接受1列部分之像素訊號，而處 理其訊號。如各列電路具有如使用低速時脈CLK2而將類 比訊號如轉換成10位元之數位資料的adc(類以數位轉換 器）電路。 列處理部226藉由設計電路結構，可使其具有雜訊消除 功食b，並可對經由垂直訊號線2 19而輸入之電壓模式的像 素訊號，進行取像素重設之後的訊號位準（雜訊位準）與真 正（因應受光光量）之訊號位準Vsig的差分之處理。藉此， 可除去稱為固定圖案雜訊（FPN; Fixed Pattern Noise)及重 設雜訊的雜訊訊號成分。 經列處理部226處理之類比像素訊號（或數位之像素資 料），經由藉由來自水平掃描電路212之水平選擇訊號而驅 動的水平選擇開關217而傳達至水平訊號線218，進一步輸 入輸出電路228。另外，1〇位元係一例，亦可為未達1〇位 兀（如8位元）或超過10位元之位元數（如14位元）等的其他位 I28876.doc -57- 200913238 元數。 藉由此種結構，從作為電荷產生部之行列狀地 211的像素陣列部21〇，各粁魷夂击古 ’、 谷仃就各垂直列依序輸出像素訊 號。而後。對應於行列狀地配置受光元件的像素陣列部 21〇之1片部分的圖像，亦㈣畫面，以像素陣列部加之 全體像素訊號的集合來顯示。 將使用CMOS固體攝像裝置2〇1時之攝像裝置2〇〇的結構 例顯示於圖14(2)。攝像裝置2〇〇如使用於相機(或是相機系 統）及具有攝像功能之攜帶式機器等。後述之攝像裝置 亦同。 作為CMOS輸出（Vout)而從輸出電路228導出之像素訊 號，輸入圖14(2)所示之圖像訊號處理部24〇。CM〇s固體 攝像裝置20 1之驅動控制部（一種驅動部）2〇7，及設於 CMOS固體攝像裝置201後段之圖像訊號處理部24〇中，輸 入來自由CPU(中央處理單元）、r〇m(唯讀記憶體）、 RAM(隨機存取記憶體）等構成之中央控制部242的控制訊 號。驅動控制部207依據來自中央控制部242之控制訊號， 決定驅動時序^ CMOS固體攝像裝置201之像素陣列部 2 10(詳細而言，係構成像素2丨丨之電晶體）按照來自驅動控 制部207之驅動脈衝而驅動。 中央控制部242除了控制驅動控制部207之外，亦控制圖 像訊號處理部240中之訊號處理及圖像輸出處理等。 圖像訊號處理部1 40如進行將各像素之攝像訊號r，g，B 數位化之AD轉換處理，將數位化之攝像資料R，G，b同時 128876.doc -58- 200913238 化之同時化處理，修正因污斑現象及模糊現象產生之縱條 紋的雜訊成分之縱條紋雜訊修正處理，控制白平衡（wb; White Balance)調整之WB控制處理，調整色調程度之丫修 正處理，利用電荷存儲時間不同之2個畫面的像素資訊而 擴大動態範圍的動態範圍擴大處理，或是進行產生亮度資 料（Υ)及色資料（3)之YC訊號產生處理等。藉此，獲得依據 紅（R)，綠（G)，藍（Β)之原色的攝像資料（R，G, Β之各像素 資料）之圖像。 ' 如此產生之各圖像送至無圖示之顯示部，作為可視圖像 而提示操作者，或是照樣記憶、保存於硬碟裝置等之記憶 裝置中，或是作為處理完成資料而送至其他功能部。 此處’在第三種實施形態（適用例2)之CMOS固體攝像裝 置201中，於像素陣列部21〇上，以透鏡中心對應於各像素

211之中心的方式設置交互配置層2。其平面狀態如圖i4A 所示。 亦即，首先交互配置層2係使用將圖1B(1)及圖123〇)所 示之高折射率層21_k與低折射率層2〇」分別係圓形或圓形 %狀者作為基本。而後，將交互配置層2以光軸朝向像素 陣列部210之中心的方式配置。此時，係以隨著行進至像 素陣列4 21 〇之端部，而入射角轉換功能增強之方式，而 隨著行進至像素陣列部21〇之端部，使低折射率層2〇及高 折射率層21之比率的變化狀況變大。換言之，在像素陣列 部210之中心使用並無不對稱性之圖1B(1)所示的交互配置 層2A ’隨著到達像素陣列部2 1 0之端部，而形成圖1 2B( 1) 128876.doc -59- 200913238 所示之交互配置層2C的不對稱性增強的構造即可。重要的 是，像素陣列部210之中心係對稱之圓形或圓形環狀，再 者，隨著行進到象素陣列部210之端冑而形《非對稱構 造。 此時不對稱之重心位置偏差於像素陣列部21。之中心方 向’偏差量以隨著到達端部而變A之方式設定。藉此，修 正隨著行進於像素陣列部210之端部而主光線之傾斜^ 射，可將各透鏡之聚光點保持於像素21丨之中心。藉由將 此種透鏡形狀保持於CMOS固體攝像裝置2〇1之内部（像素 陣列部210上）’由於在像素陣列部21〇之端部引起的靈敏 度降低（發暗）情況變小，並且混色減少，因此判斷出色重 現性佳。 <第三種實施形態：適用例3(對應CCD)> 圖15〜圖15B係適用光學透鏡之第三種實施形態的固體攝 像裝置之第三例（適用例3)的說明圖。此處，圖15係第三種 實施形悲（適用例3 )之固體攝像裝置的電路圖。圖丨5 a係第 三種實施形態（適用例3 )之固體攝像裝置的基板表面附近之 剖面構造圖。圖15B係第三種實施形態（適用例3)之固體攝 像裝置中適用於像素陣列部上之交互配置層的平面概略 圖。另外，圖15B在像素陣列部全體中，關於各像素之交 互配置層構成之透鏡形狀，僅拾取代表性之位置而放大顯 示。 第三種實施形態（適用例3)之固體攝像裝置係應用於線 間轉送方式之CCD固體攝像裝置（IT—CCD影像感測器）者。 128876.doc •60· 200913238 以下記載成CCD固體攝像裝置301。 如圖14(1)所示’ CCD固體攝像裝置301具有像素陣列部 310，其係行及列地排列（亦即二維矩陣狀地）包含輸出因應 入射光量之訊號的受光元件（一種電荷產生部）之複數像素 3 11(所謂感測器部）。像素陣列部310詳細而言具有輪出因 應入射光量之訊號的亦稱為受光元件（電荷產生部）等的光 電轉換元件3 12。 此外，在垂直轉送方向並排數條而設有垂直轉送光電轉 換元件312產生之訊號電荷的垂直轉送CCD322。垂直轉送 CCD322之電荷轉送方向亦即像素訊號之讀取方向係縱方 向（圖中之X方向）。 在圖15(1)所示之CCD固體攝像裝置301的構造中，僅顯 示一些像素311，不過，實際上係將其在橫方向重複，還 將其在縱方向重複的構造。 再者，於垂直轉送CCD322與各光電轉換元件312之間介 有形成讀取閘極324之MOS電晶體，此外，在各單元胞（單 位構成要素）之邊界部分設置無圖示之通道阻絕。 各垂直列設置此等像素311，藉由垂直轉送從各像素3ιι 藉由讀取閘極324所讀取之訊號電荷的數條垂直轉送 CCD322’而構成作為攝像區域之像素陣列部31〇。 存儲於像素311之光電轉換元件312的訊號電荷，藉由在 °貝取閘極324上施加對應於讀取脈衝ROG之驅動脈衝 (pROG ’而讀取至同一垂直列的垂直轉送ccd如。垂直轉 达CCD322如藉由依據3相〜8相等之垂直轉送時脈的驅動 128876.doc •61 - 200913238 脈衝cpVx而轉送驅動，而將讀取之訊號電荷在水平消隱期 間之一部分，各相當於1條掃描線（1條線）之部分依料送 (稱為線移位）於垂直方向。

此外’ CCD固體攝像裝置3〇1中設置旧線部分之水 送CCD3靖存器部、水平轉送部），其係鄰接於數條垂 直轉送CCD322之各轉送對象側端部，亦即鄰接於最後行 之垂直轉送CCD322 ’並延伸於特定（如左右）方向。該水平 轉达CCD326如藉由依據2相之水平轉送時脈m，扣的驅動 脈衝φΗΙ，φΗ2而轉送驅動，並將從數條垂直轉送⑴u 轉送之1條線部分的訊號電荷在水平消隱期間後之水平掃 描期間依序轉送於水平方向。因巾，設置對應於相驅動之 數條（2條）水平轉送電極。 在水平轉送CCD326之轉送對象的端部，如設置具有浮 動擴散放大器（FDA)結構之電荷電壓轉換部的輸出放大器 328。輸出放大器328在電荷電壓轉換部中，將藉由水平轉 达CCD326水平轉送來之訊號電荷依序轉換成電壓訊號， 並放大至特定位準而輸出。該電壓訊號作為因應來自景物 之光的入射量之CCD輸出（v〇ut)而導出像素訊號。藉由以 上方式構成線間轉送方式之CCD固體攝像裝置301。 作為CCE)輸出（Vout)而從輸出放大器328導出之像素訊號 輸入圖29(2)所示之圖像訊號處理部14〇。圖像訊號處理部 140中輸入來自一種訊號切換控制部之圖像切換控制部142 的圖像切換控制訊號。CCD固體攝像裝置301按照來自骚 動控制部（―種驅動部）146之驅動脈衝而驅動。 128876.doc -62· 200913238

此處，在第三種實施形態（適用例3)之CCD固體攝像裝 以透鏡中心對應於各像素 層2。換言之，攝像器件中 3 01中，於像素陣列部3 1 〇上，以岛 3 11之中心的方式設置交互配置層2 存在利用交互配置層2之透鏡構造。 如圖15A中顯示基板表面附近之刮面構造圖。在接收入 射光的像素3 11中，對應於以pN接合構成之光電轉換元件 312,設置由交互配置層構成之光學透鏡作為層内聚光透 鏡’並在其上設有色濾光器及晶載透鏡。 圖15B中顯示其平面狀態。基本上係適用與圖"A所示 之CMOS固體攝像裝置2〇1的情況相同之構想。首先，交互 配置層2係以使用圖1B(3)及圖I2B(3)所示之高折射率層 21 一k與低折射率層2〇」分別係四方或四方環狀 而後，以光軸朝向像素陣列部31〇中心之方式配置交互配 置層2。此時，在像素陣列部31G之中心，使用並無不對稱 性之顯示於圖1B(3)的交互配置層2A，隨著到達像素陣列 部310之端部，而形成圖12B(3)所示之交互配置層％的不 對稱性增強的構造即可^重要的{，在像素陣列部3⑺之 中心形成對稱之四方形或四方形環狀，再者，隨著行進至 像素陣列部3 1 0之端部而形成不對稱之構造。 此時不對稱之重心位置偏差於像素陣列部3丨〇之中心方 i28876.doc -63· 200913238 向’偏差量以隨著到達端部而變大之方式設定。藉此，修 正隨著行進於像素陣列部310之端部而主光線之傾斜入 射 了將各透鏡之聚光點保持於像素3 11之中心。將此種 透鏡形狀保持於CCD固體攝像裝置3〇1之内部（像素陣列部 3 10上）時，藉由在面内納入不對稱性，由於在像素陣列部 310之端部引起的靈敏度降低（發暗）情況變小，並且混色減 少，因此判斷出色重現性佳，而形成高晝質之裝置。

<第二種實施形態：凸透鏡+入射角轉換之改良例〉 第二種實施形態之基本例，為了對具有左右對稱構造之 交互配置層2A適用左右不對稱構造，而採用併用第一及第 二不對稱化方法的第三不對稱化方法，不㉟，亦可為僅適 ’、任何方者。這一點與在第一種實施形態中，不限於 併用第-及第二凸透鏡化方法之第三凸透鏡化方法，亦可 僅適用第一及第二凸透鏡化方法之任何一方者相同。 如亦可為僅適用具有折射率大之層（高折射率層21』）的 寬度朝向不對稱之重心而逐漸變大的構造之第—不對稱化 方法的改良例1，不過省略圖示。該情況下，關於折射率 小之層(低折射率層20 J)只須全部形成等寬即可。即使該 情況下’㈣心、之左右任何—方觀察，均具有朝向不對稱 之重心，而折射率大之高折射率層的寬度逐漸變大之 構造。 此外，亦可為僅適用具有折射率小之層（低折射率層 2〇」）的寬度朝向不對稱之重心而逐漸變小的構造之第二不 對稱化方法的改良例2’不過省略圖…情況下，關於 128876.doc -64 - 200913238 折射率大之層(高折射率層21_k)只須全部形成等寬即可。 即使該情況下，仍具有朝向残稱之重^，而折射率 低折射率層20 J的寬度逐漸變小的構造。 <第四種實施形態··凹透鏡之基本> 圖16係光學透鏡之第四種實施形態的基本原理之說明 圖。此處，圖16係顯示說明第四種實施形態之基本原理用 的等相位面之圖。

前述第一〜第三種實施形態係使交互配置層2Α〜2〇等保 持具有聚光效果之凸透鏡功能，而該第四種實施形態之特 徵為使交互配置層2〇保持具有發散效果之凹透鏡功能。、 為了使交互配置層2D保持具有發散效果之凹透鏡功能， 第四種實施形態係將波長等級或比其小之寬度的折射率大 之層形成板狀，且中心疏鬆，並隨著從中心離開而變密集 的左右對稱構造。換言之，藉由使折射率大之層與折射率 小之層的寬度關係對第一種實施形態顛倒，可使交互配置 層2D具有凹透鏡功能。 藉由形成中心疏鬆，並隨著從中心離開而變密集的構 造，而具有凹透鏡功能時’如可採用具有折射率大之層的 寬度朝向透鏡中心而逐漸變小之構造的第一凹透鏡化方 法，具有折射率小之層的寬度朝向透鏡中心而逐漸變大之 構造的第二凹透鏡化方法，或是併用此等第一及第二凹透 鏡化方法之第三凹透鏡化方法的任何一個。 在發散效率方面，適用第三凹透鏡化方法最具效果。此 等之情況，波面成為凸面，而可使光具有擴散性。 I28876.doc -65- 200913238 卜以埋入低折射率層之製程步驟，p 不足，且盔氺b , 驟镟影之分解能力 空隙等Γ 寬度’或是縮小埋入寬度時，發生 笛 入性變差而困難時，以可微影及埋入之寬产， 成實施形態(改良例!)地形成等寬即可製作。特;是 等相位二入寬度因波長等級限制’擴大其以上寬度時， 專相位面(波面)之連續性喪失時的有效手段。 此外，以微影蝕刻高折射率 力不Θ日& 町手層裟輊步驟，微影之分解能 =:無法縮小，或是㈣步驟時發生側方敍刻等，寬 制性不佳’而窄寬度之微影及蝕刻步驟困難時，以 等寬 又’如第四種實施形態(改良例2)地形成 。特別是成為該可微影及钱刻寬度因波長等 关日二右擴大其以上寬度時’等相位面(波面)之連續性喪 失時的有效手段。 此種凹透鏡之優點，如在包含數條佈線之佈線層上，以 低折射率層20_j埋人姓刻高折射率層&^所形成之凹部， 可對各光電轉換部（受光部）形成層内發散透鏡（凹透鏡）， ，此不依存於佈線之凹凸，而可在適切之位置配置層内發 政透兄纟itb可使入射光向光電轉換部最恰當地聚光。 將層内&散透鏡之中心從光電轉換部之中心向像素陣列 部（攝像區域）之巾，、、、彳目,丨& # / 、 〒、側偏移而形成時，改善傾斜入射光造 成之發a 1進^•瞳孔修正。藉由作為複數透鏡之至少1 個形成於層内發散透鏡上方的晶載透鏡，可藉由作為聚光 透鏡之晶载透鏡與層内發散透鏡的共同作業而使入射光向 受光部聚光。 128876.doc -66 - 200913238 第四種實施形態中，亦如第二種實施形態，可入 射角轉換功能（傾斜光修正功能）之交互 ^ 透鏡功能之交互配置幻⑴入+ I2B與具有凹 „ ^ 配置層2D組合。此外，如第三種實施形 〜、，亦可將具有凹透鏡功能之第四種實施形態的交互配置 層則乍為基礎，而適用以透鏡中心為界，在一側高折射率 之向折射率層佔較多比率，在相反側佔較少比率之且有卢 右不對稱構造的第：種實施形態之交互配置㈣的結構Γ

而作為兼具凹透鏡功能與傾斜人射光修正功能兩者的交互 配置層2D。 從此等之說明可理解，將波長等級或比其小之寬度的低 折射率層20」與高折射率層21』並排於橫方向，而使其具 有作為光予構件之功能時，藉由調整透鏡中心、與端部之高 折射率層21一k的各密度之配置關倚、’可使其具有凸透鏡功 能（聚光性），亦可使其具有凹透鏡功能（擴散性）。藉由使 其具有聚光性或具有擴散性，可應用於固體攝像裝置100 及顯示器等光學器件。 «製造製程》 圖17係說明將第一〜第四種實施形態之交互配置層 2(2A〜2D)與固體攝像裝置一體地形成時之本實施形態的製 造製程之概略圖。圖17A及圖17B係説明對本實施形態之 製造製程的比較例之概念圖。此處，圖ΠΑ顯示内透鏡之 製造步驟，圖17B顯示晶載透鏡之製造步驟。 將第一〜第四種實施形態之交互配置層2(2A〜2D)與固體 攝像裝置一體地形成時，首先，在像素部形成完成之矽基 128876.doc •67- 200913238 板（省略®JF)的上層’以特定之厚度形成成為光學透鏡“ο 之媒介的單一材料層3之氧化石夕Si〇2(折射率my,。依 需要，在梦基板（省略 圖不）之上層’首先形成成為薄膜層 13 0之氮化矽SiN的薄膣，* > # 幻碑膘，並在其上層以特定之厚度形 為光學透鏡110之媒介的口。 介的早—材料層3之氧化矽Si02。此 處，所謂特定之厚度，係指從石夕基板之表面至形成後述之 交互配置層2的氮化石夕SiN為止的距離（實質之透鏡長）。 之後，如圖17⑴所示，在以氧化石夕训2構成之單一材 料層3的上層，以特定之厚度堆疊形成交互配置層2之氮化 矽SiN。，匕處，所謂特定之厚度，係指交互配置層2之厚 度，亦即透鏡厚度。 之後，如圖17(2)所示之抗勉劑塗布步驟，在以氮化石夕 SiN構成之交互配置層2的上層形成抗蝕膜。再者，如圖 17(3)所示之曝光、顯像步驟，使用以特定之順序排列分別 階段性變化之特定寬度的各低折射率層2〇J與高折射率層 21_k之抗蝕圖案，將抗蝕膜曝光，從抗蝕膜除去（蝕刻）對 應於低折射率層20J之部分的部分。各低折射率層2〇J與 高折射率層21一k之排列處所，當然為與像素（特別是受光 部）之位置對應的位置。 由於在形成交互配置層2之氮化矽SiN與省略圖示之矽基 板間存在以對應於透鏡長之厚度的氧化♦sio]構成之單 一材料層3 ’因此不致發生蝕刻至矽基板表面附近而造成 損傷的問題。 之後’如圖17(4)所示之開口（RIE加工）步驟，通過對應 128876.doc -68- 200913238 於成為低折射率層20_j之部分的抗蝕臈之開口部，藉由使 用RIE(反應性離子蚀刻）法等進行钱刻，而在交互^置層 2A之氮化石夕SiNt開設到達最下層之训2膜的開口部。曰 之後，如圖1 7(5)所示之抗蝕劑除去步驟，除去形成交 互配置層2之氮化矽SiN上的抗蝕臈…匕，在以氧化矽 SK)2構成之單一材料層3的上層，形成在成為低折射率層 2〇 J之部分形成有開口部之交互配置層2。

再者，對内透鏡適用情況下，為了達到平坦化，如圖 17(6)所示之埋人步驟，在以形成有成為低折射率層20J之 部分形成㈣π部之交互配置層2的氧切⑽構成之單 一材料層3的上層，如再度使用CVD等，以特定之厚度形 成成為低折射率層20J並且形成交互配置層2之保護的氧 化石夕Si〇2之膜。如此，以氧化石夕⑽埋入成為由形成有開 口部之氮化彻構成之交互配置層2的低折射率層2〇』之 部分’並且以特定之厚度形成成為光入射側之媒介的氧化 石夕Si02之單一材料層1。 ''纟在”上卩對應於像素之方式形成色遽光器及微 透鏡，不過省略圖示。 另外，對配置於色濾光器上之晶載透鏡適用情況下，不 需要圖1 7(6)所示之埋入步驟。 另外’此處顯示之絮批制 丁，在埋入步驟中，除了以氧 化石夕⑽埋人成為低折射率㈣J之部分外，亦在交互地 配置了低折射率層20J與高折射率層Μ之交互配置層2 的上層’進—步形成氧化石夕⑽之膜，而形成單一材料層 128876.doc -69- 200913238 不過，並非必須形成單一材料層1。此外，甚至亦可不 進仃埋入步驟之全體，該情況下，由於設於氮化矽SiN之 P未被氧化矽Si02埋入，因此低折射率層2〇 j成為空 氣。 ~ ’、、' 任何情況下，均是形成在攝像器件之最上層利用了交互 配置層2之結構的晶載透鏡。該情況下，事實上其表面與 空氣接觸。 如此，由於本實施形態之製造製程並無圓滑熱處理步 "僅以單純且簡便之微影與蚀刻之加工技術即可製作， 因此形成並無回蝕等複雜之步驟的簡便製程，不但步驟數 少，低成本即可完成，且重現性、均一性及量產性均優 異。 再者，藉由光抗蝕劑之遮罩設計，可將分別階段性變化 之特定寬度的各低折射率層20J與高折射率層2 排列成 特定之順序。交互配置層2之透鏡效果，可藉由調整矩形 狀之各低折射率層20」及各高折射率層21』的寬度及排列 數而適宜變更。製作在面内方向不對稱之構造亦容易，與 製造先前之球面透鏡的情況比較，光學性之設計範圍廣。 另外’在圖17A所示之比較例的製造製程中，形成内透 鏡時，首先如圖17A(1)所示，在氧化石夕上以特定之厚 度形成成為透鏡之媒介的氮化發SiN。特定之厚度係比最 後之内透鏡的厚度稍厚的程度。 其次’如圖17A(2)所示之抗钱劑塗布步驟，在透鏡媒介 層之上層形成抗㈣。再者’如圖17a(3)所示之曝光、顯 128876.doc -70· 200913238 像步驟，使用透鏡以特定順序排列之抗蝕圖案，將抗蝕骐 曝光，並從抗蝕膜除去（蝕刻）對應於與鄰接透鏡之=的部 分之部分。 ° 、之後，如圖17A(4)之圓滑熱處理步驟，炼解抗蝕劑而形 成透鏡形狀。如藉由將事後烘烤形成15〇t而使抗敍劑溶 解（圓滑熱處理），作出透鏡之形狀。因而，抗㈣需要為 耐熱性低之材料。 之後，如圖17A(5)所示之回蝕（RIE加工）步驟，藉由使 肖RIE(反應性離子#刻）法等進行㈣，而除去抗钱劑。 =此’如圖17A⑹所示，在透鏡媒介層上形成凸透鏡。此 %•，發生增益（形成沉積膜），而可能引起透鏡間間隙變窄 的問題。 之後，為了將表面平坦化，如圖17A(7)所示之埋入步 驟以特疋之厚度形成氧化石夕si02之膜。進一步在其上， 以對應於像素之方式而形成色濾光器及微透鏡，不過省略 圖示。 另外，形成配置於色濾光器上之晶載透鏡的情況，首先 士圖17B(1)所不，在形成於石夕基板上之更上層的彩色 濾光器的上層，丨、，姑—^ _ ^ 以特疋之厚度形成成為透鏡媒介的OPV等 门刀子材料。特定之厚度係比最後晶載透鏡之厚度稍厚的 程度。 以下’與形成前述之内透鏡之情況同樣地，藉由進行至 圖 17B(5、所- 叮不之回姓（RIE加工）步驟，而如圖17B(6)所示地 形成凸透鏡。 128876.doc •71 - 200913238 對晶載透鏡適用之情況下，不需 ’而安在形成内透鏡時之圖 17A(6)所示的埋入步驟。不過，並 个的基於表面保護等之目的， 有時亦可進一步埋入折射率低之高分子材料。 如此，比較例之製造製程，不 个响係形成内透鏡或形成晶 载透鏡，均係以圓滑熱處理與回餘而形成凸透鏡。成為透 鏡形成來源之抗钱劑的圓滑熱處理，因為藉由表面張力而 作出球狀，所以在面内盔法形# τ μ 円…/去形成不對稱之構造。此外步驟 數亦多，且花費成本。

【圖式簡單說明】 種實施形態的基本原理 種實施形態的基本原理 用

圖1係顯示說明光學透鏡之第一 之等相位面的圖（之一）。 圖1Α係顯示說明光學透鏡之第一 之等相位面的圖（之二）。 圖1 B係第一種實施形態之. 乂〜心九學透鏡的平面模式圖。 圖2係說明適用光學透鏡之笛一 第一種實％形態的固體攝像 裝置之第-例（適用例1}的剖面模式圖。 圖2 A係第一種實施形離（摘 〜、（適用例υ之固體攝像裝置更且 體的剖面圖。 〃 例1)之模擬結果圖（中 圖2Β係顯示第一種實施形態（適用 途過程者）。 圖2 C係顯示第— (λ=780，640 nm)。 圖2D係顯示第一 (λ=540，480 nm)。 種實轭形態（適用例1)之模擬結果圖 種實施形態（適用例1)之模擬結果圖 128876.doc •72· 200913238 圖3係說明適用光學透鏡之梦 <第—種實施形態的固 裝置之第二例（適用例2)的剖面模式圖。 U體攝像 圖3A係顯示第一種實施形 ^ (適用例2)之模擬紝要® (λ=780, 640 nm) 〇 辦 '、。果圖 圖3B係顯示第一種實施形 ㈣0, ㈣。 適用例2)之模擬結果圖 圖4係說明適用光學透鏡之第—

種實化形態的固體摄备 裝置之第三例(適用例3)的剖面模式圖。 攝像 圖4A係顯示第一種竇妳裕έ 請，一)。…(適用例3)之模擬結果圖 圖4 Β係顯示第一種實施形態(適用 (λ=540, 480 nm)。 1、聚，，·。果圖 圖5係說明適用光學透鏡之 圖从係第-種實施形態（適用例4)之固體攝像裝置更具 體的剖面圖。 圖5 B係顯示第一 (λ=780, 640 nm)。 圖5 C係顯示第一 (λ=540，480 nm)。 圖6係說明對第— 鏡之第一比較例圖。 種實施形態（適用例4)之模擬結果圖 種實施形態（適用例4)之模擬結果圖 種實施形態之交互配置層構成的凸透 種⑽態之交叫層構成的凸透 128876.doc -73- 200913238 圖6B係說明對第—種實施形態之交互配置層構成的凸透 鏡之第三比較例圖。 圖7係說明適用光學透鏡之第—種實施形態的改良例1之 改良例1的固體攝像裝置之模式剖面圖。 圖7_顯示改良例1之模擬結果圖（入=540 _。 圖8係。兒明適用光學透鏡之第-種實施形態的改良例2之 改良例2的固體攝像裝置之模式剖面圖。

圖8A係顯示改良例2之模擬結果圖㈣〇 _。 圖9係顯示在第—錄眚 ^種貫把形態之構造（如圖2之適用例υ 中，入射傾斜入射光時之模擬結果圖。 圖10係顯不說明光學透鏡之第：種實施形態的基本原理 用之等相位面圖。 圖1〇Α係固體攝像裝置之受光光學系統的說明圖。 圖刚係第二種實施形態之光學透鏡1個部分之平面模式 圖10C係將第二種實施形態之光學透鏡適用於固體攝像 裝置之像素陣列部上時的平面概略圖。 圖11係說明適用光學透鏡之第-錄眚始犯At & 〜干处现〈弟一種貫施形怨的固體 裝置之剖面模式圖。 圖11A係顯示第二種實施形態之固體攝像裝置的士 果圖（λ=540 nm)。 、〜 圖1 2係顯示說明光學透鏡之第三種實施形態的基 用之等相位面圖。 土原理 圖1 2A係透鏡之重心的說明圖。 128876.doc -74-

200913238 圖12B係光學透鏡之第=瀚眘 t —種實施形怨的平面模式圖（之 )° 圖12C係光學透鏡之第三種實施形態的平面模式圖（之 圖13係說明適用光學读箱_ @ _ 尤字逯鏡之第二種實施形態的固體攝像 裝置之第一例（適用例丨）的剖面模式圖。 圖1 3 Α係顯示第三種實施开^能 I她开八態（適用例1)之模擬結果圖 (λ=540 nm)。 圖1 4係說明適用丼璺；#_ 予透鏡之第二種實施形態的固體攝像 裝置之第二例（適用例2:對應CMOS)的電路圖。 圖14 A係適用於第三種實施形態（適用例2)之固體攝像裝 置中的像素陣列部上之交互配置層的平面概略圖。 圖15係說明適用光學透鏡之第三種實施形態的固體攝像 裝置之第三例（適用例3 :對應CCD)的電路圖。 圖15A係第二種實施形態（適用例3)之固體攝像裝置的基 板表面附近之剖面構造圖。 圖15B係適用於第三種實施形態（適用例3)之固體攝像裝 置中的像素陣列部上之交互配置層的平面概略圖。 圖16係顯示說明光學透鏡之第四種實施形態的基本原理 用之等相位面圖。 圖1 7係說明將第-〜第四種實施形態之交互配置層與固 體攝像裝置-體地形成時之本實施形態的製造製程之概念 圖。 圖 17A係說明對本實施形 態之製造製程的比較例（形成内 128876.doc -75- 200913238 透鏡時）的概念圖。 圖1 7B係說明對本實施形態之製造製程的比較例（形成晶 載透鏡時）的概念圖。 【主要元件符號說明】 1， 3, 111， 113 單一材料層 2, 2A, 2B，2C, 2D, 112A, 112B, 112C 交互配置層 20, 120 低折射率層 21, 121 高折射率層 100A, 100B, 100C 固體攝像裝置 102 $夕基板 104 光電轉換部 105 層内聚光透鏡 106 彩色濾光器 108 晶載透鏡 109 佈線層 100A, 100B, 100C 光學透鏡 124 防反射膜 130 薄膜層 200, 300 攝像裝置 201 CMOS固體攝像裝置 210, 310 像素陣列部 211,311 像素 128876.doc -76-

Claims (1)

1. 200913238 -、申請專利範圍·· 一種光學構件，其特徵為·· 之折 方向交互地排列有分別比光學長相對較薄 大的〶折射率層與折射率小的低折射率層，· 之波：：折射率層及前述低折射率層之各寬度為入射光 之波長等級或比其小。 2. 構:长項1之光學構件，其中各前述高折射率層係以在 =2機械性中心密集地配置，隨著從前述中心離開而 IL Λ之方式左右對稱地配置。 3. 如請求項2之光學構件，其中各前述高折射率層之寬度 以朝向構件之機械性中心逐漸變大的方式配置；又 4低折射率層之寬度以朝向構件之機械 漸變小的方式配置。 4. 如明求項2之光學構件’其中各前述高折射率層之寬度 以朝向構件之機械性中心逐漸變大的方式配置； 各別述低折射率層以相等寬度配置。 5.如請求項2之光學構件，其中各前述低折射率層之寬度 、朝向構件之機械性中心逐漸變小的方式配置. 各則述高折射率層以相等寬度配置。 6. ::求項!之光學構件’其中各前述高折射率層係以在 ^機械性中心疏鬆地配置’隨著從前述中心離開而 文雄、集之方式左右對稱地配置。 之光學構件，其中各前述高折射率層之寬度 朝向構件之機械性中心逐漸變小的方式配置· I28876.doc 200913238 各前述低折射率層之寬度以朝向 漸變大的方式配置。 半之機械性中心逐 8. 如請求項6之光學構件，苴中夂a 以“ 各則述高折射率層之寬度 D構件之機械性中心逐漸變 夂此丄 J的方式配置； 9. 各則述低折射率層以相等寬度配置。 如請求項6之光學構件，其中 >.±„ , '、 肖迷低折射率層之寬度 11構件之機械性中心逐漸變 文八的方式配置； 别述向折射率層以相等寬度配置。 10.如吻求項1之光學構件，其中前述高折射率 折射率層之至少一方，各寬 曰Ί - 置。 j a知方向不對稱地配 11 -如請求項丨〇之光學構乂 述構件之一方端W〜、則述向折射率層以從前 式配置； 重心位置，寬度逐漸變大之方 各則述低折射率層以從前述構 心也w h 4稱件之—方端向光學性重 位置，寬度逐漸變小之方式配置。 12.如請求項1〇之光學構件，苴 述槿杜 ’、各則迷尚折射率層以從前 一方端向光學性重心位置， 式配置； 見度逐漸變大之方 各則述低折射率層以相等寬度配置。 13.22^之_構件’其中各前述低折射率層以從前 式配置；丨端向光學性重心位置，寬度逐漸變小之方 各前述高折射率層以相等寬度配置。 I28876.doc 200913238 14. 如請求項Η〜υφ紅 —項之光學構件，其中前述光學性 重心位置存在於構件 15. 如請求項14項之光 孫夂#件其中具備第—光學構件，其 f，二：：：率層以在構件之機械性中心密集地配 ’、者從前述中心離開而變疏鬆 地配置；並且 乃八及石對稱 具備第二光學構件，其係在前 射侧及光射出側之至少H 於構件之另-方端。^別返光學性重心位置存在 1 6.如請求項i i〜i 3中权 中任一項之光學構件， 射率層係以在構件之拖μ 八中各别述向折 由、、 錢性巾心、密集地配置，並隨著從 17如咬七馆】 4方式’左右不對稱地配置。 A h求項14項之光學構件，其中具備第—光 係各則述高折射率層以在 ^ 置，並隨著從前述中心離門…機械性中心疏鬆地配 地配置；並且 〇 方式，左右對稱 具備第二光學構件，其 射側及光射出側之至少^^ —光學構件之光入 於構件之另-方端。彳’剛述光學性重心位置存在 ^求項11〜13中任—項之光學構件， 一 射率層係以在構件之機械性中-則述兩折 前述中心離開而變密$ " 配置，並隨著從 一體攝像裝置，其Si:包括— 光學構件，其係對光轴在橫方向交互地排列有分別比 128876.doc 200913238 光學長相對較薄之折射率大的高 低折射率層，且前述高折射率層及 I、折射率小的 寬度為入射光之波長等級或比其小二低折射率層之各 &光邛其係接收通過前述光學構件之 2〇.如請求項19之固體攝像裝置，其中包括像f陣 係一維狀或二維狀地排列有複數前述受光部·、 」乍為對應於前述受光部之前述光學構件，使 k方向對稱地配置有前述古 則述 則述四折射率層之各寬度者，與在 ^ ^ 』这间折射率層及前述低折 射率層之至少-方的各寬度者； ㈣ t前述像素陣列部之中^❹“對^ 構件，使用越是前述像素陣列部先子 越強的光學構^ 卩之4不對稱性 21.ΠΐΓ9之固體攝像裝置’其中包括像素陣列部，其 ^ ，，狀或一維狀地排列有複數前述受光部； 應於前述受光部之前述光學構件，使用在前述 =㈣稱地配置有前述高折射率層之各寬度者，與在 方向不對稱地配置有前述高折射率層及前述低折 射率層之至少—方的各寬度者； 在前述像素陣列部之中心使用前述對稱地配置之光學 冓件’越是前述像素陣列部之端部，光學性重心之位置 越從前述受光部之4向前述像素陣列部U心方向偏 移而配置。 22· 一種前述光學構件之製造方法，其特徵為·· 128876.doc 200913238 的高折射率層及折射率小之低折射率層 ::述臈之橫方向排列形成複數開口部； 則述南折射率層及前述低 個前述開口部； 丰層之另一方埋入各 23 挛居曰盘11 &對光轴在横方向交互地排列有前述古折射 率層與前述低折射率層之光學構件。“折射 固體攝像裝置之製造方法，其特徵為·· 射率:成有％先部之半導體基板上形成折射率小之低折 在f述低折射率層上形成折射率大之高折射率層； 複::二::射率層之與前述受光部對應的位置排列形成 在前述低折射率層埋入各個前述開口部； 藉此，與t述半導體基板一體地製造對光轴在橫方向 交互也排列有Μ述㊉折射率層與前述低折射率層之光學 128876.doc