WO2010110081A1 - マイクロレンズアレイの製造方法およびマイクロレンズアレイ - Google Patents

マイクロレンズアレイの製造方法およびマイクロレンズアレイ Download PDF

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正太 吉村
勝 佐々木
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東京エレクトロン株式会社
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    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Definitions

  • the present invention relates to a microlens array manufacturing method and a microlens array, and more particularly to a microlens array manufacturing method and a microlens array in which a microlens is formed by etching an organic film.
  • One of the members constituting a CCD (Charge Coupled Device) solid-state imaging device is a microlens array in which a plurality of microlenses are formed in a matrix.
  • the microlens array has a shape in which a plurality of microlenses protruding in a substantially hemispherical shape are juxtaposed on one surface in the vertical and horizontal directions.
  • Such a microlens array is manufactured by etching an organic film layer serving as a material layer of a microlens.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 10-148704
  • a conventional method for manufacturing a microlens array will be briefly described. First, a color filter layer is formed on a silicon substrate, and an organic film layer serving as a microlens material is formed thereon. Further, a resist layer having a rectangular cross section as a mask layer is formed thereon. Thereafter, the formed resist layer is reflowed along the shape pattern of the microlens so as to protrude from the upper surface of the organic film layer into a substantially hemispherical shape.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the microlens array material 101 formed as described above.
  • the cross section shown in FIG. 14 is a cross section obtained by cutting the microlens array material 101 along a plane along the thickness direction.
  • the vertical direction of the paper is the plate thickness direction, that is, the vertical direction
  • the horizontal direction of the paper is the horizontal direction.
  • the silicon layer 102, the color filter layer 103, the organic film layer 104, and the resist layer 105 are formed in order from the lower layer.
  • the resist layer 105 is reflowed so that the upper surface 106 has a substantially hemispherical shape. Note that since the resist layer 105 formed on the upper surface 107 of the organic film layer 104 is removed by etching in a later step, the resist layer 105 is formed of an organic material or the like as with the organic film layer 104.
  • Etching is performed on the microlens array material 101 having such a shape. Etching is performed so as to remove both the organic film layer 104 and the resist layer 105 having a substantially hemispherical shape. That is, a selectively protruding shape remains at the portion where the resist layer 105 is formed. In this way, the outer shape of the microlens protruding in a substantially hemispherical shape is formed.
  • FIG. 15 shows a schematic cross-sectional view of the microlens array 111 after the etching.
  • a silicon layer 102, a color filter layer 103, and an organic film layer 104 are formed in order from the lower layer, and the resist layer 105 shown in FIG. It has been removed by etching.
  • a microlens 108 is formed on the surface of the organic film layer 104 along the shape of the substantially hemispherical resist layer 105.
  • the height of the micro lens that is, the length in the vertical direction of the so-called micro lens is longer. That is, if the height of the microlens is high, the outer shape of the microlens becomes a shape close to a hemispherical surface, and the light condensing degree in the microlens is improved. Therefore, it is required to make the height of the microlens higher. Furthermore, in the method for manufacturing a microlens array, it is preferable that the height of the microlens can be easily adjusted as required.
  • the height of the microlens that is, the length of the microlens in the vertical direction is the horizontal direction of the lowermost microlens 108 on the upper surface of the organic film layer 104 after the etching process with reference to FIG.
  • This is a vertical length H from the end portion 109 to the apex 110 that is the uppermost portion of the microlens 108 protruding in a substantially hemispherical shape.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a microlens array in which the height of the microlens can be easily adjusted.
  • Another object of the present invention is to provide a microlens array having a high microlens.
  • a method of manufacturing a microlens array according to the present invention is a method of manufacturing a microlens array having a plurality of microlenses projecting in a substantially hemispherical shape on one surface, wherein an organic film layer serving as a material layer of the microlens is formed. Etch the resist formation process that forms a resist layer to form the shape of the microlens on top, and the formed resist layer and organic film layer using a mixed gas in which molecules containing hydrogen and molecules containing fluorine are mixed Etching step.
  • microlens array manufacturing method makes it easy to adjust the height of the microlens. This is considered to have the following two factors. There is no particular problem with the following two factors, whichever is dominant.
  • the molecule containing fluorine in the etching gas has a strong aggressiveness in etching against the material to be etched when it is dissociated as fluorine.
  • the dissociated fluorine reacts with the dissociated hydrogen in the molecule containing hydrogen to become HF.
  • the amount of fluorine having strong aggressiveness is reduced by bonding with hydrogen dissociated in a molecule containing hydrogen.
  • physical etching proceeds more preferentially than chemical etching with dissociated fluorine.
  • the etching rate is high in chemical etching, that is, early removal of the resist layer that is immediately removed is suppressed. As a result, it is considered that the organic film layer remaining on the lower side of the region where the resist layer is formed increases, and the height of the microlens can be increased.
  • the height of the microlens can be adjusted by adjusting the flow rate ratio, components, etc. of the molecule containing hydrogen and the molecule containing fluorine in the mixed gas to be supplied. Therefore, the height of the microlens, that is, the length of the microlens in the vertical direction can be easily adjusted. In addition, a microlens with a high height can be obtained as required.
  • the resist forming step is a step of forming a resist layer having a shape protruding in a substantially hemispherical shape.
  • the gas flow rate of the molecule containing hydrogen in the mixed gas is 30 sccm or more.
  • the pressure in the processing container when performing the etching step is preferably 200 mTorr or less.
  • the ratio of the molecule containing hydrogen and the molecule containing fluorine in the mixed gas is preferably 1: 2 to 1:15.
  • the molecule containing hydrogen contains HBr.
  • the molecule containing fluorine contains a plurality of fluorocarbon gases whose structural formula is represented by CxFy (where x and y are integers of 1 or more).
  • molecules containing fluorine includes CF 4 and C 4 F 8, the flow rate ratio of CF 4 and C 4 F 8 is 2: 1 to 15: 1.
  • the etching process is performed by microwave plasma using a microwave as a plasma source.
  • the microlens array is a microlens array having a plurality of microlenses protruding in a substantially hemispherical shape on one surface, on the organic film layer serving as a material layer of the microlens. It is obtained by forming a resist layer for forming a microlens shape and etching the formed resist layer and organic film layer using a mixed gas in which molecules containing hydrogen and molecules containing fluorine are mixed. .
  • the microlens array is a microlens array having a plurality of microlenses that protrude in a substantially hemispherical shape on one surface, and protrudes in a substantially hemispherical shape on one surface.
  • the microlens array is a microlens array having a plurality of microlenses that protrude in a substantially hemispherical shape on one surface, and is the lowest part in the vertical direction of the microlens.
  • the ratio of the length in the vertical direction from the horizontal end to the apex of the uppermost microlens protruding in a substantially hemispherical shape to the length between the horizontal ends is 1: 2 to 1: 6.
  • the microlens array is a microlens array having a plurality of microlenses that protrude in a substantially hemispherical shape on one surface, and is arranged in a horizontal direction at a horizontal end portion of the microlens.
  • the angle formed between the extending line and the tangent of the spherical surface at the horizontal end of the microlens is ⁇ , ⁇ ⁇ 30 degrees.
  • microlens array manufacturing method and the microlens according to the present invention it becomes easy to adjust the height of the microlens included in the microlens array. Accordingly, a microlens array having microlenses having a desired height can be easily obtained.
  • the microlens array according to the present invention since the height of the microlens is high, the light condensing degree can be improved.
  • FIG. 4 is a flowchart showing typical steps in the method of manufacturing a microlens array according to an embodiment of the present invention. It is a schematic sectional drawing which shows a part of micro lens array raw material before an etching process is performed. It is the figure which looked at the microlens array material before etching processing from the upper side. It is a schematic sectional drawing of the micro lens array raw material in the process in which the etching process is performed, and shows the state in which the resist layer remains. It is a schematic sectional drawing of the micro lens array raw material in the process in which the etching process is performed, and shows the state in which the resist layer does not remain. It is a schematic sectional drawing which shows a part of micro lens array after an etching process was performed.
  • FIG. 1 is a flowchart showing typical steps in a method for manufacturing a microlens array according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a part of a microlens array material before etching, which will be described later, and corresponds to FIG. 14 described above. With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the detail of the manufacturing method of the micro lens array which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated.
  • a color filter layer 13 made of polystyrene resin or polyimide resin is formed on the silicon layer 12, and an organic film layer 14 to be a material layer of a microlens is formed thereon.
  • a resist layer 15 corresponding to the arrangement of the plurality of microlenses is formed on the organic film layer 14 (FIG. 1A).
  • the resist layer 15 is also made of an organic material that can be removed by etching, which will be described later.
  • the resist layer 15 is formed by first being formed into a substantially rectangular cross section by a photoresist in a lithography technique and then reflowing along a substantially hemispherical shape that is an outer shape of the microlens (FIG. 1 ( B)).
  • FIG. 3 shows the microlens array material 11 after reflow as viewed from the upper side, that is, from the direction of arrow III in FIG.
  • the planar shape of the resist layer 15 is a substantially elliptical shape with the horizontal direction as the longitudinal direction.
  • the microlens array material 11 before the etching process includes a silicon layer 12, a color filter layer 13, an organic film layer 14, and a substantially hemispherical resist layer whose upper surface 16 is reflowed in order from the bottom layer. 15 is formed.
  • a plurality of layers are also formed on the lower layer side of the silicon layer 12, illustration and description thereof are omitted from the viewpoint of easy understanding.
  • Etching for removing the resist layer 15 and the organic film layer 14 is performed on the microlens array material 11 (FIG. 1C).
  • plasma etching is performed by a microwave plasma etching processing apparatus using a microwave as a plasma source. Briefly describing the etching process in such a microwave plasma etching apparatus, the material to be etched that becomes the substrate to be processed in the processing container, here, the microlens array material 11 described above is disposed, and then the processing container is The pressure is reduced to a predetermined pressure. Thereafter, plasma is generated in the processing chamber by microwaves, and an etching gas is introduced. Then, an etching process is performed on the material to be etched.
  • a mixed gas in which molecules containing hydrogen and molecules containing fluorine are mixed is used.
  • An example of a molecule containing hydrogen is HBr.
  • the molecules containing fluorine for example, CF 4, fluorocarbon gas C 2 F 6, C 3 F 8, C 4 F 8. That is, the molecule containing fluorine includes a plurality of CFCs whose structural formula is represented by CyFz (where y and z are integers of 1 or more).
  • FIGS. 4 and 5 show a state in the middle of the etching process of the microlens array material 11 considered in the method of manufacturing the microlens array according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a state where the resist layer 15 remains
  • FIG. 5 shows a state after the resist layer 15 is removed.
  • the cross section shown in any figure is a cross section corresponding to FIG. In the etching process, the etching proceeds in the order of FIG. 2, FIG. 4, FIG. 5, and FIG. Further, from the viewpoint of easy understanding, the diagram shown in FIG. 2 is shown on the left side in FIG. 4 with the vertical position of the silicon layer 12 being the same.
  • organic film layer 14 Will be removed. That is, the position of the upper surface 17 of the organic film layer 14 shown on the left side in FIG. 4 moves downward as indicated by the position of the upper surface 18 of the organic film layer 14 shown on the right side in FIG.
  • the resist layer 15 is removed from above by etching. In this case, the position of the most protruding vertex 19 on the upper side of the resist layer 15 shown on the left side in FIG.
  • the vertical length indicated by h 1 in FIG. 4 at the time of transition from the vertex 19 to the vertex 20 in the resist layer 15, that is, the etching amount of the so-called resist layer 15 is the upper surface 17 in the organic film layer 14. from the vertical direction indicated by h 2 in Fig.
  • a mixed gas used in an etching process included in the method of manufacturing a microlens array that is, a mixed gas in which molecules containing hydrogen and molecules containing fluorine are mixed.
  • a mixed gas used in an etching process included in the method of manufacturing a microlens array that is, a mixed gas in which molecules containing hydrogen and molecules containing fluorine are mixed.
  • the resist layer 15 is removed.
  • the organic film layer 14 positioned below the resist layer 15 is in the vertical direction.
  • a shape having a protruding portion 21 protruding upward is obtained.
  • the region corresponding to the vertices 19 and 20 has a shape that protrudes most upward.
  • the etching is further advanced, and the etching is terminated when the required shape is obtained.
  • the end of etching for example, the vertical length from the upper surface of the color filter layer 13 to the horizontal end portion 23 of the microlens 22 which is the lowest on the upper surface of the organic film layer 14 becomes a predetermined length.
  • the etching may be terminated, or the etching may be terminated when a predetermined etching time has elapsed from the start of the processing.
  • FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of a part of the microlens array thus obtained.
  • 7 is a view of the microlens array shown in FIG. 6 as viewed from the upper side, that is, from the direction of arrow VII in FIG.
  • the microlens array 25 is composed of a silicon layer 12, a color filter layer 13, and an organic film layer 14 arranged in order from the lower layer, and on one side, here the upper side
  • a plurality of microlenses 22 projecting in a substantially hemispherical shape are provided on the positioned surface.
  • the planar shape of the microlens 22 is a substantially elliptical shape that is long in the horizontal direction (see FIG. 7).
  • the plurality of microlenses 22 are adjacent to each other. Specifically, a partial region of the horizontal end portion 23 between the adjacent microlenses 22 is not separated and is in a contact state.
  • the microlens array according to the present invention is a microlens array having a plurality of microlenses projecting in a substantially hemispherical shape on one surface, and the microlens is disposed on an organic film layer serving as a material layer of the microlens.
  • the resist layer for forming the shape is formed, and the formed resist layer and organic film layer are etched using a mixed gas in which molecules containing hydrogen and molecules containing fluorine are mixed.
  • the height of the lens 22 can be arbitrarily adjusted by the manufacturing method of the microlens array described above. Specifically, when it is desired to obtain a high height, for example, by increasing the gas flow rate ratio of molecules containing hydrogen, it is possible to easily obtain a microlens array having microlenses having a high height. it can.
  • the vertical direction from the horizontal end 23 which is the lowermost part in the vertical direction to the apex 24 which protrudes in a substantially hemispherical shape of the uppermost microlens. Can be obtained with a length H of 0.3 ⁇ m or more.
  • the ratio of the vertical length H to the length L between the horizontal end portions 23 is about 1: 5. At least 1: 2 to 1: 6 is obtained.
  • the angle formed by the line 26 extending in the horizontal direction at the horizontal end 23 of the microlens and the tangent line 28 of the spherical surface 27 at the horizontal end of the microlens is ⁇ .
  • a product with ⁇ ⁇ 35 degrees or at least ⁇ ⁇ 30 degrees or more is obtained.
  • the tangent line 28 is indicated by a one-dot chain line.
  • a microlens array As described above, according to the method of manufacturing a microlens array according to the present invention, it is easy to adjust the height of the microlens included in the microlens array. As a result, a microlens array having microlenses having a desired height can be easily obtained.
  • the microlens array according to the present invention since the height of the microlens in the vertical direction is high, the light condensing degree can be improved.
  • FIGS. 8, 9, 10, and 11 are graphs showing the relationship between the flow rate of HBr and the height of the microlens, that is, the length of the microlens in the vertical direction.
  • FIG. 9 shows a case where the pressure in the processing
  • Each x represents the gas flow rate of HBr, and corresponds to a variable on the horizontal axis of the graphs shown in FIGS. 8 to 11 and FIG. 12 described later.
  • the unit of the gas flow rate is sccm.
  • the height of the microlens increases as the flow rate of HBr increases.
  • the height of the microlens increases as the tendency increases, that is, the flow rate ratio of HBr increases.
  • the pressure in the processing container at the time of performing the etching step is 200 mTorr or less. By doing so, the height of the microlens can be adjusted more reliably. Furthermore, it is preferable that the pressure in the processing container when performing the etching step is 150 mTorr or less.
  • the ratio of hydrogen-containing molecules to fluorine-containing molecules in the mixed gas is preferably 1: 2 to 1:15. This also makes it possible to adjust the height of the microlens more reliably. Furthermore, the ratio of the molecule containing hydrogen and the molecule containing fluorine in the mixed gas is preferably 1: 2 to 1:10.
  • molecules containing fluorine includes CF 4 and C 4 F 8
  • the flow rate ratio of CF 4 and C 4 F 8 is 2: 1 to 10: it is preferable to construct so that is a 1. By doing this, The height of the microlens can be adjusted more reliably. Further, the flow rate ratio between CF 4 and C 4 F 8 is preferably 2: 1 to 15: 1.
  • FIG. 12 shows the height of the microlens at the top position of the semiconductor substrate as the material to be etched.
  • FIG. 13 is a diagram showing the position of the top in the semiconductor substrate.
  • the semiconductor substrate 31 has a 180-degree symmetrical position with respect to the center, that is, the position of a so-called center 33, and the portion provided with the notch 32 for positioning in the circumferential direction of the semiconductor substrate 31.
  • the top 34 position That is, it is a portion of the semiconductor substrate 31 that is located in the end region farthest from the central portion.
  • the microlens height and the HBr flow rate at the position of the top 34 are considered. rare.
  • the gas flow rate of HBr is 30 sccm or more, the height of the microlens increases. Therefore, the gas flow rate of HBr is preferably 30 sccm or more in consideration of the height of the microlens at the top position.
  • the resist layer in the resist formation step, is formed so as to have a substantially elliptical shape when viewed from the upper side.
  • the resist layer may be formed so as to have a shape, and the outer shape of the resist layer may have a straight portion or a corner in the cross section shown in FIG. .
  • the plurality of microlenses are configured such that a part of the horizontal end portion is in contact with each other.
  • the present invention is not limited thereto, and the horizontal end portions of the microlenses are adjacent to each other. It is good also as a structure which is separated in relation to.
  • the most protruding portion of the substantially hemispherical microlens is the apex of the microlens.
  • the microlens does not have to be strictly located at the center of the substantially hemispherical microlens.
  • the above-described vertical direction and horizontal direction do not mean vertical and horizontal in a strict direction.
  • plasma processing using microwaves is performed when performing etching.
  • the present invention is not limited to this, and other plasma processing can also be used.
  • microlens array manufacturing method and microlens array according to the present invention are effectively used when a higher microlens height is required.
  • microlens array material 12 silicon substrate, 13 color filter layer, 14 organic film layer, 15 resist layer, 16, 17, 18 upper surface, 19, 20, 24 apex, 23 end, 21 protruding portion, 22 microlens, 25 micro lens array, 26, 28 lines, 27 spherical surface, 31 semiconductor substrate, 32 notches, 33 center, 34 top.

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Abstract

　一方の面に、略半球面状に突出したマイクロレンズを複数有するマイクロレンズアレイの製造方法であって、マイクロレンズの材料層となる有機膜層の上にマイクロレンズの形状を形成するためのレジスト層を形成するレジスト形成工程と、形成したレジスト層および有機膜層を、水素を含む分子およびフッ素を含む分子を混合させた混合ガスを用いてエッチングするエッチング工程とを含む。

Description

マイクロレンズアレイの製造方法およびマイクロレンズアレイ
　この発明は、マイクロレンズアレイの製造方法およびマイクロレンズアレイに関するものであり、特に、有機膜をエッチングしてマイクロレンズを形成するマイクロレンズアレイの製造方法およびマイクロレンズアレイに関するものである。
　ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）固体撮像素子を構成する部材の一つに、複数のマイクロレンズをマトリックス状に形成したマイクロレンズアレイがある。マイクロレンズアレイは、一方の面に、略半球面状に突出したマイクロレンズを縦横方向に複数並置させた形状である。
　このようなマイクロレンズアレイは、マイクロレンズの材料層となる有機膜層をエッチングすることにより製造される。マイクロレンズアレイの製造方法に関する技術が、特開平１０－１４８７０４号公報（特許文献１）に開示されている。
特開平１０－１４８７０４号公報
　従来におけるマイクロレンズアレイの製造方法について、簡単に説明する。まず、シリコン基板の上に、カラーフィルタ層を形成し、その上にマイクロレンズの素材となる有機膜層を形成する。そして、さらにその上に、マスク層としての断面矩形状のレジスト層を形成する。その後、マイクロレンズの形状パターンに沿うように、形成したレジスト層をリフローし、有機膜層の上面から略半球面状に突出した形状とする。
　図１４は、このようにして形成されたマイクロレンズアレイ素材１０１を示す概略断面図である。なお、図１４に示す断面は、マイクロレンズアレイ素材１０１を板厚方向に沿う面で切断した断面である。また、図１４、および後述する図１５、図２、図４、図５、図６においては、紙面上下方向を板厚方向、すなわち、垂直方向とし、紙面左右方向を水平方向とする。
　図１４を参照して、上記したように、マイクロレンズアレイ素材１０１は、下層から順にシリコン層１０２、カラーフィルタ層１０３、有機膜層１０４、およびレジスト層１０５が形成されている。レジスト層１０５は、その上面１０６が略半球面状となるように、リフローされている。なお、有機膜層１０４の上面１０７の上層に形成されるレジスト層１０５は、後の工程においてエッチングにより除去されるため、有機膜層１０４と同様に有機物等により構成されている。
　このような形状のマイクロレンズアレイ素材１０１に対し、エッチング処理が施される。エッチングについては、有機膜層１０４および略半球面状に突出した形状のレジスト層１０５の双方を除去するようにして行われる。すなわち、レジスト層１０５が形成された箇所は、選択的に突出した形状が残ることになる。このようにして、略半球面状に突出したマイクロレンズの外形形状が形成される。
　エッチングが終了したマイクロレンズアレイ１１１の概略断面図を図１５に示す。図１４および図１５を参照して、マイクロレンズアレイ１１１においては、下層から順にシリコン層１０２、カラーフィルタ層１０３、有機膜層１０４が形成されており、図１４に示したレジスト層１０５については、エッチングにより除去されている。そして、略半球面状のレジスト層１０５の形状に沿って、有機膜層１０４の表面にマイクロレンズ１０８が形成されている。
　ここで、マイクロレンズにおいては、マイクロレンズの高さ、いわゆるマイクロレンズの垂直方向の長さがより長い方が好ましい。すなわち、マイクロレンズの高さが高ければ、それだけマイクロレンズの外形形状が半球面に近い形状となり、マイクロレンズにおける集光度が向上する。したがって、マイクロレンズの高さをより高くすることが要求される。さらには、マイクロレンズアレイの製造方法において、要求に応じて、マイクロレンズの高さを容易に調整できることが好ましい。ここで、マイクロレンズの高さ、すなわち、マイクロレンズの垂直方向の長さとは、図１５を参照して、エッチング処理後の有機膜層１０４の上面において、最下部となるマイクロレンズ１０８の水平方向端部１０９から、略半球面状に突出したマイクロレンズ１０８の最上部となる頂点１１０までの垂直方向の長さＨである。
　上記した特許文献１に示す技術においては、エッチングガスとして、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８等のフロン系ガスのみを用いると記載されている。また、フロン系ガスの代替として、Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＢＣｌ３等のハロゲンガスやＮ２、ＣＯ、ＣＯ２等の窒素酸化物系ガスを用いてもよいと記載されている。しかし、このようなエッチングガスを用いた場合、材料層となる有機膜層とレジスト層とのエッチング選択性が低いため、高さの高いマイクロレンズを得ることが困難である。すなわち、有機膜層とレジスト層とを同じ様な処理量でエッチングしてしまうため、マイクロレンズの高さが低くなってしまうおそれがある。また、このような方法では、マイクロレンズの高さを調整することは非常に困難である。
　この発明の目的は、マイクロレンズの高さを調整することが容易なマイクロレンズアレイの製造方法を提供することである。
　この発明の他の目的は、高さの高いマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを提供することである。
　この発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法は、一方の面に、略半球面状に突出したマイクロレンズを複数有するマイクロレンズアレイの製造方法であって、マイクロレンズの材料層となる有機膜層の上にマイクロレンズの形状を形成するためのレジスト層を形成するレジスト形成工程と、形成したレジスト層および有機膜層を、水素を含む分子およびフッ素を含む分子を混合させた混合ガスを用いてエッチングするエッチング工程とを含む。
　このようなマイクロレンズアレイの製造方法によると、マイクロレンズの高さの調整が容易になる。これには、次の２つの要因があると考えられる。なお、以下の２つの要因については、いずれが支配的であっても特に問題はない。
　まず、第一に、エッチングガス中の水素を含む分子のうち、解離した水素がレジスト層の表面においてレジスト層を構成する有機物等と反応する。そして、生成した反応生成物がレジスト層の表面をある程度保護し、レジスト層のエッチング速度を遅らせる。その結果、レジスト層が形成された領域の下側に残る有機膜層が多くなり、マイクロレンズの高さを高くすることができると考えられる。
　第二に、エッチングガス中のフッ素を含む分子は、フッ素として解離された際に、被エッチング材料に対して、エッチングにおける強い攻撃性を有する。ここで、上記した混合ガスによると、解離したフッ素は、水素を含む分子において解離された水素と反応して、ＨＦとなる。このように、強い攻撃性を有するフッ素は、水素を含む分子において解離された水素と結合することにより、その量が減少する。そして、解離したフッ素による化学的なエッチングよりも物理的なエッチングが優位に進行することになる。そして、化学的なエッチングにおいてエッチング速度が速い、すなわち、すぐに除去されてしまうレジスト層の早期の除去を抑制する。その結果、レジスト層が形成された領域の下側に残る有機膜層が多くなり、マイクロレンズの高さを高くすることができると考えられる。
　この場合、エッチング時において、供給する混合ガスのうち、水素を含む分子とフッ素を含む分子の流量比率や成分等を調整することにより、マイクロレンズの高さを調整することができる。したがって、容易にマイクロレンズの高さ、すなわち、マイクロレンズの垂直方向の長さを調整することができる。また、要求に応じて、マイクロレンズの高さの高いものを得ることができる。
　好ましくは、レジスト形成工程は、略半球面状に突出した形状のレジスト層を形成する工程である。
　さらに好ましくは、混合ガスのうちの水素を含む分子のガス流量は、３０ｓｃｃｍ以上である。
　また、エッチング工程を行う際の処理容器内の圧力は、２００ｍＴｏｒｒ以下であることが好ましい。
　また、混合ガス中の水素を含む分子とフッ素を含む分子との比率は、１：２～１：１５であることが好ましい。
　さらに好ましくは、水素を含む分子は、ＨＢｒを含む。
　さらに好ましくは、フッ素を含む分子は、その構造式がＣｘＦｙ（ｘ、ｙはいずれも１以上の整数）で表される複数のフロン系ガスを含む。
　さらに好ましくは、フッ素を含む分子は、ＣＦ４とＣ４Ｆ８とを含み、ＣＦ４とＣ４Ｆ８との流量比率は、２：１～１５：１である。
　さらに好ましくは、エッチング工程は、マイクロ波をプラズマ源としたマイクロ波プラズマにより行なう。
　この発明の他の局面においては、マイクロレンズアレイは、一方の面に、略半球面状に突出したマイクロレンズを複数有するマイクロレンズアレイであって、マイクロレンズの材料層となる有機膜層の上にマイクロレンズの形状を形成するためのレジスト層を形成し、形成したレジスト層および有機膜層を、水素を含む分子およびフッ素を含む分子を混合させた混合ガスを用いてエッチングすることにより得られる。
　この発明のさらに他の局面においては、マイクロレンズアレイは、一方の面に、略半球面状に突出したマイクロレンズを複数有するマイクロレンズアレイであって、一方の面に、略半球面状に突出したマイクロレンズを複数有するマイクロレンズアレイであって、マイクロレンズにおいて、垂直方向の最下部となる水平方向端部から最上部となるマイクロレンズの略半球面状に突出した頂点までの垂直方向の長さが、０．３μｍ以上である。
　この発明のさらに他の局面においては、マイクロレンズアレイは、一方の面に、略半球面状に突出したマイクロレンズを複数有するマイクロレンズアレイであって、マイクロレンズにおいて、垂直方向の最下部となる水平方向端部から最上部となるマイクロレンズの略半球面状に突出した頂点までの垂直方向の長さと、水平方向端部間の長さとの比が、１：２～１：６である。
　この発明のさらに他の局面においては、マイクロレンズアレイは、一方の面に、略半球面状に突出したマイクロレンズを複数有するマイクロレンズアレイであって、マイクロレンズの水平方向端部において水平方向に延びる線とマイクロレンズの水平方向端部における球面の接線とのなす角度をθとした場合に、θ≧３０度である。
　この発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法およびマイクロレンズによると、マイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズの高さを調整することが容易となる。したがって、所望の高さのマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを容易に得ることができる。
　また、この発明に係るマイクロレンズアレイによると、マイクロレンズの高さが高いため、集光度を向上させることができる。
この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法において、代表的な工程を示すフローチャートである。 エッチング処理が行われる前のマイクロレンズアレイ素材の一部を示す概略断面図である。 エッチング処理が行われる前のマイクロレンズアレイ素材を上側から見た図である。 エッチング処理が行われている過程でのマイクロレンズアレイ素材の概略断面図であり、レジスト層が残っている状態を示す。 エッチング処理が行われている過程でのマイクロレンズアレイ素材の概略断面図であり、レジスト層が残っていない状態を示す。 エッチング処理が行われた後のマイクロレンズアレイの一部を示す概略断面図である。 エッチング処理が行われた後のマイクロレンズアレイを上側から見た図である。 混合ガスをＣＦ４／Ｃ４Ｆ８／ＨＢｒ＝１５０／３０／ｘとした場合のＨＢｒの流量とマイクロレンズの高さとの関係を示すグラフである。 混合ガスをＣＦ４／Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／ＨＢｒ＝２７０／３０／１０００／ｘとした場合のＨＢｒの流量とマイクロレンズの高さとの関係を示すグラフである。 混合ガスをＣＦ４／Ｃ４Ｆ８／Ｎ２／ＨＢｒ＝２７０／３０／１０００／ｘとした場合のＨＢｒの流量とマイクロレンズの高さとの関係を示すグラフである。 混合ガスをＣＦ４／Ｃ４Ｆ８／Ｎ２／ＨＢｒ＝２７０／６０／１０００／ｘとした場合のＨＢｒの流量とマイクロレンズの高さとの関係を示すグラフである。 混合ガスをＣＦ４／Ｃ４Ｆ８／ＨＢｒ＝２４０／６０／ｘとした場合のＨＢｒの流量とトップの位置におけるマイクロレンズの高さとの関係を示すグラフである。 図１２において、トップの位置を示す図である。 従来におけるマイクロレンズが形成される前のマイクロレンズアレイ素材の一部を示す概略断面図である。 従来におけるマイクロレンズが形成された後のマイクロレンズアレイの一部を示す概略断面図である。
　以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法における代表的な工程を示すフローチャートである。また、図２は、後述するエッチング前のマイクロレンズアレイ素材の一部を示す概略断面図であり、上記した図１４に相当する。図１および図２を参照して、この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法の詳細について説明する。
　まず、シリコン層１２の上にポリスチレン系樹脂やポリイミド系樹脂からなるカラーフィルタ層１３を形成し、その上にマイクロレンズの材料層となる有機膜層１４を形成する。そして、有機膜層１４の上に、複数のマイクロレンズの配置に応じたレジスト層１５を形成する（図１（Ａ））。レジスト層１５についても、後述するエッチングによる除去が可能な有機物で構成されている。レジスト層１５は、リソグラフィ技術におけるフォトレジストにより、まず、断面略矩形状に形成された後、マイクロレンズの外形形状となる略半球面状に沿うようリフローされることにより形成される（図１（Ｂ））。なお、図３に、リフローした後のマイクロレンズアレイ素材１１を、上側、すなわち、図２中の矢印ＩＩＩの方向から見た図を示す。レジスト層１５の平面形状は、水平方向を長手方向とした略楕円形状である。
　すなわち、エッチング処理が行われる前のマイクロレンズアレイ素材１１には、最下層から順にシリコン層１２、カラーフィルタ層１３、有機膜層１４、そして、上面１６がリフローされた略半球面状のレジスト層１５が形成されている。なお、シリコン層１２の下層側にも複数の層が形成されているが、理解の容易の観点から、その図示および説明を省略する。
　このようなマイクロレンズアレイ素材１１に対して、レジスト層１５および有機膜層１４を除去するエッチングを行う（図１（Ｃ））。エッチングについては、例えば、マイクロ波をプラズマ源としたマイクロ波プラズマエッチング処理装置によるプラズマエッチングが行われる。このようなマイクロ波プラズマエッチング処理装置におけるエッチング処理について簡単に説明すると、処理容器内に被処理基板となる被エッチング材料、ここでは、上記したマイクロレンズアレイ素材１１を配置させた後、処理容器を所定の圧力まで減圧する。その後、マイクロ波により処理容器内にプラズマを発生させ、エッチングガスを導入する。そして、被エッチング材料にエッチング処理を施す。
　ここで、エッチング工程においては、水素を含む分子およびフッ素を含む分子を混合した混合ガスが用いられる。水素を含む分子としては、例えば、ＨＢｒが挙げられる。また、フッ素を含む分子としては、例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８のフロン系ガスが挙げられる。すなわち、フッ素を含む分子は、その構造式が、ＣｙＦｚ（ｙ、ｚはいずれも１以上の整数）で表される複数のフロン系ガスを含む。水素を含む分子およびフッ素を含む分子のそれぞれの種類や成分、水素を含む分子およびフッ素を含む分子の流量比率や供給方法等については、他のエッチング条件、要求されるマイクロレンズアレイの特性、および装置構成等により種々選択される。
　ここで、この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法において考えられるマイクロレンズアレイ素材１１のエッチング処理の途中の状態を、図４および図５に示す。図４は、レジスト層１５が残っている状態を示し、図５は、レジスト層１５が除去された後の状態を示す。いずれの図に示す断面も、図２に相当する断面である。エッチング処理においては、図２、図４、図５、そして後述する図６の順にエッチングが進行していくこととなる。また、理解の容易の観点から、図４中の左側において、シリコン層１２の垂直方向の位置を同じとして、図２に示す図を示している。
　図４を参照して、エッチングが進行していくと、有機膜層１４が上側に露出している領域においては、エッチングに応じて、具体的には、エッチング時間の経過と共に、有機膜層１４が除去されていく。すなわち、図４中の左側に示す有機膜層１４の上面１７の位置が、図４中の右側に示す有機膜層１４の上面１８の位置に示すように、下方側に移動していく。一方、レジスト層１５が形成された領域においては、レジスト層１５がエッチングにより上側から除去されていく。この場合、図４中の左側に示すレジスト層１５の上側の最も突出した頂点１９の位置は、図４中の右側に示すレジスト層１５の頂点２０の位置に移行する。ここで、レジスト層１５における頂点１９から頂点２０へ移行した際の図４中のｈ１で示される垂直方向の長さ、すなわち、いわゆるレジスト層１５のエッチング量は、有機膜層１４における上面１７から上面１８へ移行した際の図４中のｈ２で示される垂直方向の長さ、すなわち、いわゆる有機膜層１４のエッチング量は、上記した２つの要因により、この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法に含まれるエッチング工程において用いられる混合ガス、すなわち、水素を含む分子およびフッ素を含む分子を混合させた混合ガスにより、容易に調整可能である。具体的には、例えば、得られるマイクロレンズの高さが高くなるように、エッチングにおいて、長さｈ１よりも長さｈ２を大きくするよう調整することが容易である。
　その後、図５に示すように、レジスト層１５は除去されるが、この場合においては、レジスト層１５が形成されていた領域において、レジスト層１５の下側に位置する有機膜層１４は垂直方向に多く残ることになり、結果として、上方向に突出する突出部２１を有する形状となる。この場合、頂点１９、２０に対応する領域が、最も上方向に突出する形状となる。
　その後、エッチングをさらに進行させ、要求する形状が得られた時点でエッチングを終了する。エッチングの終了については、例えば、カラーフィルタ層１３の上面から、有機膜層１４の上面において最下部となるマイクロレンズ２２の水平方向端部２３までの垂直方向の長さが所定の長さになったことによりエッチングを終了してもよいし、処理開始から所定のエッチング時間が経過したことをもって、エッチングの終了としてもよい。
　このようにして得られたマイクロレンズアレイの一部の概略断面図を、図６に示す。図７は、図６に示すマイクロレンズアレイを、上側、すなわち、図６中の矢印ＶＩＩの方向から見た図である。
　図６および図７を参照して、マイクロレンズアレイ２５は、下層から順に配置されたシリコン層１２、カラーフィルタ層１３および有機膜層１４から構成されており、一方の面、ここでは、上側に位置する面に、略半球面状に突出したマイクロレンズ２２を複数有する。なお、マイクロレンズ２２の平面形状は、水平方向に長い略楕円形状である（図７参照）。また、複数のマイクロレンズ２２は、隣接している。具体的には、隣り合うマイクロレンズ２２同士の水平方向端部２３の一部領域は、離れておらず、接触した状態である。
　すなわち、この発明に係るマイクロレンズアレイは、一方の面に、略半球面状に突出したマイクロレンズを複数有するマイクロレンズアレイであって、マイクロレンズの材料層となる有機膜層の上にマイクロレンズの形状を形成するためのレジスト層を形成し、形成したレジスト層および有機膜層を、水素を含む分子およびフッ素を含む分子を混合させた混合ガスを用いてエッチングすることにより得られる。
　ここで、マイクロレンズ２２において、垂直方向の最下部となる水平方向端部２３から最上部となるマイクロレンズ２２の略半球面状に突出した頂点２４までの垂直方向の長さＨ、すなわち、マイクロレンズ２２の高さは、上述のマイクロレンズアレイの製造方法により、任意に調整することができる。具体的には、高さの高いものを得たい場合には、例えば、水素を含む分子のガス流量比率を多くすることにより、容易に高さが高いマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを得ることができる。
　このようにして得られたマイクロレンズアレイについては、マイクロレンズにおいて、垂直方向の最下部となる水平方向端部２３から最上部となるマイクロレンズの略半球面状に突出した頂点２４までの垂直方向の長さＨが、０．３μｍ以上のものを得ることができる。また、このようにして得られたマイクロレンズアレイについては、マイクロレンズにおいて、上記した垂直方向の長さＨと水平方向端部２３間の長さＬとの比が、１：５程度のもの、少なくとも、１：２～１：６のものが得られる。また、このようにして得られたマイクロレンズアレイについては、マイクロレンズの水平方向端部２３において水平方向に延びる線２６とマイクロレンズの水平方向端部における球面２７の接線２８とのなす角度をθとした場合に、θ≧３５度程度のもの、少なくとも、θ≧３０度以上のものが得られる。なお、図６において、接線２８を一点鎖線で示している。
　以上より、この発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法によると、マイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズの高さを調整することが容易となる。その結果、所望の高さのマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを容易に得ることができる。
　また、この発明に係るマイクロレンズアレイによると、マイクロレンズの垂直方向の高さが高いため、集光度を向上させることができる。
　次に、上記した製造方法で製造したマイクロレンズアレイについて説明する。図８、図９、図１０、および図１１は、ＨＢｒの流量とマイクロレンズの高さ、すなわち、マイクロレンズの垂直方向の長さとの関係を示すグラフである。図８は、処理容器内の圧力を１０ｍＴｏｒｒとし、エッチングガスとしての混合ガスのガス流量比率をＣＦ４／Ｃ４Ｆ８／ＨＢｒ＝１５０／３０／ｘとした場合である。図９は、処理容器内の圧力を１００ｍＴｏｒｒとし、混合ガスのガス流量比率をＣＦ４／Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／ＨＢｒ＝２７０／３０／１０００／ｘとした場合である。図１０は、処理容器内の圧力を１００ｍＴｏｒｒとし、混合ガスのガス流量比率をＣＦ４／Ｃ４Ｆ８／Ｎ２／ＨＢｒ＝２７０／３０／１０００／ｘとした場合である。図１１は、処理容器内の圧力を１００ｍＴｏｒｒとし、混合ガスのガス流量比率をＣＦ４／Ｃ４Ｆ８／Ｎ２／ＨＢｒ＝２７０／６０／１０００／ｘとした場合である。ｘは、いずれもＨＢｒのガス流量を示しており、図８～図１１、および後述する図１２に示すグラフの横軸の変数に相当する。また、ガス流量の単位は、ｓｃｃｍである。
　図８、図９、図１０、および図１１を参照して、いずれの場合も、ＨＢｒの流量が増加するほど、マイクロレンズの高さが高くなっていることを把握することができる。すなわち、いずれの流量比率においても、その傾向、すなわち、ＨＢｒの流量比率が増加するに従い、マイクロレンズの高さが高くなっている。
　ここで、エッチング工程を行う際の処理容器内の圧力は、２００ｍＴｏｒｒ以下とすることが好ましい。こうすることにより、より確実に、マイクロレンズの高さの調整を行うことができる。さらには、エッチング工程を行う際の処理容器内の圧力は、１５０ｍＴｏｒｒ以下とすることが好ましい。
　また、混合ガス中の水素を含む分子とフッ素を含む分子との比率は、１：２～１：１５とすることが好ましい。こうすることによっても、より確実に、マイクロレンズの高さの調整を行うことができる。さらには、混合ガス中の水素を含む分子とフッ素を含む分子との比率は、１：２～１：１０とすることが好ましい。
　また、フッ素を含む分子は、ＣＦ４とＣ４Ｆ８とを含み、ＣＦ４とＣ４Ｆ８との流量比率は、２：１～１０：１であるよう構成することが好ましい。こうすることによっても、
より確実に、マイクロレンズの高さの調整を行うことができる。さらには、ＣＦ４とＣ４Ｆ８との流量比率は、２：１～１５：１とすることが好ましい。
　図１２は、被エッチング材料としての半導体基板のトップの位置におけるマイクロレンズの高さを示している。ここで、トップの位置について簡単に説明する。図１３は、半導体基板におけるトップの位置を示す図である。図１３を参照して、半導体基板３１において、その中心、いわゆるセンター３３の位置を中心に、半導体基板３１の円周方向の位置決めとなる切り欠き３２が設けられた部分と１８０度対称の位置をトップ３４の位置としている。すなわち、半導体基板３１のうち、最も中央部から離れた端部領域に位置する部分である。図１２を参照して、トップ３４の位置におけるマイクロレンズ高さとＨＢｒの流量について考察すると、ＨＢｒの流量が３０ｓｃｃｍの場合とＨＢｒを流さない場合、すなわち、ＨＢｒの流量が０ｓｃｃｍの場合との差異はほとんどない。しかし、ＨＢｒのガス流量が３０ｓｃｃｍ以上となると、マイクロレンズの高さが高くなる。したがって、ＨＢｒのガス流量については、トップの位置におけるマイクロレンズの高さを考慮すると、３０ｓｃｃｍ以上とすることが好ましい。
　なお、上記の実施の形態においては、レジスト形成工程において、上側から見た場合に略楕円形状となるようレジスト層を形成することとしたが、これに限らず、上側から見た場合に略円形状となるようレジスト層を形成することにしてもよいし、図２等に示す断面において、レジスト層の外形形状が、直線部分を有していてもよいし、角を有していてもよい。
　また、上記の実施の形態においては、複数のマイクロレンズにおいて、水平方向端部の一部領域が接触するよう構成したが、これに限らず、マイクロレンズの水平方向端部が、隣り合うマイクロレンズとの関係において、離れている構成としてもよい。
　なお、上記の実施の形態において、略半球面状のマイクロレンズのうち、最も突出する部分をマイクロレンズの頂点としたが、厳密に略半球面状のマイクロレンズの中央に位置していなくともよい。さらに、上記した垂直方向および水平方向については、厳密な方向で垂直および水平を意味しているものではない。
　また、上記の実施の形態においては、エッチング行う際にマイクロ波を用いたプラズマ処理を行なうこととしたが、これに限らず、他のプラズマ処理を用いることもできる。
　以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
　この発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法およびマイクロレンズアレイは、マイクロレンズの高さがより高いものが要求される場合に、有効に利用される。
　１１　マイクロレンズアレイ素材、１２　シリコン基板、１３　カラーフィルタ層、１４　有機膜層、１５　レジスト層、１６，１７，１８　上面、１９，２０，２４　頂点、２３　端部、２１　突出部、２２　マイクロレンズ、２５　マイクロレンズアレイ、２６，２８　線、２７　球面、３１　半導体基板、３２　切り欠き、３３　センター、３４　トップ。

Claims (13)

  1. 一方の面に、略半球面状に突出したマイクロレンズを複数有するマイクロレンズアレイの製造方法であって、
    　前記マイクロレンズの材料層となる有機膜層の上に前記マイクロレンズの形状を形成するためのレジスト層を形成するレジスト形成工程と、
    　形成した前記レジスト層および前記有機膜層を、水素を含む分子およびフッ素を含む分子を混合させた混合ガスを用いてエッチングするエッチング工程とを含む、マイクロレンズアレイの製造方法。
  2. レジスト形成工程は、略半球面状に突出した形状のレジスト層を形成する工程である、請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
  3. 前記混合ガスのうちの水素を含む分子のガス流量は、３０ｓｃｃｍ以上である、請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
  4. 前記エッチング工程を行う際の処理容器内の圧力は、２００ｍＴｏｒｒ以下である、請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
  5. 前記混合ガス中の前記水素を含む分子と前記フッ素を含む分子との比率は、１：２～１：１５である、請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
  6. 前記水素を含む分子は、ＨＢｒを含む、請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
  7. 前記フッ素を含む分子は、その構造式がＣｘＦｙ（ｘ、ｙはいずれも１以上の整数）で表される複数のフロン系ガスを含む、請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
  8. 前記フッ素を含む分子は、ＣＦ４とＣ４Ｆ８とを含み、
    　前記ＣＦ４と前記Ｃ４Ｆ８との流量比率は、２：１～１５：１である、請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
  9. 前記エッチング工程は、マイクロ波をプラズマ源としたマイクロ波プラズマにより行なう、請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
  10. 一方の面に、略半球面状に突出したマイクロレンズを複数有するマイクロレンズアレイであって、
    　前記マイクロレンズの材料層となる有機膜層の上に前記マイクロレンズの形状を形成するためのレジスト層を形成し、
    　形成した前記レジスト層および前記有機膜層を、水素を含む分子およびフッ素を含む分子を混合させた混合ガスを用いてエッチングすることにより得られる、マイクロレンズアレイ。
  11. 一方の面に、略半球面状に突出したマイクロレンズを複数有するマイクロレンズアレイであって、
    　前記マイクロレンズにおいて、垂直方向の最下部となる水平方向端部から最上部となる前記マイクロレンズの略半球面状に突出した頂点までの垂直方向の長さが、０．３μｍ以上である、マイクロレンズアレイ。
  12. 一方の面に、略半球面状に突出したマイクロレンズを複数有するマイクロレンズアレイであって、
    　前記マイクロレンズにおいて、垂直方向の最下部となる水平方向端部から最上部となる前記マイクロレンズの略半球面状に突出した頂点までの垂直方向の長さと、水平方向端部間の長さとの比が、１：２～１：６である、マイクロレンズアレイ。
  13. 一方の面に、略半球面状に突出したマイクロレンズを複数有するマイクロレンズアレイであって、
    　前記マイクロレンズの水平方向端部において水平方向に延びる線と前記マイクロレンズの水平方向端部における球面の接線とのなす角度をθとした場合に、θ≧３０度である、マイクロレンズアレイ。
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