WO2012023402A1 - 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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WO2012023402A1
WO2012023402A1 PCT/JP2011/067311 JP2011067311W WO2012023402A1 WO 2012023402 A1 WO2012023402 A1 WO 2012023402A1 JP 2011067311 W JP2011067311 W JP 2011067311W WO 2012023402 A1 WO2012023402 A1 WO 2012023402A1
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WO
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microlens
microlens array
gas
etching
substrate
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PCT/JP2011/067311
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Inventor
正太 吉村
佐々木　勝
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00278—Lenticular sheets
    • B29D11/00298—Producing lens arrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00365—Production of 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
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses

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 in a vertical and horizontal direction, a so-called matrix, on one surface of a plate-like member.
  • 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 surface is the plate thickness direction, that is, the vertical direction
  • the horizontal direction of the paper surface 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 formed so as to be arranged in a matrix on the organic film layer 104 at a predetermined interval.
  • 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, in the organic film layer 104, the 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.
  • microlens array 111 is a schematic cross-sectional view of the microlens array 111 in which the microlens 108 is formed after the etching is finished.
  • color filter layer 103 and organic film layer 104 are formed in this order from the lower layer on silicon layer 102, and resist layer 105 shown in FIG. Has been removed by etching.
  • a microlens 108 protruding from the upper surface side of the organic film layer 104 is formed along the shape of the substantially hemispherical resist layer 105.
  • the height of the microlens that is, the so-called vertical length of the microlens is longer from the viewpoint of improving the degree of light collection, that is, improving the performance of collecting light in the microlens. Therefore, when forming the microlens, it is required to increase the height of the microlens.
  • the height of the microlens that is, the length in the vertical direction of the microlens refers to the horizontal end of the lowermost microlens 108 on the upper surface of the organic film layer 104 after the etching process with reference to FIG.
  • the proportion of microlenses on the silicon substrate is wide. That is, in the plurality of microlenses formed in a matrix by the above-described process, it is preferable to form microlenses without gaps in the row direction and the column direction. Furthermore, in the microlenses adjacent to each other in the four matrix directions, The flat region remaining between the two microlenses is preferably as small as possible.
  • the surface of the formed microlens is connected with a curved surface that is as smooth as possible. In other words, if the surface roughness of the microlens is rough or has a relatively large uneven shape, the light condensing degree is reduced.
  • the etching process is performed with the pressure in the processing container set at 10 mTorr to 100 mTorr. Further, it is described that only an chlorofluorocarbon gas such as CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 is used as an etching gas. Further, it is described that halogen gas such as Cl 2 , HCL, HBr, and BCL 3 and nitrogen oxide gas such as N 2 , CO, and CO 2 may be used as an alternative to the fluorocarbon gas.
  • chlorofluorocarbon gas such as CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8
  • halogen gas such as Cl 2 , HCL, HBr, and BCL 3
  • nitrogen oxide gas such as N 2 , CO, and CO 2
  • An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a microlens array having microlenses with improved light collection.
  • Another object of the present invention is to provide a microlens array having a microlens with a high degree of light collection.
  • 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 that protrude in a substantially hemispherical shape on one surface of a substrate.
  • a step of forming an organic film layer as a lens material layer and a resist layer for forming the shape of the microlens, a mixed gas containing an etching gas and a deposition gas, and a pressure of 100 mTorr or more are provided.
  • an etching step of etching the resist layer and the organic film layer with the bias power applied to the substrate being 200 W or less.
  • the height of the obtained microlens can be made relatively high, and the proportion of the microlens on the substrate can be widened. Furthermore, the roughness of the surface of the formed microlens can be made smooth. Therefore, the light condensing degree of the obtained microlens can be improved.
  • the deposition gas has a structural formula represented by Cx 1 Fy 1 (where x 1 and y 1 are integers of 2 or more), and a structural formula represented by CHx 2 Fy 2 (x 2 and y 2 are either Or at least one gas selected from the group consisting of gases represented by an integer of 1 or more.
  • the etching process includes a processing container that performs processing inside thereof, and a plasma processing apparatus that is disposed in the processing container and has a holding table on which a substrate to be processed can be placed, and performs processing on the substrate using microwaves It may be a step of processing using
  • the etching step may be a step of performing processing using a radial line slot antenna.
  • the etching gas may include CF 4 gas.
  • the microlens array is a microlens array having a plurality of microlenses protruding in a substantially hemispherical shape on one surface of the substrate, and the microlens array is provided on one surface of the substrate.
  • An organic film layer as a material layer and a resist layer for forming the shape of the microlens are respectively formed, a mixed gas containing an etching gas and a deposition gas is supplied, and the pressure is set to 100 mTorr or more. It can be obtained by etching the organic film layer.
  • the height of the obtained microlens can be made relatively high, and the proportion of the microlens on the substrate can be widened. Furthermore, the roughness of the surface of the formed microlens can be made smooth. Therefore, the light condensing degree of the obtained microlens can be improved.
  • the light collection degree can be improved.
  • FIG. 1 It is a schematic sectional drawing which shows roughly the structure of the plasma processing apparatus used for the manufacturing method of the micro lens array which concerns on one Embodiment of this invention. It is the figure which looked at the slot antenna board with which the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 is provided from the plate
  • Vpp Voltage of peak to peak
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration of a plasma processing apparatus used in a method for manufacturing a microlens array according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view of the slot antenna plate provided in the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 as viewed from the thickness direction.
  • the plasma processing apparatus 11 is a microwave plasma processing apparatus using a microwave as a plasma source.
  • the plasma processing apparatus 11 includes a processing container 12 having a processing space for performing plasma processing on the substrate W to be processed therein, a gas supply unit 13 for supplying a gas for plasma processing into the processing container 12, and the processing container 12.
  • a holding table 14 for holding the substrate W to be processed, a microwave generator 15 provided outside the processing container 12 for generating microwaves for plasma excitation, and a microwave generator 15. Are connected to the waveguide 16 and the coaxial waveguide 17 for introducing the microwaves generated in the processing container 12 into the processing container 12, and the lower end portion of the coaxial waveguide 17, and are introduced by the coaxial waveguide 17.
  • a dielectric plate 18 that propagates microwaves in the radial direction and a plurality of slots (long holes) 19 that are disposed below the dielectric plate 18 and that radiate microwaves propagated by the dielectric plate 18 are provided.
  • a control unit (not shown) for controlling the entire apparatus 11.
  • the control unit controls process conditions for plasma processing the substrate W to be processed, such as a gas flow rate in the gas supply unit 13 and a pressure in the processing container 12.
  • the opening shape of the slot 19 is schematically shown in FIG.
  • the processing container 12 is disposed so as to be placed on the bottom 22 positioned on the lower side of the holding table 14, the side wall 23 extending upward from the outer periphery of the bottom 22, and the upper side of the side wall 23. And an annular member 24 on which the body window 21 can be placed.
  • the side wall 23 is cylindrical.
  • An exhaust hole 25 for exhaust is provided in the bottom 22 of the processing container 12.
  • the upper side of the processing container 12 is open, and the dielectric window 21 disposed on the upper side of the processing container 12, and the dielectric window 21 and the processing container 12, specifically, the annular member constituting the processing container 12
  • the processing container 12 is configured to be hermetically sealed by an O-ring 26 as a sealing member interposed between the processing container 12 and the processing container 12.
  • a high frequency power source 27 for RF (radio frequency) bias is electrically connected to the electrode in the holding table 14 through the matching unit 28.
  • the high frequency power supply 27 outputs a predetermined frequency suitable for controlling the energy of ions drawn into the substrate W to be processed, for example, a high frequency of 13.56 MHz with a predetermined power.
  • the matching unit 28 accommodates a matching unit for matching between the impedance on the high-frequency power source 27 side and the impedance on the load side such as an electrode, plasma, and the processing container 12.
  • a blocking capacitor for self-bias generation is included.
  • the holding table 14 may include a holding mechanism for holding the substrate W to be processed and a temperature adjustment mechanism for adjusting the temperature.
  • the gas supply unit 13 includes a center gas supply unit 32 having a gas supply port 31 for supplying gas toward the center of the substrate to be processed W, and an annular hollow member 33, and is directed radially inward. And an outer gas supply unit 35 having a gas supply port 34 for supplying gas.
  • Each of the center gas supply unit 32 and the outer gas supply unit 35 supplies a plasma processing gas or the like from outside the processing container 12 into the processing container 12.
  • the flow directions of the gases supplied from the gas supply ports 31 and 34 are indicated by arrows F 1 and F 2 in FIG.
  • the flow rate ratio of the gas supplied from the center gas supply unit 32 and the outer gas supply unit 35 can be arbitrarily selected. For example, no gas is supplied from the center gas supply unit 32. It is also possible to supply gas into the processing container 12 only from the outer gas supply unit 35.
  • the microwave generator 15 having the microwave matching unit 36 is upstream of the waveguide 16 that introduces microwaves through the coaxial waveguide 17 and the mode converter 39 that are constituted by the center conductor 37 and the outer conductor 38. Connected to the side.
  • the central conductor 37 and the outer conductor 38 that constitute the coaxial waveguide 17 and are both cylindrical are aligned in the radial direction, and the distance between the outer diameter surface of the center conductor 37 and the inner diameter surface of the outer conductor 38 is determined.
  • a TE mode microwave generated by the microwave generator 15 passes through the waveguide 16, is converted to a TEM mode by the mode converter 39, and propagates through the coaxial waveguide 17.
  • the slot antenna plate 20 has a thin plate shape and a disc shape. Both surfaces of the slot antenna plate 20 in the thickness direction are flat.
  • the slot antenna plate 20 is provided with a plurality of slots 19 penetrating in the plate thickness direction.
  • the slot 19 is formed such that a first slot 41 that is long in one direction and a second slot 42 that is long in a direction orthogonal to the first slot 41 are adjacent to each other.
  • two adjacent slots 41 and 42 are paired and arranged so as to be orthogonal to each other with a gap therebetween. That is, the slot antenna plate 20 has a slot pair 43 including a first slot 41 extending in one direction and a second slot 42 extending in a direction perpendicular to the one direction. Note that an example of the slot pair 43 is illustrated by a region indicated by a dotted line in FIG.
  • the provided slot pair 43 is roughly divided into an inner peripheral slot pair group 44 disposed on the inner peripheral side and an outer peripheral slot pair group 45 disposed on the outer peripheral side.
  • the seven slot pairs 43 are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • the 28 pairs of slots 43 are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • a through hole 46 is also provided in the radial center of the slot antenna plate 20.
  • the slot antenna plate 20 has rotational symmetry about the radial center 47.
  • the dielectric window 21 is substantially disk-shaped and has a predetermined plate thickness.
  • the dielectric window 21 is made of a dielectric, and specific examples of the material of the dielectric window 21 include quartz and alumina.
  • the dielectric window 21 is hermetically attached to and provided in the plasma processing apparatus 11 with the lower side in FIG. 1 placed on the annular member 24.
  • a radially outer region of the lower surface 48 that is a side that generates plasma when the plasma processing apparatus 11 is provided is connected in a ring shape, and an inner side in the plate thickness direction of the dielectric window 21,
  • a dielectric window recess 49 that is recessed in a taper shape in the upward direction in FIG.
  • the dielectric window recess 49 forms a region in which the thickness of the dielectric window 21 is continuously changed in the radially outer region of the dielectric window 21, and is suitable for various process conditions for generating plasma. A resonance region having the thickness of the window 21 can be formed. Then, high plasma stability in the lower region of the dielectric window 21 can be ensured according to various process conditions.
  • Microwaves generated by the microwave generator 15 are propagated through the coaxial waveguide 17 to the dielectric plate 18 and radiated from the plurality of slots 19 provided in the slot antenna plate 20 to the dielectric window 21.
  • the microwave transmitted through the dielectric window 21 generates an electric field immediately below the dielectric window 21 and generates plasma in the processing container 12.
  • the plasma generated immediately below the dielectric window 21 diffuses in a direction away from the dielectric window 21, that is, in a direction toward the holding table 14.
  • plasma processing such as plasma etching processing is performed on the substrate W to be processed in the plasma diffusion region including the substrate W to be processed placed on the holding table 14.
  • the microwave plasma subjected to processing in the plasma processing apparatus 11 is generated by a radial line slot antenna (Radial Line Slot Antenna) including the slot antenna plate 20 and the dielectric window 21 having the above-described configuration.
  • a radial line slot antenna Ring Line Slot Antenna
  • plasma processing can be performed at a relatively low electron temperature and a relatively high electron density, plasma damage to the substrate W to be processed during processing can be suppressed, and high-speed processing can be performed. It can be carried out.
  • FIG. 3 is a flowchart showing typical steps in the method of manufacturing a microlens array according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view showing a part of a microlens array material before etching, which will be described later, and corresponds to FIG. With reference to FIGS. 1 to 3, the details of the method of manufacturing the microlens array according to the embodiment of the present invention will be described.
  • a color filter layer 53 made of polystyrene resin or polyimide resin is formed on a silicon substrate 52, and an organic film layer 54 that becomes a microlens material layer is formed thereon. Then, a resist layer 55 corresponding to the arrangement of the plurality of microlenses is formed on the organic film layer 54 (FIG. 3A).
  • the resist layer 55 is also made of an organic material that can be removed by etching, which will be described later.
  • the resist layer 55 is formed by first forming a photoresist in a lithography technique into a substantially rectangular cross section, and then reflowing it along a substantially hemispherical shape that forms the outer shape of the microlens (FIG. 3B). ).
  • FIG. 5 shows the microlens array material 51 after reflow as viewed from the upper side, that is, from the direction of arrow V in FIG.
  • the planar shape of the resist layer 55 is a substantially elliptical shape with the horizontal direction as the longitudinal direction. That is, the microlens array material 51 before the etching process is a substantially hemispherical surface in which the color filter layer 53, the organic film layer 54, and the upper surface 56 are reflowed in order from the bottom layer on the silicon substrate 52.
  • a resist layer 55 is formed.
  • the upper surface 56 of the resist layer 55 and the flat upper surface 57 of the organic film layer 54 where the resist layer 55 is not formed have a shape exposed to the upper side.
  • a plurality of layers are also formed on the lower layer side of the silicon substrate 52, illustration and description thereof are omitted from the viewpoint of easy understanding.
  • Etching for removing the resist layer 55 and the organic film layer 54 is performed on such a microlens array material 51 (FIG. 3C).
  • the plasma processing apparatus 11 using the microwave plasma shown in FIG. 1 is used.
  • a material to be etched that becomes the substrate W to be processed here, the above-described microlens array material 51 is arranged on a holding table 14 provided in the processing container 12.
  • the surface to be processed that is, the upper surfaces 56 and 57 are placed on the holding table 14 as the upper side.
  • the above-described resist layer is formed by microwave plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) using the above-described plasma processing apparatus 11, the following steps are subsequently performed.
  • the pressure in the processing container 12 is set to 100 mTorr (about 13.3 Pa) or more, and the bias power applied to the microlens array material 51 by the high-frequency power source 27 is set to 200 W or less. Adjustment of the pressure in the processing chamber 12 and adjustment of the power of the bias to be applied are performed by a control unit provided in the plasma processing apparatus 11. Further, the gas supply unit 13 performs etching by supplying a mixed gas containing an etching gas and a deposition gas into the processing container 12. In this case, the flow rate ratio between the center gas supply unit 32 and the outer gas supply unit 35 is variously selected according to the required characteristics of the microlens array, the device configuration, and the like, and is controlled by the control unit.
  • etching gas for example, a halogen gas can be used, and specifically, a CF 4 gas is used.
  • a gas whose structural formula is represented by Cx 1 Fy 1 (where x 1 and y 1 are integers of 2 or more), and a structural formula thereof is CHx 2 Fy 2 (x 2 , y 2 may include at least one gas selected from the group consisting of gases represented by the following formulas.
  • Examples of the gas whose structural formula is Cx 1 Fy 1 include, for example, C 4 F 8 , C 5 F 8 , C 4 F 6 , and C 3 F 6 , C 2 F 6 , C 3 F 8 and the like.
  • Examples of the gas whose structural formula is represented by CHx 2 Fy 2 include CHF 3 , CH 2 F 2 , and CH 3 F.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the microlens array material 51 in the course of the etching process, showing a state in which no resist layer remains.
  • the organic film layer 54 located below the resist layer 55 remains in the vertical direction, and as a result, has a shape having a protruding portion 58 protruding upward. It becomes.
  • the etching is finished when the required shape is obtained.
  • the end of etching for example, the vertical length from the upper surface of the color filter layer to the horizontal end of the microlens that is the lowest on the upper surface of the organic film layer becomes a predetermined length. Or may be terminated when a predetermined etching time has elapsed from the start of the process.
  • FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of a part of the microlens array thus obtained.
  • FIG. 8 is a view of the microlens array shown in FIG. 7 as viewed from the upper side, that is, from the direction of arrow VIII in FIG.
  • the microlens array 61 is composed of a silicon layer composed of a silicon substrate 62, a color filter layer 63, and an organic film layer 64 arranged in order from the lower layer. Then, a plurality of microlenses 65a, 65b, 65c, and 65d that protrude in a substantially hemispherical shape are provided on the upper surface.
  • the planar shape of the microlenses 65a to 65d is a substantially elliptical shape that is long in the horizontal direction.
  • the plurality of microlenses 65a to 65d formed in a matrix are adjacent to each other in the row direction and the column direction.
  • the row direction indicated by the vertical direction in FIG. 8 i.e., the microlens 65a adjacent in the direction of the direction or vice versa indicated by the arrow L 1 in FIG. 8
  • the 65b between the horizontal wall portion 66a, 66b, the central portion in the horizontal direction is in contact with the wall portions 66b and 66a of the adjacent microlenses 65b and 65a
  • the horizontal end portions are the wall portions 66b and 65b of the adjacent microlenses 65b and 65a.
  • 66a is separated from each other.
  • the column direction i.e., the microlens 65a adjacent in the direction of the direction or vice versa indicated by the arrow L 2 in FIG. 8, the wall portion 67a extending vertically between 65d, the 67d indicated by the horizontal direction in FIG. 8
  • the central portion in the vertical direction is in contact with the wall portions 67d and 67a of the adjacent microlenses 65d and 65a
  • the end portions in the vertical direction are the wall portions 67d and 67a of the adjacent microlenses 65d and 65a. They are separated from each other.
  • a flat region 68 remains between the four microlenses 65a to 65d.
  • the height of the obtained microlens can be increased and the proportion of the microlens on the silicon substrate can be increased.
  • the vertical length H from the horizontal end portion 69 that is the lowest in the vertical direction to the apex 70 that protrudes in a substantially hemispherical shape of the microlens 65a that is the uppermost portion is increased. can do.
  • the microlens 65b and 65d adjacent in the oblique direction if the interval between the wall portions 71b and 71d closest to the facing microlenses 65d and 65b among the microlenses 65b and 65d is W, the microlens 65b and The interval W between 65d can be reduced. Furthermore, the surface roughness of the formed microlenses 65a to 65d can be made smooth. Therefore, the light collection degree of the obtained microlenses 65a to 65d can be improved. A mechanism for manufacturing the microlens array 61 having the microlenses 65a to 65d having such a smooth surface will be described later.
  • a microlens array is a microlens array having a plurality of microlenses protruding substantially hemispherically on one surface of a silicon substrate, and the microlens array on one surface of the silicon substrate. , Forming an organic film layer as a material layer of the microlens and a resist layer for forming the shape of the microlens, supplying a mixed gas containing an etching gas and a deposition gas, and setting the pressure to 100 mTorr or more, It can be obtained by etching the resist layer and the organic film layer.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the pressure in the processing container and the height of the microlens.
  • the vertical axis represents the height (nm) of the microlens
  • the horizontal axis represents the pressure (mTorr) in the processing container.
  • the microwave power is 3000 W
  • the bias power is 800 W
  • the flow rate ratio between the center gas supply unit and the outer gas supply unit is set to 4/96.
  • the microwave power is 3000 W
  • the bias power is 200 W
  • the center gas The flow rate ratio between the supply unit 32 and the outer gas supply unit 35 is set to 5/95.
  • the height of the microlens is 370 nm, whereas when the pressure in the processing container 12 is 100 mTorr, the height of the microlens is 440 nm.
  • the interval W between the microlenses is 618 nm, whereas when the pressure in the processing container 12 is 100 mTorr, the interval between the microlenses is 609 nm.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the applied bias voltage Vpp and the microlens height.
  • the vertical axis indicates the height (nm) of the microlens
  • the horizontal axis indicates Vpp (V) of the bias voltage to be applied.
  • Vpp means the difference between the maximum value and the minimum value of the bias voltage applied in the high frequency power supply 27.
  • FIG. 11 is a Vpp indicated by plots A 1 in FIG. 10 is 220V
  • the height of the microlenses is an electron micrograph showing the appearance and the thickness direction cross section of the microlens array in the case of 370 nm.
  • Figure 12 is a 700V is Vpp shown by plot A 2 in FIG.
  • FIG. 10 is an electron micrograph showing the appearance and thickness direction of the cross section of the microlens array when the height of the microlenses is 440 nm.
  • Figure 13 is a Vpp is 1150V indicated by plots A 3 in FIG. 10 is an electron micrograph showing the appearance and thickness direction of the cross section of the microlens array when the height of the microlenses is 520 nm.
  • the upper side is an electron micrograph obtained by photographing the appearance of the microlens array from an oblique direction
  • the lower side is a cross section obtained by cutting the microlens array in the thickness direction at a position avoiding the microlens. It is an electron micrograph.
  • FIG. 10 is an electron micrograph showing the appearance and thickness direction of the cross section of the microlens array when the height of the microlenses is 440 nm.
  • Figure 13 is a Vpp is 1150V indicated by plots A 3 in FIG. 10 is an electron micrograph showing the appearance and thickness direction of the cross
  • the height of the microlenses when Vpp plot A 4 is the height of the microlenses in the case of 390 V
  • Vpp height plots A 5 Vpp of the microlens in case of 620V is 720V Plot A 6
  • the height of the microlens when Vpp is 1050 V is shown by plot A 7 .
  • Vpp is smaller than 400V.
  • the external shape of the microlens can be a continuous shape with a smooth curved surface, but the height of the microlens is relatively low.
  • the distance between the microlenses is relatively wide. It is substantially the same tendency in the case shown in plot A 4.
  • Vpp is higher than 1000V.
  • the height of the microlens is 500 nm or more, and a very high microlens is formed.
  • the external shape of the microlens is very rough, and many irregularities are included on the surface of the microlens.
  • the distance between the microlenses is wide. About the microlens of such a shape, even if the height of a microlens is high, a condensing degree will be very low. It is substantially the same tendency in the case shown in plot A 7.
  • Vpp is 400 V or more and 1000 V or less.
  • the height of the microlens is lower than that shown in FIG. 13, but is higher than that shown in FIG. Moreover, the space
  • the external shape of the microlens can be obtained by connecting with a smooth curved surface. Therefore, the microlens array having such a microlens can improve the degree of light collection. Is substantially the same tendency in the case shown in plot A 5 and plot A 6.
  • the interval between the microlenses can be positively filled with the deposition gas contained in the mixed gas. Further, it is considered that the height of the microlens can be improved by deposition. If the value of the bias power is too high, the ion energy at the time of processing increases, and the aggressiveness to the silicon substrate in the etching process increases, resulting in a rough surface of the microlens. I think that.
  • the height of the obtained microlens can be made relatively high, and the proportion of the microlens on the substrate can be widened. Furthermore, the roughness of the surface of the formed microlens can be made smooth. Therefore, the light condensing degree of the obtained microlens can be improved.
  • the light collection degree can be improved.
  • the color filter layer or the like is formed on the silicon substrate as the microlens array material.
  • the microlens array material is not limited to such a silicon substrate.
  • the above-described layer may be formed to manufacture a microlens array.
  • the silicon substrate is a 300 mm wafer and the bias power applied to the silicon substrate is 200 W or less.
  • the silicon substrate is not limited to such a silicon substrate, and the bias power applied in accordance with the size of the silicon substrate. It can be changed as appropriate.
  • the formed microlenses are adjacent to the microlenses adjacent in the matrix direction.
  • the present invention is not limited to this, and the microlenses are not necessarily adjacent to each other. There may be an interval between microlenses adjacent in the column direction.
  • a gas containing Ar (argon) gas is used as an example of the mixed gas.
  • Ar argon
  • the present invention is not limited to this, and as a diluent gas, He (helium) gas or N 2 (nitrogen) gas may be included.
  • an oxidizing gas such as O 2 (oxygen) gas may be included in the mixed gas.
  • the resist layer in the resist forming step, is formed so as to be substantially elliptical when viewed from the upper side.
  • the resist layer may be formed to have a shape, and in the cross section shown in FIG. 4 and the like, the outer shape of the resist layer may have a linear portion or a corner. .
  • the most protruding portion of the substantially hemispherical microlenses 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.
  • the plasma treatment using microwaves is performed at the time of etching.
  • the present invention is not limited to this.
  • parallel plate plasma ICP (Inductively-Coupled Plasma), ECR (ECR)
  • ECR Electron
  • Electron Electron Resonance
  • 11 plasma processing apparatus 12 processing vessel, 13 gas supply unit, 14 holding base, 15 microwave generator, 16 waveguide, 17 coaxial waveguide, 18 dielectric plate, 19, 41, 42 slots, 20 slot antenna Plate, 21 Dielectric window, 22 Bottom, 23 Side wall, 24 Ring member, 25 Exhaust hole, 26 O-ring, 27 High frequency power supply, 28 Matching unit, 31, 34 Gas supply port, 32 Center gas supply unit, 33 Hollow member , 35 outer gas supply unit, 36 microwave matching unit, 37 central conductor, 38 outer conductor, 39 mode converter, 43 slot pair, 44 inner slot pair group, 45 outer slot pair group, 46 through hole, 47 Center, 48 lower surface, 49 dielectric window recess, 51 microlens array material, 52, 2.
  • Silicon substrate 53, 63 color filter layer, 54, 64 organic film layer, 55 resist layer, 56, 57 upper surface, 58 protrusion, 61 micro lens array, 65a, 65b, 65c, 65d micro lens, 66a, 66b, 67a, 67d, 71b, 71d walls, 68 regions, 69 ends, 70 vertices.

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Abstract

　マイクロレンズアレイの製造方法は、シリコン基板の一方の面上に、マイクロレンズの材料層となる有機膜層、およびマイクロレンズの形状を形成するためのレジスト層をそれぞれ形成する工程（Ａ）と、エッチングガスおよび堆積性ガスを含む混合ガスを供給し、圧力を１００ｍＴｏｒｒ以上とし、シリコン基板に印加するバイアスの電力を２００Ｗ以下として、レジスト層および有機膜層に対してエッチングを行うエッチング工程（Ｃ）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、板状部材の一方の面に、略半球面状に突出したマイクロレンズを縦横方向、いわゆる行列状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４、図６、および図７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、所定の間隔を空けて、有機膜層１０４の上に行列状に配置されるように形成されている。また、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、有機膜層１０４において、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。
　エッチングを終了し、マイクロレンズ１０８が形成され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、シリコン層１０２上に下層から順に、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の上面側に突出したマイクロレンズ１０８が形成されている。
　ここで、マイクロレンズにおいては、集光度向上、すなわち、マイクロレンズにおける光を集める性能の向上の観点から、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。したがって、マイクロレンズを形成するに際し、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。なお、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。
　また、集光度向上の観点から、シリコン基板上におけるマイクロレンズの占める割合は、広い方が好ましい。すなわち、上記した工程によって行列状に形成される複数のマイクロレンズにおいて、行方向および列方向に隙間なくマイクロレンズを形成することが好ましく、さらには、４つの行列方向に隣り合うマイクロレンズにおいて、４つのマイクロレンズの間に残る平らな領域は、できるだけ小さい方が好ましい。
　さらに、集光度向上の観点からすると、形成されるマイクロレンズの表面は、できるだけ滑らかな曲面で連なっていることが好ましい。逆にいうと、マイクロレンズの表面の表面粗さが粗かったり、比較的大きな凹凸形状を有していれば、集光度を低減させてしまうことになる。
　上記した特許文献１に示す技術においては、処理容器内の圧力を１０ｍＴｏｒｒ～１００ｍＴｏｒｒとして、エッチング処理を行なうこととしている。また、エッチングガスとして、単に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、上記したエッチング処理の条件下においては、形成されたマイクロレンズの集光度が不十分なものとなってしまうおそれがある。
　この発明の目的は、集光度を向上させたマイクロレンズを有する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、集光度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、基板の一方の面に、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、基板の一方の面上に、マイクロレンズの材料層となる有機膜層、およびマイクロレンズの形状を形成するためのレジスト層をそれぞれ形成する工程と、エッチングガスおよび堆積性ガスを含む混合ガスを供給し、圧力を１００ｍＴｏｒｒ以上とし、基板に印加するバイアスの電力を２００Ｗ以下として、レジスト層および有機膜層に対してエッチングを行う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、得られたマイクロレンズの高さを比較的高くすることができると共に、基板上におけるマイクロレンズの占める割合を広くすることができる。さらには、形成されたマイクロレンズの表面の粗さを、滑らかにすることができる。したがって、得られたマイクロレンズの集光度を向上させることができる。
　堆積性ガスは、その構造式がＣｘ１Ｆｙ１（ｘ１、ｙ１はいずれも２以上の整数）で表されるガス、およびその構造式がＣＨｘ２Ｆｙ２（ｘ２、ｙ２はいずれも１以上の整数）で表されるガスからなる群のうちの少なくとも一種のガスを含んでよい。
　エッチング工程は、その内部で処理を行う処理容器、および処理容器内に配置され、処理対象となる基板を載置可能な保持台を備え、マイクロ波を利用して基板に処理を行うプラズマ処理装置を用いて処理を行なう工程であってもよい。
　エッチング工程は、ラジアルラインスロットアンテナを用いて処理を行う工程であってもよい。
　一実施形態として、エッチングガスは、ＣＦ４ガスを含んでよい。
　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、基板の一方の面に、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、基板の一方の面上に、マイクロレンズの材料層となる有機膜層、およびマイクロレンズの形状を形成するためのレジスト層をそれぞれ形成し、エッチングガスおよび堆積性ガスを含む混合ガスを供給して、圧力を１００ｍＴｏｒｒ以上として、レジスト層および有機膜層に対してエッチングを行うことにより得られる。
　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、得られたマイクロレンズの高さを比較的高くすることができると共に、基板上におけるマイクロレンズの占める割合を広くすることができる。さらには、形成されたマイクロレンズの表面の粗さを、滑らかにすることができる。したがって、得られたマイクロレンズの集光度を向上させることができる。
　また、この発明に係るマイクロレンズアレイによると、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用いられるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す概略断面図である。 図１に示すプラズマ処理装置に備えられるスロットアンテナ板を板厚方向から見た図である。 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。 処理容器内の圧力とマイクロレンズの高さとの関係を示すグラフである。 印加するバイアスの電圧のＶｐｐ（Ｖｏｌｔａｇｅ　ｏｆ　ｐｅａｋ　ｔｏ　ｐｅａｋ）とマイクロレンズの高さとの関係を示すグラフである。 Ｖｐｐが２２０Ｖで、マイクロレンズの高さが３７０ｎｍの場合のマイクロレンズアレイの外観および板厚方向の断面を示す電子顕微鏡写真である。 Ｖｐｐが７００Ｖで、マイクロレンズの高さが４４０ｎｍの場合のマイクロレンズアレイの外観および板厚方向の断面を示す電子顕微鏡写真である。 Ｖｐｐが１１５０Ｖで、マイクロレンズの高さが５２０ｎｍの場合のマイクロレンズアレイの外観および板厚方向の断面を示す電子顕微鏡写真である。 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。まず、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用いられるプラズマ処理装置の構成について説明する。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用いられるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す概略断面図である。図２は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられるスロットアンテナ板を、板厚方向から見た図である。
　図１および図２を参照して、プラズマ処理装置１１は、マイクロ波をプラズマ源とするマイクロ波プラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１１は、その内部で被処理基板Ｗにプラズマ処理を行う処理空間を有する処理容器１２と、処理容器１２内にプラズマ処理用のガス等を供給するガス供給部１３と、処理容器１２内に設けられ、その上に被処理基板Ｗを保持する保持台１４と、処理容器１２の外部に設けられ、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器１５と、マイクロ波発生器１５により発生させたマイクロ波を処理容器１２内に導入する導波管１６および同軸導波管１７と、同軸導波管１７の下方端部に連結されており、同軸導波管１７によって導入されたマイクロ波を径方向に伝播する誘電体板１８と、誘電体板１８の下方側に配置されており、誘電体板１８によって伝播されたマイクロ波を放射するスロット（長孔）１９を複数有するスロットアンテナ板２０と、スロットアンテナ板２０の下方側に配置されており、スロット１９から放射されたマイクロ波を径方向に伝播すると共に処理容器１２内に透過させる誘電体窓２１と、プラズマ処理装置１１全体を制御する制御部（図示せず）とを備える。制御部は、ガス供給部１３におけるガス流量、処理容器１２内の圧力等、被処理基板Ｗをプラズマ処理するためのプロセス条件を制御する。なお、理解の容易の観点から、図１において、スロット１９の開口形状を概略的に示している。
　処理容器１２は、保持台１４の下方側に位置する底部２２と、底部２２の外周から上方向に延びる側壁２３と、側壁２３の上方側に載置するようにして配置され、その上に誘電体窓２１を載置可能な環状部材２４とを含む。側壁２３は、円筒状である。処理容器１２の底部２２には、排気用の排気孔２５が設けられている。処理容器１２の上部側は開口しており、処理容器１２の上部側に配置される誘電体窓２１、および誘電体窓２１と処理容器１２、具体的には、処理容器１２を構成する環状部材２４との間に介在するシール部材としてのＯリング２６によって、処理容器１２は密封可能に構成されている。
　保持台１４には、ＲＦ（ｒａｄｉｏ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）バイアス用の高周波電源２７がマッチングユニット２８を介して保持台１４内の電極に電気的に接続されている。この高周波電源２７は、被処理基板Ｗに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波を所定のパワーで出力する。マッチングユニット２８は、高周波電源２７側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容しており、この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。また、図示はしないが、保持台１４は、被処理基板Ｗを保持する保持機構や温度調節を行う温度調節機構を備えていてもよい。
　ガス供給部１３は、被処理基板Ｗの中央に向かってガスを供給するガス供給口３１を有するセンターガス供給部３２と、円環状の中空状部材３３から構成されており、径方向内側に向かってガスを供給するガス供給口３４を有するアウターガス供給部３５とを含む。
　センターガス供給部３２およびアウターガス供給部３５はそれぞれ、処理容器１２外から処理容器１２内にプラズマ処理用のガス等を供給する。ガス供給口３１、３４から供給されるガスのそれぞれの流れ方向については、図１中の矢印Ｆ１およびＦ２で図示している。なお、センターガス供給部３２およびアウターガス供給部３５から供給されるガスの流量比等については、任意に選択が可能であり、例えば、センターガス供給部３２からのガスの供給を全く無しにして、アウターガス供給部３５からのみ処理容器１２内にガスを供給するということも、可能である。
　マイクロ波整合器３６を有するマイクロ波発生器１５は、中心導体３７および外周導体３８から構成される同軸導波管１７およびモード変換器３９を介して、マイクロ波を導入する導波管１６の上流側に接続されている。同軸導波管１７を構成し、いずれも円筒状である中心導体３７および外周導体３８は、径方向の中心を一致させ、中心導体３７の外径面と、外周導体３８の内径面との間隔を開けるようにして、図１中の紙面上下方向に延びるようにして配置される。例えば、マイクロ波発生器１５で発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管１６を通り、モード変換器３９によりＴＥＭモードへ変換され、同軸導波管１７を伝播する。マイクロ波発生器１５において発生させるマイクロ波の周波数としては、例えば、２．４５ＧＨｚが選択される。
　スロットアンテナ板２０は、薄板状であって、円板状である。スロットアンテナ板２０の板厚方向の両面は、それぞれ平らである。スロットアンテナ板２０には、板厚方向に貫通するスロット１９が複数設けられている。スロット１９は、一方方向に長い第一のスロット４１と、第一のスロット４１と直交する方向に長い第二のスロット４２とが、隣り合って一対となるように形成されている。具体的には、隣り合う２つのスロット４１、４２が一対となって、間隔を開けて直交するように配置されて構成されている。すなわち、スロットアンテナ板２０は、一方向に延びる第一のスロット４１およびその一方向に対して垂直な方向に延びる第二のスロット４２から構成されるスロット対４３を有する構成である。なお、スロット対４３の一例については、図２中の点線で示す領域で図示している。
　設けられたスロット対４３は、内周側に配置される内周側スロット対群４４と、外周側に配置される外周側スロット対群４５とに大別される。内周側スロット対群４４において、７対のスロット対４３はそれぞれ、周方向に等間隔に配置されている。外周側スロット対群４５において、２８対のスロット対４３はそれぞれ、周方向に等間隔に配置されている。スロットアンテナ板２０の径方向の中央にも、貫通孔４６が設けられている。スロットアンテナ板２０は、径方向の中心４７を中心とした回転対称性を有する。
　誘電体窓２１は、略円板状であって、所定の板厚を有する。誘電体窓２１は、誘電体で構成されており、誘電体窓２１の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。誘電体窓２１は、図１における下側を環状部材２４の上に載せるようにしてプラズマ処理装置１１に気密に取り付けられ、備えられる。誘電体窓２１のうち、プラズマ処理装置１１に備えられた際にプラズマを生成する側となる下面４８の径方向外側領域には、環状に連なり、誘電体窓２１の板厚方向内方側、ここでは、図１における紙面上方向に向かってテーパ状に凹む誘電体窓凹部４９が設けられている。この誘電体窓凹部４９により、誘電体窓２１の径方向外側領域において、誘電体窓２１の厚みを連続的に変化させる領域を形成して、プラズマを生成する種々のプロセス条件に適した誘電体窓２１の厚みを有する共振領域を形成することができる。そうすると、種々のプロセス条件に応じて、誘電体窓２１の下部領域におけるプラズマの高い安定性を確保することができる。
　マイクロ波発生器１５により発生させたマイクロ波は、同軸導波管１７を通って、誘電体板１８に伝播され、スロットアンテナ板２０に設けられた複数のスロット１９から誘電体窓２１に放射される。誘電体窓２１を透過したマイクロ波は、誘電体窓２１の直下に電界を生じさせ、処理容器１２内にプラズマを生成させる。誘電体窓２１の直下で生成されたプラズマは、誘電体窓２１から離れる方向、すなわち、保持台１４に向かう方向に拡散していく。そして、保持台１４に載置された被処理基板Ｗを含むプラズマ拡散領域で、被処理基板Ｗに対するプラズマエッチング処理等のプラズマ処理を行う。プラズマ処理装置１１において処理に供されるマイクロ波プラズマは、上記した構成のスロットアンテナ板２０および誘電体窓２１を含むラジアルラインスロットアンテナ（Ｒａｄｉａｌ　Ｌｉｎｅ　Ｓｌｏｔ　Ａｎｔｅｎｎａ）により生成されている。このようなプラズマ処理装置１１によれば、比較的低い電子温度および比較的高い電子密度でプラズマ処理を行うことができるので、処理時における被処理基板Ｗに対するプラズマダメージを抑制し、高速な処理を行うことができる。
　次に、このようなプラズマ処理装置を用いてマイクロレンズアレイを製造する方法について説明する。図３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４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～図３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、マイクロレンズアレイ素材５１として、シリコン基板５２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５３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５４を形成する。そして、有機膜層５４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５５を形成する（図３（Ａ））。レジスト層５５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５５は、リソグラフィ技術におけるフォトレジストを、まず、断面略矩形状に形成した後、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することにより形成される（図３（Ｂ））。
　なお、図５に、リフローした後のマイクロレンズアレイ素材５１を、上側、すなわち、図４中の矢印Ｖの方向から見た図を示す。レジスト層５５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５１には、シリコン基板５２の上に、最下層から順に、カラーフィルタ層５３、有機膜層５４、そして、上面５６がリフローされた略半球面状のレジスト層５５が形成されている。レジスト層５５の上面５６およびレジスト層５５が形成されていない有機膜層５４の平らな上面５７は、上側に露出した形状である。なお、シリコン基板５２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５１に対して、レジスト層５５および有機膜層５４を除去するエッチングを行う（図３（Ｃ））。エッチングについては、上記した図１に示すマイクロ波プラズマを用いたプラズマ処理装置１１を用いる。
　具体的には、処理容器１２内に設けられた保持台１４の上に被処理基板Ｗ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５１を配置させる。この場合、処理を行う面、すなわち上面５６、５７を上側として保持台１４上に載置する。なお、上記したプラズマ処理装置１１を用いてマイクロ波プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により上記したレジスト層等の形成を行った場合には、引き続いて、以下の工程を行なうことになる。
　ここで、エッチング工程においては、処理容器１２内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ（約１３．３Ｐａ）以上とし、高周波電源２７によりマイクロレンズアレイ素材５１に印加するバイアスの電力を２００Ｗ以下とする。処理容器１２内の圧力の調整および印加するバイアスの電力の調整については、プラズマ処理装置１１に備えられた制御部により行なう。また、ガス供給部１３により、処理容器１２内にエッチングガスおよび堆積性ガスを含む混合ガスを供給してエッチングを行う。この場合、センターガス供給部３２およびアウターガス供給部３５の流量比については、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、制御部によって制御される。
　ここで、エッチングガスとしては、例えば、ハロゲンガスが挙げられるが、具体的には、ＣＦ４ガスが用いられる。また、堆積性ガスとしては、その構造式がＣｘ１Ｆｙ１（ｘ１、ｙ１はいずれも２以上の整数）で表されるガス、およびその構造式がＣＨｘ２Ｆｙ２（ｘ２、ｙ２はいずれも１以上の整数）で表されるガスからなる群のうちの少なくとも一種のガスを含むようにすればよい。その構造式がＣｘ１Ｆｙ１（ｘ１、ｙ１はいずれも２以上の整数）で表されるガスとしては、例えば、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８等が挙げられる。また、その構造式がＣＨｘ２Ｆｙ２（ｘ２、ｙ２はいずれも１以上の整数）で表されるガスとしては、例えば、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ等が挙げられる。このような堆積性ガスを用いることにより、より効率的に、要求される形状のマイクロレンズアレイを製造することができる。
　このようなプラズマエッチング処理条件下において、プラズマ処理装置１１を用いて、マイクロレンズアレイ素材５１のエッチング処理を行う。なお、上記したエッチング工程における処理の途中の状態を、図６に示す。図６は、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５１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。この場合、レジスト層５５が形成されていた領域において、レジスト層５５の下側に位置する有機膜層５４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５８を有する形状となる。
　その後、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、カラーフィルタ層の上面から、有機膜層の上面において最下部となるマイクロレンズの水平方向端部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７に示す。図８は、図７に示すマイクロレンズアレイを、上側、すなわち、図７中の矢印ＶＩＩＩの方向から見た図である。
　図７および図８を参照して、マイクロレンズアレイ６１は、下層から順に配置されたシリコン基板６２からなるシリコン層、カラーフィルタ層６３および有機膜層６４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複数マイクロレンズ６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄを有する。なお、マイクロレンズ６５ａ～６５ｄの平面形状は、水平方向に長い略楕円形状である。
　また、行列状に形成された複数のマイクロレンズ６５ａ～６５ｄは、行方向および列方向にそれぞれ隣接している。具体的には、図８における上下方向で示される行方向、すなわち、図８中の矢印Ｌ１で示す方向またはその逆の方向に隣り合うマイクロレンズ６５ａ、６５ｂ同士の水平方向の壁部６６ａ、６６ｂのうち、水平方向の中央部は隣り合うマイクロレンズ６５ｂ、６５ａの壁部６６ｂ、６６ａとそれぞれ接触した状態であり、水平方向の端部は、隣り合うマイクロレンズ６５ｂ、６５ａの壁部６６ｂ、６６ａとそれぞれ離れた状態である。また、図８における水平方向で示される列方向、すなわち、図８中の矢印Ｌ２で示す方向またはその逆の方向に隣り合うマイクロレンズ６５ａ、６５ｄ同士の上下方向に延びる壁部６７ａ、６７ｄのうち、上下方向の中央部は隣り合うマイクロレンズ６５ｄ、６５ａの壁部６７ｄ、６７ａとそれぞれ接触した状態であり、上下方向の端部は、隣り合うマイクロレンズ６５ｄ、６５ａの壁部６７ｄ、６７ａとそれぞれ離れた状態である。ここで、４つの行列方向に隣り合うマイクロレンズ６５ａ～６５ｄにおいて、４つのマイクロレンズ６５ａ～６５ｄの間には、平らな領域６８が残っている。
　このようなマイクロレンズアレイの製造方法によると、得られたマイクロレンズの高さを高くすることができると共に、シリコン基板上におけるマイクロレンズの占める割合を広くすることができる。具体的には、マイクロレンズ６５ａにおいて、垂直方向の最下部となる水平方向端部６９から最上部となるマイクロレンズ６５ａの略半球面状に突出した頂点７０までの垂直方向の長さＨを高くすることができる。また、斜め方向に隣り合うマイクロレンズ６５ｂ、６５ｄ間において、マイクロレンズ６５ｂ、６５ｄのうち、対向するマイクロレンズ６５ｄ、６５ｂに最も近い壁部７１ｂ、７１ｄ同士の間隔をＷとすると、マイクロレンズ６５ｂ、６５ｄ間の間隔Ｗを小さくすることができる。さらには、形成されたマイクロレンズ６５ａ～６５ｄの表面の粗さを、滑らかにすることができる。したがって、得られたマイクロレンズ６５ａ～６５ｄの集光度を向上させることができる。なお、このような滑らかな表面を有するマイクロレンズ６５ａ～６５ｄを有するマイクロレンズアレイ６１が製造されるメカニズムについては、後述する。
　すなわち、この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイは、シリコン基板の一方の面に、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、シリコン基板の一方の面上に、マイクロレンズの材料層となる有機膜層、およびマイクロレンズの形状を形成するためのレジスト層をそれぞれ形成し、エッチングガスおよび堆積性ガスを含む混合ガスを供給して、圧力を１００ｍＴｏｒｒ以上として、レジスト層および有機膜層に対してエッチングを行うことにより得られる。
　次に、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で製造したマイクロレンズアレイの特性について説明する。図９は、処理容器内の圧力とマイクロレンズの高さとの関係を示すグラフである。図９において、縦軸は、マイクロレンズの高さ（ｎｍ）を示し、横軸は、処理容器内の圧力（ｍＴｏｒｒ）を示す。また、その他の処理条件として、処理容器内の圧力を１０ｍＴｏｒｒとした場合は、混合ガスのガス流量比率をＣＦ４／Ｃ４Ｆ８＝２４０／６０、マイクロ波電力を３０００Ｗ、バイアス電力を８００Ｗ、センターガス供給部とアウターガス供給部との流量比を４／９６としている。また、処理容器内の圧力を１００ｍＴｏｒｒとした場合は、混合ガスのガス流量比率をＣＦ４／Ｃ４Ｆ８／Ａｒ＝１２０／１２０／３００、マイクロ波電力を３０００Ｗ、バイアス電力を２００Ｗ、センターガス供給部３２とアウターガス供給部３５との流量比を５／９５としている。
　図９を参照して、処理容器１２内の圧力が１０ｍＴｏｒｒの場合、マイクロレンズの高さは、３７０ｎｍであるのに対し、処理容器１２内の圧力が１００ｍＴｏｒｒの場合、マイクロレンズの高さは、４４０ｎｍである。また、図示はしないが、処理容器１２内の圧力が１０ｍＴｏｒｒの場合、マイクロレンズ間の間隔Ｗは、６１８ｎｍであるのに対し、処理容器１２内の圧力が１００ｍＴｏｒｒの場合、マイクロレンズ間の間隔は、６０９ｎｍである。
　図１０は、印加するバイアスの電圧のＶｐｐとマイクロレンズの高さとの関係を示すグラフである。図１０において、縦軸は、マイクロレンズの高さ（ｎｍ）を示し、横軸は、印加するバイアスの電圧のＶｐｐ（Ｖ）を示す。ここで、Ｖｐｐとは、高周波電源２７において印加するバイアスの電圧の最大値と最小値との差をいう。また、図１１は、図１０中のプロットＡ１で示すＶｐｐが２２０Ｖで、マイクロレンズの高さが３７０ｎｍの場合のマイクロレンズアレイの外観および板厚方向の断面を示す電子顕微鏡写真である。図１２は、図１０中のプロットＡ２で示すＶｐｐが７００Ｖで、マイクロレンズの高さが４４０ｎｍの場合のマイクロレンズアレイの外観および板厚方向の断面を示す電子顕微鏡写真である。図１３は、図１０中のプロットＡ３で示すＶｐｐが１１５０Ｖで、マイクロレンズの高さが５２０ｎｍの場合のマイクロレンズアレイの外観および板厚方向の断面を示す電子顕微鏡写真である。図１１～図１３において、上側が、マイクロレンズアレイの外観を斜め方向から撮影した電子顕微鏡写真であり、下側が、マイクロレンズを避けた位置でマイクロレンズアレイを板厚方向に切断した断面を示す電子顕微鏡写真である。なお、図１０においては、Ｖｐｐが３９０Ｖの場合のマイクロレンズの高さをプロットＡ４、Ｖｐｐが６２０Ｖの場合のマイクロレンズの高さをプロットＡ５、Ｖｐｐが７２０Ｖの場合のマイクロレンズの高さをプロットＡ６、Ｖｐｐが１０５０Ｖの場合のマイクロレンズの高さをプロットＡ７で示している。
　図１０～図１３を参照して、圧力を１０ｍＴｏｒｒ以下としバイアス電力を８００Ｗ以下とした場合、Ｖｐｐは、４００Ｖよりも小さくなる。この場合、図１１より、マイクロレンズの外観形状は、滑らかな曲面で連なった形状とすることはできるが、マイクロレンズの高さが比較的低いものとなる。また、マイクロレンズ間の間隔も比較的広くなってしまう。プロットＡ４に示す場合もほぼ同様の傾向である。
　ここで、圧力を１００ｍＴｏｒｒ以上とし、バイアス電力を８００Ｗ以上とした場合、Ｖｐｐは、１０００Ｖよりも高くなる。この場合、図１０より、マイクロレンズの高さは、５００ｎｍ以上となり、非常にマイクロレンズの高さの高いものが形成される。しかしながら、図１３を参照して、マイクロレンズの外観形状は、非常に粗く、多数の凹凸をそのマイクロレンズの表面に含むものとなってしまう。また、マイクロレンズ間の間隔も、広いものとなってしまう。このような形状のマイクロレンズについては、マイクロレンズの高さが高くても、集光度が非常に低いものとなってしまう。プロットＡ７に示す場合もほぼ同様の傾向である。
　一方、圧力を１００ｍＴｏｒｒ以上とし、バイアス電力を２００Ｗ以下とした場合、Ｖｐｐは、４００Ｖ以上１０００Ｖ以下となる。この場合、マイクロレンズの高さは、上記した図１３に示す場合よりも低いが、上記した図１１に示す場合よりも高いものとなる。また、マイクロレンズ間の間隔も狭くすることができ、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの占める割合を広くすることができる。また、図１２より、マイクロレンズの外観形状についても、滑らかな曲面で連なった形状のものが得られる。したがって、このようなマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイは、集光度を向上させることができる。プロットＡ５およびプロットＡ６に示す場合もほぼ同様の傾向である。
　これについては、以下のように考えられる。処理容器内を高圧とすることにより、混合ガスに含まれる堆積性ガスによって、マイクロレンズ間の間隔を積極的に埋めることができるようになる。また、マイクロレンズの高さ方向においても、堆積による高さの向上を図ることができるものと考えられる。また、バイアスの電力の大きさについては、その値が高すぎると、処理時におけるイオンエネルギーが高くなって、エッチング処理におけるシリコン基板への攻撃性が増大し、その結果、マイクロレンズの表面を粗くすると考えられる。
　以上より、このようなマイクロレンズアレイの製造方法によると、得られたマイクロレンズの高さを比較的高くすることができると共に、基板上におけるマイクロレンズの占める割合を広くすることができる。さらには、形成されたマイクロレンズの表面の粗さを、滑らかにすることができる。したがって、得られたマイクロレンズの集光度を向上させることができる。
　また、このようなマイクロレンズアレイによると、集光度を向上させることができる。
　なお、上記の実施の形態においては、マイクロレンズアレイ素材として、シリコン基板上にカラーフィルタ層等を形成することとしたが、このようなシリコン基板のみに限られず、例えば、ガラス基板等の上に上記した層を形成し、マイクロレンズアレイを製造することとしてもよい。また、シリコン基板は、３００ｍｍウェハを用いシリコン基板に印加するバイアスの電力を２００Ｗ以下としたが、このようなシリコン基板のみに限られず、シリコン基板の大きさに対応して印加するバイアスの電力を適宜変更することができる。
　また、上記の実施の形態においては、形成された複数のマイクロレンズが行列方向に隣り合うマイクロレンズと隣接することとしたが、これに限らず、必ずしも隣接している必要はなく、行方向または列方向に隣り合うマイクロレンズ間において、間隔を有していてもよい。
　なお、上記の実施の形態においては、混合ガスの一例として、Ａｒ（アルゴン）ガスを含んだものを用いることとしたが、これに限らず、希釈ガスとして、混合ガスにＨｅ（ヘリウム）ガスやＮ２（窒素）ガスを含ませることとしてもよい。さらに、Ｏ２（酸素）ガス等の酸化性ガスを混合ガスに含ませることとしてもよい。
　また、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４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。
　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、例えば、平行平板型プラズマ、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ－Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ等、他のプラズマ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。
　１１　プラズマ処理装置、１２　処理容器、１３　ガス供給部、１４　保持台、１５　マイクロ波発生器、１６　導波管、１７　同軸導波管、１８　誘電体板、１９，４１，４２　スロット、２０　スロットアンテナ板、２１　誘電体窓、２２　底部、２３　側壁、２４　環状部材、２５　排気孔、２６　Ｏリング、２７　高周波電源、２８　マッチングユニット、３１，３４　ガス供給口、３２　センターガス供給部、３３　中空状部材、３５　アウターガス供給部、３６　マイクロ波整合器、３７　中心導体、３８　外周導体、３９　モード変換器、４３　スロット対、４４　内周側スロット対群、４５　外周側スロット対群、４６　貫通孔、４７　中心、４８　下面、４９　誘電体窓凹部、５１　マイクロレンズアレイ素材、５２，６２　シリコン基板、５３，６３　カラーフィルタ層、５４，６４　有機膜層、５５　レジスト層、５６，５７　上面、５８　突出部、６１　マイクロレンズアレイ、６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄ　マイクロレンズ、６６ａ，６６ｂ，６７ａ，６７ｄ，７１ｂ，７１ｄ　壁部、６８　領域、６９　端部、７０　頂点。

Claims (6)

  1. 基板の一方の面に、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、
    　前記基板の一方の面上に、前記マイクロレンズの材料層となる有機膜層、および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それぞれ形成する工程と、
    　エッチングガスおよび堆積性ガスを含む混合ガスを供給し、圧力を１００ｍＴｏｒｒ以上とし、前記基板に印加するバイアスの電力を２００Ｗ以下として、前記レジスト層および前記有機膜層に対してエッチングを行う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. 前記堆積性ガスは、その構造式がＣｘ１Ｆｙ１（ｘ１、ｙ１はいずれも２以上の整数）で表されるガス、およびその構造式がＣＨｘ２Ｆｙ２（ｘ２、ｙ２はいずれも１以上の整数）で表されるガスからなる群のうちの少なくとも一種のガスを含む、請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
  3. 前記エッチング工程は、その内部で処理を行う処理容器、および前記処理容器内に配置され、処理対象となる前記基板を載置可能な保持台を備え、マイクロ波を利用して前記基板に処理を行うプラズマ処理装置を用いて処理を行なう工程である、請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
  4. 前記エッチング工程は、ラジアルラインスロットアンテナを用いて処理を行う工程である、請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
  5. 前記エッチングガスは、ＣＦ４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。
  6. 基板の一方の面に、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、
    　前記基板の一方の面上に、前記マイクロレンズの材料層となる有機膜層、および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それぞれ形成し、
    　エッチングガスおよび堆積性ガスを含む混合ガスを供給して、圧力を１００ｍＴｏｒｒ以上とし、前記基板に印加するバイアスの電力を２００Ｗ以下として、前記レジスト層および前記有機膜層に対してエッチングを行うことにより得られる、マイクロレンズアレイ。
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