WO2015045914A1 - レンズアレイおよびその製造方法、固体撮像装置、並びに電子機器 - Google Patents

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大塚　洋一
健樹 西木戸
一平 葭葉
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    • G03B13/34—Power focusing
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Definitions

  • the present technology relates to a lens array, a manufacturing method thereof, a solid-state imaging device, and an electronic apparatus, and in particular, a lens array capable of improving AF characteristics while suppressing deterioration of image quality, a manufacturing method thereof, and a solid-state imaging device And electronic equipment.
  • AF Auto-Focus
  • the phase difference detection method is superior to the contrast detection method in that high-speed AF operation is possible.
  • phase difference detection pixels pixels for phase difference detection (focus detection) are provided in the same light receiving area (imaging area) separately from the imaging pixels, and AF is performed on the imaging surface.
  • This is a method of measuring a distance, that is, obtaining a phase difference detection signal representing a defocus direction and a defocus amount.
  • phase difference detection pixel When the phase difference detection pixel is incorporated in the imaging region of the solid-state imaging device, it is necessary to improve the AF characteristic by increasing the phase difference detection sensitivity of the phase difference detection pixel while maintaining the high sensitivity characteristic of the imaging pixel. Therefore, conventionally, a light-shielding film formed with an opening corresponding to a pixel is formed with a smaller opening compared to an imaging pixel, and the focus of a microlens corresponding to a phase difference detection pixel Is a front pin (see, for example, Patent Document 1).
  • the “front pin” refers to a state in which the focus (focal point) is shifted forward from the subject.
  • This technology has been made in view of such a situation, and is intended to improve AF characteristics while suppressing deterioration in image quality.
  • a lens array includes a microlens formed corresponding to a phase difference detection pixel provided in a mixed manner in an imaging pixel, and the microlens has a substantially spherical surface. It is formed in a rectangular shape in plan view and is formed without rounding off the corners of the four corners, and the bottom surface in the vicinity of the opposite side boundary part including the opposite side center part of the pixel boundary part in the sectional view includes the diagonal boundary part. It is formed to be higher than the bottom surface near the diagonal boundary.
  • the microlens is formed in a square shape in a plan view, and a first radius of curvature that is a radius of curvature of the lens surface in a cross section of the opposite side central portion, and a radius of curvature of the lens surface in a cross section of the diagonal boundary portion And the second radius of curvature can be formed to be substantially equal.
  • the pixel size of the phase difference detection pixel is 3 ⁇ m or more, and the curvature radius r of the lens surface is a width d of the bottom surface in a cross section passing through the apex of the lens surface, and the lens surface with respect to the bottom surface.
  • a radius-of-curvature ratio r1 that is a ratio between the first radius of curvature r1 and the second radius of curvature r2.
  • R2 can be set to a value included in the range of 0.98 to 1.20.
  • the inorganic film can reduce the difference between the first radius of curvature r1 and the second radius of curvature r2.
  • a method of manufacturing a lens array according to one aspect of the present technology is a method of manufacturing a lens array including a microlens formed corresponding to a phase difference detection pixel provided in a mixed manner in an imaging pixel.
  • the lens surface is substantially spherical, formed in a rectangular shape in plan view, and formed with the corners of the four corners not rounded off, and in the cross-sectional view, near the opposite side boundary part including the opposite side center part. Forming a bottom surface to be higher than a bottom surface near the diagonal boundary including the diagonal boundary.
  • a solid-state imaging device includes a microlens formed corresponding to a phase difference detection pixel provided in a mixed manner in the imaging pixel, and the lens surface of the microlens is substantially spherical. In the plan view, it is formed in a rectangular shape and the corners of the four corners are formed without being rounded off.
  • a lens array formed so as to be higher than a bottom surface in the vicinity of the diagonal boundary portion including the lens array;
  • the electronic device includes a microlens formed corresponding to a phase difference detection pixel provided in a mixed manner in the imaging pixel, and the microlens has a substantially spherical lens surface, It is formed in a rectangular shape in plan view and is formed without rounding off the corners of the four corners, and the bottom surface in the vicinity of the opposite side boundary part including the opposite side center part of the pixel boundary part in the sectional view includes the diagonal boundary part.
  • a solid-state imaging device including a lens array formed so as to be higher than a bottom surface in the vicinity of the diagonal boundary.
  • the microlens has a substantially spherical lens surface, is formed in a rectangular shape in a plan view, and is formed without substantially rounded corners of the four corners.
  • the bottom surface in the vicinity of the opposite boundary portion including the central portion of the opposite side of the pixel boundary portion is formed to be higher than the bottom surface in the vicinity of the diagonal boundary portion including the diagonal boundary portion.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an embodiment of a solid-state imaging device to which the present technology is applied.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • the present technology is not limited to application to a CMOS image sensor, but can be applied to other amplifying solid-state imaging devices and charge transfer type solid-state imaging devices such as a CCD (Charge Coupled Device) image sensor. .
  • CCD Charge Coupled Device
  • a CMOS image sensor 10 shown in FIG. 1 includes a pixel array unit 12 formed on a semiconductor substrate (hereinafter also referred to as a chip) 11 and a peripheral circuit unit integrated on the same chip 11 as the pixel array unit 12. It is the composition which has.
  • a row scanning unit 13, a column processing unit 14, a column scanning unit 15, and a system control unit 16 are provided as peripheral circuit units.
  • unit pixels (hereinafter also simply referred to as pixels) having a photoelectric conversion unit that generates photoelectric charges having a charge amount corresponding to the amount of incident light and accumulates them inside are two-dimensionally arranged in a matrix. ing.
  • the “unit pixel” here is an imaging pixel for obtaining an imaging signal. A specific circuit configuration of the unit pixel (imaging pixel) will be described later.
  • pixel drive lines 17 are wired in the pixel array section 12 along the row direction (pixel arrangement direction of the pixel rows) for each pixel row with respect to the matrix-like pixel arrangement, and vertical signal lines are provided for each pixel column. 18 is wired along the column direction (pixel arrangement direction of the pixel column).
  • the pixel drive line 17 transmits a drive signal output from the row scanning unit 13 in units of rows to drive the pixels.
  • the pixel drive line 17 is shown as one wiring, but the number is not limited to one.
  • One end of the pixel drive line 17 is connected to an output end corresponding to each row of the row scanning unit 13.
  • the row scanning unit 13 includes a shift register, an address decoder, and the like, and drives each pixel of the pixel array unit 12 in units of rows, for example.
  • the row scanning unit 13 has two scanning systems of a reading scanning system and a sweeping scanning system.
  • the readout scanning system selectively scans the unit pixels of the pixel array unit 12 in units of rows in order to read out signals from the unit pixels.
  • the signal read from the unit pixel is an analog signal.
  • the sweep-out scanning system performs sweep-out scanning with respect to the readout row on which readout scanning is performed by the readout scanning system, preceding the readout scanning by a time corresponding to the shutter speed.
  • the photoelectric conversion unit is reset by sweeping unnecessary charges from the photoelectric conversion unit of the unit pixel in the readout row by the sweep scanning by the sweep scanning system.
  • a so-called electronic shutter operation is performed by sweeping (reset) unnecessary charges by the sweep scanning system.
  • the electronic shutter operation refers to an operation in which the photoelectric charges in the photoelectric conversion unit are discarded and exposure is newly started (photocharge accumulation is started).
  • the signal read out by the readout operation by the readout scanning system corresponds to the amount of light incident after the immediately preceding readout operation or electronic shutter operation.
  • the period from the read timing by the immediately preceding read operation or the sweep timing by the electronic shutter operation to the read timing by the current read operation is the photocharge accumulation period (exposure period) in the unit pixel.
  • a signal output from each unit pixel in the pixel row selectively scanned by the row scanning unit 13 is supplied to the column processing unit 14 through each of the vertical signal lines 18.
  • the column processing unit 14 performs predetermined signal processing on signals output from the pixels in the selected row through the vertical signal line 18 for each pixel column of the pixel array unit 12 and temporarily outputs the pixel signals after the signal processing. Hold on.
  • the column processing unit 14 receives a signal of a unit pixel, and performs signal processing such as noise removal, signal amplification, and AD (Analog-Digital) conversion by CDS (Correlated (DoubleSSampling), for example.
  • signal processing such as noise removal, signal amplification, and AD (Analog-Digital) conversion by CDS (Correlated (DoubleSSampling), for example.
  • the noise removal process removes fixed pattern noise unique to the pixel such as reset noise and threshold variation of the amplification transistor.
  • the signal processing illustrated here is only an example, and the signal processing is not limited to these.
  • the column scanning unit 15 includes a shift register, an address decoder, and the like, and performs scanning that sequentially selects unit circuits corresponding to the pixel columns of the column processing unit 14. By the selective scanning by the column scanning unit 15, pixel signals subjected to signal processing by each unit circuit of the column processing unit 14 are sequentially output to the horizontal bus 19 and transmitted to the outside of the chip 11 through the horizontal bus 19.
  • the system control unit 16 receives a clock given from the outside of the chip 11, data for instructing an operation mode, and the like, and outputs data such as internal information of the CMOS image sensor 10. Further, the system control unit 16 includes a timing generator that generates various timing signals, and the row scanning unit 13, the column processing unit 14, and the column scanning unit 15 based on the various timing signals generated by the timing generator. The peripheral circuit unit such as the drive control is performed.
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a circuit configuration of a unit pixel.
  • the unit pixel 20 includes, for example, a photodiode 21 as a photoelectric conversion unit.
  • the unit pixel 20 includes four transistors, for example, a transfer transistor (read gate part) 22, a reset transistor 23, an amplification transistor 24, and a selection transistor 25.
  • N-channel MOS transistors are used as the four transistors.
  • the combination of conductivity types of the transfer transistor 22, the reset transistor 23, the amplification transistor 24, and the selection transistor 25 illustrated here is merely an example, and is not limited to these combinations.
  • the pixel drive line 17 for example, three drive wirings of a transfer line 17a, a reset line 17b, and a selection line 17c are provided in common for each pixel in the same pixel row.
  • One end of each of the transfer line 17 a, the reset line 17 b, and the selection line 17 c is connected to an output end corresponding to each pixel row of the row scanning unit 13 in units of pixel rows, and is a drive signal that drives the unit pixel 20.
  • a certain transfer pulse ⁇ TRF, reset pulse ⁇ RST, and selection pulse ⁇ SEL are transmitted.
  • the photodiode 21 has an anode electrode connected to a negative power source (for example, ground), photoelectrically converts received light (incident light) into photocharge having a charge amount corresponding to the light amount, and accumulates the photocharge. To do.
  • the cathode electrode of the photodiode 21 is electrically connected to the gate electrode of the amplification transistor 24 through the transfer transistor 22.
  • a node electrically connected to the gate electrode of the amplification transistor 24 is referred to as an FD (floating diffusion) portion 26.
  • the transfer transistor 22 is connected between the cathode electrode of the photodiode 21 and the FD unit 26.
  • a transfer pulse ⁇ TRF having a high level (for example, Vdd level) active (hereinafter referred to as “High active”) is applied to the gate electrode of the transfer transistor 22 via the transfer line 17a.
  • High active the transfer pulse ⁇ TRF having a high level (for example, Vdd level) active (hereinafter referred to as “High active”) is applied to the gate electrode of the transfer transistor 22 via the transfer line 17a.
  • the transfer transistor 22 becomes conductive, and the photoelectric charge photoelectrically converted by the photodiode 21 is transferred to the FD unit 26.
  • the reset transistor 23 has a drain electrode connected to the pixel power source Vdd and a source electrode connected to the FD unit 26.
  • a high active reset pulse ⁇ RST is applied to the gate electrode of the reset transistor 23 via the reset line 17b.
  • the reset transistor 23 becomes conductive, and the FD unit 26 is reset by throwing away the charge of the FD unit 26 to the pixel power supply Vdd.
  • the amplification transistor 24 has a gate electrode connected to the FD section 26 and a drain electrode connected to the pixel power source Vdd.
  • the amplification transistor 24 outputs the potential of the FD unit 26 after being reset by the reset transistor 23 as a reset signal (reset level) Vrst. Further, the amplification transistor 24 outputs the potential of the FD unit 26 after the signal charge is transferred by the transfer transistor 22 as a light accumulation signal (signal level) Vsig.
  • the selection transistor 25 has, for example, a drain electrode connected to the source electrode of the amplification transistor 24 and a source electrode connected to the vertical signal line 18.
  • a high active selection pulse ⁇ SEL is applied to the gate electrode of the selection transistor 25 via a selection line 17c. As a result, the selection transistor 25 becomes conductive, and the signal supplied from the amplification transistor 24 is output to the vertical signal line 18 with the unit pixel 20 selected.
  • the selection transistor 25 is connected between the source electrode of the amplification transistor 24 and the vertical signal line 18, but the selection transistor 25 is connected to the pixel power supply Vdd and the drain electrode of the amplification transistor 24. It is also possible to adopt a circuit configuration connected between the two.
  • the unit pixel 20 is not limited to the pixel configuration including the four transistors described above.
  • it may be a pixel configuration composed of three transistors that serve both as the amplification transistor 24 and the selection transistor 25, and the configuration of the pixel circuit is not limited.
  • the CMOS image sensor 10 described above includes a phase difference detection pixel for obtaining a phase difference detection signal in order to realize pupil division type phase difference detection.
  • the phase difference detection signal is a signal representing the defocus direction (defocus direction) and the defocus amount (defocus amount).
  • phase difference detection pixels are mixedly provided in the pixel array unit 12 (effective pixel region) shown in FIG. 1 in which imaging pixels (unit pixels 20) are two-dimensionally arranged in a matrix. Specifically, the phase difference detection pixels are provided in the effective pixel region, for example, in a state of intersecting in the horizontal and vertical directions.
  • the pixel circuit shown in FIG. 2 is a pixel circuit common to the imaging pixel and the phase difference detection pixel.
  • the phase difference detection pixel is slightly different from the imaging pixel.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the imaging pixel and the phase difference detection pixel
  • FIG. 4 is a plan view of the light shielding film of the phase difference detection pixel.
  • the imaging pixel 20 and the phase difference detection pixel 40 have a configuration in which a photodiode 21 as a photoelectric conversion unit is formed on the surface layer portion of the semiconductor substrate 11, and a light shielding film 41 is arranged on the light receiving surface side of the photodiode 21. Yes.
  • the light shielding film 41 in the imaging pixel 20 has an opening 41 ⁇ / b> A provided corresponding to the light receiving surface (light receiving region) of the photodiode 21.
  • the light-shielding film 41 in the phase difference detection pixel 40 is a light-shielding film for detecting a phase difference, and has an opening 41A that passes one of the pupil-divided light.
  • the size of the opening 41A provided in the light shielding film 41 is structurally different from that of the imaging pixel 20.
  • the opening 41 ⁇ / b> A of the light shielding film 41 in the phase difference detection pixel 40 has a size that is about half of the unit pixel in plan view.
  • the light shielding film 41 is formed as a part of the wiring layer 42, specifically, with the lowermost wiring layer of the wiring layer 42 also serving as the light shielding film.
  • An insulating film 44 is formed on the interlayer insulating film 43 including the light shielding film 41 and the wiring layer 42, a color filter 45 is formed on the insulating film 44, and a flat surface made of an acrylic resin or the like is formed on the color filter 45.
  • a microlens (on-chip lens) 47 is sequentially laminated on the planarizing film 46.
  • the light shielding film 41 may be formed exclusively for the wiring layer 42 in addition to being formed as the lowermost wiring layer of the wiring layer 42.
  • the light shielding film 41 is formed of a light shielding material such as tungsten (W), titanium (Ti), aluminum (Al), copper (Cu), or the like.
  • the structure of the light shielding film 41 shown in FIGS. 4A and 4B is a case where the phase difference detection pixels are arranged in the left-right direction in the effective pixel region and the right and left light beams from the exit pupil are separated.
  • the structure of the light shielding film 41 in the phase difference detection pixel 40 when arranged in the vertical direction in the effective pixel region is a structure in which the opening 41A is rotated by 90 ° in each of A and B of FIG.
  • phase difference detection pixel 40 and the imaging pixel (unit pixel) 20 are structurally different in the size of the opening 41A provided in the light shielding film 41 and the focal length of the microlens 47.
  • the microlens (first microlens) formed corresponding to the imaging pixel 20 has a focal position on the light receiving surface of the photodiode 21. Preferably it is formed.
  • the focal position of the microlens (second microlens) formed corresponding to the phase difference detection pixel 40 is the light shielding film 41. It is preferable to be formed so as to be positioned.
  • the microlens formed corresponding to the phase difference detection pixel 40 is preferably formed so as to have a shorter focal length than the microlens formed corresponding to the imaging pixel 20. .
  • the shorter focal length means that the focal position of the microlens formed corresponding to the phase difference detection pixel 40 is located away from the light receiving surface of the photodiode 21.
  • FIG. 5A schematically shows a cross section of the micro lens 47 in the opposite direction
  • FIG. 5B schematically shows a cross section of the micro lens 47 in the diagonal direction.
  • the microlens 47 is formed in a substantially square shape in plan view.
  • the opposite side direction indicates the pixel array direction.
  • the pixel array direction is, for example, the row direction x or the column direction y shown in FIG.
  • the opposite side direction indicates the horizontal direction of the pixel array unit 12 of FIG.
  • the diagonal direction is the diagonal direction of the microlens 47 formed in a square shape. Therefore, the diagonal direction is inclined with respect to the pixel array direction, and in this example, the opposite side direction indicates an oblique direction of the pixel array unit 12 of FIG.
  • the light (light flux) is incident on the microlens 47 from the exit pupil area of the imaging lens (not shown). Then, the light that has passed through the microlens 47 is guided to the light shielding film 41 having the opening 41A that is about half the size of the unit pixel in plan view.
  • the left half of the light shielding film 41 is the opening 41A, only the right side light incident from the exit pupil region passes through the opening 41A and is positioned below the light shielding film 41. It is preferably guided to the photodiode 21. At this time, the left side light incident from the exit pupil region is shielded by the light shielding film 41.
  • the curvature radius r1 of the lens surface in the cross section is the focal position fp is the position of the light shielding film 41. Therefore, the light incident from the left and right sides of the exit pupil passes through the opening 41A of the light shielding film 41 or is shielded by the light shielding film 41, respectively.
  • the bottom surface is formed on the same plane as the bottom surface of the lateral lens portion.
  • the radius of curvature r2 of the lens surface in the cross section is larger than the radius of curvature r1 of the lens surface in the cross section in the lateral direction, and the focal position fp is closer to the photodiode 21 than the light shielding film 41. End up. That is, since the focal length becomes long, the left and right lights are not well separated by the light shielding film 41, and the detection accuracy (hereinafter also referred to as AF detection accuracy) of the phase difference detection pixel 40 is lowered.
  • the microlens 47 that forms the lens array by being formed corresponding to the pixels arranged in the pixel array unit 12 has a substantially spherical surface.
  • a rectangular shape square shape
  • the corners of the four corners are formed without being rounded off.
  • the corners of the four corners of the microlens 47 are such that the distance c between the corners of the microlenses 47 adjacent in the diagonal direction is approximately the wavelength of light in the visible light region. It is formed to be smaller than ⁇ m.
  • the microlens 47 in the CMOS image sensor 10 of the present technology is opposed to the bottom surface in the vicinity of the opposite side boundary part including the opposite side central part of the pixel boundary part in a cross-sectional view, that is, from the bottom surface in the lateral direction (aa ′ direction).
  • the bottom surface in the vicinity of the diagonal boundary portion including the corner boundary portion, that is, the bottom surface in the oblique direction (bb ′ direction) is formed to be low.
  • FIG. 7A schematically shows a cross section of the micro lens 47 in the opposite direction
  • FIG. 7B schematically shows a cross section of the micro lens 47 in the diagonal direction.
  • the microlens 47 is described as being formed in a substantially square shape in plan view, but may be formed in a substantially rectangular shape in plan view.
  • the curvature radius r1 of the lens surface in the cross section is the focal position fp is the position of the light shielding film 41. Therefore, the light incident from the left and right sides of the exit pupil passes through the opening 41A of the light shielding film 41 or is shielded by the light shielding film 41, respectively.
  • the bottom surface is formed lower than the bottom surface of the lateral lens portion, which is shown in FIG.
  • the radius of curvature r2 of the lens surface in the cross section is substantially equal to the radius of curvature r1 of the lens surface in the cross section in the lateral direction
  • the focal position fp is the position of the light shielding film 41.
  • the microlens 47 of the present technology is applied to the phase difference detection pixel 40 having a pixel size (the length of one side of a square pixel region) of 3 ⁇ m or more.
  • the curvature radius r of the lens surface uses the width d of the bottom surface in a cross section passing through the vertex of the lens surface and the height t of the vertex of the lens surface with respect to the bottom surface.
  • r (d 2 + 4t 2 ) / 8t
  • the curvature radius ratio r1 / r2 that is the ratio of the curvature radius r1 and the curvature radius r2 shown in FIG. , 0.98 to 1.20.
  • ⁇ Microlens formation method> By the way, as a general method for forming a microlens, a thermal melt flow method and a dry etching method are known.
  • thermo melt flow method After a microlens material made of a photosensitive resin is applied to a substrate, pre-baking, exposure, development, and bleaching exposure are sequentially performed, and heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the thermal softening point of the photosensitive resin.
  • This is a technique for forming a convex lens on top by performing (thermal melt flow).
  • thermo melt flow when the fluidized resin comes into contact, the pattern flows due to surface tension, and the lens shape is destroyed. Therefore, when heat treatment is performed, conditions are set so that the photosensitive resin patterns formed corresponding to adjacent pixels are not fused.
  • a photosensitive resin is applied thereon, and pre-baking, exposure, and development are sequentially performed, and heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the thermal softening point of the photosensitive resin.
  • This is a technique in which a mask layer having a convex lens shape is formed thereon, and this mask layer is etched and transferred to the underlying microlens material.
  • the microlens can be formed to be larger than the dimension of the mask layer in a plan view, it is possible to form a lens having a wide effective area and a high light collecting property.
  • a resist pattern 51 having a circular shape and a rectangular cross section in plan view is formed for each pixel.
  • the surface of the resist pattern 51 is deformed into a spherical lens shape as shown on the right side of FIG.
  • the resist pattern 51 is deformed so that the radii of curvature are substantially equal in the circumferential direction.
  • the entire surface is etched back under the condition that the distance between the lenses corresponding to the adjacent pixels is reduced, and the resist pattern 51 is etched and transferred to the underlying microlens material. A lens array with a reduced interval is formed.
  • the distance w is the exposure apparatus used, the material type, and the process conditions. (Heat treatment temperature, time, etc.)
  • the distance w is about 0.2 to 0.6 ⁇ m.
  • the pixel size is a
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship of the distance x to the pixel size a when the resist pattern 51 is formed so that the distance w is 0.35 ⁇ m based on the above-described approximate expression.
  • the diagonal distance x increases as the pixel size increases.
  • the microlens of the present technology is formed to be substantially equal to the pixel region in plan view, it is necessary to perform a dry etching process until the distance w and the distance x become 0 in the formation process. .
  • the distance w and the distance x between adjacent pixels also increase, so that the time required for the dry etching process for setting the distance w and the distance x to 0 becomes longer.
  • the dry etching process when the pixel size is 4 ⁇ m takes approximately 2.6 times as long as the pixel size is 1 ⁇ m.
  • the time required for the dry etching process is increased, the manufacturing cost is increased and the characteristics are deteriorated due to an increase in plasma damage to the solid-state imaging device.
  • the microlens material is formed on the substrate, a photosensitive resin is applied thereon and prebaked, and then exposure is started using a photomask 61 as shown in FIG.
  • the black part is a light shielding part that shields the exposure light
  • the white part is a transmission part that transmits the exposure light.
  • the transmissive portion corresponds to a portion where the resist pattern remains by exposure
  • the transmissive portion corresponds to a portion where the resist pattern is developed and removed by exposure.
  • the exposure apparatus for example, a reduction exposure apparatus having a projection magnification of 1/4 is used, and as the exposure light, excimer laser such as i-line, KrF, ArF or the like is used.
  • excimer laser such as i-line, KrF, ArF or the like
  • the exposure light excimer laser such as i-line, KrF, ArF or the like
  • the exposure light excimer laser such as i-line, KrF, ArF or the like
  • the width in the oblique (diagonal) direction of the light shielding portion corresponding to the unit pixel is set to ⁇ 2 times the width in the horizontal direction.
  • FIG. 11B shows a positive photoresist pattern mainly composed of a novolak resin and the like, which is exposed using a photomask 61 and developed using an organic alkaline aqueous solution such as tetramethylhydroxide. Yes.
  • the corners of the four corners are slightly rounded due to the influence of light diffraction or the like at the time of exposure. Therefore, the width of the photoresist pattern 62 in the oblique (diagonal) direction. Is slightly smaller than ⁇ 2 times the width in the horizontal direction.
  • the surface of the photoresist pattern 62 is spherical as shown in FIG. 11C. become.
  • the photoresist pattern 62 shown in FIG. 11C is etched and transferred to a microlens material made of styrene resin or the like formed on the base.
  • This dry etching process is performed using, for example, a fluorocarbon-based etching gas CF4 until the effective area of the formed microlens is enlarged to be substantially equal to the pixel region and the interval between the microlenses is eliminated.
  • a microlens 63 that is substantially equal to the pixel region in plan view as shown in FIG. 11D is formed.
  • the applicant of the present invention when the microlens 63 is formed with the interval w in FIG. 11A constant 1.4 ⁇ m by the above-described method, the curvature radius ratio to the pixel size (the curvature of the lens surface in the cross section in the opposite direction). The relationship of radius r1 / curvature radius r2) of the lens surface in the diagonal section was examined. The result is shown in FIG.
  • the radius-of-curvature ratio is smaller than 1.1, but when the pixel size exceeds 2 ⁇ m, it has been found that the radius-of-curvature ratio exceeds 1.2.
  • FIG. 13A shows a plan view of the photoresist pattern 62 when the pixel size is 3.0 ⁇ m
  • FIG. 13B shows a plan view of the photoresist pattern 62 when the pixel size is 1.0 ⁇ m. Show.
  • the photoresist pattern 62 formed by the development process is formed with rounded corners.
  • the roundness is such that the size of the light-shielding portion (the length of one side of the square-shaped light-shielding portion) of the photomask 61 shown in FIG.
  • the interval is 0.65 ⁇ m, and the pixel size is equivalent to 1.0 ⁇ m.
  • the width in the oblique direction (diagonal direction) with respect to the width in the lateral direction (opposite direction) of the photoresist pattern 62 is a sufficiently large value, and the photoresist pattern 62 is viewed in plan view. It is formed in a shape close to a square.
  • the photoresist pattern 62 is formed in a substantially circular shape in plan view.
  • the photoresist pattern 62 is formed so that the curvature radii are substantially equal in the circumferential direction, as in the example of FIG.
  • Such a photoresist pattern 62 is etched and transferred to a microlens material formed on the base, thereby forming a microlens having a curvature radius ratio of 1.1 or less.
  • the pixel size is 2.0 ⁇ m or less, as a result, microlenses having substantially equal curvature radii in the circumferential direction are formed, and the curvature radius ratio is 1.1 or less.
  • the pixel size in such a solid-state imaging device is generally about 3 to 6 ⁇ m.
  • the curvature radius ratio of the microlens exceeds 1.2.
  • the curvature radius ratio was 1.34.
  • the applicant of the present invention examined the AF characteristics of the solid-state imaging device including the microlens, but could not obtain a favorable AF characteristic.
  • FIG. 14 is a flowchart for explaining a microlens formation process
  • FIG. 15 is a plan view, a cross-sectional view in the horizontal direction, and a cross-sectional view in the oblique direction showing the steps of forming the microlens.
  • step S11 a microlens material made of styrene resin or the like is formed on the planarizing film.
  • step S12 a positive photoresist pattern made of novolac resin or the like is formed on the microlens material by photolithography.
  • a photoresist pattern 71 is formed into an upward convex lens shape by heat treatment, as shown in step A of FIG.
  • the photoresist pattern 71 has a larger width in the oblique direction (b-b 'direction) than the width in the horizontal direction (a-a' direction), and is more diagonal than the radius of curvature of the cross section in the opposite direction. The curvature radius of the cross section becomes larger.
  • step S14 the photoresist pattern 71 is transferred by etching to the microlens material formed on the base, thereby performing a dry etching process.
  • Etching equipment includes microwave plasma etching equipment, parallel plate RIE (Reactive Ion Etching) equipment, high-pressure narrow gap plasma etching equipment, ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching equipment, transformer coupled plasma etching equipment, Other high-density plasma etching apparatuses such as an inductively coupled plasma etching apparatus and a helicon wave plasma etching apparatus are used.
  • etching gas As the etching gas, at least two kinds of gases, that is, a first group gas for controlling the etching rate and a second group gas for controlling CD (Critical Dimension) gain are used.
  • the first group of gases includes CF4, NF3, SF6, etc.
  • the second group of gases includes C3F8, C4F8, C4F6, C5F8, C2F6, and the like.
  • F radicals and CF radicals in plasma.
  • F radicals act on etching in the depth direction with respect to the photoresist pattern and the microlens
  • CF radicals act on enlargement of the effective area of the microlens by fluorocarbon-based deposits. That is, the first group of gases generates a large amount of F radicals, and the second group of gases generates a large amount of CF radicals.
  • the ratio of the first group gas to the second group gas is appropriately adjusted in the microlens so as to obtain a desired curvature radius ratio, and other gases may be added.
  • the photoresist pattern 71 and the microlens 72 are etched in the depth direction, and the effective area of the microlens is enlarged.
  • the microlenses 72 corresponding to the pixels adjacent in the horizontal direction (aa ′ direction) are in contact with each other.
  • the curvature radius of the cross section in the diagonal direction is slightly larger than the curvature radius of the cross section in the opposite direction.
  • step C in FIG. 15 By performing dry etching further continuously from the state of step B in FIG. 15, in step C in FIG. 15, the microlenses 72 corresponding to pixels adjacent to each other in the oblique direction (bb ′ direction) are in contact with each other. It has become a state. At this time, the microlens 72 is substantially free from a gap with the microlens 72 corresponding to the adjacent pixel in plan view. At this time, in the microlens 72, the radius of curvature of the cross section in the lateral direction (opposite direction) comes closer to the radius of curvature of the cross section in the oblique direction (diagonal direction).
  • the effective area of the microlens is expanded, and the radius of curvature of the cross section in the opposite direction approaches the radius of curvature of the cross section in the diagonal direction. That is, the curvature radius ratio comes close to 1.0, which leads to improvement of AF characteristics.
  • the applicant manufactured a microlens (lens array) using the above-described technique for a solid-state imaging device with an APS-C size and a pixel size of 3.9 ⁇ m.
  • the curvature-radius ratio was 1.20 and good AF characteristics.
  • the applicant of the present technology evaluated the AF characteristic when the curvature ratio was changed between 1.20 and 1.34 by changing the etching conditions in the technique of the present technology described above. Couldn't get. Therefore, in order to obtain good AF characteristics, it can be said that the radius of curvature ratio is desirably 1.20 or less.
  • FIG. 16 is a flowchart for explaining a microlens formation process
  • FIG. 17 is a cross-sectional view in the horizontal direction and a cross-sectional view in the oblique direction showing the process of forming the microlens.
  • steps S31 to S34 in the flowchart of FIG. 16 are the same as steps S11 to S14 in the flowchart of FIG.
  • step S34 as shown in step C of FIG. 17, after the microlens 72 is formed by dry etching, in step S35, on the microlens 72, as shown in step D of FIG. A first inorganic film 81 is formed.
  • the first inorganic film 81 is formed by depositing SiON or the like at a temperature of about 160 to 200 ° C. by a dry film forming method such as plasma CVD (Chemical Vapor Deposition). At this time, the film forming conditions are adjusted so that the refractive index of SiON is substantially equal to the refractive index of about 1.57 to 1.61 of the microlens material made of polystyrene resin.
  • a dry film forming method such as plasma CVD (Chemical Vapor Deposition).
  • the film formation speed of the first inorganic film 81 is fast in the vicinity of the top portion 81a of the microlens 72 having a large average free process due to the difference in the average free process of the film forming molecules.
  • the process becomes slow.
  • the film formation speed in the vicinity of the groove 81c of the microlens 72 is the slowest, in the microlens 72, the curvature radius of the cross section in the lateral direction (aa ′ direction) and the oblique direction (bb direction).
  • the difference from the radius of curvature of the cross section becomes smaller.
  • the curvature radius ratio was improved from 1.20 after dry etching to 1.15.
  • step S36 the second inorganic film 82 is formed on the first inorganic film 81 as shown in step E of FIG.
  • the second inorganic film 82 is formed by depositing SiO, SiOC, SiOF, SiOCH or the like having a refractive index lower than that of SiON at a temperature of about 160 to 200 ° C. At this time, the second inorganic film 82 functions as an antireflection film of the microlens 72 by being formed so that the film thickness becomes 1 ⁇ 4 of the wavelength of visible light.
  • the relationship in refractive index between the microlens 72, the first inorganic film 81, and the second inorganic film 82 is as follows.
  • the second inorganic film 82 acts as an antireflection film for the microlens 72, the reflectance at the microlens 72 can be reduced, and the sensitivity characteristics of the solid-state imaging device can be improved and flare can be reduced. Therefore, the image quality can be further improved.
  • the first inorganic film 81 is formed by depositing SiON, SiN or the like having a higher refractive index than that of the microlens 72 at a temperature of about 160 to 200 ° C., and the second inorganic film 81 is formed.
  • SiO, SiOC, SiOF, SiOCH or the like having a lower refractive index than the microlens 72 and the first inorganic film 81 may be deposited at a temperature of about 160 to 200 ° C.
  • the first inorganic film 81 and the second inorganic film 82 function as a two-layer antireflection film. Thereby, the reflectance at the microlens 72 can be further reduced.
  • the refractive index of the microlens 72, the first inorganic film 81, and the second inorganic film 82 is as follows.
  • the applicant of the present application investigated the relationship between the radius of curvature ratio with respect to the pixel size when the microlens 72 was formed by the above-described two examples of the technique of the present technology. The result is shown in FIG.
  • the curvature radius ratio can be suppressed even when the pixel size is 3 to 5 ⁇ m. Therefore, the APS-C size, the 35 mm full size, and the like are particularly mixed and provided in the imaging pixels. It is possible to improve the AF characteristics of a solid-state imaging device including a microlens formed corresponding to the phase difference detection pixel.
  • the film type formed by the dry film formation method described above is not limited to SiON, SiN, SiO, SiOC, etc., but ZnO, ZrO, Al2O3, TiO2, CaF2, LiF, MgO, etc. can also be used.
  • the refractive index is appropriately adjusted as appropriate.
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • Solid-state imaging devices to which the present technology can be applied are roughly classified into a front-illuminated solid-state imaging device and a back-illuminated solid-state imaging device.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view showing a structural example of a surface irradiation type solid-state imaging device.
  • the gate electrode 103 of the pixel transistor is formed on the insulating film 102 formed on the upper layer of the photodiode 101.
  • a wiring layer 104 as a layer is formed.
  • the gate electrode 103, the wiring layer 104, and the wiring layer 104 are electrically connected to each other through a contact 105.
  • a planarizing film 106 is formed on the wiring layer 104, and a color filter 107 is formed on the planarizing film 106.
  • a micro lens 108 is formed on the color filter 107.
  • the first layer (lowermost layer) wiring layer 104 is formed as a light shielding film that performs pupil division in the phase difference detection pixel.
  • the distance t1 between the light shielding film and the surface of the photodiode 101 in the phase difference detection pixel is a thickness including the contact 105.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing a structural example of a backside illumination type solid-state imaging device.
  • a light shielding film 113 is formed for each pixel on an insulating film 112 formed on the upper layer of the photodiode 111, and a color filter is formed on the upper layer. 114 is formed. A micro lens 115 is formed on the color filter 114.
  • pixel transistors and wiring layers are formed on the surface opposite to the surface on which the microlens 115 is formed.
  • the light shielding film 113 provided for each pixel is formed as a light shielding film that performs pupil division in the phase difference detection pixels. Accordingly, in the example of FIG. 20, the distance t2 between the light shielding film and the surface of the photodiode 111 in the phase difference detection pixel can be made shorter than the distance t1 of FIG.
  • the microlens of the present technology can also be applied to a microlens corresponding to an imaging pixel in the above-described front-illuminated solid-state imaging device or back-illuminated solid-state imaging device.
  • a solid-state imaging device including a pixel array in which phase difference detection pixels are mixed in the imaging pixels the manufacturing process of the microlens corresponding to the imaging pixel and the microlens corresponding to the phase difference detection pixel can be collectively performed.
  • microlenses (lens arrays) having the same shape can be formed, and an increase in the number of processes can be avoided.
  • the focal position of the microlens corresponding to the phase difference detection pixel is preferably adjusted to the light shielding film from the viewpoint of improving the AF characteristics, and the focal position of the microlens corresponding to the imaging pixel is from the viewpoint of improving the sensitivity characteristics. It is preferable to match the surface of the photodiode.
  • the back-illuminated solid-state imaging device has a shorter distance between the light shielding film and the photodiode surface. Therefore, when a microlens having the same shape is collectively formed by the imaging pixel and the phase difference detection pixel, the characteristic deterioration of each pixel can be suppressed as compared with the surface irradiation type solid-state imaging device.
  • an in-layer lens is provided as a configuration for correcting the shift of the focal position of the microlens corresponding to each pixel. It may be.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing a pixel structure having a downward convex in-layer lens formed on a color filter.
  • a cross-sectional structure of two pixels of the imaging pixel 20 and the phase difference detection pixel 40 which are adjacent to each other is shown.
  • a light shielding film 41 having an opening 41A that passes one of the pupil-divided light is formed only for the phase difference detection pixel 40, and further flattened on the color filter 45 A lower convex in-layer lens 121 is formed in the film 46.
  • the light shielding film 41 also functions as a light shielding film that is formed corresponding to the unit pixel and shields light between pixels. The unevenness of the light shielding film 41 is flattened by the flattening film 48.
  • the color filter 45 corresponding to the imaging pixel 20 is formed as a color filter of each color of red, green, and blue.
  • the color filter 45 corresponding to the phase difference detection pixel 40 is formed as a layer made of a green or cyan color filter, a film that transmits visible light, or a black pigment such as carbon black or titanium black.
  • the planarizing film 46 may be embedded after the color filter 45 corresponding to the imaging pixel 20 is formed without providing the color filter 45 corresponding to the phase difference detection pixel 40.
  • the planarizing film 46 is an acrylic resin having a refractive index of about 1.5, a siloxane resin having a refractive index of about 1.45 to 1.5, and fluorine is added to these resins to adjust the refractive index to about 1.4 to 1.44. And a resin having a refractive index adjusted to about 1.2 to 1.39 by adding hollow silica fine particles.
  • the portion of the planarizing film 46 where the lower convex inner lens 121 is formed is processed into a shape corresponding to the lower convex inner lens 121 by photolithography and dry etching.
  • the lower convex in-layer lens 121 is preferably in a circular shape in plan view, and has a radius of curvature r of a circumferential section around the midpoint in plan view. It is formed to be equal regardless of the position.
  • the lower convex in-layer lens 121 is preferably formed integrally with the microlens 47 using the same material as the microlens 47.
  • the microlens 47 is, for example, a styrene resin having a refractive index of approximately 1.57 to 1.61, a novolac resin having a refractive index of approximately 1.6, a polyimide resin having a refractive index of approximately 1.7, or, for example, zinc oxide, zirconium oxide, or niobium oxide.
  • a resin whose refractive index is adjusted to about 1.7 to 2.0 by adding metal oxide fine particles such as titanium oxide and tin oxide into the resin the imaging pixel and the phase difference detection pixel are collectively formed in the same shape. Is done.
  • the lower convex in-layer lens 121 corrects the focal position of the light collected by the micro lens 47 toward the micro lens 47, and the focal position of the lower convex in-layer lens 121 is Since it is constant regardless of the position in the circumferential direction in plan view, the AF characteristics of the solid-state imaging device can be improved regardless of the distance between the light shielding film and the photodiode.
  • the configuration in which the lower convex in-layer lens 121 is formed in the planarizing film 46 on the color filter 45 has been described as an example.
  • the planarizing film is formed below the color filter 45.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing a pixel structure having an upward convex in-layer lens formed on a color filter.
  • a cross-sectional structure of two pixels of the imaging pixel 20 and the phase difference detection pixel 40 which are adjacent to each other is shown.
  • only the phase difference detection pixel 40 is formed with a light shielding film 41 having an opening 41A that passes through one of the pupil-divided light, and further flattened on the color filter 45.
  • An upper convex in-layer lens 122 is formed in the film 46.
  • the light shielding film 41 also functions as a light shielding film that is formed corresponding to the unit pixel and shields light between pixels. The unevenness of the light shielding film 41 is flattened by the flattening film 48.
  • the color filter 45 corresponding to the imaging pixel 20 is formed as a color filter of each color of red, green, and blue.
  • the color filter 45 corresponding to the phase difference detection pixel 40 is formed as a layer made of a green or cyan color filter, a film that transmits visible light, or a black pigment such as carbon black or titanium black. Note that the color filter 45 corresponding to the phase difference detection pixel 40 is not provided, and the color filter cover film 45A made of acrylic resin or the like is embedded after the color filter 45 corresponding to the imaging pixel 20 is formed. May be.
  • the upper convex in-layer lens 122 preferably has a circular shape in a plan view, and a radius of curvature r of a circumferential section around a midpoint in the plan view is It is formed to be equal regardless of the position.
  • the upper convex inner lens 122 is, for example, a styrene resin having a refractive index of about 1.57 to 1.61, a novolac resin having a refractive index of about 1.6, a polyimide resin having a refractive index of about 1.7, or, for example, zinc oxide or zirconium oxide.
  • the flattening film 46 is made of an acrylic resin having a refractive index of about 1.5 lower than the refractive index of the upper convex inner lens 122, a siloxane resin having a refractive index of about 1.45 to 1.5, and fluorine added to these resins.
  • a resin whose refractive index is adjusted to about 1.4 to 1.44, a resin whose refractive index is adjusted to about 1.2 to 1.39 by adding hollow silica fine particles, and the like are formed.
  • the microlens 47 is formed, for example, with a styrenic resin and the like in a batch with an imaging pixel and a phase difference detection pixel.
  • the upper convex in-layer lens 122 corrects the focal position of the light condensed by the micro lens 47 toward the micro lens 47, and the focal position is determined by the upper convex in-layer lens 122. Since it is constant regardless of the position in the circumferential direction in plan view, the AF characteristics of the solid-state imaging device can be improved regardless of the distance between the light shielding film and the photodiode.
  • the configuration in which the upper convex in-layer lens 122 is formed in the planarizing film 46 on the color filter 45 has been described as an example.
  • the planarizing film is formed below the color filter 45.
  • the present technology is not limited to application to a solid-state imaging device, and is generally an electronic device including a solid-state imaging device, such as an imaging device such as a digital still camera or a video camera, or a mobile terminal device having an imaging function such as a mobile phone. Can be applied.
  • a solid-state imaging device such as an imaging device such as a digital still camera or a video camera
  • a mobile terminal device having an imaging function such as a mobile phone. Can be applied.
  • FIG. 25 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus that is an example of an electronic apparatus to which the present technology is applied.
  • the imaging apparatus 200 includes an optical system including an imaging lens 201, an imaging element 202, a DSP (Digital Signal Processor) circuit 203 as a camera signal processing unit, a frame memory 204, a display device 205, a recording A device 206, an operation system 207, a power supply system 208, and the like are included.
  • the DSP circuit 203, the frame memory 204, the display device 205, the recording device 206, the operation system 207, and the power supply system 208 are connected via a bus line 209 so that they can communicate with each other.
  • the imaging lens 201 captures incident light from the subject and forms an image on the imaging surface of the imaging element 202.
  • the imaging element 202 converts the amount of incident light imaged on the imaging surface by the imaging lens 201 into an electrical signal in units of pixels and outputs it as a pixel signal.
  • a solid-state imaging device of the present technology including a phase difference detection pixel can be used as the imaging element 202.
  • the display device 205 includes a panel display device such as a liquid crystal display device or an organic EL (Electro Luminescence) display device, and displays a moving image or a still image captured by the image sensor 202.
  • the recording device 206 records a moving image or a still image captured by the image sensor 202 on a recording medium such as a memory card, a video tape, or a DVD (Digital Versatile Disk).
  • the operation system 207 issues operation commands for various functions of the imaging apparatus 200 under the operation of the user.
  • the power supply system 208 appropriately supplies various power supplies serving as operation power supplies for the DSP circuit 203, the frame memory 204, the display device 205, the recording device 206, and the operation system 207 to these supply targets.
  • the imaging apparatus 200 includes a lens driving unit 210 that drives the imaging lens 201 in the optical axis direction.
  • the lens driving unit 210 and the imaging lens 201 constitute a focus mechanism that adjusts the focus.
  • the imaging apparatus 200 is controlled by the system controller 211 such as a focus mechanism and various components described above.
  • the system controller 211 performs focus control for moving the imaging lens 201 in the optical axis direction via the lens driving unit 210 to bring the image lens 201 into focus.
  • a microlens formed corresponding to the phase difference detection pixel provided mixedly in the imaging pixel The microlens is The lens surface is substantially spherical, It is formed in a rectangular shape in plan view and is formed without substantially rounding off the corners of the four corners, A lens array formed such that a bottom surface in the vicinity of the opposite boundary including the opposite central portion of the pixel boundary in a cross-sectional view is higher than a bottom in the vicinity of the diagonal boundary including the diagonal boundary.
  • the microlens is Formed in a square shape in plan view, A first radius of curvature that is the radius of curvature of the lens surface in the cross section of the opposite side central portion and a second radius of curvature that is the radius of curvature of the lens surface in the cross section of the diagonal boundary portion are substantially equal.
  • the lens array according to (1) which is formed.
  • the pixel size of the phase difference detection pixel is 3 ⁇ m or more
  • a curvature radius ratio r1 / r2 that is a ratio between the first curvature radius r1 and the second curvature radius r2 is a value included in a range of 0.98 to 1.20.
  • a method of manufacturing a lens array comprising microlenses formed corresponding to phase difference detection pixels provided mixedly with imaging pixels, The microlens, The lens surface is substantially spherical, Formed in a rectangular shape in plan view and formed without rounding off the corners of the four corners,
  • a method of manufacturing a lens array comprising: forming a bottom surface in the vicinity of the opposite boundary portion including the central portion of the opposite side of the pixel boundary portion in a cross-sectional view so as to be higher than a bottom surface in the vicinity of the diagonal boundary portion including the diagonal boundary portion.
  • a microlens formed corresponding to the phase difference detection pixel provided mixedly in the imaging pixel is The lens surface is substantially spherical, It is formed in a rectangular shape in plan view and is formed without substantially rounding off the corners of the four corners,
  • a solid-state imaging device comprising: a lens array formed so that a bottom surface in the vicinity of the opposite boundary including the opposite central portion of the pixel boundary in a cross-sectional view is higher than a bottom in the vicinity of the diagonal boundary including the diagonal boundary.
  • a microlens formed corresponding to the phase difference detection pixel provided mixedly in the imaging pixel The microlens is The lens surface is substantially spherical, It is formed in a rectangular shape in plan view and is formed without substantially rounding off the corners of the four corners,
  • a solid-state imaging device including a lens array formed so that a bottom surface in the vicinity of the opposite boundary including the opposite central portion of the pixel boundary in a cross-sectional view is higher than a bottom in the vicinity of the diagonal boundary including the diagonal boundary.
  • Electronic equipment provided.
  • CMOS image sensor 10 CMOS image sensor, 12 pixel array section, 20 image pickup pixels, 40 phase difference detection pixels, 41 light shielding film, 47 microlens, 200 image pickup device, 202 image pickup device

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Abstract

　本技術は、画質の劣化を抑えつつ、AF特性を向上させることができるようにするレンズアレイおよびその製造方法、固体撮像装置、並びに電子機器に関する。 レンズアレイは、撮像画素に混在して設けられる位相差検出画素に対応して形成されるマイクロレンズを備え、マイクロレンズは、そのレンズ面が実質的に球面をなし、平面視において矩形形状に形成されるとともに四隅の角が略角取りされることなく形成され、断面視において画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面が、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高くなるように形成される。本技術は、例えばCMOSイメージセンサのレンズアレイに適用することができる。

Description

レンズアレイおよびその製造方法、固体撮像装置、並びに電子機器
　本技術は、レンズアレイおよびその製造方法、固体撮像装置、並びに電子機器に関し、特に、画質の劣化を抑えつつ、AF特性を向上させることができるようにするレンズアレイおよびその製造方法、固体撮像装置、並びに電子機器に関する。
　撮像装置において、自動的に焦点が合った状態（合焦状態）にするAF（Auto Focus）方式は、大別すると、コントラスト検出方式と位相差検出方式とに分類される。位相差検出方式は、コントラスト検出方式に比べて高速AF動作が可能である点で優れている。
　位相差検出方式としては、瞳分割型位相差検出方式が一般に知られている。瞳分割型位相差検出方式は、同一受光領域（撮像領域）に撮像画素とは別に、位相差検出用（焦点検出用）の画素（以下、位相差検出画素という）を設けて撮像面でAF測距する、すなわち、焦点のずれ方向およびずれ量を表す位相差検出信号を得る、という方式である。
　固体撮像装置の撮像領域に位相差検出画素を組み込んだ場合、撮像画素の高い感度特性を維持しつつ、位相差検出画素の位相差検出の感度を高め、AF特性を向上させる必要がある。そのため、従来は、画素に対応して開口部を有して形成された遮光膜を、撮像画素と比較してその開口部を小さく形成し、かつ、位相差検出画素に対応するマイクロレンズの焦点を前ピンにするようにしていた（例えば、特許文献１参照）。ここで、「前ピン」とは、ピント（焦点）が被写体よりも手前にずれている状態を言う。
特開２００９－１０９９６５号公報
　しかしながら、特許文献１の技術では、位相差検出画素に対応するマイクロレンズの焦点を前ピンにするために、そのマイクロレンズの平面視における形状を円形としているため、隣接画素との間に隙間ができてしまう。
　その結果、隙間に入り込んだ光が隣接画素に入射することで混色が発生したり、マイクロレンズで集光しきれなかった光がマイクロレンズより下層に形成されている配線メタル等に反射することでフレアが発生し、出力される画像の画質が劣化するおそれがあった。
　本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、画質の劣化を抑えつつ、AF特性を向上させることができるようにするものである。
　本技術の一側面のレンズアレイは、撮像画素に混在して設けられる位相差検出画素に対応して形成されるマイクロレンズを備え、前記マイクロレンズは、そのレンズ面が実質的に球面をなし、平面視において矩形形状に形成されるとともに四隅の角が略角取りされることなく形成され、断面視において画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面が、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高くなるように形成される。
　前記マイクロレンズは、平面視において正方形形状に形成され、前記対辺中央部の断面における前記レンズ面の曲率半径である第１の曲率半径と、前記対角境界部の断面における前記レンズ面の曲率半径である第２の曲率半径とは略等しくなるように形成されるようにすることができる。
　前記位相差検出画素の画素サイズは、３μｍ以上とされ、前記レンズ面の曲率半径ｒが、前記レンズ面の頂点を通る断面での底面の幅ｄと、前記底面を基準とした前記レンズ面の頂点の高さｔとを用いて、ｒ＝（ｄ２＋４ｔ２）／８ｔで表される場合、前記第１の曲率半径ｒ１と前記第２の曲率半径ｒ２との比である曲率半径比ｒ１／ｒ２は、0.98乃至1.20の範囲に含まれる値とされるようにすることができる。
　前記レンズ面表面に、反射防止膜として、少なくとも１層の無機膜が形成されるようにすることができる。
　前記無機膜は、前記第１の曲率半径ｒ１と前記第２の曲率半径ｒ２との差を小さくするようにすることができる。
　本技術の一側面のレンズアレイの製造方法は、撮像画素に混在して設けられる位相差検出画素に対応して形成されるマイクロレンズを備えるレンズアレイの製造方法であって、前記マイクロレンズを、そのレンズ面を実質的に球面とし、平面視において矩形形状に形成するとともに四隅の角を略角取りされることなく形成し、断面視において画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面を、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高くなるように形成するステップを含む。
　本技術の一側面の固体撮像装置は、撮像画素に混在して設けられる位相差検出画素に対応して形成されるマイクロレンズを備え、前記マイクロレンズが、そのレンズ面が実質的に球面をなし、平面視において矩形形状に形成されるとともに四隅の角が略角取りされることなく形成され、断面視において画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面が、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高くなるように形成されるレンズアレイを備える。
　本技術の一側面の電子機器は、撮像画素に混在して設けられる位相差検出画素に対応して形成されるマイクロレンズを備え、前記マイクロレンズが、そのレンズ面が実質的に球面をなし、平面視において矩形形状に形成されるとともに四隅の角が略角取りされることなく形成され、断面視において画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面が、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高くなるように形成されるレンズアレイを備える固体撮像装置を備える。
　本技術の一側面においては、マイクロレンズが、そのレンズ面が実質的に球面をなし、平面視において矩形形状に形成されるとともに四隅の角が略角取りされることなく形成され、断面視において画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面が、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高くなるように形成される。
　本技術の一側面によれば、画質の劣化を抑えつつ、AF特性を向上させることが可能となる。
本技術を適用したイメージセンサの一実施の形態を示すブロック図である。 単位画素の回路構成の例を示す図である。 撮像画素および位相差検出画素の構造例を示す断面図である。 位相差検出画素の遮光膜の例を示す図である。 従来の位相差検出画素における焦点位置について説明する図である。 本技術のマイクロレンズの構成例を示す平面図である。 本技術の位相差検出画素における焦点位置について説明する図である。 本技術のマイクロレンズの曲率半径について説明する図である。 従来のドライエッチング法について説明する図である。 画素サイズに対する隣接画素に対応するレジストパターン間の距離について説明する図である。 マイクロレンズの形成の流れについて説明する図である。 画素サイズに対する曲率半径比について説明する図である。 画素サイズと曲率半径比との依存関係について説明する図である。 マイクロレンズ形成処理の例について説明するフローチャートである。 マイクロレンズの形成の工程について説明する図である。 マイクロレンズ形成処理の他の例について説明するフローチャートである。 マイクロレンズの形成の工程について説明する図である。 画素サイズに対する曲率半径比について説明する図である。 表面照射型の固体撮像装置の構成例を示す断面図である。 裏面照射型の固体撮像装置の構成例を示す断面図である。 下凸層内レンズを有する位相差検出画素の構成例を示す断面図である。 下凸層内レンズの円周方向の位置と曲率半径について説明する図である。 上凸層内レンズを有する位相差検出画素の構成例を示す断面図である。 上凸層内レンズの円周方向の位置と曲率半径について説明する図である。 本技術を適用した電子機器の一実施の形態を示すブロック図である。
　以下、本技術の実施の形態について図を参照して説明する。
＜固体撮像装置の構成例＞
　図１は、本技術が適用される固体撮像装置の一実施の形態を示すブロック図である。以下においては、増幅型固体撮像装置の１つであるCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサの構成について説明する。なお、本技術は、CMOSイメージセンサへの適用に限られるものではなく、他の増幅型固体撮像装置やCCD（Charge Coupled Device）イメージセンサ等の電荷転送型の固体撮像装置にも適用可能である。
　図１に示されるCMOSイメージセンサ１０は、半導体基板（以下、チップともいう）１１上に形成された画素アレイ部１２と、画素アレイ部１２と同じチップ１１上に集積された周辺回路部とを有する構成となっている。本例では、周辺回路部として、例えば、行走査部１３、カラム処理部１４、列走査部１５、およびシステム制御部１６が設けられている。
　画素アレイ部１２には、入射光の光量に応じた電荷量の光電荷を発生して内部に蓄積する光電変換部を有する単位画素（以下、単に画素ともいう）が行列状に２次元配置されている。ここで言う「単位画素」とは、撮像信号を得るための撮像画素である。単位画素（撮像画素）の具体的な回路構成については後述する。
　さらに、画素アレイ部１２には、行列状の画素配列に対して画素行毎に画素駆動線１７が行方向（画素行の画素の配列方向）に沿って配線され、画素列毎に垂直信号線１８が列方向（画素列の画素の配列方向）に沿って配線されている。画素駆動線１７は、行走査部１３から行単位で出力される、画素を駆動するための駆動信号を伝送する。図１では、画素駆動線１７について１本の配線として示しているが、１本に限られるものではない。画素駆動線１７の一端は、行走査部１３の各行に対応した出力端に接続されている。
　行走査部１３は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素アレイ部１２の各画素を、例えば行単位で駆動する。ここでは、行走査部１３の具体的な構成については図示を省略するが、一般的に、読出し走査系と掃出し走査系の２つの走査系を有する構成となっている。
　読出し走査系は、単位画素から信号を読み出すために、画素アレイ部１２の単位画素を行単位で順に選択走査する。単位画素から読み出される信号はアナログ信号である。掃出し走査系は、読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対して、その読出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して掃出し走査を行う。
　この掃出し走査系による掃出し走査により、読出し行の単位画素の光電変換部から不要な電荷が掃き出されることによって光電変換部がリセットされる。そして、この掃出し走査系による不要電荷の掃き出し（リセット）により、いわゆる電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換部の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する（光電荷の蓄積を開始する）動作のことをいう。
　読出し走査系による読出し動作によって読み出される信号は、その直前の読出し動作または電子シャッタ動作以降に入射した光量に対応するものである。そして、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素における光電荷の蓄積期間（露光期間）となる。
　行走査部１３によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、垂直信号線１８の各々を通してカラム処理部１４に供給される。カラム処理部１４は、画素アレイ部１２の画素列毎に、選択行の各画素から垂直信号線１８を通して出力される信号に対して所定の信号処理を施すとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
　具体的には、カラム処理部１４は、単位画素の信号を受け、その信号に対して、例えばCDS(Correlated Double Sampling）によるノイズ除去、信号増幅、AD（Analog-Digital）変換等の信号処理を行う。ノイズ除去処理により、リセットノイズや増幅トランジスタの閾値ばらつき等といった画素固有の固定パターンノイズが除去される。なお、ここで例示した信号処理は一例に過ぎず、信号処理としてはこれらに限られるものではない。
　列走査部１５は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、カラム処理部１４の画素列に対応する単位回路を順番に選択する走査を行う。列走査部１５による選択走査により、カラム処理部１４の各単位回路で信号処理された画素信号が順番に水平バス１９に出力され、水平バス１９を通してチップ１１の外部へ伝送される。
　システム制御部１６は、チップ１１の外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータ等を受け取り、また、CMOSイメージセンサ１０の内部情報等のデータを出力する。さらに、システム制御部１６は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、そのタイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部１３、カラム処理部１４、および列走査部１５等の周辺回路部の駆動制御を行う。
＜単位画素の回路構成＞
　図２は、単位画素の回路構成の一例を示す回路図である。
　図２に示されるように、単位画素２０は、光電変換部として、例えばフォトダイオード２１を有している。また、単位画素２０は、フォトダイオード２１に加えて、例えば、転送トランジスタ（読出しゲート部）２２、リセットトランジスタ２３、増幅トランジスタ２４、および選択トランジスタ２５の４つのトランジスタを有している。
　ここでは、４つのトランジスタとして、例えばＮチャネルのMOSトランジスタが用いられている。ただし、ここで例示した転送トランジスタ２２、リセットトランジスタ２３、増幅トランジスタ２４、および選択トランジスタ２５の導電型の組み合わせは一例に過ぎず、これらの組み合わせに限られるものではない。
　また、単位画素２０に対して、画素駆動線１７として、例えば、転送線１７ａ、リセット線１７ｂ、および選択線１７ｃの３本の駆動配線が同一画素行の各画素について共通に設けられている。転送線１７ａ、リセット線１７ｂ、および選択線１７ｃは、それぞれの一端が行走査部１３の各画素行に対応した出力端に画素行単位で接続されており、単位画素２０を駆動する駆動信号である転送パルスφTRF、リセットパルスφRST、および選択パルスφSELを伝送する。
　フォトダイオード２１は、アノード電極が負側電源（例えば、グランド）に接続されており、受光した光（入射光）をその光量に応じた電荷量の光電荷に光電変換してその光電荷を蓄積する。フォトダイオード２１のカソード電極は、転送トランジスタ２２を介して増幅トランジスタ２４のゲート電極と電気的に接続されている。増幅トランジスタ２４のゲート電極と電気的に繋がったノードを、FD（フローティングディフュージョン）部２６という。
　転送トランジスタ２２は、フォトダイオード２１のカソード電極とFD部２６との間に接続されている。転送トランジスタ２２のゲート電極には、高レベル（例えば、Vddレベル）がアクティブ（以下、Highアクティブという）の転送パルスφTRFが転送線１７ａを介して与えられる。これにより、転送トランジスタ２２は導通状態となり、フォトダイオード２１で光電変換された光電荷がFD部２６に転送される。
　リセットトランジスタ２３は、ドレイン電極が画素電源Vddに、ソース電極がFD部２６にそれぞれ接続されている。リセットトランジスタ２３のゲート電極には、HighアクティブのリセットパルスφRSTがリセット線１７ｂを介して与えられる。これにより、リセットトランジスタ２３は導通状態となり、FD部２６の電荷を画素電源Vddに捨てることによってFD部２６がリセットされる。
　増幅トランジスタ２４は、ゲート電極がFD部２６に、ドレイン電極が画素電源Vddにそれぞれ接続されている。そして、増幅トランジスタ２４は、リセットトランジスタ２３によってリセットされた後のFD部２６の電位をリセット信号（リセットレベル）Vrstとして出力する。さらに、増幅トランジスタ２４は、転送トランジスタ２２によって信号電荷が転送された後のFD部２６の電位を光蓄積信号（信号レベル）Vsigとして出力する。
　選択トランジスタ２５は、例えば、ドレイン電極が増幅トランジスタ２４のソース電極に、ソース電極が垂直信号線１８にそれぞれ接続されている。選択トランジスタ２５のゲート電極には、Highアクティブの選択パルスφSELが選択線１７ｃを介して与えられる。これにより、選択トランジスタ２５は導通状態となり、単位画素２０を選択状態として増幅トランジスタ２４から供給される信号が垂直信号線１８に出力される。
　図２の例では、選択トランジスタ２５を、増幅トランジスタ２４のソース電極と垂直信号線１８との間に接続する回路構成としたが、選択トランジスタ２５を、画素電源Vddと増幅トランジスタ２４のドレイン電極との間に接続する回路構成を採ることも可能である。
　また、単位画素２０は、上述した４つのトランジスタからなる画素構成のものに限られるものではない。例えば、増幅トランジスタ２４と選択トランジスタ２５とを兼用した３つのトランジスタからなる画素構成のもの等であってもよく、その画素回路の構成は問わない。
＜位相差検出画素の構造例＞
　上述したCMOSイメージセンサ１０は、瞳分割型の位相差検出を実現するために、位相差検出信号を得るための位相差検出画素を備える。位相差検出信号は、焦点のずれ方向（デフォーカス方向）およびずれ量（デフォーカス量）を表す信号である。
　位相差検出画素は、撮像画素（単位画素２０）が行列状に２次元配置されてなる、図１に示す画素アレイ部１２（有効画素領域）内に混在して設けられる。具体的には、位相差検出画素は、有効画素領域内において、例えば、左右上下方向に交差した状態で設けられる。
　図２に示した画素回路は、撮像画素と位相差検出画素に共通の画素回路である。構造の点では、位相差検出画素は撮像画素と若干異なる。ここで、位相差検出画素の構造の一例について、図３および図４を用いて説明する。図３は撮像画素および位相差検出画素の断面図を、図４は位相差検出画素の遮光膜の平面図をそれぞれ示している。
　撮像画素２０および位相差検出画素４０は、半導体基板１１の表層部に光電変換部であるフォトダイオード２１が形成され、フォトダイオード２１の受光面側に、遮光膜４１が配された構成となっている。撮像画素２０における遮光膜４１は、フォトダイオード２１の受光面（受光領域）に対応して設けられた開口部４１Ａを有する。一方、位相差検出画素４０における遮光膜４１は、位相差を検出するための遮光膜であり、瞳分割された光の一方を通過する開口部４１Ａを有する。位相差検出画素４０は、遮光膜４１に設けられた開口部４１Ａの大きさが、構造上、撮像画素２０と異なる。位相差検出画素４０における遮光膜４１の開口部４１Ａは、図４に示されるように、平面視で単位画素の半分程度の大きさを有する。
　図３に示されるように、遮光膜４１は、配線層４２の一部として、具体的には、配線層４２の最下部の配線層を遮光膜として兼ねた状態で形成されている。そして、遮光膜４１および配線層４２を含む層間絶縁膜４３の上には絶縁膜４４が、絶縁膜４４の上にはカラーフィルタ４５が、カラーフィルタ４５の上にはアクリル系樹脂等からなる平坦化膜４６が、平坦化膜４６の上にはマイクロレンズ（オンチップレンズ）４７が順に積層されている。
　なお、遮光膜４１は、配線層４２の最下部の配線層を兼ねて形成される他、配線層４２とは別に専用に形成されるようにしてもよい。遮光膜４１は、タングステン（Ｗ）やチタン（Ti）、アルミニウム（Al）、銅（Cu）等の遮光性を有する材料によって形成される。なお、図４のＡ，Ｂに示される遮光膜４１の構造は、位相差検出画素を有効画素領域内において左右方向に配置し、射出瞳からの左右の光束を分離する場合のものである。有効画素領域内において上下方向に配置する場合の位相差検出画素４０における遮光膜４１の構造は、図４のＡ，Ｂそれぞれにおいて、開口部４１Ａを９０°回転させた構造となる。
＜位相差検出画素における焦点位置＞
　上述したように、位相差検出画素４０と撮像画素（単位画素）２０とは、構造上、遮光膜４１に設けられる開口部４１Ａの大きさが異なる他、マイクロレンズ４７の焦点距離も異なる。
　撮像画素２０の高い感度特性を維持する上では、撮像画素２０に対応して形成されるマイクロレンズ（第１のマイクロレンズ）は、その焦点位置がフォトダイオード２１の受光面上に位置するように形成されるのが好ましい。一方、位相差検出画素４０の高い位相差検出特性を維持する上では、位相差検出画素４０に対応して形成されるマイクロレンズ（第２のマイクロレンズ）は、その焦点位置が遮光膜４１に位置するように形成されるのが好ましい。
　このような理由から、位相差検出画素４０に対応して形成されるマイクロレンズは、撮像画素２０に対応して形成されるマイクロレンズに比べて焦点距離が短くなるように形成されるのが好ましい。焦点距離が短くなるということは、位相差検出画素４０に対応して形成されるマイクロレンズの焦点位置が、フォトダイオード２１の受光面から離れた位置に存在するということである。
　ここで、図５を参照して、一般的に位相差検出画素４０に対応して形成されるマイクロレンズ４７と遮光膜４１との関係について説明する。図５のＡはマイクロレンズ４７の対辺方向の断面を、図５のＢはマイクロレンズ４７の対角方向の断面をそれぞれ模式的に示している。なお、マイクロレンズ４７は、平面視において、略正方形形状に形成されているものとする。
　ここで、対辺方向は、画素アレイ方向を示している。画素アレイ方向は、例えば、図１に示される行方向ｘまたは列方向ｙとされる。本例では、対辺方向は、図１の画素アレイ部１２の横方向を示すものとする。また、対角方向は、正方形形状に形成されているマイクロレンズ４７における対角の方向とされる。したがって、対角方向は、画素アレイ方向に対して傾いており、本例では、対辺方向は、図１の画素アレイ部１２の斜め方向を示すものとする。
　マイクロレンズ４７には、図示せぬ撮像レンズの射出瞳の領域から光（光束）が入射する。そして、マイクロレンズ４７を通過した光は、平面視で単位画素の半分程度の大きさの開口部４１Ａを有する遮光膜４１へと導かれる。図５の例では、遮光膜４１の左側半分が開口部４１Ａとなっているので、射出瞳の領域から入射される右側の光のみが開口部４１Ａを通過し、遮光膜４１の下方に位置するフォトダイオード２１に導かれるのが好ましい。このとき、射出瞳の領域から入射される左側の光は遮光膜４１で遮光される。
　マイクロレンズ４７の幅寸法が短い対辺方向（横方向）のレンズ部分においては、図５のＡに示されるように、その断面におけるレンズ面の曲率半径r1は、焦点位置fpが遮光膜４１の位置となるように設計されているため、射出瞳の左右から入射される光はそれぞれ良好に遮光膜４１の開口部４１Ａを通過するか、または、遮光膜４１で遮光される。
　しかしながら、横方向のレンズ部分より幅寸法が長い対角方向（斜め方向）のレンズ部分においては、その底面が、横方向のレンズ部分の底面と同一平面上に形成されるため、図５のＢに示されるように、その断面におけるレンズ面の曲率半径r2は、横方向の断面におけるレンズ面の曲率半径r1より大きくなり、焦点位置fpが遮光膜４１よりもフォトダイオード２１側の位置となってしまう。すなわち、焦点距離が長くなってしまうため、左右の光が遮光膜４１によって良好に分離されず、位相差検出画素４０の検出精度（以下、AF検出精度ともいう）が低下してしまう。
　一方、本技術のCMOSイメージセンサ１０において、画素アレイ部１２に配置される画素に対応して形成されることでレンズアレイを構成するマイクロレンズ４７は、そのレンズ面が実質的に球面をなし、図６に示されるように、平面視において、単位画素の境界部に対応して、矩形形状（正方形形状）に形成されるとともに、四隅の角が略角取りされることなく形成される。具体的には、マイクロレンズ４７の四隅の角は、図６に示されるように、対角方向に隣接するマイクロレンズ４７の角同士の間隔ｃが、およそ可視光領域の光の波長である0.4μｍより小さくなるように形成される。
　このように、隣接画素との隙間がほとんどないので、光が隣接画素に入射することによる混色や、光がマイクロレンズ４７より下層に形成されている配線層４２に反射することによるフレアを抑制し、画質の劣化を抑えることが可能となる。
　さらに、本技術のCMOSイメージセンサ１０におけるマイクロレンズ４７は、断面視において画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面、すなわち、横方向（a-a'方向）の底面より、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面、すなわち、斜め方向（b-b'方向）の底面が低くなるように形成される。
　ここで、図７を参照して、位相差検出画素４０に対応して形成される本技術のマイクロレンズ４７と遮光膜４１との関係について説明する。図７のＡはマイクロレンズ４７の対辺方向の断面を、図７のＢはマイクロレンズ４７の対角方向の断面をそれぞれ模式的に示している。なお、以下においては、マイクロレンズ４７は、平面視において略正方形形状に形成されているものとして説明するが、平面視において略長方形形状に形成されるようにしてもよい。
　マイクロレンズ４７の幅寸法が短い対辺方向（横方向）のレンズ部分においては、図７のＡに示されるように、その断面におけるレンズ面の曲率半径r1は、焦点位置fpが遮光膜４１の位置となるように設計されているため、射出瞳の左右から入射される光はそれぞれ良好に遮光膜４１の開口部４１Ａを通過するか、または、遮光膜４１で遮光されている。
　また、横方向のレンズ部分より幅寸法が長い対角方向（斜め方向）のレンズ部分においては、その底面が、横方向のレンズ部分の底面より低く形成されることで、図７のＢに示されるように、その断面におけるレンズ面の曲率半径r2は、横方向の断面におけるレンズ面の曲率半径r1と略等しくなり、焦点位置fpが遮光膜４１の位置となっている。このように、横方向と斜め方向とでレンズ部分の底面の位置が異なるようにマイクロレンズ４７を形成することで、横方向の良好な分離性を維持した上で、斜め方向の分離性を向上できるため、AF検出精度が良好となり、AF特性を向上させることが可能となる。
　また、後述するように、本技術のマイクロレンズ４７は、画素サイズ（正方形形状の画素領域の一辺の長さ）が、３μｍ以上の位相差検出画素４０に適用されるものとする。
　さらに、図８に示されるように、レンズ面の曲率半径ｒが、レンズ面の頂点を通る断面での底面の幅ｄと、その底面を基準としたレンズ面の頂点の高さｔとを用いて、ｒ＝（ｄ２＋４ｔ２）／８ｔで表される場合、本技術のマイクロレンズ４７において、図７に示される曲率半径ｒ１と曲率半径ｒ２との比である曲率半径比ｒ１／ｒ２は、0.98乃至1.20の範囲に含まれる値とされる。
＜マイクロレンズの形成手法＞
　ところで、一般的なマイクロレンズの形成手法として、熱メルトフロー法とドライエッチング法とが知られている。
　熱メルトフロー法は、感光性樹脂からなるマイクロレンズ材を基板に塗布した後、プリベーク、露光、現像、ブリーチング露光の各処理を順次行い、感光性樹脂の熱軟化点以上の温度で熱処理（熱メルトフロー）を行うことで、上に凸形状のレンズを形成する手法である。この熱処理において、流動した樹脂が接触すると、表面張力によりパターンが流れてしまい、レンズ形状が崩れてしまう。そこで、熱処理が行われる際には、隣接する画素同士に対応して形成された感光性樹脂パターン同士が融着しないように条件設定が行われる。
　ドライエッチング法は、マイクロレンズ材を基板に形成した後、その上に感光性樹脂を塗布し、プリベーク、露光、現像の各処理を順次行い、感光性樹脂の熱軟化点以上の温度で熱処理を行い、上に凸形状のレンズ形状を有するマスク層を形成し、このマスク層を、その下地のマイクロレンズ材にエッチング転写する手法である。この手法によれば、マイクロレンズを、マスク層の寸法よりも平面的に大きく形成することができるので、有効面積の広い、集光性の高いレンズを形成することができる。
＜従来のドライエッチング法に対する検討＞
　ここで、ドライエッチング法を用いたマイクロレンズの形成手法として、例えば、特開２００８－５２００４号公報に開示されている手法について検討する。
　この手法においては、まず、図９左側に示されるように、平面視において円形で断面が矩形であるレジストパターン５１が、画素毎に形成される。次に、レジストパターン５１に、熱処理を施すことにより、図９右側に示されるように、レジストパターン５１の表面が球面レンズ形状に変形される。このとき、レジストパターン５１は、円周方向で曲率半径が略等しくなるように変形される。そして、隣接する画素に対応するレンズとの間隔を縮小させる条件で全面エッチバックを行い、レジストパターン５１を、その下地のマイクロレンズ材にエッチング転写することで、隣接する画素に対応するレンズとの間隔が縮小されたレンズアレイが形成される。
　なお、本手法においても、球面レンズ形状のレジストパターン５１に形成時に熱処理が行われる際には、隣接する画素同士に対応して形成された感光性樹脂パターン同士が融着しないように条件設定が行われる。
　図９右側に示されるように、横方向（対辺方向）に隣接する画素に対応するレジストパターン５１同士の間の距離をｗとすると、距離ｗは、用いられる露光装置や、材料種、プロセス条件（熱処理温度、時間等）で決まる。例えば、露光装置としてｉ線ステッパが用いられた場合、距離ｗは、0.2乃至0.6μｍ程度となる。ここで、図９左側に示されるように、画素サイズをａとし、図９右側に示されるように、斜め方向（対角方向）に隣接する画素に対応するレジストパターン５１同士の間の距離をｘとすると、距離ｘは、ｘ＝ａ×√２－（ａ－ｗ）という近似式で表される。
　図１０は、上述した近似式に基づいて、距離ｗが0.35μｍとなるようにレジストパターン５１を形成した場合の、画素サイズａに対する距離ｘの関係を示した図である。
　図１０に示されるように、画素サイズが大きくなる程、対角方向の距離ｘも大きくなる。
　ところで、本技術のマイクロレンズは、平面視において実質的に画素領域と等しく形成されるので、その形成の工程で、距離ｗおよび距離ｘが０となるまでドライエッチング処理が施される必要がある。しかしながら、画素サイズが大きくなると、隣接する画素との距離ｗや距離ｘも大きくなるため、距離ｗおよび距離ｘを０とするためのドライエッチング処理に要する時間が長くなる。例えば、画素サイズが４μｍの場合のドライエッチング処理には、画素サイズが１μｍの場合のおよそ2.6倍の時間がかかってしまう。このように、ドライエッチング処理にかかる時間が長くなると、製造コストの増加や、固体撮像装置へのプラズマダメージ等の増加による特性劣化を招いてしまう。
＜本技術のマイクロレンズ形成手法について＞
　次に、本技術のマイクロレンズ形成手法について説明する。
　マイクロレンズ材が基板に形成された後、その上に感光性樹脂が塗布され、プリベークされた後、図１１のＡに示されるようなフォトマスク６１を用いて、露光が開始される。図１１のＡに示されるフォトマスク６１において、黒色部分は露光光を遮光する遮光部であり、白色部分は、露光光を透過する透過部である。なお、フォトマスク６１において、透過部は、露光によりレジストパターンが残る部分に対応し、透過部は、露光によりレジストパターンが現像除去される部分に対応する。
　ここで、露光装置としては、例えば投影倍率が１／４倍の縮小露光装置が用いられ、露光光としては、ｉ線や、KrF，ArF等のエキシマレーザが用いられる。例えば、投影倍率が１／４倍の縮小露光装置で、露光光にｉ線が用いられた場合、フォトマスク６１において、横方向（対辺方向）に隣接する遮光部同士の間隔ｗは、1.4μｍとされる。この場合、投影倍率が１／４倍であるので、実際にパターン露光された場合の間隔は、0.35μｍとなる。
　なお、図１１のＡに示されるフォトマスク６１において、単位画素に対応する遮光部の斜め（対角）方向の幅は、横方向の幅の√２倍とされる。
　図１１のＢは、フォトマスク６１を用いて露光され、テトラメチルハイドロオキシサイド等の有機アルカリ水溶液を用いて現像処理された、ノボラック系樹脂等を主成分としたポジ型フォトレジストパターンを示している。なお、単位画素に対応して形成されたフォトレジストパターン６２において、四隅の角は、露光時の光回折等の影響により若干丸みを帯びるため、フォトレジストパターン６２の斜め（対角）方向の幅は、横方向の幅の√２倍より若干小さくなる。
　図１１のＢの状態から、フォトレジストパターン６２に対して、その熱軟化点以上の温度でさらに熱処理が行われると、図１１のＣに示されるように、フォトレジストパターン６２の表面は球面状になる。
　図１１のＣに示されるフォトレジストパターン６２が、その下地に形成されている、スチレン系樹脂等からなるマイクロレンズ材にエッチング転写される。このドライエッチング処理は、形成されるマイクロレンズの有効面積が実質的に画素領域と等しくなるまで拡大し、マイクロレンズ同士の間隔がなくなるまで、例えばフロロカーボン系のエッチングガスCF4を用いて行われる。結果として、図１１のＤに示されるような、平面視において実質的に画素領域と等しいマイクロレンズ６３が形成される。
　ここで、本出願人は、上述した手法によって、図１１のＡにおける間隔ｗを1.4μｍ一定としてマイクロレンズ６３を形成した場合の、画素サイズに対する曲率半径比（対辺方向の断面におけるレンズ面の曲率半径ｒ１／対角方向の断面におけるレンズ面の曲率半径ｒ２）の関係を調べた。その結果を図１２に示す。
　図１２に示されるように、画素サイズが１乃至２μｍ程度であれば、曲率半径比は1.1より小さいが、画素サイズが２μｍを超えると、曲率半径比は1.2を超えてしまうことが判明した。
＜画素サイズと曲率半径比との依存関係＞
　ここで、図１３を参照して、曲率半径比が画素サイズに依存する理由について説明する。
　図１３のＡは、画素サイズが3.0μｍである場合のフォトレジストパターン６２の平面図を示しており、図１３のＢは、画素サイズが1.0μｍである場合のフォトレジストパターン６２の平面図を示している。
　上述したように、現像処理で形成されたフォトレジストパターン６２は、その四隅の角が丸みを帯びて形成される。この丸みの大きさは、図１１のＡで示されたフォトマスク６１の遮光部の大きさ（正方形形状の遮光部の一辺の長さ）が2.6μｍ（投影倍率が１／４倍であるので、実際にパターン露光される場合の間隔は0.65μｍ。画素サイズは1.0μｍに相当。）以上であれば、実質的に変わらないものとされる。
　図１３のＡに示されるように、画素サイズが3.0μｍである場合、フォトレジストパターン６２の２辺の仮想延長線の交点と、フォトレジストパターン６２の丸み部分との距離は、0.12μｍとされる。一方、図１３のＢに示されるように、画素サイズが1.0μｍである場合、フォトレジストパターン６２の２辺の仮想延長線の交点と、フォトレジストパターン６２の丸み部分との距離は、0.13μｍとされる。
　すなわち、画素サイズが3.0μｍである場合には、フォトレジストパターン６２の横方向（対辺方向）の幅に対する斜め方向（対角方向）の幅は十分大きい値となり、フォトレジストパターン６２は平面視において正方形に近い形状で形成される。
　一方、画素サイズが1.0μｍである場合には、フォトレジストパターン６２は平面視において略円形に近い形状で形成される。フォトレジストパターン６２が平面視において略円形に近い形状で形成された場合、図９の例と同様にして、フォトレジストパターン６２は、円周方向で曲率半径が略等しくなるように形成される。このようなフォトレジストパターン６２が、その下地に形成されているマイクロレンズ材にエッチング転写されることで、曲率半径比が1.1以下のマイクロレンズが形成される。
　このようにして、画素サイズが2.0μｍ以下の場合、結果的に、円周方向で曲率半径が略等しいマイクロレンズが形成されるため、その曲率半径比も1.1以下となる。
　ところで、近年、同一受光領域に撮像画素と位相差検出画素とを設ける構成は、特に、APS-Cサイズや35mmフルサイズの固体撮像装置へ適用され、その高性能化を図るべく様々な検討がなされている。このような固体撮像装置における画素サイズは、一般的に３乃至６μｍ程度とされる。
　しかしながら、上述したように、画素サイズが2.0μｍを超える場合、マイクロレンズの曲率半径比は1.2を超えてしまう。本出願人が、APS-Cサイズ、画素サイズ3.9μｍの固体撮像装置について、上述した手法によりマイクロレンズ（レンズアレイ）を製造したところ、その曲率半径比は1.34であった。さらに、本出願人は、そのマイクロレンズを備える固体撮像装置について、AF特性を調べてみたが、良好なAF特性を得ることはできなかった。
　そこで、以下においては、APS-Cサイズや35mmフルサイズの固体撮像装置のAF特性の向上を図るために、画素サイズが３乃至６μｍであっても曲率半径比を抑えつつ、ドライエッチング処理時間の増大を抑えるようにするマイクロレンズの形成手法について説明する。
＜本技術のマイクロレンズの形成手法１＞
　図１４および図１５を参照して、本技術のマイクロレンズの形成手法について説明する。図１４は、マイクロレンズの形成処理について説明するフローチャートであり、図１５は、マイクロレンズの形成の工程を示す平面図、横方向の断面図、および斜め方向の断面図である。
　まず、ステップＳ１１において、平坦化膜上に、スチレン系樹脂等からなるマイクロレンズ材が成膜される。
　ステップＳ１２において、フォトリソグラフィ法により、マイクロレンズ材上に、ノボラック樹脂等からなるポジ型フォトレジストパターンが形成される。
　ステップＳ１３において、熱処理により、図１５の工程Ａに示されるように、フォトレジストパターン７１が上凸形状のレンズ形状に形成される。このとき、フォトレジストパターン７１は、横方向（a-a'方向）の幅より斜め方向（b-b'方向）の幅の方が大きく、また、対辺方向の断面の曲率半径より対角方向の断面の曲率半径の方が大きい状態となる。
　ステップＳ１４において、フォトレジストパターン７１を、その下地に形成されたマイクロレンズ材にエッチング転写することで、ドライエッチング処理が行われる。
　ここで、このとき用いられるエッチング装置およびエッチングガスについて説明する。
（エッチング装置について）
　エッチング装置としては、マイクロ波プラズマ型エッチング装置の他、平行平板RIE（Reactive Ion Etching）装置、高圧狭ギャップ型プラズマエッチング装置、ECR（Electron Cyclotron Resonance）型エッチング装置、変成器結合プラズマ型エッチング装置、誘導結合プラズマ型エッチング装置、およびヘリコン波プラズマ型エッチング装置等、他の高密度プラズマ型エッチング装置が用いられる。
（エッチングガスについて）
　エッチングガスとしては、エッチング速度をコントロールするための第１のグループのガスと、CD（Critical Dimension）ゲインをコントロールするための第２のグループのガスの、少なくとも２種類のガスが用いられる。
　第１のグループのガスには、CF4，NF3，SF6等が含まれ、第２のグループのガスには、C3F8，C4F8，C4F6，C5F8，C2F6等が含まれる。
　これらのフッ素含有ガスは、プラズマ中で、ＦラジカルとCFラジカルを生成する。Ｆラジカルは、ドライエッチングの過程において、フォトレジストパターンとマイクロレンズに対する深さ方向へのエッチングに作用し、CFラジカルは、フロロカーボン系の堆積物によるマイクロレンズの有効面積の拡大に作用する。すなわち、第１のグループのガスは、Ｆラジカルを多く生成し、第２のグループのガスは、CFラジカルを多く生成する。
　第１のグループのガスと第２のグループのガスの比は、マイクロレンズにおいて、所望の曲率半径比が得られるように適宜調整され、また、その他のガスが添加されてもよい。
　図１５の工程Ｂにおいては、ドライエッチングの過程において、フォトレジストパターン７１とマイクロレンズ７２に対する深さ方向へのエッチングが進行するとともに、マイクロレンズの有効面積が拡大している。図１５の工程Ｂでは、横方向（a-a'方向）に隣接する画素に対応するマイクロレンズ７２同士が接触した状態となっている。このとき、マイクロレンズ７２は、対辺方向の断面の曲率半径より対角方向の断面の曲率半径の方がやや大きい状態となる。
　図１５の工程Ｂの状態からさらに継続的にドライエッチングが行われることで、図１５の工程Ｃにおいては、斜め方向（b-b'方向）に隣接する画素に対応するマイクロレンズ７２同士が接触した状態となっている。このとき、マイクロレンズ７２は、平面視において、隣接する画素に対応するマイクロレンズ７２と実質的にギャップがない状態となる。また、このとき、マイクロレンズ７２においては、横方向（対辺方向）の断面の曲率半径が、斜め方向（対角方向）の断面の曲率半径に近づくようになる。
　以上の処理によれば、マイクロレンズの有効面積が拡大され、対辺方向の断面の曲率半径が、対角方向の断面の曲率半径に近づくようになる。すなわち、曲率半径比が1.0に近づくようになり、AF特性の改善につながる。本出願人が、APS-Cサイズ、画素サイズ3.9μｍの固体撮像装置について、上述した本技術の手法によりマイクロレンズ（レンズアレイ）を製造したところ、その曲率半径比は1.20となり、良好なAF特性を得ることができた。このように、本技術の手法によれば、画質の劣化を抑えつつ、AF特性を向上させることができるマイクロレンズを形成することが可能となる。
　なお、本出願人は、上述した本技術の手法において、エッチング条件を変えて、曲率半径比を1.20乃至1.34の間で変化させた場合のAF特性の評価を行ったところ、良好なAF特性を得ることはできなかった。したがって、良好なAF特性を得るには、曲率半径比を1.20以下とすることが望ましいといえる。
＜本技術のマイクロレンズの形成手法２＞
　次に、図１６および図１７を参照して、本技術のマイクロレンズの形成手法の他の例について説明する。図１６は、マイクロレンズの形成処理について説明するフローチャートであり、図１７は、マイクロレンズの形成の工程を示す横方向の断面図および斜め方向の断面図である。
　なお、図１６のフローチャートのステップＳ３１乃至Ｓ３４の処理は、図１４のフローチャートのステップＳ１１乃至Ｓ１４の処理と同様であるので、その説明は省略する。
　すなわち、ステップＳ３４において、図１７の工程Ｃに示されるように、ドライエッチング処理によりマイクロレンズ７２が形成された後、ステップＳ３５において、マイクロレンズ７２上に、図１７の工程Ｄに示されるように、第１の無機膜８１が形成される。
　第１の無機膜８１は、例えば、プラズマCVD（Chemical Vapor Deposition）等の乾式成膜法により、SiON等を160乃至200℃程度の温度で堆積させることで形成される。このとき、SiONの屈折率が、ポリスチレン系樹脂からなるマイクロレンズ材の屈折率1.57乃至1.61程度と略同等となるように、成膜条件が調整される。
　上述の乾式成膜法によれば、第１の無機膜８１の成膜スピードは、成膜分子の平均自由工程の差により、平均自由工程の大きいマイクロレンズ７２の頂部８１ａ近傍では早く、平均自由工程の小さいマイクロレンズ７２の溝部８１ｂ，８１ｃ近傍では遅くなる。特に、マイクロレンズ７２の溝部８１ｃ近傍における成膜スピードは最も遅くなるため、マイクロレンズ７２においては、横方向（a-a'方向）の断面の曲率半径と、斜め方向（b-b'方向）の断面の曲率半径との差が小さくなる。その結果、曲率半径比は、ドライエッチング後の1.20から1.15に改善された。
　さらに、第１の無機膜８１が成膜された後、ステップＳ３６において、第１の無機膜８１上に、図１７の工程Ｅに示されるように、第２の無機膜８２が形成される。
　第２の無機膜８２は、SiONより屈折率の低いSiO，SiOC，SiOF，SiOCH等を160乃至200℃程度の温度で堆積させることで形成される。このとき、第２の無機膜８２は、その膜厚が可視光の波長の１／４となるように形成されることで、マイクロレンズ７２の反射防止膜として作用する。なお、この場合のマイクロレンズ７２、第１の無機膜８１、および第２の無機膜８２の屈折率の大小関係は、以下のようになる。
　（マイクロレンズ７２）≒（第１の無機膜８１）＞（第２の無機膜８２）
　以上の処理によれば、図１４のフローチャートを参照して説明した処理と同様に、画質の劣化を抑えつつ、AF特性を向上させることができるマイクロレンズを形成することが可能となる。さらに、第２の無機膜８２が、マイクロレンズ７２の反射防止膜として作用することで、マイクロレンズ７２での反射率が低減し、固体撮像装置の感度特性の向上やフレアの低減を図ることができるので、より画質を向上させることが可能となる。
　なお、上述した処理において、第１の無機膜８１を、マイクロレンズ７２より屈折率の大きいSiONやSiN等を160乃至200℃程度の温度で堆積させることで形成し、第２の無機膜８１を、マイクロレンズ７２および第１の無機膜８１より屈折率の小さいSiOやSiOC，SiOF，SiOCH等を160乃至200℃程度の温度で堆積させることで形成するようにしてもよい。このとき、第１の無機膜８１および第２の無機膜８２は、２層の反射防止膜として作用する。これにより、マイクロレンズ７２での反射率をさらに低減させることができる。
　なお、この場合のマイクロレンズ７２、第１の無機膜８１、および第２の無機膜８２の屈折率の大小関係は、以下のようになる。
　（第１の無機膜８１）＞（マイクロレンズ７２）＞（第２の無機膜８２）
　本出願人は、上述した本技術の手法の２例によってマイクロレンズ７２を形成した場合の、画素サイズに対する曲率半径比の関係を調べた。その結果を図１８に示す。
　図１８に示されるように、従来の技術（黒丸のプロット）では、画素サイズが3.0μｍを超えると、曲率半径比は、望ましい値とされる1.2を超えてしまう。一方、図１４および図１５を参照して説明した本技術の例（例１）（白四角のプロット）では、画素サイズが4.0μｍであっても、曲率半径比は、望ましい値とされる1.2以下の値となる。さらに、図１６および図１７を参照して説明した本技術の例（例２）（白三角のプロット）では、画素サイズが5.0μｍであっても、曲率半径比は、望ましい値とされる1.2以下の値となる。このように、本技術によれば、画素サイズが３乃至５μｍであっても曲率半径比を抑えることができるので、特に、APS-Cサイズや35mmフルサイズ等の、撮像画素に混在して設けられる位相差検出画素に対応して形成されるマイクロレンズを備えた固体撮像装置のAF特性の向上を図ることが可能となる。
　なお、上述した乾式成膜法により成膜される膜種としては、SiON，SiN，SiO，SiOC等に限らず、ZnO，ZrO，Al2O3，TiO2，CaF2，LiF，MgO等を用いることも可能であり、その屈折率は適宜、適切に調整される。
　また、以上においては、乾式成膜法として、プラズマCVDを用いるようにしたが、熱CVD、有金属CVD、光CVD等、他のCVD法を用いるようにしてもよい。また、他の成膜法として、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング、レーザアブレーション、分子線エピキタシ等のPVD（Physical Vapor Deposition）法を用いることも可能である。
＜固体撮像装置への適用＞
　本技術が適用可能な固体撮像装置は、主に、表面照射型の固体撮像装置と、裏面照射型の固体撮像装置とに大別される。
　図１９は、表面照射型の固体撮像装置の構造例を示す断面図である。
　図１９に示されるように、表面照射型の固体撮像装置においては、フォトダイオード１０１の上層に形成された絶縁膜１０２上に、画素トランジスタのゲート電極１０３が形成され、その上層には、例えば３層の配線層１０４が形成される。ゲート電極１０３と配線層１０４、配線層１０４同士は、互いにコンタクト１０５により電気的に接続される。
　配線層１０４の上層には、平坦化膜１０６が形成され、平坦化膜１０６の上層には、カラーフィルタ１０７が形成される。そして、カラーフィルタ１０７の上層には、マイクロレンズ１０８が形成される。
　図１９の表面照射型の固体撮像装置に、位相差検出画素を設けるようにした場合、１層目（最下層）の配線層１０４が、位相差検出画素において瞳分割を行う遮光膜として形成される。したがって、図１９の例では、位相差検出画素における遮光膜とフォトダイオード１０１表面との距離t1は、コンタクト１０５を含んだ厚さとなる。
　図２０は、裏面照射型の固体撮像装置の構造例を示す断面図である。
　図２０に示されるように、裏面照射型の固体撮像装置においては、フォトダイオード１１１の上層に形成された絶縁膜１１２上に、画素毎に遮光膜１１３が形成され、その上層には、カラーフィルタ１１４が形成される。そして、カラーフィルタ１１４の上層には、マイクロレンズ１１５が形成される。
　なお、裏面照射型の固体撮像装置においては、マイクロレンズ１１５が形成される面とは逆の面に、図示せぬ画素トランジスタや配線層が形成される。
　図２０の裏面照射型の固体撮像装置に、位相差検出画素を設けるようにした場合、画素毎に設けられる遮光膜１１３が、位相差検出画素において瞳分割を行う遮光膜として形成される。したがって、図２０の例では、位相差検出画素における遮光膜とフォトダイオード１１１表面との距離t2は、図１９の距離t1と比較して短くすることができる。
　ところで、上述した表面照射型の固体撮像装置や裏面照射型の固体撮像装置における撮像画素に対応するマイクロレンズにも、本技術のマイクロレンズを適用することができる。これにより、撮像画素に位相差検出画素が混在した画素アレイを備える固体撮像装置において、撮像画素に対応するマイクロレンズと、位相差検出画素に対応するマイクロレンズの製造工程を分けることなく、一括して同一形状のマイクロレンズ（レンズアレイ）を形成することができ、工程数の増加を避けることができる。
　なお、位相差検出画素に対応するマイクロレンズの焦点位置は、AF特性向上の観点から遮光膜に合わせることが好ましく、また、撮像画素に対応するマイクロレンズの焦点位置は、感度特性向上の観点からフォトダイオード表面に合わせることが好ましい。
　ここで、図１９の表面照射型の固体撮像装置と、図２０の裏面照射型の固体撮像装置とでは、裏面照射型の固体撮像装置の方が、遮光膜とフォトダイオード表面との距離が短いので、撮像画素と位相差検出画素とで一括して同一形状のマイクロレンズを形成した場合に、それぞれの画素の特性劣化を、表面照射型の固体撮像装置と比べて抑制することができる。
　しかしながら、表面照射型の固体撮像装置においても、本技術を用いて、撮像画素と位相差検出画素とで一括して同一形状のマイクロレンズを形成した場合には、それぞれの画素の特性は、従来の技術と比べて良好となる。
　ところで、撮像画素と位相差検出画素とで一括して同一形状のマイクロレンズを形成した場合に、それぞれの画素に対応するマイクロレンズの焦点位置のずれを補正する構成として、層内レンズを設けるようにしてもよい。
　ここで、下凸層内レンズおよび上凸層内レンズの構造例について説明する。ここでは、裏面照射型の固体撮像装置に適用する場合を例に挙げて説明するものとする。
＜下凸層内レンズ＞
　図２１は、カラーフィルタ上に形成された下凸層内レンズを有する画素構造を示す断面図である。ここでは、互いに隣接する、撮像画素２０および位相差検出画素４０の２画素分の断面構造を示している。
　図２１に示されるように、位相差検出画素４０に対してのみ、瞳分割された光の一方を通過する開口部４１Ａを有する遮光膜４１が形成され、さらに、カラーフィルタ４５の上の平坦化膜４６内に下凸層内レンズ１２１が形成されている。なお、遮光膜４１は、単位画素に対応して形成され画素間を遮光する遮光膜も兼ねている。遮光膜４１の凹凸は、平坦化膜４８によって平坦化されている。
　撮像画素２０に対応するカラーフィルタ４５は、赤、緑、青の各色のカラーフィルタとして形成される。一方、位相差検出画素４０に対応するカラーフィルタ４５は、緑色やシアンのカラーフィルタや、可視光を透過する膜、カーボンブラックやチタンブラック等の黒色色素からなる層として形成される。なお、位相差検出画素４０に対応するカラーフィルタ４５を設けないようにして、撮像画素２０に対応するカラーフィルタ４５が形成された後に、平坦化膜４６を埋め込むようにしてもよい。
　平坦化膜４６は、屈折率が1.5程度のアクリル系の樹脂や、屈折率が1.45乃至1.5程度のシロキサン系樹脂、また、これらの樹脂にフッ素を添加して屈折率が1.4乃至1.44程度に調整された樹脂や、中空シリカ微粒子を添加して屈折率が1.2乃至1.39程度に調整された樹脂等で形成される。
　平坦化膜４６において、下凸層内レンズ１２１が形成される部分は、フォトリソグラフィおよびドライエッチングにより、下凸層内レンズ１２１に対応した形状に加工される。
　下凸層内レンズ１２１は、図２２に示されるように、好ましくは平面視で円形の形状にて、平面視における中点を中心として円周方向の断面の曲率半径ｒが、円周方向の位置によらず等しくなるように形成される。
　このとき、下凸層内レンズ１２１は、マイクロレンズ４７と同一の材料でマイクロレンズ４７と一体的に形成されるのが好ましい。マイクロレンズ４７は、例えば、屈折率が1.57乃至1.61程度のスチレン系樹脂、屈折率が1.6程度のノボラック系樹脂、屈折率が1.7程度のポリイミド系樹脂、または、例えば酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化錫等の金属酸化微粒子を樹脂中に添加して屈折率が1.7乃至2.0程度に調整された樹脂を用いて、撮像画素と位相差検出画素とで一括して同一形状で形成される。
　図２１の固体撮像装置においては、下凸層内レンズ１２１が、マイクロレンズ４７により集光された光の焦点位置をマイクロレンズ４７側に補正し、その焦点位置は、下凸層内レンズ１２１の平面視における円周方向の位置によらず一定となるので、遮光膜とフォトダイオードとの間の距離にかかわらず、固体撮像装置のAF特性を向上させることができる。
　なお、本例では、下凸層内レンズ１２１を、カラーフィルタ４５の上の平坦化膜４６内に形成する構成を例に挙げて説明したが、カラーフィルタ４５の下に平坦化膜を形成するようにし、その平坦化膜内に形成する構成を採ることも可能である。
＜上凸層内レンズ＞
　図２３は、カラーフィルタ上に形成された上凸層内レンズを有する画素構造を示す断面図である。ここでは、互いに隣接する、撮像画素２０および位相差検出画素４０の２画素分の断面構造を示している。
　図２３に示されるように、位相差検出画素４０に対してのみ、瞳分割された光の一方を通過する開口部４１Ａを有する遮光膜４１が形成され、さらに、カラーフィルタ４５の上の平坦化膜４６内に上凸層内レンズ１２２が形成されている。なお、遮光膜４１は、単位画素に対応して形成され画素間を遮光する遮光膜も兼ねている。遮光膜４１の凹凸は、平坦化膜４８によって平坦化されている。
　撮像画素２０に対応するカラーフィルタ４５は、赤、緑、青の各色のカラーフィルタとして形成される。一方、位相差検出画素４０に対応するカラーフィルタ４５は、緑色やシアンのカラーフィルタや、可視光を透過する膜、カーボンブラックやチタンブラック等の黒色色素からなる層として形成される。なお、位相差検出画素４０に対応するカラーフィルタ４５を設けないようにして、撮像画素２０に対応するカラーフィルタ４５が形成された後に、アクリル系樹脂等からなるカラーフィルタカバー膜４５Ａを埋め込むようにしてもよい。
　上凸層内レンズ１２２は、図２４に示されるように、好ましくは平面視で円形の形状にて、平面視における中点を中心として円周方向の断面の曲率半径ｒが、円周方向の位置によらず等しくなるように形成される。
　上凸層内レンズ１２２は、例えば、屈折率が1.57乃至1.61程度のスチレン系樹脂、屈折率が1.6程度のノボラック系樹脂、屈折率が1.7程度のポリイミド系樹脂、または、例えば酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化錫等の金属酸化微粒子を樹脂中に添加して屈折率が1.7乃至2.0程度に調整された材料、乾式成膜法によって成膜された屈折率が1.6乃至1.9程度のSiON，SiN等に対して、フォトリソグラフィおよびドライエッチングが行われることにより形成される。
　平坦化膜４６は、上凸層内レンズ１２２の屈折率よりも低い、屈折率が1.5程度のアクリル系の樹脂や、屈折率が1.45乃至1.5程度のシロキサン系樹脂、これらの樹脂にフッ素を添加して屈折率が1.4乃至1.44程度に調整された樹脂や、また、中空シリカ微粒子を添加して屈折率が1.2乃至1.39程度に調整された樹脂等で形成される。
　マイクロレンズ４７は、例えば、スチレン系樹脂等を用いて、撮像画素と位相差検出画素とで一括して同一形状で形成される。
　図２３の固体撮像装置においては、上凸層内レンズ１２２が、マイクロレンズ４７により集光された光の焦点位置をマイクロレンズ４７側に補正し、その焦点位置は、上凸層内レンズ１２２の平面視における円周方向の位置によらず一定となるので、遮光膜とフォトダイオードとの間の距離にかかわらず、固体撮像装置のAF特性を向上させることができる。
　なお、本例では、上凸層内レンズ１２２を、カラーフィルタ４５の上の平坦化膜４６内に形成する構成を例に挙げて説明したが、カラーフィルタ４５の下に平坦化膜を形成するようにし、その平坦化膜内に形成する構成を採ることも可能である。
　本技術は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、携帯電話機等の撮像機能を有する携帯端末装置等、固体撮像装置を備える電子機器全般に対して適用することができる。
＜電子機器への適用＞
　図２５は、本技術を適用した電子機器の一例である撮像装置の構成例を示すブロック図である。
　図２５に示されるように、撮像装置２００は、撮像レンズ２０１等を含む光学系、撮像素子２０２、カメラ信号処理部であるDSP（Digital Signal Processor）回路２０３、フレームメモリ２０４、表示装置２０５、記録装置２０６、操作系２０７、および電源系２０８等を有している。DSP回路２０３、フレームメモリ２０４、表示装置２０５、記録装置２０６、操作系２０７、および電源系２０８は、バスライン２０９を介して相互に通信可能に接続されている。
　撮像レンズ２０１は、被写体からの入射光を取り込んで撮像素子２０２の撮像面上に結像する。撮像素子２０２は、撮像レンズ２０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この撮像素子２０２として、位相差検出用画素を備える本技術の固体撮像装置を用いることができる。
　表示装置２０５は、液晶表示装置や有機EL（Electro Luminescence）表示装置等のパネル型表示装置からなり、撮像素子２０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置２０６は、撮像素子２０２で撮像された動画または静止画を、メモリカード、ビデオテープ、DVD（Digital Versatile Disk）等の記録媒体に記録する。
　操作系２０７は、ユーザによる操作の下、撮像装置２００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系２０８は、DSP回路２０３、フレームメモリ２０４、表示装置２０５、記録装置２０６、および操作系２０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
　さらに、撮像装置２００は、撮像レンズ２０１をその光軸方向に駆動するレンズ駆動部２１０を備えている。レンズ駆動部２１０は、撮像レンズ２０１とともに、焦点の調節を行うフォーカス機構を構成している。そして、撮像装置２００は、システムコントローラ２１１により、フォーカス機構の制御や、上述した各構成要素の制御等、種々の制御が行われる。
　フォーカス機構の制御に関しては、本技術の固体撮像装置における位相差検出用画素から出力される位相差検出信号に基づいて、例えばDSP回路２０３において、焦点のずれ方向およびずれ量を算出する演算処理が行われる。この演算結果を受けて、システムコントローラ２１１は、レンズ駆動部２１０を介して撮像レンズ２０１をその光軸方向に移動させることによって焦点（ピント）が合った状態にするフォーカス制御を行う。
　なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　さらに、本技術は以下のような構成をとることができる。
（１）
　撮像画素に混在して設けられる位相差検出画素に対応して形成されるマイクロレンズ
　を備え、
　前記マイクロレンズは、
　　そのレンズ面が実質的に球面をなし、
　　平面視において矩形形状に形成されるとともに四隅の角が略角取りされることなく形成され、
　　断面視において画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面が、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高くなるように形成される
　レンズアレイ。
（２）
　前記マイクロレンズは、
　　平面視において正方形形状に形成され、
　　前記対辺中央部の断面における前記レンズ面の曲率半径である第１の曲率半径と、前記対角境界部の断面における前記レンズ面の曲率半径である第２の曲率半径とは略等しくなるように形成される
　（１）に記載のレンズアレイ。
（３）
　前記位相差検出画素の画素サイズは、３μｍ以上とされ、
　前記レンズ面の曲率半径ｒが、前記レンズ面の頂点を通る断面での底面の幅ｄと、前記底面を基準とした前記レンズ面の頂点の高さｔとを用いて、ｒ＝（ｄ２＋４ｔ２）／８ｔで表される場合、
　前記第１の曲率半径ｒ１と前記第２の曲率半径ｒ２との比である曲率半径比ｒ１／ｒ２は、0.98乃至1.20の範囲に含まれる値とされる
　（２）に記載のレンズアレイ。
（４）
　前記レンズ面表面に、反射防止膜として、少なくとも１層の無機膜が形成される
　（２）または（３）に記載のレンズアレイ。
（５）
　前記無機膜は、前記第１の曲率半径ｒ１と前記第２の曲率半径ｒ２との差を小さくする
　（４）に記載のレンズアレイ。
（６）
　撮像画素に混在して設けられる位相差検出画素に対応して形成されるマイクロレンズを備えるレンズアレイの製造方法であって、
　前記マイクロレンズを、
　　そのレンズ面を実質的に球面とし、
　　平面視において矩形形状に形成するとともに四隅の角を略角取りされることなく形成し、
　　断面視において画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面を、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高くなるように形成する
　ステップを含むレンズアレイの製造方法。
（７）
　撮像画素に混在して設けられる位相差検出画素に対応して形成されるマイクロレンズ
　を備え、
　前記マイクロレンズが、
　　そのレンズ面が実質的に球面をなし、
　　平面視において矩形形状に形成されるとともに四隅の角が略角取りされることなく形成され、
　　断面視において画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面が、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高くなるように形成されるレンズアレイ
　を備える固体撮像装置。
（８）
　撮像画素に混在して設けられる位相差検出画素に対応して形成されるマイクロレンズ
　を備え、
　前記マイクロレンズが、
　　そのレンズ面が実質的に球面をなし、
　　平面視において矩形形状に形成されるとともに四隅の角が略角取りされることなく形成され、
　　断面視において画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面が、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高くなるように形成されるレンズアレイを備える固体撮像装置
　を備える電子機器。
　１０　CMOSイメージセンサ，　１２　画素アレイ部，　２０　撮像画素，　４０　位相差検出画素，　４１　遮光膜，　４７　マイクロレンズ，　２００　撮像装置，　２０２　撮像素子

Claims (8)

  1. 　撮像画素に混在して設けられる位相差検出画素に対応して形成されるマイクロレンズ
    　を備え、
    　前記マイクロレンズは、
    　　そのレンズ面が実質的に球面をなし、
    　　平面視において矩形形状に形成されるとともに四隅の角が略角取りされることなく形成され、
    　　断面視において画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面が、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高くなるように形成される
    　レンズアレイ。
  2. 　前記マイクロレンズは、
    　　平面視において正方形形状に形成され、
    　　前記対辺中央部の断面における前記レンズ面の曲率半径である第１の曲率半径と、前記対角境界部の断面における前記レンズ面の曲率半径である第２の曲率半径とは略等しくなるように形成される
    　請求項１に記載のレンズアレイ。
  3. 　前記位相差検出画素の画素サイズは、３μｍ以上とされ、
    　前記レンズ面の曲率半径ｒが、前記レンズ面の頂点を通る断面での底面の幅ｄと、前記底面を基準とした前記レンズ面の頂点の高さｔとを用いて、ｒ＝（ｄ２＋４ｔ２）／８ｔで表される場合、
    　前記第１の曲率半径ｒ１と前記第２の曲率半径ｒ２との比である曲率半径比ｒ１／ｒ２は、0.98乃至1.20の範囲に含まれる値とされる
    　請求項２に記載のレンズアレイ。
  4. 　前記レンズ面表面に、反射防止膜として、少なくとも１層の無機膜が形成される
    　請求項３に記載のレンズアレイ。
  5. 　前記無機膜は、前記第１の曲率半径ｒ１と前記第２の曲率半径ｒ２との差を小さくする
    　請求項４に記載のレンズアレイ。
  6. 　撮像画素に混在して設けられる位相差検出画素に対応して形成されるマイクロレンズを備えるレンズアレイの製造方法であって、
    　前記マイクロレンズを、
    　　そのレンズ面を実質的に球面とし、
    　　平面視において矩形形状に形成するとともに四隅の角を略角取りされることなく形成し、
    　　断面視において画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面を、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高くなるように形成する
    　ステップを含むレンズアレイの製造方法。
  7. 　撮像画素に混在して設けられる位相差検出画素に対応して形成されるマイクロレンズ
    　を備え、
    　前記マイクロレンズが、
    　　そのレンズ面が実質的に球面をなし、
    　　平面視において矩形形状に形成されるとともに四隅の角が略角取りされることなく形成され、
    　　断面視において画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面が、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高くなるように形成されるレンズアレイ
    　を備える固体撮像装置。
  8. 　撮像画素に混在して設けられる位相差検出画素に対応して形成されるマイクロレンズ
    　を備え、
    　前記マイクロレンズが、
    　　そのレンズ面が実質的に球面をなし、
    　　平面視において矩形形状に形成されるとともに四隅の角が略角取りされることなく形成され、
    　　断面視において画素境界部の対辺中央部を含む対辺境界部近傍の底面が、対角境界部を含む対角境界部近傍の底面よりも高くなるように形成されるレンズアレイを備える固体撮像装置
    　を備える電子機器。
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