WO2016190246A1 - イメージセンサおよびその製造方法 - Google Patents

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WO2016190246A1
WO2016190246A1 PCT/JP2016/065036 JP2016065036W WO2016190246A1 WO 2016190246 A1 WO2016190246 A1 WO 2016190246A1 JP 2016065036 W JP2016065036 W JP 2016065036W WO 2016190246 A1 WO2016190246 A1 WO 2016190246A1
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WO
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microlens
layer
image sensor
lower layer
upper layer
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PCT/JP2016/065036
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English (en)
French (fr)
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熊井　晃一
康剛 明野
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凸版印刷株式会社
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Publication date
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    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/10—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths
    • H04N23/12—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths with one sensor only

Definitions

  • the present invention is a technology relating to an image sensor, and is a technology characterized by a microlens formed on a photoelectric conversion element such as a C-MOS or CCD.
  • Patent Documents 1 to 5 For the purpose of reducing the size and thickness of camera modules, a module structure that can be manufactured by a wafer process has been proposed (see Patent Documents 1 to 5).
  • a color separation filter color filter
  • a microlens for light collection are formed in each pixel on the photoelectric conversion element surface on the upper surface.
  • the electrical signal of the image information obtained by the photoelectric conversion element is guided to the back surface of the semiconductor substrate by a conductive material that fills or covers the inner wall of the through-hole formed in the semiconductor substrate, and conducts conductivity with the patterned insulating layer.
  • connection to an external circuit board is possible by connection terminals using a ball grid array (BGA) system.
  • BGA ball grid array
  • the camera module is manufactured by a wafer process by combining a processing process of a semiconductor substrate having a diameter of 20 to 30 cm with a processing process of a glass plate having a diameter of 20 to 30 cm, and after alignment and lamination, Each camera module is cut into individual camera modules in a dicing process.
  • the size of a semiconductor substrate in a camera module is about 0.3 mm square, so about 3,500 to 4,300 are formed from one wafer having a diameter of 20 cm. It is possible.
  • the microlens needs to make the gap between lenses close to 0 in order to improve the light collection efficiency to the photoelectric conversion element. In addition, the light collection efficiency can be improved by making the surface of the microlens smooth.
  • An object of the present invention is to provide an image sensor that achieves both the smoothness of the surface of a microlens and the maintenance of a gap between adjacent microlenses.
  • an image sensor of one embodiment of the present invention is an image sensor in which a color separation filter and a microlens are stacked in this order on a photoelectric conversion element formed on a semiconductor substrate, and the microlens is A microlens lower layer on the color separation filter side and a microlens upper layer formed on the microlens lower layer along the laminating direction have a two-layer structure.
  • the microlens upper layer has a hemispherical shape.
  • An image sensor manufacturing method is a method for manufacturing an image sensor in which a color separation filter and a microlens are stacked in this order on a photoelectric conversion element formed over a semiconductor substrate.
  • the lens is formed of two layers, upper and lower, along the stacking direction.
  • the microlens lower layer which is the lower layer of the microlens
  • the microlens upper layer which is the upper layer of the microlens
  • photolithography It is characterized by forming.
  • a valley is formed in the lower part of the lens and a smooth curved surface is easily formed in the upper part of the lens.
  • a valley below the lens is formed by an etching transfer method, and a smooth curved surface above the lens is formed by a photolithography method.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line aa in FIG. It is a top view of the micro lens concerning a 2nd embodiment based on the present invention.
  • the image sensor of this embodiment includes a plurality of photoelectric conversion elements (not shown) arranged on a semiconductor substrate 3 and a color separation filter 2 that is a color filter for color separation. And the condensing microlens 1 is formed for each photoelectric conversion element.
  • the semiconductor substrate 3, the photoelectric conversion element, the color separation filter 2, and the microlens 1 are referred to as an image sensor.
  • the electrical signal of the image information obtained by the photoelectric conversion element of the image sensor is filled in the through hole via the electrode (not shown) or covered with the inner wall to form the through hole electrode 4 by the conductive substrate.
  • 3 is connected to an external circuit by a BGA connection bump 5 by a patterned insulating layer and a conductive layer guided to the back surface of 3.
  • an electroless plating layer for preventing flare and having a light shielding property may be provided on the side wall of the lens module.
  • the material is a single plating layer of a metal selected from nickel, chromium, cobalt, iron, copper, gold, etc., and an alloy selected from a combination of nickel-iron, cobalt-iron, copper-iron, etc.
  • An electroplating layer is mentioned.
  • a metal such as copper can be electrolessly plated, and then the surface thereof can be chemically or oxidized to form a metal compound to form a metal light-shielding layer having a low light reflectance on the surface.
  • each microlens 1 of the present embodiment includes a microlens lower layer 1b on the color separation filter side and a microlens upper layer 1a formed on the microlens lower layer 1b along the stacking direction. It has a two-layer structure.
  • the shape of the microlens lower layer 1b is a cylinder, a prism or other columns, or a truncated cone, a truncated pyramid or other truncated cone, and the shape of the microlens upper layer 1a is preferably a hemispherical shape.
  • the hemispherical cross-sectional profile is composed of a part such as a circle or an ellipse.
  • the microlens upper layer 1a preferably has a refractive index that is the same as or higher than the refractive index of the microlens lower layer 1b.
  • the refractive index of the microlens upper layer 1a is preferably 1.5 or more and 1.7 or less.
  • the resin constituting the microlens upper layer 1a preferably has a mass average molecular weight of 1,000 or more and 20,000 or less.
  • the resin constituting the microlens lower layer 1b is, for example, an acrylic resin.
  • the microlens lower layer 1b is formed by an etching transfer method
  • the microlens upper layer 1a is formed by a photolithography method. Next, the manufacturing method will be described.
  • the manufacture of the image sensor of this embodiment includes at least the following steps a to h.
  • f Etching transfer step of etching sacrificial layer and microlens material to form microlens lower layer 1b
  • the microlens upper layer 1a is formed by a photolithography method using a gray tone mask. It is preferable.
  • the step of forming the microlens upper layer 1a there may be a step of covering the surface of the microlens lower layer 1b by causing the microlens upper layer to flow by heat flow.
  • the outline of the manufacturing process of the image sensor is as described above, the feature of the present embodiment relates to a manufacturing method of the color separation filter 2 and the microlens 1 formed on the photoelectric conversion element. Therefore, this point will be described in detail in Example 1 and Example 2 in the first example described later.
  • each microlens 1 is formed of two upper and lower layers. After the lower layer 1b of the microlens 1 is formed by an etching transfer method, the upper layer 1a of the microlens 1 is formed by a photolithography method. Thereby, for example, the microlens lower layer 1a can be formed in a columnar or frustum shape, and the microlens upper layer 1a can be formed in a hemispherical shape. According to this configuration, a valley below the lens can be formed by the etching transfer process, and a smooth curved surface above the lens can be formed by a photolithography process using a gray tone mask.
  • the microlens upper layer is formed by photolithography using a gray tone mask. According to this configuration, the convex shape of the lens can be controlled with an exposure method, and can be formed with high accuracy.
  • the microlens upper layer 1a preferably has a refractive index that is the same as or higher than the refractive index of the microlens lower layer 1b. According to this configuration, the light collection efficiency of the microlens 1 can be further improved.
  • FIG. 5A a planarization layer 22 is formed over a semiconductor substrate 21. Thereby, unevenness on the surface of the semiconductor substrate 21 is reduced and smoothness is improved.
  • a color separation filter 23 is formed on the planarizing layer 22 at a predetermined position based on the Bayer arrangement by a plurality of photolithography processes.
  • the color separation filter 23 can be a primary color filter composed of green (G), red (R), and blue (B), or a complementary color filter composed of yellow, cyan, and magenta.
  • the vertical and horizontal dimensions of the color separation filter 23 in plan view are, for example, in the range of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m, and typically in the range of 1.5 ⁇ m to 2.5 ⁇ m.
  • FIG. 2 shows an example of the arrangement of the color separation filters 23.
  • a transparent resin layer 24 that is a base material of the microlens is formed on the color separation filter 23.
  • the transparent resin layer 24 is formed by applying an acrylic resin by a spin coating method and thermally curing on a hot plate.
  • the microlens is formed by a transfer method. Therefore, the transparent resin layer 24 can be formed by being thickly applied. Therefore, the transparent resin layer 24 absorbs irregularities on the surface of the color separation filter 23 and the surface is formed to be substantially flat.
  • the transparent resin that can be used for forming the transparent resin layer 24 includes acrylic resin, fluorine-based acrylic resin, epoxy resin, polyester resin, urethane resin, melamine resin, urea resin, styrene resin, phenol resin, or a combination thereof.
  • acrylic resin fluorine-based acrylic resin
  • epoxy resin epoxy resin
  • polyester resin urethane resin
  • melamine resin urea resin
  • styrene resin phenol resin
  • a combination thereof There are polymers and the like. Among them, an acrylic resin having high heat resistance is more preferable.
  • the above-mentioned acrylic resin, styrene resin and the like are common, and the refractive index is in the range of about 1.5 to 1.6.
  • said transparent resin may be used independently or may be used in mixture of multiple types.
  • a lens matrix 25 is formed on the transparent resin layer 24 in a state corresponding to each pixel. That is, patterning is performed on the transparent resin layer 24 by a photolithography method using a photosensitive resin that does not have heat flow, and a lens matrix 25 having a trapezoidal cross section, that is, a truncated cone shape at a position corresponding to each pixel. Form.
  • each lens matrix 25 is cured by heat treatment. Since the lens matrix 25 does not have thermal flow properties, the lens matrix 25 has a shape that maintains the shape after patterning, and becomes an etching mask layer.
  • a photosensitive resin having no heat flow property is used for the transparent resin layer 24, a photosensitive resin having no heat flow property is used. By doing so, it is possible to avoid melting of the photosensitive resin pattern, expansion of the volume, and contact between adjacent lenses. As a result, it is possible to prevent the occurrence of shape collapse at the boundary between adjacent lenses.
  • a thermoplastic resin that has a high glass transition temperature and does not lose its shape before being cured by heat treatment under conditions of 100 to 220 ° C. Material is preferred.
  • Such a photosensitive resin that does not flow heat contains a base resin having a mass average molecular weight (Mw: measured value in terms of styrene in gel permeation chromatography (GPC)) of 10,000 or more and 30,000 or less. Is preferred. More preferably, the mass average molecular weight is 20,000 or more and 30,000 or less. When the mass average molecular weight of the base resin is 10,000 or more, heat resistance and heat flow resistance are improved. Moreover, since the solubility at the time of image development does not fall by the mass average molecular weight of base resin being 30,000 or less, generation
  • the lens shape of the lens matrix 25 is transferred to the transparent resin layer 24 by a transfer process using a dry etching apparatus, and the microlens lower layer 26 is placed at a position corresponding to each pixel. Form.
  • the pattern can be transferred to the transparent resin layer 24 while maintaining the pattern shape of the lens matrix.
  • the adjacent microlens lower layer 26 is in a state where the lens ends are in contact with each other, no non-lens area exists at the boundary between the microlenses, and a V-shape is provided between the microlenses.
  • a recess 27 is formed.
  • a dry etching technique and apparatus such as ECR, parallel plate magnetron, DRM, ICP, or dual frequency RIE can be appropriately selected and used.
  • the gas used for dry etching is not particularly limited as long as it is an oxidizing or etching gas.
  • a gas having a halogen element such as fluorine, chlorine, or bromine in its structure, and a gas having oxygen or sulfur element in its structure can be used.
  • the present invention is not limited to these.
  • a resist pattern 28 is formed on the microlens lower layer 26.
  • the photosensitive resin used for the resist pattern 28 has the same or higher refractive index than the refractive index of the microlens lower layer 26 and also has heat flow properties.
  • the resist pattern 28 is heated at a temperature higher than its thermal softening point to form a hemispherical lens-shaped layer 28A.
  • the lens shape layer 28A is a microlens upper layer.
  • the microlens 38 is configured by the microlens lower layer 26 and the microlens upper layer formed of the lens shape layer 28A.
  • a photosensitive resin material that can be used for forming the resist pattern 28 of this embodiment will be described.
  • the photosensitive resin material to be applied first has the same or higher refractive index than the refractive index of the microlens lower layer 26.
  • the refractive index of the photosensitive resin material is preferably 1.5 or more and 1.7 or less. More preferably, it is 1.5 or more and 1.6 or less. If the photosensitive resin material has the same or higher refractive index than that of the microlens lower layer 26, microlenses having different refractive indexes can be formed. For this reason, not only can incident light be refracted more largely and be incident on the light receiving element, but the condensing effect of the microlens can be further enhanced, and thus the sensitivity can be improved.
  • the refractive index is generally 1.5 or more and 1.6 or less. Therefore, if the refractive index is less than 1.5, the incident light cannot be refracted and the light collecting effect cannot be enhanced. In addition, since no material with a refractive index of the photosensitive resin exceeding 1.7 has been found, this refractive index is the upper limit.
  • the photosensitive resin material that can be used for forming the resist pattern 28 in the embodiment is a photosensitive resin having heat flow.
  • the photosensitive resin having heat flow is a thermoplastic resin material that can be melted by heating and can form a curved surface by its surface tension.
  • heat flow resin material include acrylic resin, phenol resin, and polystyrene resin.
  • a resin having photosensitivity and capable of forming a pattern by alkali development is preferable.
  • the photosensitive resin having the same or higher refractive index and heat flowability may contain other additives as necessary so as not to impair the intended characteristics of the present invention. May be.
  • other additives include adhesion assistants for improving adhesion to the substrate, surfactants for improving coatability, leveling agents, and dispersing agents.
  • adhesion assistants for improving adhesion to the substrate
  • surfactants for improving coatability
  • leveling agents for improving coatability
  • dispersing agents dispersing agents.
  • a microlens lower layer is formed by dry etching using a photosensitive resin having no heat flow property as a lens matrix, so that adjacent lens surfaces are fused to each other. Without any gap between the lenses.
  • the microlens upper layer 28A is formed on the microlens lower layer 26 by a thermal reflow method using a photosensitive material having the same or higher refractive index as that of the microlens lower layer 26 and having a heat flow property. It is possible to obtain a microlens that suppresses surface roughness, has less light scattering on the lens surface, and has improved light collection efficiency.
  • FIG. 3 (e) is a process process only of Example 2.
  • the transparent resin composing the microlens lower layer 1b is a thermosetting resin.
  • the transparent resin composing the microlens upper layer 1a is a photosensitive resin, and is an example using a positive photosensitive resin.
  • a special exposure mask called a gray tone mask is used.
  • a photoelectric conversion element, a light-shielding film, and a passivation film were formed on the semiconductor substrate 3, and a planarization layer was formed on the uppermost layer by spin coating using a thermosetting acrylic resin coating solution.
  • the dimensions of the semiconductor substrate 3 were a thickness of 0.75 mm and a diameter of 20 cm.
  • Green resist is a C.I. I. Pigment yellow 139, C.I. I. Pigment green 36, C.I. I. Pigment Blue 15: 6 was used, and a color resist having a constitution in which an organic solvent such as cyclohexanone and PGMEA, a polymer varnish, a monomer, and an initiator were added was used.
  • Blue resist is C.I. I. Pigment blue 15: 6, C.I. I. A pigment violet 23 was used, and a color resist having a constitution in which an organic solvent such as cyclohexanone and PGMA, a polymer varnish, a monomer, and an initiator were further added was used.
  • the color material of the red resist is C.I. I. Pigment red 117, C.I. I. Pigment red 48: 1, C.I. I. Pigment Yellow 139.
  • the composition other than the color material was the same as that of the green resist.
  • the arrangement of the colored pixels is a so-called Bayer arrangement in which a G (green) filter is provided every other pixel, and an R (red) filter and a B (blue) filter are provided every other row between the G filters.
  • an acrylic resin coating solution in which a benzene ring is introduced into the resin skeleton is applied on each color separation filter 2 to form a transparent resin layer 11 having a thickness of 1 ⁇ m, and heated at 180 ° C. for 3 minutes. A hardening process was performed (FIG. 2B).
  • the photosensitive resin layer 12 was formed by applying a styrene resin having alkali solubility, photosensitivity, and heat reflow (FIG. 2C). Thereafter, the photosensitive resin layer 12 is patterned by a regular photolithography process using the gray tone mask 50. Thereafter, heat treatment was performed at 200 ° C., and thermal reflow was performed to form the lens matrix 12a with a substantially appropriate flow amount of 0.1 ⁇ m on one side (FIG. 2D).
  • the lens matrix 12a has a smooth cylindrical shape with a gap of 0.3 ⁇ m between the lens matrices 12a.
  • etching is performed using a mixed gas of CF 4 and C 3 F 8 which is a fluorocarbon gas, the pattern of the lens matrix 12a is transferred to the transparent resin layer 11 made of acrylic resin, and the gap between lenses 0 A microlens lower layer 11a having a thickness of 0.035 ⁇ m was formed (FIG. 3A).
  • the height of the microlens lower layer 11a was lower than that of the lens matrix 12a, and was about 0.25 ⁇ m.
  • the dry etching time was 5 minutes.
  • a styrene resin having alkali solubility, photosensitivity, and heat reflow property was applied on the microlens lower layer 11a to form a photosensitive resin layer 13 (FIG. 3B).
  • the photosensitive resin layer 13 was patterned by a regular photolithography process using the gray tone mask 51 to form the microlens upper layer 13a (FIGS. 3C and 3D).
  • the microlens upper layer 13a was a smooth hemispherical lens having a lens height of 0.3 ⁇ m.
  • the gray tone mask 51 is obtained by forming a light-shielding film having a high light transmittance on a quartz substrate for a portion corresponding to a thin film portion of a lens element to be prepared. It can be said that the shading film has a gradation (gradation) of light and shade. This gradation of gradation is achieved by a partial difference in the number (rough density) per unit area of small diameter dots that are not resolved by the light used for exposure. In this way, an image sensor with multiple faces on the semiconductor substrate 3 was completed (FIG. 3D). Next, a photoresist was applied to the back surface of the semiconductor substrate 3, and an opening was formed at a site where a through hole was to be formed by a regular photolithography method.
  • a SiO 2 insulating film was formed on the entire inner wall, bottom, and back surface of the through hole by a CVD method.
  • the insulating film was formed such that the thickness of the insulating film was thinner on the bottom of the through-hole (a pad made of a highly conductive metal such as aluminum) than on the back surface of the semiconductor substrate 3.
  • reactive ion etching was performed again to remove the insulating film at the bottom of the through hole.
  • a conductive film was formed by sputtering, and a wiring layer was formed to bury the through holes and form the through hole electrodes 4 on the back surface of the wafer (FIG. 4A).
  • Example 2 the transparent resin composing the microlens lower layer 1b is a thermosetting resin.
  • the transparent resin composing the microlens upper layer 1a is a photosensitive resin, and is an example using a positive photosensitive resin.
  • a special exposure mask called a gray tone mask is used in order to control the convex shape of the lens by the exposure method.
  • a photoelectric conversion element, a light shielding film, and a passivation film are formed on a semiconductor substrate 3 having a thickness of 0.75 mm and a diameter of 20 cm, and a flattening layer is formed on the uppermost layer by spin coating using a thermosetting acrylic resin coating liquid. Formed.
  • the color separation filter 2 was formed on the planarizing film by three photolithography techniques in three colors of green, blue, and red (see FIG. 2A). The photoelectric conversion film and the planarization layer are not shown.
  • Green resist is a C.I. I. Pigment yellow 139, C.I. I. Pigment green 36, C.I. I. Pigment Blue 15: 6 was used, and a color resist having a constitution in which an organic solvent such as cyclohexanone and PGMEA, a polymer varnish, a monomer, and an initiator were added was used.
  • Blue resist is C.I. I. Pigment blue 15: 6, C.I. I. A pigment violet 23 was used, and a color resist having a constitution in which an organic solvent such as cyclohexanone and PGMA, a polymer varnish, a monomer, and an initiator were further added was used.
  • the color material of the red resist is C.I. I. Pigment red 117, C.I. I. Pigment red 48: 1, C.I. I. Pigment Yellow 139.
  • the composition other than the color material was the same as that of the green resist.
  • the arrangement of the colored pixels is a so-called Bayer arrangement in which a G (green) filter is provided every other pixel, and an R (red) filter and a B (blue) filter are provided every other row between the G filters.
  • an acrylic resin coating solution in which a benzene ring is introduced into the resin skeleton is applied on each color separation filter 2 to form a transparent resin layer 11 having a thickness of 1 ⁇ m, and heated at 180 ° C. for 3 minutes. A hardening process was performed (FIG. 2B).
  • the photosensitive resin layer 12 was formed by applying a styrene resin having alkali solubility, photosensitivity, and heat reflow (FIG. 2C). Then, after patterning the photosensitive resin layer 12 by a regular photolithography process using the gray tone mask 50, heat treatment is performed at 200 ° C. and thermal reflow is performed, with a substantially appropriate flow amount of 0.1 ⁇ m on one side, A lens matrix 12a was formed (FIG. 2D).
  • the lens matrix 12a was a smooth cylindrical shape with a gap of 0.3 ⁇ m between the lens matrices 12a.
  • etching is performed using a mixed gas of CF 4 and C 3 F 8 which is a fluorocarbon gas, the pattern of the lens matrix 12a is transferred to the transparent resin layer 11 made of acrylic resin, and the gap between lenses 0 A microlens lower layer 11a having a thickness of 0.035 ⁇ m was formed (FIG. 3A).
  • the height of the microlens lower layer 11a was lower than that of the lens matrix 12a, and was about 0.25 ⁇ m.
  • the dry etching time was 5 minutes.
  • a styrene resin having alkali solubility, photosensitivity, and heat reflow property was applied on the microlens lower layer 11a to form a photosensitive resin layer 13 (FIG. 3B).
  • the photosensitive resin layer 13 is heat-treated at 200 ° C. and thermally reflowed (FIG. 3).
  • E) The microlens upper layer 13a was formed with a substantially appropriate flow amount of 0.1 ⁇ m on one side.
  • the microlens upper layer 13a was a smooth hemispherical lens having a lens height of 0.3 ⁇ m.
  • the gray tone mask 51 is obtained by forming a light-shielding film having a high light transmittance on a quartz substrate for a portion corresponding to a thin film portion of a lens element to be prepared. It can be said that the light-shielding film has a light and shade gradation (gradation). This gradation of gradation is achieved by a partial difference in the number (rough density) per unit area of small diameter dots that are not resolved by the light used for exposure.
  • a photoresist was applied to the back surface of the semiconductor substrate 3, and an opening was formed at a site where a through hole was to be formed by a regular photolithography method.
  • reactive ion etching was performed using the photoresist film as a mask, and the semiconductor substrate 3 was etched to a predetermined depth to form a through hole (FIG. 4A).
  • a SiO 2 insulating film was formed on the entire inner wall, bottom, and back surface of the through hole by a CVD method.
  • the insulating film was formed such that the thickness of the insulating film was thinner on the bottom of the through-hole (a pad made of a highly conductive metal such as aluminum) than on the back surface of the semiconductor substrate 3.
  • reactive ion etching was performed again to remove the insulating film at the bottom of the through hole.
  • a conductive film was formed by sputtering, and a wiring layer was formed to bury the through holes and form the through hole electrodes 4 on the back surface of the wafer (FIG. 4A).
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line aa in FIG.
  • red pigments C.I. I. Pigment Red 254 (“Ilgar Forred B-CF” manufactured by Ciba Specialty Chemicals) and C.I. I. Pigment Red 177 (“Chromophthal Red A2B” manufactured by Ciba Specialty Chemicals)
  • green pigment C.I. I. Pigment Green 36 (“Rionol Green 6YK” manufactured by Toyo Ink Co., Ltd.) and C.I. I. Pigment Yellow 150 ("Funchon First Yellow Y-5688” manufactured by Bayer)
  • blue pigment C.I. I.
  • Pigment Blue 15 (“Rionol Blue ES” manufactured by Toyo Ink Co.)
  • C.I. I. Pigment Violet 23 (“Paliogen Violet 5890” manufactured by BASF) was used together with an acrylic resin and a cyclohexanone solvent, and an acrylic photosensitive coloring resist was used.
  • the amount of the color material added was about 50% in terms of the solid content ratio in the resist.
  • thermosetting acrylic resin solution is applied to the semiconductor substrate 21 by spin coating, and then heat-treated on a hot plate at 200 ° C. for 5 minutes to a thickness of 0.1 ⁇ m.
  • a planarizing layer 22 having a thickness of 5 mm was formed.
  • An acrylic photosensitive green colored resist was applied on the planarizing layer 22 by spin coating, and then prebaked at 80 ° C. for 1 minute on a hot pouch.
  • the transparent resin layer 24 having a thickness of 0.7 ⁇ m was formed.
  • a positive photoresist containing a base resin having a weight average molecular weight of 30,000 is applied onto the transparent resin layer 24 by spin coating, exposed and developed, and a hot plate is formed. After heating at 160 ° C. for 5 minutes, firing was further performed at 220 ° C. for 5 minutes to form a lens matrix 25 having a thickness of 1.0 ⁇ m.
  • a dry etching apparatus uses a mixed gas of CF 4 and C 3 F 8 which is a fluorocarbon gas, the substrate temperature is room temperature, the pressure is 5 Pa, the RF power is 500 W, and the bias Etching was performed at 50W. Etching was performed using the lens matrix 25 as a mask to form a microlens lower layer 26 having a pixel size of 2.0 ⁇ m. Thereafter, heating was performed at 230 ° C. for 20 minutes. The height of the microlens lower layer 26 after the treatment was 0.4 ⁇ m.
  • a positive photoresist containing a base resin having a refractive index of 1.67 and a weight average molecular weight of 2,000 is applied on the microlens lower layer 26 by spin coating, exposure, Development was performed and bleaching was performed using an exposure apparatus under conditions of 300 mJ / cm 2 , and then a resist pattern 28 was formed.
  • the resist pattern 28 was subjected to a heat treatment at 130 ° C. for 5 minutes on a hot plate to form a hemispherical lens shape layer by surface tension. Furthermore, as a result of heat-curing at 200 ° C.
  • a lens-shaped layer 28A serving as an upper layer of the microlens was obtained.
  • the lens shape layer 28A had a pixel size of 1.5 ⁇ m.
  • the height of the lens shape layer 28A was 0.2 ⁇ m.
  • a microlens 38 composed of the microlens lower layer 26 and the lens shape layer 28A was formed.
  • Example 2 A microlens was formed in the same manner as in Example 1 except that the refractive index of the base resin of the positive photoresist used for the upper layer of the microlens in Example 1 was changed to 1.55.
  • Example 3 A microlens was formed in the same manner as in Example 1 except that the mass average molecular weight of the base resin of the positive photoresist used for the upper layer of the microlens in Example 1 was changed to 10,000.
  • Example 4 A microlens was formed in the same manner as in Example 1 except that the mass average molecular weight of the base resin of the positive photoresist used for the upper layer of the microlens in Example 1 was changed to 18,000. (Example 5) A microlens was formed in the same manner as in Example 1 except that the material used for the transparent resin layer in Example 1 was changed to a fluorine-based acrylic resin having a refractive index of 1.45.
  • Example 1 A microlens was formed in the same manner as in Example 1 except that the height of the microlens upper layer in Example 1 was 0.6 ⁇ m and the step of forming the microlens lower layer (so-called thermal reflow method) was omitted.
  • Comparative Example 2 A microlens was formed in the same manner as in Example 1 except that the height of the microlens lower layer in Example 1 was 0.6 ⁇ m and the step of forming the microlens upper layer (so-called transfer method) was omitted.
  • Example 3 A microlens was formed in the same manner as in Example 1 except that the refractive index of the base resin of the positive photoresist used for the upper layer of the microlens in Example 1 was changed to 1.40.
  • Comparative Example 4 A microlens was formed in the same manner as in Example 1 except that the mass average molecular weight of the base resin of the positive photoresist used for the upper layer of the microlens in Example 1 was changed to 900.
  • Example 5 A microlens was formed in the same manner as in Example 1 except that the mass average molecular weight of the base resin of the positive photoresist used for the upper layer of the microlens in Example 1 was changed to 40,000.
  • the shape observation and dimension measurement of the formed microlens, and the lens height and surface roughness measurement method and sensitivity evaluation are as follows.
  • the formed microlens shape was observed and evaluated with a length measuring SEM (eCD2-XP manufactured by KLA-Tencor). A microlens with a hemispherical shape was evaluated as “ ⁇ ”, and a microlens that did not become a hemispherical surface was evaluated as “x”. Further, the gap between sides between adjacent lenses was measured. However, the apparatus measurement limit was 0.035 ⁇ m.
  • microlens height and surface roughness The microlens height and surface roughness were measured with an AFM (atomic force microscope, manufactured by Toyo Technica Co., Ltd. (i-ano)).
  • the height of the microlens includes the microlens lower layer and the microlens upper layer.
  • Example 1 it was confirmed that the same evaluation as in Example 1 could be obtained even when the refractive index of the photosensitive resin having thermal reflow property was 1.5 and 1.7. is doing. In Example 1, it was confirmed that the same evaluation as in Example 1 could be obtained even when the mass average molecular weight of the photosensitive resin having thermal reflow property was set to 1,000.

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Abstract

マイクロレンズの表面の平滑性と、隣り合うマイクロレンズ間の隙間保持を両立し、マイクロレンズの集光効率を向上させる。半導体基板に形成された光電変換素子上に、色分解フィルタとマイクロレンズとをこの順に積層したイメージセンサである。マイクロレンズは、上記積層方向に沿って、色分解フィルタ側のマイクロレンズ下層と、そのマイクロレンズ下層の上に形成されたマイクロレンズ上層の２層構造となっている。マイクロレンズ下層は、柱状若しくは錐台状の形状であり、マイクロレンズ上層は、半球状の形状である。マイクロレンズ上層は、マイクロレンズ下層の屈折率と同じもしくはマイクロレンズ下層の屈折率よりも高い屈折率を有することが好ましい。

Description

イメージセンサおよびその製造方法
　本発明は、イメージセンサに関する技術であり、Ｃ－ＭＯＳやＣＣＤ等の光電変換素子上に形成されるマイクロレンズに特徴を有する技術である。
　昨今では、カメラモジュールの小型・薄型化を目的に、ウェハプロセスにて作製できるモジュール構造が提案されている（特許文献１～５参照）。イメージセンサが形成された半導体基板（シリコンウェハ）には、その上面の光電変換素子面に、色分解用の色分解フィルタ（カラーフィルタ）や集光用のマイクロレンズを各画素に作りこんでいる。
　光電変換素子にて得られる画像情報の電気信号は、半導体基板に形成される貫通孔内に充填もしくはその内壁を被覆する導電物質により半導体基板の裏面に導かれ、パターン化された絶縁層と導電層によって、例えばボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）方式による接続端子にて外部回路基板との接続が可能となっている。
　カメラモジュールは、直径２０～３０ｃｍの半導体基板の加工プロセスに、同じく直径２０～３０ｃｍのガラス板の加工プロセスを組み合わせて、ウェハプロセスにて作製され、位置合わせをして積層された後、最終的にダイシング工程にて個々に断裁されて１個のカメラモジュールとなる。
　一般に携帯電話に装着されるカメラである場合、カメラモジュールにおける半導体基板の大きさは、０．３ｍｍ角程度であるから、直径２０ｃｍの一枚のウェハから３，５００～４，３００個程度形成することが可能である。
　マイクロレンズは、光電変換素子への集光効率を向上させるため、レンズ間ギャップを０に近づける必要がある。またマイクロレンズの表面を平滑とすることで、集光効率を向上させることができる。
特開２００６－５２１１号公報 特開昭６０－５３０７３号公報 特開平６－１１２４５９号公報 特開２００３－２２９５５０号公報 特開２０００－２６９４７４号公報
　マイクロレンズをエッチング転写法により形成する場合、レンズ表面が荒れてしまい、集光効率が落ちやすい問題がある。一方、マイクロレンズをフォトリソグラフィ法により形成する場合、マイクロレンズ表面は滑らかになるが、隣り合うマイクロレンズ間の隙間が埋まってしまい、集光効率が落ちやすい問題がある。
　本発明は、マイクロレンズの表面の平滑性と、隣り合うマイクロレンズ間の隙間保持を両立したイメージセンサの提供を目的とする。
　課題を解決するため、本発明の一態様のイメージセンサは、半導体基板に形成された光電変換素子上に、色分解フィルタとマイクロレンズとをこの順に積層したイメージセンサであって、上記マイクロレンズは、上記積層方向に沿って、色分解フィルタ側のマイクロレンズ下層と、そのマイクロレンズ下層の上に形成されたマイクロレンズ上層の２層構造となっており、上記マイクロレンズ下層は、柱状若しくは錐台状の形状であり、上記マイクロレンズ上層は、半球状の形状であることを特徴とする。
　また、本発明の一態様のイメージセンサの製造方法は、半導体基板に形成された光電変換素子上に、色分解フィルタとマイクロレンズとをこの順に積層したイメージセンサの製造方法であって、上記マイクロレンズは、上記積層方向に沿って上下２層で形成され、上記マイクロレンズの下層であるマイクロレンズ下層をエッチング転写法で形成した後に、上記マイクロレンズの上層であるマイクロレンズ上層をフォトリソグラフィ法により形成することを特徴とする。
　本発明の態様のイメージセンサによれば、マイクロレンズについて、レンズ間において、レンズ下部に谷間が形成されると共に、レンズ上部に平滑曲面が形成し易くなる。例えば、エッチング転写法でレンズ下部の谷間を形成し、フォトリソグラフィ法でレンズ上部の平滑曲面を形成する。
　この結果、本発明の一態様によれば、マイクロレンズの表面の平滑性と、隣り合うマイクロレンズ間の隙間保持を両立したイメージセンサを提供することが出来る。
　このため、本発明の態様によれば、高精細なマイクロレンズであっても、集光効率の向上を効果的に行うことが出来る。
本発明に基づく実施形態に係るイメージセンサの構造を模式的に説明する断面視の図である。 本発明に基づく実施形態に係るイメージセンサの製造工程を模式的に説明する断面視工程図の一部である。 本発明に基づく実施形態に係るイメージセンサの製造工程を模式的に説明する断面視工程図の一部である。 本発明に基づく実施形態に係るイメージセンサの製造工程を模式的に説明する断面視工程図の一部である。 本発明に基づく第２の実施形態に係るマイクロレンズの製造方法を工程順に示す模式的断面図である。また図５は、図６のａ－ａ線での断面図である。 本発明に基づく第２の実施形態に係るマイクロレンズの平面図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　ここで、図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる。
　また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
　本実施形態のイメージセンサは、図１の模式図に示すように、半導体基板３に、複数の光電変換素子（不図示）が配置されると共に、色分解用のカラーフィルタである色分解フィルタ２や集光用マイクロレンズ１が単位となる光電変換素子毎に形成されている。
　ここで、本明細書では、半導体基板３、光電変換素子、色分解フィルタ２、マイクロレンズ１までをイメージセンサと指称する。
　イメージセンサの光電変換素子にて得られる画像情報の電気信号は、電極（図示せず）を経由して貫通孔内に充填もしくは内壁を被覆して貫通孔電極４を形成する導電物質により半導体基板３の裏面に導かれ、パターン化された絶縁層と導電層によって、ＢＧＡ方式による接続バンプ５にて外部回路との接続が図られる。
　その他、レンズモジュールの側壁にフレア防止用で遮光性のある無電解めっき層を施しても良い。その材質は、ニッケル、クロム、コバルト、鉄、銅、金等から選択される金属の単一めっき層のほか、ニッケル－鉄、コバルト－鉄、銅－鉄等の組合せから選択される合金の無電解めっき層があげられる。そのほかに、銅等の金属を無電解めっきし、しかる後、その表面を化学処理や酸化処理して金属化合物とし、表面の光反射率の低い金属遮光層とすることも可能である。
　本実施形態の各マイクロレンズ１は、図１に示すように、上記積層方向に沿って、色分解フィルタ側のマイクロレンズ下層１ｂと、そのマイクロレンズ下層１ｂの上に形成されたマイクロレンズ上層１ａの２層構造となっている。マイクロレンズ下層１ｂの形状は、円柱、角柱その他の柱状若しくは円錐台、角錐台その他の錐台状の形状であり、マイクロレンズ上層１ａの形状は、半球状の形状であることが好ましい。半球状の断面プロフィールは、例えば円や楕円などの一部からなる。
　マイクロレンズ上層１ａは、マイクロレンズ下層１ｂの屈折率と同じもしくはマイクロレンズ下層１ｂの屈折率よりも高い屈折率が高いことが好ましい。また、マイクロレンズ上層１ａの屈折率が１．５以上１．７以下であることが好ましい。そのマイクロレンズ上層１ａを構成する樹脂は、質量平均分子量が１，０００以上２０，０００以下であることが好ましい。
　またマイクロレンズ下層１ｂを構成する樹脂は、例えば、アクリル樹脂である。
　本実施形態のマイクロレンズ１は、例えばマイクロレンズ下層１ｂがエッチング転写法で形成され、マイクロレンズ上層１ａがフォトリソグラフィ法で形成されている。
　次に、その製造方法について説明する。
　＜第１の実施形態＞
　本実施形態のイメージセンサの製造は、少なくとも次のａ～ｈの工程を備える。
　ａ：半導体基板上に光電変換素子を形成する工程
　ｂ：光電変換素子の上に色分解フィルタを形成する工程
　ｃ：色分解フィルタ上にマイクロレンズ材料を全面塗布する工程
　ｄ：マイクロレンズ材料上に犠牲層を塗布する工程
　ｅ：犠牲層をフォトリソグラフィ法によりパターニングする工程
　ｆ：犠牲層とマイクロレンズ材料をエッチングして、マイクロレンズ下層１ｂを形成するエッチング転写工程
　ｇ：マイクロレンズ下層１ｂ上に感光性レンズ材料を塗布する工程
　ｈ：感光性レンズ材料をフォトグラフィー法によりパターニングしてマイクロレンズ上層１ａを形成する工程
　ここで、マイクロレンズ上層１ａは、グレイトーンマスクを使用したフォトリソグラフィ法により形成することが好ましい。
　また、マイクロレンズ上層１ａを形成する工程の後に、熱フローによりマイクロレンズ上層を流動させてマイクロレンズ下層１ｂの表面を覆う工程を有していても良い。
　イメージセンサの製造工程の概略は以上であるが、本実施形態の特徴は、光電変換素子の上部に形成される色分解フィルタ２とマイクロレンズ１の製造方法に関する。したがって、以下この点について、後述の第１の実施例における、実施例１及び実施例２にて詳しく説明する。
（第１の実施形態の効果）
　第１の実施形態では、次の効果を奏する。
　（１）各マイクロレンズ１は上下２層で形成され、マイクロレンズ１の下層１ｂをエッチング転写法で形成した後に、マイクロレンズ１の上層１ａをフォトリソグラフィ法により形成する。
　これによって、例えば、マイクロレンズ下層１ａを柱状若しくは錐台状の形状とし、マイクロレンズ上層１ａを半球状の形状とすることができる。
　この構成によれば、エッチング転写工程でレンズ下部の谷間を形成し、グレイトーンマスクを使用したフォトリソ工程でレンズ上部の平滑曲面を形成できる。この結果、マイクロレンズの表面の平滑性と、隣り合うマイクロレンズ間の隙間保持を両立したイメージセンサを提供することが出来る。
　特に、レンズピッチ１．１ミクロン以下の高精細なマイクロレンズであっても集光効率向上に効果的である。
　（２）マイクロレンズ上層は、グレイトーンマスクを使用したフォトリソグラフィ法により形成する。
　この構成によれば、レンズの凸形状を露光法で制御して高精度で形成可能となる。
　（３）マイクロレンズ上層１ａを形成する工程の後に、熱フローによりマイクロレンズ上層１ａを流動させてマイクロレンズ下層１ｂの表面を覆う工程を有しても良い。
　この構成によれば、熱フローによりマイクロレンズ上層１ａが流動化し、エッチング転写法で形成されたマイクロレンズ下層１ｂの荒れた表面を覆うため、マイクロレンズ表面全体が平滑な曲面となる効果がある。
　（４）マイクロレンズ上層１ａは、マイクロレンズ下層１ｂの屈折率と同じもしくはマイクロレンズ下層１ｂの屈折率よりも高い屈折率が高いことが好ましい。
　この構成によれば、マイクロレンズ１の集光効率を更に向上させることが可能となる。
　＜第２の実施形態＞
　第２の実施形態について図面を参照して説明する。
　ここで、第２の実施形態におけるイメージセンサの基本構造は、第１の実施形態と同様な構造となっている。
　次に、第２の実施形態のイメージセンサにおける、マイクロレンズの製造方法について図５を参照しつつ説明する。
　先ず、図５（Ａ）に示すように、半導体基板２１上に平坦化層２２を形成する。これによって、半導体基板２１表面の凸凹を低減し平滑性を改善する。
　次に、カラーレジストを用い、複数回のフォトリソグラフィプロセスによって、ベイヤー配列に基づく予め設定した所定の位置に色分解フィルタ２３を平坦化層２２の上に形成する。色分解フィルタ２３は、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）からなる原色系フィルタ、或いは黄色、シアン色、マゼンタ色からなる補色系フィルタとすることができる。色分解フィルタ２３の平面視での縦横の寸法は、例えば１μｍ以上１０μｍ以下の範囲内にあり、典型的には１．５μｍ以上２．５μｍ以下の範囲内にある。図２に色分解フィルタ２３の配列の例を示す。
　次に、図５（Ｂ）に示すように、色分解フィルタ２３上にマイクロレンズの母材となる透明樹脂層２４を形成する。この透明樹脂層２４は、本例ではアクリル系樹脂をスピンコート法にて塗布し、ホットプレート上で熱硬化して形成する。ここで、本実施形態では転写法によりマイクロレンズを形成する。そのため、透明樹脂層２４を厚く塗布して形成することができる。そのことから、透明樹脂層２４は、色分解フィルタ２３の表面の凹凸を吸収して表面が実質的に平坦に形成される。
　ここで、透明樹脂層２４の形成に採用可能な透明樹脂としては、アクリル樹脂、フッ素系アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、スチレン樹脂、フェノール樹脂あるいはこれらの共重合体などがある。その中でも特に、耐熱性の高いアクリル樹脂がより好ましい。上記したアクリル樹脂、スチレン樹脂などが一般的であり、その屈折率は、おおよそ１．５～１．６の範囲である。また、上記の透明樹脂は、単独で用いても、或いは複数種類を混合して用いてもよい。
　次に、図５（Ｃ）に示すように、透明樹脂層２４上に、各画素に対応した状態で、レンズ母型２５を形成する。すなわち、透明樹脂層２４上に、熱フロー性を有しない感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法にてパターニングして、各画素に対応した位置に断面台形状、つまり錐台状のレンズ母型２５を形成する。
　次に各レンズ母型２５を加熱処理することで硬化させる。レンズ母型２５は、熱フロー性を有しないため、パターニング後の形状を維持したままの形状となり、エッチングマスク層となる。透明樹脂層２４には熱フロー性を有しない感光性樹脂を用いる。そのようにすることで、感光性樹脂パターンが溶融し、体積が膨張し隣接するレンズ同士が接触することを回避できる。その結果、隣り合うレンズ同士の境界部分で形状崩れの発生を防ぐことが可能となる。
　ここで、レンズ母型２５の形成に採用可能な熱フローしない感光性樹脂としては、ガラス転移温度が高く、１００～２２０℃の条件の熱処理によって硬化前に形状が崩れることがない熱可塑性の樹脂材料が好適である。このような熱フローしない感光性樹脂としては、質量平均分子量（Ｍｗ：ゲルパーミエーションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）のスチレン換算による測定値）が１０，０００以上３０，０００以下のベース樹脂を含有していることが好ましい。より好ましくは、質量平均分子量が２０，０００以上３０，０００以下である。ベース樹脂の質量平均分子量が、１０，０００以上であることにより耐熱性、熱フロー耐性が向上する。また、ベース樹脂の質量平均分子量が、３０，０００以下にすることにより、現像時の溶解性が低下しないため、残渣の発生を抑えることができる。
　次に、図５（Ｄ）に示すように、ドライエッチング装置により、転写処理を施しレンズ母型２５のレンズ形状を透明樹脂層２４に転写して、各画素に対応した位置にマイクロレンズ下層２６を形成する。このようにすることで、上記レンズ母型のパターン形状を維持したまま上記透明樹脂層２４に転写することができる。この転写処理を制御することで、隣り合うマイクロレンズ下層２６は、そのレンズ端が接触し、マイクロレンズ間の境界に非レンズ領域が存在しない状態となり、且つマイクロレンズ間でＶ字形状を備えた凹部２７が形成される。
　転写のためのドライエッチングには、ＥＣＲ、平行平板マグネトロン、ＤＲＭ、ＩＣＰ、あるいは２周波タイプのＲＩＥなどのドライエッチングの手法、装置を適宜選択して使用することが出来る。
　ドライエッチングに用いるガスは、酸化性又はエッチング性を有するガスであれば、特に制限する必要はない。一例として、フッ素、塩素、臭素などのハロゲン元素をその構成に有するガス、同様に酸素やイオウの元素をその構成に有するガスなどを用いることが出来るが、これらに限定されない。しかしながら、可燃性がなく、人体への影響の観点から、毒性の低いフロン系ガスを使用することが実用的に好ましい。
　次に、図５（Ｅ）に示すように、マイクロレンズ下層２６上にレジストパターン２８を形成する。このレジストパターン２８に用いる感光性樹脂は、マイクロレンズ下層２６の屈折率と比べて、同じもしくは高い屈折率を有すると共に熱フロー性を有するものである。
　次に、図５（Ｆ）に示すように、レジストパターン２８をその熱軟化点より高い温度で加熱処理を行い、半球面のレンズ形状層２８Ａを形成する。このレンズ形状層２８Ａは、マイクロレンズ上層となる。このマイクロレンズ上層を形成することで、レンズの表面粗さ（Ｒａ；算術平均粗さ）が５０ｎｍ以下の滑らかなマイクロレンズ表面を得ることが可能となる。
　これによって、本実施形態では、マイクロレンズ下層２６と、レンズ形状層２８Ａからなるマイクロレンズ上層とによって、マイクロレンズ３８が構成されることになる。
　ここで、本実施形態のレジストパターン２８の形成に採用可能な感光性樹脂材料について説明する。
　適用する感光性樹脂材料は、まず、マイクロレンズ下層２６の屈折率と比べて、同じもしくは高い屈折率を有する。感光性樹脂材料の屈折率は１．５以上１．７以下であることが好ましい。さらに好ましくは１．５以上１．６以下である。
　感光性樹脂材料は、マイクロレンズ下層２６と比べて、同じもしくは高い屈折率を備えていれば、屈折率が異なるマイクロレンズの形成が可能となる。そのため、入射した光をより大きく屈折させて、受光素子に入射するようにすることができるだけでなく、マイクロレンズの集光効果をより強め、延いては感度の向上を図ることができる。前述のように、上記マイクロレンズ下層２６に用いる透明樹脂において、屈折率は１．５以上１．６以下が一般的である。よって屈折率が１．５未満であれば、入射した光を屈折させることができず、集光効果を高めることが出来ない。また、感光性樹脂の屈折率が１．７を超える材料は見つかっていないため、この屈折率が上限となる。
　また、実施形態におけるレジストパターン２８の形成に採用可能な感光性樹脂材料は熱フロー性を有する感光性樹脂である。
　熱フロー性を有する感光性樹脂とは、加熱によって溶融し自身の表面張力によって曲面を形成することの出来る熱可塑性の樹脂材料である。このような熱フロー樹脂材料としては、アクリル樹脂やフェノール樹脂、ポリスチレン樹脂などを挙げることができる。特に、感光性を有し、アルカリ現像によってパターン形成を行うことの出来る樹脂が好ましい。また、質量平均分子量が１，０００以上２０，０００以下、好ましくは１，５００以上１５，０００以下、より好ましくは２，０００以上１０，０００以下であるベース樹脂を含有していることが好ましい。質量平均分子量が１，０００以上とすることによって容易に膜状に形成することができるとともに、パターン形状を良好にすることができる。２０，０００値以下にすることによって、適度なアルカリ溶解性が得られるので好ましい。
　上記マイクロレンズ下層２６と比べて、同じ、若しくは高い屈折率と熱フロー性を有する感光性樹脂には、必要に応じて他の添加剤を本発明が目的とする特性を損なわない程度に含有させてもよい。他の添加剤としては、基板との密着性向上のための密着助剤、塗布性向上のための界面活性剤、レベリング剤、分散剤が挙げられる。
　以上のように、第２の実施形態においては、まず熱フロー性を有しない感光性樹脂をレンズ母型としてドライエッチング法によってマイクロレンズ下層を形成することにより、隣接する各レンズ面が互いに融着することなくレンズ間ギャップが小さい状態で配置される。
　さらに、マイクロレンズ下層２６上にマイクロレンズ下層２６と同じもしくは高い屈折率を有すると共に熱フロー性を有する感光性材料を用いて、熱リフロー法にてマイクロレンズ上層２８Ａを形成することによって、マイクロレンズ表面荒れを抑制し、レンズ表面の光散乱が少なく、集光効率が向上したマイクロレンズを得ることが出来る。
　この結果、本実施形態によれば、例えば２μｍ以下の画素の高精細であっても表面荒れが抑制され、又マイクロレンズ同士の融着が起こることがなく、隣接レンズ間ギャップが小さいマイクロレンズを提供可能となる。
　＜第１の実施例＞
　第１の実施例について説明する。
　実施例１及び２を図２～図４を参照して説明する。なお、図３（ｅ）の処理は実施例２のみの処理工程である。
（実施例１）
　実施例１では、マイクロレンズ下層１ｂを組成する透明樹脂は熱硬化型樹脂である。一方でマイクロレンズ上層１ａを組成する透明樹脂は感光性樹脂であり、ポジ型の感光性樹脂を用いた例である。
　本実施例では、レンズ１の凸形状を露光法で制御するため、グレイトーンマスクという特殊な露光用マスクを用いた。
　半導体基板３に、光電変換素子や遮光膜、パッシベーション膜を形成し、最上層に、熱硬化タイプのアクリル樹脂塗布液を用いてスピンコートにて平坦化層を形成した。半導体基板３の寸法は、厚さ０．７５ｍｍ、直径２０ｃｍとした。
　次いで、平坦化膜の上に、色分解フィルタ２を、グリーン、ブルー、レッドの３色にて３回のフォトリソグラフィの手法で、それぞれ形成した（図２（ａ）を参照のこと。但し、光電変換膜と平坦化層は図示せず）。
　グリーンレジストは、色材としてＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６を用い、さらにシクロヘキサノン、ＰＧＭＥＡなどの有機溶剤、ポリマーワニス、モノマー、開始剤を添加した構成のカラーレジストを用いた。
　ブルーレジストは、色材としてＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３を用い、さらにシクロヘキサノン、ＰＧＭＡなどの有機溶剤、ポリマーワニス、モノマー、開始剤を添加した構成のカラーレジストを用いた。
　レッドレジストの色材は、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１１７、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド４８：１、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９とした。色材以外の組成は、グリーンレジストと同様とした。
　着色画素の配列は、一画素おきにＧ（緑）フィルタが設けられ、Ｇフィルタの間に一行おきにＲ（赤）フィルタとＢ（青）フィルタが設けられた、いわゆるベイヤー配列とした。
　つぎに、各色分解フィルタ２上に、ベンゼン環を樹脂骨格に導入したアクリル樹脂の塗布液を塗布して、１μｍの膜厚の透明樹脂層１１を形成し、１８０℃で３分間加熱して、硬膜化処理を行った（図２（ｂ））。
　更に、アルカリ可溶性、感光性、熱リフロー性を有するスチレン樹脂を塗布して感光性樹脂層１２を形成した（図２（ｃ））。
　その後、感光性樹脂層１２を、グレイトーンマスク５０を使用する定法のフォトリソグラフィのプロセスによりパターン形成する。
　その後、２００℃で熱処理して熱リフローし、片側０．１μｍのほぼ適正なフロー量で、レンズ母型１２ａを形成した（図２（ｄ））。レンズ母型１２ａは、レンズ母型１２ａ間のギャップ０．３μｍのスムースな円柱状であった。
　次に、フロン系ガスであるＣＦ４とＣ３Ｆ８の混合系ガスを用いてドライエッチングを施し、レンズ母型１２ａのパターンをアクリル樹脂からなる透明樹脂層１１に転写し、レンズ間ギャップ０．０３５μｍのマイクロレンズ下層１１ａを形成した（図３（ａ））。このマイクロレンズ下層１１ａの高さは、レンズ母型１２ａの高さより低く、約０．２５μｍであった。なお、ドライエッチング時間は５分とした。
　続いて、マイクロレンズ下層１１ａの上に、アルカリ可溶性、感光性、熱リフロー性を有するスチレン樹脂を塗布して感光性樹脂層１３を形成した（図３（ｂ））。
　その後、感光性樹脂層１３を、グレイトーンマスク５１を使用する定法のフォトリソグラフィのプロセスによりパターン化しマイクロレンズ上層１３ａを形成した（図３（ｃ）（ｄ））。なお、マイクロレンズ上層１３ａは、レンズ高さ０．３μｍのスムースな半球状レンズであった。
　グレイトーンマスク５１は、作成したいレンズ要素の薄膜の部分に対応する部分については光透過率を高くした遮光膜を、石英基板上に形成したものである。遮光膜に濃淡のグラデュエーション（階調）が付いたマスクということができる。この階調の濃淡は、露光に用いる光では解像しない小さな径のドットの単位面積当たりの個数（粗密）の部分的な差によって達成される。
　このようにして半導体基板３上に多面付けされたイメージセンサが完成した（図３（ｄ））。
　次に、上記の半導体基板３の裏面にフォトレジストを塗布し、定法のフォトリソグラフィ法により貫通孔が形成されるべき部位に開口部を形成した。
　次いで、フォトレジスト膜をマスクとして反応性イオンエッチングを行い、半導体基板３を所定の深さまでエッチングして貫通孔を形成した（図４（ａ））。
　次に、半導体基板３と後に形成する配線層とを絶縁するために、ＣＶＤ法により貫通孔の内壁、底部及び裏面全体にＳｉＯ２絶縁膜を形成した。ここで、絶縁膜は、その膜厚が貫通孔の底部（アルミニウムなど導電性の高い金属からなるパッドである）上の方が半導体基板３の裏面上より薄くなるように形成した。こうした上で、反応性イオンエッチングを再度行い、貫通孔底部の絶縁膜を除去した。引き続き、スパッタ法により、導電膜を形成し、貫通孔の埋設及びウェハ裏面の貫通孔電極４を形成する配線層を形成した（図４（ａ））。
　次に、定法のフォトリソグラフィ法により、配線層の一部で外部と接続させる部分を露出させた。当該露出部位に、スクリーン印刷によりはんだペーストを塗布し、はんだボールを搭載した。リフロー処理を施し、残留フラックスを除去すると、外部接続バンプ５を有するイメージセンサ基板が得られた。
　最後に、４５０メッシュのレジンブレードを用いたダイシング装置により、マトリックス状に多面付けされたイメージセンサの中間部を断裁線として、表面より断裁溝を入れた（図４（ｂ））。その後、個々のイメージセンサに分離し（図４（ｃ））、図４（ｄ）の状態とした完成品を得た。
　（実施例２）
　実施例２は、マイクロレンズ下層１ｂを組成する透明樹脂は熱硬化型樹脂である。一方でマイクロレンズ上層１ａを組成する透明樹脂は感光性樹脂であり、ポジ型の感光性樹脂を用いた例である。本実施例では、レンズの凸形状を露光法で制御するため、グレイトーンマスクという特殊な露光用マスクを使用する。
　厚さ０．７５ｍｍ、直径２０ｃｍの半導体基板３に、光電変換素子や遮光膜、パッシベーション膜を形成し、最上層に、熱硬化タイプのアクリル樹脂塗布液を用いてスピンコートにて平坦化層を形成した。次いで、平坦化膜の上に、色分解フィルタ２を、グリーン、ブルー、レッドの３色にて３回のフォトリソグラフィの手法で、それぞれ形成した（図２（ａ）を参照のこと。但し、光電変換膜と平坦化層は図示せず。）。
　グリーンレジストは、色材としてＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６を用い、さらにシクロヘキサノン、ＰＧＭＥＡなどの有機溶剤、ポリマーワニス、モノマー、開始剤を添加した構成のカラーレジストを用いた。
　ブルーレジストは、色材としてＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３を用い、さらにシクロヘキサノン、ＰＧＭＡなどの有機溶剤、ポリマーワニス、モノマー、開始剤を添加した構成のカラーレジストを用いた。
　レッドレジストの色材は、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１１７、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド４８：１、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９とした。色材以外の組成は、グリーンレジストと同様とした。
　着色画素の配列は、一画素おきにＧ（緑）フィルタが設けられ、Ｇフィルタの間に一行おきにＲ（赤）フィルタとＢ（青）フィルタが設けられた、いわゆるベイヤー配列とした。
　つぎに、各色分解フィルタ２上に、ベンゼン環を樹脂骨格に導入したアクリル樹脂の塗布液を塗布して、１μｍの膜厚の透明樹脂層１１を形成し、１８０℃で３分間加熱して、硬膜化処理を行った（図２（ｂ））。
　更に、アルカリ可溶性、感光性、熱リフロー性を有するスチレン樹脂を塗布して感光性樹脂層１２を形成した（図２（ｃ））。
　その後、感光性樹脂層１２を、グレイトーンマスク５０を使用する定法のフォトリソグラフィのプロセスによりパターン化した後、２００℃で熱処理して熱リフローし、片側０．１μｍのほぼ適正なフロー量で、レンズ母型１２ａを形成した（図２（ｄ））。レンズ母型１２ａは、レンズ母型１２ａ間のギャップ０．３μｍの平滑な円柱状であった。
　次に、フロン系ガスであるＣＦ４とＣ３Ｆ８の混合系ガスを用いてドライエッチングを施し、レンズ母型１２ａのパターンをアクリル樹脂からなる透明樹脂層１１に転写し、レンズ間ギャップ０．０３５μｍのマイクロレンズ下層１１ａを形成した（図３（ａ））。このマイクロレンズ下層１１ａの高さは、レンズ母型１２ａの高さより低く、約０．２５μｍであった。なお、ドライエッチング時間は５分とした。
　続いて、マイクロレンズ下層１１ａの上に、アルカリ可溶性、感光性、熱リフロー性を有するスチレン樹脂を塗布して感光性樹脂層１３を形成した（図３（ｂ））。
　その後、感光性樹脂層１３を、グレイトーンマスク５１を使用する定法のフォトリソグラフィのプロセスによりパターン化した後（図３（ｃ）（ｄ））、２００℃で熱処理して熱リフローし（図３（ｅ））、片側０．１μｍのほぼ適正なフロー量で、マイクロレンズ上層１３ａを形成した。なお、マイクロレンズ上層１３ａは、レンズ高さ０．３μｍのスムースな半球状レンズであった。
　マイクロレンズ上層１３ａを熱リフローすることで、自己凝集により、マイクロレンズ上層１３ａとマイクロレンズ下層１１ａのｘｙ中心位置を合わせることができた。
　さらに、熱リフローされたマイクロレンズ上層１３ａがマイクロレンズ下層１１ａの表面の一部を覆うことで、マイクロレンズ下層１１ａの表面を平滑にすることができた。
　グレイトーンマスク５１は、作成したいレンズ要素の薄膜の部分に対応する部分については光透過率を高くした遮光膜を、石英基板上に形成したものである。遮光膜に濃淡のグラデェーション（階調）が付いたマスクということができる。この階調の濃淡は、露光に用いる光では解像しない小さな径のドットの単位面積当たりの個数（粗密）の部分的な差によって達成される。
　このようにして半導体基板３上に多面付けされたイメージセンサが完成した。
　次に、上記の半導体基板３の裏面にフォトレジストを塗布し、定法のフォトリソグラフィ法により貫通孔が形成されるべき部位に開口部を形成した。次いで、フォトレジスト膜をマスクとして反応性イオンエッチングを行い、半導体基板３を所定の深さまでエッチングして貫通孔を形成した（図４（ａ））。
　次に、半導体基板３と後に形成する配線層とを絶縁するために、ＣＶＤ法により貫通孔の内壁、底部及び裏面全体にＳｉＯ２絶縁膜を形成した。ここで、絶縁膜は、その膜厚が貫通孔の底部（アルミニウムなど導電性の高い金属からなるパッドである）上の方が半導体基板３の裏面上より薄くなるように形成した。こうした上で、反応性イオンエッチングを再度行い貫通孔底部の絶縁膜を除去した。引き続き、スパッタ法により、導電膜を形成し、貫通孔の埋設及びウェハ裏面の貫通孔電極４を形成する配線層を形成した（図４（ａ））。
　次に、定法のフォトリソグラフィ法により、配線層の一部で外部と接続させる部分を露出させた。当該露出部位に、スクリーン印刷によりはんだペーストを塗布し、はんだボールを搭載した。リフロー処理を施し、残留フラックスを除去すると、外部接続バンプ５を有するイメージセンサ基板が得られた。
　最後に、４５０メッシュのレジンブレードを用いたダイシング装置により、マトリックス状に多面付けされたイメージセンサの中間部を断裁線として、表面より断裁溝を入れた（図４（ｂ））。その後、個々のイメージセンサに分離し（図４（ｃ））、図４（ｄ）の状態とした完成品を得た。
　＜第２の実施例＞
　以下に、本発明によるイメージセンサにおけるマイクロレンズの製造方法についての第２の実施例を説明する。
（実施例１）
　図５に示すように、半導体基板２１上に平坦化層２２、色分解フィルタ２３と透明樹脂層２４およびマイクロレンズ３８が形成されたものである。図５は、図６におけるａ－ａ線での断面図である。
　色分解フィルタ２３のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の形成には、それぞれ赤色用顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ　Ｒｅｄ　２５４（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガーフォーレッド　Ｂ－ＣＦ」）およびＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ　Ｒｅｄ　１７７（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「クロモフタールレッド　Ａ２Ｂ」）、緑色用顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ　Ｇｒｅｅｎ　３６（東洋インキ社製「リオノールグリーン　６ＹＫ」）およびＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ　Ｙｅｌｌｏｗ　１５０（バイエル社製「ファンチョンファーストイエロー　Ｙ－５６８８」）、青色用顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ　Ｂｌｕｅ　１５（東洋インキ社製「リオノールブルーＥＳ」）Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ　Ｖｉｏｌｅｔ　２３（ＢＡＳＦ社製「パリオゲンバイオレット　５８９０」）を、アクリル系樹脂、シクロヘキサノン溶剤とともに調製したアクリル系の感光性着色レジストを用いた。色材の添加量は、それぞれレジスト中の固形分比にて約５０％とした。
　図５（Ａ）に示すように、まず、半導体基板２１上にスピンコート法によって熱硬化型のアクリル樹脂溶液を塗布し、次いでホットプレート上で２００℃、５分の熱処理を施し、０．１μｍの厚さの平坦化層２２を形成した。
　平坦化層２２上にスピンコート法により、アクリル系の感光性緑色着色レジストを塗布した後、ホットプート上で８０℃、１分のプリベーク処理を行った。
　次に、ｉ線ステッパー（ニコン社製　ｉ１２）を使用してパターン露光した後、有機アルカリ現像液（ＴＭＡＨ濃度０．０５％）で１分間の現像処理を行い、さらに十分に純水でリンスし、水切り乾燥を行った。その後、２２０℃、６分間のポストベークを行い、Ｇ（緑）画素パターンを形成した。Ｒ（赤）画素、Ｂ（青）画素についてもＧ（緑）画素と同様にフォトリソグラフィ法を用いてベイヤー配列にもとづく所定の位置に形成し、画素サイズが２．０μｍの色分解フィルタ２３を得た。Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のパターンを測定したところ、膜厚は各々１．０μｍであった。
　次に、図５（Ｂ）に示すように、色分解フィルタ２３のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の上に、マイクロレンズ下層２６の母材となるアクリル系樹脂（屈折率：１．５０）を塗布乾燥し、厚さ０．７μｍの透明樹脂層２４を形成した。
　次に、図５（Ｃ）に示すように、透明樹脂層２４上に質量平均分子量３０，０００のベース樹脂を含有するポジ型フォトレジストをスピンコートにて塗布、露光、現像し、ホットプレートを用いて１６０℃、５分間加熱した後、さらに２２０℃、５分間の条件で焼成し、膜厚１．０μｍのレンズ母型２５を形成した。
　次に、図５（Ｄ）に示すように、ドライエッチング装置にて、フロン系ガスであるＣＦ４とＣ３Ｆ８の混合ガスを用い、基板温度を常温、圧力５Ｐａ、ＲＦパワー５００Ｗ、バイアス５０Ｗにてエッチング処理を行った。レンズ母型２５をマスクとしてエッチング処理し、画素サイズが２．０μｍのマイクロレンズ下層２６を形成した。その後、２３０℃で２０分加熱を処理した。処理後のマイクロレンズ下層２６の高さは、０．４μｍであった。
　次に、図５（Ｅ）に示すように、マイクロレンズ下層２６上に屈折率１．６７、質量平均分子量２，０００のベース樹脂を含有するポジ型フォトレジストをスピンコートにて塗布、露光、現像し、露光装置を用いて３００ｍＪ／ｃｍ２の条件でブリーチングを行い、その後、レジストパターン２８を形成した。
　次に、図１Ｆに示すように、レジストパターン２８をホットプレートにて１３０℃で５分間の加熱処理を行い、表面張力により半球面レンズ形状層を形成させた。さらに、２００℃で５分間加熱硬化させた結果、マイクロレンズ上層となるレンズ形状層２８Ａが得られた。レンズ形状層２８Ａは、画素サイズ１．５μｍであった。レンズ形状層２８Ａの高さは、０．２μｍであった。
　これによって、マイクロレンズ下層２６及びレンズ形状層２８Ａからなるマイクロレンズ３８を形成した。
（実施例２）
　実施例１におけるマイクロレンズ上層に用いたポジ型フォトレジストのベース樹脂の屈折率を１．５５に変更した点以外は、実施例１と同様にしてマイクロレンズを形成した。
（実施例３）
　実施例１におけるマイクロレンズ上層に用いたポジ型フォトレジストのベース樹脂の質量平均分子量を１０，０００に変更した点以外は、実施例１と同様にしてマイクロレンズを形成した。
（実施例４）
　実施例１におけるマイクロレンズ上層に用いたポジ型フォトレジストのベース樹脂の質量平均分子量が１８，０００に変更した点以外は、実施例１と同様にしてマイクロレンズを形成した。
（実施例５）
　実施例１における透明樹脂層に用いた材料が屈折率１．４５であるフッ素系アクリル樹脂に変更した点以外は、実施例１と同様にしてマイクロレンズを形成した。
（比較例１）
　実施例１におけるマイクロレンズ上層の高さを０．６μｍとし、マイクロレンズ下層を形成する工程（いわゆる熱リフロー法）を省略した点以外は、実施例１と同様にしてマイクロレンズを形成した。
（比較例２）
　実施例１におけるマイクロレンズ下層の高さを０．６μｍとし、マイクロレンズ上層を形成する工程（いわゆる転写法）を省略した点以外は、実施例１と同様にしてマイクロレンズを形成した。
（比較例３）
　実施例１におけるマイクロレンズ上層に用いたポジ型フォトレジストのベース樹脂の屈折率が１．４０に変更した点以外は、実施例１と同様にしてマイクロレンズを形成した。
（比較例４）
　実施例１におけるマイクロレンズ上層に用いたポジ型フォトレジストのベース樹脂の質量平均分子量が９００に変更した点以外は、実施例１と同様にしてマイクロレンズを形成した。
（比較例５）
　実施例１におけるマイクロレンズ上層に用いたポジ型フォトレジストのベース樹脂の質量平均分子量が４０，０００に変更した点以外は、実施例１と同様にしてマイクロレンズを形成した。
　ここで、形成されたマイクロレンズの形状観察、寸法測定、及びレンズ高さ、表面粗さの測定方法および感度評価は、以下の通りである。
〔形成されたマイクロレンズ形状と寸法測定〕
　形成されたマイクロレンズ形状については測長ＳＥＭ（ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製ｅＣＤ２－ＸＰ）で観察評価した。マイクロレンズの形状が半球面となったものを「○」、半球面とならなかったものを「×」として評価した。また隣接するレンズ間の辺同士のギャップについて測定した。ただし、装置測定限界は０．０３５μｍであった。
〔マイクロレンズ高さと表面粗さの測定〕
　マイクロレンズ高さと表面粗さはＡＦＭ（原子間力顕微鏡、東陽テクニカ社製（ｉ-ｎ　ａｎｏ））にて測定した。マイクロレンズの高さはマイクロレンズ下層とマイクロレンズ上層を含めたものとした。
〔感度評価〕
　上記の方法で形成したマイクロレンズを備えた固体撮像素子の感度を測定した。比較例１に示された熱リフローによるものと感度比較を行った。評価結果を表１に示す。
　表１から明らかなように、実施例１～５では、隣接レンズ間ギャップが小さく、表面が滑らかな半球面上のマイクロレンズが得られた。結果、従来の熱リフロー法と比較して集光感度の向上が可能となった。
　比較例２～３においては、所望の集光感度の向上が得られなかった。また比較例４においては、マイクロレンズ形状が形成出来ず、比較例５においては半球状のマイクロレンズ形状が得られなかった。
　ここで、実施例１において、熱リフロー性を有する感光性樹脂の屈折率を１．５、及び１．７として行った場合も、実施例１と同様な評価を得ることが出来たことを確認している。また、実施例１において、熱リフロー性を有する感光性樹脂の質量平均分子量を１，０００として行った場合も実施例１と同様な評価を得ることが出来たことを確認している。
　以上、本願が優先権を主張する、日本国特許出願２０１５－１０５６３６号（２０１５年５月２５日出願）および日本国特許出願２０１５－１１９２９０号（２０１５年６月１２日出願）の全内容は、参照により本開示の一部をなす。
　ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。すなわち、本発明は、以上に記載した各実施形態に限定されうるものではない。当業者の知識に基づいて各実施形態に設計の変更等を加えることが可能であり、そのような変更等を加えた態様も本発明の範囲に含まれる。
１ マイクロレンズ
１ａ マイクロレンズ上層
１ｂ マイクロレンズ下層
２ 色分解フィルタ
３ 半導体基板
４ 貫通孔電極
５ 接続バンプ
１１ 透明樹脂層
１１ａ マイクロレンズ下層
１２ 感光性樹脂層
１２ａ レンズ母型
１３ 感光性樹脂層
１３ａ マイクロレンズ上層
２１ 半導体基板
２２ 平坦化層
２３ 色分解フィルタ
２４ 透明樹脂層
２５ レンズ母型
２６ マイクロレンズ下層
２７ 凹部
２８ レジストパターン
２８Ａ レンズ形状層（マイクロレンズ上層）
３８ マイクロレンズ

Claims (15)

  1. 　半導体基板に形成された光電変換素子上に、色分解フィルタとマイクロレンズとをこの順に積層したイメージセンサであって、
    　上記マイクロレンズは、上記積層方向に沿って、色分解フィルタ側のマイクロレンズ下層と、そのマイクロレンズ下層の上に形成されたマイクロレンズ上層の２層構造となっており、
    　上記マイクロレンズ下層は、柱状若しくは錐台状の形状であり、上記マイクロレンズ上層は、半球状の形状であることを特徴とするイメージセンサ。
  2. 　上記マイクロレンズ上層は、上記マイクロレンズ下層の屈折率と同じもしくは上記マイクロレンズ下層の屈折率よりも高い屈折率を有することを特徴とする請求項１に記載したイメージセンサ。
  3. 　上記マイクロレンズ上層の屈折率が１．５以上１．７以下であることを特徴とする請求項２に記載したイメージセンサ。
  4. 　上記マイクロレンズ上層を構成する樹脂は、質量平均分子量が１，０００以上２０，０００以下であることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載したイメージセンサ。
  5. 　上記マイクロレンズ下層を構成する樹脂は、アクリル樹脂であることを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載したイメージセンサ。
  6. 　半導体基板に形成された光電変換素子上に、色分解フィルタとマイクロレンズとをこの順に積層したイメージセンサの製造方法であって、
    　上記マイクロレンズは、上記積層方向に沿って上下２層で形成され、上記マイクロレンズの下層であるマイクロレンズ下層をエッチング転写法で形成した後に、上記マイクロレンズの上層であるマイクロレンズ上層をフォトリソグラフィ法により形成することを特徴とするイメージセンサの製造方法。
  7. 　上記マイクロレンズ上層は、上記マイクロレンズ下層の屈折率と同じもしくは上記マイクロレンズ下層の屈折率よりも高い屈折率を有することを特徴とする請求項６に記載したイメージセンサの製造方法。
  8. 　上記マイクロレンズの形成は、
    　上記色分解フィルタ上にマイクロレンズ材料を塗布する工程と、
    　上記マイクロレンズ材料上に犠牲層を塗布する工程と、
    　上記犠牲層をフォトリソグラフィ法によりパターニングする工程と、
    　上記犠牲層とマイクロレンズ材料をエッチングして、上記マイクロレンズ下層を形成するエッチング転写工程と、
    　上記マイクロレンズ下層上に感光性レンズ材料を塗布する工程と、
    　上記感光性レンズ材料をフォトグラフィー法によりパターニングして上記マイクロレンズ上層を形成する工程と、
    を有することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載したイメージセンサの製造方法。
  9. 　上記マイクロレンズ上層を形成する工程の後に、熱フローにより上記マイクロレンズ上層を流動させてマイクロレンズ下層の表面を覆う工程を有することを特徴とする請求項８に記載したイメージセンサの製造方法。
  10. 　上記マイクロレンズ上層は、グレイトーンマスクを使用したフォトリソグラフィ法により形成することを特徴とする請求項６～請求項９のいずれか１項に記載のイメージセンサの製造方法。
  11. 　上記マイクロレンズの形成は、
    　上記色分解フィルタ上に透明樹脂層を形成する工程と、
    　上記透明樹脂層上に、熱リフロー性を有しない感光性樹脂を用いてレンズ母型を形成する工程と、
    　上記レンズ母型に熱処理を施すことにより、上記レンズ母型を熱硬化させる工程と、
    　上記熱硬化させたレンズ母型をドライエッチング法により透明樹脂層に転写して、マイクロレンズ下層を形成する工程と、
    　上記マイクロレンズ下層の屈折率と同じもしくは上記マイクロレンズ下層の屈折率よりも高い屈折率を有すると共に熱フロー性を有する感光性樹脂を用いて、上記マイクロレンズ下層上にレジストパターンを形成する工程と、
    　上記レジストパターンに熱リフローを施すことにより、上記レジストパターンを変形させてマイクロレンズ上層を上記マイクロレンズ下層上に形成する工程と、
    　を含むことを特徴とする請求項７に記載したイメージセンサの製造方法。
  12. 　上記熱リフロー性を有する感光性樹脂の屈折率が１．５以上１．７以下であることを特徴とする請求項１１に記載したイメージセンサの製造方法。
  13. 　上記熱リフロー性を有する感光性樹脂の質量平均分子量が１，０００以上２０，０００以下であることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載したイメージセンサの製造方法。
  14. 　上記透明樹脂層は、アクリル樹脂であることを特徴とする請求項１１～請求項１３のいずれか１項に記載したイメージセンサの製造方法。
  15. 　請求項６～請求項１４のいずれか１項に記載の製造方法で作製されたイメージセンサ。
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