JP2000332226A - マイクロレンズアレイとその製造方法 - Google Patents
マイクロレンズアレイとその製造方法Info
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- JP2000332226A JP2000332226A JP11140425A JP14042599A JP2000332226A JP 2000332226 A JP2000332226 A JP 2000332226A JP 11140425 A JP11140425 A JP 11140425A JP 14042599 A JP14042599 A JP 14042599A JP 2000332226 A JP2000332226 A JP 2000332226A
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- microlens array
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 撮像素子の画素数を増加すること、あるいは
集光効率を高めることを可能とするマイクロレンズアレ
イの構造とその製造方法を提供することを課題とする。 【解決手段】 マイクロレンズアレイの製造方法は、基
板（１）上に、所定幅の空隙を介在させて複数の第１の
パターンの熱可塑性樹脂（２ａ）を形成する工程と、第
１のパターンの熱可塑性樹脂を加熱して該熱可塑性樹脂
がレンズ状になるように変形させる工程と、一部が第１
のパターンの熱可塑性樹脂に重なるように、第１のパタ
ーンの熱可塑性樹脂の間の空隙に複数の第２のパターン
の熱可塑性樹脂（６ａ）を形成する工程と、第２のパタ
ーンの熱可塑性樹脂を加熱して該熱可塑性樹脂がレンズ
状になるように変形させる工程とを有する。
集光効率を高めることを可能とするマイクロレンズアレ
イの構造とその製造方法を提供することを課題とする。 【解決手段】 マイクロレンズアレイの製造方法は、基
板（１）上に、所定幅の空隙を介在させて複数の第１の
パターンの熱可塑性樹脂（２ａ）を形成する工程と、第
１のパターンの熱可塑性樹脂を加熱して該熱可塑性樹脂
がレンズ状になるように変形させる工程と、一部が第１
のパターンの熱可塑性樹脂に重なるように、第１のパタ
ーンの熱可塑性樹脂の間の空隙に複数の第２のパターン
の熱可塑性樹脂（６ａ）を形成する工程と、第２のパタ
ーンの熱可塑性樹脂を加熱して該熱可塑性樹脂がレンズ
状になるように変形させる工程とを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロレンズに
係わり、特に、複数の対象に光を集光するために好都合
なマイクロレンズアレイとその製造方法に関する。
係わり、特に、複数の対象に光を集光するために好都合
なマイクロレンズアレイとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＣＤイメージセンサをはじめとする固
体撮像装置には、半導体基板に形成された複数のフォト
ダイオードなどの受光素子の各々の上に微小なマイクロ
レンズが設けられている。マイクロレンズで集光された
光は、受光素子の受光領域に効率的に導かれる。マイク
ロレンズアレイは、撮像素子の複数の受光素子（画素）
に対応して配列した複数のマイクロレンズのつながりで
構成される。
体撮像装置には、半導体基板に形成された複数のフォト
ダイオードなどの受光素子の各々の上に微小なマイクロ
レンズが設けられている。マイクロレンズで集光された
光は、受光素子の受光領域に効率的に導かれる。マイク
ロレンズアレイは、撮像素子の複数の受光素子（画素）
に対応して配列した複数のマイクロレンズのつながりで
構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図６に従来のマイクロ
レンズアレイの一部を模式的に示す。図６（ａ）は、平
面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＩ−Ｉ´線に沿
った縦断面図である。複数のマイクロレンズ２０は、半
導体基板２１の上に形成されている。半導体基板２１に
は例えばフォトダイオード２２とＣＣＤ(図示せず。)な
どが形成されている。マイクロレンズ２０はフォトダイ
オード２２の受光領域に光を集光するように配置され
る。
レンズアレイの一部を模式的に示す。図６（ａ）は、平
面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＩ−Ｉ´線に沿
った縦断面図である。複数のマイクロレンズ２０は、半
導体基板２１の上に形成されている。半導体基板２１に
は例えばフォトダイオード２２とＣＣＤ(図示せず。)な
どが形成されている。マイクロレンズ２０はフォトダイ
オード２２の受光領域に光を集光するように配置され
る。
【０００４】図６に示す従来のマイクロレンズアレイで
は、隣接するマイクロレンズ間にレンズの役目をしない
無効領域２３が広く形成されている。このような構造で
は、撮像素子の全面積に対する実質的な受光面積の割合
が少なくなるので、光の利用効率が低い。また、マイク
ロレンズの配置間隔で受光素子の配列が決まるので、撮
像素子の画素を高密度化する場合に不利な制限となる。
は、隣接するマイクロレンズ間にレンズの役目をしない
無効領域２３が広く形成されている。このような構造で
は、撮像素子の全面積に対する実質的な受光面積の割合
が少なくなるので、光の利用効率が低い。また、マイク
ロレンズの配置間隔で受光素子の配列が決まるので、撮
像素子の画素を高密度化する場合に不利な制限となる。
【０００５】本発明の目的は、撮像素子の画素数を増加
すること、あるいは集光効率を高めることを可能とする
マイクロレンズアレイ又はその製造方法を提供すること
にある。
すること、あるいは集光効率を高めることを可能とする
マイクロレンズアレイ又はその製造方法を提供すること
にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、光透過性材料の複数の凸レンズが間隔を置いて配列
された第１の領域と、光透過性材料の複数の凸レンズが
間隔を置いて配列された第２の領域とを有し、前記第1
の領域の凸レンズと前記第２の領域の凸レンズとが交互
に市松模様状に配列するように前記第１と第２の領域が
配置され、隣接する前記第１の領域の凸レンズと前記第
２の領域の凸レンズとが一部で互いに重複する部分を有
するマイクロレンズアレイが提供される。
ば、光透過性材料の複数の凸レンズが間隔を置いて配列
された第１の領域と、光透過性材料の複数の凸レンズが
間隔を置いて配列された第２の領域とを有し、前記第1
の領域の凸レンズと前記第２の領域の凸レンズとが交互
に市松模様状に配列するように前記第１と第２の領域が
配置され、隣接する前記第１の領域の凸レンズと前記第
２の領域の凸レンズとが一部で互いに重複する部分を有
するマイクロレンズアレイが提供される。
【０００７】本発明の他の観点によれば、基板上に、所
定幅の空隙を介在させて複数の第１のパターンの熱可塑
性樹脂を形成する工程と、前記第１のパターンの熱可塑
性樹脂を加熱して該熱可塑性樹脂がレンズ状になるよう
に変形させる工程と、一部が前記第１のパターンの熱可
塑性樹脂に重なるように、前記第１のパターンの熱可塑
性樹脂の間の空隙に複数の第２のパターンの熱可塑性樹
脂を形成する工程と、前記第２のパターンの熱可塑性樹
脂を加熱して該熱可塑性樹脂がレンズ状になるように変
形させる工程とを有するマイクロレンズアレイの製造方
法が提供される。
定幅の空隙を介在させて複数の第１のパターンの熱可塑
性樹脂を形成する工程と、前記第１のパターンの熱可塑
性樹脂を加熱して該熱可塑性樹脂がレンズ状になるよう
に変形させる工程と、一部が前記第１のパターンの熱可
塑性樹脂に重なるように、前記第１のパターンの熱可塑
性樹脂の間の空隙に複数の第２のパターンの熱可塑性樹
脂を形成する工程と、前記第２のパターンの熱可塑性樹
脂を加熱して該熱可塑性樹脂がレンズ状になるように変
形させる工程とを有するマイクロレンズアレイの製造方
法が提供される。
【０００８】隣接するマイクロレンズ間は互いに重複す
る部分を有するように形成されるので、無効領域が最小
限になる。
る部分を有するように形成されるので、無効領域が最小
限になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図1から図４は、本発明の実施例
によるマイクロレンズアレイの製造方法の各工程を順に
示したものである。これら各図で（ａ）はマイクロレン
ズアレイの一部分の平面図で、（ｂ）は平面図（ａ）の
Ｉ−Ｉ´線に沿った縦断面図を表す。なお、これらの図
では理解を判りやすくするために、マイクロレンズアレ
イの下に形成されている半導体撮像素子の基板の詳細に
ついては省略している。基板の詳細は、後に図５を参照
しながら説明する。
によるマイクロレンズアレイの製造方法の各工程を順に
示したものである。これら各図で（ａ）はマイクロレン
ズアレイの一部分の平面図で、（ｂ）は平面図（ａ）の
Ｉ−Ｉ´線に沿った縦断面図を表す。なお、これらの図
では理解を判りやすくするために、マイクロレンズアレ
イの下に形成されている半導体撮像素子の基板の詳細に
ついては省略している。基板の詳細は、後に図５を参照
しながら説明する。
【００１０】最初、透明（光透過性）な熱可塑性（熱軟
化性）及び感光性樹脂材料を例えばフォトリソグラフィ
ー処理あるいは他の塗布処理工程により、基板１の上に
図１の（ａ）に示すような平面パターンで樹脂２を形成
する。樹脂２は、例えばアクリル系樹脂のポリグリシジ
ルメタクリレート（ＰＧＭＡ）等が用いられ、第１のフ
ォトダイオード４の受光領域の上に形成される。図１
（ｂ）はその断面図であり、ほぼ円柱状に近い樹脂２が
空隙３を間に挟んで形成される。つまり、熱可塑性樹脂
２のある領域と無い領域３とが交互に市松模様状に配列
したパターンとなる。
化性）及び感光性樹脂材料を例えばフォトリソグラフィ
ー処理あるいは他の塗布処理工程により、基板１の上に
図１の（ａ）に示すような平面パターンで樹脂２を形成
する。樹脂２は、例えばアクリル系樹脂のポリグリシジ
ルメタクリレート（ＰＧＭＡ）等が用いられ、第１のフ
ォトダイオード４の受光領域の上に形成される。図１
（ｂ）はその断面図であり、ほぼ円柱状に近い樹脂２が
空隙３を間に挟んで形成される。つまり、熱可塑性樹脂
２のある領域と無い領域３とが交互に市松模様状に配列
したパターンとなる。
【００１１】次に、熱可塑性樹脂２を約１８０℃で３０
秒間加熱して、熱可塑性樹脂を溶かして角部を丸く変形
させ、図２（ｂ）に示したような凸レンズ状のマイクロ
レンズ２ａに変形させる。この熱可塑性樹脂２は、熱硬
化性を有し、熱変形のあとで冷却した後は、硬化してそ
れ以後加熱しても変形はしない。図２（ａ）は、マイク
ロレンズ２ａを凸レンズとして表現するために同心円状
で描いてある。
秒間加熱して、熱可塑性樹脂を溶かして角部を丸く変形
させ、図２（ｂ）に示したような凸レンズ状のマイクロ
レンズ２ａに変形させる。この熱可塑性樹脂２は、熱硬
化性を有し、熱変形のあとで冷却した後は、硬化してそ
れ以後加熱しても変形はしない。図２（ａ）は、マイク
ロレンズ２ａを凸レンズとして表現するために同心円状
で描いてある。
【００１２】次に、図２の工程で得たマイクロレンズア
レイの空隙３に、同じ熱可塑性及び感光性樹脂材料を例
えばフォトリソグラフィー処理あるいは他の塗布処理工
程により、図３（ａ）に示すような平面パターンで樹脂
６を形成する。樹脂６は、第２のフォトダイオード５の
受光領域の上に形成される。樹脂６の平面形状は四角形
である。図３（ｂ）で示すようにすでに形成された両隣
のマイクロレンズ２ａの端と重なりあって形成されてい
る。
レイの空隙３に、同じ熱可塑性及び感光性樹脂材料を例
えばフォトリソグラフィー処理あるいは他の塗布処理工
程により、図３（ａ）に示すような平面パターンで樹脂
６を形成する。樹脂６は、第２のフォトダイオード５の
受光領域の上に形成される。樹脂６の平面形状は四角形
である。図３（ｂ）で示すようにすでに形成された両隣
のマイクロレンズ２ａの端と重なりあって形成されてい
る。
【００１３】最後に、最初の加熱条件と同じく、熱可塑
性樹脂６を約１８０℃で３０秒間加熱して、熱可塑性樹
脂６を溶かして角部を丸く変形させ、図４（ｂ）に示し
たような凸レンズ状のマイクロレンズ６ａに変形させ
る。なお、この加熱によって最初の加熱で形成した凸レ
ンズ２ａが変形することはない。
性樹脂６を約１８０℃で３０秒間加熱して、熱可塑性樹
脂６を溶かして角部を丸く変形させ、図４（ｂ）に示し
たような凸レンズ状のマイクロレンズ６ａに変形させ
る。なお、この加熱によって最初の加熱で形成した凸レ
ンズ２ａが変形することはない。
【００１４】これによって、凸レンズ２ａの領域と凸レ
ンズ６ａの領域とが互いにその一部を重複する部分７を
有するように重なって配列することになり、隣接レンズ
間の間隔は狭まって、レンズの無効領域は最小限に減少
する。このような、マイクロレンズアレイの製造方法を
採用すると、例えばカラー撮像素子でベイヤ配列ような
画素配列を用いることが好ましい。例えば、最初のレン
ズ形成のマイクロレンズ２ａをすべて緑色（Ｇ）画素の
ためのレンズとし、次のレンズ形成のマイクロレンズ６
ａを赤色（Ｒ）画素及び青色（Ｂ）画素のためのレンズ
とすれば、色毎に同じ条件のレンズが一度に形成される
ことになり、色特性が均一化され、特性上好ましい。逆
に、マイクロレンズ２ａを赤色画素及び青色画素のため
のレンズとし、マイクロレンズ６ａを緑色画素のための
レンズとしてもよい。
ンズ６ａの領域とが互いにその一部を重複する部分７を
有するように重なって配列することになり、隣接レンズ
間の間隔は狭まって、レンズの無効領域は最小限に減少
する。このような、マイクロレンズアレイの製造方法を
採用すると、例えばカラー撮像素子でベイヤ配列ような
画素配列を用いることが好ましい。例えば、最初のレン
ズ形成のマイクロレンズ２ａをすべて緑色（Ｇ）画素の
ためのレンズとし、次のレンズ形成のマイクロレンズ６
ａを赤色（Ｒ）画素及び青色（Ｂ）画素のためのレンズ
とすれば、色毎に同じ条件のレンズが一度に形成される
ことになり、色特性が均一化され、特性上好ましい。逆
に、マイクロレンズ２ａを赤色画素及び青色画素のため
のレンズとし、マイクロレンズ６ａを緑色画素のための
レンズとしてもよい。
【００１５】図５は、本実施例によるＣＣＤカラーイメ
ージセンサの一部の断面図を示す。半導体基板のｐ型半
導体領域１０内に、ｎ型半導体領域３１と、ｎ型半導体
領域からなる電荷結合素子（ＣＣＤ）３３が形成されて
いる。半導体領域１０及び３１間のｐｎ接合がフォトダ
イオードを形成する。ｎ型半導体領域３１の表面にさら
にｐ型領域を形成し、埋め込みｐｎ接合としてもよい。
フォトダイオード領域３１とその右のＣＣＤ領域３３と
の間には、ｐ型半導体領域からなるチャネルストップ３
２が形成される。
ージセンサの一部の断面図を示す。半導体基板のｐ型半
導体領域１０内に、ｎ型半導体領域３１と、ｎ型半導体
領域からなる電荷結合素子（ＣＣＤ）３３が形成されて
いる。半導体領域１０及び３１間のｐｎ接合がフォトダ
イオードを形成する。ｎ型半導体領域３１の表面にさら
にｐ型領域を形成し、埋め込みｐｎ接合としてもよい。
フォトダイオード領域３１とその右のＣＣＤ領域３３と
の間には、ｐ型半導体領域からなるチャネルストップ３
２が形成される。
【００１６】トランスファゲートＴＧは、ＣＣＤ３３の
上からフォトダイオードに向かって張り出すように形成
され、フォトダイオード領域３１からＣＣＤ領域３３へ
電荷を転送することができる。フォトダイオード領域３
１の上には光を透過するＰＳＧ層１１が形成される。Ａ
ｌ材料による遮光膜１２は、フォトダイオード領域３１
のみに光が入射するようにフォトダイオード領域３１以
外の領域の上部を覆う。それらの上には平坦化層１３が
形成され、さらにその上にカラーフィルタ１４が形成さ
れる。さらにカラーフィルタ１４の上に形成した平坦化
層１５の上に、マイクロレンズ２ａ、６ａが重なり合っ
て形成される。例えば、マイクロレンズ２ａの下には、
緑のカラーフィルタ１４が形成され、マイクロレンズ６
ａの下には赤又は青色のカラーフィルタ１４が形成され
る。
上からフォトダイオードに向かって張り出すように形成
され、フォトダイオード領域３１からＣＣＤ領域３３へ
電荷を転送することができる。フォトダイオード領域３
１の上には光を透過するＰＳＧ層１１が形成される。Ａ
ｌ材料による遮光膜１２は、フォトダイオード領域３１
のみに光が入射するようにフォトダイオード領域３１以
外の領域の上部を覆う。それらの上には平坦化層１３が
形成され、さらにその上にカラーフィルタ１４が形成さ
れる。さらにカラーフィルタ１４の上に形成した平坦化
層１５の上に、マイクロレンズ２ａ、６ａが重なり合っ
て形成される。例えば、マイクロレンズ２ａの下には、
緑のカラーフィルタ１４が形成され、マイクロレンズ６
ａの下には赤又は青色のカラーフィルタ１４が形成され
る。
【００１７】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
隣接するマイクロレンズ間は互いに重複する部分を有す
るように形成されるので、無効領域が最小限に狭めら
れ、撮像素子の画素数を高密度化することができる。ま
た、レンズの集光効率を高めることができる。
隣接するマイクロレンズ間は互いに重複する部分を有す
るように形成されるので、無効領域が最小限に狭めら
れ、撮像素子の画素数を高密度化することができる。ま
た、レンズの集光効率を高めることができる。
【図１】本発明の実施例によるマイクロレンズアレイの
製造方法の工程を示す平面図と断面図である。
製造方法の工程を示す平面図と断面図である。
【図２】本発明の実施例によるマイクロレンズアレイの
製造方法の別の工程を示す平面図と断面図である。
製造方法の別の工程を示す平面図と断面図である。
【図３】本発明の実施例によるマイクロレンズアレイの
製造方法のさらに別の工程を示す平面図と断面図であ
る。
製造方法のさらに別の工程を示す平面図と断面図であ
る。
【図４】本発明の実施例によるマイクロレンズアレイの
製造方法の最後の工程を示す平面図と断面図である。
製造方法の最後の工程を示す平面図と断面図である。
【図５】本発明の実施例によるＣＣＤカラーイメージセ
ンサの一部の断面図である。
ンサの一部の断面図である。
【図６】従来の技術によるマイクロレンズアレイの構造
を示す平面図と断面図である。
を示す平面図と断面図である。
１ 基板 ２、６ 熱可塑性樹脂による凸部 ３ 空隙 ４、５ 受光部 ２ａ，６ａ 凸レンズ（マイクロレンズ） ７ 重複部分 １０ 半導体基板 １１ ＰＳＧ １２ 遮光膜 １３、１５ 平坦化膜 １５ カラーフィルタ ２０ 従来のマイクロレンズ ２１ 半導体基板 ２２ フォトダイオード ２３ 無効領域 ３１ フォトダイオード領域 ３２ チャンネルストップ ３３ 電荷結合素子（ＣＣＤ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA01 AB01 BA10 CA02 CA04 FA06 FA26 FA35 GB11 GC08 GD02 GD04 GD06 GD07 5C024 AA01 CA11 CA12 CA31 EA04 FA12 GA51
Claims (6)
- 【請求項１】 光透過性材料の複数の凸レンズが間隔を
置いて配列された第１の領域と、光透過性材料の複数の
凸レンズが間隔を置いて配列された第２の領域とを有
し、前記第１の領域の凸レンズと前記第２の領域の凸レ
ンズとが交互に市松模様状に配列するように前記第１と
第２の領域が配置され、隣接する前記第１の領域の凸レ
ンズと前記第２の領域の凸レンズとが一部で互いに重複
する部分を有するマイクロレンズアレイ。 - 【請求項２】 基板上に、所定幅の空隙を介在させて複
数の第１のパターンの熱可塑性樹脂を形成する工程と、 前記第１のパターンの熱可塑性樹脂を加熱して該熱可塑
性樹脂がレンズ状になるように変形させる工程と、 一部が前記第１のパターンの熱可塑性樹脂に重なるよう
に、前記第１のパターンの熱可塑性樹脂の間の空隙に複
数の第２のパターンの熱可塑性樹脂を形成する工程と、 前記第２のパターンの熱可塑性樹脂を加熱して該熱可塑
性樹脂がレンズ状になるように変形させる工程とを有す
るマイクロレンズアレイの製造方法。 - 【請求項３】 前記第１のパターンの熱可塑性樹脂は、
該熱可塑性樹脂の領域と前記空隙の領域とが交互に市松
模様状に配列されている請求項２記載のマイクロレンズ
アレイの製造方法。 - 【請求項４】 前記第２のパターンの熱可塑性樹脂は、
その平面形状が四角形である請求項２あるいは３記載の
マイクロレンズアレイの製造方法。 - 【請求項５】 前記基板は複数の受光素子が形成された
半導体基板であり、前記第１と第２のパターンの熱可塑
性樹脂は前記受光素子の上に配置される請求項２から４
のいずれか記載のマイクロレンズアレイの製造方法。 - 【請求項６】 前記半導体基板は、前記各受光素子の上
に赤色フィルタ、緑色フィルタ及び青色フィルタのうち
のいずれか一つを有し、前記第１のパターンの熱可塑性
樹脂は前記緑色フィルタの上に形成されかつ前記第２の
パターンの熱可塑性樹脂は前記赤色フィルタ及び青色フ
ィルタの上に形成され、又は前記第１のパターンの熱可
塑性樹脂は前記赤色フィルタ及び青色フィルタの上に形
成されかつ前記第２のパターンの熱可塑性樹脂は前記緑
色フィルタの上に形成される請求項５記載のマイクロレ
ンズアレイの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11140425A JP2000332226A (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | マイクロレンズアレイとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11140425A JP2000332226A (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | マイクロレンズアレイとその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000332226A true JP2000332226A (ja) | 2000-11-30 |
Family
ID=15268404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11140425A Pending JP2000332226A (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | マイクロレンズアレイとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000332226A (ja) |
Cited By (12)
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-
1999
- 1999-05-20 JP JP11140425A patent/JP2000332226A/ja active Pending
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