JPH03190166A - 固体撮像素子用マイクロレンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野） 本発明は、固体カメラ等に用いられる固体撮像素子上に
マイクロレンズを直接形成する製造方法に関する。

（従来の技術） 固体カメラもしくはイメージセンサ−として用いられる
電荷結合型固体撮像素子についてははこれ迄に受光部、
電極部や転送方式等について種々の提案がなされてきた
が、最近では一層の小型化、高画素化の要求と同時に、
高感度化、低雑音化が要求されているため、これに関す
る回路面あるいは撮像デバイス構造面についての様々な
提案がなされている。特に、デバイス構造面については
受光面の開口率を増加させる試みが最も多く提案されて
いる、何故なら、固体撮像素子自体の改善では固有ノイ
ズの低減には限界があるため、入射光を増加させて入力
信号強度を増加させる手法以外の有効な方法が差し当た
って見当たらないからである。

固体撮像素子上にマイクロレンズを直接形成するＨも平
易な構造であるにもかかわらず、開口率を増加させる効
果的な方法の一層として推奨されている。

その原理的な構造を第３図により説明すると、同図には
、半導体基板３１に設けた受光部３４．３４・・上に、
この受光部３４．３４・・に対し適当な間隔を形成する
ための透明膜３２を具備する固体撮像素子３０が示され
、受光部３４．３４・・と対応する位置の透明膜３２上
にはマイクロレンズ３３．３３・・が設けられ、外部入
射光３５をマイクロレンズ３３の呈する光学的屈折作用
により受光部３４．３４・・に集光させるとともに、図
示しない転送部や配線部が位置する非受光部への入射光
をも受光部３４．３４・・に入射せしめ、これにより開
口率を実質的に増加させるようにしている。

このマイクロレンズの製造方法は加熱熔融法（例えば、
特開昭５９−１４７５８６号公報参照）及び製版塗布法
（例えば、特公昭６２−５１５０４号公報参照）の２通
りに大別される。

加熱熔融法を第４図（Ａ）乃至ＣＤ）により説明すると
、同図（Ａ）には受光部４６．４６・・を具備する半導
体基板４２上に設けた透明膜４１を具備する固体撮像素
子４０が示され、この透明ＩＰ２４１上に熱可塑性の透
明なポジ型感光性樹脂被膜４３を塗布しく第４図（Ｂ）
）　、この被膜４３が受光部４６．４６・・上の対応位
置に位置するように露光、現像した後（第４図（Ｃ））
　、この被膜４３を加熱、熔融し、流動化させて凸レン
ズ４５．４５・・を形成する（第４図（Ｄ））。

次に、製版塗布法を第５図（Ａ）乃至（Ｄ）により説明
すると、受光部５６．５６・・を具備する半導体基板５
２上に透明ｖｃ５１を設けてなる固体ｔｉ像素子５０が
示され（第５図（Ａ））　、透明膜５１上に透明な感光
性樹脂被成５３を形成した上（第５図（Ｂ））、受光部
５６．５６・・上の対応位置に凸状の感光性被膜５４．
５４・・が位置するように露光、現像しく第５図（Ｃ）
）　、この被ｖ、５４．５４・・に透明な樹脂被膜５５
を塗布し、これを加熱熔融し、流動化させて凸レンズ５
６．５６・・を形成する（第５図（Ｄ））。

〔発明が解決しようとする課題〕

前者の方法によると、比較的曲率の大きなレンズが作成
され、このためレンズの焦点距離が短（なるが、レンズ
の直径を適切に選択して形成すれば、レンズと受光部と
の距離が短くても集光性に優れたマイクロレンズが製造
されるという大きな特徴を有する反面、マイクロレンズ
を形成するポジ型感光性樹脂は３次元架橋されていない
熱可塑性樹脂であるため、再加熱時にはマイクロレンズ
に変形を生じ易いという耐熱性の問題ばかりではな（、
耐薬品性にも劣るという物性上の問題を有している。

更に、加熱熔融法により製造するマイクロレンズの材料
は、可視光域において特定波長の光を吸収せず、しかも
高屈折率を有するものに限られるばかりではなく、ネガ
型感光性樹脂では露光により架橋して熱可塑性が失われ
るため、ポジ型感光性樹脂に限定され、このような樹脂
としては遠紫外域に感光性を有するポジ型感光性樹脂が
僅かに存在のみであるため、これらの物性を満足する材
料の選択幅が非常に狭いという問題を抱えている。

他方、製版塗布法によるものは、凸レンズの曲率が図示
するように一様でないため、加熱熔融法により製造され
た凸レンズの集光性よりは劣るという問題を有している
。

本発明は、上記した問題に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、優れた集光性を有する他、耐熱性
、耐薬品性等の物性面に優れたマイクロレンズの製造を
可能にするとともに、このような物性面に優れた材料の
広範囲な選択使用を可能にするマイクロレンズの製造方
法を提供することにある。

また、本発明は、光学的により一層高い屈折率性を有す
るとともに、耐熱性、耐薬品性等の物性面で一層優れた
マイクロレンズの製造を可能にする他、レンズ材料の選
択の幅を拡げ得るマイクロレンズの製造方法を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の特徴とするところは、固体撮像素子の受光面に
透明な熱硬化型もしくは光硬化型の樹脂被膜を設け、硬
化させた被膜上にポジ型感光性樹脂被膜を形成し、露光
、現像した後、加熱熔融して凸レンズ状に形成し、ドラ
イエンチング法によるエッチバンク法を適用して、ポジ
型感光性樹脂被膜を除去し、熱硬化型もしくは光硬化型
透明樹脂により凸レンズを製造するように構成した点に
ある。

また、本発明の特徴とするところは、固体撮像素子の受
光面に透明な無機被膜を成膜し、これにポジ型感光性樹
脂被膜を設け、露光、現像した後、これを加熱熔融して
凸レンズ状に形成し、ドライエツチング法によるエッチ
バック法を適用し、ポジ型感光性樹脂被膜を除去し、無
機被膜を凸レンズに形成するように構成した点にある。

（作用） 本発明においては、固体撮像素子の受光面に熱硬化型も
しくは光硬化型の透明樹脂被膜を形成し、これを加熱も
しくは活性エネルギーにより硬化させ、この被膜上にポ
ジ型感光性樹脂被膜を形成し、乾燥した後、固体撮像素
子の受光面を覆う位置にポジ型感光性樹脂被膜が位置す
るように露光、現像し、このようにして形成されたポジ
型感光性樹脂被膜を加熱熔融して凸レンズ状に形成し、
ドライエツチング法によるエッチバンク法を適用してポ
ジ型感光性樹脂被膜を除去するとともに、この被膜下に
位置する熱硬化型もしくは光透過型の透明樹脂を凸レン
ズに形成する。

また、本発明において、固体撮像素子上に透明な無機被
膜を成膜し、無機被膜上にポジ型感光性樹脂被膜を形成
した後、これを乾燥し、次いで受光部を覆う位置にポジ
型感光性樹脂被膜が位置するように露光、現像し、これ
を加熱熔融して凸レンズ状に形成した後、ドライエツチ
ング法によるエッチバック法を適用しポジ型怒光性樹脂
を除去するとともに、この被膜下に位置する無機被膜を
凸レンズに形成する。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図（Ａ）乃至（Ｄ）は透明なアクリル系熱硬化型樹
脂を用いてマイクロレンズを製造する本発明の製造方法
の一実施例の工程順序を示すもので、常法により製造さ
れた水平方向の画素幅１０μｍ及び水平方向の転送幅Ｉ
Ｏμｍを有するインターライン型固体操像素子１０が示
され、この素子１０は受光面１７．１７・・を具備する
半導体基板１１を備え、この基板ｌｌ上には受光面１７
．１７・・に対し適当な間隔を形成するための透明膜１
２が設けられている（第１図（Ａ））。

まず、このように形成されている透明ｖｃｌＺ上に、透
明なアクリル系熱硬化型樹脂１３を用いて５μｍのＷｉ
！厚を有する被膜を形成し、これを１４０℃の温度で加
熱、硬化させる（第１図（Ａ））。

次に、硬化したアクリル系熱硬化型樹脂１３の被膜上に
ノボラック系ポジ型感光性樹脂１４を１゜５μｍの膜厚
にて塗布し、乾燥させた後、受光面１７．１７・・上に
凸型形状を有するノボラック系ポジ型感光性樹脂１４．
１４・・が位置するようにしたパターンを有する図示し
ないフォトマスクを用いて露光、現像により製版する（
第１図（Ｂ））、更に、１６０℃の温度で３０分間加熱
し、受光面１７．１７・・上に位置するノボラック系ポ
ジ型感光性樹脂を流動化させ、凸レンズ形状１５．１５
・・を形成する（第１図（Ｃ））。

次に、ＩＫＷのパワーで酸素プラズマを用いて５分の間
ドライエツチング法によるエッチバックを行い、まず、
ノボラック系感光性樹脂よりなる凸レンズ形状１５．１
５・・をエツチングし、凸レンズ形状１５．１５・・の
縁部が除去されると、この縁部下に位置するアクリル系
熱硬化型樹脂１３のエツチングを開始し、凸レンズ形状
１５．１５・・が完全に除去される迄、つまり凸レンズ
形状Ｉ５．１５・・の最も高い中央部が完全に除去され
る迄、アクリル系熱硬化型樹脂１３が凸レンズ形状１５
．１５・・に対応した形状となる迄エッチバックを行い
、これによりアクリル系熱硬化型樹脂１３を凸レンズ形
状１５．１５・・の形状に形状置換させた凸レンズ１６
．１６・・に形成する。

このように形成された固体撮像素子の受光感度は、マイ
クロレンズを設ける前の固体撮像素子の受光感度に比し
、はぼ２倍の利得を有することが確認された。

なお、マイクロレンズを形成するアクリル系熱硬化型樹
脂に代えて、透明な光硬化型樹脂を用いてマイクロレン
ズを製造することもできる。この場合、固体撮像素子の
透明膜１２上に透明な光硬化型樹脂の被膜を形成し光も
しくは電子ビームを用いて活性エネルギーを与えて硬化
させる。この後は、第１図（Ｂ）乃至（Ｄ）に示す工程
に従って、光硬化型樹脂を用いたマイクロレンズが製造
される。

次に、第２図（Ａ）乃至（Ｄ）により無機被膜を用いて
マイクロレンズを製造する本発明の製造方法の他の実施
例を説明する。

第２図（Ａ）乃至（Ｄ）は本発明の製造方法の実施例を
示すものであって、同図（Ａ）には、第１図において説
明した固体撮像素子と同様に構成されたインターライン
型固体撮像素子２０が示され、その半導体基板２１上に
は受光面２７．２７・・に対し間隔を設けるための透明
な被膜２２が形成され、この被膜２２上に蒸着により１
μｍの膜厚を有する透明な酸化チタン２３の被膜を成膜
する（第２図（Ａ））。次に、酸化チタン被膜２３上に
１．５μｍの膜厚を有するノボラック系ポジ型感光性樹
脂被１ｆｊ、２４を塗布形成した後、これを乾燥し、受
光面２７．２７・・上に凸型形状を有するノボラック系
ポジ型感光性樹脂被膜２４．２４・・が位置するように
したパターンを有する図示しないフォトマスクを用いて
露光、現像して製版する（第２図（Ｂ））。さらに、こ
の被膜２４を加熱熔融し、流動化させて凸レンズ形状２
５．２５・・に形成する（第２図（Ｃ））。次に、フロ
ン１３と酸素をｔｉｔに混合してなるガスをエッチャン
トとし、ＩＫＷのパワーで７分の間ドライエツチング法
によるエッチバック法を適用し、凸レンズ形状２５．２
５・・のエツチングを開始し、凸レンズ形状２５．２５
・・の縁部の除去が行われると、この縁部下に位置する
無機被膜２３のエツチングが開始され、凸レンズ形状２
５．２５・・の最も高い中央部が完全に除去される迄、
無機被膜２３が凸レンズ形状２５．２５・・に対応した
形状となる迄エッチバックが行われ、これにより無機被
膜２３を凸レンズ形状２５．２５・・の形状に形状置換
させた凸レンズ２６．２６・・に形成する。

このようにして製造された固体撮像素子の受光感度は、
マイクロレンズを設ける前のものに比し、約２倍となっ
た。

この実施例により製造されたマイクロレンズは、その厚
みが第１図の実施例による有機材料を用いたものよりも
薄く製造できるにもかかわらず、酸化チタンは優れた高
屈折率性（約２．１）を有するため、集光性の一層良好
なレンズが得られる上、ｆｉｌｌ材料であるため、２０
０℃以上の熱に対し耐熱性を有する他、耐薬品性にも優
れたものが得られた。

なお、第１及び第２の実施例に従うマイクロレンズの製
造方法は、特段の高温を必要とする工程が無いため、固
体撮像素子受光面に設けたカラーフィルターに、直接マ
イクロレンズを設ける場合にも適用し得ることは勿論可
能である。

また、上記実施例で説明したように加熱熔融法によりマ
イクロレンズの形状〆を形成し、この形状をレンズを構
成する材料に形状置換してマイクロレンズを形成する方
法は、製版塗布法によりマイクロレンズを製造する場合
にも適用することができる。

さらに、上記実施例で述べたアクリル系以外の樹脂とし
て、熱又はＵＶ硬化型樹脂の中でも透明性（可視域にお
いて特定波長の吸収が無いこと）及び耐熱性（少なくと
も感光性樹脂からなるレンズ材料の熔融温度に耐えるこ
と）を有するものを通用することが出来、例示すればエ
ポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、ポリ
シアヌレート系、ポリイミド系等であり、ノボラック系
以外のポジ型感光性樹脂として、ポリグリシジルメタク
リレート（ＰＧＭＡ）　、ポリメチルメタクリレ−）　
（ＰＭＭＡ）　、ポリメチルイソプロペニルケトン（Ｐ
ｔＩＰＫ）、ノボラック（増感剤無し）を用いることが
できる他、酸化チタン以外の適用可能な無機材料として
は、酸化ジルコニウム、酸化シリコン、フン化カルシウ
ム、フン化マグネシウム、酸化スズ、酸化インジウム等
を用いることができる。

従って、マイクロレンズの製造材料は上記実施例で特定
したものに限定されるものではなく、上記した透明樹脂
とポジ型感光性樹脂あるいは透明無機膜を適宜組み合わ
せて製造することが出来、これにより材料の使用可能範
囲が一層拡げられることになる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、固体撮像素子受光面
に透明な熱硬化型もしくは光硬化型の樹脂被膜を設け、
硬化させたこの被膜上にポジ型感光性樹脂被膜を形成し
、露光、現像した後、加熱熔融して凸レンズ状に形成し
、ドライエツチング法によるエッチバンク法を適用して
、ポジ型感光性樹脂被膜を除去し、熱硬化型もしくは光
硬化型樹脂透明により凸レンズを製造するように構成し
たので、曲率が比較的大きく形成された集光性に優れた
凸レンズ原型をポジ型感光性樹脂により形成し、この凸
レンズ形状と対応する形状に形状置換された熱硬化型も
しくは光硬化型樹脂の凸レンズを容易に形成することが
可能となり、このため集光性に優れたマイクロレンズを
製造することができるとともに、レンズ材料として熱硬
化型もしくは光硬化型樹脂を用いることができるため、
耐熱性、耐薬品性等の物性面で優れた材料の選択使用範
囲を大幅に拡げることが可能となり、このため光学的な
らびに物性面で優れた材料の選択の多様化がはかれると
いう顕著な効果が得られる。

また、本発明によれば、固体撮像素子の受光面に透明な
無機被膜を成膜し、これにポジ型感光性樹脂被膜を設け
、露光、現像した後、これを加熱熔融して凸レンズ状に
形成し、ドライエツチング法によるエッチバック法を適
用し、ポジ型感光性樹脂被膜を除去し、無機被膜を凸レ
ンズに製造するように構成したので、曲率が比較的大き
く形成された集光性に優れた凸型レンズの原型をポジ型
感光性樹脂により形成し、この凸レンズ形状と対応する
形状に形状置換された無機被膜製の凸レンズを容易に製
造することができ、このため集光性に優れたレンズを製
造することが可能となる上、無機材料であるため、有機
材料では得られない光学的高屈折率性、−層優れた耐熱
性や耐薬品性を有するマイクロレンズを製造することが
できるばかりではなく、材料の広範囲の選択を可能にす
るという優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）乃至（Ｄ）は透明な熱硬化型透明樹脂を用
いてマイクロレンズを製造する本発明の製造方法の一実
施例の工程順序を示す図、第２図（Ａ）乃至ＣＤ）は透
明無機被膜を用いてマイクロレンズを製造する本発明の
製造方法の他の実施例の工程順序を示す図、第３図は従
来のマイクロレンズ付き固体撮像素子の一例を示す図、
第４図（Ａ）乃至（Ｄ）は従来の加熱熔融法による固体
撮像素子用マイクロレンズの製造方法の工程順序を示す
図、第５図（Ａ）乃至（Ｄ）は従来の製版塗布法による
固体撮像素子用マイクロレンズの製造方法の工程順序を
示す図である。 １１．２１・・固体撮像素子、１１．２１・・半導体基
板、１２．２２・・透明膜、１３・・アクリル系熱硬化
型樹脂、１４．２４・・ノボラック系ポジ型感光性樹脂
１５．２５・・ノボラック系ポジ型感光性樹脂製の凸レ
ンズ形状、１６・・アクリル系熱硬化型樹脂製の凸レン
ズ、２３・・酸化チタン、２６・・酸化チタン製の凸レ
ンズ、１７．２７・・受光面、 出　　廓　　人　大日本印刷株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体撮像素子上にマイクロレンズを直接形成する
   製造方法において、上記固体撮像素子の受光面に熱硬化
   型もしくは光硬化型の透明樹脂被膜を形成する工程と、
   上記被膜を加熱もしくは活性エネルギーにより硬化する
   工程と、上記硬化被膜上にポジ型感光性樹脂の被膜を形
   成して乾燥し、上記固体撮像素子の具備する受光面を覆
   う位置に該ポジ型感光性樹脂被膜が位置するように露光
   、現像する工程と、上記ポジ型感光性樹脂被膜を加熱熔
   融して該ポジ型感光性樹脂被膜を凸レンズ状に形成する
   工程と、ドライエッチング法によるエッチバック法を適
   用し、上記凸レンズ状に形成したポジ型感光性樹脂被膜
   を除去するとともに、該ポジ型感光性樹脂被膜下に位置
   する熱硬化型もしくは光硬化型の透明樹脂被膜を凸レン
   ズに形成する工程とを備える固体撮像素子用マイクロレ
   ンズの製造方法。
2. （２）固体撮像素子上にマイクロレンズを直接形成する
   製造方法において、上記固体撮像素子の受光面に透明な
   無機被膜を成膜する工程と、上記無機被膜上にポジ型感
   光性樹脂被膜を形成して乾燥し、上記固体撮像素子の具
   備する受光面を覆う位置に該ポジ型感光性樹脂被膜が位
   置するように露光、現像する工程と、上記ポジ型感光性
   樹脂被膜を加熱、熔融し、該ポジ型感光性樹脂被膜を凸
   レンズ状に形成する工程と、ドライエッチング法による
   エッチバック法を適用し、上記ポジ型感光性樹脂被膜を
   除去するとともに、該ポジ型感光性樹脂被膜下に位置す
   る無機被膜を凸レンズに形成する工程とを備える固体撮
   像素子用マイクロレンズの製造方法。