JPH04165302A

JPH04165302A - マイクロレンズおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH04165302A
Application number: JP2292631A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Fujita; 藤田　昌信
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1990-10-30
Filing date: 1990-10-30
Publication date: 1992-06-11

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】［産業上の利用分野コ本発明は、固体撮像素子または、表示素子に設けるマイ
クロレンズに関するものである。

［従来技術］固体撮像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けこれ迄に受光
銀　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さし
あ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方法は
、構造が簡単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つ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［３２を具備する固体撮像素子３０が示され
　受光部３４．３４・・に対応する位置の透明膜３２上
にはマイクロレンズ３３．３３・・が設けら札　外部入
射光３５をマイクロレンズ３３が有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溶融法（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。

加熱溶融法を第４図（Ａ）ないしくＤ）により説明する
と、同図（Ａ）には受光部４６．４６・・を備えた半導
体基板４２上に設けた透明膜４１を有する固体撮像素子
４０が示され　この透明膜４１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））、現像に
よって残った被膜４４を加熱　溶融し、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）ないしくＤ）により説
明すると、受光部５６、５６・・を備えた半導体基板５
２上に透明膜５１を設けてなる固体撮像素子５０が示さ
れ（第５図（Ａ））、透明膜５１上に透明な感光性樹脂
被膜５３を形成しく第５図（Ｂ））、受光部５６．５６
・・上の対応位置に凸状の感光性樹脂被膜の残留膜５４
．５４・・が位置するように露光　現像しく第５図（Ｃ
））、この残留膜５４．５４・・に透明な樹脂被膜５５
を塗布し、これを加熱溶融し、流動化させて凸レンズ５
６．５６・・を形成する（第５図（Ｄ）また固体撮像素
子以外にも、液晶表示素子、ブラウン管、投影型スクリ
ーンなどの表示素子においても、その表示画面上にマイ
クロレンズを設け、視野角の拡大、コントラストの向上
を目的とした提案が行われており、これらを利用した製
品が上布されている。

これらの製造方法は、固体撮像素子と異なり、画面が比
較的大きく、このため画素も大きくなるので、マイクロ
レンズ用金型を作り、大量複製したり、印刷法によりパ
ターン形成し、加熱溶融法や製版塗布法を応用すること
が可能である。

以上の様に種々の分野で使用に供せられるマイクロレン
ズを製造するにあたり加熱溶融法と製版塗布法によるマ
イクロレンズではそれぞれ以下の様な問題を有する。

製版塗布法では、製版によりパターン形成した後に、液
体樹脂を塗布し硬化させるので、その性質上、第２図（
Ａ）の様にレンズの裾の方は凹型２２になり凸レンズと
して機能しないため、凸レンズ２１としての有効面積が
小さくなる傾向がある。加熱溶融法では第２図（Ｂ）の
様に有効部２４が大きくとね　無効な部分２３は比較的
狭く集光効率が良い。

［発明が解決しようとする課題］一方、加熱溶融法によるマイクロレンズでは、レンズと
しての形状が良く、レンズ有効面積を大きく使うことが
でき、集光性の点で有効である反面、パターンを形成し
た樹脂を加熱溶融させて製造するために　マイクロレン
ズの材料の樹脂が３次元架橋反応等により硬化されてい
ない。このために、後工程（例えばパンケージング等の
実装時）の加熱によって再溶融し、レンズ形状が不良と
なることが生じたり、あるいは各種の有機溶剤に対する
耐性が十分でないために溶剤による洗浄等に耐えない等
の物性面で難点があった。

［課題を解決するための手段］本発明はかかる課題を解決するために検討の結処　完成
に至ったもので、基材上に塗布した原料樹脂をパターン
形成し、加熱溶融することによって得られたマイクロレ
ンズにおいて、マイクロレンズの表面が硬化した樹脂で
被覆されていることを特徴とするマイクロレンズおよび
その製造方法である。

図面を参照しつつ本発明を説明すると、第１図は、本発
明のマイクロレンズの製造工程を示す図であるが、基板
１１上に透明樹脂を用いてマイクロレンズを形成する基
材である中間層１２を形成する。中間層は、マイクロレ
ンズの焦点をセンサー上に効率的に位置させるためマイ
クロレンズの焦点距離を保持する機能と、平滑な表面を
形成することによりレンズとセンサー間距離を一定化さ
せる機能を有するが、熱や活性エネルギー線等によって
３次元架橋等をさせて硬化させている。

本発明の活性エネルギー線とは、赤外線、可視光線、紫
外線、Ｘ線などの電磁波、放射線および電子線などの化
学物質に作用して架橋反区　重合反応等の化学反応を励
起するエネルギーを有するものである。また、活性エネ
ルギー線の照射以外にも、熱あるいは各種の薬剤や触媒
を用いて化学的な処理を行う化成処理によっても架橋等
の反応を起こさせることができる。

次いで、　レンズ材料１３をパターン形成する（第１図
（Ｃ））。パターン形成はマイクロレンズの原料の樹脂
にレリーフ像を形成するためにおこなわれるが、これに
は、マイクロレンズの原料の樹脂に感光性樹脂を用いて
光を所定のフォトマスクを介して照射して露光した後に
現像することによってマイクロレンズの材料にレリーフ
像を直接的に得るフォトリソグラフィー法やマイクロレ
ンズの原料の樹脂とは別にフォトレジストを塗布して光
を所定のフォトマスクを介して照射して露光した後に現
像することにフォトレジストにレリーフ像を形成した後
にマイクロレンズの原料の樹脂をエツチングによってレ
リーフ像を形成したり、あるいは印刷法によってマイク
ロレンズの原料樹脂のパターンを印刷して直接にレリー
フ像を形成することが行われる。

通常、微細なパターン形成を行う場合はフォトリソグラ
フィー法で行うが、この場合には、ポジ型遠紫外光感光
性樹脂を用いる。粗なパターンであれば、印刷法等種々
のパターン形成法が可能である。

なお、ネガ型感光性樹脂は、光等の活性エネルギー線を
樹脂を残すべき部分に照射してパターンを露光するため
、露光によって樹脂が架橋等する結棗樅脂の特性が変化
して十分な溶融ができない物質に変化するので好ましく
はない。

続いて、レンズ材料１３がパターン形成された基板を加
熱し、レンズ材料のパターンを加熱溶融させ、マイクロ
レンズ１４を形成する（第１図（Ｅ））が、この工程ま
では従来の熱溶融法によるマイクロレンズの製造工程と
同様であるが、本発明のマイクロレンズでは更に、形成
したマイクロレンズ上に、気　活性エネルギー線、化成
処理の少なくとも１種によって架橋反応を起こす架橋性
樹脂１５の膜を塗布等により表面に形成した後に、慇　
活性エネルギー線、化成処理の少なくとも１種により、
架橋性樹脂１５を３次元架橋させる等により硬化させ、
本発明のマイクロレンズを得る。

マイクロレンズの表面に形成する被膜に使用する樹脂に
は、架橋反応や重合反応等による硬化により物理的及び
化学的な強度が大きな透明な樹脂であれば多くのものを
使用することができる。例えば、メタクリル酸メチル樹
脂やシリコン含有レジスト等の光　熱硬化型樹脂を使用
することができる。

なお、マイクロレンズを半導体等の基板面に設けた透明
な中間層を基材として形成する場合について説明したが
、態様によって基板面を基材として、直接同様のマイク
ロレンズを形成できることは言うまでもない。

［作　用コ本発明によれば、樹脂の熱溶融によって形成したマイク
ロレンズの表面を硬化された樹脂により被覆したので、
熱溶融によって製造したマイクロレンズが装置への実装
工程などにおける熱処理の際にも再溶融が防止できると
共に、表面が硬化された樹脂に覆われているため、耐薬
品性等の物性を向上させる作用がある。

［実施例コ実施例１５インチシリコン基板に面付けされた受光狐転送鑑　モ
の周辺回路を有するインタライン型ＣＣＤ（開口率２０
％）上に感光性アクリル樹脂を７μｍの膜厚になる様に
塗布し、　９０℃のホットフレート上に１０分間放置す
ることでプリベークし、所望のパターンを介して紫外線
露光した後、現像してポンディングパッドやスクライブ
ライン上のアクリル樹脂を除いた。更に１５０℃のホッ
トプレート上に１０分間放置し、中間層を形成した。

次いでメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を２μｍの膜厚
になるように塗布し、　１２０℃のホットプレート上に
１０分間放置した後、所望のパターンを介して、正確に
目合わせを行ないキャノン封入水銀ランプを用いて遠紫
外線露光し、現像することで、受光部に対し正確に配置
されたＰＭＭＡのパターン形成を行ない、　１５０℃の
ホットプレート上に６０分間放置することでＰＭＭＡの
パターンを溶融した。

更に、シリコーン樹脂を主鎖とし、クロロメチル化スチ
レンを側鎖としたネガ型遠紫外線感光性樹脂を０．　１
μｍの膜厚になる様に塗布し、７０℃のホットプレート
上に１０分間放置することで、プリベークし、所望のパ
ターンを介して、紫外線露光し、現像して、ポンディン
グパッドやスクライプライン上のネガ型遠紫外線感光性
樹脂を除いた。

この様にして得られたマイクロレンズ付固体撮像素子は
、各チップに切断後、　トリクロロエタンとイソプロピ
ルアルコールを用いて洗浄を行ったが変化は認められず
、モールディングして実装した際の最高加熱温度が１７
０℃であったにもかかわらず、マイクロレンズの形状変
化が認められなかった。更にこれを用いて撮影したとこ
ろ感度が２倍になり、良好な画像が得られた。

実施例２ポリビニルアルコール中にヨウ素を分散させた偏向板上
に油変性アルキッド樹脂にメタクリロイル基を導入した
アクリル酸とグリシジルメタクリレートの共重合体を主
成分とする透明インキを用いて所望のパターンを有する
シルクスクリーン版で、膜厚約１０μｍのストライプ状
のレリーフ画像を印刷した次いで、　１２０℃のオーブン中で３時間加熱溶融し、
冷却した後、ウレタン樹脂を０．５μｍの膜厚に塗布し
、　１００℃のオーブン中で３０分加熱し、前記ウレタ
ン樹脂を硬化させた。

Ｘ−Ｙ表示から成る透明電極基板に液晶が挟持された液
晶セルにおいて、光源の反対側に上記マイクロレンズ付
偏光版をマイクロレンズの軸方向と液晶セルのＸ方向が
平行になる様に貼り合わせ、一方、光源側には、マイク
ロレンズ無しの偏向板を前記偏光板の偏光面に対して平
行に貼り合わせることによりマイクロレンズ付液晶表示
素子を形成した。得られたマイクロレンズ付液晶表示素
子をメタノールに浸漬し、表面を洗浄したが、マイクロ
レンズに変化はなかった。

一方、　ウレタン樹脂による被膜の無いものは、レンズ
が剥離した。

この様にして形成したマイクロレンズ付液晶表示素子を
点灯させたところ、マイクロレンズを設けなかった場合
には視野角が１４０度であったものが、　１６０度に広
がった。

［発明の効果］本発明によれば、表面が３次元架橋反以　重合反応等に
より硬化された樹脂に覆われているため、溶融によって
製造したマイクロレンズを再熔融が防止でき、耐薬品性
が向上することにより、マイクロレンズ製造後の工程の
各条件のマージン量の増犬　長期信頼性の向上に効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のマイクロレンズの製造工程を示し、
第２図は、従来の製版塗布法及び加熱熔融法により形成
されたマイクロレンズの断面を示し、第３図は、マイク
ロレンズの集光原理を示し、第４図は、加熱熔融法によ
る従来のマイクロレンズを製造工程順に示し、第５図は
、製版塗布法による従来のマイクロレンズを製造工程順
に示す。１１・・・基板、　１２・・・中間層、　１３・・・レ
ンズ材料、１４・・・マイクロレンズ、　１５・・・架
橋性樹脂、　１６・・・マイクロレンズ、　２１・・・
凸レンズ、　２２・・・凹型、２３・・・無効な部分、
２４・・・有効ｓ、　３０・・・固体撮像素子、　３１
・・・半導体基板、３２・・・透明ｗＬ３３・・・マイ
クロレンズ、３４・・・受光ｓ、　４０・・・固体撮像
素子、４１・・・透明膜　４２・・・半導体基板、４３
・・・被Ｋ　　４４・・・残った被膜　４５・・・凸レ
ンズ、　４６・・・受光＠、　　５０・・・固体撮像素
子、　５１・・・透明膜５２・・・半導体基板、５３・
・・感光性樹脂抜脱５４・・・残留１ｉ　　５５・・・
透明な樹脂抜脱　５６・・・受光部Ｍ１図第３図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基材上に塗布した原料樹脂をパターン形成し、加
熱溶融することによって得られたマイクロレンズにおい
て、マイクロレンズの表面が硬化した樹脂で被覆されて
いることを特徴とするマイクロレンズ。
（２）基材が固体撮像素子または透光性材料であること
を特徴とする請求項１記載のマイクロレンズ。
（３）基材上に塗布した樹脂にパターン形成し加熱溶融
することによって得られたマイクロレンズの表面に、熱
、活性エネルギー線、化成処理の少なくとも１種によっ
て硬化する樹脂を塗布し硬化処理を行うことを特徴とす
るマイクロレンズの製造方法。