JPH0474471A - マイクロレンズの作製方法 - 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〕 この発明は、半導体基板上に形成した光受光素子のマイ
クロレンズの作製方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来例としては、例えば特開昭６１−２０３６６３号公
報に記載されているようなものがある。

以下、この従来例を第３図について説明する。

ウェハプロセスを経て作成された半導体基板２上に、カ
ラー撮像素子として使用する場合には色分解フィルタ部
（カラーフィルタ層）４を積層した後、平坦化層として
数μｍの比較的厚膜の透明樹脂Ｎ５を形成する。次に、
感光性透明４！脂を用いて断面が矩形のパターンを形成
し、適当な温度で熱フローにより円弧状で凸状のマイク
ロレンズ１を形成していた。なお、１０はフォｌ−ダイ
オード、１］は信号読み出し領域、１２は遮光部分であ
る。

このように構成されたマイクロレンズ１は、集光効率を
大きくするために厚い下地平坦化層である透明倒膨層５
が必要であった。この厚い下地平坦化層である透明樹脂
層５が形成されていない場合には充分な光路が確保でき
ず、集光効率があまり大きくならない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、従来の方法によってマイクロレンズ１を
形成した場合、半導体基板２の表面と高分子の透明樹脂
層５とのぬれ性のマツチングがとれずに、集光効果の大
きなマイクロレンズ１が得られにくいという問題点があ
った。

また、一般にかなり厚い下地平坦化層（透明樹脂層５）
を必要としている場合が多く、これはＡｔ’バット部等
の抜きパターンの加工にかなりのプロセス処理時間を要
するという欠点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、集光効率のよい曲率を最適な膜厚で実現さ
せたマイクロレンズの作製方法を得ることを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るマイクロレンズの作製方法は、半導体基
板表面を高分子樹脂の特性が親水性か疎水性かに応じて
親水性処理または疎水性処理を行った後、高分子樹脂の
熱軟化処理を行い所望の曲率の凸状のマイクロレンズを
形成するものである。

〔作用〕

乙の発明においては、熱軟化させる高分子樹脂と、この
高分子樹脂がパターニングされている基板表面の性質が
親水性と疎水性と相反する場合には、曲率の小さいカー
ブの傾斜のきつい凸し・ンズ形状となり、親水性どうし
あるいは疎水性どうしの場合には曲率の大きいなだらか
な凸し・ンズ形状が得られる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例について説明する。

第１図（ａ）〜（Ｃ）はこの発明のマイクロレンズの作
製工程の一実施例を示す断面図である。

なお、第３図と同一符号は同一部分である。

まず、第１図（ａ）は受光部（フォトダイオード）１０
を備えた半導体基板２上に直接凸しシズ状のマイクロし
・ノズ１を形成した状態を示す。この場合、マイクロレ
ンズ１とフォノ−ダイオード１０間の距離がほとんどな
いため、曲率の小さなレンズ形状が必要となる。このよ
うな形状を実現するには以下の工程により作成する。

すなわち、第１図（ｂ）に示すように、シリコンウエハ
プロセスを経て受光部（フォ）・グイオド）　１０と電
荷を読み出す回路を備えた半導体基板２を用意する。通
常の場合、表面にリンドープドガラスが数１０００人程
度形成されている。このような半導体基板２上へ可視領
域に透明なホトレジスト（高分子樹脂）である０ＤＵＲ
−１０１３（東京応化製）を用いてパターニングすると
、第１１ｍ　（Ｃ）のようにマイクロレンズパターン１
′が形成される。

この後、ＣＦ、あるいはＣＦ、Ｈなどフッ素を含むガス
を用いてプラズマ雰囲気３中でプラズマ処理を行う。条
件としては、例えば２００Ｗ、２００Ｐａ、基板温度５
０℃、１０秒とする。このようなプラズマ処理した後に
１５０℃で１０分間ホットプレート上で熱処理を行うと
０ＤＵＲ−１０１３のパターンは熱軟化し、第１図（ａ
）に示したような曲率の小さなマイクロレンズ１が形成
できる。なお、この第１図の実施例では、高分子樹脂と
基板表面の処理は、親水性と疎水性と相反する場合であ
る。ここで、プラズマ処理を行わないト平坦なマイクロ
レンズしかできず、下地平坦化層を特に形成していない
構成では、充分なレンズ効果が得られない。しかし、こ
の実施例では曲率の小さいマイクロレンズ１が形成でき
ることから、充分なレンズ効果が得られ、従来のように
厚い下地平坦化層を必要としないので、プロセスの簡略
化にも寄与している。

なお、マイクロレンズ１の材料としては、上記の材料に
限らない。例えば、ポリメチルメタクリレ−１・（ＰＭ
ＭＡ）やポリグリシンルメタクリし・１、（ＰＧＭＡ）
などを用いてパターン形成を行ったものでもよい。

第２図（ａ）〜（Ｃ）はこの発明の他の実施例を示す工
程断面図で、第２図（ａ）に示すように、カラーフィル
タ層４を備えた受光素子（固体撮像素子）上にマイクロ
レンズ１を形成する場合、カラーフィルタ層４がフォト
ダイオード１０との間に存在することて下地平坦化層に
相当する働きをする。したがって、この場合、マイクロ
し・ノズ１の曲率は大きい方が望ましい。

そこで、第２図（ｂ）に示すように、カラーフィルタ層
４上にＰＧＭＡのパターン形成を行う。

ＰＧＭＡは遠紫外光に対して低感度ではあるが、ポジレ
ジストとして機能するので、リソグラフィー法によりパ
ターン形成ができる。

次に、パターニング後にこの基板を０２プラズマ処理す
る。プラズマ条件としては、１００Ｗ。

５０Ｐａ、基板温度２５℃、５秒以下が適当である。こ
の後、１８０℃、１０分間ホットプレート上で熱軟化処
理することで、第２図（ｅ）に示すように曲率の大きい
なだらかな凸レンズ状のマイクロレンズ１の形成が可能
となる。

この第２図の実施例では、ＰＧＭＡ樹脂層は弱いＩｎ性
でマイクロレンズパターン１′形成後、下地層とともに
０゜プラズマにさらすことで下地層とＰＧＭＡ層ともに
強い親水性にすることで曲率の大きい凸レンズ形状が得
られるのである。

そして、疎水性の強さの程度によっても凸しンズ形状を
コン１−ロールすることができる。疎水性。

親水性を決定する最も重要なものは使用するガスで、時
間はあまり影響しない。また、樹脂の種類によって親水
性か疎水性かが決まり、得られた樹脂層上での水の接触
角等を測定することでその程度を比較することができる
。一般に０２プラズマ処理で親水性、ＣＦ４等フッ素を
含むガスで処理すると疎水性になる。

なお、高分子パターン形成前に親水性処理をして、親水
性基板表面を作った後、疎水性樹脂を用いたパターンを
形成し、熱フローを行うプロセスも考えられる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明は、半導体基板表面を高
分子４！ｌＩ脂の特性が親水性か疎水性かに応じて親水
性処理または疎水性処理を行った後、高分子樹脂の熱軟
化処理を行い所望の曲率の凸状のマイクロレンズを形成
するので、熱軟化させる樹脂と、その基板表面の親水性
および疎水性の性質をコントロールすることにより、形
成したマイクロレンズの形状を曲率の小さいもの、およ
び大きいものを自在に形成することができる。

また、曲率の小さいマイクロレンズの実現により、下地
平坦化層の形成が不要となり、工程の簡略化も実現でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すマイクロレンズの工
程断面図、第２図はこの発明の他の実施例の工程断面図
、第３図は従来のマイクロレンズを示す断面図である。 図において、１はマイクロレンズ、１′は熱軟化前のマ
イクロレンズパターン、２ば半導体基板、３はプラズマ
雰囲気、４はカラーフィルタ層、１０はフォトダイオー
ド、１１ば信号読み出し領域、１２は遮光部分である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 第１図 代理人　大　岩　増　雄　　　（外２名）第 図 カラープルりｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　受光部を配した半導体基板上に、可視領域に光吸収の
   ない高分子樹脂を用いて、一定の膜厚を有する断面が矩
   形のパターンを形成した後、前記パターンを熱軟化処理
   により円弧状で凸状のマイクロレンズを作製する方法に
   おいて、前記半導体基板表面を前記高分子樹脂の特性が
   親水性か疎水性かに応じて親水性処理または疎水性処理
   を行った後、前記高分子樹脂の熱軟化処理を行い所望の
   曲率の凸状のマイクロレンズを形成することを特徴とす
   るマイクロレンズの作製方法。