WO1991004504A1 - Filtre convergent et procede de production - Google Patents

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Toshio Yokota
Hajime Mori
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    • G02B3/00—Simple or compound lenses
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    • G02B3/0012—Arrays characterised by the manufacturing method
    • G02B3/0018—Reflow, i.e. characterized by the step of melting microstructures to form curved surfaces, e.g. manufacturing of moulds and surfaces for transfer etching

Definitions

  • the present invention relates to a filter structure and a manufacturing method thereof when a solid-state imaging device is formed by bonding an imaging device and a power filter or a monochromatic filter with an adhesive, and particularly to an imaging device.
  • the present invention relates to a light-collecting filter having improved light-collecting efficiency to a light-receiving portion and a method for manufacturing the same. Background technology
  • a color filter is attached to a solid-state imaging device directly (on-chip type) or a color filter is attached to a transparent substrate such as a glass substrate.
  • a method of forming a single element and bonding it to a solid-state image sensor with an adhesive bonding method
  • FIG. 9 shows a cross-sectional view of a main part of such a solid-state imaging device.
  • the light receiving part of CCD 50 The pixels 53 of the power filter 52 are arranged on the front surface of the pixel 51, and a lens 54 is formed in alignment with the pixels 53.
  • a light or thermosetting resin is used as an adhesive, but since these resins have a refractive index of 1.5 to 1.6, a lens formed on a solid-state image sensor is used. The difference in refractive index from the part was too small, and almost no light-collecting effect was obtained with the same configuration as in the case of the on-chip method.
  • an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the conventional bonding method and to provide a light-collecting power filter and a monochromatic filter used in the bonding method.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing such a light-collecting filter. Disclosure of the invention
  • a light-collecting filter according to the present invention is provided on a color filter or a mono-filter used by being attached to an image pickup device, and is in contact with each other on a transparent substrate.
  • At least two resin layers with different refractive indices, and the interface between these resin layers in contact with each other It is characterized by having a curved surface that condenses incident light.
  • a resin layer having a relatively low refractive index which is thickened in a convex shape, is arranged on the upper or lower part of the light shielding layer of the color filter or the mono filter, and the convex and concave portions are provided.
  • another resin layer having a relatively high refractive index is provided on the surface of the resin layer formed above to form a flat surface.
  • a photocurable resin is applied on a transparent substrate prior to or after the formation of a filter layer, Only the resin at the boundary of the color element or at the position corresponding to the upper or lower part of the light-shielding layer is cured by exposure to form a convex surface, and then the refractive index is higher than that of the photocurable resin.
  • the inclination of the edge of the convex portion formed by the selective exposure curing of the photocurable resin may be adjusted by heating to the curing point after the photocuring.
  • a photocurable resin is applied on the transparent substrate prior to or after the formation of the filter layer, and is applied to the boundary of the color element or the upper or lower part of the light shielding layer. Only the resin at the corresponding position is cured by exposure to form a convex step element, and then a resin with a relatively low refractive index is applied thereon, and the application condition is selected, so that the surface is raised. A convex surface is formed on the convex step element, and then a resin having a higher refractive index than the resin having a relatively low refractive index is formed thereon. Is applied to make the surface flat.
  • a light-blocking layer is formed on the transparent substrate, and a photosensitive resin is applied on the light-blocking layer.
  • a uniform illumination is applied from the transparent substrate side so that only the resin on the light-blocking layer remains to form a convex step element.
  • a resin having a relatively low refractive index is applied thereon and the application conditions are selected so that the surface becomes convex on the above-mentioned convex step element, and then the above-mentioned
  • the mutually contacting interface of at least two resin layers having different refractive indexes and being in contact with each other on the transparent substrate is provided at each light receiving portion of the imaging device. Since it has a curved surface for condensing incident light, a condensing effect can be obtained even in a solid-state imaging device of the bonding type, and the sensitivity can be improved.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a light-collecting filter of the present invention bonded to a solid-state imaging device.
  • FIG. 2 is a plan view of the portion of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the steps of the manufacturing method according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view of a light-collecting filter manufactured by the manufacturing method of Example 1 and attached to a solid-state imaging device. And cross section,
  • FIG. 5 is a view for explaining the steps of the manufacturing method of Example 2,
  • FIG. 6 is a view similar to FIG. 1 for illustrating a second manufacturing method of the present invention
  • FIG. 5 is a diagram for explaining steps of a manufacturing method according to Example 3 of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the steps of the manufacturing method according to Examples 4 and 5 of the present invention.
  • Fig. 9 is a cross-sectional view when a lens is directly formed on the front surface of a solid-state image sensor in the conventional one-chip method and mounted
  • Fig. 10 is a cross-sectional view of a conventional color filter and a solid-state image sensor bonded together. It is. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the light-collecting filter of the present invention is used for a laminating method, and is a color filter or a monochromator using two or more materials having different refractive indexes. An interface made of a material having a different refractive index is formed in a lens shape in a lower layer or an upper layer of the filter so as to obtain a light condensing effect.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view of a conventional color filter 58 and a solid-state imaging device 50 bonded together with an adhesive layer 57.
  • the color filter 58 has a glass 59 surface.
  • the incident light 55 travels straight and passes through the pixel (staining layer) 53 of the color filter and luter 58, and the CCD (solid-state image sensor)
  • the solid-state image sensor 50 enters the light receiving section 51, and the amount of received light is limited by the aperture area ratio of the light receiving section 51 of the solid-state imaging device 50.
  • the aperture area ratio is about 30%. That is, only 30% of the incident light amount can be received.
  • reference numeral 60 denotes a light-shielding layer
  • 61 denotes a protective layer.
  • the upper part of the color separation layer (light shielding layer) 5 (the lower part in the figure, but the upper part in the manufacturing process).
  • the resin layer A (low refractive index material) forms a lens-shaped portion C having a convex shape and a predetermined inclination toward the center of each color element 4 on the boundary of each color element 4.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a light-collecting filter 1 of the present invention bonded to a solid-state imaging device.
  • the CCD 1 has a light-receiving section 2
  • the CCD 1 has a light-receiving section 2 thereon.
  • the color elements 4 of the color filter formed on the glass substrate 3 are aligned and bonded via a resin layer A, a resin layer B, and an adhesive layer 6.
  • a light-shielding layer 5 is provided between the color elements 4.
  • the resin layer A has the maximum thickness in alignment with the light-shielding layer 5, and has the minimum thickness at the center of the color element 4 (the thickness is zero in the drawing).
  • a lens-shaped portion C which is a convex shape of the resin layer A and has a predetermined inclination toward the center of each color element 4 is formed on the boundary of each color element 4. It becomes ⁇ .
  • resin layer B (High refractive index material) is provided so as to fill the unevenness of the resin layer A.
  • the light-collecting area is determined by the thickness d 2 of the adhesive layer 6 and the refraction angle 4.
  • the refractive index of the resin layer B must be larger than the refractive index of the resin layer A.
  • Adhesive layer 6 has a refractive index of / J, which is lower than that of resin layer B.
  • the angle of the interface between the resin layer A and the resin layer B must have an appropriate angle for more efficiently condensing the light into the aperture (light receiving section) 2 of the image sensor.
  • the refractive index difference of the layer B, the thickness (optical path length) of the resin layer B, the refractive index difference between the resin layer B and the bonding layer 6, the thickness of the adhesive layer, and the light receiving area of the light receiving section 2 are determined).
  • the above principle is based on the fact that light-collecting layers A and B are As described in the above example, even if the light-collecting layers A and B are provided on the glass 3 (the lower part of the color element 4; the upper part in FIG. 1), the same light-collecting effect can be obtained.
  • the element 4 is a color element of a color filter.
  • a monochromatic filter (having only the light-shielding layer 5 on the glass 3) is collected according to the same principle. Light effect is obtained.
  • the first method for producing such a light-collecting filter is to form a filter layer 4 on a glass substrate 3 and apply a photocurable resin A thereon. Then, only the resin on the light-shielding layer 5 is cured by exposure to form a lens-shaped portion C, and then a resin layer B is applied. In this case, the inclination of the edge of the lens-shaped portion C can be adjusted by heating to the softening point after light hardening.
  • the materials used for resin A are photosensitive and transparent materials, such as gelatin, casein, PVAZ heavy ammonium oxalate photosensitive material, and general acrylic materials.
  • a photosensitive material can be used, and as the resin B, a polyimide-based or silicon-based material can be used as the refractive index material.
  • a chromium film is formed on the transparent glass substrate 3 by chromium sputtering, this film is subjected to resist pattern processing, etching, and film formation.
  • resist pattern processing etching
  • film formation After forming a strip-shaped light-shielding layer 5 having a line width of 2 m, a photosensitive solution composed of an aqueous solution of gelatin and ammonium dichromate is applied, and patterned by mask exposure and development. After the cyan dyeing, a fixing treatment was performed to prepare a cyan element 9.
  • the angle of ⁇ 9 in the region S in FIG. 3 (a) is about 60 °, and the angle is 7 mm.
  • polyimide resin B was formed thereon by coating, and the surface was flattened as shown in FIG. 3 (b).
  • FIG. 4 shows a plan view and a cross-sectional view (with respect to X and ⁇ 2 in the plan view) of the main part after bonding.
  • C with respect to CD light receiving portion 5 d rear 2 4 im 2, substantially incident light E RiRyo (plan view Within the dotted line) of about 2 times 5 6 Ai m 2, and the sensitivity twice I 1 one sushi ⁇
  • a chrome strip 5 is formed on a transparent glass substrate 3 having a thickness of about 0.5 mm, and a casein Z double layer is formed on the chrome strip 5.
  • Photosensitive solution A consisting of ammonium oxalate was applied, and a stripe (convex portion) C was formed as shown in FIG.
  • the refractive index of this resin A was 1.55.
  • a silicone resin (refractive index: 1.68) B was applied thereon to smooth the surface, thereby producing a monofiltration filter.
  • This filter is bonded to the CCD 1 with a light-curable acrylic adhesive (refractive index 1.53) 6 as shown in (d) (cross-sectional view) and (e) (plan view) in the same figure.
  • a light-curable acrylic adhesive reffractive index 1.53 6 as shown in (d) (cross-sectional view) and (e) (plan view) in the same figure.
  • the above is the first manufacturing method of the light-collecting filter of the present invention. According to this method, it is important to form a lens shape.
  • a photo-curable resin to control the exposure method and the amount of irradiation to make the edge of the convex part C tilt, or to apply the light-cured resin.
  • the edge is inclined by heating up to the aging point, but it is not easy to manufacture a light-collecting filter by stably controlling the edge shape.
  • the edge shape after photo-curing and the heat radiation Resin A material is restricted due to its chemical properties, and the range of material selection is limited if conditions such as appropriate refractive index and transmittance are included.
  • FIG. 6 is a drawing similar to FIG. Are shown in the same board.
  • a filter layer 4 is formed on a glass substrate 3, and then a step element is formed on the glass substrate 3 by using resin D, and a resin is formed thereon. A is applied and formed.
  • the shape of the lens C can be controlled by the thickness of the resin D, the viscosity of the resin A, and the application conditions.
  • the resin D is a photosensitive resin generally used for putterjung
  • the resin A can be a general light or thermosetting resin satisfying necessary optical characteristics.
  • This method will be described for the case of forming a lens on a color filter.
  • a resin such as gelatin, glass, or PVA having photosensitivity
  • the step element D is patterned using a commercially available resist.
  • the exposure method and the exposure conditions may be appropriate conditions for patterning each photosensitive resin in general, and there is no need to particularly control the inclination of the edge portion.
  • the film thickness of the step element D, the viscosity of the resin A, and the application rotation speed are important factors for determining the inclination of the edge portion.
  • this resin A can be mainly selected for its refractive index and transmittance characteristics if it satisfies the conditions of light or heat curing. If the difference in the refractive index from resin B is large, the light-collecting effect is better, but the resin near 1.5 is acryl-based, urethane-based, acryl-styrene-based, A wide selection of epoxy type is available.
  • the formation of resin B and thereafter is the same as in the first manufacturing method.
  • a mozaic color filter 9 to 11 is formed by dyeing. did.
  • a step element D is patterned on the chromium grid 5 to a thickness of 5 ⁇ m by an FVR (manufactured by FUJI CHEMICAL CO., LTD.) On the color filter.
  • a urethane-based resin (refractive index: 1.55) was spin-coated at 300 rpm, and heated for 150: 1 for 1 hour to cure the convex portion C. (See Figure (b)). According to the observation shape of the convex portion C by an electron microscope, the inclination (edge S in the figure) of the edge portion in FIG. 7 (b) was about 60.
  • a polyimide resin having a refractive index of 1.70 is spin-coated at 800 rpm, and the surface is flattened to form a resin layer B.
  • This filter was bonded to the CCD element 1 via the adhesive layer 6 having a refractive index of 1.50 to obtain an image sensor (see FIG. 4).
  • the sensitivity was about twice that of the conventional one.
  • a gelatin Z-deoxyammonium ammonium photosensitive solution is applied (see FIG. 8).
  • a step device D of 4.5 / m was formed by stepper exposure.
  • the refractive index of this resin D was 1.56 (Fig. (B)).
  • a urethane-based resin (refractive index: 1.56) was spin-coated, and then heat-cured with 150 at 30 minutes to form a lens C.
  • the surface unevenness was 4 ⁇ m (Fig. (B)).
  • a polyimide resin B was spin-coated and heat-cured at 180 ° C for 3 hours to produce a monochromatic lens filter. ( Figure)).
  • 8 FPR 800 000 cps is changed to 30 C ( Spin coat at 0 rp and expose from the glass side 3 without using a mask. Light and development were performed to form a 5 m step element D.
  • the epoxy resin was spin-coated, and then heat-cured at 15 for 30 minutes to form a lens shape C.
  • the surface step is 4 ⁇ m and 7 ".
  • a polyimide resin B was spin-coated, and thermoset at 180 at 3 hours to form a monochromatic lens filter.
  • the sensitivity was about 1.5 times that of the conventional one, confirming the light-collecting effect.
  • the light-collecting filter of the present invention in a color filter or a monochromatic filter used by being bonded to an imaging device, at least two resin layers having different refractive indices mutually in contact with each other are provided on a transparent substrate. ⁇ Since the interface between the resin layers that is in contact with each other is formed as a curved surface that focuses incident light on each light-receiving part of the image sensor, it is necessary to make the difference between the refractive indices relatively large and to control the curved surface shape. By setting the refractive index of the bonding adhesive to be smaller than the refractive index of the bonding surface of the filter, the same light collecting effect as in the case of the on-chip method can be obtained.
  • such a light-collecting filter can be easily manufactured.
  • the lens shape can be stably controlled, and The degree of freedom of the resin used increases.
  • the light-collecting filter and the method of manufacturing the same according to the present invention are applied to the field of solid-state imaging devices in which an image sensor and a color filter or a mono-color filter are bonded together with an adhesive. You.

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Description

明 細 書 集光性フィルタ一及びその製造方法 技 術 分 野
本発明は、 撮像素子と力 ラーフ ィ ルタ 一又はモノ ク ロ フィルタ一とを接着剤により貼り合わせて固体撮像装置 を構成する場合のフ ィ ルターの構造及びその製造方法に 関し、 特に、 撮像素子の受光部への集光効率を向上させ た集光性フィルタ一及びその製造方法に関する。 背 景 技 術
固体撮像装置の製造方法において、 カラーフ ィ ルタ ー の取付け方式として、 固体撮像素子上に直接カラーフ ィ ルタ ーを形成する方式 （オ ンチップ方式） と、 ガラス基 板等の透明基板上に力ラーフィルタ一を形成しこれを固 体撮像素子と接着剤により貼り合わせる方式 （貼り合わ せ方式） の 2方式がある。
近年、 固体撮像装置の感度の改善を図るため、 オ ンチ ップ方式においては、 固体撮像素子の前面にレンズを直 接形成して取付け、 受光部への集光性を上げて、 効率の 改善を行っている。 第 9図にこのような固体撮像装置の 要部断面図を示す。 図示のように、 C C D 5 0の受光部 5 1 の前面には力ラ一フ ィ ルタ 一 5 2の各画素 5 3が配 置され、 各画素 5 3と整列してレンズ 5 4が形成されて いる。 カ ラ ーフ ィ ルタ ー 5 2上にレンズ形状を形成可能 な材料としては各種光又は熱硬化榭脂があり、 空気 （屈 折率 ^ 1 ) とこれら樹脂層 （屈折率 1 . 5〜 1 . 6 ) との間に比較的大きな屈折率差が得られるため、 空気 5 6から直接レンズ 5 5に入射する入射光 5 5には大きい 集光効果が容易に得られた。
これに対し、 貼り合わせ方式では、 接着剤として光又 は熱硬化樹脂を使用するが、 これらの樹脂の屈折率は 1 . 5 ~ 1 . 6であるため、 固体撮像素子上に形成したレ ンズ部との屈折率差が小さすぎ、 オンチップ方式の場合 と同構成では、 集光効果がほとんど得られなかった。
したがって、 本発明の目的は、 上記した従来の貼り合 わせ方式における問題点を解決して、 貼り合わせ方式に 用いる集光性の力ラーフ ィ ルタ ー及びモノ クロフ ィ ルタ 一を提供し、 また、 そのような集光性フ ィ ルターの製造 方法を提供することである。 発 明 の 開 示
上記目的を達成するため、 本発明の集光性フ ィ ルタ ー は、 撮像素子に貼り合わせて用いるカラ一フ ィ ルタ一又 はモノ ク ロ フ ィ ルタ 一において、 透明基板上に相互に接 する屈折率の異なる少なく とも 2つの樹脂層を有し、 こ れら榭脂層の相互に接する界面が撮像素子の各受光部に 入射光を集光するような曲面に構成されていることを特 徴とするものである。
その場合、 カラ一フ ィ ルタ ー又はモノ ク ロ フ ィ ルタ 一 の遮光層の上部又は下部に整列して凸状に厚く なつてい る比較的低屈折率の榭脂層を設け、 この囬凸に形成され た榭脂層表面に比較的高屈折率の別の榭脂層を設けてそ の表面を平坦に構成するのが典型的なものである。
このような集光性フ ィ ルタ 一の製造方法と しては、 第 1 に、 透明基板上に、 フ ィ ルタ一層の形成に先立って又 はその後に、 光硬化性榭脂を塗布し、 色素子の境界部又 は遮光層の上部又は下部に相当する位置の樹脂のみを露 光により硬化させて、 凸面状に形成し、 次にその上に上 記光硬化性榭脂より も屈折率の髙ぃ樹脂を塗布してその 表面を平坦にする方法がある。
その場合、 光硬化性榭脂の選択露光硬化によって形成 された凸面状部のエッ ジ部の傾きを、 光硬化後にその钦 化点まで加熱して調整するとよい。
また、 第 2の製造方法として、 透明基板上に、 フ ィ ル ター層の形成に先立って又はその後に、 光硬化性樹脂を 塗布し、 色素子の境界部又は遮光層の上部又は下部に相 当する位置の樹脂のみを露光により硬化させて、 凸状段 差素子を形成し、 次にその上に比較的低屈折率の樹脂を 塗布して塗布条件を選択することにより、 その表面が上 記凸状段差素子上で凸面状になるようにし、、次にその上 に上記の比較的低屈折率の樹脂よりも屈折率の高い樹脂 を塗布してその表面を平坦にする方法がある。
さらに、 透明基板上に遮光層を形成し、 その上に感光 性樹脂を塗布し、 透明基板側から一様な照明をして遮光 層上部の樹脂のみが残るようにして凸状段差素子を形成 し、 次にその上に比較的低屈折率の樹脂を塗布して塗布 条件を選択することにより、 その表面が上記凸状段差素 子上で凸面状になるようにし、 次にその上に上記の比較 的低屈折率の樹脂よりも屈折率の高い樹脂を塗布してそ の表面を平坦にする方法もある。 以上のような本発明の集光性フ ィ ルタ ーによると、 透 明基板上に相互に接する屈折率の異なる少なく とも 2つ の樹脂層の相互に接する界面が、 撮像素子の各受光部に 入射光を集光するような曲面になっているので、 貼り合 わせ方式の固体撮像装置においても、 集光効果が得られ 、 その感度を向上させることができる。 図面の簡単な説明
第 1図は本発明の集光性フィ ルタ一を固体撮像素子に 貼り合わせたものの部分断面図、
第 2図は第 1図の部分の平面図、
第 3図は本発明の実施例 1 の製造方法の工程を説明す るための図、
第 4図は実施例 1 の製造方法によって製造、した集光性 フ ィ ルタ一を固体撮像素子に貼り合わせたものの平面図 と断面図、
第 5図は実施例 2の製造方法の工程を説明するための 図、
第 6図は本発明の第 2の製造方法を説明するための第 1図と同様な図、
第 Ί図は本発明の実施例 3の製造方法の工程を説明す るための図、
第 8図は本発明の実施例 4、 5の製造方法の工程を説 明するための図、
第 9図は従来のォンチップ方式において固体撮像素子 の前面にレ ンズを直接形成して取付けた場合の断面図、 第 1 0図は従来のカラーフィ ルタ一と固体撮像素子を 貼り合わされたものの断面図である。 発明を実施するための最良の形態 本発明の集光性フィ ルタ一は、 貼り合わせ方式に用い るものであり、 2種以上の屈折率の異なる材質を用いて 、 カ ラーフ ィ ルター又はモノ ク ロフィ ルターの下層又は 上層に屈折率の異なる材質の界面をレ ンズ形状に形成し 、 集光効果を Γるようにしたものである。
まず、 第 1 0図に従来のカ ラ一フィ ルター 5 8 と固体 撮像素子 5 0を接着層 5 7 より貼り合わされたものの 断面図を示すが、 カラ一フ ィ ルター 5 8のガラス 5 9面 より入射した光 5 5 は、 直進してカ ラーフ ィ、ルター 5 8 の画素 （染色層） 5 3を透過して、 C C D (固体撮像素 子） 5 0の受光部 5 1 に入り、 受光量は固体撮像素子 5 0の受光部 5 1の開口面積率により制限を受ける。 代表 的な固体撮像素子である C C Dでは、 この開口面積率は 約 3 0 %である。 すなわち、 入射光量の 3 0 %しか受光 できない。 （なお、 第 1 0図において、 符号 6 0は遮光 層を、 6 1 は保護層を示す。 ）
このような従来のものに対して、 本発明においては、 第 1図に示すように、 色分離層 （遮光層） 5の上部 （図 上では下であるが、 製作過程では上になる。 ） に、 樹脂 層 A (低屈折率材質） により、 各色素子 4の境界部上に 、 凸形状のものであって各色素子 4の中央部に向かって 所定の傾きを持つレンズ状部分 Cの形成を行う。
すなわち、 第 1図は本発明の集光性フィルタ一を固体 撮像素子に貼り合わせたものの部分断面図であるが、 図 において、 C C D 1 は受光部 2を有し、 その上に受光部 2に整列して、 ガラス基板 3に形成されたカ ラーフィ ル ターの色素子 4が樹脂層 A、 樹脂層 B、 接着層 6を介し て貼り合わされている。 色素子 4の間には遮光層 5が設 けられている。 樹脂層 Aは、 遮光層 5に整列して厚みが 最大になっており、 色素子 4の中央部では最小の厚みに なっている （図面ではゼロの厚みになっている） 。 した がって、 各色素子 4の境界部上に、 樹脂層 Aの凸形状の ものであって各色素子 4の中央部に向かって所定のの傾 きを持つレンズ状部分 Cが形成されている ^とになる。 そして、 この樹脂層 Aの上に （図では下に） 榭脂層 B ( 高屈折率材質） が樹脂層 Aの凹凸を埋めるように設けら れている。 このようにに構成されたフィルターを C C D 1 と接着層 6により貼り合わすことにより、 集光効果を 得ることができる。 以下にその理由を説明する。
ガラス 3側から入射した光 Ίは、 樹脂層 Aと Bの界面 の法線に対する入射角を ， とすると、 屈折率の差より 、 屈折角 Θ 2 は、
n A
s l n ^ 2 = s ] n ^ i ①
n a
より、 2 となる。 ①式より明らかであるが、 樹脂層 A ， Bの屈折率差が n A く n B の場合、 2 < 0 , となり 、 入射光は受光部 2の方向へ集光する。 この時、 樹脂層 Bを通過する光路長 d ， と樹脂層 Bと接着層 6の界面へ の入射角 Θ 3 、 θ a = Θ Θ とにより集光領域が 決定される。
次に、 榭脂層 Βと接着層 6の界面で同様な原理で、 次 の②式より、 入射角 3 は、 接着層 6 (屈折率を n c と する） では < となる。
n B
s 1 ri s 1 n
n c
②式より、 榭脂層 B、 接着層 6の屈折率差は、 n c く n
B の場合、 4 > Θ 3 となる。
この場合の集光領域は、 接着層 6の厚さ d 2と屈折角 4 により決定される。 、
したがって、 トータルの集光領域は、 1辺に対して、 Δ a = d i · t a n 3 + d 2 * t a n ^ 4
となり、 2次元エ リアでの集光効率は、 第 2図の平面図 から明らかなように、
( a + 2 A a ) X ( b + 2 Δ b )
a · b
となる （第 2図の点線で囲まれた領域に入射する光が受 光部 2に集光することになる。 なお、 y , - y 2 断面の 集光領域は、 X , — X 2 断面での原理と同様にして、 1 辺に対して△ b領域分の増加となる） 。
以上の原理より、 集光領域を拡大するための条件とし て、 以下のものがあげられる。
〇樹脂層 Aの屈折率に対して、 樹脂層 Bの屈折率がより 大きいこと。
〇樹脂層 Bの屈折率に対して、 接着層 6の屈折率がより /J、さいこと。
〇樹脂層 Aと榭脂層 Bの界面の角度が、 撮像素子の開口 部 （受光部） 2へより効率的に集光される適正角度を 有すること （この適正角度は、 樹脂層 Aと樹脂層 Bの 屈折率差、 樹脂層 Bの膜厚 （光路長） 、 樹脂層 Bと接 着層 6の屈折率差、 接着層の厚さ、 受光部 2の受光ェ リァによって決定される） 。
〇樹脂層 Bと接着層 6の界面は、 屈折角の点でより平滑 化する方が望ま しい。 x
以上の原理は、 色素子 4の上部に、 集光層 A、 Bを設 けた例で説明したが、 ガラス 3の上 （色素子 4の下部。 第 1図では上部） に、 集光層 A、 Bを設けても同様に集 光効果は得られる。
なお、 以上の説明において、 素子 4は、 カラーフィル タ一の色素子としたが、 モノ ク ロ フ ィ ルタ ー （ガラス 3 上に遮光層 5のみを設けたもの） でも、 同様の原理で集 光効果が得られる。
さて、 このような集光性フ ィ ルターの製造方法として あげられものの第 1 は、 ガラ ス基板 3上にフ ィ ルタ一層 4を形成し、 その上に光硬化性の樹脂 Aを塗布して、 遮 光層 5上部の樹脂のみを露光により硬化させて、 レンズ 状部分 Cを形成し、 次に榭脂層 Bを塗布するものである 。 その場合、 レンズ状部分 Cのエッジ部の傾きは、 光硬 化後に軟化点まで加熱して調整することもできる。 この 方法においては、 榭脂 Aに用いる材料は、 感光性を有す る透明性を有するもので、 ゼラチ ン、 カゼイ ン、 P V A Z重ク口ム酸アンモニゥム系感光材ゃ、 一般的ァク リル 系感光材が使用でき、 また、 榭脂 Bは、 髙屈折率材とし て、 ポ リィ ミ ド系、 シリ コーン系の材料が適用可能であ る。
次に、 第 1の製造方法の実施例を示す。
実施例 1 .
第 3図 (a)に示すように、 透明ガラ ス基板 3上に、 クロ ムスパッタにより、 ク ロ ム膜を 0 . 形成した後、 この膜をレジス トパターン加工、 エッチング、 剝膜し、 2 〃m線幅のス ト ライプ状のク口ム遮光層 5を形成した 次に、 ゼラチ ン 重ク ロム酸ア ンモニゥム水溶液から なる感光液を塗布し、 マス ク露光、 現像によりパター二 ングし、 シア ン染色後、 固着処理を行い、 シアン素子 9 を作成した。
同様のプロセスを繰り返し、 イ エロ 一染色、 マゼンタ 染色して、 イェロー素子 1 0、 マゼンタ素子 1 1を形成 o
その上にゼラチ ン感光液を塗布後、 ク ロムス ト ラ イ プ 5上にプロキシミティー露光により、 5 ju m段差形状の 素子 Aを形成した。 凸状部 Cの電子顕微鏡による観察形 状によると、 第 3図 (a)の領域 Sの <9 , の角度は約 6 0 ° 、めつ 7こ。
次に、 この上にポリ イ ミ ド樹脂 Bを塗布形成し、 第 3 図 (b)に示すように、 表面を平坦化した。
このようにして作成した集光性フィルタ一を切断加工 後、 C C D素子 1 とアク リ ル系接着剤 6を用いて貼り合 わせて撮像素子とした。 なお、 ゼラチン硬化膜 A、 ポリ イ ミ ド膜 B、 アタ リル系接着層 6の屈折率は、 了ッベ屈 折計にて測定した結果、 それぞれ 1 . 5 6 1 . 7 0 1 . 5 0であった。 貼り合わせ後の要部の平面図と断面 図 （平面図の X ,— χ 2 について） を第 4図に示す。 結 果と して、 第 4図に数值を記入した通り、 C、C D受光部 5エ リア 2 4 i m 2 に対し、 実質入射光ェ リ了 (平面図 の点線内） は、 約 2倍の 5 6 Ai m 2 となり、 感度も 2倍 ί 1 つ すし ο
実施例 2 .
第 5図 (a)に示すように、 ϋ . 5 m mの厚さの透明ガラ ス基板 3上に、 ク ロムス ト ライ プ 5を形成し、 このクロ ムス ト ライプ 5上にカゼィ ン Z重ク ロム酸アンモニゥ厶 からなる感光液 Aを塗布し、 プロキシミ ティ 一露光によ り同図 (b)のようなス ト ライプ （凸状部） Cの形成を行つ た。 この榭脂 Aの屈折率は 1 . 5 5であった。
次に、 同図 (c)に示すように、 その上にシリ コーン系榭 脂 （屈折率 1 . 6 8 ) Bを塗布して表面を平滑にし、 モ ノ ク ロフィ ルタ一を作製した。
このフィ ルターを、 同図 (d) (断面図） 、 （e) (平面図） に示すように、 C C D 1 に光硬化性アク リ ル接着剤 （屈 折率 1 . 5 3 ) 6で接着し、 感度を測定した結果、 約 1 . 5倍の感度の上昇が可能となった。
以上が、 本発明の集光性フィルタ一の第 1 の製造方法 であるが、 この方法によると、 レンズ形状の形成が重要 である。 榭脂 Aにより レンズ形状を形成するために、 光 硬化性榭脂を用い、 露光方式、 照射量を制御して凸状部 Cのエッ ジ部の傾きをつけたり、 又は、 光硬化した榭脂 を钦化点まで加熱して、 このエッ ジ部の傾きをつけるが 、 ェッ ジの形状を安定的に制御して集光性フィルターを 製造するのは容易ではない。 また、 この方法でレンズを 形成する場合には、 光硬化後のヱッジ形状、 及び、 熱软 化特性等のため、 樹脂 Aの材料に制約があり、 適正な屈 折率や、 透過率等の条件も含めると、 材料選択範囲が限 定される。
この欠点を解決した本発明の集光性のフィルタ一の第 2の製造方法を、 第 6図を参照にして説明する （第 6図 は第 1図と同様な図面であり、 同一の構成要素は同一審 号にて示してある） 。 この方法は、 レンズ形状を安定的 に制御し、 製造するために、 ガラス基板 3上にフィルタ 一層 4を形成し、 その上に先ず榭脂 Dを用いて段差素子 を形成し、 この上に樹脂 Aを塗布形成する。
この場合、 レンズ Cの形状は、 樹脂 Dの膜厚、 及び、 榭脂 Aの粘度と塗布条件によって制御可能である。 また 、 樹脂 Dは一般的にパターユングに用いられる感光性樹 脂であり、 榭脂 Aとしては、 必要な光学特性を満足する 一般的な光又は熱硬化性榭脂が使用できる。
この方法を力 ラーフィルター上にレンズ形成する場合 について説明する。 第 6図に示すように、 ガラス 3上に 遮光層 5、 色分離素子 4を形成後、 遮光層 5の上部に、 ゼラチン、 ガゼィ ン、 又は P V Aに感光性を持たせた榭 脂や、 各種市販されているレジス トを用いて、 段差素子 Dをパターン形成する。 この場合は、 露光方式及び露光 条件は、 各感光性樹脂に対して通常パターニングする適 正条件でよく、 特にエツジ部の傾きを制御する必要性は ない。 、
このようにしてパタ一二ングされた段差素子 D上に低 屈折率材の榭脂 Aを塗布し、 目的とする凸状部 Cのエツ ジの傾きを出す。 この場合、 段差素子 Dの膜厚と樹脂 A の粘度、 塗布回転数がエッ ジ部の傾きを決定する重要な 因子となる。 また、 この榭脂 Aは、 光又は熱硬化される 条件を満足すれば、 屈折率及び透過率特性を主体に選択 できる。 榭脂 Bとの屈折率差が大きければより集光効果 があるが、 1 . 5付近の榭脂と して、 アク リ ル系、 ウ レ タ ン系、 アク リ ル一スチ レ ン系、 ェポキシ系等幅広く選 択できる。 以下、 榭脂 B以降の形成は、 第 1の製造方法 と同じである。
以下に、 第 2の製造方法の実施例を示す。
実施例 3 .
第 7図 (a)に示すように、 0 . 5 m mの厚さの基板 3上 にクロムの格子 5を形成後、 モザイ ク状のカラ一フ ィ ル ター 9 〜 1 1を染色にて形成した。 このカラーフ ィ ルタ 一上に F V R (フ ジ薬品㈱製） レジス ト にて、 ク ロ ムの 格子 5上に 5 u mの膜厚に段差素子 Dをパタ一ン加工し た後、 アク リ ル一ウレタ ン系樹脂 （屈折率 1 . 5 5 ) を 3 0 0 0 r p mでス ピン塗布し、 1 5 0 1：、 1時間の加 熱をすることにより、 凸状部 Cを硬化させた。 （図 (b)参 照） 。 凸状部 Cの電子顕微鏡による観察形状によると、 第 7図 (b)のエツ ジ部の傾き （図の領域 S ) 0 , は約 6 0 あった ο
次に、 屈折率 1 . 7 0のポ リ イ ミ ド榭脂耷 8 0 0 r p mでス ピン塗布し、 表面を平坦化して樹脂層 Bを形成し ο
このフ ィ ルタ 一を、 C C D素子 1 と屈折率 1. 5 0の 接着層 6を介して貼り合せを行い、 撮像素子とした （第 4図参照） 。 これにより感度は、 従来のものに比べて約 2倍のものが得られた。
実施例 4.
第 8図に示すように、 0. 5 mmの厚さの透明ガラス 基板 3上にクロムによる遮光層 5をパターン形成した後 、 ゼラチ ン Z重ク ロ ム酸ア ンモニゥム感光液を塗布後 （ 図 (a)) 、 ステ ッパー露光により、 4. 5 /mの段差素子 Dを形成した。 この榭脂 Dの屈折率は 1. 5 6であった (図 (b)) 。 次に、 ウ レタ ン系榭脂 （屈折率 1. 5 6 ) を ス ピンコー ト後、 1 5 0でで 3 0分間熱硬化し、 レンズ 状 Cに形成した。 表面凹凸は 4 〃mであった （図 (b)) 次に、 ポ リィ ミ ド系榭脂 Bをスピン塗布し、 1 8 0で で 3時間熱硬化し、 モノ ク ロのレ ンズフ ィ ルタ一を形成 した （図 )） 。
C C D 1 と貼り合せ後、 感度は従来のものの約 1. 5 倍となり、 集光効果が確認された （図 (d) (断面図） 、 図 (e) (平面図） ） 。
実施例 5.
第 8図に示すように、 0. 5 mmの厚さの透明ガラ ス 基板 3上にク ロ ムによる遮光層 5をパターン形成した後 、 〇 F P R 8 0 0 5 0 0 c p sを 3 0 C( 0 r p で ス ピンコー ト し、 ガラ ス面 3側よりマス クを使わずに露 光し、 現像し、 5 mの段差素子 Dを形成した。
次に、 エポキシ榭脂をス ピンコー ト後、 1 5 で 3 0分間、 熱硬化し、 レンズ状 Cに形成した。 表面段差は 4 〃 mであつ 7"こ。
次に、 ポ リ イ ミ ド系榭脂 Bをスピン塗布し、 1 8 0で で 3時間で熱硬化し、 モノ ク ロのレンズフィ ルタ一を形 成した。
C C D 1 と貼り合せ後、 感度は従来のものの約 1 . 5 倍となり、 集光効果が確認された。
以上は、 本発明の実施例であり、 本発明はこれらの実 施例に限定されるものではなく、 種々の変形が可能であ ο
以上、 本発明の集光性フィルターによると、 撮像素子 に貼り合わせて用いるカラーフ ィ ルター又はモノ クロフ ィルターにおいて、 透明基板上に相互に接する屈折率の 異なる少なく とも 2つの榭脂層を設け、 これら榭脂層の 相互に接する界面を撮像素子の各受光部に入射光を集光 するような曲面に形成しているので、 相互の屈折率差を 比較的大きくすること、 曲面形状を制御すること、 及び 、 貼り合わせ用の接着剤の屈折率をフ ィ ルターの接着面 の屈折率より小さ くすることにより、 オ ンチップ方式の 場合と同様の集光効果を得ることができる。
また、 本発明の製造方法によると、 このような集光性 フ ィ ルターを容易に製造することができ、 特に第 2の方 法によると、 レンズ形状を安定的に制御でき、 また、 使 用する榭脂の自由度が大きくなる。 産業上の利用可能性
本発明の集光性フ ィ ルタ ー及びその製造方法は、 撮像 素子とカラーフ ィ ルタ 一又はモノ ク ロ フ ィ ルタ 一とを接 着剤により貼り合わせて構成する固体撮像装置の分野に 適用される。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 撮像素子に貼り合わせて用いる力ラーフ ィ ルタ ー 又はモノ クロフ ィ ルタ 一において、 透明基板上に相互に 接する屈折率の異なる少なく とも 2つの榭脂層を有し、 これら榭脂層の相互に接する界面が撮像素子の各受光部 に入射光を集光するような曲面に構成されていることを 特徴とする集光性フィ ルタ一。
2 . カ ラ 一フ ィ ルタ ー又はモノ ク ロ フ ィ ルタ ーの遮光 層の上部又は下部に整列して凸状に厚くなっている比較 的低屈折率の榭脂層を設け、 この凹凸に形成された樹脂 層表面に比較的高屈折率の別の榭脂層を設けてその表面 を平坦に構成したことを特徴とする請求項 1記載の集光 性フ ィ ルタ 一。
3 . 請求項 1又は 2記載の集光性フ ィ ルターの製造方 法において、 透明基板上に、 フ ィ ルタ一層の形成に先立 つて又はその後に、 光硬化性榭脂を塗布し、 色素子の境 界部又は遮光層の上部又は下部に相当する位置の樹脂の みを露光により硬化させて、 凸面状に形成し、 次にその 上に上記光硬化性樹脂よりも屈折率の高い樹脂を塗布し てその表面を平坦にすることを特徴とする集光性フィル タ一の製造方法。
4 . 請求項 3の集光性フィ ルタ一の製造方法において 、 光硬化性樹脂の選択露光硬化によって形成された凸面 状部のエッ ジ部の傾きを、 光硬化後にその欧化点まで加 熱して調整することを特徴とする集光性フィルターの製 造方法。
5 . 請求項 1又は 記載の集光性フィ ルタ一の製造方 法において、 透明基板上に、 フ ィ ルタ一層の形成に先立 つて又はその後に、 光硬化性樹脂を塗布し、 色素子の境 界部又は遮光層の上部又は下部に相当する位置の樹脂の みを露光により硬化させて、 凸状段差素子を形成し、 次 にその上に比較的低屈折率の樹脂を塗布して塗布条件を 選択することにより、 その表面が上記凸状段差素子上で 凸面状になるようにし、 次にその上に上記の比較的低屈 折率の樹脂よりも屈折率の高い樹脂を塗布してその表面 を平坦にすることを特徴とする集光性フィ ルタ一の製造 方法。
6 . 請求項 1又は 2記載の集光性フィ ルタ一の製造方 法において、 透明基板上に遮光層を形成し、 その上に感 光性樹脂を塗布し、 透明基板側から一様な照明をして遮 光層上部の樹脂のみが残るようにして凸状段差素子を形 成し、 次にその上に比較的低屈折率の樹脂を塗布して塗 布条件を選択することにより、 その表面が上記凸状段差 素子上で凸面状になるようにし、 次にその上に上記の比 較的低屈折率の樹脂よりも屈折率の高い樹脂を塗布して その表面を平坦にすることを特徴とする集光性フィ ルタ 一の製造方法。
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