CN105301677A - 光掩模、光学元件阵列的制造方法、光学元件阵列 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光掩模、光学元件阵列的制造方法、光学元件阵列。用于包含第一光学元件和第二光学元件的光学元件阵列的光掩模。光透射率分布包含要形成第一光学元件的第一区域、要形成第二光学元件的第二区域、以及第一区域与第二区域之间的第三区域，在第一区域的端部处具有第一光透射率。第二光透射率在另一端部处比第一光透射率高。端部处的第三光透射率与第二区域和第三区域之间的边界对应。第四光透射率在第二区域的另一端部处比第三光透射率高。在第三区域中，沿第一方向的光透射率分布比连接第二光透射率和第三光透射率的线段高。

Description

光掩模、光学元件阵列的制造方法、光学元件阵列

技术领域

本公开涉及光掩模的制造，特别是涉及用于形成光学元件的光掩模的制造。

背景技术

作为用于图像拾取装置的光学元件，微透镜是已知的。在图像拾取装置中，由于在其中排列光电转换元件的图像拾取区域中入射于周边部分上的光的入射角大于入射于中心部分上的光的入射角，因此位于其周边部分中的微透镜的光会聚特性与中心部分中的相比可降低。日本专利公开No.2007-335723公开了如下配置：其中，泪滴型微透镜被设置在位于图像拾取区域的中心部分中的半球形微透镜的周边部分中，以减少其周边部分中的微透镜的光会聚特性的损失。

日本专利公开No.2005-258349公开了通过使用具有面积覆盖调制(areacoveragemodulation)的光掩模来形成具有给定形状的微透镜的方法。

当形成具有如日本专利公开No.2007-335723中公开的泪滴形状(其不是半球形状)的微透镜阵列(光学元件阵列)时，可以构想使用在日本专利公开No.2005-258349中公开的方法。但是，本发明的发明人已发现，在具有非半球形状的光学元件相互邻接(abut)的部分处，不能通过日本专利公开No.2005-258349中公开的方法获得具有希望形状的光学元件。

因此，本公开意在提供有助于实现具有希望形状的光学元件的光掩模和光学元件阵列的制造方法。

发明内容

本公开提供一种用于光学元件阵列的光掩模，该光学元件阵列包括：第一光学元件，在包含第一方向和与第一方向相交的第二方向的第一表面上具有底表面；以及第二光学元件，在第一表面上具有底表面，并且被布置为沿第一方向邻接第一光学元件，其中，沿第一方向的光掩模的光透射率分布包含其中要形成第一光学元件的第一区域、其中要形成第二光学元件的第二区域、以及设置在第一区域与第二区域之间的第三区域，其中，沿第一方向的光掩模的光透射率分布包含：第一光透射率，在第一区域的端部；第二光透射率，在所述端部的相对侧的与第一区域和第三区域之间的边界对应的另一端部处，具有比第一光透射率高的光透射率；第三光透射率，在与第二区域和第三区域之间的边界对应的端部处；以及第四光透射率，在所述端部的相对侧的第二区域的另一端部处，具有比第三光透射率高的光透射率，以及其中，沿第一方向的光掩模的光透射率分布在第三区域中具有比连接第二光透射率和第三光透射率的线段高的光透射率。

从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。

附图说明

图1A是用于解释第一实施例的光学元件的平面图。

图1B1至1B4、图1C1至1C4和图1D是第一实施例的光学元件的截面图。

图2是用于解释第一实施例的光掩模的示意性平面图。

图3A是示出第一实施例的光学元件的解释性平面图。

图3B1至3B4是第一实施例的光学元件的解释性截面图。

图4A至4D是用于解释第一实施例的示图。

图5A是示出第二实施例的光学元件的解释性平面图。

图5B1至5B4和图5C1至5C4是第二实施例的光学元件的解释性截面图。

图6A是示出第三实施例的光学元件的解释性平面图。

图6B1至6B4和图6C1至6C4是第三实施例的光学元件的解释性截面图。

图7A是示出第四实施例的光学元件的解释性平面图。

图7B1至7B4和图7C1至7C4是第四实施例的光学元件的解释性截面图。

图8A和图8B是第五实施例的光学元件的示意性截面图。

图9A和图9B是第六实施例的光学元件的示意性截面图。

图10A至10C是用于解释使用第一实施例的光学元件的光电转换装置的制造方法的示图。

图11是用于解释本公开的光学元件的示图。

具体实施方式

将参照多个实施例描述本公开的用于光学元件阵列的光掩模。根据需要，可修改并且可组合实施例。通过本公开的用于光学元件阵列的光掩模形成的光学元件阵列可适用于光电转换装置、显示装置、使用这些装置的图像拾取***和显示***。

将参照通过光学元件阵列的中心O的X轴方向(第一方向)、Y轴方向(第二方向)和Z轴方向(第三方向)给出以下描述。但是，例如，第一方向可以是从X轴方向倾斜角度θ1(θ1>0)的方向。换句话说，其中排列光学元件的区域(阵列区域)的从中心到外周的给定放射方向可被定义为第一方向，并且与第一方向相交的方向可被定义为第二方向。但是，在以下的描述中，沿包含第一方向和第二方向的平面设置光学元件阵列。在以下的描述中，根据需要省略了相应附图的描述。

第一实施例

作为第一实施例，将参照图1A至图4D描述作为光学元件阵列一维布置多个微透镜的例子。图1A至1D是示出与光学元件阵列100有关的形状和分布的示图。图1A至1D示出光学元件阵列100的沿Y轴方向布置三个光学元件即光学元件11、光学元件12和光学元件13的部分。图1A是示出光学元件阵列100的正交投影图像的示意性平面图。正交投影图像是光学元件阵列100在包含X轴和Y轴的平面上的投影的示图。

图1B1是示出沿图1A中的线IB-IB获取的光学元件阵列的设计形状110的示图。本说明书中的术语“设计形状”是设计时的理想形状。图1B2是示出基于图1B1所示的设计的光掩模的光透射率分布120的示图。图1B3是示出使用具有图1B2所示的光透射率分布的光掩模时的曝光部件中的光强度分布130的示图。图1B4是示出图1A中的线IB-IB所示的位置处的光学元件阵列的形状140的示图(示意性截面图)。

图1C1是示出沿图1A中的线IC-IC获取的光学元件阵列的设计形状1110的示图。图1C2是示出基于图1C1所示的设计的光掩模的光透射率分布1120的示图。图1C3是示出使用具有图1C2所示的光透射率分布的光掩模时的曝光平面中的光强度分布1130的示图。图1C4是示出图1A中的线IC-IC所示的位置处的光学元件阵列的形状1140的示图(示意性截面图)。在以下的描述中，点指示X轴方向或Y轴方向上的位置、设计形状的高度、光透射率、光强度和形状的高度。

这里将描述本实施例的光掩模。本实施例的光掩模可以是任何光掩模，只要被设有连续灰度(gradation)变化即可。例如，灰色调掩模、半色调掩模或面积覆盖调制掩模可被用作本实施例的光掩模。面积覆盖调制掩模是能够通过改变由具有不比曝光装置的分辨率高的分辨率的遮光膜形成的点的密度分布或者通过改变其表面面积来照射具有连续灰度变化的光的光掩模。将以正型光致抗蚀剂的例子描述本实施例。但是，负型光致抗蚀剂也是可适用的。

将通过着眼于光学元件阵列中的两个光学元件来描述光学元件的形状。如图1A所示，例如，光学元件11的正交投影图像相对于线IB-IB具有线对称形状。但是，例如，光学元件11的正交投影图像在包含线IC-IC的与Y轴方向平行的线段(segment)中不是线对称的。光学元件11沿线IB-IB的截面形状与图1B4所示的形状140对应。在图1B4中，垂直轴指示高度(Z轴方向上的尺寸)。在图1B4中，形状140的高度从点141到点142增加。形状140的高度从点142到点143一度(once)增加，并然后减小。这里，从点141到点143的部分与光学元件11(第一光学元件)对应。形状140的高度从点143到点144增加，并在从点144到点145的范围中进一步增加并然后减小。这里，从点143到点145的部分与光学元件12(第二光学元件)对应。形状140的与光学元件13对应的部分具有与从点141到点143的部分和从点143到点145的部分中的形状相同的形状。光学元件11至13各自具有顶点148。

图1B1示出图1B4的设计形状110。以与图1B4相同的方式，图1B1的垂直轴指示高度。设计形状110与图1B4所示的形状140对应，并且理想地匹配形状140。设计形状110包含与图1B4中的形状140的点141至145和顶点148对应的点111至115和顶点118。

图1B2示出光掩模的透射率分布120，并且垂直轴指示透射率。为了再现图1B1所示的设计形状110，可考虑到要使用的感光部件的灵敏度来获得透射率分布120。这里的光透射率分布120包含与图1B1所示的设计形状110的点111至117和顶点118对应的点121至127和顶点128。光透射率分布120从点121到点122具有恒定的光透射率，并且在点123处具有比点121和122处的光透射率低的光透射率。光透射率分布120在从点123到点124的范围中一度具有比点123处的光透射率低的光透射率，并且在点124处具有比点123处的光透射率高的光透射率。这里，从点121到点124的部分与光学元件11(第一光学元件)对应。从点124到点127的部分中的光透射率分布120与从点121到点124的部分中的相同。光透射率分布120的从点124到点127的部分与光学元件12对应。光透射率分布120在与光学元件13对应的部分处具有与从点121到点124的部分和从点124到点127的部分相同的形状。光透射率分布120是与各光学元件对应的部分，并且具有与图1B1所示的设计形状110的顶点118对应的顶点128。

如图1B2所示，光透射率分布120包含其中形成光学元件11的第一区域101、其中形成光学元件12的第二区域102、以及设置在第一区域101与第二区域102之间的第三区域103。第一区域101是从第一区域101的端部处的点123到点123的相对侧的相对于第三区域的边界处的另一端部处的点124的区域。第一区域101的光透射率分布120在点123处具有第一光透射率，并且在点124处具有比第一光透射率高的第二光透射率。第一区域101中的光透射率分布120指示着光透射率从第一光透射率到第二光透射率增加。在本实施例中，光透射率分布120具有从第一光透射率到与顶点128对应的点减小并然后增加到第二光透射率的光透射率。但是，光透射率可以以恒定的率值(rate)从第一光透射率增加到第二光透射率。第二区域102是相对于第三区域103的边界上的端部处的点125和点126与点125和点126的相对侧的另一端部处的点127之间的区域。第二区域102中的光透射率分布120在点126处具有第三光透射率，并在点127处具有比第三光透射率高的第四光透射率。第二区域102中的光透射率分布120指示着光透射率从第三光透射率到第四光透射率增加。在本实施例中，光透射率分布120具有从第三光透射率到与顶点128对应的点减小并然后增加到第四光透射率的光透射率。但是，光透射率可以以恒定的率值从第三光透射率增加到第四光透射率。第三区域103位于作为相对于第一区域101的边界处的端部的点124(第一区域侧的端部)与相对于第二区域102的边界上的另一端部处的点125和点126(第二区域侧的端部)之间。第三区域103在X轴方向上比第一区域101短，并且在X轴方向上比第二区域102短。第三区域103中的光透射率分布120具有等于或高于线段129的光透射率，该线段129是连接一个端部处的点124处的第二光透射率与另一端部处的点126处的第三光透射率的线段。在本实施例中，例如，像点125那样，第三区域103中的光透射率分布120具有与点124处的光透射率(第二光透射率)相同的率值。在第三区域103中的光透射率的变化率的绝对值大于第一区域101和第二区域102中的光透射率的变化率(率值)的情况下，这是可适用的。第三区域103中的光透射率可连续变化、可不连续地变化或者可以恒定，只要值比该线段的高即可。

曝光部件通过使用具有如上所述的光透射率分布120的光掩模被曝光而获得图1B3所示的光强度分布130。光强度分布130具有点131至135和顶点138。光强度分布130的点131至135与图1B2中的光透射率分布120的点121至127对应。于是，光强度分布130在点133处具有最高的光强度，该点133是与光透射率分布120的第一区域101与第三区域103之间的边界对应的部分。利用该配置中的光掩模，可在控制下形成光学元件11与光学元件12之间的形状。

图3A至3B4是与图1A至1B4对应的示图。图3A是示出与图1A对应的光学元件阵列300的示意性平面图。在图3A中，示出与图1A中的光学元件11至13对应的光学元件31至33。图3B1至图3B4是与图1B1至图1B4对应的示图。

在图3B1中，设计形状310的高度从点311至点312增加。设计形状310具有经由点318向点313减小的高度。设计形状310在从点313到点315的部分具有与从点311至点313的部分相同的形状。在图3B2中，用于形成设计形状310的光掩模的光透射率分布320被设计为具有与设计形状310相同的形状。但是，理解的是，图3B4中的形状340与示出设计时的形状的图3B1的设计形状310不同。例如，在图3B1中的设计形状310中，从点312到点313的部分具有比点313与点314之间的部分小的形状变化率。在与具有不同变化率的部分相互共享边境的区域对应的区域中，再现率在图3B4中的形状340中降低。形状340的从点342到点343的部分具有比设计形状310的相应部分小的倾斜(inclination)，并且形状340的从点343到点344的部分具有比设计形状310的相应部分小的倾斜。另外，虽然图3B1中的设计形状310具有从点313到点314的高度H319，但图3B4中的形状340具有从点343到点344的高度H349，该高度H349比高度H319低。原因在于，图3B3中的光强度分布330示出与图3B2所示的光透射率分布320不同的分布。

将参照图4A至4D描述原理。图4A示出设计光掩模时的光透射率分布420，并且图4B是示意性地示出使用图4A中的光掩模450时的曝光状态的截面图。图4C示出图4B所示的状态中的曝光部件(感光部件，例如，光致抗蚀剂)的光强度分布430，并且图4D示出在曝光之后显影的光致抗蚀剂的形状440。在图4A中，光透射率分布420从点423到点424具有高的光透射率，并且从点425到点426的光透射率为零。在图4B中，与光透射率分布420对应的光掩模450具有开口451和遮光部分452。开口451与遮光部分452之间的边界是与图4A中的光透射率分布420的点424(点425)对应的位置。当光(箭头)进入时，光在遮光部分452的端部处在开口451与遮光部分452之间的边界处被衍射。在图4C所示的光强度分布430中，该衍射导致点431与点432之间的光强度的减小以及点432与点433之间的光强度的增加。作为如上所述的光强度的变化的结果，在图4D所示的光致抗蚀剂的形状440中，在点441至点442之间出现形状的变化。尽管发生衍射，也通过使用具有图1B2所示的光透射率分布的光掩模减少衍射的影响，使得在控制下形成光学元件11与光学元件12之间的形状。

将再次描述图1A至1D。图1C1至图1C4示出沿图1A中的线段IC-IC获取的光学元件12的截面的形状。图1C1至图1C4是以与图1B1至图1B4相同的方式示出形状和分布的示图，并且图1C1至图1C4的垂直轴指示相同的值。如图1C1中的设计形状1110所示，光学元件12具有半球形状。点1111是顶点，并且沿线IC-IC的光学元件12的截面相对于通过顶点的线段1112线对称。线段1112与光学元件12的底表面1113垂直。在图1C2至图1C4中，示出维持设计形状1110的光透射率分布1120、光强度分布1130和形状1140。

图2示出基于图1B2所示的光透射率分布的光掩模的设计数据200。设计数据200示出遮光部件的二维布置，并且与图1A中的一个光学元件12对应，并与图1B2中的区域103、区域102以及图1C2对应。在图2中，与一个区域对应的部分被分成多个单元(cell)。这些单元被设定为具有比具有在曝光中使用的波长的光的分辨率极限小的尺寸。黑色单元设有遮光部件，并且白色单元是不具有遮光部件的开口区域(openedarea)。可通过遮光部件的表面面积调整光掩模的光透射率。在光掩模的设计数据中，不在与图1B2中的区域103对应的区域中设置遮光部件。

通过基于设计数据200的光掩模进行曝光和显影，形成光学元件和光学元件阵列100。光学元件和光学元件阵列100可被应用于例如如图1D所示的光电转换装置。在图1D中，光学元件阵列100被设置在具有光电转换元件212的半导体基板20之上，中间层21***在其间。除了光电转换元件212以外，半导体基板20还具有诸如晶体管的元件。中间层21包含多个布线层23、用于使布线层23绝缘的多个绝缘层24、以及用于分离颜色的滤色层25。中间层21还可包含层间透镜层和遮光层。在光电转换装置中，图像拾取区域具有其中重复地设置被称为所谓的像素150的相同电路的区域。光学元件阵列100的光学元件可被设置为与像素150对应。这里，在图1D中的截面图中，像素150的中心151和光学元件的中心152偏移，并且光学元件的中心的位置比像素150的中心更接近光学元件阵列100的中心。图1D示出光153进入如上所述的光电转换装置中的情况。在图1B4中，进入与从点143到点144的部分对应的部分的光与进入与从点144到点145的部分对应的部分的光相比被更多地衍射，并由此进入从光电转换元件212偏离的区域，并由此不对向光电转换装置的光会聚做贡献。相反，进入与从点144到点145的部分对应的部分的光向光电转换元件212会聚。换句话说，希望尤其在控制下形成与从点144到点145的部分对应的部分的形状。根据图2所示的光掩模200，可关于设计形状以高度的可再现性形成与从点144到点145的部分对应的部分的形状。

这里，再次比较该形状与图3B4所示的形状。示出光学元件阵列的形状的图3B4中的点343从作为光学元件阵列的设计形状的图3B1中的点313的位置向左偏离。图3B4中的H349比图3B1中的H319小。换句话说，高度方向上的位置向上偏离。相反，在图1B4中，理解的是，点143的位置基本上与图1B1中的设计形状中的点113的位置匹配，并且关于设计形状以高度的可再现性形成从点142到点143的区域。将参照图1A至图1C4进一步详细描述例子。在通过使用本实施例的光掩模形成光学元件阵列的情况下，一般使用正型光致抗蚀剂作为微透镜的材料，所述微透镜是光学元件阵列。

在形成微透镜时，通过使用面积覆盖调制掩模，将抗蚀剂曝光。因此，抗蚀剂的对比度比一般的光致抗蚀剂低。在图1B4中，由于与从点143到点144的部分对应的部分不对光会聚做贡献，因此需要采用尽可能陡峭(steep)的形状以减小宽度。通过减小宽度，可使得对光会聚做贡献的从点144到点145的部分的形状更接近与图1B1中的从点114到点115的部分对应的形状。

即使在采用具有低对比度的用于微透镜的光致抗蚀剂的情况下，也可通过使用该方法实现等同于设计形状的希望的形状。将参照图11描述非球形微透镜。

图11是与图1B4对应的示图。但是，可利用与在图11以外的示图中使用的表述不同的表述来给出对光学元件的描述。附图标记2100是其中形成第一光学元件的区域，附图标记2200是其中形成第二光学元件的区域，并且附图标记2300是其中形成第三光学元件的区域。这些光学元件被布置在X轴方向(第一方向)上，并且在X轴方向上具有底表面。第二光学元件被布置为邻接第一光学元件。第三光学元件被布置为在设置第二光学元件的一侧的相对侧邻接第一光学元件。

图11是沿第一方向获取的截面图，并且以这种方式把握形式(figuringouttheform)可被表达为“在沿第一方向获取的截面图中”。

在沿第一方向获取的截面图中，第一光学元件包含具有第一光学元件的表面形状的陡峭变化的第一区域2110、以及具有第一光学元件的表面形状的相对和缓变化的第二区域2120。第一区域2110与第二区域2120之间的边界是点144。其中形成第一光学元件的区域2100与其中形成第二光学元件的区域2200之间的边界是点143。在第一方向上，所述边界之间的距离即从点143到点144的距离被定义为W。距离W与作为第一光学元件的微透镜的具有陡峭表面形状的区域的宽度对应。

第一光学元件的从顶点148到底表面的在与第一方向正交的方向(Y轴方向)上的距离被定义为H。距离H与作为第一光学元件的微透镜的高度对应。

其中形成第一光学元件的区域2100的在第一方向上的距离被定义为P。距离P与多个光学元件的形成的节距(pitch)对应。

另外，在连接点143与点144的直线与底表面之间形成的角度为θ。

这里，制造的微透镜的距离W(具有陡峭表面形状的微透镜的区域的宽度)和距离H(微透镜的高度)满足关系0.3H<W<0.5H。另外，角度θ满足关系2<tan^-1θ<3.5。

例如，制造的微透镜具有70°的角度θ、1μm的高度H，并且陡峭区域的宽度W为0.4μm。

为了实现斜入射光的有效光会聚，节距P和距离W被设定为满足关系W<1/3·P。

通过适当地设计图1B1所示的第三区域103，实现了减小光学元件和与其邻接的光学元件之间的距离的结构即无间隙结构。此时的区域103的宽度使得图1B1所示的第三区域103的尺度落在曝光中使用的光的波长的1/10倍至1倍之间、特别是1/2倍至1倍之间。

第二实施例

在第一实施例中，已描述了其中一维布置多个光学元件的光学元件阵列100的情况。但是，在第二实施例中，将描述二维布置多个光学元件的情况。图5A是与图1A对应的示意性平面图，并且在本实施例中二维布置多个光学元件11至19。图5B2和图5B4示出沿图5A中的线VB-VB获取的截面的光透射率和形状，并且与图1B2和图1B4相当。图5C1至图5C4分别示出沿图5A中的线VC-VC获取的截面的设计形状1510、光透射率分布1520、光强度分布1530和形状1540。

如图5C1所示，在光学元件12、14和15的设计形状1510中，光学元件在同一高度与相互邻接的光学元件接触。在这种情况下，在图5C2所示的光透射率分布1520中，不必设置诸如图5B2中的区域103的部分。在图5C2中，相互邻接的光学元件的光透射率分布1520具有包含相互邻接的光学元件之间的接触点的线对称形状。相反，如图5B2所示，在光透射率分布120具有包含相互邻接的光学元件之间的接触点的非线对称形状的情况下的相互邻接的光学元件之间的接触点中，设置区域103。利用这种配置，提供了关于设计时的形状具有高度的可再现性的光学元件。

第三实施例

第三实施例与第一实施例的不同在于：多个光学元件被二维布置，并且在某个光学元件和在X轴方向上与其邻接的另一光学元件之间设置间隙。第三实施例与第二实施例的不同在于：在某个光学元件与在X轴方向上与其邻接的另一光学元件之间设置间隙。图6A至图6C4与图1A至图1C4对应，并且与图5A至图5C4对应。图6A是示出9个光学元件61至69的示意性平面图。例如，设置在相互邻接的光学元件之间的间隙605是在光学元件61与光学元件62之间示出的阴影部分。在该配置中，也可设计像第一和第二实施例的光掩模。着眼于光学元件61和光学元件62，将描述光学元件的形状和光掩模的光透射率。

图6B1所示的设计形状610在点611与点612之间具有恒定的高度，并且高度从点612到点613增加。设计形状610的高度从点613到点614减小，并且在点614与点615之间再次变得恒定。设计形状610的高度从点615到点616增加，并且从点616到点617减小，并且在点617到点618之间再次变得恒定。点611与点612之间的部分、点614与点615之间的部分、以及点617与点618之间的部分是与间隙对应的部分。点619是最高部分，并且是其截面的顶点。

图6B2所示的光透射率分布620与设计形状610对应，并且以与图1B2相同的方式包含第一区域601、第二区域602和第三区域603。光透射率分布620的高度在点621与点622之间是恒定的，并且，如点622和点623所示，高度在点622处增加(光透射率分布620的倾斜为零)。光透射率分布620的高度从点623到点624减小，并且在点624与点625之间再次变得恒定。光透射率分布620的高度从点625到点626增加(光透射率分布620的倾斜为零)，并且从点626到点627减小，并且在点627到点628之间再次变得恒定。点621与点622之间的部分、点624与点625之间的部分、以及点627与点628之间的部分是与间隙对应的部分。点629是具有最高的光透射率的部分，并且与图6B1中的点619对应。

光透射率分布620包含从点623到点624的第一区域601、从点626到点627的第二区域602、以及从点624到点625的第三区域603。以与第一实施例相同的方式，第三区域603的光透射率具有比点624和点626之间的线段高的光透射率。在本实施例中，第三区域603的宽度被设计为比第一实施例的第三区域103的宽度宽。通过形成具有如上所述的光透射率分布的光掩模，获得如图6B3所示的具有点631到点639的光强度分布630，并且获得如图6B4所示的具有点641到点649的形状640。利用如上所述配置的光掩模，获得具有关于图6B1中的设计形状610具有高度的可再现性的形状640的光学元件。

图6C1至图6C4所示的设计形状1610、光透射率分布1620、光强度分布1630和形状1640具有与图5C1至图5C4中相同的形状和分布，并由此将省略描述。虽然在第三实施例中二维布置多个光学元件，但一维布置也是可适用的。

第四实施例

第四实施例与第一实施例的不同在于光学元件在平面图中的形状。图7A至图7C4与图1A至图1C4对应。图7A是示出三个光学元件71至73的示意性平面图。在关注于光学元件71的同时，将描述本实施例的光学元件的平面图。

如图7A所示，光学元件71在平面图中沿X方向包含更接近光学元件阵列的中心的点501和与点501相比位置更远离该中心的点502。光学元件71相对于连接点501和点502的线段线对称，并且具有顶点位于连接点501和点502的线段上的点505。光学元件71具有点503和点504。连接点503和点504的线段具有光学元件71的在Y方向上的最宽部分。在平面图中，光学元件71具有从点502到点501和从点503到点501具有曲率的形状。

在该配置中，也可设计像其它实施例的光掩模。

沿图7A中的线VIIB-VIIB和线VIIC-VIIC获取的截面形状与沿图1A中的线IB-IB和线IC-IC获取的截面形状等同。因此，图7B1至图7C4与图1B1至图1C4等同。因此，将省略图7B1至图7C4的详细描述。图7B1的点111、113和118是与图7A中的点501、502和505对应的点。

第五实施例

第五实施例与第一到第四实施例的不同在于光学元件具有棱镜结构。在本实施例中，将描述一维布置具有棱镜结构的光学元件的情况。图8A是示出如图1B1中所示的光学元件阵列的截面的设计形状810的示图。图8B示出如图1B2中所示的光透射率分布820。

图8A中的设计形状810示出三个光学元件的一个截面。以下将通过着眼于两个光学元件来描述设计形状810。设计形状810的高度从点811到点812线性增加并且从点812到点813线性减小。高度然后从点813到点814再次线性增加。设计形状810的高度从点814到点815线性减小。点812和814是最高部分，并且是设计形状810的截面的顶点。从点812到点813以及从点814到点815的变化率比从点811到点812以及从点813到点814的变化率小。

图8B所示的光透射率分布820与设计形状810对应，并且以与图1B2相同的方式包含第一区域801、第二区域802和第三区域803。光透射率分布820的高度在点821与点822之间是恒定的，并且，如点822和点823所示，高度在点822处增加。光透射率分布820的高度从点823到点824线性减小，并且在点824与点825之间再次变得恒定。光透射率分布820的高度如从点825到点826所示在点825处增加，并且从点826到点827减小。点823和826是具有最低光透射率的部分。从点822到点823以及从点825到点826的变化率比从点823到点824以及从点826到点827的变化率大。

光透射率分布820包含从点823到点824的第一区域801、从点826到点827的第二区域802、以及从点824到点825的第三区域803。以与第一实施例相同的方式，第三区域803的光透射率具有比连接点824和点826的线段高的光透射率。通过形成具有如上所述的光透射率分布的光掩模，对如图8A所示的设计形状810获得具有高度的可再现性的形状。

第六实施例

第六实施例与第五实施例的形状的不同在于：在相互邻接的一个光学元件与另一光学元件之间设置间隙。图9A示出与图8A对应的光学元件阵列的截面的设计形状910。图9B示出与图8B对应的光透射率分布920。

以与图8A相同的方式，图9A中的设计形状910示出三个光学元件的一个截面。将通过着眼于两个光学元件来描述设计形状910。设计形状910的高度从点911到点912是恒定的、从点912到点913线性增加，并且从点913到点914线性减小。设计形状910的高度从点914到点915是恒定的、从点915到点916线性增加，并且从点916到点917线性减小。点913和916是最高部分，并且是设计形状910的截面的顶点。从点912到点913以及从点915到点916的变化率比从点913到点914以及从点916到点917的变化率大。

图9B所示的光透射率分布920与设计形状910对应，并且以与图8B相同的方式包含第一区域901、第二区域902和第三区域903。光透射率分布920从点921到点927具有与图8B中的从点821到点827的部分相同的分布。以与其它实施例相同的方式，光透射率分布920包含从点923到点924的第一区域901、从点926到点927的第二区域902、以及从点924到点925的第三区域903。以与其它实施例相同的方式，第三区域903的光透射率具有比连接点924和点926的线段高的光透射率。在本实施例中，光透射率分布920具有比图8B中的光透射率分布820宽的第三区域903。通过形成具有如上所述的光透射率分布的光掩模，对如图9A所示的设计形状910获得具有高度的可再现性的形状。

形成光电转换装置的方法

将参照图10描述形成根据第一到第六实施例形成的光掩模的方法和使用形成光掩模的方法制造光学元件的方法。这里，将描述如第一实施例的图1D所示的光电转换装置中的光学元件的制造方法。图10是示意性地示出给定制造处理中的光电转换装置的截面的示图。

首先，通过使用光掩模制造***来制造光掩模。光掩模制造***包括信息处理装置、检查装置和缺陷校正装置。信息处理装置基于获取的各种数据产生光掩模图案数据。另外，信息处理装置将产生的光掩模图案数据转换成与绘制装置对应的绘制数据。绘制装置基于由信息处理装置制造的绘制数据通过缩小转印方法或直接绘制方法制造光掩模。检查装置检查光掩模的缺陷，并且检查是否如设计的那样形成点图案(dotpattern)。检查方法不被特定限制，虽然存在各种方法。例如，可以采用比较光掩模图案数据与用于检查的光掩模的光学图像的电信号的方法。缺陷校正装置校正通过检查装置检测到的缺陷。校正方法包括各种方法，且不限于特定的方法。但是，例如，可以采用激光束方法或离子束方法。这里，光掩模图案数据是用于利用绘制装置绘制光掩模图案的设计数据。绘制数据是通过将光掩模图案转换成与绘制装置对应的数据格式所获得的数据。

首先，在信息处理装置中，确定第一到第六实施例所示的光学元件的形状，并且通过使用已知的方法获取光透射率分布数据。这里，产生具有分别与相互邻接的两个光学元件对应的第一部分和第二部分的光透射率分布数据。在本实施例中，在产生的光透射率分布数据中，执行将第一部分和第二部分的一部分的光透射率替代为在其它实施例中描述的光透射率的处理。例如，包含第一部分与第二部分之间的边界的部分的光透射率被包含第一部分的边界侧的部分和第二部分的边界侧的部分的第三部分替代。剩余的第一部分的部分与其它实施例中的第一区域对应，剩余的第二部分的部分与其它实施例中的第二区域对应，并且第三部分与其它实施例中的第三区域对应。对具有第一到第三区域的光透射率分布数据执行二值化处理，以确定遮光部件的布置图案并且产生光掩模图案数据。基于光掩模图案数据产生绘制数据，然后通过绘制装置在基板上形成诸如铬的遮光部件，由此形成光掩模。

在图10A所示的处理中，制备其上形成诸如光电转换元件22和晶体管的元件的半导体基板20。在半导体基板20上形成中间层21。中间层21包含多个绝缘层24和多个布线层23，并且包含在多个绝缘层24上形成的滤色层25。可通过一般的半导体技术制造这些层的制造方法，并由此将省略描述。随后，在滤色层25上形成后来变为光学元件的光致抗蚀剂层107。光致抗蚀剂层107为例如正型光致抗蚀剂，并且可由旋涂方法形成。光致抗蚀剂层107与曝光部件对应。

随后，制备具有图1B2和图1C2所示的光透射率分布的光掩模，并且经由光掩模曝光光致抗蚀剂层107。这里，如图1D所示，光掩模的位置被调整，使得光学元件的中心152和像素150的中心151偏移。

在曝光之后，执行用于光致抗蚀剂层107的显影处理和用于稳定化的热处理，使得形成图10C所示的光学元件阵列100。

在形成不具有半球形状的光学元件的情况下，需要尽可能地抑制热处理时的热变形。为了抑制热变形，作为热处理，推荐在不导致热变形的温度内执行第一热处理，并在比第一热处理高的温度执行第二热处理。通过如上所述的热处理提高光致抗蚀剂材料的耐热性，并且抑制热变形。除了上述的方法以外，可采用的用于限制变形的热处理还包含UV固化(cure)处理。

发明的有利效果

根据本公开，获得了具有希望的形状的光学元件。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但要理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附的权利要求的范围要被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (12)

1.一种用于光学元件阵列的光掩模，其特征在于，所述光学元件阵列包括：

第一光学元件，在包含第一方向和与第一方向相交的第二方向的第一表面上具有底表面；以及

第二光学元件，在第一表面上具有底表面，并且被布置为沿第一方向邻接第一光学元件，

其中，沿第一方向的光掩模的光透射率分布包含其中要形成第一光学元件的第一区域、其中要形成第二光学元件的第二区域、以及设置在第一区域与第二区域之间的第三区域，

其中，沿第一方向的光掩模的光透射率分布包含：

第一光透射率，在第一区域的端部；

第二光透射率，在所述端部的相对侧的与第一区域和第三区域之间的边界对应的另一端部处，具有比第一光透射率高的光透射率；

第三光透射率，在与第二区域和第三区域之间的边界对应的端部处；以及

第四光透射率，在所述端部的相对侧的第二区域的另一端部处，具有比第三光透射率高的光透射率，以及

其中，沿第一方向的光掩模的光透射率分布包含：在第三区域中比连接第二光透射率和第三光透射率的线段高的光透射率。

2.根据权利要求1所述的光掩模，其中

沿第一方向的光掩模的光透射率分布在第三区域中沿第一方向具有恒定值。

3.根据权利要求1所述的光掩模，其中

沿第一方向的光掩模的光透射率分布包含：以恒定率值在第三区域中在第一区域侧的端部和第二区域侧的端部之间从第三光透射率增加到第四光透射率的光透射率。

4.根据权利要求1所述的光掩模，其中

沿第一方向的光掩模的光透射率分布包含：以恒定率值在第一区域的端部和第一区域的另一端部之间从第一光透射率增加到第二光透射率的光透射率、以及以恒定率值在第二区域的另一端部与第二区域的一个端部之间从第三光透射率增加到第四光透射率的光透射率。

5.根据权利要求1所述的光掩模，其中

在第一方向上，第三区域比第一区域和第二区域短。

6.一种光学元件阵列的制造方法，其特征在于包括：

通过使用根据权利要求1所述的光掩模进行曝光，形成光学元件阵列。

7.一种光电转换装置的制造方法，其特征在于包括：

制备具有多个光电转换元件的基板；

在基板上形成感光部件；以及

通过使用根据权利要求1所述的光掩模将感光部件曝光，在基板上形成光学元件阵列。

8.一种用于光学元件阵列的光掩模图案数据的设计方法，其特征在于，所述光学元件阵列包含第一光学元件和第二光学元件，所述第一光学元件在包含第一方向和与第一方向相交的第二方向的第一表面上具有底表面，所述第二光学元件在第一表面上具有底表面并被布置为沿第一方向邻接第一光学元件，所述设计方法包括：

获取第一光学元件和第二光学元件的设计形状；

从第一光学元件和第二光学元件的设计形状，获取具有与第一光学元件对应的第一部分和与第二光学元件对应的第二部分的光掩模的掩模图案数据的光透射率分布；

用光透射率分布中的第三部分替代第一部分与第二部分之间的边界、第一部分的边界侧的部分和第二部分的边界侧的部分；以及

在用第三部分替代之后，基于光透射率分布形成掩模图案数据，

其中，第三部分具有相对于第一部分的边界处的第一光透射率和相对于第二部分的边界处的第二光透射率，以及

其中，第三部分中的光透射率分布具有比连接相对于第一部分的边界处的光透射率和相对于第二部分的边界处的光透射率的线段高的光透射率。

9.一种光掩模的制造方法，其特征在于包括：

通过使用根据权利要求8所述的光掩模图案数据的设计方法形成光掩模图案数据；以及

通过使用光掩模图案数据制造光掩模。

10.一种具有多个光学元件的光学元件阵列，其特征在于包括：

第一光学元件，沿第一方向被布置并在第一方向上具有底表面；

第二光学元件，沿第一方向被布置，在第一方向上具有底表面，并被布置为邻接第一光学元件；以及

第三光学元件，沿第一方向被布置，在第一方向上具有底表面，并被布置为在布置第二光学元件的位置的相对侧邻接第一光学元件，

其中，第一光学元件在沿第一方向的截面图中包含：

第一区域，不包含第一光学元件的顶点并且其中第一光学元件的表面形状的变化陡峭，

第二区域，包含第一光学元件的顶点并且其中第一光学元件的表面形状的变化和缓，以及

在第一区域和第二区域之间的边界与形成第一光学元件的区域和形成第二光学元件的区域之间的边界之间的第一方向上的距离W与在第一光学元件的顶点和底表面之间的与第一方向正交的方向上的距离H满足关系0.3H<W<0.5H。

11.根据权利要求10所述的光学元件阵列，其中

在连接第一区域和第二区域之间的边界与形成第一光学元件的区域和形成第二光学元件的区域之间的边界的直线与底表面之间形成的角度θ具有关系2<tan^-1θ<3.5。

12.根据权利要求10所述的光学元件阵列，其中

形成所述多个光学元件的节距P和距离W满足关系W<1/3·P。