JP2006235084A

JP2006235084A - Method of manufacturing microlens

Info

Publication number: JP2006235084A
Application number: JP2005047562A
Authority: JP
Inventors: Masami Nakagame; 雅己仲亀
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2006-09-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a microlens with which a lens in desired shape is stably manufactured without using complicated processes in manufacturing a microlens used for a solid-state CCD imaging apparatus or the like. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the microlens 11 comprises: a step for applying lens material 11A composed of a photoresist to a lens base plate 12; a step of patterning a lens forming pattern 11B so that the volume of the patterned lens material 11A may be decreased without changing the size of the lens forming pattern 11B by applying photolithography to the applied lens material 11A; and a step of forming the microlens 11 by applying reflow processing to the patterned lens material 11A, whereby the lens can be formed in an arbitrary. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、マイクロレンズの製造方法に係り、特にＣＣＤ固体撮像素子等に適用されるレンズ基板上に微細なレンズを形成するマイクロレンズの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a microlens, and more particularly to a method of manufacturing a microlens that forms a fine lens on a lens substrate applied to a CCD solid-state imaging device or the like.

ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）においては、画素の微細化が益々進み、これに伴い固体撮像素子では受光部の感度向上を図るための開口率を上げる必要が生じ、また液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）では照明光源からの光を効率良くカラーフィルタの画素部に集光し、目視者方向への輝度を高める必要が生じてきた。 In solid-state imaging devices such as CCD image sensors and CMOS image sensors, and liquid crystal displays (LCDs), pixel miniaturization has been increasingly advanced, and with this, solid-state imaging devices need to increase the aperture ratio to improve the sensitivity of the light receiving part. In addition, in a liquid crystal display (LCD), it has become necessary to efficiently collect light from an illumination light source on a pixel portion of a color filter and increase luminance in the direction of the viewer.

このため、カラーフィルタ上に微細なレンズを配置し、固体撮像素子の感度向上又は液晶ディスプレイの輝度向上を図る方法が用いられてきた。この方法によれば、固体撮像素子においては入射光はレンズを経て受光部に入るので、撮像素子の感度を高めることができる。また、液晶ディスプレイにおいては、各画素からの光がレンズを通して外部に発光されるので、目視者への輝度が高められる。 For this reason, a method has been used in which a fine lens is arranged on a color filter to improve the sensitivity of a solid-state imaging device or the luminance of a liquid crystal display. According to this method, in the solid-state image sensor, incident light enters the light receiving section through the lens, so that the sensitivity of the image sensor can be increased. Further, in the liquid crystal display, light from each pixel is emitted to the outside through the lens, so that the luminance for the viewer is increased.

これらの微細なレンズの製造方法としては、レンズ基板上に熱可塑性樹脂を平面形状にパターン化した後、加熱流動させて表面張力によってレンズ形状を形成する、いわゆる熱リフロープロセスが用いられ、レンズ基板上に多数の微細レンズを配置したマイクロレンズアレイとして製造される。 As a manufacturing method of these fine lenses, a so-called thermal reflow process is used in which a thermoplastic resin is patterned into a planar shape on a lens substrate and then heated and flown to form a lens shape by surface tension. It is manufactured as a microlens array in which a large number of microlenses are arranged.

ところで、近年では、固体撮像素子や液晶ディスプレイの層構成やサイズが多様化し、撮像素子受光部への集光や液晶画素からの輝度を各品種毎に最適化するべく、レンズ形状を自由にコントロールする技術が望まれているが、前述したような単にレンズ基板上に熱可塑性樹脂をパターン化し、熱リフロープロセスで流動させる方法では所望形状のレンズを作成するのは困難であった。 By the way, in recent years, the layer configurations and sizes of solid-state image sensors and liquid crystal displays have diversified, and the lens shape can be freely controlled to optimize the light condensing on the image sensor light receiving part and the luminance from the liquid crystal pixels for each product type. However, it has been difficult to produce a lens having a desired shape by the method of simply patterning a thermoplastic resin on a lens substrate and flowing it by a thermal reflow process as described above.

このような問題に対し、種々のマイクロレンズ曲率制御方法が提案されている。その一つとして、リフロー前のレジスト厚みを変化させてレンズ高さを変える方法（例えば、特許文献１参照。）、あるいは、格子状のダミーパターンを用いて見かけの膜厚を薄くする方法を用いた小曲率レンズの作製方法（例えば、特許文献２参照。）等がある。
特開平９−１４８５４９号公報特開２００２−７６３１５号公報 Various microlens curvature control methods have been proposed for such problems. As one of them, a method of changing the lens height by changing the resist thickness before reflow (for example, refer to Patent Document 1) or a method of reducing the apparent film thickness using a lattice-like dummy pattern is used. And a method of manufacturing a small curvature lens (see, for example, Patent Document 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 9-148549 JP 2002-76315 A

しかし、前述の特許文献１に記載された方法の場合、レンズ材料の粘度や塗布ムラ等の観点から薄膜塗布には限界があり、小曲率のレンズ作製に適用するためには解決しなければならない問題をたくさん抱えていた。 However, in the case of the method described in the above-mentioned Patent Document 1, there is a limit to thin film coating from the viewpoint of the viscosity of the lens material, coating unevenness, etc., and it must be solved in order to apply to the production of a small curvature lens. I had a lot of problems.

また、前述の特許文献２に記載された方法の場合は、ダミーパターン形成のために余計なプロセスが必要となると共に、結果的に上記ダミーパターンにより焦点距離制御に制約を受けることになり、やはり小曲率のレンズ作製に適用するためには問題があった。 Further, in the case of the method described in the above-mentioned Patent Document 2, an extra process is required for forming the dummy pattern, and as a result, the focal length control is restricted by the dummy pattern. There was a problem in applying to the production of a lens with a small curvature.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ＣＣＤ固体撮像素子や液晶ディスプレイ等に用いられるマイクロレンズを製造するにあたり、特殊な材料や複雑なプロセスを用いることなく、所望のレンズ形状を安定して製造することのできるマイクロレンズの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in manufacturing a microlens used for a CCD solid-state imaging device, a liquid crystal display, and the like, a desired lens shape can be used without using a special material or a complicated process. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a microlens that can be manufactured stably.

本発明は前記目的を達成するために、レンズ基板上にマイクロレンズを形成するマイクロレンズの製造方法において、フォトレジストからなるレンズ材を前記レンズ基板上に塗布する工程と、前記塗布されたレンズ材にフォトリソグラフィを施して、レンズ形成パターンのサイズを変えずにパターニングされたレンズ材の体積を減少させるようにレンズ形成パターンをパターニングする工程と、
前記パターニングされたレンズ材にリフロー処理を施してマイクロレンズを形成する工程とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a microlens manufacturing method for forming a microlens on a lens substrate, a step of applying a lens material made of a photoresist onto the lens substrate, and the applied lens material. Photolithography to pattern the lens forming pattern so as to reduce the volume of the lens material patterned without changing the size of the lens forming pattern;
And performing a reflow process on the patterned lens material to form a microlens.

本発明によれば、フォトリソグラフィ工程でレンズ形成パターンのサイズを変えずにパターニングされたレンズ材の体積を減少させるので、リフロー処理後のマイクロレンズの曲率を所望の値に形成することができる。 According to the present invention, since the volume of the lens material patterned without changing the size of the lens formation pattern in the photolithography process is reduced, the curvature of the microlens after the reflow process can be formed to a desired value.

また本発明は、前記発明において、前記フォトリソグラフィでは、レンズ形成パターンの膜厚を塗布されたレンズ材の膜厚より薄く形成することによってパターニングされたレンズ材の体積を減少させることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that, in the photolithography, the volume of the patterned lens material is reduced by forming the film thickness of the lens formation pattern thinner than that of the applied lens material in the photolithography. .

また、前記フォトリソグラフィでは、グレースケールフォトマスクを用いて前記レンズ材を露光し、レンズ形成パターンの膜厚を塗布されたレンズ材の膜厚より薄く形成することを特徴とする。更に、前記グレースケールフォトマスクの光の透過率を変化させるか又は露光時間を制御することにより、前記レンズ形成パターンの膜厚を制御することを特徴とする。 Further, the photolithography is characterized in that the lens material is exposed using a gray scale photomask, and the film thickness of the lens formation pattern is formed thinner than the thickness of the applied lens material. Furthermore, the film thickness of the lens formation pattern is controlled by changing the light transmittance of the gray scale photomask or by controlling the exposure time.

これによれば、フォトリソグラフィ工程でグレースケールフォトマスクを用いてレンズ材を露光し、グレースケールフォトマスクの光の透過率を変化させるか又は露光時間を制御することにより、レンズ形成パターンの膜厚を塗布されたレンズ材の膜厚より薄く形成するように制御して、パターニングされたレンズ材の体積を減少させるので、リフロー処理後のマイクロレンズの曲率を容易に所望の値に形成することができる。 According to this, the lens material is exposed using a gray scale photomask in the photolithography process, and the film thickness of the lens formation pattern is changed by changing the light transmittance of the gray scale photo mask or controlling the exposure time. Since the volume of the patterned lens material is reduced by controlling it to be thinner than the thickness of the coated lens material, the curvature of the microlens after reflow processing can be easily formed to a desired value. it can.

また、本発明は、前記フォトリソグラフィでは、レンズ形成パターンに複数の空隙部を設けることによってパターニングされたレンズ材の体積を減少させることを特徴とする。 In the photolithography, the volume of the lens material patterned is reduced by providing a plurality of gaps in the lens formation pattern.

この場合、前記フォトリソグラフィでは、前記レンズ形成パターンと同サイズのマスクパターン中に複数の空隙部用露光パターンを有するフォトマスクを用いて、前記レンズ形成パターンに複数の空隙部を設けることができる。 In this case, in the photolithography, a plurality of voids can be provided in the lens formation pattern using a photomask having a plurality of void exposure patterns in a mask pattern having the same size as the lens formation pattern.

これによれば、レンズ形成パターンと同サイズのマスクパターン中に複数の空隙部用露光パターンを有するフォトマスクを用い、レンズ形成パターンに複数の空隙部を設けてパターニングされたレンズ材の体積を減少させるので、通常のフォトリソグラフィ工程を用い、リフロー処理後のマイクロレンズの曲率を容易に所望の値に形成することができる。 According to this, a photomask having a plurality of void exposure patterns in a mask pattern of the same size as the lens formation pattern is used, and the volume of the lens material patterned by providing a plurality of voids in the lens formation pattern is reduced. Therefore, the curvature of the microlens after the reflow process can be easily formed to a desired value using a normal photolithography process.

以上説明したように本発明のマイクロレンズの製造方法によれば、フォトレジストからなるレンズ材をレンズ基板上に塗布し、フォトリソグラフィでレンズ形成パターンをパターニングするにあたり、フォトリソグラフィ工程でレンズ形成パターンのサイズを変えずにパターニングされたレンズ材の体積を減少させるので、リフロー処理後のマイクロレンズの曲率を所望の値に形成することができる。 As described above, according to the microlens manufacturing method of the present invention, when a lens material made of a photoresist is applied on a lens substrate and the lens formation pattern is patterned by photolithography, the lens formation pattern is formed by a photolithography process. Since the volume of the patterned lens material is reduced without changing the size, the curvature of the microlens after the reflow process can be formed to a desired value.

以下添付図面に従って本発明に係るマイクロレンズの製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。尚、本実施の形態では、ＣＣＤアレイからなる固体撮像素子に用いられるマイクロレンズアレイの製造方法として説明する。また、各図において同一部材には同一の番号または記号を付している。 Hereinafter, preferred embodiments of a method for producing a microlens according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, a description will be given of a manufacturing method of a microlens array used for a solid-state imaging device composed of a CCD array. In each figure, the same member is given the same number or symbol.

先ず最初に、固体撮像素子の構造について説明する。図１はＣＣＤアレイからなる固体撮像素子の部分断面図である。固体撮像素子１は、ＣＣＤアレイ２０とＣＣＤアレイ２０の上部に形成されたマイクロレンズアレイ１０とで構成されている。 First, the structure of the solid-state image sensor will be described. FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a solid-state imaging device comprising a CCD array. The solid-state imaging device 1 includes a CCD array 20 and a microlens array 10 formed on the top of the CCD array 20.

ＣＣＤアレイ２０は、Ｓｉ基板２１、Ｓｉ基板２１に形成された受光素子であるフォトダイオード２２、光電変換された電荷を外部に転送する転送電極２３、遮光膜２４、層間絶縁膜２５、層間絶縁膜２５、の上部に形成されたインナーレンズ２６、インナーレンズ２６の上部に中間層２７を介して設けられたカラーフィルタ２８とで構成されている。 The CCD array 20 includes a Si substrate 21, a photodiode 22 that is a light receiving element formed on the Si substrate 21, a transfer electrode 23 that transfers photoelectrically converted charges to the outside, a light shielding film 24, an interlayer insulating film 25, and an interlayer insulating film. 25, and an inner lens 26 formed on the upper portion of the inner lens 26, and a color filter 28 provided on the upper portion of the inner lens 26 with an intermediate layer 27 interposed therebetween.

また、マイクロレンズアレイ１０は、レンズ基板１２とレンズ基板１２上でアレイ状に形成された複数のマイクロレンズ１１、１１、…とで構成されている。 The microlens array 10 includes a lens substrate 12 and a plurality of microlenses 11, 11,... Formed in an array on the lens substrate 12.

固体撮像素子１はこのように構成されているため、外部から入射する光が個々のマイクロレンズ１１及びインナーレンズ２６によって集光されてフォトダイオード２２に照射され、有効開口率が上がるようになっている。 Since the solid-state imaging device 1 is configured in this way, light incident from the outside is condensed by the individual microlenses 11 and the inner lenses 26 and irradiated to the photodiodes 22 to increase the effective aperture ratio. Yes.

次に、図２及び図３を用いて本発明の実施の形態に係るマイクロレンズの製造方法について説明する。図２（ａ）に示すように、ＣＣＤアレイ２０の上面にはレンズ基板１２が成膜されている。レンズ基板１２は、フォトレジスト等に用いられる透明樹脂硬化膜でアクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド等のポリマーが用いられている。例えば、ＪＳＲ株式会社製のアクリル系樹脂で商品名ＭＦＲ−３４５等が好適に用いられる。 Next, a microlens manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2A, a lens substrate 12 is formed on the upper surface of the CCD array 20. The lens substrate 12 is a transparent resin cured film used for a photoresist or the like, and a polymer such as an acrylic resin, a phenol resin, a polycarbonate, or a polyamide is used. For example, trade name “MFR-345” or the like is preferably used for an acrylic resin manufactured by JSR Corporation.

このレンズ基板１２上にフォトレジストからなるレンズ材１１Ａを塗布し、低温でベーキングする。レンズ材１１Ａとしては、ポジ型レジスト等の感光性を有する熱硬化性樹脂が好適である。また、塗布方法は、ディップコーティング、スプレーコーティング等を用いることもできるが、厚さの均一性に優れたスピンコーティングが好適である。 A lens material 11A made of a photoresist is applied on the lens substrate 12 and baked at a low temperature. As the lens material 11A, a thermosetting resin having photosensitivity such as a positive resist is suitable. Moreover, dip coating, spray coating, etc. can be used as the coating method, but spin coating with excellent thickness uniformity is suitable.

次に、図２（ｂ）に示すように、塗布されたレンズ材１１Ａの上面からグレースケールフォトマスク３１を用いて露光する。 Next, as shown in FIG. 2B, exposure is performed using a gray scale photomask 31 from the upper surface of the applied lens material 11A.

グレースケールフォトマスクは、電子ビームを照射することによって表面が暗黒色に変化するような特殊処理を表面層に施したガラスプレートをマスクブランクに用いたもので、暗黒色の濃度は電子ビームの照射量に比例するように作られている。このため、様々な階調のグレーレベル（例えば、光の透過率５〜９５％）を容易にマスクブランク上に形成することができるようになっている。このようなグレースケールフォトマスクとしては、ＯＰＴＬＩＮＥ社から発売されているものや、株式会社日本レーザー社の商品名「３Ｄホトマスク（グレーレベルマスク）」等がある。 A gray scale photomask uses a glass plate with a special treatment on the surface layer that changes the surface to dark black when irradiated with an electron beam. It is made proportional to the amount. Therefore, various gray levels (for example, light transmittance of 5 to 95%) can be easily formed on the mask blank. Examples of such a gray scale photomask include those sold by OPTLINE and the trade name “3D photomask (gray level mask)” of Nippon Laser Co., Ltd.

このグレースケールフォトマスクを用いた露光により光が照射された部分のポジ型レジストは完全に分解して現像液に対して可溶性となり、淡黒色（グレー）のマスク部分のレジストは光の照射が弱いので完全には分解されず現像液に対する溶解性が弱く、暗黒色のマスク部分のレジストは光の照射が遮られて分解しないので現像液で溶解しない。 The positive resist in the portion irradiated with light by the exposure using the gray scale photomask is completely decomposed and becomes soluble in the developer, and the light in the resist of the light black (gray) mask is weak in light irradiation. Therefore, it is not completely decomposed and its solubility in the developing solution is weak, and the resist in the dark black mask portion is not dissolved in the developing solution because it is not decomposed by light irradiation being blocked.

本実施の形態では、グレースケールフォトマスク３１はガラスプレート３１ａ上に表面層３１ｂが形成され、表面層３１ｂにはレンズ形成パターン１１Ｂ、１１Ｂ、…に対応するマスクパターン３１ｐ、３１ｐ、…が淡黒色（グレー）でパターニングされている。 In this embodiment, the gray scale photomask 31 has a surface layer 31b formed on a glass plate 31a, and mask patterns 31p, 31p,... Corresponding to the lens formation patterns 11B, 11B,. Patterned in (gray).

このグレースケールフォトマスク３１を用いて露光することにより、図３に示すように、レンズ材１１Ａの光が照射された部分（全露光部）は分解して現像液に対して可溶性となり、光の照射の弱い部分（ハーフ露光部）は現像液に対する溶解性が弱い。なお、ここでいうハーフ露光とは、１／２露光という意味ではなく、全露光に対して中間露光という意味である。また、図３は概念図であり、レンズ材１１Ａのハーフ露光部は現像により図の白抜きの部分が残るというイメージで記載してある。 By exposing using the gray scale photomask 31, as shown in FIG. 3, the portion of the lens material 11A irradiated with light (all exposed portions) is decomposed and becomes soluble in the developer, and the light The weakly irradiated part (half-exposed part) is weakly soluble in the developer. The half exposure here does not mean 1/2 exposure, but means intermediate exposure for all exposures. FIG. 3 is a conceptual diagram, and the half-exposed portion of the lens material 11A is described as an image in which a white portion of the drawing remains by development.

露光に引き続き現像を行って、図２（ｃ）に示すように、レンズ材１１Ａの光で分解された部分を溶解除去し、レンズ形成パターン１１Ｂ、１１Ｂ、…を形成する。このように、グレースケールフォトマスク３１を用いたフォトリソグラフィによって、塗布したレンズ材１１Ａの膜厚よりも薄い厚みのレンズ形成パターン１１Ｂ、１１Ｂ、…をアレイ状に形成する。 After the exposure, development is performed, and as shown in FIG. 2C, the portion of the lens material 11A decomposed by light is dissolved and removed to form lens formation patterns 11B, 11B,. In this way, the lens forming patterns 11B, 11B,... Having a thickness smaller than the thickness of the applied lens material 11A are formed in an array by photolithography using the gray scale photomask 31.

次に、このレンズ基板１２上にレンズ形成パターン１１Ｂがアレイ状にパターニングされたＣＣＤアレイ２０をリフロー装置内で加熱し、アレイ状に配置された各レンズ形成パターン１１Ｂを流動させる。熱リフローされた各レンズ形成パターン１１Ｂは、表面張力によって曲面形状となり、これを冷却後、更に高温で加熱硬化することによって図２（ｄ）に示すように、レンズ基板１２上にマイクロレンズ１１、１１、…をアレイ状に形成することができる。 Next, the CCD array 20 in which the lens formation patterns 11B are patterned in an array on the lens substrate 12 is heated in a reflow apparatus to cause the lens formation patterns 11B arranged in the array to flow. Each lens formation pattern 11B that has been thermally reflowed has a curved surface shape due to surface tension. After cooling, the lens formation pattern 11B is further heated and cured at a high temperature, as shown in FIG. 11 can be formed in an array.

本実施の形態では、グレースケールフォトマスク３１のグレーレベルを調整して光の透過率を変化させるか、あるいは露光時間を調整することにより、レンズ形成パターン１１Ｂの膜厚を制御する。このため、所望の曲率をを有するマイクロレンズ１１を容易に製造することができる。 In the present embodiment, the film thickness of the lens formation pattern 11B is controlled by adjusting the gray level of the gray scale photomask 31 to change the light transmittance or adjusting the exposure time. For this reason, the microlens 11 having a desired curvature can be easily manufactured.

以上説明した本発明のマイクロレンズの製造方法で製造される固体撮像素子１に用いられるマイクロレンズアレイ１０は、レンズ形状が円形又は多角形（四角形、八角形等）の底面を有し、その表面は球面又は非球面、あるいは複合曲率面（底面が多角形の場合）であり、レンズ径が２μｍ〜１０μｍ、厚みが５μｍ以下（レンズ径の１／２以下）のものである。この場合のレンズ基板１２の液体との接触角は、１°〜４５°の範囲の中で、夫々のマイクロレンズ１１のサイズに応じて選択される。 The microlens array 10 used in the solid-state imaging device 1 manufactured by the microlens manufacturing method of the present invention described above has a bottom surface whose lens shape is circular or polygonal (square, octagonal, etc.), and its surface. Is a spherical surface, an aspherical surface, or a compound curvature surface (when the bottom surface is polygonal), and has a lens diameter of 2 μm to 10 μm and a thickness of 5 μm or less (1/2 or less of the lens diameter). In this case, the contact angle of the lens substrate 12 with the liquid is selected according to the size of each microlens 11 within a range of 1 ° to 45 °.

なお、固体の液体との接触角は、図８に示すように、固体表面に液体を滴下したときに、固体の表面張力と液体の表面張力とのバランスの結果液体の表面が曲面状となるが、このときの固体と液体周縁部の接線方向とのなす角度（図８におけるθ）で定義される。 As shown in FIG. 8, the contact angle with the solid liquid is such that when the liquid is dropped on the solid surface, the surface of the liquid becomes curved as a result of the balance between the surface tension of the solid and the surface tension of the liquid. Is defined by an angle (θ in FIG. 8) formed by the solid and the tangential direction of the liquid peripheral edge at this time.

次に、本発明に係るマイクロレンズの製造方法の別の実施形態について説明する。図４は、この別の実施形態の工程の流れを表わしている。図４（ａ）は前述の実施の形態と同じレンズ基板１２上にフォトレジストからなるレンズ材１１Ａを塗布してベーキングする工程である。レンズ基板１２の材質、レンズ材１１Ａの材質、及びレンズ材１１Ａの塗布方法は前述の実施の形態と同一なので、説明は省略する。 Next, another embodiment of the method for manufacturing a microlens according to the present invention will be described. FIG. 4 shows a process flow of this another embodiment. FIG. 4A shows a step of applying and baking a lens material 11A made of a photoresist on the same lens substrate 12 as in the above-described embodiment. Since the material of the lens substrate 12, the material of the lens material 11A, and the coating method of the lens material 11A are the same as those in the above-described embodiment, the description thereof is omitted.

次に、図４（ｂ）に示すように、フォトマスク３２を用いてレンズ材１１Ａを露光する。フォトマスク３２は、図５に示すようなマスクパターンを有している。即ち、フォトマスク３２にはレンズ形成パターン１１Ｃに対応したマスクパターン３２ｐが１画素毎にアレイ状に形成されている。 Next, as shown in FIG. 4B, the lens material 11 </ b> A is exposed using a photomask 32. The photomask 32 has a mask pattern as shown in FIG. That is, a mask pattern 32p corresponding to the lens formation pattern 11C is formed on the photomask 32 in an array for each pixel.

このマスクパターン３２ｐ内には、後出のレンズ形成パターン１１Ｃに設ける空隙部１１ｈに対応した微小円形の空隙部用露光パターン３２ｈが透過パターンで複数形成されている。 In this mask pattern 32p, a plurality of minute circular void exposure patterns 32h corresponding to the void 11h provided in the lens forming pattern 11C described later are formed as transmission patterns.

このようなマスクパターン３２ｐを有したフォトマスク３２を用いて露光することにより、図４（ｂ）に示すように、マスクパターン３２ｐとマスクパターン３２ｐとの間及び複数の空隙部用露光パターン３２ｈの部分ではレンズ材１１Ａに光が照射され、ポジ型フォトレジストからなるレンズ材１１Ａはこの部分が分解され、現像液に可溶性となる。 By performing exposure using the photomask 32 having such a mask pattern 32p, as shown in FIG. 4B, between the mask pattern 32p and the mask pattern 32p and a plurality of gap exposure patterns 32h. In the portion, the lens material 11A is irradiated with light, and the lens material 11A made of a positive photoresist is decomposed and becomes soluble in the developer.

次にこれを現像して、図４（ｃ）に示すような、内部に多数の微小円形孔として形成された空隙部１１ｈを有するレンズ形成パターン１１Ｃ、１１Ｃ、…をアレイ状に形成する。このように形成されたレンズ形成パターン１１Ｃは、内部に多数の空隙部１１ｈとしての微小孔が形成されているので、レンズ形成パターン１１Ｃの厚さがベーキング後のレンズ材１１Ａの塗布厚さと同じであるが、体積が多数の微小空隙部１１ｈの分だけ減少している。 Next, this is developed, and as shown in FIG. 4C, lens forming patterns 11C, 11C,... Having a space portion 11h formed therein as a number of minute circular holes are formed in an array. Since the lens forming pattern 11C formed in this way has a number of minute holes as the voids 11h inside, the thickness of the lens forming pattern 11C is the same as the coating thickness of the lens material 11A after baking. However, the volume is reduced by a large number of minute gaps 11h.

次にこのレンズ形成パターン１１Ｃがアレイ状にパターニングされたＣＣＤアレイ２０をリフロー装置内で加熱し、アレイ状に配置された各レンズ形成パターン１１Ｃを流動させる。熱リフローされた各レンズ形成パターン１１Ｃは、レジストの濡れ広がりにより微小空隙部１１ｈが消失するとともに、表面張力によって曲面形状となるので、これを冷却後、更に高温で加熱硬化することによって図４（ｄ）に示すように、レンズ基板１２上にマイクロレンズ１１、１１、…をアレイ状に形成することができる。 Next, the CCD array 20 in which the lens forming patterns 11C are patterned in an array is heated in a reflow apparatus, and each lens forming pattern 11C arranged in the array is caused to flow. Each lens formation pattern 11C that has been heat-reflowed loses the minute gap 11h due to the wetting and spreading of the resist and has a curved surface shape due to the surface tension. As shown in d), the microlenses 11, 11,... can be formed on the lens substrate 12 in an array.

この別の実施形態では、レンズ形成パターン１１Ｃのサイズ及び厚さを変化させなくても、内部に形成する空隙部１１ｈとしての微小孔の径又は数を変化させることにより、容易にレンズ形成パターン１１Ｃの体積を変化させることができ、マイクロレンズ１１の厚さを制御することができる。 In this other embodiment, the lens formation pattern 11C can be easily changed by changing the diameter or number of the micro holes as the gap 11h formed inside without changing the size and thickness of the lens formation pattern 11C. , And the thickness of the microlens 11 can be controlled.

なお、空隙部１１ｈとして微小な円形孔を形成したが、孔形状は円形孔に限らず断面形状が楕円、多角形、その他任意の形状の孔で形成してもよく、また孔に限らず、微小幅の溝を多数形成してもよい。 Although a minute circular hole is formed as the gap portion 11h, the hole shape is not limited to a circular hole, and the cross-sectional shape may be an ellipse, polygon, or any other shape hole, and is not limited to a hole. You may form many micro width | variety groove | channels.

[ 実施例 ]
グレースケールフォトマスクを用いてレンズ材を露光し、マイクロレンズを形成する本発明の実施例について以下に説明する。レンズ形成面材料であるレンズ基板１２には、前述のＪＳＲ株式会社製のアクリル系樹脂で商品名ＭＦＲ−３４５を使用した。また、レンズ材１１Ａはポジ型レジストを用い、これをレンズ基板１２上面に均一な厚さにスピンコーティングした後プリベーキングした。 [ Example ]
An embodiment of the present invention in which a lens material is exposed using a gray scale photomask to form a microlens will be described below. For the lens substrate 12 that is a lens forming surface material, the trade name MFR-345 was used for the acrylic resin manufactured by JSR Corporation. Further, a positive resist was used for the lens material 11A, and this was spin-coated on the upper surface of the lens substrate 12 to a uniform thickness and then pre-baked.

プリベーク後のレンズ材１１Ａの膜厚を３５００Å、４２５０Å、５０００Å、及び７２５０Åの４種類作成した。これらに対して夫々同一のグレースケールフォトマスク３１を用いてハーフ露光を施し、これを現像してサイズ２．２６μｍで厚さの薄いレンズ形成パターン１１Ｂ、１１Ｂ、…を夫々４種類形成した。 Four types of film thicknesses of 3500 mm, 4250 mm, 5000 mm, and 7250 mm were prepared for the lens material 11A after pre-baking. These were each subjected to half exposure using the same gray scale photomask 31 and developed to form four types of lens forming patterns 11B, 11B,...

これらを１３３℃でリフローして４種類のマイクロレンズアレーを製造した。４種類夫々のマイクロレンズ１１の厚さを測定したところ、図６に示すような、結果が得られた。図６は、横軸がプリベーク後のレジスト膜厚（Å）を、縦軸がレンズ高さ（厚さ）（ｎｍ）を表わすレジスト膜厚とレンズ高さ（厚さ）の関係グラフである。 These were reflowed at 133 ° C. to produce four types of microlens arrays. When the thickness of each of the four types of microlenses 11 was measured, results as shown in FIG. 6 were obtained. FIG. 6 is a graph of the relationship between the resist film thickness and the lens height (thickness) where the horizontal axis represents the resist film thickness (Å) after pre-baking and the vertical axis represents the lens height (thickness) (nm).

図６に示すように、プリベーク後のレンズ材１１Ａの膜厚３５００Å、４２５０Å、５０００Å、及び７２５０Åに対してレンズ高さは５１０ｎｍ、６１０ｎｍ、７４０ｎｍ、及び９８０ｎｍであった。このときのレンズサイズはいずれも約２μｍであった。 As shown in FIG. 6, the lens heights were 510 nm, 610 nm, 740 nm, and 980 nm with respect to the film thicknesses of 3500 mm, 4250 mm, 5000 mm, and 7250 mm of the lens material 11A after pre-baking. The lens size at this time was about 2 μm.

また、プリベーク後のレンズ材１１Ａの膜厚３５００Å、５０００Å、及び７２５０Åに対応する図８に示すようなマイクロレンズ１１のレンズ基板１２に対する接触角θを測定した。 Further, the contact angle θ of the microlens 11 with respect to the lens substrate 12 as shown in FIG. 8 corresponding to the film thicknesses 3500 mm, 5000 mm, and 7250 mm of the lens material 11A after pre-baking was measured.

図７は、この実施例におけるプリベーク後のレンズ材１１Ａの膜厚とマイクロレンズ１１のレンズ基板１２に対する接触角θとの関係を表わしたものである。図７に示すように、プリベーク後のレンズ材１１Ａの膜厚３５００Å、５０００Å、及び７２５０Åに対して接触角θは４２°、５１°、及び６３°であった。 FIG. 7 shows the relationship between the film thickness of the lens material 11A after pre-baking and the contact angle θ of the microlens 11 with respect to the lens substrate 12 in this embodiment. As shown in FIG. 7, the contact angles θ were 42 °, 51 °, and 63 ° with respect to the film thicknesses of 3500 mm, 5000 mm, and 7250 mm of the lens material 11A after pre-baking.

このように、レンズサイズの半分以下の厚さを有するマイクロレンズ１１を特別な工程を用いずに、容易に製造することができた。従って、本発明によれば、半導体装置の製造工程で広く用いられているフォトリソグラフィ技術を用い、レンズ基板１２上に所望の曲率を有するアレイ状のマイクロレンズ１１を容易に効率良く形成することができる。 Thus, the microlens 11 having a thickness less than half the lens size could be easily manufactured without using a special process. Therefore, according to the present invention, it is possible to easily and efficiently form the arrayed microlenses 11 having a desired curvature on the lens substrate 12 by using a photolithography technique widely used in the manufacturing process of the semiconductor device. it can.

なお、前述の実施形態では、ＣＣＤアレイからなる固体撮像素子１に用いられるマイクロレンズアレイの製造方法として説明したが、固体撮像素子１に限らず、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等に用いられるマイクロレンズアレイの製造方法にも適用することができる。更に、マイクロレンズアレイに限らず、単一のレンズの製造方法においても本発明を適用することができる。 In the above-described embodiment, the method for manufacturing the microlens array used for the solid-state imaging device 1 including the CCD array has been described. This method can also be applied. Furthermore, the present invention can be applied not only to the microlens array but also to a single lens manufacturing method.

固体撮像素子の構造を表わす部分断面図Partial sectional view showing structure of solid-state imaging device 本発明に係るマイクロレンズの製造方法の実施の形態を説明する概念図The conceptual diagram explaining embodiment of the manufacturing method of the micro lens concerning this invention ハーフ露光を説明する概念図Conceptual diagram explaining half exposure 本発明の別の実施形態を説明する概念図The conceptual diagram explaining another embodiment of this invention フォトマスクのマスクパターンを示す部分平面図Partial plan view showing a mask pattern of a photomask レジスト膜厚とレンズ厚さとの関係を表わすグラフGraph showing the relationship between resist film thickness and lens thickness レジスト膜厚と接触角との関係を表わすグラフGraph showing the relationship between resist film thickness and contact angle 固体の液体との接触角を説明する概念図Conceptual diagram explaining the contact angle with a solid liquid

符号の説明Explanation of symbols

１…固体撮像素子、１０…マイクロレンズアレイ、１１…マイクロレンズ、１１Ａ…レンズ材、１１Ｂ、１１Ｃ…レンズ形成パターン、１１ｈ…空隙部、１２…レンズ基板、２０…ＣＣＤアレイ、３１…グレースケールフォトマスク、３２…フォトマスク、３２ｐ…マスクパターン、３２ｈ…空隙部用露光パターン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid-state image sensor, 10 ... Micro lens array, 11 ... Micro lens, 11A ... Lens material, 11B, 11C ... Lens formation pattern, 11h ... Air gap part, 12 ... Lens substrate, 20 ... CCD array, 31 ... Gray scale photo Mask, 32 ... Photomask, 32p ... Mask pattern, 32h ... Exposure pattern for gap

Claims

レンズ基板上にマイクロレンズを形成するマイクロレンズの製造方法において、
フォトレジストからなるレンズ材を前記レンズ基板上に塗布する工程と、
前記塗布されたレンズ材にフォトリソグラフィを施して、レンズ形成パターンのサイズを変えずにパターニングされたレンズ材の体積を減少させるようにレンズ形成パターンをパターニングする工程と、
前記パターニングされたレンズ材にリフロー処理を施してマイクロレンズを形成する工程とを有することを特徴とするマイクロレンズの製造方法。 In a manufacturing method of a microlens that forms a microlens on a lens substrate,
Applying a lens material made of a photoresist onto the lens substrate;
Performing photolithography on the applied lens material, patterning the lens formation pattern so as to reduce the volume of the patterned lens material without changing the size of the lens formation pattern; and
And a step of performing a reflow process on the patterned lens material to form a microlens.

前記フォトリソグラフィでは、レンズ形成パターンの膜厚を塗布されたレンズ材の膜厚より薄く形成することによってパターニングされたレンズ材の体積を減少させることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズの製造方法。 2. The microlens according to claim 1, wherein in the photolithography, the volume of the lens material patterned is reduced by forming a film thickness of the lens formation pattern smaller than that of the applied lens material. Production method.

前記フォトリソグラフィでは、グレースケールフォトマスクを用いて前記レンズ材を露光し、レンズ形成パターンの膜厚を塗布されたレンズ材の膜厚より薄く形成することを特徴とする請求項２に記載のマイクロレンズの製造方法。 3. The micro of claim 2, wherein in the photolithography, the lens material is exposed using a gray scale photomask, and a lens formation pattern is formed to be thinner than a coated lens material. Lens manufacturing method.

前記グレースケールフォトマスクの光の透過率を変化させるか又は露光時間を制御することにより、前記レンズ形成パターンの膜厚を制御することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のマイクロレンズの製造方法。 4. The microlens according to claim 2, wherein the thickness of the lens formation pattern is controlled by changing light transmittance of the gray scale photomask or by controlling an exposure time. 5. Manufacturing method.

前記フォトリソグラフィでは、レンズ形成パターンに複数の空隙部を設けることによってパターニングされたレンズ材の体積を減少させることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズの製造方法。 2. The method of manufacturing a microlens according to claim 1, wherein in the photolithography, the volume of the patterned lens material is reduced by providing a plurality of gaps in the lens formation pattern.

前記フォトリソグラフィでは、前記レンズ形成パターンと同サイズのマスクパターン中に複数の空隙部用露光パターンを有するフォトマスクを用いて、前記レンズ形成パターンに複数の空隙部を設けることを特徴とする請求項５に記載のマイクロレンズの製造方法。 The photolithography uses a photomask having a plurality of void exposure patterns in a mask pattern having the same size as the lens formation pattern, and provides a plurality of voids in the lens formation pattern. 6. A method for producing a microlens according to 5.