JP4515971B2 - 集光素子の製造方法および位相シフトマスク - Google Patents
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Description
図1(a)は、実施の形態1における集光素子を備える画素部の断面を表す図である。図1(b)は、その画素部の上面を表す図である。この画素部は、光透過膜1001、基板1002、色フィルタ1003、撮像素子1004、アルミ配線1006、平坦化膜1007、フレーム1008等を含む。光透過膜1001は、略円形または略同心輪帯形状に加工されている。隣り合うゾーン(同図では光透過膜1001の外周)の半径差は一定としている。輪帯の幅は自然光の波長程度である。輪帯の幅は、典型的には0.1μm程度である。光透過膜1001を通過する入射光1005の感じる屈折率は、光透過膜1001の面上で、波長程度の大きさの領域で平均化された値となり、光透過膜1001の屈折率もしくは媒質(典型的には空気)の屈折率の値にはならない。輪帯の幅が極めて細いため、入射光1005の感じる屈折率は輪帯の幅に依存し、光透過膜1001の屈折率と媒質の屈折率の中間の値となる。すなわち、光透過膜1001の面は、入射光1005にとっては、同心円状に屈折率が分布していることと同等である。この屈折率の分布のため、光透過膜1001および基板1002を通過した入射光1005は回折効果により集光され、撮像素子1002に到達する。入射光1005の集光される位置は光透過膜1001の形状を変化させることにより制御できる。従って、入射光1005の入射角を考慮して光透過膜1001の形状を設計することにより、性能を劣化させることなく撮像素子1002に集光させることができ、入射角が大きくても集光効率を高くできる。フレーム1008は、周辺部の全部を囲むように光透過膜により形成される。同図のフレーム1008は、周辺部の全部ではなく一部を囲んでもよい。フレームの幅は、0.1μm以下である。なお、同図のフレーム1008は、光透過膜により形成されるが、逆に、光透過膜の不存在により形成(つまり空気)してもよい。このフレーム1008を形成することによって位相シフトマスクを使用した微細加工を可能にしている。
上記の実施の形態1に係る集光素子の製造方法では、以下に述べる問題があることを見出した。図4(a)は、本発明の実施の形態1に図2(c)で示した工程でのフォトレジスト105の形状をシミュレーションにより計算した図である。白色部は上面から見てフォトレジスト105が残る部分を示しており、黒色部はフォトレジスト105が現像により除去される部分を示している。図4(a)では、画素108の周辺の遮光体フレーム104に対応する部分が正確に形成できていないことがわかる。すなわち、画素108の角部分には遮光体フレーム104部分が形成されているが、それ以外の部分は形成されていない。そのため、集光素子の形状が歪み、特性が劣化すると考えられる。そこで、本発明の実施の形態2では、遮光体フレーム104部分を正確に形成するために、以下の製造方法を採用する。
上記の実施の形態2に係る集光素子の製造方法では、以下に述べる問題があることを見出した。図5(a)は、本発明の実施の形態3に係る集光素子の製造方法において使用する位相シフトマスクの構成をを示した図である。図3(b)に示した位相シフトマスクとの相違は、図3(b)では、画素が行列状に配列された撮像面の中心付近の集光素子の形状であり、図5(a)は、撮像面の周辺の集光素子の形状であるということである。つまり、画素に対して集光素子の位置を中心寄りにずらしている。この位相シフトマスクは、遮光部401、光透過部402、位相シフト部403、遮光体フレーム404を有する。遮光体フレーム404の両側は、位相シフト部403が配置されている。図5(a)に示す位相シフトマスクを用いて露光工程を経た後のフォトレジスト形状をシミュレーションした結果が、図6(a)に示す図である。501は、遮光体フレーム404の一部に対応する部分であり、位相シフトマスクにて設計した本来の形状ではなく、歪んでしまうという問題があることが分かる。すなわち、実施の形態2においても残存する形状の歪みを解決するという課題が生じる。
上記の実施の形態1乃至実施の形態3では、画素の全周囲に遮光体フレームを配置した位相シフトマスクを用いた。しかしながら、画素境界で光透過部同士が隣接する場合や、位相シフト部同士が隣接する場合は、遮光体フレームが必ずしも必要ではない。必ず遮光体フレームが必要なのは、画素境界で光透過部と位相シフト部が隣接する部分だけである。図7(a)、(b)に示す位相シフトマスクは、本発明の実施の形態3に係る集光素子の製造方法で使用するものであり、画素境界で光透過部と位相シフト部が隣接する部分だけに遮光体フレームを配置している。その他の製造工程は実施の形態1乃至3と同様である。
上記の実施の形態4では、図7(a)、(b)に示すとおり、画素境界で光透過部と位相シフト部が隣接する部分だけに遮光体フレームを配置している。遮光体フレームは、集光素子自体の構造には不必要なものである。遮光体フレームの面積を削減すれば、集光素子の面積が増加することになり、集光素子の特性が改善する。また、遮光体フレームによる光学特性の乱れも低減することができる。
102、203、403、603、703 位相シフト部
103、202、402、602、702 光透過部
104、204、404、604 遮光体フレーム
205 第1の画素
206 第2の画素
1001 光透過膜
1002 基板
1003 色フィルタ
1004 撮像素子
1006 アルミ配線
1007 平坦化膜
1008 フレーム
Claims (9)
- 集光素子の製造方法であって、
位相シフトマスクを用いてフォトレジストを露光する工程を含み、
前記位相シフトマスクは、第1の画素および前記第1の画素に隣接する第2の画素の集光素子用のレイアウトを有し、
前記第1の画素および第2の画素の集光素子用のレイアウトの各々は、
略円形または略同心輪帯形状の遮光部と、
略円形または略同心輪帯形状の光透過部と、
略円形または略同心輪帯形状の位相シフト部とを備え、
前記位相シフトマスクは前記第1の画素および第2の画素の集光素子用のレイアウト境界における特定の区間に遮光体フレームを有し、
前記位相シフト部に入射する光は、前記光透過部に入射し透過する光に対して位相が180°シフトして透過し、
前記光透過部および前記位相シフト部は同心円状にかつ交互に配置されるとともに前記遮光部は同心円状にかつ前記光透過部と前記位相シフト部とを隣接させないように配置され、
前記特定の区間は、前記境界を挟む片側が位相シフト部であり、もう片側が光透過部である区間である
ことを特徴とする集光素子の製造方法。 - 前記遮光体フレームの幅は、およそ位相シフトマスクの最小製造寸法である
ことを特徴とする請求項1に記載の集光素子の製造方法。 - 前記遮光体フレームの幅は、約0.4μmである
ことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。 - 前記位相シフトマスクは、前記第1の画素と、前記第1の画素の四方に隣接する計4個の隣接画素とを含む複数画素分のレイアウトを有し、
前記第1の画素の光透過部に対応する隣接画素の領域には位相シフト部が設けられ、
前記第1の画素の位相シフト部に対応する隣接画素の領域には光透過部が設けられてい
る
ことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。 - 前記第1の画素および第2の画素が共に接する遮光体フレーム中の第1の区間は前記特定の区間よりも小さく、
前記第1の区間は、前記遮光体フレームを挟む両側が共に位相シフト部である区間、および前記遮光体フレームを挟む両側が共に光透過部である区間である
ことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。 - 前記特定の区間は、画素周囲の境界中の他の区間よりも短い
ことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。 - 集光素子を製造するための位相シフトマスクであって、
前記位相シフトマスクは、第1の画素および前記第1の画素に隣接する第2の画素の集光素子用のレイアウトを有し、
前記第1の画素および第2の画素の集光素子用のレイアウトの各々は、
略円形または略同心輪帯形状の遮光部と、
略円形または略同心輪帯形状の光透過部と、
略円形または略同心輪帯形状の位相シフト部とを備え、
前記位相シフトマスクは前記第1の画素および第2の画素の集光素子用のレイアウト境界における特定の区間に遮光体フレームを有し、
前記位相シフト部に入射する光は、前記光透過部に入射し透過する光に対して位相が180°シフトして透過し、
前記光透過部および前記位相シフト部は同心円状にかつ交互に配置されるとともに前記遮光部は同心円状にかつ前記光透過部と前記位相シフト部とを隣接させないように配置され、
前記特定の区間は、前記境界を挟む片側が位相シフト部であり、もう片側が光透過部である区間である
ことを特徴とする位相シフトマスク。 - 前記遮光体フレームの幅は、およそ位相シフトマスクの最小製造寸法である
ことを特徴とする請求項7に記載の位相シフトマスク。 - 前記遮光体フレームの幅は、約0.4μmである
ことを特徴とする請求項7に記載の位相シフトマスク。
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