JP4852921B2 - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents
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て凸型マイクロレンズ2を形成する方法も、転写法の名で知られている。この転写法を、図面を参照して説明すると、まず、基板1上に、凸型マイクロレンズ2の材料を構成する透明材料6を積層する。次に、この透明材料6の上に、必要に応じてエッチング制御層7を設けた後、感光性樹脂を塗布してその層8を形成する(図10A参照)。ここで、感光性樹脂は透明であっても良いが、透明である必要はない。次に、この感光性樹脂層8を露光・現像して、画素領域と画素領域との境界近傍の感光性樹脂層8を除去する(図10B参照)。そして、残存する感光性樹脂層8’を加熱して溶融させ、球面状に変形させる(図10C参照)。次に、基板1に対して垂直の方向から異方性エッチングを施す。この異方性エッチングによって、残存する球面状感光性樹脂層8’とエッチング制御層7とが侵食除去されると共に、透明材料層6も侵食される。透明材料層6の侵食される深さは球面状感光性樹脂層8’の各部分の膜厚を反映するため、その形状、すなわち、球面形状を透明材料層6に転写することができる。こうして球面形状に加工された透明材料層6を凸型マイクロレンズ2として利用することができる(特許文献2,3参照)。なお、異方性エッチングとしては、例えば、フロロカーボーンガスや酸素ガスを含むガスを使用したドライエッチング等が知られている。
これらに共通する駆動・制御部位c11,c12,c13,c14を集中して配列したため、これら駆動・制御部位c11,c12,c13,c14の占有面積を小さくすることができ、前記画素ピッチを小さくしている。
前記凸型マイクロレンズが光電変換素子に対しカラーフィルタの外側に具備されており、かつ、前記凸型マイクロレンズの頂点が、光電変換素子側を片寄せた側と反対側に画素領域の中央から片寄った位置にあり、前記凸型マイクロレンズの曲率半径が、光電変換素子側では大きく、その反対側では光電変換素子側より小さいことを特徴とする固体撮像素子である。
前記パターンが、光電変換素子を片寄せた側では正方形の角部を切り取った狭幅で、その反対側では広幅のパターンであることを特徴とする固体撮像素子の製造方法である。
を溶融すると、形成される凸型マイクロレンズは非球面となり、その頂点は、前記P1から、切り取った角と反対方向にずれた位置P2に移動する。そして、この頂点の移動に伴い、その曲率半径も、切り取った角と反対方向の部位で小さく、切り取った角の近辺で大きい。なお、図1Cに示すように、互いに隣接する2つの角を切り取って、図示左側を狭幅のパターンに形成し、このパターンの感光性透明樹脂層を加熱してその表面を溶融すると、その頂点は、切り取った2つの角の垂直二等分線上の位置P3に移動する。
比較的狭幅で、その反対側では比較的広幅に形成しているから、これを加熱すると、曲率
半径が光電変換素子側では比較的大きく、その反対側では比較的小さい凸型マイクロレン
ズが形成されるのである(図1B参照)。また、この凸型マイクロレンズの頂点P2は、
光電変換素子側とは反対側に片寄った位置にある。
前記パターンが、光電変換素子を片寄せた側では正方形の角部を切り取った狭幅で、その反対側では広幅のパターンであることを特徴とする固体撮像素子の製造方法である。
本発明に係る固体撮像素子は、基板の表面に光電変換素子が画素領域内で片寄った位置に配置されたものである。前述のように、複数の光電変換素子に共通する駆動・制御部位を集中して配置して、これら複数の光電変換素子に接続した場合には、その画素密度を増大して解像度を向上させることができるが、他方、光電変換素子を画素領域内の中央に配置することができないから、好ましく本発明を適用することができる。例えば、画素ピッチが5μm以下の高解像度固体撮像素子である。また、画素ピッチが2μm以下の固体撮像素子に適用することも可能である。なお、光電変換素子としては、例えば、フォトダイオードが利用できる。
率半径が、光電変換素子側では比較的大きく、その反対側では比較的小さい非球面レンズを適用できる。また、凸型マイクロレンズとして、凸部頂点が光電変換素子側とは反対側に片寄った位置にあるものを使用することもできる。好ましくは、この両者の要件を備える凸型マイクロレンズ、すなわち、その曲率半径が、光電変換素子側では比較的大きく、他方、その反対側では比較的小さいと共に、凸部頂点が光電変換素子側とは反対側に片寄った位置にある凸型マイクロレンズである。
次に、本発明に係る凸型マイクロレンズは、例えば、基板表面に塗布形成された透明熱可塑性樹脂層に金型を押圧して、前記透明熱可塑性樹脂層を賦形することによって形成することができる。このような金型は、例えば、光造型法を利用して製造することができる。すなわち、任意の基材上に感光性樹脂層を形成し、この感光性樹脂層に対して、互いに交差する複数の方向から、短波長レーザー光線を照射する。そして、その交点に前記レーザー光線のエネルギーを集中させてこの交点部位の感光性樹脂層を硬化させ、次に現像することにより、原版を製造することができる。そして、この原版を基に反転を繰り返して、金型を製造することができる。
また、凸型マイクロレンズは、いわゆる熱リフロー法や転写法を利用して形成することもできる。
差があるから、この平坦化層4を0.1μm程度の厚みに形成して、その表面を平坦化することが望ましい。次に、この平坦化層4の上に、画素ごとにカラーフィルタ層3を形成する。
次に、転写法による凸型マイクロレンズの形成方法について、図面を参照して説明する。図7Aの断面図に示すように、まず、基板1上に平坦化層4とカラーフィルタ層3を、順次、形成する。次に、透明材料層6を形成する。そして、この透明材料層6上に、必要に応じてエッチング制御層7を形成した後、感光性樹脂層8を形成する。
れた感光性樹脂層8’を加熱し、その表面を溶融して、溶融した感光性樹脂の表面張力に基づいて、その表面をなだらかな曲面に変形させる(図7C)。加熱条件としては、例えば、180〜200℃、数分間である。
可能である。また、ドライエッチング時に、分布や転写レンズ形状改善のために、加温あるいは冷却することにより、分布や転写レンズ形状を改善することができる。
転写法を利用して、固体撮像素子を製造した。
転写法を利用して、固体撮像素子を製造した。使用した基板1は実施例1と同様であり
、平坦化層4及びカラーフィルタ層3も実施例1と同様に形成した。また、透明材料層6、エッチング制御層7及び感光性樹脂層8も実施例1と同様に形成した。
2・・・凸型マイクロレンズ
3・・・カラーフィルタ層
4・・・平坦化層
5・・・透明感光性樹脂層
6・・・透明材料層
7・・・エッチング制御層
8・・・感光性樹脂層8
a・・・画素領域
b・・・光電変換素子
c・・・駆動・制御部位
P1,P2,P3・・・凸型マイクロレンズの頂点
Claims (3)
- 表面を多数の正方形の画素領域に区画され、これら画素領域のそれぞれの中央から片寄せて光電変換素子が配置された基板と、それぞれの画素領域内に、画素領域と等しい前記光電変換素子より大面積に配置され、入射光を光電変換素子に集光させる凸型マイクロレンズとを備える固体撮像素子において、
前記凸型マイクロレンズが光電変換素子に対しカラーフィルタの外側に具備されており、かつ、前記凸型マイクロレンズの頂点が、光電変換素子側を片寄せた側と反対側に画素領域の中央から片寄った位置にあり、前記凸型マイクロレンズの曲率半径が、光電変換素子側では大きく、その反対側では光電変換素子側より小さいことを特徴とする固体撮像素子。 - 表面を正方形の多数の画素領域に区画され、これら画素領域のそれぞれの中央から片寄せて光電変換素子が配置された基板上に感光性透明樹脂層を積層する工程と、この感光性透明樹脂層をパターン状に露光し、現像してパターン状感光性透明樹脂層を形成する工程と、このパターン状感光性透明樹脂層を加熱して、入射光を光電変換素子に集光させる凸型マイクロレンズを形成する工程とを備えた、前記凸型マイクロレンズが光電変換素子に対しカラーフィルタの外側に具備されており、かつ、前記凸型マイクロレンズの頂点が、光電変換素子側を片寄せた側と反対側に画素領域の中央から片寄った位置にあり、前記凸型マイクロレンズの曲率半径が、光電変換素子側では大きく、その反対側では光電変換素子側より小さい固体撮像素子の製造方法において、
前記パターンが、光電変換素子を片寄せた側では正方形の角部を切り取った狭幅で、その反対側では広幅のパターンであることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 表面を正方形の多数の画素領域に区画され、これら画素領域のそれぞれの中央から片寄せて光電変換素子が配置された基板上に透明材料層を積層する工程と、この透明材料層の上に感光性樹脂層を積層する工程と、この感光性樹脂層をパターン状に露光し、現像してパターン状感光性樹脂層を形成する工程と、このパターン状感光性樹脂層を加熱して、凸型マイクロレンズの母型を形成する工程と、この母型上からドライエッチングし母型の形状を前記透明材料層に転写して、入射光を光電変換素子に集光させる凸型マイクロレンズを形成する工程とを備えた、前記凸型マイクロレンズが光電変換素子に対しカラーフィルタの外側に具備されており、かつ、前記凸型マイクロレンズの頂点が、光電変換素子側を片寄せた側と反対側に画素領域の中央から片寄った位置にあり、前記凸型マイクロレンズの曲率半径が、光電変換素子側では大きく、その反対側では光電変換素子側より小さい固体撮像素子の製造方法において、
前記パターンが、光電変換素子を片寄せた側では正方形の角部を切り取った狭幅で、その反対側では広幅のパターンであることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
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