JPH05142752A - フオトマスク並びにレジストのパターニング方法並びに微小集光レンズの形成方法 - Google Patents

フオトマスク並びにレジストのパターニング方法並びに微小集光レンズの形成方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 CCDイメージセンサにおける微小集光レン
ズを各レンズ間の間隔を減少させて形成することを可能
にする。 【構成】 CCDイメージセンサ本体1上の平坦化され
たレンズ用樹脂層6上にレジスト膜22を塗布し、ドッ
トパターンの分布密度を変化させてなる遮光パターンを
有するフォトマスク14を用いて、レジスト膜22をパ
ターニングしてレンズ形状のレジストパターン23を形
成し、その後、エッチバックしてレンズ用樹脂層6に微
小集光レンズ24を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体装置の製
造におけるリソグラフィ工程で使用されるフォトマスク
に関する。
【0002】本発明は、例えば半導体装置の製造におけ
るリソグラフィ工程でのレジストのパターニング方法に
関する。
【0003】更に、本発明は、例えばCCDイメージセ
ンサ等における微小集光レンズの形成方法に関する。
【0004】
【従来の技術】CCDイメージセンサにおいては、各受
光部(画素)に対応して微小集光レンズを形成してい
る。図5はこのCCDイメージセンサにおける微小集光
レンズの形成方法を示す一例である。
【0005】同図において、1はCCDイメージセンサ
本体を示し、これは例えばシリコンウェーハ2の主面上
に画素となる複数の受光部3(本例ではフォトダイオー
ド)を形成し、受光部3の信号電荷を読み出す転送領域
に転送電極(ゲート電極)4を形成して構成されてい
る。5は絶縁膜である。
【0006】従来においては、まず、図5Aに示すよう
に、CCDイメージセンサ本体1上に平坦化されたレン
ズ用樹脂層(例えばポリスチレン系樹脂層)6を形成
し、この樹脂層6上にレジスト膜(感光性樹脂)を塗布
し、さらに所定パターンのフォトマスク(図示せず)を
介して露光し、現像処理して各受光部3に対応する位置
にレジストパターン7を形成する。
【0007】次に、熱処理を施す。この熱処理によっ
て、図5Bに示すように、レジストパターン7は熱流動
を起こし、凸レンズ形状となる。
【0008】次に、図5Cに示すように、例えば反応性
イオンエッチング(RIE)によるエッチバックを行っ
て、レンズ形成用樹脂層6の各受光部3に対応する位置
に微小集光レンズ9を形成するようになす。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の微小集光レンズの形成方法においては、レジストパ
ターン7を熱流動によって凸レンズ形状とするために、
各凸レンズ形状のレジストパターン7間にある程度の間
隔dを設ける必要がある。このような間隔dを設けてお
かないと、図6に示すように隣り合うレジストパターン
7同士が接触し一体化してしまい、微小集光レンズとし
て設計通りの形状にすることができない。したがって、
最終的に各レンズ9間に間隔dをとることになり、各受
光部3において、開口率の向上をはかるときの妨げにな
っていた。
【0010】CCDイメージセンサの感度を向上させる
ためには、受光部3の開口率を上げる必要があり、その
ためには各レンズ9間の間隔dをなくしていく必要があ
る。
【0011】本発明は、上述の点に鑑み、例えばレンズ
作成等に適した新規なフォトマスクを提供するものであ
る。
【0012】また、本発明は、このフォトマスクを用い
て直接レジストを傾斜面及び/またはほぼ曲面を有する
所望パターンに形成することができるレジストのパター
ニング方法を提供するものである。
【0013】さらに、本発明は、このパターニング方法
を用いて良好な微小集光レンズを形成することができる
微小集光レンズの形成方法を提供するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、光透過性支持
体11上に遮光パターン13を形成したフォトマスク1
4において、遮光パターン13を選択的に描画したドッ
トパターンより形成し、このドット12の密度を段階的
に変化させて構成する。
【0015】また、本発明は、フォトマスクを用いてレ
ジストをパターニングするリソグラフィ工程において、
上述のフォトマスク14を用いてレジスト22の露光密
度を制御してレジスト22を傾斜面及び/またはほぼ曲
面を有する所望のパターン23に形成する。
【0016】更に、本発明は、微小集光レンズの形成方
法において、平坦化されたレンズ用樹脂層6上にレジス
ト膜22を塗布し、上述のレジストのパターニング方法
によってレジスト膜22をレンズ形状にパターニングし
た後、エッチバックしてレジスト膜23を除去すると同
時に、上記レンズ用樹脂層6にレンズ24を形成するよ
うになす。
【0017】
【作用】第1の発明に係るフォトマスク14において
は、光透過性支持体11上にドット12の密度を段階的
に変化させてなる遮光パターン13を形成して構成する
ことにより、このフォトマスク14を介して露光したと
きその露光量が段階的に変化した状態で露光することが
できる。
【0018】第2の発明に係るレジストのパターニング
方法においては、上述のドット12の密度を段階的に変
化させたフォトマスク14を用いて露光することによ
り、現像処理したときに段階的に変化する露光密度に応
じてそのレジスト22を斜面及び/またはほぼ曲面を有
するパターン23に形成することが可能となる。
【0019】第3の発明に係る微小集光レンズの形成方
法においては、平坦化されたレンズ用樹脂層6上にレジ
スト膜22を形成して上述のレジストのパターニング方
法によってレジスト膜22をパターニングすることによ
り、従来の熱処理を施すことなく、パターニングの時点
でレンズ形状のレジストパターン23が形成できる。こ
のように熱処理を行わないで直接レンズ形状のレジスト
パターン23が形成できるので、隣り合うレジストパタ
ーン23間の間隔をあけることなくレジストパターン2
3の形成が可能になる。従って、その後のエッジバック
により、隣り合う間隔をできるだけ少なくした微小集光
レンズ24が形成される。
【0020】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
【0021】図1は本発明に係るフォトマスクの一例で
ある。本例においては、光透過性支持体11上に、選択
的に描画したドットパターン即ちドット12の密度を段
階的に変化させた所望のドットパターンによる遮光パタ
ーン13を形成してフォトマスク14を構成する。この
場合、ドット12は一定の形状、本例では同一の正方形
に形成される。
【0022】そして、本例では中心から横方向の両端に
向かって漸次ドット12の密度が疎になるように、すな
わち中心付近が最も密度が高く、左右両端に向かって段
階的に密度が疎になるようにドット12を分布して構成
するものである。ドット12の横方向の密度は計算によ
って求めてあり、縦方向には恣意的な配列にならぬよ
う、ランダムに配置してある。
【0023】図1では左右方向にそのドット密度が変化
する遮光パターンとしたが、その他、中心より同心円状
に周辺に向ってドット密度が変化するように形成するこ
とも可能であり、その遮光パターンのドット分布密度は
必要に応じて適宜選択することができる。
【0024】レジスト膜をパターニングするリソグラフ
ィ工程に上記のフォトマスク14を利用した例を図2に
示す。所定の基板21上にレジスト膜(ポジ型の感光性
樹脂膜)22を形成し、図1のフォトマスク14を介し
て露光26を行う。この場合、フォトマスク14におけ
るドット12の密度が中心付近から左右両端に向かって
疎に変化するのに伴って、露光量が中心付近では少な
く、左右両端に向かうにしたがって漸次多くなるように
変化する。したがって、現像処理したときに、レジスト
パターン22Aの中心付近は厚く残り、左右両端に向か
うに従って漸次薄くなる。その結果、図2Bに示すよう
に表面が曲面となるようなレジストパターン22Aが形
成される。
【0025】尚、フォトマスク14のドットパターンに
応じて、現像後のレジストパターン22Aとして表面が
傾斜面またはほぼ円形もしくはその両者を有するような
レジストパターンを形成することができる。
【0026】次に図3及び図4を用いて上述したフォト
マスク14及びレジストのパターニング方法を用いてC
CDイメージセンサにおける微小集光レンズの形成方法
を説明する。
【0027】同図において、1はCCDイメージセンサ
本体を示し、之は前述と同様に例えばシリコンウェーハ
2の主面上に画素となる複数の受光部3(本例ではフォ
トダイオード)を形成し、受光部3の信号電荷を読み出
す転送領域に転送電極(ゲート電極)4を形成して構成
されている。5は絶縁膜である。
【0028】本例においては、図3Aに示すように、C
CDイメージセンサ本体1上に表面を平坦化したレンズ
用樹脂層(例えばポリスチレン系の樹脂層)6を形成
し、このレンズ用樹脂層6上にポジ型のレジスト膜(感
光性樹脂膜)22を形成する。そして、図1に示すフォ
トマスク、即ち各画素に対応する部分を夫々図1に示す
遮光パターン13としたフォトマスク14を配置し、こ
のフォトマスク14を介して露光する。この遮光パター
ン13は最終的に円筒レンズ形状のレジストパターンが
残るような露光分布が得られるドット密度分布(図4の
曲線I参照)を有して成る。
【0029】このフォトマスク14を介しての露光によ
って図4に示すようにレジスト膜22は各受光部3に対
応する部分において、ドット分布密度(曲線I)に応じ
て中央部は露光量が少なく、左右両側に向かって露光量
が多くなるように露光される。
【0030】次に、現像処理することによって、図3B
に示すように、各受光部3に対し、円筒レンズ形状のレ
ジストパターン23が形成される。
【0031】次に、反応性イオンエッチング(RIE)
によってエッチバックしてレジスト膜を除去すると同時
に、レンズ用樹脂層6を選択エッチングする。これによ
って円筒レンズ形状のレジストパターン23の形状に沿
ってレンズ用樹脂層6がエッチングされ、図3Cに示す
ように、各受光部3に対応して微小集光レンズすなわち
円筒レンズ24が形成される。
【0032】上述のレンズ形成方法によれば、ドットパ
ターンの分布をレンズ形状にしたがって疎密にしたフォ
トマスク14を用いてレンズ用樹脂層6上のポジ型レジ
スト膜22を露光することにより、熱処理を行わずに、
現像処理した時点でレンズ形状のレジストパターン23
を形成することができる。従って、隣り合う間隔をでき
るだけ小さく(可及的に零)にした状態でレンズ形状の
レジストパターン23を形成することができる。
【0033】従って、エッチバックによって隣り合う間
隔を最小(可及的に零)にした微小集光レンズ24を各
受光部3上に形成することができる。その結果、CCD
イメージセンサーの各受光部3の開口率を向上すること
ができる。
【0034】尚、上例のレンズは図1に示すストライプ
パターンのフォトマスク14を用いて形成したが、その
他、ドットパターンの分布を球面レンズ形状にしたがい
同心円的に疎密とするフォトマスクを用いれば、最終的
に各受光部3上に球面凸レンズの微小集光レンズを形成
することができる。
【0035】また、レジスト膜、及びフォトマスクの解
像度を考慮すると、ドットパターンの密度分布とレジス
ト膜の厚さとが1:1に対応するとは限らないが、相関
関係よりドットパターンを適切に配置することで所望の
レンズ形状を作成できる。
【0036】また、このプロセスではレンズ表面の形状
に凹凸が生じることが考えられるが、しかしレジスト膜
の解像度及びドットパターンのサイズ等を適当に選ぶこ
とで改善される。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、ドットパターンの疎密
分布によって露光量が変化するフォトマスクを提供する
ことができる。そして、このフォトマスクを用いてレジ
ストをパターニングすることによって、表面がフォトマ
スクの遮光パターン(即ちドットパターンの疎密分布)
に応じて傾斜面及び/またはほぼ曲面となるような所望
形状のレジストパターンを形成することができる。
【0038】更に、このようなフォトマスク及びパター
ニング法を用いることによって、例えばCCDイメージ
センサにおける微小集光レンズを隣り合うレンズ間の間
隔を可及的に無くすことができ、各受光部の開口率を向
上して、CCDセンサーの感度を向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフォトマスクの例を示す平面図であ
る。
【図2】本発明のレジストのパターニング方法の例を示
す工程図である。
【図3】本発明の微小集光レンズの形成方法の例を示す
製造工程図である。
【図4】微小集光レンズの形成工程の説明図である。
【図5】従来の微小集光レンズの形成方法の製造工程図
である。
【図6】従来の微小集光レンズ形成方法に係る説明図で
ある。
【符号の説明】
1 CCDイメージセンサ本体 2 シリコンウェーハ 3 受光部(フォトダイオード) 4 転送電極(ゲート電極) 6 レンズ用樹脂層 7、22A、23 レジストパターン 9、24 微小集光レンズ 11 光透過性支持体 12 ドット 13 遮光パターン 14 フォトマスク 22 ポジ型のレジスト膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光透過性支持体上に遮光パターンを形成
    したフォトマスクにおいて、前記遮光パターンは選択的
    に描画されたドットパターンよりなり、該ドットの密度
    を段階的に変化させて成ることを特徴とするフォトマス
    ク。
  2. 【請求項2】 フォトマスクを用いてレジストをパター
    ニングするリソグラフィ工程において、請求項1記載の
    フォトマスクを用いて前記レジストの露光密度を制御し
    て前記レジストを傾斜面及び/またはほぼ曲面を有する
    所望のパターンに形成することを特徴とするレジストの
    パターニング方法。
  3. 【請求項3】 平坦化されたレンズ用樹脂層上にレジス
    ト膜を塗布し、請求項2記載のレジストのパターニング
    方法によって前記レジスト膜をレンズ形状にパターニン
    グした後、エッチバックして前記レジスト膜を除去する
    と同時に上記レンズ用樹脂層にレンズを形成することを
    特徴とする微小集光レンズの形成方法。
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