JPH05145813A - 固体撮像素子用マイクロレンズの製造方法 - Google Patents

固体撮像素子用マイクロレンズの製造方法

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JPH05145813A
JPH05145813A JP3329646A JP32964691A JPH05145813A JP H05145813 A JPH05145813 A JP H05145813A JP 3329646 A JP3329646 A JP 3329646A JP 32964691 A JP32964691 A JP 32964691A JP H05145813 A JPH05145813 A JP H05145813A
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JP
Japan
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solid
microlens
image pickup
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transparent resin
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JP3329646A
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Toshihiko Isokawa
俊彦 磯川
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レンズ間ギャップを消失させ集光率を高くし
た固体撮像素子用マイクロレンズの製造方法を提供す
る。 【構成】 固体撮像素子1上に透明樹脂材料を回転塗布
して平坦層2を形成し、平坦層2上にレンズ層として熱
軟化型の透明樹脂材料層を回転塗布により形成したの
ち、フォトリソグラフィーによりパターニングを行って
受光部上に透明樹脂層パターンを形成する。次に熱処理
により樹脂層パターンの周辺部にだれを生じさせ下地マ
イクロレンズ3を形成する。次に下地マイクロレンズ3
の熱軟化点以下の温度で透明膜4を等方的にレンズ間ギ
ャップGが消失するまで堆積形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、固体撮像素子上に形
成されるマイクロレンズの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、CCD等の固体撮像装置は半導
体主面に光電変換部及び信号読み出し部を有しているの
で、実際に光電変換に寄与する領域は素子サイズにも依
存するが、20〜50%程度に制限されている。この欠点を
解決する手段として、従来、固体撮像装置に集光マイク
ロレンズアレイを組み合わせ、入射光を光電変換部に集
光する方法が提案されている。そしてかかるマイクロレ
ンズの形成方法については、例えば特公昭60−597
52号,特願平3−74441号,特願平3−1571
0号などに提案がなされている。
【0003】図4は、従来のマイクロレンズを備えた固
体撮像装置の構成例を示す断面図である。図において、
101 はp型シリコンからなる基板であり、102 はn+
拡散領域で、光電変換受光部に対応する。103 は信号検
出用のAl配線であり、該Al配線103 を含む全面にパッシ
ベーション膜104 が形成されている。そして該パッシベ
ーション膜104 上には各光電変換受光部に対応してマイ
クロレンズ105 が配置されている。
【0004】そして上記マイクロレンズ105 は、通常次
のようなプロセスで形成される。すなわち、まず図5の
(A)に示すように、受光部102 や転送部等を含む半導
体基板101 上に光学的に無色で光透過率の高い材料、例
えばPMMA(ポリメチルメタクリレート)等の樹脂を
回転塗布法により塗布して平坦層 105aを形成する。続
いて図5の(B)に示すように、同様に光学的に無色で
あり、熱軟化性を有する材料を回転塗布法により塗布し
て透明層を形成し、該透明層のマイクロレンズ形成部の
端部をフォトリソグラフィー技術によって除去して透明
層パターン 105bを形成する。次いで熱軟化点以上の熱
処理によって、各透明層パターン 105bの周辺部にだれ
を生じさせ、マイクロレンズ105 を形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のように固体撮像
素子上にマイクロレンズ105 を形成することにより集光
能力が得られるが、マイクロレンズによる集光率をより
高めるためには、図6に示す各レンズ間のギャップGを
より小さくすることが必要である。しかしながら、マイ
クロレンズ形成用の透光層パターンをフォトリソグラフ
ィー技術で形成する際の制約により、ギャップGは小さ
くても約0.8μm程度は必要となる。すなわち0.8μm
以下のギャップでは、フォトリソグラフィー時における
解像度上、レンズ材料である透光層に対してスペースを
安定して形成することが困難であるし、またその後の熱
軟化点以上の熱処理によるパターン周辺のだれを生じさ
せる時の形状制御が非常に困難である等の問題点がある
からである。
【0006】本発明は、従来のマイクロレンズの製造方
法における上記問題点を解消するためになされたもの
で、レンズ間ギャップを消失させてより集光率を高くし
た固体撮像素子用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。
【0007】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、固体撮像素子上にマイクロレン
ズを直接形成する固体撮像素子用マイクロレンズの製造
方法において、前記固体撮像素子の受光側全面に熱軟化
型の透明樹脂層を形成する工程と、該透明樹脂層を前記
固体撮像素子の各受光部に位置するようにパターニング
する工程と、該透明樹脂層パターンを加熱溶融し各透明
樹脂層パターンを凸レンズに形成する工程と、該凸レン
ズ上全面に前記透明樹脂層の溶融温度より低温で透明膜
を該凸レンズ間のギャップがなくなるように堆積形成す
る工程とで固体撮像素子用マイクロレンズを製造するも
のである。
【0008】このように、固体撮像素子の受光部に対応
して設けられた透明樹脂層パターンを加熱溶融すること
により形成されたレンズ間にギャップを有する凸レンズ
の全面に、低温で透明膜を凸レンズ間のギャップがなく
なるように堆積形成することによって、ギャップ部のな
い高集光率のマイクロレンズが得られる。
【0009】
【実施例】次に実施例について説明する。図1は、本発
明に係る固体撮像素子用マイクロレンズの製造方法の第
1実施例を説明するための製造工程図である。図1の
(A)に示すように、まず受光部や転送部等を備えた固
体撮像素子1上に、光学的に透明な樹脂材料、例えばP
GMA(ポリグリシジルメタクリレート)などを回転塗
布により塗布して平坦層2を所望の厚さに形成する。次
いでこの平坦層2上に、レンズ層として同様に光学的に
透明で熱軟化型の樹脂材料層を回転塗布により形成した
のち、通常のフォトリソグラフィー技術により受光部に
対応してパターニングを行って受光部上に透明樹脂層パ
ターンを形成する。次いで熱軟化点以上の温度による熱
処理で透明樹脂層パターンの周辺部にだれを生じさせ、
凸レンズ状の下地マイクロレンズ3を形成する。この
際、レンズ間ギャップGは、レンズとなる透明樹脂層パ
ターンのフォトリソグラフィー時における抜きスペース
に対応し、解像度が容易に得られる約1.0μm程度にし
ておく。
【0010】次に図1の(B)に示すように、下地マイ
クロレンズ3を構成する透明樹脂材料の熱軟化点以下の
温度で形成可能な光学的透明膜4を、等方的に下地マイ
クロレンズ3間のギャップGが消失するまで、すなわち
約0.5μm厚程度堆積させる。例えば、半導体の酸化膜
を形成させる際に用いられる光CVD,プラズマCVD
等の方法によれば、常温〜120 ℃程度のレンズ樹脂材料
の軟化点を越えない温度範囲で、等方的に透明な酸化膜
を形成することができ、透明膜4の堆積時の熱によって
下地マイクロレンズ3が変形する恐れがない。
【0011】このようにして下地マイクロレンズ3上に
等方的に透明膜4を形成した場合、図1の(B)に示す
ように、レンズ間ギャップのない理想的なレンズ形状が
得られる。なお下地マイクロレンズ3上に形成する等方
的透明膜4はCVD法に限らず、レンズ構成材料の熱軟
化点以下で等方的に成膜できる手法であればいずれの方
法でも用いることが可能である。更に光学的透明膜4は
特に酸化膜に限定されるものではなく、透明であり等方
的に低温形成が可能なものであれば同様に用いることが
できる。
【0012】次に第2実施例を図2を参照しながら説明
する。まず第1実施例と同様な手法で下地マイクロレン
ズ3を図1の(A)に示すように形成する。この際、レ
ンズ間ギャップGはやはり同様に約1.0μm程度として
おく。続いて、図2に示すように、半導体の層間絶縁膜
の平坦化等に用いられるスピンオングラス(SOG)を
用いた回転塗布を行い、レンズ樹脂材料の熱軟化点以下
の温度で焼結させて酸化膜5を得る。図2は、このよう
に下地マイクロレンズ3上にSOGによる酸化膜5を堆
積形成した後のレンズ形状を示している。この方法によ
れば、従来生じていたギャップ部がほぼ消失し、高集光
率のマイクロレンズが容易に形成できる。
【0013】この図2からわかるように、下地マイクロ
レンズ3上に回転塗布により酸化膜5を形成するため、
酸化膜5は等方的な成膜とならず、レンズ間ギャップ部
に形成される酸化膜5の厚さTOX2は厚く、下地マイク
ロレンズ3の頂部に形成される酸化膜5の厚さTOX1は
薄くなる成膜特性をもっている。これにより最終的なマ
イクロレンズの曲率は、下地マイクロレンズ3より大き
くなる。したがってSOGで形成される酸化膜5による
曲率の変化を考慮し、下地マイクロレンズ3の塗布時の
膜厚を厚くする等の方法により、予め下地マイクロレン
ズ3の曲率を最終設計曲率より小さくしておく必要があ
る。
【0014】次に第3実施例を図3に基づいて説明す
る。この実施例においても、まず第1実施例と同様の手
法で、下地マイクロレンズ3を図1の(A)に示すよう
に形成する。この際、レンズ間ギャップGはやはり同様
に約1.0μm程度としておく。次いで、図3に示すよう
に、半導体食刻工程で一般的に用いられているリアクテ
ィブ・イオン・エッチング(R・I・E)等のドライエ
ッチング法で、平坦層2と下地マイクロレンズ3との選
択比が1なる条件下で、レンズ間ギャップGが消失する
までエッチングを行う。
【0015】この際、下地マイクロレンズ3の形状によ
って、レンズ底部,ギャップ部近傍に入射したエッチン
グ種は、レンズ表面で図3に示すようにイオン散乱6を
受け、結果的にギャップ部のみのエッチング量が増し、
最終的に形成されるマイクロレンズ7は、ギャップの消
失した形状となる。したがってこの方法によっても、ギ
ャップ部がほぼ消失した高集光マイクロレンズを容易に
形成することができる。
【0016】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、加熱溶融により凸レンズを形成したの
ちに、凸レンズ上に透明膜を凸レンズ間のギャップがな
くなるように堆積形成するか、あるいは凸レンズの表面
を凸レンズ間のギャップがなくなるようにエッチング除
去するようにしたので、レンズ間のギャップが消失し従
来より高い集光率をもつマイクロレンズを容易に実現す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る固体撮像素子用マイクロレンズの
製造方法の第1実施例を説明するための製造工程図であ
る。
【図2】第2実施例を説明するための製造工程図であ
る。
【図3】第3実施例を説明するための製造工程図であ
る。
【図4】従来のマイクロレンズを備えた固体撮像装置の
構成例を示す断面図である。
【図5】図4に示した固体撮像装置のマイクロレンズの
製造工程を示す図である。
【図6】従来の固体撮像装置におけるマイクロレンズ間
のギャップを示す図である。
【符号の説明】 1 固体撮像素子 2 平坦層 3 下地マイクロレンズ 4 透明膜 5 SOG酸化膜 6 イオン散乱 7 マイクロレンズ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体撮像素子上にマイクロレンズを直接
    形成する固体撮像素子用マイクロレンズの製造方法にお
    いて、前記固体撮像素子の受光側全面に熱軟化型の透明
    樹脂層を形成する工程と、該透明樹脂層を前記固体撮像
    素子の各受光部に位置するようにパターニングする工程
    と、該透明樹脂層パターンを加熱溶融し各透明樹脂層パ
    ターンを凸レンズに形成する工程と、該凸レンズ上全面
    に前記透明樹脂層の溶融温度より低温で透明膜を該凸レ
    ンズ間のギャップがなくなるように堆積形成する工程と
    を備えていることを特徴とする固体撮像素子用マイクロ
    レンズの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記凸レンズ上に形成する透明膜を、C
    VD法あるいはスピンオングラス法で形成することを特
    徴とする請求項1記載の固体撮像素子用マイクロレンズ
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 固体撮像素子上にマイクロレンズを直接
    形成する固体撮像素子用マイクロレンズの製造方法にお
    いて、前記固体撮像素子の受光側全面に透光性の下地透
    明膜を形成したのち熱軟化型の透明樹脂層を形成する工
    程と、該透明樹脂層を前記固体撮像素子の各受光部に位
    置するようにパターニングする工程と、該透明樹脂層パ
    ターンを加熱溶融し各透明樹脂層パターンを凸レンズに
    形成する工程と、ドライエッチング法により前記凸レン
    ズの表面の一部を除去すると共に、前記下地透明膜の一
    部を除去して凸レンズ間のギャップをなくす工程とを備
    えていることを特徴とする固体撮像素子用マイクロレン
    ズの製造方法。
JP3329646A 1991-11-20 1991-11-20 固体撮像素子用マイクロレンズの製造方法 Withdrawn JPH05145813A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100410613B1 (ko) * 2001-06-28 2003-12-18 주식회사 하이닉스반도체 적외선필터를 구비한 이미지센서
KR100436061B1 (ko) * 2001-06-28 2004-06-12 주식회사 하이닉스반도체 필 펙터를 향상시킨 마이크로렌즈 형성방법
JP2005019858A (ja) * 2003-06-27 2005-01-20 Toppan Printing Co Ltd 2次元画像変換素子
US6950140B2 (en) * 2000-01-26 2005-09-27 Toppan Printing Co., Ltd. Solid image-pickup device having a micro lens array and method of manufacturing the same
JP2009157397A (ja) * 2009-04-13 2009-07-16 Sony Corp 固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子
WO2019244677A1 (ja) * 2018-06-21 2019-12-26 東京エレクトロン株式会社 マイクロレンズの製造方法およびプラズマ処理装置

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Effective date: 19990204