(57)【要約】【課題】アライメントマーク間の距離が大きい状態であっても、単一焦点の撮像光学系より、カラーフィルタやマイクロレンズと光電変換素子との位置精度を検出可能な固体撮像素子アレイ基板を提供する。【解決手段】受光有効領域は光電変換素子が形成された半導体基板と無機層と少なくとも一層の有機層とカラーフィルタとマイクロレンズとが積層されてなり、切りしろ領域は半導体基板と無機層と少なくとも一層の有機層とを含み、切りしろ領域の無機層に第１のアライメントマークが形成され、切りしろ領域にカラーフィルタまたはマイクロレンズと同層の第２のアライメントマークが形成され、第１のアライメントマークと第２のアライメントマークとの間に無機層または有機層からなる凸レンズ形状が形成され、第１のアライメントマークは凸レンズ形状の焦点または焦点よりも遠い位置にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子が平面配列された固体撮像素子アレイ基板であって、
前記固体撮像素子は、受光有効領域と、隣り合う前記受光有効領域の間に切りしろ領域を有し、
前記受光有効領域は、光電変換素子が形成された半導体基板と、無機層と、少なくとも一層の有機層と、カラーフィルタと、マイクロレンズとが積層されてなり、
前記切りしろ領域は、前記半導体基板と、前記無機層と、少なくとも一層の有機層とを含み、
前記切りしろ領域の前記無機層に第１のアライメントマークが形成され、
前記切りしろ領域に、前記カラーフィルタまたは前記マイクロレンズと同層の第２のアライメントマークが形成され、
前記第１のアライメントマークと、前記第２のアライメントマークとの間に、前記無機層または前記有機層からなる凸レンズ形状が形成され、
前記第１のアライメントマークは前記凸レンズ形状の焦点、または前記焦点よりも前記凸レンズ形状から遠い位置にある、
ことを特徴とする固体撮像素子アレイ基板。
【請求項２】
前記凸レンズ形状の屈折率は、それらに接する上層及び下層の屈折率よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子アレイ基板。
【請求項３】
前記凸レンズ形状は、前記半導体基板から離れる方向の凸レンズ形状である、
ことを特徴とする請求項１、または２に記載の固体撮像素子アレイ基板。
【請求項４】
前記凸レンズ形状は、前記半導体基板に近づく方向の凸レンズ形状である、
ことを特徴とする請求項１、または２に記載の固体撮像素子アレイ基板。
【請求項５】
前記凸レンズ形状は、前記半導体基板から離れる方向、及び近づく方向の凸レンズ形状である、
ことを特徴とする請求項１、または２に記載の固体撮像素子アレイ基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の固体撮像素子アレイ基板を用いる位置精度検出方法であって、
撮像光学系が備える対物レンズの焦点深度内に、前記第２のアライメントマークと、前記凸レンズ形状により結像される前記第１のアライメントマークの光学像とを含む、
ことを特徴とする位置精度検出方法。
【請求項７】
以下の工程を含む、ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
１）請求項６に記載の位置精度検出方法を用いる工程。
２）請求項１〜５のいずれか一項に記載の固体撮像素子アレイ基板を、前記切りしろ領域で断裁して個片化する工程。
３）位置精度が目標値に満たない固体撮像素子を不良品と認定する工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子アレイ基板、及び該固体撮像素子アレイ基板と、位置精度検出方法を用いる固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像装置は画像の記録、通信、放送の内容の拡大に伴って広く用いられるようになっている。撮像装置として種々の形式のものが提案されているが、小型、軽量で高性能のものが安定的に製造されるようになった固体撮像素子を組み込んだ撮像装置が、デジタルカメラやデジタルビデオとして普及してきている。
【０００３】
固体撮像素子は、撮影対象物からの光学像を受け、入射した光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を備える。光電変換素子の種類はＣＣＤ（電荷結合素子）タイプとＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）タイプとに大別される。光電変換素子の数（画素数）が多いほど撮影された画像は精密になる。
【０００４】
光電変換素子に入射する光の経路に、特定の波長の光を選択的に透過する着色透明パターンを平面配置したカラーフィルタ（着色画素パターン）を設けることで、対象物の色情報を得ることを可能とした単板式のカラー固体撮像素子も普及している。特にカラー固体撮像素子の薄型軽量化と高精細化を狙って、光電変換素子の配列基板上に直接カラーフィルタを形成するオンチップタイプのカラー固体撮像素子が主流となっている。カラーフィルタの色としては、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色からなる３原色系が多く使われている。
【０００５】
図７（ａ）に、オンチップカラーフィルタ（ＯＣＦ）を有するカラー固体撮像素子（以下、固体撮像素子と略記）の模式断面図を示す。固体撮像素子５０は、半導体基板５１に規則的に設けた複数の光電変換素子５２を平面配置した固体撮像素子画素部の受光面側表面５３に、絶縁層である無機層５４を介して、複数色を繰り返し配列するカラーフィルタ５５を複数の光電変換素子５２に１対１に対応させて設け、さらに有機層５７により平坦化を行った後に、マイクロレンズ５９を設けてなる。尚、半体基板５１上の画素境界部には混色防止のための遮光膜が設けられることがあるが、ここでは図示を省略している。
【０００６】
前記の説明は、固体撮像素子５０の受光有効領域である領域Ｐに関する説明であるが、受光有効領域Ｐに隣接する切りしろ領域Ｑは、光電変換素子５２が不要の領域で、隣接するカラーフィルタ５５に代えて、同等の高さ空間を層として物理的に埋める充填層５６を備える。また、有機層５７上にマイクロレンズ５９は不要であり、ここでは図示しないが、位置合わせ検出用のマーク類や、固体撮像素子として最終的にパッケージ化するための並列層や、電極端子等が設けられる。
【０００７】
固体撮像素子は、図７（ｂ）に示すように、径が２０〜３０ｃｍのシリコンウェハなどの半導体基板５１（図７（ａ）参照）上に多面付けで並び、ウェハプロセスにより一括加工され固体撮像素子アレイ基板６０として製造された後、最終的にダイシング工程にて個片（チップ）に断裁されて個々の固体撮像素子に分離する。一般に、カメラモジュールでは、携帯電話に装着される第一カメラの場合、固体撮像素子の大きさは、１０ｍｍ角程度であるので、直径２０ｃｍの一枚のシリコンウェハ２から３００〜４００個程度の固体撮像素子が得られる。
【０００８】
図８（ａ）には、チップ化前の固体撮像素子アレイ基板６０の一部分として、図７（ｂ）の破線６１枠内のみを例示している。尚、図８（ａ）で、着色画素の数は実際には横方向の１行だけで数千個にも達するが、ここでは便宜上９個で簡略化して図示している。
【０００９】
マイクロレンズでの集光を考慮すると、固体撮像素子の形状を長くすることには限界があり、また、微細化した着色画素３色に対応させて光電変換素子の数を増やすことも製造上の制約を受ける。このため、ベイヤ（Ｂａｙｅｒ）配列と呼ばれる市松模様の配列（図８（ａ）参照）を着色画素に適用して、見かけ上の解像度を低下させずに総画素数の増加を抑える技術が使われている。ベイヤ配列では、Ｇ（緑色）２画素を対角に配置した４画素を１組の配列として繰り返し配置される。この配列の場合、光電変換素子の総画素数Ｎに対して、Ｇ（緑色）の画素数はＮ／２、Ｒ（赤色）及びＢ（青色）の画素数はＮ／４となるが、画素ごとに周辺の着色画素の出力を用いて補間演算を行うことにより、Ｎ個のＲＧＢの組を作り出す。ここで、Ｇ（緑色）の画素を他の色に比べて２倍に多くしているのは、人の目の視感度の高いＧに対する解像度が見かけ上の解像度を高めるからである。
【００１０】
カラーフィルタ５５の形成方法としては、フォトリソグラフィ工程により形成する方法が一般的であり、顔料等の色素を含む感光性着色樹脂（カラーレジスト）を滴下し、ウェハ基板を回転させて均一に塗り広げる回転塗布（スピンコート）を行い、その後パターン形成部を光透過部とする露光用マスクを用い、カラーレジストの露光と現像を色別に繰り返し行って形成する。マイクロレンズ５９の形成においても、同様に感光性透明樹脂を用いたフォトリソグラフィ法が用いられる。
【００１１】
固体撮像素子において、カラーフィルタやマイクロレンズと光電変換素子との重ね合わせ位置精度は感度の向上、及び安定化において重要なファクターの一つである。通常、重ね合わせは、半導体基板上や切りしろ領域の遮光膜上に、光電変換素子と所定の位置関係をもつ、金属性膜等で形成された第１のアライメントマークと、カラーフィルタやマイクロレンズと同層で形成された第２のアライメントマークとのズレを重ね合わせ測定機によって測定し、得られた結果を元にした補正値を露光機に入力する事により実施される。
【００１２】
前記の、位置合わせのための第１のアライメントマーク及び第２のアライメントマーク部（適宜、位置精度検出部と記す）は、通常、図８（ａ）の平面図に点線円形部Ｃ、Ｍで示すように、固体撮像素子アレイ基板の切りしろ領域Ｑに設けられる。カラーフィルタと光電変換素子との位置精度検出部Ｃ、マイクロレンズと光電変換素子との位置精度検出部Ｍは、図では、簡略化のため１個ずつ示しているが、１枚の固体撮像素子アレイ基板６０（図７（ｂ）参照）あたり、位置精度検出部ＣはＲ、Ｇ、Ｂの色毎に３０×３箇所程度、位置精度検出部Ｍは３０箇所程度設けられる。
【００１３】
カラーフィルタと光電変換素子の位置精度の検出は、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色のカラーフィルタが形成された後に順次行われる。
【００１４】
アライメントマークの形状は位置精度が検出できるものであればどのような形状でもよいが、以下、本願では、図８に示すように、平面視で正方形状及びそれを囲む棒状のパターンからなる主尺７１と、主尺７１の正方形よりも小さい正方形状からなる副尺７２とを例とする。
【００１５】
図９は、図８（ａ）のＡ−Ａ’部の部分模式断面図であり、カラーフィルタの位置精度検出のための副尺７２−Ｃが形成され、図９（ａ）は半導体基板５１上に主尺７１ａが形成された場合、図９（ｂ）は遮光膜５８ａ上に主尺７１ｂが形成された場合を示している。ここで、副尺７２−Ｃは、カラーフィルタ５５（Ｇ）または５５（Ｂ）の形成と同時に、それらと同じ材料で形成されたものである。
【００１６】
また、図１０は、図８（ａ）のＢ−Ｂ’部の部分模式断面図であり、マイクロレンズ５９の位置精度検出のための副尺７２−Ｍが形成され、図１０（ａ）は半導体基板５１上に主尺７１ａが形成された場合、図１０（ｂ）は遮光膜５８ａ上に主尺７１ｂが形成された場合を示している。ここで、副尺７２−Ｍは、マイクロレンズ５９のパターニングと同時に、同じ材料で形成されたものである。
【００１７】
重ね合わせ測定機は、上記のようにして形成された主尺と副尺の位置ズレを撮像光学系で計測する。すなわち、通常、光学顕微鏡で主尺と副尺を拡大して得られた画像を観察して、主尺と副尺のＸ方向、Ｙ方向の位置ズレ量を計測する。しかしながら、主尺と副尺間には、図９、図１０に示すように、無機膜や有機膜の複数の層があり、主尺と副尺間の距離が光学顕微鏡の焦点深度よりも大きくなると、測定精度の誤差が発生する。
【００１８】
例えば、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社の測定機Ａｒｃｈｅｒ（商品名）では、およそ７μｍの距離までが限界値であり、それ以上の厚さに積層された層を主尺と副尺間に挟んだ場合には、測定できなくなることがある。
【００１９】
前記の問題に関連して、特許文献１には、所定の段差量で計測マークを設けた光学部材に対して撮像光学系の焦点位置を変化させて、該計測マークに基づく信号を検出し、該焦点位置に対する計測値の変化を考慮して、該光学部材の位置ずれの計測を行う方法が開示されている。
【００２０】
また、特許文献２には、焦点合わせや、画像処理によって位置精度の検出、算出を自動的に行う装置が紹介され、電子顕微鏡を用いる方法が開示されている。
【００２１】
しかしながら、特許文献１や特許文献２の方法を用いた重ね合わせ検査は、検査時間が長くなることや装置が高価になることが問題であり、固体撮像素子の生産コストへの影響を避けられない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２０００−８８７０２号公報
【特許文献２】特開２００６−１２８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アライメントマーク間の距離が大きい場合であっても、自動焦点合わせ（オートフォーカス）機能や焦点をずらして撮像した画像を合成することなく、単一焦点の撮像光学系より、カラーフィルタやマイクロレンズと光電変換素子との位置精度を検出することができる固体撮像素子アレイ基板、及び位置精度検出方法、並びに固体撮像素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、固体撮像素子が平面配列された固体撮像素子アレイ基板であって、
前記固体撮像素子は、受光有効領域と、隣り合う前記受光有効領域の間に切りしろ領域を有し、
前記受光有効領域は、光電変換素子が形成された半導体基板と、無機層と、少なくとも一層の有機層と、カラーフィルタと、マイクロレンズとが積層されてなり、
前記切りしろ領域は、前記半導体基板と、前記無機層と、少なくとも一層の有機層とを含み、
前記切りしろ領域の前記無機層に第１のアライメントマークが形成され、
前記切りしろ領域に、前記カラーフィルタまたは前記マイクロレンズと同層の第２のアライメントマークが形成され、
前記第１のアライメントマークと、前記第２のアライメントマークとの間に、前記無機層または前記有機層からなる凸レンズ形状が形成され、
前記第１のアライメントマークは前記凸レンズ形状の焦点、または前記焦点よりも前記凸レンズ形状から遠い位置にある、ことを特徴とする固体撮像素子アレイ基板としたものである。
【００２５】
請求項２に記載の発明は、前記凸レンズ形状の屈折率は、それらに接する上層及び下層の屈折率よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子アレイ基板としたものである。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、前記凸レンズ形状は、前記半導体基板から離れる方向の凸レンズ形状である、ことを特徴とする請求項１、または２に記載の固体撮像素子アレイ基板としたものである。
【００２７】
請求項４に記載の発明は、前記凸レンズ形状は、前記半導体基板に近づく方向の凸レンズ形状である、ことを特徴とする請求項１、または２に記載の固体撮像素子アレイ基板としたものである。
【００２８】
請求項５に記載の発明は、前記凸レンズ形状は、前記半導体基板から離れる方向、及び近づく方向の凸レンズ形状である、ことを特徴とする請求項１、または２に記載の固体撮像素子アレイ基板としたものである。
【００２９】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の固体撮像素子アレイ基板を用いる位置精度検出方法であって、
撮像光学系が備える対物レンズの焦点深度内に、前記第２のアライメントマークと、前記凸レンズ形状により結像される前記第１のアライメントマークの光学像とを含む、ことを特徴とする位置精度検出方法としたものである。
【００３０】
請求項７に記載の発明は、以下の工程を含む、ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法としたものである。
１）請求項６に記載の位置精度検出方法を用いる工程。
２）請求項１〜５のいずれか一項に記載の固体撮像素子アレイ基板を、前記切りしろ領域で断裁して個片化する工程。
３）位置精度が目標値に満たない固体撮像素子を不良品と認定する工程。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、アライメントマーク間の距離が大きい場合であっても、自動焦点合わせ（オートフォーカス）機能や焦点をずらして撮像した画像を合成することなく、単一焦点の撮像光学系より、カラーフィルタやマイクロレンズと光電変換素子との位置精度を検出することができる固体撮像素子アレイ基板、及び位置精度検出方法、並びに固体撮像素子の製造方法が得られる。
【００３２】
また、本発明によれば、固体撮像素子作製工程における位置精度検出時間が大幅に短縮されるとともに、高価な重ね合わせ検査装置を必要としないので、生産コストを抑制する効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の固体撮像素子アレイ基板に係る、マイクロレンズと光電変換素子との位置精度検出の第１例を示す模式断面図である。
【図２】本発明の固体撮像素子アレイ基板に係る、マイクロレンズと光電変換素子との位置精度検出の第２例を示す模式断面図である。
【図３】本発明の固体撮像素子アレイ基板に係る、カラーフィルタと光電変換素子との位置精度検出を例示する模式断面図である。
【図４】本発明の位置精度検出方法に係る、凸レンズによる結像の基本的な理論を説明するための模式図である。
【図５】本発明の位置精度検出方法に係り、（ａ）光学顕微鏡を用いた撮像光学系による位置精度検出の概要図、（ｂ）位置精度検出の原理を説明するための模式断面図である。
【図６】本発明の固体撮像素子アレイ基板に係る、半導体基板に近づく方向の凸形状を形成する製造工程を例示する模式断面図である。
【図７】一般的な固体撮像素子の構造を示す（ａ）模式断面図（ｂ）チップ化前の固体撮像素子アレイ基板の模式平面図である。
【図８】（ａ）図７（ｂ）の符号６１部の部分拡大図、（ｂ）位置精度検出のための主尺及び副尺を例示する模式平面図である。
【図９】図８（ａ）のＡ−Ａ’部の部分模式断面図であり、カラーフィルタの位置精度検出のための副尺７２−Ｃが形成され、（ａ）半導体基板上に主尺が形成された場合、（ｂ）遮光膜上に主尺が形成された場合を示す。
【図１０】図８（ａ）のＢ−Ｂ’部の部分模式断面図であり、マイクロレンズの位置精度検出のための副尺７２−Ｍが形成され、（ａ）半導体基板上に主尺が形成された場合、（ｂ）遮光膜上に主尺が形成された場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態に係る固体撮像素子アレイ基板、及び位置精度検出方法、並びに固体撮像素子の製造方法について図面を用いて説明する。同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付ける。各図面において、見易さのため構成要素の厚さや比率は誇張されていることがあり、構成要素の数も減らして図示していることがある。また、本発明は以下の実施形態そのままに限定されるものではなく、主旨を逸脱しない限りにおいて、適宜の組み合わせ、変形によって具体化できる。
【００３５】
図１は、本発明の固体撮像素子アレイ基板に係る、マイクロレンズと光電変換素子との位置精度検出の第１例を示す模式断面図である。尚、本発明の固体撮像素子アレイ基板は、切りしろ領域（図９、図１０の符号Ｑの部分）に特徴を有するので、切りしろ領域のみの模式断面図を示している。
【００３６】
図１（ａ）の形態では、切りしろ領域は、半導体基板１と、無機層４と、第一の有機層６と、第二の有機層７とを含み、半導体基板１上の無機層４に、半導体基板１自身をパターニング、または半導体基板１上に成膜した金属性膜をパターニングした第１のアライメントマークとしての主尺１１ａが形成され、第二の有機層７上に第２のアライメントマークとしての副尺１２−Ｍが形成されている。ここで、第一の有機層６は図１０（ａ）の充填層５６と同層であり、第二の有機層７は同じく、有機層５７と同層である。また、副尺１２−Ｍは、図１０（ａ）の７２−Ｍと同様にマイクロレンズと同層の有機層により形成されたものである。
【００３７】
図１（ａ）の形態では、無機層４からなる凸レンズ形状の層内レンズ４Ｌが形成されており、主尺１１ａは層内レンズ４Ｌの焦点、または焦点よりも凸レンズ形状から遠い位置に形成されている。検査光（ここでは図示せず）は、主尺１１ａで反射し、１１ａの左端部での３本の光線で代表するように、反射光（楕円部Ｒｅｆ）は、層内レンズ４Ｌにより屈折して屈折光（楕円部Ｋ）となり、集光して主尺１１ａ’として結像する。尚、光線は正確にはレンズと、その両側の媒質との界面で屈折するが、見易さのためレンズ中央で屈折するように図示している。以下の図示でも同様とする。また、本願における凸レンズ形状は、無機層であっても有機層であってもよい。
【００３８】
図１（ｂ）の形態では、図１（ａ）の形態と異なり、凸レンズ形状の層内レンズは無機層４の層内ではなく、第一の有機層６に層内レンズ６Ｌとして形成されている。主尺１１ａによる反射光が、層内レンズ６Ｌにより屈折して屈折光となり、集光して主尺１１ａ’’として結像している。
【００３９】
図１（ｃ）の形態では、図１（ｂ）の形態と同様に、凸レンズ形状の層内レンズは第一の有機層６に形成されているが、図１（ｂ）の形態と同様の半導体基板１から離れる方向の凸レンズ形状である層内レンズ６Ｌ’だけではなく、半導体基板１に近づく方向の凸レンズ形状である層内レンズ６Ｌ’’も形成されている。従って、主尺１１ａによる反射光が、層内レンズ６Ｌ’’、６Ｌ’により屈折して屈折光となり、集光して主尺１１ａ’’’として結像している。
【００４０】
図２は、本発明の固体撮像素子アレイ基板に係る、マイクロレンズと光電変換素子との位置精度検出の第２例を示す模式断面図である。第２例の形態が図１の第１例と異なる点は、第１のアライメントマークとしての主尺１１ｂが、図１０（ｂ）と同様に、遮光膜８ａ（図１０（ｂ）では符号５８）上に形成され、層内レンズにより１１ｂ’、１１ｂ’’、 １１ｂ’’’として結像しているということのみで、その他の構成は図１と同じであるので、機能的な説明は省略する。
【００４１】
図３は、本発明の固体撮像素子アレイ基板に係る、カラーフィルタと光電変換素子との位置精度検出を例示する模式断面図である。図３は一見、図１と似ているが、図１では副尺１２−Ｍがマイクロレンズと同層の有機層により形成されたものであるのに対し、図３では、副尺１２−Ｃとして、図９（ａ）の７２−Ｃと同様にカラーフィルタと同層の有機層により形成されている。すなわち、１２−Ｃはカラーフィルタの位置精度検出のための副尺である。
【００４２】
従って、図１の第１例では、第一の有機層６は図１０（ａ）の充填層５６と同層であったが、図３では第一の有機層６ａは無機層４ａの層内レンズ４ａＬを平坦化する機能を有する、図９（ａ）には図示しない有機層である。第一の有機層６ａによって平坦化が十分になされれば、その他の機能を付加しない限り、図３（ａ）では第二の有機層７ａは必ずしも必要とはしない。
【００４３】
図３では、主尺１１ａは、図１と同様に、半導体基板１上の無機層４に、半導体基板１自身をパターニング、または半導体基板１上に成膜した金属性膜をパターニングして形成されている。従って、主尺１１ａが層内レンズ４ａＬ、６ａＬ、６ａＬ’、６ａＬ’’により１１ａ’、１１ａ’’、 １１ａ’’’として結像するということは図１と同様であり、位置精度検出の相手となる副尺が図１のマイクロレンズの位置精度検出のための１２−Ｍではなく、カラーフィルタの位置精度検出のための１２−Ｃである点だけが異なっている。
【００４４】
第１のアライメントマーク（主尺）が図２と同様に遮光性膜上に形成された１１ｂであり、第２のアライメントマーク（副尺）が図３と同様にカラーフィルタと同層の有機層により形成された１２−Ｍである形態もありうるが、図２、図３を合わせた説明となるので、省略する。
【００４５】
図４は、本発明の位置精度検出方法に係る、凸レンズによる結像を説明するための模式図であり、幾何光学の基本的な理論によるものである。ここで、符号Ｆ、Ｆ’は凸レンズＬの焦点、ｆは焦点距離、Ｓは被検物を示す。図４（ａ）のように、被検物Ｓを焦点距離ｆの２倍よりも遠い位置に置いて凸レンズＬを通すと、焦点距離ｆの２倍よりも近い位置に被検物Ｓよりも小さい結像体Ｓ’ができる。図４（ｂ）のように、被検物Ｓを焦点距離ｆの２倍の位置に置くと、焦点距離ｆの２倍の位置に被検物Ｓと同じ大きさの結像体Ｓ’’ができる。
【００４６】
図４（ｃ）のように、被検物Ｓを焦点距離ｆの２倍と焦点距離ｆの間に置いて凸レンズを通すと、焦点距離ｆの２倍よりも遠い位置に被検物Ｓよりも大きい結像体Ｓ’’’ができる。他方、図４（ｄ）のように、被検物Ｓを焦点距離ｆよりも近い位置に置くと凸レンズを通過後に結像体は形成しない。
【００４７】
図５（ａ）は、本発明の位置精度検出方法に係る、光学顕微鏡を用いた撮像光学系による位置精度検出の概要図である。本発明の位置精度検出方法で用いる撮像光学系８０では、光源８１より出射された照明光８２は、ハーフミラー８３と対物レンズ８４を通り、試料である固体撮像素子アレイ基板６０の位置精度検出部に照射される。ここで、検査光８６は、固体撮像素子アレイ基板６０への入射光と、固体撮像素子アレイ基板６０からの反射光を同時に示している。
【００４８】
固体撮像素子アレイ基板６０からの反射光は光源８１側へ戻り、ハーフミラー８３により生じた横方向成分は撮像光８７となって、撮像ユニット８８に入射し、位置精度が検出される。図５（ａ）で符号ｄは、撮像光学系８０の対物レンズ８４の焦点深度を示している。
【００４９】
図５（ｂ）は、本発明の位置精度検出方法に係る、位置精度検出の原理を説明するための模式断面図であり、入射光Ｉが図５（ａ）の固体撮像素子アレイ基板６０の位置精度検出部への入射した後の様態を示している。ここで、符号１１は主尺の全体、１２は副尺、Ｌｓは図１〜３の層内レンズを片側凸形状も両側凸形状も含めて代表的に表わし、Ｆｏは対物レンズの焦点、Ｆｓ（星印）は層内レンズＬｓの焦点を表わしている。ここで、主尺１１は、対物レンズ８４の焦点深度ｄの外にあるため、主尺１１と副尺１２の撮像による位置精度検出は出来ない。
【００５０】
図４の説明で述べたように、主尺１１が結像された主尺１１’となるためには、主尺１１は層内レンズＬｓの焦点Ｆｓよりも外側に位置する必要がある。このようにしたとき、代表的な３本の光線の軌跡で説明すると、入射光線Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は層内レンズＬｓで屈折して屈折光線Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３となり、主尺１１で反射して反射光線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３となり、層内レンズＬｓで再び屈折してＯ１、Ｏ２、Ｏ３となる。主尺１１は層内レンズＬｓの焦点Ｆｓよりも外側にあるので結像し、主尺１１’として光学像が形成され、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３は撮像光線となる。
【００５１】
尚、図１〜図３、及び図５（ｂ）では、主尺（第１のアライメントマーク）１１等が層内レンズにより結像して１１’等となる平面を、副尺（第２のアライメントマーク）１２等が形成された平面と一致しているように図示しているが、一致している必要はなく、結像した主尺１１’等と、副尺１２等とが、ともに撮像光学系の対物レンズの焦点深度ｄ内にあればよい。
【００５２】
図４で説明したように、結像した主尺１１’の大きさは、主尺１１が層内レンズＬｓの焦点Ｆｓよりも外側のどの位置にあるか、に依存する。固定撮像素子の全体的な積層膜厚
を抑えるためには、層内レンズの焦点距離Ｆｓは短い方が好ましい。そのためには、凸レンズ形状の屈折率はそれらに接する上層及び下層の有機層または無機層の屈折率よりも大きいことが好ましく、また、曲率半径は短いことが好ましい。また、通常、両側凸形状のレンズの焦点距離は、片側凸形状のレンズの焦点距離よりも短くなり好ましい。
【００５３】
形成する主尺１１の大きさは、結像した主尺１１’の大きさが、層内レンズの焦点距離Ｆｓ、及び主尺１１の位置に応じて、副尺１２等の大きさと比較して、位置精度検出を行う上で好適となる大きさとなるように形成すればよい。
【００５４】
屈折率の大きい透明性の無機膜としては、例えば窒化シリコンや酸化アルミニウムが挙げられ、屈折率の小さい透明性の無機膜としては酸化シリコンが代表的なものである。また、屈折率の大きい透明性の有機物としては例えばフェノール系樹脂が挙げられ、屈折率の小さい透明性の有機物としては例えばアクリル系樹脂が挙げられる。
【００５５】
本発明の固体撮像素子アレイ基板で、層内レンズの形状を作る方法としては、まず有機層に半導体基板から離れる方向（上に凸）に凸レンズ形状を作るためには、マイクロレンズを作る方法を応用することができる。マイクロレンズを形成する方法は、例えば特開昭６０−５３０７３号公報、特開平１−１０６６６号公報などに比較的詳細に示されている。レンズを丸く半球状に形成する技術として熱フローによる樹脂の熱流動性（熱フロー）を用いた技術、あるいは、いくつかのエッチング技術によりレンズを加工する技術も詳細に開示されている。
【００５６】
無機層に上に凸の凸レンズ形状を作るためには、無機層の上に前記のようにして上に凸の有機層パターンを作成し、ドライエッチングを行うことにより、無機層に上に凸の凸形状を転写することができる。ドライエッチングは、酸素を含むプラズマを用い、凸形状転写の忠実性を良くするためには、エッチング領域に自己バイアス電圧がかかり、直進性がよいイオンを主体とする方式が望ましい。
【００５７】
図６は、本発明の固体撮像素子アレイ基板に係る、半導体基板に近づく方向の凸形状（図面で下向き凸形状）を形成する製造工程を例示する模式断面図である。下向き凸形状を形成する方法として、いわゆるインプリント法を用いることができる。ここでは無機層４の上に有機層１６があるとして、まず有機層１６に下向き凸形状、引き続き無機層４に下向き凸形状を形成する工程を説明する。
【００５８】
主なインプリント法としては、光硬化樹脂を利用する光インプリント法と、加工材料に熱可塑性樹脂を利用する熱インプリント法とが挙げられる。光インプリント法はパターンが形成されたモールドに樹脂を接触させた状態で光を照射し、光硬化させてパターンを形成する。一方、熱インプリント法は、ガラス転移温度以上に加熱した樹脂にモールドを押し付け、冷却後に離型する。
【００５９】
光インプリントモールドの材料としては、光（紫外線）を透過させる必要があるため、主として石英等のガラスが用いられ、通常は該ガラス自身に、フォトマスクの作製と同様のリソグラフィとエッチングにより、微細な凹凸形状を形成する。
【００６０】
熱インプリントモールドの材料としては、半導体製造プロセスで微細加工技術の蓄積があるＳｉ、薬品耐性と硬度に優れたＳｉＣ、長寿命化を狙ったＮｉ電鋳等の単一材料に凹凸形状を形成して構成されることが一般的である。
【００６１】
ここでは、光インプリント法を用いることとし、有機層１６としては光硬化性樹脂、インプリントモールド２１としてはガラスモールドを用いる場合を例示する。まず、図６（ａ）のように、無機層４上に光硬化性樹脂からなる有機層１６を塗布形成した後、インプリントモールド２１を接近させ、接型する。次に、図６（ｂ）のように、紫外線等を照射して有機層１６を硬化処理する。これにより、下向き凸形状の有機層１６ａが形成される。その後、図６（ｃ）のように、インプリントモールド２１を離型する。
【００６２】
無機層４に下向き凸形状を形成するためには、上向き凸形状の無機層を形成する場合と同様に、下向き凸形状の有機層１６ａを形成した後、図６（ｄ）に示すように、ドライエッチングを行えばよい。この場合も、ドライエッチングは酸素を含むプラズマを用い、凸形状転写の忠実性を良くするためには、エッチング領域に自己バイアス電圧がかかり、直進性がよいイオンを主体とする方式が望ましい。
【００６３】
以上説明したように、本発明によれば、位置精度検出のためのアライメントマ−クとして、副尺と、層内レンズにより結像した主尺とを用いるので、固定撮像素子の全体的な積層膜厚が大きく、元々のアライメントマーク間の距離が大きい場合であっても、比較的安価な単一焦点の撮像光学系より、カラーフィルタやマイクロレンズと光電変換素子との位置精度を検出することができる。
【００６４】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、１）本発明の位置精度検出方法を用いる工程、２）本発明の固体撮像素子アレイ基板を切りしろ領域で断裁して個片化する工程、及び３）位置精度が目標値に満たない固体撮像素子を不良品と認定する工程を含むことを特徴とする。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
層内レンズによる結像を用いる本発明の位置精度検出方法は、固体撮像素子の製造に限定されず、各種積層体構造の、異なる層同士の位置精度の検出に応用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
５０・・・・・・固体撮像素子
６０・・・・・・固体撮像素子アレイ基板
６１・・・・・・固体撮像素子アレイ基板の一部
１、５１・・・・半導体基板
５２・・・・・・光電変換素子
３、５３・・・・画素部の受光面側表面
４、４ａ、５４・・・・無機層（絶縁層）
４Ｌ、４Ｌ’、６Ｌ、６Ｌ’、６Ｌ’’、４ａＬ、４ａＬ’、６ａＬ、６ａＬ’、６ａＬ’’・・・・・層内レンズ
５５・・・・カラーフィルタ（着色画素パターン）
５５（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）・・・カラーフィルタ（赤）、（緑）、（青）
６、６ａ・・・・・・・・・第一の有機層
７、７ａ・・・・・・・・・第二の有機層
５６・・・・・・・・・・・充填層
５７・・・・・・・・・・・有機層
８ａ、５８、５８ａ・・・・・・遮光膜
５９・・・・・・マイクロレンズ
１１、７１・・・・・・主尺
１１ａ、７１ａ・・・・半導体基板上に形成された主尺
１１’、１１ａ’、１１ａ’’ 、１１ａ’’’、１１ａ’−ｃ、１１ａ’’−ｃ 、
１１ａ’’’−ｃ・・・・層内レンズで結像した主尺
１１ｂ、７１ｂ・・・・遮光膜上に形成された主尺
１１ｂ’、１１ｂ’’ 、１１ｂ’’’・・・・層内レンズで結像した主尺
１２、７２・・・・・・副尺
１２−Ｃ、７２−Ｃ・・・・カラーフィルタと同層の副尺
１２−Ｍ、７２−Ｍ・・・・マイクロレンズと同層の副尺
１６・・・・・・有機層（光硬化性樹脂）
１６ａ・・・・下方向に凸形状の有機層
２１・・・・・・インプリントモールド
８０・・・・・・撮像光学系
８１・・・・・・光源
８２・・・・・・照明光
８３・・・・・・ハーフミラー
８４・・・・・・対物レンズ
８５・・・・・・台座
８６・・・・・・検査光
８７・・・・・・撮像光
８８・・・・・・撮像ユニット
Ｐ・・・・・・・受光有効領域
Ｑ・・・・・・・受光有効領域に隣接する切りしろ領域
Ｄ・・・・・・・ダイシング部
Ｃ・・・・・・・カラーフィルタと光電変換素子との位置精度検出部
Ｍ・・・・・・・マイクロレンズと光電変換素子との位置精度検出部
ｄ・・・・・・・焦点深度
Ｌ・・・・・・・凸レンズ
Ｌｓ・・・・・・層内レンズ
Ｆ、Ｆ’・・・・焦点
Ｆｏ・・・・・・対物レンズの焦点
Ｆｓ・・・・・・層内レンズの焦点
Ｓ・・・・・・・被検物
Ｓ’、Ｓ’’ 、Ｓ’’’・・・・結像体
Ｉ、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４・・・・入射光線
Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３・・・・・・・・屈折光線
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・・・・・・反射光線
Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３・・・・・・・・撮像光線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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