(57)【要約】【課題】固体撮像素子や表示装置などのマイクロレンズを用いたデバイスの構造やマイクロレンズの構成材料の変更を伴うことなく、マイクロレンズによる集光効率の向上を図り、これによりマイクロレンズを用いたデバイスで光検出感度を高めることができる固体撮像素子を得る。【解決手段】固体撮像素子１００に用いる複数のマイクロレンズ１２２を、隣接するマイクロレンズ間にギャップが生じないように形成され、かつ、各マイクロレンズを、その表面が凸凹形状となるよう、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分１２２ｂの表面に凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部１２２ａを複数規則的に配列してなる構造とした。【選択図】図１
2010223989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロレンズを配列してなるマイクロレンズ装置であって、
該各マイクロレンズは、その表面が凸凹形状となるよう、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分の表面に凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するマイクロレンズ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロレンズ装置において、
前記微小凸レンズ部は、前記レンズ本体部分の表面における位置に応じて、その占有領域の大きさおよびその高さの少なくとも一方を変化させたものであるマイクロレンズ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のマイクロレンズ装置において、
前記凸レンズ形状を有するレンズ本体部分の平面形状は、隣接するマイクロレンズ間のギャップが削減されるよう、正方形あるいは長方形の４隅を面取りしてなる形状としているマイクロレンズ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のマイクロレンズ装置において、
前記微小凸レンズ部は、その平面形状を四角形又は円形とし、その断面形状を半円状としたものであるマイクロレンズ装置。
【請求項５】
複数のマイクロレンズをレンズ下地部材上に形成するマイクロレンズの形成方法であって、
該レンズ下地部材上に感光性を有するレンズ材料層を形成する工程と、
該レンズ材料層に対する第１の露光処理を、その後の現像により、該マイクロレンズの輪郭として凸レンズ形状が得られるよう行う工程と、
該レンズ材料層に対する第２の露光処理を、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分と、該レンズ本体部分の表面に複数規則的に配列された凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部とからなる形状となるよう行う工程とを含み、
該レンズ材料層を現像して、該レンズ本体部分の表面に該微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するマイクロレンズを形成するマイクロレンズの形成方法。
【請求項６】
請求項５に記載のマイクロレンズの形成方法において、
前記第１の露光処理は、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が隣接するマイクロレンズの間にギャップが生じない形状となるよう、前記レンズ材料層を露光する処理であるマイクロレンズの形成方法。
【請求項７】
請求項６に記載のマイクロレンズの形成方法において、
前記レジスト材料層は、感光性を有する熱可塑性樹脂である、露光部分が現像により除去され、非露光部分が現像後に残るポジ型レジストであるマイクロレンズの形成方法。
【請求項８】
請求項７に記載のマイクロレンズの形成方法において、
前記第２の露光処理は、前記微小凸レンズ部に対応する遮光部と、隣接する遮光部間に位置するスリット開口とからなる露光マスクを用いて、前記第１の露光処理が施されたレンズ材料層をさらに露光するものであるマイクロレンズの形成方法。
【請求項９】
請求項８に記載のマイクロレンズの形成方法において、
前記第２の露光処理で用いる露光マスクのスリット開口の幅は、露光部分と非露光部分との露光光のコントラストが、該スリット開口のパターンが前記レンズ材料層上で解像がされない程度の、該レンズ材料層のパターニングに必要なコントラストより低いコントラストとなるよう設定されているマイクロレンズの形成方法。
【請求項１０】
請求項８に記載のマイクロレンズの形成方法において、
前記第２の露光処理で用いる露光マスクのスリット開口の幅は、露光部分と非露光部分との露光光のコントラストが、該スリット開口のパターンが前記レンズ材料層上で解像可能な程度のコントラストに設定され、
前記第２の露光処理で用いる露光光は、その焦点を、該露光光のコントラストが該レンズ材料層のパターニングに必要なコントラストより低いコントラストとなるよう、該レンズ材料層の表面からずらしたものであるマイクロレンズの形成方法。
【請求項１１】
複数のマイクロレンズをレンズ下地部材上に形成するマイクロレンズの形成方法であって、
該レンズ下地部材上に感光性を有するレンズ材料層を形成する工程と、
該レンズ材料層に対する第１の露光処理を、その後の現像により、該マイクロレンズの輪郭として凸レンズ形状が得られるよう行う工程と、
該第１の露光処理が施されたレンズ材料層を現像して、該マイクロレンズの輪郭としての形状を有する凸レンズ状部を形成する工程と、
該凸レンズ状部に対する第２の露光処理を、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分と、該レンズ本体部分の表面に複数規則的に配列された凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部とからなる形状となるよう行う工程とを含み、
該第２の露光処理が施された凸レンズ状部を現像して、該レンズ本体部分の表面に該微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するマイクロレンズを形成するマイクロレンズの形成方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のマイクロレンズの形成方法において、
前記第１の露光処理は、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が隣接するマイクロレンズの間にギャップが生じない形状となるよう、前記レンズ材料層を露光する処理であるマイクロレンズの形成方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のマイクロレンズの形成方法において、
前記レジスト材料層は、感光性を有する熱可塑性樹脂である、露光部分が現像により除去され、非露光部分が現像後に残るポジ型レジストであるマイクロレンズの形成方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のマイクロレンズの形成方法において、
前記第２の露光処理は、前記微小凸レンズ部に対応する遮光部と、隣接する遮光部間に位置するスリット開口とからなる露光マスクを用いて、前記第１の露光処理後に現像された凸レンズ状部をさらに露光するものであるマイクロレンズの形成方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載のマイクロレンズの形成方法において、
前記第２の露光処理で用いる露光マスクのスリット開口の幅は、露光部分と非露光部分との露光光のコントラストが、該スリット開口のパターンが前記レンズ材料層上で解像がされない程度の、該レンズ材料層のパターニングに必要なコントラストより低いコントラストとなるよう設定されているマイクロレンズの形成方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載のマイクロレンズの形成方法において、
前記第２の露光処理で用いる露光マスクのスリット開口の幅は、露光部分と非露光部分との露光光のコントラストが、該スリット開口のパターンが前記レンズ材料層上で解像可能な程度のコントラストに設定され、
前記第２の露光処理で用いる露光光は、その焦点を、該露光光のコントラストが該レンズ材料層のパターニングに必要なコントラストより低いコントラストとなるよう、該レンズ材料層の表面からずらしたものであるマイクロレンズの形成方法。
【請求項１７】
被写体からの光を光電変換して画像信号を生成する固体撮像素子であって、
複数の画素を配列してなる画素アレイと、
該画素アレイ上に各画素に対応するよう配置され、被写体からの光を各画素上に集光する複数のマイクロレンズとを備え、
該各マイクロレンズは、その表面が凸凹形状となるよう、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分の表面に凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有する固体撮像素子。
【請求項１８】
複数の画素と、被写体からの光を各画素上に集光する複数のマイクロレンズとを有し、被写体からの光を該画素で光電変換する固体撮像素子を製造する方法であって、
該マイクロレンズを、該画素を含むレンズ下地部材上に形成する工程を含み、
該マイクロレンズを形成する工程は、
該レンズ下地部材上に感光性を有するレンズ材料層を形成する工程と、
該レンズ材料層に対する第１の露光処理を、その後の現像により、該マイクロレンズの輪郭として凸レンズ形状が得られるよう行う工程と、
該レンズ材料層に対する第２の露光処理を、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分と、該レンズ本体部分の表面に複数規則的に配列された凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部とからなる形状となるよう行う工程とを含み、
該レンズ材料層を現像して、該レンズ本体部分の表面に該微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するマイクロレンズを形成するものである固体撮像素子の製造方法。
【請求項１９】
複数の画素と、被写体からの光を各画素上に集光する複数のマイクロレンズとを有し、被写体からの光を該画素で光電変換する固体撮像素子を製造する方法であって、
該マイクロレンズを、該画素を含むレンズ下地部材上に形成する工程を含み、
該マイクロレンズを形成する工程は、
該レンズ下地部材上に感光性を有するレンズ材料層を形成する工程と、
該レンズ材料層に対する第１の露光処理を、その後の現像により、該マイクロレンズの輪郭として凸レンズ形状が得られるよう行う工程と、
該第１の露光処理が施されたレンズ材料層を現像して、該マイクロレンズの輪郭としての形状を有する凸レンズ状部を形成する工程と、
該凸レンズ状部に対する第２の露光処理を、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分と、該レンズ本体部分の表面に複数規則的に配列された凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部とからなる形状となるよう行う工程とを含み、
該第２の露光処理が施された凸レンズ状部を現像して、該レンズ本体部分の表面に該微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するマイクロレンズを形成するものである固体撮像素子の製造方法。
【請求項２０】
複数の表示絵素をマトリクス状に配置してなる絵素アレイと、該絵素アレイの、該各表示絵素の占有する絵素領域上に形成された複数のマイクロレンズとを有する表示装置であって、
該各マイクロレンズは、その表面が凸凹形状となるよう、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分の表面に凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有する表示装置。
【請求項２１】
複数の表示絵素と、該各表示絵素上に形成された複数のマイクロレンズとを有する表示装置を製造する方法であって、
該マイクロレンズを形成する工程は、
該レンズ下地部材上に感光性を有するレンズ材料層を形成する工程と、
該レンズ材料層に対する第１の露光処理を、その後の現像により、該マイクロレンズの輪郭として凸レンズ形状が得られるよう行う工程と、
該レンズ材料層に対する第２の露光処理を、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分と、該レンズ本体部分の表面に複数規則的に配列された凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部とからなる形状となるよう行う工程とを含み、
該レンズ材料層を現像して、該レンズ本体部分の表面に該微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するマイクロレンズを形成するものである表示装置の製造方法。
【請求項２２】
複数の表示絵素と、該各表示絵素上に形成された複数のマイクロレンズとを有する表示装置を製造する方法であって、
該マイクロレンズを形成する工程は、
該レンズ下地部材上に感光性を有するレンズ材料層を形成する工程と、
該レンズ材料層に対する第１の露光処理を、その後の現像により、該マイクロレンズの輪郭として凸レンズ形状が得られるよう行う工程と、
該第１の露光処理が施されたレンズ材料層を現像して、該マイクロレンズの輪郭としての形状を有する凸レンズ状部を形成する工程と、
該凸レンズ状部に対する第２の露光処理を、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分と、該レンズ本体部分の表面に複数規則的に配列された凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部とからなる形状となるよう行う工程とを含み、
該第２の露光処理が施された凸レンズ状部を現像して、該レンズ本体部分の表面に該微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するマイクロレンズを形成するものである表示装置の製造方法。
【請求項２３】
被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、
該撮像部は、請求項１７に記載の固体撮像素子を含む電子情報機器。
【請求項２４】
画像表示を行う表示部を備えた電子情報機器であって、
該表示部は、請求項２０に記載の表示装置を含む電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズ装置、マイクロレンズの形成方法、固体撮像素子およびその製造方法、表示装置およびその製造方法、並びに電子情報機器に関し、特に、被写体光を集光させる複数のマイクロレンズを配列してなるマイクロレンズ装置、複数のマイクロレンズを用いて被写体を撮像する固体撮像素子およびその製造方法、複数のマイクロレンズを用いて被写体画像を表示画面上に表示する表示装置およびその製造方法、並びにこのような固体撮像素子や表示装置を搭載した、例えばカメラ付き携帯電話装置及びデジタルカメラなどの電子情報機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロレンズは、固体撮像素子や表示装置などで用いられており、例えば、被写体光を固体撮像素子の各受光部に集光するレンズとして、また、照明光を表示装置の表示画面上の各絵素部に集光するレンズとして用いられており、例えば、近年の携帯電話やデジタルカメラなどの電子情報機器には、このようなマイクロレンズを備えた固体撮像素子や表示装置が搭載されている。
【０００３】
ところで、例えば、マイクロレンズを用いた固体撮像素子では、各画素を構成する受光部（光電変換部）への集光量向上のために、マイクロレンズの無効領域（つまり、固体撮像素子を構成する基板上の、レンズが配置されない領域）を最小限に抑えることが望ましい。
【０００４】
そこで、行列状に配列された複数のマイクロレンズを、ギャップレスで、つまり隣接するマイクロレンズの間のギャップができるだけ小さくなるようにして形成する方法がすでに開発されており、このような技術の一つに、感光性を有する熱可塑性樹脂などのレンズ材料層の露光および現像処理によって、マイクロレンズをギャップレスとなる形状に形成する技術がある。
【０００５】
つまり、この技術は、感光性樹脂などのレンズ材料層の現像により得られるマイクロレンズ材料がギャップレス形状になるよう、該レンズ材料層を露光しておき、現像後は、マイクロレンズ材料のベークにより、その形状を変化させることなく、現像したマイクロレンズ材料を架橋させてマイクロレンズを形成するものである。なお、例えば、特許文献１および２には、このような露光処理に利用可能な透過露光量の分布を有する露光マスクが開示されている。
【０００６】
以下、マイクロレンズをギャップレスとなるよう形成した従来の固体撮像装置およびその製造方法について、図７および図８を用いて簡単に説明する。
【０００７】
図７は、従来の固体撮像素子を説明する図であり、図７（ｂ）は該固体撮像素子の撮像領域の一部を示す平面図、図７（ａ）は図７（ｂ）のＢ−Ｂ線断面の構造を示している。また、図７（ｃ）は、上記固体撮像素子の撮像領域での画素の配列を示している。
【０００８】
この固体撮像素子２００は、半導体基板１０の表面領域に形成された受光部（光電変換部）１１と、該半導体基板１０上に各受光部１１に対向するよう配置されたカラーフィルタ１２とを有している。ここで、受光部は、マトリクス状に配列されており、固体撮像素子２００の撮像領域における各画素Ｐｘを構成している。
【０００９】
また、上記固体撮像素子２００は、上記半導体基板１０上にカラーフィルタ１２を介して、上記各受光部に１１対応するよう配置された複数のマイクロレンズ１１１ａを有している。
【００１０】
なお、以下説明の都合上、上記受光部を含む半導体基板１０およびカラーフィルタ１２をレンズ下地部材１０１ともいう。
【００１１】
次に、従来の固体撮像素子の製造方法について説明する。
【００１２】
図８は、従来の固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、図８（ａ）〜図８（ｄ）は、特にマイクロレンズの形成工程を処理順に示している。
【００１３】
まず、半導体基板１０の表面上に、撮像領域を構成するよう、マトリクス状に配列された複数の受光部１１を形成するとともに、撮像領域周辺に位置するよう、受光部１１からの画素信号を処理する周辺回路（図示せず）を形成し、さらに各受光部１１に対応するようカラーフィルタを形成した後、全面を平坦化膜（図示せず）により平坦化する（図７（ａ）参照）。
【００１４】
その後、レンズ下地部材１０１としての、半導体基板１０およびカラーフィルタ１２上に、感光性を有する熱可塑性樹脂であるポジ型レジストを塗布してレンズ材料層１１０を形成する（図８（ａ））。
【００１５】
続いて、該レンズ材料層１１０を、該レンズ材料層１１０に入射する露光光量が、ギャップレスとなるマイクロレンズ形状が得られる分布となるよう設計した露光マスクを用いて露光する（図８（ｂ））。
【００１６】
この露光マスクには、特許文献１および２に開示の、光透過量の所定の分布を有するものを用いることができる。また、ここでは、上記レンズ材料層１１０はポジ型レジスト材であるため、該レンズ材料層１１０の露光された部分（露光部分）１１０ｂは、現像液に溶ける部分であり、このレンズ材料層１１０の露光されていない、レンズ形状を有する部分（非露光部分）１１０ａは、現像液に溶けない部分である。
【００１７】
次に、レンズ材料層１１０の現像を行って、該レンズ材料層１１０の露光部分１１０ｂを選択的に除去して、断面レンズ形状を有する非露光部分１１０ａのみをマイクロレンズ材料として、平坦化したレンズ下地部材１０１上に残す（図８（ｃ））。
【００１８】
その後、架橋のためのベーク処理（ブリーチ処理）を、現像により得られた非露光部分１１０ａに施してマイクロレンズ１１１ａを完成する（図８（ｄ））。
【００１９】
このようにマイクロレンズをギャップレスとなるよう形成した場合、隣接するマイクロレンズ間にギャップ領域がある場合に比べて、半導体基板上での集光領域が広がって集光率がアップし感度が向上する。
【００２０】
なお、特許文献３には、複合凹型または凸型レンズ形状を有する表面を含んでなる光拡散体の型が開示されているが、この特許文献３に開示のものは、マイクロレンズではなく光拡散体に関する構造であり、また表面の凸凹形状もランダムなものであることから、マイクロレンズの集光効率の向上に利用するには、再現性などの点で問題がある。
【００２１】
また、特許文献４には、画像照明光源の反射体として、上記引用文献３と同様な構造が開示されているが、上記引用文献３と同様な問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００６−３０５１０号公報
【特許文献２】特開２００６−９８９８５号公報
【特許文献３】特開２００３−２７０４１３号公報
【特許文献４】特開２００４−１３３３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
そこで、ギャップレスとなるようマイクロレンズを形成した固体撮像素子におけるさらなる感度向上を図るには、固体撮像素子の構造を変更するか、マイクロレンズの形成に用いるレジスト材料を変更するかのいずれかを行う必要がある。
【００２４】
つまり、上述したように、マイクロレンズをギャップレスで形成することで集光面積が広がり、固体撮像素子の感度向上を図ることができるが、ギャップレスでマイクロレンズを形成しても、固体撮像素子の感度（具体的には、感度を示す指標のピーク値）は、該マイクロレンズと受光部との距離、またはマイクロレンズの材料特性でほぼ決まるため、固体撮像素子でさらに高い感度を得るためには、固体撮像素子の構造を変更するか、あるいはマイクロレンズの材料特性を変更する必要があり、このような設計変更には多大な時間と労力が必要となる。
【００２５】
また、このようなマイクロレンズは、上述したように固体撮像素子だけでなく、表示装置にも用いることもできるが、このような表示装置においても、マイクロレンズを用いた固体撮像素子と同様、さらなる高感度化の要請がある。
【００２６】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、固体撮像素子や表示装置などのマイクロレンズを用いたデバイスの構造やマイクロレンズの構成材料の変更を伴うことなく、これらのデバイスにおけるマイクロレンズによる集光効率の向上を図ることができるマイクロレンズ装置、およびこのようなマイクロレンズの形成方法を得ることを目的とする。
【００２７】
また、本発明は、固体撮像素子あるいは表示素子などのマイクロレンズを用いたデバイスの構造あるいはマイクロレンズの構成材料の特性の変更を行うことなく、さらなる集光効率の向上により高感度化を図ることができる固体撮像素子および表示装置、このような固体撮像素子および表示装置を製造する方法、並びに、このような固体撮像素子および表示装置の少なくとも一方を用いた電子情報機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明に係るマイクロレンズ装置は、複数のマイクロレンズを配列してなるマイクロレンズ装置であって、該各マイクロレンズは、その表面が凸凹形状となるよう、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分の表面に凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２９】
本発明は、上記マイクロレンズ装置において、前記微小凸レンズ部は、前記レンズ本体部分の表面における位置に応じて、その占有領域の大きさおよびその高さの少なくとも一方を変化させたものであることが好ましい。
【００３０】
本発明は、上記マイクロレンズ装置において、前記凸レンズ形状を有するレンズ本体部分の平面形状は、隣接するマイクロレンズ間のギャップが削減されるよう、正方形あるいは長方形の４隅を面取りしてなる形状としていることが好ましい。
【００３１】
本発明は、上記マイクロレンズ装置において、前記微小凸レンズ部は、その平面形状を四角形又は円形とし、その断面形状を半円状としたものであることが好ましい。
【００３２】
本発明に係るマイクロレンズの形成方法は、複数のマイクロレンズをレンズ下地部材上に形成するマイクロレンズの形成方法であって、該レンズ下地部材上に感光性を有するレンズ材料層を形成する工程と、該レンズ材料層に対する第１の露光処理を、その後の現像により、該マイクロレンズの輪郭として凸レンズ形状が得られるよう行う工程と、該レンズ材料層に対する第２の露光処理を、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分と、該レンズ本体部分の表面に複数規則的に配列された凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部とからなる形状となるよう行う工程とを含み、該レンズ材料層を現像して、該レンズ本体部分の表面に該微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するマイクロレンズを形成するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３３】
本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記第１の露光処理は、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が隣接するマイクロレンズの間にギャップが生じない形状となるよう、前記レンズ材料層を露光する処理であることが好ましい。
【００３４】
本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記レジスト材料層は、感光性を有する熱可塑性樹脂である、露光部分が現像により除去され、非露光部分が現像後に残るポジ型レジストであることが好ましい。
【００３５】
本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記第２の露光処理は、前記微小凸レンズ部に対応する遮光部と、隣接する遮光部間に位置するスリット開口とからなる露光マスクを用いて、前記第１の露光処理が施されたレンズ材料層をさらに露光するものであることが好ましい。
【００３６】
本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記第２の露光処理で用いる露光マスクのスリット開口の幅は、露光部分と非露光部分との露光光のコントラストが、該スリット開口のパターンが前記レンズ材料層上で解像がされない程度の、該レンズ材料層のパターニングに必要なコントラストより低いコントラストとなるよう設定されていることが好ましい。
【００３７】
本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記第２の露光処理で用いる露光マスクのスリット開口の幅は、露光部分と非露光部分との露光光のコントラストが、該スリット開口のパターンが前記レンズ材料層上で解像可能な程度のコントラストに設定され、前記第２の露光処理で用いる露光光は、その焦点を、該露光光のコントラストが該レンズ材料層のパターニングに必要なコントラストより低いコントラストとなるよう、該レンズ材料層の表面からずらしたものであることが好ましい。
【００３８】
本発明に係るマイクロレンズの形成方法は、複数のマイクロレンズをレンズ下地部材上に形成するマイクロレンズの形成方法であって、該レンズ下地部材上に感光性を有するレンズ材料層を形成する工程と、該レンズ材料層に対する第１の露光処理を、その後の現像により、該マイクロレンズの輪郭として凸レンズ形状が得られるよう行う工程と、該第１の露光処理が施されたレンズ材料層を現像して、該マイクロレンズの輪郭としての形状を有する凸レンズ状部を形成する工程と、該凸レンズ状部に対する第２の露光処理を、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分と、該レンズ本体部分の表面に複数規則的に配列された凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部とからなる形状となるよう行う工程とを含み、該第２の露光処理が施された凸レンズ状部を現像して、該レンズ本体部分の表面に該微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するマイクロレンズを形成するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３９】
本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記第１の露光処理は、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が隣接するマイクロレンズの間にギャップが生じない形状となるよう、前記レンズ材料層を露光する処理であることが好ましい。
【００４０】
本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記レジスト材料層は、感光性を有する熱可塑性樹脂である、露光部分が現像により除去され、非露光部分が現像後に残るポジ型レジストであることが好ましい。
【００４１】
本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記第２の露光処理は、前記微小凸レンズ部に対応する遮光部と、隣接する遮光部間に位置するスリット開口とからなる露光マスクを用いて、前記第１の露光処理後に現像された凸レンズ状部をさらに露光するものであることが好ましい。
【００４２】
本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記第２の露光処理で用いる露光マスクのスリット開口の幅は、露光部分と非露光部分との露光光のコントラストが、該スリット開口のパターンが前記レンズ材料層上で解像がされない程度の、該レンズ材料層のパターニングに必要なコントラストより低いコントラストとなるよう設定されていることが好ましい。
【００４３】
本発明は、上記マイクロレンズの形成方法において、前記第２の露光処理で用いる露光マスクのスリット開口の幅は、露光部分と非露光部分との露光光のコントラストが、該スリット開口のパターンが前記レンズ材料層上で解像可能な程度のコントラストに設定され、前記第２の露光処理で用いる露光光は、その焦点を、該露光光のコントラストが該レンズ材料層のパターニングに必要なコントラストより低いコントラストとなるよう、該レンズ材料層の表面からずらしたものであることが好ましい。
【００４４】
本発明に係る固体撮像素子は、被写体からの光を光電変換して画像信号を生成する固体撮像素子であって、複数の画素を配列してなる画素アレイと、該画素アレイ上に各画素に対応するよう配置され、被写体からの光を各画素上に集光する複数のマイクロレンズとを備え、該各マイクロレンズは、その表面が凸凹形状となるよう、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分の表面に凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４５】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、複数の画素と、被写体からの光を各画素上に集光する複数のマイクロレンズとを有し、被写体からの光を該画素で光電変換する固体撮像素子を製造する方法であって、該マイクロレンズを、該画素を含むレンズ下地部材上に形成する工程を含み、該マイクロレンズを形成する工程は、該レンズ下地部材上に感光性を有するレンズ材料層を形成する工程と、該レンズ材料層に対する第１の露光処理を、その後の現像により、該マイクロレンズの輪郭として凸レンズ形状が得られるよう行う工程と、該レンズ材料層に対する第２の露光処理を、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分と、該レンズ本体部分の表面に複数規則的に配列された凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部とからなる形状となるよう行う工程とを含み、該レンズ材料層を現像して、該レンズ本体部分の表面に該微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するマイクロレンズを形成するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４６】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、複数の画素と、被写体からの光を各画素上に集光する複数のマイクロレンズとを有し、被写体からの光を該画素で光電変換する固体撮像素子を製造する方法であって、該マイクロレンズを、該画素を含むレンズ下地部材上に形成する工程を含み、該マイクロレンズを形成する工程は、該レンズ下地部材上に感光性を有するレンズ材料層を形成する工程と、該レンズ材料層に対する第１の露光処理を、その後の現像により、該マイクロレンズの輪郭として凸レンズ形状が得られるよう行う工程と、該第１の露光処理が施されたレンズ材料層を現像して、該マイクロレンズの輪郭としての形状を有する凸レンズ状部を形成する工程と、該凸レンズ状部に対する第２の露光処理を、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分と、該レンズ本体部分の表面に複数規則的に配列された凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部とからなる形状となるよう行う工程とを含み、該第２の露光処理が施された凸レンズ状部を現像して、該レンズ本体部分の表面に該微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するマイクロレンズを形成するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４７】
本発明に係る表示装置は、複数の表示絵素をマトリクス状に配置してなる絵素アレイと、該絵素アレイの、該各表示絵素の占有する絵素領域上に形成された複数のマイクロレンズとを有する表示装置であって、該各マイクロレンズは、その表面が凸凹形状となるよう、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分の表面に凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４８】
本発明に係る表示装置の製造方法は、複数の表示絵素と、該各表示絵素上に形成された複数のマイクロレンズとを有する表示装置を製造する方法であって、該マイクロレンズを形成する工程は、該レンズ下地部材上に感光性を有するレンズ材料層を形成する工程と、該レンズ材料層に対する第１の露光処理を、その後の現像により、該マイクロレンズの輪郭として凸レンズ形状が得られるよう行う工程と、該レンズ材料層に対する第２の露光処理を、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分と、該レンズ本体部分の表面に複数規則的に配列された凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部とからなる形状となるよう行う工程とを含み、該レンズ材料層を現像して、該レンズ本体部分の表面に該微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するマイクロレンズを形成するものであることが好ましい。
【００４９】
本発明に係る表示装置の製造方法は、複数の表示絵素と、該各表示絵素上に形成された複数のマイクロレンズとを有する表示装置を製造する方法であって、該マイクロレンズを形成する工程は、該レンズ下地部材上に感光性を有するレンズ材料層を形成する工程と、該レンズ材料層に対する第１の露光処理を、その後の現像により、該マイクロレンズの輪郭として凸レンズ形状が得られるよう行う工程と、該第１の露光処理が施されたレンズ材料層を現像して、該マイクロレンズの輪郭としての形状を有する凸レンズ状部を形成する工程と、該凸レンズ状部に対する第２の露光処理を、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分と、該レンズ本体部分の表面に複数規則的に配列された凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部とからなる形状となるよう行う工程とを含み、該第２の露光処理が施された凸レンズ状部を現像して、該レンズ本体部分の表面に該微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するマイクロレンズを形成するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５０】
本発明に係る電子情報機器は、被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、該撮像部は、上述した本発明に係る固体撮像素子を含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５１】
本発明に係る電子情報機器は、画像表示を行う表示部を備えた電子情報機器であって、
該表示部は、上述した本発明に係る表示装置を含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５２】
次に本発明の作用について説明する。
【００５３】
本発明においては、マイクロレンズを、隣接するマイクロレンズ間にギャップが生じないように形成したので、集光面積が拡大して集光量が向上し、このようなマイクロレンズを用いたデバイスにおける高感度化を図ることができる。
【００５４】
また、レンズ材料層の露光処理時に、該レンズ材料層におけるマイクロレンズとして現像される部分（非露光部分）以外の部分に露光光のコントラストを与えて、このように露光したレンズ材料層を現像したときにギャップレスのマイクロレンズ形状が得られるようにしたので、ギャップレスのマイクロレンズ形状を簡単な処理により得ることができる。
【００５５】
さらに、マイクロレンズの表面に凹凸を形成することで更に集光面積が拡大して集光率が向上し、このようなマイクロレンズを用いたデバイスのさらなる高感度化を図ることができる。
【００５６】
また、このマイクロレンズ表面の凹凸形状を形成するための微小凸レンズ部は規則正しく配列されるため、マイクロレンズ表面の凹凸形状は再現性よく形成可能であり、このため、マイクロレンズを用いたデバイスの高感度化も再現性よく行うことができる。
【発明の効果】
【００５７】
以上のように、本発明によれば、マイクロレンズ表面に凹凸形状を形成する微小凸レンズ状部をマイクロレンズ本体の表面部分に形成したので、マイクロレンズによるさらなる集光率の向上を図り、マイクロレンズを用いたデバイスでのさらなる高感度化を達成することができる。
【００５８】
また、マイクロレンズ表面の凹凸形状を形成する複数の微小凸レンズ状部は規則正しく配列して形成するため、マイクロレンズ表面の凹凸形状は再現性よく形成可能であり、このため、マイクロレンズを用いたデバイスの高感度化も再現性よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、本発明の実施形態１による固体撮像素子を説明する図であり、図１（ｂ）は該固体撮像素子の撮像領域の一部を示す平面図、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線断面の構造を示し、図１（ｃ）は、上記固体撮像素子の撮像領域での画素の配列を示している。
【図２】図２は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、マイクロレンズの形成工程（図２（ａ）〜図２（ｅ））を処理順に示している。
【図３】図３は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、マイクロレンズの形成工程で用いる露光マスクの全体構成（図３（ａ））およびその一部の詳細な構成（図３（ｂ））を示している。
【図４】図４は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、マイクロレンズの表面に凸凹形状を形成するのに要する露光光のコントラスト（図４（ｂ））を、マイクロレンズの構成材料をパターニングするのに必要な露光光のコントラスト（図４（ａ））と対比して示している。
【図５】図５は、本発明の実施形態２による固体撮像素子およびその製造方法を説明する図であり、マイクロレンズの形成工程（図５（ａ）〜図５（ｆ））を順に示している。
【図６】図６は、本発明の実施形態３として、実施形態１および２のいずれかの固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図７】図７は、従来の固体撮像素子を説明する図であり、図７（ｂ）は該固体撮像素子の撮像領域の一部を示す平面図、図７（ａ）は図７（ｂ）のＢ−Ｂ線断面の構造を示し、図７（ｃ）は、上記固体撮像素子の撮像領域での画素の配列を示している。
【図８】図８は、従来の固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、マイクロレンズの形成工程（図８（ａ）〜図８（ｄ））を処理順に示している。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１による固体撮像素子を説明する図であり、図１（ｂ）は該固体撮像素子の撮像領域の一部を示し、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線断面の構造を示し、図１（ｃ）は、上記固体撮像素子の撮像領域での画素の配列を示している。また、図２は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、マイクロレンズの形成工程（図２（ａ）〜図２（ｅ））を処理順に示している。さらに、図３は、この実施形態１のマイクロレンズの形成工程で用いる露光マスクの全体構成（図３（ａ））およびその一部の詳細な構成（図３（ｂ））を示している。
【００６１】
この実施形態１の固体撮像素子１００は、従来の固体撮像素子２００と同様、半導体基板１０の表面領域に形成された受光部（光電変換部）１１と、該半導体基板１０上に該受光部１１に対向するよう配置されたカラーフィルタ１２とを有している。ここで、受光部１１はマトリクス状に複数配列されており、固体撮像素子における撮像領域の各画素Ｐｘを構成している。なお、説明の都合上、本発明の実施形態においても、上記受光部１１を含む半導体基板１０およびカラーフィルタ１２をレンズ下地部材１０１ともいう。
【００６２】
また、上記固体撮像素子１００は、上記半導体基板１０上にカラーフィルタ１２を介して、上記各受光部に対応するよう配置された複数のマイクロレンズ１２２を有している。ここで、これらの複数のマイクロレンズ１２２により、固体撮像素子に用いられるマイクロレンズ装置が構成されている。
【００６３】
そして、本実施形態１では、上記各マイクロレンズ１２２は、その表面形状が凸凹形状となるよう、マイクロレンズ本体部分１２２ｂの表面上に微小凸レンズ部１２２ａを該本体部分と一体に形成してなるものであり、この微小凸レンズ部１２２ａは、マイクロレンズ１２２の本体部分１２２ｂの表面上に規則正しく配列されている。
【００６４】
ここで、マイクロレンズ本体部分１２２ｂの平面形状は、隣接するマイクロレンズ間のギャップが削減されるよう、正方形又は長方形画素の４隅を面取りしてなる形状となっており、そのサイズについては、例えば、その高さが０．３μｍ〜０．８μｍ、好ましくは０．５μｍとなっており、その大きさ（一辺の寸法）が１．１μｍ〜２．２μｍとなっている。また、このマイクロレンズ本体部分１２２ｂの断面形状は、半円形状、つまり、円の上半部の形状となっている。なお、このマイクロレンズ本体部分１２２ｂの平面形状は、前記円形形状であってもよく、またその断面形状は、楕円の上半部の形状としてもよい。
【００６５】
また、微小凸レンズ部１２２ａの平面形状は正方形や長方形等の四角形又は円形形状となっており、微小凸レンズ部のサイズについては、例えば、その高さが０．０２μｍ〜０．１２μｍ、その大きさが、０．１μｍ〜０．２μｍとなっている。ここで、微小凸レンズ部の大きさは、平面形状が四角である微小凸レンズ部１２２ａではその一辺の寸法であり、平面形状が円形である微小凸レンズ部１２２ａではその外周の直径である。また、この微小凸レンズ部の断面形状は、半円状、つまり、円の上半部の形状をしている。ただし、微小凸レンズ部の断面形状は、この半円状に限定されるものではなく、楕円の上半部の形状としてもよい。
【００６６】
ここで、上記各微小凸レンズ部１２２ａの高さおよび大きさ（微小凸レンズ部１２２ａの占有面積）は一定としているが、該微小凸レンズ部１２２ａは、マイクロレンズ本体部分１２２ｂ上での位置に応じてその高さおよび大きさのいずれか一方を変化させたものであってもよい。
【００６７】
例えば、上記複数の微小凸レンズ部１２１ａを有するマイクロレンズは、このようなマイクロレンズを用いる固体撮像素子の用途、例えば、監視カメラに搭載するもの、高速度撮影カメラに用いるもの、車載カメラに用いるものなどに応じて、微小凸レンズ部１２２１ａの高さ寸法や大きさ（底面積）を、マイクロレンズ本体部分１２２ｂの表面での位置に応じて変化させたものでもよい。
【００６８】
次に製造方法について説明する。
【００６９】
まず、半導体基板１０の表面上に、撮像領域を構成するよう複数の受光部１１を形成するとともに、撮像領域周辺に位置するよう、受光部からの画素信号を処理する周辺回路（図示せず）を形成し、さらに各受光部に対応するようカラーフィルタ１２を形成した後、全面を平坦化膜（図示せず）により平坦化する（図１（ａ）参照）。
【００７０】
その後、レンズ下地部材１０１としての、半導体基板１０およびカラーフィルタ１２上に、感光性を有する熱可塑性樹脂であるポジ型レジストを塗布してレンズ材料層１２０を形成する（図２（ａ））。
【００７１】
続いて、該レンズ材料層１２０を、該レンズ材料層１２０に入射する露光光量が、ギャップレスとなるマイクロレンズ形状が得られる分布となるよう設計した第１の露光マスクを用いて露光する（図２（ｂ））。
【００７２】
この第１の露光マスクは、例えば、ガラスなどの透明基板の表面に所定の開口パターンを有するクロムなどからなる遮光膜を形成してなる構造を有するものであり、図８で説明した従来の固体撮像素子の製造方法で用いた露光マスクと同一のものである。また、ここでは、このレンズ材料層１２０はポジ型レジスト材であるため、該レンズ材料層１２０の露光された部分（露光部分）１２０ｂは、現像液に溶ける部分であり、このレンズ材料層１２０の露光されていない、レンズ形状を有する部分（非露光部分）１２０ａは、現像液に溶けない部分である。
【００７３】
そして、本実施形態１では、その後、さらに、該レンズ形状を有する部分（非露光部分）１２０ａを、第２の露光マスクＭを用いて露光する（図２（ｃ））。
【００７４】
図３は、この第２の露光マスクＭを説明する図であり、図３（ａ）は、露光マスクＭの全体を示し、図３（ｂ）は、該第２の露光マスクＭの一部（紙面右上隅部）Ａを拡大して示す平面図である。
【００７５】
この第２の露光マスクＭは、ガラスなどの透明基板の表面に、格子状のスリット開口Ｍｓが形成されるようクロムなどからなる遮光膜Ｍｂを選択的に形成してなるものである。ここで、スリット開口Ｍｓの幅は、マイクロレンズ表面の凹凸形状が得られるよう、上記非露光部分１２０ａの表面部に微小凸レンズ状非露光部１２１ａを形成するのに必要な露光光のコントラストが得られる幅に設定されている。例えば、スリット開口Ｍｓの幅は、０．２〜０．４μｍとなっている。ここで、遮光膜Ｍｂは、上記微小凸レンズ部に対応する領域であり、遮光膜Ｍｂが形成された部分は四角形であるが、微小凸レンズ部１２２ａは平面円形形状となる。
【００７６】
なお、このように露光マスクＭの遮光部Ｍｂが平面四角形状であるにも拘わらず、平面円形の微小凸レンズ部１２２ａが形成される理由は、遮光膜Ｍｂのコーナ部の近傍には、縦方向のスリット開口Ｍｓと横方向のスリット開口Ｍｓとの交差部が位置しているため、遮光膜Ｍｂのコーナ部では、遮光部Ｍｂの側辺部に比べて露光光量が多くなり、非露光部分１２０ａの、遮光膜Ｍｂの内側に位置する部分も露光されることとなる。このため、微小凸レンズ部はその角が丸くなるよう形成される。
【００７７】
また、レンズ形成層の材料として、遮光膜Ｍｂのコーナ部近傍での露光光量の増大の影響を受けない程度の光感度の低いものを用いることで、微小凸レンズ部の平面形状を、露光マスクＭの遮光部Ｍｂの平面形状である四角形状にすることができる。
【００７８】
上記第２の露光マスクＭを用いた２回目の露光処理は、レンズ材料層１２０の、第１の露光処理で露光されなかったレンズ状非露光部分１２０ａを、その表面部分に微小凸レンズ状の非露光部分１２１ａが形成されるように選択的に露光して微小露光部１２１ｂを形成する処理であり、第１および第２の２回の露光処理により、レンズ材料層１２０は、これを現像したときに、表面が凸凹形状となったレンズ状非露光部分１２１が得られるものとなる。
【００７９】
第２の露光処理における露光光のコントラストは、つまり、マイクロレンズ表面に凹凸形状を形成するのに必要な露光光のコントラストは、図４（ｂ）に示すように、第１回目の露光処理における露光光のコントラスト（図４（ａ））、つまり、マイクロレンズのパターン形成に必要とされる露光光のコントラストに比べて３０〜５０％のコントラストとなっている。
【００８０】
図中、Ｌｂは遮光部分の露光量、Ｌｓ１は、マイクロレンズのパターン形成に必要とされるスリット開口部での露光量、Ｌｓ２は、マイクロレンズの表面に微小凸レンズ状非露光部を形成するのに必要となるスリット開口部での露光量であり、露光量Ｌｓ１は露光量Ｌｓ２の３０〜５０％となっている。
【００８１】
次に、レンズ材料層１２０の現像を行って、該レンズ材料層１２０の露光部分１２０ｂおよび１２１ｂを選択的に除去して、表面に微小レンズ状非露光部分１２１ａを有する非露光部分１２１を、上記平坦化したレンズ下地部材１０１上に残す（図２（ｄ））。
【００８２】
その後、架橋のためのベーク処理（ブリーチ処理）を、現像により得られた非露光部分１２１に施して、マイクロレンズ本体部分１２２ｂの表面に複数の微小凸レンズ部１２２ａが形成され、その表面が凸凹形状となったマイクロレンズ１２２を完成する（図２（ｅ））。
【００８３】
このように、本実施形態１では、マイクロレンズ１２２を、隣接するマイクロレンズ間にギャップが生じないように形成したので、基板上でのマイクロレンズによる集光面積が拡大し、このマイクロレンズによる集光量が向上し、このマイクロレンズを用いたデバイスの高感度化を図ることができる。
【００８４】
また、本実施形態１では、レンズ材料層１２０の露光処理時に、該レンズ材料層におけるマイクロレンズとして現像される部分（非露光部分）以外の部分１２０ｂに露光光のコントラストを与えて、このように露光したレンズ材料層を現像したときにギャップレスのマイクロレンズ形状が得られるようにしたので、ギャップレスのマイクロレンズ形状を簡単な処理により得ることができる。
【００８５】
さらに、本実施形態１では、マイクロレンズの表面を凹凸形状とすることで、更に基板上でのマイクロレンズによる集光面積が拡大して、マイクロレンズによる集光率が向上し、このようなマイクロレンズを用いたデバイスのさらなる高感度化を図ることができる。
【００８６】
またこのマイクロレンズ表面の凹凸形状を形成するための微小凸レンズ部は規則正しく配列して形成されるため、マイクロレンズ表面の凹凸形状は再現性よく形成可能であり、このため、マイクロレンズを用いたデバイスの高感度化も再現性よく行うことができる。
【００８７】
また、このマイクロレンズ表面の凸凹形状を形成する微小凸レンズ部１２２ａを、マイクロレンズ本体１２２ｂ上での形成場所により大きさあるいは高さを最適化したものとすることで、更なる集光率向上による感度向上が可能となる。
【００８８】
さらに、この凹凸形状を形成する微小凸レンズ部１２２ａは規則正しく形成するため、再現性よく形成可能であり、このため、向上した感度についても再現性を確保することができる。
（実施形態２）
図５は本発明の実施形態２による固体撮像装置およびその製造方法を説明する図であり、マイクロレンズの形成工程（図５（ａ）〜図５（ｆ））を順に示している。なお、この実施形態２の固体撮像装置１００ａは、上述した本発明の実施形態１による固体撮像装置１００と同一の構造を有している。
【００８９】
つまり、この実施形態２の固体撮像素子１００ａは、受光部を含む半導体基板および該基板上に形成されたカラーフィルタとしてのレンズ下地部材１０１と、その上に配置された複数のマイクロレンズ１２４とを有し、該各マイクロレンズ１２４は、その表面形状が凸凹形状となるよう、マイクロレンズ本体部分１２４ｂの表面上に微小凸レンズ部１２４ａを該本体部分と一体に形成してなるものであり、この微小凸レンズ部１２４ａは、マイクロレンズ１２４の本体部分１２４ｂの表面上に規則正しく配列されている。ここで、マイクロレンズ１２４は、実施形態１のマイクロレンズ１２２と同一構成となっている。
【００９０】
次に、製造方法について説明する。
【００９１】
まず、半導体基板１０の表面上に、撮像領域を構成するよう複数の受光部１１を形成するとともに、撮像領域周辺に位置するよう、受光部からの画素信号を処理する周辺回路（図示せず）を形成し、さらに各受光部に対応するようカラーフィルタ１２を形成した後、全面を平坦化膜（図示せず）により平坦化する（図１（ａ）参照）。
【００９２】
その後、半導体基板およびカラーフィルタをレンズ下地部材１０１として、該レンズ下地部材１０１上に、感光性を有する熱可塑性樹脂であるポジ型レジストを塗布してレンズ材料層１２０を形成する（図５（ａ））。
【００９３】
続いて、該レンズ材料層１２０に対して第１の露光処理を行う。つまり該レンズ材料層１２０を、該レンズ材料層１２０に入射する露光光量が、ギャップレスとなるマイクロレンズ形状が得られる分布となるよう設計した第１の露光マスクを用いて露光する（図５（ｂ））。
【００９４】
なお、この図５（ａ）および図５（ｂ）に示す工程は、上記実施形態１の固体撮像装置の製造方法と同様である。
【００９５】
そして、本実施形態２では、その後、レンズ材料層１２０の現像を行って、該レンズ材料層１２０の露光部分１２０ｂを選択的に除去して、非露光部分１２０ａのみをレンズ形成部材として上記レンズ下地部材１０１上に残す（図５（ｃ））。
【００９６】
その後、さらに、該レンズ形成部材１２０に対して第２の露光処理を施す。つまり、該レンズ形成部材１２０を、第２の露光マスクＭを用いて露光する（図５（ｄ））。この第２の露光マスクＭは、実施形態１で説明した図３に示すものと同一のものである。つまり、この露光マスクＭは、ガラスなどの透明基板の表面に格子状のスリット開口Ｍｓを有するクロムなどからなる遮光膜Ｍｂを形成してなるものである。
【００９７】
ここで、スリット開口Ｍｓの幅は、マイクロレンズ表面の凹凸形状が得られるよう微小凸レンズ状非露光部１２１ａを形成するのに必要な露光光のコントラストが得られる幅に設定されている。
【００９８】
上記第２の露光マスクＭを用いた露光は、この露光後にレンズ形成部材１２０ａを現像したときに、この現像により得られたマイクロレンズ材料１２３の表面に、凸凹形状を形成する微小凸レンズ部１２３ａが残るようにする処理である。
【００９９】
ここでは、このレンズ形成部材１２０ａの露光された部分（露光部分）１２３ｂは、現像液に溶ける部分であり、このレンズ形成部材１２０ａの露光されていない、微小凸レンズ部１２３ａを含む非露光部分１２３は、現像液に溶けない部分である。
【０１００】
次に、レンズ形成材料１２０ａの現像を行って、該レンズ形成材料１２０ａの露光部分１２３ｂを選択的に除去して、微小凸レンズ部１２３ａを含む非露光部分１２３をレンズ形成部材として、上記カラーフィルタの形成後に平坦化した半導体基板（レンズ下地部材）１０１上に残す（図５（ｅ））。
【０１０１】
その後、架橋のためのベーク処理（ブリーチ処理）を、現像により得られたマイクロレンズ材料１２３に施して、マイクロレンズ本体部分１２４ｂの表面に複数の微小凸レンズ部１２４ａが形成され、その表面が凸凹形状となったマイクロレンズ１２４を完成する（図５（ｆ））。
【０１０２】
このように、本実施形態２では、マイクロレンズ１２４を、隣接するマイクロレンズ間にギャップが生じないように形成したので、集光面積が拡大し集光量が向上し感度が向上する。
【０１０３】
また、本実施形態２では、マイクロレンズの構成材料の露光処理時に光透過量の分布を有する露光マスクを用いてマイクロレンズ内で露光光のコントラストを発生させ、このように露光したマイクロレンズ材料を現像したときにギャップレスのマイクロレンズ形状が得られるようにしたので、ギャップレスのマイクロレンズ形状を簡単な処理により得ることができる。
【０１０４】
さらに、本実施形態２では、マイクロレンズ材料であるレンズ材料層に対して、第１の露光処理および第１の現像処理を施した後に、さらに、マイクロレンズ状の非露光部分に対して、第２の露光処理と第２の現像処理を施して、その現像後には、マイクロレンズの表面に規則性のある凹凸形状が形成されるようにしたので、このマイクロレンズの表面形状により、ギャップレスで形成したマイクロレンズの集光面積をさらに拡大して、集光量のさらなる向上により感度をより向上させることができる。
【０１０５】
また、このマイクロレンズの表面の凸凹形状を形成する微小凸レンズ状部を、マイクロレンズ上での形成場所により大きさを最適化したものとすることで、更なる集光率向上による感度向上が可能となる。
【０１０６】
なお、上記実施形態１および２では、上記第２の露光マスクを用いた露光では、露光条件は、露光マスクのスリット幅を露光光が透過しにくい低コントラストとなるスリット幅に設定したものとしているが、この露光条件は、露光マスクのスリット幅を、露光光がある程度透過する、スリット開口パターンが解像可能な幅に設定し、露光処理時のフォーカスを該レンズ材料層の表面からずらして、該レンズ材料層のパターニングに必要なコントラストより低い低コントラストで該レンズ材料層の露光を行うものであってもよい。
【０１０７】
さらに、上記実施形態１および２では、特に説明しなかったが、上記実施形態１および２の固体撮像装置の少なくともいずれかを撮像部に用いた、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの、画像入力デバイスを有した電子情報機器について以下簡単に説明する。
（実施形態３）
図６は、本発明の実施形態３として、実施形態１および２のいずれかの固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【０１０８】
図６に示す本発明の実施形態３による電子情報機器９０は、本発明の上記実施形態１および２の固体撮像装置の少なくともいずれかを、被写体の撮影を行う撮像部９１として備えたものであり、このような撮像部による撮影により得られた高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部９２と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示部９３と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信部９４と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有している。
【０１０９】
さらに、上記実施形態１および２では、マイクロレンズを用いた固体撮像素子およびその製造方法について説明したが、マイクロレンズは、表示装置などにも用いられるものであり、以下簡単に、マイクロレンズを備えた表示装置について説明する。
【０１１０】
液晶表示装置などの表示デバイスは、複数の表示絵素をマトリクス状に配置してなる絵素アレイと、該絵素アレイの、該各表示絵素の占有する絵素領域上に形成された複数のマイクロレンズとを有している。なお、表示デバイスにおける表示絵素は、固体撮像素子における画素に相当するものである。
【０１１１】
このような表示装置における複数のマイクロレンズは、上記実施形態１および２の固体撮像素子における複数のマイクロレンズと同様、その表面が凸凹形状となるようその表面部分に複数の微小凸レンズ状部を設けたマイクロレンズを用いることができる。
【０１１２】
また、このようなマイクロレンズを有する表示装置は、以下のように製造することができる。
【０１１３】
つまり、このような表示装置の製造方法は、複数の表示絵素と、該各表示絵素上に形成された複数のマイクロレンズとを有する表示装置を製造するものである。この方法は、該各表示絵素上にマイクロレンズを形成する工程を含み、該マイクロレンズの形成工程は、レンズ下地部材上に感光性を有するレンズ材料層を形成する工程と、該レンズ材料層に対する第１の露光処理を、その後の現像により、該マイクロレンズの輪郭として凸レンズ形状が得られるよう行う工程と、該レンズ材料層に対する第２の露光処理を、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分と、該レンズ本体部分の表面に複数規則的に配列された凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部とからなる形状となるよう行う工程とを含み、該レンズ材料層を現像して、該レンズ本体部分の表面に該微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するマイクロレンズを形成するものである。
【０１１４】
また、上記表示装置の製造方法におけるマイクロレンズの形成工程は、上記のものに限定されるものではない。
【０１１５】
例えば、表示装置の製造方法におけるマイクロレンズの形成工程は、該レンズ下地部材上に感光性を有するレンズ材料層を形成する工程と、該レンズ材料層に対する第１の露光処理を、その後の現像により、該マイクロレンズの輪郭として凸レンズ形状が得られるよう行う工程と、該第１の露光処理が施されたレンズ材料層を現像して、該マイクロレンズの輪郭としての形状を有する凸レンズ状部を形成する工程と、該凸レンズ状部に対する第２の露光処理を、その後の現像により得られるマイクロレンズ形状が、凸レンズ形状を有するレンズ本体部分と、該レンズ本体部分の表面に複数規則的に配列された凸レンズ形状を有する微小凸レンズ部とからなる形状となるよう行う工程とを含み、該第２の露光処理が施された凸レンズ状部を現像して、該レンズ本体部分の表面に該微小凸レンズ部を複数規則的に配列してなる構造を有するマイクロレンズを形成するものであってもよい。
【０１１６】
このような表示装置およびその製造方法においては、上記実施形態で説明した固体撮像素子およびその製造方法と同様に、表示装置の構造あるいはマイクロレンズの構成材料の特性の変更を行うことなく、さらなる集光効率の向上により高感度化を図ることができる。
【０１１７】
また、上記電子情報機器は、上記表示手段として、上述したように、実施形態１および２で説明したマイクロレンズを備えた表示装置を有するものであってもよい。
【０１１８】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明は、マイクロレンズ装置、マイクロレンズの形成方法、固体撮像素子およびその製造方法、表示装置およびその製造方法、並びに電子情報機器の分野において、固体撮像素子あるいは表示素子の構造あるいはマイクロレンズの構成材料の特性の変更を行うことなく、マイクロレンズを用いたデバイスにてさらなる集光効率の向上により高感度化を図ることができるものである。
【符号の説明】
【０１２０】
１０  半導体基板
１１  受光部（光電変換部）
１２  カラーフィルタ
９０  電子情報機器
９１  撮像部
９２  メモリ部
９３  表示手段
９４  通信手段
９５  画像出力手段
１００，１００ａ  固体撮像素子
１０１  レンズ下地部材
１２０ａ  非露光部分
１２１ａ，１２２ａ，１２４ａ  微小凸レンズ部
１２２，１２４  マイクロレンズ
１２０ｂ，１２１ｂ，１２３ｂ  露光部分
１２４  レンズ形成部材
Ｍ  第２の露光マスク
Ｍｂ  遮光膜
Ｍｓ  スリット開口
Ｐｘ  画素
【図１】
2010223989.tif 000003
【図２】
2010223989.tif 000004
【図３】
2010223989.tif 000005
【図４】
2010223989.tif 000006
【図５】
2010223989.tif 000007
【図６】
2010223989.tif 000008
【図７】
2010223989.tif 000009
【図８】
2010223989.tif 000010