(57)【要約】  固体撮像素子をより低コストに形成することを可能とした固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供する。本実施形態に係る、基板（２）と、基板（２）の一方の面側に形成された複数のマイクロレンズ（６）と、複数のマイクロレンズ（６）のうちの、隣り合うマイクロレンズ（６）同士の境界部に形成され、基板（２）の一方の面側に凹んだ凹レンズ（７）とを備える固体撮像素子（１ａ）の製造方法は、マイクロレンズ（６）及び凹レンズ（７）を、グレートーンマスク（５０）を用いるフォトリソグラフィ法により一括形成するレンズ形成工程を備えている。
2017082429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の一方の面側に形成された複数のマイクロレンズと、前記複数のマイクロレンズのうちの、隣り合うマイクロレンズ同士の境界部に形成され、前記基板の一方の面側に凹んだ凹レンズと、を備えたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記凹レンズは、二次元正方格子状に配列しており、
前記凹レンズの配列方向に平行且つ前記基板の厚み方向に平行な横断面、及び前記凹レンズの配列方向に対して前記基板上で４５度傾いた方向に平行且つ前記基板の厚み方向に平行な４５度断面において、前記凹レンズの曲率半径は、１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
基板上に、二次元正方格子状に配列して形成された複数の光電変換素子と、
該複数の光電変換素子上にそれぞれ形成される複数のカラーフィルタと、
該複数のカラーフィルタ上にそれぞれ形成される複数のマイクロレンズと、
を備え、
該複数のマイクロレンズの配列方向に平行且つ前記基板の厚み方向に平行な横断面、及び前記複数のマイクロレンズの配列方向に対して前記基板上で４５度傾いた方向に平行且つ前記基板の厚み方向に平行な４５度断面において、前記複数のマイクロレンズ間の谷間の曲率半径は、１００ｎｍ以下であることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
前記複数のマイクロレンズは、前記基板の厚み方向に平行な断面における表面形状が円弧形状、放物線形状、正弦波形状のいずれか１つの形状であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
基板と、前記基板の一方の面側に形成された複数のマイクロレンズと、前記複数のマイクロレンズのうちの、隣り合うマイクロレンズ同士の境界部に形成され、前記基板の一方の面側に凹んだ凹レンズとを備える固体撮像素子の製造方法であって、
前記マイクロレンズ及び前記凹レンズを、グレートーンマスクを用いるフォトリソグラフィ法により一括形成するレンズ形成工程を備えることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
前記レンズ形成工程の前に、前記基板の一方の面側に光電変換素子を形成する工程を備えることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
前記レンズ形成工程は、
前記基板の一方の面側に感光性マイクロレンズ材を設ける工程と、
前記感光性マイクロレンズ材を前記グレートーンマスクを用いるフォトリソグラフィ法によりパターニングして前記マイクロレンズ及び前記凹レンズを一括形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
前記レンズ形成工程は、
前記基板の一方の面上に透明樹脂層を形成する工程と、
前記透明樹脂層上に感光性犠牲層を形成する工程と、
前記感光性犠牲層を前記グレートーンマスクを用いるフォトリソグラフィ法によりパターニングして前記マイクロレンズの母型を形成する工程と、
前記マイクロレンズの母型上から該マイクロレンズの母型と前記透明樹脂層とをエッチングして、前記透明樹脂層に前記マイクロレンズと前記凹レンズとを一括転写する工程と、を含むことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
前記光電変換素子を形成する工程の後であって、前記レンズ形成工程の前に、前記複数の光電変換素子上に、複数のカラーフィルタをそれぞれ形成するフィルタ形成工程をさらに備え、
前記光電変換素子を形成する工程では、前記基板上に前記複数の光電変換素子を二次元正方格子状に配列し、
前記レンズ形成工程では、前記複数のカラーフィルタ上に透明樹脂層を形成し、グレートーンマスクを用いたフォトリソグラフィ法により、前記透明樹脂層の表面側となる上層側に前記複数のマイクロレンズの母型を形成し、ドライエッチング転写法にて前記複数のマイクロレンズの母型を前記透明樹脂層の下層側に転写することで、前記複数のカラーフィルタ上に前記複数のマイクロレンズを形成することを特徴とする請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
前記レンズ形成工程では、前記フォトリソグラフィ法により前記複数のマイクロレンズの母型を形成することで、該複数のマイクロレンズの母型の形状を制御することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
前記レンズ形成工程では、前記複数のマイクロレンズの母型を下層側に転写する際に、該複数のマイクロレンズの配列方向に平行且つ前記基板の厚み方向に平行な横断面、及び前記複数のマイクロレンズの配列方向に対して前記基板上で４５度傾いた方向に平行且つ前記基板の厚み方向に平行な４５度断面において、前記複数のマイクロレンズ間の谷間の曲率半径が１００ｎｍ以下となるように制御することを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
前記レンズ形成工程では、前記フォトリソグラフィ法により前記複数のマイクロレンズの上層側を形成し、ドライエッチング転写法にて前記複数のマイクロレンズの下層側を形成することを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
前記フォトリソグラフィ法に紫外光であるｉ線又はＫｒＦレーザを使用することを特徴とする請求項５から請求項１２の何れか一項に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子及びその製造方法に関する従来技術としては、例えば、特許文献１〜３に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２６０９６９号公報
【特許文献２】特開２０００−２６０９７０号公報
【特許文献３】特開２００６−１６５１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術に係る固体撮像素子の製造方法では、固体撮像素子に備わる複数のマイクロレンズを形成する際、マイクロレンズを構成する材料を複数回に亘ってパターニングする必要があった。このため、パターン形成用マスクなどの工程治具を複数枚用意する必要があり、製造コストが高くなるという課題がある。【０００５】
そこで本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、固体撮像素子をより低コストに形成することを可能とした固体撮像素子及びその製造方法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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、基板と、前記基板の一方の面側に形成された複数のマイクロレンズと、前記複数のマイクロレンズのうちの、隣り合うマイクロレンズ同士の境界部に形成され、前記基板の一方の面側に凹んだ凹レンズと、を備えることを特徴とする。
また、本発明の一態様に係る固体撮像素子の製造方法は、基板と、前記基板の一方の面側に形成された複数のマイクロレンズと、前記複数のマイクロレンズのうちの、隣り合うマイクロレンズ同士の境界部に形成され、前記基板の一方の面側に凹んだ凹レンズとを備える固体撮像素子の製造方法であって、前記マイクロレンズ及び前記凹レンズを、グレートーンマスクを用いるフォトリソグラフィ法により一括形成するレンズ形成工程を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、固体撮像素子をより低コストに形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一実施形態に係る固体撮像素子の構成例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１−１に係る固体撮像素子の製造方法を示す説明図である。
【図３】本発明の実施例１−１に係る固体撮像素子の製造方法を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例１−１に係るマイクロレンズの、Ｘ方向断面及びＸＹ方向対角断面のＡＦＭプロファイルを示す図である。
【図５】本発明の実施例１−２に係る固体撮像素子の製造方法を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例２−１に係る固体撮像素子の製造方法を示す説明図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係る固体撮像素子の構成例を示す断面図である。
【図８】本発明の第二実施形態に係る固体撮像素子におけるカラーフィルタ及び光電変換素子の配置を示す平面図である。
【図９】本発明の第二実施形態に係る固体撮像素子の構成例を示す断面図である。
【図１０】図９の部分拡大断面図である。
【図１１】谷間の曲率半径が大きい場合における、マイクロレンズ間の入射光の光路を示す説明図である。
【図１２】谷間の曲率半径が小さい場合における、マイクロレンズ間の入射光の光路を示す説明図である。
【図１３】本発明の第二実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について、図面を用いて説明する。ただし、以下に説明する各図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適宜省略する。また、本発明の各実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、各部の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１０】
［第一実施形態］
＜構成＞
以下、本発明の第一実施形態に係る固体撮像素子の主たる構成部について説明する。なお、固体撮像素子の詳細な構成については、後述する本発明の第二実施形態で説明する。
図１は本発明の第一実施形態に係る固体撮像素子の構成例を示す断面図である。詳しくは、図１（ａ）は第一実施形態に係る固体撮像素子全体の構成例を示す断面図であり、図１（ｂ）は第一実施形態に係るマイクロレンズの構成例を拡大して示す断面図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子１（１ａ）は、半導体基板（基板）２と、半導体基板２の一方の面（図１（ａ）では、上面）側に形成されたレンズモジュール８とを備える。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、レンズモジュール８は、平面視で縦方向及び横方向にそれぞれ一定の間隔で配置された複数のマイクロレンズ６と、複数の凹レンズ７とを有する。複数のマイクロレンズ６の各々は、レンズモジュール８の表面（図１（ａ）及び（ｂ）では、上面）から突き出た凸形状となっている（すなわち、凸レンズである）。また、複数の凹レンズ７の各々は、レンズモジュール８の表面から半導体基板２の一方の面側に凹んだ凹形状となっている。複数の凹レンズ７の各々は、複数のマイクロレンズ６のうちの、隣り合うマイクロレンズ６同士の境界部にそれぞれ位置する。
【００１１】
図示しないが、半導体基板２の一方の面側には、多数の光電変換素子が形成されている。光電変換素子として、フォトダイオードが例示される。また、光電変換された電荷の転送方式として、ＣＭＯＳ又はＣＣＤが例示される。また、半導体基板２の一方の面上には、色分解用カラーフィルタ（以下、単に「カラーフィルタ」とも称する）５と集光用のマイクロレンズ６とが形成されている。多数の光電変換素子は、カラーフィルタ５と集光用のマイクロレンズ６とによって覆われている。例えば、１個の光電変換素子の上方にカラーフィルタ５のうちの一着色層（緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、赤色（Ｒ）の３色のうちの一色に着色された層）が配置され、その上方に１個のマイクロレンズ６が配置されており、この組み合わせで１つの画素を構成している。
【００１２】
なお、図１（ａ）ではカラーフィルタ５を示し、その下部の光電変換素子を省略してあるが、本明細書では、半導体基板２、複数個の光電変換素子、カラーフィルタ５、レンズモジュール８を含めて、固体撮像素子１ａと称する。
図１（ａ）に示すように、半導体基板２には、その一方の面から他方の面（図１（ａ）では、下面）に至る貫通孔が設けられている。そして、この貫通孔に導電物質が充填もしくは内壁を被覆することによって、貫通孔電極９が形成されている。また、半導体基板２の他方の面には、ＢＧＡ方式による接続バンプ１０が形成されている。
接続バンプ１０は、外部接続パッドとも称される。１個の貫通孔電極９は、１個の接続バンプ１０と電気的に接続している。
【００１３】
固体撮像素子１ａにて得られる画像情報の電気信号は、半導体基板２の一方の面側に形成された電極（図示せず）と貫通孔電極９とを経由して、半導体基板２の裏面に導かれ、接続バンプ１０を介して、外部回路等に出力される。
本実施形態に係る固体撮像素子１ａでは、その他、レンズモジュール８の側壁にフレア防止用で遮光性のある無電解めっき層が施されていても良い。その材質は、例えば、ニッケル、クロム、コバルト、鉄、銅、金等から選択される金属の単一めっき層のほか、ニッケル−鉄、コバルト−鉄、銅−鉄等の組合せから選択される合金の無電解めっき層が挙げられる。そのほかに、銅等の金属を無電解めっきし、しかる後、その表面を化学処理や酸化処理して金属化合物とし、表面の光反射率の低い金属遮光層とすることも可能である。
【００１４】
＜製造方法＞
本実施形態に係る固体撮像素子１ａの製造方法では、複数のマイクロレンズ６と、複数の凹レンズ７とを、後述するグレートーンマスク５０を用いるフォトリソグラフィ法により一括形成する。本明細書では、この点について、実施例として詳しく説明する。
【００１５】
＜実施例１−１＞
図２（ａ）〜図３（ｄ）は、本発明の実施例１−１に係る固体撮像素子１ａの製造方法を工程順に示す断面図である。図２（ａ）では、厚さ０．７５ｍｍ、直径２０ｃｍのシリコンウェハ２′を用意する。シリコンウェハ２′は、分離前のシリコン基板である。このシリコンウェハ２′の一方の面（図２及び図３では、上面）に、光電変換素子や遮光膜、パッシベーション膜を形成し、最上層に、熱硬化タイプのアクリル樹脂塗布液を用いてスピンコートにて平坦化層を形成した。次いで、平坦化層の上に、カラーフィルタ５を、Ｇ、Ｂ、Ｒの３色にて３回のフォトリソグラフィの手法で、それぞれ形成した。なお、図２（ａ）では、光電変換素子と平坦化層の図示は省略した。
【００１６】
グリーンレジストは、色材として、例えばＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６を用い、さらにシクロヘキサノン、ＰＧＭＥＡなどの有機溶剤、ポリマーワニス、モノマー、開始剤を添加した構成のカラーレジストを用いた。
ブルーレジストは、色材として、例えばＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３を用い、さらにシクロヘキサノン、ＰＧＭＥＡなどの有機溶剤、ポリマーワニス、モノマー、開始剤を添加した構成のカラーレジストを用いた。
レッドレジストの色材は、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１１７、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド４８：１、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９とした。色材以外の組成は、グリーンレジストと同様とした。
着色画素の配列は、一画素おきにＧ（緑）フィルタが設けられ、Ｇフィルタの間に一行おきにＲ（赤）フィルタとＢ（青）フィルタが設けられた、いわゆるベイヤー配列とした。
【００１７】
次に、図２（ｂ）に示すように、カラーフィルタ５を覆うようにシリコンウェハ２′の一方の面上に、感光性マイクロレンズ材１１を形成した。ここでは、カラーフィルタ５上に、１μｍの膜厚のアルカリ可溶性・感光性・熱リフロー性を有するスチレン樹脂を塗布して、感光性マイクロレンズ材１１を形成した。実施例１−１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示したレンズモジュール８を、感光性マイクロレンズ材１１で構成した例である。感光性マイクロレンズ材１１は感光性透明樹脂であり、ポジ型の感光性樹脂を用いた。
【００１８】
次に、図２（ｃ）に示すように、感光性マイクロレンズ材１１に露光処理を施す。ここでは、マイクロレンズ６の凸形状と凹レンズ７の凹形状とを露光法で制御するため、グレートーンマスク５０という特殊な露光用マスクを使用した。具体的には、感光性マイクロレンズ材１１を、グレートーンマスク５０を使用する紫外線（ｉ線）によるフォトリソグラフィのプロセスによりパターン化した後、２５０℃で熱処理して、マイクロレンズ６を形成した。マイクロレンズ６は厚さ約０．６μｍのなだらかな半放物形状であった。また、隣り合うマイクロレンズ６間の凹レンズ７について、その凹形状の曲率直径ｄ（図１（ｂ）参照）は０．３μｍであった。
【００１９】
グレートーンマスク５０は、作成したいレンズ要素の薄膜の部分に対応する部分については光透過率を高くした遮光膜を、石英基板上に形成したものである。遮光膜に濃淡のグラデーション（階調）が付いたマスクということができる。この階調の濃淡は、露光に用いる光では解像しない小さな径のドットの単位面積当たりの個数の部分的な差（粗密）によって達成される。
このようにして、図２（ｄ）に示すように、シリコンウェハ２′上に多面付けされた固体撮像素子１ａを得た。
【００２０】
次に、上記のシリコンウェハ２′の裏面にフォトレジストを塗布し、定法のフォトリソグラフィ法により貫通孔電極９が形成されるべき部位に開口部を形成した。次いで、フォトレジスト膜をマスクとして反応性イオンエッチングを行い、シリコンウェハ２′を所定の深さまでエッチングして貫通孔を形成した。
次に、シリコンウェハ２′と後に形成する配線層とを絶縁するために、ＣＶＤ法により貫通孔の内壁、底部及び裏面全体にＳｉＯ２絶縁膜を形成した。ここで、絶縁膜は、その膜厚が貫通孔の底部（シリコンウェハ２′の表面側であり、アルミニウムなど導電性の高い金属からなるパッドが形成される部分）の方が、シリコンウェハ２′の裏面側より薄くなるように形成した。こうした上で、反応性イオンエッチングを再度行い、貫通孔の底部の絶縁膜を除去した。引き続き、スパッタ法により、導電膜を形成し、貫通孔の埋設及びシリコンウェハ２′裏面の配線層を形成した。すなわち、図３（ａ）に示すように、貫通孔電極９を形成した。
【００２１】
次に、定法のフォトリソグラフィ法により、配線層の一部で外部と接続させる部分を露出させた。当該露出部位に、スクリーン印刷によってはんだペーストを塗布し、はんだボールを搭載した。リフロー処理を施し、残留フラックスを除去すると、図３（ｂ）に示すように、接続バンプ１０を有する固体撮像素子基板が得られた。
次に、４５０メッシユのレジンブレードを用いたダイシング装置により、図３（ｃ）に示すように、マトリックス状に多面付けされた固体撮像素子１ａの中間部を断裁線として、表面より断裁溝を入れた。しかる後、個々の固体撮像素子１ａに分離し、図３（ｄ）の状態とした完成品を得た。
また、必要に応じてブリーチングなどの工程を実施して、マイクロレンズ６の形状と光透過性を制御することも可能である。
【００２２】
実施例１−１によって得られたマイクロレンズ６のＸ方向における断面のＡＦＭ（原子間力顕微鏡）プロファイルと、従来のマイクロレンズのＸ方向における断面のＡＦＭプロファイルとを重ねて図４（ａ）に示す。また、実施例１−１によって得られたマイクロレンズ６のＸＹ方向における対角断面のＡＦＭプロファイルと、従来のマイクロレンズのＸＹ方向における対角断面のＡＦＭプロファイルとを重ねて図４（ｂ）に示す。また、Ｘ方向とＸＹ方向との平面視による関係を図４（ｃ）に示す。従来のマイクロレンズでは、隣り合うマイクロレンズ６間に実線で示したＶ形状７ａ、７ｃの谷間が形成されている。これに対し、実施例１−１では、隣り合うマイクロレンズ６間に破線で示した凹形状７ｂ、７ｄが形成されている。
【００２３】
＜実施例１−２＞
図５（ａ）〜図６（ｅ）は、本発明の実施例１−２に係る固体撮像素子１ａの製造方法を工程順に示す断面図である。図５（ａ）では、厚さ０．７５ｍｍ、直径２０ｃｍのシリコンウェハ２′を用意する。このシリコンウェハ２′は、実施例１−１で説明したシリコンウェハ２′と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００２４】
次に、図５（ｂ）に示すように、カラーフィルタ５を覆うようにシリコンウェハ２′の一方の面上に、ベンゼン環を樹脂骨格に導入したアクリル樹脂の塗布液を塗布して、１μｍの膜厚の透明樹脂層１２を形成し、１８０℃で３分間加熱して、硬膜化処理を行った。
更に、図５（ｃ）に示すように、硬膜化処理が施された透明樹脂層１２上に、アルカリ可溶性・感光性・熱リフロー性を有するスチレン樹脂を塗布して感光性犠牲層１３を形成した。
その後、感光性犠牲層１３を、グレートーンマスク５０を使用するＫｒＦレーザによるフォトリソグラフィのプロセスによりパターン化した後、２５０℃で熱処理して、片側０．１μｍの熱フローによるレンズピッチで、レンズ母型１３ａを形成した。レンズ母型１３ａは厚さ約０．７μｍのなだらかな半放物形状であった。また、隣り合うレンズ母型１３ａ間の凹レンズ７について、その凹形状の曲率直径ｄは０．２μｍであった。
【００２５】
次に、図５（ｄ）に示すように、フロン系ガスであるＣＦ４とＣ３Ｆ８の混合系ガスを用いて感光性犠牲層１３にドライエッチングを施し、レンズ母型１３ａのパターンをアクリル樹脂からなる透明樹脂層１２に転写し、マイクロレンズ６を形成した。このマイクロレンズ６の高さは、レンズ母型１３ａの高さより低く、約０．６μｍであった。なお、ドライエッチング時間は５分とした。なお、マイクロレンズ６は、厚さ約０．６μｍのなだらかな半放物形状であった。また、隣り合うマイクロレンズ６間の凹レンズ７について、その凹形状の曲率直径ｄ（図１（ｂ）参照）は０．２μｍであった。
【００２６】
グレートーンマスク５０を使用したフォトリソグラフィ法において、ＫｒＦレーザを用いると、ＫｒＦレーザの波長限界分解能により、凹レンズ７（図１参照）における凹形状の曲率直径ｄを１２０ｎｍから２４８ｎｍの範囲内に制御することが可能となる。
このようにして、図６（ａ）に示すように、シリコンウェハ２′上に多面付けされた固体撮像素子１ａを作成した。
【００２７】
次に、実施例１−１と同様にして、貫通孔を形成した。
次に、実施例１−１と同様にして、配線層を形成した。こうして、図６（ｂ）に示す貫通孔電極９を形成した。
【００２８】
次に、実施例１−１と同様にして、はんだボールを搭載し、残留フラックスを除去した。こうして、図６（ｃ）に示す接続バンプ１０を有する固体撮像素子基板を得た。
次に、実施例１−１と同様にして、図６（ｄ）に示す断裁線でダイシングした。こうして、個々の固体撮像素子１ａに分離し、実施例１−１と同様にして、図６（ｅ）に示す完成品を得た。
また、必要に応じてブリーチングなどの工程を実施して、マイクロレンズ６の形状と光透過性を制御することも可能である。
【００２９】
＜本実施形態の効果＞
（１）以上説明したように、本実施形態によれば、マイクロレンズ６及び凹レンズ７を、グレートーンマスク５０を用いるフォトリソグラフィ法により一括形成する。これにより、マイクロレンズ材料（例えば、感光性マイクロレンズ材１１、透明樹脂層１２）が熱フロー性を有する必要がなく、耐熱性の高いマイクロレンズ材料を使用する必要がないので、材料費の低減が可能である。また、マイクロレンズ材料に複数回に亘ってパターンを形成する必要もないため、工程数の削減が可能である。したがって、固体撮像素子をより低コストに形成することが可能である。
【００３０】
（２）また、グレートーンマスク５０を用いるフォトリソグラフィ法で、マイクロレンズ６及び凹レンズ７とを一括形成することにより、マイクロレンズ６の融着を生じさせることなく、隣り合うマイクロレンズ６間の境界部（ギャップ領域）に入射した光を有効活用することができ、より高感度な固体撮像素子１ａを製造することができる。特に、レンズピッチ６ミクロン以下の高精細マイクロレンズの集光効率向上に効果的である。
【００３１】
（３）また、紫外光であるｉ線の限界分解能により、隣り合うマイクロレンズ６間に、凹形状の曲率直径ｄが１８０ｎｍ以上３６５ｎｍ以下の凹レンズ７を容易に形成できる効果がある。さらにＫｒＦレーザの限界分解能により、隣り合うマイクロレンズ６間に、凹形状の曲率直径ｄが１２０ｎｍ以上２４８ｎｍ以下の凹レンズ７を容易に形成できる効果がある。
【００３２】
（参考例）
上述した本実施形態に係る固体撮像素子１ａ及びその製造方法が備える技術的特徴を備えない固体撮像素子及びその製造方法について、本実施形態に係る固体撮像素子１ａ及びその製造方法の参考例として、以下、簡単に説明する。
昨今では、カメラモジュールの小型・薄型化を目的に、ウェハプロセスにて作製できるモジュール構造が提案されている（特許文献１〜３参照）。固体撮像素子が形成されたシリコンウェハには、その上面の光電変換素子面に、色分解用のカラーフィルタや集光用マイクロレンズを各画素に作りこんでいる。
固体撮像素子にて得られる画像情報の電気信号は、シリコンウェハに形成される貫通孔内に充填もしくはその内壁を被覆する導電物質によりシリコンウェハの裏面に導かれる。そして、上記の電気信号は、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）方式による接続端子にて外部回路基板等に出力可能となっている。
【００３３】
カメラモジュールは、シリコンウェハの加工プロセスにより作製された直径２０〜３０ｃｍのシリコンウェハと、ガラス板の加工プロセスにより作製された同じく直径２０〜３０ｃｍのガラス板とが用意され、これらが位置合わせをして積層された後、最終的にダイシング工程にて個々に断裁されることにより、１個のカメラモジュールとなる。
一般に携帯電話に装着されるカメラである場合、カメラモジュールにおけるシリコンウェハの大きさは、３ｍｍ角程度であるから、直径２０ｃｍの一枚のウェハから３５００〜４３００個程度形成することが可能である。
【００３４】
マイクロレンズは、固体撮像素子への集光効率を向上させるため、隣接するレンズ間のギャップ（以下、レンズ間ギャップ）を０に近づける必要がある。しかしながら、レンズ間ギャップを０とした場合、隣り合うマイクロレンズが接合してしまい、一般的に、マイクロレンズ間の形状をｎｍ単位の精度で制御することは難しい。
また、レンズ間ギャップを設けた場合、レンズ間ギャップから入射光が入り込み、隣り合う画素間のクロストークが生じて、マイクロレンズの集光効率が劣化することがある。
こうした課題を解決するため、隣り合うレンズ間に凹レンズを形成し、レンズ間でも入射光を集光することが提案されている（特許文献１〜３）。
【００３５】
上述した特許文献１〜３には、熱フロー方式もしくはエッチング方式により、マイクロレンズを形成しながら、レンズ間に凹レンズを形成することが記載されている。しかしこうした製造方法では、マイクロレンズを構成する材料（以下、マイクロレンズ材料）が熱フロー性を有する必要があるため、耐熱性の高いマイクロレンズ材料を使用できないことがある。また、熱フロー前のマイクロレンズ母材に複数回に亘ってパターンを形成する必要があるため、パターン形成用マスクなどの工程治具を複数枚用意する必要があり、製造コストが高くなることがある。
【００３６】
［第二実施形態］
＜構成＞
本発明の第二実施形態に係る固体撮像素子１（１ｂ）の構成は、第一実施形態に係る固体撮像素子１ａの構成とほぼ同じであるが、固体撮像素子１ｂに備わる凹レンズ７の曲率半径ｒを１００ｎｍ以下にした点が固体撮像素子１ａと異なる。以下、本実施形態に係る固体撮像素子１ｂの構成について、詳細に説明する。
図７及び図８に示すように、本発明の第二実施形態に係る固体撮像素子１ｂは、半導体基板２と、複数の光電変換素子３と、平坦化層４と、複数のカラーフィルタ５と、複数のマイクロレンズ６とを備える。なお、図７は、図８におけるＩ−Ｉ線矢視図である。また、図８では、複数の光電変換素子３（３ａ〜３ｉ）及び複数のカラーフィルタ５（５ａ〜５ｉ）の配置を分かりやすくするため、固体撮像素子１ｂにおける他の構成については省略している。固体撮像素子１ｂは、図７に示すように、半導体基板２の上に、複数の光電変換素子３、平坦化層４、複数のカラーフィルタ５からなるカラーフィルタ層、及び複数のマイクロレンズ６からなるマイクロレンズ層がこの順に積層されて形成されている。なお、この構成は、上述した第一実施形態に係る固体撮像素子１ａの構成と同じである。
【００３７】
半導体基板２は、光電変換素子３を実装するための基板である。
複数の光電変換素子３は、マイクロレンズ６を経由して入射した光を電荷に変換する。複数の光電変換素子３は、図８に示すように、図８の上下方向及び左右方向に平行に並んだ、二次元正方格子状に配列される。図８に示す例は、固体撮像素子１ｂの一部を示すものであり、図８に示す例において、９個の光電変換素子３ａ〜３ｉが正方格子状に配される。
【００３８】
平坦化層４は、マイクロレンズ６の実装面である、半導体基板２の上面（図７の上方向の面）を平坦化する。
複数のカラーフィルタ５は、平坦化層４を介して、複数の光電変換素子３上にそれぞれ形成される。複数のカラーフィルタ５は、光電変換素子３に入射する光の経路において、特定の波長の光を透過する役割がある。複数のカラーフィルタ５は、二次元正方格子状に配列される複数の光電変換素子３に１：１で対応して形成されるため、半導体基板２上に二次元正方格子状に配列される。本実施形態では、複数のカラーフィルタ５は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の３色のうちいずれか１つの色の透過させるものであり、３色がベイヤー配列したものである。例えば、図８に示した例では、９個の光電変換素子３ａ〜３ｉに応じて、このカラーフィルタ５ａ〜５ｉがそれぞれ設けられる。このうち、カラーフィルタ５ａ〜５ｃ、５ｇ、５ｈは緑色の光を透過させ、カラーフィルタ５ｄ、５ｅは赤色の光を透過させ、カラーフィルタ５ｆ、５ｉは青色の光を透過させる。
【００３９】
複数のマイクロレンズ６は、複数のカラーフィルタ５上にそれぞれ形成される。複数のマイクロレンズ６は、透明樹脂で構成されており、その材料は、通常、アクリル樹脂などの樹脂であり、透明が好ましい。複数のマイクロレンズ６は、図７に示すように、半導体基板２の厚み方向に平行な断面における表面形状が放物線形状であるが、円弧形状や正弦波形状であってもよい。複数のマイクロレンズ６は、二次元正方格子状に配列される複数のカラーフィルタ５に１：１で対応して形成されるため、半導体基板２上に二次元正方格子状に配列される。また、複数のマイクロレンズ６は、隣接するマイクロレンズ６同士の下方側は連接されている。さらに、横断面及び４５度断面において、複数のマイクロレンズ６間の谷間の曲率半径は、１００ｎｍ以下となる。ここで、横断面とは、二次元正方格子状に配列される複数のマイクロレンズ６の配列方向（図８の上下方向または左右方向）に平行、且つ半導体基板２の厚み方向（図８の紙面に対する前後方向）に平行な平面における断面であり、例えば図７に示す断面である。一方、４５度断面とは、複数のマイクロレンズ６の配列方向に対して半導体基板２上で４５度傾いた方向に平行、且つ半導体基板２の厚み方向に平行な平面における断面であり、例えば図８のＩＩ−ＩＩ線矢視図である図９に示す断面である。複数のマイクロレンズ６間の谷間の曲率半径とは、隣接するマイクロレンズ６間の谷間の最も落ち込む点である最下点における曲率半径である。例えば、図９に示す４５度断面においては、図１０の拡大図に示すように、マイクロレンズ６ｄとマイクロレンズ６ｂとの間の谷間において、最下点は符号６１で示され、最下点６１における曲率半径が符号ｒで示される。また、曲率半径ｒは、下記（１）式で表される。（１）式において、ｆ（ａ）はマイクロレンズ６間の谷間の形状曲線、ａはマイクロレンズ６間の谷間の最下点をそれぞれ示す。
【００４０】
【数１】
2017082429.tif 000003
【００４１】
隣接するマイクロレンズ６間の谷間の曲率半径ｒが１００ｎｍ超と大きい場合、例えば、図８のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である図１１に示すように、着色透明画素の青色（カラーフィルタ５ｆ）上の隣接付近のマイクロレンズ６に入射する光は、クロストークの影響によりカラーフィルタ層内で青色より屈折率の大きい緑色（カラーフィルタ５ｂ）の着色透明画素に光路変更される。一方、隣接するマイクロレンズ６間の谷間の曲率半径ｒが１００ｎｍ以下と小さい場合、例えば、図８のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である図１２に示すように、着色透明画素の青色（カラーフィルタ５ｆ）上の隣接付近のマイクロレンズに入射する光は、クロストークの影響が軽減しているため、多くの光は光路変更されずにカラーフィルタ５ｆ、及び平坦化層４を通って光電変換素子３に入る。
【００４２】
＜製造方法＞
次に、図１３を参照して、本実施形態に係る固体撮像素子１ｂの製造方法について説明する。
まず、複数の光電変換素子３が表面に形成された半導体基板２（図１３では不図示）の上に、平坦化層４（図１３では不図示）、及び複数のカラーフィルタ５からなるカラーフィルタ層を順次積層する（フィルタ形成工程）。フィルタ形成工程では、複数の光電変換素子３上に、ＲＧＢのいずれかに対応した３種類のカラーフィルタ５が、例えば図８に示すような所定のパターンとなるように配されて積層される。
【００４３】
フィルタ形成工程の後、複数のカラーフィルタ５上に複数のマイクロレンズ６を形成する（レンズ形成工程）。レンズ形成工程では、まず、図１３（ａ）に示すように、複数のカラーフィルタ５上に感光性のある透明樹脂を所定の厚みで塗布し、透明樹脂層６２を形成する。次いで、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）に示すように、透明樹脂層６２の表面側となる上方側に対して、グレートーンマスク（図１３では不図示）を用いたフォトリソグラフィ法に基づき、露光、現像、及びベークを行い、マイクロレンズ６の母型６３を形成する。この際、所望するマイクロレンズ形状に合わせて、任意にマスク透過率階調を可変することができるグレートーンマスクを用いることにより、マイクロレンズ６の母型６３の形状を制御することが容易になる。さらに、図１３（ｄ）及び図１３（ｅ）に示すように、ドライエッチング転写法にて、透明樹脂層６２の上層で形成されたマイクロレンズ６の母型６３を、同一の透明樹脂層６２に転写する。この際、マイクロレンズ層を単層にするため、同一のエッチングレートで透明樹脂層６２の下層に転写することができるため、上層で形成された母型６３を忠実に転写することが可能となる。また、エッチング条件、特にガス種、ガス圧、チャンバー圧力、印加電圧を調整することで、隣接するマイクロレンズ６間の谷間が狭小化したマイクロレンズ６を形成することができる。
【００４４】
＜本実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る固体撮像素子１ｂは、半導体基板２上に、二次元正方格子状に配列して形成された複数の光電変換素子３と、複数の光電変換素子３上にそれぞれ形成される複数のカラーフィルタ５と、複数のカラーフィルタ５上にそれぞれ形成される複数のマイクロレンズ６と、を備え、複数のマイクロレンズ６の配列方向に平行且つ半導体基板の厚み方向に平行な横断面、及び複数のマイクロレンズ６の配列方向に対して半導体基板２上で４５度傾いた方向に平行且つ半導体基板２の厚み方向に平行な４５度断面において、複数のマイクロレンズ６間の谷間（凹レンズ）の曲率半径ｒは、１００ｎｍ以下である。
【００４５】
このような構成であれば、横断面と４５度断面とにおけるマイクロレンズ６間の谷間の曲率半径ｒを１００ｎｍ以下とすることにより、横断面と４５度断面とでのマイクロレンズ形状の曲率の違いから生じる収差を軽減することができ、集光効率を高めることができる。また、マイクロレンズ６間の谷間におけるクロストークの影響を軽減することができ、集光効率を高めることができる。
【００４６】
（２）また、本発明の一態様に係る固体撮像素子１ｂに含まれる複数のマイクロレンズ６は、半導体基板２の厚み方向に平行な断面における表面形状が円弧形状、放物線形状、正弦波形状のいずれか１つの形状であってもよい。
【００４７】
（３）また、本発明の一態様に係る固体撮像素子１ｂの製造方法は、半導体基板２上で二次元正方格子状に配列して形成された複数の光電変換素子３上に、複数のカラーフィルタ５をそれぞれ形成するフィルタ形成工程と、フィルタ形成工程の後、複数のカラーフィルタ５上に複数のマイクロレンズ６をそれぞれ形成するレンズ形成工程と、を備え、レンズ形成工程では、複数のカラーフィルタ５上に透明樹脂を塗布して透明樹脂層６２を形成し、グレートーンマスクを用いたフォトリソグラフィ法により、透明樹脂層６２の表面側となる上層側に複数のマイクロレンズ６の母型６３を形成し、ドライエッチング転写法にて複数のマイクロレンズ６の母型６３を透明樹脂層６２の下層側に転写することで、複数のマイクロレンズ６を形成する。
【００４８】
このような構成であれば、マイクロレンズ６の上層に対してグレートーンマスクを用いたフォトリソグラフィ法によりマイクロレンズ６の母型６３を形成することで、熱リフローでのマイクロレンズ形状の形成よりマイクロレンズ形状の制御が容易となる。このため、各固体撮像素子毎に最適なマイクロレンズ形状を選択し形成することが可能となることで、光電変換素子３への集光効率が高められる効果がある。
また、ドライエッチング転写法にてマイクロレンズ６の母型６３をマイクロレンズ６の下層にまで転写することにより隣り合うマイクロレンズ６間の谷間を狭小化することが可能となるので、光電変換素子３への集光効率を高められる効果がある。
また、このような構成であれば、マイクロレンズ６をグレートーンマスクを用いるフォトリソグラフィ法により一括形成する。これにより、マイクロレンズ材料（例えば、透明樹脂層６２）が熱フロー性を有する必要がなく、耐熱性の高いマイクロレンズ材料を使用する必要がないので、材料費の低減が可能である。また、マイクロレンズ材料に複数回に亘ってパターンを形成する必要もないため、工程数の削減が可能である。したがって、固体撮像素子をより低コストに形成することが可能である。
【００４９】
（４）また、本発明の一態様に係る固体撮像素子１ｂの製造方法に含まれるレンズ形成工程では、フォトリソグラフィ法により複数のマイクロレンズ６の母型６３を形成することで、複数のマイクロレンズ６の母型６３の形状を制御してもよい。
【００５０】
（５）また、本発明の一態様に係る固体撮像素子１ｂの製造方法に含まれるレンズ形成工程では、複数のマイクロレンズ６の母型６３を下層側に転写する際に、複数のマイクロレンズ６の配列方向に平行且つ半導体基板２の厚み方向に平行な横断面、及び複数のマイクロレンズ６の配列方向に対して半導体基板２上で４５度傾いた方向に平行且つ半導体基板２の厚み方向に平行な４５度断面において、複数のマイクロレンズ６間の谷間の曲率半径ｒが１００ｎｍ以下となるように制御してもよい。
【００５１】
（６）また、本発明の一態様に係る固体撮像素子１ｂの製造方法に含まれるレンズ形成工程では、フォトリソグラフィ法により複数のマイクロレンズ６の上層側を形成し、ドライエッチング転写法にて複数のマイクロレンズ６の下層側を形成してもよい。
【００５２】
［実施例２−１］
以下、実施例２−１を説明する。
実施例２−１では、半導体基板２として、厚さ０．７５ｍｍ、直径２０ｃｍのシリコンウェハを使用した。このシリコンウェハの表面上部に光電変換素子３を形成し、その最上層に、熱硬化タイプのアクリル樹脂塗布液を用いてスピンコートにて平坦化層４を形成した。
次いで、平坦化層４上に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）３色のカラーレジストを用い、フォトリソグラフィ法により、順次３色のカラーフィルタ５からなるカラーフィルタ層を形成した。各々のカラーフィルタ層の膜厚は、０．５μｍ〜０．８μｍとした。カラーフィルタ層の画素の配列は、一画素おきに緑色（Ｇ）フィルタが設けられ、緑色（Ｇ）フィルタの間に一行おきに赤（Ｒ）フィルタと青（Ｂ）フィルタが設けられた、いわゆるベイヤー配列とした。
【００５３】
さらに、カラーフィルタ層上にアルカリ可溶性・感光性を有するアクリル系透明樹脂を膜厚１．４μｍで塗布し、１８０℃で３分間加熱して硬膜化処理を行った。こうして、アクリル系透明樹脂層６２を形成した。
その後、アクリル系透明樹脂層６２に対して、グレートーンマスクを用いたフォトリソグラフィ法にてマイクロレンズ６の母型６３を形成した。グレートーンマスクは、作製したいマイクロレンズ要素の薄膜の部分に対応する部分については光透過率を高くした遮光膜を、石英基板上に形成したもので、遮光膜に濃淡の階調が付いたフォトマスクである。この階調の濃淡は、露光に用いる光では解像しない小さな径のドットの単位面積当たりの粗密の部分的な差によって達成される。実施例２−１のグレートーンマスクはマイクロレンズ６の母型６３が放物線形状になるようにフォトマスク設計されたものを使用した。そのため、マイクロレンズ６の母型６３は高さ０．６μｍの放物線形状となった。
【００５４】
次に、ドライエッチング転写法にて、放物線形状のマイクロレンズ６の母型６３を、下層のアクリル系透明樹脂層６２に転写した。その際、マイクロレンズ６の高さが０．４５μｍになるまでドライエッチングを施した。このときのドライエッチングは、フロン系ガスであるＣＦ４とＣ３Ｆ８の混合系ガス、希ガスであるＡｒを用いて、２分間ドライエッチング処理した。
【００５５】
走査型プローブ顕微鏡で、実施例２−１で形成されたマイクロレンズ６を形状測定したところ、実施例２−１で形成されたマイクロレンズ６は放物線形状に形成されており、隣接するマイクロレンズ６間の谷間の曲率半径ｒは、横断面方向は５０ｎｍ、４５度断面方向は２４ｎｍとなっていることを確認した。
また、実施例２−１で形成された固体撮像素子１ｂと従来品の受光効率を計測したところ、表１に示すように、実施例２−１で形成した固体撮像素子１ｂの方が約５．１％程度良好な結果であることを確認した。なお、実施例２−１と比較した比較例２−１は、グレートーンマスクを用いたフォトリソグラフィ法によりマイクロレンズ６を形成したものであり、マイクロレンズ６の形状は放物線形状で、マイクロレンズ６間の谷間の曲率半径ｒは、横断面方向が１２４ｎｍ、４５度断面方向が７４ｎｍである。
なお、表１に示した「感度」は、従来品（比較例２−１）の感度を「１００％」とした場合の数値である。つまり、従来品の感度を改善させた実施例２−１で形成された固体撮像素子１ｂの感度は、従来品の感度と比較して「１０５．１％」であった。
【００５６】
【表１】
2017082429.tif 000004
【００５７】
［実施例２−２］
以下、実施例２−２を説明する。
実施例２−２では、実施例２−１と同様にして、シリコンウェハの表面上部に光電変換素子３を形成し、その最上層に、平坦化層４を形成した。
次いで、実施例２−１と同様にして、平坦化層４上に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）３色のカラーフィルタ５からなるカラーフィルタ層を形成した。
【００５８】
さらに、実施例２−１と同様にして、カラーフィルタ層上にアクリル系透明樹脂を塗布し、硬膜化処理を行った。こうして、アクリル系透明樹脂層６２を形成した。
その後、アクリル系透明樹脂層６２に対して、グレートーンマスクを用いたフォトリソグラフィ法にてマイクロレンズ６の母型６３を形成した。実施例２−２のグレートーンマスクは、マイクロレンズ６の母型６３が円弧形状になるようにフォトマスク設計されたものを使用した。そのため、マイクロレンズ６の母型６３は、高さ０．６μｍの円弧形状となった。
【００５９】
次に、実施例２−１と同様にして、ドライエッチング転写法にて、円弧形状のマイクロレンズ６の母型６３を、下層のアクリル系透明樹脂層６２に転写した。
【００６０】
走査型プローブ顕微鏡で、実施例２−２で形成されたマイクロレンズ６を形状測定したところ、表２に示すように、実施例２−２で形成されたマイクロレンズ６は円弧形状に形成されており、隣接するマイクロレンズ６間の谷間の曲率半径ｒは、横断面方向は６７ｎｍ、４５度断面方向は３５ｎｍとなっていることを確認した。
また、実施例２−２で形成された固体撮像素子１ｂと従来品の受光効率を計測したところ、実施例２−２で形成した固体撮像素子１ｂの方が約４．７％程度良好な結果であることを確認した。なお、実施例２−２と比較した比較例２−２は、グレートーンマスクを用いたフォトリソグラフィ法によりマイクロレンズ６を形成したものであり、マイクロレンズ６の形状は円弧形状で、マイクロレンズ６間の谷間の曲率半径ｒは、横断面方向が１５８ｎｍ、４５度断面方向が８７ｎｍである。
なお、表２に示した「感度」は、従来品（比較例２−２）の感度を「１００％」とした場合の数値である。つまり、従来品の感度を改善させた実施例２−２で形成された固体撮像素子１ｂの感度は、従来品の感度と比較して「１０４．７％」であった。
【００６１】
【表２】
2017082429.tif 000005
【００６２】
［実施例２−３］
以下、実施例２−３を説明する。
実施例２−３では、実施例２−１と同様にして、シリコンウェハの表面上部に光電変換素子３を形成し、その最上層に、平坦化層４を形成した。
【００６３】
次いで、実施例２−１と同様にして、平坦化層４上に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）３色のカラーフィルタ５からなるカラーフィルタ層を形成した。
【００６４】
さらに、実施例２−１と同様にして、カラーフィルタ層上にアクリル系透明樹脂を塗布し、硬膜化処理を行った。こうして、アクリル系透明樹脂層６２を形成した。
その後、アクリル系透明樹脂層６２に対して、グレートーンマスクを用いたフォトリソグラフィ法にてマイクロレンズ６の母型６３を形成した。実施例２−３のグレートーンマスクはマイクロレンズ６の母型６３が正弦波形状になるようにフォトマスク設計されたものを使用した。そのため、マイクロレンズ６の母型６３は高さ０．６μｍの正弦波形状となった。
【００６５】
次に、実施例２−１と同様にして、ドライエッチング転写法にて、正弦波形状のマイクロレンズ６の母型６３を、下層のアクリル系透明樹脂層６２に転写した。
【００６６】
走査型プローブ顕微鏡で、実施例２−３で形成されたマイクロレンズ６を形状測定したところ、表３に示すように、正弦波形状に形成されており、隣接するマイクロレンズ６間の谷間の曲率半径ｒは、横断面方向は８９ｎｍ、４５度断面方向は５６ｎｍとなっていることを確認した。
また、実施例２−３で形成された固体撮像素子１ｂと従来品の受光効率を計測したところ、実施例２−３で形成した固体撮像素子１ｂの方が約３．９％程度良好な結果であることを確認した。なお、実施例２−３と比較した比較例２−３は、グレートーンマスクを用いたフォトリソグラフィ法によりマイクロレンズ６を形成したものであり、マイクロレンズ６の形状は正弦波形状で、マイクロレンズ６間の谷間の曲率半径ｒは、横断面方向が１７７ｎｍ、４５度断面方向が９９ｎｍである。
なお、表３に示した「感度」は、従来品（比較例２−３）の感度を「１００％」とした場合の数値である。つまり、従来品の感度を改善させた実施例２−３で形成された固体撮像素子１ｂの感度は、従来品の感度と比較して「１０３．９％」であった。
【００６７】
【表３】
2017082429.tif 000006
【００６８】
（参考例）
上述した本実施形態に係る固体撮像素子１ｂ及びその製造方法が備える技術的特徴を備えない固体撮像素子及びその製造方法について、本実施形態に係る固体撮像素子１ｂ及びその製造方法の参考例として、以下、簡単に説明する。
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して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。
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有する。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。また、光電変換素子の配列形態から、光電変換素子を１列に配置したリニアセンサ（ラインセンサ）と、光電変換素子を縦横に２次元的に配列されたエリアセンサ（面センサ）との２種類に大別される。いずれのセンサにおいても光電変換素子の数（画素数）が多いほど撮影された画像は精密になるので、近年は特に、大画素数の固体撮像素子を安価に製造する方法が検討されている。
【００６９】
また、光電変換素子に入射する光の経路に特定の波長の光を透過するカラーフィルタ機能を設けることで、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センサとしてのカラー固体撮像素子も普及している。カラー固体撮像素子は、１個の光電変換素子に対応して特定の着色透明画素による１画素がパターン形成され、規則的に多数配列されることにより、色分解した画像情報を集めることができる。着色透明画素の色としては、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色からなる３原色系、あるいは、シアン色（Ｃ）、マゼンタ色（Ｍ）、イエロー色（Ｙ）からなる補色系が一般的であり、特に３原色系が多く使われている。
【００７０】
固体撮像素子に要求される性能で重要な課題の一つに、入射する光に対する感度を向上させることが挙げられる。小型化した固体撮像素子で撮影した画像の情報量を多くするためには、受光部となる光電変換素子を微細化して高集積化する必要がある。しかし、光電変換素子を高集積化した場合、各光電変換素子の面積が小さくなり、受光部として利用できる面積割合も減るので、光電変換素子の受光部に取り込める光の量が小さくなり、実効的な感度は低下する。
【００７１】
このような微細化した固体撮像素子の感度の低下を防止するための手段として、光電変換素子の受光部に効率良く光を取り込むために、対象物から入射される光を１画素毎に集光して光電変換素子の受光部に導くマイクロレンズを光電変換素子上に均一な形状に形成する技術が提案されている。マイクロレンズで光を集光して光電変換素子の受光部に導くことで、受光部の見かけ上の開口率を大きくすることが可能になり、固体撮像素子の感度の向上が可能になる。
【００７２】
ここで、マイクロレンズの形成方法としては、フローレンズタイプやドライエッチング転写タイプがある。フローレンズタイプの形成方法では、マイクロレンズの素材となる透明なアクリル系感光性樹脂をフォトリソグラフィ法により選択的にパターン形成した後に、材料の熱リフロー性を利用してレンズ形状を作る。ドライエッチング転写タイプの形成方法では、マイクロレンズの素材となるアクリル系透明樹脂の平坦化層の上に、アルカリ可溶性と感光性と熱フロー性を有するレジスト材料を用いてフォトリソグラフィ法と熱リフローとによりレンズ母型を形成する。そして、ドライエッチング法によりレンズ母型の形状をアクリル系透明樹脂層に転写してレンズ形状を形成する（例えば、特開２０１４−１７４４５６号公報）。
【００７３】
近年の固体撮像素子は多画素化が進み、数百万画素を超える高精細な固体撮像素子が要求されるようになり、この高精細な固体撮像素子に付随するマイクロレンズの感度低下、及びフレアなどのノイズ増加により画質が低下することがある。
マイクロレンズから光電変換素子の受光部に取り込める光の量は、マイクロレンズよりも下層に配置される層の種類や厚さに応じて変動するため、単一のマイクロレンズ形状を用いての固体撮像素子の構成だと感度低下を引き起こすことがある。
【００７４】
また、隣接するマイクロレンズ間の横断面、及び４５度断面の谷間の曲率半径が大きいと、そのマイクロレンズ間の谷間から隣接のカラーフィルタ層に光の量が漏れるクロストークという現象の影響が大きく生じてしまうことがある。ここで、クロストークとは、本来、ある色に入射するはずである光が、各色の顔料の屈折率差の影響により、隣の色に入射される現象のことをいう。クロストークの影響により、屈折率の低い色は隣の屈折率の高い色に光を失うため、受光部への光量が減るので感度低下を引き起こしてしまうことがある。
【００７５】
さらに、隣接するマイクロレンズ間の横断面、４５度断面の谷間の曲率半径が大きいと、平面視略矩形状の画素の横断面と４５度断面とでマイクロレンズ形状の曲率が異なってくるため、収差が生じ、集光効率が低下することがある。
これらの課題を解決するには、各固体撮像素子に応じた最適なマイクロレンズ形状、且つマイクロレンズ間の谷間の曲率半径が狭小したマイクロレンズが求めることが出来れば、それによって、クロストークの影響を軽減することができ固体撮像素子の感度向上に繋がる。
【００７６】
しかしながら、上述した２つのマイクロレンズ形成方法は、熱リフローによるものであるため、マイクロレンズ間の谷間の曲率半径の狭小化は可能であるが、最適なマイクロレンズ形状に任意に形状を整える形状制御は難しい。
【００７７】
＜本発明の技術的思想＞
本発明の技術的思想は、以上に記載した各実施形態や各実施例に特定されるものではない。当業者の知識に基づいて各実施形態や各実施例に設計の変更等を加えてもよく、また、各実施形態や各実施例を任意に組み合わせてもよく、そのような変更が加えられた態様も本発明の技術的思想に含まれる。
【符号の説明】
【００７８】
１、１ａ〜１ｂ  固体撮像素子
２  半導体基板（シリコン基板）
２′  シリコンウェハ
３、３ａ〜３ｅ  光電変換素子
４  平坦化層
５、５ａ〜５ｉ  （色分解用）カラーフィルタ
６、６ａ〜６ｆ  マイクロレンズ
７  凹レンズ
７ａ、７ｃ  Ｖ形状
７ｂ、７ｄ  凹形状
８  レンズモジュール
９  貫通孔電極
１０  接続バンプ
１１  感光性マイクロレンズ材
１２  透明樹脂層
１３  感光性犠牲層
１３ａ  レンズ母型
５０  グレートーンマスク
６１  最下点
６２  透明樹脂層
６３  母型
ｄ  曲率直径
ｒ  曲率半径
【図１】
2017082429.tif 000007
【図２】
2017082429.tif 000008
【図３】
2017082429.tif 000009
【図４】
2017082429.tif 000010
【図５】
2017082429.tif 000011
【図６】
2017082429.tif 000012
【図７】
2017082429.tif 000013
【図８】
2017082429.tif 000014
【図９】
2017082429.tif 000015
【図１０】
2017082429.tif 000016
【図１１】
2017082429.tif 000017
【図１２】
2017082429.tif 000018
【図１３】
2017082429.tif 000019
【国際調査報告】
2017082429.tif 000020
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