(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子アレイが搭載される基板上に感光性樹脂組成物を塗布し感光性樹脂組成物の塗膜を形成する工程、フォトマスクを介して該感光性樹脂組成物の塗膜を露光する工程、及び、露光後の該塗膜を現像して不要部分を除去する工程を含む、固体撮像素子の製造方法において、
前記基板は、搭載される光電変換素子アレイの周辺に深さの異なる複数の段差部位を有するものであり、
前記感光性樹脂組成物は、熱硬化剤を含むものであり、
また前記フォトマスクは、透光部及び遮光部が形成された露光量調整域であって、前記複数の段差部位に照射される露光光が透過する部位において、該複数の段差部位の深さに応じて開口率が調整され、これに対応するパターン化塗膜を形成しうる露光量調整域を有するものであり、
前記パターン化塗膜は、現像後において前記透光部及び遮光部に対応したパターン又は凹凸が形成されているものであり、そして
前記製造方法は、現像工程に続いて、基板上に残る前記塗膜を加熱硬化し、その際、深さの異なる複数の段差部位について、前記パターン化塗膜の溶融により、その上面を平準化する工程を更に有することを特徴とする、固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
前記露光量調整域は、透光部及び遮光部が互いに隣り合うように配されて、市松模様、縞模様、又は格子模様の繰り返しパターンを有するものである、請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記複数の段差部位は、スクライブラインにおける段差部位とボンディングパッドにおける段差部位からなる、請求項１又は請求項２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の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体撮像素子の製造方法としては、まず所定数の固体撮像素子が形成可能な大きさの基板の上に、各固体撮像素子ごとに光電変換素子およびその周辺にボンディングパッド及びスクライブライン等を形成し、次いで、その基板上にアンダーコート層、色フィルタアレイ、オーバーコート層及びマイクロレンズアレイが形成する、という方法が知られている。
しかしながら、この方法においては、アンダーコート層、色フィルタアレイ、オーバーコート層及びマイクロレンズアレイを形成するための材料のそれぞれを順次ウェハー全面にスピンコート法などにより塗布する工程を含むため、基板のボンディングパッド及びスクライブライン等の段差部位によって、塗布膜の不均一性（以下、塗布ムラともいう）が生じうる可能性がある。このような塗布ムラは撮像した際の画像のムラの原因となる。
【０００３】
この塗布ムラ対策として、感光性を有する高分子材料でスクライブライン等の凹部を選択的に埋める方法が従前より提案されており、有効な塗布ムラ改善手段の一つとなっている(特許文献１）。また、さらなる段差縮小のために、高分子材料をスクライブラインの
凹部およびフィールド領域における凹部に埋め、その樹脂を加熱して溶融させることも提案されている（特許文献２）。また、レジスト材料によってスクライブラインを少なくとも部分的に充填するか、又はボンディングパッド及びその近傍以外の基板全体を覆う方法が提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７８６６４７号公報
【特許文献２】特許第２８９２８６５号公報
【特許文献３】米国特許第６，９５６，２５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の感光性を有する高分子材料を用いて基板の凹部を選択的に埋める手段は有効な手段ではあるものの、基板上には深さが夫々異なる多種の段差部位があるため、いちどのフォトリソグラフィー工程ですべての段差部位を有効に埋めることは困難であるという問題がある。
また、特許文献２に記載の方法では、スクライブラインの凹部およびフィールド領域の凹部の深さの差が大きい場合は、その双方を平坦化することは困難であり、改善の余地が残るものである。
また、特許文献３に記載の方法では、ある深さのスクライブラインの段差を平坦化することができるが、ボンディングパッド等、深さの異なる部位の段差は依然残るという問題がある。
本発明の目的は、異なる深さからなる複数の段差部位を一度のパターニング工程で平坦化させることを可能とすることにより、低コストで高品質・高歩留りの固体撮像素子を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、固体撮像素子の製造方法において、光電変換素子アレイの周辺に深さの
異なる複数の段差部位を有する基板上に感光性樹脂組成物を塗布する工程、段差部位の深さに応じて開口率を調整したフォトマスクを介して感光性樹脂組成物を露光する工程、露光した感光性樹脂組成物を現像して不要部分を除去する工程、および現像後の基板を加熱して感光性樹脂組成物を溶融させる工程を有することにより、深さの異なる複数の段差部位を一度で平坦化させることができることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち本発明は、光電変換素子アレイが搭載される基板上に感光性樹脂組成物を塗布し感光性樹脂組成物の塗膜を形成する工程、フォトマスクを介して該感光性樹脂組成物の塗膜を露光する工程、及び、露光後の該塗膜を現像して不要部分を除去する工程を含む、固体撮像素子の製造方法において、
前記基板は、搭載される光電変換素子アレイの周辺に深さの異なる複数の段差部位を有するものであり、
また前記フォトマスクは、前記複数の段差部位に照射される露光光が透過する部位において、該複数の段差部位の深さに応じて開口率が調整され、これに対応するパターン化塗膜を形成しうる露光量調整域を有するものであり、そして
前記製造方法は、現像工程に続いて、基板上に残る前記塗膜を加熱硬化し、その際、深さの異なる複数の段差部位について、前記パターン化塗膜の溶融により、その上面を平準化する工程を更に有することを特徴とする、固体撮像素子の製造方法に関する。
また本発明はその好ましい態様として、前記露光量調整域は、透光部及び遮光部が互いに隣り合うように配されて、市松模様、縞模様、又は格子模様の繰り返しパターンを有するものである、前記固体撮像素子の製造方法に関する。
そして本発明は具体的には、前記複数の段差部位は、スクライブラインにおける段差部位とボンディングパッドにおける段差部位からなる、前記固体撮像素子の製造方法に関する。
また本発明は、固体撮像素子の製造にあたり基板上の感光性樹脂組成物の塗膜の露光に用いるフォトマスクにおいて、該基板が搭載される光電変換素子アレイの周囲に有する深さの異なる複数の段差部位に照射される露光光が透過する部位について、開口率が調整された露光量調整域を有するフォトマスク、そして特に、
前記露光量調整域は、透光部及び遮光部が互いに隣り合うように配されて市松模様、縞模様又は格子模様の繰り返しパターンを有するものである、前記フォトマスクに関する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の固体撮像素子の製造方法においては、深さの異なる複数の段差部位が有効に平坦化されるため、例えばアンダーコート層を形成する熱硬化性樹脂溶液、色フィルタを形成するレジスト溶液及びマイクロレンズ形状を形成するためのポジレジストを塗布する時に塗布ムラが発生せず、出力画像にムラのない高品質な撮像素子を高歩留りで製造することが可能となる。
また、一度のパターニング工程で複数の段差部位を有効に平坦化することが可能であり、低コストで撮像画像にムラのない高品質な撮像素子を高歩留りで製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は固体撮像素子が搭載される基板を示す図である。
【図２】図２は基板上に搭載された固体撮像素子及びその周囲を示す拡大図である。
【図３】図３はスクライブラインの段差の解消を狙いとする平坦化方法を説明する図であり、図３（ａ）は露光の際の状態を示す図であり、図３（ｂ）は現像処理後の状態を示す図である。
【図４】図４はボンディングパッドの段差の解消を狙いとする平坦化方法を説明する図であり、図４（ａ）は露光の際の状態を示す図であり、図４（ｂ）は現像処理後の状態を示す図である。
【図５】図５（ａ）は開口率が５０％である場合の露光量調整域を示す模式図（左図）並びにその透光部及び遮光部の繰り返し単位を拡大して示す模式図（右図）であり、図５（ｂ）は開口率が２８％である場合の露光量調整域を示す模式図（左図）並びにその透光部及び遮光部の繰り返し単位を拡大して示す模式図（右図）であり、図５（ｃ）は開口率が７２％である場合の露光量調整域を示す模式図（左図）並びにその透光部及び遮光部の繰り返し単位を拡大して示す模式図である（右図）。
【図６】図６は基板の段差部位及びその付近について、本発明に従う方法を説明する拡大図であり、図６（ａ）はポジ型感光性樹脂組成物を露光した際の状態を示す図であり、図６（ｂ）は現像処理後の状態を示す図であり、図６（ｃ）は加熱処理後の状態を示す図である。
【図７】図７は基板の段差部位及びその付近について本発明に従う方法であって図６の場合よりも露光量を減少させた場合を説明する拡大図であり、図７（ａ）はポジ型感光性樹脂組成物を露光した際の状態を示す図であり、図７（ｂ）は現像処理後の状態を示す図であり、図７（ｃ）は加熱処理後の状態を示す図である。
【図８】図８は開口率の異なる種々のフォトマスクを使用してポジ型感光性樹脂組成物のパターニング及び加熱処理を行なった場合の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ＣＣＤ、ＣＭＯＳに代表される固体撮像素子はビデオカメラ、監視カメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話、スマートフォン等における画像入力デバイスとして広く使用されており、基板上に二次元的に形成された光電変換素子アレイによって入射した光を電気信号に変換し、さらに生じた電気信号を出力させる機能を有する。
図１は固体撮像素子が形成された基板１を模式化して示したものであり、基板上に多数の固体撮像素子がスクライブライン３によって分離して形成されている。
図２は基板１に形成された固体撮像素子２の部分を拡大して示したものであり、光電変換素子アレイ部４を取り囲んで複数のボンディングパッド５が形成されており、さらにその周囲をスクライブライン３が取り囲んでいる。
ところで、固体撮像素子をカラー化するためには、光電変換素子２上にアンダーコート層を介して色フィルタが形成され、さらに色フィルタアレイの上部には入射光の集光率を向上させるためにオーバーコート層を介してマイクロレンズが形成される。
これらのアンダーコート層、色フィルタアレイ、オーバーコート層およびマイクロレンズアレイは、光電変換領域内において均一に形成されていないと、出力される画像にムラを生じることがある。
このムラには、額ブチ状、シェーディング状、筋状等多くの種類があり、素子の品質や歩留りを低下させる原因となる。
これらのムラは、アンダーコート層形成用の熱硬化性樹脂溶液、色フィルタを形成するための色素含有レジスト（いわゆるカラーレジスト）、オーバーコート層を形成するための熱硬化性樹脂溶液または透明感光性樹脂溶液、およびマイクロレンズ形状を形成するためのポジレジストのいずれかが均一に塗布されないことによって発生する場合が多い。
すなわち、これらの樹脂溶液やレジスト溶液はスピン塗布法によって形成されるため、各樹脂溶液やレジスト溶液を塗布する前の基板が完全に平坦であれば発生することはまれだが、実際の基板には、スクライブライン３、ボンディングパッド５、フィールド酸化膜、金属配線等、各種構造物による段差部位が存在するため、塗布膜に不均一性（塗布ムラ）を生じる原因となってしまう。
従来、このような塗布ムラの発生を防ぐために、上述のような感光性を有する高分子材料で段差部位を埋めるという方法が提案されていたが、基板に深さの異なる複数の段差部位を有する場合は全ての段差部位を平坦化するのは困難であった。
例えば、図３に光電変換素子アレイ４を取り囲んで幅４０μｍ、深さ１．５μｍのボンディングパッドの段差（Ａ部）８とその外側に幅８０μｍ深さ３．５μｍのスクライブラインの段差（Ｂ部）７があるウエハ（基板１）において、スクライブラインの段差（Ｂ部）７の解消を狙いとする平坦化方法を説明する図を示し、図３（ａ）に、スクライブライ
ンの段差（Ｂ部）７が埋まるようにウエハ（基板１）上に塗布したネガ型感光性樹脂組成物の塗膜６を、フォトマスク９を用いて露光光１０により露光する際の状態を示し、図３（ｂ）にその現像後の状態を示す。
図３（ｂ）に示されるとおり、この場合においては、より小さい段差部位であるボンディングパッドの段差（Ａ部）８には現像後のネガ型感光性樹脂組成物の塗膜６ａが収まりきらず、ボンディングパッドの段差（Ａ部）８は逆に凸になってしまうという問題がある。
一方、図４に、図３に示された場合と同様の基板において、ボンディングパッドの段差（Ａ部）８の解消を狙いとする平坦化方法を説明する図を示し、図４（ａ）に、ボンディングパッドの段差（Ａ部）８が埋まるようにウエハ（基板１）上に塗布したネガ型感光性樹脂組成物の塗膜６を、フォトマスク９を用いて露光光１０により露光する際の状態を示し、図４（ｂ）にその現像後の状態を示す。図４（ｂ）に示される通り、逆に、ボンディングパッドの段差（Ａ部）８が凸にならないようにネガ型感光性樹脂組成物の塗膜６の膜厚を調整すると、現像後のネガ型感光性樹脂組成物の塗膜６ａでスクライブラインの段差（Ｂ部）７が十分に埋まらないという問題がある。
これらの問題はボンディングパッドの段差（Ａ部）８とスクライブラインの段差（Ｂ部）７を別のフォトマスクを用い、異なる塗布膜厚で二回に分けてパターニングすることによって回避可能だが、この場合製造工程が長くなって製造コストの増大を招いてしまうという問題がある。
これに対し本発明は、深さの異なる複数の段差部位をそれぞれ平坦化できる量の感光性樹脂組成物で一括して埋めることにより、深さの異なる複数の段差部位を有する基板であっても一度で平坦化することを可能にしたものである。
なお、図３及び図４には図示していないが、例えば固体撮像素子２においては、光電変換素子アレイ４の周辺に、光電変換素子から出力された信号に対して処理を行う周辺回路領域が配置され、そしてこれらの上部又は下部に層間絶縁膜等を介して複数層の配線を有する多層配線層が形成される。
また、外部との電気的接続を行うためのボンディングパッド５は、通常ボンディングパッドの段差８（Ａ部）の底部に配置されている。
【００１０】
本発明においては、深さの異なる複数の段差部位を有する基板上に塗布した感光性樹脂組成物の塗膜を、段差部位に照射される露光光が透過する部位において段差部位の深さに応じて開口率が調整された露光量調整域を有するフォトマスクを介して露光する。
ここで、開口率とはフォトマスクの特定の露光領域内における透光部と遮光部の面積の合計に対する透光部の面積の比率を意味し、式１で定義される。
開口率（％）＝（透光部の面積／透光部の面積＋遮光部の面積）×１００      式１
通常、フォトマスク（露光装置がステッパの場合にはレチクルとも言う）は、公知の方法、例えば、石英基板にクロム等からなる遮光膜（以下、クロム膜ともいう）を成膜し、フォトリソグラフィー工程とエッチング工程により透過すべき部分のクロム膜を除去することによって製作される。
この工程において、露光すべき領域のクロム膜は完全にエッチング除去されるので、前述の定義によれば露光すべき部分の開口率は通常１００％ということになる。
一方、本発明に使用されるフォトマスクは、露光すべき領域の少なくとも一部である露光量調整域において開口率が０％から１００％の間の値となるように製作される。
開口率を０％から１００％の間の値になるようにするには、露光されるべき領域のクロム膜のうち、一定の面積をエッチング除去せずにフォトマスク上に残せば良い。
例えば特定の露光領域内に透光部及び遮光部が互いに隣り合うように配されて、市松模様の繰り返しパターンを形成し、繰り返しパターン内における透光部と遮光部の面積を変えてやることにより開口率をコントロールすることが可能となる。
図５に一例として、露光量調整域１１を示す模式図及び透光部１１ａ及び遮光部１１ｂの繰り返し単位を拡大して示す模式図を示す。図５（ａ）は開口率が５０％である場合の
露光量調整域１１を示す模式図（左図）並びにその透光部１１ａ及び遮光部１１ｂの繰り返し単位を拡大して示す模式図（右図）であり、図５（ｂ）は開口率が２８％である場合の露光量調整域１１を示す模式図（左図）並びにその透光部１１ａ及び遮光部１１ｂの繰り返し単位を拡大して示す模式図（右図）であり、図５（ｃ）は開口率が７２％である場合の露光量調整域１１を示す模式図（左図）並びにその透光部１１ａ及び遮光部１１ｂの繰り返し単位を拡大して示す模式図である（右図）。
【００１１】
本発明においては、感光性樹脂組成物の塗膜を露光した後、不要部分を現像により除去することにより、フォトマスクの露光量調整域に形成された透光部及び遮光部のパターンに対応するパターン化された感光性樹脂組成物の塗膜が段差の内部に形成される。
このパターン化塗膜のパターンはその後の加熱によりパターン同士が熱融着してその上面が平準化され、感光性樹脂組成物の熱溶融物が形成される。
この感光性樹脂組成物の熱溶融物が基板の表面（段差部位が無い部分）を超えない量で段差部位を埋めるとき、段差部位が平坦化される。
各段差部位を平坦化するには、感光性樹脂組成物の熱溶融物が段差部位を平坦化し得る量となるように、パターン化された感光性樹脂組成物の量を最適化する必要があり、そのために、フォトマスクの露光量調整域の透光部と遮光部の割合を段差部位の深さ毎に調整する必要がある。
なお、フォトマスクに形成される繰り返しパターンについては市松模様の他、格子模様、縞模様等がフォトマスク設計時に便利に用いることができるが、かならずしも繰り返しパターンでなくてもよい。
ただし、段差部位の内部に形成される現像後の感光性樹脂組成物のパターンが隣接するパターンと孤立して存在させる場合においては、現像後の加熱工程において隣接パターン同士の融着をうながす意味で隣接パターン間の距離は大きすぎないほうが好ましく、隣接パターン間の最大距離を概略６μｍ以下、できれば４μｍ以下となるようにフォトマスクの透光部及び遮光部のパターンを設計することが好ましい。
【００１２】
本発明に使用する感光性樹脂組成物は、以下ふたつの特性を有することが必要であるが、これらの特性を有するものであれば特に限定されるものでない。
１．現像後の感光性樹脂組成物の塗膜のパターンが、その後の加熱工程において熱変形し、隣接するパターンと融着して現像後の凹凸が概略平坦になる。
２．加熱工程後の感光性樹脂組成物の熱溶融物は、一般的な有機溶剤に対して不溶である。
上記１、２の要求を共に満たすことができる樹脂としては、例えばアルカリ可溶性樹脂とナフトキノンジアジド化合物と熱硬化剤とを必須成分とするポジ型感光性樹脂組成物が挙げられる。
【００１３】
アルカリ可溶性樹脂としては、この種の分野で使用されているものを用いることができるが、例えば、ノボラック樹脂、フェノール性ヒドロキシ基を有するビニル系重合体（例えばｐ−ヒドロキシフェニルエチルメタクリレート共重合体、ｐ−ヒドロキシスチレン共重合体等）、多価フェノールとアルデヒド又はケトンとの縮合樹脂、Ｎ−（ｐ−トルエンスルホニル）メタクリルアミドとメタクリル酸メチルの共重合体等が挙げられる。またこれらの樹脂は併用することもできる。
ノボラック樹脂としては、クレゾール／ホルムアルデヒド樹脂（例えばｍ−クレゾール／ホルムアルデヒド樹脂、ｍ−，ｐ−混合クレゾール／ホルムアルデヒド樹脂、クレゾール及びｍ−又はｐ−アルキルフェノールとホルムアルデヒドとの縮合樹脂）、多価フェノールとケトンとの縮合樹脂としてはピロガロールとアセトンの重縮合により得られる樹脂（以下ピロガロール−アセトン樹脂と称する）を使用するのが良い。これらのアルカリ可溶性樹脂は塗布性を考慮すると重量平均分子量が１５００以上のものが好ましい。
【００１４】
ナフトキノンジアジド化合物としては、１，２−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルであり、特に限定されるものではないが、下記のようなポリフェノール類のスルホン酸エステルが好ましく用いられる。２，３，４−トリヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、２，３，４−トリヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、２，３，４，４′−テトラヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、２，３，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、３，４，５，２’，４’−ペンタヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、１，１，３−トリス（２，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−３−フェニルプロパン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、１，１，３−トリス（２，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−３−フェニルプロパン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、４，４’−［１−［４−［１−［４−ヒドロキシフェニル］−１−メチルエチル］−１−メチルエチル］フェニル］エチリデン］ビスフェノール−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、４，４’−［１−［４−［１−［４−ヒドロキシフェニル］−１−メチルエチル］−１−メチルエチル］フェニル］エチリデン］ビスフェノール−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、２，２，４−トリメチル−７，２’，４’−トリヒドロキシフラバン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、２，２，４−トリメチル−７，２’，４’−トリヒドロキシフラバン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、１，１，１−トリ（ｐ−ヒドロキシフェニル）エタン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、１，１，１−トリ（ｐ−ヒドロキシフェニル）エタン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル。これらの１，２−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルは、単独あるいは２種以上組み合わせて用いることができる。
【００１５】
熱硬化剤としては、特に限定されるものでなく慣用の熱硬化剤を使用することができる。
また、ネガ型感光性樹脂組成物においても、例えば、露光・現像後の分子量が比較的低いものは、熱硬化剤を添加することにより１、２の要求を満たすことが可能である。
【００１６】
さらに本発明に使用する感光性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、必要に応じてその他の成分を含有することもできる。その他の成分としては、例えば、レオロジー調整剤、顔料、染料、保存安定剤、消泡剤、密着促進剤、界面活性剤または多価フェノールおよび多価カルボン酸などの溶解促進剤などの添加剤が挙げられる。
【００１７】
本発明で使用される感光性樹脂組成物に用いられる有機溶媒としては、特に制限はなくエステル類、アルコール類、エーテル類、ケトン類等の種々の溶剤を用いることができ、単独で、又は混合して用いることが可能である。各種塗布装置の特性によって、適宜溶媒は選択される。溶媒としては、メタノール、エタノール、２−プロパノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類、酢酸エチル、酢酸イソブチル、エチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコールモノアセテート等のエステル類、エチレングリコールモノアルキルエーテル類、ジエチレングリコールモノアルキルエーテル類、プロピレングリコールモノアルキルエーテル類、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテル類、エチレングリコールジアルキルエーテル類、プロピレングリコールジアルキルエーテル類、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル類のジエチレングリコールジアルキルエーテル類、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル等のジプロピレングリコールジアルキルエーテル類、エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、プロピレングリコールモノアルキルエーテル
アセテート類、ジエチレングリコーツモノアルキルエーテルアセテート類、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類等が挙げられる。
【００１８】
本発明において感光性樹脂組成物を基板に塗布する際には、慣用の装置、例えば、スピンコーター、ナチュラルロールコーター、リバースロールコーター、グラビアロールコーター、スクリーン印刷機、カーテンコーター、エアースプレー、バーコーター、ナイフコーター、刷毛、浸漬（ディップ）塗装機等を用いることができる。
本発明において感光性樹脂組成物の塗膜の膜厚は、少なくともスクライブライン及び電極パッド等の基板上の段差部位を埋めるような厚さにする必要がある。
【００１９】
次いで、感光性樹脂組成物を塗布した基板に対してホットプレート又はオーブン等の慣用の装置を用いてプリベークを行なう。プリベークの条件は前記感光性樹脂組成物及び基板の劣化が起こらない温度及び時間であれば特に限定されないが、例えば温度５０℃乃至１６０℃、時間０．１分間乃至６０分間の範囲の中から選択された加熱温度及び加熱時間が採用される。
得られた基板に上述のフォトマスクを介して、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプ等を使用して活性エネルギー線を照射して露光を行う。
【００２０】
次いで、スプレーガン、浸漬法又はパドル法等によって現像処理される。本発明において現像処理には、例えばアルカリ水溶液が用いられる。前記アルカリ水溶液のアルカリ成分としては、具体的にはリチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、リン酸塩等の無機塩基、ピロリン酸塩、ベンジルアミン、ブチルアミン等の第１級アミン、ジメチルアミン、ジベンジルアミン、ジエタノールアミン等の第２級アミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン等の第３級アミン、モルホリン、ピペラジン、ピリジン等の環状アミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等のポリアミン、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルベンジルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルフェニルベンジルアンモニウムヒドロキシド、コリン等のアンモニウムヒドロキシド類、トリメチルスルホニウムヒドロキシド、ジエチルメチルスルホニウムヒドロキシド、ジメチルベンジルスルホニウムヒドロキシド等のスルホニウムヒドロキシド類、並びにこれらアルカリ成分と緩衝液の混合液等が挙げられる。これらの１種又は２種以上の混合物が用いられるが、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド（以下、ＴＭＡＨともいう）が好ましく用いられる。
【００２１】
図６（ａ）に段差部位１２を有する基板１にポジ型感光性樹脂組成物を塗布して塗膜１３を形成した後、透光部１１ａ及び遮光部１１ｂのパターンが形成された露光量調整域１１を有するフォトマスク９を介して露光光１０にて露光した際の様子を表す図を示し、図６（ｂ）に現像処理後の様子を表す図を示し、図６（ｃ）に加熱処理後の様子を表す図を示す。
図６（ｂ）に示される通り、現像後に基板１の段差部位１２の内部にパターン化されたポジ型感光性樹脂組成物の塗膜１３ａが形成され、そして、図６（ｃ）に示される通り、パターン化された感光性樹脂組成物のパターンがその後の加熱工程において熱変形して隣接するパターンと融着し、そして上面が平準化されポジ型感光性樹脂組成物の塗膜の熱溶融物１３ｂが形成され、その結果段差部位が平坦化される。
この加熱工程における加熱の条件としては、温度５０℃乃至３００℃、時間０．１分乃至６０分間の範囲の中から適宜選択された加熱温度及び加熱時間が採用される。
【００２２】
加熱平坦化後の段差部位の内部の感光性樹脂組成物の膜厚は、現像後のパターンの体積と加熱硬化時の硬化収縮率によって決定される。
硬化収縮率は感光性樹脂に固有の値であるから、加熱平坦化後の膜厚は実質的に現像後のパターン体積によってコントロールされる。
このパターン体積をコントロールする手段として前述の開口率を調整したフォトマスクを使用するわけだが、実用上においては平坦化後の膜厚をチューニングする目的で、露光量の調整も併用することができる。
【００２３】
例えば、ポジ型の感光性樹脂を用いる場合においてフォトマスク開口率が一定の場合においても、露光量を増加させれば現像後のパターン体積は減少し、結果として平坦化後の膜厚は減少する。
また、同様に露光量を減少させれば現像後のパターン体積は増加し、結果として平坦化後の膜厚は増加する。
図７（ａ）に段差部位１２を有する基板１にポジ型感光性樹脂組成物を塗布して塗膜１３を形成した後、増加した露光量で露光光１０によって露光した際の様子を表す図を示し、図７（ｂ）に現像処理後の様子を表す図を示し、図７（ｃ）に加熱処理後の様子を表す図を示す。
なお、この場合において、露光量をさらに減少させてゆくと図７（ｂ）に示される通り、現像後のパターン化されたポジ型感光性樹脂組成物の塗膜１３ａは段差部位１２まで現像されなくなり、パターン化されたポジ型感光性樹脂組成物の塗膜１３ａの表面形状に露光による凹凸を生じるだけとなるが、この状態であっても図７（ｃ）に示される通り、ポジ型感光性樹脂組成物の塗膜の熱溶融物１３ｂが形成され段差部位が平坦化されることから、露光量を減少させるという方法は、現像後のパターン体積をコントロールするという本発明の趣旨に合致して利用可能であり、現像後のパターン体積を増加する手段として積極的に活用すべき手法であるともいえる。
また、スクライブライン等の段差部位の塗膜は、厳密には、図６および図７に示されるような、段差部位の表面全体にわたって一定の膜厚を有するものではなく、通常、段差内のエッジ（段差の端部）近傍において実効膜厚が厚くなる傾向がある。すなわち、同じ深さの段差部位であっても、段差部位の面積が大きいか小さいかで段差部位の塗膜の膜厚が異なってくることがある。したがって、同じ深さの段差部位であっても、それぞれの段差部位に照射される露光光が透過するマスク上の部位について、開口率を更に微調整することにより、最終的に段差がより小さいものとなる平坦化が可能となる。
【００２４】
以上のように、本発明の固体撮像素子の製造方法によって、深さの異なる複数の段差部位を有する基板であっても段差部位を平坦化することができる。
このように平坦化された基板上に、公知の方法によって、アンダーコート層、色フィルタアレイ、オーバーコート層及びマイクロレンズアレイ等を順次形成し、固体撮像素子を製造することができる。
例えば、平坦化された基板の表面に、まず、アンダーコート層形成用の熱硬化性樹脂溶液を塗布して加熱することによってアンダーコート層を形成する。
その後色フィルタを形成するための色素含有レジスト（いわゆるカラーレジスト）の塗布、露光、現像及びベーキング等を、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）のそれぞれについて行うことにより色フィルタアレイを形成し、次いでオーバーコート層を形成するための熱硬化性樹脂溶液または透明感光性樹脂溶液を塗布して加熱又は露光することによりオーバーコート層を形成する。
続いてマイクロレンズ形状を形成するためのポジレジストの塗布、露光、現像及びリフロー等を行ないマイクロレンズアレイを形成する。
このとき、スクライブライン及びボンディングパッド等の段差部位が平坦化されているので、形成されたアンダーコート層、色フィルタアレイ、オーバーコート層及びマイクロレンズ形成用のレジスト膜は、それぞれ均一な厚みで形成することができる。
そのため、本発明の製造方法に従って製造した固体撮像素子は、出力される画像におけるムラの発生を低減することができ、固体撮像素子の品質及び歩留まりを向上することができる。
なお、段差内部に存在する前述の熱溶融物は必要に応じて、マイクロレンズ形成後等の
段階において、薬品又はドライエッチング等を用いた慣用の方法により除去し得る。特にボンディングパッドの段差においては、ボンディングパッドと外部との電気的接続をとるという観点から、該熱溶融物は除去されることが望ましい。
【実施例】
【００２５】
以下、異なる深さの段差部位の例として、図３及び図４に示したような光電変換アレイを取り囲んで幅４０μｍ、深さ１．５μｍのボンディングパッドの段差（Ａ部）とその外側に幅８０μｍ深さ３．５μｍのスクライブラインの段差（Ｂ部）を有する基板を本発明の方法によって平坦化させる具体的な方法を説明するが、これによって本発明が限定されるものではない。
【００２６】
＜実施例１＞
前記基板上にポジ型感光性樹脂組成物としてＰＭＲ−ＮＴ２（冨士薬品工業株式会社から販売されているポジ型フォトレジストであり、ポリスチレン系のアルカリ可溶性樹脂にナフトキノンジアジド系の感光剤と熱硬化剤が配合されている）を１５００ｒｐｍでスピンコートし、９０℃にて９０秒のプレベークののち、ｉ線ステッパ（株式会社ニコン製ＮＳＲ−２２０５ｉ９ｃ）で１２５ｍＪ／ｃｍ2の露光を行なった。
このとき、Ａ部を露光する部分のフォトマスクを開口率２８％、２．０μｍピッチの市松模様の繰り返しパターンとし、Ｂ部を露光する部分のフォトマスクを開口率０％（全面遮光）、Ａ部、Ｂ部以外の部分は開口率１００％（全面透過）とした。
次いで０．４３％ＴＭＡＨ水溶液で６０秒間現像処理を行ない、純水で２０秒間リンスしたのちスピン乾燥して水分を除去した。
次いで、ｉ線ステッパ（ＮＳＲ−２２０５ｉ９ｃ）で４００ｍＪ／ｃｍ2の全面露光（
ブリーチング処理）を行なったのち、２２０℃のホットプレートで５分間の加熱処理を行なった。この加熱処理により、現像でＡ部に形成されていた凹凸のあるパターン表面が平坦になった。
触針式の段差計でＡ部とＢ部の段差を基板面（基板表面における段差部位の無い部分）を基準に測定したところ、以下の通りとなった。
Ａ部：最大高さ    ０．２μｍ    最大深さ  −０．１μｍ
Ｂ部：最大高さ  −０．４μｍ    最大深さ  −０．８μｍ
最大段差    ０．２μｍ−（−０．８μｍ）＝１．０μｍ
【００２７】
次いで、溝が平坦化された基板にＦＯＣ−０７Ｍ（冨士薬品工業株式会社から販売されているアクリル系の熱硬化性アンダーコート材料）を１５００ｒｐｍで塗布し、１８０℃５分の硬化処理を行なったのち、ウエハを目視観察したところ、塗布ムラのない均一な膜が形成されていた。
【００２８】
＜実施例２＞
実施例１と同様にＰＭＲ−ＮＴ２を用いて平坦化を行なったが、ＰＭＲ−ＮＴ２の塗布回転数は８００ｒｐｍとした。
また、Ａ部を露光する部分のフォトマスクを開口率３８％、２．０μｍピッチの市松模様の繰り返しパターンとし、Ｂ部を露光する部分のフォトマスクを開口率１８％、２．０μｍピッチの市松模様の繰り返しＡ部、Ｂ部以外の部分は開口率１００％（全面透過）とした。
２２０℃の加熱処理ののち、触針式の段差系でＡ部とＢ部の段差を測定したところ、以下の通りとなった。
Ａ部：最大高さ    ０．２μｍ    最大深さ    ０μｍ
Ｂ部：最大高さ  −０．２μｍ    最大深さ  −０．４μｍ
最大段差    ０．２μｍ−（−０．４μｍ）＝０．６μｍ
【００２９】
次いで、溝が平坦化された基板にＦＯＣ−０７Ｍ（冨士薬品工業株式会社から販売されているアクリル系の熱硬化性アンダーコート材料）を１５００ｒｐｍで塗布し、１８０℃５分の硬化処理を行なったのち、ウエハを目視観察したところ、塗布ムラのない均一な膜が形成されていた。
【００３０】
＜比較例＞
実施例１と同様にＰＭＲ−ＮＴ２を用いて平坦化を行なった。ＰＭＲ−ＮＴ２の塗布回転数は１５００ｒｐｍとした。
このとき、Ａ部およびＢ部を露光する部分のフォトマスク開口率共に０％（全面遮光）とし、それ以外の部分は開口率１００％（全面透過）とした。
２２０℃の加熱処理ののち、触針式の段差計でＡ部とＢ部の段差を測定したところ、以下の通りとなった。
Ａ部：最大高さ    １．０μｍ    最大深さ    ０．４μｍ
Ｂ部：最大高さ  −０．４μｍ    最大深さ  −０．８μｍ
最大段差    １．０μｍ−（−０．８μｍ）＝１．８μｍ
【００３１】
次いで、溝が平坦化された基板にＦＯＣ−０７Ｍ（冨士薬品工業株式会社から販売されているアクリル系の熱硬化性アンダーコート材料）を１５００ｒｐｍで塗布し、１８０℃５分の硬化処理を行なったのち、ウエハを目視観察したところ、ウエハ上に薄い放射状の塗布ムラが数箇所観察された。
【００３２】
また、開口率が異なるフォトマスクを用いて、ポジ型フォトレジスト（ポジ型感光性樹脂組成物）のパターニング及び加熱処理を行った場合の膜厚変化について評価した。
＜実施例３＞
開口率が６４％、５９％、５５％、５０％、２８％、２３％及び１９％フォトマスクを用いて、それぞれポジ型フォトレジスト（ポジ型感光性樹脂組成物）のパターニングと２２０℃５分の加熱処理を行なった。
本実施例において使用したフォトマスクは２．０ｕｍピッチの市松模様又は格子模様パターンであり、ポジ型感光性樹脂組成物の種類及びその塗布条件、並びに露光条件は、実施例２と同様のものとした。
図８に現像後の感光性樹脂組成物のパターン形状のＳＥＭ画像、現像後及び加熱処理後の断面のＳＥＭ画像、並びに塗布膜厚に対する加熱処理後の膜厚の割合を示す。
加熱処理によって現像後の凹凸パターンが平坦化され、その膜厚はフォトマスクの開口率が６４％、５９％、５５％、５０％、２８％、２３％及び１９％の場合、それぞれ現像後の膜厚に対して１４％、１６％、２１％、２４％、５７％、６３％及び７０％であり、フォトマスクの開口率で平坦化後の膜厚がコントロール可能であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は固体撮像素子を製造する産業で利用される。
【符号の説明】
【００３４】
１        基板
２        固体撮像素子
３        スクライブライン
４        光電変換素子アレイ
５        ボンディングパッド
６        ネガ型感光性樹脂組成物の塗膜
６ａ      現像後のネガ型感光性樹脂組成物の塗膜
７        スクライブラインの段差（Ｂ部）
８        ボンディングパッドの段差（Ａ部）
９        フォトマスク
１０      露光光
１１      露光量調整域
１１ａ    透光部
１１ｂ    遮光部
１２      段差部位
１３      ポジ型感光性樹脂組成物の塗膜
１３ａ    パターン化されたポジ型感光性樹脂組成物の塗膜
１３ｂ    ポジ型感光性樹脂組成物の塗膜の熱溶融物
【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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