(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロレンズがアレイ状に形成されたマイクロレンズアレイであって前記複数のマイクロレンズの少なくとも一部が非対称な形状を有するマイクロレンズアレイを形成する方法であって、
第１の部材の上に、該第１の部材とは異なる材料からなる第２の部材を形成する第１工程と、
グレースケールマスクであるフォトマスクを用いて前記第２の部材を露光して現像することにより、前記第２の部材を、その上面が、複数の凸部と複数の凹部とを有する凹凸形状を有するように成形する第２工程と、
前記成形された前記第２の部材と前記第１の部材とをエッチングすることにより、少なくとも前記第１の部材から、前記複数の凸部に対応する前記複数のマイクロレンズを形成する第３工程と、を有し、
前記第２工程で形成された前記複数の凸部は、
第１の凸部と、
前記第１の凸部と対辺方向において隣り合う第２の凸部と、
前記第１の凸部と対角方向において隣り合う第３の凸部と、
を含み、
前記第２工程では、前記第１の部材の一部であって前記複数の凹部のうちの前記第１の凸部と前記第３の凸部との間の凹部の下に位置する一部が露出され、
前記第３工程では、前記第１の部材のエッチングレートが前記第２の部材のエッチングレートよりも大きい条件で、前記第２の部材のエッチングと前記第１の部材のエッチングとを行う
ことを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項２】
前記第２工程では、前記第１の部材の他の一部であって前記複数の凹部のうちの前記第１の凸部と前記第２の凸部との間の凹部の下に位置する他の一部は露出されない
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項３】
前記第２の部材は透光性の材料で構成されており、前記第３工程では、各マイクロレンズの頂に前記第２の部材の一部が残るようにエッチングを行う
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項４】
前記第１の部材の屈折率と前記第２の部材の屈折率との差は０．１以下である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項５】
前記第３工程で形成された各マイクロレンズの高低差は、前記第２工程で形成された前記第２の部材の前記凹凸形状の高低差よりも大きい
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項６】
前記第１の部材は、アクリル系樹脂で構成されており、
前記第２の部材は、スチレン系樹脂で構成されている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項７】
前記第３工程では、前記第１の部材のエッチングレートと前記第２の部材のエッチングレートとの差が５Å／秒から５０Å／秒の範囲内でエッチングを行う
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項８】
前記第３工程では、前記複数のマイクロレンズのうちの前記非対称な形状を有する前記少なくとも一部は、前記マイクロレンズアレイにおける周辺部に形成される
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項９】
前記第２工程では、前記複数の凸部は、前記非対称な形状を有する前記少なくとも一部に対応する凸部を含み、
前記複数のマイクロレンズの配列方向とは垂直な方向での断面において、前記第３工程における前記少なくとも一部は、前記第２工程における前記少なくとも一部に対応する凸部よりも急峻な形状を有する
ことを特徴とする請求項８に記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項１０】
複数の光電変換部が設けられた基板を準備する工程と、
請求項１に記載のマイクロレンズアレイの形成方法により、前記基板の上に前記複数の光電変換部に対応する前記複数のマイクロレンズを形成する工程と、を有する
ことを特徴とする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、マイクロレンズの形成方法および固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、マイクロレンズの形成方法が開示されている。具体的には、まず、平坦な透光性部材の上に複数のレンズパターンを形成する。該複数のレンズパターンは、透光性部材の上に形成されたレンズ部材のパターニングおよびリフローを行うことにより形成され、隣接レンズパターン間にはギャップが存在する。その後、透光性部材のうちのレンズパターン間のギャップにより露出した部分を、複数のレンズパターンをマスクとしてエッチングし、透光性部材の該レンズパターン間の領域に凹部形状（溝）を形成する。
【０００３】
この方法によると、凹部形状が形成された透光性部材とレンズパターンとにより、隣接マイクロレンズ間にギャップのないマイクロレンズアレイが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７２８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法によると、上記透光性部材の凹部形状は、透光性部材のうちのレンズパターンにより当初からレンズ間ギャップ部により露出している部分のみをエッチングで除去して形成される。そのため、この方法では、該凹部形状を任意に制御することができず、該凹部形状を含むマイクロレンズ全体の形状を制御することが難しい。
【０００６】
本発明は、マイクロレンズの形状を制御するのに有利な技術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】
【０００７】
本発明の一つの側面はマイクロレンズアレイの形成方法にかかり、前記マイクロレンズアレイの形成方法は、複数のマイクロレンズがアレイ状に形成されたマイクロレンズアレイであって前記複数のマイクロレンズの少なくとも一部が非対称な形状を有するマイクロレンズアレイを形成する方法であって、第１の部材の上に、該第１の部材とは異なる材料からなる第２の部材を形成する第１工程と、グレースケールマスクであるフォトマスクを用いて前記第２の部材を露光して現像することにより、前記第２の部材を、その上面が、複数の凸部と複数の凹部とを有する凹凸形状を有するように成形する第２工程と、前記成形された前記第２の部材と前記第１の部材とをエッチングすることにより、少なくとも前記第１の部材から、前記複数の凸部に対応する前記複数のマイクロレンズを形成する第３工程と、を有し、前記第２工程で形成された前記複数の凸部は、第１の凸部と、前記第１の凸部と対辺方向において隣り合う第２の凸部と、前記第１の凸部と対角方向において隣り合う第３の凸部と、を含み、前記第２工程では、前記第１の部材の一部であって前記複数の凹部のうちの前記第１の凸部と前記第３の凸部との間の凹部の下に位置する一部が露出され、前記第３工程では、前記第１の部材のエッチングレートが前記第２の部材のエッチングレートよりも大きい条件で、前記第２の部材のエッチングと前記第１の部材のエッチングとを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、マイクロレンズの形状を制御するのに有利である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】マイクロレンズアレイを説明するための図。
【図２】マイクロレンズの形成方法の例を説明するための図。
【図３】マイクロレンズの凸部および凹部を説明するための図。
【図４】マイクロレンズの球面形状を説明するための図。
【図５】マイクロレンズの形成方法の例を説明するための図。
【図６】マイクロレンズの形成方法の例を説明するための図。
【図７】グレースケールマスクの露光光の透過率分布の例を説明するための図。
【図８】非対称マイクロレンズの例を説明するための図。
【図９】非対称マイクロレンズの形成方法例を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
図１〜３を参照しながら第１実施形態を説明する。
【００１１】
図１は、マイクロレンズアレイＡＭＬを説明するための模式図（平面視）である。マイクロレンズアレイＡＭＬは、複数のマイクロレンズがアレイ状に配列されて形成され、ここでは、説明を容易にするため、３行×３列のマイクロレンズアレイＡＭＬを示している。図中において、実線は、単位マイクロレンズ領域ＲＭＬを示しており、破線は、マイクロレンズの凸部を示している。
【００１２】
なお、本明細書において、図中のＡ−Ａ’方向を「対辺方向」と称し、Ｂ−Ｂ’方向を「対角方向」と称する。図１に示された複数（ここでは９つ）のマイクロレンズの凸部のうち、注目すべき真ん中の凸部を「第１の凸部」と称する。第１の凸部の周囲には凹部が存在する。この例では凸部の全周が凹部で囲まれている。対辺方向（図中の上下左右方向）において、第１の凸部に凹部を介して隣り合う４つの凸部を「第２の凸部」と称する。対角方向（図中の斜め方向）において、第１の凸部に凹部を介して隣り合う４つの凸部を「第３の凸部」と称する。即ち、第３の凸部の頂は、第２の凸部の頂よりも第１の凸部の頂から遠い位置であり、第１の凸部の頂と第２の凸部の頂との距離をＰとすると、第１の凸部の頂と第２の凸部の頂との距離は、例えばＰ×２１／２である。
【００１３】
図２は、本実施形態にかかるマイクロレンズの形成方法を工程ごとに説明するための模式図である。図２（ａ１）〜（ａ４）は、対辺方向における各工程の態様を示している。図２（ｂ１）〜（ｂ４）は、図２（ａ１）〜（ａ４）に対応する各工程の対角方向における態様を、それぞれ示している。
【００１４】
まず、図２（ａ１）及び（ｂ１）に示されるように、マイクロレンズを形成するための第１の部材Ｍ１の上に、該部材Ｍ１とは異なる第２の部材Ｍ２を形成する。部材Ｍ１は、例えば、所定の半導体素子等が形成された基板の上に、スピンコート法（及び、ベーク処理：２３０℃・６分）等により成膜される。部材Ｍ１の材料には、例えば、アクリル系樹脂が用いられうる。部材Ｍ２は、部材Ｍ１の上に、スピンコート法（及び、ベーク処理：１１０℃・１．５分）等により成膜される。部材Ｍ２の材料には、例えば、スチレン系樹脂が用いられうる。このように、部材Ｍ１としての樹脂層と部材Ｍ２としての樹脂層との積層膜である樹脂膜が得られる。部材Ｍ1及び部材Ｍ２の材料は、上述の樹脂材料以外のものが用いられてもよいし、酸化シリコンや窒化シリコン等の無機材料が用いられてもよい。
【００１５】
次に、図２（ａ２）及び（ｂ２）に示されるように、部材Ｍ２を、その上面が凹凸形状を有するように成形する。成形された部材Ｍ２を「Ｍ２’」で示す。部材Ｍ２’は、複数の凸部と、該複数の凸部の間の凹部を有する。部材Ｍ２’の上面の凹凸形状は、この凸部と、凸部の周囲の凹部とによって形成される。ここでは、凸部の全周が凹部で囲まれており、部材Ｍ１の上面の全面が部材Ｍ２’で覆われている例を示した。仮に、部材Ｍ１の上面の全部が部材Ｍ２’で覆われていないと、部材Ｍ２’をマスクとして用いて部材Ｍ１をエッチングする際に、部材Ｍ１に形成されるパターンが、部材Ｍ１の上面の露出部の形状に依存して決まってしまう。そうすると、部材Ｍ２’の形状が部材Ｍ１に十分反映されず、所望の形状を有するマイクロレンズを形成できなくなる。したがって、上記凹部において、部材Ｍ１の上面の少なくとも一部が部材Ｍ２’で覆われていることが好ましい。その一方で、凸部の周囲の一部に部材Ｍ２’の凹部が存在せずに、一部の部材Ｍ１が露出している構成例も本発明は包含しうる。より具体的には、Ｂ−Ｂ’方向である対角方向については部材Ｍ１の上面が露出しているが、Ａ−Ａ´方向である対辺方向については部材Ｍ１の上面が露出していない構成例も本発明に包含される。
【００１６】
部材Ｍ２’は、上記マイクロレンズアレイＡＭＬにおける複数の凸部に対応する第１〜３の凸部を有する。この工程を「第１の成形工程」と称する。この工程は、例えば、フォトマスクを用いて部材Ｍ２を露光した後、これを現像することによってなされうる。本実施形態では、フォトマスクとしてグレースケールマスクを用いた。また、露光量を２０００〜２７００Ｊ／ｍ２とした。また、現像液にはＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）２．３８％を用い、現像時間を４５秒とした。なお、この工程は、ポジ型およびネガ型のいずれの態様でも可能である。
【００１７】
グレースケールマスクは、露光光の透過率分布を有する多階調マスクである。透過率分布は、例えば、遮光体の厚みの分布や、微細なドット状の遮光体の粗密の分布によって形成される。例えばポジ型の態様を考えた場合、単位マイクロレンズ領域における中央領域（即ち、マイクロレンズの凸部となるべき領域）では露光光の透過率が低く、周辺領域（凹部となるべき領域）では露光光の透過率が高い。よって、現像後には、透過率の低い（露光光量の少ない）中央領域には部材Ｍ２’の凸部が形成され、透過率の高い（露光光量の多い）周辺領域には部材Ｍ２’の凹部が形成される。後に詳細を述べるが、この形成方法によると、部材Ｍ２を例えばリフロー法によってレンズ形状に成形する場合に比べて、その形状を制御するのに有利である。
【００１８】
なお、現像後には、成形された（上面に凹凸形状が形成された）部材Ｍ２’のブリーチング（露光量１２０００Ｊ／ｍ２）およびベーク処理（１２５℃・５分、１４０℃・５分、２００℃・５分）がなされうる。
【００１９】
その後、成形された部材Ｍ２’と部材Ｍ１の一部とをエッチングして、部材ＭＬを成形する。この工程を「第２の成形工程」と称する。この工程により、複数のマイクロレンズＭＬによるマイクロレンズアレイＡＭＬが形成される。
【００２０】
図２（ａ３）及び（ｂ３）は、部材Ｍ２のエッチング中の様子を示している。
【００２１】
エッチング条件は、
ＲＦ電力：１４００Ｗ
圧力：４０ｍＴ
Ｃ４Ｆ８：１０ｓｃｃｍ
ＣＦ４：１１０ｓｃｃｍ
エッチング時間：３００秒
とした。
【００２２】
図２（ａ４）及び（ｂ４）は、部材Ｍ１の一部のエッチングが完了した後の様子を示している。上記エッチングにより、部材Ｍ２’の凹凸形状が部材Ｍ１に転写され、部材Ｍ２’の凸部に対応するマイクロレンズＭＬを有するマイクロレンズアレイＡＭＬが形成される。
【００２３】
ここで、上記エッチングは、部材Ｍ１のエッチングレートが部材Ｍ２’（Ｍ２）のエッチングレートよりも大きい条件でなされる。本実施形態では、部材Ｍ１のエッチングレートを６０Å／秒とし、部材Ｍ２’のエッチングレートを４５Å／秒とした。
【００２４】
上記エッチングレートの場合、部材Ｍ１と部材Ｍ２’とのエッチングレート比は４／３である。よって、例えば、部材Ｍ２’の凹凸形状の高低差（凸部と凹部との高低差）をＨとしたとき、第２の成形工程後の（一部がエッチングされた）部材Ｍ１の凹凸形状の高低差は、略Ｈ×４／３となる。
【００２５】
具体的には、上記エッチングでは、まず、部材Ｍ２’の凹部で部材Ｍ１の上面の一部分が露出する。例えば、部材Ｍ２’の凹凸形状の、対辺方向での曲率と、対角方向での曲率とが互いに等しい場合には、まず、対角方向における凹部（前述の第１の凸部と第３の凸部の間の部分）で部材Ｍ１の上面が露出する。その後、対辺方向における凹部（前述の第１の凸部と第２の凸部の間の部分）で部材Ｍ１の上面が露出する。さらにその後、部材Ｍ２’の凸部がエッチングされると共に、部材Ｍ１の該露出した一部分がエッチングによって除去される。
【００２６】
よって、この形成方法によると、部材Ｍ１の凹凸形状の高低差は、部材Ｍ２’の凹凸形状の高低差よりも大きくなる。他の観点では、部材Ｍ１は、部材Ｍ２’の凹凸形状の曲率よりも大きい曲率の凹凸形状に成形される。換言すると、この形成方法によると、部材Ｍ１の上面には、部材Ｍ２’の凹凸形状を強調した凹凸形状が形成される。
【００２７】
前述のとおり、上記エッチングは、部材Ｍ１のエッチングレートが部材Ｍ２’のエッチングレートよりも大きい条件でなされる。該エッチングによると、対辺方向および対角方向のいずれにおいても、部材Ｍ１の凹部（即ち、隣接マイクロレンズＭＬ間の境界部分の形状）が、部材Ｍ２’の凹部よりも鋭角になる。その結果、隣接マイクロレンズＭＬ間での距離が小さい、いわゆるギャップレスのマイクロレンズアレイＡＭＬが形成される。
【００２８】
以上の形成方法によると、マイクロレンズＭＬの形状は、部材Ｍ２’の形状と、部材Ｍ１と部材Ｍ２’とのエッチングレート比と、に依存する。よって、マイクロレンズＭＬを所望の形状に形成するためには、第１の成形工程での部材Ｍ２’の凹凸形状の形成の制御と、第２の成形工程での部材Ｍ１および部材Ｍ２’のエッチングレートの設定と、が適切になされればよい。
【００２９】
まとめると、第１の成形工程は、フォトマスクとしてグレースケールマスクを用いて露光処理を行い、その後、現像処理を行うことによってなされうる。その後の第２の成形工程は、部材Ｍ１のエッチングレートが部材Ｍ２’のエッチングレートよりも大きい条件でなされる。よって、本形成方法によると、マイクロレンズＭＬの形成の際、即ち、部材Ｍ２’の凹凸形状を部材Ｍ１に転写する際に、部材Ｍ１と部材Ｍ２’とのエッチングレート比により、該部材Ｍ２’の凹凸形状の高低差よりも大きい高低差の凹凸形状が部材Ｍ１に形成される。他の観点では、本形成方法によると、使用するグレースケールマスクの解像度よりも高い解像度でマイクロレンズの形状を制御することが可能である。
【００３０】
また、マイクロレンズＭＬの形状は、第１の成形工程での部材Ｍ２’の凹凸形状にしたがうため、マイクロレンズＭＬの形状を任意の形状に制御することが可能である。よって、本形成方法によると、例えば、ギャップレスのマイクロレンズアレイＡＭＬを形成するのにも有利である。また、マイクロレンズＭＬの形状を高い精度で制御するため、部材Ｍ１と部材Ｍ２’とのエッチングレート比を、部材Ｍ１のエッチングレートと部材Ｍ２’のエッチングレートとの差が、例えば５Å／秒から５０Å／秒の範囲内となるように設定するとよい。
【００３１】
図３は、対辺方向におけるマイクロレンズアレイＡＭＬの断面形状を説明するための模式図である。単位マイクロレンズ領域ＲＭＬ（図１参照）は、第１領域Ｒ１（中央領域）と、第２領域Ｒ２（周辺領域）とに分けられる。領域Ｒ１は、例えば、マイクロレンズＭＬの上面が凸形状となる第１の曲率を有する領域である。領域Ｒ２は、例えば、マイクロレンズＭＬの上面が凹形状となる第２の曲率を有する領域である。他の観点では、領域Ｒ１と領域Ｒ２との境界は、マイクロレンズＭＬの上面形状の変曲点によって形成されうる。図１に示した破線は、凸部の外縁ないし輪郭を示しており、また、領域Ｒ１と領域２の境界に対応する。
【００３２】
例えば、あるマイクロレンズ（ＭＬＡとする）の領域Ｒ１と、該マイクロレンズＭＬＡに隣接するマイクロレンズ（ＭＬＢとする）の領域Ｒ１との距離は、マイクロレンズＭＬのピッチ（配列間隔）の１０分の１より小さいとよい。これにより、集光率の高いギャップレスのマイクロレンズアレイＡＭＬが得られる。
【００３３】
ここで、領域Ｒ１では、マイクロレンズＭＬの上面が球面形状（断面が円弧の形状）を形成しているとよい。これにより、マイクロレンズＭＬを、例えばＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子に適用する場合には、光感度やＦ値（Ｆｎｏ）比例性が向上し、センサ性能が向上する。
【００３４】
以下、図４を参照しながら、マイクロレンズＭＬの球面形状について述べる。図４は、領域Ｒ１のマイクロレンズＭＬの形状と、理想的な真球（いずれの断面においても真円となる球体）との一致率を説明するための模式図である。理想的な真球は、マイクロレンズＭＬの頂に重なり、且つ、領域Ｒ１の外縁に重なる球Ｃｉを想定する。
【００３５】
次に、領域Ｒ１を所定数のマトリクス（所定の行数×所定の列数）に分割する。マトリクスの各格子点ｉ（ｉ＝１〜ｎ）での、マイクロレンズＭＬの高さをｈｒ（ｉ）とし、理想的な真球Ｃｉの高さをｈｉ（ｉ）とする。なお、ｎは、２以上の整数であり、分割したマトリクス上の格子点の数である。また、「高さ」は、領域Ｒ１の外縁の位置を基準とする高さとする。
【００３６】
ここで、Δｈ（ｉ）≡｜ｈｒ（ｉ）―ｈｉ（ｉ）｜としたときに、
上記一致率を、
一致率ＲＭ≡（１−ΣΔｈ（ｉ）／Σｈｉ（ｉ））×１００［％］、
と定義する（Σは、ｉ＝１〜ｎでの総和）。
【００３７】
この定義において、例えば４１行×４１列のマトリクス（ｎ＝４１×４１）で一致率ＲＭを算出したとき、例えばＲＭ≧８５％であれば、マイクロレンズＭＬは良好な球面形状を有すると言える。
【００３８】
前述のとおり、本実施形態の形成方法によると、マイクロレンズＭＬの形状は、部材Ｍ２’の形状と、部材Ｍ１と部材Ｍ２’とのエッチングレート比と、に依存する。そのため、所望の球面形状を有するマイクロレンズＭＬが形成されるように、予め、第１の成形工程および第２の成形工程の条件を選択すればよい。具体的には、露光条件の設定、及び、形成されるべき部材Ｍ２’の凹凸形状を形成するためのグレースケールマスクの準備、並びに、上記エッチングレート比の選択がなされればよい。
【００３９】
以上、本実施形態によると、マイクロレンズＭＬの形状の制御、ギャップレスのマイクロレンズアレイＡＭＬの形成、及び、マイクロレンズアレイＡＭＬの高集積化に有利である。
【００４０】
例えば、複数のレンズパターンをリフロー法で形成する場合には、隣接レンズパターンが接触しないように、隣接レンズパターン間には所定のギャップを設ける必要がある。一方で、本実施形態によると、上述のとおり、ギャップレスのマイクロレンズアレイＡＭＬを形成するのに有利である。
【００４１】
また、上述の背景技術で述べた特開２００３−１７２８０４では、複数のレンズパターンをリフロー法で形成した後、該複数のレンズパターンをマスクとして、下地部材である透光性部材をエッチングして、透光性部材に凹部形状（溝）を形成した。しかしながら、この方法によると、この凹部形状の形成を制御することが困難であり、また、エッチングによりレンズパターンが損傷ないし変形する虞がある。一方で、本実施形態によると、上述のとおり、マイクロレンズＭＬの形状を制御するのに有利である。
【００４２】
また、グレースケールマスクを用いた露光処理および現像処理のみでマイクロレンズの形成を完成させる方法も考えられるが、この方法によると、隣接マイクロレンズ間の境界部分の形状を高い精度で制御することが難しい。また、この方法によると、マイクロレンズのピッチを小さくすること（高集積化）が難しい。一方で、本実施形態によると、上述のとおり、使用するグレースケールマスクの解像度よりも高い解像度でマイクロレンズＭＬの形状を制御することが可能であり、高集積化にも有利である。
【００４３】
（第２実施形態）
図５を参照しながら第２実施形態を説明する。本実施形態は、主に、前述の第２の成形工程で、マイクロレンズの頂に部材Ｍ２’の一部ｍが残るようにエッチングを行う点で、前述の第１実施形態と異なる。部材Ｍ２’（Ｍ２）は透光性の材料で構成され、第１実施形態と同様にして、スチレン系樹脂が用いられうる。
【００４４】
図５は、本実施形態にかかるマイクロレンズＭＬ２の形成方法を工程ごとに説明するための模式図を、図２（第１実施形態）と同様にして示している。図５（ａ１）、（ｂ１）、（ａ２）及び（ｂ２）は、図２（ａ１）、（ｂ１）、（ａ２）及び（ｂ２）と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００４５】
その後、前述の第２の成形工程のエッチングを、マイクロレンズの頂に部材Ｍ２’の一部ｍが残るように行う。ここでは、エッチング時間を２２０秒としたことを除いて、第１実施形態と同様のエッチング条件を用いた。図５（ａ３）及び（ｂ３）は、部材Ｍ２’のエッチング中の様子を示しており、その後、図５（ａ４）及び（ｂ４）に示されるように、頂に部材Ｍ２’の一部ｍを有するマイクロレンズＭＬ２が形成される。
【００４６】
本実施形態によると、エッチング時間を短縮することができ、生産性の向上にも有利である。また、本実施形態によると、エッチング時間が短縮されるため、該エッチングによるパーティクルの発生を防ぐことができ、歩留まりの向上にも有利である。
【００４７】
マイクロレンズＭＬ２は、部材Ｍ１および部材Ｍ２’（Ｍ２）の２層の材料で構成される。そのため、固体撮像素子に適用する場合には、部材Ｍ１の屈折率と部材Ｍ２の屈折率との差を０．１以下にするとよく、これによって、該固体撮像素子から得られた画像の色むらが防止されうる。また、部材Ｍ２’の一部ｍは、マイクロレンズＭＬ２の頂（略水平な部分）のみに配されるため、この構造によるマイクロレンズＭＬ２の集光率に対する影響は小さい。
【００４８】
以上、本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果が得られる他、生産性の向上および歩留まりの向上にも有利である。
【００４９】
（第３実施形態）
図６及び７を参照しながら第３実施形態を説明する。前述の第１実施形態では、部材Ｍ２’の凹凸形状を部材Ｍ１に転写する際に、部材Ｍ１と部材Ｍ２’とのエッチングレート差により、該部材Ｍ２’の凹凸形状の高低差よりも大きい高低差の凹凸形状を部材Ｍ１に形成することを述べた。このマイクロレンズの形状の制御は、さらに他の態様に応用することが可能である。例えば、第１の成形工程において、部材Ｍ２’を、その上面が対辺方向と対角方向とで曲率が互いに異なる凹凸形状になるように成形してもよい。
【００５０】
図６は、本実施形態にかかるマイクロレンズＭＬ３の形成方法を工程ごとに説明するための模式図を、図２（第１実施形態）と同様にして示している。図６（ａ１）及び（ｂ１）は、図２（ａ１）及び（ｂ１）と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００５１】
次に、図６（ａ２）及び（ｂ２）に示されるように、第１の成形工程、即ち、部材Ｍ２を、その上面が凹凸形状になるように成形する工程を行う。この工程は、前述のとおり、グレースケールマスクを用いて部材Ｍ２を露光した後、現像することによってなされうる。ここで、本実施形態では、この工程で形成される部材Ｍ２’の凹凸形状が、対辺方向と対角方向とで互いに異なる曲率になるように、グレースケールマスクの露光光の透過率分布を調整している。
【００５２】
図７は、本実施形態のグレースケールマスクの露光光の透過率分布を説明するための図である。図中において、縦軸Ｘは、透過率を示しており、横軸Ｙは、マイクロレンズアレイＡＭＬの平面方向での位置（距離）を示している。なお、説明を容易にするため、露光処理に用いる露光装置の投影光学系の投影倍率を１倍とする。また、比較を容易にするため、ここでは、対辺方向と対角方向との透過率分布のそれぞれを、それらの中央で互いに重なるように示している。
【００５３】
図７に示されるように、対辺方向の透過率分布の変化率は、対角方向の透過率分布の変化率よりも大きい。このグレースケールマスクを用いた露光処理および現像処理を行うことにより、部材Ｍ２の凹凸形状を、対辺方向の曲率が対角方向の曲率よりも大きくなるように形成することができる。
その後、前述と同様にして第２の成形工程がなされる。図６（ａ３）及び（ｂ３）は、部材Ｍ２’のエッチング中の様子を示している。
【００５４】
第２の成形工程の後では、図６（ａ４）及び（ｂ４）に示されるように、対辺方向での高低差と対角方向での高低差とがそれぞれ大きくなり、即ち、対辺方向での曲率と対角方向での曲率とがそれぞれ大きくなる。
本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果が得られる他、マイクロレンズＭＬ３の形状を任意に制御することが可能であり、例えば、前述の一致率がより高く、又は、高低差もしくは曲率がより大きいマイクロレンズＭＬ３を形成するのにも有利である。
【００５５】
以上、本実施形態では、マイクロレンズＭＬ３の形状を制御する態様を対辺方向および対角方向に着目して述べたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、本発明によると、図３に示された領域Ｒ１（上面が凸形状となる曲率を有する領域）を任意に制御することが可能である。即ち、第１の成形工程で形成される部材Ｍ２’の凹凸形状の制御と、第２の成形工程での部材Ｍ１と部材Ｍ２’とのエッチングレート比の選択とが可能であれば、マイクロレンズの形状を任意の形状に制御することが可能である。
【００５６】
例えば、マイクロレンズの集光率をさらに向上させるため、マイクロレンズを、領域Ｒ１の面積が領域Ｒ２の面積よりも大きくなるように形成するとよい。例えば、マイクロレンズアレイＡＭＬに対する平面視において、領域Ｒ１の面積を領域Ｒ２の面積の４倍以上にするとよく、５倍以上にするとさらによい。
【００５７】
また、本実施形態においても、前述の第２実施形態と同様にして、マイクロレンズの頂に部材Ｍ２’の一部ｍが残るように、第２の成形工程のエッチングを行ってもよい。この方法によると、さらに、生産性の向上および歩留まりの向上にも有利である。
【００５８】
以上の各実施形態で形成されるマイクロレンズは、例えば、固体撮像素子に用いられうる。例えば、固体撮像素子の製造方法は、光電変換部が設けられた基板を準備する工程と、上記各実施形態のマイクロレンズの形成方法により、該基板の上に光電変換部に対応するマイクロレンズを形成する工程と、を有しうる。
【００５９】
（第４実施形態）
本実施形態では、非対称マイクロレンズを備えた固体撮像素子を形成する工程を説明する。図８（ｂ）に例示されるように、本実施形態に係る固体撮像素子は、レンズ中心に対して非対称な形状を持つ非対称マイクロレンズ８０４を備える。非対称マイクロレンズ８０４は、光電変換部、配線層およびカラーフィルターを有する構造８０９の上に設けられている。
【００６０】
非対称マイクロレンズ８０４は、固体撮像素子の撮像面周辺部に入射する斜め入射光を受光面に集光する。非対称マイクロレンズ８０４は、球面マイクロレンズと比較して、例えば、より入射角度が大きい入射光を集光できるようになるという点で有利である。球面マイクロレンズを用いる場合には、光電変換部で検出する斜め入射光の光量を増やすために、球面マイクロレンズを基板の面内方向にずらして配置することが行われる。しかし、このようなレンズずらし量が大きくなると、配線によって入射光が遮られることから、光電変換部への集光率が低くなる。一方、非対称マイクロレンズ８０４を用いると、レンズをずらす場合であっても、球面マイクロレンズを用いる場合と比べてレンズずらし量を小さくすることができ、集光率を向上させるのに有利である。また、非対称マイクロレンズ８０４を用いると、撮像面への光の入射角度を小さく抑えることができるため、混色を防ぐのにも有利である。
【００６１】
図８（ｂ）に示されるように、非対称マイクロレンズ８０４を備える固体撮像素子において、領域８０８は、光電変換部への集光に寄与する領域であるため、領域８０８は、大きく設けられるとよい。一方、領域８０５は光電変換部への集光に寄与しない領域であり、かつ、領域８０５からの光は図８（ｂ）に示されるように迷光成分となりうるため、領域８０５は、小さく設けられるとよい。
【００６２】
図８（ａ１）から（ａ５）は、非対称マイクロレンズ８０４の形成方法を説明するための図である。図８（ａ１）は、非対称マイクロレンズ８００の上面図である。図８（ａ２）は、カットラインＡ−Ａ´の断面における非対称マイクロレンズ８００の形状（設計上の形状）を示している。図８（ａ３）は、該非対称マイクロレンズ８００の形状に対応するフォトマスクの光透過率の分布８０２を示している。図８（ａ４）は、フォトマスクを透過し、フォトレジストに照射される光の光強度分布８０３を示している。図８（ａ５）は、現像後のフォトレジストからなる非対称マイクロレンズ８０４の形状（現像後の形状）を示している。
【００６３】
ここで、レンズ設計段階における非対称マイクロレンズの形状８０６は、露光・現像後における非対称マイクロレンズの形状８０７とは異なる形状となってしまう。すなわち、形状８０６は、急峻な形状として設計されているのに対して、プロセスの過程で、該急峻な形状は鈍った形状である形状８０７となる。図８（ａ３）及び（ａ４）に示すように、フォトマスクで光の透過率が急峻に変化する領域を設けたとしても、露光工程において発生する光の回折により、露光光の分布がなだらかになってしまい、鈍った形状となる。
【００６４】
この光の回折によって鈍ってしまったレジストの形状を、急峻な形状にする工程を以下説明する。
【００６５】
図９（ａ）は、平面視において各々の外形がティアドロップ型の複数の非対称マイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイ９００を示している。図９（ｂ１）は、第１の形成工程後のカットラインＡ−Ａ’（対辺方向）の断面におけるマイクロレンズアレイ９００の形状を示している。図９（ｂ２）は、第１の形成工程後のカットラインＢ−Ｂ’（対角方向）の断面におけるマイクロレンズアレイ９００の形状を示している。部材Ｍ１の上には、第１の形成工程の露光・現像によってパターニングされた部材Ｍ２´が形成されている。
【００６６】
ここで、本実施形態では、図９（ｂ１）及び（ｂ２）に示されるように、第１の形成工程後において、対辺方向では部材Ｍ１の上面が露出していないが、対角方向では部材Ｍ１の上面が露出している例を示している。また、既に述べたように所望の形状を有するマイクロレンズを形成するためには、部材Ｍ１の上面の少なくとも一部が部材Ｍ２’で覆われていることが好ましい。
【００６７】
ところで、マイクロレンズが配置可能な面積を最大限に利用した理想的な曲率等を有する非対称マイクロレンズを設計する場合、対角方向のレンズの高さが、部材Ｍ２で形成可能な高さより高くなることがある。しかし、プロセス上、このような理想的な非対称マイクロレンズを形成することはできない。そこで、レンズの集光に寄与する領域が領域８０８であることから、相対的に集光に対する寄与が小さい対角方向の各マイクロレンズが隣接する領域については、Ｍ２’にレンズ形状が形成されない部分があることを許容したレンズ設計とすることがある。すなわち、対角方向の各マイクロレンズの隣接領域には曲率を有する部材が形成されておらず、平坦部となるような構成とする。これにより、プロセスの観点からも実現可能な構成が提供できる。このため、本実施形態では、図９（ｂ２）に示されるように、対角方向については、部材Ｍ１の上面が覆われていない構成にしている。その一方で、対辺方向については、このような制約がないことから、図９（ｂ１）に示されるように、部材Ｍ１の上面が露出していない構成にしている。
【００６８】
以上の４つの実施形態を述べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的、状態、用途及び機能その他の仕様に応じて、適宜、変更が可能であり、他の実施形態によってもなされうる。
なお、ここでは、カメラ等に代表される撮像システムに含まれる固体撮像素子に本発明を適用する態様を例示したが、撮像システムの概念には、撮影を主目的とする装置の他、撮影機能を補助的に備える装置（パーソナルコンピュータや携帯端末等）も含まれる。また、撮像システムは、固体撮像素子からの信号を処理する信号処理部をさらに含みうる。該信号処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、該Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサ等を含みうる。
【符号の説明】
【００６９】
ＭＬ：マイクロレンズ、ＡＭＬ：マイクロレンズアレイ。
【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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