(57)【要約】      （修正有）【課題】各画素の受光感度を向上させ得るイメージセンサおよびその製造方法を提供する。【解決手段】このイメージセンサは、シリコンウエハ４上に、光電変換素子３およびマイクロレンズ１がこの順に積層され、グリーン、ブルーおよびレッドの各画素が形成される。ブルー画素上のマイクロレンズ１の焦点深さは、光電変換素子３におけるマイクロレンズ１側の表面から光電変換素子３の膜厚方向に向かって２００〜５００ｎｍ内側の位置にある。グリーン画素上のマイクロレンズ１の焦点深さは、光電変換素子３におけるマイクロレンズ１側の光電変換素子３の表面から光電変換素子３の膜厚方向に向かって６００〜９００ｎｍ内側の位置にある。レッド画素上のマイクロレンズ１の焦点深さは、光電変換素子３におけるマイクロレンズ１側の光電変換素子３の表面から膜厚方向に向かって２０００〜２５００ｎｍ内側の位置にある。【選択図】図１
2018078268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエハ上に、少なくとも、光電変換素子、色分解フィルタおよびマイクロレンズがこの順に積層され、
前記色分解フィルタとして、単位となる前記光電変換素子毎に、グリーン画素、ブルー画素およびレッド画素のいずれかが形成されており、
前記マイクロレンズとして、前記グリーン画素、前記ブルー画素および前記レッド画素にそれぞれ対応したグリーン画素のマイクロレンズ、ブルー画素のマイクロレンズ、レッド画素のマイクロレンズが形成されており、
前記ブルー画素のマイクロレンズの焦点深さは、前記光電変換素子における前記ブルー画素のマイクロレンズ側の表面から前記光電変換素子の膜厚方向に向かって２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の内側の位置にあり、
前記グリーン画素のマイクロレンズの焦点深さは、前記光電変換素子における前記グリーン画素のマイクロレンズ側の表面から前記光電変換素子の膜厚方向に向かって６００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の内側の位置にあり、
前記レッド画素のマイクロレンズの焦点深さは、前記光電変換素子における前記レッド画素のマイクロレンズ側の表面から前記光電変換素子の膜厚方向に向かって２０００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の内側の位置にあることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
シリコンウエハ上に、少なくとも、光電変換素子、色分解フィルタおよびマイクロレンズがこの順に積層され、
前記色分解フィルタとして、単位となる前記光電変換素子毎に、グリーン画素、ブルー画素およびレッド画素のいずれかが形成されており、
前記マイクロレンズとして、前記グリーン画素、前記ブルー画素および前記レッド画素にそれぞれ対応したグリーン画素のマイクロレンズ、ブルー画素のマイクロレンズ、レッド画素のマイクロレンズが形成されており、
前記グリーン画素のマイクロレンズ高さを１００％としたときに、
前記ブルー画素のマイクロレンズ高さが１０５％以上１５０％以下の範囲であり、
前記レッド画素のマイクロレンズ高さが９５％以上７０％以下の範囲であることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のイメージセンサの製造方法であって、
グレイトーンマスクを使用したフォトリソグラフィ法により、高さの異なる前記マイクロレンズを一括形成することを特徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項４】
前記シリコンウエハ上に前記光電変換素子を形成する工程と、
前記光電変換素子上に感光性マイクロレンズ材を塗布する工程と、
前記グレイトーンマスクを使用したフォトリソグラフィ法により、前記感光性マイクロレンズ材をパターニングする工程と、
を少なくとも含む請求項３に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項５】
前記シリコンウエハ上に前記光電変換素子を形成する工程と、
前記光電変換素子上の全面に透明樹脂層を塗布する工程と、
前記透明樹脂層上に感光性犠牲層を塗布する工程と、
前記グレイトーンマスクを使用したフォトリソグラフィ法により、前記感光性犠牲層をパターニングしてレンズ母型を形成する工程と、
前記レンズ母型上から当該レンズ母型と前記透明樹脂層をエッチングして前記マイクロレンズを形成するエッチング転写工程と、
を少なくとも含む請求項３に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項６】
前記グレイトーンマスクを使用したフォトリソグラフィ法に紫外ｉ線もしくはＫｒＦレーザーを使用する請求項３乃至５のいずれか一項に記載のイメージセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃ−ＭＯＳやＣＣＤ等の光電変換素子に代表されるイメージセンサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、この種のイメージセンサでは、カメラモジュールの小型・薄型化を目的に、ウエ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（例えば特許文献１ないし２参照）。
カメラモジュールの場合は、直径２０〜３０ｃｍのシリコンウエハの加工プロセスに、同じく直径２０〜３０ｃｍのガラス板の加工プロセスを組み合わせて、ウエハプロセスにて作製され、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て１個のカメラモジュールとなる。一般に、携帯電話に装備されるカメラであれば、カメラモジュールにおけるシリコンウエハの大きさは０．３ｍｍ角程度である。そのため、直径２０ｃｍの一枚のウエハから、３，５００〜４，３００個程度のカメラモジュールを作製できる。
【０００３】
この種のイメージセンサは、例えば図１６に示すように、シリコンウエハ１０４に、光電変換素子１０３、色分解用カラーフィルタ１０２および集光用マイクロレンズ１０１が積層され、単位となる光電変換素子毎に、グリーン、ブルーおよびレッドの各画素が作り込まれる。この種のイメージセンサにて得られる画像情報の電気信号は、詳細は図示していないが、シリコンウエハ１０４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エハ１０４の裏面に導かれ、パターン化された絶縁層と導電層によって、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との接続が可能である。
【０００４】
ここで、この種のイメージセンサには、上記のように、レッド、グリーン、ブルーの画素が形成されるところ、各画素によってイメージセンサの感度が異なるという問題がある。感度差は、色分離を行うカラーフィルタの光透過率の差により発生する。また、波長の透過性によっても感度差が発生する。つまり、色の波長ごとに、イメージセンサ内部への透過率が異なるため、例えば、ブルーはイメージセンサ表面付近で吸収されるが、レッドはイメージセンサ内部まで透過するからである。
【０００５】
こうした問題を解決するために、例えば特許文献１ないし２に記載の技術では、マイクロレンズの高さや大きさを変更することで、感度差に対応する検討が行われている。
特許文献１記載の技術では、イメージセンサの感度に合わせて、マイクロレンズの高さを変更した構造が提案されている。また、特許文献２記載の技術では、イメージセンサの感度に合わせて、マイクロレンズの高さや座標を変更した構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１４８５４９号公報
【特許文献２】特開２０１２−６４９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の技術では、感度差に対し、どのマイクロレンズをどのような構造に形成すれば感度が改善するのか具体的な指針が示されていない。また、同文献記載の技術では、マイクロレンズの高さごとに製造工程を繰り返すため、コストが上昇し、製造歩留まりが低下するという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２記載の技術においても、感度差に対し、どのマイクロレンズをどのような構造に形成すれば感度が改善するのか具体的な指針が示されていない。よって、これら文献記載の技術では、各画素によって異なるイメージセンサの感度を向上させる上で検討の余地がある。
そこで、本発明は、各画素の受光感度を向上させ得るイメージセンサおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のうち、第一の態様に係るイメージセンサは、シリコンウエハ上に、少なくとも、光電変換素子、色分解フィルタおよびマイクロレンズがこの順に積層され、前記色分解フィルタとして、単位となる前記光電変換素子毎に、グリーン画素、ブルー画素およびレッド画素のいずれかが形成されており、前記マイクロレンズとして、前記グリーン画素、前記ブルー画素および前記レッド画素にそれぞれ対応したグリーン画素のマイクロレンズ、ブルー画素のマイクロレンズ、レッド画素のマイクロレンズが形成されており、前記ブルー画素のマイクロレンズの焦点深さは、前記光電変換素子における前記ブルー画素のマイクロレンズ側の表面から前記光電変換素子の膜厚方向に向かって２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の内側の位置にあり、前記グリーン画素のマイクロレンズの焦点深さは、前記光電変換素子における前記グリーン画素のマイクロレンズ側の表面から前記光電変換素子の膜厚方向に向かって６００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の内側の位置にあり、前記レッド画素のマイクロレンズの焦点深さは、前記光電変換素子における前記レッド画素のマイクロレンズ側の表面から前記光電変換素子の膜厚方向に向かって２０００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の内側の位置にあることを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明のうち、第二の態様に係るイメージセンサは、シリコンウエハ上に、少なくとも、光電変換素子、色分解フィルタおよびマイクロレンズがこの順に積層され、前記色分解フィルタとして、単位となる前記光電変換素子毎に、グリーン画素、ブルー画素およびレッド画素のいずれかが形成されており、前記マイクロレンズとして、前記グリーン画素、前記ブルー画素および前記レッド画素にそれぞれ対応したグリーン画素のマイクロレンズ、ブルー画素のマイクロレンズ、レッド画素のマイクロレンズが形成されており、前記グリーン画素のマイクロレンズ高さを１００％としたときに、前記ブルー画素のマイクロレンズ高さが１０５％以上１５０％以下の範囲であり、前記レッド画素のマイクロレンズ高さが９５％以上７０％以下の範囲であることを特徴とする。
【００１１】
本発明のいずれか一の態様に係るイメージセンサによれば、各画素に応じたマイクロレンズの焦点深さないし高さをそれぞれ所定に設定して、レッド、グリーン、ブルーの画素毎にイメージセンサの感度が設定されるので、画素毎にマイクロレンズの集光深さを最適な深さに変化させて、イメージセンサ層内の最適な深さに光を集光させることができる。これにより、各画素の受光感度を向上させることができる。なお、第一の態様に係るイメージセンサには、後述する第一実施形態が対応している。また、第二の態様に係るイメージセンサには、後述する第二実施形態が対応している。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るイメージセンサの製造方法は、本発明のいずれか一の態様に係るイメージセンサを製造する方法であって、グレイトーンマスクを使用したフォトリソグラフィ法により、高さの異なる前記マイクロレンズを一括形成することを特徴とする。
【００１３】
ここで、本発明の一態様に係るイメージセンサの製造方法において、前記シリコンウエハ上に前記光電変換素子を形成する工程と、前記光電変換素子上に感光性マイクロレンズ材を塗布する工程と、前記グレイトーンマスクを使用したフォトリソグラフィ法により、前記感光性マイクロレンズ材をパターニングする工程と、を少なくとも含むことは好ましい（この好適態様には、後述する実施例１の製造方法が対応している。）。
【００１４】
また、本発明の一態様に係るイメージセンサの製造方法において、前記シリコンウエハ上に前記光電変換素子を形成する工程と、前記光電変換素子上の全面に透明樹脂層を塗布する工程と、前記透明樹脂層上に感光性犠牲層を塗布する工程と、前記グレイトーンマスクを使用したフォトリソグラフィ法により、前記感光性犠牲層をパターニングしてレンズ母型を形成する工程と、前記レンズ母型上から当該レンズ母型と前記透明樹脂層をエッチングして前記マイクロレンズを形成するエッチング転写工程と、を少なくとも含むことは好ましい（この好適態様には、後述する実施例２の製造方法が対応している。）。また、本発明のいずれか一の態様に係るイメージセンサの製造方法において、前記グレイトーンマスクを使用したフォトリソグラフィ法に紫外ｉ線もしくはＫｒＦレーザーを使用することは好ましい。
【００１５】
本発明の一態様に係るイメージセンサの製造方法によれば、グレイトーンマスクを使用したフォトリソグラフィ法により、画素毎に高さの異なるマイクロレンズを同時に一括形成できる。そのため、本発明の一態様に係るイメージセンサ用として好適なマイクロレンズを製造できる。また、画素毎に、焦点深さないし高さの異なるマイクロレンズを同時に一括形成できる。そのため、製造コストの低減と、工程歩留まり改善が期待できる。
【発明の効果】
【００１６】
上述したように、本発明に係るイメージセンサよれば、各画素の受光感度を向上させることができる。また、本発明に係るイメージセンサの製造方法よれば、各画素の受光感度を向上させ得るマイクロレンズ形状を一括形成できるので、本発明に係るイメージセンサを製造する方法として優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一態様に係るイメージセンサの第一実施形態の構造を説明する模式的断面図である。
【図２】図１のイメージセンサにおける、レッド、グリーン、ブルーの各画素配置を説明する模式的な部分平面図である。
【図３】イメージセンサにおける、レッド、グリーン、ブルーの各画素の受光感度を説明する受光感度カーブの一例を示すグラフである。
【図４】レッド、グリーン、ブルーの受光深さを説明する、第一実施形態のイメージセンサの模式的断面図である。
【図５】本発明に係るフォトリソグラフィ法に用いるグレイトーンマスクの一実施形態を説明する図である。
【図６】本発明の一態様に係るイメージセンサの製造方法の一実施形態（実施例１）を説明する模式的な部分断面図（（ａ）〜（ｄ））である。
【図７】本発明の一態様に係るイメージセンサの製造方法の一実施形態（実施例１）を説明する模式的な部分断面図（（ａ）〜（ｅ））である。
【図８】本発明の一態様に係るイメージセンサの製造方法の一実施形態（実施例２）を説明する模式的な部分断面図（（ａ）〜（ｄ））である。
【図９】本発明の一態様に係るイメージセンサの製造方法の一実施形態（実施例２）を説明する模式的な部分断面図（（ａ）〜（ｅ））である。
【図１０】第一実施形態に係るイメージセンサの製造方法により作成されたマイクロレンズのＡＦＭ観察像の一例である。
【図１１】第一実施形態のイメージセンサの製造方法により作成されたマイクロレンズのマイクロレンズ高さと受光感度とを対比した表１の内容をグラフ化した図である。
【図１２】第二実施形態のイメージセンサにおける、レッド、グリーン、ブルーの受光深さを説明する、イメージセンサの模式的断面図である。
【図１３】第二実施形態のイメージセンサの、レッド、グリーンの各画素上に配置されるマイクロレンズを説明する模式的な部分断面図（第一実施形態で対応する図２でのＸ−Ｘ断面図）である。
【図１４】第二実施形態のイメージセンサの、グリーン、ブルーの各画素上に配置されるマイクロレンズを説明する模式的な部分断面図（図２でのＹ−Ｙ断面図）である。
【図１５】第二実施形態に係るイメージセンサの製造方法により作成されたマイクロレンズのマイクロレンズ高さと受光感度を対比する表２の内容をグラフ化した図（（ａ）、（ｂ））である。
【図１６】一般的なイメージセンサの構造の一例を説明する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態ないし実施例について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態ないし実施例は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態ないし実施例に特定するものではない。
【００１９】
（第一実施形態）
まず、本発明の第一実施形態について説明する。なお、第一実施形態のイメージセンサは、本発明のうち、「課題を解決するための手段」に記載する、第一の態様に係るイメージセンサに対応している。
第一実施形態のイメージセンサは、図１に示すように、シリコンウエハ４上に、多数の光電変換素子３、色分解フィルタ２およびマイクロレンズ１がこの順に積層され、グリーン、ブルーおよびレッドの各画素は、単位となる光電変換素子毎に形成される。
同図の例では、色分解フィルタ２およびその下部の光電変換素子３を示すが、本明細書では、シリコンウエハ４、光電変換素子３、色分解フィルタ２、マイクロレンズ１までをイメージセンサと称する。
本実施形態での画素の配列は、図２に示すように、一画素おきにＧ（緑）フィルタ２ｂが設けられ、Ｇフィルタ２ｂの間に一行おきにＲ（赤）フィルタ２ａとＢ（青）フィルタ２ｃが設けられた、いわゆるベイヤー配列とされている。
【００２０】
イメージセンサにて得られる画像情報の電気信号は、電極（図示せず）を経由して貫通孔内に充填もしくは内壁を被覆する導電物質によりシリコンウエハ４の裏面に導かれ、パターン化された絶縁層と導電層によって、ＢＧＡ方式により、外部接続パッド５から接続バンプ６を介して外部回路に接続される。
その他、レンズモジュールの側壁に、フレア防止用で遮光性のある無電解めっき層を施しても良い。その材質は、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あげられる。そのほかに、銅等の金属を無電解めっきし、しかる後に、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。
【００２１】
ここで、図３に、一般的なイメージセンサにおける、レッド、グリーン、ブルーの各画素の受光感度カーブの一例を示す。また、図４に、第一実施形態のイメージセンサ内層へのブルー、グリーン、レッド入射光の透過と、受光イメージを示す。
図４に示すように、ブルーの波長は、イメージセンサ表面近傍３ｃの深さ２００ｎｍ程度で受光される。そのため、これに合わせてマイクロレンズ１ｃの集光位置をイメージセンサ表面近傍３ｃとすることが望ましい。ブルー画素のマイクロレンズ焦点深さを０ｎｍ〜１５００ｎｍに変化させた時の受光感度を、表１に示す。表１では、第一実施形態のイメージセンサの製造方法により作成されたマイクロレンズのマイクロレンズ高さと受光感度とを対比して示している。図１１のＢｌｕｅ（下段）に同結果のグラフを示す。
【００２２】
【表１】
2018078268.tif 000003
【００２３】
グラフからも明らかなように、ブルー画素のマイクロレンズ１ｃ焦点深さが２００ｎｍ〜５００ｎｍの間でピークを持つことがわかった。このため、ブルー画素のマイクロレンズ１ｃの焦点深さは、光電変換素子３におけるマイクロレンズ１側の表面から光電変換素子３の膜厚方向に向かって２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の内側の位置が望ましい。
【００２４】
一方、グリーンの波長はイメージセンサの比較的中域の層内部３ｂであって、深さ６００ｎｍ程度まで透過する。よって、これに合わせてマイクロレンズ１ｂの集光位置をイメージセンサの層内部３ｂとすることが望ましい。グリーンのマイクロレンズ高さを０ｎｍから１５００ｎｍまで変化させた時の受光感度を、表１に併せて示す。また、図１１のＧｒｅｅｎ（中段）に同結果のグラフを示す。
グラフからも明らかなように、グリーン画素のマイクロレンズ１ｂ焦点深さが６００ｎｍ〜９００ｎｍの間でピークを持つことがわかった。このため、グリーン画素のマイクロレンズ１ｂ焦点深さは、光電変換素子３におけるマイクロレンズ１側の光電変換素子３の表面から光電変換素子３の膜厚方向に向かって６００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の内側の位置が望ましい。
【００２５】
さらに、レッドの波長はイメージセンサの比較的深い層内部３ａであって、深さ２０００ｎｍ程度まで透過する。よって、これに合わせてマイクロレンズ１ａの集光位置をイメージセンサの層内部３ａとすることが望ましい。レッドのマイクロレンズ焦点深さを０ｎｍから３５００ｎｍまで変化させた時の受光感度を表１に併せて示す。また、図１１のＲｅｄ（上段）に同結果のグラフを示す。
グラフからも明らかなように、レッド画素のマイクロレンズ１ａ焦点深さが２０００ｎｍ〜２５００ｎｍの間でピークを持つことがわかった。このため、レッド画素のマイクロレンズ１ａ焦点深さは、光電変換素子３におけるマイクロレンズ１側の光電変換素子３の表面から光電変換素子３の膜厚方向に向かって２０００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の内側の位置が望ましい。
【００２６】
上記検討を踏まえ、第一実施形態のイメージセンサは、ブルー画素上のマイクロレンズ１の焦点深さが、光電変換素子３におけるマイクロレンズ１側の表面から光電変換素子３の膜厚方向に向かって２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の内側の位置に設定され、グリーン画素上のマイクロレンズ１の焦点深さが、光電変換素子３におけるマイクロレンズ１側の光電変換素子３の表面から光電変換素子３の膜厚方向に向かって６００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の内側の位置に設定され、レッド画素上のマイクロレンズ１の焦点深さが、光電変換素子３におけるマイクロレンズ１側の光電変換素子３の表面から光電変換素子３の膜厚方向に向かって２０００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の内側の位置に設定されている。
本実施形態のイメージセンサによれば、画素ごとのマイクロレンズの焦点深さを調整することにより、イメージセンサの最適な深さで集光させることができる。これにより、受光感度が向上する。
【００２７】
次に、上述した光電変換素子３の上部に形成されるマイクロレンズ１の製造方法について、実施例に基づき詳しく説明する。
【００２８】
［実施例１］
実施例１について、図５、図６および図７を参照しつつ説明する。
実施例１では、マイクロレンズ１を組成する感光性マイクロレンズ材１１（図６（ｂ）参照）は、感光性透明樹脂であり、ポジ型の感光性樹脂を用いた例である。本実施例では、マイクロレンズ１の画素毎に異なるマイクロレンズ高さを露光法で制御する。そのため、図５に示す、グレイトーンマスク５０という特殊な露光用マスクを使用する。
【００２９】
図５に示すグレイトーンマスク５０は、作成したいマイクロレンズ形状のレンズボトムに対して光透過率を高くした、遮光膜に濃淡のグラデュエーション（階調）が付いたマスクである。この階調の濃淡は、露光に用いる光では解像しない小径ドットの単位面積当たりの個数（粗密）差によって達成される。グレイトーンマスク５０は、グリーン、ブルー、レッドの各画素に応じて、マスクの透過光分布を異ならせてある。
【００３０】
同図の例では、符号５０ａが、レッド画素上マイクロレンズのグレイトーンマスク透過光分布を示し、符号５０ｂが、グリーン画素上マイクロレンズのグレイトーンマスク透過光分布を示し、符号５０ｃが、ブルー画素上マイクロレンズのグレイトーンマスク透過光分布を示しており、図中、明るいところは透過光が少なく、暗いところは透過光が多い。
【００３１】
実施例１では、厚さ０．７５ｍｍ、直径２０ｃｍのシリコンウエハ４に、光電変換素子３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、平坦化膜の上に、色分解フィルタ２を、グリーン、ブルー、レッドの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（図６（ａ）を参照のこと。但し、光電変換膜と平坦化層は図示せず。）。
【００３２】
グリーンレジストは、色材として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、ＰＧＭＡ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。
【００３３】
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。
【００３４】
次に、図６（ｂ）に示すように、各色カラーフィルタ２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。その後、同図（ｃ）に示すように、感光性マイクロレンズ材１１を、グレイトーンマスク５０を使用する紫外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、その後に、２５０℃で熱処理し、同図（ｄ）に示すように、マイクロレンズ１１ａを形成した。
【００３５】
マイクロレンズ１１ａのグリーン画素は、焦点深さ約６００ｎｍのスムースな半放物形状であり、レッド画素は焦点深さ２０００ｎｍ、ブルー画素は焦点深さ２００ｎｍのスムースな半放物形状であった。このようにしてシリコンウエハ４上に多面付けされたイメージセンサが完成した（図６（ｄ））。
【００３６】
次に、上記のシリコンウエハ４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、シリコンウエハ４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、シリコンウエハ４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。
【００３７】
ここで、絶縁膜は、その膜厚が貫通孔の底部（アルミニウムなど導電性の高い金属からなるパッドである）上の方がシリコンウエハ４の裏面上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、貫通孔の埋設及びウエハ裏面の配線層を形成した（図７（ａ））。
【００３８】
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り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、外部接続パッド５を有するイメージセンサ基板が得られた（図７（ｂ））。
最後に、４５０メッシュのレジンブレードを用いたダイシング装置により、マトリックス状に多面付けされたイメージセンサの中間部を断裁線として、表面より断裁溝を入れた（図７（ｃ））。その後に、同図（ｄ）に示すように個々のイメージセンサに分離し、図７（ｅ）の状態とした完成品を得た。
【００３９】
各画素の受光感度を測定した結果、レッドの受光感度は６６．１％、グリーンの受光感度は５７．５％、ブルーの受光感度は４１．１％となり（表１の実施例１）、全画素同一レンズ焦点深さ０ｎｍの受光感度（表１の例１）に対して改善が確認された。なお、必要に応じてブリーチングなどの工程を実施して、マイクロレンズの形状と光透過性を制御することもできる。
本実施例１によって得られたマイクロレンズの、ＡＦＭ観察形状を図１０に示す。従来のマイクロレンズ製造方法では、画素毎のマイクロレンズは同一形状であったが、本実施例１では、画素毎に高さの異なるマイクロレンズが、同一ピッチで形成されている。
【００４０】
［実施例２］
次に、実施例２について、図８および図９を参照しつつ説明する。
実施例２では、厚さ０．７５ｍｍ、直径２０ｃｍのシリコンウエハ４に、光電変換素子３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、平坦化膜の上に、色分解フィルタ２を、グリーン、ブルー、レッドの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（図８（ａ）を参照のこと。但し、光電変換膜と平坦化層は図示せず。）。
【００４１】
グリーンレジストは、色材として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、ＰＧＭＡ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。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、図８（ｂ）に示すように、各色カラーフィルタ２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、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（同図（ｃ））。
【００４４】
その後、同図（ｃ）に示すように、感光性犠牲層１３を、上記グレイトーンマスク５０を使用し、ＫｒＦレーザー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。グレイトーンマスク５０は、作成したいマイクロレンズ形状のレンズボトム部に対して光透過率を高くした、遮光膜に濃淡のグラデュエーション（諧調）が付いたマスクである。この諧調の濃淡は、露光に用いる光では解像しない小径ドットの単位面積当たりの個数（粗密）差によって達成される。
【００４５】
その後に、２５０℃で熱処理して、片側０．１μｍのほぼ適正なフロー量でレンズ母型１３ａを形成した（図８（ｄ））。レンズ母型１３ａは、厚さ約０．７μｍのスムースな半放物形状であり、隣り合うレンズ母型１３ａ間の凹レンズ曲率直径は０．２μｍであった。
【００４６】
次に、同図（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に転写して、図９（ａ）に示すように、マイクロレンズ１２ａを形成した。ドライエッチング時間は５分とした。マイクロレンズ１２ａのグリーン画素は、焦点深さ約９００ｎｍのスムースな半放物形状であり、レッド画素は、焦点深さ２５００ｎｍ、ブルー画素は、焦点深さ５００ｎｍのスムースな半放物形状であった。このようにしてシリコンウエハ４上に多面付けされたイメージセンサが完成した（図９（ａ））。
【００４７】
次に、上記のシリコンウエハ４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、シリコンウエハ４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、シリコンウエハ４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。
【００４８】
ここで、絶縁膜は、その膜厚が貫通孔の底部（アルミニウムなど導電性の高い金属からなるパッドである）上の方がシリコンウエハ４の裏面上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、貫通孔の埋設及びウエハ裏面の配線層を形成した。
【００４９】
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り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、外部接続パッド５を有するイメージセンサ基板が得られた（図９（ｂ））。
最後に、４５０メッシュのレジンブレードを用いたダイシング装置により、マトリックス状に多面付けされたイメージセンサの中間部を断裁線として、表面より断裁溝を入れた（図９（ｃ））。その後に、同図（ｄ）に示すように個々のイメージセンサに分離し、図９（ｅ）の状態とした完成品を得た。
【００５０】
各画素の受光感度を測定した結果、レッドの受光感度は６５．５％、グリーンの受光感度は５７．７％、ブルーの受光感度は４１．５％となり、全画素同一レンズ焦点深さ０ｎｍの受光感度（表１の実施例１）に対して改善が確認された。
【００５１】
なお、必要に応じて熱フローやブリーチングなどの工程を実施して、マイクロレンズの形状と光透過性を制御することもできる。また、本実施例のグレイトーンマスク５０を使用したフォトリソグラフィ法において、ＫｒＦレーザーを用いると、ＫｒＦレーザーの波長限界分解能により、マイクロレンズの曲面形状を、曲率直径１２０ｎｍから２４８ｎｍに制御する事が可能となる。
【００５２】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態のイメージセンサについて説明する。なお、第二実施形態のイメージセンサは、本発明のうち、「課題を解決するための手段」に記載する、第二の態様に係るイメージセンサに対応している。
第二実施形態のイメージセンサでは、集光位置を変えるパラメータとして、高さの異なるマイクロレンズ１を設定する例である。なお、第二実施形態のイメージセンサを製造するに際しては、上述した第一実施形態での製造方法（実施例１ないし２）と同様の方法で製造可能なので、第二実施形態のイメージセンサの製造方法については説明を省略する。
【００５３】
図１２に、第二実施形態のイメージセンサにおける、イメージセンサ内層へのブルー、グリーン、レッド入射光の透過と受光イメージを示す。
同図に示すように、レッドは、光透過率等の差により、同図でのイメージセンサの比較的深い層３ａまで透過する。そこで、本実施形態のイメージセンサは、これに合わせて、図１３に示すように、グリーン画素上のマイクロレンズ１ｂの高さを基準とし、レッド画素のマイクロレンズ１ｃの高さを相対的に相対高さ１ｄだけ低くしており、これにより、集光位置をイメージセンサの層内部３ａとしている。
ここで、グリーンおよびブルーのマイクロレンズ高さを５８０ｎｍに固定して、レッドのマイクロレンズ高さを５５１ｎｍから３４８ｎｍまで変化させたときの受光感度を、表２の例７から例１１に示す。また、同結果のグラフを図１５（ａ）に示す。
【００５４】
【表２】
2018078268.tif 000004
【００５５】
表２、および、図１５（ａ）に示すように、グリーン画素上のマイクロレンズ１ｂの高さを１００％として、レッド画素上のマイクロレンズ１ｃの高さが１００％（５８０ｎｍ）から９５％（５５１ｎｍ）の間では、受光感度への影響が見られなかった（表２の例７）。
一方、図１５（ａ）に示すように、レッド画素上のマイクロレンズ１ｃの高さが７０％（４０６ｎｍ）以下では、レッド画素の受光感度が低下することが確認された（表２の例１１）。このため、レッド画素上のマイクロレンズ１ｃの高さは、グリーン画素上のマイクロレンズ高さを１００％としたとき、７０％から９５％の範囲が望ましいことがわかる（図１５（ａ））。
【００５６】
また、図１２に示すように、ブルーは、光透過率等の差により、同図でのイメージセンサ表面近傍３ｃで受光される。そこで、第二実施形態のイメージセンサは、これに合わせて、図１４に示すように、グリーン画素上のマイクロレンズ１ｂの高さを基準とし、ブルー画素のマイクロレンズ１ａの高さを相対的に相対高さ１ｅだけ高くして、同図での、集光位置をイメージセンサ表面近傍３ｃとしている。
【００５７】
ここで、グリーンおよびレッドのマイクロレンズ高さを５８０ｎｍに固定して、ブルーのマイクロレンズ高さを６０９ｎｍから９２８ｎｍまで変化させたときの受光感度を、表２の例２から例６に示す。また、同結果のグラフを図１５（ｂ）に示す。
表２、および、図１５（ｂ）に示すように、グリーン画素上のマイクロレンズ１ｂの高さを１００％として、ブルー画素上のマイクロレンズ１ａの高さが１００％（５８０ｎｍ）から１０５％（６０９ｎｍ）の間では、受光感度への影響が見られなかった（表２の例１と例２）。
【００５８】
一方、図１５（ｂ）に示すように、ブルー画素上のマイクロレンズ１ａの高さが１５０％（９２８ｎｍ）以上では、ブルー画素周辺にあるグリーン画素の受光感度が低下することが確認された（表２の例６）。このため、ブルー画素上のマイクロレンズ１ａの高さは、１０５％から１５０％の範囲が望ましいことがわかる（図１５（ｂ））。
【００５９】
以上の検討に基づき、第二実施形態のイメージセンサは、グリーン画素上のマイクロレンズ１の高さを１００％としたとき、ブルー画素上のマイクロレンズ１の高さが１０５％から１５０％の範囲であり、さらに、レッド画素上のマイクロレンズ１の高さが９５％から７０％の範囲に設定されている。
本実施形態のイメージセンサによれば、画素ごとのマイクロレンズ高さを調整することにより、イメージセンサの最適な深さで集光させることができる。これにより、上述した第一の実施形態同様、受光感度が向上する。
【００６０】
以上説明したように、本発明に係るいずれかの実施形態のイメージセンサによれば、画素ごとのマイクロレンズの焦点深さないし画素ごとのマイクロレンズ高さを最適化することにより、イメージセンサの最適な深さで集光させることができる。これにより、受光感度を向上させることができる。
【００６１】
また、本発明に係るいずれかの実施例のイメージセンサの製造方法によれば、本発明に係るいずれかの実施形態に対し、グレイトーンマスクを使用したフォトリソ工程で、画素毎に焦点深さの異なるマイクロレンズ形状を簡便に一括形成できる。
また、いずれかの実施例のイメージセンサの製造方法によれば、グレイトーンマスクを使用したフォトリソ工程で、画素毎に高さの異なるマイクロレンズ形状を簡便に一括形成できる。そのため、従来の複数回のエッチング工法や、複数回のレジストパターニング工法に対し、製造コストを削減できる。
【００６２】
また、フォトリソグラフィ法に紫外ｉ線を使用することにより、マイクロレンズの曲面形状を曲率直径１８０ｎｍから３６５ｎｍに制御する事が可能となり、画素サイズ１１００ｎｍ程度のマイクロレンズの集光効率向上に効果的である。
また、ＫｒＦレーザーを使用することにより、マイクロレンズの曲面形状を曲率直径１２０ｎｍから２４８ｎｍに制御する事が可能となり、画素サイズ１０００ｎｍ以下のマイクロレンズの集光効率向上に効果的である。
【符号の説明】
【００６３】
１    マイクロレンズ
１ａ    レッド画素のマイクロレンズ
１ｂ    グリーン画素のマイクロレンズ
１ｃ    ブルー画素のマイクロレンズ
２    色分解フィルタ（カラーフィルタ）
２ａ    レッド画素の色分解フィルタ
２ｂ    グリーン画素の色分解フィルタ
２ｃ    ブルー画素の色分解フィルタ
３    光電変換素子
３ａ    レッドの透過光到達域
３ｂ    グリーンの透過光到達域
３ｃ    ブルーの透過光到達域
４    シリコンウエハ
５    外部接続パッド（電極パット）
６    接続バンプ（はんだバンプ）
１１    感光性マイクロレンズ材
１１ａ  マイクロレンズ
１２    透明樹脂層
１２ａ  マイクロレンズ
１３    感光性犠牲層
１３ａ  レンズ母型
５０    グレイトーンマスク
【図１】
2018078268.tif 000005
【図２】
2018078268.tif 000006
【図３】
2018078268.tif 000007
【図４】
2018078268.tif 000008
【図５】
2018078268.tif 000009
【図６】
2018078268.tif 000010
【図７】
2018078268.tif 000011
【図８】
2018078268.tif 000012
【図９】
2018078268.tif 000013
【図１０】
2018078268.tif 000014
【図１１】
2018078268.tif 000015
【図１２】
2018078268.tif 000016
【図１３】
2018078268.tif 000017
【図１４】
2018078268.tif 000018
【図１５】
2018078268.tif 000019
【図１６】
2018078268.tif 000020