(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換領域と、
前記光電変換領域の光入射側に設けられ、画素ごとに所定の波長の光を透過させるカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの光入射側に設けられ、前記カラーフィルタと一対一に対応させた凸状のマイクロレンズからなるマイクロレンズ群と、を有する固体撮像素子であって、
前記マイクロレンズ群は、頂部の曲率半径がＲ１の第一のマイクロレンズと頂部の曲率半径がＲ２の第二のマイクロレンズから構成され、
前記第一のマイクロレンズの断面が、略放物線の一部からなり、前記第二のマイクロレンズの断面が、略楕円の一部からなり、
Ｒ１＜Ｒ２を満たし、
前記マイクロレンズ群の単位領域における前記第一のマイクロレンズの配置数Ｎ１と、前記第二のマイクロレンズの配置数Ｎ２の比率Ｎ１／Ｎ２が、前記マイクロレンズ群の中央部から周辺部に向かうに従って単調減少することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記マイクロレンズの高さをＨ、前記画素のピッチをＰとしたとき、Ｈ／Ｐが０．２５以上０．６５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】
前記画素のピッチをＰとしたとき、前記第一のマイクロレンズの曲率半径Ｒ１および前記第二のマイクロレンズの曲率半径Ｒ２と、前記ピッチＰとの比であるＲ１／ＰおよびＲ２／Ｐが、共に０．４以上２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４】
前記第一のマイクロレンズの曲率半径Ｒ１および前記第二のマイクロレンズの曲率半径Ｒ２と、前記ピッチＰとの比であるＲ１／ＰおよびＲ２／Ｐが、共に０．４以上２以下であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記マイクロレンズの表面に、高さが５０ｎｍ以下の微細凹凸形状が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の固体撮像素子を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光素子上に微小なマイクロレンズが設けられた固体撮像素子に関し、中央部に対する周辺部の感度低下を抑えることのできる固体撮像素子と、それを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、ビデオカメラ、デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話に搭載される撮像装置の高画素化が進められている。撮像装置に組み込まれるＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の固体撮像素子の画素微細化に伴い、１画素あたりに入射する光量減少による感度低下が問題となっている。
【０００３】
感度低下を抑えるために、受光素子の入射側に、画素に一対一に対応させてマイクロレンズを形成する方式が広く用いられている。マイクロレンズを形成することで、入射光を効率よくフォトダイオードに集光することができ、受光感度を向上させることができる（特許文献１）。
【０００４】
しかし、集光性の高いマイクロレンズの形状は、入射光の入射角度に依存するため、主光線が垂直に入射するセンサー中央部と、主光線が傾いて入射するセンサー周辺部とでは、最適なレンズ形状が異なる。
【０００５】
そのため、主光線が垂直である条件で最適化したマイクロレンズを一様に敷き詰めた場合、センサーの中央部で十分感度が高かったとしても、周辺部で感度が十分に足りないという問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３３２２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、マイクロレンズを、一様に敷き詰めたＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の固体撮像素子の、中央部に対する周辺部の感度低下を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するための手段として、本発明の第１の態様は、光電変換領域と、前記光電変換領域の光入射側に設けられ、画素ごとに所定の波長の光を透過させるカラーフィルタと、前記カラーフィルタの光入射側に設けられ、前記カラーフィルタと一対一に対応させた凸状のマイクロレンズからなるマイクロレンズ群と、を有する固体撮像素子であって、
前記マイクロレンズ群は、頂部の曲率半径がＲ１の第一のマイクロレンズと頂部の曲率半径がＲ２の第二のマイクロレンズから構成され、前記第一のマイクロレンズの断面が、略放物線の一部からなり、かつ、前記第二のマイクロレンズの断面が、略楕円の一部からなり、
Ｒ１＜Ｒ２を満たし、前記マイクロレンズ群の単位領域における前記第一のマイクロレンズの配置数Ｎ１と、前記第二のマイクロレンズの配置数Ｎ２の比率Ｎ１／Ｎ２が、中央部から周辺部に向かうに従って単調減少することを特徴とする固体撮像素子である。
【００１０】
また、前記マイクロレンズの高さをＨ、前記画素のピッチをＰとしたとき、Ｈ／Ｐが０．２５以上０．６５以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、前記画素のピッチをＰとしたとき、前記第一のマイクロレンズの曲率半径Ｒ１および前記第二のマイクロレンズの曲率半径Ｒ２と、前記ピッチＰとの比であるＲ１／ＰおよびＲ２／Ｐが、共に０．４以上２以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、前記マイクロレンズの表面に、高さが５０ｎｍ以下の微細凹凸形状が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、第１の様態に係る固体撮像素子を備えたことを特徴とする電子機器である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、マイクロレンズ群中央部に対する周辺部の感度低下を抑えることができ、受光感度の向上を図ることができ、特に主光線が傾いた場合の、感度改善に効果があることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態のマイクロレンズを備えた固体撮像素子の一例を表した模数断面図である。
【図２】本発明の実施形態における、マイクロレンズの配置例を示した模数平面および断面図である。
【図３】本発明の実施形態の固体撮像素子において、マイクロレンズの頂部の曲率半径の違いによる光の伝搬経路の差を現しており、主光線が傾いた場合の、マイクロレンズの頂部の曲率の違いによる光の伝搬経路の差を示した模数断面図である。
【図４】本発明の実施形態における、略矩形形状の固体撮像素子の模数平面図および模数断面図である。
【図５】本発明の実施形態の固体撮像素子において、光が固体撮像素子に対して０°方向から傾いて照射された場合の受光感度のグラフである。
【図６】本発明の実施形態の固体撮像素子において、光が固体撮像素子に対して２０°方向から傾いて照射された場合の受光感度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、マイクロレンズを備えた固体撮像素子１０の一例を示す平面図（ａ）と、図１（ａ）で示す破線Ｖから厚み方向に切断した断面図（ｂ)である。
【００１７】
図１中の１は基板、１ａは光電変換領域、２は遮光膜、３ａは第一の平坦化層、４はカラーフィルタ、３ｂは第二の平坦化層、５はマイクロレンズである。
【００１８】
また、Ｐはマイクロレンズ５のピッチ、Ｈはマイクロレンズ５の頂点Ｔにおける高さを示す。ここで、高さＨは、第二の平坦化層３ｂの光入射面側の面３ｂ’上を基準としたときの高さとする。また、第二の平坦化層３ｂを形成しない場合は、カラーフィルタ４の光入射面側の面４’上を基準としたときの高さとする。
【００１９】
さらに、マイクロレンズ５の高さＨは、マイクロレンズ５の谷部の厚みＨ０と、曲レンズ部の高さＨ１との和（Ｈ＝Ｈ０＋Ｈ１）からなる。
【００２０】
固体撮像素子１０に入射した光は、マイクロレンズ５で屈折し、さらに、カラーフィルタ３を透過して、画素ごとの色に応じた光が光電変換領域１ａに集光する。光電変換領域１ａは、画素ごとに分離されており、光電変換領域１ａに光が照射されることで発生した電荷が電子回路に流れ、信号として読み出される。
【００２１】
基板１および光電変換領域１ａは例えばシリコンで構成される。画素間の混色を防ぐため、必要に応じて遮光膜２をアルミニウム、銀、クロム、タングステンなどの金属で形成する。平坦化層３は、酸化シリコンや窒化シリコン等で形成する。
【００２２】
カラーフィルタ４は、例えば、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｒ（赤）の色に対応する波長を選択的に透過する顔料や染料を含んだ有機材料により構成される。マイクロレンズ５は、例えば屈折率が１．４以上１．７以下程度の透明樹脂により構成される。マイクロレンズ５は、入射光を光電変換領域１ａに集光するために凸レンズ形状とする。
【００２３】
図２は、マイクロレンズ５の配置例を示した図である。図２（ａ）は、マイクロレンズ５の底面が円形で、画素間に隙間なく配置した場合である。図２（ａ）の配置例では、画素の幅方向Ｖで切断した場合に、隣接するマイクロレンズ５が重なるため、マイクロレンズ５の谷が厚みＨ０を有する。
【００２４】
図２（ｂ）は、マイクロレンズ５の底面が矩形で、画素間に隙間なく配置した場合である。図２（ｂ）の配置例では、画素の幅方向Ｖで切断した場合に、隣接するマイクロレンズ５は重ならないため、マイクロレンズ５の谷の厚みＨ０は形成されない。
【００２５】
固体撮像素子１０に入射した光が辿る経路を分類すると、（イ）マイクロレンズ５で集光され、光電変換領域１ａに到達する光、（ロ）隣接する画素の光電変換領域１ａに入射する光、（ハ）隣接する画素のカラーフィルタ４に吸収される光、（ニ）マイクロレンズ５表面もしくは固体撮像素子１０内部からの反射光、に分類される。
【００２６】
受光感度を高めるためには、光（イ）を増やし、ロスとなる光（ロ）〜（ニ）を減らす必要がある。特に、光（ロ）は隣接画素の光（クロストーク光）が漏れこむことにより、色純度の劣化やノイズの発生を招くため好ましくない。クロストーク光は、主光線が固体撮像素子１０に対して傾いて入射する場合に発生しやすくなる。
【００２７】
本発明の固体撮像素子１０を構成するマイクロレンズ５は、頂部の曲率半径がＲ１の第一のマイクロレンズ５ａと、頂部の曲率半径がＲ２の第二のマイクロレンズ５ｂのいずれかで構成される。
【００２８】
第一のマイクロレンズ５ａと第二のマイクロレンズ５ｂはＲ１＜Ｒ２を満たし、かつ、固体撮像素子１０の面内の単位領域Ｓにおいて、第一のマイクロレンズ５ａが形成された画素の数をＮ１、第二のマイクロレンズ５ｂが形成された画素の数をＮ２としたとき、固体撮像素子１０の中央部から周辺部に向かうに従って、比率Ｎ１／Ｎ２が単調減少することを特徴とする。下記に本構成を採用した理由を述べる。
【００２９】
図３は、固体撮像素子１０に主光線が傾いて入射した場合の、マイクロレンズ５の頂部の曲率の違いによる光の伝搬経路の差を模数的に表したものである。図３（ａ）はマイクロレンズ５の頂部の曲率が小さい場合を示し、図３（ｂ）はマイクロレンズ５の頂部の曲率が大きい場合を示している。
【００３０】
図３（ａ）のようにマイクロレンズ５の頂部の曲率が小さい場合、マイクロレンズに入射した傾斜光はほとんど屈折せずに固体撮像素子１０内部に入り込むため、隣接画素への
クロストーク光が増加し、受光感度が低下する。
【００３１】
他方で、マイクロレンズ５の頂部の曲率を小さくすると、固体撮像素子１０に対して垂直に入射した主光線の集光性を高められ、受光感度を効果的に高めることができる。以下では、図３（ａ）のような頂部の曲率が小さいマイクロレンズを第一のマイクロレンズ５ａと呼ぶ。
【００３２】
また、図３（ｂ）のようにマイクロレンズ５の頂部の曲率が大きい場合、マイクロレンズ５に入射した傾斜光は光電変換領域１ａの方向に屈折されやすい。そのため、頂部の曲率が小さい場合と比べて隣接画素へのクロストーク光を抑えることができ、受光感度は上昇する。以下では、図３（ｂ）のような頂部の曲率が大きいマイクロレンズを第二のマイクロレンズ５ｂと呼ぶ。
【００３３】
マイクロレンズ５の曲率半径は以下の数１から求めることができる。
【００３４】
【数１】
0006613648.tif 000002
数１のＲ（ｘ）は、座標ｘにおけるマイクロレンズ５の曲率半径である。ここで、ｘは図１（ｂ）に示すようにマイクロレンズ５の頂点Ｔから水平方向に測った距離であり、ｈ（ｘ）はマイクロレンズ５の頂点Ｔから水平方向にｘ離れた位置におけるマイクロレンズ５の高さである。
【００３５】
Ｒ１、Ｒ２はマイクロレンズ５の頂部の曲率半径であるので、数１においてｘ＝Ｐ／２におけるＲ（ｘ）を求めることにより得られる。
【００３６】
図４（ａ）は、略矩形形状の固体撮像素子１０の平面図、図４（ｂ）と（ｃ）は図４（ａ）における直線Ｑに沿った断面図である。マイクロレンズ５と光電変換素子１ａの配置について、図４（ｂ）に示すように、画素ごとのマイクロレンズ５の中心位置とカラーフィルタ４の中心位置を一致させてもよいし、図４（ｃ）に示すように、周辺部へ向かうにつれてマイクロレンズ５とカラーフィルタ４の画素ごとの中心位置を水平方向にずらして配置してもよい。画素ごとの中心位置をずらすことで、主光線が傾いた光が光電変換素子１ａに入射しやすくなる。
【００３７】
図４（ａ）において、固体撮像素子１０の中心をＯ、固体撮像素子１０の周辺部をＥ、中心Ｏから周辺部Ｅに向けて引いた垂線をＱとする。周辺部Ｅは、略矩形状の固体撮像素子１０のいずれかの端辺を表す。
【００３８】
ここで、第一のマイクロレンズ５ａと第二のマイクロレンズ５ｂの配置手法について説明する。まず、ある単位面積を有する矩形形状の単位領域Ｓを設定し、単位領域Ｓに中心Ｏが含まれる位置を開始位置とする。そして、単位領域Ｓを１画素ずつずらしながら周辺部Ｅに向けて移動させ、周辺部Ｅに単位領域Ｓの一辺が達したら移動を終了させる。
【００３９】
このとき、中心Ｏから周辺部Ｅに移動するに従って、単位領域Ｓに含まれる第一のマイクロレンズ５ａの数Ｎ１と第二のマイクロレンズ５ｂの数Ｎ２の比率Ｎ１／Ｎ２が単調減少するように、第一のマイクロレンズ５ａと第二のマイクロレンズ５ｂを固体撮像素子１０上に配列する。
【００４０】
図４は、単位領域Ｓに含まれる画素数を９（縦３画素×横３画素）としたときの例である。ここでの単調減少とは、単位領域Ｓを１画素ずらしたときに、比率Ｎ１／Ｎ２が不変の場合も含む。但し、単位領域Ｓの移動終了時の比率Ｎ１／Ｎ２は、単位領域Ｓの移動開始時の比率Ｎ１／Ｎ２よりも小さくなるように設定する。
【００４１】
単位領域Ｓの画素数は上述の９画素のほか１６画素（４×４）や２５画素（５×５）等の正方形としてもよく、６画素（２×３）や１２画素（３×４）等の矩形としてもよい。
【００４２】
固体撮像素子１０の中心Ｏ付近は、主光線がほぼ垂直に入射するため、垂直入射光に対する集光効果の高い第一のマイクロレンズ５ａを単位領域Ｓ内により多く配置することで、集光性を高めることができる。一方、固体撮像素子１０の周辺部Ｅに近付くにつれて、主光線が傾いて入射するようになるため、傾斜光を光電変換領域１ａの方向に屈折しやすい第二のマイクロレンズ５ｂを単位領域Ｓ内により多く配置する。
【００４３】
このように、第一のマイクロレンズ５ａの数Ｎ１と第二のマイクロレンズ５ｂの数Ｎ２を、単位領域Ｓが固体撮像素子１０の中央部から周辺部に向かうに従って、比率Ｎ１／Ｎ２が単調減少するように配置することで、固体撮像素子１０の中心Ｏ付近と周辺部Ｅ付近の双方の感度を高めることができる。
【００４４】
第一のマイクロレンズ５ａには、例えば断面が略放物線の一部からなるレンズを、第二のマイクロレンズ５ｂには、例えば断面が略楕円の一部からなるレンズを採用すると、受光感度を効果的に高めることができる。
【００４５】
断面が略放物線の一部からなるレンズは、断面が略楕円の一部からなるレンズと比べて頂部の曲率半径が小さいため、所望の効果が期待できる（詳細は実施例に記載）。ここで、放物線形状、楕円形状とは、マイクロレンズ５の高さｈ（ｘ）がそれぞれ以下の数２、数３で表されるものを意味する。
【００４６】
【数２】
0006613648.tif 000003
【００４７】
【数３】
0006613648.tif 000004
数２、数３におけるＨ０、Ｈ１は任意定数である。マイクロレンズ５の頂点における高さＨ（Ｈ＝Ｈ０＋Ｈ１）と、マイクロレンズ５のピッチＰの比Ｈ／Ｐは、０．２５以上となるように設定するのが好ましく、また、Ｈ／Ｐが、０．２５以上０．６５以下となるように設定するのが特に好ましい。
【００４８】
Ｈ／Ｐが上記の範囲を外れると、マイクロレンズ５の集光性が悪くなり、受光感度の低下が大きくなる。詳細については、実施例に記載する。
【００４９】
ここで、「略放物線」、「略楕円」の「略」とは、数２、数３に記した高さＨに対して±５０ｎｍ以内の誤差を許容することを意味する。高さＨの誤差がこの範囲に収まっていれば、可視光の散乱による集光性への悪影響が無視できるからである。
【００５０】
マイクロレンズ５の表面には、振幅が±５０ｎｍ以内の微細凹凸形状を意図的に付与させても良い。波長よりも小さな振幅の微細凹凸形状を付与することで、マイクロレンズ５表面で光が感じる屈折率変化が緩やかになり、レンズ表面におけるフレネルロスを低減することができる。
【００５１】
このようなマイクロレンズ５は、光リソグラフィを利用することで作製できる。光リソグラフィを利用する方法として、熱フローを利用する方法と、グレースケールマスクを利用する方法が知られている。
【００５２】
前者の方法では、マイクロレンズに対応するパターンが形成されたフォトマスクを用いて基材上に塗布された感光性レジストを露光し、現像することで立体形状の矩形パターン
を作製する。その後、熱フローによりレジストを曲面形状に変形させることで、マイクロレンズを形成する。さらに、必要に応じ、レジストを基材とともにエッチングすることで、基材にマイクロレンズのパターンを転写する。
【００５３】
後者の方法では、光透過率が段階的に変化するマスクを使用してレジストを露光、現像し、立体的なレジストパターンを得る。さらに、必要に応じ、レジストパターンを基材に転写することで、基材のマイクロレンズパターンを作製する。
【００５４】
次に、このような構成の本実施形態の固体撮像素子１０の作用について説明する。固体撮像素子１０に入射した光Ｌは、マイクロレンズ５により集光され、カラーフィルタ４に入射する。カラーフィルタ４では、画素に応じて必要な波長の光が透過し、不要な波長の光は吸収される。
【００５５】
カラーフィルタ４を透過した光は、平坦化層３を透過し、光電変換領域１ａに集光される。光電変換領域１ａに光が照射されると、光強度に比例して電荷が発生し、発生した電荷は電子回路に転送されて信号が読み出される。
【００５６】
固体撮像素子１０の平面視中央部には頂部の曲率半径の小さな第一のマイクロレンズ５ａが、固体撮像素子１０の平面視周辺部には頂部の曲率半径の大きな第二のマイクロレンズ５ｂが、単位領域Ｓ内により多く配置される。それにより、固体撮像素子１０の中央部に対する周辺部の受光感度の低下を抑えることができる。
【００５７】
本実施形態における固体撮像素子１０は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ、カメラ付き携帯電話等に代表される電子機器に適用することで、これらの電子機器の感度と画質の均一性を高めることができる。
【００５８】
本発明の固体撮像素子１０の実施例について説明する。
【実施例１】
【００５９】
マイクロレンズ５の断面が（ａ）放物線の一部、（ｂ）楕円の一部、（ｃ）三角形、（ｄ）Ｓｉｎカーブ、で構成される場合の、受光感度のシミュレーションを行った。曲率半径Ｒの大きさは、高さＨを同一とした場合、楕円の一部＞放物線の一部＞Ｓｉｎカーブ＞三角形の順である。マイクロレンズ５は、底面が略円形とし、図２（ａ）のように画素に隙間なく配列した。シミュレーションは、波長オーダーの構造の光学解析で一般的に用いられる時間領域差分法（ＦＤＴＤ法）を用いて実施した。
【００６０】
＜計算条件＞
画素ピッチ：１．２μｍ
マイクロレンズ５高さ：０．２μｍ〜０．８μｍ、０．０５μｍ刻み
マイクロレンズ５屈折率：１．５
カラーフィルタ４：０．７μｍ厚、ＲＧＢ３色のベイヤー配列
遮光膜２：なし
第一の平坦化層３ａ：ＳｉＯ２層（０．５μｍ）
第二の平坦化層３ｂ：なし
入射波長：０．５５μｍ
入射角：０°、２０°
偏光：ＴＥ波、ＴＭ波
受光面：平坦化層３と光電変換領域１ａとの界面に設定（受光面は画素面積と同サイズに設定）
表１に、マイクロレンズ５の断面が放物線の一部である場合の高さＨ[μｍ]、Ｈ０[μ
ｍ]、Ｈ１[μｍ]における頂部の曲率半径Ｒ[μｍ]、ピッチＰで規格化した曲率半径Ｒ／Ｐを記した。
【００６１】
【表１】
0006613648.tif 000005
また、表２に、マイクロレンズ５の断面が楕円の一部である場合の高さＨ[μｍ]、Ｈ０[μｍ]、Ｈ１[μｍ]における頂部の曲率半径Ｒ[μｍ]、ピッチＰで規格化した曲率半径Ｒ／Ｐを記した。
【００６２】
【表２】
0006613648.tif 000006
さらに、表３に、マイクロレンズ５の断面が三角形の場合の高さＨ[μｍ]、Ｈ０[μｍ]、Ｈ１[μｍ]を記した。断面形状が三角形のため、表３には曲率半径Ｒは記載していない。
【００６３】
表４に、マイクロレンズ５の断面がＳｉｎカーブである場合の高さＨ[μｍ]、Ｈ０[μｍ]、Ｈ１[μｍ]における頂部の曲率半径Ｒ[μｍ]、ピッチＰで規格化した曲率半径Ｒ／Ｐを記した。
【００６４】
【表３】
0006613648.tif 000007
【００６５】
【表４】
0006613648.tif 000008
入射光が０°入射（固体撮像素子１０に対して垂直に入射）のときのＧ画素の受光感度を、表１乃至４に示したマイクロレンズ５の高さ別に計算した結果を表５及び図５に示す。即ち、表５及び図５には、マイクロレンズの断面が放物線、楕円、三角形、Ｓｉｎカーブの場合における受光感度の計算結果をそれぞれ記している。
【００６６】
ここで受光感度は、Ｇ画素に１のパワーの光を入射したときの、光電変換面１ａに入射する光の全パワー（ＴＥ、ＴＭの平均）を表す（光電変換面１ａでの反射は加味していない）。
【００６７】
【表５】
0006613648.tif 000009
また、入射光を２０°で入射したときの受光感度の結果を表６及び図６に記した。
【００６８】
【表６】
0006613648.tif 000010
表５及び図５より０°入射において最大感度が得られたのはマイクロレンズ５の断面が放物線からなり、高さが３５０ｎｍの場合であった。また、マイクロレンズ５の断面を放物線とし、高さＨとピッチＰの比Ｈ／Ｐが、０．２５以上に設定するのが好ましいことがわかる。特に、高さＨとピッチＰの比Ｈ／Ｐは０．２５以上０．６５以下に設定するのがさらに好ましい。上記範囲に比Ｈ／Ｐを設定することで、マイクロレンズ５の集光性悪化による感度低下を、最大感度から３％以内に抑えることができる。
【００６９】
一方、表６及び図６より、２０°入射において最大感度が得られたのはマイクロレンズ５の断面が楕円の一部からなり、高さが５５０ｎｍの場合であった。また、マイクロレンズ５の断面を楕円の一部とし、高さＨとピッチＰの比Ｈ／Ｐが、０．２５以上に設定するのが好ましい。
【００７０】
特に、高さＨとピッチＰの比Ｈ／Ｐは、０．２５以上０．６５以下に設定するのがさらに好ましい。上記範囲に比Ｈ／Ｐを設定することで、マイクロレンズ５の集光性悪化による感度低下を、最大感度から３％以内に抑えることができる。
【００７１】
表１、表２及び上述の結果から、マイクロレンズ５の曲率半径Ｒとピッチの比Ｒ／Ｐは
、０．４以上２以下に設定するのが好ましい。例えば、Ｒ／Ｐが０．４となる場合、表１より、マイクロレンズ５の断面が放物線の場合に、高さＨが０．７５［μｍ］となる。
【００７２】
ここで、Ｒ／Ｐが０．４よりも小さくなると、マイクロレンズ５の高さがさらに増すことになり、集光性の悪化が顕著となる。また、Ｒ／Ｐが２である場合、表２より、マイクロレンズ５の断面が楕円の一部からなる場合に、高さＨが０．３[μｍ]となる。Ｒ／Ｐが２よりも大きくなると、マイクロレンズ５の高さがさらに低下することで、集光性の悪化が顕著となる。
【００７３】
従って、断面が放物線もしくは楕円の一部からなるマイクロレンズ５が集光力を失わない範囲として、Ｒ／Ｐは、０．４以上２以下に規定するのが好ましい。
【００７４】
表５、表６及び図５、図６より、マイクロレンズの断面形状を三角形とした場合、マイクロレンズの高さによらず放物線及び楕円形状よりも受光感度が低い結果となることがわかる。断面形状を三角形とした場合、側面の断面形状が直線なので、光の集光性が弱く、隣接画素の光電変換素子１ａに散乱する光や、隣接するカラーフィルタに入射して吸収する光が多くなるためと考えられる。
【００７５】
また、断面形状をＳｉｎカーブとした場合、高さが４００ｎｍ以上になると、曲率半径とピッチの比Ｒ／Ｐが０．３以下と小さくなるため、上述のとおり光電変換素子１ａ上に効果的に光を集光することが出来ず、感度が低下していることが確認できる。
【００７６】
以上の実施例より、主光線が垂直の場合においてマイクロレンズ５の断面形状が放物線の一部からなる場合に、最も受光感度の向上に効果があることを確認した。また、断面形状を楕円の一部とすることで、主光線が傾いた場合の感度改善に最も効果があることを確認した。
【００７７】
換言すると、主に入射光が垂直に入射される固体撮像素子１０の平面視中央部には、断面形状が放物線の一部からなる（頂部の曲率半径の小さい）マイクロレンズ５を多く配置すればよい。また、主に入射光が傾いて入射される固体撮像素子１０の平面視周辺部には、断面形状が楕円の一部からなる（頂部の曲率半径の大きい）マイクロレンズ５を、より多く配置すればよいと言える。
【００７８】
さらに、固体撮像素子１０へ入射する光は、固体撮像素子１０の中央部から周辺部に向かうに従って、傾斜角度が垂直から徐々に傾斜していく。よって単位領域Ｓ内のマイクロレンズの配置数は、主光線の入射角に合わせて、固体撮像素子１０の中央部から周辺部に向かうに従い、曲率半径の小さいマイクロレンズの配置数Ｎ１を単調減少させると共に、曲率半径の大きいマイクロレンズの配置数Ｎ２を単調増加させればよいことが分かる。
【００７９】
以上により、固体撮像素子１０の中央部に対する周辺部の受光感度の低下を抑えることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１・・・基板
１ａ・・・光電変換領域
２・・・遮光膜
３・・・平坦化層
３ａ・・・第一の平坦化層
３ｂ・・・第二の平坦化層
３ｂ’・・・第二の平坦化層の光入射面側の面
４・・・カラーフィルタ
４’・・・カラーフィルタの光入射面側の面
５・・・マイクロレンズ
５ａ・・・第一のマイクロレンズ
５ｂ・・・第二のマイクロレンズ
１０・・・固体撮像素子
【図１】
0006613648.tif 000011
【図２】
0006613648.tif 000012
【図３】
0006613648.tif 000013
【図４】
0006613648.tif 000014
【図５】
0006613648.tif 000015
【図６】
0006613648.tif 000016