(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２μｍピッチ以下で光電変換素子が形成された半導体基板上に透明樹脂層とレンズ母型を構成する樹脂のエッチングレートより遅いエッチングレートを有するエッチング制御層とを形成する工程と、前記エッチング制御層上に熱リフロー性を有する感光性樹脂層を形成する工程と、前記感光性樹脂層にフォトマスクを用いてパターン露光するパターン露光工程と、現像等のパターニング処理を行って前記感光性樹脂層を所定のレジストパターンとする工程と、前記レジストパターンを熱溶融して半球状のレンズ母型を形成する工程と、レンズ母型をマスクとしてエッチング制御層にドライエッチングを行って中間マイクロレンズを形成し、しかる後、中間マイクロレンズをマスクとして前記透明樹脂層にドライエッチングを行いレンズ母型の形状を前記透明樹脂層に転写してマイクロレンズとするマイクロレンズアレイの製造方法において、
前記パターン露光の際、マイクロレンズアレイを形成するための１．５μｍの矩形状のメインパターンがマトリクス状に配置され、前記矩形状のメインパターンの４隅に０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンが、対角線上に隣接するメインパターンの隅同士を連結するように付加され、かつ、前記矩形状のメインパターンが交差する部位には０．２μｍのパターン幅を有する矩形状の抜きパターンが形成されたパターンを感光性樹脂層にパターン露光しうるフォトマスクを用いることを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項２】
前記矩形状のメインパターンの相対する辺の一部が０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンでパターン抜きされ、断面形状が非対称となったマイクロレンズとする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製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイなどに組み込まれたハロゲンランプ、冷陰極線管、ＬＥＤなどの光源から発せられた光を均一に拡散、集光するのに用いるマイクロレンズ、あるいは、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の受光素子に代表される撮像素子及び撮像素子上に形成される集光性のマイクロレンズに関し、特に、微細ピッチのマイクロレンズであっても、開口率が高く、かつ、個別に厚みや形状の調整可能なマイクロレンズが配設されたマイクロレンズアレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイなどでは光源からの光を拡散するために、透明樹脂に屈折率差のある樹脂ビーズなどを分散させた塗布膜が形成された有機フィルムや、ランダムに微細凹凸を形成させた光拡散板、あるいは、レンチキュラーレンズやプリズムシートなどを組み込んでいる。
これらディスプレイは、携帯機器での使用や、ゴーグルタイプのような顔に装着しての使用など、使用目的が多目的化し一層の小型化が進んでいる。
【０００３】
こうした小型ディスプレイに用いられる光源も、ＬＥＤなどの使用により小型となり、これに付随して用いる光学的機能素子のさらなる小型化が求められている。
小型ディスプレイ用ＬＥＤに用いられる光学機能素子は、数ｍｍ〜１ｍｍ□程度の大きさにて高い集光性や光拡散性が求められている。
【０００４】
これら小型化した光学機能素子では、集光性や光拡散性を高めるために光拡散板、レンチキュラーレンズ、あるいはプリズムシートを組み込むことはサイズ的に対応が困難で、数μｍサイズの微小径のマイクロレンズでの最適化が求められている。
【０００５】
一方、撮像素子の分野では、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の受光素子の光電変換に寄与する領域（フォトダイオードとしての開口部）は、素子サイズや画素数にも依存するが、画素ピッチから換算される画素面積に対し２０〜４０％程度に限られ、この開口部が小さいことにより、素子の感度低下につながっている。
これを補う目的で、集光のためにマイクロレンズを受光素子の上に形成することが一般的となっている。
【０００６】
ＣＭＯＳやＣＣＤ等の受光素子に代表される撮像素子は、画素数の拡大とともに画素の微細化が進行している。撮像素子の各画素間の距離（画素ピッチ）は、３μｍを切り２μｍ以下の微細化に進む方向である。
【０００７】
画素数も携帯電話向けカメラにおいてさえ３００万画素あるいは５００万画素と多画素化が進んでおり、受光素子上に配設されるマイクロレンズも必然的に微細化、多画素化が要求されている。
通常、マイクロレンズは半球状であり、有機樹脂から構成されるが、そのレンズの高さはおよそ２μｍから０．２μｍの範囲にある。
【０００８】
マイクロレンズの形成技術として、ドライエッチングを用いる技術が比較的詳細に開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、熱リフローによる樹脂の熱流動性を用いてレンズを丸く半球状に形成する技術、及びレンズ表面にＰＧＭＡなどの有機膜やＯＣＤ（ＳｉＯ2系）の無機膜を形成することも開示されている。
【０００９】
また、ドライエッチングによる転写、加工により画線幅の調整が可能であること、及びドライエッチングのエッチングガスとして、ＣＦ4やＯ2ガスを用いることが詳細に開示されている（例えば、特許文献２参照）。
以下、このドライエッチング技術により形成されるマイクロレンズを転写レンズと呼び、また、この加工方法を転写方式と略称する。
【００１０】
転写レンズは、光電変換素子上のカラーフィルタや平坦化膜を含む層構造を薄くすることが出来るとともに、熱リフロー方式で作製したマイクロレンズよりもレンズの開口率を上げることが出来るため、撮像素子特性を向上させることが出来るという特徴を有する。
【００１１】
また、下地の透明樹脂層上に同一のレンズ材料からなる感光性樹脂層にて熱リフローレンズを形成し、この熱リフローレンズをレンズ母型とし、そのレンズ母型のパターンをドライエッチングにより下地の透明樹脂層に転写して転写レンズを形成する技術が開示されている（例えば、特許文献３及び特許文献４参照）。
更に、感光性のレンズ材料を用いて画素間のギャップを小さくする技術が開示されている（例えば、特許文献５参照）。
【００１２】
以下、図２２（ａ）〜（ｅ）及び図２３（ｆ）〜（ｈ）を用いて、転写レンズの作成方法について説明する。
まず、光電変換素子１１１が形成された半導体基板１１０上に公知の方法で平坦化層１２１及び赤色フィルタ１３１Ｒ、緑色フィルタ１３２Ｇ、青色フィルタ１３３Ｂからなるカラーフィルタ１３０を形成する（図２２（ａ）〜（ｃ）参照）。
【００１３】
次に、転写レンズを形成するための透明樹脂層１４１、エッチング制御層１５１及び熱リフロー性を有する感光性樹脂層１６１を順次形成する（図２２（ｄ）参照）。
熱リフロー性を有する感光性樹脂層１６１としては、一般にポジ型の感光性樹脂（通常、半導体レジストにも用いられる感光性フェノール樹脂）が用いられる。
また、エッチング制御層は、後述するドライエッチングの際にレンズ母型より遅いエッチングレートとなる樹脂で形成するのが望ましい。
【００１４】
次に、所定のパターンが形成されたパターン露光用マスクを用いて感光性樹脂層１６１上にパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、エッチング制御層１５１上の所定位置にレジストパターン１６１ａを形成する（図２２（ｅ）参照）。
【００１５】
なお、パターン露光にあたっては、形成すべきマイクロレンズの５倍の寸法のパターンを形成したパターン露光用マスク（通常、５倍レチクルと称す）を用い、波長３６５ｎｍの光をパターン露光時の主波長とするステッパー露光装置にてマスク上のパターンを５分の１に縮小して感光性樹脂層にパターン露光することが多い。
【００１６】
図１８に、１．８μｍピッチのマイクロレンズを形成する際に用いる、設計上のマスクパターン寸法の一例を示す。
なお、パターン露光の際にはステッパー露光装置にて１／５に縮小されてパターン露光が行われるため、５倍レチクルマスク上では図１８上の寸法は５倍のパターン寸法になる。
【００１７】
図１９は、レチクルマスクを用いて、熱リフロー性を有するポジ型感光性フェノール樹脂からなる感光性樹脂層１６１に波長３６５ｎｍの露光光によるパターン露光を行い、アルカリ液現像して形成されたレジストパターン１６１ａの模式平面図を示す。
【００１８】
現像後に得られるレジストパターン１６１ａの平面視形状は、図１９に示すように、マ
スクパターンが矩形状であっても、感光性樹脂層１６１の解像度と、露光波長（３６５ｎｍ）の影響などから、コーナー部（角部）が丸みを帯びたレジストパターンとなる。
【００１９】
これは、図１８に示すマイクロレンズ用のパターンをステッパー露光装置を用いて露光するときに、パターンコーナー部Ａに露光光（露光波長３５６ｎｍ）の回り込みが生じるため、コーナー部のパターン形状が正確に感光性樹脂層に結像されないことによる。
また、マイクロレンズ形成用の感光性樹脂層の解像度に限界があることも樹脂のコーナー部が丸みを帯びる原因となる。
【００２０】
次に、レジストパターン１６１ａを１５０℃〜２５０℃の範囲で加熱処理を行い、レジストパターン１６１ａを溶融し、レンズ母型１６１ｂを形成する（図２３（ｆ）参照）。レンズ母型１６１ｂは、溶融時にレジストパターン１６１ａ表面に生じる表面張力により、凸状（例えば、断面が半球状）のレンズが形成される。
【００２１】
次に、レンズ母型１６１ｂをマスクとして、上記のドライエッチングによりエッチング制御層１５１をエッチングすることにより、中間マイクロレンズ１５１ａを形成する（図２３（ｇ）参照）。
【００２２】
ここで、エッチング制御層１５１は、熱リフロー時のレンズ母型の流動性をコントロールし、丸くスムーズな形状と寸法安定性の確保のほかに、上述したようにドライエッチング時の中間レンズ高さを調整し、さらには中間レンズ間ギャップを小さくする作用がある。
【００２３】
次に、中間マイクロレンズ１５１ａを中間マスクとして、上記のドライエッチングにより透明樹脂層１４１をエッチングすることにより、所望のマイクロレンズ１４１ａを形成することができる（図２０及び図２３（ｈ）参照）。
【００２４】
図２０は、上述した熱リフロー方式、転写方式により得られたマイクロレンズ１４１ａの平面視形状を示す。
図２０に示すように、マイクロレンズ１４１ａの対角方向のマイクロレンズ間の隙間１４２は大きくなっており、この隙間１４２は光の集光及び拡散に寄与しないためマイクロレンズの開口率を下げることになる。
【００２５】
設計上のマイクロレンズパターンの形状と、実際に得られたマイクロレンズの形状の差異は、３μｍの画素ピッチの場合はマイクロレンズの集光性に大きな影響は与えないが、２．５μｍ画素ピッチではマイクロレンズの集光性が低下するという影響が出始める。
さらに、２．２μｍ以下の画素ピッチになると、図２０に示すように、対角方向のマイクロレンズ間の隙間１４２が大きくなることによる開口率の低下による集光性の低下は顕著なものとなる。
【００２６】
図２１は、レンズピッチを変化した場合の、熱リフロー法で形成した熱リフローレンズと、ドライエッチング法で形成したマイクロレンズとの実効的な開口率の変化を示すグラフである。
上記したように、熱リフローレンズは、熱処理で樹脂を溶融し、その溶融時の樹脂の表面張力を利用して凸レンズ状に丸く加工するものであるが、熱リフローの際の流動化時に隣接するレンズ同士がくっつかないように、そのレンズ間に約０．３μｍ程度のギャップ（平面視矩形状のレンズの辺方向の隙間）が必要である。
そのため、画素ピッチが微細化するとともに、図２１に示すように、急激に実効的な開口率が低下する。
【００２７】
フロロカーボン系ガスをドライエッチング時のガスとして用い、かつ、熱リフローにより半球状とした樹脂パターンをレンズ母型として、該レンズ母型の下地である透明樹脂層をドライエッチング加工し、レンズ母型を形状転写して得られるマイクロレンズは、図２１に示すように熱リフローレンズよりも高開口率である。しかし、画素ピッチが２．２μｍ以下になると、その実効的開口率が９０％を下回り８９％程度になってしまう。
【特許文献１】特開昭６０−５３０７３号公報
【特許文献２】特開平６−３７０５８号公報
【特許文献３】特開平６−１１２４５９号公報
【特許文献４】特開２００３−２２９５５０号公報
【特許文献１】特開２０００−２６９４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
上記したように、ドライエッチングによりレンズ母型を中間マスクとして透明樹脂層に転写するマイクロレンズ形成方法は、下地の透明樹脂層の上に、熱リフロー性を有する感光性樹脂材料を用いて、露光、現像、熱リフロー等の手順でレンズ母型を形成した後、このレンズ母型のパターンをドライエッチングで下地の透明樹脂層に転写し、マイクロレンズを形成するのが一般的である。
【００２９】
マイクロレンズのサイズ（平面視でのマイクロレンズの大きさ）として、光の波長の３〜４倍あれば光の集光や拡散に有効であることを本発明者らは、経験的に確認している。従って、例えば緑（Green）光の波長５５０ｎｍを基準とすれば、平面視での大きさを１．５μｍ〜２．２μｍとし、マイクロレンズの曲率（あるいはレンズ厚み）や、傾き（断面視での斜面部の形状）を適宜調整することによって最適な集光性を得ることができる。
【００３０】
同時に、平面視でのマクロレンズ同士の距離（レンズギャップ）を小さくし、すなわち、隣接するマイクロレンズ間の隙間を極力小さくし、マイクロレンズが被覆していない部位（非開口部）を極力小さくすることが、微小マイクロレンズの開口率を向上し光の利用効率を上げるために重要なポイントとなる。
【００３１】
上記したように、撮像素子やＬＥＤなどは小型化しており、集光・拡散用の光学機能素子としてのマイクロレンズは１ｍｍ〜２ｍｍ□のサイズの基板に形成することが要求される。そのためには平面視で２μｍサイズ近傍のマイクロレンズを最適な形状にて形成することが望ましい。
【００３２】
なお、撮像素子を構成する基板は、基板表面が多数の画素領域に区画され、各画素領域には各々光電変換素子が配置されている。画素領域は格子状に区画された平面視矩形状であるため、画素領域上に形成するマイクロレンズも、被覆領域を多くし高開口率とするため、平面視で略矩形状に形成される。
【００３３】
しかしながら、マイクロレンズのサイズが２μｍ近傍となった場合、複数のマイクロレンズをアレイ状（行列状）に形成したマイクロレンズアレイを高開口率とし、マイクロレンズの対角方向の隙間を埋めることは、比較的難しい。
【００３４】
なぜならば、マイクロレンズの形成にあたっては、微細なパターンを露光しなければな
らないため、パターン露光波長が３６５ｎｍ（０．３６５μｍ）である半導体製造に用いられる高精度のステッパー露光装置を使用し、また、マイクロレンズ形成用の素材として、感光性を有し、かつ、熱リフロー性を有する樹脂として、例えば感光性フェノール樹脂を使用することになる。
【００３５】
そのため、露光波長が３６５ｎｍであることと、パターン露光、現像後に残存する感光性樹脂の解像度が悪いこととを合わせ、マイクロレンズ間のギャップや隙間（特に、残存させる樹脂の平面視形状を四角形とした場合の対角方向の隙間）を埋めることが困難となる。
【００３６】
本発明者らの観測では、マイクロレンズの素材として用いるポジ型の感光性フェノール樹脂をフォトリソ法でパターン形成を行うと、孤立した単独パターンでは、パターンマスクに形成された０．２μｍ〜０．３μｍ幅のパターンは、どうにか樹脂パターンとして再現できる。
【００３７】
しかし、３６５ｎｍ波長の露光光がマスクパターン部に入らないため、パターンマスク上の０．１μｍ幅の遮光パターンを樹脂パターンに再現することは難しい。
同様に、パターンマスク上の透光パターンが０．１μｍ幅の場合も、パターン露光時に感光性樹脂に極端な過剰露光を行わないと樹脂でのパターン再現ができない。
このことから、０．１５〜０．２μｍ幅の単独パターンは、パターン再現できるかどうかの境界領域となる。
【００３８】
本発明の目的は、高開口率で集光性が高く、また、光の拡散性に優れたマイクロレンズアレイの製造方法を提供し、集光性、光拡散性に優れたマイクロレンズ基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
本発明に於いて上記課題を達成するために、請求項１においては、２μｍピッチ以下で光電変換素子が形成された半導体基板上に透明樹脂層とレンズ母型を構成する樹脂のエッチングレートより遅いエッチングレートを有するエッチング制御層とを形成する工程と、前記エッチング制御層上に熱リフロー性を有する感光性樹脂層を形成する工程と、前記感光性樹脂層にフォトマスクを用いてパターン露光するパターン露光工程と、現像等のパターニング処理を行って前記感光性樹脂層を所定のレジストパターンとする工程と、前記レジストパターンを熱溶融して半球状のレンズ母型を形成する工程と、レンズ母型をマスクとしてエッチング制御層にドライエッチングを行って中間マイクロレンズを形成し、しかる後、中間マイクロレンズをマスクとして前記透明樹脂層にドライエッチングを行いレンズ母型の形状を前記透明樹脂層に転写してマイクロレンズとするマイクロレンズアレイの製造方法において、
前記パターン露光の際、マイクロレンズアレイを形成するための１．５μｍの矩形状のメインパターンがマトリクス状に配置され、前記矩形状のメインパターンの４隅に０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンが、対角線上に隣接するメインパターンの隅同士を連結するように付加され、かつ、前記矩形状のメインパターンが交差する部位には０．２μｍのパターン幅を有する矩形状の抜きパターンが形成されたパターンを感光性樹脂層にパターン露光しうるフォトマスクを用いることを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法としたものである。
【００４２】
また、請求項２においては、前記矩形状のメインパターンの相対する辺の一部が０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンでパターン抜きされ、断面形状が非対称となったマイクロレンズとする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製造方法としたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、本発明の実施の形態につき説明する。
請求項１に係る発明は、基板上に熱リフロー性を有する感光性樹脂層を形成する工程と、前記感光性樹脂層にフォトマスクを用いてパターン露光するパターン露光工程と、現像等のパターニング処理を行ってレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンを熱溶融してマイクロレンズアレイを形成する熱リフロー工程とを有するマイクロレンズアレイの製造方法において、前記パターン露光の際、マイクロレンズアレイを形成するための矩形状のメインパターンがマトリクス状に配置され、前記矩形状のメインパターンの４隅に０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンが、対角線上に隣接するメインパターンの隅同士を連結するように付加され、かつ、前記矩形状のメインパターンが交差する部位には矩形状の抜きパターンが形成されたパターンを感光性樹脂層にパターン露光しうるフォトマスクを用いるようにしたものである。
【００５１】
図１は、矩形状のメインパターンの４隅に０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンを付加し、且つパターン抜きしたマスクパターンのパターンレイアウトの一実施例を示す模式部分平面図である。なお、図１に記した寸法は、感光性樹脂にパターン露光されるパターンの寸法であり、５倍レチクルを用いてパターン露光する場合には、５倍レチクル上には図1の５倍の寸法を有するパターンが形成される。
マスクパターン１０ａは、ポジ型の感光性樹脂層をパターン露光する際に使用するマスクパターンの一例であって、マスクパターン上で遮光部となる１．５μｍ角の矩形状のメインパターン１１の４隅に０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１２ａをメインパターン同士を連結するようにパターン付加し、さらに形状補正用パターン１２ａ同士が交差する連結中央部を０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１３ａでパターン抜きして、矩形状のメインパターン１１のパターン補正をしている。尚、形状補正パターン１２ａ同士が交差する部位は、レジスト残りが生じ易く、パターン不良となり易い。そのため、不要なレジスト残りを防止するため、交差部に抜きパターンを形成している（図６参照）。
このように、矩形状のメインパターン１１を形状補正用パターンでパターン補正することにより、２．２μｍ以下の矩形状のメインパターンにおいてもコーナー部のパターン再現性が改善され、コーナー部の丸みが低減されたマイクロレンズを得られるため、マイクロ
レンズのレンズ開口率を上げることができる。
【００５２】
図７は、矩形状のメインパターンの４隅に０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンにてメインパターン同士を連結するようにパターン付加し、且つ前記矩形状のメインパターンの一部を０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンでパターン抜きしたマスクパターンのパターンレイアウトの一実施例を示す模式部分平面図である。なお、図７に記した寸法は、感光性樹脂にパターン露光されるパターンの寸法であり、５倍レチクルを用いてパターン露光する場合には、５倍レチクル上には図７の５倍の寸法を有するパターンが形成される。
【００５３】
マスクパターン１０ｂは、ポジ型の感光性樹脂層をパターン露光する際に使用するマスクパターンの一例であって、１．５μｍ角の矩形状のメインパターン１１の４隅に０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１２ａを連結するようにパターン付加するとともに、形状補正用パターン１２ａ同士が交差する連結中央部を０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１３ａでパターン抜きして、さらに矩形状のメインパターン１１同士が相対する辺の一部を０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１２ｂでパターン抜きして、パターン抜きした部位が凹部となるように矩形状のメインパターン１１のパターン補正をしている。
このように矩形状のメインパターン１１のパターン補正することにより、２．２μｍ以下の矩形状のメインパターンにおいてもコーナー部のパターン再現性が改善され、マイクロレンズのレンズ開口率を上げることができ、且つ凹部により熱フローの際にリフローするレンズの体積を調整できるため、マイクロレンズの断面形状やレンズ体積（厚み、曲率）を調整できる。
【００５４】
ＣＭＯＳなどの撮像素子は、画素の微細化（例えば、２．２μｍ以下、１．８μｍ、１．５μｍと言った微細画素）になると、トランジスタ素子などのレイアウト、アルミニウム配線などの影響で、受光素子であるフォトダイオードの位置が、画素の中心とならず、辺方向や対角のコーナー方向にずれることが出てくる。
このときに、マイクロレンズの中心位置を、受光素子の位置に合わせて、例えば、０．１μｍ〜０．３μｍといった量で位置調整や微妙な曲率調整が必要になってくる。
図７に示すパターンを有するフォトマスクを用いることで、マイクロレンズの位置調整や微妙な曲率調整の可能な技術を提案するものである。
【００５５】
請求項３に係る発明は、基板上に透明樹脂層を形成する工程と、前記透明樹脂層上に熱リフロー性を有する感光性樹脂層を形成する工程と、前記感光性樹脂層にフォトマスクを用いてパターン露光するパターン露光工程と、現像等のパターニング処理を行って前記感光性樹脂層を所定のレジストパターンとする工程と、前記レジストパターンを熱溶融して半球状のレンズ母型を形成する工程と、前記レンズ母型をマスクにして前記透明樹脂層をドライエッチングしてレンズ母型の形状を前記透明樹脂層に転写してマイクロレンズとするマイクロレンズアレイの製造方法において、前記パターン露光の際、
マイクロレンズアレイを形成するための矩形状のメインパターンがマトリクス状に配置され、前記矩形状のメインパターンの４隅に０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンが、対角線上に隣接するメインパターンの隅同士を連結するように付加され、かつ、前記矩形状のメインパターンが交差する部位には矩形状の抜きパターンが形成されたパターンを感光性樹脂層にパターン露光しうるフォトマスクを用いるようにしたものである。
【００５６】
図１は、矩形状のメインパターンの４隅に０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンを付加し、且つパターン抜きしたマスクパターンのパターンレイアウトの一実施例を示す模式部分平面図である。なお、図１に記した寸法は、感光性樹脂にパ
ターン露光されるパターンの寸法であり、５倍レチクルを用いてパターン露光する場合には、５倍レチクル上には図1の５倍の寸法を有するパターンが形成される。
マスクパターン１０ａは、ポジ型の感光性樹脂層をパターン露光する際に使用するマスクパターンの一例であって、１．５μｍ角の矩形状のメインパターン１１の４隅に０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１２ａを連結するようにパターン付加し、さらに形状補正用パターン１２ａの交差する連結中央部を０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１３ａでパターン抜きしている。
【００５７】
このように矩形状のメインパターン１１をパターン補正することにより、２．２μｍ以下の矩形状のメインパターンにおいてもレジストパターンコーナー部のパターン再現性が改善され、コーナー部の丸みが低減されたマイクロレンズを得られるため、マイクロレンズのレンズ開口率を上げることができる。
特に、上記請求項１に係わる熱リフロー方式のマイクロレンズよりも、マイクロレンズのレンズ開口率を上げることができる。
【００５８】
図７は、矩形状のメインパターンの４隅に０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンをパターン付加し、且つ前記矩形状のメインパターンの一部を０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンでパターン抜きしたマスクパターンのパターンレイアウトの一実施例を示す模式部分平面図である。なお、図７に記した寸法は、感光性樹脂にパターン露光されるパターンの寸法であり、５倍レチクルを用いてパターン露光する場合には、５倍レチクル上には図７の５倍の寸法を有するパターンが形成される。
【００５９】
マスクパターン１０ｂは、ポジ型の感光性樹脂層をパターン露光する際に使用するマスクパターンの一例であって、１．５μｍ角の矩形状のメインパターン１１の４隅に０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１２ａを連結するようにパターン付加するとともに、形状補正用パターン１２ａの交差する連結中央部を０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１３ａでパターン抜きして、さらに矩形状のメインパターン１１の相対する辺の一部が０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１２ｂでパターン抜きして凹部とし、矩形状のメインパターン１１のパターン補正をしている。
このように、矩形状のメインパターン１１をパターン補正することにより、２．２μｍ以下の矩形状のメインパターンにおいてもコーナー部のパターン再現性が改善され、マイクロレンズのレンズ開口率を上げることができ、且つマイクロレンズの断面形状やレンズ体積（厚み、曲率）を調整できる。
【００６０】
本発明では、上記のようなマスクパターンを用い、ドライエッチングを併用することにより、２μｍ以下などの微細画素においても、マイクロレンズコーナー部のパターン再現性が改善される。これにより、レンズ開口率を上げることができる（図１６参照）。
【００６１】
以下、転写方式のマイクロレンズアレイの製造方法について説明する。
図１４（ａ）〜（ｅ）及び図１５（ｆ）〜（ｈ）は、転写方式のマイクロレンズアレイの製造方法の一実施例を示す模式構成断面図である。
まず、光電変換素子２１が形成された半導体基板２０上に公知の方法で平坦化層３１及び赤色フィルタ４１Ｒ、緑色フィルタ４２Ｇ、青色フィルタ４３Ｂからなるカラーフィルタ４０を形成する（図１４（ａ）〜（ｃ）参照）。
【００６２】
次に、転写レンズを形成するための透明樹脂層５１、エッチング制御層６１及び熱リフロー性を有する感光性樹脂層７１を形成する（図１４（ｄ）参照）。
熱リフロー性を有する感光性樹脂層７１としては、一般にポジ型の感光性樹脂（通常、半
導体レジストにも用いられる感光性フェノール樹脂）が用いられ、感光性フェノール樹脂、感光性フェノールノボラック樹脂、感光性ポリスチレン樹脂、感光性アクリル樹脂などが使用可能である。熱リフロー性、感光性、アルカリ現像（通常ポジ型）などの特性を保有していれば良い。サブミクロンの高い解像度があることは、より望ましい。
【００６３】
次に、フォトマスクを介して感光性樹脂層にパターン露光を行う。このとき、図１に示すパターンを感光性樹脂層７１にパターン露光し、有機アルカリ等の現像液にて現像処理を行って、エッチング制御層１５１上の所定位置にレジストパターン７１ａを形成する（図１４（ｅ）参照）。
【００６４】
なお、パターン露光にあたっては、形成すべきマイクロレンズの５倍の寸法のパターンを形成したパターン露光用マスク（通常、５倍レチクルと呼ぶ）を用い、波長３６５ｎｍの光をパターン露光時の主波長とするステッパー露光装置にて５分の１に縮小して感光性樹脂層にパターン露光することが多い。このとき、５倍レチクル上には図１の５倍の寸法を有するパターンが形成される。
【００６５】
次に、レジストパターン７１ａを１５０℃〜２５０℃の範囲で加熱処理を行い、レジストパターン７１ａの熱リフロー（レジストパターン７１ａの流動化）処理を行って、レンズ母型７１ｂを形成する（図１５（ｆ）参照）。
レンズ母型７１ｂは、溶融時にレジストパターン７１ａ表面に生じる表面張力により、凸状（例えば、断面が半球状）のレンズが形成される。
【００６６】
次に、ドライエッチング装置にて、レンズ母型７１ｂを中間マスクとしてエッチング制御層６１をエッチングすることにより、中間マイクロレンズ６１ａを形成する（図１５（ｇ）参照）。
【００６７】
ここで、請求項５に係る発明では、透明樹脂層５１と感光性樹脂層７１との間にエッチング制御層６１を形成している。エッチング制御層のエッチングレートを、レンズ母型のエッチングレート遅くすることで、レンズ母型７１ｂのレンズ径より大きくしてマイクロレンズ間の「狭ギャップ」化を図ると共に、エッチング時及びエッチング後のマイクロレンズ５１ａの表面の荒れを抑制している。
【００６８】
マイクロレンズ表面の荒れを抑制するためには、エッチング制御層６１や透明樹脂層５１に用いる樹脂の骨格にベンゼン環を多く導入した樹脂であることが好ましい。
あるいは、ベンゼン環を有する紫外線吸収剤などを添加しても表面荒れを抑制する効果が得られる。
エッチング制御層６１に採用可能な樹脂は熱硬化型の樹脂であっても良いし、アルカリ現像の可能な感光性樹脂であっても良い。
【００６９】
このドライエッチングには、フロロカーボン系のガスを用いるが、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8などの単独ガス、あるいはこれらの混合ガスが好適である。
特に、カーボン原子／フッソ原子比率でカーボンの割合の高いガスを用いると、ドライエッチングでの形状転写にて、図１５（ｇ）に示す中間マイクロレンズ６１ａを大きく形成しやすい。これは、ドライエッチング時にレンズ母型７１ｂや中間マイクロレンズ６１ａの側壁にＣＦｘが形成されやすく、レンズ形状を大きくできるためである。
レンズ母型パターンが大きくなり、結果として、レンズ間の隙間が小さくなり、「狭ギャップ」効果が得られることになる。
【００７０】
形状転写加工前のレンズ母型を基に、非球面や非対称の特殊なマイクロレンズをドライエッチングで加工するには、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8などＦ原子の数に対してＣ原子の数
の大きいフロロカーボン系のガスを用いることが良い。
また、部分的に水素原子を含んだフロン系ガスを導入しても良い。
【００７１】
次に、ドライエッチング装置にて、中間マイクロレンズ６１ａを中間マスクとして、透明樹脂層５１をドライエッチングすることにより、所望のマイクロレンズ５１ａを形成し、半導体基板２０上にカラーフィルタ４０及びマイクロレンズ５１ａが形成されたマイクロレンズ基板１００ａを得ることができる（図１５（ｈ）及び図１６参照）。
【００７２】
「狭ギャップ」は、レンズ間の隙間が小さくなると進みにくくなる。レンズ間が小さくなりゼロギャップになると「狭ギャップ」効果が小さくなるため、ゼロギャップ化した中間マイクロレンズ６１ａの形状を透明樹脂層５１に形状転写するドライエッチング工程では、ＣＦ4のようにエッチングレートの早いガスに切り替えることが望ましい。
【００７３】
マイクロレンズ５１ａが形成される透明樹脂層５１は、逆に広い樹脂選択範囲がある。Ｓ／Ｎ比を下げるなど撮像素子向けマイクロレンズに要求される低反射率を目的に樹脂骨格にフッソ基を導入した含フッソアクリル樹脂や珪素を導入した含珪素アクリル樹脂が使用できる。
高屈折率を要求する場合は、ポリイミド樹脂やイオウなどハロゲン基を導入したアクリル樹脂、あるいは、ＳｉＮ（窒化シリコン）のような無機材料もその選択範囲に入る。
耐熱性が重要な用途であれば、前記した材料のほか、耐熱アクリル樹脂も採用可能である。
エッチングレートの異なるレンズ母型の感光性樹脂、エッチング制御層、透明樹脂を用いることにより、マイクロレンズの厚み（曲率）の調整も可能である。
【００７４】
本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法にて形成されたマイクロレンズ基板は、ＣＭＯＳ、ＣＣＤと呼ばれる光電変換素子が形成された半導体基板（シリコンウエハー）上に光学素子として必要なレンズ曲率・屈折率・形状等を調整できるマイクロレンズアレイを形成できる。
この場合、マイクロレンズのサイズは、２．２μｍピッチでも良いが、必要に応じ２．２μｍより大きいサイズで形成しても良い。
【００７５】
請求項８に係る発明では、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイの製造方法にて作製されたマイクロレンズ基板は、１．５μｍ角の矩形状のメインパターン１１の隅に０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１２ａを連結するようにパターン付加したマスクパターンが配置されたフォトマスクを用いて、パターン露光しているので、マイクロレンズアレイの平面視の個々のマイクロレンズ面積が、光電変換素子のアレイ画素面積の９０％以上確保できるようになっている。
【００７６】
請求項９に係る発明では、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイの製造方法にて作製されたマイクロレンズ基板は、パターン露光に使用するフォトマスクとして、１．５μｍ角の矩形状のメインパターン１１の隅に０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１２ａを連結するようにパターン付加し、且つ前記矩形状のメインパターンの一部を０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンでパターン抜きしたマスクパターンが配置されたフォトマスクを使用してパターン露光するので、マイクロレンズアレイのマイクロレンズの形状を部分的に変えることが可能になる。
【００７７】
請求項１０に係る発明では、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイの製造方法にて作製されたマイクロレンズ基板は、パターン露光に使用するフォトマスクとして、１．５μｍ角の矩形状のメインパターン１１の隅に０．２μｍのパターン幅
を有する形状補正用パターン１２ａを連結するようにパターン付加し、且つ前記矩形状のメインパターンの一部を０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンでパターン抜きしたマスクパターンが配置されたフォトマスクを使用してパターン露光するので、マイクロレンズアレイのマイクロレンズを断面非対称のマイクロレンズで構成することができる。
【実施例１】
【００７８】
まず、光電変換素子２１が形成された半導体基板２０上にスピンコート法で平坦化層３１を形成した後、赤色フィルタ４１Ｒ、緑色フィルタ４２Ｇ、青色フィルタ４３Ｂからなるカラーフィルタ４０を公知のフォトリソグラフィー法にて形成した（図１４（ａ）〜（ｃ）参照）。
【００７９】
次に、ベンゾトリアゾール系ＵＶ吸収剤を固形比５％含有するアクリル樹脂からなる０．８μｍ厚の透明樹脂層５１と、ノボラック樹脂からなる０．８μｍ厚のエッチング制御層６１と、熱リフロー性を有する感光性フェノール樹脂からなる０．４μｍ厚の感光性樹脂層７１とを順次形成した（図１４（ｄ）参照）。
【００８０】
次に、５倍レチクルを用いてステッパーにて感光性樹脂層７１にパターン露光した。５倍レチクルには、１／５に縮小された際に、図１に示す１．５μｍの矩形状パターンの４隅に０．２μｍ幅の形状補正用パターン１２ａを付加し、形状補正用パターン１２ａが交差する連結中央部を０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１３ａでパターン抜きしたパターン１０ａが配置されている。
次いで、有機アルカリ等の現像液にて現像処理を行って、エッチング制御層１５１上の所定位置にレジストパターン７１ａを形成した（図１４（ｅ）参照）。
図２に、レジストパターン７１ａの電子顕微鏡写真を示す。
【００８１】
次に、レジストパターン７１ａを２００℃に加熱したホットプレートで加熱処理を行い、レジストパターン７１ａの熱リフロー処理を行って、半球状のレンズ母型７１ｂを形成した（図１５（ｆ）参照）。
図３に、レンズ母型７１ｂの電子顕微鏡写真を示す。
【００８２】
次に、ドライエッチング装置にて、レンズ母型７１ｂを中間マスクとしてエッチング制御層６１をエッチングすることにより、中間マイクロレンズ６１ａを形成した（図１５（ｇ）参照）。
【００８３】
次に、ドライエッチング装置にて、中間マイクロレンズ６１ａを中間マスクとして、透明樹脂層５１をドライエッチングすることにより、高さ０．４μｍのマイクロレンズ５１ａを形成し、半導体基板２０上にカラーフィルタ４０及びマイクロレンズ５１ａが形成されたマイクロレンズ基板１００ａを作製することができた（図１５（ｈ）参照）。
図４に、マイクロレンズ５１ａの電子顕微鏡写真を、図５に、マイクロレンズ５１ａの断面拡大写真をそれぞれ示す。
図４の電子顕微鏡写真からも分かるように、４隅に０．２μｍ幅の形状補正用パターン１２ａを付加することにより、マイクロレンズのコーナー部の丸みが小さくなり、開口率が上昇していていることが確認された。
また、マイクロレンズ５１ａの開口率は約９４％であった。
【実施例２】
【００８４】
本実施例２では、半導体基板とフォトマスクが異なる以外は、実施例１と同様の製造工程となるため、製造工程は図１４、図１５を用いて説明する。
まず、画素の中央より辺方向に位置ずれした光電変換素子２１を有する半導体基板２０ａ
上に実施例１と同様な方法で平坦化層３１及び赤色フィルタ４１Ｒ、緑色フィルタ４２Ｇ、青色フィルタ４３Ｂからなるカラーフィルタ４０を形成した（図１４（ａ）〜（ｃ）参照）。
【００８５】
次に、ベンゾトリアゾール系ＵＶ吸収剤を固形比５％含有するアクリル樹脂からなる０．８μｍ厚の透明樹脂層５１と、ノボラック樹脂からなる０．８μｍ厚のエッチング制御層６１と、熱リフロー性を有する感光性フェノール樹脂からなる０．５μｍ厚の感光性樹脂層７１とを順次形成した（図１４（ｄ）参照）。
【００８６】
次に、５倍レチクルを用いてステッパーにて感光性樹脂層７１にパターン露光した。５倍レチクルには、１／５に縮小された際に、図７に示す１．５μｍの矩形状パターンの４隅に０．２μｍ幅の形状補正用パターン１２ａを付加し、且つ矩形状のメインパターンの相対する辺の一部が０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１３ｂでパターン抜きし、さらに形状補正用パターン１２ａが交差する連結中央部を０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１３ａでパターン抜きしたパターン１０ｂが配置されている。
次いで、有機アルカリ等の現像液にて現像処理を行って、エッチング制御層１５１上の所定位置にレジストパターン７２ａを形成した（図１４（ｅ）参照）。
図８は、レジストパターン７２ａの電子顕微鏡写真を示す。
【００８７】
次に、レジストパターン７２ａを２００℃に加熱したホットプレートで加熱処理を行い、レジストパターン７２ａの熱リフロー処理を行って、半球状のレンズ母型７２ｂを形成した（図１５（ｆ）参照）。
図９は、レンズ母型７２ｂの電子顕微鏡写真を示す。
【００８８】
次に、フロロカーボン系ガスＣ3Ｆ8を導入したドライエッチング装置にて、レンズ母型７２ｂを中間マスクとしてエッチング制御層６１をエッチングすることにより、中間マイクロレンズ６２ａを形成した（図１５（ｇ）参照）。
【００８９】
次に、フロロカーボン系ガスＣＦ4を導入したドライエッチング装置にて、中間マイクロレンズ６２ａを中間マスクとして、透明樹脂層５１をドライエッチングすることにより断面非対称マイクロレンズ５２ａを形成し、半導体基板２０ａ上にカラーフィルタ４０及び断面非対称のマイクロレンズ５２ａが形成されたマイクロレンズ基板１００ｂを作製することができた（図１７（ａ）参照）。
図１０は、マイクロレンズ５２ａの電子顕微鏡写真を、図１１は、マイクロレンズ５２ａの断面拡大写真をそれぞれ示す。
【００９０】
図８のレジストパターン７２ａの電子顕微鏡写真からも分かるように、４隅に０．２μｍ幅の形状補正用パターンをパターン付加し、且つ矩形状のメインパターンの相対する辺の一部が０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１３ｂでパターン抜きすることにより、形状補正用パターン１２ｂでパターン抜きされた部分が凹んでいる。
【００９１】
図１１の断面拡大写真からも分かるように、全体として非対称の丸みを帯びたマイクロレンズに加工されている。
また、マイクロレンズ５２ａの高さのピークは、形状補正用パターン１３ｂでパターン抜きした部分と反対側に、中心よりおよそ０．２μｍずれていることが確認された。
また、マイクロレンズ５２ａの開口率は約９２％であった。
【実施例３】
【００９２】
本実施例３では、半導体基板とフォトマスクが異なる以外は、実施例１と同様の製造工
程となるため、製造工程は図１４、図１５を用いて説明する。
まず、図１７（ｂ）に示すように画素の中央より対角方向に位置ずれした光電変換素子２１を有する半導体基板２０ａ上に実施例１と同様な方法で平坦化層３１及び赤色フィルタ４１Ｒ、緑色フィルタ４２Ｇ、青色フィルタ４３Ｂからなるカラーフィルタ４０を形成した（図１４（ａ）〜（ｃ）参照）。
【００９３】
次に、ベンゾトリアゾール系ＵＶ吸収剤を固形比５％含有するアクリル樹脂からなる０．８μｍ厚の透明樹脂層５１と、ノボラック樹脂からなる０．８μｍ厚のエッチング制御層６１と、熱リフロー性を有する感光性フェノール樹脂からなる０．４μｍ厚の感光性樹脂層７１とを順次形成した（図１４（ｄ）参照）。
【００９４】
次に、５倍レチクルを用いてステッパーにて感光性樹脂層７１にパターン露光した。５倍レチクルには、１／５に縮小された際に、図１２に示す１．５μｍの矩形状パターンの３隅に０．２μｍ幅の形状補正用パターン１２ａを付加し、且つ１．５μｍの矩形状のメインパターンの１隅を０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１３ｃでパターン抜きし、さらに形状補正用パターン１２ａが交差する連結中央部を０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１３ａでパターン抜きしたパターン１０ｃが配置されている。
次いで、有機アルカリ等の現像液にて現像処理を行って、エッチング制御層１５１上の所定位置にレジストパターン７３ａを形成した（図１４（ｅ）参照）。
【００９５】
次に、レジストパターン７３ａを２００℃に加熱したホットプレートで加熱処理を行い、レジストパターン７３ａの熱リフロー処理を行って、半球状のレンズ母型７３ｂを形成した（図１５（ｆ）参照）。
ここで、マスクパターン１０ｃを用いて形成したレンズ母型は、形状補正用パターン１２ｃでパターン抜きすることにより、熱で溶融、リフローするレンズの体積を調整できるため、レンズ高さ（レンズ曲率）を調整できることになる。
【００９６】
次に、フロロカーボン系ガスＣ3Ｆ8を導入したドライエッチング装置にて、レンズ母型７３ｂを中間マスクとしてエッチング制御層６１をエッチングすることにより、中間マイクロレンズ６３ａを形成した（図１５（ｇ）参照）。
【００９７】
次に、フロロカーボン系ガスＣＦ4を導入したドライエッチング装置にて、中間マイクロレンズ６３ａを中間マスクとして、透明樹脂層５１をドライエッチングすることにより、非対称マイクロレンズ５３ａを形成し、半導体基板２０ａ上にカラーフィルタ４０及び非対称マイクロレンズ５３ａが形成されたマイクロレンズ基板１００ｃを作製することができた（図１７（ａ）参照）。
ここで、マイクロレンズの１隅がなだらかな曲線をもつ非対称のマクロレンズを加工することができた。
【実施例４】
【００９８】
まず、光電変換素子２１が形成された半導体基板２０上に公知の方法で平坦化層３１及び赤色フィルタ４１Ｒ、緑色フィルタ４２Ｇ、青色フィルタ４３Ｂからなるカラーフィルタ４０を形成した（図１４（ａ）〜（ｃ）参照）。
【００９９】
次に、ベンゾトリアゾール系ＵＶ吸収剤を固形比５％含有するアクリル樹脂からなる０．８μｍ厚の透明樹脂層５１と、ノボラック樹脂からなる０．８μｍ厚のエッチング制御層６１と、熱リフロー性を有する感光性フェノール樹脂からなる０．４μｍ厚の感光性樹脂層７１とを順次形成した（図１４（ｄ）参照）。
【０１００】
次に、５倍レチクルを用いてステッパーにて感光性樹脂層７１にパターン露光した。５倍レチクルには、１／５に縮小された際に、図１３に示す１．５μｍの矩形状パターンの４隅に０．２μｍ幅の形状補正用パターン１２ａを付加し、且つ１．５μｍの矩形状のメインパターンの１部を０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１３ｄと１３ｅとでパターン抜きし、さらに形状補正用パターン１２ａが交差する連結中央部を０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１３ａでパターン抜きしたパターン１０ｄが配置されている。
次いで、有機アルカリ等の現像液にて現像処理を行って、エッチング制御層１５１上の所定位置にレジストパターン７４ａを形成した（図１４（ｅ）参照）。
【０１０１】
次に、レジストパターン７４ａを２００℃に加熱したホットプレートで加熱処理を行い、レジストパターン７４ａの熱リフロー処理を行って、半球状のレンズ母型７４ｂを形成した（図１５（ｆ）参照）。
ここで、マスクパターン１０ｄを用いて形成したレンズ母型は、１．５μｍの矩形状のメインパターンの１部を０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１３ｄと１３ｅとでパターン抜きしているので、全体として膜厚が薄い熱リフローレンズとなる。
【０１０２】
次に、フロロカーボン系ガスＣ3Ｆ8を導入したドライエッチング装置にて、レンズ母型７４ｂを中間マスクとしてエッチング制御層６１をエッチングすることにより、中間マイクロレンズ６４ａを形成した（図１５（ｇ）参照）。
【０１０３】
次に、フロロカーボン系ガスＣＦ4を導入したドライエッチング装置にて、中間マイクロレンズ６４ａを中間マスクとして、透明樹脂層５１をドライエッチングすることにより、マイクロレンズ５４ａを形成し、半導体基板２０上にカラーフィルタ４０及びマイクロレンズ５４ａが形成されたマイクロレンズ基板１００ｄを作製することができた（図１５（ｈ）参照）。
ここで、マイクロレンズ５４ａは、実施例１で作製したマイクロレンズ５１ａよりも中心部の高さが０．１μｍほど低いマイクロレンズを作製することができた。
また、マイクロレンズ５４ａの開口率は約９３％であった。
【０１０４】
上記したように、本発明のマイクロレンズアレイの製造方法によれば、形状補正パターンをパターン付加したり、マスクパターンの一部を形状補正パターンでパターン抜きしたマスクパターンを配置したフォトマスクを用いてパターン露光することにより、集光や散乱効果を最適化したマイクロレンズ基板を提供できる。
撮像素子においては、２μｍピッチ以下の微細画素においても受光素子の位置に関わらず、集光を最適化でき、また、形状や厚みの異なるマイクロレンズを撮像素子チップの光学条件にあわせて配設することにより、従来、問題であったチップ中央部と端部の集光性の差を解消することができる。
また、赤・緑・青などの各色のカラーフィルタの屈折率差を補正するため、赤・緑・青のフィルタに対応して形成する各レンズの厚みを調整できる。
【０１０５】
なお、上述した実施例では、光電変換素子を有する半導体基板上にマイクロレンズアレイを形成しているが、本発明の実施の形態はこれに限定されるものではない。
例えば、ガラス基板上に上述した方法でマイクロレンズアレイを形成したマイクロレンズ基板は、光を均一に集光、拡散することができる。
そのため、かかるマイクロレンズ基板をＬＥＤ等の光源に組み込めば高品質の表示装置を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】矩形状のメインパターンの４隅に０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンをパターン付加したマスクパターンのパターンレイアウトの一実施例を示す模式部分平面図である。
【図２】レジストパターン７１ａの電子顕微鏡写真を示す説明図である。
【図３】レンズ母型７１ｂの電子顕微鏡写真を示す説明図である。
【図４】マイクロレンズ５１ａの電子顕微鏡写真を示す説明図である。
【図５】マイクロレンズ５１ａの断面構造の電子顕微鏡写真を示す説明図である。
【図６】形状補正用パターン１２ａがパターン付加された連結中央部に配置された形状補正用パターン１３ａを示す説明図である。
【図７】矩形状のメインパターンの４隅に０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンをパターン付加し、且つ前記矩形状のメインパターンの一部を０．１５〜０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターンでパターン抜きしたマスクパターンのパターンレイアウトの一実施例を示す模式部分平面図である。
【図８】レジストパターン７２ａの電子顕微鏡写真を示す説明図である。
【図９】レンズ母型７２ｂの電子顕微鏡写真を示す説明図である。
【図１０】マイクロレンズ５２ａの電子顕微鏡写真を示す説明図である。
【図１１】マイクロレンズ５２ａの断面構造の電子顕微鏡写真を示す説明図である。
【図１２】１．５μｍの矩形状パターンの３隅に０．２μｍ幅の形状補正用パターン１２ａを付加し、且つ１．５μｍの矩形状のメインパターンの１隅を０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１２ｃでパターン抜きしたマスクパターン１０ｃが配置されたマスクパターンのパターンレイアウトの一実施例を示す模式部分平面図である。
【図１３】１．５μｍの矩形状パターンの４隅に０．２μｍ幅の形状補正用パターン１２ａを付加し、且つ且つ１．５μｍの矩形状のメインパターンの１部を０．２μｍのパターン幅を有する形状補正用パターン１２ｄと１２ｅとでパターン抜きしたマスクパターン１０ｄが配置されたマスクパターンのパターンレイアウトの一実施例を示す模式部分平面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｅ）は、転写方式のマイクロレンズアレイの製造方法の製造工程の一部を示す模式構成断面図である。
【図１５】（ｆ）〜（ｈ）は、転写方式のマイクロレンズアレイの製造方法の製造工程の一部を示す模式構成断面図である。
【図１６】転写方式のマイクロレンズアレイの製造方法で作製したマイクロレンズ５１ａの平面視形状を示す模式部分平面図である。
【図１７】（ａ）は、本発明のマイクロレンズ基板の一実施例を示す模式部分断面図である。（ｂ）は、画素の中央より対角方向に位置ずれした光電変換素子の配置状態の一例を示す模式平面図である。
【図１８】１．８μｍピッチのマイクロレンズを形成する際に用いる、設計上のマスクパターン寸法の一例を示す模式部分平面図である。
【図１９】レジストパターン１６１ａの平面視形状を示す模式部分平面図である。
【図２０】マイクロレンズ１４１ａの平面視形状を示す模式部分平面図である。
【図２１】画素ピッチを変化した場合の、熱リフロー法で形成したマイクロレンズと、ドライエッチング法で形成したマイクロレンズとの実行的な開口率の変化を示す説明図である。
【図２２】（ａ）〜（ｅ）は、転写方式のマイクロレンズアレイの製造方法の製造工程の一部を示す模式構成断面図である。
【図２３】（ｆ）〜（ｈ）は、転写方式のマイクロレンズアレイの製造方法の製造工程の一部を示す模式構成断面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ……マスクパターン
１１……矩形状のメインパターン
１２ａ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ……形状補正用パターン
２０、２０ａ、１１０……半導体基板
２１、１１１……光電変換素子
３１、１２１……平坦化層
４０……カラーフィルタ
４１Ｒ、１３１Ｒ……赤色フィルタ
４２Ｇ、１３２Ｇ……緑色フィルタ
４３Ｂ、１３３Ｂ……青色フィルタ
５１、１４１……透明樹脂層
５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ、１４１ａ……マイクロレンズ
６１、１５１……エッチング制御層
６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａ、１５１ａ……中間レンズ
７１、１６１……感光性樹脂層
７１ａ、７２ａ、７３ａ、７４ａ、１６１ａ……レジストパターン
７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ、７４ｂ、１６１ｂ……レンズ母型
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ……マイクロレンズ基板
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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