(57)【要約】【課題】  熱に強いマイクロレンズを形成することができるマイクロレンズの製造方法を提供すること。【解決手段】  基板上に光透過性を有する無機膜を形成する工程と、レンズ形成位置に対応する前記無機膜上の位置にレジスト膜を形成する工程と、前記無機膜の前記レジスト膜の形成されていない部分をエッチングする工程と、残存する前記レジスト膜を除去する工程と、前記レジスト膜が除去された前記エッチングによりパターンニングされた無機膜に対して不活性ガスイオンを照射する工程（Ｆ）と、を含む。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に光透過性を有する無機膜を形成する工程と、
レンズ形成位置に対応する前記無機膜上の位置にレジスト膜を形成する工程と、
前記無機膜の前記レジスト膜の形成されていない部分をエッチングする工程と、
残存する前記レジスト膜を除去する工程と、
前記レジスト膜が除去された前記エッチングによりパターンニングされた無機膜に対して不活性ガスイオンを照射する工程と、
を含むことを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記無機膜を形成する工程は、シリコン窒化膜又はシリコン酸化膜を前記基板上に堆積させる工程を含むことを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記不活性ガスイオンは、アルゴンイオンを含むことを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の方法において、
前記不活性ガスイオンが照射された前記エッチングによりパターンニングされた無機膜に対し、光透過性を有する無機膜を堆積させる工程をさらに含むことを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項５】
複数のフォトダイオードが形成された基板上に光透過性を有する無機膜を形成する工程と、
各フォトダイオードに対応する前記無機膜上の位置にレジスト膜を形成する工程と、
前記無機膜の前記レジスト膜の形成されていない部分をエッチングする工程と、
残存する前記レジスト膜を除去する工程と、
前記レジスト膜が除去された前記エッチングによりパターンニングされた無機膜に対して不活性ガスイオンを照射する工程と、
を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法により製造された固体撮像素子。
【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製造方法、固体撮像素子の製造方法及び固体撮像素子に関し、特に各種光学装置等に用いられるマイクロレンズの製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズ（マイクロレンズアレイを含む。）は、例えば固体撮像素子や液晶表示装置等の光学装置に設けられている。例えば、固体撮像素子にマイクロレンズを形成する場合、最上層にカラーレジストのような有機膜を形成し、熱リフロー法によりレンズ形成するのが一般的である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、有機膜は熱に弱いという問題がある。耐熱性を有するマイクロレンズは、種々の有利な応用をもたらす。例えば、有機膜を用いて固体撮像素子にマイクロレンズを形成するのでは、工程途中にレンズを形成して、各フォトダイオードにレンズを近づけることが困難であるが、無機膜を用いれば可能となる。
【０００４】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、熱に強いマイクロレンズを形成することができるマイクロレンズの製造方法、熱に強いマイクロレンズを備えた固体撮像素子の製造方法及び固体撮像素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係るマイクロレンズの製造方法は、基板上に光透過性を有する無機膜を形成する工程と、レンズ形成位置に対応する前記無機膜上の位置にレジスト膜を形成する工程と、前記無機膜の前記レジスト膜の形成されていない部分をエッチングする工程と、残存する前記レジスト膜を除去する工程と、前記レジスト膜が除去された前記エッチングによりパターンニングされた無機膜に対して不活性ガスイオンを照射する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る製造方法では、まず、基板上に無機膜が形成される。基板は、例えば各種半導体基板であってもよい。この場合、各種半導体基板は、フォトダイオード等が既に形成されたものであってもよい。無機膜は光透過性を有し、レンズとして加工される。なお、基板上に無機膜を形成する工程は、例えばシリコン窒化膜又はシリコン酸化膜を前記基板上に堆積させる工程を含んでもよい。次に、前記無機膜上の各レンズ形成位置にレジスト膜が形成される。レジスト膜は、ポジ型レジスト材で形成してもよいし、ネガ型レジスト材で形成してもよい。
【０００７】
その後、前記無機膜のレジスト膜の形成されていない部分がエッチングされる。エッチングは、ウェットエッチングであってもよいし、ドライエッチングであってもよい。その後、残存するレジスト膜が除去される。こうして、各レンズ形成位置に対応する位置に凸部が形成され、レンズ形成位置間に凹部が形成される。そして、エッチングが施され、レジスト膜が除去された凹凸付きの基板に対して、不活性ガスイオンが照射される。不活性ガスイオンは、例えばアルゴンイオンを含んでもよい。不活性ガスイオンは、無機膜の表面原子又は分子の結合を切断して、照射方向の他の原子又は分子との再結合を許容するよう、その運動エネルギーが調整される。
【０００８】
本発明によれば、工程中、各レンズ形成位置に凸部が形成され、この凸部の上面周囲（縁）に配置された原子又は分子が不活性ガスイオンの照射により照射方向に移動する。こうして、凸部の上面周囲の原子又は分子が凹部周囲（底部の縁）に移動し、いわば凸部の上面周囲が崩落する。こうして、各凸部の周囲が丸まり、レンズ形状を得ることができる。本発明では、無機膜を用いてレンズを形成するので、半導体製造工程の途中に適用することができる。また、不活性ガスイオンの照射により、凸部上面周囲の原子又は分子を凹部周囲に移動させるので、微細加工をさほど必要とすることなく、レンズ間隔を容易に近づけることができる。
【０００９】
また、本発明の一態様として、前記不活性ガスイオンが照射された前記エッチングによりパターンニングされた無機膜に対し、光透過性を有する無機膜を堆積させる工程をさらに含んでもよい。この工程は、不活性ガスイオンを照射する工程の後、直ちに行われてもよいし、他の工程を経た後に行われてもよい。無機膜を堆積させる工程は、例えばＣＶＤ法を用いてもよい。無機膜は、シリコン窒化膜であってもよいし、シリコン酸化膜であってもよい。この態様によれば、前記エッチングする工程において、微細加工をさほど必要とすることなく、レンズ間隔を近づけることができる。また、前記エッチングする工程における微細加工の程度を下げることができるので、この工程と前記不活性ガスイオンを照射する工程との間に、他の工程を設ける場合に、その作業を容易化することができる。
【００１０】
また、本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、複数のフォトダイオードが形成された基板上に光透過性を有する無機膜を形成する工程と、各フォトダイオードに対応する前記無機膜上の位置にレジスト膜を形成する工程と、前記無機膜の前記レジスト膜の形成されていない部分をエッチングする工程と、残存する前記レジスト膜を除去する工程と、前記レジスト膜が除去された前記エッチングによりパターンニングされた無機膜に対して不活性ガスイオンを照射する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
従来方法では、固体撮像素子にカラーフィルタ等を形成した後、最上層にマイクロレンズ（オンチップマイクロレンズ）を形成したが、本発明によれば、無機膜を用いるので、製造工程の途中にレンズを形成することができる。また、こうして、フォトダイオードとレンズとの距離を近づけることができる。さらに、不活性ガスイオンの照射により、凸部上面周囲の原子又は分子を凹部周囲に移動させるので、微細加工をさほど必要とすることなく、レンズ間隔を容易に近づけることができる。
【００１２】
また、本発明に係る固体撮像素子は、上記方法により製造される。本発明によれば、各フォトダイオードとレンズとの距離を短くすることができ、またレンズ間隔を短くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００１４】
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を説明する図である。これらの図には、製造工程途中の固体撮像素子基板の断面図が工程順に示されている。
【００１５】
本実施形態に係る方法では、まず同図（Ａ）に示すように、マイクロレンズを形成する対象となる基板を用意する。この基板は、シリコンウエハそのものであってもよいし、一又は複数の半導体製造工程を経たものであってもよい。ここでは、Ｐ型シリコン基板１０の表面の一部に金属膜１２が形成されたものを用いることにする。
【００１６】
次に、同図（Ｂ）に示すように、同図（Ａ）に示す基板に対して第１レンズ基材層１４を堆積させる。第１レンズ基材層１４は、マイクロレンズの一部（又は全部）として加工されるものであり、光を透過する性質を有する、すなわち光透過性を有する無機材料からなる薄膜である。ここではシリコン窒化膜を用いることとするが、シリコン酸化膜等、他の光透過性を有する無機膜であってもよい。第１レンズ基材層１４は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等、各種成膜技術を用いて堆積させればよい。
【００１７】
次に、同図（Ｃ）に示すように、少なくともレンズを形成しようとする位置にマスクを形成する。マスクの大きさは、必要なレンズサイズよりも小さ目としておく。ここでは、第１レンズ基材層１４にレジストを塗布した後、露光によりパターニングして、レンズに対応する位置の周囲にレジスト膜１６が形成されていない部分を形成し、その他の領域にレジスト膜１６を形成する。このようにパターニングされたレジスト膜１６は、ポジ型レジストにより形成してもよいし、ネガ型レジストにより形成してもよい。
【００１８】
次に、同図（Ｄ）に示すように、こうしてレジスト膜１６が形成された基板に対して、エッチングを施す。エッチングは、ドライエッチングであってもよいし、ウェットエッチングであってもよい。エッチング量は、第１レンズ基材層１４の膜厚の範囲で行われることが望ましい。エッチング量は、必要とするレンズの高さにより決定すればよい。こうして、第１レンズ基材層１４に、凹部１８により囲まれた凸部２０が形成される。次に、図２（Ｅ）に示すように、レジスト膜１６を除去する。こうして、凸部２０の上面２０ｂが露出される。
【００１９】
その後、以上のようにしてレンズ周囲にエッチングが施され、レジスト膜１６が除去された基板に対して、不活性ガスイオンを照射する。この不活性ガスイオンの照射は、凸部２０の角部２０ａを削り落とす目的で実施される。ここでは、不活性ガスイオンにアルゴンイオンを用いることとするが、他の不活性ガスイオンを照射してもよい。アルゴンイオンを基板に照射する場合、東京応化工業株式会社製のイオンストリームエッチ装置を用い、アルゴンプラズマを生成し、該プラズマに電界を掛けることにより基板にアルゴンイオンを照射（衝突）させるようにしてもよい。このとき、アルゴンイオンの運動エネルギーは、第１レンズ基材層１４の表面原子又は分子の結合を切断して、照射方向の他の原子又は分子との再結合を許容するよう（表面原子又は分子が凹部１８の周囲の近傍のみに移動するよう）、その大きさが調整される。
【００２０】
同図（Ｆ）は、この不活性ガスイオンの照射工程を経た基板の断面を示している。同図に示すように、凸部２０の角部２０ａが削り取られ、その削り取られた部分が側面２０ｃ及び凹部１８の周囲に移動している。こうして、無機膜で構成された凸部２０が、いわゆる崩落するように凸部２０の上面縁部に曲率部２０ｄが形成され、凸部２０がレンズ状に加工される。丁度、有機膜を熱リフローさせたような形状が、本工程により得られる。
【００２１】
その後、同図（Ｇ）に示すように、こうして加工された第１レンズ基材層１４に対して、さらに第２レンズ基材層２２を堆積させる。第２レンズ基材層２２は、マイクロレンズの一部として加工されるものであり、光透過性を有する無機材料からなる薄膜である。ここではシリコン窒化膜を用いることとするが、シリコン酸化膜等、他の光透過性を有する無機膜であってもよい。第２レンズ基材層２２も、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等、各種成膜技術を用いて堆積させればよい。
【００２２】
不活性ガスイオンの照射工程と第２レンズ基材層２２の堆積工程との間には、他の工程を設けてもよい。例えば、凸部２０及び凹部１８以外の場所に金属膜等を形成する工程を設けてもよい。本実施形態では、第２レンズ基材層２２を堆積させることにより最終的なレンズ形状を得るようにしており、途中の第１レンズ基材層１４の段階では、凹部１８の幅はさほど狭くされていないため、不要な金属膜等を凹部１８から除去するのが容易となる効果がある。また、凹部１８をさほど狭くしなくて済むため、微細加工を要することなく、レンズ間隔を狭めることができる。なお、金属膜を形成する場合、第２レンズ基材層２２を該金属膜のパッシベーション膜（保護膜）として兼ねることができる。
【００２３】
なお、ここでは第１レンズ基材層１４と第２レンズ基材層２２とを積層して、マイクロレンズを得るようにしたが、第１レンズ基材層１４のみでマイクロレンズを得るようにしてもよい。この場合、図１（Ｄ）においてエッチングが施される幅を狭くしたり、図２（Ｆ）における不活性ガスイオンの照射量を多くすることにより、レンズ間隔を狭めることができる。
【００２４】
図３は、第２の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を示す図である。同図には、マイクロレンズがアレイ配置された固体撮像素子の製造工程が示されている。この実施形態では、まず同図（Ａ）に示すように、光透過性を有する無機膜（第１レンズ基材層）に対して選択的にエッチングを施すことにより、各レンズ形成位置の周囲に凹部１８を形成し、それによりレンズ形成位置に凸部２０を形成する（図２（Ｅ）に対応する）。その後、同図（Ｂ）に示すように、不活性ガスイオンを照射して、各凸部２０の角部を丸め、曲率部２０ｄを形成する（図２（Ｆ）に対応する）。さらに、同図（Ｃ）に示すように、こうして得られる基板上に光透過性を有する無機膜（第２レンズ基材層）をさらに堆積させる（図２（Ｇ）に対応する）。こうして、光透過性を有する無機膜により形成された、耐熱性を有するマイクロレンズを得ることができる。
【００２５】
上記実施形態によれば、無機膜を用いてマイクロレンズを形成するので、熱に強いマイクロレンズとすることができる。この結果、マイクロレンズ形成後の基板に対し、各種半導体工程をさらに施すことができる。また、不活性ガスイオンの照射により、凸部の上面縁部に結合している原子又は分子を照射方向に移動させ、再結合させ、いわば無機膜の構成原子又は分子を崩落させるようにしているので（削り取らないようにできるため）、凹部１８及び凸部２０の加工の微細程度を抑制することができ、レンズ間隔を近づけることが容易になるという効果がある。さらに、第１レンズ基材層１４と第２レンズ基材層２２とを積層してレンズ形状を得る場合には、凹部１８及び凸部２０の加工の微細程度をさらに抑制することができる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、マイクロレンズの製造工程は上記のものに限定されず、必要に応じて各工程の間に他の工程を挿入してもよい。また、本発明は、固体撮像素子のマイクロレンズ製造だけでなく、液晶表示装置等、他の光学装置に備えられるマイクロレンズの製造にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を示す固体撮像素子の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程（図１に示す工程の続き）を示す固体撮像素子の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を示す固体撮像素子の平面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  Ｐ型シリコン基板、１２  金属膜、１４  第１レンズ基材層（透光性無機膜）、１６  レジスト膜、１８  凹部、２０  凸部、２０ａ  角部、２０ｂ  上面、２０ｃ  側面、２０ｄ  曲率部、２２  第２レンズ基材層（透光性無機膜）。
【図１】
2005148166.tif 000003
【図２】
2005148166.tif 000004
【図３】
2005148166.tif 000005