(57)【要約】【課題】  隣接するマイクロレンズの融着を防ぎ、かつ、入射光の無効領域をなくして、入射光を最大限に利用する。【解決手段】  平面視で市松模様状を構成する一方模様として配置された第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１上に、第２透明保護膜１２を介して、平面視で市松模様状を構成する他方模様として配置された第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３が配置されて２層レンズ構造となっている。即ち、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１と第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３が二段構造とされ、かつ、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１と第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３とが市松模様状に交互に配列される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を複数の位置にそれぞれ集光させる複数のマイクロレンズが設けられたマイクロレンズ装置において、
該複数のマイクロレンズは、上下にマイクロレンズ単位で重ならない状態で下層の第１マイクロレンズ群と上層の第２マイクロレンズ群との複数層構造になっており、
該下層の第１マイクロレンズ群と上層の第２マイクロレンズ群は平面視で隙間なく配置されているマイクロレンズ装置。
【請求項２】
前記第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズと前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズとが平面視で市松模様状に配置されている請求項１に記載のマイクロレンズ装置。
【請求項３】
前記第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ上に透明保護膜を介して前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズが設けられている請求項１または２に記載のマイクロレンズ装置。
【請求項４】
市松模様を構成する一方模様として配置された第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ上に、透明保護膜を介して、該市松模様を構成する他方模様として配置された第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズが、平面視で該第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズと隙間なく配置されて２層レンズ構造となっているマイクロレンズ装置。
【請求項５】
前記第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズの曲率半径Ｒ１と、前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズの曲率半径Ｒ２とが、Ｒ１＜Ｒ２の関係を有する請求項１または４に記載のマイクロレンズ装置。
【請求項６】
前記第１マイクロレンズ群および前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズはそれぞれ、該マイクロレンズの焦点距離ｆ、該マイクロレンズの屈折率Ｎ、該マイクロレンズ上面の曲率半径Ｒｔ、および該マイクロレンズ底面の曲率半径Ｒｂとした場合に、
１／ｆ＝（Ｎ−１）（１／Ｒｔ＋１／Ｒｂ）
の関係を有する請求項１または４に記載のマイクロレンズ装置。
【請求項７】
前記第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズの屈折率ｎ１と、前記透明保護膜の屈折率ｎ０との間に、１.００（空気の屈折率）＜ｎ０＜ｎ１の関係を有する請求項３または４に記載のマイクロレンズ装置。
【請求項８】
前記マイクロレンズの材料は、透明樹脂材料であり、熱溶融型ポジレジスト、高屈折率ポリイミド樹脂、紫外線用感光性樹脂および、フォトレジスト法によりパターン形成して加熱によりレンズ形状に加工可能とする材料のいずれかである請求項１または４に記載のマイクロレンズ装置。
【請求項９】
前記第１マイクロレンズ群および前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズの屈折率が１．５〜１．６である請求項１、４、６および８のいずれかに記載のマイクロレンズ装置。
【請求項１０】
前記透明保護膜の材料は、屈折率１．４５〜１．５０のアクリル樹脂、または、屈折率１．４０〜１．４５のフッ素系樹脂である請求項３、４および７のいずれかに記載のマイクロレンズ装置。
【請求項１１】
前記第２マイクロレンズ群のマイクロレンズの焦点距離は、該マイクロレンズの曲率半径と前記透明保護膜の膜厚とによって調整可能とされている請求項３、４、７および１０のいずれかに記載のマイクロレンズ装置。  
【請求項１２】
前記第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズはそれぞれ、前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズをそれぞれ透過した集光光路を遮らないように配置されている請求項１または４に記載のマイクロレンズ装置。  
【請求項１３】
基板上部に、複数の受光部と、該複数の受光部でそれぞれ光電変換された各信号電荷を所定方向にそれぞれ電荷転送する電荷転送部とが設けられ、該複数の受光部上方で該受光部毎に、請求項１〜１２のいずれかに記載のマイクロレンズ装置の前記第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズまたは前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズが一つずつ配置されている固体撮像素子。
【請求項１４】
基板上に、複数の絵素部と、該複数の絵素部を駆動する表示駆動部とが設けられ、該複数の絵素部上方で該絵素部毎に、請求項１〜１２のいずれかに記載のマイクロレンズ装置の前記第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズまたは前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズが一つずつ配置されている表示装置。
【請求項１５】
基板上にマトリクス状に配置された複数の受光部上方で該受光部毎に、請求項１〜１２のいずれかに記載のマイクロレンズ装置の前記第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズまたは前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズが一つずつ配置されて、入射光を該複数の受光部上にそれぞれ集光して撮像する固体撮像素子と、
基板上にマトリクス状に配置された複数の絵素部上方で該絵素部毎に、請求項１〜１２のいずれかに記載のマイクロレンズ装置の前記第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズまたは前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズが一つずつ配置されて、入射光を該複数の絵素部上にそれぞれ集光して表示する表示装置とのうちの少なくともいずれかを有する電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体光を複数の位置にそれぞれ集光させる複数のマイクロレンズが設けられたマイクロレンズ装置、これを用いて被写体を撮像可能とする固体撮像素子、このマイクロレンズ装置を用いて被写体を表示画面上に表示可能とする表示装置および、このマイクロレンズ装置を固体撮像素子や表示装置に用いた例えばカメラ付携帯電話装置およびデジタルカメラなどの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来のマイクロレンズ装置は、固体撮像素子や表示装置などに用いられ、被写体光を固体撮像素子の各受光部にそれぞれ集めたり、被写体光を表示装置の表示画面上の各絵素部にそれぞれ集める機能を有している。このマイクロレンズ装置を固体撮像素子や表示装置に用いた電子情報機器としては、例えばカメラ付携帯電話装置や、デジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラなどのデジタルカメラがある。
【０００３】
例えば固体撮像素子にマイクロレンズ装置が用いられる場合、光電変換部である受光部の上方位置に、その隣の電荷転送部の上方をも跨るようにマイクロレンズが形成されている。このマイクロレンズは、電荷転送部に向かって進行する光（被写体光）を光学的に屈折させて受光部に入射させることにより、受光部に対する集光効率が高められて、固体撮像素子の受光感度の向上が図られている。
【０００４】
例えば表示装置にマイクロレンズ装置が用いられる場合には、表示画面上の絵素部の上方位置にマイクロレンズが形成されており、その絵素部以外の半導体部に向かって進行する光（被写体光）を光学的に屈折させて絵素部に入射させることにより、光の透過率が高められて、表示装置の輝度向上が図られている。
【０００５】
このようなマイクロレンズの材料には、高透過率の透明樹脂が用いられ、その屈折率は１．５〜１．６程度が一般的である。固体撮像素子の受光感度向上または表示装置の輝度向上のためには、垂直入射光の無効領域をなくし、全ての垂直入射光が有効光となるように、入射効率を向上させて入射光を最大限に利用することが必要である。
【０００６】
入射効率を向上させる方法として、例えば特許文献１に固体撮像素子が開示されている。この従来技術について、図４を用いて以下に詳細に説明する。
【０００７】
図４は特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図であり、図５は図４の上面図である。
【０００８】
図４において、従来の固体撮像素子１００は、半導体基板１上に、入射光（被写体光）を光電変換して信号電荷を生成する受光部２と、この受光部２で発生した信号電荷を所定方向に電荷転送する電荷転送部３とが交互に形成され、この電荷転送部３上に転送電極４、層間絶縁膜５および遮光膜６がこの順に形成されている。
【０００９】
これらの上を覆うように、受光部２と転送電極４および遮光膜６との段差を平坦化するために透明平坦化膜７が形成されている。この透明平坦化膜７上には、例えば赤、緑および青の第１、第２および第３カラーフィルタ８ａ、８ｂおよび８ｃが形成され、さらにその上に、カラーフィルタ８ａ、８ｂおよび８ｃの表面を保護し、その段差を軽減すると共に、その上に形成されるマイクロレンズ１０の焦点距離を確保するために透明樹脂保護膜９が形成されている。この透明樹脂保護膜９上には、入射光（被写体光）を受光部２に集光するためのマイクロレンズ１０が各受光部２上に対応して配置されている。各マイクロレンズ１０は、図５に示すように、平面視で、受光部２毎に対応するようにマトリクス状に配置されている。
【００１０】
このマイクロレンズ１０として、軟化点が高い遠紫外線用感光性樹脂からなるレジスト層を用いてフォトレジスト法によりパターン形成し、この形状を加熱によりレンズ形状に加工する。これによって、外部から加えられる熱に対して変形しにくくなるため、熱的に安定で、均一なマイクロレンズが得られる。
【００１１】
例えば特許文献２には、各受光部上に対応してギャップレス・マイクロレンズを設けた従来の固体撮像素子が開示されている。このギャップレス・マイクロレンズは、隣り合うマイクロレンズ同士が互いに接触して形成されているため、個々のマイクロレンズの平面視上の面積が広く、マイクロレンズとして機能しない無効領域を最小限に狭くすることができる。また、このギャップレス・マイクロレンズは、カラーフィルタの各色の分光特性を有するため、カラーフィルタの機能を与えることが可能となり、各画素を微細化した場合でも良好な分光感度を有する固体撮像素子が得られる。さらに、マイクロレンズの下層側に異なる分光特性を有するインナーレンズを設けることにより、色再現性に優れたカラーフィルタ機能を実現することができる。
【特許文献１】特開平３−１５２９７２号公報
【特許文献２】特開２００３−３３２５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている従来のマイクロレンズでは、隣接する各マイクロレンズの融着を防止するために、図４および図５に示すように、各マイクロレンズ１０間には、マイクロレンズ・ギャップ（間隔）Ｃを設ける必要がある。これは、各マイクロレンズが融着すると、互いに引っ張られるなどして光学特性に悪影響をもたらすからである。
【００１３】
このため、図６に示すように、垂直入射光有効領域Ａ間のマイクロレンズ・ギャップＣ部分に垂直入射光無効領域Ｂが形成され、入射光の有効利用が妨げられて、固体撮像素子の受光感度低下や画質低下、表示装置の輝度低下や画質低下を引き起こすという問題がある。
【００１４】
特許文献２では、矩形状のレジストをリフローすることにより、マイクロレンズのギャップレス・マイクロレンズを形成しているが、各マイクロレンズが融着すると、前述したように光学特性に悪影響をもたらすという問題がある。
【００１５】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、隣接するレンズの融着を防ぎ、かつ、入射光の無効領域をなくして、入射光を最大限に利用できるマイクロレンズ装置、このマイクロレンズ装置を用いて受光感度向上を図ることができる固体撮像素子、このマイクロレンズ装置を用いて表示画面の輝度向上を図ることができる表示装置、この固体撮像素子の製造方法および、このマイクロレンズ装置を固体撮像素子および/または表示装置に用いた例えばカメラ付携帯電話装置およびデジタルカメラなどの電子情報機器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】
【００１６】
本発明のマイクロレンズ装置は、入射光を複数の位置にそれぞれ集光させる複数のマイクロレンズが設けられたマイクロレンズ装置において、該複数のマイクロレンズは、上下にマイクロレンズ単位で重ならない状態で下層の第１マイクロレンズ群と上層の第２マイクロレンズ群との複数層構造（２層構造または３層構造など）になっており、該下層の第１マイクロレンズ群と上層の第２マイクロレンズ群は平面視で隙間なく配置されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１７】
また、好ましくは、本発明のマイクロレンズ装置における前記第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズと前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズとが平面視で市松模様状に配置されている。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明のマイクロレンズ装置において、前記第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ上に透明保護膜を介して前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズが設けられている。
【００１９】
本発明のマイクロレンズ装置は、市松模様を構成する一方模様として配置された第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ上に、透明保護膜を介して、該市松模様を構成する他方模様として配置された第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズが、平面視で該第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズと隙間なく配置されて２層レンズ構造となっており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２０】
また、好ましくは、本発明のマイクロレンズ装置における第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズの曲率半径Ｒ１と、前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズの曲率半径Ｒ２とが、Ｒ１＜Ｒ２の関係を有する。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明のマイクロレンズ装置における第１マイクロレンズ群および前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズはそれぞれ、該マイクロレンズの焦点距離ｆ、該マイクロレンズの屈折率Ｎ、該マイクロレンズ上面の曲率半径Ｒｔ、および該マイクロレンズ底面の曲率半径Ｒｂとした場合に、
１／ｆ＝（Ｎ−１）（１／Ｒｔ＋１／Ｒｂ）
の関係を有する。
【００２２】
さらに、好ましくは、本発明のマイクロレンズ装置における第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズの屈折率ｎ１と、前記透明保護膜の屈折率ｎ０との間に、１.００（空気の屈折率）＜ｎ０＜ｎ１の関係を有する。
【００２３】
さらに、好ましくは、本発明のマイクロレンズ装置におけるマイクロレンズの材料は、透明樹脂材料であり、熱溶融型ポジレジスト、高屈折率ポリイミド樹脂、紫外線用感光性樹脂および、フォトレジスト法によりパターン形成して加熱によりレンズ形状に加工可能とする材料のいずれかである。
【００２４】
さらに、好ましくは、本発明のマイクロレンズ装置における第１マイクロレンズ群および前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズの屈折率が１．５〜１．６である。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明のマイクロレンズ装置における透明保護膜の材料は、屈折率１．４５〜１．５０のアクリル樹脂、または、屈折率１．４０〜１．４５のフッ素系樹脂である。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明のマイクロレンズ装置における第２マイクロレンズ群のマイクロレンズの焦点距離は、該マイクロレンズの曲率半径と前記透明保護膜の膜厚とによって調整可能とされている。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明のマイクロレンズ装置における第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズはそれぞれ、前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズをそれぞれ透過した集光光路を遮らないように配置されている。  
【００２８】
本発明の固体撮像素子は、基板上部に、複数の受光部と、該複数の受光部でそれぞれ光電変換された各信号電荷を所定方向にそれぞれ電荷転送する電荷転送部とが設けられ、該複数の受光部上方で該受光部毎に、本発明の上記マイクロレンズ装置の前記第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズまたは前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズが一つずつ配置されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２９】
本発明の表示装置は、基板上に、複数の絵素部と、該複数の絵素部を駆動する表示駆動部とが設けられ、該複数の絵素部上方で該絵素部毎に、本発明の上記マイクロレンズ装置の前記第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズまたは前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズが一つずつ配置されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３０】
本発明の電子情報機器は、基板上にマトリクス状に配置された複数の受光部上方で該受光部毎に、本発明の上記マイクロレンズ装置の前記第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズまたは前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズが一つずつ配置されて、入射光を該複数の受光部上にそれぞれ集光して撮像する固体撮像素子と、基板上にマトリクス状に配置された複数の絵素部上方で該絵素部毎に、本発明の上記マイクロレンズ装置の前記第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズまたは前記第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズが一つずつ配置されて、入射光を該複数の絵素部上にそれぞれ集光して表示する表示装置とのうちの少なくともいずれかを有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３１】
上記構成により、以下、本発明の作用について説明する。
【００３２】
本発明にあっては、第１マイクロレンズ群のマイクロレンズと第２マイクロレンズ群のマイクロレンズとが、平面視で、互いに重ならない２層構造とされ、平面視で隙間なく市松模様状に交互に配置されている。このため、平面視で隣接マイクロレンズ間に入射光（被写体光）の無効領域をなくしても互いに融着することはなく、入射光（被写体光）の取り残しがなくなって、入射光（被写体光）を最大限に利用することが可能となると共に、融着によるレンズ光学特性の悪化もなく、これによる画質低下もない。
【００３３】
このマイクロレンズの入射光の利用効率の向上により、固体撮像素子では受光感度向上を図ることが可能となり、表示装置では、表示画面の輝度向上を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
以上により、本発明によれば、入射光の無効領域をなくすことにより、入射光の利用効率の向上を図ることができる。この場合に、平面視で、隣接するマイクロレンズが異なる層にあるため、平面視で、入射光（被写体光）の無効領域をなくしても互いに融着しない。このため、融着によるレンズ光学特性の悪化もなく、これによる画質の低下もない。
【００３５】
即ち、上層に形成する第２マイクロレンズ群のマイクロレンズの平面的中心位置を、下層に形成する隣合う第１マイクロレンズ群のマイクロレンズの平面的中心位置間に設け、且つ、第１マイクロレンズ群のマイクロレンズと第２マイクロレンズ群のマイクロレンズとを平面視で隙間なく配置する。つまり、第１マイクロレンズ群のマイクロレンズと第２マイクロレンズ群のマイクロレンズとが二段構造とされ、かつ、第１マイクロレンズ群のマイクロレンズと第２マイクロレンズ群のマイクロレンズとが市松模様状に交互になるように配列されるため、平面視で隣接するマイクロレンズ間に入射光の無効領域がなくなる。このため、入射光の取り残しがなくなって、入射光を最大限に利用することができる。しかも、第１マイクロレンズ群と第２マイクロレンズ群とが市松模様状に配置され、且つ、これらが異なる層に設けられているため、平面視で、隣接するマイクロレンズ間の融着について考慮する必要がなく、したがって、融着によるマイクロレンズの光学特性の悪化がなく、これによる画質の低下もない。
【００３６】
このように、本発明のマイクロレンズ装置を固体撮像素子に適用した場合には、固体撮像素子の受光感度を向上させかつ画質を向上させることができ、また、本発明のマイクロレンズ装置を表示装置に適用した場合には、表示装置の表示画面上の輝度を向上させかつ画質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に、本発明のマイクロレンズ装置の実施形態を固体撮像素子に適用した場合について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３８】
図１は本発明の実施形態に係る固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図であり、図２はその上面図である。
【００３９】
図１において、本実施形態の固体撮像素子２００は、半導体基板１上部に、入射光（被写体光）を光電変換して信号電荷を生成する受光部２と、この受光部２で発生した信号電荷を所定方向に電荷転送する電荷転送部３とが交互に形成され、その電荷転送部３上に転送電極４、層間絶縁膜５および遮光膜６がこの順に形成されている。
【００４０】
それらの上を覆うように、受光部２と転送電極４および遮光膜６との段差を平坦化するために、光学的に透過率が高い樹脂などからなる透明平坦化膜７が成膜されている。この透明平坦化膜７の材料としては、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ガラスレジンなどの高分子膜、さらに、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ−ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ−ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）やＰＳＧ（ｐｈｏｓｐｈｏ−ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）などの無機化合物を用いることができる。
【００４１】
透明平坦化膜７上には、例えば赤、緑および青の第１、第２および第３カラーフィルタ８ａ、８ｂおよび８ｃが形成され、さらにその上に、カラーフィルタの表面を保護し、かつその段差を軽減すると共に、その上に形成される第１マイクロレンズ群のマイクロレンズ１１の焦点距離を確保するために、光学的に透過率が高い第１透明保護膜９が形成されている。第１透明保護膜９として、光透過率が９５％以上のものが用いられる。この第１透明保護膜９の材料は、スピン塗布が可能で、平坦性に優れているものが好ましい。この第１透明保護膜９上に、光が受光部２に集光されるように、第１マイクロレンズ群のマイクロレンズ１１が配置されている。
【００４２】
第１マイクロレンズ群のマイクロレンズ１１上にはその上に形成される第２マイクロレンズ群のマイクロレンズ１３の焦点距離を確保するために、光学的に透過率が高い第２透明保護膜１２が形成されている。第２透明保護膜１２として、光透過率が９５％以上のものが用いられる。この第２透明保護膜１２は、第１透明保護膜９と同様の材料により、同様の方法で形成することが可能であり、スピン塗布が可能で、平坦性に優れている材料を用いることが好ましい。例えば、第２透明保護膜１２の材料としては、屈折率１．４５〜１．５０のアクリル樹脂などを用いることが可能であり、その他にも、集光効率を向上させるために屈折率１．４０〜１．４５のフッ素系樹脂などを用いることもできる。
この第２透明保護膜１２上には、入射光が受光部２に集光されるように、第２マイクロレンズ群のマイクロレンズ１３が配置されている。
【００４３】
よって、本実施形態のマイクロレンズ装置２０は、平面視で市松模様状を構成する一方模様として配置された第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１上に、第２透明保護膜１２を介して、平面視で市松模様状を構成する他方模様として配置された第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３が配置されて２層レンズ構造となっている。即ち、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１と第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３が二段構造とされ、かつ、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１と第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３とが市松模様状に交互に配列される。
このように、マイクロレンズ装置２０は、図２に示すように、平面視で、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１と第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３とがマトリクス状で市松模様状に配置されている。この場合、各受光部２上にそれぞれ対応して一つずつマイクロレンズが配置されるように、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１と第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３とが配置されている。上層に形成する第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３の平面的中心位置を、下層に形成する隣合う第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１の平面的中心位置間の中心位置に設け、且つ、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズと第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズとを平面視で隙間無く配置する。また、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１はそれぞれ、第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３をそれぞれ透過した集光光路Ｇを遮らない位置（左右方向位置）に配置する。
【００４４】
第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１および第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３の材料としては、一般的なマイクロレンズ材料として用いられる高光透過率の透明樹脂である熱溶融型ポジレジストや高屈折率ポリイミド樹脂、紫外線用感光性樹脂などを使用可能であり、フォトレジスト法によりパターン形成して加熱によりレンズ形状に加工することができる材料を用いる。その屈折率は、１．５〜１．６程度とする。
【００４５】
以下、マイクロレンズ装置２０の各マイクロレンズ１１，１３の曲率半径、焦点距離および屈折率に関する設定条件について図３を用いて説明する。
【００４６】
各マイクロレンズ１１，１３の曲率半径および焦点距離の設定に関しては、入射光が受光部２に漏れなく入射されるように設定する。第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１および第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３の各々に対して、レンズの曲率半径と焦点距離とが最適化されていない場合には、集光性が悪くなって感度低下を招くためである。
【００４７】
よって、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１の曲率半径をＲ１、第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３の曲率半径をＲ２としたときに、
Ｒ１＜Ｒ２
の関係を有することが好ましい。また、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１および第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３の各焦点距離と、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１および第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３の各曲率半径とは、それぞれ、マイクロレンズの焦点距離ｆ、マイクロレンズの屈折率Ｎ、マイクロレンズ上面の曲率半径Ｒｔおよびマイクロレンズ底面の曲率半径Ｒｂとしたときに、
１／ｆ ＝ （Ｎ−１）（１／Ｒｔ＋１／Ｒｂ）
の関係を有する。
【００４８】
ここで、第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３の焦点距離ｆ２は、第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３の曲率半径と第２透明保護膜１２の膜厚とによって適宜調整することができる。
【００４９】
さらに、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１上に、表面が平坦な界面を有する第２透明保護膜１２が設けられるが、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１の屈折率をｎ１、第２透明保護膜１２の屈折率をｎ０としたときに、
１.００（空気の屈折率）＜ｎ０＜ｎ１
の関係を有することが好ましい。
【００５０】
次に、本実施形態の固体撮像素子において、垂直有効入射光が第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１および第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３によって集光される各光路について、図３を用いて説明する。
【００５１】
図３に示すように、本実施形態では、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１および第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３によって集光された入射光は、点線で示すように、受光部２上の焦点位置Ｆに集光する。各焦点位置Ｆは同じ平面上にある。図３において、ｆ１は第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１の焦点距離であり、ｆ２は第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３の焦点距離である。
【００５２】
図６に示す従来の固体撮像素子１００では、垂直有効入射光Ａは各マイクロレンズ１０によって点線で示すように各受光部２上の焦点位置Ｆにそれぞれ集光するが、図５に示すように隣接する各マイクロレンズ１０間にギャップＣがあることから、入射光の有効領域Ａと無効領域Ｂとが生じている。
【００５３】
これに対して、本実施形態の固体撮像素子２００では、図３に示すように、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１と第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３とが市松模様状に交互に配列されて２層構造化されている。即ち、本実施形態の固体撮像素子２００では、上層の第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３の平面的中心位置を、下層の隣合う第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１の平面的中心位置間の中心位置に設け、且つ、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１と第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３とを平面視で隙間無く配置する。即ち、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１と第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３が二段構造とされ、かつ、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１と第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３とが市松模様状に交互に配列されるため、図２に示すようにマイクロレンズ間のギャップＣを無くすことと同様の効果が得られる。よって、本発明においては、図３に示すように、従来の垂直入射光の無効領域Ｂを無くして、全ての垂直入射光を有効領域Ａで集光することが可能となるため、垂直入射光を最大限に利用でき、固体撮像素子の感度向上を図ることができる。
【００５４】
上記構成により、以下に、本実施形態のマイクロレンズ装置２０の作製方法について説明する。
【００５５】
まず、半導体基板１上に通常用いられている方法により固体撮像素子を構成する受光部２〜カラーフィルタ８までを順次形成し、その上に、第１透明保護膜９をスピンコート法により成膜する。
【００５６】
次に、第１透明保護膜９上に、紫外線用レジスト層を紫外線露光にて市松模様の一方模様にパターン形成し、その後、加熱処理することにより、市松模様状の一方模様に第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１を形成する。
【００５７】
さらに、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１上を覆うように、第２透明保護膜１２をスピンコート法により形成し、その上に、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１の場合と同様の方法で、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１が形成されていない残りの領域部分（市松模様の他方模様）に第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３を形成する。即ち、第１マイクロレンズ群と第２マイクロレンズ群とが交互に市松模様状に配列され、各受光部２上にそれぞれ対応するように第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１または第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３が一つずつ配置される。
【００５８】
上述したように、本発明の固体撮像素子の製造方法では、個々のマイクロレンズ自体を形成する形成方法については従来のマイクロレンズ形成方法となんら変わりはないが、本発明における固体撮像素子の製造方法では、個々のマイクロレンズの位置関係を市松模様状のレジスト層を用いて形成することに特徴がある。
【００５９】
以上のように、本実施形態の固体撮像素子によれば、各マイクロレンズの焦点距離および曲率半径の関係を上述したように設定し、第２透明保護膜１２を中間層として、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１と第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３とを交互に市松模様状に配列して２層構造化することにより、全入射光を各受光部２上に集めて入射効率を向上させることができる。
また、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１および第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３の各々に入射された入射光の無効領域Ｂを無くすことができるため、各マイクロレンズへの入射光を増大させることができる。これにより、入射光を最大限に有効利用することができて、固体撮像素子の受光感度の向上および、従来のように融着による光学特性が悪化することなく、画質の向上をも図ることができる。
【００６０】
さらに、通常の加工プロセスでは、入射光を最大限に有効利用するために、マイクロレンズ間のギャップを小さくする必要があり、露光解像度向上、プロセス温度および時間の調整など、マイクロレンズ間のギャップを小さく形成する加工プロセスが必要であった。これに対して、本実施形態では、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１と第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３とが市松模様状に配列され、且つ、異なる層に設けられているので、平面視で隣接する各マイクロレンズ間のギャップの大きさや、融着について考慮する必要がない。このため、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１および第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３を従来と同等の加工法により形成することが可能であり、平面視で隣接する各マイクロレンズ間のギャップを小さく加工するためのプロセス精度が不要となる。
なお、上記実施形態では、上記マイクロレンズ装置２０を適用した固体撮像素子２００として、半導体基板１上部に、マトリクス状に配置された複数の受光部２と、この受光部２で光電変換された信号電荷を所定方向に電荷転送する電荷転送部３とが交互に設けられ、この受光部２の上部で各受光部２毎に、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１または第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３が一つずつ配置される場合について説明したが、これに限らず、上記実施形態のマイクロレンズ装置２０を適用した表示装置であってもよい。これは、基板上に、マトリクス状に配置された複数の絵素部と、この絵素部を駆動する半導体駆動部（表示駆動部；表示ドライバ）とが形成され、この絵素部の上部に、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１または第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３が一つずつ配置されるように形成されてもよい。これによって、表示装置の輝度向上および画質向上を図ることができる。
【００６１】
また、上記マイクロレンズ装置２０を例えばカメラ付携帯電話装置およびデジタルカメラなどの電子情報機器に適用することができて、隣接するマイクロレンズの融着を防ぎ、かつ、入射光の無効領域をなくして、入射光を最大限に利用することができる本発明の効果を奏する。本発明の電子情報機器は、基板上にマトリクス状に配置された複数の受光部２上方で受光部２毎に、上記実施形態のマイクロレンズ装置２０における第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１または第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３が一つずつ配置されて、入射光（被写体光）を複数の受光部２上にそれぞれ集光して撮像する固体撮像素子２００と、基板上にマトリクス状に配置された複数の絵素部上方でこの絵素部毎に、上記実施形態のマイクロレンズ装置２０における第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１または第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３が一つずつ配置されて、入射光（被写体光）を複数の絵素部上にそれぞれ集光して表示する表示装置とのうちの少なくともいずれかを有している。
【００６２】
さらに、上記実施形態では、下層の第１マイクロレンズ群と上層の第２マイクロレンズ群とを平面視で市松模様状に交互に配置した場合について説明したが、さらに、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１１はそれぞれ、第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ１３をそれぞれ透過した集光光路Ｇを遮らない位置（図３参照）に配置されている。
【００６３】
さらに、上記実施形態では、マイクロレンズ装置２０は２層レンズ構造としたが、これに限らず、それぞれ透明樹脂層を介して、３層レンズ構造またはそれ以上の複数レンズ構造であてもよい。
【００６４】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、被写体光を複数の位置にそれぞれ集光させる複数のマイクロレンズが設けられたマイクロレンズ装置、これを用いて被写体を撮像可能とする固体撮像素子、このマイクロレンズ装置を用いて被写体を表示画面上に表示可能とする表示装置および、このマイクロレンズ装置を固体撮像素子や表示装置に用いた例えばカメラ付携帯電話装置およびデジタルカメラなどの電子情報機器の分野において、第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズおよび第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズを市松模様状に配列して２層構造化することにより、従来のような垂直光の無効領域を無くして入射光を最大限に利用することができ、かつ隣接レンズ間の融着によって互いに引っ張られたりしてレンズ光学特性に悪影響することなく、固体撮像素子の受光感度向上および表示装置の輝度向上を図り、画質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【図２】図１の固体撮像素子におけるマイクロレンズ装置の上面図である。
【図３】図１の固体撮像素子の集光路を説明するための模式図である。
【図４】従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【図５】図４の固体撮像素子におけるマイクロレンズ装置の上面図である。
【図６】図４の固体撮像素子の集光路を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  半導体基板
２  受光部
３  電荷転送部
４  転送電極
５  層間絶縁膜
６  遮光膜
７  透明樹脂平坦化膜
８、８ａ、８ｂ、８ｃ  カラーフィルタ
９  第１透明保護膜
１１  第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ
１２  第２透明保護膜
１３  第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ
２０  マイクロレンズ装置
２００  固体撮像素子
ｆ１  焦点距離（第１マイクロレンズ群の各マイクロレンズ）
ｆ２  焦点距離（第２マイクロレンズ群の各マイクロレンズ）
Ｆ  焦点位置
Ａ  垂直有効入射光（有効領域）
Ｇ  集光光路
【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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