(57)【要約】【課題】カラーフィルター上に直接形成されたマイクロレンズの光学的性能を低下させず製造コストは低下出来るカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法、及び隣接するマイクロレンズの相互間で十分機能可能なマイクロレンズアレイを提供することである。【解決手段】カラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法では、撮像素子１４の半導体基板１０の光電変換素子１２上に形成された平坦化層１６の上にカラーフィルター層１８が形成され、次にこのフィルター層上に感光性レンズ材料層２０が形成される。このレンズ材料層が、透過率分布を制御したフォトマスク２４を使用し、現像後に対応する光電変換素子上にマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，２２ｒが形成されるようパターン露光された後に現像及び硬化され、光電変換素子上に対応してマイクロレンズが形成される。上記マイクロレンズの複数を含むマイクロレンズアレイ２８は、上記製造方法で製造される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子の半導体基板の複数の光電変換素子の上に平坦化層を形成する平坦化層形成工程と；
平坦化層の上に複数の光電変換素子の夫々に対応して所望の色のカラーフィルター層を形成するカラーフィルター層形成工程と；
カラーフィルター層の上に感光性レンズ材料の層を形成する感光性レンズ材料層形成工程と；
感光性レンズ材料層を透過率分布を制御したフォトマスクを使用して、現像後に対応する光電変換素子上のカラーフィルター層上にマイクロレンズが形成されるようパターン露光する露光工程と；
パターン露光された感光性レンズ材料層を現像し対応する光電変換素子上のカラーフィルター層上にマイクロレンズを形成する現像工程と；そして、
現像されたマイクロレンズを硬化させる硬化工程と；
を備えたことを特徴とするカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法。
【請求項２】
感光性レンズ材料はポジ型感光性レンズ材料であり、硬化工程は現像されたマイクロレンズへの光照射及びこの光照射後の加熱処理を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法。
【請求項３】
硬化工程の光照射で使用される光の波長は３６５ｎｍであり、照射量は２００ｍｊ／ｃｍ２乃至２５００ｍｊ／ｃｍ２の範囲である、ことを特徴とする請求項２に記載のカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法により、その全周に渡りその頂点からその基端までの曲率が同じであるマイクロレンズを２次元的に配置して形成されたカラー撮像素子のマイクロレンズアレイ。
【請求項５】
感光性レンズ材料層は、マイクロレンズの形成後に相互に隣接するマイクロレンズの対角線方向の間で０．０５μｍ〜０．２μｍの厚さを残している、ことを特徴とする請求項４に記載のカラー撮像素子のマイクロレンズアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法及びカラー撮像素子のマイクロレンズアレイに関係している。
【背景技術】
【０００２】
従来のカラー撮像素子では、半導体基板に設けられた複数の光電変換素子上にフォトリソグラフィー技術を使用して相互に隣接して隙間なく複数色のカラーフィルターが形成されている。カラーフィルターは、略１μｍの厚さを有している。なお、カラーフィルターには無色のものも含まれている。
【０００３】
近年、撮像素子の高画素化が進んでおり、近年では数百万画素にもなっている。しかも、このような高画素化の進展に伴い、各画素において各画素を動作させるための種々の配線や電子回路が占める面積の割合が増加し、現在各画素において実際に光電変換素子が受光する為に利用することが出来る面積の割合（開口率）は２０〜４０％程度である。
【０００４】
このことは、撮像素子の光感度が低下することを意味している。
【０００５】
撮像素子の光感度を向上させるために、カラーフィルター上に光電変換素子に対応してマイクロレンズを形成することが特開昭５９−１２２１９３号公報（特許文献１），及び特開２００５−２９４４６７号公報（特許文献２），そして特開２００４−１４５３１９号公報（特許文献３）に開示されている。
【０００６】
特許文献１及び特許文献２の夫々に記載のマイクロレンズ付きカラー撮像素子では、マイクロレンズが対応するカラーフィルターの表面に直接形成されている。そして、特許文献３に記載のマイクロレンズ付きカラー撮像素子では、カラーフィルター上に形成された平坦化層の上にマイクロレンズが形成されている。
【特許文献１】特開昭５９−１２２１９３号公報
【特許文献２】特開２００５−２９４４６７号公報
【特許文献３】特開２００４−１４５３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のマイクロレンズは、通常熱リフロー法により形成される。
【０００８】
従って、マイクロレンズが対応するカラーフィルターの表面に直接形成されている従来例では、カラーフィルター表面の凹凸がマイクロレンズの周辺部の厚さの薄い部分の表面に反映されてしまい、マイクロレンズの周辺部の厚さの薄い部分の光学的性能が低下し、ひいてはマイクロレンズの周辺部の厚さの薄い部分からカラーフィルターを介して対応した光電変換素子に入射した光が対応する光電変換素子から発生される電気信号にノイズを生じさせたりカラーフィルターの色に正確に対応しない電気信号を生じさせることがあるという問題が生じていた。
【０００９】
マイクロレンズが対応するカラーフィルター上に形成された平坦化層の上に形成されている従来例では、カラーフィルター表面の凹凸がマイクロレンズの表面に反映されてしまうことがなく、マイクロレンズとしての光学的性能が低下するという問題は生じないが、平坦化層を形成する工程がマイクロレンズ付きカラー撮像素子の製造コストを上昇させている。さらに、平坦化層がマイクロレンズから光電変換素子までの距離を遠ざけ光電変換素子に対するマイクロレンズの集光特性を低下させるので、カラー撮像素子の光感度が平坦化層により低下されている。
【００１０】
また従来のカラー撮像素子では、熱リフロー法によりマイクロレンズが形成される時に隣接するマイクロレンズが相互に融着するのを防止する為に、隣接するマイクロレンズはその周辺が相互に離間するよう形成される。従って、隣接するマイクロレンズの相互間では、マイクロレンズの下にある平坦化層が露出している。そして、このような隣接するマイクロレンズの相互間の部分に入射した光はマイクロレンズによってカラーフィルターを介し対応する光電変換素子に導かれることがなく、撮像素子の光感度をさらに向上させることが出来なかった。
【００１１】
この発明は上記事情の下で為され、この発明の目的は、撮像素子の光感度を向上させるためにカラーフィルター上に光電変換素子に対応してマイクロレンズを直接形成してもマイクロレンズとしての光学的性能を低下させることがなく、ひいては上記光感度の更なる向上と製造コストの低下とをもたらすことが出来るカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法を提供すること、及びカラー撮像素子において隣接するマイクロレンズの相互間でもマイクロレンズとして十分機能可能なマイクロレンズアレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述したこの発明の目的を達成するために、この発明に従ったカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法は：撮像素子の半導体基板の複数の光電変換素子の上に平坦化層を形成する平坦化層形成工程と；平坦化層の上に複数の光電変換素子の夫々に対応して所望の色のカラーフィルター層を形成するカラーフィルター層形成工程と；カラーフィルター層の上に感光性レンズ材料の層を形成する感光性レンズ材料層形成工程と；感光性レンズ材料層を透過率分布を制御したフォトマスクを使用して、現像後に対応する光電変換素子上にマイクロレンズが形成されるようパターン露光する露光工程と；パターン露光された感光性レンズ材料層を現像し対応する光電変換素子上にマイクロレンズを形成する現像工程と；そして、現像されたマイクロレンズを硬化させる硬化工程と；を備えたことを特徴としている。
【００１３】
また、この発明に従ったマイクロレンズアレイは、上述した如く構成されたことを特徴とするカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法により、その全周に渡りその頂点からその基端までの曲率が同じであるマイクロレンズを２次元的に配置して形成されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に従ったカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法では、平坦化層形成工程により撮像素子の半導体基板の複数の光電変換素子の上に平坦化層が形成され、次に、平坦化層の上にカラーフィルター層形成工程により複数の光電変換素子の夫々に対応して所望の色のカラーフィルター層が形成され、さらに、カラーフィルター層の上に感光性レンズ材料層形成工程により感光性レンズ材料の層が形成される。
【００１５】
カラーフィルター層と感光性レンズ材料層との間に感光性レンズ材料層の為の平坦化層が形成されないので、前述した従来例に比べ製造コストを低下させることが出来る。さらに、このような平坦化層がないのでマイクロレンズから光電変換素子までの距離が近くなる。従って、後に感光性レンズ材料層から形成されるマイクロレンズ及びカラーフィルター層を介して対応する光電変換素子に入射する光の光量が、このような平坦化層があった前述した従来例の場合に比べ、増加し、そして、カラー撮像素子の光感度が増加する。
【００１６】
この発明に従ったカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法ではさらに、感光性レンズ材料層が、露光工程より、透過率分布を制御したフォトマスクを使用して、現像後に対応する光電変換素子上のカラーフィルター層上にマイクロレンズが形成されるようパターン露光され、次に、パターン露光された感光性レンズ材料層を現像工程により現像し対応する光電変換素子上のカラーフィルター層上にマイクロレンズを形成し、最後に、現像されたマイクロレンズを、硬化工程により硬化させる。
【００１７】
撮像素子の光感度を向上させるためにカラーフィルター層上に光電変換素子に対応してこのようにして熱リフロー法によらず直接形成されたマイクロレンズの表面には、カラーフィルター層のカラーフィルター表面の凹凸がマイクロレンズの周辺部の厚さの薄い部分の表面に反映されることがない。従って、マイクロレンズの周辺部の厚さの薄い部分の光学的性能が低下することがなく、ひいてはマイクロレンズの周辺部の厚さの薄い部分からカラーフィルターを介して対応した光電変換素子に入射した光が対応する光電変換素子から発生される電気信号にノイズを生じさせることがなく、また、カラーフィルターの色に正確に対応しない電気信号を生じさせることがない。
【００１８】
さらに上述したように熱リフロー法によらずマイクロレンズを形成することで、隣接するマイクロレンズが相互に融着することがない。従って、個々のマイクロレンズを対応する画素のカラーフィルターの全体にわたり形成することが出来、隣接するマイクロレンズの相互間にマイクロレンズの下にあるカラーフィルターを露出させないようにすることが出来る。そして、このような隣接するマイクロレンズの相互間の部分に入射した光もマイクロレンズによってカラーフィルターを介し対応する光電変換素子に導かれるので、撮像素子の光感度をさらに向上させることが出来る。
【００１９】
この発明に従ったマイクロレンズアレイは、上述した如く構成されたことを特徴とするカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法により形成されたマイクロレンズを２次元的に配置して形成されているので、個々のマイクロレンズはその全周に渡りその頂点からその基端までの曲率にすることが出来る。
【００２０】
従って、この発明に従ったマイクロレンズアレイは、カラー撮像素子において隣接するマイクロレンズの相互間でもマイクロレンズとして十分機能可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明に従ったカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法、及びこのマイクロレンズ製造方法により製造されたマイクロレンズアレイについて、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１の（Ａ）には、半導体基板１０に複数のCMOS光電変換素子１２が設けられている撮像素子１４の概略的な縦断面が示されている。なおこの実施の形態では光電変換素子はＣＭＯＳ光電変換素子１２であるが、この発明の概念に従えば光電変換素子はＣＣＤ光電変換素子であっても良い。このような撮像素子１４の構成は周知であり、ここではこれ以上詳細に説明しない。
【００２３】
なおこの発明が適用可能な平面視が長方形もしくは正方形等の四角形状の画素のサイズは、略１０μｍ〜略１μｍの範囲であり、この実施の形態では略２．７μｍ〜略２．２μｍの範囲である。
【００２４】
次には、図１の（Ｂ）中に示されている如く、撮像素子１４において複数の光電変換素子１２が開口している表面に平坦化層１６が形成される。この実施の形態において平坦化層１６は、熱硬化型のアクリル系樹脂をスピンコートにより塗布した後に加熱して熱硬化させることにより形成され、略０．１μｍの厚さを有する。
【００２５】
次には、図１の（Ｃ）中に示されている如く、平坦化層１６の上に複数の光電変換素子１２の夫々に対応して所望の色のカラーフィルター層１８が形成される。この実施の形態において、カラーフィルター層１８は、複数の光電変換素子１２に対応して所望の配列に配置され所定の厚さを有する緑，青，そして赤の３色のカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，そして１８ｒを含み、夫々の厚さは略１μｍである。
【００２６】
この実施の形態において３色のカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，そして１８ｒの夫々は、平坦化層１６の上の全体に均一に順次形成した夫々の色のネガ型カラーレジスト層から所望の光電変換素子１２に対応した位置にのみ残るようフォトリソグラフィー法により形成されている。しかしながら、夫々の色のネガ型カラーレジスト層に代わり夫々の色のポジ型カラーレジスト層を使用し、この夫々の色のポジ型カラーレジスト層から所望の光電変換素子１２に対応した位置にのみ夫々の色のカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，そして１８ｒが残るようフォトリソグラフィー法により形成されることも出来る。
【００２７】
そして、緑色のカラーレジスト層は、例えば、シクロヘキサンやＰＧＭＥＡ等の有機溶剤，ポリマーワニス，モノマー，そして開始材等に色材としてＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９，Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６，そしてＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６を添加することにより準備することが出来る。
【００２８】
また、青色のカラーレジスト層は、例えば、シクロヘキサンやＰＧＭＥＡ等の有機溶剤，ポリマーワニス，モノマー，そして開始材等に色材としてＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６，そしてＣ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３を添加することにより準備することが出来る。
【００２９】
さらに、赤色のカラーレジスト層１８は、例えば、シクロヘキサンやＰＧＭＥＡ等の有機溶剤，ポリマーワニス，モノマー，そして開始材等に色材として例えばＣ．Ｉ．ピグメントレッド１１７，Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド４８：１，そしてＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９を添加することにより準備することが出来る。
【００３０】
なおカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，そして１８ｒの夫々は、所望の光電変換素子１２に対応した位置に所望の光学特性を有して形成することが出来るのであれば、上述した以外の種々の公知の方法により形成することが出来る。
【００３１】
次には、図１の（Ｄ）中に示されている如く、カラーフィルター層１８上に感光性レンズ材料層２０が形成される。
【００３２】
この実施の形態において、感光性レンズ材料層２０は、カラーフィルター層１８上にポジ型感光性レンズ材料をスピンコートした後にプレベークすることにより形成されていて、略０．７３μｍの厚さを有している。このようなポジ型感光性レンズ材料はアクリル系樹脂やフェノール系樹脂やスチレン系樹脂を主体とすることが出来る。
【００３３】
そして、このような感光性レンズ材料の一例は日本国のＪＳＲ株式会社から品番号ＭＦＲ４０１−Ｍの名前で販売されているものであり、この一例の感光性レンズ材料は、半導体基板１０において複数の光電変換素子１２が開口している表面上に平坦化層１６及びカラーフィルター層１８が上述したように形成されている撮像素子１４が２０００ｒｐｍで回転されている間にスピンコートされた後に９０℃で９０秒間プレベークされる。
【００３４】
次には、図２の（Ａ）中に示されている如く、感光性レンズ材料層２０が、現像後に対応する光電変換素子１２上のカラーフィルター層１８のカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，そして１８ｒ上に図２の（Ｂ）中に示されているマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒが形成されるようなパターンの階調性を有したハーフトーンマスクにより構成されたフォトマスク２４を使用して露光２６される。
【００３５】
図３の（Ａ）には、このようなフォトマスク２４の概略的な平面図が示されている。なお通常、フォトマスクは、実際に形成するパターンの５倍の寸法を有していて、パターン露光時に１／５に縮小してパターン露光する。またフォトマスク２４は、同心円状に階調（グレースケール）を順次変化させている。同心円状の階調は、例えば１／５縮小時に、例えば露光光の波長以下の寸法になる微細な黒ドット（或いは白ドット）の単位面積当たりの個数をフォトマスク２４上で調整して形成する。これにより光の透過率が同心円状に異なる同心円状の階調をフォトマスク２４に持たせることが出来る。
【００３６】
この実施の形態に使用したフォトマスク２４では、光電変換素子１２の中心を通過する線を中心とした同心円状に中心に近づくほど黒ドットの数を増やしており、この結果として中心に近づくほど同心円状に光の透過率が減少する。
【００３７】
この実施の形態のフォトマスク２４は、５倍レチクルであり、感光性レンズ材料層２０の表面に露光されるパターンの寸法の５倍の大きさの寸法のパターンを有している。そして、図示しないステッパー露光装置を使用し、フォトマスク２４のパターンを１／５に縮小し対応する光電変換素子１２の中心を通過する線を中心として感光性レンズ材料層２０の表面に露光２６している。
【００３８】
この実施の形態では、露光２６の為に紫外線域の３６５ｎｍの波長の光が使用され、その照射量は２５０ｍｊ／ｃｍ２にした。
【００３９】
次に、上述した如くパターン露光された感光性レンズ材料層２０は現像され、対応する光電変換素子１２上のカラーフィルター層１８の対応するカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，そして１８ｒ上にマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒが形成される。
【００４０】
この実施の形態では、上記現像の為に例えばアルカリ現像液（ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液：液濃度０．０５重量％）が使用され、パドル現像が６０秒行なわれた。
【００４１】
上述した如く現像により形成されたマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒは、最後に硬化処理される。
【００４２】
この実施の形態では、上記硬化処理として、光照射処理とその後の加熱処理との組み合わせが採用された。光照射処理では、上述した露光２６の為に使用された紫外線域の光と同じ３６５ｎｍの波長の光を２００ｍｊ／ｃｍ２の露光量で照射した。なお、この露光量は、２００ｍｊ／ｃｍ２以上で２５００ｍｊ／ｃｍ２以下であることが好ましい。また加熱処理では、ホットプレートを使用して、３分間の１６０℃の加熱処理と、それに続く６分間の２００℃の加熱処理とを行なった。
【００４３】
ここで注目すべきは、上記硬化処理として、光照射処理とその後の加熱処理との組み合わせが採用されていることである。加熱処理のみによる硬化処理では、加熱によってマイクロレンズを形成している樹脂に熱だれが生じ、平面視が四角形状の画素に対応して上述したように現像により形成されたマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々では、夫々の頂点から夫々の基端まで全周に渡り周囲の任意の方向（例えば、対角線に沿った方向や辺に沿った方向）に向かったときの夫々の外表面の曲率が等しくならなくなる可能性がある。
【００４４】
しかしながら、加熱処理の前に光照射処理を行なうことにより、平面視が四角形状の画素に対応して上述したように現像により形成されたマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々の表面に、光照射処理を行なうことで、加熱処理における加熱によってマイクロレンズを形成する樹脂を熱だれが生じない程度に仮硬化させることが出来る。この結果、平面視が四角形状の画素に対応して上述したように現像により形成されたマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々では、光照射処理に続き加熱処理を行なっても、夫々の頂点から夫々の基端まで全周に渡り周囲の任意の方向（例えば、対角線に沿った方向や辺に沿った方向）に向かったときの夫々の外表面の曲率を等しく維持できる。
【００４５】
なお、上記光照射処理では、上述した露光２６の為に使用された紫外線域の光と同じ３６５ｎｍの波長の光の露光量を２００ｍｊ／ｃｍ２以上で２５００ｍｊ／ｃｍ２以下の範囲とすることが好ましいとしたが、上記露光量が２００ｍｊ／ｃｍ２以下であると所望の上記仮硬化の効果を得ることが出来ない可能性が大きくなる。また、上記露光量を２５００ｍｊ／ｃｍ２以上にすると上記仮硬化の為に費やす時間が多くなりすぎ、カラー撮像素子の生産性に悪影響を生じさせる可能性が大きくなる。
【００４６】
このようにして、撮像素子１４の半導体基板１０において複数の光電変換素子１２が開口した表面に平坦化層１６を介し複数の光電変換素子１２に対応して形成されたカラーフィルター層１８のカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，そして１８ｒ上にさらに形成された複数のマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒは、この実施の形態において、図２の（Ｂ）及び図３の（Ｂ）中に示されている如く、相互に隣接するマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの間に感光性レンズ材料の薄膜ＴＦを残して相互に連結されたマイクロレンズアレイ２８を構成している。
【００４７】
この実施の形態において薄膜ＴＦは０．１３μｍの厚さを有しているが、この厚さは０．０５μｍ〜０．２μｍの範囲にあることが好ましい。
【００４８】
このように、マイクロレンズアレイ２８が相互に隣接するマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの間に感光性レンズ材料の薄膜ＴＦを残していると、夫々の平面視が四角形状の複数の画素に対応する相互に隣接するマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々は、夫々の頂点から夫々の基端まで夫々に対応する画素の対角線方向の４つの隅部を含む全周に渡り周囲の任意の方向（例えば、対角線に沿った方向や辺に沿った方向）に向かったときの夫々の外表面のレンズとしての曲率を等しく維持できる。その結果として、夫々の平面視が四角形状の複数の画素に対応する相互に隣接するマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々は、夫々の頂点から夫々の基端まで夫々に対応する画素の対角線方向の４つの隅部を含む全周に渡り対応する光電変換素子１２に対し良好な集光性を発揮することが出来る。さらに、マイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々の基端から薄膜ＴＦに連なる部位の近傍も対応する光電変換素子１２に対する集光に寄与するため、光電変換素子１２に対する集光性がさらに向上する。かかる集光性の向上の効果は、マイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々の対応する画素の対角線方向において顕著になる。
【００４９】
マイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの間に感光性レンズ材料の薄膜ＴＦが残っておらず、マイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々が相互に分離して形成されていると、マイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの相互間で露出しているカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，又は１８ｒの表面の部分に入射した光はカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，又は１８ｒの表面の凹凸の影響を受けるようになる。夫々の平面視が四角形状である複数の画素においてマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの相互間でカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，又は１８ｒの表面が露出するのは、夫々の画素の対角線方向の４つの隅部である。その結果、マイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々に対応した光電変換素子１２に対しカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，又は１８ｒを介して入射する光には、マイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの相互間で露出しているカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，又は１８ｒの表面の部分、特に夫々の画素の対角線方向の４つの隅部に対応したカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，又は１８ｒの表面の部分、の凹凸の影響を受けた光が含まれ、光電変換素子１２が発生させる電気信号にノイズを発生させたり、対応するカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，又は１８ｒの色に正確に対応しない電気信号を生じさせることがある。さらに、マイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々の基端から薄膜ＴＦに連なる部位が無くなるので、当然のことながら、上記連なる部位がマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々に対応する光電変換素子１２に対する集光に寄与しなくなるため、その分だけ光電変換素子１２に対する集光性が低下する。かかる集光性の低下は、マイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々の対応する画素の対角線方向において顕著になる。
【００５０】
なお、この実施の形態において薄膜ＴＦの厚さは０．０５μｍ〜０．２μｍの範囲にあることが好ましいとしたが、その第１の理由は、現状において感光性レンズ材料層２０を上述したようにフォトマスク２４を使用してパターン露光し、現像処理し、さらに硬化処理をした後でも確実に膜厚を制御して残すことが出来る最低の薄膜ＴＦの厚さが０．０５μｍであることである。また、第２の理由は、薄膜ＴＦの厚さを０．２μｍ以上とすると、カラーフィルター層１８上に平坦化層を形成した後にこの平坦化層上にマイクロレンズを形成した前述の従来例における平坦化層と機能的に同じになり、マイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々から対応する光電変換素子１２までの距離が遠ざかり光電変換素子１２に対するマイクロレンズの集光特性を低下させて、カラー撮像素子の光感度を低下させるからである。
【００５１】
そして、薄膜ＴＦの厚さが０．０５μｍ〜０．２μｍの範囲にあれば、平面視が四角形状でありサイズが略１０μｍ〜略１μｍの範囲にある画素に対し適用されるマイクロレンズは、上記画素の周辺部の対角線に沿った方向の部位を含む全ての領域において対応する光電変換素子１２に対し、最も良好な集光特性を発揮することが出来る。
【００５２】
また、複数のマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々の頂点は、カラーフィルター層１８の対応するカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，そして１８ｒの夫々の表面からの高さが０．６０μｍとなった。
【００５３】
さらに、複数のマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒが形成されているカラーフィルター層１８の対応するカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，そして１８ｒの夫々の表面から、撮像素子１４の半導体基板１０において複数の光電変換素子１２が開口している表面までのいわゆるレンズ下距離は、１．２５μｍとなった。
【００５４】
このようにして形成された、撮像素子１４の複数の光電変換素子１２に対応した複数のカラーフィルター２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒ上に複数の相互に連結されたマイクロレンズ１８ｇ，１８ｂ，そして１８ｒを含むマイクロレンズアレイ２８を伴ったカラー撮像素子においては、夫々の平面視が四角形状の複数の画素に対応する相互に隣接するマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒが、相互間に感光性レンズ材料の薄膜ＴＦを残して相互に連結されているので、マイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々は、夫々に対応する画素の対角線方向の４つの隅部を含む夫々の全周の基端においてもカラーフィルター層１８の表面の凹凸が反映されず、夫々に対応する画素の対角線方向の４つの隅部を含む夫々の全周において夫々の頂点から夫々の基端までの曲率が変わらず所望の光学性能を発揮することが出来る。さらに、マイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々の基端から薄膜ＴＦに連なる部位の近傍も対応する光電変換素子１２に対する集光に寄与するため、光電変換素子１２に対する集光性がさらに向上する。かかる集光性の向上の効果は、マイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々の対応する画素の対角線方向において顕著になる。
【００５５】
即ち、相互に隣接するマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，そして２２ｒの夫々は、図３の（Ａ）中に示されている夫々が対応する四角形状の画素において、対角線方向の断面の表面の曲率と四角形状の画素において相互に対向している２辺の夫々の中央及びマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，又は２２ｒの中央とを結ぶ線に沿った断面の表面の曲率とが、同じになる。
【００５６】
このことは、上記画素の対角線方向の４つの隅部を含む全周に沿ったいずれの方向から上記画素に向かい上記画素に対応したマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，又は２２ｒに入射した光も、上記画素に対応したマイクロレンズ２２ｇ，２２ｂ，又は２２ｒにより同じ光学特性で上記画素に対応したカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，又は１８ｒ及び平坦化層１６を介して対応する光学変換素子１２に到達することが出来ることを意味している。その結果として、全ての画素は、対応するカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，又は１８ｒの対角線方向の４つの隅部を含む全域を介して対応した光電変換素子１２に入射した光が対応する光電変換素子１２から発生される電気信号にノイズを生じさせることがなく、また、対応するカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，又は１８ｒの色に正確に対応しない電気信号を生じさせることがない。
【００５７】
これに対し、熱リフロー法により平面視が四角形状の画素の全面に対応してマイクロレンズを形成すると、マイクロレンズの周辺部において頂点からの距離が異なる方向、例えば対角線に沿った方向と辺に沿った方向（即ち、四角形状の画素において相互に対向している２辺の夫々と略直交する方向）、における断面の表面の曲率が同じにならない。この場合、平面視が四角形状の画素の全面に対応して熱リフロー法により形成されたマイクロレンズにおいては、対応する画素の周辺に対応している周辺部がその周方向位置により、特に対応する画素の対角線方向の４隅部において、収差が異なり、対応する画素の光電変換素子１２に対し効率良く集光性を発揮することが出来ない。その結果として、全ての画素は、対応するカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，又は１８ｒを介して対応した光電変換素子１２に入射した光が対応する光電変換素子１２から発生される電気信号にノイズを生じさせることになり、また、対応するカラーフィルター１８ｇ，１８ｂ，又は１８ｒの色に正確に対応しない電気信号を生じさせることになる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】（Ａ）は、この発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法によりカラーフィルターやマイクロレンズが形成される以前の、撮像素子の複数の光電変換素子を有する半導体基板の概略的な縦断面図であり；  （Ｂ）は、この発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法に含まれる平坦化層形成工程において、図１の（Ａ）中に示されている撮像素子の半導体基板の複数の光電変換素子の上に平坦化層が形成された様子を概略的に示す縦断面図であり；  （Ｃ）は、この発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法に含まれるカラーフィルター層形成工程において、図１の（Ｂ）中に示されている撮像素子の半導体基板の複数の光電変換素子上の平坦化層上に複数の光電変換素子に対応した複数のカラーフィルターを含むカラーフィルター層が形成された様子を概略的に示す断面図であり；そして、  （Ｄ）は、この発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法に含まれる感光性レンズ材料層工程において、図１の（Ｃ）中に示されている撮像素子の半導体基板の複数の光電変換素子上の平坦化層上に形成された複数のカラーフィルターを含むカラーフィルター層上に、感光性レンズ材料層が形成された様子を概略的に示す断面図である。
【図２】（Ａ）は、この発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法に含まれる露光工程において、図１の（Ｄ）中に示されている撮像素子の半導体基板の複数の光電変換素子上の平坦化層上に形成された複数のカラーフィルターを含むカラーフィルター層上にさらに形成された感光性レンズ材料層が、現像後に対応する光電変換素子上のカラーフィルター層上にマイクロレンズが形成されるパターン露光される様子を概略的に示す断面図であり；そして、  （Ｂ）は、この発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法に含まれる現像工程において、図２の（Ａ）でパターン露光された感光性レンズ材料層が現像されてマイクロレンズが形成され、更に、このように形成されたマイクロレンズが、この発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法に含まれる硬化工程において硬化された後に、撮像素子の複数の光電変換素子に対応した複数のカラーフィルター上に複数の相互に連結されたマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイを伴ったカラー撮像素子が形成された様子を概略的に示す断面図である。
【図３】（Ａ）は、この発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子のマイクロレンズ製造方法に含まれる露光工程において使用されるフォトマスクを概略的に示す平面図であり；そして、  （Ｂ）は、図３の（Ａ）中に示されているフォトマスクを使用して、カラーフィルター層に含まれる複数のカラーフィルター上の感光性レンズ材料層をパターン露光した後に、感光性レンズ材料層を現像し硬化させた後に得られた複数のマイクロレンズを拡大して概略的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０…半導体基板、１２…光電変換素子、１４…撮像素子、１６…平坦化層、１８…カラーフィルター層、１８ｇ，１８ｂ，１８ｒ…カラーフィルター，２０…感光性レンズ材料層、２２ｇ，２２ｂ，２２ｒ…マイクロレンズ、２４…フォトマスク、２８…マイクロレンズアレイ。
【図１】
2007316153.tif 000003
【図２】
2007316153.tif 000004
【図３】
2007316153.tif 000005