(57)【要約】【課題】  受光部上にマイクロレンズを設けた固体撮像素子において、出射瞳距離が短い場合でも、マスク設計を複雑にすることなく、シェーディングを抑制する。【解決手段】  半導体基板１上に所定のピッチで複数の受光部２が２次元状（またはマトリクス状）に配列され、入射光Ｌを各受光部２へ集光するための各マイクロレンズ６が、それぞれ対応する受光部２上に設けられた固体撮像素子１０Ａにおいて、受光面（撮像領域）全体の各マイクロレンズ３上に、直接、透明樹脂材料からなるレンズ部材９を形成し、このレンズ部材９のレンズ効果による屈折を利用して、斜め入射光を遮光膜５の開口部（受光部２）へ導いて、受光部２への所定の入射率を確保することができる。【選択図】  図１
2007157783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に複数の受光部が配列されて撮像領域が設けられ、該撮像領域の各受光部に入射光をそれぞれ集光させるための複数のマイクロレンズが、対応する各受光部上方に設けられた固体撮像素子において、
該複数のマイクロレンズ上に、該撮像領域の中央部分およびその周辺部分のうち、少なくとも該周辺部分の斜め入射光を各受光部へ導くためのレンズ部材が形成されている固体撮像素子。
【請求項２】
前記レンズ部材は、その凸レンズ曲面が少なくとも前記周辺部分の受光面全体に対応した複数のマイクロレンズ上に形成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記レンズ部材は、その平面が前記中央部分の受光面全体に対応した複数のマイクロレンズ上に形成されている請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記レンズ部材は、透明樹脂材料によって前記複数のマイクロレンズ上に直接形成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記レンズ部材は、フッ素系透明樹脂により形成されている請求項１または４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記マイクロレンズは、エポキシ系透明樹脂により形成されている請求項１、２および４のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記レンズ部材の屈折率は、前記マイクロレンズの屈折率よりも低く設定されている請求項１、５および６のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記マイクロレンズの屈折率が１．６、前記レンズ部材の屈折率が１．４である請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記レンズ部材は、該レンズ部材および前記各マイクロレンズをそれぞれ通過して前記各受光部にそれぞれ入射される光の各光軸がそれぞれ、対応する各受光部の中心垂線にそれぞれ一致するようなレンズ曲面形状になっている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記レンズ部材は、該レンズ部材および前記各マイクロレンズをそれぞれ通過して前記各受光部にそれぞれ入射される光の光軸がそれぞれ、対応する各受光部の中心垂線にそれぞれ一致するようなレンズ曲面形状になるように、金型を用いて、透明樹脂により該各マイクロレンズ上に形成されている請求項９に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記複数の受光部は一定ピッチで前記半導体基板上に配列されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記マイクロレンズは、上表面が凸レンズ曲面で構成され、下表面が平面で構成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記マイクロレンズは、上表面が平面で構成され、下表面が凸レンズ曲面で構成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
前記マイクロレンズは、上表面および下表面が共に凸レンズ曲面で構成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載の固体撮像素子と、
該固体撮像素子の撮像領域に光を入射させるための瞳光学系とを有する固体撮像装置。
【請求項１６】
前記瞳光学系と前記撮像領域の各受光部との間の射出瞳距離が規格距離よりも短く設定されている請求項１５に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
請求項１または２に記載の固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法であって、前記レンズ部材および前記各マイクロレンズをそれぞれ通って前記各受光部にそれぞれ入射される光の各光軸がそれぞれ、対応する各受光部の中心垂線にそれぞれ一致するようなレンズ曲面形状になるように、金型を用いて、透明樹脂により該レンズ部材を該各マイクロレンズ上に形成する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１〜１４のいずれかに記載の固体撮像素子が撮像部に用いられた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画面周辺部で輝度が低下するいわゆるシェーディングを抑制可能とする固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を用いた固体撮像装置、この固体撮像素子を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、デジタル複写機およびカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばＣＣＤ型固体撮像素子やＣＭＯＳ型固体撮像素子などの固体撮像素子としては、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話装置、スキャナ、デジタル複写機およびファクシミリなど、様々な用途の電子情報機器の撮像部に利用されている。
【０００３】
このような固体撮像素子を備えた電子情報機器が市場において普及するにつれて、固体撮像素子に対して、画素数の増加や受光感度の向上などの高機能化および高性能化に関する要求はもとより、小型化および低価格化などに関する要求も一層強くなっている。
【０００４】
特に、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラおよびカメラ付き携帯電話装置などで、小型が進むにつれて、必然的に、瞳光学系と固体撮像素子の撮像領域との間の射出瞳距離が現状よりも短く設定される場合が多くなっている。
【０００５】
図５は、射出瞳距離が長い光学系に従来の固体撮像素子を組み込んだ場合の構成例を示す要部縦断面模式図であり、図６は、射出瞳距離が短い光学系に従来の固体撮像素子を組み込んだ場合の構成例を示す要部縦断面模式図である。
【０００６】
図５および図６において、従来の固体撮像素子１００は、半導体基板１上に所定のピッチで複数の受光部２が２次元状（またはマトリクス状）に配列されている。隣接する受光部２の間には、電荷転送部３（または電荷読み出し部）およびその上にゲート電極４が設けられており、その部分に光が入射されないように遮光膜５が設けられている。さらに、その基板部上に、入射光Ｌを各受光部２に遮光膜５の開口部５ａを通して集光させるための各マイクロレンズ６がそれぞれ、対応する各受光部２上にそれぞれ間に層間膜７を介して設けられている。
【０００７】
図５では、瞳光学系の射出瞳８から撮像領域の各受光部２までの射出瞳距離ＬＡ（Ｕマウント規格距離；１０ｍｍ）が長く形成され、図６では、射出瞳８から撮像領域の各受光部２までの射出瞳距離ＬＢ（数ｍｍ）が短く形成されている。
【０００８】
従来のデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどでは、光学的に余裕があるため、図５に示すように、射出瞳距離ＬＡとして射出瞳距離が長く設計されている。この場合には、撮像領域中央部Ｙの周辺部Ｘにおける遮光膜５の各開口部５ａにおいても、入射光Ｌは極端な斜め入射光とはならず、各受光部２への所定の入射率が確保されており、シェーディングの問題はそれほど生じなかった。
【０００９】
一方、デジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラやカメラ付き携帯電話装置などで、小型化が進むにつれて、図６に示すように、必然的に射出瞳距離ＬＢのように射出瞳距離ＬＡに比べて射出瞳距離が短く設計される場合が多くなっている。前述したようにこの射出瞳距離が長い場合に比べて、撮像領域中央部Ｙの周辺部Ｘにおいて、入射光Ｌのマイクロレンズ６への入射角度が大きくなり、遮光膜５の開口部５ａ内（受光部２の領域内）に収まりきれない光入射部分が生じて、各受光部２への入射率が低下する。このように、撮像領域中央部Ｙに比べて撮像領域周辺部Ｘで各受光部２における感度が低下する結果、撮像画面上では、画面周辺部で輝度が低下するいわゆるシェーディング現象が発生する。
【００１０】
この問題に対して、例えば特許文献１では、マイクロレンズを形成するためのマスクパターンにスケーリングを設けて、撮像領域中心部から撮像領域周辺部に向かうにつれて、マイクロレンズの位置を対応する受光部の位置よりも撮像領域中心側へ徐々に大きくずらし、かつ、マイクロレンズの基板面に沿った方向のサイズを徐々に大きくすることにより、シェーディング対策を行っている。
【特許文献１】特開２０００−３４９２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１に記載されている従来のシェーディング対策では、マスク設計が複雑になる。また、このようなマスクによる対策では、撮像領域の中央部に対して、その撮像領域周辺部では、各受光部への入射光が斜め入射光となるため、完全にシェーディングを防ぐことはできない。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、マスク設計を複雑化することなく、シェーディングをより確実に抑制することができる固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を用いた固体撮像装置、この固体撮像素子を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、デジタル複写機およびカメラ付き携帯電話装置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】
【００１３】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板上に複数の受光部が配列されて撮像領域が設けられ、該撮像領域の各受光部に入射光をそれぞれ集光させるための複数のマイクロレンズが、対応する各受光部上方に設けられた固体撮像素子において、該複数のマイクロレンズ上に、該撮像領域の中央部分およびその周辺部分のうち、少なくとも該周辺部分の斜め入射光を各受光部へ導くためのレンズ部材が形成されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１４】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるレンズ部材は、その凸レンズ曲面が少なくとも前記周辺部分の受光面全体に対応した複数のマイクロレンズ上に形成されている。
【００１５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるレンズ部材は、その平面が前記中央部分の受光面全体に対応した複数のマイクロレンズ上に形成されている。
【００１６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるレンズ部材は、透明樹脂材料によって前記複数のマイクロレンズ上に直接形成されている。
【００１７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるレンズ部材は、フッ素系透明樹脂により形成されている。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるマイクロレンズは、エポキシ系透明樹脂により形成されている。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるレンズ部材の屈折率は、前記マイクロレンズの屈折率よりも低く設定されている。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるマイクロレンズの屈折率が１．６、前記レンズ部材の屈折率が１．４である。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるレンズ部材は、該レンズ部材および前記各マイクロレンズをそれぞれ通過して前記各受光部にそれぞれ入射される光の各光軸がそれぞれ、対応する各受光部の中心垂線にそれぞれ一致するようなレンズ曲面形状になっている。
【００２２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるレンズ部材は、該レンズ部材および前記各マイクロレンズをそれぞれ通過して前記各受光部にそれぞれ入射される光の光軸がそれぞれ、対応する各受光部の中心垂線にそれぞれ一致するようなレンズ曲面形状になるように、金型を用いて、透明樹脂により該各マイクロレンズ上に形成されている。
【００２３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における複数の受光部は一定ピッチで前記半導体基板上に配列されている。
【００２４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるマイクロレンズは、上表面が凸レンズ曲面で構成され、下表面が平面で構成されている。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるマイクロレンズは、上表面が平面で構成され、下表面が凸レンズ曲面で構成されている。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるマイクロレンズは、上表面および下表面が共に凸レンズ曲面で構成されている。
【００２７】
本発明の固体撮像装置は、本発明の上記固体撮像素子と、該固体撮像素子の撮像領域に光を入射させるための瞳光学系とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２８】
また、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記瞳光学系と前記撮像領域の各受光部との間の射出瞳距離が規格距離よりも短く設定されている。
【００２９】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、本発明の上記固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法であって、前記レンズ部材および前記各マイクロレンズをそれぞれ通って前記各受光部にそれぞれ入射される光の各光軸がそれぞれ、対応する各受光部の中心垂線にそれぞれ一致するようなレンズ曲面形状になるように、金型を用いて、透明樹脂により該レンズ部材を該各マイクロレンズ上に形成するものであり、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、本発明の上記固体撮像素子が撮像部に用いられたものであり、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、以下に、本発明の作用について説明する。
【００３２】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板上に所定のピッチで複数の受光部が配列され、入射光を各受光部へ集光するための複数のマイクロレンズが、それぞれ対応する各受光部上方に設けられた固体撮像素子において、受光面全体の複数のマイクロレンズ上に、直接、レンズ構造体のレンズ部材が形成されている。このレンズ部材のレンズ効果による屈折を利用して、撮像領域周辺部分の斜め入射光が受光部上の開口部へより適正に導かれ、各受光部への入射率が確保される。
【００３３】
上記レンズ部材は、複数のマイクロレンズ上に直接形成されるため、複数のマイクロレンズのレンズ効果ができるだけ損なわれないように、複数のマイクロレンズよりも屈折率が低い透明材料によって形成される。具体的には、マイクロレンズの屈折率が例えば１．６に対して、マイクロレンズ上のレンズ部材の屈折率を例えば１．４とすることが可能となる。
【００３４】
上記マイクロレンズ上のレンズ部材は、マイクロレンズよりも低い屈折率が求められることから、例えば、フッ素系透明樹脂などを用いて形成することができる。フッ素系樹脂で形成されたレンズ部材は、複数のマイクロレンズの保護膜として用いることができる。レンズ部材のフッ素系透明樹脂に対して、マイクロレンズの材料としては例えばエポキシ系透明樹脂などを用いることができる。
【００３５】
上記マイクロレンズ上のレンズ部材は、レンズ部材およびマイクロレンズを通って各受光部に入射される光の光軸が、対応する受光部の中心垂線にそれぞれ一致するような形状に設計された金型を用いて、複数のマイクロレンズ上に、直接、透明樹脂により射出成形により形成することが可能となる。
【００３６】
レンズ部材の凸レンズ曲面は、撮像領域の中央部分およびその周辺部分の受光面全体に対応した複数のマイクロレンズ上に形成されているが、これに限らず、レンズ部材の凸レンズ曲面が周辺部分の受光面全体に対応した複数のマイクロレンズ上にのみ形成されていてもよいし、この場合に、レンズ部材は、その平面が撮像領域の中央部分の受光面全体に対応した複数のマイクロレンズ上に形成されていてもよい。撮像領域の中央部分上ではレンズ部材の表面が平面である方が、その中央部分の各受光部への入射効率がよい。
【００３７】
また、マイクロレンズは、上側の表面が凸レンズ曲面で構成され、下側の表面が平面で構成されていてもよいし、その逆に、上側の表面が平面で構成され、下側の表面が凸レンズ曲面で構成されていてもよく、さらに、上側の表面および下側の表面が共に凸レンズ曲面で構成されていてもよい。いずれにしても、上側の表面よりも下側の表面が凸レンズ曲面である方がレンズとしての各受光部への入射光の集光率がよい。
【発明の効果】
【００３８】
以上により、本発明によれば、半導体基板上に複数の受光部が配列され、入射光を各受光部へ集光するための複数のマイクロレンズが、それぞれ対応する各受光部上に設けられた固体撮像素子において、受光面全体の複数のマイクロレンズ上に、直接、レンズ構造体としてのレンズ部材を形成することにより、瞳光学系から各受光部までの射出瞳距離が規格距離よりも短く設計された場合、撮像領域周辺部において、レンズ部材のレンズ効果による屈折を利用して斜め入射光を各受光部上の開口部へ導き、各受光部への入射率を確保することができる。これにより、画面周辺部で輝度が低下するいわゆるシェーディングを防ぐことができる。
【００３９】
このレンズ部材は、金型を用いて透明樹脂により、直接、複数のマイクロレンズ上に容易に形成することができるため、特許文献１の従来技術のようにマスク設計が複雑になることはなく、製造工程が複雑化するのを防ぐことができる。
【００４０】
しかも、撮像領域上の複数のマイクロレンズ上に、直接、フッ素系樹脂などの透明材料によって、レンズ構造体としてのレンズ部材を形成することにより、固体撮像素子表面の保護膜としても有効に用いることができるため、固体撮像素子の信頼性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】
【００４１】
以下に、本発明の固体撮像素子の実施形態１〜３を、瞳光学系から撮像領域の各受光部までの射出瞳距離が規格値（Ｕマウント規格；１０ｍｍ）よりも短い距離（数ｍｍ）の光学系を持つ固体撮像装置に組み込んだ場合について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１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。なお、図６の従来の固体撮像装置における構成部材と同様の作用効果を相する部材には同一の符号を付している。
【００４２】
図１において、本実施形態１の固体撮像素子１０Ａは、半導体基板１上に所定のピッチで複数の受光部１が複数の画素として２次元状（またはマトリクス状に）に配列されている。隣接する受光部２の間には、電荷転送部３（または電荷読み出し部）およびその上のゲート電極４が設けられており、その部分に光が入射されないように遮光膜５が設けられて基板部が構成されている。この基板部上に、入射光Ｌを各受光部２にそれぞれ遮光膜５の開口部５ａを通して集光させるための各マイクロレンズ６が、それぞれ対応する各受光部２上に層間膜７を介して設けられている。
【００４３】
さらに、受光面全体（撮像領域Ｖ）の各マイクロレンズ６上に、直接、マイクロレンズ６よりも屈折率が低い透明樹脂材料によって、一つのレンズ構造体としてのレンズ部材９が形成されている。このレンズ部材９のレンズ効果による屈折を利用して、撮像領域Ｖの中央部分Ｙおよびその周辺部分Ｘのうち、少なくとも周辺部分Ｘへの斜め入射光Ｌが遮光膜５の開口部５ａへとよりスムーズに導かれて、各受光部２への入射効率がより確保される。この場合、レンズ部材９の凸レンズ曲面は、撮像領域Ｖの中央部分Ｙおよびその周辺部分Ｘの受光面全体に対応した複数のマイクロレンズ６上に形成されている。
【００４４】
このマイクロレンズ６上のレンズ部材９は、マイクロレンズ６よりも低い屈折率が求められることから、例えば屈折率１．６のマイクロレンズ６が形成されている場合に、これよりも屈折率が低いフッ素系透明樹脂などにより屈折率１．４またはこの程度のレンズ部材９を形成することができる。透明なフッ素系樹脂で形成されたレンズ部材９は、マイクロレンズ６を保護する保護膜として用いることができるため、信頼性の高い固体撮像素子１０Ａを得ることができる。
【００４５】
マイクロレンズ６は、屈折率１．６程度のレジストであるエポキシ系透明樹脂などを用い、上側の表面が凸レンズ曲面で構成され、下側の表面が平面で構成されていている。
【００４６】
図２は、図１の本実施形態１の固体撮像素子１０Ａを、射出瞳８から各受光部２までの射出瞳距離ＬＢが規格値よりも短く設計された光学系を持つ固定撮像装置に組み込んだ場合の構成例を示す要部縦断面図である。
【００４７】
図２に示すように、本実施形態１の固体撮像装置は、上記固体撮像素子１０Ａと、この固体撮像素子１０Ａの撮像領域Ｖに光を入射させるための瞳光学系としての射出瞳８とを有しており、この射出瞳８から撮像領域Ｖの各受光部２までの間の射出瞳距離が規格距離（Ｕマウント規格；１０ｍｍ）よりも数ｍｍ程度（２〜５ｍｍ）に短く設定されている。
【００４８】
マイクロレンズ６上のレンズ部材９は、レンズ部材９およびその下の各マイクロレンズ６を通って各受光部２に入射される光Ｌｂの光軸６ａが、対応する受光部２の中心垂線２ａにそれぞれ一致するような形状に設計された金型を用いて、マイクロレンズ６上に、直接、透明樹脂により形成することができる。即ち、レンズ部材９の曲率半径と屈折率が、上記光Ｌｂが得られるように設定されている。
【００４９】
このように、それぞれの固体撮像素子１０Ａが組み込まれる光学系に対応して、それぞれの光Ｌｂの光軸６ａが、対応する受光部２の中心垂線２ａにそれぞれ一致するようなレンズ形状にレンズ部材９を形成することにより、射出瞳距離ＬＢとして射出瞳距離が規格値（１０ｍｍ）よりも短く設計された光学系を持つ固体撮像装置に組み込まれる固体撮像素子１０Ａの撮像領域周辺部Ｘにおいても、極端な斜め入射光とはならず、各受光部２への所定の入射率を確実に確保できて、画面周辺部で輝度が低下するいわゆるシェーディングを防ぐことができる。また、このレンズ部材９は、金型を用いて、透明樹脂により、直接、マイクロレンズ６上に射出成形にて形成することができるため、従来のように製造工程が複雑になることなく、シェーディング対策を行うことができる。
【００５０】
以上により、本実施形態１によれば、半導体基板１上に所定の一定ピッチで複数の受光部２が２次元状（またはマトリクス状）に配列され、入射光Ｌを各受光部２へ集光するための各マイクロレンズ６が、それぞれ対応する受光部２上に設けられた固体撮像素子１０Ａにおいて、受光面（撮像領域Ｖ）全体の各マイクロレンズ６上に、直接、透明樹脂材料からなるレンズ部材９を形成し、このレンズ部材９のレンズ効果による屈折を利用して、斜め入射光を遮光膜５の開口部５ａから受光部２へ導いて、受光部２への所定の入射率を確保することができる。これによって、受光部２上にマイクロレンズ６を設けた固体撮像素子１０Ａにおいて、出射瞳距離ＬＢとして出射瞳距離が規格値１０ｍｍよりも短い数ｍｍの場合であっても、従来のようにマスク設計を複雑にすることなく、画面周辺部Ｘで輝度が低下するいわゆるシェーディングをより確実に抑制することができる。
（実施形態２）
本実施形態２では、マイクロレンズ６の断面形状を変えてより集光効率をよくした場合である。
【００５１】
図３は、本発明の実施形態２に係る固体撮像素子を、射出瞳８から各受光部２までの射出瞳距離ＬＢが規格値よりも短く設計された光学系を持つ固定撮像装置に組み込んだ場合の構成例を示す要部縦断面模式図である。なお、図２の固体撮像装置における構成部材と同様の作用効果を相する部材には同一の符号を付している。
【００５２】
図３において、本実施形態２の固体撮像装置は、複数のマイクロレンズ６Ｂ上にレンズ部材９Ｂが設けられた固体撮像素子１０Ｂと、この固体撮像素子１０Ｂの撮像領域Ｖに光を入射させるための瞳光学系としての射出瞳８とを有しており、この射出瞳８から撮像領域Ｖの各受光部２までの間の射出瞳距離が規格距離（Ｕマウント規格；１０ｍｍ）よりも数ｍｍ程度（２〜５ｍｍ）に短く設定されている。
【００５３】
マイクロレンズ６Ｂは、上側の表面が平面で構成され、下側の表面が凸レンズ曲面で構成されている。このように、上側の表面（上記実施形態１のマイクロレンズ６の場合）よりも下側の表面が凸レンズ曲面である方がレンズとしての各受光部２への入射光の集光率がよい。また、マイクロレンズ６Ｂの上表面の平面（平坦面）上にレンズ部材９Ｂが形成されるので、レンズ部材９Ｂに歪がより少ない。
【００５４】
レンズ部材９Ｂの凸レンズ曲面は、撮像領域Ｖの中央部分Ｙおよびその周辺部分Ｘの受光面全体に対応した複数のマイクロレンズ６Ｂ上に形成されている。
【００５５】
マイクロレンズ６Ｂ上のレンズ部材９Ｂは、レンズ部材９Ｂおよびその下の各マイクロレンズ６Ｂを通って各受光部２に入射される光Ｌｂの光軸６ａが、対応する受光部２の中心垂線２ａにそれぞれ一致するような形状に設計された金型を用いて、マイクロレンズ６Ｂ上に、直接、透明樹脂により形成することができる。即ち、レンズ部材９Ｂの曲率半径と屈折率が、上記光Ｌｂが得られるように設定されている。
【００５６】
このように、それぞれの固体撮像素子１０Ｂが組み込まれる光学系を持つ固体撮像装置に対応して、それぞれの光Ｌｂの光軸６ａが、対応する受光部２の中心垂線２ａにそれぞれ一致するようなレンズ形状にレンズ部材９Ｂを形成することにより、射出瞳距離ＬＢとして射出瞳距離が規格値（１０ｍｍ）よりも短く設計された光学系を持つ固体撮像装置に組み込まれる固体撮像素子１０Ｂの撮像領域周辺部Ｘにおいても、極端な斜め入射光とはならず、各受光部２への所定の入射率を確実に確保できて、画面周辺部で輝度が低下するいわゆるシェーディングを防ぐことができる。また、このレンズ部材９Ｂは、金型を用いて、透明樹脂により、直接、マイクロレンズ６Ｂ上に射出成形にて形成することができるため、従来のように製造工程が複雑になることなく、シェーディング対策を行うことができる。
【００５７】
以上により、本実施形態２によれば、半導体基板１上に所定の一定ピッチで複数の受光部２が２次元状（またはマトリクス状）に配列され、入射光Ｌを各受光部２へ集光するための各マイクロレンズ６Ｂが、それぞれ対応する受光部２上に設けられた固体撮像素子１０Ｂにおいて、受光面（撮像領域）全体の各マイクロレンズ６Ｂ上に、直接、透明樹脂材料からなるレンズ部材９Ｂを形成し、このレンズ部材９Ｂのレンズ効果による屈折を利用して、斜め入射光を遮光膜５の開口部５ａから受光部２へ導いて、各受光部２への所定の入射率を確保することができる。これによって、受光部２上にマイクロレンズ６Ｂを設けた固体撮像素子１０Ｂにおいて、出射瞳距離ＬＢとして出射瞳距離が規格値１０ｍｍよりも短い数ｍｍの場合であっても、従来のようにマスク設計を複雑にすることなく、画面周辺部Ｘで輝度が低下するいわゆるシェーディングをより確実に抑制することができる。この場合には、マイクロレンズ６Ｂが上記実施形態１のマイクロレンズ６よりも受光部２への集光効率がよいので、一層、本発明の効果がある。
（実施形態３）
本実施形態３では、マイクロレンズ６の断面形状を更に変えてより集光効率をよくし、かつ撮像領域Ｖの中央部分Ｙに対応するレンズ部材の上表面を平面にした場合である。
の場合である。
【００５８】
図４は、本発明の実施形態３に係る固体撮像素子を、射出瞳８から各受光部２までの射出瞳距離ＬＢが規格値よりも短く設計された光学系を持つ固定撮像装置に組み込んだ場合の構成例を示す要部縦断面模式図である。なお、図２の固体撮像装置における構成部材と同様の作用効果を相する部材には同一の符号を付している。
【００５９】
図４において、本実施形態３の固体撮像装置は、複数のマイクロレンズ６Ｃ上にレンズ部材９Ｃが設けられた固体撮像素子１０Ｃと、この固体撮像素子１０Ｃの撮像領域Ｖに光を入射させるための瞳光学系としての射出瞳８とを有しており、この射出瞳８から撮像領域Ｖの各受光部２までの間の射出瞳距離が規格距離（Ｕマウント規格；１０ｍｍ）よりも数ｍｍ程度（２〜５ｍｍ）に短く設定されている。
【００６０】
マイクロレンズ６Ｃは、上側の表面および下側の表面が共に凸レンズ曲面で構成されていおり、上記実施形態１，２の場合のマイクロレンズ６，６Ｂよりも各受光部２への入射光の集光率がよい。
【００６１】
レンズ部材９Ｃの凸レンズ曲面９ａは、撮像領域Ｖの中央部分Ｙおよびその周辺部分Ｘのうち、その周辺部分Ｘの受光面全体に対応した複数のマイクロレンズ６Ｃ上にのみ形成され、レンズ部材９Ｃの平面９ｂが、撮像領域Ｖの中央部分Ｙの受光面全体に対応した複数のマイクロレンズ６Ｃ上に形成されている。このように、撮像領域Ｖの中央部分Ｙ上ではレンズ部材９Ｃの表面が平面９ｂである方が、その中央部分Ｙでの各受光部２への光入射効率がよい。
【００６２】
マイクロレンズ６Ｃ上のレンズ部材９Ｃは、レンズ部材９Ｃおよびその下の各マイクロレンズ６Ｃを通って各受光部２に入射される光Ｌｂの光軸６ａが、対応する受光部２の中心垂線２ａにそれぞれ一致するような形状に設計された金型を用いて、マイクロレンズ６Ｃ上に、直接、透明樹脂により形成することができる。即ち、レンズ部材９Ｃの曲率半径と屈折率が、上記光Ｌｂが得られるように設定されている。
【００６３】
このように、それぞれの固体撮像素子１０Ｃが組み込まれる光学系に対応して、それぞれの光Ｌｂの光軸６ａが、対応する受光部２の中心垂線２ａにそれぞれ一致するようなレンズ形状にレンズ部材９Ｃを形成することにより、射出瞳距離ＬＢとして射出瞳距離が規格値（１０ｍｍ）よりも短く設計された光学系を持つ固体撮像装置に組み込まれる固体撮像素子１０Ｃの撮像領域周辺部Ｘにおいても、極端な斜め入射光とはならず、各受光部２への所定の入射率を確実に確保できて、画面周辺部で輝度が低下するいわゆるシェーディングを防ぐことができる。また、このレンズ部材９Ｃは、金型を用いて、透明樹脂により、直接、マイクロレンズ６Ｃ上に射出成形にて形成することができるため、従来のように製造工程が複雑になることなく、シェーディング対策を行うことができる。
【００６４】
以上により、本実施形態３によれば、半導体基板１上に所定の一定ピッチで複数の受光部２が２次元状（またはマトリクス状）に配列され、入射光Ｌを各受光部２へ集光するための各マイクロレンズ６Ｃが、それぞれ対応する受光部２上に設けられた固体撮像素子１０Ｃにおいて、受光面（撮像領域）全体の各マイクロレンズ６Ｃ上に、直接、透明樹脂材料からなるレンズ部材９Ｃを形成し、このレンズ部材９Ｃのレンズ効果による屈折を利用して、斜め入射光を遮光膜５の開口部５ａから受光部２へ導いて、各受光部２への所定の入射率を確保することができる。これによって、受光部２上にマイクロレンズ６Ｃを設けた固体撮像素子１０Ｃにおいて、出射瞳距離ＬＢとして出射瞳距離が規格値よりも短い場合であっても、従来のようにマスク設計を複雑にすることなく、画面周辺部で輝度が低下するいわゆるシェーディングをより確実に抑制することができる。この場合には、撮像領域Ｖの中央部分Ｙでレンズ部材９Ｃの平面９ｂを通して各受光部２への光入射効率がよい状態で、マイクロレンズ６Ｃが上記実施形態１，２のマイクロレンズ６，６Ｂよりも更に受光部２への集光効率がよいので、一層、本発明の効果がある。
【００６５】
なお、上記実施形態１〜３では、特に説明しなかったが、上記実施形態の固定撮像素子１０Ａを撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、デジタル複写機およびカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器について説明する。本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態の固体撮像素子１０Ａを撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
【００６６】
また、上記実施形態１〜３では、レンズ部材９，９Ｂ，９Ｃの屈折率は、マイクロレンズ６，６Ｂ，６Ｃの屈折率よりも低く設定され、マイクロレンズ６，６Ｂ，６Ｃの屈折率が１．６、レンズ部材９，９Ｂ，９Ｃの屈折率が１．４として説明したが、これに限らず、マイクロレンズ６，６Ｂ，６Ｃの屈折率が１．６、レンズ部材９，９Ｂ，９Ｃの屈折率が１．４以外でもよく、要は、マイクロレンズ６，６Ｂ，６Ｃの屈折率よりも低く設定されていればよい。
【００６７】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜３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１〜３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１〜３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】
【００６８】
本発明は、シェーディングを抑制可能とする固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を用いた固体撮像装置、この固体撮像素子を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、デジタル複写機およびカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、半導体基板上に複数の受光部が配列され、入射光を各受光部へ集光するための複数のマイクロレンズが、それぞれ対応する各受光部上に設けられた固体撮像素子において、受光面全体の複数のマイクロレンズ上に、直接、レンズ構造体としてのレンズ部材を形成することにより、瞳光学系から各受光部までの射出瞳距離が規格距離よりも短く設計された場合、撮像領域周辺部において、レンズ部材のレンズ効果による屈折を利用して斜め入射光を各受光部上の開口部へ導き、各受光部への入射率を確保することができる。これにより、画面周辺部で輝度が低下するいわゆるシェーディングを防ぐことができる。
【００６９】
このレンズ部材は、金型を用いて透明樹脂により、直接、複数のマイクロレンズ上に容易に形成することができるため、特許文献１の従来技術のようにマスク設計が複雑になることはなく、製造工程が複雑化するのを防ぐことができる。
【００７０】
しかも、撮像領域上の複数のマイクロレンズ上に、直接、フッ素系樹脂などの透明材料によって、レンズ構造体としてのレンズ部材を形成することにより、固体撮像素子表面の保護膜としても有効に用いることができるため、固体撮像素子の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態１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の固体撮像素子を、射出瞳から各受光部までの射出瞳距離が規格値よりも短く設計された光学系を持つ固定撮像装置に組み込んだ場合の構成例を示す要部縦断面模式図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る固体撮像素子を、射出瞳から各受光部までの射出瞳距離が規格値よりも短く設計された光学系を持つ固定撮像装置に組み込んだ場合の構成例を示す要部縦断面模式図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る固体撮像素子を、射出瞳から各受光部までの射出瞳距離が規格値よりも短く設計された光学系を持つ固定撮像装置に組み込んだ場合の構成例を示す要部縦断面模式図である。
【図５】射出瞳距離が長い光学系に従来の固体撮像素子を組み込んだ場合の構成例を示す要部縦断面模式図である。
【図６】射出瞳距離が短い光学系に従来の固体撮像素子を組み込んだ場合の構成例を示す要部縦断面模式図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  半導体基板
２  受光部
２ａ  中心垂線
５  遮光膜
５ａ  開口部
６，６Ｂ，６Ｃ  マイクロレンズ
６ａ  光軸
８  射出瞳（瞳光学系）
９，９Ｂ，９Ｃ  レンズ部材
９ａ  凸レンズ曲面
９ｂ  平面（平坦面）
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ  固体撮像素子
Ｌ  入射光
ＬＢ  射出瞳距離
Ｖ  撮像領域
Ｘ  撮像領域周辺部
Ｙ  撮像領域中心部
【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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