(57)【要約】【課題】無集光領域の縮小さらには解消を図る。【解決手段】半導体基板上にマイクロレンズとするための樹脂層を形成し、樹脂層の上にフォトレジスト層を形成した後、同フォトレジスト層をフォトリソグラフィーによってパターンニングして、マトリクス状に相互に近接配置された平面視矩形の多数のフォトレジストパターンを形成する。ここで、フォトリソグラフィーに用いるマスクとしては、各フォトレジストパターンにそれぞれ対応する各マスクパターン１６が、各角部１８に、対角線方向で外側に延出するサブアイランドパターン２０を備えたマスク１４を用いる。その後、フォトレジストパターンを熱溶融させて凸面状の転写用マイクロレンズパターンとし、全面ドライエッチングを行って、転写用マイクロレンズパターンを転写してマイクロレンズを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロレンズとするための合成樹脂による樹脂層を基板上に形成し、
前記樹脂層の上にフォトレジスト層を形成し、
フォトレジストパターンにそれぞれ対応する各マスクパターンが、フォトレジストパターンの矩形の各角部に対応する各位置から外側に延出し、マスクパターンの対角線上に直角の角部を備えるサブアイランドパターンを有するマスクを、前記フォトレジスト層の上に設置し、
前記マスクを用いて、前記フォトレジスト層をフォトリソグラフィーによりパターンニングしてマトリクス状に相互に所定の距離で近接配置された平面視矩形の多数のフォトレジストパターンを形成し、
前記フォトレジストパターンを熱溶融させて凸面状の転写用マイクロレンズパターンを形成し、
前記転写用マイクロレンズパターンおよび前記樹脂層の全面エッチングにより前記転写用マイクロレンズパターンの立体形状を前記樹脂層に転写して、前記所定の距離を短くして、相互に隣接する辺が近接してマトリックス状に配置される複数の平面視矩形のマイクロレンズユニットを形成する
マイクロレンズの形成方法。
【請求項２】
前記樹脂層に転写された前記所定の距離を零として、相互に隣接する辺が
接してマトリックス状に配置される複数の平面視矩形のマイクロレンズユニットを形成する
請求項１記載のマイクロレンズの形成方法。
【請求項３】
前記転写用マイクロレンズパターンおよび前記樹脂層に対し全面ドライエ
ッチングを行って、前記転写用マイクロレンズパターンの立体形状を前記樹脂層に転写する
請求項１又は２記載のマイクロレンズの形成方法。
【請求項４】
前記転写用マイクロレンズパターンおよび前記樹脂層の全面エッチングは
反応性イオンエッチング装置によりＣＦ4、または酸素およびＣＦ4の混合ガスをプロセスガスとして用いて行う
請求項１又は２記載のマイクロレンズの形成方法。
【請求項５】
前記マイクロレンズは固体撮像素子の光電変換素子ごとに形成する
請求項１又は２記載のマイクロレンズの形成方法。
【請求項６】
前記固体撮像素子はＣＣＤ撮像素子またはＭＯＳ型撮像素子である
請求項５記載のマイクロレンズの形成方法。
【請求項７】
前記マイクロレンズは液晶表示装置の液晶セルごとに形成する
請求項１又は２記載のマイクロレンズの形成方法。
【請求項８】
前記マイクロレンズは層内レンズの上に形成する
請求項１又は２記載のマイクロレンズの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子などにおけるマイクロレンズの形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子は半導体基板上にマトリクス状に配列された多数の光電変換素子を備え、各光電変換素子の前方には入射光を光電変換素子に集光するマイクロレンズが各光電変換素子ごとに配列されている。このマイクロレンズは、フォトレジスト層のパターンニング、転写用マイクロレンズパターンの形成、同パターンの樹脂層への転写などの工程により形成される。
【０００３】
図６は従来の固体撮像素子用のマイクロレンズを形成するためのマスクを示す部分平面図、図７は従来のマイクロレンズ形成過程におけるフォトレジストパターンを示す部分平面図、図８は従来のマイクロレンズを示す部分平面図である。
マイクロレンズの形成にあたっては、まず半導体基板上に配列された光電変換素子の上にカラーフィルターなどを介して樹脂層が形成され、その上にフォトレジスト層が形成される。そして、フォトレジスト層は、図６に示したようなマスク１０２を用いてフォトリソグラフィーによりパターン化される。このマスク１０２には、各マイクロレンズに対応する平面視矩形のマスクパターン１０４が多数近接してマトリクス状に配列されており、その結果、フォトレジスト層は、図７に示したように、マトリクス状に相互に近接配置された平面視略矩形の多数のフォトレジストパターン１０６にパターンニングされる。
【０００４】
その後、フォトレジストパターン１０６は熱溶融によって凸面状の転写用マイクロレンズパターンとされ、つづいて、この転写用マイクロレンズパターンおよび樹脂層を全面エッチングすることで、転写用マイクロレンズパターンの立体形状が樹脂層に転写され、図８に示したように、相互に近接配置された平面視略矩形の多数のマイクロレンズ１０８が形成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような従来のマイクロレンズ１０８の形成方法では、フォトレジスト層をパターンニングする際の解像度不足により、本来エッチングされるべきでないマスクパターン１０４の角部でエッチングが行われ、フォトレジストパターン１０６は、各角部１１０の角が取れた形状となってしまう。そのため、形成されるマイクロレンズ１０８も、図８に示したように、同様に角部１１２は角のとれた形状となり、マイクロレンズ１０８の面積が小さくなって無集光領域１１４が拡大する。そして、無集光領域に入射した光は光電変換素子には導かれず、固体撮像素子の感度が低下する結果となる。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、無集光領域の縮小さらには解消が可能なマイクロレンズの形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明のマイクロレンズの形成方法は、マイクロレンズとするための合成樹脂による樹脂層を基板上に形成し、前記樹脂層の上にフォトレジスト層を形成し、フォトレジストパターンにそれぞれ対応する各マスクパターンが、フォトレジストパターンの矩形の各角部に対応する各位置から外側に延出し、マスクパターンの対角線上に直角の角部を備えるサブアイランドパターンを有するマスクを、前記フォトレジスト層の上に設置し、前記マスクを用いて、前記フォトレジスト層をフォトリソグラフィーによりパターンニングしてマトリクス状に相互に所定の距離で近接配置された平面視矩形の多数のフォトレジストパターンを形成し、前記フォトレジストパターンを熱溶融させて凸面状の転写用マイクロレンズパターンを形成し、前記転写用マイクロレンズパターンおよび前記樹脂層の全面エッチングにより前記転写用マイクロレンズパターンの立体形状を前記樹脂層に転写して、前記所定の距離を短くして、相互に隣接する辺が近接してマトリックス状に配置される複数の平面視矩形のマイクロレンズユニットを形成する。
【０００８】
このように本発明のマイクロレンズの形成方法では、転写用フォトレジストパターンの形成に用いるマスクとして、転写用フォトレジストパターンに対応する各マスクパターンが上記サブアイランドパターンを備えたマスクを用い、そして、サブアイランドパターンは、フォトレジスト層をパターンニングする際の解像度不足によりフォトレジストパターンの各角部が角の取れた形状となることを補正するように作用する。その結果、各フォトレジストパターンを正しく平面視矩形に形成することができ、無集光領域を縮小あるいは解消することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明のマイクロレンズの形成方法では、転写用フォトレジストパターンの形成に用いるマスクとして、転写用フォトレジストパターンに対応する各マスクパターンが上記サブアイランドパターンを備えたマスクを用い、そして、サブアイランドパターンは、フォトレジスト層をパターンニングする際の解像度不足によりフォトレジストパターンの各角部が角の取れた形状となることを補正するように作用する。その結果、各フォトレジストパターンを正しく平面視矩形に形成することができ、無集光領域を縮小あるいは解消することが可能となる。
よって、たとえば固体撮像素子の場合には各光電変換素子に入射する光の量が多くなり、固体撮像素子の感度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるマイクロレンズの形成方法の一例で使用するマスクを示す部分平面図である。
【図２】（Ａ）ないし（Ｄ）は、実施の形態例のマイクロレンズの形成方法にもとづくマイクロレンズの各形成工程を示す部分断面側面図である。
【図３】実施の形態例のマイクロレンズの形成方法により形成されるフォトレジストパターンを示す部分平面図である。
【図４】実施の形態例のマイクロレンズの形成方法により形成されるマイクロレンズを示す部分平面図である。
【図５】（Ａ）は、さらなるドライエッチングによりマイクロレンズ周辺部の無集光領域の解消を図った場合の、実施の形態例のマイクロレンズの形成方法により形成したマイクロレンズを示す部分平面図、（Ｂ）は従来のマイクロレンズの形成方法によるマイクロレンズを示す部分平面図である。
【図６】従来の固体撮像素子用のマイクロレンズを形成するためのマスクを示す部分平面図である。
【図７】従来のマイクロレンズ形成過程におけるフォトレジストパターンを示す部分平面図である。
【図８】従来のマイクロレンズを示す部分平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。
図１は本発明によるマイクロレンズの形成方法の一例で使用するマスクを示す部分平面図、図２の（Ａ）ないし（Ｄ）は、実施の形態例のマイクロレンズの形成方法にもとづくマイクロレンズの各形成工程を示す部分断面側面図である。また、図３は実施の形態例のマイクロレンズの形成方法により形成されるフォトレジストパターンを示す部分平面図、図４は実施の形態例のマイクロレンズの形成方法により形成されるマイクロレンズを示す部分平面図である。
【００１２】
ここでは、一例としてＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）固体撮像素子のマイクロレンズを形成するものとし、図１に示したカラーフィルター層２の上にマイクロレンズを形成するものとする。カラーフィルター層２は、たとえばプラズマナイトライドから成る平坦化膜４の上に形成されており、図では省略されているが、平坦化膜４の下には、シリコンから成る半導体基板上に多数の光電変換素子（図示せず）が電極などとともにマトリクス状に配列され、その上には光電変換素子の受光部を除く箇所に斜光膜などが形成されている。マイクロレンズは上記光電変換素子ごとに入射光を集光すべく各光電変換素子ごとに配列する。
【００１３】
まず、図２の（Ａ）に示したように、半導体基板上にマイクロレンズ６とするための合成樹脂による透明な樹脂層８を形成する。つづいて、図２の（Ｂ）に示したように、樹脂層８の上にフォトレジスト層１０を形成し、同フォトレジスト層をフォトリソグラフィーによってパターンニングして、図３に示したように、マトリクス状に相互に近接配置された平面視矩形の多数のフォトレジストパターン１２を形成する。
【００１４】
ここで、上記フォトレジスト層１０をフォトリソグラフィーによりパターンニングする際に用いるマスクとしては、図１に示したように、平面視矩形のフォトレジストパターン１２にそれぞれ対応する各マスクパターン１６が、各角部１８に、対角線方向で外側に延出するサブアイランドパターン２０を備えたマスク１４を用いる。
【００１５】
次に、図２の（Ｂ）に示したように、フォトレジストパターン１２を熱溶融させて凸面状の転写用マイクロレンズパターン２２とする。
その後、転写用マイクロレンズパターン２２および樹脂層８の全面ドライエッチングを行って、転写用マイクロレンズパターン２２の立体形状を樹脂層８に転写して、図２の（Ｃ）および図４に示したように、相互に近接配置された平面視矩形の多数のマイクロレンズ６を形成する。
【００１６】
このように、本実施の形態例のマイクロレンズの形成方法では、転写用フォトレジストパターンの形成に用いるマスクとして、上述のように転写用フォトレジストパターンに対応する各マスクパターン１６が上記サブアイランドパターン２０を備えたマスク１４を用い、そして、サブアイランドパターン２０は、フォトレジスト層１０をパターンニングする際の解像度不足によりフォトレジストパターン１２の各角部１２Ａが従来のように角の取れた形状となることを補正するように作用する。
【００１７】
その結果、図３に示したように、各フォトレジストパターン１２を正しく平面視矩形に形成することができ、図４に示したマイクロレンズ６の配列において、従来の場合の図８と比較して明らかなように、無集光領域２４を縮小することが可能となる。よって、固体撮像素子の各光電変換素子に入射する光の量が多くなり、固体撮像素子の感度が向上する。
【００１８】
なお、図２の（Ｃ）の状態からさらにドライエッチングを適切に行うことで、図２の（Ｄ）に示したように、上記無集光領域２４（図４）を含め、各マイクロレンズ６の周辺部の無集光領域の解消を図ることも可能である。
このようなドライエッチングは、反応性イオンエッチング装置（ＲＩＥ装置）により、ＣＦ4（四フッ化炭素）、または酸素およびＣＦ4の混合ガスをプロセスガスに用いて行うことで、望ましい結果が得られる。
図５の（Ａ）は、さらなるドライエッチングによりマイクロレンズ周辺部の無集光領域の解消を図った場合の、実施の形態例のマイクロレンズの形成方法により形成したマイクロレンズ６を示す部分平面図、（Ｂ）は従来のマイクロレンズの形成方法によるマイクロレンズ１０８を示す部分平面図である。従来の方法では、無集光領域１１４は縮小するものの解消されることはないが、本実施の形態例では、上記無集光領域２４を含め、マイクロレンズ周辺部の無集光領域を解消することができる。
【００１９】
なお、本実施の形態例ではＣＣＤ固体撮像素子の場合を例に説明したが、本発明は、ＭＯＳ型固体撮像素子に対しても無論有効であり、さらには、液晶表示装置の液晶セルごとに形成するマイクロレンズに対しても有効である。
また、カラーフィルター層２上に、下に凸で上面は平坦な層内レンズを形成し、その上に、上に凸のマイクロレンズをさらに形成するような場合にも、同マイクロレンズを形成する段階で本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００２０】
２……カラーフィルター層、４……平坦化膜、６……マイクロレンズ、８……樹脂層、１０……フォトレジスト層、１２……フォトレジストパターン、１４……マスク、１６……マスクパターン、１８……角部、２０……サブアイランドパターン、２２……転写用マイクロレンズパターン、２４……無集光領域、１０２……マスク、１０４……マスクパターン、１０６……フォトレジストパターン、１０８……マイクロレンズ、１１０……角部、１１２……角部、１１４……無集光領域
【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】
2012093785.tif 000009
【図８】
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