(57)【要約】【課題】製造工程を簡略して形成可能なマイクロレンズの形成方法を提供する。【解決手段】マイクロレンズ形成方法は、エッチング装置のチャンバー１内に、マイクロレンズ材が塗布された基板６を、陽極側電極３に対向して設けた陰極側電極２上の基板ステージ４に載せて、基板６と陽極側電極３との間にマイクロレンズの原型となる板状原版５を基板６全体に覆うように設置して、エッチング特性であるマイクロローディング効果を適応して、エッチング処理により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】
エッチング装置のチャンバー内に、マイクロレンズ材が塗布された基板を、陽極側電極に対向して設けた陰極側電極上の基板ステージに載せると共に、前記基板と前記陽極側電極との間にマイクロレンズの原型となる板状原版を前記基板全体を覆うように設置して、エッチング特性であるマイクロローディング効果を利用してエッチング処理を行うことにより前記基板上にマイクロレンズを形成することを特徴とするマイクロレンズ形成方法。
【請求項２】
前記板状原版には、該板状原版を貫通する複数の開口部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズ形成方法。
【請求項３】
マイクロレンズ形状に合わせて、前記複数の開口部の配置・大きさを調整し設計されていることを特徴とする請求項２に記載したマイクロレンズ形成方法。
【請求項４】
前記複数の開口部による単位面積当たりの開口面積が、マイクロレンズ中心部からマイクロレンズ外周部に向かうにつれて、連続的若しくは段階的に広くなっていることを特徴とする請求項３に記載したマイクロレンズ形成方法。
【請求項５】
前記複数の開口部の開口形状は、円形若しくは四角形の断面形状であることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載したマイクロレンズ形成方法。
【請求項６】
前記複数の開口部の開口形状は、同一の断面形状であることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載したマイクロレンズ形成方法。
【請求項７】
前記複数の開口部の開口形状はそれぞれ個別に、予め設定した複数の断面形状から選択した断面形状を採用したことを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載したマイクロレンズ形成方法。
【請求項８】
前記複数の開口部の各開口形状は、円形若しくは四角形の断面形状であり、断面形状が円形の場合、その円形の径が１００ｎｍ以上２μｍ以下の範囲であり、断面形状が四角形の場合、四角形の一辺が、１００ｎｍ以上２μｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれか１項に記載したマイクロレンズ形成方法。
【請求項９】
前記板状原版は、ガラス系材料または金属系材料から構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載したマイクロレンズ形成方法。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９いずれか１項に記載されたマイクロレンズ形成方法を用いて形成されていることを特徴とするマイクロレンズ。
【請求項１１】
請求項９に記載のマイクロレンズを用いた固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズの形成方法、その形成方法で形成されたマイクロレンズ、及び固体撮像素子に関する。特にカラー固体撮像素子用のマイクロレンズに好適な技術である。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像装置は、画像の記録、通信、放送の内容の拡大に伴って広く用いられるようになっている。撮像装置として種々の形式のものが提案されているが、小型、軽量で高性能のものが安定して製造されるようになった、固体撮像素子を組み込んだ撮像装置が、デジタルカメラやデジタルビデオとして普及してきている。
固体撮像素子は、撮影対象物からの光学像を受け、入射した光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する。光電変換素子の種類はＣＣＤ（電荷結合素子）タイプとＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）タイプとに大別される。また、光電変換素子の配列形態から、光電変換素子を１列に配置したリニアセンサ（ラインセンサ）と、光電変換素子を縦横に２次元的に配列されたエリアセンサ（面センサ）との２種類に大別される。いずれのセンサにおいても、光電変換素子の数（画素数）が多いほど撮影された画像は緻密になるため、近年は特に、大画素数の固体撮像素子を安価に製造する方法が検討されている。
【０００３】
また、光電変換素子に入射する光の経路に対し特定の波長の光を透過するカラーフィルタを設けることで、対象物の色情報を得ることを可能とした単板式のカラーセンサとしてのカラー固体撮像素子も普及している。カラー固体撮像素子は、１個の光電変換素子に対応して特定の着色パターンを光電変換素子ごとに形成して、規則的に多数配列することにより、色分解した画像情報を集めることができる。着色画素の色としては、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色からなる３原色系、あるいは、シアン色（Ｃ）、マゼンタ色（Ｍ）、イエロー色（Ｙ）からなる補色系が一般的であり、特に３原色系が多く使われている。
【０００４】
固体撮像素子に要求される性能で重要な課題の一つに、入射する光への感度を向上させることが挙げられる。小型化した固体撮像素子で撮影した画像の情報量を多くするためには、受光部となる光電変換素子を微細化して高集積化する必要がある。しかし、光電変換素子を高集積化した場合、各光電変換素子の面積が小さくなり、受光部として利用できる面積割合も減ることから、光電変換素子の受光部に取り込める光の量が小さくなり、実効的な感度は低下する。
このような微細化した固体撮像素子の感度の低下を防止するための手段として、光電変換素子の受光部に効率良く光を取り込むために、対象物から入射される光を１画素毎に集光して光電変換素子の受光部に導くマイクロレンズを、光電変換素子上に均一な形状に形成する技術が提案されている。マイクロレンズで光を集光して光電変換素子の受光部に導くことで、受光部の見かけ上の開口率を大きくすることが可能になり、固体撮像素子の感度向上が可能になる。
【０００５】
マイクロレンズの形成方法としては、マイクロレンズの素材となる透明なアクリル系感光性樹脂をフォトリソグラフィ法により選択的にパターン形成した後に、材料の熱リフロー性を利用してレンズ形状を作るフローレンズタイプや、マイクロレンズの素材となるアクリル透明樹脂の平坦層の上に、アルカリ可溶性と感光性と熱フロー性を有するレジスト材料を用いてフォトリソグラフィ法と熱リフローによりレンズ母型を形成し、ドライエッチング法によりレンズ母型の形状をアクリル透明樹脂層に転写してレンズ形状を作るエッチング転写タイプがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３２９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した２つのマイクロレンズ形成方法は、フォトリソグラフィ法を必須としているため、マイクロレンズ形成の工程負荷が大きく、マイクロレンズ形成において工程が煩雑化している。
本発明は、前記のような点に着目してなされたもので、従来よりも製造工程を簡略して形成可能なマイクロレンズの形成方法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】
【０００８】
課題を解決するために、本発明の一態様であるマイクロレンズ形成方法は、エッチング装置のチャンバー内に、マイクロレンズ材が塗布された基板を、陽極側電極に対向して設けた陰極側電極上の基板ステージに載せると共に、前記基板と前記陽極側電極との間に、マイクロレンズの原型となる板状原版を、前記基板全体を覆うように設置して、エッチング特性であるマイクロローディング効果を利用してエッチング処理を行うことにより前記基板上にマイクロレンズを形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、板状原版を用いることでエッチング特性であるマイクロローディング効果を適応してマイクロレンズを形成する。このように、本発明によれば、フォトリソグラフィ法を用いないため、マイクロレンズ形成の工程負荷が小さく、簡易にマイクロレンズを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に基づく実施形態に係るマイクロレンズ形成方法の一例を示す概念図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係るマイクロレンズ形成方法に用いる板状原版の概念図である。
【図３】本発明に基づく実施形態に係るマイクロレンズ形成方法に用いる板状原版の概念図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は拡大図、（ｃ）は側面図である。
【図４】本発明に基づく実施形態に係るマイクロレンズ形成方法に用いる板状原版の概念図で、（ａ）は板状原版の各１画素パターンを、（ｂ）は各１画素における基板断面を示す。
【図５】測定したマイクロレンズのプロフィールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態のマイクロレンズの形成方法の一例について説明する。
本実施形態でのマイクロレンズの形成は、図１に示すように、真空チャンバー１、陰極側電極２、陽極側電極３、基板ステージ４、ガス導入口７、ガス排気口８、及びＲＦ電源（高周波電源）９を具備するエッチング装置を用いて行われる。
エッチング処理は、真空チャンバー１内にマイクロフローコントロールからエッチングガスを導入するとともに、ＲＦ電源９で陽極側電極３・陰極側電極２間に電圧を印加させてプラズマを生成させる。そして、プラズマ生成によりイオン・ラジカルを励起活性化して、基板ステージ４上に載せられた基板６をエッチングする。このとき本実施形態では、基板６と陽極側電極３との間にマイクロレンズの原型となる板状原版５を設置してエッチング処理を行う。
即ち、陽極側電極３と上下方向に対向配置した陰極側電極２上に対し、図２に示すように、陰極側電極２上に基板ステージ４が配置され、その基板ステージ４上には、被エッチング体である基板６が載せられている。その基板６の上に該基板６全体を覆うようにして板状原版５が配置されている。板状原版５には、後述のように、複数の開口部が設けられており、プラズマ生成により励起されたイオン・ラジカルはこの開口部を透過し、板状原版５に面する基板６の表面がエッチング処理される。
【００１２】
図３は、本実施形態のマイクロレンズの形成に用いる板状原版の概念図である。図３に示すように、板状原版５には、該板状原版５を貫通する複数の開口部１１が設けられている。貫通方向は、例えば板状原版５若しくは基板６の表面に対し直交する垂直方向とする。複数の開口部１１は、エッチング特性であるマイクロローディング効果の影響を考慮して、各開口部１１の大きさ・位置を調整して設計されている。例えば、マイクロローディング効果を適用して、板状原版５の１画素領域のマイクロレンズ中心部となる付近には開口部１１を少なく配置し、マイクロレンズ外周部となる付近には開口部１１を多く配置している。すなわち、複数の開口部１１による単位面積当たりの開口面積が、マイクロレンズ中心部からマイクロレンズ外周部に向かうにつれて、連続的若しくは段階的に広くなるように設計する。このとき例えば、マイクロレンズ中心部を中心にした同心位置など、形成するマイクロレンズにおける同じ等高線位置での前記単位面積当たりの開口面積が同じになるように設計することが好ましい。このように単位面積当たりの開口面積を変化させることで、開口部１１による単位面積当たりの開口面積を小さく配置した領域ではエッチングレートが遅くなる一方、単位面積当たりの開口面積を大きく配置した領域ではエッチングレートが早くなる。そのエッチングレート差を利用して基板６上に球面状のマイクロレンズを形成する。
【００１３】
ここで、マイクロローディング効果とは、エッチング処理領域の大きさによってエッチングレートが異なる現象である。狭い領域をエッチングする場合、プラズマ内のイオン・ラジカルは、狭い領域に入り難いため、エッチング処理が広い領域に比べてエッチングレートが遅くなる。本実施形態では、エッチング処理領域で、この現象によるエッチングレート差を利用することで、球面状のマイクロレンズを形成する。例えば、図４に示すような球面状のマイクロレンズを形成する場合、板状原版の１画素領域のマイクロレンズ中心部となる付近に開口部を少なく配置し、マイクロレンズ外周部となる付近に開口部を多く配置している。そうすることで、開口部を少なく配置した領域はエッチングレートが遅くなり、多く配置した領域はエッチングレートが早くなり、そのエッチングレート差を利用して球面状のマイクロレンズが形成される。
【００１４】
この開口部１１の開口形状は、特に限定されるものではないが、例えば円形や四角形の断面形状など、開口部１１を形成し易い形状を採用すればよい。また、複数の開口部１１の開口形状は、同一の断面形状とする。又は各開口部１１の断面形状が異なるように設計、すなわち複数の開口部の開口形状をそれぞれ個別に、予め設定した複数の設定開口形状から選択した開口形状を採用するように設計しても良い。
複数の開口部１１の開口形状を円形若しくは四角形の断面形状とした場合、断面形状が円形の場合、その円形の直径が１００ｎｍ以上２μｍ以下の範囲であり、断面形状が四角形の場合、四角形の一辺が、１００ｎｍ以上２μｍ以下の範囲で設定すると良い。
【００１５】
開口形状を１００ｎｍ以下とした場合には、開口部の面積が小さく、プラズマ内のイオン・ラジカルは、狭い領域に入り難いため、マイクロローディング効果による影響が大きく現われ、開口部を均一に形成することが難しく、エッチング処理の遅延が顕著となる。一方、開口部が大きくなると、開口部の大きさによるエッチングレート差が小さくなり、マイクロローディング効果の影響が小さくなる。特に、開口部形状が２μｍ以上となる場合には開口部の面積が大きく、プラズマ内のイオン・ラジカルの開口部への拡散がしやすくなり、マイクロローディング効果による影響は小さくなる。そのため、開口部形状の直径若しくは四角形の一辺の長さは１００ｎｍ以上２μｍ以下の範囲であることが望ましい。
【００１６】
この板状原版５の物質は特に問わない。板状原版５には、ガラス系材質、金属系材質のどちらでも使用可能である。また複数の材質を組み合わせることも可能である。
そして、前記のようマイクロレンズ形成方法を用いて形成されたマイクロレンズは、例えば、固体撮像素子のレンズとして使用される。例えば、微細化した固体撮像素子の感度の低下を防止するための手段として、光電変換素子の受光部に効率良く光を取り込むために、対象物から入射される光を１画素毎に集光して光電変換素子の受光部に導くマイクロレンズに適用することができる。
また、本実施形態のエッチング処理によるマイクロレンズ形成方法によれば、エッチング特性であるマイクロローディング効果を適応してマイクロレンズを形成することから、工程を簡便化してマイクロレンズを形成することができる。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明に基づく実施例を説明する。
本実施例では図３に示す板状原版５を使用する。板状原版５は、図４に示すような球面状マイクロレンズを形成するように、開口部１１の配置・大きさが調整されて設計されている。貫通穴からなる開口部１１は四角形のホール形状（断面形状）をしており、マイクロレンズ中心部から外周部にかけて開口部１１の大きさが階調をあらわすように格子状に配列されている。開口部１１の四角形一辺の長さは、マイクロレンズ中心部付近では２５０ｎｍで、外周部では４５０ｎｍとなるように設計している。
【００１８】
まず、各色カラーフィルタの上層にマイクロレンズ材が全面塗布された処理する基板６を用意し、エッチング装置の真空チャンバー１内の基板ステージ４に設置する。次に真空チャンバー１内にマイクロフローコントロールからエッチングガスを導入し、ＲＦ電源９で陽極側電極３・陰極側電極２間に電圧を印加させてプラズマを生成させる。プラズマ生成によりイオン・ラジカルを励起活性化することで、基板ステージ４上に載置された基板６に対して、前記板状原版５を用いてドライエッチング処理を行い、マイクロレンズを形成した。
形成されたマイクロレンズの断面形状について、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；  原子間力顕微鏡）で測定した。測定したマイクロレンズの断面プロファイルの結果を図５に示す。図５から分かるように、画素の中央部を頂点とする上に凸形状の球面形状のマイクロレンズが形成されており、簡便に所望のマイクロレンズが得られることが分かった。
【符号の説明】
【００１９】
１    真空チャンバー
２    陰極側電極
３    陽極側電極
４    基板ステージ
５    板状原版
６    基板
７    ガス導入口
８    ガス排気口
９    ＲＦ電源（高周波電源）
１０  １画素パターン
１１  開口部
１２  マイクロレンズ
１３  カラーフィルタ
【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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