(57)【要約】【課題】マイクロレンズを着色透明材料の色ごとに適正な膜厚および形状に簡易に製造可能なカラー固体撮像素子を提供することである。【解決手段】カラー固体撮像素子を構成するカラーフィルタ７上に、画素ごとに高さの異なる透明樹脂層８を形成する。上記透明樹脂層８上に、マイクロレンズパターン内に濃度階調を設けたフォトマスク１２を用いたフォトリソグラフィ法によりパターニングすることで、１つのパターン設計で、カラーフィルタ７の各画素上に、レンズ高さの異なる凸面形状のマイクロレンズ６を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素に区画され、各画素のそれぞれに光電変換素子が配置された半導体基板と、
上記半導体基板の上に配置され入射光を上記光電変換素子のそれぞれに集光させる複数のマイクロレンズと、
上記半導体基板と上記マイクロレンズとの間に配置され、上記複数の光電変換素子の各々に対応して複数色を予め設定した規則で配置した着色透明画素パターンのカラーフィルタと、
上記カラーフィルタと上記マイクロレンズとの間に、上記マイクロレンズと同一素材からなる感光性透明樹脂層と、
を備え、
上記着色透明画素パターンを構成する複数色のうちから選択した色の上に位置するマイクロレンズの高さが、他のマイクロレンズの高さと異なり、
上記選択した色の上に位置する上記感光性透明樹脂層の膜厚と上記選択した色とは異なる色の上に位置する上記感光性透明樹脂層の膜厚とを調整することで、上記マイクロレンズの高さを変化させることを特徴とするカラー固体撮像素子。
【請求項２】
上記カラーフィルタの各色ごとの光学特性が異なることによる上記マイクロレンズの集光性の差を吸収するように、上記感光性透明樹脂層の膜厚を調整したことを特徴とする請求項１に記載したカラー固体撮像素子。
【請求項３】
上記感光性透明樹脂層の上層を上記マイクロレンズとしたことを特徴とする請求項２に記載のカラー固体撮像素子。
【請求項４】
表面が複数の画素に区画され、各画素のそれぞれに光電変換素子が配置された半導体基板と、上記半導体基板の上に配置され入射光を光電変換素子のそれぞれに集光させるマイクロレンズと、を備えるカラー固体撮像素子を製造する方法であって、
上記複数の光電変換素子の各々に対応して複数色を規則的に配置した着色透明画素パターンのカラーフィルタを上記半導体基板の上に設ける工程と、
上記カラーフィルタの上に、感光性透明樹脂層をフォトリソグラフィによってパターニングする工程と、
上記感光性透明樹脂層の上にマイクロレンズを構成すべき感光性の透明樹脂層を形成し、フォトリソグラフィ法によりパターニングして凸面形状マイクロレンズパターンを形成する工程と、を備え、
上記感光性透明樹脂層の画素毎の膜厚を調整することで、上記着色透明画素パターンを構成する複数の色のうちから選択した第１の色の上に位置する上記マイクロレンズの高さを、上記第１の色とは異なる他色の上に位置する上記マイクロレンズの高さと変化させる
ことを特徴とするカラー固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
上記フォトリソグラフィによるパターニングに濃度階調を設けたフォトマスクを用いることを特徴とする請求項４に記載のカラー固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラー固体撮像素子およびその製造方法に関する。
【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。
【０００３】
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次元的に配列させたエリアセンサ（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数（画素数）が多いほど撮影された画像は精密になるので、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。
【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ので、光電変換素子の受光部に取り込める光の量が少なくなることから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低下を防止する手段として、光電変換素子の受光部に効率良く光を取り込むために、対象物から入射する光を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（特許文献１参照）。この技術では、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が向上する。
【０００５】
カラー化したカラー固体撮像素子１の場合には、例えば図１に示すように、着色透明樹脂層からなるカラーフィルタ７の上に１画素毎（光電変換素子毎）に１個の無色透明なマイクロレンズ６を配置して集光し、色分解した光を光電変換素子３の受光部に導く構造となる。すなわち、カラー固体撮像素子１の場合、半導体基板２上に複数の光電変換素子３を平面配置してなる固体撮像素子画素部の受光面側表面４に、透明平坦化層５を介して、複数色を繰り返し配列する着色透明画素パターンのカラーフィルタ７を光電変換素子３のそれぞれに対応させて複数設けている。さらに第２の透明平坦化層５１により着色透明画素パターンのカラーフィルタ７を配列した平面上の平坦化を行った後に、上記のマイクロレンズ６をカラーフィルタ７の着色透明画素パターンの各色および光電変換素子３に対応させて設けることで、感度の向上を図っている。
【０００６】
また、レンズギャップ、受光部、カラーフィルタの各エッジ部の関係を調整することでマイクロレンズとカラーフィルタとの最適化することによって、撮像時の感度バラツキを低減する構造が特許文献２で提案されている。
また、マイクロレンズから受光部までの距離が長くなると固体撮像素子の感度低下につながるという課題に対して、カラーフィルタとマイクロレンズ間に形成する透明平坦化層を無くすことで光路を短縮するという方法が特許文献３で提案されている。
【０００７】
ここで、上述のマイクロレンズを形成する方法として、種々の提案がなされているが、一般には感光性樹脂の熱溶融を伴う変形を利用する方法が採用される。例えば、特許文献４には、マイクロレンズの素材となる透明樹脂に感光性を付与して均一に塗布し、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方式が記載されている。また特許文献５には、マイクロレンズの素材となる透明樹脂の平坦層の上に、アルカリ可溶性と感光性と熱リ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透明樹脂層に転写する転写タイプが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−１５２９７２号公報
【特許文献２】特開平８−３１６４４５号公報
【特許文献３】特開２０１２−１７４７９２号公報
【特許文献４】特開２００８−３４５０９号公報
【特許文献５】特開２００９−１５２３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
マイクロレンズの光取り込み面積をできるだけ広く、すなわち、隣接するマイクロレンズとのギャップを狭くして、なおかつ、レンズ形状を良好に保つことが、固体撮像素子の実効的な感度を高く保持するための必要条件となる。
しかし、比較的製造工程が短くて容易なフローレンズ方式で製造する場合に、隣接するマイクロレンズとの境界部分における樹脂の熱リフロー挙動を制御して、狭ギャップと良好な形状とを保持することは高い難度を有し、品質の不安定要因となる。
また、着色透明画素パターンのカラーフィルタを用いてカラー画像を入力するカラー固体撮像素子では、光電変換素子毎に画素対応する着色透明画素上に設けるマイクロレンズのサイズ、または隣接するマイクロレンズとのギャップやレンズ形状のばらつきにより、集光性能にばらつきが生じると、色別の感度バランスが崩れて色表現上のムラ等の不具合が明瞭に発生するので、マイクロレンズの上記性能を高める必要性がさらに大きくなる。
【００１０】
形成されるマイクロレンズの高さは、着色透明材料の成膜時に生じる色ごとの膜厚ばらつきに追従してばらつきを持つため集光性能低下の原因となる。そのため、図１に示されるように第２の透明平坦化層５１により着色透明画素パターンを配列した平面の平坦化処理によって、その上部にマイクロレンズを均一形成している。しかし、カラーフィルタを構成する着色透明樹脂材料は、色ごとに屈折率など光学特性が異なることによって集光性に差が出るため、着色透明画素上に設けるマイクロレンズは色ごとに適正膜厚に形成することが望ましい。
【００１１】
本発明は、これらの問題点に鑑みて提案するものであり、カラー固体撮像素子に設けるマイクロレンズを、着色透明材料の色ごとに所望の形状かつ適正膜厚に簡易に設定可能なカラー固体撮像素子及びその製造手段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】
【００１２】
課題を解決するために、本発明の一態様であるカラー固体撮像素子は、複数の画素に区画され、各画素のそれぞれに光電変換素子が配置された半導体基板と、
上記半導体基板の上に配置され入射光を光電変換素子のそれぞれに集光させる複数のマイクロレンズと、
上記半導体基板と上記マイクロレンズとの間に配置され、上記複数の光電変換素子の各々に対応して複数色を予め設定した規則で配置した着色透明画素パターンのカラーフィルタと、
上記カラーフィルタと上記マイクロレンズとの間に、上記マイクロレンズと同一素材からなる感光性透明樹脂層と、
を備え、
上記着色透明画素パターンを構成する複数色のうちから選択した色の上に位置するマイクロレンズの高さが、他のマイクロレンズの高さと異なり、
上記選択した色の上に位置する上記感光性透明樹脂層の膜厚と上記選択した色とは異なる色の上に位置する上記感光性透明樹脂層の膜厚とを調整することで、上記マイクロレンズの高さを変化させることを特徴とする。
【００１３】
また本発明の一態様であるカラー固体撮像素子の製造方法は、表面が複数の画素に区画され、各画素のそれぞれに光電変換素子が配置された半導体基板と、上記半導体基板の上に配置され入射光を光電変換素子のそれぞれに集光させるマイクロレンズと、を備えるカラー固体撮像素子を製造する方法であって、
上記複数の光電変換素子の各々に対応して複数色を規則的に配置した着色透明画素パターンのカラーフィルタを上記半導体基板上に設ける工程と、
上記カラーフィルタの上に、感光性透明樹脂層をフォトリソグラフィによってパターニングする工程と、
上記感光性透明樹脂層の上にマイクロレンズを構成すべき感光性の透明樹脂層を形成し、フォトリソグラフィ法によりパターニングして凸面形状マイクロレンズパターンを形成する工程と、を備え、
上記感光性透明樹脂層の画素毎の膜厚を調整することで、上記着色透明画素パターンを構成する複数の色のうちから選択した第１の色の上に位置する上記マイクロレンズの高さを、上記第１の色とは異なる他色の上に位置する上記マイクロレンズの高さと変化させる
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、着色透明画素パターンのカラーフィルタとマイクロレンズとの間に成膜される感光性透明樹脂層を例えば色ごとにパターニングするように膜厚調整することで、マイクロレンズ形成前に膜厚差を設けることができる。これによって、色ごとにマイクロレンズを適正高さに形成したカラー固体撮像素子を簡易に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】マイクロレンズを用いるカラー固体撮像素子の構造例を説明する断面図である。
【図２】着色透明画素パターンとマイクロレンズ間に成膜される感光性透明樹脂層の形成方法を説明する断面図である。
【図３】本発明に基づく第１実施形態に係るカラー固体撮像素子の製造方法を説明する断面図である。
【図４】濃度階調付きフォトマスクを説明する平面図。
【図５】本発明に基づく実施形態に係る濃度階調付きフォトマスクの一例を説明する平面図である。
【図６】本発明に基づく第２実施形態に係るカラー固体撮像素子の製造方法の他の例を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限られるものでない。
【００１７】
（第１実施形態）
マイクロレンズの基本的な製造プロセスとしては、前述のとおり、レンズ形状を直接形成するフローレンズタイプやレンズ母型からのエッチング転写タイプがあり、本発明に基づくカラー固体撮像素子の製造方法においてはいずれの方法も選択できる。エッチング工程が不要であることからフローレンズタイプのマイクロレンズ製造が望ましいが、パターンサイズやマイクロレンズ形状によって製造方法を選択する。
なお、フローレンズタイプの製造方法では着色透明画素パターンとマイクロレンズ間に成膜される感光性透明樹脂層とマイクロレンズを形成するための感光性透明樹脂層は光学特性が同等の材料を用いることが望ましい。
第１実施形態は、レンズ形状を直接形成するフローレンズタイプで製造する場合の例である。
【００１８】
図２は、本実施形態の固体撮像素子における着色透明画素パターンとマイクロレンズ間に成膜される感光性透明樹脂層の形成方法を説明するための模式断面図であって、図２（ａ）〜（ｃ）の工程順に実施される。
図２（ａ）は、カラー固体撮像素子の着色透明画素パターンとマイクロレンズとの間に成膜される感光性透明樹脂層をパターニングする前の断面模式図である。
すなわち、図２（ａ）に示すように、シリコン等の半導体基板２上に、複数の光電変換素子３が規則的に設けられている。その複数の光電変換素子３を平面配置した固体撮像素子画素部の受光面側表面に、透明平坦化層５を介して、カラーフィルタ７が設けられている。カラーフィルタ７は、複数色を繰り返し配列する着色透明画素パターンを形成し、光電変換素子３に対応させて複数設けられている。そのカラーフィルタ７の上に、感光性透明樹脂層８が塗布によって形成されている。
【００１９】
感光性透明樹脂層８の形成は、例えば、アクリル系の透明樹脂材料にアルカリ可溶性、感光性を付与し、スピンコーターを用いて、例えば乾燥時の膜厚が０．１μｍ以上１．０μｍ以下の任意の膜厚となるように塗布する。そして感光性透明樹脂層８の塗布後に、ホットプレートを用いて短時間で均一に乾燥する。これによって、カラーフィルタ７の上に、感光性透明樹脂層８が形成される。
【００２０】
次に、露光工程として、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法によって感光性透明樹脂層８のパターニングを行う。以下、ポジ型の感光性材料を用いる例で説明する。
ポジ型の感光性透明樹脂層８に対して、高さを調整するために着色透明画素ごとに透過率が異なるフォトマスクを用いる。このとき、着色透明画素パターンのカラーフィルタ７は色ごとに膜厚が異なるため感光性透明樹脂層８も成膜時に膜厚が異なる。そのため、感光性透明樹脂層８が最も薄膜となる着色透明画素パターンの部分に対応する位置を遮光部にしたフォトマスクを用いて未露光処理としてもよい。また、凸レンズ状にパターニングする際には、パターン内に濃度階調を持たせたフォトマスクを用いてもよい。
【００２１】
図２（ｂ）に示す露光工程は、感光性透明樹脂層８のパターニングされるべき位置に対して、着色透明画素の色ごとに透過率が異なる設計のフォトマスク１０を、正確に位置合わせを行って、例えば、超高圧水銀ランプ光源からの波長３６５ｎｍの光を用いるｉ線ステッパーから、平行な照射光９を、着色透明画素の色ごとに透過率が異なる設計がされたフォトマスク１０の背面から照射することによって露光する。露光条件は、使用する感光性透明樹脂層８の膜厚、感度、また、現像液の条件等により決定される。
【００２２】
次に、現像処理を行って、図２（ｃ）に示すように現像処理直後のパターン化した透明樹脂層１１を形成する。現像処理にはＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）やアミン系の有機アルカリ現像液を用いることができる。スピン現像法やパドル現像法によって感光性透明樹脂層８の現像処理を均一に進めることができ、フォトマスク１０に対応する現像処理後のパターン化した透明樹脂層１１を残して他の部分を溶解除去する。現像処理後はホットプレートを用いて短時間で均一に乾燥する。
【００２３】
図３は、本実施形態の固体撮像素子のフローレンズタイプのマイクロレンズ製造方法を説明するための模式断面図であって、図３（ａ）〜（ｃ）の工程順に実施される。
図３（ａ）は、形成されたパターン化した透明樹脂層１１上にマイクロレンズを構成すべき透明樹脂層１４を塗布形成した状態を示す。
【００２４】
透明樹脂層１４の形成は、例えば、アクリル系の透明樹脂材料にアルカリ可溶性、感光性、熱リフロー性を付与し、スピンコーターを用いて例えば乾燥時の膜厚が０．１μｍ以上１．０μｍ以下の範囲の任意の膜厚となるように塗布することで行われる。特に、熱リフロー性は、表面粗さの小さい滑らかなマイクロレンズを得るために必要な性能だが、熱リフローによってマイクロレンズ形状に変化が生じることから、所望するマイクロレンズ形状によってリフローの程度を考慮した材料を選定することが望ましい。透明樹脂層１４の塗布後はホットプレートを用いて短時間で均一に乾燥する。
【００２５】
次に、露光工程として、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法によって感光性透明樹脂層１４のパターニングを行う。以下、ポジ型の感光性材料を用いる例で説明する。ポジ型の感光性透明樹脂層１４に対して、マイクロレンズ形状に形成する領域に対応して濃度階調を設けた遮光部１３のパターンを形成した濃度階調付きフォトマスク１２を用いる。
【００２６】
図３（ｂ）に示す露光工程は、透明樹脂層１４のパターニングされるべき位置に対して、濃度階調付きフォトマスク１２を正確に位置合わせし、例えば、超高圧水銀ランプ光源からの波長３６５ｎｍの光を用いるｉ線ステッパーからの平行な照射光９を濃度階調付きフォトマスク１２の背面から照射することにより露光する。露光条件は、使用する感光性透明樹脂層１４の膜厚、感度、また、現像液の条件等により決定する。
【００２７】
次に、現像処理を行って、図３（ｃ）に示すように現像処理直後の透明樹脂パターンのマイクロレンズ２０を形成する。現像処理にはＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）やアミン系の有機アルカリ現像液を用いることができる。スピン現像法やパドル現像法によって透明樹脂層８の現像処理を均一に進めることができ、フォトマスク１２の遮光部１３に対応する現像処理直後の透明樹脂パターンのマイクロレンズ２０を残して他の部分を溶解除去する。
【００２８】
次に、透明樹脂パターンのマイクロレンズ２０を、材料の熱リフロー性を利用して熱溶融により成形することによってマイクロレンズを形成する。このとき、現像処理後の熱処理条件を適正化することによって、マイクロレンズ形状の制御が可能となる。そのため所望の形状にマイクロレンズを形成するための適正な熱処理条件を設定することが望ましい。このように、フローレンズタイプのマイクロレンズは、マイクロレンズの素材となる透明樹脂の感光性と熱リフロー性とを利用して、比較的短い工程で形成できる。
【００２９】
本実施形態の固体撮像素子の製造におけるマイクロレンズ用フォトマスクは、例えば図４に示すものを利用する。図４（ａ）は、通常の２値化フォトマスク１５の場合、図４（ｂ）は、濃度階調を設けたフォトマスク１２の場合を表す。
図４（ｂ）に示す濃度階調を設けたフォトマスク１２を用いた場合、濃度階調付き遮光部１３のパターンの領域内は、例えば、各遮光部パターンの中央部が最大の遮光濃度を有し、周辺に向かうにつれて遮光性が低下するような濃度階調付き遮光部パターンとする。濃度階調を適切に制御することによって、フォトリソグラフィ法における露光量の緩やかな変化に追従した膜厚を再現し、現像後に凸面形状の曲面を得ることができる。
【００３０】
なお、通常の２値化フォトマスク１５は、露光光に対して透明性の良好な石英やガラス等の基板表面に金属クロム等の遮光性膜による遮光部１６のパターンを光透過部１７と区別してパターン形成する方法などの、通常知られた方法で作製される。また、濃度階調を設けたフォトマスク１２の濃度階調付き遮光部１３を形成するには、上記基板上に、通常の濃度階調付きフォトマスクの製造方法を適用できる。すなわち、濃度階調を付けるには、遮光性の金属膜等の膜厚を漸次変化させて領域内に濃度傾斜を設ける手法や、ドット（網点）配列やライン・アンド・スペースのような遮光膜の微細パターンの集合状態を変化させて、微細パターン各領域の平均的遮光濃度に濃度階調を持たせたグレートーンタイプの手法などが適用可能である。
【００３１】
上記マイクロレンズを形成するためのマスクパターンは、作製したいレンズ形状になるように適正な濃度階調を設けることが望ましい。図５（ａ）および図５（ｂ）に遮光領域１８、光透過領域１９を適正に配置することで濃度階調を設けたマスクパターン１２１，１２２（遮光部パターン）のフォトマスク１２の一例を示す。例えば、作製したいレンズ形状が着色透明画素の色ごとに異なる場合はそれぞれに対応したパターン設計を実施する。感光性透明樹脂層１４の露光量に対する膜減り量を把握しておくことによってフォトマスクの透過率設計で露光量の調整ができるため、同一露光条件でマイクロレンズを一括形成できる。感光性透明樹脂層１４の膜減り量は、露光量に対して比例関係にあることが望ましい。レンズ高さは着色透明画素ごとに透明樹脂層１１によって適正に調整できる。
【００３２】
ここで、カラーフィルタを構成する着色透明樹脂材料は、色ごとに屈折率など光学特性が異なることによって集光性に差が出る。このため、着色透明画素上に設けるマイクロレンズは色ごとに適正膜厚に形成されるように、感光性透明樹脂層の膜厚を調整する。
すなわち、本実施形態によれば、着色透明画素パターンのカラーフィルタとマイクロレンズとの間に成膜される感光性透明樹脂層を例えば色ごとにパターニングするように膜厚調整することで、マイクロレンズ形成前に膜厚差を設けることができる。
これによって、例えばマイクロレンズ形成工程では全色同設計の濃度階調を設けたフォトマスクを用いて一括形成しても、色ごとにマイクロレンズを適正高さに形成したカラー固体撮像素子を簡易に提供できる。
また、着色透明画素パターンとマイクロレンズ間に成膜される感光性透明樹脂層のパターニングに用いる濃度階調を設けたフォトマスクは、厚さ調整工程になることから微細な加工が不要であること、また、マイクロレンズ形成工程で使用する濃度階調を設けたフォトマスクは着色透明画素パターンごとに設計しなくてもよいことから、安価に高品質なカラー固体撮像素子を提供できる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、上記第１実施形態と同様な部材については同一の符号を付して説明する。
第２実施形態は、レンズ母型からのエッチング転写タイプで製造する場合の例である。
【００３４】
図６は、本実施形態の固体撮像素子のマイクロレンズ作製工程が濃度階調付きフォトマスクを用いるエッチング転写タイプの製造工程を有する例を説明するための模式断面図であって、図６（ａ）〜（ｄ）の工程順で行われる。
図６（ａ）は、カラー固体撮像素子のマイクロレンズを設ける前の断面模式図であって、前述の図３（ａ）に類似した構成となっている。すなわち、カラーフィルタ７上に、図２に説明したように、感光性透明樹脂層１１をパターニングする。なお、感光性透明樹脂層１１を形成する透明樹脂材料は、後述のドライエッチングによる転写を想定するため、ドライエッチング適性の優れた材料が望ましい。例えば透明樹脂材料として、アクリル系の透明樹脂材料を用いることができる。
【００３５】
次に、パターニングした透明樹脂層１１上に、アルカリ可溶性と感光性を有する樹脂であるフォトレジスト材料をスピンコーターにより均一に塗布してフォトレジスト層２１を形成する。フォトレジスト層２１としてアクリル系またはノボラック系のポジ型レジスト材料を、スピンコーターを用いて乾燥膜厚が０．１μｍ以上１．０μｍ以下の範囲の任意の膜厚となるように均一に塗布する。乾燥は１００℃以下の低温で行う。
【００３６】
次に、露光工程として、図６（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、フォトレジスト層２１のパターニングを行う。ここで、ポジ型のフォトレジスト層２１に対して、マイクロレンズ形状に残すべき領域に対応して濃度階調を設けた遮光部１３のパターンを形成した濃度階調付きフォトマスク１２を予め準備しておく。
【００３７】
上記マイクロレンズ母型を形成するためのマスクパターンは、図５での説明と同様に、着色透明画素の色ごとに適正な濃度階調を設けることが望ましい。これによって同一露光条件で色ごとに適正なレンズ形状にマイクロレンズ母型を形成できる。レンズ高さは着色透明画素ごとに透明樹脂層１１によって適正に調整できる。
【００３８】
図６（ｂ）に示す露光工程は、フォトレジスト層２１のパターニングされるべき位置に対して、濃度階調付きフォトマスク１２を正確に位置合わせし、例えば、超高圧水銀ランプ光源からの波長３６５ｎｍ光を用いるｉ線ステッパーからの平行な照射光９を濃度階調付きフォトマスク１２の背面から照射することにより露光する。露光条件は、使用するフォトレジスト層２１の膜厚、感度、また、現像液の条件等により決定する。
【００３９】
次に、現像処理を行って、図６（ｃ）に示すように、フォトレジストによる転写用マイクロレンズパターン２２を形成する。現像には、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）やアミン系の有機アルカリ現像液を用いることができる。スピン現像やパドル現像の方法により、フォトレジスト層２１の現像処理を均一に進めることができ、フォトマスク１２の遮光部１３に対応する凸面形状を有する転写用マイクロレンズパターン２２を残すように、他の部分を溶解除去する。
【００４０】
次に、パターニングした透明樹脂層１１上に形成した転写用マイクロレンズパターン２２をエッチングレジストとして、上記透明樹脂層１１にエッチング転写し、図６（ｄ）に示すように、マイクロレンズ６を形成する。エッチング処理の方法としては、Ｃ３Ｆ８等のフッ素系ガスによるドライエッチングを行うことができる。ドライエッチングにより転写されるマイクロレンズ６の断面形状は、レンズ母型とした転写用マイクロレンズパターン２２に対して基本的に忠実であるが、転写用マイクロレンズパターン２２の素材となるフォトレジスト層２１と、マイクロレンズ６の素材となる透明樹脂層１１との、実際のドライエッチング条件におけるエッチングレート比や、エッチング深度により種々の影響を受けて変化するので、個々の事例において条件の調整を行う。
【００４１】
上述の転写タイプのマイクロレンズ６は、比較的露光感度が高くて微細パターンも高精度に形成できるフォトレジスト層２１から得られるレンズ母型２２を用いて、高精度に着色透明画素の色ごとに適正なレンズ高さ、レンズ形状にマイクロレンズを形成できる。
【符号の説明】
【００４２】
１     カラー固体撮像素子
２     半導体基板
３     光電変換素子
４     受光面側表面
５     透明平坦化層
６     マイクロレンズ
７     カラーフィルタ（着色透明画素パターン）
８     感光性透明樹脂層
８     透明樹脂層（感光性）
９     照射光
１０   フォトマスク（着色透明画素の色ごとに透過率が異なる設計）
１１   パターン化した透明樹脂層（膜厚調整用）
１２   フォトマスク（濃度階調付き）
１３   遮光部
１４   感光性透明樹脂層（マイクロレンズ用）
１５   フォトマスク（２値化）
１６   遮光部
１７   光透過部
１８   遮光領域
１９   光透過領域
２０   マイクロレンズ
２１   フォトレジスト層
２２   転写用マイクロレンズパターン（レンズ母型）
５１   第２の透明平坦化層
１２１，１２２       マスクパターン
【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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