(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロレンズアレイの立体形状を有するマスク層を前記マイクロレンズアレイの材料層上に形成する工程と、
前記マスク層から前記材料層に転写される平面パターンが前記マスク層の平面パターンよりも大きくなる条件で、前記マスク層と前記材料層とを同時にエッチングする工程と
を具備することを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項２】
行列状に並んでおり行方向と列方向とで間隔が互いに異なるドーム状である前記マスク層を用い、
前記間隔が狭い方向における前記マイクロレンズ同士の接触の開始後まで前記エッチングを行うことを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項３】
前記マスク層としてレジストを用い、
酸素とＣＦ4との混合ガスまたはＣＦ4をエッチングガスとして用い、
マグネトロンＲＩＥ装置を用いて前記エッチングを行うことを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項４】
前記エッチングガスの流量を１０〜１００ｃｃｍにすることを特徴とする請求項３記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項５】
前記混合ガスにおける酸素とＣＦ4との体積混合比を１：１〜１０にすることを特徴とする請求項３記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項６】
前記マグネトロンＲＩＥ装置が発生する高周波電力を１．０〜８．０Ｗ／ｃｍ2にすることを特徴とする請求項３記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項７】
前記マグネトロンＲＩＥ装置におけるエッチング室内の圧力を１．３〜１３．３Ｐａにすることを特徴とする請求項３記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項８】
前記マスク層の平面形状を楕円形にすることを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項９】
固体撮像素子の複数の感光部に対応させて前記マイクロレンズアレイを形成することを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項１０】
液晶表示素子の複数の表示部に対応させて前記マイクロレンズアレイを形成することを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項１１】
行列状に並んでいる複数の感光部の各々に対応して集光用の複数のマイクロレンズが行列状に並んでいるマイクロレンズアレイを有する固体撮像素子の製造方法において、
前記マイクロレンズアレイの立体形状を有するマスク層を前記マイクロレンズアレイの材料層上に形成する工程と、
前記マスク層から前記材料層に転写される平面パターンが前記マスク層の平面パターンよりも大きくなる条件で、前記マスク層と前記材料層とを同時にエッチングする工程と
を具備することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
行列状に並んでいる複数の感光部の各々に対応する集光用のマイクロレンズを有する固体撮像素子の製造方法において、
行方向と列方向とで間隔が互いに異なるドーム状のマスク層を前記感光部よりも上層の前記マイクロレンズの材料層上に形成する工程と、
前記マスク層から前記材料層に転写されるパターンが前記マスク層よりも大きくなっていく条件で、前記間隔が狭い方向における前記マイクロレンズ同士の接触の開始後まで、前記マスク層と前記材料層とを同時にエッチングする工程と
を具備することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
前記マスク層の平面形状を楕円形にすることを特徴とする請求項１２記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
前記マスク層としてレジストを用い、
酸素とＣＦ4との混合ガスまたはＣＦ4をエッチングガスとして用い、
マグネトロンＲＩＥ装置を用いて前記エッチングを行うことを特徴とする請求項１２記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１５】
前記エッチングガスの流量を１０〜１００ｃｃｍにすることを特徴とする請求項１４記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
前記混合ガスにおける酸素とＣＦ4との体積混合比を１：１〜１０にすることを特徴とする請求項１４記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
酸素よりもＣＦ4の方が多い前記混合ガスを用いることを特徴とする請求項１４記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
前記マグネトロンＲＩＥ装置が発生する高周波電力を１．０〜８．０Ｗ／ｃｍ2にすることを特徴とする請求項１４記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１９】
前記マグネトロンＲＩＥ装置におけるエッチング室内の圧力を１．３〜１３．３Ｐａにすることを特徴とする請求項１４記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、複数のマイクロレンズが並んでいるマイクロレンズアレイの形成方法及びマイクロレンズアレイを有する固体撮像素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、画像のきめが細かく且つ小型・軽量の固体撮像素子を実現するためには、各画素の面積を小さくする必要があるが、その結果、１画素当たりの入射光量が減少して、感度が低下する。そこで、感光部以外の部分に入射した光をも感光部へ集光させるためのマイクロレンズを複数の感光部の各々に対応して有しているマイクロレンズアレイがオンチップ状態で設けられている。
【０００３】
図６、７は、この様なマイクロレンズアレイを有するＣＣＤ固体撮像素子及びその製造方法の第１従来例を示している。この第１従来例の製造方法では、図６（ａ）に示す様に、半導体基板１１に感光部１２を形成し、画素同士の分離用や電荷転送電極としての導電膜１３を半導体基板１１上に形成する。そして、導電膜１３等を遮光膜１４で覆い、遮光膜１４等を平坦化膜１５で覆い、更に、平坦化膜１５上にカラーフィルタ１６を形成する。
【０００４】
その後、マイクロレンズアレイの材料層１７をポリスチレン系樹脂やポリイミド系樹脂等でカラーフィルタ１６上に形成し、材料層１７上にレジスト２１を塗布した後、レジスト２１をマイクロレンズアレイの平面パターンに加工する。そして、図６（ｂ）に示す様に、レジスト２１をリフローさせて、レジスト２１をマイクロレンズアレイの立体形状にする。
【０００５】
その後、図６（ｃ）に示す様に、レジスト２１と材料層１７とを同時にエッチングして、レジスト２１の立体形状を材料層１７に転写する。この結果、図７に示す様に、各々の感光部１２に対応するマイクロレンズ２２を有するマイクロレンズアレイ２３が形成されていた。
【０００６】
なお、レジスト２１と材料層１７とを同時にエッチングする際に、以前は、材料層１７がサイドエッチングされて、レジスト２１から材料層１７に転写される平面パターンがレジスト２１の平面パターンよりも小さくなる負の変換差つまりＣＤロスが発生していたが、近時では、レジスト２１の平面パターンを材料層１７に正確に転写している。
【０００７】
ところで、図６（ａ）に示した工程でレジスト２１を加工する際には、リソグラフィにおける解像度の限界から、レジスト２１の平面パターン同士に０．４μｍ程度の間隔ｘが発生する。図６（ｂ）に示した工程におけるリフローで間隔ｘを狭めることはできるが、レジスト２１の平面パターン同士をあまり接近させようとすると、リフローのばらつき等によってレジスト２１の平面パターン同士が接触する可能性がある。
【０００８】
レジスト２１の平面パターン同士が接触すると、レジスト２１の表面張力等によってレジスト２１が平坦になって、マイクロレンズアレイ２３を形成することができなくなる。このため、リフロー後でも、レジスト２１の平面パターン同士の間隔は０．３μｍ程度までにしか狭めることができない。
【０００９】
図８は、マイクロレンズアレイを有する固体撮像素子の第２従来例における垂直方向及び水平方向の断面を示している。この第２従来例では、半導体基板３１に感光部３２が形成されており、画素同士の分離用や電荷転送電極としての導電膜３３が半導体基板３１上に形成されている。導電膜３３等は遮光膜３４に覆われており、遮光膜３４等は平坦化膜３５に覆われている。
【００１０】
そして、平坦化膜３５上にカラーフィルタ３６が設けられており、このカラーフィルタ３６上にマイクロレンズ３７が形成されている。感光部３２は行列状に並んでおり、これらの感光部３２にマイクロレンズ３７が対応しているので、図５にも示されている様に、マイクロレンズ３７も行列状に並んでいてマイクロレンズアレイ３８を構成している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図６、７に示した第１従来例では、レジスト２１の平面パターンを材料層１７に正確に転写していたので、図７に示した様に、マイクロレンズ２２同士の間隔も０．３μｍ程度と広くて、非集光領域の多いマイクロレンズアレイ２３しか形成することができなかった。
【００１２】
しかし、この様に非集光領域の多いマイクロレンズアレイ２３では、図７からも明らかな様に、入射光２４が感光部１２に有効に集光されないのみならず、遮光膜１４等で反射され感光部１２に斜めに入射して電荷転送電極下に入り込む入射光２４が多い。従って、この第１従来例では、高感度でスミアも少ない固体撮像素子を実現することが困難であった。
【００１３】
一方、固体撮像素子の各画素のパターンは一般に正方形ではなく長方形であるので、図５に示した様に、マイクロレンズ３７の平面形状も真円形ではなく楕円形かまたはそれに近い形状である。そして、それにも拘らず、上述の第２従来例では、図８（ａ）に示した様にマイクロレンズ３７の径が小さい場合でも、図８（ｂ）に示した様にマイクロレンズ３７の径が大きい場合でも、垂直方向及び水平方向の何れにおいてもマイクロレンズ３７は等しい高さｙを有していた。
【００１４】
このため、垂直方向と水平方向とでマイクロレンズ３７の曲率が互いに異なっており、入射光３９の焦点を例えば水平方向で感光部３２に位置させると、垂直方向では入射光３９の焦点が感光部３２に位置しなくなる。この結果、上述の第２従来例では、マイクロレンズ３７を有しているにも拘らず感度が必ずしも十分には高くなく、また、スミアの低減等も困難であった。この現象は、各画素のパターンの縦横比が大きいほど顕著になっている。
【００１５】
なお、垂直方向または水平方向に連続的に延びるカマボコ型のレンズを形成した後、このカマボコ型のレンズを跨ぐと共に各画素に対応する分離したレンズを更に形成することによって、垂直方向と水平方向とでレンズの高さを実質的に異ならせて曲率を調整することも考えられている。
【００１６】
しかし、この様に重ねられている二つのレンズを形成することは現状では非常に困難である。また、この様な二つのレンズを形成すると、製造工程の増加による生産性の低下によって、固体撮像素子の製造コストが高くなる。しかも、この様な二つのレンズでも、レンズの内部に界面が存在しており入射光の反射が多いので、感度の増加やスミアの低減等を図ることが依然として困難である。
【００１７】
従って、本願の発明は、マイクロレンズ同士の間隔が狭くて非集光領域の少ないマイクロレンズアレイ及び高感度でスミアも少ない固体撮像素子を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、マスク層からマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがマスク層の平面パターンよりも大きくなる条件で、マスク層と材料層とを同時にエッチングするので、マイクロレンズ同士の間隔をマスク層の平面パターン同士の間隔よりも狭くして、非集光領域の少ないマイクロレンズアレイを形成することができる。
【００１９】
請求項２に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、ドーム状のマスク層同士の間隔が狭い方向でマイクロレンズ同士が接触を開始した後は、この方向におけるマイクロレンズの高さがこの方向とは直交する方向における高さよりも実質的に低くなる。このため、行方向及び列方向の何れにおいても、ドーム状のマスク層同士の間隔を調整することによって、マイクロレンズの高さを調整して曲率を最適化することができる。
【００２０】
従って、平面形状が真円形でなくても行方向及び列方向の何れにおいても入射光の焦点が一点に位置するマイクロレンズを形成することができる。しかも、マイクロレンズの材料層は単一層でよいので、内部に界面がなくて入射光の反射が少ないマイクロレンズを形成することができる。
【００２１】
請求項３に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、マスク層としてレジストを用い、酸素とＣＦ4との混合ガスまたはＣＦ4をエッチングガスとして用い、マグネトロンＲＩＥ装置を用いてエッチングを行うので、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差を発生させることができ、しかも、エッチングガスである酸素とＣＦ4との体積混合比を選択することによって、正の変換差量を制御することができる。
【００２２】
請求項４に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、エッチングガスの流量を１０〜１００ｃｃｍにするので、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差が発生する。
【００２３】
請求項５に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、エッチングガスとしての混合ガスにおける酸素とＣＦ4との体積混合比を１：１〜１０にするので、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差が発生する。
【００２４】
請求項６に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、マグネトロンＲＩＥ装置が発生する高周波電力を１．０〜８．０Ｗ／ｃｍ2にするので、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差が発生する。
【００２５】
請求項７に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、マグネトロンＲＩＥ装置におけるエッチング室内の圧力を１．３〜１３．３Ｐａにするので、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差が発生する。
【００２６】
請求項８に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、マスク層の平面形状を楕円形にするので、行方向と列方向とで長さが互いに異なる領域であってもその広い部分にマイクロレンズを対応させて入射光を有効に集めることができるマイクロレンズアレイを形成することができる。
【００２７】
請求項９に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、固体撮像素子の複数の感光部に対応させてマイクロレンズアレイを形成するので、固体撮像素子の各画素のパターンが長方形であっても外界からの入射光を感光部に有効に集めることができるマイクロレンズアレイを形成することができる。
【００２８】
請求項１０に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、液晶表示素子の複数の表示部に対応させてマイクロレンズアレイを形成するので、液晶表示素子の各画素のパターンが長方形であっても表示部からの入射光を有効に集めることができるマイクロレンズアレイを形成することができる。
【００２９】
請求項１１に係る固体撮像素子の製造方法では、マスク層からマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがマスク層の平面パターンよりも大きくなる条件で、マスク層と材料層とを同時にエッチングするので、マイクロレンズ同士の間隔をマスク層の平面パターン同士の間隔よりも狭くして、非集光領域の少ないマイクロレンズアレイを形成することができる。
【００３０】
請求項１２に係る固体撮像素子の製造方法では、ドーム状のマスク層同士の間隔が狭い方向で集光用のマイクロレンズ同士が接触を開始した後は、この方向におけるマイクロレンズの高さがこの方向とは直交する方向における高さよりも実質的に低くなる。このため、行方向及び列方向の何れにおいても、ドーム状のマスク層同士の間隔を調整することによって、マイクロレンズの高さを調整して曲率を最適化することができる。
【００３１】
従って、平面形状が真円形でなくても、行方向及び列方向の何れにおいても、入射光の焦点が感光部に位置する集光用のマイクロレンズを形成することができる。しかも、マイクロレンズの材料層は単一層でよいので、内部に界面がなくて入射光の反射が少ないマイクロレンズを形成することができる。
【００３２】
請求項１３に係る固体撮像素子の製造方法では、マスク層の平面形状を楕円形にするので、行方向と列方向とで長さが互いに異なる画素であってもその広い部分にマイクロレンズを対応させて入射光を有効に集めることができるマイクロレンズアレイを形成することができる。
【００３３】
請求項１４に係る固体撮像素子の製造方法では、マスク層としてレジストを用い、酸素とＣＦ4との混合ガスまたはＣＦ4をエッチングガスとして用い、マグネトロンＲＩＥ装置を用いてエッチングを行うので、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差を発生させることができ、しかも、エッチングガスである酸素とＣＦ4との体積混合比を選択することによって、正の変換差量を制御することができる。
【００３４】
請求項１５に係る固体撮像素子の製造方法では、エッチングガスの流量を１０〜１００ｃｃｍにするので、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差が発生する。
【００３５】
請求項１６に係る固体撮像素子の製造方法では、エッチングガスとしての混合ガスにおける酸素とＣＦ4との体積混合比を１：１〜１０にするので、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差が発生する。
【００３６】
請求項１７に係る固体撮像素子の製造方法では、酸素よりもＣＦ4の方が多い混合ガスをエッチングガスとして用いるので、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差が発生し易い。
【００３７】
請求項１８に係る固体撮像素子の製造方法では、マグネトロンＲＩＥ装置が発生する高周波電力を１．０〜８．０Ｗ／ｃｍ2にするので、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差が発生する。
【００３８】
請求項１９に係る固体撮像素子の製造方法では、マグネトロンＲＩＥ装置におけるエッチング室内の圧力を１．３〜１３．３Ｐａにするので、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差が発生する。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、ＣＣＤ固体撮像素子及びその製造方法に適用した本願の発明の第１及び第２実施形態を、図１〜４を参照しながら説明する。図１が、第１実施形態を示している。この第１実施形態の製造方法でも、図６（ｂ）に示した工程までは既述の第１従来例の製造方法と実質的に同様であり、図６（ｃ）に示した様にレジスト２１と材料層１７とを同時にエッチングする点も第１従来例と同様である。
【００４０】
しかし、第１実施形態では、このエッチングの条件が既述の第１従来例と異なっている。即ち、第１実施形態では、このエッチングのために、１．０〜８．０Ｗ／ｃｍ2の高周波電力を発生するマグネトロンＲＩＥ装置を用い、体積混合比が１：１〜１０である酸素とＣＦ4との混合ガスかまたはＣＦ4のみであるエッチングガスを１０〜１００ｃｃｍの流量で供給し、エッチング室内の圧力を１．３〜１３．３Ｐａにする。
【００４１】
この様な条件でエッチングを行うと、マグネトロンＲＩＥ装置ではプラズマ密度が大きくて堆積性の生成物が多量に生成され、レジスト２１及び材料層１７のエッチングと生成物の堆積とが同時に進行する。しかし、堆積が全面で一様に進行するのに対して、エッチングの進行はレジスト２１及び材料層１７の頂部近傍ではイオンアシスト効果が多いために速く溝部近傍ではイオンアシスト効果が少ないために遅い。
【００４２】
この結果、レジスト２１から材料層１７に転写される平面パターンがレジスト２１の平面パターンよりも大きくなる正の変換差つまりＣＤゲインが発生し、エッチングガスである酸素とＣＦ4との体積混合比を選択することによって、ＣＤゲイン量を０．１〜１．０μｍの範囲で制御することができる。
【００４３】
以上の様な第１実施形態では、図６（ｃ）に示した様に、レジスト２１の平面パターン同士に０．３μｍ程度の間隔が存在していても、図１に示す様に、マイクロレンズ２５同士の間に非集光領域が殆ど存在しないマイクロレンズアレイ２６を形成することができる。
【００４４】
この様に非集光領域が殆ど存在しないマイクロレンズアレイ２６では、図１からも明らかな様に、入射光２４が感光部１２に有効に集光されるのみならず、遮光膜１４等で反射され感光部１２に斜めに入射して電荷転送電極下に入り込む入射光２４も少ない。このため、第１実施形態による図１のＣＣＤ固体撮像素子では、第１従来例による図７のＣＣＤ固体撮像素子に比べて、感度が２０数％高く、スミアも少ない。
【００４５】
なお、以上の第１実施形態では、レジスト２１及び材料層１７をエッチングするためにマグネトロンＲＩＥ装置を用いたが、平行平板型ＲＩＥ装置や、高圧狭ギャップ型プラズマエッチング装置や、ＥＣＲ型エッチング装置や、マイクロ波プラズマ型エッチング装置や、変成器結合プラズマ型エッチング装置、誘導結合プラズマ型エッチング装置及びヘリコン波プラズマ型エッチング装置等の他の高密度プラズマ型エッチング装置等を用いてもよい。
【００４６】
また、以上の第１実施形態では、レジスト２１及び材料層１７をエッチングするためにＣＦ4を含むエッチングガスを用いたが、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2等のフロン系ガスや、Ｃｌ2、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＢＣｌ3等のハロゲン系ガスや、Ｎ2、ＣＯ、ＣＯ2等の窒素酸化物系ガスを、ＣＦ4の代わりに用いてもよい。
【００４７】
図２〜４が、第２実施形態を示している。この第２実施形態の製造方法でも、図３（ａ）に示す様に、マイクロレンズアレイの材料層４１をポリスチレン系樹脂やポリイミド系樹脂等でカラーフィルタ３６上に形成するまでは、図８に示した第２従来例を製造する場合と実質的に同様の工程を実行する。
【００４８】
その後、カラーフィルタ３６上で集光用のマイクロレンズを形成すべき行列状のパターンにレジスト４２を加工するが、この際、マイクロレンズの高さを低くしたい方向におけるレジスト４２同士の間隔ａを相対的に狭くし、マイクロレンズの高さを高くしたい方向におけるレジスト４２同士の間隔ｂを相対的に広くする。
【００４９】
次に、図３（ｂ）に示す様に、レジスト４２をリフローによってドーム状に変形させるが、この変形後でも、マイクロレンズの高さを低くしたい方向におけるレジスト４２同士の間隔ｃは相対的に狭く、マイクロレンズの高さを高くしたい方向におけるレジスト４２同士の間隔ｄは相対的に広い。
【００５０】
次に、図４（ａ）に示す様に、１．０〜８．０Ｗ／ｃｍ2の高周波電力を発生するマグネトロンＲＩＥ装置を用い、体積混合比が１：１〜１０である酸素とＣＦ4との混合ガスかまたはＣＦ4のみであるエッチングガス４３を１０〜１００ｃｃｍの流量で供給し、エッチング室内の圧力を１．３〜１３．３Ｐａにして、レジスト４２と材料層４１とのエッチング選択比が１に近い条件で、これらを同時にエッチングする。この時、ＣＦ4は以下の様に順次に解離していく。
【００５１】
ＣＦ4→ＣＦ3＋Ｆ
ＣＦ3→ＣＦ2＋Ｆ
ＣＦ2→ＣＦ ＋Ｆ
エッチングガス４３の解離生成物のうちで、Ｏ及びＦがエッチング種であり、ＣＦ及びＣＦ2が堆積種であり、これらによって、エッチングと堆積とが競合して反応が進む。
【００５２】
ところで、ドーム状のレジスト４２のうちで裾部近傍は、垂直に近い形状であるので、Ｏ+イオンによるスパッタを受けにくくて、堆積物が本来的に付着し易い。しかも、マグネトロンＲＩＥ装置では、磁場を用いていて電子が激しく動いているので、プラズマの解離効率が高くて、堆積種であるＣＦ及びＣＦ2の生成量が多いと考えられる。
【００５３】
この結果、ドーム状のレジスト４２のうちで裾部近傍ではエッチングよりも堆積が優勢になり、エッチングによってレジスト４２から材料層４１へドーム状の形状が転写されるに連れてパターンが徐々に大きくなっていくという正の変換差が発生する。このため、図４（ｂ）に示す様に、ドーム状のレジスト４２同士を狭い間隔ｃで配置しておいた方向で材料層４１に平面部が無くなっても、広い間隔ｄで配置しておいた方向では材料層４１に平面部が残っている。
【００５４】
図４（ｂ）の状態からマグネトロンＲＩＥ装置によるエッチングを更に継続して、図２に示す様に、マイクロレンズ４４が行列状に並んでいるマイクロレンズアレイ４５を材料層４１から形成する。この時、ドーム状のレジスト４２同士を狭い間隔ｃで配置しておいた方向で先に、材料層４１同士が接触を開始してマイクロレンズ４４間の溝が埋められていく。
【００５５】
このため、ドーム状のレジスト４２同士を狭い間隔ｃで配置しておいた方向におけるカラーフィルタ３６の表面からマイクロレンズ４４の裾部までの高さｅは、間隔ｄで配置しておいた方向における高さｆよりも高くなる。つまり、ドーム状のレジスト４２同士を狭い間隔ｃで配置しておいた方向におけるマイクロレンズ４４の高さｇは、広い間隔ｄで配置しておいた方向における高さｈよりも低くなる。
【００５６】
従って、ドーム状のレジスト４２同士の間隔ｃ、ｄを調整することによって、行方向と列方向とでマイクロレンズ４４の高さｇ、ｈを調整して曲率を最適化することができる。このため、マイクロレンズ４４の平面形状が楕円形であるにも拘らず、行方向及び列方向の何れにおいても入射光の焦点を感光部３２に位置させることができ、しかも、マイクロレンズ４４の内部に界面がなくて入射光の反射が少ないので、この第２実施形態のＣＣＤ固体撮像素子は高感度でスミアも少ない。
【００５７】
なお、以上の第２実施形態では、体積混合比が１：１〜１０である酸素とＣＦ4との混合ガスかまたはＣＦ4のみであるエッチングガス４３を用いているが、体積混合比が１：１０である酸素とＣＦ4との混合ガスやＣＦ4のみの様にＣＦ4の割合が高いエッチングガス４３を用いると、行方向と列方向とで高さｇ、ｈの異なるマイクロレンズ４４を形成し易い。
【００５８】
また、以上の第２実施形態では、図２に示した様に、行方向及び列方向の何れにおいてもマイクロレンズ４４同士が接触するまでエッチングを継続しているが、一つの方向でマイクロレンズ４４同士が接触を開始すれば、行方向と列方向とでマイクロレンズ４４の高さが異なるので、他の方向でマイクロレンズ４４同士が接触を開始していなくても、その時点でエッチングを停止することができる。
【００５９】
また、以上の第２実施形態では、マグネトロンＲＩＥ装置を用い、体積混合比が１：１〜１０である酸素とＣＦ4との混合ガスかまたはＣＦ4のみであるエッチングガス４３を用いているが、エッチングによってレジスト４２から材料層４１へドーム状の形状が転写されるに連れてパターンが徐々に大きくなっていくという正の変換差が発生する条件を得ることができれば、他のエッチング装置やエッチングガスを用いてもよい。
【００６０】
更に、以上の第１及び第２実施形態はＣＣＤ固体撮像素子及びその製造方法に本願の発明を適用したものであるが、マイクロレンズアレイがオンチップ状態で設けられていれば、増幅を行うＭＯＳ型固体撮像素子等の他の固体撮像素子や液晶表示素子等の製造にも本願の発明を適用することができる。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、マイクロレンズ同士の間隔をマスク層の平面パターン同士の間隔よりも狭くして、非集光領域の少ないマイクロレンズアレイを形成することができるので、高感度でスミアも少ない固体撮像素子や画像の鮮明な液晶表示素子等を実現することができる。
【００６２】
請求項２に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、平面形状が真円形でなくても行方向及び列方向の何れにおいても入射光の焦点が一点に位置するマイクロレンズを形成することができ、しかも、内部に界面がなくて入射光の反射が少ないマイクロレンズを形成することができるので、高感度でスミアも少ない固体撮像素子や画像の鮮明な液晶表示素子等を実現することができる。
【００６３】
請求項３に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差を発生させることがき、しかも、正の変換差量を制御することができるので、高感度でスミアも少ない固体撮像素子や画像の鮮明な液晶表示素子等を容易に実現することができる。
【００６４】
請求項４〜７に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差が発生するので、高感度でスミアも少ない固体撮像素子や画像の鮮明な液晶表示素子等を実現することができる。
【００６５】
請求項８に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、行方向と列方向とで長さが互いに異なる領域であってもその広い部分にマイクロレンズを対応させて入射光を有効に集めることができるマイクロレンズアレイを形成することができるので、各画素のパターンの自由度が高いにも拘らず高感度でスミアも少ない固体撮像素子や画像の鮮明な液晶表示素子等を実現することができる。
【００６６】
請求項９に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、固体撮像素子の各画素のパターンが長方形であっても外界からの入射光を感光部に有効に集めることができるマイクロレンズアレイを形成することができるので、各画素のパターンの自由度が高いにも拘らず高感度でスミアも少ない固体撮像素子を実現することができる。
【００６７】
請求項１０に係るマイクロレンズアレイの形成方法では、液晶表示素子の各画素のパターンが長方形であっても表示部からの入射光を有効に集めることができるマイクロレンズアレイを形成することができるので、各画素のパターンの自由度が高いにも拘らず画像の鮮明な液晶表示素子を実現することができる。
【００６８】
請求項１１に係る固体撮像素子の製造方法では、マイクロレンズ同士の間隔をマスク層の平面パターン同士の間隔よりも狭くして、非集光領域の少ないマイクロレンズアレイを形成することができるので、高感度でスミアも少ない固体撮像素子を製造することができる。
【００６９】
請求項１２に係る固体撮像素子の製造方法では、平面形状が真円形でなくても、行方向及び列方向の何れにおいても、入射光の焦点が感光部に位置する集光用のマイクロレンズを形成することができ、しかも、内部に界面がなくて入射光の反射が少ないマイクロレンズを形成することができるので、高感度でスミアも少ない固体撮像素子を製造することができる。
【００７０】
請求項１３に係る固体撮像素子の製造方法では、行方向と列方向とで長さが互いに異なる画素であってもその広い部分にマイクロレンズを対応させて入射光を有効に集めることができるマイクロレンズアレイを形成することができるので、各画素のパターンの自由度が高いにも拘らず高感度でスミアも少ない固体撮像素子を製造することができる。
【００７１】
請求項１４に係る固体撮像素子の製造方法では、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差を発生させることができ、しかも、正の変換差量を制御することができるので、高感度でスミアも少ない固体撮像素子を容易に製造することができる。
【００７２】
請求項１５、１６に係る固体撮像素子の製造方法では、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差が発生するので、高感度でスミアも少ない固体撮像素子を製造することができる。
【００７３】
請求項１７に係る固体撮像素子の製造方法では、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差が発生し易いので、高感度でスミアも少ない固体撮像素子を容易に製造することができる。
【００７４】
請求項１８、１９に係る固体撮像素子の製造方法では、マスク層であるレジストからマイクロレンズアレイの材料層に転写される平面パターンがレジストの平面パターンよりも大きくなる正の変換差が発生するので、高感度でスミアも少ない固体撮像素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願の発明の第１実施形態によるＣＣＤ固体撮像素子の側断面図である。
【図２】  本願の発明の第２実施形態によるＣＣＤ固体撮像素子の側断面図であり、左半分及び右半分は図５の夫々Ａ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う部分を示している。
【図３】  第２実施形態の製造方法の前半を工程順に示す側断面図である。
【図４】  第２実施形態の製造方法の後半を工程順に示す側断面図である。
【図５】  本願の発明を適用し得るＣＣＤ固体撮像素子における集光用のマイクロレンズアレイの平面図である。
【図６】  マイクロレンズアレイを有するＣＣＤ固体撮像素子の製造方法を工程順に示す側断面図である。
【図７】  本願の発明の第１従来例によるＣＣＤ固体撮像素子の側断面図である。
【図８】  本願の発明の第２従来例によるＣＣＤ固体撮像素子の側断面図であり、左半分及び右半分は図５の夫々Ａ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う部分を示しており、（ａ）は集光用のマイクロレンズの径が相対的に小さい場合、（ｂ）は集光用のマイクロレンズの径が相対的に大きい場合である。
【符号の説明】
１２…感光部、１７…材料層、２１…レジスト（マスク層）、２５…マイクロレンズ、２６…マイクロレンズアレイ、３２…感光部、４１…材料層、４２…レジスト（マスク層）、４４…マイクロレンズ、４５…マイクロレンズアレイ
【図１】
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【図７】
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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８】
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