(57)【要約】【課題】マイクロレンズの融着を防止することができるマイクロレンズ形成用マスクと、これを用いて製造した固体撮像素子を提供すること。【解決手段】受光素子上にマイクロレンズを形成するためのマイクロレンズマスク１３を二次元に配列したマイクロレンズマスク部と、前記マイクロレンズマスク部の外周部分にベタ領域１２を形成するベタ領域マスク部とを有し、前記マイクロレンズマスク部の最外部分と前記ベタ領域マスク部の最内部分との第１のギャップＧが、前記マイクロレンズマスク間の第２のギャップｇより広く形成されているマイクロレンズ形成用マスク１０。【選択図】図３
2009010122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子上にマイクロレンズを形成するためのマイクロレンズマスクを二次元に配列したマイクロレンズマスク部と、
前記マイクロレンズマスク部の外周部分にベタ領域を形成するベタ領域マスク部とを有し、
前記マイクロレンズマスク部の最外部分と前記ベタ領域マスク部の最内部分との第１のギャップが、前記マイクロレンズマスク間の第２のギャップより広く形成されていることを特徴とするマイクロレンズ形成用マスク。
【請求項２】
前記第１のギャップは、前記第２のギャップの１．５倍以上からな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用マスク。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマイクロレンズ形成用マスクを用いて形成された固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズを形成するためのマスクと、これにより作成された固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スチルカメラやデジタルカメラ等の電子カメラが広く一般に普及している。これらのカメラには、固体撮像装置が使用されている。固体撮像装置は、受光領域と周辺回路領域とを有している。受光領域は入射光量に応じた信号電流を生成する受光素子を有する単位画素が二次元的に配置されている。また周辺領域は種々の電気回路を有している。ところで、固体撮像装置の高画素化に伴い、受光素子の受光面積が小さくなると共に受光素子に効率的に光を入射させることが必要となり、受光素子の光入射側にマイクロレンズを二次元的に配列したマイクロレンズアレイを配置することが一般的となっている。
【０００３】
このマイクロレンズアレイは、二次元に単位画素が形成された基板上に、マイクロレンズアレイが転写される透明の樹脂部材を塗布・固化した後、ホトレジストを塗布後、マイクロレンス形成用マスクを用いてホトレジストパターンを形成する。その後、リフロー処理を行うことによって矩形状のホトレジストパターンを凸レンズ状に変形させる。このあと、公知のエッチング処理により、凸レンズ形状を透明の樹脂部材に転写することで、マイクロレンズアレイを受光素子上に形成している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６０−５３０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
固体撮像素子では、受光素子領域の周囲には、種々の電気回路が形成されており、上記転写工程で、これら電気回路に影響を与えないために、マイクロレンズアレイ領域の外周部分に上記マイクロレンズアレイを形成するホトレジストと同じホトレジストでベタ領域を形成している。
【０００５】
従来、ベタ領域とマイクロレンズアレイ領域とのギャップは、マイクロレンズ間のギャップとほぼ同等に形成されていたため、上記リフロー処理を行ったときに、ベタ領域のホトレジストの変形が大きく、この領域近傍のマイクロレンズが次々に融着するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、受光素子上にマイクロレンズを形成するためのマイクロレンズマスクを二次元に配列したマイクロレンズマスク部と、前記マイクロレンズマスク部の外周部分にベタ領域を形成するベタ領域マスク部とを有し、前記マイクロレンズマスク部の最外部分と前記ベタ領域マスク部の最内部分との第１のギャップが、前記マイクロレンズマスク間の第２のギャップより広く形成されていることを特徴とするマイクロレンズ形成用マスクを提供する。
【０００７】
また、本発明は、前記マイクロレンズ形成用マスクを用いて形成された固体撮像素子を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、マイクロレンズの融着を防止することができるマイクロレンズ形成用マスクと、これを用いて製造した固体撮像素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施の形態にかかるマイクロレンズ形成用マスクと、これを用いて製造した固体撮像素子について図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
図１は、実施の形態にかかる固体撮像素子の模式図である。図２は、実施の形態にかかるマイクロレンズ形成用マスクの模式図である。図３（ａ）は、図２のＡ部拡大図であり、（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００１１】
図１において、固体撮像素子１は、二次元に単位画素が形成された受光素子領域２と、受光素子領域の外周部分に形成された周辺回路領域３とで構成されている。受光素子領域２は、後述する受光素子上にそれぞれマイクロレンズが形成され、不図示の光学系を介して入射する光を効率的にそれぞれの受光素子に集光するように構成されている。
【００１２】
図２、図３に示すホトマスクは、受光素子領域２と周辺回路領域３に、後述するホトレジストパターンを所定の形状に形成するために用いられる。
【００１３】
図２は、ホトマスク１０を示す。ホトマスク１０は、マイクロレンズアレイ領域１１と、マイクロレンズアレイ領域１１の外周部に所定のギャップＧを有して形成されたベタ領域１２とを有している。
【００１４】
図３（ａ）、（ｂ）の部分拡大図に示すように、マイクロレンズアレイ領域１１は、マイクロレンズ間の所定のギャップｇと所定のピッチｐを有する略矩形状のマスクパターン１３が二次元的に配列されている。なお、マスクパターン１３は、矩形状に限られるものではない。例えば、六角形でも八角形でも、更には円形でも良い。以下の説明ではマスクパターン１３が正方形の場合を代表として説明する。
【００１５】
なお、ホトマスクは公知であり詳細な説明は省略する。また、ポジレジストを用いた場合について説明するが、ネガレジストを用いても構わない。
【００１６】
図３（ｂ）に示すマスクパターン１２、１３は、ガラス基板１４に金属膜等で形成されている。マイクロレンズ用のマスクパターン１３の最外周のパターンエッジとベタ領域１２の最内周のパターンエッジとの間隔Ｇは、マスクパターン１３間の所定のギャップｇに比べて広く形成されている。これにより、図２に示すように、ホトマスク１０は、マイクロレンズアレイ領域１１の周囲にギャップＧを空けてベタ領域１２が形成されている。
【００１７】
以下、図４（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ、マイクロレンズの形成工程について説明する。
【００１８】
図４（ａ）は、受光素子２１が形成されたシリコン基板２２上に、平坦化膜２３が形成され、平坦化膜２３上に、光学的に透明な樹脂部材２４を形成し、この樹脂部材２４上にホトレジストパターン２５を形成した状態を示している。なお、ホトレジストパターン２５を形成するまでの各種工程は、半導体製造工程で公知の技術を用いておりその詳細な説明は省略する。ここまでの工程で、シリコン基板２２内における受光素子領域２（画素領域２）には受光素子２やその他の拡散部が形成され、周辺回路領域３には、各種拡散部３０が形成される。
【００１９】
ホトレジストパターン２５のうち、符号１３ａは、図２に示すマスクパターン１３により形成され、符号１２ａは、図２に示すマスクパターン１２により形成されたものである。ホトレジストパターン１３ａは、図２に示す、マイクロレンズアレイ領域１１を形成するものであり、ホトレジストパターン１２ａは、ベタ領域１２を形成するものである。
【００２０】
図４（ａ）に示すホトレジストパターン１２ａ、１３ａを形成した後、所定の温度で所定時間の加熱を行うリフロー工程を実施する。このリフロー工程により、図４（ｂ）に示すように、ホトレジストパターン１２ａ、１３ａが流動して元の矩形形状から曲線状のエッジを有するパターンに変化する。このときホトレジストパターン１３ａ間のギャップは、元のギャップｇより狭いｇ１に変化する。また、ギャップＧは元のギャップより狭いＧ１に変化する。これらギャップｇ１、Ｇ１は、リフロー工程時の加熱温度、加熱時間によって変化することが知られている。
【００２１】
従来、図４（ａ）のギャップＧは、ギャップｇと同じに形成されていた。この結果、リフロー工程によりホトレジストパターン１２ａ、１３ａが変形した際、ベタ領域１２のエッジ部のホトレジストパターン１２ａとマイクロレンズアレイ領域１１のエッジ部のホトレジストパターン１３ａとが次々と融着して、マイクロレンズに融着欠陥が発生するという問題があった。
【００２２】
この問題は、リフロー工程におけるホトレジストパターン１３ａの変形量に対してベタ領域１２のホトレジストパターン１２ａの変形量が大きいために生じている。これは、ホトレジストパターン１３ａが、所定サイズの正方形であるのに対して、ベタ領域１２のホトレジストパターン１２ａはより広い面積を有しているためにホトレジストの変形量が大きく、結果として変形したホトレジストがギャップＧを超えてホトレジストパターン１３ａと次々に融着してしまうことによる。
【００２３】
この融着を防止するためには、ギャップＧをギャップｇに比べて広く設定することが必要であり、本実施の形態では、ギャップＧがギャップｇより広くなるようにホトマスク１０を形成している。
【００２４】
リフロー工程の条件や、ホトレジストのベース高分子材料の熱特性にもよるが、ギャップＧはギャップｇの１．５倍以上設けることが好ましい。これにより、ホトレジストの融着を防止することが可能になる。また、ギャップＧはギャップｇの２倍以上設けることが更に好ましい。これにより、ホトレジストの融着をより確実に防止することが可能になる。また、ギャップＧの最大幅は、マイクロレンズ領域１１の外周に形成されている周辺回路領域３の境界近傍までに限定することが好ましい。これにより、周辺回路領域３をマイクロレンズ形成部材である樹脂部材２４で保護することが可能になる。
【００２５】
実施の形態にかかるホトマスク１０を用いることにより、ベタ領域１２のホトレジストパターン１２ａが変形しても、マイクロレンズ領域１１のホトレジストパターン１３ａに次々と融着することを防止することができる。
【００２６】
図４（ｂ）に示す、リフロー工程後、ギャップＧ１、ｇ１となったそれぞれのホトレジストパターン１２ａ、１３ａをマスクとして、樹脂部材２４をエッチングし、ホトレジストパターン１２ａ、１３ａの形状を樹脂部材２４に転写する。転写後の状態を図４（ｃ）に示す。
【００２７】
なお、エッチングは、プラズマエッチング等の公知の技術を用いて行われる。また、ホトレジストパターン１２ａ、１３ａが完全にエッチングされて消失するまで行うようにすることで、ホトレジスト１３ａの形状を樹脂部材２４に転写するとともに、入射光に対するホトレジストの影響を除くことができる。なお、ホトレジストが入射光に影響がない場合には、ホトレジストを残した状態でエッチングを停止してもよい。
【００２８】
また、ホトレジストと樹脂部材２４のエッチングレートが同等であれば、ホトレジストパターン１３ａの形状が樹脂部材２４ほぼ忠実に転写される。また、ホトレジストと樹脂部材２４のエッチングレートが異なるようにすることで、樹脂部材２４に転写されたパターンのギャップを狭めることも可能である。受光素子２１への入射光ロスを少なくするためには、マイクロレンズ間のギャップｇ１を小さくすることが好ましいのでこのような条件を選択することがより好ましい。
【００２９】
図４（ｃ）に示すように、受光素子２１上に樹脂部材２４の表面が凸状に形成されたマイクロレンズ（マイクロレンズアレイ）３１が完成する。このとき、ベタ領域１２の樹脂部材２４もホトレジストパターン１２ａの形状が転写され、基板２２に形成された周辺回路領域３の保護部材３２として働く。
【００３０】
なお、図４（ａ）に示すギャップＧは、マイクロレンズ領域１１の外周に形成されている周辺回路領域３の境界近傍まで広げることが可能であり、固体撮像素子１の形状によってギャップＧを適宜変更してホトマスク１０を作成する。
【００３１】
図４（ｃ）に示す、マイクロレンズ（マイクロレンズアレイ）３１が形成された後、樹脂部材２４の表面を保護し入射光の反射を防止するためのコーティング、電極端子上の部材を除去するなどの後工程が行われ、基板２２がダイシングされて図１に示す固体撮像素子１が完成する。
【００３２】
以上述べたように、実施の形態にかかるホトマスク１０を用いることによって、リフロー工程で発生するベタ領域１２端部３２とマイクロレンズ領域１１端部のマイクロレンズ３１との融着を防止することができ、均一性の高いマイクロレンズ（マイクロレンズアレイ）３１を有する固体撮像素子１を製造することが可能になる。
【００３３】
なお、上記説明では、転写型マイクロレンズについて説明したが、リフロー型マイクロレンズについても同様の効果を奏することが可能である。
【００３４】
なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態にかかる固体撮像素子の模式図である。
【図２】実施の形態にかかるマイクロレンズ形成マスクの模式図である。
【図３】図２の部分拡大図示し、（ａ）図２中のＡ部拡大図を、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図をそれぞれ示す。
【図４】マイクロレンズ形成用マスクを用いた、マイクロレンズアレイ形成工程を説明する図であり、（ａ）はホトレジストの露光・現像後を、（ｂ）はリフロー工程後を、（ｃ）はエッチングによる転写後をそれぞれ示す。
【符号の説明】
【００３６】
１    固体撮像素子
２    受光素子領域
３    周辺回路領域
１０  ホトマスク
１１  マイクロレンズアレイ領域
１２  ベタ領域
１３  マスクパターン
１４  ガラス基板
２１  受光素子
２２  シリコン基板
２４  樹脂部材
２５  ホトレジストパターン
３１  マイクロレンズ（マイクロレンズアレイ）
【図１】
2009010122.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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