[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2011164384A - Concentration distribution mask and designing device of the same - Google Patents

Concentration distribution mask and designing device of the same Download PDF

Info

Publication number
JP2011164384A
JP2011164384A JP2010027452A JP2010027452A JP2011164384A JP 2011164384 A JP2011164384 A JP 2011164384A JP 2010027452 A JP2010027452 A JP 2010027452A JP 2010027452 A JP2010027452 A JP 2010027452A JP 2011164384 A JP2011164384 A JP 2011164384A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
distribution mask
microlens array
density distribution
pitch
super
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010027452A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Daisuke Nakamura
大亮 中村
Koki Hayashi
甲季 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Printing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toppan Printing Co Ltd filed Critical Toppan Printing Co Ltd
Priority to JP2010027452A priority Critical patent/JP2011164384A/en
Publication of JP2011164384A publication Critical patent/JP2011164384A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a concentration distribution mask that performs exposure to correct distortion of an optical imaging pattern due to an optical interference effect when a microlens array having a lens pitch of 1 μm or less is formed on a substrate of an imaging device using the concentration distribution mask. <P>SOLUTION: The concentration distribution mask for exposing, developing and forming the microlens array in which convex unit lenses are arranged, has isoconcentration in which a super ellipsoidal shape in a VW coordinate system using a super ellipsoidal parameter k whose isoconcentration of a light blocking pattern of the concentration distribution mask is 1 or less, and a VW axis intercept parameter r, is rotated 45 degrees, and expanded in an X direction and a Y direction, and a length in the X direction of a rectangle surrounding four corners projecting in a diagonal direction of the isoconcentration of the bottom face of the convex shaped unit lens is made equal to a pitch of the X direction of the microlens array, and a length of the Y direction of the rectangle is made equal to a pitch of the Y direction of the microlens array. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、撮像デバイスに利用されるマイクロレンズアレイの製造に用いる濃度分布マスクに関する。   The present invention relates to a density distribution mask used for manufacturing a microlens array used for an imaging device.

ビデオカメラ、ディジタルカメラ、カメラ付き携帯電話などに用いられる撮像デバイスは高画素化が求められている。画素が微細化すると、画素を構成するCCD(Charge Coupled Device: 電荷結合素子)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor: 相補型金属酸化膜半導体)等からなる受光素子も微細化する。微細な受光素子への集光効率を高めるため、受光素子の光が入射する面側にマイクロレンズを形成する方法が広く利用されている。これは、画素への入射光を効率よくマイクロレンズにて集光して、受光素子に入射させ、受光感度を向上させるためである。   Imaging devices used for video cameras, digital cameras, camera-equipped mobile phones, and the like are required to have high pixels. When a pixel is miniaturized, a light receiving element composed of a CCD (Charge Coupled Device), a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), or the like constituting the pixel is also miniaturized. In order to increase the light collection efficiency to a fine light receiving element, a method of forming a microlens on the side of the light receiving element on which light enters is widely used. This is because the incident light to the pixel is efficiently condensed by the microlens and incident on the light receiving element to improve the light receiving sensitivity.

このマイクロレンズは、特許文献1や特許文献2では、隣接するマイクロレンズ同士を互いに重複させた曲面を形成するために、濃度分布マスクのパターンを感光性材料層へ露光し現像する工程によって3次元の表面形状をもつ物品を製造する方法が提案されていた。この濃度分布マスクを用いる方法によれば、隣接するマイクロレンズ同士を接して形成することが可能になるためマイクロレンズで画素領域を覆う割合を大きくでき、集光性を良くできる効果がある。   In Patent Document 1 and Patent Document 2, this microlens is three-dimensionally formed by exposing and developing the pattern of the density distribution mask on the photosensitive material layer in order to form a curved surface in which adjacent microlenses overlap each other. A method of manufacturing an article having a surface shape of 2 has been proposed. According to the method using the density distribution mask, adjacent microlenses can be formed in contact with each other, so that the ratio of covering the pixel region with the microlenses can be increased, and the light collecting property can be improved.

特開2002−244273号公報JP 2002-244273 A 特開2004−145319号公報JP 2004-145319 A

特許文献1では、単位レンズをX方向及びY方向に等ピッチで配列したマイクロレンズアレイが濃度分布マスクを用いて製造されるが、このマイクロレンズアレイの単位レンズのピッチが1μm以下で配列される場合、顕著に不具合を生じることがわかった。それは、円形の等濃度線を持つ濃度分布マスクを用いて撮像デバイスの上の感光性材料層に露光すると、光の干渉効果により、撮像デバイス上のポジ型の感光性材料層に露光される光の光量の等高線が円形で無く、菱形に近い等高線になってしまうことがわかった。そのような光密度で露光してマイクロレンズアレイを製造すると、そのマイクロレンズアレイの単位レンズは球面では無くなる歪みを生じ、その単位レンズの集光能力が低下し、性能が悪化する問題があった。   In Patent Document 1, a microlens array in which unit lenses are arranged at equal pitches in the X direction and the Y direction is manufactured using a density distribution mask, and the pitch of the unit lenses of the microlens array is arranged at 1 μm or less. In this case, it has been found that a significant defect occurs. When the photosensitive material layer on the imaging device is exposed using a density distribution mask having circular isodensity lines, the light exposed to the positive photosensitive material layer on the imaging device is caused by the light interference effect. It was found that the contour line of the light amount of the light is not circular but becomes a contour line close to a rhombus. When a microlens array is manufactured by exposure at such a light density, the unit lens of the microlens array has a distortion that is not a spherical surface, and there is a problem in that the condensing ability of the unit lens is lowered and the performance is deteriorated. .

この現象が発生するのは、例えば、凸レンズ状の単位レンズをX方向及びY方向に等ピッチで配列するマイクロレンズアレイを形成する場合であって、ポジ型の感光性材料層に濃度分布マスクのパターンを露光する場合に以下の現象が発生する。すなわち、ポジ型の感光性材料層を露光して凸レンズを形成する場合の結像パターンは、凸レンズの単位レンズの底面まで感光性材料層を掘り込むための露光強度を強くするために、単位レンズの四隅の位置に光量の高い部分があり、その部分に集中した光が、光の干渉効果によりその部分の外側に広がることにより、濃度分布マスクが投影する露光の結像パターンが歪む。   This phenomenon occurs when, for example, a microlens array is formed in which convex lens-shaped unit lenses are arranged at equal pitches in the X and Y directions, and the density distribution mask is formed on the positive photosensitive material layer. The following phenomenon occurs when a pattern is exposed. That is, the imaging pattern in the case of forming a convex lens by exposing a positive photosensitive material layer is a unit lens in order to increase the exposure intensity for digging the photosensitive material layer to the bottom surface of the unit lens of the convex lens. There is a portion with a high amount of light at the four corner positions, and the light concentrated on the portion spreads outside the portion due to the interference effect of the light, so that the exposure image pattern projected by the density distribution mask is distorted.

そのため、本発明は、撮像デバイスの基板上にレンズのピッチが1μm以下のマイクロレンズアレイを、濃度分布マスクを用いて形成する際に、光の干渉効果による光の結像パ
ターンの歪みを補正した露光をする濃度分布マスクを得ることを課題とする。
Therefore, according to the present invention, when a microlens array having a lens pitch of 1 μm or less is formed on a substrate of an imaging device using a density distribution mask, the distortion of the light image formation pattern due to the light interference effect is corrected. An object is to obtain a density distribution mask to be exposed.

本発明の請求項1にかかる発明は、上記課題を解決するために、凸レンズ状の単位レンズを配列させたマイクロレンズアレイを露光・現像して形成するための濃度分布マスクであって、前記濃度分布マスクの遮光パターンの等濃度線が、1より小さいスーパー楕円のパラメータkとVW軸切片パラメータrを用いるスーパー楕円式、(V/r) +(W/r) =1のVW座標で表される形状を45度回転させた上で、X方向及びY方向に拡大し、凸レンズ状の単位レンズの底面の等濃度線の対角方向に突出した四隅を囲む矩形のX方向の長さを前記マイクロレンズアレイのX方向のピッチにし、また、その矩形のY方向の長さを前記マイクロレンズアレイのY方向のピッチに等しくした等濃度線を有することを特徴とする濃度分布マスクである。 The invention according to claim 1 of the present invention is a density distribution mask for exposing and developing a microlens array in which convex lens-shaped unit lenses are arranged, in order to solve the above-mentioned problem, equidensity line of the light-shielding pattern of distribution mask, super elliptic equation using parameters k and VW-intercept parameter r of less than one super ellipse, in (V / r) k + ( W / r) k = 1 of the VW coordinates Rotate the shape shown by 45 degrees, expand in the X direction and Y direction, and the length in the X direction of the rectangle surrounding the four corners that protrude in the diagonal direction of the isodensity line on the bottom of the convex lens unit lens Is a pitch in the X direction of the microlens array, and has a density distribution mask having equal density lines in which the length of the rectangle in the Y direction is equal to the pitch in the Y direction of the microlens array It is.

また、本発明の請求項2にかかる発明は、立体形状の高さZの等高線を、1より小さいスーパー楕円のパラメータkとVW軸切片パラメータrを用いるスーパー楕円式、(V/r) +(W/r) =1のVW座標で表される形状を45度回転させた上で、X方向及びY方向に拡大し、凸レンズ状の単位レンズの底面の等濃度線の対角方向に突出した四隅を囲む矩形のX方向の長さを前記マイクロレンズアレイのX方向のピッチにし、また、その矩形のY方向の長さを前記マイクロレンズアレイのY方向のピッチに等しくした等高線であらわし、前記立体形状を設計する濃度分布マスクの透過率計算手段と、前記濃度分布マスクの遮光パターンの直径計算手段と、前記濃度分布マスクの描画データ計算手段とを有することを特徴とする濃度分布マスクの設計装置である。 In the invention according to claim 2 of the present invention, the contour line of the height Z of the three-dimensional shape is expressed by a super elliptical equation using a super ellipse parameter k and a VW axis intercept parameter r smaller than 1, (V / r) k + (W / r) After rotating the shape represented by the VW coordinate of k = 1 by 45 degrees, it expands in the X direction and the Y direction, and in the diagonal direction of the isodensity line on the bottom surface of the convex lens unit lens The X-direction length of the rectangle surrounding the projected four corners is the pitch in the X direction of the microlens array, and the Y-direction length of the rectangle is represented by contour lines equal to the Y-direction pitch of the microlens array. And a density distribution mask transmittance calculating means for designing the three-dimensional shape, a density calculation means for the light shielding pattern of the density distribution mask, and a drawing data calculation means for the density distribution mask. It is a design apparatus of a distribution mask.

単位レンズをXY方向に1μm以下のピッチdで格子状に配列したマイクロレンズアレイを形成するために、濃度分布マスクのパターンを波長λが365nmの光でポジ型の感光性材料層に露光すると、光の干渉効果により結像パターンに歪みを生じる。本発明の濃度分布マスクは、1より小さいスーパー楕円のパラメータkを用いるスーパー楕円式のVW座標で表される形状を45度回転させた上で、X方向及びY方向に拡大し、凸レンズ状の単位レンズの底面の等濃度線の対角方向に突出した四隅を囲む矩形のX方向の長さを前記マイクロレンズアレイのX方向のピッチにし、また、その矩形のY方向の長さを前記マイクロレンズアレイのY方向のピッチに等しくした等濃度線を有するパターンの濃度分布マスクを製造して用いる。その濃度分布マスクのパターンを感光性材料層に投影することで、1μm以下のピッチdで格子状に配列したマイクロレンズアレイを、波長λの光の干渉効果による結像パターンの歪みを少なくして製造できる効果がある。   In order to form a microlens array in which unit lenses are arranged in a lattice shape with a pitch d of 1 μm or less in the XY direction, when a pattern of a density distribution mask is exposed to a positive photosensitive material layer with light having a wavelength λ of 365 nm, The image formation pattern is distorted by the interference effect of light. The density distribution mask of the present invention is rotated by 45 degrees on the shape represented by the super elliptical VW coordinate using the super elliptical parameter k smaller than 1, and then expanded in the X and Y directions to form a convex lens shape. The length in the X direction of the rectangle surrounding the four corners of the bottom surface of the unit lens protruding in the diagonal direction is set to the pitch in the X direction of the micro lens array, and the length in the Y direction of the rectangle is set in the micro direction. A pattern density distribution mask having an equal density line equal to the pitch in the Y direction of the lens array is manufactured and used. By projecting the pattern of the density distribution mask onto the photosensitive material layer, the microlens array arranged in a lattice pattern with a pitch d of 1 μm or less reduces distortion of the imaging pattern due to the interference effect of light of wavelength λ. There is an effect that can be manufactured.

(a)本発明の第1の実施形態の単位レンズあたりの濃度分布マスクのパターンの等濃度線の平面図である。(b)本発明の第1の実施形態の単位レンズあたりの濃度分布マスクのパターンのX方向に沿った光透過率Pの分布を示すグラフである。(A) It is a top view of the isodensity line of the pattern of the density distribution mask per unit lens of the 1st Embodiment of this invention. (B) It is a graph which shows distribution of the light transmittance P along the X direction of the pattern of the density distribution mask per unit lens of the 1st Embodiment of this invention. (a)本発明の濃度分布マスクの平面図である。(b)本発明のマイクロレンズアレイを有する撮像デバイスの側断面図である。(A) It is a top view of the density distribution mask of this invention. (B) It is side sectional drawing of the imaging device which has the micro lens array of this invention.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図1(a)は、本発明のマイクロレンズアレイ1の凸レンズ状の単位レンズの領域における濃度分布マスク2の光透過率P毎の等濃度線をあらわす。ここで、濃度分布マスク2のパターンの寸法
は、単位レンズのピッチdのn倍に形成し、その濃度分布マスク2のパターンをn分の1に縮小投影してマイクロレンズアレイ1を形成する。図1(b)は、濃度分布マスク2のX方向の光透過率Pの分布を示す。図2(a)は、濃度分布マスク2の平面図(XY平面)を示し、図2(b)は、その濃度分布マスク2を用いて撮像デバイス上の感光性材料層を露光することで得られるマイクロレンズアレイ1の断面形状を示す。濃度分布マスク2は、図2(a)に示すように、単位レンズの濃度分布パターンをX方向にレンズピッチdに対応するd×nのピッチで配列し、Y方向にd×b×nのピッチで配列したパターンを有する。濃度分布マスク2のパターンは、マイクロレンズアレイ1を形成する半導体基板11上の感光性材料層に投影する寸法が露光に用いる光の波長λの解像度以下の微細な寸法の遮光パターン3の集合で形成する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1A shows an isodensity line for each light transmittance P of the density distribution mask 2 in the region of the convex lens unit lens of the microlens array 1 of the present invention. Here, the pattern size of the density distribution mask 2 is formed to be n times the pitch d of the unit lens, and the pattern of the density distribution mask 2 is reduced and projected to 1 / n to form the microlens array 1. FIG. 1B shows the distribution of the light transmittance P in the X direction of the density distribution mask 2. 2A shows a plan view (XY plane) of the density distribution mask 2, and FIG. 2B is obtained by exposing the photosensitive material layer on the imaging device using the density distribution mask 2. The cross-sectional shape of the microlens array 1 to be manufactured is shown. As shown in FIG. 2A, the density distribution mask 2 has unit lens density distribution patterns arranged in the X direction at a pitch of d × n corresponding to the lens pitch d and d × b × n in the Y direction. It has a pattern arranged at a pitch. The pattern of the density distribution mask 2 is a set of light-shielding patterns 3 having a fine dimension whose projection size onto the photosensitive material layer on the semiconductor substrate 11 forming the microlens array 1 is smaller than the resolution of the wavelength λ of light used for exposure. Form.

ここで、本発明の特徴は、マイクロレンズを作成するための濃度分布マスク2の光透過率Pが等しい等濃度線の形状をスーパー楕円式(式1)から(式3)によって定義する点にある。
(式1) (V/r) +(W/r) =1
(式2) V≡(X+Y/b)/2
(式3) W≡(X−Y/b)/2
(式4) 等濃度線のX方向の半径(X)=2r/2(1/k)
ここで、(V,W)座標系を原点を中心にして45度回転させた座標系をX’Y’座標系にし、そのX’座標系でのX’座標値を√2倍にしてX座標値にし、Y’座標値をb√2倍にしてY座標値にする。その(X,Y)座標が、濃度分布マスク2での単位レンズの領域の位置座標を、単位レンズの中心を原点にしてXY座標であらわす。また、等濃度線がV座標軸(あるいはW座標軸)と交わる点の座標の値がV軸切片パラメータrと等しい。
Here, the feature of the present invention is that the shape of the isodensity line having the same light transmittance P of the density distribution mask 2 for creating the microlens is defined by the super elliptic formula (Formula 1) to (Formula 3). is there.
(Formula 1) (V / r) k + (W / r) k = 1
(Formula 2) V≡ (X + Y / b) / 2
(Formula 3) W≡ (XY / b) / 2
(Expression 4) X-direction radius (X r ) = 2r / 2 (1 / k) of isoconcentration lines
Here, a coordinate system obtained by rotating the (V, W) coordinate system by 45 degrees around the origin is defined as an X′Y ′ coordinate system, and the X ′ coordinate value in the X ′ coordinate system is multiplied by √2 to obtain X The coordinate value is set, and the Y ′ coordinate value is multiplied by b√2 to obtain the Y coordinate value. The (X, Y) coordinates represent the position coordinates of the unit lens area in the density distribution mask 2 as XY coordinates with the center of the unit lens as the origin. Further, the value of the coordinate of the point where the isodensity line intersects the V coordinate axis (or W coordinate axis) is equal to the V axis intercept parameter r.

XY座標系でY=0となるX座標軸は、VW座標系では、V=Wとなる直線になる。式1は、斜め方向の座標系VWを基準にしたスーパー楕円式であり、スーパー楕円のパラメータkは1より小さくする。図1(a)は、スーパー楕円のパラメータkの値が0.925の式1のスーパー楕円式であらわされる濃度分布マスク2の光透過率P毎のXY面(基板面)の等濃度線の形状をあらわす。スーパー楕円のパラメータkが1よりも小さいため、等濃度線の形状は、正方形の四隅が対角方向に突出した形状になる。スーパー楕円のパラメータkが1以下の値で1に近づくと等濃度線は正方形に近づく。kが1より更に小さくなると、正方形の対角方向への四隅の突出の割合が大きくなる。等濃度線のX方向の半径Xは式4であらわされる。濃度分布マスク2は、レンズの配列のピッチd(例えば0.7μmから1μm)のn倍を凸レンズ状の単位レンズ底面のVW軸切片パラメータrの2倍と等しくし、その2×rのピッチでX方向に単位レンズのパターンを配列する。また、等濃度線の寸法を与える式2及び式3のY方向の縮尺パラメータbに応じて、単位レンズのパターンをY方向に2b×rのピッチで配列する。それにより、濃度分布マスク2で単位レンズ底面をあらわす等濃度線の対角方向に突出した四隅を囲む矩形のX方向の長さが単位レンズをX方向に配列するピッチに等しくなり、また、その矩形のY方向の長さが単位レンズをY方向に配列するピッチに等しくなる。 The X coordinate axis where Y = 0 in the XY coordinate system is a straight line where V = W in the VW coordinate system. Equation 1 is a super ellipse equation based on the coordinate system VW in the oblique direction, and the parameter k of the super ellipse is smaller than 1. FIG. 1 (a) shows isoconcentration lines on the XY plane (substrate surface) for each light transmittance P of the density distribution mask 2 expressed by the super elliptic formula of the formula 1 where the value of the parameter k of the super ellipse is 0.925. Represents the shape. Since the parameter k of the super ellipse is smaller than 1, the shape of the isoconcentration line is a shape in which the four corners of the square protrude diagonally. When the parameter k of the super ellipse approaches 1 with a value of 1 or less, the isodensity line approaches a square. When k is further smaller than 1, the proportion of protrusions at the four corners in the diagonal direction of the square increases. Radius X r in the X direction equal concentrations line is represented by formula 4. The density distribution mask 2 makes the lens array pitch d (for example, 0.7 μm to 1 μm) n times equal to twice the VW axis intercept parameter r 0 on the bottom surface of the convex lens unit lens, and 2 × r 0 Unit lens patterns are arranged in the X direction at a pitch. Further, the unit lens patterns are arranged in the Y direction at a pitch of 2b × r 0 in accordance with the scale parameter b in the Y direction in Equations 2 and 3 that give the dimensions of the isodensity lines. Thereby, the length in the X direction of the rectangle surrounding the four corners protruding in the diagonal direction of the isodensity line representing the bottom surface of the unit lens by the density distribution mask 2 is equal to the pitch in which the unit lenses are arranged in the X direction. The length of the rectangle in the Y direction is equal to the pitch at which the unit lenses are arranged in the Y direction.

なお、図1(a)では、単位レンズ底面のVW軸切片パラメータrの長さの単位を1として等濃度線をあらわす。濃度分布マスク2のパターンは撮像デバイス10の感光性材料層に縮小、投影されてマイクロレンズアレイ1を製造するので、マイクロレンズアレイ1と濃度分布マスク2の縮尺は異なる。そのため、以降では、説明を簡単にするため、濃度分布マスク2の寸法は、マイクロレンズ1を形成するために縮小投影する寸法に換算して説明する。 In FIG. 1A, the unit of length of the VW axis intercept parameter r 0 on the bottom surface of the unit lens is set to 1, and an isodensity line is represented. Since the pattern of the density distribution mask 2 is reduced and projected onto the photosensitive material layer of the imaging device 10 to produce the microlens array 1, the scales of the microlens array 1 and the density distribution mask 2 are different. Therefore, hereinafter, in order to simplify the description, the dimension of the density distribution mask 2 will be described in terms of a dimension to be reduced and projected to form the microlens 1.

この濃度分布マスク2の等濃度線のVW軸切片パラメータrに関する光透過率Pは、以下の式5で定める値にする。
(式5)
P=P+(P−P){r−(r −r)1/2}/{r−(r −r )1/2}
ここで、Pは凸レンズ状の単位レンズの底面の高さを与える濃度分布マスク2の光透過率であり、Pは単位レンズの頂点の高さを与える濃度分布マスク2の光透過率であり、rは単位レンズの曲率半径にかかわるパラメータである。光透過率PがPとなる単位レンズの底面の高さを与える等濃度線は、単位レンズ底面のVW軸切片パラメータrに関する等濃度線であり、その等濃度線のX方向の半径Xは2r/2(1/k)になる。
The light transmittance P related to the VW axis intercept parameter r of the isodensity line of the density distribution mask 2 is set to a value determined by the following equation 5.
(Formula 5)
P = P 1 + (P 0 −P 1 ) {r 1 − (r 1 2 −r 2 ) 1/2 } / {r 1 − (r 1 2 −r 0 2 ) 1/2 }
Here, P 0 is the light transmittance of the density distribution mask 2 that gives the height of the bottom surface of the convex lens-shaped unit lens, and P 1 is the light transmittance of the density distribution mask 2 that gives the height of the vertex of the unit lens. Yes, r 1 is a parameter related to the radius of curvature of the unit lens. The isodensity line that gives the height of the bottom surface of the unit lens where the light transmittance P is P 0 is an isodensity line related to the VW axis intercept parameter r 0 of the bottom surface of the unit lens, and the radius X in the X direction of the isodensity line r becomes 2r 0/2 (1 / k ).

図1(b)は、式5であらわした濃度分布マスク2の光透過率Pを縦軸にし、横軸をX座標XであらわしたX軸上の透過率Pのグラフである。この光透過率Pの分布は、ポジ型の感光性材料層に露光してレンズを形成するため、単位レンズの立体形状の高さを逆さにした形状になる。図1(b)のように、単位レンズの底面の高さを与える光透過率Pの場合には、等濃度線のX方向の半径Xは0.94であり、単位レンズの頂点の高さを与える光透過率Pの等濃度線のX方向の半径Xは0である。また、図1(a)で光透過率Pの等濃度線より外側の単位レンズの領域の濃度分布マスク2の光透過率PはPにする。ただし、光透過率Pの等濃度線より外側の単位レンズの領域の光透過率Pも式5で計算した値を用いる設計をしても良い。 FIG. 1B is a graph of the transmittance P on the X axis where the light transmittance P of the density distribution mask 2 expressed by Equation 5 is the vertical axis and the horizontal axis is the X coordinate X. The distribution of the light transmittance P is a shape in which the height of the three-dimensional shape of the unit lens is inverted because the positive photosensitive material layer is exposed to form a lens. As shown in FIG. 1B, in the case of the light transmittance P 0 that gives the height of the bottom surface of the unit lens, the radius X r in the X direction of the isodensity line is 0.94, and the vertex of the unit lens is The X-direction radius Xr of the isoconcentration line of the light transmittance P 1 giving the height is zero. Further, the light transmittance P concentration profile mask second region outside of the unit lens than equal concentrations line of light transmittance P 0 in FIG. 1 (a) to P 0. However, the light transmittance P in the region of the unit lens outside the isodensity line of the light transmittance P 0 may be designed to use the value calculated by Equation 5.

(濃度分布マスクの設計装置)
図1(a)では、等濃度線の形状は、正方形の四隅が対角方向に突出した形状である。濃度分布マスクの設計装置が、濃度分布マスクの透過率計算手段により、濃度分布マスク2上の格子点の(X,Y)座標毎に、スーパー楕円式(式1から式3)を用いて、単位レンズのスーパー楕円のVW軸切片パラメータrを計算する。次に、そのVW軸切片パラメータrの値を式5に代入して光透過率値P=Pmpを計算し、その光透過率値Pmpの分布を与えるm×p個の配列データを記憶手段に記憶する。次に、濃度分布マスクの遮光パターンの直径計算手段が、光透過率値Pmp毎に、予め記憶手段に記憶させた、透過率毎の遮光パターンの直径換算データを用いて、濃度分布マスク2の遮光パターンの直径Dmpを計算し、X座標XとY座標Yと遮光パターンの直径Dmpのリストから成るデータ構造のm×n個の配列から成る遮光パターンの寸法データを作成し、記憶手段に記憶させる。次に、濃度分布マスクの描画データ計算手段が、濃度分布マスクパターン描画装置に、各格子点(X,Y)毎に、指定された直径Dmpの遮光パターンの描画を指令する濃度分布マスク描画データを作成する。その濃度分布マスク描画データにより、濃度分布マスクパターン描画装置を用いて、図2(a)のようなパターンを描画した濃度分布マスク2を製作する。
(Density distribution mask design device)
In FIG. 1A, the isoconcentration line has a shape in which four corners of a square protrude diagonally. The density distribution mask design apparatus uses the super elliptic equation (Equation 1 to Equation 3) for each (X m , Y p ) coordinate of the lattice point on the concentration distribution mask 2 by the transmittance calculation means of the concentration distribution mask. Thus, the VW axis intercept parameter r of the super ellipse of the unit lens is calculated. Next, the light transmittance value P = Pmp is calculated by substituting the value of the VW axis intercept parameter r into Equation 5, and mxp array data giving the distribution of the light transmittance value Pmp is stored. Store in the means. Next, the density distribution mask 2 uses the diameter-converted data of the light-shielding pattern for each transmittance, which is previously stored in the storage means for each light transmittance value P mp by the light-shielding pattern diameter calculation means of the density distribution mask. The shading pattern diameter D mp is calculated, and the dimensional data of the shading pattern composed of m × n array of data structure comprising the list of the X coordinate X m , the Y coordinate Y p and the shading pattern diameter D mp is created. And store it in the storage means. Next, the density distribution mask drawing data calculation means instructs the density distribution mask pattern drawing apparatus to draw a shading pattern having a designated diameter D mp for each grid point (X m , Y p ). Create mask drawing data. Based on the density distribution mask drawing data, a density distribution mask 2 on which a pattern as shown in FIG. 2A is drawn is manufactured using a density distribution mask pattern drawing apparatus.

その濃度分布マスク2を用いて以下の製造方法により感光性材料層に露光して現像することで、図2(b)のような撮像デバイス10のマイクロレンズアレイ1を製造する。すなわち、半導体基板11の受光素子12の上の平坦化層13の上のカラーフィルタ層14の上に、受光素子12毎に単位レンズを形成したマイクロレンズアレイ1を形成する。   The microlens array 1 of the imaging device 10 as shown in FIG. 2B is manufactured by exposing and developing the photosensitive material layer by the following manufacturing method using the density distribution mask 2. That is, the microlens array 1 in which unit lenses are formed for each light receiving element 12 is formed on the color filter layer 14 on the planarizing layer 13 on the light receiving element 12 of the semiconductor substrate 11.

(マイクロレンズアレイの製造方法)
この濃度分布マスク2を用いて、図2(b)のような、カラー撮像デバイス10にマイクロレンズアレイ1を製造する。例えば、受光素子12の配列から成り、個々の受光素子12に対応する各画素のサイズは、正方形で寸法が略0.5μm〜略100μmの範囲であり、ほぼ0.8μm〜略1μmの画素の複数のCMOSの撮像デバイス10が形成された半導体基板11を用いる。その半導体基板11の表面に熱硬化型のアクリル系樹脂により略0.1μmの厚さの平坦化層13を形成する。次に、平坦化層13の上に、個々の受光素子12に対応した個々の画素で、厚さが略1μmの緑,青,そして赤の3色の画素か
ら成るカラーフィルタ層14を形成する。次に、カラーフィルタ層14上にアクリル系樹脂やフェノール系樹脂やスチレン系樹脂を主体とするポジ型の感光性材料層を略0.7〜1μmの厚さに形成する。次に、その感光性材料層に、紫外線域の365nmの波長λの光を用いて、5倍レチクル(n=5)の濃度分布マスク2のパターンをステッパーで縮小投影する。そのように露光した感光性材料層を現像することでマイクロレンズアレイ1を形成する。最後に、200℃程度の加熱処理でベークすることで、図2(b)に示すマイクロレンズアレイ1を硬化させる。このようにして、半導体基板11において、複数の受光素子12上に平坦化層13を介し、各々の受光素子12に対応して形成されたカラーフィルタ層14の各画素上に、頂点の高さが0.6〜1μmのマイクロレンズアレイ1を形成する。
(Manufacturing method of microlens array)
The microlens array 1 is manufactured in the color imaging device 10 as shown in FIG. For example, the pixel size is composed of an array of light receiving elements 12 and each pixel corresponding to each light receiving element 12 has a square size ranging from approximately 0.5 μm to approximately 100 μm, and approximately 0.8 μm to approximately 1 μm. A semiconductor substrate 11 on which a plurality of CMOS imaging devices 10 are formed is used. A planarizing layer 13 having a thickness of approximately 0.1 μm is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 with a thermosetting acrylic resin. Next, a color filter layer 14 composed of pixels of three colors of green, blue, and red having a thickness of about 1 μm is formed on the planarizing layer 13 with each pixel corresponding to each light receiving element 12. . Next, a positive photosensitive material layer mainly composed of an acrylic resin, a phenol resin, or a styrene resin is formed on the color filter layer 14 to a thickness of approximately 0.7 to 1 μm. Next, a 5 × reticle (n = 5) density distribution mask 2 pattern is reduced and projected on the photosensitive material layer with a stepper using light having a wavelength λ of 365 nm in the ultraviolet region. The microlens array 1 is formed by developing the photosensitive material layer thus exposed. Finally, the microlens array 1 shown in FIG. 2B is cured by baking with a heat treatment of about 200.degree. In this manner, in the semiconductor substrate 11, the height of the apex is formed on each pixel of the color filter layer 14 formed corresponding to each light receiving element 12 via the planarization layer 13 on the plurality of light receiving elements 12. Form a microlens array 1 having a thickness of 0.6 to 1 μm.

ここで、撮像デバイスの基板上でレンズのピッチdが1μm以下で配列されるマイクロレンズアレイのパターンを有する濃度分布マスク2を、波長λが365nmの光で感光性材料層に縮小投影する際の光の干渉により投影する光量分布に不具合が生じる。その不具合を、スーパー楕円式(式1)であらわされる等濃度線を有する濃度分布マスクによりどの程度補正できるかをシミュレーションで調べた。シミュレーションの条件は、マイクロレンズアレイ1をn=5倍に拡大したパターンの濃度分布マスク2を用い、式1から式5で与えられる光透過率Pの分布を有する濃度分布マスク2のパターンを、通常の5分の1縮小投影ステッパーのコヒーレンズファクタσの値0.6で、投影レンズのNAが0.63のステッパーを用いて、波長λが365nmの光で感光性材料層に露光する。そして、レンズの配列のピッチdが0.8μmのマイクロレンズアレイ1のパターンを投影する場合をシミュレーションした。その結果、以下の表1の結果を得た。
(表1)
(条件) (露光パターンの形状)
(条件1)k<0.91 菱形状に歪み
(条件2)0.91≦k≦0.94 露光パターンは良好な円形状
(条件3)k>0.94 正方形状に歪み
すなわち、スーパー楕円のパラメータkが0.91以上で0.94以下の場合は、その濃度分布マスク2を用いて露光すると、感光性材料層に良好に光の干渉効果を補正した光量分布の露光光が投影され、マイクロレンズアレイ1の単位レンズの表面が球面から歪まずに形成できることが分かった。kが0.94より大きい場合は、マイクロレンズアレイ1は菱形状に歪み、kが0.91より小さい場合は、マイクロレンズアレイ1が正方形状に歪む。
Here, when the density distribution mask 2 having a microlens array pattern arranged with a lens pitch d of 1 μm or less on the substrate of the imaging device is projected onto the photosensitive material layer with light having a wavelength λ of 365 nm. A problem occurs in the light amount distribution to be projected due to light interference. The extent to which the defect can be corrected by a density distribution mask having an isodensity line represented by a super elliptical formula (Formula 1) was examined by simulation. The simulation conditions are as follows. The density distribution mask 2 having a pattern in which the microlens array 1 is enlarged by n = 5 times is used, and the pattern of the density distribution mask 2 having the distribution of the light transmittance P given by Expression 1 to Expression 5 is used. The photosensitive material layer is exposed to light having a wavelength λ of 365 nm using a stepper having a coherence lens factor σ of 0.6 of a normal reduction projection stepper and an NA of 0.63 of the projection lens. Then, a case where a pattern of the microlens array 1 having a lens array pitch d of 0.8 μm is projected was simulated. As a result, the results shown in Table 1 below were obtained.
(Table 1)
(Conditions) (Shape of exposure pattern)
(Condition 1) k <0.91 Strained into a diamond shape (Condition 2) 0.91 ≦ k ≦ 0.94 The exposure pattern was a good circular shape (Condition 3) k> 0.94 Strained into a square shape That is, a super ellipse When the parameter k is 0.91 or more and 0.94 or less, exposure using the density distribution mask 2 projects exposure light having a light amount distribution in which the light interference effect is well corrected on the photosensitive material layer. It was found that the surface of the unit lens of the microlens array 1 can be formed without distortion from the spherical surface. When k is larger than 0.94, the microlens array 1 is distorted in a rhombus shape, and when k is smaller than 0.91, the microlens array 1 is distorted in a square shape.

以上で説明したように、単位レンズをXY方向に1μm以下のピッチdで格子状に配列したマイクロレンズアレイを形成するために、濃度分布マスク2のパターンを波長λが365nmの光でポジ型の感光性材料層に露光すると、光の干渉効果により結像パターンに歪みを生じる。それに対して、本実施形態の濃度分布マスクは、その等濃度線の形が式1から式5で与えられる、1より小さいスーパー楕円のパラメータkのスーパー楕円式(式1)のVW座標で表される形状を45度回転させた上で、X方向及びY方向に拡大した等濃度線を作成する。そして、凸レンズ状の単位レンズの底面の等濃度線の対角方向に突出した四隅を囲む矩形のX方向の長さを単位レンズをX方向に配列するピッチにし、また、その矩形のY方向の長さを単位レンズをY方向に配列するピッチに等しくした等濃度線を有する濃度分布マスク2を製造する。その濃度分布マスク2をステッパーで縮小投影することで、波長λの光の干渉効果による結像パターンの歪みを少なくして1μm以下のピッチの単位レンズを製造できる効果がある。   As described above, in order to form a microlens array in which unit lenses are arranged in a lattice pattern with a pitch d of 1 μm or less in the XY direction, the pattern of the density distribution mask 2 is a positive type with light having a wavelength λ of 365 nm. When the photosensitive material layer is exposed, the imaging pattern is distorted due to the light interference effect. On the other hand, the density distribution mask of the present embodiment is represented by the VW coordinates of the super elliptical equation (Equation 1) of the super-elliptical parameter k smaller than 1 whose shape of the isodensity line is given by Equations 1 to 5. After the shape to be rotated is rotated 45 degrees, an isodensity line enlarged in the X direction and the Y direction is created. Then, the length in the X direction of the rectangle surrounding the four corners protruding in the diagonal direction of the isodensity line on the bottom surface of the convex lens-shaped unit lens is set to a pitch for arranging the unit lenses in the X direction, and the Y direction of the rectangle A density distribution mask 2 having an equal density line whose length is equal to the pitch at which unit lenses are arranged in the Y direction is manufactured. By reducing and projecting the density distribution mask 2 with a stepper, there is an effect that a unit lens having a pitch of 1 μm or less can be manufactured by reducing the distortion of the imaging pattern due to the interference effect of light of wavelength λ.

1・・・マイクロレンズアレイ
2・・・濃度分布マスク
3・・・遮光パターン
10・・・撮像デバイス
11・・・半導体基板
12・・・受光素子
13・・・平坦化層
14・・・カラーフィルタ層
P・・・濃度分布マスクの光透過率
・・・単位レンズの底面の高さを与える光透過率
・・・単位レンズの頂点の高さを与える光透過率
b・・・Y方向の縮尺パラメータ
d・・・レンズのピッチ
n・・・濃度分布マスクのパターンのマイクロレンズアレイに対する倍率
r、r・・・VW軸切片パラメータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Micro lens array 2 ... Concentration distribution mask 3 ... Light-shielding pattern 10 ... Imaging device 11 ... Semiconductor substrate 12 ... Light receiving element 13 ... Flattening layer 14 ... Color Filter layer P: Light transmittance P of the density distribution mask 0: Light transmittance P that gives the height of the bottom surface of the unit lens 1 ... Light transmittance b that gives the height of the vertex of the unit lens b Scale parameter d in Y direction: Lens pitch n: Magnification r, r 0: VW axis intercept parameter of density distribution mask pattern with respect to microlens array

Claims (2)

凸レンズ状の単位レンズを配列させたマイクロレンズアレイを露光・現像して形成するための濃度分布マスクであって、前記濃度分布マスクの遮光パターンの等濃度線が、1より小さいスーパー楕円のパラメータkとVW軸切片パラメータrを用いるスーパー楕円式、
(V/r) +(W/r) =1
のVW座標で表される形状を45度回転させた上で、X方向及びY方向に拡大し、凸レンズ状の単位レンズの底面の等濃度線の対角方向に突出した四隅を囲む矩形のX方向の長さを前記マイクロレンズアレイのX方向のピッチにし、また、その矩形のY方向の長さを前記マイクロレンズアレイのY方向のピッチに等しくした等濃度線を有することを特徴とする濃度分布マスク。
A density distribution mask for forming a microlens array in which convex lens-shaped unit lenses are arranged by exposure and development, wherein the isodensity line of the light shielding pattern of the density distribution mask is a super ellipse parameter k smaller than 1. And a super elliptical equation using the VW axis intercept parameter r,
(V / r) k + (W / r) k = 1
After rotating the shape represented by the VW coordinates of 45 degrees in the X direction and the Y direction, the rectangular X surrounding the four corners protruding in the diagonal direction of the isodensity line on the bottom surface of the convex lens unit lens A density having an isodensity line having a length in the direction equal to the pitch in the X direction of the microlens array and a length in the Y direction of the rectangle equal to the pitch in the Y direction of the microlens array. Distribution mask.
立体形状の高さZの等高線を、1より小さいスーパー楕円のパラメータkとVW軸切片パラメータrを用いるスーパー楕円式、
(V/r) +(W/r) =1
のVW座標で表される形状を45度回転させた上で、X方向及びY方向に拡大し、凸レンズ状の単位レンズの底面の等濃度線の対角方向に突出した四隅を囲む矩形のX方向の長さを前記マイクロレンズアレイのX方向のピッチにし、また、その矩形のY方向の長さを前記マイクロレンズアレイのY方向のピッチに等しくした等高線であらわし、前記立体形状を設計する濃度分布マスクの透過率計算手段と、前記濃度分布マスクの遮光パターンの直径計算手段と、前記濃度分布マスクの描画データ計算手段とを有することを特徴とする濃度分布マスクの設計装置。
A super-elliptic formula using a contour ellipse of height Z of the three-dimensional shape using a super-ellipse parameter k smaller than 1 and a VW-axis intercept parameter r;
(V / r) k + (W / r) k = 1
After rotating the shape represented by the VW coordinates of 45 degrees in the X direction and the Y direction, the rectangular X surrounding the four corners protruding in the diagonal direction of the isodensity line on the bottom surface of the convex lens unit lens The density for designing the three-dimensional shape is represented by contour lines in which the length in the direction is the pitch in the X direction of the microlens array, and the length in the Y direction of the rectangle is equal to the pitch in the Y direction of the microlens array. A density distribution mask design apparatus, comprising: a distribution mask transmittance calculation unit; a light shielding pattern diameter calculation unit of the density distribution mask; and a drawing data calculation unit of the density distribution mask.
JP2010027452A 2010-02-10 2010-02-10 Concentration distribution mask and designing device of the same Pending JP2011164384A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010027452A JP2011164384A (en) 2010-02-10 2010-02-10 Concentration distribution mask and designing device of the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010027452A JP2011164384A (en) 2010-02-10 2010-02-10 Concentration distribution mask and designing device of the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011164384A true JP2011164384A (en) 2011-08-25

Family

ID=44595125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010027452A Pending JP2011164384A (en) 2010-02-10 2010-02-10 Concentration distribution mask and designing device of the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011164384A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5233404B2 (en) Manufacturing method of density distribution mask and manufacturing method of microlens array
TWI469335B (en) Production method of solid state image pickup device
US9274254B2 (en) Optical element array, photoelectric conversion apparatus, and image pickup system
US9599754B2 (en) Optical element array and solid-state imaging device including the array
JP2015158663A (en) Method for forming microlens and method for manufacturing solid-state image sensor
JP5239417B2 (en) Microlens array manufacturing method, density distribution mask and design method thereof
JP5391701B2 (en) Density distribution mask, design apparatus therefor, and manufacturing method of micro three-dimensional array
JP4489471B2 (en) Method for forming a microlens array
JP5031173B2 (en) IMAGING DEVICE AND METHOD FOR FORMING MICRO LENS IN IMAGING DEVICE
JP4249459B2 (en) IMAGING DEVICE AND METHOD FOR FORMING BENDING UNIT IN IMAGING DEVICE
JP5365353B2 (en) Density distribution mask
JP5136288B2 (en) Concentration distribution mask and manufacturing method thereof
CN110634899B (en) Auxiliary pattern structure of optoelectronic isolation layer grid of back-illuminated image sensor
JP5629964B2 (en) Density distribution mask, manufacturing method thereof, and manufacturing method of microlens array
JP2011164384A (en) Concentration distribution mask and designing device of the same
JP5131164B2 (en) Microlens array, density distribution mask and design device thereof
JP5286821B2 (en) Microlens array manufacturing method and density distribution mask
JP2012109541A (en) Manufacturing method of solid-state image pickup device
JP2009031400A (en) Distributed density mask
JP2010211078A (en) Lens shape design method, imaging element, and photomask design method
JP2006018256A (en) Lens array
JP2009031399A (en) Microlens
JP4437366B2 (en) Manufacturing method of density distribution mask by power modulation method
JP2009168874A (en) Photomask for manufacturing color filter
JP2012093542A (en) Method of manufacturing minute three-dimensional shape array