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JP4941233B2 - Solid-state imaging device and imaging apparatus using the same - Google Patents

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JP4941233B2
JP4941233B2 JP2007282850A JP2007282850A JP4941233B2 JP 4941233 B2 JP4941233 B2 JP 4941233B2 JP 2007282850 A JP2007282850 A JP 2007282850A JP 2007282850 A JP2007282850 A JP 2007282850A JP 4941233 B2 JP4941233 B2 JP 4941233B2
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

本発明は、固体撮像素子と撮像装置に係り、特に複数の受光部と微小な集光レンズ(マイクロレンズ)を配設した固体撮像素子と、この固体撮像素子を使用した撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device, and more particularly, to a solid-state imaging device in which a plurality of light receiving units and minute condensing lenses (microlenses) are arranged, and an imaging device using the solid-state imaging device.

近年、静止画像、動画像を撮像するデジタルカメラ、ビデオカメラが様々な分野で普及してきている。これらのカメラには、CCD、CMOS等の固体撮像素子が用いられているが、半導体技術の進歩とともに、固体撮像素子の画素の微細化が一段と進み、カメラ自体の小型化も進んできている。このような固体撮像素子には、受光部に入射する光量を増し、感度を向上させるためのマイクロレンズが各画素の受光部に対応して設けられている。
ここで、固体撮像素子には有効撮像領域周辺で感度が低下するシェーディングという現象がある。このシェーディングは、図17に示されるように、カメラレンズから入射する光が、有効撮像領域中心ではほぼ垂直に入射するのに対し、有効撮像領域周辺に向うにつれて入射角度が大きくなり、有効撮像領域周辺での受光部51に対する入射光量の低下が起こることにより生じる現象である。
In recent years, digital cameras and video cameras that capture still images and moving images have become widespread in various fields. These cameras use solid-state image sensors such as CCDs and CMOSs. However, with the advancement of semiconductor technology, the pixels of the solid-state image sensors have been further miniaturized, and the cameras themselves have been downsized. In such a solid-state imaging device, a microlens for increasing the amount of light incident on the light receiving portion and improving the sensitivity is provided corresponding to the light receiving portion of each pixel.
Here, the solid-state imaging device has a phenomenon called shading in which the sensitivity decreases around the effective imaging region. In this shading, as shown in FIG. 17, the light incident from the camera lens is incident substantially perpendicularly at the center of the effective imaging area, whereas the incident angle increases toward the periphery of the effective imaging area, and the effective imaging area This is a phenomenon caused by a decrease in the amount of incident light on the light receiving unit 51 at the periphery.

従来、シェーディングを防止するために、カメラレンズからの主光線入射角度を考慮して、有効撮像領域の中心ではマイクロレンズ52を受光部51の位置に配列し、有効撮像領域の周辺部では、受光部51の位置とずらしてマイクロレンズ52を配列することが行われている(図18参照)。例えば、有効撮像領域の中心から周辺部へ向って微小スケーリングをかけてマイクロレンズを配列することにより、受光部の配列ピッチに対してマイクロレンズの配列ピッチをわずかに小さく設定することが行われている(特許文献1)。これにより、有効撮像領域中心では、受光部とマイクロレンズの位置にズレはないが、周辺に向うにつれて、対応する受光部位置に対しマイクロレンズの位置が徐々に有効撮像領域中心方向へずれたものとなる。また、マイクロレンズの曲率を、有効撮像領域の中心から周辺部へ向って強くすることによりシェーディングを補正することが提案されている(特許文献2)。ここでは、マイクロレンズの曲率を変化させることは提案されているが、具体的手段の記述はない。
特開平6−140609号公報 特開平5−227468号公報
Conventionally, in order to prevent shading, in consideration of the chief ray incident angle from the camera lens, the microlens 52 is arranged at the position of the light receiving unit 51 at the center of the effective imaging region, and light is received at the periphery of the effective imaging region. The micro lenses 52 are arranged so as to be shifted from the positions of the portions 51 (see FIG. 18). For example, the arrangement pitch of the microlenses is set slightly smaller than the arrangement pitch of the light receiving portions by arranging the microlenses by performing microscaling from the center of the effective imaging region toward the peripheral portion. (Patent Document 1). As a result, there is no deviation between the position of the light receiving unit and the microlens at the center of the effective imaging area, but the position of the microlens gradually shifts toward the center of the effective imaging area with respect to the corresponding position of the light receiving unit as it moves toward the periphery. It becomes. In addition, it has been proposed to correct shading by increasing the curvature of the microlens from the center of the effective imaging region toward the periphery (Patent Document 2). Here, it is proposed to change the curvature of the microlens, but there is no description of specific means.
JP-A-6-140609 JP-A-5-227468

デジタルカメラ、ビデオカメラ等の小型化が進むに伴い、カメラレンズ光学系も小型化、薄型化が進み、カメラレンズが固体撮像素子に接近して配設されるため、固体撮像素子の有効撮像領域周辺部では、カメラレンズより入射する主光線の入射角度はますます大きくなり、シェーディング補正をよりいっそう緻密に行うことが求められている。
例えば、図19に示されるようなカメラレンズ特性に起因して生じるシェーディングを、上述のマイクロレンズの曲率を変えることによりマイクロレンズの集光効率を変えて補正する方法では、有効撮像領域の中心部から周辺部に向けて徐々に、且つ、非線形にマイクロレンズの曲率半径を変化させる方法が考えられる。この場合、1画素毎に、すなわち隣接するマイクロレンズ間で曲率を僅かに変化させるように設計することも考えられるが、数百万から一千万以上の全画素に亘って夫々の設計を行うのは膨大な工程となる。また、マイクロレンズの曲率の変化量は全有効撮像領域に亘ってせいぜい数十%、またはそれ以下となることが予想され、隣接するマイクロレンズ間で曲率を僅かに変化させるには変化量が小さすぎる。
As miniaturization of digital cameras, video cameras, etc. progresses, the camera lens optical system also becomes smaller and thinner, and the camera lens is arranged close to the solid-state image sensor, so the effective imaging area of the solid-state image sensor In the peripheral area, the incident angle of the chief ray incident from the camera lens becomes larger and more precise shading correction is required.
For example, in the method of correcting shading caused by camera lens characteristics as shown in FIG. 19 by changing the above-described microlens curvature to change the condensing efficiency of the microlens, the center of the effective imaging region is corrected. A method of changing the radius of curvature of the microlens gradually and nonlinearly from the periphery toward the periphery can be considered. In this case, it is conceivable that the curvature is slightly changed for each pixel, that is, between the adjacent microlenses. However, each design is performed over all the pixels from several million to ten million or more. Is a huge process. In addition, the amount of change in the curvature of the microlens is expected to be at most several tens of percent or less over the entire effective imaging region, and the amount of change is small to slightly change the curvature between adjacent microlenses. Too much.

例えば、マイクロレンズの断面を球面の一部と想定し、その曲率を50%変化させるとして、画素数2592個×1944個(約500万画素)、画素寸法2μmの撮像素子にて、マイクロレンズの曲率を変化させる方法によるシェーディング補正を考える。ここでは、有効撮像領域の中心で曲率が最も強く100%(曲率半径が最も小さい)、それからX軸方向に2592/2=1296番目の最外周の画素で、曲率を有効撮像領域中心の50%(曲率半径が最大)とする。また、マイクロレンズの高さを0.3μmで一定とし、マイクロレンズの底面形状を円形とし、最外周の画素でのマイクロレンズの底面直径を2.0μmとする。この場合、最外周の画素でのマイクロレンズは底面直径が2.0μm、曲率半径が1.817μm(曲率半径最大=100%)、高さが0.3μmとなり、有効撮像領域中心の画素におけるマイクロレンズは底面直径が1.349μm、曲率半径が0.908μm(曲率半径最小=50%)、高さが0.3μmとなる。そして、底面直径2.0μmと底面直径1.349μmの差0.651μmの変化を1296画素に亘って平均的に変化させると、1画素あたりの変化量は0.651μm/1295=0.5027nmとなる。   For example, assuming that the cross-section of the microlens is a part of a spherical surface and the curvature thereof is changed by 50%, an image pickup device having 2592 × 1944 pixels (about 5 million pixels) and a pixel size of 2 μm is used. Consider shading correction by changing the curvature. Here, the curvature is the strongest at the center of the effective imaging area and is 100% (the radius of curvature is the smallest), and then the curvature is set to 50% of the center of the effective imaging area at the 2592/2 = 1296th outermost pixel in the X-axis direction. (The radius of curvature is the maximum). Also, the height of the microlens is constant at 0.3 μm, the bottom shape of the microlens is circular, and the bottom diameter of the microlens at the outermost pixel is 2.0 μm. In this case, the microlens at the outermost peripheral pixel has a bottom diameter of 2.0 μm, a curvature radius of 1.817 μm (maximum curvature radius = 100%), and a height of 0.3 μm. The lens has a bottom diameter of 1.349 μm, a radius of curvature of 0.908 μm (curvature radius minimum = 50%), and a height of 0.3 μm. When the change of the difference of 0.651 μm between the bottom diameter 2.0 μm and the bottom diameter 1.349 μm is averaged over 1296 pixels, the change amount per pixel is 0.651 μm / 1295 = 0.5027 nm. Become.

マイクロレンズの作製を通常のレジストリフロー法、すなわち、フォトリソグラフィーにて、例えば、円柱形状のレジストパターンを形成した後、加熱溶融してレンズ形状を形成する手法を用いる場合、マイクロレンズ用フォトマスクの各マイクロレンズの底面直径に対応する寸法を、1画素あたり0.5027nmづつ変化させることとなる。これは5倍体フォトマスク上で2.514nmとなり、フォトマスク描画時のグリッドが5nmの場合、グリッドに適合しない。また、仮に最小グリッドの1nmグリッドにて端数を無視してマスク描画データを作成するにしても、描画データ量が膨大となり、マスク描画時間の長時間化、マスク製造コストの増大を来たし好ましくない。   When a microlens is manufactured by a normal registry flow method, that is, by photolithography, for example, a cylindrical resist pattern is formed and then heated and melted to form a lens shape, a microlens photomask is used. The dimension corresponding to the bottom diameter of each microlens is changed by 0.5027 nm per pixel. This is 2.514 nm on the pentaploid photomask, and when the grid at the time of drawing the photomask is 5 nm, it does not conform to the grid. Further, even if mask drawing data is generated by ignoring fractions in the 1 nm grid of the minimum grid, the drawing data amount becomes enormous, resulting in a long mask drawing time and an increase in mask manufacturing cost.

一方、マイクロレンズの曲率を段階的に変化させてシェーディング補正を行うこともできる。この場合、例えば、シェーディング補正のために、図20に示すようにマイクロレンズの曲率半径を変化させるには、図21に示すように、有効撮像領域を複数に分割した部分領域を設定し、これらの部分領域間で段階的に曲率半径を変化させることになる。尚、図21の鎖線は、図20で示したマイクロレンズの曲率半径を示す。しかし、部分領域間には、異なる曲率半径のマイクロレンズが存在する境界線(集光効率が段階的に変化する部位)が必ず発生し、このような境界線上には微妙に感度の異なる受光部の隣接する部分が連続し、これが線状の感度ムラとなり製品品質を大きく損なうという問題がある。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、シェーディングを防止した固体撮像素子と、このような固体撮像素子を使用した撮像装置を提供することを目的とする。
On the other hand, shading correction can be performed by changing the curvature of the microlens stepwise. In this case, for example, in order to change the radius of curvature of the microlens as shown in FIG. 20 for shading correction, as shown in FIG. The radius of curvature is gradually changed between the partial regions. 21 represents the radius of curvature of the microlens shown in FIG. However, there is always a boundary line between the partial areas where microlenses with different radii of curvature exist (parts where the light collection efficiency changes stepwise). There is a problem in that adjacent portions are continuous, which causes linear sensitivity unevenness and greatly impairs product quality.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that prevents shading and an imaging apparatus that uses such a solid-state imaging device.

このような目的を達成するために、本発明の固体撮像素子は、所定のピッチで2次元配置された複数の受光部と、個々の前記受光部に対応させて複数のマイクロレンズが2次元配置されてなるマイクロレンズアレイとを少なくとも備えている固体撮像素子において、マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズは、曲率半径が異なる2種以上のマイクロレンズからなり、有効撮像領域は中心から周辺に向って複数の部分領域に分割され、個々の部分領域内には曲率半径が同じマイクロレンズが配置され、マイクロレンズの曲率半径が異なる部分領域が隣接する境界部には、隣接する部分領域における各々の曲率半径のマイクロレンズが混在している中間帯状部が存在し、隣接するマイクロレンズの曲率半径の差が10%以下であり、マイクロレンズの平均的曲率半径が、有効撮像領域の中心から周辺に向って大きくなる傾向であり、前記中間帯状部での曲率半径が異なるマイクロレンズの配置は、混在比率が1:1で均一な配置、あるいは、混在比率が1:0〜0:1の範囲内で連続的に変化するような配置、あるいは、ランダムな配置であるような構成とした。 In order to achieve such an object, a solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of light receiving units arranged two-dimensionally at a predetermined pitch, and a plurality of microlenses arranged two-dimensionally corresponding to each of the light receiving units. In the solid-state imaging device having at least the microlens array formed, the microlens constituting the microlens array is composed of two or more types of microlenses having different radii of curvature, and the effective imaging area extends from the center toward the periphery. A microlens having the same radius of curvature is arranged in each partial area, and each of the curvatures in the adjacent partial areas is adjacent to the boundary where the partial areas having different curvature radii are adjacent to each other. intermediate strip portion is present in which the radius of the microlenses are mixed, Ri difference der 10% or less of the radius of curvature of the adjacent microlenses, Mai The average radius of curvature of the Lorenz tends to increase from the center of the effective imaging area toward the periphery, and the arrangement of microlenses with different curvature radii in the intermediate band portion is a uniform arrangement with a mixture ratio of 1: 1. or mixed ratio of 1: 0 to 0: continuously arranged so as to vary within a range, or to obtain a random arrangement der so that configuration.

また、本発明は、所定のピッチで2次元配置された複数の受光部と、個々の前記受光部に対応させて複数のマイクロレンズが2次元配置されてなるマイクロレンズアレイとを少なくとも備えている固体撮像素子において、マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズは、曲率半径が異なる2種以上のマイクロレンズからなり、有効撮像領域は中心から周辺に向って複数の部分領域に分割され、該複数の部分領域には、曲率半径の異なるマイクロレンズが混在しているような部分領域が存在し、隣接するマイクロレンズの曲率半径の差が10%以下であり、マイクロレンズの平均的曲率半径が、有効撮像領域の中心から周辺に向って大きくなる傾向であり、曲率半径の異なるマイクロレンズが混在している前記部分領域内での曲率半径の異なるマイクロレンズの配置は、曲率半径の異なるマイクロレンズの混在比率が該部分領域内において有効撮像領域の中心から周辺に向う方向に沿って変化し、かつ、曲率半径の小さいマイクロレンズが曲率半径の大きいマイクロレンズよりも有効撮像領域の周辺寄りに少なくとも1個存在する配置、あるいは、混在比率が該部分領域内において均一である配置、あるいは、ランダムな配置であるような構成とした。 In addition, the present invention includes at least a plurality of light receiving portions that are two-dimensionally arranged at a predetermined pitch, and a microlens array in which a plurality of microlenses are two-dimensionally arranged corresponding to each of the light receiving portions. In the solid-state imaging device, the microlens constituting the microlens array includes two or more types of microlenses having different radii of curvature, and the effective imaging area is divided into a plurality of partial areas from the center toward the periphery, and the plurality of parts the area, there are partial areas such as the curvature radius of different microlenses are mixed, the difference is der 10% or less of the radius of curvature of the adjacent microlenses is, the average radius of curvature of the microlens, effective The radius of curvature tends to increase from the center of the imaging area toward the periphery, and the radius of curvature differs in the partial area where microlenses with different curvature radii are mixed. The arrangement of microlenses with different curvature radii varies along the direction from the center to the periphery of the effective imaging area within the partial area, and the microlenses with a small curvature radius have a curvature radius. at least one arrangement located around side of the effective image pickup area than the larger microlens, or mixed ratio is uniform arrangement in the partial area, or to a random arrangement der so that configuration.

本発明の他の態様として、前記部分領域はモザイク状であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記部分領域は有効撮像領域中心を中心とする同心の環状領域であるような構成とした。
本発明の撮像装置は、上述の固体撮像素子を備えるような構成とした。
As another aspect of the present invention, the partial region has a mosaic shape.
As another aspect of the present invention, the partial area is configured to be a concentric annular area centered on the center of the effective imaging area.
The imaging apparatus of the present invention is configured to include the above-described solid-state imaging device.

このような本発明の固体撮像素子は、カメラレンズの主光線入射角と像高の関係等のレンズ特性に適合した最適な曲率半径を有するマイクロレンズの配置を行うことができ、緻密なシェーディング補正が可能であり、かつ、隣接するマイクロレンズの曲率半径の差が10%以下であるので、感度バラツキが小さく、また、電子線描画による5倍体マスクの作製が可能であり、マイクロレンズのマスク設計段階で全領域のマイクロレンズを個別に設計するという煩雑な操作が不要であり、緻密なシェーディング補正を容易に行えるという効果が奏される。
本発明の撮像装置は、シェーディングが防止され、有効撮像領域内で、斜め入射に起因するケラレ等のロスが少なく、入射光量に対しての効率分布の少ない高品位のものであり、小型化、薄型化が可能である。
Such a solid-state imaging device of the present invention can arrange a microlens having an optimal radius of curvature suitable for lens characteristics such as a relationship between a principal ray incident angle of a camera lens and an image height, and performs precise shading correction. And the difference in the radius of curvature between adjacent microlenses is 10% or less, so that the sensitivity variation is small, and a pentaploid mask can be produced by electron beam drawing. The complicated operation of individually designing the microlenses for the entire region at the design stage is not necessary, and an effect is achieved that precise shading correction can be easily performed.
The image pickup apparatus of the present invention is of high quality with low loss of vignetting and the like due to oblique incidence within the effective image pickup area, and with a low efficiency distribution with respect to the amount of incident light. Thinning is possible.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[固体撮像素子]
図1は本発明の固体撮像素子の一例を示す概略構成図である。図1において、固体撮像素子1は、一定の配置ピッチで設けられた複数の受光部3と遮光膜4を備える基板2と、遮光層6を備えたパッシベーション層5を介して基板2と対向するように積層された下平坦化層7、カラーフィルタ8、上平坦化層9、および、マイクロレンズアレイ10を有している。マイクロレンズアレイ10は、個々の受光部3に対応させて複数のマイクロレンズ11が2次元配置されたものである。そして、一定の配置ピッチで設けられた複数の受光部3に対して、マイクロレンズアレイ10を構成するマイクロレンズ11は、曲率半径が異なる2種以上のマイクロレンズからなるものである。尚、本発明の固体撮像素子は、図1に示す構成に限定されるものではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Solid-state imaging device]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a solid-state imaging device of the present invention. In FIG. 1, a solid-state imaging device 1 is opposed to a substrate 2 via a substrate 2 having a plurality of light receiving portions 3 and a light shielding film 4 provided at a constant arrangement pitch, and a passivation layer 5 having a light shielding layer 6. The lower planarization layer 7, the color filter 8, the upper planarization layer 9, and the microlens array 10 are stacked. The microlens array 10 includes a plurality of microlenses 11 that are two-dimensionally arranged so as to correspond to the individual light receiving units 3. And the microlens 11 which comprises the microlens array 10 with respect to the several light-receiving part 3 provided with the fixed arrangement | positioning pitch consists of 2 or more types of microlenses from which a curvature radius differs. In addition, the solid-state image sensor of this invention is not limited to the structure shown in FIG.

ここで、曲率半径の異なるマイクロレンズの形成について説明する。
まず、フォトレジストを露光、現像してレジストパターンを形成し、これを熱溶融して凸レンズ状に成形する通常のマイクロレンズの形成方法について説明する。この場合は、マイクロレンズ形成用のフォトマスクのマイクロレンズ底面に対応する部分の寸法を変化させることにより曲率半径を変化させる。図2はマイクロレンズ形成用フォトマスクの1画素分を示す図面である。図2では、黒部がマスクの遮光部であり四角形の角部を切り落とした八角形となっているが、これに限定されるものではなく、四角形でもよく、また、八角形以外の多角形でもよく、さらに、円形、楕円形等であってもよい。図示例では、Aがマイクロレンズ配置のピッチであり、Dがマイクロレンズ底面寸法に対応する寸法である。そして、所望の曲率半径にあわせてDを複数種設定し、所望の配置を行ったフォトマスクを作製すれば、1回のフォトレジスト塗布、露光、現像、熱溶融にて複数種類の曲率半径を有するマイクロレンズアレイを形成することができる。尚、図示例ではX軸方向、Y軸方向を同寸法としているがこれに限定されるものではなく、例えば、デジタルカメラ用途では、X軸方向、Y軸方向が同寸法のマイクロレンズが多く用いられるが、ビデオカメラ用途では、X軸方向、Y軸方向の寸法が異なる場合もある。また、上述の底面八角形のマイクロレンズは、厳密には八角形の対向する頂点を結ぶ方向と、対向する辺の中点を結ぶ方向とで、その断面形状は異なるが、レンズの頂点近傍では略等価であり、底面が
略円形の球面レンズとして見なすことができる。また、以降の説明にてマイクロレンズの底面形状が矩形の場合も示される。この場合、矩形が正方形であれば、正方形の対向する辺の中点を結ぶ方向のマイクロレンズの断面形状と、正方形の対角線方向のマイクロレンズの断面形状とが異なり、それぞれ異なる曲率を有する。このような場合は対向する辺の中点を結ぶ方向の断面形状に基づく曲率を議論することとする。
Here, formation of microlenses having different radii of curvature will be described.
First, an ordinary microlens forming method in which a photoresist is exposed and developed to form a resist pattern, which is melted by heat to form a convex lens will be described. In this case, the radius of curvature is changed by changing the size of the portion corresponding to the bottom surface of the microlens of the photomask for forming the microlens. FIG. 2 is a drawing showing one pixel of a photomask for forming a microlens. In FIG. 2, the black portion is a light shielding portion of the mask and is an octagon with a square corner cut off, but is not limited to this, and may be a rectangle or a polygon other than an octagon. Further, it may be circular, elliptical or the like. In the illustrated example, A is the pitch of the microlens arrangement, and D is the dimension corresponding to the microlens bottom surface dimension. Then, if a plurality of types of D are set according to the desired radius of curvature and a photomask having a desired arrangement is produced, a plurality of types of curvature radii can be obtained by one-time photoresist coating, exposure, development, and thermal melting. A microlens array can be formed. In the illustrated example, the X-axis direction and the Y-axis direction have the same dimensions, but the present invention is not limited to this. For example, in a digital camera application, many microlenses having the same dimensions in the X-axis direction and the Y-axis direction are used. However, in video camera applications, the dimensions in the X-axis direction and Y-axis direction may be different. In addition, the above-mentioned bottom octagonal microlens is strictly different in the cross-sectional shape between the direction connecting the opposing vertices of the octagon and the direction connecting the midpoints of the opposing sides. It is substantially equivalent and can be regarded as a spherical lens having a substantially circular bottom surface. In the following description, a case where the bottom surface shape of the microlens is rectangular is also shown. In this case, if the rectangle is a square, the cross-sectional shape of the microlens in the direction connecting the midpoints of the opposite sides of the square and the cross-sectional shape of the microlens in the diagonal direction of the square are different and have different curvatures. In such a case, the curvature based on the cross-sectional shape in the direction connecting the midpoints of the opposing sides will be discussed.

次に、マイクロレンズの底面積の大きさを一定としながら曲率半径の異なるマイクロレンズを形成する場合について説明する。この場合は、曲率半径を変化させるために、マイクロレンズの高さを変化させることとなり、上記のような、フォトレジストを露光、現像後、熱溶融して凸レンズ状に成形する通常のマイクロレンズ形成方法を用いることはできない。このため、露光波長では解像しないような微細なドットパターンで階調を表現したフォトマスクを用いてフォトレジストを露光、現像する方法を用いる。図3は、このようなドットパターンの一例を示す図であり、1画素分の領域上に表現された20個×20個のドットを有している。この例では、黒い部分が遮光部であり、白い部分が光透過部であり、このようなドットパターンを所望の曲率半径にあわせて複数種類設計し、所望の配置を行ったフォトマスクを作製すれば、1回のフォトレジスト塗布、露光、現像にて複数種類の曲率半径を有するマイクロレンズアレイを形成することができる。このように形成したマイクロレンズは、隣接するマイクロレンズとの間で底面にて連続している部位がある(隙間がない)が、底面矩形のマイクロレンズが連続して配置されているものと見なせる。   Next, a case where microlenses having different radii of curvature are formed while keeping the size of the bottom area of the microlens constant will be described. In this case, in order to change the radius of curvature, the height of the microlens is changed. As described above, after the photoresist is exposed and developed, it is melted by heat and formed into a convex lens shape. The method cannot be used. For this reason, a method is used in which a photoresist is exposed and developed using a photomask in which gradation is expressed by a fine dot pattern that does not resolve at the exposure wavelength. FIG. 3 is a diagram showing an example of such a dot pattern, which has 20 × 20 dots expressed on an area for one pixel. In this example, the black part is a light-shielding part and the white part is a light transmission part. A plurality of types of dot patterns are designed according to a desired radius of curvature, and a photomask having a desired arrangement is produced. For example, a microlens array having a plurality of types of curvature radii can be formed by a single photoresist coating, exposure, and development. Although the microlenses formed in this way have a portion that is continuous on the bottom surface between adjacent microlenses (there is no gap), it can be considered that the bottom-side rectangular microlenses are continuously arranged. .

本発明の固体撮像素子1は、有効撮像領域を中心から周辺に向って複数の部分領域に分割し、個々の部分領域内には曲率半径が同じマイクロレンズを配置し、マイクロレンズの曲率半径が異なる部分領域が隣接する境界部には、隣接する部分領域における各々の曲率半径のマイクロレンズが混在している中間帯状部を設けたものである。また、隣接するマイクロレンズの曲率半径の差を10%以下、好ましくは5%以下とするものである。曲率半径の差が10%を超えると、以下に説明するように、画素間の感度差が10%を超えることとなり、感度バラツキが大きくなって好ましくない。   The solid-state imaging device 1 of the present invention divides an effective imaging region into a plurality of partial regions from the center toward the periphery, and microlenses having the same curvature radius are arranged in each partial region, and the curvature radius of the microlens is An intermediate band portion in which microlenses having respective radii of curvature in adjacent partial regions are mixed is provided at a boundary portion where different partial regions are adjacent to each other. Further, the difference in curvature radius between adjacent microlenses is set to 10% or less, preferably 5% or less. If the difference in the radius of curvature exceeds 10%, the sensitivity difference between the pixels exceeds 10% as described below, which is not preferable because the sensitivity variation increases.

ここで、マイクロレンズの曲率半径を変えた時の感度差について説明する。図22は、曲率半径と感度との関係を説明するための図である。図22では、主光線入射角(CRA(Chief Ray Angle))が0°のとき、すなわち、有効撮像領域の中央部にて受光部表面に焦点を合わせるようにマイクロレンズの曲率半径を調整した状態を曲率半径100%としている。図22に示されるように、主光線入射角が0°の場合、曲率半径を±20%変化させると感度は低下し、曲率半径変化10%あたり感度は10%を超えて低下する場合がある。しかし、受光部位置が有効撮像領域中央部から離れるにしたがって主光線入射角は増大し、主光線入射角が10°、20°の場合では、曲率半径100%に対し、曲率半径110%、120%においては、感度は逆に増大している例が見られる。すなわち、主光線入射角20°において、曲率半径110%のマイクロレンズは曲率半径100%に対して約10%の感度改善効果がある。また、主光線入射角10°において、曲率半径110%のマイクロレンズは曲率半径100%に対して約2%の感度改善効果がある。一方、曲率半径を大きくすることにより焦点位置は受光部よりも奥側となるので、当然ピンボケとなる。しかし、主光線入射角が大きい場合、曲率半径100%を維持しても生じるコマ収差の影響による集光状態の劣化に比較して、焦点位置は奥側にずれるものの、曲率半径を大きくした方が集光状態は良好になると考えられる。したがって、有効撮像領域周辺には、中央部に比して曲率半径の大きいマイクロレンズを配置するのがシェーディング対策として有効である。また、シェーディング改善は、特に有効撮像領域周辺の主光線入射角の大きい領域に対して行うことに意味があるから、主光線入射角0°付近で10%の曲率半径変化に伴なう感度差が10%を超えるものであっても、主光線入射角の大きい領域で10%の曲率半径変化に伴なう感度差が10%以下であれば、このような主光線入射角の大きい領域で曲率半径の差が10%であるマイクロレンズが混在することは許容できる。そして、感度差は5%以下であることが好ましいので、隣接するマイクロレンズの曲率半径の差としては、5%以下であることがより好ましい。   Here, the difference in sensitivity when the radius of curvature of the microlens is changed will be described. FIG. 22 is a diagram for explaining the relationship between the radius of curvature and sensitivity. In FIG. 22, when the chief ray incident angle (CRA (Chief Ray Angle)) is 0 °, that is, the curvature radius of the microlens is adjusted so as to focus on the surface of the light receiving unit at the center of the effective imaging region. Is a curvature radius of 100%. As shown in FIG. 22, when the chief ray incident angle is 0 °, the sensitivity decreases when the curvature radius is changed by ± 20%, and the sensitivity may decrease by more than 10% per 10% of the curvature radius change. . However, the chief ray incident angle increases as the position of the light receiving part moves away from the central portion of the effective imaging region, and when the chief ray incident angle is 10 ° or 20 °, the radius of curvature is 110% or 120% with respect to the radius of curvature of 100%. In%, there is an example in which the sensitivity increases conversely. That is, at a principal ray incident angle of 20 °, a microlens with a curvature radius of 110% has a sensitivity improvement effect of about 10% with respect to a curvature radius of 100%. In addition, at a chief ray incident angle of 10 °, a microlens having a curvature radius of 110% has a sensitivity improvement effect of about 2% with respect to a curvature radius of 100%. On the other hand, by increasing the radius of curvature, the focal position becomes deeper than the light receiving portion, so it naturally becomes out of focus. However, when the chief ray incident angle is large, the focal position shifts to the back side, but the radius of curvature is increased compared to the deterioration of the focusing state due to the effect of coma aberration that occurs even when the radius of curvature of 100% is maintained. However, the condensing state is considered to be good. Therefore, it is effective as a countermeasure against shading to arrange a microlens having a larger radius of curvature than the central portion around the effective imaging region. Further, since it is meaningful to improve the shading particularly in an area where the chief ray incident angle is large around the effective imaging region, the sensitivity difference due to a 10% change in the radius of curvature near the chief ray incident angle of 0 °. If the sensitivity difference accompanying a change in the radius of curvature of 10% is 10% or less even in a region where the chief ray incident angle is large, the region where the chief ray incident angle is large is It is permissible to mix microlenses having a difference in curvature radius of 10%. Since the difference in sensitivity is preferably 5% or less, the difference in the radius of curvature between adjacent microlenses is more preferably 5% or less.

上記の本発明の固体撮像素子を、図19に示されるようなカメラレンズ特性に起因して生じるシェーディングに対して、図20に示す補正曲線のようにマイクロレンズの曲率半径を変化させる場合を例として説明する。この場合、図4に示すように、有効撮像領域のX軸方向を(1)〜(9)の9個の部分領域に分割し、図4に実線で示されるように、各部分領域内では曲率半径が同じマイクロレンズが配置されている。そして、部分領域が隣接する境界部には、隣接する部分領域における各々の曲率半径のマイクロレンズが混在する中間帯状部を設ける。
尚、部分領域の大きさは適宜設定することができ、例えば、幅を100〜10,000μmの範囲、あるいは、幅方向の画素数を50〜2,000個の範囲となるように設定することができる。
In the solid-state imaging device of the present invention described above, an example in which the radius of curvature of the microlens is changed as shown in the correction curve shown in FIG. 20 with respect to shading caused by the camera lens characteristics as shown in FIG. Will be described. In this case, as shown in FIG. 4, the X-axis direction of the effective imaging region is divided into nine partial regions (1) to (9), and within each partial region, as shown by the solid line in FIG. Microlenses with the same curvature radius are arranged. Then, an intermediate band portion in which microlenses having respective radii of curvature in the adjacent partial regions are mixed is provided at the boundary portion where the partial regions are adjacent.
The size of the partial region can be set as appropriate. For example, the width can be set in a range of 100 to 10,000 μm, or the number of pixels in the width direction can be set in a range of 50 to 2,000. Can do.

上記の中間帯状部での曲率半径が異なるマイクロレンズの混在比率は、例えば、1:1とした場合には、図4に実線で示されるように、隣接する部分領域の中間的な曲率半径をもつマイクロレンズが配設された状態が中間帯状部に出現する。これにより、9個の部分領域における階段状変化は細分化され、部分領域間の境界線上に微妙に感度の異なる受光部が形成されることが防止され、線状の感度ムラ等の欠陥を防止することができる。
また、中間帯状部における曲率半径が異なるマイクロレンズの混在比率を連続的に、すなわち、1:0〜0:1に変化させた場合には、図3に鎖線で示されるように、マイクロレンズの平均的曲率半径の変化を更にスムースなものとすることができる。
尚、中間帯状部の幅は適宜設定することができ、例えば、部分領域の幅の1〜50%の範囲で、あるいは、20〜5,000μmの範囲で設定することができる。
また、本発明の固体撮像素子1は、有効撮像領域は中心から周辺に向って複数の部分領域に分割され、これらの複数の部分領域には、曲率半径の異なるマイクロレンズが混在しているような部分領域を存在させたものとし、隣接するマイクロレンズの曲率半径の差を10%以下、好ましくは5%以下としたものである。この曲率半径の差が10%を超えると、画素間の感度差が10%を超えることとなり、感度バラツキが大きくなって好ましくない。
For example, when the mixing ratio of the micro lenses having different curvature radii in the intermediate band portion is 1: 1, the intermediate curvature radii of adjacent partial regions are set as shown by a solid line in FIG. A state in which the microlens is provided appears in the intermediate band portion. As a result, the step-like changes in the nine partial areas are subdivided, and it is possible to prevent the light receiving portions having slightly different sensitivities on the boundary lines between the partial areas, and to prevent defects such as linear sensitivity unevenness. can do.
Further, when the mixing ratio of the microlenses having different curvature radii in the intermediate band portion is changed continuously, that is, from 1: 0 to 0: 1, as shown by a chain line in FIG. The change in average curvature radius can be made smoother.
The width of the intermediate strip portion can be set as appropriate. For example, it can be set in the range of 1 to 50% of the width of the partial region, or in the range of 20 to 5,000 μm.
In the solid-state imaging device 1 of the present invention, the effective imaging region is divided into a plurality of partial regions from the center toward the periphery, and microlenses having different curvature radii are mixed in the plurality of partial regions. The difference in the radius of curvature of adjacent microlenses is 10% or less, preferably 5% or less. If the difference in radius of curvature exceeds 10%, the difference in sensitivity between pixels exceeds 10%, which is not preferable because sensitivity variation increases.

このような本発明の固体撮像素子について、図19に示されるようなカメラレンズ特性に起因して生じるシェーディングに対して、図20に示す補正曲線のようにマイクロレンズの曲率半径を変化させる場合を例として説明する。この場合、図5に示すように、有効撮像領域のX軸方向を(1)〜(9)の9個の部分領域に分割する。そして、この図5から、部分領域(1)では、部分領域(1)を示す左側鎖線と曲率半径の補正曲線の交点aでの曲率半径を108%、右側鎖線と曲率半径の補正曲線の交点bでの曲率半径を106%とし、以下、部分領域(2)では、部分領域(2)を示す右側鎖線と曲率半径の補正曲線の交点cでの曲率半径を104%とし、部分領域(3)では、部分領域(3)を示す右側鎖線と曲率半径の補正曲線の交点dでの曲率半径を102%とし、部分領域(4)では、部分領域(4)を示す右側鎖線と曲率半径の補正曲線の交点eでの曲率半径を100%とし、部分領域(5)では曲率半径を一律100%とする。さらに、部分領域(6)では、部分領域(6)を示す左側鎖線と曲率半径の補正曲線の交点fでの曲率半径を101%とし、部分領域(7)では、部分領域(7)を示す左側鎖線と曲率半径の補正曲線の交点gでの曲率半径を104%とし、部分領域(8)では、部分領域(8)を示す左側鎖線と曲率半径の補正曲線の交点hでの曲率半径を106%とし、部分領域(9)では、部分領域(9)を示す左側鎖線と曲率半径の補正曲線の交点iでの曲率半径を108%とし、右側鎖線と曲率半径の補正曲線の交点jでの曲率半径を110%とする。尚、本発明では、有効撮像領域の中心からX軸両方向、あるいはY軸両方向への部分領域の数は、等しくてもよく、また、異なるものであってもよい。   In such a solid-state imaging device of the present invention, a case where the radius of curvature of the microlens is changed as shown in a correction curve shown in FIG. 20 with respect to shading caused by camera lens characteristics as shown in FIG. This will be described as an example. In this case, as shown in FIG. 5, the X-axis direction of the effective imaging region is divided into nine partial regions (1) to (9). From FIG. 5, in the partial region (1), the curvature radius at the intersection point a between the left chain line and the curvature radius correction curve indicating the partial region (1) is 108%, and the right chain line and the curvature radius correction curve intersection point. The curvature radius at b is 106%, and in the partial area (2), the curvature radius at the intersection c of the right chain line indicating the partial area (2) and the curvature correction curve is 104%, and the partial area (3 ), The curvature radius at the intersection d of the right chain line indicating the partial region (3) and the curvature correction curve is 102%. In the partial region (4), the right chain line indicating the partial region (4) and the curvature radius The radius of curvature at the intersection e of the correction curve is 100%, and the radius of curvature is uniformly 100% in the partial region (5). Furthermore, in the partial area (6), the curvature radius at the intersection f of the left chain line indicating the partial area (6) and the curvature radius correction curve is 101%, and the partial area (7) indicates the partial area (7). The curvature radius at the intersection point g between the left chain line and the curvature radius correction curve is 104%, and in the partial region (8), the curvature radius at the intersection point h between the left chain line and the curvature radius correction curve indicating the partial region (8) is 106%, and in the partial region (9), the curvature radius at the intersection point i between the left chain line and the curvature radius correction curve indicating the partial region (9) is 108%, and at the intersection point j between the right chain line and the curvature radius correction curve. Let the curvature radius of be 110%. In the present invention, the number of partial areas from the center of the effective imaging area in both the X-axis direction and the Y-axis direction may be the same or different.

そして、曲率が最も強い状態、すなわち、最小曲率半径100%の場合を、マイクロレンズの底面寸法1.6μm×1.6μmの矩形とし、マイクロレンズの高さを一律0.3μmとして、マイクロレンズの底面寸法を変えて曲率半径を変化させるとすると、部分領域(1)では1.671μm×1.671μmと1.654μm×1.654μmの2種の底面寸法のマイクロレンズを混在させて配置することになる。そして、部分領域(1)の左側鎖線では1.671μm×1.671μmのマイクロレンズの混在比率を100%とし、右側(有効撮像領域の中心方向)へ向って1.654μm×1.654μmのマイクロレンズの混在比率を徐々に高め、部分領域(1)の右側鎖線では1.654μm×1.654μmのマイクロレンズの混在比率を100%とする。また、これら2種類のマイクロレンズの配置は、混在比率に留意しつつランダムに配置してもよい。以下、部分領域(2)では1.654μm×1.654μmと1.636μm×1.636μmの2種の底面寸法のマイクロレンズ、部分領域(3)では1.636μm×1.636μmと1.618μm×1.618μmの2種の底面寸法のマイクロレンズ、部分領域(4)では1.618μm×1.618μmと1.6μm×1.6μmの2種の底面寸法のマイクロレンズ、部分領域(5)では1.6μm×1.6μmの1種の底面寸法のマイクロレンズ、部分領域(6)では1.6μm×1.6μmと1.636μm×1.636μmの2種の底面寸法のマイクロレンズ、部分領域(7)では1.636μm×1.636μmと1.654μm×1.654μmの2種の底面寸法のマイクロレンズ、部分領域(8)では1.654μm×1.654μmと1.671μm×1.671μmの2種の底面寸法のマイクロレンズ、部分領域(9)では1.671μm×1.671μmと1.689μm×1.689μmの2種の底寸法のマイクロレンズを、部分領域(1)と同様に混在させて配置する。   Then, when the curvature is the strongest, that is, when the minimum curvature radius is 100%, the bottom of the microlens is a rectangle of 1.6 μm × 1.6 μm, and the height of the microlens is uniformly 0.3 μm. If the radius of curvature is changed by changing the bottom surface dimension, in the partial region (1), microlenses having two types of bottom surface dimensions of 1.671 μm × 1.671 μm and 1.654 μm × 1.654 μm are mixed and arranged. become. In the left-side chain line of the partial area (1), the mixing ratio of 1.671 μm × 1.671 μm microlenses is 100%, and the microlens of 1.654 μm × 1.654 μm is directed to the right side (center direction of the effective imaging region). The lens mixing ratio is gradually increased, and the mixing ratio of the 1.654 μm × 1.654 μm microlens is set to 100% in the right chain line of the partial region (1). Further, these two types of microlenses may be arranged at random while paying attention to the mixing ratio. Hereinafter, in the partial region (2), micro lenses having two kinds of bottom dimensions of 1.654 μm × 1.654 μm and 1.636 μm × 1.636 μm, and in the partial region (3), 1.636 μm × 1.636 μm and 1.618 μm. X1.618 μm two bottom dimension microlenses, partial area (4) 1.618 μm × 1.618 μm and 1.6 μm × 1.6 μm two bottom dimension microlenses, partial area (5) Is a microlens with one bottom dimension of 1.6 μm × 1.6 μm, and a microlens with two bottom dimensions of 1.6 μm × 1.6 μm and 1.636 μm × 1.636 μm in the partial region (6), part In the region (7), microlenses having two bottom dimensions of 1.636 μm × 1.636 μm and 1.654 μm × 1.654 μm, and in the partial region (8), 1.654 μm × 1.654 μm and 1.6 Microlenses with two types of bottom dimensions of 1 μm × 1.671 μm, and microlenses with two types of bottom dimensions of 1.671 μm × 1.671 μm and 1.687 μm × 1.689 μm in the partial region (9) Similar to 1), they are mixed and arranged.

これにより、ほぼ連続的に図20に示す曲率半径の補正曲線に準じた曲率半径の変化、すなわち、部分領域毎のマイクロレンズの平均的曲率半径が、有効撮像領域の中心から周辺に向って大きくなるような変化が、図6に実線で示すように実現可能となる(図6の鎖線は図20の曲率半径の補正曲線と同じ)。このとき、5倍体マスクの製造時の電子線描画グリッドは5nmであるので、電子線描画が可能であり、かつ、本来マスク描画に乗らない1nm未満の曲率半径の変化を表現できる。
ここで、本発明における平均的曲率半径とは、ある画素に着目した際の、その画素を含む近傍の連続した画素の集合でのマイクロレンズの曲率半径の平均値である。
また、上記説明では、マイクロレンズの高さを一律として、マイクロレンズの底面寸法を変えて曲率半径を変化させているが、上述のように、マイクロレンズの底面積の大きさを一定としながら曲率半径の異なるマイクロレンズを形成してもよいことは勿論である。以下の実施形態の説明においても同様である。
As a result, the change in the radius of curvature according to the curvature radius correction curve shown in FIG. 20 almost continuously, that is, the average radius of curvature of the microlens for each partial region increases from the center to the periphery of the effective imaging region. Such a change can be realized as shown by a solid line in FIG. 6 (the chain line in FIG. 6 is the same as the curve for correcting the radius of curvature in FIG. 20). At this time, since the electron beam drawing grid at the time of manufacturing the haploid mask is 5 nm, electron beam drawing is possible, and a change in the radius of curvature of less than 1 nm, which is not originally on the mask drawing, can be expressed.
Here, the average radius of curvature in the present invention is an average value of the radius of curvature of a microlens in a set of adjacent pixels including a pixel when attention is paid to a pixel.
In the above description, the curvature radius is changed by changing the bottom surface dimension of the microlens with the height of the microlens being uniform, but as described above, the curvature is kept constant while keeping the size of the bottom area of the microlens constant. Of course, microlenses having different radii may be formed. The same applies to the description of the following embodiments.

次に、本発明の固体撮像素子について実施形態を挙げて説明する。
(第1の実施形態)
図7は、本発明の固体撮像素子の一実施形態におけるマイクロレンズの配置を説明するための図である。本実施形態の固体撮像素子は、有効撮像領域を中心から周辺に向って複数の部分領域に分割し、個々の部分領域内には曲率半径が同じマイクロレンズを配置し、マイクロレンズの曲率半径が異なる部分領域が隣接する境界部には、隣接する部分領域における各々の曲率半径のマイクロレンズが混在している中間帯状部を設け、さらに、隣接するマイクロレンズの曲率半径の差を10%以下、好ましくは5%以下としたものである。すなわち、図7に示されるように、複数のマイクロレンズから構成されるマイクロレンズアレイにおいて、有効撮像領域が中心(0,0)から周辺に向ってX軸方向に3分割、Y軸方向に3分割され、モザイク状に(1)〜(9)までの9種の部分領域に分割されている。そして、隣接する部分領域には鎖線で示すような中間帯状部が設定されている。
Next, the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to embodiments.
(First embodiment)
FIG. 7 is a diagram for explaining the arrangement of microlenses in an embodiment of the solid-state imaging device of the present invention. The solid-state imaging device of this embodiment divides an effective imaging region into a plurality of partial regions from the center toward the periphery, and microlenses having the same curvature radius are arranged in each partial region, and the curvature radius of the microlens is In the boundary part where different partial areas are adjacent, an intermediate band-like part in which microlenses of respective curvature radii in the adjacent partial areas are mixed is provided, and further, the difference in curvature radius between adjacent microlenses is 10% or less, Preferably it is 5% or less. That is, as shown in FIG. 7, in a microlens array composed of a plurality of microlenses, the effective imaging area is divided into three in the X-axis direction from the center (0, 0) to the periphery, and three in the Y-axis direction. It is divided into nine types of partial areas (1) to (9) in a mosaic shape. Then, an intermediate band-like portion as shown by a chain line is set in the adjacent partial region.

ここでは、上記の(1)〜(9)までの各部分領域におけるマイクロレンズの曲率半径を、マイクロレンズの底面寸法を変えて変化させることを想定する。有効撮像領域の中心に位置する部分領域(1)におけるマイクロレンズの曲率半径を最小とし、このマイクロレンズの底面寸法を1.6μm×1.6μmの矩形とし、マイクロレンズの高さを一律0.3μmとして、マイクロレンズの底面寸法を変えることにより曲率半径を変化させる場合、下記の表1のように各部分領域に所望の底面寸法のマイクロレンズを配置することができる。ここで、X軸方向、Y軸方向の寸法をそれぞれ変えている箇所があるのは次のような意味合いである。X軸に近い領域(例えば、部分領域(2)、(3))では、入射光の主光線入射角は専らX軸方向のみを考慮すればよいから、マイクロレンズの底面寸法もX軸方向のみを変化させて、マイクロレンズのX軸方向の断面形状を変化させている。また、Y軸に近い領域(例えば、部分領域(4)、(7))では、入射光の主光線入射角はY軸方向のみを考慮して、マイクロレンズの底面寸法もY軸方向のみを変化させて、マイクロレンズのY軸方向の断面形状を変化させている。一方、X軸、Y軸の双方から遠い領域(部分領域(5)、(9)、あるいは部分領域(6)、(8))では、X軸方向とY軸方向の両方の主光線入射角を考慮して、マイクロレンズのX軸方向とY軸方向の断面形状を変化させている。   Here, it is assumed that the curvature radius of the microlens in each of the partial areas (1) to (9) is changed by changing the bottom surface dimension of the microlens. The radius of curvature of the microlens in the partial area (1) located at the center of the effective imaging area is minimized, the bottom dimension of the microlens is a rectangle of 1.6 μm × 1.6 μm, and the height of the microlens is uniformly 0. When the curvature radius is changed by changing the bottom surface dimension of the microlens to 3 μm, a microlens having a desired bottom surface dimension can be arranged in each partial region as shown in Table 1 below. Here, the fact that there are places where the dimensions in the X-axis direction and the Y-axis direction are changed has the following implications. In the region close to the X axis (for example, the partial regions (2) and (3)), the principal ray incident angle of incident light only needs to be considered in the X axis direction, and therefore the bottom dimension of the microlens is only in the X axis direction. Is changed to change the cross-sectional shape of the microlens in the X-axis direction. In a region close to the Y axis (for example, the partial regions (4) and (7)), the principal ray incident angle of incident light is considered only in the Y axis direction, and the bottom surface dimension of the microlens is only in the Y axis direction. By changing, the cross-sectional shape of the microlens in the Y-axis direction is changed. On the other hand, in regions far from both the X axis and the Y axis (partial regions (5) and (9), or partial regions (6) and (8)), the chief ray incident angles in both the X axis direction and the Y axis direction are used. In consideration of the above, the cross-sectional shape of the microlens in the X-axis direction and the Y-axis direction is changed.

Figure 0004941233
Figure 0004941233

これにより、曲率半径を1.217μmから1.338μm(100%から110%)までほぼ連続的に変化させてマイクロレンズを配置することができる。
図8は図7において円で囲んだ部分領域(1)、(2)、(4)、(5)の拡大図であり、隣接する部分領域に設定される中間帯状部は鎖線で囲まれた領域であり、斜線を付して示している。この図8のY軸方向では、部分領域(1)と部分領域(4)の境界の中間帯状部に、1.6μm×1.6μmと1.6μm×1.645μmの底面寸法のマイクロレンズが混在して配置される。このような2種のマイクロレンズの混在比率は、例えば、1.6μm×1.6μmと1.6μm×1.645μmとが交互となるような1:1とすることができる。また、2種のマイクロレンズの混在比率を1:0〜0:1の範囲内で連続的に変化させてもよい。例えば、部分領域(1)側では1.6μm×1.6μmのマイクロレンズが2/3、1.6μm×1.645μmのマイクロレンズが1/3の比率で混在し、部分領域(4)側では1.6μm×1.6μmのマイクロレンズが1/3、1.6μm×1.645μmのマイクロレンズが2/3の比率で混在するように連続的に変化させることにより、部分領域(1)と部分領域(4)の境界部付近でのスムースな平均的曲率半径の変化が可能となる。さらに、部分領域(1)側では1.6μm×1.6μmのマイクロレンズの比率をほぼ100%とし、部分領域(4)に向うにつれて1.6μm×1.645μmのマイクロレンズの比率を高め、部分領域(4)側では1.6μm×1.645μmのマイクロレンズがほぼ100%となるように混在させることにより、部分領域(1)と部分領域(4)の境界部付近でのマイクロレンズの平均的曲率半径の変化が更にスムースなものとなる。
As a result, the microlens can be arranged with the curvature radius being changed substantially continuously from 1.217 μm to 1.338 μm (100% to 110%).
FIG. 8 is an enlarged view of the partial areas (1), (2), (4), and (5) surrounded by a circle in FIG. 7, and the intermediate band portion set in the adjacent partial area is surrounded by a chain line. This is an area and is shown with hatching. In the Y-axis direction of FIG. 8, microlenses having bottom surface dimensions of 1.6 μm × 1.6 μm and 1.6 μm × 1.645 μm are formed in an intermediate band-like portion at the boundary between the partial region (1) and the partial region (4). Arranged together. The mixing ratio of the two types of microlenses can be 1: 1 such that 1.6 μm × 1.6 μm and 1.6 μm × 1.645 μm alternate. Further, the mixing ratio of the two types of microlenses may be continuously changed within a range of 1: 0 to 0: 1. For example, on the partial region (1) side, 1.6 μm × 1.6 μm microlenses are mixed in a ratio of 2/3 and 1.6 μm × 1.645 μm microlenses at a ratio of 1/3, and the partial region (4) side Then, by continuously changing so that the microlenses of 1.6 μm × 1.6 μm are mixed at a ratio of 1/3 and the microlenses of 1.6 μm × 1.645 μm are 2/3, the partial region (1) And a smooth average curvature radius change in the vicinity of the boundary between the partial regions (4). Furthermore, the ratio of the microlens of 1.6 μm × 1.6 μm is almost 100% on the partial area (1) side, and the ratio of the microlens of 1.6 μm × 1.645 μm is increased toward the partial area (4), On the partial area (4) side, microlenses of 1.6 μm × 1.645 μm are mixed so as to be almost 100%, so that the microlens near the boundary between the partial area (1) and the partial area (4) The change in average radius of curvature is smoother.

また、同様に、Y軸方向の部分領域(2)と部分領域(5)の境界の中間帯状部には、1.645μm×1.6μmと1.645μm×1.645μmの底面積のマイクロレンズが混在して配置される。
一方、図8のX軸方向についても同様に、部分領域(1)と部分領域(2)の境界の中間帯状部には、1.6μm×1.6μmと1.645μm×1.6μmの底面積のマイクロレンズが混在して配置され、また、部分領域(4)と部分領域(5)の境界の中間帯状部には、1.6μm×1.645μmと1.645μm×1.645μmの底面積のマイクロレンズが混在して配置される。このような2種のマイクロレンズの混在比率は、上述のY軸方向の中間帯状部と同様とすることができる。
Similarly, microlenses having bottom areas of 1.645 μm × 1.6 μm and 1.645 μm × 1.645 μm are provided in the middle band-like portion at the boundary between the partial region (2) and the partial region (5) in the Y-axis direction. Are mixed and arranged.
On the other hand, in the X-axis direction of FIG. 8 as well, the bottoms of 1.6 μm × 1.6 μm and 1.645 μm × 1.6 μm are formed on the intermediate band-shaped portion at the boundary between the partial region (1) and the partial region (2). The microlenses of the area are mixedly arranged, and the bottoms of 1.6 μm × 1.645 μm and 1.645 μm × 1.645 μm are formed in the middle strip portion at the boundary between the partial region (4) and the partial region (5). Microlenses of area are mixed and arranged. The mixing ratio of the two types of microlenses can be the same as that of the intermediate band-shaped portion in the Y-axis direction described above.

また、中間帯状部が交差する部分については、例えば、図9(A)に示すように、隣接する中間帯状部の境界を交差中心の向けて斜め方向に設けることもでき、また、図9(B)に示すように、交差する部分(斜線を付した部分)に隣接する4つの部分領域(1)、(2)、(4)、(5)に配置されるマイクロレンズの全て種類を混在して配置してもよい。この場合、混在比率は、交差する部分の左下側から右上側に向って(図9(B)に矢印で示す方向)、その部分周辺での平均的底面寸法が連続的に大きくなる(曲率半径が連続的に大きくなる)ように配置してもよく、また、4種の底面寸法のマイクロレンズをランダムに配置して、交差する部分での混在比率を均等にしてもよい。   In addition, as for the portion where the intermediate band portions intersect, for example, as shown in FIG. 9A, the boundary of the adjacent intermediate band portions can be provided in an oblique direction toward the intersection center. As shown in B), all types of microlenses arranged in the four partial areas (1), (2), (4), and (5) adjacent to the intersecting portion (hatched portion) are mixed. May be arranged. In this case, the mixture ratio increases from the lower left side to the upper right side of the intersecting portion (the direction indicated by the arrow in FIG. 9B), and the average bottom surface dimension around the portion continuously increases (curvature radius). May be arranged so as to be continuously increased), or microlenses having four types of bottom surface dimensions may be randomly arranged, so that the mixing ratio at the intersecting portions may be equalized.

(第2の実施形態)
上述の第1の実施形態では、有効撮像領域をX軸方向、Y軸方向に分割してモザイク状に部分領域を設定しているが、有効撮像領域を中心に同心の環状領域に分割して部分領域としてもよい。図10はこのような実施形態を示す図であり、(0,0)点は有効撮像領域の中心点を示し、有効撮像領域はこの中心点を中心とする同心の環状領域に分割されて4つの部分領域(1)〜(4)が画定されている。また、隣接する部分領域には鎖線で示すような中間帯状部が設定されている。そして、部分領域(1)には、曲率半径が最も小さいマイクロレンズL1を配置し、部分領域(2)には、曲率半径が2番目に小さいマイクロレンズL2を配置し、部分領域(3)には、曲率半径が3番目に小さいマイクロレンズL3を配置し、部分領域(4)には、曲率半径が最も大きいマイクロレンズL4を配置する。例えば、画素ピッチを2μmとし、曲率半径が最も小さいマイクロレンズL1を、高さ0.565μm、曲率半径1.944μmとすると、この曲率半径1.944μmの103%の曲率半径は2.003μmとなり、このマイクロレンズL2の高さは0.545μmとなる。また、最小の曲率半径1.944μmの106%の曲率半径は2.061μmとなり、このマイクロレンズL3の高さは0.527μmとなり、さらに、最小の曲率半径1.944μmの110%の曲率半径は2.139μmとなり、このマイクロレンズL4の高さは0.504μmとなる。そして、部分領域(1)には、曲率半径が最も小さいマイクロレンズL1として曲率半径1.944μmのマイクロレンズを配置し、以下、マイクロレンズL2として曲率半径2.003μm、マイクロレンズL3として曲率半径2.061μm、マイクロレンズL4として曲率半径2.139μmのマイクロレンズが部分領域(2)、(3)、(4)に配置される。
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, the effective imaging area is divided in the X-axis direction and the Y-axis direction to set the partial areas in a mosaic shape. However, the effective imaging area is divided into concentric annular areas around the effective imaging area. It may be a partial area. FIG. 10 is a diagram showing such an embodiment, where the (0, 0) point indicates the center point of the effective imaging area, and the effective imaging area is divided into 4 concentric annular areas centered on this center point. Two partial regions (1) to (4) are defined. Further, an intermediate band-like portion as shown by a chain line is set in the adjacent partial region. Then, the microlens L1 having the smallest curvature radius is arranged in the partial region (1), the microlens L2 having the second smallest curvature radius is arranged in the partial region (2), and the partial region (3) is arranged. Arranges the micro lens L3 with the third smallest radius of curvature, and arranges the micro lens L4 with the largest radius of curvature in the partial region (4). For example, when the pixel pitch is 2 μm, the microlens L1 having the smallest curvature radius is 0.565 μm in height and the curvature radius is 1.944 μm, the curvature radius of 103% of the curvature radius of 1.944 μm is 2.003 μm, The height of the micro lens L2 is 0.545 μm. Further, the curvature radius of 106% of the minimum curvature radius of 1.944 μm is 2.061 μm, the height of the micro lens L3 is 0.527 μm, and the curvature radius of 110% of the minimum curvature radius of 1.944 μm is The height of the microlens L4 is 0.504 μm. In the partial region (1), a microlens having a curvature radius of 1.944 μm is disposed as the microlens L1 having the smallest curvature radius. Hereinafter, the curvature radius of 2.003 μm is set as the microlens L2, and the curvature radius of 2 is set as the microlens L3. A micro lens having a radius of curvature of 2.139 μm is arranged in the partial areas (2), (3), and (4) as the .061 μm micro lens L4.

そして、中間帯状部には、隣接する部分領域における各々の曲率半径のマイクロレンズが混在している。例えば、部分領域(2)と部分領域(3)の中間帯状部では、マイクロレンズL2とマイクロレンズL3とが混在する。この混在比率は、例えば、例えば、マイクロレンズL2とマイクロレンズL3とが交互となるような1:1とすることができる。また、2種のマイクロレンズの混在比率を1:0〜0:1の範囲内で連続的に変化させてもよい。例えば、部分領域(2)側ではマイクロレンズL2が2/3、マイクロレンズL3が1/3の比率で混在し、部分領域(3)側ではマイクロレンズL2が1/3、マイクロレンズL3が2/3の比率で混在するように連続的に変化させることにより、部分領域(2)と部分領域(3)の境界部付近でのスムースな平均的曲率半径の変化が可能となる。さらに、部分領域(2)側ではマイクロレンズL2の比率をほぼ100%とし、部分領域(3)に向うにつれてマイクロレンズL3の比率を高め、部分領域(3)側ではマイクロレンズL3がほぼ100%となるように混在させることにより、部分領域(2)と部分領域(3)の境界部付近でのマイクロレンズの平均的曲率半径の変化が更にスムースなものとなる。   In the intermediate band portion, microlenses having respective radii of curvature in adjacent partial regions are mixed. For example, the micro lens L2 and the micro lens L3 are mixed in the intermediate band portion of the partial region (2) and the partial region (3). For example, the mixing ratio can be 1: 1 such that the microlens L2 and the microlens L3 are alternately arranged. Further, the mixing ratio of the two types of microlenses may be continuously changed within a range of 1: 0 to 0: 1. For example, on the partial area (2) side, the microlens L2 is mixed in a ratio of 2/3 and the microlens L3 is mixed in a ratio of 1/3, and on the partial area (3) side, the microlens L2 is 1/3 and the microlens L3 is 2 By continuously changing so as to be mixed at a ratio of / 3, it is possible to smoothly change the average radius of curvature near the boundary between the partial region (2) and the partial region (3). Furthermore, the ratio of the microlens L2 is set to approximately 100% on the partial region (2) side, and the ratio of the microlens L3 is increased toward the partial region (3), and the microlens L3 is approximately 100% on the partial region (3) side. By mixing in such a manner, the change in the average radius of curvature of the microlens near the boundary between the partial region (2) and the partial region (3) becomes smoother.

(第3の実施形態)
本実施形態の固体撮像素子は、有効撮像領域が中心から周辺に向って複数の部分領域に分割され、これらの複数の部分領域には、曲率半径の異なるマイクロレンズが混在しているような部分領域を存在させたものとし、隣接するマイクロレンズの曲率半径の差を10%以下、好ましくは5%以下としたものである。
図11は本実施形態の固体撮像素子のマイクロレンズ配置図である。図11において、(0,0)点は有効撮像領域の中心点を示し、図面が煩雑になるのを避けるために、中心点から右上の1/4の領域の30個×30個の画素のみを示している。図11に示される固体撮像素子では、X軸方向、Y軸方向とも5画素毎に部分領域に分割され、X軸方向では(X1)〜(X6)の6分割とされ、Y軸方向では(Y1)〜(Y6)の6分割とされ、1個の部分領域は5個×5個の画素からなっている。また、マイクロレンズは、曲率半径の小さいマイクロレンズL1(図では白で表示している)と、曲率半径の大きいマイクロレンズL2(図では斜線を付して表示している)の2種類で構成されている。そして、これらのマイクロレンズL1、L2が図11に示すように、1個の部分領域当たり25個の割合で、36個の部分領域に配置されている。また、図12は、図11において円で囲んだ箇所の2個のマイクロレンズL1、L2を示す図である。
(Third embodiment)
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the effective imaging region is divided into a plurality of partial regions from the center toward the periphery, and the plurality of partial regions are portions where microlenses having different curvature radii are mixed. It is assumed that there is a region, and the difference in radius of curvature between adjacent microlenses is 10% or less, preferably 5% or less.
FIG. 11 is a layout diagram of microlenses of the solid-state imaging device of the present embodiment. In FIG. 11, the (0, 0) point indicates the center point of the effective imaging region, and in order to avoid the complexity of the drawing, only 30 × 30 pixels in the upper right quarter region from the center point. Is shown. In the solid-state imaging device shown in FIG. 11, both the X-axis direction and the Y-axis direction are divided into partial regions every 5 pixels, the X-axis direction is divided into six (X1) to (X6), and the Y-axis direction ( Y1) to (Y6) are divided into six parts, and one partial region is composed of 5 × 5 pixels. The microlens is composed of two types, a microlens L1 having a small radius of curvature (shown in white in the figure) and a microlens L2 having a large radius of curvature (indicated by hatching in the figure). Has been. Then, as shown in FIG. 11, these microlenses L1 and L2 are arranged in 36 partial areas at a rate of 25 per partial area. FIG. 12 is a diagram showing the two microlenses L1 and L2 in a portion surrounded by a circle in FIG.

まず、X軸方向について説明する。部分領域(X1)内では、5個のマイクロレンズがすべて曲率半径の小さいマイクロレンズL1とされ、部分領域(X2)内では、曲率半径の大きいマイクロレンズL2が1個と、曲率半径の小さいマイクロレンズL1が4個が配置され、部分領域(X3)内では、曲率半径の大きいマイクロレンズL2が2個と、曲率半径の小さいマイクロレンズL1が3個が配置され、部分領域(X4)内では、曲率半径の大きいマイクロレンズL2が3個と、曲率半径の小さいマイクロレンズL1が2個が配置され、部分領域(X5)内では、曲率半径の大きいマイクロレンズL2が4個と、曲率半径の小さいマイクロレンズL1が1個が配置され、部分領域(X6)内では、5個のマイクロレンズがすべて曲率半径の大きいマイクロレンズL2とされている。また、Y軸方向においても、部分領域(Y1)から部分領域(Y6)方向に、上述の部分領域(X1)から部分領域(X6)方向への2種のマイクロレンズL1、L2の配置と同様の配置がなされる。   First, the X-axis direction will be described. In the partial region (X1), all the five microlenses are microlenses L1 having a small curvature radius, and in the partial region (X2), one microlens L2 having a large curvature radius is a microlens having a small curvature radius. Four lenses L1 are arranged, and in the partial region (X3), two microlenses L2 having a large curvature radius and three microlenses L1 having a small curvature radius are arranged, and in the partial region (X4). Three microlenses L2 having a large radius of curvature and two microlenses L1 having a small radius of curvature are arranged. In the partial region (X5), four microlenses L2 having a large radius of curvature have a radius of curvature. One small microlens L1 is arranged, and in the partial region (X6), all five microlenses are microlenses L2 having a large curvature radius. There. Also in the Y-axis direction, the arrangement is similar to the arrangement of the two types of microlenses L1 and L2 from the partial area (Y1) to the partial area (Y6) and from the partial area (X1) to the partial area (X6). Is made.

これにより、X軸方向に(X1)〜(X6)の6分割、Y軸方向に(Y1)〜(Y6)の6分割がなされて画定された各部分領域での曲率半径の大きいマイクロレンズL2の数は図13に示すようになる。したがって、曲率半径の小さいマイクロレンズL1と、曲率半径の大きいマイクロレンズL2とで構成された5画素×5画素の各部分領域内のマイクロレンズの平均的曲率半径は、30画素×30画素の領域内でほぼ連続的に変化しており、この30画素×30画素の領域を1つの部分領域と見なすこともできる。
上記の例で、例えば、曲率半径の小さいマイクロレンズL1の焦点距離が4μm、曲率半径の大きいマイクロレンズL2の焦点距離が4.4μmであれば、マイクロレンズの平均焦点距離は4μmから4.4μmまでの間をほぼ連続的に表現できる。そして、実際に使用されるマイクロレンズは、曲率半径の小さいマイクロレンズL1と、曲率半径の大きいマイクロレンズL2のわずか2種であり、マスク製作時のマスクデータも比較的容易に作製できる。
Accordingly, the microlens L2 having a large curvature radius in each of the partial regions defined by being divided into six divisions (X1) to (X6) in the X-axis direction and six divisions (Y1) to (Y6) in the Y-axis direction. Is as shown in FIG. Therefore, the average curvature radius of the microlens in each partial region of 5 pixels × 5 pixels formed by the microlens L1 having a small curvature radius and the microlens L2 having a large curvature radius is an area of 30 pixels × 30 pixels. The region of 30 pixels × 30 pixels can be regarded as one partial region.
In the above example, for example, if the focal length of the microlens L1 having a small radius of curvature is 4 μm and the focal length of the microlens L2 having a large radius of curvature is 4.4 μm, the average focal length of the microlens is 4 μm to 4.4 μm. Can be expressed almost continuously. There are only two types of microlenses that are actually used: a microlens L1 having a small radius of curvature and a microlens L2 having a large radius of curvature, and mask data at the time of mask fabrication can be relatively easily produced.

図11に示した例では、曲率半径が異なる2種のマイクロレンズ、すなわち、曲率半径の小さいマイクロレンズL1と、曲率半径の大きいマイクロレンズL2が、各部分領域にほぼ均一で規則的に配置されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、曲率半径がマイクロレンズL1、L2の中間となる2種のマイクロレンズL1′、L2′を加えて、曲率半径が異なる4種のマイクロレンズL1、L1′、L2′、L2を使用することにより、30画素×30画素の領域内でのマイクロレンズの平均的曲率半径の変化を更にスムースなものとすることができる。また、各部分領域でのマイクロレンズの配置は、ほぼ均一に規則的なものでなく、ランダムな配置としてもよい。
上述の実施形態は例示であり、本発明の固体撮像素子はこれらに限定されるものではない。
In the example shown in FIG. 11, two types of microlenses having different curvature radii, that is, a microlens L1 having a small curvature radius and a microlens L2 having a large curvature radius are arranged almost uniformly and regularly in each partial region. However, the present invention is not limited to this. For example, two types of microlenses L1, L1 ′, L2 ′, and L2 having different curvature radii are used by adding two types of microlenses L1 ′ and L2 ′ whose curvature radius is intermediate between the microlenses L1 and L2. As a result, the change in the average curvature radius of the microlens within the 30 pixel × 30 pixel region can be made smoother. In addition, the arrangement of the microlenses in each partial region is not substantially uniform and regular, and may be a random arrangement.
The above-described embodiments are examples, and the solid-state imaging device of the present invention is not limited to these.

[撮像装置]
図14は、本発明の撮像装置の一実施形態を示す概略断面図である。図14において、本発明の撮像装置31は、本発明の固体撮像素子32を備えた基板33と、固体撮像素子32の外側に配した封止用部材34と、この封止用部材34を介して固体撮像素子32と所望の間隙を設けて対向するように配設された保護材35とを備えている。また、固体撮像素子32は配線36、表裏導通ビア37を介して外部端子38に接続されている。このようなセラミックパッケージ型の撮像装置31は、種々のデジタルカメラ、ビデオカメラ等に使用することができ、カメラの高感度化、小型化、薄型化が可能である。
[Imaging device]
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the imaging apparatus of the present invention. In FIG. 14, an imaging device 31 of the present invention includes a substrate 33 including the solid-state imaging device 32 of the present invention, a sealing member 34 disposed outside the solid-state imaging device 32, and the sealing member 34. And a protective material 35 disposed to face the solid-state imaging device 32 with a desired gap. The solid-state imaging device 32 is connected to an external terminal 38 via a wiring 36 and front and back conductive vias 37. Such a ceramic package type image pickup device 31 can be used for various digital cameras, video cameras, and the like, and the sensitivity, size and thickness of the camera can be reduced.

また、図15は、本発明の撮像装置の他の実施形態を示す概略断面図である。図15に示される本発明の撮像装置41は、携帯電話用カメラモジュールの例であり、本発明の固体撮像素子42を備えた基板43と、固体撮像素子42の外側に配した封止用部材44と、固体撮像素子42と所望の間隙を設けて対向するように配設された赤外カットフィルタ45と、赤外カットフィルタ45上に配設された鏡筒46と、この鏡筒46内に装着されたレンズユニット47を備えている。このような撮像装置41は、本発明の固体撮像素子42がシェーディング補正されていて高感度のものであるため、小型化、薄型化が可能である。
本発明の撮像装置は上述の実施形態に限定されるものではなく、固体撮像素子として本発明の固体撮像素子を備えるものであればよく、従来の種々の撮像装置の構成をそのまま採用することができる。
FIG. 15 is a schematic sectional view showing another embodiment of the imaging apparatus of the present invention. An imaging device 41 of the present invention shown in FIG. 15 is an example of a camera module for a mobile phone, and includes a substrate 43 provided with the solid-state image sensor 42 of the present invention, and a sealing member disposed outside the solid-state image sensor 42. 44, an infrared cut filter 45 disposed so as to face the solid-state imaging device 42 with a desired gap, a lens barrel 46 disposed on the infrared cut filter 45, and the inside of the lens barrel 46 The lens unit 47 attached to the lens is provided. Such an image pickup apparatus 41 can be reduced in size and thickness because the solid-state image pickup element 42 of the present invention is subjected to shading correction and has high sensitivity.
The image pickup apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and any structure that includes the solid-state image pickup element of the present invention as the solid-state image pickup element may be used. it can.

次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
[実施例]
まず、画素受光部ピッチ2.0μm、画素数2592個×1944個のCMOSイメージセンサーを形成したウェハを用意した。
次に、上記のウェハ上に、以下のようにして、下平坦化層、カラーフィルタ、上平坦化層、および、マイクロレンズを形成した。
Next, an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail.
[Example]
First, a wafer on which a CMOS image sensor having a pixel light receiving portion pitch of 2.0 μm and a pixel number of 2592 × 1944 was formed.
Next, a lower planarization layer, a color filter, an upper planarization layer, and a microlens were formed on the wafer as described below.

(下平坦化層の形成)
ウェハ表面をスピンスクラパーで洗浄した後、光硬化型アクリル系透明樹脂材料(富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 CT−2020L)をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って下平坦化層(厚み0.3μm)を形成した。
(Formation of lower planarization layer)
After cleaning the wafer surface with a spin scraper, a photo-curing acrylic transparent resin material (CT-2020L manufactured by Fuji Microelectronics Materials Co., Ltd.) is spin-coated, and then pre-baking, UV exposure and post-baking are performed. A lower planarizing layer (thickness 0.3 μm) was formed.

(カラーフィルタの形成)
ネガ型感光性の赤色材料(R用材料)、緑色材料(G用材料)、青色材料(B用材料)として以下の材料を用意した。
R用材料:富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 SR−4000L
G用材料:富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 SG−4000L
B用材料:富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 SB−4000L
G、R、Bの形成順序で、上記材料をスピン塗布し、プリベーク、1/5縮小型のi線ステッパーによる露光、現像、ポストベークを行って、RGBカラーフィルタ(厚み0.8μm)を形成した。尚、現像液として、富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 CD−2000の50%希釈液を使用した。また、カラーフィルタの配置ピッチは1.998μm(スケーリング率=99.900%)とした。
(Formation of color filter)
The following materials were prepared as negative photosensitive red materials (R materials), green materials (G materials), and blue materials (B materials).
Material for R: SR-4000L manufactured by Fuji Microelectronic Materials Co., Ltd.
Material for G: SG-4000L manufactured by Fuji Microelectronic Materials Co., Ltd.
Material for B: SB-4000L manufactured by Fuji Microelectronic Materials Co., Ltd.
In the order of formation of G, R, and B, the above materials are spin-coated, and an RGB color filter (thickness 0.8 μm) is formed by performing pre-baking, exposure with a 1/5 reduction type i-line stepper, development, and post-baking. did. As a developing solution, a 50% diluted solution of CD-2000 manufactured by Fuji Microelectronic Materials Co., Ltd. was used. The arrangement pitch of the color filters was 1.998 μm (scaling rate = 99.900%).

(上平坦化層の形成)
RGBカラーフィルタ上に、光硬化型アクリル系透明樹脂材料(富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 CT−2020L)をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って上平坦化層(厚み0.3μm)を形成した。
(Formation of upper planarization layer)
A light curable acrylic transparent resin material (CT-2020L manufactured by Fuji Microelectronics Materials Co., Ltd.) is spin-coated on the RGB color filter, followed by pre-baking, ultraviolet exposure and post-baking, and an upper flattening layer (Thickness 0.3 μm) was formed.

(マイクロレンズの形成)
上平坦化層上に、マイクロレンズ材料としてJSR(株)製 MFR401Lを0.7μm厚にスピン塗布し、プリベーク、1/5縮小型のi線ステッパーによる露光、現像、後露光、ポストベークを行って、マイクロレンズを形成した。尚、現像液として、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)の1.19%液を使用した。
(Formation of microlenses)
On top flattening layer, spin coating of MFR401L made by JSR Co., Ltd. as a microlens material to 0.7 μm thickness, pre-baking, exposure with 1/5 reduction type i-line stepper, development, post-exposure and post-baking Thus, a microlens was formed. A 1.19% solution of TMAH (tetramethylammonium hydroxide) was used as the developer.

上記の露光は、上記の実施形態で説明したような、露光波長では解像しないような微細なドットパターンでフォトレジストを露光する方法であり、図3に示すようなマイクロレンズ形成用のマスクパターンを用いて露光を行った。これにより、図10に示されるように、部分領域(1)〜(4)に順に曲率半径が1.944μm、2.003μm、2.061μm、2.139μmの4種のマイクロレンズを配置した。また、中間帯状部では、曲率半径が異なるマイクロレンズの混在比率が1:1となるように配置した。この場合、部分領域(1)はX軸上の有効撮像領域中心から208画素までとし、部分領域(2)はX軸上の209画素から558画素まで、部分領域(3)はX軸上の559画素から954画素まで、部分領域(4)はX軸上の955画素から最外周の1296画素までとした。尚、部分領域間の中間帯状部は、(1)と(2)、(2)と(3)、(3)と(4)の部分領域の境界線より両側にそれぞれ50画素、計100画素の幅とした。また、マイクロレンズの配置ピッチは1.9973μm(スケーリング率=99.865%)とした。   The above exposure is a method of exposing a photoresist with a fine dot pattern that does not resolve at the exposure wavelength as described in the above embodiment, and a mask pattern for forming a microlens as shown in FIG. The exposure was performed using. As a result, as shown in FIG. 10, four types of microlenses having curvature radii of 1.944 μm, 2.003 μm, 2.061 μm, and 2.139 μm were sequentially arranged in the partial regions (1) to (4). Further, in the intermediate band portion, the mixture ratio of the microlenses having different curvature radii is set to 1: 1. In this case, the partial area (1) is from the center of the effective imaging area on the X axis to 208 pixels, the partial area (2) is from 209 pixels to 558 pixels on the X axis, and the partial area (3) is on the X axis. The partial area (4) is from 955 pixels on the X axis to 1296 pixels on the outermost periphery, from 559 pixels to 954 pixels. The intermediate band between the partial areas is 50 pixels on each side of the boundary lines of (1) and (2), (2) and (3), and (3) and (4), totaling 100 pixels. And the width. In addition, the arrangement pitch of the micro lenses was set to 1.9973 μm (scaling rate = 99.865%).

次に、ボンディングパッド部の窓開けを行った。すなわち、ポジレジスト(住友化学(株)製 i線用ポジレジスト PFI−27)をスピン塗布し、次いで、プリベーク後、ボンディングパッド部およびスクライブ部に対応するパターンを有するフォトマスク用いて露光、現像を行い、ボンディングパッド部およびスクライブ部のレジストを除去し、その後、酸素アッシングを行って、当該箇所上の上平坦化層、下平坦化層をエッチング除去した。次いで、レジスト剥離液を用いてポジレジストを除去した。
次いで、ウェハのダイシングを行い、パッケージ組立を行って、本発明の固体撮像素子を作製した。
Next, the bonding pad portion was opened. That is, a positive resist (i-line positive resist PFI-27 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) is spin-coated, and after pre-baking, exposure and development are performed using a photomask having a pattern corresponding to the bonding pad portion and the scribe portion. Then, the resist in the bonding pad portion and the scribe portion was removed, and then oxygen ashing was performed, and the upper planarization layer and the lower planarization layer on the portion were removed by etching. Next, the positive resist was removed using a resist stripping solution.
Next, the wafer was diced and package assembled to produce the solid-state imaging device of the present invention.

[比較例]
マイクロレンズの形成を以下のように行った他は、実施例と同様にして固体撮像素子を作製した。
(マイクロレンズの形成)
上平坦化層上に、マイクロレンズ材料としてJSR(株)製 MFR401Lをスピン塗布し、プリベーク、1/5縮小型のi線ステッパーによる露光、現像、後露光、ポストベークを行って、マイクロレンズを形成した。尚、現像液として、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)の1.19%液を使用した。
上記露光においては、図3に示すようなマイクロレンズ形成用のマスクパターンを1種だけ用いて露光を行い、形成したマイクロレンズの曲率半径は1.944μmとした。
[Comparative example]
A solid-state imaging device was fabricated in the same manner as in the example except that the microlens was formed as follows.
(Formation of microlenses)
On top flattening layer, spin coating of MFR401L made by JSR Co., Ltd. as microlens material, pre-baking, exposure with 1/5 reduction type i-line stepper, development, post-exposure, post-baking, Formed. A 1.19% solution of TMAH (tetramethylammonium hydroxide) was used as the developer.
In the above exposure, exposure was performed using only one type of mask pattern for forming a microlens as shown in FIG. 3, and the radius of curvature of the formed microlens was set to 1.944 μm.

[評 価]
上述のように作製した固体撮像素子に関して、下記の条件で感度を測定し、結果を図16に示した。図16に示されるように、本発明の固体撮像素子は、シェーディング補正が有効になされ、その感度分布(図16に実線で示す)は比較例の固体撮像素子の感度分布(図16に鎖線で示す)に比べて約10%改善されていることが確認された。
(感度の測定条件)
作製した固体撮像素子に、カメラレンズとして図19に示す特性のものを用い、
白色光源に対するX軸方向の感度分布を測定した。
[Evaluation]
For the solid-state imaging device manufactured as described above, the sensitivity was measured under the following conditions, and the results are shown in FIG. As shown in FIG. 16, the solid-state imaging device of the present invention is effectively subjected to shading correction, and the sensitivity distribution (shown by a solid line in FIG. 16) is the sensitivity distribution (solid line in FIG. 16) of the solid-state imaging device of the comparative example. It was confirmed that the improvement was about 10% compared to (shown).
(Sensitivity measurement conditions)
For the manufactured solid-state imaging device, a camera lens having the characteristics shown in FIG. 19 is used.
The sensitivity distribution in the X-axis direction with respect to the white light source was measured.

小型で高信頼性の固体撮像素子、撮像装置が要求される種々の分野において適用できる。   The present invention can be applied to various fields in which a small and highly reliable solid-state imaging device and imaging device are required.

本発明の固体撮像素子の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the solid-state image sensor of this invention. マイクロレンズ形成用のフォトマスクの1画素分を示す図である。It is a figure which shows 1 pixel part of the photomask for microlens formation. マイクロレンズ形成用のフォトマスクを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the photomask for microlens formation. 本発明の固体撮像素子を説明するための部分領域毎のマイクロレンズの曲率半径を示す図である。It is a figure which shows the curvature radius of the micro lens for every partial area for demonstrating the solid-state image sensor of this invention. 本発明の固体撮像素子を説明するためのマイクロレンズの曲率半径を示す図である。It is a figure which shows the curvature radius of the micro lens for demonstrating the solid-state image sensor of this invention. 本発明の固体撮像素子を説明するための部分領域毎のマイクロレンズの曲率半径を示す図である。It is a figure which shows the curvature radius of the micro lens for every partial area for demonstrating the solid-state image sensor of this invention. 本発明の固体撮像素子の一実施形態におけるマイクロレンズの配置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating arrangement | positioning of the micro lens in one Embodiment of the solid-state image sensor of this invention. 図7において円で囲んだ部分領域の拡大図である。FIG. 8 is an enlarged view of a partial region surrounded by a circle in FIG. 7. 図8に示される中間帯状部の交差部分におけるマイクロレンズの配置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating arrangement | positioning of the micro lens in the cross | intersection part of the intermediate | middle strip | belt-shaped part shown by FIG. 本発明の固体撮像素子の他の実施形態におけるマイクロレンズの配置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating arrangement | positioning of the micro lens in other embodiment of the solid-state image sensor of this invention. 本発明の固体撮像素子の他の実施形態におけるマイクロレンズの配置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating arrangement | positioning of the micro lens in other embodiment of the solid-state image sensor of this invention. 曲率半径の異なるマイクロレンズを示す図である。It is a figure which shows the micro lens from which a curvature radius differs. 図11に示されるマイクロレンズの配置における曲率半径の大きなマイクロレンズの部分領域内での数を示す図である。It is a figure which shows the number in the partial area | region of a micro lens with a big curvature radius in arrangement | positioning of the micro lens shown by FIG. 本発明の撮像装置の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the imaging device of this invention. 本発明の撮像装置の他の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other example of the imaging device of this invention. 実施例における感度測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the sensitivity measurement in an Example. 固体撮像素子におけるシェーディング現象を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shading phenomenon in a solid-state image sensor. 固体撮像素子におけるシェーディングの補正を説明するための図である。It is a figure for demonstrating correction | amendment of the shading in a solid-state image sensor. 撮像装置に用いられるレンズの主光線入射角度と像高の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the chief ray incident angle of a lens used for an imaging device, and image height. シェーディング補正のためのマイクロレンズの曲率半径の補正を示す図である。It is a figure which shows correction | amendment of the curvature radius of the micro lens for shading correction | amendment. シェーディング補正のためにマイクロレンズの曲率半径を段階的に変化させることを示す図である。It is a figure which shows changing the curvature radius of a micro lens in steps for shading correction. 曲率半径と感度との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between a curvature radius and a sensitivity.

符号の説明Explanation of symbols

1…固体撮像素子
2…基板
3…受光部
4…遮光膜
5…パッシベーション層
6…遮光層
7…下平坦化層
8…カラーフィルタ
9…上平坦化層
10…マイクロレンズアレイ
11…マイクロレンズ
31,41…撮像装置
32,42…固体撮像素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid-state image sensor 2 ... Board | substrate 3 ... Light-receiving part 4 ... Light-shielding film 5 ... Passivation layer 6 ... Light-shielding layer 7 ... Lower planarization layer 8 ... Color filter 9 ... Upper planarization layer 10 ... Micro lens array 11 ... Micro lens 31 , 41 ... Imaging device 32, 42 ... Solid-state imaging device

Claims (5)

所定のピッチで2次元配置された複数の受光部と、個々の前記受光部に対応させて複数のマイクロレンズが2次元配置されてなるマイクロレンズアレイとを少なくとも備えている固体撮像素子において、
マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズは、曲率半径が異なる2種以上のマイクロレンズからなり、有効撮像領域は中心から周辺に向って複数の部分領域に分割され、個々の部分領域内には曲率半径が同じマイクロレンズが配置され、マイクロレンズの曲率半径が異なる部分領域が隣接する境界部には、隣接する部分領域における各々の曲率半径のマイクロレンズが混在している中間帯状部が存在し、隣接するマイクロレンズの曲率半径の差が10%以下であり、
マイクロレンズの平均的曲率半径が、有効撮像領域の中心から周辺に向って大きくなる傾向であり、
前記中間帯状部での曲率半径が異なるマイクロレンズの配置は、混在比率が1:1で均一な配置、あるいは、混在比率が1:0〜0:1の範囲内で連続的に変化するような配置、あるいは、ランダムな配置であることを特徴とする固体撮像素子。
In a solid-state imaging device comprising at least a plurality of light receiving portions arranged two-dimensionally at a predetermined pitch, and a microlens array in which a plurality of microlenses are two-dimensionally arranged corresponding to the respective light receiving portions,
The microlens constituting the microlens array is composed of two or more kinds of microlenses having different radii of curvature, and the effective imaging area is divided into a plurality of partial areas from the center to the periphery, and the radius of curvature is included in each partial area. Are located at the boundary where adjacent microregions have different radiuses of curvature, and there is an intermediate band where microlenses with different radii of curvature in the adjacent partial regions are mixed. difference in curvature radius of the microlenses is Ri der 10% or less,
The average radius of curvature of the microlens tends to increase from the center of the effective imaging area toward the periphery,
The arrangement of the micro lenses having different curvature radii in the intermediate band portion is such that the mixture ratio is 1: 1 and uniform, or the mixture ratio continuously changes within the range of 1: 0 to 0: 1. arrangement, or a solid-state imaging device characterized random arrangement der Rukoto.
所定のピッチで2次元配置された複数の受光部と、個々の前記受光部に対応させて複数のマイクロレンズが2次元配置されてなるマイクロレンズアレイとを少なくとも備えている固体撮像素子において、
マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズは、曲率半径が異なる2種以上のマイクロレンズからなり、有効撮像領域は中心から周辺に向って複数の部分領域に分割され、該複数の部分領域には、曲率半径の異なるマイクロレンズが混在しているような部分領域が存在し、隣接するマイクロレンズの曲率半径の差が10%以下であり、
マイクロレンズの平均的曲率半径が、有効撮像領域の中心から周辺に向って大きくなる傾向であり、
曲率半径の異なるマイクロレンズが混在している前記部分領域内での曲率半径の異なるマイクロレンズの配置は、曲率半径の異なるマイクロレンズの混在比率が該部分領域内において有効撮像領域の中心から周辺に向う方向に沿って変化し、かつ、曲率半径の小さいマイクロレンズが曲率半径の大きいマイクロレンズよりも有効撮像領域の周辺寄りに少なくとも1個存在する配置、あるいは、混在比率が該部分領域内において均一である配置、あるいは、ランダムな配置であることを特徴とする固体撮像素子。
In a solid-state imaging device comprising at least a plurality of light receiving portions arranged two-dimensionally at a predetermined pitch, and a microlens array in which a plurality of microlenses are two-dimensionally arranged corresponding to the respective light receiving portions,
The microlens constituting the microlens array is composed of two or more types of microlenses having different radii of curvature, and the effective imaging area is divided into a plurality of partial areas from the center toward the periphery, and the plurality of partial areas include a curvature. there is partial region such as having different radii microlenses are mixed, Ri difference der 10% or less of the radius of curvature of the adjacent microlenses,
The average radius of curvature of the microlens tends to increase from the center of the effective imaging area toward the periphery,
The arrangement of microlenses with different curvature radii in the partial area where microlenses with different curvature radii are mixed is such that the mixing ratio of microlenses with different curvature radii is from the center of the effective imaging area to the periphery in the partial area. An arrangement in which at least one microlens that changes along the direction and has a small radius of curvature is closer to the periphery of the effective imaging region than a microlens that has a large radius of curvature, or the mixing ratio is uniform in the partial region arrangement is, or the solid-state imaging device characterized random arrangement der Rukoto.
前記部分領域はモザイク状であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1 or claim 2 wherein the partial region is characterized by a mosaic. 前記部分領域は有効撮像領域中心を中心とする同心の環状領域であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の固体撮像素子。 3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the partial area is a concentric annular area centering on an effective imaging area center. 4. 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の固体撮像素子を備えることを特徴とする撮像装置。 An imaging apparatus comprising the solid-state imaging device according to claim 1 .
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