JP6019549B2 - Microlens manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像素子に設けるマイクロレンズの性能向上に関する。 The present invention relates to improving the performance of a microlens provided in a solid-state imaging device.
近年、撮像装置は画像の記録、通信、放送の内容の拡大に伴って広く用いられるようになっている。撮像装置として種々の形式のものが提案されているが、小型、軽量で高性能のものが安定して製造されるようになった固体撮像素子を組み込んだ撮像装置が、デジタルカメラやデジタルビデオとして普及してきている。 In recent years, imaging devices have been widely used with the expansion of the contents of image recording, communication, and broadcasting. Various types of image pickup devices have been proposed. An image pickup device incorporating a solid-state image pickup device that has been stably manufactured with a small size, light weight, and high performance can be used as a digital camera or digital video. It has become widespread.
固体撮像素子は、撮影対象物からの光学像を受け、入射した光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する。光電変換素子の種類はCCD(電荷結合素子)タイプとCMOS(相補型金属酸化物半導体)タイプとに大別される。また、光電変換素子の配列形態から、光電変換素子を1列に配置したリニアセンサー(ラインセンサー)と、光電変換素子を縦横に2次元的に配列させたエリアセンサー(面センサー)との2種類に大別される。いずれのセンサにおいても光電変換素子の数(画素数)が多いほど撮影された画像は精密になるので、近年は特に、大画素数の固体撮像素子を安価に製造する方法が検討されている。 The solid-state imaging device has a plurality of photoelectric conversion elements that receive an optical image from a subject and convert incident light into an electrical signal. The types of photoelectric conversion elements are roughly classified into CCD (charge coupled device) type and CMOS (complementary metal oxide semiconductor) type. In addition, there are two types of photoelectric conversion elements: linear sensors (line sensors) in which photoelectric conversion elements are arranged in a row, and area sensors (surface sensors) in which photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged vertically and horizontally. It is divided roughly into. In any of the sensors, as the number of photoelectric conversion elements (number of pixels) increases, the captured image becomes more precise. In recent years, in particular, a method for manufacturing a solid-state imaging element having a large number of pixels at low cost has been studied.
固体撮像素子に要求される性能で重要な課題の一つに、入射する光への感度を向上させることが挙げられる。小型化した固体撮像素子で撮影した画像の情報量を多くするためには受光部となる光電変換素子を微細化して高集積化する必要がある。しかし、光電変換素子を微細化した場合、各光電変換素子の面積が小さくなり、受光部として利用できる面積割合も減るので、光を取り込む面積が小さくなるため、光電変換素子の受光部に取り込める光の量が少なくなり、実効的な感度は低下する。 One of the important issues in performance required for a solid-state imaging device is to improve the sensitivity to incident light. In order to increase the amount of information of an image photographed with a miniaturized solid-state imaging device, it is necessary to miniaturize and highly integrate a photoelectric conversion device serving as a light receiving unit. However, when the photoelectric conversion element is miniaturized, the area of each photoelectric conversion element is reduced, and the area ratio that can be used as the light receiving unit is also reduced. And the effective sensitivity decreases.
このような、微細化した固体撮像素子の感度の低下を防止するための手段として、光電変換素子の受光部に効率良く光を取り込むために、対象物から入射される光を集光して光電変換素子の受光部に導くマイクロレンズを光電変換素子上に形成する技術が提案されている。マイクロレンズで光を集光して光電変換素子の受光部に導くことで、受光部の見かけ上の開口率を大きくすることが可能になり、固体撮像素子の感度の向上が可能になる。 As a means for preventing such a decrease in sensitivity of the miniaturized solid-state imaging device, in order to efficiently capture light into the light receiving portion of the photoelectric conversion device, the light incident from the object is condensed and photoelectrically A technique has been proposed in which a microlens that leads to a light receiving portion of a conversion element is formed on the photoelectric conversion element. By condensing the light with the microlens and guiding it to the light receiving portion of the photoelectric conversion element, the apparent aperture ratio of the light receiving portion can be increased, and the sensitivity of the solid-state imaging device can be improved.
マイクロレンズの製造方法としては、マイクロレンズの素材となる透明なアクリル系感光性樹脂をフォトリソグラフィー法により選択的にパターン形成した後に、材料の熱リフロー性を利用してレンズ形状を作るフローレンズタイプや、マイクロレンズの素材となるアクリル透明樹脂の平坦層の上に、アルカリ可溶性と感光性と熱フロー性を有するレジスト材料を用いてフォトリソグラフィー法と熱リフローによりレンズ母型を形成し、ドライエッチング法によりレンズ母型の形状をアクリル透明樹脂層に転写してレンズ形状を作る転写タイプがある。 A microlens manufacturing method is a flow lens type in which a transparent acrylic photosensitive resin, which is a microlens material, is selectively patterned by photolithography, and then the lens shape is created using the thermal reflow characteristics of the material. Also, on the flat layer of acrylic transparent resin that is the material of the microlens, a lens matrix is formed by photolithography and thermal reflow using a resist material having alkali solubility, photosensitivity, and heat flow, and dry etching. There is a transfer type in which a lens shape is transferred to an acrylic transparent resin layer by a method.
マイクロレンズの形成において、上記フローレンズタイプと転写タイプのいずれの製造方法で微細化された画素に対応する場合にも、マイクロレンズの光取り込み面積をできるだけ広く、すなわち、隣接するマイクロレンズとのギャップを狭くして、なおかつ、レンズ形状を良好に保つことが、固体撮像素子の実効的な感度を高く保持するための必要条件となる。しかし、例えばフローレンズ方式で製造する場合に、隣接するマイクロレンズとの境界部分での豊富な量の樹脂の熱リフロー挙動を制御して、狭ギャップと良好な形状とを保持することは高い難度を有し、品質の不安定要因となる。
また、カラーフィルタを用いてカラー画像を入力するためのカラー固体撮像素子において
は、光電変換素子毎に画素対応する着色画素上に設けるマイクロレンズのサイズまたは隣接するマイクロレンズとのギャップやレンズ自身の形状のばらつきにより、集光性能にばらつきが生じると、色別の感度のバランスが崩れて色表現上のムラ等の不具合が明瞭に発生するので、マイクロレンズの上記性能を高める必要性がさらに大きくなる。
In forming a microlens, the microlens has a large light capturing area as much as possible, that is, a gap between adjacent microlenses, even in the case of dealing with pixels miniaturized by any of the above-described manufacturing methods of the flow lens type and transfer type It is a necessary condition to keep the effective sensitivity of the solid-state imaging device high to keep the lens shape small and to keep the lens shape good. However, for example, when manufacturing with the flow lens method, it is difficult to maintain a narrow gap and good shape by controlling the thermal reflow behavior of abundant amounts of resin at the boundary between adjacent microlenses. It becomes an unstable factor of quality.
In addition, in a color solid-state imaging device for inputting a color image using a color filter, the size of a microlens provided on a colored pixel corresponding to a pixel for each photoelectric conversion device, a gap with an adjacent microlens, or the lens itself If the light collecting performance varies due to variations in shape, the balance of sensitivity for each color will be lost and defects such as unevenness in color expression will clearly occur, so there is a greater need to improve the performance of microlenses. Become.
上述のように隣接するマイクロレンズとのギャップを狭くしてレンズ形状を良好に保つために、マイクロレンズの製造工程を実施する対象領域を画素区分により分けて、それぞれ別個にフォトリソグラフィー法を含む工程により処理する方法が提案されている(特許文献1および特許文献2を参照)。図2は、このような画素区分による領域分割により2段階でマイクロレンズを形成する方法を説明するための部分模式図である。図2(a)、(b)は、ベイヤ(Bayer)配列と呼ばれる市松模様の配列をカラーフィルタに適用した場合を例として、マイクロレンズ形成時に使用される露光用マスクの主要部のパターンを説明するための模式平面図であり、(c)は、(a)、(b)に示す各露光用マスクを用いて2段階のフォトリソグラフィー法によりマイクロレンズを形成した結果のカラー固体撮像素子の構造の一例を示す模式断面図である。 As described above, in order to narrow the gap between adjacent microlenses and to maintain a good lens shape, the process of dividing the target area where the microlens manufacturing process is performed by pixel division and including the photolithography method separately. Has been proposed (see Patent Document 1 and Patent Document 2). FIG. 2 is a partial schematic view for explaining a method of forming a microlens in two stages by such region division by pixel division. FIGS. 2A and 2B illustrate the pattern of the main part of an exposure mask used when forming a microlens, taking as an example the case where a checkered pattern array called a Bayer array is applied to a color filter. (C) is a structure of a color solid-state imaging device as a result of forming a microlens by a two-step photolithography method using each exposure mask shown in (a) and (b). It is a schematic cross section which shows an example.
図2(c)において、カラー固体撮像素子1は、半導体基板2上に規則的に設けた複数の光電変換素子3を平面配置した固体撮像素子画素部の受光面側表面4に、透明平坦化層5を介して、複数色を繰り返し配列する着色透明画素パターン6を複数の光電変換素子3に1対1に対応させて設け、さらに第二の透明平坦化層51により着色透明画素パターン6を配列した平面上の平坦化を行った後に、上記のマイクロレンズ71、72を設けてなる。 In FIG. 2C, the color solid-state imaging device 1 is transparently flattened on the light-receiving surface side surface 4 of the solid-state imaging device pixel portion in which a plurality of photoelectric conversion elements 3 regularly provided on the semiconductor substrate 2 are arranged in a plane. A colored transparent pixel pattern 6 that repeatedly arranges a plurality of colors is provided in a one-to-one correspondence with the plurality of photoelectric conversion elements 3 via the layer 5, and the colored transparent pixel pattern 6 is further formed by the second transparent planarization layer 51. After performing planarization on the arranged planes, the microlenses 71 and 72 are provided.
なお、ベイヤ配列と呼ばれる市松模様の配列をカラーフィルタに適用する例は、カラー固体撮像素子に多く用いられる。前記マイクロレンズでの集光を考慮すると、素子の形状を細長くすることは困難であり、また、微細化した各画素3色に対応させて光電変換素子の数を増やすことも製造上の制約を大きくするので、見かけ上の解像度を低下させずに総画素数の低減を図ることが、ベイヤ配列を用いる理由である。
ベイヤ配列では、1画素が1色のカラーフィルタ画素に対応しており、G(緑色)2画素を対角に配置した4画素で1組の配列が繰り返し配置される。この配列の場合、光電変換素子の総画素数Nに対して、G(緑色)の画素数はN/2、R(赤色)及びB(青色)の画素数はN/4となるが、各画素ごとに周辺の画素の出力を用いて補間演算を行うことにより、N個のRGBの組を作り出す。ここで、G(緑色)の画素を他の色に比べて2倍に多くしているのは、人の目の視感度の高いGに対する解像度が見かけ上の解像度を高めるからである。
An example of applying a checkered pattern arrangement called a Bayer arrangement to a color filter is often used for a color solid-state imaging device. Considering the light condensing by the microlens, it is difficult to elongate the shape of the element, and increasing the number of photoelectric conversion elements corresponding to each of the three miniaturized pixels also has a manufacturing constraint. The reason why the Bayer array is used is to reduce the total number of pixels without reducing the apparent resolution.
In the Bayer array, one pixel corresponds to a color filter pixel of one color, and a set of arrays is repeatedly arranged by four pixels in which two G (green) pixels are arranged diagonally. In this arrangement, the total number of pixels N of the photoelectric conversion elements is N / 2 for G (green) and N / 4 for R (red) and B (blue). A set of N RGB is created by performing an interpolation operation using the output of surrounding pixels for each pixel. Here, the reason why the number of G (green) pixels is twice as large as that of other colors is that the resolution for G, which is highly visible to human eyes, increases the apparent resolution.
図2(a)において、ベイヤ配列されたカラーフィルタの着色透明画素パターン6の4画素からなる1組を拡大表示すると、対角配置されRおよびB表示の無いG(緑色)の画素に対応させたマイクロレンズ用の露光用マスクのパターン73を位置合わせしてフォトリソグラフィー法の露光工程に使用し、図2(c)に示すG(緑色)の画素に対応するマイクロレンズ71を形成する。すなわち、前述のフローレンズタイプで形成する例では、例えばポジ型感光性レンズ材料を用いる場合には、パターン73を遮光領域とし、非パターン部を透明領域とすることにより、パターン73のレンズ材料を選択的に残し、材料の熱リフロー性を利用してマイクロレンズ71を作る。G(緑色)の画素に対応するマイクロレンズ71を形成した後に、図2(b)に示す露光用マスクを用いて同様の方法を繰り返すことにより、G表示の無いR(赤色)及びB(青色)の画素に対応させたマイクロレンズ用の露光用マスクのパターン74を用いて、マイクロレンズ72を形成する。 In FIG. 2A, when one set of four pixels of the colored transparent pixel pattern 6 of the Bayer-arranged color filter is enlarged and displayed, it is made to correspond to G (green) pixels that are diagonally arranged and have no R and B display. Then, the micro lens exposure mask pattern 73 is aligned and used in the exposure process of the photolithography method to form the micro lens 71 corresponding to the G (green) pixel shown in FIG. That is, in the example formed by the flow lens type described above, for example, when a positive photosensitive lens material is used, the pattern 73 is used as a light shielding region, and the non-pattern part is used as a transparent region. The microlens 71 is made by utilizing the thermal reflow property of the material. After the microlens 71 corresponding to the G (green) pixel is formed, the same method is repeated using the exposure mask shown in FIG. 2B, whereby R (red) and B (blue) without G display. The microlens 72 is formed by using the exposure mask pattern 74 for the microlens corresponding to the pixel (1).
前述のように異なる色の画素に対応するマイクロレンズ71、72を形成するための露光用マスクを別個に準備し、形状の異なるパターン73、74を用いることにより、隣接するマイクロレンズとのギャップを狭くすることが可能となる。しかし、画素区分による領域分割に対応して形状の異なるパターンを用いて、全画素上のマイクロレンズを2段階で形成する方法では、狭ギャップ化は達成できても、マイクロレンズの形状も含めて同一に揃えることは困難であり、高さを一定にしてもその断面形状は必ずしも同一にできないため、マイクロレンズの集光性能にばらつきが生じ、カラー固体撮像素子においては色別の感度に差異が生じる。 As described above, by separately preparing exposure masks for forming microlenses 71 and 72 corresponding to pixels of different colors, and using patterns 73 and 74 having different shapes, gaps between adjacent microlenses can be obtained. It becomes possible to make it narrow. However, in the method of forming microlenses on all pixels in two stages using patterns having different shapes corresponding to the region division by pixel division, even if a narrow gap can be achieved, the shape of the microlens is also included. It is difficult to make them the same, and even if the height is constant, the cross-sectional shape cannot always be the same.Therefore, the condensing performance of the microlens varies, and the color solid-state image sensor has a difference in sensitivity for each color. Arise.
本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、固体撮像素子に設けるマイクロレンズを、隣接するマイクロレンズとのギャップを狭くして高い集光性能を与えるとともに、各マイクロレンズの形状が均一になるように形成する製造方法を提供することである。 The present invention is proposed in view of the above-described problems, and the problem to be solved by the present invention is that a microlens provided in a solid-state image sensor is highly condensed by narrowing a gap between adjacent microlenses. In addition to providing performance, a manufacturing method for forming each microlens so that the shape thereof is uniform is provided.
上記の課題を解決するための手段として、請求項1に記載の発明は、固体撮像素子が有する多角形状の画素毎に設けるマイクロレンズが、マイクロレンズ形成後に同一の光学特性を示す材料を、マイクロレンズを構成する第一の層、第二の層に用いて、前記第一の層を形成した後に、前記第二の層を前記第一の層とは異なる形状で第一の層に積層し、その後、前記第一の層および第二の層を熱処理により変形して一体化するマイクロレンズの製造方法であって、少なくとも、前記第一の層の形状が、前記画素の中央から画素境界に向かう放射状パターンで、かつ、前記第二の層の形状が、前記画素の形状に近く、前記画素境界を越えない凸図形パターンに形成し、さらに、前記第一の層の画素境界に近い方の端部を、前記第二の層の端部より前記画素境界に近接する様に形成することを特徴とするマイクロレンズの製造方法である。 As a means for solving the above problems, the invention according to claim 1, micro lenses provided for each pixel of the polygonal to which the solid-state imaging device included in a material exhibiting the same optical characteristics after forming microlenses, micro After forming the first layer using the first layer and the second layer constituting the lens, the second layer is laminated on the first layer in a shape different from the first layer. Then, a method of manufacturing a microlens in which the first layer and the second layer are deformed and integrated by heat treatment , and at least the shape of the first layer is changed from the center of the pixel to the pixel boundary. A radial pattern toward the top, and the shape of the second layer is close to the shape of the pixel, and is formed into a convex pattern that does not exceed the pixel boundary, and further closer to the pixel boundary of the first layer. From the end of the second layer, the end A method for producing a microlens, which comprises forming so as to close the serial pixel boundary.
また、請求項2に記載の発明は、前記第一の層を形成した後に、先行熱処理を行い、前記第二の層を前記第一の層とは異なる形状で第一の層に積層し、その後、前記第一の層および第二の層を熱処理により変形して一体化することを特徴とする請求項1に記載のマイクロレンズの製造方法である。 Further, in the invention according to claim 2 , after the first layer is formed, a preliminary heat treatment is performed, and the second layer is laminated on the first layer in a shape different from the first layer, then, a method for producing a micro lens according to claim 1, characterized in that the integrated deformed by heat treating the first layer and the second layer.
また、請求項6に記載の発明は、前記第一の層を形成した後に、先行熱処理を行い、前 記第二の層を前記第一の層とは異なる形状で第一の層に積層し、その後、前記第一の層お よび第二の層を熱処理により変形して一体化することを特徴とする請求項1〜5のいずれ かに記載のマイクロレンズの製造方法である。The invention according to claim 6, after forming the first layer is performed prior heat treatment, the pre-Symbol second layer laminated on the first layer in a different shape from that of the first layer , then, it is a manufacturing method of the first layer contact and microlens any crab according to claim 1, wherein the integrating deformed by heat treatment a second layer.
本発明のマイクロレンズの製造方法は、異なるパターンを組み合わせた2段階のフォトリソグラフィー法による工程を使用するが、画素区分による領域分割に対応する従来の方法ではなく、各マイクロレンズを画素区分によらず同一に処理し、レンズ形状の骨格となる第一の層に略被せて第二の層を積層して熱処理により一体化するので、固体撮像素子に設けるマイクロレンズを、隣接するマイクロレンズとのギャップを狭くして高い集光性能を与えるとともに、各マイクロレンズの形状が均一になるように形成することができる。従って、本発明により、マイクロレンズの集光性能にばらつきが生じず、カラー固体撮像素子に用いられる場合には色別の感度に差異が生じない。 The microlens manufacturing method of the present invention uses a two-step photolithography method combining different patterns, but this is not a conventional method corresponding to region division by pixel division, and each microlens is divided into pixel divisions. First, the same processing is performed, and the second layer is laminated by being almost covered with the first layer that becomes the lens-shaped skeleton, and integrated by heat treatment. The gap can be narrowed to give high condensing performance, and each microlens can be formed to have a uniform shape. Therefore, according to the present invention, the condensing performance of the microlens does not vary, and when used in a color solid-state imaging device, there is no difference in sensitivity for each color.
以下、図面に従って、本発明を実施するための形態について説明する。
図1は、本発明の製造方法において分割形成されるマイクロレンズの各層のパターンの例を部分拡大して説明するための模式図であって、(a1)、(a2)はマイクロレンズを構成する第一の層の2種類のパターンの例を示す平面図、(b)はマイクロレンズを構成する第二の層のパターンの例を示す平面図、(c)はマイクロレンズを設けた固体撮像素子の構造例を示す断面図である。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view for partially explaining an example of a pattern of each layer of a microlens formed separately in the manufacturing method of the present invention. (A1) and (a2) constitute a microlens. The top view which shows the example of two types of patterns of a 1st layer, (b) is a top view which shows the example of the pattern of the 2nd layer which comprises a micro lens, (c) is the solid-state image sensor which provided the micro lens It is sectional drawing which shows the example of a structure.
本発明は、半導体基板2上に平面配置した複数の光電変換素子3の各々に対応して定義され、対応領域を図の破線で仕切って明示する平面形状が多角形状となる画素60を有し、各画素毎に1個のマイクロレンズ7を設けた固体撮像素子10、におけるマイクロレンズ7の製造方法である。本例における画素60は、従来例を説明した図2(c)の着色透明画素パターン6や透明平坦化層5や第二の透明平坦化層51を含むものであっても良く、従って固体撮像素子10は、カラー固体撮像素子であっても良い。多角形状の画素60の平面配列例として、図2に示したベイヤ配列と呼ばれる市松模様の配列を構成する四角形状を例として以下に説明するが、これに限定されない。 The present invention includes a pixel 60 that is defined corresponding to each of a plurality of photoelectric conversion elements 3 arranged in a plane on a semiconductor substrate 2 and that has a polygonal planar shape that clearly defines the corresponding region divided by broken lines in the figure. This is a method of manufacturing the microlens 7 in the solid-state imaging device 10 in which one microlens 7 is provided for each pixel. The pixel 60 in this example may include the colored transparent pixel pattern 6, the transparent flattening layer 5, and the second transparent flattening layer 51 shown in FIG. The element 10 may be a color solid-state imaging element. As an example of the planar arrangement of the polygonal pixels 60, a rectangular shape constituting the checkered pattern arrangement called the Bayer arrangement shown in FIG. 2 will be described below, but the present invention is not limited to this.
マイクロレンズの基本的な製造プロセスとしては、前述のとおり、フローレンズタイプや転写タイプが、いずれも可能である。本発明は、マイクロレンズを骨格構造に相当する第一の層と外形構造に相当する第二の層との2段階に分割設計して、それぞれを基本的な
製造プロセスにより実施して積層し、しかる後に熱処理により統合するものであり、以下の説明では、簡単のためにフローレンズタイプの製造プロセスに統一して説明する。
As a basic manufacturing process of the microlens, as described above, any of a flow lens type and a transfer type is possible. In the present invention, the microlens is divided and designed in two stages, a first layer corresponding to the skeleton structure and a second layer corresponding to the outer structure, and each is performed by a basic manufacturing process and laminated, After that, they are integrated by heat treatment, and in the following description, a flow lens type manufacturing process will be unified for the sake of simplicity.
本発明は、マイクロレンズの骨格構造に相当する第一の層を設けた後に、マイクロレンズの外形構造に相当する第二の層を、第一の層とは異なる形状で第一の層に積層して設け、その後両層を熱処理して一体化することにより、所望の形状のマイクロレンズを形成する工程を含む。 In the present invention, after providing the first layer corresponding to the skeleton structure of the microlens, the second layer corresponding to the outer structure of the microlens is laminated on the first layer in a shape different from that of the first layer. And then forming a microlens having a desired shape by heat-treating and integrating both layers.
第一の層と第二の層とを別個に形成するプロセスは、例えば、透明なアクリル系感光性樹脂をフォトリソグラフィー法により選択的にパターン形成する工程を繰り返すことで可能であり、第一の層を形成した後に、材料の熱リフロー性を利用して一旦先行熱処理を行うことができる。
第一の層と第二の層とは、熱処理による変形後に一体となってマイクロレンズを形成するので、熱処理後の光学特性が同一になることが望ましい。各層を構成する材料は、例えば透明なアクリル系感光性樹脂の同一種を用いることができるが、積層後の最終処理により各層による構成部分の光学特性に差異が生じないことが望ましいので、各パターンのプロセス処理の経過の詳細条件により、元の材料を若干調整することも可能である。
The process of forming the first layer and the second layer separately is possible, for example, by repeating the process of selectively patterning a transparent acrylic photosensitive resin by a photolithography method. After forming the layer, a prior heat treatment can be performed once using the thermal reflow properties of the material.
Since the first layer and the second layer integrally form a microlens after being deformed by heat treatment, it is desirable that the optical characteristics after heat treatment be the same. As the material constituting each layer, for example, the same kind of transparent acrylic photosensitive resin can be used, but it is desirable that the optical properties of the constituent parts by each layer are not different by the final treatment after lamination. The original material can be slightly adjusted according to the detailed conditions of the process process.
本発明は、また、第一の層81、82の形状が、多角形状の各画素の中央から画素境界に向かう放射状パターンを含み、第二の層85の形状が、多角形状の各画素の形状に近く、一点鎖線で示す画素境界を越えない凸図形パターンであることを特徴とする。第一の層および第二の層は、前記フォトリソグラフィー法により別個に形成するものであり、露光プロセスに用いる露光用マスクにおける透過・非透過の選択的パターンの形状に対応する。例えば、マイクロレンズを形成するアクリル系感光性樹脂が光分解性を有するポジタイプであれば、上記の選択的パターンは非透過すなわち遮光パターンを、透過すなわち透明な背景中に形成すればよい。
なお、第一の層が、マイクロレンズの骨格構造を作るための放射状パターンを主体とする以外に、マイクロレンズの外形構造を作るための第二の層の機能を一部分担して、他種パターンを併せたものとすることを排除しない。
また、第二の層の形状を示す凸図形とは、図形上の任意の2点を結ぶ線分上の点が常に同一図形上に存在するような図形を指し、本例の場合は平面図形である。
In the present invention, the shape of the first layers 81 and 82 includes a radial pattern from the center of each polygonal pixel toward the pixel boundary, and the shape of the second layer 85 is the shape of each polygonal pixel. It is characterized in that it is a convex figure pattern that does not exceed the pixel boundary indicated by the alternate long and short dash line. The first layer and the second layer are formed separately by the photolithography method, and correspond to the shape of a selective pattern of transmission / non-transmission in the exposure mask used in the exposure process. For example, if the acrylic photosensitive resin forming the microlens is a positive type having photodegradability, the selective pattern may be formed as a non-transparent or light-shielding pattern in a transmissive or transparent background.
The first layer is mainly composed of a radial pattern for creating the skeleton structure of the microlens. In addition, the first layer is partially responsible for the function of the second layer for creating the outer structure of the microlens. Is not excluded.
The convex figure indicating the shape of the second layer refers to a figure in which points on a line segment connecting any two points on the figure always exist on the same figure. In this example, a planar figure is used. It is.
本例において、前記第一の層81、82は、図1(a1)、(a2)に示すように、各画素60の中央に一方の端部を共有し、画素の各隅に他方の端部を有する複数の線分パターンを含み、各画素上に有する同一の孤立した放射状の線分パターンを、画素配列上の同一の相対位置に繰り返す配列で形成することができる。特に上記のような線分パターンが、画素60の領域内をできるだけ広く、すなわち、隣接する画素のマイクロレンズとのギャップをできるだけ狭く、最終のマイクロレンズ形状を規定するための骨格構造を作ることになる。また、前記第二の層85は、図1(b)に示すように、各画素60上に同一の孤立した凸図形のパターンを、画素配列上の同一の相対位置に繰り返す配列で形成することができる。前記孤立した凸図形のパターンは、多角形状の各画素の形状に近く、各画素領域を略覆うことができ、画素境界を越えないものであるので、マイクロレンズの全体形状を各画素の平面形状に対応して決める上で適正である。しかも、第二のパターンには、前述の骨格構造を作る第一のパターンとの積層、熱処理による接触状態での流動性の制御が働くので、マイクロレンズの外形構造を制御しやすい。従って、隣接するマイクロレンズとのギャップを狭くして高い集光性能を与えるとともに、各マイクロレンズの形状が均一になるように形成することができる。
また、以下に記述する工夫により、さらに適正形状のマイクロレンズを簡単な方法で得ることができる。
In this example, the first layers 81 and 82 share one end at the center of each pixel 60 and the other end at each corner of the pixel, as shown in FIGS. 1 (a1) and (a2). The same isolated radial line segment pattern on each pixel including a plurality of line segment patterns having a portion can be formed in an array that repeats at the same relative position on the pixel array. In particular, the line segment pattern as described above is as wide as possible in the region of the pixel 60, that is, the gap between the adjacent microlenses is made as narrow as possible to create a skeleton structure for defining the final microlens shape. Become. Further, as shown in FIG. 1B, the second layer 85 is formed by repeatedly arranging the same isolated convex pattern on each pixel 60 at the same relative position on the pixel array. Can do. The isolated convex pattern is close to the shape of each polygonal pixel, can substantially cover each pixel region, and does not cross the pixel boundary. Therefore, the overall shape of the microlens is the planar shape of each pixel. It is appropriate to decide according to Moreover, since the fluidity control in the contact state by the lamination and heat treatment with the first pattern for forming the skeleton structure acts on the second pattern, it is easy to control the external structure of the microlens. Accordingly, the gap between adjacent microlenses can be narrowed to provide high light condensing performance, and each microlens can be formed to have a uniform shape.
In addition, a microlens having a more appropriate shape can be obtained by a simple method by the device described below.
前記積層される層は、2層に限定されず、例えば、第一の層と第二の層との中間に同種の材料で別の層を形成することも可能であるが、製造工程をできるだけ短くするためには、2層からなる構成が望ましい。2層からなる構成で、本発明のマイクロレンズの製造方法を実施する場合に、下層、すなわち、骨格構造を作る第一の層を外形構造を作る第二の層より薄く形成することが好ましい。先行して構築する第一の層を上層に較べて相対的に薄く設けることにより、流動する樹脂量を抑制して正確に制御された端部の位置を実現することができ、上層、すなわち、外形構造を作る第二の層の挙動を導くことに最適に利用できる。 The layer to be laminated is not limited to two layers. For example, it is possible to form another layer with the same kind of material between the first layer and the second layer. In order to shorten the length, a structure composed of two layers is desirable. When the microlens manufacturing method of the present invention is implemented with a two-layer structure, it is preferable to form the lower layer, that is, the first layer that forms the skeletal structure, thinner than the second layer that forms the outer structure. By providing the first layer constructed in advance relatively thin compared to the upper layer, it is possible to suppress the amount of resin flowing and to achieve a precisely controlled end position. It can be optimally used to guide the behavior of the second layer that creates the outer structure.
図3は、本発明の製造方法において分割形成されるマイクロレンズの各層のパターンの他の一例を、一つの画素60の最小単位で部分拡大して説明するための模式平面図であって、(a)、(b)はそれぞれマイクロレンズを構成する第一の層のパターンと第二の層のパターンの例を示し、(c)は第一の層と第二の層を積層した状態を示し、(d)は積層した2層を熱処理により一体化した状態を示す。 FIG. 3 is a schematic plan view for explaining another example of the pattern of each layer of the microlens divided and formed in the manufacturing method of the present invention by partially enlarging the minimum unit of one pixel 60. a) and (b) show examples of the pattern of the first layer and the pattern of the second layer constituting the microlens, respectively, and (c) shows a state in which the first layer and the second layer are laminated. (D) shows a state in which the two laminated layers are integrated by heat treatment.
本例においては、画素の平面形状を表す多角形状が四角形状であって、図3(b)に示すように、四角形状の画素毎に各隅を除いた八角形状の層を第二の層85として積層する。四角形状の画素毎の各隅においては、特に第二の層単独での形状制御が難しいため、マイクロレンズの最終的に形成される形状を第一の層に依存させることを目的とした設計である。 In this example, the polygonal shape representing the planar shape of the pixel is a square shape, and as shown in FIG. 3B, an octagonal layer excluding each corner for each square pixel is a second layer. Stack as 85. At each corner of each quadrangular pixel, it is difficult to control the shape of the second layer alone, so it is designed to make the final shape of the microlens dependent on the first layer. is there.
また、図3(a)に示すように、第一の層81である放射状パターンの点線で示す画素境界61に近い方の端部をできるだけ画素境界に近接し、上層を積層した状態を示す図3(c)で明らかなように、第二の層85の端部より第一の層81の端部を画素境界61に近接して設けることができる。この状態に積層したものを熱処理して一体化したマイクロレンズ7を形成すると、図3(d)に示すように、隣接するマイクロレンズとのギャップを狭くして高い集光性能を与えるとともに、各マイクロレンズの形状を均一に形成できる。 Also, as shown in FIG. 3A, a diagram showing a state in which an end portion closer to the pixel boundary 61 indicated by the dotted line of the radial pattern which is the first layer 81 is as close as possible to the pixel boundary and the upper layer is laminated. As apparent from FIG. 3C, the end of the first layer 81 can be provided closer to the pixel boundary 61 than the end of the second layer 85. When the microlenses 7 are formed by heat-treating the laminated layers in this state, as shown in FIG. 3 (d), the gap between the adjacent microlenses is narrowed to give high condensing performance. The shape of the microlens can be formed uniformly.
また、本発明のマイクロレンズの製造方法に用いる露光用マスクは、上述の第一の層および第二の層をそれぞれ別個に有する複数枚のマスクであって、それらの露光用マスクを順次使用して積層パターンを実現する。前記複数枚の露光用マスクは、共通のマークにより位置合わせされた露光用マスクの組を提供するものである。 The exposure mask used in the method for manufacturing a microlens of the present invention is a plurality of masks each having the first layer and the second layer separately, and the exposure masks are sequentially used. To realize a laminated pattern. The plurality of exposure masks provide a set of exposure masks aligned by a common mark.
1・・・カラー固体撮像素子
2・・・半導体基板
3・・・光電変換素子
4・・・受光面側表面
5・・・透明平坦化層
51・・・第二の透明平坦化層
6・・・着色透明画素パターン
60・・・画素
61・・・画素境界
7、71、72・・・マイクロレンズ
73・・・露光用マスクのパターン(緑色画素対応のマイクロレンズ用)
74・・・露光用マスクのパターン(赤色、青色画素対応のマイクロレンズ用)
81、82・・・第一の層
85・・・第二の層
10・・・固体撮像素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Color solid-state image sensor 2 ... Semiconductor substrate 3 ... Photoelectric conversion element 4 ... Light-receiving surface side surface 5 ... Transparent planarization layer 51 ... Second transparent planarization layer 6 ..Colored transparent pixel pattern 60... Pixel 61... Pixel boundaries 7, 71, 72... Microlens 73 .. pattern for exposure mask (for microlens corresponding to green pixel)
74 ... Mask pattern for exposure (for microlenses for red and blue pixels)
81, 82 ... first layer 85 ... second layer 10 ... solid-state imaging device
Claims (2)
マイクロレンズ形成後に同一の光学特性を示す材料を、マイクロレンズを構成する第一の層、第二の層に用いて、前記第一の層を形成した後に、前記第二の層を前記第一の層とは異なる形状で第一の層に積層し、その後、前記第一の層および第二の層を熱処理により変形して一体化するマイクロレンズの製造方法であって、少なくとも、
前記第一の層の形状が、前記画素の中央から画素境界に向かう放射状パターンで、かつ、前記第二の層の形状が、前記画素の形状に近く、前記画素境界を越えない凸図形パターンに形成し、さらに、前記第一の層の画素境界に近い方の端部を、前記第二の層の端部より前記画素境界に近接する様に形成することを特徴とするマイクロレンズの製造方法。 Micro lenses provided for each pixel of the polygonal to which the solid-state imaging device included in,
A material having the same optical characteristics after the formation of the microlens is used for the first layer and the second layer constituting the microlens, and after the first layer is formed, the second layer is replaced with the first layer. A microlens manufacturing method in which the first layer and the second layer are deformed and integrated by heat treatment after being laminated on the first layer in a shape different from that of the layer ,
The shape of the first layer is a radial pattern from the center of the pixel toward the pixel boundary, and the shape of the second layer is a convex pattern that is close to the shape of the pixel and does not exceed the pixel boundary. And forming an end portion closer to the pixel boundary of the first layer so as to be closer to the pixel boundary than an end portion of the second layer. .
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