特開 2022-19233 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022019233

(43)【公開日】2022-01-27

(54)【発明の名称】固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20220120BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20220120BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 D

G02B3/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020122955

(22)【出願日】2020-07-17

(71)【出願人】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】凸版印刷株式会社

(72)【発明者】

【氏名】島▲崎▼ 智寛

【テーマコード（参考）】

4M118

【Ｆターム（参考）】

4M118AA10

4M118AB01

4M118BA06

4M118CA02

4M118FA06

4M118GC07

4M118GD05

4M118GD20

(57)【要約】

【課題】半円筒状のマイクロレンズが延伸する方向に直交する方向の半円筒状のマイクロレンズのピッチが１０μｍ～２０μｍであっても、マイクロレンズの断面形状の乱れが無い半円筒状のマイクロレンズからなるレンズアレイを備えた固体撮像素子を提供する。
【解決手段】複数のフォトダイオード４をＸＹマトリクス状に形成した固体撮像素子用半導体基板と、該フォトダイオードと平面視で重なる様に形成された複数の半円筒状のマイクロレンズ１からなるレンズアレイ８と、を備えた固体撮像素子であって、レンズアレイの各半円筒状のマイクロレンズは、ＸＹマトリクス状に形成されたフォトダイオードに対応して延伸し、互いに平行に、一定のピッチで備えられており、該マイクロレンズのＹ方向またはＸ方向における形成ピッチは、１０μｍ～２０μｍであり、高さが１．５μｍ～３．０μｍである事を特徴とする固体撮像素子１０。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ方向および前記Ｘ方向と直交する方向であるＹ方向からなるＸＹマトリクス状に複数の光電変換素子を配置した固体撮像素子用半導体基板と、該光電変換素子と平面視で重なる様に配置した複数の半円筒状のマイクロレンズからなるレンズアレイと、を備えた固体撮像素子であって、
前記レンズアレイを構成する各々の前記半円筒状のマイクロレンズは、ＸＹマトリクス状に形成された前記光電変換素子のＸ方向またはＹ方向に沿って延伸し、前記半円筒状のマイクロレンズの長手方向が互いに平行であり、
該半円筒状のマイクロレンズの幅は１０μｍ以上２０μｍ以下であり、高さが１．５μｍ以上３．０μｍ以下である事を特徴とする固体撮像素子。

【請求項2】

前記半円筒状のマイクロレンズで覆われた透明層からなるパターンを有し、
前記透明層からなるパターンの幅は該半円筒状のマイクロレンズの３０％以上５０％以下であり、
前記透明層からなるパターンの高さは該半円筒状のマイクロレンズの５０％以上７０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項3】

前記透明層からなるパターンの幅の中心を通り長手方向に延伸する中心線と、前記半円筒状のマイクロレンズの幅の中心を通り長手方向に延伸する中心線とが平面視で重なる事を特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。

【請求項4】

前記半円筒状のマイクロレンズの屈折率は前記透明層からなるパターンの屈折率以上である事を特徴とする請求項２または３に記載の固体撮像素子。

【請求項5】

請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記半円筒状のマイクロレンズとなる樹脂層を形成する工程と、
透明層からなるパターンを形成する工程と、
前記半円筒状のマイクロレンズの母型となる感光性樹脂パターンを形成する工程と、
該感光性樹脂パターンを加熱処理する事により前記半円筒状のマイクロレンズの母型を形成する工程と、
前記半円筒状のマイクロレンズの母型と透明層からなるパターンをドライエッチングにより除去し、前記マイクロレンズとなる樹脂層に前記半円筒状のマイクロレンズを転写する工程と、を備えていることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。

【請求項6】

前記透明層からなるパターンの幅の中心を通り長手方向に延伸する中心線と、前記半円筒状のマイクロレンズの幅の中心を通り長手方向に延伸する中心線とが平面視で重なる事を特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。

【請求項7】

請求項２から４のいずれか一項に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記半円筒状のマイクロレンズとなる樹脂層を形成する工程と、
透明層からなるパターンを形成する工程と、
前記半円筒状のマイクロレンズとなる感光性樹脂パターンを形成する工程と、
該感光性樹脂パターンを加熱処理する事により前記半円筒状のマイクロレンズを形成する工程と、を備えていることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。

【請求項8】

前記透明層からなるパターンの幅は該半円筒状のマイクロレンズの３０％以上５０％以下であり、
前記透明層からなるパターンの高さは該半円筒状のマイクロレンズの５０％以上７０％以下であることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の固体撮像素子の製造方
法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マイクロレンズを使用した固体撮像素子に関する。更に詳しくは、半円筒状のマイクロレンズを使用した固体撮像素子に関する。

【背景技術】

【0002】

固体撮像素子は、レンズ系を通して固体撮像素子面に結像させた画像を、フォトダイオードなどの光電変換素子を用いて電気信号に変換する半導体装置である。固体撮像素子は、シリコンウェハをウェハ加工して作製された半導体デバイスであり、マトリクス状に光電変換素子が配列されている。それらの光電変換素子の上方の周囲には多層配線層が形成されている。その様な半導体素子の表面の最上層はパッシベーション膜で被覆され、水分などが半導体素子に侵入されない様な構造となっている。その様な固体撮像素子の表面には、色分解用のオンチップカラーフィルタが形成されており、更にその上層に、光電変換素子の周囲の光も光電変換素子に取り込んで感度を向上させるためのマイクロレンズが形成されているのが通常である。

【0003】

マイクロレンズの形態は、通常は半球状であるが、固体撮像デバイスの形態によっては、かまぼこ状のマイクロレンズが使用される事がある。かまぼこ状のマイクロレンズとは、長尺状のレンズが互いに平行に隣接した状態で、長手方向に延伸しているマイクロレンズであり、１本のかまぼこ状のマイクロレンズの長手方向に直交する平面における断面形状は半円状であるが、非球面を形成できる特徴がある。以後、かまぼこ状のマイクロレンズを、半円筒状のマイクロレンズ、または単にマイクロレンズとも記す事にする。

【0004】

この半円筒状のマイクロレンズは、非球面レンズとする事ができる為、レンズとしての集光効率が高いマイクロレンズを作製することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５－６２６９２号公報

【特許文献2】特開２００８－０１５３９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

この様な半円筒状のマイクロレンズは、半円筒状のマイクロレンズの長手方向に直交する方向に、複数の半円筒状のマイクロレンズが平行に連接して備えられている。
図３（ａ）は、マイクロレンズ１－１が延伸する方向に直交する面における固体撮像素子１０－１の断面図の一例を示したものである。長手方向に直交する方向のピッチ（半円筒状のマイクロレンズの幅と同程度の寸法）が１０μｍ未満の場合には、半円筒状のマイクロレンズ１－１の断面形状は半円筒状の正常な断面形状となる。この場合、マイクロレンズ１－１に入射した光（入射光）５は、平坦化層２とカラーフィルタ３－１を通り、設計通りにフォトダイオード４の表面に集光される。

【0007】

しかしながら、長手方向に直交する方向のピッチが１０μｍ～２０μｍの場合、図３（ｂ）に固体撮像素子１０´の断面図を例示した様に、マイクロレンズ１´の断面における中央部において、レンズ形状の乱れ部６が形成される場合が出てくる場合があった。レンズ形状の乱れ部６とは、マイクロレンズ１´の断面において、中央部に凹みが発生する現象である。この様なレンズの表面形状の乱れが発生すると、レンズとしての正常な機能を失う。その為、入射光５´として例示した様に、レンズによる集光が乱れ、正常にフォトダイオード４の表面に集光されなくなる。なお、平坦化層２とフォトダイオード４は図３（ａ）と同じであるが、マイクロレンズ１´は、図３（ａ）におけるカラーフィルタ３－１のピッチ（１０μｍ未満）より大きなピッチ（１０μｍ～２０μｍ）で形成されたカラーフィルタ３´に対応して形成された大きな半円筒状のマイクロレンズである。

【0008】

この様な半円筒状のマイクロレンズの問題点を解決する技術に最も近い先行技術としては、例えば、特許文献１に、カラーフィルタを用いない液晶表示装置が開示されている。この技術は、半円筒状のマイクロレンズに、それぞれ赤色、緑色、青色となる角度を備えたプリズム構造を備えておく事により、プリズムの作用によってそれらのプリズム構造に入射した光を分光し、カラーフィルタを使用する事無く赤色、緑色、青色を作り出す技術である。

【0009】

また、特許文献２には、半円筒状のマイクロレンズを使用した立体画像表示装置が開示されている。この技術においては、立体感を作り出すのに必要な両眼に入る画像の視差を作り出す手段として、焦点距離が異なる２枚のマイクロレンズシートを、半円筒状のマイクロレンズの長手方向を異なる方向にして、一定の角度をなす様に、配置する事で作り出す事を特徴としている。

【0010】

これらの技術は、半円筒状のマイクロレンズに関連する技術であるが、半円筒状のマイクロレンズが延伸する方向に直交する方向の半円筒状のマイクロレンズのピッチが１０μｍ～２０μｍの場合に、マイクロレンズの断面形状の中央部に発生するレンズ形状の乱れ（凹み）を解決する技術とは異なる。

【0011】

上記の事情に鑑み、本発明は、半円筒状のマイクロレンズが延伸する方向に直交する方向の半円筒状のマイクロレンズのピッチが１０μｍ～２０μｍであっても、マイクロレンズの断面形状の乱れが無い半円筒状のマイクロレンズからなるレンズアレイを備えた固体撮像素子を提供する事を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記の課題を解決する手段として、本発明の第一態様は、複数のフォトダイオードをＸＹマトリクス状に形成した固体撮像素子用半導体基板と、該フォトダイオードと平面視で重なる様に形成された複数の半円筒状のマイクロレンズからなるレンズアレイと、を備えた固体撮像素子であって、
レンズアレイを構成する各半円筒状のマイクロレンズは、ＸＹマトリクス状に形成されたフォトダイオードのＸまたはＹ方向に対応して延伸し、互いに平行に、一定のピッチで備えられており、
該半円筒状のマイクロレンズの幅方向における形成ピッチは、１０μｍ～２０μｍであり、高さが１．５μｍ～３．０μｍである事を特徴とする固体撮像素子である。

【0013】

また、複数のフォトダイオードをＸＹマトリクス状に形成した固体撮像素子用半導体基板と、該フォトダイオードと平面視で重なる様に形成された複数の半円筒状のマイクロレンズからなるレンズアレイと、を備えた固体撮像素子であって、
レンズアレイを構成する各半円筒状のマイクロレンズは、ＸＹマトリクス状に形成されたフォトダイオードのＸまたはＹ方向に対応して延伸し、互いに平行に、一定のピッチで備えられており、
前記半円筒状のマイクロレンズの幅方向における形成ピッチは、１０μｍ～２０μｍであり、高さが１．５μｍ～３．０μｍであり、
前記半円筒状のマイクロレンズと前記半導体基板の間には、前記半円筒状のマイクロレンズの幅の中点を通り、長手方向に延伸する中心線と重なる位置に、該半円筒状のマイクロレンズの、３０％～５０％の幅で、且つ５０％～７０％の高さの、透明層からなるパタ
ーンが備えられている事を特徴とする固体撮像素子である。

【0014】

また、前記透明層の屈折率は、前記半円筒状のマイクロレンズの屈折率より低い事を特徴とする。

【0015】

また、本発明の第二態様は、
固体撮像素子のレンズアレイの製造方法であって、
前記半円筒状のマイクロレンズとなる樹脂層を形成する工程と、
透明層からなるパターンを形成する工程と、
前記半円筒状のマイクロレンズの母型となる感光性樹脂パターンを形成する工程と、
該感光性樹脂パターンを加熱処理する事により前記半円筒状のマイクロレンズの母型を形成する工程と、
前記半円筒状のマイクロレンズの母型と透明層からなるパターンをドライエッチングにより除去し、前記マイクロレンズとなる樹脂層に前記半円筒状のマイクロレンズを転写する工程と、を備えており、
前記半円筒状のマイクロレンズの幅の中点を通り長手方向に延伸する中心線は、前記透明層からなるパターンの幅の中点を通り長手方向に延伸する中心線と平面視で重なる位置に形成される事を特徴とするレンズアレイの製造方法である。

【0016】

また、前記半円筒状のマイクロレンズとなる樹脂層を形成する工程と、
透明層からなるパターンを形成する工程と、
前記半円筒状のマイクロレンズとなる感光性樹脂パターンを形成する工程と、
該感光性樹脂パターンを加熱処理する事により前記半円筒状のマイクロレンズを形成する工程と、を備えており、
前記半円筒状のマイクロレンズの幅の中点を通り長手方向に延伸する中心線は、前記透明層からなるパターンの幅の中点を通り長手方向に延伸する中心線と平面視で重なる位置に形成される事を特徴とするレンズアレイの製造方法である。

【発明の効果】

【0017】

本発明の固体撮像素子によれば、複数のフォトダイオードがＸＹマトリクス状に形成された固体撮像素子用半導体基板のＸ方向またはＹ方向に形成されたフォトダイオードに沿って延伸し、互いに平行に、連接して備えられた半円筒状のマイクロレンズを備えている。それらの半円筒状のマイクロレンズのＹ方向またはＸ方向における形成ピッチは、１０μｍ～２０μｍであり、高さが１．５μｍ～３．０μｍである。これらの事により、半円筒状のマイクロレンズの長手方向に直交する平面における断面の最も高い部位を中心としたレンズ形状の乱れが発生することが無い。その為、半円筒状のマイクロレンズの集光性能が劣化することが無い。

【0018】

また、本発明の固体撮像素子によれば、半円筒状のマイクロレンズと半導体基板の間には、Ｘ方向またはＹ方向に沿って、該半円筒状のマイクロレンズの幅の３０％～５０％の幅で、半円筒状のマイクロレンズの５０％～７０％の高さの透明層が備えられている。その為、半円筒状のマイクロレンズの長手方向に直交する平面における断面の最も高い部位を中心としたレンズ形状の乱れが発生することが無い。その為、半円筒状のマイクロレンズの集光性能が劣化することが無い。

【0019】

本発明のレンズアレイの製造方法によれば、樹脂の熱フロー工程の見直しをせず、パターンの形成工程を１工程増やすだけで、本発明の固体撮像素子を提供可能とする事ができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の固体撮像素子の半円筒状のマイクロレンズを説明する断面説明図。

【図2】本発明の固体撮像素子の半円筒状のマイクロレンズの製造方法を説明する断面説明図。

【図3】従来の固体撮像素子の半円筒状のマイクロレンズの問題点を説明する断面説明図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

＜第一の実施形態＞
本発明の第一の実施形態における固体撮像素子について図１（ａ）を用いて説明する。（固体撮像素子）
本発明の固体撮像素子１０は、複数のフォトダイオード４をＸＹマトリクス状に形成した固体撮像素子用半導体基板と、該フォトダイオード４と平面視で重なる様に形成された複数の半円筒状のマイクロレンズ１からなるレンズアレイ８と、を備えた固体撮像素子である。

【0022】

ここで、半円筒状のマイクロレンズ１は、１本１本の半円筒状のマイクロレンズを指す。また、レンズアレイ８は、複数の半円筒状のマイクロレンズ１が、マイクロレンズ１が形成されている平面上で、その長手方向に直交する方向に、一定のピッチで備えられているものを指す。１本１本の半円筒状のマイクロレンズ１は、互いに端部で重なっていても良いし、分離し離間した状態で、一定のピッチで配置されたものであっても良い。また、隣接するマイクロレンズ１の長辺同士が並行に配列されてもよい。

【0023】

各半円筒状のマイクロレンズ１からなるレンズアレイ８は、ＸＹマトリクス状に形成されたフォトダイオード４のＸ方向かＹ方向の何れかに沿って延伸し、互いに平行に、一定のピッチで備えられている。即ち、印刷物の立体視などで使用されるレンチキュラーレンズより微細な寸法のレンチキュラーレンズがＸ方向およびＹ方向に形成されたフォトダイオード４に対応して備えられている。なお、レンチキュラーレンズとは、かまぼこ状または半円筒状のレンズが、その長手方向に直交する方向に、複数本、一定のピッチで形成されたシート状のレンズである。なお、印刷物の立体視や見る角度で画像が変化するチェンジングに使用する半円筒状のレンズの形成ピッチは、通常、１５（Ｌｉｎｅ／ｉｎｃｈ）～１５０（Ｌｉｎｅ／ｉｎｃｈ）（約１．７ｍｍ～約１７．０ｍｍ）である。

【0024】

本発明の固体撮像素子に使用される半円筒状のマイクロレンズ１からなるレンズアレイ８のＹ方向またはＸ方向における形成ピッチは１０μｍ～２０μｍであり、高さは１．５μｍ～３．０μｍである事が特徴である。この様なピッチと高さを備えた半円筒状のマイクロレンズ１からなるレンズアレイ８であっても、半円筒状のマイクロレンズ１の最も厚い部分を中心にして発生する凹部などのレンズ形状の乱れが発生していない。

【0025】

（半円筒状のマイクロレンズの製造方法）
上記で説明した固体撮像素子は、本発明の実施形態における半円筒状のマイクロレンズの製造方法によって得る事が可能である。以下に本発明の一実施形態における半円筒状のマイクロレンズの製造方法を説明する。なお、半円筒状のマイクロレンズ以外の構成としては、図１（ａ）に示すように、フォトダイオード４がＸＹマトリクス状の形成された半導体基板上に平坦化層などの機能層が形成されている。機能層の表面にはカラーフィルタ３が形成され、更にカラーフィルタ３の表面に平坦化層２が形成されている。なお、機能層の形成は任意であり、図１（ａ）においては不図示である。

【0026】

半円筒状のマイクロレンズの製造方法は、半円筒状のマイクロレンズとなる樹脂層を形成する工程と、透明層からなるパターンを形成する工程と、半円筒状のマイクロレンズの母型となる感光性樹脂パターンを形成する工程と、該感光性樹脂パターンを加熱処理する
事により前記半円筒状のマイクロレンズの母型を形成する工程と、半円筒状のマイクロレンズの母型と透明層からなるパターンをドライエッチングにより除去し、マイクロレンズとなる樹脂層に前記半円筒状のマイクロレンズを転写する工程と、を備えている。

【0027】

以下に、図２（Ａ）を用いて本発明の半円筒状のマイクロレンズの製造方法について説明する。
（半円筒状のマイクロレンズとなる樹脂層を形成する工程）
半円筒状のマイクロレンズとなる樹脂層を形成する工程では、まず、フォトダイオード４がＸＹマトリクス状に配置された半導体基板を用意し（図２（Ａ）（ａ）参照）、その半導体基板上にカラーフィルタ３をフォトダイオードに目合わせして形成する（図２（Ａ）（ｂ）参照）。次に、カラーフィルタ３の上に平坦化層２を形成する（図２（Ａ）（ｃ）参照）。次に、平坦化層２の表面にレンズ樹脂層９を形成する（図２（Ａ）（ｄ）参照）。レンズ樹脂層９は、半円筒状のマイクロレンズ１となる樹脂層である。

【0028】

レンズ樹脂層９の材料は、透明な樹脂であれば特に限定する必要は無い。例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ、Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）を好適に使用する事ができる。
レンズ樹脂層９の形成方法は、透明な樹脂とその溶剤などによって作製した塗工液を用い、各種の塗工方法を用いて塗工する事ができる。例えば、スピンコート法をはじめ、ロールコート法、オフセット転写法、スクリーン印刷法、などを挙げることができる。

【0029】

（透明層からなるパターンを形成する工程）
透明層からなるパターンを形成する工程では、まず、半円筒状のマイクロレンズとなる樹脂層（レンズ樹脂層９）の上に、透明層７からなるパターンを形成する（図２（Ａ）（ｅ）参照）。
透明層７からなるパターンの幅は半円筒状のマイクロレンズの幅の３０％～５０％であり、パターンの高さ（または厚さ）は半円筒状のマイクロレンズの５０％～７０％である。透明層７からなるパターンの幅が、半円筒状のマイクロレンズの幅の３０％未満である場合、凹状となったマイクロレンズ形状を改善するほどの影響を与えられなくなる可能性が高まる。一方、５０％を超えた場合、凹状箇所だけでなく、マイクロレンズ全体の膜厚に影響を与えてしまいやすい。また、透明層からなるパターンの高さが、半円筒状のマイクロレンズの５０％未満である場合、凹状となった分の膜厚を補填することが出来ず、凹状が残りうる。さらに、７０％を超えた場合、マイクロレンズの一部のみ凸状となりやすい。

【0030】

フォトダイオード４などの光電変換素子が半導体基板にＸＹマトリクス状に形成されており、半円筒状のマイクロレンズはこれら光電変換素子に対応して形成される。例えば、半導体基板のＸ方向に形成された光電変換素子に対応して、半円筒状のマイクロレンズの長手方向をＸ方向と平行になるように形成される。Ｙ方向には、同じ形態の半円筒状のマイクロレンズが、光電変換素子が形成されている位置に対応して、平行に、且つ連接して形成される。なお、Ｘ方向とＹ方向が入れ替わっても良い。

【0031】

透明層７からなるパターンと半円筒状のマイクロレンズとは長手方向（延伸する方向）が平行となる。且つ透明層からなるパターンは半円筒状のマイクロレンズが延伸する方向と直交する幅方向の略中点を通る。さらに、透明層からなるパターンの長手方向の中心線と半円筒状のマイクロレンズの長手方向の中心線が一致する方が好ましい。この様にする事により、最終的に形成される半円筒状のマイクロレンズの長手方向に直交する平面における断面形状が左右対称の形状となる。また、透明層７からなるパターンの厚さや幅が上述した数値範囲に入っている事により、大型の半円筒状のマイクロレンズであってもレンズ頂点付近の形状が乱れることを抑制でき、優れた集光性能を備えたレンズとなる。

【0032】

透明層７の材料は、下地の半円筒状のマイクロレンズとなる樹脂層と同じ材料である事が好ましいが、その樹脂層と同等の屈折率を持つ透明な樹脂であれば使用することができる。

【0033】

例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ、Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ、Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｐｅｎｔｅｎｅ）、アリルジグリコールカーボネート（ＣＲ－３９）、ＭＳ樹脂（メチルメタクリレート・スチレン共重合）、アクリロニトリルスチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリエチレン樹脂（ＰＳ）などを挙げる事ができる。

【0034】

透明層７からなるパターンを形成する方法としては、特に限定する必要は無い。例えば、上記したポリメタクリル酸メチル樹脂などの透明樹脂材料を使用した感光性透明樹脂塗液を作製し、その塗液を用いて、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングする事により、透明層からなるパターンを形成する事ができる。透明層からなるパターンが延伸する方向に直交する方向である幅の中点が、半円筒状のマイクロレンズの幅の中点と、一致する様に形成する。しかしながら、この段階では半円筒状のマイクロレンズは形成されていない。その為、半導体基板にＸＹマトリクス状に配置されているフォトダイオードなどの光電変換素子に対応して形成すれば良い。

【0035】

（半円筒状のマイクロレンズの母型となる感光性樹脂パターンを形成する工程）
半円筒状のマイクロレンズの母型となる感光性樹脂パターンを形成する工程では、半円筒状のマイクロレンズとなる樹脂層と、その樹脂層の上に形成された透明層からなるパターンが形成された基板の上に、感光性樹脂層を形成し、その感光性樹脂層をフォトリソグラフィ法によってパターン化する。この状態では、ほぼ矩形の断面形状を備えた感光性樹脂層のパターンが形成される（図示省略）。

【0036】

次に、このパターン化された感光性樹脂層を加熱処理する事によって、半円筒状のマイクロレンズと同等の断面形状を備えた感光性樹脂層からなるレジストパターン１１が得られる（図２（Ａ）（ｆ）参照）。この様にして、半円筒状のマイクロレンズを形成する為のエッチングマスクパターン、即ち半円筒状のマイクロレンズの母型が形成される。

【0037】

この様にして形成された半円筒状のマイクロレンズの母型には、半円筒状のマイクロレンズの母型が延伸する方向に直交する方向における半円筒状のマイクロレンズの母型のピッチが１０μｍ～２０μｍであっても、マイクロレンズの母型の断面形状の乱れ（凹み）が形成される事が無い。凹みは、通常はマイクロレンズの母型の断面形状の中央部に形成されるが、その部分には、透明層７からなるパターンが形成されており、透明層７からなるパターンの厚さに対応して厚くなっている。その透明層７からなるパターンの厚さは、マイクロレンズの母型の断面形状の乱れ（凹み）が形成されない厚さに調整されている為、母型の断面形状の乱れ（凹み）が形成される事が無い。この様にする為、半円筒状のマイクロレンズの幅の３０％～５０％の幅で、半円筒状のマイクロレンズの５０％～７０％の高さ（または厚さ）である透明層からなるパターンを形成する事が必要となる。

【0038】

（半円筒状のマイクロレンズの母型と透明層からなるパターンをドライエッチングにより除去し、レンズ樹脂層９に半円筒状のマイクロレンズを転写する工程）
半円筒状のマイクロレンズの母型（レジストパターン１１）と透明層７からなるパターンをドライエッチングにより除去し、レンズ樹脂層９に半円筒状のマイクロレンズを転写する工程では、半円筒状のマイクロレンズの母型をエッチングマスクとして、その下地にある半円筒状のマイクロレンズとなるレンズ樹脂層９をドライエッチングする。

【0039】

ドライエッチングの種類としては、酸素ガスを含むガスを用いて樹脂のガス化によるドライエッチングが可能なものであれば特に限定されない。例えば、プラズマアッシャやオゾンアッシャと呼ばれる装置を使用する事ができる。装置の電極構成としては、平行平板型の装置であっても良いし、バレル型の装置であっても構わない。

【0040】

ドライエッチングを行う事によって、エッチングマスクでカバーされていない下地の半円筒状のマイクロレンズとなるレンズ樹脂層９はドライエッチングされて除去されて行く。同時に、エッチングマスクも除去されて行く。エッチングマスクがドライエッチングによって消失した段階で、エッチングマスクの形態が下地の半円筒状のマイクロレンズとなるレンズ樹脂層９に転写され、半円筒状のマイクロレンズ１からなるレンズアレイ８が形成される（図２（Ａ）（ｇ）参照）。

【0041】

以上に説明した半円筒状のマイクロレンズの製造方法により、フォトダイオードなどの光電変換素子と対応する位置に、半円筒状のマイクロレンズの断面形状における乱れ（凹み）が形成されていない半円筒状のマイクロレンズからなるレンズアレイを形成する事ができる。その為、半円筒状のマイクロレンズの断面形状に乱れ（凹み）が形成されていない半円筒状のマイクロレンズからなるレンズアレイを備えた固体撮像素子を得る事ができる。

【0042】

＜第二の実施形態＞
次に、本発明の固体撮像素子の第二の実施形態について、第一の実施形態と異なる点を中心に、図２（Ｂ）を用いて説明する。

【0043】

第二の実施形態における半円筒状のマイクロレンズの製造方法は、まず、フォトダイオード４がＸＹマトリクス状に配置された半導体基板を用意し（図２（Ｂ）（ａ）参照）、その半導体基板上にカラーフィルタ３をフォトダイオードに目合わせして形成する（図２（Ｂ）（ｂ）参照）。次に、カラーフィルタ３の上に平坦化層２を形成する（図２（Ｂ）（ｃ）参照）。ここまでは、第一の実施形態と同様である。
次に、透明層からなるパターンを形成する工程（図２（Ｂ）（ｄ）参照）と、半円筒状のマイクロレンズとなる感光性レンズ樹脂層９－１を形成する工程（図２（Ｂ）（ｅ）参照）と、パターン化された感光性レンズ樹脂層１２を形成する工程（図２（Ｂ）（ｆ）参照）と、加熱溶融する事で半円筒状のマイクロレンズ１を形成する工程（図２（Ｂ）（ｇ）参照）を実施する。
すなわち、第二の実施形態においては、ドライエッチングによる半円筒状のマイクロレンズを形成するのではなく、加熱溶融により半円筒状のマイクロレンズを形成する。

【0044】

まず、複数のフォトダイオード４がＸＹマトリクス状に形成された固体撮像素子用半導体基板上にカラーフィルタ３と平坦化層２を備えた基板上に、透明層７からなるパターンを形成する（図２（Ｂ）（ｄ）参照）。透明層７からなるパターンは、第一の実施形態における透明層７と同等である。
次に、半円筒状のマイクロレンズ１となる透明樹脂からなる感光性レンズ樹脂層９－１を形成する（図２（Ｂ）（ｅ）参照）。その形成方法は特に限定されない。例えば、スピンコート法によって透明樹脂からなる感光性樹脂塗液を、透明層７からなるパターンが形成された基板上に塗布する。

【0045】

次に、クリーンオーブンなどを使用して塗布された感光性レンズ樹脂層９－１を乾燥させる。所望のパターンを備えたフォトマスクを用いて露光し、現像する事によって、透明層７からなるパターンに目合わせされたパターン化感光性レンズ樹脂層１２を形成する事ができる（図２（Ｂ）（ｆ）参照）。この目合わせとは、透明層７からなるパターンの幅の中心を通り長手方向に延伸する中心線と、半円筒状のマイクロレンズ１の幅の中心を通
り長手方向に延伸する中心線と、の位置を平面視で重ね合わせる、という意味である。

【0046】

以上の様にして形成されたパターン化感光性レンズ樹脂層１２の形状は、ほぼ矩形状の端部を備えた直方体となっている。この様な形態のパターン化感光性レンズ樹脂層１２を、パターン化感光性レンズ樹脂層１２を構成する透明樹脂の軟化点以上に加熱処理する事により、透明樹脂を溶融させ、液体状にし流動させる事で、直方体だった透明樹脂パターンを半円筒状のマイクロレンズ１とする事ができる（図２（Ｂ）（ｇ）参照）。

【0047】

このパターン化感光性レンズ樹脂層１２を溶融させた時に、半円筒状のマイクロレンズ１の断面形状において、最も厚い部分を中心に、凹部が形成される現象がある。この現象は、半円筒状のマイクロレンズ１の幅が１０μｍ以上、厚さが１．５μｍ以上、である場合にみられる現象である。これは、パターン化感光性レンズ樹脂層１２が液体状になる事で、液体状の透明樹脂の表面張力に基づく現象ではないかと推定される。その為、透明樹脂パターンの幅が１０μｍ未満、厚さが１．５μｍ未満である場合は凹部が形成されないが、それらの値以上になると、凹部が形成される虞が出てくる。

【0048】

この凹部が形成される現象を防ぐ為、本発明においては、半円筒状のマイクロレンズ１の断面形状において、最も厚い部分を中心に、各半円筒状のマイクロレンズ１の下に、透明層７からなるパターンを形成する。この透明層７からなるパターンは、半円筒状のマイクロレンズ１の幅方向の中点を通り、長手方向に延伸する中心線に沿って、その半円筒状のマイクロレンズ１の、３０％～５０％の幅で、且つ５０％～７０％の高さを備え、且つ透明層７からなるパターンの幅方向の中点を通り、長手方向に延伸する中心線と重なる位置に形成されている事が特徴である点は、第一の実施形態と同じである。

【0049】

この様な半円筒状のマイクロレンズ１が延伸する方向に直交する方向に、複数の半円筒状のマイクロレンズ１が、互いに平行に、一定のピッチで備えられたものが、レンズアレイ８である。

【0050】

フォトダイオードなどの光電変換素子がＸＹマトリクス状に形成された固体撮像素子用半導体基板上に、この様なレンズアレイ８が形成される事により、本発明の第二の実施形態にかかる固体撮像素子２０を得る事ができる。

【0051】

なお、透明層７からなるパターンの屈折率は、半円筒状のマイクロレンズ１と同等あるいは同等以下であっても良い。換言すると、半円筒状のマイクロレンズ１の屈折率は透明層７からなるパターンの屈折率以上であることが好ましい。屈折率がこの関係を満たせば、透明層７からなるパターンと半円筒状のマイクロレンズ１との界面における反射を抑えることができ、集光効率をより高めることができる。

【符号の説明】

【0052】

１・・・半円筒状のマイクロレンズ
２・・・平坦化層
３・・・カラーフィルタ
４・・・フォトダイオード
５・・・入射光
６・・・レンズの乱れ部
７・・・透明層（からなるパターン）
８・・・レンズアレイ
９・・・レンズ樹脂層
９－１・・・感光性レンズ樹脂層
１０、１０－１、１０´、２０・・・固体撮像素子
１１・・・レジストパターン
１２・・・パターン化感光性レンズ樹脂層

【図1】

【図2】

【図3】