特許 7098912 固体撮像素子及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-04

(45)【発行日】2022-07-12

(54)【発明の名称】固体撮像素子及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H04N 9/07 20060101AFI20220705BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20220705BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20220705BHJP

【ＦＩ】

H04N9/07 A

G02B3/00 A

H01L27/146 D

H04N9/07 D

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2017217278

(22)【出願日】2017-11-10

(65)【公開番号】P2019087977

(43)【公開日】2019-06-06

【審査請求日】2020-10-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】凸版印刷株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100116012

【弁理士】

【氏名又は名称】宮坂 徹

(72)【発明者】

【氏名】澤野 智美

(72)【発明者】

【氏名】大久保 優

【審査官】大室 秀明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０１１２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０９２３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１１０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０８２４２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－１７０５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０２００６２３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ １／００－１／０８

Ｇ０２Ｂ ３／００－３／１４

Ｈ０１Ｌ２１／３３９

Ｈ０１Ｌ２７／１４－２７／１４８

Ｈ０１Ｌ２７／３０

Ｈ０１Ｌ２９／７６２

Ｈ０４Ｎ ５／３０－５／３７８

Ｈ０４Ｎ ９／０４－９／１１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の光電変換素子を二次元的に配置した半導体基板と、
上記半導体基板上に形成され、各光電変換素子に対応させて複数色のカラーフィルタを予め設定した規則パターンで二次元的に配置したカラーフィルタ層と、
上記カラーフィルタ層上に形成され、各カラーフィルタに対応して配置された複数のマイクロレンズと、を有し、
上記カラーフィルタの色としてグリーン、レッド及びブルーを含み、
色がグリーンのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第一マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ１は、色がレッドのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第二マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ２よりも小さく、
上記マイクロレンズの高さは、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲内であり、
上記複数のマイクロレンズは、マイクロレンズの縁部が隣接するマイクロレンズ間で谷状の谷部で連結され、
上記複数のマイクロレンズの配置の対角方向且つ上記半導体基板の板厚方向の断面形状を対角断面と定義した場合、上記対角断面における上記谷部の曲率半径が１３５ｎｍ以上であり、
上記ブルーの色のカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第三マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ３は、上記曲率半径Ｒ１よりも大きいことを特徴とする固体撮像素子。

【請求項2】

複数の光電変換素子を二次元的に配置した半導体基板と、
上記半導体基板上に形成され、各光電変換素子に対応させて複数色のカラーフィルタを予め設定した規則パターンで二次元的に配置したカラーフィルタ層と、
上記カラーフィルタ層上に形成され、各カラーフィルタに対応して配置された複数のマイクロレンズと、を有し、
上記カラーフィルタの色としてグリーン、レッド及びブルーを含み、
色がグリーンのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第一マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ１は、色がレッドのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第二マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ２よりも小さく、
上記マイクロレンズの高さは、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲内であり、
上記複数のマイクロレンズは、マイクロレンズの縁部が隣接するマイクロレンズ間で谷状の谷部で連結され、
上記複数のマイクロレンズの配置の対角方向且つ上記半導体基板の板厚方向の断面形状を対角断面と定義した場合、上記対角断面における上記谷部の曲率半径が１３５ｎｍ未満であり、
上記ブルーの色のカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第三マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ３は、上記曲率半径Ｒ２よりも小さいことを特徴とする固体撮像素子。

【請求項3】

複数の光電変換素子を二次元的に配置した半導体基板と、
上記半導体基板上に形成され、各光電変換素子に対応させて複数色のカラーフィルタを予め設定した規則パターンで二次元的に配置したカラーフィルタ層と、
上記カラーフィルタ層上に形成され、各カラーフィルタに対応して配置された複数のマイクロレンズと、を有し、
上記カラーフィルタの色としてグリーン、レッド及びブルーを含み、
色がグリーンのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第一マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ１は、色がレッドのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第二マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ２よりも小さく、
上記マイクロレンズの高さは、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲内であり、
上記第一マイクロレンズのプロフィール形状は放物面形状であり、
上記第二マイクロレンズのプロフィール形状は球面形状であり、
上記複数のマイクロレンズは、マイクロレンズの縁部が隣接するマイクロレンズ間で谷状の谷部で連結され、
上記複数のマイクロレンズの配置の対角方向且つ上記半導体基板の板厚方向の断面形状を対角断面と定義した場合、
上記ブルーの色のカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第三マイクロレンズのプロフィール形状は、上記対角断面における上記谷部の曲率半径が１３５ｎｍ以上であるとき球面形状であり、上記対角断面における上記谷部の曲率半径が１３５ｎｍ未満であるときは放物面形状であることを特徴とする固体撮像素子。

【請求項4】

上記第一マイクロレンズと上記第二マイクロレンズとは、互いに同じ高さであることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。

【請求項5】

上記第一マイクロレンズと上記第二マイクロレンズと上記第三マイクロレンズとは、互いに同じ高さであることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。

【請求項6】

複数の光電変換素子を二次元的に配置した半導体基板と、
上記半導体基板上に形成され、各光電変換素子に対応させて複数色のカラーフィルタを予め設定した規則パターンで二次元的に配置したカラーフィルタ層と、
上記カラーフィルタ層上に形成され、各カラーフィルタに対応して配置された複数のマイクロレンズと、を有し、
上記カラーフィルタの色としてグリーン、レッド及びブルーを含み、
色がグリーンのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第一マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ１は、色がレッドのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第二マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ２よりも小さく、
上記複数のマイクロレンズは、マイクロレンズの縁部が隣接するマイクロレンズ間で谷状の谷部で連結され、
上記複数のマイクロレンズの配置の対角方向且つ上記半導体基板の板厚方向の断面形状を対角断面と定義した場合、上記対角断面における上記谷部の曲率半径が１３５ｎｍ以上であり、
上記ブルーの色のカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第三マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ３は、上記曲率半径Ｒ１よりも大きいことを特徴とする固体撮像素子。

【請求項7】

複数の光電変換素子を二次元的に配置した半導体基板と、
上記半導体基板上に形成され、各光電変換素子に対応させて複数色のカラーフィルタを予め設定した規則パターンで二次元的に配置したカラーフィルタ層と、
上記カラーフィルタ層上に形成され、各カラーフィルタに対応して配置された複数のマイクロレンズと、を有し、
上記カラーフィルタの色としてグリーン、レッド及びブルーを含み、
色がグリーンのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第一マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ１は、色がレッドのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第二マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ２よりも小さく、
上記複数のマイクロレンズは、マイクロレンズの縁部が隣接するマイクロレンズ間で谷状の谷部で連結され、
上記複数のマイクロレンズの配置の対角方向且つ上記半導体基板の板厚方向の断面形状を対角断面と定義した場合、上記対角断面における上記谷部の曲率半径が１３５ｎｍ未満であり、
上記ブルーの色のカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第三マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ３は、上記曲率半径Ｒ２よりも小さいことを特徴とする固体撮像素子。

【請求項8】

複数の光電変換素子を二次元的に配置した半導体基板と、
上記半導体基板上に形成され、各光電変換素子に対応させて複数色のカラーフィルタを予め設定した規則パターンで二次元的に配置したカラーフィルタ層と、
上記カラーフィルタ層上に形成され、各カラーフィルタに対応して配置された複数のマイクロレンズと、を有し、
上記カラーフィルタの色としてグリーン、レッド及びブルーを含み、
色がグリーンのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第一マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ１は、色がレッドのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第二マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ２よりも小さく、
上記第一マイクロレンズのプロフィール形状は放物面形状であり、
上記第二マイクロレンズのプロフィール形状は球面形状であり、
上記複数のマイクロレンズは、マイクロレンズの縁部が隣接するマイクロレンズ間で谷状の谷部で連結され、
上記複数のマイクロレンズの配置の対角方向且つ上記半導体基板の板厚方向の断面形状を対角断面と定義した場合、
上記ブルーの色のカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第三マイクロレンズのプロフィール形状は、上記対角断面における上記谷部の曲率半径が１３５ｎｍ以上であるとき球面形状であり、上記対角断面における上記谷部の曲率半径が１３５ｎｍ未満であるときは放物面形状であることを特徴とする固体撮像素子。

【請求項9】

上記第一マイクロレンズのプロフィール形状は放物面形状であり、
上記第二マイクロレンズのプロフィール形状は球面形状であり、
上記複数のマイクロレンズは、マイクロレンズの縁部が隣接するマイクロレンズ間で谷状の谷部で連結され、
上記複数のマイクロレンズの配置の対角方向且つ上記半導体基板の板厚方向の断面形状を対角断面と定義した場合、
上記ブルーの色のカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第三マイクロレンズのプロフィール形状は、上記対角断面における上記谷部の曲率半径が１３５ｎｍ以上であるとき球面形状であり、上記対角断面における上記谷部の曲率半径が１３５ｎｍ未満であるときは放物面形状であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の固体撮像素子。

【請求項10】

請求項１～請求項９のいずれか１項に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
上記複数のマイクロレンズは、グレイトーンマスクを用いたフォトリソグラフィ法により一括形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。

【請求項11】

上記フォトリソグラフィ法に、紫外ｉ線若しくはＫＲＦレーザーを使用することを特徴とする、請求項１０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、各光電変換素子に対応して微小なマイクロレンズアレイを設ける固体撮像素子及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年では、ビデオカメラ、デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話に搭載される撮像装置の高解像度化が進められている。撮像装置に組み込まれるＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の固体撮像素子の画素微細化に伴い、１画素あたりに入射する光量減少による受光感度低下が問題となっている。
固体撮像素子には、感度低下を抑えるために、受光素子の入射側に、画素（光電変換素子）に一対一に対応させてマイクロレンズを形成する方式が広く用いられる。マイクロレンズを形成することで、入射光を効率よくフォトダイオードに集光することができ、受光感度を向上させることができる。

【0003】

固体撮像素子は、各画素に対応して複数色のカラーフィルタを設けることで、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の画素が形成されるが、色によって各画素における固体撮像素子の受光感度が異なるという問題がある。これは、色分離を行うカラーフィルタの光透過率差によって、受光感度差が発生するためである。
これら問題を解決するため、特許文献１では、各色毎の画素の感度に応じてマイクロレンズの高さを変更することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平９－１４８５４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし特許文献１では、この受光感度差に対してどのマイクロレンズをどの構造に形成すれば受光感度が改善するのか具体的な指針がない。またマイクロレンズの高さ毎に製造工程を繰り返すため、コストが上昇し、製造歩留りが低下するという課題がある。
そこで本発明は、各マイクロレンズの形状を最適化することにより受光感度を向上することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

課題を解決するため、本発明の一態様の固体撮像素子は、複数の光電変換素子を二次元的に配置した半導体基板と、上記半導体基板上に形成され、各光電変換素子に対応させて複数色のカラーフィルタを予め設定した規則パターンで二次元的に配置したカラーフィルタ層と、上記カラーフィルタ層上に形成され、各カラーフィルタに対応して配置された複数のマイクロレンズと、を有し、上記カラーフィルタの色としてグリーン、レッド及びブルーを含み、色がグリーンのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第一マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ１は、色がレッドのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第二マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ２よりも小さいことを特徴とする。
また、本発明の他の態様である、上記一態様の固体撮像素子を製造する際に、複数のマイクロレンズを、グレイトーンマスクを用いたフォトリソグラフィ法により一括形成することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、ＲＧＢ画素毎にマイクロレンズのプロフィール形状(以下、単に形状とも記載する)を最適化することにより、受光感度が向上する効果がある。
また、本発明の一態様によれば、レンズ形状を最適化するだけであるので、複数のマイクロレンズを一括形成することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に基づく実施形態に係る固体撮像素子の一例を示す概念図である。

【図2】本発明に基づく固体撮像素子のレッド、グリーン、ブルーの各画素に対応する複数色のカラーフィルタの配置を模式的に説明する平面図の一部である。

【図3】図２におけるａ－ａ′断面を示す図である。

【図4】図２におけるｂ－ｂ′断面を示す図である。

【図5】本発明に基づく固体撮像素子の製造方法を模式的に説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本発明に基づく実施形態について図面を参照して説明する。
ここで、各図に示す構成は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに限定されるものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0010】

＜構造＞
図１に示すように、本実施形態の固体撮像素子６は、複数の光電変換素子２を二次元的に配置した半導体基板１と、半導体基板１上に形成され、各光電変換素子２に対応させて複数色のカラーフィルタを予め設定した規則パターンで二次元的に配置したカラーフィルタ層４と、カラーフィルタ層４上に形成され、各カラーフィルタに対応して配置された複数のマイクロレンズ５と、を有する。複数の光電変換素子２は、画素位置に合わせて、二次元的に配置されている。符号３は、平坦化層である。

【0011】

本実施形態のマイクロレンズ５は、透明樹脂から構成されており、その材料は、通常、アクリル樹脂などの樹脂であり、透明が好ましい。
半導体基板１は、光電変換素子２を実装するための基板である。光電変換素子２は、画素毎に設けられ、マイクロレンズ５を経由して入射した光を電荷に変換する。平坦化層３はマイクロレンズ５の実装面を平坦化する。複数のカラーフィルタからなるカラーフィルタ層４は、平坦化層３を介して、複数の光電変換素子２上にそれぞれ形成される。カラーフィルタ層４を構成する複数色の各カラーフィルタは、光電変換素子２に入射する光の経路において、特定の波長の光を透過する役割がある。本実施形態では、カラーフィルタ層４を構成する複数のカラーフィルタは、レッド、グリーン及びブルーの３色のうちいずれか１つの色を透過させるものであり、３色のカラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂを、図２に示すように、ベイヤー配列したものである。

【0012】

複数のマイクロレンズ５として、図３に示すように、カラーフィルタ層４における、対応するカラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂの色毎に異なるプロフィール形状のマイクロレンズを配置する。
ここで、色がグリーンのカラーフィルタＧに対応するマイクロレンズ５を第一マイクロレンズ７、色がレッドのカラーフィルタＲに対応するマイクロレンズ５を第二マイクロレンズ８、色がブルーのカラーフィルタＢに対応するマイクロレンズ５を第三マイクロレンズと呼ぶ。また、第一マイクロレンズ７の頂部の曲率半径をＲ１、第二マイクロレンズ８の頂部の曲率半径をＲ２、第三マイクロレンズの頂部の曲率半径をＲ３と呼ぶ。

【0013】

そして、図３に示すように、第一マイクロレンズ７の頂部の曲率半径Ｒ１が、第二マイクロレンズ８の頂部の曲率半径Ｒ２よりも小さくなるように、第一マイクロレンズ７及び第二マイクロレンズ８の形状を設計する。
また、複数のマイクロレンズ５の縁部は隣接するマイクロレンズ間で谷状の谷部９によって連結されている。

【0014】

複数のマイクロレンズの配置の対角方向（図２のｂ－ｂ′方向）且つ半導体基板１の板厚方向の断面形状を対角断面とした場合、図４に示すように、対角断面における谷部９は、曲率半径Ｒの曲面形状を有している。
ここで、複数のマイクロレンズ５の配列は、カラーフィルタ層４を構成する複数のカラーフィルタの配列に対応して形成されているため、複数のマイクロレンズ５の対角方向と、複数のカラーフィルタの対角方向とは同義である。対角方向は、各カラーフィルタが矩形形状であれば、対角線方向となる。又は、斜めに並ぶカラーフィルタの中央部を結ぶ方向を対角方向とする。

【0015】

本発明者は、マイクロレンズ５の受光感度について鋭意検討を行った結果、受光感度を向上するにはグリーン画素、レッド画素、ブルー画素毎に対応して配置されるマイクロレンズ５の形状が大きく影響していることを見出した。そして、画素毎にマイクロレンズ５の形状を変えることで、固体撮像素子の受光感度の向上に成功した。特にグリーン画素、レッド画素においてその効果が大きかった。

【0016】

具体的には第二マイクロレンズ８の頂部の曲率半径Ｒ２を、第一マイクロレンズ７の頂部の曲率半径Ｒ１よりも大きくすると良いことを突き止めた。すなわち、第一マイクロレンズ７と第二マイクロレンズ８の関係がＲ２＞Ｒ１を満たすとき、各画素の受光感度を高めることができることを確認した。
Ｒ２＞Ｒ１を満たす一例として、第二マイクロレンズ８の形状を球面形状とし、第一マイクロレンズ７の形状を球面形状よりも曲率半径の小さい放物面形状とすることが挙げられる。なお、第二マイクロレンズ８の形状を第一の放物面形状とし、第一マイクロレンズ７の形状を第一の放物面形状よりも曲率半径の小さい第二の放物面形状としてもよいことはいうまでもない。

【0017】

また、第三マイクロレンズ（不図示）の頂部の曲率半径Ｒ３は、谷部９の曲率半径Ｒの大きさに応じて設定することが好ましい。すなわち、第三マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ３は、谷部９の曲率半径Ｒが１３５ｎｍ以上のときは、第一マイクロレンズ７の頂部の曲率半径Ｒ１よりも大きく、谷部９の曲率半径Ｒが１３５ｎｍ未満のときは、第二マイクロレンズ８の頂部の曲率半径Ｒ２よりも小さくすることが好ましい。

【0018】

各マイクロレンズ５の高さは、受光効率が向上する３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下が好ましい。またＲＧＢ画素で、各マイクロレンズ５の高さは、同じであっても異なっていてもよい。
ここで、隣接するマイクロレンズ間の谷部９の曲率半径Ｒについて図４を用いて詳細を説明する。

【0019】

マイクロレンズ間の谷部９の最も落ち込む点、つまり、図４（ｂ）に示す最下点１１における曲率円１０の半径が曲率半径Ｒである。また、この曲率半径Ｒは以下の式で表される。Ｒはマイクロレンズ間の谷部９の曲率半径、ｆ（ａ）はマイクロレンズ間の谷部９の形状曲線、ａは、マイクロレンズ間の谷部９の最下点１１の値である。

【0020】

【数1】

【0021】

＜製造方法＞
本実施形態は、光電変換素子の上部に形成されるマイクロレンズ５の製造方法に係わることであるため、図５を参照しながら、以下この点につき実施例として詳しく説明する。

【実施例】

【0022】

以下の各実施例及び各比較例において、曲率半径の大きいマイクロレンズの形状として球面形状を、曲率半径の小さいマイクロレンズ形状として放物面形状を採用する場合で説明する。換言すると、球面形状の頂部の曲率半径＞放物面形状の頂部の曲率半径の関係をもつ。
＜実施例１＞
実施例１では、マイクロレンズ５を組成する感光性マイクロレンズ材１２は感光性透明樹脂であり、ポジ型の感光性樹脂を用いた例である。本実施例では、マイクロレンズ５の画素毎に異なるマイクロレンズ形状を露光法で制御する。このため、グレイトーンマスク１３という特殊な露光用マスクを使用する。

【0023】

半導体基板１として、厚さ０．７５ｍｍ、直径２０ｃｍのシリコンウェハを使用した。このシリコンウェハの表面上部に光電変換素子や遮光膜、パッシベーション膜を形成し、その最上層に、熱硬化タイプのアクリル樹脂塗布液を用いてスピンコートにて平坦化層を形成した。
次いで、平坦化層３の上に、カラーフィルタ層を構成する複数色のカラーフィルタを、グリーン、ブルー、レッドの３色にて３回のフォトリソグラフィの手法で、それぞれ形成した（図５（ａ）を参照のこと。但し、図５では光電変換素子２と平坦化層３は図示せず）。

【0024】

グリーンレジストは、色材としてＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６を用い、さらにシクロヘキサノン、ＰＧＭＥＡなどの有機溶剤、ポリマーワニス、モノマー、開始剤を添加した構成のカラーレジストを用いた。
ブルーレジストは、色材としてＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３を用い、さらにシクロヘキサノン、ＰＧＭＡなどの有機溶剤、ポリマーワニス、モノマー、開始剤を添加した構成のカラーレジストを用いた。

【0025】

レッドレジストの色材は、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１１７、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド４８：１、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９とした。色材以外の組成は、グリーンレジストと同様とした。
各々のカラーフィルタの膜厚は、０．５～０．８μｍになるように形成した。複数のカラーフィルタの配列は、図２のように、一画素おきにグリーンフィルタが設けられ、グリーンフィルタの間に一行おきにレッドフィルタとブルーフィルタが設けられた、いわゆるベイヤー配列とした。

【0026】

次に、カラーフィルタ層４上に１μｍの膜厚のアルカリ可溶性・感光性・熱リフロー性を有するスチレン樹脂を塗布して感光性マイクロレンズ材１２を形成した（図５（ｂ）参照）。
その後、感光性マイクロレンズ材１２を、グレイトーンマスク１３を使用する紫外ｉ線によるフォトリソグラフィのプロセスによりパターン化した後、２５０℃で熱処理して、マイクロレンズ５を形成した（図５（ｅ）（ｄ）参照）。

【0027】

グレイトーンマスク１３は、作製したいマイクロレンズ形状の最下点に対して光透過率を高くした、遮光膜に濃淡のグラデュエーション（諧調）が付いたマスクとなる。この諧調の濃淡は、露光に用いる光では解像しない小径ドットの単位面積当たりの個数（粗密）差によって達成される。
本実施例１のグレイトーンマスク１３は、マイクロレンズ間の谷部９の曲率半径Ｒを対角断面方向で２２５ｎｍ、グリーン画素に対応するマイクロレンズは、放物面形状、ブルーとレッド画素に対応するマイクロレンズは、球面形状になるように設計されたフォトマスクを使用した。マイクロレンズの高さが４５０ｎｍの放物面形状と、球面形状が混成された画素構成を得た。

【0028】

ここで、グレイトーンマスク１３を使用したフォトリソグラフィ法において、ＫＲＦレーザーを用いると、ＫＲＦレーザーの波長限界分解能により、紫外ｉ線に比べ、マイクロレンズの曲面形状はより狭小に制御することが可能となる。
表１に、各例の構成を示す。なお、表１では、谷部を谷間と記載した。

【0029】

【表1】

【0030】

表１に示す組み合わせの通り、実施例２～実施例６、比較例１～比較例４では、マイクロレンズ高さを４５０ｎｍとし、マイクロレンズ間の谷部の曲率半径を変えることで、マイクロレンズの頂部の曲率半径が異なる放物面１～放物面５、球面１～球面５のマイクロレンズをそれぞれ作製した。いずれも作製した放物面、球面のマイクロレンズの頂部の曲率半径の関係は、球面形状の頂部の曲率半径＞放物面形状の頂部の曲率半径である。

【0031】

＜実施例２＞
隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率半径Ｒが、対角断面方向で１８０ｎｍとした点以外は、実施例１と同様にして実施例２のマイクロレンズを形成した。
＜実施例３＞
隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率半径Ｒが、対角断面方向で１３５ｎｍとした点以外は、実施例１と同様にして実施例３のマイクロレンズを形成した。

【0032】

＜実施例４＞
本実施例４のグレイトーンマスク１３はブルー画素に対応するマイクロレンズは放物面形状とし、隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率半径Ｒが、対角断面方向で１３５ｎｍとした点以外は、実施例１と同様にして実施例４のマイクロレンズを形成した。
＜実施例５＞
本実施例５のグレイトーンマスク１３はブルー画素に対応するマイクロレンズは放物面形状とし、隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率半径Ｒが、対角断面方向で９０ｎｍとした点以外は、実施例１と同様にして実施例５のマイクロレンズを形成した。

【0033】

＜実施例６＞
本実施例６のグレイトーンマスク１３はブルー画素に対応するマイクロレンズは放物面形状とし、隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率半径Ｒが、対角断面方向で４５ｎｍとした点以外は、実施例１と同様にして実施例６のマイクロレンズを形成した。
＜比較例１＞
実施例１におけるＲＧＢ画素毎に異なる形状のマイクロレンズを形成する方法として、グレイトーンマスク１３はグリーン画素に対応するマイクロレンズは、球面形状、ブルーとレッド画素に対応するマイクロレンズは、放物面形状になるように設計されたフォトマスクを使用した点以外は、実施例１と同様にして比較例１のマイクロレンズを形成した。

【0034】

＜比較例２＞
実施例２におけるＲＧＢ画素毎に異なる形状のマイクロレンズを形成する方法として、グレイトーンマスク１３はグリーン画素に対応するマイクロレンズは、球面形状、ブルーとレッド画素に対応するマイクロレンズは、放物面形状になるように設計されたフォトマスクを使用した点以外は、実施例２と同様にして比較例２のマイクロレンズを形成した。

【0035】

＜比較例３＞
実施例５におけるＲＧＢ画素毎に異なる形状のマイクロレンズを形成する方法として、グレイトーンマスク１３はグリーンとブルー画素に対応するマイクロレンズは、球面形状、レッド画素に対応するマイクロレンズは、放物面形状になるように設計されたフォトマスクを使用した点以外は、実施例５と同様にして比較例３のマイクロレンズを形成した。

【0036】

＜比較例４＞
実施例６におけるＲＧＢ画素毎に異なる形状のマイクロレンズを形成する方法として、グレイトーンマスク１３はグリーンとブルー画素に対応するマイクロレンズは、球面形状、レッド画素に対応するマイクロレンズは、放物面形状になるように設計されたフォトマスクを使用した点以外は、実施例６と同様にして比較例４のマイクロレンズを形成した。

【0037】

表１に、各実施例と各比較例のＲＧＢ画素毎の受光感度を測定した結果も併記する。
表１から分かるように、隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率半径Ｒが２２５ｎｍの実施例１と、谷部の曲率半径Ｒが１８０ｎｍの実施例２の受光感度測定の結果は、グリーン画素に対応するマイクロレンズを放物面形状、レッド画素に対応するマイクロレンズを球面形状とし、ブルー画素に対応するマイクロレンズは球面形状とすることで、比較例１と比較例２に比べ、受光感度が向上することを確認した。

【0038】

実施例３と実施例４の受光感度測定の結果は、ブルー画素に対応するマイクロレンズを球面形状、若しくは放物面状とした場合、受光感度は同じであることを確認した。このことから、隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率半径が１３５ｎｍの場合は、ブルー画素に対応するマイクロレンズ形状は、放物面、球面のどちらを選んでもよいとする。
隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率半径Ｒが９０ｎｍの実施例５と、谷部９の曲率半径Ｒが４５ｎｍの実施例６の受光感度測定の結果は、グリーン画素に対応するマイクロレンズを放物面形状、レッド画素に対応するマイクロレンズを球面形状とし、ブルー画素に対応するマイクロレンズを放物面形状とすることで、比較例３と比較例４に比べ、受光感度が向上することを確認した。

【0039】

また、表１において、グリーン画素と対応して配置するマイクロレンズ（すなわち第一マイクロレンズ）とレッド画素と対応して配置するマイクロレンズ（すなわち第二マイクロレンズ）を比較すると、球面形状の頂部の曲率半径＞放物面形状の頂部の曲率半径の関係をもつことから、第一マイクロレンズ７と第二マイクロレンズの関係をＲ１＜Ｒ２としたときに、谷部の曲率半径Ｒに影響することなく受光感度が向上していることが確認できる。

【0040】

また、第三マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ３は、谷部の曲率半径Ｒが１３５ｎｍのときを境に、谷部の曲率半径Ｒが１３５ｎｍ以上の場合は、第一マイクロレンズ７の頂部の曲率半径Ｒ１よりも大きくすることで受光感度が向上し、谷部の曲率半径Ｒが１３５ｎｍ未満のときは、第二マイクロレンズの頂部の曲率半径Ｒ２よりも小さくすることで受光感度の向上が確認できる。
尚、各実施例にてグリーンとブルー画素に対応する放物面形状マイクロレンズの頂部の曲率半径は、同じものを使用したが、異なるものであってもよい。また、レッドとブルー画素に対応する球面形状マイクロレンズの頂部の曲率半径は、同じものを使用したが、異なるものであってもよい。

【符号の説明】

【0041】

１、半導体基板
２、光電変換素子
３、平坦化層
４、カラーフィルタ層
５、マイクロレンズ
６、固体撮像素子
７、第一マイクロレンズ
８、第二マイクロレンズ
９、谷部
１０、隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率円
１１、隣接するマイクロレンズ間の谷部の最下点
１２、感光性マイクロレンズ材
１３、グレイトーンマスク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】