JP2008009079A - マイクロレンズの形成方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ形状を制御することにより、表面積が大きく、隣接するマイクロレンズ同士の間隔が狭いマイクロレンズを形成すること。
【解決手段】ＳｉＮ膜よりなるレンズ材料層３１と、有機膜よりなる中間層３２と、レジスト膜よりなるマスク層３３とを下からこの順序で備えたウエハＷに対して、先ずＣＦ_４ガスとＣ_４Ｆ_８ガスとを含む第１の処理ガスを用いてエッチング処理を行うことにより、前記中間層３２にマスク層３３のレンズ形状を転写し、レンズ形状がマスク層３３よりも大きい中間層３２を形成する。次いでＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスとを含む第２の処理ガスを用いてエッチング処理を行うことにより、前記レンズ材料層３１に中間層３２のレンズ形状を転写し、隣接するレンズ間の平坦部間隔が初期間隔よりも狭いマイクロレンズ３を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばＣＣＤ固体撮像素子や液晶表示素子等のオンチップレンズ等として用いられるマイクロレンズを形成する技術に関する。

ＣＣＤ固体撮像素子やＭＯＳ型固体撮像素子においては、画素への入射光量を多くして感度を向上させるために、マイクロレンズを形成して感光部への集光度を高めるようにしており、各画素に対応するマイクロレンズは例えばマトリックス状に配列される。そして、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサーの感度を高めるためには、マイクロレンズの面積を大きくして集光点における光量を多くすることが要請される。従って、互いに隣接するマイクロレンズ同士の間隔を狭くすることが必要であり、具体的には図１６に示すように、縦あるいは横に並ぶマイクロレンズ１００同士の離間間隔Ｄ１と互いに対角位置にあるマイクロレンズ１００の離間距離Ｄ２とを狭くする又は無くす必要がある。

このようなマイクロレンズ１００は、材料によって透過性に優れた波長領域や集光できる領域が異なり、レンズ材料として、その用途に応じて、有機材料の他、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜等の無機材料を自由に選択できることが好ましい。ところで、マイクロレンズ１００を形成するためには、例えば図１７（ａ）に示すように、感光部や導電膜の形成された下層部分１０１と、レンズ材料層１０２と、レジスト膜よりなるマスク層１０３とが、下側からこの順序で積層された半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗが用いられる。そしてマスク層１０３を同図に示したようにレンズ形状に形成して、マスク層１０３とレンズ材料層１０２とを処理ガスのプラズマによってエッチングすることにより、図１７（ｂ）に示すようにマスク層１０３のレンズ形状をレンズ材料層１０２に転写してマイクロレンズ１００を形成する。

ここで前記マスク層１０３はフォトリソグラフィ工程によってパターニングされ、レンズ形状に形成されるが、露光工程の後の熱処理によって軟化を起こす。このためレンズ同士が近接して設けられていると、前記軟化によって、その表面張力によりレンズ同士が接触し、レンズ形状が崩れてしまう。そのためマスク層１０３では、レンズ同士が接触しないように、レンズ同士はＤ１として例えば０．２〜０．５μｍ程度の間隔で配置されており、そのため互いに対角位置にあるレンズ同士はＤ２として例えば１μｍ程度の間隔となっている。よって、レンズ材料層１０２に転写されたマイクロレンズ１００同士にもこのＤ１及びＤ２に対応した間隔が形成される。

しかしながらレンズ材料層１０２が無機材料より構成されている場合、レンズ材料層１０２に転写されたマイクロレンズ１００同士の間隔Ｄ１及びＤ２は、図１７に間隔Ｄ１を代表して示すように、マスク層に形成された間隔ｄ１及びｄ２（以下初期間隔ｄ１及びｄ２という）よりも大きくなってしまうという問題がある。

ここで例えばシリコン窒化膜をレンズ材料して用いたマイクロレンズの形成方法において、マイクロレンズ同士の間の距離を狭める手法として、特許文献１の技術が報告されている。この技術は、処理ガスとしてＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスとを用いると共に、これらガスの流量比を調節して、マスク層とＳｉ_３Ｎ_４膜よりなるレンズ材料層との２層をエッチングすることにより、マスク層に形成されたレンズの側壁に堆積物を堆積させてレンズ同士の距離を狭め、これを転写することによってマイクロレンズ同士の間隔を狭めることを特徴としている。

しかしながら、本発明者らの検証に依れば、この文献の手法によっても、間隔Ｄ１及びＤ２を十分に狭められないことが認められ、本発明の課題の解決を図るには不十分であると言える。そしてこのことは、無機材料のマイクロレンズを用いた固体撮像素子における感度の向上を阻む要因の一つとなっており、このためマイクロレンズの材料として、用途に応じて有機材料や無機材料を自由に選択するという、材料の選択性の自由度を十分に確保できなかった。

特開２００５−１０１２３２号公報

本発明はこのような事情のもとになされたものであり、本発明の目的は、レンズ形状を制御でき、これにより表面積が大きく、隣接するマイクロレンズ同士の間隔を狭めることができるマイクロレンズの形成方法、及びこのようなマイクロレンズを備えた半導体装置に関する技術を提供することにある。

このため、本発明のマイクロレンズの形成方法は、
基板の上に無機材料よりなるレンズ材料層を形成する工程と、
次いでこのレンズ材料層の上に、有機材料よりなる中間層を形成する工程と、
次いでこのレンズ材料層の上に、有機材料よりなるマスク層を形成する工程と、
次いで前記マスク層にレンズ形状を形成する工程と、
次いで前記マスク層と中間層とに対してエッチング処理を行うことにより、前記中間層にマスク層のレンズ形状を転写する工程と、
次いでＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスとを含む処理ガスを用いて、前記中間層とレンズ材料層とに対してエッチング処理を行うことにより、前記レンズ材料層に中間層のレンズ形状を転写し、レンズを形成する工程と、を含むことを特徴とする。

前記レンズ材料層は、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜、並びにシリコン窒化酸化膜より選択された膜より形成され、前記マスク層と中間層とをエッチングする工程では、炭素とフッ素とを含むガスが処理ガスとして用いられる。また前記マスク層は、レジスト膜より形成してもよいし、中間層と同じ種類の有機材料よりなる膜より形成してもよい。

また前記レンズ材料層がシリコン窒化膜であるときには、前記中間層とレンズ材料層とをエッチングする工程は、前記レンズ材料層のエッチング速度を、中間層のエッチング速度で除して得られるエッチング選択比が１．０以上１．６以下となるエッチング条件で行われることが好ましく、さらには前記エッチング選択比が１．４以上１．６以下となるエッチング条件で行われることが好ましい。また前記レンズ材料層がシリコン酸化膜であるときには、前記中間層とレンズ材料層とをエッチングする工程は、前記レンズ材料層のエッチング速度を、中間層のエッチング速度で除して得られるエッチング選択比が１．７以上となるエッチング条件で行われることが好ましく、さらには前記エッチング選択比が１．８以上となるエッチング条件で行われることが好ましい。ここで前記エッチング選択比は、例えばＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスの流量比を調整することにより制御される。

前記マイクロレンズは、固体撮像素子において、行列状に並ぶ複数の感光部の各々に対応するように設けられた集光用のマイクロレンズとして用いることができる。また本発明の半導体装置は、既述の方法により成膜されたマイクロレンズを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、後述の実施例により明らかなように、レンズ形状の制御を行うことができ、これにより表面積が大きいマイクロレンズを形成することができて、隣接するマイクロレンズ同士の間隔を狭めることができる。

先ず本発明の半導体装置の一例について、マイクロレンズを備えたＣＣＤ固体撮像素子を例にして説明する。図１は前記ＣＣＤ固体撮像素子の構成の一例であり、図中２は、表面部に行列状に並ぶ感光部２１と垂直レジスタ２２とを備えた半導体基板例えばＳｉ基板である。前記感光部２１に入射した光はフォトダイオードによって光電変換され、垂直レジスタ２２によって図示しない出力部まで転送される。このＳｉ基板２の上層側の感光部２１以外の領域には、例えばポリシリコンよりなり転送電極をなす導電膜２３が設けられており、この導電膜２３の上側の領域には例えばアルミニウムよりなる遮光膜２４が形成されている。

この遮光膜２４は、感光部２１へ光を入射させながら、前記導電膜２３への光の入射を抑えるためのものであり、このため遮光膜２４の感光部２１に対応する領域には、光を入射させるための開口部が形成されている。このような遮光膜２４の上には、例えばポリイミド系やポリスチレン系の樹脂等よりなる平坦化膜２５が形成されている。

前記平坦化膜２５の上にはカラーフィルタ層２６が形成され、このカラーフィルタ層２６の上層であって、各々の感光部２１と対応する領域には、無機材料よりなるマイクロレンズ３が形成されている。このマイクロレンズ３は、感光部２１へ光を集光させるためのものであり、より広範囲の光を集めるために、平面的な大きさが感光部２１よりも大きくなるように形成されている。

続いて上述のマイクロレンズ３の形成方法について図２及び図３に基づいて説明するが、マイクロレンズ３は、既述のように、基板をなすウエハＷ上に行列状に形成され、Ｘ，Ｙ方向に隣接するマイクロレンズ３同士の間に間隔Ｄ１、斜め方向に隣接するマイクロレンズ３同士の間に間隔Ｄ２が夫々形成されている（図１６参照）。本発明は、レンズ形状を調整することにより、前記間隔Ｄ１及び間隔Ｄ２を、マスク層３３に形成された初期間隔ｄ１、ｄ２よりも小さくすることを目的とするが、間隔Ｄ１を狭めることにより、間隔Ｄ２についても自動的に狭めることができるため、以下には間隔Ｄ１に着目して説明するものとする。

先ずＳｉ基板２上に感光部２１と垂直レジスタ２２とを形成した後、導電膜２３と遮光膜２４とを形成し、次いで平坦化膜２５とカラーフィルタ層２６とをこの順序で形成する。そして図１に示すように、カラーフィルタ層２６の上層に無機材料例えばシリコン窒化膜よりなるレンズ材料層３１を例えば１μｍ程度の厚さで形成し、さらにレンズ材料層３１の上層に中間層３２とマスク層３３とをこの順序で形成する。前記中間層３２は有機材料からなる膜により、例えば０．５〜１．５μｍ程度の厚さで構成され、前記マスク層３３は有機材料からなる膜により、例えば０．６μｍ程度の厚さで構成されている。

ここで前記シリコン窒化膜（シリコンナイトライド膜）とは、ケイ素（Ｓｉ）と窒素（Ｎ）とを含む膜であり、主成分はＳｉ_３Ｎ_４膜であると推察されるが、以下「ＳｉＮ膜」として説明する。このＳｉＮ膜の形成方法の一例を挙げると、原料ガスとしてはシリコンと窒素とを含むガス、例えばジクロルシラン（ＳｉＣｌ_２）ガス及びアンモニア（ＮＨ_４）ガスが用いられ、これらジクロルシランガス及びアンモニアガスをプラズマ化させることで、プラズマ中に含まれるシリコン及び窒素の各活性種をカラーフィルタ層２６の上に堆積させることにより形成される。

また中間層３２を形成する前記有機膜は、有機材料例えばＣ，Ｈ，及びＯからなる有機物の膜をいい、例えばフェノール系レジスト膜、アクリル系レジスト膜、ＫｒＦレジスト膜、シクロオレフィン無水マレイン酸をプラットホームとしたレジスト膜（ＣＯＭＡレジスト膜）等を用いることができる。この中間層３２は、所定のレジスト液をスピンコーティングにより塗布することによって、レンズ材料層３１の上に形成される。

さらに前記マスク層３３としては、ＫｒＦ系レジスト膜やＩ線系レジスト膜、Ｘ線系レジスト膜等のフェノール系、アクリル系レジスト膜、シクロオレフィン無水マレイン酸をプラットホームとしたレジスト膜（ＣＯＭＡレジスト膜）を用いることができる。このマスク層３３は、所定のレジスト液をスピンコーティングにより塗布することによって中間層３２の上に形成され、この後フォトリソグラフィ工程によってパターニングされ、熱処理が行われて、図１に示すような所定のレンズ形状に加工される。

次いで図２（ａ）に示すように、炭素とフッ素とを含む第１の処理ガス例えばＣＦ_４ガスとＣ_４Ｆ_８ガスとを用いてマスク層３３と中間層３２とをエッチングし、これによりマスク層３３のレンズ形状を中間層３２に転写する。ここでこのエッチング処理では、ＣＦ_４ガスとＣ_４Ｆ_８ガスのプラズマ化により、これらのガスから解離した解離生成物中のＦラジカルがエッチング種として、ＣＦラジカル、（ＣＦ_２）ｎラジカル等が堆積種として夫々作用し、Ｆラジカルによるエッチングと、ＣＦラジカル等による堆積とが同時に行われながらエッチングが進行していくと推察される。この際前記堆積種は、マスク層３３のレンズ形状の周縁領域に堆積していくため、所定のエッチング条件を選択すれば、この堆積によりマスク層３３のレンズ形状はレンズ幅が大きくなり、このマスク層３３が転写されることによって、中間層３２はレンズ幅を大きくすることができる。

ところでエッチングの初期時には、理由は明らかではないが、図３（ａ）に破線で示すように、前記間隔Ｄ１が初期間隔ｄ１よりも大きくなることが認められている。しかしながら中間層３２はＣを含む有機材料により形成されており、前記エッチングの際に、中間層３２から堆積種に含まれるＣが発生する。従ってこの発生したＣによっては前記ＣＦラジカル等の堆積が阻害されず、むしろ促進されていくので、エッチングが進行するに連れて、前記大きくなった間隔Ｄ１が前記堆積物によって速やかに埋め込まれていき、レンズ形状の広がり速度が大きくなると考えられる。

こうして前記エッチングと堆積とが同時に行なわれることで、マスク層３３のレンズ形状自体が大きくなり、かつ中間層３２の前記間隔Ｄ１に堆積物が埋め込まれることによって、図３（ｂ)に示すように、中間層３２の形状が大きくなっていき、前記間隔Ｄ１が狭められる。そして最適なエッチング条件を選択することにより、中間層３２の底辺同士が接触して間隔Ｄ１はゼロとなり、さらに間隔Ｄ２についても限りなくゼロに近付く。

次いで、図２（ｂ）に示すように、ＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスよりなる第２の処理ガスを用いて中間層３２とレンズ材料層３１とをエッチングし、これにより中間層３２のレンズ形状をレンズ材料層３１に転写する。ここでこのエッチング処理では、ＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスとをプラズマ化することにより、これらのガスから解離した解離生成物中のＦラジカルがエッチング種として、Ｃラジカル、ＣＦラジカル、ＣＦ_２ラジカル、ＣＦ_３ラジカル等が堆積種として夫々作用し、Ｆラジカルによるエッチングと、Ｃラジカル等による堆積とが同時に行われながらエッチングが進行していくと推察される。

ここで、レンズ材料層３１を構成するＳｉＮ膜に対しては、ＣＦラジカル（ＣＦ^＊）、ＣＦ_２ラジカル（ＣＦ_２ ^＊）、ＣＦ_３ラジカル（ＣＦ_３ ^＊）等は、次の反応に従って作用するものと考えられる。これら反応式中、ＳｉＦ_４↑、Ｎ_２↑は、夫々ＳｉＦ_４ガス、Ｎ_２ガスが発生することを示し、Ｃ↓はレンズ材料層３１にＣが堆積種として作用することを示している。

Ｓｉ_３Ｎ_４＋１２ＣＦ^＊ → ３ＳｉＦ_４↑ ＋ ２Ｎ_２↑ ＋ １２Ｃ↓
Ｓｉ_３Ｎ_４＋６ＣＦ_２ ^＊ → ３ＳｉＦ_４↑ ＋ ２Ｎ_２↑ ＋ ６Ｃ↓
Ｓｉ_３Ｎ_４＋４ＣＦ_３ ^＊ → ３ＳｉＦ_４↑ ＋ ２Ｎ_２↑ ＋ ４Ｃ↓
この際、前記Ｃラジカル等よりなる堆積種は中間層３２のレンズ形状の周縁領域に堆積していくので、さらにレンズ幅が大きくなり、この中間層３２が転写されることによって、レンズ材料層３１のレンズ幅が大きくなる。一方、エッチングの初期時に、レンズ材料層の間隔Ｄ１が初期間隔ｄ１よりも大きくなることも既述と同様である。ここでレンズ材料層３１のエッチングでは、既述の反応式に示すようにＣラジカル等との反応により窒素（Ｎ_２）ガスを発生するが、このＮ_２ガスによりＣラジカル等の堆積が阻害されてしまうと考えられる。このため、有機膜よりなる中間層３２のエッチングに比較して、レンズ材料層３１の間隔Ｄ１への前記堆積物による埋め込みが進行しにくく、レンズ形状の広がり速度が小さくなると推察される。

しかしながら、既述のように中間層３２の間隔Ｄ１が十分に狭められており、さらに前記堆積種は、中間層３２のレンズ形状の周縁領域に堆積していく傾向があって、この堆積により中間層３２のレンズ形状はさらにレンズ幅が大きくなることから、これが転写されることにより、図２(ｃ)、図３（ｃ）に示すように、レンズ材料層３１のレンズ形状は前記間隔Ｄ１が狭められたものとなる。こうして最適なエッチング条件を選択することにより、前記間隔Ｄ１はゼロとなり、さらに間隔Ｄ２についても限りなくゼロに近付いたマイクロレンズ３が形成される。

ここで、図２及び図３では、マイクロレンズ３の形状は半円状となっているが、膜の種類や構成によって、その曲率を変えてその平面形状が長方形となるようにしてもよい。また、このようなマイクロレンズ３は、例えば格子状配列やハニカム配列となるように配列されているが、その配列間隔はＸ方向とＹ方向とにおいて、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

次に前記マイクロレンズ３を形成するためのプラズマ処理装置について、図４に基づいて説明する。図中４は気密に構成され、壁部が例えばアルミニウムにより構成された円筒状の処理室であり、この処理室４は、上部室４Ａと、上部室４Ａより大きい下部室４Ｂとを備えており、下部室４Ｂは接地されている。

処理室４内には、基板であるウエハＷを略水平に支持するための下部電極を兼用する載置台４１を備えており、この載置台４１は例えばアルミニウムにより構成されている。また載置台４１の表面には、ウエハＷを静電吸着力により吸着保持するための静電チャック４２が設けられている。図中４２ａは静電チャック４２の電源部である。前記静電チャック４２の表面に載置されたウエハＷの周囲にはフォーカスリング４３が配置されており、プラズマ発生時にこのフォーカスリング４３を介してプラズマが載置台４１上のウエハＷに集束するように構成されている。前記載置台４１は絶縁板４４を介して導体よりなる支持台４５に支持され、この支持台４５を介して、例えばボールネジ機構４６よりなる昇降機構により、載置台４１表面が下部室４Ｂに位置する載置位置と、図４に示す処理位置との間で昇降自在に構成されている。図中４７は例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）により構成されたベローズであり、支持台４５はこのベローズ４７を介して処理室４と導通している。

前記載置台４１の内部には、冷媒を通流させるための冷媒室４８が形成されており、これにより載置台４１表面は例えば４０℃程度に制御され、この載置台４１の温度とプラズマからの入熱によりウエハＷが所定温度例えば６０℃程度に制御されるようになっている。また載置台４１の内部にはガス流路４９が設けられており、静電チャック４２とウエハＷ裏面との間に、冷却ガスをなすバックサイドガスを供給してウエハＷの温度を調整するように構成されている。

処理室４の天壁部分の前記載置台４１と対向する領域は、上部電極を兼用するガス供給室５として構成されている。このガス供給室５の下面には、多数のガス吐出孔５ａが形成されており、また上面にはガス供給手段をなすガス供給路５１を介して第１の処理ガス源として、例えばＣＦ_４ガス源５２Ａと、Ｃ_４Ｆ_８ガス源５２Ｂとが接続されると共に、第２の処理ガス源として、例えばＳＦ_６ガス源５２ＣとＣＨＦ_３ガス源５２Ｄとが夫々接続されている。図中ＭＡ，ＭＢ，ＭＣ，ＭＤはマスフロ−コントローラ、ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤはバルブであり、これらにより流量調整手段５０が構成されている。こうして第１の処理ガス又は第２の処理ガスはガス供給室５を介してガス吐出孔５ａから載置台４１に向けて、当該載置台４１の載置面の面内全体にほぼ均一に供給されるようになっている。

また処理室４の上部室４Ａの周囲には、磁場形成手段をなす複数の異方性セグメント柱状磁石を備えたダイポールリング磁石６１が配置されており、上部室４Ａ内に所定の磁場例えば１００Ｇを加えることができるようになっている。さらに前記載置台４１には、整合器６２を介してプラズマ形成用の高周波供給手段をなす高周波電源部６３が接続されており、この高周波電源部６３から所定の周波数、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が載置台４１に供給されるようになっている。こうして前記ガス供給室５と載置台４１とは一対の電極として機能し、ガス供給室５と載置台４１との間に高周波を発生させて、上記処理ガスをプラズマ化することができる。このような処理室４内は、真空排気手段５４により圧力調整手段５４Ａ，排気路５３を介して、所定の真空度まで排気されるようになっている。図中５５はウエハの搬出入口、５６は前記搬出入口５５を開閉するためのゲートバルブである。

また、このプラズマ処理装置１０には、制御手段をなす例えばコンピュータからなる制御部５７が設けられており、この制御部５７はプログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部等を備えていて、前記プログラムには制御部５７から流量調整手段５０や圧力調整手段５４Ａ等のプラズマ処理装置１０の各部に制御信号を送り、ウエハＷに対してプラズマ処理を施すように命令が組み込まれている。また、例えば前記メモリは処理圧力、処理時間、ガス流量、電力値等の処理パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、ＣＰＵがプログラムの各命令を実行する際、これらの処理パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこのプラズマ処理装置１０の各部位に送られることになる。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）等の記憶部５８に格納されて制御部５７にインストールされる。

続いてこのようなプラズマ処理装置１０にて行われるエッチング処理について説明する。先ず図示しないゲートバルブを開き、図示しないウエハ搬送部を介して、その表面に図１に示す構成を備えたウエハＷを搬出入口５５から処理室４内に搬入し、前記載置位置にある載置台４１上に受け渡す。そして載置台４１を前記処理位置まで上昇させ、真空排気手段５４により圧力調整手段５４Ａを介して処理室４内を所定の真空度例えば５．３Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）まで排気する。次いでガス供給室５から第１の処理ガスであるＣＦ_４ガスとＣ_４Ｆ_８ガスとを例えば夫々１００ｓｃｃｍ、３０ｓｃｃｍ流量で導入する。

一方、載置台４１に高周波電源部６３から所定の周波数例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を、例えば１４００Ｗの電力で供給する。これにより上部電極であるガス供給室５と下部電極である載置台４１との間に高周波電界が形成される。ここで上部室４Ａ内では、ダイポールリング６１により水平磁界が形成されているので、ウエハＷが存在する処理空間には直交電磁界が形成され、これによって生じた電子のドリフトによりマグネトロン放電が生成される。そしてこのマグネトロン放電により第１の処理ガスがプラズマ化され、このプラズマによりウエハＷ上のマスク層３３と中間層３２とが既述のようにエッチングされる。

次いで第１の処理ガスの導入を停止し、真空排気手段５４により圧力調整手段５４Ａを介して処理室４内を所定の真空度例えば２．６５Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）まで排気する。次いでガス供給室５から第２の処理ガスであるＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスとを夫々例えば３０ｓｃｃｍ、６０ｓｃｃｍ流量で導入する。

一方、載置台４１に高周波電源部６３から所定の周波数例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を、例えば４００Ｗの電力で供給する。これにより既述のように、ウエハＷが存在する処理空間にはマグネトロン放電が生成される。そしてこのマグネトロン放電により第２の処理ガスがプラズマ化され、このプラズマによりウエハＷ上の中間層３２とレンズ材料層３１とが既述のようにエッチングされる。こうして表面にマイクロレンズ３が形成されたウエハＷは、図示しないウエハ搬送部により、搬出入口５５を介して処理室４の外部に搬出される。

以上のように、上述の実施の形態では、マスク層３３とレンズ材料層３１との間に中間層３２を設け、先ずマスク層３３を用いて有機材料よりなる中間層３２を所定の条件でエッチングすることにより、この中間層３２のレンズ形状を大きくしてから、当該中間層３２をマスクとして用いて無機材料よりなるレンズ材料層３１をエッチングしている。このためレンズ材料層３１には、マスク層３３よりもレンズ形状が大きい中間層３２の形状が転写されることになり、こうしてレンズ形状がマスク層３３よりも大きいマイクロレンズ３を形成することができる。これによりマイクロレンズ３の間隔Ｄ１を初期間隔ｄ１よりも狭くすることができ、エッチング条件を選択すれば、間隔Ｄ１がゼロであり、間隔Ｄ２が限りなくゼロに近付いたマイクロレンズ３を形成することができる。

ここで仮に、中間層３２を設けず、マスク層３３と、ＳｉＮ膜よりなるレンズ材料層３１とを積層し、ＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスとを含む処理ガスを用いてマイクロレンズ３を形成する場合について考察すると、既述のようにＳｉＮ膜のエッチングでは、Ｎ_２ガスの存在によりＣラジカル等の堆積が阻害され、有機膜のエッチングに比べて成膜性が小さいので、エッチング初期に広がったレンズ材料層３１の間隔Ｄ１への前記堆積物の埋め込みが進行しにくい。

この際エッチング処理を長時間行うことにより、成膜性を増加させ、前記間隔Ｄ１への前記堆積物の埋め込みを進行させることも考えられるが、前記ＳｉＮ膜は、膜厚の高い面内均一性を確保するためには１μｍ程度の膜厚が限界であり、それ以上膜厚を大きくできないという背景があり、エッチング時間を長くとれない。このように限られた膜厚の中では成膜性を増加させることができないので、マイクロレンズ３の間隔Ｄ１をマスク層３３の初期間隔ｄ１よりも狭めることは困難であると推察される。

ここでこのレンズ材料層３１のエッチングでは、前記中間層３２に対する前記レンズ材料層３１のエッチング選択比（（レンズ材料層３１のエッチング速度）／（中間層３２のエッチング速度））：以下「エッチング選択比」という）を制御することにより、後述の実施例からも明らかなようにマイクロレンズ３のレンズ形状を制御することができる。

この際このエッチング選択比は、ＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスとの流量比を調整することにより制御することができる。つまりレンズ材料層３１のエッチングでは、既述のようにＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスとから解離した解離生成物中のＦラジカルがエッチング種として、Ｃラジカル等が堆積種として夫々作用するので、これらＦラジカルの量と、Ｃラジカル等の量を調整することにより、エッチング性や堆積性が調整され、これによりエッチング選択比の制御を行うことができる。

そして後述の実施例より、前記エッチング選択比が小さいとエッチング性に対する堆積性が小さくなり、一方前記エッチング選択比が大きいとエッチング性に対する堆積性が大きくなって、レンズ形状が大きくなること、また前記エッチング選択比が大きくなり過ぎると、エッチング性に対する堆積性が大きくなり過ぎ、エッチング速度が低下して、エッチストップが発生してしまうこと、さらにエッチング選択比がウエハ面内のエッチング速度の均一性に影響を与えること、が認められていることから、これらを踏まえてエッチング選択比の適正範囲を求める必要がある。

このためマイクロレンズ３を、生産ラインのスループットを考慮した処理時間内で、レンズ形状を制御し、しかもレンズ形状の面内均一性を高めた状態で形成するには、前記エッチング選択比が１．０以上１．６以下となるエッチング条件でエッチング処理を行うことが好ましく、特にエッチング選択比が１．４以上１．６以下の範囲であれば、初期間隔ｄ１と同じ程度か、それよりも小さい間隔Ｄ１を備えたマイクロレンズ３を形成でき、さらにエッチング選択比を絞り込むことにより、間隔Ｄ１がゼロであり、間隔Ｄ２が限りなくゼロに近付いたマイクロレンズを形成することができる。

また処理容器４内に供給する高周波電力の供給量や、処理容器４内の処理圧力の制御によっても、後述するようにレンズ形状が制御でき、間隔Ｄ１の大きさを調整することができる。この理由は、前記高周波電力の供給量や処理圧力の変化によって、ＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスに与えられるエネルギー量が変化し、これによりＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスとから解離した解離生成物中のＦラジカルや、Ｃラジカル等の発生量が異なるため、ＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスの流量比が同じであっても、エッチングに寄与するＦラジカルの量や、堆積に寄与するＣラジカル等の量が変化するためと推察される。従ってレンズ材料層３１のエッチング速度が中間層３２のエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件にてエッチングを行うことが間隔Ｄ１を狭めるためには望ましく、エッチング選択比、高周波電力の供給量や処理圧力等のエッチング処理のパラメータを調整することによって、レンズ形状の調整幅が大きくなり、間隔Ｄ１や間隔Ｄ２がゼロに近いか、又はゼロのマイクロレンズ３を形成することができる。

以上のように、本発明では、有機材料よりなるマスク層３３と中間層３２と、無機材料よりなるレンズ材料層３１との３層構造を用いてマイクロレンズ３を形成しているので、エッチング条件を選択することにより、レンズ形状が制御できて、マスク層３３のレンズ形状よりもレンズ幅が大きく、隣接するレンズ同士の間のレンズ間距離（間隔Ｄ１）が０〜０．１μｍ程度と極めて小さい無機材料よりなるマイクロレンズ３を形成することができる。このようなマイクロレンズ３では、感光部２１への集光度が大きいので、高い感度を確保することができる。

このように無機材料よりなるマイクロレンズ３の実用化を図ることができるので、目的とする波長領域に応じてマイクロレンズ３の材料を有機材料や無機材料から自由に選択するという材料選択の自由度が高められる。また異なる材料により形成されたマイクロレンズ３を複数層に亘って固体撮像素子に設けることにより、各マイクロレンズ３によって、各々の特定の波長領域の集光を選択的に行い、各々の苦手波長領域を補うことも可能となると予測される。

以上において前記第１の処理ガスとしては、ＣＦ_４ガス、ＳＦ_６ガス、Ｃ_２Ｆ_６ガス、Ｃ_３Ｆ_８ガスから選ばれるガスと、Ｃ_４Ｆ_８ガス、Ｃ_５Ｆ_８ガス、Ｃ_４Ｆ_６ガス、Ｃ_２Ｆ_６ガス、Ｃ_３Ｆ_８ガスから選ばれるガスとを組み合わせたガスを用いることができる。また第２の処理ガスとしては、ＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスに酸素（Ｏ_２）ガスを組み合わせるようにしてもよい。

また前記中間層３２とマスク層３３とは共に有機材料により構成されるが、これらは同じ種類の膜により構成されるものであってもよいし、異なる種類の膜により構成されるものであってもよい。これらを同種の膜により構成する場合には、前記マスク層３３と中間層３２は、例えばフェノール系レジスト膜、アクリル系レジスト膜、ＫｒＦレジスト膜、シクロオレフィン無水マレイン酸をプラットホームとしたレジスト膜（ＣＯＭＡレジスト膜）等により構成される。この場合には、マスク層３３と中間層３２とのエッチング選択比が同じになるので、マスク層３３の形状が中間層３２にそのまま転写され、レンズ形状の制御を行いやすいという点で有効である。

さらに前記中間層３２は１層以上の複数層形成するようにしてもよく、これらは同じ種類の有機膜や異なる種類の有機膜より形成することができる。このように中間層３２を複数層積層して設けることにより、中間層３２のレンズ形状の調整の幅が大きくなり、これが転写されることでマイクロレンズ３のレンズ形状についても調整の幅が大きくなる。

さらにまたレンズ材料層３１を形成する無機材料としては、シリコン酸化膜やシリコン窒化酸化膜等を用いることができる。ここでレンズ材料層３１としてシリコン酸化膜を用いる場合について説明する。このシリコン酸化膜とは、ケイ素と酸素（Ｏ）とを含む膜であり、一般的には二酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）として知られているので、ここではＳｉＯ_２膜として説明する。先ずＳｉＯ_２膜の形成方法の一例を挙げると、ＳｉＯ_２膜を成膜するための原料ガスとしては、例えばテトラエチルオルトシリケート（Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）などの有機ソースの蒸気（ガス）及び酸素ガスが用いられ、これらテトラエチルオルトシリケートガス及び酸素ガスをプラズマ化させることで、プラズマ中に含まれるシリコン及び酸素の各活性種により、前記カラーフィルタ層２６の上にＳｉＯ_２膜が例えば４μｍの膜厚で形成される。

そしてＳｉＯ_２膜よりなるレンズ材料層３１のエッチング処理では、ＳｉＮ膜のエッチングと同様に、ＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３とをプラズマ化することにより、これらのガスから解離した解離生成物中のＦラジカルがエッチング種として、Ｃラジカル、ＣＦラジカル、ＣＦ_２ラジカル、ＣＦ_３ラジカル等が堆積種として夫々作用し、Ｆラジカルによるエッチングと、Ｃラジカル等による堆積とが同時に行われながらエッチングが進行していくと推察される。

この際、ＳｉＯ_２膜に対しては、ＣＦラジカル（ＣＦ^＊）、ＣＦ_２ラジカル（ＣＦ_２ ^＊）、ＣＦ_３ラジカル（ＣＦ_３ ^＊）等は、次の反応に従って作用するものと考えられる。

３／４ＳｉＯ_２＋ＣＦ_３ ^＊ → ３／４ＳｉＦ_４＋ＣＯ＋１／２Ｏ
１／２ＳｉＯ_２＋ＣＦ_２ ^＊ → １／２ＳｉＦ_４＋ＣＯ
１／４ＳｉＯ_２＋ＣＦ^＊ → １／４ＳｉＦ_４＋１／２ＣＯ＋１／２Ｃ
このようにＳｉＯ_２膜のエッチングでは、Ｏ及びＣＯが発生すると共に、Ｃが堆積成分として放出され、このＯやＣＯの影響により、有機膜である中間層３２をエッチングする場合に比べて成膜性が小さくなると考えられるが、これらＯやＣＯは、ＳｉＮ膜のエッチング時に発生するＮ_２ガスに比べてＣラジカル等の堆積を阻害する程度が小さいと推察される。また後述の実施例よりも明らかなように、エッチング選択比が大きくなり過ぎてエッチングが進行しないという現象が発生しないので、エッチング選択比の増加に伴い、レンズ形状を大きく形成することが可能となるものと予測される。

このため、レンズ材料層３１がＳｉＯ_２膜である場合には、前記エッチング選択比が１．７以上となるエッチング条件でエッチング処理を行うことにより、生産ラインのスループットを考慮した処理時間内で、レンズ形状が所望の範囲で制御できる状態でマイクロレンズ３を形成でき、エッチング条件を選択することにより、間隔Ｄ１が初期間隔ｄ１より狭い、さらには間隔Ｄ１がゼロであり、間隔Ｄ２が限りなくゼロに近付いたマイクロレンズを形成することができる。またこのエッチング選択比でエッチングを行う場合には、後述の実施例よりも明らかなように、エッチング速度の面内均一性が良好である。

このようにレンズ材料層３１がＳｉＮ膜、ＳｉＯ_２膜である場合には、エッチング条件を選択することにより、間隔Ｄ１，Ｄ２がゼロかゼロに限りなく近いマイクロレンズ３を形成することができることから、シリコン窒化酸化膜を材料としてマイクロレンズ３を形成する場合にも同様の効果が得られると推察される。このシリコン窒化酸化膜は、ケイ素と窒素と酸素とを含む膜であって、ここではＳｉＯＮ膜とするが、このＳｉＯＮ膜は、例えばケイ素と窒素と酸素とを含む処理ガスを用い、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって形成される。

また本発明のマイクロレンズは、図５（ａ）や図５（ｂ）に示す構造のＣＣＤ固体撮像素子やＣＭＯＳセンサー上に形成されるマイクロレンズ３に対しても適用できる。図５（ａ）は、表面に形成されたマイクロレンズ３の他に、層内マイクロレンズ２７を備える例であり、この層内マイクロレンズ２７は、図１に示す構造において、カラーフィルタ層２６の下層に形成される。図中２８は層内マイクロレンズ２７の表面に形成された平坦化膜であって（カラーフィルタ層２６のみの場合もある）、その他の構造は、図１に示す構造と同じである。このような構造では、表面のマイクロレンズ３が本発明の手法により形成される。また図５（ｂ）は、図１に示す構造において、遮光膜２４の上層に直接マイクロレンズ３を形成する例であり、この表面のマイクロレンズ３が本発明の手法により形成される。

以下に本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。以下の実験においては、図１に示すように、Ｓｉ基板２上に、感光部２１、垂直レジスタ２２、導電膜２３及び遮光膜２４が形成され、その上方に、平坦化膜２５、カラーフィルタ層２６、レンズ材料層３１、中間層３２、及び所定のレンズ形状に形成されたマスク層３３が下方側からこの順に形成されたウエハＷを用いた。エッチング装置としては上述の図４に示すプラズマエッチング装置を用いている。
１．レンズ材料層３１がＳｉＮ膜より形成されている場合
（実施例１−１）
図６（ａ）に示すように、膜厚が１μｍのレンズ材料層３１の上にフェノール系レジスト膜からなる中間層３２、及びフェノール系レジスト膜からなり、所定のレンズ形状に形成されたマスク層３３がこの順に形成された８インチサイズのウエハＷに対して、以下の条件においてエッチングを行い、マスク層３３、中間層３２、レンズ材料層３１（マイクロレンズ３）の夫々のレンズ形状について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてその平面形状を撮像し、これに基づいてマスク層３３、中間層３２、レンズ材料層３１の夫々について間隔Ｄ１を測定した。前記ＳＥＭにより撮像された写真(以下「ＳＥＭ写真」という)をトレースしたものと、前記間隔Ｄ１とを併せて図６（ａ）に示す。
［中間層３２のエッチング条件］
処理ガス ：ＣＦ_４／Ｃ_４Ｆ_８＝１００／３０ｓｃｃｍ
高周波電源の電力 ：１４００Ｗ
処理圧力 ：５．３Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）
載置台の設定温度 ：０℃
処理時間 ：ＥＰＤ（プラズマ発光スペクトル分析器による終点検出装置）により１９９秒エッチングを行った。ここでエッチング時の終点はＣＦラジカルによる発光スペクトル強度（波長２６０ｎｍ）とＣＮラジカルによる発光スペクトル強度（波長３８７．２ｎｍ）の比率等の演算結果に基づいて検出し、エッチングを停止した。
［レンズ材料層３１のエッチング条件］
処理ガス ：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３／Ｏ_３＝６０／５０／２５ｓｃｃｍ
エッチング選択比 ：０．９５
高周波電源の電力 ：４００Ｗ
処理圧力 ：２．６５Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）
載置台の設定温度 ：０℃
処理時間 ：レンズ材料層３１を７５０ｎｍエッチングするまで行い、エッチングを停止した。
（比較例１）
図６（ｂ）に示すように、膜厚が１μｍのレンズ材料層３１の上に、フェノール系レジスト膜からなり、所定のレンズ形状に形成されたマスク層３３がこの順に形成されたウエハＷに対して、以下の条件においてエッチングを行い、マスク層３３、レンズ材料層３１の夫々のレンズ形状の平面形状についてＳＥＭ写真を撮像し、これに基づいてマスク層３３、レンズ材料層３１の夫々について間隔Ｄ１を測定した。このＳＥＭ写真をトレースしたものと、前記間隔Ｄ１とを併せて図６（ｂ）に示す。
［レンズ材料層３１のエッチング条件］
処理ガス ：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３＝６０／６０ｓｃｃｍ
エッチング選択比 ：１．０９
高周波電源の電力 ：４００Ｗ
処理圧力 ：２．６５Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）
載置台の設定温度 ：４０℃
処理時間 ：レンズ材料層３１を７５０ｎｍエッチングするまで行い、エッチングを停止した。
（実験結果）
前記間隔Ｄ１（ｄ１）について着目すると、実施例１では、マスク層３３が３２０ｎｍ、中間層３２が１００ｎｍ、マイクロレンズ３が３５８ｎｍであり、比較例１では、マスク層３３が５００ｎｍ、マイクロレンズ３が７００ｎｍであった。これにより前記間隔Ｄ１は、実施例１では、マスク層３３に比べてマイクロレンズ３では約１．１倍に広がっているのに対して、比較例１では、マスク層３３に比べてマイクロレンズ３では約１．４倍に広がっていることが認められた。

ここでエッチング選択比を見ると、実施例１では０．９５、比較例１では１．０９と、比較例１の方が大きく、エッチング選択比が大きい方が堆積性が強く、レンズ形状が大きくなりやすいが、それでもなお実施例１の方がレンズ形状を大きくでき、間隔Ｄ１を狭められることが認められ、これにより本発明の有効性が理解された。また実施例１の中間層３２の間隔Ｄ１は、マスク層３３の間隔Ｄ１よりも狭くなることも確認された。
（実施例１−２：エッチング選択比の調整によるレンズ形状の制御について）
実施例１−１と同様のウエハＷに対し、レンズ材料層３１に対して、エッチング選択比を０．９５〜１．７５の範囲で変えてエッチングを行い、マスク層３３、中間層３２、レンズ材料層３１の夫々について、平面形状と断面形状についてＳＥＭ写真を撮像し、レンズ形状の変化を観察すると共に、このＳＥＭ写真に基づいて夫々について間隔Ｄ１（ｄ１）とエッチング深さとを測定した。

ここでエッチング深さ（エッチング量）とはレンズ材料層（ＳｉＮ膜）３１のエッチング量の指標となるものであり、図７（ａ）に示す中間層３２のエッチング後のレンズ材料層３１の厚さＸと、図７（ｂ）に示すレンズ材料層３１のエッチング後のレンズ材料層３１の厚さＹとの差異（Ｘ−Ｙ）より算出される。この際前記厚さＸ，Ｙは、レンズ形状が形成されていない領域の厚さである。またこの実施例では、中間層３２のエッチングをプラズマ発光スペクトルによるエッチング終点の検出により行っており、中間層３２のエッチング終了時には、レンズ材料層３１の表面部が多少エッチングされる場合もあるため、図７（ａ）ではレンズ材料層３１の表面がエッチングされた状態を示している。またエッチング条件によっては中間層３２とレンズ材料層３１の間隔Ｄ１はゼロではない場合もあるため、ここではこれらに所定間隔Ｄ１を持たせた状態を示している。このＳＥＭ写真をトレースしたものと前記間隔Ｄ１とエッチング深さとを併せて図８に示す。またエッチング選択比と間隔Ｄ１との関係性について図９に示す。
［中間層３２のエッチング条件］
実施例１−１と同じ条件にて行った。
［レンズ材料層３１のエッチング条件］
処理ガス ：別記
エッチング選択比 ：別記
高周波電源の電力 ：４００Ｗ
処理圧力 ：２．６５Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）
載置台の設定温度 ：０℃
処理時間 ：レンズ材料層３１を７５０ｎｍエッチングするまで行い、エッチングを停止した。

エッチング選択比の制御は、処理ガスの流量比を変えることにより行った。エッチング選択比と処理ガスの流量比との関係は次の通りである。

選択比０．９５：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３／Ｏ_２＝６０／５０／２５ｓｃｃｍ
選択比１．４２：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３＝３０／６０ｓｃｃｍ
選択比１．５９：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３＝２８／６０ｓｃｃｍ
選択比１．６６：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３＝２９／６０ｓｃｃｍ
選択比１．７５：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３＝２５／６０ｓｃｃｍ
図８及び図９によりエッチング選択比を調整することによって、レンズ形状が変化し、間隔Ｄ１を制御できることが認められた。この結果により、エッチング選択比が０．９５のときは、間隔Ｄ１は初期間隔ｄ１よりも大きくなってしまうが、エッチング選択比の増加に伴い前記間隔Ｄ１が小さくなること、一方エッチング選択比が１．６６以上のときには、レンズ材料層３１のエッチング深さが目標値の７５０ｎｍ前後まで達せず、エッチングが進行しない現象が発生することが確認された。このようにエッチング選択比が大きくなり過ぎると、エッチングが進行しないのは、Ｆラジカルによるエッチングも進行するものの、それ以上にＣラジカル等による堆積が進行してしまうので、エッチング量に対する堆積量の比率が高くなり過ぎ、エッチストップが発生してしまうためと推察される。

これにより、図９のデータとも併せて、ある程度のエッチング量を確保しながら、初期間隔ｄ１よりも幅狭な間隔Ｄ１を有するマイクロレンズ３を形成するためには、エッチング選択比が１．０以上１．６以下となる条件で中間層３２とマイクロレンズ３のエッチングを行うことが好ましいこと、特にエッチング選択比が１．４以上１．６以下の範囲であれば、間隔Ｄ１が１５０ｎｍよりも小さくなり、マイクロレンズ３の間隔Ｄ１を中間層３２と同じ程度か、さらに幅狭に形成でき、より好ましいことが理解される。
（実施例１−３：エッチング選択比とエッチング速度の面内均一性との関係について）
実施例１−１と同様のウエハＷに対して、エッチング選択比を０．８６〜３．２５の範囲で変えてレンズ材料層３１のエッチングを行い、レンズ材料層３１のエッチング速度と、エッチング速度の面内均一性について測定を行った。前記エッチング速度は、前記ウエハ面内の２５箇所にて測定したエッチング速度の平均値を示し、エッチング速度の面内均一性は、前記ウエハ面内の２５箇所にて測定したエッチング速度の偏差をエッチング速度の絶対値で除した値を示しており、この値がゼロに近い程エッチング速度の面内均一性が高いことを示している。なお中間層３２とレンズ材料層３１のエッチング条件は以下の通りである。
［中間層３２のエッチング条件］
実施例１−１と同じ条件にて行った。
［レンズ材料層３１のエッチング条件］
処理ガス ：別記
エッチング選択比 ：別記
高周波電源の電力 ：４００Ｗ
処理圧力 ：２．６５Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）
載置台の設定温度 ：０℃
処理時間 ：レンズ材料層３１を７５０ｎｍエッチングするまで行い、エッチングを停止した。

エッチング選択比の制御は、処理ガスの流量比を変えることにより行った。エッチング選択比と処理ガスの流量比との関係は次の通りである。

選択比０．８６：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３／Ｏ_２＝６０／２５／３０ｓｃｃｍ
選択比０．９５：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３／Ｏ_２＝６０／５０／２５ｓｃｃｍ
選択比１．４２：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３＝３０／６０ｓｃｃｍ
選択比１．５９：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３＝２８／６０ｓｃｃｍ
選択比１．６６：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３＝２９／６０ｓｃｃｍ
選択比１．７５：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３＝２５／６０ｓｃｃｍ
選択比２．１７：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３＝２０／６０ｓｃｃｍ
選択比３．２５：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３＝１５／６０ｓｃｃｍ
処理ガスの流量比とエッチング選択比との関係、エッチング速度、エッチング速度の面内均一性を併せて図１０に示す。この結果により、エッチング選択比が１．７５以上になると、エッチング速度の面内均一性が急激に悪化することが認められ、エッチング選択比が１．０〜１．６となる条件で中間層３２とマイクロレンズ３のエッチングを行うことにより、レンズ形状の高い面内均一性が確保できることが確認された。
２．レンズ材料層３１がＳｉＯ_２膜より形成されている場合
（実施例２−１：エッチング選択比の調整によるレンズ形状の制御について）
厚さ４．２μｍのレンズ材料層３１の上に、フェノール系レジスト膜からなる中間層３２、及び所定のレンズ形状に形成されたフェノール系レジスト膜からなるマスク層３３が下からこの順に形成された６インチサイズのウエハＷに対して、エッチング選択比を１．６３〜２．０６の範囲で変えてレンズ材料層３１のエッチングを行い、マスク層３３、中間層３２、マイクロレンズ３の夫々について、平面形状と断面形状についてＳＥＭ写真を撮像し、レンズ形状の変化を観察すると共に、このＳＥＭ形状に基づいて夫々について間隔Ｄ１（ｄ１）を測定した。このＳＥＭ写真をトレースしたものと間隔Ｄ１とを併せて図１１に示す。またエッチング選択比と間隔Ｄ１との関係性について図１２に示す。
［中間層３２のエッチング条件］
処理ガス ：ＣＦ_４／Ｃ_４Ｆ_８＝１００／３０ｓｃｃｍ
高周波電源の電力 ：１２００Ｗ
処理圧力 ：５．３Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）
載置台の設定温度 ：０℃
処理時間 ：ＥＰＤにより１３９秒エッチングを行い、エッチング時の終点はＣＯラジカルによる発光スペクトル強度（波長２２６ｎｍ）とＣＦラジカルによる発光スペクトル強度（波長２６０ｎｍ）の比率の演算結果に基づいて検出し、エッチングを停止した。
［レンズ材料層３１のエッチング条件］
処理ガス ：別記
エッチング選択比 ：別記
高周波電源の電力 ：４００Ｗ
処理圧力 ：２．６５Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）
載置台の設定温度 ：０℃
処理時間 ：レンズ材料層３１を２.８μｍエッチングするまで行い、エッチングを停止した。

エッチング選択比の制御は、処理ガスの流量比を変えることにより行った。エッチング選択比と処理ガスの流量比との関係は次の通りである。

選択比１．６３：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３＝１２／６０ｓｃｃｍ
選択比１．８０：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３＝１０／６０ｓｃｃｍ
選択比２．０６：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３＝８／６０ｓｃｃｍ
図１１及び図１２によりエッチング選択比を調整することによって、レンズ形状が変化し、間隔Ｄ１を制御できることが認められた。この結果により、エッチング選択比が１．７以上であれば間隔Ｄ１は５００ｎｍ以下となり、エッチング選択比が１．８以上であれば初期間隔ｄ１とほぼ同程度であって、エッチング選択比の増加に伴い前記間隔Ｄ１が小さくなること、またレンズ材料層３１がＳｉＮ膜である場合と異なり、エッチング選択比が増加してもエッチング量が確保できることが認められた。このようにレンズ材料層３１がＳｉＯ_２膜の場合には、エッチング選択比が大きくなっても、エッチング量に対する堆積量の比率が高くなり過ぎることはなく、エッチストップは発生しないと推察される。

これにより、図１２の近似曲線から、初期間隔ｄ１と同程度か幅狭な間隔Ｄ１を有するマイクロレンズ３を形成するためには、エッチング選択比が１．８以上となる条件で中間層３２とマイクロレンズ３のエッチングを行うことが好ましいことが認められ、またエッチング選択比が２．２以上になると、間隔Ｄ１をゼロにできることが予測される。
（実施例２−２：エッチング選択比とエッチング速度の面内均一性との関係について）
実施例２−１と同様のウエハＷに対して、エッチング選択比を１．６３〜２．０６の範囲で変えてレンズ材料層３１のエッチングを行い、レンズ材料層３１のエッチング速度と、エッチング速度の面内均一性について測定を行った。前記エッチング速度及びエッチング速度の面内均一性は、前記エッチング速度について前記ウエハ面内の９箇所にて測定し、実施例１−３と同様の手法により算出した。なお中間層３２とレンズ材料層３１のエッチング条件は以下の通りである。
［中間層３２のエッチング条件］
実施例１−１と同じ条件にて行った。
［レンズ材料層３１のエッチング条件］
処理ガス ：別記
エッチング選択比 ：別記
高周波電源の電力 ：４００Ｗ
処理圧力 ：２．６５Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）
載置台の設定温度 ：０℃
処理時間 ：レンズ材料層３１を２．８μｍエッチングするまで行い、エッチングを停止した。

エッチング選択比の制御は、処理ガスの流量比を変えることにより行った。エッチング選択比と処理ガスの流量比との関係は実施例２−１と同様である。

処理ガスの流量比とエッチング選択比との関係、エッチング速度、エッチング速度の面内均一性を併せて図１３に示す。この結果により、エッチング選択比が１．６３〜２．０６の範囲では、エッチング速度の面内均一性については良好であることが確認された。

（実施例２−３：間隔Ｄ１と高周波電力との関係について）
実施例２−１のウエハＷに対して、エッチング選択比を１．６に固定し、高周波電力の供給量を変えてエッチングを行い、得られたマイクロレンズ３について間隔Ｄ１を測定し、当該間隔Ｄ１の高周波電力依存性と、レンズ材料層３１のエッチング速度及びエッチング速度の面内均一性について測定した。前記エッチング速度とエッチング速度の面内均一性については実施例２−２と同様の手法により測定を行った。なおエッチング条件は以下の通りである。
［中間層３２のエッチング条件］
実施例１−１と同じ条件にて行った。
［レンズ材料層３１のエッチング条件］
処理ガス ：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３＝１２／６０ｓｃｃｍ
エッチング選択比 ：１．６
高周波電源の電力 ：４００Ｗ、８００Ｗ
処理圧力 ：２．６５Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）
載置台の設定温度 ：０℃
処理時間 ：レンズ材料層３１を２．８μｍエッチングするまで行い、エッチングを停止した。

この結果を図１４に示す。図１４中縦軸は間隔Ｄ１、横軸は高周波電力の供給量を夫々示している。また電力供給量が４００Ｗのときのエッチング速度は１８６．４ｎｍ／ｍｉｎ、エッチング速度の面内均一性は±４．５％であり、電力供給量が８００Ｗのときのエッチング速度は３３９．６ｎｍ／ｍｉｎ、エッチング速度の面内均一性は±３．９％であった。これにより、高周波電力の供給量を変化させることによって、レンズ形状が調整できて間隔Ｄ１の大きさが制御できること、またエッチング速度及びエッチング速度の面内均一性についても調整できること、さらにエッチング選択比が１．６の場合には、電力供給量が４００Ｗのときよりも８００Ｗのときの方が間隔Ｄ１が狭くなり、前記エッチング速度の面内均一性も向上することが認められた。
（実施例２−４：間隔Ｄ１と処理圧力との関係について）
実施例２−１のウエハＷに対して、エッチング選択比を１．６に固定して、処理圧力の値を変えてエッチングを行い、得られたマイクロレンズ３について間隔Ｄ１を測定し、当該間隔Ｄ１の処理圧力依存性と、レンズ材料層３１のエッチング速度及びエッチング速度の面内均一性について測定した。前記エッチング速度とエッチング速度の面内均一性については実施例２−２と同様の手法により測定を行った。なおエッチング条件は以下の通りである。
［中間層３２のエッチング条件］
実施例１−１と同じ条件にて行った。
［レンズ材料層３１のエッチング条件］
処理ガス ：ＳＦ_６／ＣＨＦ_３＝１０ｓｃｃｍ／６０ｓｃｃｍ
エッチング選択比 ：１．６
高周波電源の電力 ：８００Ｗ
処理圧力 ：１．９４Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）、２．６５Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）
載置台の設定温度 ：０℃
処理時間 ：レンズ材料層３１を２．８μｍエッチングするまで行い、エッチングを停止した。

この結果を図１５に示す。図１５中縦軸は間隔Ｄ１、横軸は処理圧力を夫々示している。また処理圧力が１．９４Ｐａのときのエッチング速度は３３９．６ｎｍ／ｍｉｎ、エッチング速度の面内均一性は±３．９％であり、処理圧力が２．６５Ｐａのときのエッチング速度は３２３．０ｎｍ／ｍｉｎ、エッチング速度の面内均一性は±４．３％であった。これにより、処理圧力を変化させることによって、レンズ形状が調整できて間隔Ｄ１の大きさが制御できること、またエッチング速度及びエッチング速度の面内均一性についても調整できること、さらにエッチング選択比が１．６の場合には、処理圧力が１．９４Ｐａの方が間隔Ｄ１が狭くなり、前記エッチング速度の面内均一性も向上することが認められた。

このようにレンズ形状や前記面内均一性が高周波電力の供給量や処理圧力に依存するのは、既述のように、高周波電力の供給量や処理圧力の増加に伴い、Ｆラジカルの量が増え、結果としてエッチングに寄与するＦの量と、堆積に寄与するＣ等の量との割合が変化し、これがレンズ形状や前記エッチング速度の面内均一性に反映されるためと推察される。またレンズ材料層３１がＳｉＮ膜の場合には、間隔Ｄ１と高周波電力の供給量や処理圧力との関係については実験を行っていないが、レンズ材料層３１がＳｉＯ_２膜の場合と同様の結果が得られると予測される。

以上において本発明のエッチング処理は上述のプラズマ処理装置のみならず、他の方式によってプラズマを発生させる装置においても実施できる。さらに本発明は、ＣＣＤ固体撮像素子のみならずＭＯＳ型固体撮像素子や液晶表示素子に用いられるマイクロレンズの形成にも適用することが可能である。さらにまた本発明方法は、最表面マイクロレンズのみならず、層内レンズの形成にも有効であり、本発明のマイクロレンズが形成される基板として、半導体ウエハの他にガラス基板を用いるようにしてもよい。

本発明のマイクロレンズを備えたＣＣＤ固体撮像素子の一例を示す断面図である。 前記マイクロレンズの形成方法を示す工程図である。 前記マイクロレンズの形成方法を示す工程図である。 前記マイクロレンズを形成するためのエッチング工程を実施するためのマグネトロンＲＩＥプラズマエッチング装置の一例を示す断面図である。 本発明のマイクロレンズを備えたＣＣＤ固体撮像素子の他の例を示す断面図である。 実施例１−１の結果を示すマイクロレンズの平面形状と間隔Ｄ１とを示す特性図である。 エッチング深さを説明するための断面図である。 実施例１−２の結果を示すマイクロレンズの平面形状と断面形状と間隔Ｄ１とエッチング深さとを示す特性図である。 実施例１−２の結果を示す間隔Ｄ１とエッチング選択比との関係を示す特性図である。 実施例１−３の結果を示すエッチング選択比とエッチング速度とエッチング速度の面内均一性とを示す特性図である。 実施例２−１の結果を示すマイクロレンズの平面形状と断面形状と間隔Ｄ１とを示す特性図である。 実施例２−１の結果を示す間隔Ｄ１とエッチング選択比との関係を示す特性図である。 実施例２−２の結果を示すエッチング選択比とエッチング速度とエッチング速度の面内均一性とを示す特性図である。 実施例２−３の結果を示す間隔Ｄ１と高周波電力の供給量との関係を示す特性図である。 実施例２−４の結果を示す間隔Ｄ１と処理圧力との関係を示す特性図である。 従来のマイクロレンズの形成方法を示す平面図である。 従来のマイクロレンズの形成方法を示す断面図である。

符号の説明

２１ 感光部
２２ 垂直レジスタ
２３ 導電膜
２４ 遮光膜
２５ 平坦化膜
２６ カラーフィルタ層
３ マイクロレンズ
３１ レンズ材料層
３２ 中間層
３３ マスク層
４ 処理室
４１ 載置台
４２ 静電チャック
５ ガス供給室
５０ 流量調整手段
５２Ａ ＣＦ_４ガス源
５２Ｂ Ｃ_４Ｆ_８ガス源
５２Ｃ ＳＦ_６ガス源
５２Ｄ ＣＨＦ_３ガス源
５４ 真空排気手段
５４Ａ 圧力調整手段
６１ ダイポールリング磁石
６３ 高周波電源部

Claims (12)

1. 基板の上に無機材料よりなるレンズ材料層を形成する工程と、
   次いでこのレンズ材料層の上に、有機材料よりなる中間層を形成する工程と、
   次いでこのレンズ材料層の上に、有機材料よりなるマスク層を形成する工程と、
   次いで前記マスク層にレンズ形状を形成する工程と、
   次いで前記マスク層と中間層とに対してエッチング処理を行うことにより、前記中間層にマスク層のレンズ形状を転写する工程と、
   次いでＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスとを含む処理ガスを用いて、前記中間層とレンズ材料層とに対してエッチング処理を行うことにより、前記レンズ材料層に中間層のレンズ形状を転写し、レンズを形成する工程と、を含むことを特徴とするマイクロレンズの形成方法。
2. 前記レンズ材料層は、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜、並びにシリコン窒化酸化膜より選択された膜より形成されることを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズの形成方法。
3. 前記マスク層と中間層とをエッチングする工程は、炭素とフッ素とを含むガスを処理ガスとして用いることを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロレンズの形成方法。
4. 前記マスク層は、レジスト膜より形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載のマイクロレンズの形成方法。
5. 前記マスク層は、中間層と同じ種類の有機材料よりなる膜より形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載のマイクロレンズの形成方法。
6. 前記レンズ材料層がシリコン窒化膜であるとき、
   前記中間層とレンズ材料層とをエッチングする工程は、前記レンズ材料層のエッチング速度を、中間層のエッチング速度で除して得られるエッチング選択比が１．０以上１．６以下となるエッチング条件で行われることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一に記載のマイクロレンズの形成方法。
7. 前記中間層とレンズ材料層とをエッチングする工程は、前記レンズ材料層のエッチング速度を、中間層のエッチング速度で除して得られるエッチング選択比が１．４以上１．６以下となるエッチング条件で行われることを特徴とする請求項６記載のマイクロレンズの形成方法。
8. 前記レンズ材料層がシリコン酸化膜であるとき、
   前記中間層とレンズ材料層とをエッチングする工程は、前記レンズ材料層のエッチング速度を、中間層のエッチング速度で除して得られるエッチング選択比が１．７以上となるエッチング条件で行われることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一に記載のマイクロレンズの形成方法。
9. 前記中間層とレンズ材料層とをエッチングする工程は、前記レンズ材料層のエッチング速度を、中間層のエッチング速度で除して得られるエッチング選択比が１．８以上となるエッチング条件で行われることを特徴とする請求項８記載のマイクロレンズの形成方法。
10. 前記エッチング選択比は、ＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスの流量比を調整することにより制御されることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか一に記載のマイクロレンズの形成方法。
11. 前記マイクロレンズは、固体撮像素子において、行列状に並ぶ複数の感光部の各々に対応するように設けられた集光用のマイクロレンズであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一に記載のマイクロレンズの形成方法。
12. 前記請求項１ないし請求項１１のいずれか一の方法により成膜されたマイクロレンズを備えたことを特徴とする半導体装置。
    

Images