JP2010066727A - Manufacturing method of microlens array and manufacturing method of photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
【課題】隣接するマイクロレンズとの間における隙間を低減した場合でも球面を表面の全面にそれぞれ有する複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイを得る。
【解決手段】露光装置を用いてマイクロレンズアレイを製造する方法であって、複数の画素領域が配列された基板の上に感光性樹脂を塗布する塗布工程と、感光性樹脂における複数の画素領域のそれぞれにマイクロレンズの形状に応じた露光量の分布を形成するための第1の原版を用いて感光性樹脂を露光する第1の露光工程と、露光された感光性樹脂を現像することにより、パターンを形成する現像工程と、現像工程の後に、複数の画素領域のそれぞれにて画素領域における内側の部分を遮蔽し外側の部分を露光するための第2の原版を用いてパターンを露光する第2の露光工程と、第2の露光工程の後に、パターンを加熱することにより複数のマイクロレンズを複数の画素領域に形成する加熱工程とを備える。
【選択図】図2A microlens array in which a plurality of microlenses each having a spherical surface on the entire surface is arranged even when the gap between adjacent microlenses is reduced.
A method of manufacturing a microlens array using an exposure apparatus, the method comprising: applying a photosensitive resin on a substrate on which a plurality of pixel regions are arranged; and a plurality of pixel regions in the photosensitive resin. A first exposure step of exposing the photosensitive resin using a first original plate for forming a distribution of exposure amount according to the shape of each microlens, and developing the exposed photosensitive resin The pattern is exposed using a second original plate for shielding the inner part of the pixel area and exposing the outer part in each of the plurality of pixel areas after the developing process for forming the pattern and after the developing process. A second exposure step and a heating step of forming a plurality of microlenses in a plurality of pixel regions by heating the pattern after the second exposure step.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、マイクロレンズアレイの製造方法、及び光電変換装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a microlens array and a method for manufacturing a photoelectric conversion device.
ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像システムには、CCDイメージセンサやCMOSセンサ等の光電変換装置が用いられている。光電変換装置は、複数の画素が配列された画素配列を備える。複数の画素のそれぞれは、受光部(光電変換素子)と、受光部に集光させるマイクロレンズとを含む。 In an imaging system such as a video camera or a digital still camera, a photoelectric conversion device such as a CCD image sensor or a CMOS sensor is used. The photoelectric conversion device includes a pixel array in which a plurality of pixels are arrayed. Each of the plurality of pixels includes a light receiving unit (photoelectric conversion element) and a microlens that collects light on the light receiving unit.
特許文献1には、特許文献1の第2図に示されるように、固定層30を介した半導体基板12の上にレジスト層32を塗布しフォトマスク34を用いてパターニングを行った後に熱変形させることによりマイクロレンズ28を形成することが記載されている。
In
近年、光電変換装置に対して高解像度の画像信号を生成することが要求されていることに伴い、画素配列における各画素のサイズが縮小され、各画素における受光部の受光面積は減少する傾向にある。そこで、受光部に効率良く光をとりこむことが各画素のマイクロレンズに要求されている。 In recent years, with the demand for photoelectric conversion devices to generate high-resolution image signals, the size of each pixel in the pixel array has been reduced, and the light receiving area of the light receiving unit in each pixel tends to decrease. is there. Therefore, it is required for the microlens of each pixel to efficiently incorporate light into the light receiving unit.
この要求を満たすためには、前述したマイクロレンズを画素間の境界近傍まで形成し、マイクロレンズへの光の取り込み効率を高めることで、感度向上を図ることが考えられる。そのためには、隣接する画素のマイクロレンズ間の隙間をなるべく狭める必要がある。 In order to satisfy this requirement, it is conceivable to improve the sensitivity by forming the above-described microlens up to the vicinity of the boundary between pixels and increasing the efficiency of capturing light into the microlens. For this purpose, it is necessary to narrow the gap between the microlenses of adjacent pixels as much as possible.
それに対して、特許文献2では、特許文献2の図1に示すように、平坦化層16及びカラーフィルタ層18を介した半導体基板10の上にポジ型感光性レンズ材料をスピンコートすることにより感光性レンズ材料層20を形成する。特許文献2の図2(A)に示すように、感光性レンズ材料層20は、マイクロレンズが形成されるようなパータンの階調性を有したハーフトーンマスクにより構成されたフォトマスク24を使用して露光される。その後、特許文献2の図2(B)に示すように、露光された感光性レンズ材料層20が現像された後、その表面に光照射処理を行って仮硬化させ、さらに、加熱処理を行って硬化させる。これにより、特許文献2によれば、複数のマイクロレンズを、それぞれの頂点からそれぞれの基端まで外表面の曲率を等しくできるとされている。
特許文献2には、フォトマスク24において、特許文献2の図3(A)に示すように、露光光の波長以下の寸法を有したドットの個数を調整することにより、同心円状に階調を順次変化させることが記載されている。
In
本発明者は、このようなフォトマスク24を用いて感光性レンズ材料層20を露光した場合、その後に現像して得られるマイクロレンズのパターンでは画素における外側の部分が理想的な球面から外れた形状になることを見出した。また、本発明者は、現像された状態で光照射処理を行ってマイクロレンズのパターンを仮硬化させてしまうので、最終的なマイクロレンズの表面でも、同様に、画素における外側の部分が理想的な球面から外れた形状のまま硬化している可能性が高いことも見出した。 When the present inventor exposed the photosensitive lens material layer 20 using such a photomask 24, the outer portion of the pixel deviates from the ideal spherical surface in the microlens pattern obtained by subsequent development. I found out that it would be in shape. In addition, since the inventor performs a light irradiation process in the developed state to temporarily cure the microlens pattern, the outer portion of the pixel is ideal on the final microlens surface as well. It was also found that there is a high possibility of curing in a shape deviating from a spherical surface.
本発明の目的は、隣接するマイクロレンズとの間における隙間を低減した場合でも球面を表面の全面にそれぞれ有する複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイを得ることにある。 An object of the present invention is to obtain a microlens array in which a plurality of microlenses each having a spherical surface on the entire surface are arranged even when a gap between adjacent microlenses is reduced.
本発明の第1側面に係るマイクロレンズアレイの製造方法は、露光装置を用いてマイクロレンズアレイを製造するマイクロレンズアレイの製造方法であって、複数の画素領域が配列された基板の上に感光性樹脂を塗布する塗布工程と、前記感光性樹脂における前記複数の画素領域のそれぞれにマイクロレンズの形状に応じた露光量の分布を形成するための第1の原版を用いて前記感光性樹脂を露光する第1の露光工程と、前記露光された感光性樹脂を現像することにより、パターンを形成する現像工程と、前記現像工程の後に、前記複数の画素領域のそれぞれにて前記画素領域における内側の部分を遮蔽し外側の部分を露光するための第2の原版を用いて前記パターンを露光する第2の露光工程と、前記第2の露光工程の後に、前記パターンを加熱することにより、複数のマイクロレンズを前記複数の画素領域に形成する加熱工程とを備えたことを特徴とする。 A microlens array manufacturing method according to a first aspect of the present invention is a microlens array manufacturing method for manufacturing a microlens array by using an exposure apparatus, wherein the microlens array is photosensitive on a substrate on which a plurality of pixel regions are arranged. Applying the photosensitive resin using a first original plate for forming a distribution of exposure amount according to the shape of the microlens in each of the plurality of pixel regions in the photosensitive resin; A first exposure step of exposing, a developing step of developing a pattern by developing the exposed photosensitive resin, and an inner side of the pixel region in each of the plurality of pixel regions after the developing step. A second exposure step of exposing the pattern using a second original plate for shielding a portion of the mask and exposing an outer portion; and after the second exposure step, the pattern By heating, characterized by comprising a heating step of forming a plurality of micro-lenses to said plurality of pixel areas.
本発明の第2側面に係る光電変換装置の製造方法は、複数の画素領域が配列された基板を有する光電変換装置の製造方法であって、前記基板における前記複数の画素領域のそれぞれに光電変換部を形成する形成工程と、前記基板の上に感光性樹脂を塗布する塗布工程と、前記感光性樹脂における前記複数の画素領域のそれぞれにマイクロレンズの形状に応じた露光量の分布を形成するための第1の原版を用いて前記感光性樹脂を露光する第1の露光工程と、前記露光された感光性樹脂を現像することにより、パターンを形成する現像工程と、前記現像工程の後に、前記画素領域における内側の部分を遮蔽し外側の部分を露光するパターンを前記複数の画素領域のそれぞれに対応して含む第2の原版を用いて前記パターンを露光する第2の露光工程と、前記第2の露光工程の後に、前記パターンを加熱することにより、複数のマイクロレンズを前記複数の画素領域に形成する加熱工程とを備えたことを特徴とする。 A method for manufacturing a photoelectric conversion device according to a second aspect of the present invention is a method for manufacturing a photoelectric conversion device having a substrate on which a plurality of pixel regions are arranged, wherein photoelectric conversion is performed on each of the plurality of pixel regions on the substrate. Forming a portion, forming a photosensitive resin on the substrate, and forming a distribution of exposure amount according to the shape of the microlens in each of the plurality of pixel regions in the photosensitive resin. A first exposure step of exposing the photosensitive resin using a first original plate, a development step of developing a pattern by developing the exposed photosensitive resin, and after the development step, A second exposure that exposes the pattern using a second original plate that includes a pattern that shields an inner portion of the pixel region and exposes an outer portion corresponding to each of the plurality of pixel regions. And extent, after the second exposure step, by heating the pattern, characterized by comprising a heating step of forming a plurality of micro-lenses to said plurality of pixel areas.
本発明によれば、隣接するマイクロレンズとの間における隙間を低減した場合でも球面を表面の全面にそれぞれ有する複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイを得ることができる。 According to the present invention, a microlens array in which a plurality of microlenses each having a spherical surface on the entire surface can be obtained even when the gap between adjacent microlenses is reduced.
本明細書において、「画素」は、光電変換部(例えば、フォトダイオード)だけでなくマイクロレンズも含む概念として用いる。また、「画素領域」とは、画素が形成されるべき3次元的な領域を意味するものとする。また、所定の層を「上に」形成するとは、その所定の層を直接上に形成する場合だけでなく、他の層を介して上に形成する場合も含むものとして用いる。 In this specification, “pixel” is used as a concept including not only a photoelectric conversion unit (for example, a photodiode) but also a microlens. The “pixel region” means a three-dimensional region where a pixel is to be formed. In addition, forming a predetermined layer “on” includes not only the case where the predetermined layer is directly formed above, but also the case where the predetermined layer is formed on another layer.
また、図面では、形成されるマイクロレンズとフォトマスクとを説明のために同一縮尺で示すが、実際にはフォトマスク上のパターンが縮小投影露光により所定倍率で縮小されて半導体基板上に(感光性レジストに)転写されるものとする。例えば、フォトマスクには、実際に形成するパターンの4倍もしくは5倍の寸法を有したパターンがクロムなどで形成されている。フォトマスク上のパターンは、縮小投影露光により、1/4、もしくは1/5に縮小して半導体基板上に(感光性レジストに)転写される。この縮小投影露光には、ステッパ又はスキャナなどの露光装置(図示せず)が用いられる。 In the drawings, the microlens and the photomask to be formed are shown at the same scale for the sake of explanation. However, in actuality, the pattern on the photomask is reduced at a predetermined magnification by reduced projection exposure (photosensitive). To be transferred). For example, in a photomask, a pattern having a dimension four or five times as large as a pattern actually formed is formed of chromium or the like. The pattern on the photomask is reduced to ¼ or に よ り by reduction projection exposure and transferred onto a semiconductor substrate (to a photosensitive resist). For this reduced projection exposure, an exposure device (not shown) such as a stepper or a scanner is used.
本発明の課題を、図面を用いて詳細に説明する。 The problem of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、リフロー手法におけるマイクロレンズ間の隙間を低減するように設定した場合の課題を、図4〜図6を用いて説明する。図4は、リフロー手法を用いて光電変換装置100を製造する工程の流れを示す工程フロー図である。図5は、複数の画素領域を示す図である。図6は、リフロー手法を用いて光電変換装置100を製造する工程の流れを示す工程断面図である。
First, problems when the reflow method is set so as to reduce the gap between the microlenses will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a process flow diagram illustrating a flow of processes for manufacturing the
図4に示すS11の工程では、半導体基板SBにおける複数の画素領域PA11〜PA33(図5参照)のそれぞれに光電変換部1を形成する(形成工程、図6(a)参照)。ここで、半導体基板SBには、図5に示すように、複数の画素領域PA11〜PA33が配列されている。図6には、画素領域PA11〜PA13における断面が示されている。以下では、画素領域PA11〜PA13について例示的に説明する。
In the step of S11 shown in FIG. 4, the
次に、半導体基板SBの上に感光性フォトレジスト6(感光性樹脂)を塗布する(塗布工程、図6(a)参照)。 Next, a photosensitive photoresist 6 (photosensitive resin) is applied on the semiconductor substrate SB (application process, see FIG. 6A).
具体的には、半導体基板SBの上に、遮光部2、平坦化層3、カラーフィルタ4a〜4c、平坦化層5を形成した後、マイクロレンズ用の感光性フォトレジスト6を平坦化層5の上に塗布する。感光性フォトレジスト6は、例えば、東京応化工業(株)製 感光性フォトレジスト TMR−P10PM 2.1cpを用いる。感光性フォトレジスト6をスピンコートにて例えば回転数1000rpmで塗布する。その後、100℃のホットプレートで2分間ベーク処理を行う。このときの感光性フォトレジスト6の膜厚は例えば0.4μmである。
Specifically, after the
S12の工程では、画素領域PA11〜PA33の境界部近傍が開口されたパターンを有するフォトマスクM(図6(a)参照)を用いて、感光性フォトレジスト6を露光する。このフォトマスクMでは、現像後のマイクロレンズのパターンにおける隣接するマイクロレンズとの隙間を低減するように、開口パターンの幅d1,d2が小さく設定されている。
In step S12, the
ここで、露光装置による光の照射量は、例えば、1200J/m2である。
Here, the amount of light irradiation by the exposure apparatus is, for example, 1200 J /
S13の工程では、露光された感光性フォトレジスト6が現像される。これにより、現像されたパターン7が形成される(図6(b)参照)。例えば、アルカリ現像液(TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)水溶液:液濃度2。38重量%)を用いて、感光性フォトレジスト6に対してパドル現像が30〜60秒行なわれる。
In step S13, the exposed
S14の工程では、現像されたパターン7を加熱して熱変形(リフロー)させることにより、複数のマイクロレンズ8−11〜8−13を形成する(図6(c)参照)。これにより、光電変換装置100が製造される。
In step S14, the
ここで、露光処理(S12)、現像処理(S13)によるマイクロレンズ間の隙間の寸法バラツキや、加熱処理(S14)によって溶解、変形するフロー量のバラツキが発生する。このため、加熱処理後にマイクロレンズ同士が融着してしまうことがある(図6(c)参照)。この融着を起こしたマイクロレンズは、融着を起こしたマイクロレンズの光電変換部1への集光機能がなくなるため、実効的なマイクロレンズの表面積が減少してしまい、マイクロレンズ8から光電変換部1への集光効率が悪化する可能性がある。
Here, a variation in the size of the gap between the microlenses due to the exposure process (S12) and the development process (S13), and a variation in the flow amount that is melted and deformed by the heating process (S14) occur. For this reason, the microlenses may be fused after the heat treatment (see FIG. 6C). The fused microlens loses its light condensing function to the
次に、階調パターンを有するフォトマスクを用いた手法におけるマイクロレンズ間の隙間を低減するように設定した場合の課題を、図7及び図8を用いて説明する。図7は、階調パターンを有するフォトマスクを用いた手法を用いて光電変換装置200を製造する工程の流れを示す工程フロー図である。図8は、階調パターンを有するフォトマスクを用いた手法を用いて光電変換装置200を製造する工程の流れを示す工程断面図である。以下では、図4〜図6に示す製造方法と異なる点を中心に説明する。
Next, a problem in the case of setting to reduce the gap between the microlenses in the technique using the photomask having the gradation pattern will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a process flow diagram showing a flow of a process for manufacturing the
図7に示すS22の工程(第1の露光工程)では、露光装置の解像限界以下の複数のドットパターンを複数の画素領域のそれぞれに対応して含むフォトマスクM1(第1の原版、図8(a)参照)を用いて感光性フォトレジスト6(感光性樹脂)を露光する。すなわち、このフォトマスクM1は、感光性フォトレジスト6における複数の画素領域のそれぞれにマイクロレンズの形状に応じた露光量の分布を形成するためのフォトマスクである。これにより、感光性フォトレジスト6に潜像を形成する。
In the step S22 shown in FIG. 7 (first exposure step), a photomask M1 (first original, diagram) including a plurality of dot patterns corresponding to each of the plurality of pixel regions below the resolution limit of the exposure apparatus. 8 (a)), the photosensitive photoresist 6 (photosensitive resin) is exposed. That is, the photomask M1 is a photomask for forming an exposure amount distribution corresponding to the shape of the microlens in each of a plurality of pixel regions in the
具体的には、画素領域における周辺から中心へ同心円状に光の透過率が減少する階調パターンを有するフォトマスクM1(図8(a)参照)を用いて、感光性フォトレジスト6を露光する。このフォトマスクM1では、露光装置の解像限界以下の寸法を有したドットの個数を調整することにより、同心円状の階調パターンを形成している。例えば、露光装置の露光波長となる365nmで解像しない微細なドットの個数を調整することにより、光の透過率が同心円状に異なる同心円状の階調をフォトマスクM1に持たせることが出来る。この実施形態に使用したフォトマスクM1では、受光部の中心を通過する線に近づくほど白ドットの数を減らしており(又は黒ドットの数を増やしており)、この結果として中心に近づくほど同心円状に光の透過率が減少する。
Specifically, the
S23の工程(現像工程)では、潜像を現像することにより、現像されたパターンを形成する。 In step S23 (development step), the developed pattern is formed by developing the latent image.
具体的には、露光された感光性フォトレジスト6が現像される。これにより、感光性フォトレジスト6における潜像が現像されて、現像されたパターン207−11〜207−12が形成される(図8(b)参照)。
Specifically, the exposed
S24の工程では、現像されたパターン207−11〜207−12に対して光照射処理を行なうことにより、現像されたパターン207−11〜207−12を仮硬化する。その後、仮硬化された現像されたパターン207−11〜207−12を加熱して硬化させることにより、複数のマイクロレンズ208−11,208−12,208−13を形成する。これにより、光電変換装置200が製造される。
In step S24, the developed patterns 207-11 to 207-12 are temporarily cured by performing a light irradiation process on the developed patterns 207-11 to 207-12. Thereafter, the temporarily cured developed patterns 207-11 to 207-12 are heated and cured to form a plurality of microlenses 208-11, 208-12, and 208-13. Thereby, the
ここで、本発明者は、各画素領域PA11〜PA13における外側の部分OA11〜OA13(図5参照)に対する光照射量が多くなりすぎる場合があることを見出した。この場合、実際できあがったマイクロレンズの表面では、各画素領域PA11〜PA13における外側の部分が理想的な球面形状にならず理想的な球面に対して半導体基板SBの表面へ近づくように凹んだ形状になる。各画素領域PA11〜PA13における外側の部分OA11〜OA13の厚さは、例えば、0〜0.1μmになっている。 Here, the present inventor has found that the amount of light irradiation on the outer portions OA11 to OA13 (see FIG. 5) in each of the pixel regions PA11 to PA13 may be excessive. In this case, on the surface of the microlens actually completed, the outer portion of each of the pixel areas PA11 to PA13 does not have an ideal spherical shape, but is a concave shape so that the ideal spherical surface approaches the surface of the semiconductor substrate SB. become. The thickness of the outer portions OA11 to OA13 in the pixel areas PA11 to PA13 is, for example, 0 to 0.1 μm.
このように、マイクロレンズ間の隙間はゼロになっているもののマイクロレンズの各画素領域PA11〜PA13における外側の部分におけるだれた形状(凹んだ形状)により、マイクロレンズ10から光電変換部1への集光効率を悪化させる可能性がある。
As described above, although the gap between the microlenses is zero, the slender shape (recessed shape) in the outer portion of each pixel area PA11 to PA13 of the microlens causes the microlens 10 to the
従って、本発明は、光電変換装置上のマイクロレンズ間の隙間がゼロでかつ、理想的なレンズ形状である半球状の球面を有するマイクロレンズを簡便に製造することができる方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a method by which a microlens having a hemispherical spherical surface that has zero gap between the microlenses on the photoelectric conversion device and an ideal lens shape can be easily manufactured. Objective.
次に、本発明の実施形態に係る光電変換装置300の製造方法を、図1及び図2を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る光電変換装置300の製造方法を示す工程フロー図である。図2は、本発明の実施形態に係る光電変換装置300の製造方法を示す工程断面図である。以下では、図4〜図8に示す製造方法と異なる点を中心に説明する。
Next, a method for manufacturing the
図1に示すS4の工程(第2の露光工程)では、フォトマスクM2(第2の原版)を用いる。フォトマスクM2は、画素領域PA11〜PA13における内側の部分IA11〜IA13を遮蔽し外側の部分OA11〜OA13を露光するパターンを複数の画素領域PA11〜PA13のそれぞれに対応して含む。現像されたパターン207−11〜207−13を、このフォトマスクM2を用いて露光する。これにより、現像されたパターン307−11〜307−13の複数の画素領域PA11〜PA13のそれぞれにおける外側の部分OA11〜OA13を硬化する(図2(e)参照)。 In step S4 (second exposure step) shown in FIG. 1, a photomask M2 (second original plate) is used. The photomask M2 includes patterns corresponding to each of the plurality of pixel regions PA11 to PA13 that shield the inner portions IA11 to IA13 in the pixel regions PA11 to PA13 and expose the outer portions OA11 to OA13. The developed patterns 207-11 to 207-13 are exposed using the photomask M2. As a result, the outer portions OA11 to OA13 in the plurality of pixel areas PA11 to PA13 of the developed patterns 307-11 to 307-13 are cured (see FIG. 2E).
具体的には、フォトマスクM2は、画素領域PA11〜PA13における内側の部分IA11〜IA13を遮蔽するための矩形状の遮蔽パターンSP11〜SP13を複数の画素領域PA11〜PA13のそれぞれに対応して含む。遮蔽パターンSP11〜SP13の間隔は、例えば、各画素領域PAの寸法の3%程度であり、例えば、実寸法で0.4μmである。 Specifically, the photomask M2 includes rectangular shielding patterns SP11 to SP13 for shielding the inner portions IA11 to IA13 in the pixel areas PA11 to PA13, corresponding to each of the plurality of pixel areas PA11 to PA13. . The interval between the shielding patterns SP11 to SP13 is, for example, about 3% of the size of each pixel area PA, and is 0.4 μm in actual size, for example.
なお、画素領域の寸法が小さくなると、遮蔽パターンの間隔も小さくする必要があるが、遮蔽パターンの間隔を0.2μmより小さくすると、電子ビ−ムまたはレ−ザビ−ムを用いるフォトマスクの作製に多大な時間と費用が必要となってしまう。このため、遮蔽パターンの間隔は0.2μm以上が好ましい。例えば、遮蔽パターンの間隔が0.2μmであり縮小倍率が4倍のフォトマスクを用いた場合、露光される各画素領域PA11〜PA13における外側の部分OA11〜OA13は、画素領域PA11〜PA13の端から25nmの幅を有した部分になる。 Note that when the size of the pixel region is reduced, it is necessary to reduce the interval between the shielding patterns. However, when the interval between the shielding patterns is less than 0.2 μm, a photomask using an electron beam or a laser beam is manufactured. Requires a lot of time and money. For this reason, the interval between the shielding patterns is preferably 0.2 μm or more. For example, when a photomask having a shielding pattern interval of 0.2 μm and a reduction ratio of 4 times is used, the outer portions OA11 to OA13 in the exposed pixel regions PA11 to PA13 are the ends of the pixel regions PA11 to PA13. To a portion having a width of 25 nm.
一方、露光装置のアライメントばらつきを考慮すると、画素領域PA11〜PA13の端から100nmの領域に光を照射することが好ましい。しかし、画素領域PA11〜PA13の端から100nmより大きな領域に光を照射すると、熱溶融しにくい領域が大きくなる為、後の加熱工程において画素領域PA11〜PA13における外側の部分OA11〜OA13を球面にできなくなる可能性がある。
On the other hand, in consideration of alignment variations of the exposure apparatus, it is preferable to irradiate light to a
そこで、S4(第2の露光工程)における露光される画素領域PA11〜PA13における外側の部分OA11〜OA13は、画素領域PA11〜PA13の端から25〜100nmの幅を有した部分であることが好ましい。 Therefore, the outer portions OA11 to OA13 in the pixel regions PA11 to PA13 to be exposed in S4 (second exposure step) are preferably portions having a width of 25 to 100 nm from the ends of the pixel regions PA11 to PA13. .
また、露光装置による露光光の照射量は、例えば、3000J/m2であり、露光光の波長は365nmである。なお、この露光量は、900J/m2以上で20000J/m2以下であることが好ましい。露光光の波長は、172nm(エキシマUV光)、192nm(ArFレーザ)、254nm(KrFレーザ)であってもよい。
Moreover, the exposure light irradiation amount by the exposure apparatus is, for example, 3000 J /
S5の工程(加熱工程)では、現像されたパターン307−11〜307−13を加熱することにより、複数のマイクロレンズ308−11〜308−13を複数の画素領域PA11〜PA13に形成する。 In step S5 (heating step), the developed patterns 307-11 to 307-13 are heated to form a plurality of microlenses 308-11 to 308-13 in the plurality of pixel regions PA11 to PA13.
具体的には、現像されたパターン307−11〜307−13を140℃〜170℃の温度で加熱する。これにより、現像されたパターン307−11〜307−13の複数の画素領域PA11〜PA13のそれぞれにおける内側の部分IA11〜IA13を熱溶融する(溶融工程、図2(f)参照)。このため、現像されたパターン307−11〜307−13の各画素領域PA11〜PA13における外側の部分OA11〜OA13自体が熱溶融せずに熱溶融した内側の部分IA11〜IA13がわずかに外側の部分OA11〜OA13へ向かう。具体的には外側の部分OA11〜OA13の内部に流れ込む。この結果、隣接するマイクロレンズ308−11〜308−13が熱溶着することを防げるとともに、各画素領域PA11〜PA13における外側の部分OA11〜OA13の表面が内側の部分IA11〜IA13から連続した球面を形成するようになる。 Specifically, the developed patterns 307-11 to 307-13 are heated at a temperature of 140 ° C to 170 ° C. Thereby, the inner portions IA11 to IA13 in each of the plurality of pixel areas PA11 to PA13 of the developed patterns 307-11 to 307-13 are thermally melted (melting step, see FIG. 2F). For this reason, the inner portions IA11 to IA13 in which the outer portions OA11 to OA13 themselves are not melted in the pixel areas PA11 to PA13 of the developed patterns 307-11 to 307-13 are melted slightly and the outer portions IA11 to IA13 are slightly outer portions. Go to OA11-OA13. Specifically, it flows into the outside portions OA11 to OA13. As a result, the adjacent microlenses 308-11 to 308-13 can be prevented from being thermally welded, and the outer surfaces OA11 to OA13 in the pixel regions PA11 to PA13 have a spherical surface continuous from the inner portions IA11 to IA13. Come to form.
ここで、現像されたパターン307−11〜307−13の加熱温度を140℃より下げると、溶融が不十分で球面形状を得ることができない可能性がある。現像されたパターン307−11〜307−13の加熱温度を170℃より温度を上げると、光照射によって耐熱性が上がった領域も溶融しはじめるため、隣接する画素領域間で画素領域における外側の部分同士の融着が発生する。そこで、現像されたパターン307−11〜307−13を溶融させるための加熱温度は、140℃〜170℃の範囲であることが好ましい。 Here, if the heating temperature of the developed patterns 307-11 to 307-13 is lowered below 140 ° C., there is a possibility that the melting is insufficient and a spherical shape cannot be obtained. When the heating temperature of the developed patterns 307-11 to 307-13 is increased from 170 ° C., the region whose heat resistance has been increased by light irradiation starts to melt, so that the outer portion of the pixel region between adjacent pixel regions Fusion occurs between each other. Therefore, the heating temperature for melting the developed patterns 307-11 to 307-13 is preferably in the range of 140 ° C to 170 ° C.
その後、現像されたパターン307−11〜307−13を180〜200℃の温度で加熱する。これにより、現像されたパターン307−11〜307−13を硬化させて複数のマイクロレンズ308−11〜308−13を複数の画素領域PA11〜PA13に形成する(硬化工程)。これにより、球面を表面の全面にそれぞれ有した複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイが形成される。 Thereafter, the developed patterns 307-11 to 307-13 are heated at a temperature of 180 to 200 ° C. Thus, the developed patterns 307-11 to 307-13 are cured to form a plurality of microlenses 308-11 to 308-13 in the plurality of pixel areas PA11 to PA13 (curing step). Thereby, a microlens array in which a plurality of microlenses each having a spherical surface on the entire surface is arranged is formed.
ここで、現像されたパターン307−11〜307−13の加熱温度を180℃より下げると、光照射によって耐熱性が上がった領域も溶融しはじめるため、隣接する画素領域間で画素領域における外側の部分同士の融着が発生する。現像されたパターン307−11〜307−13の加熱温度を200℃より上げると、感光性レジストが十分に硬化しない可能性がある。そこで、現像されたパターン307−11〜307−13を硬化させるための加熱温度は、180〜200℃の範囲であることが好ましい。 Here, when the heating temperature of the developed patterns 307-11 to 307-13 is lowered below 180 ° C., the region whose heat resistance has been increased by the light irradiation starts to melt, so that the outside of the pixel region between the adjacent pixel regions is increased. Fusion of parts occurs. If the heating temperature of the developed patterns 307-11 to 307-13 is increased from 200 ° C., the photosensitive resist may not be sufficiently cured. Therefore, the heating temperature for curing the developed patterns 307-11 to 307-13 is preferably in the range of 180 to 200 ° C.
この工程では、例えば、ホットプレートを使用して、現像されたパターン307−11〜307−13に対して、5分間の140℃の加熱処理と、それに続く5分間の200℃の加熱処理とを行った。 In this step, for example, using a hot plate, the developed patterns 307-11 to 307-13 are subjected to a heat treatment at 140 ° C. for 5 minutes and a heat treatment at 200 ° C. for 5 minutes. went.
140℃の加熱処理によって、S4の工程で露光されていない画素領域における内側の部分が溶融し、表面張力によって決まる球面形状に変形する。このとき画素領域における外側の部分がほとんど熱変形せず熱処理前の状態を保持できるため、隣接する画素領域の間で画素領域における外側の部分が融着を起こすことなく、だれた形状を球面形状へと変化させることが可能となる。 Due to the heat treatment at 140 ° C., the inner part of the pixel region not exposed in the step S4 is melted and deformed into a spherical shape determined by the surface tension. At this time, the outer part in the pixel area is hardly thermally deformed and can maintain the state before the heat treatment. It becomes possible to change to.
その後200℃に温度を上げて加熱することでレンズ材を完全に硬化させる。いったんレンズが溶融し形状が変わると、あとは温度をあげて硬化する必要があるが温度範囲は180℃以上であれば十分硬化することが分かっている。 Thereafter, the lens material is completely cured by raising the temperature to 200 ° C. and heating. Once the lens melts and changes shape, it is necessary to raise the temperature and then cure, but it has been found that if the temperature range is 180 ° C. or higher, it will cure sufficiently.
このように、本実施形態に係る光電変換装置の製造方法では、画素領域における内側の部分が遮蔽されたパターンを有したフォトマスクを用いて、現像工程を経た現像されたパターンを再度露光する。そして、画素領域における外側の部分の耐熱性を向上する工程を経たのちに、140℃〜170℃の温度で加熱する。このとき再度露光された画素領域における外側の部分は溶解しないため、マイクロレンズ同士が融着することを低減できる。また、画素領域における内側の部分が加熱され変形して画素領域における外側の部分(現像後ではだれた形状)に流れ込むことにより、表面張力によって決まる半球状の形状を画素領域における外側の部分にも形成できる。さらに、180〜200℃の温度で加熱することにより、フォトレジストを硬化させる。なお、階調パターンを有するフォトマスクM1を用いて形成した現像されたパターンを用いることで、各画素領域の外側の部分の厚さが薄いため、露光処理による硬化が十分可能となり、熱処理での融着を抑制することが容易である。 As described above, in the method for manufacturing the photoelectric conversion device according to the present embodiment, the developed pattern that has undergone the development process is exposed again using the photomask having the pattern in which the inner portion of the pixel region is shielded. And after passing through the process which improves the heat resistance of the outer part in a pixel area | region, it heats at the temperature of 140 to 170 degreeC. At this time, since the outer portion of the pixel area exposed again is not melted, the fusion of the microlenses can be reduced. In addition, the inner part of the pixel area is heated and deformed, and flows into the outer part of the pixel area (deformed shape after development), so that the hemispherical shape determined by the surface tension is also applied to the outer part of the pixel area. Can be formed. Furthermore, a photoresist is hardened by heating at the temperature of 180-200 degreeC. By using a developed pattern formed using a photomask M1 having a gradation pattern, the thickness of the outer portion of each pixel region is thin, so that curing by exposure processing is sufficiently possible, and heat treatment It is easy to suppress fusion.
すなわち、本実施形態によれば、マイクロレンズの隙間がなくかつだれのない半球状の理想的な表面形状を得ることができる。このマイクロレンズを用いることにより、マイクロレンズから光電変換部への集光効率を向上でき、近年の画素サイズ縮小による素子感度低下を改善することが可能となる。 That is, according to the present embodiment, it is possible to obtain a hemispherical ideal surface shape with no gap between the microlenses and without any drooping. By using this microlens, it is possible to improve the light collection efficiency from the microlens to the photoelectric conversion unit, and it is possible to improve the decrease in device sensitivity due to the recent reduction in pixel size.
次に、本発明の光電変換装置を適用した撮像システムの一例を図3に示す。 Next, an example of an imaging system to which the photoelectric conversion device of the present invention is applied is shown in FIG.
撮像システム90は、図3に示すように、主として、光学系、撮像装置86及び信号処理部を備える。光学系は、主として、シャッター91、レンズ92及び絞り93を備える。撮像装置86は、光電変換装置300を含む。信号処理部は、主として、撮像信号処理回路95、A/D変換器96、画像信号処理部97、メモリ部87、外部I/F部89、タイミング発生部98、全体制御・演算部99、記録媒体88及び記録媒体制御I/F部94を備える。なお、信号処理部は、記録媒体88を備えなくても良い。
As shown in FIG. 3, the
シャッター91は、光路上においてレンズ92の手前に設けられ、露出を制御する。
The
レンズ92は、入射した光を屈折させて、撮像装置86の光電変換装置300の撮像面に被写体の像を形成する。
The
絞り93は、光路上においてレンズ92と光電変換装置300との間に設けられ、レンズ92を通過後に光電変換装置300へ導かれる光の量を調節する。
The
撮像装置86の光電変換装置300は、光電変換装置300の撮像面に形成された被写体の像を画像信号に変換する。撮像装置86は、その画像信号を光電変換装置300から読み出して出力する。
The
撮像信号処理回路95は、撮像装置86に接続されており、撮像装置86から出力された画像信号を処理する。
The imaging
A/D変換器96は、撮像信号処理回路95に接続されており、撮像信号処理回路95から出力された処理後の画像信号(アナログ信号)を画像信号(デジタル信号)へ変換する。
The A /
画像信号処理部97は、A/D変換器96に接続されており、A/D変換器96から出力された画像信号(デジタル信号)に各種の補正等の演算処理を行い、画像データを生成する。この画像データは、メモリ部87、外部I/F部89、全体制御・演算部99及び記録媒体制御I/F部94などへ供給される。
The image
メモリ部87は、画像信号処理部97に接続されており、画像信号処理部97から出力された画像データを記憶する。
The
外部I/F部89は、画像信号処理部97に接続されている。これにより、画像信号処理部97から出力された画像データを、外部I/F部89を介して外部の機器(パソコン等)へ転送する。
The external I /
タイミング発生部98は、撮像装置86、撮像信号処理回路95、A/D変換器96及び画像信号処理部97に接続されている。これにより、撮像装置86、撮像信号処理回路95、A/D変換器96及び画像信号処理部97へタイミング信号を供給する。そして、撮像装置86、撮像信号処理回路95、A/D変換器96及び画像信号処理部97がタイミング信号に同期して動作する。
The
全体制御・演算部99は、タイミング発生部98、画像信号処理部97及び記録媒体制御I/F部94に接続されており、タイミング発生部98、画像信号処理部97及び記録媒体制御I/F部94を全体的に制御する。
The overall control /
記録媒体88は、記録媒体制御I/F部94に取り外し可能に接続されている。これにより、画像信号処理部97から出力された画像データを、記録媒体制御I/F部94を介して記録媒体88へ記録する。
The
以上の構成により、光電変換装置300において良好な画像信号が得られれば、良好な画像(画像データ)を得ることができる。
With the above configuration, if a good image signal is obtained in the
100、200、300 光電変換装置 100, 200, 300 Photoelectric conversion device
Claims (4)
複数の画素領域が配列された基板の上に感光性樹脂を塗布する塗布工程と、
前記感光性樹脂における前記複数の画素領域のそれぞれにマイクロレンズの形状に応じた露光量の分布を形成するための第1の原版を用いて前記感光性樹脂を露光する第1の露光工程と、
前記露光された感光性樹脂を現像することにより、パターンを形成する現像工程と、
前記現像工程の後に、前記複数の画素領域のそれぞれにて前記画素領域における内側の部分を遮蔽し外側の部分を露光するための第2の原版を用いて前記パターンを露光する第2の露光工程と、
前記第2の露光工程の後に、前記パターンを加熱することにより、複数のマイクロレンズを前記複数の画素領域に形成する加熱工程と、
を備えたことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。 A microlens array manufacturing method for manufacturing a microlens array using an exposure apparatus,
A coating step of coating a photosensitive resin on a substrate on which a plurality of pixel regions are arranged;
A first exposure step of exposing the photosensitive resin to each of the plurality of pixel regions in the photosensitive resin using a first original plate for forming a distribution of exposure amount according to a shape of a microlens;
A developing step of forming a pattern by developing the exposed photosensitive resin;
After the developing step, a second exposure step of exposing the pattern using a second original plate for shielding an inner portion of the pixel region and exposing an outer portion of each of the plurality of pixel regions. When,
A heating step of forming a plurality of microlenses in the plurality of pixel regions by heating the pattern after the second exposure step;
A method of manufacturing a microlens array, comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。 2. The outer portion of each of the plurality of pixel regions exposed in the second exposure step is a portion having a width of 25 to 100 nm from an end of the pixel region. The manufacturing method of the microlens array of description.
前記パターンを140℃〜170℃の温度で加熱することにより、前記パターンの前記複数の画素領域のそれぞれにおける前記内側の部分を熱溶融する溶融工程と、
前記溶融工程の後に、前記パターンを180〜200℃の温度で加熱することにより、前記パターンを硬化させて前記複数のマイクロレンズを前記複数の画素領域に形成する硬化工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。 The heating step includes
A melting step of thermally melting the inner portion of each of the plurality of pixel regions of the pattern by heating the pattern at a temperature of 140 ° C. to 170 ° C .;
After the melting step, the step of curing the pattern by heating the pattern at a temperature of 180 to 200 ° C. to form the plurality of microlenses in the plurality of pixel regions;
The method for producing a microlens array according to claim 1, wherein
前記基板における前記複数の画素領域のそれぞれに光電変換部を形成する形成工程と、
前記基板の上に感光性樹脂を塗布する塗布工程と、
前記感光性樹脂における前記複数の画素領域のそれぞれにマイクロレンズの形状に応じた露光量の分布を形成するための第1の原版を用いて前記感光性樹脂を露光する第1の露光工程と、
前記露光された感光性樹脂を現像することにより、パターンを形成する現像工程と、
前記現像工程の後に、前記画素領域における内側の部分を遮蔽し外側の部分を露光するパターンを前記複数の画素領域のそれぞれに対応して含む第2の原版を用いて前記パターンを露光する第2の露光工程と、
前記第2の露光工程の後に、前記パターンを加熱することにより、複数のマイクロレンズを前記複数の画素領域に形成する加熱工程と、
を備えたことを特徴とする光電変換装置の製造方法。 A method for manufacturing a photoelectric conversion device having a substrate on which a plurality of pixel regions are arranged,
Forming a photoelectric conversion portion in each of the plurality of pixel regions in the substrate;
An application step of applying a photosensitive resin on the substrate;
A first exposure step of exposing the photosensitive resin to each of the plurality of pixel regions in the photosensitive resin using a first original for forming a distribution of exposure amount according to the shape of a microlens;
A developing step of forming a pattern by developing the exposed photosensitive resin;
After the developing step, the pattern is exposed using a second original plate that includes a pattern that shields an inner portion of the pixel region and exposes an outer portion corresponding to each of the plurality of pixel regions. Exposure process,
A heating step of forming a plurality of microlenses in the plurality of pixel regions by heating the pattern after the second exposure step;
A method for manufacturing a photoelectric conversion device, comprising:
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|---|---|---|---|---|
| JP2012064924A (en) * | 2010-08-17 | 2012-03-29 | Canon Inc | Microlens array manufacturing method, solid state image pickup device manufacturing range, and solid state image pickup device |
| JP2018110147A (en) * | 2016-12-28 | 2018-07-12 | 凸版印刷株式会社 | Solid state imaging device and manufacturing method thereof |
| KR20200086391A (en) * | 2019-01-08 | 2020-07-17 | 한국전자통신연구원 | Fabrication method of microlens array |
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