JP2005258349A - Method for forming a microlens array - Google Patents
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Abstract
【課題】 レンズ形状の制御が精確にできるマイクロレンズアレイの形成方法を提供する。
【解決手段】 フォトマスクのパターン形成平面をX−Y座標として、その座標値x、yを関数として、所望の現像後のレジスト像の形状(プロファイル)に対応する露光する際の透過光量(露光量)分布をZ座標上のz値として求め、求められたz値に対応して、X−Y座標上の位置に、前記ドットパターンを配置して、その透過光量(露光量)分布を制御したフォトマスクを出発フォトマスクとし、該出発フォトマスクを補正した補正フォトマスクを用い、感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料を露光し、更に現像して、マイクロレンズアレイを、現像後のレジスト像として得る。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a microlens array capable of accurately controlling a lens shape.
Using a photomask pattern formation plane as an XY coordinate and using the coordinate values x and y as a function, the amount of transmitted light (exposure) at the time of exposure corresponding to a desired developed resist image shape (profile) Amount) distribution is obtained as a z value on the Z coordinate, and the dot pattern is arranged at a position on the XY coordinate corresponding to the obtained z value, and the transmitted light amount (exposure amount) distribution is controlled. Using the corrected photomask as a starting photomask and using the corrected photomask corrected from the starting photomask, the lens forming material made of a photosensitive resist material is exposed and further developed to form a microlens array into the developed resist. Get as an image.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、カメラレンズを通った光が結像する面に感光部を2次元的に配列させ、光の強度を電気信号に変換することによって、各画素における色または輝度情報という形式で動画像または静止画像を出力する撮像装置の構成要素として使用されるマイクロレンズアレイを形成する方法に関し、
更に具体的には、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話に組込まれるカメラ、防犯用監視カメラなど、このようなカメラ等の撮像装置の構成要素として使用されるマイクロレンズアレイを形成する方法に関する。
ただし、本発明の形成方法により作製されるマイクロレンズアレイの用途は上記に限定されない。
The present invention provides a moving image in the form of color or luminance information in each pixel by two-dimensionally arranging photosensitive parts on a surface on which light passing through a camera lens forms an image and converting the intensity of the light into an electrical signal. Or a method of forming a microlens array used as a component of an imaging device that outputs a still image,
More specifically, the present invention relates to a method of forming a microlens array used as a component of an imaging apparatus such as a digital still camera, a digital video camera, a camera incorporated in a mobile phone, a security surveillance camera, or the like. .
However, the use of the microlens array produced by the forming method of the present invention is not limited to the above.
カメラレンズと該カメラレンズを通った光の結像面に感光部を2次元的に配列させている固体撮像素子を備え、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置においては、近年、その感度の向上、ノイズの低減を目的として、図17に示すように、その感光部への集光効率を高めるために、各セルの受光部側表面に、透明材料からなる微小集光レンズ(以下、マイクロレンズとも言う)を形成している。
尚、このようなレンズのことを単に屈折部と言う場合もある。
ここで、撮像装置の構成概略図である図17に基づいて、このような、撮像装置を簡単に説明しておく。
図17のD1は撮像部の中心部の断面で、D2は周辺部の断面で、他は省略して示してある。
図17におけるD0部のように、感光部125、平坦化層171、遮光部150、カラーフィルタ140、平坦化層マイクロレンズの組みを単位の感光機能領域として、セルと呼び、このようなセルが、撮像面側に敷き詰められている。
セルの撮像素子面に沿う断面は正方形であることが多いが、長方形や正六角形であることもあり、そのピッチサイズは、現状では、3μm〜12μm程度であるものがー般的である。
感光部125はセルの底部に配置され、そこに入射した光の強度に応じて、光強度を電気信号に変換する。
そして、感光部125から出力された電気信号に補間等の処理を施すことにより、ディジタル画像が出力される。
セル内部に金属配線等を配置する必要性から、セルの底面全体にわたって感光部を設けるのは困難であり、感光部125の領域はセルの底面領域のー部分である。
2. Description of the Related Art In recent years, an imaging apparatus that includes a camera lens and a solid-state imaging device in which photosensitive portions are two-dimensionally arranged on an imaging plane of light passing through the camera lens and outputs a moving image or a still image has For the purpose of improving sensitivity and reducing noise, as shown in FIG. 17, in order to increase the light collection efficiency to the photosensitive part, a micro condenser lens (hereinafter referred to as transparent condenser material) is formed on the light receiving part side surface of each cell. , Also referred to as a microlens).
Such a lens may be simply referred to as a refracting portion.
Here, based on FIG. 17 which is a schematic configuration diagram of the imaging apparatus, such an imaging apparatus will be briefly described.
In FIG. 17, D1 is a cross section of the central portion of the imaging unit, D2 is a cross section of the peripheral portion, and the others are omitted.
A combination of the photosensitive portion 125, the planarizing layer 171, the light-shielding portion 150, the color filter 140, and the planarizing layer microlens is referred to as a cell as a unit of photosensitive functional area, as indicated by D0 in FIG. Laid on the imaging surface side.
The cross section of the cell along the image sensor surface is often a square, but may be a rectangle or a regular hexagon, and the pitch size is generally about 3 μm to 12 μm at present.
The photosensitive unit 125 is disposed at the bottom of the cell, and converts the light intensity into an electric signal according to the intensity of light incident thereon.
A digital image is output by performing an interpolation process on the electrical signal output from the photosensitive unit 125.
Due to the necessity of arranging metal wiring or the like inside the cell, it is difficult to provide a photosensitive portion over the entire bottom surface of the cell, and the region of the photosensitive portion 125 is a portion of the bottom surface region of the cell.
カメラレンズ110の光軸115上を通過する光線は、固体撮像素子120の感光部125に垂直に入射し、光軸115から離れるに従い斜め入射する入射角θ0を大とするが、マイクロレンズ130により効率良く集光するためには、光軸115からのマイクロレンズ130の位置と感光部との位置関係を所定量だけずらしておく必要がある。
このようなずらしを画素ずらしと言い、従来は、画素ずらしにより、周辺の光量の低下を防止していた。
尚、本願発明者は、先に、特願2003−307287号(特許文献1)において、各位置における、マイクロレンズ(屈折部と言っている)の形状を変えて、入射光法線の向きを制御して、周辺のセルの感光部の受ける光量の低下防止の効果をより効果的とする方法を提案している。
A light beam passing on the optical axis 115 of the
Such shifting is referred to as pixel shifting, and conventionally, pixel shifting has prevented a decrease in the amount of light around.
The inventor previously changed the direction of the incident light normal by changing the shape of the microlens (referred to as a refracting portion) at each position in Japanese Patent Application No. 2003-307287 (Patent Document 1). A method has been proposed in which the effect of preventing a decrease in the amount of light received by the photosensitive portions of the peripheral cells is controlled more effectively.
このような微小集光レンズ(マイクロレンズ)は、従来、集光部上側に形成された樹脂部を熱フローにてレンズ状に形成していた。
この方法の1例を、図16に基づいて、以下、簡単に説明しておく。
本例は、シリコンウエハ302の一面に形成された感光部303上側に、カラーフィルタ304を配設したデバイス基板301(図16(a)に対し、その各感光部303に対応して微小集光レンズを設ける場合である。
先ず、ディバイス基板301のカラーフィルタ304を覆う平坦化層305を設け、更に平坦化層305上にレンズを形成するための感光性の樹脂であるレジスト層306を塗布する。(図16(b))
次いで、フォトマスク307をレジスト層306に近接した状態で、レジスト層306を選択露光し(図16(c))、現像処理して、各感光部303に対応する領域に感光部303を覆う略四角状のレジストパターン309を形成する。(図16(d))
この後、熱処理してレジストパターン309を熱フローさせ、各感光部303に対応した凸レンズ310を形成する。(図16(e))
この方法の場合、レジストパターン309を熱フローにより凸レンズ形状とするため、所望の焦点距離を有する集光効率の良いレンズの形成することが難しかった。
特に、感光部までの距離が長いCMOSイメージセンサにおいては、熱処理による自然フローでは、焦点距離の長い設計通りのレンズ形状を形成することができなかった。
このような製法によってマイクロレンズを形成する方法については、たとえば特開平10−98173号公報(特許文献2) に開示されている。
In such a micro condensing lens (microlens), conventionally, a resin part formed on the upper side of the condensing part is formed in a lens shape by heat flow.
An example of this method will be briefly described below based on FIG.
In this example, a small concentration of light corresponding to each photosensitive portion 303 is obtained with respect to a device substrate 301 (FIG. 16A) in which a
First, a
Next, the resist layer 306 is selectively exposed in a state where the
Thereafter, the resist pattern 309 is heat-flowed by heat treatment to form a convex lens 310 corresponding to each photosensitive portion 303. (Fig. 16 (e))
In the case of this method, since the resist pattern 309 is formed into a convex lens shape by heat flow, it is difficult to form a lens having a desired focal length and a high light collection efficiency.
In particular, in a CMOS image sensor having a long distance to the photosensitive portion, a lens shape as designed with a long focal length cannot be formed by natural flow by heat treatment.
A method for forming a microlens by such a manufacturing method is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-98173 (Patent Document 2).
また、別に、特開平5−142752号公報(特許文献3)には、微細なドットパターンの分布を用いて透過率を変化させることで,微小集光レンズを作成する方法が開示されている。
しかし、この方法の場合、エッチバックによりマイクロレンズを形成しており、且つ、マスクのパターン作成において、乱数によるパターンの配置を行う方法が採られているため、正確な所望の透過光量プロフファイルを得るのは困難であった。
尚、本願発明者等は、先に、特願2002−230593号(特許文献4)において、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量(露光量)分布を制御するフォトマスクを作製するためのパターンデータの作製方法、および、そのようなフォトマスクを提案している。
Separately, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-1422752 (Patent Document 3) discloses a method of creating a micro condensing lens by changing the transmittance using a fine dot pattern distribution.
However, in the case of this method, microlenses are formed by etch back, and in the mask pattern creation, a method of arranging patterns by random numbers is adopted, so an accurate desired transmitted light amount profile is obtained. It was difficult to get.
In addition, the inventors of the present application previously described in Japanese Patent Application No. 2002-230593 (Patent Document 4), the transmitted light amount (exposure amount) distribution during exposure based on the distribution state of fine dot patterns that are not resolved at the exposure wavelength. Have proposed a method of producing pattern data for producing a photomask for controlling the photomask, and such a photomask.
上記のように、近年、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話に組込まれるカメラ、防犯用監視カメラ等の撮像装置においては、構成要素としてマイクロレンズアレイが配設されるようになっており、マイクロレンズアレイの配設において、そのレンズ形状の制御が精確にできる形成方法が求められている。
本発明はこれに対応するもので、そのレンズ形状の制御が精確にできるマイクロレンズアレイの形成方法を提供しようとするものである。
As described above, in recent years, in an imaging device such as a digital still camera, a digital video camera, a camera incorporated in a mobile phone, a security surveillance camera, a microlens array has been provided as a component, There is a need for a forming method that can accurately control the lens shape of the microlens array.
The present invention responds to this, and an object of the present invention is to provide a method for forming a microlens array in which the lens shape can be accurately controlled.
本発明のマイクロレンズアレイの形成方法は、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量(露光量)分布を制御するフォトマスクを用いて、感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料を露光し、更に現像して、2次元的に配列されたマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを、現像後のレジスト像として得る、マイクロレンズアレイの形成方法であって、フォトマスクのパターン形成平面をX−Y座標として、その座標値x、yを関数として、所望の現像後のレジスト像の形状(プロファイル)に対応する露光する際の透過光量(露光量)分布をZ座標上のz値として求め、求められたz値に対応して、X−Y座標上の位置に、前記ドットパターンを配置して、その透過光量(露光量)分布を制御したフォトマスクを出発フォトマスクとし、該出発フォトマスクを用い、あるいは該出発フォトマスクの一部のドットパターンの配置状態を変更したフォトマスクを用い、感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料を露光し、更に現像して、マイクロレンズアレイを、現像後のレジスト像として得て、該現像後のレジスト像の形状(プロファイル)を測定し、測定された前記現像後のレジスト像の形状(プロファイル)と前記所望の現像後のレジスト像の形状(プロファイル)との差異を把握し、該差異に基づいて、前記フォトマスクの透過光量(露光量)分布を補正した、ドットパターンを配置してその透過光量(露光量)分布を制御する方式の補正フォトマスクを新たに作製し、該補正フォトマスクを用い、感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料を露光し、更に現像して、マイクロレンズアレイを、現像後のレジスト像として得ることを特徴とするものである。
あるいは、本発明のマイクロレンズアレイの形成方法は、ポジ型の感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料を、フォトマスクを用いて露光し、更に現像して、2次元的に配列されたマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを、現像後のレジスト像として得る、マイクロレンズアレイの形成方法であって、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量(露光量)分布を制御するフォトマスクで、且つ、フォトマスクのパターン形成平面をX−Y座標として、その座標値x、yを関数として、所望の現像後のレジスト像の形状(プロファイル)に対応する露光する際の透過光量(露光量)分布をZ座標上のz値として求め、求められたz値に対応して、X−Y座標上の位置に、前記ドットパターンを配置して、その透過光量(露光量)分布を制御したフォトマスクである、第1のフォトマスクを用いて、感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料を露光する、第1の露光後に、更に、形成するマイクロレンズアレイのレンズ境部を含む所定の領域に対応する領域のみを開口したパターン形状の第2のフォトマスクを用いて、形成するマイクロレンズアレイのレンズ境部を含む所定の領域を露光する、第2の露光を行い、更に現像して、マイクロレンズアレイを、現像後のレジスト像として得ることを特徴とするものである。
尚、ここで、「所望の現像後のレジスト像の形状(プロファイル)」とは、作製するマイクロレンズアレイ(被加工物)の設計形状に対応した現像後のレジスト像の形状を意味する。
The method for forming a microlens array of the present invention uses a photomask that controls the distribution of transmitted light amount (exposure amount) during exposure according to the distribution state of fine dot patterns that are not resolved at the exposure wavelength. A method for forming a microlens array, wherein a microlens array comprising microlenses arranged two-dimensionally is obtained as a resist image after development by exposing and developing a lens forming material comprising: Using the pattern formation plane of the mask as XY coordinates and using the coordinate values x and y as a function, the transmitted light amount (exposure amount) distribution during exposure corresponding to the desired resist image shape (profile) is expressed as Z. Obtained as the z value on the coordinates, and corresponding to the obtained z value, the dot pattern is arranged at a position on the XY coordinates, and the transmitted light amount (exposure amount) For forming a lens made of a photosensitive resist material using a photomask with a controlled distribution as a starting photomask, using the starting photomask, or using a photomask in which the arrangement state of a part of the dot pattern of the starting photomask is changed The material is exposed, further developed, and a microlens array is obtained as a resist image after development. The shape (profile) of the resist image after development is measured, and the shape of the resist image after development is measured. A dot pattern is arranged by grasping the difference between the (profile) and the desired developed resist image shape (profile) and correcting the transmitted light amount (exposure amount) distribution of the photomask based on the difference. A new correction photomask that controls the distribution of the transmitted light amount (exposure amount) and uses the correction photomask to create a photosensitive register. Exposing the lens forming material comprising a preparative material, and further developed, a microlens array, it is characterized in that to obtain a resist image after development.
Alternatively, in the method for forming a microlens array of the present invention, a lens forming material made of a positive photosensitive resist material is exposed using a photomask, further developed, and then microlenses arranged two-dimensionally. A microlens array is obtained by developing a microlens array as a resist image after development, and the amount of transmitted light (exposure amount) during exposure depends on the distribution of fine dot patterns that are not resolved at the exposure wavelength. Exposure is performed with a photomask for controlling the distribution, and the pattern formation plane of the photomask is set to XY coordinates, and the coordinate values x and y are used as functions to correspond to the shape (profile) of a desired resist image after development. The transmitted light amount (exposure amount) distribution at the time is obtained as a z value on the Z coordinate, and the dot is placed at a position on the XY coordinate corresponding to the obtained z value. After the first exposure, the first photomask, which is a photomask in which turns are arranged and the distribution of the transmitted light amount (exposure amount) is controlled, is used to expose a lens forming material made of a photosensitive resist material. Furthermore, a second photomask having a pattern shape in which only a region corresponding to a predetermined region including a lens boundary portion of the microlens array to be formed is used, and a predetermined portion including the lens boundary portion of the microlens array to be formed is used. The region is exposed, second exposure is performed, and further development is performed to obtain a microlens array as a resist image after development.
Here, “the desired resist image shape (profile) after development” means the shape of the resist image after development corresponding to the design shape of the microlens array (workpiece) to be produced.
そして、上記いずれかのマイクロレンズアレイの形成方法であって、請求項1に記載の出発フォトマスクおよび請求項2に記載の第1のフォトマスクは、順に、(a)前記感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料の所望の現像後のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得て、フォトマスクのパターン形成平面をX−Y座標として、その座標値x、yを関数として、目的とするフォトマスクの透過光量(露光量)分布を、Z座標上のz値として表す、透過光量(露光量)分布把握処理と、(b)露光においてフォトマスク面上は均一照度とし、前記Z座標上のz値に対応して、再現性のある所定のアルゴリズムを用いて、露光波長では解像しない所定サイズのX−Y座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのX−Y座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理とを行ない、得られたパターンデータを用いて、描画露光されて形成されるものであることを特徴とするものである。
そして、上記のマイクロレンズアレイの形成方法であって、透過光量(露光量)分布把握処理は、露光量に応じて残膜厚の変化するレジスト(感光性レジスト材料)を露光し、現像して、得られた、露光量とレジストの残膜厚の関係のデータと、所望の被加工物(マイクロレンズアレイ)の形状のプロファイルとから、露光量に応じて残膜厚の変化するレジスト(感光性レジスト材料)の現像後のレジストの所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得るものであることを特徴とするものであり、透過光量(露光量)分布把握処理は、所定数、段階的に設定した各白面積率の領域を有する、所定数階調の平網パタンデータを描画用データとして用いて、平網パタンを有するフォトマスクを作製し、作製されたフォトマスクを用いて、前記感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料のに露光、現像し、各階調における前記感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料の膜厚変化を測定することによって、フォトマスクの平網パタンの白面積率と前記感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料の膜厚との関係を示すトーンカーブを取得し、該トーンカーブより、透過光量(露光量)分布を得るものであることを特徴とするものである。
In any one of the above-described microlens array formation methods, the starting photomask according to
In the microlens array forming method, the transmitted light amount (exposure amount) distribution grasping process is performed by exposing and developing a resist (photosensitive resist material) whose remaining film thickness changes according to the exposure amount. Then, from the obtained data on the relationship between the exposure amount and the residual film thickness of the resist and the profile of the shape of the desired workpiece (microlens array), the resist (photosensitive layer) whose residual film thickness changes according to the exposure amount In order to obtain a desired profile of the resist after development of the photosensitive resist material), the exposure amount distribution of the photomask pattern is obtained. A photomask having a flat mesh pattern was produced by using a predetermined number of gradations of flat mesh pattern data as drawing data, each having a predetermined number of white area ratio regions set in stages. Using a photomask, the lens forming material made of the photosensitive resist material is exposed and developed, and the change in the thickness of the lens forming material made of the photosensitive resist material at each gradation is measured. A tone curve showing the relationship between the white area ratio of the flat mesh pattern and the film thickness of the lens forming material made of the photosensitive resist material is obtained, and the transmitted light amount (exposure amount) distribution is obtained from the tone curve. It is characterized by this.
(作用)
本発明のマイクロレンズアレイの形成方法は、このような構成にすることによって、レンズ形状の制御が精確にできるマイクロレンズアレイの形成方法の提供を可能としている。
詳しくは、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量(露光量)分布を制御するフォトマスクで、且つ、フォトマスクのパターン形成平面をX−Y座標として、その座標値x、yを関数として、所望の現像後のレジスト像の形状(プロファイル)に対応する露光する際の透過光量(露光量)分布をZ座標上のz値として求め、求められたz値に対応して、X−Y座標上の位置に、前記ドットパターンを配置して、その透過光量(露光量)分布を制御したフォトマスクだけを用いて、感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料を露光し、更に現像して、マイクロレンズアレイを、現像後のレジスト像として得る場合、同じ透過光量(露光量)でもレジストの膜減り量が異なることがある。
例えば、設計上ではマイクロレンズアレイのレンズ間のV字の谷間となる部分が、現像後のレジスト像では、埋まって平滑化されてしまうという現象が発生する。
このような構成にすることによって、その形状精度が良く、特に隣接するレンズ間のV字の谷間が平滑化されるのを抑制して、マイクロレンズアレイを形成することを可能としている。
(Function)
The microlens array forming method of the present invention can provide a microlens array forming method capable of accurately controlling the lens shape by adopting such a configuration.
Specifically, it is a photomask that controls the distribution of transmitted light amount (exposure amount) during exposure according to the distribution state of fine dot patterns that are not resolved at the exposure wavelength, and the pattern formation plane of the photomask is an XY coordinate. Using the coordinate values x and y as a function, the transmitted light amount (exposure amount) distribution at the time of exposure corresponding to the desired resist image shape (profile) is obtained as the z value on the Z coordinate. Forming a lens made of a photosensitive resist material using only a photomask in which the dot pattern is arranged at a position on the XY coordinate corresponding to the z value and the transmitted light amount (exposure amount) distribution is controlled. When the material is exposed and further developed to obtain a microlens array as a developed resist image, the resist film thickness may be different even with the same transmitted light amount (exposure amount).
For example, a phenomenon occurs in which a portion that becomes a V-shaped valley between lenses of a microlens array is buried and smoothed in a developed resist image.
By adopting such a configuration, the shape accuracy is good, and in particular, it is possible to form a microlens array while suppressing smoothing of a V-shaped valley between adjacent lenses.
尚、請求項1に記載の出発フォトマスクおよび請求項2に記載の第1のフォトマスクは、順に、(a)前記感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料の所望の現像後のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得て、フォトマスクのパターン形成平面をX−Y座標として、その座標値x、yを関数として、目的とするフォトマスクの透過光量(露光量)分布を、Z座標上のz値として表す、透過光量(露光量)分布把握処理と、(b)露光においてフォトマスク面上は均一照度とし、前記Z座標上のz値に対応して、再現性のある所定のアルゴリズムを用いて、露光波長では解像しない所定サイズのX−Y座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのX−Y座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理とを行ない、得られたパターンデータを用いて、描画露光されて形成されるものであるが、前記透過光量(露光量)分布把握処理は、露光量に応じて残膜厚の変化するレジスト(感光性レジスト材料)を露光し、現像して、得られた、露光量とレジストの残膜厚の関係のデータと、所望の被加工物の形状のプロファイルとから、露光量に応じて残膜厚の変化するレジスト(感光性レジスト材料)の現像後のレジストの所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得るものである。
具体的には、好ましい透過光量(露光量)分布把握処理は、所定数、段階的に設定した各白面積率の領域を有する、所定数階調の平網パタンデータを描画用データとして用いて、平網パタンを有するフォトマスクを作製し、作製されたフォトマスクを用いて、前記感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料のに露光、現像し、各階調における前記感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料の膜厚変化を測定することによって、フォトマスクの平網パタンの白面積率と前記感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料の膜厚との関係を示すトーンカーブを取得し、該トーンカーブより、透過光量(露光量)分布を得るもので、この処理により、実際の処理を確実に精度良く行うことができるものとしている。
The starting photomask according to
Specifically, the preferable transmitted light amount (exposure amount) distribution grasping process uses a predetermined number of gradations of flat net pattern data having a predetermined number of areas of each white area ratio set in stages as drawing data. Then, a photomask having a flat mesh pattern is manufactured, and using the prepared photomask, the lens-forming material made of the photosensitive resist material is exposed and developed, and the lens made of the photosensitive resist material in each gradation. By measuring the change in film thickness of the forming material, a tone curve indicating the relationship between the white area ratio of the flat pattern of the photomask and the film thickness of the lens forming material made of the photosensitive resist material is obtained, From the tone curve, a transmitted light amount (exposure amount) distribution is obtained, and this process enables the actual process to be performed accurately and reliably.
本発明は、上記のようにレンズ形状の制御が精確にできるマイクロレンズアレイの形成方法の提供を可能とした。
これにより、撮像装置の感度を向上させ、出力される画像のノイズを低減することを可能とした。
勿論、従来の熱熔融による製造方法に比べ、より理想に近い形状のマイクロレンズが得られる。
The present invention has made it possible to provide a method for forming a microlens array in which the lens shape can be accurately controlled as described above.
As a result, it is possible to improve the sensitivity of the imaging device and reduce noise in the output image.
Of course, a microlens with a more ideal shape can be obtained as compared with a conventional manufacturing method by heat melting.
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図1は本発明のマイクロレンズアレイの形成方法の実施の形態の第1の例の処理フローを示した概略フロー図で、図2は本発明のマイクロレンズアレイの形成方法の実施の形態の第2の例の処理フローを示した概略フロー図で、図3は第1の例、第2の例に用いられる所望の現像後のレジスト像の形状(プロファイル)に対応した露光量分布のフォトマスクの製造フローを説明するためのフロー図、図4(a)は設計形状の現像後のレジスト像の形状(プロファイル)を示した断面図で、図4(b)は設計形状の現像後のレジストの形状(プロファイル)に対応した透過光量分布のフォトマスクを用いた場合の現像後のレジスト像の形状(プロファイル)を示した断面図で、図4(c)、図4(d)は、それぞれ、第2の例における第2のフォトマスクの1例の絵柄を示した平面図である。
図1〜図4中、10は処理基板、20はレンズ(マイクロレンズとも言う)、25は裾引き部、31は遮光部、32は開口部(光透過部)である。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic flowchart showing a processing flow of a first example of an embodiment of a method for forming a microlens array of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart of a first embodiment of a method for forming a microlens array of the present invention. FIG. 3 is a schematic flow chart showing the processing flow of Example 2, and FIG. 3 is a photomask having an exposure amount distribution corresponding to a desired developed resist image shape (profile) used in the first and second examples. FIG. 4A is a sectional view showing the shape (profile) of a resist image after development of the designed shape, and FIG. 4B is a resist after development of the designed shape. FIG. 4C and FIG. 4D are cross-sectional views showing the shape (profile) of a resist image after development when a photomask having a transmitted light amount distribution corresponding to the shape (profile) of FIG. , Second frame in the second example Is a plan view showing an example pattern of the mask.
1 to 4,
はじめに、本発明のマイクロレンズアレイの形成方法の実施の形態の第1の例を、図1に基づいて説明する。
第1の例のマイクロレンズアレイの形成方法は、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量(露光量)分布を制御するフォトマスクを用いて、ポジ型の感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料を露光し、更に現像して、2次元的に配列されたマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを、現像後のレジスト像として得る、マイクロレンズアレイの形成方法である。
簡単には、フォトマスクのパターン形成平面をX−Y座標として、その座標値x、yを関数として、所望の現像後のレジスト像の形状(プロファイル)に対応する露光する際の透過光量(露光量)分布をZ座標上のz値として求め、求められたz値に対応して、X−Y座標上の位置に、前記ドットパターンを配置して、その透過光量(露光量)分布を制御したフォトマスクを出発フォトマスクとして用い、テスト露光、現像、現像後のレジスト像形状の把握、パターンの補正を、少なくとも1回以上行い、出発フォトマスクからその一部を補正した製品作製用の補正フォトマスクを作製し、該製品作製用の補正フォトマスクを用いて、製品用の処理基板上に配設された感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料を露光し、更に現像して、マイクロレンズアレイを、現像後のレジスト像として得るものである。
先ず、形成するレンズの設計形状(S1)から、所望の現像後のレジスト像の形状(プロファイル)に対応する露光する際の透過光量(露光量)分布をZ座標上のz値として求め、求められたz値に対応して、X−Y座標上の位置に、前記ドットパターンを配置して、その透過光量(露光量)分布を制御したフォトマスクを出発フォトマスク(S2)として作製しておく。
出発フォトマスク(S2)の作製方法については、後述する。
出発フォトマスク(S2)を用いて、感光性のレンズ形成用材料を塗布したテスト用処理基板(S3)のレンズ形成用材料をテスト露光し(S4)、更に現像し(S5)、マイクロレンズアレイを、現像後のレジスト像として得て、
該現像後のレジスト像の形状(プロファイル)を測定し(S6)、
測定された前記現像後のレジスト像の形状(プロファイル)と所望の現像後のレジスト像の形状(プロファイ)(設計形状S1のこと)との差異を把握し(S7)、
該差異に基づいて、必要な場合は、出発フォトマスクの透過光量(露光量)分布を補正し(S9)、ドットパターンを配置してその透過光量(露光量)分布を制御する方式の補正フォトマスク(S10)を新たに作製する。
そして、今度は補正された補正フォトマスクを用いて、処理ステップS4〜S7迄を行い、差異が補正必要でない場合には、該補正フォトマスクを用いて、
感光性のレンズ形成用材料を塗布した製品用処理基板(S11)のレンズ形成用材料を露光し(S12)、更に現像し(S13)、マイクロレンズアレイを形成した基板(撮像装置用の基板)(S14)を得る。
このようにして、設計形状の、精度的にも優れたマイクロレンズアレイを形成できる。 尚、補正フォトマスク(S10)を用いた、露光、現像では、設計形状とまだ差異があり、補正が必要と判断した場合には、S9〜S10、S4〜S8の一連の処理ステップを、必要に応じて繰り返す。
First, a first example of an embodiment of a method for forming a microlens array of the present invention will be described with reference to FIG.
The microlens array forming method of the first example is a positive type using a photomask that controls the distribution of transmitted light amount (exposure amount) during exposure according to the distribution state of fine dot patterns that are not resolved at the exposure wavelength. A microlens array forming method of obtaining a microlens array consisting of two-dimensionally arranged microlenses as a resist image after development by exposing a lens forming material made of a photosensitive resist material and developing the same It is.
Briefly, the amount of transmitted light (exposure) in exposure corresponding to the shape (profile) of a desired developed resist image, using the pattern formation plane of the photomask as XY coordinates and the coordinate values x and y as functions. Amount) distribution is obtained as a z value on the Z coordinate, and the dot pattern is arranged at a position on the XY coordinate corresponding to the obtained z value, and the transmitted light amount (exposure amount) distribution is controlled. Using this photomask as a starting photomask, test exposure, development, grasping of the resist image shape after development, and pattern correction are performed at least once, and a part of the starting photomask is corrected. Producing a photomask, using the correction photomask for producing the product, exposing a lens-forming material made of a photosensitive resist material disposed on the processing substrate for the product, further developing, The Lee Black lens array, but obtained as the developed resist image.
First, from a design shape (S1) of a lens to be formed, a transmitted light amount (exposure amount) distribution at the time of exposure corresponding to a desired resist image shape (profile) after development is obtained as a z value on the Z coordinate. A photomask in which the dot pattern is arranged at a position on the XY coordinate corresponding to the obtained z value and the distribution of the transmitted light amount (exposure amount) is controlled is produced as a starting photomask (S2). deep.
A method for manufacturing the starting photomask (S2) will be described later.
Using the starting photomask (S2), the lens forming material of the test processing substrate (S3) coated with the photosensitive lens forming material is subjected to test exposure (S4), further developed (S5), and a microlens array. Is obtained as a resist image after development,
Measure the shape (profile) of the developed resist image (S6),
Grasp the difference between the measured shape (profile) of the developed resist image and the desired developed resist image (profile) (design shape S1) (S7);
Based on the difference, if necessary, the corrected photo of the transmitted light amount (exposure amount) distribution of the starting photomask is corrected (S9), the dot pattern is arranged and the transmitted light amount (exposure amount) distribution is controlled. A new mask (S10) is produced.
Then, this time, using the corrected photomask that has been corrected, the processing steps S4 to S7 are performed. If the difference is not required to be corrected, the correction photomask is used.
The substrate for the product (S11) on which the lens forming material is coated (photographed lens forming material) is exposed (S12), further developed (S13), and the microlens array is formed (substrate for the imaging device). (S14) is obtained.
In this way, it is possible to form a microlens array having a designed shape and excellent accuracy. Note that exposure and development using the correction photomask (S10) are still different from the design shape, and if it is determined that correction is necessary, a series of processing steps S9 to S10 and S4 to S8 are required. Repeat as needed.
次に、本発明のマイクロレンズアレイの形成方法の実施の形態の第2の例を、図2に基づいて説明する。
第2の例のマイクロレンズアレイの形成方法も、第1の例と同様、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量(露光量)分布を制御するフォトマスクを用いて、ポジ型の感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料を露光し、更に現像して、2次元的に配列されたマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを、現像後のレジスト像として得る、マイクロレンズアレイの形成方法であるが、簡単には、第2の例の場合は、レンズ形状を形成のための露光(第1の露光と言う)を行う第1のフォトマスクと、隣接するレンズ間が、設計上V字谷間である部分が、裾引き状態となる現象を補正するための露光(第2の露光と言う)を行う第2のフォトマスクとを用いて、処理基板の感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料に対し露光を2回行い、これを現像して、マイクロレンズアレイを形成する方法である。
尚、設計上は、図4(a)に示すように、隣接するレンズ20の境界部は基板10に届くようにV字谷間のようになっているが、第1のフォトマスクを用いて露光、現像した場合、通常、図4(b)に示すように、隣接するレンズ20の境界部は基板10に届かず、レンズ20間がレンズ形成材料により埋められた状態(これを裾引き25と言う)になり、これが問題になっていた。
第2の例は裾引き(図4の25)のないレンズを形成しようとするものである。
先ず、マイクロレンズアレイの設計形状、配列(S21)から、フォトマスクのパターン形成平面をX−Y座標として、その座標値x、yを関数として、所望の現像後のレジスト像の形状(プロファイル)に対応する露光する際の透過光量(露光量)分布をZ座標上のz値として求め、求められたz値に対応して、X−Y座標上の位置に、前記ドットパターンを配置して、その透過光量(露光量)分布を制御したフォトマスクを、第1のフォトマスク(S22)として作製しておき、
一方、マイクロレンズアレイの設計形状、配列(S21)から、隣接するレンズの境界領域を含む所定領域を露光するためのフォトマスクを第2のフォトマスク(S23)として作成して置く。
第2のフォトマスクとしては、例えば、図4(c)に示すような、井桁状に開口を有するの絵柄のものや、図4(c)に示す開口の一部、遮光部31の角部の付近の開口を遮光部に置き換えた、図4(d)に示すような絵柄形状のものが用いられる。
そして、ポジ型の感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料を塗布した製品作製用の処理基板(S24)のレンズ形成用材料に対し、第1のフォトマスク(S22)を用いて第1の露光を行い(S25)、引き続き、第2のフォトマスク(S23)を用いて第2の露光(S26)を行い、更に現像して(S27)、マイクロレンズアレイ形成した基板を得る。(S28)
このようにして、裾引きのなく、精度的にも優れたマイクロレンズアレイを形成できる。
Next, a second example of the embodiment of the method for forming a microlens array of the present invention will be described with reference to FIG.
Similarly to the first example, the microlens array forming method of the second example is a photo that controls the distribution of transmitted light amount (exposure amount) at the time of exposure according to the distribution state of fine dot patterns that are not resolved at the exposure wavelength. Using a mask, the lens-forming material made of a positive photosensitive resist material is exposed and further developed to obtain a microlens array made up of microlenses arranged two-dimensionally as a resist image after development. In the case of the second example, the microlens array forming method is simply adjacent to the first photomask that performs exposure for forming the lens shape (referred to as first exposure). Using a second photomask that performs exposure (referred to as second exposure) for correcting a phenomenon in which the portion between the lenses that is designed to have a V-shaped valley is in a skirted state, the processing substrate is exposed to light. Sex Regis The exposure to the lens forming material comprising a material performed twice, and developed, it is a method of forming a microlens array.
In terms of design, as shown in FIG. 4A, the boundary between adjacent lenses 20 is V-shaped valleys so as to reach the
The second example is an attempt to form a lens without a tail (25 in FIG. 4).
First, from the design shape and arrangement (S21) of the microlens array, the pattern formation plane of the photomask is taken as the XY coordinates, and the coordinate values x and y are used as functions, and the shape (profile) of the desired resist image after development. The transmitted light amount (exposure amount) distribution at the time of exposure corresponding to is obtained as a z value on the Z coordinate, and the dot pattern is arranged at a position on the XY coordinate corresponding to the obtained z value. A photomask whose transmission light amount (exposure amount) distribution is controlled is prepared as a first photomask (S22),
On the other hand, from the design shape and arrangement (S21) of the microlens array, a photomask for exposing a predetermined area including a boundary area between adjacent lenses is created and placed as a second photomask (S23).
As the second photomask, for example, as shown in FIG. 4C, a picture having an opening in the shape of a cross, a part of the opening shown in FIG. The thing of the pattern shape as shown in FIG.4 (d) which replaced the opening of the vicinity by the light-shielding part is used.
Then, the first exposure using the first photomask (S22) is performed on the lens forming material of the processing substrate (S24) for manufacturing the product coated with the lens forming material made of a positive photosensitive resist material. (S25), followed by second exposure (S26) using the second photomask (S23) and further development (S27) to obtain a substrate on which a microlens array is formed. (S28)
In this way, it is possible to form a microlens array with no tailing and excellent accuracy.
ここで、第1の例における出発フォトマスク、第2の例における第1のフォトマスクの作製方法について、図3に示すフローに基づいて説明しておく。
予め、所望の現像後のプロファイルを得る、マイクロレンズ形成用材料である感光性レジスト材料(単にレジストとも言う)と、この感光性レジスト材料を露光する露光波長を決めておく。(S31、S32)
先ず、決められた感光性レジスト材料を、所定の膜厚に前記現像後のプロファイルを形成する基板と同等の基板上に塗布し、各種露光量にて所定サイズの領域を露光し、現像して(S33)、露光量とレジストの残膜厚の関係データを求める。(S34)
数式化した露光量とレジストの残膜厚の関係データとしても良い。
感光性レジスト材料としてポジレジストを用いる場合、透過光量(露光量のこと)と残膜厚の関係は、通常、図14のようになる。
尚、図14においては、透過光量(露光量)、残膜厚とも正規化して示してある。
作製する現像後のレジスト像によっては、絵柄の形状や粗密によって、露光量と残膜厚の関係データが異なるため、絵柄状態に対応し、数種のデータ採り込みを行なう必要がある。
尚、必要な種類の、所望の現像後のプロファイルを得るための感光性レジスト材料の、露光量に対する残膜厚特性が分かっていれば、その都度、露光量と残膜厚の関係データを求めることは必ずしも必要ではない。
更に具体的には、所定数、段階的に設定した各白面積率の領域を有する、所定数階調の平網パタンデータを描画用データとして用いて、平網パタンを有するフォトマスクを作製し、作製されたフォトマスクを用いて、感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料に露光、現像し、各階調における前記感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料の膜厚変化を測定することによって、フォトマスクの平網パタンの白面積率と前記感光性レジスト材料からなるレンズ形成用材料の膜厚との関係を示すトーンカーブを取得する方法による、露光量とレジストの残膜厚の関係データが、製品作製上での再現性の面から好ましい。
Here, a manufacturing method of the starting photomask in the first example and the first photomask in the second example will be described based on the flow shown in FIG.
In advance, a photosensitive resist material (also simply referred to as a resist) that is a microlens forming material for obtaining a desired post-development profile and an exposure wavelength for exposing the photosensitive resist material are determined. (S31, S32)
First, a predetermined photosensitive resist material is applied on a substrate equivalent to the substrate on which the developed profile is formed to a predetermined film thickness, and an area of a predetermined size is exposed and developed with various exposure amounts. (S33) The relationship data between the exposure amount and the remaining film thickness of the resist is obtained. (S34)
It is good also as the relational data of the exposure amount and the residual film thickness of the resist which were numerically represented.
When a positive resist is used as the photosensitive resist material, the relationship between the transmitted light amount (exposure amount) and the remaining film thickness is usually as shown in FIG.
In FIG. 14, the transmitted light amount (exposure amount) and the remaining film thickness are also normalized.
Depending on the developed resist image to be developed, the relational data of the exposure amount and the remaining film thickness varies depending on the shape and density of the pattern, so it is necessary to incorporate several types of data corresponding to the pattern state.
In addition, if the remaining film thickness characteristic with respect to the exposure amount of the photosensitive resist material for obtaining a desired post-development profile is known, the relationship data between the exposure amount and the remaining film thickness is obtained each time. It is not always necessary.
More specifically, a photomask having a flat mesh pattern is prepared by using a predetermined number of gradations of flat mesh pattern data having a predetermined number of stepwise set white area ratio regions as drawing data. By using the produced photomask, exposing and developing a lens forming material made of a photosensitive resist material, and measuring the change in film thickness of the lens forming material made of the photosensitive resist material at each gradation, Data on the relationship between the exposure amount and the residual film thickness of the resist is obtained by a method of obtaining a tone curve indicating the relationship between the white area ratio of the flat mesh pattern of the photomask and the film thickness of the lens forming material made of the photosensitive resist material. From the viewpoint of reproducibility in product production, it is preferable.
尚、ここで、平網パタンについて、例として、16階調の平網パタンを挙げ、簡単に説明しておく。
所定の全体領域を、4行4列の微小な正方形の単位領域に分割し、該各単位領域を階調表現のためのひとつの単位ブロック(1ドットとも言う)とみなすことにすると、単位ブロック16個で構成される前記所定の全体領域は、白面積率が0/16、1/16、2/16、・・・・16/16の17階調が表現できる。
ただし、0/16は露光量0の周辺部との間に段差がなく、パタンとして無意味なので除外する。それで16階調となる。
このように、単位ブロック16個で構成される所定の全体領域を有し、白面積率が1/16、2/16、・・・・16/16の16階調のそれぞれの階調レベルについて、決まった領域(全体領域)内で均一なグレーレベルを表現したパタンを「16階調平網パタン」と呼んでいる。
単位領域はハーフトーン画像を構成するひとつひとつのドットとなる。
この16階調平網パタンのように、白と黒の2値からなる微小なドットパタンにより中間のグレーを表現した2値画像をハーフトーン画像と言う。
尚、単位領域の一辺の長さであるドットピッチとしては、例えば、400mm、320mm等が用いられる。
このような、16階調の平網パタンは、通常、「オーダードディザ法」を用いて生成する。
Here, the flat screen pattern will be briefly described by taking a 16-tone flat screen pattern as an example.
When a predetermined entire area is divided into 4 × 4 minute square unit areas, and each unit area is regarded as one unit block (also referred to as one dot) for gradation expression, a unit block The predetermined whole area composed of 16 can express 17 gradations with white area ratios of 0/16, 1/16, 2/16,..., 16/16.
However, 0/16 is excluded because there is no step between the peripheral portion of the
As described above, each gradation level of 16 gradations having a predetermined whole area composed of 16 unit blocks and having a white area ratio of 1/16, 2/16,..., 16/16. A pattern that expresses a uniform gray level within a predetermined area (entire area) is called a “16-gradation flat screen pattern”.
The unit area is an individual dot constituting a halftone image.
A binary image in which intermediate gray is expressed by a minute dot pattern consisting of binary values of white and black, such as this 16 gradation flat mesh pattern, is called a halftone image.
For example, 400 mm, 320 mm, or the like is used as the dot pitch that is the length of one side of the unit region.
Such a 16-tone flat screen pattern is usually generated using the “ordered dither method”.
次いで、このような露光量とレジストの残膜厚の関係データを用い、被加工物の所望のプロファイル(S35)にあったフォトマスクのパターンの露光量分布を求める。(S37)
上記S33〜S35を経てS37に至る、あるいは、S36を経てS37に至る一連の処理が透過光量(露光量)分布把握処理である。
尚、通常は、得たいプロファイルの関数について、レジスト露光系などに対して最適化した補正式をかける。
フォトマスクのパターン形成平面をX−Y座標として、その座標値x、yを関数として露光量分布をZ座標上のz値として表す。
ここでは、z=F(x、y)と表し、図5(a)に示すように求められるとする。
一方、フォトマスクの、決められた露光波長では解像しないパターン領域のサイズを所定サイズに決定しておく。(S38)
ここでは、X方向幅a、Y方向幅aとする。
先にも述べた通り、露光波長による光学的解像性の他、現像後のレジストの所望のプロファイル表現、フォトマスク作製の際に用いる描画用の露光機の性能上の制約を考慮して決める。
次いで、求められた、z=F(x、y)の関係データと、決められた露光波長では解像しないパターン領域のサイズとから、再現性のある所定のアルゴリズム(S39)を用いて、露光波長では解像しない所定サイズのドットパターンを、X−Y座標上、該サイズに分割された各領域毎に、配置の有無を決定する。(S40)
所定のアルゴリズムとしては、誤差分散法やオーダードディザ法が挙げられる。
そして、この決定に基づき、CADツールにより、X−Y座標上、所定の位置にドットパターンを配置してパターンデータを作製する。(S41)
上記の、S19〜S21に至る一連の処理がドットパターンの生成処理である。
このようにして、パターンデータを作製することができるが、図5(a)に示す露光量分布、z=F(x、y)に対応するパターンデータは、図5(b)のようになる。
Next, using such relationship data between the exposure amount and the residual film thickness of the resist, the exposure amount distribution of the photomask pattern that matches the desired profile (S35) of the workpiece is obtained. (S37)
A series of processes from S33 to S35 to S37 or from S36 to S37 is a transmitted light amount (exposure amount) distribution grasping process.
Normally, a correction formula optimized for a resist exposure system or the like is applied to a profile function to be obtained.
The photomask pattern formation plane is taken as an XY coordinate, and the exposure value distribution is expressed as a z value on the Z coordinate by using the coordinate values x and y as a function.
Here, it is expressed as z = F (x, y), and is obtained as shown in FIG.
On the other hand, the size of the pattern area of the photomask that is not resolved at the determined exposure wavelength is determined to be a predetermined size. (S38)
Here, it is set as the X direction width a and the Y direction width a.
As described above, in addition to the optical resolution depending on the exposure wavelength, the desired profile expression of the resist after development and the performance restrictions of the lithography tool used for photomask production are determined. .
Next, exposure is performed by using a predetermined algorithm (S39) having reproducibility from the obtained relational data of z = F (x, y) and the size of the pattern area that is not resolved at the determined exposure wavelength. Presence / absence of arrangement of a dot pattern of a predetermined size that is not resolved at the wavelength is determined for each region divided into the size on the XY coordinates. (S40)
Examples of the predetermined algorithm include an error dispersion method and an ordered dither method.
Based on this determination, a CAD tool creates a pattern data by arranging a dot pattern at a predetermined position on the XY coordinates. (S41)
A series of processes from S19 to S21 described above is a dot pattern generation process.
In this way, pattern data can be produced. The pattern data corresponding to the exposure amount distribution, z = F (x, y) shown in FIG. 5A is as shown in FIG. 5B. .
ここで、所望の現像後のプロファイルを得る露光量分布が、図6(a)に示す露光量分布、z=F1(x、y)であり、各位置(x、y)のz値が図6(b)の表のようになる場合について、オーダードディザ法を適用する場合を、図4に基づいて、その手順のみを簡単に説明しておく。
図6(b)に示す表は図7(a)の表と同じであるが、図7(a)の表のように、各位置におけるz値は配列される。
一方、例えば、図7(a)に示す表の配列に合せ、図8に示す最大値を1とした4行×4列のディザ行列を、図7(b)のように配列させておく。
ここで、図7(a)の表の配列と、図7(b)の表の配列について、対応する位置毎に、その大小を比較し、図7(b)の表側が図7(a)側よりも小の場合1、そうでない場合を0として、図7(c)に示すように、同様の配列を求める。
ここでは、1の領域の場合はドットパターンを配置しない領域とし、0の領域の場合はドットパターンを配置する領域とする。
ドットパターンのX方向、Y方向サイズと図7(a)に示す各位置間距離とを同じとするほうが精度面で好ましいが、計算量が大きくなる。
尚、ドットパターンのX方向、Y方向サイズと図7(a)に示す各位置間距離を必ずしも同じとする必要はない。
また、ディザ行列には、図12に示すような様々なパターンが考えられ、得たい露光分布に合わせて適宜選択して使用する。
Here, the exposure amount distribution for obtaining a desired post-development profile is the exposure amount distribution shown in FIG. 6A, z = F1 (x, y), and the z value at each position (x, y) is shown in FIG. For the case shown in the table of FIG. 6 (b), only the procedure will be briefly described based on FIG. 4 for the case where the ordered dither method is applied.
The table shown in FIG. 6B is the same as the table in FIG. 7A, but the z values at each position are arranged as in the table in FIG. 7A.
On the other hand, for example, in accordance with the arrangement of the table shown in FIG. 7A, a dither matrix of 4 rows × 4 columns with the maximum value shown in FIG. 8 as 1 is arranged as shown in FIG.
Here, the arrangement of the table of FIG. 7A and the arrangement of the table of FIG. 7B are compared for each corresponding position, and the front side of FIG. As shown in FIG. 7C, a similar arrangement is obtained, where 1 is smaller than the side and 0 is not otherwise.
Here, in the case of the 1 region, the dot pattern is not arranged, and in the case of the 0 region, the dot pattern is arranged.
Although it is preferable in terms of accuracy to make the X-direction and Y-direction sizes of the dot pattern the same as the distances between the positions shown in FIG. 7A, the amount of calculation increases.
Note that the X-direction and Y-direction sizes of the dot pattern and the distances between the positions shown in FIG.
Further, various patterns as shown in FIG. 12 are conceivable for the dither matrix, and they are appropriately selected and used according to the exposure distribution desired to be obtained.
次に、誤差分散法を適用する場合について説明する。
先ず、図9に基づいて、誤差分散法の手順を簡単に説明しておく。
例えば、表の横方向を、縦方向をX方向、Y方向とし、それぞれ、所定ピッチでセル(画素とも言い、ピッチに対応するサイズである)を設け、各セルに図9(a)のように、値が配列されている場合について、表の左上から右下方向にかけて以下の処理を順次行なう。
先ず、左上セルP0について、中間値(0. 5)を閾値とし、2値化を行なう。(図9(b)
左上セルP0の値0. 1は2値化により0となる。
次いで、このセルP0に隣接するセルに重み付け加算(あるいは減算)して、図9(c)のようになる。
図9(b)中、丸で囲った数字(丸付の数字)の1、2、3は、セルP0に対し、重み付け加算(あるいは減算)する隣接セルとその値を示している。
次に、隣のセルP1にに移り、2値化、重み付け加算(あるいは減算)して図9(d)を得る。
更に、その隣のセルP2に移り、同様に、値化、重み付け加算(あるいは減算)して図9(e)を得る。
以降、図6(e)の矢印の方向に順次、各セルに対し、同様の処理を行ない、得られた結果が求めるものである。
Next, a case where the error variance method is applied will be described.
First, the procedure of the error dispersion method will be briefly described with reference to FIG.
For example, the horizontal direction of the table is the vertical direction as the X direction and the Y direction, and cells (also referred to as pixels, which are sizes corresponding to the pitch) are provided at predetermined pitches, and each cell is as shown in FIG. When the values are arranged, the following processing is sequentially performed from the upper left to the lower right of the table.
First, binarization is performed for the upper left cell P0 with the intermediate value (0.5) as a threshold value. (FIG. 9 (b)
The value 0.1 of the upper left cell P0 becomes 0 by binarization.
Next, weighting addition (or subtraction) is performed on a cell adjacent to the cell P0, as shown in FIG. 9C.
In FIG. 9B,
Next, the process proceeds to the adjacent cell P1, and binarization and weighted addition (or subtraction) are performed to obtain FIG. 9D.
Furthermore, it moves to the cell P2 next to it, and similarly, it is converted into a value and weighted (or subtracted) to obtain FIG. 9 (e).
Thereafter, the same processing is sequentially performed on each cell in the direction of the arrow in FIG. 6E, and the obtained result is obtained.
図6(b)に示す表の場合、図10のようになる。
即ち、図6(a)に示す露光量分布、Z=F1(x、y)の場合、図10に示す1の領域の場合はドットパターンを配置しない領域とし、図10に示す0の領域の場合はドットパターンを配置する領域とする。
上記は、図13(a)のように、表の左上から右下方向にかけて処理を順次行なったが、これに限定はされない。
図13(b)、図13(c)の方向で処理を行なっても良い。
The table shown in FIG. 6B is as shown in FIG.
That is, in the case of the exposure amount distribution shown in FIG. 6A, Z = F1 (x, y), the
In the above description, as shown in FIG. 13A, the processing is sequentially performed from the upper left to the lower right of the table. However, the present invention is not limited to this.
Processing may be performed in the direction of FIGS. 13B and 13C.
上記操作を、図13(b)(イ)、図13(b)(ロ)に示すような誤差分散行列を用いて、座標(0、0)からはじめて、順次全セルに対して繰り返す誤差分散方法もある。 f(x、y)を元データ、fnew(x、y)を誤差分散を行った後のデータ、g(x、y)を閾値0. 5で2値化したデータ、Exyを2値化により生じた誤差とした場合、それぞれの関係は、図11の(1)式〜(5)式のように表される。
これらの関係式に基づいて、上記と同様にして、図10に相当する配列を求めることもできる。
Error variance is repeated for all cells in sequence starting from coordinates (0, 0) using an error variance matrix as shown in FIGS. 13 (b) (a) and 13 (b) (b). There is also a method. f (x, y) is original data, fnew (x, y) is data after error variance, g (x, y) is binarized with a threshold value of 0.5, and Exy is binarized. In the case of an error that has occurred, the respective relationships are expressed as in equations (1) to (5) in FIG.
Based on these relational expressions, an array corresponding to FIG. 10 can be obtained in the same manner as described above.
次いで、上記のようにして作製された、ドットパターンを配置したパターンデータを用いて、電子線描画露光装置にて、フォトマスク用基板の遮光層上のレジストを露光描画し(S42)、所定の現像、エッチング等のプロセス処理を経て、本発明のフォトマスク(S43)を作製する。
このようにして作製されたフォトマスクを用い、露光して、例えば、被加工基板(イメージセンサ基板)上に感光性レジスト材料でレンズを形成する場合、図15(a)に示すように、フォトマスク210のパターンを被加工基板(イメージセンサ基板)上のレジスト230に、縮小投影にて露光し、現像して、図15(b)のように、被加工基板(イメージセンサ基板)240上に直接レンズを得ることができる。
このようにして、第1の例の出発フォトマスク、第2の例の第1のフォトマスクは作製される。
Next, using the pattern data in which the dot patterns are arranged as described above, the resist on the light shielding layer of the photomask substrate is exposed and drawn with an electron beam drawing exposure apparatus (S42). A photomask (S43) of the present invention is manufactured through process processes such as development and etching.
For example, when forming a lens with a photosensitive resist material on a substrate to be processed (image sensor substrate) using a photomask manufactured in this manner, as shown in FIG. The pattern of the mask 210 is exposed to a resist 230 on a substrate to be processed (image sensor substrate) by reduction projection, developed, and then on the substrate to be processed (image sensor substrate) 240 as shown in FIG. A lens can be obtained directly.
In this way, the starting photomask of the first example and the first photomask of the second example are manufactured.
尚、上記のように、作製する現像後のレジスト像の絵柄に合せ、その露光量と残膜厚の関係を求めておくことは有効であるが、求める種類が多い場合は、現実的でなくなるので、シュミレーション(S36)を用いて、作製する現像後のレジスト像の絵柄を対応させてる方法もある。
As described above, it is effective to obtain the relationship between the exposure amount and the remaining film thickness in accordance with the pattern of the resist image after development to be produced, but it is not practical when there are many types to be obtained. Therefore, there is a method in which the pattern of the developed resist image to be produced is made to correspond by using simulation (S36).
10 処理基板
20 レンズ(マイクロレンズとも言う)
25 裾引き部
31 遮光部
32 開口部(光透過部)
110 カメラレンズ
115 光軸
120 撮像素子
125 感光部
130 マイクロレンズ(屈折部とも言う)
140 カラーフィルタ
150 遮光部
160 光線
171、172 平坦化層
210 フォトマスク
211 透明基板
212 遮光膜
220、220A 露光光
230 マイクロレンズ(屈折部)形成用の素材である感光性材料層
235 現像後の屈折部形成用の素材である感光性材料層
240 マイクロレンズ(屈折部)形成用の被加工基板(イメージセンサ基板)301 デバイス基板(イメージセンサ基板)
302 シリコンウエハ
303 感光部(受光部とも言う)
304 カラーフィルタ
304a 平坦化層
305 平坦化層
306 レジスト層
307 フォトマスク
308 露光光
309 レジストパターン(現像後のレジスト像)
310 凸レンズ(熱フロー後のレジスト像)
10 processing substrate 20 lens (also called microlens)
25 Bottoming
DESCRIPTION OF
140 Color filter 150 Light-shielding part 160 Light rays 171 and 172 Flattening layer 210 Photomask 211 Transparent substrate 212 Light-shielding
302 Silicon wafer 303 Photosensitive portion (also referred to as light receiving portion)
304 Color filter
310 Convex lens (resist image after heat flow)
Claims (5)
5. The method of forming a microlens array according to claim 4, wherein the transmitted light amount (exposure amount) distribution grasping process includes a predetermined number of gradation areas each having a predetermined white area ratio area. Using the net pattern data as drawing data, a photomask having a flat net pattern is produced, and using the produced photomask, the lens forming material made of the photosensitive resist material is exposed and developed, By measuring the change in the film thickness of the lens forming material made of the photosensitive resist material in the tone, the white area ratio of the flat mesh pattern of the photomask and the film thickness of the lens forming material made of the photosensitive resist material A method for forming a microlens array, wherein a tone curve indicating a relationship is acquired, and a transmitted light amount (exposure amount) distribution is obtained from the tone curve.
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