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JP3067114B2 - マイクロレンズ形成方法 - Google Patents

マイクロレンズ形成方法

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JP3067114B2
JP3067114B2 JP3161040A JP16104091A JP3067114B2 JP 3067114 B2 JP3067114 B2 JP 3067114B2 JP 3161040 A JP3161040 A JP 3161040A JP 16104091 A JP16104091 A JP 16104091A JP 3067114 B2 JP3067114 B2 JP 3067114B2
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resist
thermoplastic resin
forming
microlens
lens
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Sony Corp
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    • G02B3/0012—Arrays characterised by the manufacturing method
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
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    • G—PHYSICS
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、固体撮像素子上に熱
可塑性樹脂からなるマイクロレンズを形成する方法に関
する。さらに詳しくは、この発明は、固体撮像素子上に
熱可塑性樹脂からなるマイクロレンズを０．５μｍ以下
の微細なパターンであっても高精度に形成できるように
するマイクロレンズの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、固体撮像素子上にマイクロレ
ンズを形成する場合、比較的位置精度のよい形成方法と
して、レンズ材料として熱可塑性樹脂を用いて固体撮像
素子上にレンズを直接形成し、所謂オンチップレンズと
することがなされている。このような熱可塑性樹脂から
なるオンチップレンズの形成方法については種々の提案
がなされているが、レンズ材料とする熱可塑性樹脂とし
てフォトレジスト材料を使用する場合には、光に対する
高い安定性を得るためにネガ型レジストが用いられてい
る。
【０００３】たとえば、図２に示したように、（ａ）に
固体撮像素子１上にネガ型レジスト２とポジ型レジスト
３を順次積層し、（ｂ）レジストパターンニングし、
（ｃ）上層のポジ型レジスト３を除去し、（ｄ）固体撮
像素子上のネガ型レジスト２を半球状に熱変形させてマ
イクロレンズとする方法が知られている。
【０００４】また、図３に示したように、(i) 固体撮像
素子１上に形成したネガ型レジスト２の上にポジ型レジ
スト３をパターンニングし、（ii）パターンニングした
上層のポジ型レジスト３を熱変形させてレンズ形状と
し、（iii ）エッチングすることによりこの上層のポジ
型レジスト３のレンズ形状を下層のネガ型レジスト２に
転写する方法も知られている。
【０００５】あるいは、上記の図３のようにポジ型レジ
ストでパターンニングすることなく、直接ネガ型レジス
トをパターンニングし、次いでそのネガ型レジストを半
球状に熱変形させてマイクロレンズとする方法も知られ
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ネガ型
レジストをパターンニングする場合、現像液として有機
溶媒が使用されるが、ネガ型レジストのパターン部分は
架橋反応により形成されるため、現像時にそのパターン
が現像液で膨潤し、高精度のパターンニングをすること
ができない。そのため、０．５μｍ程度の微細なパター
ンを形成し、高解像度を得ることが困難となっている。
たとえば、遠紫外線用ネガ型レジストとして汎用されて
いるＣＭＳ（クロロメチル化ポリスチレン）をパターン
ニングする場合、現像液として一般にキシレンとＭＩＢ
Ｋとの混合溶媒が用いられるが、この場合にもパターン
が膨潤するため、１．０μｍのパターンを形成すること
も困難となっている。これに対して、近年高解像度のネ
ガ型レジストが市販されているが、この高解像度のネガ
型レジストは一般に表面硬化型のレジストとなっている
ので、後の行程でパターンニングしたレジストを熱変形
させてレンズ形状にしようとしても所望のレンズ形状を
得ることができない。
【０００７】また、図２に示したようにネガ型レジスト
２とポジ型レジスト３を積層させてパターンニングする
と、そのエッチング時に図中（ｂ）の破線部で示したよ
うにネガ型レジスト２にアンダーカットが生じるので、
後に熱変形させてもレンズを所定の曲率に形成すること
ができない。
【０００８】図３のように上層のポジ型レジストのレン
ズ形状を下層のネガ型レジストに転写する方法でも、エ
ッチングの不均一性等のために上層のポジ型レジストの
レンズ形状をそのまま再現性よく下層のネガ型レジスト
に転写することは困難となっている。
【０００９】したがって、従来の方法では微細なマイク
ロレンズを高精度に均一に形成することが困難であり、
最近の固体撮像素子で要求される０．５μｍ以下の微細
なパターンを高精度に形成することができないという問
題があった。
【００１０】この発明は以上のような従来技術の課題を
解決しようとするものであり、固体撮像素子上に熱可塑
性樹脂からなるマイクロレンズを形成するにあたり、所
望の形状のレンズを高精度に均一に形成できるように
し、０．５μｍ以下の微細なパターンも得られるように
することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は、固体撮像素子上に熱可塑性樹脂から
なるマイクロレンズを形成する方法において、固体撮像
素子上のマイクロレンズを形成する部分に開口部を有す
るレジストパターンを形成する工程、該開口部に熱可塑
性樹脂を埋め込む工程、該レジストパターンを除去する
工程、および該開口部上の熱可塑性樹脂を熱変形させる
工程を含むことを特徴とするマイクロレンズ形成方法、
並びに、固体撮像素子上に熱可塑性樹脂からなるマイク
ロレンズを形成する方法において、固体撮像素子上のマ
イクロレンズを形成する部分に開口部を有するレジスト
パターンを形成する工程、レジストパターン上に熱可塑
性樹脂をコーティングし、エッチバックすることにより
該開口部に熱可塑性樹脂を埋め込む工程、該レジストパ
ターンを除去する工程、および該開口部上の熱可塑性樹
脂を熱変形させる工程を含むことを特徴とするマイクロ
レンズ形成方法を提供する。
【００１２】以下、この発明のマイクロレンズ形成方法
を図面に基づいて具体的に説明する。なお、図中、同一
符号は同一または同等の構成要素を表している。
【００１３】図１はこの発明の実施例によるマイクロレ
ンズの製造行程の説明図である。
【００１４】この実施例のマイクロレンズ形成方法にお
いては、まず、固体撮像素子１の下地上にレジスト３ａ
をコーティングし、マイクロレンズを形成する部分を開
口部４として残すようにレジストパターニングする（図
中（Ａ））。このようなレジストパターニングに使用す
るレジスト３ａとしてはポジ型レジストを使用すること
が好ましく、特に、微細なパターンを得る場合には、高
解像度のｉ線用ポジ型レジストなどを使用することが好
ましい。このようなレジストパターニングは通常のリソ
グラフィー技術により行えばよい。
【００１５】なお、レジストパターニングの下地となる
固体撮像素子１には、必要に応じて、保護膜、固体撮像
素子の表面を平坦化しあるいはレンズの焦点距離を調整
する透明材料層、カラー固体撮像素子用のカラーフィル
ター等が形成されていてもよい。
【００１６】次に、レジスト３ａのパターン上から熱可
塑性樹脂２ａをコーテイングし（図中（Ｂ））、エッチ
バックによりレジスト３ａの表面が現れるようにし、こ
れによりレジスト３ａのパターニングの開口部４に熱可
塑性樹脂２ａを埋め込む（図中（Ｃ））。ここで、埋め
込んだ熱可塑性樹脂２ａは後述するように熱変形させて
レンズに成形することから、この熱可塑性樹脂２ａとし
ては十分に熱フローする熱可塑性樹脂を使用する。ま
た、光に対する高い安定性および固体撮像素子の用途に
応じた所定の光透過性を有する材料とすることが好まし
く、たとえば、可視光に透明なネガ型レジストを使用す
ることができる。
【００１７】なお、同図においては、図中（Ｃ）のよう
に熱可塑性樹脂２ａをレジスト３ａのパターニングの開
口部４に埋め込むために、熱可塑性樹脂２ａをレジスト
３ａのパターニング上からコーテイングし、次いでエッ
チバックするという工程を踏むようにしたが、熱可塑性
樹脂２ａをレジスト３ａのパターニングの開口部４内に
埋め込むことができるかぎりこのような工程に限定され
ることはない。熱可塑性樹脂２ａが当初からレジスト３
ａのパターニングを覆うことなく開口部４内のみに埋め
込まれるようにしてもよい。
【００１８】熱可塑性樹脂２ａをレジスト３ａのパター
ニングの開口部４に埋め込んだ後は、レジスト３ａのパ
ターンを除去する（図中（Ｄ））。この場合のレジスト
パターンの除去方法としては、たとえばレジスト３ａと
してポジ型レジストを使用した場合には、そのポジ型レ
ジストが感光する波長の光で全面を一括露光し、現像処
理すればよい。
【００１９】次いで、固体撮像素子１上に残存している
熱可塑性樹脂２ａを熱処理し、ほぼ半球状に変形させて
レンズとする（図中（Ｅ））。
【００２０】こうして熱可塑性樹脂２ａからなるマイク
ロレンズが固体撮像素子１上に高精度に形成される。
【００２１】
【作用】この発明のマイクロレンズ形成方法において
は、レンズのパターニングに際して、ポジ型レジスト等
の高解像度のレジストを使用し、マイクロレンズを形成
する部分を開口部として残すようにパターニングする。
このため、解像度の低いネガ型レジスト等はレンズのパ
ターニングには関与させないようにすることができ、微
細なレンズのパターンを高精度に形成することが可能と
なる。
【００２２】また、レンズの球面形状の形成は、レジス
トパターニングの開口部にネガ型レジスト等の熱可塑性
樹脂を埋め込み、熱変形することによりなされるので、
従来法のようなエッチングによるレンズの球面形状の転
写が不要となるため、マイクロレンズの形状の均一性が
向上する。
【００２３】したがって、この発明のマイクロレンズ形
成方法によれば、０．５μｍ以下の微細なパターンのレ
ンズも高精度に均一に形成することが可能となる。
【００２４】
【実施例】以下、この発明を実施例により具体的に説明
する。
【００２５】固体撮像素子の下地上にｉ線用ポジ型レジ
スト（ＮＰＲ−Λ１８ＳＨＩ、長瀬電子化学製）を厚さ
１μｍコーティングした。次いで、図１の（Ａ）のよう
に、マイクロレンズを形成する部分を直径５μｍの開口
部として残すと共に、隣り合う開口部の間の幅が０．５
μｍとなるように、フォトリソグラフィによりレジスト
パターニングした。この場合、露光装置にはＦＰＡ−２
０００ｉＩ（キャノン製）を使用し、現像にはＴＭＡＨ
（２．３８％）を現像液として１分間のディップ現像を
行った。
【００２６】次に、ネガ型レジストであるＣＭＳ（クロ
ロメチルポリスチレン）をスピンコートにより厚さ１．
２μｍコーティングし、さらにベーキングして図１の
（Ｂ）のようにｉ線用ポジ型レジストのパターニングを
覆った。
【００２７】そしてエッチバック（エッチング条件、Ｏ
２ＲＩＥ、０．３Ｔｏｒｒ、１分間）することにより図
１の（Ｃ）のようにｉ線用ポジ型レジストの表面が出る
ようにした。
【００２８】その後全面露光し現像することにより、図
１の（Ｄ）のようにｉ線用ポジ型レジストのパターンを
除去した。この場合、露光装置としてはＰＬＡ−５２１
Ｆ（キャノン製）を使用し、３００〜４００ｎｍを１０
秒間照射した。また、現像液としてはＴＭＡＨ（２．３
８％）を使用した。
【００２９】このようにして固体撮像素子の下地上に残
ったＣＭＳに対して１５０℃、２０分間の熱処理をし、
ＣＭＳを熱フローさせてレンズ形状とした。
【００３０】その結果、レンズ直径５μｍ、レンズ間隔
０．５μｍの微細なレンズパターンのマイクロレンズを
高精度に均一に形成することができた。
【００３１】
【発明の効果】この発明のマイクロレンズ形成方法によ
れば、０．５μｍ以下の微細なパターンであっても所望
の形状のレンズを高精度に均一に形成することが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の実施例のマイクロレンズの
製造工程の説明図である。
【図２】図２は、従来法によるのマイクロレンズの製造
工程の説明図である。
【図３】図３は、従来法によるのマイクロレンズの製造
工程の説明図である。
【符号の説明】
１ 固体撮像素子 ２ ネガ型レジスト ２ａ 熱可塑性樹脂 ３ ポジ型レジスト ３ａ レジスト ４ 開口部

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固体撮像素子上に熱可塑性樹脂からなる
    マイクロレンズを形成する方法において、固体撮像素子
    上のマイクロレンズを形成する部分に開口部を有するレ
    ジストパターンを形成する工程、該開口部に熱可塑性樹
    脂を埋め込む工程、該レジストパターンを除去する工
    程、および該開口部上の熱可塑性樹脂を熱変形させる工
    程を含むことを特徴とするマイクロレンズ形成方法。
  2. 【請求項２】 前記レジストパターンの形成にポジ型レ
    ジストを使用し、開口部に埋め込む熱可塑性樹脂として
    ネガ型レジストを使用する請求項１記載のマイクロレン
    ズ形成方法。
  3. 【請求項３】 固体撮像素子上に熱可塑性樹脂からなる
    マイクロレンズを形成する方法において、固体撮像素子
    上のマイクロレンズを形成する部分に開口部を有するレ
    ジストパターンを形成する工程、レジストパターン上に
    熱可塑性樹脂をコーティングし、エッチバックすること
    により該開口部に熱可塑性樹脂を埋め込む工程、該レジ
    ストパターンを除去する工程、および該開口部上の熱可
    塑性樹脂を熱変形させる工程を含むことを特徴とするマ
    イクロレンズ形成方法。
  4. 【請求項４】 前記レジストパターンの形成にポジ型レ
    ジストを使用し、開口部に埋め込む熱可塑性樹脂として
    ネガ型レジストを使用する請求項３記載のマイクロレン
    ズ形成方法。
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