JPH10206605A - Microlens array and forming method thereof - Google Patents
Microlens array and forming method thereofInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本願の発明は、固体撮像素子
等に用いられるマイクロレンズアレイ及びその形成方法
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microlens array used for a solid-state imaging device and the like, and a method for forming the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】図2は、本願の発明の一従来例が適用さ
れている固体撮像素子を示している。この固体撮像素子
では、センサ(図示せず)や転送部(図示せず)等が形
成されているSi基板11の表面にゲート絶縁膜として
のSiO2 膜12が形成されており、SiO2 膜12上
の多結晶Si膜13で転送電極が形成されている。2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a solid-state imaging device to which a conventional example of the present invention is applied. The solid-state imaging device, a sensor (not shown) or the transfer unit and SiO 2 film 12 as a gate insulating film on the surface of the Si substrate 11 (not shown) and the like are formed is formed, SiO 2 film A transfer electrode is formed of the polycrystalline Si film 13 on the substrate 12.
【0003】多結晶Si膜13は層間絶縁膜としてのS
iO2 膜14に覆われており、SiO2 膜12、14は
パッシベーション膜としてのSiO2 膜15に覆われて
いる。SiO2 膜15上には遮光膜としてのAl膜16
が形成されており、このAl膜16のうちでセンサ上の
部分に受光用の開口部16aが形成されている。そし
て、Al膜16及びSiO2 膜15上には平坦化膜17
が形成されている。[0003] The polycrystalline Si film 13 is made of S as an interlayer insulating film.
iO 2 is covered with a film 14, SiO 2 film 12 is covered with the SiO 2 film 15 as a passivation film. On the SiO 2 film 15, an Al film 16 as a light shielding film
Is formed, and a light receiving opening 16a is formed in a portion of the Al film 16 above the sensor. Then, a planarizing film 17 is formed on the Al film 16 and the SiO 2 film 15.
Are formed.
【0004】平坦化膜17上にはカラーフィルタ21及
びオンチップマイクロレンズ22が順次に形成されてお
り、各画素に対応して配列されている複数のオンチップ
マイクロレンズ22によってオンチップマイクロレンズ
アレイ23が構成されている。従って、この様な固体撮
像素子では、オンチップマイクロレンズ22によって光
24が集められるので、オンチップマイクロレンズアレ
イ23が設けられていない構造に比べて感度が高い。A color filter 21 and an on-chip microlens 22 are sequentially formed on the flattening film 17, and an on-chip microlens array is formed by a plurality of on-chip microlenses 22 arranged corresponding to each pixel. 23 are configured. Therefore, in such a solid-state imaging device, since the light 24 is collected by the on-chip microlens 22, the sensitivity is higher than that of the structure in which the on-chip microlens array 23 is not provided.
【0005】一方、図3は、図2に示したオンチップマ
イクロレンズアレイ23の形成方法の一従来例を示して
いる。この一従来例では、図3(a)に示す様に、オン
チップマイクロレンズ22の感光性の材料層25、具体
的にはフォトレジストをカラーフィルタ21上に塗布
し、オンチップマイクロレンズ22に対応するパターン
にフォトリソグラフィで材料層25をパターニングす
る。FIG. 3 shows a conventional method of forming the on-chip microlens array 23 shown in FIG. In this conventional example, as shown in FIG. 3A, a photosensitive material layer 25 of the on-chip microlens 22, specifically, a photoresist is applied on the color filter 21, and The material layer 25 is patterned into a corresponding pattern by photolithography.
【0006】次に、図3(b)に示す様に、熱処理で材
料層25をリフローさせ、材料層25の表面張力によっ
て曲面を有するオンチップマイクロレンズ22を形成し
た後、オンチップマイクロレンズ22に対するベークを
行う。なお、材料層25のリフロー時に、材料層25と
カラーフィルタ21との相性によって材料層25が滑っ
て、オンチップマイクロレンズ22間の間隔が材料層2
5間の間隔よりも狭くなる。Next, as shown in FIG. 3B, the material layer 25 is reflowed by heat treatment to form an on-chip microlens 22 having a curved surface by the surface tension of the material layer 25, and then the on-chip microlens 22 is formed. Baking. When the material layer 25 is reflowed, the material layer 25 slides due to the compatibility between the material layer 25 and the color filter 21, and the distance between the on-chip microlenses 22 is reduced.
It becomes narrower than the interval between five.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、リフロー時
における材料層25の上述の滑りは、オンチップマイク
ロレンズ22間の間隔をフォトリソグラフィの加工限界
よりも狭くし、オンチップマイクロレンズ22間の無効
領域を狭くして、固体撮像素子の感度を高めることがで
きるという利点を有している。The above-mentioned slippage of the material layer 25 at the time of reflow causes the interval between the on-chip microlenses 22 to be narrower than the processing limit of the photolithography, and the invalidity between the on-chip microlenses 22 is reduced. This has the advantage that the area can be narrowed and the sensitivity of the solid-state imaging device can be increased.
【0008】しかし、リフロー時に材料層25が滑り過
ぎると、オンチップマイクロレンズ22間の間隔がなく
なり、図2(c)に示す様に、隣接するオンチップマイ
クロレンズ22同士が短絡する。この短絡部では最適な
レンズ形状が得られなくて集光効率が低下するので、複
数の画素を有する固体撮像素子中に画質のむらや画像欠
陥が発生する。However, if the material layer 25 slides too much during reflow, there is no space between the on-chip microlenses 22, and adjacent on-chip microlenses 22 are short-circuited as shown in FIG. 2 (c). At the short-circuited portion, an optimum lens shape cannot be obtained, and the light-collecting efficiency is reduced. Therefore, image quality unevenness and image defects occur in a solid-state imaging device having a plurality of pixels.
【0009】特に、固体撮像素子の小型化、高密度化が
進むと、オンチップマイクロレンズ22間の間隔の制御
が困難になって、上述の一従来例では、固体撮像素子等
の感度を高めることができるオンチップマイクロレンズ
アレイ23を高い歩留りで形成することが困難であっ
た。In particular, as the size and density of the solid-state image sensor increase, it becomes difficult to control the distance between the on-chip microlenses 22, and in the above-described conventional example, the sensitivity of the solid-state image sensor and the like is increased. It is difficult to form the on-chip microlens array 23 with a high yield.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本願の発明によるマイク
ロレンズアレイは、表面に沿って透光膜が広がっている
複数のマイクロレンズが配列されていることを特徴とし
ている。The microlens array according to the present invention is characterized in that a plurality of microlenses having a light-transmitting film extending along the surface are arranged.
【0011】本願の発明によるマイクロレンズアレイ
は、前記透光膜がSiON膜であることが好ましい。In the microlens array according to the present invention, it is preferable that the light transmitting film is a SiON film.
【0012】本願の発明によるマイクロレンズアレイ
は、前記透光膜の屈折率が前記マイクロレンズの屈折率
よりも低いことが好ましい。In the microlens array according to the present invention, it is preferable that the refractive index of the light transmitting film is lower than the refractive index of the microlens.
【0013】本願の発明によるマイクロレンズアレイ
は、前記透光膜がSiO2 膜であってもよい。In the microlens array according to the present invention, the light transmitting film may be a SiO 2 film.
【0014】本願の発明によるマイクロレンズアレイの
形成方法は、配列状態の複数のマイクロレンズに対応す
るパターンに前記マイクロレンズの材料層を加工する工
程と、前記加工を行った前記材料層をリフローさせて前
記複数のマイクロレンズを形成する工程と、前記複数の
マイクロレンズの表面に沿って広がる透光膜を形成する
工程とを具備することを特徴としている。The method of forming a microlens array according to the present invention comprises the steps of processing a material layer of the microlens into a pattern corresponding to a plurality of microlenses in an array state, and reflowing the processed material layer. Forming a plurality of microlenses, and forming a light-transmitting film extending along the surfaces of the plurality of microlenses.
【0015】本願の発明によるマイクロレンズアレイの
形成方法は、有機膜を塗布することによって前記透光膜
を形成することができる。In the method of forming a microlens array according to the present invention, the light transmitting film can be formed by applying an organic film.
【0016】本願の発明によるマイクロレンズアレイの
形成方法は、プラズマCVD法で無機膜を堆積させるこ
とによって前記透光膜を形成することができる。In the method of forming a microlens array according to the present invention, the light-transmitting film can be formed by depositing an inorganic film by a plasma CVD method.
【0017】本願の発明によるマイクロレンズアレイで
は、マイクロレンズの表面に沿って透光膜が広がってい
るので、透光膜の厚さだけマイクロレンズの径が実質的
に大きくて、マイクロレンズ同士の間の実質的な無効領
域が少ない。In the microlens array according to the present invention, since the light transmitting film extends along the surface of the micro lens, the diameter of the micro lens is substantially large by the thickness of the light transmitting film. There is little substantial invalid area between them.
【0018】また、透光膜がSiON膜であれば、Si
ON膜中のO及びNの比率を調整することによってこの
SiON膜の屈折率を容易に制御することができるの
で、マイクロレンズのみでは所望の焦点位置を得ること
ができない場合でも、SiON膜の屈折率を制御するこ
とによって焦点位置を制御することができる。If the light transmitting film is a SiON film, Si
By adjusting the ratio of O and N in the ON film, the refractive index of the SiON film can be easily controlled. Therefore, even if the desired focal position cannot be obtained only by the microlens, the refractive index of the SiON film can be reduced. The focus position can be controlled by controlling the rate.
【0019】また、透光膜の屈折率がマイクロレンズの
屈折率よりも低ければ、マイクロレンズで反射される光
量が少なくて、マイクロレンズを透過する光量が多い。If the refractive index of the light transmitting film is lower than the refractive index of the microlens, the amount of light reflected by the microlens is small and the amount of light transmitted through the microlens is large.
【0020】本願の発明によるマイクロレンズアレイの
形成方法では、マイクロレンズの表面に沿って広がる透
光膜を形成しているので、透光膜の厚さだけマイクロレ
ンズの径を実質的に大きくすることができる。In the method of forming a microlens array according to the present invention, since the light-transmitting film extending along the surface of the microlens is formed, the diameter of the microlens is substantially increased by the thickness of the light-transmitting film. be able to.
【0021】このため、配列状態の複数のマイクロレン
ズに対応するパターンにマイクロレンズの材料層を加工
する際に、パターン間の間隔を広めに確保することがで
きる。また、材料層のリフローを調整するよりも透光膜
の厚さを調整する方がマイクロレンズ間の間隔を正確に
制御することができるので、マイクロレンズ同士の間の
実質的な無効領域を少なくすることができる。For this reason, when processing the material layer of the microlens into a pattern corresponding to the plurality of microlenses in the arrangement state, it is possible to secure a large space between the patterns. Also, adjusting the thickness of the light-transmitting film can more accurately control the distance between the microlenses than adjusting the reflow of the material layer, so that the effective area between the microlenses is reduced. can do.
【0022】また、有機膜の塗布やプラズマCVD法に
よる無機膜の堆積によって透光膜を形成すれば、マイク
ロレンズの材料層のリフロー温度よりも低い温度で透光
膜を形成することができるので、形成済のマイクロレン
ズを変形させることなく透光膜を形成することができ
る。If the light transmitting film is formed by applying an organic film or depositing an inorganic film by plasma CVD, the light transmitting film can be formed at a temperature lower than the reflow temperature of the material layer of the microlens. In addition, the light transmitting film can be formed without deforming the formed microlens.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】以下、固体撮像素子のオンチップ
マイクロレンズアレイ及びその形成方法に適用した本願
の発明の一実施形態を、図1を参照しながら説明する。
図1(a)(b)に示す様に、本実施形態でも、熱処理
で材料層25をリフローさせ、材料層25の表面張力に
よって曲面を有するオンチップマイクロレンズ22を形
成するまでは、図3に示した一従来例の形成方法と実質
的に同様の工程を実行する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention applied to an on-chip microlens array of a solid-state imaging device and a method for forming the same will be described below with reference to FIG.
As shown in FIGS. 1A and 1B, also in this embodiment, until the material layer 25 is reflowed by heat treatment to form the on-chip microlens 22 having a curved surface due to the surface tension of the material layer 25, FIG. The steps substantially the same as those of the conventional method shown in FIG.
【0024】但し、本実施形態では、熱処理によるリフ
ローのみでオンチップマイクロレンズ22間の間隔を最
適化する必要がないので、隣接するオンチップマイクロ
レンズ22同士の短絡に対して十分な余裕を持てる様
に、0.6〜1μm程度の比較的広い間隔を得られれば
よい。However, in the present embodiment, it is not necessary to optimize the interval between the on-chip microlenses 22 only by reflow by heat treatment, so that there is a sufficient margin for a short circuit between adjacent on-chip microlenses 22. Thus, it is sufficient that a relatively wide interval of about 0.6 to 1 μm can be obtained.
【0025】次に、図1(c)に示す様に、フォトレジ
ストである材料層25と同じ有機膜、または、材料層2
5と異なる有機膜であっても材料層25の屈折率以下の
屈折率を有する有機膜である透光膜26を、500nm
以下の厚さに回転塗布する。塗布に際しては、塗布機の
回転数や有機膜の粘度等を調整して透光膜26の厚さを
調整し、透光膜26がオンチップマイクロレンズ22の
表面に沿って広がる様に薄く塗布する。Next, as shown in FIG. 1C, the same organic film as the material layer 25 which is a photoresist, or the material layer 2 is used.
The light-transmitting film 26, which is an organic film having a refractive index equal to or less than the refractive index of the material layer 25 even if the organic film is
Spin-coat to the following thickness. At the time of coating, the thickness of the light transmitting film 26 is adjusted by adjusting the rotation speed of the coating machine, the viscosity of the organic film, and the like, so that the light transmitting film 26 is spread thinly along the surface of the on-chip microlens 22. I do.
【0026】この結果、図1(c)に示した様に、透光
膜26の厚さだけオンチップマイクロレンズ22の径が
実質的に大きくなって、オンチップマイクロレンズ22
同士の間の実質的な無効領域が少なくなる。As a result, as shown in FIG. 1C, the diameter of the on-chip micro lens 22 is substantially increased by the thickness of the light transmitting film 26, and
There is less substantial ineffective area between each other.
【0027】なお、オンチップマイクロレンズ22の集
光状態が透光膜26によって変化する場合でも、透光膜
26による焦点位置の変化を予め見積もっておき、垂直
方向及び水平方向の両方における材料層25のパターン
を調整することによって、オンチップマイクロレンズ2
2の形状を最適化することができる。Even when the light-collecting state of the on-chip microlens 22 is changed by the light-transmitting film 26, the change of the focal position by the light-transmitting film 26 is estimated in advance, and the material layers in both the vertical direction and the horizontal direction are estimated. 25 on-chip micro lens 2
2 can be optimized.
【0028】ところで、以上の実施形態では、有機膜の
塗布によって透光膜26を形成しているが、180℃以
下の温度の高密度プラズマCVD法で、SiO2 膜やS
iON膜等の無機膜を形成してもよい。In the above embodiment, the light transmitting film 26 is formed by applying an organic film. However, the SiO 2 film or the S 2 film is formed by a high-density plasma CVD method at a temperature of 180 ° C. or less.
An inorganic film such as an iON film may be formed.
【0029】特に、SiON膜は、原料ガスであるSi
H4 、N2 O、NH3 の条件等を適当に選択し、SiO
N膜中のO及びNの比率を調整することによってこのS
iON膜の屈折率を容易に制御することができる。従っ
て、オンチップマイクロレンズ22のみでは所望の焦点
位置を得ることができない場合でも、SiON膜の屈折
率を制御し焦点位置を制御することによって、固体撮像
素子の感度を高めることができる。In particular, the SiON film is made of a material gas of Si
The conditions of H 4 , N 2 O and NH 3 are appropriately selected, and
By adjusting the ratio of O and N in the N film, this S
The refractive index of the iON film can be easily controlled. Therefore, even when the desired focal position cannot be obtained only by the on-chip micro lens 22, the sensitivity of the solid-state imaging device can be increased by controlling the refractive index of the SiON film and controlling the focal position.
【0030】なお、以上の実施形態は固体撮像素子のオ
ンチップマイクロレンズアレイ及びその形成方法に本願
の発明を適用したものであるが、例えば液晶表示素子の
オンチップマイクロレンズアレイ及びその形成方法に本
願の発明を適用することによって、液晶表示素子の画質
を高めることもできる。In the above embodiments, the invention of the present application is applied to an on-chip microlens array of a solid-state imaging device and a method of forming the same. For example, the present invention is applied to an on-chip microlens array of a liquid crystal display device and a method of forming the same. By applying the invention of the present application, the image quality of a liquid crystal display element can be improved.
【0031】[0031]
【発明の効果】本願の発明によるマイクロレンズアレイ
では、マイクロレンズ同士の間の実質的な無効領域が少
ないので、固体撮像素子の感度等を高めることができ
る。According to the microlens array of the present invention, since the effective area between the microlenses is small, the sensitivity of the solid-state imaging device can be improved.
【0032】また、透光膜がSiON膜であれば、マイ
クロレンズのみでは所望の焦点位置を得ることができな
い場合でも、SiON膜の屈折率を制御することによっ
て焦点位置を制御することができるので、固体撮像素子
の感度等を更に高めることができる。If the light-transmitting film is a SiON film, the focal position can be controlled by controlling the refractive index of the SiON film even when a desired focal position cannot be obtained only by the microlens. In addition, the sensitivity and the like of the solid-state imaging device can be further increased.
【0033】また、透光膜の屈折率がマイクロレンズの
屈折率よりも低ければ、マイクロレンズで反射される光
量が少なくて、マイクロレンズを透過する光量が多いの
で、固体撮像素子の感度等を更に高めることができる。If the refractive index of the light transmitting film is lower than the refractive index of the microlens, the amount of light reflected by the microlens is small and the amount of light transmitted through the microlens is large. Can be even higher.
【0034】本願の発明によるマイクロレンズアレイの
形成方法では、配列状態の複数のマイクロレンズに対応
するパターンにマイクロレンズの材料層を加工する際
に、パターン間の間隔を広めに確保することができるの
で、隣接するマイクロレンズ同士の短絡を抑制すること
ができて、マイクロレンズアレイを高い歩留りで形成す
ることができる。In the method of forming a microlens array according to the present invention, when processing a material layer of a microlens into a pattern corresponding to a plurality of microlenses in an arrayed state, it is possible to secure a large space between the patterns. Therefore, a short circuit between adjacent microlenses can be suppressed, and a microlens array can be formed with a high yield.
【0035】また、マイクロレンズ同士の間の実質的な
無効領域を少なくすることができるので、固体撮像素子
の感度等を高めることができるマイクロレンズアレイを
形成することができる。Further, since a substantially ineffective area between the microlenses can be reduced, a microlens array capable of improving the sensitivity and the like of the solid-state imaging device can be formed.
【0036】また、有機膜の塗布やプラズマCVD法に
よる無機膜の堆積によって透光膜を形成すれば、形成済
のマイクロレンズを変形させることなく透光膜を形成す
ることができるので、マイクロレンズアレイを更に高い
歩留りで形成することができる。If the light transmitting film is formed by applying an organic film or depositing an inorganic film by a plasma CVD method, the light transmitting film can be formed without deforming the formed micro lens. Arrays can be formed with higher yields.
【図1】本願の発明の一実施形態による形成方法を工程
順に示す側断面図である。FIG. 1 is a side sectional view showing a forming method according to an embodiment of the present invention in the order of steps.
【図2】本願の発明の一従来例が適用されている固体撮
像素子の側断面図である。FIG. 2 is a side sectional view of a solid-state imaging device to which a conventional example of the present invention is applied.
【図3】一従来例による形成方法を工程順に示す側断面
図である。FIG. 3 is a side sectional view showing a forming method according to a conventional example in the order of steps.
22 オンチップマイクロレンズ 23 オンチップマ
イクロレンズアレイ 25 材料層 26 透光膜22 On-chip micro lens 23 On-chip micro lens array 25 Material layer 26 Light transmitting film
Claims (7)
のマイクロレンズが配列されていることを特徴とするマ
イクロレンズアレイ。1. A microlens array, wherein a plurality of microlenses having a light-transmitting film extending along the surface are arranged.
徴とする請求項1記載のマイクロレンズアレイ。2. The microlens array according to claim 1, wherein said light transmitting film is a SiON film.
ズの屈折率よりも低いことを特徴とする請求項1記載の
マイクロレンズアレイ。3. The microlens array according to claim 1, wherein a refractive index of said light transmitting film is lower than a refractive index of said microlens.
徴とする請求項3記載のマイクロレンズアレイ。4. The microlens array according to claim 3, wherein said light transmitting film is a SiO 2 film.
するパターンに前記マイクロレンズの材料層を加工する
工程と、 前記加工を行った前記材料層をリフローさせて前記複数
のマイクロレンズを形成する工程と、 前記複数のマイクロレンズの表面に沿って広がる透光膜
を形成する工程とを具備することを特徴とするマイクロ
レンズアレイの形成方法。5. A step of processing the material layer of the microlens into a pattern corresponding to a plurality of microlenses in an array state, and a step of reflowing the processed material layer to form the plurality of microlenses. And forming a light-transmitting film extending along the surfaces of the plurality of microlenses.
膜を形成することを特徴とする請求項5記載のマイクロ
レンズアレイの形成方法。6. The method for forming a microlens array according to claim 5, wherein the light transmitting film is formed by applying an organic film.
ことによって前記透光膜を形成することを特徴とする請
求項5記載のマイクロレンズアレイの形成方法。7. The method according to claim 5, wherein the light transmitting film is formed by depositing an inorganic film by a plasma CVD method.
Priority Applications (1)
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JP9020091A JPH10206605A (en) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | Microlens array and forming method thereof |
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JP9020091A JPH10206605A (en) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | Microlens array and forming method thereof |
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JPH10206605A true JPH10206605A (en) | 1998-08-07 |
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JP9020091A Pending JPH10206605A (en) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | Microlens array and forming method thereof |
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JP (1) | JPH10206605A (en) |
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1997
- 1997-01-17 JP JP9020091A patent/JPH10206605A/en active Pending
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