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JP3677977B2 - Method for forming a microlens - Google Patents
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JP3677977B2 - Method for forming a microlens - Google Patents

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    • H10F39/8063Microlenses

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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の画素からなる画素面上に、各画素毎に独立してマイクロレンズを形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のマイクロレンズを備えたものとして、固体撮像素子やエリアセンサ、リニアセンサ等のイメージセンサ、液晶表示素子などが知られている。
中でも固体撮像素子は、その集光効率を高めて感度向上を図るべく、近年ではマイクロレンズを設けるのが普通になってきている。
【0003】
ところで、このような固体撮像素子においては、これへの入射光が、チップ中央部、すなわち多数の画素からなる画素面の中央部では画面に対して垂直となり、周辺側にいくに連れて垂直から角度をもった斜め光へと変化する。
図5(a)、(b)、(c)は、各光学系における固体撮像素子への結像モデルを示す図であり、図5(a)に示すテレセントリック光学系の場合を除き、図5(b)に示す射出瞳がマイナスである光学系の場合、あるいは図5(c)に示す射出瞳がプラスである光学系の場合では、固体撮像素子の画素面上への光の入射角は、その画素面の位置によって変わってくる。
【0004】
したがって、近年の固体撮像素子では、各単位画素における受光センサ部上にマイクロレンズを形成する場合、画素面全域での感度の均一化を図るため、画素面の周辺側にいくに連れてマイクロレンズの中心を受光センサ部の中心からずらすことにより、斜めの入射光も受光センサ部に確実に入射するように工夫されている。
なお、このようにマイクロレンズの中心と受光センサ部の中心とをずらし、斜め入射光を確実に受光センサ部に入射させることを、本明細書では射出瞳補正と称する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図5(b)に示したような射出瞳マイナス光学系では、前記射出瞳補正を行った従来の固体撮像素子のマイクロレンズでの集光が図6(a)、(b)、(c)に示す通りとなる。ここで、図6(a)は、固体撮像素子の画素面を示す側面図である図7の、画素面1の中央部Aでのマイクロレンズ集光状態を示し、同様に図6(b)は図7における中央部Aより周辺部側のBでのマイクロレンズ集光状態を示し、図6(c)は図7における周辺部Cでのマイクロレンズ集光状態を示している。なお、図6(a)、(b)、(c)中において符号2は受光センサ部、3はマイクロレンズ、4は遮光膜であり、固体撮像素子の画素面上に入射した光は、これらの図に示すようにマイクロレンズ3で集光されてこれの下方に位置する受光センサ部2に入射するようになっている。
【0006】
図6(a)、(b)、(c)に示すように、画素面1上に形成されたマイクロレンズ3はいずれも同じ曲率であり、したがって同一の曲率半径Rを有しているものの、斜め光に対する集光効率をよくするため、画素面中心から周辺にいくに連れてマイクロレンズ3の中心が受光センサ部2の中心より画素面中心にずれるように射出瞳補正されている。(LA =0<LB <LC ;ただし、LA 、LB 、LC はマイクロレンズ3の中心と受光センサ部2の中心との距離)。
【0007】
したがって、該マイクロレンズ3で受ける入射光の光束の量は、図8に示すように像面照度における「COSIN4乗則」にしたがい、画素面1の中央部Aから周辺部Cにいくに連れ、WA 、WB 、WC の順に小さくなる。
なお、「COSIN4乗則」は、図8から以下のように示される。
E=E0 ×COS4 ω
ただし、E :光軸外の放射照度〔1m/m2
0 :光軸上の放射照度〔1m/m2
ω :被写体の主光線が光軸となす角
【0008】
このように射出瞳補正のみでは、画素面1の中央部Aから周辺部Cにいくに連れて入射光の光束の量が少なくなるので、画素面1内で均一な放射強度をもつ平面物体を撮像したとき、得られる表示画面は図9に示すように中央部で明るく周辺側にいくに連れて徐々に暗くなり、感度シェーディング(不具合)が発生して実物とは異なってしまうのである。
【0009】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、マイクロレンズの集光位置による感度不均一性を改善することのできる、マイクロレンズの形成方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロレンズの形成方法では、多数の画素からなる画素面上に、各画素毎に独立してマイクロレンズを設けるとともに、該マイクロレンズを、前記画素面の中心部では該マイクロレンズ中心とこれに対応する単一画素の中心とを一致させ、画素面の周辺部にいくに連れて、漸次マイクロレンズ中心と画素中心とをずらす射出瞳補正を行って形成するに際し、まず、マイクロレンズ材料であるレジストを前記画素面上に塗布してレジスト層を形成し、次に、前記レジスト層をパターニングして各画素毎にそれぞれ独立したレジストパターンを射出瞳補正した状態に形成するとともに、該レジストパターンを、前記画素面の中央部では互いに隣り合うレジストパターン間の間隔を広くし、画素面の周辺部にいくに連れて、互いに隣り合うレジストパターン間の間隔を徐々に狭くして、レジストパターン自体が前記画素面の中央部から周辺側にいくに連れてその体積が徐々に増加していくように形成し、その後、前記レジストパターンをリフロー処理して上に凸の凸状マイクロレンズを形成するとともに、該凸状マイクロレンズの曲率半径を前記画素面の中央部から周辺にいくに連れて徐々に大きくして、各マイクロレンズに入射する斜め光の光束の量が画素面の中央部と周辺部とで同じになるように調整することを前記課題の解決手段とした。
【0011】
この形成方法によれば、射出瞳補正を行うだけでなく、その曲率半径を画素面の中央部から周辺にいくに連れて徐々に大きくしてマイクロレンズを形成するので、得られるマイクロレンズはその集光位置による感度不均一性が改善されたものとなる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明は、多数の画素からなる画素面上に、各画素毎に独立してマイクロレンズを形成する方法であり、詳しくは、射出瞳補正を行うとともに、画素面の中央部から周辺側にいくに連れて曲率半径を徐々に大きくしてマイクロレンズを形成する方法である。
【0013】
このようにして形成されるマイクロレンズとしては、種々のものに適用可能であり、具体的には固体撮像素子やエリアセンサ、リニアセンサ等のイメージセンサ、さらには液晶表示素子などにも用いられる。なお、液晶表示素子としては、点光源から発せられる光を各画素がマイクロレンズで集め、映し出すタイプのものはもちろん、バックライト付きのものにも適用することができる。
【0014】
以下、本発明のマイクロレンズの形成方法を、固体撮像素子のマイクロレンズの形成に適用した例を基に詳しく説明するが、これに先立ち、本発明方法が適用される固体撮像素子の概略構成について説明する。
図4(a)、(b)、(c)は、本発明が適用された固体撮像素子の一例を示す図であり、(a)は固体撮像素子の平面図、(b)は図4(a)中bで示す位置における単位画素部の、水平方向(H方向)での側断面図、(c)は図4(a)中cで示す位置における単位画素部の、垂直方向(V方向)での側断面図である。
【0015】
図4(b)、(c)において符号10は固体撮像素子、11はシリコン基板である。シリコン基板11には、その表層部に光電変換をなす受光センサ部12が形成されており、その一方の側には読み出しゲート(図示略)を介して垂直転送部13(図4(b)参照)が、また他方の側にはチャネルストップ(図示略)を介して別の垂直転送部13が形成されている。
なお、受光センサ部12が一つ形成されることにより、基本的にこの箇所にて独立した単一の画素が構成されるようになっている。
シリコン基板11の表面部にはSiO2 からなる絶縁膜14が形成されており、この絶縁膜14の上には第1ポリシリコンからなる第1転送電極15と第2ポリシリコンからなる第2転送電極16(図4(c)参照)とが一部重なり合う状態で形成されている。
【0016】
これら第1転送電極15、第2転送電極16上にはこれらを覆って絶縁膜(図示略)が形成されており、該絶縁膜上には前記受光センサ部12の直上部の一部を開口した状態に遮光膜17が形成されている。
遮光膜17の上にはこれを覆って保護膜18が形成され、さらにその上にはカラーフィルタ層19を介してマイクロレンズ20が形成されている。ここで、このマイクロレンズ20は、本発明の方法によって形成されたものとなっているのである。
【0017】
このマイクロレンズ20を形成するには、まず図1(a)、(b)、(c)に示すように、図4(b)、(c)においてカラーフィルタ層19までを形成したもののカラーフィルタ層19上に、すなわち各受光センサ部12毎に単一画素が形成されてなる画素面上に、マイクロレンズ材料であるレジストを塗布してレジスト層を形成し、さらに、このレジスト層をパターニングして各画素毎にそれぞれ独立した矩形状のレジストパターン21a、21b、21cを形成する。ここで、図1(a)は前記図7に示した、画素面1の中央部Aに形成したレジストパターン21aを示し、図1(b)は図7における中央部Aより周辺部側のBに形成したレジストパターン21bを示し、図6(c)は図7における周辺部Cに形成したレジストパターン21cを示している。
【0018】
このようなレジストパターン21a、21b、21cの形成に際しては、従来と同様にこれらレジストパターン21a、21b、21cを射出瞳補正するとともに、該レジストパターン21a、21b、21cを、図7に示した画素面1の中央部Aでは図1(a)に示すように互いに隣り合うレジストパターン21a、21a間の間隔GA を広くし、以下、画素面の周辺部にいくに連れて、互いに隣り合うレジストパターン間の間隔を徐々に狭くして形成する。
【0019】
すなわち、図7に示した画素面1のBでは、図1(b)に示すようにレジストパターン21b、21b間の間隔GB を前記GA より狭くし、さらに図7に示した画素面1の周辺部Cでは、図1(c)に示すようにレジストパターン21c、21c間の間隔GC を前記GB より狭くする。このようにして画素面1の中央部から周辺側にいくに連れてレジストパターン間の間隔を徐々に狭くしていくと、レジストパターン自体は中央部から周辺側にいくに連れてその体積が徐々に増加していく。
【0020】
なお、これらレジストパターン21a、21b、21cについては、従来と同様に射出瞳補正を行うべく、画素面1の中央部から周辺部にいくに連れて、各レジストパターンの中心とこれの直下に位置する受光センサ部12の中心とを徐々にずらして形成する。したがって、レジストパターン形成に用いる露光用のマスクについては、射出瞳補正がなされると同時に、レジストパターン間の距離が徐々に狭くなるように予め設計され作製されている。
【0021】
また、レジストパターン間の距離が徐々に狭くなる度合いについては、後述するように該レジストパターン間の距離の差により形成されるレジストパターンの体積に差が生じ、これによって得られるマイクロレンズの曲率半径に差が生じ、このため各マイクロレンズに入射する斜め光の光束の量が画素面1の中央部と周辺部とで同じになるように調整される。
【0022】
このようにしてレジストパターン21a、21b、21cを形成したら、これらレジストパターン21a、21b、21cをリフローベーク処理し、図2(a)、(b)、(c)に示すように上に凸の凸状マイクロレンズ20a、20b、20cを形成する。
形成されたマイクロレンズ20a、20b、20cは、射出瞳補正されて形成されているのはもちろん、レジストパターン自体が中央部から周辺側にいくに連れてその体積が増加していることにより、その曲率半径も画素面1の中央部から周辺部にいくに連れて徐々に大きくなっている。
【0023】
すなわち、このように本発明によって得られたマイクロレンズ20a、20b、20cは、図3(a)、(b)、(c)に示すように、斜め光に対する集光効率をよくするため、画素面中心から周辺にいくに連れてマイクロレンズの中心が受光センサ部12の中心より画素面中心にずれて射出瞳補正されている(LA =0<LB <LC ;ただし、LA 、LB 、LC はマイクロレンズの中心と受光センサ部12の中心との距離)だけでなく、その曲率半径がrA 、rB 、rC の順に徐々に大きくなっているのである(rA <rB <rC )。
したがって、これらマイクロレンズ20a、20b、20cで受ける入射光の光束の量は、図3(a)、(b)、(c)に示したように同じWに統一され、これにより各画素の受光センサ部12で取り込む光が同じになり、よって放射強度が均一なものについては均一に表示(絵出し)することができるようになる。
【0024】
よって、本発明のマイクロレンズの形成方法にあっては、射出瞳補正を行うだけでなく、その曲率半径rA 、rB 、rC を画素面の中央部から周辺にいくに連れて徐々に大きくなるようにマイクロレンズ20a、20b、20cを形成するので、その集光位置による感度不均一性を改善し、したがって画素面の中央部と周辺部とで画質に差のない表示が可能となるようにマイクロレンズを形成することができる。
また、このようにして得られた固体撮像素子にあっては、従来の構成からなるマイクロレンズを用いた固体撮像素子では射出瞳距離プラスまたはマイナスの場合に、撮像エリア(画素面)中心から周辺側にいくに連れて集光ポイントが受光面からその上側に移動する現象があったが、これを抑制することもできる。
【0025】
なお、本発明はこのような固体撮像素子のマイクロレンズの形成に限定されることなく、前述したようにエリアセンサ、リニアセンサ等のイメージセンサや、液晶表示素子にも適用される。例えば液晶表示素子に適用すれば、画像を映し出す液晶表示素子の光源から遠くなるほどマイクロレンズを大きくし、光源から発せられる光を各画素毎にマイクロレンズで集めることにより、画面を同一輝度にすることができる。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のマイクロレンズの形成方法は、射出瞳補正を行うだけでなく、その曲率半径を画素面の中央部から周辺にいくに連れて徐々に大きくしてマイクロレンズを形成する方法であるから、得られるマイクロレンズについて、その集光位置による感度不均一性を改善することができる。
したがって、本発明を例えば固体撮像素子の製造に適用した場合に、COSINE4乗則に伴う像面照度不均一性を改善することができ、さらに、射出瞳距離がプラスまたはマイナスの光学系である場合に、固体撮像素子の撮像エリア中心から周辺にかけてマイクロレンズの集光ポイントが変化することによる、感度不均一性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)、(b)、(c)は、本発明を固体撮像素子のマイクロレンズの形成に適用した場合の例を説明するための図であり、レジストパターンを形成した状態を表す要部側面図である。
【図2】(a)、(b)、(c)は、本発明を固体撮像素子のマイクロレンズの形成に適用した場合の例を説明するための図であり、図1に続いてマイクロレンズを形成した状態を表す要部側面図である。
【図3】(a)、(b)、(c)は、本発明を固体撮像素子のマイクロレンズの形成に適用した場合の例を説明するための図であり、形成されたマイクロレンズの状態を説明するための要部側面図である。
【図4】(a)、(b)、(c)は、本発明が適用された固体撮像素子の一例を示す図であり、(a)は固体撮像素子の平面図、(b)は(a)中bで示す位置における単位画素部の、水平方向(H方向)での側断面図、(c)は(a)中cで示す位置における単位画素部の、垂直方向(V方向)での側断面図である。
【図5】(a)、(b)、(c)は、各光学系における固体撮像素子への結像モデルを示す図であり、(a)はテレセントリック光学系の場合を示す図、(b)は射出瞳がマイナスである光学系の場合を示す図、(c)は射出瞳がプラスである光学系の場合を示す図である。
【図6】(a)、(b)、(c)は、従来の固体撮像素子におけるマイクロレンズの形成方法を説明するための図であり、形成されたマイクロレンズの状態を説明するための要部側面図である。
【図7】固体撮像素子の画素面を示す側面図である。
【図8】COSIN4乗則の説明図である。
【図9】感度シューディングが発生した表示画面の様子を模式的に示す図である。
【符号の説明】
20a,20b,20c…マイクロレンズ、21a,21b,21c…レジストパターン
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a microlens independently for each pixel on a pixel surface composed of a large number of pixels.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a solid-state imaging device, an area sensor, an image sensor such as a linear sensor, a liquid crystal display device, and the like are known as devices including this type of microlens.
Among them, in recent years, it has become common to provide a microlens for a solid-state imaging device in order to improve the light collection efficiency and improve the sensitivity.
[0003]
By the way, in such a solid-state imaging device, incident light to this is perpendicular to the screen at the center of the chip, that is, the center of the pixel surface composed of a large number of pixels, and from the vertical as it goes to the peripheral side. It changes into oblique light with an angle.
FIGS. 5A, 5B, and 5C are diagrams showing an imaging model on a solid-state imaging device in each optical system. Except for the telecentric optical system shown in FIG. In the case of an optical system having a negative exit pupil as shown in FIG. 5B or in the case of an optical system having a positive exit pupil as shown in FIG. 5C, the incident angle of light on the pixel surface of the solid-state imaging device is Depending on the position of the pixel surface.
[0004]
Therefore, in recent solid-state imaging devices, when a microlens is formed on the light receiving sensor portion of each unit pixel, the microlens is moved toward the peripheral side of the pixel surface in order to equalize the sensitivity over the entire pixel surface. By shifting the center of the light receiving sensor unit from the center of the light receiving sensor unit, it is devised so that oblique incident light also reliably enters the light receiving sensor unit.
It should be noted that shifting the center of the microlens and the center of the light receiving sensor portion in this way to ensure that obliquely incident light is incident on the light receiving sensor portion is referred to as exit pupil correction in this specification.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the exit pupil minus optical system as shown in FIG. 5B, the condensing by the microlens of the conventional solid-state imaging device subjected to the exit pupil correction is performed as shown in FIGS. As shown in c). Here, FIG. 6A shows a microlens condensing state in the central portion A of the pixel surface 1 of FIG. 7 which is a side view showing the pixel surface of the solid-state imaging device, and similarly FIG. 7 shows a microlens condensing state at B on the peripheral side from the central portion A in FIG. 7, and FIG. 6C shows a microlens condensing state at the peripheral portion C in FIG. 6A, 6B, and 6C, reference numeral 2 denotes a light receiving sensor unit, 3 denotes a microlens, 4 denotes a light-shielding film, and light incident on the pixel surface of the solid-state imaging device is As shown in the figure, the light is condensed by the microlens 3 and is incident on the light receiving sensor portion 2 positioned below the microlens 3.
[0006]
As shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C, the microlenses 3 formed on the pixel surface 1 all have the same curvature, and thus have the same curvature radius R. In order to improve the light collection efficiency with respect to the oblique light, the exit pupil is corrected so that the center of the microlens 3 is shifted from the center of the light receiving sensor unit 2 to the center of the pixel surface as it goes from the center of the pixel surface to the periphery. (L A = 0 <L B <L C ; where L A , L B , and L C are the distances between the center of the microlens 3 and the center of the light receiving sensor unit 2).
[0007]
Accordingly, the amount of incident light beam received by the microlens 3 follows the "COSIN fourth power law" in the image plane illuminance as shown in FIG. It becomes smaller in order of W A , W B , W C.
The “COSIN fourth power law” is shown as follows from FIG.
E = E 0 × COS 4 ω
E: Irradiance off the optical axis [1 m / m 2 ]
E 0 : Irradiance on the optical axis [1 m / m 2 ]
ω: angle formed by the principal ray of the subject and the optical axis
Thus, with only exit pupil correction, the amount of light flux of incident light decreases from the central part A to the peripheral part C of the pixel surface 1, so that a planar object having a uniform radiation intensity in the pixel surface 1 can be obtained. As shown in FIG. 9, when the image is taken, the obtained display screen becomes brighter at the center and gradually becomes darker as it goes to the peripheral side, resulting in sensitivity shading (defects) and different from the actual one.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for forming a microlens that can improve sensitivity non-uniformity due to a condensing position of the microlens.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the method for forming a microlens according to the present invention, a microlens is provided independently for each pixel on a pixel surface composed of a large number of pixels, and the microlens is arranged at the center of the pixel surface with the center of the microlens. In order to match the center of a single pixel corresponding to this and go to the peripheral part of the pixel surface, the exit lens correction is performed by gradually shifting the center of the microlens from the center of the pixel. A resist layer is applied on the pixel surface to form a resist layer, and then the resist layer is patterned to form an independent resist pattern for each pixel in the exit pupil corrected state, and the resist layer In the center part of the pixel surface, the interval between the resist patterns adjacent to each other is widened, and the pattern is adjacent to each other as it goes to the peripheral part of the pixel surface. Gradually reduce the distance between the resist pattern, the volume is formed as gradually increases As the resist pattern itself toward the periphery side from the central portion of the pixel plane, then, the resist pattern Reflow processing forms convex convex microlenses and gradually increases the radius of curvature of the convex microlenses from the center to the periphery of the pixel surface, and enters each microlens. The solution to the above problem is to adjust the amount of the luminous flux of the oblique light to be the same between the central portion and the peripheral portion of the pixel surface .
[0011]
According to this forming method, not only the exit pupil correction is performed, but also the microlens is formed by gradually increasing the curvature radius from the central part of the pixel surface to the periphery, so that the obtained microlens is Sensitivity non-uniformity due to the light collection position is improved.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is a method of forming a microlens independently for each pixel on a pixel surface composed of a large number of pixels. Specifically, the present invention performs exit pupil correction and goes from the center of the pixel surface to the peripheral side. Accordingly, the radius of curvature is gradually increased to form a microlens.
[0013]
The microlenses formed in this manner can be applied to various types, specifically, image sensors such as solid-state imaging devices, area sensors, linear sensors, and liquid crystal display devices. Note that the liquid crystal display element can be applied not only to a type in which each pixel collects light emitted from a point light source with a microlens and displays it but also to a type with a backlight.
[0014]
Hereinafter, the microlens forming method of the present invention will be described in detail based on an example in which the microlens forming method of the present invention is applied to the formation of a microlens of a solid-state imaging device. explain.
4A, 4 </ b> B, and 4 </ b> C are diagrams illustrating an example of a solid-state imaging device to which the present invention is applied, in which FIG. 4A is a plan view of the solid-state imaging device, and FIG. FIG. 4A is a side sectional view in the horizontal direction (H direction) of the unit pixel portion at a position indicated by b in FIG. 4A, and FIG. 4C is a vertical direction (V direction) of the unit pixel portion in the position indicated by c in FIG. FIG.
[0015]
4B and 4C, reference numeral 10 denotes a solid-state imaging device, and 11 denotes a silicon substrate. The silicon substrate 11 is formed with a light receiving sensor portion 12 that performs photoelectric conversion on the surface layer portion, and a vertical transfer portion 13 (see FIG. 4B) is provided on one side of the silicon substrate 11 via a read gate (not shown). On the other side, another vertical transfer unit 13 is formed via a channel stop (not shown).
Note that by forming one light receiving sensor unit 12, an independent single pixel is basically configured at this point.
An insulating film 14 made of SiO 2 is formed on the surface portion of the silicon substrate 11. A first transfer electrode 15 made of first polysilicon and a second transfer made of second polysilicon are formed on the insulating film 14. The electrode 16 (see FIG. 4C) is partially overlapped.
[0016]
An insulating film (not shown) is formed on the first transfer electrode 15 and the second transfer electrode 16 so as to cover them, and a part of the light receiving sensor section 12 is opened on the insulating film. A light shielding film 17 is formed in this state.
A protective film 18 is formed on the light shielding film 17 so as to cover it, and a microlens 20 is formed on the light shielding film 17 via a color filter layer 19. Here, the microlens 20 is formed by the method of the present invention.
[0017]
In order to form the microlens 20, first, as shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C, the color filter formed by forming the color filter layer 19 in FIGS. 4B and 4C is used. A resist layer is formed by applying a resist as a microlens material on the layer 19, that is, on a pixel surface on which a single pixel is formed for each light receiving sensor portion 12, and further, this resist layer is patterned. Independent rectangular resist patterns 21a, 21b, and 21c are formed for each pixel. Here, FIG. 1A shows the resist pattern 21a formed in the central portion A of the pixel surface 1 shown in FIG. 7, and FIG. 1B shows B on the peripheral side from the central portion A in FIG. FIG. 6C shows the resist pattern 21c formed on the peripheral portion C in FIG.
[0018]
When such resist patterns 21a, 21b, and 21c are formed, the resist patterns 21a, 21b, and 21c are subjected to exit pupil correction in the same manner as in the past, and the resist patterns 21a, 21b, and 21c are applied to the pixels shown in FIG. resist pattern 21a which, as shown in the middle portion a of the surface 1 FIGS. 1 (a) adjacent to each other, to widen the gap G a between 21a, below, as the go to the periphery of the pixel surface, adjacent to each other resist The distance between patterns is gradually narrowed.
[0019]
That is, in the B pixel surface 1 shown in FIG. 7, FIG. 1 the resist pattern 21b (b), the spacing G B between 21b narrower than the G A, pixel surface 1 shown further in FIG. 7 in the peripheral portion C of, narrower than the G B resist pattern 21c, the gap G C between 21c as shown in Figure 1 (c). In this way, when the interval between the resist patterns is gradually narrowed from the central part of the pixel surface 1 to the peripheral side, the volume of the resist pattern itself gradually increases from the central part to the peripheral side. Will increase.
[0020]
Note that the resist patterns 21a, 21b, and 21c are positioned at the center of each resist pattern and directly below the center from the center to the periphery of the pixel surface 1 in order to perform exit pupil correction in the same manner as in the past. It is formed by gradually shifting the center of the light receiving sensor part 12 to be shifted. Therefore, the exposure mask used for forming the resist pattern is designed and manufactured in advance so that the exit pupil correction is performed and at the same time the distance between the resist patterns is gradually reduced.
[0021]
As for the degree to which the distance between the resist patterns is gradually narrowed, as will be described later, a difference occurs in the volume of the resist pattern formed by the difference in the distance between the resist patterns, and the curvature radius of the microlens obtained thereby Therefore, the amount of the light beam of the oblique light incident on each microlens is adjusted so as to be the same between the central portion and the peripheral portion of the pixel surface 1.
[0022]
When the resist patterns 21a, 21b, and 21c are formed in this way, the resist patterns 21a, 21b, and 21c are reflow-baked to project upward as shown in FIGS. 2 (a), (b), and (c). Convex microlenses 20a, 20b, and 20c are formed.
The formed microlenses 20a, 20b, and 20c are formed by correcting the exit pupil, and the volume of the resist pattern itself increases from the center to the peripheral side. The radius of curvature gradually increases from the central part of the pixel surface 1 to the peripheral part.
[0023]
That is, the microlenses 20a, 20b, and 20c thus obtained according to the present invention are provided with a pixel in order to improve the light collection efficiency with respect to oblique light, as shown in FIGS. 3 (a), (b), and (c). As the center of the surface moves from the center of the surface to the periphery, the center of the microlens shifts from the center of the light receiving sensor 12 to the center of the pixel surface, and exit pupil correction is performed (L A = 0 <L B <L C ; L A , L B and L C are not only the distance between the center of the microlens and the center of the light receiving sensor unit 12), but also the radius of curvature gradually increases in the order of r A , r B and r C (r A <R B <r C ).
Therefore, the amount of incident light received by the microlenses 20a, 20b, and 20c is unified to the same W as shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C. The light captured by the sensor unit 12 is the same, so that the light having a uniform radiation intensity can be displayed (pictured) uniformly.
[0024]
Therefore, in the microlens formation method of the present invention, not only the exit pupil correction is performed, but the curvature radii r A , r B , r C are gradually increased from the central part of the pixel surface to the periphery. Since the microlenses 20a, 20b, and 20c are formed so as to be large, sensitivity nonuniformity due to the condensing position is improved, and therefore, display with no difference in image quality between the central portion and the peripheral portion of the pixel surface becomes possible. Thus, a microlens can be formed.
Further, in the solid-state imaging device obtained in this way, the solid-state imaging device using a microlens having a conventional configuration has a periphery from the center of the imaging area (pixel surface) when the exit pupil distance is plus or minus. There is a phenomenon in which the condensing point moves from the light receiving surface to the upper side as it goes to the side, but this can also be suppressed.
[0025]
The present invention is not limited to the formation of such a microlens of a solid-state imaging device, but can be applied to an image sensor such as an area sensor and a linear sensor, and a liquid crystal display device as described above. For example, when applied to a liquid crystal display element, the screen is made to have the same brightness by enlarging the microlens as it is farther from the light source of the liquid crystal display element that displays an image, and collecting the light emitted from the light source by the microlens for each pixel. Can do.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, the microlens formation method of the present invention not only performs exit pupil correction, but also forms a microlens by gradually increasing the radius of curvature from the center to the periphery of the pixel surface. Since this method is used, it is possible to improve the sensitivity non-uniformity due to the condensing position of the obtained microlens.
Therefore, when the present invention is applied to, for example, the manufacture of a solid-state imaging device, it is possible to improve the image surface illuminance non-uniformity associated with the COSINE fourth power rule, and further, when the exit pupil distance is a plus or minus optical system In addition, it is possible to improve the sensitivity non-uniformity due to the change of the condensing point of the microlens from the center to the periphery of the imaging area of the solid-state imaging device.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A, 1B, and 1C are views for explaining an example in which the present invention is applied to the formation of a microlens of a solid-state imaging device, and shows a state in which a resist pattern is formed. It is a principal part side view to represent.
FIGS. 2A, 2B, and 2C are diagrams for explaining an example in which the present invention is applied to formation of a microlens of a solid-state imaging device; FIG. It is a principal part side view showing the state which formed.
FIGS. 3A, 3B, and 3C are diagrams for explaining an example in which the present invention is applied to formation of a microlens of a solid-state imaging device, and the state of the formed microlens. It is a principal part side view for demonstrating.
4A is a diagram illustrating an example of a solid-state imaging device to which the present invention is applied, FIG. 4A is a plan view of the solid-state imaging device, and FIG. a) A cross-sectional side view in the horizontal direction (H direction) of the unit pixel portion at the position indicated by b in the middle, and (c) in the vertical direction (V direction) of the unit pixel portion at the position indicated by c in (a). FIG.
FIGS. 5A, 5B, and 5C are diagrams showing an imaging model on a solid-state imaging device in each optical system, and FIG. 5A is a diagram showing a case of a telecentric optical system; ) Is a diagram showing a case of an optical system having a negative exit pupil, and (c) is a diagram showing a case of an optical system having a positive exit pupil.
6A, 6B, and 6C are diagrams for explaining a microlens forming method in a conventional solid-state imaging device, and are important points for explaining a state of the formed microlens. FIG.
FIG. 7 is a side view showing a pixel surface of a solid-state image sensor.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a COSIN fourth power law.
FIG. 9 is a diagram schematically showing a state of a display screen on which sensitivity puddle occurs.
[Explanation of symbols]
20a, 20b, 20c ... micro lens, 21a, 21b, 21c ... resist pattern

Claims (4)

多数の画素からなる画素面上に、各画素毎に独立してマイクロレンズを設けるとともに、該マイクロレンズを、前記画素面の中心部では該マイクロレンズ中心とこれに対応する単一画素の中心とを一致させ、画素面の周辺部にいくに連れて、漸次マイクロレンズ中心と画素中心とをずらす射出瞳補正を行って形成するマイクロレンズの形成方法であって、
マイクロレンズ材料であるレジストを前記画素面上に塗布してレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層をパターニングして各画素毎にそれぞれ独立したレジストパターンを射出瞳補正した状態に形成するとともに、該レジストパターンを、前記画素面の中央部では互いに隣り合うレジストパターン間の間隔を広くし、画素面の周辺部にいくに連れて、互いに隣り合うレジストパターン間の間隔を徐々に狭くして、レジストパターン自体が前記画素面の中央部から周辺側にいくに連れてその体積が徐々に増加していくように形成する工程と、
前記レジストパターンをリフロー処理して上に凸の凸状マイクロレンズを形成するとともに、該凸状マイクロレンズの曲率半径を前記画素面の中央部から周辺にいくに連れて徐々に大きくして、各マイクロレンズに入射する斜め光の光束の量が画素面の中央部と周辺部とで同じになるように調整する工程と、を備えてなる
ことを特徴とするマイクロレンズの形成方法。
A microlens is independently provided for each pixel on a pixel surface composed of a large number of pixels, and the microlens is arranged at the center of the pixel surface with the center of the microlens and the center of a single pixel corresponding thereto. A microlens forming method that performs exit pupil correction that gradually shifts the center of the microlens and the pixel center as it goes to the periphery of the pixel surface,
Applying a resist which is a microlens material on the pixel surface to form a resist layer;
The resist layer is patterned to form an independent resist pattern for each pixel in an exit pupil corrected state, and the resist pattern is widened between adjacent resist patterns in the center of the pixel surface. The distance between adjacent resist patterns is gradually narrowed toward the periphery of the pixel surface, and the volume of the resist pattern itself gradually increases from the center of the pixel surface to the periphery. A process of forming to increase ,
Wherein the resist pattern to form a projecting convex microlenses above with reflow process, gradually increasing take the radius of curvature of the convex microlenses toward the peripheral from the center portion of the pixel plane, each Adjusting the amount of light flux of oblique light incident on the microlens to be the same at the central portion and the peripheral portion of the pixel surface . A method of forming a microlens, comprising:
前記マイクロレンズが固体撮像素子の画素面上に設けられることを特徴とする請求項1記載のマイクロレンズの形成方法。  The method of forming a microlens according to claim 1, wherein the microlens is provided on a pixel surface of a solid-state imaging device. 前記マイクロレンズがイメージセンサの画素面上に設けられることを特徴とする請求項1記載のマイクロレンズの形成方法。  The method of forming a microlens according to claim 1, wherein the microlens is provided on a pixel surface of an image sensor. 前記マイクロレンズが液晶表示素子の画素面上に設けられることを特徴とする請求項1記載のマイクロレンズの形成方法。  The method for forming a microlens according to claim 1, wherein the microlens is provided on a pixel surface of a liquid crystal display element.
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