專(zhuān)利名稱(chēng)：固態(tài)成像裝置、其制造方法及用于固態(tài)成像裝置的襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由光電轉(zhuǎn)換裝置例如C-MOS、CCD等代表的固態(tài)成像裝置，以及涉及固態(tài)成像裝置的制造方法和用于固態(tài)成像裝置的襯底。特別地，本發(fā)明涉及具有基本上沒(méi)有表面粗糙度并且透鏡間的間隙很小的微透鏡的固態(tài)成像裝置、這種固態(tài)成像裝置的制造方法、以及用于固態(tài)成像裝置的襯底。
背景技術(shù)：
設(shè)計(jì)成有助于光電轉(zhuǎn)換的諸如C-MOS、CCD等光電轉(zhuǎn)換裝置的區(qū)域(孔徑)基于光電轉(zhuǎn)換裝置的整個(gè)面積被限定為大約20到40％，盡管它依賴(lài)于元件的尺寸以及像素的數(shù)量。由于孔徑的有限尺寸直接導(dǎo)致其光敏度的惡化，一般在實(shí)踐中，為了補(bǔ)充孔徑的有限尺寸，提供具有用于會(huì)聚光的微透鏡的光電轉(zhuǎn)換裝置。
然而近來(lái)，對(duì)于非常細(xì)小的CCD成像裝置的需求不斷增加，其中像素的數(shù)量超過(guò)三百萬(wàn)個(gè)。在這種非常細(xì)小的CCD成像裝置中，由于噪聲例如閃耀和拖影的增加而引起的圖像質(zhì)量惡化以及安裝在其上的微透鏡的孔徑比的下降(即，光敏度的下降)現(xiàn)在成為要解決的問(wèn)題。至于所關(guān)心的諸如C-MOS、CCD等成像裝置，像素的數(shù)量現(xiàn)在幾乎接近于充足的程度，使得有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品制造商現(xiàn)在將注意力逐漸從像素的數(shù)量轉(zhuǎn)移到圖像質(zhì)量上來(lái)。為了允許將成像裝置安裝在便攜式電話(huà)或小PDA設(shè)備上，現(xiàn)在逐漸使成像裝置的像素的尺寸小型化并降至2μm左右。
至于形成微透鏡的技術(shù)，例如，日本特開(kāi)昭60-53073號(hào)公報(bào)(1985)對(duì)使用干法刻蝕的技術(shù)進(jìn)行了相對(duì)詳細(xì)的說(shuō)明。在該日本特許專(zhuān)利公報(bào)中，還公開(kāi)了通過(guò)運(yùn)用樹(shù)脂熱流來(lái)利用樹(shù)脂的熱流動(dòng)性而將透鏡形成為半球形結(jié)構(gòu)的技術(shù)，以及在透鏡的表面上形成諸如PGMA膜的有機(jī)膜或諸如OCD(SiO2型)膜的無(wú)機(jī)膜的技術(shù)。
例如，日本特開(kāi)平6-37058號(hào)公報(bào)(1994)對(duì)通過(guò)轉(zhuǎn)移形成微透鏡并且通過(guò)干法刻蝕進(jìn)行工作的技術(shù)以及在干法刻蝕中使用CF4氣體和O2氣體作為刻蝕氣體的技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。在下文中，為了方便，將通過(guò)干法刻蝕技術(shù)制備的微透鏡稱(chēng)為轉(zhuǎn)移透鏡并且將透鏡的這種工作方法稱(chēng)為轉(zhuǎn)移方法。
由于這樣的事實(shí)通過(guò)使用轉(zhuǎn)移透鏡，可以使包括形成在光電轉(zhuǎn)換裝置上的平面層和濾色器的疊置結(jié)構(gòu)變得更薄，并且還可以增加微透鏡的孔徑比使其高于熱流透鏡的孔徑比，所以可以說(shuō)轉(zhuǎn)移透鏡的特性在于其提高成像裝置性能的能力。
此外，例如，在日本特開(kāi)平6-112459號(hào)公報(bào)(1994)和日本特開(kāi)2003-229550號(hào)公報(bào)(2003)中，對(duì)形成轉(zhuǎn)移透鏡的技術(shù)進(jìn)行了說(shuō)明，其中通過(guò)使用相同的光敏透鏡材料在光敏透鏡材料層上形成熱流透鏡，并且使用所得到的熱流透鏡作為母版以通過(guò)干法刻蝕轉(zhuǎn)移母版上的圖案，由此形成轉(zhuǎn)移透鏡。此外，例如，在日本特開(kāi)2000-269474號(hào)公報(bào)(2000)中，對(duì)通過(guò)使用光敏透鏡材料使像素之間的間隙減到最小的技術(shù)進(jìn)行了說(shuō)明。
通過(guò)利用干法刻蝕轉(zhuǎn)移透鏡母版的結(jié)構(gòu)形成微透鏡的方法通常是通過(guò)以下方法來(lái)執(zhí)行的首先通過(guò)使用展現(xiàn)出樹(shù)脂熱流特性的光敏樹(shù)脂材料，并且通過(guò)隨后對(duì)光敏樹(shù)脂材料進(jìn)行曝光，顯影以及樹(shù)脂的熱流在下層的透明樹(shù)脂層上產(chǎn)生透鏡母版，然后通過(guò)干法刻蝕將透鏡母版的圖案轉(zhuǎn)移到下層的透明樹(shù)脂層上以形成轉(zhuǎn)移透鏡。
在根據(jù)該轉(zhuǎn)移方法的微透鏡的產(chǎn)生過(guò)程中，將要產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移透鏡的高度取決于下層的透明樹(shù)脂層的刻蝕速率以及透鏡母版的刻蝕速率。
理論上，可以通過(guò)結(jié)合用于形成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂層和透鏡母版的刻蝕速率來(lái)控制透鏡的結(jié)構(gòu)。
例如，如果希望透鏡的結(jié)構(gòu)低于透鏡母版，可以想到的是采用選擇刻蝕速率較大的透鏡母版的方法或選擇刻蝕速率較小的透明樹(shù)脂的方法。然而，由于要求用作透鏡母版的樹(shù)脂具有極好的樹(shù)脂熱流特性以及光敏度以便通過(guò)曝光和顯影使其形成圖案，因此選擇的范圍相對(duì)較窄使得如果僅基于其刻蝕速率來(lái)選擇樹(shù)脂，則可能犧牲其另外的特性。另一方面，如果選擇刻蝕速率小的透明樹(shù)脂，例如苯乙烯樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂，則由于這些材料的耐熱性低，即耐熱性最多為230℃左右，而且由于這些樹(shù)脂的刻蝕速率低，所以使用這些樹(shù)脂將導(dǎo)致生產(chǎn)效率惡化。
然而，樹(shù)脂熱流特性極好的光敏樹(shù)脂的刻蝕速率一般小于用于形成轉(zhuǎn)移透鏡(下層的透明樹(shù)脂層)的材料，希望根據(jù)透明性和耐熱性來(lái)使用它。因此，當(dāng)由光敏樹(shù)脂產(chǎn)生的透鏡母版被轉(zhuǎn)移到透鏡樹(shù)脂層上時(shí)，由此得到的轉(zhuǎn)移透鏡將變得比透鏡母版高并且在間隙上也變得更大(即透鏡間的間隙更大)。
在這種情況下，由于通過(guò)利用由光敏樹(shù)脂的熱流產(chǎn)生的表面張力使透鏡變圓，因此難以控制透鏡母版自身的高度，從而不可能使透鏡母版非常的高或低。
至于為了使固態(tài)成像裝置能運(yùn)行必須采用的光電轉(zhuǎn)換裝置的具體例子，CCD和C-MOS例如是已知的。CCD的優(yōu)點(diǎn)是可以將其制成細(xì)小的結(jié)構(gòu)，C-MOS的優(yōu)點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單并且功耗較低，從而基于具體的目的來(lái)適當(dāng)?shù)厥褂盟鼈?。至于從半?dǎo)體襯底的表面到光電轉(zhuǎn)換裝置的距離，在CCD的情況下相對(duì)較短但在C-MOS的情況下相對(duì)較長(zhǎng)。因此，根據(jù)它們的具體特性，需要特別選擇微透鏡的焦距，即微透鏡的高度。然而，如上所述，在轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的情況下，根據(jù)下層的透明樹(shù)脂層的刻蝕速率和透鏡母版的刻蝕速率確定所要得到的轉(zhuǎn)移透鏡的高度，因此產(chǎn)生了透鏡結(jié)構(gòu)不能控制的問(wèn)題。
此外，為了提高靈敏度和圖像質(zhì)量，一般需要固態(tài)成像裝置的孔徑比盡可能地接近100％。因此，為了得到這一孔徑比，相鄰微透鏡之間的距離(下文中，被稱(chēng)為透鏡間的間隙)應(yīng)該優(yōu)選為盡可能的小，或者理想地相鄰微透鏡應(yīng)當(dāng)彼此接觸。然而，存在的問(wèn)題是，在通過(guò)樹(shù)脂的熱流形成微透鏡的情況下，由于需要保持透鏡的結(jié)構(gòu)所以不可能使透鏡間的間隙非常小。
此外，需要固態(tài)成像裝置在其制造工藝中展現(xiàn)出高到200℃或以上的耐熱性。特別是最近，對(duì)于能夠使用無(wú)鉛焊料來(lái)安裝包括成像裝置的半導(dǎo)體裝置的需求不斷增加，因此現(xiàn)在要求半導(dǎo)體裝置展現(xiàn)出從240到260℃范圍內(nèi)的耐熱性。
在上述的情況下，可以想到的是采用丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂，其作為耐熱性極好的樹(shù)脂是熱固性樹(shù)脂。然而，伴隨著丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的問(wèn)題是，其刻蝕速率一般高于用作形成透鏡母版的材料的熱流型光敏樹(shù)脂的刻蝕速率，因此要產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移透鏡的高度會(huì)變得太高。此外，耐熱性極好的樹(shù)脂例如熱固化的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂一般在抗干法刻蝕性上有些不足，并且其表面易變得粗糙，因此，如果采用這種樹(shù)脂，轉(zhuǎn)移透鏡的表面將會(huì)非常粗糙，由此產(chǎn)生光散射并且因此導(dǎo)致透光性的惡化以及圖像質(zhì)量的惡化。
此外，與使固態(tài)成像裝置小型化的趨勢(shì)一致，也要求減小入射光在微透鏡表面上的反射系數(shù)，因此減少來(lái)自固態(tài)成像裝置表面的防護(hù)用玻璃的反射光的再入射，以提高圖像質(zhì)量(提高信噪比)。至于形成這種微透鏡的材料，可以?xún)?yōu)選采用低折射率的樹(shù)脂，例如氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂等。然而，折射率低的樹(shù)脂更有可能由于其干法刻蝕而產(chǎn)生粗糙的表面。因此，當(dāng)通過(guò)使用折射率低的樹(shù)脂形成透明樹(shù)脂層并將透鏡母版的圖案轉(zhuǎn)移到透明樹(shù)脂層時(shí)，會(huì)使所得到的轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙得多，由此產(chǎn)生問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種固態(tài)成像裝置的制造方法，該方法使得可以控制透鏡的高度。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種具有透鏡間的間隙很小的轉(zhuǎn)移透鏡的固態(tài)成像裝置，以及提供一種制造這種轉(zhuǎn)移透鏡的方法。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種具有能夠抑制表面粗糙度的轉(zhuǎn)移透鏡的固態(tài)成像裝置，以及提供一種制造這種轉(zhuǎn)移透鏡的方法。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方案，提供一種固態(tài)成像裝置的制造方法，該固態(tài)成像裝置包括兩維設(shè)置的光電轉(zhuǎn)換裝置；各自設(shè)置成與每個(gè)光電轉(zhuǎn)換裝置相對(duì)應(yīng)的濾色器；以及多個(gè)各自直接或間接設(shè)置在濾色器上的轉(zhuǎn)移透鏡；該方法包括1)形成多個(gè)在顏色上彼此不同的濾色器；2)在濾色器上形成透明樹(shù)脂層；3)在透明樹(shù)脂層上形成刻蝕控制層，能夠以與透明樹(shù)脂層的刻蝕速率不同的刻蝕速率刻蝕該刻蝕控制層；4)通過(guò)使用易熱流樹(shù)脂材料在刻蝕控制層上形成透鏡母版；5)通過(guò)干法刻蝕將透鏡母版的圖案轉(zhuǎn)移到刻蝕控制層以形成中間微透鏡；以及6)通過(guò)干法刻蝕將中間微透鏡的圖案轉(zhuǎn)移到透明樹(shù)脂層以形成轉(zhuǎn)移透鏡。
在根據(jù)本發(fā)明第一方案的固態(tài)成像裝置的制造方法的情況下，由于在透明樹(shù)脂層上形成以與透明樹(shù)脂層刻蝕速率不同的刻蝕速率刻蝕的刻蝕控制層，所以可以控制轉(zhuǎn)移透鏡的高度而不管用作透鏡形成材料的透明樹(shù)脂層。
在這種情況下，刻蝕控制層可以在刻蝕速率上小于透明樹(shù)脂層的刻蝕速率。由此，能夠降低透鏡的高度。此外，可以得到透鏡間的間隙很小的轉(zhuǎn)移透鏡。
透明樹(shù)脂層可以包括丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂，特別是，在其骨架中具有苯環(huán)的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂?；蛘?，可以由包括具有苯環(huán)的有機(jī)化合物的樹(shù)脂形成透明樹(shù)脂層。由此，現(xiàn)在可以形成透光性極好的微透鏡并且可以抑制表面粗糙度。此外，由于以這種方式可以降低刻蝕速率，因此可以減小轉(zhuǎn)移透鏡的高度。此外，還可以使透鏡間的間隙減到最小。
此外，透明樹(shù)脂層可以包括氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂。
另外，可以由含有不少于0.2％的折射率為1.47或以小的化合物的樹(shù)脂形成透明樹(shù)脂層。
可以由具有控制樹(shù)脂熱流功能的材料形成刻蝕控制層。
特別地，可以由苯乙烯樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂形成刻蝕控制層。
轉(zhuǎn)移透鏡可以由透明樹(shù)脂層和濾色器組成。由于濾色器的上部還用于構(gòu)成微透鏡的一部分，所以可以縮短微透鏡和光電轉(zhuǎn)換裝置之間的距離，因此使得可以獲得較小的并且光敏性極好的固態(tài)成像裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方案，提供一種固態(tài)成像裝置，該固態(tài)成像裝置包括兩維設(shè)置的光電轉(zhuǎn)換裝置；各自設(shè)置成與每個(gè)光電轉(zhuǎn)換裝置相對(duì)應(yīng)的濾色器；以及多個(gè)各自直接或間接設(shè)置在濾色器上的轉(zhuǎn)移透鏡；該固態(tài)成像裝置的特征在于在多個(gè)轉(zhuǎn)移透鏡當(dāng)中相鄰的轉(zhuǎn)移透鏡之間的間隙不大于0.035μm，并且將以不大于0.035μm的間隙設(shè)置的相鄰轉(zhuǎn)移透鏡之間的接觸長(zhǎng)度限定在多個(gè)轉(zhuǎn)移透鏡的間距的3-80％的范圍內(nèi)。
在如上所述結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明第二方案的固態(tài)成像裝置中，由于將相鄰轉(zhuǎn)移透鏡之間的間隙限定為不大于0.035μm，并且由于將以不大于0.035μm的間隙設(shè)置的相鄰轉(zhuǎn)移透鏡之間的接觸長(zhǎng)度限定在多個(gè)轉(zhuǎn)移透鏡的間距的3-80％的范圍內(nèi)，因此可以獲得高孔徑比和極好的光吸收效率。
在這種情況下，可以將轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度限制為50nm或更小。
此外，可以由含有不少于0.2％的折射率為1.47或以下的化合物的樹(shù)脂形成轉(zhuǎn)移透鏡。由此，可以抑制轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度以及入射光的表面反射。
至于折射率為1.47或以下的化合物，可以使用氟化合物或硅化合物。
轉(zhuǎn)移透鏡的外圍部分可以由濾色器組成。由于濾色器的上部還用于構(gòu)成微透鏡的一部分，所以可以減小微骰鏡和光電轉(zhuǎn)換裝置之間的距離，因此使得可以獲得較小的并且光敏生極好的固態(tài)成像裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方案，提供一種用于固態(tài)成像裝置的襯底，其包括兩維設(shè)置的光電轉(zhuǎn)換裝置；各自設(shè)置成與每個(gè)光電轉(zhuǎn)換裝置相對(duì)應(yīng)的濾色器；直接或間接形成在濾色器上的透明樹(shù)脂層；可以以與透明樹(shù)脂層的刻蝕速率不同的刻蝕速率刻蝕的刻蝕控制層；以及形成在刻蝕控制層上的易熱流樹(shù)脂層。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方案，由于可以以與透明樹(shù)脂層的刻蝕速率不同的刻蝕速率刻蝕的刻蝕控制層插在用作轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂層和用作透鏡母版的易熱流樹(shù)脂材料之間，因此可以任意控制最終形成的轉(zhuǎn)移透鏡的高度。因此，可以提供設(shè)有具有任何期望焦距的微透鏡的固態(tài)成像裝置。
此外，在本發(fā)明第一方案的一個(gè)實(shí)施例中，使刻蝕控制層的刻蝕速率小于透明樹(shù)脂層的刻蝕速率，因此不僅可以降低通過(guò)將透鏡母版的圖案轉(zhuǎn)移到刻蝕控制層而獲得的中間微透鏡的高度，還可以使透鏡間的間隙減到最小。然后，將該中間微透鏡轉(zhuǎn)移到透明樹(shù)脂層上，因此不僅可以使最終產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移透鏡的高度變得與最初形成的透鏡母版的高度接近，而且可以使透鏡間的間隙減到最小。因此，現(xiàn)在可以獲得與透鏡母版的高度轉(zhuǎn)換差異小，孔徑比高并且光吸收效率極好的固態(tài)成像裝置。
此外，在本發(fā)明第一方案的另一實(shí)施例中，可以利用丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂，特別是在其骨架上具有苯環(huán)的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂，形成透明樹(shù)脂層或者利用包括具有苯環(huán)的有機(jī)化合物的樹(shù)脂形成透鏡樹(shù)脂層，由此使得可以形成透光性極好的微透鏡。在這種情況下，也可以抑制透鏡的表面粗糙度。另外，由于可以減小刻蝕速率，所以可以減小形成的轉(zhuǎn)移透鏡的高度。此外，還可以將透鏡間的間隙減到最小。因此，可以獲得焦距短的固態(tài)成像裝置。另外，現(xiàn)在可以獲得孔徑比高，透鏡表面的光散射小以及光吸收效率極好的固態(tài)成像裝置。
而且，在本發(fā)明第一方案的又一實(shí)施例中，利用氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂形成透明樹(shù)脂層，因此使得可以減小所要形成的轉(zhuǎn)移透鏡的折射率并且抑制入射光的表面反射，因此獲得光吸收效率極好并且產(chǎn)生的噪聲小的固態(tài)成像裝置?；蛘撸煤胁簧儆?.2％的折射率不大于1.47的化合物的樹(shù)脂形成透鏡樹(shù)脂層，因此使得可以獲得一種固態(tài)成像裝置，其中進(jìn)一步抑制轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度以使光在透鏡表面上的散射減到最小，同時(shí)減小轉(zhuǎn)移透鏡的折射率。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方案，由于將相鄰轉(zhuǎn)移透鏡之間的間隙限定為不大于0.035μm，并且由于將以不大于0.035μm的間隙設(shè)置的相鄰轉(zhuǎn)移透鏡之間的接觸長(zhǎng)度限定在多個(gè)轉(zhuǎn)移透鏡的間距的3-80％的范圍內(nèi)，因此可以獲得高孔徑比和極好的光吸收效率。
在這種情況下，當(dāng)將轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度限定為50nm或更小時(shí)，可以提供一種固態(tài)成像裝置，其能夠抑制透光率的惡化以及由于光的散射而導(dǎo)致的圖像質(zhì)量的惡化。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方案，由于對(duì)具有預(yù)定層疊結(jié)構(gòu)的襯底進(jìn)行規(guī)定的加工，所以可以提供設(shè)有其中可以任意控制其高度的轉(zhuǎn)移透鏡的的固態(tài)成像裝置。


圖1是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造方法獲得的固態(tài)成像裝置的部分剖面圖；圖2A是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖；圖2B是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖；圖2C是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖；圖2D是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖；圖2E是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖；圖2F是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖；圖2G是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖；圖3是示出圖1所示的固態(tài)成像裝置的一部分的平面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的部分剖面圖；圖5是示出圖1所示的固態(tài)成像裝置的一部分的平面圖；圖6是在例1中形成的轉(zhuǎn)移透鏡的表面的SEM照片；圖7是在比較例1中形成的轉(zhuǎn)移透鏡的表面的SEM照片；圖8A是示出根據(jù)例7的固態(tài)成像裝置的制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖；圖8B是示出根據(jù)例7的固態(tài)成像裝置的制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖；圖8C是示出根據(jù)例7的固態(tài)成像裝置的制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖；圖8D是示出根據(jù)例7的固態(tài)成像裝置的制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖；圖8E是示出根據(jù)例7制造的固態(tài)成像裝置的截面圖；圖9是在例7中形成的轉(zhuǎn)移透鏡的表面的SEM照片；圖10A是示出根據(jù)例10的固態(tài)成像裝置的制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖；圖10B是示出根據(jù)例10的固態(tài)成像裝置的制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖；圖10C是示出根據(jù)例10的固態(tài)成像裝置的制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖；圖10D是示出根據(jù)例10的固態(tài)成像裝置的制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖；圖10E是示出根據(jù)例10的固態(tài)成像裝置的制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖；圖10F是示出根據(jù)例10制造的固態(tài)成像裝置的截面圖；以及圖11是在例10中形成的轉(zhuǎn)移透鏡的表面的SEM照片。
實(shí)施本發(fā)明的最佳模式接下來(lái)，將詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例獲得的固態(tài)成像裝置的部分剖面圖。圖2A-2G是逐步示出圖1所示的固態(tài)成像裝置的制造方法的部分截面圖。圖3是圖1所示的固態(tài)成像裝置的平面圖。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)成像裝置由光電轉(zhuǎn)換裝置11，該光電轉(zhuǎn)換裝置11用于將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，將該光電轉(zhuǎn)換裝置11兩維設(shè)置在半導(dǎo)體襯底10中；平面層12，用于使形成在半導(dǎo)體襯底10上的粗糙表面變平；形成在平面層12上的濾色器13，用于對(duì)入射光進(jìn)行顏色分離(color-separating)；以及多個(gè)各自直接或間接設(shè)置在濾色器上的轉(zhuǎn)移透鏡14組成。
該固態(tài)成像裝置可以由圖2A-2G所示的方法制造。首先，在將光電轉(zhuǎn)換裝置21兩維設(shè)置在其中(圖2A)的半導(dǎo)體襯底20上形成用于使粗糙表面變平的平面層22(圖2B)。
然后，通過(guò)使用多種彩色光阻材料(color resist)(光敏著色樹(shù)脂組合物)，通過(guò)重復(fù)光刻工藝多次(圖2C)形成濾色器23。圖3示出濾色器23陣列的平面圖。每隔一個(gè)像素設(shè)置一個(gè)G(綠)濾光器，并且將R(紅)濾光器和B(藍(lán))濾光器分別設(shè)置在相鄰的G濾光器之間并且每隔一行分別進(jìn)行設(shè)置，因此形成所謂的拜爾陣列。圖1是沿圖3的線(xiàn)A-A′截取的截面圖。
此后，在濾色器23上涂敷例如用作透明樹(shù)脂的熱固性丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂涂層溶液以形成用于形成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂層24。另外，在透明樹(shù)脂層24上形成以與透明樹(shù)脂層的刻蝕速率不同的刻蝕速率刻蝕的刻蝕控制層25。然后，在刻蝕控制層25上形成用于形成透鏡母版的可溶于堿和易熱流的光敏樹(shù)脂層26(圖2D)。
至于用于形成將要用來(lái)形成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂層的樹(shù)脂的具體實(shí)例，它們包括丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂、氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、三聚氰胺樹(shù)脂、尿素樹(shù)脂、苯乙烯樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂以及這些樹(shù)脂的共聚物。在這些樹(shù)脂當(dāng)中，更優(yōu)選采用耐熱的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂或具有低折射率的氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂。這些樹(shù)脂可以單獨(dú)使用或者作為兩種或多種的混合物使用。
在這里，術(shù)語(yǔ)“氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂”旨在包括氟化丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂、具有有效降低折射率的含氟基團(tuán)的樹(shù)脂與丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的混合、以及包括上述氟化丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂或上述混合的樹(shù)脂，將硅基表面活化劑或氟基表面活化劑作為低折射率的化合物添加到其中。可以單獨(dú)使用這些樹(shù)脂，或者如果需要可以在這些樹(shù)脂中加入添加劑。至于這種氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂，例如可以使用MFS 179(產(chǎn)品名，Nippon Kayaku有限公司)。
根據(jù)該實(shí)施利的用于形成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂層應(yīng)該優(yōu)選包括折射率為1.47或以下的化合物以便減小其反射率并將光的表面反射減到最小。通常，上述的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂或苯乙烯樹(shù)脂，各自具有大約1.5-1.6的折射率，一般用作用于形成在固態(tài)成像裝置中使用的微透鏡或平面層的透明有機(jī)樹(shù)脂。
尤其是，由于用于形成固態(tài)成像裝置的轉(zhuǎn)移透鏡的氟化丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的折射率以實(shí)際的觀點(diǎn)來(lái)看在1.38到1.47的范圍內(nèi)，通過(guò)添加折射率不大于1.47的化合物可以獲得特別想要的效果。附帶地，由于折射率為1.37或以下的氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂依據(jù)非均勻性、收縮、低粘度等，在膜形成特性上不好，所以使用它是不切實(shí)際的。
至于折射率不大于1.47的化合物，可以采用硅化合物或氟化合物。至于在該實(shí)施例中使用的折射率不大于1.47的化合物，優(yōu)選使用那些在可見(jiàn)光范圍內(nèi)(在光波長(zhǎng)為400nm-700nm的范圍內(nèi))展示出高透射率并且展示出極好耐熱性的化合物。更具體地，如上所述，可以在硅基表面活生劑和氟基表面活性劑當(dāng)中任意選擇那些折射率不大于1.47的化合物。
基于透明樹(shù)脂層的量(固體含量)，折射率不大于1.47的化合物與用于組成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂層的混合比在重量上應(yīng)該優(yōu)選為0.2％或以上。因?yàn)?，?dāng)以在重量上為0.2％的比率將該化合物添加到透明樹(shù)脂層時(shí)，可以有效地提高轉(zhuǎn)移透鏡的平滑度。當(dāng)該化合物由硅基表面活性劑或氟基表面活性劑組成時(shí)，它們都不與透明樹(shù)脂層反應(yīng)，這些表面活性劑的混合比的上限在重量上為大約10％。附帶地，如果不需要考慮轉(zhuǎn)移透鏡的硬度，可以以在重量上大于10％的混合比添加這些表面活性劑。
至于該實(shí)施例中的用于形成刻蝕控制層的樹(shù)脂的具體實(shí)例，它們包括丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、三聚氰胺樹(shù)脂、尿素樹(shù)脂、苯乙烯樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂以及這些樹(shù)脂的共聚物。然而在它們當(dāng)中，更優(yōu)選采用刻蝕速率低的聚苯乙烯樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂。還優(yōu)選刻蝕控制層加入有含有抗干法刻蝕性極好(刻蝕速率小)的基團(tuán)或具有包含苯環(huán)或芳環(huán)的骨架的樹(shù)脂或加入有具有苯環(huán)的固化劑。通過(guò)加入這些樹(shù)脂或固化劑，可以減小刻蝕控制層的刻蝕速率并且將透明樹(shù)脂層加工成具有適當(dāng)尺寸的透鏡而不會(huì)過(guò)度增加要轉(zhuǎn)移到下層的丙烯酸類(lèi)透明樹(shù)脂層上的透鏡的結(jié)構(gòu)的厚度。
根據(jù)該實(shí)施例的用于形成刻蝕控制層的樹(shù)脂可以是光敏有機(jī)樹(shù)脂或者是熱固性有機(jī)樹(shù)脂。至于用于成像裝置的材料，它可以選自能夠優(yōu)化用于形成轉(zhuǎn)移透鏡的工藝的材料和刻蝕速率相對(duì)較小的材料?？梢酝ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)馗淖冇糜谛纬煽涛g控制層的樹(shù)脂的種類(lèi)而不必要改變用于形成透鏡母版的光敏樹(shù)脂層的材料或改變用于形成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂層的材料來(lái)任意調(diào)整轉(zhuǎn)移透鏡的高度。同樣地，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)馗淖兛涛g控制層的膜厚來(lái)任意改變轉(zhuǎn)移透鏡的高度。因此，可以形成相應(yīng)于具體的固態(tài)成像裝置在焦距上不同的微透鏡。
附帶地，當(dāng)特別采用氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂作為用于形成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂層時(shí)，由于氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂易于使其表面上的外來(lái)物質(zhì)相對(duì)容易地失去(run away)的事實(shí)，將會(huì)產(chǎn)生通過(guò)在其表面處使用樹(shù)脂的熱流而難于穩(wěn)定加工轉(zhuǎn)移透鏡的問(wèn)題。因此，優(yōu)選設(shè)置具有控制作為透鏡母版的下層的樹(shù)脂熱流的功能的層。在此使用的術(shù)語(yǔ)“控制樹(shù)脂熱流的功能”旨在表示控制沉積在上述層上的矩形的易熱流樹(shù)脂材料(即，形成在刻蝕控制層上的光敏樹(shù)脂層)的流動(dòng)性而由此通過(guò)保持透鏡形成材料的適當(dāng)流量而不在樹(shù)脂的熱流時(shí)產(chǎn)生其收縮來(lái)確保圓的光滑的結(jié)構(gòu)和尺寸的穩(wěn)定性的能力。在此使用的術(shù)語(yǔ)“流量”意味著由于在用于使透鏡為圓形結(jié)構(gòu)的圖案顯影之后在加熱和熔化(流動(dòng))透鏡的圖案時(shí)的透鏡材料的流動(dòng)而引起的透鏡厚度的增加。因此，當(dāng)在一側(cè)流量為0.1μm時(shí)，意味著當(dāng)加熱光敏樹(shù)脂層使其在它的每一側(cè)流動(dòng)0.1μm的距離時(shí)將例如高度為0.35μm以及寬度為2μm的矩形光敏樹(shù)脂層轉(zhuǎn)換為邊長(zhǎng)為2.2μm的透鏡母版。這里，將適當(dāng)?shù)牧髁肯薅ㄔ诿總?cè)0.1-0.15μm的范圍內(nèi)，從而當(dāng)將矩形光敏樹(shù)脂層轉(zhuǎn)換為透鏡母版時(shí)，將透鏡的高度增加到大約為光敏樹(shù)脂層的高度的1.3倍。
在該實(shí)施例中，由于設(shè)置能夠以比組成透鏡母版的樹(shù)脂層的刻蝕速率低的刻蝕速率刻蝕的刻蝕控制層，所以可以控制熱流透鏡并且還可以最終抑制低折射率的樹(shù)脂(氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂)的表面粗糙度，由此可以確保轉(zhuǎn)移透鏡中的不大于0.35μm的狹窄間隙。
即，由于設(shè)置低刻蝕速率的刻蝕控制層，所以可以形成基本上沒(méi)有表面粗糙度的中間微透鏡。此外，由于將這個(gè)基本上沒(méi)有表面粗糙度的中間微透鏡的圖案轉(zhuǎn)移到透明樹(shù)脂層上，所以可以獲得基本上沒(méi)有表面粗糙度并且透鏡間的間隙最小的轉(zhuǎn)移透鏡。另外，由于將透鏡母版的圖案轉(zhuǎn)移到低刻蝕速率的刻蝕控制層上，所以可以將透鏡間的間隙限定為在中間微透鏡的狀態(tài)下不大于0.35μm。由于將該中間微透鏡的圖案轉(zhuǎn)移到透明樹(shù)脂層上，所以可以獲得透鏡間的間隙不大于0.35μm的轉(zhuǎn)移透鏡。
特別地，由于設(shè)置能夠以比組成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂層的刻蝕速率低的刻蝕速率刻蝕的刻蝕控制層，所以可以獲得縱橫比相對(duì)低的轉(zhuǎn)移透鏡，例如縱橫比小于0.14，因此透鏡間的間隙很小。
在該實(shí)施例中，使用用于形成透鏡母版的術(shù)語(yǔ)“易熱流樹(shù)脂材料”來(lái)表示當(dāng)熱熔化樹(shù)脂材料時(shí)能夠通過(guò)其自身的表面張力形成彎曲的表面的熱塑性樹(shù)脂材料。至于該易熱流樹(shù)脂材料的具體實(shí)例，可以采用丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和聚苯乙烯樹(shù)脂，更優(yōu)選作為光敏性的并且可以通過(guò)堿性顯影形成為圖案的樹(shù)脂。附帶地，如果酚醛樹(shù)脂用于形成作為透鏡母版的下層的刻蝕控制層，則鑒于這些樹(shù)脂當(dāng)中的刻蝕速率的關(guān)系，用于組成透鏡母版的樹(shù)脂應(yīng)該優(yōu)選選自丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂和聚苯乙烯樹(shù)脂。使用于透鏡母版的樹(shù)脂的刻蝕速率低于刻蝕控制層的刻蝕速率從減小中間形成在刻蝕控制層中的微透鏡的高度(厚度)的觀點(diǎn)和從將透鏡間的間隙減到最小的觀點(diǎn)來(lái)看是優(yōu)選的。
然后，通過(guò)光掩模，對(duì)光敏樹(shù)脂層26進(jìn)行曝光并且利用堿性顯影溶液進(jìn)行顯影以形成相應(yīng)于光電轉(zhuǎn)換裝置的矩形圖案。然后對(duì)所得到的圖案進(jìn)行熱處理以形成透鏡母版27(圖2E)。
隨后，通過(guò)使用透鏡母版27作為中間掩模，對(duì)刻蝕控制層25進(jìn)行干法刻蝕以形成中間微透鏡28(圖2F)。
在該實(shí)施例中所使用的刻蝕控制層25用于控制樹(shù)脂熱流時(shí)的透鏡母版的流動(dòng)性，確保透鏡的圓形光滑結(jié)構(gòu)和尺寸的穩(wěn)定性，如上所述調(diào)整干法刻蝕時(shí)的透鏡高度(即預(yù)先減小透鏡的高度從而避免透鏡的高度在干法刻蝕丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂時(shí)變得太高的調(diào)整)，并且將透鏡間的間隙減到最小。
最后，通過(guò)干法刻蝕，將中間微透鏡28的圖案轉(zhuǎn)移到透明樹(shù)脂層24上以形成轉(zhuǎn)移透鏡29，因此完成固態(tài)成像裝置(圖2G)。
可以通過(guò)使用各種干法刻蝕方法和諸如ECR、平行板磁控管、DMR、IPC和雙頻型RIE的裝置來(lái)執(zhí)行在本發(fā)明中所使用的干法刻蝕。
至于在干法刻蝕中所采用的氣體，不存在任何具體的限制，只要它能夠展現(xiàn)出反應(yīng)性(氧化或還原特性)即可。例如，可以使用在其組成上含有諸如氟、氯、溴等鹵族元素的氣體，或在其組成上含有氧或硫元素的氣體?？梢允褂贸鲜鲞@些氣體之外的各種氣體。
然而，從對(duì)人體的影響觀點(diǎn)來(lái)看，實(shí)際優(yōu)選采用毒性低的碳氟化合物基氣體。
碳氟化合物基氣體應(yīng)當(dāng)選自那些能夠滿(mǎn)足實(shí)現(xiàn)關(guān)于形成轉(zhuǎn)移透鏡時(shí)的表面粗糙度、透鏡間的間隙、透鏡的截面結(jié)構(gòu)、刻蝕速率等優(yōu)良特性的所有條件的氣體。如果考慮對(duì)作為形成轉(zhuǎn)移透鏡時(shí)的重要因素的透鏡間狹小間隙的影響，在碳氟化合物基氣體當(dāng)中更優(yōu)選選擇一種相對(duì)于F的原子百分比C的原子百分比更高的氣體，例如C3F8、C4F8等，而不是CF4，這種氣體在更容易獲得轉(zhuǎn)移透鏡的CD增量方面是有效的。然而，不使用上述刻蝕控制層的制造方法的情況下，如果單獨(dú)使用這些氣體，將會(huì)產(chǎn)生各種問(wèn)題。例如，透鏡的表面將會(huì)非常粗糙，刻蝕速率將會(huì)惡化，以及將會(huì)產(chǎn)生不正常的透鏡橫截面的結(jié)構(gòu)。
例如，如果僅使用CF4氣體，則對(duì)透鏡間狹小間隙的影響將會(huì)不足。如果僅使用C3F8氣體，則刻蝕速率將會(huì)惡化或者透鏡的截面結(jié)構(gòu)將會(huì)變?yōu)槿切?。如果僅使用C4F8氣體，刻蝕速率將會(huì)惡化或者透鏡的表面粗糙度將會(huì)變得更加明顯。
將諸如He、Ar等惰性氣體或O2加入到上述碳氟化合物基氣體中將會(huì)在提高刻蝕速率方面是有效的。然而，加入惰性氣體或O2將更可能產(chǎn)生副作用，例如增加透鏡間的間隙或增加表面粗糙度。然而，當(dāng)如該實(shí)施例所述采用上述的刻蝕控制層時(shí)，將會(huì)克服這些問(wèn)題。
在該實(shí)施例中，可以分別單獨(dú)使用CF4、C3F8和C4F8氣體作為干法刻蝕氣體。特別地，當(dāng)使用包括C3F8和C4F8的混合氣體時(shí)，可以使透鏡間的間隙基本上為零，并且同時(shí)可以形成基本上沒(méi)有表面粗糙度的轉(zhuǎn)移透鏡。
至于形成轉(zhuǎn)移透鏡時(shí)的干法刻蝕條件，由于它們?cè)诤艽蟪潭壬弦蕾?lài)于所采用的設(shè)備，所以應(yīng)當(dāng)優(yōu)化條件，例如氣體壓力、功率、氣體流速、襯底溫度、電極之間的距離、磁控管的工作條件等以符合每一個(gè)設(shè)備，因此找出最佳條件。
特別地，當(dāng)將混合氣體中C3F8和C4F8的混合比限定在C3F8∶C4F8＝5∶1-1∶9的范圍內(nèi)時(shí)，可以獲得基本上沒(méi)有透鏡表面粗糙度并且聚光(light-condensing)效應(yīng)高的微透鏡。
此外，當(dāng)使用包括C3F8和C4F8的混合氣體作為刻蝕氣體時(shí)，即使刻蝕速率增加也可以抑制透鏡的表面粗糙度。因此，為了提高生產(chǎn)率，應(yīng)當(dāng)優(yōu)選調(diào)整干法刻蝕條件(氣體壓力、功率、氣體流速、襯底溫度等)從而獲得200-400nm/min的刻蝕速率。
附帶地，為了提高干法刻蝕時(shí)的轉(zhuǎn)移透鏡的結(jié)構(gòu)或干法刻蝕的分布，可以加熱和冷卻所使用的半導(dǎo)體襯底。
在根據(jù)該實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的制造方法中，用于形成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂層的刻蝕速率、刻蝕控制層的刻蝕速率、以及用于形成透鏡母版的光敏樹(shù)脂的刻蝕速率是獲得基本上沒(méi)有表面粗糙度并且透鏡間的間隙很小的轉(zhuǎn)移透鏡的重要因素。下表示出了這些層的樹(shù)脂種類(lèi)、優(yōu)選的刻蝕速率比、和優(yōu)選的刻蝕速率值。附帶地，下表中的刻蝕速率值是在規(guī)定刻蝕條件下獲得的參考值。
表1

當(dāng)合適地選擇用于形成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂層的材料、刻蝕控制層的材料、和用于形成透鏡母版的光敏樹(shù)脂的材料以及刻蝕條件使得可以將它們的刻蝕速率限定在表中描述的范圍內(nèi)時(shí)，可以得到基本上沒(méi)有表面粗糙度并且透鏡間的間隙很小的轉(zhuǎn)移透鏡。
附帶地，盡管可以通過(guò)僅使用透明樹(shù)脂層形成轉(zhuǎn)移透鏡29，但是如圖4所示，將優(yōu)選通過(guò)使用透鏡樹(shù)脂層形成轉(zhuǎn)移透鏡的中央部分，并且通過(guò)使用濾色器23的上部形成其外圍部分，因此可以縮短透鏡之間的距離并且增大成像裝置的光吸收角度。
如圖5所示，在根據(jù)該實(shí)施例的如上所述使用的固態(tài)成像裝置的轉(zhuǎn)移透鏡中，相鄰轉(zhuǎn)移透鏡之間的間隙g不大于0.035μm，其是端測(cè)量SEM的可測(cè)量極限，并且將保持這一間隙的的相鄰轉(zhuǎn)移透鏡之間的接觸長(zhǎng)度L限定在轉(zhuǎn)移透鏡的間距(像素的尺寸)的3-80％的范圍內(nèi)。
如上所述，由于相鄰轉(zhuǎn)移透鏡之間的間隙g相對(duì)較小而且轉(zhuǎn)移透鏡之間的接觸長(zhǎng)度L相對(duì)較大，所以可以獲得具有孔徑比大和光敏性極好的微透鏡的固態(tài)成像裝置。
附帶地，通過(guò)“相鄰轉(zhuǎn)移透鏡之間的間隙g不大于0.035μm，其是端測(cè)量SEM的可測(cè)量極限”的表達(dá)，旨在意味著相鄰轉(zhuǎn)移透鏡基本上彼此接觸。此外，當(dāng)將相鄰轉(zhuǎn)移透鏡之間的接觸長(zhǎng)度L限定為轉(zhuǎn)移透鏡的間距(像素的尺寸)的3％時(shí)，透鏡的孔徑比將變?yōu)榇蠹s80％，而當(dāng)將接觸長(zhǎng)度L限定為轉(zhuǎn)移透鏡的間距(像素的尺寸)的80％時(shí)，透鏡的孔徑比將變?yōu)榇蠹s98％。
當(dāng)將該接觸長(zhǎng)度L限定在上述范圍內(nèi)時(shí)，即使允許在對(duì)角線(xiàn)部分保留微小程度的未用空間S，但是由于這些部分對(duì)于會(huì)聚光來(lái)說(shuō)是無(wú)用的，所以如果將接觸長(zhǎng)度L限定在轉(zhuǎn)移透鏡的間距(像素的尺寸)的3-80％的范圍內(nèi)，則其將是足夠的。
附帶地，與熱流透鏡的母版的直徑相比刻蝕后轉(zhuǎn)移透鏡的直徑變化被稱(chēng)為CD增量，因此當(dāng)該CD增量高時(shí)可以實(shí)現(xiàn)使相鄰轉(zhuǎn)移透鏡之間的間隙變窄的效果。例如，如果假定CD增量為X，這表示與熱流透鏡的直徑相比轉(zhuǎn)移透鏡的直徑增加的量為X，因此如果假定熱流透鏡的透鏡間的間隙為Y，則可以將轉(zhuǎn)移透鏡之間的間隙減小到(X-Y)的大小。
此外，根據(jù)該實(shí)施例，可以將固態(tài)成像裝置的轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度(Ra)限定為50nm或以下。如果轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度(Ra)大于50nm，則很可能產(chǎn)生可見(jiàn)光的散射，因此更可能引起光的損失。
在如上所述的根據(jù)該實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的制造方法中，由于設(shè)置刻蝕控制層，所以即使使用都被認(rèn)為更可能產(chǎn)生表面粗糙的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂或氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂作為用于組成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂層，也可以抑制轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度(Ra)到不大于50nm。
盡管在本發(fā)明中不必清楚將轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度減到最小的機(jī)理，但是可以想到也許是以下現(xiàn)象在這一機(jī)理中起了重要作用。即，很可能想到當(dāng)在真空中對(duì)有機(jī)膜進(jìn)行干法刻蝕處理時(shí)，一般僅刻蝕有機(jī)膜的表面，導(dǎo)致產(chǎn)生樹(shù)脂的交聯(lián)和不均勻的分解，因此由于此時(shí)的應(yīng)力松弛而在有機(jī)膜的表面產(chǎn)生皺褶，或?qū)е庐a(chǎn)生在顯微鏡下看到的不均勻刻蝕，因此由于分子的分解或交聯(lián)允許樹(shù)脂表面的分子移動(dòng)，由此導(dǎo)致形成粗糙的表面。
然而，當(dāng)如上所述設(shè)置刻蝕速率的刻蝕控制層時(shí)，可以形成基本上沒(méi)有表面粗糙度的中間微透鏡，并且當(dāng)將中間微透鏡的圖案轉(zhuǎn)移到透明樹(shù)脂層上時(shí)，可以形成基本上沒(méi)有表面粗糙度的轉(zhuǎn)移透鏡。
接下來(lái)，將說(shuō)明本發(fā)明的各個(gè)實(shí)例和比較例。
<實(shí)例1>
將參照?qǐng)D2A-2G和3說(shuō)明根據(jù)該實(shí)例的固態(tài)成像裝置的制造方法。
如圖2A所示，提供半導(dǎo)體襯底20，該半導(dǎo)體襯底20具有全部形成在其中的光電轉(zhuǎn)換裝置21、遮光膜和鈍化層(未示出)，并且通過(guò)使用熱固型丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的涂敷溶液的旋涂方法在半導(dǎo)體襯體20上形成平面層22(圖2B)。
然后，如圖2C所示，通過(guò)重復(fù)光刻三次以提供三種顏色，即綠、藍(lán)和紅，來(lái)形成濾色器23。
如下制備綠色抗蝕劑。即，使用C.I.Pigment Yellow 139、C.I.PigmentGreen 36和Pigment Blue 15:6作為著色材料形成混合物，將諸如環(huán)己酮和PGMEA的有機(jī)溶劑、聚合物清漆、單體和引發(fā)劑添加到其中以形成綠色抗蝕劑。
如下制備藍(lán)色抗蝕劑。即，使用C.I.Pigment Blue 15:6和Pigment Violet23作為著色材料以形成混合物，將諸如環(huán)己酮和PGMEA的有機(jī)溶劑、聚合物清漆、單體和引發(fā)劑添加到其中以形成藍(lán)色抗蝕劑。
如下制備紅色抗蝕劑。即，使用C.I.Pigment Red 117、C.I.Pigment Red48:1和Pigment Yellow 139作為著色材料。除著色材料之外的添加劑與綠色抗蝕劑的相同。
然后，如圖2D所示，在濾色器23上涂敷將苯環(huán)引入到其骨架中的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的涂敷溶液以形成膜厚為1μm的透明樹(shù)脂層24，并且在180℃的溫度下加熱3分鐘以進(jìn)行膜硬化處理。膜硬化處理之后，組成轉(zhuǎn)移透鏡29的透明樹(shù)脂的折射率為1.51。
然后，將酚醛樹(shù)脂涂敷至1μm厚由此形成刻蝕控制層25，此外涂敷可溶于堿、光敏和易熱流的苯乙烯樹(shù)脂以形成光敏樹(shù)脂層26。
隨后，如圖2E所示，對(duì)光敏樹(shù)脂層26進(jìn)行已知的光刻工藝以形成矩形圖案，然后在200℃的溫度下進(jìn)行熱處理以產(chǎn)生樹(shù)脂的熱流，由此在一側(cè)以0.1μm的大約適當(dāng)?shù)牧髁啃纬赏哥R母版27。附帶地，透鏡母版27是高為0.5μm并且透鏡母版之間的間隙為0.3μm的光滑半球形透鏡。
然后，通過(guò)使用由CF4和C3F8兩種碳氟化合物氣體組成的混合氣體的干法刻蝕，將透鏡母版27的圖案轉(zhuǎn)移到由酚醛樹(shù)脂制成的刻蝕控制層25上，以形成透鏡間的間隙為0.035μm的中間微透鏡28，如圖2F所示。這些中間微透鏡28的高度為大約0.45μm，比透鏡母版27的高度低。附帶地，將干法刻蝕的時(shí)間設(shè)定為5分鐘。
最后，通過(guò)使用碳氟化合物氣體C3F8作為刻蝕氣體，利用中間微透鏡28作為掩模對(duì)透明樹(shù)脂層24進(jìn)行干法刻蝕處理，以形成轉(zhuǎn)移透鏡29，如圖2G所示，由此制造像素尺寸為2.5μm×2.5μm的固態(tài)成像裝置。附帶地，將干法刻蝕的時(shí)間設(shè)定為5分鐘。
附帶地，實(shí)例1中所使用的透明樹(shù)脂層的刻蝕速率是組成透鏡母版的苯乙烯樹(shù)脂的刻蝕速率的1.1倍。相反，組成刻蝕控制層的酚醛樹(shù)脂的刻蝕速率是組成透鏡母版的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的刻蝕速率的0.9倍。
由此得到的固態(tài)成像裝置的轉(zhuǎn)移透鏡29的高度是0.55μm。
圖3示出根據(jù)實(shí)例1得到的轉(zhuǎn)移透鏡29的平面圖，圖6示出了SEM圖像?？梢詮膱D6中確定轉(zhuǎn)移透鏡29的表面粗糙度不大于10nm，表示非常光亮的表面，并且透鏡間的間隙不大于0.035μm，因此確定加工實(shí)現(xiàn)了被限定為不大于SEM的可測(cè)量極限的狹窄間隙的透鏡。此外，由于采用刻蝕速率與透明樹(shù)脂層的刻蝕速率不同的樹(shù)脂作為刻蝕控制層，所以可以形成與將透鏡母版直接形成在透明樹(shù)脂層上的情況相比高度更低并且透鏡間的間隙更小的轉(zhuǎn)移透鏡。
此外，由于在形成透明樹(shù)脂層過(guò)程中使用具有苯環(huán)的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂，所以可以使轉(zhuǎn)移透鏡的表面光滑，因此將表面粗糙度減到最小。
<比較例1>
除了使用由CF4和C3F8組成的混合氣體進(jìn)行干法刻蝕而不形成刻蝕控制層25之外，以與實(shí)例1所述相同的條件，例如材料、像素的尺寸和步驟，來(lái)形成固態(tài)成像裝置。
由此得到的固態(tài)成像裝置的轉(zhuǎn)移透鏡的高度為0.55μm。
圖7示出根據(jù)比較例1的轉(zhuǎn)移透鏡的SEM圖像。可以從圖7中確定轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度大到55nm，并且透鏡間的間隙也達(dá)到0.09μm。
<實(shí)例2>
除了使用沒(méi)有將苯環(huán)引入到其中的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂作為組成透明樹(shù)脂層24的樹(shù)脂，以及使用由CF4和C3F8組成的混合氣體進(jìn)行干法刻蝕以形成中間微透鏡和形成轉(zhuǎn)移透鏡之外，以與實(shí)例1所述相同的條件，例如材料、像素的尺寸和步驟，來(lái)形成固態(tài)成像裝置。在膜硬化處理之后，組成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂的折射率為1.55。
附帶地，實(shí)例2中所使用的透鏡樹(shù)脂層的刻蝕速率是組成透鏡母版的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的刻蝕速率的1.2倍。
由此得到的固態(tài)成像裝置的轉(zhuǎn)移透鏡的高度是0.6μm?？梢詮膶?shí)例2的轉(zhuǎn)移透鏡的SEM圖像確定轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度為60nm，表明是粗糙的表面。然而，將透鏡間的間隙限定為不大于0.035μm，因此確定加工實(shí)現(xiàn)了被限定為不大于SEM的可測(cè)量極限的狹窄間隙的透鏡。
<實(shí)例3>
除了使用折射率為1.45的氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂作為組成透明樹(shù)脂層24的樹(shù)脂，以及以在重量上為3％的比率(以固體含量計(jì)算)將折射率為1.41的氟基表面活性劑(Megafac BL-20[商標(biāo)名]；Dainippon Ink Chemical Industries有限公司)添加到涂敷溶液中之外，以與實(shí)例1所述相同的條件，例如材料、像素的尺寸和步驟，來(lái)形成固態(tài)成像裝置。在膜硬化處理之后，組成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂的折射率為1.44。
附帶地，實(shí)例3中所使用的透鏡樹(shù)脂層的刻蝕速率是組成透鏡母版的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的刻蝕速率的1.6倍。
由此得到的固態(tài)成像裝置的轉(zhuǎn)移透鏡的高度是0.64μm。可以從實(shí)例3的轉(zhuǎn)移透鏡的SEM圖像確定轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度為40nm，表明是光滑的表面。將透鏡間的間隙限定為不大于0.035μm，因此確定加工實(shí)現(xiàn)了被限定為不大于SEM的可測(cè)量極限的狹窄間隙的透鏡。
由于將氟基表面活性劑，即氟化合物，加入到透明樹(shù)脂層中，所以即使使用氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂作為透明樹(shù)脂層，其中所述氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的刻蝕速率相對(duì)較大并且由于干法刻蝕可能產(chǎn)生表面粗糙，也可以使轉(zhuǎn)移透鏡的表面光滑并抑制其表面粗糙度。此外，由于氟基表面活性劑是低折射率的化合物，所以可以或多或少地降低用于組成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂層的折射率而不是增加其折射率。因此，與通過(guò)使用不含氟化合物的透明樹(shù)脂層形成的微透鏡相比，可以大大地抑制反射率。此外，由于可以抑制固態(tài)成像裝置內(nèi)的光的再反射，所以可以有助于提高圖像質(zhì)量。
<實(shí)例4>
除了使用C3F8進(jìn)行干法刻蝕以形成轉(zhuǎn)移透鏡的時(shí)間從5分鐘延長(zhǎng)至6分鐘之外，以與實(shí)例1所述相同的條件，例如材料、像素的尺寸和步驟，來(lái)形成固態(tài)成像裝置。
結(jié)果，還可以將位于透明樹(shù)脂層下面的濾色器23刻蝕掉大約0.15μm的深度，由此可以按比例縮短微透鏡下的距離(從轉(zhuǎn)移透鏡的下側(cè)到光電轉(zhuǎn)換裝置的距離)。
由此得到的固態(tài)成像裝置的轉(zhuǎn)移透鏡的高度是0.55μm?？梢詮膶?shí)例4的轉(zhuǎn)移透鏡的SEM圖像確定，與實(shí)例1的情況相同，轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度為10nm或以下，表明是非常光滑的表面。將透鏡間的間隙限定為不大于0.035μm，因此確定加工實(shí)現(xiàn)了被限定為不大于SEM的可測(cè)量極限的狹窄間隙的透鏡。
<實(shí)例5>
除了以在重量上為％的比率(以固體含量計(jì)算)將苯并三唑基光穩(wěn)定劑(Adecacruse DN[商標(biāo)名]；Asahi Denka Industries有限公司)添加到用作形成透明樹(shù)脂層的樹(shù)脂的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的涂敷溶液中之外，以與實(shí)例1所述相同的條件，例如材料、像素的尺寸和步驟，來(lái)形成固態(tài)成像裝置。在此使用的苯并三唑基光穩(wěn)定劑是具有苯環(huán)的有機(jī)化合物。在膜硬化處理之后，組成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂的折射率為1.54。
附帶地，實(shí)例5中所使用的透鏡樹(shù)脂層的刻蝕速率是組成透鏡母版的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的刻蝕速率的1.1倍。
由此得到的固態(tài)成像裝置的轉(zhuǎn)移透鏡的高度是0.55μm?？梢詮膶?shí)例5的轉(zhuǎn)移透鏡的SEM圖像確定轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度為10nm或以下，表明是非常光滑的表面。將透鏡間的間隙限定為不大于0.035μm，因此確定加工實(shí)現(xiàn)了被限定為不大于SEM的可測(cè)量極限的狹窄間隙的透鏡。
由于將苯并三唑基光穩(wěn)定劑，即氟化合物或具有苯環(huán)的有機(jī)化合物，加入到透明樹(shù)脂層中，所以可以使轉(zhuǎn)移透鏡的表面光滑并抑制其表面粗糙度。
<實(shí)例6>
參照?qǐng)D8A-2E說(shuō)明根據(jù)該實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的制造方法。
如圖8A所示，提供半導(dǎo)體襯底30，該半導(dǎo)體襯底30具有全部形成在其中的光電轉(zhuǎn)換裝置31、遮光膜和鈍化層(未示出)，并且通過(guò)使用熱固型丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的涂敷溶液的旋涂方法在半導(dǎo)體襯體30上形成平面層32(圖8B)。
然后，以與實(shí)例1所述相同的方式，如圖8C所示，通過(guò)重復(fù)光刻三次并使用三種顏色的抗蝕劑(綠色抗蝕劑、藍(lán)色抗蝕劑和紅色抗蝕劑)以提供三種顏色，即綠(G)、藍(lán)(B)和紅(R)，來(lái)形成濾色器33。
然后，在濾色器33上涂敷折射率為1.45并且刻蝕速率為370nm/min的氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂以形成膜厚為1μm的透明樹(shù)脂層34，并且在180℃的溫度下加熱3分鐘以執(zhí)行膜硬化處理。在膜硬化處理之后，組成轉(zhuǎn)移透鏡38的中央部分的透明樹(shù)脂層的折射率為1.45。
然后，將刻蝕速率為210nm/min的苯乙烯樹(shù)脂涂敷至1μm的厚度由此形成刻蝕控制層35，此外涂敷可溶于堿、光敏和易熱流的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂以形成光敏樹(shù)脂層36。
隨后，如圖8D所示，對(duì)光敏樹(shù)脂層36進(jìn)行已知的光刻工藝以形成矩形圖案，然后在200℃的溫度下對(duì)其進(jìn)行熱處理以產(chǎn)生樹(shù)脂的熱流，由此在一側(cè)以0.1μm的大約適當(dāng)?shù)牧髁啃纬赏哥R母版37。附帶地，透鏡母版37是高為0.45μm并且透鏡母版之間的間隙為0.3μm的光滑半球形透鏡。
最后，通過(guò)使用由CF4和C3F8兩種碳氟化合物氣體組成的混合氣體的干法刻蝕，利用透鏡母版37作為掩模對(duì)刻蝕控制層35進(jìn)行刻蝕，以形成中間微透鏡。然后，通過(guò)使用由刻蝕控制層組成的該中間微透鏡作為掩模，對(duì)透明樹(shù)脂層34進(jìn)行刻蝕處理。此外，將濾色器33刻蝕到0.15μm的深度以形成轉(zhuǎn)移透鏡38，如圖8E所示。然后在230℃的溫度下對(duì)該轉(zhuǎn)移透鏡38加熱18分鐘以完全固化轉(zhuǎn)移透鏡38，由此制造像素尺寸為2.5μm×2.5μm的固態(tài)成像裝置。構(gòu)造根據(jù)實(shí)例6的轉(zhuǎn)移透鏡38，使得由透明樹(shù)脂層34組成其中央部分并且由濾色器33的上部組成其外圍部分。
附帶地，實(shí)例6中所使用的透明樹(shù)脂層的刻蝕速率是組成透鏡母版的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的刻蝕速率的1.5倍。相反，組成刻蝕控制層的苯乙烯樹(shù)脂的刻蝕速率是組成透鏡母版的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的刻蝕速率的0.84倍。
由此得到的固態(tài)成像裝置的轉(zhuǎn)移透鏡的高度是0.675μm?？梢詮膶?shí)例6的轉(zhuǎn)移透鏡的SEM圖像確定，盡管轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度是70nm或以下，表示粗糙的表面，但是將透鏡間的間隙限定為不大于0.035μm，因此確定加工實(shí)現(xiàn)了被限定為不大于SEM的可測(cè)量極限的狹窄間隙的透鏡。此外，由于采用與透明樹(shù)脂層的刻蝕速率相比刻蝕速率更小的樹(shù)脂作為刻蝕控制層，所以即使與透鏡母版的刻蝕速率相比透明樹(shù)脂層的刻蝕速率更大，也可以不僅降低轉(zhuǎn)移透鏡的高度還可以形成透鏡間的間隙很小的轉(zhuǎn)移透鏡。
<實(shí)例7>
除了采用折射率為1.45的氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂作為組成透明樹(shù)脂層34的樹(shù)脂，以在重量上為3％的比率(以固體含量計(jì)算)將折射率為1.41的氟基表面活性劑(Megafac BL-20[商標(biāo)名]；Dainippon Ink Chemical Industries有限公司)添加到涂敷溶液中，以及由形成為膜厚為0.6μm的層的酚醛樹(shù)脂代替用于形成刻蝕控制層的苯乙烯樹(shù)脂之外，以與實(shí)例6所述相同的條件，例如材料、像素的尺寸和步驟，來(lái)形成固態(tài)成像裝置。在膜硬化處理之后，組成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂的折射率為1.44。
附帶地，實(shí)例7中所使用的透明樹(shù)脂層的刻蝕速率是組成透鏡母版的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的刻蝕速率的1.25倍。相反，組成刻蝕控制層的酚醛樹(shù)脂的刻蝕速率是組成透鏡母版的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的刻蝕速率的0.8倍。
由此得到的固態(tài)成像裝置的轉(zhuǎn)移透鏡的高度是0.56μm。圖9示出在實(shí)例7中形成的轉(zhuǎn)移透鏡的SEM圖像?？梢詮膱D9確定轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度為40nm，表示光滑的表面，并且可以將透鏡間的間隙限定為不大于0.035μm，因此表示加工具有被限定為不大于SEM的可測(cè)量極限的狹窄間隙的透鏡的可能性。
由于將氟基表面活性劑，即氟化合物，加入到透明樹(shù)脂層中，所以即使使用氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂作為透明樹(shù)脂層，其中所述氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的刻蝕速率相對(duì)較大并且由于干法刻蝕可能產(chǎn)生表面粗糙，也可以使轉(zhuǎn)移透鏡的表面光滑并抑制其表面粗糙度。此外，由于氟基表面活性劑是低折射率的化合物，所以可以或多或少地降低用于組成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂層的折射率而不是增加其折射率。因此，與通過(guò)使用不含氟化合物的透明樹(shù)脂層形成的微透鏡相比，可以大大地抑制反射率。此外，由于可以抑制固態(tài)成像裝置內(nèi)的光的再反射，所以可以有助于提高圖像質(zhì)量。
<實(shí)例8>
除了采用折射率為1.55的熱固性丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂作為組成透明樹(shù)脂層34的樹(shù)脂，以在重量上為3％的比率(以固體含量計(jì)算)將折射率為1.42的硅基表面活性劑(FZ2122[商標(biāo)名]；Nippon Unicar有限公司)添加到涂敷溶液中，以及由形成為膜厚為0.6μm的層的酚醛樹(shù)脂代替用于形成刻蝕控制層的苯乙烯樹(shù)脂之外，以與實(shí)例6所述相同的條件，例如材料、像素的尺寸和步驟，來(lái)形成固態(tài)成像裝置。在膜硬化處理之后，組成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂的折射率為1.54。
附帶地，實(shí)例8中所使用的透明樹(shù)脂層的刻蝕速率與組成透鏡母版的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的刻蝕速率相同。相反，組成刻蝕控制層的酚醛樹(shù)脂的刻蝕速率是組成透鏡母版的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的刻蝕速率的0.8倍。
由此得到的固態(tài)成像裝置的轉(zhuǎn)移透鏡的高度是0.45μm?？梢詮脑趯?shí)例8中得到的SEM圖像確定轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度為10nm或以下，表示非常光滑的表面，并且可以將透鏡間的間隙限定為不大于0.035μm，因此表示加工具有被限定為不大于SEM的可測(cè)量極限的狹窄間隙的透鏡的可能性。此外，由于采用與透明樹(shù)脂層的刻蝕速率相比刻蝕速率更小的樹(shù)脂作為刻蝕控制層，所以即使透明樹(shù)脂層的刻蝕速率與透鏡母版的刻蝕速率相同，也可以形成透鏡間的間隙很小的轉(zhuǎn)移透鏡。
由于將硅基表面活性劑，即硅化合物，加入到透明樹(shù)脂層中，所以與實(shí)例7的情況相同，可以使轉(zhuǎn)移透鏡的表面光滑并抑制其表面粗糙度。此外，由于硅基表面活性劑是低折射率的化合物，所以可以或多或少地降低用于組成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂層的折射率而不是增加其折射率。因此，與通過(guò)使用不含氟化合物的透明樹(shù)脂層形成的微透鏡相比，可以將反射率抑制到一半或以下。此外，由于可以將固態(tài)成像裝置內(nèi)的光的再反射抑制到一半或以下，所以可以有助于提高圖像質(zhì)量。
<實(shí)例9>
除了由形成為膜厚為0.6μm的層的酚醛樹(shù)脂代替用于形成刻蝕控制層的苯乙烯樹(shù)脂之外，以與實(shí)例6所述相同的條件，例如材料、像素的尺寸和步驟，來(lái)形成固態(tài)成像裝置。在膜硬化處理之后，組成轉(zhuǎn)移透鏡的透明樹(shù)脂的折射率為1.45。
附帶地，在實(shí)例9中使用的組成刻蝕控制層的酚醛樹(shù)脂的刻蝕速率是組成透鏡母版的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的刻蝕速率的0.8倍。
由此得到的固態(tài)成像裝置的轉(zhuǎn)移透鏡的高度是0.65μm?？梢詮脑趯?shí)例9中得到的轉(zhuǎn)移透鏡的SEM圖像確定轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度為70nm，表示粗糙的表面，但是可以將透鏡間的間隙限定為不大于0.035μm，因此表示加工具有被限定為不大于SEM的可測(cè)量極限的狹窄間隙的透鏡的可能性。此外，由于采用與透明樹(shù)脂層的刻蝕速率相比刻蝕速率更小的樹(shù)脂作為刻蝕控制層，所以即使透明樹(shù)脂層的刻蝕速率大于透鏡母版的刻蝕速度，也可以降低轉(zhuǎn)移透鏡的高度并形成展現(xiàn)出非常小的透鏡間的間隙的轉(zhuǎn)移透鏡。此外，由于采用刻蝕速率與實(shí)例6的刻蝕速率不同的樹(shù)脂作為刻蝕控制層，所以可以任意改變轉(zhuǎn)移透鏡的高度，而不僅不必改變用于組成透鏡母版的光敏樹(shù)脂層的材料而且也不必改變用于組成轉(zhuǎn)移透鏡的透鏡樹(shù)脂層的材料。
<實(shí)例10>
將參照?qǐng)D10A-10F說(shuō)明根據(jù)該實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的制造方法。
如圖10A所示，提供半導(dǎo)體襯底50，該半導(dǎo)體襯底50具有全部形成在其中的光電轉(zhuǎn)換裝置51、遮光膜和鈍化層(未示出)，并且通過(guò)使用熱固型丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的涂敷溶液的旋涂方法在半導(dǎo)體襯體50上形成平面層52(圖10B)。
然后，以與實(shí)例1所述相同的方式，如圖10C所示，通過(guò)重復(fù)光刻三次并使用三種顏色的抗蝕劑(綠色抗蝕劑、藍(lán)色抗蝕劑和紅色抗蝕劑)以提供三種顏色，即綠(G)、藍(lán)(B)和紅(R)，來(lái)形成濾色器53。
然后，如圖10D所示，在濾色器53上涂敷折射率為1.55的熱固型丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂以形成膜厚為1μm的透明樹(shù)脂層54，并且在180℃的溫度下加熱3分鐘以執(zhí)行膜硬化處理。在膜硬化處理之后，組成轉(zhuǎn)移透鏡58中央部分的透明樹(shù)脂層的折射率為1.55。
然后，將酚醛樹(shù)脂涂敷至0.6μm厚由此形成刻蝕控制層55，此外涂敷可溶于堿、光敏和易熱流的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂以形成光敏樹(shù)脂層56。
隨后，如圖10E所示，對(duì)光敏樹(shù)脂層56進(jìn)行已知的光刻工藝以形成矩形圖案，然后在200℃的溫度下進(jìn)行熱處理以產(chǎn)生樹(shù)脂的熱流，由此在一側(cè)以0.1μm的大約適當(dāng)?shù)牧髁啃纬赏哥R母版57。附帶地，透鏡母版57是高為0.39μm并且透鏡母版之間的間隙為0.35μm的光滑半球形透鏡。
最后，通過(guò)使用由CF4和C3F8兩種碳氟化合物氣體組成的混合氣體的干法刻蝕，利用透鏡母版57作為掩模對(duì)刻蝕控制層55進(jìn)行刻蝕，以形成中間微透鏡。然后，通過(guò)使用由刻蝕控制層組成的該中間微透鏡作為掩模，對(duì)透明樹(shù)脂層54進(jìn)行刻蝕處理。此外，將濾色器53刻蝕到O.15μm的深度以形成轉(zhuǎn)移透鏡58，如圖10F所示。然后在230℃的溫度下對(duì)該轉(zhuǎn)移透鏡58加熱18分鐘以完全固化轉(zhuǎn)移透鏡58，由此制造像素尺寸為1.8μm×1.8μm的固態(tài)成像裝置。構(gòu)造根據(jù)實(shí)例10的轉(zhuǎn)移透鏡58，使得由透明樹(shù)脂層54組成其中央部分并且由濾色器53的上部組成其外圍部分。
附帶地，在實(shí)例10中使用的透明樹(shù)脂層的刻蝕速率是組成透鏡母版的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的刻蝕速率的1.1倍。相反，組成刻蝕控制層的酚醛樹(shù)脂的刻蝕速率是組成透鏡母版的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的刻蝕速率的0.8倍。
由此得到的固態(tài)成像裝置的轉(zhuǎn)移透鏡的高度是0.43μm。圖11示出在實(shí)例10中形成的轉(zhuǎn)移透鏡的SEM圖像?？梢詮膱D11確定轉(zhuǎn)移透鏡的表面粗糙度為40nm，表示光滑的表面，并且將其透鏡間的間隙限定為不大于0.035μm，因此表示可以將樹(shù)脂加工成具有被限定為不大于SEM的可測(cè)量極限的狹窄間隙的透鏡。
此外，從圖11中確定相鄰轉(zhuǎn)移透鏡之間的接觸長(zhǎng)度(不大于0.035μm的間隙之間的長(zhǎng)度)是0.8μm(相對(duì)于一邊的長(zhǎng)度，即1.8μm，為大約44％)并且孔徑比為85％。由于轉(zhuǎn)移透鏡的接觸長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，所以可以增大微透鏡的孔徑比并且獲得敏感度極好的固態(tài)成像裝置。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，即使像素的尺寸小至1.8μm，也可以制造設(shè)有表面光滑的具有足夠狹窄間隙的微透鏡，同時(shí)可以控制轉(zhuǎn)移透鏡的高度的固態(tài)成像裝置。
權(quán)利要求書(shū)(按照條約第19條的修改)1、一種固態(tài)成像裝置的制造方法，該固態(tài)成像裝置包括兩維設(shè)置的光電轉(zhuǎn)換裝置；各自設(shè)置成與每個(gè)所述光電轉(zhuǎn)換裝置相對(duì)應(yīng)的濾色器；以及多個(gè)各自直接或間接設(shè)置在所述濾色器上的轉(zhuǎn)移透鏡；該方法包括1)形成多個(gè)在顏色上彼此不同的濾色器；2)在所述濾色器上形成透明樹(shù)脂層；3)在所述透明樹(shù)脂層上形成刻蝕控制層，能夠以與所述透明樹(shù)脂層的刻蝕速率不同的刻蝕速率刻蝕該刻蝕控制層；4)通過(guò)使用易熱流樹(shù)脂材料在所述刻蝕控制層上形成透鏡母版；5)通過(guò)干法刻蝕將所述透鏡母版的圖案轉(zhuǎn)移到所述刻蝕控制層以形成中間微透鏡，其由所述刻蝕控制層形成；以及6)通過(guò)干法刻蝕將所述中間微透鏡的圖案轉(zhuǎn)移到所述透明樹(shù)脂層以形成所述轉(zhuǎn)移透鏡，其由所述透明樹(shù)脂層形成。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中所述刻蝕控制層的刻蝕速率小于所述透明樹(shù)脂層的刻蝕速率。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中由丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂形成所述透明樹(shù)脂層。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中所述透明樹(shù)脂層包括在其主鏈中具有苯環(huán)的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中由包括具有苯環(huán)的有機(jī)化合物的樹(shù)脂形成所述透明樹(shù)脂層。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中所述透明樹(shù)脂層包括氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中由含有不少于0.2％的折射率為1.47或以下的化合物的樹(shù)脂形成所述透明樹(shù)脂層。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中由具有控制樹(shù)脂熱流功能的材料形成所述刻蝕控制層。
9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中由苯乙烯樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂形成所述刻蝕控制層。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中由透明樹(shù)脂層形成所述轉(zhuǎn)移透鏡的中央部分，由所述濾色器的上部形成所述轉(zhuǎn)移透鏡的外圍部分。
11、一種固態(tài)成像裝置，包括兩維設(shè)置的光電轉(zhuǎn)換裝置；各自設(shè)置成與每個(gè)所述光電轉(zhuǎn)換裝置相對(duì)應(yīng)的濾色器；以及多個(gè)各自直接或間接設(shè)置在所述濾色器上的轉(zhuǎn)移透鏡；其中在所述多個(gè)轉(zhuǎn)移透鏡當(dāng)中相鄰的轉(zhuǎn)移透鏡之間的間隙不大于0.035μm，并且將以不大于0.035μm的間隙設(shè)置的相鄰轉(zhuǎn)移透鏡之間的接觸長(zhǎng)度限定在所述多個(gè)轉(zhuǎn)移透鏡的間距的3-80％的范圍內(nèi)。
12、根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像裝置，其中所述轉(zhuǎn)移透鏡具有50nm或以下的表面粗糙度。
13、根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像裝置，其中所述轉(zhuǎn)移透鏡含有不少于0.2％的折射率為1.47或以下的化合物。
14、根據(jù)權(quán)利要求13所述的固態(tài)成像裝置，其中折射率為1.47或以下的所述化合物是氟化合物或硅化合物。
15、根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像裝置，其中所述轉(zhuǎn)移透鏡分別具有由所述濾色器的上部組成的外圍部分。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像裝置的制造方法，該固態(tài)成像裝置包括兩維設(shè)置的光電轉(zhuǎn)換裝置；各自設(shè)置成與每個(gè)所述光電轉(zhuǎn)換裝置相對(duì)應(yīng)的濾色器；以及多個(gè)各自直接或間接設(shè)置在所述濾色器上的轉(zhuǎn)移透鏡；該方法包括1)形成多個(gè)在顏色上彼此不同的濾色器；2)在所述濾色器上形成透明樹(shù)脂層；3)在所述透明樹(shù)脂層上形成刻蝕控制層，能夠以與所述透明樹(shù)脂層的刻蝕速率不同的刻蝕速率刻蝕該刻蝕控制層；4)通過(guò)使用易熱流樹(shù)脂材料在所述刻蝕控制層上形成透鏡母版；5)通過(guò)干法刻蝕將所述透鏡母版的圖案轉(zhuǎn)移到所述刻蝕控制層以形成中間微透鏡；以及6)通過(guò)干法刻蝕將所述中間微透鏡的圖案轉(zhuǎn)移到所述透明樹(shù)脂層以形成所述轉(zhuǎn)移透鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中所述刻蝕控制層的刻蝕速率小于所述透明樹(shù)脂層的刻蝕速率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中由丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂形成所述透明樹(shù)脂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中所述透明樹(shù)脂層包括在其骨架中具有苯環(huán)的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中由包括具有苯環(huán)的有機(jī)化合物的樹(shù)脂形成所述透明樹(shù)脂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中所述透明樹(shù)脂層包括氟基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中由含有不少于0.2％的折射率為1.47或以下的化合物的樹(shù)脂形成所述透明樹(shù)脂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中由具有控制樹(shù)脂熱流功能的材料形成所述刻蝕控制層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中由苯乙烯樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂形成所述刻蝕控制層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中由透明樹(shù)脂層和濾色器形成所述轉(zhuǎn)移透鏡。
11.一種固態(tài)成像裝置，包括兩維設(shè)置的光電轉(zhuǎn)換裝置；各自設(shè)置成與每個(gè)所述光電轉(zhuǎn)換裝置相對(duì)應(yīng)的濾色器；以及多個(gè)各自直接或間接設(shè)置在所述濾色器上的轉(zhuǎn)移透鏡；其中在所述多個(gè)轉(zhuǎn)移透鏡當(dāng)中相鄰的轉(zhuǎn)移透鏡之間的間隙不大于0.035μm，并且將以不大于0.035μm的間隙設(shè)置的相鄰轉(zhuǎn)移透鏡之間的接觸長(zhǎng)度限定在所述多個(gè)轉(zhuǎn)移透鏡的間距的3-80％的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像裝置，其中所述轉(zhuǎn)移透鏡具有50nm或以下的表面粗糙度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像裝置，其中所述轉(zhuǎn)移透鏡含有不少于0.2％的折射率為1.47或以下的化合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的固態(tài)成像裝置，其中折射率為1.47或以下的所述化合物是氟化合物或硅化合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像裝置，其中所述轉(zhuǎn)移透鏡分別具有由所述濾色器組成的外圍部分。
16.一種用于固態(tài)成像裝置的襯底，包括兩維設(shè)置的光電轉(zhuǎn)換裝置；各自設(shè)置成與每個(gè)所述光電轉(zhuǎn)換裝置相對(duì)應(yīng)的濾色器；直接或間接形成在所述濾色器上的透明樹(shù)脂層；可以以與所述透明樹(shù)脂層的刻蝕速率不同的刻蝕速率刻蝕的刻蝕控制層；以及形成在所述刻蝕控制層上的易熱流樹(shù)脂層。
全文摘要
一種具有光電轉(zhuǎn)換裝置的固態(tài)成像裝置的制造方法，該方法包括1)形成多個(gè)在顏色上彼此不同的濾色器；2)在濾色器上形成透明樹(shù)脂層；3)在透明樹(shù)脂層上形成刻蝕控制層，能夠以與透明樹(shù)脂層的刻蝕速率不同的刻蝕速率刻蝕該刻蝕控制層；4)通過(guò)使用易熱流樹(shù)脂材料在刻蝕控制層上形成透鏡母版；5)通過(guò)干法刻蝕將透鏡母版的圖案轉(zhuǎn)移到刻蝕控制層以形成中間微透鏡；以及6)通過(guò)干法刻蝕將中間微透鏡的圖案轉(zhuǎn)移到透明樹(shù)脂層以形成轉(zhuǎn)移透鏡。
文檔編號(hào)H01L27/146GK1973373SQ20058002060
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月23日
發(fā)明者福吉健藏, 石松忠, 緒方啟介, 中尾充宏, 內(nèi)堀明子 申請(qǐng)人:凸版印刷株式會(huì)社