專利名稱：微透鏡形成方法以及半導體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明例如涉及作為CCD固體攝像元件、液晶顯示單元等的片上 透鏡(on chip lens)等所使用的微透鏡形成技術(shù)。
背景技術(shù)：
在CCD固體攝像元件、MOS型固體攝像元件中，為了使入射到 像素的入射光量變多以提高敏感度，而形成微透鏡使得對感光部的集 光度提高，對應(yīng)于各像素的微透鏡例如可以配置成陣列狀。并且，為 了提高CCD、 CMOS傳感器的敏感度，要求增大微透鏡的面積以增多 對集光點的光量。因此，需要減小相互鄰接的微透鏡彼此之間的間隔， 具體如圖16所示，應(yīng)減小縱橫排列的微透鏡100彼此之間的距離間隔 Dl和相互對角位置的微透鏡100之間的距離間隔D2，或使這些距離 減小為零。
像這樣的微透鏡100，其根據(jù)材料的不同透過性良好的波長區(qū)域和 集光區(qū)域也不同，作為透鏡材料，根據(jù)其用途，除有機材料之外，還 可以自由地選擇硅氮化膜、硅氧化膜等無機材料來使用。然而，為了 形成透鏡100，例如，如圖17 (a)所示，使用從下側(cè)開始按照形成有 感光部、導電膜的下層部分IOI、透鏡材料層102、由抗腐蝕膜構(gòu)成的 掩模層103的順序?qū)@些層進行層疊的半導體晶片(以下稱"晶片") W。掩模層103形成為同圖所示的透鏡形狀，利用處理氣體的等離子 氣體對掩模層103和透鏡材料層102進行蝕刻處理，由此，如圖17(b) 所示，將掩模層103的透鏡形狀轉(zhuǎn)印到透鏡材料層102上從而形成微 透鏡100。
這里，上述掩模層103通過光刻工序而被圖案化從而形成為透鏡 形狀，但是，因曝光工序后的熱處理而可能導致其軟化。為此，如果 各透鏡接近設(shè)置，則由于J^^fc， it^fc之間B^Wfe力Wi 互接觸，從而導致透鏡形狀被毀壞。因此，在掩模層103中，為了使
各透鏡不接觸，例如以0.2 0.5|Lim左右的間隔作為距離間隔Dl對各 透鏡彼此進行配置，因此，相互處于對角位置的透鏡彼此之間的間隔 距離D2成為例如lMm左右。由此，轉(zhuǎn)印到透鏡材料層102上的各微 透鏡100彼此間的間隔也與該Dl和D2相對應(yīng)而形成。
但是，當透鏡材料層102是無機材料構(gòu)成的情況下，具有下述問 題，即，轉(zhuǎn)印到透鏡材料層102上的各微透鏡100之間的間隔Dl和 D2，以圖17中的間隔Dl為代表，比在掩模層上形成的間隔dl和d2 (以下稱為初期間隔dl和d2)大。
這里，例如在使用硅氮化膜作為透鏡材料形成微透鏡的方法中， 在專利文獻1的技術(shù)中揭示有作為使各微透鏡彼此的間隔距離狹窄的 方法。該技術(shù)的特征在于使用SF6氣體和CHF3氣體作為處理氣體并 且調(diào)節(jié)這些氣體流量，對由掩模層和Si3Nj莫構(gòu)成的透鏡材料層這兩個 層進行蝕刻，由此，使堆積物積堆在形成于掩模層上的透鏡側(cè)壁上， 使各透鏡彼此的距離狹窄，并通過對其進行轉(zhuǎn)印，使得各微透鏡彼此 之間的間隔狹窄。
但是，根據(jù)本發(fā)明人的驗證可知，按照該文獻的方法也不能使間 隔距離Dl和D2變得足夠狹窄，可以說這并不足以解決本發(fā)明的問題。 而這正是在使用無機材料微透鏡的固體攝像元件中妨礙其敏感度提高 的重要因素，為此，不能夠確保根據(jù)其用途自由選擇有機材料和無機 材料作為微透鏡的材料的所謂材料選擇性的自由度。
專利文獻1:日本專利特開2005-101232號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種微透鏡形 成方法以及具備這種微透鏡的半導體裝置的相關(guān)技術(shù)，能夠控制透鏡 的形狀，由此使表面積增大，使相鄰微透鏡之間的間隔變窄。
為此，本發(fā)明的微透鏡的形成方法，其特征在于，包括
在基板上形成由無機材料構(gòu)成的透鏡材料層的工序； 接著在該透鏡材料層上形成由有機材料構(gòu)成的中間層的工序； 接著在該透鏡材料層上形成由有機材料構(gòu)成的掩模層的工序； 接著在上述掩模層上形成透鏡形狀的工序；
接著通過對上述掩模層和中間層實施蝕刻處理而將掩模層的透鏡 形狀轉(zhuǎn)印到上述中間層上的工序；和
接著使用包含SF6氣體和CHF3氣體的處理氣體，對上述中間層和 透鏡材料層實施蝕刻處理，由此，將中間層的透鏡形狀轉(zhuǎn)印到上述透 鏡材料層上，從而形成透鏡的工序。
上述透鏡材料層是由從硅氮化膜、硅氧化膜、氮氧化硅膜中選擇 的膜所形成的，在對上述掩模層和中間層實施蝕刻工序時，用含有碳 元素和氟元素的氣體作為處理氣體。此外，上述掩模層可以由抗腐蝕 膜形成，也可以用與中間層相同的有機材料構(gòu)成的膜來形成。
此外，當上述透鏡材料層是硅氮化膜時，蝕刻上述中間層與透鏡
材料層的工序優(yōu)選在下述蝕刻條件下進行上述透鏡材料層的蝕刻速
度除以中間層的蝕刻速度而得到蝕刻選擇比為1.0以上1.6以下，而且 更優(yōu)選上述蝕刻選擇比為1.4以上1.6以下。此外，當上述透鏡材料層 是硅氧化膜時，蝕刻上述中間層與透鏡材料層的工序優(yōu)選在下述蝕刻
條件下進行上述透鏡材料層的蝕刻速度被中間層的蝕刻速度除而得
到的蝕刻選擇比為1.7以上，而且更優(yōu)選上述蝕刻選擇比為1.8以上。 這里，上述蝕刻選擇比例如是通過調(diào)整SF6氣體與CHF3氣體的流量來 控制的。
上述微透鏡在固體攝像元件中可以用作集光用微透鏡，設(shè)置成分 別對應(yīng)于排列成行列狀的多個感光部。并且本發(fā)明的半導體裝置的特 征是具備按照上述方法成膜的微透鏡。
依據(jù)本發(fā)明，在后述的實施例中明顯地表示可以執(zhí)行對透鏡形狀 的控制，由此可以形成表面積增大的微透鏡，使相鄰接的微透鏡之間 的間隔變窄。


圖1是表示具有本發(fā)明的微透鏡的CCD固體攝像元件的一例的截 面示意圖。
圖2是表示所述微透鏡的形成方法的工序示意圖。 圖3是表示所述微透鏡的形成方法的工序示意圖。 圖4是表示為了實施用于形成所述微透鏡的蝕刻工序的磁控管 RIE等離子體蝕刻裝置的截面示意圖。
圖5是表示具有本發(fā)明的微透鏡的CCD固體攝像元件的其他例的 截面示意圖。
圖6是表示實施例1-1的結(jié)果微透鏡的平面形狀和間隔D1的特性 的示意圖。
圖7是用于說明蝕刻深度的截面圖。
圖8是表示實施例1-2的結(jié)果的關(guān)于微透鏡的平面形狀和截面形 狀和間隔D1和蝕刻深度的特性的示意圖。
圖9是表示實施例1-2的結(jié)果的關(guān)于間隔D1和蝕刻選擇比的關(guān)系 特性的示意圖。
圖IO是表示實施例1-3的結(jié)果的關(guān)于蝕刻選擇比和蝕刻速度和蝕 刻速度的面內(nèi)均勻性的特性的示意圖。
圖11是表示實施例2-l的結(jié)果的關(guān)于微透鏡的平面形狀和截面形 狀和間隔D1的特性的示意圖。
圖12是表示實施例2-1的結(jié)果的關(guān)于間隔Dl和蝕刻選擇比的關(guān) 系特性的示意圖。
圖13是表示實施例2-2的結(jié)果的關(guān)于蝕刻選擇比和蝕刻速度和蝕 刻速度的面內(nèi)均勻性的特性的示意圖。
圖14是表示實施例2-3的結(jié)果的關(guān)于間隔Dl和高頻電力的供給 量的關(guān)系特性的示意圖。
圖15是表示實施例2-4的結(jié)果的關(guān)于間隔Dl和處理壓力的關(guān)系
特性的示意圖。
圖16是表示現(xiàn)有的微透鏡的形成方法的平面示意圖
圖17是表示現(xiàn)有的微透鏡的形成方法的截面示意圖
標號說明
21感光部
22垂直寄存器
23導電膜
24遮光膜
25平坦化膜
26濾色片層
3微透鏡
31透鏡材料層
32中間層
33掩模層
4處理室
41載置臺
42靜電卡盤
5氣體供給室
50流量調(diào)整單元
52A CF4氣體源
52B CtF8氣體源
52C SF6氣體源
52D CHF3氣體源
54真空排氣單元
54A壓力調(diào)整單元
61偶極環(huán)(DipoleRing)磁鐵
63高頻電源部
具體實施例方式
首先，以具備微透鏡的CCD固體攝像元件為例對本發(fā)明半導體裝 置的一個例子進行說明。圖1是上述CCD固體攝像元件的結(jié)構(gòu)的一個 示例，圖2是在表面部上具有以橫豎(行列)狀排列的感光部21和垂 直寄存器22的半導體基板，例如Si基板。入射到上述感光部21的入 射光通過光電二極管進行光電變換，并通過垂直寄存器22被輸送到圖 中沒有示出的輸出部。在該Si基板2上層側(cè)的感光部21以外區(qū)域，設(shè) 置有具有例如由聚硅構(gòu)成的傳送電極的導電膜23，在該導電膜23的上 側(cè)區(qū)域形成有例如由鋁構(gòu)成的遮光膜24。
該遮光膜24用于使光入射到感光部21并且抑制光入射到上述導 電膜23，因此，在遮光膜24的與感光部21對應(yīng)的區(qū)域上，形成有用 于使光入射的開口部。在這樣的遮光膜24上，形成有例如由聚酰亞胺 (polyimide)系、聚苯乙烯(polystyrene)系樹脂構(gòu)成的平坦化膜25。
在上述平坦化膜25上形成有濾色片(color filter)層26，在該濾 色片層26的上層，在與各感光部21對應(yīng)的領(lǐng)域上，形成有由無機材 料構(gòu)成的微透鏡3。該微透鏡3用于使光集中到感光部21，其為了集 中更廣范圍的光，而形成為平面尺寸比感光部21大。
接著，根據(jù)圖2和圖3說明上述微透鏡3的形成方法，如上所述， 微透鏡3以橫豎狀形成于成為基板的晶片W上，其各自形成為在X、 Y方向上鄰接的微透鏡3彼此之間的間隔距離為Dl，在斜方向上鄰接 的微透鏡3彼此之間的間隔距離為D2 (參照圖16)。在本發(fā)明中，通 過調(diào)整透鏡形狀，來實現(xiàn)使上述間隔Dl和間隔D2比在掩模層33上 形成的初期間隔dl、 d2小的目的，由于間隔D1變窄，間隔D2也自 然變窄，因此，下面以間隔D1為主進行說明。
按照這樣的順序進行形成首先，在Si基板2上形成感光部21 和垂直寄存器22，之后，形成導電膜23和遮光膜24，接著形成平坦 化膜25和濾色片層26。然后，如圖1所示，在濾色片層26的上層形 成厚度例如為Vm左右的由硅氮化膜構(gòu)成的透鏡材料層31，并在透鏡 材料層31的上層按照中間層32和掩模層33的順序形成中間層32和 掩模層33。上述中間層32是由有機材料構(gòu)成的膜，由此，形成的膜厚 例如大約為0.5 1.5pm,上述掩模層33是由有機材料構(gòu)成的膜，由此， 形成的膜厚例如大約為0.6nm。
在此，上述硅氮化膜(氮化硅膜(silicon nitride))是含有硅元素 (Si)和氮元素(N)的膜，推測其主要成分是Si3N4，以下以"SiN膜" 進行說明。若列舉該SiN膜形成方法的一個例子，則使用含有Si和N 元素的氣體(例如二氯化硅(SiCl2)氣體和氨(NH4)氣體)作為原料 氣體，使這些二氯化硅(SiCl2)氣體以及氨(NH4)氣體等離子體化， 由此在濾色片層26上堆積這些等離子中所含有的Si和N元素的活性 種而形成SiN膜。
此外，形成中間層32的上述有機膜可以是由有機材料例如C、 H 以及O構(gòu)成的有機物的膜，例如可以使用苯酚系抗蝕劑膜、丙烯酸系 抗蝕劑膜、KrF抗蝕劑膜、以環(huán)烯烴馬來酸酐為平臺的抗蝕劑膜(COMA 抗蝕劑膜)等。該中間層32通過利用旋涂法(spin coating)涂敷規(guī)定 的抗蝕劑液而在透鏡材料31上形成。
而且，作為上述掩模層33，可以使用KrF系抗蝕劑膜、I射線系 抗蝕劑膜、X射線系抗蝕劑膜等的苯酚系、丙烯酸系抗蝕劑膜、以環(huán) 烯烴馬來酸酐為平臺的抗蝕劑膜(COMA抗蝕劑膜)等。該掩模層33 通過利用旋涂法涂敷規(guī)定的抗蝕劑液而在中間層32上形成，之后通過 光刻工序而被圖案化，并對其進行熱處理，從而被加工成圖1所示的 規(guī)定的透鏡形狀。
接下來，如圖2 (a)所示，使用含有碳元素和氟元素的第一處理 氣體例如CF4氣體和C4F8氣體對掩模層33和中間層32進行蝕刻，從 而將掩模層33的透鏡形狀轉(zhuǎn)印到中間層32上。這里的蝕刻處理，是 利用CF4氣體和C4Fs氣體的等離子體化，以從這些氣體中解離出來的 解離生物中的F自由基作為蝕刻種，CF自由基、(CF2) n自由基等作 為堆積種而發(fā)生作用，在同時進行利用F自由基的蝕刻、利用CF自由 基等的堆積的同時，進行蝕刻。這時，由于上述堆積種堆積在掩模層 33的透鏡形狀的邊緣區(qū)域，因此，如果選擇規(guī)定的蝕刻條件，則因該 堆積而使掩模層33的透鏡形狀的透鏡寬度變大，通過轉(zhuǎn)印該掩模層33 能夠使中間層32的透鏡寬度變大。
但是，在蝕刻的初期，雖然理由不是很明確，但是可以確認如圖3 (a)的虛線所示，上述間隔D1比初期間隔dl大。但是中間層32是 由含有C的有機材料形成的，所以，在上述蝕刻時，從中間層32產(chǎn)生 堆積種所包含的C。因此，由于所產(chǎn)生的C并沒有阻礙上述CF自由基 等的堆積，相反還促進其堆積，所以，隨著蝕刻的進行，上述變大的 間隔D1被上述堆積物迅速地填埋，從而使透鏡形狀擴大的速度變大。
這樣一來，由于上述蝕刻和堆積是同時進行的，所以掩模層33的 透鏡形狀本身變大，并且由于中間層32的上述間隔Dl被堆積物所填 埋，所以如圖3(b)所示，中間層32的形狀變大，上述間隔D1變窄。 然后，通過選擇最適合的蝕刻條件，使中間層32的底邊之間相互接觸， 使間隔D1變?yōu)榱?，并且間隔D2也無限接近于零。
接下來，如圖2 (b)所示，使用SF6氣體和CHF3氣體所構(gòu)成的第 二處理氣體對中間層32和透鏡材料層31實施蝕刻，由此，將中間層 32的透鏡形狀轉(zhuǎn)印到透鏡材料層31上。這里的蝕刻處理，是通過使 SF6氣體和CHF3氣體等離子體化，以這些氣體解離所產(chǎn)生的解離生成
物中的F自由基作為蝕刻種，C自由基、CF自由基、CF2自由基、CF3 自由基等作為堆積種而發(fā)揮作用，同時進行利用F自由基的蝕刻和利 用C自由基等的堆積來實施蝕刻。
這里，對于構(gòu)成透鏡材料層31的SiN膜，CF自由基(CF*)、 CF2 自由基(CF2*)、 CF3自由基(CF3*)等，依據(jù)下面的反應(yīng)發(fā)生作用。 在這些反應(yīng)式中，SiF4 t 、 N2 t表示產(chǎn)生SiF4氣體、N2氣體，C I表示 C在透鏡材料層31上作為堆積種而產(chǎn)生作用。
Si3N4+12CF*—3 SiF4 t +2 N2 t +12 C I
Si3N4+6CF2*—3 SiF4個+2 N2 t +6 C I
Si3N4+4CF3"3 SiF4 f +2 N2 f +4 C I
這時，因為由上述C自由基等構(gòu)成的堆積種在中間層32的透鏡形 狀的邊緣區(qū)域堆積，所以使透鏡寬度進一步增大，通過對該中間層32 進行轉(zhuǎn)印，而使透鏡材料層31的透鏡寬度也增大。另一方面，與上述 情況一樣，在蝕刻初期，透鏡材料層的間隔Dl比初期間隔dl大。這 里，在透鏡材料層31的蝕刻中，如上述反應(yīng)式所示，通過與C自由基 等的反應(yīng)產(chǎn)生氮元素(N2)氣體，由該N2氣體阻礙C自由基等的堆積。 因此，與由有機膜構(gòu)成的中間層32的蝕刻相比，難以利用上述堆積物 向透鏡材料層31的間隔Dl進行填埋，透鏡形狀的擴大速度會變小。
但是，如上所述，中間層32的間隔D1十分的狹窄，并且上述堆 積種有在中間層32的透鏡形狀的邊緣區(qū)域堆積的傾向，由于該堆積， 使得中間層32的透鏡形狀的寬度會變得更大，所以，通過對其進行轉(zhuǎn) 印，如圖2 (c)、圖3 (c)所示，對于透鏡材料層31的透鏡形狀，其 上述間隔D1則會變得狹窄。這樣一來，通過選擇最適合的蝕刻條件， 可以形成上述間隔Dl為零并且間隔D2無限接近于零的微透鏡3。
這里，在圖2和圖3中，微透鏡3的形狀為半圓狀，但是也可以 依據(jù)膜的種類及構(gòu)成，改變其曲率，使其平面形狀形成為長方形。并 且這樣的微透鏡3是可以排列為例如格子狀或蜂窩狀，其排列間隔在X 方向和Y方向上既可以相同，也可以不同。
接著，依據(jù)圖4對用于形成微透鏡3的等離子體處理裝置進行說 明。圖4是構(gòu)成為氣密的、壁部例如由鋁構(gòu)成的圓筒狀處理室，該處 理室4包括上部室4A和比上部室4A更大的下部室4B，其中，下部室
4B接地。
在處理室4內(nèi)，具有用于大致水平地支撐作為基板的晶片W的、 兼作下部電極41的載置臺，該載置臺41例如由鋁構(gòu)成。此外，在載 置臺41的表面，設(shè)置有用于通過靜電吸力吸附保持晶片W的靜電卡 盤42。圖中的42a是靜電卡盤42的電源部。在裝載于上述靜電卡盤 42表面的晶片W的周圍配置有聚焦環(huán)(focus ring) 43，構(gòu)成為當產(chǎn)生 等離子體時通過該聚焦環(huán)43使等離子體聚集到載置臺41上的晶片W 上。上述載置臺41通過絕緣板44被由導體構(gòu)成的支撐臺45支撐，通 過該支撐臺45，利用例如由滾珠絲杠(ball screw)機構(gòu)46構(gòu)成的升降 機構(gòu)使載置臺41的表面在下部室4B所處的載置位置和圖4所示的處 理位置之間自由升降。圖中的47是例如由不銹鋼(SUS)構(gòu)成的波紋 管，支撐臺45通過該波紋管47與處理室4導通。
在上述載置臺41的內(nèi)部，形成有能夠使制冷劑流通的制冷劑室 48，由此，可以將載置臺41的表面溫度控制在例如4(TC，利用該載置 臺41的溫度和由等離子體帶入的熱量能夠?qū)⒕琖的溫度控制在例 如60。C。此外，在該載置臺41的內(nèi)部設(shè)置有氣體流通路49，構(gòu)成為 在靜電卡盤42和晶片W的背面之間供給成為冷卻氣體的背側(cè)氣體 (backside gas)以調(diào)節(jié)晶片W的溫度。
處理室4的頂壁部分的與上述載置臺41相對的區(qū)域，構(gòu)成兼作上 部電極的氣體供給室5。在該氣體供給室5的下面，形成有多個氣體噴 出孔5a，此外，上面通過成為氣體供給單元的氣體供給通路51而分別 與作為第一處理氣體源的例如CF4氣體源52A和C4Fs氣體源52B以及 作為第二處理氣體源的例如SF6氣體源52C和CHF3氣體源52D連接。 圖中的MA、 MB、 MC、 MD為質(zhì)量流量控制器，VA、 VB、 VC、 VD 為閘閥，由這些部件構(gòu)成流量調(diào)整單元50，由此，第一處理氣體和第 二處理氣體通過氣體供給室5從氣體噴出孔5a向著載置臺41而被均 勻地供給到該載置臺41的載置面的整個表面。
此外，在處理室4的上部室4A的周圍，設(shè)置有偶極環(huán)(dipole ring) 磁鐵61，該偶極環(huán)(dipolering)磁鐵具有成為磁場形成單元的多個異 向性分段(segment)柱狀磁鐵，能夠?qū)ι喜渴?A內(nèi)施加規(guī)定的磁場 例如100G。而且，在上述載置臺41上，通過匹配器62連接有作為等離子體形成用高頻供給單元的高頻電源63，構(gòu)成為從該高頻電源63 向載置臺41供給規(guī)定的頻率例如13.56MHz的高頻電力。由此，上述 氣體供給室5和載置臺41作為一對電極工作，使氣體供給室5和載置 臺41之間產(chǎn)生高頻，從而使上述處理氣體等離子體化。該處理室4內(nèi) 利用真空排氣單元54通過壓力調(diào)整單元54A、排氣通路53對其進行 排氣而形成為規(guī)定的真空度。圖中的55是晶片的搬出搬入口， 56是用 于使上述搬出搬入口 55開閉的門閥。
而且，該等離子體處理裝置IO設(shè)置有由作為控制單元的例如計算 機構(gòu)成的控制部57,該控制部57具備由程序、存儲器、CPU構(gòu)成的 數(shù)據(jù)處理部等，在上述程序中寫入有命令，使得能夠從控制部57向流 量調(diào)整單元50、壓力調(diào)整單元54A等的等離子體處理裝置10的各部 發(fā)送控制信號，以對晶片W實施等離子體處理。此外，例如在上述存 儲器中具有寫入處理壓力、處理時間、氣體流量、電力值等處理參數(shù) 值的區(qū)域，CPU是在執(zhí)行程序的各命令時，讀出這些處理參數(shù)，并將 與這些參數(shù)值對應(yīng)的控制信號發(fā)送到等離子體處理裝置10的各部件。 該程序(包括與處理參數(shù)的輸入操作和顯示相關(guān)的程序)是收納在計 算機的存儲介質(zhì)例如軟盤、光盤(compact disk)、 MO (光磁盤)等的 存儲部58中而安裝在控制部57上。
接下來，對在這樣的等離子體處理裝置10中進行的蝕刻處理進行 說明。首先，打開圖中沒有示出的門閥，通過圖中沒有示出的晶片搬 送部，將表面具有圖1所示結(jié)構(gòu)的晶片W從搬出搬入口 55搬入到處 理室4中，并過渡到處于上述載置位置的載置臺41上。然后，載置臺 41上升到上述處理位置，由上述真空排氣單元54通過壓力調(diào)整單元 54A將處理室4內(nèi)排氣至規(guī)定的真空度例如5.3Pa (40mTorr)。接著， 從氣體供給室5導入作為第一處理氣體的CF4氣體和C4Fs氣體，例如 其氣體流量分別為畫sccm、 30s函。
另一方面，從高頻電源部63例如以1400W的電力向載置臺41供 給頻率例如為13.56MHz的高頻。由此，在作為上部電極的氣體供給室 5和作為下部電極的載置臺41之間形成高頻電場。此處，在上部室4A 內(nèi)，因為由偶極環(huán)磁鐵61形成水平磁場，所以在晶片W存在的處理 空間形成正交電磁場，通過由此產(chǎn)生的電子的漂移(drift)產(chǎn)生磁控管
放電。然后，通過該磁控管放電使第一處理氣體等離子體化，并利用
該等離子體對晶片W上的掩模層33和中間層32進行如上所述的蝕刻處理。
接著，停止第一處理氣體的導入，利用真空排氣單元54通過壓力 調(diào)整單元54A對處理室4內(nèi)進行排氣使其達到規(guī)定的真空度例如 2.65Pa (20mTorr)。接著，例如分別以30sccm、 60sccm的流量從氣體 供給室5導入作為第二處理氣體的SF6氣體和CHF3氣體，。
另一方面，從高頻電源部63例如以1400W的電力向載置臺41供 給頻率例如為13.56MHz的高頻。由此，如上所述，在晶片W存在的 處理空間內(nèi)產(chǎn)生磁控管放電。然后，利用該磁控管放電使第二處理氣 體等離子體化，并利用該等離子體對晶片W上的中間層32與透鏡材 料層31進行上述蝕刻處理。然后，在表面形成有微透鏡3的晶片W利 用圖中沒有示出的晶片搬送部通過搬出搬入口 55而被搬出到處理室4 的外部。
如上所述，在上述實施方式中，在掩模層33和透鏡材料層31之 間設(shè)置有中間層32，首先，在規(guī)定的條件下使用掩模層33對由有機材 料構(gòu)成的中間層32進行蝕刻，由此，該中間層32的透鏡形狀變大， 接著，以該中間層32作為掩模(遮蔽)對由無機材料構(gòu)成的透鏡材料 層31進行蝕刻。由此，將與掩模層33相比透鏡形狀大的中間層32的 形狀轉(zhuǎn)印到透鏡材料層31上，這樣能夠形成透鏡形狀比掩模層33大 的微透鏡3。由此，使微透鏡3的間隔Dl變得比初期間隔dl窄，若 選擇蝕刻條件，則能夠形成間隔D1為零且間隔D2無限接近于零的微 透鏡3。
這里，假設(shè)不設(shè)置中間層32，若對層疊掩模層33和由SiN膜構(gòu)成 的透鏡材料層31，使用含有SF6氣體和CHF3氣體的處理氣體形成微透 鏡3的情況進行研究，則如上所述，在SiN膜的蝕刻中，因N2氣體的 存在而阻礙C自由基等的堆積，與有機膜的蝕刻相比成膜性變小，因 此，在蝕刻初期，上述堆積物難以向擴大的透鏡材料層31的間隔Dl 中進行填埋。
雖然考慮到此時通過長時間進行蝕刻處理，使成膜性增加，以使 上述堆積物向上述間隔Dl進行填埋，但是前提條件是上述SiN膜為了
確保膜厚的高面內(nèi)均勻性，其膜厚的界限大約為lpm，膜厚不能比lpm 大，因此蝕刻時間不能過長。所以，在這樣限定的膜厚中不能使成膜 性增加，微透鏡3的間隔Dl很難比掩模層33的初期間隔dl更窄。
此處，在該透鏡材料層31的蝕刻中，通過控制上述透鏡材料層31 相對于上述中間層32的蝕刻選擇比((透鏡材料層31的蝕刻速度)/ (中間層32的蝕刻速度))以下簡稱"蝕刻選擇比")，而能夠如后述 實施例明確所示那樣控制微透鏡3的透鏡形狀。
此時，可以通過調(diào)整SF6氣體和CHF3氣體流量來控制該蝕刻選擇 比。即，在透鏡材料層31的蝕刻中，如上述那樣，以從SF6氣體和CHF3 氣體解離產(chǎn)生的解離生成物中的F自由基作為蝕刻種，以C自由基等 作為堆積種而分別發(fā)揮作用，所以，通過調(diào)整這些F自由基的量和C 自由基等的量，而能夠調(diào)整蝕刻性和堆積性，由此，能夠控制蝕刻選 擇比。
然后，根據(jù)后述的實施例可以得知，如果上述蝕刻選擇比小則相 對于蝕刻性的堆積性變小，另一方面，如果上述蝕刻選擇比大則相對 于蝕刻性的堆積性大，透鏡形狀變變大，此外，若上述蝕刻選擇比過 大，則相對于蝕刻性的堆積性也變得過大，蝕刻速度變低，會發(fā)生蝕 刻中止(etch stop),而且蝕刻選擇比對晶片面內(nèi)的蝕刻速度的均勻性 有影響，因此，根據(jù)這些狀況有必要求出蝕刻選擇比的合適范圍。
因此，在考慮到生產(chǎn)線的生產(chǎn)量的處理時間內(nèi)，為了在控制透鏡 形狀并且提高透鏡形狀的面內(nèi)均勻性的狀態(tài)下形成透鏡3，優(yōu)選上述蝕 刻選擇比在1.0以上1.6以下的蝕刻條件下進行蝕刻處理，特別是蝕刻 選擇比在1.4以上1.6以下的范圍時，可以形成具備與初期間隔dl相 同的、或更小的間隔D1的微透鏡3，而且，通過限定蝕刻選擇比而可 以形成間隔Dl為零且間隔D2無限接近于零的微透鏡。
此外，通過控制供給到處理容器4內(nèi)高頻電力的供給量、處理容 器4內(nèi)的處理壓力，而能夠如后所述那樣控制透鏡形狀，調(diào)整間隔D1 的大小。其理由是根據(jù)上述高頻電力的供給量和處理壓力的變化， 供給SF6氣體和CHF3氣體的能量的量隨之變化，由此從SF6氣體和 CHF3氣體解離的解離生成物中的F自由基、C自由基等的生成量也不 同，所以即使SF6氣體和CHF3氣體的流量比相同，在蝕刻時所提供的
F自由基的量、堆積時所提供的C自由基等的量也是變化的。因此，
在使透鏡材料層31的蝕刻速度比中間層32的蝕刻速度大的蝕刻條件 下進行蝕刻是為了能夠使間隔D1變窄，通過調(diào)整蝕刻選擇比、高頻電 力的供給量、處理壓力等蝕刻處理的參量，使透鏡形狀的調(diào)整寬度變 大，間隔D1和間隔D2接近于零，從而可以形成間隔為零的微透鏡3。 如上所述，在本發(fā)明中，因為使用由有機材構(gòu)成的掩模層33和中 間層32以及由無機材料構(gòu)成的透鏡材料層31的三層構(gòu)造形成微透鏡 3，所以，通過選擇蝕刻條件，能夠控制透鏡形狀，形成與掩模層33 的透鏡形狀相比透鏡寬度大、相鄰透鏡彼此之間的透鏡間距離(間隔 Dl)為0 0.1pm左右的非常小的由無機材料構(gòu)成的微透鏡3。對于該 微透鏡3而言，因為對感光部21的集光度大，所以能夠確保很高的敏 感度。
因為實現(xiàn)這種由無機材料構(gòu)成的微透鏡3的實用化，所以，作為 目的的能夠根據(jù)目標波長區(qū)域自由地從有機材料或無機材料中選擇微 透鏡3的材料的所謂材料選擇自由度便得到提高。此外，通過將由不 同材料形成的微透鏡3多層次地設(shè)置在固體攝像元件上，而可以預(yù)測 到能夠利用微透鏡3選擇性地對各個特定波長區(qū)域進行集光，能夠補 正各個較弱的波長區(qū)域。
在上述內(nèi)容中，作為上述第一處理氣體，可以使用將從CF4氣體、
SF6氣體、C2F6氣體、C3F8氣體中選擇的氣體和從QF8氣體、CsFs氣
體、QF6氣體、C2F6氣體、C3Fs氣體中選擇的氣體組合而成的混合氣 體。此外，作為第二處理氣體，可以使用在SF6氣體和CHF3氣體中混 入氧氣(02)的氣體。
此外，上述中間層32和掩模層33都是由有機材料構(gòu)成的，但是 該中間層32和掩模層33既可以由相同種類的膜形成，也可以由不同 種類的膜形成。如果由相同種類的膜構(gòu)成，則上述掩模層33和中間層 32例如由苯酚系抗蝕劑膜、丙烯酸系抗蝕劑膜、KrF抗蝕劑膜、以環(huán) 烯烴馬來酸酐為平臺的抗蝕劑膜(COMA抗蝕劑膜)等構(gòu)成。這時， 因為掩模層33和中間層32的蝕刻選擇比相同，所以掩模層33的形狀 被原樣轉(zhuǎn)印到中間層32，易于對透鏡形狀進行控制，對于這一點是有 效的。
而且，上述中間層32也可以由一層以上的多層來構(gòu)成，該多層可 以由相同種類的有機膜形成也可以由不同種類的有機膜形成。因此， 通過多層層疊中間層32進行設(shè)置，使中間層32的透鏡形狀的調(diào)整寬 度變大，通過對該透鏡形狀進行轉(zhuǎn)印，使微透鏡3的透鏡形狀的調(diào)整 寬度也變大。
而且，作為形成透鏡材料層31的無機材料，可以使用硅氧化膜、 硅氮化膜等。這里，對使用硅氧化膜作為透鏡材料層31的情況進行說 明。該硅氧化膜是包含硅元素和氧元素(0)的膜， 一般公知的有二氧 化硅膜(Si02)，所以，這里對SiOj莫進行說明。首先，列舉一例來說
明Si02膜的成膜方法，作為用于形成Si02膜的原料氣體，例如使用四
乙基原硅酸酯(tetraethyl-ortho-silicate) (Si (OC2H5) 4)等的有機源蒸 氣(氣體)和氧氣，使這些四乙基原硅酸酯氣體和氧氣等離子體化， 利用等離子氣體中所含有的自由基和氧的活性種，在上述濾色片層26 上例如以4pm的膜厚形成Si02膜。
在由Si02膜構(gòu)成的透鏡材料層31的蝕刻處理中，與SiN膜的蝕刻 處理相同，通過使SF6氣體和CHF3氣體等離子體化，以從這些氣體中 解離出的解離生成物中的F自由基作為蝕刻種，以C自由基、CF自由 基、CF2自由基、CF3自由基等作為堆積種而分別發(fā)揮作用，在同時進 行利用F自由基進行的蝕刻和利用C自由基等進行的堆積的同時，進 行蝕刻處理。
此時，CF自由基(CF*)、 CF2自由基(CF2*)、 CF3自由基(CF3*) 等按照下面的反應(yīng)來對SK)2膜進行作用 3/4Si02+CF3*—3/4SiF4+CO+l/20 l/2Si02+CF2*—l/2SiF4+CO l/4Si02+CF* —l/4SiF4+l/2CO+l/2C
由此，在Si02膜的蝕刻中，在產(chǎn)生o和co的同時，c作為堆積 成份而被釋放出來，由于該o、 co的影響，使得成膜性與對作為有機
膜的中間層32進行蝕刻時相比小，但這些O、 CO，與在SiN膜的蝕 刻時產(chǎn)生的N2氣體相比，對C自由基等堆積的阻礙程度小。此外，如 后述實施例所明確表示的那樣，若蝕刻選擇比變得過大則不會發(fā)生所 謂的蝕刻不進行的現(xiàn)象，所以伴隨蝕刻選擇比的增大，可以更大地形
成透鏡形狀。
因此，當透鏡材料層31為Si02膜時，通過在上述蝕刻選擇比為 1.7以上的蝕刻條件下進行蝕刻處理，在考慮到生產(chǎn)線的生產(chǎn)量的處理
時間內(nèi)，能夠在以期望范圍控制透鏡形狀的狀態(tài)下形成微透鏡3，通過 選擇蝕刻條件，使間隔Dl比初期間隔dl窄，而且能夠形成間隔Dl 為零且間隔D2無限接近于零的微透鏡。此外，當以該蝕刻選擇比進行 蝕刻時，如后述實施例明確所示的那樣，蝕刻速度的面內(nèi)均勻性良好。
為此，當透鏡材料層31為SiN膜、SiCy莫時，通過選擇蝕刻條件， 而能夠形成間隔D1、 D2為零或無限接近于零的微透鏡3，所以，推斷 以氮氧化硅膜作為材料形成微透鏡3時也能夠得到同樣的效果。該氮 氧化硅膜是含有硅元素、氮元素、和氧元素的膜，這里為SiON膜，該 SiON膜是使用含有硅元素、氮元素和氧元素的處理氣體，通過等離子 體CVD (Chemical Vapor Deposition:化學氣相沉積)法形成的。
此外，本發(fā)明的微透鏡適用于在圖5 (a)、圖5 (b)所示構(gòu)造的 CCD固體攝像元件、CMOS傳感器上形成的微透鏡3。圖5 (a)是除 在表面形成有微透鏡3之外，還具備層內(nèi)微透鏡27的示例，該層內(nèi)微 透鏡27在圖l所示的構(gòu)造中，是形成在濾色片層26的下方。圖中28 是在層內(nèi)微透鏡27的表面形成的平坦化膜(只有濾色片層26時)，其 他的構(gòu)造與圖1所示的構(gòu)造相同。在這樣的構(gòu)造中，表面的微透鏡3 是用本發(fā)明的方法形成的。此外，圖5 (b)是在圖1所示的構(gòu)造中， 在遮光膜24的上層直接形成微透鏡3的示例，該表面的微透鏡3也是 用本發(fā)明的方法形成的。
以下，為了確認本發(fā)明的效果而對實施例進行說明。在以下的實 驗中，使用下述的晶片W，即如圖l所示在Si基板2上形成感光部 21、垂直寄存器22、導電膜23、以及遮光膜24，在其上方從下側(cè)開始 按照平坦化膜25、濾色片層26、透鏡材料層31、中間層32以及以規(guī) 定的透鏡形狀形成的掩模層33的順序而形成這些層。在蝕刻裝置中使 用圖4所示的等離子體蝕刻裝置。
l.透鏡材料層31由SiN膜形成的情況 (實施例1-1)
如圖6 (a)所示，對于在膜厚為l(im的透鏡材料層31上以由苯
酚系抗蝕劑膜構(gòu)成的中間層32以及由苯酚系抗蝕劑膜構(gòu)成的按規(guī)定透
鏡形狀形成的掩模層33的順序形成有中間層32和掩模層33的8英寸 (inch size)的晶片W，按照以下條件對該晶片W進行蝕刻，關(guān)于掩 模層33、中間層32、透鏡材料層31 (微透鏡3)各自的透鏡形狀，使 用掃描型電子顯微鏡(SEM)對其平面形狀進行攝像，并據(jù)此對掩模 層33、中間層32、透鏡材料層31分別測定間隔D1。在圖6 (a)中一 并表示出研究通過上述SEM攝像的照片(以下稱為"SEM照片")得 到的結(jié)果和上述間隔D1。
中間層32的蝕刻條件
處理氣體CF4/C4F8=100/30sccm
高頻電源的電力1400W
處理壓力5.3Pa (40mTorr)
載置臺的設(shè)定溫度0°C
處理時間由EPD (由等離子體發(fā)光光譜分析器終點檢測裝置) 進行199秒的蝕刻處理。這里蝕刻時間的終點是依據(jù)CF自由基的發(fā)光 光譜強度(波長260nm)和CN自由基的發(fā)光光譜強度(波長387.2nm) 的比率等的計算結(jié)果檢測出來的，從而停止蝕刻。
透鏡材料層31的蝕刻條件
處理氣體SF6/CHF3/O3=60/50/25sccm
蝕刻選擇比0.95
高頻電源的電力400W
處理壓力2.65Pa (20mTorr)
載置臺的設(shè)定溫度0°C
處理時間對透鏡材料層31進行到750nm為止的蝕刻處理，然后 停止蝕刻。
(比較例1)
如圖6 (b)所示，對于在膜厚為lpm的透鏡材料層31上以由苯 酚系抗蝕劑膜構(gòu)成且以規(guī)定的形狀形成的掩模層33這樣的順序而形成 有掩模層的晶片W，按照下面的條件進行蝕刻處理，并對掩模層33、 透鏡材料層31各自的透鏡形狀的平面形狀進行SEM攝像，據(jù)此測定 掩模層33、透鏡材料層31各自的間隔D1。將對該SEM照片的研究結(jié) 果和上述間隔D1并列地表示在圖6 (b)中。
透鏡材料層31的蝕刻條件
處理氣體SF6/CHF3 =60/60sccm 蝕刻選擇比1.09 高頻電源的電力400W 處理壓力2.65Pa (20mTorr) 載置臺的設(shè)定溫度40°C
處理時間對透鏡材料層31進行到750nm為止的蝕刻處理，然后
停止蝕刻。
(實驗結(jié)果)
關(guān)注上述間隔D1 (dl)，在實施例1中，掩模層33是320nm、中 間層32是100nm、微透鏡3是358nm，在比較例1中，掩模層33是 500nm、微透鏡3是700nm。由此可以確定，上述間隔D1，在實施例 1中，與掩模層33相比微透鏡3大約擴大1.1倍，而在比較例1中， 與掩模層33相比微透鏡3大約擴大1.4倍。
此處，觀察該蝕刻選擇比，在實施例1中為0.95，在比較例1中 為1.09，在比較例1中蝕刻選擇比較大，蝕刻選擇比較大的一方堆積 性較強，透鏡形狀易于變大，但是即使這樣，確認實施例1中的透鏡 形狀可以變大，間隔D1變窄，由此可以理解本發(fā)明的有效性。此外， 可以確認實施例1的中間層32的間隔D1比掩模層33的間隔D1窄。 (實施例1-2:關(guān)于通過調(diào)整蝕刻選擇比來控制透鏡形狀)
對于與實施例1-1同樣的晶片W，使蝕刻選擇比在0.95 1.75的 范圍內(nèi)變化來對透鏡材料層31進行蝕刻，關(guān)于掩模層33、中間層32、 透鏡材料層31，分別對它們的平面形狀和截面形狀進行SEM攝像，觀 察透鏡形狀的變化，并且依據(jù)該SEM照片分別測定間隔Dl (dl)和 蝕刻深度。
該蝕刻深度(蝕刻量)是透鏡材料層(SiN膜)31的蝕刻量的指 標，是根據(jù)圖7 (a)所示的在中間層32的蝕刻后的透鏡材料層31的 厚度X和圖7 (b)所示的在透鏡材料層31的蝕刻后的透鏡材料層31 的厚度Y的差(X—Y)算出的。這時上述厚度差X、 Y是沒有形成透 鏡形狀的區(qū)域的厚度。此外，在該實施例中，中間層32的蝕刻通過等
離子體發(fā)光光譜檢測出蝕刻終點，在中間層32的蝕刻結(jié)束時，由于有
時透鏡材料層31的表面部多少有被蝕刻的情況，所以在圖7 (a)中表 示的是透鏡材料層31的表面被蝕刻后的狀態(tài)。此外，根據(jù)蝕刻條件， 中間層32和透鏡材料層31的間隔D1存在并不為零的情況，所以，這 里表示的是具有規(guī)定間隔Dl的狀態(tài)。在圖8中一并表示的是研究 (trace)該SEM照片的結(jié)果和上述間隔Dl和蝕刻深度。此外，在圖 9中表示的是蝕刻選擇比和間隔Dl的關(guān)系性。
中間層32的蝕刻條件
以與實施例1-1相同的條件進行。
透鏡材料層31的蝕刻條件
處理氣體另述 蝕刻選擇比另述 高頻電源的電力400W 處理壓力2.65Pa (20mTorr)
載置臺的設(shè)定溫度0°C
處理時間對透鏡材料層31進行到750nm為止的蝕刻處理，然后 停止蝕刻。
蝕刻選擇比的控制是通過改變處理氣體的流量來進行的。蝕刻選 擇比和處理氣體的流量比的關(guān)系如下。
選擇比0.95: SF6/CHF3/O2=60/50/25sccm 選擇比1.42: SF6/ CHF3 =30/60sccm 選擇比1.59: SF6/ CHF3 =28/60sccm 選擇比1.66: SF6/ CHF3 =29/60sccm 選擇比1.75: SF6/ CHF3 =25/60sccm
據(jù)圖8和圖9可以確認，通過調(diào)整蝕刻選擇比，而能夠使透鏡形 狀變化，并控制間隔D1。根據(jù)該結(jié)果，當蝕刻選擇比是0.95時，間隔 Dl比初期間隔dl大，隨著蝕刻選擇比的增大，上述間隔D1變小，另 一方面，當蝕刻選擇比在1.66以上時，透鏡材料層31的蝕刻深度不能 達到目標值750nm左右，確定這時會出現(xiàn)蝕刻處理不能進行的情況。 #^# ^ ^過大，而使蝕刻不能進行的情況，是因為雖然 利用F自由基進行的蝕刻在進行，但是利用C自由基等進行的堆積進
行完成，所以堆積量相對于蝕刻量的比率變得過高，因而發(fā)生蝕刻中 止的狀況。
由此，結(jié)合圖9的數(shù)據(jù)，確保某種程度的蝕刻量的同時，為了形
成具有比初期間隔dl寬度窄的間隔Dl的微透鏡3，優(yōu)選在蝕刻選擇 比為1.0以上1.6以下的條件下對中間層32和微透鏡3進行蝕刻，特 別是當蝕刻選擇比在1.4以上1.6以下的范圍內(nèi)時，間隔D1比150nm 更小，可以形成微透鏡3的間隔D1與中間層32大致相同，或更加狹 窄的微透鏡3。
(實施例1-3:關(guān)于蝕刻選擇比與蝕刻速度的面內(nèi)均勻性的關(guān)系)
對于與實施例1-1相同的晶片W，在蝕刻選擇比在0.86 3.25的 范圍中變化時對透鏡材料層31進行蝕刻處理，測定透鏡材料層31的 蝕刻速度和蝕刻速度的面內(nèi)均勻性。上述蝕刻速度表示的是在上述晶 片的面內(nèi)的25個地方測定出的蝕刻速度的平均值，蝕刻速度的面內(nèi)均 勻性表示的是在上述晶片面內(nèi)的25個地方測定的蝕刻速度的偏差除以 蝕刻速度的絕對值所得的值，該值越接近于零表示蝕刻速度的面內(nèi)均 勻性越高。此外，中間層32和透鏡材料層31的蝕刻條件如下。
中間層32的蝕刻條件
以與實施例1-1相同的條件進行。
透鏡材料層31的蝕刻條件
處理氣體另述 蝕刻選擇比另述
高頻電源的電力400W 處理壓力2.65Pa (20mTorr)
載置臺的設(shè)定溫度0°C
處理時間對透鏡材料層31進行到750nm為止的蝕刻處理，然后 停止蝕刻。
蝕刻選擇比的控制是通過改變處理氣體的流量比實行的，蝕刻選 擇比與處理氣體的流量比的關(guān)系如下。
選擇比0.86: SF6/CHF3/O2=60/25/30sccm 選擇比0.95: SF6/ CHF3/O2=60/50/25sccm 選擇比1.42: SF6/ CHF3 =30/60sccm
選擇比1.59: SF6/ CHF3 =28/60sccm 選擇比1.66: SF6/ CHF3 =29/60sccm 選擇比1.75: SF6/ CHF3 =25/60sccm 選擇比2.17: SF6/ CHF3 二20/60sccm 選擇比3.25: SF6/ CHF3 =15/60sccm
處理氣體的流量比與蝕刻選擇比的關(guān)系、蝕刻速度、蝕刻速度的 面內(nèi)均勻性相結(jié)合表示在圖IO中。依據(jù)其結(jié)果，若蝕刻選擇比在1.75 以上，則可以確認蝕刻速度的面內(nèi)均勻性急劇惡化，通過在蝕刻選擇 比為1.0 1.6的條件下對中間層32和微透鏡3進行蝕刻，而能夠確保 透鏡材料較高的面內(nèi)均勻性。
2.透鏡材料31由Si02膜形成的情況 (實施例2-1:關(guān)于通過調(diào)整蝕刻選擇比來控制透鏡形狀)
在厚度為4.2pm的透鏡材料層31上，對于從下方開始按照由苯酚 系抗蝕劑膜構(gòu)成的中間層32以及以規(guī)定透鏡形狀形成的由苯酚系抗蝕 劑膜構(gòu)成的掩模層33的順序形成有中間層32和掩模層33的6英寸 (inch size)的晶片W，當蝕刻選擇比在1.63 2.06的范圍內(nèi)變化時對 該晶片W進行透鏡材料層31的蝕刻處理，對掩模層33、中間層32、 微透鏡層3分別進行平面形狀和截面形狀的SEM攝像，在觀察透鏡形 狀變化的同時，分別根據(jù)該SEM形狀測定間隔D1 (dl)。研究(描繪) 該SEM照片的結(jié)果和間隔D1 —并表示在圖11中。此外，蝕刻選擇比 與間隔D1的關(guān)系表示在圖12中。
中間層32的蝕刻條件
處理氣體CF4/C4F8=100/30sccm
高頻電源的電力1200W
處理壓力5.3Pa (40mTorr)
載置臺的設(shè)定溫度0°C
處理時間通過EPD進行139秒的蝕刻處理，蝕刻處理時間的終 點是依據(jù)CO自由基的發(fā)光光譜強度(波長226nm)和CF自由基的發(fā) 光光譜強度(波長260nm)的比率的計算結(jié)果檢測出來的，從而^ih 蝕刻。
透鏡材料層31的蝕刻條件
處理氣體另述 蝕刻選擇比另述 高頻電源的電力400W
處理壓力2.65Pa (20mTorr)
載置臺的設(shè)定溫度0°C
處理時間對透鏡材料層31進行到2.8pm為止的蝕刻處理，然后 停止蝕刻。
蝕刻處理選擇比的控制是通過改變處理氣體的流量比進行的。蝕 刻選擇比與處理氣體的流量比的關(guān)系如下-選擇比1.63: SF6/ CHF3 =12/60sccm 選擇比1.80: SF6/CHF3=10/60sccm 選擇比2.06: SF6/CHF3 =8/60sccm
根據(jù)圖11和圖12，通過調(diào)整蝕刻選擇比，而確認能夠使透鏡形狀 變化，從而能夠控制間隔D1。據(jù)此結(jié)果，如果蝕刻選擇比在1.7以上 則間隔Dl為500nm以下，若蝕刻選擇比為1.8以上則間隔Dl與初期 間隔dl大致相同，隨著蝕刻選擇比的增加，上述間隔D1變小，并且 透鏡材料層31與為SiN膜的情況不同，即使蝕刻選擇比增加也可以確 保蝕刻量。像這樣透鏡材料層31為Si02的情況下，即使蝕刻選擇比變 大，相對于蝕刻量的堆積量的比率也不會變得過高，不會發(fā)生蝕刻中 止的狀況。
由此，根據(jù)圖12的近似曲線，為了形成具有與初期間隔dl的寬 度相同程度的間隔D1的微透鏡3，確認優(yōu)選在蝕刻選擇比為1.8以上 的條件下對中間層32和微透鏡3進行蝕刻，此外，若蝕刻選擇比在2.2 以上，則可以預(yù)測間隔D1能夠為零。
(實施例2-2:關(guān)于蝕刻選擇比與蝕刻速度的面內(nèi)均勻性的關(guān)系)
對于與實施例2-1相同的晶片W，使蝕刻選擇比在1.63 2.06的 范圍內(nèi)變化對透鏡材料層31進行蝕刻，并測定透鏡材料層31的蝕刻 速度和蝕刻速度的面內(nèi)均勻性。上述蝕刻速度以及蝕刻速度的面內(nèi)均 勻性，是在上述晶片面內(nèi)的9個地方對上述蝕刻速度進行測定，并按 照與實施例1-3同樣的方法計算出來的。其中，中間層32與透鏡材料 層31的蝕刻條件如下。 中間層32的蝕刻條件 以與實施例1-1相同的條件進行。 透鏡材料層31的蝕刻條件 處理氣體另述 蝕刻選擇比另述 高頻電源的電力400W
處理電壓2.65Pa (20mTorr)
載置臺的設(shè)定溫度0°C
處理時間對透鏡材料層31實施到2.8pm為止的蝕刻處理，然后 停止蝕刻。
蝕刻選擇比的控制，是通過改變處理氣體的流量進行的。蝕刻選 擇比與處理氣體的流量比的關(guān)系與實施例2-1相同。
處理氣體的流量比與蝕刻選擇比的關(guān)系、蝕刻速度、蝕刻速度的 面內(nèi)均勻性相結(jié)合表示在圖13中。依據(jù)其結(jié)果，使蝕刻選擇比在1.63 2.06的范圍內(nèi)時，可以確認蝕刻速度的面內(nèi)均勻性良好。 (實施例2-3:關(guān)于間隔Dl與高頻電力的關(guān)系)
對于實施例2-1的晶片W，將蝕刻選擇比固定在1.6，改變高頻電 力的供給量進行蝕刻，對所得到的微透鏡3測定其間隔D1，并測定關(guān) 于該間隔Dl與高頻電力的依賴性以及透鏡材料層31的蝕刻速度和蝕 刻速度的面內(nèi)均勻性。關(guān)于所述蝕刻速度和蝕刻速度的面內(nèi)均勻性按 照與實施例2-2相同的方法進行測定。其中，蝕刻條件如下。
中間層32的蝕刻條件
以與實施例1-1相同的條件進行。
透鏡材料層31的蝕刻條件
處理氣體SF6/CHF3=12/60sccm
蝕刻選擇比1.6
高頻電源的電力400W、 800W
處理電壓2.65Pa (20mTorr)
載置臺的設(shè)定溫度0'C _
處理時間對透鏡材料層31實施到2.8pm為止的蝕刻處理，然后
停止蝕刻。
該結(jié)果在圖14中表示。圖14中的縱軸是間隔D1，橫軸是高頻電
力的供給量。此外，當電力供給量為400W時的蝕刻速度為 186.4nm/min，蝕刻速度的面內(nèi)均勻性為±4.5%，當電力供給量為800W 時的蝕刻速度為339.6nm/min，蝕刻速度的面內(nèi)均勻性為±3.9%。由此， 通過改變高頻電力的供給量，而能夠調(diào)整透鏡形狀并控制間隔Dl的大 小，此外還能夠調(diào)整蝕刻速度以及蝕刻速度的面內(nèi)均勻性，而且在蝕 刻選擇比為1.6的情況下，電力供給量為800W時的間隔Dl比電力供 給量為400W時更狹窄，并且確認所述蝕刻速度的面內(nèi)均勻性也得到 提咼°
(實施例2-4:關(guān)于間隔D1與處理壓力的關(guān)系)
對于實施例2-l的晶片W，將蝕刻選擇比固定在1.6，改變處理壓 力值進行蝕刻處理，對所得到的微透鏡3測定其間隔D1，測定關(guān)于該 間隔Dl與處理壓力的依賴型以及透鏡材料層31的蝕刻速度和蝕刻速 度的面內(nèi)均勻性。所述蝕刻速度和蝕刻速度的面內(nèi)均勻性按照與實施 例2-2相同的方法進行測定。其中，蝕刻處理的條件如下。
中間層32的蝕刻條件
以與實施例l-l相同的條件進行
透鏡材料層31的蝕刻條件
處理氣體SF6/CHF3=10sccm/60sccm
蝕刻選擇比1.6
高頻電源的電力800W
處理壓力1.94 Pa (15mTorr)、 2.65Pa (20mTorr)
載置臺的設(shè)定溫度0°C
處理時間對透鏡材料層31實施到2.8jxm為止的蝕刻處理，然后
停止蝕刻。
其結(jié)果如圖15所示。圖15中縱軸表示的是間隔D1，橫軸表示的 是處理壓力。此外，處理壓力為1.94Pa時的蝕刻速度為339.6nm/min， 蝕刻速度的面內(nèi)均勻性為±3.9%，處理壓力為2.65Pa時的蝕刻速度為 323.0nm/min，蝕刻速度的面內(nèi)均勻性為±4.3%。由此，通過使處理壓 力發(fā)生變化，而能夠調(diào)整透鏡形狀控制間隔D1的大小，此外還能夠控 制蝕刻速度以及蝕刻速度的面內(nèi)均勻性，而且，在蝕刻選擇比為1.6
的狀況下，處理壓力為1.94Pa時的間隔Dl變得狹窄，上述蝕刻速度 的面內(nèi)均勻性也得到提高。
像這樣透鏡形狀、所述面內(nèi)均勻性與高頻電力的供給量、處理壓 力之間的依賴，如上述那樣，隨著高頻電力的供給量、處理壓力的增 加，F(xiàn)自由基的量也增加，其結(jié)果，提供給蝕刻用的F的量和提供給堆 積用的C等的量的比例產(chǎn)生變化，這可以由透鏡形狀、上述蝕刻速度 的面內(nèi)均勻性反映出來。此外，在透鏡材料層31為SiN膜的情況，關(guān) 于間隔D1與高頻電力的供給量、處理壓力的關(guān)系沒有進行實驗，可以 預(yù)測應(yīng)該得到與透鏡材料層31為Si02膜時同樣的結(jié)果。
在以上的內(nèi)容中本發(fā)明的蝕刻處理并不是只限于使用上述等離子 體處理裝置，其他形式的產(chǎn)生等離子體的裝置也可以實施。并且本發(fā) 明并不是只在CCD固體攝像元件中使用，在MOS型固體攝像元件、 液晶顯示單元中所使用的微透鏡的形成中也可以使用本發(fā)明。而且， 本發(fā)明方法，并不只對最表面的微透鏡適用，對于內(nèi)層的微透鏡的形 成也是有效適用的，作為形成本發(fā)明的微透鏡的基板，除半導體晶片 之外其他玻璃基板也可以使用。
權(quán)利要求
1.一種微透鏡的形成方法，其特征在于，包括在基板上形成由無機材料構(gòu)成的透鏡材料層的工序；接著在該透鏡材料層上形成由有機材料構(gòu)成的中間層的工序；接著在該透鏡材料層上形成由有機材料構(gòu)成的掩模層的工序；接著在所述掩模層上形成透鏡形狀的工序；接著通過對所述掩模層和中間層進行蝕刻處理，將掩模層的透鏡形狀轉(zhuǎn)印到所述中間層的工序；以及接著利用含有SF6氣體和CHF3氣體的處理氣體對所述中間層和透鏡材料層進行蝕刻處理，由此將中間層的透鏡形狀轉(zhuǎn)印到所述透鏡材料層從而形成透鏡的工序。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微透鏡的形成方法，其特征在于 所述透鏡材料層由從硅氮化膜、硅氧化膜以及氮氧化硅膜中選擇的膜所形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微透鏡的形成方法，其特征在于 對所述掩模層和中間層進行蝕刻的工序使用含有碳元素和氟元素的氣體作為處理氣體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的微透鏡的形成方法，其特征 在于所述掩模層由抗蝕劑膜形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的微透鏡的形成方法，其特征 在于所述掩模層由與中間層相同種類的有機材料構(gòu)成的膜所形成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的微透鏡的形成方法，其特征在于當所述透鏡材料層為硅氮化膜時，蝕刻所述中間層和透鏡材料層的工序以將所述透鏡材料層的蝕刻 速度除以中間層的蝕刻速度所得到的蝕刻選擇比為1.0以上1.6以下的 蝕刻條件進行。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的微透鏡的形成方法，其特征在于 蝕刻所述中間層和透鏡材料層的工序以將所述透鏡材料層的蝕刻速度除以中間層的蝕刻速度所得到的蝕刻選擇比為1.4以上1.6以下的蝕刻條件進行。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的微透鏡的形成方法，其特征在于當所述透鏡材料層為硅氧化膜時， 蝕刻所述中間層和透鏡材料層的工序以將所述透鏡材料層的蝕刻速度除以中間層的蝕刻速度所得到的蝕刻選擇比為1.7以上的蝕刻條件進行。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的微透鏡的形成方法，其特征在于蝕刻所述中間層和透鏡材料層的工序是以所述透鏡材料層的蝕刻速度除以中間層的蝕刻速度所得到的蝕刻選擇比為1.8以上的蝕刻條件進行的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6 9中任一項所述的微透鏡的形成方法，其特征在于通過調(diào)整SF6氣體與CHF3氣體的流量比來控制所述蝕刻選擇比。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1 10中任一項所述的微透鏡的形成方法，其特征在于所述微透鏡是在固體攝像元件中分別對應(yīng)于以行列狀排列的多個 感光部而設(shè)置的集光用微透鏡。
12. —種半導體裝置，其特征在于，包括通過權(quán)利要求1 11中任一項所述的成膜方法成膜的微透鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過控制透鏡形狀，增大其表面積，形成使相鄰微透鏡之間的間隔變窄的微透鏡。對于從下方開始按照由SiN膜構(gòu)成的透鏡材料層(31)、由有機膜構(gòu)成的中間層(32)、由抗蝕劑膜構(gòu)成的掩模層(32)的順序具備這些層的晶片W，首先使用含有CF₄氣體和C₄F₈氣體的第一處理氣體進行蝕刻處理，將掩模層(33)的透鏡形狀轉(zhuǎn)印到中間層(32)上，形成透鏡形狀比掩模層(33)大的中間層(32)。接著使用含有SF₆氣體和CHF₃氣體的第二處理氣體進行蝕刻處理，將中間層(32)的透鏡形狀轉(zhuǎn)印到透鏡材料層(31)上，形成間隔D1比初期間隔d1窄的微透鏡(3)。
文檔編號H01L27/148GK101097846SQ200710126828
公開日2008年1月2日 申請日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月28日
發(fā)明者雨宮宏樹 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社