专利名称：微型透镜的制造方法、固体摄像元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种微型透镜的制造方法、固体摄像元件及其制造方法，特别涉及用于各种光学装置等的微型透镜的制造技术。
背景技术：
微型透镜(包括微型透镜阵列)，设在例如固体摄像元件或液晶显示装置等光学装置上。例如，当在固体摄像元件上形成微型透镜时，一般，在最上层形成彩色抗蚀剂这样的有机膜，采用热回流法形成透镜。
但是，有机膜存在不耐热的问题。具有耐热性的微型透镜有多种有利的应用。例如，在采用有机膜在固体摄像元件上形成微型透镜中，在工序中途形成透镜，难于使透镜接近各光电二极管，但如果采用无机膜，就能够接近。
发明内容
本发明是针对上述问题而提出的，其目的是提供一种能够形成耐热的微型透镜的制造方法、具有耐热的微型透镜的固体摄像元件的制造方法及固体摄像元件。
为解决上述问题，本发明的微型透镜的制造方法，其特征在于，包括在基板上形成具有透光性的无机膜的工序；在与透镜形成位置对应的上述无机膜上的位置上，形成抗蚀剂膜的工序；蚀刻上述无机膜上的未形成上述抗蚀剂膜的部分的工序；去除残存的上述抗蚀剂膜的工序；对通过去除上述抗蚀剂膜的上述蚀刻而形成图形的无机膜照射惰性气体离子的工序。
在本发明的制造方法中，首先，在基板上形成无机膜。基板，例如也可以是各种半导体基板。此时，各种半导体基板，也可以是已经形成光电二极管等的。无机膜具有透光性，作成透镜进行加工。另外，在基板上形成无机膜的工序，例如也可以包括在上述基板上堆积硅氮化膜或硅氧化膜的工序。然后，在上述无机膜上的各透镜形成位置上形成抗蚀剂膜。抗蚀剂膜，可以由正极型抗蚀剂材料形成，也可以由负极型材料形成。
其后，蚀刻上述无机膜的未形成抗蚀剂膜的部分。蚀刻，可以是湿法蚀刻，也可以是干法蚀刻。然后去除残存的抗蚀剂膜。如此，在与各透镜形成位置对应的位置上形成凸部，在透镜形成位置之间形成凹部。然后，实施蚀刻，相对于去除抗蚀剂膜的带凹凸的基板，照射惰性气体离子。惰性气体离子，例如可以包含氩离子。以切断无机膜的表面原子或分子的键，允许照射方向的以外的原子或分子的再键合的方式，调整惰性气体离子的运动能量。
如果采用本发明，在工序中，在各透镜形成位置上形成凸部，通过照射惰性气体离子，配置在该凸部的上面周围(边缘)的原子或分子向照射方向移动。如此，凸部的上面周围的原子或分子向凹部周围(底部的边缘)移动，可以说凸部的上面周围塌落。如此，各凸部的周围圆形化，能够得到透镜形状。在本发明中，由于采用无机膜形成透镜，所以能够在半导体制造工序中途形成。此外，由于通过照射惰性气体离子，使凸部上面周围的原子或分子向凹部周围移动，因此不那么需要微细加工，也能够容易使透镜间隔接近。
此外，作为本发明的一方案，也可以再包括对通过照射上述惰性气体离子的上述蚀刻而形成图形的无机膜堆积具有透光性的无机膜的工序。该工序，可以在照射惰性气体离子工序后立即进行，也可以在经过其他工序后进行。堆积无机膜的工序，也可以采用例如CVD法。无机膜，可以是硅氮化膜，也可以是硅氧化膜。如果采用本方式，在上述蚀刻的工序，不那么需要微细加工，也能够容易使透镜间隔接近。此外，由于能够降低上述蚀刻工序中的微细加工的程度，因此在该工序和照射上述惰性气体离子的工序之间设置其他工序的情况下，能够简化其作业。
此外，本发明的固体摄像元件的制造方法，其特征在于，包括在形成多个光电二极管的基板上形成具有透光性的无机膜的工序；在与各光电二极管对应的上述无机膜上的位置上，形成抗蚀剂膜的工序；蚀刻上述无机膜上的未形成上述抗蚀剂膜的部分的工序；去除残存的上述抗蚀剂膜的工序；对通过去除上述抗蚀剂膜的上述蚀刻而形成图形的无机膜，照射惰性气体离子的工序。
在以往方法中，在固体摄像元件上形成彩色滤光片等后，在最上层形成微型透镜(单片微型透镜)，但如果采用本发明，由于采用无机膜，所以能够在制造工序中途形成透镜。此外，如此，能够使光电二极管和透镜的距离接近。此外，通过照射惰性气体离子，由于使凸部上面周围原子或分子向凹部周围移动，因此不那么需要微细加工，也能够容易使透镜间隔接近。
此外，本发明的固体摄像元件，利用上述方法制造。如果采用本发明，能够缩短各光电二极管和透镜的距离，此外能够缩短透镜的间隔。
图1是表示本发明的第1实施方式的固体摄像元件的制造工序的固体摄像元件的剖面图。
图2是表示本发明的第1实施方式的固体摄像元件的制造工序(图1所示工序的继续)的固体摄像元件的剖面图。
图3是表示本发明的第2实施方式的固体摄像元件的制造工序的固体摄像元件的剖面图。
图中10-P型硅基板，12-金属膜，14-第1透镜基材层(透光性无机膜)，16-抗蚀剂膜，18-凹部，20-凸部，20a-角部，20b-上面、20c-侧面、20d-曲率部、22-第2透镜基材层(透光性无机膜)。
具体实施例方式
下面，参照附图，详细说明本发明的一实施方式。
图1及图2，是说明本发明的第1实施方式的固体摄像元件的制造方法的图。在上述图中，按工序顺序表示制造工序中途的固体摄像元件基板的剖面图。
在本实施方式的方法中，首先，如该图(A)所示，准备作为形成微型透镜的对象的基板。该基板，可以是硅晶圆本身，也可以是经过一道或多道半导体制造工序的基板。此处，决定采用在P型硅基板10的部分表面上形成金属膜12的基板。
下面，如该图(B)所示，在该图(A)所示的基板上堆积第1透镜基材层14。第1透镜基材层14是作为微型透镜的一部(或全部)加工的，是具有透光性质，即是由具有透光型的无机材料构成的薄膜。这里，决定采用硅氮化膜，但也可以采用硅氧化膜等其他具有透光性的无机膜。第1透镜基材层14，可以采用CVD(Chemical Vapor Deposition)法、PVD(PhysicalVapor Deposition)法等各种成膜技术堆积成膜。
下面，如该图(C)所示，至少在要形成透镜的位置上形成掩模。掩模的尺寸小于所需透镜的尺寸。此处，在第1透镜基材层14上涂布抗蚀剂后，通过曝光形成图形，在与透镜对应的位置的周围形成未形成抗蚀剂膜16的部分，在其他区域形成抗蚀剂膜16。如此形成图形的抗蚀剂膜16，可以由正极型抗蚀剂形成，也可以由负极型抗蚀剂形成。
下面，如该图(D)所示，对如此形成抗蚀剂膜16的基板实施蚀刻。蚀刻，可以是干蚀刻，也可以是湿蚀刻。蚀刻量，最好按第1透镜基材层14的膜厚度范围进行。蚀刻量，可以根据所需透镜的高度确定。如此，在第1透镜基材层14，形成被凹部18围住的凸部20。下面，如图2(E)所示，去除抗蚀剂膜16。如此，露出凸部20的上面20b。
然后，对如上述那样在透镜周围实施蚀刻、再去除抗蚀剂膜16的基板，照射惰性气体离子。该惰性气体离子的照射是为削掉凸部20的角部20a而实施的。此处，惰性气体离子决定采用氩离子，但也可与照射其他惰性气体离子。在对基板照射氩离子的时候，也可以采用东京应化工业株式会社制的离子流蚀刻装置，生成氩等离子体，通过对该等离子体施加电场，使氩离子照射(撞击)在基板上。此时，以切断第1透镜基材层14的表面原子或分子的键，允许照射方向之外的原子或分子的再键合的方式(以表面原子或分子只在凹部18周围的附近移动的方式)，调整氩离子的运动能的大小。
该图(F)表示经过该惰性气体离子的照射工序的基板的剖面。如该图所示，削去凸部20的角部20a，该削去的部分移动到侧面20c及凹部18的周围。如此，由无机膜构成的凸部20，所谓塌落地在凸部20的上面边缘部形成曲率部20d，凸部20加工成透镜状。正好利用本工序得到热回流有机膜的形状。
然后，如该图(G)所示，在如此加工的第1透镜基材层14上，再次堆积第2透镜基材层22。第2透镜基材层22是作为微型透镜的一部分加工的，是由具有透光性的无机材料构成的薄膜。此处决定采用硅氮化膜，但也可以是硅氧化膜等其他具有透光性的无机膜。第2透镜基材层22，也可以采用CVD法、PVD法等各种成膜技术堆积。
在惰性气体离子的照射工序和第2透镜基材层22的堆积工序的之间，也可以设置其他工序。例如，也可以设置在凸部20及凹部18以外的地方形成金属膜等的工序。在本实施方式中，通过堆积第2透镜基材层22，能得到最终的透镜形状，在中途的第1透镜基材层14的阶段，由于凹部18的宽度不那么窄化，因此具有容易从凹部18去除不需要的金属膜等的效果。此外，由于不那么减窄凹部18，所以不需要微细加工，就能够缩小透镜间隔。另外，在形成金属膜的时候，还能够将第2透镜基材层22兼作该金属膜的钝化膜(保护膜)。
另外，此处，通过层叠第1透镜基材层14和第2透镜基材层22，得到微型透镜，但也可以只通过第1透镜基材层14得到微型透镜。此时，在图1(D)中，通过缩小实施蚀刻的宽度，增加图2(F)中的惰性气体离子的照射量，能够缩小透镜间隔。
图3是表示本发明的第2实施方式的固体摄像元件的制造方法的图。在该图中，表示阵列配置微型透镜的固体摄像元件的制造工序。在本实施方式中，首先如该图(A)所示，通过对具有透光性的无机膜(第1透镜基材层)有选择地实施蚀刻，在各透镜形成位置的周围形成凹部18，由此，在透镜形成位置上形成凸部20(与图2(E)对应)。然后，如该图(B)所示，照射惰性气体离子，使各凸部20的角部圆形化，形成曲率部20d(与图2(F)对应)。另外，如该图(C)所示，在如此得到的基板上，再次堆积具有透光性的无机膜(第2透镜基材层)(与图2(G)对应)。如此，能够得到由具有透光性的无机膜形成的、具有耐热性的微型透镜。
如果采用上述实施方式，由于采用无机膜形成微型透镜，因此能够形成为耐热的微型透镜。结果，能够对形成微型透镜后的基板，再次实施各种半导体工序。此外，由于能够通过照射惰性气体离子，使键合在凸部的上面边缘部的原子或分子向照射方向移动、再键合，可以说使无机膜的构成原子或分子塌落(因为能够不削去)，所以能够抑制加工凹部18及凸部20的微细程度，具有容易使透镜间隔接近的效果。此外，在通过层叠第1透镜基材层14和第2透镜基材层22，得到透镜形状的时候，能够进一步抑制加工凹部18及凸部20的微细程度。
另外，本发明不限定于上述实施方式。例如，微型透镜的制造工序不限定于上述的工序，也可以根据需要，在各工序之间插入其他工序。此外，本发明，不只是用于固体摄像元件的微型透镜的制造，也可用于液晶显示装置等其他光学装置具备的微型透镜的制造。
权利要求
1.一种微型透镜的制造方法，其特征在于，包括在基板上形成具有透光性的无机膜的工序；在与透镜形成位置对应的上述无机膜上的位置形成抗蚀剂膜的工序；蚀刻上述无机膜上的未形成上述抗蚀剂膜的部分的工序；去除残存的上述抗蚀剂膜的工序；对通过去除了上述抗蚀剂膜的上述蚀刻而形成图形的无机膜，照射惰性气体离子的工序。
2.如权利要求1所述的微型透镜的制造方法，其特征在于，形成上述无机膜的工序，包括在上述基板上堆积硅氮化膜或硅氧化膜的工序。
3.如权利要求1或2所述的微型透镜的制造方法，其特征在于，上述惰性气体离子包含氩离子。
4.如权利要求1～3中任何一项所述的微型透镜的制造方法，其特征在于，还包括对通过照射上述惰性气体离子的上述蚀刻而形成图形的无机膜，堆积具有透光性的无机膜的工序。
5.一种固体摄像元件的制造方法，其特征在于，包括在形成有多个光电二极管的基板上形成具有透光性的无机膜的工序；在与各光电二极管对应的上述无机膜上的位置形成抗蚀剂膜的工序；蚀刻上述无机膜上的未形成上述抗蚀剂膜的部分的工序；去除残存的上述抗蚀剂膜的工序；对通过去除了上述抗蚀剂膜的上述蚀刻而形成图形的无机膜，照射惰性气体离子的工序。
6.一种固体摄像元件，其特征在于利用权利要求5所述的方法制造。
全文摘要
本发明提供一种能够形成耐热的微型透镜的微型透镜的制造方法、具有该耐热的微型透镜的固体摄像元件及固体摄像元件的制造方法。该微型透镜的制造方法包括在基板上形成具有透光性的无机膜的工序、在与透镜形成位置对应的上述无机膜上的位置形成抗蚀剂膜的工序、蚀刻上述无机膜上的未形成上述抗蚀剂膜的部分的工序、去除残存的上述抗蚀剂膜的工序、对通过去除上述抗蚀剂膜的上述蚀刻而形成图形的无机膜照射惰性气体离子的工序(F)。
文档编号H01L27/14GK1616990SQ200410087989
公开日2005年5月18日 申请日期2004年10月26日 优先权日2003年11月11日
发明者竹川一之, 松井良次, 山田哲也, 今井勉, 甲斐诚二, 田中友子 申请人:三洋电机株式会社