專利名稱：固體攝像裝置及光罩制作方法
技術領域：
本發明涉及具有由設置為二維狀的光電轉換元件構成的受光區域和與各個光電轉換元件相對應的微透鏡的固體攝像裝置，特別涉及具有由微透鏡構成的微透鏡層的固體攝像裝置，該微透鏡排列在從光電轉換元件正上方的位置向受光區域的光學中心偏離了的位置上。
背景技術：
圖1是示出譬如專利文獻1等公開的以往的固體攝像裝置的截面圖。在此圖中，分別示出固體攝像裝置的受光區域中央部、受光區域內的邊緣部、受光區域外的外圍布線部的一部分。此固體攝像裝置包括具有排列為二維狀的受光部2的半導體基板1、布線層3、接觸層4、遮光層兼布線層5、用于聚光的微透鏡層6。如圖所示，從設置于照相機的框架10的開口的鏡頭11射入的光，相對受光區域的中央部幾乎是垂直射入，但是越向受光區域內的邊緣部，入射角變得越大。只能射入斜光的邊緣部比中央部光量少。為了改善這個問題，微透鏡被設置為比受光部2間距小，且越遠離中心部越被設置于偏向中心部。換而言之，面向光學中心，譬如微透鏡層6被縮小(shrink)到99％，遮光層兼布線層5被縮小到98％。
并且，專利文獻2公開的以往的固體攝像裝置，以各自不同的縮小率(shrink率)把多個布線層偏向中心部位。由此，即使具有多個布線層也改善了邊緣部的聚光率。
圖2A是示出與像高相對應的入射角度特性的圖。圖2B是示出攝像區域(受光區域)與像高的關系的說明圖。圖2B的虛線框示出，縱橫尺寸比是4∶3的攝像區域。像高指到攝像區域的光學中心的距離。即，離光學中心最遠的四個角的像高設為100％，從光學中心來看左右的水平端為80％，從光學中心來看上下的垂直端為60％。
以往的固體攝像裝置具有圖2A中的虛線所示的入射角特性。即，像高與入射角成比例。因此，微透鏡被設置為比受光部2間距小，且越遠離中心部越被設置于偏向中心部。
日本國第2600250號專利公報[專利文獻2]日本國特開2001-237404號公報不過，如近幾年的數碼相機或內置于移動電話的照相機，隨著照相機的小型化，逐漸出現短出瞳距離化。在此，射出瞳是指從攝像區域的受光面一側看到的鏡頭(圖1所示鏡頭11)或者是光圈的虛像，出瞳距離是指受光面與鏡頭11的距離。隨著短出瞳距離化，攝像區域的入射角特性不一定如以往那樣，與像高成比例，譬如出現如圖2A的實線所示的相反情況，即攝像區域邊緣部的入射角度比該內周側的還要小。圖2A的例子中，在像高為80～100％的入射角度比在像高為60～80％的入射角變得小。這種相反情況，是因伴隨短出瞳距離化的鏡頭11的開口及形狀而發生的。
然而以往的固體攝像裝置存在這種問題，由于微透鏡被設置為比受光部間距小，且越遠離中心部越被設置于偏向中心部，因此在入射角度的情況相反等，與像高相對應的入射角度特性與像高不成比例的情況下，反而使聚光率降低。
發明內容
鑒于上述課題，本發明的目的在于提供一種固體攝像裝置及光罩制作方法，在與像高相對應的入射角度特性與像高不成比例關系的情況下，提高聚光率。
為了達到上述目的，本發明的固體攝像裝置包括由設置為二維狀的光電轉換元件構成的受光區域，以及由用于向光電轉換元件導入入射光的微透鏡構成的微透鏡層，其要點為，上述微透鏡層，具有微透鏡的間距互不相同的多個區域，至少有一個區域含有多個微透鏡，該多個微透鏡的間距與光電轉換元件的間距不同。
根據這種構成，即使在像高與入射角度特性不成比例關系的情況下，也可以使實際的入射角度與多個區域分別相對應，從而提高聚光率。
在此，上述多個區域分別含有多個微透鏡，可以設定上述微透鏡的間距在區域內是固定的，且按每個區域而不同。
根據這種構成，可以通過設微透鏡的間距在區域內是固定的，且按每個區域而不同，從而能夠按每個區域恰當地與實際的入射角度相對應，來提高聚光率。
在此，上述多個區域包括含有微透鏡的多個第1區域，以及成為第1區域間的邊界區域、不含有微透鏡的第2區域，也可以設定上述微透鏡的間距在上述第1區域內是固定的，在任一個第1區域中都是相同的，上述第2區域兩側的微透鏡的間距，與在第1區域的微透鏡的間距不同。
根據這種構成，可以通過恰當地設定第2區域兩側的微透鏡的間距，從而能夠按每個第1區域恰當地與實際的入射角度相對應，來提高聚光率。
在此，也可以把上述多個區域設置為同心圓狀。
在此，也可以把上述多個區域設置為多角形狀。
在此，也可以使上述各區域中的微透鏡的間距與因入射光不同而不同的入射角相對應。
并且，本發明的光罩的制作方法，用于具有受光區域的固體攝像裝置的制造，上述受光區域由設置為二維狀的光電轉換元件構成，包括以下步驟第1步驟，將在受光區域上層的圖案中的、在第1區域的部分圖案，用第1校正倍率進行縮小繪制，該第1校正倍率以受光區域的光學中心為基準；以及第2步驟，將上述上層的圖案中與第1區域不同的、或區域的邊緣重疊的第2區域的部分圖案，用第2校正倍率進行縮小繪制，該第2校正倍率以受光區域的光學中心為基準。
根據這種構成，可以制作出適用于上述固體攝像裝置的制造的光罩。即在像高對入射角度特性不成比例關系而相反的情況下，可以制作出用于形成第1區域和第2區域的光罩，來對應這種相反情況。
在此，也可以設上述第1區域是以上述光學中心為中心的同心圓狀的區域，上述第2區域是以上述光學中心為中心的空心圓狀的區域。
在此，也可以設上述第1區域是以上述光學中心為中心的多角形狀的區域，上述第2區域是以上述光學中心為中心的多角形的空心狀的區域。
在此，也可以設上述第1校正倍率與第2校正倍率相同，上述各部分圖案，表示與光電轉換元件相對應的設置為二維狀的要素部件，第2步驟中，使跨在上述第1區域和第2區域的邊界且鄰接的要素部件的間距比第1區域中的要素部件之間的間距大。
在此，也可以把上述第1步驟中的縮小繪制和第2步驟中的縮小繪制一并進行。
根據這種構成，由于一并進行部分圖案的繪制，因此可以減少制作光罩的作業時間。
在此，可以設上述第1校正倍率與第2校正倍率不同。
在此，也可以設上述第1及第2步驟中的各部分圖案，具有作為設計規則的用于繪制的布置數據，將以下值作為設計規則，該值是把固體攝像裝置的制造工序中的布線規則規定的最小寬度除以圖案的縮小率而得出的值。
根據這種構成，即使通過光罩上的被縮小的繪制圖案來制造固體攝像裝置，也可以保證在制造工序中布線規則規定的最小寬度。
在此，在上述第1以及第2步驟中，上述設計規則可以適用于下列繪制布線層、連接布線層的接觸層、作為上述要素部件的微透鏡的繪制。
通過本發明的固體攝像裝置及光罩制作方法，能夠在像高與入射角度特性不成比例關系的情況下提高聚光率。
圖1是示出以往的固體攝像裝置的截面圖。
圖2A是示出與像高相對應的入射角度特性的圖。
圖2B是示出攝像區域與像高的關系的說明圖。
圖3A是分割為同心圓狀的攝像區域的平面圖。
圖3B是分割為長方形狀的攝像區域的平面圖。
圖4是示出實施方式1的固體攝像裝置的截面圖。
圖5是固體攝像裝置的平面圖。
圖6A是示出每個區域的入射角特性的圖。
圖6B是示出區域及其邊界的圖。
圖7是示出實施方式1的固體攝像裝置的截面圖。
圖8是固體攝像裝置的平面圖。
圖9是光罩的制作工序的說明圖。
符號說明1半導體基板2受光部3布線層4接觸層5遮光層兼布線層6微透鏡層具體實施方式
實施方式1圖3A是示出本發明的實施方式1的固體攝像裝置的平面圖的模式圖。如圖3A所示，固體攝像裝置的表面大致包括受光區域和外圍電路區域。該受光區域由多個區域即攝像區域1、2、3組成。各攝像區域以光軸中心(或光學中心)為中心的四角形的邊界來分割。并且，攝像區域1、2、3也可以以多角形的邊界而不是四角形的邊界來分割，也可以如圖3B所示以光軸中心為中心的圓形的邊界來分割。
圖4是示出固體攝像裝置的截面圖。此圖相當于，如圖3B或圖3A所示的攝像區域1和攝像區域2的邊界附近的4個像素排列著的狀況，設附圖左邊為光軸中心。
此固體攝像裝置包括具有排列為二維狀的受光部2的半導體基板1、布線層3、接觸層4、遮光層兼布線層5a、濾色層5b、用于聚光的微透鏡層6。微透鏡層6包括含有微透鏡的多個攝像區域1、2，和作為攝像區域間的邊界區域的、不含微透鏡的邊界區域。上述微透鏡的間距在攝像區域內是固定的，在任一個攝像區域內都一樣。并且，跨在邊界區域的微透鏡的間距與攝像區域中的微透鏡的間距不同。各微透鏡的間距比受光部2間距(S0+L0)小，設置在偏向光軸中心的位置。同樣，遮光層兼布線層5a、接觸層4也設置在偏向光軸中心的位置。1個像素的偏差量(或shrink率即縮小率)，按微透鏡層6、濾色層5b、遮光層兼布線層5a的順序依次變小。同圖中示出，遮光層兼布線層5a的開口部尺寸S和遮光部分的尺寸L。遮光層兼布線層5a的開口部尺寸S和遮光部分的尺寸L，在任一個攝像區域內都是固定的。遮光層兼布線層5a的開口部的間距，在任一個攝像區域內都是固定的S+L，但是與在遮光層兼布線層5a的邊界區域的開口部的間距(S+L12)不同。
由此，與像高相對應的入射角度特性與像高不成比例關系的情況下，也可以通過屬于第2微透鏡群的微透鏡，來提高外周側的全部微透鏡的聚光率。
圖5是示出圖3A所示的攝像區域1和攝像區域2的邊界部分的擴大平面圖的模式圖。圖5中示出遮光層兼布線層5a的開口部的布置。圖中的S表示開口部一邊的尺寸，L表示攝像區域1及2中的開口部之間的距離。L12表示跨在邊界的開口部之間的距離，比L大。并且，S、L、L12是水平方向的距離，但如果是正方形像素單元，垂直方向的距離也相同。當然，光軸中心方向的距離，是水平或垂直方向的距離的2倍。這些開口部的偏差也與微透鏡相同。即，屬于第2微透鏡群的微透鏡下部的開口部的偏差，比屬于第1微透鏡群的微透鏡下部的開口部的偏差小。
換而言之，跨在攝像區域1和攝像區域2的邊界而鄰接的開口部的間距(同圖中為S+L12)，比攝像區域1中的開口部的間距(S+L)大。并且，攝像區域1和攝像區域2中開口部的尺寸S與開口部之間的距離相同。因而，如果作為光罩預先制作如圖5所示的布置，在固體攝像裝置的制造工序中，能夠將攝像區域1和攝像區域2一并曝光。
攝像區域分別與各個區域的光的入射角相對應。
圖6A是示出分別在攝像區域1～4區域的入射角度特性的圖。圖6B是示出與圖6A相對應的同心圓狀的攝像區域1～4。攝像區域1的入射角度特性是像高為0～40度的平均值，攝像區域2的入射角度特性是像高為40～60度的平均值，攝像區域3的入射角度特性是像高為60～80度的平均值，攝像區域4的入射角度特性是像高為80～100度的平均值。各個攝像區域中的微透鏡的偏差量，設定為對該表示平均值的入射角度最佳的值。圖5的例子中，為了得到最佳的偏差量，設定邊界的開口部之間的距離為L12。
通過如上所述的本實施方式中的固體攝像裝置，即使在像高與入射角度特性不成比例關系、而相反的情況下，也可以提高通過屬于第2微透鏡群的微透鏡的、外側的聚光率。并且按照入射角的大小而設置多個區域，可以使微透鏡具有適合于入射角的偏差。并且可以通過設定為跨在邊界的微透鏡間的距離或開口部之間的距離L12比區域內的距離大，來實現這些偏差。
實施方式2
圖7是示出實施方式2的固體攝像裝置的截面圖。同圖中，與圖4所示的固體攝像裝置截面相比不同之處為，攝像區域1里的開口部之間距離設為L1，開口部尺寸設為S1，攝像區域2里的開口部之間距離設為L2，開口部尺寸設為S2。圖6A與圖6B所示的入射角度特性相同。對相同之處省略說明，以不同之處為中心進行說明。L1、L2，按照攝像區域1、2的入射角度特性被設定為最佳的值。這個例子中，設為L2＞L1，L12＞L1，L12＞＝L2。即，攝像區域1中的開口部的間距，比攝像區域2中的間距小。開口部的尺寸及開口部之間的距離也不同。這意味著每個攝像區域的縮小率不同。由于每個攝像區域的縮小率不同，則可以按每個攝像區域設定按照入射光特性的開口部的間距、開口部的尺寸以及開口部之間的距離。
圖8是固體攝像裝置的平面圖。與圖5的平面圖相比不同之處為，攝像區域1中的開口部之間距離設為L1，開口部尺寸設為S1，攝像區域2里的開口部之間距離設為L2，開口部尺寸設為S2。
說明光罩的制作，該光罩用于上述實施方式1及2中說明的固體攝像裝置的制造。
圖9是示出光罩的制作工序以及固體攝像裝置制造工序的流程圖。同圖主要示出受光區域的光罩的制作工序，關于受光區域周圍的布線區域進行省略。
在光罩制作工序中，首先，取得安裝在固體攝像裝置的裝置中的入射角度特性(S1)，按照入射角度特性把受光區域分割為多個區域(S2)。此時，受光區域如圖6A、圖6B所示，按照入射角度特性被分割。這里的多個區域，可以如圖3B所示分割為以光學中心為中心的同心圓狀，也可以如圖3A所示，分割為以上述光學中心為中心的四角形、多角形。另外，在受光區域中被分割的位置即區域的邊界位置，相對遮光層兼布線層5a，是作為像素間的遮光部分的。并且在遮光部分中決定區域的邊界，使鄰接的區域相重疊。而對布線層3以及微透鏡層6，盡可能把被分割的位置，作為空間部分區域。
其次，制作每個區域的布置數據(S2)。該布置數據是表示分割后的各個區域內的要素部件的布置的數據。各個圖案，表示與光電轉換元件相對應而設置為二維狀的要素部件。在此所說的要素部件包括微透鏡、布線層、遮光層兼布線層、接觸層等。
并且，根據布置數據，按每個區域作為實際的光罩在玻璃基板上繪制圖案(S3、S4)。該繪制工作為，通過在玻璃基板上涂抹成為反射膜的材料、曝光、沖洗從而形成反射膜。此時，利用布置數據，通過以各區域的以受光區域的光學中心為基準的校正倍率進行曝光，來繪制應該繪制在分割后的區域中的部分圖案。更具體而言，各區域的圖案，具有作為布置數據的布線規則的最小寬度，該布線規則是固體攝像裝置的制造工序中的，上述布置數據作為最小寬度除以圖案的縮小率而得出的設計規則。
換而言之，由于作為固體攝像裝置，最后繪制結果必須以相等的設計規則來完成，因此有必要以適合校正倍率的設計規則來布置縮小繪制之前的布置數據。這個設計規則適用于布線層、連接于布線層間的接觸層、濾色層和微透鏡的繪制。根據上述步驟S3、S4繪制各個區域的圖案，但是要繪制得使跨在一個區域和其他區域邊界的鄰接的要素部件的間距，比區域內的要素部件之間的間距大。
完成全部區域的圖案繪制，就完成了1個光罩(S5)。在下述工序中分別做出一個光罩，即包括在固體攝像裝置制造工序中的，布線層3形成工序、接觸層5形成工序、遮光層布線層5形成工序、微透鏡層6形成工序。或者，如果能通用則被兼用。
通過利用如此制作而成的光罩，實施方式1、2中的固體攝像裝置，經過布線層3形成工序(S11)，接觸層4形成工序(S12)，遮光層兼布線層5a形成工序(S13)，濾色層5b形成工序(S14)，微透鏡層6形成工序(S15)而被制造。
根據上述的光罩制作工序，可以制作出適合于上述固體攝像裝置的制造的光罩。即在像高與入射角度特性不成比例關系而相反的情況下，可以制作用于形成應對于該相反情況的多個區域的光罩。
再者，如果存在多個應該以相同校正倍率來繪制的區域，可以不進行在步驟S4、S5中的各別繪制，而是一并進行繪制。由于對相同校正倍率的區域進行同時曝光，因此可以提高效率。
本發明，適合于一種固體攝像裝置，該固體攝像裝置包括在半導體基板上形成的多個受光元件，該多個受光元件中分別具有微透鏡；并適合用于制造該裝置的光罩的制作方法；以及具備該固體攝像裝置的照相機，譬如，適合于CCD(電荷耦合元件charge coupled device)圖像傳感器、MOS(金屬氧化物半導體Metal Oxide Semiconductor)圖像傳感器、數字靜像照相機、內置照相機的移動電話、內置于筆記本電腦的照相機、連接于信息處理機器的照相機設備等。
權利要求
1.如權利要求1所述的固體攝像裝置，包括由設置為二維狀的光電轉換元件構成的受光區域，以及由用于向光電轉換元件導入入射光的微透鏡構成的微透鏡層，其特征在于，上述微透鏡層，具有微透鏡的間距互不相同的多個區域，至少有一個區域含有多個微透鏡，該多個微透鏡的間距與光電轉換元件的間距不同。
2.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述多個區域分別含有多個微透鏡，上述微透鏡的間距，在區域內是固定的，且按每個區域而不同。
3.如權利要求2所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述多個區域被設置為同心圓狀。
4.如權利要求2所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述多個區域被設置為多角形狀。
5.如權利要求2所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述各區域中的微透鏡的間距與因入射光不同而不同的入射角相對應。
6.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述多個區域包括含有微透鏡的多個第1區域，以及成為第1區域間的邊界區域的、不含有微透鏡的第2區域，上述微透鏡的間距，在上述第1區域內是固定的，在任一個第1區域中都是相同的，上述第2區域兩側的微透鏡的間距，與在第1區域的微透鏡的間距不同。
7.如權利要求6所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述多個區域被設置為同心圓狀。
8.如權利要求6所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述多個區域被設置為多角形狀。
9.如權利要求6所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述各區域中的微透鏡的間距與因入射光不同而不同的入射角相對應。
10.一種光罩的制作方法，用于具有受光區域的固體攝像裝置的制造，上述受光區域由設置為二維狀的光電轉換元件構成，其特征在于，包括以下步驟第1步驟，將在受光區域上層的圖案中的、在第1區域的部分圖案，用第1校正倍率進行縮小繪制，該第1校正倍率以受光區域的光學中心為基準；以及第2步驟，將上述上層的圖案中與第1區域不同的第2區域的部分圖案，用第2校正倍率進行縮小繪制，該第2校正倍率以受光區域的光學中心為基準。
11.如權利要求10所述的光罩的制作方法，其特征在于，上述第1區域，是以上述光學中心為中心的同心圓狀的區域，上述第2區域，是以上述光學中心為中心的空心圓狀的區域。
12.如權利要求11所述的光罩的制作方法，其特征在于，上述第1校正倍率與第2校正倍率相同，上述各部分圖案，表示與光電轉換元件相對應的設置為二維狀的要素部件，第2步驟中，使跨在上述第1區域和第2區域的邊界且鄰接的要素部件的間距比第1區域中的要素部件之間的間距大。
13.如權利要求11所述的光罩的制作方法，其特征在于，把上述第1步驟中的縮小繪制和第2步驟中的縮小繪制一并進行。
14.如權利要求11所述的光罩的制作方法，其特征在于，上述第1校正倍率與第2校正倍率不同。
15.如權利要求11所述的光罩的制作方法，其特征在于，上述第1及第2步驟中的各部分圖案，具有設計規則，將以下值作為設計規則，該值是把固體攝像裝置的制造工序中的布線規則規定的最小寬度除以圖案的縮小率而得出的值，上述設計規則，至少適用于下列繪制中的一個繪制布線層的繪制、連接布線層的接觸層的繪制、作為上述要素部件的微透鏡的繪制。
16.如權利要求10所述的光罩的制作方法，其特征在于，上述第1區域，是以上述光學中心為中心的多角形狀的區域，上述第2區域是以上述光學中心為中心的多角形的空心狀的區域。
17.如權利要求16所述的光罩的制作方法，其特征在于，上述第1校正倍率與第2校正倍率相同，上述各部分圖案，表示與光電轉換元件相對應的設置為二維狀的要素部件，第2步驟中，使跨在上述第1區域和第2區域的邊界且鄰接的要素部件的間距比第1區域中的要素部件之間的間距大。
18.如權利要求16所述的光罩的制作方法，其特征在于，把上述第1步驟中的縮小繪制和第2步驟中的縮小繪制一并進行。
19.如權利要求16所述的光罩的制作方法，其特征在于，上述第1校正倍率與第2校正倍率不同。
20.如權利要求16所述的光罩的制作方法，其特征在于，上述第1及第2步驟中的各部分圖案，具有設計規則，將以下值作為設計規則，該值是把固體攝像裝置的制造工序中的布線規則規定的最小寬度除以圖案的縮小率而得出的值，上述設計規則，至少適用于下列繪制中的一個繪制布線層的繪制、連接布線層的接觸層的繪制、作為上述要素部件的微透鏡的繪制。
全文摘要
本發明的固體攝像裝置，包括由設置為二維狀的光電轉換元件構成的受光區域，以及由用于向光電轉換元件導入入射光的微透鏡構成的微透鏡層，上述微透鏡層具有微透鏡的間距互不相同的多個區域，至少有一個區域含有多個微透鏡，該多個微透鏡的間距與光電轉換元件的間距不同。
文檔編號G02B3/00GK101080818SQ20058004319
公開日2007年11月28日 申請日期2005年12月6日 優先權日2004年12月15日
發明者桝山雅之, 植田敦 申請人:松下電器產業株式會社