JP6051399B2 - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関するものであり、画像取得の為の光学系をウエハレベルで製造し、チップサイズパッケージタイプのカメラモジュールに関するものである。

人口構成比の高年齢化や、社会の安心安全の要求に応えるべく、モニターカメラ、監視カメラや見守りカメラなどの応用に向け、カメラモジュールの需要が急速に高まってきている。これらのカメラモジュールに対しては、システムコストの低減の為に低価格化、カメラ搭載の自由度を高める為に小型化の要求が高まってきている。

特許文献１には、このような小型化の要求を応えるカメラモジュールが開示されている。具体的には、小型化の一つの対策として、レンズと、撮像素子チップとが一体型となったウエハレベルカメラモジュールを形成することによって、カメラモジュールの小型化を図ることが提案されている。

また安価な要求に応える為に、特許文献２の、ウエハレベルカメラモジュールは、レンズウエハと、撮像素子ウエハとが、接着部で接着された構成を、切断することによって、個片のカメラモジュールに分離される。

レンズを使わないカメラモジュールはピンホールカメラとして知られている。特許文献３には中空パッケージ筐体の底部に撮像素子が実装され、筐体上部には保護板が形成され、前記保護板の中央部にはピンホールが透明体で構成され、ピンホール以外の保護板が遮光物質で構成されることを特徴としている。ここで、ピンホールとセンサ迄の距離を変えることで視野角を規定されることが開示されている。

ピンホールの位置が撮像素子の感光領域のセンターに来るように位置決めする為に、ピンホールの形成されているカバー筐体の突起部を撮像素子チップの端部に押し付けて位置決めをする方法が特許文献４に示されている。

一般にレンズ系の開口エッジがシャープな場合には、光干渉の影響で偽解像と呼ばれる高周波数成分で不自然な画像となってしまう。これを防止するためには、アポダイゼーションフィルターと呼ばれ、光軸中心から光軸垂直方向に離れるに従って、次第に透過光量が減少するように構成されたフィルターを用い、偽解像を改善する手法が知られている。

このアポダイゼーションフィルターは、その取り扱いの容易さ，光学設計上の自由度，光学系全体の性能に与える影響等を考慮した場合、パワーのない平板フィルターであることが望ましい。特許文献５で、ＮＤ(neutral density)ガラスから成る平凹レンズと、屈折率がＮＤガラスと同じガラスから成る平凸レンズと、の接合で構成されているのはこの為である。このようにアポダイゼーションフィルターを形成する際にはフィルターの加工精度、組み立て精度、屈折率精度の向上が必要で、かなり難易度が高くなる。

特開２００４−６３７５１号公報 特開２０１０−９３２００号公報 特開２００７−３００１６４号公報 特開２００８−１２４５３８号公報 特開平９−２３６７４０号公報

特許文献１、２のカメラモジュールでは、レンズウエハと、撮像素子ウエハとを接着部で接着し、切断するのみで、個片のカメラモジュールを形成している。この為、レンズウエハのレンズ特性に面内の不均一性があると、個々の撮像素子チップ毎に調整することが出来ず、カメラモジュールの特性バラツキを生ずる問題がある。またレンズウエハも金型形成する必要が有り、ウエハレベルとはいえコストがかさむ。

特許文献３，４のピンホールカメラは撮像用のレンズが不要となり、低コスト化に向いている。しかしながら、ピンホールカメラの実装の際には、撮像素子チップとピンホールの位置合わせが機械的に行うしかなく、部材精度が劣化すると、位置合わせズレが起こる問題が有った。この問題の解消のため、特許文献４では、ピンホールの形成された部材の一部を、撮像素子チップ断面端部に直接接触させ、位置精度を出す工夫をしているが、チップ断面の欠けが懸念され、実装歩留まりを低下させる懸念が有った。

特許文献４の図１（ｂ）に示すようなピンホールカメラに於いては、ピンホールからのゴミの侵入を防止する為、天面の遮光板に開けたピンホールの箇所にはガラスを貼る必要が有り、衝撃にてガラス端部からの破片が撮像素子の感光領域上に落下し画質劣化の懸念も有った。

ピンホールカメラに於いては、ピンホールの形成は、金型の成形精度で決まり、微小な開口は出来ない問題が有った。ピンホールカメラではピンホールの大きさが大きくなると、光路パスの幅が大きくなり高解像度の画像を取得するのは困難であった。

特許文献３ではピンホールカメラで広角か望遠かの選択を行うのに、撮像素子チップの感光領域から、ピンホールまでの位置を変える方法とし、ピンホールを保持するパッケージの壁の高さを変えたものを用意し、都度カメラモジュール毎取り換える方式を提案している。この場合、都度パッケージの壁の高さを変えた成形金型を準備する必要が有り、金型コストが必要で低コストにならない問題が有った。

特許文献５では、アポダイゼーションフィルターを形成する際に、フィルターの加工精度、組み立て精度、屈折率精度の向上が必要で、かなり難易度が高く、高コストになる問題があった。

上記課題を解決するために、本発明の固体撮像装置は、イメージセンサチップ上に形成した複数のフォトダイオードと、前記イメージセンサチップ上の全面ないし一部に接着剤を介して貼り合せた平坦なカバーガラスチップとが一体形成されたモジュールチップに於いて、
前記モジュールチップの側面は、イメージセンサチップとカバーガラスチップとが同一断面でカットされ、
前記カバーガラスチップの少なくとも上部の一部に遮光層を有し、さらに、前記遮光層の一部に遮光されないピンホールレンズ用の開口部を一カ所以上有し、
さらに、前記イメージセンサチップ表面上には前記ピンホールレンズ用の開口部（被写体を結像する結像光学レンズ用の開口部）を形成するための合わせマークを有している。
さらに、前記イメージセンサチップとカバーガラスチップとが同一断面でカットされた側面に遮光層を有している。

本発明のウエハレベルピンホールカメラモジュールに依れば、安価なカメラモジュールを提供することが出来る。即ち、レンズを形成した高価なレンズウエハを使わない。本発明のウエハレベルカメラモジュールの撮像素子表面を覆う一般的に使用している凹凸の無い平坦な安価なカバーガラス上に、遮光樹脂を直接塗布し、一般的なＩＣ製造で使われるマスク転写技術を用いてチップ内に形成した撮像素子エリアの所定の位置に遮光樹脂をピンホール用の穴を除去形成するだけで実現できる。このピンホールの穴は、一般的に知られているピンホールカメラとしてレンズを使わないで撮像素子エリアに被写体像を結像することができる。効果を実現でき、更に、このピンホールの位置は、チップ毎に配置した合わせマークに合わせて形成することで撮像素子の製造精度と同じく高精度で形成することができる。従来のレンズを形成したレンズウエハの貼り合わせ精度は、ウエハ間の合せ精度しかなく、極めて荒い精度しか得られなかった。そのためチップ毎の合わせ精度のバラツキが大きいため光学特性の劣化が大きかった。

アポダイゼーションフィルター形成では、遮光樹脂をピンホールレンズの開口部の端部がテーパ形状になるようにパターニングをチップ毎に配置した合わせマークに合わせて形成することで高精度に形成することができる。よって、開口部の遮光層の膜厚がイメージセンサチップ側へ向かって薄くなるようにテーパ形状に形成することで遮光率をイメージセンサチップ側へ高精度で徐々に低くなるように変化させることが出来る。
また、センサチップウエハと凹凸の無い平坦なカバーガラスとを貼り合せた後に、
カバーガラスの上部に遮光樹脂を形成する。そして、遮光樹脂の所定位置にピンホールレンズ用の穴を空けた、半球面レンズあるいはフレネルレンズを形成する。このレンズ形成は、チップ毎に配置した合わせマークに合わせてレンズを形成することで高精度な位置合わせができる。よって、従来のレンズウエハを用いたカメラモジュールの合わせ精度不足による光学特性の劣化を大幅に改善することができる。

図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施例に係るウエハレベルピンホールカメラモジュールの製造方法の前半を示す図。 図１（ｅ）〜（ｇ）は、本発明の第１の実施例に係るウエハレベルピンホールカメラモジュールの製造方法の後半を示す図。 図１（ｆ’）、図１（ｇ’）は第１の実施例に係るカメラモジュールの斜視図。 図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施例に係るウエハレベルピンホールカメラモジュールの製造方法の前半を示す図。 図２（ｅ）〜（ｈ）は、本発明の第２の実施例に係るウエハレベルピンホールカメラモジュールの製造方法の後半を示す図。 図２（ｉ）、（ｊ）は、本発明の第２の実施例に係るウエハレベルピンホールカメラモジュールの製造方法の個片化以降を示す図。 図２（ｊ’）は第２の実施例に係るカメラモジュールの斜視図。 図３は、本発明の第１、２の実施例に係るカメラモジュールの入射光の光路図。 図４は、本発明の実施形態に係るカメラモジュールの入射角度と撮像素子の感光部中心からのシフト量を説明する図。 図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３の実施例に係るウエハレベルピンホールカメラモジュールの製造方法を示す図。 図５（ｃ）、（ｄ）は第３の実施例に係るカメラモジュールの斜視図。 図６（ａ）、（ｂ）は、本発明の第４の実施例に係るウエハレベルピンホールカメラモジュールの製造方法を示す図。 図６（ｃ）、（ｄ）は第４の実施例に係るカメラモジュールの斜視図。 図７（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１〜４の実施例に係るピンホール部の断面形状と透過光分布を、図７（ｃ）、（ｄ）は、本発明の第５の実施例に係るピンホール部の断面形状と透過光分布を示す図。 図８（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第５の実施例に係るウエハレベルピンホールカメラモジュールのピンホール部の製造方法を示す図。 図９（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第６の実施例に係るレンズ機能付きウエハレベルピンホールカメラモジュールのレンズ部の製造方法を示す図。

以下、本発明の実施形態に係る固体撮像装置（ウエハレベルピンホールカメラモジュール）の構造、及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。以下説明内において同一部分には同一の符号及び処理名を付し、最初にその詳細な説明をし、重複する同一部分の説明は省略する。

本発明の第１の実施例に係るウエハレベルピンホールカメラモジュールの製造方法を図１（ａ）〜（ｆ）を用い説明する。図１（ａ）は半導体基板上に形成されたイメージセンサウエハ１であり、各センサの表面の感光部の画素上にはマイクロレンズ２が形成されている。ウエハレベルカメラモジュールを製造するために、各センサの感光部以外の領域には接着材料３が形成され、イメージセンサウエハ１を覆うようにカバーガラスウエハ４が接着材料３を介し、イメージセンサウエハ１に貼り付けられている。

図１（ａ）に示す様に、各センサの表面の感光部の画素（フォトダイオード）上にはマイクロレンズ２が形成されている。各センサの感光部以外の領域には接着材料３が形成され、イメージセンサウエハ１を覆うように凹凸の無い平坦なカバーガラスウエハ４が接着材料３を介し、イメージセンサウエハ１の各チップ上を覆うように貼り付けられている。通常、マイクロレンズ２上のカバーガラスウエハ４までの間隙部は、マイクロレンズ効果を発揮させるため、中空状態になっている。カバーガラスウエハ４には赤外カットフィルター機能や反射防止膜機能を付加しても良い。

図中には示されていないが、イメージセンサウエハ１には特許文献１に示すような貫通電極が形成されており、配線すべき電極から貫通電極を経てウエハ裏面に取り出された配線電極パターンは、既にウエハ裏面に形成されている。この貫通電極を形成するために、イメージセンサウエハ１は薄膜化されている。

次の工程としては、図１（ｂ）に示す様に、カバーガラスウエハ４の上に、感光性機能を有する遮光材料５を塗布する。感光性機能を有する遮光材料というのは、例えば感光基と遮光機能を有した顔料が分散されたカラーレジストの様な材料であり、露光量に応じて、現像後の残膜厚が異なる材料を用いる。ここでは露光された部分のみ現像液で除去されるポジタイプの材料を想定し例示する。

次の工程としては、図１（ｃ）に示す様に、カバーガラスウエハ４上に塗布された遮光材料５に選択的に光を照射し、露光された部分の遮光材料５を除去し、ピンホールレンズ用の開口部（以下、開口部と称す）６を形成する。この工程は、半導体製造工程で通常に用いられるガラスマスクパターンを使ったウエハ上のレジストへの転写露光と同様な工程で行われ、イメージセンサチップ表面上（ダイシングラインも含む全チップエリア）の合わせマークに位置合わせして、合わせ精度良く、開口部形成が行われる。このマスク合わせの際に用いられる光の波長は、遮光材料を透過する波長域の光を用いれば良く、イメージセンサの可視域を外した、具体的には４００ｎｍより短い紫外光と、６５０ｎｍより長い赤外光で有れば良い。

次の工程としては、図１（ｄ）に示す様に、イメージセンサウエハ１の裏面に形成された配線電極パターンに対応し、半田ボール７を形成する。これにより、半田ボールに所定の電圧やクロックパルスを印加することで、センサチップを駆動することが出来る。
この工程で、イメージセンサウエハとカバーガラスウエハとが接着剤で貼り合せて出来たカメラモジュールウエハが出来上がる。

次の工程としては、図１（ｅ）に示す様に、カメラモジュールウエハを個片に分割する為のダイシングライン（図示せず）に沿って、ブレードダイシングを行い、イメージセンサウエハ１、接着材料３、カバーガラスウエハ４、遮光材料５を同一断面でカットし、個片化を行うことで、イメージセンサチップとカバーガラスチップとが接着剤で一体形成されたモジュールチップができる。

以下の説明に於いては、個片化された以降のイメージセンサウエハ１、カバーガラスウエハ４を、それぞれイメージセンサチップ１‘、カバーガラス４’とダッシュを付記して表現し、個片化されたものと、ウエハ状態のものとを区別する。これは個片接着材料３‘、個片遮光材料５‘も同様であるが、記載方法としては接着材料３’、遮光材料５‘の様に表現し、個片と言う言葉を省略する。また、マイクロレンズ２、半田ボール７や開口部６の様に、ウエハ状態でも個別になっているものはダッシュを付記していない。

個片化されたピンホールカメラモジュールの構造は、図１（ｆ）に示す様になっている。マイクロレンズ２が形成されたイメージセンサチップ１’には、裏面に半田ボール７が有り、表面には感光部周辺の接着材料３’で個片化されたカバーガラス４‘が貼り付いている。更にカバーガラス４’の表面には、遮光材料５’が形成され、遮光材料５’の中央付近のイメージセンサの感光部の中心に位置した位置に、遮光材料の開口部６が有る。

ピンホールカメラモジュールの斜視図は、図１（ｆ’）に示す様になっている。天面に遮光材料５‘が有り、その中央には開口部６が形成されている。遮光材料５’の下にはカバーガラス４‘が更にその下には接着材料（図示せず）を介しイメージセンサチップ１’が配置されている。裏面に半田ボール７が有る。
このままでもカメラモジュールとして撮像機能があるが、カバーガラス８‘の切断面に入射する横方からの入射光が有ると、イメージセンサチップ１’の感光部に迷光として到達し画質を劣化する。

この迷光を避けるため、個片化された最終構造のピンホールカメラモジュール９は、図１（ｇ）の様になる。図１（ｆ）との違いは、カバーガラス４‘とイメージセンサチップ１’の側壁に跨って、側壁遮光塗料８が塗布されていることである。

ピンホールカメラモジュール９の斜視図は、図１（ｇ’）に示す様になっている。天面に遮光材料５‘（天面遮光材料５’と記すべき所であるが、遮光材料５‘と記す）が有り、その中央には開口部６が形成され、遮光材料５’下のカメラモジュール側壁部には側壁遮光塗料８が塗布されている。このためカメラモジュールの側壁方向から入射光が有っても、イメージセンサチップ１’の感光部への迷光が防止される。

本発明の第２の実施例に係るウエハレベルピンホールカメラモジュールの製造方法を図２（ａ）〜（ｊ）を用い説明する。図２（ａ）は図１（ａ）と同様に、半導体基板上に形成されたイメージセンサウエハ１が有り、各センサの表面の感光部の画素上にはマイクロレンズ２が形成され、各センサの感光部以外の領域には接着材料３が形成され、イメージセンサウエハ１を覆うようにカバーガラスウエハ４が接着材料３を介し、イメージセンサウエハ１に貼り付けられている。

次工程では、図２（ｂ）に示す様に、イメージセンサウエハ１の裏面にダイシングテープ１０を貼り付ける。ダイシングテープ１０には接着材料（図示せず）が形成されており、ダイシング時のウエハの保持を行う。

次の工程では、図２（ｃ）に示す様に、イメージセンサウエハ１を個片に分割する為のダイシングライン（図示せず）に沿って、ブレードダイシングを行い、イメージセンサウエハ１、接着材料３、カバーガラスウエハ４を分割する。この際に、ダイシングテープ１０は切断せずに残すことがポイントである。図２（ｃ）に示されるように、個片化されたカバーガラス４‘、接着材料３’、イメージセンサチップ１‘の間隙部にはダイシング溝１１が形成される。

次に図２（ｄ）に示す様に、ダイシングテープ１０で互いに連結された、個片化されたカバーガラス４‘の天面と、カバーガラス４’、接着材料３‘、イメージセンサチップ１’の間隙部のダイシング溝１１の対向する壁とを覆うように、感光性機能を有する遮光材料１２を塗布する。感光性機能を有する遮光材料１２というのは、遮光材料５と同様に、感光基と遮光機能を有した顔料が分散されたカラーレジストの様な材料であり、かつ段差の側壁をカバーする様なカバー性を有した材料である。遮光材料１２は、ダイシング溝１１の壁を覆う側壁部遮光材料１２‘、かつダイシング溝底部も覆う底部遮光材料１２’‘様に塗布形成されている。カバーガラス４’上に塗布されている遮光材料は、天面部遮光材料１２と呼ぶべきであるが、簡単のため遮光材料１２と称す。

次の工程としては、図２（ｅ）に示す様に、カバーガラス４‘上に塗布された遮光材料１２に選択的に光を照射し、露光された部分の遮光材料１２を除去し、開口部６を形成する。この工程は、図１（ｃ）と同様に、パターンのウエハ上のレジストへの転写露光と同様な工程で行われ、イメージセンサチップ表面上の合わせマークに位置合わせして、合わせ精度良く、開口部形成が行われる。

図２（ｅ）に於いて、ダイシングにて個片化はされているものの、ダイシングテープ１０で互いに連結され、辛うじてウエハ状態を保っている、カバーガラス４‘、イメージセンサチップ１’に対して、ウエハレベルで処理を行うことがポイントである。

次工程では、図２（ｆ）に示す様に、ダイシングテープ１０にて辛うじてウエハ状態を維持しているカバーガラス４‘の天面上に、エキスパンド用テープ１３を貼り付ける。このエキスパンドテープ１３としてはダイシングテープ材料でも良い。エキスパンドテープ１３には接着材料（図示せず）が形成されており、カバーガラス天面とのカバーガラス天面との保持を行う。

次工程は、図２（ｇ）に示す様に、エキスパンドテープ１３でカバーガラス４‘、イメージセンサチップ１’に対して、ウエハ状態は残しつつ、ダイシングテープ１０を剥離する工程である。ダイシングテープ１０のイメージセンサチップ１‘の裏面への接着保持力を下げるためには、紫外光を照射し接着力を下げることが、一般に行われる。

次の工程としては、図２（ｈ）に示す様に、エキスパンドテープ１３でカバーガラス４‘、イメージセンサチップ１’に対して、ウエハ状態は残しつつ、イメージセンサチップ１‘の裏面に形成された配線電極パターンに対応し、半田ボール７を形成する。

次の工程としては、図２（ｉ）に示す様に、エキスパンドテープ１３を文字通りエキスパンドし、カバーガラス４‘、イメージセンサチップ１’ の間隙部のダイシング溝１１の幅を拡大し、ダイシング溝底部の底部遮光材料１２’‘を分割させる。

個片化されたピンホールカメラモジュールの構造は、図２（ｊ）に示す様になっている。マイクロレンズ２が形成されたイメージセンサチップ１’には、裏面に半田ボール７が有り、表面には感光部周辺の接着材料３’で個片化されたカバーガラス４‘が貼り付いている。更にカバーガラス４’の表面には、遮光材料１２が形成され、遮光材料１２の中央付近のイメージセンサの感光部の中心に位置した位置に、遮光材料の開口部６が有る。カバーガラス４’ 、イメージセンサチップ１’の側壁部には、側壁部遮光材料１２‘が有り、イメージセンサ１チップ１’底部には底部遮光材料１２’‘の分割片が付着している。

ピンホールカメラモジュールの斜視図は、図２（ｊ）に示す様になっている。天面に遮光材料１２が有り、その中央には開口部６が形成され、カメラモジュール底部と側壁部には側壁部遮光材料１２‘、底部遮光材料１２’‘が形成されている。このためカメラモジュールの側壁方向から入射光が有っても、イメージセンサチップ１’の感光部への迷光が防止される。イメージセンサチップ１‘裏面には半田ボール７が有る。

＜実用検証＞

図１（ｇ）、図２（ｊ）に示すピンホールカメラモジュールの実用検証を図３、図４にて行う。
図３は第１、２の実施例に係るカメラモジュールの入射光の光路図を示すものである。ピンホールカメラモジュールの開口部６への入射光のモジュールの法線からの入射角をθとする。一方、カバーガラス４‘内への入射角は屈折率の影響でθ’となり、カバーガラス４‘からマイクロレンズ上の中空部分への出射角はθに戻る（図示せず）。この出射光が画素端部位置に来る際の入射角θが入射角の最大値となる。

図４は第１、２の実施例に係るカメラモジュールの入射角度（図中の横軸）と、撮像素子の感光部中心からのシフト量（図中の縦軸）の関係を説明する図。カバーガラスの厚さを７００ｕｍとし、接着材料厚さ（図中カバーガラス裏面と撮像面のギャップと記述）を０、２５、５０ｕｍの３種類のケースに付きグラフ上に示している。

図４の破線は、画素サイズが１．４ｕｍ、１．７５ｕｍ、２．２ｕｍの３種類のＶＧＡ（６４０×４８０画素）のイメージセンサに於いて、端画素の中心からの位置（Ｃｅｎｔｅｒからのシフト量）と、入射角度θの最大値との関係を示したものである。入射角度の最大値は通常〜広角用途のレンズを用いたカメラモジュールと同等な画角になっている。

本発明の第３の実施例に係るウエハレベルピンホールカメラモジュールを図５（ａ）〜（ｄ）を用い説明する。第３の実施例は立体カメラの応用に相応しい、ウエハレベルピンホールカメラである。
図５（ａ）は図２（ｉ）と同様に、エキスパンドテープ１３を文字通りエキスパンドし、カバーガラス４‘、イメージセンサチップ１’ の間隙部のダイシング溝１１の幅を拡大し、ダイシング溝底部の底部遮光材料１２’‘を分割させた後の断面構造図である。図２（ｉ’）と異なる点は、隣接する２つのイメージセンサチップを、あたかも一つのイメージセンサチップとして個片化したことである。

個片化されたピンホールカメラモジュールの構造は、図５（ｂ）に示す様になっている。天面に遮光材料１２が有り、その遮光材料１２には開口部６が２つ、ほぼイメージセンサチップサイズに相当した間隔だけ離れて形成されている。２つのイメージセンサチップ１‘に対応した開口部をそれぞれ６Ｌ、６Ｒと記す。これは立体カメラの右目用、左目用のカメラのレンズに対応している。距離の測定は、被写体の同一場所からの入射光が２つのイメージセンサチップの撮像面に於けるズレにより行う。ほぼイメージセンサチップサイズに相当した間隔だけ離して形成と表現したのは、主として観測する被写体の位置に応じて、開口部位置は対応するイメージセンサの感光領域中心から少しずれるためである。

図５（ｂ）に示すピンホールカメラモジュールの斜視図は、図５（ｃ）に示す様になっている。天面に遮光材料１２が有り、その遮光材料１２には開口部６Ｌ、６Ｒが形成されている。カメラモジュール側壁部、底部には側壁部遮光材料１２‘、底部遮光材料１２’‘が形成されている。このためカメラモジュールの側壁方向から入射光が有っても、イメージセンサチップの感光部への迷光が防止される。イメージセンサチップ裏面には半田ボール７が有る。

図５（ｄ）には開口部が４つ形成されたピンホールカメラモジュールの斜視図を示す。この４つの開口部に対応し、４つのイメージセンサチップが配置されている。このカメラモジュールの用途は、多眼カメラの分野で、同一被写体から撮像される複数の入射方向の異なる視野画像から、距離情報を得るカメラシステムに使用される。

従来の多眼カメラでは入射方向の異なる視野画像から、距離情報を計算で得るため、基板上の複数画像の間隔の精度が重要になる。この複数画像の間隔の精度としては、カメラの実装精度、レンズの取り付け精度、イメージセンサの実装精度が影響し、個々の実装精度を上げる必要があり、高精度の実装装置が必要となる。これでも合計すると数十ｕｍの精度しか出ない。

本第３の実施例では、イメージセンサチップ間隔、及びレンズに対応した開口部位置はマスク作成精度、マスク合わせ精度で決まり、その精度は１ｕｍ以下に出来、従来に比べ大幅な精度向上が図れる。
例えば、従来方式では微細画素の現在の主流である画素サイズ１．１ｕｍでは数十画素のバラツキが発生する。一方、本発明では１．１ｕｍ画素の単位画素エリアの中心位置にマスク合わせ精度０．１ｕｍ程度の高精度で合わせることが出来る。

本発明の第４の実施例に係るウエハレベルピンホールカメラモジュールを図６（ａ）〜（ｄ）を用い説明する。第４の実施例は第３の実施例と同様に、立体カメラの応用に相応しい、ウエハレベルピンホールカメラである。
図６（ａ）は図５（ａ）と同様に、エキスパンドテープ１３を文字通りエキスパンドし、カバーガラス４‘、イメージセンサチップ１’ の間隙部のダイシング溝１１の幅を拡大し、ダイシング溝底部の底部遮光材料１２’‘を分割させた後の断面構造図である。図５（ａ）と異なる点は、１つのイメージセンサチップに開口部を２つ形成させた点で、１つのイメージセンサチップ毎に個片化させる。

個片化されたピンホールカメラモジュールの構造は、図６（ｂ）に示す様になっている。１つのイメージセンサチップ１‘の天面には遮光材料１２が有り、その遮光材料１２には開口部６Ｌ、６Ｒが２つ形成されている。これも立体カメラの右目用、左目用のカメラのレンズに対応している。距離の測定は、被写体の同一場所からの入射光が１つのイメージセンサチップの撮像面の２個所に於けるズレにより行う。

図６（ｂ）に示すピンホールカメラモジュールの斜視図は、図６（ｃ）に示す様になっている。天面に遮光材料１２が有り、その遮光材料１２には２つの開口部が形成されている。カメラモジュール側壁部には遮光材料が形成され、カメラモジュールの側壁方向からの入射光のイメージセンサチップの感光部への迷光を防止する。イメージセンサチップ裏面には半田ボールが有る。

図６（ｄ）には開口部が４つ形成されたピンホールカメラモジュールの斜視図を示す。この４つの開口部は、１つのイメージセンサチップに対応している。このカメラモジュールの用途も、図５（ｄ）と同様の多眼カメラの分野で、同一被写体から撮像される複数の入射方向の異なる視野画像から、距離情報を得るカメラシステムに使用される。

本発明の実施例に係るウエハレベルピンホールカメラモジュールの開口部付近の形状、及び透過光強度分布を図７（ａ）〜（ｄ）を用い説明する。図７（ｃ）、（ｄ）が第５の実施例に対応したウエハレベルピンホールカメラである。
図７（ａ）は遮光材料５に形成された開口部６の第１〜４の実施例の形状を示す図である。開口部６の遮光材料壁面部は垂直に切り立っている。

図７（ａ）に示す透過光の強度分布を図７（ｂ）に示す。開口部の形状に対応し、透過光の強度分布はＳｔｅｐ状になっている。図中縦軸は透過光強度で、横軸は開口部付近の位置情報である。

本発明の第５の実施例に係るウエハレベルピンホールカメラモジュールの遮光材料５に形成された開口部６の形状を図７（ｃ）に示す。テーパ状開口部６‘の遮光材料壁面部はテーパが付いて斜めに傾斜している。

図７（ｃ）に示す透過光の強度分布を図７（ｄ）に示す。開口部の形状に対応し、透過光の強度分布はテーパ状になっている。図中縦軸は透過光強度で、横軸は開口部付近の位置情報である。ここで遮光材料５は厚さと共に透過率が変化し、図７（ｄ）の様な強度分布が実現できるような材料を選ぶ。

図７（ｄ）の様な透過光強度分布になると、アポダイゼーションフィルターと類似となり、偽解像を改善することができる。このアポダイゼーションフィルターは、カバーガラス上に形成すれば良く、その位置合わせもウエハレベルで出来るので簡便に形成できる。

図７（ｃ）に示す本発明の第５の実施例に係るウエハレベルピンホールカメラモジュールの開口部付近の形状の製造方法に付き、図８（ａ）〜（ｄ）にて説明する。

図８（ａ）は、カバーガラスウエハ４の上に、遮光材料５を塗布し。さらにその上にポジ型の感光性材料１４を塗布する。ポジ型の感光性材料というのは、露光された部分のみ現像液で除去されるレジスト材料であり、現像後の残膜厚は、露光量に依存して変化する性質を持つ材料である。

次の工程としては、図８（ｂ）に示す様に、上記、感光性材料１４に選択的に光を照射する。この際に、開口部のテーパ形状に対応させ、感光性材料１４の露光量に変化を持たせた露光領域１４‘を形成することがポイントである。これを実現するために、半導体製造工程で用いられるガラスマスク上の開口部パターン端部での透過率をマスクの濃淡を変えることにより、透過する露光量を変化させ行う。

次の工程としては、図８（ｃ）に示す様に、露光量に変化を持たせた露光された感光性材料１４‘を現像工程にて除去する。露光量に応じて感光性材料の残膜厚さが異なり、テーパ形状の開口部パターンを有する感光性材料形状１４“にできる。

次の工程としては、図８（ｄ）に示す様に、テーパ形状の開口部パターンを有する、テーパ状感光性材料１４“と遮光材料５を同時にエッチング除去する。この際に感光材料と遮光材料に対するエッチング速度をほぼ揃えることにより、テーパ状感光性材料１４“の形状類似性を保ったまま、遮光材料５にテーパ状開口部６‘として転写することが可能になる。

別の実施例としては、図１（ｃ）に示す様に、遮光性機能を有する遮光材料５を用いて、ガラスマスク上の開口部パターン端部での透過率をマスクの濃淡を変えることにより、透過する露光量を変化させる。このようにして開口部周辺の遮光材料５の露光量をテーパ状に変化させる。すると現像後の遮光材料の形状は、図８（ｄ）に示す様に、テーパ状開口部６‘を有する遮光材料形状５にできる。

本発明の実施例に係るウエハレベルピンホールカメラモジュールの開口部にレンズ形状を形成した構造の製造方法に付き、図９（ａ）〜（ｃ）を用い説明する。図９（ａ）は、図７（ｃ）に於ける第５の実施例に対応し、凹凸の無い平坦なカバーガラスウエハ４の上に、遮光材料５を塗布し。さらにその上にポジ型の感光性材料１４を塗布した構造である。

次の工程として、開口部の位置に対応した感光性材料１４に選択的に光を照射する。レンズの形状に対応した露光量の強度分布の光を照射することで、現像後の感光性材料１４の形状を図９（ｂ）に示す様に、レンズ状感光性材料１４“‘を開口部に形成することが出来る。

これを実現するためには、図８（ｂ）と同様に、半導体製造工程で用いられるガラスマスク上の開口部パターン端部での透過率をマスクの濃淡を変えることにより、透過する露光量を変化させ行い、図８（ｃ）と同様に、露光量に変化を持たせた露光領域を現像工程にて除去し、レンズ状感光性材料１４“‘にできる。

次の工程としては、図８（ｄ）と同様に、レンズ状感光性材料１４“‘とカバーガラス材料４を同時にエッチング除去する。この際に感光性材料とカバーガラス材料に対するエッチング速度を揃えることにより、レンズ状感光性材料１４”’を、カバーガラス４にレンズ状カバーガラス４“として転写することが可能になる。

カバーガラス４に転写された開口部のレンズ形状としては、図９（ｄ）に示す様に、フレネルレンズ状カバーガラス４“‘として転写することも可能になる。

上記実施例１〜実施例４に於いては、感光部の画素上にはマイクロレンズが形成されていたが、マイクロレンズは無くても良く、マイクロレンズ上は中空であったが、マイクロレンズ材料より低屈折率の材料が埋め込まれていても良い。またイメージセンサ上の接着材料は感光部以外の領域に形成されていたが、接着材料は透明性を保持できればイメージセンサ全面に付いていても良い。

上記実施例１〜実施例４に於いては、遮光材料はカバーガラス天面とカバーガラス側壁部、接着材料側壁部、イメージセンサ側壁部を覆うように図示されていたが、側壁からの光の漏れが実用上問題なければ、カバーガラス天面の遮光性が保証できる所定領域のみ遮光材料がカバーされていれば良い。

上記実施例５に於いては、図面上、遮光材料の開口部の断面形状はテーパ形状になっていたが、この断面形状は図７（ａ）に示すように垂直に切り立っていても良い。

上記実施例５に於いて、開口部のレンズ形状は図９（ｃ）、（ｄ）に示す様に、カバーガラスをエッチング除去により加工形成していたが、透明の材料の形状を図９（ｂ）の開口部し示すようなレンズ形状をカバーガラス上に形成することで実現しても良い。

上記実施例１、実施例２に於いては、遮光材料をカバーガラスウエハ上に形成し、イメージセンサチップ表面上の合わせマークに位置合わせして、開口部形成が行われていた。遮光材料が故にイメージセンサチップ表面上の合わせマークが検知できない場合には、合わせマーク上の遮光材料を部分的に機械的精度で決まる幅で除去しておき、遮光材料が除去された部分より合わせマーク位置を検知し、ピンホール開口部に相当した領域の遮光材料を精度よく除去し、開口部を形成すれば良い。合わせマーク上の遮光材料除去部は、必要に応じて遮光塗料を塗布し遮光すれば良い。

また、カバーガラスウエハ表面に事前に部分的に段差を形成し、これとイメージセンサウエハの合わせマーカーとを位置合わせして貼り合わせ、遮光材料を塗布した際の段差を検知し、ピンホール開口部の形成位置を決める方式でも良い。

上記実施例１〜実施例４に於いては、貫通電極を介し、イメージセンサウエハ裏面には配線電極パターンが形成され半田ボールが形成されていたが、半田ボールが無くても、固体撮像装置を実装する基板と裏面配線パターンが導通を取る方法（例えばソケット実装や導電ペーストを介した実装）が有れば半田ボールは不要となる。

上記実施例２〜実施例４に於いては、貫通電極を介し、イメージセンサウエハ裏面には配線電極パターンが形成され半田ボールを形成するため、エキスパンドテープを表面に貼っていたが、半田ボールが無ければ、エキスパンドテープを貼らずに、ダイシングテープを伸ばすことによりイメージセンサウエハの個片化が可能となる。

以上のように、本発明にかかるウエハレベルピンホールカメラモジュールでは、通常のピンホールカメラモジュールで必要となる個別のピンホール形成が不要で、ウエハ状態でピンホール形成を簡便に一括で精度良く行えること以外に、側面の遮光もウエハレベルで一括加工できるメリットも有る。本構成のカメラモジュールではレンズ搭載工程が無く、従ってレンズのフォーカス調整機構も不要である。

またピンホールの開口部分にレンズ形状に加工することも可能である。またピンホールの開口周辺部の遮光性を徐々に変えることにより、アポダイゼーションフィルターと類似となり、偽解像を改善することができる。このアポダイゼーションフィルターは、カバーガラス上に形成すれば良く、その位置合わせもウエハレベルで出来るので簡便に形成できる。全てウエハレベルでハンドリングすることにより、極めて安価なカメラモジュールを提供することが出来る。

１ イメージセンサウエハ
１‘ イメージセンサチップ
２ マイクロレンズ
３ 接着材料
３‘ 個片接着材料
４ カバーガラスウエハ
４‘ カバーガラス
４“ レンズ状カバーガラス
４“‘ フレネルレンズ状カバーガラス
５ 遮光材料
５‘ 個片天面遮光材料
６ （ピンホール）開口部
６Ｌ、６Ｒ 開口部
６‘ テーパ状開口部
７ 半田ボール
８ 側壁遮光塗料
９ ピンホールカメラモジュール
１０ ダイシングテープ
１１ ダイシング溝
１２ （天面部）遮光材料
１２‘ 側壁部遮光材料
１２“ 底部遮光材料
１３ エキスパンドテープ
１４ 感光性材料
１４‘ 露光された感光性材料
１４“ テーパ状感光性材料
１４“‘ レンズ状感光性材料

Claims (9)

1. 複数のフォトダイオードを有するイメージセンサチップと、前記イメージセンサチップ上の全面ないし一部に接着剤を介して貼り合せた凹凸の無い平坦なカバーガラスチップとが一体形成されたモジュールチップに於いて、
   前記モジュールチップの側面は、イメージセンサチップとカバーガラスチップとが同一断面でカットされ、
   前記、カバーガラスチップの上部の少なくとも一部に遮光層を有し、
   さらに、前記遮光層の一部に遮光されないピンホールレンズ用の開口部を一カ所以上有し、
   さらに、前記イメージセンサチップ表面上には前記ピンホールレンズ用の開口部を形成するための合わせマークを有している
   ことを特徴とする固体撮像装置。
   
2. 前記イメージセンサチップとカバーガラスチップとが同一断面でカットされた側面に遮光層を有している
   ことを特徴とする、請求項１記載の固体撮像装置。
   
3. 前記ピンホールレンズ用の開口部の遮光層端部は、前記遮光層の膜厚が前記イメージセンサチップ側へ向かって薄くなるようにテーパ形状に形成され、
   さらに前記テーパ形状部は、遮光層の膜厚に応じて遮光率が徐々に低くなる
   ことを特徴とする、請求項１記載の固体撮像装置。
   
4. 複数のフォトダイオードを有するイメージセンサチップと、前記イメージセンサチップ上の全面ないし一部に接着剤を介して貼り合せた平坦なカバーガラスチップとが一体形成されたモジュールチップに於いて、
   前記モジュールチップの側面は、イメージセンサチップとカバーガラスチップとが同一断面でカットされ、
   前記カバーガラスチップの上部の少なくとも一部に遮光層を有し、
   さらに、前記遮光層の一部に遮光されない開口部を一カ所以上有し、
   さらに、前記開口部の位置には、半球面レンズあるいはフレネルレンズが形成され、
   さらに、前記イメージセンサチップ表面上には前記開口部を形成するための合わせマークを有することを特徴とする固体撮像装置。
   
5. 前記イメージセンサチップの画素部のフォトダイオードの上部にはマイクロレンズを有し、
   前記イメージセンサチップとカバーガラスチップとを貼り合わせている接着剤の厚みは、前記マイクロレンズの厚みより大きい
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
   
6. 半導体基板に複数のイメージセンサチップを2次元に形成したイメージセンサウエハにおいて、
   前記イメージセンサチップの表面上には被写体を結像する結像光学レンズ用の開口部を形成するための合わせマークを有し、
   前記イメージセンサウエハの感光部側の一部、ないし全面に接着材料を形成する工程と、
   該接着材料を介し、前記イメージセンサウエハと平坦なカバーガラスウエハを貼り合わせる工程と、
   前記貼り合せ工程の後に、
   前記イメージセンサウエハの裏面に外部電極を形成する工程と、
   前記カバーガラスウエハ上に遮光膜を形成する工程と、
   前記合わせマークを用いて、遮光膜の所定位置に結像光学レンズ用の開口部を各イメージセンサチップに一つ以上を形成する工程と、
   前記イメージセンサウエハと前記カバーガラスウエハと貼り合せて出来たカメラモジュールウエハをダイシングにて個片化する工程と
   からなる固体撮像装置の製造方法。
   
7. 前記カメラモジュールウエハをダイシングにて個片化したカメラモジュールチップにおいて、
   前記カメラモジュールチップの側壁を遮光塗料で覆う工程を追加した、
   請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
   
8. 半導体基板に複数のイメージセンサチップを2次元に形成したイメージセンサウエハにおいて
   前記イメージセンサチップの表面上には被写体を結像する結像光学レンズ用の開口部を形成するための合わせマークを有し、
   前記イメージセンサウエハの感光部側の一部、ないし全面に接着材料を形成する工程と、
   該接着材料を介し、前記イメージセンサウエハと平坦なカバーガラスウエハを貼り合わせる工程と、
   前記貼り合せ工程の後に、
   前記イメージセンサウエハの裏面に外部電極を形成する工程と、
   前記カバーガラスウエハ上に遮光膜を形成する工程と、
   前記合わせマークを用いて、前記遮光膜の所定位置にピンホール状の開口部を各イメージセンサチップに一つ以上を形成する工程と、
   前記イメージセンサウエハ裏面にダイシングテープを貼り付ける工程と、
   前記カバーガラスウエハないし、カバーガラスウエハと接着材料ないし、カバーガラスウエハと接着材料とイメージセンサチップをブレードダイシングにて切断する工程と、
   前記カバーガラスウエハ及び、カバーガラスウエハ切断部側壁ないし、カバーガラスウエハと接着材料切断部側壁ないし、カバーガラスウエハと接着材料とイメージセンサチップ切断部側壁に遮光膜を形成する工程と、
   前記貼り付けたダイシングテープを伸ばしイメージセンサウエハを個片化する工程と
   からなる固体撮像装置の製造方法。
   
9. 半導体基板に複数のイメージセンサチップを2次元に形成したイメージセンサウエハにおいて
   前記イメージセンサウエハの感光部側の一部、ないし全面に接着材料を形成する工程と、
   該接着材料を介し、前記イメージセンサウエハと凹凸の無い平坦なカバーガラスウエハを貼り合わせる工程と、
   前記貼り合せ工程の後に、
   前記イメージセンサウエハの裏面に外部電極を形成する工程と、
   前記イメージセンサウエハ裏面にダイシングテープを貼り付ける工程と、
   前記カバーガラスウエハないし、カバーガラスウエハと接着材料ないし、カバーガラスウエハと接着材料とイメージセンサチップをブレードダイシングにて切断する工程と、
   前記カバーガラスウエハ及び、カバーガラスウエハ切断部側壁ないし、カバーガラスウエハと接着材料切断部側壁ないし、カバーガラスウエハと接着材料とイメージセンサチップ切断部側壁上に遮光膜を形成する工程と、
   前記カバーガラス上の遮光膜の所定位置にピンホール状の開口部を各イメージセンサチップに一つ以上を形成する工程と、
   前記、カバーガラス天面上の遮光膜上にエキスパンドテープを貼り付ける工程と、
   前記ダイシングテープを剥離する工程と、
   前記イメージセンサウエハ裏面に半田ボールを形成する工程と、
   前記、貼り付けたエキスパンドテープを伸ばしイメージセンサウエハを個片化する工程と
   からなる固体撮像装置の製造方法。
   

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