CN113841076A - 摄像装置及摄像装置的制造方法 - Google Patents

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CN113841076A CN202080037141.4A CN202080037141A CN113841076A CN 113841076 A CN113841076 A CN 113841076A CN 202080037141 A CN202080037141 A CN 202080037141A CN 113841076 A CN113841076 A CN 113841076A
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Abstract

本发明旨在使得能够更容易地制造出具有对摄像透镜光学系统执行像差校正的功能的摄像装置。用于构成所述摄像装置的超透镜和摄像元件是由半导体工艺形成的。所述超透镜执行对所述摄像透镜光学系统的像差校正。所述摄像元件对经由所述摄像透镜光学系统入射的入射光进行成像。所述超透镜可以形成在所述摄像元件的内部或所述摄像元件的表面上，或者可以被形成为晶圆级芯片尺寸封装件的一部分。

Description

摄像装置及摄像装置的制造方法
技术领域
本技术涉及摄像装置。具体地，本技术涉及一种在其摄像透镜光学系统中配备有超透镜(meta-lens)的摄像装置以及该摄像装置的制造方法。
背景技术
作为用于图像检测的摄像光学系统，已经开发出了一些能够使用于可见光区域中以及诸如红外线频带和太赫兹频带等频带中的摄像光学系统。例如，红外线摄像光学系统利用由诸如人类或动物等对象产生的热量，即利用远红外线(波长为8μm至12μm)，并且被应用于暗处的摄影、以及温度分布的观测等。此外，关于太赫兹波(波长为30μm至3mm，频率为100GHz至10THz)的摄像光学系统被应用于例如所谓的无损检测(例如机场设施的行李安全检查)。使用于这些频带中的摄像光学系统期望具有高分辨率以便获得清晰的摄像图像。因此，已经提出了设置有用于执行像差校正的超材料透镜的摄像装置(例如，参见专利文献1)。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特许第6164212号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
在上述的相关技术中，设计了用于执行像差校正的超材料透镜以削减成本。然而，在该相关技术中，在形成用于执行像差校正的透镜时，与用于形成摄像元件的半导体工艺是分开的，这就导致了制造过程的复杂化。
本技术是鉴于上述状况而被开发出来的，并且本技术的目的是使得能够更容易地制造出具有像差校正的功能的摄像装置。
解决技术问题的方案
本技术是为了解决上述问题而做出的。本技术的第一方面提供了一种摄像装置，所述摄像装置包括超透镜和摄像元件，所述超透镜执行对摄像透镜光学系统的像差校正，所述摄像元件对经由所述摄像透镜光学系统入射的入射光进行成像，所述超透镜和所述摄像元件由半导体工艺形成。这带来了如下的作用：能够通过半导体工艺来形成含有用于执行像差校正的超透镜的摄像装置。
另外，在所述第一方面中，上述超透镜可以通过上述像差校正来消除色差(chromatic aberration)。
另外，在所述第一方面中，上述超透镜可以形成在上述摄像元件的内部，或者可以形成在上述摄像元件的表面上。
另外，在所述第一方面中，上述超透镜和上述摄像元件可以形成为晶圆级芯片尺寸封装件，所述晶圆级芯片尺寸封装件包括：附着于上述摄像元件的入射面上的玻璃；和形成在所述玻璃的入射面上的晶圆级透镜。在这种情况下，上述超透镜可以形成在上述摄像元件与上述玻璃之间，或者可以形成在上述玻璃的入射面上，或者可以形成在上述晶圆级透镜的入射面上。
另外，在所述第一方面中，上述超透镜可以具有在从太赫兹波长到紫外线波长的范围内的对象波长。
另外，在所述第一方面中，上述超透镜可以具有柱状结构或孔状结构。
另外，在所述第一方面中，上述超透镜可以包括电介质作为材质。例如，上述超透镜可以包括TiO2、SiO2、α-Si、SiN、TiN、SiON、TiON中的至少一种材料。
另外，在所述第一方面中，上述超透镜可以包括位于有效光学范围外的遮光膜。这带来了能够防止光反射的作用。
另外，本技术的第二方面提供了一种摄像头装置的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：通过半导体工艺形成摄像元件的步骤，所述摄像元件用于对经由摄像透镜光学系统入射的入射光进行成像；以及通过半导体工艺形成超透镜的步骤，所述超透镜用于执行对所述摄像透镜光学系统的像差校正。这带来了能够通过半导体工艺来形成含有用于执行像差校正的超透镜的摄像装置的作用。
另外，在所述第二方面中，当晶圆级芯片尺寸封装件的玻璃层叠于晶圆上时，所述超透镜可以被埋入。
另外，在所述第二方面中，在将晶圆级芯片尺寸封装件单片化的同时，可以将所述超透镜一起以单片化的方式切断。
此外，在所述第二方面中，当晶圆级透镜形成于晶圆级芯片尺寸封装件的正上方时，可以在所述晶圆级透镜的表面上通过压印来形成所述超透镜。
另外，在所述第二方面中，在晶圆级芯片尺寸封装件的玻璃的顶表面上形成所述超透镜后，在形成晶圆级透镜时，所述超透镜被埋入所述晶圆级透镜中。
附图说明
图1是示出了本技术的第一实施例中的摄像装置的构造示例的图。
图2是示出了本技术的第一实施例中的超透镜610的布置示例的图。
图3是示出了本技术的第一实施例中的超透镜610的第一结构示例的图。
图4是示出了本技术的第一实施例中的超透镜610的第二结构示例的图。
图5是示出了本技术的第二实施例中的摄像装置的构造示例的图。
图6是示出了本技术的第二实施例中的超透镜610的第一布置示例的图。
图7是示出了本技术的第二实施例中的超透镜610的第二布置示例的图。
图8是示出了本技术的第二实施例的摄像装置的制造过程中的复制品形成步骤的示例的图。
图9是示出了本技术的第二实施例的摄像装置的制造过程中的透镜形成步骤的示例的图。
图10是示出了本技术的第二实施例的摄像装置的制造过程中的以晶圆状态为关注点的步骤的示例的图。
具体实施方式
下面将会说明用于实施本技术的方式(以下称为实施例)。将按以下顺序进行说明。
1.第一实施例(在摄像元件上形成超透镜的示例)
2.第二实施例(在芯片尺寸封装件中形成超透镜的示例)
<1.第一实施例>
[摄像装置]
图1是示出了本技术的第一实施例中的摄像装置的构造示例的图。
本发明的第一实施例中的摄像装置包括摄像透镜100、红外线截止滤光片(IRCF：Infra-Red Cut Filter)200和摄像元件600。
摄像透镜100是用于向摄像元件600提供入射光的摄像透镜光学系统。通常，摄像透镜100根据所需的性能而包括相互组合的多个透镜。此外，可以针对每种功能来配置有透镜组，以提供变焦功能和对焦功能。
红外线截止滤光片200是用于滤除来自摄像透镜100的入射光之中的具有比红色波长更长的波长的波长区域(换句话说，频率较低的区域)中的光线的滤光片。取决于摄像装置的用途，也可以省略红外线截止滤光片200。
摄像元件600是对来自摄像透镜100的入射光进行成像的传感器。摄像元件600例如由互补金属氧化物半导体(CMOS：complementary metal oxide semiconductor)图像传感器(CIS：CMOS image sensor)来实现。
注意，摄像装置还可以包括用于保护的盖子(未示出)。
[超透镜的布置]
图2是示出了本技术的第一实施例中的超透镜610的布置示例的图。
在第一实施例的摄像装置中，超透镜610通过半导体工艺而被形成为摄像元件600的一部分。具体地，在对硅晶圆实施微细加工的过程中，将超透镜610形成为摄像元件600的一部分。
例如，如图2中的a所示，超透镜610可以设置在摄像元件600内部的上侧处。可供选择地，如图2中的b所示，超透镜610可以设置在摄像元件600内部的下侧处。可供选择地，如图2中的c所示，超透镜610可以设置在摄像元件600的表面上，例如摄像元件600的顶表面上。
如上所述，通过将超透镜610形成为摄像元件600的一部分，就可以校正摄像透镜100的光学系统的像差。例如，假设像差是诸如纵向色差(轴向色差)或横向色差(倍率色差)等色差，或者是诸如球差、像散、彗差、场曲或畸变等单色像差。
假设超透镜610具有例如在从太赫兹波长(波长范围为30μm到3mm并且频率范围为100GHz到10THz)到紫外线波长(紫外线是比紫色波长(波长为380nm)具有更短波长的光线)的范围内的对象波长。
超透镜610的材质优选是电介质。具体地，假设是例如TiO2、SiO2、α-Si、SiN、TiN、SiON、TiON等中的至少一种材料。
另外，超透镜610在有效光学范围之外的部分可以被黑化处理。具体地，为了防止光反射，超透镜610可以包括起到固定光阑(fixed aperture)功能的遮光膜。
[超透镜的结构]
图3是示出了本技术的第一实施例中的超透镜610的第一结构示例的图。
在超透镜610的第一结构示例中，单个超透镜具有柱状结构611。换句话说，超透镜610通过将具有纳米级的高度和宽度的微细柱状结构611以多个的形式布置于平面上，从而形成具有任意介电常数的电介质。
图4是示出了本技术的第一实施例中的超透镜610的第二结构示例的图。
在超透镜610的第二结构示例中，单个超透镜具有孔状结构612。换句话说，超透镜610通过将具有纳米级的高度和宽度的微细孔状结构612以多个的形式布置于平面上，从而形成具有任意介电常数的电介质。
因此，根据本技术的第一实施例，通过利用半导体工艺将用于执行像差校正的超透镜610形成为摄像元件600的一部分，可以使摄像装置制造变得更容易。如果在摄像透镜光学系统中单独地追加用于像差校正的透镜，则光学总长度就会变长。然而，如第一实施例中那样通过将超透镜610形成为摄像元件600的一部分，可以缩短光学总长度，因而能够使摄像装置小型化。
<2.第二实施例>
[摄像装置]
图5是示出了本技术的第二实施例中的摄像装置的构造示例的图。
第二实施例中的摄像装置被形成为晶圆级芯片尺寸封装件(CSP：wafer levelchip size package)。具体地，玻璃400利用作为接合剂的胶水500而被装载到摄像元件600上，并且在玻璃400上形成晶圆级透镜300。这些构成要素通过半导体工艺且以维持为晶圆状态的方式被形成于封装件中。
晶圆级透镜300是作为晶圆级芯片尺寸封装件的一部分且通过半导体工艺以晶圆级而被形成的透镜。晶圆级透镜300例如通过稍后所述的紫外线(UV：ultraviolet)照射而被形成，而且，作为这种情况下的材料，例如可以使用UV硬化树脂。
注意，摄像透镜100、红外线截止滤光片200、摄像元件600与上述第一实施例中一样。
[超透镜的布置]
图6是示出了本技术的第二实施例中的超透镜610的第一布置示例的图。
在第二实施例中的布置示例中，超透镜610通过半导体工艺而被形成为晶圆级芯片尺寸封装件的一部分。具体地，在对硅晶圆实施微细加工的过程中，超透镜610被形成为晶圆级芯片尺寸封装件的一部分。
例如，如图6中的a所示，超透镜610可以设置在摄像元件600的内部。可供选择地，如图6中的b所示，超透镜610可以设置在摄像元件600的顶表面上，并且当玻璃400层叠到晶圆上时该超透镜610被埋入胶水500中。可供选择地，如图6中的c所示，超透镜610可以设置在玻璃400的底表面上，并且当玻璃400层叠到晶圆上时该超透镜610被埋入胶水500中。换言之，在图6中的示例b或c中，超透镜610形成在摄像元件600与玻璃400之间。
图7是示出了本技术的第二实施例中的超透镜610的第二布置示例的图。
例如，如图7中的a和b所示，超透镜610可以设置在玻璃400的入射面上，并且晶圆级透镜300可以形成在超透镜610上。在这种情况下，在将超透镜610形成于玻璃400的顶表面之后，在形成晶圆级透镜300的时候，超透镜610被埋入到晶圆级透镜300内。
可供选择地，例如，如图7中的c或d所示，超透镜610可以形成在晶圆级透镜300的入射面上。图7中的c是在将晶圆级芯片尺寸封装件单片化之后形成晶圆级透镜300的情况的示例，图7中的d是在将晶圆级芯片尺寸封装件单片化之前形成晶圆级透镜300的情况的示例。在这些情况下，当晶圆级透镜300形成于晶圆级芯片尺寸封装件的正上方时，在晶圆级透镜300的表面上通过压印来形成超透镜610。可供选择地，在图7中的示例d的情况下，在将晶圆级芯片尺寸封装件单片化的同时，将超透镜610一起以单片化的方式切断。
注意，关于超透镜610的结构，假设与上述第一实施例中的情况一样具有柱状结构611或孔状结构612。另外，超透镜610的材料与上述第一实施例中的情况一样。
[制造方法]
图8是示出了本技术的第二实施例的摄像装置的制造过程中的复制品形成步骤的示例的图。
首先，如图8中的a所示，使用分配器(dispenser)将复制品材料820分配到模具810中。作为模具810，可以使用具有与所要形成的超透镜610的结构的形状对应的凹形形状或凸形形状的模具。在这种情况下，作为复制品材料820，例如可以使用UV硬化树脂。
然后，如图8中的b所示，将复制品基板830覆盖到已被分配有复制品材料820的模具810的顶表面上，并且从复制品基板830的上方照射紫外线。这使得具有与模具810对应的形状的复制品材料820被压印到复制品基板830上。在这种情况下，作为用于复制品基板830的材料，例如可以使用石英。
如图8中的c所示，当把模具810从完成了压印的复制品材料820上移除时，就形成了复制品821。然后，分配出下一次复制品形成用的复制品材料820，并且如图8中的d所示那样重复执行压印。以这种方式，在复制品基板830上依次形成了复制品821。
图9是示出了本技术的第二实施例的摄像装置的制造过程中的透镜形成步骤的示例的图。
如图9中的a所示，透镜材料840被分配到摄像元件或晶圆级芯片尺寸封装件850的顶表面上。在这种情况下，作为透镜材料840，例如可以使用UV硬化树脂。注意，在以下过程中，摄像元件或晶圆级芯片尺寸封装件850与复制品基板830的布置可以上下颠倒。换言之，复制品基板830可以位于下侧，而摄像元件或晶圆级芯片尺寸封装件850可以位于上侧。
然后，如图9中的b所示，以使透镜材料840与复制品821的位置对齐的方式将复制品基板830覆盖到摄像元件或晶圆级芯片尺寸封装件850上，并且从复制品基板830的上方照射紫外线。
然后，如图9中c所示，当移除复制品基板830时，就形成了透镜841。透镜841是如上所述的晶圆级透镜300，并且在该晶圆级透镜300的顶表面上形成超透镜610。
图10是示出了本技术的第二实施例的摄像装置的制造过程中的以晶圆状态为关注点的步骤的示例的图。
如图10中的a所示，制备出其上已经形成有复制品821的复制品基板830，并且还制备出其上已经分配有透镜材料840的摄像元件或晶圆级芯片尺寸封装件850。
然后，如图10中的b所示，以使透镜材料840与复制品821的位置对齐的方式将复制品基板830覆盖到摄像元件或晶圆级芯片尺寸封装件850上，并且从复制品基板830的上方用紫外线照射至复制品基板830。因此，如图10中的c所示，形成了透镜841。
如图10中的d所示，其上已经形成有透镜841的摄像元件或晶圆级芯片尺寸封装件850被切片(单片化)。因此，形成了如图10中的e所示的单个摄像装置。
因此，根据本技术的第二实施例，通过半导体工艺将用于执行像差校正的超透镜610形成为晶圆级芯片尺寸封装件的一部分，籍此，能够使得摄像装置的制造变得更容易。
注意，上述实施例是用于实施本技术的一些示例，并且各实施例中的事项对应于权利要求范围中的本发明特定事项。类似地，权利要求范围中的本发明特定事项也对应于本技术的实施例中的被赋予有相同名称的事项。然而，本技术不限于实施例，并且在不脱离本技术的主旨的情况下可以通过对实施例进行各种修改来得以实施。
此外，上述实施例中所说明的处理步骤可以被实施为包括一系列步骤的方法、或者能够使计算机执行一系列步骤的程序、或记录有该程序的记录介质。作为记录介质，例如，可以使用CD(压缩盘：Compact Disc)、MD(迷你盘：MiniDisc)、DVD(数字多功能盘：Digital Versatile Disc)、存储卡、或蓝光盘(Blu-ray(注册商标)disc)。
注意，本说明书中所记载的效果仅是说明性的而非限制性的，并且可以产生其他效果。
注意，本技术还可以采用以下技术方案。
(1)一种摄像装置，所述摄像装置包括：
超透镜，所述超透镜执行对摄像透镜光学系统的像差校正；以及
摄像元件，所述摄像元件对经由所述摄像透镜光学系统入射的入射光进行成像，
所述超透镜和所述摄像元件由半导体工艺形成。
(2)根据上述(1)所述的摄像装置，其中，
所述超透镜通过所述像差校正来消除色差。
(3)根据上述(1)或(2)所述的摄像装置，其中，
所述超透镜形成在所述摄像元件的内部。
(4)根据上述(1)或(2)所述的摄像装置，其中，
所述超透镜形成在所述摄像元件的表面上。
(5)根据上述(1)或(2)所述的摄像装置，其中，
所述超透镜和所述摄像元件被形成为晶圆级芯片尺寸封装件，
所述晶圆级芯片尺寸封装件包括：附着于所述摄像元件的入射面上的玻璃；和形成在所述玻璃的入射面上的晶圆级透镜。
(6)根据上述(5)所述的摄像装置，其中，
所述超透镜形成在所述摄像元件与所述玻璃之间。
(7)根据上述(5)所述的摄像装置，其中，
所述超透镜形成在所述玻璃的入射面上。
(8)根据上述(5)所述的摄像装置，其中，
所述超透镜形成在所述晶圆级透镜的入射面上。
(9)根据上述(1)至(8)中任一项所述的摄像装置，其中，
所述超透镜具有在从太赫兹波长到紫外线波长的范围内的对象波长。
(10)根据上述(1)至(9)中任一项所述的摄像装置，其中，
所述超透镜具有柱状结构或孔状结构。
(11)根据上述(1)至(10)中任一项所述的摄像装置，其中，
所述超透镜包括电介质作为材质。
(12)根据上述(1)至(11)中任一项所述的摄像装置，其中，
所述超透镜包括TiO2、SiO2、α-Si、SiN、TiN、SiON、TiON中的至少一种材料。
(13)根据上述(1)至(12)中任一项所述的摄像装置，其中，
所述超透镜包括位于有效光学范围外的遮光膜。
(14)一种摄像装置的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
通过半导体工艺形成摄像元件的步骤，所述摄像元件用于对经由摄像透镜光学系统入射的入射光进行成像；以及
通过半导体工艺形成超透镜的步骤，所述超透镜用于执行对所述摄像透镜光学系统的像差校正。
(15)根据上述(14)所述的摄像装置的制造方法，其中，
当晶圆级芯片尺寸封装件的玻璃层叠于晶圆上时，所述超透镜被埋入。
(16)根据上述(14)所述的摄像装置的制造方法，其中，
在将晶圆级芯片尺寸封装件单片化的同时，将所述超透镜一起以单片化的方式切断。
(17)根据上述(14)所述的摄像装置的制造方法，其中，
当晶圆级透镜形成于晶圆级芯片尺寸封装件的正上方时，在所述晶圆级透镜的表面上通过压印来形成所述超透镜。
(18)根据上述(14)所述的摄像装置的制造方法，其中，
在将所述超透镜形成于晶圆级芯片尺寸封装件的玻璃的顶表面上之后，在形成晶圆级透镜时，所述超透镜被埋入所述晶圆级透镜中。
附图标记说明
100：摄像透镜
200：红外线截止滤光片(IRCF)
300：晶圆级透镜
400：玻璃
500：胶水
600：摄像元件
610：超透镜
611：柱状结构
612：孔状结构
810：模具
820：复制品材料
821：复制品
830：复制品基板
840：透镜材料
841：透镜
850：摄像元件或晶圆级芯片尺寸封装件

Claims (18)

1.摄像装置，包括：
超透镜，所述超透镜执行对摄像透镜光学系统的像差校正；以及
摄像元件，所述摄像元件对经由所述摄像透镜光学系统入射的入射光进行成像，
所述超透镜和所述摄像元件由半导体工艺形成。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述超透镜通过所述像差校正来消除色差。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述超透镜形成在所述摄像元件的内部。
4.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述超透镜形成在所述摄像元件的表面上。
5.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述超透镜和所述摄像元件被形成为晶圆级芯片尺寸封装件，
所述晶圆级芯片尺寸封装件包括：附着于所述摄像元件的入射面上的玻璃；和形成在所述玻璃的入射面上的晶圆级透镜。
6.根据权利要求5所述的摄像装置，其中，
所述超透镜形成在所述摄像元件与所述玻璃之间。
7.根据权利要求5所述的摄像装置，其中，
所述超透镜形成在所述玻璃的入射面上。
8.根据权利要求5所述的摄像装置，其中，
所述超透镜形成在所述晶圆级透镜的入射面上。
9.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述超透镜具有在从太赫兹波长到紫外线波长的范围内的对象波长。
10.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述超透镜具有柱状结构或孔状结构。
11.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述超透镜包括电介质作为材质。
12.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述超透镜包括TiO2、SiO2、α-Si、SiN、TiN、SiON、TiON中的至少一种材料。
13.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述超透镜包括位于有效光学范围外的遮光膜。
14.摄像装置的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
通过半导体工艺形成摄像元件的步骤，所述摄像元件用于对经由摄像透镜光学系统入射的入射光进行成像；以及
通过半导体工艺形成超透镜的步骤，所述超透镜用于执行对所述摄像透镜光学系统的像差校正。
15.根据权利要求14所述的摄像装置的制造方法，其中，
当晶圆级芯片尺寸封装件的玻璃层叠于晶圆上时，将所述超透镜埋入。
16.根据权利要求14所述的摄像装置的制造方法，其中，
在将晶圆级芯片尺寸封装件单片化的同时，将所述超透镜一起以单片化的方式切断。
17.根据权利要求14所述的摄像装置的制造方法，其中，
当晶圆级透镜形成于晶圆级芯片尺寸封装件的正上方时，在所述晶圆级透镜的表面上通过压印来形成所述超透镜。
18.根据权利要求14所述的摄像装置的制造方法，其中，
在将所述超透镜形成于晶圆级芯片尺寸封装件的玻璃的顶表面上之后，在形成晶圆级透镜时，所述超透镜被埋入所述晶圆级透镜中。
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