JP2009147093A - 電子素子ウエハモジュール、電子素子モジュール、センサウエハモジュール、センサモジュール、センサモジュールの製造方法および電子情報機器 - Google Patents

Abstract

【課題】マウント基板またはベース基板やスペーサを不要として、それ自体の製造工数の他、素子実装やスペーサの組み込みに係る工数をなくし、かつ個々のモジュール高さを抑えかつ精度および品質を良好にする。
【解決手段】センサモジュール１０は、ウエハチップ表面に、複数の受光部からなる撮像素子１１が電子素子として設けられ、貫通孔１２が表面と裏面間に設けられて導通した貫通ウエハ１と、この貫通ウエハ１の撮像素子１１の周囲上に形成された樹脂接着層２と、この樹脂接着層２上を覆うカバーガラスとしてのガラス板３と、このガラス板３上に設けられ、撮像素子１１に入射光を集光させるための光学素子としての複数のレンズ板４１〜４３が積層されたレンズ板４と、これらのレンズ板４１〜４３を接着して固定するためのレンズ接着層５１および５２とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射光を集光する複数のレンズまたは、出射光を直進させたり入射光を所定方向に曲げて導いたりする複数の光学機能素子と、各レンズにそれぞれ対応して、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子または、各光学機能素子にそれぞれ対応して、出射光を発生させるための発光素子および入射光を受光するための受光素子とが複数モジュール化（一体化）された電子素子ウエハモジュール、この電子素子ウエハモジュールから一括切断されて製造される電子素子モジュール、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子と、入射光を撮像素子上に結像するためのレンズとが複数モジュール化（一体化）されたセンサウエハモジュール、これを切断したセンサモジュールおよびその製造方法、このセンサモジュールを、車載用カメラなどの画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、車載用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）または、この電子素子モジュールを情報記録再生部に用いたピックアップ装置などの電子情報機器に関する。

この種の従来の電子素子モジュールとしてのセンサモジュールは、主に、カメラモジュールとして、カメラ付き携帯電話装置や携帯端末装置（ＰＤＡ）、さらにはカードカメラなどに用いられ、セラミックスやガラス入りエポキシ樹脂などのマウント基板上に、被写体からの画像光をそれぞれ光電変換して被写体を撮像する複数の受光部を有する電子素子としての撮像素子を有する固体撮像チップと、入射光を撮像素子上に結像するための集光レンズを固定したホルダー部材とが設けられている。この場合に、固体撮像チップはマウント基板上に配設されてワイヤボンディングされている。また、これらの集光レンズと撮像素子との間の結像距離を正確に固定して入射光を撮像素子上に精度よく結像させることは、鮮明な画像を得るために重要である。

次に、米国特許の特許文献１に、図１９に示すように従来の電子素子モジュール１００の実用例が提案されている。この電子素子モジュール１００は、ピックアップ装置として構成されており、発光素子および受光素子である光学電子素子１０１をマウントするマウント基板１０２と、このマウント基板１０２上にスペースを確保するスペーサ基板１０３と、このスペーサ基板１０３上に、光学機能素子１０４が設けられたシール基板１０５とが順次積層されている。この光学電子素子１０１はシールの外側に配線コンタクト１０６が取り出されている構造を持っている。このスペーサ基板１０３は、内側にスロープ面１０７を持つ形状を有しており、このスロープ面１０７には反射膜がコートされている。光学機能素子１０４は、発光素子からの光を真っ直ぐ外に出射させたり、光ディスクなどからの情報を含む戻り光を受光素子側に曲げて導いたりする光学機能を有している。これらのマウント基板１０２、スペーサ基板１０３およびシール基板１０５が積層された電子素子ウエハモジュールから切断されて複数の電子素子モジュール１００を一括製造することができる。

また、米国特許の特許文献２では、図２０に示すように、レンズ２０１が形成されたベース基板２０２上に、レンズ２０３が形成されたベース基板２０４をアライメントをとって上下に積層して接着層２０５で貼り合せて多段のレンズモジュール２００を一体的に形成している。また、米国特許の特許文献３では、図２１に示すように、複数のレンズ３０１が形成されたベース基板３０２上に、スペーサ３０３を介してベース基板３０４がアライメントをとって上下に積層されて接着樹脂で貼り合せられてレンズモジュール３００を一体的に形成している。この一体化したレンズモジュール３００を切断位置３０５で切断することにより個々のレンズモジュールに一括製造する手法が米国特許の特許文献３に提案されている。

特許文献４では、軟化させたガラス素材を上下からの型押しでプレス成形して形成される複数のレンズ部と、このプレス成形時にこのレンズ部の外周縁から折れ曲がって下方に伸びる筒状脚部と、この筒状脚部から外方に折れ曲がって水平に伸びると共に、他のレンズ部の筒状脚部との連結を図るための平板部とを有する複数のガラス光学素子（レンズ）を一体化したシート部材を、複数のイメージセンサが設けられた基板上のカバーガラス上に、各イメージセンサと各レンズ部とがそれぞれ対応するように接着されている。これを個々のイメージセンサ毎に切断する。

非特許文献１では、シリコンウエハに貫通穴を設け、この貫通穴を介してウエハ表面とウエハ裏面とを導通可能とすることが開示されている。
米国特許ＵＳ７２２４８５６Ｂ２（図１） 米国特許ＵＳ６０４９４３０ 米国特許ＵＳ６０９６１５５ 特開２００３−２７７０８５ ｔｈｅ ２００４ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｔｏｋｙｏ，２００４，ｐｐ.２７６−２７７"ＡＰＰｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈｔ Ｒｅｌｉａｂｌｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｔｈｒｕ−Ｖｉａ ｔｏ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ ＣＳＰ "

しかしながら、上記従来技術の特許文献１では、マウント基板を用いると、モジュール高さが高くなるだけではなく、マウント基板そのものの部材が必要となってその製造工数がかかり、さらにマウント基板に光学素子を実装する実装装置だけではなく実装工数もかかって製造コストが高くなる。

また、上記従来の特許文献２、３では、集光レンズをベース基板上に形成する方式であるが、ベース基板を用いることで、ベース基板自体が必要となり、これによって、モジュール高さが高くなるだけではなく、ベース基板そのものの部材が必要となってその製造工数がかかり、さらにベース基板に集光レンズを実装する実装装置だけではなくその実装工数もかかって製造コストが高くなる。このように、ベース基板を用いると、集光レンズ基板の厚さが光学設計に影響し、光学長が長くなる。また、上記従来の特許文献３では、ベース基板間に集光レンズのスペースを確保するためにスペーサを用いているが、このスペーサ自体の加工の他に、このスペーサをベース基板間に組み込むためにも工数がかかって製造コストが高くなる。

さらに、ベース基板をエッチバックで加工して集光レンズを形成する手法もあるが、この方法ではレンズ形状の精度が悪い。また、上記従来の特許文献４では、軟化させたガラス素材を上下からプレス成形して複数のレンズ部が形成されているものの、この手法では、レンズ形状の精度が悪く、正確なレンズ機能が得られない。また、この手法では、軟化させたガラス素材を上下からプレス成形するため、高い温度および高い圧力が必要となり、また、温度を高い温度から急激に低下すればガラスに割れも生じやすいことからレンズの加工性が悪い。

さらに、上記従来の非特許文献１では、貫通穴を介してウエハ表面とウエハ裏面とを導通可能とし、この貫通穴を用いることによりセンサチップとマウント基板間のワイヤボンディングは不要となるものの、これだけでは、ウエハレベルでレンズをも貼りあわせた電子素子ウエハモジュールとしてのセンサウエハモジュールから一括切断して精度および品質面で良好な複数のセンサモジュールを一挙に得ることはできない。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、従来のマウント基板またはベース基板やスペーサを不要として、それ自体の製造工数の他、素子実装やスペーサの組み込みに係る工数をなくし、かつ個々のモジュール高さを抑えかつ精度および品質を良好にすることができる電子素子ウエハモジュール、これを切断した電子素子モジュール、センサウエハモジュール、これを切断したセンサモジュールおよびその製造方法、この電子素子モジュールを画像入力デバイスとしての撮像部または情報記録再生部に用いた電子情報機器を提供することを目的とする。

本発明の電子素子ウエハモジュールは、貫通電極を有する複数の電子素子が配設された電子素子ウエハと、該電子素子ウエハの複数の電子素子それぞれの周囲上に半密閉状態で形成された樹脂接着層と、該電子素子ウエハ上を覆い、該樹脂接着層上に固定された透明カバー部材と、該透明カバー部材上に該複数の電子素子のそれぞれに対応するように搭載されて接着固定された複数の光学素子とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける複数の光学素子は一体化されて構成されている。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける光学素子は、平面視中央部の外周側で接着層をそれぞれ介して複数枚積層されている。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける光学素子を接着する接着層は、遮光機能を兼ねている。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける光学素子を接着する接着層には、スペースを決定する固体が含有されている。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける光学素子は、一または複数枚のレンズである。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおけるレンズは、中央部にレンズ領域が設けられ、該レンズ領域の外周側に所定厚さを持つスペーサ部が設けられている。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおけるレンズは、集光レンズである。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおけるレンズは、収差補正レンズ、拡散レンズおよび集光レンズであり、それらのレンズの各外周側にそれぞれ設けられた所定厚さを持つ各スペーサ部が下からこの順に積層されて配置されている。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおけるスペーサ部は位置決め機能を有している。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおけるスペーサ部の位置決め機能は、テーパの付いた凹部と凸部またはアライメントメークで構成されている。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける光学素子は、出射光を直進させて出射させると共に、入射光を曲げて所定方向に入射させる光学機能素子である。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける樹脂接着層は、前記複数の電子素子それぞれ上の空間部分から外部に連通させるための溝が形成されている。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける樹脂接着層は、前記複数の電子素子それぞれ上の空間部分と溝で連通した別の空間部分を介してさらに外部と連通させるための溝が形成されている。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける樹脂接着層は、前記複数の電子素子毎に配設され、該電子素子の領域以外の領域および、隣接する電子素子間のダイシング領域以外の領域上に配設されている。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける溝は、前記樹脂接着層の平面視四角形の辺方向に対して斜め方向の直線状、Ｓ字状または迷路状に設けられている。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける樹脂接着層は、材料的に内部と連通可能な素材構成とされている。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける透明カバー部材は透明樹脂板またはガラス板である。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける透明カバー部材の表面にはIR（Infra-Red）コートまたはAR（Anti-Reflection）コートが施されている。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける電子素子は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子を有している。

さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける電子素子は、出射光を発生させるための発光素子および入射光を受光するための受光素子を有している。

本発明の電子素子モジュールは、本発明の上記電子素子ウエハモジュールから一または複数個毎に切断されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、電子素子モジュールにおける切断された側面は遮光機能を有しているかまたは、該切断された側面は遮光機能が施されている。

本発明のセンサウエハモジュールは、貫通電極を有する複数のセンサチップ部が配設されたセンサウエハと、該センサウエハの複数の電子素子それぞれの周囲上に半密閉状態で形成された樹脂接着層と、該センサウエハ上を覆い、該樹脂接着層上に固定された透明カバー部材と、該透明カバー部材上に、該複数の撮像素子にそれぞれ対応するように搭載されて接着固定され、一体化した複数の集光レンズとを有し、該センサチップ部は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子が該電子素子として設けられているものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、センサモジュールは、本発明の上記センサウエハモジュールから一または複数個毎に切断されたものである。

本発明のセンサモジュールの製造方法は、複数のセンサチップ部が配設されたセンサウエハの複数の撮像素子それぞれの周囲上に樹脂接着層を半密閉状態で形成する工程と、 樹脂接着層上にカバーガラスを接着する工程と、該センサウエハの裏側を薄層化する工程と、該センサウエハの裏面から表面のパッド裏まで貫通する複数の貫通穴を該センサチップ部毎に形成する工程と、該貫通穴を経由して該センサウエハ裏面に配線を形成する工程と、該カバーガラス表面に一枚または複数のレンズ板を接着する工程と、該センサウエハ、該カバーガラスおよび該レンズを一または複数のセンサチップ部毎に一度に切断する切断工程と、少なくとも切断した断面に遮光層を形成する工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明のセンサモジュールの製造方法における切断工程は、レーザまたはワイアー鋸を用いる。

本発明の電子情報機器は、本発明の上記電子素子ウエハモジュールから切断された電子素子モジュールをセンサモジュールとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の電子情報機器は、本発明の上記電子素子ウエハモジュールから切断された電子素子モジュールを情報記録再生部に用いたであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の電子素子ウエハモジュールは、貫通電極を有する複数の電子素子が配設された電子素子ウエハと、該電子素子ウエハの複数の電子素子それぞれの周囲上に半密閉状態で形成された樹脂接着層と、該電子素子ウエハ上を覆い、該樹脂接着層上に固定された透明カバー部材とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。

電子素子が形成された素子基板（電子素子チップ部）を従来のマウント基板の配線基板と共用し、素子基板にその表面から裏面へ貫通する貫通穴を通して配線を形成することにより、従来のマウント基板を不要とすることが可能となる。また、従来のベース基板を使わず、樹脂成形により、光学素子としての例えばレンズを一括樹脂成形する技術によって精度よく形成された樹脂製の集光レンズを用いて、集光レンズの外周側のスペーサ部（コバ部）がスペースを正確に確保することが可能となる。

このように、電子素子チップ部をワイヤボンドなどで実装するための従来のマウント基板を不要とすることにより、その基板自体の製造工数の他、電子素子の実装工数を削減して製造コストを低減することが可能となり、マウント基板の厚さ分の低背化も可能となる。

また、レンズを乗せるための従来のベース基板を不要とすることにより、その基板自体の製造工数の他、レンズを乗せる工数を削減して製造コストを低減することが可能となり、ベース基板の厚さ分の低背化も可能となる。また、レンズを乗せるベース基板間の間隔を保つためのスペーサを不要とすることにより、そのスペーサ自体の製造工数の他、レンズを乗せたベース基板にスペーサを組み込む工数を削減して製造コストを低減することが可能となる。

また、従来のようなベース基板を使わずに、樹脂成形により、光学素子としての例えばレンズを一括樹脂成形する技術によって精度よく形成された樹脂製の集光レンズを用いて、集光レンズの外周側のスペーサ部（コバ部）によりスペースを正確に確保することが可能となる。

即ち、従来のようにベース基板とスペーサを用いると、ベース基板のばらつき、樹脂のばらつき、スペーサのばらつきを足したものが総合的なばらつきになるため、非常に大きな高さ方向のばらつきが発生する。これに対して、本発明では、レンズ板を一括成形する場合に、１枚の寸法ばらつきのみが問題となって、特に、前述したように集光レンズ板と撮像素子との間の結像距離を正確に固定して入射光を撮像素子上に精度よく結像させることが鮮明な画像を得るために重要であるが、この高さ方向（Ｚ方向）の精度は非常に高くなる。

さらに、樹脂は完全密閉樹脂であればよいが、樹脂で完全密閉は難しいので、水分が浸入する可能性がある。溝による通気穴がないと、内部に進入した水分により結露の可能性がある。また、溝による通気穴があれば、通気性のある接着樹脂でもよく、樹脂選択の範囲が広がる。その意味で、加工精度、品質を向上させることが可能となる。

また、電子素子ウエハの複数の電子素子それぞれの周囲上に半密閉状態（例えば溝による通気穴がある状態や通気性のある接着樹脂）で樹脂接着層が形成されると、複数の電子素子上の空間部分に一旦水分が浸入したとしても、結露となるのをこの半密閉状態のエアーパス（例えば溝による通気穴がある状態や通気性のある接着樹脂）により抑制または防止されて品質を良好なものにすることが可能となる。

さらに、加工精度および品質を良好なものにすることができる。

しかも、従来のマウント基板を不要とすることにより、チップサイズ（光学素子サイズ）でのモジュール製造が可能となり、実装面積がさらに最小される。

以上により、本発明によれば、多数のモジュールを一括製造する際に、従来のように電子素子を実装するマウント基板またはレンズを乗せるベース基板やスペーサを用いないことにより、マウント基板またはベース基板自体やスペーサ自体の製造工数の他、マウント基板に光学素子を実装したりベース基板にレンズを乗せてスペーサを組み込むための装置およびそれに係る工数をなくして、製造工数を大幅に低減すると共に、マウント基板またはベース基板自体を不要にして個々のモジュール高さ、さらにレンズ部材全体の厚さをも薄く抑えかつ加工精度および品質を良好なものにすることができる。

また、従来のベース基板を使わず、樹脂成形により、光学素子としての例えばレンズを一括樹脂成形する技術によって精度よく形成された樹脂製の集光レンズを用いて、集光レンズの外周側のスペーサ部（コバ部）によりスペースを正確に確保することができる。

しかも、本発明では、レンズを一括成形するため、１枚の寸法ばらつきのみが問題となって、特に、この高さ方向（Ｚ方向）の精度を非常に高くすることができる。

さらに、電子素子ウエハの複数の電子素子それぞれの周囲上に半密閉状態（例えば溝による通気穴がある状態や通気性のある接着樹脂）で樹脂接着層が形成されると、複数の電子素子上の空間部分に一旦水分が浸入した場合など、結露となるのをこの半密閉状態のエアーパス（例えば溝による通気穴がある状態や通気性のある接着樹脂）により抑制または防止して品質を良好なものにすることができる。この場合に、樹脂選択の範囲が広がる。その意味で、加工精度、品質を向上させることができる。

しかも、従来のマウント基板を不要とすることにより、チップサイズ（光学素子サイズ）でのモジュール製造が可能なことから、実装面積を最小にすることができる。

以下に、本発明の電子素子ウエハモジュールを切断して一括製造された電子素子モジュールおよびその製造方法の実施形態１として、センサウエハモジュールを切断して一括製造されたセンサモジュールおよびその製造方法に適用した場合について図面を参照しながら詳細に説明した後に、この電子素子モジュールを用いた完成品を実施形態２として、この本実施形態１のセンサモジュールを撮像部に用いるかまたは、他の電子素子モジュールを例えば情報記録再生部に用いた電子情報機器を図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るセンサモジュールの要部構成例を示す縦断面図である。

図１において、本実施形態１のセンサモジュール１０は、ウエハチップ表面に、複数の画素に対応した各光電変換部（フォトダイオード）である複数の受光部からなる撮像素子１１が電子素子として設けられ、貫通孔１２が表面と裏面間に設けられて導通した貫通ウエハ１と、この貫通ウエハ１の撮像素子１１の周囲上に形成された樹脂接着層２と、この樹脂接着層２上を覆うカバーガラスとしてのガラス板３と、このガラス板３上に設けられ、撮像素子１１に入射光を集光させるための光学素子としての複数のレンズ板４１〜４３が積層されたレンズ板４と、これらのレンズ板４１〜４３を接着して固定するためのレンズ接着層５１および５２と、各レンズ板４１〜４３のうちの最上位置のレンズ板４１の中央部を円形の光取入口として開口すると共に、それ以外の表面部分および、各レンズ板４１〜４３およびガラス板３の側面部分を遮光する遮光部材６とを有しており、貫通ウエハ１上に、ガラス板３およびレンズ板４がこの順に互いにアライメントをとって樹脂接着層２およびレンズ接着層５１および５２などにより上下に貼り合わされている。この本実施形態１のセンサモジュール１０は、貫通ウエハ１と、樹脂接着層２と、ガラス板３と、複数のレンズ板４１〜４３と、レンズ接着層５１および５２とが貼り合わされたウエハレベルのセンサウエハモジュールを切断した後にこれに遮光部材６を上側から装着することにより個々に一括して製造されている。

センサウエハモジュールは、切断前の複数の貫通ウエハ１が設けられたセンサウエハ１Ａの各表面側には、複数の撮像素子１１（撮像素子毎に複数の画素を構成する複数の受光部が設けられている）がマトリクス状に配列されており、貫通ウエハ１の厚さが１００〜２００μｍであり、図２に示すように、その裏面から表面のパッド１３下に貫通する複数の貫通穴１２が明けられている。この貫通穴１２の側壁と裏面側は絶縁膜１４で覆われており、パッド１３にコンタクトを持つ配線層１５が貫通穴１２を介して裏面まで形成されている。この配線層１５上および裏面にはソルダーレジスト１６が形成され、配線層１５上に半田ボール１７が形成される部分はソルダーレジスト１６が窓明けされて半田ボール１７が外部に露出して形成されている。各層の形成方法は通常の半導体プロセスに使われるフォトリソ、エッチング、メッキおよびＣＶＤ法などの各種の技術によって形成が可能である。なお、ウエハ切断後は、貫通ウエハ１として、中央部に素子領域を有するセンサ基板（電子素子チップ部としてのセンサチップ部）を構成する。

樹脂接着層２は、貫通ウエハ１上の所定場所に通常のフォトリソ技術により形成され、その上にガラス板３が接着されるが、このフォトリソ技術の他にスクリーン印刷手法またはディスペンス手法を用いて形成することができる。この樹脂接着層２は、図３および図４に示すように、ガラス板３が固定される側の表面の一部に浅い溝２１（エアーパス）が形成されている。この溝２１は、樹脂接着層２を形成するときに、同時にフォトリソ技術により形成が可能である。樹脂厚は３０μｍ〜３００μｍ、溝２１の深さは３μｍ〜２０μｍ程度である。この溝２１は、半導体表面上方が、ガラス板３で覆われる場合に、貫通ウエハ１上の電子素子としての撮像素子１１が設けられたセンサ領域の内部空間２２が密閉されてそこに結露が生じないようにするためであるが、後で個々のモジュールにダイシングするときに、切削水、スラリーなどもセンサ領域の内部空間２２内に侵入してセンサ表面上に付着し難いように途中にたまり空間領域２３を持つ構造となっている。空間領域２２および２３を半密閉状にするための溝２１（エアーパス）を斜めの直線状、Ｓ字状または迷路状（ここでは斜めの直線状にしている）にしたりこれらを組み合わせたりしてある程度の距離を持たせるようにする。

さらに、樹脂接着層２は、ここでは、複数の撮像素子１１それぞれ上の空間領域２２から外部に連通させるための溝２１が形成されているだけではなく、さらに、この空間領域２２と溝２１で連通した別の空間領域２３を介してさらに外部と連通させるための溝２１が形成されている。また、樹脂接着層２は、各撮像素子１１毎に配設され、撮像素子１１の領域以外の領域上および、隣接する撮像素子１１間のダイシング領域以外の領域上に配設されている。樹脂接着層２の溝２１に限らず、他のエアーパスが設けられていてもよく、材料的に内部と連通可能な素材構成（材料粒子が粗くまたは材質的に水分を外部と内部がエアーパス可能な材料）とされていてもよい。

レンズ板４は、透明樹脂レンズ板であり、図５に示すように、例えばレンズ板４１において、レンズ機能を有するレンズ領域の中央部分４４と、スペーサ機能を有するスペーサ部としての周囲部分４５とで構成され、全体は同じ種類の樹脂材料で形成されている。このレンズ板４１の形成方法は、図６に示すように、成形上型４６と成形下型４７間にレンズ樹脂材料４ａを入れて、所定の厚さになるように成形型間の距離を精密にコントロールし、紫外線（ＵＶ）硬化または熱硬化などの手法によりレンズ樹脂を硬化させ、さらに熱処理を行うことにより、内部応力を緩和してレンズ形状を安定化させて形成する方法を用いる。これにより、所定のレンズ形状、所定のレンズ厚さの樹脂製のレンズ板４１〜４３を形成することが可能である。

成形上型４６と成形下型４７は、ガラス型でも、金属型でもよい。本実施形態１では、形成されたレンズ板４１〜４３が３枚貼り合わされた構造となっている。これらの貼り合わせには、接着部材５１および５２を用いるが、接着部材５１および５２は、遮光機能を有していてもよい。

光学素子としての複数枚のレンズ板４は、収差補正レンズ４３、拡散レンズ４２および集光レンズ４１であり（１枚の場合は集光レンズ）、レンズ板４は、中央部分４４にレンズ領域が設けられ、そのレンズ領域の外周側に所定厚さを持つスペーサ部である周囲部分４５が設けられているが、それらのレンズ板４の各外周側にそれぞれ設けられた所定厚さを持つ各スペーサ部が下からこの順に積層されて配置されている。このスペーサ部は位置決め機能を有しており、その位置決め機能は、テーパの付いた凹部と凸部またはアライメントメークで構成されている。３枚のレンズ板４を接着する接着層５１および／または５２は、遮光機能を兼ねていてもよく、接着層５１および５２は、スペースを決定する固体が含有されていてもよい。

ここで、上記構成のセンサモジュール１０を製造するセンサモジュール１０の製造方法について説明する。

このセンサモジュール１０の製造方法は、複数の撮像素子１１が配設されたセンサウエハ１Ａの各撮像素子１１の周囲上に樹脂接着層２を形成し、さらにその樹脂接着層２上にカバーガラスであるガラス板３を接着する工程（図７）と、このセンサウエハ１Ａの裏側を研磨して薄層化し、所定厚さの薄いセンサウエハ１Ａ’とする工程（図８）と、センサウエハ１Ａの裏面から表面のパッド１３の裏まで貫通する複数の貫通穴１２をセンサチップ部（切断された貫通ウエハ１）毎に、レジスト膜１２ａをマスクとしてエッチングすることにより形成する工程（図９および図１０）と、このセンサウエハ１Ａ’の裏面に絶縁膜１２ｂを設け（図１１）、その上からメタル配線材料１２ｃを成膜し、このパッド１３から貫通穴１２を経由してセンサウエハ１Ａ’の裏面にメタル配線１２ｄを形成する工程（図１２および図１３）と、メタル配線１２ｄである配線層１５上およびウエハ裏面にソルダーレジスト１６形成すると共に、ソルダーレジスト１６の半田ボール形成部分を窓明する工程（図１４）と、配線層１５上に半田ボール１７を形成する工程（図１５）と、ガラス板３の表面に一枚または複数の樹脂製のレンズ板４をそのレンズ領域の外周側のスペーサ部で接着する工程と、積層されたセンサウエハ１Ａ’、ガラス板３およびレンズ板４を一または複数のセンサチップ部（貫通ウエハ１）毎に一度に切断する切断工程と、少なくとも切断した断面に遮光部材６を形成する工程（図１）とを有している。

ここで、レンズ領域の外周側にスペーサ部（コバ）を有する複数のレンズがアレイ状につながってできたシート状のレンズアレイ板の製造から、チップ毎のセンサモジュール１０の製造について、次の（１）〜（５）に工程を分けて詳細に説明する。
（１）Ｎｉスタンパ作製工程
まず、スタンパの元型の製造方法として、ガラスまたは金属板に複数の型を精度よく直に切削加工する。

このスタンパ元型４８ｆ上にニッケル（Ｎｉ）材料４８ｇを無電界メッキして電気鋳造により、スタンパ元型４８ｆの表面が転写される。離型が良好な金属レンズ型としてＮｉスタンパ４８ｇ’（レンズ型）を作る。これの要部の寸法を寸法測定して検証し、寸法的に不具合が発生しないようにシュミレートしてスタンパ作製工程にフィードバックする。
（２）レンズアレイ板作製工程（ステップＳ２）
次に、図１６に示すように、これを下型スタンパ４８ｇ’として、この上からレンズ樹脂材料４８ｈを塗布する。このレンズ樹脂材料４８ｈには、レンズ形状維持のために、透過率の劣化のないフィラーとしてシリカ４８ｉを含有させている。両面プレス装置（図示せず）により、下型スタンパ４８ｇ’に塗布されたレンズ樹脂材料４８ｈに対して、上記下型スタンパ４８ｇ’の場合と同様に製造された上型スタンパ４８ｊで挟み込んでレンズ膜厚を高い精度でコントロールする。さらに、両面プレス装置により、上型スタンパ４８ｊと下型スタンパ４８ｇ’を離間させて離型して樹脂一括レンズのレンズアレイ板４８ｋを取り出す。この取り出したレンズアレイ板４８ｋに対して内部応力を緩和するために熱アニール処理を施してレンズアレイ板４８ｋを作製する。これの要部の寸法を寸法測定して検証し、縮じみ量などの寸法的な不具合が発生しないように、そのレンズアレイ板４８ｋの縮じみ量に対するデータから寸法的なシュミレーションを行ってマスターモールド作製工程の光学設計システムにフィードバックしてマスターモールド４８ａの設計寸法を訂正可能とする。
（３）レンズアレイ板作製工程（ステップＳ２）
さらに、図１７に示すように、成形されたレンズ樹脂だけで作った複数レンズ一体型のレンズアレイ板４８ｋおよび４８ｍを複数種類、アライメントを取って互いに貼り合わせる。このとき、スパーサとなる固体のシリカ４８ｉが接着層４８ｎの樹脂スペースを均一に保つ働きを果たす。
（４）組み立てる。

レンズアレイ板４８ｋ、４８ｍなどの複数種類のレンズアレイ板が貼り合わされた合体レンズ部材を、アライメントを取って、各撮像素子１１の中心とそれぞれ対応するようにガラス板３上に貼り合わせる。これによって、ウエハレベルの電子素子ウエハモジュールを作製することができる。

このとき、接着樹脂層２はガラス板３上の所定位置にスクリーン印刷して先に付けて置く。また、合体レンズ部材のガラス板３上へのＸＹ方向の位置決めは、その合体レンズ部材をガラス板３上に搬送する搬送機が所定のアライメントマークを基準にして正確に位置決めしてガラス板３上に搭載することができる。
（５）切断工程
ウエハレベルの電子素子ウエハモジュールとして積層して一体化したセンサウエハモジュールの貫通ウエハ１Ａを構成するシリコン、ガラス板３のガラス材料および合体レンズ部材のレンズ樹脂材料をワイヤまたはレーザ照射によって一括切断する。これによって、本実施形態１のセンサモジュール１０が製造される。

以上により、本実施形態１によれば、従来のマウント基板またはベース基板やスペーサを不要として、それ自体の製造工数の他、素子実装やスペーサの組み込みに係る工数をなくし、かつ個々のモジュール高さを抑えかつ精度および品質を良好にすることができる。
（実施形態２）
図１８は、本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１のセンサモジュールを含む固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。

図１８において、本実施形態２の電子情報機器９０は、上記実施形態１のセンサモジュール１０からの撮像信号を各種信号処理してカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示手段９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信手段９４とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示手段９３と、通信手段９４と、プリンタなどの画像出力装置９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。

この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。

したがって、本実施形態２によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力装置９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。

なお、上記実施形態２の電子情報機器９０に限らず、本発明の電子素子モジュールを情報記録再生部に用いたピックアップ装置などの電子情報機器であってもよい。この場合のピックアップ装置の光学素子としては、出射光を直進させて出射させると共に、入射光を曲げて所定方向に入射させる光学機能素子（例えばホログラム光学素子）である。また、ピックアップ装置の電子素子としては、出射光を発生させるための発光素子（例えば半導体レーザ素子またはレーザチップ）および入射光を受光するための受光素子（例えばフォトＩＣ）を有している。

なお、上記実施形態１では、特に説明しなかったが、透明カバー部材としてのガラス板３の表面にはＩＲ（Infra-Red；赤外線）コートまたはＡＲ（Anti-Reflection；反射防止）コートが施されていてもよい。ＩＲコート膜とは赤外線を反射させるためのコート膜である。ＡＲコート膜は反射防止膜である。
以上のように、本発明の好ましい実施形態１、２を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１、２に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１、２の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、入射光を集光する複数のレンズまたは、出射光を直進させたり入射光を所定方向に曲げて導いたりする複数の光学機能素子と、各レンズにそれぞれ対応して、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子または、各光学機能素子にそれぞれ対応して、出射光を発生させるための発光素子および入射光を受光するための受光素子とが複数モジュール化（一体化）された電子素子ウエハモジュール、この電子素子ウエハモジュールから一括切断されて製造される電子素子モジュール、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子と、入射光を撮像素子上に結像するためのレンズとが複数モジュール化（一体化）されたセンサウエハモジュール、これを切断したセンサモジュールおよびその製造方法、このセンサモジュールに用いるレンズアレイ板、このセンサモジュールを、車載用カメラなどの画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、車載用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）または、この電子素子モジュールを情報記録再生部に用いたピックアップ装置などの電子情報機器の分野において、多数のモジュールを一括製造する際に、従来のように電子素子を実装するマウント基板またはレンズを乗せるベース基板やスペーサを用いないことにより、マウント基板またはベース基板自体やスペーサ自体の製造工数の他、マウント基板に光学素子を実装したりベース基板にレンズを乗せてスペーサを組み込むための装置およびそれに係る工数をなくして、製造工数を大幅に低減すると共に、マウント基板またはベース基板自体を不要にして個々のモジュール高さ、さらにレンズ部材全体の厚さをも薄く抑えかつ加工精度および品質を良好なものにすることができる。

また、従来のベース基板を使わず、樹脂成形により、光学素子としての例えばレンズを一括樹脂成形する技術によって精度よく形成された樹脂製の集光レンズを用いて、集光レンズの外周側のスペーサ部（コバ部）によりスペースを正確に確保することができる。

しかも、本発明では、レンズを一括成形するため、１枚の寸法ばらつきのみが問題となって、特に、この高さ方向（Ｚ方向）の精度を非常に高くすることができる。

さらに、電子素子ウエハの複数の電子素子それぞれの周囲上に半密閉状態（例えば溝による通気穴がある状態や通気性のある接着樹脂）で樹脂接着層が形成されると、複数の電子素子上の空間部分に一旦水分が浸入した場合など、結露となるのをこの半密閉状態のエアーパス（例えば溝による通気穴がある状態や通気性のある接着樹脂）により抑制または防止して品質を良好なものにすることができる。この場合に、樹脂選択の範囲が広がる。その意味で、加工精度、品質を向上させることができる。

しかも、従来のマウント基板を不要とすることにより、チップサイズ（光学素子サイズ）でのモジュール製造が可能なことから、実装面積を最小にすることができる。

本発明の実施形態１に係るセンサモジュールの要部構成例を模式的に示す縦断面図である。 図１の貫通ウエハとガラス板が樹脂接着層で接着された状態の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。 図１の貫通ウエハの各撮像素毎の表面に配置された樹脂接着層を模式的に示す平面図である。 図３の樹脂接着層のＡ−Ａ’線縦断面図である。 図１のレンズ板の単位構成を模式的に示す縦断面図である。 樹脂接着層の成形時に成形型の様子を模式的に示す縦断面図である。 図２の貫通ウエハにガラス板を樹脂接着層により接着するガラス板接着工程を示す要部断面図である。 図２の貫通ウエハをその裏面から研磨する研磨工程を示す要部断面図である。 図２の貫通ウエハの裏面に貫通穴を形成する第１工程を示す要部断面図である。 図２の貫通ウエハの裏面に貫通穴を形成する第２工程を示す要部断面図である。 図２の貫通ウエハの裏面に絶縁膜を形成する工程を示す要部断面図である。 図２の貫通ウエハの裏面にメタル配線材料を成膜する工程を示す要部断面図である。 図２の貫通ウエハの裏面にメタル配線を形成する工程を示す要部断面図である。 図２の貫通ウエハの裏面にソルダーレジストを形成する工程を示す要部断面図である。 図２の貫通ウエハの裏面に半田ボールを形成する工程を示す要部断面図である。 スタンパを用いて本発明のレンズアレイ板を製造する工程を示す要部断面図である。 図１８のレンズアレイ板を複数枚貼り合わせる工程を示す要部断面図である。 本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１のセンサモジュールを含む固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。 米国特許の特許文献１に開示されている従来の光学装置を模式的に示す要部構成図である。 米国特許の特許文献３に開示されている従来のレンズウエハの断面構成図である。 米国特許の特許文献３に開示されている従来のレンズウエハの断面構成図である。

符号の説明

１ 貫通ウエハ
１Ａ、１Ａ’ センサウエハ
２ 樹脂接着層
３ ガラス板
４ レンズ板
４ａ レンズ樹脂材料
５１，５２ レンズ接着層
６ 遮光部材
１０ センサモジュール
１１ 撮像素子
１２ 貫通穴
１２ａ レジスト膜
１２ｂ 絶縁膜
１２ｃ メタル配線材料
１２ｄ メタル配線
１３パッド
１４ 絶縁膜
１５ 配線層（メタル配線１２ｄ）
１６ ソルダーレジスト
１７ 半田ボール
２１ 溝
２２ 内部空間
２３ 空間領域
４１ 集光レンズ
４２ 拡散レンズ
４３ 収差補正レンズ
４４ レンズ領域の中央部分
４５ スペーサ部としての周囲部分
４６ 成形上型
４７ 成形下型
４８ｆ スタンパ元型
４８ｇ ニッケル（Ｎｉ）材料
４８ｇ’ Ｎｉスタンパ
４８ｈ レンズ樹脂材料
４８ｉ ナノシリカ（固体）
４８ｊ 上型スタンパ
４８ｋ、４８ｍ レンズアレイ板
４８ｎ 接着層

Claims (30)

1. 貫通電極を有する複数の電子素子が配設された電子素子ウエハと、
   該電子素子ウエハの複数の電子素子それぞれの周囲上に半密閉状態で形成された樹脂接着層と、
   該電子素子ウエハ上を覆い、該樹脂接着層上に固定された透明カバー部材と、
   該透明カバー部材上に該複数の電子素子のそれぞれに対応するように搭載されて接着固定された複数の光学素子とを有する電子素子ウエハモジュール。
2. 前記複数の光学素子は一体化されて構成されている請求項１に記載の電子素子ウエハモジュール。
3. 前記光学素子は、平面視中央部の外周側で接着層をそれぞれ介して複数枚積層されている請求項１に記載の電子素子ウエハモジュール。
4. 前記光学素子を接着する接着層は、遮光機能を兼ねている請求項１または３に記載の電子素子ウエハモジュール。
5. 前記光学素子を接着する接着層には、スペースを決定する固体が含有されている請求項１、３および４のいずれかに記載の電子素子ウエハモジュール。
6. 前記光学素子は、一または複数枚のレンズである請求項１に記載の電子素子ウエハモジュール。
7. 前記レンズは、中央部にレンズ領域が設けられ、該レンズ領域の外周側に所定厚さを持つスペーサ部が設けられている請求項６に記載の電子素子ウエハモジュール。
8. 前記レンズは、集光レンズである請求項６または７に記載の電子素子ウエハモジュール。
9. 前記レンズは、収差補正レンズ、拡散レンズおよび集光レンズであり、それらのレンズの各外周側にそれぞれ設けられた所定厚さを持つ各スペーサ部が下からこの順に積層されて配置されている請求項１または７に記載の電子素子ウエハモジュール。
10. 前記スペーサ部は位置決め機能を有している請求項７または９に記載の電子素子ウエハモジュール。
11. 前記スペーサ部の位置決め機能は、テーパの付いた凹部と凸部またはアライメントメークで構成されている請求項１０に記載の電子素子ウエハモジュール。
12. 前記光学素子は、出射光を直進させて出射させると共に、入射光を曲げて所定方向に入射させる光学機能素子である請求項１に記載の電子素子ウエハモジュール。
13. 前記樹脂接着層は、前記複数の電子素子それぞれ上の空間部分から外部に連通させるための溝が形成されている請求項１に記載の電子素子ウエハモジュール。
14. 前記樹脂接着層は、前記複数の電子素子それぞれ上の空間部分と溝で連通した別の空間部分を介してさらに外部と連通させるための溝が形成されている請求項１に記載の電子素子ウエハモジュール。
15. 前記樹脂接着層は、前記複数の電子素子毎に配設され、該電子素子の領域以外の領域および、隣接する電子素子間のダイシング領域以外の領域上に配設されている請求項１、１３および１４のいずれかに記載の電子素子ウエハモジュール。
16. 前記溝は、前記樹脂接着層の平面視四角形の辺方向に対して斜め方向の直線状、Ｓ字状または迷路状に設けられている請求項１３または１４に記載の電子素子ウエハモジュール。
17. 前記樹脂接着層は、材料的に内部と連通可能な素材構成とされている請求項１に記載の電子素子ウエハモジュール。
18. 前記透明カバー部材は透明樹脂板またはガラス板である請求項１に記載の電子素子ウエハモジュール。
19. 前記透明カバー部材の表面にはIR（Infra-Red）コートまたはAR（Anti-Reflection）コートが施されている請求項１または１８に記載の電子素子ウエハモジュール。
20. 前記電子素子は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子を有している請求項１または１８に記載の電子素子ウエハモジュール。
21. 前記電子素子は、出射光を発生させるための発光素子および入射光を受光するための受光素子を有している請求項１または１８に記載の電子素子ウエハモジュール。
22. 請求項１〜２１のいずれかに記載の電子素子ウエハモジュールから一または複数個毎に切断された電子素子モジュール。
23. 切断された側面は遮光機能を有しているかまたは、該切断された側面は遮光機能が施されている請求項２２に記載の電子素子モジュール。
24. 貫通電極を有する複数のセンサチップ部が配設されたセンサウエハと、
    該センサウエハの複数の電子素子それぞれの周囲上に半密閉状態で形成された樹脂接着層と、
    該センサウエハ上を覆い、該樹脂接着層上に固定された透明カバー部材と、
    該透明カバー部材上に、該複数の撮像素子にそれぞれ対応するように搭載されて接着固定され、一体化した複数の集光レンズとを有し、
    該センサチップ部は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子が該電子素子として設けられているセンサウエハモジュール。
25. 請求項２４に記載のセンサウエハモジュールから一または複数個毎に切断されたセンサモジュール。
26. 複数のセンサチップ部が配設されたセンサウエハの複数の撮像素子それぞれの周囲上に樹脂接着層を半密閉状態で形成する工程と、
    樹脂接着層上にカバーガラスを接着する工程と、
    該センサウエハの裏側を薄層化する工程と、
    該センサウエハの裏面から表面のパッド裏まで貫通する複数の貫通穴を該センサチップ部毎に形成する工程と、
    該貫通穴を経由して該センサウエハ裏面に配線を形成する工程と、
    該カバーガラス表面に一枚または複数のレンズ板を接着する工程と、
    該センサウエハ、該カバーガラスおよび該レンズを一または複数のセンサチップ部毎に一度に切断する切断工程と、
    少なくとも切断した断面に遮光層を形成する工程とを有するセンサモジュールの製造方法。
27. 前記切断工程は、レーザまたはワイアー鋸を用いる請求項２６に記載のセンサモジュールの製造方法。
28. 請求項２０に記載の電子素子ウエハモジュールから切断された電子素子モジュールをセンサモジュールとして撮像部に用いた電子情報機器。
29. 請求項２１に記載の電子素子ウエハモジュールから切断された電子素子モジュールを情報記録再生部に用いた電子情報機器。
30. 貫通電極を有する複数の電子素子が配設された電子素子ウエハと、
    該電子素子ウエハの複数の電子素子それぞれの周囲上に半密閉状態で形成された樹脂接着層と、
    該電子素子ウエハ上を覆い、該樹脂接着層上に固定された透明カバー部材とを有する電子素子ウエハモジュール。