JP2009272488A - 撮像デバイスおよび撮像デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサー感度および撮像画像の不具合が解消されて、品質の向上した撮像デバイスを提供する。
【解決手段】マイクロレンズ１２１表面に接触するように、基台１０、シール材１１１および透明基板１２３に囲まれた空間に、液状またはゲル状の被封入体１２２を封入している。マイクロレンズ１２１表面に反射防止膜を設けない。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えばＣＭＯＳやＣＣＤに用いられる撮像デバイス、および、撮像デバイスの製造方法に関する。

ＣＭＯＳやＣＣＤなどの受光素子（光の検出部）の光電変換に寄与する領域（開口部）は、素子サイズや画素数にも依存するが、その全面積に対し２０〜５０％程度に限られてしまう。開口部が小さいことは、光検出部の素子面に入射した光の利用効率が悪い。この検出部の素子面への入射光の利用効率を向上し、感度の向上を図る為に、各画素毎にマイクロレンズをオンチップマイクロレンズとして設けた構成の撮像部を具備する撮像デバイスが既に知られている。

しかしながら、近時、２００万画素を超える高精細ＣＣＤ撮像素子への要求が強くなり、これら高精細ＣＣＤにおいて付随するマイクロレンズの開口率低下（すなわち感度低下）及びスミア、フレア（ゴースト）等のノイズ増加が大きな問題となってきている。さらに、撮像素子デバイス表面（マイクロレンズ表面など）とカバーガラス等の透明基板内面からの再反射光や散乱光が、撮像素子へのノイズの一因となっており問題となっている。

上述した様に、撮像部の各単位画素毎にマイクロレンズを形成したＣＣＤやＣＭＯＳに代表される撮像デバイスでは、マイクロレンズの集光作用によって入射光の利用効率に関しては向上できるものの、周期的に配列されているマイクロレンズによる副作用の発生も無視できない。このマイクロレンズによる副作用としては、マイクロレンズに入射する光の一部が、空気媒体とマイクロレンズとの間で屈折率の変化に起因してレンズの表面によって反射を受け、結像に無関係な光となって受光面に到達することにより、有害な光として撮像画像中の高輝度被写体の周りにできる「セル・ゴースト」と称されるフレアの発生に繋がる。

入射光において、空気媒体とマイクロレンズとの屈折率に差が生じて、屈折率変化量が大きくなると、マイクロレンズ表面での反射が増えてしまう為、屈折率変化量を出来るだけ少なくする必要がある。

そこで、マイクロレンズ表面での反射を防止する撮像デバイスとしては、特開平４−２２３３７１号公報（特許文献１参照）に開示されている。ここでは、マイクロレンズ表面に反射防止膜と称する薄膜（例えば、ＣＶＤ成膜による酸化膜）を形成する事でマイクロレンズ表面での反射率低減を行う。

この撮像デバイス４は、図２に示すように、周辺部回路部４１と画素部４２とを備え、画素部４２に光を集光する役割を持つマイクロレンズ４２１が設けられ、このマイクロレンズ４２１に反射防止膜４２２が設けられる。最終的にシール材４１１とリッドガラス等の透明基板４２４で、反射防止膜４２２表面を覆う形態になり、反射防止膜４２２と透明基板４２４の間は空気４２３の状態となる。

画素部４２までの受光経路は、順に、外部空気、透明基板４２４、空気４２３、反射防止膜４２２およびマイクロレンズ４２１となり、屈折率（ｎ）は、順に、１.０（外部空気）、１.４３（透明基板４２４）、１.０（空気４２３）、１.４０（反射防止膜４２２）および１.６０（マイクロレンズ４２１）と変化する。

従来の反射防止膜４２２が無い場合では、屈折率は、順に、１.０（外部空気）、１.４３（透明基板４２４）、１.０（空気４２３）および１.６０（マイクロレンズ４２１）と変化して、特にマイクレンズ４２１の入射に関する屈折率の変化量が大きいことで、マイクロレンズ４２１表面での反射率が入射光の５〜１０％であった。

これに対し、反射防止膜４２２がある場合では、反射率が１〜５％へ低減でき、センサー感度の向上およびフレアの低減を実現できるに至った。
特開平４−２２３３７１号公報

しかしながら、上記従来の撮像デバイスでは、反射防止膜４２２を有するので、マイクロレンズ４２１上に反射防止膜４２２を形成するにあたって、多くはＣＶＤ成膜手法を使うため、熱及びプラズマダメージによる重要なマイクロレンズ膜やカラーフィルター膜の劣化を起こしてしまう。

つまり、反射防止膜４２２の形成において、下地のマイクロレンズ４２１への熱ダメージが加わることで、マイクロレンズ４２１の膜自体に重量変化を起こし、膜質自体に変化をおよぼしてしまう。図３に、マイクロレンズ膜のＴＧＡ分析（加熱重量変化）結果を示す。このデータから、反射防止膜４２２を２００℃のＣＶＤ成膜により形成する際、マイクロレンズ膜は、２００℃の加熱により、３.０％もの質量欠損を生じて、マイクロレンズ膜にダメージを与えている事がわかる。

さらに、撮像デバイスの製造の最終工程において、モジュール配線を２００℃の熱処理にて接合する際、図４と図５に示すように、反射防止膜４２２にクラックＣが発生してしまう状況が散見される。マイクロレンズ４２１上の反射防止膜４２２でクラックＣが発生することで、センサー感度および撮像画像に不具合を起こすに至っている。

そこで、この発明の課題は、センサー感度および撮像画像の不具合が解消されて、品質の向上した撮像デバイスおよび撮像デバイスの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の撮像デバイスは、
光検出部を有する基台と、
この基台上に設けられると共に上記光検出部に対して入射光を集光するマイクロレンズと、
このマイクロレンズを囲むように上記基台上に設けられたシール材と、
上記マイクロレンズを覆うように上記シール材上に設けられた透明基板と、
上記マイクロレンズ表面に接触するように、上記基台、上記シール材および上記透明基板に囲まれた空間に封入された液状またはゲル状の被封入体と
を備えることを特徴としている。

この発明の撮像デバイスによれば、上記マイクロレンズ表面に接触するように、上記基台、上記シール材および上記透明基板に囲まれた空間に、液状またはゲル状の被封入体を封入しているので、マイクロレンズ表面に反射防止膜がなくても、外部からの光に対する屈折率変化を、反射防止膜を有する場合と同等レベルまで低減できて、マイクロレンズ表面での反射率を、反射防止膜を有する場合と同等レベルまで低減できる。

また、マイクロレンズ表面に反射防止膜がないので、反射防止膜の形成時に生じるマイクロレンズの熱ダメージ（劣化や変質）が無くなると共に、後工程での反射防止膜のクラック発生がなくなる。

したがって、センサー感度および撮像画像の不具合が解消されて、品質の向上した撮像デバイスを実現できる。

また、一実施形態の撮像デバイスでは、上記被封入体の屈折率は、１.０〜１.６である。

この実施形態の撮像デバイスによれば、上記被封入体の屈折率は、１.０〜１.６であるので、屈折率変化を確実に低減できて、マイクロレンズ表面での反射率を確実に低減できる。

また、一実施形態の撮像デバイスでは、上記被封入体の透過可能な光波長領域は、４００ｎｍ〜８００ｎｍである。

この実施形態の撮像デバイスによれば、上記被封入体の透過可能な光波長領域は、４００ｎｍ〜８００ｎｍであるので、可視光領域の光を透過できる。

また、一実施形態の撮像デバイスでは、上記被封入体の熱膨張率は、０.００２(１／Ｋ)以下である。

この実施形態の撮像デバイスによれば、上記被封入体の熱膨張率は、０.００２(１／Ｋ)以下であるので、撮像デバイスの製造時での熱処理において、上記被封入体の膨張を抑制できる。

また、一実施形態の撮像デバイスでは、上記透明基板の屈折率は、１.０〜１.６である。

この実施形態の撮像デバイスによれば、上記透明基板の屈折率は、１.０〜１.６であるので、屈折率変化を確実に低減できて、反射率を確実に低減できる。

また、一実施形態の撮像デバイスでは、上記透明基板の透過可能な光波長領域は、４００ｎｍ〜８００ｎｍである。

この実施形態の撮像デバイスによれば、上記透明基板の透過可能な光波長領域は、４００ｎｍ〜８００ｎｍであるので、可視光領域の光を透過できる。

また、この発明の撮像デバイスの製造方法は、
光検出部を有する基台上に、この光検出部に対して入射光を集光するマイクロレンズを設ける工程と、
このマイクロレンズを囲むように、上記基台上にシール材を設ける工程と、
上記マイクロレンズ表面に接触するように、上記基台および上記シール材に囲まれた空間に、液状またはゲル状の被封入体を注入する工程と、
上記マイクロレンズを覆うように、上記シール材上に透明基板を設けて、上記基台、上記シール材および上記透明基板に囲まれた空間にて上記被封入体を封入する工程と
を備えることを特徴としている。

この発明の撮像デバイスの製造方法によれば、上記マイクロレンズ表面に接触するように、上記基台、上記シール材および上記透明基板に囲まれた空間に、液状またはゲル状の被封入体を封入しているので、マイクロレンズ表面に反射防止膜がなくても、外部からの光に対する屈折率変化を、反射防止膜を有する場合と同等レベルまで低減できて、マイクロレンズ表面での反射率を、反射防止膜を有する場合と同等レベルまで低減できる。

また、マイクロレンズ表面に反射防止膜がないので、反射防止膜の形成時に生じるマイクロレンズの熱ダメージ（劣化や変質）が無くなると共に、後工程での反射防止膜のクラック発生がなくなる。

したがって、センサー感度および撮像画像の不具合が解消されて、品質の向上した撮像デバイスを実現できる。

また、一実施形態の撮像デバイスの製造方法では、上記被封入体の屈折率は、１.０〜１.６である。

この実施形態の撮像デバイスの製造方法によれば、上記被封入体の屈折率は、１.０〜１.６であるので、屈折率変化を確実に低減できて、マイクロレンズ表面での反射率を確実に低減できる。

また、一実施形態の撮像デバイスの製造方法では、上記被封入体の透過可能な光波長領域は、４００ｎｍ〜８００ｎｍである。

この実施形態の撮像デバイスの製造方法によれば、上記被封入体の透過可能な光波長領域は、４００ｎｍ〜８００ｎｍであるので、可視光領域の光を透過できる。

また、一実施形態の撮像デバイスの製造方法では、上記被封入体の熱膨張率は、０.００２(１／Ｋ)以下である。

この実施形態の撮像デバイスの製造方法によれば、上記被封入体の熱膨張率は、０.００２(１／Ｋ)以下であるので、撮像デバイスの製造時での熱処理において、上記被封入体の膨張を抑制できる。

また、一実施形態の撮像デバイスの製造方法では、上記透明基板の屈折率は、１.０〜１.６である。

この実施形態の撮像デバイスの製造方法によれば、上記透明基板の屈折率は、１.０〜１.６であるので、屈折率変化を確実に低減できて、反射率を確実に低減できる。

また、一実施形態の撮像デバイスの製造方法では、上記透明基板の透過可能な光波長領域は、４００ｎｍ〜８００ｎｍである。

この実施形態の撮像デバイスの製造方法によれば、上記透明基板の透過可能な光波長領域は、４００ｎｍ〜８００ｎｍであるので、可視光領域の光を透過できる。

この発明の撮像デバイスによれば、上記マイクロレンズ表面に接触するように、上記基台、上記シール材および上記透明基板に囲まれた空間に、液状またはゲル状の被封入体を封入しているので、センサー感度および撮像画像の不具合が解消されて、品質を向上できる。

この発明の撮像デバイスの製造方法によれば、上記マイクロレンズ表面に接触するように、上記基台、上記シール材および上記透明基板に囲まれた空間に、液状またはゲル状の被封入体を封入しているので、センサー感度および撮像画像の不具合が解消されて、品質を向上できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、この発明の撮像デバイスの一実施形態である簡略構成図を示している。この撮像デバイス１は、ＣＭＯＳ形の撮像デバイスであり、周辺回路部１１と画素部１２とを備える。

周辺回路部１１および画素部１２は、基台１０に設けられている。この画素部１２は、複数の（受光素子などの）光検出部１３を有し、この複数の光検出部１３は、垂直および水平方向に、画素単位で、２次元に配列されている。

基台１０上には、マイクロレンズ１２１が設けられ、このマイクロレンズ１２１は、光検出部１３に対して入射光を集光する。マイクロレンズ１２１を囲むように、基台１０上に、シール材１１１が設けられている。マイクロレンズ１２１を覆うように、シール材１１１上に、透明基板１２３が設けられている。

基台１０、シール材１１１および透明基板１２３に囲まれた空間に、液状またはゲル状の被封入体１２２が封入され、この被封入体１２２は、マイクロレンズ１２１の表面に接触する。

シール材１１１としては、後工程での熱処理や、被封入体１２２の膨張を考慮して、空気孔にて圧力緩衝機能を有する樹脂を用いる。

被封入体１２２としては、例えば、安定で不活性で透明な液体であるフロリナート剤を用いる。このフロリナート剤は、屈折率が１.３０であり、透過可能な光波長領域が４００〜８００ｎｍであり、熱膨張が０.００１２（１／Ｋ）である。

なお、被封入体１２２としては、屈折率が１.０（空気）〜１.６（マイクロレンズ）であり、または、透過可能な光波長領域が４００ｎｍ〜８００ｎｍであり、または、熱膨張率が０.００２(１／Ｋ)以下であればよい。

透明基板１２３としては、例えば、石英ガラス（リッドガラス）を用いる。この石英ガラスは、屈折率が１.４３であり、透過可能な光波長領域が４００〜８００ｎｍである。

なお、透明基板１２３としては、屈折率が１.０（空気）〜１.６（マイクロレンズ）であり、または、透過可能な光波長領域が４００ｎｍ〜８００ｎｍであればよい。

上記構成の撮像デバイスの製造方法を説明する。

まず、光検出部１３を有する基台１０上に、この光検出部１３に対して入射光を集光するマイクロレンズ１２１を設ける。

そして、マイクロレンズ１２１を囲むように、基台１０上にシール材１１１を設けてから、マイクロレンズ１２１表面に接触するように、基台１０およびシール材１１１に囲まれた空間に、被封入体１２２を注入する。

その後、マイクロレンズ１２１を覆うように、シール材１１１上に透明基板１２３を設けて、基台１０、シール材１１１および透明基板１２３に囲まれた空間にて被封入体１２２を封入する。

上記構成の撮像デバイスおよびその製造方法によれば、マイクロレンズ１２１表面に接触するように、基台１０、シール材１１１および透明基板１２３に囲まれた空間に、液状またはゲル状の被封入体１２２を封入しているので、マイクロレンズ１２１表面に反射防止膜がなくても、外部からの光に対する屈折率変化を、反射防止膜を有する場合と同等レベルまで低減できて、マイクロレンズ１２１表面での反射率を、反射防止膜を有する場合と同等レベルまで低減できる。

例えば、上記撮像デバイス１の屈折率の変化は、順に、１.０（外部空気）、１.４３（透明基板１２３）、１.３０（被封入体１２２）および１.６０（マイクロレンズ１２１）となり、図２に示す撮像デバイス４の屈折率の変化と比較して、マイクロレンズ１２１直前での屈折率の変化が同等レベルであり、マイクロレンズ１２１上での反射率は、１〜５％と同等な効果を得られる。

また、マイクロレンズ１２１表面に反射防止膜がないので、反射防止膜の形成時に生じるマイクロレンズ１２１の図３参照の熱ダメージ（劣化や変質）が無くなると共に、図４，５参照の後工程での反射防止膜のクラック発生がなくなる。

したがって、センサー感度および撮像画像の不具合が解消されて、品質の向上した撮像デバイスを実現できる。

また、被封入体１２２の屈折率は、１.０〜１.６であるので、屈折率変化を確実に低減できて、マイクロレンズ１２１表面での反射率を確実に低減できる。

また、被封入体１２２の透過可能な光波長領域は、４００ｎｍ〜８００ｎｍであるので、可視光領域の光を透過できる。

また、被封入体１２２の熱膨張率は、０.００２(１／Ｋ)以下であるので、撮像デバイスの製造時での熱処理において、被封入体１２２の膨張を抑制できる。

また、透明基板１２３の屈折率は、１.０〜１.６であるので、屈折率変化を確実に低減できて、反射率を確実に低減できる。

また、透明基板１２３の透過可能な光波長領域は、４００ｎｍ〜８００ｎｍであるので、可視光領域の光を透過できる。

本発明の撮像デバイスの一実施形態を示す簡略構成図である。 従来の撮像デバイスを示す簡略構成図である。 マイクロレンズ膜のＴＧＡ分析（加熱重量変化）結果を示すグラフである。 マイクロレンズ上の反射防止膜のクラック発生を示す平面写真である。 マイクロレンズ上の反射防止膜のクラック発生を示す断面写真である。

符号の説明

１ 撮像デバイス
１０ 基台
１１ 周辺回路部
１２ 画素部
１３ 光検出部
１１１ シール材
１２１ マイクロレンズ
１２２ 被封入体
１２３ 透明基板
４ 撮像デバイス
４１ 周辺回路部
４２ 画素部
４１１ シール材
４２１ マイクロレンズ
４２２ 反射防止膜
４２３ 空気
４２４ 透明基板

Claims (12)

1. 光検出部を有する基台と、
   この基台上に設けられると共に上記光検出部に対して入射光を集光するマイクロレンズと、
   このマイクロレンズを囲むように上記基台上に設けられたシール材と、
   上記マイクロレンズを覆うように上記シール材上に設けられた透明基板と、
   上記マイクロレンズ表面に接触するように、上記基台、上記シール材および上記透明基板に囲まれた空間に封入された液状またはゲル状の被封入体と
   を備えることを特徴とする撮像デバイス。
2. 請求項１に記載の撮像デバイスにおいて、
   上記被封入体の屈折率は、１.０〜１.６であることを特徴とする撮像デバイス。
3. 請求項１または２に記載の撮像デバイスにおいて、
   上記被封入体の透過可能な光波長領域は、４００ｎｍ〜８００ｎｍであることを特徴とする撮像デバイス。
4. 請求項１から３の何れか一つに記載の撮像デバイスにおいて、
   上記被封入体の熱膨張率は、０.００２(１／Ｋ)以下であることを特徴とする撮像デバイス。
5. 請求項１から４の何れか一つに記載の撮像デバイスにおいて、
   上記透明基板の屈折率は、１.０〜１.６であることを特徴とする撮像デバイス。
6. 請求項１から５の何れか一つに記載の撮像デバイスにおいて、
   上記透明基板の透過可能な光波長領域は、４００ｎｍ〜８００ｎｍであることを特徴とする撮像デバイス。
7. 光検出部を有する基台上に、この光検出部に対して入射光を集光するマイクロレンズを設ける工程と、
   このマイクロレンズを囲むように、上記基台上にシール材を設ける工程と、
   上記マイクロレンズ表面に接触するように、上記基台および上記シール材に囲まれた空間に、液状またはゲル状の被封入体を注入する工程と、
   上記マイクロレンズを覆うように、上記シール材上に透明基板を設けて、上記基台、上記シール材および上記透明基板に囲まれた空間にて上記被封入体を封入する工程と
   を備えることを特徴とする撮像デバイスの製造方法。
8. 請求項７に記載の撮像デバイスの製造方法において、
   上記被封入体の屈折率は、１.０〜１.６であることを特徴とする撮像デバイスの製造方法。
9. 請求項７または８に記載の撮像デバイスの製造方法において、
   上記被封入体の透過可能な光波長領域は、４００ｎｍ〜８００ｎｍであることを特徴とする撮像デバイスの製造方法。
10. 請求項７から９の何れか一つに記載の撮像デバイスの製造方法において、
    上記被封入体の熱膨張率は、０.００２(１／Ｋ)以下であることを特徴とする撮像デバイスの製造方法。
11. 請求項７から１０の何れか一つに記載の撮像デバイスの製造方法において、
    上記透明基板の屈折率は、１.０〜１.６であることを特徴とする撮像デバイスの製造方法。
12. 請求項７から１１の何れか一つに記載の撮像デバイスの製造方法において、
    上記透明基板の透過可能な光波長領域は、４００ｎｍ〜８００ｎｍであることを特徴とする撮像デバイスの製造方法。