JP2011507284A - ウェハ積層体、一体化された光学装置およびこれを作製するための方法 - Google Patents

Abstract

一体化された光学装置（１０）および、機能的要素として複数のレンズ（９ａ、９ｂ）を載置する少なくとも上側ウェハ（２）を、さらなる機能的要素（９ｃ）を備える少なくとも１つのさらなるウェハ（４）上に積層することによってウェハ積層体（８）を作製することと、ウェハ積層体（８）を複数の一体化された光学装置（１０）に分離することと、上側およびさらなるウェハ（２、４）の対応する機能的要素は互いと整列されかつ複数の主光軸（１４）を規定し、さらに一体化された光学装置（１０）の一部として日除けプレートを設けることとによって一体化された光学装置（１０）を作製するための方法であって、複数の貫通孔（６）を備える日除けプレート（１）を設けるステップを備え、貫通孔（６）は上側ウェハ（２）上の機能的要素の配置に対応するように配置され、さらに、上側ウェハ（２）上に日除けプレート（１）を積層するステップを備え、貫通孔（６）は当該主光軸（１４）と整列される、方法。

Description

発明の分野
この発明は、一体化された光学装置、特に、ＣＣＤセンサなどの画像捕捉要素と、たとえば屈折および／または回折レンズなどの、画像捕捉要素上に対象物を画像化するための少なくとも１つのレンズ要素とを有する一体化されたカメラモジュールの分野にある。一体化された装置とは、すべての構成要素が十分に規定された空間的関係に配置されることを意味する。そのような一体化されたカメラモジュールは、たとえば、好ましくは低コストで大量生産プロセスで製造される携帯電話のカメラである。

より具体的には、この発明は、画像捕捉装置の予め定められた視野（ＦＯＶ）の外側の地点から入来するビーム経路を抑制しつつ、このＦＯＶを規定するバッフルを備えるカメラモジュールのための光学装置に関する。この発明はさらに、複数のそのような光学装置を代表するウェハスケールパッケージ、複数のバッフルを有するバッフルアレイ、および複数のカメラモジュールを製造するためかつバッフル基板を製造するための方法に関する。

発明の背景
特にカメラを有する携帯電話の分野において、また他の適用例のためにも、できるだけ簡易なプロセスで低コストで大量生産可能であり、依然として良好な画質を有するカメラモジュールを有することが望ましい。そのようなカメラモジュールは、画像捕捉要素と、共通の軸に沿って配置される少なくとも１つのレンズ要素とを備え、たとえばＷＯ２００４／０２７８８０から公知である。公知のカメラモジュールは、円盤状の基板（ウェハ）上に複数のレンズ要素を複製し、基板を積層および接続してウェハスケールパッケージ（ウェハ積層体）を形成し、かつ積層体をダイシングして個別のカメラモジュールを互いから分離することによってウェハスケールで製造される。

カメラモジュールは、画像捕捉装置、および光伝播の一般的な方向に沿って共に積層される少なくとも１つのレンズなどの機能的要素を含む一体化された光学装置である。これらの要素は、そのような一体化された装置のみが他の系と整列すべきようにして互いとのさらなる整列が必要でないような、互い（一体化された装置）に対して予め定められた空間的関係で配置される。

レンズ要素のウェハスケールでの複製は、たとえば片側または両側ＵＶエンボス加工プロセスなどの単一のステップで数百個のほぼ同一の装置の作製を可能にする。複製技術は、射出成形、ローラホットエンボス加工、平台式ホットエンボス加工、ＵＶエンボス加工を含む。一例として、ＵＶエンボス加工プロセスでは、マスタ構造の表面形態は、基板上に、ＵＶ硬化可能エポキシ樹脂などのＵＶ硬化可能複製材料の薄膜の中に複製される。複製された表面形態は、屈折もしくは回折光学効果構造、またはその両者の組合せであり得る。複製のため、製造すべき光学的構造とは凹凸が逆になっているコピーである複数の複製セクションを搭載する複製ツールが、たとえばマスタから準備される。次にこのツールを用いてエポキシ樹脂をＵＶエンボス加工する。マスタは、融解石英もしくはシリコン中のリソグラフィックに作製された構造、レーザもしくは電子ビームで書かれた構造、ダイヤモンド旋盤製構造、またはいずれの他のタイプの構造であってもよい。マスタは、（スーパー）マスタからの複製による複数段階生成プロセスで作られたサブマスタであってもよい。

この本文で用いられる意味での基板またはウェハは、いずれの寸法的に安定した、しばしば透明な材料からなる円盤状もしくは矩形の板またはいずれの他の形状の板でもある。ウェハディスクの直径は典型的には５ｃｍから４０ｃｍの間であり、たとえば１０ｃｍから３１ｃｍの間である。しばしばこれは、直径が２、４、６、８、または１２インチのいずれかである円筒形である。なお、１インチは約２．５４ｃｍである。たとえば、ウェハの厚みは０．２ｍｍから１０ｍｍの間であり、典型的には０．４ｍｍから６ｍｍの間である。

光が基板を通って進む必要がある場合、基板は少なくとも部分的に透明である。そうでない場合、基板は不透明（nontransparent）であることもできる。カメラモジュールの場合、少なくとも１つの基板は画像捕捉装置のような電気光学構成要素を搭載しており、したがってシリコンまたはＧａＡｓまたは他の半導体系のウェハであり得る。これは、ＣＭＯＳウェハ、またはＣＣＤアレイもしくは位置感受性検出器のアレイを載置するウェハであってもよい。

そのような一体化された光学装置は、最小ウェハ寸法の方向（軸方向）に対応する軸に沿ってウェハを積層することによって製造可能である。ウェハは、ウェハ上の十分に規定された空間的配置で、レンズ要素または画像捕捉要素のような機能的要素を備える。十分な態様でこの空間的配置を選択することにより、複数のほぼ同一の一体化された光学装置を備えるウェハ積層体を形成することができ、この中で、光学装置の要素は、互いに対して十分に規定された空間的関係を有し、装置の主光軸を規定する。

ＵＳ２００３／００１０４３１またはＷＯ２００４／０２７８８０に開示されるような、たとえば複数の分離されたスペーサまたは相互接続されたスペーサマトリックスなどのスペーサ手段によってウェハ同士の間隔を空けることができ、レンズ要素も、ウェハ同士の間に、別のウェハに面するウェハ表面上に配置することができる。

カメラモジュールの上側レンズ要素の手前に日除けまたはバッフルを置くことが公知である。日除けまたはバッフルは、画像捕捉要素の視野（ＦＯＶ）の外側の地点から入来するビーム経路を抑制することによりこの視野を規定する要素である。公知のバッフルは、軸方向に所与の厚みを有する不透明材料の層と光透過のための貫通孔とからなる。貫通孔は一般的に、それを通って光が通過する、軸方向に所与の程度を有する円錐を規定する。貫通孔の側壁の厚みおよび形状によってＦＯＶおよび最大角（集光角）が決まり、これに基づいて、入射光はバッフルを通過しカメラモジュールに入ることができる。集光角は予め定められた値を越えないことが望まれることが多い。これは、より高い角度で装置に入る光は迷光であるからであり、および／または画像捕捉要素の感受性のある部分に直接に当らず、カメラモジュールの内部で１回以上反射した後にしか感受性のある部分に当らないかもしれないからである。これは、画像捕捉要素によって生成される画像中のアーティファクト、およびしたがって画質の低下に繋がり得る。

このように、公知のバッフルは、数百μｍ（たとえば１００−３００μｍ）の厚みと、直径が１−３ｍｍの範囲で異なる断面を有する開口が形成されるように前壁の法線方向に対して２５−３５°の角度で先細になっていく貫通孔の側壁とを有する。これは、全視野角を約５０から７０°に制限する。

公知のバッフルは通常別個の部品として作られる。これらは、ウェハスケールの製造プロセスが用いられる場合は、その完全な製造の後、すなわちダイシングステップの後になって初めて、一体化されたカメラモジュールに装着される。各々の個別のバッフルをそれと関連付けられた各々の個別のカメラモジュールに装着する付加的なステップは時間がかかりかつ複雑であり、したがって公知のモジュールおよび製造プロセスの別の欠点である。

ＥＰ１４３４４２６は、孔を備える非透明（intransparent）の絞りフィルムが、後でそこから個別のカメラモジュールがダイシングされるウェハ上の上層として堆積される一体化カメラモジュールのためのウェハスケール製造方法を開示する。絞り部材は、アクリルフィルムまたはポリオレフィンフィルムなどのフィルムからなり、下地のＩＲフィルタ板に接合される。これに代えて、絞り部材は、ＩＲフィルタの表面またはレンズ本体上に遮光材を印刷することによって形成されてもよい。このように、非常に薄いので、絞りフィルムは、迷光が絞りフィルムの平面にほぼ平行な角度でカメラに入るのを止めない。

さらなる欠点は、光学系または少なくとも上側レンズ要素または絞り層に貫通孔を介して完全にアクセス可能なことである。これは損傷および汚損に繋がり得る。

発明の説明
この発明のさらなる目的は、低コストで大量生産プロセスで製造可能な一体化された光学装置および対応の製造プロセスを提供することである。

この発明のさらなる目的は、複数のほぼ同一のカメラまたは光学装置モジュールを備えるウェハスケールパッケージを提供することである。

この発明のさらなる目的は、複数の日除け要素を有する日除けプレートおよび対応の製造方法を提供することである。

これらの目的は、対応の独立請求項に従う、日除けプレートを設けるための方法、ウェハ積層体、一体化された光学装置、および日除けプレートによって達成される。好ましい実施例は従属請求項および明細書に記載され、図面に示されている。

日除けプレートを設けるための方法は、機能的要素として複数のレンズを載置する少なくとも上側ウェハを、さらなる機能的要素を備える少なくとも１つのさらなるウェハ上に積層することによってウェハ積層体を作製し、ウェハ積層体を複数の一体化された光学装置に分離（ダイシング）することによって一体化された光学装置を作製するための方法であって、上側およびさらなるウェハの対応する機能的要素は互いと整列され、複数の主光軸を規定する、方法の一部である。一体化された光学装置の一部として日除けプレートを設けるための方法は、
・複数の貫通孔を備える日除けプレートを設けるステップを備え、貫通孔は、上側ウェハ上の機能的要素の配置に対応するように配置され、さらに
・上側ウェハ上に日除けプレートを積層するステップを備え、貫通孔は当該主光軸と整列される。

これにより、ダイシングの後に、日除けを含む完全な一体化された光学装置モジュールが提供され得る。日除けを付加するためのさらなるステップは必要ない。光学装置は画像化チップを備えて、これを一体化されたカメラモジュールにしてもよい。

発明の好ましい実施例では、方法は、ウェハ積層体を個別の光学装置に切断する前に日除けプレート上に透明なカバープレートを積層するさらなるステップを備える。その結果、一体化されたカメラモジュールは保護カバーも備え、カメラモジュールは、カメラの上に保護プレートを載せたり民生品の筐体の一部として保護プレートを設けたりする必要なく、携帯電話などの民生品に設置され得る。

以上において、積層するステップは通常、たとえば接着剤を用いて共に積層されている層同士を貼り合わせるまたは接合するステップを含む。ウェハ積層体はウェハスケールパッケージを構成する。

単一の一体化されたカメラモジュールは、ウェハ積層体から、または当該ウェハ積層体を複数の一体化されたカメラモジュールに分離（ダイシングまたは切断）することによりウェハパッケージから、製造される。

従属特許請求項からさらなる好ましい実施例が明らかである。方法請求項の特徴は、装置請求項の特徴と組合されてもよく、またその逆も可能である。

発明の主題が添付の図面に図示される好ましい例示的な実施例を参照して以下の本文でより詳細に説明される。

図面で用いられる参照番号およびその意味は、参照番号一覧に要約した形態で一覧で示される。原則的に、図中同一部分には同じ参照番号が与えられる。

日除けプレートの立面図である。 日除けプレートを有するウェハ積層体の横方向断面図である。 日除けプレートを有するウェハ積層体の横方向断面図である。 一体化されたカメラモジュールの横方向断面図である。 一体化されたカメラモジュールの横方向断面図である。

好ましい実施例の詳細な説明
図１は、日除けプレートの立面図を概略的に示す。日除けプレート１はウェハのサイズであり、典型的にはグリッドまたはアレイ状に配置される複数の貫通孔６を備える。貫通孔６は、日除けプレート１の上面１１から底面１２に延在し、好ましくは円錐形状である。

図２および図３は、日除けプレート１を備えるウェハ積層体８の横方向断面図を示す。ウェハ積層体８は、上から下へ、たとえば第１のレンズ９ａおよび第２のレンズ９ｂなどの機能的要素を載置する上側ウェハ２上に積層された日除けプレート１を備える。これに代えて、上側ウェハ２は、その上面またはその底面上にのみレンズのみを載置してもよい。レンズは複製プロセスによって上側ウェハ２上に作製されてもよく、または上側ウェハ２それ自体の中に形作られてもよい。上側ウェハ２はさらなるウェハ４上に積層され、スペーサウェハ３によってこれから分離され得る。さらなるウェハ４は、さらなる機能的要素として、画像化またはカメラチップ９ｃを載置する。各々のカメラチップ９ｃは、対応のレンズまたはレンズ９ａ、９ｂの組と整列され、こうして周囲の構造的要素２、３、４と共に、一体化されたカメラを形成する。各々のそのような一体化されたカメラまたは一体化された光学装置は主光軸１４を規定する。図３は、日除けプレート１上に積層された透明カバープレート５をさらに備える点で図２の実施例と異なる実施例を示している。さらなる実施例は、上側ウェハ２とさらなるウェハ４との間に配置される、たとえばレンズなどのさらなる層を備え得る。

さまざまな層同士の間に存在し得る接着剤の層およびカメラチップ９ｃへの電気的接続部は図に示されていない。

日除けプレート１中の貫通孔６は、典型的には円錐形の、日除けプレート１またはその上面１１の法線方向に対して２０−４０°、好ましくは２５−３５°の角度で先細にされた側壁７を備える。正確な角度はカメラの仕様に応じて定められ、通常はカメラの視野よりも約２°大きい。これに代えて、側壁は鉛直であってもよく、または他の方向へ先細にされていてもよい。すなわち底部に向かって広がっていてもよい。発明の他の実施例では、側壁はまっすぐではなく、丸まっていたり、面取りされていたりする。

日除けプレート１の厚みは０．１から０．５または１ｍｍの範囲にあり、貫通孔６の上部開口の幅は約１から３または５ｍｍである。底部開口の幅はたとえば約０．３ｍｍである。

日除けプレート１は好ましくは光学的に非透明な材料からなる。日除けプレート１自体の製造プロセスは、成形、スタンピング、または別の複製プロセスであってもよい。材料として、好ましくはサーモプラストまたはエポキシなどのプラスチック材料を、フィラー材料とともにまたはこれを使用せずに、用いる。

ウェハ積層体を製造するための方法は、日除けプレート１およびオプションでカバープレート５を含むウェハ積層体を構成するウェハおよびスペーサを積層するステップを備える。個別の光学要素を製造するための方法は、ウェハ積層体８をダイシングし、これを複数の一体化されたカメラ装置１０に分離するさらなるステップを備える。対応のダイシング線１３が図２および図３に示される。図４および図５は、この分離ステップによって生成される一体化されたカメラモジュールの横方向断面図を示す。

発明の本好ましい実施例において発明が説明されたが、発明はこれに限定されるものではなく、請求項の範囲内でそれ以外の態様でさまざまに実現され実践され得ることがはっきりと理解される。

符号の一覧
１ 日除けプレート、２ 上側ウェハ、３ スペーサウェハ、４ さらなるウェハ、５ カバープレート、６ 貫通孔、アパーチャ孔、７ 側壁、８ ウェハ積層体、９ａ 第１のレンズ、９ｂ 第２のレンズ、９ｃ カメラチップ、１０ 一体化されたカメラ装置、１１ 上面、１２ 底面、１３ ダイシング線、１４ 光軸。

Claims (9)

1. 機能的要素として複数のレンズ（９ａ、９ｂ）を載置する少なくとも上側ウェハ（２）を、さらなる機能的要素（９ｃ）を備える少なくとも１つのさらなるウェハ（４）上に積層することによってウェハ積層体（８）を作製し、ウェハ積層体（８）を複数の一体化された光学装置（１０）に分離することによって一体化された光学装置（１０）を作製するための方法において、上側およびさらなるウェハ（２、４）の対応する機能的要素は互いと整列されかつ複数の主光軸（１４）を規定し、各々の軸は１つの一体化された光学装置（１０）に対応し、一体化された光学装置（１０）の一部として日除けプレートを設けるための方法は、
   ・複数の貫通孔（６）を備える日除けプレート（１）を設けるステップを備え、貫通孔（６）は、上側ウェハ（２）上の機能的要素の配置に対応するように配置され、さらに
   ・上側ウェハ（２）上に日除けプレート（１）を積層するステップを備え、貫通孔（６）は前記主光軸（１４）と整列される、方法。
2. ウェハ積層体（８）を個別の光学装置（１０）に分離する前に日除けプレート（１）上に透明なカバープレート（５）を積層するさらなるステップを備える、請求項１に記載の方法。
3. 一体化された光学装置（１０）の作製のためのウェハ積層体（８）であって、ウェハ積層体（８）は、機能的要素として複数のレンズ（９ａ、９ｂ）を載置する少なくとも上側ウェハ（２）と、さらなる機能的要素（９ｃ）を備える少なくとも１つのさらなるウェハ（４）とを備え、上側ウェハ（２）はさらなるウェハの上に積層され、上側およびさらなるウェハ（２、４）の対応する機能的要素は互いと整列されかつ複数の主光軸（１４）を規定し、
   ウェハ積層体（８）は、複数の貫通孔（６）を備える日除けプレート（１）をさらに備え、日除けプレート（１）は上側ウェハ（２）上に積層され、貫通孔（６）は前記主光軸（１４）と配列される、ウェハ積層体（８）。
4. 日除けプレート（１）上に積層される透明なカバープレート（５）をさらに備える、請求項３に記載のウェハ積層体（８）。
5. 貫通孔（６）の側面（７）は先細にされており、日除けプレート（１）の法線に対して２０−４０°、好ましくは２５−３５°の間の角度を有する、請求項３または４に記載のウェハ積層体（８）。
6. 日除けプレート（１）の厚みは０．１から１ｍｍの範囲にある、請求項３から５のうち１項に記載のウェハ積層体（８）。
7. 日除けプレート（１）は光学的に非透明の材料からなる、請求項３から６のうち１項に記載のウェハ積層体（８）。
8. 前記ウェハ積層体（８）を複数の一体化された光学装置（１０）に分離することによって請求項３から７のうち１項に記載のウェハ積層体から製造される一体化された光学装置（１０）。
9. 請求項１から２のうち１項に記載の方法で使用するための、一体化された光学装置（１０）のための日除けプレート（１）であって、日除けプレート（１）は複数の貫通孔（６）を備える、日除けプレート（１）。

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