JP2012099639A - イメージセンサ及びイメージセンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】スペーサを製造するために特別な工程を必要とせずに、均一な高さのスペーサ（枠壁）を備えるイメージセンサの構成と製造方法を提供する。
【解決手段】シリコンウエハ５上に、少なくとも、光電変換素子と、色分解フィルタ１７と、マイクロレンズ７と、がこの順に積層され、さらに、前記積層部材を囲むように形成されたスペーサ６により透明基板４が支持されているイメージセンサの製造方法において、マイクロレンズ７とスペーサ６とを同一の感光性樹脂を用いて、ハーフトーンマスク（グレイトーンマスク）１５を用いるフォトリソグラフィ法により、あるいはドライ転写法により同時に製造する。
【選択図】図１
【解決手段】シリコンウエハ５上に、少なくとも、光電変換素子と、色分解フィルタ１７と、マイクロレンズ７と、がこの順に積層され、さらに、前記積層部材を囲むように形成されたスペーサ６により透明基板４が支持されているイメージセンサの製造方法において、マイクロレンズ７とスペーサ６とを同一の感光性樹脂を用いて、ハーフトーンマスク（グレイトーンマスク）１５を用いるフォトリソグラフィ法により、あるいはドライ転写法により同時に製造する。
【選択図】図１
Description
本発明は、Ｃ−ＭＯＳやＣＣＤ等の光電変換素子に代表されるイメージセンサに係り、特に、光電変換素子を上部から保護する透明保護基板と光電変換変換素子が形成されたウエハーとの接着方法に関する。
従来のカメラモジュール１０は、図３（ａ）に示すように、イメージセンサ部分１と２〜３枚程度のレンズを備えたレンズジュール２からなり、全体は合成樹脂製のカメラ枠体３によって支持されている。該カメラ枠体３は、周囲からの光を遮るため黒く着色されている。イメージセンサ１の光電変換素子面には、色分解用のカラーフィルタや集光用のマイクロレンズ７がセンサ単位ごとに形成されている（図３では、光電変換素子と色分解フィルタは図示せず。）。また、透明基板４により光電変換素子やマイクロレンズ７を保護している。
また昨今では、上記カメラモジュールの小型・薄型化を目的に、ウエハプロセスにて作製できる構造が提案されている（特許文献１〜４）。図３（ｂ）に示すカメラモジュール１０がその一例である。図３（ｂ）において、イメージセンサ１が形成されたシリコンウェハ５には、その上面の光電変換素子面に、色分解用のカラーフィルタや集光用マイクロレンズ７を各画素に作りこんでいるのは前記の通りである。場合によっては、スペーサ（枠壁）６の上にマイクロレンズ７を覆うようにＩＲカットフィルタを兼ねる透明基板４が、ハレーション防止用に設けられている。
シリコンウエハ５上方は、スペーサ（枠壁）６を介して透明基板４を貼りあわせて光電変換素子領域を気密としている。スペーサ（枠壁）６の厚さは図では誇張されているが、５０μｍ程度の薄いものである。該透明基板４の上には、レンズモジュール２が搭載・固定されている。レンズモジュール２は、ガラス製の第一スペーサ８を介して、第一レンズ基体９の表裏面に透明樹脂からなるレンズ要素９ａ，９ｂを形成してなる第一レンズ要素を重ねる。さらに、ガラス製の第二スペーサ８’を介して、第二レンズ基体の表裏面に透明樹脂からなるレンズ要素１１ａ，１１ｂを形成してなる第二レンズ要素を重ねている。その後、ガラス製の第三スペーサを介して、別の透明基板１３を設け、積層されたそれぞれを封止、接着している。
イメージセンサ１にて得られる画像情報の電気信号は、詳細は図示していないが、シリコンウエハ５に形成される貫通孔内に充填もしくはその内壁を被覆する導電物質によりシリコンウエハ５の裏面に導かれ、パターン化された絶縁層と導電層によって、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）方式による接続端子にて外部回路基板との接続が可能である。
図３（ｂ）に示したカメラモジュールは、一個のカメラモジュールだけを描いているが、実際の作製工程では、直径２０〜３０ｃｍのシリコンウエハの加工プロセスに、同じく直径２０〜３０ｃｍのガラス板の加工プロセスを組み合わせて、ウエハプロセスにて作製され、位置合わせをして積層された後、最終的にダイシング工程にて個々に断裁されて１個のカメラモジュールとなる。図３（ａ）についても、イメージセンサ１はシリコンウエハ５に多面付けにて製造される。
一般に携帯電話に装着されるカメラである場合、カメラモジュールにおけるシリコンウエハ５の大きさは、０．３ｍｍ角程度であるから、直径２０ｃｍの一枚のウエハから３，５００〜４，３００個程度形成することが可能である。
ここで、スペーサ（枠壁）６は、色分解フィルタとマイクロレンズ７までを含むイメージセンサ１全体を気密に保護する透明基板４が、マイクロレンズ７表面に接触しないように一定の距離を隔てるために必要な部材である。
スペーサの製造法としては、薄いガラス基板を所定の形状にエッチング加工してからシリコンウェハに貼り付けるものがあるが、製造工程が長く複雑で、スペーサ自体も薄くハンドリングが難しいという問題がある。
スペーサの製造法としては、薄いガラス基板を所定の形状にエッチング加工してからシリコンウェハに貼り付けるものがあるが、製造工程が長く複雑で、スペーサ自体も薄くハンドリングが難しいという問題がある。
スペーサ（枠壁）６の別の製造方法としては、個々のイメージセンサ１の周囲を囲むように接着部材をダム状に形成する技術が開示されている（特許文献１）。ダム状の接着部材の高さは、マイクロレンズ７の高さよりも高く設定され透明基板４がマイクロレンズ７に接触しない構成になっている。
また、マイクロレンズ７の形成技術としては、ドライエッチングを用いる技術が、例えば特許文献２に比較的詳細に示されている。特許文献２には、熱リフローによる樹脂の熱流動性を用いてレンズを丸く半球状に形成する技術、及びレンズ表面にＰＧＭＡなどの有機膜やＳｉＯ２系の無機膜を形成することも開示されている。
また、感光性のレンズ材料層上に 同一のレンズ材料にて熱リフローレンズを形成し、この熱リフローレンズをレンズ母型とし、そのパターンをドライエッチングにより転写して転写レンズを形成する技術が、例えば特許文献３，４に示されている。更に、感光性のレンズ材料を用いて画素間のギャップを小さくする技術が、例えば特許文献５に示されている。
転写レンズは、光電変換素子上のカラーフィルタや平坦化膜を含む層構造を薄くすることが出来るとともに、熱リフローレンズよりもマイクロレンズの開口率を上げることが出来る。ため、撮像素子特性を向上させることが出来るという特長を有している。
転写レンズは、光電変換素子上のカラーフィルタや平坦化膜を含む層構造を薄くすることが出来るとともに、熱リフローレンズよりもマイクロレンズの開口率を上げることが出来る。ため、撮像素子特性を向上させることが出来るという特長を有している。
イメージセンサ１を保護する透明基板４を支持固定するスペーサ（枠壁）６としてガラススペーサを使用する場合には、ガラスの加工工程が長く装着工程が煩雑となるという問題がある。ダム状に接着剤を形成する方法は、イメージセンサ１と透明基板４間の距離を一定に保つのが困難で、透明基板４がマイクロレンズ７に接触し損傷を与えるという問題がある。
そこで本発明は、スペーサを製造するために特別な工程を必要とせずに、均一な高さのスペーサ（枠壁）を備えるイメージセンサの構成と製造方法を提供することを目的とした。
そこで本発明は、スペーサを製造するために特別な工程を必要とせずに、均一な高さのスペーサ（枠壁）を備えるイメージセンサの構成と製造方法を提供することを目的とした。
上記課題を解決するため、シリコンウエハ上に、少なくとも、光電変換素子と、色分解フィルタと、マイクロレンズと、がこの順に積層され、さらに、前記積層部材を囲むように形成されたスペーサにより透明基板が支持されているイメージセンサにおいて、マイクロレンズとスペーサとが同一の材料から組成されていることを特徴とするイメージセンサ
としたものである。
としたものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記スペーサの下部に色分解フィルタが敷設されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサとしたものである。
また、請求項３に記載の発明は、シリコンウエハ上に、少なくとも、光電変換素子と、色分解フィルタと、マイクロレンズと、がこの順に積層され、さらに、前記積層部材を囲むように形成されたスペーサにより透明基板が支持されているイメージセンサの製造方法において、感光性樹脂からハーフトーンマスクを使用するフォトリゾグラフィ法によりマイクロレンズとスペーサとを同時に形成することを特徴とするイメージセンサの製造方法と
また、請求項４に記載の発明は、シリコンウエハ上に、少なくとも、光電変換素子と、色分解フィルタと、マイクロレンズと、がこの順に積層され、さらに、前記積層部材を囲むように形成されたスペーサにより透明基板が支持されているイメージセンサの製造方法において、感光性樹脂からグレイトーンマスクを使用するフォトリゾグラフィ法によりマイクロレンズ前駆体とスペーサとを同時に形成し、さらに熱リフローによりマイクロレンズ前駆体をマイクロレンズ形状に整えることを特徴とするイメージセンサの製造方法としたものである。
また、請求項４に記載の発明は、シリコンウエハ上に、少なくとも、光電変換素子と、色分解フィルタと、マイクロレンズと、がこの順に積層され、さらに、前記積層部材を囲むように形成されたスペーサにより透明基板が支持されているイメージセンサの製造方法において、感光性樹脂からグレイトーンマスクを使用するフォトリゾグラフィ法によりマイクロレンズ前駆体とスペーサとを同時に形成し、さらに熱リフローによりマイクロレンズ前駆体をマイクロレンズ形状に整えることを特徴とするイメージセンサの製造方法としたものである。
また、請求項５に記載の発明は、シリコンウエハ上に、少なくとも、光電変換素子と、色分解フィルタと、マイクロレンズと、がこの順に積層され、さらに、前記積層部材を囲むように形成されたスペーサにより透明基板が支持されているイメージセンサの製造方法において、マイクロレンズとスペーサとをドライ転写法を使用して同時に形成することを特徴とするイメージセンサの製造方法としたものである。
請求項６に記載の発明は、前記スペーサの外周部分に接着剤を敷設し、透明基板をシリコンウエハ側に固定することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のイメージセンサの製造方法としたものである。
請求項１及び請求項３、請求項４、請求項５に記載の発明によれば、従来別々の工程で製造されていた、マイクロレンズとスペーサを同一の材料を使用して同時に形成するので工程が省略されるという効果があり、特にウエハレベルのレンズモジュールを装着する場合に効果的である。
請求項２及び請求項３、請求項４、請求項５に記載の発明によれば、スペーサ単独では高さが稼げない場合に、先行して形成されている色分解フィルタをスペーサの下敷きとすることで全体としての高さの調整が容易となる。
請求項６の記載によれば、光電変換が形成されている部分を接着剤で汚染する恐れなしに透明基板をシリコンウエハ側に強固に固定できる。
以下、本発明に係るイメージセンサの構成と製造工程の概略を図面を用いて説明する。
図１（ａ）は本発明になるイメージセンサ１の構成の概略を示し、図１（ｂ）から図２は製造工程の概略を示すものである。図３（ａ）と（ｂ）は、イメージセンサ１が使用されるカメラモジュールの例を示すものである。図４は、色分解フィルタ１７の一部または全部をスペーサ６の下敷きとする場合の断面視の構成を示すものである。
図１（ａ）において、シリコンウエハ５には、多数の光電変換素子と、その上面に色分解用カラーフィルタ１７や集光用マイクロレンズ７が単位となる光電変換素子毎に形成されている。図では色分解用フィルター１７を示し、その下部の光電変換素子を省略してあるが、本明細書では、シリコンウエハ５、光電変換素子、色分解フィルタ１７、マイクロレンズ７及びこれらの部材を保護する透明基板４までをイメージセンサ１と指称する。
イメージセンサ１にて得られる画像情報の電気信号は、アルミ電極（図示せず）を経由して貫通孔１２内に充填もしくは内壁を被覆する導電物質によりシリコンウエハ５の裏面に導かれ、パターン化された絶縁層と導電層によって、ＢＧＡ方式による接続バンプ１３にて外部回路との接続が図られるものである。
シリコンウエハ５上方には、スペーサ（枠壁）6を介して透明基板４を貼りあわせて受光領域を気密としている。スペーサ（枠壁）６の厚さは図では誇張されているが、５０μｍ程度の薄いものである。前記透明基板４の上には、図３で示したようにレンズモジュール２が搭載される。図３（ａ）では、スペーサを介することなく、二つのレンズが直接レンズ枠体３に固定されているが、同図（ｂ）では、表裏にレンズが形成されたガラス基板９がガラス製のスペーサ８，８’を介して複数個積層されている。
最上部にも、カバーガラス板を貼りあわせる（図３（ａ）では省略されている。）。カバーガラス板は、赤外線カットガラスを兼ねる場合が多い。
その他、レンズモジュール２の側壁にフレア防止用で遮光性のある無電解めっき層を施しても良い。その材質は、ニッケル、クロム、コバルト、鉄、銅、金等から選択される金属の単一めっき層のほか、ニッケル−鉄、コバルト−鉄、銅−鉄等の組合せから選択される合金の無電解めっき層があげられる。そのほかに、銅等の金属を無電解めっきし、しかる後、その表面を化学処理や酸化処理して金属化合物とし、表面の光反射率の低い金属遮光層とすることも可能である。
イメージセンサ１上にレンズモジュール２を搭載する工程の概略は以上であるが、本発明は、光電変換素子の上部に形成される色分解フィルタ１７とマイクロレンズ７、及び積層されるこれらの部材を囲むように形成されるスペーサ（枠壁）６の組成と製造方法に係わることなので、以下この点につき実施例として詳しく説明する。
図１（ｂ）〜（ｅ）と図２に、フォトリソグラフィ法によるマイクロレンズ７とスペーサ（枠壁）６を同時に作成する工程の概略を示した。実施例１では、マイクロレンズを組成する透明樹脂は感光性樹脂であり、ポジ型の感光性樹脂を用いた例である。本実施例では、枠状のスペーサの高さとレンズ要素の凸形状を露光法で制御するため、ハーフトーンマスクという特殊な露光用マスクを使用する。
厚さ０．２５ｍｍ、直径２０ｃｍのシリコンウエハ５に、光電変換素子や遮光膜、パッシベーション膜を形成し、最上層に、熱硬化タイプのアクリル樹脂塗布液を用いてスピンコートにて平坦化層を形成した。次いで、平坦化膜の上に、色分解フィルタ１７を、グリーン、ブルー、レッドの３色にて３回のフォトリソグラフィーの手法で、それぞれ形成した（図１（ｂ）を参照のこと。但し、光電変換膜と平坦化層は図示せず。）。
グリーンレジストは、色材としてＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６を用い、さらにシクロヘキサノン、ＰＧＭＥＡなどの有機溶剤、ポリマーワニス、モノマー、開始剤を添加した構成のカラーレジストを用いた。
ブルーレジストは、色材としてＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３を用い、さらにシクロヘキサノン、ＰＧＭＡなどの有機溶剤、ポリマーワニス、モノマー、開始剤を添加した構成のカラーレジストを用いた。
レッドレジストの色材は、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１１７、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド４８：１、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９とした。色材以外の組成は、グリーンレジストと同様とした。
着色画素の配列は、一画素おきにＧ（緑）フィルターが設けられ、Ｇフィルターの間に一行おきにＲ（赤）フィルターとＢ（青）フィルターが設けられた、いわゆるベイヤー配列とした。
次に、上記色分解フィルタ１７の上部にマイクロレンズ７、マイクロレンズの周囲にスペーサ（枠壁）６を同時形成し、該スペーサ（枠壁）を支持層兼接着層として用い、その上面に厚さ０．４ｍｍで直径２０ｃｍのウエハーサイズの透明基板４を貼り合わせる工程に進む。
ハーフトーンマスク１５は、作成したいレンズ要素の薄膜の部分に対応する部分については光透過率を高くし、レンズ要素の中央部の厚膜の部分と背の高いスペーサに対応する部分は光透過率を低くした遮光膜を、石英基板上に形成したものである。遮光膜に濃淡のグラデュエーション（諧調）が付いたマスクということができる。この諧調の濃淡は、露光に用いる光では解像しない小さな径のドット(網点)の単位面積当たりの個数（粗密）の部分的な差によって達成される。
そこで次に、色分解フィルタ１７が形成されたシリコンウエハ５に対してノボラック樹脂系のポジ型透明感光性樹脂１１（商品名AZ-1350：ヘキストジャパン社製）を１〜３μｍ厚に塗工し、上記構成のハーフトーンマスク１５を用いてＵＶ露光を行った（図１（ｃ））。
次いで現像処理を施して、イメージセンサ１上に所定数の凸状のマイクロレンズ７を形成した。しかる後、１８０℃、３０分間の加熱工程を施して、レンズ要素の表面を平滑にすると同時に定着硬化させた（図１（ｄ））。同時に、図に示されるように、色分解フィルタ１７（マイクロレンズ７）を囲む位置に同じ感光性樹脂からなるスペーサ（枠壁）６が作成された。
現像液には３％の炭酸ナトリウム水溶液を使用した。ポジ型の感光性樹脂を用いる利点は、ネガ型感光性樹脂よりも、照射光量と現像後に残存する感光性樹脂の膜厚との間には、相関関係が取りやすいことである。
図１（ｄ）から推測されるように、一つのイメージセンサ１を囲むスペーサ（枠壁）６は、該イメージセンサ１に平面的に隣接する４個の別のイメージセンサ１を囲むスペーサ（枠壁）６との間に隙間１４が形成される。次に、この隙間にエポキシ樹脂等の熱硬化型の接着剤１６をスクリーン印刷法にて埋設する（図１（ｅ））。隣接するスペーサで形成される溝１４の内部に接着剤１６を垂らすと、マイクロレンズ７が敷設されている肝要な部分に、接着剤１６が拡がることがないので好都合である。
スペーサ（枠壁）６の形成については、先行して形成された色分解フィルタを利用することができる。すなわち、色分解フィルタが形成されていない部位に形成してもよいし、色分解フィルタは実際には不要であるがわざわざ残しておいてその上に積層しても構わない。色分解フィルタは通常３色繰り返して形成されるので、一色だけを残してもよいし、2色3色と積層した形で残しても構わない。スペーサ（枠壁）６を組成する感光性樹脂の厚みだけでは、所望のスペーサ高が得られない場合に有効である。
引き続いて、透明基板４をスペーサ（枠壁）６上に載置し加熱することで透明基板４をシリコンウエハ側に接着させた。このようにしてシリコンウエハ上に多面付けされたイメージセンサが完成した（図２（ｆ））。透明基板４は、シリコンウエハ５と同一直径のガラス板である。
次に、上記のシリコンウエハ５の裏面にフォトレジストを塗布し、定法のフォトリソグラフィ法により貫通孔１２が形成されるべき部位に開口部を形成した。次いで、フォトレジスト膜をマスクとして反応性イオンエッチングを行い、シリコンウエハ５を所定の深さまでエッチングして貫通孔１２を形成した。
次に、シリコンウエハ５と後に形成する配線層とを絶縁するために、ＣＶＤ法により貫通孔の内壁、底部及び裏面全体にＳｉＯ２絶縁膜を形成した。ここで、絶縁膜は、その膜厚が貫通孔１２の底部（アルミニウムなど導電性の高い金属からなるパッドである）上の方がシリコンウエハ５の裏面上より薄くなるように形成した。こうした上で、反応性イオンエッチングを再度行い貫通孔１２底部の絶縁膜を除去した。引き続き、スパッタ法により、導電膜を形成し、貫通孔１２の埋設及びウエハ裏面の配線層を形成した（図２（ｇ））。
次に、定法のフォトリソグラフィ法により、配線層の一部で外部と接続させる部分を露出させた。当該露出部位に、スクリーン印刷によりはんだペーストを塗布し、はんだボールを搭載した。リフロー処理を施し、残留フラックスを除去すると、外部接続パッド１３を有するイメージセンサー基板が得られた（図２（ｈ））。
最後に、４５０メッシユのレジンブレードを用いたダイシング装置により、マトリックス状に多面付けされたイメージセンサ１の中間部を断裁線として、表面より断裁溝を入れた（図２（ｉ））。しかる後、個々のイメージセンサに分離し、図２（ｊ）の状態とした完成品を得た。
実施例２は、レンズ要素となる透明樹脂としてネガ型の感光性樹脂を用い、スペーサとレンズ要素の凸形状を露光法で作成するため、グレイトーンマスクという特殊な露光用マスクを使用した例である。グレイトーンマスクは、小さな径のドットの単位面積当たりの個数を変えてグラデュエーションが付いたマスクとは異なり、レンズ１個に対応するマスク部位の透過率は同じである。すなわち、一般的に背の高いスペーサに対応するマスク部位では完全透過性で、熱リフローによりレンズ形状に成型される部位（スペーサより薄い）は半透過性で、樹脂部が不要で溶解して欲しい部分は完全遮光性であるようなマスクである。
先ず、色分解フィルタが形成されたシリコンウエハ表面に対してネガ型透明感光性樹脂を１〜３μｍ厚に塗工し、上記記載の構成のグレイトーンマスクを用いてＵＶ露光・現像し、イメージセンサごとに上面視正方形状で断面視矩型状のマイクロレンズ７を形成した。同時に、スペーサ部材を、マイクロレンズから離れた位置に残存させた色分解フィルタ１７の上に積層した（図４（ａ））。しかる後、２００℃、３０分間の熱リフロー処理を施した。リフロー工程でレジストが融解し、表面張力により極率を有するレンズ形状に自発的に変形し、その後冷却される同時に硬化定着される（図４（ｂ））。
ここで、色分解フィルタをスペーサ（枠壁）の下地とする点について図４を用いて再度説明する。通常は、色分解フィルタ１７は、光電変換素子１８上に作成すればよく、それ以外の部位からは現像時に除去するのが普通である。今の場合には、光電変換素子１８から離れた部位でスペーサ（枠壁）６の形成予定部位に色分解フィルタ１７を残しておいて、その上にスペーサ部材６を積層するものである。色分解フィルタ１７はスペーサとして必要な高さが得られるように１色から３色の範囲で積層することができる。
スペーサ（枠壁）６も熱リフローされることで側面が極率を有するようになり、接着剤との密着面積が増大するという利点がある（図４（ｂ））。
スペーサ（枠壁）６も熱リフローされることで側面が極率を有するようになり、接着剤との密着面積が増大するという利点がある（図４（ｂ））。
次いで、実施例１と同様に透明基板をスペーサ（枠壁）に貼り付ける。透明基板は、シリコンウエハと同一直径のガラス板である。以降の処理は実施例１と同じである。
熱リフロー樹脂材料とは、加熱によって溶融し自身の表面張力によって曲面を形成することの出来る、熱可塑性の樹脂材料である。このような熱リフロー樹脂材料としては、アクリル樹脂やフェノール樹脂、ポリスチレン樹脂などを挙げることが出来、特に感光性を有し、アルカリ現像によってパターン形成を行うことの出来る樹脂が好ましい。
実施例３はマイクロレンズとスペーサの同時形成にドライ転写法を適用したものである。
先ず、色分解フィルタ上に、ベンゼン環を樹脂骨格に導入したアクリル樹脂の塗布液を塗布して、１μｍの膜厚の透明樹脂層を形成し、１８０℃で３分間加熱して、硬膜化処理を行った。転写レンズを構成する透明樹脂の硬膜後の屈折率は１．５１であった。
先ず、色分解フィルタ上に、ベンゼン環を樹脂骨格に導入したアクリル樹脂の塗布液を塗布して、１μｍの膜厚の透明樹脂層を形成し、１８０℃で３分間加熱して、硬膜化処理を行った。転写レンズを構成する透明樹脂の硬膜後の屈折率は１．５１であった。
次に、フェノール樹脂を１μｍの膜厚に塗布してエッチング制御層を形成し、更に、アルカリ可溶性・感光性・熱リフロー性を有するスチレン樹脂を塗布して感光性樹脂層を形成した。
その後、感光性樹脂層を、グレイトーンマスクを使用する定法のフォトリソグラフィーのプロセスにより実施例２と同様のパターンとした後、２００℃で熱処理して熱リフローし、片側０．１μｍのほぼ適正なフロー量で、レンズ母型を形成した。なお、レンズ母型は、レンズ高さ０．５μｍ、レンズ母型間のギャップ０．３μｍのスムースな半球状レンズであった。スペーサ部位の高さは３色の色分解フィルタを下地としたので３μｍであった。
次に、フロン系ガスであるＣＦ４とＣ３Ｆ８の混合系ガスを用いてドライエッチングを施し、レンズ母型のパターンをフェノール樹脂からなるエッチング制御層に転写し、レンズ間ギャップ０．０３５μｍの中間マイクロレンズを形成した。この中間マイクロレンズの高さは、レンズ母型の高さより低く、約０．４５μｍであった。なお、ドライエッチング時間は５分とした。
最後に、エッチングガスとしてフロン系ガスＣ３Ｆ８を用い、この中間マイクロレンズをマスクとして透明樹脂層をエッチング処理し、転写レンズを形成し、画素サイズが一辺２．５μｍのイメージセンサを製造した。なお、ドライエッチング時間は５分とした。
なお、透明樹脂層のエッチングレートは、レンズ母型を構成するスチレン樹脂のエッチングレートの１．１倍と大きいエッチングレートであり、逆にエッチング制御層を構成するフェノール樹脂のエッチングレートは、レンズ母型を構成するスチレン樹脂のエッチングレートの０．９倍と小さいエッチングレートであった。
このようにして得られたイメージセンサの転写レンズの高さは、０．５５μｍ、スペーサの高さは、３層の色分解フィルタからの寄与を含め２．５μｍとなった。
以上のようにして形成した転写レンズは、ＳＥＭ像によれば表面粗さ１０ｎｍ以下と、極めてきれいな表面を有し、レンズ間のギャップは、０．０３５μｍ以下とＳＥＭの測定限界以下の狭ギャップに加工できていることを確認できた。また、エッチング制御層として透明樹脂層のエッチングレートと異なるエッチングレートを有する樹脂を用いたことにより、直接透明樹脂層上にレンズ母型を設けた場合よりも、高さが低く、レンズ間ギャップの小さい転写レンズを形成することができた。
また、透明樹脂層にベンゼン環を有するアクリル樹脂を用いることで、転写レンズの表面が平滑になり、荒れを解消することができた。
以上説明したように、本発明になるイメージセンサは、一枚のシリコンウエハに多面付けにて形成した場合、スペーサが同時に形成され、且つその厚みを低減できることから、製造の簡便さと携帯電話等に組込んだ時の便宜さが相俟って、大量生産に適し、コスト低減に寄与するものであり、実用上極めて優れたものである。
１、イメージセンサ
２、レンズモジュール
３、カメラ枠体
４、透明基板
５、シリコンウェハ
６、スペーサ（枠壁）
７、マイクロレンズ
８、８’、スペーサ
９、レンズ基体
９ａ、９ｂ、レンズ
１１ａ、１１ｂ、レンズ
１０、カメラモジュール
１２、貫通孔（貫通電極）
１３、接続バンプ
１４、隙間（溝）
１５、ハーフトーンマスク（グレイトーンマスク）
１６，接着剤
１７，色分解フィルタ
１８，光電素子
２、レンズモジュール
３、カメラ枠体
４、透明基板
５、シリコンウェハ
６、スペーサ（枠壁）
７、マイクロレンズ
８、８’、スペーサ
９、レンズ基体
９ａ、９ｂ、レンズ
１１ａ、１１ｂ、レンズ
１０、カメラモジュール
１２、貫通孔（貫通電極）
１３、接続バンプ
１４、隙間（溝）
１５、ハーフトーンマスク（グレイトーンマスク）
１６，接着剤
１７，色分解フィルタ
１８，光電素子
Claims (6)
- シリコンウエハ上に、少なくとも、光電変換素子と、色分解フィルタと、マイクロレンズと、がこの順に積層され、さらに、前記積層部材を囲むように形成されたスペーサにより透明基板が支持されているイメージセンサにおいて、マイクロレンズとスペーサとが同一の材料から組成されていることを特徴とするイメージセンサ。
- 前記スペーサの下部に色分解フィルタが敷設されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
- シリコンウエハ上に、少なくとも、光電変換素子と、色分解フィルタと、マイクロレンズと、がこの順に積層され、さらに、前記積層部材を囲むように形成されたスペーサにより透明基板が支持されているイメージセンサの製造方法において、感光性樹脂からハーフトーンマスクを使用するフォトリゾグラフィ法によりマイクロレンズとスペーサとを同時に形成することを特徴とするイメージセンサの製造方法。
- シリコンウエハ上に、少なくとも、光電変換素子と、色分解フィルタと、マイクロレンズと、がこの順に積層され、さらに、前記積層部材を囲むように形成されたスペーサにより透明基板が支持されているイメージセンサの製造方法において、感光性樹脂からグレイトーンマスクを使用するフォトリゾグラフィ法によりマイクロレンズ前駆体とスペーサとを同時に形成し、さらに熱リフローによりマイクロレンズ前駆体をマイクロレンズ形状に整えることを特徴とするイメージセンサの製造方法。
- シリコンウエハ上に、少なくとも、光電変換素子と、色分解フィルタと、マイクロレンズと、がこの順に積層され、さらに、前記積層部材を囲むように形成されたスペーサにより透明基板が支持されているイメージセンサの製造方法において、マイクロレンズとスペーサとをドライ転写法を使用して同時に形成することを特徴とするイメージセンサの製造方法。
- 前記スペーサの外周部分に接着剤を敷設し、透明基板をシリコンウエハ側に固定することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のイメージセンサの製造方法。
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