JP2018520739A - 接着剤を含む異種コーティング構造を有する指紋検出装置 - Google Patents

接着剤を含む異種コーティング構造を有する指紋検出装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、静電検出素子のアレイを備える検出チップを備えた指紋検出装置に関する。検出装置は、検出素子のアレイの上部の層内に配置されるコーティング材料であって、コーティング材料が、接着剤を充填される複数の空洞を備え、空洞の断面積が対応する検出素子の面積の少なくとも一部分を覆うように、空洞の場所は、検出素子の場所に対応し、接着剤の誘電率は、コーティング材料の誘電率よりも高い、コーティング材料と、接着剤を用いて検出チップに付着される保護板と、を備える。本発明はまた、そのような装置を製造するための方法に関する。本発明はまた、コーティング層が接着剤を充填される溝を備え、コーティングが接着剤よりも高い誘電率を有する検出装置、およびそのような装置を製造するための方法に関する。
【選択図】図２ａ

Description

本発明は、指紋センサのためのコーティング構造に関する。特に、本発明は、指紋センサの性能を向上させるための異種コーティング構造に関する。
本人確認用の生体装置、特に指紋検出装置の開発が、より小型で安価かつより省エネルギーの装置をもたらしたことにより、そのような装置の用途の可能性は高まっている。
特に、指紋検出は、スモールフォームファクタ、比較的有益なコスト／パフォーマンス因子、および高いユーザ受け入れに起因して、例えば、民生用電子装置においてますます多く採用されている。
指紋検出素子および補助論理回路を提供するためのＣＭＯＳ技術に基づいて作られた静電容量指紋検出装置は、そのような検出装置を小型でかつ省エネルギーにすることができると同時に高い正確性で指紋を識別することができるために、ますます人気が高まっている。それによって、静電容量指紋センサは、ポータブルコンピュータ、タブレットコンピュータ、および携帯電話、例えばスマートフォンなどの家電機器に有利に使用される。
指紋検出チップは、典型的には、いくつかの検出構造体と指紋センサの表面に置かれた指との間の静電容量を示す測定値を提供する静電容量検出素子のアレイを備える。検出チップは、検出素子のアレイのアドレッシングを扱うための論理回路をさらに備える。
典型的な指紋センサは、指が検出素子と物理的に接触しないように保護されている。特に、センサを保護するためにセンサの上にガラス板を配置するか、または表示ガラスの裏にセンサを配置することが望ましい場合がある。検出表面と検出素子との間に素子を配置することによって、検出表面と検出素子との間の距離が増大し、それが装置の検出表面に置かれた指と静電容量検出素子との間の静電容量結合を減少させる。これがひいては画像ボケ効果をもたらす。指と任意の所与の画素との間の増大した距離の関数として、各画素は、前記画素の上に垂直方向に直接に位置しない領域からの信号を受信し始め、指紋の微細な特徴を解像するためのセンサの能力に悪影響を与える画像ボケを結果として生じる。
上の観点から、検出表面に置かれた指と検出素子との間の静電容量結合を改善することが望ましい。
ＵＳ２０１３／０２０１１５３は、導電性ストランドが検出表面と指紋検出装置の検出素子との間に配置される指紋検出装置を開示する。導電性ストランド間には絶縁材料が配置される。しかしながら、指と画素との直接電気接触は、静電放電（ＥＳＤ）に関する問題を引き起こし得る。さらには、表面の金属部分が酸化して、望ましくない美的効果を生じ得る。
指紋検出装置の上記の望ましい特性、および先行技術の欠点の観点から、本発明の目的は、指紋検出装置を提供すること、および検出表面に置かれた指と検出装置の検出素子との間の改善された静電容量結合を提供する指紋検出装置を製造するための方法を提供することである。
本発明の第１の態様によると、検出素子のアレイを備える検出チップであって、検出素子が、検出素子のそれぞれと検出装置の検出表面上に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路に接続されるように構成される、検出チップと、検出素子のアレイの上部の層内に配置されるコーティング材料であって、コーティング材料が接着剤を充填される複数の空洞を備え、空洞の断面積が対応する検出素子の面積の少なくとも一部分を覆うように、空洞の場所は、検出素子の場所に対応し、接着剤の誘電率は、コーティング材料の誘電率よりも高い、コーティング材料と、接着剤を用いて検出チップに付着される保護板と、を備える、指紋検出装置が提供される。
本文脈においては、検出チップは、それぞれの検出素子と指紋検出装置の外面に置かれた指との間に静電容量結合を形成することができる、典型的にはアレイ内に配置される、導電性板またはパッドの形態にある複数の検出素子を備えるチップとして理解されるべきである。それぞれの検出素子についての静電容量結合の読み出しによって、指紋の隆線および谷線が、静電容量結合の距離依存性の結果として検知され得る。十分な解像度を有する指紋画像を達成するために、検出素子は、典型的には、指の特徴（隆線および谷線）よりも実質的に小さい。一般に、チップはダイとも称され得る。
保護板は、典型的には、板の上に置かれた指と検出チップの検出素子との間の良好な静電容量結合を提供するために、誘電材料を含む。特に、保護板は、有利には、化学強化ガラス、ＺｒＯ２、またはサファイアなどのガラスまたはセラミック材料を含み得る。上記の材料はすべて、それらが固く、したがって摩損に耐性があるという点で、およびそれらが誘電性であり、したがって保護板の表面に置かれた指と検出装置の検出素子との間の良好な静電容量結合を提供するという点で、有利な性質を提供する。本明細書に記載される保護板は、共通して、検出表面とも称される指紋検出装置の外表面を形成する。
本発明の様々な実施形態に従う検出装置は、従来の剛体ＰＣＢ基板上に形成され得るか、またはそれはフレキシブルタイプの基板を使用して実装され得る。
指と検出素子との間の改善された静電容量結合は、検出素子より上の層の部分が周囲部分よりも高い誘電率を有し、それにより電界を各検出素子の方へ集束させる異種コーティング層を形成することによって達成され得る。さらに、本発明は、保護板を検出装置に付着させるために使用される接着剤が、周囲のコーティング材料よりも高い誘電率を有する接着剤を選択または形成することによってこの効果を達成するために使用され得るという認識に基づく。それによって、材料積層の大きな変更なしに改善された静電容量結合が達成され得、つまり従来の製造プロセスが使用され得ることを意味する。
空洞の断面積が、対応する検出素子の面積の少なくとも一部分を覆うということが意味することは、空洞が検出素子の全域を覆う場合とそうでない場合があることを意味すると解釈されるべきである。さらには、空洞が検出素子に対して中心にある必要はないが、その方が大変よい場合がある。
さらに、空洞は、接着剤を実質的に充填される、コーティング材料内の空洞と理解されるべきであることに留意することが重要である。
コーティング材料は、検出チップ、および特に検出素子を覆うように配置される任意の材料を指し得る。コーティング材料は、ウェハコーティングと称されることが多く、コーティング材料はまた、インターポーザ構造体として機能し得る。
本発明の一実施形態によると、コーティング材料は、それぞれの検出素子に対して１つの空洞を備え得る。空洞の数と検出素子の数が１：１の比であることが厳密に必要とされるわけではないが、これによって静電容量結合の最大の改善が得られる可能性が高い。しかしながら、検出素子の一部にだけ空洞を有することが望ましい場合もある。例えば、様々な理由により、隣接する空洞を分けるのが難しい場合があり、その場合、空洞が選ばれた数の検出素子の上にのみ位置するというパターンが利用され得る。
本発明の一実施形態によると、接着剤の誘電率は、５〜１００の範囲にあり得、コーティング材料の誘電率は、２〜５の範囲にあり得る。指定された範囲は、所望の効果を提供する例示的な範囲と見なされるべきである。接着剤およびコーティング材料は、本発明の様々な実施形態の範囲内で指定された範囲外の誘電率を有してもよい。
さらに、接着剤の誘電率と前記コーティング材料の誘電率との比は、有利には、２：１以上であるように選択され得る。集束効果に関して、集束の量を決定するのは２つの誘電率の比であり、比が高いほど良好な集束を提供する。上記の誘電率および比は単に例にすぎないということ、および所望の有利な効果は、原則として、１より高い任意の比で達成され得るが、比が増大するにつれて効果が増大するということに留意されたい。
本発明の一実施形態において、接着剤は、有利には、接着剤の平均誘電率よりも高い誘電率を有する充填粒子を含み得、それは接着剤の平均誘電率を調整する１つのやり方である。充填粒子は、誘電体充填粒子またはｈｉｇｈ−ｋ充填粒子と称され得る。それによって、接着剤の誘電率は、コーティング材料の異なる選択において望ましい比が達成されるように選択され得る。さらには、１つおよび同じ接着剤が使用され得るが、特定の用途に必要とされるものに応じて異なる誘電率を提供する。これは、異なる成形材料のためにプロセスを調節する必要がないために、製造プロセスを簡略化する。
本発明の一実施形態によると、充填粒子は、有利には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）などの強誘電材料を含み得る。高誘電率を有し、かつ充填材料としての使用に好適であり得る強誘電材料には様々なものがある。当然ながら、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの他の充填粒子も使用されてもよい。１つの望ましい性質は、充填材料が、接着剤と均一に混合され得る形で提供されることが可能であること、および接着剤の誘電率が検出装置の表面全体にわたって少なくともほぼ均質であることが重要であるため、充填材料が接着剤内でかたまりにならないことである。
本発明の一実施形態において、空洞のそれぞれは、有利には、空洞を少なくとも１つの隣接する空洞に連通させる少なくとも１つの横方向開口部を含み得、接着剤を堆積させるときに隣接する空洞間の接着剤の流れを可能にする。指紋検出装置の製造中、接着剤は、典型的には、液状接着剤の形態で空洞を備えるコーティング構造体上に提供される。良好な接着を提供すること、および検出表面全体にわたって測定において均一性を提供することの両方のために、保護板が検出装置に付着されているとき、接着剤の均質な厚さ分布を達成することが望ましい。コーティング層内の横方向開口部によって、隣接する空洞を流体連通させると、接着剤が、空洞間を流れて、保護板が検出装置上に置かれているときに均一な分布を形成することができる。
本発明の一実施形態によると、コーティング材料は、有利には、フォトレジストであり得る。フォトレジストを使用することによって、空洞は、従来のフォトリソグラフィおよび現像プロセスを使用して形成され得、それにより全体のプロセスフローを簡略化する。さらには、フォトレジストは、特定の誘電率を有するように容易に調整され得、その結果、所望の比の誘電率が達成され得る。さらに、フォトレジストは、例えば回転塗布または噴霧塗布を用いて、高精度および均一な厚さでフルウェハ上に堆積され得る。
本発明の第２の態様によると、指紋検出装置を製造するための方法が提供され、本方法は、検出素子のアレイを備える検出チップを提供することであって、検出素子が、検出素子のそれぞれと検出装置の検出表面に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路に接続されるように構成される、検出チップを提供することと、導電性検出素子のアレイを覆うコーティング材料の層を堆積させることと、コーティング材料内に複数の空洞を形成することであって、空洞の断面積が対応する検出素子の面積の少なくとも一部分を覆うように、空洞の場所は、検出素子の場所に対応する、複数の空洞を形成することと、空洞を充填するための接着剤を提供することであって、接着剤は、コーティング材料の誘電率よりも高い誘電率を有する、接着剤を提供することと、接着剤を用いて保護板を検出装置に付着させることと、を含む。
コーティング材料は、好ましくは、検出素子を覆うために検出チップ上の均質層内に配置される。
本発明の一実施形態によると、コーティング層は、有利には、回転塗布または噴霧塗布によって堆積され得、それはフルウェハに対して行われ、それによって大規模な効率的プロセスを提供し得る。回転塗布または噴霧塗布を使用することはまた、コーティング層の所望の厚さに関して、本プロセスが容易に修正されることを可能にする。
本発明の一実施形態において、本方法は、接着剤を提供するステップの前にコーティング材料をプラズマ洗浄することをさらに含み得る。コーティング材料の表面のプラズマ洗浄は、接着剤への改善された接着を表面に提供する。それにより、検出チップと保護板との間のより良好な接着が達成される。
本発明の一実施形態によると、接着剤を提供することは、有利には、液状接着剤をコーティング材料の層上および前記空洞内に分注することを含み得る。液状接着剤は、空洞が容易に充填されるという点、および均質な厚さ分布が達成され得るという点で有利である。しかしながら、回転塗布もしくは噴霧塗布によって、またはフィルムの形態で、接着剤を堆積させることも同等に可能である。さらには、接着剤は、複数の検出チップを備えるフルウェハ上に堆積され得るか、または接着剤は、ウェハのダイシング後に単一の検出チップ内に堆積され得る。
本発明の一実施形態によると、コーティング材料は、有利には、フォトレジストであり得、したがってコーティング材料内に複数の空洞を形成することは、フォトリソグラフィによってコーティング材料の層をパターン形成することを含み得る。
本発明の第２の態様の追加の利点、効果、および特徴は、本発明の第１の態様に関して上に記載されるものと大いに類似している。
本発明の第３の態様によると、検出素子のアレイを備える検出チップであって、検出素子が、検出素子のそれぞれと検出装置の検出表面上に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路に接続されるように構成される、検出チップと、検出素子のアレイの上部の層内に配置されるコーティング材料であって、コーティング材料が接着剤を充填される複数の溝を備え、溝は、検出素子間の領域に沿っており、接着剤の誘電率は、コーティング材料の誘電率よりも低い、コーティング材料と、接着剤を用いて検出チップに付着される保護板と、を備える、指紋検出装置が提供される。
コーティング材料内の溝は、検出素子間の境界の整列に従うと見なされ得る。典型的には、検出素子は、ここでは検出素子の中央から中央までの距離として画定される特定のピッチで正方形アレイ内に配置され、このピッチは、検出素子のサイズより大きく、それによって隣接する検出素子間に非占有領域を形成する。
接着剤の誘電率がコーティング材料の誘電率より低い場合に、溝内に接着剤を提供することによって、異種コーティング層が提供され、本発明の第１の態様に関して論じられる集束効果が達成される。
本発明の第３の態様の追加の利点、効果、および特徴は、本発明の第１の態様に関して上に記載されるものと大いに類似している。
本発明の第４の態様によると、指紋検出装置を製造するための方法が提供され、本方法は、検出素子のアレイを備える検出チップを提供することであって、検出素子が、検出素子のそれぞれと検出装置の検出表面上に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路に接続されるように構成される、提供することと、検出素子のアレイを覆うコーティング材料の層を堆積させることと、コーティング材料内に複数の溝を形成することであって、溝は、検出素子間の領域と整列され、形成することと、溝を充填するための接着剤を提供することであって、接着剤がコーティング材料の誘電率よりも低い誘電率を有する、接着剤を提供することと、接着剤を用いて保護板を検出装置に付着させることと、を含む。
本発明の第４の態様の追加の利点、効果、および特徴は、本発明の第１、第２、および第３の態様に関して上に記載されるものと大いに類似している。
本発明のさらなる特徴および本発明における利点は、添付の特許請求の範囲および以下の説明を研究すると明白になろう。当業者は、本発明の異なる特徴が、本発明の範囲を逸脱することなく、以下に記載される実施形態以外の実施形態を作成するために組み合わされ得ることを理解する。
本発明のこれらの態様および他の態様は、本発明の実施形態例を示す添付の図面を参照して、これよりさらに詳細に説明される。
本発明の実施形態に従う指紋検出装置を備える携帯型電子装置を概略的に例証する図である。 本発明の実施形態に従う指紋検出装置を概略的に例証する図である。 本発明の実施形態に従う指紋検出装置を概略的に例証する図である。 本発明の実施形態に従う指紋検出装置を概略的に例証する図である。 本発明の実施形態に従う指紋検出装置を概略的に例証する図である。 本発明の実施形態に従う指紋検出装置を製造するための方法の一般的なステップを概説するフローチャートである。 本発明の実施形態に従う指紋検出装置を製造するための方法を概略的に例証する図である。 本発明の実施形態に従う指紋検出装置を製造するための方法を概略的に例証する図である。 本発明の実施形態に従う指紋検出装置を製造するための方法を概略的に例証する図である。 本発明の実施形態に従う指紋検出装置を概略的に例証する図である。 本発明の実施形態に従う指紋検出装置を製造するための方法の一般的なステップを概説するフローチャートである。 本発明の実施形態に従う指紋検出装置を製造するための方法を概略的に例証する図である。 本発明の実施形態に従う指紋検出装置を製造するための方法を概略的に例証する図である。 本発明の実施形態に従う指紋検出装置を製造するための方法を概略的に例証する図である。 本発明の実施形態に従う指紋検出装置を概略的に例証する図である。 本発明の実施形態に従う指紋検出装置の細部を概略的に例証する図である。
この詳細な説明において、本発明に従う指紋検出装置の様々な実施形態は、静電容量指紋検出装置に関して主に論じられる。指紋検出装置を製造するための方法も論じられる。
図１は、タッチスクリーン画面１０４を備える指紋検出装置１０２を備えた携帯型装置１００の概略図である。指紋検出装置１０２は、例えば、携帯電話、タブレットコンピュータ、ポータブルコンピュータ、またはユーザを特定する、および／もしくは認証するための方法を必要とする任意の他の電子装置において使用され得る。
図２ａは、本発明の実施形態に従う指紋検出装置２００の概略図である。検出装置２００の外面２０１は、それが指紋画像を取り込むために指が置かれる表面であるため、検出表面と称される。指紋検出装置は、検出素子２０４のアレイを備える検出チップ２０２に基づく。ここでは、検出素子２０４は、正方形アレイ内に配置されて示され、検出素子は約５０ｘ５０μｍのサイズを有し、隣接する素子間の距離は約５μｍである。検出素子２０４は、導電性、典型的には金属製であり、一般的な概算として、平行板キャパシタにおける一方の板として機能すると見なされ得、ここでは指紋検出装置２００の検出表面２０１に置かれた指が他方の板を表す。それぞれの検出素子２０４は、前記検出素子２０４のそれぞれと検出表面２０１に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路（図示されない）に接続される。
コーティング材料２０５は、検出素子２０４のアレイの上部の層内に配置され、コーティング材料は、保護板２１０を検出チップに付着させるために使用される接着剤２０８によって充填される複数の空洞２０６を備える。保護板２１０は、例えば、１００〜１０００μｍの範囲の厚さを有するサファイア板であり得る。保護板はまた、タッチスクリーンを備えた携帯型装置においてはカバーガラスであってもよく、指紋検出装置を覆うカバーガラスはまた、携帯型装置の画面およびタッチスクリーン部分を覆い得る。原則として、保護板は、保護板の表面に置かれた指と検出素子との間の静電容量結合を可能にしながら、検出装置を覆いかつ保護するように機能する任意の構造体であり得る。
空洞２０６はまた、コーティング材料２０５内の開口部または凹部と称され得る。空洞２０６の目的は、接着剤２０８が検出素子２０４と検出表面２０１との間に配置されるように、接着剤が検出素子２０４の真上に配置されることを可能にすることである。コーティング材料の誘電率よりも高い誘電率を有する接着剤は、次いで、指と検出素子２０４との間の電磁界線を検出素子２０４の方へ集束させるのを助ける集束素子として機能する。この効果は、指２１２の隆線および谷線が検出表面２０１上に位置する指紋検出装置２００の側面図を示す図２ｂにさらに例証される。検出素子２０４の真上に位置しない検出表面上の位置に始まる力線２１４は、接着剤２０８のより高い誘電率に起因して、接着剤２０８を含むコーティング内の空洞に向かって湾曲されることが分かる。さらには、接着剤の誘電率よりも低い誘電率を有するコーティング材料は、指紋隆線からの力線が隆線の真下に位置しない検出素子２０４に達するのを低減するか、または防ぐために、遮断構造として機能する。したがって、指と検出素子との間の非垂直結合が低減されるため、パターン形成されたコーティング層は、取り込まれた画像のぶれを防ぐのに役立つ。図２ｂでは、電界は、誘電率の違いに起因して、接着剤内と比較してコーティング材料内でより低い。
原則として、力線の分布を決定するのは、コーティング材料と接着剤との誘電率間の比である。１：２の比はすでに有利な効果を提供するが、１：１０〜１：２０の比がより好ましい。本明細書内で論じられる材料の誘電率は、材料の平均比誘電率である。各材料は、例えば、合成物であってもよく、個々に異なる誘電率を有する粒子を含んでもよく、それがバルク材料と一緒になって結果として生じる平均誘電率を提供する。例えば、増大した誘電率を持つ接着剤は、従来の接着剤を使用することによって達成され得、１０００を上回る誘電率をそれ自体が有するチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）などの強誘電材料の粒子を追加することができる。追加された材料の種類および濃度を選択することによって、接着剤およびさらにコーティング材料は、２〜１００などの妥当な範囲内の所望の誘電率を有するように調整され得る。異なる誘電率ε１、ε２を有する構成要素の混合物の結果として生じる誘電率εｅｆｆは、
ｌｏｇεｅｆｆ＝ｖ１ｌｏｇε１＋ｖ２ｌｏｇε２
としてＬｉｃｈｔｅｎｅｃｋｅｒモデルに従って決定され得、式中、ｖ１およびｖ２は、経験的に決定された定数である。
図２ａおよび図２ｂからは、保護板２１０がコーティング層２０５の上に存在するように、接着剤２０８がコーティング層２０５と同じ厚さを有することも分かる。これは、保護板２１０が、検出チップの面積にわたって実質的に平らである表面上に存在するように配置され得るという有利な効果を有する。これは、例えば回転塗布を使用して、コーティング層２０５を堆積させるときに達成され得る良好な厚さ均一性の結果である。当然ながら、検出チップの面積のすべてまたは大部分が接着剤２０８によって覆われるように、接着剤２０８が空洞２０６の深さよりもわずかに高く達し得ることも可能である。これが、指と検出素子２０４との間の静電容量結合にごくわずかな影響しか与えずに、検出チップと保護板２１０との間に改善された接着を提供する。
図３ａは、本発明の実施形態に従う指紋検出装置の概略図であり、ここではコーティング材料内の隣接する空洞２０６は、空洞の側壁内のチャネル３０６、即ち開口部３０６を介して接続される。チャネル３０６は、指紋検出装置を製造するための方法に関係してさらに詳細に論じられるように、接着剤の堆積中に液状接着剤が空洞間を流れることを可能にする。隣接する空洞間の開口部３０６は、充填粒子が開口部を詰まらせるリスクなしに接着剤が空洞間を自由に流れることができるように、接着剤２０８中に存在するいかなる充填粒子の粒子サイズよりも大きいように構成される。好ましくは、開口部は、充填粒子の最大サイズよりも大きいサイズを有する。典型的な最大粒子サイズは、ＢａＴｉＯ３粒子などの強誘電体では１〜３μｍの範囲にあり得る。しかしながら、高誘電率を有する充填粒子はまた、サブμｍ径を有するナノ粒子の形態で提供されてもよい。したがって、隣接する空洞間の開口部３０６は、充填粒子のサイズに基づいて、およびコーティング層をパターン形成するための方法に基づいて選択され得、開口部３０６の実用的サイズは、５〜１０μｍの範囲にあり得る。さらに、接着剤は、接着剤の粘度および熱膨張係数などのパラメータを調整するために、追加の充填粒子を含んでもよい。開口部はまた、そのような充填粒子の最大サイズよりも大きいサイズを有するように適合され得る。しかしながら、均質誘電率が検出チップの全域にわたって接着剤内で達成され得るように、接着剤の誘電率に影響を与える誘電体粒子が自由に流れることができるように確実にすることが優先される。
図３ｂは、本発明の実施形態に従う指紋検出装置の概略図であり、ここではコーティング材料内の隣接する空洞２０６を連通させる開口部３０８は、検出素子２０４の隅に位置する。隣接する空洞を連通させる開口部は、接着剤が隣接する空洞間を流れることを可能にする所望の効果を達成するために多くの異なるやり方で構成され得ることを理解されたい。
図４は、本発明の実施形態に従う製造方法の一般的なステップを概説するフローチャートである。製造方法は、図５ａ〜ｃも参照して論じられる。
まず、ステップ４０２では、検出チップ２０２が提供され、コーティング層が検出チップ２０２上に堆積される４０４。コーティング層は、典型的には、均一の厚さを有し、検出チップの全面積を覆うように配置される。コーティング層は、例えば、回転塗布によって堆積されるフォトレジストであり得、フォトレジストは、ポジティブフォトレジストまたはネガティブフォトレジストのいずれかであり得る。さらには、回転および噴霧塗布は、典型的には、コーティング層の均質な厚さを提供し、それが後に続く保護板の接着を簡略化する。
空洞２０６は、図５ａに例示されるように、所望の形状および分布を有する空洞を形成するために従来のフォトリソグラフィおよびそれに続く現像によって、コーティング層２０５内に形成される４０６。典型的には、空洞は、検出素子を露出するためにコーティング層まで達するように構成される。さらには、検出素子は、ＣＭＯＳ処理の分野でよく知られている窒化けい素系パッシベーション層（図示されない）によって覆われてもよい。しかしながら、空洞内に残っているコーティング材料の特定の小さな厚みは、検出装置２００の全体的な性質に実質的に影響を与えない。一般に、それぞれの空洞２０６は、検出素子２０４と同じ形状を有して、対応する検出素子２０４の上に中央に置かれ、空洞のサイズは、好ましくは、検出素子２０４のサイズにできる限り近い。しかしながら、空洞間の残りの側壁は、構造安定性を維持するために十分に厚くなければならない。例として、５０ｘ５０μｍのサイズを有する検出素子では、コーティング層は、およそ３０μｍの厚さを有し、空洞は、好ましくは、３０ｘ３０〜４０ｘ４０μｍの範囲のサイズを有する。
空洞を形成した後、コーティング層は、コーティングとその後堆積される接着剤との間の接着を改善するために、プラズマ洗浄プロセスにおいて処理され得る。プラズマ洗浄は、例えば、窒素またはアルゴンなどの不活性ガスと混合された酸素を含み得る。
次のステップとして、図５ｂに例証されるように、液状接着剤２０８は、接着剤２０８が空洞を充填するように、接着剤２０８をコーティング層２０５上に分注することによって提供される４０８。
図５ｃに例証されるような最後のステップにおいて、保護板２１０は、接着剤２０８を用いて検出装置に付着される４１０。接着剤がウェハに適用された後、接着剤を部分的に乾燥させるために、乾燥ステップ（時にベータステージ硬化と称される）を伴い得る。硬化の場合、保護板は、熱および圧力を適用することによって、後に続く組立てステップにおいて、部分的に硬化／乾燥された接着剤に付着され得る。
図６は、本発明の別の実施形態に従う指紋検出装置６００の概略図である。指紋検出装置は、検出素子２０４の正方形アレイを備える検出チップ２０２に基づく。多くの態様において、図６の検出装置６００は、図２ａの検出装置に類似する。しかしながら、検出装置６００は、接着剤６０６を充填される複数の溝６０４を有するコーティング層６０２を備える。溝６０４は、検出素子２０４間の領域と整列される。さらには、接着剤６０６の誘電率は、コーティング層６０２の材料の誘電率よりも低い。次いで、コーティング６０２は、図２ａおよび図２ｂに関して論じられる同様の様式で、指と検出素子２０４との間の電磁界線を検出素子２０４の方へ集束させるのを助ける集束素子として機能する。さらに、コーティングの誘電率は、接着剤について上に論じられるのと同じ様式で、誘電体充填粒子を使用して調整され得る。
図７は、本発明の実施形態に従う製造方法の一般的なステップを概説するフローチャートである。製造方法は、図８ａ〜ｃも参照して論じられる。
まず、ステップ７０２では、検出チップ２０２が提供され、次にコーティング層が検出チップ２０２上に堆積される７０４。コーティング層は、典型的には、均一の厚さを有し、検出素子２０４を含む検出チップの全面積を覆うように配置される。コーティング層は、例えば、回転塗布によって堆積されるフォトレジストであり得、フォトレジストは、ポジティブフォトレジストまたはネガティブフォトレジストのいずれかであり得る。接着材料の誘電率よりも高い誘電率を有するコーティング材料を達成するために、充填粒子がコーティング材料と混合されてもよい。充填粒子は、図２ａ〜ｂによって例証される実施形態に関して上に論じられる充填粒子に類似し得る。
溝６０４は、図８ａに例示されるように、所望の形状および配向を有する溝を形成するために従来のフォトリソグラフィおよびそれに続く現像によって、コーティング層内に形成される７０６。一般に、溝は、検出素子２０４間の領域と整列される。このようにして、残りのコーティング６０２が、検出素子２０４の上に配置され、それと整列される正方形構造体を形成する。
コーティング層内に溝を形成した後、接着剤６０６は、接着剤６０６が溝６０４を充填するように、例えば液状接着剤を分注することによって提供される７０８。
最後に、図８ｃに例証されるように、保護板２１０は、保護板の外面２０１が指紋検出装置６００の検出表面として機能するように、接着剤６０６を用いて検出チップに付着される７１０。
図９は、本発明の実施形態に従う指紋検出装置９００の概略図である。概ね、検出装置９００は、図２ａに例証される検出装置に類似する。しかしながら、図９の検出装置では、空洞９０１はより小さく、空洞９０１を囲む側壁９０２がより厚いこと、およびそれらが検出素子２０４の一部の上に外へ延びることを意味する。側壁９０２の十分な構造安定性を確実にするために、隣接する素子間の距離よりも厚い側壁９０２を有することが望ましい場合がある。さらに、より小さい空洞においても空洞内の接着剤のより高い誘電率に関する有利な効果は残っているが、この効果は、空洞のサイズにほぼ比例する。
上の実施形態例は、コーティング層としてフォトレジストを使用して説明されている。しかしながら、本発明の概念の様々な利点は、別のコーティング材料を使用して達成可能である。例えば、コーティング材料は、例えば深掘反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）によって後でパターン形成される堆積されたハードマスクを含み得る。
図１０ａは、検出装置の検出素子２０４の概略図である。ここでは、上に議論される様々な実施形態に従うコーティングまたは接着剤のいずれかを表す矩形直方体の構造体９１０が、検出素子２０４上に配置される。図１０ｂでは、上に議論される様々な実施形態に従うコーティングまたは成形物のいずれかを表す円筒の構造体９２０が、検出素子２０４上に配置される。図１０ａ〜ｂは、検出素子の上に位置し、かつ周囲の材料の誘電率よりも高い誘電率を有する部分が、原則として、任意の形状を有し得ることを例証することが意味される。形状は、例えば、製造の観点から最も望ましいものに基づいて選択され得る。
本明細書内で論じられる本発明の全体的な態様は、本説明に開示される特定の寸法およびサイズに限定されないことに留意されたい。上の説明は、単に、特許請求の範囲によって定義される本発明の概念の実施形態例を提供するにすぎない。
本発明は、その特定の例となる実施形態を参照して説明されているが、多くの異なる変更、修正などが当業者には明らかになる。また、本装置および方法の部分は、様々なやり方で、省略されるか、置き換えられるか、または配置され得、本装置および方法は、依然として本発明の機能を実行することができることに留意されたい。
さらに、開示された実施形態のバリエーションは、図面、開示、おおび添付の特許請求の範囲の研究により、特許請求される発明の実践において当業者によって理解および達成され得る。特許請求の範囲において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は、他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は複数を除外しない。特定の方策が相互に異なる従属請求項において列挙されるということだけでは、これらの方策の組み合わせを使用して利益をもたらすことができないということを示さない。

Claims (16)

  1. 指紋検出装置であって、
    検出素子のアレイを備える検出チップであって、前記検出素子が、前記検出素子のそれぞれと前記検出装置の検出表面に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路に接続されるように構成される、検出チップと、
    前記検出素子のアレイの上部の層内に配置されるコーティング材料であって、前記コーティング材料が、接着剤を充填される複数の空洞を備え、空洞の断面積が対応する検出素子の面積の少なくとも一部分を覆うように、前記空洞の場所は、前記検出素子の場所に対応し、前記接着剤の誘電率は、前記コーティング材料の誘電率よりも高い、コーティング材料と、
    前記接着剤を用いて前記検出チップに付着される保護板と、
    を備える、指紋検出装置。
  2. 前記コーティング材料が、それぞれの検出素子に対して１つの空洞を備える、請求項１に記載の指紋検出装置。
  3. 前記接着剤の誘電率が５〜１００の範囲にある、請求項１または２に記載の指紋検出装置。
  4. 前記コーティング材料の誘電率が２〜５の範囲にある、請求項１から３のいずれか一項に記載の指紋検出装置。
  5. 前記接着剤の前記誘電率と前記コーティング材料の前記誘電率との比が２：１以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載の指紋検出装置。
  6. 前記接着剤が、前記接着剤の平均誘電率よりも高い誘電率を有する充填粒子を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の指紋検出装置。
  7. 前記充填粒子が、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）などの強誘電材料を含む、請求項６に記載の指紋検出装置。
  8. 前記空洞のそれぞれが、前記空洞を少なくとも１つの隣接する空洞に連通させる少なくとも１つの横方向開口部を備え、前記接着剤を堆積させるときに隣接する空洞間の前記接着剤の流れを可能にする、請求項１から７のいずれか一項に記載の指紋検出装置。
  9. 前記コーティング材料がフォトレジストである、請求項１から８のいずれか一項に記載の指紋検出装置。
  10. 指紋検出装置を製造するための方法であって、
    検出素子のアレイを備える検出チップを提供することであって、前記検出素子が、前記検出素子のそれぞれと前記検出装置の検出表面に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路に接続されるように構成される、検出チップを提供することと、
    導電性検出素子の前記アレイを覆うコーティング材料の層を堆積させることと、
    前記コーティング材料内に複数の空洞を形成することであって、空洞の断面積が対応する検出素子の面積の少なくとも一部分を覆うように、前記空洞の場所が前記検出素子の場所に対応する、複数の空洞を形成することと、
    前記空洞を充填するための接着剤を提供することであって、前記接着剤が前記コーティング材料の誘電率よりも高い誘電率を有する、接着剤を提供することと、
    前記接着剤を用いて前記指紋検出装置に保護板を付着させることと、
    を含む、方法。
  11. 前記コーティング層が、回転塗布または噴霧塗布によって堆積される、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記接着剤を提供する前記ステップの前に前記コーティング材料をプラズマ洗浄することをさらに含む、請求項１０または１１に記載の方法。
  13. 前記接着剤を提供することが、液状接着剤を前記コーティング材料の層上および前記空洞内に分注することを含む、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記コーティング材料がフォトレジストであり、前記コーティング材料内に複数の空洞を形成することが、フォトリソグラフィによって前記コーティング材料の層をパターン形成することを含む、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 指紋検出装置であって、
    検出素子のアレイを備える検出チップであって、前記検出素子が、前記検出素子のそれぞれと前記検出装置の検出表面に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路に接続されるように構成される、検出チップと、
    前記検出素子のアレイの上部の層内に配置されるコーティング材料であって、前記コーティング材料が、接着剤を充填される複数の溝を備え、前記溝は、前記検出素子間の領域と整列され、前記接着剤の誘電率は、前記コーティング材料の誘電率よりも低い、コーティング材料と、
    前記接着剤を用いて前記検出チップに付着される保護板と、
    を備える、指紋検出装置。
  16. 指紋検出装置を製造するための方法であって、
    検出素子のアレイを備える検出チップを提供することであって、前記検出素子が、前記検出素子のそれぞれと前記検出装置の検出表面に置かれた指との間の静電容量結合を検知するためのリードアウト回路に接続されるように構成される、検出チップを提供することと、
    前記検出素子のアレイを覆うコーティング材料の層を堆積させることと、
    前記コーティング材料内に複数の溝を形成することであって、前記溝が前記検出素子間の領域と整列される、溝を形成することと、
    前記溝を充填するための接着剤を提供することであって、前記接着剤が前記コーティング材料の誘電率よりも低い誘電率を有する、接着剤を提供することと、
    前記接着剤を用いて前記指紋検出装置に保護板を付着させることと、
    を含む、方法。
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