JP2019014112A - 半導体装置の製造方法、および、金型 - Google Patents

半導体装置の製造方法、および、金型 Download PDF

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Abstract

【課題】レンズ形状を高精度に制御することができるようにする。
【解決手段】金型は、基板の上の樹脂材料を所定の形状に成形する際に基板に突き当てる突き当て部を備え、突き当て部を基板に突き当てた状態において、樹脂材料を外部に流出入させる空間が形成される。本技術は、例えば、固体撮像装置のレンズ樹脂部を形成する金型等に適用できる。
【選択図】図3

Description

本技術は、半導体装置の製造方法、および、金型に関し、特に、レンズ形状を高精度に制御することができるようにした半導体装置の製造方法、および、金型に関する。
ウエハ基板の平面方向にレンズを複数配列して形成する工程には、基板上に滴下した樹脂材料に金型を押し付けて形状を転写するインプリント技術を用いることができる(例えば、特許文献1参照)。
特開2012−93765号公報
レンズを高精度に形成するためには、金型を取り付けた取り付け部のZ軸(高さ)方向の距離、傾きなどを高精度に制御する必要があり、装置の動作精度を高精度化していくと、装置が大がかりとなり、コストが増大する。
また、インプリント技術を用いたレンズ成型においては、樹脂材料が硬化したときの樹脂材料の収縮による、金型と樹脂材料との間の間隙やシワの発生にも注意する必要がある。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、レンズ形状を高精度に制御することができるようにするものである。
本技術の第1の側面の金型は、基板の上の樹脂材料を所定の形状に成形する際に前記基板に突き当てる突き当て部を備え、前記突き当て部を前記基板に突き当てた状態において、前記樹脂材料を外部に流出入させる空間が形成された構成とされる。
本技術の第1の側面においては、基板の上の樹脂材料を所定の形状に成形する際に前記基板に突き当てる突き当て部が設けられ、前記突き当て部を前記基板に突き当てた状態において、前記樹脂材料を外部に流出入させる空間が形成された構成とされる。
本技術の第2の側面の半導体装置の製造方法は、基板の上の樹脂材料に、金型を押し付けて、前記金型の形状を前記樹脂材料に転写して、レンズ樹脂部を形成するステップを備え、前記金型は、前記基板の上の樹脂材料を所定の形状に成形する際に前記基板に突き当てる突き当て部を備え、前記突き当て部を前記基板に突き当てた状態において、前記樹脂材料を外部に流出入させる空間が形成された構成である。
本技術の第2の側面においては、基板の上の樹脂材料に、金型を押し付けて、前記金型の形状を前記樹脂材料に転写して、レンズ樹脂部が形成される。前記金型は、前記基板の上の樹脂材料を所定の形状に成形する際に前記基板に突き当てる突き当て部を備え、前記突き当て部を前記基板に突き当てた状態において、前記樹脂材料を外部に流出入させる空間が形成された構成である。
金型は、独立した部品であっても良いし、他の装置の一部として組み込まれた部品であっても良い。
本技術の第1及び第2の側面によれば、レンズ形状を高精度に制御することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術を適用した半導体装置としての固体撮像装置の概略構造図である。 図1の固体撮像装置のシステム構成例を示すブロック図である。 レンズ樹脂部を形成するレンズ形成方法を説明する図である。 金型の断面図と平面図である。 レンズ樹脂部の平面図である。 図4の金型を用いた場合の作用効果を説明する図である。 図4の金型を用いた場合の作用効果を説明する図である。 図4の金型の変形例を説明する図である。 金型の第2の実施形態を説明する図である。 第2の実施形態の金型の断面図と平面図である。 レンズ樹脂部の形成タイミングを説明する図である。 レンズ樹脂部のその他の形状例を示す図である。 積層構造体の詳細な断面構造を示す図である。 固体撮像装置の製造方法を説明する図である。 固体撮像装置の製造方法を説明する図である。 固体撮像装置の製造方法を説明する図である。 固体撮像装置の製造方法を説明する図である。 固体撮像装置の製造方法を説明する図である。 固体撮像装置の製造方法を説明する図である。 固体撮像装置の製造方法を説明する図である。 固体撮像装置の製造方法を説明する図である。 固体撮像装置の製造方法を説明する図である。 固体撮像装置の製造方法を説明する図である。 固体撮像装置の製造方法を説明する図である。 固体撮像装置の製造方法を説明する図である。 固体撮像装置の製造方法を説明する図である。 固体撮像装置の製造方法を説明する図である。 固体撮像装置の製造方法を説明する図である。 カメラモジュールの第1構成例の断面図である。 カメラモジュールの第2構成例の断面図である。 カメラモジュールの第3構成例の断面図である。 積層レンズ構造体の製造方法を説明する図である。 2枚の基板状態のレンズ付き基板の接合を説明する図である。 基板状態のレンズ付き基板の製造方法を説明する図である。 本技術を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。 イメージセンサの使用例を説明する図である。 体内情報取得システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びCCUの機能構成の一例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
以下、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.固体撮像装置の概略の構造
2.固体撮像装置のシステム構成
3.レンズ形成方法
4.金型の作用効果
5.金型の変形例
6.金型の第2の実施形態
7.レンズ樹脂部の形成タイミング
8.レンズ樹脂部のその他の形状例
9.積層構造体の詳細構造
10.積層構造体の製造方法
11.カメラモジュールの詳細構成
12.レンズ付き基板どうしの直接接合
13.レンズ付き基板の製造方法
14.電子機器への適用例
15.体内情報取得システムへの応用例
16.内視鏡手術システムへの応用例
17.移動体への応用例
<1.固体撮像装置の概略の構造>
図1は、本技術を適用した半導体装置としての固体撮像装置の概略構造を示している。
図1に示される固体撮像装置1は、図中の矢印の方向で装置に入射する光もしくは電磁波を電気信号へ変換する。以後、本開示では、便宜上、電気信号へと変換する対象として、光を電気信号へ変換する装置を例に用いて説明する。
固体撮像装置1は、第1構造体11と第2構造体12とが積層された積層構造体13と、外部端子14と、第1構造体11の上側に形成された保護基板18と、保護基板18上に形成されたレンズ樹脂部19とを備える。なお、以下では、便宜上、図1における、光が装置へ入射する入射面の側を上側、入射面と対向する装置のもう一方の面の側を下側として、第1構造体11を上側構造体11、第2構造体12を下側構造体12と呼ぶことにする。
この固体撮像装置1は、上側構造体11の一部を構成する半導体基板(ウエハ)と、下側構造体12の一部を構成する半導体基板(ウエハ)と、保護基板18とを、ウエハレベルで貼り合せた後、個々の固体撮像装置1へと個片化して形成される。
個片化される前の上側構造体11は、半導体基板(ウエハ)に、入射した光を電気信号へ変換する画素が形成されたものである。画素は、例えば、光電変換するためのフォトダイオード(PD)と、光電変換動作や光電変換された電気信号を読み出す動作を制御する、複数個の画素トランジスタを備える。画素トランジスタは、例えば、MOSトランジスタであることが望ましい。個片化された後の固体撮像装置1に含まれる上側構造体11は、上側チップ、イメージセンサ基板、または、イメージセンサチップと呼ばれる場合もある。
上側構造体11の上面には、例えば、R(赤)、G(緑)、またはB(青)のカラーフィルタ15とオンチップレンズ16が形成されている。オンチップレンズ16の上側には、固体撮像装置1の構造物、特にオンチップレンズ16やカラーフィルタ15を保護するための保護基板18が配置されている。保護基板18は、例えば透明なガラス基板である。保護基板18はその硬度がオンチップレンズ16の硬度よりも高いと、オンチップレンズ16を保護する作用が強まる。
保護基板18の上面には、レンズ材料としての樹脂材料をインプリントにより所定の形状に成型することによって形成されたレンズ樹脂部19が配置されている。レンズ樹脂部19は、入射した光を所定の方向へ屈折させ、上側構造体11の所定の画素へ入射させる。
個片化される前の下側構造体12は、半導体基板(ウエハ)に、トランジスタと配線とを含む半導体回路が形成されたものである。個片化された後の固体撮像装置1に含まれる下側構造体12は、下側チップ、信号処理基板、または、信号処理チップと呼ばれる場合もある。下側構造体12には、装置外部の不図示の配線と電気的に接続するための外部端子14が、複数、形成されている。外部端子14は、例えば、はんだボールである。
固体撮像装置1は、オンチップレンズ16上に配置されたシール樹脂17を介して、上側構造体11の上側もしくはオンチップレンズ16の上側に保護基板18が固定されたキャビティレス構造を成している。シール樹脂17は、その硬度が保護基板18の硬度よりも低いため、シール樹脂が存在しない場合と比較すると、固体撮像装置1の外部から保護基板18へ加わった応力が装置内部へと伝わるのを緩和する作用を果たし得る。
なお、固体撮像装置1は、キャビティレス構造と異なる構造として、上側構造体11の上面に、柱状もしくは壁状の構造を形成し、保護基板18がオンチップレンズ16の上方に空隙を持って担持されるように、上記柱状もしくは壁状の構造に固定されたキャビティ構造を成しても良い。
<2.固体撮像装置のシステム構成>
図2は、固体撮像装置1のシステム構成例を示すブロック図である。
図2の固体撮像装置1は、光電変換部(PD)を有する画素31が、行方向および列方向に複数個配置された画素アレイ部24を備える。
画素アレイ部24は、画素31を行毎に駆動するための行駆動信号線32や、行毎に駆動された複数個の画素31から、光電変換の結果生じた信号を読み出すための垂直信号線(列読出し線)33を備える。図2に示すように、1本の行駆動信号線32には、行方向に配列された複数個の画素31が接続されている。1本の垂直信号線33には、列方向に配列された複数個の画素31が接続されている。
固体撮像装置1は、行駆動部22と列信号処理部25をさらに備える。
行駆動部22は、例えば、画素駆動するための行の位置を決める行アドレス制御部、言い換えれば、行デコーダ部と、画素31を駆動するための信号を発生させる行駆動回路部を備える。
列信号処理部25は、例えば、垂直信号線33に接続され、画素31とソースフォロア回路を形成する負荷回路部を備える。また、列信号処理部25は、垂直信号線33を介して画素31から読み出された信号を増幅する増幅回路部を備えていても良い。さらに、列信号処理部25は、光電変換の結果として画素31から読み出された信号から、系のノイズレベルを取り除くための、ノイズ処理部をさらに備えても良い。
列信号処理部25は、画素31から読み出された信号もしくは上記ノイズ処理されたアナログ信号を、デジタル信号へと変換するための、アナログデジタルコンバータ(ADC)を備える。ADCは、変換対象となるアナログ信号と、これと比較対象となる参照掃引信号とを比較するためのコンパレータ部、および、コンパレータ部での比較結果が反転するまでの時間を計測するカウンタ部を備える。列信号処理部25は、読出し列を走査する制御を行う水平走査回路部をさらに備えても良い。
固体撮像装置1は、タイミング制御部23をさらに備える。タイミング制御部23は、装置へ入力された基準クロック信号やタイミング制御信号を基にして、行駆動部22と列信号処理部25へ、タイミングを制御する信号を供給する。以後、本開示においては、行駆動部22、列信号処理部25、及びタイミング制御部23の全部もしくは一部を、単に画素周辺回路部、周辺回路部、または、制御回路部と呼ぶ場合がある。
固体撮像装置1は、画像信号処理部26をさらに備える。画像信号処理部26は、光電変換の結果得られたデータ、言い換えれば、固体撮像装置1における撮像動作の結果得られたデータに対して、各種の信号処理を施す回路である。画像信号処理部26は、例えば、画像信号処理回路部と、データ保持部とを含んで構成される。画像信号処理部26は、更にプロセッサ部を備えても良い。
画像信号処理部26において実行される信号処理の一例は、AD変換された撮像データが、暗い被写体を撮影したデータである場合には階調を多く持たせ、明るい被写体を撮影したデータである場合には階調を少なくするトーンカーブ補正処理である。この場合、撮像データの階調をどのようなトーンカーブに基づいて補正するか、トーンカーブの特性データを予め画像信号処理部26のデータ保持部に記憶させておくことが望ましい。
固体撮像装置1は、入力部21Aをさらに備える。入力部21Aは、例えば、上記基準クロック信号や、垂直同期信号および水平同期信号などのタイミング制御信号や、画像信号処理部26のデータ保持部へ記憶させる特性データなどを、装置外部から固体撮像装置1へ入力する。入力部21Aは、固体撮像装置1へデータを入力するための外部端子14である入力端子41と、入力端子41へ入力された信号を固体撮像装置1の内部へと取り込む入力回路部42とを備える。
入力部21Aは、入力回路部42で取り込まれた信号の振幅を、固体撮像装置1の内部で利用しやすい振幅へと変更する入力振幅変更部43をさらに備える。
入力部21Aは、入力データのデータ列の並びを変更する入力データ変換回路部44をさらに備える。入力データ変換回路部44は、例えば、入力データとしてシリアル信号を受け取って、これをパラレル信号へと変換するシリアルパラレル変換回路である。
なお、入力振幅変更部43と入力データ変換回路部44は、省略される場合もある。
固体撮像装置1がフラッシュメモリやSRAM、DRAMと言った外部のメモリデバイスと接続される場合には、入力部21Aは、これら外部のメモリデバイスからのデータを受け取るメモリインタフェース回路をさらに備えることができる。
固体撮像装置1は、出力部21Bをさらに備える。出力部21Bは、固体撮像装置1で撮影された画像データや、画像信号処理部26で信号処理された画像データを、固体撮像装置1から装置外部へと出力する。出力部21Bは、固体撮像装置1から装置外部へとデータを出力ための外部端子14である出力端子48と、固体撮像装置1の内部から装置外部へとデータを出力する回路であり、出力端子48と接続された固体撮像装置1外部の外部配線を駆動する回路である、出力回路部47とを備える。
出力部21Bは、固体撮像装置1の内部で用いた信号の振幅を、固体撮像装置1の外部に接続された外部デバイスで利用しやすい振幅へと変更する出力振幅変更部46をさらに備える。
出力部21Bは、出力データのデータ列の並びを変更する出力データ変換回路部45をさらに備える。出力データ変換回路部45は、例えば、固体撮像装置1内部で使用したパラレル信号を、シリアル信号へと変換するパラレルシリアル変換回路である。
出力データ変換回路部45と出力振幅変更部46は、省略される場合もある。
固体撮像装置1がフラッシュメモリやSRAM、DRAMと言った外部のメモリデバイスと接続される場合には、出力部21Bは、これら外部のメモリデバイスへとデータを出力するメモリインタフェース回路をさらに備えることができる。
なお、本開示においては、便宜上、入力部21Aと出力部21Bの双方もしくは少なくとも一方を含む回路ブロックを、入出力部21と呼ぶ場合がある。また、入力回路部42と出力回路部47の双方もしくは少なくとも一方を含む回路部を、入出力回路部49と呼ぶ場合がある。
<3.レンズ形成方法>
次に、図3を参照して、保護基板18上にレンズ樹脂部19を形成するレンズ形成方法について説明する。
なお、図3では、1個のレンズ樹脂部19を形成するレンズ形成方法について説明するが、保護基板18の平面方向に複数個のレンズ樹脂部19を同時に形成するウエハレベルレンズプロセスにおいても同様である。
初めに、図3のAに示されるように、チャック501上に保護基板18が載置され、吸着して固定された状態で、紫外線(UV)およびオゾン(O3)を用いたUVオゾン洗浄や薬液を用いた洗浄などにより、保護基板18表面の汚染が除去される。薬液を用いた洗浄としては、例えば、薬液として、IPA(イソプロピルアルコール)、エタノール、アセトン等を用いて、二流体洗浄、ブラシ洗浄等の洗浄方式で行うことができる。保護基板18表面が洗浄された後、次の工程で滴下されるレンズ材料502と保護基板18との密着性を向上させるための密着促進剤(不図示)が成膜される。
次に、図3のBに示されるように、レンズ樹脂部19を形成する保護基板18上の所定の位置に、レンズ材料502が滴下される。レンズ材料502の滴下位置は、保護基板18上の所定の位置に形成されたアライメントマークを基準にして、高精度に制御することができる。レンズ材料502は、例えば、紫外線で硬化する樹脂材料で構成される。
次に、図3のCに示されるように、インプリント装置の取り付け部504に取り付けられた、レンズ樹脂部19の凹凸形状を有する金型503が、所定の速度及び荷重で保護基板18に押し付けられる。これにより、保護基板18上に滴下されたレンズ材料502に、金型503の凹凸形状が転写される。このとき、金型503の保護基板18に最も近い凸部である突き当て部511が保護基板18に突き当たることで、取り付け部504と保護基板18との距離(高さ)が高精度に制御される。金型503の平面方向の位置については、レンズ材料502の滴下位置と同様に、保護基板18上の所定の位置に形成されたアライメントマークを基準にして、高精度に制御される。レンズ材料502と接触する金型503の表面には、硬化後のレンズ材料502から剥離しやすいように離型処理を予め施してもよい。
最後に、図3のDに示されるように、金型503が、レンズ材料502に押し付けられた状態で、取り付け部504の上側から、紫外線を照射することにより、レンズ材料502が硬化され、レンズ樹脂部19が形成される。金型503の平面方向の外周部分には、紫外線を透過しない遮光膜(マスク)512が成膜されており、突き当て部511からはみ出たレンズ材料502には紫外線が照射されない。したがって、突き当て部511より外側のレンズ材料502については、硬化されずに、除去することができる。
なお、レンズ材料502には、紫外線硬化性ではなく、熱硬化性の樹脂材料を用いることができる。
図4は、金型503の突き当て部511を通る面の断面図と、レンズ材料502に押し当てられる面である下面の平面図(下面図)である。
金型503は、4個の突き当て部511を有し、4個の突き当て部511それぞれは、平面視において外周部よりも内側の位置に配置されている。各突き当て部511は、円柱形状の柱状体となっている。本明細書において、柱状体とは、突き当て方向を側面とする柱体または錐体であり、突き当て面である保護基板18に対して側面が垂直となる必要はなく、所定の角度で傾斜してもよい。突き当て部511は、三角柱や四角柱などの角柱形状の柱状体であってもよい。また、突き当て部511は、三角錐や四角錐などの多角錐形状、円錐形状の柱状体であってもよい。
また、保護基板18と突き当たる柱状体の先端部の形状は任意である。図4の例では、金型503が保護基板18に押し当てられたとき、保護基板18と突き当て部511が接触する接触面は、下面図において灰色で示される円となるが、図8のA及びBを参照して後述するように、突き当て部511の先端部の形状は、保護基板18と点で接触するように構成してもよい。
また、本実施の形態では、4個の突き当て部511は、金型503の平面領域の中心に対して対称となるように配置されるものとするが、必ずしも対称に配置されなくてもよい。ただし、後述するレンズ材料502の流動を考慮すると、対称に配置するのが好ましい。
金型503に形成する突き当て部511の個数は、硬化後のレンズ樹脂部19の高さを制御するため、平面を制御できればよいので、4個に限らず、3個以上であればよい。
遮光膜512は、下面図において斜線で示されるように、4個の突き当て部511より外側の外周部に成膜されている。
図5は、硬化処理後に、余分なレンズ材料502を除去した後のレンズ樹脂部19の平面図である。
図4で示した遮光膜512の領域については、レンズ材料502が硬化されずに除去されるので、レンズ樹脂部19の平面形状は、図5に示されるように、矩形形状となる。金型503の4か所の突き当て部511それぞれに対応する4か所の領域521には、レンズ材料502は存在しない。
なお、金型503に形成される遮光膜512を、4個の突き当て部511の内側まで成膜した場合には、レンズ樹脂部19の平面形状は、破線19’で示される矩形形状となり、突き当て部511それぞれに対応する4か所の領域521の跡は残らない。
図4及び図5の平面図において、中央部のレンズ部19Lは、硬化されたレンズ樹脂部19のうち、入射光を屈折させて、上側構造体11の画素へ入射させるレンズ機能を発揮する領域を示している。
<4.金型の作用効果>
本開示のレンズ形成方法で用いる金型503には、突き当て部511を保護基板18に突き当てた状態において、レンズ材料502を外部へ流出させる空間が形成されている。
また、突き当て部511を保護基板18に突き当てた状態で金型503と保護基板18との間に発生する空間は、レンズ材料502の硬化収縮が発生した場合に、外側からレンズ材料502を流入させる空間でもある。
紫外線や熱などのエネルギーで硬化するエネルギー硬化樹脂材料は、硬化する際に収縮する。上述した金型503の構造によれば、レンズ材料502が収縮するとき、図6のA及びBに示されるように、突き当て部511以外の金型503と保護基板18との隙間から、外側にはみ出たレンズ材料502が供給されるため、レンズ機能を発揮するレンズ部19L内にシワや空隙(Void)が発生しない。
これと比較して、例えば、図7のA及びBに示されるように、全周を囲む矩形の突き当て部541を有する金型540を用いてレンズ形状をインプリントする場合について考える。金型540の突き当て部541は、図7のBにおいて灰色で示されるように、全周で保護基板18と接する。このような金型540を用いてレンズ材料502を硬化させ、レンズ材料502の収縮が起きた場合、突き当て部541の外側からレンズ材料502が供給されず、突き当て部541で密閉された内部のレンズ材料502が収縮するため、空隙(Void)や、剥がれによるシワが発生する。
したがって、本開示の金型503を用いてインプリントすることにより、樹脂材料を外部に流出入させる空間が形成されているので、シワや空隙の発生を防止することができる。
また、金型503の突き当て部511は、保護基板18との高さ方向の距離が高精度に面で制御されているので、金型503を保護基板18に押し付けるだけで、レンズ樹脂部19のレンズ厚み及び形状を高精度に制御することができる。
したがって、突き当て部511を備える金型503を用いてインプリントを行うことにより、簡易な装置構成で、低コストで、レンズ形状を高精度に制御した、レンズ樹脂部19を形成することができる。
<5.金型の変形例>
図8は、上述した第1の実施形態の金型503の変形例を示している。なお、図8のA乃至Cでは、遮光膜512の図示は省略されている。
上述した第1の実施形態の金型503の突き当て部511の先端部の形状は、円柱形状であり、金型503が保護基板18に押し当てられたとき、突き当て部511は、保護基板18と円(面)で接触する構成とされていた。
これに対して、図8のAに示される金型503の第1の変形例では、突き当て部511の先端部の形状が略球(半球)形状となっている。この第1の変形例の金型503が保護基板18に押し当てられたとき、保護基板18と突き当て部511が接触する領域は点となる。
また、図8のBに示される金型503の第2の変形例では、突き当て部511の先端部の形状が三角錐などの多角錐形状となっている。この第2の変形例の金型503が保護基板18に押し当てられたとき、保護基板18と突き当て部511が接触する領域は点となる。なお、多角錐形状の他に、円錐形状でもよい。
このように、突き当て部511の先端部の形状は、保護基板18と点で接触する形状であってもよい。
さらに、図8のCに示されるように、金型503の3個以上の突き当て部511は、1個のレンズ単位ではなく、2個以上のレンズ単位で配置してもよい。
<6.金型の第2の実施形態>
次に、金型503のその他の実施の形態(第2の実施形態)について説明する。
図9に示される第2の実施形態の金型503は、第1の実施形態の突き当て部511に代えて、突き当て部611を備え、第1の実施形態の遮光膜512に代えて、遮光膜612を備える。
突き当て部611は、基板601のレンズ樹脂部19が形成される面と異なる面に対して突き当てる構成とされている。
図9では、レンズ樹脂部19が形成される基板601は、キャビティ形状となっており、レンズ樹脂部19が形成される面と異なる高さの面を有している。金型503の突き当て部611は、金型503の外周部に配置され、レンズ樹脂部19が形成される面より上段の面に対して突き当てる構成とされる。突き当て部611は、レンズ樹脂部19が形成される面と異なる上段の面との突き当てによって、レンズ樹脂部19の高さを制御する。
突き当て部611が、基板601の高い側の上段の面に突き当てられたとき、キャビティ形状の基板601の低い側の下段の面と金型503との間には、余分なレンズ材料502を外部へ逃がしたり、硬化収縮時にレンズ材料502を内部へ引き戻すように流動可能な空間が形成されている。
図10は、図9に示した第2の実施形態の金型503の断面図と、レンズ材料502に押し当てられる面である下面の平面図(下面図)である。
基板601が、レンズ樹脂部19が形成される面と異なる高さの面の段差を有している場合、その段差を接続する傾斜面を利用して、金型503と基板601の平面方向の位置合わせを行うことができる。
図10の断面図及び平面図に示されるように、第2の実施形態の金型503は、基板601の4隅の傾斜面と接触するようにテーパ形状が形成されたガイド部631を備え、ガイド部631が、基板601のキャビティ形状の傾斜面で案内されることにより、金型503の平面方向の位置が制御される。金型503のガイド部631の4隅以外は、レンズ材料502の流動経路としての隙間が形成されるように、基板601のキャビティ形状の傾斜面よりも内側(レンズ部19L方向)に凹んでいる。
<7.レンズ樹脂部の形成タイミング>
図11は、図1の固体撮像装置1を形成する工程のうち、レンズ樹脂部19の形成タイミングを説明する図である。
図11のAは、積層構造体13の上側に保護基板18を配置した後で、保護基板18の上面に、上述した方法により、レンズ樹脂部19を形成する方法を示している。
一方、図11のBは、先に、保護基板18の上面に、上述した方法により、レンズ樹脂部19を形成し、レンズ樹脂部19が形成された保護基板18を、任意のタイミングで、積層構造体13のオンチップレンズ16やカラーフィルタ15の上側に配置する方法を示している。
このように、積層構造体13と合体済みの保護基板18にレンズ樹脂部19を形成してもよいし、保護基板18単体の状態で、レンズ樹脂部19を形成してから、積層構造体13と合体させてもよい。
<8.レンズ樹脂部のその他の形状例>
図12は、レンズ樹脂部19のその他の形状例を示す図である。
レンズ樹脂部19の形状は、レンズとしての性能を発揮する形状であれば、任意の形状を採用することができ、例えば、図12に示される形状などでもよい。レンズ樹脂部19の形状に応じて、金型503の形状も変わり得る。
<9.積層構造体の詳細構造>
次に、固体撮像装置1のレンズ樹脂部19を除いた部分である、積層構造体13の詳細構造と製造方法について説明する。
図13は、積層構造体13の詳細な断面構造を示す図である。図13では、固体撮像装置1のうち、レンズ樹脂部19の図示が省略されている。
固体撮像装置1に備わる上側構造体11とその上方とを含めた部分には、オンチップレンズ16とカラーフィルタ15と画素トランジスタとフォトダイオード51とを有する画素31(図2)が、複数個、アレイ状に配列された画素アレイ部24が配置されている。画素アレイ部24の領域(画素アレイ領域)には、画素トランジスタ領域301も配置される。画素トランジスタ領域301は、転送トランジスタ、増幅トランジスタ、リセットトランジスタのうちの少なくとも1つの画素トランジスタが形成される領域である。
下側構造体12に備わる半導体基板81の下側の表面で、かつ、上側構造体11に備わる画素アレイ部24の下方に位置する領域には、外部端子14が複数個配置されている。
なお、図13の説明おいては、「下側構造体12に備わる半導体基板81の下側の表面で、かつ、上側構造体11に備わる画素アレイ部24の下方に位置する領域」を第1特定領域、「下側構造体12に備わる半導体基板81の上側の表面で、かつ、上側構造体11に備わる画素アレイ部24の下方に位置する領域」を第2特定領域と呼ぶ。
第1特定領域に配置された複数個の外部端子14の少なくとも一部は、外部から固体撮像装置1へ信号を入力するための信号入力端子14Aもしくは固体撮像装置1から外部へ信号を出力するための信号出力端子14Bである。言い換えれば、信号入力端子14A及び信号出力端子14Bは、外部端子14のなかから、電源端子及び接地端子を除いた外部端子14である。本開示では、これらの信号入力端子14Aもしくは信号出力端子14Bを、信号入出力端子14Cと呼ぶ。
第1特定領域であって、かつ、これら信号入出力端子14Cの近傍に、半導体基板81を貫通する貫通ビア88が配置される。なお、本開示においては、半導体基板81を貫通する貫通ビアホールとその内部に形成されたビア配線とを併せて、単に貫通ビア88と呼ぶ場合がある。
この貫通ビアホールは、半導体基板81の下側表面から、半導体基板81の上側表面上方に配置された多層配線層82の一部であってビアホールの終端(底部)となる導電性パッド322(以後、ビア用パッド322と呼ぶ場合がある)まで、掘り込んで形成された構造であることが望ましい。
第1特定領域に配置された信号入出力端子14Cは、同じく第1特定領域に配置された貫通ビア88(より具体的には、貫通ビアホール内に形成されたビア配線)へ電気的に接続される。
第2特定領域であって、かつ、信号入出力端子14Cおよび上記貫通ビアの近傍となる領域に、入力回路部42もしくは出力回路部47を備えた入出力回路部49が配置される。
第1特定領域に配置された信号入出力端子14Cは、貫通ビア88とビア用パッド322と、あるいはまた多層配線層82の一部とを介して、入出力回路部49へ電気的に接続される。
入出力回路部49を配置した領域を入出力回路領域311と呼ぶ。下側構造体12に備わる半導体基板81の上側の表面には、入出力回路領域311に隣接して信号処理回路領域312が形成されている。信号処理回路領域312は、図2を参照して説明した画像信号処理部26が形成される領域である。
図2を参照して説明した行駆動部22や列信号処理部25の全部もしくは一部を含む画素周辺回路部を配置した領域を、画素周辺回路領域313と呼ぶ。上側構造体11に備わる半導体基板101の下側の表面及び下側構造体12に備わる半導体基板81の上側の表面のうち、画素アレイ部24の外側となる領域には、画素周辺回路領域313が配置されている。
信号入出力端子14Cは、下側構造体12に配置された、入出力回路領域311の下側の領域に配置されて良いし、あるいは、信号処理回路領域312の下側となる領域に配置されても良い。あるいは、信号入出力端子14Cは、下側構造体12に配置された、行駆動部22もしくは列信号処理部25などの画素周辺回路部の下側に配置されても良い。
本開示においては、上側構造体11の多層配線層102に含まれる配線と、下側構造体12の多層配線層82に含まれる配線とを接続する配線接続構造を上下配線接続構造と呼ぶことがあり、この構造を配置した領域を上下配線接続領域314と呼ぶことがある。
上下配線接続構造は、上側構造体11の上側の表面から半導体基板101を貫通し多層配線層102に至る第1貫通電極(シリコン貫通電極)109と、上側構造体11の上側の表面から半導体基板101と多層配線層102を貫通し下側構造体12の多層配線層82に至る第2貫通電極(チップ貫通電極)105と、これら2つの貫通電極(Through Silicon Via, TSV)を接続するための貫通電極接続配線106とによって形成されている。本開示においては、このような上下配線接続構造をツインコンタクト構造と呼ぶ場合がある。
画素周辺回路領域313の外側に、上下配線接続領域314が配置されている。
本実施形態では、画素周辺回路領域313が、上側構造体11と下側構造体12の両方に形成されているが、いずれか一方のみに形成することもできる。
また、本実施形態では、上下配線接続領域314が、画素アレイ部24の外側であって、かつ、画素周辺回路領域313の外側に配置されているが、画素アレイ部24の外側であって、かつ、画素周辺回路領域313の内側に配置されてもよい。
さらに、本実施形態では、上側構造体11の多層配線層102と下側構造体12の多層配線層82とを電気的に接続する構造として、シリコン貫通電極109とチップ貫通電極105の2本の貫通電極を用いて接続するツインコンタクト構造を採用した。
上側構造体11の多層配線層102と下側構造体12の多層配線層82とを電気的に接続する構造としては、例えば、上側構造体11の配線層103と、下側構造体12の配線層83のそれぞれが、1本の貫通電極に共通に接続するシェアコンタクト構造としてもよい。
<10.積層構造体の製造方法>
次に、図14乃至図28を参照して、固体撮像装置1の製造方法について説明する。
初めに、ウエハ状態の下側構造体12と上側構造体11とが別々に製造される。
下側構造体12としては、半導体基板81の各チップ部となる領域に、入出力回路部49や、行駆動部22または列信号処理部25の一部となる多層配線層82が形成される。この時点での半導体基板81は、薄肉化される前の状態であり、例えば、600μm程度の厚みを有する。
一方、上側構造体11としては、半導体基板101の各チップ部となる領域に各画素31のフォトダイオード51や画素トランジスタのソース/ドレイン領域が形成される。また、半導体基板101の一方の面に、行駆動信号線32、垂直信号線33などを構成する多層配線層102が形成される。この時点での半導体基板101も、薄肉化される前の状態であり、例えば、600μm程度の厚みを有する。
そして、図14に示されるように、製造されたウエハ状態の、下側構造体12の多層配線層82側と上側構造体11の多層配線層102側とが向き合うように貼り合わされた後、図15に示されるように、上側構造体11の半導体基板101が、薄肉化される。貼り合わせは、例えばプラズマ接合と、接着剤による接合があるが、本実施形態では、プラズマ接合により行われるものとする。プラズマ接合の場合は、上側構造体11と下側構造体12の接合面に、それぞれプラズマTEOS膜、プラズマSiN膜、SiON膜(ブロック膜)、あるいはSiC膜などの膜を形成して接合面をプラズマ処理して重ね合わせ、その後アニール処理することにより、両者が接合される。
上側構造体11の半導体基板101が薄肉化された後、図16に示されるように、上下配線接続領域314となる領域に、ダマシン法などを用いて、シリコン貫通電極109及びチップ貫通電極105、それらを接続する接続用配線106が、形成される。
次に、図17に示されるように、各画素31のフォトダイオード51の上方に、平坦化膜108を介して、カラーフィルタ15及びオンチップレンズ16が形成される。
そして、図18に示されるように、上側構造体11と下側構造体12とが貼り合わされた積層構造体13のオンチップレンズ16が形成されている面全体に、平坦化膜110を介してシール樹脂17が塗布され、図19に示されるように、キャビティレス構造で、保護基板18が貼り合わされる。
このとき、図11のBで説明したように、保護基板18単体の状態で、レンズ樹脂部19を形成してから、積層構造体13と貼り合わせる方法を採用した場合には、この保護基板18上にレンズ樹脂部19が形成されている。
一方、図11のAで説明したように、積層構造体13の上側に保護基板18を配置した後で、保護基板18上にレンズ樹脂部19を形成する方法を採用した場合には、図19に示した状態以後の所定の工程において、レンズ樹脂部19が保護基板18上に形成される。
次に、図20に示されるように、積層構造体13全体が反転された後、下側構造体12の半導体基板81が、デバイス特性に影響がない程度の厚み、例えば、30乃至100μm程度に薄肉化される。
次に、図21に示されるように、薄肉化された半導体基板81上の、貫通ビア88(不図示)を配置する位置が開口されるように、フォトレジスト221がパターニングされた後、ドライエッチングにより、半導体基板81と、その下の層間絶縁膜84の一部が除去され、開口部222が形成される。
次に、図22に示されるように、開口部222を含む半導体基板81上面全体に、絶縁膜(アイソレーション膜)86が、例えば、プラズマCVD法で成膜される。絶縁膜86は、例えば、SiO2膜やSiN膜などとすることができる。
次に、図23に示されるように、開口部222の底面の絶縁膜86が、エッチバック法を用いて除去され、半導体基板81に最も近い配線層83cが露出される。
次に、図24に示されるように、スパッタ法を用いて、バリアメタル膜(不図示)と、Cuシード層231が形成される。バリアメタル膜は、図25に示す接続導体87(Cu)の拡散を防止するための膜であり、Cuシード層231は、電解めっき法により接続導体87を埋め込む際の電極となる。バリアメタル膜の材料には、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)及び、その窒化膜、炭化膜等を用いることができる。本実施形態においては、バリアメタル膜としてチタンが用いられる。
次に、図25に示されるように、Cuシード層231上の所要の領域にレジストパターン241を形成した後、電解めっき法により、接続導体87としての銅(Cu)がめっきされる。これにより、貫通ビア88が形成されるとともに、半導体基板81上側に再配線90も形成される。
次に、図26に示されるように、レジストパターン241が除去された後、ウェットエッチングにより、レジストパターン241下のバリアメタル膜(不図示)とCuシード層231が除去される。
次に、図27に示されるように、ソルダマスク91を形成して、再配線90を保護した後、外部端子14を搭載する領域のみソルダマスク91を除去することで、ソルダマスク開口部242が形成される。
そして、図28に示されるように、ソルダマスク開口部242に、はんだボールマウント法などにより、外部端子14が形成される。
以上のように、積層構造体13の製造方法によれば、まず、光電変換を行うフォトダイオード51や画素トランジスタ回路などが形成された上側構造体11(第1の半導体基板)と、画素31から出力された画素信号を固体撮像装置1の外部へ出力するための入出力回路部49が画素アレイ部24の下方となるように形成された下側構造体12(第2の半導体基板)とが、配線層どうしが向き合うようにして貼り合わされる。そして、下側構造体12を貫通する貫通ビア88が形成され、入出力回路部49と貫通ビア88を介して固体撮像装置1の外部と電気的に接続する外部端子14が形成される。これにより、図1に示した固体撮像装置1を製造することができる。
<11.カメラモジュールの詳細構成>
本技術を適用した金型は、インプリントによって、ウエハ基板の平面方向に複数のレンズを同時に形成するウエハレベルレンズプロセスの金型の形成にも利用することができる。
以下では、初めに、ウエハ基板の平面方向に複数のレンズを同時に形成するウエハレベルレンズプロセスを用いて形成するカメラモジュールの構成を説明し、次に、そのカメラモジュールの形成工程の、どの工程で、本技術の金型を利用できるか、について説明する。
図29は、カメラモジュール700の断面図である。
カメラモジュール700は、複数のレンズ付き基板701a乃至701eが積層された積層レンズ構造体(レンズモジュール)702を含む。積層レンズ構造体702は、1個の光学ユニット703を構成する。1点鎖線704は、光学ユニット703の光軸を表す。
積層レンズ構造体702の下側には、図1の固体撮像装置1が配置されている。固体撮像装置1は、例えばエポキシ系の樹脂を用いて形成された構造材740を介して積層レンズ構造体702に固定されている。
カメラモジュール700において、上方からカメラモジュール700内へと入射された光は、積層レンズ構造体702を透過し、固体撮像装置1のオンチップレンズ16やカラーフィルタ15、上側構造体11に形成されたフォトダイオード(不図示)等の光電変換素子へ入射される。
積層レンズ構造体702は、積層された5枚のレンズ付き基板701a乃至701eを備える。5枚のレンズ付き基板701a乃至701eを特に区別しない場合には、単に、レンズ付き基板701と記述して説明する。
なお、図29の例では、積層レンズ構造体702は、5枚のレンズ付き基板701a乃至701eが積層された構成を備えるが、レンズ付き基板701の積層枚数は2枚以上であれば特に限定されない。
積層レンズ構造体702を構成するそれぞれのレンズ付き基板701は、担体基板721にレンズ樹脂部722が追加された構成である。担体基板721は貫通孔723を有し、貫通孔723の内側に、レンズ樹脂部722が形成されている。レンズ樹脂部722は、担体基板721まで延在してレンズ部を担持する部位も合わせて、レンズ部を構成する材料によって一体となった部分を表す。
なお、レンズ付き基板701a乃至701eそれぞれの担体基板721、レンズ樹脂部722、または、貫通孔723を区別する場合には、図29に示されるように、レンズ付き基板701a乃至41eに対応して、担体基板721a乃至81e、レンズ樹脂部722a乃至82e、または、貫通孔723a乃至83eのように記述して説明する。
積層レンズ構造体702を構成する各レンズ付き基板701の貫通孔723の断面形状は、下側(受光素子705を配置する側)に向かって開口幅が小さくなる、いわゆる下すぼみの形状となっている
積層レンズ構造体702の上には、絞り板731が配置されている。絞り板731は、例えば、光吸収性もしくは遮光性を有する材料で形成された層を備える。絞り板731には、開口部732が設けられている。
積層レンズ構造体702、固体撮像装置1、絞り板731などは、レンズバレル751に収納されている。
以上のように、図1の固体撮像装置1は、複数のレンズ付き基板701が積層された積層レンズ構造体702と組み合わせてカメラモジュール700を構成することができる。
また、カメラモジュール700は、図30に示されるように、図12に示した固体撮像装置1と積層レンズ構造体702とを組み合わせた構成も可能である。
さらに、カメラモジュール700は、図31に示されるように、積層レンズ構造体702が複数個の光学ユニット703を備え、固体撮像装置1も複数個の光学ユニット703に対応して複数の受光領域を備えた、複眼カメラモジュールの構成とすることもできる。
なお、図31のカメラモジュール700の固体撮像装置1では、オンチップレンズ16と保護基板18との間に埋められていたシール樹脂17と、保護基板18上面に形成されていたレンズ樹脂部19が、省略された構成が採用されている。
図31の例では、積層レンズ構造体702に形成された複数の光学ユニット703は、同一の構成とされているが、異なる構成とされる場合もある。すなわち、複数の光学ユニット703では、レンズ樹脂部722の形状や枚数が異なることにより、光学パラメータが異なる構成としてもよい。例えば、複数の光学ユニット703を、近景を撮影するための焦点距離が短い光学ユニット703と、遠景を撮影するために焦点距離が長い光学ユニット703とすることができる。
図32は、図29乃至図31を参照して説明した積層レンズ構造体702を、基板状態で製造する製造方法を説明する図である。
最初に、図32のAに示されるように、積層レンズ構造体702において最下層に位置する基板状態のレンズ付き基板701W−eが用意される。なお、レンズ付き基板701W−eは、レンズ付き基板701eが個片化される前の基板状態(ウエハ状態)であることを表す。後述する基板状態のレンズ付き基板701W−a乃至701W−dについても同様に、レンズ付き基板701a乃至701eが個片化される前の基板状態(ウエハ状態)であることを表す。
次に、図32のBに示されるように、積層レンズ構造体702において下から2層目に位置する基板状態のレンズ付き基板701W−dが、基板状態のレンズ付き基板701W−eの上に接合される。
次に、図32のCに示されるように、積層レンズ構造体702において下から3層目に位置する基板状態のレンズ付き基板701W−cが、基板状態のレンズ付き基板701W−dの上に接合される。
次に、図32のDに示されるように、積層レンズ構造体702において下から4層目に位置する基板状態のレンズ付き基板701W−bが、基板状態のレンズ付き基板701W−cの上に接合させる。
次に、図32のEに示されるように、積層レンズ構造体702において下から5層目に位置する基板状態のレンズ付き基板701W−aが、基板状態のレンズ付き基板701W−bの上に接合される。
最後に、図32のFに示されるように、積層レンズ構造体702においてレンズ付き基板701aの上層に位置する絞り板731Wが、基板状態のレンズ付き基板701W−aの上に接合される。絞り板731Wは、絞り板731が個片化される前の基板状態(ウエハ状態)であることを表す。
以上のように、基板状態の5枚のレンズ付き基板701W-a乃至701W-eを、積層レンズ構造体702における下層のレンズ付き基板701Wから、上層のレンズ付き基板701Wへと、1枚ずつ順番に積層していくことで、基板状態の積層レンズ構造体702Wが得られる。
なお、積層の順番を反対にして、上層のレンズ付き基板701Wから、下層のレンズ付き基板701Wへと、1枚ずつ順番に積層していくことで、基板状態の積層レンズ構造体702Wを形成することも可能である。
<12.レンズ付き基板どうしの直接接合>
図33は、2枚の基板状態のレンズ付き基板701Wを接合する例として、基板状態のレンズ付き基板701W−aと、基板状態のレンズ付き基板701W−bとの接合について説明する図である。
なお、図33では、レンズ付き基板701W−aの各部と対応するレンズ付き基板701W−bの部分には、レンズ付き基板701W−aと同じ符号を付して説明する。
レンズ付き基板701W−aとレンズ付き基板701W−bの上側表面には、上側表面層801が形成されている。レンズ付き基板701W−aとレンズ付き基板701W−bの下側表面には、下側表面層802が形成されている。そして、図33のAに示されるように、レンズ付き基板701W−aと701W−aの接合される面となる、レンズ付き基板701W−aの裏側平坦部812を含む下側表面全体、及び、レンズ付き基板701W−bの表側平坦部811を含む上側表面全体に、プラズマ活性処理が施される。プラズマ活性処理に使用されるガスは、O2、N2、He、Ar、H2などプラズマ処理可能なガスであれば何でもよい。ただし、プラズマ活性処理に使用されるガスとして、上側表面層802及び下側表面層803の構成元素と同じガスを使用すると、上側表面層802及び下側表面層803の膜自体の変質を抑制することができるので、好ましい。
そして、図33のBに示されるように、活性化された表面状態のレンズ付き基板701W−aの裏側平坦部812と、レンズ付き基板701W−bの表側平坦部811とを貼り合わせる。
このレンズ付き基板どうしの貼り合わせ処理により、レンズ付き基板701W−aの下側表面層802の表面のOH基の水素とレンズ付き基板701W−bの上側表面層801の表面のOH基の水素との間に水素結合が生じる。これにより、レンズ付き基板701W−aとレンズ付き基板701W−bとが固定される。このレンズ付き基板どうしの貼り合わせ処理は、大気圧の条件下で行い得る。
上記貼り合わせ処理を行ったレンズ付き基板701W−aとレンズ付き基板701W−bに、アニール処理が施される。これによりOH基どうしが水素結合した状態から脱水縮合が起きて、レンズ付き基板701W−aの下側表面層802と、レンズ付き基板701W−bの上側表面層801との間に、酸素を介した共有結合が形成される。あるいは、レンズ付き基板701W−aの下側表面層802に含まれる元素と、レンズ付き基板701W−bの上側表面層801に含まれる元素とが共有結合する。これらの結合により、2枚のレンズ付き基板が強固に固定される。このように、上側に配置したレンズ付き基板701Wの下側表面層802と、下側に配置したレンズ付き基板701Wの上側表面層801との間に共有結合が形成され、これによって2枚のレンズ付き基板701Wが固定されることを、本明細書では直接接合と呼ぶ。本技術の直接接合は、複数枚のレンズ付き基板701Wを固定する際に樹脂を用いないため、これによる硬化収縮や熱膨張を起こすことなく、複数枚のレンズ付き基板701Wを固定することができる、という作用または効果をもたらす。
上記アニール処理も、大気圧の条件下で行い得る。このアニール処理は、脱水縮合を行うため、100℃以上または150℃以上もしくは200℃以上で行い得る。一方、このアニール処理は、レンズ樹脂部722を形成するためのエネルギー性硬化樹脂を熱から保護する観点やエネルギー性硬化樹脂からの脱ガスを抑える観点から、400℃以下または350℃以下もしくは300℃以下で行い得る。
上記レンズ付き基板701Wどうしの貼り合わせ処理あるいは上記レンズ付き基板701Wどうしの直接接合処理を、仮に大気圧以外の条件下で行った場合には、接合されたレンズ付き基板701W−aとレンズ付き基板701W−bを大気圧の環境に戻すと、接合されたレンズ樹脂部722とレンズ樹脂部722との間の空間と、レンズ樹脂部722の外部との圧力差が生じてしまう。この圧力差により、レンズ樹脂部722に圧力が加わり、レンズ樹脂部722が変形してしまう懸念がある。
上記レンズ付き基板701Wどうしの貼り合わせ処理あるいは上記レンズ付き基板701Wどうしの直接接合処理の双方を、大気圧の条件下で行うことは、接合を大気圧以外の条件下で行った場合に懸念されるレンズ樹脂部722の変形を回避することができる、という作用または効果をもたらす。
プラズマ活性処理を施した基板を直接接合する、言い換えればプラズマ接合することで、例えば、接着剤として樹脂を用いた場合のような流動性、熱膨張を抑制することができるので、レンズ付き基板701W−aとレンズ付き基板701W−bを接合する際の位置精度を向上させることができる。
レンズ付き基板701W−aの裏側平坦部812と、レンズ付き基板701W−bの表側平坦部811には、上述したように、上側表面層801または下側表面層802が成膜されている。この上側表面層801及び下側表面層802は、先に行ったプラズマ活性処理により、ダングリングボンドが形成されやすくなっている。即ち、レンズ付き基板701W−aの裏側平坦部812に成膜した下側表面層802と、レンズ付き基板701W−bの表側平坦部811に成膜した上側表面層801は、接合強度を増加させる役割も有している。
また、上側表面層801または下側表面層802が酸化膜で構成されている場合には、プラズマ(O2)による膜質変化の影響を受けないため、レンズ樹脂部722に対しては、プラズマによる腐食を抑制する効果も有する。
以上のように、複数のレンズ付き基板701aが形成された基板状態のレンズ付き基板701W−aと、複数のレンズ付き基板701bが形成された基板状態のレンズ付き基板701W−が、プラズマによる表面活性化処理を施したうえで直接接合される、言い換えれば、プラズマ接合を用いて接合される。
その他の2枚の基板状態のレンズ付き基板701Wを接合する場合も同様である。
<13.レンズ付き基板の製造方法>
次に、図34を参照して、基板状態のレンズ付き基板701Wの製造方法について説明する。
初めに、図34のAに示されるように、貫通孔723が複数形成された担体基板721Wが用意される。貫通孔723の側壁には、光の反射を防止するための遮光膜911が成膜されている。図34では、紙面の制約上、2個の貫通孔723のみが示されているが、実際には、担体基板721Wの平面方向に、多数の貫通孔723が形成されている。また、担体基板721Wの外周に近い領域には、位置合わせのためのアライメントマーク(不図示)が形成されている。
担体基板721W上側の表側平坦部811と、下側の裏側平坦部812は、上述したプラズマ接合が可能な程度に平坦に形成された平坦面となっている。担体基板721Wの厚みは、最終的にレンズ付き基板701として個片化され、他のレンズ付き基板701と重ねられた際に、レンズ間距離を決定するスペーサとしての役割も担っている。
担体基板721Wには、熱膨張係数が10ppm/℃以下の低熱膨張係数の基材を用いるのが好ましい。
次に、図34のBに示されるように、凹形状の金型922が一定の間隔で複数配置された金型基板921の上に、担体基板721Wが配置される。より詳しくは、凹形状の金型922が担体基板721Wの貫通孔723の内側に位置するように、担体基板721Wの裏側平坦部812と金型基板921の平坦面923とが重ね合わされる。金型基板921の金型922は、担体基板721Wの貫通孔723と1対1に対応するように形成されており、対応する金型922と貫通孔723の中心が光軸方向で一致するように、担体基板721Wと金型基板921の平面方向の位置が調整される。金型基板921は、硬質の型部材で形成されており、例えば、金属やシリコン、石英、ガラスで構成される。
次に、図34のCに示されるように、重ね合わされた金型基板921と担体基板721Wの貫通孔723の内側に、エネルギー硬化性樹脂931が充填(滴下)される。レンズ樹脂部722は、このエネルギー硬化性樹脂931を用いて形成される。そのため、エネルギー硬化性樹脂931は、気泡を含まないようにあらかじめ脱泡処理されていることが好ましい。脱泡処理としては、真空脱泡処理、または、遠心力による脱泡処理であることが好ましい。また、真空脱泡処理は充填後に行うことが好ましい。脱泡処理を行うことにより、気泡を抱き込むことなく、レンズ樹脂部722の成形が可能となる。
次に、図34のDに示されるように、重ね合わされた金型基板921と担体基板721Wの上に、金型基板941が配置される。金型基板941には、凹形状の金型942が一定の間隔で複数配置されており、金型基板921を配置したときと同様に、貫通孔723の中心と金型942の中心が光軸方向で一致するように、精度良く位置決めされた上で、金型基板941が配置される。金型基板941は、硬質の型部材で形成されており、例えば、金属やシリコン、石英、ガラスで構成される。
紙面上の縦方向となる高さ方向については、金型基板941と金型基板921との間隔を制御する制御装置により、金型基板941と金型基板921との間隔が予め定めた距離となるように、金型基板941の位置が固定される。このとき、金型基板941の金型942と金型基板921の金型922とで挟まれる空間は、光学設計によって計算されたレンズ樹脂部722の厚みと等しくなる。
あるいはまた、図34のEに示されるように、金型基板921を配置したときと同様に、金型基板941の平坦面943と、担体基板721Wの表側平坦部811とを、重ね合わせても良い。この場合、金型基板941と金型基板921との距離は、担体基板721Wの厚みと同値となり、平面方向及び高さ方向の高精度な位置合わせが可能となる。
金型基板941と金型基板921との間隔が予め設定した距離となるように制御したとき、上述した図34のCの工程において、担体基板721Wの貫通孔723の内側に滴下されたエネルギー硬化性樹脂931の充填量は、担体基板721Wの貫通孔723と、その上下の金型基板941及び金型基板921とで囲まれる空間から溢れないようにコントロールされた量となっている。これにより、エネルギー硬化性樹脂931の材料を無駄にすることなく、製造コストを削減することができる。
続いて、図34のEに示される状態において、エネルギー硬化性樹脂931の硬化処理が行われる。エネルギー硬化性樹脂931は、例えば、熱またはUV光をエネルギーとして与え、所定の時間放置することで、硬化する。硬化中には、金型基板941を下方向に押し込んだり、アライメントをすることにより、エネルギー硬化性樹脂931の収縮による変形を最小限に抑制することができる。
エネルギー硬化性樹脂931の代わりに、熱可塑性樹脂を用いても良い。その場合には、図34のEに示される状態において、金型基板941と金型基板921を昇温することでエネルギー硬化性樹脂931がレンズ形状に成形され、冷却することで硬化する。
次に、図34のFに示されるように、金型基板941と金型基板921の位置を制御する制御装置が、金型基板941を上方向、金型基板921を下方向へ移動させて、金型基板941と金型基板921を担体基板721Wから離型する。金型基板941と金型基板921が担体基板721Wから離型されると、担体基板721Wの貫通孔723の内側に、レンズ樹脂部722が形成されている。
なお、担体基板721Wと接触する金型基板941と金型基板921の表面をフッ素系またはシリコン系等の離型剤でコーティングしてもよい。そのようにすることにより、金型基板941と金型基板921から担体基板721Wを容易に離型することができる。また、担体基板721Wとの接触面から容易に離型する方法として、フッ素含有DLC(Diamond Like Carbon)等の各種コーティングを行ってもよい。
次に、図34のGに示されるように、担体基板721Wとレンズ樹脂部722の表面に上側表面層801が形成され、担体基板721Wとレンズ樹脂部722の裏面に、下側表面層802が形成される。上側表面層801及び下側表面層802の成膜前後において、必要に応じてCMP(Chemical Mechanical Polishing)等を行うことで、担体基板721Wの表側平坦部811と裏側平坦部812を平坦化してもよい。
以上のように、担体基板721Wに形成された貫通孔723に、エネルギー硬化性樹脂931を金型基板941と金型基板921を用いてインプリント(加圧成型)することで、レンズ樹脂部722を形成し、基板状態のレンズ付き基板701Wを製造することができる。
金型922及び金型942の形状は、上述した凹形状に限定されるものではなく、レンズ樹脂部722の形状に応じて適宜決定される。図29乃至図31に示したように、レンズ付き基板701a乃至701eのレンズ形状は、光学系設計により導出された様々な形状をとることができ、例えば、両凸形状、両凹形状、平凸形状、平凹形状、凸メニスカス形状、凹メニスカス形状、更には高次非球面形状などでもよい。
また、金型922及び金型942の形状は、形成後のレンズ形状がモスアイ構造となる形状とすることもできる。
上述した製造方法によれば、エネルギー硬化性樹脂931の硬化収縮によるレンズ樹脂部722どうしの平面方向の距離の変動を、担体基板721Wの介在によって断ち切ることができるので、レンズ距離間精度を高精度に制御することができる。また、強度の弱いエネルギー硬化性樹脂931を、強度の強い担体基板721Wによって補強する効果がある。これにより、ハンドリング性の良いレンズを複数配置したレンズアレイ基板を提供することができるとともに、レンズアレイ基板の反りを抑制できる効果を有する。
以上の基板状態のレンズ付き基板701Wの製造方法で用いた金型922及び金型942の形成に、図3を参照して説明したレンズ形成方法を採用することができる。
すなわち、図3のレンズ形成方法を用いてレンズ樹脂部19を形成する要領で、図34の金型922及び942を形成することができ、図3のレンズ形成方法における保護基板18は、図34の金型基板921または941に対応する。突き当て部511を備える金型503で転写する形状が、金型922または942の形状となる。
<14.電子機器への適用例>
上述した固体撮像装置1及びカメラモジュール700は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像装置を用いる複写機など、画像取込部(光電変換部)に固体撮像装置を用いる電子機器に組み込んだ形で使用することが可能である。
図35は、本技術を適用した電子機器としての、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図35の撮像装置2000は、カメラモジュール2002、およびカメラ信号処理回路であるDSP(Digital Signal Processor)回路2003を備える。また、撮像装置2000は、フレームメモリ2004、表示部2005、記録部2006、操作部2007、および電源部2008も備える。DSP回路2003、フレームメモリ2004、表示部2005、記録部2006、操作部2007および電源部2008は、バスライン2009を介して相互に接続されている。
カメラモジュール2002内のイメージセンサ2001は、被写体からの入射光(像光)を取り込んで撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。このカメラモジュール2002として、上述したカメラモジュール700が採用されており、イメージセンサ2001は、上述した受光素子705に対応する。撮像装置2000の撮像部として固体撮像装置1の構成を採用した場合には、カメラモジュール2002が、固体撮像装置1に置き換えられる。
表示部2005は、例えば、液晶パネルや有機EL(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、イメージセンサ2001で撮像された動画または静止画を表示する。記録部2006は、イメージセンサ2001で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録する。
操作部2007は、ユーザによる操作の下に、撮像装置2000が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部2008は、DSP回路2003、フレームメモリ2004、表示部2005、記録部2006および操作部2007の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
上述したように、カメラモジュール2002として、高精度に位置決めされて接合(積層)された積層レンズ構造体702を搭載したカメラモジュール700を用いることで、高画質化及び小型化を実現することができる。従って、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置2000においても、半導体パッケージの小型化と、撮像画像の高画質化の両立を図ることができる。
<イメージセンサの使用例>
図36は、上述の固体撮像装置1またはカメラモジュール700を用いたイメージセンサの使用例を示す図である。
固体撮像装置1またはカメラモジュール700を用いたイメージセンサは、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
<15.体内情報取得システムへの応用例>
本開示に係る技術(本技術)は、上述したように様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、カプセル型内視鏡を用いた患者の体内情報取得システムに適用されてもよい。
図37は、本開示に係る技術(本技術)が適用され得る、カプセル型内視鏡を用いた患者の体内情報取得システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
体内情報取得システム10001は、カプセル型内視鏡10100と、外部制御装置10200とから構成される。
カプセル型内視鏡10100は、検査時に、患者によって飲み込まれる。カプセル型内視鏡10100は、撮像機能及び無線通信機能を有し、患者から自然排出されるまでの間、胃や腸等の臓器の内部を蠕動運動等によって移動しつつ、当該臓器の内部の画像(以下、体内画像ともいう)を所定の間隔で順次撮像し、その体内画像についての情報を体外の外部制御装置10200に順次無線送信する。
外部制御装置10200は、体内情報取得システム10001の動作を統括的に制御する。また、外部制御装置10200は、カプセル型内視鏡10100から送信されてくる体内画像についての情報を受信し、受信した体内画像についての情報に基づいて、表示装置(図示せず)に当該体内画像を表示するための画像データを生成する。
体内情報取得システム10001では、このようにして、カプセル型内視鏡10100が飲み込まれてから排出されるまでの間、患者の体内の様子を撮像した体内画像を随時得ることができる。
カプセル型内視鏡10100と外部制御装置10200の構成及び機能についてより詳細に説明する。
カプセル型内視鏡10100は、カプセル型の筐体10101を有し、その筐体10101内には、光源部10111、撮像部10112、画像処理部10113、無線通信部10114、給電部10115、電源部10116、及び制御部10117が収納されている。
光源部10111は、例えばLED(Light Emitting Diode)等の光源から構成され、撮像部10112の撮像視野に対して光を照射する。
撮像部10112は、撮像素子、及び当該撮像素子の前段に設けられる複数のレンズからなる光学系から構成される。観察対象である体組織に照射された光の反射光(以下、観察光という)は、当該光学系によって集光され、当該撮像素子に入射する。撮像部10112では、撮像素子において、そこに入射した観察光が光電変換され、その観察光に対応する画像信号が生成される。撮像部10112によって生成された画像信号は、画像処理部10113に提供される。
画像処理部10113は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサによって構成され、撮像部10112によって生成された画像信号に対して各種の信号処理を行う。画像処理部10113は、信号処理を施した画像信号を、RAWデータとして無線通信部10114に提供する。
無線通信部10114は、画像処理部10113によって信号処理が施された画像信号に対して変調処理等の所定の処理を行い、その画像信号を、アンテナ10114Aを介して外部制御装置10200に送信する。また、無線通信部10114は、外部制御装置10200から、カプセル型内視鏡10100の駆動制御に関する制御信号を、アンテナ10114Aを介して受信する。無線通信部10114は、外部制御装置10200から受信した制御信号を制御部10117に提供する。
給電部10115は、受電用のアンテナコイル、当該アンテナコイルに発生した電流から電力を再生する電力再生回路、及び昇圧回路等から構成される。給電部10115では、いわゆる非接触充電の原理を用いて電力が生成される。
電源部10116は、二次電池によって構成され、給電部10115によって生成された電力を蓄電する。図37では、図面が煩雑になることを避けるために、電源部10116からの電力の供給先を示す矢印等の図示を省略しているが、電源部10116に蓄電された電力は、光源部10111、撮像部10112、画像処理部10113、無線通信部10114、及び制御部10117に供給され、これらの駆動に用いられ得る。
制御部10117は、CPU等のプロセッサによって構成され、光源部10111、撮像部10112、画像処理部10113、無線通信部10114、及び、給電部10115の駆動を、外部制御装置10200から送信される制御信号に従って適宜制御する。
外部制御装置10200は、CPU,GPU等のプロセッサ、又はプロセッサとメモリ等の記憶素子が混載されたマイクロコンピュータ若しくは制御基板等で構成される。外部制御装置10200は、カプセル型内視鏡10100の制御部10117に対して制御信号を、アンテナ10200Aを介して送信することにより、カプセル型内視鏡10100の動作を制御する。カプセル型内視鏡10100では、例えば、外部制御装置10200からの制御信号により、光源部10111における観察対象に対する光の照射条件が変更され得る。また、外部制御装置10200からの制御信号により、撮像条件(例えば、撮像部10112におけるフレームレート、露出値等)が変更され得る。また、外部制御装置10200からの制御信号により、画像処理部10113における処理の内容や、無線通信部10114が画像信号を送信する条件(例えば、送信間隔、送信画像数等)が変更されてもよい。
また、外部制御装置10200は、カプセル型内視鏡10100から送信される画像信号に対して、各種の画像処理を施し、撮像された体内画像を表示装置に表示するための画像データを生成する。当該画像処理としては、例えば現像処理(デモザイク処理)、高画質化処理(帯域強調処理、超解像処理、NR(Noise reduction)処理及び/若しくは手ブレ補正処理等)、並びに/又は拡大処理(電子ズーム処理)等、各種の信号処理を行うことができる。外部制御装置10200は、表示装置の駆動を制御して、生成した画像データに基づいて撮像された体内画像を表示させる。あるいは、外部制御装置10200は、生成した画像データを記録装置(図示せず)に記録させたり、印刷装置(図示せず)に印刷出力させてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る体内情報取得システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部10112に適用され得る。具体的には、撮像部10112として、固体撮像装置1またはカメラモジュール700を適用することができる。撮像部10112に本開示に係る技術を適用することにより、カプセル型内視鏡10100をより小型化できるため、患者の負担を更に軽減することができる。また、カプセル型内視鏡10100を小型化しつつも、より鮮明な術部画像を得ることができるため、検査の精度が向上する。
<16.内視鏡手術システムへの応用例>
本開示に係る技術は、例えば、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図38は、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図38では、術者(医師)11131が、内視鏡手術システム11000を用いて、患者ベッド11133上の患者11132に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム11000は、内視鏡11100と、気腹チューブ11111やエネルギー処置具11112等の、その他の術具11110と、内視鏡11100を支持する支持アーム装置11120と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート11200と、から構成される。
内視鏡11100は、先端から所定の長さの領域が患者11132の体腔内に挿入される鏡筒11101と、鏡筒11101の基端に接続されるカメラヘッド11102と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒11101を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡11100を図示しているが、内視鏡11100は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒11101の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡11100には光源装置11203が接続されており、当該光源装置11203によって生成された光が、鏡筒11101の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者11132の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡11100は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド11102の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光(観察光)は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、RAWデータとしてカメラコントロールユニット(CCU: Camera Control Unit)11201に送信される。
CCU11201は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等によって構成され、内視鏡11100及び表示装置11202の動作を統括的に制御する。さらに、CCU11201は、カメラヘッド11102から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理(デモザイク処理)等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置11202は、CCU11201からの制御により、当該CCU11201によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置11203は、例えばLED(Light Emitting Diode)等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡11100に供給する。
入力装置11204は、内視鏡手術システム11000に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置11204を介して、内視鏡手術システム11000に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡11100による撮像条件(照射光の種類、倍率及び焦点距離等)を変更する旨の指示等を入力する。
処置具制御装置11205は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具11112の駆動を制御する。気腹装置11206は、内視鏡11100による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者11132の体腔を膨らめるために、気腹チューブ11111を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ11207は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ11208は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
なお、内視鏡11100に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置11203は、例えばLED、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。RGBレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色(各波長)の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置11203において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、RGBレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御することにより、RGBそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置11203は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置11203は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光(すなわち、白色光)に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察(Narrow Band Imaging)が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること(自家蛍光観察)、又はインドシアニングリーン(ICG)等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置11203は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び/又は励起光を供給可能に構成され得る。
図39は、図38に示すカメラヘッド11102及びCCU11201の機能構成の一例を示すブロック図である。
カメラヘッド11102は、レンズユニット11401と、撮像部11402と、駆動部11403と、通信部11404と、カメラヘッド制御部11405と、を有する。CCU11201は、通信部11411と、画像処理部11412と、制御部11413と、を有する。カメラヘッド11102とCCU11201とは、伝送ケーブル11400によって互いに通信可能に接続されている。
レンズユニット11401は、鏡筒11101との接続部に設けられる光学系である。鏡筒11101の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド11102まで導光され、当該レンズユニット11401に入射する。レンズユニット11401は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
撮像部11402は、撮像素子で構成される。撮像部11402を構成する撮像素子は、1つ(いわゆる単板式)であってもよいし、複数(いわゆる多板式)であってもよい。撮像部11402が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってRGBそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部11402は、3D(Dimensional)表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための1対の撮像素子を有するように構成されてもよい。3D表示が行われることにより、術者11131は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部11402が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット11401も複数系統設けられ得る。
また、撮像部11402は、必ずしもカメラヘッド11102に設けられなくてもよい。例えば、撮像部11402は、鏡筒11101の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部11403は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部11405からの制御により、レンズユニット11401のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部11402による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部11404は、CCU11201との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11404は、撮像部11402から得た画像信号をRAWデータとして伝送ケーブル11400を介してCCU11201に送信する。
また、通信部11404は、CCU11201から、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部11405に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに/又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてCCU11201の制御部11413によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるAE(Auto Exposure)機能、AF(Auto Focus)機能及びAWB(Auto White Balance)機能が内視鏡11100に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部11405は、通信部11404を介して受信したCCU11201からの制御信号に基づいて、カメラヘッド11102の駆動を制御する。
通信部11411は、カメラヘッド11102との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11411は、カメラヘッド11102から、伝送ケーブル11400を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部11411は、カメラヘッド11102に対して、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
画像処理部11412は、カメラヘッド11102から送信されたRAWデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
制御部11413は、内視鏡11100による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部11413は、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を生成する。
また、制御部11413は、画像処理部11412によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置11202に表示させる。この際、制御部11413は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部11413は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具11112の使用時のミスト等を認識することができる。制御部11413は、表示装置11202に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者11131に提示されることにより、術者11131の負担を軽減することや、術者11131が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド11102及びCCU11201を接続する伝送ケーブル11400は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル11400を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド11102とCCU11201との間の通信は無線で行われてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、カメラヘッド11102の撮像部11402に適用され得る。具体的には、撮像部11402として、固体撮像装置1またはカメラモジュール700を適用することができる。撮像部11402に本開示に係る技術を適用することにより、カメラヘッド11102を小型化しつつも、より鮮明な術部画像を得ることができる。
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
<17.移動体への応用例>
さらに、本開示に係る技術は、例えば、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図40は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図40に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。
駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図40の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図41は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
図41では、車両12100は、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。
撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。撮像部12101及び12105で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図41には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部12031に適用され得る。具体的には、撮像部12031として、固体撮像装置1またはカメラモジュール700を適用することができる。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、小型化しつつも、より見やすい撮影画像を得ることができたり、距離情報を取得することができる。また、得られた撮影画像や距離情報を用いて、ドライバの疲労を軽減したり、ドライバや車両の安全度を高めることが可能になる。
また、本技術は、固体撮像装置に限らず、他の半導体集積回路を有する半導体装置全般に対して適用可能である。
本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
例えば、上述した複数の実施の形態の全てまたは一部を組み合わせた形態を採用することができる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
基板の上の樹脂材料を所定の形状に成形する際に前記基板に突き当てる突き当て部を備え、
前記突き当て部を前記基板に突き当てた状態において、前記樹脂材料を外部に流出入させる空間が形成された構成とされる
金型。
(2)
前記突き当て部として、3個以上の柱状体を備える
前記(1)に記載の金型。
(3)
前記突き当て部は、平面視において外周部よりも内側に配置される
前記(1)または(2)に記載の金型。
(4)
前記柱状体は、円柱形状または多角形状である
前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の金型。
(5)
前記柱状体は、円錐形状または多角錐形状である
前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の金型。
(6)
前記基板と接する前記突き当て部の先端部の形状は、略球形状である
前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の金型。
(7)
前記基板と接する前記突き当て部の先端部の形状は、角錐形状または円錐形状である
前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の金型。
(8)
前記突き当て部は、前記基板と面で接触するように構成される
前記(1)乃至(4)のいずれかに記載の金型。
(9)
前記突き当て部は、前記基板と点で接触するように構成される
前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の金型。
(10)
一部の領域に遮光膜が形成されている
前記(1)乃至(9)のいずれかに記載の金型。
(11)
基板の上の樹脂材料に、金型を押し付けて、前記金型の形状を前記樹脂材料に転写して、レンズ樹脂部を形成するステップを備え、
前記金型は、前記基板の上の樹脂材料を所定の形状に成形する際に前記基板に突き当てる突き当て部を備え、
前記突き当て部を前記基板に突き当てた状態において、前記樹脂材料を外部に流出入させる空間が形成された構成である
半導体装置の製造方法。
(12)
前記レンズ樹脂部が形成された前記基板を、入射した光を電気信号へ変換する画素が形成された半導体基板に貼り合わせる
前記(11)に記載の半導体装置の製造方法。
(13)
入射した光を電気信号へ変換する画素が形成された半導体基板に貼り合わせられた前記基板の上に樹脂材料を滴下し、前記金型を押し付けて、前記金型の形状を前記樹脂材料に転写して、レンズ樹脂部を形成する
前記(11)に記載の半導体装置の製造方法。
1 固体撮像装置, 11 第1構造体(上側構造体), 12 第2構造体(下側構造体), 13 積層構造体, 14 外部端子, 18 保護基板, 19 レンズ樹脂部, 31 画素, 502 レンズ材料, 503 金型, 511 突き当て部, 512 遮光膜, 540 金型, 541 突き当て部, 700 カメラモジュール, 701 レンズ付き基板, 702 積層レンズ構造体, 703 光学ユニット, 705 受光素子, 722 レンズ樹脂部, 723 貫通孔, 921 金型基板, 922 金型, 941 金型基板, 942 金型, 2000 撮像装置, 2001 イメージセンサ, 2002 カメラモジュール

Claims (13)

  1. 基板の上の樹脂材料を所定の形状に成形する際に前記基板に突き当てる突き当て部を備え、
    前記突き当て部を前記基板に突き当てた状態において、前記樹脂材料を外部に流出入させる空間が形成された構成とされる
    金型。
  2. 前記突き当て部として、3個以上の柱状体を備える
    請求項1に記載の金型。
  3. 前記突き当て部は、平面視において外周部よりも内側に配置される
    請求項1に記載の金型。
  4. 前記柱状体は、円柱形状または多角形状である
    請求項1に記載の金型。
  5. 前記柱状体は、円錐形状または多角錐形状である
    請求項1に記載の金型。
  6. 前記基板と接する前記突き当て部の先端部の形状は、略球形状である
    請求項1に記載の金型。
  7. 前記基板と接する前記突き当て部の先端部の形状は、角錐形状または円錐形状である
    請求項1に記載の金型。
  8. 前記突き当て部は、前記基板と面で接触するように構成される
    請求項1に記載の金型。
  9. 前記突き当て部は、前記基板と点で接触するように構成される
    請求項1に記載の金型。
  10. 一部の領域に遮光膜が形成されている
    請求項1に記載の金型。
  11. 基板の上の樹脂材料に、金型を押し付けて、前記金型の形状を前記樹脂材料に転写して、レンズ樹脂部を形成するステップを備え、
    前記金型は、前記基板の上の樹脂材料を所定の形状に成形する際に前記基板に突き当てる突き当て部を備え、
    前記突き当て部を前記基板に突き当てた状態において、前記樹脂材料を外部に流出入させる空間が形成された構成である
    半導体装置の製造方法。
  12. 前記レンズ樹脂部が形成された前記基板を、入射した光を電気信号へ変換する画素が形成された半導体基板に貼り合わせる
    請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 入射した光を電気信号へ変換する画素が形成された半導体基板に貼り合わせられた前記基板の上に樹脂材料を滴下し、前記金型を押し付けて、前記金型の形状を前記樹脂材料に転写して、レンズ樹脂部を形成する
    請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
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