JP5009209B2 - ウエハ状光学装置およびその製造方法、電子素子ウエハモジュール、センサウエハモジュール、電子素子モジュール、センサモジュール、電子情報機器 - Google Patents

ウエハ状光学装置およびその製造方法、電子素子ウエハモジュール、センサウエハモジュール、電子素子モジュール、センサモジュール、電子情報機器 Download PDF

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Description

本発明は、入射光を集光する複数のレンズまたは、出射光を直進させたり反射させたり入射光を所定方向に曲げて導いたりする複数の光学機能素子からなるウエハ状光学装置およびその製造方法、各レンズにそれぞれ対応して、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子または、各光学機能素子にそれぞれ対応して、出射光を発生させるための発光素子および入射光を受光するための受光素子とが複数モジュール化（一体化）された電子素子ウエハモジュール、この電子素子ウエハモジュールから一括切断されて製造される電子素子モジュール、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子と、入射光を撮像素子上に結像するためのレンズとが複数モジュール化（一体化）されたセンサウエハモジュール、これを切断したセンサモジュールを、車載用カメラなどの画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、車載用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）または、この電子素子モジュールを情報記録再生部に用いたピックアップ装置などの電子情報機器に関する。
この種の従来の電子素子モジュールとしてのセンサモジュールは、主に、カメラモジュールとして、カメラ付き携帯電話装置や携帯端末装置（ＰＤＡ）、さらにはカードカメラなどに用いられ、セラミックスやガラス入りエポキシ樹脂などのマウント基板上に、被写体からの画像光をそれぞれ光電変換して被写体を撮像する複数の受光部を有する電子素子としての撮像素子を有する固体撮像チップと、入射光を撮像素子上に結像するための集光レンズを固定したホルダー部材とが設けられている。この場合に、固体撮像チップはマウント基板上に配設されてワイヤボンディングされている。
一方、この集光レンズなどのレンズモジュールは、携帯電話用カメラモジュールやレーザピックアップ装置などの各種の電子情報機器に広く用いられている。従来、レンズモジュールは、樹脂射出形成手法により、少数のレンズを高温高圧下で製造する手法が用いられている。
米国特許の特許文献１には、複数のレンズモジュールを一括で形成する手法が開示されている。図１８および図１９はそれぞれその一例である。図１８に示すように、レンズモジュール１００は、シリコン基板１０１に複数の穴１０２を開け、その穴１０２に球状のガラスボール１０３を入れ、このガラスボール１０３を半田１０４で脱落しないように固定し、ガラスボール１０３を上側から所定量だけ研磨して平らにすることにより下側が球面の集光レンズを形成するものである。
図１９に示すように、レンズモジュール２００は、ガラス基板２０１の片面にフォト／エッチング方法を用いてレンズ形状２０２を形成する。この反対側の面２０３に、このレンズ形状２０２と光軸が合う位置にフォトレジストでエッチング処理してフォトレジスト形状をガラス基板２０１側に転写させてレンズ形状（図示せず）を形成することにより、レンズ基板を作成している。
これらはいずれも、複数の集光レンズを所定のウエハ形状に一括形成する手法として示されている。
ＵＳ６０４９４３０号公報
図１８に示される上記従来の構成では、球面のガラスボール１０３を使用しているが、球面のガラスボール１０３では目的とする位置に焦点が合わず、目的とする位置に焦点を合わすためには、非球面形状のガラスボールを用いる必要がある。ところが、非球面形状のガラスボールを、所望のレンズ特性が確保できるようにコントロールして穴１０２に搭載する技術は現在存在しないため、非球面形状のレンズを本手法を用いて製造することはできない。また、所望のレンズ特性を得ることができるほど均一にガラスボール１０３を研磨することも困難である。さらに、シリコン基板１０１にウェットエッチングにより複数の穴１０２を間口が広がるように形成されるが、その穴１０２の大きさがばらつき、この穴１０２の大きさのばらつきによりガラスボール１０３の上下位置が変わる。このため、最終的なレンズ厚さが変化する。厚さ１ｍｍの集光レンズを製造するために、ガラスボール１０３の大きさが７００μｍ、基板厚さを５００μｍとすると、エッチングばらつきを２パーセントとしても、レンズ厚さに換算すると、１０μｍものばらつきが発生し、レンズ性能に要求される数μｍのばらつき範囲内に収めなければならないという条件を満足しない。
図１９に示される上記従来の構成では、ガラス基板２０１をレンズの一部として用いる。このレンズは、レジスト（樹脂）材料（レンズ形状２０２）とガラス材料（ガラス基板２０１）とのハイブリッド構造となり、屈折率が途中で変化するため、設計制約が大きくなる。また、ガラス基材（ガラス基板２０１）は、基板間の基板厚さのばらつきが＋／−５パーセント程度発生するため、厚みが１００μｍのガラス基板２０１を用いたとしても、トータルで１０μｍのレンズ厚ばらつきが発生することになり、所望のレンズ特性を満足することができない。
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、レンズなどの光学部品部分に単一の材料を用いて高い光学精度を得ることができるウエハ状光学装置およびその製造方法、このウエハ状光学装置を用いた電子素子ウエハモジュール、このウエハ状光学装置を用いた電子素子が固体撮像素子であるセンサウエハモジュール、この電子素子ウエハモジュールから一括切断した個々の電子素子モジュール、このセンサウエハモジュールから一括切断した個々のセンサモジュール、このセンサモジュールなどの電子素子モジュールを画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。
本発明のウエハ状光学装置は、一または複数の貫通孔が設けられた基材基板と、該基材基板の貫通孔に設けられた樹脂製の光学素子部と、該光学素子部の周辺の該基材基板位置に設けられたこば部とを有し、前記こば部には、前記基材基板の上面および下面の少なくともいずれかに前記光学素子部と同一の樹脂材料が膜状に配設されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
また、好ましくは、本発明のウエハ状光学装置における基材基板はガラス基板である。
さらに、好ましくは、本発明のウエハ状光学装置における基材基板の表面には遮光膜が設けられている。
さらに、好ましくは、本発明のウエハ状光学装置における遮光膜は、遮光用のクロムメッキと、その下地層としての低反射用のクロムメッキとの２層構造である。
さらに、好ましくは、本発明のウエハ状光学装置における光学素子部は、レンズ、ミラー光学素子、導波路手段、プリズムおよびホログラム素子のいずれかである。
さらに、好ましくは、本発明のウエハ状光学装置におけるこば部は、前記基材基板、および前記光学素子部と同一の樹脂材料のうちの少なくとも該基材基板で構成されている。
さらに、好ましくは、本発明のウエハ状光学装置における貫通孔は、円形、楕円形、長方形および多角形のいずれかである。
さらに、好ましくは、本発明のウエハ状光学装置における光学素子部の樹脂材料は、熱硬化性樹脂材料または光硬化性樹脂材料である。
本発明のウエハ状光学装置の製造方法は、基材基板を骨組として該基材基板の穴の位置に樹脂製の光学素子部を成形するウエハ状光学装置の製造方法であって、該基材基板に一または複数の穴を形成する穴形成工程と、該穴に対応するように形成された光学素子用下金型および上金型により光学素子用樹脂および該基材基板を挟み込んで少なくとも該光学素子部を成形するプレス工程と、熱または光を用いて該樹脂を硬化させる樹脂硬化工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
また、好ましくは、本発明のウエハ状光学装置の製造方法における穴形成工程は、前記基材基板上に、遮光膜を前記穴の位置に対応させてパターン形成し、該遮光膜をマスクとしてエッチング処理により該穴を形成する。
さらに、好ましくは、本発明のウエハ状光学装置の製造方法におけるプレス工程では、前記下金型上に前記基材基板を浮かせて支持した状態で少なくとも前記光学素子部を成形する。
さらに、好ましくは、本発明のウエハ状光学装置の製造方法におけるプレス工程は、前記下金型と前記上金型の間隔を制御して前記光学素子の厚さおよび該光学素子の周辺のこば部の厚さを設定する。
さらに、好ましくは、本発明のウエハ状光学装置の製造方法における樹脂硬化工程は、前記下金型と前記上金型を透明金型としてその上面および下面の少なくともいずれかから光照射して樹脂硬化させる。
さらに、好ましくは、本発明のウエハ状光学装置の製造方法における樹脂硬化工程は、前記基材基板をガラス基板として、該ガラス基板の端面側から光照射して樹脂硬化させる。
さらに、好ましくは、本発明のウエハ状光学装置の製造方法における樹脂硬化工程は、前記下金型および前記上金型を回転させつつ光照射して樹脂硬化させる。
本発明の電子素子ウエハモジュールは、貫通電極を有する複数の電子素子が配設された電子素子ウエハと、該電子素子ウエハ上の所定領域に形成された樹脂接着層と、該電子素子ウエハ上を覆い、該樹脂接着層上に固定された透明カバー部材と、該複数の電子素子のそれぞれに対応するように該透明カバー部材上に接着固定された本発明の上記ウエハ状光学装置の一または、積層された複数とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
また、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける電子素子は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子である。
さらに、好ましくは、本発明の電子素子ウエハモジュールにおける電子素子は、出射光を発生させるための発光素子および入射光を受光するための受光素子を有している。
本発明の電子素子モジュールは、本発明の上記電子素子ウエハモジュールから一または複数個毎に切断されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
本発明のセンサウエハモジュールは、貫通電極を有する複数のセンサチップ部が配設されたセンサウエハと、該センサウエハ上の所定領域に形成された樹脂接着層と、該センサウエハ上を覆い、該樹脂接着層上に固定された透明カバー部材と、該透明カバー部材上に、該複数の撮像素子にそれぞれ対応するように搭載されて接着固定された本発明の上記ウエハ状光学装置としての一または、積層された複数のレンズモジュールとを有し、該複数のセンサチップ部はそれぞれ、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子が設けられているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
本発明のセンサモジュールは、本発明の上記センサウエハモジュールから一または複数個毎に切断されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
本発明の電子情報機器は、本発明の上記電子素子ウエハモジュールから切断された電子素子モジュールをセンサモジュールとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
本発明の電子情報機器は、本発明の上記電子素子ウエハモジュールから切断された電子素子モジュールを情報記録再生部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
本発明においては、一または複数の穴が設けられた基材基板と、基材基板の穴に設けられた樹脂製の光学素子部と、光学素子部の周辺の該基材基板位置に設けられたこば部とを有している。
これによって、ガラスなどの基材を用いることにより全体的な樹脂収縮の影響が、樹脂レンズなどの光学部品部分に及ぼされることがなく、樹脂レンズなどの光学部品部分には基材は入っておらず単一の光学樹脂材料を用いて高い光学精度が得られる。
以上により、本発明によれば、穴のあいたガラス基板を基材として用いることにより、製造時に発生する樹脂収縮を抑制し、精度の高いウエーハ状態のレンズモジュールを形成することができる。さらに、ガラス基板上に形成されるレンズ樹脂によって、ガラス基板の厚さばらつきを吸収することにより、レンズこば部分の厚さを正確に制御することができて、レンズを積層するときのレンズ間ばらつきを高精度にコントロールすることができる。さらに、レンズ部分は、樹脂のみで形成することにより、屈折率を一様に保ち、設計を容易とすると共に、レンズ厚さを精度良くコントロールすることができて、光学精度の高いレンズを得ることができる。
以下に、本発明のウエハ状光学装置としてのレンズモジュールおよびその製造方法の実施形態１および、このウエハ状光学装置としてのレンズモジュールを用いた電子素子ウエハモジュールの実施形態２としてセンサウエハモジュールに適用する場合、さらには、センサウエハモジュールを一括切断して得られるセンサモジュールを画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態３について図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るレンズモジュールの要部構成例を模式的に示す一部縦断面図である。
図１において、本実施形態１のウエハ状光学装置としてのレンズモジュール１０は、複数の穴１１が形成された基材（骨組）としてのガラス基板１と、複数の穴１１のそれぞれに対応して形成された樹脂レンズ２およびこれと同じ樹脂材質で樹脂レンズ２の周辺のガラス基板１の上下面に形成された周辺樹脂部３とを有している。
ガラス基板１は、図２に示すように、表面側に遮光用にクロムメッキ１２が施された薄い円盤状で、複数の穴１１が均等な間隔でマトリクス状に形成されている。このガラス基板１は、樹脂レンズ２の全体的な収縮を抑制する効果を有している。図１３に示すように、このクロムメッキ１２の下地層１２ａ（低反射クロムメッキ）側は反射防止膜になっており、余計な反射光が内部に戻らないようにしてフレアを防止している。これらのクロムメッキ１２および下地層１２ａ（低反射クロムメッキ）は、複数の穴１１をエッチング加工するときのマスクとしても用いることができる。
樹脂レンズ２は、ガラス基板１の複数の穴１１にそれぞれ単一の樹脂材料のみで形成されており、樹脂レンズ２中での屈折率は一様で設計がし易い。この樹脂レンズ２のレンズ膜厚は、金型間の樹脂厚さによって決定し、機械樹脂成形が可能であるため、レンズ厚さのばらつきを１μｍ程度に抑えることが可能であり、高精度の樹脂レンズ２を得ることができる。また、樹脂レンズ２のレンズ形状は、金型形状を転写することにより、正確な焦点距離を持つ所望の非球面形状を形成することができる。また、ガラス基板１が基材となって全体的な樹脂収縮の悪影響を個々の樹脂レンズ２に及ぼすことがないため、寸法精度がよく光学精度の高い非球面形状の樹脂レンズ２を形成することができる。
周辺樹脂部３は、ガラス基板１の上下面側にそれぞれ形成され、ガラス基板１の厚さばらつきを吸収し、周辺樹脂部３およびガラス基板１のトータル膜厚は、金型間の機械精度で形成可能であるため、その厚さばらつきを１μｍ程度に抑えることができ、レンズ周辺の重ね合わせ部としての高精度のレンズコバ部４を得ることができる。
上記構成の本実施形態１のレンズモジュール１０の製造方法について説明する。
まず、図３に示すようにレンズモジュール１０の下金型２１を準備する。下金型２１は、金属を加工しても、ガラスを加工しても、あるいはガラス上に複数の型を形成してもよい。
次に、図４に示すようにレンズモジュール１０の下金型２１上にレンズ樹脂材料２２ａを塗布する。このレンズ樹脂材料２２ａの塗布は、スピンコートやディスペンスなどの通常手法で実施することが可能である。
続いて、図５に示すように下金型２１上のレンズ樹脂材料２２ａ上にガラス基板１をアライメントをとって載置する。
その後、図６に示すようにガラス基板１の中心部上に、レンズ樹脂材料２２ａと同じ材質のレンズ樹脂材料２２ｂを塗布する。このレンズ樹脂材料２２ｂの塗布方法は、一般的な手法を用いることが可能であるが、図６では、ガラス基板１の中心部上にディスペンスする。
さらに、図７に示すように上金型２３を下金型２１と位置あわせ（アライメント）して、下金型２１および上金型２３でガラス基板１およびレンズ樹脂材料２２ａおよび２２ｂを上下からプレスすることにより、レンズ樹脂材料２２ｂを全面に均一に伸ばすことができる。このとき、上金型２３と下金型２１との間隔を、図８に示すように保持具５によりガラス基板１を両側から保持した状態で、ガラス基板１の厚さに関係なく精密に機械制御（型間隔制御）することにより、レンズモジュール１０の全体の厚さばらつきを１μｍ程度に抑えることが可能となる。これにより、レンズ樹脂およびガラス基板１を含むレンズ周辺のレンズこば部分４を均一な厚さに制御することができ、寸法精度の高い樹脂レンズ２を製造することが可能である。
この後、光または熱により樹脂レンズ２の樹脂材料を硬化させる。この場合、図９に示すように例えば平面視で下金型２１と上金型２３で挟まれたガラス基板１の厚み部分に対して互いに直交する４方向から、下金型２１および上金型２３を回転させつつ均一に、例えば紫外線ＵＶをガラス基板１の端面から照射することによりガラス基板１を光透過さて効率よく、ガラス基板１の穴１１に位置する各樹脂レンズ２を樹脂硬化させることができる。ガラス基板１の穴１１に対応した樹脂レンズ２の部分と、レンズこば部分４に対応したガラス基板１上下の周辺樹脂部３とにおいて、樹脂レンズ２の部分が硬化するときに、薄い周辺樹脂部３はガラス基板１上下の固着によって位置が変化せず、樹脂レンズ２の部分だけで硬化する。このため、レンズモジュール１０の全体的な樹脂収縮の悪影響をガラス基板１が食い止めて個々の樹脂レンズ２に及ぼすことがなくなり、樹脂レンズ２は単一の樹脂材料を用いて高い寸法精度を得ることができる。ガラス基板１の穴１１に対応した樹脂レンズ２の部分だけが樹脂硬化時にちじむことになる。なお、下金型２１と上金型２３を透明な下金型と上金型として、その上下平面に対してそれぞれ例えば紫外線ＵＶを照射することによりレンズ樹脂材料をいっせいに効率よく均一に樹脂硬化させるようにしてもよい。
続いて、下金型２１および上金型２３を外すことにより、図１０に示すように複数の穴１１のそれぞれに対応して樹脂レンズ２をそれぞれ形成すると共に、同じ樹脂材質で樹脂レンズ２周辺のガラス基板１上にも周辺樹脂部３を形成することができる。
この他、上金型２３と下金型２１との間隔を更に広く設定し、金型の形状を変化させることにより、図１１に示すように、レンズ樹脂およびガラス基板１を含むレンズ周辺のレンズこば部分４Ａが厚いレンズモジュール１０Ａを形成することもできる。このように、レンズ周辺のレンズこば部分４Ａの形状を、レンズモジュール１０Ａの全体膜厚は均一に保ちながら、自由に変更することが可能である。
以上により、本実施形態１によれば、複数の穴１１を持つガラス基板１を基材（骨組み）として用いることにより、製造時に発生する全体的な樹脂収縮を抑制し、寸法精度の高い複数の樹脂レンズを持つウエーハ状態のレンズモジュール１０または１０Ａを形成することができる。さらに、ガラス基板１上に形成されるレンズ樹脂によって、ガラス基板１の膜厚ばらつきを吸収することにより、こば部分４または４Ａの厚さを正確に制御することができて、樹脂レンズ２を積層するときのレンズ間ばらつきを高精度にコントロールすることができる。さらに、樹脂レンズ２のレンズ部分は、単一のレンズ樹脂のみで形成することにより、屈折率を一様に保ち、設計を容易とすると共に、膜厚を精度良くコントロールすることができ、精度の高い集光レンズを製造することができる。さらに、樹脂レンズ２のレンズこば部分４または４Ａには硬いガラス基板１が骨組みとして入っているので、ウエーハ状態のレンズモジュール１０または１０Ａ自体が形状を保持して扱いやすい。
なお、本実施形態１では、図８に示すように保持具５によりガラス基板１を両側から保持し、ガラス基板１を下金型２１から浮かした状態で、その上下位置に樹脂レンズ２の樹脂材料を位置させるように構成したが、これに限らず、下金型２１上にガラス基板１を直に搭載し、そのガラス基板１の中心部上にレンズ樹脂材料２２ｂをディスペンスする。それを上金型と下金型でアライメントを取ってプレスして樹脂硬化させた後に離型して、図１２に示すレンズモジュール１０Ｂを取り出す。レンズモジュール１０Ｂのレンズ周辺のレンズこば部分４Ｂでは、ガラス基板１の下面側にレンズ樹脂が回っておらず、ガラス基板１の上面側にのみレンズ樹脂が存在して、周辺樹脂部３Ｂを構成している。また、図１３のレンズモジュール１０Ｃに示すようにガラス基板１の穴１１に樹脂レンズ２が設けられるが、ガラス基板１の上下面側にレンズ樹脂が全く回っておらず、周辺樹脂部３がない状態である。この場合、金型による厚さ制御（間隔制御）を行う必要がなく、下金型２１上のガラス基板１に上金型２３を単に押え付けるだけでよく、金型装置の機能上、容易であり、レンズモジュール１０Ｃは量産性がある。なお、ガラス基板１の厚さは均一ではない（基板間で基板厚さの５パーセント程度ばらつく、例えば厚さ２００μｍの基板で厚さ１０μｍばらつく）ので、金型による厚さ制御（間隔制御）の方が寸法精度が高く（１μｍ程度の誤差）、周辺樹脂部３が存在する方が、ガラス基板１の厚さの不均一性が吸収されてよい。
また、本実施形態１では、ウエハ状光学装置としてのレンズモジュール１０、１０Ａ，１０Ｂおよび１０Ｃについて説明したが、これに限らず、ウエハ状光学装置として、複数の反射板であってもよく、複数の導波路であってもよく、入射光または出射光を所定方向に曲げたりするための複数のホログラム素子であってもよい。例えば複数の反射板の場合、図１４に示すようにウエハ状光学装置としてのプリズムモジュール３０は、上記実施形態１の樹脂レンズ２をプリズム３１に置き換えて金型を製作すればよい。この場合も、上記実施形態１の場合と同様に、ガラス基板１の複数の穴１１のそれぞれに対応して形成されたプリズム３１およびこれと同じ樹脂材質でプリズム３１の周辺のガラス基板１上に形成された周辺樹脂部３３とを有している。各プリズム３１の反射方向にＲＧＢ（赤、緑、青）の３原色の各フィルタを設けてカラーモニタを構成することもできる。また、このプリズム３１の代わりに、図１５に示すようにホログラム素子４１を設けることもできる。
ここで、本発明の電子素子ウエハモジュールを切断して一括製造された電子素子モジュールの実施形態２として、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子と、入射光を撮像素子上に結像するための一または複数のレンズモジュール（上記実施形態１のレンズモジュール１０、１０Ａ，１０Ｂおよび１０Ｃのいずれかを含んでいてもよい）とが複数モジュール化（一体化）されたセンサウエハモジュールを切断して一括製造されたセンサモジュールに適用した場合について、図１６を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態２）
図１６は、本発明の実施形態２に係るセンサモジュールの要部構成例を示す縦断面図である。
図１６において、本実施形態２のセンサモジュール５０は、ウエハチップ表面に、複数の画素に対応した各光電変換部（フォトダイオード）である複数の受光部からなる撮像素子５１ａが電子素子として設けられ、貫通孔５１ｂが表面と裏面間に設けられて導通した貫通ウエハ５１と、この貫通ウエハ５１の撮像素子５１ａの周囲上に形成された樹脂接着層５２と、この樹脂接着層５２上を覆うカバーガラスとしてのガラス板５３と、このガラス板５３上に設けられ、撮像素子５１ａに入射光を集光させるための光学素子としての複数のレンズ板５４１〜５４３が積層されたレンズ板５４と、これらのレンズ板５４１〜５４３を接着して固定するためのレンズ接着層５５および５６と、各レンズ板５４１〜５４３のうちの最上位置のレンズ板５４１の中央部を円形の光取入口として開口すると共に、それ以外の表面部分および、各レンズ板５４１〜５４３およびガラス板５３の側面部分を遮光する遮光部材５７とを有しており、貫通ウエハ５１上に、ガラス板５３およびレンズ板５４がこの順に互いにアライメントをとって樹脂接着層５２およびレンズ接着層５５および５６などにより上下に貼り合わされている。この本実施形態２のセンサモジュール５０は、貫通ウエハ５１と、樹脂接着層５２と、ガラス板５３と、複数のレンズ板５４１〜５４３（上記実施形態１のレンズモジュール１０、１０Ａ，１０Ｂおよび１０Ｃのいずれから一括切断したものでもよい）と、レンズ接着層５５および５６とが貼り合わされたウエハレベルのセンサウエハモジュールを切断した後にこれに遮光部材５７を上側から装着することにより個々に一括して製造されている。
センサウエハモジュールは、切断前の複数の貫通ウエハ５１が設けられたセンサウエハの各表面側には、複数の撮像素子５１ａ（撮像素子毎に複数の画素を構成する複数の受光部が設けられている）がマトリクス状に配列されており、貫通ウエハ５１の厚さが１００〜２００μｍであり、その裏面から表面のパッド下に貫通する複数の貫通穴５１ｂが明けられている。この貫通穴５１ｂの側壁と裏面側は絶縁膜で覆われており、そのパッドにコンタクトを持つ配線層が貫通穴５１ｂを介して裏面まで形成されている。この配線層上および裏面にはソルダーレジストが形成され、配線層上に半田ボールが形成される部分はソルダーレジストが窓明けされて半田ボールが外部に露出して形成されている。各層の形成方法は通常の半導体プロセスに使われるフォトリソ、エッチング、メッキおよびＣＶＤ法などの各種の技術によって形成が可能である。なお、ウエハ切断後は、貫通ウエハ５１として、中央部に素子領域を有するセンサ基板（電子素子チップ部としてのセンサチップ部）を構成する。
樹脂接着層５２は、貫通ウエハ５１上の所定場所に通常のフォトリソ技術により形成され、その上にガラス板５３が接着されるが、このフォトリソ技術の他にスクリーン印刷手法またはディスペンス手法を用いて形成することができる。この樹脂接着層５２は、ガラス板５３が固定される側の表面の一部に浅い溝（エアーパス）が形成されている。この溝は、樹脂接着層５２を形成するときに、同時にフォトリソ技術により形成が可能である。樹脂厚は３０μｍ〜３００μｍ、溝の深さは３μｍ〜２０μｍ程度である。この溝は、半導体表面上方が、ガラス板５３で覆われる場合に、貫通ウエハ５１上の電子素子としての撮像素子５１ａが設けられたセンサ領域の内部空間が密閉されてそこに結露が生じないようにするためであるが、後で個々のモジュールにダイシングするときに、切削水、スラリーなどもセンサ領域の内部空間内に侵入してセンサ表面上に付着し難いように途中にたまり空間領域を持つ構造となっている。空間領域を半密閉状にするための溝（エアーパス）を斜めの直線状、Ｓ字状または迷路状（ここでは斜めの直線状にしている）にしたりこれらを組み合わせたりしてある程度の距離を持たせるようにする。
さらに、樹脂接着層５２は、ここでは、複数の撮像素子５１ａそれぞれ上の空間領域から外部に連通させるための溝が形成されているだけではなく、さらに、この空間領域と溝で連通した別の空間領域を介してさらに外部と連通させるための溝が形成されている。また、樹脂接着層５２は、各撮像素子５１ａ毎に配設され、撮像素子５１ａの領域以外の領域上および、隣接する撮像素子５１ａ間のダイシング領域以外の領域上に配設されている。ない、樹脂接着層５２の溝に限らず、他のエアーパスが設けられていてもよく、材料的に内部と連通可能な素材構成（材料粒子が粗くまたは材質的に水分を外部と内部がエアーパス可能な材料）とされていてもよい。
レンズ板５４は、透明樹脂レンズ板であり、上記実施形態１のレンズモジュール１０、１０Ａ，１０Ｂおよび１０Ｃのいずれから一括切断したものを含んでいてもよく、上記実施形態１の場合と同様の構成である。このレンズ板５４において、レンズ機能を有するレンズ領域と、スペーサ機能を有するスペーサ部としての周囲のレンズこば部とで構成され、全体は同じ種類の樹脂材料で形成されている。このレンズ板５４の形成方法は、成形上型２３と成形下型２１間に、ガラス基板１を基材としてレンズ樹脂材料２２ａおよび２２ｂを入れて、所定の厚さになるように成形型間の距離を精密にコントロールし、紫外線（ＵＶ）硬化または熱硬化などの手法によりレンズ樹脂を硬化させ、さらに熱処理を行うことにより、内部応力を緩和してレンズ形状を安定化させて形成する方法を用いる。これにより、所定のレンズ形状、所定のレンズ厚さの樹脂製のレンズ板５４１〜５４３を形成することが可能である。
前述したが、成形上型２３と成形下型２１は、ガラス型でも、金属型でもよい。本実施形態２では、形成されたレンズ板５４１〜５４３が３枚、レンズこば部分で貼り合わされた構造となっている。これらの貼り合わせには、接着部材５５および５６を用いるが、接着部材５５および５６は、遮光機能を有していてもよい。
光学素子としての複数枚のレンズ板５４は、収差補正レンズ５４３、拡散レンズ５４２および集光レンズ５４１であり（１枚の場合は集光レンズ）、レンズ板５４は、中央部分にレンズ領域が設けられ、そのレンズ領域の外周側に所定厚さを持つスペーサ部である周囲部分としてのレンズこば部分が設けられているが、それらのレンズ板５４の各外周側にそれぞれ設けられた所定厚さを持つ各スペーサ部が下からこの順に積層されて配置されている。このスペーサ部は位置決め機能を有しており、その位置決め機能は、テーパの付いた凹部と凸部またはアライメントメークで構成されている。３枚のレンズ板４を接着する接着層５５および／または５６は、遮光機能を兼ねていてもよく、接着層５５および５６は、スペースを決定する固体が含有されていてもよい。
次に、この電子素子モジュールを用いた完成品を実施形態３として、本実施形態２のセンサモジュールを撮像部に用いるかまたは、他の電子素子モジュールを例えば情報記録再生部に用いた電子情報機器を図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態３）
図１７は、本発明の実施形態３として、本発明の実施形態２のセンサモジュール５０を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
図１７において、本実施形態３の電子情報機器９０は、上記実施形態２のセンサモジュール５０からの撮像信号を各種信号処理してカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示手段９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信手段９４とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示手段９３と、通信手段９４と、プリンタなどの画像出力手段９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
したがって、本実施形態２によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力装置９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
なお、上記実施形態２の電子情報機器９０に限らず、本発明の電子素子モジュールを情報記録再生部に用いたピックアップ装置などの電子情報機器であってもよい。この場合のピックアップ装置の光学素子としては、出射光を直進させて出射させると共に、入射光を曲げて所定方向に入射させる光学機能素子（例えばホログラム光学素子）である。また、ピックアップ装置の電子素子としては、出射光を発生させるための発光素子（例えば半導体レーザ素子またはレーザチップ）および入射光を受光するための受光素子（例えばフォトＩＣ）を有している。
なお、本実施形態１では、特に詳細には説明してないが、一または複数の穴が設けられた基材基板（ガラス基板１）と、基材基板の穴１１に設けられた樹脂製の光学素子部（樹脂レンズ２）と、光学素子部の周辺の基材基板位置に設けられたレンズこば部４とを有している。これによって、ガラス基板１などの基材を用いることにより全体的な樹脂収縮の影響を、樹脂レンズ２などの光学部品部分に及ぼすことがなく、樹脂レンズ２などの光学部品部分には基材が骨組みとして入っておらず単一の光学樹脂材料を用いて高い光学精度が得られる。
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜３を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜３に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜３の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
本発明は、入射光を集光する複数のレンズまたは、出射光を直進させたり反射させたり入射光を所定方向に曲げて導いたりする複数の光学機能素子からなるウエハ状光学装置およびその製造方法、各レンズにそれぞれ対応して、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子または、各光学機能素子にそれぞれ対応して、出射光を発生させるための発光素子および入射光を受光するための受光素子とが複数モジュール化（一体化）された電子素子ウエハモジュール、この電子素子ウエハモジュールから一括切断されて製造される電子素子モジュール、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子と、入射光を撮像素子上に結像するためのレンズとが複数モジュール化（一体化）されたセンサウエハモジュール、これを切断したセンサモジュールを、車載用カメラなどの画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、車載用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）または、この電子素子モジュールを情報記録再生部に用いたピックアップ装置などの電子情報機器の分野において、穴のあいたガラス基板を基材として用いることにより、製造時に発生する樹脂収縮を抑制し、精度の高いウエーハ状態のレンズモジュールを形成することができる。さらに、ガラス基板上に形成されるレンズ樹脂によって、ガラス基板の厚さばらつきを吸収することにより、レンズこば部分の厚さを正確に制御することができて、レンズを積層するときのレンズ間ばらつきを高精度にコントロールすることができる。さらに、レンズ部分は、樹脂のみで形成することにより、屈折率を一様に保ち、設計を容易とすると共に、レンズ厚さを精度良くコントロールすることができて、光学精度の高いレンズを得ることができる。
本発明の実施形態１に係るレンズモジュールの要部構成例を模式的に示す一部縦断面図である。 図１のガラス基板を模式的に示す斜視図である。 図１のレンズモジュールを成形するための下金型の要部構成例を模式的に示す一部断面図である。 図３の下金型上にレンズ樹脂を塗布した状態を式的に示す一部断面図である。 図４のレンズ樹脂上にガラス基板を搭載した状態を式的に示す一部断面図である。 図５のガラス基板の中央部上にレンズ樹脂をディスペンスした状態を式的に示す一部断面図である。 図６のレンズ樹脂およびガラス基板を下金型と上金型とでプレスした状態を式的に示す一部断面図である。 図７のプレス時にガラス基板の端面を支持して固定する状態を式的に示す一部断面図である。 図７の下金型と上金型間のレンズ樹脂を紫外線により樹脂硬化させる状態を式的に示す一部断面図である。 図１のレンズモジュールを下金型と上金型から取り出した状態を式的に示す一部断面図である。 図１のレンズモジュールに対してレンズこば部分を厚くした場合を模式的に示すレンズモジュールの一部断面図である。 図１のレンズモジュールの他の変形例を模式的に示すレンズモジュールの一部断面図である。 図１のレンズモジュールの更に他の変形例を模式的に示すレンズモジュールの一部断面図である。 本発明のプリズムモジュールの断面構造を模式的に示す図である。 ホログラム素子の断面構造を模式的に示す図である。 本発明の実施形態２に係るセンサモジュールの要部構成例を示す縦断面図である。 本発明の実施形態３として、本発明の実施形態２のセンサモジュール５０を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。 特許文献１に開示されている従来のレンズモジュールの一例を模式的に示す断面図である。 特許文献１に開示されている従来のレンズモジュールの他の一例を模式的に示す断面図である。
符号の説明
１ ガラス基板
１１ 穴
１２ クロムメッキ
１２ａ 下地層（低反射クロムメッキ）
２ 樹脂レンズ
２２ａ，２２ｂ レンズ樹脂材料
２１ 下金型
２３ 上金型
３ 周辺樹脂部
４、４Ａ，４Ｂ レンズこば部分
５ 保持具（ガラス基板支持部材）
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ レンズモジュール
３０ プリズムモジュール
３１ プリズム
４１ ホログラム素子
５０ センサモジュール
５１ 貫通ウエハ
５１ａ 撮像素子
５１ｂ 貫通孔
５２ 樹脂接着層
５３ ガラス板
５４、５４１〜５４３ レンズ板
５５、５６ レンズ接着層
５７ 遮光部材
９０ 電子情報機器
９１ 固体撮像装置
９２ メモリ部
９３ 表示手段
９４ 通信手段
９５ 画像出力手段。

Claims (23)

  1. 一または複数の貫通孔が設けられた基材基板と、該基材基板の貫通孔に設けられた樹脂製の光学素子部と、該光学素子部の周辺の該基材基板位置に設けられたこば部とを有したウエハ状光学装置であって、前記こば部には、前記基材基板の上面および下面の少なくともいずれかに前記光学素子部と同一の樹脂材料が膜状に配設されているウエハ状光学装置。
  2. 前記基材基板はガラス基板である請求項１に記載のウエハ状光学装置。
  3. 前記基材基板の表面には遮光膜が設けられている請求項１に記載のウエハ状光学装置。
  4. 前記遮光膜は、遮光用のクロムメッキと、その下地層としての低反射用のクロムメッキとの２層構造である請求項３に記載のウエハ状光学装置。
  5. 前記光学素子部は、レンズ、ミラー光学素子、導波路手段、プリズムおよびホログラム素子のいずれかである請求項１に記載のウエハ状光学装置。
  6. 前記こば部は、前記基材基板、および前記光学素子部と同一の樹脂材料のうちの少なくとも該基材基板で構成されている請求項１に記載のウエハ状光学装置。
  7. 前記貫通孔は、円形、楕円形、長方形および多角形のいずれかである請求項１に記載のウエハ状光学装置。
  8. 前記光学素子部の樹脂材料は、熱硬化性樹脂材料または光硬化性樹脂材料である請求項１に記載のウエハ状光学装置。
  9. 基材基板を骨組として該基材基板の穴の位置に樹脂製の光学素子部を成形するウエハ状光学装置の製造方法であって、
    該基材基板に一または複数の穴を形成する穴形成工程と、
    該穴に対応するように形成された光学素子用下金型および上金型により光学素子用樹脂および該基材基板を挟み込んで少なくとも該光学素子部を成形するプレス工程と、
    熱または光を用いて該樹脂を硬化させる樹脂硬化工程とを有するウエハ状光学装置の製造方法。
  10. 前記穴形成工程は、前記基材基板上に、遮光膜を前記穴の位置に対応させてパターン形成し、該遮光膜をマスクとしてエッチング処理により該穴を形成する請求項９に記載のウエハ状光学装置の製造方法。
  11. 前記プレス工程では、前記下金型上に前記基材基板を浮かせて支持した状態で少なくとも前記光学素子部を成形する請求項９に記載のウエハ状光学装置の製造方法。
  12. 前記プレス工程は、前記下金型と前記上金型の間隔を制御して前記光学素子の厚さおよび該光学素子の周辺のこば部の厚さを設定する請求項９または１１に記載のウエハ状光学装置の製造方法。
  13. 前記樹脂硬化工程は、前記下金型と前記上金型を透明金型としてその上面および下面の少なくともいずれかから光照射して樹脂硬化させる請求項９に記載のウエハ状光学装置の製造方法。
  14. 前記樹脂硬化工程は、前記基材基板をガラス基板として、該ガラス基板の端面側から光照射して樹脂硬化させる請求項９に記載のウエハ状光学装置の製造方法。
  15. 前記樹脂硬化工程は、前記下金型および前記上金型を回転させつつ光照射して樹脂硬化させる請求項９、１３および１４のいずれかに記載のウエハ状光学装置の製造方法。
  16. 貫通電極を有する複数の電子素子が配設された電子素子ウエハと、
    該電子素子ウエハ上の所定領域に形成された樹脂接着層と、
    該電子素子ウエハ上を覆い、該樹脂接着層上に固定された透明カバー部材と、
    該複数の電子素子のそれぞれに対応するように該透明カバー部材上に接着固定された請求項１〜８のいずれかに記載の一または、積層された複数のウエハ状光学装置とを有する電子素子ウエハモジュール。
  17. 前記電子素子は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子である請求項１６に記載の電子素子ウエハモジュール。
  18. 前記電子素子は、出射光を発生させるための発光素子および入射光を受光するための受光素子を有している請求項１６に記載の電子素子ウエハモジュール。
  19. 請求項１６〜１８のいずれかに記載の電子素子ウエハモジュールから一または複数個毎に切断された電子素子モジュール。
  20. 貫通電極を有する複数のセンサチップ部が配設されたセンサウエハと、
    該センサウエハ上の所定領域に形成された樹脂接着層と、
    該センサウエハ上を覆い、該樹脂接着層上に固定された透明カバー部材と、
    該透明カバー部材上に、該複数の撮像素子にそれぞれ対応するように搭載されて接着固定された請求項１〜８のいずれかに記載のウエハ状光学装置としての一または、積層された複数のレンズモジュールとを有し、
    該複数のセンサチップ部はそれぞれ、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する撮像素子が設けられているセンサウエハモジュール。
  21. 請求項２０に記載のセンサウエハモジュールから一または複数個毎に切断されたセンサモジュール。
  22. 請求項１７に記載の電子素子ウエハモジュールから切断された電子素子モジュールをセンサモジュールとして撮像部に用いた電子情報機器。
  23. 請求項１８に記載の電子素子ウエハモジュールから切断された電子素子モジュールを情報記録再生部に用いた電子情報機器。
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