JP5094802B2 - 光学素子ウエハの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、入射光を集光する複数の光学素子としての複数のレンズが設けられたレンズウエハや光学機能素子ウエハなどの光学素子ウエハおよびその製造方法に関する。本発明は、光学素子ウエハから一括切断されて個片化した光学素子および、光学素子ウエハを複数積層した光学素子ウエハモジュールから一括切断されて個片化した光学素子モジュールに関する。本発明は、光学素子または光学素子モジュールと、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の撮像素子が設けられた撮像素子ウエハとが一体化されたセンサウエハモジュールなどの電子素子ウエハモジュールおよび、この電子素子ウエハモジュールから一括切断されて個片化されたり、この光学素子または光学素子モジュールを電子素子とモジュール化した電子素子モジュールに関する。本発明は、この電子素子モジュールとしての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、画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置、テレビジョン電話装置などの電子情報機器に関する。
この種の従来の光学素子ウエハとして、複数の凸レンズがマトリクス状に配置されたレンズウエハが、撮像素子ウエハの各撮像素子に対してそれぞれ集光させるために位置決めされてカメラモジュールとして貼り付けられて一体化されている。
この光学素子ウエハとしての凸レンズウエハの製造方法について、特許文献１に開示されている。
図９は、特許文献１に開示されている従来の凸レンズウエハの製造方法を説明するための模式図である。
図９において、従来の基準格子製造装置１００では、平板状転写マスタ１０１の微細凹凸形状パターン１０２と、レプリカベース１０３の成形用平面１０４との間に光硬化性樹脂１０５を介在させ、微細凹凸形状パターン１０２を光硬化性樹脂１０５に押圧させた状態で、光硬化性樹脂１０５の下方から紫外線光源１０６により紫外線を照射して光硬化性樹脂１０５を硬化させる。これにより、光硬化性樹脂１０５の上面には、微細凹凸形状パターン１０２を転写した微細凹凸形状パターンが完成する。このように、従来の基準格子製造装置１００を用いた微細凹凸形状パターン１０２の形成方法では、基準格子の大きさに拘わりなく、微細凹凸形状パターン１０２を高精度でかつ効率よく加工することが可能となる。
上記従来の凸レンズウエハの製造方法のプロセスの一例について、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）および図１１（ａ）〜図１１（ｃ）を用いて詳細に説明する。
図１０（ａ）〜図１０（ｄ）はそれぞれ、従来の凸レンズウエハを製造するための金型作製プロセスを説明するための要部縦断面図であり、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）はそれぞれ、従来の凸レンズウエハの製造プロセスを説明するための要部縦断面図である。
まず、図１０（ａ）のレプリカ型成形工程に示すように、ガラス基板またはシリコン基板からなる基材２０１上の所定位置に樹脂材料２０２を吐出する。マスター金型２０３を用いて樹脂材料２０２を上から押圧する。これによって、マスター金型２０３の下面形状を樹脂材料２０２の上面に転写して樹脂レプリカ２０４を形成する。これを順次繰り返して、図９（ｂ）に示すように、基材２０１上に複数の樹脂レプリカ２０４のレプリカ型を等間隔に形成する。
図１０（ｃ）に示すように、複数の樹脂レプリカ２０４のレプリカ型を用いて、基材２０１上の複数の樹脂レプリカ２０４のレプリカ型をウエハサイズの上金型のスタンパ型２０５に転写する。
図１０（ｄ）に示すように、基材２０１上の複数の樹脂レプリカ２０４のレプリカ型からウエハサイズのスタンパ型２０５を離型して、上金型のスタンパ型２０５を得る。これと同様にして、基材２０１上に形成した複数の樹脂レプリカ２０４のレプリカ型を、図１１（ａ）に示す下金型のスタンパ型２０６に転写した後、これを離型して、下金型のスタンパ型２０６を得る。
図１１（ａ）に示すように、下金型のスタンパ型２０６上の中央位置にレンズ用の成形樹脂２０７を適量だけ吐出し、これを上金型のスタンパ型２０５で上から押圧して、スタンパ型２０５，２０６で上下から成形樹脂２０７を挟み込んで、図１１（ｂ）に示すようにレンズウエハ２０８をプレス成形する。このとき、上下金型で所望のレンズ厚みとなるように制御して成形樹脂２０７を押し広げる。
さらに、この成形樹脂２０７を硬化させた後に、上下のスタンパ型２０５，２０６を開いて離型し、図１１（ｃ）に示すように、所望のレンズウエハ２０８を上下金型内から取り出す。このようにして、所望の形状のレンズウエハ２０８を得ることができる。
特開２００６−６４４５５号公報
しかしながら、上記特許文献１に開示されている従来の構成では、図１２に示すように、樹脂レプリカ２０４の成形後のマスター金型２０３の離型時に、マスター金型２０３に樹脂レプリカ２０４がくっ付いて、樹脂レプリカ２０４と基材２０１との界面で剥離が発生する。また、アンカーコート材２０４ａを基材２０１の表面に塗布した場合、樹脂レプリカ２０４とアンカーコート材２０４ａとの密着力が上がるが、アンカーコート材２０４ａと基材２０１の界面で剥離が発生したり、または樹脂レプリカ２０４自体に亀裂２０４ｂが発生したりする。
また、マスター金型２０３により樹脂レプリカ２０４を個別に作製する場合、基材２０１の表面とマスター金型２０３の表面の濡れ性や、成形時の圧力および樹脂材料２０２の粘度などの影響により、形成された樹脂レプリカ２０４の側面形状が垂直にならない場合がある。例えば図１３（ａ）に示すように樹脂レプリカ２０４の側面の膨れ２０４ｃ、樹脂レプリカ２０４の側面の凹み２０４ｄおよび樹脂レプリカ２０４の側面の逆テーパ２０４ｅにより、後のスタンパ型２０５の離型時に問題が発生する。つまり、スタンパ型２０５を作製した後に、スタンパ型２０５を樹脂レプリカ２０４から離型する際に、樹脂レプリカ２０４の側面にスタンパ型２０５が食い込んで、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）に示すようにスタンパ型２０５と共に樹脂レプリカ２０４が持ち上がる離型不良や、無理に離型しようとすると、樹脂レプリカ２０４に亀裂が発生して、スタンパ型２０５内への樹脂残りが発生する。
さらに、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、樹脂レプリカ２０４のレプリカ作製時の樹脂厚みが厚いほど、隣り合う樹脂パターン間の樹脂部２０８ａの厚みが薄くなるため、特に、大型の樹脂板であるレンズウエハ２０８を作る場合には強度に問題が発生する。また、図１４（ａ）に示すように、スタンパ型２０５，２０６で上下から成形樹脂２０７を挟み込んで成形樹脂２０７を押し広げる際に、成形樹脂２０７内の空気や、スタンパ型２０５，２０６内の空気が狭い空間では抜け難く、樹脂板であるレンズウエハ２０８に気泡が残りやすくなる。その気泡がレンズウエハ２０８のレンズ機能部分に残ると、撮像素子への集光に支障が生じることになる。
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、精度よく樹脂レプリカを形成して精度よく上下のスタンパ型を形成すると共に、大型のレンズウエハを作る場合にも、強度的な問題や気泡残りの問題を解消することができるレンズウエハなどの光学素子ウエハおよびその製造方法、光学素子ウエハから一括切断されて個片化した光学素子および、光学素子ウエハを複数積層した光学素子ウエハモジュールから一括切断されて個片化した光学素子モジュール、光学素子または光学素子モジュールと電子素子ウエハとが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個片化されたり、この光学素子または光学素子モジュールを電子素子モジュールとモジュール化した電子素子モジュール、この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例えばカメラ付き携帯電話装置やテレビジョン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。
本発明の光学素子ウエハの製造方法は、複数の光学素子が２次元状に配列された光学素子ウエハの製造方法において、基材に形成された複数の凹部内にレプリカを形成するレプリカ形成工程と、該基材の凹部内に埋め込まれたレプリカの表面側に形成された各光学素子形状を転写してスタンパ型を形成するスタンパ型形成工程と、該スタンパ型を用いて光学素子材料に光学素子形状を転写して光学素子ウエハを成形する光学素子ウエハ成形工程とを有し、該レプリカ形成工程は、該基材に形成された複数の凹部内にレプリカ材料を吐出する工程と、マスター型を用いて該レプリカ材料上を押圧して該マスター型の光学素子形状を該レプリカ材料の表面側に転写する光学素子形状転写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、本発明の光学素子ウエハの製造方法におけるレプリカ形成工程は、基材に形成された複数の凹部内に、表面用の光学素子形状が表面側に形成された上用レプリカを形成する上用レプリカ形成工程と、別の基材に形成された複数の凹部内に、裏面用の光学素子形状が表面側に形成された下用レプリカを形成する下用レプリカ形成工程とを有する。
さらに、好ましくは、本発明の光学素子ウエハの製造方法における光学素子ウエハ成形工程は、前記光学素子形状の外周側に所定厚さの平坦部が設けられ、互いに隣接する該光学素子形状間にある平坦部間が該光学素子形状と同じ材料からなる連接部で接続された前記光学素子ウエハを形成する。
さらに、好ましくは、本発明の光学素子ウエハの製造方法において、前記基材と前記レプリカの接触面積が、前記レプリカと前記マスター型の接触面積に比べて大きくなるように該基材の凹部の深さを設定する。
さらに、好ましくは、本発明の光学素子ウエハの製造方法において、前記基材と前記レプリカの接触面積が、該レプリカと前記スタンパ型の接触面積に比べて大きくなるように該基材の凹部の深さを設定する。
さらに、好ましくは、本発明の光学素子ウエハの製造方法におけるスタンパ型形成工程は、前記上用レプリカの各光学素子形状を転写して上用スタンパ型を形成する上用スタンパ型形成工程と、前記下用レプリカの各光学素子形状を転写して下用スタンパ型を形成する下用スタンパ型形成工程とを有する。
さらに、好ましくは、本発明の光学素子ウエハの製造方法における光学素子ウエハ成形工程は、前記上用スタンパ型と前記下用スタンパ型により前記光学素子材料を所定厚さにプレスする光学素子材料プレス工程と、該光学素子材料を光硬化または熱硬化させる光学素子材料硬化工程とを有する。
さらに、好ましくは、本発明の光学素子ウエハの製造方法における光学素子は、一または複数枚のレンズである。
さらに、好ましくは、本発明の光学素子ウエハの製造方法における光学素子は、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であ
る。
本発明の光学素子ウエハは、光学素子ウエハの製造方法によって製造されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
本発明の光学素子ウエハは、本発明の上記光学素子ウエハの製造方法によって製造され、複数の光学素子が２次元状に配列された光学素子ウエハであって、ウエハ表面とウエハ裏面のうちの少なくともいずれかに複数の光学素子領域が設けられ、該光学素子領域の外周側に所定厚さを持つ平坦部が設けられ、互いに隣接する光学素子領域間の平坦部の厚さと、その平坦部間の連設部の厚さとが、倍半分から同等の厚さ範囲内にあり、そのことにより上記目的が達成される。
さらに、好ましくは、本発明の光学素子ウエハにおいて、前記互いに隣接する光学素子領域間の平坦部の厚さは、その平坦部間の連設部の厚さの４／３または３／４から同等の厚さ範囲内にある。
さらに、好ましくは、本発明の光学素子ウエハにおける光学素子は、一または複数枚のレンズである。
さらに、好ましくは、本発明の光学素子ウエハにおける光学素子は、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である。
本発明の光学素子は、本発明の上記光学素子ウエハから切断されて個片化された光学素子であって、中央部に光学面が設けられ、該光学面の外周側に所定厚さを持つスペーサ部が設けられたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
本発明の光学素子モジュールは、本発明の上記光学素子ウエハを光学面を一致させて複数積層した光学素子ウエハモジュールから切断されて個片化されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
本発明の光学素子モジュールは、好ましくは、前記最も上の光学面以外の上面および複数の光学素子の側面を遮光する遮光ホルダを有する。
本発明の光学素子モジュールは、本発明の上記光学素子の光学面以外の上面および側面を遮光する遮光ホルダ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。
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支持基板と、該複数の電子素子のそれぞれに各光学素子が対応するように該透明支持基板上に接着されて一体化された本発明の上記光学素子ウエハ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光学素子ウエハは、収差補正レンズ、拡散レンズおよび集光レンズの３枚のレンズからなり、それらのレンズの各外周側にそれぞれ設けられた所定厚さを持つ各平坦部を下からこの順に積層したレンズウエハモジュールである。
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、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である。
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て個片化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て個片化された電子素子モジュールを情報記録再生部に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、光学素子ウエハの製造方法として、基材に形成された複数の凹部内に、光学素子形状が表面側に形成されたレプリカを形成するレプリカ形成工程と、このレプリカの各光学素子形状を用いてスタンパ型を形成するスタンパ型形成工程と、このスタンパ型を用いて光学素子材料に光学素子形状を転写して光学素子ウエハを成形する光学素子ウエハ成形工程とを有している。これによって、本発明の光学素子ウエハは、ウエハ表面とウエハ裏面のうちの少なくともいずれかに複数の光学素子領域が設けられ、この光学素子領域の外周側に所定厚さを持つ平坦部が設けられている。互いに隣接する光学素子領域間の平坦部の厚さと、その平坦部間の連設部の厚さとが、倍半分から同等の厚さ範囲内にある。また、好ましくは、互いに隣接する光学素子領域間の平坦部の厚さは、その平坦部間の連設部の厚さの４／３または３／４から同等の厚さ範囲内にある。
したがって、レプリカの側面の一部または全部を、基材に掘り込まれた複数の凹部内にそれぞれ埋め込んでレプリカを形成する。このため、基材とレプリカの接触面積が、レプリカとマスター型の接触面積に比べて大きく、かつ基材とレプリカの接触面積が、レプリカとスタンパ型の接触面積に比べて大きくなる。これによって、マスター型やスタンパ型の離型がスムーズで、凹部の深さ分だけ平坦部間の連設部の厚さが厚くなり、これによって、精度よくレプリカを形成して精度よく上下のスタンパ型を形成することが可能となる。また、大型のレンズウエハを作る場合にも、強度的な問題を解消することが可能となる。また、表面の段差が緩和されて気泡残りの問題を解消することが可能となる。
以上により、本発明によれば、レプリカの側面の一部または全部を、基材に掘り込まれた複数の凹部内にそれぞれ埋め込んでレプリカを形成するため、基材とレプリカの接触面積が、レプリカとマスター型の接触面積に比べて大きく、かつ基材とレプリカの接触面積が、レプリカとスタンパ型の接触面積に比べて大きくなることから、マスター型やスタンパ型の離型がスムーズで、凹部の深さ分だけ平坦部間の連設部の厚さが厚くなり、これによって、精度よくレプリカを形成して精度よく上下のスタンパ型を形成すると共に、大型のレンズウエハを作る場合にも、強度的な問題を解消することができ、表面の段差が緩和されて気泡残りの問題を解消することができる。
本発明の実施形態に係るレンズウエハの構成例を示す要部縦断面図である。 図１のレンズウエハの製造方法のレプリカ作製プロセスを説明するための要部縦断面図である。 図２のレプリカ作製プロセスに用いる掘り込み基材の概略構成例を模式的に示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図１のレンズウエハを製造するための金型作製プロセスを説明するための要部縦断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１のレンズウエハの成形プロセスを説明するための要部縦断面図である。 （ａ）は、図１のレンズウエハから個片化されたレンズの変形例を示す縦断面図、（ｂ）は、複数のレンズを積層したレンズモジュール例を示す縦断面図、（ｃ）は、（ｂ）の第２レンズの上面図、（ｄ）は、（ｂ）の第１レンズの上面図、（ｅ）は、第１レンズと遮光ホルダを組み合わせた場合のレンズモジュールの縦断面図、（ｆ）は、（ｂ）のレンズモジュールの変形例と遮光ホルダを組み合わせた場合のレンズモジュールの縦断面図、（ｇ）は、遮光ホルダウエハ、第１レンズウエハおよび第２レンズウエハを積層したレンズウエハ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４として、レンズモジュールと撮像素子チップとを一体化した上記本実施形態３のセンサモジュールまたは、上記実施形態２のレンズおよびレンズモジュールと撮像素子チップとを一体化したセンサモジュール１０Ａを含む固体撮像装置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凸レンズウエハの製造方法を説明するための模式図である。 （ａ）〜（ｄ）は、従来の凸レンズウエハを製造するための金型作製プロセスを説明するための要部縦断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、従来の凸レンズウエハの成形プロセスを説明するための要部縦断面図である。 樹脂レプリカ成形後のマスター金型の離型時に発生する問題を説明するためのレプリカ成形工程を示す要部縦断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、スタンパ型を樹脂レプリカから離型する際の問題を説明するためのスタンパ型形成工程を示す要部縦断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、レンズウエハの成形時に発生する問題を説明するためのレンズウエハ成形工程を示す要部縦断面図である。
以下に、本発明の光学素子ウエハおよびその製造方法の実施形態１としてレンズウエハおよびその製造方法に適用した場合について図面を参照しながら詳細に説明する。また、光学素子ウエハを個片化した光学素子、光学素子を複数積層した光学素子ウエハモジュールを個片化した光学素子モジュールの実施形態２として、レンズおよびレンズモジュールについて図面を参照しながら詳細に説明する。さらに、本発明の電子素子ウエハモジュールから一括切断された電子素子モジュールの実施形態３として、上記実施形態１のレンズウエハと、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の撮像素子が設けられた撮像素子ウエハとを一体化したセンサモジュールに適用した場合について図面を参照しながら詳細に説明する。このセンサモジュールまたは、実施形態２に係る光学素子モジュールを用いた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やテレビジョン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、本発明の実施形態に係るレンズウエハの構成例を示す要部縦断面図である。
図１において、本実施形態１の光学素子ウエハとしてのレンズウエハ１は、表面と裏面のうちの少なくともいずれかに複数の光学素子領域としてのレンズ領域２が形成され、このレンズ領域２の外周側に所定厚さを持つ平坦部３が設けられ、互いに隣接するレンズ領域２間の平坦部３の厚さＤ１と、その平坦部３間の連設部４の厚さＤ２との関係は、倍半分（２／１または１／２）から同等の範囲内の関係、好ましくは、互いに隣接するレンズ領域２間の平坦部３の厚さＤ１は、その平坦部３間の連設部４の厚さＤ２の４／３（または３／４）から同等の範囲内の関係を有している。
ここでは、光学素子領域としてのレンズ領域２およびその周囲の平坦部３における個々の樹脂パターン間の樹脂厚みＤ２を厚く構成して、樹脂パターンの樹脂厚みＤ１と略同等（均一）に構成している。これによって、レンズウエハ１の表面および裏面の凹凸が少なくなり（段差が少なくなり）、したがって、樹脂の流動性を妨げ難くく、レンズウエハ１に気泡が残り難くなる。
上記構成の光学素子ウエハとしてのレンズウエハ１の製造方法の各工程について、図２〜図５を用いて詳細に説明する。
図２は、図１のレンズウエハの製造方法のレプリカ作製プロセスを説明するための要部縦断面図である。図３は、図２のレプリカ作製プロセスに用いる掘り込み基材の概略構成例を模式的に示す斜視図である。
ガラス基板またはシリコン基板または樹脂基板からなる基材１１の表面には、図３に示すような複数の凹部１１ａがマトリクス状に配置されている。まず、この基材１１の凹部１１ａ内に、図２のレプリカ型成形工程に示すように樹脂材料１２を吐出する。次に、マスター金型１３を用いて樹脂材料１２を上から押圧してマスター金型１３の所定レンズ形状を樹脂材料１２の表面に転写して樹脂レプリカ１４を形成する。これを順次繰り返して、基材１１上に複数の樹脂レプリカ１４のレプリカ型を等間隔に形成する。
このように、樹脂レプリカ１４の側面が基材１１の掘り込み形状内（凹部１１ａ内）に埋め込まれることにより、樹脂レプリカ１４の樹脂材料１２の基材１１との接触面積が広くなる。このことや、基材１１の凹部１１ａ（掘り込み部）の側面によるアンカー効果などにより、基材１１と樹脂材料１２との間の密着性が向上し、樹脂レプリカ１４からのマスター金型１３の離型時にも、従来の樹脂割れや樹脂剥がれを低減することができる。
次に、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、掘り込まれた基材１１の凹部１１ａ内に埋め込まれた複数の樹脂レプリカ１４の各レプリカ型を用いて、基材１１上の複数の樹脂レプリカ１４のレプリカ型をレンズ面形状としてウエハサイズの上型のスタンパ型１５に転写する。さらに、図４（ｃ）に示すように、基材１１上の複数の樹脂レプリカ１４のレプリカ型から上金型のスタンパ型１５を離型して、上金型のスタンパ型１５を得る。これと同様にして、基材１１上に形成した複数の樹脂レプリカ１４のレプリカ型を、後述するスタンパ型１６に転写した後、これを離型して、下金型のスタンパ型１６を得ることができる。
このように、基材１１上に複数の樹脂レプリカ１４のレプリカ型を形成する際に、樹脂レプリカ１４のレプリカ型の側面を、垂直な側壁を持つ基材１１の凹部１１ａ内に埋め込んでいる。このため、従来のように、基材１１の表面とマスター金型１３の表面の濡れ性や、成形時の圧力および樹脂材料１２の粘度などの影響により、樹脂レプリカ１４の側面が膨れたり、凹んだり、逆テーパになったりすることなく、基材１１の凹部１１ａ内で垂直になって、後のスタンパ型１５，１６の離型がスムーズになり、離型不良や、無理に離型しようとしてスタンパ型１５，１６内に樹脂残りが発生することもなくなる。
続いて、図５（ａ）に示すように、下金型のスタンパ型１６の中央部上にレンズ用の成形樹脂１７を適量だけ吐出する。次に、これを上金型のスタンパ型１５で上から押圧して、スタンパ型１５，１６で上下から成形樹脂１７を挟み込んで、図５（ｂ）に示すようにレンズウエハ１にプレス成形する。これによって、上下金型で所望のレンズ厚みとなるように成形樹脂１７を押し広げる。
その後、成形された成形樹脂１７を紫外線または熱により硬化させた後に、上下のスタンパ型１５、１６を上下に開いて離型し、図１に示すように、所望のレンズウエハ１を上下型内から取り出す。このようにして、所望のレンズ形状が複数、規則的に繰り返されたレンズウエハ１を得ることができる。
即ち、本実施形態１の光学素子ウエハとしてのレンズウエハ１の製造方法は、基材１１に形成された複数の凹部１１ａ内にレプリカ材料を吐出する工程と、マスター型１３を用いてレプリカ材料上を押圧してマスター型１３の表面レンズ形状を、レプリカ材料の表面側に転写して上用樹脂レプリカ１４を形成する上用レプリカ形成工程と、別の基材１１に形成された複数の凹部１１ａ内にレプリカ材料を吐出する工程と、別のマスター型１３を用いてレプリカ材料上を押圧してマスター型１３の裏面レンズ形状を、レプリカ材料の表面側に転写して下用樹脂レプリカ１４を形成する下用レプリカ形成工程と、上用樹脂レプリカ１４の各レンズ表面形状を転写して上用スタンパ型１５を形成する上用スタンパ型形成工程と、下用樹脂レプリカ１４の各レンズ裏面形状を転写して下用スタンパ型１６を形成する下用スタンパ型形成工程と、上用スタンパ型１５と下用スタンパ型１６によりレンズ材料を所定厚さにプレスする光学素子材料プレス工程と、該レンズ材料を光硬化または熱硬化させる光学素子材料硬化工程とを有している。
この場合、樹脂レプリカ１４の側面の一部または全部を、基材１１に掘り込まれた複数の凹部１１ａ内にそれぞれ埋め込んで樹脂レプリカ１４を形成する。また、基材１１と樹脂レプリカ１４の接触面積が、樹脂レプリカ１４とマスター型１３の接触面積に比べて大きく、かつ、基材１１と樹脂レプリカ１４の接触面積が、樹脂レプリカ１４とスタンパ型１５、１６の接触面積に比べて大きくなるように、基材１１の凹部１１ａの深さを設定している。
このように、樹脂レプリカ１４を個別に成形するときに、基材１１の掘り込み部（凹部１１ａ）内に樹脂レプリカ１４を構成する樹脂材料１２を埋め込んでいるため、個々の樹脂パターンの間の樹脂厚みを厚く、樹脂パターンの間の樹脂と樹脂パターンが均一になるため、大型の樹脂板であるレンズウエハ１を作製した場合にも、強度的に良好である。また、スタンパ型１５、１６で上下から成形樹脂１７を挟み込んで、成形樹脂１７を押し広げる際にも、従来技術に比べてスタンパ型１５、１６に凹凸が少なくなり、樹脂の流動性を妨げ難くく、レンズウエハ１に気泡が残り難い。
樹脂レプリカ１４の作製において、使用する基材１１に求められる性能は、（１）最終レンズの傾き、高さバラツキに影響を及ぼす平坦性、（２）レプリカ樹脂材料１２の材質および特性(選定形状安定性に影響を及ぼす樹脂の硬化手法に対して）の選定、（３）樹脂レプリカ１４のレプリカ型を作る為の樹脂との高密着性が必要となる。このレプリカ作製用の基材１１に掘り込み部（凹部１１ａ）を設けることにより、樹脂レプリカ１４のサイズ、例えばレプリカ径の制御が容易になったり、金型面とガラス面との平行性を出しやすく、形状の傾きが低減できる。この掘り込み形状により、樹脂との密着面積が増えるため、どのような材料に対してもレプリカ樹脂材料１２の密着性は向上する。
また、レプリカ樹脂材料１２を基材１１の掘り込み部（凹部１１ａ）に埋め込む構造とする。このため、樹脂レプリカ１４の表面と基材１１の表面との段差が小さくなり、上下のスタンパ型１５、１６を形成した後の上下のスタンパ型１５、１６との密着面積も小さくなり、スタンパ型１５、１６の凹凸形状内への樹脂の食い込み量も少なくなる。このことから、樹脂レプリカ１４からのスタンパ型１５、１６の離型が容易なものとなる。
さらに、レプリカ樹脂材料１２を基材１１の掘り込み部（凹部１１ａ）内に埋め込む構造とする。このため、樹脂レプリカ１４の表面と基材１１の表面との段差が小さくなって、上下のスタンパ型１５、１６によってレンズを形成した場合には、レンズ樹脂板の厚さが厚く、均一になり、ＷＬレンズ（ウエハレベルレンズ；レンズウエハ）の成形が容易なものとなる。
（実施形態２）
本実施形態２では、上記実施形態１において、上用スタンパ型１５と下用スタンパ型１６により成形された光学素子ウエハとしてのレンズウエハ１を個片化した光学素子としてのレンズの変形例および、このレンズを複数積層した光学素子モジュールとしてのレンズモジュールの変形例について詳細に説明する。
図６（ａ）は、図１のレンズウエハから個片化されたレンズの変形例を示す縦断面図、図６（ｂ）は、複数のレンズを積層したレンズモジュール例を示す縦断面図、図６（ｃ）は、図６（ｂ）の第２レンズの上面図、図６（ｄ）は、図６（ｂ）の第１レンズの上面図、図６（ｅ）は、第１レンズと遮光ホルダを組み合わせた場合のレンズモジュールの縦断面図、図６（ｆ）は、図６（ｂ）のレンズモジュールの変形例と遮光ホルダを組み合わせた場合のレンズモジュールの縦断面図、図６（ｇ）は、遮光ホルダウエハ１８７Ｂ、第１レンズウエハ６５Ｂおよび第２レンズウエハ１８５Ｂを積層したレンズウエハモジュールの要部構成例を示す縦断面図である。
上記実施形態１の上用スタンパ型１５と下用スタンパ型１６とはレンズ面が異なる上下金型により成形された第１レンズウエハおよび第２レンズウエハをそれぞれダイシングラインＤＬに沿って切断して、図６（ａ）に示すように多数の第１レンズ８４を得ると共に、多数の第２レンズ８５を得ることができる。第１レンズ８４と第２レンズ８５はそれぞれ、中央部の光学面Ａの外周側に所定厚さを持つスペーサ部が設けられている。スペーサ部は、図６（ｄ）に示すように、平面視外形４角形で内形円形の斜線部分で示すように、光学面Ａを囲む円形状の外周端部Ｂから光学面Ａの凸形状よりも突出した平坦部Ｆ１になっている。これらの第１レンズ８４と第２レンズ８５において、光学面Ａおよびスペーサ部は透明樹脂材料により一括成型されている。なお、平面視４角形の第２レンズ８５は、その表面側のスペーサ部が、図６（ｃ）に示すように環状の斜線部分で示すように、光学面Ａを囲む円形状の外周端部Ｂから光学面Ａの凸形状よりも突出した環状の突出部Ｆ２になっている。環状の突出部Ｆ２の表面も平坦面である。
また、図６（ｂ）に示すように、複数の第１レンズ８４Ａが形成された第１レンズウエハと、複数の第２レンズ８５Ａが形成された第２レンズウエハとが上下に接着材７で貼り合わされた状態で、ダイシングラインＤＬに沿って一括切断して、図６（ｂ）に示すレンズモジュール８６を得ることができる。この切断の際にも、第１レンズ８４Ａや第２レンズ８５Ａの切断時と同様に、切断保持テープを、下側の第２レンズウエハの平坦部Ｆ１に貼り付け、また、レンズ面保護のために、表面保護テープを、上側の第１レンズウエハの平坦部Ｆ１に貼り付ける。これによって、切断時に、第１レンズ８４Ａおよび第２レンズ８５Ａの各レンズ光学面が、切断保持テープおよび表面保護テープによって密閉されて保護されて、切削水によって各レンズ光学面が汚れない。
この場合、上側の第１レンズ８４Ａのスペーサ部と、下側の第２レンズ８５Ａのスペーサ部との各環状の平坦面が直に接し、各平坦面の更に外周側の底部によって囲まれた空間部分に接着材７が配置されて、第１レンズ８４Ａおよび第２レンズ８５Ａが接着されている。
さらに、図６（ａ）において、破線で示す第１レンズ８４ａのように裏面が平らで、表面だけに、光学面Ａおよびこれよりも突出した平坦部Ｆ１が設けられている。この場合に、第２レンズ８５がセットになる。また、第１レンズ８４と、破線で示す第２レンズ８５ａがセットになる。第２レンズ８５ａの表面の光学面Ａが突出していても、第１レンズ８４の裏面の凹みに嵌まり込む。第２レンズ８５ａの裏面だけに、光学面Ａおよびこれよりも突出した平坦部Ｆ１が設けられている。これによっても、前述したように、切削水によって各レンズ光学面Ａが汚れない。
要するに、光学面Ａおよびこれよりも突出した突出部Ｆ２または平坦部Ｆ１は、表面および裏面のうちの少なくともいずれかの面に設けられていればよいことになる。
さらに、図６（ｅ）に示すように、遮光ホルダ８７内に、図６（ａ）の第１レンズ８４を組み込んでレンズモジュール８８とすることができる。また、図６（ｆ）に示すように、遮光ホルダ８７内に、第１レンズ６１Ａおよび図６（ｂ）の第２レンズ８５Ａからなるレンズモジュール８６Ａを組み込んでレンズモジュール８９とすることもできる。このように、レンズに遮光ホルダ８７をセットしてこれもレンズモジュールとする。
これらの第１レンズ８４や第２レンズ８５、レンズモジュール８８および８９のいずれかに電子素子としての撮像素子を積層して電子素子モジュールとしてのセンサモジュールを得ることができる。
上記実施形態１のレンズウエハ１を、電子素子ウエハとしての撮像素子ウエハ上に積層して電子素子ウエハモジュールとしてのセンサウエハモジュールを一体形成し、このセンサウエハモジュールを一括切断して個片化して多数のセンサモジュールを一度に得ることができる。このセンサモジュールについて、次の実施形態２として図７を用いて詳細に説明する。
（実施形態３）
図７は、本発明の実施形態３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７において、本実施形態例３の電子素子モジュールとしてのセンサモジュール１０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２１が中央部に配置され、撮像素子２１に対して貫通電極２２が設けられた撮像素子チップ２０と、この撮像素子チップ２０上の撮像素子２１間上に形成された樹脂接着層３０と、撮像素子チップ２０上を覆い、樹脂接着層３０上に接着固定されたガラス板などの透明支持基板４０と、この透明支持基板４０上に、撮像素子２１に対応するように設けられたレンズモジュール５０とを有している。
撮像素子チップ２０は、表面中央部に撮像素子２１（複数の画素を構成する複数の受光部が設けられている）が配設されており、その撮像素子２１に対してパッド２３が接続され、裏面から表面のパッド２３（電極パッド）下に貫通する複数の貫通穴が明けられている。この貫通穴の側壁と裏面側は絶縁膜で覆われており、パッド２３にコンタクトを持つ配線層２４が貫通穴を介して裏面まで貫通電極２２として形成されている。この配線層２４上および裏面には絶縁膜が形成され、この配線層２４の外部接続端子上に半田ボール２５が形成される部分は絶縁膜が窓明けされて半田ボール２５が外部に露出して形成されて
いる。
樹脂接着層３０は、表面の撮像素子２１の周囲部上に形成されて、撮像素子チップ２０と透明支持基板４０とを接着している。半導体表面上方が透明支持基板４０で覆われる場合に、この樹脂接着層３０により、撮像素子チップ２０上の電子素子としての撮像素子２１が設けられたセンサ領域上の内部空間が密閉される。樹脂接着層３０は、撮像素子チップ２０上の所定場所に通常のフォトリソ技術により形成され、その上に透明支持基板４０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。
レンズモジュール５０は、本実施形態１のレンズウエハ１を３枚積層したモジュールであって、透明支持基板４０上に上から第１レンズ５１と第２レンズ５２と第３レンズ５３とが順次設けられている。各レンズ５１〜５３はそれぞれ、中央部にレンズ領域が設けられ、このレンズ領域の外周側に所定厚さを持つスペーサ部が設けられている。第３レンズ５３が収差補正レンズであり、第２レンズ５２が拡散レンズであり、第１レンズ５１が集光レンズであって、それらの各レンズ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。これらの第１レンズ５１と第２レンズ５２とは接着層６１で接着され、第２レンズ５２と第３レンズ５３とは接着層６２で接着されている。
（実施形態４）
図８は、本発明の実施形態４として、レンズモジュール５０と撮像素子チップ２０とを一体化した本発明の実施形態３のセンサモジュール１０または、上記実施形態２のレンズおよびレンズモジュールと撮像素子チップとを一体化したセンサモジュール１０Ａを含む固体撮像装置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８において、本実施形態４の電子情報機器９０は、上記実施形態３のセンサモジュール１０または、上記実施形態２のセンサモジュール１０Ａ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、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を印刷用に所定の信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力手段９５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、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置、テレビジョン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４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、このカラー画像信号を表示手段９３により表示画面上に良好に表示したり、このカラー画像信号を紙面にて画像出力手段９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、このカラー画像信号を通信手段９４により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、このカラー画像信号をメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種の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４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。
以上により、上記実施形態１によれば、樹脂レプリカ１４の側面の一部または全部を、基材１１に掘り込まれた複数の凹部１１ａ内にそれぞれ埋め込んで樹脂レプリカ１４を形成する。このため、基材１１と樹脂レプリカ１４の接触面積が、樹脂レプリカ１４とマスター型１３の接触面積に比べて大きく、かつ基材１１と樹脂レプリカ１４の接触面積が、樹脂レプリカ１４とスタンパ型１５、１６の接触面積に比べて大きくなる。このことから、マスター型１３やスタンパ型１５、１６の離型がスムーズで、凹部１１ａの深さ分だけ平坦部３間の連設部４の厚さが厚くなる。これによって、精度よく樹脂レプリカ１４の側面を形成して精度よく上下のスタンパ型１５、１６を形成すると共に、大型のレンズウエハを作る場合にも、強度的な問題を解消することができ、表面の段差（Ｄ１-Ｄ２）が緩和されて気泡残りの問題も解消することができる。
なお、本実施形態１〜４では、特に説明しなかったが、光学素子ウエハの製造方法として、基材に形成された複数の凹部内に、光学素子形状が表面側に形成されたレプリカを形成するレプリカ形成工程と、このレプリカの各光学素子形状を用いてスタンパ型を形成するスタンパ型形成工程と、このスタンパ型を用いて光学素子材料に光学素子形状を転写して光学素子ウエハを成形する光学素子ウエハ成形工程とを有している。これによって、精度よく樹脂レプリカを形成して精度よく上下のスタンパ型を形成すると共に、大型のレンズウエハを作る場合にも、強度的な問題や気泡残りの問題を解消する目的を達成することができる。
また、光学素子ウェハは具体的にはレンズウエハであるが、光学素子としてはレンズの他にプリズムやホログラム素子でもよい。これらの場合、プリズムウエハやホログラム素子ウエハとなる。
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜４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１〜４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１〜４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光学素子としての複数のレンズが設けれれたレンズウエハや光学機能素子ウエハなどの光学素子ウエハおよびその製造方法、光学素子ウエハから一括切断されて個片化した光学素子、光学素子ウエハを複数積層した光学素子ウエハモジュールから一括切断されて個片化した光学素子モジュール、光学素子ウエハまたは光学素子ウエハモジュールと、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の撮像素子が設けられた撮像素子ウエハとが一体化されたセンサウエハモジュールなどの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個片化された電子素子モジュール、この電子素子モジュールとしての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、画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置、テレビジョン電話装置などの電子情報機器の分野において、レプリカの側面の一部または全部を、基材に掘り込まれた複数の凹部内にそれぞれ埋め込んでレプリカを形成するため、基材とレプリカの接触面積が、レプリカとマスター型の接触面積に比べて大きく、かつ基材とレプリカの接触面積が、レプリカとスタンパ型の接触面積に比べて大きくなることから、マスター型やスタンパ型の離型がスムーズで、凹部の深さ分だけ平坦部間の連設部の厚さが厚くなり、これによって、精度よくレプリカを形成して精度よく上下のスタンパ型を形成すると共に、大型のレンズウエハを作る場合にも、強度的な問題を解消することができ、表面の段差が緩和されて気泡残りの問題を解消することができる。
１ レンズウエハ
１０、１０Ａ センサモジュール
１１ 基材
１１ａ 凹部
１２ 樹脂材料
１３ マスター金型
１４ 樹脂レプリカ
１５ 上金型のスタンパ型
１６ 下金型のスタンパ型
２０ 撮像素子チップ
２１ 撮像素子
２２ 貫通電極
２３ パッド
２４ 配線層
２５ 半田ボール
３０ 樹脂接着層
４０ 透明支持基板
５０ レンズモジュール
５１ 第１レンズ
５２ 第２レンズ
５３ 第３レンズ
６１，６２ 接着層
６１Ａ、８４、８４Ａ、８４ａ 第１レンズ
８５、８５Ａ、８５ａ 第２レンズ
８６，８６Ａ レンズモジュール
８７ 遮光ホルダ
８８，８９ レンズモジュール
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
Ａ 光学面
Ｂ 光学面外周端部
ＤＬ ダイシングライン
Ｆ１ 平坦部
Ｆ２ 環状の突出部

Claims (9)

  1. 複数の光学素子が２次元状に配列された光学素子ウエハの製造方法において、
    基材に形成された複数の凹部内にレプリカを形成するレプリカ形成工程と、
    該基材の凹部内に埋め込まれたレプリカの表面側に形成された各光学素子形状を転写してスタンパ型を形成するスタンパ型形成工程と、
    該スタンパ型を用いて光学素子材料に光学素子形状を転写して光学素子ウエハを成形する光学素子ウエハ成形工程とを有し、
    該レプリカ形成工程は、該基材に形成された複数の凹部内にレプリカ材料を吐出する工程と、マスター型を用いて該レプリカ材料上を押圧して該マスター型の光学素子形状を該レプリカ材料の表面側に転写する光学素子形状転写工程とを有する光学素子ウエハの製造方法。
  2. 前記レプリカ形成工程は、基材に形成された複数の凹部内に、表面用の光学素子形状が表面側に形成された上用レプリカを形成する上用レプリカ形成工程と、別の基材に形成された複数の凹部内に、裏面用の光学素子形状が表面側に形成された下用レプリカを形成する下用レプリカ形成工程とを有する請求項１に記載の光学素子ウエハの製造方法。
  3. 前記光学素子ウエハ成形工程は、前記光学素子形状の外周側に所定厚さの平坦部が設けられ、互いに隣接する該光学素子形状間にある平坦部間が該光学素子形状と同じ材料からなる連接部で接続された前記光学素子ウエハを形成する請求項１に記載の光学素子ウエハの製造方法。
  4. 前記基材と前記レプリカの接触面積が、前記レプリカと前記マスター型の接触面積に比べて大きくなるように該基材の凹部の深さを設定する請求項１に記載の光学素子ウエハの製造方法。
  5. 前記基材と前記レプリカの接触面積が、該レプリカと前記スタンパ型の接触面積に比べて大きくなるように該基材の凹部の深さを設定する請求項１に記載の光学素子ウエハの製造方法。
  6. 前記スタンパ型形成工程は、前記上用レプリカの各光学素子形状を転写して上用スタンパ型を形成する上用スタンパ型形成工程と、前記下用レプリカの各光学素子形状を転写して下用スタンパ型を形成する下用スタンパ型形成工程とを有する請求項２に記載の光学素子ウエハの製造方法。
  7. 前記光学素子ウエハ成形工程は、前記上用スタンパ型と前記下用スタンパ型により前記光学素子材料を所定厚さにプレスする光学素子材料プレス工程と、該光学素子材料を光硬化または熱硬化させる光学素子材料硬化工程とを有する請求項６に記載の光学素子ウエハの製造方法。
  8. 前記光学素子は、一または複数枚のレンズである請求項１に記載の光学素子ウエハの製造方法。
  9. 前記光学素子は、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である請求項１に記載の光学素子ウエハの製造方法。
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