JP5345186B2 - ウエハーレベルの撮像モジュールの製造方法、及び組み立て設備 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハーレベルの撮像モジュールの製造方法、及び組み立て設備に関する。

図１２は、周知のＣＭＯＳ撮像モジュール８０である。主にセンサーチップ８２をレンズホルダー（Lens Holder）８１に蓋設したものが利用され、レンズホルダー８１は回転可能なレンズ筒（Lens Barrel）８３が設けられている。レンズ筒８３の中央にはレンズユニット８４が設けられ、レンズユニット８４がセンサーチップ８２で結像する時、レンズ筒８３を回転させることによりレンズユニット８４とセンサーチップ８２と間の距離が変化する。これにより、光線の焦点位置をセンサーチップ８２に合わせることができる。

図１３は特許案件で述べているような他のタイプの撮像モジュールを示す。この撮像モジュールは映像キャプチャ部材１０３とレンズユニット１１１、１２７を含む。レンズユニット１１１、１２７は積み重ね状を呈しながら映像キャプチャ部材１０３と相互接近し、光線がレンズユニット１１１、１２７を経由し映像キャプチャ部材１０３で作像できるようにする。該特許案の長所は映像キャプチャ部材１０３とレンズユニット１１１、１２７がともにＩＣ回路（集積回路）を利用して製造されている点にある。よって撮像モジュールの体積を縮小することが可能で、携帯電話、ＰＤＡ等、消費的な電子装置にこの撮像モジュールが適用されている。

特許文献１に開示されている撮像モジュールを製造する場合、レンズユニット１１１、１２７は常に製造過程上および温度の影響を受けて変形を生じる。そのため、レンズユニット１１１、１２７が実際に形成された後の完成品と設計理論上の焦点距離との間には、約０〜５０μｍの誤差が生じる。また、特許文献１に開示されている発明を実行する場合、常に映像キャプチャ部材１０３で正確に焦点を合わせることができず、レンズユニット１１１、１２７が形成した映像はアウトフォーカス（out-of-focus）の状態（図１３中の点線エリアＡまたはＢ）を呈することになる。さらに、レンズユニット１１１、１２７が映像キャプチャ部材上に設けられている場合、例えばガラスウエハー各片が約０〜２０μｍの厚さの誤差を有することとなり、二者のそれぞれ異なる厚さ、サイズの変異により、積層された後のレンズユニット１１１、１２７と映像キャプチャ１０３と間の距離を制御するのが更に難しくなる。その結果、レンズユニット１１１、１２７は映像キャプチャ部材１０３に対し正確に焦点を合わせることができないという問題を生じている。

ＷＯ２００４／０２７８８０号公報

そこで、本発明の主な目的は、調整およびテストが容易であり、結像品質が高いウエハーレベルの撮像モジュールの組み立て設備を提供することにある。
さらに、本発明のもう一つ別の目的は、結像品質の高いウエハーレベルの撮像モジュールの製造方法を提供することにある。

本発明は、ウエハーレベルの撮像モジュールの製造方法、及び組み立て設備に係る発明である。
このウエハーレベルの撮像モジュールは、感光装置、レンズユニットおよび調整材を備える。感光装置は、光線を感知し電気的信号を出力する。レンズユニットは、感光装置に入射される光線を形成する。調整材は、ガラスのスペーサーボールまたはファイバースペーサーを有し、感光装置とレンズユニットとの間に設けられ、レンズユニットと感光装置との間の焦点の偏移量を補正し、レンズユニットで感光装置において正確に結像させる。これより、このウエハーレベルの撮像モジュールは、調整材の構造を利用し、作像品質をより良くするという目的を達成することができる。

本発明の第１実施形態による撮像モジュールを示す断面図。 本発明の第１実施形態による撮像モジュールの製造に用いる組み立て設備を示す立体図。 本発明の第１実施形態による撮像モジュールの製造方法を示す図であり、撮像モジュールが組み立て設備に位置決めされた状態を示す概略図。 本発明の第１実施形態による撮像モジュールの製造方法を示す図であり、撮像モジュールがテスト台に設けられた状態を示す概略図。 本発明の第１実施形態による撮像モジュールにおいて、感光装置による映像がアウトフォーカスの状態にあることを示す概略図。 本発明の第１実施形態による撮像モジュールにおいて、調整材が第１ウエハー（感光装置）と第２ウエハー（レンズユニット）との間にあることを示す概略図。 本発明の第１実施形態による撮像モジュールにおいて、調整材が撮像モジュールに設けられ、感光装置が結像状態にあることを示す概略図。 本発明の第１実施形態による撮像モジュールにおいて、感光装置で結像した映像がフォーカシング状態を呈している状態を示す概略図。 本発明の第２実施形態による撮像モジュールを示す断面図。 本発明の第３実施形態による撮像モジュールを示す断面図。 本発明の第４実施形態による撮像モジュールを示す断面図。 従来の撮像モジュールを示す概略図。 従来の撮像モジュールを示す概略図。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるウエハーレベルの撮像モジュール１０を示す。ウエハーレベルの撮像モジュール１０は、感光装置２０と、調整材２５と、レンズユニット３０とを備える。
感光装置２０は、相捕型金属酸化膜半導体（Complementary Metal Oxide Semiconductor：ＣＭＯＳ）、または電荷結合素子（Charge Coupled Device：ＣＣＤ）である。感光装置２０は、光線に感応し電気的信号を出力する。感光装置２０の頂上側には、光線を透過する間隔片２２が設けられている。間隔片２２は、主に感光装置２０へ外界からの異物や水気が浸入するのを避けるために用いられる。
調整材２５は、ガラス製のスペーサーボール（Grass Ball Spacer）またはファイバースペーサー（Fiber Spacer）を有している。調整材２５は、スパッタ、シールもしくはプリント方式によって感光装置２０の間隔片２２の頂上面に取り付けられる。調整材２５の厚さは、１μｍ〜５０μｍであり、その厚さは焦点合わせの要求と焦点偏移量によって設定される。なお、調整材２５は、厚膜フォトレジストの製造過程を利用して間隔片２２に設けてもよく、直接ガラス板で形成してもよい。もちろん、レンズユニット３０上に設置してもよい。

レンズユニット３０は、透明なＵＶ重合膜、またはエッチング（Etching）方式などによって形成される。レンズユニット３０は、調整材２５の上方に設けられている。調整材２５は、レンズユニット３０と感光装置２０との間に介在する。調整材２５は、レンズユニット３０と感光装置２０との間の距離を制御し、外界から入射する光線がレンズユニット３０を通過し感光装置２０で結像するようにする。レンズユニット３０の感光装置２０における焦点偏移量は０μｍ〜５０μｍであるため、調整材２５がレンズユニット３０と感光装置２０との間に設けられた場合、調整材２５がそのものの厚さを有することにより、レンズユニット３０の焦点偏移量を補正し、レンズユニット３０の焦点合わせ精度を焦点深度の要求以内に制御することができる。口径比（ＦＮＯ）が２．８、センサー画素サイズが３．６μｍの撮像モジュールに対し、その焦点合わせの精度要求は約１０μｍであり、調整材２５で補正された光線は感光装置２０で正確にフォーカシング（in-focus）を行うことができる。

上述のウエハーレベルの撮像モジュール１０を製造する際、組み立て設備４０を利用し、現地（in-situ）においてウエハーレベルの撮像モジュール１０の組み立てとテストが行われる。以下に、組み立て設備４０の細部構造について説明する。
図２から図４は、組み立て設備４０が位置決め調整装置４２と、信号キャプチャ４３装置と、信号処理装置４６と、およびアダプター（ボンディング：bonding）４８とを備えることを示している。
位置決め調整装置４２は、ベース台５０とテスト台５１とを含む。ベース台５０は、滑動可能なトレイ５２と取付け用ユニット５４とが設けられている。トレイ５２は、ベース台５０に相対しており、取出しまたは収納することができる。ウエハーレベルの撮像モジュール１０の取出しまたは収納を行うため、さらにウエハーレベルの撮像モジュール１０をテスト台に載置するため、取付け用ユニット５４がウエハーレベルの撮像モジュール１０に用いられる。
信号キャプチャ装置４３は、プローブカード４４を含む。信号キャプチャ装置４３は、位置決め調整装置４２のベース台５０内に設けられる。
信号処理装置４６は、信号キャプチャ装置４３と電気的に接続している。信号処理装置４６は、ウエハーレベルの撮像モジュール１０がキャプチャした映像信号が合焦状態にあるか否かを判断する。
アダプター４８は、ウエハーレベルの撮像モジュール１０の感光装置２０、調整材２５とレンズユニット３０との結合のために用いられる。

以下、上述の組み立て設備４０を利用したウエハーレベルの撮像モジュール１０の製造方法を説明する。製造方法では以下のステップを含んでいる。
ステップ１：集積回路（ＩＣ）によりウエハー５６に所定の回路を形成する。図２に示すように、第１ウエハー５６は、複数の感光装置２０を有し、各感光装置２０は第１照準マーク（First Alignment Mark）を有する。

ステップ２：第２ウエハー５８を整備する。第２ウエハー５８は複数のレンズユニット３０を有し、各レンズユニット３０は第２照準マーク（Second Alignment Mark）３０を有する。
ステップ３：第１ウエハー５６を組み立て設備４０のトレイ５２内に設ける。次に第２ウエハー５８を第１ウエハー５６に重ね合わせ、各レンズユニット３０の第２照準マークが確実に各感光装置２０の第１照準マークに合致させる。続いて図３に示すように取付け用ユニット６４を利用し、第１ウエハー５６と第２ウエハー５８とをプレ・ボンディング（Pre-bonding）し、さらに第１ウエハー５６の各感光装置２０がプローブカード４４に対応するようにする。

ステップ４：図４に示すようにウエハーレベルの撮像モジュール１０がプローブカード４４と電気的に接続するようにテスト台５１を駆動する。同時にテスト台５１は、テスト要求に基づきウエハーレベルの撮像モジュール１０を平行に移動、または傾斜させる。
ステップ５：信号処理装置４６を利用し、信号キャプチャ装置４３の電気的信号を受信する。各レンズユニット３０が各感光装置２０で結像した際の焦点偏移量を得るため、感光装置２０がフォーカシング状態（in-focus）またはアウトフォーカス（out-focus）状態（図５に示す）にあるか否かを判断する。また、信号処理装置４６は、アウトフォーカスすなわち「合焦状態でない」と判断したとき、アウトフォーカス状態が遠焦点フォーカス（far focus）または近焦点フォーカス（near focus）状態のいずれであるかを区分する。

ステップ６：トレイ５２をベース台５０に移動し、第１ウエハー５６と第２ウエハー５８との間に調整材２５を設置する。図６に示すようにウエハーレベルの撮像モジュール１０をプローブカード４４と電気的に接続させる。
ステップ７：感光装置２０が形成する映像を、図７に示すような映像品質に改善する。わずかにアウトフォーカス状態を呈する場合、ステップ４〜ステップ６を繰返し行い、使用する調整材２５が図８に示すフォーカシング状態に至るまで上述の焦点偏移量を補正する。

ステップ８：取付け用ユニット５４を利用して焦点偏移量を補正した第１ウエハー５６と第２ウエハー５８をしっかり取付け、アダプター４８を利用し第１ウエハー５６、調整材２５および第２ウエハー５８を結合させる。
ステップ９：第１ウエハー５６と第２ウエハー５８を切り離し、ウエハーレベルの撮像モジュール１０を成形することができる。

上述の組み立て設備４０および製造方法で説明したように、各レンズユニット３０は各感光装置２０と重なり合う時、信号処理装置４６を利用して感光装置２０が受信した光線が焦点合わせ状態にあるか否かを判断する。そして、感光装置２０がアウトフォーカス状態を呈する時、調整材２５の厚さを変更し、感光装置２０がフォーカシング状態にある時、ウエハーレベルの撮像モジュール１０の作像品質を確保するとともに、感光装置に設けられた調整材２５の厚さを制御することによってレンズユニット３０と感光装置２０間の距離を調整する。これにより、レンズユニット３０がより正確に感光装置２０で焦点合わせを行うことを可能とする。

これより、第１実施形態によるウエハーレベルの撮像モジュール１０は、調整材の構造を利用し撮像モジュールの作像品質をより良くするという目的を達成することができる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図９に示す。
図９に示すように、本発明の第２実施形態で提供するウエハーレベルの撮像モジュール６０はその構造において第１実施形態とほぼ同一である。感光装置６１と、レンズユニット６２と、これらの間に介在する調整材６３とを備えている。この特徴は、レンズユニット６２が重なり合った状態を呈することにある。第１光貫通部６４と第２光貫通部６５との間は第１スペーサー６６を利用し相互に接続される。第２光貫通部６５の頂上面には第２スペーサー６７が設けられている。第１光貫通部６４は、調整材６３で接合されてレンズユニット６２と感光装置６１とが相互に重なり合う。第１光貫通部６４および第２光貫通部６５は、ともに透明であり、撮像モジュール６０がより多くの映像特性を有することにより感光装置６１での光線の結像を達成している。

（第３、第４実施形態）
本発明の第３、第４実施形態をそれぞれ図１０または図１１に示す。
図１０に示すように、本発明の第３実施形態によるウエハーレベルの撮像モジュール７０は、その組成部材が第２実施形態とほぼ同一である。特徴として、感光装置７１の間隔片７２は開口７３を有し、この開口７３は感光装置７１の感光エリアに対応する。

図１１に示すように、本発明の第４実施形態によるウエハーレベルの撮像モジュール７５は、調整材７６が感光装置の表面に直接設けられている点が特徴である。レンズユニット７８の第１光貫通部７９は、調整材７６に接近する。
以上の通り説明した複数の実施形態は、すべて本発明の発明目的を達成することが可能となる。

１０：ウエハーレベルの撮像モジュール、２０：感光装置、２２：間隔片、２５：調整材、３０：レンズユニット、４０：組み立て設備、４２：位置決め調整装置、４３：信号キャプチャ装置、４４：プローブカード、４６：信号処理装置、４８：アダプター、５０：ベース台、５１：テスト台、５２：トレイ、５４：取付け用ユニット、５６：第１ウエハー、５８：第２ウエハー、
６０：ウエハーレベルの撮像モジュール、６１：感光装置、６２：レンズユニット、６３：調整材、６４：第１光貫通部、６５：第２光貫通部、６６：第１スペーサー、６７：第２スペーサー、
７０：ウエハーレベルの撮像モジュール、７１：感光装置、７２：間隔片、７３：開口、
７５：ウエハーレベルの撮像モジュール、７６：調整材、７７：感光装置、７８：レンズユニット、７９：第１光貫通部

Claims (6)

1. 光線を感知し電気的信号を出力する感光装置を有する第１ウエハーと、
   前記感光装置に入射される光線を形成するレンズユニットを有する第２ウエハーと、
   前記第１ウエハーの前記感光装置と前記第２ウエハーの前記レンズユニットとの間に設けられ、前記第２ウエハーの前記レンズユニットと前記第１ウエハーの前記感光装置との間の焦点の偏移量を補正し、前記第２ウエハーの前記レンズユニットで前記第１ウエハーの前記感光装置において正確に結像させる調整材と、
   を備えるウエハーレベルの撮像モジュールの製造方法であって、
   ａ：集積回路の形成工程により前記感光装置を有する前記第１ウエハーを形成するステップと、
   ｂ：前記レンズユニットを有する前記第２ウエハーを形成するステップと、
   ｃ：前記第１ウエハーと前記第２ウエハーとの間に前記調整材が排除された状態で前記第２ウエハーを前記第１ウエハーに重ね合わせ、前記第２ウエハーの前記レンズユニットの焦点偏移量を取得し、前記第１ウエハーの前記感光装置が合焦状態にあるか否かを判断するステップと、
   ｄ：前記レンズユニットと前記感光装置との間に調整材を位置させ、前記調整材により前記焦点偏移量を補正し、前記第２ウエハーの前記レンズユニットが前記第１ウエハーの前記感光装置において正確に結像させるためにガラスのスペーサーボールまたはファイバースペーサーを有する前記調整材を設けるステップと、
   を含むウエハーレベルの撮像モジュールの製造方法。
2. 前記ステップｃでは、前記感光装置が合焦状態にないとき、遠焦点フォーカス（far focus）状態、または近焦点フォーカス（near focus）状態のいずれであるかを区分する請求項１記載のウエハーレベルの撮像モジュールの製造方法。
3. 光線を感知し電気的信号を出力する感光装置と、
   前記感光装置に入射される光線を形成するレンズユニットと、
   前記感光装置と前記レンズユニットとの間に設けられ、前記レンズユニットと前記感光装置との間の焦点の偏移量を補正し、前記レンズユニットで前記感光装置において正確に結像させる調整材と、
   を備えるウエハーレベルの撮像モジュールの組み立て設備であって、
   前記感光装置と前記レンズユニットとの間に前記調整材が排除された状態で前記レンズユニットを前記感光装置に重ね合わせて位置決めするために用いられる位置決め調整装置と、
   前記感光装置と電気的に接続するために用いられる信号キャプチャ装置と、
   前記信号キャプチャ装置と電気的に接続し、前記撮像モジュールがキャプチャした映像信号が合焦状態にあるか否かを判断する信号処理装置と、
   前記感光装置、前記調整材および前記レンズユニットの結合のために用いられるアダプターと、
   を備える組み立て設備。
4. 前記位置決め調整装置は、さらに取付け用ユニットを有し、
   前記取付け用ユニットは、前記位置決め調整装置による前記感光装置の位置決めに用いられるとともに、前記調整材および前記レンズユニットを保持して前記アダプターに挿入するために用いられる請求項３に記載の組み立て設備。
5. 前記位置決め調整装置は、さらにテスト台を有し、
   前記テスト台は、前記撮像モジュールを支持するとともに、前記撮像モジュールが前記信号キャプチャ装置との電気的接続を達成するために用いられる請求項３に記載の組み立て設備。
6. 前記信号キャプチャ装置は、プローブカードを有し、
   前記プローブカードは、前記撮像モジュールの前記感光装置と電気的に接続する請求項３に記載の組み立て設備。