JP5450174B2 - ウェハレベルレンズアレイの成形方法、成形型、ウェハレベルレンズアレイ、レンズモジュール、及び撮像ユニット - Google Patents

Description

本発明は、ウェハレベルレンズアレイの成形方法、成形型、ウェハレベルレンズアレイ、レンズモジュール、及び撮像ユニットに関する。

近年、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの電子機器の携帯端末には、小型で薄型な撮像ユニットが搭載されている。このような撮像ユニットは、一般に、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像素子と、固体撮像素子上に被写体像を形成するためのレンズと、を備えている。

携帯端末の小型化・薄型化に伴って撮像ユニットの小型化・薄型化が要請されている。また、携帯端末のコストの低下を図るため、製造工程の効率化が望まれている。小型かつ多数のレンズを製造する方法としては、基板部に複数のレンズ部を形成した構成であるウェハレベルレンズアレイを製造し、該基板部を切断して複数のレンズ部をそれぞれ分離させてなるレンズモジュールを量産する方法が知られている。

また、複数のレンズ部が形成された基板部と複数の固体撮像素子が形成された半導体ウェハとを一体に組み合わせ、レンズ部と固体撮像素子をセットとして含むように基板部とともに半導体ウェハを切断することで撮像ユニットを量産する方法が知られている。

従来、次の工程によりウェハレベルレンズアレイを製造することが知られている。
（１）マスタ基板上に樹脂を塗布し、該樹脂に、レンズ部単体の形状の反転形状を含む転写面が形成された転写体を押し付け、レンズ部の形状を転写する。
（２）マスタ基板上の樹脂に転写体によってレンズ部の形状を転写する工程を繰り返すことで、１つのウェハ上に多数個（例えば１５００〜２４００個）のレンズ部の形状が転写されたマスタレンズアレイを形成する。
（３）マスタレンズアレイのレンズ部の形状が転写されたレンズ形状転写面に、電鋳によってＮｉ等の金属イオンを堆積させてなるスタンパ（Ｎｉ電鋳型）を製造する。
（４）スタンパを一対の型部材として使用し、該一対の型部材のうち一方に光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などのエネルギー硬化性樹脂を供給する。
（５）供給されたエネルギー硬化性樹脂を一対の型部材で挟み込むことで押圧することによって、一対の型部材の各型面に倣って樹脂を成形する。
（６）エネルギー硬化性樹脂にエネルギー線を供給し、該エネルギー硬化性樹脂を硬化させ、一対の型部材から剥離させることでウェハレベルレンズアレイを得る。

特許文献１には、樹脂を型で成形することで、一つの基板に多数のレンズ部が形成されたウェハレベルレンズアレイを製造する方法及び装置が記載されている。

特許文献２には、光学素子を成形する上型と下型の間に、シール部材を挟むことで、上下型の間に注入した樹脂が漏れ出すことを防止する方法が記載されている。

国際公開第０８／１５３１０２号 国際公開第０８／１０２５８２号

ところで、樹脂を一対の型部材の間で挟み込む際に、該樹脂の一部が型部材の型面から型部材の外側にはみ出すことがある。
図１５は、型部材の型面の平面視した状態を模式的に示す図である。型部材Ｍは、型面の平面視において正円形に形成されている。図１５で示すように、型部材Ｍの型面から樹脂がはみ出した領域Ｒは、型面の周縁部の位置で異なっている。ここでは、その中心を通る方向Ｄ１と方向Ｄ２とで、樹脂のはみ出す量が異なっている。型面の方向Ｄ１においては樹脂のはみ出しが少なく、方向Ｄ２では樹脂のはみ出しが多くなる。この状態で樹脂を硬化させると、方向Ｄ２と方向Ｄ１とはみ出した樹脂の量の差に応じて型部材Ｍで成形される樹脂の収縮量に差が生じ、成形されるウェハレベルレンズアレイのレンズ部のピッチにばらつきが生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、製造されるウェハレベルレンズアレイのレンズ部の位置のばらつきを抑えることができる成形方法、及び成形型を提供する。

本発明は、下記構成からなる。
（１）基板部と該基板部に配列された複数のレンズ部とを有するウェハレベルレンズアレイを成形する成形型であって、
前記レンズ部の形状を反転させた形状のレンズ転写部を含む型面を有し、前記ウェハレベルレンズアレイの材料である液状の樹脂を挟み込んで変形、硬化させて成形する一対の型部材からなり、
前記一対の型部材のうち一方の型部材に、前記型面の周縁部に沿って前記型面の全周を囲む堤部が設けられ、他方の型部材に、前記堤部の内側面に嵌合する外側面を有する突起部が設けられ、
前記堤部には、前記ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量を超える前記樹脂を前記堤部で区切られた前記型面の領域の外側へ流出させる切欠部が形成され、
前記突起部は、前記一対の型部材で前記樹脂を挟み込む際に、前記一方の型部材の前記切欠部を塞ぎ、前記一方の型部材の前記型面に当接するように形成され、
前記領域で、前記ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量の前記樹脂を量り取る成形型。

（２）基板部と該基板部に配列された複数のレンズ部とを有するウェハレベルレンズアレイを成形する成形型であって、
前記レンズ部の形状を反転させた形状のレンズ転写部を含む型面を有し、前記ウェハレベルレンズアレイの材料である液状の樹脂を挟み込んで変形、硬化させて成形する一対の型部材からなり、
前記一対の型部材のうち一方の型部材に、前記型面の周縁部に沿って前記型面の全周を囲む堤部が設けられ、他方の型部材には、前記一方の型部材の前記堤部と嵌め合わされる嵌合部が設けられ、
前記一対の型部材の前記堤部と前記嵌合部とを嵌め合わせた状態で、該一対の型部材の間の間隔が前記基板部の厚みとほぼ等しくなり、
前記堤部で区切られた前記型面の領域で、前記ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量の前記樹脂を量り取る成形型。
（３）基板部と該基板部に配列された複数のレンズ部とを有するウェハレベルレンズアレイを成形する成形方法であって、
前記レンズ部の形状を反転させた形状のレンズ転写部を含む型面を有する一対の型部材を用い、前記一対の型部材のうち一方の型部材の前記型面の周縁部に沿って前記型面の全周を囲んで設けられた堤部で区切られた前記型面の領域に、前記ウェハレベルレンズアレイの材料である液状の樹脂を供給する工程と、
前記樹脂を前記一対の型部材で挟み込んで間隔を狭めて、前記ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量を超える前記樹脂を、前記堤部に設けられた切欠部から前記堤部で区切られた領域の外側へ流出させ、
更に、他方の型部材に設けられ、前記堤部の内側面に嵌合する外側面を有する突起部によって、前記堤部の前記切欠部を塞ぎ、前記突起部を前記一方の型部材の前記型面に当接させることで、前記領域において前記ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量の前記樹脂を量り取る工程と、
前記領域に保持された前記樹脂を前記一対の型部材で挟み込み、前記樹脂を前記型面の形状に変形させる工程と、
前記一対の型部材で挟み込まれた前記樹脂を硬化させる工程と、を有するウェハレベルレンズアレイの成形方法。

本発明によれば、堤部に区切られた領域に成形に必要な量の樹脂を保持するとともに余分な樹脂を堤部から流出させることで、ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量を量り取る。そして、一対の型部材の間で樹脂を挟み込むとともに、堤部に区切られた領域に保持された樹脂と、流出した樹脂とを分離する。こうすれば、一対の型部材の間に保持された、ウェハレベルレンズアレイを成形するための樹脂のみが硬化されるため、ウェハレベルレンズアレイのレンズ部のピッチにばらつきが生じることを抑えることができる。

ウェハレベルレンズアレイの平面図 図１に示すウェハレベルレンズアレイのＡ−Ａ線断面図 レンズモジュールの断面図 撮像ユニットの断面図 成形型の断面を示す図 一対の型部材で樹脂を成形する手順を示す図 図６Ｃの矢印Ｘで示す部位を示す図 ウェハレベルレンズアレイの離型を示す図 成形型の変形例を示す図 成形型の他の例を示す図 図１０の成形型を用いた成形方法の手順を示す図 一対の型部材及び切欠部の要部断面図 成形型の他の例を示す図 図１３の成形型で樹脂を成形している状態を示す断面図 型部材の型面の平面視した状態を模式的に示す図

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。

先ず、ウェハレベルレンズアレイ、レンズモジュールと撮像ユニットの構成について説明する。

図１は、ウェハレベルレンズアレイの平面図である。ウェハレベルレンズアレイは、基板部１と、該基板部１に配列された複数のレンズ部１０とを備えている。

レンズ部１０は、基板部１と同じ材料から構成され、該基板部１に一体成形されたものである。

図２は、図１に示すウェハレベルレンズアレイのＡ−Ａ線断面図である。基板部１に形成されたレンズ部１０は、基板部１の平面部分から突出する凸面を有する凸レンズ形状を有する。レンズ部１０の形状は、特に限定されず、用途などによって適宜変形される。

ウェハレベルレンズアレイは、成形型を用いて成形材料を成形し、硬化させることで得られる。

図３は、レンズモジュールの断面図である。
レンズモジュールは、基板部１と、及び該基板部１に一体成形されたレンズ部１０とを含んだ構成である。また、レンズモジュールは、基板部１の一方の面にスペーサ１２が設けられている。

スペーサ１２は、他の部材と重ね合わせるときの間隔を確保する部材である。

レンズモジュールは、図１及び図２に示すウェハレベルレンズアレイの基板部１をダイシングし、レンズ部１０ごとに分離させたものを用いる。レンズモジュールに備えられるスペーサ１２は、基板部１上のダイシングされる領域に予め形成され、ダイシングによって分離され、各レンズモジュールの基板部１に付属する。

図４は、撮像ユニットの断面図である。
撮像ユニットは、上述のレンズモジュールと、センサモジュールとを備える。レンズモジュールのレンズ部１０は、センサモジュール側に設けられた固体撮像素子Ｄに被写体像を結像させる。レンズモジュールの基板部１とセンサモジュールの半導体基板Ｗとが、平面視において略同一の矩形状である。

センサモジュールは、半導体基板Ｗと、半導体基板Ｗに設けられた固体撮像素子Ｄを含んでいる。半導体基板Ｗは、例えばシリコンなどの半導体材料で形成されたウェハを平面視略矩形状に切り出して成形されている。固体撮像素子Ｄは、半導体基板Ｗの略中央部に設けられている。固体撮像素子Ｄは、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサである。センサモジュールは、チップ化された固体撮像素子Ｄを配線等が形成された半導体基板上にボンディングした構成とすることができる。又は、固体撮像素子Ｄは、半導体基板Ｗに対して周知の成膜工程、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程、不純物添加工程等を繰り返し、該半導体基板に電極、絶縁膜、配線等を形成して構成されてもよい。

レンズモジュールは、その基板部１がスペーサ１２を挟んでセンサモジュールの半導体基板Ｗの上に重ね合わされている。レンズモジュールのスペーサ１２とセンサモジュールの半導体基板Ｗとは、例えば接着剤などを用いて接合される。スペーサ１２は、レンズモジュールのレンズ部１０がセンサモジュールの固体撮像素子Ｄ上で被写体像を結像させるように設計され、レンズ部１０がセンサモジュールに接触しないように、該レンズ部１０と固体撮像素子Ｄとの間に所定の距離を隔てる厚みで形成されている。

レンズモジュール及び撮像ユニットに設けられるスペーサ１２は、レンズモジュールの基板部１とセンサモジュールの半導体基板Ｗとを所定の距離を隔てた位置関係を保持することができる範囲で、その形状は特に限定されず適宜変形できる。例えば、スペーサ１２は、基板部１の平面視において格子状の部材であってもよく、レンズ部１０の周囲に複数設けられた柱状の部材であってもよい。また、スペーサ１２は、センサモジュールの固体撮像素子Ｄの周囲を取り囲むような枠状の部材であってもよい。固体撮像素子Ｄを枠状のスペーサ１２によって取り囲むことで外部から隔絶すれば、固体撮像素子Ｄにレンズを透過する光以外の光が入射しないように遮光することができる。また、固体撮像素子Ｄを外部から密封することで、固体撮像素子Ｄに塵埃が付着することを防止できる。

なお、図３に示すレンズモジュールは、レンズ部１０が形成された基板部１を１つ備えた構成であるが、レンズ部１０が形成された基板部１を複数備えた構成としてもよい。このとき、互いに重ね合わされる基板部１同士がスペーサ１２を介して組み付けられる。

また、レンズ部１０が形成された基板部１を複数備えたレンズモジュールの最下位置の基板部１にスペーサ１２を介してセンサモジュールを接合して撮像ユニットを構成してもよい。

撮像ユニットは、携帯端末等に内蔵される図示しない回路基板にリフロー実装される。回路基板には、撮像ユニットが実装される位置に予めペースト状の半田が適宜印刷されており、そこに撮像ユニットが載せられ、この撮像ユニットを含む回路基板に赤外線の照射や熱風の吹付けといった加熱処理が施され、撮像ユニットが回路基板に溶着される。

次に、ウェハレベルレンズアレイを成形するのに用いる成形材料について説明する。成形材料としては、成形時には流動性を有し、成形後、加熱や光照射によって硬化する樹脂を用いる。このような樹脂としては、熱硬化性樹脂、又は、活性エネルギー線（例えば紫外線、電子線）の照射により硬化する樹脂のいずれであってもよい。

樹脂は、成形時の型形状の転写適性等、成形性の観点から硬化前には適度な流動性を有していることが好ましい。具体的には常温で液体であり、粘度が１０００〜５００００ｍＰａ・ｓ程度のものが好ましい。

樹脂は、一方、硬化後にはリフロー工程を通しても熱変形しない程度の耐熱性を有していることが好ましい。該観点から、硬化物のガラス転移温度は２００℃以上であることが好ましく、２５０℃以上であることがより好ましく、３００℃以上であることが特に好ましい。樹脂組成物にこのような高い耐熱性を付与するためには、分子レベルで運動性を束縛することが必要であり、有効な手段としては、（１）単位体積あたりの架橋密度を上げる手段、（２）剛直な環構造を有する樹脂を利用する手段（例えばシクロヘキサン、ノルボルナン、テトラシクロドデカン等の脂環構造、ベンゼン、ナフタレン等の芳香環構造、９，９’−ビフェニルフルオレン等のカルド構造、スピロビインダン等のスピロ構造を有する樹脂、具体的には例えば、特開平９−１３７０４３号公報、同１０−６７９７０号公報、特開２００３−５５３１６号公報、同２００７−３３４０１８号公報、同２００７−２３８８８３号公報等に記載の樹脂）、（３）無機微粒子など高Ｔｇの物質を均一に分散させる手段（例えば特開平５−２０９０２７号公報、同１０−２９８２６５号公報等に記載）等が挙げられる。これらの手段は複数併用してもよく、流動性、収縮率、屈折率特性など他の特性を損なわない範囲で調整することが好ましい。

樹脂の組成物は、形状転写精度の観点から、硬化反応による体積収縮率が小さいものが好ましい。樹脂の硬化収縮率としては１０％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましく、３％以下であることが特に好ましい。

硬化収縮率の低い樹脂の組成物としては、例えば、（１）高分子量の硬化剤（プレポリマ−など）を含む樹脂組成物（例えば特開２００１−１９７４０号公報、同２００４−３０２２９３号公報、同２００７−２１１２４７号公報等に記載、高分子量硬化剤の数平均分子量は２００〜１００，０００の範囲であることが好ましく、より好ましくは５００〜５０，０００の範囲であり、特に好ましくは１，０００〜２０，０００の場合である。また該硬化剤の数平均分子量／硬化反応性基の数で計算される値が、５０〜１０，０００の範囲にあることが好ましく、１００〜５，０００の範囲にあることがより好ましく、２００〜３，０００の範囲にあることが特に好ましい。）、（２）非反応性物質（有機/無機微粒子，非反応性樹脂等）を含む樹脂組成物（例えば特開平６−２９８８８３号公報、同２００１−２４７７９３号公報、同２００６−２２５４３４号公報等に記載）、（３）低収縮架橋反応性基を含む樹脂組成物（例えば、開環重合性基（例えばエポキシ基（例えば、特開２００４−２１０９３２号公報等に記載）、オキセタニル基（例えば、特開平８−１３４４０５号公報等に記載）、エピスルフィド基（例えば、特開２００２−１０５１１０号公報等に記載）、環状カーボネート基（例えば、特開平７−６２０６５号公報等に記載）等）、エン／チオール硬化基（例えば、特開２００３−２０３３４号公報等に記載）、ヒドロシリル化硬化基（例えば、特開２００５−１５６６６号公報等に記載）等）、（４）剛直骨格樹脂（フルオレン、アダマンタン、イソホロン等）を含む樹脂組成物（例えば、特開平９−１３７０４３号公報等に記載）、（５）重合性基の異なる２種類のモノマーを含み相互貫入網目構造（いわゆるＩＰＮ構造）が形成される樹脂組成物（例えば、特開２００６−１３１８６８号公報等に記載）、（６）膨張性物質を含む樹脂組成物（例えば、特開２００４−２７１９号公報、特開２００８−２３８４１７号公報等に記載）等を挙げることができ、本発明において好適に利用することができる。また上記した複数の硬化収縮低減手段を併用すること（例えば、開環重合性基を含有するプレポリマーと微粒子を含む樹脂組成物など）が物性最適化の観点からは好ましい。

ウェハレベルレンズアレイには、高−低２種類以上のアッベ数の異なる樹脂が望まれる。
高アッべ数側の樹脂は、アッベ数（νｄ）が５０以上であることが好ましく、より好ましくは５５以上であり特に好ましくは６０以上である。屈折率（ｎｄ）は１．５２以上であることが好ましく、より好ましくは１．５５以上であり、特に好ましくは１．５７以上である。このような樹脂としては、脂肪族の樹脂が好ましく、特に脂環構造を有する樹脂（例えば、シクロヘキサン、ノルボルナン、アダマンタン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等の環構造を有する樹脂、具体的には例えば、特開平１０−１５２５５１号公報、特開２００２−２１２５００号公報、同２００３−２０３３４号公報、同２００４−２１０９３２号公報、同２００６−１９９７９０号公報、同２００７−２１４４号公報、同２００７−２８４６５０号公報、同２００８−１０５９９９号公報等に記載の樹脂）が好ましい。

低アッべ数側の樹脂は、アッベ数（νｄ）が３０以下であることが好ましく、より好ましくは２５以下であり特に好ましくは２０以下である。屈折率（ｎｄ）は１．６０以上であることが好ましく、より好ましくは１．６３以上であり、特に好ましくは１．６５以上である。
このような樹脂としては芳香族構造を有する樹脂が好ましく、例えば９,９’‐ジアリールフルオレン、ナフタレン、ベンゾチアゾール、ベンゾトリアゾール等の構造を含む樹脂（具体的には例えば、特開昭６０−３８４１１号公報、特開平１０−６７９７７号公報、特開２００２−４７３３５号公報、同２００３−２３８８８４号公報、同２００４−８３８５５号公報、同２００５−３２５３３１号公報、同２００７−２３８８８３号公報、国際公開２００６／０９５６１０号公報、特許第２５３７５４０号公報等に記載の樹脂等）が好ましい。

樹脂は、屈折率を高める目的やアッベ数を調整する目的のために、無機微粒子をマトリックス中に分散させたものであることが好ましい。無機微粒子としては、例えば、酸化物微粒子、硫化物微粒子、セレン化物微粒子、テルル化物微粒子が挙げられる。より具体的には、例えば、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ランタン、酸化イットリウム、硫化亜鉛等の微粒子を挙げることができる。
特に上記高アッべ数の樹脂に対しては、酸化ランタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム等の微粒子を分散させることが好ましく、低アッベ数の樹脂に対しては、酸化チタン、酸化スズ、酸化ジルコニウム等の微粒子を分散させることが好ましい。無機微粒子は、単独で用いても２種以上を併用してもよい。また、複数の成分による複合物であってもよい。

また、無機微粒子には光触媒活性低減、吸水率低減などの種々の目的から、異種金属をドープしたり、表面層をシリカ、アルミナ等異種金属酸化物で被覆したり、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、有機酸（カルボン酸類、スルホン酸類、リン酸類、ホスホン酸類等）又は有機酸基を持つ分散剤などで表面修飾してもよい。無機微粒子の数平均粒子サイズは通常１ｎｍ〜１０００ｎｍ程度とすればよいが、小さすぎると物質の特性が変化する場合があり、大きすぎるとレイリー散乱の影響が顕著となるため、１ｎｍ〜１５ｎｍが好ましく、２ｎｍ〜１０ｎｍが更に好ましく、３ｎｍ〜７ｎｍが特に好ましい。また、無機微粒子の粒子サイズ分布は狭いほど望ましい。このような単分散粒子の定義の仕方はさまざまであるが、例えば、特開２００６−１６０９９２号に記載されるような数値規定範囲が好ましい粒径分布範囲に当てはまる。ここで上述の数平均１次粒子サイズとは、例えばＸ線回折（ＸＲＤ）装置あるいは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などで測定することができる。無機微粒子の屈折率としては、２２℃、５８９ｎｍの波長において、１．９０〜３．００であることが好ましく、１．９０〜２．７０であることが更に好ましく、２．００〜２．７０であることが特に好ましい。無機微粒子の樹脂に対する含有量は、透明性と高屈折率化の観点から、５質量％以上であることが好ましく、１０〜７０質量％が更に好ましく、３０〜６０質量％が特に好ましい。

樹脂に微粒子を均一に分散させるためには、例えばマトリックスを形成する樹脂モノマーとの反応性を有する官能基を含む分散剤（例えば特開２００７−２３８８８４号公報実施例等に記載）、疎水性セグメント及び親水性セグメントで構成されるブロック共重合体（例えば特開２００７−２１１１６４号公報に記載）、あるいは高分子末端又は側鎖に無機微粒子と任意の化学結合を形成しうる官能基を有する樹脂（例えば特開２００７−２３８９２９号公報、特開２００７−２３８９３０号公報等に記載）等を適宜用いて微粒子を分散させることが望ましい。

また、樹脂には、シリコン系、フッ素系、長鎖アルキル基含有化合物等の公知の離型剤やヒンダードフェノール等の酸化防止剤等の添加剤が適宜配合されていてもよい。

樹脂には、必要に応じて硬化触媒又は開始剤を配合することができる。具体的には、例えば特開２００５−９２０９９号公報（段落番号［００６３］〜［００７０］）等に記載の熱又は活性エネルギー線の作用により硬化反応（ラジカル重合あるいはイオン重合）を促進する化合物を挙げることができる。これらの硬化反応促進剤の添加量は、触媒や開始剤の種類、あるいは硬化反応性部位の違いなどによって異なり一概に規定することはできないが、一般的には硬化反応性樹脂組成物の全固形分に対して０．１〜１５質量％程度が好ましく、０．５〜５質量％程度がより好ましい。

樹脂に上記成分を適宜配合して製造する際に、液状の低分子モノマー（反応性希釈剤）等に他の成分を溶解することができる場合には、別途溶剤を添加する必要はない。しかし、それ以外の場合には、樹脂は、別途溶剤を用いることで各構成成分を溶解させ、製造される。溶剤としては、樹脂の組成物が沈殿することなく、均一に溶解又は分散されるものであれば特に制限はなく適宜選択することができ、具体的には、例えば、ケトン類（例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等）、エステル類（例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル等）、エーテル類（例えば、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン等）アルコール類（例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、エチレングリコール等）、芳香族炭化水素類（例えば、トルエン、キシレン等）、水等を挙げることができる。樹脂が溶剤を含む場合には該樹脂を基板及び／又は型部材の上にキャストし溶剤を乾燥させた後に型形状を転写する操作を行うことが好ましい。

次に、成形型について説明する。図５は、成形型の断面を示す図である。

一対の型部材１０２，１０４は、製造するウェハレベルレンズアレイのレンズ部の形状を反転させた形状のレンズ転写部１０２ａ，１０４ａを含む型面を有し、該型面で樹脂を成形する。一対の型部材１０２，１０４は、それぞれの型面がウェハレベルレンズアレイの基板１の平面視における面積と等しい。また、一対の型部材１０２，１０４は、周縁部の大きさが等しく、いずれも型面の形状が正円形である。

一対の型部材１０２，１０４のうち、鉛直方向において下側に配置された型部材１０２には、型面の周縁部に沿って型面の全周を囲む堤部１１０が設けられている。堤部１１０は、型部材１０２の型面を平面視において環状に形成されている。

堤部１１０は、型部材１０２の型面に対して垂直に延びる部位であって、該型面からの高さが、製造するウェハレベルレンズアレイの基板部の厚みに等しい。

図６Ａから図６Ｃは、一対の型部材で樹脂を成形する手順を示している。

先ず、図６Ａに示すように、型部材１０２の型面における堤部で囲われた領域に樹脂１０Ｒが供給される。樹脂１０Ｒは、図示しないディスペンサを用いて塗布される。このとき、供給される樹脂１０Ｒは、硬化させた際にウェハレベルレンズアレイとなる分の容積より十分に多い量が塗布される。

樹脂１０Ｒを塗布した後で、図６Ｂに示すように、樹脂１０Ｒが供給された型部材１０２の型面と型部材１０４の型面とで、樹脂１０Ｒを挟み込む。樹脂１０Ｒは、一対の型部材１０２，１０４の各型面に倣って変形するとともに、樹脂１０Ｒの一部が、堤部１１０から溢れて一対の型部材１０２，１０４の間から流出する。このとき、堤部１１０に区切られた領域において、製造されるウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量の樹脂１０Ｒが量り取られる。

図６Ｃに示すように、更に型部材１０４を降下させ、一対の型部材１０２の堤部１１０を型部材１０４の型面に当接させる。一対の型部材１０２，１０４はそれぞれの周縁部の位置が型面の平面視において一致するように重ね合わされる。この際には、樹脂１０Ｒが更に押し出され、堤部１１０からから溢れて一対の型部材１０２，１０４の間から流出する。堤部１１０で区切られた領域に保持された樹脂１０Ｒを一対の型部材１０２，１０４で挟み込みつつ、堤部１１０を型部材１０４と接触させることで、堤部１１０で囲われた領域に保持された樹脂１０Ｒと領域の外側に流出した樹脂１０Ｒとを分離させる。重ね合わされた一対の型部材１０２，１０４の間における、堤部１１０によって囲われた領域がキャビティとなり、このキャビティに樹脂が保持される。

図７は、図６Ｃの矢印Ｘで示す部位を示している。
一対の型部材１０２，１０４を重ね合わせたとき、両者の間隔が、型部材１０２の堤部１１０によって規定され、製造されるウェハレベルレンズの基板部１の厚さと同じになる。

また、堤部１１０は、その上面１１０ａが型部材１０４の型面と面接触する。この上面１１０ａと型部材１０４の型面との間に、つまり、堤部１１０上に存在していた樹脂１０Ｒが上面１１０ａと型部材１０４の型面と接触させることによって押し出される。押し出された樹脂１０Ｒが一対の型部材１０２，１０４の間における堤部１１０で囲われた領域から外側に流出する。このように、型部材１０２の堤部１１０を用いて、供給された樹脂１０Ｒの一部を堤部１１０で囲われた領域から流出させることで、この領域においてウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量の樹脂１０Ｒを量り取ることができる。その後、樹脂１０Ｒの硬化を行う。

樹脂１０Ｒが熱硬化性樹脂の場合には、一対の型部材１０２，１０４の位置を保持した状態で、一対の型部材１０２，１０４の間における堤部１１０で囲われた領域に保持された樹脂１０Ｒを加熱し、硬化させる。

樹脂１０Ｒがエネルギー線硬化性樹脂の場合には、一対の型部材１０２，１０４のそれぞれの位置を保持した状態で、樹脂１０Ｒにエネルギー線を照射し、樹脂１０Ｒを硬化させる。樹脂１０Ｒが光硬化性樹脂の場合には、一対の型部材１０２，１０４のうち少なくとも一方を光透過性の材料で構成して、光透過性の材料で構成された型部材側から光を透過させて樹脂１０Ｒを硬化させる。

上記の手順では、硬化の前に、一対の型部材１０２，１０４の間において、堤部１１０に区切られた領域で樹脂１０Ｒを予め量り取り、また、余分な樹脂１０Ｒを一対の型部材１０２，１０４の間に保持された樹脂１０Ｒから分離している。このため、はみ出した樹脂１０Ｒを一緒に硬化させる場合に比べて、方向による収縮量の差を小さく抑えることができ、製造されるウェハレベルレンズアレイのレンズ部のピッチにばらつきが生じることを抑えることができる。

図８は、ウェハレベルレンズアレイの離型を示している。
樹脂１０Ｒが硬化した後、一対の型部材１０２，１０４から成形されたウェハレベルレンズアレイを離型する。こうして、基板部１０の両面にレンズ部１が一体に成形されたウェハレベルレンズアレイを得ることができる。

なお、堤部の形状は、上述のものに限定されない。
図９Ａ及び９Ｂは、成形型の変形例を示す。図９Ａ及び９Ｂでは、一対の型部材を重ね合わせた際の堤部及びその近傍の断面が示されている。
図９Ａに示す成形型では、型部材１０４の型面に、下側の型部材１０２の堤部１１０の内側面に嵌め合わされる嵌合部１１４が設けられている。嵌合部１１４は型部材１０４の型面に対して垂直方向に突出し、突出した側の端部に型部材１０２の型面に接触する端面１１４ａが形成されている。嵌合部１１４は型部材１０４の型面の平面視において、環状に形成されている。

図９Ｂに示す成形型では、型部材１０２の周縁部に沿って堤部１２０が設けられている点で上記構成と同じである。この例では、堤部１２０は、その型面に対して突出する側の端部にテーパによって形成された先鋭部１２０ａを有する。よって、一対の型部材１０２，１０４を重ね合わせた際には、堤部１２０の先鋭部１２０ａが型部材１０４の型面に接触する。

図１０は、成形型の他の例を示す図である。
この成形型は、一対の型部材２０２，２０４で構成されている。一対の型部材２０２，２０４の型面には、図１のウェハレベルレンズアレイのレンズ部１０の形状を反転させた形状のレンズ転写部２０２ａ，２０４ａが形成されている。

一対の型部材２０２，２０４は、いずれも型面が平面視において正円形であって、型部材２０２の型面の径が型部材２０４の型面の径よりも大きい。

型部材２０２には、その型面の周縁部に沿って、該型面に対して垂直に突出する堤部２１０が形成されている。堤部２１０は、型面の平面視において環状である。堤部２１０における、突出する側の端部には、堤部２１０の上端から内側面に沿って傾斜するテーパ面２１２が形成されている。

型部材２０４には、その型面の周縁部に沿って、該型面に対して垂直に突出する突起部２２０が形成されている。突起部２２０は、型面の平面視において環状である。

型部材２０４の径は、型部材２０２の堤部２１０の内側面の径にほぼ等しい。よって、型部材２０４を型部材２０２の堤部２１０の内側へ挿入し、型部材２０４の突起部２２０を型部材２０２の型面に当接させることで、一対の型部材２０２，２０４の間の間隔を保持することができる。

型部材２０４を型部材２０２の堤部２１０の内側へ挿入する際に、型部材２０４は、突起部２２０が該テーパ面２１２に沿って堤部２１０の内側へ案内されるため、スムーズに挿入される。

突起部２２０の型部材２０４の型面に対して垂直に突出する高さは、製造するウェハレベルレンズアレイの基板部１の厚さに等しい。

堤部２１０には、切欠部２１４が形成されている。切欠部２１４は、堤部２１０の突出している側の端部から型部材２０２の型面側に切り込まれている。ここで、切欠部２１４は、型面から切り込みの位置までが所定の高さに設定されている。この高さによって、型部材２０２の型面における、堤部２１０に区切られた領域に保持できる樹脂１０Ｒの量を規定している。つまり、ウェハレベルレンズアレイを成形するのに必要な量よりも多い樹脂が供給されると、余分な樹脂１０Ｒが切欠部２１４を通って、堤部２１０の外側へ流出する。

図１１Ａ及び１１Ｂは、図１０の成形型を用いた成形方法の手順を示している。

先ず、図１１Ａに示すように、型部材２０２の型面における、堤部２１０で囲われた領域に樹脂１０Ｒを供給する。そして、余分な樹脂１０Ｒを切欠部２１４で囲われた領域から流出させることで、領域においてウェハレベルレンズアレイを成形するのに必要な量の樹脂１０Ｒを量り取る。

その後、図１１Ｂに示すように、型部材２０４を、型部材２０２の堤部２１０の内側に嵌め合わせて押し込むことで、一対の型部材２０２，２０４の型面同士の間で樹脂１０Ｒを挟み込む。型部材２０４を型部材２０２に押し込む際に、型部材２０４の突起部２２０が型部材２０２の型面に当接するため、一対の型部材２０２，２０４の間の間隔は一定となる。

一対の型部材２０２，２０４の型面同士の間で挟み込まれた樹脂１０Ｒを硬化させ、硬化後に成形されたウェハレベルレンズアレイを離型させ、製造が完了する。

図１２Ａ及び１２Ｂは、一対の型部材及び切欠部の要部断面図である。ここで、図１２Ａは、型部材２０４の突起部２２０が、切欠部２１４を堤部２１０の内側から塞いでいない状態を示している。この状態では、型部材２０２の堤部２１０に区切られた領域に保持された樹脂１０Ｒの液面が、切欠部２１４の型面から切り込みの位置までの高さより高い場合には、切欠部２１４から樹脂１０Ｒが流出される。樹脂１０Ｒの液面が、切欠部２１４の型面から切り込みの位置までの高さとほぼ等しくなると、樹脂１０Ｒが流出されなくなる。このため、切欠部２１４の型面から切り込みの位置までの高さを基準として樹脂１０Ｒを供給すれば、堤部２１０で囲われた領域に、ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量の樹脂１０Ｒを量り取ることができる。

図１２Ｂは、型部材２０４の突起部２２０が、切欠部２１４を堤部２１０の内側から塞いだ状態を示している。この状態では、切欠部２１４が型部材２０４の突起部２２０によって塞がれているため、一対の型部材２０２，２０４の間に保持された樹脂１０Ｒが堤部２１０の外側へ流出しない。

このように、型部材２０４の型面が樹脂１０Ｒに接する前に、突起部２２０が切欠部２１４を塞ぐ。このような成形型及びそれを用いた成形方法は、型部材２０４の型面のレンズ転写部２０４ａが凸面となる場合、つまり、型部材２０４のレンズ転写部２０４ａによって転写されるレンズ部１０が凹状となる場合に有効である。

この例では、供給する樹脂の量、及び、切欠部の型面からの切欠きの位置は、突起部２２０が樹脂１０Ｒに入る分の体積を考慮して決定される。

図１３は、成形型の他の例を示す図である。
この成形型は、一対の型部材３０２，３０４で構成されている。一対の型部材３０２，３０４の型面には、図１のウェハレベルレンズアレイのレンズ部１０の形状を反転させた形状のレンズ転写部３０２ａ，３０４ａが形成されている。

一対の型部材３０２，３０４は、いずれも型面が平面視において正円形であって、型部材３０２の型面と型部材３０４の型面とが同じ径である。

型部材３０２には、その型面の周縁部近傍に、該型面に対して垂直に突出する堤部３１０が形成されている。堤部３１０は、型面の平面視において環状である。堤部３１０は、その側面が、突出する側に向かって該堤部３１０の径方向の幅が小さくなるようにテーパ状に形成されている。

型部材３０４には、その型面の周縁部近傍に、堤部３１０の形状を反転させた形状の凹状の嵌合部３２０が形成されている。嵌合部３２０は、型面の平面視において環状の溝である。

嵌合部３２０に対して型面の径方向の内側に凸部３２２が設けられている。この凸部３２２は、嵌合部３２０近傍の型面に段差を介して連なっている。この段差は型面からの高さが、図１のウェハレベルレンズアレイの基板部１の厚さに等しい。型部材３０４の凸部３２２に区切られた型面の領域は、成形されるウェハレベルレンズアレイの基板部の厚さに相当する深さで窪んでいる。型部材３０４の凸部３２２を型部材３０２の型面に当接させることで、一対の型部材３０２，３０４の型面同士の間に、ウェハレベルレンズアレイを成形するためのキャビティが形成される。

堤部３１０には、切欠部３１４が形成されている。切欠部３１４は、堤部３１０の突出している側の端部から型部材２０２の型面側に切り込まれている。ここで、切欠部３１４は、型面から切り込みの位置までが所定の高さに設定されている。ウェハレベルレンズアレイを成形するのに必要な量よりも多い樹脂が供給されると、余分な樹脂が切欠部３１４を通って、堤部３１０の外側へ流出する。

図１４は、図１３の成形型で樹脂を成形している状態を示す断面図である。
図１４に示すように、一対の型部材３０２，３０４は、型部材３０２の堤部３１０を型部材３０４の嵌合部３２０に嵌め合わせることで、両者の間にウェハレベルレンズアレイを成形するためのキャビティを形成する。

図１４に示す成形型で、成形を行うときには、先ず、型部材３０２の型面における、堤部３１０に区切られた領域に、樹脂１０Ｒを供給し、余分な樹脂１０Ｒを堤部３１０の外側へ流出させ、ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量の樹脂１０Ｒを量り取る。その後、一対の型部材３０２，３０４同士を重ね合わせることで、堤部３１０で囲われた領域に保持された樹脂１０Ｒと堤部３１０の外側に流出した樹脂１０Ｒとを分離させる。その後、一対の型部材３０２，３０４で挟み込まれた樹脂１０Ｒを硬化させ、離型することでウェハレベルレンズアレイが完成する。

上記成形の手順によって得られたウェハレベルレンズアレイを複数積層させることでレンズアレイ積層体を得ることができる。また、このレンズアレイ積層体から積層方法に並ぶレンズ部を含んで分離させることで、レンズモジュールを得ることができる。

上記成形の手順によって得られたウェハレベルレンズアレイ、又は、上記レンズアレイ積層体を、ウェハレベルレンズアレイにおける複数のレンズ部と同じ配列で複数の固体撮像素子がウェハ上に配列されたセンサアレイに積層させることで、素子アレイ積層体を得ることができる。また、この素子アレイ積層体から、積層方向に並ぶ固体撮像素子及びレンズ部を含んで分離させることで撮像ユニットを得ることができる。

本明細書は、次の内容を開示するものである。
（１）基板部と該基板部に配列された複数のレンズ部とを有するウェハレベルレンズアレイを成形する成形型であって、
前記レンズ部の形状を反転させた形状のレンズ転写部を含む型面を有し、前記ウェハレベルレンズアレイの材料である液状の樹脂を挟み込んで変形、硬化させて成形する一対の型部材からなり、
前記一対の型部材のうち一方の型部材に、前記型面の周縁部に沿って前記型面の全周を囲む堤部を備え、
前記堤部で区切られた前記型面の領域で、前記ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量の前記樹脂を量り取る成形型。
（２）（１）に記載の成形型であって、
前記堤部は、他方の型部材の前記型面に当接されることで、前記一対の型部材の間の間隔を保持する成形型。
（３）（１）に記載の成形型であって、
前記堤部には、前記ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量を超える前記樹脂を前記領域の外側へ流出させる切欠部が形成されている成形型。
（４）（３）に記載の成形型であって、
前記一対の型部材のうち他方の型部材に、前記堤部の内側面に嵌合する外側面を有する突起部が設けられ、前記突起部は、前記一対の型部材で前記樹脂を挟み込む際に、前記一方の型部材の前記切欠部を塞ぎ、前記一方の型部材の前記型面に当接するように形成されている成形型。
（５）（１）に記載の成形型であって、
前記一対の型部材のうち、他方の型部材には、前記一方の型部材の前記堤部と嵌め合わされる嵌合部が設けられ、前記一対の型部材の前記堤部と前記嵌合部とを嵌め合わせた状態で、該一対の型部材の間の間隔が前記基板部の厚みとほぼ等しくなる成形型。
（６）基板部と該基板部に配列された複数のレンズ部とを有するウェハレベルレンズアレイを成形する成形方法であって、
前記レンズ部の形状を反転させた形状のレンズ転写部を含む型面を有する一対の型部材を用い、前記一対の型部材のうち一方の型部材の前記型面の周縁部に沿って前記型面の全周を囲んで設けられた堤部で区切られた前記型面の領域に、前記ウェハレベルレンズアレイの材料である液状の樹脂を供給し、前記ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量を超える前記樹脂を前記堤部で区切られた領域から流出させることで、前記領域において前記ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量の前記樹脂を量り取る工程と、
前記領域に保持された前記樹脂を前記一対の型部材で挟み込み、前記樹脂を前記型面の形状に変形させる工程と、
前記一対の型部材で挟み込まれた前記樹脂を硬化させる工程と、を有するウェハレベルレンズアレイの成形方法。
（７）（６）に記載の成形方法であって、
前記変形させる工程において、前記堤部を他方の型部材と当接させて前記一対の型部材の間隔を前記ウェハレベルレンズアレイの厚さに設定するウェハレベルレンズアレイの成形方法。
（８）（６）に記載の成形方法であって、
前記ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量を超える前記樹脂を、前記堤部に設けられた切欠部から前記領域の外側へ流出させる成形方法。
（９）（８）に記載の成形方法であって、
他方の型部材に、前記堤部の内側面に嵌合する外側面を有する突起部が設けられ、前記樹脂を前記一対の型部材で挟み込んで間隔を狭める際に、前記突起部によって前記堤部の前記切欠部を塞ぎ、前記突起部を前記一方の型部材の前記型面に当接させる成形方法。
（１０）（６）から（９）のいずれか１つに記載の成形方法によって得られたウェハレベルレンズアレイ。
（１１）（１０）に記載のウェハレベルレンズアレイが複数積層されたレンズアレイ積層体。
（１２）（１０）に記載のウェハレベルレンズアレイ、又は、（１１）に記載のレンズアレイ積層体が、複数の固体撮像素子がウェハ上に配列されたセンサアレイに積層された素子アレイ積層体。
（１３）（１０）に記載のウェハレベルレンズアレイから、１つの前記レンズ部を含んで分離されたレンズモジュール。
（１４）（１１）に記載のレンズアレイ積層体から積層方法に並ぶレンズ部を含んで分離されたレンズモジュール。
（１５）（１２）に記載の素子アレイ積層体から、積層方向に並ぶ固体撮像素子及びレンズ部を含んで分離された撮像ユニット。

１ 基板部
１０ レンズ部
１０Ｒ 樹脂
１０２，１０４，２０２，２０４，３０２，３０４ 型部材
１１０，２１０，３１０ 堤部
２１４，３１４ 切欠部
２２０ 突起部
３２０ 嵌合部

Claims (11)

1. 基板部と該基板部に配列された複数のレンズ部とを有するウェハレベルレンズアレイを成形する成形型であって、
   前記レンズ部の形状を反転させた形状のレンズ転写部を含む型面を有し、前記ウェハレベルレンズアレイの材料である液状の樹脂を挟み込んで変形、硬化させて成形する一対の型部材からなり、
   前記一対の型部材のうち一方の型部材に、前記型面の周縁部に沿って前記型面の全周を囲む堤部が設けられ、他方の型部材に、前記堤部の内側面に嵌合する外側面を有する突起部が設けられ、
   前記堤部には、前記ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量を超える前記樹脂を前記堤部で区切られた前記型面の領域の外側へ流出させる切欠部が形成され、
   前記突起部は、前記一対の型部材で前記樹脂を挟み込む際に、前記一方の型部材の前記切欠部を塞ぎ、前記一方の型部材の前記型面に当接するように形成され、
   前記領域で前記ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量の前記樹脂を量り取る成形型。
2. 基板部と該基板部に配列された複数のレンズ部とを有するウェハレベルレンズアレイを成形する成形型であって、
   前記レンズ部の形状を反転させた形状のレンズ転写部を含む型面を有し、前記ウェハレベルレンズアレイの材料である液状の樹脂を挟み込んで変形、硬化させて成形する一対の型部材からなり、
   前記一対の型部材のうち一方の型部材に、前記型面の周縁部に沿って前記型面の全周を囲む堤部が設けられ、他方の型部材には、前記一方の型部材の前記堤部と嵌め合わされる嵌合部が設けられ、
   前記一対の型部材の前記堤部と前記嵌合部とを嵌め合わせた状態で、該一対の型部材の間の間隔が前記基板部の厚みとほぼ等しくなり、
   前記堤部で区切られた前記型面の領域で、前記ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量の前記樹脂を量り取る成形型。
3. 請求項１又は請求項２に記載の成形型であって、
   前記堤部は、他方の型部材の前記型面に当接されることで、前記一対の型部材の間の間隔を保持する成形型。
4. 基板部と該基板部に配列された複数のレンズ部とを有するウェハレベルレンズアレイを成形する成形方法であって、
   前記レンズ部の形状を反転させた形状のレンズ転写部を含む型面を有する一対の型部材を用い、前記一対の型部材のうち一方の型部材の前記型面の周縁部に沿って前記型面の全周を囲んで設けられた堤部で区切られた前記型面の領域に、前記ウェハレベルレンズアレイの材料である液状の樹脂を供給する工程と、
   前記樹脂を前記一対の型部材で挟み込んで間隔を狭めて、前記ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量を超える前記樹脂を、前記堤部に設けられた切欠部から前記堤部で区切られた領域の外側へ流出させ、
   更に、他方の型部材に設けられ、前記堤部の内側面に嵌合する外側面を有する突起部によって、前記堤部の前記切欠部を塞ぎ、前記突起部を前記一方の型部材の前記型面に当接させることで、前記領域において前記ウェハレベルレンズアレイを成形するために必要な量の前記樹脂を量り取る工程と、
   前記領域に保持された前記樹脂を前記一対の型部材で挟み込み、前記樹脂を前記型面の形状に変形させる工程と、
   前記一対の型部材で挟み込まれた前記樹脂を硬化させる工程と、を有するウェハレベルレンズアレイの成形方法。
5. 請求項４に記載の成形方法であって、
   前記変形させる工程において、前記堤部を他方の型部材と当接させて前記一対の型部材の間隔を前記ウェハレベルレンズアレイの厚さに設定するウェハレベルレンズアレイの成形方法。
6. 請求項４又は請求項５に記載の成形方法によって得られたウェハレベルレンズアレイ。
7. 請求項６に記載のウェハレベルレンズアレイが複数積層されたレンズアレイ積層体。
8. 請求項６に記載のウェハレベルレンズアレイ、又は、請求項７に記載のレンズアレイ積層体が、複数の固体撮像素子がウェハ上に配列されたセンサアレイに積層された素子アレイ積層体。
9. 請求項６に記載のウェハレベルレンズアレイから、１つのレンズ部を含んで分離されたレンズモジュール。
10. 請求項７に記載のレンズアレイ積層体から、積層方向に並ぶレンズ部を含んで分離されたレンズモジュール。
11. 請求項８に記載の素子アレイ積層体から、積層方向に並ぶレンズ部及び前記固体撮像素子を含んで分離された撮像ユニット。

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