(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライトフィールドフォトリソグラフィのための多数のマイクロ光電子デバイス（１００−４００、７００）を製造する方法であって、
半導体材料（３ａ）を含む第１のウェハー（３）を提供するステップ（１１１０）、
光学的に透明な材料を含む第２のウェハー（２）を提供するステップ（１１２０）、
製造される前記マイクロ光学デバイス（１００−４００、７００）のそれぞれのために前記第１のウェハー（３）の前記半導体材料（３ａ）において多数の光センサ配置（４Ａ−４Ｃ）を作るステップ（１１３０）、
多数のマイクロ光学レンズ（１Ａ−１Ｃ、１Ａ´−１Ｃ´）が製造される前記マイクロ光電子デバイス（１００−４００、７００）のそれぞれのためにその中に形成されるように前記第２のウェハー（２）を構造化するステップ（１１４０）、
ウェハーボンディングによってウェハースタックを作るステップ（１１５０）であって、前記ウェハースタックは、前記第１のウェハー（３、３´、３´´）およびその上に配置される前記第２のウェハー（２）を含み、前記マイクロ光学レンズ（１Ａ−１Ｃ、１Ａ´−１Ｃ´）のそれぞれは、オブジェクトの点（３２）からメインレンズ（３１）によって異なる入射角で前記マイクロ光学レンズに向けられる光ビーム（９Ａ−９Ｃ、１０Ａ−１０Ｃ、１５ａ−１５ｃ）が少なくとも前記マイクロ光学レンズの下に部分的に配置される光センサ配置（４Ａ−４Ｃ）の異なる光センサ素子（４ａ−４ｅ）に向けられるように配置されさらに光学的に構造化される、ステップ、および
前記ウェハースタックを前記多数のマイクロ光電子デバイス（１００−４００、７００）にダイシングするステップ（１１９０）を含む、方法。
【請求項２】
ウェハーボンディングは、陽極ウェハーボンディングまたはシリコン直接ボンディングであり、さらに、前記多数の光センサ配置を作るステップ（１１３０）は、前記ウェハースタックを作るステップ（１１５０）の後に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ウェハーボンディングは、全面にわたる接着によるウェハーボンディングであり、さらに、前記多数の光センサ配置を作るステップ（１１３０）は、前記ウェハースタックを作るステップ（１１５０）の前に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２のウェハーを構造化するステップ（１１４０）は、エッチングによって実行される、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記第２のウェハーを構造化するステップ（１１４０）は、粘性成形によって行われ、さらに、ウェハーボンディングによって前記ウェハースタックを作るステップ（１１５０）の前に行われる、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記光学的に透明な材料は、熱膨張係数に関して前記第１のウェハーの前記半導体材料に適合されるガラスである、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記第１のウェハーにおいて多数の空洞（１３Ａ−１３Ｃ）を作るステップ（４１１０）であって、前記第１のウェハー（１３）の前記空洞（１３Ａ−１３Ｃ）は、前記マイクロ光学レンズ（１Ａ´−１Ｃ´）に入射する前記光の異なる部分（１５ａ−１５ｃ）が少なくとも前記マイクロ光学レンズの下に部分的に配置される前記光センサ配置（４Ａ−４Ｃ）の前記異なる光センサ素子（４ａ−４ｅ）に向けられうるように配置される、ステップをさらに含む、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
さらなるウェハーを提供するステップ（３１１０）、
前記さらなるウェハーにおいて多数の空洞（１３Ａ−１３Ｃ）を作るステップ（３１２０）、および
ウェハーボンディングによってウェハースタックを作るステップ（１１５０´）であって、前記ウェハースタックは、前記第１のウェハー（３）および前記第２のウェハー（２）間に前記さらなるウェハー（１３）を含み、前記さらなるウェハー（１３）の前記空洞（１３Ａ−１３Ｃ）は、前記マイクロ光学レンズ（１Ａ´−１Ｃ´）に入射する前記光の異なる部分（１５ａ−１５ｃ）が少なくとも前記マイクロ光学レンズの下に部分的に配置される前記光センサ配置（４Ａ−４Ｃ）の前記異なる光センサ素子（４ａ−４ｅ）に向けられうるように配置される、ステップをさらに含む、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記第２のウェハーとは反対側を向く前記第１のウェハー（３）の側を越えて位置する光源の光が前記第１のウェハーを通過することができるように前記第１のウェハー（３）において光学的に透明なウィンドウ（１６）を作るステップをさらに含む、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
ライトフィールドフォトリソグラフィのための多数のマイクロ光電子デバイスを製造する方法であって、
半導体材料を含む第１のウェハーを提供するステップ、
光学的に透明な材料を含む第２のウェハーを提供するステップ、
製造される前記マイクロ光学デバイスのそれぞれのために前記第１のウェハーの前記半導体材料において多数の光センサ配置を作るステップ、
多数のマイクロ光学レンズが製造される前記マイクロ光電子デバイスのそれぞれのためにその中に形成されるようにさらなる材料を前記第２のウェハーに適用しさらに前記さらなる材料を構造化するステップ、
ウェハーボンディングよってウェハースタックを作るステップであって、前記ウェハースタックは、前記第１のウェハーおよびその上に配置される前記第２のウェハーを含み、さらに、前記光学的に構造化されたさらなる材料を含み、前記マイクロ光学レンズのそれぞれは、オブジェクトの点（３２）からメインレンズ（３１）によって異なる入射角で前記マイクロ光学レンズに向けられる光ビーム（９Ａ−９Ｃ、１０Ａ−１０Ｃ、１５ａ−１５ｃ）が少なくとも前記マイクロ光学レンズの下に部分的に配置される光センサ配置の異なる光センサ素子に向けられるように配置されさらに光学的に構造化される、ステップ、および
前記ウェハースタックを前記多数のマイクロ光電子デバイスにダイシングするステップを含む、方法。
【請求項１１】
第１のウェハーセクションおよびその上に配置される第２のウェハーセクションからなるスタックを含む、ライトフィールドフォトリソグラフィのためのマイクロ光電子デバイスであって、
前記第１のウェハーセクションは、その中に形成される多数の光センサ配置を有する半導体材料を含み、さらに、前記多数の光センサ配置のそれぞれは、多数の光センサ素子を含み、さらに
前記第２のウェハーセクションは、光学的に透明な材料および前記第２のウェハーセクションに配置されるさらなる材料を含み、前記さらなる材料は、多数のマイクロ光学レンズがその中に形成されるように構造化され、前記多数のマイクロ光学レンズのそれぞれは、さらに、オブジェクトの点（３２）からメインレンズ（３１）によって異なる入射角で前記マイクロ光学レンズに向けられる光ビーム（９Ａ−９Ｃ、１０Ａ−１０Ｃ、１５ａ−１５ｃ）が少なくとも前記マイクロ光学レンズの下に部分的に配置される光センサ配置の異なる光センサ素子に向けられるように光学的に構造化される、マイクロ光電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ光学素子およびマイクロ電子画像センサを統合することに関する。
【背景技術】
【０００２】
それらの表面エリアまたは二次元拡張に関して、さらに、それらの厚さおよび／またはそれらの全高さに関して、光学および電子のイメージセンシング装置を小型化する一般的な傾向があり、それは、光学素子の厚さおよびセンサ素子の厚さと、光学素子およびそれぞれの画像センサ間の距離とに起因する。小型化のレベルが増加するように、それらの相互の距離および相互の回転に関して、対応するセンサ素子に関連して光学素子の調整に置かれる要件は、同様に増加する。
【０００３】
同時に、例えば、古典的なフォトグラフィに加えて、ライトフィールド（ｌｉｇｈｔ−ｆｉｅｌｄ）フォトグラフィまたは光のスペクトル分解を実現することができるように、そのような小型化された光電子システムにおいて最も変化する光学特性を有する光学素子を使用できることが望ましい。
【０００４】
以前の構造設計技術は、特にライトフィールドフォトグラフィのために、それぞれの画像センサがそれのために指定される光学素子を個々に備える個別部品に基づいている。調整は、精度機械的調整装置を介して行われ、それによって、高さ調整（ｚ方向）および横方向の位置（ｘ−ｙ方向）が、永久的にまたは可逆的にセットされうる。しかしながら、ここで調整の精度のレベルは、制限され、例えば２０μｍを超える範囲にある。
【０００５】
調整および固定への異なるアプローチは、非常に正確な再位置決めのためにＵＶ硬化（ＵＶ＝紫外線）接着剤の収縮を利用することにある。前記接着剤は、例えば、レーザーダイオードの前のガラス繊維を調整するために使用される。調整は、ガラス繊維がレーザーダイオードに関してできるだけ理想位置の場所において固定されるように、ＵＶ照射が適合されるという点で達成される。
【０００６】
別の可能性は、センサ素子に関して光学素子を最適に位置付けるためにダイナミックポジショニング装置としてマイクロアクチュエータを使用することにある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明の要約
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態は、半導体材料を含む第１のウェハーを提供するステップと、光学的に透明な材料を含む第２のウェハーを提供するステップと、製造されるマイクロ光学デバイスのそれぞれのために第１のウェハーの半導体材料において多数の光センサ配置を作るステップと、多数のマイクロ光学素子が製造されるマイクロ光電子デバイスのそれぞれのためにその中に形成されるように第２のウェハーを構造化するステップと、ウェハーボンディングによってウェハースタックを作るステップであって、前記ウェハースタックは、第１のウェハーおよびその上に配置される第２のウェハーを含み、マイクロ光学素子のそれぞれは、マイクロ光学素子に入射する光の異なる部分が少なくとも前記マイクロ光学素子の下に部分的に配置される光センサ配置の異なる光センサ素子に向けられるように配置されさらに光学的に構造化される、ステップと、多数のマイクロ光電子デバイスを作るためにウェハースタックをダイシングするステップとを含む、多数のマイクロ光電子デバイスを製造する方法を提供する。
【０００９】
さらなる実施形態は、半導体材料を含むウェハーを提供するステップと、製造されるマイクロ光学デバイスのそれぞれのために第１のウェハーの半導体材料においてその第１の側に多数の光センサ配置を作るステップと、多数のマイクロ光学素子が製造されるマイクロ光電子デバイスのそれぞれのためにその中に形成されるようにウェハーの第１の側の反対側にある側にウェハーを構造化するステップであって、マイクロ光学素子のそれぞれは、マイクロ光学素子に入射する光の異なる部分が少なくとも前記マイクロ光学素子の下に部分的に配置される光センサ配置の異なる光センサ素子に向けられるように配置されさらに光学的に構造化される、ステップとを含む、多数のマイクロ光電子デバイスを製造する方法を提供する。
【００１０】
別の実施形態は、半導体材料を含むウェハーを提供するステップと、製造されるマイクロ光学デバイスのそれぞれのために第１のウェハーの半導体材料においてその第１の側に多数の光センサ配置を作るステップと、多数のマイクロ光学素子が製造されるマイクロ光電子デバイスのそれぞれのために形成されるように、ウェハーの第１の側の反対側にある側に多数のマイクロ光学素子を適用するステップであって、マイクロ光学素子のそれぞれは、マイクロ光学素子に入射する光の異なる部分が少なくとも前記マイクロ光学素子の下に部分的に配置される光センサ配置の異なる光センサ素子に向けられるように配置されさらに光学的に構造化される、ステップとを含む、多数のマイクロ光電子デバイスを製造する方法を提供する。
【００１１】
さらに、実施形態は、第１のウェハーフラグメントおよびその上に配置される第２のウェハーフラグメントからなるスタックを含むマイクロ光電子デバイスを提供し、第１のウェハーフラグメントは、その中に形成される多数の光センサ配置を有する半導体材料を含み、さらに、多数の光センサ配置のそれぞれは、多数の光センサ素子を含み、さらに、第２のウェハーフラグメントは、光学的に透明な材料を含み、さらに、多数のマイクロ光学素子がその中に形成されるように構造化され、多数のマイクロ光学素子のそれぞれは、さらに、マイクロ光学素子に入射する光の異なる部分が少なくとも前記マイクロ光学素子の下に部分的に配置される光センサ配置の異なる光センサ素子に向けられるように光学的に構造化される。
【００１２】
このように、実施形態は、マイクロ光電子システム（ＭＯＥＳ）とも呼ばれうる統合システムを提供する。
【００１３】
本発明の実施形態は、マイクロ光電子デバイスの低コストの大量生産を可能にし、ほとんどの光学特性を有するマイクロ光学素子を統合する可能性を可能にし、さらに、センサ配置およびそれらに関連するセンサ素子に関して、１−２μｍより小さい範囲内で正確にさらに０．５度より小さい非常に小さい回転誤差で、マイクロ光学素子を横にさらに垂直に位置付ける可能性を可能にする。このように、多くの部品が、１つの調整ステップにおいて作られる。
【００１４】
そのような実施形態は、例えば、光の部分がそれらの入射角に応じてそれらの下に配置される光センサ配置の異なる光センサ素子に向けられるライトフィールドフォトグラフィ、または、光の部分がそれらの波長範囲に応じて光学素子の下に配置される光センサ配置の異なる光センサ素子に向けられるスペクトル分析などのアプリケーションのためのマイクロ光電子デバイスの低コストの生産を可能にする。
【００１５】
そのような方法において、光センサ配置は、前側照明または後側照明のための第１のウェハーにおいて配置されうる。
【００１６】
第１のウェハーフラグメントが後側照明のために構成される実施形態において、第２のウェハーフラグメントは、第１のウェハーフラグメントの後側に配置される。より小さい部品高さを可能にすることに加えて、そのような実施形態は、改善された充填率、ひいては、同じ表面エリアまたは横方向の拡張を与えられる光検出および／または画像キャプチャのさらに横方向の小型化および／または改善を可能にする。
【００１７】
実施形態のアプリケーションは、バルク消費者市場においておよび特定のニッチ商品において、例えば、フォトグラフィのまたは画像またはラインスキャナの使用のそれぞれの分野において起こる。例えば、本発明の実施形態は、例えば品質分析または考古学においてドキュメンテーション支援として表面状態をスキャンするために、広範囲のアプリケーションを有する統合マイクロ光学センサ素子として、ライトフィールドキャプチャの分野において使用されうる。特別に備えられた顕微鏡を用いることによって、生物学およびライフサイエンスは、それらのオブジェクトを三次元的に記録することができ、さらに、その後それらをさまざまな深さにおいて分析することができる。このように、速い細胞突起の完全な分析でさえ可能になる。消費者および専門のアプリケーションのために、カメラは、焦点調整がキャプチャリング（ｃａｐｔｕｒｉｎｇ）の間に必要でなく、さらに、そのため、いかなる不必要な小液滴または粒子もオプティクスの前において直接的にフィルタにかけられて除去されうるので、劣った照明状態においてだけでなく雨の日においてまたは水中写真においても利点がある状態で提供されうる。本発明の実施形態のためのアプリケーションのさらなるケースは、可視スペクトルの外側のまたはトゥルーカラーキャプチャによる画像（ピクチャ）のキャプチャおよび分析である。このように、環境技術、医学および科学には、新規なおよび／またはより高価でないツールが提供されうる。マシンベースの画像処理は、三次元画像情報のため新規なアルゴリズムを開発することができ、言わば、おそらくいくつかのカメラなしで済ますことによってより低コストで実施されうる。
【００１８】
前記アプリケーション分野において、実施形態は、およそ横方向において１−５μｍ未満および垂直方向において１−１０μｍ未満で素子の非常に正確な相互の位置決めを可能にし、その結果、画像センサにおけるマイクロオプティクスの画像化は、常に正確に定義される位置で行われる。これは、画像化位置を機械的にまたは電子的に測定する必要なしに、低コストの大量生産として関連した電子画像処理を含むマイクロ光学システムを提供するために必要である。正確な画像化位置についての認識は、特に、現実の世界においてまたは画像の三次元モデルにおいて、画像センサの素子が互いに相関しているときに必要である。一連のセンサ素子に光スペクトルを画像化するときでも、画像化位置の精度は、画像化を入射光の個々の波長範囲と関連するために最も重要な可能な基準のうちの１つである。
【００１９】
本発明の実施形態は、添付図面を参照してさらに詳細に以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】図１Ａは、第１のウェハーフラグメントおよびその上に配置される第２のウェハーフラグメントからの後側照明のためのウェハースタックフラグメントおよび／またはマイクロ光学デバイスの実施形態の断面を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、球面マイクロ光学素子を含むウェハーフラグメントまたはウェハースタックフラグメントの平面図を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、シリンドリカルマイクロ光学素子を含むウェハーフラグメントまたはウェハースタックフラグメントの平面図を示す。
【図１Ｄ】図１Ｄは、図１Ａに従う多数のマイクロ光学デバイスを含むウェハースタックを製造する方法を示す。
【図１Ｅ】図１Ｅは、ライトフィールドフォトグラフィの略図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、第１のウェハーフラグメントおよびその上に配置されるウェハーフラグメントからなるウェハースタックフラグメントまたはマイクロ光学デバイスの実施形態を示し、第１のウェハーフラグメントにおいて光センサ配置および光センサ素子は、前側照明のために構成される。
【図３Ａ】図３Ａは、第１のウェハーフラグメント、その上に配置される第２のウェハーフラグメント、およびそれらの間に配置されさらに空洞を含むさらなるウェハーフラグメントからなるウェハースタックフラグメントまたはマイクロ光学デバイスの実施形態の断面を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに従うウェハースタックを製造する方法を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、第１のウェハーフラグメントおよびその上に配置される第２のウェハーフラグメントからなるウェハースタックフラグメントまたはマイクロ光学デバイスの実施形態の断面を示し、第１のウェハーフラグメントは、光センサ配置の上に空洞を含む。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに従うウェハースタックフラグメントを製造する方法の実施形態のフローチャートを示す。
【図５Ａ】図５Ａは、ウェハーフラグメントおよび／またはマイクロ光学デバイスの実施形態の断面を示し、光センサ配置は、後側照明のための第１の側に配置され、さらに、ウェハーは、反対側に光学的に構造化される。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａに従うウェハーフラグメントを製造する実施形態のフローチャートを示す。
【図６Ａ】図６Ａは、後側照明のための前側に配置される光センサ配置および反対側に付加して適用されるマイクロ光学素子を含むウェハーフラグメントおよび／またはマイクロ光学デバイスの実施形態の断面を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａに従うウェハーフラグメントを製造する方法の実施形態のフローチャートを示す。
【図７Ａ】図７Ａは、第１のウェハーフラグメントにおいて半透明ウィンドウを含む図１Ａに従う実施形態の変形を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、その上に配置され、ディメンジョニングを示すために図１Ａに従うマイクロ光学レンズを有する光センサ配置の実施形態を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図１Ａに従う実施形態の異なるディメンジョニングの例を示す。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図１Ａに従う実施形態の異なるディメンジョニングの例を示す。
【図８Ｄ】図８Ｄは、図１Ａに従う実施形態の異なるディメンジョニングの例を示す。
【００２１】
そのため、同じ参照番号が、同一または類似の機能特性を有するオブジェクトおよび機能ユニットのために本願において用いられる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
光センサ配置は、例えば、横方向（ｘおよび／またはｙ方向）において、隣接する多数の光センサ素子を有する。コンテクストに応じて、または、それぞれのコンテクストから明らかなように、光センサとしての個々の光センサ配置、および／または、例えば横方向において隣接する多数の光センサ配置は、略して光センサまたは「センサ」と呼ばれる。
【００２３】
光センサ素子の実施形態は、いわゆるピクセルである。「ピクセル」は、一般に二次元画像または画像センサおよび／または画像センサ素子の像点を意味する。用語「ピクセル」は、英語の用語「画像素子（ｐｉｃｔｕｒｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）」から導き出される。
【００２４】
光入射に効果的に露光されるピクセルごとにそのセンサ表面エリアは、画像センサにおいてピクセルの「充填率」と呼ばれる。これに関連して、前記エリアの外側に入射するいかなる光も、画像キャプチャに無感覚である。
【００２５】
本発明の実施形態は、例えばＣＣＤ（電荷結合デバイス）技術においてまたはＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）技術において、画像センサおよび／または光センサ素子の最も変化するタイプを含むことができる。ＣＣＤ光センサは、露光ごとに取り込まれる（捕らえられる）電荷がシーケンスとして読取機にシフトされるので、さらに、その結果として、小さいスペースがセンサ以外の回路素子のために必要とされるので、より高い充填率を達成することができる。しかしながら、それらは、典型的に、例えば、クロストークが行の点（ドット）間に発生することができるので、ＣＭＯＳ光センサより劣った画像特性を有する。
【００２６】
個々のピクセルごとに、ＣＭＯＳセンサは、捕らえられる電荷を増幅して格納することができ、さらに、センサ内のいかなる残留電荷も削除することができるいくつかのトランジスタを必要とする。いくつかの回路設計は、画像ノイズおよびダイナミックレンジに関して最適条件を取り込んでいる品質を達成するために、最高６つのトランジスタを備える。
【００２７】
光センサ素子の光感受性部分は、例えば、フォトダイオードまたはフォトトランジスタとして構成されうり、そこにおいて、それらに入射することができる可視および／または見えない波長範囲内のいかなる光も、ｐｎ接合で電流に変換され、前記電流は、光強度に依存している。例えば、シリコンまたはゲルマニウムは、半導体材料として用いられうるが、有機半導体材料を含む他の半導体材料も考慮に入る。
【００２８】
ピクセルセルのまたは光センサ素子の光感受性部分は、半導体結晶、例えばシリコン結晶内に配置され、構造化された金属およびガラスからなる層は、例えば、いくつかの工程ステップにおいてそれを覆って堆積される。センサの設計および製造において、配線が、光感受性エリアおよび／またはセンサ表面の次に広がるように、適切に構成されるという点で、シリコン結晶内の光感受性ゾーンにおける光の入射が、可能にされ続けることを確実にするために、注意がはらわれる。
【００２９】
例えばシリコンベースの画像センサのさらなる小型化を達成する１つの可能性は、露光または照明がシリコンウェハーの後側から行うことができる程度まで、シリコンウェハーを薄くすることにある。これに関連して、光センサ素子が配置されまたは形成されるウェハーのその側は、「前側」と呼ばれ、さらに、前記前側の反対側は、ウェハーの「後側」と呼ばれる。光の侵入深さは、波長に依存し、それは、赤色光のために高くさらに青色光のために非常に低い。シリコンは、赤外線放射には透明である。その結果、ウェハーは、センサセルにおいて十分な光量を効果的に検出することができるために約２０μｍ以下を有するように薄くされなければならない。
【００３０】
材料の透明度または光透過率は、光の波長に、材料におよび／または材料の特性におよび材料の厚さに依存する。透過率は、材料ここでは例えばウェハー材料を完全に透過する、または、光センサ素子の光感受性部分が半導体材料において配置される場合に、光感受性部分を通して完全に透過する、入射光または光束の部分を表す。これに関連して、材料、例えば基板材料またはウェハー材料は、透過率が５０％を超え、好ましくは７０％を超えおよび特に好ましくは９０％を超える場合、透明であると呼ばれる。
【００３１】
後側露光は、センサ素子の配線において新規な自由度をもたらし、例えば、より多くのトランジスタが統合されうり、または、より良好な充填率が達成されうる。本発明の実施形態は、１μｍ未満のピクセルサイズを含むことができる。そのようなサブミクロンのピクセルのため、より高い解像度は、画像センサのサイズを維持するとともに達成されうり、または、より小型センサチップは、性能が維持されまたは改善されるとともに達成されうる。
【００３２】
本発明の方法の実施形態は、ウェハーレベルでそのようなマイクロ光電子デバイスを有するシステムの低コストの生産を可能し、それは、ウェハーの光学構造化および／またはウェハーレベルで行われるウェハー内で光センサ素子の生産にとって可能である。例えば、デバイスの統合は、従来のシステムにおいて必要とされるような高価な調整および／または再調整が除去されるので安価である。さらなる実施形態は、ウェハーおよび対応するウェハー部品の高精度で不可逆的な接合工程を可能にし、それは、例えば、第１および第２のウェハーが相互に調整される調整ステップにおいて、１つの調整ステップおよび１つの接合ステップにおいて多くのマイクロ光電子部品を製造することが可能である。異なる製造技術からウェハーの相互接続、ここでは例えば、光センサ素子を備える光学的に構造化されたガラスウェハーおよびシリコンウェハーは、「ハイブリッド統合」とも呼ばれうる。
【００３３】
以下において、マイクロ光電子デバイスを製造する実施形態およびマイクロ光電子デバイスの実施形態が述べられ、そこにおいて、第１のウェハーまたは第１のウェハーフラグメントは、一般に画像センサウェハーとも呼ばれ、さらに、第２のウェハーおよび／または第２のウェハーフラグメントは、ガラスウェハーとして構成されそれに応じて呼ばれる。
【００３４】
図１Ａは、第１のウェハーフラグメント３およびその上に配置される第２のウェハーフラグメント２からなるスタックを含むマイクロ光電子デバイス１００の実施形態の断面を示し、第１のウェハーフラグメント３および第２のウェハーフラグメント２は、ウェハーボンディング工程によって相互接続されている。第１のウェハーフラグメント３は、例えば、第１の層または一般にその中にドーピングされるゾーン例えば上述の光感受性ゾーンを含む半導体材料の第１の部分３ａ、例えばＣＭＯＳセンサのために必要とされるさらなるトランジスタ、および、第２の層３ｂまたは一般にポリシリコン、金属、酸化物または窒化物でできている配線レベルを含む第２の部分３ｂを有する。画像センサウェハー３の配線レベルまたは配線構造５ａ、５ｂは、図１Ａにおいて記号的に表される。画像センサウェハーの第２の部分３ｂ内で隠される相互接続レベル５ａと、５ｂで指定される他の部品との電気接続としての外部に位置する接触エリアとを、さらに区別することができる。配線構造５ａおよび５ｂは、例えば、ポリシリコンまたは金属から形成され、それは、図１Ａにおいて記号的に表されるように、酸化物または窒化物によって横方向および垂直方向において互いに電気的に絶縁される。
【００３５】
画像センサウェハー３の第１の部分３ａは、その中に配置される３つの光センサ配置４Ａ−４Ｃを有し、それぞれは、５つの光センサ素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅを含み、参照番号は、中央の光センサ配置だけに引き込まれる。光センサ素子４ａ−４ｅは、ピクセル素子とも呼ばれうる。参照番号６は、センサウェハー３の表面に拡散隔壁として保護層を指定するが、それは、図１Ａにおいて示すことができない。参照番号７は、例えば接着剤ボンディングを含む実施形態に存在するように、ガラスウェハー２をセンサウェハー３に接続するための任意の接着剤層を指定する。他のウェハーボンディング方法、例えば陽極ボンディングにおいて、スタックは、そのような接着剤層７を含まない。接着剤層７は、光学的に透明であってもよく、少なくとも部分的に光学的に透明であってもよく、リン光を発する等してもよい。ガラスウェハーフラグメント２は、それがその中に形成される３つのマイクロ光学素子１Ａ−１Ｃを有するように構造化される。マイクロ光学素子１は、図１Ａ−１Ｃを参照して以下にさらに詳細に説明するように、例えばラジアルレンズ、楕円レンズ、球面レンズまたはシリンドリカルレンズであってもよく、または、例えば屈折特性または回折特性を有する他のマイクロ光学素子であってもよい。実施形態は、例えば、散光を回避するために構造化された、不透明な層８をさらに含むことができ、前記層８は、マイクロ光学素子１間のガラスウェハー２の表面に配置される。
【００３６】
図１Ａは、３つの記号的な光線束９Ａ、９Ｂおよび９Ｃをさらに示し、それらは、それぞれ、異なるマイクロ光学素子１Ａ、１Ｂおよび１Ｃに入射するいかなる数の異なる光線束を表し、マイクロ光学素子１Ａ、１Ｂおよび１Ｃのそれぞれは、それぞれ、光ビーム９Ａ、９Ｂおよび９Ｃが前記マイクロ光学素子１Ａ、１Ｂおよび１Ｃの下に配置される光センサ配置４Ａ、４Ｂおよび４Ｃの同じ光センサ素子４ｂに向けられるように光学的に構造化される。同じことが、ほぼ１つの同じ方向から入射する光線束１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃに当てはまるが、光線束９Ａ−９Ｃとは対照的に、別のまたは異なる方向およびそれぞれの光センサ配置４Ａ−４Ｃの同じ光センサ素子すなわち４ｃに向けられる全ての方向からマイクロ光学素子１Ａ−１Ｃに入射する。換言すれば、それぞれの光センサ配置４Ａ−４Ｃは、それに関連するマイクロ光学素子１Ａ−１Ｃを有し、すなわち、第１の光センサ配置４Ａは、第１のマイクロ光学素子１Ａに関連し、第２の光センサ配置４Ｂは、第２のマイクロ光学素子１Ｂに関連し、さらに、第３の光センサ配置４Ｃは、第３のマイクロ光学素子１Ｃに関連する。図１Ｂにおいて、それぞれ関連したマイクロ光学素子は、それぞれの光センサ配置の上に直接的に配置される。アプリケーションに応じて、マイクロ光学素子１Ａ−１Ｃの直径および／または幅は、関連した光センサ配置４Ａ−４Ｃの横方向の拡張より大きくても小さくてもよく、さらに、その上に直接的に配置されてもよくまたはその上に部分的にだけ配置されてもよい。また、従来の画像センサにおける場合のように、光センサ素子が全ての光センサの上に一定の間隔で配置されることは可能である。
【００３７】
マイクロ光学素子１Ａ−１Ｃは、異なる方向からマイクロ光学素子１Ａ−１Ｃに入射する光線束がそれらの下に配置されさらにそれらに関連する光センサ配置４Ａ−４Ｃの異なる光センサ素子４ａ−４ｅに向けられるように構造化される。または、換言すれば、マイクロ光学素子１Ａ−１Ｃは、第１の方向９Ａ−９Ｃから来る光線束がそれぞれの光センサ配置４Ａ−４Ｃの第１の光センサ素子４ｂに向けられ、さらに、第１の方向と異なる第２の方向１０Ａ−１０Ｃから来る光線束が第１の光センサ素子と異なるそれぞれの光センサ配置４Ａ−４Ｃの第２の光センサ素子４ｃに向けられるように、それらに関連する光センサ配置４Ａ−４Ｃの上に配置され、さらに、光学的に構造化される。入射角は、レンズ状のマイクロ光学素子１Ａ−１Ｃの球面に関連しないが、むしろマイクロ光学素子のそれぞれの空間構造化から独立しさらにウェハー２および３の横方向の拡張と平行に広がる表層平面２１に関連する。
【００３８】
解像度の精度または、換言すれば、光センサ配置４Ａごとに識別可能である入射光９Ａおよび１０Ａの角度の範囲のサイズは、光センサ配置の光センサ素子の数およびマイクロ光学素子１Ａの光学特性に依存し、マイクロ光学球面レンズ１Ａの光学特性は、図１Ａにおいて表されるように、レンズの直径および厚さ、レンズの曲率およびガラスウェハー２の厚さに依存する。
【００３９】
したがって、図１Ａに従う実施形態は、マイクロ光学ウェハー２によって接合される超薄画像センサウェハー３とも呼ばれうる。
【００４０】
図１Ｂは、図１Ａに従う実施形態の平面図を示し、図１Ｂにおいて断面Ａ−Ａ´は、図１Ａにおいて表される断面に対応する。図１Ｂは、マイクロ光学素子１Ａ〜１Ｃとして球面レンズを含む実施形態を示す。マイクロ光学素子１Ｂに関して、図１Ａの光センサ素子４ａ−４ｅは、参照番号を備える光センサ素子４ａおよび４ｅだけをさらに表す。図１Ｂから分かるように、実施形態は、多くの光センサ素子４ａ−４ｅを有するだけでなく、いくつかの平行する行またはランダム配置の光センサ素子も有する光センサ配置４Ａ−４Ｃを含むことができる。さらに、ウェハースタック部分１００の実施形態は、図１Ａの断面において表されるように、３つのマイクロ光学素子およびそれに関連する光センサ配置４Ａ−４Ｃを有するよりむしろ、１つのマイクロ光学素子またはいかなる数のマイクロ光学素子およびそれに関連する光センサ配置を含むことができる。ウェハースタックフラグメントは、単一行のマイクロ光学素子およびそれに関連する光センサ配置だけを含むことができ、または、同数または異なる数を有するいくつかの行のマイクロ光学素子およびそれに関連する光センサ配置を含むことができる。
【００４１】
図１Ｃは、マイクロ光学素子１Ａ−１Ｃとしてシリンドリカルレンズを有するウェハースタックフラグメントの実施形態の平面図を示し、さらに、図１Ｃにおいて断面Ａ−Ａ´は、図１Ａに示されるウェハースタックフラグメントの断面に対応する。ウェハースタック部分の実施形態は、いかなる数のシリンドリカルレンズまたは他のマイクロ光学素子１Ａ−１Ｃおよびそれに関連する光センサ配置４Ａ−４Ｃを含むことができ、さらに、それぞれの光センサ配置４Ａ−４Ｃは、行に配置される５つの光センサ素子よりはむしろ、１行において、いくつかの行においてまたは他の配置においていかなる数の光センサ素子を含むことができる。
【００４２】
マイクロ光学素子は、例えば、カメラシステムの投射ビームを個々の光線束に分割し次に画像センサにおいて局所画像を生成するレンズまたは他のマイクロ光学素子の格子状の配置に存在することができる。１つのアプリケーションは、いわゆるライトフィールドフォトグラフィまたは統合フォトグラフィである。前記ライトフィールドまたは統合フォトグラフィは、さまざまな方法においてサブ画像から全体の画像を抽出することを可能にする。例えば、カメラシステムの画像化性能によってセットされる制限内で、取り込まれるシナリオの立体情報が評価されうり、または、画角における変化に関して遠近法における変化が行われうる。
【００４３】
屈折マイクロ光学素子１Ａ−１Ｃとしてレンズおよびプリズムを含むとともにまたは含む代わりに、実施形態は、例えば光ビームを個々のセンサ素子にスペクトル的に分解するために、マイクロ光学素子１Ａ−１Ｃとして、回折効果によって入射光を空間的に変調する回折オプティクスのような配置を含んでもよい。さらに、マイクロ光学素子の配置は、必ずしも、格子特に規則的な格子の形を有することを要しないが、中心の周囲に同心円状にグループ化されてもよく、例えば歪んだ格子を形成し、１つの行だけに区切られてもよく、または、画像センサのサブエリア全体だけに分配されてもよい。ランダムに選択された分配も可能である。さらに、用語「レンズ」は、オプティクスのより幅広い感覚において理解され、すなわちマイクロ光学素子の屈折特性は、図１Ａに示されるように表面の曲率によって同様にレンズ材料においておよび／またはガラスウェハー２においてまたは一般に第２のウェハーフラグメント２において屈折率における段階的な変化によって達成されうる。
【００４４】
ウェハースタックおよびウェハースタック部分の製造に関しては、工程のシーケンスの２つの基本的な実施形態は、区別されうり、さらに、以下に簡単に説明される。
【００４５】
第１の基本的な実施形態において、センサウェハー３は、完全に機能的にされたウェハーとして存在し、さらに、第２のウェハー２に接合される。ガラスウェハー２は、すでに光学的に構造化されうり、換言すれば、マイクロ光学素子を含み、または、まだ構造化されていない、すなわち、それを目的とする基板ここではガラス基板だけの形だけに存在する。用語「完全に機能的にされる」またはここの「完全に処理された」ウェハー３は、例えば、半導体構造をすでに含み、光センサ素子４ａ−４ｅの半導体材料３ａにおいて作られる、画像センサウェハー３を指して用いられる。ここで、高温を含む方法は、すでに作られた半導体構造および金属化平面を破壊しないように除外され、その結果、そのような実施形態は、例えば高温を回避するウェハーボンディング工程すなわち接着剤ボンディングを使用する。したがって、これは、部分的に機能的にされまたは部分的に処理されたウェハーに当てはまり、半導体構造が少なくとも部分的に作られ、または、他の温度感受性構造が作られる。
【００４６】
換言すれば、例えば対応する光センサ配置４Ａ−４Ｃおよび対応する光センサ素子と同様に導体構造５ａおよび５ｂを有する図１Ａのように、画像センサウェハー３がボンディングの前に完全に構造化される製造方法のような実施形態において、ガラスウェハー２の構造化は、ボンディングの前に完了されてもよく、すなわち、ガラスウェハー２は、マイクロ光学素子１ａ−１ｃを有してもよく、例えば、または、まだ構造化されなく、または、ボンディングの前に部分的に構造化されるだけであり、この場合、ガラスウェハー２の光学構造化は、ウェハーボンディングの後に行われる。
【００４７】
例えば、図６Ａによってさらに詳細に述べられるように、基本的に赤外光が測定されさらにこのように赤外線オプティクスが使用される、別の実施例において、または、回折オプティクスを含む実施形態において、センサウェハー２の材料は、光学素子に再形成（プロファイル）されてもよく、または、それに応じて構造化されてもよい。
【００４８】
第２の基本的な実施形態において、センサウェハー３のシリコン結晶に、マイクロ光学ウェハー２のまたはその前駆体、例えばホウケイ酸ガラスウェハーの接続またはボンディングは、陽極ボンディングまたはシリコン直接ボンディングが使用されうるように、その実際の製造の前に行われる。特定の実施形態において、マイクロ光学素子１Ａ−１Ｃの形成、例えば小高さのマイクロレンズ１Ａ−１Ｃまたは凹レンズの形成は、すでにこのステップにおいて行われてもよい。特に、そのような実施形態において、マイクロ光学ウェハー２は、それを非常に小さい厚さに研削するために、センサウェハー３のサポートとして役立つことができる。そのような工程は、いわゆる「ＳＯＩウェハー」（ＳＯＩ＝シリコン・オン・インシュレータ）を製造することで知られている。
【００４９】
この第２の基本的な実施形態の実施形態によれば、半導体材料でできている第１のウェハーと透明な材料でできている第２のウェハーとは、処理されないまたは構造化されなく、陽極ボンディングによって接続されうる。第２の基本的な実施形態のさらなる実施形態において、半導体材料でできている第１のウェハーだけが処理されないが、透明な材料でできているウェハーはすでに部分的にまたは完全に光学的に構造化される。この場合、また、透明なウェハーにおいて光学構造が、例えば、多くのプラスチックとは対照的に、ガラスと同様に、損傷を受けない限り、陽極ボンディングは、適用されうる。
【００５０】
図１Ｄは、以下のステップを含む、多数のマイクロ光電子デバイスを含むウェハースタックを製造する方法の実施形態のフローチャートを示す。
【００５１】
半導体材料を含む第１のウェハーを提供するステップ１１１０、および光学的に透明な材料を含む第２のウェハーを提供するステップ１１２０である。
【００５２】
製造されるマイクロ光学デバイスのそれぞれのために第１のウェハーの半導体材料３ａにおいて多数の光センサ配置を作るステップ１１３０である。
【００５３】
多数のマイクロ光学素子１Ａ−１Ｃが製造されるマイクロ光電子デバイス１００のそれぞれのためにその中に形成されるように第２のウェハーを構造化するステップ１１４０である。
【００５４】
ウェハーボンディングによってウェハースタックを作るステップ１１５０であって、前記ウェハースタックは、第１のウェハーおよびその上に配置される第２のウェハーを含み、マイクロ光学素子１ａ−１ｃのそれぞれは、マイクロ光学素子に入射する光の異なる部分が少なくともマイクロ光学素子の下に部分的に配置される光センサ配置４ａ−４ｃの異なる光センサ素子４ａ−４ｅに向けられるように配置されさらに光学的に構造化される、ステップである。
【００５５】
多数のマイクロ光電子デバイス１００を作るためにウェハースタックをダイシングするステップ１１９０である。
【００５６】
提供するステップ１１１０および１１２０は、同時にまたは異なる順序で実行されうる。さらに、多数の光センサ配置を作るステップ１１３０は、ウェハーボンディングのタイプおよび第２のウェハーの構造化のタイプに応じて、ウェハースタックの生産１１５０の前にまたは後に実行されうり、さらに、第２のウェハーを構造化するステップ１１４０は、ウェハーボンディングのタイプに応じて、ウェハースタックを生産するステップ１１５０の前にまたは後に実行されうる。同じことが、同様に他の実施形態に当てはまる。
【００５７】
多数の光センサ配置４ａ−４ｅを作るステップ１１３０は、例えば、結果的にトランジスタ構造または一般には画像センサウェハー３の第１の部分３ａを作るために、半導体材料にドーピングするステップを含む。さらに、ステップ１１３０は、ポリシリコンおよび／または金属でできている配線レベルと酸化物および／または窒化物でできている絶縁エリアとを含む画像センサウェハー３の第２の部分３ｂを作るするステップを含んでもよい。
【００５８】
用いられる光学的に透明な材料は、好ましくはガラスであるが、例えば、プラスチックなどの他の透明な材料が、第２のウェハー２のために用いられてもよい。
【００５９】
さらに、ウェハーレベルでのマイクロオプティクスの生産は、好ましくはガラスウェハー２を用いて実施され、そこにおいて、ガラスは、熱膨張係数に関して、半導体材料、例えばシリコンに適合される。そのようなガラスまたはウェハー材料の例は、ホウケイ酸ガラスまたは無アルカリガラスウェハーである。
【００６０】
さまざまな方法が、第２のウェハーを構造化するステップ１１４０のために使用されうる。第１に、例えば、マイクロ光学レンズ配置は、ガラス表面からエッチングされうり、第２に、マイクロ光学レンズ配置は、粘性成形（ｖｉｓｃｏｕｓ  ｍｏｌｄｉｎｇ）による再形成によって行われうる。これは、それに対して高い温度で流動し、所望の形状を採用するガラスを含む。再形成によって作られるマイクロオプティクスは、典型的に低コストで製造されうりさらにガラス適合熱膨張を形成するためにも適しているエッチングされたオプティクスに優る利点を有する。
【００６１】
第２のウェハーを構造化するためのステップ１１４０において使用されうる他の方法は、グレイトーンリソグラフィおよびレーザーアブレーションである。グレイトーンリソグラフィは、高さプロファイルがレジスト層に導入され、さらに、構造化される表面に異方性ドライエッチングによって転送されることを意味する。
【００６２】
さらに、回折パターンは、例えば、マスクリソグラフィ、電子ビーム書き込み、イオンビーム書き込み、レーザー露光、レーザーアブレーションおよび／または研磨方法によって、ステップ１１４０において作られうる。
【００６３】
さらなる実施形態において、材料特性において局所変化は、ステップ１１４０において、第２のウェハー例えばガラスウェハーおよび／または第１のウェハー例えばシリコンウェハー内で高エネルギレーザー光線によって作られ、それは、また、回折効果および／または屈折効果に基づいてマイクロ光学素子を形成する。
【００６４】
ボンディング方法によって「ウェハーのスタッキング」を意味するとして「ウェハースタッキング」とも呼ばれるウェハーボンディングのステップ１１５０は、接合工程として例えば接着またははんだ付けなどのいかなる材料間接続を含むことができるが、例えば、陽極ボンディングおよび直接ボンディングと同様に、非常に磨きのかかった表面間の固体拡散などの効果を利用することもできる。ウェハーを位置付けおよび接合するための装置は、ウェハーボンダと呼ばれる。製造工程の実施形態において、ウェハーボンダが使用され、それは、接続されるウェハーまたはウェハーディスクを、一般にシリコンまたはガラスを、最初に相互に調整し、その後、ウェハーボンディングのタイプに応じて、減圧の、圧力の、および加熱のアプリケーションの下でそれらを互いに接続する。光学方法のため、調整精度のレベルは、非常に高く、すなわちほぼ１μｍあたりである。しかしながら、調整の後に、上側のウェハーは、その待機点が同時に切り離されるという点で、下側のウェハー上に下げられ、その結果、少しのさらなるシフトが、これの結果として生じるかもしれない。しかしながら、前記さらなるシフトを考慮するときでも、１−２μｍ未満である効果的な公差が、よく制御された連続工程において達成されうる。さらに、前記公差がウェハー端でセットされるので、回転誤差は非常に小さい。
【００６５】
接着剤によるウェハーのボンディングは、例えば、非常に薄いウェハーを作るために、適用されうる。薄層化の前に、それらは、他のウェハーいわゆるキャリヤウェハー上に一時的に接合され、それは、取り扱い目的だけに役立ち、後に除去される。前記一時的なボンディングは、後側露光のため薄いウェハーを作る可能性があり、さもなければウェハーは単独でそれらの薄い厚さのため取り扱いに不安定すぎる。センサウェハー３および第２の透明なウェハー２からなるスタックを含む実施形態において、第２の透明なウェハー（図１Ａを参照）および／またはさらなるウェハー１３（図３Ａを参照）は、例えばその十分な厚みによって、非常に薄いセンサウェハー３がそのような一時的なキャリアを必要とすることなしに後側露光のために用いられうるように、機械的に構造化されうる。このように、透明な第２のウェハー２および／またはさらなるウェハー１３は、それらの光学機能に加えて安定化に関して機械的な機能を有することもできる。
【００６６】
以下において、ライトフィールドフォトグラフィの実施形態が、図１Ｅに関して述べられる。図１Ｅは、メインレンズ３１を含むライトフィールドフォトグラフィの実施形態の略図を示し、さらに、マイクロ光電子デバイス１００は、図１Ａと同様に、マイクロ光学レンズ構造１Ａ−１Ｆを有する光学的に構造化されたガラスウェハー２およびそれに関連する光センサ配置４Ａ−４Ｆを示す。表現が理解しやすいように、図１Ａと同様に詳細が省略され、さらに、図１Ｅにおいて、光センサ配置４Ｃのために３つの光センサ素子４ａ−４ｃだけが描かれている。図１Ｅにおいてさらに描かれるものは、オブジェクトの点（ドット）３２および３つの例示的な光学経路３３ａ−３３ｃであり、それらは、オブジェクト３２から始まって、メインレンズ３１に入射し、そこで屈折されさらに屈折ビーム３３ａ´−３３ｃ´としてマイクロ光学素子１Ｃに入射し、それぞれ、そこでまた屈折されさらに光センサ素子４ａ−４ｃに入射する。その工程において、ビーム３３ａ´−３３ｃ´は、図１Ａの光線束９Ｃおよび１０Ｃの例を形成し、それらは、さまざまな方向から、それらがそれらの入射方向および／または入射角に基づいてさまざまな光センサ素子に向けられるマイクロ光学レンズ１Ｃに影響を与える。
【００６７】
一般論として、光ビームは、マイクロ光電子デバイス１００の集束面の点にメインレンズ３１によってオブジェクトの点３２から向けられる。マイクロレンズフィールド１Ａ−１Ｆがメインレンズの後に配置されなく、さらに、光ビーム３３ａ´−３３ｃ´の全光強度だけが取り込まれる、通常のフォトグラフィとは対照的に、光ビーム３３ａ´−３３ｃ´は、さらなるマイクロ光学レンズ１Ｃによって屈折され、その結果、それは検出される強度だけでなくて、部分的な強度がそれらの入射角に基づいて検出される。前記さらなる情報は、例えば、三次元ピクチャを作るために、処理されうる。
【００６８】
図２Ａは、図１Ａのものと類似するが、画像センサウェハー３が前側露光のために構成されるという点でそれと異なる、ウェハースタックフラグメント２００の別の実施形態を示す。換言すれば、光センサ配置４Ａ−４Ｃは、画像センサウェハー３の前側Ｆまたは半導体材料部分３ａに配置され、さらに、隠し配線レベル５ａおよび外部接触エリア５ｂを含む配線レベル部分３ｂは、その上に配置される。図２Ａから分かるように、隠しまたは内部の接続レベル５ａは、光の入射に関して光センサ素子４ａ−４ｃの後に配置されないが、上述のように、その横に配置される。接続レベル５ａは、それを外部回路と接続するために、画像センサウェハー３ａにおいて電気フィードスルー１１を介して接触エリア５ｂに電気的に接続される。さらに、そのようなフィードスルー１１は、開口が接着剤層７において保たれなければならないかまたは形成されなければならないという場合、マイクロ光学ウェハー２において形成されてもよい。技術的工程に関して複雑さが含まれるビアホール１１を回避するために、センサウェハー３上の接点のためのウィンドウを開くことも可能である。マイクロ光学ウェハー２において、これは、例えば、特定ののこ引き処理によってまたは大きいエリアのエッチングによって行われうる。
【００６９】
図１Ａおよび図２Ａを直接的に比較したときに明らかになるように、ウェハースタックピース２００は、図１Ａものより厚い。
【００７０】
そのようなマイクロ光学デバイス２００のための生産工程は、図１Ｄの工程と類似するが、光センサ素子４ａ−４ｃが半導体部分３ａの前側Ｆに作られ、接続構造部分３ｂが半導体材料部分３ａの前側Ｆに形成され、さらに、ガラスウェハー２および画像センサウェハー３が半導体材料部分３ａとは反対側を向くまたは反対側に配置される配線部分３ｂのその表面に形成されるという点で基本的にそれと異なる。
【００７１】
半導体材料部分３ａのひいては画像センサウェハー３の厚み増加のために、画像センサウェハー３は、そのような実施形態において、非常に薄いガラスウェハー２が使用されうるように、十分な安定性を呈することができる。
【００７２】
図３Ａは、図１Ａにおいて述べられるように、後側露光のための画像センサウェハー３を含むウェハースタックフラグメント３００のさらなる実施形態の断面を示し、前記ウェハースタックフラグメント３００は、図１Ａにおける実施形態１００とは対照的に、入射光１５ａ−１５ｃに関連する表面においてレンズ構造１Ａ−１Ｃを含まないが、画像センサウェハー３に関連する側において凹マイクロ光学素子１Ａ´−１Ｃ´を有する。貫通開口とも呼ばれうる空洞１３Ａ−１３Ｃを有するさらなるウェハーまたはウェハーフラグメント１３は、画像センサウェハー３およびガラスウェハー２間に配置される。さらなるウェハーピース１３において、空洞１３Ａ−１３Ｃは、光が凹マイクロ光学構造１Ａ´−１Ｃ´によって屈折され、さらに、空洞１３Ａ−１３Ｃを通して光センサ配置４Ａ−４Ｃに影響を与えるように、対応する光センサ配置４Ａ−４Ｃの上に配置される。
【００７３】
図３Ａは、図１Ａのビーム９Ａ−９Ｃおよび光ビーム１０Ａ−１０Ｃとの類似性によって、それぞれ、異なる方向からガラスウェハーフラグメント２に影響を与える、３つの光線束１５ａ−１５ｃを示すが、明瞭さの目的のために、それぞれ異なる方向から来る３つの個々のビームだけがここは描かれている。図１Ａにおいてすでに述べられたように、第１の方向からガラスウェハーフラグメント２に影響を与える光ビーム１５ａは、それが光センサ配置４Ａの光センサ素子４ｂに入射するように、第１の凹マイクロ光学構造１Ａ´によって屈折されさらに集められる。第１の方向と異なる第２の方向からガラスウェハーフラグメントに入射する第２の光線束１５ｂは、それが光センサ配置４Ｂの光センサ素子４ｃに入射するように、凹マイクロ光学構造１Ｂ´によって屈折されさらに集められる。第３の光線束１５ｃは、最初の２つの方向と異なる第３の方向からガラスウェハーフラグメント２に入射し、さらに、それが光センサ配置４Ｃの光センサ素子４ｄに入射するように、凹マイクロ光学構造１Ｃによってそこで屈折されさらに集められる。
【００７４】
空洞１３Ａ−１３Ｃは、液体またはガスで満たされうるが、好ましくは、小さいの屈折率のため、ガス例えば空気で満たされる。あるいは、空洞１３Ａ−１３Ｃ 内が真空であってもよい。
【００７５】
参照番号１２は、マイクロ光学ウェハー２またはガラスウェハーフラグメント２およびさらなるウェハー１３間に接合ゾーンを指定し、それは、例えばシリコンウェハー１３である。同じか類似の材料を含むウェハー３または３ａおよび１３の利用は、一般にボンディングおよび製造を単純化する。しかしながら、さらなるウェハー１３は、他の半導体材料または他の透明でない材料を含んでもよい。透明でない材料でできているウェハーフラグメント１３は、さらなる不透明な層８によって図１Ａにおいて低減される散光によって生じるいかなる外乱もこの実施形態において小さく保たれうるという利点を有する。参照番号１４は、例えばシリコンウェハー３であってもよい画像センサウェハー３およびさらなるウェハーフラグメント１３間に接合ゾーンを指定する。接合ゾーン１４は、酸化物層を含んでもよい。
【００７６】
実施形態３００は、マイクロレンズの粘性成形の技術を用いて製造されうる。これは、例えば異方性イオン支持エッチング工程、異方性ウエットエッチング工程または異方性ウエットエッチング工程によって、例えば、空洞１３Ａ−１３Ｃを有するシリコンウェハー１３を提供するステップを含む。ガラスウェハー２は、シリコン１３上に陽極的に接合され、さらに、空洞１３Ａ−１３Ｃは、例えば陽極または直接ボンディングによって、さらなるシリコンウェハー３によって遮断される。そして、凹レンズ構造１Ａ´−１Ｃ´の形成は、高温と空洞および周囲間に圧力差のため行われる。
【００７７】
３つのウェハー３、１３および２からなるウェハースタックは、例えば扱いやすいウェハー厚さに薄くしさらに必要とされる表面品質を達成するために磨き、画像センサウェハー３の機能構造を作るための出発材料として用いられうるように、その後に処理される。
【００７８】
図３Ｂは、多数のマイクロ光電子デバイスを含むウェハースタックを製造する方法の実施形態のフローチャートを示し、前記方法は、図１Ｄのものと比較して以下のさらなるステップを含む。
【００７９】
例えば半導体材料でできている、好ましくは基板３ａと同じ材料でできている、さらなるウェハーを提供するステップ３１１０である。さらに、その材料は、好ましくは不透明であるか透明でない。
【００８０】
さらなるウェハーにおいて多数の空洞１３Ａ−１３Ｃを作るステップ３１２０である。
【００８１】
ウェハーボンディングによってウェハースタックを作るステップ１１５０´であり、前記ウェハースタックは、第１のウェハー３および第２のウェハー２間のさらなるウェハー１３を含み、さらなるウェハー１３の前記空洞１３Ａ−１３は、マイクロ光学素子１Ａ´−１Ｃ´に入射する光の異なる部分１５ａ−１５ｃが少なくとも前記マイクロ光学素子の下に部分的に配置される光センサ配置４Ａ−４Ｃの異なる光センサ素子４ａ−４ｅに向けられうるように配置される。
【００８２】
多数の光センサ配置を作るステップ１１３０は、空洞の生産のタイプに応じて、空洞を作るステップの前にまたは後に行われうる。
【００８３】
図３Ａに従う実施形態は、接合ゾーン１２および１４を有しさらに画像センサウェハー３の機能構造を作るためのＣＭＯＳ工程の前に接合された画像センサウェハー３において空洞１３Ａ−１３Ｃを有する、マイクロ光学ウェハー２、１３と呼ばれてもよい。
【００８４】
図４Ａは、図３Ａのものと非常に類似しているウェハースタックフラグメントのさらなる実施形態４００を示すが、空洞１３Ａ−１３Ｃは、センサウェハー３の基板に直接的にエッチングされ、または、より正確には、図３Ａのウェハースタックフラグメントとは対照的に、半導体部分３ａ（それは、基板部分３ａと呼ばれてもよい）に直接的にエッチングされる。図３Ａと比較してこの構造差を強調するために、半導体材料部分３ａは、ここで３ａ´によって指定され、画像センサウェハーは、３´によって指定され、さらに、画像センサウェハー３´およびガラスウェハー２間の接合ゾーンは、１２´によって指定される（それに組み入れられた空洞を有するシリコンウェハー３´、１２´：酸化物層を含むこともできる、シリコンウェハー３´およびガラスウェハー２間の接合ゾーン、補助焦線を有する光線束１５ａ−１５ｃ、一点鎖線を参照）。
【００８５】
そのような実施形態の生産は、エッチング深さの非常に均一な制御を必要とする。生産工程の実施形態において、空洞１３Ａ−１３Ｃは、画像センサウェハー３´の処理の前にまたは後に行われうる。それが前記処理の前に行われる場合、レンズ１Ａ´−１Ｃ´は、前記処理の前に形成されてもよい。それが前記処理の後に行われる場合、レンズ１Ａ´−１Ｃ´で構造化されるガラスウェハー２は、例えば、前記空洞に位置付けられ、なぜなら、レンズの粘性流動が、機能半導体デバイスのための許容温度より上まで始まらないからである。回折光学素子のための異なる境界条件がありうる。
【００８６】
図４に従う実施形態は、画像センサウェハー３´の統合構成要素として略して空洞１３Ａ−１３Ｃを有するマイクロ光学ウェハー２とも呼ばれうり、ボンディングは、ＣＭＯＳ工程の前に実行されている。
【００８７】
図４Ｂは、図１Ｄのものと比較して、以下の工程を含む、多数のマイクロ光電子デバイスを含むウェハースタックを製造する方法の実施形態のフローチャートを示す。
【００８８】
第１のウェハーにおいてさらにその後側において多数の空洞１３Ａ−１３Ｃを作るステップ４１１０であって、第１のウェハー１の前記空洞１３Ａ−１３Ｃは、マイクロ光学素子１Ａ´−１Ｃ´に入射する光の異なる部分１５ａ−１５ｃが少なくとも前記マイクロ光学素子の下に部分的に配置される光センサ配置４Ａ−４Ｃに向けられうるように配置される、ステップである。
【００８９】
多数の光センサ配置を作るステップ１１３０は、空洞の生産のタイプおよびウェハー２、３、１３のウェハーボンディングのタイプに応じて、空洞を作るステップ４１１０の前にまたは後に、および／または、ウェハーボンディングの前にまたは後に行われうる。
【００９０】
図５Ａは、ウェハーフラグメントのさらなる実施形態５００を示し、そこにおいて、センサウェハー３´´より詳しくは半導体部分３ａ´´は、例えば、後側エッチング腐食、リソグラフィ的に作られた構造、または、ドーピング、拡散または酸化などの局部材料変化によって、マイクロ光学構造１Ａ−１Ｃが形成される基本的な材料を形成する。換言すれば、画像センサウェハー３´´自体は、光学的に構造化される。
したがって、実施形態５００は、略して、マイクロ光電子デバイスまたはウェハーフラグメントと呼ばれてもよく、そこにおいて、マイクロオプティクス１Ａ−１Ｃは、センサウェハー３´´の統合構成要素である。ここで、第１の層３ａ´´は、例えば、シリコン基板であり、それは、赤外領域において透明である。このように、半導体材料自体は、屈折オプティクスのために用いられうり、または、光学素子のための基板として役立つことができる。その観点から、赤外光において作動されるような実施形態によって、それらの後側Ｒだけが光学的に構造化されることは、十分である。さらに、安定性の理由で、ウェハーは、用いられる光波長範囲内でウェハー３´´の透明度に悪影響を与えることなしに対応する厚さを有することができる。
【００９１】
図１Ａとの類似性によって、赤外散光を回避するための構造化された不透明な層８は、画像センサウェハー３´´の後側Ｒに適用される。異なる方向から画像センサウェハー３´´の後側の表面２１´に入射する入射光線束１５ａ−１５ｃ、凸マイクロ光学構造１Ａ−１Ｃによる反射および焦点調整、および入射光のそれぞれの方向の機能として異なるセンサ素子４ａ−４ｅに焦点調整に関して、上述のことを参照する。
【００９２】
赤外光を検出するために使用される技術のいくつかは、ＣＭＯＳ技術に関連がなく、さらに、それらは、例えば、ＭＥＭＳボロメータ（ＭＥＭＳ＝マイクロ電気機械システム）として公知である。したがって、ピクセル４ａ−４ｅおよび配線レベル５ａを表す方法は、これに関連して、記号的な意味だけを有するために理解される。
【００９３】
図５Ｂは、以下のステップを含む、多数のマイクロ光電子デバイスを含むウェハーを製造する方法のフローチャートを示す。
【００９４】
半導体材料を含むウェハーを提供するステップ１１１０である。
【００９５】
製造されるマイクロ光学デバイスのそれぞれのためにウェハー３´´の半導体材料３ａ´´においてその第１の側（前側）Ｆにおいて多数の光センサ配置４Ａ−４Ｃを作るステップ１５２０である。
【００９６】
多数のマイクロ光学素子１ａ−１ｃが製造されるマイクロ光電子デバイスのそれぞれのためにその中に形成されるようにウェハー３´´をウェハーの第１の側の反対側にある側（後側）Ｒに構造化するステップ１５３０であって、マイクロ光学デバイス１Ａ−１Ｃのそれぞれは、マイクロ光学素子に入力する光の異なる部分が少なくとも前記マイクロ光学素子の下に部分的に配置される光センサ配置４Ａ−４Ｃの異なる光センサ素子４ａ−４ｅに向けられるように、配置されさらに光学的に構造化される、ステップである。
【００９７】
別の実施例において、ウェハーを構造化するステップ１５３０は、例えば、多数の光センサ配置を作るステップ１５２０の前に、実行されてもよい。
【００９８】
図６Ａは、図５Ａのものと類似する実施形態６００の断面を示すが、そこにおいて、マイクロ光学素子１Ａ´´´−１Ｃ´´´は、画像センサウェハー３または半導体部分３ａ自体から、形成されないかまたは構造化されないが、画像センサウェハー３に付加して適用される。前記付加屈折マイクロ光学構造１Ａ´´´−１Ｃ´´´は、例えば、ポリマーまたはガラスペーストに基づいて作られうる。したがって、そのような実施形態６００は、接合される基板にまたは機能センサウェハーに付加して適用されるマイクロオプティクスを含むウェハーフラグメントおよび／またはマイクロ光電子デバイスと簡単に呼ばれてもよい。一般に、そのような付加構造は、前記他の実施形態にも適用できる。その付加材料は、それぞれの光センサ配置４Ａ−４Ｃを覆って別々に適用されうり、または、層としてまたはその全体に堆積されうり、および、アブレーション方法または再形成方法によって構造化されうる。例えば、レンズ１Ａ´´´−１Ｃ´´´は、画像センサウェハーに適用される個々の貯蔵所から粘性流動によって形成されてもよい。
【００９９】
構造のスタンピングおよびエンボシングは、マイクロ光学構造１Ａ´´´−１Ｃ´´´を作るために用いられてもよい。マイクロレンズ１Ａ´´´−１Ｃ´´´または他のマイクロ光学構造１Ａ´´´−１Ｃ´´´は、換言すれば、スタンピング技術、グレイトーンリソグラフィ、レーザーアブレーションによって、または、層ごとの組み立てによって作られうる。しかしながら、前記工程の大部分は、プラスチックの利用に基づく。さらなる実施形態において、レンズ１Ａ´´´−１Ｃ´´´は、粘性材料の表面張力によって、プラスチックまたはガラスペーストの個々の貯蔵所から溶融される。さらなる実施形態において、自己組織化工程が適用され、そこにおいて、球面は、例えば、それら自体を表面において位置付け、さらに、マイクロ光学素子１Ａ´´´−１Ｃ´´´または一般にレンズマトリクスを形成するためのさらなる工程ステップの基礎を形成する。しかしながら、図１Ａから図５Ａに従う実施形態は、改善された光学特性を呈し、特に図１Ａから図４Ａに従う実施形態においては、別々の光学ウェハーのためであり、さらにここで、特に、ガラスウェハーの利用のために、後者がプラスチックまたは他の材料よりも良好な長期光学特性を有するからである。
【０１００】
図６Ｂは、図５Ｂのものと類似する、多数のマイクロ光電子デバイスを含むウェハーを製造する方法のフローチャートを示す。しかしながら、図５Ｂにおける方法とは対照的に、図６Ｂに従う方法は、ガラスウェハー自体を光学的に構造化するステップを含まないが、材料アプリケーションによってガラスウェハーにさらなる光学的に透明な材料を適用するステップ、およびマイクロ光学素子を作るために前記さらなる材料を光学的に構造化するステップを含む。換言すれば、ステップ１５３０の代わりに、図６Ｂに従う方法は、以下のステップ１６３０を含む。多数のマイクロ光学素子が作られるマイクロ光電子デバイス６００のそれぞれのために形成されるように、ウェハーの第１の側Ｆの反対側にある側Ｒに多数のマイクロ光学素子１Ａ´´´−１Ｃ´´´を適用するステップ１６３０であって、マイクロ光学デバイス１Ａ´´´−１Ｃ´´´のそれぞれは、マイクロ光学素子に入射する光の異なる部分が少なくとも前記マイクロ光学素子の下に部分的に配置される光センサ配置４Ａ−４Ｃの異なる光センサ素子４ａ−４ｅに向けられるように配置されさらに光学的に構造化される、ステップである。
【０１０１】
さらなる実施形態は、ガラスウェハー自体の光学構造化するステップ（図１Ａ、図１Ｄ、図２Ａ、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａおよび図５Ｂ）と、ガラスウェハーにさらに適用される、さらなる材料例えばレジスト、その他の構造化するステップ（図６Ａおよび６Ｂを参照）との両方を含むことができる。
【０１０２】
図７Ａは、図１Ａに従う実施形態７００の変形の断面を示し、それは、画像センサウェハー３が１つ以上の光学的に透明なウィンドウ１６を含み、それによって、センサウェハー３の後に位置する光源の光１７が通過することができるという点で、図１Ａに従う実施形態１００と異なる。換言すれば、光ビーム１０は、ウィンドウ１６を通して画像センサウェハー３に入り、さらに、マイクロ光学ウェハー２を通過し、さらに、図７Ａにおいて表されるように、例えばレンズの形で、任意のマイクロ光学素子１８によってさらに屈折されうる。特定のアプリケーションに応じて、いかなる屈折、回折または他のオプティクスも、マイクロ光学構造１Ａおよび１Ｂとの類似性によって使用されうる。換言すれば、このように、図７Ａは、センサウェハー３において透明なウィンドウを含むマイクロオプティクス／センサウェハー組み合わせ７００を示す。
【０１０３】
図７Ａに従う実施形態は、ボンディング工程タイプとは無関係に、マイクロ光学ウェハーの光学経路において光源を統合するためのセンサウェハー３内にウィンドウまたはウィンドウの蓄積を可能にする新規な可能性を形成する。光源のそのような統合は、さまざまな目的のために用いられうり、例えば、変調された光源は、例えば光の走行時間差によって、オブジェクトを照明することに加えて、オブジェクト距離を測定するために役立つことができる。例えば、光源の局部投射は、マルチカメラアプリケーションのための基準点として役立つことができる。センサウェハーのさまざまな位置からの光信号の放射は、視野内に位置するオブジェクトを選択的に照明することができる。また、センサウェハーは、優先として、それがセンサ素子より多くの光出口を有し、さらに、それがむしろ照射されるシナリオにおいて照明効果を制御するために役立つように設計されうる。さらなる実施形態は、センサウェハーの代わりに発光素子とその上に分配される光センサとを有する能動ウェハーを含む。
【０１０４】
したがって、このウィンドウ概念は、前記他の実施形態の全てにも適用できる。
【０１０５】
マイクロ光電子デバイスの実施形態は、マイクロ光学構造を呈し、例えば球面または円形構造においてその直径、または、例えばシリンドリカルまたは細長い構造においてその幅が、５００μｍより小さくて５μｍより大きく、好ましくは２５０μｍより小さくて１０μｍより大きい。
【０１０６】
別の実施例は、ウェハーフラグメントまたはウェハースタックフラグメントの形で多数のマイクロ光電子デバイスを含むウェハーまたはウェハースタックを製造する方法を提供し、前述の方法は、個別のマイクロ光学デバイスを作るためにウェハーまたはウェハースタックをダイシングするさらなるステップによってだけ基本的に後者と異なる。
【０１０７】
ウェハー技術の利用は、横方向および垂直方向の両方においてすなわちウェハー表面に垂直にインストールの精度の高レベルの利点をもたらす。高い表面品位は、精巧な研削および研磨方法によって達成され、さらに、コーティングおよび構造化の多くの方法は、部品にさらなる品質を提供することが可能である。さらに、それらは、例えばハンダ付けによって、電気的にまたは機械的な目的のためだけに、さらなる素子を接続するために使用されうる。このように、記載される実施形態は、光学統合に向かう既存の傾向およびカメラ技術の小型化と一致する多種多様なさらなるレイアウトの基礎を提供する。
【０１０８】
画像センサの光学光入口エリアにおいて光学的に構造化されていないガラスウェハーを実装することは、例えば超薄画像センサの取り扱いを可能にする例えば接着剤ボンディングによって、ハイブリッド統合のさらなる可能性である。しかしながら、そのような部品は、前側に実装されるウェハーが薄層化の後に除去されるように、回路側から接触される。ここでウェハーが画像化機能を有しないので、特定の位置決め精度は、この種のアプリケーションのために必要とされない。
【０１０９】
ライトフィールドフォトグラフィまたは「統合フォトグラフィ」は、かなり前からなぜなら１９９０年代から知られて、特にアメリカ合衆国のスタンフォード大学で、デジタル画像処理の分野において専門家側の関心を増加して受け入れられてきている。ライトフィールドピクチャの品質は、電流制限が後側露光によって強く拡大されうるように、センサ解像度に高く依存する。このために、正確な調整工程は、マイクロメータにまで正確である位置決めが、精密機械的手段によって達成することが困難であるので、光学統合のために決定され続ける。上記の現在状態の背景に対して、ウェハーベースのマイクロ光学統合の前述の方法は、要点が低コストおよびこれまでに光学的に高品質の製品として中長期的な市場観点を有するマイクロオプティクスの新規なアプリケーションを可能にすると想定する。
【０１１０】
以下において、マイクロ光学部品としてライトフィールドセンサのためのレンズウェハーの例示的な計算が述べられる。最初に、レンズ方程式に従う曲率半径の計算が対処される。ここで、例えば、図１Ａに示されるように、ガラスウェハー２の上面にレンズキャロット（ｃａｌｏｔｔｅ）１Ａとして幾何学的に配置される球面レンズを想定する。この計算例においてレンズ１Ａのセンサ側焦点は、ガラスウェハーの後側Ｒ´に、すなわち、画像センサまたは半導体材料３ａの境界に直接的に位置する。このように、入射平行ビームは、その光センサ素子４ａ−４ｅを有する画像センサ４Ａにドットとして理想的に画像化される。
【０１１１】
以下の計算において、それは図１Ａの例に関して説明され、ホウケイ酸ガラスでできているレンズ１Ａは、覆う媒体として空気（屈折率ｎair＝１）を有すると想定される。シリコンを有するウェハーボンディングのためのケイ酸ガラスの例は、典型的に１００μｍから１．１ｍｍまでの厚さを有することができ、例えば、ボロフロート（Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ（登録商標））ガラス（ショット（Ｓｃｈｏｔｔ）による商標）５８７．６ナノメートルでｎd＝１．４７１４０、パイレックス（登録商標）（Ｐｙｒｅｘ（登録商標）（コーニング社による商標））５８８ナノメートルでｎd＝１．４７４、および、ショットの「ＡＦ３２」アルミノホウケイ酸ガラス（ＡＦは無アルカリの略である）である。これに関連して、インデックスのないパラメータｎは、ガラスウェハー２の屈折率ｎdのために以下において用いられる。
【０１１２】
さらに、計算のために、システムの焦点がガラスウェハー２内に位置すると想定され、さらに、レンズのために典型的である収差は考慮されない。
【０１１３】
0005507585.tif 000002
【０１１４】
図８Ａは、図１Ａに従う光センサ素子４ａ−４ｅを含む光センサ配置４Ａの実施形態によるパラメータを示す。図８Ａから明らかなように、キャロット１Ａは、光センサ配置４Ａの上に配置されるマイクロ光学素子を形成する。
【０１１５】
0005507585.tif 000003
【０１１６】
0005507585.tif 000004
【０１１７】
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【０１１８】
0005507585.tif 000006
【０１１９】
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【０１２０】
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【０１２１】
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【０１２２】
６００μｍの厚さのウェハーのために、幾何学は、以下のように、レンズ高さｈ＝１５．２７μｍ、レンズ半径ｒ＝７５μｍおよび曲率半径Ｒ＝１９２μｍである。例えば、この構造は、個々の光センサ素子４ａ−４ｅの５μｍの想定幅を考慮すると、１行において、マイクロレンズ１Ａの下に最大数１５個の光センサ素子を配置することを可能にする。
【０１２３】
しかしながら、光センサ素子はサイズが１μｍだけである場合、行あたり最高７５個のセンサセルが、マイクロレンズ１Ａの下に配置されうる。これは、ライトフィールドピクチャの深さ解像度の品質を大幅に改善し、それは、例えば、非球面レンズ形状によって、光学画像化性能の改善が必要になる可能性がある。
【０１２４】
テーブル８Ｂ−８Ｄは、上述のスキームに従って計算されるさらなる数値例を示す。長さ指定は、μｍにおいて示される。図８Ｂは、レンズ１Ａの焦点幅が特に３０μｍから６００μｍまで変化したテーブルを示す。８Ｃ図は、口径比値ＢＺが特に値２．８および３２間で変化したテーブルを示す。図８Ｄは、ガラスウェハー材料ひいては屈折率ｎが特に１．４５から１．８０まで変化したテーブルを示す。
【０１２５】
図１Ａから図７Ａに従う実施形態のディメンジョニングは以下に対処される。
【０１２６】
図１Ａに従う実施形態において、ガラスウェハー２は、センサウェハー３が非常に薄いので、例えば、安定性増加関数を満たす。このように、ガラスウェハーの厚さは、例えば、１００から１０００μｍに及ぶが、好ましくは２００μｍから６００μｍに及び、さらに、特に好ましくは３００μｍから４００μｍに及ぶ。このように、レンズ半径は、好ましくは１３μｍおよび１０７μｍ間にあるが、特に好ましくは１９μｍおよび７１μｍ間にある。少なくとも１つの方向において、０．５μｍから１０μｍ、好ましくは０．８μｍから５μｍ、特に好ましくは０．８μｍから２μｍの寸法を有する対応する数の光センサ素子は、それぞれのレンズ１Ａ〜１Ｃの下に位置する。
特に好適なバージョンにおいて、これは、配置あたりの行において９個から８８個の光センサ素子をもたらす。
【０１２７】
図２Ａに従う実施形態において、ガラスウェハー２は、センサウェハー３が十分に厚いので、いかなる安定効果も働かせる必要はない。したがって、それは、それ自体の扱いやすさだけによって制限される。そのような実施形態は、例えば、３０μｍから１０００μｍの、好ましくは５０μｍおよび５００μｍ間の、特に好ましくは１００μｍおよび３００μｍ間の厚みを有することができる。後者の場合は、６μｍおよび５４μｍ間のレンズ半径をもたらす。
【０１２８】
図３Ａに従う実施形態において、例によって示される計算は、光学配置が異なったすなわち凹面であるので、直接的に適用できない。しかしながら、技術的観点から、２００μｍから１０００μｍに及ぶことが全体のウェハースタックの厚みのために役立ち、中間のウェハー１３は、好ましくは、ガラスウェハー２より厚く選択される。例えば、ガラスウェハー２は、好ましくは、少なくとも５０μｍの厚さを有し、それは、ウェハースタックの次の研削および研磨によって達成されうる。
【０１２９】
図３Ａに従う実施形態のために提供される表示は、図４Ａに従う実施形態にも同様に当てはまる。
【０１３０】
図５Ａに従う実施形態のために、注意は、赤外光の屈折挙動が可視光線のものと異なることを確実にするためにとられるべきである。さらに、シリコンは、高い屈折率、例えば１０μｍの波長で３．４を有する。光センサセルのスペクトル設計に応じて、これは、そのような実施形態の計算において考慮されることになる。しかしながら、図１Ａの前述のデータは、シリコンがすでに１．２μｍの波長で透明であることを考慮するので、レンズ半径のための基準値として用いられうる。これに関連して、ガラスウェハーの値は、シリコンウェハーに機能的に転送されることになる。
【０１３１】
図５Ａに従う実施形態に関して記載される説明は、図６Ａに従う実施形態に同様に当てはまり、さらに、図１Ａに従う実施形態に関して記載される説明は、図７Ａに従う実施形態に同様に当てはまる。
【０１３２】
応用分野において、ライトフィールドフォトグラフィは、革新的な製品および技術の可能な例のうちのわずか１つである。例えば、有機フィルタ層というよりむしろプリズムまたは回折格子による波長に依存する光の屈折を用いる「変色しない（ｃｏｌｏｒ  ｆａｓｔ）」カメラまたはラインスキャナを組み立てることも可能である。そして、スペクトルは、いわば、それぞれの光センサ配置がスペクトロメータを示すように、色フィルタなしにいくつかの光センサに分配される。
【０１３３】
述べられたように、実施形態は、μｍ未満のピクセルおよび後側照明を作る上述の努力のコンテクストにおいて利点を提供する。シングルチップ位置決めの代替手段は可能であるが、位置公差は激しい散乱を受ける。
【０１３４】
消費者分野において、今日の解像度を有する入手可能な目的の画像化性能は、研究し尽くされている。しかしながら、本発明の実施形態は、小型高解像度センサチップによって比較的に安価で小型高性能のカメラを可能にする。自動車分野または安全工学において、そのような小型化されたおよび／または低コストのカメラシステムは、工業的に適用されうり、そこにおいて、それらは、マシンベースの画像処理のために使用されうる。
【図１Ａ】
0005507585.tif 000010
【図１Ｂ】
0005507585.tif 000011
【図１Ｃ】
0005507585.tif 000012
【図１Ｄ】
0005507585.tif 000013
【図１Ｅ】
0005507585.tif 000014
【図２Ａ】
0005507585.tif 000015
【図３Ａ】
0005507585.tif 000016
【図３Ｂ】
0005507585.tif 000017
【図４Ａ】
0005507585.tif 000018
【図４Ｂ】
0005507585.tif 000019
【図５Ａ】
0005507585.tif 000020
【図５Ｂ】
0005507585.tif 000021
【図６Ａ】
0005507585.tif 000022
【図６Ｂ】
0005507585.tif 000023
【図７Ａ】
0005507585.tif 000024
【図８Ａ】
0005507585.tif 000025
【図８Ｂ】
0005507585.tif 000026
【図８Ｃ】
0005507585.tif 000027
【図８Ｄ】
0005507585.tif 000028