(57)【要約】【課題】半導体レベルでのクリーン度でウェハレベルレンズを作製することができ、且つレンズ位置精度や離型の問題を解決できる。【解決手段】携帯電話の内蔵カメラや車載カメラ等に用いられるウェハレベルレンズであって、基板１１と、基板１１のレンズ形成領域を区画するように、エッチング加工により掘り込まれてなる非貫通の穴部１３と、穴部１３に充填されてレンズ１５を成す透明樹脂と、を具備した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に、レンズ形成領域を区画するように、エッチング加工により掘り込まれてなる非貫通の穴部と、
前記穴部に充填されてレンズを成す透明樹脂と、
を具備したことを特徴とするウェハレベルレンズ。
【請求項２】
前記基板の前記レンズを形成した部分の裏面側にエッチングによる貫通穴が形成され、前記レンズを通過した光が透過する開口が形成されてなることを特徴とする、請求項１記載のウェハレベルレンズ。
【請求項３】
前記穴部は、ウェハに形成された個々の撮像素子に対応するようにマトリクス状に配列されてなることを特徴とする、請求項１又は２に記載のウェハレベルレンズ。
【請求項４】
透明基板と、
前記透明基板上に、レンズ形成領域を区画するように形成された壁部と、
前記壁部で区画された各領域に充填されてレンズを成す透明樹脂と、
を具備したことを特徴とするウェハレベルレンズ。
【請求項５】
前記透明基板は、前記レンズ形成領域がエッチングにより掘り込まれていることを特徴とする、請求項４記載のウェハレベルレンズ。
【請求項６】
前記透明基板は、前記レンズ形成領域にエッチングによる貫通穴が形成されていることを特徴とする、請求項４記載のウェハレベルレンズ。
【請求項７】
前記壁部は、ウェハに形成された個々の撮像素子に対応するように格子状に形成されていることを特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載のウェハレベルレンズ。
【請求項８】
基板のレンズ形成領域をエッチングすることにより穴部を形成する工程と、
前記穴部に、レンズとなる透明樹脂を注入する工程と、
前記透明樹脂を硬化させてレンズ形状にする工程と、
を含むことを特徴とするウェハレベルレンズの製造方法。
【請求項９】
透明基板上に、レンズ形成領域を区画するように壁部を形成する工程と、
前記壁部で区画された各領域に、レンズとなる透明樹脂を注入する工程と、
前記透明樹脂を硬化させてレンズ形状にする工程と、
を含むことを特徴とするウェハレベルレンズの製造方法。
【請求項１０】
前記壁部を形成した後で前記透明樹脂を注入する前に、前記壁部をマスクに用いて前記透明基板の表面部を所定量エッチングすることを特徴とする、請求項９記載のウェハレベルレンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話の内蔵カメラや車載カメラ等に用いられるレンズに係わり、特に複数のレンズ形状を等間隔にウェハ状に成形したウェハレベルレンズ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話の内蔵カメラや車載カメラ等においては、イメージセンサにおける感度を向上させるために、受光部の入射側にレンズを設置する必要がある。従来は、カラーフィルタ形成後又は固片断裁後のイメージセンサ上に、樹脂又は光学ガラスからなるレンズを個別にモールディングして組み付けていた。このため、多大な手間が掛かっていた。
【０００３】
そこで、イメージセンサにウェハレベルのレンズを一括で取り付ける、ウェハレベルカメラモジュールと云う技術が提案されている。この技術では、イメージセンサのウェハと同じサイズのガラスウェハに樹脂を金型でモールディングすることにより、多数のレンズを形成する。そして、これをイメージセンサのウェハに貼り合わせた後に、個々のチップに裁断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１７０１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したウェハレベルレンズにあっては、次のような問題があった。即ち、金型で光学ガラス上に樹脂をモールディングする方法で作製されており、金型作製時の機械精度、樹脂モールディング時のレンズの位置精度（位置ずれ）や離型性に問題があった。また、レンズ形成時に金型や樹脂モールドなどの発塵を伴う装置を用いなければならず、レンズ体への塵埃の付着が問題となっていた。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、半導体レベルでのクリーン度で作製することができ、且つレンズ位置精度や離型の問題を解決できるウェハレベルレンズ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明のウェハレベルレンズは、基板と、前記基板に、レンズ形成領域を区画するように、エッチング加工により掘り込まれてなる非貫通の穴部と、前記穴部に充填されてレンズを成す透明樹脂と、を具備したことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のウェハレベルレンズは、透明基板と、前記透明基板上に、レンズ形成領域を区画するように形成された壁部と、前記壁部で区画された各領域に充填されてレンズを成す透明樹脂と、を具備したことを特徴とする。
【０００９】
ここで、本発明では、前記壁部は、平坦な基板表面にインキ材を塗布形成することにより形成しても良いし、或いは平坦な基板表面をエッチングにより掘り込んで形成しても良い。さらに、レンズ形成領域にエッチングによる貫通穴が形成されている構成も採用される。
【００１０】
また、本発明のウェハレベルレンズの製造方法は、基板のレンズ形成領域をエッチングすることにより穴部を形成する工程と、前記穴部に、レンズとなる透明樹脂を注入する工程と、前記透明樹脂を硬化させてレンズ形状にする工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のウェハレベルレンズの製造方法は、透明基板上に、レンズ形成領域を区画するように壁部を形成する工程と、前記壁部で区画された各領域に、レンズとなる透明樹脂を注入する工程と、前記透明樹脂を硬化させてレンズ形状にする工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板を掘り込んで形成した穴部に透明樹脂を充填してレンズを形成することにより、レンズ形成領域の位置決めが確実となると共に、厚いレンズの形成が可能となる。しかも、金型や樹脂モールドなどの発塵を伴う装置を用いる必要がなく、半導体レベルのクリーン度で作製することができ、その上、離型の問題をも解決することができる。さらに、レンズを形成した基板の裏面側からエッチングによる貫通穴を形成することで、レンズにおける透過率の向上をはかることができると共に、レンズに絞り機能を持たせることも可能となる。
【００１３】
また、壁部で区画されたレンズ形成領域に透明樹脂を充填してレンズを形成することにより、上記と同様に、レンズ位置精度の向上をはかると共に、厚いレンズの形成が可能となる。しかも、半導体レベルのクリーン度で作製することができ、離型の問題をも解決することができる。さらに、透明基板を掘り込むことにより、レンズにおける透過率の向上をはかることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係わるウェハレベルレンズの概略構成を示す平面図。
【図２】図１の矢視Ａ−Ａ’断面図。
【図３】第１の実施形態のウェハレベルレンズをイメージセンサに貼り付けた状態を示す断面図。
【図４】第１の実施形態のウェハレベルレンズの製造工程を示す断面図。
【図５】第２の実施形態のウェハレベルレンズの概略構成を示す断面図。
【図６】第２の実施形態のウェハレベルレンズの製造工程を示す断面図。
【図７】第３の実施形態のウェハレベルレンズの概略構成を示す断面図。
【図８】第４の実施形態のウェハレベルレンズの概略構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態に係わるウェハレベルレンズの概略構成を示す説明するためのもので、図１は平面図、図２は図１の矢視Ａ−Ａ’断面図である。
【００１７】
複数の固体撮像素子（センサアレイ）を形成したウェハと同等の大きさのシリコン基板１１上に、レンズ形成領域を区画するようにエッチングによる凹部（穴部）１３が形成されている。レンズ形成領域は、ウェハに形成された個々の撮像素子に対応している。そして、凹部１３内に樹脂を注入することにより多数のレンズ１５が形成されている。
【００１８】
このウェハレベルレンズ１０は、図３に示すように、センサアレイ２１上にカラーフィルタ２２を形成後のウェハ２０上に貼り付けられる。そして、ウェハ２０を個別のセンサに裁断する際に、ウェハレベルレンズ１０も裁断されるようになっている。
【００１９】
図４は、本実施形態のウェハレベルレンズの製造工程を示す断面図である。
【００２０】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１１上にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等のマスク１２を形成した後、このマスク１２をレンズ形成領域に対応するように、マトリクス状の矩形開口を有するパターンに加工する。続いて、マスク１２を用いて、基板１１をＲＩＥ等のドライエッチング法で選択エッチングすることにより、凹部（穴部）１３を形成する。ドライエッチングにあたっては、ボッシュ方式のエッチング（エッチング〜エッチング耐性を有する保護膜を交互に行うことで、エッチング進行方向に垂直な方向のサイドエッチングを抑えて、アスペクト比の高い断面形状の孔を形成する手法）により、断面形状が矩形に近い凹部１３を形成する。そして、この凹部１３をレンズ形成領域とする。凹部１３の形成後、可能であれば、凹部内壁に酸化クロムなどの材料からなる反射防止膜を形成することが望ましい。
【００２１】
次いで、図４（ｂ）に示すように、凹部１３内に透明樹脂１４を注入する。透明樹脂１４としては、透明なＵＶ硬化樹脂であれば良く、例えば市販の感光性透明樹脂（一例として、ＪＳＲ社製ＡＲＴＯＮ Ｆ５０２３，ヘキストジャパン社製ノボラック樹脂系のポジ型透明感光性樹脂・商品名ＡＺ−１３５０）を用いる。感光性透明樹脂の凹部内への注入にあたっては、スクリーン印刷が好適である。感光性樹脂はネガ型若しくはポジ型いずれであっても構わないが、硬化度或いは溶解性が露光量にリニアに変化することが望ましい。
【００２２】
次いで、図４（ｃ）に示すように、凹部１３内に充填された透明樹脂１４に網点マスクによる露光に続けての現像処理により、各々の凹部１３内にレンズ１５を形成する。レンズ１５の形成にあたっては、レンズ要素の形状に対応した光透過率を有するように所定の網点が形成されたマスクをステッパにセットして、各領域に充填された透明樹脂１４に対して紫外線露光する。
【００２３】
網点マスクとは、例えば凸レンズ要素形成の場合には肉厚の厚い部分に対応する部位は開口部（透明）で光透過率が高く、レンズ要素以外の周辺部位は遮光膜で被覆して光透過率が低く、周辺と中心部を結ぶ領域については、透明領域と遮光領域を内挿する光透過量となるように濃淡のグラデュエーション（階調）が付いたマスクである。この階調の濃淡は、露光に用いる光では解像しない小さな径の網点の単位面積当たりの個数（粗密）の部分的な差によって達成される。網点マスクに形成される開口部／遮光部は、感光性樹脂のネガ型／ポジ型に応じてパターンが反転した構成となる。
【００２４】
次いで、図４（ｄ）に示すように、基板１１の裏面側からのエッチング加工により、レンズ下部に至るまで基板１１に貫通穴１６を形成し、レンズ１５で集光された光を通過させるための開口を形成する。
【００２５】
シリコン製の基板１１は透明性に劣るため、レンズ機能を生かす上では開口を形成する処理を要するが、図２で上側からレンズ１５に入射する不要なノイズ光を遮断する上での適度な遮光性を持つため、好適に採用される。裏面側から形成した開口の幅（径）は、レンズ絞りを決定することになる。
【００２６】
このようにして作製されたウェハレベルレンズ１０は、前記図３に示すように、センサアレイ２１にカラーフィルタ２２を形成したウェハ２０上に貼り合わされる。そして、ウェハ２０を個々のセンサに裁断する際に同時に裁断されるものとなっている。
【００２７】
このように本実施形態では、凹部１３でレンズ形成領域を区画しているため、レンズ位置精度の向上をはかることができると共に、透明樹脂１４で形成するレンズ１５の厚みを大きくすることができる。しかも、金型や樹脂モールドなどの発塵を伴う装置を用いる必要がなく、半導体レベルのクリーン度で作製することができる。さらに、離型性の問題をも解決することができる。
【００２８】
また、本実施形態のウェハレベルレンズ１０を複数枚重ね合わせて、例えば３枚構成のレンズ群を作製することも可能である。このとき、基板１１に凹部１３が形成されているため、これを利用して複数枚の重ね合わせが容易である。この場合、レンズ組み付け用のバレルに組み付ける必要もない。
【００２９】
また、本実施形態では基板１１としてシリコンを用いているので、次のような効果も得られる。即ち、センサアレイ２１を形成したウェハ２０と同種の形成材料を用いているので、ウェハ２０上に貼り合わせた場合に、温度変化に伴う反り変形を抑制することが可能である。シリコン基板は加工性に優れており、高さ（基板厚みの）の制御性も良いため、高精度に作製することができる。さらに、シリコンを用いた場合、ダムによる接着強度が高い。また、シリコン基板は透明でないため、側面の遮光が不要になる利点もある。
【００３０】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係わるウェハレベルレンズの概略構成を示す断面図である。
【００３１】
本実施形態が先に説明した第１の実施形態と異なる点は、レンズ形成領域を構成する基板を不透明なシリコン基板ではなく透明なガラス製としたこと、更に凹部を設ける代わりに壁体を設けたことにある。
【００３２】
センサアレイを形成したウェハと同等の大きさのガラス基板（透明基板）３１上に、レンズ形成領域を区画するように格子状に壁体３３が形成されている。レンズ形成領域は、ウェハに形成された個々の撮像素子に対応している。そして、壁体３３で区画された各領域に樹脂を注入することにより多数のレンズ３５が形成されている。
【００３３】
図６は、本実施形態のウェハレベルレンズの製造工程を示す断面図である。
【００３４】
まず、図６（ａ）に示すように、ガラス基板３１上にレンズ形成領域を区画するように壁体３３を形成する。この壁体３３の形成には、エポキシ樹脂を主成分とするインキで、熱硬化性（更にＵＶ硬化性）を備える材料を用い、該材料を格子状のパターンにスクリーン印刷する。また、ガラス基板３１上に壁材料となる膜を形成し、その上にレジストパターンを形成し、ＲＩＥでエッチングすることも可能である。
【００３５】
壁体３３を構成するインキとしては、他に、エポキシ−ウレタン系樹脂，及びイソシアネート系樹脂，シアノアクリレート系樹脂を挙げることができる。これらは、増感剤を含むモノマーからなる接着剤であり、スクリーン印刷後、紫外線を照射して重合することにより、基板３１と重合接着される。
【００３６】
なお、基板３１としては、ガラス製の透明基板，シリコン製などの不透明基板の何れもが好適に使用可能であるが、不透明基板の場合には、レンズ部を通過した光が受光されるように、基板を開口する処理を要することになる。
【００３７】
次いで、図６（ｂ）に示すように、壁体３３で区画された各領域に透明樹脂３４を注入する。透明樹脂３４としては、第１の実施形態と同様の透明なＵＶ硬化樹脂を用いることができる。
【００３８】
次いで、図６（ｃ）に示すように、光又は紫外線の照射により透明樹脂３４を硬化させることにより、壁体３３で区画された各領域にそれぞれレンズ３５を形成する。上記の透明樹脂３４は、レンズ形成領域に充填された状態で表面張力により上側に凸となり、固化してもその状態を保持、又は固化によって更に凸となる。従って、レンズ形成領域に適量の透明樹脂３４を充填し、硬化させるのみで、レンズ形状を実現することが可能となる。
【００３９】
ここで、レンズ１５の形成にあたっては、第１の実施形態と同様に、レンズ要素の形状に対応した光透過率を有するように所定の網点が形成されたマスクをステッパにセットして、各領域に充填された透明樹脂３４に対して紫外線露光するようにしても良い。
【００４０】
なお、壁体３３はそのまま残しても良いし、レンズ３５を形成した後に壁体３３を除去することも可能である。
【００４１】
このようにして作製されたウェハレベルレンズ３０は、第１の実施形態と同様に、前記図３に示すようなセンサアレイ２１にカラーフィルタ２２を形成したウェハ２０上に貼り合わされる。そして、ウェハ２０を個々のセンサに裁断する際に同時に裁断されるものとなっている。
【００４２】
このように本実施形態では、壁体３３でレンズ形成領域を区画しているため、第１の実施形態と同様に、レンズ位置精度の向上をはかることができると共に、樹脂３４で形成するレンズ３５の厚みを大きくすることができる。しかも、金型や樹脂モールドなどの発塵を伴う装置を用いる必要がなく、半導体レベルのクリーン度で作製することができ、更に離型性の問題をも解決することができる。
【００４３】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係わるウェハレベルレンズの概略構成を示す断面図である。なお、図５と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００４４】
本実施形態が先に説明した第２の実施形態と異なる点は、レンズ形成領域のガラス基板３１の表面部を一定量だけ除去したことである。即ち、ガラス基板３１は、壁体３３を形成した状態で、弗素ガスを用いたＲＩＥにより表面部が一部エッチングされている。つまり、ガラス基板３１の表面部が掘り込まれて溝部３６が形成されている。そして、ガラス基板３１を掘り込んだ後に、透明樹脂３４の注入によりレンズ３５が形成されている。
【００４５】
このように本実施形態においては、レンズ部分のガラス基板３１が掘り込まれ、レンズ形成領域のガラス基板３１の厚みが薄くなっているので、ガラス基板３１を含めたレンズとしての透過率を上げることが可能となる。従って、先の第２の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、レンズの透過率を上げてイメージセンサの感度向上をはかり得ると云う利点がある。
【００４６】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係わるウェハレベルレンズの概略構成を示す断面図である。なお、図５と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００４７】
本実施形態が先の第３の実施形態と異なる点は、レンズ形成領域のガラス基板３１に貫通穴３７を設けたことにある。即ち、ガラス基板３１のレンズ形成領域はエッチングにより貫通穴３７が設けられており、この貫通穴３７にレンズ３５（３５ａ，３５ｂ）が形成されている。
【００４８】
具体的には、ガラス基板３１の表面側に壁体３３ａを形成し、壁体３３ａをマスクにレンズ形成領域を半分程度掘り込んだ後に樹脂注入によるレンズ３５ａの形成を行う。次いで、ガラス基板３１の裏面側に壁体３３ｂを形成し、壁体３３ｂをマスクにレンズ形成領域を半分程度掘り込んだ後に、樹脂注入によるレンズ３５ｂの形成を行う。レンズ３５ｂはレンズ３５ａと一体となる。これにより、ガラス基板３１に設けた貫通穴３７内にレンズ３５を有する構造が得られる。
【００４９】
本実施形態では、レンズ部分のガラス基板が無くなるため、レンズとしての透過率を更に高めることができる。従って、先の第２の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、第３の実施形態と同様にレンズの透過率を上げることができ、イメージセンサの更なる感度向上をはかることができる。
【００５０】
また、本実施形態の方法は不透明なシリコン基板１１を用いた第１の実施形態に適用することも可能である。即ち、第１の実施形態において、貫通穴１６の形成後に、透明樹脂の充填及び硬化により裏面側レンズを形成しても良い。
【００５１】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。
【００５２】
第１の実施形態では基板としてシリコン基板を用いたが、必ずしもシリコン基板に限らず、半導体プロセスでのエッチングによる穴部の加工が容易な基板であればよい。
【００５３】
第２〜第４の実施形態では、透明基板としてガラス基板を用いたが、必ずしもガラスに限らず、イメージセンサで検出する光に対して十分な透過率を有し、その表面に壁体及び透明樹脂を作製可能な材料であればよい。例えば、樹脂で形成された基板を用いることも可能である。また、壁体の材料及び製法、更には透明樹脂の材料等も、仕様に応じて適宜変更可能である。
【００５４】
また、各実施形態では凸レンズを形成しているが、凸レンズの代わりに凹レンズを形成することも可能である。基板を掘り込んで形成した穴部や壁部で区画された領域内に透明樹脂を埋め込んでレンズを作ることから、凹レンズを作製することも容易である。
【００５５】
また、各実施形態では、イメージセンサのウェハを固片化する前の段階で貼り付けたが、ウェハを固片化したチップの段階で貼り付けるようにしても良い。この場合、ウェハレベルレンズからウェハレベルレンズモジュールを切り出しておけば良い。
【００５６】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０…ウェハレベルレンズ
１１…シリコン基板
１２…マスク
１３…凹部（穴部）
１４…透明樹脂
１５…レンズ
１６…貫通穴
２０…イメージセンサ
２１…センサアレイ
２２…カラーフィルタ
３１…ガラス基板（透明基板）
３３，３３ａ，３３ｂ…壁部
３５…レンズ
３６…溝部
３７…貫通穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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