(57)【要約】【課題】受光面と偏光子とのギャップを小さくすることで受光特性を損なうことなく、かつ、受光面内への異物の混入を低減する。【解決手段】入射する光を電気信号に変換する撮像素子２３を有し、該撮像素子２３の外周部の表面に構造膜２６が成膜された撮像チップ２０と、撮像素子２３に対向する位置に設けられ、透過する偏光を規制する偏光部３１、および該偏光部３１の外周部に設けられるスペーサ部材３４を有する偏光ガラスチップ３０と、を有し、スペーサ部材３４は、撮像素子２３の外周部の少なくとも一部に沿った形状を有し、かつ、撮像素子２３の外周部の形状に応じた厚みを有する。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光を電気信号に変換する撮像素子を有し、該撮像素子の外周部の表面に熱可塑性樹脂が成膜された撮像チップと、
前記撮像素子に対向する位置に設けられ、透過する偏光を規制する偏光部、および該偏光部の外周部に設けられるスペーサ部材を有する偏光ガラスチップと、を有し、
前記スペーサ部材は、前記撮像素子の外周部の少なくとも一部に沿った形状を有し、かつ、前記撮像素子の外周部の形状に応じた厚みを有することを特徴とする撮像モジュール。
【請求項２】
前記スペーサ部材は、異なる厚みを有するように形成されており、
該厚みの差は、前記撮像素子の外周部における高さの高い部分から低い部分までの高さの差に相当することを特徴とする請求項１に記載の撮像モジュール。
【請求項３】
前記スペーサ部材は、前記偏光部の外周部の全域に沿って形成されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の撮像モジュール。
【請求項４】
前記撮像素子の外周部において、前記偏光ガラスチップとの間に、前記スペーサ部材を挟まない部分が存在することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の撮像モジュール。
【請求項５】
前記スペーサ部材は、ネガ型のフォトレジストから形成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の撮像モジュール。
【請求項６】
前記偏光部は、透過する光の波長よりも小さい周期構造を有する偏光フィルタであることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の撮像モジュール。
【請求項７】
入射する光を電気信号に変換する撮像素子、および該撮像素子の電極部を複数設けた撮像センサウェハに対し、前記撮像素子に透過する偏光を規制する偏光フィルタを前記撮像センサウェハとの接着面側に複数設けたガラスウェハを接着する第一工程と、
前記撮像センサウェハにおける前記ガラスウェハとの接着面と反対側から前記電極部へ貫通穴を有する貫通電極を形成する第二工程と、
を含んでなることを特徴とする撮像モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記偏光フィルタの外周部に、前記撮像素子の外周部の少なくとも一部に沿った形状を有し、かつ、前記撮像素子の外周部の形状に応じた厚みを有するスペーサ部材が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の撮像モジュールの製造方法。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれかに記載の撮像モジュールを搭載したことを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
請求項７または８に記載の撮像モジュールの製造方法により製造された撮像モジュールを搭載したことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像モジュール、撮像モジュールの製造方法および撮像装置に関する。さらに詳述すると、受光特性を損なうことなく受光面内への異物の混入を低減することができる撮像モジュール、撮像モジュールの製造方法および撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化薄型化、かつ軽量化とともに半導体部品の高密度実装化の要求が高まっている。その中でも微細加工技術の進歩による半導体撮像装置の高集積化が特に要求されている。一方、軽量の半導体撮像装置を安価に製造する方法が提案されている。
【０００３】
従来の半導体撮像装置の構造としては、例えば半導体撮像素子の受光部の上方に、入射光を受光部に導くマイクロレンズが設けられている。そして、受光部及びマイクロレンズは、マイクロレンズの材料よりも屈折率が低い低屈折率透明材で覆われている。更に、その低屈折率透明材の上面と側面を低屈折率透明材よりも硬い高硬度透明材で覆うことによって、半導体撮像素子を低屈折率透明材及び高硬度透明材によって二重パッケージングし、受光面内への異物の混入を防止している。言い換えれば、半導体撮像素子の上からガラス、樹脂などの透明な平板と側板で蓋をして半導体撮像素子全体を密閉することで、異物の混入を防いでいる。
【０００４】
このような半導体撮像装置として、例えば、特許文献１が開示されている。図１９は特許文献１に記載される従来の半導体撮像装置の構成を示す断面図である。同図に示すように、従来の半導体撮像装置２００において、半導体基板２０１上は、撮像領域２０２、周辺回路領域２０３及び電極領域２０４に分かれている。撮像領域２０２には複数のマイクロレンズ２０５及び半導体撮像素子２０６が設けられている。また、周辺回路領域２０３には図示していない周辺回路が設けられている。
【０００５】
更に、電極領域２０４には後述する電極パッド２０７が設けられている。そして、マイクロレンズ２０５の上方には透明部材２０８が所定のギャップを置いて設けられている。ここで、透明部材２０８は、撮像領域２０２より大きな平面形状をなし、かつマイクロレンズ２０５に接触しないようにするために中空部２０９を形成するためのスペーサとして機能する外枠部２１０と連結されている。
【０００６】
また、外枠部２１０の接着面側の端部には紫外線硬化型接着剤２１１が塗布されて、半導体基板２０１上の周辺回路領域２０３に接着されている。このような構成を有する従来の半導体撮像装置２００によれば、透明部材２０８が撮像領域２０２に設けられたマイクロレンズ２０５及び半導体撮像素子２０６を覆うように設けられている。
【０００７】
そして、透明部材２０８と連結する外枠部２１０が半導体基板２０１上に紫外線硬化型接着剤２１１を用いて接着されて撮像領域２０２を密閉することにより、受光面への異物の混入を防止している。
【０００８】
また、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの電子式撮像素子における画素毎のように、ある領域毎に透過する光の偏光方向が異なるような偏光子を撮像素子の受光部の前に配置する場合がある。この場合、偏光子と受光面が離れていると、偏光子中の偏光方向が異なる境界界隈の画素では複数の偏光を受光してしまうクロストークという問題がある。この問題を回避するためには、偏光子をできるだけ撮像素子の受光面に接近させ、かつ受光面と偏光子の間隔をばらつかせずに配置する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１の構成では、偏光子をできるだけ半導体撮像素子の受光面に接近させ、かつ受光面と偏光子の間隔をばらつかせずに配置することができない。その理由は、次の通りである。上記特許文献１のような構成において、図１９に示すように、外枠部２１０の接着面の端部と撮像領域２０２の間に、かつ外枠部２１０の接着面の端部と電極領域２０４の間にも紫外線硬化型接着剤２１１を塗布して、外枠部２１０を半導体基板２０１上に接着しているが、この接着方法では外枠部２１０を半導体基板２０１上に接着することは実際困難である。実際には、透明部材２０８と連結する外枠部２１０の接着面側の端部にも紫外線硬化型接着剤２１１を塗布して外枠部２１０を半導体基板２０１上に接着している。よって、上記特許文献１では、５μｍ以上になると考えられる接着剤の厚み分、受光面と偏光子が離れてしまい、できるだけ撮像素子の受光面に接近させることができない（ギャップが大きくなる）。また、撮像素子の受光面が偏光子から接近していれば撮像素子の受光面を基準として偏光子の配置を定めて間隔がばらつかないで配置することができるが、受光面と偏光子が離れてしまうと撮像素子の受光面を基準として偏光子の配置を定めることができずに受光面と偏光子の間隔がばらつく恐れがある。
【００１０】
また、例えば、特許文献２には、受光画素群と、マイクロレンズアレイと、マイクロレンズアレイの光入射側に配置される透明部材と、を有し、マイクロレンズアレイより高さの高い凸部を、マイクロレンズアレイと一体に形成し、透明部材をこの凸部で支持したことを特徴とする固体撮像装置構成が開示されているが、特許文献１と同様に、接着剤で固定しているためギャップが大きくなり、偏光カメラとしての効率が低下するという問題がある。また、熱圧着工法にて接着しようとした場合、マイクロレンズと同様のフォトレジストで形成されるため、十分な加圧をかけることができないため仮固定さえ不可能な接着力しか得られないという問題も生じる。
【００１１】
そこで本発明は、受光面と偏光子とのギャップを小さくすることで受光特性を損なうことなく、かつ、受光面内への異物の混入を低減することができる撮像モジュール、撮像モジュールの製造方法および撮像モジュールを搭載した撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成するため、請求項１に記載の撮像モジュールは、入射する光を電気信号に変換する撮像素子を有し、該撮像素子の外周部の表面に熱可塑性樹脂が成膜された撮像チップと、撮像素子に対向する位置に設けられ、透過する偏光を規制する偏光部、および該偏光部の外周部に設けられるスペーサ部材を有する偏光ガラスチップと、を有し、スペーサ部材は、撮像素子の外周部の少なくとも一部に沿った形状を有し、かつ、撮像素子の外周部の形状に応じた厚みを有するものである。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撮像モジュールにおいて、スペーサ部材は、異なる厚みを有するように形成されており、該厚みの差は、撮像素子の外周部における高さの高い部分から低い部分までの高さの差に相当するものである。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載の撮像モジュールにおいて、スペーサ部材は、偏光部の外周部の全域に沿って形成されるものである。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載の撮像モジュールにおいて、撮像素子の外周部において、偏光ガラスチップとの間に、スペーサ部材を挟まない部分が存在するものである。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４までのいずれかに記載の撮像モジュールにおいて、スペーサ部材は、ネガ型のフォトレジストから形成されているものである。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１から５までのいずれかに記載の撮像モジュールにおいて、偏光部は、透過する光の波長よりも小さい周期構造を有する偏光フィルタであるものである。
【００１８】
また、請求項７に記載の撮像モジュールの製造方法は、入射する光を電気信号に変換する撮像素子、および該撮像素子の電極部を複数設けた撮像センサウェハに対し、撮像素子に透過する偏光を規制する偏光フィルタを撮像センサウェハとの接着面側に複数設けたガラスウェハを接着する第一工程と、撮像センサウェハにおけるガラスウェハとの接着面と反対側から電極部へ貫通穴を有する貫通電極を形成する第二工程と、を含んでなるものである。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の撮像モジュールの製造方法において、偏光フィルタの外周部に、撮像素子の外周部の少なくとも一部に沿った形状を有し、かつ、撮像素子の外周部の形状に応じた厚みを有するスペーサ部材が設けられているものである。
【００２０】
また、請求項９に記載の撮像装置は、請求項１〜６のいずれかに記載の撮像モジュールを搭載したものである。また、請求項１０に記載の撮像装置は、請求項７または８に記載の撮像モジュールの製造方法により製造された撮像モジュールを搭載したものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、受光面と偏光子とのギャップを小さくすることで受光特性を損なうことなく、かつ、受光面内への異物の混入を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】撮像モジュールの基本構成を示す断面図である。
【図２】偏光フィルタガラスの製造工程を示す図である。
【図３】偏光フィルタガラスの平面図である。
【図４】偏光ガラスチップの製造工程を示す図である。
【図５】偏光フィルタガラスの別の構造を示す平面図である。
【図６】偏光フィルタガラスの別の構造を示す平面図である。
【図７】偏光フィルタガラスの別の構造を示す平面図である。
【図８】撮像モジュールを製造する各工程を示す工程断面図である。
【図９】金ワイヤ結線工程を示す工程断面図である。
【図１０】撮像モジュールの概略構成を示す斜視図である。
【図１１】撮像素子の外周が均一でない撮像モジュールの概略構成を示す斜視図の例である。
【図１２】本発明に係る撮像モジュールの概略構成を示す斜視図である。
【図１３】本発明に係る撮像モジュールにおける偏光ガラスチップの別の構造を示す斜視図である。
【図１４】ガラスウェハへの偏光フィルタの作製を示す断面図である。
【図１５】撮像センサウェハの貫通電極形成工程の各工程を示す工程断面図である。
【図１６】本発明に係る撮像装置の構成を示す分解斜視図である。
【図１７】ワイヤグリッド方式を用いた偏光子の構造を示す斜視図である。
【図１８】撮像素子の別の構成の一部を示す分解斜視図である。
【図１９】従来の半導体撮像装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る構成を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
（撮像モジュールの基本構成）
まず、本発明に係る撮像モジュールの前提となる参考例（基本構成）について、図１〜図９を参照しつつ説明する。図１は、本発明に係る撮像モジュールの基本構成を示す断面図である。
【００２５】
撮像モジュール１０は、撮像チップ２０と偏光ガラスチップ３０を含んで構成されている。そして、撮像チップ２０は、半導体基板２１、例えばＳｉＯ２などの酸化膜である無機絶縁膜２２、撮像素子２３、電極パッド２４、マイクロレンズ２５及び構造膜２６を含んで構成されている。そして、撮像素子２３は半導体基板２１と無機絶縁膜２２の間に設けられ、入射された光を電気信号に変換する。電極パッド２４は、撮像素子２３の受光面の外周付近に設けられ、撮像素子２３からの電気信号を外部回路へ供給するための端子である。
【００２６】
また、マイクロレンズ２５は撮像素子２３と対向するように無機絶縁膜２２の他方の面側に有機材料で成膜して形成され、入射される光を、無機絶縁膜２２を介して撮像素子２３に導く。更に、構造膜２６は後述する偏光ガラスチップ３０のスペーサ部材３４と結合するための、スピンコートにより形成される熱可塑性樹脂の膜であり、マイクロレンズ２５の材料と同等の有機材料あるいはマイクロレンズ２５の材料と異なる有機材料で形成され、マイクロレンズ２５の高さと同じ膜厚となっている。
【００２７】
なお、無機絶縁膜２２にマイクレンズ２５及び構造膜２６を設けているが、無機絶縁膜２２を設けずに、マイクロレンズ２５は撮像素子２３に設け、構造膜２６は半導体基板２１に直接に設けてもよい。
【００２８】
次に、偏光ガラスチップ３０は、入射する光の偏光方向を規定する偏光部３１が厚みＤでガラスウェハ（チップ）３２の一方の表面に形成されて構成する偏光フィルタガラス３３を具備している。また、偏光ガラスチップ３０は、偏光フィルタガラス３３の外周端又は外周端近傍付近に設けられ、上記マイクロレンズ２５と偏光フィルタガラス３３の間に所定のギャップを設けるためのスペーサ部材３４を具備している。
【００２９】
そして、この偏光ガラスチップ３０は撮像チップ２０における受光領域のマイクロレンズ２５の全てを覆うように設けられる。更には、スペーサ部材３４を撮像チップ２０の構造膜２６に押し当てた状態で加熱（２００℃で３分間）及び加圧（３ｋｇｆ）を行う。このような工程を行ってスペーサ部材３４を構造膜２６に溶着させて偏光ガラスチップ３０によって受光領域のマイクロレンズ２５を密閉する。
【００３０】
このような構成を有する撮像モジュール１０によれば、偏光ガラスチップ３０によって撮像チップ２０のマイクロレンズ２５が設けられている受光領域を全て覆い密閉している。この構成とすることにより、受光領域内への異物の混入を防ぐことができる。また、スペーサ部材３４の高さを調整してマイクロレンズ２５と偏光フィルタガラス３３のギャップを小さくすることができる。よって、複数の偏光が受光してしまうクロストーク現象を防止することも併せて可能となる。
【００３１】
なお、撮像チップ２０に構造膜２６を設けずにスペーサ部材３４を直接撮像チップ２０の無機絶縁膜２２に溶着してもよい。また、図２に示す偏光部３１の厚さＤは入射する光の波長よりも小さいものとし、入射される光の波長より小さい構造によって発生する光学特性を利用することができる。更に、スペーサ部材３４は偏光フィルタガラス３３の外周端又は外周端近傍付近に設けられる。そのため、対応する撮像チップ２０の撮像素子２３における受光領域のみを覆い密閉することができる。以上のような構成の撮像モジュールによれば、受光特性を損なうことなく、受光領域内への異物の混入を防ぐことが可能となる。
【００３２】
（撮像モジュールの製造方法（１））
次に、図１に示した撮像モジュールを製造する方法について概説する。図２は撮像モジュールにおける偏光フィルタガラスの製造工程を示す図である。図２（ａ）に示すように、公知の方法によってフォトニック結晶構造やワイヤリッド構造によって透過する光の偏光方向を規定し、図中に示す厚みＤの偏光部３１を、透明性を有するガラスウェハ３２の一方の表面上に作成する。ここでの公知の方法の一つとしては、ガラス平板の上に金属膜と、電子線レジスト、紫外線感光樹脂などの感光性材料とを順に成膜処理を施す。そして、感光性材料が電子線レジストである場合であれば電子線描画、あるいは紫外線感光樹脂である場合はステッパを用いて露光する。その後に、現像処理を行うことで感光性材料をパターニングして一部分において金属面を露出する処理を施す方法がある。
【００３３】
そして、このような公知の方法を用い、更にドライエッチングによって露出した金属膜をエッチングすることにより、金属膜がパターニングされた光学素子である偏光部３１が得られる。なお、一部の領域毎に偏光部３１の偏光構造の方向や周期を変えてもよい。
【００３４】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）分野等において使用される永久使用可能なレジスト離型剤の一つであるネガレジスト（日本化薬株式会社製  ＳＵ−８）（図示せず）を用いている。また、このネガレジストを所定の膜厚（例えば、１μｍ）となるようにスピンコート法で成膜している。
【００３５】
その後、図２（ｂ）及びその平面図である図３に示すように、偏光部３１に沿って外周部にフォトリソグラフィ法で凹凸形状を形成する。偏光部３１から見て外周側に凹形状部は切れ目３５に相当し、凸形状部はスペーサ部材３４に相当する。更に、凹形状部のダイシングライン用の切れ目３６をそれぞれ作製する。そして、図４に示すように、切れ目３６に沿ってダイシングして偏光フィルタガラス３３をチップ形状に切り出す。この工程を行うことによって、スペーサ部材３４が形成されたチップ形状の偏光ガラスチップ３０を製造することができる。
【００３６】
なお、図４（ａ）に示すように偏光フィルタガラス３３の構造はスペーサ部材３４が偏光部３１の外周に沿って設けられた枠状構造としたことで、偏光部３１を囲む枠状構造とした場合に膜状構造の内部でアウトガスが発生する恐れがある。そこで、偏光フィルタガラスの別の構造として、図５に示すように、スペーサ部材３４の一部に切れ目３７が設けられ、この切れ目３７を介して切れ目３５と切れ目３６がつながった状態となっている。また、図６に示すように切れ目３７を１度、図７に示すように切れ目３７を２度、それぞれ折り返した構造の切れ目を設けて受光領域側と外側を通じるようにさせてもよい。このように枠状構造の一部に切れ目を設けることにより、内部で発生するアウトガスを排出することができ、よってアウトガスによる影響を避けることができる。ただし、切れ目３７によって構成される通気路の断面積は、外部からの異物が切れ目３７によって構成される通気路を通って受光領域内に混入しない程度の値としていなければならない。
【００３７】
以上のような製造工程によって作製したチップ形状の偏光ガラスチップを用いて撮像モジュールを製造する工程について図面に沿って以下に概説する。
【００３８】
図８は撮像モジュールを製造する各工程を示す工程断面図である。図８（ａ）示すように、図示しない加熱機構を備えた吸着ステージ４１、４２を備えたマウンタ装置４０を用いる。吸着ステージ４１で撮像チップ２０を、吸着ステージ４２をチップ形状の偏光ガラスチップ３０を、それぞれ吸着して固定する。そして、図８（ｂ）に示すように、吸着ステージ４１、４２によってそれぞれ固定された撮像チップ２０と偏光ガラスチップ３０との間にカメラユニット５０を挿入する。そして、カメラユニット５０により撮像チップ２０の構造膜２６と偏光ガラスチップ３０のスペーサ部材３４の各画像を取得し、取得した画像に基づいて互いの位置関係を計算して計算結果に基づいて位置決めを行う。
【００３９】
ここで、上述の位置決め処理について概説すると、カメラユニット５０により撮像チップ２０から取得した画像に基づき、構造膜２６の外周部に設けられている電極パッド２４及び撮像素子２３の素子アレイ（１画素あたり数ミクロン）の各存在や各位置を認識する。また、偏光ガラスチップ３０から取得した画像に基づき、偏光部３１とスペーサ部材３４の各存在や各位置を認識する。なお、偏光ガラスチップ３０に設けられた偏光部３１及びスペーサ部材３４は撮像チップ２０の受光領域のサイズを元に設計されている。よって、撮像チップ２０及び偏光ガラスチップ３０から取得した２つの画像から認識したデータに基づいて各チップの位置、角度のずれの量を求めることができる。例えば、撮像チップ２０の撮像素子の対角２点と偏光ガラスチップ３０の偏光部３１の対角２点が同一直線になるように重ね合わせることで撮像チップ２０と偏光ガラスチップ３０との位置決めを行う。
【００４０】
このような位置決めが行われた後、撮像チップ２０と偏光ガラスチップ３０との間からカメラユニット５０を取り出す。そして、図８（ｃ）に示すように、ステージ４２を介して撮像チップ２０の構造膜２６をガラス転移温度以上の２００℃に加熱して３分経過するまで放置する。３分経過した時点で、吸着ステージ４１、４２を相対的に真上で上下移動させて撮像チップ２０と偏光ガラスチップ３０とを重ね合わせて加圧して、５分間保持してガラス転移温度以下の例えば室温まで冷却する。このように撮像チップ２０の構造膜２６と偏光ガラスチップ３０のスペーサ部材３４が溶着された後、図８（ｄ）に示すように吸着ステージ４１、４２を解除して撮像チップ２０と偏光ガラスチップ３０の結合を完了する。以上の製造工程を行い、撮像モジュール１０が製造される。ここで、レーザ変位計で撮像チップ２０のマイクロレンズ２３と偏光ガラスチップ３０のギャップを測定したところ、受光領域でのいずれの測定点においても１〜３μｍの範囲内におさまっていた。
【００４１】
次に、図９（ａ）に示すように、撮像チップ２０をペースト剤によりＰＣＢ（Printed Circuit Board）基板６０に実装している。その後撮像チップ２０の電極パッド２４から金ワイヤ６１でＰＣＢ基板６０の電極パッド６２に結線し、図９（ｂ）に示すように、金ワイヤ６１の外周全体をポッティング材料である熱硬化樹脂６３で封止した。なお、ＰＣＢ基板６０はリジッド型でもフレキシブル型でもよい。また、結線の方法についても異方性導電フィルム等を用いてもよい。
【００４２】
以上説明した撮像モジュールは、撮像素子とマイクロレンズを具備する撮像チップを有している。撮像素子は半導体基板に設けられ、入射する光を電気信号に変換する。マイクロレンズは撮像素子に対向して設けられ、入射する光を撮像素子に導くレンズである。また、撮像モジュールは、入射する光の偏光方向を定める偏光子がマイクロレンズに対向するように透明基板の面に設けられている偏光フィルタガラスと、偏光フィルタガラスに連結され、偏光子とマイクロレンズとの間のギャップを規定するスペーサ部材とを有する偏光ガラスチップを具備している。そして、スペーサ部材を半導体基板上に溶着するためのスペーサ部材の溶着面の端部を半導体基板の面に溶着させ、ギャップを介在させて偏光子とマイクロレンズを接近させ、偏光ガラスチップによって撮像素子及びマイクロレンズを覆い密閉する。よって、受光領域への異物の混入を防ぐことができる。また、接着剤を使用せずに、ギャップを介在させて偏光子とマイクロレンズを接近させることができる。よって、偏光子をできるだけ受光面に接近させて配置できるためクロストークもなくなり受光特性を損なうことがなくなる。
【００４３】
また、偏光子の厚さは入射する光の波長よりも小さい。更に、偏光子は少なくとも上記撮像素子の受光領域に相応する部分の一部に形成されている。更に、偏光ガラスチップの面積は撮像素子の受光領域の面積より大きく、かつ撮像素子の受光領域の面積と撮像素子によって変換された電気信号を取り出す電極パッドが設置された面積とを含む面積より小さい。また、スペーサ部材の高さは、マイクロレンズの光路方向の高さより大きい。スペーサ部材の溶着面側の端部は撮像素子及びマイクロレンズの設置領域より外周に設けられた構造膜に溶着される。更に、スペーサ部材の高さに構造膜の膜厚を加算した高さは、マイクロレンズの光路方向の高さより大きい。よって、偏光子がマイクロレンズに接触することを避けることができる。
【００４４】
更に、マイクロレンズと構造膜は有機材料で形成されていることが望ましい。また、スペーサ部材は偏光子の外周を囲む枠状構造をなすことにより、枠状構造のスペーサ部材で撮像素子の受光領域を取り囲み、受光領域に異物が混入することを防ぐことができる。更に、枠状構造のスペーサ部材の一部に切れ目を設けることにより、枠状構造のスペーサ部材の内部において発生する恐れのあるアウトガスによる影響を避けることができる。なお、この切れ目を設けるときは、切れ目からの異物の混入を最小限に抑えるために、切れ目を構成するスペーサ部材は少なくとも１回の曲げ部を形成することが望ましい。
【００４５】
（撮像モジュールの構成）
次に、撮像モジュールの概略斜視図の一例を図１０に示す。なお、以下の説明では、図１〜図９を示して説明した撮像モジュールの基本構成を簡略化して説明するが、上述のものと同様の構成についての説明は省略する。また、必ずしも、以下に説明する撮像モジュール（本発明に係る撮像モジュールを含む）が上記のすべての構成を有している必要はなく、少なくとも以下に説明する構成を有していればよい。
【００４６】
撮像モジュール１０は、図１０（ａ）に示すように、撮像素子（撮像素子の受光部、マイクロレンズ２５）２３の周囲に、構造膜（熱可塑性樹脂の膜）２６が一様な高さで形成されている撮像チップ（撮像センサ）２０と、撮像素子２３に相当する領域に偏光部（偏光フィルタ）３１、およびその外周部にスペーサ部材３４が形成されている偏光ガラスチップ３０からなる。
【００４７】
上記撮像チップ２０と偏光ガラスチップ３０とを、撮像チップ２０の構造膜２６のガラス転移温度以上に加熱された状態で、フリップチップ実装し、常温まで冷却させると、偏光ガラスチップ３０と撮像チップ２０とが密着された状態で固定される（図１０（ｂ））。
【００４８】
ここで、偏光部３１は、透過する光の偏光方向を規定するものであり、例えば、ワイヤグリッドやフォトニック結晶構造によって実現される。また、フリップチップ実装とは、偏光ガラスチップ３０のスペーサ部材３４が受光面側に向いた状態で加圧することをいう。
【００４９】
このような構成の撮像モジュール１０では、撮像チップ２０の撮像素子２３は、原則として、偏光ガラスチップ３０で覆われるため、温度や湿度等の外環境からの影響が小さくなる。
【００５０】
しかしながら、本願発明者は、例えば、図１１（ａ）に示すように、撮像チップ２０における撮像素子２３周辺の高さ（構造膜２６の厚みを指す、なお、構造膜２６を設けない場合は、無機絶縁膜２２の厚みを指す）が均一でない場合が生じ得、このような場合、以下に述べるように、撮像モジュールとしての性能が低下するという問題が生じうることを知見した。以下、撮像素子２３周辺の長辺方向（以下、長辺部２６ａ）が短辺方向（以下、短辺部２６ｂ）よりも、高さが高い場合を例に説明する。
【００５１】
このように、撮像素子２３周辺の高さが均一でない撮像チップ２０に、図１０（ａ）に示したような、スペーサ部材３４が均一の厚みに構成された偏光ガラスチップ３０を、フリップチップ実装すると、圧着部分が片当たりし、撮像素子２３の短辺部に空隙（図１１（ａ）中、符号２７で示す）が生じることとなる。このように空隙が生じると、十分な密着強度が得られず、また、受光面内への異物の混入を防ぐことができず、温度や湿度等の外環境からの影響を受けることとなる。また、補強樹脂を塗布することも考えられるが、塗布した場合に樹脂が受光面内に入り込み、受光特性を損なうこととなる。
【００５２】
そこで本実施形態に係る撮像モジュール１０は、入射する光を電気信号に変換する撮像素子２３を有し、該撮像素子２３の外周部の表面に熱可塑性樹脂（構造膜２６）が成膜された撮像チップ２０と、撮像素子２３に対向する位置に設けられ、透過する偏光を規制する偏光部３１、および該偏光部３１の外周部に設けられるスペーサ部材３４を有する偏光ガラスチップ３０と、を有し、スペーサ部材３４は、撮像素子２３の外周部の少なくとも一部に沿った形状を有し、かつ、撮像素子２３の外周部の形状に応じた厚みを有するものである。なお、スペーサ部材３４は、例えば、ネガ型のフォトレジストから形成することが好ましい。
【００５３】
すなわち、偏光部３１の外周に形成するスペーサ部材３４の形状を、接着領域である撮像チップ２０における撮像素子２３の外周形状に合わせて、外周部分の高さが低い部分ではスペーサ部材３４の厚みを厚く形成し、外周部が高い部分ではスペーサ部材３４の厚みを薄く形成する（またはスペーサ部材３４を設けない）ものである。
【００５４】
例えば、図１２（ａ）に示すように、図１１と同様に撮像素子２３周辺の長辺部２６ａが短辺部２６ｂより高さが高い場合、偏光ガラスチップ３０に形成するスペーサ部材３４の形状を、撮像素子２３外周の短辺部２６ｂに相当する部分に、より厚みをもたせた構造にするものである。
【００５５】
ここで、この厚みの差は、撮像素子２３外周の高さの差に相当するようにする。すなわち、長辺部２６ａの高さと短辺部２６ｂの高さとの差をａ（μｍ）とした場合、スペーサ部材の短辺部３４ｂの高さｂ（μｍ）と長辺部３４ａの高さｃ（μｍ）との差がａに相当するように（ａ≒ｂ−ｃ）、スペーサ部材３４の厚みを構成するものである。
【００５６】
また、図１２（ａ）に示したように、スペーサ部材３４を偏光ガラスチップ３０の外周全域に設けても良い（尚、切れ目を設けた方が好ましいのは上述の通りである）が、撮像素子２３外周における高さの低い部分に相当する位置のみに設けるようにしても良い。例えば、図１３に示すように、スペーサ部材３４を、短辺部に相当する位置にのみに設けるようにしても良い。この場合、スペーサ部材３４の厚みをａとすれば良い。
【００５７】
以上説明したようにスペーサ部材３４の厚みを形成した偏光ガラスチップ３０を、撮像チップ２０とフリップチップ実装することにより、図１２（ｂ）に示すように、受光部外周が一様な高さではない撮像素子においても、偏光部３１から撮像素子２３の受光面までのギャップを十分小さいものとしつつ、接着面積を増大させ、片当たりや空隙を低減することができる。さらに、空隙が少なくなることから補強樹脂を塗布が容易になり、撮像モジュールとしての耐環境性、信頼性を向上させることができる。
【００５８】
（撮像モジュールの製造方法（２））
以上説明した本発明に係る撮像モジュールは、上記撮像モジュールの製造方法（１）により製造することができる。しかしながら、本発明に係る撮像モジュールのように、受光面と偏光子とのギャップを小さくした撮像モジュールを作製するには、偏光ガラスチップ３０と撮像チップ２０とをベアチップ同士で接着および接合する必要があった。このため、実装回数が必要チップ数だけ必要となり、大量生産が難しいという問題があった。
【００５９】
そこで、本発明に係る撮像モジュールの製造方法は、入射する光を電気信号に変換する撮像素子、および該撮像素子の電極部を複数設けた撮像センサウェハに対し、撮像素子に透過する偏光を規制する偏光フィルタを撮像センサウェハとの接着面側に複数設けたガラスウェハを接着する第一工程と、撮像センサウェハにおけるガラスウェハとの接着面と反対側から電極部へ貫通穴を有する貫通電極を形成する第二工程と、を含んでなるようにしている。これにより、多数個取り、すなわち、数千チップが形成されているウェハ状態で接着した後、ダイシングすることが可能となり、実装コストを低減することで、撮像モジュールの低コスト化、大量生産化が可能となるものである。なお、本実施形態に係る撮像モジュールの製造方法は、本発明に係る撮像モジュールに限らず、その他の撮像モジュールの製造方法としても適用することが好適である。
【００６０】
従来、ウェハ状態のセンサ（撮像センサウェハ）に貫通電極（受光面の反対側から電極を取り出したものをいう)を形成するには、例えば、
（ステップ１）撮像センサウェハの受光面側をガラスウェハと貼り合わせる。
（ステップ２）撮像センサウェハの裏面を研磨する(シリコン層薄型化)。
（ステップ３）撮像センサウェハの裏面側から、フォトリソグラフィ、ドライエッチングにより貫通穴を作製する。
（ステップ４）電極材料を埋め込む。
（ステップ５）バンプを形成する。
（ステップ６）個片化を行う（ダイシング）。
という工程により行われている。この際、貼り合わせるガラスウェハは、次工程の研磨における保持用、およびガラスウェハの非接着面(貼り合わせ面の反対面)に成膜されたフィルタにより赤外線の透過防止や、反射防止の機能を有している。
【００６１】
これに対し、本実施形態に係る撮像モジュールの製造方法では、ガラスウェハの貼り合わせ面における撮像センサウェハの受光部相当領域に偏光フィルタを予め設けるものである。なお、スペーサ部材３４についての説明は省略しているが、撮像素子の外周部の少なくとも一部に沿った形状を有し、かつ、撮像素子の外周部の形状に応じた厚みを有するスペーサ部材３４を設けておけばよいのは、上述のとおりであり、スペーサ部材３４の製造方法については、上記製造方法と同様である。また、スペーサ部材３４を有しない撮像モジュールであっても良い。
【００６２】
[偏光フィルタ作製工程]
図１４に示すように、ガラスウェハ７０上に公知の方法によって透過する光の波長よりも小さな周期を有する周期構造として、フォトニック結晶構造やワイヤリッド構造によって透過する光の偏光方向を規定し、偏光フィルタ（偏光部）３１を、透明性を有するガラスウェハ７０の一方の表面上に作製し、偏光フィルタガラスを作製する。なお、一部の領域毎に偏光部３１の偏光構造の方向や周期を変えることが好ましい、これにより、透過する偏光方向を制御可能であるため、領域毎ひいては撮像素子の画素毎に透過する偏光方向を制御することが可能となる。
【００６３】
[撮像センサウェハの貫通電極形成工程]
次に、図１５（ａ）〜（ｇ）に示すセンサウェハ７１の貫通電極形成工程を行うことにより、１枚のウェハから数千チップの撮像モジュール１０を得るものである。なお、図１５では、撮像チップ２０を２チップ分のみ図示しているが、実際はウェハ上に多数整列しているものである。
【００６４】
センサウェハ７１は、公知の工法によってマイクロレンズ２５を備えた受光領域と、電極パッド（電極部）７２とを基板ウェハ７３上に形成されている（図１５（ａ））。貫通電極形成工程では、先ず、センサウェハ７１の受光面側に、偏光フィルタ３１を形成したガラスウェハ７０を貼り合わせる（図１５（ｂ））。この際、ガラスウェハ７０の非接着面側には反射防止や赤外線カットを目的として多層膜を形成することも好ましい。
【００６５】
次に、ガラスウェハ７０のガラスの非接着面側に、後工程で除去可能な保護膜(例えば、有機膜)を成膜し（図示せず）、センサウェハ７１の裏面を研磨する（図１５（ｃ））。なお、研磨方法としては、ケミカルメカニカルポリッシング法が好適であるが、これに限られるものではなく、その他の研磨方法や、ドライエッチング、ウェットエッチングを用いても良い。
【００６６】
センサウェハ７１の裏面側を、所望の厚みまで研磨した後、電極パッド７２に相当する部分にフォトリソグラフィ及びドライエッチングによって貫通穴７４を形成する（図１５（ｄ））。また、裏面側にＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)により、貫通穴７４を覆うように絶縁膜７５を成膜した後、電極上の絶縁膜７５を選択除去する（図１５（ｅ））。
【００６７】
さらに、金や銀のナノ粒子を分散させた導電ペースト７６を充填して凸状の電極（貫通電極）７７を形成する（図１５（ｆ））。最後に、これを個片化して撮像チップ２０とするものである（図１５（ｇ））。
【００６８】
（撮像装置の構成）
上記の本発明に係る撮像モジュールを搭載した撮像装置について説明する。図１６は本発明に係る撮像装置の一実施形態の構成を示す分解斜視図である。撮像装置の一例である偏光カメラ１００は、撮像素子がＰ偏光画像とＳ偏光画像とについて個別に設けられている。また、各撮像素子が近接配置されている。
【００６９】
詳細に説明すると、偏光カメラ１００は、レンズアレイ１２２と、遮光スペーサ１２３と、偏光フィルタ１２４と、スペーサ１２５と、固体撮像ユニット１２６とが積層されて形成されている。レンズアレイ１２２は、２つの撮像レンズ１２２ａ，１２２ｂを有する。この２つの撮像レンズ１２２ａ，１２２ｂは、互いに独立した同一形状の例えば非球面レンズ等からなる単レンズで形成され、それぞれの光軸１２１ａ，１２１ｂが互いに平行となるように、かつ、同一平面上に配置している。
【００７０】
遮光スペーサ１２３は、２つの開口部１２３ａ，１２３ｂを有し、レンズアレイ１２２に対して被写体側とは反対側に設けられている。２つの開口部１２３ａ，１２３ｂは、光軸１２１ａ，１２１ｂをそれぞれ中心として所定の大きさで貫通され、内壁面には黒塗りや粗面やつや消しなどにより光の反射防止処理がされている。
【００７１】
偏光フィルタ１２４は、偏光面が９０度異なる２つの偏光子領域１２４ａ，１２４ｂを有する領域分割型の偏光子フィルタであり、遮光スペーサ１２３に対してレンズアレイ１２２とは反対側に設けられている。この偏光子領域１２４ａ，１２４ｂは、不特定の方向に電磁界が振動する無偏光を、偏光面に沿った方向の振動成分（偏光成分）だけを透過させて直線偏光にする。
【００７２】
なお、金属の微細凹凸形状で形成されたワイヤグリッド方式や、オートクローニング型のフォトニック結晶方式を用いることで、境界部が明瞭な領域分割型の偏光子フィルタを得ることができる。
【００７３】
図１６にワイヤグリッド方式を用いた構造を示す。図１７に示すように、ガラス等の基板上に厚みとピッチが共に数百ｎｍ程度のＡｌ、Ｃｒ等の金属の構造物が規則的に並ぶことによって、直交する偏光成分を吸収できるという特異な光学現象が発現する。
【００７４】
スペーサ１２５は、偏光フィルタ１２４の偏光子領域偏光ａ，偏光ｂに対応する領域が貫通した開口部１２５ａを有する矩形枠状に形成され、偏光フィルタ１２４に対して遮光スペース１２３とは反対側に設けられている。固体撮像ユニット１２６は、基板１２７上に搭載された２つの固体撮像素子１２６ａ，１２６ｂを有し、スペーサ１２５に対して偏光フィルタ１２４とは反対側に設けられている。モノクロのセンシングを行う場合、固体撮像素子１２６ａ，１２６ｂはカラーフィルタを備えていない。ただし、カラー画像のセンシングを行う場合には、カラーフィルタを配置する。
【００７５】
なお、図１６の撮像装置の構造に限定する必要はなく、図１８に示すように、１枚の偏光フィルタ１２４内に偏光面が９０度異なる２種類の偏光子領域１２４ａ，１２４ｂがタイル状に並んだ構造でもよい。このような場合、偏光フィルタ上に設けられるレンズ群（図示せず）が１つで済むという利点がある。
【００７６】
このように、図１６及び図１８に示した撮像装置に、図１２に示した本発明に係る撮像モジュールを搭載した撮像装置によれば、上記効果を有する撮像装置を提供することができる。
【００７７】
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０  撮像モジュール
２０  撮像チップ
２１  半導体基板
２２  無機絶縁膜
２３  撮像素子
２４  電極パッド
２５  マイクロレンズ
２６  構造膜
２７  空隙
３０  偏光ガラスチップ
３１  偏光部
３２  ガラスウェハ（チップ）
３３  偏光フィルタガラス
３４  スペーサ部材
３５，３６，３７  切れ目
４０  マウンタ装置
４１，４２  吸着ステージ
５０  カメラユニット
６０  ＰＣＢ基板
６１  金ワイヤ
６２  電極パッド
６３  熱硬化樹脂
７０  ガラスウェハ
７１  撮像センサウェハ
７２  電極パッド
７３  基板ウェハ
７４  貫通穴
７５  絶縁膜
７６  導電ペースト
７７  貫通電極
１００  撮像装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７９】
【特許文献１】特開２００６−２９５４８１号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００５／０２０３２８公報
【図１】
2011254444.tif 000003
【図２】
2011254444.tif 000004
【図３】
2011254444.tif 000005
【図４】
2011254444.tif 000006
【図５】
2011254444.tif 000007
【図６】
2011254444.tif 000008
【図７】
2011254444.tif 000009
【図１４】
2011254444.tif 000010
【図１６】
2011254444.tif 000011
【図１７】
2011254444.tif 000012
【図１８】
2011254444.tif 000013
【図１９】
2011254444.tif 000014
【図８】
2011254444.tif 000015
【図９】
2011254444.tif 000016
【図１０】
2011254444.tif 000017
【図１１】
2011254444.tif 000018
【図１２】
2011254444.tif 000019
【図１３】
2011254444.tif 000020
【図１５】
2011254444.tif 000021