(57)【要約】【課題】受光特性を損なうことなく、受光面内への異物の混入を防ぐ撮像モジュールを提供する。【解決手段】本発明の撮像モジュール１０は、半導体基板２１に設けられ、入射する光を電気信号に変換する撮像素子２３と、撮像素子２３に対向して設けられ、入射する光を撮像素子２３に導くマイクロレンズ２５とを具備する撮像チップ２０を有し、入射する光の偏光方向を定める偏光子３１がマイクロレンズ２５に対向するように透明基板３２の面に設けられている偏光フィルタガラス３３と、偏光フィルタガラス３３に連結され、偏光子３１とマイクロレンズ２５との間のギャップを規定するスペース部材３４とを有する偏光ガラスチップ３０を具備し、スペース部材３４を半導体基板２１上に溶着するためのスペース部材３４の溶着面の端部を半導体基板２１の面に溶着させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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撮像素子と、該撮像素子に対向して設けられ、入射する光を上記撮像素子に導くマイクロレンズとを具備する撮像チップを有する撮像モジュールにおいて、
入射する光の偏光方向を定める偏光子が上記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、
該偏光フィルタガラスに連結され、上記偏光子と上記マイクロレンズとの間のギャップを規定するスペース部材とを有する偏光ガラスチップを具備し、
上記スペース部材を上記半導体基板上に溶着するための上記スペース部材の溶着面の端部を上記半導体基板の面に溶着し、上記ギャップを介在させて上記偏光子と上記マイクロレンズを接近させ、上記偏光ガラスチップによって上記撮像素子及び上記マイクロレンズを密閉することを特徴とする撮像モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の撮像モジュールにおいて、
上記偏光子の厚さは入射する光の波長よりも小さいことを特徴とする撮像モジュール。
【請求項３】
請求項１記載の撮像モジュールにおいて、
上記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ことを特徴とする撮像モジュール。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、
上記偏光ガラスチップの面積は上記撮像素子の受光領域の面積より大きく、かつ上記撮像素子の受光領域の面積と上記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ことを特徴とする撮像モジュール。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、
上記スペース部材の高さは、上記マイクロレンズの光路方向の高さより大きいことを特徴とする撮像モジュール。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、
上記スペース部材の溶着面側の端部は、上記撮像素子及び上記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ことを特徴とする撮像モジュール。
【請求項７】
請求項６記載の撮像モジュールにおいて、
上記スペース部材の高さに上記構造膜の膜厚を加算した高さは、上記マイクロレンズの光路方向の高さより大きいことを特徴とする撮像モジュール。
【請求項８】
請求項１、６又は７のいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、
上記マイクロレンズと上記構造膜は有機材料で形成されていることを特徴とする撮像モジュール。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、
上記スペース部材は上記偏光子の外周を囲む枠状構造をなすことを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１０】
請求項９記載の撮像モジュールにおいて、
枠状構造の上記スペース部材の一部に切れ目を設けることを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１１】
請求項１０記載の撮像モジュールにおいて、
上記切れ目を構成する上記スペース部材には少なくとも１回の曲げ部が形成されていることを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１２】
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撮像素子と、該撮像素子に対向して設けられ、入射する光を上記撮像素子に導くマイクロレンズとを具備する撮像チップを有する撮像モジュールにおいて、
入射する光の偏光方向を定める偏光子が上記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、
該偏光フィルタガラスに連結され、上記偏光子と上記マイクロレンズとの間のギャップを規定するスペース部材とを有する偏光ガラスチップを具備し、
上記スペース部材を上記半導体基板上に固定するための上記スペース部材の固定面を上記半導体基板の面に接触させた状態で該スペース部材の側面と該半導体基板の面との境界部分に接着剤を付着させることにより、上記ギャップを介在させて上記偏光子と上記マイクロレンズを接近させ、上記偏光ガラスチップによって上記撮像素子及び上記マイクロレンズを密閉することを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、
上記偏光子として、金属細線からなるワイヤーグリッド構造のものを用い、
上記偏光子が形成されている上記偏光フィルタガラスのマイクロレンズ対向面にネガ型の感光性樹脂層を形成し、上記偏光子が形成されている領域を覆っている感光性樹脂層部分をフォトリソグラフィ法により除去して得られる感光性樹脂層の残部を、上記スペース部材として用いていることを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１４】
請求項１３の撮像モジュールにおいて、
上記偏光子が形成されている上記偏光フィルタガラスのマイクロレンズ対向面に保護層を形成した上に上記感光性樹脂層を形成し、該感光性保護層を残しつつ上記偏光子が形成されている領域を覆っている感光性樹脂層部分をフォトリソグラフィ法により除去し、これにより得られる感光性樹脂層の残部を上記スペース部材として用いることを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１５】
請求項１３の撮像モジュールにおいて、
上記偏光子が形成されている上記偏光フィルタガラスのマイクロレンズ対向面上にネガ型の感光性樹脂層を直接形成し、上記偏光子が形成されている領域を覆っている感光性樹脂層部分をフォトリソグラフィ法により除去して得られる感光性樹脂層の残部を、上記スペース部材として用いていることを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１６】
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撮像素子と、該撮像素子に対向して設けられ、入射する光を上記撮像素子に導くマイクロレンズとを具備する撮像チップを有する撮像モジュールを製造する方法において、
入射する光の偏光方向を定める偏光子が上記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、該偏光フィルタガラスに連結され、上記偏光子と上記マイクロレンズとの間のギャップを規定するスペース部材とを有する偏光ガラスチップを作製する第１の工程と、
第１の保持手段によって保持された上記撮像チップに、第２の保持手段によって保持された上記偏光ガラスチップを対向させ、対向させた間隙に撮像装置を挿入する第２の工程と、
上記撮像装置によって撮影して得られた上記撮像チップの上記撮像素子又は上記電極パッドの画像と、上記偏光ガラスチップの上記偏光子又は上記スペース部材の画像を取得する第３の工程と、
取得した各画像に基づいて上記撮像チップと上記偏光ガラスチップの位置決め調整を行う第４の工程と、
位置決めされた上記偏光ガラスチップの上記スペース部材を上記半導体基板上に溶着するための上記スペース部材の溶着面の端部を上記半導体基板の面に溶着する第５の工程と
を有することを特徴とする撮像モジュールの製造方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の撮像モジュールの製造方法において、
上記第５の工程では位置決めされた上記偏光ガラスチップの上記スペース部材を上記撮像素子及び上記マイクロレンズの設置領域より外周に設けられた構造体に溶着することを特徴とする撮像モジュールの製造方法。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載の撮像モジュールの製造方法において、
上記撮像チップと上記偏光ガラスチップを貼り合わせて製造した撮像モジュールの上記撮像素子からの電気信号が供給される上記電極パッドと、外部回路の電極パッドとを結線する工程を有することを特徴とする撮像モジュールの製造方法。
【請求項１９】
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撮像素子と、該撮像素子に対向して設けられ、入射する光を上記撮像素子に導くマイクロレンズとを具備する撮像チップを有する撮像モジュールを製造する方法において、
入射する光の偏光方向を定める偏光子が上記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、該偏光フィルタガラスに連結され、上記偏光子と上記マイクロレンズとの間のギャップを規定するスペース部材とを有する偏光ガラスチップを作製する第１の工程と、
上記スペース部材を上記半導体基板上に固定するための上記スペース部材の固定面を上記半導体基板の面に接触させた状態で該スペース部材の側面と該半導体基板の面との境界部分に接着剤を付着させることにより、上記ギャップを介在させて上記偏光子と上記マイクロレンズを接近させ、上記偏光ガラスチップによって上記撮像素子及び上記マイクロレンズを密閉する第２の工程と
を有することを特徴とする撮像モジュールの製造方法。
【請求項２０】
請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の撮像モジュールの製造方法において、
上記第１の工程では、上記透明基板のマイクロレンズ対向面に金属細線からなるワイヤーグリッド構造を有する偏光子を形成して偏光フィルタガラスを作製した後、該偏光子が形成されている偏光フィルタガラスのマイクロレンズ対向面にネガ型の感光性樹脂層を形成し、該偏光子が形成されている領域を覆っている感光性樹脂層部分をフォトリソグラフィ法により除去し、これにより得られる感光性樹脂層の残部を上記スペース部材とした偏光ガラスチップを作製することを特徴とする撮像モジュールの製造方法。
【請求項２１】
請求項２０の撮像モジュールの製造方法において、
上記第１の工程では、上記偏光フィルタガラスのマイクロレンズ対向面に保護層を形成した上に上記感光性樹脂層を形成し、該感光性保護層を残しつつ上記偏光子が形成されている領域を覆っている感光性樹脂層部分をフォトリソグラフィ法により除去し、これにより得られる感光性樹脂層の残部を上記スペース部材とした偏光ガラスチップを作製することを特徴とする撮像モジュール。
【請求項２２】
請求項２０の撮像モジュールの製造方法において、
上記第１の工程では、上記偏光フィルタガラスのマイクロレンズ対向面上にネガ型の感光性樹脂層を直接形成し、上記偏光子が形成されている領域を覆っている感光性樹脂層部分をフォトレジスト法により除去して得られる感光性樹脂層の残部を、上記スペース部材とした偏光ガラスチップを作製することを特徴とする撮像モジュール。
【請求項２３】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の撮像モジュール、もしくは請求項１６〜２２のいずれか１項に記載の撮像モジュールの製造方法によって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、受光特性を損なうことなく受光面内への異物の混入を防止できる撮像モジュール及びその製造方法並びに撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子器機の小型化薄型化、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は、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】
これらの提案が従来よりいくつかなされている。その一つとして、特許文献１の半導体撮像装置が提案されている。以下、特許文献１に記載されている従来の半導体撮像装置の構成について図面を用いて概説する。
【０００５】
図１３は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。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。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。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。
【０００６】
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】
【０００７】
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１３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。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。
【０００８】
また、別の従来例の半導体撮像装置について以下に図面を用いて概説する。別の従来例の半導体撮像装置３００において、図１４に示すように、ＣＣＤ３０２が偏光子３０３の偏光面をマイクロレンズ３０４に対向するように半導体基板３０１上に設けられている。そして、偏光子３０３とマイクロレンズ３０４との間には接着剤３０５が充填されて互いに固定されている。このため偏光子３０３をＣＣＤ３０２の受光面に接近して配置することが可能となっている。しかし、上記非特許文献１の方法では、ＣＣＤ３０２の受光面の上方に設けられたマイクロレンズ３０４と偏光子３０３の間に接着剤３０５を充填するため、この接着剤３０５が介在することになる。よって、入射する光が接着剤３０５によって歪みを生じ、その結果マイクロレンズ３０４の特性を著しく低下させるという新たな問題が生じてしまう。
【０００９】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は受光特性を損なうことなく、受光面内への異物の混入を防ぐことができる撮像モジュールを提供することである。また、本発明は撮像モジュールを製造する方法、並びに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】
【００１０】
請求項１に係る発明は、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撮像素子と、該撮像素子に対向して設けられ、入射する光を上記撮像素子に導くマイクロレンズとを具備する撮像チップを有する撮像モジュールにおいて、入射する光の偏光方向を定める偏光子が上記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、該偏光フィルタガラスに連結され、上記偏光子と上記マイクロレンズとの間のギャップを規定するスペース部材とを有する偏光ガラスチップを具備し、上記スペース部材を上記半導体基板上に溶着するための上記スペース部材の溶着面の端部を上記半導体基板の面に溶着し、上記ギャップを介在させて上記偏光子と上記マイクロレンズを接近させ、上記偏光ガラスチップによって上記撮像素子及び上記マイクロレンズを密閉することを特徴とする撮像モジュールである。
また、請求項２に係る発明は、請求項１記載の撮像モジュールにおいて、上記偏光子の厚さは入射する光の波長よりも小さいことを特徴とする。
更に、請求項３に係る発明は、請求項１記載の撮像モジュールにおいて、上記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ことを特徴とする。
また、請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、上記偏光ガラスチップの面積は上記撮像素子の受光領域の面積より大きく、かつ上記撮像素子の受光領域の面積と上記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ことを特徴とする。
更に、請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、上記スペース部材の高さは、上記マイクロレンズの光路方向の高さより大きいことを特徴とする。
また、請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、上記スペース部材の溶着面側の端部は、上記撮像素子及び上記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ことを特徴とする。
更に、請求項７に係る発明は、請求項６記載の撮像モジュールにおいて、上記スペース部材の高さに上記構造膜の膜厚を加算した高さは、上記マイクロレンズの光路方向の高さより大きいことを特徴とする。
また、請求項８に係る発明は、請求項１、６又は７のいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、上記マイクロレンズと上記構造膜は有機材料で形成されていることを特徴とする。
更に、請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、上記スペース部材は上記偏光子の外周を囲む枠状構造をなすことを特徴とする。
また、請求項１０に係る発明は、請求項９記載の撮像モジュールにおいて、枠状構造の上記スペース部材の一部に切れ目を設けることを特徴とする。
更に、請求項１１に係る発明は、請求項１０記載の撮像モジュールにおいて、上記切れ目を構成する上記スペース部材には少なくとも１回の曲げ部が形成されていることを特徴とする。
また、請求項１２に係る発明は、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撮像素子と、該撮像素子に対向して設けられ、入射する光を上記撮像素子に導くマイクロレンズとを具備する撮像チップを有する撮像モジュールにおいて、入射する光の偏光方向を定める偏光子が上記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、該偏光フィルタガラスに連結され、上記偏光子と上記マイクロレンズとの間のギャップを規定するスペース部材とを有する偏光ガラスチップを具備し、上記スペース部材を上記半導体基板上に固定するための上記スペース部材の固定面を上記半導体基板の面に接触させた状態で該スペース部材の側面と該半導体基板の面との境界部分に接着剤を付着させることにより、上記ギャップを介在させて上記偏光子と上記マイクロレンズを接近させ、上記偏光ガラスチップによって上記撮像素子及び上記マイクロレンズを密閉することを特徴とする撮像モジュールである。
更に、請求項１３に係る発明は、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、上記偏光子として、金属細線からなるワイヤーグリッド構造のものを用い、上記偏光子が形成されている上記偏光フィルタガラスのマイクロレンズ対向面にネガ型の感光性樹脂層を形成し、上記偏光子が形成されている領域を覆っている感光性樹脂層部分をフォトリソグラフィ法により除去して得られる感光性樹脂層の残部を、上記スペース部材として用いていることを特徴とする。
また、請求項１４に係る発明は、請求項１３の撮像モジュールにおいて、上記偏光子が形成されている上記偏光フィルタガラスのマイクロレンズ対向面に保護層を形成した上に上記感光性樹脂層を形成し、該感光性保護層を残しつつ上記偏光子が形成されている領域を覆っている感光性樹脂層部分をフォトリソグラフィ法により除去し、これにより得られる感光性樹脂層の残部を上記スペース部材として用いることを特徴とする。
更に、請求項１５に係る発明は、請求項１３の撮像モジュールにおいて、上記偏光子が形成されている上記偏光フィルタガラスのマイクロレンズ対向面上にネガ型の感光性樹脂層を直接形成し、上記偏光子が形成されている領域を覆っている感光性樹脂層部分をフォトリソグラフィ法により除去して得られる感光性樹脂層の残部を、上記スペース部材として用いていることを特徴とする。
また、請求項１６に係る発明は、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撮像素子と、該撮像素子に対向して設けられ、入射する光を上記撮像素子に導くマイクロレンズとを具備する撮像チップを有する撮像モジュールを製造する方法において、入射する光の偏光方向を定める偏光子が上記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、該偏光フィルタガラスに連結され、上記偏光子と上記マイクロレンズとの間のギャップを規定するスペース部材とを有する偏光ガラスチップを作製する第１の工程と、第１の保持手段によって保持された上記撮像チップに、第２の保持手段によって保持された上記偏光ガラスチップを対向させ、対向させた間隙に撮像装置を挿入する第２の工程と、上記撮像装置によって撮影して得られた上記撮像チップの上記撮像素子又は上記電極パッドの画像と、上記偏光ガラスチップの上記偏光子又は上記スペース部材の画像を取得する第３の工程と、取得した各画像に基づいて上記撮像チップと上記偏光ガラスチップの位置決め調整を行う第４の工程と、位置決めされた上記偏光ガラスチップの上記スペース部材を上記半導体基板上に溶着するための上記スペース部材の溶着面の端部を上記半導体基板の面に溶着する第５の工程とを有することを特徴とする撮像モジュールの製造方法である。
更に、請求項１７に係る発明は、請求項１６記載の撮像モジュールの製造方法において、上記第５の工程では位置決めされた上記偏光ガラスチップの上記スペース部材を上記撮像素子及び上記マイクロレンズの設置領域より外周に設けられた構造体に溶着することを特徴とする。
また、請求項１８に係る発明は、請求項１６又は１７に記載の撮像モジュールの製造方法において、上記撮像チップと上記偏光ガラスチップを貼り合わせて製造した撮像モジュールの上記撮像素子からの電気信号が供給される上記電極パッドと、外部回路の電極パッドとを結線する工程を有することを特徴とする。
更に、請求項１９に係る発明は、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撮像素子と、該撮像素子に対向して設けられ、入射する光を上記撮像素子に導くマイクロレンズとを具備する撮像チップを有する撮像モジュールを製造する方法において、入射する光の偏光方向を定める偏光子が上記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、該偏光フィルタガラスに連結され、上記偏光子と上記マイクロレンズとの間のギャップを規定するスペース部材とを有する偏光ガラスチップを作製する第１の工程と、上記スペース部材を上記半導体基板上に固定するための上記スペース部材の固定面を上記半導体基板の面に接触させた状態で該スペース部材の側面と該半導体基板の面との境界部分に接着剤を付着させることにより、上記ギャップを介在させて上記偏光子と上記マイクロレンズを接近させ、上記偏光ガラスチップによって上記撮像素子及び上記マイクロレンズを密閉する第２の工程とを有することを特徴とする撮像モジュールの製造方法である。
また、請求項２０に係る発明は、請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の撮像モジュールの製造方法において、上記第１の工程では、上記透明基板のマイクロレンズ対向面に金属細線からなるワイヤーグリッド構造を有する偏光子を形成して偏光フィルタガラスを作製した後、該偏光子が形成されている偏光フィルタガラスのマイクロレンズ対向面にネガ型の感光性樹脂層を形成し、該偏光子が形成されている領域を覆っている感光性樹脂層部分をフォトリソグラフィ法により除去し、これにより得られる感光性樹脂層の残部を上記スペース部材とした偏光ガラスチップを作製することを特徴とする。
更に、請求項２１に係る発明は、請求項２０の撮像モジュールの製造方法において、上記第１の工程では、上記偏光フィルタガラスのマイクロレンズ対向面に保護層を形成した上に上記感光性樹脂層を形成し、該感光性保護層を残しつつ上記偏光子が形成されている領域を覆っている感光性樹脂層部分をフォトリソグラフィ法により除去し、これにより得られる感光性樹脂層の残部を上記スペース部材とした偏光ガラスチップを作製することを特徴とする。
また、請求項２２に係る発明は、請求項２０の撮像モジュールの製造方法において、上記第１の工程では、上記偏光フィルタガラスのマイクロレンズ対向面上にネガ型の感光性樹脂層を直接形成し、上記偏光子が形成されている領域を覆っている感光性樹脂層部分をフォトリソグラフィ法により除去して得られる感光性樹脂層の残部を、上記スペース部材とした偏光ガラスチップを作製することを特徴とする。
更に、請求項２３に係る発明は、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の撮像モジュール、もしくは請求項１６〜２２のいずれか１項に記載の撮像モジュールの製造方法によって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である。
【発明の効果】
【００１１】
以上、本発明によれば、受光特性を損なうことなく、受光面内への異物の混入を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る撮像モジュールの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の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３】本発明の撮像モジュールにおける偏光フィルタガラスの平面図である。
【図４】本発明の撮像モジュールにおける偏光ガラスチップの製造工程を示す図である。
【図５】本発明の撮像モジュールにおける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】本発明の撮像モジュールにおける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】本発明の撮像モジュールにおける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】本発明の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】別の発明の一実施の形態に係る撮像装置の構成を示す分解斜視図である。
【図１１】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１２】撮像素子の別の構成の一部を示す分解斜視図である。
【図１３】従来の半導体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図１４】別の従来の半導体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図１５】変形例１に係る撮像モジュールの構成を示す断面図である。
【図１６】変形例１に係る撮像モジュールに搭載される撮像チップの構成を示す説明図である。
【図１７】変形例１に係る撮像モジュールに搭載される偏光ガラスチップを構成する、偏光部が形成されたガラスウェハの構成を示す説明図である。
【図１８】変形例１に係る撮像モジュールに搭載される偏光ガラスチップの構成を示す説明図である。
【図１９】変形例１に係る撮像モジュールの作製工程における、撮像チップと偏光ガラスチップとのアライメント工程を説明するための説明図である。
【図２０】変形例１に係る撮像モジュールの作製工程における、撮像チップと偏光ガラスチップとの接合工程を説明するための説明図である。
【図２１】変形例２に係る撮像モジュールの構成を示す断面図である。
【図２２】変形例２に係る撮像モジュールにおける偏光ガラスチップを示す説明図である。
【図２３】変形例２に係る撮像モジュールにおける偏光ガラスチップの構成を示す断面図である。
【図２４】偏光カメラの一例を示す説明図である。
【図２５】偏光ガラスチップに形成される偏光子パターンについての４つの例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態に係る撮像モジュールの構成を示す断面図である。同図において、本実施の形態の撮像モジュール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。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のスペース部材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。なお、本実施の形態においては、無機絶縁膜２２にマイクロレンズ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。
【００１４】
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ス部材３４を具備している。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、スペース部材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ス部材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。
【００１５】
このような構成を有する本実施の形態の撮像モジュール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、スペース部材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。
【００１６】
なお、撮像チップ２０に構造膜２６を設けずにスペース部材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、後述するように図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、スペース部材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。
【００１７】
以上説明したように、本発明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できる撮像モジュールを提供できる。
【００１８】
次に、本発明の撮像モジュールを製造する方法において概説する。
図２は本発明の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。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素である。同図の（ａ）に示すように、後述する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する、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る。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。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。
【００１９】
次に、図２の（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（本実施の形態では１μｍ）となるようにスピンコート法で成膜している。その後、図２の（ｂ）及び図２の（ｂ）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、凸形状部はスペース部材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、スペース部材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。
【００２０】
なお、図４の（ａ）に示すように偏光フィルタガラス３３の構造はスペース部材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、スペース部材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。
【００２１】
次に、図２〜図７に示す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本発明の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。
【００２２】
図８は本発明の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。同図において、図１〜図７と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図の（ａ）示すように、図示して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、同図の（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のスペース部材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。
【００２３】
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とスペース部材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及びスペース部材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。
【００２４】
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、同図の（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のスペース部材３４が溶着された後、同図の（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２５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。
【００２５】
次に、図９の（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、同図の（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。
【００２６】
図１０は別の発明の一実施の形態に係る撮像装置の構成を示す分解斜視図である。同図に示す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。各撮像素子が近接配置されている。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。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。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。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。ここで、図１１にワイヤグリッド方式を用いた構造を示す。同図に示すように、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。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。本実施の形態では、モノクロのセンシングを行うため、これらの固体撮像素子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。なお、図１０の撮像装置の構造に限定する必要はなく、図１２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。このような図１２の偏光フィルタを用いた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。
【００２７】
このように、図１０及び図１２に示す本実施の形態の撮像装置に、図１に示す本発明の撮像モジュール、もしくは図２〜図９に示す本発明の撮像モジュールの製造方法によって製造された撮像モジュールを搭載させ、取得した画像は撮像チップのマイクロレンズの光学性能を損なうことのない良好な画像であった。
【００２８】
以上説明したように、本実施の形態の撮像モジュールは、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、本実施の形態の撮像モジュールは、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ス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、スペース部材を半導体基板上に溶着するためのスペース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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
また、スペース部材の高さは、マイクロレンズの光路方向の高さより大きい。スペース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、スペース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。
【００３２】
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、スペース部材は偏光子の外周を囲む枠状構造をなすことにより、枠状構造のスペース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、枠状構造のスペース部材の一部に切れ目を設けることにより、枠状構造のスペース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ス部材は少なくとも１回の曲げ部を形成することが望ましい。
【００３３】
また、本実施の形態の撮像モジュールの製造方法によれば、受光特性を損なうことなく、異物の混入を防止することできる撮像モジュールを製造することができる。また、上述の撮像モジュール、あるいは上述の撮像モジュールの製造方法によって製造された撮像モジュールを搭載した撮像装置によれば、撮像チップのマイクロレンズの光学性能を損なうことのない良好な画像を取得でき。信頼性の高い撮像装置を提供することができる。
【００３４】
また、本実施の形態の撮像モジュールの製造方法では、偏光ガラスチップ３０のスペース部材３４を作製するために、ネガレジスト（日本化薬株式会社製  ＳＵ−８）を所定の膜厚（本実施の形態では１μｍ）となるようにスピンコート法で成膜し、その後、フォトリソグラフィ法により凹凸形状を形成して、その凸形状部をスペース部材３４として用いる。フォトリソグラフィ法に用いるレジスト（感光性樹脂層）としては、露光したところが現像液で溶解するポジ型と、露光したところが溶解し難くなるネガ型とがある。ポジ型の現像液には、強アルカリ溶液、例えばＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）やＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液が多く使われる。一方、ネガ型の現像液には有機溶剤が多く使われる。本実施の形態における偏光子として、既知のナノインプリント技術を活用したワイヤグリッド型のものを用いる場合、金属細線からなる構造で複雑な構造をとることなく安価に作ることができる。ワイヤグリッド偏光子は、既存のナノインプリント技術を利用して作製することで、直径６〜１２インチの大口径で一括で複数個作製可能なため、生産効率が高く、更には偏光特性に大きく影響する微細なパターンを作りこめるため、好ましい。ワイヤグリッド型の金属細線材料としては、例えばアルミニウムを主成分とした膜を使うことができる。アルミニウムを主成分とするワイヤグリッド型偏光子を採用する場合、ポジ型のフォトレジストを用いてスペース部材３４を作製すると、その金属細線が強アルカリ性の現像液によって腐食されて形状が変化してしまう。特に、より偏光特性を上げるために金属細線の幅をより狭くすると、その金属細線が消失してしまう場合もあり得る。そこで、本実施の形態では、ネガ型のフォトレジストを用いてスペース部材３４を作製している。この場合、現像液として、有機溶剤（東京応化工業社製ＯＭＲシリーズ等）を用いるので、ワイヤグリッド型の偏光子であっても、その金属細線が腐食されることがない。
【００３５】
また、本実施の形態において、スペース部材３４を作製するために用いるネガレジストとして利用可能な日本化薬株式会社製ＳＵ−８には、２０００シリーズと３０００シリーズとがあるが、ガラスウェハ３２に対してより密着性が得られる点で３０００シリーズが好ましい。
また、本実施の形態において、このネガレジストを透明基板３２に対してスピンコート法により１μｍの膜厚で成膜しているが、この膜厚は撮像チップ２０の撮像素子ピッチに応じて決まる。撮像素子ピッチが２．２μｍの場合には、１〜２μｍに設定するのが好ましい。
【００３６】
〔変形例１〕
次に、上述した実施の形態の撮像モジュールの一変形例（以下、本変形例を「変形例１」という。）について説明する。
上述した実施の形態では、撮像チップ２０のマイクロレンズ２５と偏光ガラスチップ３０のギャップは、スペース部材３４の高さだけで決めているため、高さばらつきはスペース部材３４の製造ばらつきと、そのスペース部材３４の接合面（固定面）の平坦度及びこの接合面が接合される撮像チップ２０の構造膜２６の平坦度で決まる。上述した実施の形態においては、スペース部材３４と撮像チップ２０の構造膜２６との間に接着剤が介在しない。接着剤は、一般に、保管環境、使用環境により、含有する溶剤の蒸発量に違いが発生し、その粘度が大きく変化する。このような接着剤がスペース部材３４と撮像チップ２０の構造膜２６との間に介在しないので、製造ばらつきが抑制され、再現性の高い偏光イメージセンサを提供することができる。
【００３７】
ここで、透明基板３２とスペース部材３４との接合は透明基板３２を光学研磨して平坦度を上げることで、スペース部材３４の膜の密着力にて確保される。一方、撮像チップ２０の構造膜２６とスペース部材３４との接合は、マイクロレンズ２５と同種の樹脂材料若しくは異種の樹脂材料からなる構造膜２６をもって平坦化し、その平坦処理膜表面にスペース部材３４を熱圧着で固定する。ただし、撮像チップ２０の撮像素子２３と電極パッドとの間を結ぶ経路には電気配線が這いまわっており、構造膜２６の下層にも電気配線が這いまわっている。そのため、撮像チップ２０上のスペース部材３４を接合させる領域は、製品としては問題にならない程度のうねりがあり、光学研磨した透明基板３２と比べると、その平坦度が悪い。そこで、本変形例１においては、図１５に示すように、平坦度が出しにくい撮像チップ上の構造膜２６とスペース部材３４との接合には、熱圧着だけでなく、接着剤により増し接着して、耐久性、耐衝撃性の向上を図り、製品の信頼性を上げている。増し接着とは、スペース部材３４の接合面を撮像チップ２０の構造膜２６の上面に接触させた状態で、そのスペース部材３４の側面と構造膜２６の上面との境界部分に接着剤を付着させて接合させる方法である。増し接着は、偏光ガラスチップ３０の外周４辺のうちの２辺以上に施すのが好ましく、増し接着を施す辺の接着領域としては、その辺の全領域でもよいし、一部の領域でもよい。
【００３８】
本変形例１における撮像モジュールの製造方法を、上述した実施の形態と同じ部分についても含めて説明する。
まず、図１６に示すような撮像チップ２０を準備する。撮像チップ２０は、シリコンウエハ上に半導体製造技術を用いて、光を検知する受光部である撮像素子２３、電極を外部に取り出す電極パッド２４、撮像素子２３と電極パッド２４を電気的に接続する図示しない配線部、撮像素子２３等を大気の湿度から保護するパッシベーション膜２７、撮像素子表面に位置整合されたマイクロレンズ２５などから、主に構成されている。マイクロレンズ２５と電極パッド２４以外のパッシベーション膜２７の表面は、平坦化処理膜である構造膜２６で平坦化処理が成されている。この構造膜２６は、マイクロレンズ２５で使用されている樹脂と同一でも異なっても構わないが、より平坦化可能な樹脂である必要がある。また、平易にパターニングが可能な感光性樹脂がより好ましい。また、構造膜２６をマイクロレンズ２５と同一材料を用いる場合、マイクロレンズ２５の加工工程と平坦化処理工程とを共通化でき、同時に作りこめるので、製造時間の短縮が図れる。
【００３９】
次に、偏光ガラスチップ３０を準備する。
偏光ガラスチップ３０は、図１７に示すように、ガラス材やプラスチック材などの透明部材を基材としたガラスウェハ３２を用いて作製する。ガラスウェハ３２としては、ワイヤグリッド偏光子の製造温度や当該透明部材の平坦度の要求から、ガラス材がより好ましい。ガラス材料としては、熱膨張係数が小さく、耐熱性が高く、高い光透過性を有する石英ガラス、テンパックスガラス等が適している。本変形例１では、ガラスウェハ３２としてテンパックスガラス基材を準備し、ワイヤグリッド偏光子の構造によって透過する光の偏光方向を規定する偏光部３１を、その一方の表面に形成する。ここで、個々の撮像素子２３ （個々のマイクロレンズ２５）ごとに構造の方向や周期を変えてもよい。また、ある領域毎に構造の方向や周期を変えても良い。ワイヤグリッド型の偏光部３１は、既存のナノインプリント技術を利用して作製することで、Φ６〜１２インチの大口径で一括で複数個作製可能なため生産効率が高く、更には偏光特性に大きく影響する微細なパターンを作りこめるため、適した工法である。
【００４０】
このようにしてガラスウェハ３２上に偏光部３１を形成したら、次に、図１８に示すように、そのガラスウェハ３２の偏光部３１が形成されている面に、スペース部材３４を形成する。スペース部材３４は、偏光部３１を取り囲むように透明部材上に形成される。スペース部材３４は、ネガ型の感光性樹脂（ネガレジスト）である日本化薬株式会社製ＳＵ−８を用い、東京応化工業社製ＯＭＲシリーズの有機溶剤を用いたフォトリソグラフィ法により作製する。具体的には、偏光部３１が形成されているガラスウェハ３２の面にネガレジストを１μｍの膜厚でスピン塗布する。その後、９５℃で２分間ホットプレートでプリベークする。このプリベークにより、塗布したネガレジスト膜中に含まれる溶剤を蒸発させる。次に、スペース部材３４として残す領域が抜きパターン（白）となっているフォトマスクを準備し、コンタクト露光法で紫外線を照射する。これにより、紫外線が照射されたネガレジスト膜中で光酸発生剤強酸が生成され、架橋剤と反応する。その後、ホットプレート上で熱処理し、架橋反応を促進させる。これをＰＥＢ(Post Exposure Bake)という。そして、架橋反応が起きなかった未露光領域のネガレジスト膜を有機溶剤を用いて現像により除去する。最後に、ガラスウェハ表面に付いている現像液（有機溶剤）をリンス液で除去する。現像液は、有機溶剤を主成分とする「ＳＵ−８  ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ」を使用する。リンス液は、イソプロピルアルコールを使用する。
【００４１】
次に、図１９に示すように、撮像チップ２０と偏光ガラスチップ３０とのアライメント工程を行う。この作業では、加熱機構を備えた吸着ステージ４１及び吸着ステージ４２それぞれを上下に備えたマウンタ装置４０を用いる。まず、吸着ステージ４１及び吸着ステージ４２のそれぞれに撮像チップ２０及び偏光ガラスチップ３０を固定する。そして、上述した実施の形態と同様に、２つの吸着ステージ４１，４２間にカメラユニット５０を挿入し、画像情報を元に位置関係を計算し、撮像チップ２０と偏光ガラスチップ３０とのアライメントを取る。
【００４２】
次に、図２０に示すように、撮像チップ２０と偏光ガラスチップ３０との接合工程を行う。この接合工程では、撮像チップ２０と偏光ガラスチップ３０とのアライメントをとった両吸着ステージ４１，４２を１５０℃に加熱し、３分経過した時点で、両チップ２０，３０を重ね合わせ、スペース部材３４と構造膜２６とを接触させ、５分間保持する。その後室温まで冷却する。また、撮像チップ２０とスペース部材３４とをより強固に固定するために、接着剤１１を用いて増し接着をする。接着剤１１はＵＶ硬化樹脂が好ましい。
【００４３】
吸着ステージ４１，４２を解除して、このように接合された撮像チップ２０及び偏光ガラスチップ３０を取り出し、撮像チップ２０のマイクロレンズ２５と偏光ガラスチップ３０の偏光部３１とのギャップをレーザー変位計で測定したところ、１〜３μｍの間に収まっていた。
【００４４】
〔変形例２〕
次に、上述した実施の形態の撮像モジュールの他の変形例（以下、本変形例を「変形例２」という。）について説明する。
図２１は、本変形例２の撮像モジュールの構成を示す断面図である。
図２２は、本変形例２の撮像モジュールにおける偏光ガラスチップを示す説明図である。
本変形例２の偏光ガラスチップ３０は、図２２に示すように、まず、偏光部３１が形成されているガラスウェハ３２上にスペース部材３４’となる感光性樹脂の一層目３４ｂ’を塗布し、さらに不足している厚み分を追加してスペース部材３４’となる感光性樹脂の二層目３４ａ’を塗布することにより、所望のギャップを得られるようにしている。例えば、一層目の膜厚は１μｍとし、二層目の膜厚は０．５μｍとする。そして、フォトリソグラフィ法により、偏光部３１を覆っている二層目３４ａ’の領域のみを除去した。
【００４５】
本変形例２の構成では、金属細線を備えたワイヤグリッド偏光子を一層目３４ｂ’の感光性樹脂で保護し、その保護層をスペース部材３４の一部とすることで、スペース部材３４とガラスウェハ３２との接合面積が広くなり、接着剤無しでも、より強固にスペース部材３４をガラスウェハ３２に形成できる。また、金属細線からなるワイヤグリッドと大気中の水分との接触が抑制されるため、ワイヤグリッドは大気中の湿度の影響を受け難くなり、高信頼性な偏光ガラスチップ３０として使用できる。
本変形例２において、レーザ変位計で撮像チップ２０のマイクロレンズ２５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１．５〜４μｍの範囲内におさまっていた。
【００４６】
本変形例２における撮像モジュールの製造方法を説明する。なお、一部の工程は上記変形例１と同様であるので、適宜省略して説明する。
本変形例２においては、偏光部３１が形成されているガラスウェハ３２の面に図２３に示すようなスペース部材３４’を形成する際、まず、偏光部３１が形成されているガラスウェハ３２を準備し、偏光部３１が形成されているガラスウェハ３２の面に一層目３４ｂ’のネガレジスト膜を１μｍの膜厚でスピン塗布する。その後、９５℃で２分間ホットプレートでプリベークし、塗布した一層目３４ｂ’のネガレジスト膜中に含まれる溶剤を蒸発させる。そして、その一層目３４ｂ’の全域に紫外線を照射し、そのネガレジスト膜中で光酸発生剤強酸を生成させ、架橋剤と反応させる。その後、ホットプレート上で熱処理し、架橋反応を促進させる。続いて、一層目３４ｂ’の上に、二層目３４ａ’のネガレジストを１μｍの膜厚でスピン塗布する。その後、９５℃で２分間ホットプレートでプリベークし、塗布した二層目３４ａ’のネガレジスト膜中に含まれる溶剤を蒸発させる。次に、スペース部材３４として残す領域が抜きパターン（白）となっているフォトマスクを準備し、コンタクト露光法で紫外線を照射する。これにより、紫外線が照射された二層目３４ａのネガレジスト膜中で光酸発生剤強酸が生成され、架橋剤と反応する。その後、ホットプレート上で熱処理し、架橋反応を促進させる。以上の処理により架橋反応が起きなかった未露光領域のネガレジスト膜、すなわち、偏光部３１を覆っている二層目３４ａ’の領域のみが、有機溶剤を用いて現像により除去される。最後に、ガラスウェハ表面に付いている現像液（有機溶剤）をリンス液で除去する。
【００４７】
なお、本変形例２では、一層目３４ｂ’と二層目３４ａ’の材料が同一材料である場合について説明したが、同一材料でなくても構わない。例えば、ＳＵ−８とＯＭＲを積層したものでもよい。
【００４８】
次に、上述した実施の形態や上述した変形例１、２の撮像モジュールを搭載した撮像装置である偏光カメラの一例について説明する。
図２４は、偏光カメラの一例を示す説明図である。
この偏光カメラ４００は、図２４に示すように、撮像素子２３を半導体基板２１上に備えた撮像チップ２０とその前面に配置される偏光ガラスチップ３０とを一体化した撮像モジュールが搭載されている。この撮像モジュールの偏光ガラスチップ３０は、図２５（ａ）に示すように、Ｓ偏光を透過するＳ偏光フィルタとＰ偏光を透過するＰ偏光フィルタとが２次元配置された偏光子パターンを有するものである。なお、図２５（ａ）に示す偏光子パターンは、撮像素子単位でＳ偏光フィルタＰ偏光フィルタとを行方向及び列方向へ交互に配置した千鳥状のパターン例であるが、図２５（ｂ）〜（ｄ）に示すようなパターン例や更に他のパターン例であっても良い。
【００４９】
この偏光カメラ４００は、鏡筒で固定された撮像レンズアレイ４２２で取り込んだ像を偏光ガラスチップ３０を介して撮像チップ２０に結像させている。これらの部品は遮光構造をもった枠体４１０の内部に収められている。この偏光カメラ４００は、撮像レンズの光軸に沿ってカメラ構成要素が積層されたユニットである。この偏光カメラ４００は、図１０に示した構造と比較して、Ｓ偏光画像とＰ偏光画像との間で視差が生じないのが特長で、しかも小型化できる点で優れている。
【００５０】
この偏光カメラ４００は、上述した実施の形態や変形例１、２における撮像モジュールを用いているので、偏光ガラスチップ３０の偏光部３１と撮像チップ２０との距離が数ミクロンという近接距離で実現されている。そのため、Ｓ偏光フィルタが透過したＳ偏光がＰ偏光フィルタに対応した撮像素子に受光されたり、逆にＰ偏光フィルタが透過したＰ偏光がＳ偏光フィルタに対応した撮像素子に受光されたりするクロストークを軽減でき、より明瞭な偏光画像を取得することができる。
【００５１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換、応用が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０，１３９  撮像モジュール
１１  接着剤
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
３０  偏光ガラスチップ
３１  偏光部
３２  ガラスウェハ
３３  偏光フィルタガラス
３４，３４’  スペース部材
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
１００  撮像装置
４００  偏光カメラ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５３】
【特許文献１】特開２００６−２９５４８１号公報
【非特許文献】
【００５４】
【非特許文献１】川上彰二郎他著、"フォトニック結晶偏光子を用いた偏光イメージングカメラの開発"、第32回光学シンポジウム予稿集、日本光学会、32巻、2007年7月
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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