(57)【要約】本発明は、フォトカソードを備えた真空チャンバであって、前記フォトカソードが電磁放射を受けたときに前記真空チャンバに電子を放出可能に構成された前記真空チャンバと、前記フォトカソードからの電子イメージを受けるよう前記フォトカソードに対して間隔を開けて対向配置されたアノードに向けて、前記フォトカソードから放出された電子を加速するための電界手段とを備え、前記アノードが、電気接続パッドを有すると共に、取付手段によってキャリアに取り付けられた背面薄化イメージセンサアレイとして構成されており、前記キャリアが、前記イメージセンサアレイから前記真空チャンバの外部に電気信号を送るための電気接続パッドを有する電子打ち込み型イメージセンサアレイ装置に関する。本発明は、また、そのような装置に用いられるイメージセンサアレイに関する。
2008547189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトカソードを備えた真空チャンバであって、前記フォトカソードが電磁放射を受けたときに前記真空チャンバに電子を放出可能に構成された前記真空チャンバと、
前記フォトカソードからの電子イメージを受けるよう前記フォトカソードに対して間隔を開けて対向配置されたアノードに向けて、前記フォトカソードから放出された電子を加速するための電界手段と
を備え、
前記アノードが、電気接続パッドを有すると共に、取付手段（mounting  means）によってキャリアに取り付けられた背面薄化（back-thinned）イメージセンサアレイとして構成されており、
前記キャリアが、前記イメージセンサアレイから前記真空チャンバの外部に電気信号を送るための電気接続パッドを有する電子打ち込み型イメージセンサアレイ装置であって、
前記取付手段が、前記イメージセンサアレイの少なくとも一つの前記電気接続パッドと、前記キャリアの少なくとも一つの前記電気接続パッドとを、電気的に接続する導電性支持要素で構成されること
を特徴とする電子打ち込み型イメージセンサアレイ装置。
【請求項２】
前記取付手段が、前記イメージセンサアレイと前記キャリアとを、非電気的な接続方法により接続する更なる支持要素を有することを特徴とする請求項１に記載の電子打ち込み型イメージセンサアレイ装置。
【請求項３】
前記取付手段が、３次元形状を有しており、少なくとも、前記イメージセンサアレイ及び／又は前記キャリアの平面に平行な横方向の寸法を有し、この横方向寸法が、前記イメージセンサアレイ及び／又は前記キャリアの平面に垂直な方向の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子打ち込み型イメージセンサアレイ装置。
【請求項４】
前記横方向寸法が、前記直交方向の寸法すなわち高さに対して、少なくとも一桁の倍率で大きいことを特徴とする請求項３に記載の電子打ち込み型イメージセンサアレイ装置。
【請求項５】
前記直交方向の寸法が、最大で１０ミクロンであることを特徴とする請求項３又は４に記載の電子打ち込み型イメージセンサアレイ装置。
【請求項６】
前記取付手段が、高純度の、金（Ａｕ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、又は、前記イメージセンサアレイの制約により決定される許容最高温度よりも低い融点を有する合金で構成されることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の電子打ち込み型イメージセンサアレイ装置。
【請求項７】
前記イメージセンサアレイが、前記センサの背面がフォトカソードと対向するように配置されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の電子打ち込み型イメージセンサアレイ装置。
【請求項８】
前記イメージセンサアレイが前記キャリアに取り付けられる前に、前記センサの背面が十分に薄化される（fully  back  thinned）ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の電子打ち込み型イメージセンサアレイ装置。
【請求項９】
前記イメージセンサアレイが、ＣＭＯＳアクティブピクセルセンサであることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の電子打ち込み型イメージセンサアレイ装置。
【請求項１０】
前記導電性支持要素が、金属バンプのみを含むことを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の電子打ち込み型イメージセンサアレイ装置。
【請求項１１】
電気接続パッドを有するキャリアに向けて延在する電気接続パッドを備えるともに、請求項１から１０までのいずれか１項以上に記載の取付手段を用いる薄化イメージセンサアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトカソードを備えた真空チャンバであって、前記フォトカソードが電磁放射を受けたときに前記真空チャンバに電子を放出可能に構成された前記真空チャンバと、前記フォトカソードからの電子イメージを受けるよう前記フォトカソードに対して間隔を開けて対向配置されたアノードに向けて、前記フォトカソードから放出された電子を加速するための電界手段とを備え、前記アノードが、電気接続パッドを有すると共に、取付手段によってキャリアに取り付けられた背面薄化（back-thinned）イメージセンサアレイとして構成されており、前記キャリアが、前記イメージセンサアレイから前記真空チャンバの外部に電気信号を送るための電気接続パッドを有している電子打ち込み型イメージセンサアレイ装置に関する。
【０００２】
本発明は、また、そのような装置に用いられるイメージセンサアレイに関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、集積回路装置（ＩＣ）は、半導体、より具体的にはシリコンチップ（ＣＣＤ、ＣＭＯＳ又はＨＰＤ）により構成されており、しばしばイメージ検出器として使用される。このようなチップを真空モジュールに取り付けるために、支持キャリアすなわち基板と、ヘッダとを用いることができる。支持キャリアすなわち基板は、後に、ヘッダすなわち超高真空セラミックキャリア（ＵＨＶヘッダ）に取り付けられるのが一般的である。ＵＨＶヘッダは、装置全体を、最終的な（final）カメラシステムに電気的に接続するためのピン又は他のリードを有する。
【０００４】
ある特定の状況では、イメージセンサアレイ（ＩＳＡ）チップは、背面照射（ＵＶ照射）すなわち背面電子打ち込みを可能にするため、背面が薄化されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した前文に係る装置は、例えば、米国特許第６，０２０，６４６に開示されている。この米国特許では、ＩＣチップが、ガラス粉末すなわちフリットの薄層を介してキャリアに取り付けられている。キャリアは、固定を簡単にすると共に、薄化等の後続の製造工程や電子打ち込みイメージセンサアレイの動作中において、焼結ガラス粉末（フリット）と共に支持体となることができる。ガラスフリットの薄い支持層は、超高真空環境でのガス放出（out-gassing）がない。フリットガラスは、シリコンに近い熱膨張特性を有していなければならず、許容最高温度で加熱されると、ほぼ完全に近い密度に焼結され、キャリアとＩＣチップとの間のコンパクトな機械的支持体となる。
【０００６】
米国特許６，０２０，６４６に開示された構成を有するイメージセンサアレイは、複雑な構成を有しており、特殊な製造技術が必要になると共に、イメージセンサアレイをキャリアに取り付ける前に、あるいはイメージセンサアレイを薄化する前に、フリットを薄くしてボールの金属接触を確保する研磨などの中間工程が必要になる。
【０００７】
更なる欠点は、米国特許６，０２０，６４６に開示されたような電子打ち込み装置（キャリアに取り付けられている）の組み立てを、常に、ＩＣチップレベルで多くの中間処理工程を経て行わなければならないということである。このような方法は、大規模生産にとっては非効率的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述した欠点を取り除き、構成が複雑でなく、複雑な製造工程を必要としないイメージセンサアレイ装置を提供することにある。本発明では、前記取付手段が導電性接続支持要素で構成されており、当該導電性接続支持要素は、前記イメージセンサアレイの少なくとも一つの前記電気接続パッドと、前記キャリアの少なくとも一つの前記電気接続パッドとを電気的に接続する。
【０００９】
予期しないことに、本来はイメージセンサアレイとキャリアとを電気的に接続するために用いられる電気接続手段を、単独で取付手段として用いることによって、十分に信頼性があり機能する電子打ち込みイメージセンサアレイの構成が得られることが分かった。これにより、更なる取付機構や、それに関連する製造工程が不要になるため、部品が少なく、場合によっては寸法も小さく、きわめて簡単な構成が得られる。
【００１０】
本発明の更なる目的は、個々のセンサアレイチップを対応する個々のキャリアに取り付ける前に、背面を薄化する工程をウェハスケールで行い、その後ダイシングを行うという別の取り付け方法を提供することである。
【００１１】
背面薄化イメージセンサアレイのキャリアへの取り付けを更に改善し、安定化させるために、前記取付手段は、前記イメージセンサアレイの前面（front  side）と前記キャリアとの間に、非電気的な接続方法により配置された更なる支持要素を有している。
【００１２】
好ましい実施形態では、前記取付手段が３次元形状を有しており、少なくとも、イメージセンサアレイ及び／又はキャリアの平面に平行な横方向の寸法を有しており、この横方向寸法は、イメージセンサアレイ及び／又はキャリアの平面に直交する方向の寸法よりも大きい。
【００１３】
より具体的には、前記横方向寸法は、前記直交方向の寸法に対して少なくとも一桁の倍率で（at  least  one  order  of  magnitude）で大きい。さらに、前記取付手段は、バンプ形状を有していてもよい。より具体的には、接続バンプとして構成された取付手段は、最大で１０ミクロンの高さを有している。
【００１４】
前記取付手段（接続バンプ）は、高純度の、金（Ａｕ）、インジウム（Ｉｎ）、すず（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、又は、イメージセンサアレイの制約により決定される許容最高温度よりも低い融点を有する合金で構成されることが好ましい。
【００１５】
本発明の別の実施形態によれば、前記イメージセンサアレイは、センサの背面がフォトカソードに対向するように配置されており、より具体的には、キャリアへの取り付け前にセンサの背面が十分に薄化される（fully  thinned）。
【００１６】
本発明について、以下の図面を参照してさらに説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
通常の実務に従い、図面の様々な特徴部分は同じ縮尺で描かれているものではないことを強調する。図中、同じ符号は、同じ要素を表すために用いられている。
【００１８】
図１は、上述した米国特許６，０２０，６４６に開示されているように、最新技術のＥＢＣＣＤ回路装置のとりうる形態の一つを示している。この最新技術の装置１００において、符号１１０は薄化されたＣＣＤアレイチップを示しており、その前面（front  side）は、取付材料１２０及びボールボンド１２２を介して、キャリア１３０に機械的に固定されている。取付材料１２０は、所定の厚さのガラスフリットの層であることが好ましい。同じＣＣＤ１１０前面の導電性パッド１１２は、ボールボンド１２２に電気的に接続されており、これによりキャリア１３０の導電性パッド１３２との電気的な接続が確立されている。
【００１９】
上述した特許の中心となる着想は、フリットガラスと、これに埋め込まれた金属ボールボンドとを、取付手段として用いることである。フリットガラス層１２を焼結し、これをボールボンド１２２に達するまで研磨した後、ＩＣチップ１１０をまずキャリア１３０に押し当て、さらに背面を薄化することで、処理が完了する。
【００２０】
図２は、本発明に係るイメージセンサアレイ（ＩＳＡ）装置２００の概略図を示す。好ましい実施の形態では、第一に、イメージセンサアレイ（ＩＳＡ）チップ２１０が、本実施の形態における取り付けの前に、ウェハレベルで厚さ１０〜２０ミクロンまで薄化される。全体のアセンブリ２００は、背面が十分に薄化された（fully  back  thinned）イメージセンサアレイ（ＩＳＡ）チップ２１０を有しており、その前面（すなわちキャリア２３０に対向する面）は、電気的接続手段２２２及び非電気的接続手段２２２’を介して、機械的にキャリア２３０に固定されている。
【００２１】
前記接続手段２２２，２２２’は、いわゆる接続バンプとして構成されている。この説明では、「バンプ」という用語は、キャリアと背面薄化イメージセンサチップの前面との間に配置された導電性を有する接続支持体を規定する。
【００２２】
薄化されたイメージセンサアレイチップ２１０の前面は、通常はワイヤボンディングに用いられる接続パッド２１２を有している。キャリア２３０は、イメージセンサアレイ（ＩＳＡ）チップ２１０の接続パッド２１２と一致するか又は重なり合う導電性パッド２３２を有している。イメージセンサアレイ（ＩＳＡ）チップ２１０は、接続バンプ２２２として構成された取付手段の使用のみによって、キャリア２３０に取り付けられる。
【００２３】
以下では、「バンプ」という用語は、キャリア２３０と背面薄化イメージセンサチップ２１０の前面との間に配置された導電性を有する接続支持体を規定する。バンプ２２２は、前記イメージセンサアレイ２１０の前記電気接続パッド２１２の少なくとも一つと、前記キャリアの前記電気接続パッド２３２の少なくとも一つとを電気的に接続している。
【００２４】
取付手段２２２は、３次元形状を有しており、少なくとも、イメージセンサアレイ２１０及び／又はキャリア２３０の平面と平行な横方向の寸法を有し、当該横方向寸法が、前記イメージセンサアレイ２１０及び／又はキャリア２３０の平面に直交する方向の寸法よりも大きい。
【００２５】
より具体的には、前記横方向寸法は、直交方向寸法に対して、少なくとも一桁の倍率で（at  least  one  order  of  magnitude）で大きい。取付手段２２２の高さ（直交方向寸法）は、最大で１０ミクロンであることが好ましい。
【００２６】
好ましい実施の形態では、イメージセンサアレイ（ＩＳＡ）チップ２１０は、例えば、ＣＭＯＳ又はＣＣＤチップであり、その導電性ボンディングパッド２１２は、通常、１００ミクロンレンジの寸法を有している。ＩＳＡチップ２１０とキャリア２３０との間に実現される電気的接続バンプ２２２は、最大で約１０ミクロンの高さを有しており、ＩＳＡチップ２１０とキャリア２３０との間には僅かな隙間しか残さない。同じ電気的接続バンプ２２２は、薄化されたＩＳＡチップ２１０を支持する取付手段としても役立つ。
【００２７】
より大きなイメージセンサアレイの場合には、機械的な支持を更に向上するために、更なる接続バンプ２２２’を用いることができる。当該更なる接続バンプ２２２’は、イメージセンサアレイチップ２２０とキャリア２３０との間に位置し、非電気的な方法で接続が確立されており、従って電気的な機能は有さない。
【００２８】
両取付手段、すなわち電気的接続バンプ２２２及び非電気的接続バンプ２２２’は、同時に、同種の金属材料を用いてキャリア２３０上に直接設計して構成することができる。例えば、インジウム（Ｉｎ）、金−すず（Ａｕ−Ｓｎ）、又は、適切な組成を有し同様の構成及び寸法を有する代替物により形成される。
【００２９】
電気的接続バンプ２２２（及び、場合によっては非電気的接続バンプ２２２’）を設計して構成したのち、キャリア２３０は、さらに超高真空（ＵＨＶ）キャリア２５０すなわちヘッダに固定される。超高真空キャリア２５０は、最終的には真空管の外部に達するリードすなわちピン２５３を備えている。
【００３０】
キャリア２３０をＵＨＶヘッダ２５０に固定するために、ガラス層２４０（例えばＦＸ１１−０３６）、又は、高真空の要求に耐える他の種類の接着媒介材料を用意する。使用されるガラス層や他の種類の接着媒介材料は、４００℃よりも高い温度において、完全な接着性、封止性及び均一性を維持しなければならない。
【００３１】
イメージセンサアレイチップ２１０は、真空チャックで操作されて、接続バンプ２２２及び／又は２２２’の上に位置決めされ、ＩＳＡチップ２１２の全ての電気的パッドが、取付手段２２２を介して、キャリア２３２のそれぞれの電気的パッドと対応する。構成全体が、イメージセンサアレイの特性により規定される最高温度（通常は、約４５０℃）まで加熱される。これにより、全ての３次元的な構成部品、すなわち、イメージセンサアレイ２１２の接続パッド２１２、接続バンプ２２２（取付手段）及びキャリア２３２の接続パッドの間の電気的な金属接触が確立される。
【００３２】
最後に、キャリアの延長された接続パッド２３２とＵＨＶヘッダ２５０の接続パッド２５２との間に、ワイヤ配線２４２が形成される。
【００３３】
全体的な装置２００は、さらに、高真空条件のもとで、特定温度で高真空処理され、封止される。
【００３４】
本発明は、背面薄化ＩＳＡチップを真空管内に取り付けるための、非常に簡単で、低コストで、安定した解決法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】最新のイメージセンサアレイ装置の形態である。
【図２】本発明に係るセンサ／検出器アレイの第１の実施の形態である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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