(57)【要約】  半導体コンポーネントの光学センサの正面に配置され、その少なくとも１つの透光部分（５ａ）を取込画像が通過するよう構成された光学素子或いはモジュール、そのような光学素子を得るための方法であって、そのような光学素子の正面と背面との間を連通孔（２５）が貫通し、イオン注入効果により前記少なくとも１つの連通孔の側壁から始まり前記透光部分内へと変化する屈折率を備える、方法。少なくとも１つのそのような素子を備えるモジュールが備える画像取込装置。   【選択図】図４
2011517788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体コンポーネントの光学センサの正面に配置され、その少なくとも１つの透光部分（５ａ、２９）を取込画像が通過するよう構成された光学素子であって、
光学素子の正面と背面との間を貫く少なくとも１つの連通孔（２５、２５ａ、３３）を備え、且つ、前記少なくとも１つの連通孔の側壁から始まり前記透光部分内へと変化する屈折率を有する、光学素子。
【請求項２】
前記少なくとも１つの連通孔（２５）は、屈折率が透光部分の内側で変化する場合にあっては、前記透光部分（５ａ）の外側に形成される、請求項１の光学素子。
【請求項３】
前記少なくとも１つの連通孔（３３）が前記透光部分の内側に形成され、この連通孔が栓（３７）を形成する材料で充填され、この栓の少なくとも周縁は連通孔の直近部分の屈折率に等しいか近い値の屈折率を有する、請求項１の光学素子。
【請求項４】
複数の連通孔を備え、これら連通孔の側壁から変化し始める屈折率を有する、請求項１から３の何れか１つに記載の光学素子。
【請求項５】
固形体を形成する２つの平行面を備える請求項１から３の何れか１つに記載の光学素子。
【請求項６】
光学レンズを形成する少なくとも１つの突部を有する、請求項１から５の何れか１つに記載の光学素子。
【請求項７】
少なくとも所定の部分が半導体コンポーネント画像センサの正面に配置され、取込画像の光ビームが通過するよう構成された透光部分を備える光学撮像素子の製造のために用いられる、ウェハの処理方法であって、
ウェハの正面と背面との間の連通孔（２５、２５、ａ３３）を形成するステップ、
ウェハの正面及び背面の前記連通孔を被わないマスク（２７、２８、３３、３４）を形成するステップ、
これら透光部分の一部の屈折率を変化させるように前記連通孔の側壁から始まり前記透光部分内へイオンによりウェハに材料をドープするステップ、及び、
前記マスクを除去するステップ、
を備えるウェハの処理方法。
【請求項８】
前記連通孔は光学素子の透光部分の外側に形成される、請求項７の方法。
【請求項９】
前記連通孔は光学素子の透光部分の内側に形成され、前記連通孔は後に栓（３７）を形成する材料により充填され、栓は連通孔の側壁部分の光学的性質を有する、請求項７の方法。
【請求項１０】
前記ウェハの側面は平行である、請求項７から９の何れか１つに記載の方法。
【請求項１１】
前記ウェハの側面の少なくとも１つは光学レンズを形成する突部を備える、請求項７から９の何れか１つに記載の方法。
【請求項１２】
請求項１から６の何れか１つに記載の少なくとも１つの光学素子（７、９）を備える光学撮像モジュール。
【請求項１３】
前記光学素子に対向して配置された画像センサを有する半導体コンポーネントを備える、請求項１２の光学撮像モジュール。
【請求項１４】
請求項１から６の何れか１つに記載の光学素子（７、９）を少なくとも１つ備える光学撮像モジュール（６）が、半導体コンポーネントの光学センサの正面に配置された、画像取込装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカメラ分野全般に係り、より詳細には、半導体コンポーネントの光学画像センサへ画像を投光するための光学撮像モジュールの分野に関する。
【発明の概要】
【０００２】
本発明の一形態では、光学素子が半導体コンポーネントの光学センサの正面に配置され、取込むべき画像の光ビームが光学素子の少なくとも１つの透光部分を通過するよう構成され、光学素子は、光学素子の正面と背面との間を通り抜ける少なくとも１つの連通孔を備え、且つ、前記少なくとも１つの連通孔の側壁から前記透光部分内へ向かって変化する屈折率を備えることができる。
【０００３】
一変形例では、前記屈折率がこの透光部分の内側で変化する場合に、前記少なくとも１つの連通孔が前記透光部分の外側に形成され得る。
【０００４】
もう１つの変形例では、少なくとも１つの連通孔が透光部分の内側に形成でき、この連通孔は栓を形成する材料で充填され、この栓の少なくとも周縁は連通孔の直近部分の屈折率に等しいか近い値の屈折率を有する。
【０００５】
更に他の変形例では、光学素子は、複数の連通孔を備えることができ、これら連通孔の側壁から変化が始まる屈折率を有することができる。
【０００６】
本発明の一変形例では、前記光学素子は固形体を形成する２つの平行面を備えることができる。
【０００７】
もう１つの変形例では、前記光学素子は光学レンズを形成する少なくとも１つの突部を有することができる。
【０００８】
本発明の一形態によれば、ウェハの処理方法が提供され、このウェハの処理方法は、少なくとも所定の部分が半導体コンポーネント画像センサの正面に配置されて取込むべき画像の光ビームが通過するよう構成された透光部分を備える光学撮像素子の製造のために用いられ、そして、このウェハの処理方法は、以下のステップを備えることができ、即ち、ウェハの正面と背面との間の連通孔を形成するステップ、ウェハの正面及び背面の連通孔を被わないマスクを形成するステップ、これら透光部分の一部の屈折率を変化させるよう前記連通孔の側壁から始まり前記透光部分へ向かうイオンによるウェハ材料へのドープ・ステップ、及び、前記マスクを除去するステップを備えることができる。
【０００９】
本発明の一変形例では、連通孔は光学素子の透光部分の外側に形成され得る。
【００１０】
もう１つの変形例では、連通孔は光学素子の透光部分の内側に形成でき、前記連通孔は後に栓を形成する材料により充填され、栓は連通孔の側壁の光学的性質を有する。
【００１１】
１つの変形例では、ウェハは平行面を有することができる。
【００１２】
もう１つの変形例では、ウェハは光学レンズを形成する突部を備えることができる。
【００１３】
もう１つの変形例では、光学撮像モジュールは前述のような少なくとも１つの光学素子を備えることができる。
【００１４】
このモジュールは前記光学素子に対向して配置された画像センサを有する半導体コンポーネントを備えることができる。
【００１５】
もう１つの形態によれば、画像取込装置は半導体コンポーネントの光学センサの正面に配置された光学撮像モジュールを備えるこができ、この光学撮像モジュールは前述のような少なくとも１つの光学素子を備えることができる。
【００１６】
半導体コンポーネントの正面或いは前面に配置されるよう構成され、それらの処理モードと共に装置内に導入されることのできる光学素子或いは光学モジュールが以下の非限定的な例示に及び図面の描写により説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】光学撮像モジュールを含む画像取込装置の軸線を含む断面を示す。
【図２】第１の光学素子を含む第１のウェハの平面を示す。
【図３】図２のウェハの断面を示す。
【図４】図２のウェハの拡大平面を示す。
【図５】図３のウェハの拡大断面を示す。
【図６】図４のウェハの変形例の平面を示す。
【図７】第２の光学素子を含む第２のウェハの平面を示す。
【図８】図７のウェハの断面を示す。
【図９】図７のウェハの拡大平面を示す。
【図１０】図８のウェハの拡大断面を示す。
【図１１】図６の変形例を示す。
【図１２】は画像取込装置の他の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１を参照すると、画像取込装置が示され、この画像取込装置は、光学画像センサ５をその正面４内に有する半導体コンポーネント３を備え、そして、光学画像センサ５の正面４の正面或いは前面に置かれた光学撮像モジュール６を備えた積上体２を備えることができる光学ユニット１を備える。
【００１９】
本発明によれば、光学画像センサ５はユニット１の正面で生じる光景を取り込める。そのような画像センサ５は一般には長角型の中央領域５ａを占めそして夫々が光子束を電気信号に変換する複数の簡単な光ダイオード、即ち画素を備える。
【００２０】
本記述によれば、光学撮像モジュール６はそれを通じて前記光景を感知する光学装置である。
【００２１】
図示の例では、光学撮像モジュール６は、光学センサ５の中心を貫く同一の光学軸６ａに沿って後ろから前に向かって、好ましくはガラス製の透明な固形体７、絞り８、及び、好ましくはガラス製の正面光学レンズ９により形成される光学素子を備える。
【００２２】
透明な固形体７の背面１０及び正面１１は平行である。
【００２３】
背面１２と光学レンズ９の正面１３の周縁とは平行であり、そして背面に向かって収束するレンズを形成するよう正面１３には半球状部分１４を有する。
【００２４】
例えば蒸着により、絞り８が光学レンズ９の背面１２上に形成される。
【００２５】
絞り８を備えた光学レンズ９は透明な固形体７の正面から間隙を置いて設けられ、固形体７によって、間隔保持材を形成する脚部或いは周縁環１５が支持される。
【００２６】
光学ユニット１は前方で内側環状肩部１８により固定された軸状光路１７を有する不透明ハウジング１６をも備える。積上体２は不透明ハウジング１６の軸状光路内に固定され、光学レンズ９の半球部１４は内側環状肩部１８を通過し、半球部１４を取巻くレンズの正面１３の周縁部は内側肩部に支えられる。積上体２の周囲は角型であってもよく角型断面の軸状光子路１７にきちんと嵌め合わされ得る。
【００２７】
ハウジング１６の背面上に配置された半導体コンポーネント３には光学センサ５の外部電気接続のための球体２０が備えられている。
【００２８】
上述のように光学ユニット１は貼り合せにより組立てられ得る。
【００２９】
透明な固形体７や光学レンズ９はそれらの光学的利用部分、別言すれば、取込むべき画像が投光する部分において用いられ、屈折率は少なくとも一つの実質的な環状部分や中心部で変化する。
【００３０】
一実施例では、透明な固形体７の屈折率は、実質的に光学軸６ａから或いは中心部を超えてその周縁部に至るまで増大できたり、中心部を越えてその周縁部に至るまで減少できたりする。
【００３１】
そのような種々の屈折率を発揮する透明な固形体７及び光学レンズ９を得るために、適切なドーピングが例えば、ナトリウム（Ｎａ＋）、カリウム（Ｋ＋）、リチウム（Ｌｉ＋）、銀（Ａｇ＋）、セシウム（Ｃｓ＋）、或いは、タリウム（Ｔｌ＋）から選択された金属イオンにより実施される。
【００３２】
一例としての、種々の屈折率或いは屈折率勾配の様々な透明な固形体７を製造する方法がこれから述べられる。
【００３３】
図２及び３に示されるように、例えばガラス製の大きな透明な円形のウェハ２１が用いられ、ウェハ２１は平行な対向平面２１ｂ、２１ｂを有する。このウェハは例えば事前にドーピングされ、一括して実質に均一にされ、例えばチタニウム・イオン（Ｔｌ＋）では、例えば、ウェハはその厚さ方向に配向された加速用電界の影響下でタリウム・ナイトライド（ＴｌＮＯ３）に浸される。
【００３４】
円形ウェハ２１は、任意の方法により、直交線２３及び２４により区切られる互いに隣接する角型領域に分割され、これら隣接角型領域２２は製造すべき透明な固形体７に対応する。
【００３５】
光学画像センサ５の角型領域５ａは、各角型領域２２の光学的利用部分、別言すれば取込むべき画像の光線が通過する部分を実質的に決定するものであり、各角型領域２２の中心に任意の方法で配置され得る。
【００３６】
この構成に関連する一例によれば、以下の処理操作が実行されてもよい。
【００３７】
２つの対向する横長なスルーホール或いは連通孔２５及び２６が、面２１ａ及び２１ｂ間において、ウェハ２１を貫いて形成され、各角型領域２２について、スルーホール或いは連通孔２５及び２６は同一円の円弧の形状をとり、その中心は各領域５ａの中心に位置合わせされている。そのような横長なスルーホール或いは連通孔はレーザ手段や他の適切な手段により形成され得る。
【００３８】
これら対向する横長なスルーホール或いは連通孔２５及び２６は各角型領域５ａの外側に形成され、そして、この角型領域５ａの短辺に沿って延在し、して、限られた範囲については、この角型領域５ａの長辺に沿って対称的に延在する。
【００３９】
続いて、対向する横長なスルーホール或いは連通孔２５及び２６を被わない対向するマスク２７及び２８が、例えば蒸着による層の形態でウェハ２１の対向する面２１ａ及び２１ｂ上に形成される。
【００４０】
これに続いて、マスク２７及び２８を通じてスルーホール或いは連通孔２５及び２６の側壁から始まる、例えばナトリウム・イオン（Ｎａ＋）による、ウェハ２１への材料ドーピングが、例えば、ウェハ２１をナトリウム・ナイトライド（ＮａＮＯ３）浴に浸けることにより実践され、ナトリウム・ナイトライドはその両端間においてスルーホール或いは連通孔２５及び２６内に流入し、そして、流入は加速用電界の効果により促進される。横長なスルーホール或いは連通孔２５及び２６の幅は、前記浴の対流或いは流動を促進してイオンのドーピングあるいは注入が、ウェハ２１の厚み方向にわたって好ましくは定常状態となるように、適合される。
【００４１】
前述のドーピングは、実質的に筒状の中心部がそのような処理から除外されるようにするのではあるが、材料中のＮａ＋イオンの濃度が各角型領域５ａの直交軸方向に実質的に減少するように、スルーホール或いは連通孔２５及び２６の側壁から始まりそして後になる程半径方向に、各角型領域５ａに対応する各光学的利用部分の内側である限り、拡散するように設計される。
【００４２】
そのようなドーピングのプロセスは濃度レベルの輪郭２７により図４及び５中に模式的に示される。
【００４３】
先行する処理の観点から、一変形例によれば、ドーピング処理は、各角型領域５ａの中心上に概ね中心を置く円弧の形状を取る濃度レベルの輪郭２７に従って、角型領域５ａに対応する光学的利用部分の角部において、実行される。
【００４４】
続いて、図４及び５に示されるように、マスク２７及び２８が除去される。
【００４５】
図６に示される一変形例では、横長のスルーホール或いは連通孔２５及び２６は、例えば、領域５ａを中心にして、必ずしもそうとは限られないが、概ね全体として円環状に等間隔で配置された複数のスルーホール或いは連通孔２５ａにより置き換えられ得る。スルーホール２５ａの直径は、処理浴槽内の流動性の向上によって、より大きくできる。
【００４６】
一例としての屈折率が変化する或いは屈折率の勾配が変化する複数のレンズの製造方法がここに述べられる。
【００４７】
図７及び８に示されるように、平坦な背面２８ａ及び全体として平坦な平面２８ｂを有し、そして、角型に配列され且つ仮想の直交線３１、３２により区切られた互いに隣接する角型領域３０中央に形成された複数の半球状の突部２９を有する、例えばガラスにより、大きな円形透明ウェハ２８が作られ、隣接する角型領域３０が作るべきレンズ９に対応する。
【００４８】
一括処理である、ウェハ２８の先行ドーピング処理は、例えばタリウム・ナイトライド（ＴｌＮＯ３）浴槽中にウェハ２８を浸して、例えばチタニウム・イオン（Ｔｌ＋）で実行される。
【００４９】
そのようなウェハ２８を用いて、半球状の突部２９と夫々が同心状になるように、円形の孔或いは連通孔３３がウェハ２８の一方の面から他方の面へとウェハ２８を貫いて形成され、そのようなスルーホール或いは連通孔３３はレーザ或いはその他の適当な手段により形成され得る。
【００５０】
続いて、スルーホール或いは連通孔３３を被わない対向するマスク３４及び３５が、例えば蒸着による層の形成により、ウェハ２８の対向する面２８ａ及び２８ｂ上及び半球部２８上に形成される。
【００５１】
これに続いて、例えばナトリウム・イオン（Ｎａ＋）でウェハ２８のドーピングが、スルーホール或いは連通孔３３の両端に浸透する例えばナトリウム・ナイトライド（ＮａＮＯ３）浴槽中にウェハ２８を浸して実行される。
【００５２】
上述のドーピングは、材料に含まれるＮａ＋イオン濃度がウェハ２８の厚さ方向内でスルーホール或いは連通孔３３の側壁から始まり半径方向に従って減少するように、ウェハ２８の厚さ方向内でスルーホール或いは連通孔３３の側壁から始まって半径方向に次第に拡散するよう設計される。
【００５３】
この結果、ガラス内のドーピング材料のイオン濃度の半径方向の変化により決まる半径方向の勾配に従って、スルーホール或いは連通孔３３の側壁から始まり半径方向に沿った、ウェハ２８の厚さ方向内の各レンズ９の屈折率の減少がもたらされる。
【００５４】
そのようなドーピング処理が角型領域３０中央に略中心を置く環状の濃度レベルの輪郭の形態で図９及び１０に模式的に示される。
【００５５】
マスク３４及び３５は続いて除去される。
【００５６】
そして、図９及び１０に示されるように、スルーホール或いは連通孔３３は材料で充填されて、スルーホール或いは連通孔３３に直近のウェハ２８の部分の材料の屈折率と等しいか或いは可能な限り等しい屈折率の栓２７を形成する。
【００５７】
外側に向かい半径方向に沿って減少する屈折率の部位により囲まれた一定の屈折率の中央部を有する複数のレンズが次にウェハ２８内に得られる。
【００５８】
こうして処理したウェハ２８を用いて、各光学レンズ９に対応する複数の絞り８が、例えば蒸着により、ウェハ２８の背面２８ａに形成される。
【００５９】
例えば、光学撮像モジュール６及び組立て体２が製造され得る方法が次に述べられる。
【００６０】
処理済みウェハ２１が用いられて個々の固形体７が線２３及び２４に沿って切り離され、そして処理済みウェハ２８が用いられて個々のレンズ９が線２３及び２４に沿って切り離される。そして、個々の光学撮像モジュール６を設けるために、固形体７及びレンズ９が個々に積み重ねられ、互いに貼り合わされる。光学撮像モジュール６は続いて、個々の半導体コンポーネント３上に積み重ねられて貼り合わされて個々の積上体２が得られ、或いは、積上体２を設けるために後にダイスされる半導体ウェハの半導体コンポーネント３上に積み重ねられる。
【００６１】
処理済みウェハ２１及び処理済みウェハ２８が用いられ、線３１及び３２に線２３及び２４が揃うように位置合わせされて固着され、二枚重ねウェハの上に複数の光学撮像モジュール６が設けられるようにして、固形体７及びレンズ９が互いに積み重ねられる。
【００６２】
これら光学撮像モジュール６は続いて二枚重ねウェハのダイスにより個々に切り離され、個々の半導体コンポーネント３上に積み重ねられて貼り合わされて個々の積上体２が得られ、或いは、半導体のウェハの半導体コンポーネント３上に積み重ねられ、このウェハが後にダイスされて積上体２が設けられる。
【００６３】
前記二枚重ねウェハもまた、光学撮像モジュール６が半導体コンポーネント３上に位置合わせされ、そして、個々の積上体２が設けられるようにダイスされ得る。
【００６４】
得られた積上体２は次に前述のようにハウジング・ユニット１６に導入され貼り合わされ得る。
【００６５】
図１１を参照すると、図６の実施例に対する１つの変形例が示され、この変形例では、スルーホール或いは連通孔２５ａは、円弧状内側壁３８ａ、円弧状外側壁３８ｂ、及び対向する半径側壁３８ｃを備える拡大したスルーホール或いは連通孔２５ｂにより置き換えられ、拡大したスルーホール或いは連通孔２５ｂは領域５ａの軸を貫く平面内に配置され、等間隔で互いに近接して配置され、例えば、数は８個であり、全体として完全な円形であるが、必ずしもそうである必要はない。処理槽内の流動の向上により、円弧状内側側壁３８ａ及び円弧状外側側壁３８ｂの間隔はより大きな間隙によって隔てられることができる。
【００６６】
スルーホール或いは連通孔の形状及び配置は前述の形態に限られない。実際、異なる形状及び配置のスルーホール或いは連通孔が備えられてよい。
【００６７】
特に、スルーホール或いは連通孔は前述のドーピングのための透明な固形体の光学的利用部分内に設けられてよく、図９及び１０を参照して述べられた材料により充填され得る。
【００６８】
スルーホール或いは連通孔はまた前述のドーピングのための光学レンズの半球部２９ａの外側の領域に設けられてもよい。
【００６９】
光学的利用部分の内側の透明な固形体や光学レンズを貫くスルーホール或いは連通孔、及び、光学的利用部分の外側のスルーホール或いは連通孔が設けられてもよい。
【００７０】
前述の変形例、その関連例、或いはその他の少なくとも１つの光学レンズを備えた少なくとも１つにより処理された少なくとも１つの透明固形体を備えた光学モジュールが備えられてもよい。
【００７１】
前述の変形例、その関連例、或いはその他の少なくとも１つの透明固形体を備えた少なくとも１つにより処理された少なくとも１つの光学レンズを備えた光学モジュールが備えられてもよい。
【００７２】
図１２に示されるように、開口４０を有する壁部３９を備えた画像取込装置が形成され得る。この壁部は開口の一方側或いは他方側の上に配置された光学モジュール４１の支持部として用いられ得る。この光学モジュール４１は前述のよう処理された少なくとも１つの透明な固形体や少なくとも１つの光学レンズを備えることができる。この画像取込装置は、光学モジュールに対向して配置された光学センサ４４を備え、半導体コンポーネント４３が搭載されたプリント配線基板４２を備えることができる。言うまでもなく、この光学モジュールはその光学センサの直前に前述のように処理され或いは処理されない光学モジュールを備えることができる。このプリント配線基板４２は光学半導体コンポーネント４３を制御しこの光学半導体コンポーネント４３により生成した画像を処理するための図示しないコンポーネントを搭載しても勿論よい。
【００７３】
記述した様々な変形例は、取込画像の鮮鋭度及び又はコントラストを減ずることなく、光学半導体コンポーネントに関連する光学撮像モジュールの分解能及やコントラストの改良に寄与でき、現在入手可能な半導体コンポーネントにより取り込まれた画像の鮮鋭度やコントラストを向上させる可能性に寄与でき、コンポーネントの光学画像センサを構成する画素数の増大にも寄与できる。
【図１】
2011517788.tif 000003
【図２】
2011517788.tif 000004
【図３】
2011517788.tif 000005
【図４】
2011517788.tif 000006
【図５】
2011517788.tif 000007
【図６】
2011517788.tif 000008
【図７】
2011517788.tif 000009
【図８】
2011517788.tif 000010
【図９】
2011517788.tif 000011
【図１０】
2011517788.tif 000012
【図１１】
2011517788.tif 000013
【図１２】
2011517788.tif 000014
【国際調査報告】
2011517788.tif 000015
2011517788.tif 000016
2011517788.tif 000017