(57)【要約】【課題】マイクロレンズをアレイ状に整列使用した固体撮像装置において、該マイクロレンズを除く部分の平坦性を厳しく制御するための繁雑な工程による平坦化層を特別に必要とせずに、均一な特性を有する固体撮像装置を提供する。【解決手段】受光部の各画素別の光電変換素子に対応して配置されるマイクロレンズで集光する固体撮像装置において、封止パッケージ用のキャップガラスの光電変換素子側内面にマイクロレンズを配置する。特にリニアセンサーに適している。【選択図】図１
2013077839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換素子が形成された固体撮像素子が載置され、入射する光が前記光電変換素子に入射するよう固体撮像素子の上方に開放された空間部と、前記空間部の上方に設けられ入射光を透過するキャップガラスとを有する固体撮像装置において、前記キャップガラスの光電変換素子側の面に、光電変換素子に対応したマイクロレンズを配置したことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子がリニアセンサーであることを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳからなる光電変換素子を形成した固体撮像素子を有する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像装置は画像の記録、通信、放送の内容の拡大に伴って広く用いられるようになっている。撮像装置として種々の形式のものが提案されているが、小型、軽量で高性能のものが安定して製造されるようになってきている固体撮像素子を用いた撮像装置が、普及してきている。
【０００３】
固体撮像素子は、撮影対象物からの光学像を受け、入射した光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する。光電変換素子の種類はＣＣＤ（電荷結合素子）タイプとＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）タイプとに大別される。また、光電変換素子の配列形態から、光電変換素子を1列に配置したリニアセンサー（ラインセンサー）と、光電変換素子を縦横に２次元的に配列させたエリアセンサー（面センサー）との2種類に大別される。
いずれのセンサにおいても光電変換素子の数（画素数）が多いほど撮影された画像は精密になる。また、光電変換素子に入射する光の経路に、特定の波長の光を透過する各種のカラーフィルタを設けることで対象物の色情報を得ることを可能としたカラーセンサーも普及している。カラーフィルタの色としては、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）の３色からなる３原色系、あるいは、シアン色（Ｃ）、マゼンタ色（Ｍ）、イエロー色（Ｙ）からなる補色系が一般的である。
【０００４】
固体撮像素子に要求される性能で重要な課題の一つに、入射する光への感度を向上させることが挙げられる。撮影した画像の情報量を多くするためには受光部となる光電変換素子を微細化して高集積化する必要がある。しかし、光電変換素子を微細化した場合、各光電変換素子の面積が小さくなり、光を取り込む面積が小さくなるため、光電変換素子に取り込める光の量が少なくなる。また、カラーフィルタを設けた固体撮像素子では、カラーフィルタを光が通過する際に波長の分離、カラーフィルタによる光の吸収が生じるため、光電変換素子に入射する光量が低下する。そのため、固体撮像素子として光への感度の低下が生じるものである。
【０００５】
このような、固体撮像素子の感度の低下を防止するための手段として、光電変換素子（受光部）に効率良く光を取り込むために、対象物から入射される光を集光して光電変換素子（受光部）に導くマイクロレンズを形成する技術が提案されている（特許文献１参照）。
マイクロレンズで光を集光して光電変換素子（受光部）に導くことで、受光部の見かけ上の開口率（面積）を大きくすることが可能になり、固体撮像素子の感度を向上させることが可能になる。
【０００６】
光電変換素子は入射した光を電気信号に変換するが、光が所定の光電変換素子に入射せず、異なった光電変換素子（例えば、隣接した光電変換素子）に入射した場合、得られる画像にノイズが生じる。特に、カラーフィルタを配設したカラーセンサの場合、カラーフィルタを通過した光が異なった光電変換素子に入射すると、得られる画像に混色の問題が生じる。このような、誤入射は、斜め方向から光電変換素子に入射する光に発生しやすい。そのため、斜め入射する光が、所望する光電変換素子とは異なった光電変換素子に入射するのを防止するため、遮光壁を固体撮像素子の側端部や個々のカラーフィルタ間に設ける技術が提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
光電変換素子を形成した固体撮像素子に、ゴミなどの異物が付着すると、異物が光を遮るため撮影した画像に黒点などのノイズが発生することになる。そのため、固体撮像素子への異物の付着を防止した封止型（パッケージ型）の固体撮像装置とすることが行われている。図２に、封止型（パッケージ型）固体撮像装置の一例の断面図を模式的に示す。
【０００８】
図２の固体撮像装置１２では、シリコン（Ｓｉ）基板に複数の光電変換素子１が形成された固体撮像素子４が、電気配線部５を有する配線基板１０上に載置されている。固体撮像素子４と電気配線部５とは電気的接続が行われ（図示せず）、固体撮像素子４からの電気信号が電気配線部５に伝えられる。
【０００９】
固体撮像素子４の周囲の配線基板１０には樹脂などからなる封止部６が形成され、封止部６と配線基板１０とで空間部を形成している。固体撮像装置１２に入射する光が光電変換素子１に達するよう、空間部は固体撮像素子４の上方で開放された空間となっている。固体撮像素子４の上方には、光を透過する透明なキャップガラス３が設けられ、キャップガラス３、封止部６、配線基板１０とで封止空間を形成し、封止空間内に固体撮像素子４が載置されている。これにより、固体撮像素子４に異物が付着するのを防止している。
【００１０】
また、固体撮像素子４には、特定の波長の光を透過するための所定色のカラーフィルタ７が、各光電変換素子１に対応して複数配設している。さらに、上述したように斜め入射光を遮蔽するために、固体撮像素子４の側端部及び個々のカラーフィルタ７間に遮光壁８が設けられている。カラーフィルタの形成には、着色された感光性樹脂を塗布し、塗布膜へのパターン露光、現像を行い、残存した塗膜をカラーフィルタとするフォトリソ法が広く用いられている。カラーフィルタ形成時に色の異なる樹脂を積層して遮光壁８とする技術も提案されている。
【００１１】
固体撮像素子４には、入射光を集光して光電変換素子１に導くためのマイクロレンズ２が、個々の光電変換素子１に対応して形成されている。マイクロレンズを形成するにあたり、マイクロレンズを形成する下地面に凹凸があると、マイクロレンズを所望する形状に形成することが困難になる。そのため、カラーフィルタ７上に平坦化層９を設け、平坦とした面にマイクロレンズ２を形成している。図２の例においては、平坦化層９は、カラーフィルタ７上だけでなく、遮光壁８も含めて凹凸の平坦化を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−２０７４６１号公報
【特許文献２】特開２００５−３５３７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
個々のカラーフィルタの高さ（厚み）は均一とは限らず、所望する分光特性を得るため色毎に高さ（厚み）を異ならせたり、カラーフィルタの形成時に高さ（厚み）がバラツクことがあり、また、カラーフィルタ上に遮光壁を設ける場合もあり、カラーフィルタの表面の平坦性は大きく損なわれているといえる。上述したように、カラーフィルタ７上に形成する平坦化層９は、マイクロレンズを形成する下地面の平坦化を行うために設けられるが、カラーフィルタ表面の平坦性が大きく損なわれている場合、平坦化層９表面に平坦性を持たせるためには、平坦化層９の厚みを厚くする必要がある。
【００１４】
平坦化層９の形成にあたっては、透明な樹脂を塗布する技術を用いることが多い。透明
な樹脂の塗布で平坦化層９を形成する際、１回の塗布で平坦化層９を形成する場合もあるが、透明樹脂の粘度が低い場合は複数回に分けて透明樹脂を塗布し、透明樹脂を積層した平坦化層９とすることが行われる。
【００１５】
マイクロレンズ２の形状、高さは、マイクロレンズ下面から光電変換素子（受光部）までの距離によって、予め設定されている。そのため、マイクロレンズ２の形状、高さが設定された後、固体撮像装置を複数個製造する際に、固体撮像装置毎に平坦化層９の厚みがバラツクことは、マイクロレンズによる集光性にバラツキが生じ、個々の固体撮像装置の性能にバラツキをもたらすことになる。
【００１６】
そのため、平坦化層の形成工程は厳しく制御しなければならず、固体撮像装置の製造工程上の負担は大きい。また、透明樹脂を積層して平坦化層を形成する場合、その分だけ工程が増えるため、製造工程が繁雑になり製造工程の負担はより大きくなるといえる。平坦化層の形成工程を厳しく制御するためには各種の制御装置、駆動装置を必要とするため設備費が掛かり、また、工程数が増えるため、固体撮像装置の製造コストを上げる結果にもなりかねない。
【００１７】
また、マイクロレンズ２と光電変換素子１（受光部）との距離が短いほうが、マイクロレンズで集光され光電変換素子（受光部）に入射する光の量が増えることになる（所謂、光の取り込み角度が増大することになる）。しかし、平坦化層９表面に平坦性を持たせるために平坦化層９の厚みを厚くすると、その分だけマイクロレンズ２と光電変換素子１（受光部）との距離が長くなり、マイクロレンズで集光され光電変換素子（受光部）に入射する光の量が減ることになる。
【００１８】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたもので、その課題とするところは、平坦化層の形成という繁雑な製造工程を不要にし、マイクロレンズによる集光性にバラツキがない均一な特性を有し、また、集光性能を向上させた固体撮像装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、
複数の光電変換素子が形成された固体撮像素子が載置され、入射する光が前記光電変換素子に入射するよう固体撮像素子の上方に開放された空間部と、前記空間部の上方に設けられ入射光を透過するキャップガラスとを有する固体撮像装置において、前記キャップガラスの光電変換素子側の面に、光電変換素子に対応したマイクロレンズを配置したことを特徴とする固体撮像装置としたものである。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の固体撮像素子がリニアセンサーであることを特徴とする固体撮像装置としたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の固体撮像装置によれば、入射光を光電変換素子（受像部）に集光し見かけ上の開口率を向上させるためのマイクロレンズを、表面平坦なキャップガラスに配置したことで、平坦化層を不要にしている。そのため、個々の固体撮像装置を製造する際に、表面平坦で均一な厚みとした平坦化層を得るための繁雑な工程が不要になり、製造工程を短縮できる。また、マイクロレンズを支持する平面が平坦性の良いキャップガラスであって、マイクロレンズと光電変換素子（受像部）との距離を不均一にする要因の一つとなる平坦化層の平坦性の悪さに影響されないため、個々の固体撮像装置でマイクロレンズと光電変換素子（受像部）との距離を均一に形成しやすい。そのため、製造コストが低く性能の均一な固体撮像装置を容易に得ることが可能になる。
【００２１】
また、平坦化層を形成しない分、マイクロレンズと光電変換素子（受像部）との距離を
短く出来るため、光の取り込み角度が大きくなりマイクロレンズによる光電変換素子（受像部）への集光性を向上させることが可能になり、感度の良い固体撮像装置を得ることが可能になる。
【００２２】
さらに、キャップガラスと光電変換素子（受像部）との距離を統一（規格化）する、または、キャップガラスの封止部６の高さを随時変更することで、同一形状のマイクロレンズを形成したキャップガラスを、他の品種の個体撮像装置に適用することも可能になり、製造コストの低い固体撮像装置を得ることが可能になる。その場合、製造工程における膜厚の管理は、カラーフィルタの膜厚管理を優先的に行えば良いことになる。
【００２３】
なお、光電変換素子を1列に配置したリニアセンサー（ラインセンサー）では、斜め入射光による混色などのノイズを防止するため、カラーフィルタ上に遮光壁を形成することが多いため、カラーフィルタ表面の凹凸は大きくなる。そのため、固体撮像素子がリニアセンサーである固体撮像装置に本発明を適用することは特に有効といえる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の固体撮像装置の一例を模式的に示す断面説明図。
【図２】従来の固体撮像装置の一例を模式的に示す断面説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態の一例を、図面に従って説明する。
【００２６】
図１は、本発明の固体撮像装置の一例を模式的に示す断面図である。
図１に示す固体撮像素子４は、Ｓｉ（シリコン）からなる基板に、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ構造の光電変換素子１（受光部）を1列に配置したリニアセンサーとした。固体撮像素子４は、電気配線部５を有する配線基板１０上に載置されている。固体撮像素子４と電気配線部５とは電気的接続が行われており（図示せず）、光電変換素子１で得られた電気信号が電気配線部５に伝えられる。電気配線部５は、外部機器との電気的接続を行うための端子部に連なる。
【００２７】
次いで、各光電変換素子１の上方に、入射光の色分離を行うために、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）の３色からなる３原色系のカラーフィルタ７を所定の色配列にて形成している。各カラーフィルタ７は、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）の着色感光性樹脂を各々用い、パターン露光、現像を行い残存した着色感光性樹脂膜をカラーフィルタとするフォトリソ法で形成した。また、斜め入射光を遮蔽するために、固体撮像素子４の側端部及び個々のカラーフィルタ７間に遮光壁８を設けている。カラーフィルタ７間の遮光壁８は、カラーフィルタの形成時に、色の異なる樹脂を残存して積層させて形成した。また、固体撮像素子４の側端部の遮光壁８は、カラーフィルタの形成時に各色の着色樹脂を残存、積層して形成した。
【００２８】
固体撮像素子４の周囲の配線基板１０には樹脂などからなる封止部６を形成している。封止部６と配線基板１０とで空間部を形成している。固体撮像装置１２に入射する光が光電変換素子１に達するよう、空間部は固体撮像素子４の上方で開放された空間としている。次いで、封止部６を介し、固体撮像素子４の上方に光を透過する透明なキャップガラス３を設けている。封止部６とキャップガラス３との貼り合わせにシール剤を用いる場合、シール剤は、封止部６側に設けても、キャップガラス３側に設けても、あるいは、封止部６側とキャップガラス３側の両方に設けても構わない。キャップガラス３、封止部６、配線基板１０とで封止空間を形成し、封止空間内に固体撮像素子４を載置している。
【００２９】
本発明では、カラーフィルタ上に平坦化層を介してマイクロレンズを設けず、図１に示すようにキャップガラス３の固体撮像素子４側の面に、各固体撮像素子４に対応させてマイクロレンズ２を形成している。マイクロレンズの形成は、フォトリソグラフィ法でガラス上に形成した樹脂パターンを加熱し、溶けた樹脂の表面張力によりレンズ形状とする熱リフロー法を用いて構わない。または、熱リフロー法でガラス上に形成した樹脂からなるレンズ母型をマスクにしてガラスにドライエッチングを行うドライエッチング法により、ガラス表面をレンズ状に形成しても構わず、形成方法は適宜選択することができる。
【００３０】
キャップガラスの表面は平坦であり、また仮に平坦でないとしても、マイクロレンズの形成前にガラス表面を研磨する、あるいは、湾曲したガラスを加圧することで平坦とすることは容易であるので、形状精度の良いマイクロレンズを形成するのは容易になる。
【００３１】
本発明では、マイクロレンズを形成したキャップガラス３を、各マイクロレンズと各光電変換素子とが対応するよう貼り合わせる必要があり、貼り合わせの位置精度が要求される。しかし、リニアセンサーの場合、画素の配列ピッチ（光電変換素子の配列ピッチ）は２５μｍ〜７５μｍ程度であるので、貼り合わせは容易といえる。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態につき説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形を行っても構わない。例えば、本実施例では、配線基板１０と封止部６とで、固体撮像素子４を載置する空間を形成した。しかし、セラミックやプラスチックなどからなる凹部を有するパッケージ内に固体撮像素子４を載置して固体撮像装置としても構わない。この場合、パッケージの凹部が本願で言う空間部に相当する。すなわち、セラミックなどからなるパッケージの凹部の底部に固体撮像素子４を載置し、凹部の開口部をマイクロレンズを形成したキャップガラス３にて、マイクロレンズが固体撮像素子４側に向くように封止しても構わない。
【００３３】
また、封止部６の高さ、または、パッケージの凹部の深さは、光電変換素子１とマイクロレンズ２とのギャップ調整を兼ねるため、入射光が光電変換素子１に集光するよう適宜設定して構わない。さらに、封止部の材質は、所定の高さにての形成が容易で、かつ、形成後の高さの変動が少ないものを、適宜選択して構わない。また、カラーフィルタは、シアン色（Ｃ）、マゼンタ色（Ｍ）、イエロー色（Ｙ）からなる補色系であっても構わず、固体撮像素子は、光電変換素子を縦横に２次元的に配列させたエリアセンサー（面センサー）としても構わない。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・・光電変換素子
２・・・・マイクロレンズ
３・・・・キャップガラス
４・・・・固体撮像素子
５・・・・電気配線部
６・・・・封止部
７・・・・カラーフィルタ
８・・・・遮光壁
９・・・・平坦化層
１０・・・配線基板
１２・・・固体撮像装置
【図１】
2013077839.tif 000003
【図２】
2013077839.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月8日(2013.2.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換素子が縦横に２次元的に配列形成されたエリアセンサーからなる固体撮像素子が載置され、入射する光が前記光電変換素子に入射するよう固体撮像素子の上方に開放された空間部と、前記空間部の上方に設けられ入射光を透過するキャップガラスとを有する固体撮像装置において、
固体撮像素子の周囲に樹脂製の封止部を形成し、前記封止部を介して固体撮像素子の上方に光を透過する透明なキャップガラスをシールして、固体撮像素子の上方で開放された空間部が形成され、入射光が光電変換素子に集光するよう設定されてなることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
樹脂製の封止部は、前記空間部のギャップ調整のための高さを適宜設定することが容易で、かつ、形成後の高さの変動が少ない材質が選択される請求項１記載の固体撮像装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたもので、その課題とするところは、
キャップガラスと光電変換素子（受像部）との距離を統一（規格化）する、または、キャップガラスの封止部の高さを随時変更することで、同一形状のマイクロレンズを形成したキャップガラスを、他の品種の個体撮像装置に適用することも可能とし、マイクロレンズによる集光性にバラツキがない均一な特性を有し、また、集光性能を向上させた固体撮像装置を得ることにある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
上記課題を解決するため、本発明による固体撮像装置は、
複数の光電変換素子が縦横に２次元的に配列形成されたエリアセンサーからなる固体撮像素子が載置され、入射する光が前記光電変換素子に入射するよう固体撮像素子の上方に開放された空間部と、前記空間部の上方に設けられ入射光を透過するキャップガラスとを有する固体撮像装置において、
固体撮像素子の周囲に樹脂製の封止部を形成し、前記封止部を介して固体撮像素子の上方に光を透過する透明なキャップガラスをシールして、固体撮像素子の上方で開放された空間部を形成してなることを特徴とする。
樹脂製の封止部は、前記空間部のギャップ調整のための高さを適宜設定することが容易で、かつ、形成後の高さの変動が少ない材質が選択されることが好適である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明の固体撮像装置によれば、キャップガラスと光電変換素子（受像部）との距離を統一（規格化）する上で有効であり、キャップガラスの封止部６の高さを随時変更することで、同一形状のマイクロレンズを形成したキャップガラスを、他の品種の個体撮像装置に適用することも可能になり、製造コストの低い固体撮像装置を得ることが可能になる。
その場合、製造工程における膜厚の管理は、カラーフィルタの膜厚管理を優先的に行えば良いことになる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】削除
【補正の内容】