(57)【要約】【課題】固体撮像素子の周辺部への入射光が暗くなることを抑制し、かつ固体撮像素子の有効画素領域へ入射する迷光を抑制し、さらに、高い信頼性を得ることができる固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及びその固体撮像装置を備えた撮影装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置１０は、有効画素領域が形成されたセンサチップ２と、センサチップ２の有効画素領域と対向するように配置された透明基板４と、センサチップ２の一部、及び透明基板４の側壁を封止する封止樹脂５と、透明な樹脂から構成されたレンズ３とを備える。レンズ３は、透明基板４上に形成され、かつレンズ３の光軸方向から見たときに、レンズ３の外周は透明基板４の外周よりも光軸中心側に形成されている。【選択図】図１
2009123788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有効画素領域が形成された固体撮像素子と、
上記固体撮像素子の有効画素領域と対向するように配置された透明板と、
上記固体撮像素子の一部、及び上記透明板の側壁を封止する封止樹脂と、
透明な樹脂から構成された光学素子とを備え、
上記光学素子は、上記透明板上に形成され、かつ該光学素子の光軸方向から見たときに、該光学素子の外周は該透明板の外周よりも光軸中心側に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記光学素子は、該光学素子の光軸方向から見たときに、該光学素子の外周が前記固体撮像素子の有効画素領域の外側になるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記透明板は、前記固体撮像素子の平面形状の内側に存在するように配設されていることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記光学素子は、該光学素子の光軸方向から見たときに、該光学素子の外周が曲線で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記光学素子は、該光学素子の光軸方向から見たときに、該光学素子の外周が１つ以上の直線を含んで形成されていることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記光学素子は、該光学素子の光軸方向から見たときに、該光学素子の外周が曲線と１つ以上の直線とで形成されていることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記光学素子は、
前記固体撮像素子の有効画素領域内に形成された有効領域と、それ以外の非有効領域とからなり、
上記光学素子の有効領域は、撮像系における有効光束を屈折させて上記固体撮像素子の有効画素領域に導く一方、
上記光学素子の非有効領域は、有効光束に関与しないように形成されていることを特徴とする請求項４，５又は６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記光学素子は、前記有効領域の断面形状と前記非有効領域の断面形状との間に変曲点を有して互いに異なる曲率又は勾配を有すると共に、該非有効領域において前記透明板面と交わっていることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記光学素子は、前記非有効領域の断面形状において、前記透明板面を接線とする円の一部を、形状の一部としていることを特徴とする請求項７又は８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記光学素子は、前記非有効領域の断面形状において、該光学素子から前記固体撮像素子に近づくに伴って該光学素子の光軸から遠ざかる方向の直線を、形状の一部としていることを特徴とする請求項７，８又は９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記透明板における前記光学素子側の表面には、シランカップリング剤が付与されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記透明板の前記光学素子側には、赤外波長カット膜が設けられていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記赤外波長カット膜と前記光学素子との間には、シランカップリング剤が付与されていることを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記光学素子は、−６０℃〜２７０℃の温度条件において、８０％以上の可視光の透過率を有していることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の固体撮像装置を備えていることを特徴とする撮影装置。
【請求項１６】
固体撮像素子の有効画素領域と対向するように、かつ該固体撮像素子の平面形状の内側に存在するように透明板を配設する第１の工程と、
上記固体撮像素子の一部、及び上記透明板の側壁を封止樹脂により封止する第２の工程と、
上記透明板上に透明な樹脂から構成された光学素子を形成する第３の工程とを含み、
上記第３の工程において上記光学素子と上記封止樹脂とは接しないことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第３の工程は、
流動性を有するエネルギー硬化性樹脂を成形型に充填する第１の処理と、
光エネルギー又は熱エネルギーの付与によって上記エネルギー硬化性樹脂を硬化する第２の処理とを含むことを特徴とする請求項１６に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第２の処理を、透明な成形型を用いて前記光学素子を形成すべき位置を確認しながら行うことを特徴とする請求項１７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光素子が形成された固体撮像素子によって被写体の像を撮像する固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及びその固体撮像装置を備えた撮影装置に関する。より詳細には、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラに用いられる固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及びその固体撮像装置を備えた撮影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやビデオカメラ等の撮影装置は、被写体からの光を電気信号に変換し、該電気信号に基づいて被写体の画像データを形成する。上記撮影装置には、撮像レンズによって結像された被写体からの光を認識する撮像部（固体撮像装置）が備えられている。
【０００３】
固体撮像装置によって認識された光は、固体撮像装置内部の固体撮像素子によって電気信号に変換され、該電気信号として出力される。そして、出力された電気信号に基づいて、上記撮影装置の処理部において被写体の画像が形成される。
【０００４】
上述のような固体撮像装置の従来の構成としては、固体撮像素子が平行平面板状の保護ガラスを備えたユニットケース内に収められている構成を挙げることができる。上記保護ガラスは、光の入射を妨げずに、ユニットケースへの異物（塵や埃等）の侵入や固体撮像装置の製造工程における固体撮像素子への他の部材の接触を防ぐ。つまり、上記保護ガラスは、固体撮像素子に対する悪影響（異物の付着や物理的な原因による素子の破損）から固体撮像素子を保護する部材である。
【０００５】
上記構成を有する固体撮像装置を撮影装置に適用した場合における、固体撮像素子に入射する光の角度について、図１０を用いて説明する。
【０００６】
図１０に示すように、図示しない撮像レンズを透過した光は、保護ガラス１０１を介して固体撮像素子１０２に到達する。仮想線Ｏ−Ｏ’は、撮像レンズを透過した光の中心軸を表している。
【０００７】
固体撮像素子１０２に入射する光の内、仮想線Ｏ−Ｏ’から離れた位置に入射する光ほど仮想線Ｏ−Ｏ’から外側へ広がるような角度を有する。光が保護ガラス１０１内に入射する際、内側に屈折されるが、保護ガラス１０１から出射する際、保護ガラス１０１への入射光と平行な光として出射される。つまり、固体撮像素子１０２の外側に位置するほど、仮想線Ｏ−Ｏ’から外側に離れるような角度を有する光が、固体撮像素子１０２に入射する。
【０００８】
入射光が仮想線Ｏ−Ｏ’から外側に離れるような角度を有していると、固体撮像素子１０２への入射効率が低下するため、光を効率的に電気信号に変換することが困難になる。
【０００９】
上述のような平行平面板状の保護ガラスを備えた固体撮像装置を撮影装置に適用し、該固体撮像装置を小型化及び薄型化した場合、必然的に、撮像レンズを透過した光が広角化する。光の広角化によって、固体撮像素子の中心部と周辺部との間における入射効率の差がさらに拡大するため、形成された画像を閲覧すると周辺部が極端に暗くなってしまうという問題が生じる。
【００１０】
固体撮像素子の保護部材として透明な平行平面板状の部材を用いた場合、上記問題の他に、以下のような問題が生じる。
【００１１】
固体撮像素子として多く用いられるＣＣＤ（charge coupled device：電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）デバイスは、比較的広い波長の光を電気信号に変換することができる。例えば、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳデバイスは、可視光領域のみならず近赤外領域（７５０〜２５００ｎｍ）の波長を有する光を電気信号に変換することができる。
【００１２】
しかし、通常のカメラとして用いる場合、固体撮像素子が近赤外線を電気信号に変換することは、無意味であるだけでなく、解像度の低下や画像のムラ等画質の劣化を引き起こす。このため、通常、ビデオカメラ等の光学系に赤外カットフィルタとして色ガラス等を挿入することによって、入射光の内、近赤外線がカットされる。近年、装置の低コスト化及び小型化のために、赤外カットフィルタとして安価な誘電体多層膜を保護ガラスに形成することによって近赤外線をカット（反射）する方法が多く採用されている。
【００１３】
ここで、誘電体多層膜は、入射する光の角度によって反射する光の波長の範囲が変化する角度依存性を有している。光の入射角が大きくなるほど、誘電体多層膜が反射できる光の波長の範囲は、より短波長へシフトする。つまり、光の入射角が大きくなるほど、誘電体多層膜は、近赤外線が有する波長よりも短い波長を有する光を反射し易くなる。言い換えると、光の入射角が大きくなるほど、誘電体多層膜の赤外カットフィルタとしての機能が低下する。
【００１４】
このため、固体撮像素子によって変換された電気信号に基づいて形成された画像は、その中心部から周辺部へ向かうに伴って青みが強くなる。よって、解像度の低下や画像のムラ等画質の劣化を十分に防止することができなくなる。
【００１５】
上述のような画像の周辺部における画質の劣化という問題を解決するために、保護ガラスの上部にレンズを形成した撮像素子ユニット（固体撮像装置）が特許文献１に開示されている。また、特許文献２には、樹脂製集束レンズを有する誘電体多層膜フィルタの製造方法及び固体撮像デバイス（固体撮像装置）が開示されている。
【００１６】
特許文献１の固体撮像装置について図１１を用いて説明すると共に、特許文献２の固体撮像装置及び誘電体多層膜フィルタの製造方法について図１２及び図１３を用いて説明する。
【００１７】
図１１に示すように、特許文献１の固体撮像装置は、ユニットケース１１２、ユニットケース１１２内に配置されたセンサチップ１１４、センサチップ１１４上に形成されたレンズ部１１６、及びセンサチップ１１４を保護する保護ガラス１１５を備えている。上記固体撮像装置の光の入射面側には、水晶の複屈折によって光線を２つに分光するための水晶フィルタ１１１及び被写体からの光を結像するための撮像レンズ１１０が備えられている。仮想線Ｏは、撮像レンズ１１０から入射する光の中心軸を表している。
【００１８】
ここで、レンズ部１１６は、センサチップ１１４を構成する複数の受光画素のそれぞれ１つに対して形成された１つのマイクロレンズ１１６ａから構成されている。保護ガラス１１５は、平板状のガラス板１１５ａ及びレンズ部１１５ｂから構成されており、ガラス板１１５ａ及びレンズ部１１５ｂは、一体形成されている。レンズ部１１５ｂは、ガラス板１１５ａにおける光の入射面側に形成されている。保護ガラス１１５に形成されたレンズ部１１５ｂは、結像作用を有していないアフォーカル系のレンズ機能を有している。
【００１９】
特許文献１の固体撮像装置は、レンズ部１１５ｂを備えているので、センサチップ１１４の周辺部に入射する光を、仮想線Ｏとほぼ平行になるように屈折させる。したがって、センサチップ１１４の周辺部における光の入射効率の低下を抑制し、得られる画像全体の均一性を達成し得る。
【００２０】
また、図１２に示すように、特許文献２の固体撮像装置１３０は、ユニットケース１３６、ユニットケース１３６内に配置されたセンサチップ１３５、及びセンサチップ１３５の上部に形成された誘電体多層膜フィルタ１３１を備えている。誘電体多層膜フィルタ１３１は、センサチップ１３５を保護する光透過性基板１３４、光透過性基板１３４の平坦面に形成された誘電体多層膜１３３及び樹脂製集束レンズ１３２から構成されている。
【００２１】
固体撮像装置１３０の光の入射面側には、被写体からの光を結像するための光学系１４０が備えられている。矢印Ｌ０は、センサチップ１３５の中心部に入射する光の経路を示しており、矢印Ｌ２は、センサチップ１３５の外周付近に入射する光の経路を示している。
【００２２】
矢印Ｌ２上を進む光は、樹脂製集束レンズ１３２の光の入射面において、矢印Ｌ０とより平行になるように屈折する。したがって、樹脂製集束レンズ１３２から出射し、誘電体多層膜１３３に入射する光は、樹脂製集束レンズ１３２への入射前と比較して矢印Ｌ０を進む光と平行に近くなる。つまり、固体撮像装置１３０の外周付近に入射する光であっても、樹脂製集束レンズ１３２が設けられているので、比較的垂直な角度で誘電体多層膜１３３に入射させることができる。
【００２３】
このため、固体撮像装置１３０は、その外周付近に入射する光の角度を適切に補正することによって、不要な赤外線をカットすることができる。この結果、画像全体の解像度の低下や色ムラを防止することができる。
【００２４】
さらに、図１３に示すように、上記図１２に示す特許文献２の誘電体多層膜フィルタの製造方法は、以下Ｓ１０１〜Ｓ１０５のような製造プロセスからなる。
【００２５】
図１３に示すように、まず、大面積の光透過性基板１３４及び凸面成形型１３７を準備する（Ｓ１０１）。上記大面積の光透過性基板１３４の一面には、予め誘電体多層膜１３３が形成されている。また、凸面成形型１３７は、樹脂製集束レンズ１３２の凸面を転写するための凹型キャビティ１３７ａ及び平坦な形成面１３７ｂを有している。
【００２６】
次いで、大面積の光透過性基板１３４と凸面成形型１３７とを重ね合わせる。このとき、光硬化性樹脂１３８は、光透過性基板１３４と凸面成形型１３７とを重ね合わせる前及び後のいずれかの状態で充填される。そして、光透過性基板１３４側から紫外線を照射することによって、光硬化性樹脂１３８を硬化させる（Ｓ１０２）。
【００２７】
次いで、紫外線照射後の光透過性基板１３４から凸面成形型１３７を分離する（Ｓ１０３）。これによって、複数の樹脂製集束レンズ１３２が形成された光透過性基板１３４（形成体）を作製することができる。
【００２８】
次いで、切断線１３９に沿って、複数の樹脂製集束レンズ１３２が形成された誘電体多層膜フィルタ１３１を切断する（Ｓ１０４）。この結果、複数の誘電体多層膜フィルタ１３１を製造することができる（Ｓ１０５）。
【００２９】
以上のように、特許文献２の誘電体多層膜フィルタの製造方法を採用すれば、光の入射位置に関わらず効率的に近赤外線をカットし得る複数の誘電体多層膜フィルタ１３１を、１度の製造工程で簡便に製造することができる。さらに、レンズが光硬化性樹脂から構成されているため、ガラスを用いてレンズを形成した場合とは異なり、レンズ表面を所望の形状に成形することが容易である。
【００３０】
ここで、カメラ付き携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等に搭載するためのカメラモジュールは、製品自体の小型化及び薄型化を達成するために、小型化及び薄型化の要求が高まっている。
【００３１】
しかし、図１１及び図１２に示した固体撮像装置において、固体撮像素子を保護するための部材（保護ガラス１１５及び誘電体多層膜フィルタ１３１）を、固体撮像素子の平面寸法（サイズ）より大きく形成せざるを得ない。この理由を以下に説明する。
【００３２】
撮影装置を用いて被写体の像を撮影するためには、固体撮像素子によって被写体からの光が変換された電気信号を、固体撮像装置の外部にある処理部へ該電気信号を出力する必要がある。当然、電気信号の出力には配線が必要である。この配線として、通常、ボンディングワイヤによって固体撮像素子と処理部とを接続する。このボンディングワイヤが固体撮像素子の外側に張り出すように接続することから、ユニットケースを固体撮像素子よりも十分大きく形成する必要がある。結果として、保護ガラス１１５及び誘電体多層膜フィルタ１３１を大きくせざるを得ないので、上述のような固体撮像装置及び固体撮像装置は小型化に不向きな構造を有している。
【００３３】
さらに、ボンディングワイヤを保護ガラス１１５及び誘電体多層膜フィルタ１３１等と接触させないためには、ユニットケースを十分高く形成する必要があるので、上述のような固体撮像装置は薄型化することも困難である。
【００３４】
ここで、小型化及び薄型化が容易な撮影装置が特許文献３に開示されている。特許文献３の撮影装置の構造について、図１４を用いて以下に説明する。
【００３５】
図１４に示すように、特許文献３の撮影装置１５０は、両面に複数の導体配線１６１が形成された配線基板１５２、この配線基板１５２上に形成された画像処理用のＤＳＰ（Digital Signal Processor）１５４、スペーサ１５３を介してＤＳＰ１５４と接着された固体撮像装置１５１、配線基板１５２の一部や固体撮像装置１５１の側面を封止する封止樹脂１５８、この封止樹脂１５８上に固定されたレンズ保持具１６３、及び固体撮像装置１５１と対向して配置され、かつ固体撮像装置１５１への光路を画定する光路画定器として機能するレンズ１６２を備えている。センサチップ１５６及びＤＳＰ１５４と配線基板１５２とは、ボンディングワイヤ１５９とを介して電気的に接続されている。
【００３６】
固体撮像装置１５１は、センサチップ１５６、及びセンサチップ１５６の有効画素領域と対向するように配置された光透過性基板１５５、及びセンサチップ１５６と光透過性基板１５５とを接着する接着部１５７から構成されている。配線基板１５２とセンサチップ１５６とを電気的に接続するためのボンディングワイヤ１５９が、接着部１５７の外側に接続されている。さらに、センサチップ１５６上にある有効画素領域に沿って接着部１５７が配置されている。また、センサチップ１５６の平面寸法より小さい平面寸法の光透過性基板１５５とセンサチップ１５６とが、接着部１５７を介して接着されている。
【００３７】
平面寸法の小さい光透過性基板１５５を用いてセンサチップ１５６上にある有効画素領域を封止することができるため、光透過性基板１５５が、配線したボンディングワイヤ１５９に干渉されない。したがって、センサチップ１５６の近傍に光透過性基板１５５を配置し得る。
【００３８】
つまり、ボンディングワイヤ１５９と他の部材との接触を回避するための空間が不要になる。上記空間を設ける必要がなくなった分だけ、固体撮像装置１５１の小型化及び薄型化が可能である。結果として、撮影装置全体の小型化及び薄型化が容易である。
【特許文献１】特開平１１−９７６５９（平成１１年４月９日公開）
【特許文献２】特開２００５−２３４０３８（平成１７年９月２日公開）
【特許文献３】特開２００４−２９６４５３（平成１６年１０月２１日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
しかしながら、上記従来の特許文献１及び特許文献２の固体撮像装置を撮影装置に適用した場合、以下のような問題が生じる。
【００４０】
すなわち、特許文献１及び特許文献２の固体撮像装置において、レンズが形成された保護部材（保護ガラス１１５又は誘電体多層膜フィルタ１３１）は、ユニットケースを覆っている。上記保護部材を固体撮像素子と平行になるように取り付けなければ、固体撮像素子に入射する光束の中心軸と上記レンズの中心軸とが一致せず、大きな角度を有する（傾いた）状態になる。２つの中心軸間の角度ずれは固体撮像素子に入射する光の収差を拡大させるため、形成された画像の歪みやぼやけの原因になる。
【００４１】
上記保護部材を正確に取り付けるには、ユニットケースの形状が高精度に形成されていることが重要であるが、ユニットケースの形状を高精度化するには、製造工程におけるコストアップを避けることができない。
【００４２】
また、特許文献２の誘電体多層膜フィルタ１３１の製造方法においては、光透過性基板１３４の一面又は両面に誘電体多層膜１３３を形成した後、樹脂製集束レンズ１３２を形成することが記載されている。
【００４３】
通常、誘電体多層膜１３３は４０層〜５０層の多層膜から構成されているため、光透過性基板１３４の一面のみに誘電体多層膜１３３を形成した場合、誘電体多層膜１３３の膜応力によって光透過性基板１３４に反りが生じる。反りが生じたままの光透過性基板１３４上に樹脂製集束レンズを形成すると、光透過性基板１３４の反りが樹脂製集束レンズに伝わり、特に樹脂製集束レンズの周辺部が変形する。樹脂製集束レンズが変形すると、光の入射角を適切に補正することができなくなるので、樹脂製集束レンズの変形は製品の良品率を大きく低下させる。
【００４４】
例えば、樹脂製集束レンズの形成前に、誘電体多層膜１３３を形成した光透過性基板１３４をダイシングによって小片化すれば、上記膜応力を開放（無視できる程度にまで軽減）することができる。しかし、先にダイシングを行うと、製造工程の簡略化及び低コスト化を実現することができなくなる。
【００４５】
また、光透過性基板１３４の両面に誘電体多層膜１３３を形成した場合、両面に形成された誘電体多層膜１３３の膜応力が互いに打ち消しあってくれるので、樹脂製集束レンズの形成後にダイシングを行ってもよい。しかし、光透過性基板１３４の、固体撮像素子であるセンサチップ１３５と対向する面に誘電体多層膜１３３を形成すると、以下のような問題が生じる。
【００４６】
誘電体多層膜１３３は、赤外線を反射する機能には影響しない程度のひび割れを無数に有している。誘電体多層膜１３３は温度変化に影響を受け易いので、製造工程や実装後における装置の駆動によって生じる温度変化に伴って、上記ひび割れが拡大する可能性がある。ひび割れの拡大（複数のひび割れが繋がること）によって、赤外線を反射する機能には殆ど影響しない程度の膜の微小剥離が生じる。誘電体多層膜１３３の微小剥離を起こした小片が有効画素領域上に付着すると、画像にしみを形成してしまう。
【００４７】
すなわち、光透過性基板１３４の両面に誘電体多層膜１３３を形成した場合、固体撮像装置の良品率及び長期的な信頼性が低下する。さらに、光透過性基板１３４の両面に誘電体多層膜１３３を形成すると、当然のことながら、固体撮像装置の小型化及び薄型化の妨げになる。
【００４８】
ここで、特許文献３の固体撮像装置１５１（図１４参照）に特許文献１又は特許文献２に記載の技術を適用すると、ユニットケース作製による作業の煩雑さやコストアップ、及び誘電体多層膜の微小剥離を解決すると同時に、固体撮像装置の小型化及び薄型化を達成し得る。
【００４９】
すなわち、特許文献１及び特許文献２の問題は、以下の（１）〜（３）の理由によって解決し得る。
（１）光透過性基板を有効画素領域のサイズよりも若干大きくするだけでよいので、ボンディングワイヤと他の部材との接触を回避するための空間が不要になる。
（２）上面にレンズが形成された光透過性基板と固体撮像素子とが非常に薄い接着部を介して固定されているので、入射光の中心軸とレンズの中心軸とが大きく傾くことがない。
（３）小片化された光透過性基板を用いているので、誘電体多層膜の膜応力によるレンズの変形が起こらない。
【００５０】
ここで、特許文献３の固体撮像装置１５１（図１４参照）に特許文献１又は特許文献２に記載の技術を適用することを考えると、図１５（ａ）に示す固体撮像装置１５１’を有する撮影装置１５０’となる。
【００５１】
すなわち、図１５（ａ）に示すように、固体撮像装置１５１’は、光透過性基板１５５を覆う樹脂製レンズ１５５ａを備えている。
【００５２】
上記樹脂製レンズ１５５ａは、光透過性基板１５５と同じ表面形状を有しており、センサチップ１５６の有効画素領域と殆ど同じ表面形状を有している。樹脂製レンズ１５５ａ及び光透過性基板１５５の側壁は、平らな面を形成している。樹脂製レンズ１５５ａ及び光透過性基板１５５の側壁が平らな面を形成しているのは、樹脂製レンズ１５５ａ及び光透過性基板１５５が、ダイシングによって個片化されているためである。
【００５３】
この構成により、固体撮像装置１５１’は、製造コストの削減、及び光透過性基板１５５の反りの抑制を達成し得る。
【００５４】
しかしながら、樹脂製レンズ１５５ａの端部が平坦な側壁を有しているため、該側壁において光が反射され、上記有効画素領域上に迷光として入射する。すなわち、図１５（ｂ）に示すように、樹脂製レンズ１５５ａの端部付近に入射する光１７０は、樹脂製レンズ１５５ａの凸面において屈折された屈折光１７０ａとして樹脂製レンズ１５５ａに入射する。ここで、樹脂製レンズ１５５ａの端部付近は、製造上、上記有効画素領域の真上からわずかに外側へはみ出している。このため、屈折光１７０ａは、樹脂製レンズ１５５ａの端部の上記側壁及び封止樹脂１４８から露出した光透過性基板１５５の側壁において反射した反射光１７０ｂになる。この反射光１７０ｂは、上記有効画素領域上に画像の形成に不要な光として入射する。この結果、固体撮像装置１５１’を用いて形成された画像の画質が低下するという問題点を有している。
【００５５】
ここで、上述のように、固体撮像装置１５１’において、封止樹脂１５８から光透過性基板１５５の側壁の一部が露出している。これは、封止樹脂１５８が光透過性基板１５５の上面に浸入しないようにするためである。
【００５６】
センサチップ１５６及び光透過性基板１５５等を樹脂封止する際、過剰量の流動性を有する封止樹脂１５８を充填すると、光透過性基板１５５の上面に封止樹脂１５８が浸入し易くなる。したがって、流動性を有する封止樹脂１５８は、センサチップ１５６及び光透過性基板１５５等の封止に必要な量よりも少なめに充填される。
【００５７】
この結果、封止樹脂１５８から光透過性基板１５５の側壁の一部が露出する。通常、光透過性基板１５５の側壁の内、光透過性基板１５５の上面から高さ５０〜１００μｍ程度の部分が、封止樹脂１５８から露出している。
【００５８】
以上のように、特許文献３の固体撮像装置１５１に樹脂製レンズ１５５ａを形成すると、光透過性基板１５５の側壁及び樹脂製レンズ１５５ａの端部の側壁における光の反射に伴い、有効画素領域へ入射する迷光が増加する。特に、封止樹脂１５８を備えてない固体撮像装置においては、光透過性基板１５５の側壁の全面が光の反射面として機能するので、有効画素領域へ入射する迷光がさらに増加する。
【００５９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、固体撮像素子の周辺部への入射光が暗くなることを抑制し、かつ固体撮像素子の有効画素領域へ入射する迷光を抑制し、さらに、高い信頼性を得ることができる固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及びその固体撮像装置を備えた撮影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００６０】
本発明の固体撮像装置は、上記課題を解決するために、有効画素領域が形成された固体撮像素子と、上記固体撮像素子の有効画素領域と対向するように配置された透明板と、上記固体撮像素子の一部、及び上記透明板の側壁を封止する封止樹脂と、透明な樹脂から構成された光学素子とを備え、上記光学素子は、上記透明板上に形成され、かつ該光学素子の光軸方向から見たときに、該光学素子の外周は該透明板の外周よりも光軸中心側に形成されていることを特徴としている。
【００６１】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、上記課題を解決するために、固体撮像素子の有効画素領域と対向するように、かつ該固体撮像素子の平面形状の内側に存在するように透明板を配設する第１の工程と、上記固体撮像素子の一部、及び上記透明板の側壁を封止樹脂により封止する第２の工程と、上記透明板上に透明な樹脂から構成された光学素子を形成する第３の工程とを含み、上記第３の工程において上記光学素子と上記封止樹脂とは接しないことを特徴としている。
【００６２】
上記の発明によれば、光学素子は、透明板上に形成され、かつ該光学素子の光軸方向から見たときに、該光学素子の外周は該透明板の外周よりも光軸中心側に形成されている。
【００６３】
したがって、光学素子が透明板上に形成されているので、固体撮像素子の周辺部への入射光が暗くなることを抑制することができる。
【００６４】
また、光学素子は、透明板と同じ外周の側壁を有していないので、固体撮像素子の有効画素領域へ入射する迷光を抑制することができる。
【００６５】
また、例えば、光学素子を流動体の樹脂にて硬化させて形成する場合、光学素子成形時には、成形型に該樹脂を充填し、成形型と透明板とを接触させて硬化させる。その際、本発明では、光学素子は透明板上に形成され、封止樹脂上には形成されない。したがって、透明板上面と封止樹脂上面との段差部に樹脂が接触するということがなく、これによって、該段差から樹脂が漏れ出して所望の光学素子形状を得ることができないということがない。
【００６６】
さらに、樹脂は、成形型と透明板とで密閉され大気に触れることがない。これにより、例えば、酸素による硬化阻害が起きる樹脂を選択することができ、自由度のある設計を行うことができる。この結果、信頼性のある高性能な固体撮像装置の製造方法を提供することができる。
【００６７】
また、封止樹脂と光学素子とが接しないことにより、光学素子が封止樹脂から剥がることがない点において、高い信頼性及び耐環境性能を持った固体撮像装置とすることができる。
【００６８】
したがって、固体撮像素子の周辺部への入射光が暗くなることを抑制し、かつ固体撮像素子の有効画素領域へ入射する迷光を抑制し、さらに、高い信頼性を得ることができる固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法を提供することができる。
【００６９】
本発明の固体撮像装置では、前記光学素子は、該光学素子の光軸方向から見たときに、該光学素子の外周が前記固体撮像素子の有効画素領域の外側になるように形成されていることが好ましい。
【００７０】
これにより、光学素子は、固体撮像素子の有効画素領域の全面を覆っている。この結果、光学素子においても、上記有効画素領域の対応平面領域の外周部に入射した光を屈折させて、光の角度が直角に近づくように補正することができる。したがって、固体撮像素子の周辺部への入射光が暗くなることを確実に抑制することができる。
【００７１】
また、本発明の固体撮像装置では、前記透明板は、前記固体撮像素子の平面形状の内側に存在するように配設されていることが好ましい。
【００７２】
これにより、透明板の面積を固体撮像素子の面積よりも小さくすることによって、固体撮像装置もそれに応じて小さくなり、結果的に、この固体撮像装置を備える撮像装置も小型のものを提供することができる。
【００７３】
また、本発明の固体撮像装置では、前記光学素子は、該光学素子の光軸方向から見たときに、該光学素子の外周が曲線で形成されているとすることができる。
【００７４】
これにより、例えば、光学素子を流動体の樹脂にて硬化させて形成する場合、光学素子の形成時に使用する成形型の内形は、急激な変曲点が存在せず連続しているため、切削時に欠けが生じ難く、容易に作製が可能である。したがって、成形型の作製において、低コストを図り得る固体撮像装置を提供することができる。
【００７５】
また、本発明の固体撮像装置では、前記光学素子は、該光学素子の光軸方向から見たときに、該光学素子の外周が１つ以上の直線を含んで形成されているとすることができる。
【００７６】
これにより、光学素子の外周として曲線よりも直線を用いることによって、光学素子中心の認識が容易となり、光学素子の形成時及び検査時に、撮像装置との位置調整用のマーカーとして機能することが可能となり、短時間で高精度な位置調整を行った低コスト、かつ高性能の固体撮像装置を提供することができる。
【００７７】
また、本発明の固体撮像装置では、前記光学素子は、該光学素子の光軸方向から見たときに、該光学素子の外周が曲線と１つ以上の直線とで形成されているとすることができる。
【００７８】
これにより、一般的に長方形である固体撮像素子の有効画素領域と、その有効画素領域よりも少し広めの長方形である透明板との間に、光学素子の外形を形成することができる。したがって、固体撮像素子の有効画素領域と同等程度の大きさの透明板を採用することができ、小型の固体撮像装置を提供することができる。
【００７９】
また、本発明の固体撮像装置では、前記光学素子は、前記固体撮像素子の有効画素領域内に形成された有効領域と、それ以外の非有効領域とからなり、上記光学素子の有効領域は、撮像系における有効光束を屈折させて上記固体撮像素子の有効画素領域に導く一方、上記光学素子の非有効領域は、有効光束に関与しないように形成されていることが好ましい。
【００８０】
これにより、光学素子の非有効領域を通過した光束は撮像に関係しない構成となり、非有効領域の光学素子形状を任意の形状に設計することができる。したがって、例えば、成形型から光学素子が離型し易い構造等、成形型の成形が容易になり、高スループットで低コストの固体撮像装置を提供することができる。
【００８１】
また、本発明の固体撮像装置では、前記光学素子は、前記有効領域の断面形状と前記非有効領域の断面形状との間に変曲点を有して互いに異なる曲率又は勾配を有すると共に、該非有効領域において前記透明板面と交わっているとすることができる。
【００８２】
これにより、光学素子の非有効領域における形状を自由に設定できるので、成形型及び光学素子設計の簡略化を図ることができ、短期間で固体撮像装置を提供することができる。
【００８３】
また、本発明の固体撮像装置では、前記光学素子は、前記非有効領域の断面形状において、前記透明板面を接線とする円の一部を、形状の一部としているとすることができる。
【００８４】
これにより、光学素子の非有効領域の断面形状を部分的に透明板面を接線とする円に変更することによって、光学素子の外形が透明板内に収まることが可能になると共に、徐々に端部の光学素子厚みが減少する形状となるため、離型時に端部に応力が集中せず、離型が容易になる。この結果、高スループットで低コストの固体撮像装置を提供することができる。
【００８５】
また、本発明の固体撮像装置では、前記光学素子は、前記非有効領域の断面形状において、該光学素子から前記固体撮像素子に近づくに伴って該光学素子の光軸から遠ざかる方向の直線を、形状の一部としているとすることができる。
【００８６】
これにより、光学素子の非有効領域の断面形状を途中から直線に変更することによって、光学素子の外形が透明板内に収まることが可能になると共に、断面形状におけるその直線と光学素子の曲線との境界を、光学素子の形成時及び検査時に、撮像装置との位置調整用のマーカーとして機能させることができる。この結果、短時間で高精度な位置調整を行った低コストかつ高性能の固体撮像装置を提供することができる。
【００８７】
また、本発明の固体撮像装置では、前記透明板における前記光学素子側の表面には、シランカップリング剤が付与されていることが好ましい。
【００８８】
これにより、シランカップリング剤によって、例えば、無機材料である透明板と有機材料である光学素子との接着力を向上させ、耐環境性能の高い固体撮像装置を提供することができる。
【００８９】
また、本発明の固体撮像装置では、前記透明板の前記光学素子側には、赤外波長カット膜が設けられていることが好ましい。
【００９０】
これにより、固体撮像装置が、近赤外線を電気信号に変換し、解像度の低下や画像のムラ等画質の劣化を引き起こすということがなくなる。
【００９１】
また、本発明の固体撮像装置では、前記赤外波長カット膜と前記光学素子との間には、シランカップリング剤が付与されていることが好ましい。
【００９２】
これにより、シランカップリング剤により、無機材料である赤外波長カット膜と有機材料である光学素子との接着力を向上させ、耐環境性能の高い固体撮像装置を提供することができる。
【００９３】
また、本発明の固体撮像装置では、前記光学素子は、−６０℃〜２７０℃の温度条件において、８０％以上の可視光の透過率を有していることが好ましい。
【００９４】
これにより、光学素子を実装したまま、固体撮像装置におけるその外部接続端子とＦＰＣ等の基板上の配線とをリフロー処理によって半田を熔解及び凝固させて、固体撮像装置を基板に実装することができる。したがって、製造工程が簡略化されるので、低コストの固体撮像装置を提供することができる。
【００９５】
本発明の撮影装置は、上記課題を解決するために、上記記載の固体撮像装置を備えていることを特徴としている。
【００９６】
これにより、固体撮像素子の周辺部への入射光が暗くなることを抑制し、かつ固体撮像素子の有効画素領域へ入射する迷光を抑制し、さらに、高い信頼性を得ることができる固体撮像装置を備えた撮影装置を提供することができる。
【００９７】
本発明の固体撮像装置の製造方法では、前記第３の工程は、流動性を有するエネルギー硬化性樹脂を成形型に充填する第１の処理と、光エネルギー又は熱エネルギーの付与によって上記エネルギー硬化性樹脂を硬化する第２の処理とを含むことが好ましい。
【００９８】
これにより、エネルギー硬化性樹脂を充填した成形型を用いて光学素子を形成することができる。このため、所望の形状を有する光学素子の、例えば、パワーを有する非球面レンズ、フレネル形状を有するレンズ及び微細なレリーフ形状が施された回折レンズ等の凸面を容易に形成することができる。
【００９９】
本発明の固体撮像装置の製造方法では、前記第２の処理を、透明な成形型を用いて前記光学素子を形成すべき位置を確認しながら行うことが好ましい。
【０１００】
これにより、成形型に充填されるエネルギー硬化性樹脂と成形型とが透明であるため、エネルギー硬化性樹脂を充填した透明な成形型を通して、固体撮像装置が有する有効画素領域の中心を視認することができる。つまり、例えばカメラ等を用いて位置の確認を行いながら、透明板上の所望の位置に光学素子を形成することが可能となる。このため、有効画素領域の中心の真上に光学素子の中心を機械的に正確に配置することができる。
【０１０１】
したがって、固体撮像装置の生産歩留まりを向上させることができる。
【発明の効果】
【０１０２】
本発明の固体撮像装置は、以上のように、有効画素領域が形成された固体撮像素子と、上記固体撮像素子の有効画素領域と対向するように配置された透明板と、上記固体撮像素子の一部、及び上記透明板の側壁を封止する封止樹脂と、透明な樹脂から構成された光学素子とを備え、上記光学素子は、上記透明板上に形成され、かつ該光学素子の光軸方向から見たときに、該光学素子の外周は該透明板の外周よりも光軸中心側に形成されているものである。
【０１０３】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、以上のように、固体撮像素子の有効画素領域と対向するように、かつ該固体撮像素子の平面形状の内側に存在するように透明板を配設する第１の工程と、上記固体撮像素子の一部、及び上記透明板の側壁を封止樹脂により封止する第２の工程と、上記透明板上に透明な樹脂から構成された光学素子を形成する第３の工程とを含み、上記第３の工程において上記光学素子と上記封止樹脂とは接しない方法である。
【０１０４】
また、本発明の撮影装置は、以上のように、上記記載の固体撮像装置を備えているものである。
【０１０５】
それゆえ、固体撮像素子の周辺部への入射光が暗くなることを抑制し、かつ固体撮像素子の有効画素領域へ入射する迷光を抑制し、さらに、高い信頼性を得ることができる固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及びその固体撮像装置を備えた撮影装置を提供するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０６】
〔参考形態〕
図１４に示す前記特許文献３の固体撮像装置１５１に樹脂性レンズを適用するに当たり、本願発明者らは、先の出願（特願２００７−０９４９８５）において、以下の技術を提案している。
【０１０７】
本願は、上記先の出願の問題を解決するものとなっている。したがって、本発明の一実施形態について説明する前に、該先の出願の技術及びその課題について説明する。
【０１０８】
最初に、先の出願で開示した固体撮像装置８０の構成及び製造方法について説明する。図８（ａ）は、固体撮像装置８０の構成を示す平面図であり、図８（ｂ）は、固体撮像装置８０の構成を示す、Ｘ−Ｘ’における断面図であり、図８（ｃ）は、固体撮像装置８０の構成を示す、Ｙ−Ｙ’における断面図である。また、図９（ａ）は、固体撮像装置８０の製造工程の内、一工程を説明するための図８（ａ）のＸ−Ｘ’における断面図であり、図９（ｂ）は、固体撮像装置８０の製造工程の内、一工程を説明するための図８（ａ）のＹ−Ｙ’における断面図であり、図９（ｃ）は、図９（ｂ）のレンズ端部８３ａ付近を拡大した断面図である。
【０１０９】
固体撮像装置８０は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、下部に外部接続端子８９が形成されたセンサ基板８１、このセンサ基板８１上に形成された固体撮像素子であるセンサチップ８２、このセンサチップ８２の有効画素領域９１と対向するように配置された透明板であるガラス板８４、上記センサチップ８２とガラス板８４とを平行に保持するスペーサ８６、センサ基板８１の一部、センサチップ８２の一部、ガラス板８４の側壁及びスペーサ９６の側壁を封止する封止樹脂８５、並びにガラス板８４を覆う光学素子である樹脂製のレンズ８３を備えている。
【０１１０】
有効画素領域９１は、スペーサ８６に挟まれたセンサチップ８２上の領域に形成されている。レンズ８３は、紫外線の照射によって硬化する光硬化性樹脂８３’を成形型に充填し、紫外線照射によって硬化させたものである。
【０１１１】
センサチップ８２の有効画素領域９１、ガラス板８４及びスペーサ８６に囲まれた空間は、密閉された空気層８７を形成している。ガラス板８４は、空気層８７への湿気、塵及び埃等の侵入、並びに製造工程において有効画素領域９１に他の部材や製造装置の部品等が接触することによって生じる有効画素領域９１の破損等から有効画素領域９１を保護している。スペーサ８６は、センサチップ８２とガラス板８４とに挟まれた熱硬化性樹脂を熱硬化させることによって形成する。このため、空気層８７は完全に密閉されている。
【０１１２】
また、センサチップ８２とセンサ基板８１とは、ボンディングワイヤ８８によって電気的に接続されている。すなわち、センサチップ８２は、ボンディングワイヤ８８、センサ基板８１及び外部接続端子８９を介して、外部へ電気信号を出力することができる。ボンディングワイヤ８８も封止樹脂８５によって封止されており、封止樹脂８５は、ボンディングワイヤ８８同士の接触や、ボンディングワイヤ８８の断線等を防止している。
【０１１３】
封止樹脂８５は、センサ基板８１、センサチップ８２、ガラス板８４、スペーサ８６、及びボンディングワイヤ８８を組み立てた後、その周りに流し込むようにして成形される。その際、ガラス板８４の上面（図８（ｂ）に示す上方）への回り込みを防ぐために、封止樹脂８５の上面はガラス板８４の上面よりも下方に形成される。
【０１１４】
ここで、ボンディングワイヤ８８は、センサチップ８２のスペーサ８６が形成された領域よりも外側に接続されている。このため、ガラス板８４は、有効画素領域９１を覆うことができるだけの平面寸法（サイズ）を有していれば、有効画素領域９１を保護することができる。
【０１１５】
また、空気層８７内部にボンディングワイヤ８８を配置する必要がないので、空気層８７を形成するスペーサ８６の高さはガラス板８４が有効画素領域９１に接触しない程度であればよい。すなわち、ボンディングワイヤ８８を空気層８７内部に配置する必要がないので、固体撮像装置８０の小型化及び薄型化（低背化）することができる。
【０１１６】
さらに、固体撮像装置８０の小型化を行うには、ガラス板８４は有効画素領域９１と同等の平面寸法（サイズ）である必要がある。ガラス板８４が必要以上に大きいと、ボンディングワイヤ８８と接触することになり、センサチップ８２及びセンサ基板８１を大型化し、接触を回避する設計が必要となる。結果的には、固体撮像装置８０が大型化してしまうため、ガラス板８４は有効画素領域９１と同等の平面寸法であることが好ましい。
【０１１７】
ガラス板８４上に形成されたレンズ８３は、凸レンズ状に形成されているので、レンズ８３に入射した光を屈折させることによって、該光の角度が直角に近づくように補正することができる。光の入射する位置が、有効画素領域９１の中心から離れるほど、その光の角度は垂直から離れる。有効画素領域９１が入射光を認識し、電気信号に変換する効率は、入射光の角度が直角から離れるほど低くなるため、上記補正が必要になる。このため、レンズ８３は、有効画素領域９１の外周部における光の入射効率を高めるためには、有効画素領域９１の全面を覆っている必要がある。
【０１１８】
ここで、ガラス板８４は、有効画素領域９１と同等の平面寸法であるためレンズ８３を形成すると、図８（ａ）（ｃ）に示すように、レンズ８３はガラス板８４からはみ出て、封止樹脂８５上にも形成される。
【０１１９】
後述するが、レンズ８３を傾けずにガラス板８４上に形成するためには、レンズ成形型がガラス板８４と接触する必要がある。そこで、ガラス板８４に、露出した露出領域８４ａを設けている。
【０１２０】
以上の構成から、図８（ｃ）に示すように、ガラス板８４の対角方向Ｘ−Ｘ’線の断面図では、レンズ８３はガラス板８４上に形成され、図８（ｂ）に示すように、Ｙ−Ｙ’線の断面図では、レンズ８３はガラス板８４及び封止樹脂８５の上に形成される。
【０１２１】
上記樹脂製のレンズ８３を製造する方法について、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて説明する。
【０１２２】
レンズ８３は、紫外線照射によって硬化する光硬化性樹脂８３’から構成されている。レンズ８３は、光硬化性樹脂８３’を成形型９２の窪みに充填し、成形型９２の平坦部をガラス板８４に接触させた状態で紫外線を照射することによって形成されている。
【０１２３】
図８（ａ）に示すガラス板８４の対角方向Ｘ−Ｘ’では、図９（ａ）に示すように、成形型９２をガラス板８４に接触させることによって、成形型９２とガラス板８４との距離の調整を行うと共に、相互傾きを低減することができる。これにより、レンズ８３とガラス板８４との調整を行うことが可能となる。
【０１２４】
図８（ａ）に示すガラス板８４のＹ−Ｙ’では、図９（ｂ）に示すように、ガラス板８４が成形型９２の窪みよりも小さいため、レンズ８３は封止樹脂８５に形成される。
【０１２５】
上記封止樹脂８５の上に形成されたレンズ端部８３ａの拡大図を、図９（ｃ）に示す。成形型９２の平坦面とガラス板８４とは、上述の通り、一致している。ここで、ガラス板８４の上面と封止樹脂８５の上面との間にはギャップＧがあり、成形型９２の平坦面と封止樹脂８５とは接触していない。
【０１２６】
しかしながら、上記構成の固体撮像装置８０においては、以下の課題を有している。
【０１２７】
まず、光硬化性樹脂８３’は、硬化前は流動体であるので、該光硬化性樹脂８３’は、成形型９２及びガラス板８４への接触時に、毛細管力及び光硬化性樹脂８３’にかかる重力によって成形型９２の窪みからギャップＧを通して流れ出る。この現象により、レンズ８３形成に必要な樹脂量を確保することができなくなり、レンズ８３の一部に窪み及び気泡が発生し、所望のレンズ形状を得ることができないという課題を生ずる。
【０１２８】
次に、光硬化性樹脂には、シリコーン樹脂等、酸素による硬化阻害により、大気中（酸素雰囲気中）では硬化しない樹脂が多くある。本構成では、ギャップＧにおいて硬化前の光硬化性樹脂８３’が大気と接触するため、ギャップＧ付近の光硬化性樹脂８３’が硬化しないといった課題を生じる。また、酸素による効果阻害のない光硬化性樹脂に選択肢を制限され、自由度のある設計を行うことができないといった課題を同時に生じる。
【０１２９】
一方、上述のように、レンズ端部８３ａが封止樹脂８５の一部と接着しているが、レンズ８３と封止樹脂８５との接着力は小さい。これは以下の２つの理由による。
（１）封止樹脂８５が図示しない金型を用いて圧縮形成された後にレンズ８３が形成されるため、レンズ８３の形成時に封止樹脂８５が化学的に活性を有していない。
（２）封止樹脂８５の成形終了後に、封止樹脂８５とそれを形成するための金型とが剥がれ易くなるように、封止樹脂８５表面には離型剤が付着している。さらに、レンズ８３と封止樹脂８５とは、異なる樹脂から構成されているので、熱膨張係数が異なる。
【０１３０】
したがって、レンズ８３を封止樹脂８５上に形成すれば、固体撮像装置８０の実装工程における加熱冷却処理や固体撮像装置８０を内蔵した製品を使用する環境温度の変化によって、レンズ端部８３ａが封止樹脂８５から剥離する。
【０１３１】
この結果、レンズ端部８３ａが封止樹脂８５から剥離することによって、レンズ８３が変形し、所望の光学特性を得ることができないといった課題を生じる。また、封止樹脂８５とレンズ端部８３ａの樹脂との接着性が悪いため、該箇所でレンズ端部８３ａの樹脂が金型へ付着し、金型の洗浄が必要となる。
【０１３２】
このように、固体撮像装置８０においては、種々の課題が残されている。
【０１３３】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１３４】
本実施の形態の固体撮像装置は、前記参考形態に記載の固体撮像装置８０の課題を解決するものとなっている。
【０１３５】
本実施の形態の固体撮像装置１０の構成及び形成方法について、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図２（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて以下に説明する。図１（ａ）は、固体撮像装置１０の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は、固体撮像装置１０の構成を示す、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図であり、図１（ｃ）は、固体撮像装置１０の製造工程の内、一工程を説明するための図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。また、図２（ａ）は、図１（ａ）に示す固体撮像装置１０のレンズ３のレンズ角端部３ａ付近を拡大した断面図であり、図２（ｂ）（ｃ）は、図１（ａ）に示す固体撮像装置１０のレンズ３のレンズ角端部３ａ付近を拡大した断面図である。
【０１３６】
本実施の形態の固体撮像装置１０は、図１（ｂ）に示すように、下部に外部接続端子９が形成されたセンサ基板１、このセンサ基板１上に形成された固体撮像素子としてのセンサチップ２、このセンサチップ２の有効画素領域１１と対向するように配置されたガラス板等の透明板としての透明基板４、上記センサチップ２と透明基板４とを平行に保持するスペーサ６、センサ基板１の一部、センサチップ２の一部、透明基板４の側壁及びスペーサ６の側壁を封止する封止樹脂５、並びに透明基板４を覆う樹脂製の光学素子としてのレンズ３を備えている。
【０１３７】
上記センサチップ２の有効画素領域１１は、スペーサ６に挟まれたセンサチップ２上の領域に形成されている。レンズ３は、紫外線の照射によって硬化する光硬化性樹脂３’を後述する成形型２２に充填し、紫外線照射によって硬化させたものである。
【０１３８】
センサチップ２の有効画素領域１１、透明基板４及びスペーサ６に囲まれた空間は、密閉された空気層７を形成している。透明基板４は、空気層７への湿気、塵及び埃等の侵入、並びに製造工程において有効画素領域１１に他の部材や製造装置の部品等が接触することによって生じる有効画素領域１１の破損等から有効画素領域１１を保護している。スペーサ６は、センサチップ２と透明基板４とに挟まれた熱硬化性樹脂を熱硬化させることによって形成する。このため、空気層７は完全に密閉されている。
【０１３９】
上記センサチップ２とセンサ基板１とは、ボンディングワイヤ８によって電気的に接続されている。すなわち、センサチップ２は、ボンディングワイヤ８、センサ基板１及び外部接続端子９を介して、外部へ電気信号を出力することができる。ボンディングワイヤ８も封止樹脂５によって封止されており、封止樹脂５は、ボンディングワイヤ８同士の接触や、ボンディングワイヤ８の断線等を防止している。
【０１４０】
ここで、ボンディングワイヤ８は、センサチップ２のスペーサ６が形成された領域よりも外側に接続されている。このため、透明基板４は、有効画素領域１１を覆うことができるだけの平面寸法（サイズ）を有していれば、有効画素領域１１を保護することができる。
【０１４１】
さらに、空気層７内部にボンディングワイヤ８を配置する必要がないので、空気層７を形成するスペーサ６の高さは透明基板４が有効画素領域１１に接触しない程度であればよい。すなわち、ボンディングワイヤ８を空気層７内部に配置する必要がないので、固体撮像装置１０の小型化及び薄型化（低背化）することができる。
【０１４２】
透明基板４上に形成されたレンズ３は、凸レンズ状に形成されているので、レンズ３に入射した光を屈折させることによって、該光の角度が直角に近づくように補正することができる。光の入射する位置が、有効画素領域１１の中心から離れるほど、その光の角度は垂直から離れる。有効画素領域１１が入射光を認識し、電気信号に変換する効率は、入射光の角度が直角から離れるほど低くなるため、上記補正が必要になる。このため、レンズ３は、有効画素領域１１の外周部における光の入射効率を高めるためには、有効画素領域１１の全面を覆っている必要がある。
【０１４３】
次に、本実施の形態の固体撮像装置１０の主たる特徴点について、図１（ａ）を用いて以下に説明する。
【０１４４】
本実施の形態の固体撮像装置１０は、図１（ａ）に示すように、固体撮像装置１０の側面及び上面の一部を覆う封止樹脂５、封止樹脂５に取り囲まれた透明基板４、この透明基板４上に形成された樹脂製のレンズ３、及びレンズ３と透明基板４とを透過した光が入射する前記センサチップ２の有効画素領域１１を備えている。
【０１４５】
上記有効画素領域１１は、対向する１組の辺が長さＷ１を有し、かつ他の１組の辺が長さＷ２を有している。透明基板４の上面は、対向する１組の辺が長さＷ３を有し、かつ他の１組の辺が長さＷ４を有している。長さＷ１と長さＷ３との差は、又は長さＷ２と長さＷ４との差は、スペーサ６の幅に等しい。つまり、透明基板４の上面のサイズ（Ｗ３×Ｗ４）は、有効画素領域１１のサイズ（Ｗ１×Ｗ２）にスペーサ６上面のサイズを加えたものであり、上述のように、透明基板４の上面のサイズと有効画素領域１１のサイズは同等程度であり、詳しくは透明基板４の上面のサイズは有効画素領域１１のサイズよりもスペーサ６の分だけ大きい。また、透明基板４はボンディングワイヤ８に接触しない必要があるため、該センサ基板１のサイズよりも小さい。
【０１４６】
透明基板４の上面のサイズ（Ｗ３×Ｗ４）と有効画素領域１１のサイズ（Ｗ１×Ｗ２）とは殆ど変わらないので、有効画素領域１１の全体を覆うようにレンズ３を形成すると、円形状のレンズではレンズ外周部が透明基板４からはみ出す。ここで、レンズ３が透明基板４の上面を全て覆っている必要はなく、有効画素領域１１上にあればよい。
【０１４７】
また、光硬化性樹脂３’が成形時に封止樹脂５上に存在すると、前記参考形態で述べた固体撮像装置８０のように、いくつかの課題が生じる。
【０１４８】
そこで、本実施の形態の固体撮像装置１０では、レンズ３は有効画素領域１１上を覆っており、かつ封止樹脂５上にかかることなく、透明基板４の外形部よりも内側で形成されることとしている。換言すると、図１（ａ）に示すように、レンズ３の外形が有効画素領域１１の外側かつ透明基板４の外形よりも内側に形成されるようにしている。
【０１４９】
本実施の形態においては、レンズ３は、紫外線照射によって硬化する光硬化性樹脂３’から構成されている。ここで、レンズ３は、図１（ｃ）に示すように、光硬化性樹脂３’を成形型２２の窪みに充填し、成形型２２の平坦部を透明基板４に接触させた状態で紫外線を照射することによって形成されている。
【０１５０】
上記レンズ３は、固体撮像装置１０に入射する光の角度を直角に近づくように補正するためのものであり、レンズ３の中心を透過する光が有効画素領域１１へ直角に入射するように形成される必要がある。入射光の角度の補正を適切に行えるようにレンズ３を形成するためには、成形型２２の平坦部２２ａ（図１（ｃ）の破線で囲んだ箇所）を有効画素領域１１と平行な面に接触させる必要がある。
【０１５１】
本実施の形態では、透明基板４は、有効画素領域１１と対向するようにスペーサ６を介してセンサチップ２に接着されている。透明基板４が平行平面状であること、及びスペーサ６が均一な厚さを有する非常に薄い構成であることから、透明基板４の上面は有効画素領域１１と平行である。
【０１５２】
また、本実施の形態では、レンズ３は、成形型２２の平坦部が有効画素領域１１と平行な透明基板４の上面に接触した状態で形成されているため、レンズ３の中心を透過する光を正確に有効画素領域１１に対して直角に入射させることができる。つまり、透明基板４にレンズ３からの露出部を有しているため、レンズ３の取り付け精度を高めることができる。
【０１５３】
一般的に、透明基板４の上面の形状が、長さＷ４が長さＷ３よりも僅かに長い長方形を有している。同様に、有効画素領域１１の形状は、長さＷ２が長さＷ１よりも僅かに長い長方形を有している。尚、本実施の形態において、有効画素領域１１（透明基板４上面）が長方形を有する固体撮像装置１０について説明しているが、必要に応じて、有効画素領域１１（透明基板４上面）の形状を適宜変更すればよい。
【０１５４】
ここで、図２（ａ）を用いて、図１（ａ）に示すレンズ３のレンズ角端部３ａの構成を説明する。
【０１５５】
本実施の形態では、レンズ３は有効画素領域１１の対角間距離が光学有効径として設計されている。すなわち、レンズ３は、有効画素領域１１の中心を光学中心とし、直径を有効画素領域１１の対角間距離として、外形を円形状にして設計される。なお、レンズ外形は、円に限らず、楕円でもよい。
【０１５６】
上記レンズ３は凸レンズ形状であるため、図１（ａ）におけるＡ−Ａ’線で示す透明基板４の対角方向においては、図２（ａ）に示すように、レンズ稜線は有効径外側近傍で透明基板４と交わる。
【０１５７】
次に、図２（ｂ）を用いて、図１（ａ）に示すレンズ３のレンズ辺端部３ｂの構成を説明する。
【０１５８】
上述のように、レンズ３は有効画素領域１１の対角間距離を光学有効径として設計されるが、このまま円形のレンズ３としてしまうと、レンズ３の平面形状が透明基板４の平面形状よりも大きくなり、封止樹脂５に形成され、前記参考形態にて説明した固体撮像装置８０の課題となる。
【０１５９】
そこで、本実施の形態では、有効画素領域１１の対角方向以外の方向においては、有効画素領域１１上以外の領域において設計形状とは異なった形状を取る必要があり、レンズ３の稜線が透明基板４と交わる設計とする。
【０１６０】
具体的には、図２（ｂ）に示すように、レンズ３のレンズ辺端部３ｂを断面が直線ＳＬ１となるように形成する。この直線ＳＬ１は、センサチップ２に近づくに伴ってレンズ３外側に広がる方向の傾きを持つ。この勾配構造により、光硬化性樹脂３’硬化後の離型時に必要な力を低減することができると共に、曲面形状から直線形状に切り替わる極値を設けることができるため、この部分をレンズ３の位置調整及び検査を行う際のマーカーとして使用することができる。
【０１６１】
尚、レンズ辺端部３ｂにおける他の稜線の形状としては、図２（ｃ）に示すように、透明基板４の上面を接線とする円ＣＬを形状の一部としてもよい。また、レンズ辺端部３ｂのさらに他の稜線の形状としては、直線ＳＬ１と円ＣＬとを組み合わせたものでもよい。
【０１６２】
レンズ３の外形形状についてまとめると、レンズ３の外形形状は、図１（ａ）に示すように、有効画素領域１１の対角方向については、有効画素領域１１の中心を光学中心とし、直径を有効画素領域１１の対角間距離として設計された、レンズの円形状外形の一部からなる。また、有効画素領域１１の対角方向以外の方向については、レンズ３の外形形状は、有効画素領域１１及び透明基板４の各４辺と平行な直線で構成される。
【０１６３】
以上において、本実施の形態の固体撮像装置１０の主な構成について説明した。
【０１６４】
次に、固体撮像装置１０のより好ましい構成及び固体撮像装置１０に採用可能な構成について以下に説明する。
【０１６５】
本実施の形態においては、レンズ３は紫外線の照射によって硬化する光硬化性樹脂３’を用いているが、レンズ３を構成する樹脂としては、必ずしもこれに限らず、紫外線を除く光の照射によって硬化する光硬化性樹脂３’であってもよく、さらに、熱エネルギーの付与によって硬化する熱硬化性樹脂であってもよい。
【０１６６】
また、本実施の形態のレンズ３を構成する樹脂としては、エネルギーを付与することによって硬化する樹脂であり、硬化した後に光透過性を有する樹脂であれば従来公知の樹脂から適宜選択し得る。尚、本明細書において、光硬化性樹脂３’及び熱硬化性樹脂を総称して「エネルギー硬化性樹脂」と記載する場合がある。
【０１６７】
さらに、本実施の形態の固体撮像装置１０においては、上記レンズ３は、−６０℃〜２７０℃の温度条件において、８０％以上の可視光の透過率を有していることが好ましい。
【０１６８】
すなわち、−６０℃〜２７０℃の温度条件において、レンズ３を構成する樹脂が変性した場合、８０％以上の可視光の透過率を有していない場合には、固体撮像装置１０を適切に補正し得なくなる。しかし、レンズ３が−６０℃〜２７０℃の温度条件において、８０％以上の可視光の透過率を有しているという構成を有することによって、レンズ３が上記温度条件に曝された場合であっても、固体撮像装置１０に入射する光を、固体撮像装置１０にほぼ垂直に入射するように補正するというレンズ３の作用を維持し得る。
【０１６９】
ここで、レンズ３を形成しない場合、固体撮像装置１０は、通常、その外部接続端子９とフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：flexible printed circuits）等の基板上の配線とをリフロー処理によって半田を熔解及び凝固させることによって基板に実装される。リフロー処理の後、固体撮像装置１０に光学レンズを搭載することによって撮影素子（カメラモジュール）を作製する。
【０１７０】
固体撮像装置１０のリフロー処理による実装は、例えば、固体撮像装置１０をフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）等にマウントする場合には、無鉛半田リフロー実装工程を、図３に示すような温度プロファイルで行う。
【０１７１】
上記条件を満たす樹脂としては、アルキル基及び／又はフェニル基及び／又はメチル基及び／又はメタクリル基を有するシリコーン樹脂、並びに炭素骨格とシリコーン骨格とがハイブリッドされた有機無機ハイブリッドシリコン樹脂等のエネルギー硬化性樹脂を挙げることができる。
【０１７２】
すなわち、例示したような材料から光学素子を構成することによって、透明板上に光学素子を形成した状態であっても、リフロー処理によって固体撮像装置１０を基板に実装することができる。
【０１７３】
本実施の形態では、レンズ３は、エネルギー硬化性樹脂である光硬化性樹脂３’を成形型２２に充填し、この成形型２２を透明基板４及び封止樹脂５を接触させた状態で硬化させることによって形成されている。このため、レンズ３は、所望の形状に形成することが容易である。レンズ３の凸面の形状としては、レンズ３に入射する光を、有効画素領域１１に垂直に出射し得るように補正する形状であればよく、球面又は非球面であってもよい。例えば、レンズ３は、パワーを有する非球面レンズ、フレネル形状を有するレンズ及び微細なレリーフ形状が施された回折レンズとして形成されていてもよい。
【０１７４】
また、透明基板４上には、シランカップリング剤が付与されていることが好ましい。上記透明基板４に付与するシランカップリング剤は、レンズ３との化学的な接着力を向上し得るのもであればよく、従来公知のシランカップリング剤から、レンズ３を構成する樹脂の性質に合わせて、適宜選択すればよい。レンズ３と透明基板４との接着力を向上させるシランカップリング剤としては、エポキシ系やアミノ系のシランカップリング剤が好ましい。
【０１７５】
上記シランカップリング剤の透明基板４への付与は、以下のように行えばよい。
【０１７６】
まず、シランカップリング剤をイソプロピルアルコール等の有機溶媒によって１％程度に希釈する。次いで、希釈したシランカップリング剤に透明基板４の上面を浸漬（ディップ）する。そして、シランカップリング剤をディップした透明基板４を乾燥させることによって、透明基板４にシランカップリング剤を付与することができる。尚、ここで説明した方法以外にも、従来公知の方法を用いて透明基板４にシランカップリング剤を付与することができる。
【０１７７】
また、上記シランカップリング剤は、後述する赤外波長カット膜としての赤外線カットフィルタとレンズ３との間に付与することも可能である。これにより、赤外波長カット膜とレンズ３との付着性を高めることができる。
【０１７８】
さらに、上記センサチップ２の有効画素領域１１上には、マイクロレンズが形成されていることが好ましい。
【０１７９】
上記構成を有することによって、レンズ３から出射された（出射角度が補正された）光を、さらに、上記マイクロレンズによって有効画素領域１１に入射する光の角度を補正することができる。したがって、固体撮像装置１０の有効画素領域１１に入射する光をより最適な状態に補正することができる。
【０１８０】
さらに、固体撮像装置１０を撮影装置に適用する場合、上記マイクロレンズの形成位置等も考慮に入れて、撮影装置全体の光学系（レンズ３、マイクロレンズ及び撮影用レンズ等）の設計（形状及び配置等）を行うことが好ましい。
【０１８１】
また、透明基板４とレンズ３の間には、赤外波長カット膜としての赤外線カットフィルタが形成されていることが好ましい。
【０１８２】
すなわち、カメラやビデオレコーダーカメラ等の撮影装置に固体撮像装置１０を内蔵させる場合、画像の形成に不要な赤外線がセンサチップ２へ入射することを回避する必要がある。赤外線のセンサチップ２への入射を回避するためには、赤外線を反射及び／又は吸収（カット）する必要がある。ここでは、赤外線を反射するための誘電体多層膜を透明基板４とレンズ３との間に形成することを例として、以下に説明を行う。
【０１８３】
上記誘電体多層膜は、光の入射角に応じて、反射する光の波長の範囲が変化する。このため、曲面（例えば、レンズ３等）上に誘電体多層膜を形成すると、中心付近と端部付近とにおいて反射する光の波長が異なるため、逆に画質の悪化に繋がる。このため、平坦な透明基板４上に形成することが好ましい。
【０１８４】
また、上記誘電体多層膜は、透明基板４におけるレンズ３を形成するための面に製膜される。透明基板４の有効画素領域１１との対向面に誘電体多層膜を形成すると、誘電体多層膜が剥離を起こした場合、有効画素領域１１に付着することによって、画質を低下させるためである。
【０１８５】
尚、透明基板４だけに誘電体多層膜を形成すると、誘電体多層膜の膜応力によって、透明基板４に反りが生じる。しかし、大面積の透明基板４に誘電体多層膜を製膜した後、透明基板４はダイシングによって小片に分割されるので、上記膜応力を開放（低下）し得る。このため、誘電体多層膜の形成による透明基板４の反りは、固体撮像装置１０によって形成される画像の質を低下させることはない。ここで、赤外線反射の誘電体多層膜は、スパッタ法や蒸着法等によって、高い屈折率の層と低い屈折率の層とが交互に形成された多層膜である。
【０１８６】
また、透明基板４としては、平行平面板状の透明な部材であればよく、ガラスに限らず、樹脂等から構成されていてもよい。
【０１８７】
さらに、センサ基板１は、絶縁性を有する平板状の構成であればよく、センサ基板１全体が絶縁性の材料から構成されていても、センサ基板１表面が絶縁性を有していてもよい。上記センサ基板１を構成するための材料は、セラミックや樹脂等、従来公知の種々の材料から選択することができる。また、センサ基板１表面に絶縁性を付与する方法は、従来公知の種々の方法を採用し得る。
【０１８８】
また、スペーサ６は、センサチップ２と透明基板４とを平行に保持し得る材料であればよく、例えば、接着性を有する材料等、従来公知の種々の材料から選択できる。尚、透明基板４以外の部材から光が入射することがないように、スペーサ６は不透明な材料から構成されていることが好ましい。
【０１８９】
さらに、封止樹脂５を構成する材料としては、従来公知の種々の樹脂から選択すればよい。尚、透明基板４以外の部材から光が入射することがないように、封止樹脂５は不透明な材料から構成されていることが好ましい。また、封止樹脂５を形成するための方法としては、従来公知の種々の方法を採用すればよい。
【０１９０】
すなわち、樹脂封止後の未完成の固体撮像装置（以下、単に固体撮像装置と称する）にレンズ３を形成する工程は、例えば、図４（ａ）〜図４（ｄ）の順に行われる。
【０１９１】
まず、図４（ａ）に示すように、固体撮像装置１０を、透明基板４が下方を向くように、図示しないマウンター装置のロッド２１を用いて真空固定（バキュームチャッキング）する。同時に、透明な成形型２２のレンズ３の表面形状を転写するために形成された窪みに流動性を有する光硬化性樹脂３’を充填する。
【０１９２】
ここで、本実施の形態においては、レンズ３を構成する樹脂として、紫外線の照射によって硬化する光硬化性樹脂３’を例に説明しているが、エネルギー硬化性樹脂であれば、本発明の固体撮像装置の製造方法に適用することができる。
【０１９３】
次いで、図４（ｂ）に示すように、透明な成形型２２、光硬化性樹脂３’及び透明基板４を介して、カメラ２３を用いて有効画素領域１１の形状（平面形状及び中心の位置等）を撮像する。撮像した有効画素領域１１の形状を画像処理装置によって画像処理を行う。次いで、マーキングを用いて上記画像処理装置に予め認識させておいた透明な成形型２２の中心と画像処理した有効画素領域１１の中心とをＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に位置合わせする。尚、透明基板４には、光硬化性樹脂３’を固着する前に、シランカップリング剤が付与されていてもよい。
【０１９４】
上記位置合わせの終了後、図４（ｃ）に示すように、光硬化性樹脂３’を充填した透明な成形型２２を透明基板４に接触した状態で固定する。透明な成形型２２を固定した後、ＵＶ（Ultra Violet）ランプ２４を点灯し、紫外線照射を行う。
【０１９５】
ＵＶランプ２４による紫外線の照射によって、透明な成形型２２に充填された光硬化性樹脂３’が硬化する。
【０１９６】
光硬化性樹脂３’が十分に硬化することによって、レンズ３が形成された後、図４（ｄ）に示すように、透明な成形型２２を固体撮像装置１０から離型させる。
【０１９７】
本実施の形態の製造方法を用いれば、パワーを有する非球面レンズ、フレネル形状を有するレンズ及び微細なレリーフ形状が施された回折レンズ等、複雑な形状を有するレンズ３を容易に形成することができる。さらに、レンズ３の中心が有効画素領域１１の中心と正確に対向するように位置合わせをしながら、レンズ３を形成することができるので、収差が小さく、かつ解像度の高い画像を形成することができる固体撮像装置１０を提供することができる。
【０１９８】
したがって、簡便で安価な方法を用いて、小型化及び薄型化を達成し、かつ高い信頼性（耐環境性）及び性能を付与した固体撮像装置１０及びその製造方法を提供することができる。
【０１９９】
このように、本実施の形態の固体撮像装置１０では、有効画素領域が形成されたセンサチップ２と、センサチップ２の有効画素領域と対向するように配置された透明基板４と、センサチップ２の一部、及び透明基板４の側壁を封止する封止樹脂５と、透明な樹脂から構成されたレンズ３とを備え、レンズ３は、透明基板４上に形成され、かつレンズ３の光軸方向から見たときに、レンズ３の外周は透明基板４の外周よりも光軸中心側に形成されている。
【０２００】
また、本実施の形態の固体撮像装置１０の製造方法では、センサチップ２の有効画素領域と対向するように、かつセンサチップ２の平面形状の内側に存在するように透明基板４を配設する第１の工程と、センサチップ２の一部、及び透明基板４の側壁を封止樹脂５により封止する第２の工程と、透明基板４上に透明な樹脂から構成されたレンズ３を形成する第３の工程とを含み、第３の工程においてレンズ３と封止樹脂５とは接しない。
【０２０１】
この構成によれば、レンズ３は、透明基板４上に形成され、かつレンズ３の光軸方向から見たときに、レンズ３の外周は透明基板４の外周よりも光軸中心側に形成されている。
【０２０２】
したがって、レンズ３が透明基板４上に形成されているので、センサチップ２の周辺部への入射光が暗くなることを抑制することができる。
【０２０３】
また、レンズ３は、透明基板４と同じ外周の側壁を有していないので、センサチップ２の有効画素領域へ入射する迷光を抑制することができる。
【０２０４】
また、例えば、レンズ３を流動体の光硬化性樹脂３’にて硬化させて形成する場合、光学素子成形時には、成形型２２に光硬化性樹脂３’を充填し、成形型２２と透明基板４とを接触させて硬化させる。その際、本実施の形態では、レンズ３は透明基板４上に形成され、封止樹脂５上には形成されない。したがって、透明基板４の上面と封止樹脂５の上面との段差部に光硬化性樹脂３’が接触するということがなく、これによって、該段差から樹脂が漏れ出して所望の光学素子形状を得ることができないということがない。
【０２０５】
さらに、光硬化性樹脂３’は、成形型２２と透明基板４とで密閉され大気に触れることがない。これにより、例えば、酸素による硬化阻害が起きる光硬化性樹脂３’を選択することができ、自由度のある設計を行うことができる。この結果、信頼性のある高性能な固体撮像装置１０の製造方法を提供することができる。
【０２０６】
また、封止樹脂５とレンズ３とが接しないことにより、レンズ３が封止樹脂５から剥がることがない点において、高い信頼性及び耐環境性能を持った固体撮像装置１０とすることができる。
【０２０７】
したがって、センサチップ２の周辺部への入射光が暗くなることを抑制し、かつセンサチップ２の有効画素領域へ入射する迷光を抑制し、さらに、高い信頼性を得ることができる固体撮像装置１０、及び固体撮像装置１０の製造方法を提供することができる。
【０２０８】
本実施の形態の固体撮像装置１０では、レンズ３は、レンズ３の光軸方向から見たときに、レンズ３の外周がセンサチップ２の有効画素領域の外側になるように形成されている。
【０２０９】
これにより、レンズ３は、センサチップ２の有効画素領域の全面を覆っている。この結果、レンズ３においても、センサチップ２の有効画素領域における対応平面領域の外周部に入射した光を屈折させて、光の角度が直角に近づくように補正することができる。したがって、センサチップ２の周辺部への入射光が暗くなることを確実に抑制することができる。
【０２１０】
また、本実施の形態の固体撮像装置１０では、透明基板４は、センサチップ２の平面形状の内側に存在するように配設されている。
【０２１１】
これにより、透明基板４の面積をセンサチップ２の面積よりも小さくすることによって、固体撮像装置１０もそれに応じて小さくなり、結果的に、この固体撮像装置１０を備える後述する撮影装置５０も小型のものを提供することができる。
【０２１２】
また、本実施の形態の固体撮像装置１０では、レンズ３は、レンズ３の光軸方向から見たときに、レンズ３の外周が曲線で形成されているとすることができる。
【０２１３】
これにより、例えば、レンズ３を流動体の光硬化性樹脂３’にて硬化させて形成する場合、レンズ３の形成時に使用する成形型２２の内形は、急激な変曲点が存在せず連続しているため、切削時に欠けが生じ難く、容易に作製が可能である。したがって、成形型２２の作製において、低コストを図り得る固体撮像装置１０を提供することができる。
【０２１４】
また、本実施の形態の固体撮像装置１０では、レンズ３は、レンズ３の光軸方向から見たときに、レンズ３の外周が１つ以上の直線を含んで形成されているとすることができる。
【０２１５】
これにより、レンズ３の外周として曲線よりも直線を用いることによって、レンズ３の中心の認識が容易となり、レンズ３の形成時及び検査時に、後述する撮影装置５０との位置調整用のマーカーとして機能することが可能となり、短時間で高精度な位置調整を行った低コスト、かつ高性能の固体撮像装置１０を提供することができる。
【０２１６】
また、本実施の形態の固体撮像装置１０では、レンズ３は、レンズ３の光軸方向から見たときに、レンズ３の外周が曲線と１つ以上の直線とで形成されているとすることができる。
【０２１７】
これにより、一般的に長方形であるセンサチップ２の有効画素領域と、その有効画素領域よりも少し広めの長方形である透明基板４との間に、レンズ３の外形を形成することができる。したがって、センサチップ２の有効画素領域と同等程度の大きさの透明基板４を採用することができ、小型の固体撮像装置１０を提供することができる。
【０２１８】
また、本実施の形態の固体撮像装置１０では、レンズ３は、センサチップ２の有効画素領域内に形成された有効領域と、それ以外の非有効領域とからなり、レンズ３の有効領域は、撮像系における有効光束を屈折させてセンサチップ２の有効画素領域に導く一方、レンズ３の非有効領域は、有効光束に関与しないように形成されている。
【０２１９】
これにより、レンズ３の非有効領域を通過した光束は撮像に関係しない構成となり、非有効領域のレンズ３の形状を任意の形状に設計することができる。したがって、例えば、成形型２２からレンズ３が離型し易い構造等、成形型２２の成形が容易になり、高スループットで低コストの固体撮像装置１０を提供することができる。
【０２２０】
また、本実施の形態の固体撮像装置１０では、レンズ３は、有効領域の断面形状と非有効領域の断面形状との間に変曲点を有して互いに異なる曲率又は勾配を有すると共に、非有効領域において透明基板４面と交わっているとすることができる。
【０２２１】
これにより、レンズ３の非有効領域における形状を自由に設定できるので、成形型２２及びレンズ３の設計の簡略化を図ることができ、短期間で固体撮像装置１０を提供することができる。
【０２２２】
また、本実施の形態の固体撮像装置１０では、レンズ３は、非有効領域の断面形状において、透明基板４の表面を接線とする円の一部を、形状の一部としているとすることができる。
【０２２３】
これにより、レンズ３の非有効領域の断面形状を部分的に透明基板４の表面を接線とする円に変更することによって、レンズ３の外形が透明基板４内に収まることが可能になると共に、徐々に端部のレンズ３の厚みが減少する形状となるため、離型時に端部に応力が集中せず、離型が容易になる。この結果、高スループットで低コストの固体撮像装置を提供することができる。
【０２２４】
また、本実施の形態の固体撮像装置１０では、レンズ３は、非有効領域の断面形状において、レンズ３からセンサチップ２に近づくに伴ってレンズ３の光軸から遠ざかる方向の直線ＳＬ１を、形状の一部としているとすることができる。
【０２２５】
これにより、レンズ３の非有効領域の断面形状を途中から直線に変更することによって、レンズ３の外形が透明基板４内に収まることが可能になると共に、断面形状におけるその直線ＳＬ１とレンズ３の曲線との境界を、レンズ３の形成時及び検査時に、後述する撮影装置５０との位置調整用のマーカーとして機能させることができる。この結果、短時間で高精度な位置調整を行った低コストかつ高性能の固体撮像装置１０を提供することができる。
【０２２６】
また、本実施の形態の固体撮像装置１０では、透明基板４におけるレンズ３側の表面には、シランカップリング剤が付与されていることが好ましい。
【０２２７】
これにより、シランカップリング剤によって、例えば、無機材料である透明基板４と有機材料であるレンズ３との接着力を向上させ、耐環境性能の高い固体撮像装置１０を提供することができる。
【０２２８】
また、本実施の形態の固体撮像装置１０では、透明基板４のレンズ３側には、図示しない赤外波長カットフィルタが設けられていることが好ましい。
【０２２９】
これにより、固体撮像装置１０が、近赤外線を電気信号に変換し、解像度の低下や画像のムラ等画質の劣化を引き起こすということがなくなる。
【０２３０】
また、本実施の形態の固体撮像装置１０では、図示しない赤外波長カットフィルタとレンズ３との間には、シランカップリング剤が付与されていることが好ましい。
【０２３１】
これにより、シランカップリング剤により、無機材料である赤外波長カットフィルタと有機材料であるレンズ３との接着力を向上させ、耐環境性能の高い固体撮像装置を提供することができる。
【０２３２】
また、本実施の形態の固体撮像装置１０では、レンズ３は、−６０℃〜２７０℃の温度条件において、８０％以上の可視光の透過率を有していることが好ましい。
【０２３３】
これにより、レンズ３を実装したまま、固体撮像装置１０におけるその外部接続端子９とＦＰＣ等の基板上の配線とをリフロー処理によって半田を熔解及び凝固させて、固体撮像装置１０を基板に実装することができる。したがって、製造工程が簡略化されるので、低コストの固体撮像装置１０を提供することができる。
【０２３４】
また、本実施の形態の固体撮像装置１０の製造方法では、前記第３の工程は、流動性を有するエネルギー硬化性樹脂を成形型に充填する第１の処理と、光エネルギー又は熱エネルギーの付与によって上記エネルギー硬化性樹脂を硬化する第２の処理とを含む。
【０２３５】
これにより、エネルギー硬化性樹脂を充填した成形型２２を用いてレンズ３を形成することができる。このため、所望の形状を有するレンズ３の、例えば、パワーを有する非球面レンズ、フレネル形状を有するレンズ及び微細なレリーフ形状が施された回折レンズ等の凸面を容易に形成することができる。
【０２３６】
また、本実施の形態の固体撮像装置１０の製造方法では、前記第２の処理を、透明な成形型２２を用いてレンズ３を形成すべき位置を確認しながら行うことが好ましい。
【０２３７】
これにより、成形型２２に充填されるエネルギー硬化性樹脂と成形型２２とが透明であるため、エネルギー硬化性樹脂を充填した透明な成形型２２を通して、固体撮像装置１０が有する有効画素領域の中心を視認することができる。つまり、例えばカメラ等を用いて位置の確認を行いながら、透明基板４上の所望の位置にレンズ３を形成することが可能となる。このため、有効画素領域の中心の真上にレンズ３の中心を機械的に正確に配置することができる。
【０２３８】
したがって、固体撮像装置１０の生産歩留まりを向上させることができる。
【０２３９】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０２４０】
本実施の形態の固体撮像装置３０の構成について、図５を用いて以下に説明する。図５は固体撮像装置３０の構成を示す平面図である。
【０２４１】
本実施の形態の固体撮像装置３０では、図５に示すように、樹脂製のレンズ３３は透明基板４上に形成され、有効画素領域１１を覆っている。上記有効画素領域１１の外形と透明基板４の外形との間隔は、実施の形態１と比較して大きく、有効画素領域１１の中心を光学中心、直径を有効画素領域１１の対角間距離とした曲線としての円を、該間隔内に収めることができる。
【０２４２】
すなわち、固体撮像装置３０上に形成されたレンズ３３の外形は略円であり、レンズ３３の非有効径領域の設計が複雑にならないという効果を生じる。また、レンズ形状及び外形に変曲点を持たない構成のため、光硬化性樹脂３’を硬化後の離型時に、応力が集中する箇所がなくなり、離型時のレンズ割れ、傷付きを防止することができる。
【０２４３】
なお、図５においては、透明基板４及び有効画素領域１１を正方形として図示しているが、実際は、長方形であることが多い。この場合には、レンズ外形は曲線としての楕円となる。すなわち、透明基板４及び有効画素領域１１は正方形に限らず、長方形の場合がある。また、レンズ外形は、円に限らず、楕円の場合がある。
【０２４４】
このように、本実施の形態の固体撮像装置３０では、レンズ３は、レンズ３の光軸方向から見たときに、レンズ３の外周が曲線で形成されているとすることができる。
【０２４５】
これにより、例えば、レンズ３を流動体の光硬化性樹脂３’にて硬化させて形成する場合、レンズ３の形成時に使用する成形型２２の内形は、急激な変曲点が存在せず連続しているため、切削時に欠けが生じ難く、容易に作製が可能である。したがって、成形型２２の作製において、低コストを図り得る固体撮像装置３０を提供することができる。
【０２４６】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０２４７】
本実施の形態の固体撮像装置４０の構成について、図６を用いて以下に説明する。図６は固体撮像装置４０の構成を示す平面図である。
【０２４８】
本実施の形態の固体撮像装置４０では、図６に示すように、樹脂製のレンズ４３は透明基板４上に形成され、有効画素領域４１を覆っている。有効画素領域４１の中心は透明基板４の中心とずれた位置にある。レンズ４３の中心は有効画素領域４１の中心と一致するため、そのままでは透明基板４からはみ出る領域が存在することとなる。
【０２４９】
このため、本実施の形態では、レンズ４３は、透明基板４からはみ出る方向において、外形を透明基板４上において平面形状を直線ＳＬ２とすることにより、上記課題を解決することができる。
【０２５０】
尚、透明基板４と有効画素領域４１の中心をずらす理由としては、有効画素領域４１外に、結露防止用の溝を作製する場合や信号処理用の回路を作製する場合等が挙げられる。
【０２５１】
すなわち、本実施の形態では、固体撮像装置４０上に形成されたレンズ４３の外形は円と１つの直線ＳＬ２で構成される。
【０２５２】
尚、レンズ４３の外形形状は前述した形状に限定されるものでなく、例えば、楕円で構成したり、複数の曲線と複数の直線で構成したり、直線のみで構成したりする等、透明基板４と有効画素領域４１との相対的な形状に応じて、適宜設計されることが好ましい。
【０２５３】
このように、本実施の形態の固体撮像装置４０では、レンズ４３は、レンズ４３の光軸方向から見たときに、レンズ４３の外周が１つ以上の直線ＳＬ２を含んで形成されている。
【０２５４】
これにより、レンズ４３の外周として曲線よりも直線ＳＬ２を用いることによって、レンズ４３の中心の認識が容易となり、レンズ４３の形成時及び検査時に、後述する撮影装置５０との位置調整用のマーカーとして機能することが可能となり、短時間で高精度な位置調整を行った低コスト、かつ高性能の固体撮像装置４０を提供することができる。
【０２５５】
また、本実施の形態の固体撮像装置４０では、レンズ４３は、レンズ４３の光軸方向から見たときに、レンズ４３の外周が曲線と１つ以上の直線ＳＬ２とで形成されている。
【０２５６】
これにより、一般的に長方形であるセンサチップ２の有効画素領域と、その有効画素領域よりも少し広めの長方形である透明基板４との間に、レンズ４３の外形を形成することができる。したがって、センサチップ２の有効画素領域と同等程度の大きさの透明基板４を採用することができ、小型の固体撮像装置４０を提供することができる。
【０２５７】
〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施の形態について図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１〜実施の形態３と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１〜実施の形態３の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０２５８】
本実施の形態の撮影装置５０の構成について、図７を用いて以下に説明する。図７は、例えば、前記実施の形態１に示した固体撮像装置１０を内蔵した撮影装置５０の構成を示す断面図である。
【０２５９】
撮影装置５０は、図７に示すように、固体撮像装置１０、平板状の面と２つの凸面とからなる撮像用レンズ５１、この撮像用レンズ５１の平板状の面を挟んで形成された遮光部５２、並びに撮像用レンズ５１とセンサチップ２との光軸方向の距離を調節及び固定するためのスペーサ５３を備えている。
【０２６０】
上記撮像用レンズ５１は、固体撮像装置１０に入射する光の光路を画定する光路画定器である。遮光部５２は、撮像用レンズ５１の絞りであり、かつ撮像用レンズ５１に入射する光の内、迷光の入射を抑制する。スペーサ５３は、封止樹脂５の外周部付近に形成されている。
【０２６１】
尚、固体撮像装置１０の底面に設けられた外部接続端子９は、図示しない配線基板上に形成された導体配線と電気的に接続されている。さらに、上記導体配線は、上記配線基板上に接着された図示しない画像処理装置に電気的に接続されている。つまり、撮影装置５０は、上記導体配線を介して、上記画像処理装置と電気的に接続されている。
【０２６２】
このため、撮像用レンズ５１から入射した光は、レンズ３、透明基板４、空気層７を介して、センサチップ２上の前記有効画素領域１１に入射する。そして、有効画素領域１１に入射した光は電気信号に変換され、上記画像処理装置に送信される。送信された電気信号に基づいて上記画像処理装置が画像を形成する。
【０２６３】
本実施の形態の撮影装置５０は、以上の構成を有しているので、固体撮像装置１０と同様の機能及び作用を有する。
【０２６４】
尚、撮影装置５０は、固体撮像装置１０の代わりに、固体撮像装置３０又は固体撮像装置４０を備えていてもよい。
【０２６５】
このように、本実施の形態の撮影装置５０は、実施の形態１〜実施の形態３に記載の固体撮像装置１０・３０・４０を備えている。
【０２６６】
これにより、センサチップ２の周辺部への入射光が暗くなることを抑制し、かつセンサチップ２の有効画素領域へ入射する迷光を抑制し、さらに、高い信頼性を得ることができる固体撮像装置１０・３０・４０を備えた撮影装置５０を提供することができる。
【０２６７】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２６８】
本発明によれば、簡便で安価な方法を用いて小型化及び薄型化を達成し、かつ高い信頼性（耐環境性）及び性能を付与した固体撮像装置を提供することができるので、被写体からの光に基づいて画像を形成するための光学機器全般に適用可能である。特に、携帯電話用のカメラモジュールやデジタルカメラ等に適用することが有効である。装置の小型・薄型化かつ広角化の用途に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２６９】
【図１】（ａ）は本発明における固体撮像装置の実施の一形態を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’線断面図であり、（ｃ）は上記固体撮像装置を形成するための一工程を示すのＡ−Ａ’線断面図である。
【図２】（ａ）は図１（ａ）のレンズ角端部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のレンズ辺端部の形状を拡大して示す断面図であり、（ｃ）は図１（ａ）のレンズ辺端部の他の形状を拡大して示す断面図である。
【図３】上記固体撮像装置の製造方法における無鉛半田リフロー実装工程での温度変化を示すグラフである。
【図４】上記固体撮像装置の製造方法における各工程を説明する断面図である。
【図５】本発明における固体撮像装置の他の実施の形態を示す平面図である。
【図６】本発明における固体撮像装置のさらに他の実施の形態を示す平面図である。
【図７】上記固体撮像装置を備えた撮影装置の構成を示す断面図である。
【図８】（ａ）は本発明における固体撮像装置の参考形態を示すものであり、図１４に示す従来の撮影装置に図１２に示す従来の固体撮像装置の構成を組み合わせる場合の固体撮像装置３０を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。
【図９】（ａ）は上記固体撮像装置の製造工程の内、一工程を説明するための図８（ａ）のＸ−Ｘ’における断面図であり、（ｂ）は固体撮像装置の製造工程の内、一工程を説明するための図８（ａ）のＹ−Ｙ’における断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のレンズ端部付近を拡大して示す断面図である。
【図１０】従来の固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図１１】従来の他の固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図１２】従来の撮影装置の構成を示す断面図である。
【図１３】図１１に示す従来の固体撮像装置の製造方法における各工程を説明する説明図である。
【図１４】従来の他の撮影装置の構成を示す断面図である。
【図１５】（ａ）は、図１２に示す固体撮像装置と図１４に示す固体撮像装置とを組み合わせた固体撮像装置を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す固体撮像装置の樹脂レンズの端部付近を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【０２７０】
１      センサ基板
２      センサチップ（固体撮像素子）
３      レンズ（光学素子）
３’    光硬化性樹脂（エネルギー硬化性樹脂）
３ａ    レンズ角端部
３ｂ    レンズ辺端部
４      透明基板（透明板）
５      封止樹脂
６      スペーサ
７      空気層
８      ボンディングワイヤ
９      外部接続端子
１０      固体撮像装置
１１      有効画素領域
２１      ロッド
２２      成形型
２３      カメラ
２４      ＵＶランプ
３０      固体撮影装置
３３      レンズ（光学素子）
４０      固体撮像装置
４１      有効画素領域
４３      レンズ（光学素子）
５０      撮影装置
５１      撮像用レンズ
５２      遮光部
５３      スペーサ
ＳＬ１    直線
ＳＬ２    直線
ＣＬ      円
【図１】
2009123788.tif 000003
【図２】
2009123788.tif 000004
【図３】
2009123788.tif 000005
【図４】
2009123788.tif 000006
【図５】
2009123788.tif 000007
【図６】
2009123788.tif 000008
【図７】
2009123788.tif 000009
【図８】
2009123788.tif 000010
【図９】
2009123788.tif 000011
【図１０】
2009123788.tif 000012
【図１１】
2009123788.tif 000013
【図１２】
2009123788.tif 000014
【図１３】
2009123788.tif 000015
【図１４】
2009123788.tif 000016
【図１５】
2009123788.tif 000017