JP2002006111A

JP2002006111A - 撮像装置および実装装置

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Publication number: JP2002006111A
Application number: JP2000183120A
Authority: JP
Inventors: Mitsuji Kitani; 充志木谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2002-01-09
Anticipated expiration: 2020-06-19
Also published as: JP4521938B2

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロレンズの集光能力を低下することな
く、小型化および薄型化でき、良好な生産性を実現でき
る撮像装置。【解決手段】少なくとも、半導体基板１１０上に形成さ
れた撮像素子１６０、カラーフィルター１３５及びマイ
クロレンズ１００が、この順に積層されてなる撮像装置
であって、マイクロレンズ１００を構成する材料の屈折
率を、１．８以上２．３以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラ及び
デジタルスチルカメラ等に配設される小型撮像装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラ及びデジタルスチルカメラ
等の画像入力機器に用いられる、ＣＣＤ及びＣＭＯＳ等
の固体撮像素子は、シリコンウエハー等の半導体基板上
に一括して形成される。その後、得られた固体撮像素子
上に、カラーフィルター及びマイクロレンズ等が作製さ
れ、撮像装置が形成される。更に、得られた撮像装置
は、後工程で必要な寸法に分割され、実装装置に実装さ
れる。

【０００３】そして、従来、カラーフィルター及びマイ
クロレンズは、主にアクリル系樹脂を用いて作製されて
きた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アクリ
ル系樹脂の屈折率は１．５〜１．６である。このため、
マイクロレンズを、透明エポキシ樹脂等の接着剤で封止
した場合、従来の接着剤の屈折率が１．４〜１．５程度
であるため、接着剤およびマイクロレンズ間の屈折率差
が小さくなる場合があった。その結果、マイクロレンズ
の集光能力が低下し、感度低下が発生する場合があっ
た。

【０００５】この様な不具合を回避するために、図７に
示す様なセラミックパッケージが用いられている。この
場合、周囲にセラミックパッケージ７５０よりなる枠を
形成し、これにガラス７１０を接着して、気密性を保つ
構造がとられおり、ＣＣＤチップ７４０のマイクロレン
ズ７２０上には、空気層７００が形成されいる。空気の
屈折率は１．０であり、アクリル系樹脂の屈折率（１．
５〜１．６）とは大きく異なるため、マイクロレンズの
材質がアクリル系樹脂であっても、集光特性等が損なわ
れることはない。

【０００６】しかしながら、マイクロレンズを形成した
撮像素子上に空気の層を形成する、図７に示す中空構造
のセラミックパッケージの場合、セラミックパッケージ
にガラスを接着する接着代が必要となる。このため、セ
ラミックパッケージは、ある程度の厚みを有しており、
小型化および薄型化が不十分となる場合があった。

【０００７】一方、ＣＣＤ及びＣＭＯＳ等の撮像装置が
実装される実装装置として、図７に示すセラミックパッ
ケージに代わり、図８に示す薄型化を実現した実装装置
が提案された。

【０００８】例えば、特開平７−９９２１４号公報にお
いては、マイクロレンズ８２０上に空気層８００を形成
し、周囲を異方性導電ペースト（フィルム）８３０で囲
むことが開示されている。

【０００９】しかしながら、図８に示す実装装置とし
て、ＴＯＧモジュールの場合、周囲の接着剤である異方
性導電ペースト（フィルム）８３０がマイクロレンズ８
２０上にハミ出してくる恐れがあること、また、異方性
導電ペースト（フィルム）８３０での接続と両立させ、
しかも接着剤がマイクロレンズ上にハミ出さないように
するためには、ペーストの塗布量および圧着条件等を精
密に制御する必要があり、製造上の歩留まりが低下する
恐れがあること等が指摘されている。

【００１０】本発明においては、以上の様な状況に鑑
み、マイクロレンズの集光能力を低下することなく、小
型化および薄型化が可能で、良好な生産性を有する実装
装置の製造を可能とする撮像装置を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明によれば、少なくとも、半導体基板上に形成さ
れた撮像素子、カラーフィルター及びマイクロレンズ
が、この順に積層されてなる撮像装置であって、該マイ
クロレンズを構成する材料の屈折率は１．８以上２．３
以下であることを特徴とする撮像装置が提供される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明におけるマイクロレンズの
作製に使用される材料の屈折率は１．８以上２．３以下
であり、光学分野で使用される一般の接着剤の屈折率
１．４〜１．５と比較して大きい。このため、このマイ
クロレンズを接着剤で封止することにより実装装置を作
製したとしても、マイクロレンズの集光性能が低下する
ことは抑制される。

【００１３】即ち、本発明の撮像装置は、マイクロレン
ズの光学特性を低下させることなく、封止により実装す
ることができる。この結果、接着代等は不必要となるた
め、小型化および薄型化が可能となる。また、接着剤の
画素領域へのハミ出し等の問題が発生しないため、良好
な生産性が実現できる。

【００１４】以上に加え、ガラス等の部材を撮像装置上
に直接接着できるため、耐湿性の良い接着剤を選択する
ことにより、機密シール等の手間が省け、生産性を向上
できる。

【００１５】更には、セラミック等の高価な部品を使用
必要が無くなるため、より安価に小型の撮像装置の製造
が可能となる。

【００１６】以下、本発明の好適な実施の形態について
説明する。

【００１７】（第１の実施の形態）図１には、無機膜で
あるＳｉＮ膜によりなるマイクロレンズを有する撮像装
置の例を示した。１００は円錐台形状のマイクロレン
ズ、１１０は半導体基板、１３０はカラーフィルター層
である。

【００１８】マイクロレンズを構成する材料としては、
屈折率が１．８以上２．３以下であれば特に制限されな
いが、良好な集光効果を実現するために、透光性のＳｉ
Ｎ又は透光性の酸化タンタル等が好ましい。

【００１９】また、同様の理由から、マイクロレンズの
形状としては、四角錘、三角錐、円錐、四角錘台、三角
錐台または円錐台等が好ましい。

【００２０】図２には断面図を示したが、１００はマイ
クロレンズ、１１０は半導体基板、１３０はカラーフィ
ルター層、１３５はカラーフィルター、１５０は撮像素
子上の保護膜、１８０は配線層、１６０は撮像素子、１
７０はＭｇＯ膜等よりなる反射防止膜である。

【００２１】マイクロレンズ上には、反射防止膜が形成
されていることが好ましい。

【００２２】反射防止膜の屈折率は１．６以上１．９以
下であることが好ましい。また、十分な反射防止効果の
観点から、ＭｇＯ又はＡｌ₂Ｏ₃等より作製されることが
好ましい。

【００２３】マイクロレンズ上には反射防止膜として、
例えばＭｇＯ（屈折率１．７５）を適切な膜厚で形成す
ることにより、ＳｉＮ膜で形成されたマイクロレンズと
接着剤界面とでの反射が軽減できる。このため、反射光
が他の画素に入ることを抑制できるため、ゴースト及び
フレアー等が低減され、良好な出力を得られることにな
る。

【００２４】更に、エッチング等のマイクロレンズ作製
工程の途中で、下地の保護膜までエッチングされること
を防止するために、マイクロレンズ間に保護膜が形成さ
れていることが好ましく、ＳｉＮのエッチング工程でエ
ッチングされない等の理由により、Ｔｉ又はＷより作製
されることが好ましい。

【００２５】図３は、ＳｉＮ膜製マイクロレンズを有す
る撮像装置のチップが実装された実装装置の断面図であ
る。２００はガラス基板、２１０はＴＡＢ配線、２２０
はチップ上の端子部に形成されたバンプ、２３０は接着
層で、光学用のエポキシ接着剤等により形成することが
できる。

【００２６】ここに示した様に、マイクロレンズが形成
された撮像装置上に、接着剤を用いてガラス基板を貼り
合わせることにより、マイクロレンズの光学特性を劣化
することなく、実装装置を製造できるここで、マイクロ
レンズを構成する材料の屈折率は接着剤の屈折率より大
きく、その差は０．２５以上が好ましく、０．３５以上
がより好ましく、０．４５以上が更に好ましい。

【００２７】マイクロレンズ材料の屈折率とガラスを貼
り合わせる接着剤の屈折率と差が０．２５以上、例えば
０．５であれば、マイクロレンズの集光性能を損なうこ
となくガラスを貼ることが可能になり、また、接着剤と
ガラス界面とでの反射を抑制することができ、良好な光
学特性を実現できる。

【００２８】また、接着剤は、熱または光の少なくとも
何れかで硬化するものが好ましい。

【００２９】以上の様な特性を満足する接着剤として
は、透光性のエポキシ樹脂、透光性のシリコーン樹脂、
透光性のアクリル樹脂、透光性のウレタン樹脂および透
光性のポリアミド樹脂からなる群より選ばれる１種以上
の樹脂を使用することができる。

【００３０】図４には、ＳｉＮ膜でマイクロレンズを形
成する工程を示した。

【００３１】（ａ）レンズ層の形成工程：先ず、半導体
基板上に撮像素子１６０を形成後、カラーフィルター層
およびカラーフィルターの保護層４２０を積層する。次
に、Ｎ／Ｓｉ（原子比）を０．４８以上１．０４以下と
することにより、屈折率が１．８以上２．３以下である
ＳｉＮ膜４００を、レンズ層として形成する。

【００３２】ＳｉＮ膜の成膜方法としては、減圧ＣＶＤ
法、プラズマＣＶＤ法等を例示できるが、緻密なＳｉＮ
膜を形成できる等の理由によりプラズマＣＶＤ法が好ま
しい。

【００３３】なお、ＳｉＮ膜の成膜温度は、カラーフィ
ルターの耐熱性を考慮し、顔料カラーフィルターの場合
で２００℃以下が好ましく、染料カラーフィルターの場
合で１５０℃以下が好ましい。

【００３４】（ｂ）レジストコート工程：（ａ）に示す
工程で得られたＳｉＮ膜の表面をプラズマ洗浄後、Ｓｉ
Ｎ膜上にスピンコート法等によりレジストを塗布する。
その後、プリベークを行い、レジスト層４１０を形成す
る。

【００３５】（ｃ）露光および現像工程：（ｂ）に示す
工程で得られたレジスト層４１０に、マイクロレンズの
平面形状をパターニングする。必要に応じては、レジス
トのエッジ部のテーパーコントロールを行う。

【００３６】（ｄ）エッチング工程：リアクティブイオ
ンエッチング装置（ＲＩＥ装置とも記載する）を用い
て、レジスト層４１０が除去された部分のＳｉＮ膜のエ
ッチングを行い、ＳｉＮ膜のパターン端部に、所望の形
状を有するテーパーを形成する。

【００３７】なお、ＲＩＥ装置で使用するエッチングガ
スとしては、ＳＦ₄、Ｃｌ₂及びＯ₂の混合ガスを例示す
ることができる。また、テーパーコントロールは、ガス
の混合比およびエッチング条件等を制御することにより
行われる。

【００３８】（ｅ）レジスト剥離工程：ＳｉＮ膜の頂上
部に残存するレジストを剥離し、マイクロレンズ１００
を形成する。

【００３９】その後、必要に応じて、マイクロレンズ表
面に反射防止膜としてＭｇＯ膜等を形成する。膜厚は、
ＭｇＯ表面での反射と、ＭｇＯ膜およびＳｉＮ膜界面で
の反射との位相が異なるように適宜選択する。

【００４０】以上の工程によりマイクロレンズを形成
後、電気特性を測定し、良品、不良品を判定する。その
後、ダイシングでチップ毎に分割し、良品チップにスタ
ッドバンプを形成する。

【００４１】次に、ＴＡＢテープとの接合を行う。な
お、ＴＡＢテープとの接合は、カラーフィルターの耐熱
性を考慮して、超音波、熱併用のシングルポイントのイ
ンナーリードボンディング方式等により行う。

【００４２】インナーリードボンディング終了後、例え
ば、屈折率１．４７の光学エポキシ接着剤を用いて、チ
ップ及びガラス基板を貼り合わせる。貼り合わせの工程
は、接着剤中の気泡を真空脱泡後、光硬化、熱硬化の順
で行われ、実装装置を完成する。

【００４３】（ＳｉＮ膜の光学特性）図５の（ａ）には
光学バンドギャップ（単位：ｅＶ、Ｅｇｏｐｔとも記載
する）及び屈折率の関係を、（ｂ）にはＳｉＮ膜中のＮ
／Ｓｉ（原子比）及び屈折率の関係を、それぞれ示し
た。

【００４４】本発明の場合、マイクロレンズを構成する
材料のＥｇｏｐｔ値は、２．５以上とすることが好まし
い。このため、図５（ａ）より明らかな通り、マイクロ
レンズを構成する材料の屈折率は、１．８以上２．３以
下とされる。ＳｉＮ膜の場合、光学的に透明で、１．８
以上２．３以下の屈折率を実現するためには、図５
（ｂ）より明らかな通り、Ｎ／Ｓｉ（原子比）を０．４
８以上１．０４以下とすることが好ましい。

【００４５】また、マイクロレンズ用材料として、透光
性の酸化タンタル（ＴａＯ）を使用することもできる。

【００４６】（第２の実施の形態）図６には、マイクロ
レンズ間に金属膜が形成されている場合を示した。５０
０はマイクロレンズ間の金属膜であり、マイクロレンズ
の底部で、それぞれのマイクロレンズの境界領域に形成
されており、マイクロレンズをエッチングで形成すると
きのエッチングストッパーとなるため好ましい。

【００４７】金属膜としては、耐エッチング性が良好で
あれば特に制限されないが、成膜が容易であり、耐エッ
チング性に優れることから、Ｔｉ膜またはＷ膜が好まし
い。

【００４８】図６においては、ＳｉＮ膜の形成に先立
ち、カラーフィルター層１３０上に、低温スパッタリン
グ法にてＴｉ膜等の金属膜５００を形成した後、格子状
にパターン加工してある。

【００４９】カラーフィルター層は有機材料であるた
め、ＳｉＮ膜のエッチング時にオーバーエッチングされ
ると、カラーフィルター層が劣化する可能性がある。こ
れに対し、ＳｉＮ膜と比較してエッチングレートが十分
小さい金属膜を形成し、エッチングの選択比を持たせる
ことにより、マイクロレンズ下のカラーフィルター層が
エッチングされることを抑制することができる。

【００５０】具体的には、ＳｉＮ膜のエッチングレート
は、Ｔｉ膜のエッチングレートの５倍程度であるため、
エッチング時間を制御することにより、カラーフィルタ
ー層がダメージを受けることを、十分抑制できる。ま
た、同時に、金属膜の厚みを至適とすることにより、画
素間の遮光層も兼ねることができ好ましい。

【００５１】従って、図６に示す様に、マイクロレンズ
間に金属膜を設けることにより、ＳｉＮ膜のエッチング
時にマイクロレンズ下のカラーフィルター層がエッチン
グされることが抑制され、同時に金属膜をマイクロレン
ズ間の遮光膜として機能させることができる。

【００５２】以上に説明してきた様に、本発明の撮像装
置は、小型で良好な光学特性を有しているため、ビデオ
カメラ及びデジタルスチルカメラ等の画像入力機器に好
適に配設することができる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、マイクロレンズを形成
する材料の屈折率を高くすることにより、マイクロレン
ズの集光性能を損なうことなく、一般的な光学接着剤を
用いてガラス等の部材を撮像装置上に直接接着すること
ができる。

【００５４】この結果、耐湿性に優れる光学接着剤を使
用することができるため、機密シール等の手間が省け、
また、セラミック等の高価な部品を使用する必要が無く
なるため、より安価に小型の撮像装置を製造できる。

【００５５】また、マイクロレンズ間に、ＳｉＮ膜エッ
チング時のエッチングストーッパーとして金属膜を設け
ることで、形状の安定性に優れるマイクロレンズを作製
することができ、カラーフィルター層の劣化を抑制でき
る。加えて、金属膜を、マイクロレンズ間の遮光膜とし
ても機能させることができるため、斜め方向から入射す
る光束の影響を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像装置の第１例を説明するための模
式的斜視図である。

【図２】本発明の撮像装置の第１例を説明するための模
式的断面図である。

【図３】本発明の撮像装置の第１例が実装された実装装
置を説明するための模式図である。

【図４】本発明におけるマイクロレンズを形成するため
の工程断面図である。

【図５】ＳｉＮ膜の光学特性を説明するための図であ
る。

【図６】本発明の撮像装置の第２例を説明するための模
式的断面図である。

【図７】従来の実装装置の例を説明するための模式的断
面図である。

【図８】従来の実装装置の他の例を説明するための模式
的断面図である。

【符号の説明】

１００マイクロレンズ１１０半導体基板１３０カラーフィルター層１３５カラーフィルター１５０保護膜１６０撮像素子１７０マイクロレンズ上の反射防止膜１８０配線層２００ガラス基板２１０ＴＡＢ配線２２０バンプ２３０接着層４００ＳｉＮ層４１０レジスト層４２０カラーフィルターの保護層５００金属膜７００空気層７１０ガラス７２０マイクロレンズ７３０ワイヤー７４０ＣＣＤチップ７５０セラミックパッケージ７６０リード８００空気層８１０ガラス８２０マイクロレンズ８３０異方性導電フィルム８４０ＣＣＤチップ８５０ＴＡＢ配線８６０バンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、半導体基板上に形成された
撮像素子、カラーフィルター及びマイクロレンズが、こ
の順に積層されてなる撮像装置であって、該マイクロレ
ンズを構成する材料の屈折率は１．８以上２．３以下で
あることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】マイクロレンズを構成する材料は、透光
性のＳｉＮ又は透光性の酸化タンタルであることを特徴
とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】マイクロレンズの形状は、四角錘、三角
錐、円錐、四角錘台、三角錐台または円錐台であること
を特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項４】マイクロレンズ間には、金属膜が形成さ
れていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記
載の撮像装置。
【請求項５】金属膜は、チタン（Ｔｉ）膜またはタン
グステン（Ｗ）膜であることを特徴とする請求項４記載
の撮像装置。
【請求項６】マイクロレンズ上には、反射防止膜が形
成されていることを特徴とする請求項１乃至５いずれか
に記載の撮像装置。
【請求項７】反射防止膜の屈折率は、１．６以上１．
９以下であることを特徴とする請求項６記載の撮像装
置。
【請求項８】反射防止膜は、ＭｇＯ又はＡｌ₂Ｏ₃であ
ることを特徴とする請求項６又は７記載の撮像装置。
【請求項９】請求項１乃至８いずれかに記載の撮像装
置と、ガラスとが、接着剤で貼り合わせることを特徴と
する実装装置。
【請求項１０】マイクロレンズを構成する材料の屈折
率は接着剤の屈折率より大きく、該屈折率の差は０．２
５以上であることを特徴とする請求項９記載の実装装
置。
【請求項１１】接着剤は、透光性のエポキシ樹脂、透
光性のシリコーン樹脂、透光性のアクリル樹脂、透光性
のウレタン樹脂および透光性のポリアミド樹脂からなる
群より選ばれる１種以上の樹脂であることを特徴とする
請求項９又は１０記載の実装装置。
【請求項１２】接着剤は、熱または光の少なくとも何
れかで硬化することを特徴とする請求項９乃至１１いず
れかに記載の実装装置。