固体撮像装置、固体撮像素子、固体撮像装置の製造方法及び固体撮像素子の製造方法
【課題】高画質化を図ることができる固体撮像装置、固体撮像素子、固体撮像装置の製造方法及び固体撮像素子の製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態に係る固体撮像装置は、上面に複数の画素が形成されたセンサ基板と、複数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイ基板と、前記マイクロレンズアレイ基板における前記マイクロレンズ間の領域に一端が接合され、前記上面に他端が接合された接続ポストと、を備える。
【解決手段】実施形態に係る固体撮像装置は、上面に複数の画素が形成されたセンサ基板と、複数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイ基板と、前記マイクロレンズアレイ基板における前記マイクロレンズ間の領域に一端が接合され、前記上面に他端が接合された接続ポストと、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置、固体撮像素子、固体撮像装置の製造方法及び固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上面に複数の画素が形成されたセンサ基板上に数１０μｍのエアギャップを介してマイクロレンズアレイを構成する固体撮像装置においては、センサ基板及びマイクロレンズアレイの高い平行度が求められる。
そこで一般的には、センサ基板の上面上に直接マイクロレンズアレイを形成する。これにより、画素とマイクロレンズの平行度を維持している。
【０００３】
一方、固体撮像装置と被写体との間の距離を検出することを目的とする固体撮像装置においては、画素が形成されたセンサ基板からマイクロレンズアレイを離間させて配置する。 しかしながら、センサ基板の上面に平行な面内において、センサ基板とマイクロレンズアレイとの間の間隔に、数１０μｍ程度のバラツキが発生すると、結像レンズ及びマイクロレンズにおける光軸にズレが生じ、画質の低下を招く。また、隣接したマイクロレンズを透過して集光した光が画素に入射し、光混色が発生して、視差のある画像群のマッチング精度を低下させるという問題点がある。
【０００４】
また、光軸に垂直な平面にある物体の像面は、必ずしも光軸に垂直な平面とはならず、一般には湾曲した面となる。この現象を像面湾曲収差と呼び、視野周辺に行くに従い像位置がズレ、像の周辺が画質劣化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−０６１１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、高画質化を図ることができる固体撮像装置、固体撮像素子、固体撮像装置の製造方法及び固体撮像素子の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る固体撮像装置は、上面に複数の画素が形成されたセンサ基板と、複数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイ基板と、前記マイクロレンズアレイ基板における前記マイクロレンズ間の領域に一端が接合され、前記上面に他端が接合された接続ポストと、を備える。
【０００８】
また、実施形態に係る固体撮像装置は、複数の画素が形成された上面が窪むように湾曲したセンサ基板と、前記上面側に設けられた結像レンズと、を備える。
【０００９】
さらに、実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の上面に複数の画素を形成する工程と、前記上面上に一端が接合された接続ポストを形成する工程と、透明基板上に複数のマイクロレンズを形成する工程と、前記接続ポストの他端を、前記透明基板上における前記マイクロレンズ間の領域に接合する工程と、を備える。
【００１０】
実施形態に係る固体撮像装置は、上面が窪むように湾曲した撮像素子を有する固体撮像素子と、前記上面側に設けられた結像レンズと、を備える。
【００１１】
また、実施形態に係る固体撮像素子は、上面が窪むように湾曲した撮像素子を備える。
【００１２】
さらに、実施形態に係る固体撮像素子の製造方法は、半導体基板の上面に複数の画素を形成する工程と、前記半導体基板上に前記画素と接続される多層配線層及び前記多層配線層を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基板の下部を除去する工程と、前記半導体基板の上面が窪むように湾曲させる工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
【図２】（ａ）は、第１の実施形態におけるマイクロレンズアレイ基板を例示する平面図であり、（ｂ）は、第１の実施形態におけるセンサ基板を例示する平面図である。
【図３】第１の実施形態におけるセンサ基板及びマイクロレンズアレイ基板を例示する断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、第４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図７】第５の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｆ）は、第６の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｆ）は、第６の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１０】第７の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
【図１１】第７の実施形態の変形例におけるセンサ基板を例示する断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、第７の実施形態の変形例におけるセンサ基板を例示する平面図である。
【図１３】第８の実施形態に係る固体撮像装置を例示する斜視図である。
【図１４】第９の実施形態に係る固体撮像装置を例示する斜視図である。
【図１５】（ａ）は、第１０の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図であり、（ｂ）は、第１０の実施形態に係る固体撮像装置において、固体撮像素子を例示する断面図である。
【図１６】（ａ）及び（ｂ）は、第１０の実施形態に係る固体撮像装置において、像面湾曲を例示する図である。
【図１７】第１の実施形態の比較例に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
【図１８】第１１の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
【図１９】第１２の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
【図２０】第１３の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
【図２１】第１４の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
【図２２】（ａ）は、第１５の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図であり、（ｂ）は、第１５の実施形態に係る固体撮像素子において、撮像素子を例示する下面図である。
【図２３】第１６の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
【図２４】第１７の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
【図２５】第１８の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
【図２６】第１９の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
【図２７】（ａ）〜（ｃ）は、第２０の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２８】（ａ）〜（ｄ）は、第２１の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２９】第２２の実施形態に係る固体撮像素子を例示する図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’線による断面図である。
【図３０】第２３の実施形態に係る固体撮像素子を例示する図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ’線による断面図である。
【図３１】第２３の実施形態の変形例に係る固体撮像素子を例示する斜視図である。
【図３２】第２４の実施形態に係る固体撮像素子を例示する図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ’線による断面図である。
【図３３】第２５の実施形態に係る固体撮像素子を例示する図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＤ−Ｄ’線による断面図である。
【図３４】（ａ）及び（ｂ）は、第２５の実施形態の変形例に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
【図３５】（ａ）〜（ｃ）は、第２６の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を例示する断面図である。
【図３６】（ａ）〜（ｆ）は、第２７の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
図２（ａ）は、第１の実施形態におけるマイクロレンズアレイ基板を例示する平面図であり、（ｂ）は、第１の実施形態におけるセンサ基板を例示する平面図である。
図３は、第１の実施形態におけるセンサ基板及びマイクロレンズアレイ基板を例示する断面図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１には、駆動・処理チップ２２、センサ基板１２、接続ポスト１７、マイクロレンズアレイ基板１４、可視光透過基板２３、光学フィルタ２４、レンズホルダ２６、レンズ鏡筒２７、結像レンズ２５及び光遮蔽カバー２８が設けられている。
駆動・処理チップ２２には、駆動・処理チップ２２を貫通する複数の貫通電極５８が設けられている。貫通電極５８上には、バンプ２１が設けられている。バンプ２１に接するように、駆動・処理チップ２２上には、センサ基板１２が設けられている。
センサ基板１２には、貫通電極１９が設けられている。センサ基板１２に設けられた貫通電極１９の下面は、バンプ２１上に配置されている。これにより、センサ基板１２と駆動・処理チップ２２とが接続されている。貫通電極１９の上面は電極パッド２０に接続されている。電極パッド２０は、画素１１の読み出しに用いられる。
【００１６】
センサ基板１２は、半導体基板１０、例えばシリコン基板に、複数の画素１１、例えば、フォトダイオードが形成されたものである。複数の画素１１は、センサ基板１２の上面９にアレイ状に設けられている。
各画素１１上には、画素集光マイクロレンズ１３が設けられている。
センサ基板１２の上面９には、複数の接続ポスト１７の一端が接合されている。複数の接続ポスト１７の他端にはマイクロアレイ基板１４が接合されている。マイクロアレイ基板１４は、透明基板、例えば石英板を用いて形成されている。マイクロレンズアレイ基板１４の一方の面には、複数のマイクロレンズ１５が形成されている。センサ基板１２の上面９にマイクロレンズアレイ基板１４におけるマイクロレンズ１５が形成された面が対向するように、マイクロレンズアレイ基板１４は配置されている。
センサ基板１２における画素１１が形成されていない周辺部と、マイクロレンズアレイ基板１４におけるマイクロレンズ１５が形成されていない周辺部とは、スぺーサ樹脂１８により相互に固定される。
【００１７】
マイクロレンズアレイ基板１４におけるセンサ基板１２と反対側の面上には、可視光透過基板２３及び光学フィルタ２４が設けられている。可視光透過基板２３及び光学フィルタ２４の上方には、結像レンズ２５が設けられている。結像レンズ２５は、光軸がマイクロレンズアレイ基板１４におけるマイクロレンズ１５が形成された領域及びセンサ基板１２における画素１１が形成された領域を通るように配置されている。結像レンズ２５の端縁は、レンズ鏡筒２７に支持されている。レンズ鏡筒２７は、レンズホルダ２６に取り付けられて、マイクロレンズアレイ基板１４の周辺部上に固定されている。光遮蔽カバー２８は、処理・駆動チップの底面並びに処理・駆動チップ２２、センサ基板１２、スペーサ樹脂１８、マイクロレンズアレイ基板１４、可視光透過基板２３、光学フィルタ２４及びレンズホルダ２６の側面を覆うように設けられている。光遮蔽カバー２８には、底部を貫通するモジュール電極２９が設けられている。モジュール電極２９は、処理・駆動チップ２２の貫通電極５８と接続されている。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板１４の一方の面を垂直方向から見ると、各マイクロレンズ１５の形状は円形とされている。マイクロレンズ１５は、マイクロレンズアレイ基板１４の一方の面に２次元的に配置されている。例えば、六方最密配列、すなわち一つのマイクロレンズ１５が６個のマイクロレンズで囲まれ、且つ、その６個のマイクロレンズと接するような配列で配置されている。
１個のマイクロレンズ１５の大きさは、１個の画素１１よりも大きい。マイクロレンズの円の大きさと、画素１１の大きさとを比較すると、例えば、１個のマイクロレンズ１５の大きさは、その円の中に、９個の画素１１が入るとともに、１６個の画素１１が部分的に入る大きさである。
【００１９】
図２（ｂ）に示すように、光の入射方向から見て、マイクロレンズ１５の形状は円形なので、センサ基板１２の上面９において、各マイクロレンズ１５を透過して集光した光によって照射される領域５７の形状は、円形となる。領域５７内に配置された画素１１の集まりを画素ブロック４９とする。各画素ブロック４９は、各マイクロレンズ１５に対応づけられている。
センサ基板１２の上面９には、各マイクロレンズ１５を透過して集光した光によって照射されない領域５６がある。すなわち、領域５６に配置された画素１１には、各マイクロレンズ１５を透過して集光した光が入射しない。
【００２０】
マイクロレンズアレイ基板１４におけるマイクロレンズ１５の間の領域１６には、接続ポスト１７の一端が接合されている。接続ポスト１７の他端は、センサ基板１２の上面９における領域５６に接合されている。
【００２１】
図３に示すように、センサ基板１２とマイクロレンズアレイ基板１４とは、接続ポスト１７により結合され、支持されている。また、センサ基板１２の上面９とマイクロレンズアレイ基板１４の一方の面とは、接続ポスト１７により平行に保たれている。
接続ポスト１７は、例えば、熱溶解性の有機系材料を含んでいる。また、接続ポスト１７は、可視波長域の光を吸収する材料、例えば、黒色顔料を含んでいる。黒色顔料は、例えば、カーボンブラック、ピグメントブラック７及びチタンブラックからなる群より選択された１種以上の顔料を含むものである。
センサ基板１２とマイクロレンズアレイ基板１４との間の距離は、好ましくは、１０〜１００マイクロメートル（μｍ）とされている。
センサ基板１２の上面９とマイクロレンズアレイ基板１４との間であって、接続ポスト１７の隙間は、エアギャップ３０、すなわち、気体が存在する隙間とされている。
【００２２】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置１の動作について説明する。
被写体からの光は、結像レンズ２５を透過することによって集光され、マイクロレンズアレイ基板１４に入射する。マイクロレンズアレイ基板１４に入射した光のうちマイクロレンズ１５に到達した光は、それぞれのマイクロレンズ１５を透過してマイクロレンズ１５ごとに集光され、センサ基板１２の上面９において、マイクロレンズ１５ごとに結像される。すなわち、各マイクロレンズ１５に対応した各画素ブロック４９ごとに、被写体の像が形成される。但し、これらの像の視点は、マイクロレンズ１５の配置位置の違いに起因して、少しずつ異なっている。これらの像は、各画素ブロック４９に属する複数の画素１１によって感知される。このように、マイクロレンズ１５の数だけ、相互間に視差が生じた複数の像が取得される。
【００２３】
そして、多数のマイクロレンズ１５から得られた視差画像群を画像処理することで、三角測量の原理により被写体と固体撮像装置１との間の距離を推定する。また、つなぎ合わせの画像処理を行うことによって、１枚の２次元画像を取得する。
マイクロレンズ１５間の領域１６に設けられた接続ポスト１７は、各マイクロレンズ１５を透過した光が、隣接した他のマイクロレンズ１５に対応付けられた画素ブロック４９を照射することを防ぐ。
【００２４】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置１の効果について説明する。
マイクロレンズアレイ基板１４とセンサ基板１２とを平行に保たないと、光軸にズレが生じて画質低下を招くことがある。本実施形態に係る固体撮像装置１においては、マイクロレンズアレイ基板１４とセンサ基板１２との間を接続ポスト１７で固定しているので、平行に保つことができる。よって、固体撮像装置１の高画質化を実現することができる。
【００２５】
接続ポスト１７は、マイクロレンズアレイ基板１４におけるマイクロレンズ１５間の領域１６に設けられている。また、接続ポスト１７は、センサ基板１２におけるマイクロレンズ１５を透過して集光した光が入射しない領域５６に設けられている。領域５６は、撮像に寄与しない、いわばデッドスペースであるから実効的な画素数を減らしていない。よって、接続ポスト１７のために余分な領域を設ける必要がないので、マイクロレンズアレイ基板１４に対するマイクロレンズ１５の密度及びセンサ基板１２に対する画素１１の密度を高めることができる。よって、固体撮像装置１の高画質化を実現することができる。
【００２６】
接続ポスト１７は、可視波長域の光を吸収する材料を含んでいる。よって、画素ブロック４９は、その画素ブロック４９に対応づけられたマイクロレンズ１５以外のマイクロレンズ１５を透過して集光した光を受光することがない。よって、混色を防止することができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
本実施形態は、固体撮像装置の製造方法についてのものである。
図４（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【００２８】
先ず、図４（ａ）に示すように、半導体基板１０、例えばシリコン基板の上面に、画素１１及び周辺回路（図示せず）を形成する。画素１１は、例えばフォトダイオードである。画素１１及び周辺回路は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor; 相補型金属酸化膜半導体）の製造プロセスを用いて形成する。これにより、センサ基板１２が作製される。
【００２９】
一方、図４（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板１４の材料として、透明基板、例えば石英板を用意する。そして、透明基板をドライエッチングすることにより、透明基板にマイクロレンズ１５を形成する。
このようにして、複数のマイクロレンズ１５が形成されたマイクロレンズアレイ基板１４が作製される。
【００３０】
そして、図４（ｃ）に示すように、センサ基板１２の上面９において領域５６（図２参照）となる予定の領域、すなわち、センサ基板１２にマイクロレンズアレイ基板１４を接合した場合に、各マイクロレンズ１５を透過した光によって照射されない領域に、接続ポスト１７を形成する。
接続ポスト１７は、センサ基板１２上に熱溶解性の有機系材料を堆積させた後、リソグラフィー法でパターニングすることにより形成する。これにより、センサ基板１２の上面９上に一端が接合された接続ポスト１７が形成される。接続ポスト１７には、可視波長域の光を吸収する材料を含ませる。
【００３１】
その後、図４（ｄ）に示すように、接続ポスト１７の他端を、マイクロレンズアレイ基板１４上におけるマイクロレンズ１５間の領域１６に接合する（図２（ａ）参照）。
これにより、図３に示す構造体が製造される。
【００３２】
さらに、センサ基板１２に貫通電極１９を形成する。そして、貫通電極１９の上面上に画素１１の読出し用電極パット２０を形成する。また、貫通電極１９の下面をバンプ２１に接続する。次に、バンプ２１と駆動・処理チップ２２の貫通電極５８とを接合する。マイクロレンズアレイ基板１４上に、可視光透過基板２３及び光学フィルタ２４を設ける。
そして、マイクロレンズアレイ基板１４におけるセンサ基板１２と反対側において、画素１１が形成されていない領域にレンズホルダ２６を設置する。結像レンズ２５の端部を固定したレンズ鏡筒２７をレンズホルダ２６に取り付ける。このとき、結像レンズ２５の光軸が、マイクロレンズアレイ基板１４及びセンサ基板１２を通るようにする。その後、駆動・処理チップ２２、センサ基板１２、マイクロレンズアレイ基板１４及びレンズホルダ２６を覆うように、不要な光を遮断するための光遮蔽カバー２８を取り付ける。そして、光遮蔽カバー２８の底部に、駆動・処理チップ２２と外部とを接続するモジュール電極２９を取り付ける。
このようにして、図１に示す固体撮像装置１が製造される。
【００３３】
なお、マイクロレンズ１５は、透明有機膜により形成されたマイクロレンズシートを透明基板に接着することにより形成することができる。また、マイクロレンズ１５は、透明有機膜により形成されたマイクロレンズシートをインプリントすることにより形成することもできる。
【００３４】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置１の製造方法によれば、マイクロレンズアレイ基板１４側の接続ポスト１７の一端は、マイクロレンズ１５間の領域１６にあり、この領域１６は、マイクロレンズアレイ基板１４における凹部となっている。よって、セルフアライン的に接続ポスト１７を接合することができる。よって接続ポスト１７の２次元的な配置を高精度に実現することができる。
【００３５】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
図５（ａ）〜（ｅ）は、第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
先ず、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、前述の第２の実施形態における図４（ａ）及び（ｂ）に示す工程を実施する。これらの工程については、説明を省略する。
【００３６】
次に、図５（ｃ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板１４におけるマイクロレンズ１５間の領域１６に第１接続ポスト１７ａを形成する。第１接続ポスト１７ａは、マイクロレンズアレイ基板１４上に熱溶解性の有機系材料を堆積させた後、リソグラフィー法でパターニングすることにより形成する。第１接続ポスト１７ａには、可視波長域の光を吸収する材料を含ませる。
【００３７】
一方、図５（ｄ）に示すように、センサ基板１２の上面９における領域５６に第２接続ポスト１７ｂを形成する。第２接続ポスト１７ｂは、前述の図４（ｃ）に示す工程により形成する。
そして、図５（ｅ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板１４上に形成した第１接続ポスト１７ａの他端と、センサ基板１２上に形成した第２接続ポスト１７ｂの他端とを接合する。
これにより、図３に示す固体撮像素子１が製造される。
【００３８】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置１の製造方法によれば、センサ基板１２及びマイクロレンズアレイ基板１４の双方にあらかじめ第１及び第２接続ポストをリソグラフィー法で形成している。よって、例えば、接着により、接続ポスト１７の一端または他端を接合する製造方法より、接合位置を高精度に定めることができる。
【００３９】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。
図６（ａ）〜（ｅ）は、第４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
先ず、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、前述の第３の実施形態における図５（ａ）及び（ｂ）に示す工程を実施する。これらの工程については、説明を省略する。
【００４０】
次に、図６（ｃ）に示すように、前述の第３の実施形態における図５（ｃ）に示す工程を実施する。この工程については、説明を省略する。
一方、図６（ｄ）に示すように、センサ基板１２の上面に凹部３１を形成する。凹部３１は、例えばエッチングにより形成する。凹部３１の位置は、マイクロレンズアレイ基板１４に形成した接続ポスト１７の位置と一致させる。凹部３１の幅は接続ポスト１７の幅と一致させる。
そして、図６（ｅ）に示すように、凹部３１に、接続ポスト１７の他端を嵌合させる。
これにより、図３に示す固体撮像素子１が製造される。
【００４１】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置によれば、凹部３１に嵌合させる接続ポスト１７の他端の深さを調整することができる。よって、センサ基板１２とマイクロレンズアレイ基板１４の平行度を調整することができる。また、接続ポスト１７を凹部３１に嵌合させているので、接合強度が増加する。
【００４２】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。
図７は、第５の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
図７に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置２においては、結像レンズの焦点４５が、マイクロレンズアレイ基板１４より結像レンズ２５側とされている。そして、被写体からの光は、結像レンズ２５を透過することによって集光され、焦点４５に集められる。焦点４５から先は、マイクロレンズアレイ基板１４に向かって広がっている。光軸３３に近いマイクロレンズ１５ａには被写体からの光がマイクロレンズ１５ａの面に対して垂直に近い方向から入射する。そして、そのマイクロレンズ１５ａを透過して集光した光は、センサ基板１２の上面９に対して垂直に近い方向で画素ブロック４９へ到達する。
一方、マイクロレンズアレイ基板１４の周辺部における光軸３３から離れたマイクロレンズ１５ｂには、被写体からの光が、マイクロレンズ１５ｂの面に対して垂直から大きく傾いた角度で入射する。そして、そのマイクロレンズ１５ｂを透過して集光した光は、センサ基板１２の上面に対して垂直から大きく傾いた角度で画素ブロック４９へ到達する。
【００４３】
接続ポスト１７は、センサ基板１２の上面に対する各マイクロレンズ１５を透過して集光した光が画素ブロック４９へ到達する角度に合わせるように傾けて設けられている。したがって、接続ポスト１７は、センサ基板１２に接続された一端３２の位置と結像レンズ２５の光軸３３との距離が大きくなるほど、接続ポスト１７の他端３４が光軸３３側に向くように傾いている。そして、結像レンズ２５の光軸３３の方向と接続ポスト１７が延びる方向とのなす角度は、センサ基板１２に接続された一端３２と光軸３３との距離が大きくなるほど、大きくなっている。
本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００４４】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置２においては、各マイクロレンズ１５を透過して集光した光は、光軸３３からの距離に応じてセンサ基板１２の上面に対して傾いている。
本実施形態に係る固体撮像装置２によれば、接続ポスト１７は、各マイクロレンズ１５を透過して集光した光の傾きに合わせるように設けられている。よって、マイクロレンズ１５を透過して集光した光が、そのマイクロレンズ１５に対応づけられた画素ブロック４９に結像することを妨げない。
また、接続ポスト１７は、マイクロレンズアレイ基板１４の周辺部のマイクロレンズ１５ｂを透過して集光した光が、マイクロレンズ１５ｂに隣接するマイクロレンズ１５ｃに対応付けられた画素ブロック４９に結像するのを防ぐ。よって、混色が生じないので、固体撮像装置２の高画質化を実現することができる。
【００４５】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。
本実施形態は、前述の固体撮像装置２の製造方法である。
図８（ａ）〜（ｆ）及び図９（ａ）〜（ｆ）は、第６の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
先ず、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、前述の第２の実施形態における図４（ａ）及び（ｂ）に示す工程を実施する。これらの工程については、説明を省略する。
【００４６】
次に、図８（ｃ）に示すように、センサ基板１２上に犠牲層３５を形成する。その後、犠牲層３５をパターニングする。パターニングは、犠牲層３５上に開口部３６が形成されたマスク３７を形成し、マスク３７をマスクとして犠牲層３５をエッチングすることにより行う。犠牲層３５にはセンサ基板１２の上面に対して垂直な凹部３８ａが形成される。
その後、図８（ｄ）に示すように、マスク３７を除去し、凹部３８ａに接続ポスト１７の材料を埋め込む。
そして、図８（ｅ）に示すように、埋め込まれた接続ポスト１７の材料を残して犠牲層３５を除去する。これにより、センサ基板１２上に一端が接合された接続ポスト１７ｃが形成される。
【００４７】
次に、図８（ｆ）に示すように、センサ基板１２上及び接続ポスト１７ｃ上に犠牲層３９を形成する。その後、犠牲層３９をパターニングする。パターニングは、犠牲層３９上に開口部４０が形成されたマスク４１を形成し、マスク４１をマスクとして犠牲層３９をエッチングすることにより行う。開口部４０の位置は、開口部３６の位置とずらして形成する。すなわち、マスク３７及び４１の開口部３６及び４０を重ねたときに、開口部３６及び４０が部分的に重なるように形成する。エッチングにより、犠牲層３９にも、センサ基板１２の上面に対して垂直な凹部３８ｂが形成される。凹部３８ａと凹部３８ｂとは位置がズレているが部分的につながっている。よって、凹部全体としては、傾斜した凹部となる。
【００４８】
その後、図９（ａ）に示すように、マスク４１を除去し、凹部３８ｂに接続ポスト１７の材料を埋め込む。
そして、図９（ｂ）に示すように、埋め込まれた接続ポスト１７の材料を残して犠牲層３９を除去する。これにより、接続ポスト１７ｃの他端に一端が接続された接続ポスト１７ｄが形成される。接続ポスト１７ｃ及び接続ポスト１７ｄは、全体としては、傾いて形成される。
【００４９】
次に、図９（ｃ）に示すように、センサ基板１２上、接続ポスト１７ｃ及び１７ｄ上に犠牲層４２を形成する。その後、犠牲層４２をパターニングする。パターニングは、犠牲層４２上に開口部４３が形成されたマスク４４を形成し、マスク４４をマスクとして犠牲層４２をエッチングすることにより行う。前述の図８（ｆ）と同様に、開口部４０及び４３の位置をずらして形成する。エッチングにより、犠牲層４２にも、センサ基板１２の上面９に対して垂直な凹部３８ｃが形成される。しかし、凹部３８ｂと凹部３８ｃとは位置がズレているが、部分的につながっているので、凹部全体としては、傾斜している。
【００５０】
その後、図９（ｄ）に示すように、マスク４４を除去し、凹部３８ｃに接続ポスト１７の材料を埋め込む。
そして、図９（ｅ）に示すように、埋め込まれた接続ポスト１７の材料を残して犠牲層４２を除去する。これにより、接続ポスト１７ｄの他端に一端が接続された接続ポスト１７ｅが形成される。
接続ポスト１７ｃ、１７ｄ及び１７ｅにより、傾斜した接続ポスト１７が形成される。
犠牲層の形成回数を増やし、接続ポストを細かく刻んで形成すれば、傾斜した接続ポスト１７の側面の継ぎ目が目立たなくなる。
【００５１】
次に、図９（ｆ）に示すように、前述の第２の実施形態における図４（ｄ）に示す工程を実施する。この工程については、説明を省略する。
このようにして、図７に示す固体撮像装置２が製造される。
【００５２】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置２の製造方法によって、傾斜した接続ポスト１７を形成することができる。よって、混色を防止し、固体撮像装置２の高画質化を実現することができる。
【００５３】
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。
図１０は、第７の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
図１０に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置３において、センサ基板１２は、上面９が窪むように湾曲している。一方、センサ基板１２の上面９に対向して設けられたマイクロレンズアレイ基板１４は平らである。接続ポスト１７は、マイクロレンズアレイ基板１４に垂直に接合されている。したがって、センサ基板１２の上面９の中央に接続された接続ポスト１７の長さは、センサ基板１２の上面９の周辺に接続された接続ポスト１７の長さより長くなっている。
【００５４】
マイクロレンズアレイ基板１４におけるセンサ基板１２と反対側に結像レンズ２５を設けてもよい。さらに、前述の固体撮像装置２のように、接続ポスト１７を傾けてもよい。
また、結像レンズ２５の焦点４５から、各画素１１までの距離が相互に等しくなるようにセンサ基板１２を湾曲させてもよい。
【００５５】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置３の動作について説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置３においては、被写体からの光が結像レンズ２５の周辺部及びマイクロレンズアレイ基板１４の周辺部を透過して集光し、画素ブロック４９上に結像する場合の光路の長さと、結像レンズ２５の中心部及びマイクロレンズアレイ基板１４の中心部を透過して集光し、画素ブロック４９上に結像する場合の光路の長さとの差が小さくなっている。
【００５６】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置３によれば、センサ基板１２を湾曲させているので、結像レンズ２５を透過して集光した被写体からの光が、各マイクロレンズ１５によってセンサ基板１２の上面９の中心領域及び周辺領域に均一に到達する。よって、像面湾曲を抑制し、固体撮像装置３の高画質化を実現することができる。
【００５７】
（第７の実施形態の変形例）
図１１は、第７の実施形態の変形例におけるセンサ基板を例示する断面図である。
図１２（ａ）〜（ｃ）は、第７の実施形態の変形例におけるセンサ基板を例示する平面図である。
図１１に示すように、センサ基板５１を湾曲するには、センサ基板５１を薄くする。センサ基板５１の厚さは５〜１０マイクロメートル（μｍ）とすることが好ましい。
【００５８】
シリコンのような劈開しやすい半導体結晶の場合には、センサ基板５１の厚さを薄くしても、結晶方位によって、湾曲せずに割れることがある。そこで、センサ基板５１における上面９と反対側の裏面５２に切込み４６を形成する。これにより、上面９が窪むように、センサ基板５１の周辺部を上方向４７に湾曲するのが容易になる。切込み４６は、例えばフォトリソグラフィー法により、センサ基板５１の裏面に任意の形状をパターニングのうえ、エッチングすることにより形成できる。
【００５９】
さらに、センサ基板５１の割れを防止する手段として、センサ基板５１を有機膜４８で被膜する。有機膜４８は、可視波長域の光を透過するものを用いる。例えば、パリレン（パラキシリレン系ポリマー）をセンサ基板５１を覆うように、蒸着重合法等により形成する。パリレンは化学的にも非常に安定した物質で、様々な溶剤や薬品に対して不活性であり、電気的にも低誘電率で絶縁性を有し、機械特性、光透過特性にも優れている。ここで、センサ基板５１を覆うパリレンには、例えばパリレンＣやパリレンＮなどを用いることができる。
【００６０】
図１２（ａ）に示すように、センサ基板５１の裏面５２には、センサ基板５１の裏面における一つの方向に延びる複数の切込み５３が形成されている。
また、図１２（ｂ）に示すように、センサ基板５１の裏面５２には、切込み５３に加えて、切込み５３が延びる方向に直交する方向に延びる複数の切込み５４が形成されている。
さらに、図１２（ｃ）に示すように、センサ基板５１の裏面５２には、裏面５２における一つの方向及び一つの方向に直交する他の方向に交差する十字状の複数の切込み５５が、一つの方向及び他の方向にマトリックス上に配置されている。
【００６１】
次に、本変形例の効果について説明する。
本変形例におけるセンサ基板５１を用いれば、上面９を窪むように湾曲させても破断しにくい固体撮像装置３とすることができる。
センサ基板５１を有機膜で覆うことにより、固体撮像装置３に耐水性、耐薬品性、ガス不透過性、電気絶縁性、耐熱性をもたせることができる。
さらに、有機膜を、被膜性が高いパリレンにより形成している。よって、センサ基板５１を均一に覆うことができる。また、センサ基板５１をパリレンで覆うことにより、様々な溶剤や薬品に対するセンサ基板５１の耐久性を向上させることができる。さらに、センサ基板５１の絶縁性を向上させ、機械的な強度を高めることができる。しかも、パリレンで覆われていても、センサ基板５１には十分な可視波長域の光を透過させることができる。
さらにまた、センサ基板１２の裏面５２に切込み５３、５４及び５５を形成することにより、センサ基板が割れずに湾曲しやすくなる。
本変形例における上記以外の効果は、前述の第７の実施形態と同様である。
【００６２】
（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。
図１３は、第８の実施形態に係る固体撮像装置を例示する斜視図である。
図１３に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置４において、センサ基板１２は、上面９が窪むように湾曲している。一方、センサ基板１２の上面９に対向して設けられているマイクロレンズアレイ基板１４は平坦である。接続ポスト１７は、設けられていなくてもよい。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第７の実施形態と同様である。
【００６３】
（第９の実施形態）
図１４は、第９の実施形態に係る固体撮像装置を例示する斜視図である。
図１４に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置５において、センサ基板１２は、上面９が窪むように湾曲している。また、センサ基板１２の上面９側に結像レンズ２５が設けられている。センサ基板１２を、結像レンズ２５の焦点４５から各画素１１までの距離が相互に等しくなるように湾曲させてもよい。
マイクロレンズアレイ基板１４は、設けられていなくてもよい。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第７の実施形態と同様である。
【００６４】
（第１０の実施形態）
図１５（ａ）は、第１０の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図であり、（ｂ）は、第１０の実施形態に係る固体撮像装置において、固体撮像素子を例示する断面図である。
図１６（ａ）及び（ｂ）は、第１０の実施形態に係る固体撮像装置において、像面湾曲を例示する図である。
【００６５】
図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１０１には、モジュール筐体１１０が設けられている。モジュール筐体１１０は、上方が開口した容器の形状とされている。モジュール筐体１１０の内部には、実装基板１１１が設けられている。実装基板１１１は、モジュール筐体１１０の内部の底面上に配置されている。
【００６６】
実装基板１１１には処理チップを含む後段処理回路１１１ａが設けられている。
実装基板１１１上には、スペーサ１１２が設けられている。スペーサ１１２の下面は、実装基板１１１の上面に接している。スペーサ１１２の上面は、すり鉢状に窪んでいる。すなわち、スペーサ１１２の周辺部の厚さは、スペーサ１１２の端縁に近づくほど、厚くなっている。
【００６７】
スペーサ１１２の上面上には、撮像素子９１が設けられている。撮像素子９１の形状は、５０マイクロメートル（μｍ）の厚さのフィルム状とされている。撮像素子９１は、スペーサ１１２の上面の窪みの形状に沿って、湾曲させて配置されている。したがって、撮像素子９１の上面は窪むように湾曲されている。撮像素子９１の厚さが、０．１〜５０マイクロメートル（μｍ）であると湾曲させやすい。
撮像素子９１の下面と実装基板１１１との間に、スペーサ１１２は配置されている。撮像素子９１の下方に実装基板１１１は配置されている。撮像素子９１を含むものを固体撮像素子７１という。本実施形態の固体撮像素子７１は、撮像素子９１、実装基板１１１及びスペーサ１１２を含んでいる。
【００６８】
撮像素子９１は、半導体層１１４を含んでいる。半導体層１１４には、画素１１５となるフォトダイオード、駆動・読み出し回路（図示せず）及び画素読み出し用電極パッド１１６が設けられている。画素読み出し用電極パッド１１６には、導電性、例えば金属性のワイヤ１１７が接続され、配線引き出しがなされている。ワイヤ１１７の他端は、実装基板１１１における後段処理回路１１１ａに接続されている。
【００６９】
撮像素子９１の上方には、可視光透過フィルター１１８、例えばＩＲＣＦ（infrared cut-off filter）が設けられている。可視光透過フィルター１１８は、モジュール筐体１１０の内部における側面に固定されている。可視光透過フィルター１１８は、不要な赤外光をカットする材料を用いて形成されている。可視光透過フィルター１１８の上方には、結像レンズ１１９が設けられている。結像レンズ１１９の光軸１２０は、撮像素子９１の上面と交差するように配置されている。結像レンズ１１９はレンズホルダー１２１に取り付けられ、モジュール筐体１１０の内部における側面に固定されている。固体撮像装置１０１の周囲には、不要な光を遮断するための光遮蔽カバーが取り付けられている(図示せず)。
【００７０】
撮像素子９１を湾曲させる量は、以下に示す像面湾曲収差に基づいて決定される。
像面湾曲収差は、結像レンズ１１９を透過して結像する像が、光軸１２０に垂直な平面上に結像せずに、湾曲した曲面上に結像する現象であって、その曲面が結像レンズ１１９の方向に凹となるように湾曲する。すなわち、光軸１２０から離れた位置の像ほど、結像レンズ１１９の方向にずれる（倒れ込む）現象である。
【００７１】
図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、光軸１２０と撮像素子９１（図示せず）の上面との交点１２２ａを含み、光軸１２０に対して垂直な平面１２２において、結像レンズ１１９の中心１１９ａから平面１２２における周辺部１２２ｂまでの距離は、結像レンズ１１９の中心１１９ａから交点１２２ａまでの距離より長くなる。したがって、像面湾曲収差が補正されていないレンズでは、周辺部１２２ｂにおいて結像する位置１２３は、平面１２２から結像レンズ１１９側にずれる。通常、ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子の結像面は平面であり、光軸１２０に対して垂直に配置されるので、像面湾曲の補正がされていないレンズを使って像を結像すると、結像面において、中心部から離れるに従ってピントがぼけた像ができてしまう。像面湾曲は、非点収差と近い関係の収差である。
【００７２】
図１６（ｂ）に示すように、像面湾曲はペッツバール和(Petzval sum)により説明することができる。
ペッツバール和Ｐは、下記数式（１）で表される。
【数１】
ここで、ｎは結像レンズ１１９の屈折率、ｆは結像レンズの焦点距離、Ｎは結像レンズの個数をそれぞれ示している。数式（１）式から、平面１２２上における任意の位置１２５と、位置１２５から結像レンズ１１９側にずれる量ｑ’は数式（２）より導かれる。
【数２】
ここで、y'は主光軸１２０と位置１２５と間の距離、ｎは結像レンズの屈折率をそれぞれ示している。数式（１）及び数式（２）から撮像素子９１を湾曲させる曲率を導くことができる。これにより、撮像素子９１の上面における任意の点と平面１２２との距離を、結像レンズ１１９の屈折率及び結像レンズ１１９の焦点距離ｆを用いて求めることができる。
【００７３】
次に、本実施形態に係る固体撮像素子の動作について説明する。
被写体からの光は、結像レンズ１１９を透過することによって集光され、撮像素子９１の上面に結像される。結像レンズ１１９を透過して結像する像は、湾曲した曲面上に結像する。撮像素子９１は、その曲面に合わせるように湾曲されている。したがって、結像レンズ１１９を透過して結像する像は、撮像素子９１における湾曲された上面に結像される。
撮像素子９１上に結像された像による各画素１１５の情報は、画素読み出し用電極パッド１１６からワイヤ１１７を介して、実装基板１１１における後段処理回路１１１ａに送られ、処理される。
【００７４】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、撮像素子９１を湾曲させることで、像面湾曲収差を抑制することができる。これにより、固体撮像装置１０１から得られる撮像出力の高画質化をはかることができる。
また、像面湾曲収差補正のためにレンズの枚数を増やす必要がなくなり、固体撮像装置１０１を小型化、軽量化、低価格化することができる。
さらに、付加的な光学素子を介さないので光学損失を低減でき、光学クロストーク(混色)を低減することができる。
なお、可視光透過フィルターは、赤外光をカットする膜であってもよい。
【００７５】
（比較例）
次に、第１の実施形態の比較例について説明する。
図１７は、第１の実施形態の比較例に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
図１７に示すように、本比較例における固体撮像装置１０１ａおいては、結像レンズ（図示せず）の結像面１１９ｂと撮像素子９１との間に像面湾曲収差に対応した曲面の形状をもつ透明基板１３０と、これに接続した光伝達管１３１を含む構成とされている。結像レンズ（図示せず）を透過した光は、像面湾曲収差に対応した曲面の形状をもつ透明基板１３０上に結像する。そして、結像した像は、光伝達管１３１を透過して、撮像素子９１に到達する。
本比較例においては、曲面の形状をもつ透明基板１３０及び透明基板１３０に接続された光伝達管１３１を必要とする。したがって、固体撮像装置１０１ａを小型化、軽量化することができない。また、生産コストが高くなる。さらに、光伝達管１３１と撮像素子９１との間の位置を高精度に合わせる必要があり、製造工程数が多くなる。また、透明基板１３０及び光伝達管１３１を透過するため、光学損失が生じる。
【００７６】
（第１１の実施形態）
次に、第１１の実施形態について説明する。
図１８は、第１１の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
図１８に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１０２においては、撮像素子９１と結像レンズ１１９との間にマイクロレンズアレイ基板１４２が設けられている。マイクロアレイ基板１４２は、透明基板、例えば石英板を用いて形成されている。マイクロレンズアレイ基板１４２には、複数のマイクロレンズ１４３が形成されている。撮像素子９１の上面に、マイクロレンズアレイ基板１４２におけるマイクロレンズ１４３が形成された面が対向するように、マイクロレンズアレイ基板１４２は配置されている。また、撮像素子９１の上面とマイクロアレイ基板１４２とを、離間させる。
【００７７】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置１０２の動作について説明する。
被写体からの光は、結像レンズ１１９を透過することによって集光され、マイクロレンズアレイ基板１４２に入射する。マイクロレンズアレイ基板１４２に入射した光のうちマイクロレンズ１４３に到達した光は、それぞれのマイクロレンズ１４３を透過してマイクロレンズ１４３ごとに集光され、撮像素子９１の上面において、マイクロレンズ１４３ごとに結像される。各マイクロレンズ１４３により結像した画像を元に被写体までの距離の計測をする。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１０の実施形態と同様である。
【００７８】
（第１２の実施形態）
次に、第１２の実施形態について説明する。
図１９は、第１２の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
図１９に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子７２は、撮像素子９１、実装基板１１１及びスペーサ１１２ａを含んでいる。撮像素子９１の周辺部の下面と実装基板１１１との間にスぺーサ１１２ａは、配置されている。撮像素子９１の周辺部は、スペーサ１１２ａによって支持されているが、固体撮像素子９１の中央部はスペーサ１１２ａによって支持されていない。実装基板１１１と撮像素子９１の中央部との間は空洞である。
【００７９】
撮像素子９１は、スペーサ１１２によって支えられた橋渡しの構成とされている。撮像素子９１は、スペーサ１１２によって、撮像素子９１の端縁から中央部に向かう方向に応力が加えられている。ワイヤ１１７は、画素読み出し用電極パッド１１６と後段処理回路１１１ａとを接続している。
本実施形態によれば、撮像素子９１の中央部の下方に空洞が形成されているので、放熱が向上する。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１０の実施形態と同様である。
【００８０】
（第１３の実施形態）
次に、第１３の実施形態について説明する。
図２０は、第１３の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
図２０に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子７３は、撮像素子９１及びフレキシブル基板１３２を含んでいる。撮像素子９１の下面に接するように、フレキシブル基板１３２は、配置されている。撮像素子９１が配置されたフレキシブル基板１３２を、任意の曲率で湾曲させることで、撮像素子９１も湾曲させることができる。
また、本実施形態においては、撮像素子９１の下面に画素読み出し用電極パッド１１６が設けられている。そして、下面に設けられた画素読み出し用電極パッド１１６から電極を取り出す、いわゆる表面実装型とされている。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１０の実施形態と同様である。
なお、撮像素子９１の上面に画素読み出し用電極パッド１１６を設け、上面からワイヤ１１７によってワイヤボンディングを行なってもよい。また、撮像素子９１と、フレキシブル基板１３２とが接合されていてもよい。
【００８１】
（第１４の実施形態）
図２１は、第１４の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
図２１に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子７４は、撮像素子９１及び実装基板１１１ｂを含んでいる。実装基板１１１ｂの形状は、上面に複数の段差が設けられた階段状とされている。実装基板１１１ｂの上面は、中央部が最も低く、中央部から端縁に向かって段差毎に高さが増加している。湾曲させた撮像素子９１は、実装基板１１１ｂ上に配置されている。撮像素子９１の下面は、実装基板１１１ｂの上面における段差の角部１１１ｃと接している。撮像素子９１と実装基板１１１ｂとの接続は、例えば有機系接着剤を用いる。ワイヤ１１７は、画素読み出し用電極パッド１１６と後段処理回路１１１ａとを接続している。実装基板１１１ｂの段差を増やすことで、固体撮像素子９１が湾曲される量を精度良く制御することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１０の実施形態と同様である。
【００８２】
（第１５の実施形態）
次に、第１５の実施形態について説明する。
図２２（ａ）は、第１５の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図であり、（ｂ）は、第１５の実施形態に係る固体撮像素子において、撮像素子を例示する下面図である。
図２２（ａ）に示すように、本実施形態の固体撮像素子７５において、実装基板１１１ｂの形状は、上面に複数の段差が設けられた階段状とされている。実装基板１１１において、中央部の上面、角部１１１ｃ及び周辺部の上面に、後段処理回路１１１ａの電極部１１１ｄが設けられている。撮像素子９１における画素読み出し用電極パッド１１６は、撮像素子９１の下面に設けられている。画素読み出し用電極パッド１１６と電極部１１１ｄとの間には、半田バンプ１４０が設けられている。半田バンプ１４０は、画素読み出し用電極パッド１１６と電極部１１１ｄとを電気的に接続している。実装基板１１ｂの内部には、電極部１１１ｄから実装基板１１ｂの側面に延びる引出し配線１４１が設けられている。引出し配線１４１を介して固体撮像素子７５の外部と電気信号の出し入れを行う。
【００８３】
図２２（ｂ）に示すように、撮像素子９１の下面には、複数の画素読み出し用電極パッド１１６が設けられている。撮像素子９１の下方から見て、撮像素子９１の下面の周辺領域に沿って配置された複数の画素読み出し用電極パッド１１６ａは、いわゆるＩ／Ｏ電極として、電気信号を出し入れするための引出し配線１４１に接続されている。一方、撮像素子９１の下面において、中央領域に配置された画素読み出し用電極パッド１１６ｂは、いわゆるダミー電極として、実装基板１１１ｂと物理的な接続を補強している。
【００８４】
本実施形態に係る固体撮像素子７５には、Ｉ／Ｏ電極となる画素読み出し用電極パッド１１６ａとダミー電極となる画素読み出し用電極パッド１１６ｂの双方が設けられている。これにより、半田バンプ１４０における半田の濡れ性を利用して、撮像素子９１を多点で支持することができる。また、実装時の半田のリフローにより、セルフアライン的に撮像素子９１を湾曲させることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１０の実施形態と同様である。
【００８５】
（第１６の実施形態）
図２３は、第１６の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
本実施形態は、表面照射型の固体撮像素子についてのものである。
図２３に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子７６は、撮像素子９２を含んでいる。撮像素子９２には、半導体層１１４が設けられている。半導体層１１４は、半導体材料、例えば、シリコンから形成されている。半導体層１１４の上部には、複数の画素１１５が形成されている。画素１１５は、例えば、フォトダイオードである。撮像素子９２の上方から見て、複数の画素１１５は、半導体層１１４にアレイ状に設けられている。
【００８６】
半導体層１１４には、駆動及び読み出し回路（図示せず）が形成されている。
半導体層１１４上には、多層配線層１５１が設けられている。多層配線層１５１は、画素１１５並びに駆動及び読み出し回路（図示せず）間を接続している。多層配線層１５１を覆うように層間絶縁膜１５０が設けられている。各画素１１５における層間絶縁膜１５０上には、カラーフィルタ１５２が設けられている。各画素１１５におけるカラーフィルタ１５２上には、画素集光マイクロレンズ１５３が設けられている。撮像素子９１の厚さは、１〜５０マイクロメートル（μｍ）、さらに好ましくは、１〜１０マイクロメートル（μｍ）とされている。
【００８７】
本実施形態に係る固体撮像素子７６によれば、固体撮像素子７６の厚さが薄いので、固体撮像素子７６を湾曲させることができる。これにより、像面湾曲収差を抑制することができ、撮像素子９２から得られる撮像出力の高画質化をはかることができる。
【００８８】
（第１７の実施形態）
次に、第１７の実施形態について説明する。
図２４は、第１７の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
図２４に示すように、本実施形態の固体撮像素子７７は、撮像素子９２を含んでいる。撮像素子９２は、有機膜１５４で被膜されている。有機膜１５４は、透明、すなわち可視波長域の光を透過するものを用いる。有機膜１５４は、例えば、パリレンである。パリレンは、パラキシリレン系ポリマーの総称で、ベンゼン環がＣＨ２を介してつながった構造をもっている。被膜する有機膜１５４の厚さは、０．１〜１０マイクロメートル（μｍ）である。
【００８９】
次に、本実施形態の効果について説明する。
撮像素子９２は、半導体層１１４を含んでいる。半導体層１１４の材料として単結晶シリコンが用いられた場合には、撮像素子９２に対して僅かな力が付加されるだけで、半導体層１１４の結晶方位に沿って劈開、破断が発生する。
本実施形態によれば、薄層化した撮像素子９２を有機膜１５４で被膜している。よって、撮像素子９２の湾曲時の負荷を低減させることができる。これにより、固体撮像素子７７において、機械的破壊を抑制して湾曲させることができる。
【００９０】
また、パリレンは化学的にも非常に安定した物質で、様々な溶剤や薬品に対して不活性であり、電気的にも低誘電率で絶縁性を有し、機械特性、光透過特性にも優れている。さらに、重合したパラキシリレンは安定した結晶性ポリマーであり、高い結晶性をもち、隙間浸透性に優れている。よって、撮像素子９２の耐久性、絶縁性、機械特性、光透過性を向上することができる。本実施形態における上記以外の構成及び効果は、前述の第１６の実施形態と同様である。
【００９１】
（第１８の実施形態）
次に、第１８の実施形態について説明する。
図２５は、第１８の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
本実施形態は、裏面照射型の固体撮像素子についてのものである。
図２５に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子７８は、撮像素子９３を含んでいる。撮像素子９３には、半導体層１１４が設けられている。半導体層１１４の下部には、複数の画素１１５が形成されている。撮像素子９３の下方から見て、複数の画素１１５は、半導体層１１４にアレイ状に設けられている。
【００９２】
半導体層１１４には、駆動及び読み出し回路（図示せず）が形成されている。
半導体層１１４の下面上には、多層配線層１５１が設けられている。多層配線層１５１を覆うように層間絶縁膜１５０が設けられている。
各画素１１５における半導体層１１４の上面上には、カラーフィルタ１５２が設けられている。各画素１１５におけるカラーフィルタ１５２上には、画素集光マイクロレンズ１５３が設けられている。撮像素子９３の厚さは、０．１〜５０マイクロメートル（μｍ）、さらに好ましくは、１〜１０マイクロメートル（μｍ）とされている。
【００９３】
本実施形態に係る固体撮像素子７８においては、多層配線層１５１は、光が入射する面と反対側に設けられている。よって、入射する光が多層配線層１５１によって反射されることがない。これにより、光学損失を低減することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１６の実施形態と同様である。
【００９４】
（第１９の実施形態）
次に、第１９の実施形態について説明する。
図２６は、第１９の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
図２６に示すように、本実施形態の固体撮像素子７９は、撮像素子９３を含んでいる。そして、撮像素子９３は、有機膜１５４で被膜されている。本実施形態においても、被膜する有機膜１５４の厚さを、０．１〜１０マイクロメータとする。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１７の実施形態と同様である。
【００９５】
（第２０の実施形態）
次に、第２０の実施形態について説明する。
図２７（ａ）〜（ｃ）は、第２０の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を例示する工程断面図である。
本実施形態は、表面照射型の固体撮像素子７６及び７７の製造方法についてのものである。
【００９６】
まず、図２７（ａ）に示すように、半導体基板１５５、例えば、シリコン基板に画素１１５を形成する。画素１１５は、半導体基板１５５の上方から見て、半導体基板１５５の上面にアレイ状に形成する。また、半導体基板１５５には、駆動及び読み出し回路（図示せず）を形成する。そして、半導体基板１５５上に、画素１１５及び駆動及び読み出し回路を接続する多層配線層１５１及び多層配線層を覆う層間絶縁膜１５０を形成する。その後、各画素１１５における層間絶縁膜１５０上に、カラーフィルタ１５２を配置する。そして、各画素１１５におけるカラーフィルタ１５２上に画素集光マイクロレンズ１５３を配置する。
【００９７】
次に、図２７（ｂ）に示すように、半導体基板１５５の上面に接着層１５６を介して支持基板１５７を貼り合わせる。支持基板１５６は、例えば、石英またはシリコンである。接着層１５６には、光、熱、溶剤で剥離可能な接着剤を用いる。
【００９８】
次に、図２７（ｃ）に示すように、半導体基板１５５の下部を除去し、半導体基板１５５を薄層化する。薄層化は、バックグラインドまたはＣＭＰ（chemical mechanical polishing：化学的機械研磨）により行う。これにより、半導体基板１５５は、薄膜化されて、半導体層１１４となる。このようにして、撮像素子９２が形成される。
【００９９】
そして、撮像素子９２を支持基板１５７から剥がす。支持基板１５７の剥離には、紫外光（ＵＶ）の照射による剥離、熱処理による剥離及び溶剤による剥離からなる群より選択された少なくとも１つの方法を用いる。
このようにして、図２３に示すように、前述した第１６の実施形態に係る固体撮像素子７６が製造される。
【０１００】
その後、撮像素子９２を有機膜１５４で被膜してもよい。有機膜１５４は、例えばパリレンである。パリレンのコーティングには蒸着法を用いる。コーティングする厚さは、０．１〜１０マイクロメーターである。これにより、図２４に示すように、前述した第１７の実施形態に係る固体撮像素子７７が製造される。
本実施形態によれば、薄膜化した固体撮像素子７６及び７７を製造することができる。よって、固体撮像素子７６及び７７を湾曲させることができる。これにより、像面湾曲収差を抑制することができ、固体撮像素子７６及び７７から得られる撮像出力の高画質化をはかることができる。
【０１０１】
（第２１の実施形態）
次に、第２１の実施形態について説明する。
図２８（ａ）〜（ｄ）は、第２１の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を例示する工程断面図である。
本実施形態は、裏面照射型の固体撮像素子７８及び７９の製造方法についてのものである。
【０１０２】
まず、図２８（ａ）に示すように、半導体基板１５５の上部に画素１１５を形成する。画素１１５は、半導体基板１５５の上方から見て、半導体基板１５５の上面にアレイ状に形成する。また、半導体基板１５５には、駆動及び読み出し回路（図示せず）を形成する。そして、半導体基板１５５上に、画素１１５及び駆動及び読み出し回路を接続する多層配線層１５１及び層間絶縁膜１５０を形成する。
【０１０３】
次に、図２８（ｂ）に示すように、半導体基板１５５の上面に接着層１５６を介して支持基板１５７を貼り合わせる。
次に、図２８（ｃ）に示すように、半導体基板１５５の下部を削ることにより除去し、半導体基板１５５を薄層化する。半導体基板１５５は、薄膜化されて半導体層１１４となる。
【０１０４】
次に、図２８（ｄ）に示すように、各画素１１５における半導体層１１４の下面上に、カラーフィルタ１５２を配置する。図２８（ｄ）においては、図２８（ｃ）における半導体層１１４及び支持基板１５７の上下を逆に示している。そして、各画素１１５におけるカラーフィルタ１５２の下面上に画素集光マイクロレンズ１５３を配置する。これにより、撮像素子９３が形成される。
【０１０５】
次に、撮像素子９３を支持基板１５７から剥がす。このようにして、図２５に示すように、前述した第１８の実施形態に係る固体撮像素子７８が製造される。
その後、撮像素子９３を有機膜１５４で被膜することにより、図２６に示すように、前述した第１９の実施形態に係る固体撮像素子７９としてもよい。
本実施形態によれば、薄膜化した固体撮像素子７８及び７９を製造することができる。よって、固体撮像素子７８及び７９を湾曲させることができる。これにより、像面湾曲収差を抑制することができ、固体撮像素子７８及び７９から得られる撮像出力の高画質化をはかることができる。
【０１０６】
（第２２の実施形態）
次に、第２２の実施形態について説明する。
図２９は、第２２の実施形態に係る固体撮像素子を例示する図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’線による断面図である。
【０１０７】
図２９（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子８０においては、半導体層１１４における層間絶縁膜１５０が設けられた面１１４ａと反対側の面１１４ｂに、切れ込み１６０が形成されている。面１１４ａから面１１４ｂへ向かう方向を上方とする。切れ込み１６０は、上方から見て、十字の形状とされている。すなわち、切れ込み１６０は、面１１４ｂ内において、一方向及び一方向に交差する他方向に延びている。切れ込み１６０は、半導体層１１４を貫通しない。切れ込み１６０の直下域には、半導体層１１４の残りシロが残存している。
薄膜化した固体撮像素子８０を湾曲させた場合に、最も湾曲した最大変位部において、応力が大きくなる。また、最大変位部で歪みが大きくなる。
【０１０８】
本実施形態によれば、半導体層１１４に切れ込みを形成することにより、固体撮像素子８０を湾曲させた場合に生じる応力及び歪みを緩和することができる。十字の形状としたことにより、一方向及び他方向の応力及び歪みを緩和することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１６の実施形態と同様である。
【０１０９】
（第２３の実施形態）
次に、第２３の実施形態について説明する。
図３０は、第２３の実施形態に係る固体撮像素子を例示する図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ’線による断面図である。
図３０（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子８１の切れ込み１６０は、面１１４ｂにおいて、上方から見て、一方向に延びた複数の直線の形状とされている。
本実施形態によれば、一方向に交差する方向、例えば一方向に直交する方向において湾曲させた場合に生じる応力及び歪みを緩和することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第２２の実施形態と同様である。
【０１１０】
（第２３の実施形態の変形例）
図３１は、第２３の実施形態の変形例に係る固体撮像素子を例示する斜視図である。
図３１に示すように、本変形例に係る固体撮像素子８１ａの切れ込み１６０は、面１１４ｂにおいて、環状、例えば、同心円状に形成されている。なお、同心円状のかわりに、同心四角状でもよい。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第２２の実施形態と同様である。
【０１１１】
（第２４の実施形態）
次に、第２４の実施形態について説明する。
図３２は、第２４の実施形態に係る固体撮像素子を例示する図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ’線による断面図である。
図３２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子８２は、前述の第２２の実施形態に係る固体撮像素子８０を有機膜１５４で被膜した実施形態である。十字の切り込み１６０に加えて有機膜１５４で被膜したことにより、一方向及び他方向において湾曲させた場合の応力及び歪みを緩和することができるとともに、機械的破壊を抑制することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第２２の実施形態と同様である。
【０１１２】
（第２５の実施形態）
次に、第２５の実施形態について説明する。
図３３は、第２５の実施形態に係る固体撮像素子を例示する図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＤ−Ｄ’線による断面図である。
図３３（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子８３は、前述の第２３の実施形態に係る固体撮像素子８１を有機膜１５４で被膜した実施形態である。一方向に直交する方向において湾曲させた場合に生じる応力及び歪みを緩和することができるとともに、機械的破壊を抑制することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第２２の実施形態と同様である。
【０１１３】
（第２５の実施形態の変形例）
次に、第２５の実施形態の変形例について説明する。
図３４（ａ）及び（ｂ）は、第２５の実施形態の変形例に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
図３４（ａ）に示すように、第２５の実施形態の変形例に係る固体撮像素子８３ａにおいて、有機膜１５４は、面１１４ｂ上に形成され、面１１４ａ上に形成されなくともよい。
また、図３４（ｂ）に示すように、有機膜１５４は、面１１４ａ上に形成され、面１１４ｂ上に形成されなくともよい。
本変形例によれば、半導体層１１４における一方の面に有機膜１５４を形成することにより、固体撮像素子８３ａを湾曲させた場合の応力及び歪みを緩和することができる。
【０１１４】
（第２６の実施形態）
次に、第２６の実施形態について説明する。
図３５（ａ）〜（ｃ）は、第２６の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を例示する断面図である。
先ず、前述の第２０の実施形態と同様に、図２７（ａ）〜（ｃ）に示す工程を実施する。これらの工程については、説明を省略する。
【０１１５】
次に、図３５（ａ）に示すように、固体撮像素子７６における半導体層１１４の下面に切れ込み１６０を形成する。これにより、固体撮像素子８１が形成される。図３５（ａ）において、固体撮像素子８１の上下を逆にして示している。切れ込み１６０は、例えば、一方向に延びた複数の溝１６１の形状とする。溝１６１は、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により形成する。溝１６１をシリコンに形成する場合には、例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ６）を用いたドライエッチングにより形成することができる。溝１６１の深さはエッチング時間やガス流量により制御する。
【０１１６】
次に、図３５（ｂ）に示すように、固体撮像素子８１を支持基板１５７から剥がす。このようにして、前述した第２３の実施形態に係る固体撮像素子８１が製造される。
その後、図３５（ｃ）に示すように、有機膜１５４で被膜して固体撮像素子８３としてもよい。
【０１１７】
（第２７の実施形態）
次に、第２７の実施形態について説明する。
図３６（ａ）〜（ｆ）は、第２７の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を例示する断面図である。
先ず、前述の第２１の実施形態と同様に、図２８（ａ）に示す工程を実施する。これらの工程については、説明を省略する。
【０１１８】
次に、図３６（ａ）に示すように、層間絶縁膜１５０の上面に切れ込み１６０を形成する。切れ込み１６０は、例えば、一方向に延びた複数の溝１６１の形状とする。溝１６１は、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により形成する。溝１６１をシリコン酸化膜を含む層間絶縁膜１５０に形成する場合には、例えば、四フッ化メタン（ＣＦ４）を用いたドライエッチングにより形成することができる。溝１６１の深さはエッチング時間やガス流量により制御する。
【０１１９】
次に、図３６（ｂ）に示すように、半導体基板１５５の上面に接着層１５６を介して支持基板１５７を貼り合わせる。
次に、図３６（ｃ）に示すように、半導体基板１５５の下部を削り、半導体基板１５５を薄層化する。半導体基板１５５は、薄膜化されて半導体層１１４となる。
【０１２０】
次に、図３６（ｄ）に示すように、各画素１１５における半導体層１１４の下面上に、カラーフィルタ１５２を配置する。図３６（ｄ）においては、半導体層１１４及び支持基板１５７の上下を逆に示している。そして、各画素１１５におけるカラーフィルタ１５２の下面上に画素集光マイクロレンズ１５３を配置する。これにより、固体撮像素子８４が形成される。
【０１２１】
次に、図３６（ｅ）に示すように、固体撮像素子８４を支持基板１５７から剥がす。このようにして、固体撮像素子８４が製造される。
その後、図３６（ｆ）に示すように、有機膜１５４で被膜して、固体撮像素子８５としてもよい。
【０１２２】
以上説明した実施形態によれば、高画質化を図ることができる固体撮像装置、固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供することができる。
【０１２３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１２４】
１：固体撮像装置、２：固体撮像装置、３：固体撮像装置、４：固体撮像装置、５：固体撮像装置、９：上面、１０：半導体基板、１１：画素、１２：センサ基板、１３：画素集光マイクロレンズ、１４：マイクロレンズアレイ基板、１５：マイクロレンズ、１６：領域、１７：接続ポスト、１７ａ：接続ポスト、１７ｂ：接続ポスト、１７ｃ：接続ポスト、１７ｄ：接続ポスト、１７ｅ：接続ポスト、１８：スペーサ樹脂、１９：貫通電極、２０：読出し用電極パット、２１：バンプ、２２：駆動・処理チップ、２３：可視光透過基板、２４：光学フィルタ、２５：結像レンズ、２６：レンズホルダ、２７：レンズ鏡筒、２８：光遮蔽カバー、２９：モジュール電極、３０：エアギャップ、３１：凹部、３２：一端、３３：光軸、３４：他端、３５：犠牲層、３６：開口部、３７：マスク、３８ａ：凹部、３８ｂ：凹部、３８ｃ：凹部、３９：犠牲層、４０：開口部、４１：マスク、４２：犠牲層、４３：開口部、４４：マスク、４５：焦点、４６：切込み、４７：上方向、４８：有機膜、４９：画素ブロック、５１：センサ基板、５２：裏面、５３：切込み、５４：切込み、５５：切込み、５６：領域、５７：領域、５８：貫通電極、７１：固体撮像素子、７２：固体撮像素子、７３：固体撮像素子、７４：固体撮像素子、７５：固体撮像素子、７６：固体撮像素子、７７：固体撮像素子、７８：固体撮像素子、７９：固体撮像素子、８０：固体撮像素子、８１：固体撮像素子、８２：固体撮像素子、８３：固体撮像素子、８４：固体撮像素子、８５：固体撮像素子、９１：撮像素子、９２：撮像素子、９３：撮像素子、１０１：固体撮像装置、１０１ａ：固体撮像装置、１０２：固体撮像装置、１１０：モジュール筐体、１１１：実装基板、１１１ａ：後段処理回路、１１１ｂ：実装基板、１１１ｃ：角部、１１１ｄ：電極部、１１２：スペーサ、１１２ａ：スペーサ、１１４：半導体層、１１４ａ：面、１１４ｂ：面、１１５：画素、１１６：画素読み出し用電極パッド、１１６ａ：画素読み出し用電極パッド、１１６ｂ：画素読み出し用電極パッド、１１７：ワイヤ、１１８：可視光透過フィルター、１１９：結像レンズ、１１９ａ：中心、１２０：光軸、１２１：レンズホルダー、１２２：平面、１２２ａ：交点、１２２ｂ：周辺部、１２３：位置、１２４：位置、１２５位置、１２６：位置、１３０：透明基板、１３１：光伝達管、１３２：フレキシブル基板、１４０：半田バンプ、１４１：引出し配線、１４２：マイクロレンズアレイ基板、１４３：マイクロレンズ、１５０：層間絶縁膜、１５１：多層配線層、１５２：カラーフィルタ、１５３：集光レンズ、１５４：有機膜、１５５：半導体基板、１５６：接着層、１５７：支持基板、１６０：切り込み、１６１：溝
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置、固体撮像素子、固体撮像装置の製造方法及び固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上面に複数の画素が形成されたセンサ基板上に数１０μｍのエアギャップを介してマイクロレンズアレイを構成する固体撮像装置においては、センサ基板及びマイクロレンズアレイの高い平行度が求められる。
そこで一般的には、センサ基板の上面上に直接マイクロレンズアレイを形成する。これにより、画素とマイクロレンズの平行度を維持している。
【０００３】
一方、固体撮像装置と被写体との間の距離を検出することを目的とする固体撮像装置においては、画素が形成されたセンサ基板からマイクロレンズアレイを離間させて配置する。 しかしながら、センサ基板の上面に平行な面内において、センサ基板とマイクロレンズアレイとの間の間隔に、数１０μｍ程度のバラツキが発生すると、結像レンズ及びマイクロレンズにおける光軸にズレが生じ、画質の低下を招く。また、隣接したマイクロレンズを透過して集光した光が画素に入射し、光混色が発生して、視差のある画像群のマッチング精度を低下させるという問題点がある。
【０００４】
また、光軸に垂直な平面にある物体の像面は、必ずしも光軸に垂直な平面とはならず、一般には湾曲した面となる。この現象を像面湾曲収差と呼び、視野周辺に行くに従い像位置がズレ、像の周辺が画質劣化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−０６１１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、高画質化を図ることができる固体撮像装置、固体撮像素子、固体撮像装置の製造方法及び固体撮像素子の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る固体撮像装置は、上面に複数の画素が形成されたセンサ基板と、複数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイ基板と、前記マイクロレンズアレイ基板における前記マイクロレンズ間の領域に一端が接合され、前記上面に他端が接合された接続ポストと、を備える。
【０００８】
また、実施形態に係る固体撮像装置は、複数の画素が形成された上面が窪むように湾曲したセンサ基板と、前記上面側に設けられた結像レンズと、を備える。
【０００９】
さらに、実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の上面に複数の画素を形成する工程と、前記上面上に一端が接合された接続ポストを形成する工程と、透明基板上に複数のマイクロレンズを形成する工程と、前記接続ポストの他端を、前記透明基板上における前記マイクロレンズ間の領域に接合する工程と、を備える。
【００１０】
実施形態に係る固体撮像装置は、上面が窪むように湾曲した撮像素子を有する固体撮像素子と、前記上面側に設けられた結像レンズと、を備える。
【００１１】
また、実施形態に係る固体撮像素子は、上面が窪むように湾曲した撮像素子を備える。
【００１２】
さらに、実施形態に係る固体撮像素子の製造方法は、半導体基板の上面に複数の画素を形成する工程と、前記半導体基板上に前記画素と接続される多層配線層及び前記多層配線層を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基板の下部を除去する工程と、前記半導体基板の上面が窪むように湾曲させる工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
【図２】（ａ）は、第１の実施形態におけるマイクロレンズアレイ基板を例示する平面図であり、（ｂ）は、第１の実施形態におけるセンサ基板を例示する平面図である。
【図３】第１の実施形態におけるセンサ基板及びマイクロレンズアレイ基板を例示する断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、第４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図７】第５の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｆ）は、第６の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｆ）は、第６の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１０】第７の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
【図１１】第７の実施形態の変形例におけるセンサ基板を例示する断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、第７の実施形態の変形例におけるセンサ基板を例示する平面図である。
【図１３】第８の実施形態に係る固体撮像装置を例示する斜視図である。
【図１４】第９の実施形態に係る固体撮像装置を例示する斜視図である。
【図１５】（ａ）は、第１０の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図であり、（ｂ）は、第１０の実施形態に係る固体撮像装置において、固体撮像素子を例示する断面図である。
【図１６】（ａ）及び（ｂ）は、第１０の実施形態に係る固体撮像装置において、像面湾曲を例示する図である。
【図１７】第１の実施形態の比較例に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
【図１８】第１１の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
【図１９】第１２の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
【図２０】第１３の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
【図２１】第１４の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
【図２２】（ａ）は、第１５の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図であり、（ｂ）は、第１５の実施形態に係る固体撮像素子において、撮像素子を例示する下面図である。
【図２３】第１６の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
【図２４】第１７の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
【図２５】第１８の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
【図２６】第１９の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
【図２７】（ａ）〜（ｃ）は、第２０の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２８】（ａ）〜（ｄ）は、第２１の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２９】第２２の実施形態に係る固体撮像素子を例示する図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’線による断面図である。
【図３０】第２３の実施形態に係る固体撮像素子を例示する図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ’線による断面図である。
【図３１】第２３の実施形態の変形例に係る固体撮像素子を例示する斜視図である。
【図３２】第２４の実施形態に係る固体撮像素子を例示する図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ’線による断面図である。
【図３３】第２５の実施形態に係る固体撮像素子を例示する図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＤ−Ｄ’線による断面図である。
【図３４】（ａ）及び（ｂ）は、第２５の実施形態の変形例に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
【図３５】（ａ）〜（ｃ）は、第２６の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を例示する断面図である。
【図３６】（ａ）〜（ｆ）は、第２７の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
図２（ａ）は、第１の実施形態におけるマイクロレンズアレイ基板を例示する平面図であり、（ｂ）は、第１の実施形態におけるセンサ基板を例示する平面図である。
図３は、第１の実施形態におけるセンサ基板及びマイクロレンズアレイ基板を例示する断面図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１には、駆動・処理チップ２２、センサ基板１２、接続ポスト１７、マイクロレンズアレイ基板１４、可視光透過基板２３、光学フィルタ２４、レンズホルダ２６、レンズ鏡筒２７、結像レンズ２５及び光遮蔽カバー２８が設けられている。
駆動・処理チップ２２には、駆動・処理チップ２２を貫通する複数の貫通電極５８が設けられている。貫通電極５８上には、バンプ２１が設けられている。バンプ２１に接するように、駆動・処理チップ２２上には、センサ基板１２が設けられている。
センサ基板１２には、貫通電極１９が設けられている。センサ基板１２に設けられた貫通電極１９の下面は、バンプ２１上に配置されている。これにより、センサ基板１２と駆動・処理チップ２２とが接続されている。貫通電極１９の上面は電極パッド２０に接続されている。電極パッド２０は、画素１１の読み出しに用いられる。
【００１６】
センサ基板１２は、半導体基板１０、例えばシリコン基板に、複数の画素１１、例えば、フォトダイオードが形成されたものである。複数の画素１１は、センサ基板１２の上面９にアレイ状に設けられている。
各画素１１上には、画素集光マイクロレンズ１３が設けられている。
センサ基板１２の上面９には、複数の接続ポスト１７の一端が接合されている。複数の接続ポスト１７の他端にはマイクロアレイ基板１４が接合されている。マイクロアレイ基板１４は、透明基板、例えば石英板を用いて形成されている。マイクロレンズアレイ基板１４の一方の面には、複数のマイクロレンズ１５が形成されている。センサ基板１２の上面９にマイクロレンズアレイ基板１４におけるマイクロレンズ１５が形成された面が対向するように、マイクロレンズアレイ基板１４は配置されている。
センサ基板１２における画素１１が形成されていない周辺部と、マイクロレンズアレイ基板１４におけるマイクロレンズ１５が形成されていない周辺部とは、スぺーサ樹脂１８により相互に固定される。
【００１７】
マイクロレンズアレイ基板１４におけるセンサ基板１２と反対側の面上には、可視光透過基板２３及び光学フィルタ２４が設けられている。可視光透過基板２３及び光学フィルタ２４の上方には、結像レンズ２５が設けられている。結像レンズ２５は、光軸がマイクロレンズアレイ基板１４におけるマイクロレンズ１５が形成された領域及びセンサ基板１２における画素１１が形成された領域を通るように配置されている。結像レンズ２５の端縁は、レンズ鏡筒２７に支持されている。レンズ鏡筒２７は、レンズホルダ２６に取り付けられて、マイクロレンズアレイ基板１４の周辺部上に固定されている。光遮蔽カバー２８は、処理・駆動チップの底面並びに処理・駆動チップ２２、センサ基板１２、スペーサ樹脂１８、マイクロレンズアレイ基板１４、可視光透過基板２３、光学フィルタ２４及びレンズホルダ２６の側面を覆うように設けられている。光遮蔽カバー２８には、底部を貫通するモジュール電極２９が設けられている。モジュール電極２９は、処理・駆動チップ２２の貫通電極５８と接続されている。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板１４の一方の面を垂直方向から見ると、各マイクロレンズ１５の形状は円形とされている。マイクロレンズ１５は、マイクロレンズアレイ基板１４の一方の面に２次元的に配置されている。例えば、六方最密配列、すなわち一つのマイクロレンズ１５が６個のマイクロレンズで囲まれ、且つ、その６個のマイクロレンズと接するような配列で配置されている。
１個のマイクロレンズ１５の大きさは、１個の画素１１よりも大きい。マイクロレンズの円の大きさと、画素１１の大きさとを比較すると、例えば、１個のマイクロレンズ１５の大きさは、その円の中に、９個の画素１１が入るとともに、１６個の画素１１が部分的に入る大きさである。
【００１９】
図２（ｂ）に示すように、光の入射方向から見て、マイクロレンズ１５の形状は円形なので、センサ基板１２の上面９において、各マイクロレンズ１５を透過して集光した光によって照射される領域５７の形状は、円形となる。領域５７内に配置された画素１１の集まりを画素ブロック４９とする。各画素ブロック４９は、各マイクロレンズ１５に対応づけられている。
センサ基板１２の上面９には、各マイクロレンズ１５を透過して集光した光によって照射されない領域５６がある。すなわち、領域５６に配置された画素１１には、各マイクロレンズ１５を透過して集光した光が入射しない。
【００２０】
マイクロレンズアレイ基板１４におけるマイクロレンズ１５の間の領域１６には、接続ポスト１７の一端が接合されている。接続ポスト１７の他端は、センサ基板１２の上面９における領域５６に接合されている。
【００２１】
図３に示すように、センサ基板１２とマイクロレンズアレイ基板１４とは、接続ポスト１７により結合され、支持されている。また、センサ基板１２の上面９とマイクロレンズアレイ基板１４の一方の面とは、接続ポスト１７により平行に保たれている。
接続ポスト１７は、例えば、熱溶解性の有機系材料を含んでいる。また、接続ポスト１７は、可視波長域の光を吸収する材料、例えば、黒色顔料を含んでいる。黒色顔料は、例えば、カーボンブラック、ピグメントブラック７及びチタンブラックからなる群より選択された１種以上の顔料を含むものである。
センサ基板１２とマイクロレンズアレイ基板１４との間の距離は、好ましくは、１０〜１００マイクロメートル（μｍ）とされている。
センサ基板１２の上面９とマイクロレンズアレイ基板１４との間であって、接続ポスト１７の隙間は、エアギャップ３０、すなわち、気体が存在する隙間とされている。
【００２２】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置１の動作について説明する。
被写体からの光は、結像レンズ２５を透過することによって集光され、マイクロレンズアレイ基板１４に入射する。マイクロレンズアレイ基板１４に入射した光のうちマイクロレンズ１５に到達した光は、それぞれのマイクロレンズ１５を透過してマイクロレンズ１５ごとに集光され、センサ基板１２の上面９において、マイクロレンズ１５ごとに結像される。すなわち、各マイクロレンズ１５に対応した各画素ブロック４９ごとに、被写体の像が形成される。但し、これらの像の視点は、マイクロレンズ１５の配置位置の違いに起因して、少しずつ異なっている。これらの像は、各画素ブロック４９に属する複数の画素１１によって感知される。このように、マイクロレンズ１５の数だけ、相互間に視差が生じた複数の像が取得される。
【００２３】
そして、多数のマイクロレンズ１５から得られた視差画像群を画像処理することで、三角測量の原理により被写体と固体撮像装置１との間の距離を推定する。また、つなぎ合わせの画像処理を行うことによって、１枚の２次元画像を取得する。
マイクロレンズ１５間の領域１６に設けられた接続ポスト１７は、各マイクロレンズ１５を透過した光が、隣接した他のマイクロレンズ１５に対応付けられた画素ブロック４９を照射することを防ぐ。
【００２４】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置１の効果について説明する。
マイクロレンズアレイ基板１４とセンサ基板１２とを平行に保たないと、光軸にズレが生じて画質低下を招くことがある。本実施形態に係る固体撮像装置１においては、マイクロレンズアレイ基板１４とセンサ基板１２との間を接続ポスト１７で固定しているので、平行に保つことができる。よって、固体撮像装置１の高画質化を実現することができる。
【００２５】
接続ポスト１７は、マイクロレンズアレイ基板１４におけるマイクロレンズ１５間の領域１６に設けられている。また、接続ポスト１７は、センサ基板１２におけるマイクロレンズ１５を透過して集光した光が入射しない領域５６に設けられている。領域５６は、撮像に寄与しない、いわばデッドスペースであるから実効的な画素数を減らしていない。よって、接続ポスト１７のために余分な領域を設ける必要がないので、マイクロレンズアレイ基板１４に対するマイクロレンズ１５の密度及びセンサ基板１２に対する画素１１の密度を高めることができる。よって、固体撮像装置１の高画質化を実現することができる。
【００２６】
接続ポスト１７は、可視波長域の光を吸収する材料を含んでいる。よって、画素ブロック４９は、その画素ブロック４９に対応づけられたマイクロレンズ１５以外のマイクロレンズ１５を透過して集光した光を受光することがない。よって、混色を防止することができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
本実施形態は、固体撮像装置の製造方法についてのものである。
図４（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【００２８】
先ず、図４（ａ）に示すように、半導体基板１０、例えばシリコン基板の上面に、画素１１及び周辺回路（図示せず）を形成する。画素１１は、例えばフォトダイオードである。画素１１及び周辺回路は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor; 相補型金属酸化膜半導体）の製造プロセスを用いて形成する。これにより、センサ基板１２が作製される。
【００２９】
一方、図４（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板１４の材料として、透明基板、例えば石英板を用意する。そして、透明基板をドライエッチングすることにより、透明基板にマイクロレンズ１５を形成する。
このようにして、複数のマイクロレンズ１５が形成されたマイクロレンズアレイ基板１４が作製される。
【００３０】
そして、図４（ｃ）に示すように、センサ基板１２の上面９において領域５６（図２参照）となる予定の領域、すなわち、センサ基板１２にマイクロレンズアレイ基板１４を接合した場合に、各マイクロレンズ１５を透過した光によって照射されない領域に、接続ポスト１７を形成する。
接続ポスト１７は、センサ基板１２上に熱溶解性の有機系材料を堆積させた後、リソグラフィー法でパターニングすることにより形成する。これにより、センサ基板１２の上面９上に一端が接合された接続ポスト１７が形成される。接続ポスト１７には、可視波長域の光を吸収する材料を含ませる。
【００３１】
その後、図４（ｄ）に示すように、接続ポスト１７の他端を、マイクロレンズアレイ基板１４上におけるマイクロレンズ１５間の領域１６に接合する（図２（ａ）参照）。
これにより、図３に示す構造体が製造される。
【００３２】
さらに、センサ基板１２に貫通電極１９を形成する。そして、貫通電極１９の上面上に画素１１の読出し用電極パット２０を形成する。また、貫通電極１９の下面をバンプ２１に接続する。次に、バンプ２１と駆動・処理チップ２２の貫通電極５８とを接合する。マイクロレンズアレイ基板１４上に、可視光透過基板２３及び光学フィルタ２４を設ける。
そして、マイクロレンズアレイ基板１４におけるセンサ基板１２と反対側において、画素１１が形成されていない領域にレンズホルダ２６を設置する。結像レンズ２５の端部を固定したレンズ鏡筒２７をレンズホルダ２６に取り付ける。このとき、結像レンズ２５の光軸が、マイクロレンズアレイ基板１４及びセンサ基板１２を通るようにする。その後、駆動・処理チップ２２、センサ基板１２、マイクロレンズアレイ基板１４及びレンズホルダ２６を覆うように、不要な光を遮断するための光遮蔽カバー２８を取り付ける。そして、光遮蔽カバー２８の底部に、駆動・処理チップ２２と外部とを接続するモジュール電極２９を取り付ける。
このようにして、図１に示す固体撮像装置１が製造される。
【００３３】
なお、マイクロレンズ１５は、透明有機膜により形成されたマイクロレンズシートを透明基板に接着することにより形成することができる。また、マイクロレンズ１５は、透明有機膜により形成されたマイクロレンズシートをインプリントすることにより形成することもできる。
【００３４】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置１の製造方法によれば、マイクロレンズアレイ基板１４側の接続ポスト１７の一端は、マイクロレンズ１５間の領域１６にあり、この領域１６は、マイクロレンズアレイ基板１４における凹部となっている。よって、セルフアライン的に接続ポスト１７を接合することができる。よって接続ポスト１７の２次元的な配置を高精度に実現することができる。
【００３５】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
図５（ａ）〜（ｅ）は、第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
先ず、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、前述の第２の実施形態における図４（ａ）及び（ｂ）に示す工程を実施する。これらの工程については、説明を省略する。
【００３６】
次に、図５（ｃ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板１４におけるマイクロレンズ１５間の領域１６に第１接続ポスト１７ａを形成する。第１接続ポスト１７ａは、マイクロレンズアレイ基板１４上に熱溶解性の有機系材料を堆積させた後、リソグラフィー法でパターニングすることにより形成する。第１接続ポスト１７ａには、可視波長域の光を吸収する材料を含ませる。
【００３７】
一方、図５（ｄ）に示すように、センサ基板１２の上面９における領域５６に第２接続ポスト１７ｂを形成する。第２接続ポスト１７ｂは、前述の図４（ｃ）に示す工程により形成する。
そして、図５（ｅ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板１４上に形成した第１接続ポスト１７ａの他端と、センサ基板１２上に形成した第２接続ポスト１７ｂの他端とを接合する。
これにより、図３に示す固体撮像素子１が製造される。
【００３８】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置１の製造方法によれば、センサ基板１２及びマイクロレンズアレイ基板１４の双方にあらかじめ第１及び第２接続ポストをリソグラフィー法で形成している。よって、例えば、接着により、接続ポスト１７の一端または他端を接合する製造方法より、接合位置を高精度に定めることができる。
【００３９】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。
図６（ａ）〜（ｅ）は、第４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
先ず、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、前述の第３の実施形態における図５（ａ）及び（ｂ）に示す工程を実施する。これらの工程については、説明を省略する。
【００４０】
次に、図６（ｃ）に示すように、前述の第３の実施形態における図５（ｃ）に示す工程を実施する。この工程については、説明を省略する。
一方、図６（ｄ）に示すように、センサ基板１２の上面に凹部３１を形成する。凹部３１は、例えばエッチングにより形成する。凹部３１の位置は、マイクロレンズアレイ基板１４に形成した接続ポスト１７の位置と一致させる。凹部３１の幅は接続ポスト１７の幅と一致させる。
そして、図６（ｅ）に示すように、凹部３１に、接続ポスト１７の他端を嵌合させる。
これにより、図３に示す固体撮像素子１が製造される。
【００４１】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置によれば、凹部３１に嵌合させる接続ポスト１７の他端の深さを調整することができる。よって、センサ基板１２とマイクロレンズアレイ基板１４の平行度を調整することができる。また、接続ポスト１７を凹部３１に嵌合させているので、接合強度が増加する。
【００４２】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。
図７は、第５の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
図７に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置２においては、結像レンズの焦点４５が、マイクロレンズアレイ基板１４より結像レンズ２５側とされている。そして、被写体からの光は、結像レンズ２５を透過することによって集光され、焦点４５に集められる。焦点４５から先は、マイクロレンズアレイ基板１４に向かって広がっている。光軸３３に近いマイクロレンズ１５ａには被写体からの光がマイクロレンズ１５ａの面に対して垂直に近い方向から入射する。そして、そのマイクロレンズ１５ａを透過して集光した光は、センサ基板１２の上面９に対して垂直に近い方向で画素ブロック４９へ到達する。
一方、マイクロレンズアレイ基板１４の周辺部における光軸３３から離れたマイクロレンズ１５ｂには、被写体からの光が、マイクロレンズ１５ｂの面に対して垂直から大きく傾いた角度で入射する。そして、そのマイクロレンズ１５ｂを透過して集光した光は、センサ基板１２の上面に対して垂直から大きく傾いた角度で画素ブロック４９へ到達する。
【００４３】
接続ポスト１７は、センサ基板１２の上面に対する各マイクロレンズ１５を透過して集光した光が画素ブロック４９へ到達する角度に合わせるように傾けて設けられている。したがって、接続ポスト１７は、センサ基板１２に接続された一端３２の位置と結像レンズ２５の光軸３３との距離が大きくなるほど、接続ポスト１７の他端３４が光軸３３側に向くように傾いている。そして、結像レンズ２５の光軸３３の方向と接続ポスト１７が延びる方向とのなす角度は、センサ基板１２に接続された一端３２と光軸３３との距離が大きくなるほど、大きくなっている。
本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００４４】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置２においては、各マイクロレンズ１５を透過して集光した光は、光軸３３からの距離に応じてセンサ基板１２の上面に対して傾いている。
本実施形態に係る固体撮像装置２によれば、接続ポスト１７は、各マイクロレンズ１５を透過して集光した光の傾きに合わせるように設けられている。よって、マイクロレンズ１５を透過して集光した光が、そのマイクロレンズ１５に対応づけられた画素ブロック４９に結像することを妨げない。
また、接続ポスト１７は、マイクロレンズアレイ基板１４の周辺部のマイクロレンズ１５ｂを透過して集光した光が、マイクロレンズ１５ｂに隣接するマイクロレンズ１５ｃに対応付けられた画素ブロック４９に結像するのを防ぐ。よって、混色が生じないので、固体撮像装置２の高画質化を実現することができる。
【００４５】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。
本実施形態は、前述の固体撮像装置２の製造方法である。
図８（ａ）〜（ｆ）及び図９（ａ）〜（ｆ）は、第６の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
先ず、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、前述の第２の実施形態における図４（ａ）及び（ｂ）に示す工程を実施する。これらの工程については、説明を省略する。
【００４６】
次に、図８（ｃ）に示すように、センサ基板１２上に犠牲層３５を形成する。その後、犠牲層３５をパターニングする。パターニングは、犠牲層３５上に開口部３６が形成されたマスク３７を形成し、マスク３７をマスクとして犠牲層３５をエッチングすることにより行う。犠牲層３５にはセンサ基板１２の上面に対して垂直な凹部３８ａが形成される。
その後、図８（ｄ）に示すように、マスク３７を除去し、凹部３８ａに接続ポスト１７の材料を埋め込む。
そして、図８（ｅ）に示すように、埋め込まれた接続ポスト１７の材料を残して犠牲層３５を除去する。これにより、センサ基板１２上に一端が接合された接続ポスト１７ｃが形成される。
【００４７】
次に、図８（ｆ）に示すように、センサ基板１２上及び接続ポスト１７ｃ上に犠牲層３９を形成する。その後、犠牲層３９をパターニングする。パターニングは、犠牲層３９上に開口部４０が形成されたマスク４１を形成し、マスク４１をマスクとして犠牲層３９をエッチングすることにより行う。開口部４０の位置は、開口部３６の位置とずらして形成する。すなわち、マスク３７及び４１の開口部３６及び４０を重ねたときに、開口部３６及び４０が部分的に重なるように形成する。エッチングにより、犠牲層３９にも、センサ基板１２の上面に対して垂直な凹部３８ｂが形成される。凹部３８ａと凹部３８ｂとは位置がズレているが部分的につながっている。よって、凹部全体としては、傾斜した凹部となる。
【００４８】
その後、図９（ａ）に示すように、マスク４１を除去し、凹部３８ｂに接続ポスト１７の材料を埋め込む。
そして、図９（ｂ）に示すように、埋め込まれた接続ポスト１７の材料を残して犠牲層３９を除去する。これにより、接続ポスト１７ｃの他端に一端が接続された接続ポスト１７ｄが形成される。接続ポスト１７ｃ及び接続ポスト１７ｄは、全体としては、傾いて形成される。
【００４９】
次に、図９（ｃ）に示すように、センサ基板１２上、接続ポスト１７ｃ及び１７ｄ上に犠牲層４２を形成する。その後、犠牲層４２をパターニングする。パターニングは、犠牲層４２上に開口部４３が形成されたマスク４４を形成し、マスク４４をマスクとして犠牲層４２をエッチングすることにより行う。前述の図８（ｆ）と同様に、開口部４０及び４３の位置をずらして形成する。エッチングにより、犠牲層４２にも、センサ基板１２の上面９に対して垂直な凹部３８ｃが形成される。しかし、凹部３８ｂと凹部３８ｃとは位置がズレているが、部分的につながっているので、凹部全体としては、傾斜している。
【００５０】
その後、図９（ｄ）に示すように、マスク４４を除去し、凹部３８ｃに接続ポスト１７の材料を埋め込む。
そして、図９（ｅ）に示すように、埋め込まれた接続ポスト１７の材料を残して犠牲層４２を除去する。これにより、接続ポスト１７ｄの他端に一端が接続された接続ポスト１７ｅが形成される。
接続ポスト１７ｃ、１７ｄ及び１７ｅにより、傾斜した接続ポスト１７が形成される。
犠牲層の形成回数を増やし、接続ポストを細かく刻んで形成すれば、傾斜した接続ポスト１７の側面の継ぎ目が目立たなくなる。
【００５１】
次に、図９（ｆ）に示すように、前述の第２の実施形態における図４（ｄ）に示す工程を実施する。この工程については、説明を省略する。
このようにして、図７に示す固体撮像装置２が製造される。
【００５２】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置２の製造方法によって、傾斜した接続ポスト１７を形成することができる。よって、混色を防止し、固体撮像装置２の高画質化を実現することができる。
【００５３】
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。
図１０は、第７の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
図１０に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置３において、センサ基板１２は、上面９が窪むように湾曲している。一方、センサ基板１２の上面９に対向して設けられたマイクロレンズアレイ基板１４は平らである。接続ポスト１７は、マイクロレンズアレイ基板１４に垂直に接合されている。したがって、センサ基板１２の上面９の中央に接続された接続ポスト１７の長さは、センサ基板１２の上面９の周辺に接続された接続ポスト１７の長さより長くなっている。
【００５４】
マイクロレンズアレイ基板１４におけるセンサ基板１２と反対側に結像レンズ２５を設けてもよい。さらに、前述の固体撮像装置２のように、接続ポスト１７を傾けてもよい。
また、結像レンズ２５の焦点４５から、各画素１１までの距離が相互に等しくなるようにセンサ基板１２を湾曲させてもよい。
【００５５】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置３の動作について説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置３においては、被写体からの光が結像レンズ２５の周辺部及びマイクロレンズアレイ基板１４の周辺部を透過して集光し、画素ブロック４９上に結像する場合の光路の長さと、結像レンズ２５の中心部及びマイクロレンズアレイ基板１４の中心部を透過して集光し、画素ブロック４９上に結像する場合の光路の長さとの差が小さくなっている。
【００５６】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置３によれば、センサ基板１２を湾曲させているので、結像レンズ２５を透過して集光した被写体からの光が、各マイクロレンズ１５によってセンサ基板１２の上面９の中心領域及び周辺領域に均一に到達する。よって、像面湾曲を抑制し、固体撮像装置３の高画質化を実現することができる。
【００５７】
（第７の実施形態の変形例）
図１１は、第７の実施形態の変形例におけるセンサ基板を例示する断面図である。
図１２（ａ）〜（ｃ）は、第７の実施形態の変形例におけるセンサ基板を例示する平面図である。
図１１に示すように、センサ基板５１を湾曲するには、センサ基板５１を薄くする。センサ基板５１の厚さは５〜１０マイクロメートル（μｍ）とすることが好ましい。
【００５８】
シリコンのような劈開しやすい半導体結晶の場合には、センサ基板５１の厚さを薄くしても、結晶方位によって、湾曲せずに割れることがある。そこで、センサ基板５１における上面９と反対側の裏面５２に切込み４６を形成する。これにより、上面９が窪むように、センサ基板５１の周辺部を上方向４７に湾曲するのが容易になる。切込み４６は、例えばフォトリソグラフィー法により、センサ基板５１の裏面に任意の形状をパターニングのうえ、エッチングすることにより形成できる。
【００５９】
さらに、センサ基板５１の割れを防止する手段として、センサ基板５１を有機膜４８で被膜する。有機膜４８は、可視波長域の光を透過するものを用いる。例えば、パリレン（パラキシリレン系ポリマー）をセンサ基板５１を覆うように、蒸着重合法等により形成する。パリレンは化学的にも非常に安定した物質で、様々な溶剤や薬品に対して不活性であり、電気的にも低誘電率で絶縁性を有し、機械特性、光透過特性にも優れている。ここで、センサ基板５１を覆うパリレンには、例えばパリレンＣやパリレンＮなどを用いることができる。
【００６０】
図１２（ａ）に示すように、センサ基板５１の裏面５２には、センサ基板５１の裏面における一つの方向に延びる複数の切込み５３が形成されている。
また、図１２（ｂ）に示すように、センサ基板５１の裏面５２には、切込み５３に加えて、切込み５３が延びる方向に直交する方向に延びる複数の切込み５４が形成されている。
さらに、図１２（ｃ）に示すように、センサ基板５１の裏面５２には、裏面５２における一つの方向及び一つの方向に直交する他の方向に交差する十字状の複数の切込み５５が、一つの方向及び他の方向にマトリックス上に配置されている。
【００６１】
次に、本変形例の効果について説明する。
本変形例におけるセンサ基板５１を用いれば、上面９を窪むように湾曲させても破断しにくい固体撮像装置３とすることができる。
センサ基板５１を有機膜で覆うことにより、固体撮像装置３に耐水性、耐薬品性、ガス不透過性、電気絶縁性、耐熱性をもたせることができる。
さらに、有機膜を、被膜性が高いパリレンにより形成している。よって、センサ基板５１を均一に覆うことができる。また、センサ基板５１をパリレンで覆うことにより、様々な溶剤や薬品に対するセンサ基板５１の耐久性を向上させることができる。さらに、センサ基板５１の絶縁性を向上させ、機械的な強度を高めることができる。しかも、パリレンで覆われていても、センサ基板５１には十分な可視波長域の光を透過させることができる。
さらにまた、センサ基板１２の裏面５２に切込み５３、５４及び５５を形成することにより、センサ基板が割れずに湾曲しやすくなる。
本変形例における上記以外の効果は、前述の第７の実施形態と同様である。
【００６２】
（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。
図１３は、第８の実施形態に係る固体撮像装置を例示する斜視図である。
図１３に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置４において、センサ基板１２は、上面９が窪むように湾曲している。一方、センサ基板１２の上面９に対向して設けられているマイクロレンズアレイ基板１４は平坦である。接続ポスト１７は、設けられていなくてもよい。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第７の実施形態と同様である。
【００６３】
（第９の実施形態）
図１４は、第９の実施形態に係る固体撮像装置を例示する斜視図である。
図１４に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置５において、センサ基板１２は、上面９が窪むように湾曲している。また、センサ基板１２の上面９側に結像レンズ２５が設けられている。センサ基板１２を、結像レンズ２５の焦点４５から各画素１１までの距離が相互に等しくなるように湾曲させてもよい。
マイクロレンズアレイ基板１４は、設けられていなくてもよい。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第７の実施形態と同様である。
【００６４】
（第１０の実施形態）
図１５（ａ）は、第１０の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図であり、（ｂ）は、第１０の実施形態に係る固体撮像装置において、固体撮像素子を例示する断面図である。
図１６（ａ）及び（ｂ）は、第１０の実施形態に係る固体撮像装置において、像面湾曲を例示する図である。
【００６５】
図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１０１には、モジュール筐体１１０が設けられている。モジュール筐体１１０は、上方が開口した容器の形状とされている。モジュール筐体１１０の内部には、実装基板１１１が設けられている。実装基板１１１は、モジュール筐体１１０の内部の底面上に配置されている。
【００６６】
実装基板１１１には処理チップを含む後段処理回路１１１ａが設けられている。
実装基板１１１上には、スペーサ１１２が設けられている。スペーサ１１２の下面は、実装基板１１１の上面に接している。スペーサ１１２の上面は、すり鉢状に窪んでいる。すなわち、スペーサ１１２の周辺部の厚さは、スペーサ１１２の端縁に近づくほど、厚くなっている。
【００６７】
スペーサ１１２の上面上には、撮像素子９１が設けられている。撮像素子９１の形状は、５０マイクロメートル（μｍ）の厚さのフィルム状とされている。撮像素子９１は、スペーサ１１２の上面の窪みの形状に沿って、湾曲させて配置されている。したがって、撮像素子９１の上面は窪むように湾曲されている。撮像素子９１の厚さが、０．１〜５０マイクロメートル（μｍ）であると湾曲させやすい。
撮像素子９１の下面と実装基板１１１との間に、スペーサ１１２は配置されている。撮像素子９１の下方に実装基板１１１は配置されている。撮像素子９１を含むものを固体撮像素子７１という。本実施形態の固体撮像素子７１は、撮像素子９１、実装基板１１１及びスペーサ１１２を含んでいる。
【００６８】
撮像素子９１は、半導体層１１４を含んでいる。半導体層１１４には、画素１１５となるフォトダイオード、駆動・読み出し回路（図示せず）及び画素読み出し用電極パッド１１６が設けられている。画素読み出し用電極パッド１１６には、導電性、例えば金属性のワイヤ１１７が接続され、配線引き出しがなされている。ワイヤ１１７の他端は、実装基板１１１における後段処理回路１１１ａに接続されている。
【００６９】
撮像素子９１の上方には、可視光透過フィルター１１８、例えばＩＲＣＦ（infrared cut-off filter）が設けられている。可視光透過フィルター１１８は、モジュール筐体１１０の内部における側面に固定されている。可視光透過フィルター１１８は、不要な赤外光をカットする材料を用いて形成されている。可視光透過フィルター１１８の上方には、結像レンズ１１９が設けられている。結像レンズ１１９の光軸１２０は、撮像素子９１の上面と交差するように配置されている。結像レンズ１１９はレンズホルダー１２１に取り付けられ、モジュール筐体１１０の内部における側面に固定されている。固体撮像装置１０１の周囲には、不要な光を遮断するための光遮蔽カバーが取り付けられている(図示せず)。
【００７０】
撮像素子９１を湾曲させる量は、以下に示す像面湾曲収差に基づいて決定される。
像面湾曲収差は、結像レンズ１１９を透過して結像する像が、光軸１２０に垂直な平面上に結像せずに、湾曲した曲面上に結像する現象であって、その曲面が結像レンズ１１９の方向に凹となるように湾曲する。すなわち、光軸１２０から離れた位置の像ほど、結像レンズ１１９の方向にずれる（倒れ込む）現象である。
【００７１】
図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、光軸１２０と撮像素子９１（図示せず）の上面との交点１２２ａを含み、光軸１２０に対して垂直な平面１２２において、結像レンズ１１９の中心１１９ａから平面１２２における周辺部１２２ｂまでの距離は、結像レンズ１１９の中心１１９ａから交点１２２ａまでの距離より長くなる。したがって、像面湾曲収差が補正されていないレンズでは、周辺部１２２ｂにおいて結像する位置１２３は、平面１２２から結像レンズ１１９側にずれる。通常、ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子の結像面は平面であり、光軸１２０に対して垂直に配置されるので、像面湾曲の補正がされていないレンズを使って像を結像すると、結像面において、中心部から離れるに従ってピントがぼけた像ができてしまう。像面湾曲は、非点収差と近い関係の収差である。
【００７２】
図１６（ｂ）に示すように、像面湾曲はペッツバール和(Petzval sum)により説明することができる。
ペッツバール和Ｐは、下記数式（１）で表される。
【数１】
ここで、ｎは結像レンズ１１９の屈折率、ｆは結像レンズの焦点距離、Ｎは結像レンズの個数をそれぞれ示している。数式（１）式から、平面１２２上における任意の位置１２５と、位置１２５から結像レンズ１１９側にずれる量ｑ’は数式（２）より導かれる。
【数２】
ここで、y'は主光軸１２０と位置１２５と間の距離、ｎは結像レンズの屈折率をそれぞれ示している。数式（１）及び数式（２）から撮像素子９１を湾曲させる曲率を導くことができる。これにより、撮像素子９１の上面における任意の点と平面１２２との距離を、結像レンズ１１９の屈折率及び結像レンズ１１９の焦点距離ｆを用いて求めることができる。
【００７３】
次に、本実施形態に係る固体撮像素子の動作について説明する。
被写体からの光は、結像レンズ１１９を透過することによって集光され、撮像素子９１の上面に結像される。結像レンズ１１９を透過して結像する像は、湾曲した曲面上に結像する。撮像素子９１は、その曲面に合わせるように湾曲されている。したがって、結像レンズ１１９を透過して結像する像は、撮像素子９１における湾曲された上面に結像される。
撮像素子９１上に結像された像による各画素１１５の情報は、画素読み出し用電極パッド１１６からワイヤ１１７を介して、実装基板１１１における後段処理回路１１１ａに送られ、処理される。
【００７４】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、撮像素子９１を湾曲させることで、像面湾曲収差を抑制することができる。これにより、固体撮像装置１０１から得られる撮像出力の高画質化をはかることができる。
また、像面湾曲収差補正のためにレンズの枚数を増やす必要がなくなり、固体撮像装置１０１を小型化、軽量化、低価格化することができる。
さらに、付加的な光学素子を介さないので光学損失を低減でき、光学クロストーク(混色)を低減することができる。
なお、可視光透過フィルターは、赤外光をカットする膜であってもよい。
【００７５】
（比較例）
次に、第１の実施形態の比較例について説明する。
図１７は、第１の実施形態の比較例に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
図１７に示すように、本比較例における固体撮像装置１０１ａおいては、結像レンズ（図示せず）の結像面１１９ｂと撮像素子９１との間に像面湾曲収差に対応した曲面の形状をもつ透明基板１３０と、これに接続した光伝達管１３１を含む構成とされている。結像レンズ（図示せず）を透過した光は、像面湾曲収差に対応した曲面の形状をもつ透明基板１３０上に結像する。そして、結像した像は、光伝達管１３１を透過して、撮像素子９１に到達する。
本比較例においては、曲面の形状をもつ透明基板１３０及び透明基板１３０に接続された光伝達管１３１を必要とする。したがって、固体撮像装置１０１ａを小型化、軽量化することができない。また、生産コストが高くなる。さらに、光伝達管１３１と撮像素子９１との間の位置を高精度に合わせる必要があり、製造工程数が多くなる。また、透明基板１３０及び光伝達管１３１を透過するため、光学損失が生じる。
【００７６】
（第１１の実施形態）
次に、第１１の実施形態について説明する。
図１８は、第１１の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
図１８に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１０２においては、撮像素子９１と結像レンズ１１９との間にマイクロレンズアレイ基板１４２が設けられている。マイクロアレイ基板１４２は、透明基板、例えば石英板を用いて形成されている。マイクロレンズアレイ基板１４２には、複数のマイクロレンズ１４３が形成されている。撮像素子９１の上面に、マイクロレンズアレイ基板１４２におけるマイクロレンズ１４３が形成された面が対向するように、マイクロレンズアレイ基板１４２は配置されている。また、撮像素子９１の上面とマイクロアレイ基板１４２とを、離間させる。
【００７７】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置１０２の動作について説明する。
被写体からの光は、結像レンズ１１９を透過することによって集光され、マイクロレンズアレイ基板１４２に入射する。マイクロレンズアレイ基板１４２に入射した光のうちマイクロレンズ１４３に到達した光は、それぞれのマイクロレンズ１４３を透過してマイクロレンズ１４３ごとに集光され、撮像素子９１の上面において、マイクロレンズ１４３ごとに結像される。各マイクロレンズ１４３により結像した画像を元に被写体までの距離の計測をする。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１０の実施形態と同様である。
【００７８】
（第１２の実施形態）
次に、第１２の実施形態について説明する。
図１９は、第１２の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
図１９に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子７２は、撮像素子９１、実装基板１１１及びスペーサ１１２ａを含んでいる。撮像素子９１の周辺部の下面と実装基板１１１との間にスぺーサ１１２ａは、配置されている。撮像素子９１の周辺部は、スペーサ１１２ａによって支持されているが、固体撮像素子９１の中央部はスペーサ１１２ａによって支持されていない。実装基板１１１と撮像素子９１の中央部との間は空洞である。
【００７９】
撮像素子９１は、スペーサ１１２によって支えられた橋渡しの構成とされている。撮像素子９１は、スペーサ１１２によって、撮像素子９１の端縁から中央部に向かう方向に応力が加えられている。ワイヤ１１７は、画素読み出し用電極パッド１１６と後段処理回路１１１ａとを接続している。
本実施形態によれば、撮像素子９１の中央部の下方に空洞が形成されているので、放熱が向上する。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１０の実施形態と同様である。
【００８０】
（第１３の実施形態）
次に、第１３の実施形態について説明する。
図２０は、第１３の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
図２０に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子７３は、撮像素子９１及びフレキシブル基板１３２を含んでいる。撮像素子９１の下面に接するように、フレキシブル基板１３２は、配置されている。撮像素子９１が配置されたフレキシブル基板１３２を、任意の曲率で湾曲させることで、撮像素子９１も湾曲させることができる。
また、本実施形態においては、撮像素子９１の下面に画素読み出し用電極パッド１１６が設けられている。そして、下面に設けられた画素読み出し用電極パッド１１６から電極を取り出す、いわゆる表面実装型とされている。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１０の実施形態と同様である。
なお、撮像素子９１の上面に画素読み出し用電極パッド１１６を設け、上面からワイヤ１１７によってワイヤボンディングを行なってもよい。また、撮像素子９１と、フレキシブル基板１３２とが接合されていてもよい。
【００８１】
（第１４の実施形態）
図２１は、第１４の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
図２１に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子７４は、撮像素子９１及び実装基板１１１ｂを含んでいる。実装基板１１１ｂの形状は、上面に複数の段差が設けられた階段状とされている。実装基板１１１ｂの上面は、中央部が最も低く、中央部から端縁に向かって段差毎に高さが増加している。湾曲させた撮像素子９１は、実装基板１１１ｂ上に配置されている。撮像素子９１の下面は、実装基板１１１ｂの上面における段差の角部１１１ｃと接している。撮像素子９１と実装基板１１１ｂとの接続は、例えば有機系接着剤を用いる。ワイヤ１１７は、画素読み出し用電極パッド１１６と後段処理回路１１１ａとを接続している。実装基板１１１ｂの段差を増やすことで、固体撮像素子９１が湾曲される量を精度良く制御することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１０の実施形態と同様である。
【００８２】
（第１５の実施形態）
次に、第１５の実施形態について説明する。
図２２（ａ）は、第１５の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図であり、（ｂ）は、第１５の実施形態に係る固体撮像素子において、撮像素子を例示する下面図である。
図２２（ａ）に示すように、本実施形態の固体撮像素子７５において、実装基板１１１ｂの形状は、上面に複数の段差が設けられた階段状とされている。実装基板１１１において、中央部の上面、角部１１１ｃ及び周辺部の上面に、後段処理回路１１１ａの電極部１１１ｄが設けられている。撮像素子９１における画素読み出し用電極パッド１１６は、撮像素子９１の下面に設けられている。画素読み出し用電極パッド１１６と電極部１１１ｄとの間には、半田バンプ１４０が設けられている。半田バンプ１４０は、画素読み出し用電極パッド１１６と電極部１１１ｄとを電気的に接続している。実装基板１１ｂの内部には、電極部１１１ｄから実装基板１１ｂの側面に延びる引出し配線１４１が設けられている。引出し配線１４１を介して固体撮像素子７５の外部と電気信号の出し入れを行う。
【００８３】
図２２（ｂ）に示すように、撮像素子９１の下面には、複数の画素読み出し用電極パッド１１６が設けられている。撮像素子９１の下方から見て、撮像素子９１の下面の周辺領域に沿って配置された複数の画素読み出し用電極パッド１１６ａは、いわゆるＩ／Ｏ電極として、電気信号を出し入れするための引出し配線１４１に接続されている。一方、撮像素子９１の下面において、中央領域に配置された画素読み出し用電極パッド１１６ｂは、いわゆるダミー電極として、実装基板１１１ｂと物理的な接続を補強している。
【００８４】
本実施形態に係る固体撮像素子７５には、Ｉ／Ｏ電極となる画素読み出し用電極パッド１１６ａとダミー電極となる画素読み出し用電極パッド１１６ｂの双方が設けられている。これにより、半田バンプ１４０における半田の濡れ性を利用して、撮像素子９１を多点で支持することができる。また、実装時の半田のリフローにより、セルフアライン的に撮像素子９１を湾曲させることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１０の実施形態と同様である。
【００８５】
（第１６の実施形態）
図２３は、第１６の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
本実施形態は、表面照射型の固体撮像素子についてのものである。
図２３に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子７６は、撮像素子９２を含んでいる。撮像素子９２には、半導体層１１４が設けられている。半導体層１１４は、半導体材料、例えば、シリコンから形成されている。半導体層１１４の上部には、複数の画素１１５が形成されている。画素１１５は、例えば、フォトダイオードである。撮像素子９２の上方から見て、複数の画素１１５は、半導体層１１４にアレイ状に設けられている。
【００８６】
半導体層１１４には、駆動及び読み出し回路（図示せず）が形成されている。
半導体層１１４上には、多層配線層１５１が設けられている。多層配線層１５１は、画素１１５並びに駆動及び読み出し回路（図示せず）間を接続している。多層配線層１５１を覆うように層間絶縁膜１５０が設けられている。各画素１１５における層間絶縁膜１５０上には、カラーフィルタ１５２が設けられている。各画素１１５におけるカラーフィルタ１５２上には、画素集光マイクロレンズ１５３が設けられている。撮像素子９１の厚さは、１〜５０マイクロメートル（μｍ）、さらに好ましくは、１〜１０マイクロメートル（μｍ）とされている。
【００８７】
本実施形態に係る固体撮像素子７６によれば、固体撮像素子７６の厚さが薄いので、固体撮像素子７６を湾曲させることができる。これにより、像面湾曲収差を抑制することができ、撮像素子９２から得られる撮像出力の高画質化をはかることができる。
【００８８】
（第１７の実施形態）
次に、第１７の実施形態について説明する。
図２４は、第１７の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
図２４に示すように、本実施形態の固体撮像素子７７は、撮像素子９２を含んでいる。撮像素子９２は、有機膜１５４で被膜されている。有機膜１５４は、透明、すなわち可視波長域の光を透過するものを用いる。有機膜１５４は、例えば、パリレンである。パリレンは、パラキシリレン系ポリマーの総称で、ベンゼン環がＣＨ２を介してつながった構造をもっている。被膜する有機膜１５４の厚さは、０．１〜１０マイクロメートル（μｍ）である。
【００８９】
次に、本実施形態の効果について説明する。
撮像素子９２は、半導体層１１４を含んでいる。半導体層１１４の材料として単結晶シリコンが用いられた場合には、撮像素子９２に対して僅かな力が付加されるだけで、半導体層１１４の結晶方位に沿って劈開、破断が発生する。
本実施形態によれば、薄層化した撮像素子９２を有機膜１５４で被膜している。よって、撮像素子９２の湾曲時の負荷を低減させることができる。これにより、固体撮像素子７７において、機械的破壊を抑制して湾曲させることができる。
【００９０】
また、パリレンは化学的にも非常に安定した物質で、様々な溶剤や薬品に対して不活性であり、電気的にも低誘電率で絶縁性を有し、機械特性、光透過特性にも優れている。さらに、重合したパラキシリレンは安定した結晶性ポリマーであり、高い結晶性をもち、隙間浸透性に優れている。よって、撮像素子９２の耐久性、絶縁性、機械特性、光透過性を向上することができる。本実施形態における上記以外の構成及び効果は、前述の第１６の実施形態と同様である。
【００９１】
（第１８の実施形態）
次に、第１８の実施形態について説明する。
図２５は、第１８の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
本実施形態は、裏面照射型の固体撮像素子についてのものである。
図２５に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子７８は、撮像素子９３を含んでいる。撮像素子９３には、半導体層１１４が設けられている。半導体層１１４の下部には、複数の画素１１５が形成されている。撮像素子９３の下方から見て、複数の画素１１５は、半導体層１１４にアレイ状に設けられている。
【００９２】
半導体層１１４には、駆動及び読み出し回路（図示せず）が形成されている。
半導体層１１４の下面上には、多層配線層１５１が設けられている。多層配線層１５１を覆うように層間絶縁膜１５０が設けられている。
各画素１１５における半導体層１１４の上面上には、カラーフィルタ１５２が設けられている。各画素１１５におけるカラーフィルタ１５２上には、画素集光マイクロレンズ１５３が設けられている。撮像素子９３の厚さは、０．１〜５０マイクロメートル（μｍ）、さらに好ましくは、１〜１０マイクロメートル（μｍ）とされている。
【００９３】
本実施形態に係る固体撮像素子７８においては、多層配線層１５１は、光が入射する面と反対側に設けられている。よって、入射する光が多層配線層１５１によって反射されることがない。これにより、光学損失を低減することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１６の実施形態と同様である。
【００９４】
（第１９の実施形態）
次に、第１９の実施形態について説明する。
図２６は、第１９の実施形態に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
図２６に示すように、本実施形態の固体撮像素子７９は、撮像素子９３を含んでいる。そして、撮像素子９３は、有機膜１５４で被膜されている。本実施形態においても、被膜する有機膜１５４の厚さを、０．１〜１０マイクロメータとする。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１７の実施形態と同様である。
【００９５】
（第２０の実施形態）
次に、第２０の実施形態について説明する。
図２７（ａ）〜（ｃ）は、第２０の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を例示する工程断面図である。
本実施形態は、表面照射型の固体撮像素子７６及び７７の製造方法についてのものである。
【００９６】
まず、図２７（ａ）に示すように、半導体基板１５５、例えば、シリコン基板に画素１１５を形成する。画素１１５は、半導体基板１５５の上方から見て、半導体基板１５５の上面にアレイ状に形成する。また、半導体基板１５５には、駆動及び読み出し回路（図示せず）を形成する。そして、半導体基板１５５上に、画素１１５及び駆動及び読み出し回路を接続する多層配線層１５１及び多層配線層を覆う層間絶縁膜１５０を形成する。その後、各画素１１５における層間絶縁膜１５０上に、カラーフィルタ１５２を配置する。そして、各画素１１５におけるカラーフィルタ１５２上に画素集光マイクロレンズ１５３を配置する。
【００９７】
次に、図２７（ｂ）に示すように、半導体基板１５５の上面に接着層１５６を介して支持基板１５７を貼り合わせる。支持基板１５６は、例えば、石英またはシリコンである。接着層１５６には、光、熱、溶剤で剥離可能な接着剤を用いる。
【００９８】
次に、図２７（ｃ）に示すように、半導体基板１５５の下部を除去し、半導体基板１５５を薄層化する。薄層化は、バックグラインドまたはＣＭＰ（chemical mechanical polishing：化学的機械研磨）により行う。これにより、半導体基板１５５は、薄膜化されて、半導体層１１４となる。このようにして、撮像素子９２が形成される。
【００９９】
そして、撮像素子９２を支持基板１５７から剥がす。支持基板１５７の剥離には、紫外光（ＵＶ）の照射による剥離、熱処理による剥離及び溶剤による剥離からなる群より選択された少なくとも１つの方法を用いる。
このようにして、図２３に示すように、前述した第１６の実施形態に係る固体撮像素子７６が製造される。
【０１００】
その後、撮像素子９２を有機膜１５４で被膜してもよい。有機膜１５４は、例えばパリレンである。パリレンのコーティングには蒸着法を用いる。コーティングする厚さは、０．１〜１０マイクロメーターである。これにより、図２４に示すように、前述した第１７の実施形態に係る固体撮像素子７７が製造される。
本実施形態によれば、薄膜化した固体撮像素子７６及び７７を製造することができる。よって、固体撮像素子７６及び７７を湾曲させることができる。これにより、像面湾曲収差を抑制することができ、固体撮像素子７６及び７７から得られる撮像出力の高画質化をはかることができる。
【０１０１】
（第２１の実施形態）
次に、第２１の実施形態について説明する。
図２８（ａ）〜（ｄ）は、第２１の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を例示する工程断面図である。
本実施形態は、裏面照射型の固体撮像素子７８及び７９の製造方法についてのものである。
【０１０２】
まず、図２８（ａ）に示すように、半導体基板１５５の上部に画素１１５を形成する。画素１１５は、半導体基板１５５の上方から見て、半導体基板１５５の上面にアレイ状に形成する。また、半導体基板１５５には、駆動及び読み出し回路（図示せず）を形成する。そして、半導体基板１５５上に、画素１１５及び駆動及び読み出し回路を接続する多層配線層１５１及び層間絶縁膜１５０を形成する。
【０１０３】
次に、図２８（ｂ）に示すように、半導体基板１５５の上面に接着層１５６を介して支持基板１５７を貼り合わせる。
次に、図２８（ｃ）に示すように、半導体基板１５５の下部を削ることにより除去し、半導体基板１５５を薄層化する。半導体基板１５５は、薄膜化されて半導体層１１４となる。
【０１０４】
次に、図２８（ｄ）に示すように、各画素１１５における半導体層１１４の下面上に、カラーフィルタ１５２を配置する。図２８（ｄ）においては、図２８（ｃ）における半導体層１１４及び支持基板１５７の上下を逆に示している。そして、各画素１１５におけるカラーフィルタ１５２の下面上に画素集光マイクロレンズ１５３を配置する。これにより、撮像素子９３が形成される。
【０１０５】
次に、撮像素子９３を支持基板１５７から剥がす。このようにして、図２５に示すように、前述した第１８の実施形態に係る固体撮像素子７８が製造される。
その後、撮像素子９３を有機膜１５４で被膜することにより、図２６に示すように、前述した第１９の実施形態に係る固体撮像素子７９としてもよい。
本実施形態によれば、薄膜化した固体撮像素子７８及び７９を製造することができる。よって、固体撮像素子７８及び７９を湾曲させることができる。これにより、像面湾曲収差を抑制することができ、固体撮像素子７８及び７９から得られる撮像出力の高画質化をはかることができる。
【０１０６】
（第２２の実施形態）
次に、第２２の実施形態について説明する。
図２９は、第２２の実施形態に係る固体撮像素子を例示する図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’線による断面図である。
【０１０７】
図２９（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子８０においては、半導体層１１４における層間絶縁膜１５０が設けられた面１１４ａと反対側の面１１４ｂに、切れ込み１６０が形成されている。面１１４ａから面１１４ｂへ向かう方向を上方とする。切れ込み１６０は、上方から見て、十字の形状とされている。すなわち、切れ込み１６０は、面１１４ｂ内において、一方向及び一方向に交差する他方向に延びている。切れ込み１６０は、半導体層１１４を貫通しない。切れ込み１６０の直下域には、半導体層１１４の残りシロが残存している。
薄膜化した固体撮像素子８０を湾曲させた場合に、最も湾曲した最大変位部において、応力が大きくなる。また、最大変位部で歪みが大きくなる。
【０１０８】
本実施形態によれば、半導体層１１４に切れ込みを形成することにより、固体撮像素子８０を湾曲させた場合に生じる応力及び歪みを緩和することができる。十字の形状としたことにより、一方向及び他方向の応力及び歪みを緩和することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１６の実施形態と同様である。
【０１０９】
（第２３の実施形態）
次に、第２３の実施形態について説明する。
図３０は、第２３の実施形態に係る固体撮像素子を例示する図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ’線による断面図である。
図３０（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子８１の切れ込み１６０は、面１１４ｂにおいて、上方から見て、一方向に延びた複数の直線の形状とされている。
本実施形態によれば、一方向に交差する方向、例えば一方向に直交する方向において湾曲させた場合に生じる応力及び歪みを緩和することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第２２の実施形態と同様である。
【０１１０】
（第２３の実施形態の変形例）
図３１は、第２３の実施形態の変形例に係る固体撮像素子を例示する斜視図である。
図３１に示すように、本変形例に係る固体撮像素子８１ａの切れ込み１６０は、面１１４ｂにおいて、環状、例えば、同心円状に形成されている。なお、同心円状のかわりに、同心四角状でもよい。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第２２の実施形態と同様である。
【０１１１】
（第２４の実施形態）
次に、第２４の実施形態について説明する。
図３２は、第２４の実施形態に係る固体撮像素子を例示する図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ’線による断面図である。
図３２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子８２は、前述の第２２の実施形態に係る固体撮像素子８０を有機膜１５４で被膜した実施形態である。十字の切り込み１６０に加えて有機膜１５４で被膜したことにより、一方向及び他方向において湾曲させた場合の応力及び歪みを緩和することができるとともに、機械的破壊を抑制することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第２２の実施形態と同様である。
【０１１２】
（第２５の実施形態）
次に、第２５の実施形態について説明する。
図３３は、第２５の実施形態に係る固体撮像素子を例示する図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＤ−Ｄ’線による断面図である。
図３３（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子８３は、前述の第２３の実施形態に係る固体撮像素子８１を有機膜１５４で被膜した実施形態である。一方向に直交する方向において湾曲させた場合に生じる応力及び歪みを緩和することができるとともに、機械的破壊を抑制することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第２２の実施形態と同様である。
【０１１３】
（第２５の実施形態の変形例）
次に、第２５の実施形態の変形例について説明する。
図３４（ａ）及び（ｂ）は、第２５の実施形態の変形例に係る固体撮像素子を例示する断面図である。
図３４（ａ）に示すように、第２５の実施形態の変形例に係る固体撮像素子８３ａにおいて、有機膜１５４は、面１１４ｂ上に形成され、面１１４ａ上に形成されなくともよい。
また、図３４（ｂ）に示すように、有機膜１５４は、面１１４ａ上に形成され、面１１４ｂ上に形成されなくともよい。
本変形例によれば、半導体層１１４における一方の面に有機膜１５４を形成することにより、固体撮像素子８３ａを湾曲させた場合の応力及び歪みを緩和することができる。
【０１１４】
（第２６の実施形態）
次に、第２６の実施形態について説明する。
図３５（ａ）〜（ｃ）は、第２６の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を例示する断面図である。
先ず、前述の第２０の実施形態と同様に、図２７（ａ）〜（ｃ）に示す工程を実施する。これらの工程については、説明を省略する。
【０１１５】
次に、図３５（ａ）に示すように、固体撮像素子７６における半導体層１１４の下面に切れ込み１６０を形成する。これにより、固体撮像素子８１が形成される。図３５（ａ）において、固体撮像素子８１の上下を逆にして示している。切れ込み１６０は、例えば、一方向に延びた複数の溝１６１の形状とする。溝１６１は、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により形成する。溝１６１をシリコンに形成する場合には、例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ６）を用いたドライエッチングにより形成することができる。溝１６１の深さはエッチング時間やガス流量により制御する。
【０１１６】
次に、図３５（ｂ）に示すように、固体撮像素子８１を支持基板１５７から剥がす。このようにして、前述した第２３の実施形態に係る固体撮像素子８１が製造される。
その後、図３５（ｃ）に示すように、有機膜１５４で被膜して固体撮像素子８３としてもよい。
【０１１７】
（第２７の実施形態）
次に、第２７の実施形態について説明する。
図３６（ａ）〜（ｆ）は、第２７の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を例示する断面図である。
先ず、前述の第２１の実施形態と同様に、図２８（ａ）に示す工程を実施する。これらの工程については、説明を省略する。
【０１１８】
次に、図３６（ａ）に示すように、層間絶縁膜１５０の上面に切れ込み１６０を形成する。切れ込み１６０は、例えば、一方向に延びた複数の溝１６１の形状とする。溝１６１は、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により形成する。溝１６１をシリコン酸化膜を含む層間絶縁膜１５０に形成する場合には、例えば、四フッ化メタン（ＣＦ４）を用いたドライエッチングにより形成することができる。溝１６１の深さはエッチング時間やガス流量により制御する。
【０１１９】
次に、図３６（ｂ）に示すように、半導体基板１５５の上面に接着層１５６を介して支持基板１５７を貼り合わせる。
次に、図３６（ｃ）に示すように、半導体基板１５５の下部を削り、半導体基板１５５を薄層化する。半導体基板１５５は、薄膜化されて半導体層１１４となる。
【０１２０】
次に、図３６（ｄ）に示すように、各画素１１５における半導体層１１４の下面上に、カラーフィルタ１５２を配置する。図３６（ｄ）においては、半導体層１１４及び支持基板１５７の上下を逆に示している。そして、各画素１１５におけるカラーフィルタ１５２の下面上に画素集光マイクロレンズ１５３を配置する。これにより、固体撮像素子８４が形成される。
【０１２１】
次に、図３６（ｅ）に示すように、固体撮像素子８４を支持基板１５７から剥がす。このようにして、固体撮像素子８４が製造される。
その後、図３６（ｆ）に示すように、有機膜１５４で被膜して、固体撮像素子８５としてもよい。
【０１２２】
以上説明した実施形態によれば、高画質化を図ることができる固体撮像装置、固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供することができる。
【０１２３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１２４】
１：固体撮像装置、２：固体撮像装置、３：固体撮像装置、４：固体撮像装置、５：固体撮像装置、９：上面、１０：半導体基板、１１：画素、１２：センサ基板、１３：画素集光マイクロレンズ、１４：マイクロレンズアレイ基板、１５：マイクロレンズ、１６：領域、１７：接続ポスト、１７ａ：接続ポスト、１７ｂ：接続ポスト、１７ｃ：接続ポスト、１７ｄ：接続ポスト、１７ｅ：接続ポスト、１８：スペーサ樹脂、１９：貫通電極、２０：読出し用電極パット、２１：バンプ、２２：駆動・処理チップ、２３：可視光透過基板、２４：光学フィルタ、２５：結像レンズ、２６：レンズホルダ、２７：レンズ鏡筒、２８：光遮蔽カバー、２９：モジュール電極、３０：エアギャップ、３１：凹部、３２：一端、３３：光軸、３４：他端、３５：犠牲層、３６：開口部、３７：マスク、３８ａ：凹部、３８ｂ：凹部、３８ｃ：凹部、３９：犠牲層、４０：開口部、４１：マスク、４２：犠牲層、４３：開口部、４４：マスク、４５：焦点、４６：切込み、４７：上方向、４８：有機膜、４９：画素ブロック、５１：センサ基板、５２：裏面、５３：切込み、５４：切込み、５５：切込み、５６：領域、５７：領域、５８：貫通電極、７１：固体撮像素子、７２：固体撮像素子、７３：固体撮像素子、７４：固体撮像素子、７５：固体撮像素子、７６：固体撮像素子、７７：固体撮像素子、７８：固体撮像素子、７９：固体撮像素子、８０：固体撮像素子、８１：固体撮像素子、８２：固体撮像素子、８３：固体撮像素子、８４：固体撮像素子、８５：固体撮像素子、９１：撮像素子、９２：撮像素子、９３：撮像素子、１０１：固体撮像装置、１０１ａ：固体撮像装置、１０２：固体撮像装置、１１０：モジュール筐体、１１１：実装基板、１１１ａ：後段処理回路、１１１ｂ：実装基板、１１１ｃ：角部、１１１ｄ：電極部、１１２：スペーサ、１１２ａ：スペーサ、１１４：半導体層、１１４ａ：面、１１４ｂ：面、１１５：画素、１１６：画素読み出し用電極パッド、１１６ａ：画素読み出し用電極パッド、１１６ｂ：画素読み出し用電極パッド、１１７：ワイヤ、１１８：可視光透過フィルター、１１９：結像レンズ、１１９ａ：中心、１２０：光軸、１２１：レンズホルダー、１２２：平面、１２２ａ：交点、１２２ｂ：周辺部、１２３：位置、１２４：位置、１２５位置、１２６：位置、１３０：透明基板、１３１：光伝達管、１３２：フレキシブル基板、１４０：半田バンプ、１４１：引出し配線、１４２：マイクロレンズアレイ基板、１４３：マイクロレンズ、１５０：層間絶縁膜、１５１：多層配線層、１５２：カラーフィルタ、１５３：集光レンズ、１５４：有機膜、１５５：半導体基板、１５６：接着層、１５７：支持基板、１６０：切り込み、１６１：溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に複数の画素が形成されたセンサ基板と、
複数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイ基板と、
前記マイクロレンズアレイ基板における前記マイクロレンズ間の領域に一端が接合され、前記上面に他端が接合された接続ポストと、
を備えた固体撮像装置。
【請求項２】
前記接続ポストは、可視波長域の光を吸収する材料を含む請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記マイクロレンズアレイ基板における前記センサ基板と反対側に結像レンズをさらに備え、
前記接続ポストは、前記他端と前記結像レンズの光軸との距離が大きくなるほど、前記一端が光軸に向かうように傾き、
前記結像レンズの光軸の方向と前記接続ポストが延びる方向とのなす角度は、前記他端と前記結像レンズの光軸との距離が大きくなるほど、大きい請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記センサ基板は、前記上面が窪むように湾曲している請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
複数の画素が形成された上面が窪むように湾曲したセンサ基板と、
前記上面側に設けられた結像レンズと、
を備えた固体撮像装置。
【請求項６】
前記結像レンズの焦点から、各前記画素までの距離が相互に等しくなるように前記センサ基板は湾曲している請求項４または５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記センサ基板における前記上面と反対側の面には切れ込みが形成されている請求項４〜６のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記センサ基板の材料には、シリコンが含まれる請求項１〜７のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記センサ基板は有機膜で被膜されている請求項１〜８のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記有機膜は、可視波長域の光を透過する請求項９記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記有機膜はパリレンである請求項９または１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
半導体基板の上面に複数の画素を形成する工程と、
前記上面上に一端が接合された接続ポストを形成する工程と、
透明基板上に複数のマイクロレンズを形成する工程と、
前記接続ポストの他端を、前記透明基板上における前記マイクロレンズ間の領域に接合する工程と、
を備えた固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記接続ポストを形成する工程は、
前記半導体基板上に第１犠牲層を形成する工程と、
前記第１犠牲層上に第１開口部が形成された第１マスクを形成する工程と、
前記第１マスクをマスクとして、前記第１犠牲層をエッチングする工程と、
前記第１マスクを除去する工程と、
前記第１犠牲層のエッチングされた部分にポストの材料を埋め込む工程と、
前記埋め込まれたポストの材料を残して第１犠牲層を除去する工程と、
前記半導体基板及び前記埋め込まれたポストの材料上に第２犠牲層を形成する工程と、
前記第２犠牲層上に第２開口部が形成された第２ハードマスクを形成する工程と、
前記第２マスクをマスクとして、前記第２犠牲層をエッチングする工程と、
前記第２マスクを除去する工程と、
前記第２犠牲層のエッチングされた部分にポストの材料を埋め込む工程と、
前記埋め込まれたポストの材料を残して第２犠牲層を除去する工程と、
を有し、
前記第１マスクと前記第２マスクとを重ねたときに、前記第１開口部及び前記第２開口部は、互いに重なる請求項１２記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
半導体基板の上面に複数の画素を形成する工程と、
前記上面上に一端が接合された第１接続ポストを形成する工程と、
透明基板上に複数のマイクロレンズを形成する工程と、
前記透明基板上における前記マイクロレンズ間の領域に一端が接合された第２接続ポストを形成する工程と、
前記第１接続ポストの他端と、前記第２接続ポストの他端とを接合する工程と、
を備えた固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
半導体基板の上面に複数の画素を形成する工程と、
前記上面に凹部を形成する工程と、
透明基板上に複数のマイクロレンズを形成する工程と、
前記透明基板上における前記マイクロレンズ間の領域に一端が接合された接続ポストを形成する工程と、
前記凹部に、前記接続ポストの他端を嵌合させる工程と、
を備えた固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
上面が窪むように湾曲した撮像素子を有する固体撮像素子と、
前記上面側に設けられた結像レンズと、
を備えた固体撮像装置。
【請求項１７】
前記湾曲した撮像素子の前記上面における一点と、前記結像レンズの光軸と前記上面との交点を含み前記光軸に対して垂直な平面との距離は、前記結像レンズの屈折率及び前記結像レンズの焦点距離を用いて決定された請求項１６記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
前記上面の端縁における距離は、１０ｎｍ〜１ｍｍである請求項１７記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
前記固体撮像素子と前記結像レンズとの間に設けられたマイクロレンズアレイ基板をさらに備えた請求項１６〜１８のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項２０】
上面が窪むように湾曲した撮像素子を備えた固体撮像素子。
【請求項２１】
前記撮像素子の下方に設けられた実装基板と、
前記撮像素子の下面と前記実装基板との間に設けられ、上面が窪んだスペーサと、
をさらに備えた請求項２０記載の固体撮像素子。
【請求項２２】
前記撮像素子の下方に設けられた実装基板と、
前記撮像素子の周辺部の下面と前記実装基板との間に設けられたスペーサと、
をさらに備え、
前記撮像素子の中央部の下面と前記実装基板との間は空洞である請求項２０記載の固体撮像素子。
【請求項２３】
前記撮像素子の下面に接したフレキシブル基板をさらに備え、前記フレキシブル基板は、前記撮像素子とともに湾曲した請求項２０記載の固体撮像素子。
【請求項２４】
上面に複数の段差が形成された階段状の実装基板をさらに備え、前記固体撮像素子の下面は、前記段差の角部と接する請求項２０記載の固体撮像素子。
【請求項２５】
前記撮像素子の下面と前記実装基板との間は、半田バンプを介して接続された請求項２４記載の固体撮像素子。
【請求項２６】
前記撮像素子の下面における周辺領域に配置された電極パッドは、前記実装基板における引き出し配線に接続された請求項２５記載の固体撮像素子。
【請求項２７】
前記撮像素子を被膜する有機膜をさらに備えた請求項２０〜２６のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【請求項２８】
前記撮像素子における前記上面と反対側の面には切れ込みが形成されている請求項２０〜２７のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【請求項２９】
前記切れ込みは、前記反対側の面における一方向及び一方向に交差する他方向に延びる請求項２８記載の固体撮像素子。
【請求項３０】
前記撮像素子の厚さは、０．１〜５０マイクロメートルである請求項２０〜２９のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【請求項３１】
半導体基板の上面に複数の画素を形成する工程と、
前記半導体基板上に前記画素と接続される多層配線層及び前記多層配線層を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板の下部を除去する工程と、
前記半導体基板の上面が窪むように湾曲させる工程と、
を備えた固体撮像素子の製造方法。
【請求項３２】
前記除去する工程の後に、前記半導体基板の下面に切れ込みを形成する工程をさらに備えた請求項３１記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項３３】
半導体基板の下面に複数の画素を形成する工程と、
前記半導体基板の下面上に前記画素と接続される多層配線層及び前記多層配線層を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板の上部を除去する工程と、
前記半導体基板の上面が窪むように湾曲させる工程と、
を備えた固体撮像素子の製造方法。
【請求項３４】
前記層間絶縁膜を形成する工程の後に、前記層間絶縁膜に切れ込みを形成する工程をさらに備えた請求項３３記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項３５】
前記半導体基板の下部を除去する工程または前記半導体基板の上部を除去する工程の後に、前記半導体基板を有機膜で被膜する工程をさらに備えた請求項３１〜３４のいずれか１つに記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１】
上面に複数の画素が形成されたセンサ基板と、
複数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイ基板と、
前記マイクロレンズアレイ基板における前記マイクロレンズ間の領域に一端が接合され、前記上面に他端が接合された接続ポストと、
を備えた固体撮像装置。
【請求項２】
前記接続ポストは、可視波長域の光を吸収する材料を含む請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記マイクロレンズアレイ基板における前記センサ基板と反対側に結像レンズをさらに備え、
前記接続ポストは、前記他端と前記結像レンズの光軸との距離が大きくなるほど、前記一端が光軸に向かうように傾き、
前記結像レンズの光軸の方向と前記接続ポストが延びる方向とのなす角度は、前記他端と前記結像レンズの光軸との距離が大きくなるほど、大きい請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記センサ基板は、前記上面が窪むように湾曲している請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
複数の画素が形成された上面が窪むように湾曲したセンサ基板と、
前記上面側に設けられた結像レンズと、
を備えた固体撮像装置。
【請求項６】
前記結像レンズの焦点から、各前記画素までの距離が相互に等しくなるように前記センサ基板は湾曲している請求項４または５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記センサ基板における前記上面と反対側の面には切れ込みが形成されている請求項４〜６のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記センサ基板の材料には、シリコンが含まれる請求項１〜７のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記センサ基板は有機膜で被膜されている請求項１〜８のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記有機膜は、可視波長域の光を透過する請求項９記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記有機膜はパリレンである請求項９または１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
半導体基板の上面に複数の画素を形成する工程と、
前記上面上に一端が接合された接続ポストを形成する工程と、
透明基板上に複数のマイクロレンズを形成する工程と、
前記接続ポストの他端を、前記透明基板上における前記マイクロレンズ間の領域に接合する工程と、
を備えた固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記接続ポストを形成する工程は、
前記半導体基板上に第１犠牲層を形成する工程と、
前記第１犠牲層上に第１開口部が形成された第１マスクを形成する工程と、
前記第１マスクをマスクとして、前記第１犠牲層をエッチングする工程と、
前記第１マスクを除去する工程と、
前記第１犠牲層のエッチングされた部分にポストの材料を埋め込む工程と、
前記埋め込まれたポストの材料を残して第１犠牲層を除去する工程と、
前記半導体基板及び前記埋め込まれたポストの材料上に第２犠牲層を形成する工程と、
前記第２犠牲層上に第２開口部が形成された第２ハードマスクを形成する工程と、
前記第２マスクをマスクとして、前記第２犠牲層をエッチングする工程と、
前記第２マスクを除去する工程と、
前記第２犠牲層のエッチングされた部分にポストの材料を埋め込む工程と、
前記埋め込まれたポストの材料を残して第２犠牲層を除去する工程と、
を有し、
前記第１マスクと前記第２マスクとを重ねたときに、前記第１開口部及び前記第２開口部は、互いに重なる請求項１２記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
半導体基板の上面に複数の画素を形成する工程と、
前記上面上に一端が接合された第１接続ポストを形成する工程と、
透明基板上に複数のマイクロレンズを形成する工程と、
前記透明基板上における前記マイクロレンズ間の領域に一端が接合された第２接続ポストを形成する工程と、
前記第１接続ポストの他端と、前記第２接続ポストの他端とを接合する工程と、
を備えた固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
半導体基板の上面に複数の画素を形成する工程と、
前記上面に凹部を形成する工程と、
透明基板上に複数のマイクロレンズを形成する工程と、
前記透明基板上における前記マイクロレンズ間の領域に一端が接合された接続ポストを形成する工程と、
前記凹部に、前記接続ポストの他端を嵌合させる工程と、
を備えた固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
上面が窪むように湾曲した撮像素子を有する固体撮像素子と、
前記上面側に設けられた結像レンズと、
を備えた固体撮像装置。
【請求項１７】
前記湾曲した撮像素子の前記上面における一点と、前記結像レンズの光軸と前記上面との交点を含み前記光軸に対して垂直な平面との距離は、前記結像レンズの屈折率及び前記結像レンズの焦点距離を用いて決定された請求項１６記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
前記上面の端縁における距離は、１０ｎｍ〜１ｍｍである請求項１７記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
前記固体撮像素子と前記結像レンズとの間に設けられたマイクロレンズアレイ基板をさらに備えた請求項１６〜１８のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項２０】
上面が窪むように湾曲した撮像素子を備えた固体撮像素子。
【請求項２１】
前記撮像素子の下方に設けられた実装基板と、
前記撮像素子の下面と前記実装基板との間に設けられ、上面が窪んだスペーサと、
をさらに備えた請求項２０記載の固体撮像素子。
【請求項２２】
前記撮像素子の下方に設けられた実装基板と、
前記撮像素子の周辺部の下面と前記実装基板との間に設けられたスペーサと、
をさらに備え、
前記撮像素子の中央部の下面と前記実装基板との間は空洞である請求項２０記載の固体撮像素子。
【請求項２３】
前記撮像素子の下面に接したフレキシブル基板をさらに備え、前記フレキシブル基板は、前記撮像素子とともに湾曲した請求項２０記載の固体撮像素子。
【請求項２４】
上面に複数の段差が形成された階段状の実装基板をさらに備え、前記固体撮像素子の下面は、前記段差の角部と接する請求項２０記載の固体撮像素子。
【請求項２５】
前記撮像素子の下面と前記実装基板との間は、半田バンプを介して接続された請求項２４記載の固体撮像素子。
【請求項２６】
前記撮像素子の下面における周辺領域に配置された電極パッドは、前記実装基板における引き出し配線に接続された請求項２５記載の固体撮像素子。
【請求項２７】
前記撮像素子を被膜する有機膜をさらに備えた請求項２０〜２６のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【請求項２８】
前記撮像素子における前記上面と反対側の面には切れ込みが形成されている請求項２０〜２７のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【請求項２９】
前記切れ込みは、前記反対側の面における一方向及び一方向に交差する他方向に延びる請求項２８記載の固体撮像素子。
【請求項３０】
前記撮像素子の厚さは、０．１〜５０マイクロメートルである請求項２０〜２９のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【請求項３１】
半導体基板の上面に複数の画素を形成する工程と、
前記半導体基板上に前記画素と接続される多層配線層及び前記多層配線層を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板の下部を除去する工程と、
前記半導体基板の上面が窪むように湾曲させる工程と、
を備えた固体撮像素子の製造方法。
【請求項３２】
前記除去する工程の後に、前記半導体基板の下面に切れ込みを形成する工程をさらに備えた請求項３１記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項３３】
半導体基板の下面に複数の画素を形成する工程と、
前記半導体基板の下面上に前記画素と接続される多層配線層及び前記多層配線層を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板の上部を除去する工程と、
前記半導体基板の上面が窪むように湾曲させる工程と、
を備えた固体撮像素子の製造方法。
【請求項３４】
前記層間絶縁膜を形成する工程の後に、前記層間絶縁膜に切れ込みを形成する工程をさらに備えた請求項３３記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項３５】
前記半導体基板の下部を除去する工程または前記半導体基板の上部を除去する工程の後に、前記半導体基板を有機膜で被膜する工程をさらに備えた請求項３１〜３４のいずれか１つに記載の固体撮像素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図３１】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図２９】
【図３０】
【図３２】
【図３３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図３１】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図２９】
【図３０】
【図３２】
【図３３】
【公開番号】特開２０１３−８５２１２（Ｐ２０１３−８５２１２Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−７１５０（Ｐ２０１２−７１５０）
【出願日】平成２４年１月１７日（２０１２．１．１７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１７日（２０１２．１．１７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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