JP2022015447A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】フレアの発生を抑制することができるようにする。【解決手段】本技術の固体撮像装置は、複数の画素が配置された画素領域が形成された半導体基板と、半導体基板の光入射面側と樹脂で接合され、中空構造を有する透明構造体とを備える。本技術の固体撮像装置において、透明構造体は、ガラス基板と透明膜とを含み、中空構造は、ガラス基板と透明膜との間に形成される。本技術は、例えば、撮像装置に適用することができる。【選択図】図６

Description

本技術は、固体撮像装置およびその製造方法に関し、特に、フレアの発生を抑制することができるようにした固体撮像装置およびその製造方法に関する。
半導体装置の小型化の要求に対して、半導体装置をチップサイズまで小型化したWCSP(Wafer level Chip Size Package)がある。
例えば、特許文献１には、カラーフィルタやオンチップレンズが形成された半導体基板の上面側に、キャビティレス構造でガラスシール樹脂を介してガラス基板を固定することにより、全体を低背化した半導体装置が記載されている。
国際公開第２０１７／１６３９２４号
半導体基板とガラス基板がキャビティレス構造で固定された場合、強い光が入射すると、ある画素上のオンチップレンズで反射された光がガラス基板の上面で全反射し、他の画素に再入射してしまうことがある。これにより、フレアと呼ばれるノイズが発生する場合がある。
本技術はこのような状況に鑑みてなされたものであり、フレアの発生を抑制することができるようにするものである。
本技術の第１の側面の固体撮像装置は、複数の画素が配置された画素領域が形成された半導体基板と、前記半導体基板の光入射面側と樹脂で接合され、中空構造を有する透明構造体とを備える。
本技術の第２の側面の固体撮像装置の製造方法は、透明構造体に中空構造を形成し、複数の画素領域が形成された半導体基板の光入射面側に、前記透明構造体を樹脂で接合する。
本技術の第１の側面においては、複数の画素が配置された画素領域が形成された半導体基板と、前記半導体基板の光入射面側と樹脂で接合され、中空構造を有する透明構造体とが設けられる。
本技術の第２の側面においては、透明構造体に中空構造が形成され、複数の画素領域が形成された半導体基板の光入射面側に、前記透明構造体が樹脂で接合される。
本開示に係る固体撮像装置の外観概略図である。 固体撮像装置の基板構成を説明する図である。 積層基板の回路構成例を示す図である。 画素の等価回路を示す図である。 固体撮像装置の詳細構造を示す断面図である。 ガラス保護基板の近傍を拡大して示した断面図である。 １個のキャビティを拡大して示した断面図である。 中空構造の効果を説明する図である。 中空構造の効果を説明する図である。 反射防止膜の効果を説明する図である。 複数のキャビティが２段に形成された固体撮像装置の例を示す断面図である。 ２段のキャビティをガラス保護基板に形成する方法について説明する図である。 ２段のキャビティをガラス保護基板に形成する方法について説明する図である。 開口部のパターンの例を示す平面図である。 ２段のキャビティをガラス保護基板に形成する方法について説明する図である。 開口部のパターンの例を示す平面図である。 開口部のパターンの他の例を示す平面図である。 図１７の開口部のパターンを重ねたパターンを示す平面図である。 開口部のパターンのさらに他の例を示す図である。 キャビティの開口部が形成される領域の例を示す平面図である。 固体撮像装置のその他の構成例を示す部分拡大断面図である。 固体撮像装置のさらにその他の構成例を示す部分拡大断面図である。 本開示の技術を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。 固体撮像装置を使用する使用例を示す図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
以下、本技術を実施するための形態について説明する。説明は以下の順序で行う。
１．固体撮像装置の実施の形態
２．キャビティの形成方法
３．開口部のその他のパターン例
４．開口部のさらにその他のパターン例
５．変形例
６．電子機器への適用例
７．固体撮像装置の使用例
８．内視鏡手術システムへの応用例
９．移動体への応用例
＜１．固体撮像装置の実施の形態＞
＜外観概略図＞
図１は、本開示の技術を適用した実施の形態である固体撮像装置の外観概略図を示している。
図１に示される固体撮像装置１は、下側基板１１と上側基板１２とが積層されて構成された積層基板１３がパッケージ化された半導体パッケージである。固体撮像装置１は、図中の矢印で示される方向から入射される光を電気信号へ変換して出力する。
下側基板１１には、不図示の外部基板と電気的に接続するための裏面電極であるはんだボール１４が、複数、形成されている。
上側基板１２の上面には、R（赤）、G（緑）、またはB(青)のカラーフィルタ１５とオンチップレンズ１６が形成されている。また、上側基板１２は、オンチップレンズ１６を保護するためのガラス保護基板１８と、ガラスシール樹脂１７を介してキャビティレス構造で接続されている。
なお、図１では、図示が省略されているが、ガラス保護基板１８には、複数のキャビティ（中空構造）１６１が形成されている。キャビティ１６１については、図６を参照して後述する。
例えば、上側基板１２には、図２のＡに示されるように、光電変換を行う画素部が２次元配列された画素領域２１と、画素部の制御を行う制御回路２２が形成されており、下側基板１１には、画素部から出力された画素信号を処理する信号処理回路などのロジック回路２３が形成されている。
あるいはまた、図２のＢに示されるように、上側基板１２には、画素領域２１のみが形成され、下側基板１１に、制御回路２２とロジック回路２３が形成される構成でもよい。
以上のように、ロジック回路２３または制御回路２２及びロジック回路２３の両方を、画素領域２１の上側基板１２とは別の下側基板１１に形成して積層させることで、１枚の半導体基板に、画素領域２１、制御回路２２、およびロジック回路２３を平面方向に配置した場合と比較して、固体撮像装置１としてのサイズを小型化することができる。
以下では、少なくとも画素領域２１が形成される上側基板１２を、画素センサ基板１２と称し、少なくともロジック回路２３が形成される下側基板１１を、ロジック基板１１と称して説明を行う。
＜積層基板の構成例＞
図３は、積層基板１３の回路構成例を示している。
積層基板１３は、画素３２が２次元アレイ状に配列された画素アレイ部３３と、垂直駆動回路３４、カラム信号処理回路３５、水平駆動回路３６、出力回路３７、制御回路３８、入出力端子３９などを含む。
画素３２は、光電変換素子としてのフォトダイオードと、複数の画素トランジスタを有して成る。画素３２の回路構成例については、図４を参照して後述する。
制御回路３８は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また積層基板１３の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路３８は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路３４、カラム信号処理回路３５及び水平駆動回路３６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路３８は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路３４、カラム信号処理回路３５及び水平駆動回路３６等に出力する。
垂直駆動回路３４は、例えばシフトレジスタによって構成され、所定の画素駆動配線４０を選択し、選択された画素駆動配線４０に画素３２を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素３２を駆動する。すなわち、垂直駆動回路３４は、画素アレイ部３３の各画素３２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、各画素３２の光電変換部において受光量に応じて生成された信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線４１を通してカラム信号処理回路３５に供給する。
カラム信号処理回路３５は、画素３２の列ごとに配置されており、１行分の画素３２から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路３５は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング)およびAD変換等の信号処理を行う。
水平駆動回路３６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路３５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路３５の各々から画素信号を水平信号線４２に出力させる。
出力回路３７は、カラム信号処理回路３５の各々から水平信号線４２を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路３７は、例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子３９は、外部と信号のやりとりをする。
以上のように構成される積層基板１３は、CDS処理とAD変換処理を行うカラム信号処理回路３５が画素列ごとに配置されたカラムAD方式と呼ばれるCMOSイメージセンサである。
＜画素の回路構成例＞
図４は、画素３２の等価回路を示している。
図４に示される画素３２は、電子式のグローバルシャッタ機能を実現する構成を示している。
画素３２は、光電変換素子としてのフォトダイオード５１、第１転送トランジスタ５２、メモリ部（MEM）５３、第２転送トランジスタ５４、FD(フローティング拡散領域)５５、リセットトランジスタ５６、増幅トランジスタ５７、選択トランジスタ５８、及び排出トランジスタ５９を有する。
フォトダイオード５１は、受光量に応じた電荷（信号電荷）を生成し、蓄積する光電変換部である。フォトダイオード５１のアノード端子が接地されているとともに、カソード端子が第１転送トランジスタ５２を介してメモリ部５３に接続されている。また、フォトダイオード５１のカソード端子は、不要な電荷を排出するための排出トランジスタ５９とも接続されている。
第１転送トランジスタ５２は、転送信号TRXによりオンされたとき、フォトダイオード５１で生成された電荷を読み出し、メモリ部５３に転送する。メモリ部５３は、FD５５に電荷を転送するまでの間、一時的に電荷を保持する電荷保持部である。
第２転送トランジスタ５４は、転送信号TRGによりオンされたとき、メモリ部５３に保持されている電荷を読み出し、FD５５に転送する。
FD５５は、メモリ部５３から読み出された電荷を信号として読み出すために保持する電荷保持部である。リセットトランジスタ５６は、リセット信号RSTによりオンされたとき、FD５５に蓄積されている電荷が定電圧源VDDに排出されることで、FD５５の電位をリセットする。
増幅トランジスタ５７は、FD５５の電位に応じた画素信号を出力する。すなわち、増幅トランジスタ５７は定電流源としての負荷MOS６０とソースフォロワ回路を構成し、FD５５に蓄積されている電荷に応じたレベルを示す画素信号が、増幅トランジスタ５７から選択トランジスタ５８を介してカラム信号処理回路３５（図３）に出力される。負荷MOS６０は、例えば、カラム信号処理回路３５内に配置されている。
選択トランジスタ５８は、選択信号SELにより画素３２が選択されたときオンされ、画素３２の画素信号を、垂直信号線４１を介してカラム信号処理回路３５に出力する。
排出トランジスタ５９は、排出信号OFGによりオンされたとき、フォトダイオード５１に蓄積されている不要電荷を定電圧源VDDに排出する。
転送信号TRX及びTRG、リセット信号RST、排出信号OFG、並びに選択信号SELは、画素駆動配線４０を介して垂直駆動回路３４から供給される。
画素３２の動作について簡単に説明する。
まず、露光開始前に、Highレベルの排出信号OFGが排出トランジスタ５９に供給されることにより排出トランジスタ５９がオンされ、フォトダイオード５１に蓄積されている電荷が定電圧源VDDに排出され、全画素のフォトダイオード５１がリセットされる。
フォトダイオード５１のリセット後、排出トランジスタ５９が、Lowレベルの排出信号OFGによりオフされると、画素アレイ部３３の全画素で露光が開始される。
予め定められた所定の露光時間が経過すると、画素アレイ部３３の全画素において、転送信号TRXにより第１転送トランジスタ５２がオンされ、フォトダイオード５１に蓄積されていた電荷が、メモリ部５３に転送される。
第１転送トランジスタ５２がオフされた後、各画素３２のメモリ部５３に保持されている電荷が、行単位に、順次、カラム信号処理回路３５に読み出される。読み出し動作は、読出し行の画素３２の第２転送トランジスタ５４が転送信号TRGによりオンされ、メモリ部５３に保持されている電荷が、FD５５に転送される。そして、選択トランジスタ５８が選択信号SELによりオンされることで、FD５５に蓄積されている電荷に応じたレベルを示す信号が、増幅トランジスタ５７から選択トランジスタ５８を介してカラム信号処理回路３５に出力される。
以上のように、図４の画素回路を有する画素３２は、露光時間を画素アレイ部３３の全画素で同一に設定し、露光終了後はメモリ部５３に電荷を一時的に保持しておいて、メモリ部５３から行単位に順次電荷を読み出すグローバルシャッタ方式の動作（撮像）が可能である。
なお、画素３２の回路構成としては、図４に示した構成に限定されるものではなく、例えば、メモリ部５３を持たず、いわゆるローリングシャッタ方式による動作を行う回路構成を採用することもできる。
また、画素３２は、一部の画素トランジスタを複数画素で共有する共有画素構造とすることもできる。例えば、第１転送トランジスタ５２、メモリ部５３、および第２転送トランジスタ５４を画素３２単位に有し、FD５５、リセットトランジスタ５６、増幅トランジスタ５７、および選択トランジスタ５８を４画素等の複数画素で共有する構成などを取り得る。
＜固体撮像装置の基本構造例＞
次に、図５を参照して、積層基板１３の詳細構造について説明する。図５は、固体撮像装置１の一部分を拡大して示した断面図である。
ロジック基板１１には、例えばシリコン（Si）で構成された半導体基板８１（以下、シリコン基板８１という。）の上側（画素センサ基板１２側）に、多層配線層８２が形成されている。この多層配線層８２により、図２の制御回路２２やロジック回路２３が構成されている。
多層配線層８２は、画素センサ基板１２に最も近い最上層の配線層８３ａ、中間の配線層８３ｂ、及び、シリコン基板８１に最も近い最下層の配線層８３ｃなどからなる複数の配線層８３と、各配線層８３の間に形成された層間絶縁膜８４とで構成される。
複数の配線層８３は、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）などを用いて形成され、層間絶縁膜８４は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などで形成される。複数の配線層８３及び層間絶縁膜８４のそれぞれは、全ての階層が同一の材料で形成されていてもよし、階層によって２つ以上の材料を使い分けてもよい。
シリコン基板８１の所定の位置には、シリコン基板８１を貫通するシリコン貫通孔８５が形成されており、シリコン貫通孔８５の内壁に、絶縁膜８６を介して接続導体８７が埋め込まれることにより、シリコン貫通電極（TSV：Through Silicon Via）８８が形成されている。絶縁膜８６は、例えば、SiO2膜やSiN膜などで形成することができる。
なお、図５に示されるシリコン貫通電極８８では、内壁面に沿って絶縁膜８６と接続導体８７が成膜され、シリコン貫通孔８５内部が空洞となっているが、内径によってはシリコン貫通孔８５内部全体が接続導体８７で埋め込まれることもある。換言すれば、貫通孔の内部が導体で埋め込まれていても、一部が空洞となっていてもどちらでもよい。このことは、後述するチップ貫通電極（TCV：Through Chip Via)１０５などについても同様である。
シリコン貫通電極８８の接続導体８７は、シリコン基板８１の下面側に形成された再配線９０と接続されており、再配線９０は、はんだボール１４と接続されている。接続導体８７及び再配線９０は、例えば、銅（Cu）、タングステン（W）、チタン（Ti）、タンタル（Ta）、チタンタングステン合金（TiW）、ポリシリコンなどで形成することができる。
また、シリコン基板８１の下面側には、はんだボール１４が形成されている領域を除いて、再配線９０と絶縁膜８６を覆うように、ソルダマスク（ソルダレジスト）９１が形成されている。
一方、画素センサ基板１２には、シリコン（Si）で構成された半導体基板１０１（以下、シリコン基板１０１という。）の下側（ロジック基板１１側）に、多層配線層１０２が形成されている。この多層配線層１０２により、図２の画素領域２１の画素回路が構成されている。
多層配線層１０２は、シリコン基板１０１に最も近い最上層の配線層１０３ａ、中間の配線層１０３ｂ、及び、ロジック基板１１に最も近い最下層の配線層１０３ｃなどからなる複数の配線層１０３と、各配線層１０３の間に形成された層間絶縁膜１０４とで構成される。
複数の配線層１０３及び層間絶縁膜１０４として使用される材料は、上述した配線層８３及び層間絶縁膜８４の材料と同種のものを採用することができる。また、複数の配線層１０３や層間絶縁膜１０４が、１または２つ以上の材料を使い分けて形成されてもよい点も、上述した配線層８３及び層間絶縁膜８４と同様である。
なお、図５の例では、画素センサ基板１２の多層配線層１０２は３層の配線層１０３で構成され、ロジック基板１１の多層配線層８２は４層の配線層８３で構成されているが、配線層の総数はこれに限られず、任意の層数で形成することができる。
シリコン基板１０１内には、PN接合により形成されたフォトダイオード５１が、画素３２ごとに形成されている。
また、図示は省略されているが、多層配線層１０２とシリコン基板１０１には、第１転送トランジスタ５２、第２転送トランジスタ５４などの複数の画素トランジスタや、メモリ部（MEM）５３なども形成されている。
カラーフィルタ１５とオンチップレンズ１６が形成されていないシリコン基板１０１の所定の位置には、画素センサ基板１２の配線層１０３ａと接続されているシリコン貫通電極１０９と、ロジック基板１１の配線層８３ａと接続されているチップ貫通電極１０５が、形成されている。
チップ貫通電極１０５とシリコン貫通電極１０９は、シリコン基板１０１上面に形成された接続用配線１０６で接続されている。また、シリコン貫通電極１０９及びチップ貫通電極１０５のそれぞれとシリコン基板１０１との間には、絶縁膜１０７が形成されている。さらに、シリコン基板１０１の上面には、絶縁膜（平坦化膜）１０８を介して、カラーフィルタ１５やオンチップレンズ１６が形成されている。
以上のように、図１に示される固体撮像装置１の積層基板１３は、ロジック基板１１の多層配線層８２側と、画素センサ基板１２の多層配線層１０２側とを貼り合わせた積層構造となっている。図５では、ロジック基板１１の多層配線層８２と、画素センサ基板１２の多層配線層１０２との貼り合わせ面が、破線で示されている。
また、固体撮像装置１の積層基板１３では、画素センサ基板１２の配線層１０３とロジック基板１１の配線層８３が、シリコン貫通電極１０９とチップ貫通電極１０５の２本の貫通電極により接続され、ロジック基板１１の配線層８３とはんだボール（裏面電極）１４が、シリコン貫通電極８８と再配線９０により接続されている。これにより、固体撮像装置１の平面積を、極限まで小さくすることができる。
さらに、積層基板１３とガラス保護基板１８との間を、キャビティレス構造にして、ガラスシール樹脂１７により貼り合わせることにより、高さ方向についても低くすることができる。
したがって、図１に示される固体撮像装置１によれば、より小型化した半導体装置（半導体パッケージ）を実現することができる。
＜ガラス保護基板の拡大断面図＞
図６は、ガラス保護基板１８の一部分に着目して拡大して示した断面図である。
入射光は、図６において矢印で示される方向から、固体撮像装置１の最上面であるガラス保護基板１８へ入射される。図６に示されるように、ガラス保護基板１８の上面となる光入射面と対向する面（下面）には、複数のキャビティ１６１が形成されている。キャビティ１６１は、ガラス保護基板１８に所定の深さで形成された複数の開口部２１１を透明膜１５１で閉塞して形成された中空構造であり、透明膜１５１とガラス保護基板１８の間に形成されている。ガラス保護基板１８と透明膜１５１は、複数のキャビティ１６１を備えた透明構造体を構成する。
複数のキャビティ１６１により、ガラス保護基板１８の、ガラスシール樹脂１７との接合面側にエアギャップが形成される。これにより、ガラス保護基板１８の、ガラスシール樹脂１７との接合面側に、屈折率を低下させた層が形成される。
図７は、１個のキャビティ１６１を拡大して示した断面図である。
図７のＡに示されるように、開口部２１１の側面および底面には、４層の透明膜１５２ａ乃至１５２ｄの積層で構成される反射防止膜１５２が形成されている。反射防止膜１５２は、透明膜１５１が開口部２１１を閉塞する前に、ALD(Atomic Layer Deposition)法などを用いて、屈折率の異なる透明膜１５２ａ乃至１５２ｄを積層することで形成される。
透明膜１５２ａ乃至１５２ｄのそれぞれは、屈折率が光入射面側から順に低くなるような材質により構成される。例えば、図７のＢに示されるように、透明膜１５２ａ乃至１５２ｄは、屈折率が、ガラス保護基板１８の屈折率（1.5）から順に0.1ずつ低くなり、キャビティ１６１に最も近い層で1.1乃至1.2となるように形成される。開口部２１１を閉塞する透明膜１５１は、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)を用いて、屈折率1.4乃至1.5程度の絶縁膜で形成される。
透明膜１５１および透明膜１５２ａ乃至１５２ｄは、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、炭化窒化シリコン、酸化アルミ、窒化アルミ、酸化アルミ、酸化チタン、酸化タンタルなど、所望の屈折率を有する透明な膜により構成される。本実施の形態では、透明膜１５１および透明膜１５２ａ乃至１５２ｄの材料として、酸化シリコン（SiO2）を用いることとする。
＜中空構造の効果＞
図８乃至図１０を参照して、ガラス保護基板１８に形成された複数のキャビティ１６１からなる中空構造の効果について説明する。
図８は、中空構造が形成されない場合のガラス保護基板１８近傍の断面図である。
図８に示されるように、キャビティ１６１を設けていないガラス保護基板１８と画素センサ基板１２とをキャビティレス構造で接合する場合、強い入射光Ｆ０が入射すると、入射光Ｆ０の一部がオンチップレンズ１６で反射する。オンチップレンズ１６で反射した反射光にはｍ次の回折光が含まれる。ｍ次の回折光は、次式（１）により表される。
ｎ×ｓｉｎθ＝ｍλ／ｄ ・・・（１）
ｎはガラスシール樹脂１７の屈折率（ガラス保護基板１８の屈折率）、θは反射光の反射角、ｍは次数、λは反射光の波長、ｄはレンズ間距離を表す。
反射光（回折光）のうち、図８の破線で示される臨界角よりも反射角が小さい反射光である反射光Ｆ１は、ガラス保護基板１８から出射する。一方、臨界角よりも反射角が大きい反射光である反射光Ｆ２は、ガラス保護基板１８の光入射面で全反射し、入射光Ｆ０が入射するべき画素から離れた位置にある他の画素に再入射してしまう。すなわち、キャビティレス構造では、ガラス保護基板１８と画素センサ基板１２との間が、ガラス保護基板１８と同程度の屈折率のガラスシール樹脂１７で空隙なく埋め込まれているため、ガラス保護基板１８の上面で全反射した反射光が、ガラス保護基板１８とガラスシール樹脂１７との界面で反射せずに、そのまま画素センサ基板１２の画素領域２１へ入射してしまう。反射光Ｆ２が再入射することにより、フレアと呼ばれる放射状のノイズが発生する。
図９は、複数のキャビティ１６１からなる中空構造が形成された固体撮像装置１の断面図である。
図９に示されるように、固体撮像装置１においては、臨界角よりも反射角が小さい反射光である反射光Ｆ１１は、ガラス保護基板１８から出射する。また、臨界角よりも反射角が大きい反射光である反射光Ｆ１２は、ガラス保護基板１８の光入射面で全反射し、キャビティ１６１で再度全反射することを繰り返す。
したがって、キャビティ１６１は、オンチップレンズ１６で反射された反射光の再入射を抑制することができる。これにより、固体撮像装置１は、フレアの発生を抑制することが可能となる。
また、ガラス保護基板１８の表面の1μm厚程度の領域にキャビティ１６１を形成することができるため、固体撮像装置１は、フレアの発生を抑制するためにオンチップレンズ１６とガラス保護基板１８の間に中空構造を形成した固体撮像装置よりもデバイスの厚みを減らすことが可能となる。
図１０は、反射防止膜１５２の効果を説明する図である。
入射光Ｆ０がガラス保護基板１８からキャビティ１６１に入射する際、ガラス保護基板１８の屈折率（1.5）と、キャビティ１６１に封止される空気の屈折率（1.0）との差が大きいため、図１０の吹き出しに示されるように、入射光Ｆ０の一部は、反射光Ｆ２１のように、キャビティ１６１との界面で反射してしまうことがある。
図７を参照して説明したように、固体撮像装置１においては、開口部２１１の側面および底面に反射防止膜１５２が設けられている。反射防止膜１５２は、屈折率が光入射面側から順に低くなるような透明膜１５２ａ乃至１５２ｄが積層して構成されるため、反射防止膜１５２により、入射光Ｆ０がガラス保護基板１８からキャビティ１６１に入射する際に反射することが抑制される。
なお、キャビティ１６１に封止される空気の屈折率が1.0であり、透明膜１５１の屈折率が1.4乃至1.5であるため、入射光Ｆ０がキャビティ１６１から透明膜１５１に入射する際には反射が発生しない。このため、透明膜１５１とキャビティ１６１の間に反射防止膜を形成しなくても、キャビティ１６１を通過した入射光Ｆ０は、反射されることなく、透明膜１５１に入射することができる。
＜２段の中空構造の例＞
図１１は、複数のキャビティ１６１が２段に形成された固体撮像装置１の例を示す断面図である。
図１１に示されるように、ガラス保護基板１８の光入射面と対向する面に、１段目となる複数のキャビティ１６１－１と、２段目となる複数のキャビティ１６１－２が形成されている。
キャビティ１６１－１は、ガラス保護基板１８に所定の深さで形成された複数の開口部２１１を、透明膜１５１－１で閉塞して形成される。
キャビティ１６１－２は、１段目の透明膜１５１－１に所定の深さで形成された複数の開口部２１２を、透明膜１５１－２で閉塞して形成される。キャビティ１６１－２は、平面視で、少なくとも一部の領域が、キャビティ１６１－１が形成されていない領域と重なるように形成される。１段目のキャビティ１６１－１と２段目のキャビティ１６１－２が形成される領域を互いにずらすことにより、キャビティ１６１－１の開口部２１１とキャビティ１６１－２の開口部２１２とを合わせた平面領域で画素領域全体を被覆することができる。
以上のように、ガラス保護基板１８に２段のキャビティ１６１が形成されるようにすることができる。また、２段に限らず、３段以上の複数段にしてもよい。複数段のキャビティ１６１を形成することによって、中空が形成されていない隙間の領域を低減することができ、ガラス保護基板１８の上面で全反射した反射光が画素に再入射することを抑制することが可能となる。
＜２．キャビティの形成方法＞
次に、図１２乃至図１６を参照して、２段のキャビティ１６１－１およびキャビティ１６１－２をガラス保護基板１８に形成する方法について説明する。
初めに、図１２のＡに示されるように、ガラス保護基板１８が用意される。図１２においては、上方がガラスシール樹脂１７側に相当する。図１３、図１５においても同様である。
次に、図１２のＢに示されるように、ガラス保護基板１８上にフォトレジスト２０１が塗布される。
次に、図１２のＣに示されるように、開口部２１１が形成される領域に合わせて、フォトレジスト２０１に対してパターニングが行われる。例えば、100nmの幅でスペースが空いているようなパターンが形成される。開口部２１１となる幅は、100nm乃至200nm程度が好適である。
続いて、図１３のＡに示されるように、フォトレジスト２０１をマスクとしてプラズマとガスとを用いたドライエッチングを行うことによって、ガラス保護基板１８に、複数の開口部２１１が形成される。開口部２１１の深さが、例えば300nm程度になるまでドライエッチングが行われ、開口部２１１は、断面が、例えば矩形になるように形成される。開口部２１１の深さとしては、200nm乃至300nm程度が好適である。
ドライエッチングのガスとしては、ガラス保護基板１８をエッチング可能なガスであればよく、例えば、フルオロカーボン（CF4）系ガスを採用することができる。また、ドライエッチングの代わりに、ウェットエッチングを用いて、等方的に広がるような開口部２１１が形成されるようにしてもよい。
次に、図１３のＢに示されるように、アッシングと洗浄によってフォトレジスト２０１が除去される。
図１４は、図１３のＢのガラス保護基板１８を上から見た平面図である。なお、図１４では、開口部２１１を設けた領域と、その間の支柱部分の領域とを区別するため、支柱部分にパターン（ハッチング）を付している。また、図１３と図１４の縮尺は異なる。
図１４に示されるように、開口部２１１は、平面視で、縦縞状（ライン状）に形成されている。ここでは、開口部２１１の開口幅は100nmである。
図１３のＢのように、フォトレジスト２０１が除去された後、図７で説明したように、開口部２１１の側面および底面に、反射防止膜１５２が、例えばALD法により成膜される。具体的には、初めに、屈折率が1.4となるSiO2により透明膜１５２ａが成膜される。次に、屈折率が1.3となる密度を下げたSiO2により透明膜１５２ｂが成膜される。さらに、屈折率が1.2となるポーラスSiO2により透明膜１５２ｃが成膜され、屈折率が1.1となるポーラスSiO2により透明膜１５２ｄが成膜される。透明膜１５２ａ乃至１５２ｄの積層により、反射防止膜１５２が形成される。透明膜１５２ａ乃至１５２ｄのそれぞれの膜厚は、例えば20nm程度とされる。
次に、図１３のＣに示されるように、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)により、SiO2により構成される透明膜１５１－１を成膜することで開口部２１１が閉塞され、キャビティ１６１－１が形成される。
１段目のキャビティ１６１－１だけがガラス保護基板１８に形成される場合、図１３のＣに示されるガラス保護基板１８が反転され、ガラスシール樹脂１７を介して積層基板１３と接合される。
２段目のキャビティ１６１－２がガラス保護基板１８にさらに形成される場合、図１５のＡに示されるように、透明膜１５１－２が、例えばALD法を用いてSiO2により形成される。ここでは、図１３のＣを参照して説明した透明膜１５１－１を成膜する際の成膜量を増加させることによって、透明膜１５１－２は透明膜１５１－１とともに形成される。透明膜１５１－１の閉塞面と透明膜１５１－２の層を合わせた膜厚は、例えば300nm乃至400nm程度が好適であり、例えば、400nmとされる。
透明膜１５１－２が形成された後、例えばCMP(Chemical Mechanical Polish)法により、透明膜１５１－２の表面が研磨され、平坦化される。
次に、キャビティ１６１－１の開口部２１１を形成した手順と同様の手順が行われ、図１５のＢに示されるように、透明膜１５１－２に開口部２１２が形成される。
図１６は、図１５のＢのガラス保護基板１８を上から見た平面図である。
図１６に示されるように、開口部２１２は、図１４に示した１段目の開口部２１１と同様に、縦縞状に形成されている。開口部２１２の開口幅は、開口部２１１の開口幅より大きく、例えば140nmとされている。また、開口部２１２が形成される水平方向の位置は、１段目における開口部２１１どうしの間の支柱部分が、少なくとも開口部２１２に含まれるように配置されている。図１６においては、図１４でパターンを付した開口部２１１の間の支柱部分の領域が、同じパターンの破線で示されている。
このように、１段目の開口部２１１の配置と、２段目の開口部２１２の配置を異ならせることにより、ガラス保護基板１８の平面領域全体に、いずれかの中空構造が存在するように構成することができる。複数段のキャビティ１６１の開口幅は、各段で同じにしてもよいし、段毎に異なってもよい。また、段毎に異なる場合には、上段または下段のどちらの大小は問わない。
また、図１４および図１６では、開口部２１１および開口部２１２が縦縞状に形成される場合について説明したが、開口部２１１および開口部２１２の延伸方向は特に制約がなく、画素構造との組み合わせで最適な方向とすることが可能である。
開口部２１２が形成された後、図示が省略されているが、開口部２１２の側面および底面に、１段目と同様に、反射防止膜１５２が、例えばALD法により成膜される。
次に、図１５のＣに示されるように、例えばプラズマCVDにより、SiO2により構成される透明膜１５１－２を成膜することで開口部２１２が閉塞され、キャビティ１６１－２が形成される。
以上のようにしてキャビティ１６１－１およびキャビティ１６１－２が形成されたガラス保護基板１８が完成する。完成されたガラス保護基板１８は反転され、キャビティ１６１－１およびキャビティ１６１－２が形成された面がガラスシール樹脂１７により積層基板１３と接合される。
キャビティ１６１－１およびキャビティ１６１－２が形成されたガラス保護基板１８が、ガラスシール樹脂１７により全面で積層基板１３と接合された後、ガラス保護基板１８を支持基板として、ガラス保護基板１８とは反対側の固体撮像装置１の裏面に、図５に示したシリコン貫通電極８８、接続導体８７、再配線９０などが形成される。したがって、ウエハレベルプロセスにより、裏面側のシリコン貫通電極８８、接続導体８７、再配線９０などを、簡便に形成することができる。
＜３．開口部のその他のパターン例＞
上述した実施の形態では、開口部２１１と開口部２１２の延伸方向が同一方向とされたが、開口部２１１と開口部２１２の延伸方向は異なる方向としてもよい。例えば、ライン状の開口部２１１の延伸方向と、ライン状の開口部２１２の延伸方向とが直交するような配置とすることができる。
図１７は、開口部２１１および開口部２１２のパターンの他の例を示す平面図である。なお、開口部２１１および開口部２１２の凹凸を示す模様は、図１４および図１６と対応している。
図１７のＡは、１段目のキャビティ１６１－１に対応する開口部２１１のパターンの例を表す。図１７のＡでは、ガラス保護基板１８に対してエッチングが行われることにより、開口部２１１が右上がりのライン状に形成されている。ここでは、開口部２１１の深さが、例えば200nmとなるようにエッチングが行われる。
図１７のＢは、２段目のキャビティ１６１－２に対応する開口部２１２のパターンの例を表す。図１７のＢでは、透明膜１５１－２に対してエッチングが行われることにより、開口部２１２が左上がりのライン状に形成されている。ここでは、透明膜１５１－１および透明膜１５１－２として、例えば300nmのSiO2が成膜され、開口部２１２の深さが例えば200nmとなるようにエッチングが行われる。
図１８は、図１７の開口部２１１および開口部２１２のパターンを重ねたパターンを示す平面図である。
図１８に示すように、図１７のＡに示される開口部２１１のパターンと、図１７のＢに示される開口部２１２のパターンを重ねると、開口部２１１および開口部２１２のいずれも形成されず、中空ではない部分が形成される。図１８においては、中空ではない部分が、格子模様の矩形の領域で示される。
図１７および図１８のような開口部２１１および開口部２１２のパターンを採用した場合においても、ガラス保護基板１８にキャビティ１６１が形成されるため、図９を参照して説明したように、フレアの発生を抑制することが可能となる。
また、図１８で説明したように、平面視で中空が形成されない領域がガラス保護基板１８に存在することになるが、中空が形成されない領域を形成することによってガラス保護基板１８の強度を高くすることが可能となる。
なお、１段目および２段目のキャビティ１６１によっても中空が形成されない領域に対しては、平面視で、中空が形成されない領域を被覆するように３段目のキャビティ１６１を形成してもよい。例えば、３段目のキャビティ１６１に対応する開口部は、平面視で、開口部２１１および開口部２１２のいずれも形成されない領域に重なるようなライン状に形成される。
２段のキャビティ１６１－１およびキャビティ１６１－２とともに３段目のキャビティ１６１を形成することにより、ガラス保護基板１８の強度を保ちつつ、平面視でガラス保護基板１８の全体を被覆するように中空構造を形成することが可能となる。
＜４．開口部のさらにその他のパターン例＞
複数段のキャビティ１６１を形成する際に形成される各開口部のパターンは、ライン状のパターンだけではなく、他の形状のパターンとすることも可能である。
図１９は、開口部２１１のパターンのさらに他の例を示す図である。
図１９に示されるように、開口部２１１は、ガラス保護基板１８に対してエッチングが行われることにより、十字状に形成されている。図１９では、十字状の開口部２１１が所定の隙間を空けて並ぶように配置されてガラス保護基板１８上に形成されている。
例えば、十字状の開口部２１１を透明膜１５１で閉塞して形成されるキャビティ１６１が３段形成される。３段の各層のキャビティ１６１は、中空が形成される領域を互いにずらすようにして形成される。これにより、平面視で、ガラス保護基板１８の全体を被覆するように中空を形成することができる。
以上のように、各段のキャビティ１６１を形成するための開口部のパターンは、自由に描画可能な形状とすることが可能である。
＜５．変形例＞
図２０は、ガラス保護基板１８の全平面領域に対する、キャビティ１６１の開口部２１１が形成される領域の例を示す平面図である。
図２０のＡでは、開口部２１１は、ガラス保護基板１８の、画素領域２１に対応する画素上部領域２５１だけに形成されている。画素上部領域２５１は、破線で示される矩形領域の内側の領域に相当する。ガラス保護基板１８の、画素上部領域２５１の外側の画素周辺領域には、開口部２１１は形成されていない。
一方、図２０のＢでは、画素上部領域２５１だけではなく、その外側の画素周辺領域を含むガラス保護基板１８の全体に、開口部２１１が形成されている。
このように、複数のキャビティ１６１が形成される平面領域は、画素領域２１に対応する画素上部領域２５１のみでもよいし、ガラス保護基板１８の全領域でもよい。複数段のキャビティ１６１についても同様である。
図２１は、固体撮像装置１のその他の構成例であって、図６に対応する部分拡大断面図である。
図２１では、透明膜１５１とガラスシール樹脂１７との間に、ガラス保護基板１８の反りの発生を抑制するための矯正膜２６１が新たに形成されている。矯正膜２６１の材料には、例えば、窒化シリコンなどを用いることができる。これにより、ガラス保護基板１８における反りの発生を抑制することができる。
なお、矯正膜２６１は、透明膜１５１とガラスシール樹脂１７との間ではなく、ガラス保護基板１８の光入射面側に形成されるようにしてもよい。
図２２は、固体撮像装置１のさらにその他の構成例であって、図６に対応する部分拡大断面図である。
図２２では、複数のキャビティ１６１が、ガラスシール樹脂１７との接合面であるオンチップレンズ１６側ではなく、ガラス保護基板１８の光入射面側に形成されている。この場合、図１５のＣで完成されたガラス保護基板１８を反転せずに、キャビティ１６１が形成された面をそのまま上側として、ガラスシール樹脂１７により積層基板１３と接合すればよい。
このように、複数のキャビティ１６１は、ガラス保護基板１８の光入射面、または、光入射面と対向する面のどちらに形成されてもよい。キャビティ１６１が、複数段、形成される場合についても同様である。
＜６．電子機器への適用例＞
上述した固体撮像装置１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
図２３は、本開示を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図２３に示される撮像装置１００１は、光学系１００２、シャッタ装置１００３、固体撮像装置１００４、駆動回路１００５、信号処理回路１００６、モニタ１００７、およびメモリ１００８を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
光学系１００２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの光（入射光）を固体撮像装置１００４に導き、固体撮像装置１００４の受光面に結像させる。
シャッタ装置１００３は、光学系１００２および固体撮像装置１００４の間に配置され、駆動回路１００５の制御に従って、固体撮像装置１００４への光照射期間および遮光期間を制御する。
固体撮像装置１００４は、図１の固体撮像装置１により構成される。固体撮像装置１００４は、光学系１００２およびシャッタ装置１００３を介して受光面に結像される光に応じて、一定期間、信号電荷を蓄積する。固体撮像装置１００４に蓄積された信号電荷は、駆動回路１００５から供給される駆動信号（タイミング信号）に従って転送される。
駆動回路１００５は、固体撮像装置１００４の転送動作、および、シャッタ装置１００３のシャッタ動作を制御する駆動信号を出力して、固体撮像装置１００４およびシャッタ装置１００３を駆動する。
信号処理回路１００６は、固体撮像装置１００４から出力された信号電荷に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路１００６が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ１００７に供給されて表示されたり、メモリ１００８に供給されて記憶（記録）されたりする。
このように構成されている撮像装置１００１においても、固体撮像装置１００４として、図１等の固体撮像装置１を適用することにより、小型化や低背化を実現するとともに、フレアの発生を抑制することができる。これにより、高画質の撮像画像を得ることができる。
＜７．固体撮像装置の使用例＞
図２４は、上述の固体撮像装置１を使用する使用例を示す図である。
上述した固体撮像装置１は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
＜８．内視鏡手術システムへの応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図２５は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図２５では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ: Camera Control Unit）１１２０１に送信される。
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
図２６は、図２５に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、内視鏡１１１００や、カメラヘッド１１１０２（の撮像部１１４０２）、ＣＣＵ１１２０１（の画像処理部１１４１２）等に適用され得る。具体的には、例えば、上述した実施の形態に係る固体撮像装置１を、撮像部１０４０２に適用することができる。撮像部１０４０２に本開示に係る技術を適用することにより、フレアの発生を抑制した、高画質な術部画像を得ることができる。
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
＜９．移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図２７は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２７に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０３０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２７の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図２８は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図２８では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図２８には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、例えば、上述した実施の形態に係る固体撮像装置１を、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、フレアの発生を抑制した高画質な撮影画像を提供することができる。また、得られた撮影画像を用いて、ドライバの疲労を軽減したり、ドライバや車両の安全度を高めることが可能になる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
（１）
複数の画素が配置された画素領域が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の光入射面側と樹脂で接合され、中空構造を有する透明構造体と
を備える固体撮像装置。
（２）
前記透明構造体は、ガラス基板と透明膜とを含み、
前記中空構造は、前記ガラス基板と前記透明膜との間に形成される
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記中空構造は、前記ガラス基板に所定の深さで形成した開口部を、前記透明膜で閉塞して構成される
前記（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記中空構造の内面に、反射防止膜を備える
前記（２）に記載の固体撮像装置。
（５）
前記反射防止膜は、複数の透明膜の積層で構成される
前記（４）に記載の固体撮像装置。
（６）
前記複数の透明膜は、屈折率が光入射面側から順に低くなるように構成される
前記（５）に記載の固体撮像装置。
（７）
前記中空構造は、平面視で、前記画素領域に対応する領域のみに形成されている
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８）
前記中空構造は、平面視で、前記透明構造体の全領域に形成されている
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（９）
前記透明構造体は、複数段の前記中空構造を有する
前記（３）乃至（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１０）
複数段の前記中空構造の前記開口部の幅は、段毎に異なる
前記（９）に記載の固体撮像装置。
（１１）
複数段の前記中空構造は、平面視で、前記開口部が前記画素領域全体を被覆するように形成されている
前記（９）または（１０）に記載の固体撮像装置。
（１２）
前記透明構造体の前記開口部は、ライン状に形成されている
前記（３）乃至（６）および（９）乃至（１１）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１３）
前記透明構造体は、複数段の前記中空構造を有し、
各段の前記開口部の配置が異なる
前記（１２）に記載の固体撮像装置。
（１４）
前記中空構造は、前記透明構造体の光入射面である第１面、または、前記第１面と対向する第２面の少なくともいずれかに配置される
前記（１）乃至（１３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１５）
前記透明構造体の光入射面である第１面、または、前記第１面と対向する第２面のいずれかに配置された矯正膜をさらに備える
前記（１）乃至（１４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１６）
透明構造体に中空構造を形成し、
複数の画素領域が形成された半導体基板の光入射面側に、前記透明構造体を樹脂で接合する
固体撮像装置の製造方法。
（１７）
前記透明構造体は、ガラス基板を含み、
エッチングを行うことにより前記ガラス基板に開口部を形成した後、前記開口部の上部に透明膜を成膜することにより前記開口部を閉塞し、前記中空構造を形成する
前記（１６）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（１８）
前記エッチングを行うことにより、断面が矩形になるように前記開口部を形成する
前記（１７）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（１９）
前記エッチングは、ウェットエッチングであり、
前記開口部を閉塞する成膜は、CVDである
前記（１７）または（１８）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（２０）
前記開口部の側面および底面に、屈折率が入射光の入射面側から順に低くなる複数の透明膜を形成する
前記（１７）乃至（１９）のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
１ 固体撮像装置， １１ 下側基板（ロジック基板）， １２ 上側基板（画素センサ基板）， １３ 積層基板， １５ カラーフィルタ， １６ オンチップレンズ， １７ ガラスシール樹脂， １８ ガラス保護基板， ２１ 画素領域， ２２ 制御回路， ２３ ロジック回路， ３２ 画素， ５１ フォトダイオード， ８１ シリコン基板， ８３ 配線層， ８６ 絶縁膜， ８８ シリコン貫通電極， ９１ ソルダマスク， １０１ シリコン基板， １０３ 配線層， １０５ チップ貫通電極， １０６ 接続用配線， １０９ シリコン貫通電極， １５１ 透明膜， １５２ 反射防止膜， １６１ キャビティ， ２１１ 開口部， ２１２ 開口部， ２５１ 画素上部領域， ２６１ 矯正膜，１００１ 撮像装置， １００２ 光学系， １００４ 固体撮像装置

Claims (20)

  1. 複数の画素が配置された画素領域が形成された半導体基板と、
    前記半導体基板の光入射面側と樹脂で接合され、中空構造を有する透明構造体と
    を備える固体撮像装置。
  2. 前記透明構造体は、ガラス基板と透明膜とを含み、
    前記中空構造は、前記ガラス基板と前記透明膜との間に形成される
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記中空構造は、前記ガラス基板に所定の深さで形成した開口部を、前記透明膜で閉塞して構成される
    請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記中空構造の内面に、反射防止膜を備える
    請求項２に記載の固体撮像装置。
  5. 前記反射防止膜は、複数の透明膜の積層で構成される
    請求項４に記載の固体撮像装置。
  6. 前記複数の透明膜は、屈折率が光入射面側から順に低くなるように構成される
    請求項５に記載の固体撮像装置。
  7. 前記中空構造は、平面視で、前記画素領域に対応する領域のみに形成されている
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  8. 前記中空構造は、平面視で、前記透明構造体の全領域に形成されている
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  9. 前記透明構造体は、複数段の前記中空構造を有する
    請求項３に記載の固体撮像装置。
  10. 複数段の前記中空構造の前記開口部の幅は、段毎に異なる
    請求項９に記載の固体撮像装置。
  11. 複数段の前記中空構造は、平面視で、前記開口部が前記画素領域全体を被覆するように形成されている
    請求項９に記載の固体撮像装置。
  12. 前記透明構造体の前記開口部は、ライン状に形成されている
    請求項３に記載の固体撮像装置。
  13. 前記透明構造体は、複数段の前記中空構造を有し、
    各段の前記開口部の配置が異なる
    請求項１２に記載の固体撮像装置。
  14. 前記中空構造は、前記透明構造体の光入射面である第１面、または、前記第１面と対向する第２面の少なくともいずれかに配置される
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  15. 前記透明構造体の光入射面である第１面、または、前記第１面と対向する第２面のいずれかに配置された矯正膜をさらに備える
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  16. 透明構造体に中空構造を形成し、
    複数の画素領域が形成された半導体基板の光入射面側に、前記透明構造体を樹脂で接合する
    固体撮像装置の製造方法。
  17. 前記透明構造体は、ガラス基板を含み、
    エッチングを行うことにより前記ガラス基板に開口部を形成した後、前記開口部の上部に透明膜を成膜することにより前記開口部を閉塞し、前記中空構造を形成する
    請求項１６に記載の固体撮像装置の製造方法。
  18. 前記エッチングを行うことにより、断面が矩形になるように前記開口部を形成する
    請求項１７に記載の固体撮像装置の製造方法。
  19. 前記エッチングは、ウェットエッチングであり、
    前記開口部を閉塞する成膜は、CVDである
    請求項１７に記載の固体撮像装置の製造方法。
  20. 前記開口部の側面および底面に、屈折率が入射光の入射面側から順に低くなる複数の透明膜を形成する
    請求項１７に記載の固体撮像装置の製造方法。
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