JP2010087080A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
搬送性が良く破損の無いウェーハレベルで容易に一括製造可能な固体撮像装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】
スペーサ５を形成する工程と、光透過性保護部材１０をハーフダイシングする工程と、スペーサ５へ第１の板状部材１２を貼着する第１貼着工程と、光透過性保護部材１０を個々の固体撮像装置の大きさに分割するまで除去する除去工程と、光透過性保護部材１０へ第２の板状部材１４を貼着する第２貼着工程と、第１の板状部材１２をスペーサ５から剥離する第１剥離工程と、スペーサ５を介して固体撮像素子ウェーハ１６を光透過性保護部材１０と接合するウェーハ接合工程と、第２の板状部材１４を光透過性保護部材１０から剥離する第２剥離工程と、光透過性保護部材１０と接合された固体撮像素子ウェーハ１６を個片化する切断工程と、により固体撮像装置１を製造する。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体撮像素子ウェーハと光透過性部材とをウェーハを介して接合し、個々のチップに分割されることにより製造される固体撮像装置の製造方法に関するものである。

デジタルカメラや携帯電話に用いられるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）からなる固体撮像装置は、近年益々の小型化、量産化、薄型化が要求されている。

このような要求から、固体撮像装置の小型化、量産化、薄型化を図るため、多数の固体撮像素子の受光部が形成されたウェーハとガラス等の光透過性部材とを、各受光部を包囲する位置に対応させて形成されたスペーサ又は封止材を介して接合した後、貫通配線の形成、ダイシング等の各工程を経て製造される固体撮像装置、及びその製造方法が提案されている（例えば、特許文献１、又は特許文献２参照。）。

このような固体撮像装置では、いずれも光透過性部材と多数の枠状のスペーサで固体撮像素子の受光部がウェーハレベルで一括して機密封止されている。
特開２００１−３５１９９７号公報 特開２００４−８８０８２号公報

しかし、このような固体撮像装置では薄型化のために光透過性部材を極薄化すると、たわみの発生や剛性の低下による破損の発生により、搬送やスペーサの形成等が困難になるとともにプロセスの構築が困難となる。特に量産化のためにウェーハ外径を８インチ以上にした大面積なものでは影響が顕著となり難易度が上がる。

本発明はこのような問題に対してなされたものであり、極薄の光透過性部材が使用された固体撮像装置おいて、搬送性が良く破損の無いウェーハレベルで容易に一括製造可能な固体撮像装置の製造方法を提供することを目的としている。

本発明は前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ウェーハ上に固体撮像素子を形成するウェーハ形成工程と、光透過性部材の一方の面に前記ウェーハ上に形成された前記固体撮像素子を囲う形状にスペーサを形成するスペーサ形成工程と、前記光透過性部材の前記スペーサが形成された面の前記スペーサ間へ前記光透過性部材の中間まで加工溝を形成する加工溝形成工程と、前記スペーサへ第１の板状部材を第１の接着材料により貼着する第１貼着工程と、前記加工溝形成工程で形成された前記加工溝の底部に達するまで前記光透過性部材の他方の面を除去する除去工程と、前記光透過性部材の他方の面へ第２の板状部材を第２の接着材料により貼着する第２貼着工程と、前記第１の板状部材を前記スペーサから剥離する第１剥離工程と、前記スペーサを介して前記ウェーハを前記光透過性部材と接合するウェーハ接合工程と、前記第２の板状部材を前記光透過性部材から剥離する第２剥離工程と、前記スペーサを介して前記光透過性部材と接合された前記ウェーハを個片化する切断工程と、を行うことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、十分な剛性を有するように厚みを持つ光透過性部材は、ウェーハ上に形成された固体撮像素子の位置に合わせ、固体撮像素子を囲むようにスペーサが一方の面に形成される。スペーサが形成された光透過性部材は、ハーフカットダイシング、サンドブラスト、またはエッチング等の方法によりスペーサが形成された一方の面のスペーサの間を光透過性部材の中間まで加工溝が形成される。

加工溝が形成された光透過性部材のスペーサには第１の板状部材が第１の接着材料により貼着される。貼着後、スペーサが形成されている側と反対の面である他方の面より加工溝の底部に達するまで均一に光透過性部材が除去されて光透過性部材を個々の固体撮像装置の大きさに分割する。

分割後、光透過性部材へ第２の接着材料により第２の板状部材が貼着され、第１の板状部材がスペーサから剥離される。第１の板状部材が剥離された後、固体撮像素子の位置に合わせてウェーハがスペーサを介して光透過性部材が接合される。接合後は第２の板状部材が光透過性部材から剥離され、スペーサを介して光透過性部材と接合されたウェーハがダイシング装置により切断個片化される。

これにより、第１の板状部材により保持された状態で光透過性部材の薄化と分割が行われるとともに、第２の板状部材により分割された光透過性部材が分離せずに位置が保たれる。よって、搬送性が良く破損の無いウェーハレベルで容易に一括製造可能な固体撮像装置の製造か可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記除去工程はウェットエッチングまたは研磨により行われることを特徴としている。

請求項２によれば、光透過性部材がウェットエッチングまたはスラリー等を使用した研磨により均一かつ平滑に除去されて個々の固体撮像装置の大きさに分割される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記第２の接着材料は自己剥離性の接着材料であることを特徴としている。

請求項３によれば、光透過性部材へ第２の板状部材を貼着する第２の接着材料は熱や紫外線等により接着力が低下して自己剥離する。これにより、第２の板状部材を剥離する際に光透過性部材の表面に接着材料が残ることが無く、別の洗浄工程などを行わなくとも光透過性部材表面の透過性が維持される。

請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記第１の接着材料と前記第２の接着材料は自己剥離性の接着材料であって、前記第１の接着材料と前記第２の接着材料との自己剥離する条件が異なることを特徴としている。

請求項４によれば、第１の板状部材と第２の板状部材を貼着する第１の接着材料と第２の接着材料はいずれも熱や紫外線等により接着力が低下して自己剥離する接着材料であって、剥離する温度や紫外線の照射時間等の自己剥離性発生条件が第１の接着材料と第２の接着材料とで異なる。

これにより、第１の板状部材と第２の板状部材との両方が貼着された状態で第１の接着部材を自己剥離させて第１の板状部材を剥離する際に、第２の接着材料まで自己剥離して第２の板状部材が剥離してしまうことが無くなる。

以上説明したように、本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、第１の板状部材により保持された状態で光透過性部材の薄化と分割が行われるとともに、第２の板状部材により分割された光透過性部材が分離せずに位置が保たれる。よって、搬送性が良く破損の無いウェーハレベルで容易に一括製造可能な固体撮像装置の製造か可能となる。

以下添付図面に従って本発明に係る固体撮像装置の製造方法の好ましい実施の形態について説明する。まず本発明に係わる固体撮像装置の製造方法により製造される固体撮像装置の構成について説明する。図１及び図２は、本発明に係る固体撮像装置の外観形状を示す斜視図、及び断面図である。

固体撮像装置１は、固体撮像素子３が設けられた固体撮像素子チップ２、固体撮像素子チップ２に取り付けられ固体撮像素子３を取り囲む枠形状のスペーサ５、及びスペーサ５の上に取り付けられて固体撮像素子３を封止するカバーガラス４から構成されている。

固体撮像素子チップ２は、後述する固体撮像素子ウェーハが分割されたものであり、カバーガラス４は同じく後述する光透過性部材が分割されたものである。

固体撮像素子チップ２は、図２に示すように、矩形のチップ基板２Ａと、このチップ基板２Ａ上に形成された固体撮像素子３と、固体撮像素子３の外側に複数個配列され外部との配線を行うためのパッド（電極）６とからなっている。チップ基板２Ａの材質は、例えばシリコン単結晶が用いられ、シリコン単結晶により形成されたウェーハ上に多数の固体撮像素子３やパッド６等が形成されることで固体撮像素子ウェーハを構成する。

固体撮像素子３の製造には、一般的な半導体素子製造工程が適用される。固体撮像素子３は、受光素子であるフォトダイオード、励起電圧を外部に転送する転送電極、開口部を有する遮光膜、及び層間絶縁膜を備えている。更に、固体撮像素子３は、層間絶縁膜の上部にインナーレンズが形成され、インナーレンズの上部に中間層を介してカラーフィルタが設けられ、カラーフィルタの上部には中間層を介してマイクロレンズ等が設けられている。

固体撮像素子３はこのように構成されているため、外部から入射する光がマイクロレンズ及びインナーレンズによって集光されてフォトダイオードに照射され、有効開口率が上がるようになっている。

カバーガラス４は、熱膨張係数がシリコンに近い透明ガラスや低α線ガラス、例えば、「パイレックス（登録商標）ガラス」等が用いられる。スペーサ５は、無機材料で、チップ基板２Ａ及びカバーガラス４と熱膨張係数等の物性が類似した材質が望ましいため、例えば多結晶シリコンが用いられる。このスペーサ５は、一方の端面でチップ基板２Ａに接着剤７を用いて接合され、他方の端面でカバーガラス４に接着剤８を用いて接合されている。

次に、本発明に係わる固体撮像装置の製造方法について説明する。図３は本発明に係わる固体撮像装置の製造方法の手順を説明する側面図、図４は固体撮像装置の製造方法の手順を示したフロー図である。

まず、本発明に係わる固体撮像装置の製造方法では、シリコン単結晶等により形成されたウェーハ上に図１に示す固体撮像素子３やパッド６等が多数形成される（図４に示すステップＳ１）。

固体撮像素子３やパッド６等の製造には、一般的な半導体素子製造工程が適用される。

続いて、スペーサ形成工程として図３（ａ）に示すように、光透過性部材１０に対して後述する固体撮像素子ウェーハ上に形成された固体撮像素子の位置に対応するようにスペーサ５が形成される（ステップＳ２）。

光透過性部材１０は、透明、又は半透明であって、線膨張係数が固体撮像素子ウェーハと同程度であるガラスウェーハが使用される。例えば「パイレックス（登録商標）ガラス」等が好適に利用可能であり、厚みが０．３ｍｍ以上であって線熱膨張係数は３ｐｐｍ／℃以上４ｐｐｍ／℃以下の物が好適に使用される。

スペーサ５は、フォトリソグラフィを用いたエッチング法により光透過性部材１０に貼着されたシリコン基板をレジストのパターンニングとドライエッチングにより形成する。または事前にスペーサ５の形状に形成されたものを光透過性部材１０へ接着するなど、効率的且つ高精度に枠状のスペーサ５を形成可能であればいずれの方法でもよい。

続いて、加工溝形成工程として図３（ｂ）に示すように、光透過性部材１０のスペーサ５が形成された面のスペーサ５の間がダイシング装置により光透過性部材１０の中間までハーフカットダイシングされ、加工溝１１が形成される（ステップＳ３）。

ハーフカットダイシングでは、スペーサ５の間隔よりも０．０５ｍｍ程度の薄い厚みのダイシングブレードにより、例えば厚さ０．３ｍｍの光透過性部材１０を使用した場合、深さ０．１５ｍｍ程度の深さまで加工溝１１が形成される。

なお、本実施の形態ではハーフカットダイシングにより加工溝１１を形成しているが、本発明はこれに限らず、スクリーン印刷やフォトリソグラフィなどでマスキングされたものをサンドブラストする、またはエッチング等の方法により加工溝１１を形成しても好適に実施可能である。

続いて、第１貼着工程として図３（ｃ）に示すように、スペーサ５が形成された光透過性部材１０のスペーサ５側へ第１の板状部材１２が第１の接着材料１３により貼着される（ステップＳ４）。

第１の板状部材１２としては光透過性部材１０と後述する固体撮像素子ウェーハと同等の外径を備えた平坦で剛性のある板状部材が使用される。例えば厚みが０．５ｍｍ程度のパイレックス（登録商標）ガラス等が使用される。

第１の接着材料１３は両面テープまたは塗布された接着剤であって、加熱や紫外線照射などの外的エネルギー付与により接着面積を減じる作用を発現する自己剥離性の接着材料であることが望ましい。例えば、積水化学工業株式会社製「セルファ」、日東電工株式会社製「リバアルファ」等が好適に利用可能である。

続いて、除去工程として図３（ｄ）に示すように、加工溝１１の底部に達するまで光透過性部材１０をスペーサ５が形成されている側と反対の面より除去して光透過性部材１０を個々のカバーガラス４の大きさに分割する（ステップＳ５）。

光透過性部材１０の除去ではウェットエッチングまたは研磨等の方法により加工溝１１の底部に達するまで除去が行われる。

ウェットエッチングではフッ酸等によるエッチング液に第１の板状部材１２が貼着された光透過性部材１０を浸漬することにより行われる。エッチングは光透過性部材１０の表面が加工溝１１の底部に達し、光透過性部材１０が個々のカバーガラス４の大きさに分割され、厚さが０．１ｍｍ程度となるまで行われる。このとき、光透過性部材１０表面の平滑性（光透過性）が損なわれないようにエッチングレートが５μｍ／ｍｉｎ以下となるように行うことが好ましい。また、第１の板状部材１２と光透過性部材１０とが同様の素材であるときは、第１の板状部材１２は光透過性部材１０よりも十分に厚みがあり、エッチング液により除去された後の第１の板状部材１２の厚みが０．３ｍｍ以上となるものが好ましい。また、ウェットエッチングによる光透過性部材１０の除去では複数枚を同時にエッチング液に浸漬することで１枚あたりの処理時間を短縮し、生産性の向上を図ることが可能となる。

研磨ではラッピングやポリッシング等の機械研磨により光透過性部材１０のスペーサ５が形成されている側とは反対の面が除去される。研磨は光透過性部材１０の表面が加工溝１１の底部に達し、光透過性部材１０が個々のカバーガラス４の大きさに分割され、厚さが０．１ｍｍ程度となるまで行われる。また、ウェットエッチングの場合と同様に光透過性部材１０表面の平滑性（光透過性）が損なわれぬよう、砥粒の粒度などの研磨条件を使用される光透過性部材１０の素材に合わせ最適化する。

これらにより、光透過性部材１０が個片化されても第１の板状部材１２により保持されてそれぞれの位置が保たれ、極薄の状態となっても破損することなく容易に搬送することが可能となる。

続いて、第２貼着工程として図３（ｅ）に示すように、個々のカバーガラス４に分割された光透過性部材１０へ第２の板状部材１４を第２の接着材料１５により貼着する（ステップＳ６）。

第２の板状部材１４は第１の板状部材１２と同様の物が使用される。第２の接着材料１５は両面テープまたは塗布された接着剤であって、加熱や紫外線照射などの外的エネルギー付与により接着面積を減じる作用を発現する自己剥離性の接着材料が使用される。

このとき、第１の接着材料１３と第２の接着材料１５とが共に自己剥離性を有する接着材料であった場合、第１の接着材料１３と第２の接着材料１５とに使用される接着材料は自己剥離性を発生させる条件が異なるものを使用する。例えば第１の接着材料１３が紫外線照射により剥離するものであるならば、第２の接着材料１５は加熱により自己剥離する接着材料を使用する。また、第１の接着材料１３、第２の接着材料１５がともに加熱により剥離する場合、自己剥離性が発生する温度が異なり、自己剥離性を発生する温度は先に剥離される第１の接着材料１３の方が第２の接着材料１５に比べ低い物が使用される。

続いて、第１剥離工程として図３（ｆ）に示すように、第１の板状部材１２をスペーサ５より剥離する（ステップＳ７）。

第１の板状部材１２の剥離では第１の接着材料１３が自己剥離性を有する場合、自己剥離性を発生する条件に合わせて加熱、紫外線照射など外的エネルギー付与を行う。自己剥離性が無い場合は、第１の板状部材１２に力を加えてスペーサ５より引き剥がす。

第１の板状部材１２が剥離された後も第２の板状部材１４により個片化された光透過性部材１０の位置が保たれるので、破損することなく容易に搬送することが可能となる。

続いて、ウェーハ接合工程として図３（ｇ）に示すように、固体撮像素子ウェーハ１６上に形成された固体撮像素子３の位置に合わせて固体撮像素子ウェーハ１６がスペーサ５を介して個々のカバーガラス４に分割された光透過性部材１０と接合される（ステップＳ８）。

固体撮像素子ウェーハ１６の接合では、スペーサ５上に経時硬化タイプの接着剤を転写した上で固体撮像素子ウェーハ１６上の固体撮像素子３がスペーサ５に囲まれるように位置が合わされ、接着剤が完全に硬化するまで加圧密着状態を維持して接合される。

続いて、第２剥離工程として図３（ｈ）に示すように、第２の板状部材１４を個々のカバーガラス４に分割された光透過性部材１０より剥離する（ステップＳ９）。

第２の板状部材１４の剥離では、自己剥離性を発生する条件に合わせて加熱、紫外線照射など外的エネルギー付与して行われる。

続いて、第２切断工程として図３（ｉ）に示すように、スペーサ５を介して個々のカバーガラス４に分割された光透過性部材１０と接合された固体撮像素子ウェーハ１６がダイシング装置により個々の固体撮像素子チップ２切断される（ステップＳ１０）。

固体撮像素子ウェーハ１６が個々の固体撮像素子チップ２に分割されることにより多数の固体撮像装置１が一括で製造される。

以上説明したように、本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、第１の板状部材により保持された状態で光透過性部材の薄化と分割が行われるとともに、第２の板状部材により分割された光透過性部材が分離せずに位置が保たれる。よって、搬送性が良く破損の無いウェーハレベルで容易に一括製造可能な固体撮像装置の製造か可能となる。

本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の斜視図。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の断面図。 製造方法の手順を説明する側面図。 固体撮像装置の製造方法の手順を示したフロー図。

符号の説明

１…固体撮像装置、２…固体撮像素子チップ、３…固体撮像素子、４…カバーガラス、５…スペーサ、６…パッド、１０…光透過性部材，１１・・・加工溝、１２…第１の板状部材、１３…第１の接着材料、１４…第２の板状部材、１５…第２の板状部材、１６…固体撮像素子ウェーハ

Claims (4)

1. ウェーハ上に固体撮像素子を形成するウェーハ形成工程と、
   光透過性部材の一方の面に前記ウェーハ上に形成された前記固体撮像素子を囲う形状にスペーサを形成するスペーサ形成工程と、
   前記光透過性部材の前記スペーサが形成された面の前記スペーサ間へ前記光透過性部材の中間まで加工溝を形成する加工溝形成工程と、
   前記スペーサへ第１の板状部材を第１の接着材料により貼着する第１貼着工程と、
   前記加工溝形成工程で形成された前記加工溝の底部に達するまで前記光透過性部材の他方の面を除去する除去工程と、
   前記光透過性部材の他方の面へ第２の板状部材を第２の接着材料により貼着する第２貼着工程と、
   前記第１の板状部材を前記スペーサから剥離する第１剥離工程と、
   前記スペーサを介して前記ウェーハを前記光透過性部材と接合するウェーハ接合工程と、
   前記第２の板状部材を前記光透過性部材から剥離する第２剥離工程と、
   前記スペーサを介して前記光透過性部材と接合された前記ウェーハを個片化する切断工程と、を行うことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
2. 前記除去工程はウェットエッチングまたは研磨により行われることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
3. 前記第２の接着材料は自己剥離性の接着材料であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
4. 前記第１の接着材料と前記第２の接着材料は自己剥離性の接着材料であって、前記第１の接着材料と前記第２の接着材料との自己剥離する条件が異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。

Images