JP5497476B2 - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は固体撮像装置の製造方法において、特に薄型の固体撮像装置の製造方法に関する。

近年のデジタルカメラや携帯電話等の機器の小型化要求を背景に、デジタルカメラや携帯電話に用いられるＣＣＤやＣＭＯＳからなる固体撮像装置は、益々小型化が要求されている。そのため、固体撮像素子チップ全体を気密封止した大型パッケージから、固体撮像素子のチップと略同等の大きさの小型パッケージ（チップ・サイズ・パッケージ：ＣＳＰ）へ移行しつつある。

透過性平板とスペーサとで固体撮像素子の受光部が気密封止されたＣＳＰタイプの固体撮像装置をウエハ一括（ウエハレベル）で製造する方法が提案されている（特許文献１、２）。

特開２００２−２３１９１９号公報 特開２００１−３５１９９７号公報

固体撮像装置には更なる薄型化の要求が高まっているが、薄型の固体撮像装置を上記のようなウエハレベルで製造する場合、以下の問題がある。

薄型の固体撮像装置を得るためには、その主要構成部材である透過性基板を薄型化する必要がある。気密封止の点で透過性平板としてはガラス基板が最適である。しかしながら、ガラス基板は薄型化するにしたがい、剛性が低下する。そのため、自重によるたわみが発生し、易破損状態となり、ハンドリングが難しくなる。

特にガラス基板のサイズがφ８ｉｎｃｈを越える場合はその影響が顕著である。剛性が低下した薄型のガラス基板を利用して、多数のスペーサを形成する複雑なプロセスを適用することは極めて困難である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、安定して高品質な薄型の固体撮像装置をウエハレベルで製造する方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置の製造方法は、カバーガラス基板にサポート基板を接合する工程と、前記サポート基板に接合された前記カバーガラス基板の前記サポート基板と反対側の表面を機械研磨する工程と、前記サポート基板の一部を除去し、前記サポート基板と反対側の表面が機械研磨された前記カバーガラス基板上に複数の枠状のスペーサを形成する工程と、前記複数の枠状のスペーサの形成された前記カバーガラス基板の前記複数の枠状のスペーサと反対側の表面をウェットエッチングにより所定の厚みまで薄型化する工程と、薄型化された前記カバーガラス基板と固体撮像素子が形成された半導体基板とを前記複数の枠状のスペーサを介して貼り合わせる工程と、前記複数の枠状のスペーサを介して前記半導体基板と貼り合わされた前記カバーガラス基板をカバーガラスに個片化する工程と、前記カバーガラス基板をカバーガラスに個片化した後、前記半導体基板を個片化する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、カバーガラス基板とサポート基板とが接合された状態でハンドリングされ、カバーガラス基板が機械研磨される。これにより、カバーガラス基板に負荷の掛かる作業中での破損防止することができる。カバーガラス基板とサポート基板とが接合された状態でハンドリング等されるのでスペーサを容易に形成することができる。また、スペーサ形成後、ウェットエッチングを利用してカバーガラス基板を薄型化する。化学的な反応でカバーガラス基板のガラスが除去されるので、機械研磨などの方法と異なり、カバーガラス基板に負荷を掛けることがない。したがって、途中で破損することなく安定的にスペーサ付きの薄いカバーガラス基板を得ることができる。また、ウェットエッチングを利用することにより、機械研磨のように加工テーブル上に固定する方法と異なり、片面にスペーサが形成され凹凸を有するカバーガラス基板であっても容易に薄型化を行うことができる。

一般的に、ガラス表面に欠陥（マイクロクラックや歪み層）が存在していた場合、そのガラス表面をウェットエッチングするとその欠陥部を起点にその周辺において選択的にエッチングが進み、最終的に表面に半球状の窪み（ディンプルやピットなどと呼ばれる）が形成されることが知られている。固体撮像装置の場合、カバーガラス表面にこのような窪みがあると、画像内にその影が写り込むため重大な問題となる。特に固体撮像装置の薄型化が進み、カバーガラス表面と受光部との距離が近づくほど、影は濃くなるため影響は大きくなる。本発明によれば、機械研磨にてカバーガラス基板表面を鏡面化することにより、表層のマイクロクラックや歪み層（＝窪みの起点）を除去している。その結果、ウェットエッチング時の表面の窪みの発生を抑制することができる。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、前記発明において、前記サポート基板がシリコン基板であることが好ましい。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、前記発明において、前記カバーガラス基板の前記サポート基板と反対側の表面を機械研磨する工程は、前記カバーガラス基板の表面粗さＲａを１ｎｍ以下とすることを含むことが好ましい。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、前記発明において、前記カバーガラス基板上に前記スペーサを形成した後、前記カバーガラス基板をウェットエッチングする前に、前記スペーサの前記カバーガラス基板とは反対側にマスキングを施す工程をさらに含むことが好ましい。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、前記発明において、前記カバーガラス基板上に前記スペーサを形成する工程は、前記サポート基板を機械研磨する工程を含むことが好ましい。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、前記発明において、前記カバーガラス基板に前記サポート基板を接合する工程が、真空下で実施されることが好ましい。

本発明によれば、安定して高品質な薄型の固体撮像装置をウエハレベルで製造することができる。

固体撮像装置の斜視図。 固体撮像装置の断面図。 本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す説明図。

以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施の形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱することなく、多くの手法により変更を行うことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。したがって、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。また、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を含む範囲を意味する。

図１及び図２は、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、複数の固体撮像素子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に取り付けられ複数の固体撮像素子３を取り囲む枠状スペーサ５、及び枠状スペーサ５の上に取り付けられて複数の固体撮像素子３を封止するカバーガラス４を備えている。

固体撮像素子チップ２は、固体撮像素子が製造された円盤状の半導体基板が分割されたものである。カバーガラス４は円盤状の透明基板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とを含んでいる。チップ基板２Ａの材質は、例えばシリコン単結晶で、その厚さは０．１５〜０．５ｍｍ程度である。

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。さらに、固体撮像素子３には、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は上述の構成を備えているので、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る。これにより、有効開口率が向上する。

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、例えば、「パイレックス（登録商標）ガラス」等が用いられ、その厚さは、例えば０．１〜０．５ｍｍ程度である。

枠状スペーサ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。枠形状の枠状スペーサ５の一部分を断面で見たときに、その断面の幅は例えば０．１〜０．３ｍｍ程度、厚さは例えば０．０３〜０．１５ｍｍ程度である。この枠状スペーサ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を用いて接合される。

図３を参照に、本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する。図３（Ａ）に示すように、カバーガラス基板１０（例えば、外径φ８ｉｎｃｈ×厚みｔ０．３ｍｍの低α線ガラスウエハ）を準備する。次に、図３（Ｂ）に示すように、サポート基板１２（例えば、外径φ８ｉｎｃｈ×厚みｔ０．７３ｍｍの単結晶Ｓｉウエハ）準備し、カバーガラス基板１０とサポート基板１２を気泡や異物の噛み込みのないように接合する。接合は、接着剤（ＵＶ硬化、熱硬化、遅延硬化等）、あるいは陽極接合や表面活性化接合などの直接接合による方法で行う。気泡の噛み込みを極力防止するため、カバーガラス基板１０とサポート基板１２の接合を、真空下で行うのが好ましい。

次に、図３（Ｃ）に示すように、カバーガラス基板１０の表面を、機械研磨（例えば、ラッピング加工、ポリッシング加工）により鏡面化する。カバーガラス基板１０の研磨量は欠陥を含む表層分である。カバーガラス基板１０の表面が、例えば、厚さ０．００５〜０．０２ｍｍ程度研磨される。機械研磨について、サポート基板１２を固定し、カバーガラス基板１０の表面のみ研磨する片面研磨でも、カバーガラス基板１０の表面とサポート基板１２の表面を研磨する両面研磨でもよい。つまり、機械研磨を行う装置として両面研磨機、片面研磨機のどちらとも選択することができる。

図３（Ｃ）の工程では、カバーガラス基板１０の表面を、粗さを（Ｒａ）１ｎｍ以下となるまで鏡面化（平滑化）する。カバーガラス基板１０の表面上の微小欠陥を含む層や、作業中に生じたカバーガラス基板１０の表面上の微小欠陥を含む層が、研磨により除去される。つまり、カバーガラス基板１０とサポート基板１２とを接合した後にカバーガラス基板１０の平滑化加工を行うので、カバーガラス基板１０自身の表面に存在していた欠陥のみならず、サポート基板１２との接合工程中にカバーガラス基板１０の表面に生じる欠陥（ハンドリングや加圧などで受ける起因するダメージ）も鏡面化加工で除去することができる。

カバーガラス基板１０に機械研磨を行う際、カバーガラス基板１０とサポート基板１２はｔ１．０３ｍｍ（ｔ０．３ｍｍ＋ｔ０．７３ｍｍ）の総厚を有する。この総厚は十分剛性のある厚みであるため、機械研磨加工ならびにその前後作業において、自重によるたわみが発生せず、ハンドリングを容易に行うことができる。

一般的に、φ８ｉｎｃｈのカバーガラス基板単体を研磨する場合、安定的に加工するためにはガラスウエハはｔ０．５ｍｍ程度の厚さ必要とする。本実施の形態においては、単結晶Ｓｉウエハがサポート基板１２として、カバーガラス基板１０を支持する。したがって、カバーガラス基板１０の厚さがｔ０．３ｍｍであっても、ハンドリングを行うことができる。また、薄いカバーガラス基板を使用することができるので、部材のコストを抑えることができる。

次に、図３（Ｄ）に示すように、サポート基板１２を機械研磨により、所定の厚み、例えばｔ０．０５ｍｍになるまで研磨する。この工程では、サポート基板１２のみの片面研磨を行う。カバーガラス基板１０の表面に緩衝材として保護テープを貼り付けた上で、サポート基板１２を機械研磨することが好ましい。鏡面化されたカバーガラス基板１０の表面を保護し、カバーガラス基板１０の表面に新たな欠陥が形成されるのを防止するためである。保護テープとして、例えば、半導体ウエハのバックグラインド工程でパターン面の保護をするために用いられるバックグラインドテープ等を使用するのが好ましい。バックグラインドテープは糊残りなどの汚染が少ないからである。

次に、図３（Ｅ）に示すように、サポート基板にフォトリソグラフィー技術を適用し（レジストのパターニング、ドライエッチング）、サポート基板の不要な部分を除去する。次いで、洗浄によりレジストや接着剤層の除去などを行い、多数の枠状のスペーサ１４が形成される。スペーサ１４の形成は必ずしもこの限りではなく、例えば、サンドブラスト法などを用いてサポート基板１２の不要な部分を除去することのよって、スペーサ１４を形成してもよい。

次に、図３（Ｆ）に示すように、スペーサ１４のカバーガラス基板１０とは反対側にマスキング１６が施される。なお、マスキング方法として、スペーサ１４に耐フッ酸性の有するテープの貼り付け、接着剤などの液状樹脂の塗布・硬化する方法、あるいは両面テープにより樹脂基板などの貼り付ける方法を採用することができる。

次に、図３（Ｇ）に示すように、マスキング１６が施されたスペーサ１４付きカバーガラス基板１０が、フッ酸を主成分とするエッチング液に浸漬される。カバーガラス基板１０の厚みが所定の厚みとなるまで、カバーガラス基板１０をエッチング液に浸漬する。カバーガラス基板１０は、例えばｔ０．１５mmまで薄型化される。これにより厚さｔ０．０５mmのスペーサ１４を備える厚さｔ０．１５ｍｍのカバーガラス基板１０が形成される。特にカバーガラス基板１０に対して外力を掛けることなく、カバーガラス基板１０の表面を除去することができる。これにより、途中で破損することなくカバーガラス基板１０を薄型化することができる。

なお、カバーガラス基板をウェットエッチングする場合、カバーガラス基板に発生する窪みの大きさ（径）は元々存在する欠陥の規模やエッチング量（ガラスの除去量）に応じて、大きくなることが知られている。本実施の形態では、機械研磨によりカバーガラス基板１０の表面粗さをＲａ１ｎｍ以下とすることで、エッチング量に関係なく、窪み発生を少なくすることができる。

カバーガラス基板１０のスペーサ１４側は、マスキング１６によりカバーされているので、エッチング液とは接触しない。したがって、カバーガラス基板１０のスペーサ１４と反対側の面のみが除去され、カバーガラス基板１０が薄膜化される。つまり、スペーサ１４側は保護された状態でカバーガラス基板１０の薄型化が進行するため、カバーガラス基板１０のスペーサ１４側はウェットエッチングにより形状が変化したり、汚染されたりすることがない。なお、エッチング液のエッチングレートを調整し、カバーガラス基板１０の面内の厚みを均一にし、またその表面が荒れないようにすることが好ましい。エッチングレートは１０μｍ／ｓｅｃ以下とすることが好ましい。

鏡面化の工程で、カバーガラス基板１０の表面の微小欠陥が除去されているので、カバーガラス基板１０をエッチング液でウェットエッチングした場合でもカバーガラス基板１０の表面に窪みが発生することはない。

次に、図３（Ｈ）に示すように、カバーガラス基板１０が薄型化さられた後、マスキング１６が除去される。

図３（Ａ）〜（Ｈ）とは別の工程で、半導体基板であるシリコンウエハ（φ8ｉｎｃｈ×ｔ０．３ｍｍ）１８が準備される。一般的な半導体製造プロセスが適用され、複数の固体撮像素子２０、及びパッド２２がシリコンウエハ１８の表面に形成される。

次に、スペーサ１４のカバーガラス基板１０と反対側に接着剤が塗布される。図３（Ｉ）に示されるように、カバーガラス基板１０とシリコンウエハ１８がＸ、Ｙ、θアライメントされ、カバーガラス基板１０とシリコンウエハ１８とが接合される。固体撮像素子２０で構成される受光エリアが枠状のスペーサ１４内に収められる。

次に、図３（Ｊ）で示すように、カバーガラス基板のみをダイシング装置などを用いて研削切断加工を行う。これにより、カバーガラス基板をカバーガラス２４に個片化する。シリコンウエハ１８上のパッド２２を露出するのに必要な幅（０．１〜１．０mm）で断面が矩形に整形された砥石を用いる。砥石の最下点がシリコンウエハ１８の表面から０．０２〜０．０３ｍｍの高さを通過するように設定し、カバーガラス基板を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに研削切断加工する。

最後に、図３（Ｋ）に示すように、薄い砥石により、シリコンウエハをＸ軸方向、Ｙ軸方向ともに研削切断加工を行う。これにより、シリコンウエハを固体撮像素子チップ２６に個片化する。これにより、同時に多数の合計総厚ｔ０．５ｍｍ（ガラスｔ０．１５ｍｍ+スペーサｔ０．０５ｍｍ＋シリコンウエハｔ０．３ｍｍ）の薄型の固体撮像装置をウエハレベルで製造することができる。

１…固体撮像装置、２、２６…固体撮像素子チップ、３、２０…固体撮像素子、４、２４…カバーガラス、５、１４…スペーサ、６、２２…パッド、１０…カバーガラス基板、１２…サポート基板、１６…マスキング，１８…シリコンウエハ

Claims (6)

1. カバーガラス基板にサポート基板を接合する工程と、
   前記サポート基板に接合された前記カバーガラス基板の前記サポート基板と反対側の表面を機械研磨する工程と、
   前記サポート基板の一部を除去し、前記サポート基板と反対側の表面が機械研磨された前記カバーガラス基板上に複数の枠状のスペーサを形成する工程と、
   前記複数の枠状のスペーサの形成された前記カバーガラス基板の前記複数の枠状のスペーサと反対側の表面をウェットエッチングにより所定の厚みまで薄型化する工程と、
   薄型化された前記カバーガラス基板と固体撮像素子が形成された半導体基板とを前記複数の枠状のスペーサを介して貼り合わせる工程と、
   前記複数の枠状のスペーサを介して前記半導体基板と貼り合わされた前記カバーガラス基板をカバーガラスに個片化する工程と、
   前記カバーガラス基板をカバーガラスに個片化した後、前記半導体基板を個片化する工程と、
   を有する固体撮像装置の製造方法。
2. 請求項１記載の固体撮像装置の製造方法において、前記サポート基板がシリコン基板である固体撮像装置の製造方法。
3. 請求項１又は２記載の固体撮像装置の製造方法において、前記カバーガラス基板の前記サポート基板と反対側の表面を機械研磨する工程は、前記カバーガラス基板の表面粗さＲａを１ｎｍ以下とすることを含む固体撮像装置の製造方法。
4. 請求項１〜３の何れか１記載の固体撮像装置の製造方法において、前記カバーガラス基板上に前記スペーサを形成した後、前記カバーガラス基板をウェットエッチングする前に、前記スペーサの前記カバーガラス基板とは反対側にマスキングを施す工程をさらに含む固体撮像装置の製造方法。
5. 請求項１〜４の何れか１記載の固体撮像装置の製造方法において、前記カバーガラス基板上に前記スペーサを形成する工程は、前記サポート基板を機械研磨する工程を含む固体撮像装置の製造方法。
6. 請求項１〜５の何れか１記載の固体撮像装置の製造方法において、前記カバーガラス基板に前記サポート基板を接合する工程が、真空下で実施される固体撮像装置の製造方法。

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