JP2006080123A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】狭い空隙部を有して接合された固体撮像素子ウェーハと透明ガラス板とで構成された固体撮像装置集合体の透明ガラス板を研削切断するにあたり、ガラス破片によるウェーハの損傷を防止することの出来る研削方法を提供し、歩留まりの高い固体撮像装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】ウェーハ１１に多数の固体撮像素子１１Ａを形成する工程と、透明平板１２に個々の固体撮像素子１１Ａを囲む形状の封止層１３を形成する工程と、透明平板１２の封止層１３同士の間に、封止層１３と同一厚さのリブ層１５を形成する工程と、ウェーハ１１と透明平板１２とを位置合わせする工程と、ウェーハ１１と透明平板１２とを接合する工程と、透明平板１２に研削加工を施し、個々の固体撮像素子１１Ａに対応させて透明平板１２を分割する工程と、ウェーハ１１を個々の固体撮像素子１１Ａに対応させて分割する工程とで構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体撮像装置の製造方法に関し、特にウェーハレベルで一括製造された多数のチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）タイプの固体撮像装置を個々に分割する固体撮像装置の製造方法に関する。

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。このため、固体撮像素子チップ全体をセラミックス等のパッケージに気密封止した従来の大型パッケージから、最近では固体撮像素子チップの大きさと略等しい大きさのチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）タイプに移行しつつある。

このような中で、固体撮像素子チップの受光エリアのみに対し、下面縁部に枠部（スペーサ）を一体形成した透明材料からなる封止部材（透明ガラス板）を配置し、枠部（スペーサ）の外側に外部からの配線を行う電極（パッド）を配列した構造の固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１に記載された固体撮像装置をウェーハレベルで一括製造する場合は、先ずウェーハ（半導体基板）上に多数の固体撮像素子を形成する。一方、図６に示すように、透明材料からなる封止部材（透明ガラス板）１２に固体撮像素子の受光エリアを囲う枠部（スペーサ）１３を多数一体形成する。なお、図６（ｂ）は図６（ａ）の側面図である。

次に、この封止部材（透明ガラス板）１２を枠部（スペーサ）１３を介してウェーハに接合して、各固体撮像素子の受光エリアを密閉し、固体撮像装置がウェーハレベルで多数形成された積層体を製造する。次に、この積層体を個々の固体撮像装置に分割することによって、特許文献１に記載された固体撮像装置が得られる。
特開平０７−２０２１５２号公報

ところが、前述の特許文献１には、多数の固体撮像装置がウェーハレベルで形成された積層体を個々の固体撮像装置に分割する方法について何ら記載されていない。しかし、一般的にウェーハ上に形成された多数の半導体装置を個々の半導体装置に分割するためには、ダイシング装置による研削切断が用いられている。

このため、例えばダイシング装置を使用して、図７に示すように、ウェーハ１１のパッド１１Ｂ面を露出させるのに必要な幅Ａを有する円盤状の砥石（ダイシングブレード）５２を用い、砥石５２の最下点がパッド１１Ｂ上部のウェーハ１１と透明ガラス板１２との間に形成された空隙部分１４を通過するように透明ガラス板１２を研削切断し、続いて図８に示すように、別の薄い円盤状の砥石（ダイシングブレード）５３でウェーハ部分を研削切断する方法が考えられる。

しかし、このような砥石５２を用いて透明ガラス板１２を研削切断する方法の場合、例えばウェーハと透明ガラス板１２との間に形成された空隙部の高さが３００μｍ程度と極く狭い場合は、図９（ａ）、及び図９（ａ）のＡ−Ａ’断面と一部拡大図を表わす図９（ｂ）に示すように、透明ガラス板１２の研削切断を進めていく中で生ずるガラス破片（破片）１２Ａが排出時に砥石５２とウェーハ１１との隙間に巻き込まれ、掻き回され、極端には引きずられることで、ウェーハ１１側に損傷を与えてしまうという重大な問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、極く狭い空隙部を有して接合された固体撮像素子のウェーハと透明ガラス板とで構成された固体撮像装置集合体の透明ガラス板を研削切断するにあたり、研削切断中に生ずる透明ガラス板の破片によるウェーハの損傷を防止することの出来る固体撮像装置集合体の研削加工方法を提供し、歩留まりの高い固体撮像装置の製造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、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、ウェーハの表面に多数の固体撮像素子を形成する工程と、前記ウェーハに接合される透明平板下面の前記固体撮像素子に対応する箇所に、個々の固体撮像素子を囲む形状の所定厚さの枠状のスペーサを形成する工程と、前記透明平板下面の前記スペーサ同士の間に、前記スペーサと同一厚さのリブを形成する工程と、前記ウェーハと前記透明平板とを位置合わせして前記スペーサを介して接合する工程と、前記透明平板に研削加工を施し、前記個々の固体撮像素子に対応するように該透明平板を分割する工程と、前記ウェーハを個々の固体撮像素子に対応させて分割する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、透明平板下面のスペーサ同士の間にスペーサと同一厚さのリブを形成するので、透明平板を研削切断する時に、研削によって生ずる透明平板の破片はリブを挟んで分割され、破片の幅が小さくなる。

このため、ウェーハと透明平板との間の隙間が狭くとも透明平板の破片が排出されやすく、更にリブで研削抵抗を受け止め、透明平板の振動が抑制されて大きな破片が発生し難いため、破片によってウェーハの表面が損傷を受けることが緩和される。

また、本発明は、前記リブを前記スペーサに対し平行に形成することを特徴とする。これによれば、リブがスペーサと平行に形成されているので、透明平板を研削切断する時に研削によって生ずる透明平板の破片が排出されやすいとともに、研削切断後の洗浄工程において洗浄性が向上する。

また、本発明は、前記リブの幅が少なくとも５０μｍであることを特徴とする。これによれば、リブの剛性があるため、透明平板を研削切断する時にリブが破壊されてウェーハと透明平板との間の隙間を閉塞することがなく、研削によって生ずる透明平板の破片が排出されやすいので、破片によってウェーハの表面が損傷を受けることが緩和される。

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、極く狭い空隙部を有して接合された固体撮像素子ウェーハと透明平板とで構成された固体撮像装置集合体の透明平板を研削切断するにあたり、研削切断部下部の空隙部にリブを形成したので、破片によってウェーハの表面が損傷を受けることが緩和され、歩留まりの高い固体撮像装置の製造方法を得ることができる。

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詳説する。なお、各図において同一部材には同一の番号または記号を付している。

図１は本発明に係るＣＳＰタイプの固体撮像装置の製造工程を表わす説明図である。図１（ｂ）に示すように、半導体基板（ウェーハ）１１上に固体撮像素子１１Ａが多数形成される。

固体撮像素子１１Ａの製造には一般的な半導体素子製造工程が適用され、固体撮像素子１１Ａは、ウェーハ１１に形成された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、層間絶縁膜、層間絶縁膜の上部に形成されたインナーレンズ、インナーレンズの上部に中間層を介して設けられたカラーフィルタ、カラーフィルタの上部に中間層を介して設けられたマイクロレンズ等で構成された微細素子が平面アレー状に配列された構造になっている。

固体撮像素子１１Ａ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。

また、固体撮像素子１１Ａの外側には、図１（ｂ）に示すように、外部との配線を行うためのパッド１１Ｂ、１１Ｂ、…が形成されている。

図１に示した工程は、前述した固体撮像素子１１Ａが形成されたウェーハ１１に透明ガラス板１２（透明平板に相当）を貼付して固体撮像素子１１Ａの受光部を密閉し、次いで個々の固体撮像装置２１に分割する工程を概念的に表わしたものである。

先ず、図１（ａ）に示すように、透明ガラス板１２に個々の固体撮像素子１１Ａを囲む枠形状で所定厚さを有するシリコンからなるスペーサ１３、及び各スペーサ１３とスペーサ１３との間にスペーサ１３と同一厚さのリブ１５を形成する。

スペーサ１３及びリブ１５の形成は、透明ガラス板１２に接着剤１３Ａを塗布し、そこにシリコン板を接着する。次いで、フォトリソグラフィーとドライエッチング技術を用いて必要な形状のスペーサ１３及びリブ１５を形成し、最後にスペーサ１３及びリブ１５部分のみに接着剤１３Ｂを転写する。

リブ１５の幅は少なくとも５０μｍは必要であり、好ましくは１００μｍである。リブ１５の幅が５０μｍに満たないとリブ１５の剛性が不足するとともに、後出のウェーハ１１との接着の際に接着面積が不足して接着強度が低下し、後述する透明ガラス板１２の研削切断時にリブ１５が破損してしまう。

また、リブ１５はスペーサ１３と平行に形成する。リブ１５がスペーサ１３に対して平行に形成されていないと、後述する透明ガラス板１２の研削切断時に切粉や破片１２Ａが排出され難くなる。

図２は、このようにしてスペーサ１３及びリブ１５が形成された透明ガラス板１２を表わしている。図２（ａ）は平面図で、図２（ｂ）は側面図である。

図２に示すように、透明ガラス板１２には各固体撮像素子１１Ａに対応してスペーサ１３が平面上に多数並べて形成され、各スペーサ１３とスペーサ１３との間にスペーサ１３と同一厚さのリブ１５がスペーサ１３と平行に多数形成されている。

また、透明ガラス板１２の周縁部分には、スペーサ１３と同一厚さのダミースペーサ（図２（ａ）で塗りつぶした部分）が形成され、更に最外周の２個のダミースペーサ内には、夫々アライメントマーク１６が形成されている。

次に、このようにして１面にスペーサ１３が設けられた透明ガラス板１２をウェーハ１１に対峙させ、ウェーハ１１に対して位置合わせを行う。位置合せは予めウェーハ１１にも同位置にアライメントマークを設けておき、ウェーハ１１のアライメントマークに対して透明ガラス板１２のアライメントマーク１６、１６を重ね合わせることによって行う。

次に、ウェーハ１１に対して位置合わせされた透明ガラス板１２をスペーサ１３、及びリブ１５を介して接着剤１３Ｂでウェーハ１１に接着する。これにより、図１（ｂ）に示すように、ウェーハ１１と透明ガラス板１２との間に空隙部１４を有し固体撮像素子１１Ａの受光部が密閉された構造の固体撮像装置２１がウェーハレベルで多数形成された積層体２０が製造される。

次に、図３に示すように、厚さ０．５〜２．２ｍｍ程度の砥石５２でウェーハ１１上のパッド１１Ｂ上の空隙部１４内まで切り込んで積層体２０の透明ガラス板１２及びリブ１５の一部を研削切断し、透明ガラス板１２の分割とウェーハ１１上のパッド１１Ｂ、１１Ｂ、…の露出とを行い、図１（ｃ）に示す状態にする。なお、研削にあたってはノズル５４、５４から研削水を供給しながら行う。

次に、図４に示すように、ウェーハ１１のパッド１１Ｂとパッド１１Ｂとの間の部分を別の薄い砥石５３でリブ１５ごと研削切断し、個々の固体撮像装置２１に分割し、図１（ｄ）に示す状態にする。

なお、ウェーハ１１の研削にあたってもノズル５４、５４から研削水を供給しながら行う。また、積層体２０はウェーハ１１の裏面に図示しないダイシングシートＳが貼付されて研削切断加工される。そのため、個々の固体撮像装置２１に分割されても、バラバラになることがない。

図５は、このようにして固体撮像装置２１がウェーハレベルで多数形成された積層体２０から個々に分割された固体撮像装置２１を表わした斜視図である。即ちウェーハ１１に形成された固体撮像素子１１Ａはスペーサ１３を介して透明ガラス板１２で密封され、スペーサ１３の外側には外部との配線を行うパッド１１Ｂが並んで形成されており、全体として固体撮像素子チップの大きさに近いサイズでパッケージングされている。

なお、ウェーハ１１が単結晶シリコンウェーハを用いるのが一般的であるので、スペーサ１３の材質は、ウェーハ１１及び透明ガラス板１２と熱膨張係数等の物性が類似した材質が望ましいため、多結晶シリコンが好適である。

この図１（ｃ）及び図３で示した透明ガラス板１２の研削切断工程では、固体撮像装置２１の薄型化により、ウェーハ１１と透明ガラス板１２との空隙部１４の高さは３００μｍ程度と極度に狭いため、空隙部１４にリブ１５を形成しない場合は、前述の図９（ａ）、及び図９（ｂ）で説明したように、透明ガラス板１２の研削切断を進めていく中で生ずるガラス破片１２Ａのサイズが大きくなり、ガラス破片１２Ａが砥石５２とウェーハ１１との隙間に巻き込まれ、掻き回され、或いは引きずられて、ウェーハ１１側に損傷を与える。

しかし本発明では、透明ガラス板１２下面のスペーサ１３同士の間にスペーサ１３と同一厚さのリブ１５を形成するので、透明ガラス板１２を研削切断する時に、研削によって生ずる透明ガラス板１２の破片１２Ａはリブ１５を挟んで２分され、破片１２Ａの幅が１／２以下となる。

このため、ウェーハと透明ガラス板１２との間の隙間が狭くとも透明ガラス板１２の破片１２Ａが排出されやすく、更にリブ１５で研削抵抗を受け止め、透明ガラス板１２の振動が抑制されて大きな破片１２Ａが発生し難いため、破片１２Ａによってウェーハ１１の表面が損傷を受けることが緩和される。

［実施例］
次に、透明ガラス板１２の研削切断についてその具体的な実施例を説明する。先ず、厚さＨ₁ ＝５００μｍの透明ガラス板１２には厚さＨ₂ ＝３００μｍのスペーサ１３と厚さ３００μｍで幅Ｂ₃ が１００μｍのリブ１５を形成しておく。なお、スペーサ１３の隣同士の間隔Ｂ₁ を５００μｍから２，１００μｍまで２００μｍとびで９種類用意した。

次いで、この９種類の透明ガラス板１２をスペーサ１３及びリブ１５を介して９種類のウェーハ１１に貼付して、図１（ｂ）に示すようなウェーハレベルの固体撮像装置２１の集合体である積層体２０を９種類製作した。

この積層体２０をダイシング装置のウェーハテーブル５１に吸着載置し、図３に示すように、ダイシングブレード（砥石）５２の刃先の最下点が空隙部１４内に５０μｍ入り込む位置にセットして透明ガラス板１２を研削切断するとともにリブ１５に５０μｍ切り込んで研削し、パッド１１Ｂ、１１Ｂ、…を露出させた。

ダイシングブレード５２は粒径８〜１５μｍのダイヤモンド砥粒をニッケルで結合したメタルボンドブレードで、直径１００ｍｍ、厚さ５００μｍ〜２，１００μｍを用い、その回転数は５，０００ｒｐｍとした。また、ウェーハテーブルの送り速度を０．５ｍｍ／ｓｅｃとした。

このように、透明ガラス板１２をリブ１５ごと研削切断することにより、ガラス破片１２Ａの幅が１／２以下になって排出されやすくなり、またリブ１５がダイシングブレード５２の受部となって研削抵抗を受けるので、研削切断時に透明ガラス板１２の大きな破片１２Ａが生じ難い。

なお、ダイシングブレード５２はダイヤモンド砥粒をフェノール樹脂等で結合したレジンボンドブレードの方が砥粒の自生作用が活発で切削性は良い。しかし摩耗が早いので、切込み深さを確保するためには頻繁に高さ調整をする必要があるため、実施例においてはメタルボンドブレードを使用した。

加工後の積層体２０をダイシング装置に備えられた観察光学系を用いてモニター画面で観察したところ、図３における中空部の幅Ｂ₂ が２００μｍ、３００μｍ、４００μｍまでは、ガラス破片１２Ａによるウェーハ１１の表面の傷は、回路配線を断線させるような大きく深い傷は見当たらず、大きさ１０μｍ以下の傷も１チップあたり１０個以下で、十分許容範囲以内であった。

また、図３における中空部の幅Ｂ₂ が５００μｍ、６００μｍ、７００μｍのものは、ウェーハ１１表面の傷は、大きさ１０μｍを超える傷が１チップあたり４〜５個点在するものの回路配線を断線させるような大きく深い傷は見当たらず、大きさ１０μｍ以下の傷も１チップあたり２０〜３０個程度で、なんとか許容できるものであった。

また、中空部の幅Ｂ₂ が８００μｍ、９００μｍ、１，０００μｍのものでは、回路配線が断線しているであろうと思われる大きく深い傷が点在し、許容できるものではなかった。

中空部の幅Ｂ₂ は、外部端子にワイヤボンディング配線が可能なスペースを確保するために２５０μｍは必要である。そのためには固体撮像装置２１の小型化要望をも考慮して、中空部の幅Ｂ₂ を３００μｍとするのが好適である。前述の実施例に示すように、幅Ｂ₂ ＝３００μｍの場合、ウェーハ１１の表面の傷は十分許容範囲以内である。

中空部の幅Ｂ₂ を３００μｍとした時に、従来のようにリブ１５を設けない場合は、中空部の合計幅が７００μｍとなり、ウェーハ１１の表面の傷は前述の実施例においてはなんとか許容できるものであったが、実際の製品を製造する場合は危険度が大きく採用し得ないものである。

以上のように、本発明によれば、３００μｍ程度の極く狭い空隙部を有して接合された固体撮像素子ウェーハと透明ガラス板とで構成された固体撮像装置集合体の透明ガラス板を研削切断するにあたり、研削部分の空隙部にリブを設けているので、研削切断を進めてゆく中で生じる透明ガラス板の破片によるウェーハの損傷を抑制することができ、歩留まりの高い固体撮像装置の製造方法を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の組立工程を表わす説明図 スペーサ及びリブが形成された透明平板を表わす平面図及び側面図 透明平板の研削切断工程を説明する概念図 ウェーハの研削切断工程を説明する概念図 固体撮像装置の外観を表わす斜視図 従来のスペーサが形成された透明平板を表わす平面図及び側面図 従来の透明平板の研削切断工程を説明する概念図 従来のウェーハの研削切断工程を説明する概念図 透明平板の研削切断工程におけるガラス破片の発生を説明する概念図

符号の説明

１１…ウェーハ、１１Ａ…固体撮像素子、１２…透明ガラス板（透明平板）、１２Ａ…ガラス破片（破片）、１３…スペーサ、１４…空隙部、１５…リブ、１６…アライメントマーク、２０…積層体、２１…固体撮像装置、５２…ダイシングブレード（円盤状砥石）

Claims (3)

1. ウェーハの表面に多数の固体撮像素子を形成する工程と、
   前記ウェーハに接合される透明平板下面の前記固体撮像素子に対応する箇所に、個々の固体撮像素子を囲む形状の所定厚さの枠状のスペーサを形成する工程と、
   前記透明平板下面の前記スペーサ同士の間に、前記スペーサと同一厚さのリブを形成する工程と、
   前記ウェーハと前記透明平板とを位置合わせして前記スペーサを介して接合する工程と、
   前記透明平板に研削加工を施し、前記個々の固体撮像素子に対応するように該透明平板を分割する工程と、
   前記ウェーハを個々の固体撮像素子に対応させて分割する工程と、
   を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
2. 前記リブを前記スペーサに対し平行に形成す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. 前記リブの幅が少なくとも５０μｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。

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