JP2009246055A

JP2009246055A - 光学フィルター内蔵ガラスウエハ

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Publication number: JP2009246055A
Application number: JP2008088950A
Authority: JP
Inventors: Shingo Ogura; 真悟小椋
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2008-03-30
Filing date: 2008-03-30
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2028-03-30
Also published as: JP4966902B2

Abstract

【課題】固体撮像素子のウエハレベルチップサイズパッケージ（ＷＬＣＳＰ）に用いられる赤外線カットフィルター等の光学フィルター付のキャップウエハの反り量を低減すること。
【解決手段】上記課題を解決するために本発明は、光学フィルターをガラスウエハで挟み込んだキャップウエハを用いる。光学フィルターを挟み込む上下のガラスウエハは、好適には同一材質である。また、好適には上下ガラスウエハの厚さを等しくする。このようにすることにより、固体撮像素子のＷＬＣＳＰに用いられる光学フィルター付のキャップウエハの反り量を低減することができる。さらに、ＷＬＣＳＰプロセスにおける接合基板の反り量も低減でき、アライメント精度や加工歩留まりの向上をはかることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子の組み立て時に搭載される赤外線カットフィルター等の光学フィルターを内蔵したキャップガラスウエハの構造及び製造方法に関するものである。固体撮像素子のウエハレベルパッケージにおいて表面の赤外線カットフィルター等の光学フィルターに起因するキャップガラスウエハの反りを軽減し、その後のプロセスにおける加工精度を向上させるものである。

特許文献３で述べられている通り、CCD、CMOSなどの固体撮像素子においてはその高感度化のため赤外線カットフィルターが搭載される。フィルター構成材料および構造としては、特許文献１で述べられているように各種金属およびそれらの酸化物の積層構造を用いることが一般的である。その形成方法としては物理および化学蒸着が主流である。

固体撮像素子パッケージ体の低寸法化および作製コスト低減のため、ウエハレベルチップサイズパッケージ(以下、WLCSPと記す)が実施されている。固体撮像素子のWLCSPにおいては撮像素子の保護を目的として、撮像素子ウエハ表面にキャップウエハを接合する。撮像体としての機能上、このキャップウエハはガラス等の透光性材料で構成される。また、入射光の屈折による撮像特性への影響を考慮して、キャップウエハと撮像素子との間には数10μmの空隙を設けることが主流である。
固体撮像素子のＷＬＣＳＰ作成方法としては、特許文献２などが提案されている。この方法では、固体撮像素子を形成したウエハに対してガラスからなるキャップウエハを感光性の接着剤を用いて接合している。

赤外線カットフィルターを上記したWLCSPに組み込むためには、赤外線カットフィルターを予め成膜したキャップウエハを用いて上記したプロセスを実施する。
特開平０７−０６１８３５特開２００３−０９２３９４特開２００５−３３８３９５

キャップウエハ表面に赤外線カットフィルター等の光学フィルターを成膜すると、成膜後のウエハは大きく反る。これは光学フィルターとキャップウエハとの熱膨張係数の違い及び光学フィルターの膜応力が大きいことがその原因である。このように反りが発生したキャップウエハを固体撮像素子のＷＬＣＳＰに用いる際、
1.キャップウエハと撮像素子ウエハとのアライメント精度が低下する、
2.キャップウエハと撮像素子ウエハとの接合体（以下、接合ウエハと記す）の後加工が困難になる、
という問題がある。

実際のプロセスにおいては、光学フィルターを成膜した接合ウエハの反り量は光学フィルター非成膜のキャップウエハを用いた接合ウエハと比較して2倍以上となる場合もある。

上記課題を解決するために本発明は、赤外線カットフィルター等の光学フィルターをガラスウエハで挟み込んだキャップウエハを用いる。光学フィルターを挟み込む上下のガラスウエハは、好適には同一材質である。また、好適には上下ガラスウエハの厚さを等しくする。

このように光学フィルターを中心とした幾何学な線対象構造を有するキャップウエハを用いることで、光学フィルターを有しつつ反りの少ないキャップウエハを得ることができる。また、上記したキャップウエハを用いた固体撮像素子についてＷＬＣＳＰプロセスを実施することにより、光学フィルターを有しつつ反り量の少ない接合ウエハを得ることができる。この結果、アライメント精度が向上し、後工程プロセスも問題なく流動することが可能である。

本発明は、赤外線カットフィルター等の光学フィルター付のキャップフィルターを有しながら反りの少ないＷＬＣＳＰプロセスを提供する。上述したように、従来用いられている光学フィルター付きのキャップウエハは反り量が大きくＷＬＣＳＰプロセスにおいて種々の問題点がある。これらの問題を避けるためには、固体撮像素子のＷＬＣＳＰプロセス終了後に接合ウエハを構成するキャップウエハ表面に対して光学フィルター成膜を実施すればよいのであるが、その際の成膜温度は樹脂材料を含み構成される固体撮像素子の耐熱温度を超えてしまうため、この方法を選択することができない。

そこで本発明は、光学フィルターを同一材料の同一厚さのガラスウエハで挟みこんだキャップウエハを用いる。

図1は本発明で提案するキャップウエハの断面模式図であり、１、３はガラスウエハ、２は光学フィルターである。本発明の特徴は、光学フィルター２をガラスウエハ１および３で挟み込んだキャップウエハ構造にある。光学フィルター２を挟み込むガラスウエハ１および３は、好適には共に同一材料である。これは上下ガラスウエハ１および３の熱膨張係数を等しくして（図中においては、上部ガラスウエハ１の熱膨張係数（h ）= 下部ガラスウエハ３の熱膨張係数h’）、その熱膨張係数差に起因するキャップウエハの反り発生を抑制するためである。従って、重要な点は熱膨張係数であって、必ずしも全く同一のガラスでなくても良い。好適には上部ガラスウエハ１と下部ガラスウエハの熱膨張係数の違いは２０％以下である。この値を超えると反り量が大きくなり許容レベル（プロセス上問題ない状態）を超えるので好ましくない。

また、好適には、上下ガラスウエハ１および３の厚さは等しくする。ただし、完全に同じ厚さにしなくても良く、好適には上部ガラスウエハ１と下部ガラスウエハの厚みの違いは２０％以下である。厚みの違いが２０％を越えるとガラスウエハの材質が同じでも厚みの違いによる反り量が大きくなり許容レベル（プロセス上問題ない状態）を超えるので好ましくない。これは、上下ガラスウエハ１および３の寸法差によるキャップウエハの反り発生を抑制するためである。

このように光学フィルターを中心とした幾何学な線対象構造を有するキャップウエハを用いることで、光学フィルターを有しつつ反りの少ないキャップウエハを得ることができる。また、上記した光学フィルター２を上下のガラスウエハ１および３で挟み込んだ構造のキャップウエハを用いて固体撮像素子のWLCSPプロセスを実施することにより、光学フィルターを有しつつ反り量の少ない接合ウエハを得ることができる。

上記したキャップウエハの作製方法としては、まず一方のガラスウエハ上に既存のPVD（物理気相成長）、CVD（化学気相成長）を用いて光学フィルターを成膜する。その後、もう一方のガラスウエハを光学フィルターと接合することで本発明のキャップウエハが得られる。接合の方法としては、SAB（Surface Activated Bonding：表面活性化ボンディング）、融着接合、あるいは透明接着剤を用いることができる。
以下に具体的に接合方法を説明する。

実施例１：融着接合によるキャップウエハ作製
まず、一方のガラスウエハ上に既存のPVD、CVDを用いて光学フィルターを成膜する。その後、もう一方のガラスウエハを光学フィルター表面に接触させる。この際、接触界面への気泡混入抑制のため減圧雰囲気下で作業を行うことが望ましい。接着させた両ウエハに対し、加熱を行う。この際の温度は光学フィルター再表面層の融点以上、かつガラスウエハの融点以下に設定する必要がある。従って、プロセスウィンドーを広げるためには低融点の光学フィルター材料、および高融点のガラス材料を選択することが望ましい。

実施例２：SABによるキャップウエハ作製
まず、一方のガラスウエハ上に既存のPVD、CVDを用いて光学フィルターを成膜する。続いて、このガラスウエハともう一方のガラスウエハとにO2、H2などのプラズマを照射して表面を活性化する。その後、時間をおかずに両ウエハを接触させる。この際、雰囲気は減圧が望ましく、接触時には押圧を印加することが望ましい。

実施例3：接着剤によるキャップウエハ作製
図2は接着剤を用いた場合のキャップウエハ断面の模式図である。1、３はガラスウエハ、2は光学フィルター、４は接着剤層である。光学フィルター２と接合するガラスウエハ１とは、接着剤層４を介して接合する。接着剤としてはポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、その他アクリル酸エステル系の樹脂材料が高い可視光透過性を有している。

本構造の実施例を述べる。まず、一方のガラスウエハ３上に既存のPVD、CVDを用いて光学フィルター２を成膜する。そして、接着剤層４を光学フィルター２の表面もしくは接合するガラスウエハ１の表面へ形成する。形成方法としては、接着剤が液状であればスピンコート、ディップコート、スプレーコートを用いることができ、フィルム状であればロールラミネート、プレスラミネートを用いる。接着剤層４の厚さとしては固体撮像素子の撮像精度を損なうことを避けるため可能な限り薄くすることが望ましい。

接着方法としては光化学的、熱化学的、熱物理的手法を選択できる。これら手法の選択は接着剤材料の物性に依存する。多くのアクリル系樹脂は紫外光に活性であり紫外光照射化で重合反応が進行する。これらの材料を用いる場合は、両ガラスウエハを接触させた後にどちらか一方のガラス表面に対して任意量の紫外光を照射することでキャップウエハを作製できる。

接着剤材料が光化学的に不活性である場合、加熱による接着を実施する。接着剤が高温化で重合反応を起こす種類の材料であれば、両ガラスウエハを接触させた後にその重合温度にて任意時間保持することでキャップウエハが作製される。
接着剤材料が光化学的に不活性かつその融点もしくは分解温度以下にて重合反応を起こさない種類の材料である場合、融着による接着を試みる。すなわち両ガラスウエハを接触させた後に接着剤の融点まで加熱し、光学フィルターと接着剤層とを融着接合してキャップウエハを作製する。

以上のように本発明の光学フィルターをガラスウエハで挟みこんだ構造のキャップウエハは、従来のキャップウエハに比べて反り量をかなり低減することができる。本発明のキャップウエハを光学フィルターを搭載する固体撮像素子のＷＬＣＳＰプロセスに用いることにより、そのアライメント精度が向上し、正確な位置合わせが可能となる。また、ＷＬＣＳＰプロセスにおける加工難度が低下し後工程加工が容易となり加工歩留まりがかなり向上する。さらに、光学フィルターがキャップウエハに内蔵されていることにより、WLCSPプロセス中における光学フィルターの損傷を防ぐことができる。

尚、光学フィルターは赤外線カットフィルターに限定するものではない。可視光カットフィルター、紫外線カットフィルター、コールドミラー、ダイクロイックミラー、ダイクロイックフィルターなど各種光学機能薄膜に対しても本発明は適応可能である。或いは、光学フィルターは特定の波長だけを透過しその波長以外の光をカットする（透過しない）フィルターでも良い。赤外線カットフィルターに用いる材料としては、可視光線の透明性が高くかつ赤外線領域（800nm以上の波長）の光の吸収率が大きい材料である。たとえば、ＩＴＯ（インジウム・スズ・酸化物）膜やＡＴＯ（アルミニウム・チタニウム・酸化物）膜などの無機材料、フタロシアン等の各種高分子材料が挙げられる。また、紫外線カットフィルターに用いる材料としては、可視光線の透明性が高くかつ紫外線領域（400nm以下の波長）の光の吸収率が大きい材料である。たとえば、ＺｎＯ（酸化亜鉛）膜やＧａＮ（窒化ガリウム）膜などの無機材料、ポリカーボネートやポリエステルなどの各種高分子材料が挙げられる。また、キャップウエハに用いているガラスウエハは透光性を有するものであれば他の材料でも良い。たとえば、アクリル、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などの透明高分子材料がある。

本発明は、半導体産業で用いられる接合基板を用いるウエハレベルパッケージのプロセスに利用できる。

図１は、本発明を用いたキャップウエハを示す断面模式図である。図２は、本発明をもちいたキャップウエハの別の実施例を示す断面模式図である。

符号の説明

１・・・ガラスウエハ、
２・・・光学フィルター
３・・・ガラスウエハ
４・・・接着剤層

Claims

光学フィルターを有するキャップウエハを接合したウエハレベルチップサイズパッケージ（ＷＬＣＳＰ）において、前記光学フィルターが２枚のガラスウエハで挟み込まれた構造を有していることを特徴とするキャップウエハ。
前記２枚のガラスウエハの熱膨張係数が同一であるか、またはこれらの熱膨張係数の差が２０％以下であることを特徴とする、請求項１記載のキャップウエハ。
前記２枚のガラスウエハの材質は同一であることを特徴とする、請求項１記載のキャップウエハ。
前記２枚のガラスウエハの厚みは等しいか、またはこれらの厚みの差が２０％以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの項に記載のキャップウエハ。