JP2014032239A - レンズ一体型封止基板。 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハレベルパッケージに対応したレンズ一体型封止基板を提供することを目的とする。
【解決手段】底板、及び前記底板の上面の外縁部に立設する側壁を有する基板と、前記底板の上面に、前記側壁の上面側に向かって形成された曲面を有する凸部と、を備え、前記凸部の全ての部分は前記側壁の上面よりも前記底板の上面側に位置し、前記側壁は２つ以上の領域で構成され、間隔をあけて前記底板の上面の外縁部に設けられているレンズ一体型封止基板を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ一体型封止基板に関する。

近年、火災報知機や男子用トイレの自動洗浄機等に用いられている赤外線センサは防犯や省エネなどの分野で注目されており小型化、低コスト化のニーズが高まっている。小型化を進めていくにあたって、赤外線検出素子を形成した素子基板に、一部分がレンズ状に形成された封止用シリコン基板を接合して、新たに光学系を必要としないレンズ一体型の封止基板の開発が進められている（例えば、特許文献１）。

また、コストの低下を図るため、製造工程の効率化が望まれており、その方法として、個々にパッケージするのではなくウェハレベルでパッケージを行い、その後それぞれを分離させることでモジュールを量産する方法が知られている。

ウェハレベルでパッケージを行う方法として、陽極接合や共晶接合などが挙げられ、これらは２つの被接合部材を対向させ、圧力を加えてパッケージを行う。そのため、レンズ一体型の封止基板には接合時にレンズ部が加圧部材と接触し、光学素子が傷つかないように、接合支持部が必要である。つまり、ウェハレベルパッケージに対応したレンズ一体型の封止基板には光学素子としてレンズ部と、接合支持部を作製する必要があり、接続支持部は例えばレンズ部周辺に格子状に配置されていた。

しかしながら、接合支持部をレンズ部周辺に格子状に配置した場合、ダイシング工程で個々のチップを切り出す際に発生する切削屑が接合支持部で囲まれた領域内に溜まり、光学素子に付着する問題があった。そして、付着した切削屑は簡単な流水洗浄では除去しにくく、個片化した後ではブラッシング洗浄等を行うことは困難であった。

このため、従来の接合支持部を設けたレンズ一体型封止基板はウェハレベルパッケージに十分対応できているとはいえなかった。

本発明は、上記の上記従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、ウェハレベルパッケージに対応したレンズ一体型封止基板を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は底板、及び前記底板の上面の外縁部に立設する側壁を有する基板と、前記底板の上面に、前記側壁の上面側に向かって形成された曲面を有する凸部と、を備え、前記凸部の全ての部分は前記側壁の上面よりも前記底板の上面側に位置し、前記側壁は２つ以上の領域で構成され、間隔をあけて前記底板の上面の外縁部に設けられているレンズ一体型封止基板を提供する。

本発明によれば、側壁（接合支持部）が２つ以上の領域で構成され、間隔をあけて底板の上面の外縁部に設けられているため、接合後のダイシングで個片化する際に洗浄水が側壁（接合支持部）に囲まれた領域内に滞留することなく、外に流れていく。このため、切削屑が、凸部（レンズ部）に付着することを防止することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係るレンズ一体型封止基板の斜視図 本発明の第１の実施形態に係るレンズ一体型封止基板の平面図 本発明の第１の実施形態に係るレンズ一体型封止基板の断面図 本発明の第２の実施形態に係るレンズ一体型封止基板の斜視図 本発明の第３の実施形態に係るレンズ一体型封止基板の斜視図 本発明の第４の実施形態に係るレンズ一体型封止基板の斜視図、及び、洗浄水の流れの説明図 本発明の第５の実施形態に係る小型赤外線センサの斜視図 反応性イオンエッチングの説明図 本発明の第６の実施形態に係るレンズ一体型封止基板の製造方法の説明図

以下に、発明を実施するための形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
［第１の実施形態］
本実施形態では、本発明のレンズ一体型封止基板の一実施形態の例について説明する。

本実施形態のレンズ一体型封止基板は、底板、及び前記底板の上面の外縁部に立設する側壁を有する基板と、前記底板の上面に、前記側壁の上面側に向かって形成された曲面を有する凸部と、を備えている。そして、前記凸部の全ての部分は前記側壁の上面よりも前記底板の上面側に位置し、前記側壁は２つ以上の領域で構成され、間隔をあけて前記底板の上面の外縁部に設けられている。

具体的な構成例を図１〜３を用いて説明する。図１に本実施形態におけるレンズ一体型封止基板の斜視図を、図２に本実施形態におけるレンズ一体型封止基板の平面図（上面図）を、図３に、図２におけるＡ−Ａ´線における断面図をそれぞれ示す。

図１〜３を参照するに、レンズ一体型封止基板１０は、基板１１と、凸部１２（以下、凸レンズとも記載する）とを有する。基板１１と凸レンズ１２とは、同一材料により一体的に形成することができる。また、凸部１２は凸レンズとしての機能を有し、凸部１２に入射する赤外線を所定の焦点位置に集光することができる。

そして、基板１１は、底板１４と、底板１４の上面の外縁部に立設する側壁１３（以下、接合支持部とも記載する）とを有する。底板１４と側壁１３とは同一材料により一体的に形成することができる。

側壁（接合支持部）１３は、ウェハレベルパッケージに対応させるため設けられており、図１〜３においては、ｘ、ｙ方向それぞれに形成され、４つの領域（部分）から構成され各領域間には間隔が設けられている。

側壁１３は、上記のように２つ以上の領域（部分）から構成され、（各側壁の領域同士が）間隔をあけて光線入射面の凸部１２周辺、すなわち、底板１４の上面の外縁部に設けられている。側壁１３（の各領域）同士の間には、底板１４の外縁部の上面１４ａを露出する間隔１３ａが設けられており、側壁１３で囲まれた領域と側壁１３の外の領域とが連通するように構成されている。このように側壁１３を、その各領域間に間隔を設けて配置することにより、個片化プロセスの際に洗浄水が側壁１３で囲まれた領域内に滞留することなく外に流れていくため切削屑が残存しにくく、光学素子に切削屑が付着することを抑制することができる。

なお、図１〜３ではｘ、ｙ方向それぞれに側壁１３を設けたが、側壁１３は、接合時に凸部（凸レンズ）が加圧部材と接触しないように構成されていればよく、後述のようにｘ、ｙ方向全てには設けない構成とすることもできる。

側壁１３は順テーパ形状になっていることが好ましい、即ち、底板の上面１４ａよりも側壁の上面１３ｂ側に行くに従い側壁の内側面（凸部１２側の面）が、外側面（基板の外縁側の面）に近づくように構成されていることが好ましい。これは、側壁１３が係る形状を有することにより、基板の垂直方向（ｚ方向）からの加圧に対して強い強度を示すためである。なお、この場合、側壁１３全体が順テーパ形状であることが好ましいが、少なくともその一部が順テーパ形状となっている場合であっても良い。

凸部１２は、基板１１の光線入射面側に底板１４の上面１４ａに、側壁１３の上面側に向かって形成されている。凸部１２の全ての部分は、側壁１３の上面１３ｂよりも低い位置（底板１４の上面１４ａ側の位置）にある。換言すれば、凸部１２の曲面は、側壁１３の上面１３ｂよりも下側に形成されており、凸部１２において側壁１３の上面１３ａから突出している部分はない。これは、レンズ一体型封止基板１０を素子基板に接合する際等に凸部１２（凸レンズ）が加圧部材と接触しないように接合部材１３が設けられているためである。

凸レンズ（凸部）１２の曲面は特に限定されるものではなく、目的等に応じて選択することができる。例えば球面、非球面形状、フレネルレンズのような凹凸を繰り返す曲面（凹凸が連続する形状）、レンズ曲面を２つ以上有する曲面（形状）から選択されるいずれかとすることができる。

凸レンズ（凸部）の曲面形状を非球面にすることによって収差を補正することができる。フレネルレンズのような凹凸を繰り返す曲面においてはレンズサグ量を低くすることができる。また、レンズ曲面を２つ以上有する曲面とした場合、各画素部にそれぞれ対応して光を集光することができ、高効率で光を利用できる。

また、光線入射面側には上記の様に曲面を有する凸部１２を設けているが、光線の出射側には図３に示すように凹レンズ１５を形成することができる。凸レンズ１２で集光した赤外線に対して、裏面に凹レンズ１５を設け、入射角度を大きくすることで全反射を防ぐことができる。

そして、図３に示した、底板１４の上面１４ａに接する凸部１２の曲面の端部と凸部１２の曲面と対向する側壁の内側面との距離Ｌが、凸部１２に入射する光線１６の入射角度をθ、側壁１３の上面１３ｂの底板１４の上面１４ａからの高さをｈとしたときに、Ｌ≧ｈｔａｎθを満足することが好ましい。即ち、係る関係を充足する様に側壁１３の高さ、凸部１２の形状、位置等を設定することが好ましい。

このように設定することにより、凸レンズ１２に入射する赤外線１６が接合支持部１３に蹴られる（妨害される）ことを防止できる。

ここまで説明してきた本実施形態のレンズ一体型封止基板の基板１１及び凸部１２としては８〜１２μｍの波長領域の赤外線に対して透明である材料であれば特に限定されるものではなく使用することができる。具体的には、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等を挙げることができ、シリコン（Ｓｉ）を好ましく用いることができる。

以上の構造を有する本実施形態のレンズ一体型封止基板によってウェハレベルパッケージに対応したレンズ一体型封止基板を実現できる。
［第２の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態とは異なる実施態様のレンズ一体型封止基板について説明する。

具体的な構成を図４に示す。第１の実施形態と同じ部材については同じ番号を付している。

本実施形態のレンズ一体型封止基板は図４に示すように、基本構成は第１の実施形態のレンズ一体型封止基板１０と同じであるが、側壁（接合支持部）がｘ、ｙ両方向に存在しない点が異なっている。

第１の実施形態のレンズ一体型封止基板ではｘ、ｙ両方向に対して、側壁が設けられている。このため、上述の様に赤外線が側壁に阻害されることなく凸部１２に入射するためには、赤外線入射角度を考慮して接合支持部を凸レンズから距離Ｌだけ離すことが好ましい。

このため、封止基板自体のサイズは、目的の範囲（入射角度）の赤外線が凸部に入射できるように選択された距離Lに依存することになる。

これに対して、本実施形態のレンズ一体型封止基板によれば、側壁１３がｘ、ｙ方向どちらかに配置しているのみであるため、一方向のみだが側壁１３により赤外線が凸部１２に入射することを阻害される心配を無くすことができる。

そのため、封止基板のサイズの小型化が可能で、１枚のウェハから取れる個数も多くなることから低コスト化にもつなげることができる。

また、底板１４の外縁部のうち、側壁１３が設けられていない部分が多くなるため、すなわち、（外縁部について）露出する底板も大きくなるため、側壁１３で囲まれた領域内（側壁１３よりも内側の領域）に洗浄水が滞留する可能性もより低くなる。このため、凸部への切削屑の付着をより抑制することが可能になる。

なお、本実施形態のレンズ一体型封止基板においては、側壁（接合支持部）１３がｘ、ｙ両方向に形成されていないため、レンズ一体型封止基板と素子基板とを接合する際の荷重に対しての強度は弱くなる。しかし、陽極接合など荷重が小さい接合方法を採用した場合では、本実施形態のレンズ一体型封止基板においても十分な耐性を持たせることが可能である。
［第３の実施形態］
本実施形態では、第１、２の実施形態とは異なる実施態様のレンズ一体型封止基板について説明する。

具体的な構成を図５に示す。第１の実施形態と同じ部材については同じ番号を付している。

本実施形態のレンズ一体型封止基板は図５に示すように、基本構成は第１の実施形態のレンズ一体型封止基板と同じであるが、凸部１２が側壁１３（１３１、１３２）の少なくとも一部１３１と一体的に形成されている点が異なっている。

本実施形態において、凸部１２の曲線はシリンドリカル形状を有している。ラインセンサの場合、シリンドリカル形状を用いることで一方向には面積を大きくとることができ、効率を上げることができる。また一方向のみなので、レンズサイズを小さくすることもできる。

凸部１２をシリンドリカル形状にしようとする場合に、後述する反応性イオンエッチング等により、凸部１２を側壁１３１と離隔して形成しようとすると、エッチングの等方性により、凸部１２の側壁１３１と対向する面がテーパ化し、レンズとして機能しない箇所を生じる恐れがある。

これに対して、本実施形態のレンズ一体型封止基板においては、側壁の一部１３１と凸部１２とが一体的に形成され連続してつながっている。

このような形状の場合、ドライエッチング（反応性イオンエッチング）により基板１１にレジスト形状を転写する際に、凸部１２及び側壁１３の互いに対向する面のテーパ化の原因であるラジカルが接触する面を小さくすることができる。

このため、側壁１３１の凸部１２に対向する面と、凸部１２の側壁側の面とが共に逆テーパ形状になることを防ぐことができる。なお、ここでいう、側壁１３１の凸部１２に対向する面、凸部１２の側壁側の面とは、本実施形態では一体化しているため実際には存在しない仮想的な面であり、説明の都合上挙げたものである。

また、側壁１３１は凸部１２と一体となっており、側壁を順テーパ形状にしなくても十分な強度を発揮することから、小型化も可能となる。
［第４の実施形態］
本実施形態では、第１〜３の実施形態とは異なる実施態様のレンズ一体型封止基板について説明する。

具体的な構成を図６に示す。第１の実施形態と同じ部材については同じ番号を付している。

本実施形態のレンズ一体型封止基板は図６に示すように、基本構成は第３の実施形態と同じであるが光線入射側の底板に傾斜面が形成されている点が異なっている。

一般的なダイシング装置では、半導体ウェハを水平に保ち，切削屑除去を目的とした洗浄水およびブレード冷却を目的としたブレード冷却水を流しながら切削を行う。

本実施形態のレンズ一体型封止基板においては、底板１４の上面１４ａにおいて、レンズ一体型封止基板のｙ方向中央部からｙ方向のプラス方向、マイナス方向の両方向に傾斜を持たせている。

このため、例えば図６（ｂ）に矢印で示すように、洗浄水の流れを作り、底板の上面１４ａが平坦な場合よりも洗浄水がより滞留しにくくなる。これによって凸部１２等に切削屑がより残存しにくくなり，ダイシング後の洗浄が容易になる。
［第５の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態で説明したレンズ一体型封止基板を用いた小型赤外線センサの一例について説明する。

具体的な構成例について図７を用いて説明する。図７中、第１の実施形態で説明したものと同じ部材については同じ番号を付している。

素子基板７１上において，赤外線検出素子７２が支持部７３を介して設置されている。素子基板７１としては、シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等を用いることができる。また、支持部７３の材料としては例えば酸化シリコンを用いることができる。赤外線検出素子７２は、レンズ一体型基板１０の凸部１２及び凹部１５を介して赤外線が集光される位置に設置されている。

支持部７３の下は空洞７４が設けられており，断熱構造を備えている。レンズ一体型封止基板１０は透過率を向上させるために凹凸両面（凸部１２、凹レンズ１５）に反射防止膜７５を成膜することができる。なお、レンズ一体型封止基板１０の基板１１と素子基板７１との接合面（平坦部分）には、図に示すように反射防止膜７５を成膜しないことが好ましい。これにより、接合材７６と基板１１又は素子基板７１との密着性の悪化を防止できる。また、反射防止膜７５の凹凸により接合の気密性が低下することを防止することもできる。

反射防止膜７５としては、特に限定されるものではなく、透過率を向上させる各種材料を用いることができる。例えば、フッ化セリウム（ＣｅＦ）等の金属フッ化物、酸化チタン（ＴｉＯ_２）等の金属酸化物、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等、またはそれらを組み合わせた多層膜等を用いることができる。反射防止膜４５の厚さは例えば１μｍ程度とすることができる。反射防止膜７５の透過率は９０％以上であることが好ましい。

赤外線検出素子７２に赤外線が集光するように素子基板７１上にレンズ一体型封止基板１０を配置し、封止を行う。接合材７６は樹脂や金属などの接着剤を用いてもよい。レンズ一体型封止基板１０の基板１１がシリコンの場合には、金（Ａｕ）等の金属を用いて共晶接合を行っても良い。また、レンズ一体型封止基板１０の基板１１と素子基板７１とが共にシリコンの場合は接合材１２を用いらずに常温接合法により直接接合してもよい。

レンズ一体型封止基板１０と素子基板７１とを接合する際は、真空中で行うことが好ましい。真空中で封止を行うことによってレンズ一体型封止基板１０の基板１１と素子基板７１の内部空間は真空雰囲気となっており、空気の対流による雑音発生を防いでいる。

以上のようにして本発明の第１の実施形態の赤外線センサ封止基板を用いてレンズ一体型の小型赤外線センサを実現することができる。
［第６の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態のレンズ一体型封止基板の製造工程の一例を説明する。

ウェハレベルでの加工方法としてフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングを組み合わせる手法が挙げられる。

具体的には、図８（ａ）に示すように基板１１上に所定の形状のポジ型レジスト８１を形成し、反応性イオンエッチングを行うことにより製造することができる。

ところで、反応性イオンエッチングではイオンとラジカル（反応種）を使ってエッチングを行う。そして、イオンは図８（ａ）中で点線矢印で示したように指向性が高いが、これに対してラジカルは図８（ａ）中で実線矢印で示すようにイオンよりも指向性が低い。

そのため、例えば、図８（ｂ）の最上段に示すような形状のポジ型レジスト８１を基板１１上に形成し、反応性イオンエッチングを行っていくと、図８（ｂ）の中段から最下段にかけて示すように、形成される側壁面にラジカルが接触することで側壁の内側面に逆テーパ形状が形成される場合がある。

形成される逆テーパ形状によっては、レンズ一体型封止基板と素子基板とを接合する際に側壁（接合支持部）が折れてしまうことや、エッチング中にも側壁（接合支持部）の折れ、倒れなどが発生する場合がある。

この様に、反応性イオンエッチングを行った際に、側壁の内側面が逆テーパ形状とならない様に、図８の最上段に示すように側壁が形成される箇所のレジスト形状を順テーパ形状とし、これについて反応性イオンエッチングを行うことが好ましい。

係る形状を有するレジストについて反応性イオンエッチングを行った場合、等方性エッチングが進行した場合でも図９中、中段、下段に示すように、側壁部が逆テーパ形状になることを防止し、かつ順テーパ構造にすることができる。

このため、得られたレンズ一体型封止基板は、素子基板と接合する際における加圧強度を高めることができる。

なお、このようなレジスト形状を作製する方法としては特に限定されるものではないが、例えば予め基板１１上にポジ型レジストを塗布した後、パターンに濃淡を持たせたマスクであるグレースケールマスクを用いて露光することにより得ることができる。

以上のようにして第１の実施形態に係るレンズ一体型封止基板をウェハレベルの一括加工プロセスで実現することができる。

１０ レンズ一体型封止基板
１１ 基板
１２ 凸部
１３、１３１、１３２ 側壁
１３ｂ 側壁の上面
１４ 底板
１４ａ 底板の上面

特開平８−３２７４４８号公報

Claims (6)

1. 底板、及び前記底板の上面の外縁部に立設する側壁を有する基板と、
   前記底板の上面に、前記側壁の上面側に向かって形成された曲面を有する凸部と、を備え、
   前記凸部の全ての部分は前記側壁の上面よりも前記底板の上面側に位置し、
   前記側壁は２つ以上の領域で構成され、間隔をあけて前記底板の上面の外縁部に設けられているレンズ一体型封止基板。
2. 前記側壁は順テーパ形状を有している請求項１に記載のレンズ一体型封止基板。
3. 前記底板は傾斜面を備えている請求項１または２に記載のレンズ一体型封止基板。
4. 前記凸部は、前記側壁の少なくとも一部と一体的に形成されている請求項１乃至３いずれか一項に記載のレンズ一体型封止基板。
5. 前記凸部の曲面は球面、非球面形状、凹凸を繰り返す曲面、レンズ曲面を２つ以上有する曲面のいずれかである請求項１乃至４いずれか一項に記載のレンズ一体型封止基板。
6. 前記底板の上面に接する前記凸部の曲面の端部と前記凸部の曲面と対向する側壁の内側面との距離Ｌが、前記凸部に入射する光線の入射角度をθ、前記側壁の上面の前記底板の上面からの高さをｈとしたときに、Ｌ≧ｈｔａｎθを満足する請求項１乃至５の何れか一項記載のレンズ一体型封止基板。

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