JP2015065210A - 固体撮像素子アレイ基板の切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像素子がアレイ状に多面付けされたアレイ基板の加工には不可欠であるが、切断後の固体撮像素子単体としては不要であるカバーガラスについて、二つの相反する要求を満足する固体撮像素子アレイ基板の切断技術の提供である。【解決手段】シリコンウエハ２に、固体撮像素子１がマトリックス状に多面付けで製造された固体撮像素子アレイ基板１０を、ダイシングソー１６を用いて個片に断裁するに当たり、ガラス基板８に備わるマトリックス状の隔壁７を、シリコンウエハ切断ラインの裏面側に接着することで、シリコンウエハ２とガラス基板８とを互いに固定してから、シリコンウエハ２の表面側を、ダイシングソー１６を用いて、隔壁７の幅より広い切断幅で切断ラインに沿って切断することを特徴とする固体撮像素子アレイ基板の切断方法である。【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子が多面付けされたウエハ基板を、加工上取り付けたカバーグラスが自然に取り外されるように個片に断裁する方法に関する。

デジタルカメラはもちろんのこと、携帯電話、ビデオカメラ等撮像部分を備える装置には固体撮像素子からなる電子式カメラを装着することは、いまでは普通に行なわれている。その撮像用カメラは、電荷結合型（ＣＣＤ型）や相補型酸化物半導体型（ＭＯＳ型）の固体撮像素子（光電変換素子）を基本構成要素とし、その他用途に応じてレンズ、フィルター等を組み込んだ固体撮像素子モジュールとして流通している。

例えば、デジタルカメラに限定すれば、携帯電話には通常２個装着される。第一のカメラは、画素数が５００万〜１０００万程度の高精細カメラであり、通常のカメラとあまり変わらない。第二のカメラは、画素数が１０万〜３０万程度の動画専用カメラであり、主としてテレビ電話用カメラである。入力ボタンの操作により、表示画面に通話者自身もしくは通話相手の顔などを映すことができる。したがって、未通話状態では自分を写して化粧鏡がわりにも使用できる。

このカメラモジュールに使われる固体撮像素子１単体は、図１（ｂ）に示すように、光電変換素子４からなる受光部３が形成されたシリコン基板１と、その上面の受光素子面に、色分解用のカラーフィルタ５や集光用のマイクロレンズ６を数百万個の素子ごとに作りこんでいる（ＯＣＦ；On Chip Color Filter とも呼ぶ。）。場合によっては、隔壁７を設けてその上にマイクロレンズ６を覆うようにＩＲカットフィルタが、ハレーション防止用に設けられることもある。

裏面は、光電変換素子４にて得られる画像情報が電気信号に変換されて、シリコンウエハに形成される貫通電極２４内に充填もしくはその内壁を被覆する導電物質によりシリコンウエハ２の裏面に導かれ、パターン化された絶縁層と導電層によって、ＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）方式による接続端子２７に至り外部との接続を可能としている。ＢＧＡ端子からは、フリップチップ接続により、電気信号化された画像情報が外部に取り出されるようになっている。

ところで図１は固体撮像素子１が３個描かれているが、実際の作製工程では、図２に示すような直径２０〜３０ｃｍのシリコンウエハ２を用い、ウエハプロセスにより多面付けで一括加工された後、最終的にダイシング工程にて個片に断裁されて１個の固体撮像素子１となる。一般に、カメラモジュールでは、携帯電話に装着される第一カメラである場合、カメラモジュールにおける固体撮像素子１の大きさは、〜１０ｍｍ角程度であるから、直径２０ｃｍの一枚のシリコンウエハ２から３００〜４００個程度一括形成することが可能である。

シリコンウエハ(以下、単にウエハと記す。)の裏面加工は、用途がなんであれ概ね共通であるが、固体撮像素子の受光面側は、用途に応じて種々の形態を取り得、例えば別のレンズ要素がガラス板の表裏に形成されて搭載される場合もある。このような場合に、ウエハを断裁する前に、レンズ要素をウエハサイズの状態で加工する場合がある。しかしながら、基本的には図１（ｂ）に示す状態から、刃厚が２０〜３０μｍのダイシングソーを使って個片の撮像素子に断裁されてから、用途にあった後加工が施されことも多い。

固体撮像素子１は、ＯＣＦ形成のために光電変換素子４とカラーフィルタ５がアクリル樹脂からなる平坦化層２６ａ、２６ｂで被覆されており、場合によっては表面屈折率の調整用に無機のＳｉＯ層がさらにアクリル樹脂上に被覆される場合がある。加えて、カメラやビデオ装置に搭載される場合には、機器特有の保護手段で固体撮像素子全体が守られるためこれ以上の保護機構は不要である。

他方、ＯＣＦを形成後、シリコンウエハ２裏面には、ウエハの厚みを調整（バックグラインド加工）、貫通電極２４等の配線形成、ソルダーレジスト形成、等の加工が必要である。これらの加工はグラインド後のシリコンウエハ単体のままでは施すことができず、ウエハを厚めのカバーガラス８にしっかりと固定した上で施す必要がある。

簡単に言えば、バックグラインド加工後のウエハは薄すぎて真空チャックで保持ができず、貫通電極２４等の形成が難しい。また、固体撮像素子の表面が保護されていないと直接冶具に触れて物理的ダメージを被るおそれがある。あるいは、表面の凹凸により吸着ができないという問題もある。このため、加工する上では、図１（ｂ）に示すようにカバーグラス８を受光部３の上に胆持搭載せざるを得ない。ダイシングソーによるウエハ切断は、カバーガラス８を搭載したまま行われ不要なカバーガラス８を剥ぎ取るようなことは行われない。

特開２０１１−１７０１７６号公報 特開２００３−３３０１６１号公報 特開２０１０−１２９６４３号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、固体撮像素子がアレイ状に多面付け配置されたウエハの加工には不可欠であるが、アレイ基板切断後の固体撮像素子単体としては不要であるカバーガラスについて、要不要の二つの相反する要求を満足する固体撮像素子アレイ基板の切断技術の提供である。

上記課題を解決するための請求項1に記載の発明は、シリコンウエハに、固体撮像素子がマトリックス状に多面付けで製造された固体撮像素子アレイ基板を、ダイシングソーを用いて個片に断裁するにあたり、
ガラス基板に備わるマトリックス状の隔壁を、シリコンウエハー切断ラインの裏面側に接着することで、シリコンウエハー基板とガラス基板とを互いに固定してから、
シリコンウエハの表面側を、ダイシングソーを用いて、隔壁の幅より広い切断幅で切断ラインに沿って切断することを特徴とする固体撮像素子アレイ基板の切断方法としたものである。

また、請求項２に記載の発明は、前記隔壁が、ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子アレイ基板の切断方法としたものである。

また、請求項３に記載の発明は、前記隔壁が、有機樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子アレイ基板の切断方法としたものである。

本発明によれば、固体撮像素子がアレイ状に形成された固体撮像素子アレイ基板（ＯＣ
Ｆ基板）を、ダイシングソーを使って個片に断裁すると、断裁前にはカバーガラスがあったにも拘らず、カバーガラスが固体撮像素子からはずれた状態で個片に断裁されている。また、支持用のカバーガラスは、断裁されないので何回でも使い回しができるという効果がある。さらにまた、カバーガラスはあるにもかかわらず断裁されないので、断裁加工に要する時間が大幅に低減されるという効果がある。

（ａ）〜（ｃ）本発明になる固体撮像素子アレイ基板の切断工程を模式的に説明する断面視の工程図である。 ウエハ上の固体撮像素子のアレイ配置と切断位置を説明する上面視の図である。 （ａ）〜（ｃ）遮光壁を備える固体撮像素子の一例である。

本発明は、固体撮像素子がアレイ状に配置されているシリコンウエハを、ダイシングソーを使って個片に断裁するに際し、シリコンウエハの切断ラインに沿って、切断ラインの裏側にある種の部材（隔壁）を予めあてがっておいてから、表面側から前記隔壁の幅より厚い刃厚のダイシングソーによりウエハ部分をハーフカットするものである。カットされる幅は、隔壁より広いため固体撮像素子は個片ごとにばらばらになり、隔壁部材とそれを支持する部材（カバーガラス）は元の形態を保つ。
以下、図面を参照して本発明を説明する。

図１、特に（ｂ）は、シリコンウエハ２上にＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサの光電変換素子４が形成された固体撮像素子１が３個連接する様子を示す断面視の図である。１個の固体撮像素子１には、数百万個の光電変換素子４に繋がる電気配線が貫通電極２４を介してウエハ裏面の接続用電極２７まで引き出されている。接続用電極２７は、ソルダーレジストで保護されて通常のＢＧＡ（BallGrid Array）配置２９をなしている。

ウエハ２の表面側受光部３には、光電変換素子４ごとにカラーフィルタ５及びマイクロレンズ６が設けられている。カラーフィルタ５は、例えばＲＧＢに対応する３種類の着色皮膜をベイヤー配列で数百万個備えている（但し、図１では簡単のため３個しか描いていない）。マイクロレンズ６は、各画素の感度を高めるためのものであり、レンズ無しでも光電変換素子４の感度が十分に高い場合は省略することも可能である。さらに、ウエハ表面の凹凸が問題になる場合には、適宜アクリル樹脂からなる平滑化層２６ａ、２６ｂを設けている。

固体撮像装置は、数百万個の光電変換素子がマトリックス状に形成されたシリコンウエハが基本である。一般には、先行形成された光電変換素子４の表面凹凸を低減するために、先ず、ウエハ上に熱硬化型のアクリル樹脂をコーティングする。次いで加熱して０．１μｍ程度の厚さの第一の平坦化層２６ａが形成される。この平坦化層２６ａの上に、個々の光電変換素子４に対応した部位に厚さが概ね１μｍ程度の緑、赤、青の着色画素からなるカラーフィルタ５が形成される。カラーフィルタにも凹凸があるので第二の平坦化層２６ｂが形成される。

次に、光電変換素子／着色画素ごとにマイクロレンズ６を形成する。このマイクロレンズ６は、光電変換素子４の数にもよるが概ね径が１００μｍ程度である。マイクロレンズ６の形成は、第二の平坦化層２６ａの上にアクリル樹脂、フェノール樹脂、スチレン系樹脂を主体とするポジ型レジストをコーティングし乾燥して０．７〜１．０μｍの皮膜を形成する。次に、グレイスケールマスクを用いて、ステッパー露光する。その後、有機系アルカリ現像液（ＴＭＡＨ）で現像するとマイクロレンズ６が得られる。最後に、３６５ｎｍの紫外線を照射して、１６０℃程度でベークして完成する。

上記工程により、図２に示すような径が２０または３０ｃｍのシリコンウエハ２上に数百個の固体撮像素子１がアレイ状に並んだ基板１０が得られる。アレイ状に並ぶ固体撮像素子１の境界をダイシングソーにより切断して単体個片の固体撮像素子１に分離する。
固体撮像アレイ基板には、図１（ｂ）他に記載のタイプ以外に、遮光層を設けたタイプがある。これを図３（ａ）〜（ｃ）に示したが、下記の方法は同じように適用できる。
本発明は、そのために一方の面上にマトリックス状の隔壁を有するガラス基板（カバーガラス１１）を準備する必要がある。

カバーガラス１１の材質は、例えば硼ケイ酸ガラス、アルミナシリケートガラス、ソーダライムガラス等である。その大きさは、多数の固体撮像素子が作成されたシリコンウエハ２と同じ直径、例えば２０〜３０ｃｍが加工上好ましい。その厚さは、０．４ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。厚さが０．４ｍｍより薄い場合、支持体としての堅牢さに欠け、ウエハプロセスの加工製造装置に掛けられないので、この厚さより厚いことが必要であるが、あまり厚いのは意味がない。

このカバーガラスの一方の面に耐フッ酸性のレジスト膜を所定の厚みに塗布する。次いで、定法のフォトリソグラフィ法によりパターン状に開口部を形成する。レジスト膜を上から見ると格子パターンをしている。この格子パターンの形状とサイズは、シリコンウエハに別工程で作成される固体撮像素子アレイ基板のサイズとビッチと同寸法に作られている。レジストの幅は、２０〜３０μｍ程度が好ましい。

次いで、カバーガラスをフッ酸系のエッチング液にて湿式エッチングする。フッ酸系のエッチング液は、フッ酸単体よりも、フッ酸＋フッ化アンモニウム、フッ酸と硫酸、塩酸、リン酸、アンモニウム塩のいずれかとの混合系が良い。フッ酸単体に比べて、エッチング速度を増したり、エッチング面の平滑性を良くできる。いずれにしても水溶液で用いる。エッチングが終わるとレジスト膜が設けられていなかった開口部が溶解し、凹部が形成される。最後に、カバーガラスを苛性ソーダ、苛性カリ、炭酸ソーダ等のアルカリ性水溶液に接触させることで、レジスト膜を剥離する。仕上がりの深さは、ウエハに被せた時にマイクロレンズまでが収容できる深さである。このようにしてガラス製の隔壁７が備わるカバーガラス１１が得られる（図１（ａ）上段）。

また、隔壁７は支持材のガラスと異なる有機系樹脂で作成しても構わない。
隔壁の素材には、厚みが１００μｍ以上必要な場合は、ネガ型のドライフィルムを使用する。それ以下では、ネガ型の液状感光性レジストが使用できる。

マトリックス状の隔壁７を作成するには、定法のフォトリソ法が適用できる。フォトリソ法は、例えば、光硬化性樹脂と熱硬化性樹脂を含むレジストを用いる方法であって、透明基板上にレジスト皮膜を形成し、マトリックス状のフォトマスクを介して露光して、ダムとなる部分の光硬化性樹脂を選択的に硬化させる。その後、未硬化の光硬化性樹脂を除去（現像）すればよい。最後に熱硬化性樹脂を加熱硬化させて隔壁を形成する。

隔壁７の材料としては、エポキシ樹脂を主成分とした液体インキで、熱硬化性（更にＵＶ硬化性）を備える材料が好ましい。液体インキとしては、エポキシ系樹脂を主成分とする以外に、エポキシ−ウレタン系樹脂，及びイソシアネート系樹脂，シアノアクリレート系樹脂を挙げることができ、主成分の樹脂に、染料若しくは顔料の色材，比較的低分子量の溶剤可溶性樹脂，光重合性モノマー若しくはオリゴマー，光重合開始剤及び溶剤からなる感光性インキも採用できる。

隔壁を備えるカバーガラス１１を、固体撮像素子の形成されたウエハに粘着層（図示せ
ず）あるいはレジストを介して対抗させて真空吸着する（図１（ｂ）)。隔壁７は、図１（ｂ）に示すように隣接する固体撮像素子１を分割するように位置合わせをして行う。真空吸着によりカバーガラス１１と固体撮像素子アレイ基板１０のなす空間が減圧されて大気圧が加わるので２枚の基板はしっかりと固定される。

この状態で、図１(ｂ)または図２に示すようにカバーガラス１０と反対側から刃幅ｄが隔壁７の幅より広いダイシングソー１６を使って切断ライン１５にそってハーフカット切断する。刃幅の方が広いため、個々の固体撮像素子は隔壁から分離する。これにより、カバーグラスのない固体撮像素子１が得られる（図１（ｃ））。粘着層あるいはレジストは紫外線硬化タイプで、紫外線硬化で接着しても構わない。カバーガラス上の隔壁は、ハーフカットによりダメージを受けないので、カバーガラスごと何度でも再使用ができる。

また、カバーガラスで、固体撮像素子が被覆されていないと、ガラスと空気の境界の反射により光が減衰することがなくなり、ガラス（中の放射能物質）から放射線が出てノイズの原因となることがなくなり、ガラスと空気の境界の反射・屈折によって迷光が発生することもなく、ガラスがなくなった分パッケージサイズは薄くできる。さらには、撮像素子のカバーグラスからの切り離しとダイシングが同時に行われるためウエハが薄いことによる反り・割れを考慮する必要がなくなる。カバーグラスを切断する必要がないため、切断速度が上げられ、番手の大きなダイシングソーが使えてチッピングが出にくいメリットがある。

本発明は、撮像素子以外にもウエハレベル加工がなされるチップサイズパッケージにも応用できる可能性がある。

１…固体撮像素子
２…シリコンウエハ
３…受光部
４…光電変換素子
５…カラーフィルタ
５ａ…赤着色画素
５ｂ…緑着色画素
５ｃ…青着色画素
６…マイクロレンズ
７…隔壁
８…カバーガラス
１０…固体撮像素子アレイ基板（ＯＣＦ）
１１…隔壁付カバーガラス
１５…切断ライン
１６…ダイシングソー
１７…遮光層
２２…電極パッド
２３…配線
２４…貫通電極
２６…平坦化層
２６ａ…第一の平坦化層
２６ｂ…第二の平坦化層
２７…接続用電極
２９…ＢＧＡ

Claims (3)

1. シリコンウエハに、固体撮像素子がマトリックス状に多面付けで製造された固体撮像素子アレイ基板を、ダイシングソーを用いて個片に断裁するにあたり、
   ガラス基板に備わるマトリックス状の隔壁を、シリコンウエハ切断ラインの裏面側に接着することで、シリコンウエハ基板とガラス基板とを互いに固定してから、
   シリコンウエハの表面側を、ダイシングソーを用いて、隔壁の幅より広い切断幅で切断ラインに沿って切断することを特徴とする固体撮像素子アレイ基板の切断方法。
2. 前記隔壁が、ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子アレイ基板の切断方法。
3. 前記隔壁が、有機樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子アレイ基板の切断方法。