JP2016131228A - 固体撮像装置の製造方法、及びガラスウェハ - Google Patents

Abstract

【課題】シリコンウェハ上に機能性ガラスチップを位置や高さのずれが発生しないように貼り合わせる。
【解決手段】サポートガラス（１０）の表面に第１接着剤（１１）を塗布し、機能性ガラス（１２）を第１接着剤上に位置決めすることで、サポートガラス上に機能性ガラスを搭載したガラスウェハを作製する。また、シリコンウェハ（２０）の表面に配置されている固体撮像素子（２１）の周囲に第２接着剤（２２）を塗布し、機能性ガラスの表面中央部が固体撮像素子と対向し且つ機能性ガラスの表面周辺部が第２接着剤上に接着するようにガラスウェハとシリコンウェハとを貼り合わせることで、サポートガラスと機能性ガラスとシリコンウェハとを持つ３層構造ウェハを作製する。そして、３層構造ウェハからサポートガラスを剥離する。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄型の固体撮像装置の製造方法、及び当該製造方法に用いられるガラスウェハに関する。

イメージセンサ等の薄型の固体撮像装置のパッケージとして、従来はシリコン（Ｓｉ）ウェハを賽の目状に裁断して個片化（ダイシング）した後の個々のベアチップをパッケージ化していたが、近年はシリコンウェハの段階で外部端子や樹脂封止を行い、ベアチップのサイズに近い外形寸法を実現したＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）へ移行しつつある。但し、薄型の固体撮像装置のパッケージの製造技術は、半導体部分の製造プロセス、カラーフィルタやマイクロレンズの生成等において、一般的な半導体パッケージの製造技術とは異なる部分が多い。そのため、一般的な半導体パッケージの製造技術をそのまま転用することはできない。

薄型の固体撮像装置のパッケージにおいては、素子の信頼性向上のためにセンサ基板の受光面側を封止する必要がある。このために、センサ基板上の受光領域を避けた領域に、スペーサとして機能する枠状のダム（ＤＡＭ：隔壁部）を形成し、このダムにカバーガラスを貼り付けるようにしている（特許文献１、２参照）。カバーガラスは、ダムと共に、シリコンウェハ上の素子を密封・封止するために使用され、また、製造プロセス中において研磨（バックグラインド：ＢＧ）用のサポートガラスとして兼用されていた。

特開２０１０−４０６７２号公報 特表２００３−５１６６３４号公報

カバーガラスは、プロセス流動やモジュール組立時に必要であるが、感度を落とす一因や、低背化の阻害要因ともなっており、性能的には不要である。本来であれば、シリコンウェハに対してカバーガラスではなく機能性ガラスを直に搭載（マウント）するのが望ましい。
なお、機能性ガラスは、収率や熱膨張の問題があり、ウェハ型のまま搭載すれば収率の低下やウェハの反りが発生する。しかし、チップ化した機能性ガラス（機能性ガラスチップ）を直接シリコンウェハに搭載する場合、接着剤の硬化が完了するまでの間、格子状のパターンに対して機能性ガラスチップを保持した状態で、紫外線（ＵＶ）や熱等により接着剤を硬化させ続ける必要があるため、面精度やＺ方向（高さ方向）精度が低くなる傾向にある。

また、機能性ガラスチップを個別に搭載するため、接着状態が均一ではなく、ばらつきが発生する。特に、機能性ガラスチップを載せている接着剤にタック性（粘着性）がなければ、機能性ガラスチップの位置ずれが発生してしまう。
本発明の目的は、サポートガラス上に機能性ガラスチップを固定したガラスウェハを作製して、ガラスウェハとシリコンウェハとを貼り合わせることで、シリコンウェハ上に機能性ガラスチップを位置や高さのずれが発生しないように貼り合わせ、その後にサポートガラスを剥離する固体撮像装置の製造方法、及び当該製造方法に用いられるガラスウェハを提供することである。

本発明の一態様に係る固体撮像装置の製造方法では、サポートガラスの表面に第１接着剤を塗布し、機能性ガラスを第１接着剤上に位置決めすることで、サポートガラス上に機能性ガラスを搭載したガラスウェハを作製する。また、シリコンウェハの表面に配置されている固体撮像素子の周囲に第２接着剤を塗布し、機能性ガラスの表面中央部が固体撮像素子と対向し且つ機能性ガラスの表面周辺部が第２接着剤上に接着するようにガラスウェハとシリコンウェハとを貼り合わせることで、サポートガラスと機能性ガラスとシリコンウェハとを持つ３層構造ウェハを作製する。そして、３層構造ウェハからサポートガラスを剥離する。
本発明の一態様に係るガラスウェハは、サポートガラスの表面に塗布された接着剤上に指定ピッチで機能性ガラスが搭載されている。

本発明の一態様によれば、サポートガラス上に機能性ガラスチップを固定したガラスウェハを作製して、ガラスウェハとシリコンウェハとを貼り合わせることで、シリコンウェハ上に機能性ガラスチップを位置や高さのずれが発生しないように貼り合わせ、その後にサポートガラスを剥離することができる。これにより、カバーガラスを不要とし、製造プロセス中にサポートガラスを除去することや、機能性ガラスを薄化搭載することが可能となり、カメラモジュールの薄化や機能向上に寄与することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法においてサポートガラスに機能性ガラスチップを搭載する工程フローについて説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法においてシリコンウェハにサポートガラスを重ね合わせて機能性ガラスチップを接着する工程フローについて説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法においてシリコンウェハに機能性ガラスチップを接着した後の工程フローについて説明するための図である。 サポートガラスに機能性ガラスチップを搭載したガラスウェハの上面イメージ図である。

＜実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１（ａ）に示すように、サポートガラス１０の表面に仮貼り用接着剤１１を塗布する。例えば、サポートガラス１０の表面に、ラミネート若しくはスピンコートにより仮貼り用接着剤１１を塗布する。サポートガラス１０は、加工時の支持体として機能する。サポートガラス１０となる板材には、ガラス、石英若しくは透明樹脂やこれらの複合材といった透明材料が適宜用いられる。ここでは、サポートガラス１０は、ウェハ状（円盤状）であるものとする。仮貼り用接着剤１１は、タック性（粘着性）のある樹脂であり、粘着した状態のまま硬化しないもの、すなわち剥離のための特別な処理が不要であるものが好ましい。仮貼り用接着剤１１は、耐熱性を有し、且つ、剥離時に糊残りなく剥離可能な凝集力を有する粘着剤により形成されるものであれば特に制限されない。なお、実際には、仮貼り用接着剤１１は、一時的な接着剤として、硬化した後でも熱や溶液等を加えることにより軟化又は溶解して剥離可能となる樹脂でも良い。また、必要であれば、仮貼り用接着剤１１は、紫外線（ＵＶ）や可視光領域の光透過性を有していても良い。

仮貼り用接着剤１１の材料としては、例えば、ゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤等が挙げられる。上記アクリル系粘着剤としては、粘着性を与える低Ｔｇ（ガラス転移点）のモノマーを主モノマーとし、接着性や凝集力を与える高Ｔｇのコモノマー、架橋や接着性改良のための官能基含有モノマー等のモノエチレン性不飽和モノマー等を共重合させて得られるアクリル系ポリマーが用いられる。また、所定の操作により粘着性が減少する粘着剤の採用も可能であり、紫外線又は熱を加えることによって発泡する発泡剤、若しくは紫外線又は熱を加えることにより硬化して粘着性が低下する材料を含む仮貼り用接着剤１１でも良い。

なお、仮貼り用接着剤１１を用いた理由は、通常の接着剤では、接着する機能性ガラスに接着剤が残ってしまい、固体撮像装置の性能（感度）に影響が発生する可能性や、剥離できずに機能性ガラスやシリコンウェハの破損を引き起こす可能性があるためである。
図１（ｂ）に示すように、仮貼り用接着剤１１が塗布されたサポートガラス１０の表面に、機能性ガラスチップ１２を指定ピッチで搭載（マウント）する。例えば、仮貼り用接着剤１１の上に機能性ガラスチップ１２を仮貼り合わせして位置決めすることで、機能性ガラスチップ１２を固定する。機能性ガラスチップ１２は、チップ化した機能性ガラスである。機能性ガラスチップ１２には、光学膜が形成されているものもある。このとき、サポートガラス１０の表面周辺部（表面の端側）には、機能性ガラスチップ１２を搭載しないようにする。この工程により、サポートガラス１０の表面に指定ピッチで機能性ガラスチップ１２を搭載したガラスウェハを作製する（図４参照）。先に機能性ガラス付きのガラスウェハを作製することで、従来の貼り合わせ工程、接着剤樹脂材料がそのまま使用できるため、製造ラインに複雑な装置機構の追加は不要である。また、機能性ガラスチップ１２は、既に面精度が出ているサポートガラス１０や仮貼り用接着剤１１に搭載されており、機能性ガラスチップ自体の面精度も良い。

図１（ｃ）に示すように、仮貼り用接着剤１１が塗布されたサポートガラス１０（上記のガラスウェハ）の表面周辺部に、外周封止樹脂（ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ）１３を設ける。外周封止樹脂１３を設けることで、プロセス中の薬液浸入を防ぐことや、後述する研磨時のシリコンウェハ２０の機械的強度の向上が期待できる。外周封止樹脂１３の材料は、例えばエポキシ樹脂等である。外周封止樹脂１３として要求される機能は、薬液耐性、仮貼り用接着剤１１と接着する接着性、紫外線（ＵＶ）又は熱にて硬化する硬化性等である。

例えば、仮貼り用接着剤１１の上に外周封止樹脂１３を仮貼り合わせして固定する。このとき、サポートガラス１０の表面から外周封止樹脂１３の頂部又は上面までの高さは、サポートガラス１０の表面から機能性ガラスチップ１２の表面（上面）までの高さに合わせる。ここでは、サポートガラス１０の表面周辺部に外周封止樹脂１３を３つ（三重に）設ける。例えば、外周封止樹脂形成装置等により、外周封止樹脂１３を上記のガラスウェハの外周に沿って設ける。外周封止樹脂１３は、ウェハの外周に沿って等間隔に設けられた部品又は突起部でも良いし、ウェハの外周に沿って形成された円状の部品又は隆起部でも良い。これらの外周封止樹脂１３は、後の工程でサポートガラス１０上の機能性ガラスチップ１２とシリコンウェハ２０とを貼り合わせる際の位置決めの基準の一つとして使用しても良い。

図２（ａ）に示すように、シリコンウェハ２０の表面に、固体撮像素子２１を形成する。固体撮像素子２１は、光検出器（フォトダイオード）と、電荷結合素子（ＣＣＤ）又は相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）を組み合わせたセンサである。一般的に、固体撮像素子２１上には、オンチップカラーフィルタ（ＯＣＦ）が形成されている。オンチップカラーフィルタ（ＯＣＦ）は、可視光のうち特定の波長域を通過させて他の波長域を阻止するカラーフィルタと、入射光の進路を変える光学素子とを有する。例えば、光学素子は、レンズ効果により光の進路を変えるマイクロレンズである。固体撮像素子２１と光学素子は１対１で対応している。１つの光学素子が受けた入射光は、カラーフィルタを通して、１つの固体撮像素子２１に届く。このとき、シリコンウェハ２０の表面周辺部には、固体撮像素子２１を形成しないようにする。

図２（ｂ）に示すように、シリコンウェハ２０の表面に、接着性を有する光硬化性樹脂（光硬化性接着剤）で、スペーサとして機能するダム（ＤＡＭ：隔壁部）２２を形成する。ここでは、ダム２２として、サポートガラス１０の表面に指定ピッチで搭載された個々の機能性ガラスチップ１２に対応するように、固体撮像素子２１が形成された領域を囲む枠状の機能性ガラスチップ用ダム２２ａを形成する。また、サポートガラス１０の表面周辺部に設けられた外周封止樹脂１３に対応するように、シリコンウェハ２０の表面周辺部に外周封止樹脂用ダム２２ｂを形成する。例えば、ダム形成装置等により、機能性ガラスチップ用ダム２２ａを格子状に形成し、外周封止樹脂用ダム２２ｂをシリコンウェハ２０の外周に沿って形成する。ここで、シリコンウェハ２０の表面の外周封止樹脂用ダム２２ｂの配置は、ガラスウェハの表面の外周封止樹脂１３の配置に対応している。

これらのダム２２は、例えば黒色樹脂からなる接着剤で、スクリーン印刷により数十μｍの厚さに形成される。ダム２２の材料は、エポキシ系樹脂を主成分とし、黒色顔料（黒色フィラー）を含有した液体インクで、光硬化性を備える材料である。特に、紫外線（ＵＶ）硬化性を備える材料が好ましい。若しくは、熱硬化性を備える材料でも良い。ここでは、紫外線（ＵＶ）硬化性を備える材料を例に説明する。黒色顔料としては、３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の近紫外線域に対する透過率がカーボンブラックよりも高く、且つ６００ｎｍ以上の可視光域に対する透過率がカーボンブラックよりも低いチタンブラックも好適に採用できる。このような液体インクをダム２２のパターンに印刷した後に、紫外線（ＵＶ）の照射により硬化させる。液体インクとしては、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る。また、液体インクの主成分の樹脂として、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クも採用できる。

図２（ｃ）に示すように、サポートガラス１０とシリコンウェハ２０とを対向させることで、サポートガラス１０の表面に搭載された機能性ガラスチップ１２と、シリコンウェハ２０の表面に形成されたダム２２とを貼り合わせる。ここでは、貼り合わせ装置等により、ＸＹＺ軸からなる３次元空間の直交座標系において、サポートガラス１０又はシリコンウェハ２０の前後左右上下方向の位置及び角度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ）を制御し、機能性ガラスチップ１２とシリコンウェハ２０との間のキャビティの高さを保ったまま、ダム２２が硬化するまで、機能性ガラスチップ１２の表面周辺部にダム２２が接触した状態を維持し続ける。なお、貼り合わせ装置は、チップマウンタ（表面実装機）でも良い。

上記のように、図２に示す工程では、加工されたシリコンウェハ２０に、ＵＶ型接着剤を格子状等に塗布することでダム２２を形成する。そして、図１に示す工程で作製したガラスウェハと、加工されたシリコンウェハ２０とを、ウェハ貼りあわせ装置によりキャビティの高さを制御しつつ、機能性ガラスチップ１２の表面中央部が固体撮像素子２１と対向し且つ機能性ガラスチップ１２の表面周辺部がダム２２の上に接着するように貼り合わせる。例えば、ガラスウェハとシリコンウェハ２０とを貼り合わせるとき、機能性ガラスチップ１２とシリコンウェハ２０との間のキャビティの高さ（ダム２２の高さ）が固体撮像素子２１の高さ以上になるように制御して貼り合わせる。これにより、サポートガラス１０、機能性ガラスチップ１２、シリコンウェハ２０の３層構造を持ったウェハを作製する。

３層構造ウェハ作製により、中間層の機能性ガラスチップ１２はサポートガラス１０としての機械強度が不要となり、薄化、機能性に特化できる。また、シリコンウェハ２０との熱膨張差を考慮する必要が無くなる。
図３（ａ）に示すように、サポートガラス１０とシリコンウェハ２０とを貼り合わせた後、シリコンウェハ２０の表面（固体撮像素子２１が形成された面）と反対側の裏面において、シリコンウェハ２０を薄化し、再配線層（ＲＤＬ）３０とはんだバンプ３１を形成する。

ここでは、サポートガラス１０とシリコンウェハ２０とを貼り合わせた後、シリコンウェハ２０の裏面を研磨（バックグラインド：ＢＧ）してシリコンウェハ２０を薄化する。シリコンウェハ２０を薄化した後、研磨した裏面に対して、ＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ：シリコン貫通電極）加工を施し、貫通電極を形成する。貫通電極は、シリコンウェハ２０の内部を垂直に貫通する電極である。例えば、貫通電極として、シリコンウェハ２０の裏面から表面にかけて貫通孔を形成し、その貫通孔に金属を充填し、シリコンウェハ２０の裏面において貫通孔の開口部に電極端子（パッド）を形成する。その後、シリコンウェハ２０の裏面の貫通電極（貫通孔の開口部に形成された電極端子）に対して再配線層３０を形成し、再配線層３０上の接続部に半球状のはんだバンプ３１を形成する。

図３（ｂ）に示すように、はんだバンプ３１を形成した後、シリコンウェハ２０からサポートガラス１０を剥離（デボンディング）して完全に除去する。例えば、仮貼り用接着剤１１を軟化、溶解若しくは破壊し、又は強制的に、シリコンウェハ２０からサポートガラス１０を剥離する。剥離の際、仮貼り用接着剤１１は機能性ガラスチップ１２に付着したままでも良い。この場合、仮貼り用接着剤１１は後で機能性ガラスチップ１２から除去すれば良い。光学特性の悪いサポートガラス１０を剥離することから、光学特性が向上することが期待できる。また、機能性ガラスチップ１２の薄化が期待できることから、パッケージの薄化が可能となり、カメラモジュールの薄化も期待できる。

例えば、仮貼り用接着剤１１として、紫外線を加えることによって発泡する発泡剤、若しくは紫外線を加えることにより硬化して粘着性が低下する材料を含む接着剤を用いた場合には、紫外線（ＵＶ）照射を行って、粘着部の粘着力を弱くした後、シリコンウェハ２０からサポートガラス１０を剥離する。
その後、剥離したサポートガラス１０を廃棄する。但し、実際には、剥離したサポートガラス１０を保管しておき、別のシリコンウェハ２０の製造プロセスで再利用しても良い。同じ種類のチップの製造プロセスであれば、サポートガラス１０は再利用可能であると考えられる。また、サポートガラス１０はキズがついても使用できることから、収率向上、リサイクルが可能となる。例えば、サポートガラス１０に仮貼り用接着剤１１を塗布し直して再利用する。

図３（ｃ）に示すように、シリコンウェハ２０からサポートガラス１０を剥離した後、シリコンウェハ２０を個片化（ダイシング）する。ここでは、シリコンウェハ２０からサポートガラス１０を剥離した後、シリコンウェハ２０の表面側（機能性ガラスチップ１２及び外周封止樹脂１３が存在する側）をダイシングテープ４０に貼り付けて固定し、個片化可能な単位（ベアチップ単位）毎に、シリコンウェハ２０の裏面側からダイシングテープ４０の直前までダイシングソー５０で切削して切り出し、チップ化する。例えば、ダム２２の配置箇所に合わせてダイシングソー５０で切削する。実際には、ダイシングソー５０の代わりにレーザ等を用いても良い。

上記のように、図３に示す工程では、シリコンウェハ２０に対してＣＳＰ化するための加工を施した後、シリコンウェハ２０からサポートガラス１０を分離し、機能性ガラスチップが搭載されたシリコンウェハ２０を取り出す。そして、シリコンウェハ２０をダイシングテープ４０に貼り付けて固定し、個片化加工を行う。このとき、通常の個片化（ダイシング）及び位置決め（ピックアンドプレイス）が可能であることから、既存設備での個片化が可能である。

本発明の一実施形態によれば、従来の製造プロセスにおいて必要であったカバーガラスを不要とし、なおかつサポートガラスを製造プロセス中に剥離することが可能になり、機能性ガラスチップを搭載したウェハのみを個片化することが可能となる。そのため、シリコンウェハの薄化が期待できることから、ＣＳＰ及びカメラモジュールの低背化も期待できる。

また、製造プロセスにおいてサポートガラスを剥離するため、最終製品において光学特性の悪いサポートガラスが不要となることから、光学特性が向上することが期待できる。なお、サポートガラスはキズがついても使用（再利用）できることから、収率向上、リサイクルが可能となる。
また、先に機能性ガラス付きのガラスウェハを作製することで、従来の貼りあわせ工程、接着剤樹脂材料がそのまま使用できるため、製造ラインに複雑な装置機構の追加は不要である。個片化の際にガラスを切る必要が無いため、個片化が容易になり、ダイシングブレードの長寿命化、低チッピング化が期待できる。更に、個片化の後に取り出された機能性ガラス付きＣＳＰチップは、イメージセンサ面を機能性ガラスで封止したＣＳＰとして供給可能であり、クリーンルーム外でも開封可能となる。
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、実際には、上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。

１０… サポートガラス
１１… 仮貼り用接着剤
１２… 機能性ガラスチップ（チップ化した機能性ガラス）
１３… 外周封止樹脂（ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ）
２０… シリコンウェハ
２１… 固体撮像素子
２２… ダム（ＤＡＭ：隔壁部）
２２ａ… 機能性ガラスチップ用ダム
２２ｂ… 外周封止樹脂用ダム
３０… 再配線層（ＲＤＬ）
３１… はんだバンプ
４０… ダイシングテープ
５０… ダイシングソー

Claims (6)

1. サポートガラスの表面に第１接着剤を塗布し、機能性ガラスを前記第１接着剤上に位置決めすることで、前記サポートガラス上に前記機能性ガラスを搭載したガラスウェハを作製し、
   シリコンウェハの表面に配置されている固体撮像素子の周囲に第２接着剤を塗布し、前記機能性ガラスの表面中央部が前記固体撮像素子と対向し且つ前記機能性ガラスの表面周辺部が前記第２接着剤上に接着するように前記ガラスウェハと前記シリコンウェハとを貼り合わせることで、前記サポートガラスと前記機能性ガラスと前記シリコンウェハとを持つ３層構造ウェハを作製し、
   前記３層構造ウェハから前記サポートガラスを剥離することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
2. 前記第１接着剤として、前記サポートガラスと前記機能性ガラスとを一時的に貼り合わせるための仮貼り用接着剤を使用し、
   前記第２接着剤として、前記機能性ガラスの表面周辺部が接着する隔壁部を前記固体撮像素子の周囲に形成するための紫外線又は熱硬化性接着剤を使用し、
   前記ガラスウェハと前記シリコンウェハとを貼り合わせるとき、前記隔壁部の高さが前記固体撮像素子の高さ以上になるように制御して貼り合わせる請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
3. 前記３層構造ウェハから前記サポートガラスを剥離した後、前記機能性ガラスが付いた前記シリコンウェハをダイシングテープに貼り付けて個片化する請求項１又は請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
4. 前記ガラスウェハの表面周辺部に外周封止樹脂を設け、
   前記シリコンウェハの表面周辺部に前記外周封止樹脂用の前記第２接着剤を塗布し、
   前記ガラスウェハと前記シリコンウェハとを貼り合わせるとき、前記外周封止樹脂を前記第２接着剤上に接着させることで、前記機能性ガラスと前記固体撮像素子との位置合わせを行う請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の固体撮像装置の製造方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の固体撮像装置の製造方法で使用されるガラスウェハ。
6. サポートガラスの表面に塗布された接着剤上に指定ピッチで機能性ガラスが搭載されていることを特徴とするガラスウェハ。

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