JP3827310B2 - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハレベルチップサイズパッケージ構造が用いられた固体撮像装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
銀塩フイルムの代わりに固体撮像装置と半導体メモリとを使用したデジタルカメラが普及している。また、固体撮像装置と半導体メモリとを組み込むことで、手軽に撮影を行なえるようにした携帯電話や、電子手帳等の小型電子機器も普及している。従来の固体撮像装置は、ウエハ上にCCD等の固体撮像素子が設けられた固体撮像素子チップをセラミック等からなるパッケージにダイボンドし、ボンディングワイヤを用いて固体撮像素子チップとパッケージの端子とを電気的に接続した後、固体撮像素子チップを封止するように、透明なガラスで形成されたガラスリッドをパッケージに取り付けている。
【0003】
デジタルカメラの小型化や小型電子機器への組み込みのために、固体撮像装置の小型化が望まれている。固体撮像装置を小型化する実装方式の一つとして、パッケージの代わりに小基板を使用するチップサイズパッケージ方式(以下、CSPと略称する)がある。このCSPを用いた固体撮像装置は、固体撮像素子チップの上に透明なガラス等からなる封止部材を接着剤等で取り付けて固体撮像素子を封止し、この固体撮像素子チップを小基板上にダイボンドし、ボンディングワイヤーによって固体撮像素子チップと小基板の端子とを電気的に接続した後、固体撮像素子チップと小基板との間を封止樹脂で封止している(例えば、特許文献1及び2参照)。
【0004】
また、CSPの中には、小基板を使用せずに、ウエハレベルで固体撮像装置の実装を完了するウエハレベルCSPという実装方式もある(例えば、特許文献3参照)。このウエハレベルCSPを用いた固体撮像装置は、固体撮像素子チップの上面に、固体撮像素子の周囲を取り囲むようにスペーサーを配し、このスペーサーの上に固体撮像素子を封止するようにカバーガラスを取り付け、固体撮像素子チップの上面、または側面や下面に接続端子を形成している。
【0005】
上記ウエハレベルCSPを用いた固体撮像装置は、カバーガラスの基材となる透明なガラス基板上に多数のスペーサーを形成して、各スペーサーの端面に接着剤を塗布し、このガラス基板を多数の固体撮像素子が形成されているウエハに貼り合わせた後に、ガラス基板とウエハとをダイシングすることにより製造されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平07−202152号公報
【特許文献2】
特開2001−257334号公報
【特許文献3】
特開2002−231921号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ガラス基板をウエハに貼り付けるためにスペーサーに塗布される接着剤の塗布厚は、非常に薄い。これは、ガラス基板をウエハに接着する際に、接着剤が固体撮像素子チップ上にはみ出してしまうのを防止するためである。そのため、ウエハやガラス基板に厚みのバラツキや反り等があった場合には、ウエハとスペーサーとの接触状態が不均一となり、カバーガラスとスペーサーとによる受光部の封止が不完全になったり、接着剤が大量にはみ出して固体撮像素子上に流れ込んでしまうことがあった。また、ガラス基板やウエハのダイシングは、被切断物やダイヤモンドカッターの加熱を防止するために冷却水をかけながら行なわれるが、カバーガラスとスペーサーとによる受光部の封止が不完全であると、この冷却水がカバーガラス内に流れ込で製品不良が発生させ、歩留りが悪化する。
【0008】
本発明は、上記問題点を解決するためのもので、スペーサーをウエハ上に均一に接着し、接着剤のはみ出しや封止不良の発生を防止することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明の固体撮像装置の製造方法は、多数の固体撮像素子が形成されたウエハと、固体撮像素子の周囲を取り囲むスペーサーが多数形成された透明基板とを接着剤で貼り合わせた後に、ウエハまたは透明基板の一方を他方に向けてエアー加圧し、このエアー加圧中に接着剤を硬化させるようにしたものである。これにより、ウエハや透明基板を破損させることなく、ウエハとスペーサーとの接着状態が均一になるように貼り合わせを行なうことができる。
【0010】
また、ウエハと透明基板とをエアー加圧する際に、ウエハと透明基板とに薄膜フイルムを被せ、この薄膜フイルムを介してエアー加圧を行なうとよい。これにより、より均一な圧力でウエハと透明基板とを加圧して貼り合わせることができる。更に、ウエハと透明基板とを貼り合わせる前に、透明基板の全面に粘着テープを貼り付けて分割してもよい。これによれば、粘着テープの柔軟性によって各スペーサーがウエハの上面に添いやすくなるので、よりウエハとスペーサーとの接着状態を均一にすることができる。
【0011】
また、ウエハと透明基板とを貼り合わせる際に、ウエハと透明基板との間を密封し、このウエハと透明基板とを圧力容器内で加圧してもよい。これによれば、ウエハと透明基板との間の気圧と、圧力容器内の気圧との圧力差によってウエハとスペーサーとが密着するため、ウエハとスペーサーとの接着状態を均一にすることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1及び図2は、本発明の製造方法によって製造されたウエハレベルCSP構造の固体撮像装置の外観形状を示す斜視図、及び要部断面図である。固体撮像装置2は、固体撮像素子3、及び固体撮像素子3と電気的に接続するための複数の接続端子4が設けられた矩形状の固体撮像素子チップ5と、固体撮像素子3を取り囲むようにチップ5上に取り付けられた枠形状のスペーサー6と、このスペーサー6の上に取り付けられて固体撮像素子3を封止するカバーガラス7とからなる。
【0013】
固体撮像素子3は、例えば、CCDからなる。このCCDの上には、カラーフイルタやマイクロレンズが積層されている。接続端子4は、例えば、導電性材料を用いて固体撮像素子チップ5の上に印刷により形成されている。また、接続端子4と固体撮像素子3との間も同様に印刷によって配線が施されている。固体撮像素子チップ5は、ウエハ上に多数の固体撮像素子3と接続端子4とが形成された後に、各固体撮像素子毎にダイシングされてなる。スペーサー6は、無機材料、例えばシリコンで形成されている。カバーガラス7には、CCDのフォトダイオードの破壊を防止するために、透明なα線遮蔽ガラスが用いられている。
【0014】
図3は、上記固体撮像装置の製造工程を示すフローチャートである。第1の工程では、図4に示すように、カバーガラス7の基材となるガラス基板10の上に、多数のスペーサー6が形成される。これらのスペーサー6は、例えば、次のような方法によって形成される。まず、ガラス基板10上にシリコン等の無機材料をスピンコート等の塗布やCVD装置等で積層し、無機材料膜を形成する。次いで、フォトリゾグラフィ技術,現像,エッチング等を用いて、無機材料膜から多数のスペーサー6を形成する。また、ガラス基板10上に無機材料膜を形成するために、ガラス基板10とシリコンウエハとを貼り合わせてもよい。更に、ガラス基板10上に無機材料を印刷して、スペーサー6を直接形成してもよい。
【0015】
第2の工程では、図5に示すように、ガラス基板10上のスペーサー6の端面に接着剤12が薄く均一に塗布される。接着剤の種類としては、硬化時の反り防止のために常温硬化型接着剤が用いられる。また、5〜10μm程度の薄い塗布厚を実現するために、0.1Pa・s〜10Pa・s程度の粘度の接着剤が使用される。
【0016】
第3の工程では、図6(B)に示すように、多数の固体撮像素子3及び接続端子4が形成されたウエハ14上にガラス基板10が貼り合わされる。なお、図7に示すように、ガラス基板10とウエハ14とは同サイズ及び同形状とされている。ガラス基板10とウエハ14との貼り合わせには、アライメント貼付け装置が使用される。図6(A)に示すように、アライメント貼付け装置は、エアー吸引孔16aからエアーを吸引してウエハ14を位置決め保持する貼り合わせテーブル16と、同様にエアー吸引孔17aからエアーを吸引してガラス基板10を保持し、ウエハ14に合わせてガラス基板10のXY方向及び回転方向の位置調整を行なう位置決めテーブル17とを備えている。
【0017】
位置決めテーブル17は、ウエハ14とガラス基板10とのオリフラ14a,10aや、適宜設けられたアライメントマーク等を利用してウエハ14とガラス基板10との位置調整を行なう。その後、位置決めテーブル17が下降してガラス基板10をウエハ14に重ね合わせ、位置決めテーブル17でガラス基板10を均一に加圧することで、ガラス基板10とウエハ14との仮貼り合わせが行なわれる。
【0018】
第4の工程では、図8に示すように、仮貼り合わせされたガラス基板10及びウエハ14が加圧装置20にセットされる。この加圧装置20は、ガラス基板10及びウエハ14が収納される基台21と、この基台21の上に取り付けられる加圧板22と、薄膜フイルム23と、加圧板22にエアーを送り込むエアーポンプ24とからなる。
【0019】
基台21及び加圧板22は、エアー圧に耐えられる強度が得られるように金属で形成されている。基台21の上面には、ガラス基板10及びウエハ14が収納される収納部21aが形成されている。この収納部21a内には、ガラス基板10とウエハ14とを加圧したエアーを加圧装置20外に逃がすためのエアー抜き通路21bが形成されている。基台21の四隅には、ネジ穴21cが形成されている。
【0020】
加圧板22の上面には、エアーポンプ24からエアーが送り込まれるパイプ26が取り付けられている。加圧板22の下面には、基台21の収納部21aに合わせた大きさの凹部22aが形成されており、この凹部22aの上部には、パイプ26を通ったエアーがいったん送り込まれるエアー分散室22bが形成されている。エアー分散室22bと凹部22aとの間の隔壁22cには、エアー分散室22bに送り込まれたエアーを均一な圧力で取り出すために、複数の開口22dが形成されている。加圧板22の下面で凹部22aの外周には、Oリング27が嵌め込まれるOリング溝22eが形成されている。また、加圧板22の四隅で基台21のネジ穴21cに対応する位置には、貫通穴22fが形成されている。
【0021】
薄膜フイルム23は、例えば、50μmの厚みを有するポリエチレンフイルムからなり、基台21の収納部21aに収納されたガラス基板10及びウエハ14に被せられるように、基台21と加圧板22との間に挟み込まれる。
【0022】
ガラス基板10及びウエハ14は、基台21の収納部21a内に収納される。その上から薄膜フイルム23が被せられ、更に加圧板22が載置される。基台21と加圧板22とは、それぞれの四隅に形成されたネジ穴21c及び貫通穴22fと、4本の締結ボルト29とを利用して封止される。その後、エアーポンプ24が作動すると、パイプ26を通ったエアーがエアー分散室22bに送り込まれ、隔壁22cに形成された複数の開口22dを通して凹部22a内に均一な圧力で噴出される。凹部22aに吹き込まれたエアーは、薄膜フイルム23を介してガラス基板10の全域を均一な圧力で押圧する。なお、ガラス基板10とウエハ14との貼り合わせのために使用されるエアー圧力は、0.05MPa〜0.3MPa程度が好ましい。
【0023】
図9に示すように、薄膜フイルム23を介してエアー加圧されたウエハ14とガラス基板10とは、互いの厚みのバラツキや反りなどに沿って僅かに変形し、スペーサー6とウエハ14との接触状態が均一になる。その後、このエアー加圧を接着剤12が硬化する所定時間維持することにより、ウエハ14に対する各スペーサー6の取り付け状態が均一となる。
【0024】
なお、基台21と加圧板22との間はOリング27によって密封されており、エアーの抜け道は基台21に形成されたエアー抜き通路21bしかないため、エアーの圧力損失は小さい。これにより、効率よくスペーサー6とウエハ14との貼り合わせを行なうことができる。
【0025】
第5の工程では、図10に示すように、ガラス基板10のダイシングが実施され、ガラス基板10から多数のカバーガラス7が形成される。このガラス基板10のダイシングは、ダイヤモンドカッター31及びガラス基板10が必要以上に加熱されないように、噴射ノズル32から冷却水が掛けられながら行なわれる。このガラス基板10のダイシング時にも、スペーサー6とウエハ14との間は接着剤12によって確実に封止されているので、冷却水がスペーサー6内に侵入することはない。
【0026】
第6の工程では、図11に示すように、ウエハ14の下面にダイシングテープ34が貼付される。その後に、ウエハ14がダイヤモンドカッター35でダイシングされ、多数の固体撮像装置2が形成される。このウエハ14のダイシング時にも噴射ノズル36から冷却水が掛けられるが、やはり冷却水がスペーサー6内に侵入することはない。
【0027】
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態と同じ部品については、同符号を用いて詳しい説明は省略する。図12(A)に示すように、第2実施形態では、ガラス基板10とウエハ14との仮貼り合わせの前に、ガラス基板10にダイシングテープ38を貼り付けて、ガラス基板10のダイシングを行なっている。その後、スペーサー6に接着剤12を塗布し、同図(B)に示すように、ダイシングテープ38に保持されたままの各カバーガラス7をウエハ14に貼り合わせ、加圧装置20の薄膜フイルム23でダイシングテープ38を介して各カバーガラス7を押圧して、スペーサー6とウエハ14とを接着している。
【0028】
この第2実施形態によれば、ウエハ14やガラス基板10の厚みのバラツキ,反りをガラス基板10よりも柔軟なダイシングテープ38が変形して吸収するため、よりスペーサー6とウエハ14との取り付け状態を均一にすることができる。その後、第1の実施形態で説明した第6工程(ウエハのダイシング)を経て、固体撮像素子2が形成される。
【0029】
次に、本発明の第3実施形態について説明する。第1の実施形態と同じ部品については、同符号を用いて詳しい説明は省略する。図13(A),(B)に示すように、本実施形態では、ガラス基板10に多数のスペーサー6を形成する際に、ガラス基板10の外周にスペーサー6と同じ突出量で幅の広い外周突条部40を形成している。そして、ガラス基板10をウエハ14に貼り合わせる際には、図14に示すように、位置決めテーブル42の端縁に形成された押圧突条42aでガラス基板10の外周、すなわち外周突条部40だけを押圧してウエハ14に貼り合わせ、ガラス基板10とウエハ14との間を完全に封止している。
【0030】
その後、図15に示すように、加圧装置44にガラス基板10及びウエハ14を収納してエアー加圧を行なう。本実施形態で使用する加圧装置44には、薄膜フイルムは用いられず、エアー抜き通路も設けられていない。すなわち、加圧装置44は、たんなる加圧容器として機能する。加圧装置44によってガラス基板10及びウエハ14に圧力を加えると、ガラス基板1とウエハ14とに密封された気圧と、圧力装置44内の気圧との差によってガラス基板10が均等に押圧され、スペーサー6がウエハ14に均一に貼り合わされる。その後、第1の実施形態の第5工程(ガラス基板のダイシング)、及び第6工程(ウエハのダイシング)を経て、固体撮像素子2が形成される。
【0031】
なお、従来の技術において説明した、特許文献1及び2のCSP型固体撮像装置では、カバーガラスと小基板との間を樹脂封止しているが、ウエハーレベルCSP型の固体撮像装置では小基板が用いられないため、樹脂封止を行なうことができない。そこで、図16に示すように、カバーガラス7の側面と、カバーガラス7とスペーサー6との接続部分と、スペーサー6と固体撮像素子チップ5との接続部分とに樹脂を塗布して樹脂封止部46を形成してもよい。これにより、ウエハレベルCSP型固体撮像装置の密封性をより向上させることができる。
【0032】
樹脂封止に用いるプラスチックとしては、エポキシ系,オキセタン系,シリコン系,アクリル系等が適しているが、所望の封止領域を形成でき、水分等の侵入を防いで高信頼性を得られるプラスチックであれば、その他のプラスチックを用いてもよい。また、樹脂封止を行なうタイミングとしては、ガラス基板10のダイシング後でもよいし、ウエハ14のダイシング後にダイシングテープ34から各固体撮像装置2が取り外される前に実施するようにしてもよい。
【0033】
【発明の効果】
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、ウエハと透明基板とを破損させることなく、ウエハとスペーサーとの接触状態が均一になるように貼り合わせを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を用いて製造される固体撮像装置の構成を示す外観斜視図である。
【図2】固体撮像装置の構成を示す要部断面図である。
【図3】固体撮像装置の製造手順を示すフローチャートである。
【図4】第1工程において多数のスペーサーが形成されたガラス基板を示す要部断面図である。
【図5】第2工程においてスペーサー上に接着剤が塗布されたガラス基板を示す要部断面図である。
【図6】第3工程のガラス基板とウエハとの仮貼り合わせを示す要部断面図である。
【図7】ガラス基板とウエハとの外観形状を示す斜視図である。
【図8】加圧装置の構成を示す要部断面図である。
【図9】第4工程のガラス基板とウエハとの加圧貼り合わせを示す要部断面図である。
【図10】第5工程のガラス基板のダイシングを示す要部断面図である。
【図11】第6工程のウエハのダイシングを示す要部断面図である。
【図12】ガラス基板をダイシングした後にウエハに貼り合わせるようにした本発明の第2の実施形態を示す要部断面図である。
【図13】本発明の第3の実施形態に用いられるウエハを示す要部断面図及び上面図である。
【図14】第3の実施形態におけるガラス基板とウエハとの仮貼り合わせを示す要部断面図である。
【図15】第3の実施形態におけるガラス基板とウエハとの加圧貼り合わせを示す要部断面図である。
【図16】カバーガラスとスペーサーとの外周を樹脂封止した本発明の第4の実施形態の固体撮像装置の要部断面図である。
【符号の説明】
2 固体撮像装置
3 固体撮像素子
4 接続端子
5 固体撮像素子チップ
6 スペーサー
7 カバーガラス
10 ガラス基板
12 接着剤
14 ウエハ
20,44 加圧装置
23 薄膜フイルム
38 ダイシングテープ
40 外周突条部
46 樹脂封止部

Claims (4)

  1. 多数の固体撮像素子が形成されたウエハの上に、固体撮像素子の周囲を取り囲むスペーサーが多数形成された透明基板を接着剤で貼り合わせ、各固体撮像素子に合わせて透明基板とウエハとを分割することにより、ウエハから分割されてなる固体撮像素子チップの上面がスペーサーと透明基板とで封止される固体撮像装置の製造方法において、
    前記ウエハと透明基板とを貼り合わせた後に、ウエハまたは透明基板の一方を他方に向けてエアー加圧し、このエアー加圧中に接着剤を硬化させることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
  2. 前記貼り合わされたウエハ及び透明基板の上に薄膜フイルムを被せ、この薄膜フイルムを介してエアー加圧を行なうことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置の製造方法。
  3. 前記ウエハと透明基板とを貼り合わせる前に、該透明基板の全面に粘着テープを貼り付け、各固体撮像素子に合わせて分割することを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像装置の製造方法。
  4. 前記ウエハと透明基板とを貼り合わせる際に、ウエハと透明基板との間を密封し、このウエハと透明基板とを圧力容器内で加圧してウエハとスペーサーとを密着させることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置の製造方法。
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