JP3827310B2

JP3827310B2 - 固体撮像装置の製造方法

Info

Publication number: JP3827310B2
Application number: JP2003035303A
Authority: JP
Inventors: 清文山本; 和弘西田; 康介高崎; 俊一保坂
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2023-02-13
Also published as: JP2004247486A

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

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。
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。
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。
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。