JP3955541B2

JP3955541B2 - 固体撮像装置の製造方法

Info

Publication number: JP3955541B2
Application number: JP2003086335A
Authority: JP
Inventors: 能久根岸; 弘前田; 和弘西田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004296738A

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。そのため、固体撮像装置の小型化が望まれている。
【０００３】
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チップサイズパッケージ構造（以下、ウエハレベルＣＳＰと略称する）がある（例えば、特許文献１参照）。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カバーガラスを取り付けて固体撮像装置を形成している。
【０００４】
上記固体撮像装置の後工程は、次のようにして行なわれる。まず、カバーガラスの基材となる透明なガラス基板に、スペーサーの基材となる無機材料基板、例えばシリコンウエハ（以下、スペーサ用ウエハと呼称する）を接着剤等で貼り合わせる。このスペーサ用ウエハに、フォトリソグラフィを用いてスペーサーの形状のレジストマスクを形成し、レジストマスクで覆われていない部分をエッチングする。これにより、ガラス基板上に多数のスペーサーが形成される。各スペーサーの端面に接着剤を塗布し、多数の固体撮像素子が形成されているチップ用ウエハにガラス基板を貼り合わせる。その後、ガラス基板とウエハとをダイシングすることで、多数のウエハレベルＣＳＰ構造の固体撮像装置が完成する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２３１９２１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
エッチングによってスペーサーが形成された後のガラス基板とスペーサーの裏面には、レジストマスクと接着剤とが残留している。これらの残留有機物は、ガラス基板とチップ用ウエハとを貼り合わせる前に除去しなければならない。カバーガラスは、固体撮像素子の受光を妨げないように清浄であることが求められる。そのため、残留有機物の除去方法によってはガラス基板に傷や汚れがつくため、ガラス基板の清浄工程を工夫する必要がある。この清浄工程は、固体撮像装置の製造工数及びコストを増加させる。上記特許文献１には、ガラス基板からレジストマスクと接着剤とを除去する方法が開示されておらず、接着剤とレジストマスクとの除去後にガラス基板を清浄な状態で維持できる方法の開発が望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためのもので、残留有機物の除去後の清浄作業が不用となる固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の固体撮像装置の製造方法は、多数のスペーサーが形成された透明基板から接着剤とマスクとを除去する際に、アッシング、又はウエット処理を使用するようにしたものである。これによれば、残留有機物を効率よく除去し、かつ除去後の清浄作業を必要としないため、製造工数及びコストを低減することができる。また、アッシングによって残留有機物の除去を行なう場合には、アッシング適性の高い接着剤を用いる。
【０００９】
【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が設けられた矩形状の固体撮像素子チップ４と、固体撮像素子３を取り囲むようにチップ４上に取り付けられた枠形状のスペーサー５と、このスペーサー５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６とからなる。
【００１０】
固体撮像素子チップ４は、矩形のシリコン基板４ａと、このシリコン基板４ａ上に形成された固体撮像素子３と、固体撮像装置２が組み込まれる電子機器との接続に用いられる複数個の接続端子８とからなる。この固体撮像素子チップ４は、チップ用ウエハ上に多数の固体撮像素子３及び接続端子８を形成し、ウエハを各固体撮像素子３毎にダイシングして形成される。シリコン基板４ａの厚みは、例えば３００μｍ程度となる。
【００１１】
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８は、例えば、導電性材料を用いてシリコン基板４ａの上に印刷により形成されている。接続端子８と固体撮像素子３との間は、シリコン基板４ａ上に形成された配線層により接続されている。スペーサー５は、無機材料、例えばシリコンで形成されており、幅寸法が例えば２００μｍ程度、厚みが１０〜２００μｍ程度とされる。カバーガラス６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、又は自身からα線を発生しないガラスが用いられている。カバーガラス６は、固体撮像装置２を補強する機能も有しており、例えば５００μｍ程度の厚みとされる。
【００１２】
図３は、上記固体撮像装置の後工程を示すフローチャートであり、「ガラス基板上へのスペーサーの形成（第１工程）」、「ガラス基板とチップ用ウエハとの貼り合わせ（第２工程）」、「ダイシング（第３工程）」からなる。図４は、第１工程の第１〜第５ステップを示すフローチャートである。図５（Ａ）に示すように、第１ステップでは、カバーガラス６の基材となるウエハ状のガラス基板１０と、スペーサー５の基材となるスペーサ用ウエハ１１とが接着剤１２によって貼り合わされる。
【００１３】
ガラス基板１０とスペーサ用ウエハ１１には、厚めのもの（例えば、スペーサ用ウエハ１１の場合、φ６インチサイズのシリコンウエハであればｔ６２５μｍの標準ウエハ）が使用される。そして、両者を貼り合わせた後に、第２ステップにおいて研削，研磨することで、必要な厚みのガラス基板１０とスペーサ用ウエハ１１とを得ることができる。これにより、材料コストを抑えることができ、かつハンドリング性を向上させることができる。
【００１４】
接着剤１２は、スピンコート法などを用いてガラス基板１０に薄く（例えば、ｔ１０μｍ以下）均一に塗布する必要があるため、５００ｃｐｓ以下の低粘度なものが好ましい。接着剤１２の種類としては、熱硬化型（常温型）やＵＶ硬化型等がポピュラーである。しかし、α線遮蔽機能を有するガラス基板１０は、シリコンからなるスペーサ用ウエハ１１と熱膨張係数が異なるため、接着剤１２の加熱硬化時にガラス基板１０やスペーサ用ウエハ１１に反りや破損が生じることがある。そのため、本実施形態では、接着剤１２としてＵＶ硬化型接着剤を用いている。このＵＶ硬化型接着剤は、ガラス基板１０側から紫外線を照射して硬化させることができるので、短時間でガラス基板１０とスペーサ用ウエハ１１とを貼り合わせることができる。
【００１５】
また、ガラス基板１０とスペーサ用ウエハ１１との貼り合わせに用いる接着剤１２の選択基準として、除去適性を挙げることもできる。詳しくは第５ステップで説明するが、本実施形態では、アッシングによってガラス基板１０上に残った不用な接着剤１２を除去するようにしている。そのため、アッシングによって除去しやすい接着剤として低分子量の接着剤を選択することも、固体撮像装置２の製造効率化に対して有効である。
【００１６】
また、低分子量の接着剤以外でアッシングによる除去効率のよい接着剤としては、Ｃ＝Ｃ結合を含まない、又は結合割合の少ない接着剤を選択することができる。これは、Ｃ＝Ｃの結合力は、酸素プラズマによる分解エネルギーでも断ち切ることが容易ではないためである。
【００１７】
ガラス基板１０とスペーサ用ウエハ１１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。アライメント貼付け装置は、スピンコート法を用いてガラス基板１０の上面に接着剤１２を塗布し、このガラス基板１０上に、オリフラによってＸＹ方向及び回転方向の位置調整が行なわれたスペーサ用ウエハ１１を重ね合わせ、その後にガラス基板１０から紫外線を照射して接着剤１２を硬化させる。
【００１８】
なお、ガラス基板１０とスペーサ用ウエハ１１との貼り合わせの際に、両者の間に気泡や空隙が生じてはならない。これは、接着剤１２の層はガラス基板１０とスペーサ用ウエハ１１とを貼り合わせるだけではなく、固体撮像素子３を確実に封止するという機能をも果たさなければならないためである。そのため、アライメント貼付け装置は、ガラス基板１０とスペーサ用ウエハ１１との貼り合わせを、減圧〜真空状態（例えば、１０Ｔｏｒｒ以下）の作業環境を形成することのできるチャンバー内で実施する。また、ガラス基板１０とスペーサ用ウエハ１１との貼り合わせには、接着剤や介在物を全く使用しない陽極接合，フュージョン接合，直接接合，常温接合等を用いてもよい。
【００１９】
図５（Ｂ）に示すように、第２ステップでは、貼り合わされたガラス基板１０とスペーサ用ウエハ１１との厚み寸法を薄くする研削，研磨が行なわれる。なお、完成後の厚みのガラス基板１０及びスペーサ用ウエハ１１を使用することもでき、この場合には、研削，研磨を目的とする第２ステップを省略することができる。
【００２０】
図５（Ｃ）に示すように、第３ステップでは、スペーサ用ウエハ１１の上面にレジストマスク１５が作成される。このレジストマスク１５の作成は、周知のフォトリソグラフィ技術が用いられる。まず、スペーサ用ウエハ１１の上に未露光のレジストが塗布される。次いで、スペーサー５のパターンが形成された露光マスクを介してレジストを露光し、現像処理する。これにより、スペーサ用ウエハ１１の上には、スペーサー５の形状をしたレジストマスク１５が多数形成される。
【００２１】
なお、レジストマスク１５の厚みとしては、第４ステップのドライエッチングでスペーサ用ウエハ１１を貫通エッチングする際に、レジストマスク１５そのものがエッチングガスで消耗されないだけの厚みを形成しておく必要がある。また、このレジストマスク１５の作成時には、スペーサー５のパターンだけではなく、アライメントマークや、ウエハの外周に設けられる外周リングのレジストパターンも形成される。
【００２２】
図５（Ｄ）に示すように、第４ステップでは、エッチングによってガラス基板１０上に多数のスペーサー５が形成される。スペーサー５の作成に使用できるエッチング方法としては、例えば、異方性ドライエッチングがあり、塩素系又はフッ素系のエッチングガスを使用することができる。異方性ドライエッチングを行なう装置としては、平行平板型のＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）が一般的であるが、スペーサー５の高さが１００μｍを超えるような場合には、寸法精度を維持しかつ高生産性を確保するために、ＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）型ドライエッチャを使用するとよい。
【００２３】
更に、スペーサー５の側面の直角度を±５°以下に抑える必要がある場合には、側面のサイドエッチングを防止しつつ、垂直方向の加工を進めることができるＢｏｓｃｈプロセスを利用するとよい。このＢｏｓｃｈプロセスは、エッチングと、このエッチングによって浸食されないポリマーをワーク全体にコーティングするデポジションという作業とを交互に繰り返すプロセスをいう。Ｂｏｓｃｈプロセスをスペーサー５の製造に使用すると、デポジション工程でコーティングしたポリマーがガラス基板１０の表面に残り（以下、ポリマー残渣と呼ぶ）ガラス基板１０の透明性が損なわれてしまう。そのため、このポリマー残渣を無くすために、スペーサー５の加工終了間際のデポジション工程で、ポリマーのコーティングレベルを低くするとよい。また、このコーティングレートの低下に合わせて、エッチングレートも低くするとよい。
【００２４】
また、Ｂｏｓｃｈプロセスによるポリマー残渣を少なくするために、次のような方法をとることもできる。それは、スペーサ用ウエハ１１を貫通するエッチング終了間際にＢｏｓｃｈプロセスを終了し、デポジションを行なわない通常のエッチングによってスペーサー５の形成を完了する、という方法である。
【００２５】
また、スペーサーを形成するためのエッチングには、ウェットエッチングを用いることもできる。ウエットエッチングは、１枚あたりの処理時間，寸法精度に若干難があるものの、一度に数十枚程度のバッチ処理や連続処理ができるため、総合的なスループットではドライエッチングよりも格段に効率的である。また、ドライエッチング装置に比べ、装置費用を低く抑えることができるという利点も備えている。
【００２６】
ウエットエッチングに使用するエッチャントとしては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）又は水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）が適している。また、レジストマスクでは薬液に侵されてしまうため、Ｓｉ酸化膜又は金属薄膜等によってマスクを形成する必要がある。更に、通常のウェットエッチングは等方性エッチングであるが、結晶面の面方位が「１１０」となっているスペーサ用ウエハを採用し、オリフラ面から４５°回転させてスペーサーのマスクを形成することで、結晶面に沿った異方性エッチングを行なうことができ、スペーサー５の側面を直角に仕上げることができる。
【００２７】
図５（Ｅ）に示すように、第５ステップでは、ガラス基板１０上に残った接着剤１２とレジストマスク１５とが除去される。この残留有機物の除去処理には、酸素プラズマによって有機物を分解除去するアッシング（灰化）処理が用いられる。このアッシング処理では、ガラス基板１０が汚染されないため、残留有機物の除去後にガラス基板１０を清浄する工程は必要ない。アッシング処理は、スペーサー５のエッチング形成の直後にドライエッチャ上で行なってもよいし、専用のアッシャによって行なってもよい。また、接着剤１２の組成（灰化特性）や目標とする処理速度を実現するために、フッ素系，水素系，アルゴン系のガスを利用したり、酸素に添加してもよい。
【００２８】
このように、スペーサー５のエッチング形成と、接着剤１２及びレジストマスク１５の除去とをドライ一貫工程で処理することで、ガラス基板１０が清浄な状態で加工を終えることができ、清浄工程を経ることなく、固体撮像素子３の形成されたチップ用ウエハに接合させることができる。
【００２９】
なお、接着剤１２とレジストマスク１５との除去には、ウエット処理を用いることもできる。このウエット処理では、溶剤や強酸，強アルカリ溶液等の薬液にガラス基板１０を浸すことで、残留有機物を分解（溶解）させることになる。ウエット処理の利点としては、装置費用の抑制，スループット向上に加え、薬液の清浄工程によって、ガラス基板１０全体を清浄にすることができる。
【００３０】
以上、第１工程の第１〜第５ステップで説明したように、ガラス基板１０とスペーサ用ウエハ１１とを最初に一体化させてから、スペーサ５の加工や残留有機物の除去を行なうようにしたので、薄く脆いスペーサ用ウエハ１１を単体で取り扱う場合よりも、工程を簡略化することができる。
【００３１】
第２工程では、図６及び図７（Ｂ）に示すように、多数のスペーサー５が形成されたガラス基板１０と、多数の固体撮像素子３が形成されたチップ用ウエハ１７とが貼り合わされる。まず、図７（Ａ）に示すように、ガラス基板１０のスペーサー５，アライメントマーク，外周リング上に接着剤１８が薄く均一に塗布される。接着剤１８のスペーサー５への塗布には、別のシートやウエハ等のプレート上に接着剤を薄く均一な厚みで塗布し、これをガラス基板１０のスペーサー５，アライメントマーク，外周リングに転写する方法が用いられている。この方法によれば、粘度を代表とする接着剤１８の取り扱い性に左右されることなく、薄く均一な厚みの接着剤１８の層をスペーサー５上に形成することができる。
【００３２】
また、接着剤１８の別の塗布方法としては、接着剤１８の取り扱い性に応じてディスペンサを利用する方式や、固体撮像素子３と対向すべき領域にのみ覆いをして一括でスプレーコートする方法、スクリーン印刷技術を利用する方法等を選択することができる。
【００３３】
このように、多数のスペーサー５を一括してチップ用ウエハ１７に貼り合わせる方法では、１個ずつ分離されたスペーサー５をチップ用ウエハ１７上に配置する場合よりも、位置精度，接着工程の観点からも現実的である。また、ダイシング工程の前にガラス基板１０とチップ用ウエハ１７とを貼り合わせて固体撮像素子３を封止することで、塵埃に対する懸念を完全に打ち消すことができる。
【００３４】
図７（Ｃ），（Ｄ）に示すように、第３工程では、ガラス基板１０とチップ用ウエハ１７とを貼り合わせた接着剤１８が充分に硬化した後、ガラス基板１０とチップ用ウエハ１７とのダイシングが実施される。チップ用ウエハ１７の裏面には、ダイシング後に各固体撮像装置２がバラバラにならないようにダイシングテープ２０が貼着される。また、ガラス基板１０の表面には、研削屑や研削液による汚染を防止するために、汚染防止用の保護テープ２１を貼付しておくとよい。なお、ダイシングテープ２０や保護テープ２１の代わりに、塗布及び除去の容易な表面保護コーティングを施すこともできる。
【００３５】
ガラス基板１０のダイシングには、＃４００〜＃１５００程度のダイヤモンド又はＣＢＮ砥粒で形成した砥石が使用される。ガラス基板１０は、硬く脆い素材であるため、切断時には切断エッジのチッピング，砥石の損耗が問題となり、切断速度を上げることはできない。そのため、１枚の砥石で加工を行なうのではなく、数枚を砥石を軸上に組み付け、一括して多条切断するマルチブレード化を採用するとよい。これにより、通常では０．１〜１０ｍｍ／ｓ程度の処理効率だったものを、組んだブレード枚数分だけ効率を倍増させることができる。
【００３６】
ガラス基板１０のダイシング完了後、同様にしてチップ用ウエハ１７のダイシングが行なわれる。その後、ダイシングテープ２０や保護テープ２１を剥離して固体撮像装置２が完成する。
【００３７】
【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、スペーサーのエッチング加工後に透明基板上に残る接着剤やマスク等の残留有機物を効率的に除去でき、この残留有機物の除去後の透明基板の清浄作業を必要としないので、製造工数及びコストを削減することができる。
【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】固体撮像装置の後工程の手順を示すフローチャートである。
【図４】第１工程の手順を示すフローチャートである。
【図５】第１工程のガラス基板及びスペーサ用ウエハの状態を示す要部断面図である。
【図６】ガラス基板とチップ用ウエハとの貼り合わせ状態を示す斜視図である。
【図７】第２及び第３工程のガラス基板及びスペーサ用ウエハの状態を示す要部断面図である。
【符号の説明】
２固体撮像装置
３固体撮像素子
４固体撮像素子チップ
５スペーサー
６カバーガラス
１０ガラス基板
１１スペーサ用ウエハ
１２接着剤
１５レジストマスク
１７チップ用ウエハ

Claims

固体撮像素子を取り囲むスペーサーを透明基板上に多数形成する工程と、
多数の固体撮像素子が形成されたチップ用ウエハと透明基板上のスペーサーとを貼り合わせ、各固体撮像素子をスペーサーで取り囲み、かつ各固体撮像素子の上を透明基板で封止する工程と、
チップ用ウエハと透明基板とを各固体撮像素子毎に分割し、多数個の固体撮像装置を形成する工程とからなる固体撮像装置の製造方法において、
前記スペーサーを透明基板上に形成する工程は、
透明基板と、スペーサーの基材となるスペーサ用基板とを接着剤で貼り合わせるステップと、
スペーサ用基板の表面にスペーサ形状のマスクを形成するステップと、
スペーサ用基板にエッチングを施して透明基板上に多数のスペーサーを形成するステップと、
アッシング又はウエット処理を用いて、透明基板から接着剤とマスクとを除去するステップとを含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
前記アッシングを用いる場合、透明基板とスペーサ用基板との貼り合わせに使用する接着剤として、アッシング適性の高い接着剤を使用す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。