JP4706086B2 - スペーサ付カバーガラスの洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、カバーガラスの洗浄方法に関し、特に、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）タイプの固体撮像装置を製造する際のスペーサ付カバーガラスの洗浄方法に関する。

デジタルカメラや携帯電話に用いられる、ＣＣＤやＣＭＯＳからなる固体撮像装置は、益々小型化が要求されている。このため、固体撮像素子チップ全体をセラミックス等のパッケージに気密封止した、従来の大型パッケージから、最近では、固体撮像素子チップの大きさと略等しい大きさの、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）タイプに移行しつつある。

このような中で、図８に示すように、ウェーハ（半導体基板）１１上に多数の固体撮像素子１１Ａを形成し、一方、透明材料からなる封止部材（カバーガラス）３に固体撮像素子１１Ａの受光エリアを囲う枠部（スペーサ）４を多数一体形成し、この封止部材（カバーガラス）３を枠部（スペーサ）４を介してウェーハ１１に接合して、各固体撮像素子１１Ａの受光エリアを密閉し、図８（ａ）に示すような固体撮像装置２１がウェーハレベルで多数形成された積層体を製造し、次に、図８（ｂ）に示すように、この積層体を個々の固体撮像装置２１に分割することによって、固体撮像装置２１をウェーハレベルで一括製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。なお、図８において、１１Ｂは外部との接続配線を行うための電極である。

このようなカバーガラス３にスペーサ４を形成する方法としては、フォトエッチングによるのが一般的である。図９は、このスペーサ４を形成する工程の断面図である。図９（ａ）において、カバーガラス３となるガラス基板３Ａの表面にスペーサ４となるスペーサ基材１４を接着剤１３Ａを介して貼り合せ、次いで、このスペーサ基材１４の表面にフォトレジストからなるエッチングマスク５のパターンを形成する。

スペーサ４となるスペーサ基材１４としては、たとえばシリコンウェーハが使用できる。エッチングマスク５のパターンは、レジストコート、フォトマスクを使用した露光、現像、ポストべーク等の工程を経て形成される。

次いで、図９（ｂ）において、ドライエッチングによりスペーサ４となるシリコンウェーハ（スペーサ基材）１４のエッチングを行い、スペーサ４のパターンを形成する。この際、接着剤１３Ａは、耐エッチング性があるので、除去されていない。

次いで、図９（ｃ）において、アッシングを行い、エッチングマスク５のパターン及び露出している接着剤１３Ａを除去する。このようにして、カバーガラス３の表面にスペーサ４のパターンが形成される。なお、表面にスペーサ４のパターンが形成されたスペーサ付カバーガラスも便宜上スペーサ付カバーガラス３、あるいは単にカバーガラス３と称することとする。

カバーガラス３は、多数の固体撮像素子１１Ａが形成されるウェーハ（半導体基板）１１と同じ直径の円盤状であり、最外周には後工程で個々の固体撮像装置２１に分割するダイシング時の剛性を確保するために、円周に沿って十分な幅を有するリングがパターニングされ、その内部にスペーサ４が多数並列配置されている。
特開平７−２０２１５２号公報 特開２００２−２３１９２１号公報 特開２００４−６８３４号公報

ところで、前述のガラス基板３Ａであるカバーガラス３に貼付されたスペーサ基材１４にエッチングを行って、スペーサ４のパターンを形成した後の、エッチングマスク５のパターン及び露出している接着剤１３Ａを除去するアッシングには、図１０に示すような平行平板型枚葉式プラズマアッシング装置５０’が用いられていた。

平行平板型枚葉式プラズマアッシング装置５０’では、１枚のカバーガラス３が処理面を上にして水平に支持されてアッシング処理される。

図１１は枚葉式プラズマアッシング装置によるアッシングのイメージを表したものである。図１１（ａ）はアッシング処理前の状態で、図１１（ｂ）の処理の途中段階を経て図１１（ｃ）に示す処理完了状態となる。

枚葉式のプラズマアッシング装置では異方性アッシングが行われるため、エッチングマスク５及び接着剤１３Ａの厚さ方向にのみ処理が進行する。このため、エッチングマスク５及び接着剤１３Ａの双方が除去完了されるまで処理を続ければよく、容易に面内均一なアッシング処理がなされる。

しかし、この枚葉式プラズマアッシング装置は高価であり、また枚葉式のためスループットが悪いという問題を有していた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、固体撮像装置に組み込まれるスペーサ付カバーガラスの製造工程において、ドライエッチング後のスペーサ上のエッチングマスクとガラス基板上に露出した接着剤とを、安価な装置で高スループットで容易に除去することのできるスペーサ付カバーガラスの洗浄方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、固体撮像装置に組み込まれるスペーサ付カバーガラスの洗浄方法であって、前記スペーサ付カバーガラスは、ガラス基板にスペーサ基材を接着剤で貼付する工程と、スペーサ基材にフォトレジストを塗布する工程と、フォトマスクを用いてフォトレジストを露光及び現像してスペーサ基材上に前記スペーサに対応したエッチングマスクを形成する工程と、スペーサ基材をドライエッチングしてガラス基板上にスペーサを形成する工程と、を含む工程によって製造されたものであり、前記ドライエッチング後のスペーサ上のエッチングマスク及びガラス基板上に露出した接着剤をアッシングして除去するスペーサ付カバーガラスの洗浄方法において、バレル型アッシング装置を用いて前記エッチングマスク及び前記接着剤を除去することを特徴とするスペーサ付カバーガラスの洗浄方法を提供する。

また、本発明は、前記発明において、前記バレル型アッシング装置は、円筒型のチャンバの軸方向が水平に設置された横バレル型プラズマアッシング装置であり、前記スペーサ付カバーガラスを前記チャンバ内に水平に支持するとともに、プラズマの流れを整えるプラズマ整流板を、前記スペーサ付カバーガラスを挟んで所定間隔で立設させたことを特徴とし、更に前記プラズマ整流板を、前記チャンバの軸線に対して垂直に、且つ前記チャンバの内径と略同じ間隔で立設させたことを特徴としている。

本発明によれば、安価で複数枚同時処理可能なバレル型アッシング装置を用いるので、スペーサ付カバーガラスを安価に高スループットで洗浄することができる。

また、スペーサ付カバーガラスをアッシング装置のチャンバ内に水平置きし、チャンバ内のプラズマの流れの乱れを抑制するプラズマ整流板を有効な位置に設けたので、スペーサ付カバーガラスに面内均一にアッシング処理を施すことができる。

また本発明は、前記発明において、前記ガラス基板とスペーサとの間の接着剤の水平方向除去量を５〜２５μｍとすることを特徴としている。ガラス基板とスペーサとの間の接着剤の水平方向除去量が５μｍに満たないと、ガラス基板上に露出した接着剤が完全に除去しきれない可能性があり、また、水平方向除去量が２５μｍを超す場合は接着面積が減少し、スペーサ剥離の懸念が生じるが、本発明によれば、水平方向除去量を５〜２５μｍとしているので、ガラス基板上に露出した接着剤が完全に除去されるとともに、接着面積減少によるスペーサ剥離の心配もない。

また本発明は、前記発明において、バレル型アッシング装置のチャンバ内の温度を１５０〜３００℃とすることを特徴としている。チャンバ内の温度が１５０℃に満たないと、エッチングマスクの除去速度が遅いためエッチングマスク残りが生じやすく、また、チャンバ内の温度が３００℃を超した場合は接着剤の熱分解が始まってしまうが、本発明によれば、チャンバ内の温度を１５０〜３００℃としているので、エッチングマスク残りが生じなく、また接着剤の性能も損なわない。

以上説明したように、本発明のスペーサ付カバーガラスの洗浄方法によれば、ドライエッチング後のスペーサ上のエッチングマスクとガラス基板上に露出した接着剤とを、安価な装置で高スループットで容易に除去することができる。

以下、添付図面に従って、本発明に係るスペーサ付カバーガラスの洗浄方法の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明のスペーサ付カバーガラスの洗浄方法で使用する一般的なバレル型アッシング装置を表す斜視図である。バレル型アッシング装置５０は、円筒形をした石英製のチャンバ（反応室、処理槽とも称する）がその円筒軸を水平方向にして設置された横型バレルプラズマアッシャであり、電極形状は対向型である。反応ガスとしてのＯ2 がチャンバの上方から供給されて下方に排出されるようになっている。

図１において、中央部の太黒枠はチャンバ内部のワークの配置がわかるように表現するために記載したもので太黒枠内を実線で示している。図１に示すように、通常は処理されるワークは垂直に複数枚セットされる。

図２は、横型のバレル型アッシング装置５０に通常用いられるワークの架台５５’を示したもので、半導体ウェーハや固体撮像装置２１のスペーサ付カバーガラス３等の複数のワークが架台５５’に形成された溝で垂直に支持される。

ところで、バレル型アッシング装置５０は等方性のアッシング処理を行うアッシング装置であり、処理される膜はその厚さ方向だけではなく全方向にアッシングされて除去される。

図３は、スペーサ付カバーガラス３のスペーサ４上のフォトレジストからなるエッチングマスク５及びカバーガラス３上に露出された接着剤１３Ａを等方性アッシング処理を行って除去するイメージを表したものである。

図３（ａ）はアッシング処理前の状態を表しており、スペーサ４上にはエッチングマスク（レジスト）５が形成されており、カバーガラス３上には接着剤１３Ａが露出している。図３（ｂ）はアッシング処理途中の状態で、エッチングマスク５及び露出した接着剤１３Ａとも除去未完了の状態を示している。

この時、等方性アッシングのため、接着剤１３Ａはカバーガラス３上に露出した接着剤１３Ａのみでなく、カバーガラス３とスペーサ４との間に存在する接着剤１３Ａも同時に除去される。このカバーガラス３とスペーサ４との間に存在する接着剤１３Ａの、図における水平方向の除去される寸法を便宜上水平方向除去量と定義する。

図３（ｃ）は、アッシング処理が更に進んで、接着剤１３Ａ、エッチングマスク５ともに除去完了した状態を示している。接着剤１３Ａの水平方向除去量は比較的少ない。図３（ｄ）は更にアッシング処理が続行された状態を表し、接着剤１３Ａの水平方向除去量が多く、接着面積が減少しており接着強度が低下し、スペーサ４の剥離が懸念される状態である。このため、アッシング処理を停止する時間の正確な制御を必要とする。

また、バレル型アッシング装置５０では垂直に載置されたスペーサ付カバーガラス３に対して、酸素プラズマが上方から下方に向けて流れるため、スペーサ付カバーガラス３の上方ほど処理速度が速く、下方ほど遅くなり、面内処理速度が不均一である。

このため、アッシング処理時間によって、スペーサ付カバーガラス３の面内でエッチングマスク５及び接着剤１３Ａが除去未完了部分、正常に除去完了した部分、及び除去は完了したが水平方向除去量が大きすぎる部分等の不均一が生じる。

このため、本発明のスペーサ付カバーガラスの洗浄方法では、以下のような工夫を施し、前述の問題を解決している。図４は、本発明を説明するための概念図で、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）はその側面図である。

図４に示すように、バレル型アッシング装置５０は、石英製の処理槽であるチャンバ５１がその軸線５１Ａを水平方向にして設置され、上部からＯ2 が供給され下方に排気される。

本発明では、カバーガラス３をチャンバ５１の軸線５１Ａの位置に水平に、即ちＯ2 の流れ方向に略垂直に支持するとともに、軸線５１Ａ方向にカバーガラス３を挟んで軸線５１Ａに垂直なプラズマ整流板５２、５２を設ける。プラズマ整流板５２は、チャンバ５１内の酸素プラズマの流れの乱れを抑制するためのもので、カバーガラス３と同程度又はそれ以上の直径の円盤形状が好ましい。

プラズマ整流板５２、５２間の間隔は、チャンバ５１の内径寸法と略同等とする。具体的には、チャンバ５１の内径をＤとした時、Ｄ±５％程度が好ましい。また、プラズマ整流板５２の材質は、ガラス等酸素プラズマに反応しない材質が好ましい。

カバーガラス３を支持する架台５５は、図４に示すように、カバーガラス３を支持するワーク支持部５５Ａ、５５Ａと、プラズマ整流板５２を支持する溝を有した整流板支持部５５Ｂ、５５Ｂとを有しており、架台５５の材質も酸素プラズマに反応しない石英ガラス等の材質が好ましい。

架台５５は、図４に示すように、断面がＬ字形状のチャンバー蓋５３に固定され、チャンバー蓋５３はチャンバ５１内の図示しないレール上を軸線５１Ａに沿って前後移動するようになっており、チャンバー蓋５３を前後移動させて架台５５をチャンバ５１に搬入及び搬出する。

また、カバーガラス３を架台５５のワーク支持部５５Ａ、５５Ａに支持する部分では、図４(ａ)の詳細図に示すようなワーク受け台５４を介して支持する。ワーク受け台５４は、例えば６インチワーク用、８インチワーク用のように、ワークであるカバーガラス３のサイズに合わせて交換される。

このようにスペーサ付カバーガラス３がチャンバ５１内に水平に支持されているので、酸素プラズマはスペーサ付カバーガラス３の各部位に略同時に到着するため、スペーサ付カバーガラス３を垂直方向にセットした場合と比較して、アッシング処理量の面内ばらつきが少ない。

しかし、スペーサ付カバーガラス３をセットしたことにより、酸素プラズマの流れに乱れが生じる。しかし、スペーサ付カバーガラス３の両脇に設置したプラズマ整流板５２、５２がこの酸素プラズマの流れの乱れを抑制する。これにより、スペーサ付カバーガラス３の面内処理の均一性が一層向上する。

なお、図４では、１枚のスペーサ付カバーガラス３をチャンバ５１内に水平載置し、その両脇にプラズマ整流板５２を１枚づつ立設させているが、チャンバ５１の軸方向の長さに応じて複数枚のスペーサ付カバーガラス３をセットし、夫々のスペーサ付カバーガラス３に対してその両脇にプラズマ整流板５２を立設させることにより、スループットを向上させることができる。

このように本発明のスペーサ付カバーガラスの洗浄方法においては、エッチング後のスペーサ４上のエッチングマスク（レジスト）５及びカバーガラス３上に露出された接着剤１３Ａの除去を、前述のようにバレル型アッシング装置５０を用い、チャンバ５１内にスペーサ付カバーガラス３を水平支持するとともに、両脇にプラズマ整流板５２を設けてアッシング処理を行う。

この時、チャンバ５１内の処理温度を１５０〜３００℃、好ましくは１８０〜２３０℃として、フォトレジストからなるエッチングマスク５の接着剤１３Ａに対する相対的処理速度を高め、また、接着剤１３Ａの水平方向除去量を５〜２５μｍ、好ましくは５〜１５μｍに抑えるようにする。

接着剤１３Ａの水平方向除去量は少ないほど好ましいが、等方性アッシングのため値を０にすることはできないが、２５μｍ以内であれば実用上問題がない。水平方向除去量が２５μｍを超えると接着面積が減少し過ぎ、スペーサ剥離の危険性が生じる。

チャンバ５１内の処理温度は、１５０℃に満たないとエッチングマスク５の接着剤１３Ａに対する相対的処理速度が遅くなり、エッチングマスク５の除去完了時における接着剤１３Ａの水平方向除去量が２５μｍを超えてしまう。また、チャンバ５１内温度が３００℃を超えた場合は、接着剤１３Ａの耐熱範囲を超えてしまうため好ましくない。

このように、バレル型アッシング装置５０を用いてエッチングマスク５及び接着剤１３Ａが除去されたスペーサ付カバーガラス３は、この後ＡＰＭ洗浄、純水超音波洗浄等の工程を経て、酸素プラズマアッシングで除去し切れなかった異物等がカバーガラス３の表面より完全に除去（リフトオフ）される。これにより固体撮像装置２１のカバーガラス３として使用可能となる、スペーサ剥がれがなく清浄な、スペーサ付きカバーガラス３を安価に得ることができる。

以下に実施例を記載する。直径１５０ｍｍでスペーサ基材１４がエッチングされた後のスペーサ付カバーガラス３を１枚、図４に示すように、バレル型アッシング装置５０のチャンバ５１内に水平にセットし、スペーサ付カバーガラス３と同径のプラズマ整流板５２、５２を立設させ、アッシング処理を行った。なお、スペーサ４をカバーガラス３に接着する接着剤１３Ａの厚さは２μｍ前後の均一なものである。

図５は、この時のアッシング条件を表したものである。即ち、使用ガスは酸素（Ｏ2 ）でその流量は２００〜６００Ｓｃｃｍ、好ましくは３００〜５００Ｓｃｃｍで（この時、処理量の面内ばらつきが最小となる）、本実施例では４００Ｓｃｃｍとした。チャンバ５１内圧力は９０Ｐａ、チャンバ５１内処理温度は２１０℃、印加するＲＦ出力は４００〜８００Ｗ、好ましくは５００〜７００Ｗで、本実施例では６００Ｗとし、処理時間を４．５分とした。

ＲＦ出力が８００Ｗより大の場合は処理速度がアップするが、処理量の面内ばらつきが大になる。またＲＦ出力が４００Ｗより小の場合は処理量の面内ばらつきは小になるが、処理速度がダウンする。

図６は、この時のアッシングイメージを表している。図６（ａ）はアッシング開始前のスペーサ付カバーガラス３を表しており、図６（ｂ）は途中状態で、レジストからなるエッチングマスク５、及び接着剤１３Ａともに除去未完了状態を表している。この時点では接着剤１３Ａの水平方向除去量は５μｍ以内であった。

図６（ｃ）は処理時間５分で処理を停止した時の状態を表しており、エッチングマスク５、及び接着剤１３Ａともに完全に除去されており、接着剤１３Ａの水平方向除去量は２５μｍ以内であった。また、スペーサ付カバーガラス３の面内各部は略均一にアッシング処理がなされていた。なお、アッシング処理時間はスペーサ付カバーガラス３の品種によって時間が異なるため、品種ごとに最適処理時間を設定する必要がある。

比較例

前述の実施例の各アッシング条件に対して、チャンバ５１内の処理温度を１４０℃とし、それ以外の条件は前述の実施例と同一としてアッシングを行った。図７は、この時のアッシングイメージを表したものである。

図７（ａ）はアッシング処理前の状態で、 図７（ｂ）は途中の状態を表したもので、エッチングマスク５、及び接着剤１３Ａともに除去未完了状態を表し、図７（ｃ）も途中段階で、接着剤１３Ａは除去完了しているがエッチングマスク５は未だ除去未完了な状態である。

図７（ｄ）は処理時間４．５分での状況を表している。この状態においても接着剤１３Ａは除去完了しているもののエッチングマスク５は未だ除去未完了で、接着剤１３Ａの水平方向除去量は既に２５μｍを上回っていた。

以上説明したように、本発明のスペーサ付カバーガラスの洗浄方法によれば、安価なバレル型アッシング装置５０を用い、スペーサ付カバーガラス３のエッチングマスク５及び接着剤１３Ａの除去を面内均一に、効率よく実施し、安価で高性能なスペーサ付カバーガラス３を容易に得ることができる。

本発明で使用するバレル型アッシング装置の斜視図 バレル型アッシング装置に通常用いられる架台を表す断面図 スペーサ付カバーガラスの等方性アッシングを説明するイメージ図 本発明に係るスペーサ付カバーガラスの洗浄方法の実施の形態を表す説明図 実施例におけるアッシング処理条件を表す表 実施例におけるアッシング処理イメージ図 比較例におけるアッシング処理イメージ図 固体撮像装置の製造工程図 スペーサ付カバーガラスの製造工程図 枚葉式アッシング装置の概念図 スペーサ付カバーガラスの異方性アッシングを説明するイメージ図

符号の説明

３…スペーサ付カバーガラス（カバーガラス）、３Ａ…ガラス基板、４…スペーサ、５…エッチングマスク（レジスト、フォトレジスト）、１３Ａ…接着剤、１４…スペーサ基材、２１…固体撮像装置、５０…バレル型アッシング装置、５１…チャンバ、５１Ａ…チャンバの軸線、５２…プラズマ整流板、Ｄ…チャンバの内径

Claims (4)

1. 固体撮像装置に組み込まれるスペーサ付カバーガラスの洗浄方法であって、
   前記スペーサ付カバーガラスは、
   ガラス基板にスペーサ基材を接着剤で貼付する工程と、
   スペーサ基材にフォトレジストを塗布する工程と、
   フォトマスクを用いてフォトレジストを露光及び現像してスペーサ基材上に前記スペーサに対応したエッチングマスクを形成する工程と、
   スペーサ基材をドライエッチングしてガラス基板上にスペーサを形成する工程と、を含む工程によって製造されたものであり、
   前記ドライエッチング後のスペーサ上のエッチングマスク及びガラス基板上に露出した接着剤をアッシングして除去するスペーサ付カバーガラスの洗浄方法において、
   バレル型アッシング装置を用いて前記エッチングマスク及び前記接着剤を除去する工程を備え、
   前記バレル型アッシング装置は、円筒型のチャンバの軸方向が水平に設置された横バレル型プラズマアッシング装置であり、
   前記スペーサ付カバーガラスを前記チャンバ内に水平に支持するとともに、
   プラズマの流れを整えるプラズマ整流板を、前記スペーサ付カバーガラスを挟んで所定間隔で立設させた、ことを特徴とするスペーサ付カバーガラスの洗浄方法。
2. 前記プラズマ整流板を、前記チャンバの軸線に対して垂直に、且つ前記チャンバの内径と略同じ間隔で立設させたことを特徴とする請求項１に記載のスペーサ付カバーガラスの洗浄方法。
3. 前記ガラス基板とスペーサとの間の接着剤の水平方向除去量を５〜２５μｍとすることを特徴とする請求項１又は２に記載のスペーサ付カバーガラスの洗浄方法。
4. 前記バレル型アッシング装置のチャンバ内の温度を１５０〜３００℃とすることを特徴とする請求項１、２、又は３のうちいずれか１項に記載のスペーサ付カバーガラスの洗浄方法。

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