JP4734677B2

JP4734677B2 - 積層体の研削加工方法

Info

Publication number: JP4734677B2
Application number: JP2004285100A
Authority: JP
Inventors: 万次郎渡辺; 能久根岸; 弘前田; 均嶋村
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2024-09-29
Also published as: JP2006100586A

Description

本発明は、積層体の研削加工方法に関し、特にチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）タイプの固体撮像装置等の中空構造を有する積層体を研削切断する研削加工方法に関するものである。

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、ウェーハ（半導体基板）上に多数形成された各固体撮像素子の受光部を包囲する位置に対応させて、透明ガラス板にスペーサを形成するとともに、隣同士との分離溝を形成し、一方ウェーハにも隣のチップとの分離溝を形成し、この透明ガラス板をスペーサ部分でウェーハに接着してウェーハとの間に空隙部を形成し、しかる後に透明ガラス板及びウェーハを化学的機械研磨（ＣＭＰ）で分離溝に達するまで研磨して個々の固体撮像装置に分離する方法が提案されている。この透明ガラス板の分離溝の幅は、固体撮像素子の受光部の外側に形成され外部から配線等を行うためのパッド面を露出させるのに必要な幅がとられている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、この特許文献１に記載された技術では、個々の固体撮像装置に分離するために、透明ガラス板及びウェーハの双方に予め分離溝を形成する工程が必要であり、更に化学的機械研磨によって透明ガラス板及びウェーハを研磨して分離溝に達するまで厚さを減じているため、分離のための時間が長いという問題があった。
特開２００４−６８３４号公報

このような問題を解決するために、例えばダイシング装置等を使用して、ウェーハのパッド面を露出させるのに必要な幅を有する円盤状砥石（ダイシングブレード）を用い、砥石の最下点が前述の空隙部分を通過するように透明ガラス板を研削切断し、続いて別の薄い円盤状砥石（ダイシングブレード）でウェーハ部分を研削切断する方法が考えられる。

しかし、このような砥石を用いて研削切断する方法の場合、例えばウェーハと透明ガラス板との間に形成された空隙部の隙間が１００μｍ程度と極く狭い場合は、図５（ａ）、及び図５（ａ）のＡ−Ａ’断面と一部拡大図を表わす図５（ｂ）に示すように、透明ガラス板１２の研削切断を進めていく中で生ずるガラス破片１２Ａが排出時に砥石５２とウェーハ１１との隙間に巻き込まれ、掻き回され、極端には引きずられることで、ウェーハ１１側に損傷を与えてしまうという重大な問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、例えば固体撮像装置のように、極く狭い空隙部を有して接合された基板と板状物とで構成された積層体の板状物を研削切断するにあたり、研削切断中に生ずる板状物の破片によって基板が損傷されるのを防止することの出来る、積層体の研削加工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、本発明の積層体の研削加工方法は、板状物と基板とが該板状物に形成された凸部又はスペーサを介して接合され、前記基板と前記板状物との間に空隙部が設けられた積層体の、前記空隙部内まで砥石で切り込んで前記板状物を研削切断する積層体の研削加工方法において、流動性材料を減圧環境下で予め前記空隙部に充填することによって前記基板の保護層を形成し、前記板状物を研削切断することを特徴としている。

本発明によれば、板状物を研削切断する前に、予め空隙部に基板の保護層を形成するので、極く狭い空隙部であっても板状物の研削切断中に生ずる破片によって基板が損傷されることがない。

本発明によれば、空隙部に流動性材料を充填するので、極く狭い空隙部であっても容易に保護層を形成することができる。

本発明によれば、減圧環境下で流動性材料を空隙部に充填するので、極く狭い空隙部であっても容易に流動性材料を充填することができる。

本発明の他の態様の積層体の研削加工方法は、前記研削切断の前に、前記空隙部に充填した前記流動性材料を冷却して固化させることを特徴としている。本発明によれば、研削切断の前に流動性材料を冷却して固化させるので、良好な保護層として機能し、板状物の研削切断中に生ずる破片によって基板が損傷されることがない。

本発明の他の態様の積層体の研削加工方法は、前記研削切断を前記流動性材料の融点以下の温度環境で行うことを特徴としている。本発明によれば、流動性材料の融点以下の温度環境で研削切断を行うので、固化された流動性材料が固化の状態を維持したまま研削され、保護層としての機能が良好に維持される。

本発明の他の態様の積層体の研削加工方法は、前記研削切断は、前記積層体を冷却機能を有するテーブルに載置して行うことを特徴としている。本発明によれば、積層体を載置するテーブルが冷却機能を有するので、流動性材料の融点以下の温度環境を維持したまま研削切断を行うことができる。

本発明の他の態様の積層体の研削加工方法は、前記研削切断では不凍液を混合した研削液を用いることを特徴としている。本発明によれば、研削液には不凍液が混合されているので、低温環境下においても研削液が凍結することがなく、良好な研削を行うことができる。

本発明の他の態様の積層体の研削加工方法は、前記積層体を前記流動性材料に浸漬した状態で前記研削切断を行うことを特徴としている。本発明によれば、積層体を流動性材料に埋没した状態で研削切断するので、研削中に流動性材料が空隙部から流出することがなく、保護層としての機能を維持できる。

以上説明したように本発明の積層体の研削加工方法によれば、板状物と基板とが空隙部を設けて積層された積層体の板状物を研削切断するにあたり、予め空隙部に基板の保護層を形成してから研削切断するので、極く狭い空隙部であっても、板状物の研削切断中に生ずる破片によって基板が損傷されることがない。

以下添付図面に従って、本発明に係る積層体の研削加工方法の好ましい実施の形態について詳説する。尚、本実施の形態ではＣＳＰタイプの固体撮像装置の製造工程への適用例について説明する。また、各図において同一部材には同一の番号または記号を付している。

最初に、本発明の研削加工方法を適用するＣＳＰタイプ固体撮像装置の製造工程の概略について説明する。図１はＣＳＰタイプの固体撮像装置の製造工程を表わす説明図である。図１（ｂ）に示すように、半導体基板（ウェーハ）１１（本発明の基板に相当）上に固体撮像素子１１Ａが多数形成される。

固体撮像素子１１Ａの製造には一般的な半導体素子製造工程が適用され、固体撮像素子１１Ａは、ウェーハ１１に形成された受光素子であるフォトダイオード、励起電圧を外部に転送する転送電極、開口部を有する遮光膜、層間絶縁膜、層間絶縁膜の上部に形成されたインナーレンズ、インナーレンズの上部に中間層を介して設けられたカラーフィルタ、カラーフィルタの上部に中間層を介して設けられたマイクロレンズ等で構成された微細素子が平面アレー上に配列された構造となっている。

固体撮像素子１１Ａはこのように構成されているため、外部から入射する光がマイクロレンズ及びインナーレンズによって集光されてフォトダイオードに照射され、有効開口率が上がるようになっている。

また、固体撮像素子１１Ａの外側には、図１（ｂ）に示すように、外部との配線を行うためのパッド１１Ｂ、１１Ｂ、…が形成されている。

図１に示した工程は、前述した固体撮像素子１１Ａが形成されたウェーハ１１に透明ガラス板１２（板状物に相当）を貼付して固体撮像素子１１Ａの受光部を密閉し、次いで個々の固体撮像装置２１に分割する工程を概念的に表わしたものである。

先ず、図１（ａ）に示すように、透明ガラス板１２にシリコンからなるスペーサ１３を形成する。スペーサ１３の形成は、透明ガラス板１２に接着剤１３Ａを塗布し、そこにシリコン板を接着する。次いで、フォトリソグラフィーとドライエッチング技術を用いて必要な形状のスペーサ１３を形成し、最後にスペーサ１３部分のみに接着剤１３Ｂを転写する。

次に、このようにして１面にスペーサ１３が設けられた透明ガラス板１２をスペーサ１３を介してウェーハ１１に接着する。これにより、図１（ｂ）に示すように、ウェーハ１１と透明ガラス板１２との間に空隙部１４を有し固体撮像素子１１Ａの受光部が密閉された構造の固体撮像装置２１がウェーハレベルで多数形成された積層体２０が製造される。

次に、厚さ０．６〜１．２ｍｍ程度の砥石で空隙部１４内まで切り込んで積層体２０の透明ガラス板１２のみを研削切断し、透明ガラス板１２の分割とウェーハ１１上のパッド１１Ｂ、１１Ｂ、…の露出とを行う（図１（ｃ））。次いでウェーハ１１のパッド１１Ｂとパッド１１Ｂとの間の部分を砥石で研削切断し、個々の固体撮像装置２１に分割する（図１（ｄ））。

なお、ウェーハ１１が単結晶シリコンウェーハを用いるのが一般的であるので、スペーサ１３の材質は、ウェーハ１１及び透明ガラス板１２と熱膨張係数等の物性が類似した材質が望ましいため、多結晶シリコンが好適である。

この図１（ｃ）で示した透明ガラス板１２の研削切断工程では、固体撮像装置２１の薄型化により、ウェーハ１１と透明ガラス板１２との空隙部１４の隙間は１００μｍ程度と極度に狭いため、前述の図５（ａ）、及び図５（ｂ）で説明したように、透明ガラス板１２の研削切断を進めていく中で生ずるガラス破片１２Ａが砥石５２とウェーハ１１との隙間に巻き込まれ、掻き回され、或いは引きずられて、ウェーハ１１側に損傷を与える。そのため、この透明ガラス板１２の研削切断工程に本発明の研削加工方法が好適に用いられる。

図２、及び図３は、本発明を説明する概念図である。なお、図２、及び図３における積層体２０は、実際にはウェーハレベルで製造されているが、図では簡略化のため、１つの研削加工部分のみで記載している。以下図４、５においても同様である。

本発明では、積層体２０の空隙部１４にウェーハ１１を保護する保護層１５の流動性材料（ゲル状のものも含む）を充填する。そのために、積層体２０を保護層１５の流動性材料が満たされたトレー８１Ａ中に漬し、真空ポンプ８２で減圧した真空チャンバ８１内に所定時間留める。これにより、積層体２０の空隙部１４内の空気が排出され、空隙部１４内に流動性の保護層１５の材料が容易に充填される。

次に、図３に示すように、積層体２０をダイシング装置のウェーハテーブル５１上に固定し、ダイシングブレード（砥石）５２の刃先の最下端が空隙部１４内に僅かに入り込む位置にセットして透明ガラス板１２を研削切断する。この時、透明ガラス板１２の研削切断を進めていく中でガラス破片１２Ａが生じても、空隙部１４内に保護層１５が存在するので、ウェーハ１１が傷付けられることがない。

なお、図３（ａ）は研削切断方向と直交する方向の断面図を表わし、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図を表わしている。

次に、ウェーハ１１部分を別の薄いダイシングブレードでフルカットし、最後にスピン洗浄器で洗浄液を噴射して保護層１５を取り除く。なお、積層体２０はウェーハ１１の裏面に図示しないダイシングシートが貼付されて研削切断加工される。そのため、個々の固体撮像装置２１に分割されても、バラバラになることがない。

次に、透明ガラス板１２の厚さＨ₁＝５００μｍ、スペーサ１３の厚さＨ₂＝１００μｍの寸法で構成された積層体２０に対し、ダイシングブレード５２を透明ガラス板１２上面からの切込み深さ５３０μｍ（即ち、ダイシングブレード５２の刃先の最下端とウェーハ上面とのクリアランスＨ₃が７０μｍ）で研削切断する場合において、保護層１５がダイシングブレード５２の回転力や研削液の噴射等によって欠乏してしまうことを抑制し、ウェーハ１１の保護層として効果的に機能する実施例について説明する。

なお、以下の実施例の共通事項として、保護層１５の流動性材料を空隙部１４に充填する際の真空チャンバ８１の真空度は５〜８０ｋＰａ程度、また、ダイシングブレード５２は粒径８〜４０μｍのダイヤモンド砥粒をニッケルで結合したメタルボンドブレードで、直径１００ｍｍ、厚さ１．０ｍｍを用い、その回転数は４，０００〜６，０００ｒｐｍとした。また、ウェーハテーブル５１の送り速度を０．２〜１．０ｍｍ／ｓｅｃとした。

なお、ダイシングブレード５２はダイヤモンド砥粒をフェノール樹脂等で結合したレジンボンドブレードの方が砥粒の自生作用が活発で切削性は良い。しかし摩耗が早いので、切込み深さを確保するためには頻繁に高さ調整をする必要があるため、実施例においてはメタルボンドブレードを使用した。

[ 実施例１]
積層体２０を保護層１５となる流動性材料に浸漬し、真空チャンバ８１を使用して空隙部１４に流動性材料を充填した。使用した流動性材料は、ゼラチン又は寒天の含有溶液で、一旦低温で冷却固化させると常温環境下に戻しても流動化しにくい材料とした。

流動性材料を空隙部１４に充填後、積層体２０を冷蔵庫内（４〜８℃程度）で冷却し、流動性材料をプリン状に固化させて保護層１５を形成した。

次いで、積層体２０をダイシング装置にセットし、常温環境下で透明ガラス板１２を研削切断し、パッド１１Ｂ、１１Ｂ、…を露出させた。加工後の積層体２０をダイシング装置に備えられた観察光学系を用いてモニター画面で観察したところ、ガラス破片１２Ａによるウェーハ１１の表面の傷は、回路配線を断線させるような大きく深い傷は見当たらず、大きさ１０μｍ以下の傷も１チップあたり１０個以下で、十分許容範囲以内であった。

[ 実施例２]
積層体２０を保護層１５となる流動性材料に浸漬し、真空チャンバ８１を使用して空隙部１４に流動性材料を充填した。使用した流動性材料は、水又はオイルとした。加工にあたっては、ダイシング装置のウェーハテーブル５１の周囲を堰で囲って水又はオイルを満たし、中に積層体２０をドブ漬けにして固定し、常温環境下でドブ漬けのまま透明ガラス板１２を研削切断し、パッド１１Ｂ、１１Ｂ、…を露出させた。

加工後の積層体２０をモニター画面で観察したところ、ウェーハ１１表面の傷は、大きさ１０μｍを超える傷が１チップあたり１〜２個点在するものの回路配線を断線させるような大きく深い傷は見当たらず、大きさ１０μｍ以下の傷も１チップあたり１０個程度で、許容範囲以内であった。

[ 実施例３]
保護層１５となる流動性材料として１０℃で凍結するシリコンオイル系の高分子溶液を用い、積層体２０をこの溶液に浸漬し、真空チャンバ８１を使用して空隙部１４に充填した。この状態で積層体２０を冷蔵庫内（０〜６℃程度）に保管し、溶液を凍結固化させて保護層１５を形成した。

また、ダイシング装置のウェーハテーブル５１には冷凍チャックテーブルなど冷却機能を有するテーブル（テーブル表面温度０〜６℃程度）を用い、積層体２０をチャックした。また、０〜６℃程度に冷却した研削水を供給することによって積層体２０及びその周囲をこの液体の融点以下に保った状態とし、この状態で透明ガラス板１２を研削切断してパッド１１Ｂ、１１Ｂ、…を露出させた。

加工後の積層体２０をモニター画面で観察したところ、ウェーハ１１表面の傷は、大きさ１０μｍを超える傷は見当たらず、大きさ１０μｍ以下の傷も１チップあたり２〜３個点在するのみで良好であった。

なお、充填する流動性材料としては常温以下で固化するものであれば良いが、水などマイナス温度で固化するものを用いた場合は、研削水には不凍液であるエチレングリコールを混合して、マイナス温度下でも氷結を防止し、液性を保持する。

[ 実施例４]
この実施例では前述の実施例１〜３と異なり、保護層１５を形成する流動性材料を真空チャンバ８１内で空隙部１４に充填するのではなく、図４に示すように、スペーサ１３が形成された透明ガラス板１２をウェーハ１１に接着する前に、透明ガラス板１２の空隙部１４となる部分に予め保護層１５となる流動性材料を塗布する。

この場合の流動性材料は、シリコンからなる界面活性剤、又はシリテクトからなる表面保護剤、或いはフォトレジストを用い、粘度は高粘度のものとした。また、塗布は手塗りでも良いが、均一に微小量塗布するために、ディスペンサを用いるのが好適である。

この後、透明ガラス板１２をウェーハ１１に接着して積層体２０とし、次いで、積層体２０をダイシング装置にセットして、常温環境下で透明ガラス板１２を研削切断し、パッド１１Ｂ、１１Ｂ、…を露出させた。

加工後の積層体２０をモニター画面で観察したところ、ウェーハ１１の表面の傷は、回路配線を断線させるような大きく深い傷は見当たらず、大きさ１０μｍ以下の傷も１チップあたり１０個以下で、十分許容範囲以内であった。

以上のように、本発明によれば、空隙部１４への充填物がウェーハ１１表面の保護層１５として機能するため、研削切断加工中のガラス破片１２Ａによるウェーハ１１の表面損傷の低減が図られる。

また、充填物が加工対象の透明ガラス板１２の下に存在することで、研削加工時の透明ガラス板１２の支持体としての機能も同時に果たすため、ガラス破片１２Ａの発生自体も抑えられて、ウェーハ１１の表面損傷の低減効果につながっている。

なお本発明は、積層体２０の空隙部１４に充填する保護層１５の材質が、前述の実施例１〜４で用いた材質に限るものではなく、同様の物性を有する種々の材質を適用することができる。

また、透明ガラス板（板状物）１２をスペーサ１３を介してウェーハ（基板）１１に接合した積層体２０で説明したが、スペーサ１３を用いずに、透明ガラス板（板状物）１２にエッチング等で凸部を形成し、透明ガラス板（板状物）１２をこの凸部でウェーハ（基板）１１に接合して、空隙部１４を形成するようにした積層体２０であっても、スペーサ１３を介在させた積層体２０同様、本発明は極めて有効に適用することができる。

本発明の適用対象例である固体撮像装置の組立工程を表わす説明図本発明の実施の形態を説明する保護膜形成工程の概念図本発明の実施の形態を説明する研削切断工程の概念図本発明の別の実施形態を説明する保護膜形成工程の概念図従来の研削切断を説明する概念図

符号の説明

１１…ウェーハ（基板）、１２…透明ガラス板（板状物）、１２Ａ…ガラス破片（破片）、１３…スペーサ、１４…空隙部、１５…保護層、２０…積層体、２１…固体撮像装置、５２…ダイシングブレード（砥石）

Claims

板状物と基板とが該板状物に形成された凸部又はスペーサを介して接合され、前記基板と前記板状物との間に空隙部が設けられた積層体の、前記空隙部内まで砥石で切り込んで前記板状物を研削切断する積層体の研削加工方法において、
流動性材料を減圧環境下で予め前記空隙部に充填することによって前記基板の保護層を形成し、前記板状物を研削切断することを特徴とする積層体の研削加工方法。
前記研削切断の前に、前記空隙部に充填した前記流動性材料を冷却して固化させることを特徴とする、請求項１に記載の積層体の研削加工方法。
前記研削切断を前記流動性材料の融点以下の温度環境で行うことを特徴とする、請求項２に記載の積層体の研削加工方法。
前記研削切断は、前記積層体を冷却機能を有するテーブルに載置して行うことを特徴とする、請求項３に記載の積層体の研削加工方法。
前記研削切断では不凍液を混合した研削液を用いることを特徴とする、請求項３又は請求項４に記載の積層体の研削加工方法。
前記積層体を前記流動性材料に浸漬した状態で前記研削切断を行うことを特徴とする、請求項１に記載の積層体の研削加工方法。