JP5091066B2 - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は固体撮像装置の製造方法に関し、特に、薄型の固体撮像装置の製造方法に関する。
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。
ＣＳＰタイプの固体撮像装置をウエハレベルで一括して製造する方法が、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１には、シリコンウエハに受光部を構成する複数の固体撮像素子を形成し、透明材料からなるカバーガラスウエハを、受光部に対応するように形成されたスペーサを介してシリコンウエハと接合し、カバーガラスウエハとシリコンウエハを切断し、個片化することで固体撮像装置を一括して製造する方法が記載されている。
特開２００２−２３１９１９号公報
ところで、近年のデジタルカメラや携帯電話などの機器の小型化・薄型化に伴い、固体撮像装置自体についてもさらなる薄型化の要求が高まっている。薄型の固体撮像装置を上記プロセスで製造する場合には下記の課題がある。
固体撮像装置の薄型化を図るためには、カバーガラスウエハ、スペーサ、シリコンウエハのそれぞれの厚みを薄くする必要がある。そのため、カバーガラスウエハやシリコンウエハは薄くしていくとその剛性が落ち、たわみが発生し、あるいは極小さな衝撃でも破損を生じやすい状態になる。
例えば、カバーガラスウエハ、シリコンウエハともに、その外径が８ｉｎｃｈのものを想定した場合、いずれも厚みが０．２ｍｍ以下となると自重だけで数ｍｍの大きなたわみを持ち始める。特に、カバーガラスウエハについては、その面内に均一高さの枠状のスペーサを多数形成する必要があるが、ベースとなるカバーガラスウエハ自体の形状が不安定であるとスペーサを形成するためのプロセス構築が困難となる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、薄型の固体撮像装置をウエハレベルで容易に製造することができ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。
前記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置の第１の製造方法は、カバーガラスの基材となる透明基板の一方面に、複数の枠状スペーサと、前記枠状スペーサを囲み、前記透明基板の外周の沿うようにリング状スペーサとを形成する工程と、前記透明基板の一方面側に、前記枠状スペーサ及び前記リング状スペーサを覆うようにマスク材を付与する工程と、前記透明基板を他方面側から所定範囲の厚さとなるよう除去する工程と、前記透明基板から前記マスク材を除去する工程と、前記透明基板の他方面に第１のサポートウエハを貼り合せる工程と、半導体基板の一方面に複数の固体撮像素子を形成する工程と、前記半導体基板を他方面側から所定範囲の厚さとなるよう除去する工程と、前記半導体基板の他方面に第２のサポートウエハを貼り合せる工程と、前記半導体基板と前記透明基板とを前記スペーサを介して接合する工程と、前記第１のサポートウエハ及び前記第２のサポートウエハを前記透明基板および前記半導体基板から剥離する工程と、前記透明基板を個片化する工程と、前記半導体基板を個片化する工程と、を備えることを特徴とする。
前記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置の第２の製造方法は、カバーガラスの基材となる透明基板の一方面に、複数の枠状スペーサと、前記枠状スペーサを囲み、前記透明基板の外周の沿うようにリング状スペーサとを形成する工程と、前記透明基板の一方面側に、前記枠状スペーサ及び前記リング状スペーサを覆うようにマスク材を付与する工程と、前記透明基板を他方面側から所定範囲の厚さとなるよう除去する工程と、前記透明基板から前記マスク材を除去する工程と、前記透明基板の他方面に第１のサポートウエハを貼り合せる工程と、前記透明基板をカバーガラスに個片化する工程と、半導体基板の一方面に複数の固体撮像素子を形成する工程と、前記半導体基板を他方面側から所定範囲の厚さとなるよう除去する工程と、前記半導体基板の他方面に第２のサポートウエハを貼り合せる工程と、前記半導体基板と前記カバーガラスとを前記スペーサを介して接合する工程と、前記第１のサポートウエハ及び前記第２のサポートウエハを前記カバーガラスおよび前記半導体基板から剥離する工程と、前記半導体基板を個片化する工程と、を備えることを特徴とする。
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、剛性が十分にある状態の透明基板に対してスペーサを形成するため、スペーサの形成のためにサポートウエハを貼り合わせる必要がない。次いで、スペーサ形成後にマスク材を付与して透明基板を薄型化しているので、マスク材により透明基板のスペーサ側の面を保護することができる。また、マスク材により薄型化後のハンドリング時に透明基板が破損するのを防止することができる。また、透明基板の外周に沿わせるように形成されたリング状スペーサが、透明基板を薄型化する際の薬液等の侵入を防止し、また、ハンドリング時の補強体としても機能する。
薄型化された透明基板、薄型化された半導体基板ともサポートウエハを貼り付けられているため、剛性と平坦性を確保することができる。これにより、透明基板及び半導体基板のハンドリング、及び両者の接合を容易に行なうことができる。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、前記発明において、前記透明基板を他方面側から所定範囲の厚さとなるよう除去する工程は、前記透明基板を他方面側から、フッ酸を主成分とする薬液によりエッチングする工程であることが好ましい。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、前記発明において、前記マスク材が、フッ酸に対して耐性を有することが好ましい。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、前記発明において、前記透明基板を他方面側から所定範囲の厚さとなるよう除去する工程は、前記透明基板を他方面側から、ラッピング及び／又はポリッシングにより研磨する工程であることが好ましい。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、前記発明において、前記マスク材は外的なエネルギーの付与でその接着力が低下する片面テープもしくは塗布液であることが好ましい。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、前記発明において、前記透明基板と第１のサポートウエハを貼り合わせる部材は自己剥離性を有する両面テープもしくは接着剤であることが好ましい。また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、前記発明において、前記半導体基板と第２のサポートウエハを貼り合わせる部材は自己剥離性を有する両面テープもしくは接着剤であることが好ましい。
貼り合わせ部材が自己剥離機能を有しているので、透明基板又は半導体基板に負荷をかけることなく容易に剥離することができる。
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、薄型の固体撮像装置をウエハレベルで容易に製造することができる。
以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施の形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行うことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。従って、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。
また、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を含む範囲を意味する。
図１及び図２は、本発明に係る方法により製造される固体撮像装置の外観形状を示す斜視図、及び断面図である。
固体撮像装置１は、複数の固体撮像素子３が設けられた固体撮像素子チップ２、固体撮像素子チップ２に取り付けられ複数の固体撮像素子３を取り囲む枠状スペーサ５、及び枠状スペーサ５の上に取り付けられて複数の固体撮像素子３を封止するカバーガラス４を備えている。
固体撮像素子チップ２は、後述する固体撮像素子が製造された半導体基板が分割されたものであり、カバーガラス４は同じく後述する透明基板が分割されたものである。
固体撮像素子チップ２は、図２に示すように、矩形のチップ基板２Ａと、このチップ基板２Ａ上に形成された固体撮像素子３と、固体撮像素子３の外側に複数個配列され外部との配線を行うためのパッド（電極）６とを含んでいる。チップ基板２Ａの材質は、例えばシリコン単結晶で、その厚さは例えば０．１５ｍｍ程度である。
固体撮像素子３の製造には、一般的な半導体素子製造工程が適用される。固体撮像素子３は、ウエハ（固体撮像素子チップ２）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、及び層間絶縁膜を備えている。更に、固体撮像素子３は、層間絶縁膜の上部にインナーレンズが形成され、インナーレンズの上部に中間層を介してカラーフィルタが設けられ、カラーフィルタの上部には中間層を介してマイクロレンズ等が設けられている。
固体撮像素子３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。
カバーガラス４は、熱膨張係数がシリコンに近い透明ガラス、例えば、「パイレックス（登録商標）ガラス」等が用いられ、その厚さは、例えば０．１ｍｍ程度である。
枠状スペーサ５は、無機材料で、チップ基板２Ａ及びカバーガラス４と熱膨張係数等の物性が類似した材質が望ましいため、例えば多結晶シリコンが用いられる。また、枠形状の枠状スペーサ５の一部分を断面で見たときに、その断面の幅は例えば０．１５ｍｍ程度、厚さは例えば０．０５ｍｍ程度である。この枠状スペーサ５は、一方の端面でチップ基板２Ａに接着剤７を用いて接合され、他方の端面でカバーガラス４に接着剤８を用いて接合される。
図３を参照に、本発明の固体撮像装置の製造方法に係る第１の実施形態を説明する。尚、本実施の形態では、元素材として外径φ８ｉｎｃｈ×厚みｔ０．３ｍｍのカバーガラスウエハ、外径φ８ｉｎｃｈ×厚みｔ０．３ｍｍのシリコンウエハを用いた。
最終的に固体撮像素子チップの厚さがｔ０．１５ｍｍ、枠状スペーサの厚さｔ０．０５ｍｍ、カバーガラスの厚さｔ０．１ｍｍの固体撮像装置をウエハレベルで一括して製造する場合について説明する。カバーガラスウエハには固体撮像素子へのダメージを考慮して低アルファ線ガラスを用いた。
図３（Ａ）に示すように、φ８ｉｎｃｈ×ｔ０．３ｍｍサイズの透明基板であるカバーガラスウエハ１０の面内に４辺の幅が０．１〜０．１５ｍｍ、高さｔ０．０５ｍｍの枠状スペーサ５が多数（数百〜数千個）形成される。同時にカバーガラスウエハ１０の外周には幅１５０ｍｍ、高さｔ０．０５ｍｍのリング状スペーサ２０が形成される。枠状スペーサ５及びリング状スペーサ２０は、例えば、下記の方法を用いることによって製造することができる。
＜第１の方法＞
カバーガラスウエハ１０にまず接着剤を塗布して、そこにスペーサ用部材として同外径（φ８ｉｎｃｈ×ｔ０．７３ｍｍ）のシリコンウエハ（不図示）を両者の外径を合わせて接着する。次いで、砥石による平面研削加工を施して、シリコンウエハのみを厚さｔ０．０５ｍｍまで薄板化する。次いで薄板化したシリコンウエハに対し、フォトリソグラフィ技術によるレジストのパターニング、ドライエッチング技術によって、シリコンウエハの不要部分除去する。最後に、ドライ、及びウェット洗浄によって、レジストと接着剤の除去を順次行い、必要寸法の枠状スペーサ５及びリング状スペーサ２０を形成する。
カバーガラスウエハ１０にまず接着剤を塗布して、そこにスペーサ用部材として同外径（φ８ｉｎｃｈ×ｔ０．７３ｍｍ）のシリコンウエハ（不図示）を両者の外径を合わせて接着する。次いで、砥石による平面研削加工を施して、シリコンウエハのみを厚さｔ０．０５ｍｍまで薄板化する。次いで薄板化したシリコンウエハに対し、フォトリソグラフィ技術によるレジストのパターニング、ドライエッチング技術によって、シリコンウエハの不要部分除去する。最後に、ドライ、及びウェット洗浄によって、レジストと接着剤の除去を順次行い、必要寸法の枠状スペーサ５及びリング状スペーサ２０を形成する。
＜第２の方法＞
ＭＥＭＳ用永久レジストをカバーガラスウエハ１０上に厚さｔ０．０５ｍｍでスピンコート塗布し、フォトリソグラフィ技術によって、必要寸法の枠状スペーサ５及びリング状スペーサ２０が形成される。ＭＥＭＳ用永久レジストとしては例えば化薬マイクロケム株式会社製のＳＵ−８ ３０００シリーズ、東京応化工業株式会社製のＴＭＭＲ Ｓ２０００などを用いることができる。なお、液状のレジストを挙げたが、必ずしもこの限りではなく、類似品でシート状のもの（ドライフイルムレジストタイプ）を用いてもよい。
ＭＥＭＳ用永久レジストをカバーガラスウエハ１０上に厚さｔ０．０５ｍｍでスピンコート塗布し、フォトリソグラフィ技術によって、必要寸法の枠状スペーサ５及びリング状スペーサ２０が形成される。ＭＥＭＳ用永久レジストとしては例えば化薬マイクロケム株式会社製のＳＵ−８ ３０００シリーズ、東京応化工業株式会社製のＴＭＭＲ Ｓ２０００などを用いることができる。なお、液状のレジストを挙げたが、必ずしもこの限りではなく、類似品でシート状のもの（ドライフイルムレジストタイプ）を用いてもよい。
＜第３の方法＞
感光性接着剤あるいは接着シートをカバーガラスウエハ１０上に厚みｔ０．０５ｍｍにスピンコート塗布あるいはラミネートし、フォトリソグラフィ技術によって、必要寸法の枠状スペーサ５及びリング状スペーサ２０が形成される。感光性接着剤/接着シートとしては例えば日東電工株式会社製の接着シート、日立化成工業株式会社製のＭＡ−１０００シリーズ、太陽インキ製造株式会製のＵ−１００シリーズなどを用いることができる。
感光性接着剤あるいは接着シートをカバーガラスウエハ１０上に厚みｔ０．０５ｍｍにスピンコート塗布あるいはラミネートし、フォトリソグラフィ技術によって、必要寸法の枠状スペーサ５及びリング状スペーサ２０が形成される。感光性接着剤/接着シートとしては例えば日東電工株式会社製の接着シート、日立化成工業株式会社製のＭＡ−１０００シリーズ、太陽インキ製造株式会製のＵ−１００シリーズなどを用いることができる。
第１の方法では無機素材で、第２及び第３の方法では有機素材で枠状スペーサ及びリング状スペーサが形成される。最終的な固体撮像装置に厳しい封止性（耐湿性）などの耐環境性が必要な場合には第１の方法によって、枠状スペーサ及びリング状スペーサを形成することが好ましい。
また、上記の他にも例えばスクリーン印刷技術やディスペンス方法など、同様の構造物が高精度にかつ効率的に得られる手法であれば、その手段は限定されない。
上記いずれの方法においても、カバーガラスウエハ１０の厚みがｔ０．３ｍｍの状態で、枠状スペーサ５及びリング状スペーサ２０が形成される。外径が８ｉｎｃｈと大面積のウエハであっても、厚みがｔ０．３ｍｍであれば、その剛性は十分で自身のたわみはほとんどない。したがって、枠状スペーサ５及びリング状スペーサ２０を比較的容易、かつ高精度に形成することができる。
さらに、枠状スペーサ及びリング状スペーサに加えて、カバーガラスウエハ１０上に反射防止膜などの機能膜を容易に付与することができる。
次に、図３（Ｂ）に示すように、カバーガラスウエハ１０の枠状スペーサ５側に、枠状スペーサ５及びリング状スペーサ２０を覆うようにマスク材１２が付与される。マスク材１２として片面テープタイプもしくは塗布液タイプのものを使用することができる。
後工程において、カバーガラスウエハ１０を、フッ酸を主成分とする薬液で薄型化する場合、マスク材１２が片面テープタイプであれば、テープを構成する基材と接着層のうち少なくとも基材が、また塗布液タイプのものであればそれ自身が、フッ酸などの薬液への耐性のあるものが好ましい。
なお、後にこれらのマスク材１２は剥離する必要があるため、剥離時のカバーガラスウエハ１０の破損防止のためには、強固な完全接着ではなく、外的なエネルギーの付与（例えばＵＶ光や温度）によりその接着強度が低下する機能を持つ片面テープもしくは塗布液が好ましい。マスク材１２の自己剥離性に関し、必ずしも必要ないが、自己剥離性を有してもよい。
また、マスク材１２が最終的に剥離されることを考慮すると、枠状スペーサ５にテープの接着層や、接着層上の異物が付着（転写）されない特性を有する片面テープもしくは塗布液を用いることが好ましい。
マスク材１２が片面テープタイプであれば、ローラなどにより、片面テープを枠状スペーサ５及びリング状スペーサ２０に貼り付けることができる。
また、マスク材１２が塗布液タイプであれば、スピンコート、バーコート、スプレーコートなどにより塗布液を塗布し、その後硬化（乾燥）することにより、塗布液が枠状スペーサ５及びリング状スペーサ２０を埋めるようにコーティングすることができる。
これらによりマスク材１２が枠状スペーサ５及びリング状スペーサ２０を覆うようにカバーガラスウエハ１０に供給される。
＜片面テープタイプ＞
（１）テープタイプであれば日東電工株式会社製のエレグリップ（ＵＢ−３０８３Ｄ）はテープ基材がＰＥＴで耐フッ酸性があり、さらには接着後もＵＶ照射により接着力を低下（接着層が硬化）させることができるため簡単に剥離することができる。したがって、スペーサの被着面への付着も少ないので好適に使用することができる。また、テープ基材がＰＥＴであるため、耐ＩＰＡ性もあることかウエットエッチングング後の純水洗浄後には、例えばＩＰＡ乾燥（溶剤蒸気乾燥）など乾燥シミを抑制した乾燥手法を選択することができる。
（１）テープタイプであれば日東電工株式会社製のエレグリップ（ＵＢ−３０８３Ｄ）はテープ基材がＰＥＴで耐フッ酸性があり、さらには接着後もＵＶ照射により接着力を低下（接着層が硬化）させることができるため簡単に剥離することができる。したがって、スペーサの被着面への付着も少ないので好適に使用することができる。また、テープ基材がＰＥＴであるため、耐ＩＰＡ性もあることかウエットエッチングング後の純水洗浄後には、例えばＩＰＡ乾燥（溶剤蒸気乾燥）など乾燥シミを抑制した乾燥手法を選択することができる。
（２）別のテープタイプとして、例えば株式会社ニッタ製のインテリマーテープなどを使用することができる。テープ基材がＰＥＴで耐フッ酸性があり、かつ接着後も加温あるいは冷却によりその接着力が低下し簡単に剥離可能で、かつ被着面への付着も少ないので、好適に使用することができる。加温により接着力が低下するタイプでは、例えば５０℃以上、冷却により接着力が低下するタイプでは例えば４０℃以下の雰囲気下にて剥離を行うことができる。
なお、片面テープタイプを使用する場合、特に外周部のリング状スペーサ２０との密着性に留意しながらローラ等でラミネートする必要がある。例えば、密着が不十分であれば、カバーガラスウエハ１０の薄型化工程で、エッチング液等の薬液が進入し、カバーガラスウエハ１０のスペーサ形成面側にダメージを与えるおそれがあるからである。ラミネート後はカバーガラスウエハ１０の外形にあわせて不要部分がカットされる。この他にもマスク材としては下記のものも適用可能である。
＜液状タイプ＞
（１）例えば、電気化学工業株式会社製のUV硬化型仮固定用接着剤テンプロックシリーズがマスク材１２として使用できる。塗布・UV硬化後に、６０〜８０℃程度の温水に数分間浸漬することで、膨潤し接着力が低下するため容易に剥離することができる。また耐フッ酸性もあり、さらには剥離後の枠状スペーサ５の被着面への付着も少なく好適である。
（１）例えば、電気化学工業株式会社製のUV硬化型仮固定用接着剤テンプロックシリーズがマスク材１２として使用できる。塗布・UV硬化後に、６０〜８０℃程度の温水に数分間浸漬することで、膨潤し接着力が低下するため容易に剥離することができる。また耐フッ酸性もあり、さらには剥離後の枠状スペーサ５の被着面への付着も少なく好適である。
（２）例えば住友３Ｍ株式会社製のＵＶ硬化型接着剤ＬＣ−３０００シリーズなどがマスク材１２として使用できる。塗布硬化（接着）後に、外的エネルギーの付与による接着力の低下機能はないものの元来剥離性はよく、耐フッ酸性があり、枠状スペーサ５の被着面への付着も少ないので、好適に使用することができる。
上記以外にも同様の機能を有する部材であれば、本実施の形態に限定されない。また、上記部材はいずれも樹脂を主成分としているが、後述のエッチング液の極僅かな吸水や透湿を考慮する場合、これらの部材にさらに非樹脂素材（例えばガラスウエハ１０より十分に厚いシリコンウエハやガラスウエハなど無機材）を貼り付けてもよい。
次いで、図３（Ｃ）に示すように、マスク材１２が付与されたカバーガラスウエハ１０をフッ酸などの薬液に浸し、スペーサ形成面と反対面を、厚みをｔ０．３ｍｍからｔ０．１ｍｍになるまでケミカル加工により薄型化する。この時、カバーガラスウエハ１０の表面がケミカル反応により粗い面とならないよう、エッチングレートに留意する必要がある。
薄型化工程において、カバーガラスウエハ１０のスペーサ側のガラス面（最終的に固体撮像装置のカバーガラスの内側となる面）は、マスク材１２及びリング状スペーサ２０で密閉されているため、薬液の進入はない。それにより、カバーガラスウエハ１０のスペーサ側のガラス面は、薬液によるダメージから保護される。
ウエットエッチングによる薄型化は非負荷加工である。また、スペーサ側に貼り付けたマスク材１２が支持体としても作用するため、エッチング処理中、あるいはその後の純水洗浄、乾燥においてもカバーガラスウエハ１０を破損することなく処理することができる。
なお、カバーガラスウエハ１０を薄くする好適な方法として、加工対象に対して低負荷で加工中の破損リスクの小さいウエットエッチングによる手段を説明した。しかし、例えばラッピングやポリッシングといった機械研磨加工による方法でもよい。この場合もマスク材１２が研磨屑や研磨剤からカバーガラスウエハ１０のスペーサ側を保護する役割を果たす。
次いで、図３（Ｄ）に示すように、マスク材１２をカバーガラスウエハ１０から剥離する。マスク材１２の剥離の際にはカバーガラスウエハ１０は極薄状態となっているために、剥離時の引っ張り力で破損するのを防止するため、ガラス面側を平坦な真空吸着テーブル（不図示）上に吸着固定した状態で行うことが好ましい。
また、外的なエネルギー（例えばＵＶ光や温度）でその接着強度が低下する部材をマスク材１２として用いている場合は、外的エネルギーを与えた後、もしくは外的エネルギーが掛かった状態で剥離を行うことが好ましい。
例えば、ＵＶ光でその接着強度が低下する部材をマスク材１２として使用した場合、マスク材１２側から、３０ｍＷの照度で３０ｓｅｃ程度のＵＶ光を照射した後、エッチング処理されたガラス面側を真空吸着テーブルに真空固定し、マスク材１２をゆっくりと剥離する。ＵＶ光照射により接着力は低下しており、かつカバーガラスウエハ１０は真空吸着テーブルに強固に固定されているため、破損することもなく、マスク材１２を容易に剥がすことができる。
真空吸着テーブルとしてはポーラス構造のものがテーブル全面に吸着力が働くため好適である。またその平面度は５μｍ以下のものが吸着力による破損を防ぐためには好ましい。
マスク材１２の剥離は、マスク材１２として使用する材料に応じて、所用の剥離条件を与え、剥離を行う。
次いで、図３（Ｅ）に示すように、枠状スペーサ５が形成されたカバーガラスウエハ１０のスペーサ側と反対側のガラス面に、貼り合わせ部材１６を介して第１のサポートウエハ１４が貼り付けられる。第１のサポートウエハ１４は単にハンドリング時の剛性確保が目的となる。
貼り合わせ部材１６は、自己剥離性、ガラス面への付着が少ない特性を有する両面テープや接着剤等であることが好ましい。第１のサポートウエハ１４をカバーガラスウエハ１０に貼り付けた状態で、これらは、枠状スペーサ５の形成等の半導体プロセス処理がなされることはない。したがって、貼り合わせ用部材１６は、耐薬品、耐水、耐真空、耐プラズマ、耐高温等の過酷なプロセス環境への耐性は必要ない。したがって、貼り合わせ用部材１６として適用可能な部材の選択肢は広がる。
第１のサポートウエハ１４のカバーガラスウエハ１０への貼り付けは以下のようにして行なわれる。
カバーガラスウエハ１０のスペーサ側を真空吸着テーブルに固定する。真空吸着テーブルは上述したのと同様にポーラス構造で平面度が５μｍ以下のものを使用するのが好ましい。
真空吸着テーブルに吸着固定された状態でカバーガラスウエハ１０側に第１のサポートウエハ１４として同外径（φ８ｉｎｃｈ）で厚さｔ０．５ｍｍのパイレックス（登録商標）ガラスを貼り合わせる。
貼り合わせ部材１６としては積水化学工業株式会社製の両面テープ セルファＢＧを使用することができる。セルファＢＧは片面にＵＶ照射すると自己剥離作用を発生させる機能を有している。ここでは、ＵＶ照射でアウトガス発生により密着を開放する。その後の第１のサポートウエハ１４をカバーガラスウエハ１０から剥離する際に有用であり、また接着層の残りも少ないように設計されており、好適に使用することができる。
この他にも下記の方式・部材が候補も適用可能である。
この他にも下記の方式・部材が候補も適用可能である。
＜両面テープタイプ＞
例えば日東電工株式会社製のリバアルファや電気化学工業株式会社製のエレグリップなどの熱剥離両面テープを好適に使用することができる。加熱により接着層中に含まれるマイクロカプセルの膨張により接着面積を低減し密着を開放する自己剥離機能があり、被着面への付着も少ない。
例えば日東電工株式会社製のリバアルファや電気化学工業株式会社製のエレグリップなどの熱剥離両面テープを好適に使用することができる。加熱により接着層中に含まれるマイクロカプセルの膨張により接着面積を低減し密着を開放する自己剥離機能があり、被着面への付着も少ない。
＜接着剤タイプ＞
例えば化研テック株式会社製の仮着剤エコセパラや電気化学工業株式会社製テンプロックなどの仮止め接着剤などを好適に使用することができる。これらは温水への浸漬で自己剥離性あるいは接着力が低下する機能がある。この際、温水に溶解（分解）するのではなく、塗布された形態を留めたまま一体形成された物として剥離することができ作業性もよく有用である。ただし、これらは接着部（＝ウエハ全面）を効率よく温水膨順させるために第１のサポートウエハ１４には多数の微小穴を開けておくなど、温水の経路を設けることが必要となる。
例えば化研テック株式会社製の仮着剤エコセパラや電気化学工業株式会社製テンプロックなどの仮止め接着剤などを好適に使用することができる。これらは温水への浸漬で自己剥離性あるいは接着力が低下する機能がある。この際、温水に溶解（分解）するのではなく、塗布された形態を留めたまま一体形成された物として剥離することができ作業性もよく有用である。ただし、これらは接着部（＝ウエハ全面）を効率よく温水膨順させるために第１のサポートウエハ１４には多数の微小穴を開けておくなど、温水の経路を設けることが必要となる。
＜その他＞
例えば住友３Ｍ株式会社製のＷＳＳ（Wafer-Support-System）や東京応化工業株式会社製のZero-Newtonシステムなどを好適に使用することができる。専用の貼り合わせ／剥離装置や剥離液が必要ではあるが、サポートウエハを一時的に付与する方法として有用である。上記以外にも類似の機能を有する方式・部材であれば、本実施の形態に限定されない。
例えば住友３Ｍ株式会社製のＷＳＳ（Wafer-Support-System）や東京応化工業株式会社製のZero-Newtonシステムなどを好適に使用することができる。専用の貼り合わせ／剥離装置や剥離液が必要ではあるが、サポートウエハを一時的に付与する方法として有用である。上記以外にも類似の機能を有する方式・部材であれば、本実施の形態に限定されない。
上述のカバーガラスウエハ１０を薄型化し、カバーガラスウエハ１０と第１のサポートウエハ１４を貼り付ける図３（Ａ）〜（Ｅ）とは別の工程で、シリコンウエハが準備される。
図３（Ｆ）に示すように、半導体基板であるシリコンウエハ１８（φ8ｉｎｃｈ×ｔ０．３ｍｍ）の表面に、一般的な半導体素子製造プロセスが適用され、複数の固体撮像素子３、及びパッド６が形成される。
次いで、図３（Ｇ）に示すように、シリコンウエハ１８の裏面を、バックグラインドなどにより裏面研磨し、厚さｔ０．１５ｍｍまで薄型化する。なお、シリコンウエハ１８の表面にマスク材を設けた上で、ウエットエッチング加工により裏面側を薄型化してもよい。
次いで、図３（Ｈ）に示すように、シリコンウエハ１８の裏面に、貼り合わせ部材２４を介して第２のサポートウエハ２２が貼り合せられる。後工程で第２のサポートウエハ２２が剥離されることを考慮すると、貼り合わせ部材２４は自己剥離性を備えていることが好ましい。
ただし、第２のサポートウエハ２２がシリコンウエハ１８の裏面に貼り付けられるので、貼り合わせ部材１６と異なり、電気的な特性やモジュール等への組立への影響がなければ、接着層が多少残っても問題は少ない。
第２のサポートウエハ２２のシリコンウエハ１８への貼り付けは以下のようにして行なわれる。シリコンウエハ１８の研磨された面に対し、自己剥離性両面テープ（セルファＢＧ）により同外径（φ８ｉｎｃｈ）のパイレックス（登録商標）ガラスｔ０．５ｍｍを第２のサポートウエハとして貼り合わせた。
この工程においても、図３（Ｅ）に説明したような、貼り合わせ部材／方式を用いることができる。
次に、図３（Ｉ）に示すように、枠状スペーサ５の接着面に経時硬化タイプの接着剤を転写した状態で、カバーガラスウエハ１０とシリコンウエハ１８が、固体撮像素子３の受光エリアが枠状スペーサ５で囲まれるようにＸ、Ｙ、θアライメントされ、接合される。接合後は第１及び第２のサポートウエハ１４，２２側より加圧し、密着された状態で接着剤が完全に硬化するまで経時させる。
カバーガラスウエハ１０とシリコンウエハ１８は、第１及び第２のサポートウエハ１４，２２が貼り付けられているため、ハンドリングによる破損を防止することができる。また互いの平坦性も保たれるため容易に高精度でのアライメント・接合が行える。
次に、図３（Ｊ）に示すように、貼り合わせ部材１６，２４の自己剥離作用を働かせて、カバーガラスウエハ１０と第１のサポートウエハ１４、シリコンウエハ１８と第２のサポートウエハ２２を剥離する。第１及び第２のサポートウエハ１４、２２は繰り返し使用することができる。
貼り合わせ部材１６，２４が両面テープ（セルファＢＧ）の場合、具体的には以下の手順により、カバーガラスウエハ１０と第１のサポートウエハ１４、シリコンウエハ１８と第２のサポートウエハ２２とが剥離される。
第１のサポートウエハ１４側よりＵＶ光が３０ｍＷの照度で１００ｓｅｃ程度照射される。第１のサポートウエハ１４は透明基板のため、ＵＶ光は透過し、貼り合わせ部材１６である両面テープ（セルファＢＧ）に照射される。ＵＶ照射により貼り合わせ部材１６に自己剥離作用（アウトガス発生による密着の開放）が発生する。剛体ウエハ同士の貼り合わせであっても容易に第１のサポートウエハ１４をカバーガラスウエハ１０から剥離することができる。
同様の手順により、第２のサポートウエハ２２側よりＵＶ光が３０ｍＷの照度で１００ｓｅｃ程度照射される。これにより、第２のサポートウエハ２２をシリコンウエハ１８から容易に剥離することができる。
カバーガラスウエハ１０と第１のサポートウエハ１４の剥離、及びシリコンウエハ１８と第２のサポートウエハ２２の剥離は、どちらを先に行なってもよい。
第１のサポートウエハ１４と第２のサポートウエハ２２を剥離した状態で、総厚はｔ０．３０ｍｍ（＝カバーガラスウエハ厚さｔ０．１ｍｍ＋スペーサ高さｔ０．０５ｍｍ＋シリコンウエハｔ０．１５ｍｍ）と十分剛性を確保できる厚みであるため、問題なくハンドリングできる。貼り合わせ部材１６，２４として、図３（Ｅ）に説明したような様々な方式や部材を使用した場合はそれぞれ所用の剥離条件（加熱条件、膨潤条件など）を与えることで、第１及び第２のサポートウエハ１４，２２の剥離を行う。
次に図３（Ｋ）で示すように、カバーガラスウエハ１０のみをダイシング装置などを用いて、円盤状の砥石（ダイシングブレード）２６により研削切断加工を行い、カバーガラス４に個片化する。シリコンウエハ１８上のパッド６面を露出するのに必要な幅（０．１〜１．０mm）で断面が矩形に整形された砥石２６を用いて、砥石２６の最下点がシリコンウエハ１８の表面から０．０２〜０．０３ｍｍの高さを通過するように砥石２６の高さを設定して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに研削切断加工を行う。
この時、加工時の研削屑（ガラス破片）のサイズダウンや発生そのものを極力抑制するために砥石２６は砥粒＃６００〜１２００程度の目の細かいものを選定する。さらに、結合剤として、研削抵抗を小さくするために、砥粒の保持力が小さく、自生発刃作用があり、また、弾力性もあるレジンボンドを選定することが好ましい。加工速度は、比較的低速の０．５〜２ｍｍ／ｓｅｃの範囲に設定される。
次に、図３（Ｌ）に示すように、シリコンウエハ１８を薄い砥石（ｔ０．０４ｍｍ程度）により、ダイシングストリートに合わせてＸ軸方向、Ｙ軸方向ともに研削切断加工を行い、固体撮像素子チップ２に個片化する。これにより合計総厚ｔ０．３０ｍｍの薄型の固体撮像装置１をウエハレベルで一括して同時に多数製造することができる。
次に、図４を参照に、本発明の固体撮像装置の製造方法に係る第２の実施形態を説明する。尚、第１の実施形態で説明したのと同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する場合がある。また、図３（Ｆ）〜（Ｈ）に相当する、シリコンウエハ１８の製造プロセスが省略されている。ここで、第２の実施形態の方法は、カバーガラスウエハを個別化してカバーガラスにする方法に関して、第１の実施形態の方法と異なる。
図４（Ａ）〜（Ｅ）の工程は、図３（Ａ）〜（Ｅ）の工程と全く同じである。
図４（Ｆ）に示すように、カバーガラスウエハ１０に貼り合わせ部材１６を介して第１のサポートウエハ１４を貼り合せ状態で、カバーガラスウエハ１０をカバーガラス４に個片化することができる。
図４（Ｆ）に示すように、カバーガラスウエハ１０に貼り合わせ部材１６を介して第１のサポートウエハ１４を貼り合せ状態で、カバーガラスウエハ１０をカバーガラス４に個片化することができる。
図３（Ｋ）で示すように、カバーガラスウエハ１０とシリコンウエハ１８を貼り合わせた状態で、砥石２６でカバーガラスウエハ１０をカバーガラス４に個片化することができる。しかし、枠状スペーサ５の高さを低くした場合、砥石２６の最下点とシリコンウエハ１８との距離が小さくなる。それにより、カバーガラスウエハ１０の研削屑を排出するためのクリアランスが小さくなる。この研削屑がシリコンウエハ１８にダメージを与える可能性が高くなる。
一方、第２の実施形態の方法によれば、カバーガラスウエハ１０とシリコンウエハ１８と貼り合わせる前であって、カバーガラスウエハ１０に貼り合わせ部材１６を介して第１のサポートウエハ１４を貼り合せ状態で、カバーガラスウエハ１０をカバーガラス４に個片化している。したがって、カバーガラスウエハ１０の研削屑が、シリコンウエハ１８にダメージを与えることはない。
図５は、砥石２６によりカバーガラスウエハ１０を研削切断する様子を示している。幅（０．１〜１．０mm）で断面が矩形に整形された砥石２６を用いて、枠状スペーサ５側から第１のサポートウエハ１４の貼り合わせ部材１６にまで僅かに切り込む高さに砥石２６の高さを設定し、カバーガラス４への個片化（フルカット）を行う。
砥石２６のエッジは完全な直角ではなく、厳密には丸み３０（Ｒ＝０．０４ｍｍ程度）を有している。カバーガラス４の切断面にこの丸み３０に起因する突起が残らないようにすることが重要である。貼り合わせ部材１６の厚みをｔ０．０８ｍｍ以上とし、砥石２６の貼り合わせ部材１６へ切り込む量が０．０４〜０．０７ｍｍの範囲となるよう設定される。砥石２６の先端の丸み３０が、貼り合わせ部材１６の途中まで切り進むようにしているので、砥石２６のエッジの丸み３０による影響を回避することができる。
なお、加工時の研削屑がシリコンウエハへの損傷を与えることが無いので、加工速度を２〜５ｍｍ／ｓｅｃに設定することができる。これにより、図３（Ｋ）における、カバーガラスウエハ１０からカバーガラス４の個片化より、高速度で研削切断加工を行うことができる。
砥石２６は、第１のサポートウエハ１４を切り込まないよう設定されている。したがって、貼り合わせ部材１６は個片化されない。第１のサポートウエハ１４を複数のカバーガラス４から剥離した後、貼り合わせ部材１６を第１のサポートウエハ１４から一体ものとして剥離することができる。これによって、第１のサポートウエハ１４の再生作業が容易に行える。
次に、図４（Ｇ）に示すように、枠状スペーサ５の接着面に経時硬化タイプの接着剤を転写した状態で、カバーガラスウエハ１０とシリコンウエハ１８とが、固体撮像素子３の受光エリアが枠状スペーサ５で囲まれるようにＸ、Ｙ、θアライメントされ、接合される。接合後は第１及び第２のサポートウエハ１４，２２側より加圧し、密着された状態で接着剤が完全に硬化するまで経時させる。
次に、図４（Ｈ）に示すように、貼り合わせ部材１６，２４の自己剥離作用を働かせて、カバーガラスウエハ１０と第１のサポートウエハ１４、シリコンウエハ１８と第２のサポートウエハ２２を剥離する。第１及び第２のサポートウエハ１４、２２は繰り返し使用することができる。
次に、図４（Ｉ）に示すように、シリコンウエハ１８を薄い砥石（ｔ０．０４ｍｍ程度）により、ダイシングストリートに合わせてＸ軸方向、Ｙ軸方向ともに研削切断加工を行い、個片化する。これにより合計総厚ｔ０．３０ｍｍの薄型の固体撮像装置をウエハレベルで一括して同時に多数製造することができる。
１…固体撮像装置、２…固体撮像素子チップ、３…固体撮像素子、４…カバーガラス、５…枠状スペーサ、６…パッド、１０…カバーガラスウエハ、１２…マスク材、１６，２４…貼り合わせ部材、１４…第1のサポートウエハ、１８…シリコンウエハ、２０…リング状スペーサ、２２…第２のサポートウエハ、２６，２８…砥石
Claims (8)
- カバーガラスの基材となる透明基板の一方面に、複数の枠状スペーサと、前記枠状スペーサを囲み、前記透明基板の外周に沿うようにリング状スペーサとを形成する工程と、
前記透明基板の一方面側に、前記枠状スペーサ及び前記リング状スペーサを覆うようにマスク材を付与する工程と、
前記透明基板を他方面側から所定範囲の厚さとなるよう除去する工程と、
前記透明基板から前記マスク材を除去する工程と、
前記透明基板の他方面に第１のサポートウエハを貼り合せる工程と、
半導体基板の一方面に複数の固体撮像素子を形成する工程と、
前記半導体基板を他方面側から所定範囲の厚さとなるよう除去する工程と、
前記半導体基板の他方面に第２のサポートウエハを貼り合せる工程と、
前記半導体基板と前記透明基板とを前記スペーサを介して接合する工程と、
前記第１のサポートウエハ及び前記第２のサポートウエハを前記透明基板および前記半導体基板から剥離する工程と、
前記透明基板を個片化する工程と、
前記半導体基板を個片化する工程と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - カバーガラスの基材となる透明基板の一方面に、複数の枠状スペーサと、前記枠状スペーサを囲み、前記透明基板の外周に沿うようにリング状スペーサとを形成する工程と、
前記透明基板の一方面側に、前記枠状スペーサ及び前記リング状スペーサを覆うようにマスク材を付与する工程と、
前記透明基板を他方面側から所定範囲の厚さとなるよう除去する工程と、
前記透明基板から前記マスク材を除去する工程と、
前記透明基板の他方面に第１のサポートウエハを貼り合せる工程と、
前記透明基板をカバーガラスに個片化する工程と、
半導体基板の一方面に複数の固体撮像素子を形成する工程と、
前記半導体基板を他方面側から所定範囲の厚さとなるよう除去する工程と、
前記半導体基板の他方面に第２のサポートウエハを貼り合せる工程と、
前記半導体基板と前記カバーガラスとを前記スペーサを介して接合する工程と、
前記第１のサポートウエハ及び前記第２のサポートウエハを前記カバーガラスおよび前記半導体基板から剥離する工程と、
前記半導体基板を個片化する工程と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記透明基板を他方面側から所定範囲の厚さとなるよう除去する工程は、前記透明基板を他方面側から、フッ酸を主成分とする薬液によりエッチングする工程である請求項１又は２記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記マスク材が、フッ酸に対して耐性を有する請求項３記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記透明基板を他方面側から所定範囲の厚さとなるよう除去する工程は、前記透明基板を他方面側から、ラッピング及び／又はポリッシングにより研磨する工程である請求項１又は２記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記マスク材は外的なエネルギーの付与でその接着力が低下する片面テープもしくは塗布液である請求項１〜５の何れか１記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記透明基板と第１のサポートウエハを貼り合わせる部材は自己剥離性を有する両面テープもしくは接着剤である請求項１〜６の何れか１記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記半導体基板と第２のサポートウエハを貼り合わせる部材は自己剥離性を有する両面テープもしくは接着剤である請求項１〜７の何れか１記載の固体撮像装置の製造方法。
Priority Applications (6)
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