JP5701532B2 - 撮像装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置の製造方法に関し、特にウエハレベルチップサイズパッケージ法により製造された撮像装置の製造方法に関する。
ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の固体撮像素子を有する撮像装置を具備した電子内視鏡、カメラ付き携帯電話、およびデジタルカメラ等が普及している。撮像装置は、固体撮像素子が形成された撮像素子基板部と、固体撮像素子を保護するカバーガラス部と、を有する。
撮像装置を小型化し大量生産するために、ウエハレベルチップサイズパッケージ（Ｗ−ＣＳＰ）法を用いた撮像装置の製造方法が知られている。例えば、特開２００３−２０４０５３号公報には、多数の撮像素子が形成された半導体ウエハとガラス基板等とを接合後に、切断することで個片化し、一括して多数の撮像装置を得る方法が開示されている。
また、特開２００２−４５３３３号公報には、撮像素子面に対して直交する方向の被写体を撮影する横置型撮像装置が開示されている。横置型撮像装置ではカバーガラス上面に直角プリズムを接合する工程が必要がある。
すなわち公知の横置型撮像装置では、Ｗ−ＣＳＰ法により一括製造し個片化した、個々の撮像装置にプリズムを接合する工程が必要であるために、生産性がよいとはいえない場合があった。また、Ｗ−ＣＳＰ法による撮像装置では撮像素子を保護するためにカバーガラスが不可欠である。しかし、撮像装置の高さ方向（撮像子面垂直方向）の寸法はカバーガラスの厚み分大きくなる。このため、Ｗ−ＣＳＰ法により製造された横置型撮像装置は、内視鏡先端に搭載した場合、内視鏡先端を大型化してしまうことがある。
特開２００３−２０４０５３号公報 特開２００２−４５３３３号公報
本発明は、小型の撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の実施形態の撮像装置の製造方法は、第１の主面に複数の撮像素子を有し、それぞれの配線部を介して第２の主面にそれぞれの前記撮像素子と接続された複数の裏面電極を有する撮像素子基板を作製する撮像素子基板作製工程と、前記撮像素子基板の前記第１の主面に透明基板を接着し、接合基板を作製する接合基板作製工程と、前記撮像素子上の前記透明基板に、前記第１の主面に対して垂直な垂直面と傾斜した傾斜面とからなる溝部を形成することにより光路変換素子を作製するプリズム作製工程と、個々の撮像装置に個片化する個片化工程と、を具備する。
本発明によれば、小型の撮像装置の製造方法を提供できる。
第１の実施形態の撮像装置の外観図である。 第１の実施形態の撮像装置の分解図である。 第１の実施形態の撮像装置の接合基板作製工程を説明するための説明図である。 第１の実施形態の撮像装置の接合基板を説明するための外観図である。 第１の実施形態の撮像装置のプリズム作製工程を説明するための斜視図である。 第１の実施形態の撮像装置のプリズム作製工程を説明するための断面構造図である。 第１の実施形態の撮像装置のプリズム作製工程を説明するための斜視図である。 第１の実施形態の撮像装置の個片化工程を説明するための斜視図である。 第２の実施形態の撮像装置を説明するための断面構造図である。 第３の実施形態の撮像装置を有する内視鏡を説明するための断面構造図である。
＜第１の実施形態＞
以下、図面を用いて本発明の第１の実施形態の撮像装置１および撮像装置１の製造方法について説明する。最初に本実施形態の撮像装置１の構造について説明する。図１および図２に示すように撮像装置１は、撮像素子基板部１０と、接着層２０と、透明基板部であるカバーガラス部３０と、を具備する。撮像装置１は横置型であり、図１において図面左側からカバーガラス部３０の垂直面３２に入射した光線は、傾斜面３１で反射され、下面３３を介して撮像素子１３に到達する。
後述するように撮像装置１はウエハレベルチップサイズパッケージ法により製造される。すなわち多数の撮像装置をウエハ状態で一括して作製した後に、切断（ダイシング）処理により、個々のチップ（撮像装置）に個片化される。このため、図１に示すように、撮像素子基板部１０と接着層２０とカバーガラス部３０の外寸（撮像素子形成面の寸法）が、撮像装置１の外寸、Ｌ１およびＬ２となる。言い換えれば、撮像素子基板部１０と接着層２０とカバーガラス部３０の外寸は同一である。なお、撮像装置１においては、撮像素子基板部１０とカバーガラス部３０とは同一の傾斜角θ１の側面を有するために、Ｌ１方向の外寸は僅かに異なる。しかし、その差は僅かであるため、撮像素子基板部１０とカバーガラス部３０の外寸は同一であるとみなすことができる。
撮像素子基板部１０は、第１の主面１１に撮像素子１３を有し、配線部である貫通配線１６を介して第２の主面１２に撮像素子１３と接続された裏面電極１７を有する。貫通配線１６は、おもて面電極１５と表面配線（不図示）を介して撮像素子１３と接続されている。撮像素子１３の上面には、画素数の数のマイクロレンズ１４が形成されている。
カバーガラス部３０は、撮像素子１３を保護する保護部材機能を有する。更に撮像装置１においては、カバーガラス部３０は、撮像素子基板部１０の第１の主面１１に対して垂直な垂直面３２と、４５度傾斜している傾斜した傾斜面３１と、を有し、光路変換素子機能も有する。すなわち、図１においてθ１＝４５度、θ２＝９０度であり、カバーガラス部３０は直角プリズムを構成している。傾斜面３１は直角プリズムの反射面であり、すでに説明したように垂直面３２から入射した光線は傾斜面３１で反射し、光路方向が９０度変換されて、撮像素子１３に入射する。
また、カバーガラス部３０を撮像素子基板部１０に接着する接着層２０は、撮像素子基板部１０の撮像素子形成領域上にエアーギャップ２２を形成するように構成されている。すなわち、撮像素子基板部１０の撮像素子形成領域とカバーガラス部３０との間には額縁状の接着層２０によりエアーギャップ２２が形成されている。言い換えれば、接着層２０は撮像素子形成領域には形成されていない。
撮像装置１は、Ｗ−ＣＳＰ法により製造されるために、撮像素子１３を保護するカバーガラス部は不可欠である。すでに説明したように、公知の横置型撮像装置ではカバーガラス部上に、更に直角プリズムを配設する必要があった。しかし、撮像装置１ではカバーガラス部３０が直角プリズムとしての機能を有するために、小型で、かつ生産性がよい。
そして、エアーギャップ２２を有する撮像装置１は、撮像素子１３に形成されたマイクロレンズ１４の集光効果が高い。
次に、図３〜図８を用いて、撮像装置１の製造方法について説明する。
＜撮像素子基板作製工程＞
第１の主面１１に複数の撮像素子１３を有し、それぞれの貫通配線１６を介して第２の主面１２にそれぞれの撮像素子１３と接続された複数の裏面電極１７を有する撮像素子基板１０Ｗが作製される。
撮像素子基板１０Ｗは、例えば単結晶シリコン基板からなり、第１の主面１１には、半導体回路作製技術を用いて複数の撮像素子１３が形成されている。なお撮像素子としては、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等が好ましく用いられるが、別途作製した撮像素子チップを撮像素子基板１０Ｗ上に配設してもよい。それぞれの撮像素子１３には画素数の数のマイクロレンズが、例えば透明樹脂を用いて形成されている。
撮像素子基板１０Ｗの第１の主面１１には、撮像素子１３の電力供給用また信号送信用のおもて面配線（不図示）と接続された、おもて面電極１５が形成されている。そして、撮像素子基板１０Ｗの第２の主面１２側からの、ドライエッチング処理またはウエットエッチング処理等により、おもて面電極１５の裏面に到達する貫通孔が形成される。すなわち貫通孔は単結晶シリコン基板を貫通しているが、その底部はおもて面電極１５であるビアホールとして形成される。
貫通孔の内部および底部に銅またはアルミニウム等の導体を形成することにより、おもて面電極１５と導通のある貫通配線１６が形成される。更に第２の主面１２に貫通配線１６と接続された裏面電極１７が形成される。裏面電極１７は実装のための外部接続電極であり、凸状の銅バンプ、または、はんだボール等を用いて形成される。
なお、第１の主面１１の撮像素子１３と第２の主面１２の裏面電極１７とを接続する配線部として、貫通配線１６に替えて側面配線を用いてもよい。
なお、図３においては、撮像素子基板１０Ｗに、撮像素子１３が、６×６の格子状に配置された例を表示しているが、実際には１０×１０以上の格子状に配置されており、好ましくは２０×２０以上の格子状に配置されている。
＜接合基板作製工程＞
図３および図４に示すように、撮像素子基板１０Ｗの第１の主面１１に、接着層２０Ｗを介して透明基板であるガラス基板３０Ｗが接着され、接合基板１Ｗが作製される。なおガラス基板３０Ｗの下面３３には反射防止膜を形成しておいてもよい。
スクリーン印刷法またはインクジェット法等により、接着剤がパターニング塗布されることにより接着層２０Ｗは形成される。すなわち、撮像素子基板１０Ｗの第１の主面１１の撮像素子形成領域には接着剤は塗布されない。撮像素子形成領域以外の撮像素子周辺領域に塗布された接着剤は、ガラス基板３０Ｗの下面３３が接着された後に、硬化処理が行われる。接着剤としては紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができる。
なお、接合基板作製工程を真空中で行った場合には、封止空間であるエアーギャップ２２には空気は存在しないが、便宜上、エアーギャップという。
＜プリズム作製工程（分離工程）＞
図５および図６に示すように、撮像素子上のガラス基板３０Ｗの上面３４から、片側に４５度の斜面（θ１＝４５度）が形成されているブレード２によるダイシング加工により、第１の主面１１に対して垂直な垂直面３２と傾斜した傾斜面３１とからなる溝部３が形成される。すなわち、ブレード２の斜面が形成されない面は、ダイシング加工中は、第１の主面１１に対して９０度の角度に保持される。ブレード２による溝部３の形成により、プリズムの反射面となる傾斜面３１と、プリズムの光入射面となる垂直面３２とが、同時に形成される。
なお、図５においては、図示の都合上、直線状の歯を有するブレードを示しているが、もちろん、通常、広く使用されている円形ブレードを用いてもよい。
なお、図７に示すように、本実施形態の撮像装置１の製造方法では、プリズム作製工程において、プリズム作製と同時に、溝部３により、接合基板１Ｗが複数の撮像素子からなる棒状基板１Ｖに分割される。すなわち、溝部３の底部は撮像素子基板１０Ｗの第２の主面１２にまで到達している。
＜研磨工程＞
プリズム作製工程後に、接合基板１Ｗのプリズムの反射面となる傾斜面３１、および入射面となる垂直面３２の研磨処理が行われる。ブレード２によるダイシング加工だけでは撮像光学系として許容できる平面度および面粗さを確保するのが困難なためである。研磨処理は、通常のプリズム研磨と同様の研磨液等を用いた方法で光学的仕様を満たす平面となるまで行われる。研磨処理は撮像装置１の裏面電極１７が形成されている第２の主面１２を基準に行われ、第１の主面１１と第２の主面１２との角度および距離（板厚）が高精度に管理される。
研磨処理は、後述する個片化工程後に個々の撮像装置単位で行ってもよいが、図８に示したように撮像装置１が一列に連なっている棒状基板１Ｖの状態で行うことが好ましい。棒状基板１Ｖでの研磨処理は、一列分の複数の撮像装置の処理を一括して行うために、時間的に効率的で生産性が高いだけでなく、複数の撮像装置のプリズムの加工精度を均一に管理することができる。
＜個片化工程＞
図８に示すように、個片化工程において、棒状基板１Ｖから個々の撮像装置１が個片化される。
本実施形態の製造方法によれば小型の撮像装置１が効率良く製造できる。すなわち本実施形態の製造方法は生産性が高い。
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態の撮像装置１Ａおよび撮像装置１Ａの製造方法について説明する。本実施形態の撮像装置１Ａおよび撮像装置１Ａの製造方法は、第１の実施形態の撮像装置１および撮像装置１の製造方法と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図９に示すように、撮像装置１Ａの接着層２０Ａはエアーギャップを形成していない。これは撮像素子がマイクロレンズを有していないためである。このため、接着層２０Ａは、パターニングが必要な接着層２０よりも作製が容易である。
また、撮像装置１Ａは傾斜面３１に金属薄膜からなる反射膜３５を有する。反射膜３５は、プリズムの反射面における反射効率を向上する。プリズムの反射面に反射膜３５を施すことで、明るい画像による観察を行うことができる。反射膜３５としては、反射率の高いアルミニウムまたは銀等の金属膜を蒸着法またはスパッタ法等により形成する。更に、反射膜３５の外側に、金属膜の酸化防止のためのＳｉＯ２等からなる保護膜を形成することが好ましい。なお、生産性の観点から、反射膜３５および保護膜は棒状基板１Ｖの状態で形成することが好ましい。
反射膜３５を有する傾斜面３１は光の反射効率が向上している。すなわち、撮像装置１Ａは傾斜面３１における反射損失がより少ないために、撮像光学系からの光線を効率良く撮像素子１３に結像する。
そして、撮像装置１Ａでは、棒状基板１Ｖはステップカット法により作製される。すなわち、プリズム作製工程において、ブレード２はガラス基板３０Ｗにしか溝を形成しない。すなわち、溝の底部は撮像素子基板に到達していない。このためプリズム作製工程後において、接合基板１Ｗは棒状基板１Ｖにまで分離されず、溝部３が形成されたウエハ状態である。そして、プリズム作製工程の後に分離工程においてダイシング処理により、棒状基板１Ｖに分離される。なお、撮像素子基板部１０Ａの側面は第１の主面１１に対して垂直である。
また、最初に両面に４５度の傾斜のあるブレードを用い２つの反射面からなるＶ字溝を形成した後に、Ｖ字溝の底部と２つの棒状基板の分離部とを垂直面で分離するようにしてもよい。
なお、図９に示すように、撮像装置１Ａは、撮像装置１と同様に、チップサイズＬ１は、プリズムの高さＨ１、すなわちカバーガラス部３０の厚さと略同一に設定されている。すなわち、撮像装置１、１Ａは、カバーガラス部３０上にプリズムを配設するのではなく、カバーガラス部３０を加工してプリズムを作製するため、必要最小限のサイズのプリズムを作製することが可能である。
なお、図１等に示すように、撮像装置１、１Ａでは、プリズム作製工程において、ガラス基板３０Ｗの上面は一部が傾斜面３１に加工されていない。すなわち、撮像装置１、１Ａのプリズムは上面３４を有する。これは、棒状基板１Ｖおよび撮像装置１、１Ａのハンドリングを容易にするためである。例えば、上面３４を有する撮像装置１では、配線板に実装するときに、下面３３、すなわち、第１の主面１１と平行な上面３４を基準とすることができる。また、上記構造の撮像装置１は、鋭角状のガラス端面を有する場合に比べて、チッピング等が発生しにくい。
＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態として撮像装置１Ａを有する内視鏡４０について説明する。図１０は、内視鏡４０の挿入部先端部の断面構造を説明するための図である。図１０に示すように、挿入部先端部に撮像装置１Ａを組み込んだ内視鏡４０では、複数のレンズ部４１からなる撮像光学系４３と、撮像装置１Ａと、は枠部４６により固定されている。枠部４６の内部は高熱伝導率の非導電性樹脂充填剤により充填されている。撮像装置１Ａが裏面電極１７を介して実装された配線板４４にはケーブル４５が接続されている。
撮像装置１のプリズムを構成するカバーガラス部３０の前方には、撮像光学系４３がアライメント（光学的位置合わせ）されて固定されている。このため、撮像光学系４３からの光学像は傾斜面３１で９０度、光路変換され、撮像素子１３の画素エリアに結像する。
撮像装置１Ａ等を挿入部先端部に有する内視鏡４０は、保護部材として不可欠なカバーガラス部３０が、光路変換機能を有する直角プリズムであるために、細径化が可能であり低侵襲である。また、内視鏡４０は生産性が高いために、低コストである。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。例えば、第２実施形態で説明した反射膜を第１実施形態の撮像装置１に用いてもよいし、第１実施形態の撮像装置１を第３実施形態の内視鏡に搭載してもよい。
１、１Ａ…撮像装置、１Ｖ…棒状基板、１Ｗ…接合基板、２…ブレード、３…溝部、１０…撮像素子基板部、１０Ｗ…撮像素子基板、１１…第１の主面、１２…第２の主面、１３…撮像素子、１４…マイクロレンズ、１５…おもて面電極、１６…貫通配線、１７…裏面電極、２０、２０Ａ、２０Ｗ…接着層、２１…接着層、２２…エアーギャップ、３０…カバーガラス部、３０Ｗ…ガラス基板、３１…傾斜面、３２…垂直面、３４…上面、３５…反射膜、４０…内視鏡、４１…レンズ部、４３…撮像光学系、４４…配線板、４５…ケーブル、４６…枠部、Ｏ…光軸

Claims (6)

  1. 第１の主面に複数の撮像素子を有し、それぞれの配線部を介して第２の主面にそれぞれの前記撮像素子と接続された複数の裏面電極を有する撮像素子基板を作製する撮像素子基板作製工程と、
    前記撮像素子基板の前記第１の主面に透明基板を接着し、接合基板を作製する接合基板作製工程と、
    前記撮像素子上の前記透明基板に、前記第１の主面に対して垂直な垂直面と傾斜した傾斜面とからなる溝部を形成することにより光路変換素子を作製するプリズム作製工程と、
    個々の撮像装置に個片化する個片化工程と、を具備することを特徴とする撮像装置の製造方法。
  2. 前記光路変換素子が、前記傾斜面が前記第１の主面に対して４５度傾斜した直角プリズムであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置の製造方法。
  3. 前記プリズム作製工程が、前記接合基板を前記溝部により複数の撮像素子からなる棒状基板にダイシングする分割工程でもあることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置の製造方法。
  4. 前記光路変換素子の前記傾斜面および垂直面を研磨する研磨工程を、更に具備することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置の製造方法。
  5. 前記接合基板作製工程において、撮像素子周辺領域を前記透明基板と接着剤により接着することにより、撮像素子形成領域と前記透明基板との間にエアーギャップを形成することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置の製造方法。
  6. 前記傾斜面に反射膜を形成する反射膜形成工程を、更に具備することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置の製造方法。
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