JPS5846187B2 - 固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体撮像素子の製造方法に関し、さらに詳しく
は、ＣＣＤ固体イメージセンサや、ＢＢＤ固体イメージ
センサに対し、それらと別体のモザイクパターンを有す
るカラーフィルタを、イメージセンサの個々の絵素に対
応した状態に位置決め接着する方法に関する。

固体撮像素子は、ビデオカメラの小型、軽量化に大きく
貢献する素子として期待されているが、一枚の固体撮像
素子でカラーカメラを構成するためには、三色フィルタ
（例えば、赤、緑、シアン）等をイメージセンサの前面
に構成する必要がある現在はフィルタとしては有機フィ
ルタが多く用いられており、これは、イメージセンサと
は別々に光学ガラス上に形成され、フィルタガラスとし
てイメージセンサの上に接着されるのが一般である接着
剤としては、光学レンズの接着に広く用いられている熱
硬化形の樹脂を使用すれば、強い接着力を得ることがで
きた。

しかし、ビデオカメラの小型・軽量化の要請に伴って、
イメージセンサの面積も小さくなり、分解能を維持する
ためには、絵素間隔が接近しなければならず、イメージ
センサとフィルタの相対位置精度を向上させる必要が生
じ、これに対しては、従来の熱硬花形樹脂を用いる接着
法では不十分であることがわかった。

すなわち、接着崩面積２００７Ｉｌａ程度で、接着剤厚
み１０μｍ以下、アライメント精度（イメージセンサの
パターンとフィルタのモザイクパターンとの相対的位置
合せ精度）２μｍ程度を実現する必要があり、そのため
には、接着面の抑圧とアライメントを同時に行ない、か
つ、アライメントが完了した時点で、押圧したまま接着
剤を硬化させなければならない。

ところが、従来の熱硬花形樹脂では、１０μｍ以下の厚
みになってアライメントを行なうと、徐徐に硬化が始ま
り、接着剤厚みの不均一・アライメント不良等の原因で
、カラーＳＮ比の不良、フリッカの発生さらに著しい場
合には色ズレ等を生じてしまう。

また、カラーフィルタおよびイメージセンサの表面は軟
質なものが多く、取り扱いによって容易に傷を生じてし
まう。

特に、光学ガラスおよびシリコンウェハ上に形成された
複数のフィルタ・センサを切断・分離する時にその危険
度が高かった。

さらに、カラーフィルタやイメージセンサは耐熱性・耐
薬品性も不十分であり、有効な洗浄処理を行なうことも
困難であった。

これらの理由で、固体撮像素子においては傷の発生によ
る不良率が高く、これがプロセス上の最大の問題点の一
つであった。

本発明は以上のような従来の問題をすべて解決し、高精
度・高品質の固体撮像素子の製造を可能とするものであ
り、以下に本発明を実施例に基いて説明する。

第１図においてシリコンウェハ１には、４個のイメージ
センサ２が形成されており、一方第２図において光学ガ
ラス基板３の上には４個のカラーモザイクフィルタ４が
形成されている。

これらは、クリーンなプロセスで製作された後ただちに
保護コーティングされることが好ましい。

本発明では、低粘度の紫外線硬化形樹脂をスピンコーテ
ィングし、紫外線を照射して、硬く一様な保護膜を形成
する。

この時に使用する紫外線硬化形樹脂としては次の様な性
質を備えていることが望ましい。

（１） コーティング厚さ２μｍ程度で均一なものと
する為に、粘性は５００ ｃｐｓ以下がよい。

（１１）可視光の透過率はほぼ一様で、なるべく高透過
率であることが望ましい。

（ｉｉｉ） 紫外線を多量に照射すると、フィルタの
特性が変化するため、少量の紫外線で硬化する高感度な
樹脂であることが望ましい。

ここで注意しなければならないことは、イメージセンサ
にはワイヤボンディングのためのバットが設けられてお
り、ここには保護膜があってはならない。

すでに硬化した樹脂を選択的に除去する手段は公知であ
るが、本発明においては紫外線硬化形樹脂を用いるため
、硬化のための紫外線を照射スるに際して、ノンコンタ
クトのマスクラ用イて、プロキシミティプリンティング
を行なえば、パッド部の樹脂を硬化させずに洗浄除去す
ることが可能である。

また発明者らの実験によれば、切断砥石を用いてイメー
ジセンサおよびフィルタを分離する時に、この保護コー
テイング膜の剥離が生じ易く、後の接着工程で不都合を
生じた。

そこで第３図、第４図に示すように、やはり紫外線照射
時に切断部をマスキングし、未硬化の樹脂を洗浄除去す
ることが有効である。

第３図、第４図で斜線を施した部分が保護コーティング
された場所であり、第３図ではバット部５と切断部６は
保護コーティングされていない。

また第４図では切断部１が保護コーティングされていな
い。

次に、第３図の複数のイメージセンサを有するウェハ、
および第４図の複数のカラーモザイクフィルタを有する
光学ガラス基板は、切断部のほぼ中央で分離される。

切断は高速で回転する砥石を用いるのが有効であるが、
深い溝を入れた後にブレイクすることも可能であり、そ
の場合には、ダイヤモンドスクライバ・レーザ゛スクラ
イバあるいはダイシングソー等が使用される。

第５図は切断して分離されたイメージセンサの断面を説
明するための概略図である。

シリコン基板８の上には、絵素部９、光導電膜１０、透
明電極１１および駆動部１２が形成され、保護コーティ
ング１４が透明電極１１をおおっている。

外部リードを接続するワイヤボンディング用のパッド１
３およびシリコン基板８の周縁部１５は前述のように、
マスキングして紫外線を照射することによって、保護コ
ーティングを防止している。

第６図は、同じくカラーモザイクフィルの断面を説明す
る概略図であり、光学ガラス基板１６上に三色のカラー
フィルタをモザイク状に形成したフィルタ膜１７の上を
保護コーチインク１８がおおっている。

周縁部１９は第５図と同様に保護コーティングがついて
いない。

切断加工時には、加工屑等の付着、冷却液による汚染等
が生じるが、本発明においては、イメージセンサとカラ
ーモザイクフィルタを紫外線硬化形樹脂で保護コーティ
ングしており、切断加工後に効果的な洗浄をほどこすこ
とが可能であり、保護コーティングがない場合に比べて
、はるかに歩留りが向上する。

切断加工に次いで、第７図に示すように、イメージセン
サ２０は下部ステージ２１に載置され、カラーモザイク
フィルタ２２は上部ステージ２３に固着される。

イメージセンサ２０とカラーモザイクフィルタ２２はほ
ぼ中心を−にして対向するよう位置決めされるが、カラ
ーモザイクフィルタ２２は真空吸着等の手段で保持され
る必要がある。

これに対し、イメージセンサ２０は、単に載置するのみ
でもよいし、あるいは真空吸着等で位置を固定してもよ
い。

この状態でイメージセンサ２０のほぼ中央部に、接着用
の紫外線硬化形樹脂２４が適肖量滴下される。

これには市販されている液体定量滴下装置等を用いるこ
とが有効である。

滴下した状態で樹脂はその表面張力で凸状態を保ってい
ることが望ましく、その様な性質の樹脂を選定する必要
がある。

またこの樹脂は、硬化時において、保護コーティングに
用いた樹脂とほぼ同一の光学的性質を有することが望ま
しく、特に屈折率は近いほどよい。

次に上部ステージ２３と下部ステージ２１は対向面をほ
ぼ平行に保ちながら接近し、第８図に示すように樹脂２
４を押しひろげながら、イメージセンサ２０とカラーモ
ザイクフィルタ２２の間に充填させる。

この時にカラーモザイクフィルタ２２と樹脂２４とはカ
ラーモザイクフィルタ２２のほぼ中央部で接触をはじめ
、それから周辺部へと樹脂が広がっていくために、カラ
ーモザイクフィルタ２２とイメージセンサ２０との間に
気泡を閉じこめることはない。

第８図の状態では上部ステージ２３と下部ステージ２１
を高圧で押しつけて樹脂２４を薄くする必要はなく、気
泡を閉じこめることなくカラーモザイクフィルタ２２と
イメージセンサ２０の間に樹脂２４が充填されればよい
。

次に、カラーモザイクフィルタ２２と上部ステージ２３
との固着は解除される。

たとえば、上部ステージの真空吸着を解除して、上部ス
テージ２３は上方に離脱する。

カラーモザイクフィルタ２２とイメージセンサ２０のパ
ターンを位置合せするアライメントは、両者を相対的に
移動して行うが、本実施例ではカラーモザイクフィルタ
２２を固定し、イメージセンサ２０を移動させる場合に
ついて説明する。

下部ステージ２１がアライメント装置を兼ねている場合
には、イメージセンサ２０は真空吸着等の手段で下部ス
テージ２１に固着されている必要がある。

アライメント装置が別の装置である場合には、カラーモ
ザイクフィルタ２２とイメージセンサ２０は間に樹脂２
４をはさんだ状態を保って一体的に、アライメントのた
めのステージに移される。

第９図はアライメント装置にセットされた状態を示すも
のである。

イメージセンサ２０はアライメントステージ２５に真空
吸着等の手段で固着されている。

カラーモザイクフィルタ２２の上面は、これを固定する
ための押さえ板２６で押圧されている。

押さえ板２６はカラーモザイクフィルタ２２をアライメ
ント動作に対して固定する必要があり、真空吸着等の手
段で固着すればよいが、押さえ板２６の押さえ面とカラ
ーモザイクフィルタ２２の表同が高摩擦抵抗で接触する
よう構成すれば、樹脂２４が潤滑剤として作用し、カラ
ーモザイクフィルタ２２は固定されたままでイメージセ
ンサ２０を移動させることが可能である。

具体的構成法としては押さえ板２６の押さえ面の一部も
しくは全面に粘性フィルムの薄膜を形成することが有効
である。

また押さえ板は、その一部もしくは全面が、可視光域お
よび紫外線硬化形樹脂２４の吸収波長域においてほぼ透
明なるよう構成され、アライメント時には、押さえ板２
６の上方より顕微鏡にてカラーモザイクフィルタ２２と
イメージセンサ２０を観察し、両者のパターンの位置合
せを行なう。

位置合せは両者に設けられた合せマーク部を観察して行
なうため、押さえ板２６は合せマーク部が観察可能なよ
うに透明部を有しておればよい。

アライメント時に、押さえ板２６は適当な圧力でカラー
モザイクフィルタ２２とイメージセンサ２０を押圧して
おく必要があるが、樹脂２４の厚みを十分に薄く、たと
えば１０μｍ以下とすることができれば、そのままの状
態で、上方より紫外線を照射し、押さえ板２６の一部も
しくは全体の透明部を通過した紫外線で樹脂２４の一部
もしくは全体を硬化、接着させられる。

アライメント時の押圧が不十分で樹脂２４の厚みが十分
薄くならない場合には、アライメント後に押さえ板２６
の押圧力を高めてやればよい。

紫外線を照射して樹脂２４を硬化させる時に、カラーモ
ザイクフィルタ２２の周縁よりはみ出た樹脂はパッド部
をおおっている可能性があり、これが硬化した場合には
、伺らかの手段でパッド上の樹脂を除去しなければなら
ない。

第９図ではその対策としてマスク２７を配して、パッド
部を紫外線に対してしやへいし、硬化を防いでいる。

アライメント後、紫外線を照射することによって、樹脂
２４の少くとも一部は硬化し、カラーモザイクフィルタ
２２とイメージセンサ２０は接着固定されるが、この状
態でアライメント装置より取り出し、不要の樹脂は洗浄
除去、未硬化の樹脂は紫外線を再照射して硬化させる等
の後処理を行なう。

第１０図はアライメントおよび紫外線照射の他の実施例
である。

カラーモザイクフィルタ２２は、その外周辺部を押さえ
板２８によって押圧されており、その中央部２９はくり
抜かれており、既述の可視光および祝外線に対する透明
部を構成している。

一般にカラーモザイクフィルタ２２のフィルタ膜面は、
光学ガラス基板との熱膨張率の相違により、フィルタ膜
面すなわちイメージセンサ２０と接する側の面が凸とな
るようにそっている。

またイメージセンサ２０も、酸化膜等の影響でカラーモ
ザイクフィルタ２２と接する側の面が凸にそっている。

従って、第１０図の様な構成で両者を押圧すると、両者
のそりを効果的に矯正し、樹脂２４を薄くすることが容
易となる。

第１０図の構成ではパッド部には紫外線が照射されない
ので、硬化後は洗浄によって周辺の未硬化の樹脂を除去
するのみでよい。

さて第１１図は接着が完了した固体撮像素子の断面であ
り、各部の記号は第５図および第６図と共用している。

第５図および第６図で示したイメージセンサとカラーモ
ザイクフィルタは間に接着剤３０を介して接合されてい
るが、保護コーティング１４．１８および接着剤３０の
厚みの和は１０μｍ以下となっている。

たとえば保護コーティング厚はそれぞれ２μｍ接着剤厚
を５μｍとする−ことは容易である。

本発明製造法で接着された固体撮像素子においては、カ
ラーモザイクフィルタとイメージセンサの表面保護に用
いた紫外線硬化形樹脂と、両者の接着に用いた紫外線硬
化形樹脂との硬化時の光学的特性を合わせることは容易
であり、屈折率の相違による反射が防止され、光透過率
の低下は最少限となる。

本発明によって、固体撮像素子の製造歩留りは著しく向
上し、また樹脂の硬化に際しては、紫外線を短時間照射
するのみでよいため、製作工数も大いに短縮された。

本発明は、単板形カラー固体撮像素子の小型化、性能向
上およびコスト低減に貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明にかかる複数のイメージセ
ンサを形成したウェハの平匍図および複数のカラーモザ
イクフィルタを形成した光学ガラス基板の平面図、第３
図および第４図は本発明にかかる保護コーティングされ
たウェハと光学ガラス基板の半筒図、第５図および第６
図は保護コーティングされたイメージセンサを形成した
ウェハおよびフィルタの断面図、第７図および第８図は
イメージセンサとカラーモザイクフィルタの間に接着剤
を充填させる工程の説明図、第９図および第１０図はア
ライメントおよび硬化の工程の説明図、第１１図は接着
が完了した固体撮像素子の断面説明図である。 ８・・・・・・シリコン基板、９・・・・・・絵素部、
１０・・・・・・光導電膜、１１・・・・・・透明電極
、１２・・・・・・駆動部、１３・・・・・・ボンディ
ング用パッド、１４．１８・・・・・・保護コーティン
グ、１５．１９・・・・・・周縁部、１６・・・・・・
光学ガラス基板、１７・・・・・・フィルタ膜、３０・
・・・・・接着剤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体ウェハ上に形成されたイメージセンサおよび
   光学ガラス基板上に形成されたカラーモザイクフィルタ
   の各表面に紫外線硬化形樹脂を塗布する第１の工程、前
   記イメージセンサおよび前記カラーモザイクフィルタの
   表面上の紫外線硬化形樹脂に紫外線を照射して硬化させ
   る第２の工程、前記イメージセンサ表面もしくは前記カ
   ラーモザイクフィルタ表面に前記紫外線硬化形樹脂と硬
   化時にほぼ同一の光学的性質を有する紫外線硬化形樹脂
   を塗布する第３の工程、前記イメージセンサとカラーモ
   ザイクフィルタとの間に前記紫外線硬化形樹脂を拡張、
   充填し、かつ前記イメージセンサのパターンと前記カラ
   ーモザイクフィルタのパターンを整合させる第４の工程
   、前記イメージセンサと前記カラーモザイクフィルタが
   押圧、整合された状態で前記紫外線硬化形樹脂を硬化さ
   せ、前記イメージセンサと前記カラーモザイクフィルタ
   を接着する第５の工程を有することを特徴とする固体撮
   像素子の製造方法。 ２ 第２および第５の工程が、イメージセンサのワイヤ
   ボンディング用のバット部をマスキングして紫外線を照
   射し、前記パッド部の紫外線硬化樹脂を除去する工程を
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体
   撮像素子の製造方法。 ３ 半導体ウェア上Ｉとは複数のイメージセンサが形成
   されており、かつ光学ガラス基板上には前記イメージセ
   ンサに対応する複数のカラーモザイクフィルタが形成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の固体撮像素子の製造方法。 ４ 第２の工程が、それぞれのイメージセンサおよびそ
   れぞれのカラーモザイクフィルタの間をマスキングして
   紫外線を照射して紫外線硬化形樹脂の硬化を防止し、未
   硬化部分を洗浄にて除去する工程を有し、最終工程（こ
   おいて、前記マスキングによって、半導体ウェアおよび
   光学ガラス基板が露出した部分を砥石で切断することを
   特徴とする特許請求の範囲第３項記載の固体撮像素子の
   製造方法。