(57)【要約】【課題】狭い空隙部を有して接合された固体撮像素子ウェーハと透明ガラス板とで構成された固体撮像装置集合体の透明ガラス板を研削切断するにあたり、ガラス破片によるウェーハの損傷を防止することの出来る研削方法を提供し、歩留まりの高い固体撮像装置の製造方法を提供すること。【解決手段】ウェーハ１１に多数の固体撮像素子１１Ａを形成する工程と、透明平板１２に個々の固体撮像素子１１Ａを囲む形状のスペーサ１３を形成する工程と、透明平板１２に所定深さの溝１２Ｂを形成する工程と、ウェーハ１１と透明平板１２とを位置合わせして接合する工程と、透明平板１２に研削加工を施し、個々の固体撮像素子１１Ａに対応させて透明平板１２を分割する工程と、ウェーハ１１を個々の固体撮像素子１１Ａに対応させて分割する工程とを備えた。【選択図】      図１
2006100587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハの表面に多数の固体撮像素子を形成する工程と、
前記ウェーハに接合される透明平板下面の前記固体撮像素子に対応する箇所に、個々の固体撮像素子を囲む形状の所定厚さの枠状のスペーサを形成する工程と、
前記透明平板下面の前記スペーサ同士の間に所定深さの溝を形成する工程と、
前記ウェーハと前記透明平板とを位置合わせして前記スペーサを介して接合する工程と、
前記透明平板に研削加工を施し、前記個々の固体撮像素子に対応するように該透明平板を分割する工程と、
前記ウェーハを個々の固体撮像素子に対応させて分割する工程と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記透明平板を分割する工程は、前記透明平板の溝の幅寸法よりも大きな厚さ寸法を有する円盤状砥石で前記透明平板を研削切断することを特徴とする、請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記透明平板を分割する工程は、予め前記透明平板の溝と該溝の下方の前記スペーサ同士の間の空間とからなる空隙部に流動性材料を充填して、前記ウェーハの保護層を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置の製造方法に関し、特にウェーハレベルで一括製造された多数のチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）タイプの固体撮像装置を個々に分割する固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
このような中で、固体撮像素子チップの受光エリアのみに対し、下面縁部に枠部（スペーサ）を一体形成した透明材料からなる封止部材（透明ガラス板）を配置し、枠部（スペーサ）の外側に外部からの配線を行う電極（パッド）を配列した構造の固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
この特許文献１に記載された固体撮像装置をウェーハレベルで一括製造する場合は、先ずウェーハ（半導体基板）上に多数の固体撮像素子を形成する。一方、透明材料からなる封止部材（透明ガラス板）に固体撮像素子の受光エリアを囲う枠部（スペーサ）を多数一体形成する。
【０００５】
次に、この封止部材（透明ガラス板）を枠部（スペーサ）を介してウェーハに接合して、各固体撮像素子の受光エリアを密閉し、固体撮像装置がウェーハレベルで多数形成された積層体を製造する。次に、この積層体を個々の固体撮像装置に分割することによって、特許文献１に記載された固体撮像装置が得られる。
【特許文献１】特開平０７−２０２１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、前述の特許文献１には、多数の固体撮像装置がウェーハレベルで形成された積層体を個々の固体撮像装置に分割する方法について何ら記載されていない。しかし、一般的にウェーハ上に形成された多数の半導体装置を個々の半導体装置に分割するためには、ダイシング装置による研削切断が用いられている。
【０００７】
このため、例えばダイシング装置を使用して、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、砥石の最下点がパッド上部のウェーハと透明ガラス板との間に形成された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。
【０００８】
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高さが１００μｍ程度と極く狭い場合は、図６（ａ）、及び図６（ａ）のＡ−Ａ’断面と一部拡大図を表わす図６（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。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、極く狭い空隙部を有して接合された固体撮像素子のウェーハと透明ガラス板とで構成された固体撮像装置集合体の透明ガラス板を研削切断するにあたり、研削切断中に生ずる透明ガラス板の破片によるウェーハの損傷を防止することの出来る固体撮像装置集合体の研削加工方法を提供し、歩留まりの高い固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、ウェーハの表面に多数の固体撮像素子を形成する工程と、前記ウェーハに接合される透明平板下面の前記固体撮像素子に対応する箇所に、個々の固体撮像素子を囲む形状の所定厚さの枠状のスペーサを形成する工程と、前記透明平板下面の前記スペーサ同士の間に所定深さの溝を形成する工程と、前記ウェーハと前記透明平板とを位置合わせして前記スペーサを介して接合する工程と、前記透明平板に研削加工を施し、前記個々の固体撮像素子に対応するように該透明平板を分割する工程と、前記ウェーハを個々の固体撮像素子に対応させて分割する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、透明平板下面の前記スペーサ同士の間に所定深さの溝を形成する工程を有しているので、透明平板を研削切断する時に、研削砥石とウェーハ表面との隙間が十分取れるので、研削によって生ずる透明平板の破片が排出されやすく、破片によってウェーハの表面が損傷を受けることが緩和される。
【００１２】
また、本発明は、前記透明平板を分割する工程は、前記透明平板の溝の幅寸法よりも大きな厚さ寸法を有する円盤状砥石で前記透明平板を研削切断することを特徴とする。
【００１３】
これによれば、前もって透明平板に形成された溝幅よりも研削切断溝の幅の方が広いので、透明平板内に円盤状砥石の受け部分が形成され、透明平板の大きな破片が発生し難い。そのため、ウェーハの表面損傷が緩和される。
【００１４】
また、本発明は、前記透明平板を分割する工程は、予め前記透明平板の溝と該溝の下方の前記スペーサ同士の間の空間とからなる空隙部に流動性材料を充填して、前記ウェーハの保護層を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１５】
これによれば、透明平板の研削切断部分の下方空隙部には流動性材料が充填されてウェーハの保護層を形成しているので、研削によって生ずる透明平板の破片によるウェーハの表面損傷が防止される。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、極く狭い空隙部を有して接合された固体撮像素子ウェーハと透明ガラス板とで構成された固体撮像装置集合体の透明ガラス板を研削切断するにあたり、予め透明ガラス板の研削切断部に溝を形成して空隙部の高さを増加しているので、研削切断中に生ずる透明ガラス板の破片が排出され易く、破片によるウェーハの損傷を防止することができ、歩留まりの高い固体撮像装置の製造方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下添付図面に従って、本発明に係る固体撮像装置の製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。なお、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。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（ｃ）に示すように、半導体基板（ウェーハ）１１上に固体撮像素子１１Ａが多数形成される。
【００１８】
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状に配列された構造になっている。
【００１９】
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。
【００２０】
また、固体撮像素子１１Ａの外側には図１（ｃ）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。
【００２１】
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（透明平板に相当）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。
【００２２】
先ず、図１（ａ）に示すように、透明ガラス板１２に個々の固体撮像素子１１Ａを囲む枠形状で所定厚さを有する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を形成する。      
【００２３】
次に、図１（ｂ）に示すように、透明ガラス板１２の前述した枠状のスペーサ１３とスペーサ１３との間に溝１２Ｂを夫々を形成する。この溝１２Ｂの形成は研削加工で形成してもよく、また、エッチングで形成してもよい。次に、スペーサ１３の端面部分に接着剤１３Ｂを転写する。なお、溝１２Ｂの形成は透明ガラス板１２にシリコン板を接着する前に行ってもよい。
【００２４】
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をウェーハ１１に対峙させ、ウェーハ１１に対して位置合わせを行う。位置合せは予めウェーハ１１及び透明ガラス板１２の夫々にアライメントマークを設けておき、ウェーハ１１のアライメントマークに対して透明ガラス板１２のアライメントマークを重ね合わせることによって行う。
【００２５】
次に、ウェーハ１１に対して位置合わせされた透明ガラス板１２をスペーサ１３、接着剤１３Ｂを介してウェーハ１１に接着する。これにより、図１（ｃ）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。
【００２６】
なお、固体撮像素子１１Ａ同士の間の溝１２Ｂが形成された空間部分は、空隙部１４よりも溝１２Ｂの分だけ高さの高い空隙部１４Ａになっている。
【００２７】
次に、厚さ０．６〜１．２ｍｍ程度の砥石で空隙部１４Ａ内まで切り込んで積層体２０の透明ガラス板１２のみを研削切断して、透明ガラス板１２を分割し、ウェーハ１１上のパッド１１Ｂ、１１Ｂ、…を露出させる（図１（ｄ））。
【００２８】
次に、ウェーハ１１のパッド１１Ｂとパッド１１Ｂとの間の部分を別の薄い砥石で研削切断し、個々の固体撮像装置２１に分割する（図１（ｅ））。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。
【００２９】
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。
【００３０】
この図１（ｄ）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の高さは１００μｍ程度と極度に狭いため、透明ガラス板１２に溝１２Ｂを形成しない場合は、前述の図６（ａ）、及び図６（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。
【００３１】
本発明では透明ガラス板１２に溝１２Ｂを形成し、研削切断部分における透明ガラス板１２とウェーハ１１との間の空隙部１４Ａを大きく取っているので、ガラス破片１２Ａが容易に排出されウェーハ１１を損傷することがない。
【００３２】
次に、透明ガラス板１２の研削切断についてその具体的な実施例を図２によって説明する。先ず、厚さｌ1 ＝５００μｍの透明ガラス板１２には幅９００μｍ深さｌ2 ＝３００μｍの溝１２Ｂを予め形成し、厚さｌ3 ＝１００μｍのスペーサ１３を介してウェーハ１１に貼付して、ウェーハレベルの固体撮像装置２１の集合体である積層体２０を形成しておく（図２（ａ））。
【００３３】
この積層体２０を図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように、ダイシング装置のウェーハテーブル５１に吸着載置し、ダイシングブレード（砥石）５２の刃先の最下点が空隙部１４Ａ内に５０μｍ入り込む位置にセットして透明ガラス板１２を研削切断し、パッド１１Ｂ、１１Ｂ、…を露出させた。なお、図２（ｂ）は研削切断方向と直交する方向の断面を表わし、図２（ｃ）は図２（ｂ）におけるＡ−Ａ’断面を表わしたものである。
【００３４】
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。
【００３５】
このように、透明ガラス板１２に形成した溝１２Ｂの幅（９００μｍ）よりも厚さの厚い（１，０００μｍ）ダイシングブレード５２を用いて透明ガラス板１２を研削切断することによって、透明ガラス板１２内にダイシングブレード５２の受部が形成されて、研削抵抗を受けるので、研削切断時に透明ガラス板１２の大きな破片が生じ難い。
【００３６】
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。
【００３７】
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、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２０〜３０個程度で、許容範囲以内であった。
【００３８】
次に、本発明の別の実施形態について図３、及び図４により説明する。この別の実施形態は、前述の実施の形態に対し、空隙部１４Ａ内にウェーハ１１表面の保護層を形成する工程を追加したものである。なお、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。
【００３９】
先ず、図３に示すように、透明ガラス板１２に溝１２Ｂが形成された積層体２０の空隙部１４Ａ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１４Ａ内の空気が排出され、空隙部１４Ａ内に流動性の保護層１５の材料が容易に充填される。
【００４０】
次に、図４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の刃先の最下点が空隙部１４Ａ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１４Ａの隙間が大きくまた空隙部１４Ａ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。
【００４１】
なお、図４（ａ）は研削切断方向と直交する方向の断面を表わし、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ’断面を表わしている。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、この別の実施形態における透明ガラス板１２の研削切断についてその具体的な実施例を説明する。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１４Ａ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。また、充填する際の真空チャンバ８１の真空度は５〜８０ｋＰａ程度とした。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
加工後の積層体２０を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。
【００４７】
なお、積層体２０の空隙部１４Ａに常温以下の温度で固化する流動性材料を充填し、この状態で積層体２０を冷蔵庫内に保管して、流動性材料を固化させて保護層１５とすることもできる。この状態で透明ガラス板１２を研削切断する。この場合、研削水の温度を充填して固化した材料の融点以下にして用いる。
【００４８】
例えば、常温以下の温度で固化す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た場合は、この溶液を積層体２０の空隙部１４Ａに充填した後、この積層体２０を冷蔵庫内（０〜６℃程度）に保管して溶液を凍結固化させる。この場合は、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をチャックする。
【００４９】
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及びその周囲を溶液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を研削切断する。
【００５０】
なお、充填する流動性材料として水などマイナス温度下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。
【００５１】
また、保護層１５となる流動性材料として、ゼラチン又は寒天等の含有溶液で、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を用い、空隙部１４Ａ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を形成することもできる。
【００５２】
何れの場合も、空隙部１４Ａの高さが溝１２Ｂによって増大していることに加え、空隙部１４Ａ内に流動性材料を充填して保護層１５を形成しているので、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が生じても容易に排出され、ウェーハ１１の傷が抑制される。
【００５３】
また、透明ガラス板１２を研削切断するにあたり、図５に示すように、超音波振動子付研削液ノズル５５から超音波振動が付与された研削液を供給しながら研削切断することにより、ガラス破片１２Ａ自体に振動が伝わり、ガラス破片１２Ａがよりスムーズに排出されるので、ガラス破片１２Ａによるウェーハ１１表面の損傷がより一層緩和される。
【００５４】
この場合の実施例として、発振装置は例えば、メガソニックシステムズ社製の型式：ＭＳＧ−３３１等が用いられ、発振器５６の発振周波数は１．５〜３．０ＭＨｚ程度、超音波出力は１０〜４０Ｗ程度が好適である。
【００５５】
また、研削液への超音波エネルギーの付与は、研削液ノズルからの吐出直前が最も効果的であるので、超音波振動子付研削液ノズル５５の超音波振動子の組み込みはできるだけノズルの先端に近い方がよい。
【００５６】
以上のように、本発明によれば、１００μｍ程度の極く狭い空隙部を有して接合された固体撮像素子ウェーハと透明ガラス板とで構成された固体撮像装置集合体の透明ガラス板を研削切断するにあたり、予め透明ガラス板に溝を形成しておくことによって研削切断部位の空隙部の高さを増大させているので、研削切断中に生ずる透明ガラス板の破片によるウェーハの損傷を防止することができ、歩留まりの高い固体撮像装置の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態を説明する固体撮像装置の組立工程を表わす概念図
【図２】本発明の実施の形態を説明する研削切断工程の概念図
【図３】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
【図４】本発明の別の実施形態を説明する研削切断工程の概念図
【図５】研削液に超音波振動を付与した研削切断を説明する概念図
【図６】従来の研削切断を説明する概念図
【符号の説明】
【００５８】
１１…ウェーハ、１１Ａ…固体撮像素子、１２…透明ガラス板（透明平板）、１２Ａ…ガラス破片、１２Ｂ…溝、１３…スペーサ、１４、１４Ａ…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（円盤状砥石）
【図１】
2006100587.tif 000003
【図２】
2006100587.tif 000004
【図３】
2006100587.tif 000005
【図４】
2006100587.tif 000006
【図５】
2006100587.tif 000007
【図６】
2006100587.tif 000008