(57)【要約】【課題】  接着剤層に欠損部が発生するのを防止することができる接着方法、及び半導体パッケージの製造方法を提供する。【解決手段】  エポキシ樹脂を含む主剤と、アミン系材料を含む硬化剤を容器１で内混合する。得られたエポキシ樹脂組成物２を、硬化剤に含まれる残存するアミン系材料による吸湿を抑制するため、蓋３で密封された容器１内で半硬化する。次に、エポキシ樹脂組成物２をカバーガラス基板４上にスピンコート法で塗布し、カバーガラス基板４とスペーサ部材５を貼り合わせる。エポキシ樹脂組成物２を硬化させてカバーガラス基板４とスペーサ部材５を接合する。【選択図】  図１
2011178886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基材と第２基材との接着方法であって、
エポキシ樹脂を含む主剤と、アミン系材料を含む硬化剤を混合するステップと、
前記硬化剤に含まれる残存する前記アミン系材料による吸湿を抑制するため、前記主剤と前記硬化剤を混合して得られたエポキシ樹脂組成物を、密封容器内で半硬化するステップと、
前記エポキシ樹脂組成物を前記第１基材と前記第２基材の間に供給するステップと、
前記エポキシ樹脂組成物を硬化させて前記第１基材と前記第２基材を接合するステップを含む接着方法。
【請求項２】
請求項１記載の接着方法であって、前記エポキシ樹脂組成物を密閉容器内で半硬化するステップは、前記エポキシ樹脂組成物をその粘度が初期粘度の１．５倍〜１０倍まで硬化することを含む接着方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の接着方法であって、前記エポキシ樹脂組成物を密閉容器内で半硬化するステップは、密閉容器内で前記エポキシ樹脂組成物を所定温度で所定時間攪拌した後、前記エポキシ樹脂組成物を同密閉容器内で所定時間放置することを含む接着方法。
【請求項４】
請求項３記載の接着方法であって、作業環境の湿度を制御することで放置する前記所定時間を制御する接着方法。
【請求項５】
請求項３又は４記載の接着方法であって、前記エポキシ樹脂組成物を攪拌するときの所定温度及び所定時間を制御することにより、放置する前記所定時間を制御する接着方法。
【請求項６】
請求項３又は４記載の接着方法であって、前記エポキシ樹脂組成物を、２５℃±２℃の温度で、３０秒〜５分の時間攪拌する接着方法。
【請求項７】
請求項５記載の接着方法であって、前記エポキシ樹脂組成物を、４０℃±５℃の温度で、より好ましくは４０℃±２℃の温度で、１０分以上の時間攪拌することで、前記エポキシ樹脂組成物を放置する前記所定時間をゼロとする接着方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか記載の接着方法であって、前記主剤と前記硬化剤の比率（硬化剤／主剤）が０．３〜０．６、好ましくは０．４〜０．５である接着方法。
【請求項９】
半導体パッケージの製造方法であって、
カバーガラス基板とスペーサ部材を準備するステップと
前記カバーガラス基板を第１基材として、前記スペーサ部材を第２基材として、請求項１〜８に記載の何れかの接着方法を用いて、前記カバーガラス基板と前記スペーサ部材を接着するステップと、
前記スペーサ部材を加工して、前記カバーガラス基板上に複数の枠状のスペーサを形成するステップと、
前記カバーガラス基板と固体撮像素子が形成された半導体基板とをスペーサを介して接合するステップと、
前記カバーガラス基板を個片化するステップと、
前記半導体基板を個片化するステップと、
を有する半導体パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は接着方法、及び半導体パッケージの製造方法に係り、特に、エポキシ樹脂を主剤とし、アミン系材料を硬化剤とする常温硬化型接着剤を使用する接着方法、及び半導体パッケージの製造方法。
【背景技術】
【０００２】
例えば、デジタルカメラや携帯電話等の機器の小型化要求を背景に、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。そのため、固体撮像素子チップ全体を気密封止した大型パッケージから、固体撮像素子のチップと略同等の大きさの小型パッケージ（チップサイズパッケージ：ＣＳＰ）へ移行しつつある。透過性平板とスペーサとで固体撮像素子の受光部が気密封止されたＣＳＰタイプの固体撮像装置をウエハ一括（ウエハレベル）で製造する方法が提案されている。ＣＳＰタイプの固体撮像装置の製造では、カバーガラス基板とスペーサ部材とを接着剤で接着することが行なわれる。
【０００３】
例えば、特許文献１は、カバーガラス基板とスペーサ部材（シリコンウエハ）を貼り合せる接着剤として、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤、常温硬化型接着剤の３種類の接着剤を使用することを開示する。
【０００４】
しかしながら、熱硬化型接着剤は、貼り合せる部材の線膨張係数が異なる場合、反りが発生する。この反りが後工程の作業に好ましくない影響を与える。
【０００５】
紫外線硬化型接着剤は、カバーガラス側から紫外線を照射して硬化させる。そのため、カバーガラス上に光学膜（例えば、赤外線遮光膜等）が存在すると、接着剤の感光波長が遮断される可能性がある。光学膜の透過特性に応じた接着剤を選定しなければならず、使用できる接着剤が限られる問題点がある。
【０００６】
常温硬化型接着剤は、エポキシ樹脂を主剤、アミン系材料を硬化剤とする２液を混合して使用される。この常温硬化型接着剤によりカバーガラス基板とスペーサ部材と貼り合せし、後工程（フォトリソ工程、又はドライエッチング工程）での加熱プロセスを実施した後、接着剤層に欠損部が発生する場合がある。欠損部では、カバーガラス基板とスペーサ部材が接着されていないことになり、パッケージとしての封止性を損なう重要な問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２９６７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
常温硬化型接着剤を使用した場合に発生する欠損部について、本願発明者は以下の課題を認識するに至った。
【０００９】
常温硬化型接着剤の硬化剤に含まれるアミン材料は、一般式Ｒ−ＮＨ２（Ｒはアルキル基を表す）で表される。ＮＨ基（アミノ基）は親水性であるため、水素結合によって水分を吸着し、容易に吸湿する。水分の吸湿により硬化剤は水泡を含んでしまう。この硬化剤と主剤とを混合して得られた混合物で２つの基材同士を接着し、その後加熱プロセスを実施すると、水泡（水分）が蒸発し欠損部が発生することを認識するに至った。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、接着剤層に欠損部が生じない接着方法、及び半導体パッケージの製造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】
【００１１】
本発明の一態様によると、第１基材と第２基材との接着方法であって、エポキシ樹脂を含む主剤と、アミン系材料を含む硬化剤を混合するステップと、前記硬化剤に含まれる残存する前記アミン系材料による吸湿を抑制するため、前記主剤と前記硬化剤を混合して得られたエポキシ樹脂組成物を密封容器内で半硬化するステップと、前記エポキシ樹脂組成物を前記第１基材と前記第２基材の間に供給するステップと、前記エポキシ樹脂組成物を硬化させて前記第１基材と前記第２基材を接合するステップを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様によれば、エポキシ樹脂を含む主剤と、アミン系材料を含む硬化剤を混合して得られたエポキシ樹脂組成物を密封容器内で半硬化させることで、硬化剤に含まれる残存するアミン系材料のＮＨ基（アミノ基）は硬化反応に使用されて少なくなり、ＮＨ基（アミノ基）による吸湿が抑制される。これにより、エポキシ樹脂組成物に含まれる水泡を減らすことができ、水泡を発生原因とする欠損部の発生を抑制することができる。
【００１３】
本発明の他の態様によると、好ましくは前記エポキシ樹脂組成物を密閉容器内で半硬化するステップは、前記エポキシ樹脂組成物の粘度を初期粘度の１．５倍〜１０倍まで硬化させる。エポキシ樹脂組成物を前述の粘度まで硬化させることで、エポキシ樹脂組成物内の水泡を実質的に無くすことができる。
【００１４】
本発明の他の態様によると、好ましくは、前記エポキシ樹脂組成物を密閉容器内で半硬化するステップは、密閉容器内で前記エポキシ樹脂組成物を所定温度で所定時間攪拌した後、前記エポキシ樹脂組成物を同密閉容器内で所定時間放置する。
【００１５】
本発明の他の態様によると、エポキシ樹脂組成物が曝される作業環境の湿度を制御することで放置する前記所定時間を制御することができる。作業環境の湿度が低くなるにしたがい、放置時間は短くなる。一方、湿度が高くなるにしたがい、放置時間は長くなる。
【００１６】
本発明の他の態様によると、前記エポキシ樹脂組成物を攪拌するときの所定温度及び所定時間を制御することにより、放置する前記所定時間を制御することができる。エポキシ樹脂組成物の攪拌温度・攪拌時間に基づいて、エポキシ樹脂組成物の硬化の程度を制御できる。攪拌温度を高く、攪拌時間を長くすることで硬化が促進するので、放置する時間を短くできる。一方、逆の条件にすることで放置する時間を長くできる。作業環境条件に応じた放置時間を選択できる。
【００１７】
本発明の他の態様によると、好ましくは、前記エポキシ樹脂組成物を、２５℃±２℃の温度で、３０秒〜５分の時間攪拌する。
【００１８】
本発明の他の態様によると、前記エポキシ樹脂組成物を、４０℃±５℃の温度で、より好ましくは４０℃±２℃の温度で、１０分以上の時間攪拌することで、前記エポキシ樹脂組成物を放置する前記所定時間をゼロとすることができる。
【００１９】
本発明の他の態様によると、好ましくは、前記主剤と前記硬化剤の比率（硬化剤／主剤）が０．３〜０．６、好ましくは０．４〜０．５の範囲である。０．３以下の混合比率では硬化せず、０．６以上の混合比率では硬化剤が供給過多となり、接着性能に影響を与えるからである。
【００２０】
本発明の別の態様によると、半導体パッケージの製造方法であって、カバーガラス基板とスペーサ部材を準備するステップと、前記カバーガラス基板を第１基材として、前記スペーサ部材を第２基材として、上述の態様の何れかの接着方法を用いて、前記カバーガラス基板と前記スペーサ部材を接着するステップと、前記スペーサ部材を加工して、前記カバーガラス基板上に複数の枠状のスペーサを形成するステップと、前記カバーガラス基板と固体撮像素子が形成された半導体基板とをスペーサを介して貼り合わせるステップと、前記カバーガラス基板を個片化するステップと、前記半導体基板を個片化するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の接着方法、及び半導体パッケージの製造方法によれば、接着剤層に欠損部が発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態を示す工程フロー図。
【図２】湿度と放置時間の関係を示すグラフ。
【図３】第２の実施形態を示す工程フロー図。
【図４】半導体パッケージの製造方法を示す工程フロー図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。したがって、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。
【００２４】
本発明の作用について説明する。アミン材料を含む硬化剤とエポキシ樹脂を含む主剤とを混合したエポキシ樹脂組成物の硬化反応を以下に示す。硬化剤は多数のＮＨ基（アミノ基）を含んでいる。硬化剤と主剤を混合し、攪拌することで硬化反応が進行する。密封容器内で硬化反応を進めることで、水分を吸湿することなしに硬化剤のアミン材料が硬化反応に使用され、エポキシ樹脂組成物中のＮＨ基（アミノ基）が減少する。親水性のＮＨ基（アミノ基）が減少するので、エポキシ樹脂組成物は実質的に水泡（水分）を含まない状態となる。基材同士を接合する前に、エポキシ樹脂組成物の吸湿を抑制しているので、欠損部の発生を防止することができる。
【００２５】
主剤としてビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂等を使用することができる。硬化剤として、エチレンアミン、ポリアミドアミド、アルキルアミン等、第１級又は第２級アミンを含むアミン系硬化剤を使用することができる。
【００２６】
上記の主剤及び硬化剤いずれも、硬化物の接着強度や耐環境性の向上や硬化促進を目的とした添加剤（シランカップリング剤等）を添加していても良い。
【００２７】
【化１】
2011178886.tif 000003
〔第１の実施形態〕
第１の実施形態について図１を参照に説明する。第１に、常温硬化型接着剤のエポキシ樹脂系の主剤とアミン系の硬化剤とを電子天秤で正確に軽量し、容器１に入れ混合する。例えば、１０．０ｃｃの容量を有する容器1に主剤を３．０ｇ、硬化剤を１．３５ｇ入れ混合し、容器１内にエポキシ樹脂組成物２を得る。このときのエポキシ樹脂組成物２の初期粘度は、９５０ｃＰｓとした。
【００２８】
次いで、容器１を蓋３で密閉し、攪拌装置（不図示）にセットする。容器１内のエポキシ樹脂組成物２を、温度２５℃±２℃の範囲内で３０秒〜５分間攪拌する。
【００２９】
次いで、容器１を蓋３で密閉した状態で、水泡が発現しなくなるまでエポキシ樹脂組成物２を放置する。このとき作業環境（湿度・温度）に応じて、放置する時間が決定される。例えば、温度２５℃±２℃で、湿度５０％ＲＨの場合、エポキシ樹脂組成物２は密閉された容器１内で少なくとも１５分以上放置される。
【００３０】
次いで、カバーガラス基板４上に、接着剤であるエポキシ樹脂組成物２がスピンコート法により塗布される。スピンコートの回転数・時間を調整し、エポキシ樹脂組成物２を１〜１０μｍ程度の厚さでカバーガラス基板４上に塗布する。例えば、前記作業環境で攪拌後１５分放置した場合、回転数５０００ｒｐｍ、時間２４０ｓｅｃでエポキシ樹脂組成物２が３．５〜４．５μｍの厚さで塗布される。
【００３１】
エポキシ樹脂組成物２を塗布したカバーガラス基板４とスペーサ部材５を、真空中で対向させて押し当て、貼り合わせる。気泡の噛み込みを防止するため、真空中でバーガラス基板４とスペーサ部材５を貼り合わせる。押し当て加重は、少なくとも１．０ｋｇ／ｃｍ２とする。なお、カバーガラス基板４、スペーサ部材５を貼り合わせる前に、それぞれの接着面を精密洗浄し、不純物を除去する。不純物による硬化反応の阻害防止するためであり、エポキシ樹脂組成物２への異物噛み込みによる接着不良防止するためである。
【００３２】
第１の実施形態によれば、カバーガラス基板４とスペーサ部材５間のエポキシ樹脂組成物２内に水泡は存在しなかった。これにより、常温硬化型接着剤を使用した場合でも、加熱プロセスにおいて発生する接着剤の欠損部を抑制できる。
【００３３】
図２は作業環境の湿度と放置時間の関係を示す。縦軸が作業環境の湿度であり、横軸が放置時間である。図２によれば、湿度６０％ＲＨの場合、放置時間を３０分以上とすれば、水泡が発生しないことを示す。また、湿度５０％ＲＨの場合、放置時間を１５分以上とすれば、水泡が発生しないことを示す。また、湿度３０％ＲＨの場合、放置時間を０としても、水泡が発生しないことを示す。作業環境の湿度に応じて、放置時間を決定することができる。
【００３４】
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態について図３を参照に説明する。図１と同様の構成には同様の符号を付して説明を省略する場合がある。
【００３５】
第１に、常温硬化型接着剤のエポキシ樹脂系の主剤とアミン系の硬化剤とを電子天秤で正確に軽量し、容器１に入れ混合する。容器１内にエポキシ樹脂組成物２を得る。
【００３６】
次いで、容器１を蓋３で密閉し、攪拌装置（不図示）にセットする。容器１内のエポキシ樹脂組成物２を、４０℃±２℃の範囲内で１０分以上間攪拌する。このとき、一連の作業環境の湿度は５０±５％ＲＨとした。
【００３７】
その結果、容器１内でエポキシ樹脂組成物２の硬化が促進され、水泡が発現しなくなる。したがって、第１の実施形態と異なり、攪拌後の放置時間をゼロとすることができる。
【００３８】
次いで、カバーガラス基板４上に、接着剤であるエポキシ樹脂組成物２がスピンコート法により塗布される。スピンコートの回転数・時間を調整し、エポキシ樹脂組成物２を１〜１０μｍ程度の厚さでカバーガラス基板４上に塗布する。
【００３９】
エポキシ樹脂組成物２を塗布したカバーガラス基板４とスペーサ部材５を、真空中で対向させて押し当て、貼り合わせる。気泡の噛み込み防止するため、真空中でバーガラス基板４とスペーサ部材５を貼り合わせる。押し当て加重は、少なくとも１．０ｋｇ／ｃｍ２とする。
【００４０】
第２の実施形態によれば、カバーガラス基板４とスペーサ部材５間のエポキシ樹脂組成物２内に水泡は存在しなかった。これにより、常温硬化型接着剤を使用した場合でも、加熱プロセスにおいて発生する接着剤の欠損部を抑制できる。
【００４１】
〔第３の実施形態〕
第３の実施形態について図４を参照に説明する。図４は半導体パッケージの製造方法の工程フローを示す。
【００４２】
図４（Ａ）に示すように、カバーガラス基板１０（例えば、外径φ８ｉｎｃｈ×厚みｔ０．３ｍｍの低α線ガラスウエハ）を準備する。エポキシ樹脂を含む主剤とアミン系材料を含む硬化剤を混合・攪拌する。上述の態様にしたがい水泡を含まないエポキシ樹脂組成物を得る。接着剤としてエポキシ樹脂組成物８をスピンコート法によりカバーガラス基板１０に塗布する。
【００４３】
次に、図４（Ｂ）に示すように、スペーサ部材１２（例えば、外径φ８ｉｎｃｈ×厚みｔ０．７５ｍｍの単結晶シリコンウエハ）準備し、カバーガラス基板１０とスペーサ部材１２を気泡や異物の噛み込みの無いようにエポキシ樹脂組成物８を介して接合する。カバーガラス基板１０とスペーサ部材１２との接合を、真空下で行うのが好ましい。
【００４４】
次に、図４（Ｃ）に示すように、スペーサ部材１２をバックグラインド等により所定の厚み（例えば１０〜１００μｍ）に加工した後、フォトリソグラフィー技術を適用してレジストのパターニングを行い、ドライエッチング等により不要な部分を除去する。次いで、洗浄により不要な部分のレジストや接着剤層の除去などを行い、多数の枠状のスペーサ１４を形成する。エポキシ樹脂組成物８は水泡を含んでいないので、加熱プロセスを実行しても、欠損部が発生することはない。
【００４５】
次に、図４（Ｄ）に示すように、カバーガラス基板１０はスペーサ１４を介してシリコンウエハ１８と貼り合わされる。シリコンウエハ１８には、複数の固体撮像素子２０、及びパッド２２が半導体プロセスにより形成される。貼り合わせる際、カバーガラス基板１０とシリコンウエハ１８とは位置合せされ、固体撮像素子２０が枠状のスペーサ１４内に収納される。
【００４６】
次に、図４（Ｅ）で示すように、カバーガラス基板１０のみをダイシング装置などを用いて研削切断加工を行う。これにより、カバーガラス基板をカバーガラス２４に個片化する。
【００４７】
最後に、図４（Ｆ）に示すように、薄い砥石により、シリコンウエハ１８をＸ軸方向、Ｙ軸方向ともに研削切断加工を行う。これにより、シリコンウエハを固体撮像素子チップ２６に個片化する。固体撮像素子２０をスペーサ１４とカバーガラス２４で封止する半導体パッケージが製造される。本実施の形態によれば封止性を損ねることの無い半導体パッケージ（チップサイズパッケージ）を製造することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…容器、２，８…エポキシ樹脂組成物、３…蓋、４，１０…カバーガラス基板、５，１２…スペーサ部材、１４…スペーサ、１８…シリコンウエハ、２０…固体撮像素子、２２…パッド、２４…カバーガラス、２６…固体撮像素子チップ
【図１】
2011178886.tif 000004
【図２】
2011178886.tif 000005
【図３】
2011178886.tif 000006
【図４】
2011178886.tif 000007