(57)【要約】【課題】低粘度の接着剤を用いて半導体基板にガラスを接着させる光センサの製造方法を提供する。【解決手段】光を集光する光学ガラスと、当該受光された光を電気信号に変換する半導体集積回路とを備えた光センサの製造方法であって、当該方法は、上記半導体集積回路を第１の基板上に形成するステップと、上記第１の基板と上記光学ガラスの裏面との間に空間を形成するように、上記光学ガラスと上記第１の基板とを接着剤を用いて接合するステップとを含み、上記光学ガラスと上記第１の基板とを接合するステップは、上記第１の基板上に第１の接着剤を塗布し、当該塗布された上記第１の接着剤上に第２の接着剤を塗布することを含む。【選択図】図１
2015207600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を集光する光学ガラスと、当該受光された光を電気信号に変換する半導体集積回路とを備えた光センサの製造方法であって、当該方法は、
上記半導体集積回路を第１の基板上に形成するステップと、
上記第１の基板と上記光学ガラスの裏面との間に空間を形成するように、上記光学ガラスと上記第１の基板とを接着剤を用いて接合するステップとを含み、
上記光学ガラスと上記第１の基板とを接合するステップは、
上記第１の基板上に第１の接着剤を塗布し、
当該塗布された上記第１の接着剤上に第２の接着剤を塗布することを含むことを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項２】
上記第１の接着剤は、スタンピング方式、印刷方式、もしくはディスペンス方式で上記第１の基板上に塗布し、
上記第２の接着剤は、ディスペンス方式で上記第１の接着剤上に第２の接着剤を塗布することを特徴とする請求項１記載の光センサの製造方法。
【請求項３】
上記第１の接着剤及び上記第２の接着剤の粘度はそれぞれ、（３０００±５００）ミリパスカル秒であることを特徴とする請求項１または２記載の光センサの製造方法。
【請求項４】
上記アスペクト比は、１／５０以上でかつ１／３０以下であることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の光センサの製造方法。
【請求項５】
上記第１の接着剤及び上記第２の接着剤は、ＵＶ硬化型接着剤であることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の光センサの製造方法。
【請求項６】
光を集光する光学ガラスと、当該受光された光を電気信号に変換する半導体集積回路とを備えた光センサであって、
上記半導体集積回路を形成する第１の基板と、
上記第１の基板と上記光学ガラスの裏面との間に空間を形成するように、上記光学ガラスと上記第１の基板とを接合する接着剤とを備え、
上記接着剤は、第１の接着剤と、当該第１の接着剤上に塗布される第２の接着剤とを備えたことを特徴とする光センサ。
【請求項７】
上記第１の接着剤及び上記第２の接着剤の粘度はそれぞれ、（３０００±５００）ミリパスカル秒であることを特徴とする請求項６記載の光センサ。
【請求項８】
上記アスペクト比は、１／５０以上でかつ１／３０以下であることを特徴とする請求項６または７記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばレーザープリンター、デジタル複写機などに使用される光センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＣＭＯＳイメージセンサ集積回路（ＩＣ）などが形成された半導体基板に、接着剤を介してガラス材料のフィルタを接着させる場合には、当該ＣＭＯＳイメージセンサ集積回路の受光部に接着剤やその他の物質が付着しないような構造が採用される（以下、中空構造という。）。この場合には、当該フィルタの周辺部分（口の字型）に接着剤を塗布して接着させるので、粘度の高い接着剤を使用し、接着剤をある程度の厚さにし、かつ、接着剤の幅が広くなりすぎないようにする（以下、高アスペクト比という。）必要があった。
【０００３】
例えば、特許文献１には、センサとフィルタとを接着剤を用いて接着させて、当該接着剤を中空構造を形成するためのスペーサとして使用することが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した引用文献１では、使用される接着剤は、粘度が高く、弾性率が高く、さらに硬くてもろい物性を示す。従って、当該接着剤を用いてＣＭＯＳイメージセンサ集積回路を形成する半導体基板にガラスを接着する場合には、例えば熱膨張などにより受ける応力に対して接着剤が剥れやすいという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は上記の問題点を解決し、低粘度の接着剤を用いて当該半導体基板にガラスを接着させる光センサの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る光センサの製造方法は、
光を集光する光学ガラスと、当該受光された光を電気信号に変換する半導体集積回路とを備えた光センサの製造方法であって、当該方法は、
上記半導体集積回路を第１の基板上に形成するステップと、
上記第１の基板と上記光学ガラスの裏面との間に空間を形成するように、上記光学ガラスと上記第１の基板とを接着剤を用いて接合するステップとを含み、
上記光学ガラスと上記第１の基板とを接合するステップは、
上記第１の基板上に第１の接着剤を塗布し、
当該塗布された上記第１の接着剤上に第２の接着剤を塗布することを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、転写やディスペンスなどの方法で下塗りをし、その上にもう一度ディスペンス方式で同一の接着剤を塗布するので、低粘度の接着剤で高アスペクト比を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態１に係る光センサ１の縦断面図である。
【図２Ａ】図１の光センサ１の製造方法の第１の工程を図示する縦断面図である。
【図２Ｂ】図１の光センサ１の製造方法の第２の工程を図示する縦断面図である。
【図２Ｃ】図１の光センサ１の製造方法の第３の工程を図示する縦断面図である。
【図２Ｄ】図１の光センサ１の製造方法の第４の工程を図示する縦断面図である。
【図２Ｅ】図１の光センサ１の製造方法の第５の工程を図示する縦断面図である。
【図３Ａ】（ａ）〜（ｄ）は、従来の接着剤を塗布する方法の工程を図示する縦断面図である。
【図３Ｂ】（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の接着剤を塗布する方法の工程を図示する縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００１０】
実施形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係る光センサ１の縦断面図である。図１において、光センサ１は、光を集光する光学ガラス９と、当該光学ガラス９を透過した光を受光し、当該受光された光を電気信号に変換するＣＭＯＳイメージセンサなどの半導体集積回路３を形成する半導体基板２とを備えて構成される。ここで、半導体基板２は、第１の接着剤８Ａ及び第２の接着剤８Ｂから構成される接着剤８を介して、半導体集積回路３と光学ガラス９との間に空間１０を形成するように光学ガラス９と接合される。すなわち、光センサ１の半導体集積回路３に接着剤やその他の物質が付着しないように中空構造が形成される。なお、第１の基板である半導体基板２は、例えばシリコン基板やＳＯＩ基板などである。ここで、第１の接着剤８Ａ及び第２の接着剤８Ｂはそれぞれ同一のシリコン系、エポキシ樹脂系、もしくはアクリル系などのＵＶ硬化型接着剤である。また、第１の接着剤８Ａ及び第２の接着剤８Ｂはそれぞれ、粘度（３０００±５００）（ミリパスカル秒（＝ｍＰａ・ｓ））を有し、弾性率４．１（メガパスカル（＝ＭＰａ））を有する。
【００１１】
図１において、第１の基板である半導体基板２には、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｗなどの貫通電極５が形成される。次に、貫通電極５の一方の端部には、半導体集積回路３が受光した光量に応じて出力される電気信号を入力する薄膜金属パッド６が形成され、貫通電極５の他方の端部には薄膜金属パッド７が形成される。ここで、薄膜金属パッド６、７は例えばＴｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌなどである。
【００１２】
以上のように構成された光センサ１によれば、光学ガラス９からの光を半導体集積回路３が受光すると、当該半導体集積回路３は、受信した光量に応じた電気信号に変換する。次に、当該半導体集積回路３は、変換された電気信号を薄膜金属パッド６、貫通電極５、及び薄膜金属パッド７を介して外部に外部信号として出力する。ここで、外部信号に基づいて、半導体集積回路３が動作したことを認識する。
【００１３】
図２Ａ〜図２Ｅは、図１の光センサ１の製造方法の工程を図示する縦断面図である。次に、これらの図面を用いて、光センサ１の製造方法について以下に説明する。
【００１４】
図２Ａでは、公知の微細加工技術、半導体薄膜形成技術を用いて、半導体基板２のシリコン層に半導体集積回路３を形成する。次に、例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）などのドライエッチング技術を用いて、半導体基板２に開口部４を設ける。
【００１５】
図２Ｂでは、当該開口部４に例えばＡｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｗなどの電極の材料を従来の堆積技術を用いて埋め込んで貫通電極５を形成する。次に、スパッタ法などを用いて、露出された貫通電極５の一方の端部に薄膜金属パッド６を形成し、他方の端部に薄膜金属パッド７を形成する。
【００１６】
図２Ｃでは、例えばスタンピング方式、印刷方式、及びディスペンス方式などを用いて、第１の接着剤８Ａを半導体基板２上に薄く広く塗布する。ここで、スタンピング方式は接着剤をハンコのように転写して塗布する方法である。また、印刷方式は接着剤をマスク印刷のように印刷して塗布する方法である。さらに、ディスペンス方式は注射器のようなものに入った接着剤を、圧縮空気やメカニカル機能で先端ノズルから押し出して塗布する方法である。なお、スタンピング方式を用いると、第１の接着剤８Ａを半導体基板２上に薄く広く塗布することができる。これに対して、ディスペンス方式で第１の接着剤８Ａを半導体基板２上に薄く広く塗布する場合には以下の点に留意する。すなわち、ディスペンサ（図示せず）を半導体基板２上に対して距離を空けずに接近させながら当該ディスペンサの先端ノイズから押し出される接着剤を半導体基板２上に擦り付けながら移動させて塗布する。この構成とすることにより、第１の接着剤８Ａを半導体基板２上に薄く広く塗布することが可能となる。
【００１７】
図２Ｄでは、第１の接着剤８Ａ上に、ディスペンス方式を用いて、第２の接着剤８Ｂを塗布する。すなわち、スタンピング方式、印刷方式、もしくはディスペンス方式を用いて、第１の接着剤８Ａを半導体基板２上に下塗りをし、その上にもう一度ディスペンス方式で同一の接着剤を塗布する。このような構成とすることにより、ガラスなどの親水性の材料であっても、狭い幅で、濡れ広がらせずに、厚く、すなわちアスペクト比が高い状態で接着剤を塗布することができる。従って、低弾性率かつ低粘度の接着剤でも、高アスペクト比で塗布することができる。さらに、接着後の接着剤８は、外部応力に対して粘り強く、剥れや亀裂などが発生しない。さらに、塗布する膜厚を制御することにより、半導体集積回路３と光学ガラス９との距離（ギャップ量）を十分に確保することができる。
【００１８】
図２Ｅでは、図２Ｄの半導体基板２と光学ガラス９との裏面との間に半導体集積回路３を封止する空間１０を形成するように、半導体基板２と光学ガラス９とを接着剤８を介して接合する。ここで、例えば接合機などによって、半導体基板２及び光学ガラス９を加圧及び紫外線照射を行う。この紫外線照射により接着剤８は硬化する。従って、半導体集積回路を空間１０内に封止することが可能となる。ここで、低粘度のＵＶ硬化型接着剤は、硬化後には、当該ＵＶ硬化型接着剤の弾性率は低くなる。従って、弾性率の低い接着剤をガラスなどの材料に塗布する場合には、ガラス上に接着剤が広範囲に濡れ広がるので、幅を狭く、厚く塗布する、すなわち高アスペクト比で塗布することは非常に困難となる。すなわち、塗布幅に制約がある場合は、低弾性率の接着剤を塗布することは不可能となる。これに対して、本実施形態のように、先ず第１の接着剤を半導体基板２上に広く薄く塗布して下塗りをし、その上に第１の接着剤と同一の第２の接着剤をディスペンスなどの方式で塗布する。この構成とすることにより、第１の接着剤に対する第２の接着剤の接触角を大きくすることができる。従って、低弾性率で低粘度の接着剤でも幅を狭く、厚く塗布する、すなわち高アスペクト比で塗布することが可能となる。
【００１９】
次に、本実施形態に係る半導体基板２と光学ガラス９とを接着させる方法について以下に評価する。
【００２０】
図３Ａ（ａ）〜（ｄ）は、従来の接着剤を塗布する方法の工程を図示する縦断面図である。図３Ａ（ａ）は、注射器のようなディスペンサ２１内に入った接着剤を、基板２０上に圧縮空気やメカニカル機能で先端ノズルから押し出して塗布する前の第１の状態を示す縦断面図である。図３Ａ（ｂ）は、ディスペンサ２１の先端ノイズから押し出された接着剤２２が基板２０上に塗布されたときの接着剤２２の第２の状態を示す縦断面図である。図３Ａ（ｃ）は、基板２０上に当該接着剤２２が塗布された直後の接着剤２２の第３の状態を示す縦断面図である。図３Ａ（ｄ）は、接着剤２２が塗布された後十分に時間が経過したときの接着剤２２の第４の状態を示す縦断面図である。図３Ａ（ｂ）〜図３（ｄ）において、基板２０上に接着剤２２を塗布した後の接着剤２２の変化が図示される。ここで、接着剤２２は、時間経過とともに濡れ広がっていくことが示されており、当該接着剤２２のアスペクト比が徐々に低くなっていくことが分かる。すなわち、図３Ａ（ｄ）での接着剤２２のアスペクト比は、１／５０以上でかつ１／３０以下となる。
【００２１】
図３Ｂ（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の接着剤を塗布する方法の工程を図示する縦断面図である。図３Ｂ（ａ）は、注射器のようなディスペンサ２１内に入った接着剤を、基板２０上に圧縮空気やメカニカル機能で先端ノズルから押し出して塗布する前の第１の状態を示す縦断面図である。図３Ｂ（ｂ）は、ディスペンサ２１の先端ノイズから押し出された第１の接着剤２３が基板２０上に薄く広く塗布されたときの第１の接着剤２３の第２の状態を示す縦断面図である。図３Ｂ（ｃ）は、ディスペンサ２１により、当該基板２０上に薄く広く塗布された第１の接着剤２３上に第２の接着剤２４が塗布された第３の状態を示す縦断面図である。図３Ｂ（ｄ）は、図３Ｂ（ｃ）の工程により、第２の接着剤２４が第１の接着剤２３上に塗布された後十分に時間が経過したときの第２の接着剤２４の第４の状態を示す縦断面図を図示する。図３Ｂ（ｃ）〜図３Ｂ（ｄ）において、基板２０上に広く薄く塗布された第１の接着剤２３上に第２の接着剤２４がディスペンサ２１で塗布された後の第２の接着剤２４の変化が図示される。ここで、第２の接着剤２４は、時間経過とともに濡れ広がっていかないことが示されており、当該第２の接着剤２４のアスペクト比は高く維持されることが分かる。すなわち、図３Ｂ（ｄ）での接着剤２４のアスペクト比は、１／１５以上でかつ１／５以下となる。
【００２２】
以上の実施形態に係る光センサ１の製造方法によれば、転写やディスペンスなどの方法で接着剤を広く薄く塗布し、その上にもう一度ディスペンス方式で同一の接着剤を塗布する。この構成とすることにより、ガラスなどの親水性の材料であっても、低弾性率かつ低粘度の接着剤でも幅を狭く、厚く塗布する、すなわち高アスペクト比で塗布することが可能となる。また、低弾性率かつ低粘度の接着剤を使用するので、接着後の状態が、外部応力に対して粘り強くなり、剥れや亀裂などの発生を抑止することが可能となる。さらに、高アスペクト比で塗布することができるので、半導体集積回路３と光学ガラス９との距離を十分に確保することが可能となる。
【００２３】
なお、上述した実施形態では、ＵＶ硬化型接着剤を用いて紫外線照射により当該接着剤を硬化させたが、本発明はこれに限らず、例えば熱硬化型接着剤を用いてもよい。この場合には、加熱処理の代わりに紫外線照射を行って接着剤を硬化させる。
【００２４】
また、上述した実施形態では、例えばＣＭＯＳイメージセンサなどの半導体集積回路が形成されたシリコン材料の半導体基板とガラスとを接着させたが、本発明はこれに限らない。例えば、シリコン材料の半導体基板同士を接着させる場合、ガラスとガラスとを接着させる場合、例えばフレキシブル基板などの誘電体基板とガラスとを接着させる場合、もしくはセラミックとガラスとを接着させる場合にも本発明を適用することが可能である。
【００２５】
実施形態のまとめ
第１の態様に係る光センサの製造方法は、光を集光する光学ガラスと、当該受光された光を電気信号に変換する半導体集積回路とを備えた光センサの製造方法であって、当該方法は、上記半導体集積回路を第１の基板上に形成するステップと、上記第１の基板と上記光学ガラスの裏面との間に空間を形成するように、上記光学ガラスと上記第１の基板とを接着剤を用いて接合するステップとを含み、上記光学ガラスと上記第１の基板とを接合するステップは、上記第１の基板上に第１の接着剤を塗布し、当該塗布された上記第１の接着剤上に第２の接着剤を塗布することを含むことを特徴とする。
【００２６】
第２の態様に係る光センサの製造方法は、第１の態様に係る光センサの製造方法において、上記第１の接着剤は、スタンピング方式、印刷方式、もしくはディスペンス方式で上記第１の基板上に塗布し、上記第２の接着剤は、ディスペンス方式で上記第１の接着剤上に第２の接着剤を塗布することを特徴とする。
【００２７】
第３の態様に係る光センサの製造方法は、第１又は第２の態様に係る光センサの製造方法において、上記第１の接着剤及び上記第２の接着剤の粘度はそれぞれ、（３０００±５００）ミリパスカル秒であることを特徴とする。
【００２８】
第４の態様に係る光センサの製造方法は、第１〜第３の態様のうちのいずれか１つに記載の光センサの製造方法において、上記アスペクト比は、１／５０以上でかつ１／３０以下であることを特徴とする。
【００２９】
第５の態様に係る光センサの製造方法は、第１〜第４の態様のうちのいずれか１つに記載の光センサの製造方法において、上記第１の接着剤及び上記第２の接着剤は、ＵＶ硬化型接着剤であることを特徴とする。
【００３０】
第６の態様に係る光センサは、光を集光する光学ガラスと、当該受光された光を電気信号に変換する半導体集積回路とを備えた光センサであって、上記半導体集積回路を形成する第１の基板と、上記第１の基板と上記光学ガラスの裏面との間に空間を形成するように、上記光学ガラスと上記第１の基板とを接合する接着剤とを備え、上記接着剤は、第１の接着剤と、当該第１の接着剤上に塗布される第２の接着剤とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
第７の態様に係る光センサは、第６の態様に係る光センサにおいて、上記第１の接着剤及び上記第２の接着剤の粘度はそれぞれ、（３０００±５００）ミリパスカル秒であることを特徴とする。
【００３２】
第８の態様に係る光センサは、第６又は第７の態様に係る光センサにおいて、上記アスペクト比は、１／５０以上でかつ１／３０以下であることを特徴とする。
【符号の説明】
【００３３】
１…光センサ、
２…半導体基板、
３…半導体集積回路、
４…開口部、
５…貫通電極、
６，７…薄膜金属パッド、
８Ａ，２３…第１の接着剤、
８Ｂ，２４…第２の接着剤、
８，２２…接着剤、
９…光学ガラス、
２０…基板、
２１…ディスペンサ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３４】
【特許文献１】特開２００６−２２８８３７号公報
【図１】
2015207600.tif 000003
【図２Ａ】
2015207600.tif 000004
【図２Ｂ】
2015207600.tif 000005
【図２Ｃ】
2015207600.tif 000006
【図２Ｄ】
2015207600.tif 000007
【図２Ｅ】
2015207600.tif 000008
【図３Ａ】
2015207600.tif 000009
【図３Ｂ】
2015207600.tif 000010