(57)【要約】【課題】  表面側と裏面側のアライメントのズレを解消し、工程数の少ない高精度で安価な固体撮像素子の製造方法を提供すること。【解決手段】  表面側にアライメントマーク１１が形成された半導体基板１０の表面側へ、可視光域での光透過性が高い素材で形成されたサポート基板１９を、同じく可視光域での光透過性が高い素材で形成された接着剤１８により貼着し、裏面側へ構成要素を形成する際、表面側に形成されたアライメントマーク１１を認識装置１２Ａにより認識してアライメントを行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面側と裏面側にそれぞれ構成要素を形成することにより製造される固体撮像素子の製造方法において、
前記半導体基板は前記表面側にアライメントマークが形成され、前記表面側に形成されたアライメントマークを前記半導体基板の表面側から認識手段により認識することにより前記裏面側のアライメントを行い、該裏面側の構成要素を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板の表面側には透明な接着剤を介して透明なサポート基板が接着され、前記表面側に形成されたアライメントマークが前記透明なサポート基板を通して前記認識手段により認識可能であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板の表面側にはサポート基板が接着され、前記サポート基板の前記表面側に形成されたアライメントマークと接している部分には、該アライメントマークが前記認識手段により認識可能となるように開口部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記認識手段は、一方の方向から前記アライメントマークを認識する認識手段と、一方の方向と対向する他方の方向から前記アライメントマークを認識する認識手段とからなり、前記一方の認識手段により前記半導体基板の表面側より前記アライメントマークを認識して前記半導体基板の表面側のアライメントを行い、前記他方の認識手段により反転した前記半導体基板の表面側から前記アライメントマークを認識して前記半導体基板の裏面側のアライメントを行うことを特徴とする請求項１、２、または３のいずれか１項に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
一方の方向から前記アライメントマークを認識する認識手段と、一方の方向と対向する他方の方向から前記アライメントマークを認識する認識手段との位置調整は、透明な基板上に位置測定用アライメントマークが形成された位置測定用基板をそれぞれの認識手段で同時に測定することにより、前記一方の認識手段と前記他方の認識手段との位置のズレ量が計測され、計測された位置のズレ量から求められた補正値に基づき前記半導体基板の位置が調整されることを特徴とする請求項１、２、３、または４のいずれか１項に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の表面側と裏面側にそれぞれ構成要素を形成することにより製造される固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の光学装置に使用される固体撮像素子は、一般的に半導体基板の表面側に形成されたフォトダイオード等による受光部と、受光部で発生した電荷を転送する転送路、転送電極、及び配線等の電荷転送部とを備えている。さらに、受光部の上方の開口部にはカラーフィルター及びマイクロレンズが形成されている。固体撮像素子への入射光はマイクロレンズ及びカラーフィルタを介して受光部に照射され、受光部で光電変換される。光電変換により受光部で発生した電荷が電荷転送部を経由して外部に転送される。
【０００３】
更に、近年では固体撮像素子の小型化要求により、開口部の面積が小さくなってきたこと、及びマイクロレンズと受光部の間に複数の絶縁膜が存在することから、固体撮像素子の感度が低下する問題が発生し、この問題を解決する為、半導体基板の裏面側から入射する光を光電変換する裏面照射型固体撮像素子が提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００４】
このような裏面照射型固体撮像素子では、半導体基板の表面側よりフォトダイオード、転送路、画素分離層、転送電極、及び配線等の構成要素が形成された後、表面側へ半導体基板の強度を保つ為のサポート基板を貼着し、その後裏面側をバックグラインドまたはエッチング等の方法により薄層化してから裏面側へ反射防止膜、カラーフィルタ、マイクロレンズ、及び遮光膜等の構成要素が形成される。
【０００５】
半導体基板の表面側または裏面側へ各構成要素を形成する際には、構成要素を形成する位置の基準となるアライメントマークを用いて半導体基板の位置合わせを行い、正確に表面側と裏面側の構成要素の位置を合わせて形成が行われていく。
【０００６】
このとき、特許文献１に記載される固体撮像素子の製造方法では、表面側と裏面側のそれぞれの構成要素の位置を正確に一致させる為、半導体基板の厚さ方向に貫通する穴を形成し、その穴へ半導体基板とは識別可能な材料を埋め込み表面側及び裏面側のアライメントマークとしている。
【特許文献１】特開２００５−２６８７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このように貫通穴を形成して表面側と裏面側とに共通するアライメントマークを形成した場合、貫通穴が傾斜して形成されるなどの理由により、表面側と裏面側のアライメントマークにズレが生じる。アライメントマークのズレは、高精度に形成することが必要な固体撮像素子の実用範囲内（例えば５０ｎｍ以下）にすることが困難であって、このアライメントマークを使用しての構成要素の形成を行った場合、表面側と裏面側の構成要素にズレが生じ製造不良の原因となる。
【０００８】
また、貫通穴を用いたアライメントマークの近傍には応力が集中するため、アライメントマークの変形や、最悪の場合アライメントマークが破損する問題が生じる。更には、深穴エッチング、材料埋め込み、材料除去等の多くの工程が必要となり、コストを増大させる原因にもなっている。
【０００９】
本発明は、このような問題に対してなされたものであって、表面側と裏面側のアライメントのズレを解消し、工程数の少ない高精度で安価な固体撮像素子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】
本発明は前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、半導体基板の表面側と裏面側にそれぞれ構成要素を形成することにより製造される固体撮像素子の製造方法において、前記半導体基板は前記表面側にアライメントマークが形成され、前記表面側に形成されたアライメントマークを前記半導体基板の表面側から認識手段により認識することにより前記裏面側のアライメントを行い、該裏面側の構成要素を形成することを特徴としている。
【００１１】
請求項１の発明によれば、半導体基板に各種の構成要素を形成する際、表面側においては表面側に形成されたアライメントマークを認識手段により認識し、それを基準に表面側の構成要素を形成する。裏面側においては、表面側のアライメントマークを認識する通常の認識手段とは反対側の位置に認識手段を設け、表面側のアライメントマークを基準に裏面側の構成要素を形成する。
【００１２】
これにより、表面側と裏面側とに構成要素を形成する際、表面側と裏面側とで全く同じアライメントマークが認識されるので、表面側と裏面側のアライメントのズレが解消され、高精度の固体撮像素子の製造が可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記半導体基板の表面側には透明な接着剤を介して透明なサポート基板が接着され、前記表面側に形成されたアライメントマークが前記透明なサポート基板を通して前記認識手段により認識可能であることを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明によれば、半導体基板の表面には半導体基板の強度を保つ為にサポート基板が接着剤により接着されている。これにより、半導体基板は以後の工程で裏面側をバックグラインドまたはエッチング等の方法により薄層化しても強度が保たれ破損することがない。
【００１５】
このようなサポート基板を貼着された半導体基板において、表面側に貼着されるサポート基板とサポート基板を接着する接着剤は透明であって、半導体基板の表面側に形成されたアライメントマークはサポート基板と接着剤の層を通しても認識手段により容易に認識することが可能となっている。
【００１６】
これにより、裏面側の構成要素を形成する際に、表面側と裏面側とで全く同じアライメントマークを認識することが可能となるので、表面側と裏面側のアライメントのズレが解消され、高精度の固体撮像素子の製造が可能となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記半導体基板の表面側にはサポート基板が接着され、前記サポート基板の前記表面側に形成されたアライメントマークと接している部分には、該アライメントマークが前記認識手段により認識可能となるように開口部が形成されていることを特徴としている。
【００１８】
請求項３の発明によれば、半導体基板の表面には半導体基板の強度を保つ為にサポート基板が接着されている。サポート基板は、半導体基板の表面に形成されたアライメントマークと接している部分が切り欠かれ、サポート基板側よりアライメントマークが認識手段により認識可能となるように開口部が形成されている。
【００１９】
これにより、裏面側の構成要素を形成する際に、表面側と裏面側とで全く同じアライメントマークを認識することが可能となるので、表面側と裏面側のアライメントのズレが解消され、高精度の固体撮像素子の製造が可能となる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１、２、または３のいずれか１項に記載の発明において、前記認識手段は、一方の方向から前記アライメントマークを認識する認識手段と、一方の方向と対向する他方の方向から前記アライメントマークを認識する認識手段とからなり、前記一方の認識手段により前記半導体基板の表面側より前記アライメントマークを認識して前記半導体基板の表面側のアライメントを行い、前記他方の認識手段により反転した前記半導体基板の表面側から前記アライメントマークを認識して前記半導体基板の裏面側のアライメントを行うことを特徴としている。
【００２１】
請求項４の発明によれば、半導体基板に構成要素を形成する装置には、対向する１対のアライメントマーク認識手段が設けられている。これにより、表面側への構成要素形成時は一方の認識手段でアライメントマークを認識し、裏面側への構成要素形成時に半導体基板が装置に反転して載置された場合は、反転して逆を向いたアライメントマークを他方の認識手段で認識することが可能となる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項１、２、３、または４のいずれか１項に記載の発明において、一方の方向から前記アライメントマークを認識する認識手段と、一方の方向と対向する他方の方向から前記アライメントマークを認識する認識手段との位置調整は、透明な基板上に位置測定用アライメントマークが形成された位置測定用基板をそれぞれの認識手段で同時に測定することにより、前記一方の認識手段と前記他方の認識手段との位置のズレ量が計測され、計測された位置のズレ量から求められた補正値に基づき前記半導体基板の位置が調整されることを特徴としている。
【００２３】
請求項５の発明によれば、一方の方向に備えられた認識手段と他方の方向に備えられた認識手段とは、半導体基板の表面側に形成される構成要素と裏面側に形成される構成要素との位置にズレが生じぬように、アライメントの際に半導体基板の位置の調整が行われる。
【００２４】
調整では、透明な基板上に位置測定用アライメントマークが形成された位置測定用基板をそれぞれが同時に測定することにより互いの位置のズレ量が計測され、計測されたズレ量に基づき補正値が算出されて、それぞれの認識手段でアライメントを行う際に補正値に基づいて位置調整が行なわれる。
【００２５】
これにより、２つの認識手段は同じ基準により位置が調整され、いずれの認識手段でアライメントマークを認識しても、アライメントマークと構成要素との位置関係が等しくなり、表面側と裏面側とのアライメントの際のズレが解消され、高精度の固体撮像素子の製造が可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、表面側に形成されたアライメントマークを表面側から認識手段により認識して裏面側のアライメントが行われるので、表面側と裏面側とで全く同じアライメントマークが認識され、表面側と裏面側のアライメントのズレを解消し、工程数の少ない高精度で安価な固体撮像素子の製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下添付図面に従って本発明に係る固体撮像素子の製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２８】
図１は本発明に係る固体撮像素子の製造方法により製造される固体撮像素子が使用された固体撮像装置の外観形状の１例を示す斜視図である。固体撮像装置１は、裏面照射型固体撮像素子２が実装された実装基板３、実装基板３に実装された裏面照射型固体撮像素子２を取り囲む枠形状のスペーサ４、及びスペーサ４に取り付けられ、裏面照射型固体撮像素子２を封止するカバーガラス５から構成される。外部との配線を行うため、実装基板３は複数のパッド６を備えている。
【００２９】
図２は表面側に構成要素が形成された半導体基板の断面図である。本発明に係わる固体撮像素子の製造方法では、図２（ａ）に示すように、まず半導体基板１０の表面側に形成されているアライメントマーク１１を認識手段１２により認識し、アライメントマーク１１の位置を基準として半導体基板１０の表面側に各構成要素が形成される。
【００３０】
即ち半導体基板１０の表面側に、フォトダイオード、転送路、画素分離層、転送電極、または配線等の構成要素が従来周知の手法により形成されていく。本実施の形態では、図２（ｂ）に示すように、フォトダイオード１３、転送電極１４、転送路１５、及び画素分離層１６が形成され、その上からパッシベーション膜１７が成膜されている。
【００３１】
続いて、表面側に構成要素が形成された半導体基板１０の裏面側への構成要素の形成手順を説明する。図３は本実施の形態に係わる固体撮像素子の製造方法による裏面側への構成要素の形成手順を示した断面図である。
【００３２】
図３（ａ）のように表面側に各構成要素が形成された半導体基板１０の表面側には、図３（ｂ）に示すように、接着剤１８により半導体基板１０の強度を保つ為のサポート基板１９が貼着される。
【００３３】
サポート基板１９としては、石英ガラスや無アルカリ等の可視光域での光透過性が高く、シリコン等により形成される半導体基板１０と線膨張係数が近い素材で形成された透明な板状部材が用いられる。
【００３４】
接着剤１８としては、サポート基板１９と同様に可視光域での光透過性が高い素材が用いられ、例えば透明で光透過性が高いエポキシ系の接着剤等が用いられる。
【００３５】
このように表面側にサポート基板１９が貼着された半導体基板１０は、図３（ｃ）に示すように裏面側がバックグラインドまたはエッチング等の方法により薄層化される。裏面側が薄層化された半導体基板１０は、図３（ｄ）に示すように、反転されて装置へ載置され、反射防止膜２１が成膜された後に裏面側の各構成要素が形成されていく。
【００３６】
裏面側への構成要素の形成では、認識手段１２に対して対向して備えられている認識手段１２Ａにより、表面側より透明なサポート基板１９、透明な接着剤１８を介してアライメントマーク１１が認識される。認識されたアライメントマーク１１の位置を基準として、表面側に形成されたフォトダイオード１３、１３、１３・・・にそれぞれ対応する位置へカラーフィルタ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃが形成され、カラーフィルタ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ上にそれぞれマイクロレンズ２３、２３、２３・・・が形成されていく。
【００３７】
このとき、認識手段１２と認識手段１２Ａとの半導体基板１０面方向の位置は、アライメントマーク１１を用いて行われるアライメントの際に調整される。そのため、認識手段１２により認識されたアライメントマーク１１と表面側に形成された各構成要素との半導体基板１０面方向の位置関係が、反転後に認識手段１２Ａにより認識されたアライメントマーク１１と裏面側に形成された各構成要素との半導体基板１０面方向の位置関係と等しくなる。
【００３８】
認識手段１２と認識手段１２Ａとの半導体基板１０面方向の位置の調整は、図４（ａ）に示されるように、透明な基板３１上に薄層材料３２により位置測定用アライメントマーク３２Ａ、３２Ａ・・・が形成された位置測定用基板３０を用いて行われる。
【００３９】
位置調整では、図４（ａ）に示すように、認識手段１２と認識手段１２Ａとで同時に位置測定用基板３０上の同一のアライメントマーク３２Ａを測定することにより、認識手段１２と認識手段１２Ａとの半導体基板１０面方向の位置のズレが計測され、計測されたズレ量に基づき補正値を算出し、それぞれの認識手段でアライメントを行う際に補正値に基づいて半導体基板１０面方向の位置調整が行なわれる。
【００４０】
これにより、認識手段１２と認識手段１２Ａでアライメントを行う際には、同じアライメントマーク３２Ａ（同じ基準）により算出された補正値に基づき半導体基板１０の位置が調整される。よって、認識手段１２、１２Ａのいずれにかによりアライメントマーク１１を認識しても、アライメントマーク１１と構成要素との位置関係が等しくなる。
【００４１】
なお、認識手段１２、１２Ａの位置測定用アライメントマーク３２Ａ、３２Ａ・・・を基板３１上に形成する薄層材料３２は、クロム、アルミ、シリコン、タングステン、またはチタンなどの金属を含む材料が用いられる。
【００４２】
薄層材料３２の厚さは、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、好ましくは７０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、より好ましくは８０ｎｍ以上２００ｎｍ以下となるように形成されている。
【００４３】
また、位置測定用アライメントマーク３２Ａの形状は、図４（ａ）のスリット状に限らず、図４（ｂ）に示すように十字状の位置測定用アライメントマーク３３Ａ、図４（ｃ）に示すように、矩形状の位置測定用アライメントマーク３４Ａでもよい。
【００４４】
このようにして、位置調整された認識手段により同じアライメントマーク１１を利用して半導体基板１０の表面側と裏面側がそれぞれアライメントされて構成要素が形成されるので、表面側と裏面側のアライメントのズレが解消され、工程数の少ない高精度で安価に固体撮像素子を製造することが可能となる。
【００４５】
続いて、表面側に構成要素が形成された半導体基板１０の裏面側への構成要素の別の形成手順を説明する。図５は本実施の形態に係わる固体撮像素子の製造方法による裏面側への構成要素の別の形成手順を示した断面図である。
【００４６】
図５（ａ）のように表面側に各構成要素が形成された半導体基板１０の表面側には、図５（ｂ）に示すように、接着剤２４により半導体基板１０の強度を保つ為の（例えば不透明な）サポート基板２５が貼着される。
【００４７】
サポート基板２５は、シリコンの半導体基板１０と線膨張係数が同じまたは近いシリコンやＳｉＣなどの素材で形成された板状部材が用いられる。
【００４８】
サポート基板２５には、表面側に形成されたアライメントマーク１１を認識するための開口部２６が設けられている。開口部２６の大きさは、アライメントマーク１１が十分に確認可能である大きさであればよく、例えばアライメントマーク１１を形成するのに必要なエリアが１８０μｍ×８０μｍ以上であるならば、この値以上の大きさを持つ開口部２６であればよい。
【００４９】
このように表面側にサポート基板２５が貼着された半導体基板１０は、図５（ｃ）に示すように裏面側がバックグラインドまたはエッチング等の方法により薄層化される。裏面側が薄層化された半導体基板１０は、図５（ｄ）に示すように、反転されて装置へ載置され、反射防止膜２１が成膜された後に裏面側の各構成要素が形成されていく。
【００５０】
裏面側への構成要素の形成では、認識手段１２に対して対向して備えられている認識手段１２Ａにより、半導体基板１０の表面側より開口部２６を通してアライメントマーク１１が認識される。認識されたアライメントマーク１１の位置を基準として、表面側に形成されたフォトダイオード１３、１３、１３・・・にそれぞれ対応する位置へカラーフィルタ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃが形成され、カラーフィルタ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ上にそれぞれマイクロレンズ２３、２３、２３・・・が形成されていく。
【００５１】
このとき、認識手段１２と認識手段１２Ａとの位置は半導体基板１０への各構成要素形成前に調整されている為、認識手段１２により認識されたアライメントマーク１１と表面側に形成された各構成要素との位置関係が、反転後に認識手段１２Ａにより認識されたアライメントマーク１１と裏面側に形成された各構成要素との位置関係と等しくなる。
【００５２】
認識手段１２と認識手段１２Ａとの位置の調整は、図４（ａ）に示されるように、透明な基板３１上に薄層材料３２により位置測定用アライメントマーク３２Ａ、３２Ａ・・・が形成された位置測定用基板３０を用いて行われる。
【００５３】
このようにして、位置調整された認識手段により同じアライメントマークを利用して半導体基盤１０の表面側と裏面側がそれぞれアライメントされて構成要素が形成されるので、表面側と裏面側のアライメントのズレが解消され、工程数の少ない高精度で安価に固体撮像素子を製造することが可能となる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、開口部２６は半導体基板１０への貼着時に既にアライメントマーク１１の位置に合わせて形成されているが、本実施の形態はそれに限らず、サポート基板２５を貼着し、裏面側をバックグラインドまたはエッチング等の方法により薄層化する前後にサンドブラスト、ドライエッチング、放電加工、または研削等の方法によりサポート基板２５上へ開口部２６を形成してもよい。
【００５５】
以上説明したように、本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、表面側と裏面側で同じアライメントマークをしてアライメントが行われるので、アライメントのズレを解消され、工程数の少ない高精度で安価な固体撮像素子の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】固体撮像装置の外観形状の１例を示す斜視図。
【図２】表面側に構成要素が形成された半導体基板の断面図。
【図３】本実施の形態に係わる固体撮像素子の製造方法による裏面側への構成要素の形成手順を示した断面図。
【図４】位置測定用基板を用いた測定手段の位置合わせを示した断面図。
【図５】本実施の形態に係わる固体撮像素子の製造方法による裏面側への構成要素の別の形成手順を示した断面図。
【符号の説明】
【００５７】
１…固体撮像装置，２…裏面照射型固体撮像素子,３…実装基板，１０…半導体基板，１１…アライメントマーク，１２、１２Ａ…認識手段，１３…フォトダイオード，１４…転送電極，１５…転送路，１６…画素分離層，１７…パッシベーション層，１８、２４…接着剤，１９、２５…サポート基板（別の基板），２１…反射防止膜，２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ…カラーフィルタ，２３…マイクロレンズ，２６…開口部，３０…位置測定用基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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