カメラモジュール及びその製造方法
【課題】製造歩留まりを向上させ得るＣＳＰカメラモジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】受光部がそれぞれ形成された複数のセンサ形成領域とセンサ周辺領域とを有する主面と主面と対向する裏面とを具えた半導体ウエハ１０１と、レンズ部１２１がそれぞれ形成された複数のレンズ形成領域とレンズ周辺領域とを有するレンズ形成面とレンズ形成面と対向し平坦面であるレンズ非形成面とを具えたレンズウエハ４であって少なくとも１枚の透光性光学ウエハで構成されたレンズウエハ４と、スペーサ部１５１を介して空間を隔てて接合された半導体ウエハ１０１とレンズウエハ４とからなる貼着体を形成する工程と、レンズ非形成面を介して貼着体を保持して半導体ウエハの裏面を研磨する工程と、貼着体をセンサ周辺領域及びレンズ周辺領域にて切断することにより、各々がスペーサ部にて接合されたセンサチップ及びレンズチップからなるカメラモジュールに個片化する。
【解決手段】受光部がそれぞれ形成された複数のセンサ形成領域とセンサ周辺領域とを有する主面と主面と対向する裏面とを具えた半導体ウエハ１０１と、レンズ部１２１がそれぞれ形成された複数のレンズ形成領域とレンズ周辺領域とを有するレンズ形成面とレンズ形成面と対向し平坦面であるレンズ非形成面とを具えたレンズウエハ４であって少なくとも１枚の透光性光学ウエハで構成されたレンズウエハ４と、スペーサ部１５１を介して空間を隔てて接合された半導体ウエハ１０１とレンズウエハ４とからなる貼着体を形成する工程と、レンズ非形成面を介して貼着体を保持して半導体ウエハの裏面を研磨する工程と、貼着体をセンサ周辺領域及びレンズ周辺領域にて切断することにより、各々がスペーサ部にて接合されたセンサチップ及びレンズチップからなるカメラモジュールに個片化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズチップとセンサチップとこれらを接合するスペーサ部とを備えたカメラモジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話用のカメラモジュールや、セキュリティ監視用カメラに代表される、小型のカメラモジュールの需要が急増している。このようなカメラを構成する部品の中では、画像を電気信号に変換する撮像素子のコストが一番大きい。撮像素子はＣＭＯＳイメージセンサを用いることが一般的であり、ＣＭＯＳイメージセンサは通常の半導体製造プロセスで作製可能であるため、センササイズを小さくすることで、センサのコストが急激に低下する。そのため、カメラモジュール全体の寸法と、そこで使用される光学レンズの寸法が、近年急激に縮小している。より一層のコストダウンを実現するための方法として、カメラモジュールをウエハレベルで組立するチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）タイプの製造方法が提案されている（特許文献１、参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０６３７５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、一括形成した複数レンズ付きガラス基板と一括形成した複数のセンサを含む半導体基板とを用意して、ウエハレベルでおのおののレンズとセンサについて該基板同士を位置合わせすることで一括して光軸のアライメントを実現し、両基板の固定後、接合された各レンズチップとセンサチップへダイシング（個片化）することで、カメラモジュールを作製している。
【０００５】
カメラモジュールは、その搭載が一般的な携帯電話の薄型化の要望に伴い、小型、低背化が要求されており、センサの半導体基板すなわちウエハの薄化も必要である。
【０００６】
一方、従来の一般的なウエハ薄化方法はバックグラインド（裏面研磨）方法であり、これは、ウエハの一方の片面であるウエハ保持面をウエハホルダに保持し、ウエハの他方の片面であるウエハ研磨面を回転する研磨定盤上に押圧し、研磨剤を滴下しつつ摺動させて研磨する。ウエハ研磨の際に用いられる研磨剤等を除去する洗浄方法は、アルカリ性の洗浄液により洗浄をする方法である。
【０００７】
ウエハを薄くするには、ウエハの裏面を砥石で削って薄くしていく研削と、削った面を磨いて鏡面にする化学的機械的研磨（CMP＝Chemical Mechanical Polishing）という２つの工程が一般に使われる。
【０００８】
ウエハの裏面研削の場合、裏面全体を均一に削らなければならないので、どのようにウエハをホルダに対して動かないように固定するか、センサなどの電子回路が形成されたウエハ保持面に削り滓や研磨液が触れるとセンサが壊れてしまうため、どのようにセンサを保護するか、さらに、削っていくとウエハが内部応力でだんだん反ってくるので、どのように反りを矯正するか、がダイシング後の半導体チップの製造歩留まりを上げるために問題となる。
【０００９】
これらを解決するために、バックグラインド用粘着シートとステンレス製のガイドリングと呼ばれる冶具を用いる。ガイドリングはシリコンウエハ直径より大きい穴のあいたステンレスリングで、これに粘着シートを貼りつけ、さらに、穴の中央の粘着シートにウエハを貼りつける。この際、ウエハのセンサが形成されている面を粘着面側にして密着させる。粘着面にウエハを密着させることでウエハを固定し、同時にウエハ表面に異物が触れるのを防ぎ、ウエハ表面のセンサを保護することができる。この際、粘着シート粘着力が弱すぎると研削中にウエハが動いてしまったり、ウエハの反りではがれてしまったりし、粘着力が逆に強すぎると、研削後にウエハが粘着シートから剥がれなくなったり、剥がす際にウエハにダメージを与えてしまう。そのため適正な粘着力が必要である。
【００１０】
この状態で、ガイドリングを研削装置に取り付け、ガイドリングと研磨定盤を互いに回転させて、研磨定盤へ適当な力で押し付けていくことでウエハの裏面を削り取っていく。このとき、ウエハは粘着力でシートに固定され、形を矯正されているため、ウエハが薄くなっても曲がることはない。目標の厚さまで削り終わったら、次に、この面を磨いて鏡面にする。この工程では、研磨布と研磨液が使われる、ガイドリングと研磨布を互いに自転させて、ウエハを適当な力で研磨布に押し付けることでウエハ研磨面が磨かれる。
【００１１】
特許文献１では半導体ウエハのバックグラインドについて説明は行われていないが、ＣＳＰカメラモジュール製造においても、半導体ウエハのバックグラインド工程やダイシング工程でセンサが汚染されることを懸念して、ウエハのセンサ面（ウエハ保持面）をカバーガラスで覆ってから上記工程を行うことが通常である。
【００１２】
しかしながら、特許文献１に示される外側に凸レンズを作製した透光性基板をカバーガラスとして用いてセンサ部に蓋をしてバックグラインドした場合、半球状（凸状）となっている凸レンズ面先端だけが粘着シートに触れるためバックグラインド工程での粘着力の不足、接着安定性に問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は以上の従来の技術問題に鑑みて考案されたものであり、製造工程数を抑え製造歩留まりを向上させ得るＣＳＰカメラモジュール及びその製造方法を提供することが課題の一つとして挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によるカメラモジュールの製造方法は、光電変換素子の受光部がそれぞれ形成された複数のセンサ形成領域とセンサ形成領域の各々を囲むセンサ周辺領域とを有する主面と主面と対向する裏面とを具えた半導体ウエハと、レンズ部がそれぞれ形成された複数のレンズ形成領域とレンズ形成領域の各々を囲むレンズ周辺領域とを有するレンズ形成面とレンズ形成面と対向し平坦面であるレンズ非形成面とを具えたレンズウエハであって少なくとも１枚の透光性光学ウエハで構成されたレンズウエハと、を準備する工程と、各々の受光部と各々のレンズ部とがそれぞれ対向するようにセンサ周辺領域とレンズ周辺領域とがスペーサ部を介して空間を隔てて固着されることにより、スペーサ部を介して接合された半導体ウエハとレンズウエハとからなる貼着体を形成する工程と、レンズ非形成面を介して貼着体を保持して半導体ウエハの裏面を研磨する工程と、貼着体をセンサ周辺領域及びレンズ周辺領域にて切断することにより、各々がスペーサ部にて接合されたセンサチップ及びレンズチップからなる複数のカメラモジュールに個片化する工程と、を含むことを特徴とする。本発明によれば、レンズウエハと半導体ウエハの貼着体の裏面（半導体ウエハ）のグラインド時にレンズ部が外力を受けず、さらに、半導体ウエハへ貫通電極を作製する際のエッチング材料によってレンズ部が変形、変質しない。
【００１５】
本発明によるカメラモジュールは、光電変換素子の受光部が形成されたセンサ形成領域とセンサ形成領域を囲むセンサ周辺領域とを有する主面と主面と対向する裏面とを具えたセンサチップと、レンズ部が形成されたレンズ形成領域とレンズ形成領域を囲むレンズ周辺領域とを有するレンズ形成面とレンズ形成面と対向し平坦面であるレンズ非形成面とを具えたレンズチップであって少なくとも１つの透光性光学チップで構成されたレンズチップと、受光部とレンズ部が空間を隔てて対向するようにセンサ周辺領域とレンズ周辺領域を接合するスペーサ部と、からなり、センサチップ、レンズチップ及びスペーサ部の側面が共通な外部平坦面であること、並びに、レンズ部と受光部に外部から光を通過させる開口を有するレンズ非形成面及び外部平坦面とを覆うカバーを備えたこと、を特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明による実施形態のカメラモジュールについて添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、各図において、同一の構成要素については別の図に示している場合でも同一の符号を与え、その詳細な説明を省略する。さらに、実施形態は例示に過ぎずこれらに本発明は制限されないことはいうまでもない。
【００１７】
図１は、概略として、センサチップ１０とレンズチップ４０がスペーサ部１５１を介して貼り合わされている実施例のカメラモジュールの断面図である。
【００１８】
カメラモジュール１００は、光電変換素子の受光部１１が形成された第１主面とこれと対向する裏面とを具えたシリコン基板であるセンサチップ１０と、レンズ部１２１が形成されたレンズ形成面とレンズ形成面と対向し平坦面であるレンズ非形成面とを具えたレンズチップ４０と、受光部１１とレンズ部１２１が空間を隔てて対向するようにセンサチップ１０とレンズチップ４０を接合するスペーサ部１５１と、から構成される。レンズチップ４０はガラス平板４とその内面に形成されたレンズ部１２１とからなり、レンズウエハ（透光性光学ウエハ）から、センサチップと共に個片化されたものである。
【００１９】
レンズ部１２１をなす透光性樹脂は紫外線硬化型でも熱硬化型でもどちらでも良い。またレンズ部１２１は内部の片面にのみ形成される。
【００２０】
スペーサ部１５１は、フランジバックを規定する所定厚のスペーサ９とその両面の接着剤層９１からなる。接着剤の材料としては、紫外線硬化型や熱硬化型などが用いられる。
【００２１】
センサチップ１０の第１主面のセンサ形成領域には、たとえば、ＣＭＯＳイメージセンサなどの受光素子を含む受光部１１が形成されている。受光部１１上には、光電変換素子のそれぞれに搭載されるオンチップマイクロレンズを設けてもよい。センサチップ１０の受光部１１周囲のセンサ周辺領域にはこれに接続された内部配線１５及び金属パッド８が形成されている。
【００２２】
また、センサチップ１０の第１主面とは反対側の第２主面（裏面）の所定の位置には外部配線１５及び外部端子７が形成されており、外部端子７以外の部分上には絶縁膜１４が形成されている。
【００２３】
このセンサチップ１０は、その第１主面外周近傍に設けられた金属パッド８下に貫通電極６が設けられおり、これは第１及び第２主面の配線１５を電気的に接続している。第１及び第２主面間を貫通する貫通電極６により、受光部１１への電気的接続はセンサチップ側面に電導体を引き出すことなく、裏面の外部配線１５を介して可能となる。なお、貫通電極６は、チップ裏面全体及び貫通孔内面に予め被覆された絶縁膜１６によりセンサチップ１０の材料からは電気的に絶縁されている。
【００２４】
レンズチップ４０は、レンズ部１２１が形成されたレンズ形成領域とこれを囲むレンズ周辺領域とを有するレンズ形成面とレンズ形成面と対向し平坦面であるレンズ非形成面とを具えている。受光部１１との間に空間が設けられるように、受光部１１の周囲のセンサ周辺領域においてスペーサ部１５１を介してセンサチップ１０の第１主面に固着された後に、レンズウエハからダイシングにより個片化されたものなので、レンズチップ４０、センサチップ１０及びスペーサ部１５１の側面が共通な外部平坦面となる。
【００２５】
最後に、レンズ部１２１と受光部１１に外部から光を通過させる開口を有するように、レンズチップ４０側面全体及びレンズ非形成面の周縁部に黒色などの遮光性樹脂からなるカバー５を設け、側面からの光の進入を防ぐことで、カメラモジュールができる。カバー５は、レンズ部反対側の平坦面を露出させつつ、レンズチップ４０、センサチップ１０及びスペーサ部１５１の側面が共通な外部平坦面とを覆うので、カバー材料の節約の効果を奏する。
【００２６】
第１の実施例であるカメラモジュールの製造方法の概略プロセスフローを図に基づいて説明する。
【００２７】
＜半導体ウエハ作製工程＞
図２は半導体ウエハ１０１の概略平面図である。図２に示すように、６インチもしくは８インチの半導体ウエハ１０１（厚さ６２５μｍ〜７２５μｍ）の表面に、半導体プロセスによりマトリクス状にセンサ形成領域１１１の複数すなわちアレイが形成される。図３は１つのカメラモジュールとなるべき半導体ウエハ１０１のセンサ形成領域の部分の概略部分拡大断面図である。
【００２８】
まず、図３に示すように、センサ形成領域１１１の各々では、半導体ウエハ１０１の第１主面上に、光電変換素子を含む受光部１１と、その周囲の金属パッド８とを形成する。受光部１１には、画素の複数をマトリクス配列（たとえば、３０万個程度）したＣＭＯＳイメージセンサを形成する。受光部１１の受光素子毎にマイクロレンズを設けることもできる。各画素には受光素子（埋込型フォトダイオード）毎に数個のＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）トランジスタで構成したアンプを設ける。金属パッド８は、導電性の優れたたとえばアルミニウム（Ａｌ）などの金属が用いられる。
【００２９】
次に、内部配線１５を形成して、受光素子を含む受光部１１とその周囲の金属パッド８と接続する。このようにして、図２に示すように、後工程のダイシング領域となる格子状のスペースを空けて半導体ウエハ１０１の第１主面にセンサ形成領域１１１の複数がアレイとしてマトリクス配列される。
【００３０】
＜透光性光学ウエハ作製工程＞
上記半導体ウエハと同じサイズ、６インチもしくは８インチの３００〜５００μｍ厚のガラスウエハ（ガラス平板４）を準備する。図４はかかるガラスウエハ４の概略平面図である。以下の工程で、半導体ウエハのマトリクス状センサ形成領域のアレイと一致するように、ガラスウエハにレンズ部の複数からなるアレイを形成して、透光性光学ウエハ（レンズウエハ）を作製する。
【００３１】
次に、図５に示すように、ガラスウエハ４の裏面上にレンズ用透光性樹脂を塗布し、レンズ形成用のモールド型ＭＬを用いて、モールド型ＭＬの凹部を樹脂に押圧して、下地レンズ部１２０を形成する。下地レンズ固化後、図６に示すように、ガラスウエハ４の下地レンズ部１２０上に第２のレンズ用透光性樹脂を塗布し、レンズ形成用のモールド型ＭＬ２を用いて、モールド型ＭＬ２の凹部を樹脂に押圧して、レンズ部１２１を固化させて完成させる。このように、樹脂を、あらかじめ作製しておいたレンズのモールド型によって成型し、加熱、あるいはＵＶ照射等の方法によって、２種のモールド型を用いて２種の樹脂の成型を用いて同一の位置に重ねて２回以上の樹脂成型を行うことにより、よりパワーの大きいレンズ部を形成できる。透光性樹脂は紫外線硬化型でも熱硬化型でもどちらでも良い。なお、このレンズ形成工程において、１つのモールド型を用いて１つの樹脂の１回の成型を行うこともでき、さらに、３種のモールド型を用いて３種の樹脂の成型を用いて同一の位置に重ねて３回以上の樹脂成型を行うことにより、更によりパワーの大きいレンズ部を形成できる。
【００３２】
図７はかかるガラスウエハ４の一括成型されたレンズ部から見た概略平面図である。また凸レンズ部の反対側の主面は平坦面として維持する。これらモールド型はナノインプリント技術に用いられるものを利用できる。たとえば、レンズ部２層構造の場合は、ガラス板側の１層目には比較的柔軟で収縮の影響が低いポリジメチルシロキサンなど樹脂を用い、２層目にはエポキシ樹脂などの１層目より硬度の高い樹脂を用いることが、リフロー時の熱抵抗向上において好ましい。レンズ部を多層構造とすることで、異なる熱膨張係数を補償し合うように、或いは、光硬化又は熱硬化後の変形などを相殺し合うように、適切な樹脂物質を選択する幅が拡大する。レンズの作製は個別のレンズを順次作製してもかまわないが、基板上に上記の手段で一括して作製することが望ましい。このような作製方法によるレンズは、ガラスと樹脂の組み合わせで構成されているため、ハイブリッドレンズと呼ばれ、レンズ部に使われる樹脂量が微量なため、リフローに耐えうる樹脂素材を使用できる、樹脂に固有な固化後の形状変動が最小化される効果がある。
【００３３】
＜貼り合わせ工程＞
次に、図８に示すように、半導体ウエハ１０１のセンサ形成領域の受光部１１にレンズの焦点を固定するためのスペーサ部１５１を接着剤を用いて接合する。スペーサ部１５１は半導体ウエハの第１主面上のセンサ形成領域の受光部１１の各々を囲むような所定の位置にダイシング領域として配置される。スペーサ部１５１は、フランジバックを規定する所定厚のスペーサ９とその両面の接着剤層９１からなる。接着剤の材料としては耐熱性のある、たとえばベンゾシクロブテン（Benzocyclobutene：ＢＣＢ）、ポリイミドなどの感光性ポリマー材料が使用でき、紫外線硬化型或いは熱硬化型が用いられる。図９に示すように、半導体ウエハのダイシング領域の格子状のスペーサ部１５１に囲まれた受光部１１がガラスウエハのレンズ部の各々に対応する。
【００３４】
次に、図１０に示すように、レンズ部１２１が内面にのみ位置するようにレンズ部１２１とセンサ形成領域１１１を対向させて位置合わせしつつ、半導体ウエハ１０１と透光性光学ウエハ（ガラスウエハ４）を貼り付け、圧着固定する。ここで、半導体ウエハ１０１上の受光部１１がガラスウエハ４の裏面に形成された格子状のスペーサ部１５１に囲まれるように、ガラスウエハ４及び半導体ウエハ１０１が位置合わせされる。図１０は半導体ウエハ１０１と透光性光学ウエハ４からなる貼着体の概略斜視図である。感光性接着剤を用いた場合、ガラスウエハ側から光照射を行い、スペーサ部１５１が光硬化することにより接合を実行してもよい。スペーサ部１５１は、半導体ウエハ１０１とガラスウエハ４間の所定距離維持の接合と共に、以後のグラインディング工程、貫通電極形成工程、ダイシング工程などの、個々のセンサ形成領域１１１の封止機能を果たす。
【００３５】
このような工程を経て完成した半導体ウエハと透光性光学ウエハの貼着体は、薄い半導体ウエハ上に厚いガラスウエハが貼り付けられた構造をしているので、従来の半導体ウエハ強度補強用カバーガラスすなわち保護ガラス相当のコストを省くことが出来、カメラモジュールの高さをより低くすることが出来るというメリットがある。
【００３６】
透光性光学ウエハの最上面にはレンズが形成されていないため、後工程の研磨装置の基板固定治具にレンズ面が接触することでレンズ形状が変形する問題は発生しない。また、樹脂で構成されたレンズは半導体ウエハ、透光性光学ウエハ、スペーサ部により覆われているため、後工程の貫通電極をエッチングする工程の高温、化学物質によってレンズが変質するといった問題を解決できる。
【００３７】
＜グラインディング工程＞
次に、図１１に示すように、レンズ保護用シート例えばバックグラインド用粘着シートＢＧＳに透光性光学ウエハ４の平坦面を貼り付け、一体となった半導体ウエハ１０１の裏面を研削する。たとえば半導体ウエハ１０１を５０〜１００μｍ厚の所定厚にまでバックグラインドし、ウエハの第２主面を平坦化する。本実施例ではレンズ保護用シートとしては一般的な、紫外線（ＵＶ）露光により剥離可能な粘着材が塗布された柔軟性シートいわゆる公知のＵＶシートを利用できるが、薬品耐性を有するシートであれば、特にＵＶシートに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００３８】
＜電極形成工程＞
ガラスウエハ４と一体となった半導体ウエハ１０１の第２主面に貫通電極、外部配線及び外部端子を形成する。概要は、貫通穴を深堀エッチングを用いて設け、Ｃｕメッキなどにより配線を引きだし、電極パッドを形成するのである。
【００３９】
まず、図１２に示すように、半導体ウエハ１０１の裏面（第２主面）から各金属パッド８に至る貫通孔６１（直径＝１００〜２００μｍ）を形成する。半導体ウエハ１０１の裏面を通じて半導体ウエハ１０１の各金属パッド８の位置に各金属パッド８のサイズよりやや小さいサイズの貫通孔６１を反応性イオンエッチング法を利用して形成する。反応性イオンエッチング法は、貫通孔６１を形成すべき部分に開口を有する金属又はレジストのマスク（図示せず）を、予め、半導体ウエハ１０１の第２主面に形成し、その後、たとえばＣＦ４などの混合ガス雰囲気中のＳｉＦ４生成反応を通じて、開口を介して、Ｓｉウエハをエッチングして、貫通孔６１を形成する。
【００４０】
その後、図１３に示すように、たとえば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を使用して、貫通孔６１の内壁及び底部（金属パッド８）並びに半導体ウエハ１０１の第２主面に、たとえばＳｉＯ２などの絶縁膜１６を形成する。ここで、絶縁膜１６は、その膜厚が貫通孔６１の底部（金属パッド８）上の方が半導体ウエハ１０１の第２主面上より薄くなるように形成される。これにより、再度の反応性イオンエッチングにより、貫通孔６１の底部において絶縁膜１６の開口６２が形成され金属パッド８が露出するが、貫通孔６１の内壁及び半導体ウエハ１０１の第２主面の絶縁膜１６は維持される。
【００４１】
その後、金属パッド８が露出した貫通孔及びその周囲の貫通電極を形成すべき部分や、貫通電極に接続する外部配線を形成すべき部分に開口を有する所定パターンのマスク（図示せず）を、予め、半導体ウエハ１０１の第２主面の絶縁膜１６上に形成し、電気メッキ法にて、図１４に示すように、外部配線１５及び貫通電極６を形成する。
【００４２】
その後、図１５に示すように、絶縁膜１４を半導体ウエハ１０１の裏面全体に塗布して、リソグラフィー工程を実施して、外部回路との連結のために外部端子７を形成すべき部分の電極が露出されるようにパターニングして、そして、スクリーン印刷法によって、半導体ウエハ１０１の裏面の露出電極上にはんだペーストを塗布してリフローする。その後、残留フラックスを除去して、図１６に示すように、外部端子７が形成される。なお、外部端子７を形成する前に、下地金属膜（図示せず）を形成することもできる。
【００４３】
また、絶縁膜１４材料としては、ＳｉＯ２の他、ＳｉＮ、ＰＩ(ポリイミド)が、また、配線材料としてはＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕなどの中から選択される一種以上の導電材料が、外部端子７材料としてはＳｎＡｇ、ＮｉＡｕが用いられ得る。
【００４４】
＜ダイシング工程＞
図１７に示すように、ガラスウエハ４と一体となった半導体ウエハ１０１を、所定のダイシングブレード５２により、スペーサ部１５１の中央に沿って厚さ方向に個別のカメラモジュールに分割する。ガラスウエハ４及びウエハの貼着体のガラスウエハ４側にダイシングテープ２００を貼着してダイシング装置に装着し、実行する。
【００４５】
以上のように、所定のサイズにガラスウエハ４と半導体ウエハ１０１をフルカットして図１８に示すような、レンズチップ４０、スペーサ部１５１及びセンサチップ１０からなるカメラモジュールが得られる。
【００４６】
＜カバー被覆工程＞
ダイシング加工後、個別のカメラモジュールに遮光用のカバーをかぶせ、カバーを樹脂などの接着剤を用いて固定をする。図１に示すようなセンサチップ１０、スペーサ部１５１及びレンズチップ４０側面全体並びにレンズ部周りに黒色などの遮光性樹脂からなるカバー５を設け、側面からの光の進入を防ぐことで、カメラモジュールができる。先のダイシング工程において一時期に、レンズチップ４０及びスペーサ部１５１を切断しているので、それらの側面が共通な外部平坦面で形成できることにより、カバー樹脂との接合が良好に達成できる。
【００４７】
以上の実施例１によれば、凸レンズ部の場合よりも比較的大きな面積で、バックグラインド時にガラスウエハ４の外側の平坦レンズ部が粘着シートと接着できるため、接着安定性が向上し、クラックや割れの発生がない効果が得られる。
【００４８】
以上の製造方法は、センサ回路にＣＭＯＳイメージセンサの他に、ＣＣＤセンサ回路などの画像センサ用回路や、照度センサ回路、紫外線センサ回路、赤外線センサ回路、温度センサ回路を含む各種カメラモジュールに適用可能である。
【００４９】
＜実施例２＞
実施例１では、レンズ部はセンサに対向する透光性光学ウエハ内面に設け、最外面はガラス平面とするレンズチップの１ピース及び１面構造であるが、この実施例では、レンズチップは２ピースで３面構造である。カメラモジュール製造は、透光性光学ウエハ作製工程において第２の透光性光学ウエハを更に作製し、貼り合わせ工程において第２の透光性光学ウエハを、先の半導体ウエハ１０１と平凸レンズの透光性光学ウエハ４との間に挿入した以外、実施例１と同様に実行される。
【００５０】
実施例２の透光性光学ウエハ作製工程では、図１９に示すように、同インチ径のガラスウエハ（ガラス平板４）上にレンズ用透光性樹脂を塗布し、レンズ成型用モールド型ＭＬ３、ＭＬ４を用いてレンズ部１２２を形成して、複数のレンズ部のアレイを有する第２の透光性光学ウエハ４Ｂを作製する。
【００５１】
貼り合わせ工程においては、半導体ウエハ１０１にスペーサ部１５２を介して第２の透光性光学ウエハ４Ｂを位置合わせしつつ、圧着固定し、さらに、実施例２同様にスペーサ部１５１を介して透光性光学ウエハ４を位置合わせしつつ、圧着固定する。
【００５２】
最終的に作製されたカメラモジュールは、図２０に示すように、スペーサ部１５２を介して第２の透光性光学ウエハ４Ｂを平凸レンズチップ４０とセンサチップ１０の間に挿入した以外、実施例１のものと同様である。
【００５３】
＜実施例３＞
実施例２では、レンズは各々２ピース３面構造であるが、この実施例では、レンズチップは３ピースで５面構造である。カメラモジュール製造は、透光性光学ウエハ作製工程において第３の透光性光学ウエハを更に作製し、貼り合わせ工程において第３の透光性光学ウエハを、先の半導体ウエハ１０１と両凸レンズの透光性光学ウエハ４Ｂとの間に挿入した以外、実施例２と同様に実行される。
【００５４】
実施例３の透光性光学ウエハ作製工程では、同インチ径のガラスウエハ（ガラス平板４）上にレンズ用透光性樹脂を塗布し、所定のレンズ成型用モールド型を用いてレンズ部１２３を形成して、複数のレンズ部のアレイを有する第３の透光性光学ウエハ４Ｃを作製する。ここでも、レンズ部は両面に形成するが、レンズ成型前にあらかじめガラス平板上にＩＲカットフィルタなど機能フィルタを蒸着形成することもできる。
【００５５】
貼り合わせ工程においては、半導体ウエハ１０１にスペーサ部１５３を介して第３の透光性光学ウエハ４Ｃを位置合わせしつつ、圧着固定し、さらに、実施例２同様にスペーサ部１５１、１５２を介して透光性光学ウエハ４、４Ｂを位置合わせしつつ、圧着固定する。
【００５６】
最終的に作製されたカメラモジュールは、図２１に示すように、それぞれ、スペーサ部１５２、１５３を介して第２及び第３の透光性光学ウエハ４Ｂ、４Ｃを、平凸レンズチップ４０とセンサチップ１０の間に挿入した以外、実施例１のものと同様である。
【００５７】
このように、本発明はレンズチップの１〜３ピースに限定されるものではなく、更なる多ピースの多面構造においても等しく効果を持つことはいうまでもない。本発明によれば、レンズはイメージセンサと最上面（外面）の透光性光学ウエハの内側にのみ存在し、最上面には凸部が存在しない。そのため、この最上面を保護シートで大きな面積をもって固定することにより、イメージ半導体ウエハ裏面を安定に研磨加工することが可能になる。この場合、内面の各レンズに外力が及ぶことはないので、レンズ形状が半導体ウエハの裏面加工によって変形することもない。さらに、各レンズが積層された基板群の内側に存在するため、半導体ウエハ裏面を研磨後に、貫通電極を形成するウエハプロセスに投入しても、製造工程で使用されるプラズマや化学薬品がレンズに到達することはなく、各レンズの材質が劣化することはない。なお、最上面の透光性光学ウエハ以外の内側の透光性光学ウエハは、ガラスウエハにレンズ部を設けたレンズウエハの他に、ＩＲカットフィルタや絞りを作り込んだ光学ウエハとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による第１の実施例のカメラモジュールを示す断面図である。
【図２】本発明による第１の実施例における半導体ウエハの概略平面図である。
【図３】本発明による第１の実施例における処理工程を示す半導体ウエハの概略部分拡大断面図である。
【図４】本発明による第１の実施例におけるガラスウエハの概略平面図である。
【図５】本発明による第１の実施例のレンズ部成型工程を示すガラスウエハ及びモールド型の概略部分拡大断面図である。
【図６】本発明による第１の実施例のレンズ部成型工程を示すガラスウエハ及びモールド型の概略部分拡大断面図である。
【図７】本発明による第１の実施例のレンズ部成型工程を示すガラスウエハのレンズ部から見た概略平面図である。
【図８】本発明による第１の実施例におけるスペーサ形成工程を示す半導体ウエハの概略部分拡大断面図である。
【図９】本発明による第１の実施例におけるスペーサ形成工程を示す半導体ウエハの概略平面図である。
【図１０】本発明による第１の実施例における貼着工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の概略斜視図である。
【図１１】本発明による第１の実施例におけるバックグラインド工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の部分拡大断面図である。
【図１２】本発明による第１の実施例における貫通穴深堀工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の部分拡大断面図である。
【図１３】本発明による第１の実施例における絶縁処理工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の部分拡大断面図である。
【図１４】本発明による第１の実施例における電極形成工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の部分拡大断面図である。
【図１５】本発明による第１の実施例における第２絶縁処理工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の部分拡大断面図である。
【図１６】本発明による第１の実施例における外部端子形成工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の部分拡大断面図である。
【図１７】本発明による第１の実施例におけるダイシング工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の部分拡大断面図である。
【図１８】本発明による第１の実施例におけるダイシング工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の部分拡大断面図である。
【図１９】本発明による第２の実施例のレンズ部成型工程を示すガラスウエハ及びモールド型の概略部分拡大断面図である。
【図２０】本発明による第２の実施例のカメラモジュールを示す断面図である。
【図２１】本発明による第３の実施例のカメラモジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
４、４Ｂ、４Ｃ ガラスウエハ、ガラス平板
６ 貫通電極
７ 外部端子
８ 金属パッド
１０ センサチップ
１１ 受光部
１４、１６ 絶縁膜
１５ 内部配線、外部配線
５２ ダイシングブレード
６２ 開口
９１ 接着層
１００ カメラモジュール
１０１ 半導体ウエハ
１１１ センサ形成領域
１２１ レンズ部
１５１、１５２、１５３ スペーサ部
２００ ダイシングテープ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズチップとセンサチップとこれらを接合するスペーサ部とを備えたカメラモジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話用のカメラモジュールや、セキュリティ監視用カメラに代表される、小型のカメラモジュールの需要が急増している。このようなカメラを構成する部品の中では、画像を電気信号に変換する撮像素子のコストが一番大きい。撮像素子はＣＭＯＳイメージセンサを用いることが一般的であり、ＣＭＯＳイメージセンサは通常の半導体製造プロセスで作製可能であるため、センササイズを小さくすることで、センサのコストが急激に低下する。そのため、カメラモジュール全体の寸法と、そこで使用される光学レンズの寸法が、近年急激に縮小している。より一層のコストダウンを実現するための方法として、カメラモジュールをウエハレベルで組立するチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）タイプの製造方法が提案されている（特許文献１、参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０６３７５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、一括形成した複数レンズ付きガラス基板と一括形成した複数のセンサを含む半導体基板とを用意して、ウエハレベルでおのおののレンズとセンサについて該基板同士を位置合わせすることで一括して光軸のアライメントを実現し、両基板の固定後、接合された各レンズチップとセンサチップへダイシング（個片化）することで、カメラモジュールを作製している。
【０００５】
カメラモジュールは、その搭載が一般的な携帯電話の薄型化の要望に伴い、小型、低背化が要求されており、センサの半導体基板すなわちウエハの薄化も必要である。
【０００６】
一方、従来の一般的なウエハ薄化方法はバックグラインド（裏面研磨）方法であり、これは、ウエハの一方の片面であるウエハ保持面をウエハホルダに保持し、ウエハの他方の片面であるウエハ研磨面を回転する研磨定盤上に押圧し、研磨剤を滴下しつつ摺動させて研磨する。ウエハ研磨の際に用いられる研磨剤等を除去する洗浄方法は、アルカリ性の洗浄液により洗浄をする方法である。
【０００７】
ウエハを薄くするには、ウエハの裏面を砥石で削って薄くしていく研削と、削った面を磨いて鏡面にする化学的機械的研磨（CMP＝Chemical Mechanical Polishing）という２つの工程が一般に使われる。
【０００８】
ウエハの裏面研削の場合、裏面全体を均一に削らなければならないので、どのようにウエハをホルダに対して動かないように固定するか、センサなどの電子回路が形成されたウエハ保持面に削り滓や研磨液が触れるとセンサが壊れてしまうため、どのようにセンサを保護するか、さらに、削っていくとウエハが内部応力でだんだん反ってくるので、どのように反りを矯正するか、がダイシング後の半導体チップの製造歩留まりを上げるために問題となる。
【０００９】
これらを解決するために、バックグラインド用粘着シートとステンレス製のガイドリングと呼ばれる冶具を用いる。ガイドリングはシリコンウエハ直径より大きい穴のあいたステンレスリングで、これに粘着シートを貼りつけ、さらに、穴の中央の粘着シートにウエハを貼りつける。この際、ウエハのセンサが形成されている面を粘着面側にして密着させる。粘着面にウエハを密着させることでウエハを固定し、同時にウエハ表面に異物が触れるのを防ぎ、ウエハ表面のセンサを保護することができる。この際、粘着シート粘着力が弱すぎると研削中にウエハが動いてしまったり、ウエハの反りではがれてしまったりし、粘着力が逆に強すぎると、研削後にウエハが粘着シートから剥がれなくなったり、剥がす際にウエハにダメージを与えてしまう。そのため適正な粘着力が必要である。
【００１０】
この状態で、ガイドリングを研削装置に取り付け、ガイドリングと研磨定盤を互いに回転させて、研磨定盤へ適当な力で押し付けていくことでウエハの裏面を削り取っていく。このとき、ウエハは粘着力でシートに固定され、形を矯正されているため、ウエハが薄くなっても曲がることはない。目標の厚さまで削り終わったら、次に、この面を磨いて鏡面にする。この工程では、研磨布と研磨液が使われる、ガイドリングと研磨布を互いに自転させて、ウエハを適当な力で研磨布に押し付けることでウエハ研磨面が磨かれる。
【００１１】
特許文献１では半導体ウエハのバックグラインドについて説明は行われていないが、ＣＳＰカメラモジュール製造においても、半導体ウエハのバックグラインド工程やダイシング工程でセンサが汚染されることを懸念して、ウエハのセンサ面（ウエハ保持面）をカバーガラスで覆ってから上記工程を行うことが通常である。
【００１２】
しかしながら、特許文献１に示される外側に凸レンズを作製した透光性基板をカバーガラスとして用いてセンサ部に蓋をしてバックグラインドした場合、半球状（凸状）となっている凸レンズ面先端だけが粘着シートに触れるためバックグラインド工程での粘着力の不足、接着安定性に問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は以上の従来の技術問題に鑑みて考案されたものであり、製造工程数を抑え製造歩留まりを向上させ得るＣＳＰカメラモジュール及びその製造方法を提供することが課題の一つとして挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によるカメラモジュールの製造方法は、光電変換素子の受光部がそれぞれ形成された複数のセンサ形成領域とセンサ形成領域の各々を囲むセンサ周辺領域とを有する主面と主面と対向する裏面とを具えた半導体ウエハと、レンズ部がそれぞれ形成された複数のレンズ形成領域とレンズ形成領域の各々を囲むレンズ周辺領域とを有するレンズ形成面とレンズ形成面と対向し平坦面であるレンズ非形成面とを具えたレンズウエハであって少なくとも１枚の透光性光学ウエハで構成されたレンズウエハと、を準備する工程と、各々の受光部と各々のレンズ部とがそれぞれ対向するようにセンサ周辺領域とレンズ周辺領域とがスペーサ部を介して空間を隔てて固着されることにより、スペーサ部を介して接合された半導体ウエハとレンズウエハとからなる貼着体を形成する工程と、レンズ非形成面を介して貼着体を保持して半導体ウエハの裏面を研磨する工程と、貼着体をセンサ周辺領域及びレンズ周辺領域にて切断することにより、各々がスペーサ部にて接合されたセンサチップ及びレンズチップからなる複数のカメラモジュールに個片化する工程と、を含むことを特徴とする。本発明によれば、レンズウエハと半導体ウエハの貼着体の裏面（半導体ウエハ）のグラインド時にレンズ部が外力を受けず、さらに、半導体ウエハへ貫通電極を作製する際のエッチング材料によってレンズ部が変形、変質しない。
【００１５】
本発明によるカメラモジュールは、光電変換素子の受光部が形成されたセンサ形成領域とセンサ形成領域を囲むセンサ周辺領域とを有する主面と主面と対向する裏面とを具えたセンサチップと、レンズ部が形成されたレンズ形成領域とレンズ形成領域を囲むレンズ周辺領域とを有するレンズ形成面とレンズ形成面と対向し平坦面であるレンズ非形成面とを具えたレンズチップであって少なくとも１つの透光性光学チップで構成されたレンズチップと、受光部とレンズ部が空間を隔てて対向するようにセンサ周辺領域とレンズ周辺領域を接合するスペーサ部と、からなり、センサチップ、レンズチップ及びスペーサ部の側面が共通な外部平坦面であること、並びに、レンズ部と受光部に外部から光を通過させる開口を有するレンズ非形成面及び外部平坦面とを覆うカバーを備えたこと、を特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明による実施形態のカメラモジュールについて添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、各図において、同一の構成要素については別の図に示している場合でも同一の符号を与え、その詳細な説明を省略する。さらに、実施形態は例示に過ぎずこれらに本発明は制限されないことはいうまでもない。
【００１７】
図１は、概略として、センサチップ１０とレンズチップ４０がスペーサ部１５１を介して貼り合わされている実施例のカメラモジュールの断面図である。
【００１８】
カメラモジュール１００は、光電変換素子の受光部１１が形成された第１主面とこれと対向する裏面とを具えたシリコン基板であるセンサチップ１０と、レンズ部１２１が形成されたレンズ形成面とレンズ形成面と対向し平坦面であるレンズ非形成面とを具えたレンズチップ４０と、受光部１１とレンズ部１２１が空間を隔てて対向するようにセンサチップ１０とレンズチップ４０を接合するスペーサ部１５１と、から構成される。レンズチップ４０はガラス平板４とその内面に形成されたレンズ部１２１とからなり、レンズウエハ（透光性光学ウエハ）から、センサチップと共に個片化されたものである。
【００１９】
レンズ部１２１をなす透光性樹脂は紫外線硬化型でも熱硬化型でもどちらでも良い。またレンズ部１２１は内部の片面にのみ形成される。
【００２０】
スペーサ部１５１は、フランジバックを規定する所定厚のスペーサ９とその両面の接着剤層９１からなる。接着剤の材料としては、紫外線硬化型や熱硬化型などが用いられる。
【００２１】
センサチップ１０の第１主面のセンサ形成領域には、たとえば、ＣＭＯＳイメージセンサなどの受光素子を含む受光部１１が形成されている。受光部１１上には、光電変換素子のそれぞれに搭載されるオンチップマイクロレンズを設けてもよい。センサチップ１０の受光部１１周囲のセンサ周辺領域にはこれに接続された内部配線１５及び金属パッド８が形成されている。
【００２２】
また、センサチップ１０の第１主面とは反対側の第２主面（裏面）の所定の位置には外部配線１５及び外部端子７が形成されており、外部端子７以外の部分上には絶縁膜１４が形成されている。
【００２３】
このセンサチップ１０は、その第１主面外周近傍に設けられた金属パッド８下に貫通電極６が設けられおり、これは第１及び第２主面の配線１５を電気的に接続している。第１及び第２主面間を貫通する貫通電極６により、受光部１１への電気的接続はセンサチップ側面に電導体を引き出すことなく、裏面の外部配線１５を介して可能となる。なお、貫通電極６は、チップ裏面全体及び貫通孔内面に予め被覆された絶縁膜１６によりセンサチップ１０の材料からは電気的に絶縁されている。
【００２４】
レンズチップ４０は、レンズ部１２１が形成されたレンズ形成領域とこれを囲むレンズ周辺領域とを有するレンズ形成面とレンズ形成面と対向し平坦面であるレンズ非形成面とを具えている。受光部１１との間に空間が設けられるように、受光部１１の周囲のセンサ周辺領域においてスペーサ部１５１を介してセンサチップ１０の第１主面に固着された後に、レンズウエハからダイシングにより個片化されたものなので、レンズチップ４０、センサチップ１０及びスペーサ部１５１の側面が共通な外部平坦面となる。
【００２５】
最後に、レンズ部１２１と受光部１１に外部から光を通過させる開口を有するように、レンズチップ４０側面全体及びレンズ非形成面の周縁部に黒色などの遮光性樹脂からなるカバー５を設け、側面からの光の進入を防ぐことで、カメラモジュールができる。カバー５は、レンズ部反対側の平坦面を露出させつつ、レンズチップ４０、センサチップ１０及びスペーサ部１５１の側面が共通な外部平坦面とを覆うので、カバー材料の節約の効果を奏する。
【００２６】
第１の実施例であるカメラモジュールの製造方法の概略プロセスフローを図に基づいて説明する。
【００２７】
＜半導体ウエハ作製工程＞
図２は半導体ウエハ１０１の概略平面図である。図２に示すように、６インチもしくは８インチの半導体ウエハ１０１（厚さ６２５μｍ〜７２５μｍ）の表面に、半導体プロセスによりマトリクス状にセンサ形成領域１１１の複数すなわちアレイが形成される。図３は１つのカメラモジュールとなるべき半導体ウエハ１０１のセンサ形成領域の部分の概略部分拡大断面図である。
【００２８】
まず、図３に示すように、センサ形成領域１１１の各々では、半導体ウエハ１０１の第１主面上に、光電変換素子を含む受光部１１と、その周囲の金属パッド８とを形成する。受光部１１には、画素の複数をマトリクス配列（たとえば、３０万個程度）したＣＭＯＳイメージセンサを形成する。受光部１１の受光素子毎にマイクロレンズを設けることもできる。各画素には受光素子（埋込型フォトダイオード）毎に数個のＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）トランジスタで構成したアンプを設ける。金属パッド８は、導電性の優れたたとえばアルミニウム（Ａｌ）などの金属が用いられる。
【００２９】
次に、内部配線１５を形成して、受光素子を含む受光部１１とその周囲の金属パッド８と接続する。このようにして、図２に示すように、後工程のダイシング領域となる格子状のスペースを空けて半導体ウエハ１０１の第１主面にセンサ形成領域１１１の複数がアレイとしてマトリクス配列される。
【００３０】
＜透光性光学ウエハ作製工程＞
上記半導体ウエハと同じサイズ、６インチもしくは８インチの３００〜５００μｍ厚のガラスウエハ（ガラス平板４）を準備する。図４はかかるガラスウエハ４の概略平面図である。以下の工程で、半導体ウエハのマトリクス状センサ形成領域のアレイと一致するように、ガラスウエハにレンズ部の複数からなるアレイを形成して、透光性光学ウエハ（レンズウエハ）を作製する。
【００３１】
次に、図５に示すように、ガラスウエハ４の裏面上にレンズ用透光性樹脂を塗布し、レンズ形成用のモールド型ＭＬを用いて、モールド型ＭＬの凹部を樹脂に押圧して、下地レンズ部１２０を形成する。下地レンズ固化後、図６に示すように、ガラスウエハ４の下地レンズ部１２０上に第２のレンズ用透光性樹脂を塗布し、レンズ形成用のモールド型ＭＬ２を用いて、モールド型ＭＬ２の凹部を樹脂に押圧して、レンズ部１２１を固化させて完成させる。このように、樹脂を、あらかじめ作製しておいたレンズのモールド型によって成型し、加熱、あるいはＵＶ照射等の方法によって、２種のモールド型を用いて２種の樹脂の成型を用いて同一の位置に重ねて２回以上の樹脂成型を行うことにより、よりパワーの大きいレンズ部を形成できる。透光性樹脂は紫外線硬化型でも熱硬化型でもどちらでも良い。なお、このレンズ形成工程において、１つのモールド型を用いて１つの樹脂の１回の成型を行うこともでき、さらに、３種のモールド型を用いて３種の樹脂の成型を用いて同一の位置に重ねて３回以上の樹脂成型を行うことにより、更によりパワーの大きいレンズ部を形成できる。
【００３２】
図７はかかるガラスウエハ４の一括成型されたレンズ部から見た概略平面図である。また凸レンズ部の反対側の主面は平坦面として維持する。これらモールド型はナノインプリント技術に用いられるものを利用できる。たとえば、レンズ部２層構造の場合は、ガラス板側の１層目には比較的柔軟で収縮の影響が低いポリジメチルシロキサンなど樹脂を用い、２層目にはエポキシ樹脂などの１層目より硬度の高い樹脂を用いることが、リフロー時の熱抵抗向上において好ましい。レンズ部を多層構造とすることで、異なる熱膨張係数を補償し合うように、或いは、光硬化又は熱硬化後の変形などを相殺し合うように、適切な樹脂物質を選択する幅が拡大する。レンズの作製は個別のレンズを順次作製してもかまわないが、基板上に上記の手段で一括して作製することが望ましい。このような作製方法によるレンズは、ガラスと樹脂の組み合わせで構成されているため、ハイブリッドレンズと呼ばれ、レンズ部に使われる樹脂量が微量なため、リフローに耐えうる樹脂素材を使用できる、樹脂に固有な固化後の形状変動が最小化される効果がある。
【００３３】
＜貼り合わせ工程＞
次に、図８に示すように、半導体ウエハ１０１のセンサ形成領域の受光部１１にレンズの焦点を固定するためのスペーサ部１５１を接着剤を用いて接合する。スペーサ部１５１は半導体ウエハの第１主面上のセンサ形成領域の受光部１１の各々を囲むような所定の位置にダイシング領域として配置される。スペーサ部１５１は、フランジバックを規定する所定厚のスペーサ９とその両面の接着剤層９１からなる。接着剤の材料としては耐熱性のある、たとえばベンゾシクロブテン（Benzocyclobutene：ＢＣＢ）、ポリイミドなどの感光性ポリマー材料が使用でき、紫外線硬化型或いは熱硬化型が用いられる。図９に示すように、半導体ウエハのダイシング領域の格子状のスペーサ部１５１に囲まれた受光部１１がガラスウエハのレンズ部の各々に対応する。
【００３４】
次に、図１０に示すように、レンズ部１２１が内面にのみ位置するようにレンズ部１２１とセンサ形成領域１１１を対向させて位置合わせしつつ、半導体ウエハ１０１と透光性光学ウエハ（ガラスウエハ４）を貼り付け、圧着固定する。ここで、半導体ウエハ１０１上の受光部１１がガラスウエハ４の裏面に形成された格子状のスペーサ部１５１に囲まれるように、ガラスウエハ４及び半導体ウエハ１０１が位置合わせされる。図１０は半導体ウエハ１０１と透光性光学ウエハ４からなる貼着体の概略斜視図である。感光性接着剤を用いた場合、ガラスウエハ側から光照射を行い、スペーサ部１５１が光硬化することにより接合を実行してもよい。スペーサ部１５１は、半導体ウエハ１０１とガラスウエハ４間の所定距離維持の接合と共に、以後のグラインディング工程、貫通電極形成工程、ダイシング工程などの、個々のセンサ形成領域１１１の封止機能を果たす。
【００３５】
このような工程を経て完成した半導体ウエハと透光性光学ウエハの貼着体は、薄い半導体ウエハ上に厚いガラスウエハが貼り付けられた構造をしているので、従来の半導体ウエハ強度補強用カバーガラスすなわち保護ガラス相当のコストを省くことが出来、カメラモジュールの高さをより低くすることが出来るというメリットがある。
【００３６】
透光性光学ウエハの最上面にはレンズが形成されていないため、後工程の研磨装置の基板固定治具にレンズ面が接触することでレンズ形状が変形する問題は発生しない。また、樹脂で構成されたレンズは半導体ウエハ、透光性光学ウエハ、スペーサ部により覆われているため、後工程の貫通電極をエッチングする工程の高温、化学物質によってレンズが変質するといった問題を解決できる。
【００３７】
＜グラインディング工程＞
次に、図１１に示すように、レンズ保護用シート例えばバックグラインド用粘着シートＢＧＳに透光性光学ウエハ４の平坦面を貼り付け、一体となった半導体ウエハ１０１の裏面を研削する。たとえば半導体ウエハ１０１を５０〜１００μｍ厚の所定厚にまでバックグラインドし、ウエハの第２主面を平坦化する。本実施例ではレンズ保護用シートとしては一般的な、紫外線（ＵＶ）露光により剥離可能な粘着材が塗布された柔軟性シートいわゆる公知のＵＶシートを利用できるが、薬品耐性を有するシートであれば、特にＵＶシートに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００３８】
＜電極形成工程＞
ガラスウエハ４と一体となった半導体ウエハ１０１の第２主面に貫通電極、外部配線及び外部端子を形成する。概要は、貫通穴を深堀エッチングを用いて設け、Ｃｕメッキなどにより配線を引きだし、電極パッドを形成するのである。
【００３９】
まず、図１２に示すように、半導体ウエハ１０１の裏面（第２主面）から各金属パッド８に至る貫通孔６１（直径＝１００〜２００μｍ）を形成する。半導体ウエハ１０１の裏面を通じて半導体ウエハ１０１の各金属パッド８の位置に各金属パッド８のサイズよりやや小さいサイズの貫通孔６１を反応性イオンエッチング法を利用して形成する。反応性イオンエッチング法は、貫通孔６１を形成すべき部分に開口を有する金属又はレジストのマスク（図示せず）を、予め、半導体ウエハ１０１の第２主面に形成し、その後、たとえばＣＦ４などの混合ガス雰囲気中のＳｉＦ４生成反応を通じて、開口を介して、Ｓｉウエハをエッチングして、貫通孔６１を形成する。
【００４０】
その後、図１３に示すように、たとえば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を使用して、貫通孔６１の内壁及び底部（金属パッド８）並びに半導体ウエハ１０１の第２主面に、たとえばＳｉＯ２などの絶縁膜１６を形成する。ここで、絶縁膜１６は、その膜厚が貫通孔６１の底部（金属パッド８）上の方が半導体ウエハ１０１の第２主面上より薄くなるように形成される。これにより、再度の反応性イオンエッチングにより、貫通孔６１の底部において絶縁膜１６の開口６２が形成され金属パッド８が露出するが、貫通孔６１の内壁及び半導体ウエハ１０１の第２主面の絶縁膜１６は維持される。
【００４１】
その後、金属パッド８が露出した貫通孔及びその周囲の貫通電極を形成すべき部分や、貫通電極に接続する外部配線を形成すべき部分に開口を有する所定パターンのマスク（図示せず）を、予め、半導体ウエハ１０１の第２主面の絶縁膜１６上に形成し、電気メッキ法にて、図１４に示すように、外部配線１５及び貫通電極６を形成する。
【００４２】
その後、図１５に示すように、絶縁膜１４を半導体ウエハ１０１の裏面全体に塗布して、リソグラフィー工程を実施して、外部回路との連結のために外部端子７を形成すべき部分の電極が露出されるようにパターニングして、そして、スクリーン印刷法によって、半導体ウエハ１０１の裏面の露出電極上にはんだペーストを塗布してリフローする。その後、残留フラックスを除去して、図１６に示すように、外部端子７が形成される。なお、外部端子７を形成する前に、下地金属膜（図示せず）を形成することもできる。
【００４３】
また、絶縁膜１４材料としては、ＳｉＯ２の他、ＳｉＮ、ＰＩ(ポリイミド)が、また、配線材料としてはＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕなどの中から選択される一種以上の導電材料が、外部端子７材料としてはＳｎＡｇ、ＮｉＡｕが用いられ得る。
【００４４】
＜ダイシング工程＞
図１７に示すように、ガラスウエハ４と一体となった半導体ウエハ１０１を、所定のダイシングブレード５２により、スペーサ部１５１の中央に沿って厚さ方向に個別のカメラモジュールに分割する。ガラスウエハ４及びウエハの貼着体のガラスウエハ４側にダイシングテープ２００を貼着してダイシング装置に装着し、実行する。
【００４５】
以上のように、所定のサイズにガラスウエハ４と半導体ウエハ１０１をフルカットして図１８に示すような、レンズチップ４０、スペーサ部１５１及びセンサチップ１０からなるカメラモジュールが得られる。
【００４６】
＜カバー被覆工程＞
ダイシング加工後、個別のカメラモジュールに遮光用のカバーをかぶせ、カバーを樹脂などの接着剤を用いて固定をする。図１に示すようなセンサチップ１０、スペーサ部１５１及びレンズチップ４０側面全体並びにレンズ部周りに黒色などの遮光性樹脂からなるカバー５を設け、側面からの光の進入を防ぐことで、カメラモジュールができる。先のダイシング工程において一時期に、レンズチップ４０及びスペーサ部１５１を切断しているので、それらの側面が共通な外部平坦面で形成できることにより、カバー樹脂との接合が良好に達成できる。
【００４７】
以上の実施例１によれば、凸レンズ部の場合よりも比較的大きな面積で、バックグラインド時にガラスウエハ４の外側の平坦レンズ部が粘着シートと接着できるため、接着安定性が向上し、クラックや割れの発生がない効果が得られる。
【００４８】
以上の製造方法は、センサ回路にＣＭＯＳイメージセンサの他に、ＣＣＤセンサ回路などの画像センサ用回路や、照度センサ回路、紫外線センサ回路、赤外線センサ回路、温度センサ回路を含む各種カメラモジュールに適用可能である。
【００４９】
＜実施例２＞
実施例１では、レンズ部はセンサに対向する透光性光学ウエハ内面に設け、最外面はガラス平面とするレンズチップの１ピース及び１面構造であるが、この実施例では、レンズチップは２ピースで３面構造である。カメラモジュール製造は、透光性光学ウエハ作製工程において第２の透光性光学ウエハを更に作製し、貼り合わせ工程において第２の透光性光学ウエハを、先の半導体ウエハ１０１と平凸レンズの透光性光学ウエハ４との間に挿入した以外、実施例１と同様に実行される。
【００５０】
実施例２の透光性光学ウエハ作製工程では、図１９に示すように、同インチ径のガラスウエハ（ガラス平板４）上にレンズ用透光性樹脂を塗布し、レンズ成型用モールド型ＭＬ３、ＭＬ４を用いてレンズ部１２２を形成して、複数のレンズ部のアレイを有する第２の透光性光学ウエハ４Ｂを作製する。
【００５１】
貼り合わせ工程においては、半導体ウエハ１０１にスペーサ部１５２を介して第２の透光性光学ウエハ４Ｂを位置合わせしつつ、圧着固定し、さらに、実施例２同様にスペーサ部１５１を介して透光性光学ウエハ４を位置合わせしつつ、圧着固定する。
【００５２】
最終的に作製されたカメラモジュールは、図２０に示すように、スペーサ部１５２を介して第２の透光性光学ウエハ４Ｂを平凸レンズチップ４０とセンサチップ１０の間に挿入した以外、実施例１のものと同様である。
【００５３】
＜実施例３＞
実施例２では、レンズは各々２ピース３面構造であるが、この実施例では、レンズチップは３ピースで５面構造である。カメラモジュール製造は、透光性光学ウエハ作製工程において第３の透光性光学ウエハを更に作製し、貼り合わせ工程において第３の透光性光学ウエハを、先の半導体ウエハ１０１と両凸レンズの透光性光学ウエハ４Ｂとの間に挿入した以外、実施例２と同様に実行される。
【００５４】
実施例３の透光性光学ウエハ作製工程では、同インチ径のガラスウエハ（ガラス平板４）上にレンズ用透光性樹脂を塗布し、所定のレンズ成型用モールド型を用いてレンズ部１２３を形成して、複数のレンズ部のアレイを有する第３の透光性光学ウエハ４Ｃを作製する。ここでも、レンズ部は両面に形成するが、レンズ成型前にあらかじめガラス平板上にＩＲカットフィルタなど機能フィルタを蒸着形成することもできる。
【００５５】
貼り合わせ工程においては、半導体ウエハ１０１にスペーサ部１５３を介して第３の透光性光学ウエハ４Ｃを位置合わせしつつ、圧着固定し、さらに、実施例２同様にスペーサ部１５１、１５２を介して透光性光学ウエハ４、４Ｂを位置合わせしつつ、圧着固定する。
【００５６】
最終的に作製されたカメラモジュールは、図２１に示すように、それぞれ、スペーサ部１５２、１５３を介して第２及び第３の透光性光学ウエハ４Ｂ、４Ｃを、平凸レンズチップ４０とセンサチップ１０の間に挿入した以外、実施例１のものと同様である。
【００５７】
このように、本発明はレンズチップの１〜３ピースに限定されるものではなく、更なる多ピースの多面構造においても等しく効果を持つことはいうまでもない。本発明によれば、レンズはイメージセンサと最上面（外面）の透光性光学ウエハの内側にのみ存在し、最上面には凸部が存在しない。そのため、この最上面を保護シートで大きな面積をもって固定することにより、イメージ半導体ウエハ裏面を安定に研磨加工することが可能になる。この場合、内面の各レンズに外力が及ぶことはないので、レンズ形状が半導体ウエハの裏面加工によって変形することもない。さらに、各レンズが積層された基板群の内側に存在するため、半導体ウエハ裏面を研磨後に、貫通電極を形成するウエハプロセスに投入しても、製造工程で使用されるプラズマや化学薬品がレンズに到達することはなく、各レンズの材質が劣化することはない。なお、最上面の透光性光学ウエハ以外の内側の透光性光学ウエハは、ガラスウエハにレンズ部を設けたレンズウエハの他に、ＩＲカットフィルタや絞りを作り込んだ光学ウエハとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による第１の実施例のカメラモジュールを示す断面図である。
【図２】本発明による第１の実施例における半導体ウエハの概略平面図である。
【図３】本発明による第１の実施例における処理工程を示す半導体ウエハの概略部分拡大断面図である。
【図４】本発明による第１の実施例におけるガラスウエハの概略平面図である。
【図５】本発明による第１の実施例のレンズ部成型工程を示すガラスウエハ及びモールド型の概略部分拡大断面図である。
【図６】本発明による第１の実施例のレンズ部成型工程を示すガラスウエハ及びモールド型の概略部分拡大断面図である。
【図７】本発明による第１の実施例のレンズ部成型工程を示すガラスウエハのレンズ部から見た概略平面図である。
【図８】本発明による第１の実施例におけるスペーサ形成工程を示す半導体ウエハの概略部分拡大断面図である。
【図９】本発明による第１の実施例におけるスペーサ形成工程を示す半導体ウエハの概略平面図である。
【図１０】本発明による第１の実施例における貼着工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の概略斜視図である。
【図１１】本発明による第１の実施例におけるバックグラインド工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の部分拡大断面図である。
【図１２】本発明による第１の実施例における貫通穴深堀工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の部分拡大断面図である。
【図１３】本発明による第１の実施例における絶縁処理工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の部分拡大断面図である。
【図１４】本発明による第１の実施例における電極形成工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の部分拡大断面図である。
【図１５】本発明による第１の実施例における第２絶縁処理工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の部分拡大断面図である。
【図１６】本発明による第１の実施例における外部端子形成工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の部分拡大断面図である。
【図１７】本発明による第１の実施例におけるダイシング工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の部分拡大断面図である。
【図１８】本発明による第１の実施例におけるダイシング工程を示す透光性光学ウエハ及び半導体ウエハの貼着体の部分拡大断面図である。
【図１９】本発明による第２の実施例のレンズ部成型工程を示すガラスウエハ及びモールド型の概略部分拡大断面図である。
【図２０】本発明による第２の実施例のカメラモジュールを示す断面図である。
【図２１】本発明による第３の実施例のカメラモジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
４、４Ｂ、４Ｃ ガラスウエハ、ガラス平板
６ 貫通電極
７ 外部端子
８ 金属パッド
１０ センサチップ
１１ 受光部
１４、１６ 絶縁膜
１５ 内部配線、外部配線
５２ ダイシングブレード
６２ 開口
９１ 接着層
１００ カメラモジュール
１０１ 半導体ウエハ
１１１ センサ形成領域
１２１ レンズ部
１５１、１５２、１５３ スペーサ部
２００ ダイシングテープ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子の受光部がそれぞれ形成された複数のセンサ形成領域と前記センサ形成領域の各々を囲むセンサ周辺領域とを有する主面と前記主面と対向する裏面とを具えた半導体ウエハと、レンズ部がそれぞれ形成された複数のレンズ形成領域と前記レンズ形成領域の各々を囲むレンズ周辺領域とを有するレンズ形成面と前記レンズ形成面と対向し平坦面であるレンズ非形成面とを具えたレンズウエハであって少なくとも１枚の透光性光学ウエハで構成された前記レンズウエハと、を準備する工程と、
各々の前記受光部と各々の前記レンズ部とがそれぞれ対向するように前記センサ周辺領域と前記レンズ周辺領域とがスペーサ部を介して空間を隔てて固着されることにより、前記スペーサ部を介して接合された前記半導体ウエハと前記レンズウエハとからなる貼着体を形成する工程と、
前記レンズ非形成面を介して前記貼着体を保持して前記半導体ウエハの前記裏面を研磨する工程と、
前記貼着体を前記センサ周辺領域及び前記レンズ周辺領域にて切断することにより、各々がスペーサ部にて接合されたセンサチップ及びレンズチップからなる複数のカメラモジュールに個片化する工程と、を含むことを特徴とするカメラモジュールの製造方法。
【請求項２】
前記センサ形成領域に電気的に接続されかつ前記貼着体の前記半導体ウエハを貫通して前記裏面に露出する貫通電極を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のカメラモジュールの製造方法。
【請求項３】
前記半導体ウエハの前記裏面にて前記貫通電極に電気的に接続される外部配線を形成する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載のカメラモジュールの製造方法。
【請求項４】
前記レンズ非形成面にあらかじめレンズ保護用のシートを貼付する工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のカメラモジュールの製造方法。
【請求項５】
前記レンズウエハがガラス平板と前記ガラス平板主面に接合されたレンズ部とからなり、前記レンズ部が樹脂からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載のカメラモジュールの製造方法。
【請求項６】
光電変換素子の受光部が形成されたセンサ形成領域と前記センサ形成領域を囲むセンサ周辺領域とを有する主面と前記主面と対向する裏面とを具えたセンサチップと、
レンズ部が形成されたレンズ形成領域と前記レンズ形成領域を囲むレンズ周辺領域とを有するレンズ形成面と前記レンズ形成面と対向し平坦面であるレンズ非形成面とを具えたレンズチップであって少なくとも１つの透光性光学チップで構成された前記レンズチップと、
前記受光部と前記レンズ部が空間を隔てて対向するように前記センサ周辺領域と前記レンズ周辺領域を接合するスペーサ部と、からなり、
前記センサチップ、前記レンズチップ及び前記スペーサ部の側面が共通な外部平坦面であること、並びに、
前記レンズ部と前記受光部に外部から光を通過させる開口を有する前記レンズ非形成面及び前記外部平坦面とを覆うカバーを備えたこと、を特徴とするカメラモジュール。
【請求項７】
前記センサ形成領域に電気的に接続されかつ前記センサチップを貫通して露出する貫通電極を備えたことを特徴とする請求項６に記載のカメラモジュール。
【請求項８】
前記貫通電極に電気的に接続された外部配線を備えたことを特徴とする請求項７に記載のカメラモジュール。
【請求項９】
前記レンズチップがガラス平板と前記ガラス平板主面に接合されたレンズ部とからなり、前記レンズ部が樹脂からなることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１に記載のカメラモジュール。
【請求項１】
光電変換素子の受光部がそれぞれ形成された複数のセンサ形成領域と前記センサ形成領域の各々を囲むセンサ周辺領域とを有する主面と前記主面と対向する裏面とを具えた半導体ウエハと、レンズ部がそれぞれ形成された複数のレンズ形成領域と前記レンズ形成領域の各々を囲むレンズ周辺領域とを有するレンズ形成面と前記レンズ形成面と対向し平坦面であるレンズ非形成面とを具えたレンズウエハであって少なくとも１枚の透光性光学ウエハで構成された前記レンズウエハと、を準備する工程と、
各々の前記受光部と各々の前記レンズ部とがそれぞれ対向するように前記センサ周辺領域と前記レンズ周辺領域とがスペーサ部を介して空間を隔てて固着されることにより、前記スペーサ部を介して接合された前記半導体ウエハと前記レンズウエハとからなる貼着体を形成する工程と、
前記レンズ非形成面を介して前記貼着体を保持して前記半導体ウエハの前記裏面を研磨する工程と、
前記貼着体を前記センサ周辺領域及び前記レンズ周辺領域にて切断することにより、各々がスペーサ部にて接合されたセンサチップ及びレンズチップからなる複数のカメラモジュールに個片化する工程と、を含むことを特徴とするカメラモジュールの製造方法。
【請求項２】
前記センサ形成領域に電気的に接続されかつ前記貼着体の前記半導体ウエハを貫通して前記裏面に露出する貫通電極を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のカメラモジュールの製造方法。
【請求項３】
前記半導体ウエハの前記裏面にて前記貫通電極に電気的に接続される外部配線を形成する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載のカメラモジュールの製造方法。
【請求項４】
前記レンズ非形成面にあらかじめレンズ保護用のシートを貼付する工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のカメラモジュールの製造方法。
【請求項５】
前記レンズウエハがガラス平板と前記ガラス平板主面に接合されたレンズ部とからなり、前記レンズ部が樹脂からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載のカメラモジュールの製造方法。
【請求項６】
光電変換素子の受光部が形成されたセンサ形成領域と前記センサ形成領域を囲むセンサ周辺領域とを有する主面と前記主面と対向する裏面とを具えたセンサチップと、
レンズ部が形成されたレンズ形成領域と前記レンズ形成領域を囲むレンズ周辺領域とを有するレンズ形成面と前記レンズ形成面と対向し平坦面であるレンズ非形成面とを具えたレンズチップであって少なくとも１つの透光性光学チップで構成された前記レンズチップと、
前記受光部と前記レンズ部が空間を隔てて対向するように前記センサ周辺領域と前記レンズ周辺領域を接合するスペーサ部と、からなり、
前記センサチップ、前記レンズチップ及び前記スペーサ部の側面が共通な外部平坦面であること、並びに、
前記レンズ部と前記受光部に外部から光を通過させる開口を有する前記レンズ非形成面及び前記外部平坦面とを覆うカバーを備えたこと、を特徴とするカメラモジュール。
【請求項７】
前記センサ形成領域に電気的に接続されかつ前記センサチップを貫通して露出する貫通電極を備えたことを特徴とする請求項６に記載のカメラモジュール。
【請求項８】
前記貫通電極に電気的に接続された外部配線を備えたことを特徴とする請求項７に記載のカメラモジュール。
【請求項９】
前記レンズチップがガラス平板と前記ガラス平板主面に接合されたレンズ部とからなり、前記レンズ部が樹脂からなることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１に記載のカメラモジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１０−５６２９２（Ｐ２０１０−５６２９２Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１９６４７（Ｐ２００８−２１９６４７）
【出願日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【出願人】（３０８０３３７１１）ＯＫＩセミコンダクタ株式会社 (898)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【出願人】（３０８０３３７１１）ＯＫＩセミコンダクタ株式会社 (898)
【Ｆターム（参考）】
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