光学装置および光学装置の製造方法
【課題】製造が容易な耐久性および信頼性に優れた固体撮像装置２０およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】受光エリア２を含む所定領域を気密封止する固体撮像素子が形成された固体撮像素子チップ１を準備する素子基板準備ステップと、第１の主面と第２の主面とを有する第１の基板１１の、第１の主面の記所定領域に相当する領域に、凹部５Ａを形成する凹部形成ステップと、透明部材からなる第２の基板１０を、第１の基板１１の第１の主面と接合し、第１の基板１１と第２の基板１０とが接合された接合基板１２を作成する接合ステップと、接合基板１２の第２の主面を研削加工し、凹部５Ｂを露出する研削加工ステップと、凹部５Ｂが露出した接合基板１２の第２の主面と、固体撮像素子チップ１とを接合し、固体撮像素子チップ１の所定領域を封止する封止ステップとを有する。
【解決手段】受光エリア２を含む所定領域を気密封止する固体撮像素子が形成された固体撮像素子チップ１を準備する素子基板準備ステップと、第１の主面と第２の主面とを有する第１の基板１１の、第１の主面の記所定領域に相当する領域に、凹部５Ａを形成する凹部形成ステップと、透明部材からなる第２の基板１０を、第１の基板１１の第１の主面と接合し、第１の基板１１と第２の基板１０とが接合された接合基板１２を作成する接合ステップと、接合基板１２の第２の主面を研削加工し、凹部５Ｂを露出する研削加工ステップと、凹部５Ｂが露出した接合基板１２の第２の主面と、固体撮像素子チップ１とを接合し、固体撮像素子チップ１の所定領域を封止する封止ステップとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子に気密封止部を設けた光学装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、固体撮像素子チップの受光部を気密封止した固体撮像装置において、小型実装を必要とする分野への適用を可能にするために、特に実装後の形状の小さい新規な構造を有する固体撮像装置を提案している。図９は出願人が提案済みの固体撮像装置の概略構造を示す断面説明図である。
【０００３】
例えば、出願人は、特開平７−２０２１５２号公報において、図９に示すように、固体撮像素子チップ９０１の受光エリア９０２のみに、気密封止部９０５Ｃを設けた固体撮像装置９２０を提案している。固体撮像装置９２０は、気密封止部９０５Ｃを形成する封止部材９１２を平板部９１０と枠部９１１との２部材で構成したものである。そして平板部９１０はガラス、石英、サファイア、透明樹脂等の透明部材よりなり、枠部９１１はセラミック、ガラス、シリコン等の無機物、またはコバールまたは４２アロイ等の金属を用いて形成してもよいが、固体撮像素子チップ９０１の表面に、エポキシ、フェノールまたはシリコンなどの樹脂を印刷、またはフォトリソ技術でパターン形成してもよいこと、また平板部９１０に枠部９１１を接着した封止部材９１２を、固体撮像素子チップ９０１の表面に接着するようにしてもよいことが記載されている。そして、前記固体撮像素子チップ９０１の受光エリア９０２のマイクロレンズ９０３の表面と封止部材９１２の裏面の間には、干渉縞が生じないように少なくとも５μm以上の空間が形成されるように、固体撮像素子チップ９０１の表面に接着されている。
【０００４】
固体撮像装置９２０は、小型化実装が可能になると共に、特に固体撮像素子チップ９０１の表面にフィルタ、マイクロレンズまたはプリズム等の光学部品を形成しても、それらの光学部品の光学能力の低下を伴うことがなかった。
【特許文献１】特開平７−２０２１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、固体撮像装置９２０は、別体として形成した枠部９１１を平板部９１０に接着したものを、固体撮像素子チップ９０１の表面に接着しているため、枠部９１１の高さ、すなわち平板部９１０と固体撮像素子チップ９０１表面との距離を常に一定に管理することは容易ではない。このため、固体撮像装置９２０はマイクロレンズ等の光学特性の変動、つまり撮像特性のロット間変動が生じるおそれがあった。
【０００６】
また、固体撮像装置９２０では、枠部９１１の高さ、言い換えれば枠部９１１の厚さは非常に薄いために、製造時に、枠部９１１の破損や反りの問題が発生することがあった。さらに、枠部９１１をエポキシ、フェノール、またはシリコーン等の有機材料で形成した場合には、有機材料を介して水分が気密封止部に浸入しやすく、気密封止部内部で曇りまたは結露が生じることがあり、撮像性能の低下、さらには、固体撮像装置の故障に至る可能性もあった。
【０００７】
以上の説明のように、公知の固体撮像装置等の光学装置においては、気密封止部を形成すること、および小型実装へ対応すること等の重要性は認識されていたが気密封止部の製造方法等については十分な注意が払われているとは言えなかった。
【０００８】
本発明は、製造が容易な耐久性および信頼性に優れた光学装置およびそ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】
【０００９】
上記目的を達成すべく、本発明の光学装置は光学素子の所定領域が封止部材により気密封止された光学装置であって、前記所定領域に相当する部分に凹部が形成された第１の基板の凹部形成面と、透明部材からなる第２の基板とが接合され、前記第１の基板の凹部形成面が研削加工され前記凹部が露出した前記封止部材と、前記光学素子が形成された素子基板とが接合している。
【００１０】
また、本発明の光学装置の製造方法は、所定領域を気密封止する光学素子が形成された素子基板を準備する素子基板準備ステップと、第１の主面と第２の主面とを有する第１の基板の、前記第１の主面の前記所定領域に相当する領域に、凹部を形成する凹部形成ステップと、透明部材からなる第２の基板を、前記第１の基板の第１の主面と接合し、前記第１の基板と前記第２の基板とが接合された接合基板を作成する接合ステップと、前記接合基板の前記第２の主面を研削加工し、前記凹部を露出する研削加工ステップと、前記凹部が露出した前記接合基板の前記第２の主面と、前記素子基板とを接合し、前記光学素子の前記所定領域を封止する封止ステップとを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、製造が容易な耐久性および信頼性に優れた光学装置およびその製造方法を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜第１の実施の形態＞
最初に、図面を参照して本発明の第１の実施の形態にかかる光学装置である固体撮像装置２０の構造について説明する。図１は、本実施の形態にかかる固体撮像装置を構成する固体撮像素子チップの上面概略図であり、図２は図１のＩＩ線における固体撮像素子チップの概略構造を示す断面概略図である。なお、図１においては、マイクロレンズ３はマイクロレンズ領域３Ａとして表示している。
【００１３】
図１および図２に示すように、固体撮像素子チップ１の表面には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型またはＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型等の固体撮像素子を有しマイクロレンズ領域３Ａおよび図示しない色フィルタが配設された光電変換を行う受光エリア２と、撮像動作に必要な走査回路およびアンプ等を含む周辺回路６Ａ、６Ｂとが配置されている。さらに、固体撮像素子チップ１の表面の端面近傍には、固体撮像素子チップ１と外部の電気回路との電気的接続を得るための複数のパッド電極４が配置されている。
【００１４】
以下、図３を用いて固体撮像素子チップ１に気密封止部５Ｃを形成し固体撮像装置２０を製造する方法について説明する。図３は、固体撮像素子チップに気密封止部５Ｃを形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【００１５】
＜素子基板準備ステップ＞
最初に、図１および図２で示した、所定領域である受光エリア２を気密封止する光学素子である固体撮像素子が形成された素子基板である固体撮像素子チップ１が準備される。なお、本説明では、気密封止部５Ｃを形成する領域の中心である受光エリア２の位置および大きさ等を確認するために素子基板準備ステップを最初に説明したが、図面等で受光エリア２が確認できる場合には、固体撮像素子チップ１は、製造工程の最初に準備しておく必要はない。
【００１６】
＜凹部形成ステップ＞
図３（Ａ）に示すように、第１の主面１１Ｕと第２の主面１１Ｄとを有する第１の基板１１が準備される。第１の基板１１は、平板状の基板であり気密封止部材である接合基板１２、いわゆる枠部１１Ｂに加工される基板である。第１の基板１１の材料としては、硬質であり、水分の透過性の低い材料が好ましく、例えば、シリコンに代表される半導体、ガラスに代表されるセラミックス、または、各種金属を用いることができる。第１の基板１１の材料としては、加工性およびコスト等の観点からシリコンが特に好ましい。ここで、シリコンとは、不純物のドープにより半導体化した通常のシリコンだけでなく、絶縁体である真性シリコンでもよい。
【００１７】
次に、図３（Ｂ）に示すように、第１の基板１１の第１の主面１１Ｕの、所定領域に相当する領域に、凹部５Ａが形成される。ここで、所定領域に相当する領域とは、固体撮像装置２０となったときに、所定領域である受光エリア２をカバーすることのできる位置および大きさに相当する領域である。
【００１８】
第１の基板１１に凹部５Ａを形成する方法は公知の各種手法を用いることができる。例えば、凹部５Ａ形成領域を除く第１の基板１１の第１の主面１１Ｕにフォトリソグラフィ法によりレジスト膜をパターニングする。そして、このレジスト膜を保護膜として、サンドブラスト法、フッ酸等の溶液を用いた湿式エッチング法、または四フッ化炭素ガス等を用いたドライエッチング法により、所望の深さＤ１の凹部５Ａを形成できる。ここで、深さＤ１は、固体撮像素子チップ１上のマイクロレンズ３の高さＤ２（図３（Ｅ）参照）よりも大きくする。凹部５Ａを形成後にレジスト膜を除去することで、図３（Ｂ）に示す凹部５Ａが形成された第１の基板１１Ａが得られる。なお、本実施の形態の固体撮像装置２０においては、第１の基板１１、および第２の基板１０は、その外寸が、図３（Ｅ）に示すように、固体撮像装置２０となったときに、固体撮像素子チップ１上のパッド電極４形成領域にまで及ばない大きさとする。
【００１９】
＜接合ステップ＞
次に図３（Ｃ）に示すように、凹部５Ａが形成された第１の基板１１Ａの凹部形成面である第１の主面１１Ｕと、透明部材からなる第２の基板１０とが、接着接合され、接合基板１４が作成される。
【００２０】
なお、第２の基板１０の材料としては、撮像に必要な透過率および分光透過特性を有するガラス、石英またはサファイア等を用いることができ、コストおよび加工性等の観点からガラスを用いることが好ましい。
【００２１】
本実施の形態の固体撮像装置２０においては、凹部５Ａが形成された第１の基板１１Ａと第２の基板１０との接合においては、接合界面に無機材料からなる接着層１３を介して接合する。すなわち、固体撮像装置２０の製造方法では、無機材料からなる接着層を形成する接着層形成ステップを含む。接着層１３の材料としては、接合強度および耐湿特性の観点から、ガラスフリットもしくは水ガラス等のガラス、または、金もしくは、はんだ等の金属を用いることが好ましい。接着層１３が無機材料からなるため、固体撮像装置２０においては、接着層１３を介して水分等が気密封止部に侵入することがない。
【００２２】
＜研削加工ステップ＞
次に図３（Ｄ）に示すように、接合基板１４の、第１の基板１１Ａの凹部５Ａが形成面と反対面である第２の主面１１Ｄが、凹部５Ａが露出するまで研削加工される。研削加工は砥石が取り付けられた公知の研削加工機を用いてもよいし、ＣＭＰ法等の研磨加工であってもよい。また研削面の表面粗さの改善または、気密封止部５Ｃの高さ調整のために、研削加工後に、さらに研磨加工を行ってもよい。
【００２３】
図３（Ｄ）に示すように、研削加工により、第１の基板１１は、外周部のみが残り、この外周部が気密封止部材である接合基板１２の枠部１１Ｂとなり、接合基板１２が形成される。
【００２４】
＜封止ステップ＞
そして、図３（Ｅ）に示すように、凹部５Ｂが露出した接合基板１２の外周部１１Ｂ側と、素子基板である固体撮像素子チップ１とが接合され、気密封止部５Ｃを有する固体撮像装置２０が製造される。
【００２５】
封止ステップにおける接合方法は接合ステップにおける接合方法と同様の方法で行うことが好ましい。すなわち、図３（Ｅ）には図示していないが、外周部１１Ｂと、固体撮像素子チップ１との接合も接着層を用いて接着接合することが好ましい。
【００２６】
上記説明の固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置２０は、受光エリア２を含む所定領域が封止部材である接合基板１２により気密封止された光学装置であって、所定領域に相当する部分に凹部５Ｂが形成された第１の基板１１Ａの凹部形成面と、透明部材からなる第２の基板１０とが接合され、第１の基板１１Ａの凹部形成面が研削加工され凹部５Ｂが露出した接合基板１２である封止部材と、光学素子が形成された素子基板である固体撮像素子チップ１とが接合している。
【００２７】
そして、固体撮像素子チップ１に形成された少なくとも受光エリア２を含む所定領域である封止領域に、外部から密閉された空間である気密封止部５Ｃが形成され、気密封止部材である接合基板１２の透明部材を介して外部から受光エリア２に導光可能でありながら、受光エリア２を外部環境からの水分等から保護している。
【００２８】
そして、本実施の形態の固体撮像装置２０の製造方法によれば、撮像性能に影響を与える透明部材からなる第２の基板１０の表面および裏面には一切の加工を行うことがないため、表面の面荒れの発生がなく、固体撮像装置２０は撮像特性の低下が生じない。また、固体撮像装置２０の封止部材である接合基板１２の枠部１１Ｂは、水分の透過性の低い材料からなる第１の基板１１を加工して形成されているため、気密封止部５Ｃへの水分の侵入を抑制できる。このため、固体撮像装置２０は、気密封止部５Ｃでの曇りや結露による撮像性能の低下を防ぐことができる。さらに、固体撮像装置２０は、気密封止部５Ｃへの水の侵入を防止できることから、固体撮像装置２０は高耐久性・高信頼性である。
【００２９】
また、本実施の形態の固体撮像装置２０の製造方法によれば、枠部１１Ｂとなる第１の基板１１は、製造工程の途中で凹部５Ａが設けられるが、第２の基板１０と接合するまでは開口部は設けない。このため、第１の基板１１の機械的強度の著しい低下はなく、取り扱いが容易で、製造段階での破損の心配もない。また、第１の基板１１は枠部１１Ｂの高さに合わせて薄く研削加工されるが、第２の基板１０と接合後に第２の基板１０を支持基板として加工されるため、本実施の形態の固体撮像装置２０の製造方法によれば、製造段階での枠部１１Ｂの破損の心配がない。
【００３０】
なお、固体撮像装置２０の製造方法としては、素子基板として多数の固体撮像素子チップ１が形成されたウエハに対して、封止ステップで複数の接合基板１２を接合し、その後、分離ステップで、個々の固体撮像装置２０に個片化してもよい。
【００３１】
あるいは、固体撮像装置２０の製造方法としては、接合基板として多数の気密封止部材が形成されたウエハに対して、封止ステップで複数の固体撮像素子チップ１とを接合し、その後、分離ステップで、個々の固体撮像装置２０に個片化してもよい。
【００３２】
さらに、固体撮像装置２０の製造方法としては、封止ステップで、多数の気密封止部材が形成された接合基板と、多数の固体撮像素子チップ１が形成された素子基板とを接合し、その後、分離ステップで、個々の固体撮像装置２０に個片化してもよい。
【００３３】
＜第２の実施の形態＞
次に、図面を参照して本発明の第２の実施の形態にかかる固体撮像装置１２０の製造方法について説明する。図４は、第２の実施の形態にかかる固体撮像素子チップ１０１に気密封止部１０５Ｃを形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。本実施の形態の固体撮像装置１２０の製造方法は、第１の実施の形態にかかる固体撮像装置２０の製造方法と類似しているため、同じ工程の説明は省略する。
【００３４】
すなわち、まず素子基板準備ステップにおいて、電極パッド１０４等を有する固体撮像素子チップ１０１が準備される。次に、図４（Ａ）に示す第１の基板１１１が、凹部形成ステップにより図４（Ｂ）に示す凹部１０５Ａが形成された第１の基板１１１Ａに加工される。
【００３５】
本実施の形態の固体撮像装置１２０の製造方法では、接合ステップにおいて、陽極接合法を用いて第１の基板１１１Ａと第２の基板１１０とが、接合される。陽極接合法は、可動イオンを含むガラスと、シリコンまたは金属等を接合する方法であり、重ね合わせた基板を加熱してガラス側を軟化させ、同時にガラス側を陰極として両者の間に電圧を印加することにより電気的二重層を発生させ、静電引力により両者を接合する。
【００３６】
このため、第１の基板１１１の材料としては陽極接合可能な導電性を有するシリコンに代表される半導体、または、各種金属を用いる。また、第２の基板１１０の材料としては、陽極接合可能な透明材料である、例えば、パイレックス（登録商標）ガラス等の耐熱ガラスを用いる。
【００３７】
そして、図４（Ｃ）に示すように、本実施の形態の接合ステップでは、凹部１０５Ａが形成されたシリコンからなる第１の基板１１１Ａと、耐熱ガラスからなる第２の基板１１０を圧着した状態で、４００℃程度の加熱を行いながら、第１の基板１１１Ａを陽極として５００Ｖから１０００Ｖの電圧を印加する。すると、第１の基板１１１Ａと対向する第２の基板１１０の表面側より正イオンが第２の基板１１０内部に移動し、その結果、第１の基板１１１Ａの表面には負の電荷が誘起され、正イオンと負電荷の間で生じる静電力により強固な接合が実現される。
【００３８】
本実施の形態の固体撮像装置１２０の製造方法の接合ステップ後は、第１の実施の形態の固体撮像装置２０の製造方法と同じである。
【００３９】
本実施の形態の固体撮像装置１２０の製造方法および固体撮像装置１２０は、第１の実施の形態の固体撮像装置２０の製造方法および固体撮像装置２０と同様の作用効果を奏する。さらに、固体撮像装置１２０は、接合ステップにおいて陽極接合法を用いるため、固体撮像装置２０よりも接合界面の強度が強く信頼性が高い。さらに、固体撮像装置１２０は、接合時に接着層１３を形成する必要がないために、中間層形成材料のガラスフリット等が第２の基板へ、はみ出すことによる撮像性能の低下が発生することがない。
【００４０】
なお、本実施の形態の固体撮像装置１２０の製造方法においては、封止ステップにおける接合も、接合ステップと同じ陽極接合法を用いてもよい。
【００４１】
また、固体撮像装置１２０の製造方法としては、素子基板として多数の固体撮像素子チップ１０１が形成されたウエハに対して、封止ステップで複数の接合基板１１２を貼り合わせ、その後、分離ステップで、個々の固体撮像装置１２０に個片化してもよい。
【００４２】
＜第３の実施の形態＞
次に、図面を参照して本発明の第３の実施の形態にかかる固体撮像装置２２０の製造方法について説明する。図５は、第３の実施の形態にかかる固体撮像素子チップ２０１に気密封止部２０５Ｃを形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【００４３】
本実施の形態の固体撮像装置２２０の製造方法は、第２の実施の形態にかかる固体撮像装置１２０の製造方法と類似しているため、同じ工程の説明は省略する。
【００４４】
本実施の形態の固体撮像装置２２０の製造方法では、固体撮像装置１２０の製造方法と同様に、接合ステップにおいて、陽極接合法を用いて第１の基板２１１Ａと第２の基板２１０とが、接合される。しかし、第２の実施の形態にかかる固体撮像装置１２０と異なり、第１の基板２１１として陽極接合不可能な材料、すなわち、絶縁材料である石英またはガラスを用いることができる。
【００４５】
固体撮像装置２２０の製造方法では、まず素子基板準備ステップにおいて、電極パッド２０４等を有する固体撮像素子チップ２０１が準備される。次に、図５（Ａ）に示す、石英またはガラスからなる第１の基板２１１が、凹部形成ステップにより図５（Ｂ）に示す凹部２０５Ａが形成された第１の基板２１１Ａに加工される。
【００４６】
そして、本実施の形態の固体撮像装置２２０の製造方法では、接合ステップの前に、第１の基板２１１Ａの接合面となる領域に導電層２１３が形成される導電層形成ステップを含む。導電層２１３は導電性を有する材料、例えば、シリコン、金、ニッケル、インバー、コバールまたは４２アロイ等を、蒸着法、スパッタ法、またはＣＶＤ法等の方法により形成することができる。
【００４７】
なお、図５においては、凹部形成ステップの後に導電層形成ステップにより導電層２１３を形成する例を示しているが、導電層形成ステップは接合ステップの前であれば、凹部形成ステップの前であってもよい。すなわち、第１の基板２１１の全面に導電層２１３を形成した後、第１の基板２１１に凹部２０５Ａを形成してもよい。
【００４８】
そして、図５（Ｃ）に示すように、本実施の形態の接合ステップでは、導電層２１３が形成された第１の基板２１１Ａと、耐熱ガラスからなる第２の基板１１０を圧着した状態で、４００℃程度の加熱を行いながら、導電層２１３を陽極として５００Ｖから１０００Ｖの電圧を印加し陽極接合が行われる。
【００４９】
本実施の形態の固体撮像装置２２０の製造方法の接合ステップ後は、第１の実施の形態の固体撮像装置２０の製造方法等と同じである。
【００５０】
本実施の形態の固体撮像装置２２０の製造方法および固体撮像装置２２０は、第１の実施の形態の固体撮像装置１２０の製造方法および固体撮像装置１２０と同様の作用効果を奏する。さらに、固体撮像装置２２０では、第１の基板２１１の材料選択の範囲が、固体撮像装置１２０における第１の基板１１１の材料選択の範囲よりも広い。このため、固体撮像装置２２０は、固体撮像装置の設計の自由度が高い。
【００５１】
なお、本実施の形態の固体撮像装置２２０の製造方法においては、封止ステップにおける接合も接合ステップと同じ陽極接合法を用いてもよい。
【００５２】
また、固体撮像装置２２０の製造方法としては、素子基板として多数の固体撮像素子チップ２０１が形成されたウエハに対して、封止ステップで複数の封止部材２１２を貼り合わせ、その後、分離ステップで、個々の固体撮像装置２２０に個片化してもよい。
【００５３】
＜第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態にかかる固体撮像装置の製造方法について説明する。本実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、第２の実施の形態にかかる固体撮像装置１２０の製造方法と類似しているため、同じ工程の説明は省略する。
【００５４】
本実施の形態の固体撮像装置の製造方法においては、接合ステップまたは封止ステップの少なくともいずれかの接合が、直接接合法または常温接合法によって行われる。
【００５５】
直接接合法とは、接合面を原子間の結合距離に匹敵するレベルまで平坦化した後、その表面を化学処理により親水化し、表面の水酸基間の水素結合を利用して接合を行う方法である。このような表面間力による接合は、常温の大気中で行うこともできる。より強い接合が要求される場合には、接合界面を酸素またはアルゴン等の雰囲気下でプラズマ処理したり、紫外線を用いて表面を活性化したりすることで比較的低温の１００℃から４００℃で接合を行う。接合処理の雰囲気は、窒素、アルゴンもしくはネオン等の不活性ガス、または大気が好ましく、接合処理の雰囲気の圧力は減圧化、例えば低真空から１０−６〜１０−７Ｐａレベルの超高真空、または大気圧から選択される。
【００５６】
さらに常温接合法とは、上記の直接接合法を真空中で行う接合方法であり、常温で堅固な接合界面を得ることができる接合方法である。
【００５７】
本実施の形態の固体撮像装置の製造方法および固体撮像装置は、第１の実施の形態の固体撮像装置１２０の製造方法および固体撮像装置１２０と同様の作用効果を奏する。さらに本実施の形態の固体撮像装置の製造方法では、接合が低温行われるため、被接合体間の熱膨張率の差に起因する熱ひずみおよび熱応力が小さいために、接合箇所の信頼性および耐久性が、より向上する。
【００５８】
このため、本実施の形態の固体撮像装置の製造方法では、接合基板の反り等に起因する不良発生を抑制できる。また、本実施の形態の固体撮像装置の製造方法では、接合が低温で行われるため加温および冷却の時間が短時間になり、または不要になるため、製造のスループットを増大することができる。
【００５９】
また、固体撮像装置３２０の製造方法としては、図６（Ａ）に示すように、素子基板として多数の固体撮像素子チップ３０１が形成されたウエハ３０１Ａに対して、封止ステップで複数の封止部材３１２を貼り合わせ、その後、図６（Ｂ）に示すように、分離ステップで、個々の固体撮像装置３２０に個片化してもよい。
【００６０】
＜第５の実施の形態＞
次に、図面を参照して本発明の第５の実施の形態にかかる固体撮像装置４２０の製造方法について説明する。本実施の形態の固体撮像装置４２０の製造方法は、第１の実施の形態にかかる固体撮像装置２０の製造方法と類似しているため、同じ工程の説明は省略する。図７は、第５の実施の形態にかかる固体撮像素子チップ４０１に一括して気密封止部４０５Ｃを形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【００６１】
以下、図７を用いて固体撮像装置４２０の製造方法について説明する。
【００６２】
＜素子基板準備ステップ＞
最初に、素子基板として、多数の固体撮像素子チップ４０１となる領域が形成された固体撮像素子チップ基板４０１Ａ（図７（Ｅ）参照）が準備される。言い換えれば、固体撮像素子チップ基板４０１Ａは、多数の固体撮像素子チップ４０１となる領域を有する基板であり、シリコンウエハに素子回路等を形成した基板である。
【００６３】
＜凹部形成ステップ＞
図７（Ｂ）に示すように、第１の基板４１１の第１の主面４１１Ｕの、所定領域に相当する領域に、多数の凹部４０５Ａを有する第１の基板４１１Ａが形成される。
【００６４】
＜接合ステップ＞
次に図７（Ｃ）に示すように、多数の凹部４０５Ａが形成された第１の基板４１１Ａの凹部形成面と、透明部材からなる第２の基板４１０Ａとが、接合され、接合基板４１４Ａが作成される。
【００６５】
＜封止ステップ＞
そして、図７（Ｅ）に示すように、多数の枠部４１１Ｂを有する接合基板４１２Ａの第２の主面と固体撮像素子チップ基板４０１Ａとが接合される。
【００６６】
＜分離ステップ＞
次に、図７（Ｆ）に示すように、パッド電極４０４が表面に露出するように、第２の基板４１０Ａの一部が除去され、個々の固体撮像素子チップ４０１の封止部材４１２が形成される。第２の基板４１０Ａの一部を除去する方法としては、機械的研削、ダイシングブレードによる切り取り、または化学エッチング等の方法を用いることができる。
【００６７】
そして、図７（Ｇ）に示すように、固体撮像素子チップ基板４０１Ａを、ダイシングブレードによる機械的ダイシング法、またはレーザによるドライダイシング法により、切断することで、気密封止部４０５Ｃを有する固体撮像素子チップ４０１である固体撮像装置４２０を一括して多数個、製造することができる。
【００６８】
本実施の形態にかかる固体撮像装置４２０および固体撮像装置４２０の製造方法によれば、第１の実施の形態の固体撮像装置２０および固体撮像装置２０の製造方法と同様の効果を得ることができる。さらに本実施の形態にかかる固体撮像装置４２０の製造方法は、複数の固体撮像装置４２０の製造を一括して行うことができるため、固体撮像装置２０よりも、低コストの固体撮像装置４２０を提供することができる。
【００６９】
＜第５の実施の形態の変形例＞
次に、図面を参照して本発明の第５の実施の形態の変形例にかかる固体撮像装置５２０の製造方法について説明する。本変形例の固体撮像装置の製造方法は、第５の実施の形態にかかる固体撮像装置４２０の製造方法と類似しているため、同じ工程の説明は省略する。図８は、本変形例にかかる固体撮像素装置５２０の製造方法を説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【００７０】
本変形例にかかる固体撮像装置５２０の製造方法は、貫通配線を用いたＷＬ−ＣＳＰ（Wafer Level-Chip Size Package）技術を、第５の実施の形態の固体撮像装置４２０の製造方法に用いている。
以下、図８を用いて固体撮像装置５２０の製造方法について説明する。
【００７１】
＜封止ステップ＞
図８（Ａ）に示すように、接合基板５１２Ａの第２の主面と固体撮像素子チップ基板５０１Ａとが接合される。
【００７２】
＜貫通配線形成ステップ＞
次に、図８（Ｂ）に示すように、固体撮像素子チップ基板５０１Ａのパッド電極５０４と電気的に接続された貫通配線５０４Ｂが形成される。貫通配線形成工程では、最初に、例えばシリコンからなる固体撮像素子チップ基板５０１Ａの裏面側から、パッド電極５０４の裏面まで、多数の貫通穴が形成される。貫通孔形成には、レジストマスクを用いたＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法、もしくは、レーザーアブレーション加工法、機械的なドリル加工、または、ウオータジェット法等を用いることができる。そして、貫通穴の内面に、ＳｉＯ２等の電気絶縁膜が成膜される。貫通穴が、めっき法または導電性ペースト埋め込み等の公知の方法により導電化処理され、貫通配線５０４Ｂが形成される。
【００７３】
＜分離ステップ＞
図８（Ｃ）に示すように、接合基板５１２Ａと固体撮像素子チップ基板５０１Ａとが接合された基板を、ダイシングブレードによる機械的ダイシング等により切断することで、気密封止部５０５Ｃを有する多数の固体撮像装置５２０を一括して製造することができる。
【００７４】
固体撮像装置５２０は、貫通配線５０４Ｂを介してパッド電極５０４に印加する各種電位を固体撮像装置５２０の裏面から供給できる。
【００７５】
本発明は、上述した実施の形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【００７６】
例えば、上記説明では光学素子として固体撮像子素子を有する固体撮像子素子装置を例に説明したが、光学素子として、フォトダイオード、フォトダイオードアレイ、ＬＥＤなどの発光素子、ＭＥＭＳによるミラー素子等を有する光学素子に気密封止部を設けた光学装置およびその製造方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】第１の実施の形態にかかる固体撮像素子チップの上面概略図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる固体撮像素子チップの固体撮像素子チップの概略構造を示す断面概略図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる固体撮像素子チップに気密封止部を形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【図４】第２の実施の形態にかかる固体撮像素子チップに気密封止部を形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【図５】第３の実施の形態にかかる固体撮像素子チップに気密封止部を形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【図６】第４の実施の形態にかかる固体撮像素子チップに気密封止部を形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【図７】第５の実施の形態にかかる固体撮像素子チップに気密封止部を形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【図８】第５の実施の形態の変形例にかかる固体撮像素子チップに気密封止部を形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【図９】公知の固体撮像装置９２０の概略断面構造を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００７８】
１…固体撮像素子チップ、
２…受光エリア、
３…マイクロレンズ、
３Ａ…マイクロレンズ領域、
４…パッド電極、
５Ａ…凹部、
５Ｂ…凹部、
５Ｃ…気密封止部、
６Ａ…周辺回路、
６Ｂ…周辺回路、
１０…第２の基板、
１１…第１の基板、
１１Ｂ…枠部、
１１Ｄ…第２の主面、
１１Ｕ…第１の主面、
１２…接合基板、
１３…接着層、
１４…接合基板、
２０…固体撮像装置
２１３…導電層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子に気密封止部を設けた光学装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、固体撮像素子チップの受光部を気密封止した固体撮像装置において、小型実装を必要とする分野への適用を可能にするために、特に実装後の形状の小さい新規な構造を有する固体撮像装置を提案している。図９は出願人が提案済みの固体撮像装置の概略構造を示す断面説明図である。
【０００３】
例えば、出願人は、特開平７−２０２１５２号公報において、図９に示すように、固体撮像素子チップ９０１の受光エリア９０２のみに、気密封止部９０５Ｃを設けた固体撮像装置９２０を提案している。固体撮像装置９２０は、気密封止部９０５Ｃを形成する封止部材９１２を平板部９１０と枠部９１１との２部材で構成したものである。そして平板部９１０はガラス、石英、サファイア、透明樹脂等の透明部材よりなり、枠部９１１はセラミック、ガラス、シリコン等の無機物、またはコバールまたは４２アロイ等の金属を用いて形成してもよいが、固体撮像素子チップ９０１の表面に、エポキシ、フェノールまたはシリコンなどの樹脂を印刷、またはフォトリソ技術でパターン形成してもよいこと、また平板部９１０に枠部９１１を接着した封止部材９１２を、固体撮像素子チップ９０１の表面に接着するようにしてもよいことが記載されている。そして、前記固体撮像素子チップ９０１の受光エリア９０２のマイクロレンズ９０３の表面と封止部材９１２の裏面の間には、干渉縞が生じないように少なくとも５μm以上の空間が形成されるように、固体撮像素子チップ９０１の表面に接着されている。
【０００４】
固体撮像装置９２０は、小型化実装が可能になると共に、特に固体撮像素子チップ９０１の表面にフィルタ、マイクロレンズまたはプリズム等の光学部品を形成しても、それらの光学部品の光学能力の低下を伴うことがなかった。
【特許文献１】特開平７−２０２１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、固体撮像装置９２０は、別体として形成した枠部９１１を平板部９１０に接着したものを、固体撮像素子チップ９０１の表面に接着しているため、枠部９１１の高さ、すなわち平板部９１０と固体撮像素子チップ９０１表面との距離を常に一定に管理することは容易ではない。このため、固体撮像装置９２０はマイクロレンズ等の光学特性の変動、つまり撮像特性のロット間変動が生じるおそれがあった。
【０００６】
また、固体撮像装置９２０では、枠部９１１の高さ、言い換えれば枠部９１１の厚さは非常に薄いために、製造時に、枠部９１１の破損や反りの問題が発生することがあった。さらに、枠部９１１をエポキシ、フェノール、またはシリコーン等の有機材料で形成した場合には、有機材料を介して水分が気密封止部に浸入しやすく、気密封止部内部で曇りまたは結露が生じることがあり、撮像性能の低下、さらには、固体撮像装置の故障に至る可能性もあった。
【０００７】
以上の説明のように、公知の固体撮像装置等の光学装置においては、気密封止部を形成すること、および小型実装へ対応すること等の重要性は認識されていたが気密封止部の製造方法等については十分な注意が払われているとは言えなかった。
【０００８】
本発明は、製造が容易な耐久性および信頼性に優れた光学装置およびそ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】
【０００９】
上記目的を達成すべく、本発明の光学装置は光学素子の所定領域が封止部材により気密封止された光学装置であって、前記所定領域に相当する部分に凹部が形成された第１の基板の凹部形成面と、透明部材からなる第２の基板とが接合され、前記第１の基板の凹部形成面が研削加工され前記凹部が露出した前記封止部材と、前記光学素子が形成された素子基板とが接合している。
【００１０】
また、本発明の光学装置の製造方法は、所定領域を気密封止する光学素子が形成された素子基板を準備する素子基板準備ステップと、第１の主面と第２の主面とを有する第１の基板の、前記第１の主面の前記所定領域に相当する領域に、凹部を形成する凹部形成ステップと、透明部材からなる第２の基板を、前記第１の基板の第１の主面と接合し、前記第１の基板と前記第２の基板とが接合された接合基板を作成する接合ステップと、前記接合基板の前記第２の主面を研削加工し、前記凹部を露出する研削加工ステップと、前記凹部が露出した前記接合基板の前記第２の主面と、前記素子基板とを接合し、前記光学素子の前記所定領域を封止する封止ステップとを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、製造が容易な耐久性および信頼性に優れた光学装置およびその製造方法を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜第１の実施の形態＞
最初に、図面を参照して本発明の第１の実施の形態にかかる光学装置である固体撮像装置２０の構造について説明する。図１は、本実施の形態にかかる固体撮像装置を構成する固体撮像素子チップの上面概略図であり、図２は図１のＩＩ線における固体撮像素子チップの概略構造を示す断面概略図である。なお、図１においては、マイクロレンズ３はマイクロレンズ領域３Ａとして表示している。
【００１３】
図１および図２に示すように、固体撮像素子チップ１の表面には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型またはＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型等の固体撮像素子を有しマイクロレンズ領域３Ａおよび図示しない色フィルタが配設された光電変換を行う受光エリア２と、撮像動作に必要な走査回路およびアンプ等を含む周辺回路６Ａ、６Ｂとが配置されている。さらに、固体撮像素子チップ１の表面の端面近傍には、固体撮像素子チップ１と外部の電気回路との電気的接続を得るための複数のパッド電極４が配置されている。
【００１４】
以下、図３を用いて固体撮像素子チップ１に気密封止部５Ｃを形成し固体撮像装置２０を製造する方法について説明する。図３は、固体撮像素子チップに気密封止部５Ｃを形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【００１５】
＜素子基板準備ステップ＞
最初に、図１および図２で示した、所定領域である受光エリア２を気密封止する光学素子である固体撮像素子が形成された素子基板である固体撮像素子チップ１が準備される。なお、本説明では、気密封止部５Ｃを形成する領域の中心である受光エリア２の位置および大きさ等を確認するために素子基板準備ステップを最初に説明したが、図面等で受光エリア２が確認できる場合には、固体撮像素子チップ１は、製造工程の最初に準備しておく必要はない。
【００１６】
＜凹部形成ステップ＞
図３（Ａ）に示すように、第１の主面１１Ｕと第２の主面１１Ｄとを有する第１の基板１１が準備される。第１の基板１１は、平板状の基板であり気密封止部材である接合基板１２、いわゆる枠部１１Ｂに加工される基板である。第１の基板１１の材料としては、硬質であり、水分の透過性の低い材料が好ましく、例えば、シリコンに代表される半導体、ガラスに代表されるセラミックス、または、各種金属を用いることができる。第１の基板１１の材料としては、加工性およびコスト等の観点からシリコンが特に好ましい。ここで、シリコンとは、不純物のドープにより半導体化した通常のシリコンだけでなく、絶縁体である真性シリコンでもよい。
【００１７】
次に、図３（Ｂ）に示すように、第１の基板１１の第１の主面１１Ｕの、所定領域に相当する領域に、凹部５Ａが形成される。ここで、所定領域に相当する領域とは、固体撮像装置２０となったときに、所定領域である受光エリア２をカバーすることのできる位置および大きさに相当する領域である。
【００１８】
第１の基板１１に凹部５Ａを形成する方法は公知の各種手法を用いることができる。例えば、凹部５Ａ形成領域を除く第１の基板１１の第１の主面１１Ｕにフォトリソグラフィ法によりレジスト膜をパターニングする。そして、このレジスト膜を保護膜として、サンドブラスト法、フッ酸等の溶液を用いた湿式エッチング法、または四フッ化炭素ガス等を用いたドライエッチング法により、所望の深さＤ１の凹部５Ａを形成できる。ここで、深さＤ１は、固体撮像素子チップ１上のマイクロレンズ３の高さＤ２（図３（Ｅ）参照）よりも大きくする。凹部５Ａを形成後にレジスト膜を除去することで、図３（Ｂ）に示す凹部５Ａが形成された第１の基板１１Ａが得られる。なお、本実施の形態の固体撮像装置２０においては、第１の基板１１、および第２の基板１０は、その外寸が、図３（Ｅ）に示すように、固体撮像装置２０となったときに、固体撮像素子チップ１上のパッド電極４形成領域にまで及ばない大きさとする。
【００１９】
＜接合ステップ＞
次に図３（Ｃ）に示すように、凹部５Ａが形成された第１の基板１１Ａの凹部形成面である第１の主面１１Ｕと、透明部材からなる第２の基板１０とが、接着接合され、接合基板１４が作成される。
【００２０】
なお、第２の基板１０の材料としては、撮像に必要な透過率および分光透過特性を有するガラス、石英またはサファイア等を用いることができ、コストおよび加工性等の観点からガラスを用いることが好ましい。
【００２１】
本実施の形態の固体撮像装置２０においては、凹部５Ａが形成された第１の基板１１Ａと第２の基板１０との接合においては、接合界面に無機材料からなる接着層１３を介して接合する。すなわち、固体撮像装置２０の製造方法では、無機材料からなる接着層を形成する接着層形成ステップを含む。接着層１３の材料としては、接合強度および耐湿特性の観点から、ガラスフリットもしくは水ガラス等のガラス、または、金もしくは、はんだ等の金属を用いることが好ましい。接着層１３が無機材料からなるため、固体撮像装置２０においては、接着層１３を介して水分等が気密封止部に侵入することがない。
【００２２】
＜研削加工ステップ＞
次に図３（Ｄ）に示すように、接合基板１４の、第１の基板１１Ａの凹部５Ａが形成面と反対面である第２の主面１１Ｄが、凹部５Ａが露出するまで研削加工される。研削加工は砥石が取り付けられた公知の研削加工機を用いてもよいし、ＣＭＰ法等の研磨加工であってもよい。また研削面の表面粗さの改善または、気密封止部５Ｃの高さ調整のために、研削加工後に、さらに研磨加工を行ってもよい。
【００２３】
図３（Ｄ）に示すように、研削加工により、第１の基板１１は、外周部のみが残り、この外周部が気密封止部材である接合基板１２の枠部１１Ｂとなり、接合基板１２が形成される。
【００２４】
＜封止ステップ＞
そして、図３（Ｅ）に示すように、凹部５Ｂが露出した接合基板１２の外周部１１Ｂ側と、素子基板である固体撮像素子チップ１とが接合され、気密封止部５Ｃを有する固体撮像装置２０が製造される。
【００２５】
封止ステップにおける接合方法は接合ステップにおける接合方法と同様の方法で行うことが好ましい。すなわち、図３（Ｅ）には図示していないが、外周部１１Ｂと、固体撮像素子チップ１との接合も接着層を用いて接着接合することが好ましい。
【００２６】
上記説明の固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置２０は、受光エリア２を含む所定領域が封止部材である接合基板１２により気密封止された光学装置であって、所定領域に相当する部分に凹部５Ｂが形成された第１の基板１１Ａの凹部形成面と、透明部材からなる第２の基板１０とが接合され、第１の基板１１Ａの凹部形成面が研削加工され凹部５Ｂが露出した接合基板１２である封止部材と、光学素子が形成された素子基板である固体撮像素子チップ１とが接合している。
【００２７】
そして、固体撮像素子チップ１に形成された少なくとも受光エリア２を含む所定領域である封止領域に、外部から密閉された空間である気密封止部５Ｃが形成され、気密封止部材である接合基板１２の透明部材を介して外部から受光エリア２に導光可能でありながら、受光エリア２を外部環境からの水分等から保護している。
【００２８】
そして、本実施の形態の固体撮像装置２０の製造方法によれば、撮像性能に影響を与える透明部材からなる第２の基板１０の表面および裏面には一切の加工を行うことがないため、表面の面荒れの発生がなく、固体撮像装置２０は撮像特性の低下が生じない。また、固体撮像装置２０の封止部材である接合基板１２の枠部１１Ｂは、水分の透過性の低い材料からなる第１の基板１１を加工して形成されているため、気密封止部５Ｃへの水分の侵入を抑制できる。このため、固体撮像装置２０は、気密封止部５Ｃでの曇りや結露による撮像性能の低下を防ぐことができる。さらに、固体撮像装置２０は、気密封止部５Ｃへの水の侵入を防止できることから、固体撮像装置２０は高耐久性・高信頼性である。
【００２９】
また、本実施の形態の固体撮像装置２０の製造方法によれば、枠部１１Ｂとなる第１の基板１１は、製造工程の途中で凹部５Ａが設けられるが、第２の基板１０と接合するまでは開口部は設けない。このため、第１の基板１１の機械的強度の著しい低下はなく、取り扱いが容易で、製造段階での破損の心配もない。また、第１の基板１１は枠部１１Ｂの高さに合わせて薄く研削加工されるが、第２の基板１０と接合後に第２の基板１０を支持基板として加工されるため、本実施の形態の固体撮像装置２０の製造方法によれば、製造段階での枠部１１Ｂの破損の心配がない。
【００３０】
なお、固体撮像装置２０の製造方法としては、素子基板として多数の固体撮像素子チップ１が形成されたウエハに対して、封止ステップで複数の接合基板１２を接合し、その後、分離ステップで、個々の固体撮像装置２０に個片化してもよい。
【００３１】
あるいは、固体撮像装置２０の製造方法としては、接合基板として多数の気密封止部材が形成されたウエハに対して、封止ステップで複数の固体撮像素子チップ１とを接合し、その後、分離ステップで、個々の固体撮像装置２０に個片化してもよい。
【００３２】
さらに、固体撮像装置２０の製造方法としては、封止ステップで、多数の気密封止部材が形成された接合基板と、多数の固体撮像素子チップ１が形成された素子基板とを接合し、その後、分離ステップで、個々の固体撮像装置２０に個片化してもよい。
【００３３】
＜第２の実施の形態＞
次に、図面を参照して本発明の第２の実施の形態にかかる固体撮像装置１２０の製造方法について説明する。図４は、第２の実施の形態にかかる固体撮像素子チップ１０１に気密封止部１０５Ｃを形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。本実施の形態の固体撮像装置１２０の製造方法は、第１の実施の形態にかかる固体撮像装置２０の製造方法と類似しているため、同じ工程の説明は省略する。
【００３４】
すなわち、まず素子基板準備ステップにおいて、電極パッド１０４等を有する固体撮像素子チップ１０１が準備される。次に、図４（Ａ）に示す第１の基板１１１が、凹部形成ステップにより図４（Ｂ）に示す凹部１０５Ａが形成された第１の基板１１１Ａに加工される。
【００３５】
本実施の形態の固体撮像装置１２０の製造方法では、接合ステップにおいて、陽極接合法を用いて第１の基板１１１Ａと第２の基板１１０とが、接合される。陽極接合法は、可動イオンを含むガラスと、シリコンまたは金属等を接合する方法であり、重ね合わせた基板を加熱してガラス側を軟化させ、同時にガラス側を陰極として両者の間に電圧を印加することにより電気的二重層を発生させ、静電引力により両者を接合する。
【００３６】
このため、第１の基板１１１の材料としては陽極接合可能な導電性を有するシリコンに代表される半導体、または、各種金属を用いる。また、第２の基板１１０の材料としては、陽極接合可能な透明材料である、例えば、パイレックス（登録商標）ガラス等の耐熱ガラスを用いる。
【００３７】
そして、図４（Ｃ）に示すように、本実施の形態の接合ステップでは、凹部１０５Ａが形成されたシリコンからなる第１の基板１１１Ａと、耐熱ガラスからなる第２の基板１１０を圧着した状態で、４００℃程度の加熱を行いながら、第１の基板１１１Ａを陽極として５００Ｖから１０００Ｖの電圧を印加する。すると、第１の基板１１１Ａと対向する第２の基板１１０の表面側より正イオンが第２の基板１１０内部に移動し、その結果、第１の基板１１１Ａの表面には負の電荷が誘起され、正イオンと負電荷の間で生じる静電力により強固な接合が実現される。
【００３８】
本実施の形態の固体撮像装置１２０の製造方法の接合ステップ後は、第１の実施の形態の固体撮像装置２０の製造方法と同じである。
【００３９】
本実施の形態の固体撮像装置１２０の製造方法および固体撮像装置１２０は、第１の実施の形態の固体撮像装置２０の製造方法および固体撮像装置２０と同様の作用効果を奏する。さらに、固体撮像装置１２０は、接合ステップにおいて陽極接合法を用いるため、固体撮像装置２０よりも接合界面の強度が強く信頼性が高い。さらに、固体撮像装置１２０は、接合時に接着層１３を形成する必要がないために、中間層形成材料のガラスフリット等が第２の基板へ、はみ出すことによる撮像性能の低下が発生することがない。
【００４０】
なお、本実施の形態の固体撮像装置１２０の製造方法においては、封止ステップにおける接合も、接合ステップと同じ陽極接合法を用いてもよい。
【００４１】
また、固体撮像装置１２０の製造方法としては、素子基板として多数の固体撮像素子チップ１０１が形成されたウエハに対して、封止ステップで複数の接合基板１１２を貼り合わせ、その後、分離ステップで、個々の固体撮像装置１２０に個片化してもよい。
【００４２】
＜第３の実施の形態＞
次に、図面を参照して本発明の第３の実施の形態にかかる固体撮像装置２２０の製造方法について説明する。図５は、第３の実施の形態にかかる固体撮像素子チップ２０１に気密封止部２０５Ｃを形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【００４３】
本実施の形態の固体撮像装置２２０の製造方法は、第２の実施の形態にかかる固体撮像装置１２０の製造方法と類似しているため、同じ工程の説明は省略する。
【００４４】
本実施の形態の固体撮像装置２２０の製造方法では、固体撮像装置１２０の製造方法と同様に、接合ステップにおいて、陽極接合法を用いて第１の基板２１１Ａと第２の基板２１０とが、接合される。しかし、第２の実施の形態にかかる固体撮像装置１２０と異なり、第１の基板２１１として陽極接合不可能な材料、すなわち、絶縁材料である石英またはガラスを用いることができる。
【００４５】
固体撮像装置２２０の製造方法では、まず素子基板準備ステップにおいて、電極パッド２０４等を有する固体撮像素子チップ２０１が準備される。次に、図５（Ａ）に示す、石英またはガラスからなる第１の基板２１１が、凹部形成ステップにより図５（Ｂ）に示す凹部２０５Ａが形成された第１の基板２１１Ａに加工される。
【００４６】
そして、本実施の形態の固体撮像装置２２０の製造方法では、接合ステップの前に、第１の基板２１１Ａの接合面となる領域に導電層２１３が形成される導電層形成ステップを含む。導電層２１３は導電性を有する材料、例えば、シリコン、金、ニッケル、インバー、コバールまたは４２アロイ等を、蒸着法、スパッタ法、またはＣＶＤ法等の方法により形成することができる。
【００４７】
なお、図５においては、凹部形成ステップの後に導電層形成ステップにより導電層２１３を形成する例を示しているが、導電層形成ステップは接合ステップの前であれば、凹部形成ステップの前であってもよい。すなわち、第１の基板２１１の全面に導電層２１３を形成した後、第１の基板２１１に凹部２０５Ａを形成してもよい。
【００４８】
そして、図５（Ｃ）に示すように、本実施の形態の接合ステップでは、導電層２１３が形成された第１の基板２１１Ａと、耐熱ガラスからなる第２の基板１１０を圧着した状態で、４００℃程度の加熱を行いながら、導電層２１３を陽極として５００Ｖから１０００Ｖの電圧を印加し陽極接合が行われる。
【００４９】
本実施の形態の固体撮像装置２２０の製造方法の接合ステップ後は、第１の実施の形態の固体撮像装置２０の製造方法等と同じである。
【００５０】
本実施の形態の固体撮像装置２２０の製造方法および固体撮像装置２２０は、第１の実施の形態の固体撮像装置１２０の製造方法および固体撮像装置１２０と同様の作用効果を奏する。さらに、固体撮像装置２２０では、第１の基板２１１の材料選択の範囲が、固体撮像装置１２０における第１の基板１１１の材料選択の範囲よりも広い。このため、固体撮像装置２２０は、固体撮像装置の設計の自由度が高い。
【００５１】
なお、本実施の形態の固体撮像装置２２０の製造方法においては、封止ステップにおける接合も接合ステップと同じ陽極接合法を用いてもよい。
【００５２】
また、固体撮像装置２２０の製造方法としては、素子基板として多数の固体撮像素子チップ２０１が形成されたウエハに対して、封止ステップで複数の封止部材２１２を貼り合わせ、その後、分離ステップで、個々の固体撮像装置２２０に個片化してもよい。
【００５３】
＜第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態にかかる固体撮像装置の製造方法について説明する。本実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、第２の実施の形態にかかる固体撮像装置１２０の製造方法と類似しているため、同じ工程の説明は省略する。
【００５４】
本実施の形態の固体撮像装置の製造方法においては、接合ステップまたは封止ステップの少なくともいずれかの接合が、直接接合法または常温接合法によって行われる。
【００５５】
直接接合法とは、接合面を原子間の結合距離に匹敵するレベルまで平坦化した後、その表面を化学処理により親水化し、表面の水酸基間の水素結合を利用して接合を行う方法である。このような表面間力による接合は、常温の大気中で行うこともできる。より強い接合が要求される場合には、接合界面を酸素またはアルゴン等の雰囲気下でプラズマ処理したり、紫外線を用いて表面を活性化したりすることで比較的低温の１００℃から４００℃で接合を行う。接合処理の雰囲気は、窒素、アルゴンもしくはネオン等の不活性ガス、または大気が好ましく、接合処理の雰囲気の圧力は減圧化、例えば低真空から１０−６〜１０−７Ｐａレベルの超高真空、または大気圧から選択される。
【００５６】
さらに常温接合法とは、上記の直接接合法を真空中で行う接合方法であり、常温で堅固な接合界面を得ることができる接合方法である。
【００５７】
本実施の形態の固体撮像装置の製造方法および固体撮像装置は、第１の実施の形態の固体撮像装置１２０の製造方法および固体撮像装置１２０と同様の作用効果を奏する。さらに本実施の形態の固体撮像装置の製造方法では、接合が低温行われるため、被接合体間の熱膨張率の差に起因する熱ひずみおよび熱応力が小さいために、接合箇所の信頼性および耐久性が、より向上する。
【００５８】
このため、本実施の形態の固体撮像装置の製造方法では、接合基板の反り等に起因する不良発生を抑制できる。また、本実施の形態の固体撮像装置の製造方法では、接合が低温で行われるため加温および冷却の時間が短時間になり、または不要になるため、製造のスループットを増大することができる。
【００５９】
また、固体撮像装置３２０の製造方法としては、図６（Ａ）に示すように、素子基板として多数の固体撮像素子チップ３０１が形成されたウエハ３０１Ａに対して、封止ステップで複数の封止部材３１２を貼り合わせ、その後、図６（Ｂ）に示すように、分離ステップで、個々の固体撮像装置３２０に個片化してもよい。
【００６０】
＜第５の実施の形態＞
次に、図面を参照して本発明の第５の実施の形態にかかる固体撮像装置４２０の製造方法について説明する。本実施の形態の固体撮像装置４２０の製造方法は、第１の実施の形態にかかる固体撮像装置２０の製造方法と類似しているため、同じ工程の説明は省略する。図７は、第５の実施の形態にかかる固体撮像素子チップ４０１に一括して気密封止部４０５Ｃを形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【００６１】
以下、図７を用いて固体撮像装置４２０の製造方法について説明する。
【００６２】
＜素子基板準備ステップ＞
最初に、素子基板として、多数の固体撮像素子チップ４０１となる領域が形成された固体撮像素子チップ基板４０１Ａ（図７（Ｅ）参照）が準備される。言い換えれば、固体撮像素子チップ基板４０１Ａは、多数の固体撮像素子チップ４０１となる領域を有する基板であり、シリコンウエハに素子回路等を形成した基板である。
【００６３】
＜凹部形成ステップ＞
図７（Ｂ）に示すように、第１の基板４１１の第１の主面４１１Ｕの、所定領域に相当する領域に、多数の凹部４０５Ａを有する第１の基板４１１Ａが形成される。
【００６４】
＜接合ステップ＞
次に図７（Ｃ）に示すように、多数の凹部４０５Ａが形成された第１の基板４１１Ａの凹部形成面と、透明部材からなる第２の基板４１０Ａとが、接合され、接合基板４１４Ａが作成される。
【００６５】
＜封止ステップ＞
そして、図７（Ｅ）に示すように、多数の枠部４１１Ｂを有する接合基板４１２Ａの第２の主面と固体撮像素子チップ基板４０１Ａとが接合される。
【００６６】
＜分離ステップ＞
次に、図７（Ｆ）に示すように、パッド電極４０４が表面に露出するように、第２の基板４１０Ａの一部が除去され、個々の固体撮像素子チップ４０１の封止部材４１２が形成される。第２の基板４１０Ａの一部を除去する方法としては、機械的研削、ダイシングブレードによる切り取り、または化学エッチング等の方法を用いることができる。
【００６７】
そして、図７（Ｇ）に示すように、固体撮像素子チップ基板４０１Ａを、ダイシングブレードによる機械的ダイシング法、またはレーザによるドライダイシング法により、切断することで、気密封止部４０５Ｃを有する固体撮像素子チップ４０１である固体撮像装置４２０を一括して多数個、製造することができる。
【００６８】
本実施の形態にかかる固体撮像装置４２０および固体撮像装置４２０の製造方法によれば、第１の実施の形態の固体撮像装置２０および固体撮像装置２０の製造方法と同様の効果を得ることができる。さらに本実施の形態にかかる固体撮像装置４２０の製造方法は、複数の固体撮像装置４２０の製造を一括して行うことができるため、固体撮像装置２０よりも、低コストの固体撮像装置４２０を提供することができる。
【００６９】
＜第５の実施の形態の変形例＞
次に、図面を参照して本発明の第５の実施の形態の変形例にかかる固体撮像装置５２０の製造方法について説明する。本変形例の固体撮像装置の製造方法は、第５の実施の形態にかかる固体撮像装置４２０の製造方法と類似しているため、同じ工程の説明は省略する。図８は、本変形例にかかる固体撮像素装置５２０の製造方法を説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【００７０】
本変形例にかかる固体撮像装置５２０の製造方法は、貫通配線を用いたＷＬ−ＣＳＰ（Wafer Level-Chip Size Package）技術を、第５の実施の形態の固体撮像装置４２０の製造方法に用いている。
以下、図８を用いて固体撮像装置５２０の製造方法について説明する。
【００７１】
＜封止ステップ＞
図８（Ａ）に示すように、接合基板５１２Ａの第２の主面と固体撮像素子チップ基板５０１Ａとが接合される。
【００７２】
＜貫通配線形成ステップ＞
次に、図８（Ｂ）に示すように、固体撮像素子チップ基板５０１Ａのパッド電極５０４と電気的に接続された貫通配線５０４Ｂが形成される。貫通配線形成工程では、最初に、例えばシリコンからなる固体撮像素子チップ基板５０１Ａの裏面側から、パッド電極５０４の裏面まで、多数の貫通穴が形成される。貫通孔形成には、レジストマスクを用いたＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法、もしくは、レーザーアブレーション加工法、機械的なドリル加工、または、ウオータジェット法等を用いることができる。そして、貫通穴の内面に、ＳｉＯ２等の電気絶縁膜が成膜される。貫通穴が、めっき法または導電性ペースト埋め込み等の公知の方法により導電化処理され、貫通配線５０４Ｂが形成される。
【００７３】
＜分離ステップ＞
図８（Ｃ）に示すように、接合基板５１２Ａと固体撮像素子チップ基板５０１Ａとが接合された基板を、ダイシングブレードによる機械的ダイシング等により切断することで、気密封止部５０５Ｃを有する多数の固体撮像装置５２０を一括して製造することができる。
【００７４】
固体撮像装置５２０は、貫通配線５０４Ｂを介してパッド電極５０４に印加する各種電位を固体撮像装置５２０の裏面から供給できる。
【００７５】
本発明は、上述した実施の形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【００７６】
例えば、上記説明では光学素子として固体撮像子素子を有する固体撮像子素子装置を例に説明したが、光学素子として、フォトダイオード、フォトダイオードアレイ、ＬＥＤなどの発光素子、ＭＥＭＳによるミラー素子等を有する光学素子に気密封止部を設けた光学装置およびその製造方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】第１の実施の形態にかかる固体撮像素子チップの上面概略図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる固体撮像素子チップの固体撮像素子チップの概略構造を示す断面概略図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる固体撮像素子チップに気密封止部を形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【図４】第２の実施の形態にかかる固体撮像素子チップに気密封止部を形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【図５】第３の実施の形態にかかる固体撮像素子チップに気密封止部を形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【図６】第４の実施の形態にかかる固体撮像素子チップに気密封止部を形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【図７】第５の実施の形態にかかる固体撮像素子チップに気密封止部を形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【図８】第５の実施の形態の変形例にかかる固体撮像素子チップに気密封止部を形成する方法について説明するための概略構造を示す断面説明図である。
【図９】公知の固体撮像装置９２０の概略断面構造を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００７８】
１…固体撮像素子チップ、
２…受光エリア、
３…マイクロレンズ、
３Ａ…マイクロレンズ領域、
４…パッド電極、
５Ａ…凹部、
５Ｂ…凹部、
５Ｃ…気密封止部、
６Ａ…周辺回路、
６Ｂ…周辺回路、
１０…第２の基板、
１１…第１の基板、
１１Ｂ…枠部、
１１Ｄ…第２の主面、
１１Ｕ…第１の主面、
１２…接合基板、
１３…接着層、
１４…接合基板、
２０…固体撮像装置
２１３…導電層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子の所定領域が封止部材により気密封止された光学装置であって、
前記所定領域に相当する部分に凹部が形成された第１の基板の凹部形成面と、透明部材からなる第２の基板とが接合され、前記第１の基板の凹部形成面が研削加工され前記凹部が露出した前記封止部材と、
前記光学素子が形成された素子基板とが接合していることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記光学素子が、固体撮像素子であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
所定領域を気密封止する光学素子が形成された素子基板を準備する素子基板準備ステップと、
第１の主面と第２の主面とを有する第１の基板の、前記第１の主面の前記所定領域に相当する領域に、凹部を形成する凹部形成ステップと、
透明部材からなる第２の基板を、前記凹部が形成された前記第１の基板の前記第１の主面と接合し、前記第１の基板と前記第２の基板とが接合された接合基板を作成する接合ステップと、
前記接合基板の前記第１の基板の前記第２の主面を研削加工し、前記凹部を露出する研削加工ステップと、
前記凹部が露出した前記接合基板の前記第２の主面と、前記素子基板とを接合し、前記光学素子の前記所定領域を封止する封止ステップとを有することを特徴とする光学装置の製造方法。
【請求項４】
前記素子基板準備ステップが、複数の前記光学素子が形成された前記素子基板を準備する素子基板準備ステップであり、
前記封止ステップが、前記複数の光学素子を前記気密封止する封止ステップであり、
複数の前記気密封止された前記光学素子を分離する分離ステップを有することを特徴とする請求項３に記載の光学装置の製造方法。
【請求項５】
前記透明部材がガラスであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光学装置の製造方法。
【請求項６】
前記接合ステップおよび／または封止ステップが、前記第１の基板と前記第２の基板との接合面に、無機材料からなる接着層を形成する接着層形成ステップを有することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の光学装置の製造方法。
【請求項７】
前記接合ステップおよび／または封止ステップが、陽極接合法により接合することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の光学装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の基板が絶縁材料からなる基板であり、
前記接合ステップおよび／または封止ステップが、前記陽極接合法により接合する前に、前記第１の基板と前記第２の基板との接合面に、シリコン、金、ニッケル、インバー、コバール、または４２アロイからなる導電層を形成する導電層形成ステップを有することを特徴とする請求項７に記載の光学装置の製造方法。
【請求項９】
前記接合ステップおよび／または封止ステップが、直接接合法あるいは常温接合法により接合することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の光学装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項３から請求項９のいずれか１項に記載の光学装置の製造方法。
【請求項１１】
前記光学素子が、固体撮像素子であることを特徴とする請求項３から請求項１０のいずれか１項に記載の光学装置の製造方法。
【請求項１】
光学素子の所定領域が封止部材により気密封止された光学装置であって、
前記所定領域に相当する部分に凹部が形成された第１の基板の凹部形成面と、透明部材からなる第２の基板とが接合され、前記第１の基板の凹部形成面が研削加工され前記凹部が露出した前記封止部材と、
前記光学素子が形成された素子基板とが接合していることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記光学素子が、固体撮像素子であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
所定領域を気密封止する光学素子が形成された素子基板を準備する素子基板準備ステップと、
第１の主面と第２の主面とを有する第１の基板の、前記第１の主面の前記所定領域に相当する領域に、凹部を形成する凹部形成ステップと、
透明部材からなる第２の基板を、前記凹部が形成された前記第１の基板の前記第１の主面と接合し、前記第１の基板と前記第２の基板とが接合された接合基板を作成する接合ステップと、
前記接合基板の前記第１の基板の前記第２の主面を研削加工し、前記凹部を露出する研削加工ステップと、
前記凹部が露出した前記接合基板の前記第２の主面と、前記素子基板とを接合し、前記光学素子の前記所定領域を封止する封止ステップとを有することを特徴とする光学装置の製造方法。
【請求項４】
前記素子基板準備ステップが、複数の前記光学素子が形成された前記素子基板を準備する素子基板準備ステップであり、
前記封止ステップが、前記複数の光学素子を前記気密封止する封止ステップであり、
複数の前記気密封止された前記光学素子を分離する分離ステップを有することを特徴とする請求項３に記載の光学装置の製造方法。
【請求項５】
前記透明部材がガラスであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光学装置の製造方法。
【請求項６】
前記接合ステップおよび／または封止ステップが、前記第１の基板と前記第２の基板との接合面に、無機材料からなる接着層を形成する接着層形成ステップを有することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の光学装置の製造方法。
【請求項７】
前記接合ステップおよび／または封止ステップが、陽極接合法により接合することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の光学装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の基板が絶縁材料からなる基板であり、
前記接合ステップおよび／または封止ステップが、前記陽極接合法により接合する前に、前記第１の基板と前記第２の基板との接合面に、シリコン、金、ニッケル、インバー、コバール、または４２アロイからなる導電層を形成する導電層形成ステップを有することを特徴とする請求項７に記載の光学装置の製造方法。
【請求項９】
前記接合ステップおよび／または封止ステップが、直接接合法あるいは常温接合法により接合することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の光学装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項３から請求項９のいずれか１項に記載の光学装置の製造方法。
【請求項１１】
前記光学素子が、固体撮像素子であることを特徴とする請求項３から請求項１０のいずれか１項に記載の光学装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２６７０４９（Ｐ２００９−２６７０４９Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１４２０９（Ｐ２００８−１１４２０９）
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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