专利名称：研磨多层体的方法以及制造固态摄像器件的方法
技术领域：
本发明涉及一种研磨多层体的方法以及一种制造固态摄像器件的方法，具体而言，涉及一种用于研磨多层体的方法以及一种制造固态摄像器件的方法，该方法用于研磨与切割具有空心结构的多层体，并且将其分隔成以圆片级一起制备的许多芯片尺寸封装(CSP)类型的固态摄像器件等的单独的固态摄像器件等。
背景技术：
用于数字照相机和便携式电话、由CCD和CMOS构成的固态摄像器件正在日益要求小型化。因此，最近，正在发生常规大尺寸封装向芯片尺寸封装(CSP)类型的转移，在所述的常规大尺寸封装中，全部固态摄像元件芯片都被气密地密封在陶瓷等包装物中，而所述芯片尺寸封装类型的尺寸基本上等于固态摄像元件芯片的尺寸。
在这些情况下，有人提供了具有如下结构的固态摄像器件只对固态摄像元件芯片的光接收区域安置密封构件(透明玻璃板)，所述密封构件由透明材料构成并且在其下表面边缘部分上整体形成有框架部分(隔板)，并且在所述框架部分(隔板)的外侧，安置用于从外面进行布线的电极(垫片)(例如，参见日本专利申请公开07-202152)。
当日本专利申请公开07-202152所述的固态摄像器件以圆片级一起制备时，首先，在圆片(半导体衬底)上形成许多固态摄像器件。同时，在由透明材料构成的密封构件(透明玻璃板)上，整体形成了许多框架部分(隔板)，所述的框架部分(隔板)包围固态摄像元件的光接收区域。
接着，通过框架部分(隔板)将密封构件(透明玻璃板)连接到圆片上，以密封固态摄像元件每个的光接收区域，从而以圆片级制备出其上形成有许多固态摄像器件的多层体。接着，将该多层体分成单独的固态摄像器件，这样就得到了在日本专利申请公开07-202152中描述的固态摄像器件。
然而，在上述日本专利申请公开07-202152中，对于将其上以圆片级形成有许多固态摄像器件的多层体分成单独的固态摄像器件的方法，没有进行描述。
除此之外，提供了一种将透明玻璃板和圆片分隔成许多独立固态摄像器件的方法，该方法是通过如下进行的在透明玻璃板上形成隔板，以对应于包围着形成于圆片(半导体衬底)上的许多固态摄像元件中每一个的光接收部分的位置，在相邻隔板之间形成分离凹槽，同时在圆片上的相邻芯片之间形成分离凹槽，将透明玻璃板结合到在隔板部分的圆片上，以在透明玻璃板和圆片之间形成间隙部分，之后，通过化学机械抛光(CMP)对透明玻璃板和圆片进行抛光，直到到达分离凹槽，从而将透明玻璃板和圆片分隔成单独的固态摄像器件。至于透明玻璃板的分离凹槽的宽度，采用的是使在固态摄像元件的光接收部分的外侧形成的垫片表面暴露出来所必须的宽度，以从外面进行布线等(例如，参见日本专利申请公开2004-6834)。
然而，在日本专利申请公开2004-6834描述的技术中，在透明玻璃板和圆片同时形成分离凹槽的工艺步骤是必须的，此外，通过化学机械抛光对透明玻璃板和圆片进行抛光，以减小厚度，直到到达分离凹槽，因而产生的问题是用于分隔所花费的时间长。
发明内容
为了解决这些问题，可想到的是，例如，使用具有暴露圆片的垫片表面所必须的宽度的盘状磨石(切割刀片)，通过使用切割装置等，对透明玻璃板进行研磨与切割的方法，以使磨石的最低点经过在位于垫片顶部上的圆片和透明玻璃板之间形成的间隙部分。
然而，在使用这种磨石进行研磨与切割的方法的情况下，例如，当形成于圆片和透明玻璃板之间的间隙部分的高度非常小，约为100μm时，当如图10A以及示出图10A的A到A′截面以及局部放大图的图10B所示，透明玻璃板12在研磨与切割的过程中所产生的玻璃破碎物12A被排放出时，玻璃破碎物12A被捕获在磨石52与圆片11之间的空间内，被搅动并且在极端地情况下被拖拉，因而产生使圆片11受到损伤的严重问题。
本发明正是在鉴于上述情况下完成的，其一个目的是提供一种研磨例如作为如固态摄像器件的多层体的方法，在研磨与切割由彼此相互连接而具有非常窄的缝隙部分的衬底和平面物质构成的多层体的平面物质时，该方法能够防止衬底被在研磨与切割过程中所产生的平面物质的破碎物损伤。
此外，本发明还具有的一个目的是提供一种研磨固态摄像器件组的方法，该方法在研磨与切割由彼此被连接并且具有非常窄的间隙部分的固态摄像元件的圆片和透明玻璃板构成的固态摄像器件组中的透明玻璃板时，能够防止在研磨与切割过程中产生的透明玻璃板的破碎物损伤圆片；以及提供一种高生产率制备所述固态摄像器件的方法。
为了实现上述目的，本发明第一方面是一种研磨多层体的方法，该方法通过使用用于多层体的磨石切入到间隙部分中而用于研磨和切割平面物质，在所述的多层体中，平面物质和衬底通过形成在平面物质上的突起部分或隔板连接，并且在上述衬底和上述平面物质之间设置有间隙部分，该方法的特征在于包括通过预先将保护材料放置在上述间隙部分内而形成上述衬底的保护层，以及研磨与切割上述平面物质。
根据第一方面，在平面物质被研磨与切割之前，预先在间隙部分内形成衬底的保护层，因此，即使在间隙部分非常窄的情况下，衬底也不被在研磨与切割平面物质的过程中所产生的破碎物损伤。
本发明的第二方面是，在第一方面中，其中的上述保护层是通过将流体材料填充在上述间隙部分内而形成的。根据第二方面，间隙部分内填充有流体材料，因此，即使在间隙部分非常窄的情况下，也能够容易地形成保护层。
本发明的第三方面是，在第二方面中，特征在于上述流体材料是在减压环境下被填充到上述间隙部分内的。根据第三方面，流体材料是在减压环境下填充到间隙部分内的，因此，即使在间隙部分非常窄的情况下，也能够容易地填充该流体材料。
本发明的第四方面是，在第二方面或第三方面中，特征在于上述研磨进行之前，将在上述间隙部分内填充的上述流体材料冷却并凝固。根据第四方面，将流体材料在研磨之前冷却并凝固，因此，它起着有益的保护层的作用，并且衬底不被在研磨与切割平面物质的过程中所产生的破碎物损伤。
本发明的第五方面是，在第四方面中，上述研磨是在温度为上述流体材料的熔点或更低的环境下进行的。根据第五方面，研磨是在温度为上述流体材料的熔点或更低的环境下进行的，因此，凝固的流体材料在被研磨的同时保持凝固状态，因此有利地保持作为保护层的功能。
本发明的第六方面是，在第五方面中，上述研磨是通过将上述多层体放置在具有冷却功能的工作台上进行的。根据第六方面，其上放置多层体的工作台具有冷却功能，因此，研磨可以在保持在流体材料的熔点或更低的温度环境下进行。
本发明的第七方面是，在第五方面或第六方面中，特征在于在上述研磨中使用了混合有防冻溶液的研磨溶液。根据第七方面，将防冻溶液混合到研磨溶液中，因此，该研磨溶液在低温环境下不冻结，因而能够进行有利的研磨。
本发明的第八方面是，在第二方面或第三方面中，特征在于上述研磨是在将上述多层体浸渍在上述流体材料的状态下进行的。根据第八方面，研磨是在将多层体埋入流体材料中的状态下进行的，因此，流体材料在研磨过程中不溢出到间隙部分之外，因而能够保持作为保护层的功能。
本发明的第九方面是，在第一方面中，特征在于上述平面物质被连接到上述衬底上之前，将上述保护材料涂布在上述平面物质形成有上述间隙部分那一侧的表面上。根据第九方面，在将平面物质连接到衬底上之前，预先将保护材料涂布在平面物质形成有上述间隙部分那一侧的表面上，因此，即使在间隙部分非常窄的情况下，也能够易于形成保护层。
除此之外，为了实现上述目的，根据本发明第十方面制备固态摄像器件的方法，该方法包括如下步骤在圆片的表面上形成许多固态摄像元件；在连接到上述圆片的透明平板的下表面上对应于上述固态摄像元件的位置(spot)，以包围单独的固态摄像元件的形状形成预定厚度的框状隔板；在位于上述透明平板的下表面上的上述隔板之间形成具有预定深度的凹槽；定位上述圆片和上述透明平板，并且通过上述隔板将它们连接在一起；对上述透明平板进行研磨，并且分隔透明平板分隔，以对应于上述单独的固态摄像元件；以及分隔上述圆片分，以对应于单独的固态摄像元件。
根据第十方面，包括在位于透明平板的下表面上的上述隔板之间形成预定深度的凹槽的步骤，因此，在研磨与切割透明平板时，可以充分地利用在磨石和圆片表面之间的间隙。因此，易于将研磨所产生的透明平板的破碎物排放出来，因而破碎物对圆片表面的损伤得到缓解。
本发明的第十一方面是，在第十方面中，特征在于在分隔上述透明平板的上述步骤中，利用厚度尺寸比上述透明平板的凹槽的宽度尺寸更大的盘状磨石对上述透明平板进行研磨与切割。
根据第十一方面，研磨与切割的凹槽的宽度比预先形成在透明平板上的凹槽的宽度大，因此，在透明平板内形成盘状磨石的支承部分，这样，就使得难于产生透明平板的大破碎物。因此，减轻了圆片表面的损伤。
本发明的第十二方面是，在第十方面或第十一方面中，特征在于分隔上述透明平板的上述步骤包括通过将流体材料填充在间隙部分内而形成上述圆片保护层的步骤，所述的间隙部分包括上述透明平板的凹槽以及在凹槽下的上述隔板之间的空间。
根据第十二方面，圆片的保护层是通过将流体材料填充在透明平板的研磨与切割的部分之下的间隙部分内而形成的，因此，研磨产生的透明平板的破损物对圆片表面的损伤得到了防止。
如上所述，根据本发明研磨多层体的方法，在研磨与切割其中将平面物质和衬底与所提供的间隙部分层叠在一起的多层体的平面物质中，研磨与切割是预先在间隙部分内形成衬底保护层之后进行的，因此，即使在间隙部分非常窄的情况下，所述衬底也不被在研磨与切割平面物质的过程中产生的破碎物损伤。
除此之外，根据本发明制备固态摄像器件的方法，在对由它们之间的间隙部分非常窄的情况下被结合在一起的固态摄像元件圆片和透明玻璃板构成的固态摄像器件组的透明玻璃板进行研磨与切割中，通过在透明玻璃板的研磨与切割的部分中预先形成凹槽以增大间隙部分的高度。因此，在研磨与切割过程中产生的透明玻璃板的破碎物易于被排出，可以防止圆片被这些破碎物损伤，并且可以得到高生产率的制备固态摄像器件的方法。
图1A至1D是表示固态摄像器件的组装工艺的解释图，该固态摄像器件是根据本发明的研磨多层体的方法的应用对象实例；图2是保护膜形成工艺步骤的示意图，其解释根据本发明的研磨多层体的方法的一个实施方案；图3A和3B是研磨与切割工艺步骤的示意图，其解释根据本发明的研磨多层体的方法的一个实施方案；图4是保护膜形成工艺步骤的示意图，其解释根据本发明的研磨多层体的方法的另一个实施方案；图5A至5E是显示组装工艺的示意图，其解释根据本发明制备固态摄像器件的方法的一个实施方案；图6A至6C是研磨与切割工艺步骤的示意图，其解释根据本发明制备固态摄像器件的方法的一个实施方案；图7是保护膜形成工艺的示意图，其解释根据本发明制备固态摄像器件的方法的另一个实施方案；图8A和8B是研磨与切割工序的示意图，其解释根据本发明制备固态摄像器件的方法的另一个实施方案；图9是解释在有添加到研磨溶液中的超声振动的情况下研磨与切割的示意图；以及图10A和10B是解释常规的研磨与切割的示意图。
符号说明11...圆片(衬底)，11A...固态摄像元件，12...透明玻璃板(平面物质，透明平板)，12A...玻璃破碎物(破碎物)，12B...凹槽，13...隔板，14，14A...间隙部分，15...保护层，20...多层体，21...固态摄像器件，52...切割刀片(磨石，盘状磨石)实施本发明的最佳方式下文中，将参考附图，描述根据本发明的研磨多层体的方法以及制备固态摄像器件的方法的优选实施方案。注意，每个附图中的相同构件都用相同的标记数字和字母表示。
首先，将描述研磨多层体的方法的一个实施方案。在本实施方案中，将描述CSP类型固态摄像器件的制备工艺的应用实例。
在该说明之前，先描述采用本发明研磨方法的CSP类型固态摄像器件的制备工艺的概述。图1A至1D是显示CSP类型固态摄像器件的制备工艺的说明图。如图1B所示，在半导体衬底(圆片)11(对应于本发明的衬底)上形成许多固态摄像元件11A。
采用通常的半导体元件制备工艺制备固态摄像元件11A，并且固态摄像元件11A具有其中微型元件以平面阵列形式布置的结构，所述的微型元件由下列元件构成光电二极管，其是形成在圆片11上的光接收元件；传递电极，其将激励电压传递到外面；光屏蔽膜，其带有开口；夹层绝缘膜；内透镜，其形成在夹层绝缘膜的顶部；滤色器，其通过中间层被安置在内透镜的顶部；以及，微透镜，其通过中间层安置在滤色器的顶部上，等。
由于固态摄像元件11A是按上述构造的，因此，从外界入射到其上的光被微透镜和内透镜聚焦，并被辐射到光电二极管，因而有效的孔径比得到提高。
除此之外，如图1B所示，在固态摄像元件11A的外部形成用于对外部进行布线的两个垫片11B，11B。
图1A至1D所示的工艺示意性显示了如下的工艺将透明玻璃板12(对应于板状物体)粘结到其上形成有上述固态摄像元件11A的圆片11上，以密封固态摄像元件11A的光接收部分，然后再将该圆片11分隔成单独的固态摄像器件21。
首先，如图1A所示，在透明玻璃板12上形成由硅氧烷构成的隔板13。将粘合剂13A涂布到粘结有硅板的透明玻璃板12上，从而进行隔板13的形成。接着，采用光刻术和干蚀刻技术形成具有必要形状的隔板13，最后，将粘合剂13B只转移到隔板13部分上。
接着，将按如上所述在整个表面上布置了隔板13的透明玻璃板12通过这些隔板13结合到圆片11上。因而，如图1B所示，制备出了其中以圆片级形成有许多固态摄像器件21的多层体20，其中所述固态摄像器件21具有这样的结构固态摄像元件11A的光接收部分被密封在具有间隙部分14的圆片11和透明玻璃板12之间。
接着，通过用厚度为约0.6至1.2mm的磨石切入间隙部分14，只将多层体20的透明玻璃板12研磨并切割，以分隔透明玻璃板12，并且使在圆片11上的两个垫片11B，11B暴露出来(图1C)。接着，用磨石将在圆片11的两个垫片11B之间的每个部分研磨并切割，以将多层体20分隔成单独的固态摄像器件21(图1D)。
由于通常将单晶硅片用作圆片11，并且理想的是，隔板13的材料是在比如热膨胀系数等的物理性质上与圆片11及透明玻璃板12类似的材料，因此，隔板13的材料优选为多晶硅。
在图1C所示的透明玻璃板12的研磨与切割工艺中，由于固态摄像器件21的变薄，在圆片11与透明玻璃板12之间的间隙部分14的间隙为约100μm并且极其窄，因此，如上述图10A和10B所示，在透明玻璃板12的研磨与切割工艺过程中产生的玻璃破碎物12A被捕获在磨石52与圆片11之间的间隙内，并且被搅动或拖拉，从而损伤了圆片11。因此，有利地将本发明的研磨方法用在透明玻璃板12的研磨与切割工艺中。
图2以及图3A、3B是解释本发明的示意图。图2以及图3A、3B中的多层体20实际上是以圆片级制备的，但是在这些图中，为了简化，图中只示出被研磨的一部分。同样的情况应用在下面的图4中。
在本发明中，将保护层15的流体材料(包括凝胶材料)填充在多层体20的间隙部分14，所述保护层15保护圆片11。为此目的，将多层体20浸渍在填充有保护层15的流体材料的托盘81A内，而托盘81A被保持在经过真空泵82减压预定时间的真空室81内。因而，多层体20的间隙部分14内的空气被排出，并且保护层15的流体材料易于被填充在间隙部分14内。
接着，如图3A和3B所示，将多层体20固定在切割装置的圆片工作台51上，并且将切割刀片(磨石)52的刀片的最低端定位在它稍微进入间隙部分14的位置，以研磨并切割透明玻璃板12。此时，即使在透明玻璃板12的研磨与切割过程中产生玻璃破碎物12A，圆片11也没有被损伤，原因是间隙部分14内存在保护层15。
图3A示出了在与研磨与切割方向垂直的方向上的截面图，而图3B示出了沿图3A的A到A′线截取的截面图。
接着，圆片11部分被另一个薄的切割刀片充分切割，最后，用旋转清洁器喷射清洁流体，以除去保护层15。注意，多层20是采用粘附在圆片11的背表面上未示出的切割片进行研磨并切割的。因此，即使多层体20被分隔成单独的固态摄像器件21，它也不会变成碎片。
接着，描述一些实例，在这些实例中，当对多层体20进行研磨与切割时，由于切割刀片52的旋转力、研磨溶液的注入等，而使保护层15的损害被抑制，并且保护层15有效地起着圆片11的保护层的作用，其中所述的多层体20被构造，以使透明玻璃板12的厚度大小H1＝500μm，隔板13的厚度H2＝100μm，从透明玻璃板12的上表面起的切割刀片52的切割深度为530μm(即，切割刀片52的刀片的最下端与圆片上表面之间的余隙H3为70μm)。
作为下列实例中的共同情况，真空室81的真空度在将保护层15的流体材料填充在间隙部分14时为约5至80kPa，而至于切割刀片52，使用金属粘结刀片，所述金属粘结刀片是通过将粒度为8至40μm的金刚石磨粒与镍结合在一起而制备的，并且直径为100mm，厚度为1.0mm。旋转频率被设定在4,000至6,000rpm。圆片工作台51的进给速度被设定为0.2至1.0mm/sec。
至于切割刀片52，通过将金刚石磨粒与苯酚树脂等粘结在一起而制备的树脂粘结刀片在磨粒的自生行为上更活跃，并且在切割性能上是有利的。然而，树脂粘结刀片磨损快，并且为了保证切割深度，需要经常调整高度。因此，在实施例中，使用金属粘结刀片。
将多层体20浸渍在将成为保护层15的流体材料中，并且利用真空室81将该流体材料填充在间隙部分14内。使用的流体材料是含有凝胶或琼脂以及这样材料的溶液，该材料是其一旦在低温下被冷却并凝固，即使将其返回到常温环境也难于流化的材料。
在将流体材料填充在间隙部分14之后，将多层体20在冰箱(约4至8℃)中冷却，并且该流体材料被凝固为布丁形式，而且形成保护层15。
接着，将多层体20放置在切割装置上，在室温环境下对透明玻璃板12研磨并切割，并且使垫片11B和11B暴露出来。当使用包含在切割装置中的观察光学系统，在监控屏上观察被机械加工后的多层体20时，对于玻璃破碎物12A所致的在圆片11表面上的裂缝，没有发现其大小及深度足以断开电路布线的裂缝，并且对于大小为10μm或更小的裂缝的数量，发现每个芯片上大约有10条裂缝，这样的数量在可允许的范围内。
将多层体20浸渍在将成为保护层15的流体材料中，并且利用真空室81将该流体材料填充在间隙部分14内。所使用的流体材料是水或油。在机械加工时，切割装置的圆片工作台51的周边被围堰(weir)包围，围堰内填充有水或油，并且将多层体20浸渍并固定在其中。然后，当透明玻璃板12被浸渍在室温环境下的水或油中时，对其进行研磨并切割，并且使垫片11B和11B暴露出来。
当在监控屏上观察被机械加工后的多层体20时，没有发现其大小及深度足以断开电路布线的裂缝，至于在圆片11的表面上的裂缝，尽管存在一条或两条其尺寸超过10μm的裂缝，但是大小为10μm或更小的裂缝的数量大约为每个芯片10条，这在可允许的范围之内。
作为将成为保护层15的流体材料，使用在10℃下冻结的硅油体系的聚合物溶液，将多层体20浸渍在溶液中，并且利用真空室81将流体材料填充在间隙部分14内。将多层体20以这种状态储存在冰箱(约0至6℃)内，溶液被冻结和凝固，并且形成保护层15。
使用具有冷却功能的工作台(工作台表面温度为约0至6℃)比如冷却卡盘工作台作为切割装置的圆片工作台51，将多层体20夹住。通过供给被冷却到约0至6℃的研磨水，使多层体20及其周边处于保持在这种液体的熔点或更低的状态。
当在监控屏上观察经过机械加工后的多层体20时，对于圆片11的表面上的裂缝，没有发现尺寸超过10μm的裂缝，而对于大小为10μm或更小的裂缝，每个芯片上只散布着2到3条裂缝，这是有利的。
对于被填充的流体材料，在室温或更低的温度凝固的流体材料是有利的，并且当使用在零下温度凝固的材料比如水时，通过向研磨水中混入作为不冻液的乙二醇，使得即使在零下温度的冻结也得到了防止，并且保持液态。
与上述实施例1至3不同的是，在本实施例中，如图4所示，预先将成为保护层15的流体材料涂布在透明玻璃板12将成为间隙部分14的这部分上，之后将其上形成有隔板13的透明玻璃板12粘结到圆片11上，而不是将形成保护层15的流体材料填充在真空室81内的间隙部分14中。
对于在这种情况下的流体材料，使用由硅构成的表面活性剂或由silitect构成的表面保护剂，或者使用光致抗蚀剂，并且采用高粘度的流体材料。可以使用人工涂布，但是为了均匀地进行极少量的涂布，优选使用分配器。
之后，将透明玻璃板12粘结到圆片11上，这形成多层体20，再将该多层体20放置在切割装置上，在常温环境下对透明玻璃板12进行研磨并切割，并使垫片11B，11B暴露出来。
当在监控屏上观察经过机械加工后的多层体20时，对于在圆片11的表面上的裂缝，没有发现大小和深度足以使电路布线断开的裂缝，并且每个芯片上大小为10μm或更小的裂缝的数量为10条或更少，这充分在可允许范围之内。
如上所述，根据本发明的研磨多层体的方法，进入间隙部分14中的填料起着圆片11表面的保护层15的功能，因此，在研磨与切割过程中玻璃破碎物12A对圆片11的表面的损伤的减少得以实现。
此外，填料存在于将被机械加工的透明玻璃板12的下面，因而在研磨时，该填料同时起到作为透明玻璃板12的支撑体的功能。因此，玻璃破碎物12A本身的产生得到抑制，因而产生降低对圆片11表面的损伤的效果。
在本发明中，填充在多层体20的间隙部分14内的保护层15的材料并不是限制于在上述实施例1到4中使用的材料，而是可以使用具有类似物理性质的各种材料。
虽然描述的是其中透明玻璃板(平面物质)12通过隔板13连接到圆片(衬底)11上的多层体20，但是也非常有效地将本发明应用于与其中插入隔板13的多层体20类似的多层体20其中通过蚀刻等在透明玻璃板(平面物质)12上形成凸出部以代替使用隔板13，并且通过利用凸起部将透明玻璃板(平面物质)12连接到圆片(衬底)11上，从而形成间隙部分14。
接着，将描述根据本发明的制备固态摄像器件的方法的一个实施方案。图5A至5E是显示CSP类型固态摄像器件的制备工艺的说明图。如图5C所示，在半导体衬底(圆片)11上形成许多固态摄像元件11A。
将通常的半导体元件制备工艺用来制备固态摄像元件11A，并且固态摄像元件11A具有微型元件以平面阵列形式布置的结构，其中所述微型元件由下列元件构成光电二极管，其是形成在圆片11上的光接收元件；传递电极，其将激励电压传递到外面；光屏蔽膜，其带有开口；夹层绝缘膜；内透镜，其形成在夹层绝缘膜的顶部；滤色器，其通过中间层被安置在内透镜的顶部；微透镜，其通过中间层安置在滤色器的顶部上；等。
由于固态摄像元件11A是按上述构造的，因此，从外面入射其上的光被微透镜和内透镜聚焦，并被辐射到光电二极管，因而有效的孔径比得到提高。
除此之外，如图5C所示，在固态摄像元件11A的外部，形成用于对外部进行布线的两个垫片11B，11B。
图5A到5E所示的工艺示意性显示了如下的工艺将透明玻璃板12(对应于透明平板)粘结到其上形成有上述固态摄像元件11A的圆片11上，以密封固态摄像元件11A的光接收部分，然后将该圆片11和玻璃板12分隔成单独的固态摄像器件21。
首先，如图5A所示，在透明玻璃板12上形成由硅氧烷构成的隔板13，所述的隔板13各自都是包围单独的固态摄像元件11A的框架形状并且各自具有预定的厚度。将粘合剂13A涂布到粘结有硅板的透明玻璃板12上，从而进行隔板13的形成。接着，采用光刻术和干蚀刻技术，形成各自具有必要形状的隔板13。
接着，如图5B所示，在上述框架形状的隔板13中的每一个和隔板13中的每一个之间形成凹槽12B。可以通过研磨进行或通过蚀刻进行凹槽12B的形成。接着，将粘合剂13B转移到隔板13的每一个端表面部分上。注意，可以在将硅板粘结到透明玻璃板12上之前进行凹槽12B的形成。
接着，将按如上所述在整个表面上布置了隔板13的透明玻璃板12与圆片11面对放置，从而相对于圆片11进行定位。通过预先在圆片11和透明玻璃板12上分别提供定位标记，并且通过将透明玻璃板12的定位标记重叠到圆片11的定位标记上，来进行了定位。
接着，将相对于圆片11定位的透明玻璃板12借助隔板13和粘合剂13B粘结到圆片11上。因此，如图5C所示，制备出多层体20，在所述的多层体20中，以圆片级形成有许多固态摄像器件21，所述的固态摄像器件21每个都具有这样的结构，该结构具有圆片11和透明玻璃板12之间的间隙部分14，其中固态摄像器件11A的光接收部分是被密封的。
注意，其中在固态摄像元件11A之间形成的凹槽12B的空间部分形成了间隙部分14A，所述的间隙部分14A比间隙部分14高凹槽12B的量。
接着，通过使用厚度为约0.6至1.2mm的磨石切入到间隙部分14A中，使只有多层体20的透明玻璃板12受到研磨与切割，以分隔透明玻璃板12，并且使在圆片11上的垫片11B和11B暴露出来(图5D)。
接着，使用另一个薄的磨石，对圆片11的垫片11B与垫片11B之间的每个部分都进行研磨及切割，并且将圆片11分隔成单独的摄像器件21(图5E)。注意，多层体20是使用被粘结到圆片11的背表面上没有示出的切割片进行研磨及切割的。因此，即使多层体20被分隔成单独的固态摄像器件21，它也不变成碎片。
由于单晶硅片通常被用作圆片11，因此，隔板13的材料优选为多晶硅，原因是隔板13的材料理想的是在比如热膨胀系数等的物理性质上与圆片11和透明玻璃板12的材料类似的材料。
在图5D所示的透明玻璃板12的研磨与切割工艺中，由于固态摄像器件21变薄，在圆片11与透明玻璃板12之间的间隙部分14的高度为约100μm并且非常窄，因此，当在透明玻璃板12中没有形成凹槽12B时，在研磨与切割透明玻璃板12的过程中出现的玻璃破碎物12A被捕获在磨石52与圆片11之间的缝隙内，且受到搅动或拖拉，因而损伤圆片11的面，这如上述的图10A和图10B所示那样。
在本发明中，透明玻璃板12上形成有凹槽12B，并且使在研磨及切割部分内的透明玻璃板12与圆片11之间的间隙部分14A大，因此，玻璃破碎物12A易于被排出，因而不损伤圆片11。
接着，关于透明玻璃板12的研磨与切割，将参考图6A至6C描述其具体的实施例。首先，预先在厚度l1＝500μm的透明玻璃板12内形成宽度为900μm并且深度l2＝300μm的凹槽12B，并且将该透明玻璃板12通过厚度l3＝100μm的隔板13粘结到圆片11上，由此形成了为圆片级的一组固态摄像器件21的多层体20(图6A)。
将多层体20吸取并且放置在切割装置的圆片工作台51上，并且固定在切割刀片(磨石)52的刀片的最低点进入间隙部分14A内50μm的位置处，研磨及切割透明玻璃板12，由此使垫片11B和11B暴露出来。注意，图6B显示在与研磨及切割方向垂直的方向上的截面，而图6C显示沿图6B中的线A至A′截取的截面。
切割刀片52是通过将粒度为8至40μm的金刚石磨粒粘结到镍上而制备的金属粘结刀片，并且使用直径为100mm并且厚度为1.0mm的金属粘结刀片。旋转频率被设定为4,000至6,000rpm。此外，圆片工作台51的进给速度被设定为0.2至1.0mm/sec。
通过使用其厚度(1,000μm)比形成在透明玻璃板12上的凹槽12B的宽度(900μm)大的切割刀片52以研磨与切割该透明玻璃板12，在透明玻璃板12中形成切割刀片52的接收部，并且该接收部接受研磨阻力，因此在研磨与切割时，几乎不产生透明玻璃板12的大破碎物。
注意，对于切割刀片52，通过将金刚石磨粒与苯酚树脂等粘结在一起而制备的树脂粘结刀片在磨粒的自生行为上更活跃，并且在切割性能上是有利的。然而，树脂粘结刀片磨损快，并且为了保证切割深度，需要经常调整高度。因此，在本实施例中，使用金属粘结刀片。
当使用利用了包含在切割装置中的观察光学系统的监控屏观察被机械加工后的多层体20时，尽管对于圆片11表面上的裂缝，每个芯片上有一条或两条其大小超过10μm的裂缝，但是没有发现其大小及深度足以断开电路布线的裂缝，并且每个芯片上大小为10μm或更小的裂缝的数量为约20至30，这在可允许的范围内。
接着，将参考图7和图8A和8B，描述本发明的制备固态摄像器件方法的另一个实施方案。在本实施方案中，对在间隙部分14A内的圆片11的表面形成保护层的工艺加入到上述实施方案中。注意，图7中的多层体20实际上是以圆片级制备的，但是在附图中，为了简化，只示出了被研磨的部分。
首先，如图7所示，将保护圆片11用的保护层15的流体材料(含凝胶化的材料)填充在多层体20的间隙部分14A内，在所述多层体20中，在透明玻璃板12中形成了凹槽12B。为此目的，将多层体20放置在填充有保护层15的流体材料的托盘81A内，而托盘81A被保持在经过真空泵82减压预定时间的真空室81内。因而，多层体20的间隙部分14A内的空气被排出，并且保护层15的流体材料易于被填充在间隙部分14A内。
接着，如图8A和8B所示，将多层体20固定在切割装置的圆片工作台51上，并且将其定位在切割刀片(磨石)52的刀片的最低点稍微进入间隙部分14A的位置处，以研磨并切割透明玻璃板12。即使此时在透明玻璃板12的研磨与切割过程中产生玻璃破碎物12A，圆片11也不损伤，原因是间隙部分14A的间隙大且在间隙部分14A内存在保护层15。
图8A示出了在与研磨与切割方向垂直的方向上的截面，而图8B示出了沿图8A的A到A′线截取的截面。
接着，使用另一个薄的切割刀片对圆片11部分进行充分的切割，最后，用旋转清洁器喷射清洁流体以除去保护层15。
接着，描述在此另一个实施方案中研磨与切割透明玻璃板12的具体实施例。将多层体20浸渍在将成为保护层15的流体材料中，并且使用真空室81将该流体材料填充在间隙部分14A。所使用的流体材料是水或油。填充时真空室81的真空度被设定在约5至80kPa。
切割刀片52是通过将粒度为8至40μm的金刚石磨粒粘结到镍上而形成的金属粘结刀片，并且使用直径为100mm且厚度为1.0mm的金属粘结刀片。该金属粘结刀片的旋转频率被设定为4,000至6,000rpm。圆片工作台51的进给速度被设定为0.2至1.0mm/sec。
在机械加工时，切割装置的圆片工作台51的周边都被围堰(weir)包围，并且围堰内填充有水或油。将多层体20浸渍并固定在其中，并且当将透明玻璃板12在室温环境下保持浸渍的同时，将其研磨并切割，从而使垫片11B、11B暴露出来。
当在监控屏上观察被机械加工过的多层体20时，对于在圆片11的表面上由玻璃破碎物12A所致的裂缝，没有发现其大小和深度足以断开线路布线的裂缝，并且每个芯片上大小为10μm或更小的裂缝的数量大约为10或更少，这在允许的范围之内。
注意，可以将在室温或更低的温度下凝固的流体材料填充在多层体20的间隙部分14A内，并且多层体20可以在这种状态下储存在冰箱内，并且流体材料可以被凝固，以形成保护层15。将透明玻璃板12在这种状态下进行研磨及切割。在这种情况下，通过使该研磨水的温度降低到被填充且已凝固的材料的熔点或更低，使用研磨水。
例如，当使用在10℃冻结的硅油体系的聚合物溶液作为在室温或更低的温度下凝固的流体材料时，向多层体20的间隙部分14A内加入溶液，之后，将多层体20储存在冰箱(约0至6℃)内，以使该溶液冻结及凝固。在这种情况下，使用具有冷却功能的工作台(工作台表面温度为约0至6℃)比如冷却卡盘工作台作为切割装置的圆片工作台51，将多层体20夹住。
除此之外，通过供给被冷却到约0至6℃的研磨水，使多层体20及其周边被保持在该溶液的熔点或更低的温度，并且在这种状态下对透明玻璃板12进行研磨并切割。
注意，当使用在零下的温度下被凝固的流体材料如水作为将要被填充的流体材料时，通过向研磨水中混合作为防冻液的乙二醇，使得冻结即使在零下的温度下也得到防止，并且保持液态。
此外，作为将成为保护层15的流体材料，采用这样的材料作为将成为保护层15的流体材料，该材料是含有凝胶、琼脂等的溶液，并且一旦在低温下冷却并凝固，即使其返回到室温环境下也难以流化；并且在将该流体材料填入间隙部分14A之后，使多层体20在冰箱(约4至8℃)内冷却，由此使流体材料凝固成布丁形式，并且可以形成保护层15。
总之，除了凹槽12B导致间隙部分14A的高度增加的事实之外，还将流体材料填入间隙部分14A内形成保护层15，因此，即使在研磨与切割透明玻璃板12时产生玻璃破碎物12A，该玻璃破碎物12A也易于排出，从而抑制了对圆片11的损伤。
此外，如图9所示，在研磨与切割透明玻璃板12时，在进行研磨与切割的同时，由带有超声振动器的研磨溶液喷嘴55供应增添了超声振动的研磨溶液，由此将振动传递给玻璃破碎物12A本身，因而使玻璃破碎物12A顺利地排出。因此，进一步减轻了玻璃破碎物12A对圆片11的表面的损伤。
作为在这种情况下的一个实施例，例如，使用Megasonic Systems Ltd.制备的型号MSG-331等作为振荡器，并且振荡器56的振荡频率优选为约1.5至3.0MHz，并且超声功率优选为约10至40W。
此外，在从研磨溶液喷嘴排出的之前的瞬间，超声能量被最有效地加入研磨溶液中，因此，合适的是，将带有超声振荡器的研磨溶液喷嘴55的超声振荡器结合在尽可能靠近喷嘴尖端的部分内。
工业可适用性如上所述，根据本发明的制备固态摄像器件的方法，在研磨与切割由利用约100μm的非常窄的间隙部分连接在一起的固态摄像元件圆片和透明玻璃板构成的固态摄像器件组的透明玻璃板时，通过预先在透明玻璃板上形成凹槽，使得研磨及切割的区域的间隙部分的高度增加，因此，在研磨与切割过程中所产生的透明玻璃板的破碎物对圆片的损伤可以得到防止，从而能够得到收率得到提高的制备固态摄像器件的方法。
权利要求
1.一种研磨多层体的方法，所述方法通过使用用于多层体的磨石切入到间隙部分中而研磨并切割平面物质，在所述的多体层中，所述平面物质与衬底通过形成在所述平面物质上的凸起部或隔板而连接在一起，并且在所述衬底和所述平面物质之间设置有间隙部分，所述方法包括如下步骤通过预先将保护材料放置在所述间隙部分内来形成所述衬底的保护层，以及研磨并切割所述平面物质。
2.根据权利要求1的研磨多层体的方法，其中所述保护层是通过将流体材料填充在所述间隙部分内形成的。
3.根据权利要求2的研磨多层体的方法，其中将所述流体材料在减压环境下填充在所述间隙部分。
4.根据权利要求2或权利要求3的研磨多层体的方法，其中在所述研磨之前，将填充在所述间隙部分的所述流体材料冷却并凝固。
5.根据权利要求4的研磨多层体的方法，其中所述研磨是在温度为所述流体材料的熔点或更低的环境下进行的。
6.根据权利要求5的研磨多层体的方法，其中所述研磨是通过将所述多层体放置在具有冷却功能的工作台上进行的。
7.根据权利要求5或权利要求6的研磨多层体的方法，其中在所述研磨中，使用混合有防冻溶液的研磨溶液。
8.根据权利要求2或权利要求3的研磨多层体的方法，其中所述研磨是在所述多层体被浸渍在所述流体材料中的状态下进行的。
9.根据权利要求1的研磨多层体的方法，其中在将所述平面物质连接到所述衬底上之前，将所述保护材料涂布到在所述平面物质形成有所述间隙部分这一侧的表面上。
10.一种制备固态摄像器件的方法，所述方法包括如下步骤在圆片表面上形成许多固态摄像元件；在连接到上述圆片的透明平板的下表面上对应于上述固态摄像元件的位置，以包围单独的固态摄像元件的形状形成预定厚度的框状隔板；在位于所述透明平板的下表面上的所述隔板之间形成具有预定深度的凹槽；将所述圆片和所述透明平板定位，并且通过所述隔板将它们连接在一起；对所述透明平板进行研磨，并分隔所述透明平板，以对应于所述的单独的固态摄像元件；以及分隔所述圆片，以对应于所述的单独的固态摄像元件。
11.根据权利要求10的制备固态摄像器件的方法，其中在分隔所述透明平板的所述步骤中，利用厚度尺寸比所述透明平板的凹槽的宽度尺寸更大的盘状磨石研磨并切割所述透明平板。
12.根据权利要求10或权利要求11的制备固态摄像器件的方法，其中分隔所述透明平板的所述步骤包括如下步骤通过将流体材料填充在间隙部分而形成所述圆片的保护层的步骤，其中所述间隙部分包含所述透明平板的凹槽以及介于在凹槽下面的所述隔板之间的空间。
全文摘要
提供一种研磨多层体的方法，该方法可以在研磨与切割多层物质的平面物质时防止衬底被在研磨与切割过程中所产生的平面物质的破碎物损伤，所述多层物质由衬底和平面物质构成，所述的衬底和平面物质被连接在一起并且其间存在有极窄的间隙部分。在使用磨石切入到间隙部分中而对平面物质进行研磨与切割时，预先在间隙部分形成衬底的保护层，因此可以防止因研磨多层体而产生的平面物质的破碎物损伤该衬底，在所述的多层体中，将衬底和平面物质连接成在它们之间具有间隙部分。
文档编号H01L21/301GK101044616SQ200580032270
公开日2007年9月26日 申请日期2005年9月27日 优先权日2004年9月29日
发明者渡边万次郎, 根岸能久, 前田弘, 岛村均 申请人:富士胶片株式会社