CN104517826B - 影像感测器用的晶圆积层体的分断方法及分断装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种能够不使用切割锯，而以干式的简单手法具效果地、且较完美地进行分断的影像感测器用晶圆积层体的分断方法及分断装置。本发明的分断方法，该影像感测器用晶圆积层体(W)，具有将玻璃晶圆(1)与硅晶圆(2)，借由以包围各光电二极管形成区域(3)的方式配置的树脂层(4)贴合而成的构造；使刻划轮(10)，沿着玻璃晶圆(1)上面的分断预定线按压、转动而形成刻划线(S1)；使于刃体(25a)前端具有突状的刃前端(25b)的钻石刃刀具(25)，沿硅晶圆(2)的外表面的分断预定线按压、移动而形成刻划线(S2)；从硅晶圆(2)的外表面侧沿着刻划线(S2)以按压构件(14)按压而使晶圆积层体(W)挠曲，分断玻璃晶圆(1)及硅晶圆(2)。
Description
技术领域
本发明是关于一种用于对图案化形成有CMOS影像感测器的晶圆级封装(waferlevel package；WLP)的晶圆积层体进行单片化的分断方法及其分断装置。
背景技术
近年来，在重视低电力、高机能、高积体化的行动电话、数字相机、光学滑鼠等各种小型电子机器领域中，CMOS影像感测器的使用急速增加。
图8概略性地表示CMOS影像感测器的晶圆级封装(晶片尺寸的单位制品)W1的构成例的剖面图。晶圆级封装W1，具有将(经单片化)玻璃晶圆1与(经单片化)硅晶圆2以夹着树脂隔壁4的方式接合而成的积层构造。
在硅晶圆2的上面(接合面侧)形成有光电二极管(photodiode)形成区域(感测区域)3，并以树脂隔壁4呈格子状地包围其周围的方式配置，借此使设置有光电二极管形成区域3的内侧空间成为气密状态。进一步地，在(光电二极管形成区域3的外侧的)硅晶圆2的上面形成有金属垫5，在形成有该金属垫5的部分的紧邻下方形成有上下贯通硅晶圆2的通孔(贯通孔)6。在通孔6填充电气导电性佳的导电材7，且在通孔6下端形成有熔接用凸块(bump)8。如此，将形成通孔6并且填充导电材7以进行电气连接的构成称为直通硅晶穿孔(Through Silicon Via；TSV)。
另外，在上述的熔接用凸块8的下面，接合已图案化有既定的电气电路的PCB基板等(省略图示)。
晶片尺寸的单位制品即晶圆级封装W1，如图8～图10所示，在已将成为母体的大面积的玻璃晶圆1与大面积的硅晶圆2透过树脂隔壁4接合而成的晶圆积层体W之上，借由于X-Y方向延伸的分断预定线L呈格子状地区分而图案化形成多个，并借由沿该分断预定线L分断该晶圆积层体W，而成为(经单片化)晶片尺寸的晶圆级封装W1。
另外，在分断硅晶圆而成为晶圆级封装的制品的加工中，包含CMOS影像感测器用的制品的加工，习知是使用如专利文献1～专利文献4所揭示般的切割锯(dicing saw)。切割锯，具备进行高速旋转的旋转刀片，且构成为一边对旋转刀片喷射洗净旋转刀片的冷却与切削时产生的切削屑的切削液一边进行切削。
上述的切割锯，由于是借由使用旋转刀片的切削进行分断，因此切削屑大量地产生，即使例如已利用切削液洗净，但亦存在有切削液的一部分残留、或因切削时的飞散而使切削屑附着于封装表面等的情况，而成为品质或良率降低的较大原因。此外，由于必须有用于切削液的供给或废液回收的机构或配管，因此使得装置规模变大。此外，由于是借由切削而分断玻璃晶圆，因此在切削面产生小碎屑(缺欠)的情况相当多，而无法获得较完美的分断面。此外，由于进行高速旋转的旋转刀片的刃前端以锯齿状或连续的凹凸状形成，因此刃前端的磨耗或破损容易产生而使用寿命较短。进一步地，由于旋转刀片的厚度从强度方面考量无法设成相当薄，而即使是小径者亦形成60μm以上的厚度，因此存在有切削宽度不仅是必要的且亦成为限制材料的有效利用的因素之一等问题点。
专利文献1：日本特开平5-090403号公报
专利文献2：日本特开平6-244279号公报
专利文献3：日本特开2002-224929号公报
专利文献4：日本特开2003-051464号公报
发明内容
因此，本发明谋求上述的习知课题的解决，目的在于提供一种能够不使用切割锯，而以干式的简单手法具效果地、且较完美地进行分断的影像感测器晶圆、封装的分断方法及其装置。
为了达成上述目的，在本发明中提出了如以下的技术性的手段。亦即，本发明的分断方法，是影像感测器用的晶圆积层体的分断方法，该影像感测器用的晶圆积层体，具有将玻璃晶圆与纵横地图案化形成有多个光电二极管形成区域的硅晶圆，透过以包围该各光电二极管形成区域的方式配置的树脂层贴合而成的构造；其为具有：玻璃刻划步骤，使沿着圆周棱线形成具有既定的刃前端角度的刃前端的玻璃用刻划轮，沿着该玻璃晶圆的外表面的分断预定线一边进行按压一边转动，借此于玻璃晶圆的外表面形成刻划线；及硅刻划步骤，使于前端具有钻石的突状的刃前端的钻石刃刀具(diamond-point cutter)、或形成有沿圆周棱线的刃前端角度小于该玻璃用刻划轮的刃前端的硅晶圆刻划轮，沿该硅晶圆的外表面的分断预定线一边进行按压一边移动或转动，借此于硅晶圆的外表面形成刻划线；在该玻璃刻划步骤及硅刻划步骤之后，具有：分断步骤，借由从该硅晶圆的外表面侧、或玻璃晶圆的外表面侧沿该刻划线以按压构件按压，使该晶圆积层体挠曲而对玻璃晶圆及硅晶圆沿各个刻划线进行分断。
此处，按压构件，可从硅晶圆的外表面侧进行按压，亦可从玻璃晶圆的外表面侧进行按压，但由于一般存在有玻璃晶圆的侧难以分断的倾向，因此较佳为从硅晶圆的外表面侧进行按压。
此外，玻璃刻划步骤与硅刻划步骤无论先实行何者均可，亦可同时对玻璃晶圆的外表面与硅晶圆的外表面进行刻划，但尤其是在分断步骤中将按压构件按压于硅晶圆的外表面的情形，从晶圆积层体的反转等观点而言，较佳为先实行玻璃刻划步骤。
本发明的目的还采用以下技术方案来实现的。本发明的分断装置，是影像感测器用的晶圆积层体的分断装置，该影像感测器用的晶圆积层体，具有将玻璃晶圆与纵横地图案化形成有多个光电二极管形成区域的硅晶圆，透过以包围该各光电二极管形成区域的方式配置的树脂层贴合而成的构造；其具备有：玻璃用刻划轮，沿着由环体构成的圆周棱线具有既定的刃前端角度，借由沿着该玻璃晶圆的外表面的分断预定线一边进行按压一边转动，而于该玻璃晶圆的外表面形成刻划线；钻石刃刀具或硅用刻划轮的某一者，该钻石刃刀具，于前端部形成钻石的突状的刃前端，借由沿着该硅晶圆的外表面的分断预定线一边进行按压一边移动，而于硅晶圆的外表面形成刻划线，该硅用刻划轮，沿圆周棱线的刃前端角度小于该玻璃用刻划轮，借由沿着该硅晶圆的外表面的分断预定线一边进行按压一边转动，而于硅晶圆的外表面形成刻划线；以及按压构件，借由从该硅晶圆的外表面侧、或该玻璃晶圆的外表面侧沿该刻划线进行按压，使该晶圆积层体挠曲而对该玻璃晶圆及硅晶圆沿该各个刻划线进行分断。
在本发明中，该玻璃用刻划轮，可为沿圆周棱线形成有沟槽或缺欠，其余的棱线(突起)则成为刃前端，且对玻璃晶圆的侵入及/或沿刻划线形成的垂直裂纹往玻璃晶圆厚度方向的伸展(浸透性)良好的刻划轮，此外，亦可为沿圆周棱线未形成有沟槽及缺欠的一般的刻划轮。该玻璃用刻划轮，相对于圆周棱线垂直方向的剖面中的刃前端的前端角度(刃前端角度)，例如，较佳为95度～155度。
另一方面，该硅用刻划轮，是沿圆周棱线未形成有沟槽及缺欠的一般的刻划轮，且较佳为刃前端角度小于玻璃用刻划轮的刃前端角度的刻划轮(例如，刃前端角度：85度～135度)。
另外，上述玻璃用刻划轮与硅用刻划轮的较佳范围虽一部分重复(95度～135度)，但例如即使是使用该数值范围的刻划轮的情形，亦必须使用以硅用刻划轮的刃前端角度相对小于玻璃用刻划轮的刃前端角度的方式所组合成的刻划轮对。
借由上述技术方案，本发明的影像感测器用的晶圆积层体的分断方法及分断装置至少具有下列优点及有益效果：根据本发明，由于是借由按压构件的按压，沿着玻璃晶圆及硅晶圆的分别形成的刻划线而分断者，因此无需如习知的利用切割锯进行切削的情形般需要较大的切削宽度，而能够有效利用材料。此外，能够抑制如进行切削的情形般的碎屑或切屑等的产生，能够以较完美的切断面且良率佳地分断。尤其是，在使用钻石刃刀具于硅晶圆的刻划的情形，与钻石刃刀具是固定刀刃的状态相互作用下，能够于硅晶圆以低负载形成刻划线，因此亦具有于硅晶圆的切断端面难以形成碎屑等不要的瑕疵的优点。此外，在使用硅用刻划轮于硅晶圆的刻划的情形，借由使用刃前端角度小于玻璃用刻划轮的刃前端角度的硅用刻划轮，能够以相对较低的负载形成刻划线，因此能够抑制硅晶圆的切断端面中的碎屑等不要的瑕疵产生。
尤其是在本发明中，并未如习知的切割锯般使用切削液，而是在干的环境下进行分断，因此可省略用于切削液的供给或废液回收的机构或配管，且亦可省略切断后的洗净或干燥步骤而能够精巧化地构成装置。此外，以沿圆周棱线具有刃前端的环体所形成的刻划轮、或于刃体的前端部具备有钻石的刃前端的钻石刃刀具，与齿损等容易产生的习知的旋转刀片相比，其使用寿命较长，因此亦具有能够抑制运转成本(running cost)的效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1：表示本发明的分断方法的第一阶段的图式。
图2：表示本发明的分断方法的第二阶段的图式。
图3：表示本发明的分断方法的第三阶段的图式。
图4：表示图3的其他实施例的图式。
图5(a)和图5(b)：表示本发明中使用的刻划轮与其保持具部分的图式。
图6：表示本发明中使用的钻石刃刀具与其保持具部分的图式。
图7：表示本发明所使用的刻划机构的概略性的前视图。
图8：表示CMOS影像感测器用的晶圆级封装的一例的剖面图。
图9：表示成为母材的CMOS影像感测器用晶圆积层体的一部分的剖面图。
图10：表示图8的CMOS影像感测器用晶圆积层体的概略性的俯视图。
【主要元件符号说明】
A：刻划机构 S1：玻璃晶圆的刻划线
S2：硅晶圆的刻划线 W：晶圆积层体
W1：晶圆级封装 1：玻璃晶圆
2：硅晶圆 10：刻划轮
10a：刃前端 14：按压构件
15：平台 25：钻石刃刀具
25a：刃体 25b：刃前端
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种影像感测器用的晶圆积层体的分断方法及分断装置的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
以下，根据图式说明本发明的影像感测器用的晶圆积层体的分断方法的细节。
图1表示本发明的分断方法的第一阶段、亦即表示成为加工对象的CMOS影像感测器用的晶圆积层体W的一部分剖面者。晶圆积层体W的构造，是与上述的图8～图10所示者基本上相同的构造。
亦即，将成为母体的大面积(例如直径为8英寸)的玻璃晶圆1、与配置于其下面侧的硅晶圆2，透过格子状的树脂隔壁4接合。
在硅晶圆2的上面(接合面侧)设置有光电二极管形成区域(感测区域)3。在光电二极管形成区域3形成有光电二极管阵列，以作为影像感测器的受光面而发挥功能。而且，在光电二极管形成区域3附近，形成有金属垫5，在形成有该金属垫5的部分的紧邻下方，形成有上下贯通硅晶圆2的通孔(贯通孔)6。在通孔6填充电气导电性佳的导电材7(TSV)，在通孔6下端形成有熔接用凸块8。另外，在上述的熔接用凸块8的下面，接合已图案化有既定的电气电路的PCB基板等(省略图示)。
该CMOS影像感测器用的晶圆积层体W，如图10所示般借由沿于X-Y方向延伸的格子状的分断预定线L分断而单片化，将晶片尺寸的单位制品即晶圆级封装W1取出。
接着针对分断加工顺序进行说明。在沿着图10的分断预定线L分断晶圆积层体W时，首先，使用如图5(a)和图5(b)所示般的刻划轮10于玻璃晶圆1的表面加工刻划线S1。
刻划轮10，是以超硬合金或烧结钻石等的工具特性佳的材料形成，并于圆周棱线(外周面)形成有刃前端10a。具体而言，虽较佳为使用直径为1～6mm、较佳为1.5～4mm，且刃前端角度为85～150度、较佳为105～140度者，但可根据被加工的玻璃晶圆1的厚度或种类而适当地选择。
该刻划轮10是玻璃用刻划轮，且呈可旋转地被支持于保持具11，并透过升降机构12而安装于刻划机构A的刻划头24(参照图7)。
刻划机构A，具备有载置并保持晶圆积层体W的平台15。平台15，成为可沿水平的导轨17于Y方向(图7的前后方向)移动，并借由利用马达(省略图示)而进行旋转的螺杆轴18驱动。进一步地，平台15，成为可借由内藏马达的旋转驱动部19而于水平面内旋动。
具备有夹着平台15而设置的两侧的支持柱20、20、与于X方向水平延伸的梁(横梁)21的桥部22，设置成跨越平台15上。在梁21，设置有于X方向水平延伸的导引件23，于该导引件23，将上述的刻划头24安装成可借由马达M而沿着梁21于X方向移动。此外，在刻划头24，亦安装有刻划轮10及下述的钻石刃刀具25。
在上述的刻划机构A的平台15上，如图1所示，以已使玻璃晶圆1朝上的状态载置晶圆积层体W，使刻划轮10在玻璃晶圆1的外表面沿着分断预定线一边进行按压一边转动，借此于玻璃晶圆1形成刻划线S1。另外，将刻划线S1形成于晶圆级封装W1的树脂隔壁4的外侧。
接着，作为第二阶段，如图2所示般反转晶圆积层体W，使钻石刃刀具25沿着硅晶圆2的外表面的分断预定线一边进行按压一边移动，借此于硅晶圆2的外表面形成刻划线S2。
钻石刃刀具25，如图6所示，于刃体25a的前端下面具备有钻石的突状的刃前端25b，且安装于保持具26。保持具26，与刻划轮10同样地，透过升降机构27而被保持于上述的刻划机构A的刻划头24，形成为可沿着分断预定线的方向移动。
接着，作为第三阶段，如图3所示，在成为下侧的玻璃晶圆1的外表面，配置以夹着刻划线S1的方式沿其两侧延伸的左右一对承受台13、13，从成为上侧的硅晶圆2的外表面朝向刻划线S2以按压构件14按压。在本实施例中，作为该按压构件14，虽使用长条且板状的裂断杆，但亦可取代此，而以一边进行按压一边转动的辊形成。作为按压构件14的裂断杆，形成为可透过流体汽缸等的升降机构(省略图示)而上下升降。
借由以该按压构件14按压，将玻璃晶圆1及硅晶圆2往与按压方向相反侧挠曲，而沿着玻璃晶圆1的刻划线S1及硅晶圆2的刻划线S2以龟裂往厚度方向浸透的方式分断，借此将经单片化的晶圆级封装W1沿着分断预定线完全地分断。
在利用该挠曲进行分断中，玻璃晶圆1亦或硅晶圆2均为从各个刻划线S1、S2以龟裂往厚度方向浸透的方式被分断者，因此无需如习知的利用切割锯进行切削加工的情形般需要切削宽度，而能够有效利用材料，并且能够抑制如进行切削的情形般的碎屑或切屑等的产生，能够以较完美的切断面且良率佳地分断。
此外，在本发明中，并未如习知的切割锯般使用切削液，而是在干的环境下进行分断，因此可省略用于切削液的供给或废液回收的机构或配管，且亦可省略切断后的洗净或干燥步骤，而能够精巧化地构成装置。进一步地，在本发明中所使用的以沿圆周棱线具有刃前端10a的环体所形成的刻划轮10、或于刃体25a的前端部具备有钻石的刃前端25b的钻石刃刀具25，与齿损等容易产生的习知的旋转刀片相比，其使用寿命较长，因此能够较便宜地抑制运转成本。
在本发明中，在利用按压构件14进行裂断加工时，亦可取代承受玻璃晶圆1的左右一对承受台13、13，而如图4所示般，将缓冲材16配置成与玻璃晶圆1的刻划线S1形成面相接，该缓冲材16具有能够凹陷玻璃晶圆1挠曲的程度的厚度。
以上虽已针对本发明的代表性的实施例进行了说明，但本发明并不特定于上述的实施形态。例如在上述实施例中，使刻划轮10与钻石刃刀具25保持于共通的刻划头24，但亦可构成为分别将该等保持于不同的刻划头。
此外，亦可取代钻石刃刀具25，而使用刃前端角度小于玻璃用刻划轮10的硅用刻划轮。
本发明的分断方法，可利用于贴合有玻璃晶圆与硅晶圆的晶圆积层体的分断。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种影像感测器用的晶圆积层体的分断方法，该影像感测器用的晶圆积层体，具有将玻璃晶圆与纵横地图案化形成有多个光电二极管形成区域的硅晶圆，透过以包围该各光电二极管形成区域的方式配置的树脂层贴合而成的构造；其特征在于其具有：
玻璃刻划步骤，使沿着圆周棱线形成具有既定的刃前端角度的刃前端的玻璃用刻划轮，沿着该玻璃晶圆的外表面的分断预定线一边进行按压一边转动，借此于玻璃晶圆的外表面形成刻划线；及
硅刻划步骤，使于前端具有钻石的突状的刃前端的钻石刃刀具、或形成有沿圆周棱线的刃前端角度小于该玻璃用刻划轮的刃前端的硅晶圆刻划轮，沿该硅晶圆的外表面的分断预定线一边进行按压一边移动或转动，借此于硅晶圆的外表面形成刻划线；
在该玻璃刻划步骤及硅刻划步骤之后，具有：
分断步骤，借由从该硅晶圆的外表面侧、或玻璃晶圆的外表面侧沿该刻划线以按压构件按压，使该晶圆积层体挠曲而将玻璃晶圆及硅晶圆沿各个刻划线同时分断。
2.如权利要求1所述的影像感测器用的晶圆积层体的分断方法，其特征在于其中，该影像感测器，是于该晶圆积层体形成有直通硅晶穿孔(TSV)的CMOS影像感测器。
3.一种影像感测器用的晶圆积层体的分断装置，该影像感测器用的晶圆积层体，具有将玻璃晶圆与纵横地图案化形成有多个光电二极管形成区域的硅晶圆，透过以包围该各光电二极管形成区域的方式配置的树脂层贴合而成的构造；其特征在于其具备有：
玻璃用刻划轮，沿着由环体构成的圆周棱线具有既定的刃前端角度，借由沿着该玻璃晶圆的外表面的分断预定线一边进行按压一边转动，而于该玻璃晶圆的外表面形成刻划线；
钻石刃刀具或硅用刻划轮的任一者，其中，该钻石刃刀具，于前端部形成钻石的突状的刃前端，借由沿着该硅晶圆的外表面的分断预定线一边进行按压一边移动，而于硅晶圆的外表面形成刻划线；该硅用刻划轮，沿圆周棱线的刃前端角度小于该玻璃用刻划轮，借由沿着该硅晶圆的外表面的分断预定线一边进行按压一边转动，而于硅晶圆的外表面形成刻划线；以及
按压构件，借由从该硅晶圆的外表面侧、或该玻璃晶圆的外表面侧沿该刻划线进行按压，使该晶圆积层体挠曲而将该玻璃晶圆及硅晶圆沿该各个刻划线同时分断。
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