JP6005708B2 - イメージセンサ用ウエハ積層体の分断方法及び分断装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサのウエハレベルパッケージがパターン形成されたウエハ積層体を個片化するための分断方法及び分断装置に関する。

近年、低電力、高機能、高集積化が重要視されるモバイルフォン、デジタルカメラ、光マウス等の各種小型電子機器分野において、ＣＭＯＳイメージセンサの使用が急増している。

図５は、ＣＭＯＳイメージセンサのウエハレベルパッケージ（チップサイズの単位製品）Ｗ１の構成例を概略的に示す断面図である。ウエハレベルパッケージＷ１は、（個片化された）ガラスウエハ１と（個片化された）シリコンウエハ２とが樹脂隔壁４を挟んで接合された積層構造を有している。
シリコンウエハ２の上面（接合面側）にはフォトダイオード領域（センシング領域）３が形成され、その周囲を樹脂隔壁４が格子状に取り囲むように配置することで、フォトダイオード領域３が設けられた内側空間が気密状態になるようにしてある。さらに、（フォトダイオード領域３の外側の）シリコンウエハ２の上面には金属パッド５が形成され、この金属パッド５が形成された部分の直下にはシリコンウエハ２を上下に貫通するビア（貫通孔）６が形成されている。ビア６には電気的導電性に優れた導電材７が充填され、ビア６下端にははんだバンプ８が形成されている。このように、ビア６を形成するとともに導電材７を充填して電気的接続を行う構成をＴＳＶ（Through Silicon Via）という。
なお、上記したはんだバンプ８の下面に、所定の電気回路がパターニングされたＰＣＢ基板など（図示略）が接合される。

チップサイズの単位製品であるウエハレベルパッケージＷ１は、図６並びに図７に示すように、母体となる大面積のガラスウエハ１と大面積のシリコンウエハ２とが樹脂隔壁４を介して接合されたウエハ積層体Ｗの上に、Ｘ−Ｙ方向に延びる分断予定ラインＬで格子状に区分けされて多数個がパターン形成されており、このウエハ積層体Ｗが当該分断予定ラインＬに沿って分断されることにより、（個片化された）チップサイズのウエハレベルパッケージＷ１となる。

ところで、シリコンウエハを分断してウエハレベルパッケージの製品にする加工では、ＣＭＯＳイメージセンサ用を含め、従来から、特許文献１〜特許文献４に示すようなダイシングソーが用いられている。ダイシングソーは、高速回転する回転ブレードを備え、回転ブレードの冷却と切削時に発生する切削屑を洗浄する切削液を回転ブレードに噴射しながら切削するように構成されている。

特開平５−０９０４０３号公報 特開平６−２４４２７９号公報 特開２００２−２２４９２９号公報 特開２００３−０５１４６４号公報

上記したダイシングソーは、回転ブレードを用いた切削による分断であるため、切削屑が多量に発生し、たとえ切削液で洗浄したとしても、切削液の一部が残留したり、或いは切削時の飛散により切削屑がパッケージ表面に付着することがあって、品質や歩留まりの低下の大きな原因となる。また、切削液の供給や廃液回収のための機構や配管を必要とするため装置が大掛かりとなる。加えて、切削によってガラスウエハを分断するものであるから、切削面に小さなチッピング（欠け）が発生することが多く、きれいな分断面を得ることができない。また、高速回転する回転ブレードの刃先はノコ歯状で形成されているため、刃先の摩耗や破損が生じやすく使用寿命が短い。さらに、回転ブレードの厚みは強度の面からあまり薄くすることができず、小径のものであっても６０μｍ以上の厚みで形成されているので、切削幅がそれだけ必要となって材料の有効利用が制限される要因の一つにもなるなどの問題点があった。

そこで本発明は、上記した従来課題の解決を図り、ダイシングソーを用いることなく、ドライ方式の簡単な手法で効果的に、かつ、きれいに分断することができるイメージセンサウエハ・パッケージの分断方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち本発明は、ガラスウエハの下面と、複数のフォトダイオード形成領域が縦横にパターン形成されたシリコンウエハの上面とが、前記各フォトダイオード形成領域を囲むように配置された樹脂層を介して貼り合わされた構造を有するイメージセンサ用のウエハ積層体の分断方法であって、前記ガラスウエハの上面の分断予定ラインに沿ってクラックからなるスクライブラインを形成し、次いで、前記シリコンウエハの下面側から前記スクライブラインに沿ってブレイクバーを押圧することにより、前記ガラスウエハを分断するとともに前記シリコンウエハも分断するようにしている。
本発明の分断装置は、ガラスウエハの下面と、複数のフォトダイオード形成領域が縦横にパターン形成されたシリコンウエハの上面とが、前記各フォトダイオード形成領域を囲むように配置された樹脂層を介して貼り合わされた構造を有するイメージセンサ用のウエハ積層体の分断装置であって、前記ガラスウエハの上面の分断予定ラインに沿ってクラックからなるスクライブラインを形成するスクライブライン形成手段、及び前記シリコンウエハの下面側から前記スクライブラインに沿ってブレイクバーを押圧することにより、前記ガラスウエハを分断するとともに前記シリコンウエハも分断する分断手段を有するようにしており、さらに、前記シリコンウエハの下面に、前記ガラスウエハ上面の前記分断予定ラインの位置の裏となる位置に切溝を予め形成する切溝形成手段を有するようにしてもよい。

本発明によれば、ブレイクバーによる分断時に、ガラスウエハのクラックが厚み方向に浸透して分断されるものであるから、従来のダイシングソーの切削による場合のような切削幅を必要とせず、材料を有効利用することができるとともに、チッピングなどの発生を抑制することができてきれいな切断面で分断することができる。また、切削屑が生じないので、切削屑の付着による品質の劣化や不良品の発生をなくすことができる。
特に本発明では、従来のダイシングソーのような切削液を使用せず、ドライ環境下で分断するものであるから、切削液の供給や廃液回収のための機構や配管を省略でき、かつ、切断後の洗浄や乾燥工程も省略できて装置をコンパクトに構成することができるといった効果がある。

上記分断方法において、前記シリコンウエハの下面には、前記ガラスウエハ上面の前記分断予定ラインの位置の裏となる位置に、切溝を予め形成してからブレイクバーを押圧するようにしてもよい。
これにより、前記ブレイクバーによるガラスウエハ分断時にシリコンウエハも前記溝から容易に、かつ、きれいな分断面で分断することができる。
なお、ＴＳＶが形成されるウエハ積層体では、当該ＴＳＶのビアを加工する工程の際に前記切溝も形成することで、切溝の加工工程を簡略化することができる。

本発明の分断方法の第一段階を示す図。 本発明の分断方法の第二段階を示す図。 図２の別実施例を示す図。 本発明で使用されるスクライビングホイールとそのホルダ部分を示す図。 ＣＭＯＳイメージセンサ用のウエハレベルパッケージの一例を示す断面図。 母材となるＣＭＯＳイメージセンサ用ウエハ積層体の一部を示す断面図。 図６のＣＭＯＳイメージセンサ用ウエハ積層体を示す概略的な平面図。

以下、本発明に係るイメージセンサ用のウエハ積層体の分断方法の詳細を、図面に基づいて説明する。
図１は本発明の分断方法の第一段階である、加工対象となるＣＭＯＳイメージセンサ用のウエハ積層体Ｗの一部断面を示すものである。ウエハ積層体Ｗの構造は、上述した図５〜図７に示したものと基本的に同じ構造である。
すなわち、母体となる大面積（例えば直径８インチ）のガラスウエハ１と、その下面側に配置されるシリコンウエハ２とが、格子状の樹脂隔壁４を介して接合される。
シリコンウエハ２の上面（接合面側）にはフォトダイオード形成領域（センシング領域）３が設けられている。フォトダイオード形成領域３にはフォトダイオードアレイが形成されており、イメージセンサの受光面として機能する。そして、フォトダイオード形成領域３近傍には、金属パッド５が形成され、この金属パッド５が形成された部分の直下にはシリコンウエハ２を上下に貫通するビア（貫通孔）６が形成されている。ビア６には電気的導電性に優れた導電材７が充填され（ＴＳＶ）、ビア６下端にははんだバンプ８が形成されている。なお、上記したはんだバンプ８の下面に、所定の電気回路がパターニングされたＰＣＢ基板など（図示略）が接合される。
このＣＭＯＳイメージセンサ用ウエハ積層体Ｗは、図７に示したようにＸ−Ｙ方向に延びる格子状の分断予定ラインＬに沿って分断されることにより個片化され、チップサイズの単位製品であるウエハレベルパッケージＷ１が取り出されることになる。

次に分断加工手順について説明する。ウエハ積層体Ｗを分断予定ラインＬに沿って分断する際に、最初に、例えば、図４に示すようなスクライビングホイール１０を用いてガラスウエハ１の表面にクラック（厚み方向に浸透する亀裂）からなるスクライブラインを加工する。
スクライビングホイール１０は、超硬合金や焼結ダイヤモンドなどの工具特性に優れた材料で形成されており、円周稜線（外周面）に刃先１０ａが形成されている。具体的には直径が１〜６ｍｍ、好ましくは１．５〜４ｍｍで刃先角度が８５〜１５０度、好ましくは１０５〜１４０度のものを使用するのが好ましいが、加工されるガラスウエハ１の厚みや種類に応じて適宜選択される。
このスクライビングホイール１０は、ホルダ１１に回転可能に支持され、昇降機構１２を介してスクライブヘッド（図示略）に保持される。スクライブヘッドは、ウエハ積層体Ｗを水平に載置する台板（図示略）の上方で分断予定ラインＬの方向に沿って移動できるように形成されている。
そして図１に示すように、スクライビングホイール１０を、ガラスウエハ１の表面で分断予定ラインに沿って押圧しながら転動させることにより、ガラスウエハ１にクラックからなるスクライブラインＳを形成する。このスクライブラインＳは、ガラスウエハ１の厚みの半分程度まで浸透するクラックとして形成されるようにするのが好ましい。なお、スクライブラインＳはウエハレベルパッケージＷ１の樹脂隔壁４の外側に形成される。

次いで、図２に示す第二段階で基板（ウエハ積層体Ｗ）を反転し、ガラスウエハ１の外側面（接合面側とは反対面）で、スクライブラインＳを挟むようにその両脇に沿って延びる左右一対の受台１３、１３を配置し、シリコンウエハ２の外面側（接合面とは反対面）からスクライブラインＳに向けて長尺のブレイクバー１４を押しつける。この場合、スクライブラインＳに相対するシリコンウエハ２の外側面（接合面とは反対面）にも分断予定ラインＬに沿って予め溝１５を加工しておくのがよい。この溝１５は、例えばウエハ積層体Ｗのシリコンウエハ２に対し、ビア６をＲＩＥなどの溝加工技術で加工するときに、同じ加工技術を利用して同時に形成するようにすれば、効率的に加工することができる。

このブレイクバー１４の押圧により、ガラスウエハ１並びにシリコンウエハ２が押圧方向とは反対側に撓んで、ガラスウエハ１のスクライブラインＳ、すなわち、クラックが厚み全域に浸透してガラスウエハ１が分断されるとともに、シリコンウエハ２も溝１５に沿って分断され、これにより個片化されたウエハレベルパッケージＷ１が分断予定ラインＬに沿って完全分断される。
この分断において、ガラスウエハ１は、スクライブラインＳをなすクラックが厚み方向に浸透して分断されるものであるから、従来のダイシングソーの切削による場合のようなチッピングなどの発生を抑制することができ、きれいな切断面で分断することができる。また、シリコンウエハ２にも、予め、分断予定ラインＬに沿って溝１５が設けてあるので、シリコンウエハ２についても溝１５に沿ってきれいな分断面で分断することができる。
なお、シリコンウエハ２は、多くの場合（研削によって）その厚みが２５μｍ〜１００μｍと非常に薄くなっているので、上記したような溝１５を設けなくても、ブレイクバー１４の押しつけによる撓みによってガラスウエハ１の分断と同時に容易に分断が可能である。したがって、溝１５を加工する工程を省略することもできる。

上記したように、ブレイクバー１４によるブレイク加工時に、ガラスウエハ１のスクライブラインＳのクラックが厚み方向に浸透して分断されるものであるから、従来のダイシングソーによる切削加工の場合のような切削幅を必要とせず、材料を有効利用することができる。また、切削屑が生じないので、切削屑の付着による品質の劣化や不良品の発生をなくすことができる。特に本発明では、従来のダイシングソーのような切削液を使用せず、ドライ環境下で分断するものであるから、切削液の供給や廃液回収のための機構や配管を省略でき、装置をコンパクトに構成することができる。

本発明において、ブレイクバー１４によるブレイク加工時に、ガラスウエハ１を受ける左右一対の受台１３、１３に代えて、図３に示すように、カラスウエハ１が撓む程度に凹ませることが可能な厚みを有するクッション材１６をガラスウエハ１の面に接して配置するようにしてもよい。

以上、本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものではなく、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。

本発明の分断方法は、ガラスウエハとシリコンウエハを貼り合わせたウエハ積層体の分断に利用できる。

Ｌ 分断予定ライン
Ｓ スクライブライン
Ｗ ウエハ積層体
Ｗ１ ウエハレベルパッケージ
１ ガラスウエハ
２ シリコンウエハ
１０ スクライビングホイール
１０ａ 刃先
１４ ブレイクバー
１５ 溝

Claims (4)

1. ガラスウエハの下面と、複数のフォトダイオード形成領域が縦横にパターン形成されたシリコンウエハの上面とが、前記各フォトダイオード形成領域を囲むように配置された樹脂層を介して貼り合わされた構造を有するイメージセンサ用のウエハ積層体の分断方法であって、
   前記ガラスウエハの上面の分断予定ラインに沿ってクラックからなるスクライブラインを形成し、
   次いで、前記シリコンウエハの下面側から前記スクライブラインに沿ってブレイクバーを押圧することにより、前記ガラスウエハを分断するとともに前記シリコンウエハも分断するイメージセンサ用のウエハ積層体の分断方法。
2. 前記シリコンウエハの下面には、前記ガラスウエハ上面の前記分断予定ラインの位置の裏となる位置に、切溝を予め形成してからブレイクバーを押圧するようにした請求項１に記載のイメージセンサ用のウエハ積層体の分断方法。
3. ガラスウエハの下面と、複数のフォトダイオード形成領域が縦横にパターン形成されたシリコンウエハの上面とが、前記各フォトダイオード形成領域を囲むように配置された樹脂層を介して貼り合わされた構造を有するイメージセンサ用のウエハ積層体の分断装置であって、
   前記ガラスウエハの上面の分断予定ラインに沿ってクラックからなるスクライブラインを形成するスクライブライン形成手段、及び
   前記シリコンウエハの下面側から前記スクライブラインに沿ってブレイクバーを押圧することにより、前記ガラスウエハを分断するとともに前記シリコンウエハも分断する分断手段を有する
   イメージセンサ用のウエハ積層体の分断装置。
4. さらに、前記シリコンウエハの下面に前記ガラスウエハ上面の前記分断予定ラインの位置の裏となる位置に、切溝を予め形成する切溝形成手段を有するようにした請求項３に記載のイメージセンサ用のウエハ積層体の分断装置。

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