TW201519303A - 晶圓積層體之分斷方法及分斷裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能夠不使用切割鋸，而以乾式之簡單手段具效果且完美地進行分斷之影像感測器晶圓的分斷方法及分斷裝置。 將玻璃晶圓1與矽晶圓2以配置成圍繞各光電二極體形成區域3之樹脂層4貼合而成之構造的影像感測器用晶圓積層體W之分斷方法，係使刻劃輪10沿玻璃晶圓1上面之分斷預定線按壓、轉動，或者使鑽石尖點相對移動而形成刻劃線S1，接著，沿矽晶圓2外表面之分斷預定線照射雷射光，而於矽晶圓2外表面形成消蝕之溝槽S2，進一步地，例如從玻璃晶圓1或矽晶圓2之外表面側沿刻劃線以按壓構件14按壓，使晶圓積層體W撓曲而分斷玻璃晶圓1與矽晶圓2。

Description

晶圓積層體之分斷方法及分斷裝置
本發明係關於一種晶圓積層體之分斷方法及分斷裝置，更詳細而言，係關於一種用於對圖案化形成有CMOS影像感測器之晶圓級封裝體(Wafer Level Package)的晶圓積層體進行單片化的分斷方法及其分斷裝置。
近年來，在重視低電力、高機能、高積體化之行動電話、數位相機、光學滑鼠等各種小型電子機器領域中，CMOS影像感測器之使用激增。
圖8係概略性地表示CMOS影像感測器之晶圓級封裝體(晶片尺寸之單位製品)W1構成例的剖面圖。晶圓級封裝體W1，具有(經單片化之)玻璃晶圓1與(經單片化之)矽晶圓2夾著樹脂隔壁4接合而成之積層構造。
於矽晶圓2之上面(接合面側)形成有光電二極體(photodiode)(感測區域)3，樹脂隔壁4以呈格子狀地圍繞之方式配置於其周圍，藉此使設有光電二極體形成區域3之內側空間成為氣密狀態。進一步地，於(光電二極體形成區域3外側之)矽晶圓2之上面形成有金屬墊5，於形成有該金屬墊5之部分的正下方形成有上下貫通矽晶圓2之通孔(貫通孔)6。於通孔6填充電氣導電性佳的導電材7，於通孔6下端形成有焊接(熔接)凸塊8。如此般，將形成通孔6並且填充導電材7從而進行電氣連接之構成稱為TSV(直通矽 晶穿孔(Through Silicon Via))。
另外，於上述之焊接凸塊8之下面，接合圖案化有既定之電氣電路的PCB基板等。
晶片尺寸之單位製品即晶圓級封裝體W1，如圖8~圖10所示，係於成為母體之大面積玻璃晶圓1與大面積矽晶圓2隔著樹脂隔壁4接合而成之晶圓積層體W之上，以於X-Y方向延伸之分斷預定線L區分成格子狀並圖案化形成有多個，藉由沿該分斷預定線L分斷該晶圓積層體W，而成為(經單片化之)晶片尺寸之晶圓級封裝體W1。
然而，在分斷矽晶圓成為晶圓級封裝體製品的加工中，包括CMOS影像用感測器，習知係使用如專利文獻1~專利文獻4所示般之切割鋸。切割鋸，具備高速旋轉之旋轉刀片，且構成為一邊對旋轉刀片噴射切削液一邊進行切削，該切削液係用於旋轉刀片之冷卻及洗淨於切削時所產生之切削屑。
專利文獻1：日本特開平5-090403號公報
專利文獻2：日本特開平6-244279號公報
專利文獻3：日本特開2002-224929號公報
專利文獻4：日本特開2003-051464號公報
上述之切割鋸，係使用旋轉刀片之利用切削進行分斷者，因此大量產生切削屑，即使利用切削液進行了洗淨，亦會有切削液之一部分殘留、或者切削屑因切削時之飛散而附著於封裝體表面的情況，而成為品質或良率降低之最大原因。此外，由於必需有用於切削液之供給或廢液回 收之機構或配管，因此使得裝置變龐大。此外，由於係藉由切削而分斷晶圓，因此於切削面產生小碎屑(chipping)(缺口)的情況多，而無法獲得完美的分斷面。此外，由於高速旋轉之旋轉刀片的刃前部，係以鋸齒狀或連續之凹凸狀形成，因此容易產生刃前部之磨耗或破損且使用壽命短。進一步地，由於旋轉刀片之厚度從強度方面考量而無法變非常薄，即使是小徑者亦形成60μm以上之厚度，因此存在有切削寬度必需為此程度而亦成為限制材料有效利用的要因之一等問題點。
因此，本發明謀求上述習知課題之解決，目的在於提供一種能夠不使用切割鋸，而以乾式之簡單手段具效果地、且完美地進行分斷之影像感測器晶圓‧封裝體的分斷方法及其裝置。
為了達成上述目的，在本發明中提出了如以下般之技術性的手段。亦即，本發明之分斷方法，係具有將玻璃晶圓與矽晶圓隔著樹脂層貼合而成之構造的晶圓積層體之分斷方法，具有：玻璃刻劃步驟，藉由刃前端，沿該玻璃晶圓外表面之分斷預定線形成刻劃線；及矽溝槽形成步驟，藉由沿該矽晶圓之外表面之分斷預定線照射雷射光，而於矽晶圓之外表面形成消蝕(ablation)之溝槽；於該玻璃刻劃步驟及矽溝槽形成步驟之後，具有：分斷步驟，沿各個刻劃線或溝槽分斷該玻璃晶圓及矽晶圓。
此處，該晶圓積層體可為影像感測器用晶圓積層體，亦可為該矽晶圓可為縱橫地圖案化形成有複數個光電二極體形成區域之矽晶圓、該樹脂層可為以圍繞該各光電二極體形成區域之方式配置之晶圓積層體。此外，該影像感測器用晶圓積層體，可為CMOS影像感測器用晶圓積層體，於該晶圓積層體亦可形成有直通矽晶穿孔(TSV)。
此外，該刃前端，可為沿圓周稜線具有刃前部之刻劃輪、或亦可為鑽石尖點(diamond point)(亦稱為鑽石尖點刀具)。
藉由一邊將刻劃輪之刃前部按壓於玻璃晶圓之外表面、一邊使刻劃輪沿分斷預定線轉動，或者藉由一邊將鑽石尖點之刃前部(突出部(頂點)或稜線)按壓於玻璃晶圓之外表面、一邊使鑽石尖點與玻璃晶圓沿分斷預定線相對移動，而能夠沿玻璃晶圓外表面之分斷預定線形成刻劃線。
該分斷步驟，可為藉由從該玻璃晶圓之外表面側沿該刻劃線以按壓構件按壓、或從該矽晶圓之外表面側沿該溝槽以按壓構件按壓，而將該玻璃晶圓及矽晶圓沿各個刻劃線或溝槽進行分斷之步驟。
此處，按壓構件，雖可從玻璃晶圓之外表面側按壓、亦可從矽晶圓之外表面側按壓，但一般而言存在有難以分斷玻璃晶圓側之傾向，此外，形成於矽晶圓外表面之溝槽具有某種程度之寬度，因此，在從外表面側按壓時，較佳為從矽晶圓之外表面側按壓，係由於相較於刻劃線之龜裂具有相對良好地容易分斷之傾向。
此外，玻璃刻劃步驟與矽溝槽步驟何者先實行均可，但尤其是在分斷步驟中對矽晶圓之外表面以按壓構件按壓之情形，從晶圓積層體之反轉等觀點來看，較佳為玻璃刻劃步驟先實行。
此外，根據其他觀點而完成之本發明之晶圓積層體之分斷裝置，具備對該玻璃晶圓之外表面形成刻劃線之刃前端、藉由沿該矽晶圓外表面之分斷預定線照射雷射光而於矽晶圓之外表面形成消蝕之溝槽之雷射照射部、及對該玻璃晶圓及矽晶圓沿各個刻劃線或溝槽進行分斷之分斷手段。
此處，該刃前端，可為沿圓周稜線具有刃前部之刻劃輪或鑽石尖點，該分斷手段，可為從該玻璃晶圓之外表面側或矽晶圓之外表面側沿該刻劃線或溝槽進行按壓之按壓構件。
在本發明中，被使用作為刃前端之刻劃輪，係沿圓周稜線形成溝槽或缺口、且其餘之稜線(突起)成為刃前部之刻劃輪，亦可為往玻璃晶圓之侵入及/或沿刻劃線形成之龜裂(垂直裂紋)往玻璃晶圓厚度方向之浸透性良好的刻劃輪，此外，亦可為沿圓周稜線不形成溝槽及缺口之一般的刻劃輪。該刻劃輪，相對於圓周稜線垂直方向之剖面中的刃前部前端之角度(刃前端角度)，較佳為例如95度~155度。
另一方面，在本發明中使用鑽石尖點之情形，可使用形成有成為刃前部之突出部或稜線之單結晶鑽石或多結晶鑽石。此外，從雷射照射部照射之雷射光，較佳為波長1064nm之UV雷射、或波長532nm之綠雷射(green laser)。藉由照射如此般之雷射光，能夠於矽晶圓外表面良好地形成消蝕之溝槽。
在本發明中，藉由照射雷射光而於矽晶圓外表面形成之消蝕之溝槽，一般而言，可為：寬度例如為20μm以下，較佳為1~10μm左右，深度例如為20μm以下，較佳為1~10μm左右。由於消蝕之溝槽具有既定之寬度，因此，矽晶圓之結晶方向所產生之影響較少，此外，在以按壓構件進行按壓之分斷步驟中，按壓方向(從外表面側之按壓或從背面側之按壓)所產生之影響較小，能夠良好地分斷矽晶圓。
根據本發明，例如，由於係藉由按壓構件之按壓，使沿形成於玻璃晶圓外表面之刻劃線伸展之龜裂、及從形成於矽晶圓外表面之溝槽 伸展之龜裂往厚度方向浸透(伸展)而進行分斷，因此無需如習知的藉由具有厚度的切割鋸進行切削的情形般之較大的切削寬度，而能夠有效利用材料，並且能夠抑制如切削情形般之碎屑或切屑等產生，能夠以完美的切斷面且良率佳地進行分斷。
尤其是在本發明中，無需如習知的切割鋸般使用切削液，而是在乾的環境下進行分斷，因此可省略用於切削液之供給或廢液回收之機構或配管，且亦可省略切斷後之洗淨或乾燥步驟而能精巧地構成裝置。此外，在本發明中所使用之刃前端(刻劃輪或鑽石尖點)，尤其是沿圓周稜線具有刃前部、且於使用時進行轉動之刻劃輪，與齒毀(齒鈍)等容易產生之習知的旋轉刀片相比，其使用壽命較長，因此具有能夠抑制運轉成本(running cost)之效果。
A‧‧‧刻劃機構
S1‧‧‧玻璃晶圓之刻劃線
S2‧‧‧矽晶圓之溝槽
W‧‧‧晶圓積層體
W1‧‧‧晶圓級封裝體
1‧‧‧玻璃晶圓
2‧‧‧矽晶圓
10‧‧‧刻劃輪
10a‧‧‧刃前部
14‧‧‧按壓構件
15‧‧‧平台
25‧‧‧雷射照射部
圖1，係表示本發明之分斷方法之第1階段的圖式。
圖2，係表示本發明之分斷方法之第2階段的圖式。
圖3，係表示本發明之分斷方法之第3階段的圖式。
圖4，係表示圖3之其他實施例的圖式。
圖5，係表示在本發明之一實施形態中所使用之刻劃輪的圖式。
圖6，係表示已將圖5之刻劃輪安裝於保持具之狀態的圖式。
圖7，係本發明所使用之刻劃機構之概略的前視圖。
圖8，係表示CMOS影像感測器用之晶圓級封裝體之一例的剖面圖。
圖9，係表示成為母材之CMOS影像感測器用晶圓積層體之一部分的 剖面圖。
圖10，係圖8之CMOS影像感測器用晶圓積層體之概略性的俯視圖。
以下，根據圖式詳細地說明本發明之一實施形態之影像感測器用晶圓積層體之分斷方法。
圖1係本發明之分斷方法之第1階段，即表示成為加工對象之CMOS影像感測器用晶圓積層體W之一部分剖面。晶圓積層體W之構造，基本上與上述圖8~圖10所示者為相同構造。
亦即，成為母體之大面積(例如直徑為8吋(inch))之玻璃晶圓1、與配置於其下面側之矽晶圓2隔著格子狀之樹脂隔壁4接合。
於矽晶圓2之上面(接合面側)設有光電二極體形成區域(感測區域)3。於光電二極體形成區域3形成有光電二極體陣列，以作為影像感測器之受光面而發揮功能。而且，於光電二極體形成區域3附近，形成有金屬墊5，於形成有該金屬墊5之部分的正下方形成有上下貫通矽晶圓2的通孔(貫通孔)6。於通孔6填充電氣導電性佳的導電材7(TSV)，於通孔6下端形成有焊接(熔接)凸塊8。另外，於上述焊接凸塊8之下面，接合已將既定之電氣電路圖案化之PCB基板等(省略圖示)。
該CMOS影像感測器用晶圓積層體W，如圖10所示般藉由沿於X-Y方向延伸之格子狀分斷預定線L分斷而單片化，以取出晶片尺寸之單位製品即晶圓級封裝體W1。
接著針對分斷加工順序進行說明。在沿圖10之分斷預定線L對晶圓積層體W進行分斷時，首先，使用如圖5所示般之刻劃輪10對玻 璃晶圓1之表面加工刻劃線S1。
刻劃輪10，係以超硬合金或燒結鑽石等工具特性佳之材料形成，於圓周稜線(外周面)形成有刃前部10a。具體而言，較佳為：使用直徑為1~6mm、較佳為1.5~4mm，且刃前端角度為85~150度、較佳為105~140度者，但可根據被加工之玻璃晶圓1之厚度或種類而適當地選擇。
該刻劃輪10，呈可旋轉地被支持於保持具11，透過升降機構12而安裝於刻劃機構A之刻劃頭24(參照圖7)。
在本發明中，作為刃前端，亦可取代於使用時進行轉動(被動地轉動)之刻劃輪10，而使用固定刃即鑽石尖點。
刻劃機構A，具備有載置並保持晶圓積層體W之平台15。平台15，成為可沿水平之軌條17於Y方向(圖7之前後方向)移動，藉由利用馬達(省略圖示)進行旋轉之螺桿軸18而驅動。進一步地，平台15，成為可藉由內藏馬達之旋轉驅動部19而於水平面內旋動。
具備有夾著平台15設置之兩側支持柱20、20、以及於X方向水平延伸之樑(橫樑)21的橋部22，設置成跨越平台15上。於樑21，設置有於X方向水平延伸之導引件23，於該導引件23，將具備有上述刻劃輪10之刻劃頭24安裝成可藉由馬達M而沿樑21於X方向移動。
此外，於刻劃頭24，亦安裝有照射雷射光之雷射照射部25。
在上述刻劃機構A之平台15上，如圖1所示，以使玻璃晶圓1朝向上之狀態載置晶圓積層體W，藉由使刻劃輪10於玻璃晶圓1之外表面一邊沿分斷預定線按壓一邊轉動，而於玻璃晶圓1形成刻劃線S1。另外，刻劃線S1形成於晶圓級封裝體W1之樹脂隔壁4之外側。
接著，作為第2階段，如圖2所示般將晶圓積層體W反轉，使來自雷射照射部25之雷射光聚光並沿矽晶圓2外表面之分斷預定線進行照射。藉由該雷射照射所產生之消蝕，而於矽晶圓2之外表面形成數μm(1~10μm)左右之寬度與深度的細溝槽S2。
從雷射照射部25照射之雷射光，較佳為波長1062nm之UV雷射、或波長為532nm之綠雷射等。
接著，作為第3階段，如圖3所示，在成為下側之玻璃晶圓1之外表面，以夾著刻劃線S1之方式配置沿其兩側延伸之左右一對承受台13、13，從成為上側之矽晶圓2外表面朝向溝槽S2以按壓構件14按壓。在本實施例中，作為該按壓構件14雖使用了長條板狀之裂斷桿，但亦可取代此而以一邊按壓一邊轉動之輥形成。作為按壓構件14之裂斷桿，形成為可透過流體汽缸等升降機構(省略圖示)而上下升降。
藉由以該按壓構件14按壓，玻璃晶圓1及矽晶圓2往與按壓方向相反側撓曲，沿著玻璃晶圓1之刻劃線S1及矽晶圓2之溝槽S2從玻璃晶圓1之龜裂及矽晶圓2之溝槽進行伸展之龜裂往厚度方向浸透並分斷，藉此沿分斷預定線完全分斷經單片化之晶圓級封裝體W1。
在藉由該撓曲之分斷中，將玻璃晶圓1及矽晶圓2以龜裂從各個之刻劃線S1、溝槽S2往厚度方向浸透之方式分斷，因此無需如習知的切割鋸之切削加工的情形般之切削寬度，而能夠有效利用材料，並且能抑制如切削之情形般之碎屑或切屑等產生，而能夠以完美的切斷面且良率佳地進行分斷。
此外，在本發明中無需如習知的切割鋸般使用切削液，而係 在乾的環境下進行分斷，因此可省略用於切削液之供給或廢液回收之機構或配管，且亦可省略切斷後之洗淨或乾燥步驟，能夠精巧地構成裝置。進一步地，在本發明中所使用的刃前端(刻劃輪或鑽石尖點)，尤其是沿圓周稜線具有刃前部10a、且於使用時進行轉動之刻劃輪10，與齒毀(齒鈍)等容易產生之習知的旋轉刀片相比，其使用壽命較長，因此能夠將運轉成本抑制成較低。
在本發明中，於利用按壓構件14進行裂斷加工時，亦可取代承受玻璃晶圓1之左右一對承受台13、13，而如圖4所示般，將具有可凹陷玻璃晶圓1撓曲程度之厚度的緩衝材16，配置成與玻璃晶圓1之刻劃線S1形成面相接。
以上雖已針對本發明之代表性的實施例進行了說明，但本發明並不特定於上述之實施形態。例如，在上述實施例中，雖使刻劃輪10與雷射照射部25保持於共通之刻劃頭24，但亦可構成為使各個保持於不同之刻劃頭。
此外，在本發明中，可在達成其目的、不脫離申請之範圍的範圍內適當地修正、變更。
本發明之分斷方法，可利用於貼合有玻璃晶圓與矽晶圓之晶圓積層體之分斷。
S1‧‧‧玻璃晶圓之刻劃線
S2‧‧‧矽晶圓之溝槽
W‧‧‧晶圓積層體
1‧‧‧玻璃晶圓
2‧‧‧矽晶圓
3‧‧‧光電二極體形成區域
13‧‧‧承受台
14‧‧‧按壓構件

Claims (8)

  1. 一種晶圓積層體之分斷方法，該晶圓積層體係具有將玻璃晶圓與矽晶圓隔著樹脂層貼合而成之構造，其特徵在於，具有：玻璃刻劃步驟，藉由刃前端，沿該玻璃晶圓外表面之分斷預定線形成刻劃線；及矽溝槽形成步驟，藉由沿該矽晶圓外表面之分斷預定線照射雷射光，而於該矽晶圓外表面形成消蝕之溝槽；於該玻璃刻劃步驟及矽溝槽形成步驟之後，具有：分斷步驟，沿各個刻劃線或溝槽分斷該玻璃晶圓及矽晶圓。
  2. 如申請專利範圍第1項之晶圓積層體之分斷方法，其中，該晶圓積層體係影像感測器用晶圓積層體，該矽晶圓係縱橫地圖案化形成有複數個光電二極體形成區域之矽晶圓，且該樹脂層係以圍繞該各光電二極體形成區域之方式配置。
  3. 如申請專利範圍第2項之晶圓積層體之分斷方法，其中，該影像感測器用晶圓積層體，係CMOS影像感測器用晶圓積層體，且於該晶圓積層體形成有直通矽晶穿孔(TSV)。
  4. 如申請專利範圍第1項之晶圓積層體之分斷方法，其中，該刃前端，係沿圓周稜線具有刃前部之刻劃輪、或鑽石尖點。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之晶圓積層體之分斷方法，其中，該分斷步驟，係從該玻璃晶圓之外表面側沿該刻劃線以按壓構件按壓、或從該矽晶圓之外表面側沿該溝槽以按壓構件按壓，藉此將該玻璃晶圓及矽晶圓沿各個刻劃線或溝槽進行分斷之步驟。
  6. 一種晶圓積層體之分斷裝置，該晶圓積層體係具有將玻璃晶圓與矽晶圓隔著樹脂層貼合而成之構造，其特徵在於，具備有：刃前端，對該玻璃晶圓之外表面形成刻劃線；雷射照射部，藉由沿該矽晶圓外表面之分斷預定線照射雷射光，而於該矽晶圓之外表面形成消蝕之溝槽；及分斷手段，對該玻璃晶圓及矽晶圓沿各個刻劃線或溝槽進行分斷。
  7. 如申請專利範圍第6項之晶圓積層體之分斷裝置，其中，該刃前端，係沿圓周稜線具有刃前部之刻劃輪或鑽石尖點。
  8. 如申請專利範圍第6或7項之晶圓積層體之分斷裝置，其中，該分斷手段，係從該玻璃晶圓之外表面側或矽晶圓之外表面側沿該刻劃線或溝槽進行按壓之按壓構件。
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