TWI603392B - Breaking method and breaking device of wafer laminated body for image sensor - Google Patents
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Description
本發明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(wafer level package；WLP)的晶圓積層體進行單片化之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影像感測器的使用急速增加。
圖8係概略性地表示CMOS影像感測器之晶圓級封裝(晶片尺寸之單位製品)W1之構成例的剖面圖。晶圓級封裝W1，具有將(經單片化)玻璃晶圓1與(經單片化)矽晶圓2以夾著樹脂隔壁4之方式接合而成之積層構造。
在矽晶圓2之上面(接合面側)形成有光二極體(photodiode)形成區域(感測區域)3，並以樹脂隔壁4呈格子狀地包圍其周圍之方式配置，藉此使設置有光二極體形成區域3之內側空間成為氣密狀態。進一步地，在(光二極體形成區域3之外側之)矽晶圓2之上面形成有金屬墊5，在形成有該金屬墊5的部分之緊鄰下方形成有上下貫通矽晶圓2之通孔(貫通孔)6。在通孔6填充電氣導電性佳之導電材7，且在通孔6下端形成有熔接用凸塊(bump)8。如此，將形成通孔6並且填充導電材7以進行電氣連接之構成稱為直通矽
晶穿孔(Through Silicon Via；TSV)。
另外，在上述之熔接用凸塊8之下面，接合已圖案化有既定之電氣電路之PCB基板等(省略圖示)。
晶片尺寸之單位製品即晶圓級封裝W1，如圖8~圖10所示，在已將成為母體之大面積之玻璃晶圓1與大面積之矽晶圓2透過樹脂隔壁4接合而成之晶圓積層體W之上，藉由於X-Y方向延伸之分斷預定線L呈格子狀地區分而圖案化形成多個，並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)晶片尺寸之晶圓級封裝W1。
另外，在分斷矽晶圓而成為晶圓級封裝之製品的加工中，包含CMOS影像感測器用之製品的加工，習知係使用如專利文獻1~專利文獻4所揭示般之切割鋸(dicing saw)。切割鋸，具備進行高速旋轉之旋轉刀片，且構成為一邊對旋轉刀片噴射洗淨旋轉刀片之冷卻與切削時產生之切削屑的切削液一邊進行切削。
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，由於係藉由使用旋轉刀片之切削進行分斷，因此切削屑大量地產生，即使例如已利用切削液洗淨，但亦存在有切削液之一部分殘留、或因切削時之飛散而使切削屑附著於封裝表面等之情況，而成為品質或良率降低的較大原因。此外，由於必須有用於切削液之供給
或廢液回收之機構或配管，因此使得裝置規模變大。此外，由於係藉由切削而分斷玻璃晶圓者，因此在切削面產生小碎屑(缺欠)的情況相當多，而無法獲得較完美的分斷面。此外，由於進行高速旋轉之旋轉刀片的刃前端係以鋸齒狀或連續之凹凸狀形成，因此刃前端之磨耗或破損容易產生而使用壽命較短。進一步地，由於旋轉刀片之厚度從強度方面考量無法設成相當薄，而即使是小徑者亦形成60μm以上之厚度，因此存在有切削寬度不僅是必要的且亦成為限制材料之有效利用的因素之一等問題點。
因此，本發明謀求上述之習知課題之解決，目的在於提供一種能夠不使用切割鋸，而以乾式之簡單手法具效果地、且較完美地進行分斷之影像感測器晶圓、封裝之分斷方法及其裝置。
為了達成上述目的，在本發明中提出了如以下之技術性的手段。亦即，本發明之分斷方法，係影像感測器用之晶圓積層體之分斷方法，該影像感測器用之晶圓積層體，係具有將玻璃晶圓、與縱橫地圖案化形成有多個光二極體形成區域的矽晶圓，透過以包圍該各光二極體形成區域之方式配置之樹脂層貼合而成之構造；其為具有：玻璃刻劃步驟，係使沿著圓周稜線形成具有既定之刃前端角度之刃前端的玻璃用刻劃輪，沿著該玻璃晶圓之外表面之分斷預定線一邊進行按壓一邊轉動，藉此於玻璃晶圓之外表面形成刻劃線；及矽刻劃步驟，係使於前端具有鑽石之突狀之刃前端的鑽石刃刀具(diamond-point cutter)、或形成有沿圓周稜線之刃前端角度小於該玻璃用刻劃輪之刃前端的矽晶圓刻劃輪，沿該矽晶圓之外表面之分斷預定線一邊進行按壓一邊移動或轉動，藉此於矽晶圓之外表面形成刻劃線；在該玻璃刻劃步驟及矽刻劃步驟之後，具有：分斷步驟，係藉由從該矽晶
圓之外表面側、或玻璃晶圓之外表面側沿該刻劃線以按壓構件按壓，使該晶圓積層體撓曲而對玻璃晶圓及矽晶圓沿各個刻劃線進行分斷。
此處，按壓構件，可從矽晶圓之外表面側進行按壓，亦可從玻璃晶圓之外表面側進行按壓，但由於一般存在有玻璃晶圓之側難以分斷之傾向，因此較佳為從矽晶圓之外表面側進行按壓。
此外，玻璃刻劃步驟與矽刻劃步驟無論先實行何者均可，亦可同時對玻璃晶圓之外表面與矽晶圓之外表面進行刻劃，但尤其是在分斷步驟中將按壓構件按壓於矽晶圓之外表面的情形，從晶圓積層體之反轉等觀點而言，較佳為先實行玻璃刻劃步驟。
此外，從其他觀點完成之本發明之分斷裝置，係影像感測器用之晶圓積層體之分斷裝置，該影像感測器用之晶圓積層體，係具有將玻璃晶圓、與縱橫地圖案化形成有多個光二極體形成區域的矽晶圓，透過以包圍該各光二極體形成區域之方式配置之樹脂層貼合而成之構造；其具備有：玻璃用刻劃輪，係沿著由環體構成之圓周稜線具有既定之刃前端角度，藉由沿著該玻璃晶圓之外表面之分斷預定線一邊進行按壓一邊轉動，而於該玻璃晶圓之外表面形成刻劃線；鑽石刃刀具或矽用刻劃輪之某一者，該鑽石刃刀具，係於前端部形成鑽石之突狀之刃前端，藉由沿著該矽晶圓之外表面之分斷預定線一邊進行按壓一邊移動，而於矽晶圓之外表面形成刻劃線，該矽用刻劃輪，係沿圓周稜線之刃前端角度小於該玻璃用刻劃輪，藉由沿著該矽晶圓之外表面之分斷預定線一邊進行按壓一邊轉動，而於矽晶圓之外表面形成刻劃線；以及按壓構件，係藉由從該矽晶圓之外表面側、或該玻璃晶圓之外表面側沿該刻劃線進行按壓，使該晶圓積層體撓曲而對
該玻璃晶圓及矽晶圓沿該各個刻劃線進行分斷。
在本發明中，該玻璃用刻劃輪，可為沿圓周稜線形成有溝槽或缺欠，其餘之稜線(突起)則成為刃前端，且對玻璃晶圓之侵入及/或沿刻劃線形成之垂直裂紋往玻璃晶圓厚度方向之伸展(浸透性)良好的刻劃輪，此外，亦可為沿圓周稜線未形成有溝槽及缺欠之一般的刻劃輪。該玻璃用刻劃輪，相對於圓周稜線垂直方向之剖面中的刃前端之前端角度(刃前端角度)，例如，較佳為95度~155度。
另一方面，該矽用刻劃輪，係沿圓周稜線未形成有溝槽及缺欠之一般的刻劃輪，且較佳為刃前端角度小於玻璃用刻劃輪之刃前端角度的刻劃輪(例如，刃前端角度：85度~135度)。
另外，上述玻璃用刻劃輪與矽用刻劃輪之較佳範圍雖一部分重複(95度~135度)，但例如即使是使用該數值範圍之刻劃輪的情形，亦必須使用以矽用刻劃輪之刃前端角度相對小於玻璃用刻劃輪之刃前端角度之方式所組合成之刻劃輪對。
根據本發明，由於係藉由按壓構件之按壓，沿著玻璃晶圓及矽晶圓之分別形成之刻劃線而分斷者，因此無需如習知的利用切割鋸進行切削的情形般需要較大的切削寬度，而能夠有效利用材料。此外，能夠抑制如進行切削之情形般的碎屑或切屑等之產生，能夠以較完美的切斷面且良率佳地分斷。尤其是，在使用鑽石刃刀具於矽晶圓之刻劃的情形，與鑽石刃刀具係固定刀刃的狀態相互作用下，能夠於矽晶圓以低負載形成刻劃線，因此亦具有於矽晶圓之切斷端面難以形成碎屑等不要的瑕疵之優點。此外，在使用矽用刻劃輪於矽晶圓之刻劃的情形，藉由使用刃前端角度小
於玻璃用刻劃輪之刃前端角度的矽用刻劃輪，能夠以相對較低的負載形成刻劃線，因此能夠抑制矽晶圓之切斷端面中的碎屑等不要的瑕疵產生。
尤其是在本發明中，並未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而能夠精巧化地構成裝置。此外，以沿圓周稜線具有刃前端之環體所形成的刻劃輪、或於刃體之前端部具備有鑽石之刃前端的鑽石刃刀具，與齒損等容易產生之習知的旋轉刀片相比，其使用壽命較長，因此亦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‧‧‧矽晶圓之刻劃線
W‧‧‧晶圓積層體
W1‧‧‧晶圓級封裝
1‧‧‧玻璃晶圓
2‧‧‧矽晶圓
10‧‧‧刻劃輪
10a‧‧‧刃前端
14‧‧‧按壓構件
15‧‧‧平台
25‧‧‧鑽石刃刀具
25a‧‧‧刃體
25b‧‧‧刃前端
圖1，係表示本發明之分斷方法之第一階段的圖式。
圖2，係表示本發明之分斷方法之第二階段的圖式。
圖3，係表示本發明之分斷方法之第三階段的圖式。
圖4，係表示圖3之其他實施例的圖式。
圖5，係表示本發明中使用之刻劃輪與其保持具部分的圖式。
圖6，係表示本發明中使用之鑽石刃刀具與其保持具部分的圖式。
圖7，係本發明所使用之刻劃機構之概略性的前視圖。
圖8，係表示CMOS影像感測器用之晶圓級封裝之一例的剖面圖。
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，係表示圖8之CMOS影像感測器用晶圓積層體之概略性的俯視
圖。
以下，根據圖式說明本發明之影像感測器用之晶圓積層體之分斷方法的細節。
圖1係表示本發明之分斷方法之第一階段、亦即表示成為加工對象之CMOS影像感測器用之晶圓積層體W之一部分剖面者。晶圓積層體W之構造，係與上述之圖8~圖10所示者基本上相同之構造。
亦即，將成為母體之大面積(例如直徑為8英吋)的玻璃晶圓1、與配置於其下面側之矽晶圓2，透過格子狀之樹脂隔壁4接合。
在矽晶圓2之上面(接合面側)設置有光二極體形成區域(感測區域)3。在光二極體形成區域3形成有光二極體陣列，以作為影像感測器之受光面而發揮功能。而且，在光二極體形成區域3附近，形成有金屬墊5，在形成有該金屬墊5的部分之緊鄰下方，形成有上下貫通矽晶圓2之通孔(貫通孔)6。在通孔6填充電氣導電性佳的導電材7(TSV)，在通孔6下端形成有熔接用凸塊8。另外，在上述之熔接用凸塊8之下面，接合已圖案化有既定之電氣電路之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方向延伸之格子狀之分斷預定線L分斷而單片化，將晶片尺寸之單位製品即晶圓級封裝W1取出。
接著針對分斷加工順序進行說明。在沿著圖10之分斷預定線L分斷晶圓積層體W時，首先，使用如圖5所示般之刻劃輪10於玻璃晶圓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之工具特性佳之材料形成，並於圓周稜線(外周面)形成有刃前端10a。具體而言，雖較佳為使用直徑為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的厚度或種類而適當地選擇。
該刻劃輪10係玻璃用刻劃輪，且呈可旋轉地被支持於保持具11，並透過升降機構12而安裝於刻劃機構A之刻劃頭24(參照圖7)。
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，成為可沿水平之導軌17於Y方向(圖7之前後方向)移動，並藉由利用馬達(省略圖示)而進行旋轉之螺桿軸18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而設置的兩側之支持柱20、20、與於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。在樑21，設置有於X方向水平延伸之導引件23，於該導引件23，將上述之刻劃頭24安裝成可藉由馬達M而沿著樑21於X方向移動。此外，在刻劃頭24，亦安裝有刻劃輪10及下述之鑽石刃刀具25。
在上述之刻劃機構A之平台15上，如圖1所示，以已使玻璃晶圓1朝上之狀態載置晶圓積層體W，使刻劃輪10在玻璃晶圓1之外表面沿著分斷預定線一邊進行按壓一邊轉動，藉此於玻璃晶圓1形成刻劃線S1。另外，將刻劃線S1形成於晶圓級封裝W1之樹脂隔壁4之外側。
接著，作為第二階段，如圖2所示般反轉晶圓積層體W，使鑽石刃刀具25沿著矽晶圓2之外表面之分斷預定線一邊進行按壓一邊移動，藉此於矽晶圓2之外表面形成刻劃線S2。
鑽石刃刀具25，如圖6所示，於刃體25a之前端下面具備有鑽石之突狀之刃前端25b，且安裝於保持具26。保持具26，與刻劃輪10同樣地，透過升降機構27而被保持於上述之刻劃機構A之刻劃頭24，形成為可沿著分斷預定線之方向移動。
接著，作為第三階段，如圖3所示，在成為下側之玻璃晶圓1之外表面，配置以夾著刻劃線S1之方式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之外表面朝向刻劃線S2以按壓構件14按壓。在本實施例中，作為該按壓構件14，雖使用長條且板狀之裂斷桿，但亦可取代此，而以一邊進行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之升降機構(省略圖示)而上下升降。
藉由以該按壓構件14按壓，將玻璃晶圓1及矽晶圓2往與按壓方向相反側撓曲，而沿著玻璃晶圓1之刻劃線S1及矽晶圓2之刻劃線S2以龜裂往厚度方向浸透之方式分斷，藉此將經單片化之晶圓級封裝W1沿著分斷預定線完全地分斷。
在利用該撓曲進行分斷中，玻璃晶圓1亦或矽晶圓2均為從各個刻劃線S1、S2以龜裂往厚度方向浸透之方式被分斷者，因此無需如習知的利用切割鋸進行切削加工之情形般需要切削寬度，而能夠有效利用材料，並且能夠抑制如進行切削之情形般的碎屑或切屑等之產生，能夠以較完美的切斷面且良率佳地分斷。
此外，在本發明中，並未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，而能夠精巧化地構成裝
置。進一步地，在本發明中所使用之以沿圓周稜線具有刃前端10a之環體所形成的刻劃輪10、或於刃體25a之前端部具備有鑽石之刃前端25b的鑽石刃刀具25，與齒損等容易產生之習知的旋轉刀片相比，其使用壽命較長，因此能夠較便宜地抑制運轉成本。
在本發明中，在利用按壓構件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，將緩衝材16配置成與玻璃晶圓1之刻劃線S1形成面相接，該緩衝材16係具有能夠凹陷玻璃晶圓1撓曲之程度之厚度。
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，使刻劃輪10與鑽石刃刀具25保持於共通之刻劃頭24，但亦可構成為分別將該等保持於不同之刻劃頭。
此外，亦可取代鑽石刃刀具25，而使用刃前端角度小於玻璃用刻劃輪10之矽用刻劃輪。
此外，在本發明中，可在達成該目的、不脫離申請專利範圍之範圍內適當地進行修正、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‧‧‧矽晶圓之刻劃線
W‧‧‧晶圓積層體
1‧‧‧玻璃晶圓
2‧‧‧矽晶圓
3‧‧‧光二極體形成區域
13‧‧‧承受台
14‧‧‧按壓構件
Claims (3)
- 一種影像感測器用之晶圓積層體之分斷方法，該影像感測器用之晶圓積層體，係具有將玻璃晶圓、與縱橫地圖案化形成有多個光二極體形成區域的矽晶圓，透過以包圍該各光二極體形成區域之方式配置之樹脂層貼合而成之構造；其特徵在於，具有：玻璃刻劃步驟，係使沿著圓周稜線形成具有既定之刃前端角度之刃前端的玻璃用刻劃輪，沿著該玻璃晶圓之外表面之分斷預定線一邊進行按壓一邊轉動，藉此於玻璃晶圓之外表面形成刻劃線；及矽刻劃步驟，係使於前端具有鑽石之突狀之刃前端的鑽石刃刀具、或形成有沿圓周稜線之刃前端角度小於該玻璃用刻劃輪之刃前端的矽晶圓刻劃輪，沿該矽晶圓之外表面之分斷預定線一邊進行按壓一邊移動或轉動，藉此於矽晶圓之外表面形成刻劃線；在該玻璃刻劃步驟及矽刻劃步驟之後，具有：分斷步驟，係藉由從該矽晶圓之外表面側、或玻璃晶圓之外表面側沿該刻劃線以按壓構件按壓，使該晶圓積層體撓曲而對玻璃晶圓及矽晶圓沿各個刻劃線進行分斷。
- 如申請專利範圍第1項之影像感測器用之晶圓積層體之分斷方法，其中，該影像感測器，係於該晶圓積層體形成有直通矽晶穿孔(TSV)之CMOS影像感測器。
- 一種影像感測器用之晶圓積層體之分斷裝置，該影像感測器用之晶圓積層體，係具有將玻璃晶圓、與縱橫地圖案化形成有多個光二極體形成區域的矽晶圓，透過以包圍該各光二極體形成區域之方式配置之樹脂層貼 合而成之構造；其特徵在於，具備有：玻璃用刻劃輪，係由環體構成，沿著圓周稜線具有既定之刃前端角度，藉由沿著該玻璃晶圓之外表面之分斷預定線一邊進行按壓一邊轉動，而於該玻璃晶圓之外表面形成刻劃線；鑽石刃刀具或矽用刻劃輪之任一者，其中，該鑽石刃刀具，係於前端部形成鑽石之突狀之刃前端，藉由沿著該矽晶圓之外表面之分斷預定線一邊進行按壓一邊移動，而於矽晶圓之外表面形成刻劃線；該矽用刻劃輪，係沿圓周稜線之刃前端角度小於該玻璃用刻劃輪，藉由沿著該矽晶圓之外表面之分斷預定線一邊進行按壓一邊轉動，而於矽晶圓之外表面形成刻劃線；以及按壓構件，係藉由從該矽晶圓之外表面側、或該玻璃晶圓之外表面側沿該刻劃線進行按壓，使該晶圓積層體撓曲而對該玻璃晶圓及矽晶圓沿該各個刻劃線進行分斷。
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