TWI615254B - 影像感測器用晶圓積層體之分斷方法 - Google Patents

影像感測器用晶圓積層體之分斷方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種能夠不使用切割鋸，而以乾式之簡單手法具效果地、且完美地進行分斷之影像感測器晶圓、封裝之分斷方法。
本發明之影像感測器用之晶圓積層體W之分斷方法，該影像感測器用之晶圓積層體W，係具有將玻璃晶圓1、與矽晶圓2，透過以包圍各光二極體形成區域3之方式配置之樹脂層4貼合而成之構造；使刻劃輪10，沿著玻璃晶圓之上面之分斷預定線一邊進行按壓一邊轉動，藉此形成由往厚度方向浸透之裂紋構成的刻劃線S；接著，藉由從矽晶圓之下面側沿刻劃線以裂斷桿14進行按壓，使晶圓積層體撓曲而分斷玻璃晶圓，並且亦分斷矽晶圓。

Description

影像感測器用晶圓積層體之分斷方法
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。
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5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6及圖7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。
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；該分斷方法，使沿著圓周稜線具有刃前端的刻劃輪，沿著該玻璃晶圓之上面之分斷預定線一邊進行按壓一邊轉動，藉此形成由往厚度方向浸透之裂紋構成的刻劃線；接著，藉由從該矽晶圓之下面側沿該刻劃線以裂斷桿進行按壓，使該晶圓積層體撓曲而使玻璃晶圓之裂紋進一步地浸透從而分斷玻璃晶圓，並且亦分斷矽晶圓。
根據本發明，由於在以裂斷桿進行分斷時，玻璃晶圓之裂紋往厚度方向浸透並分斷，因此無需如習知的利用切割鋸進行切削的情形般需要切削寬度，而能夠有效利用材料，並且能夠抑制碎屑等之產生，而能 夠以較完美的切斷面分斷。此外，由於不產生切削屑，因此能夠不產生因切削屑之附著導致之品質劣化或不良品。
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，因此具有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之效果。
在上述分斷方法中，亦可在該矽晶圓之下面，於成為該玻璃晶圓上面之該分斷預定線位置的背面之位置，預先形成切槽後以裂斷桿進行按壓。
藉此，在利用該裂斷桿進行玻璃晶圓分斷時，亦能夠容易地從該溝槽、且以較完美的分斷面分斷矽晶圓。
另外，在形成TSV之晶圓積層體中，藉由於加工該TSV之通孔之步驟時，亦形成該切槽，而能夠簡化切槽之加工步驟。
L‧‧‧分斷預定線
S‧‧‧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‧‧‧裂斷桿
15‧‧‧溝槽
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，係表示圖2之其他實施例的圖式。
圖4，係表示本發明中使用之刻劃輪與其保持具部分的圖式。
圖5，係表示CMOS影像感測器用之晶圓級封裝之一例的剖面圖。
圖6，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7，係表示圖6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、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5~圖7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7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。在沿著分斷預定線L分斷晶圓積層體W時，首先，使用如圖4所示般之刻劃輪10於玻璃晶圓1之表面加工由裂紋(往厚度方向浸透之龜裂)構成的刻劃線。
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，呈可旋轉地被支持於保持具11，並透過升降機構12而被保持於刻劃頭(省略圖示)。刻劃頭，係以能夠在水平載置晶圓積層體W之台板(省略圖示)之上方沿分斷預定線L之方向移動之方式形成。
而且，如圖1所示，藉由使刻劃輪10於玻璃晶圓1之表面沿分斷預定線一邊進行按壓一邊轉動，而於玻璃晶圓1形成由裂紋構成的刻劃線S。該刻劃線S，較佳為以浸透至玻璃晶圓1厚度的一半左右之裂紋形成。另外，刻劃線S係形成於晶圓級封裝W1之樹脂隔壁4之外側。
接著，在圖2所示之第二階段中，反轉基板(晶圓積層體W)，在玻璃晶圓1之外側面(與接合面側相反面)，配置以夾著刻劃線S之方式沿其兩側延伸之左右一對承受台13、13，從矽晶圓2之外面側(與接合面相反面)朝向刻劃線S以長條之裂斷桿14按壓。在該情形，可亦於矽晶圓2之相對於刻劃線S之外側面(與接合面相反面)沿分斷預定線L預先加工有溝槽15。該溝槽15，若在例如對晶圓積層體W之矽晶圓2，以RIE(Reactive-ion etching)等之溝槽加工技術加工通孔6時，利用相同加工技術同時形成，則可有效率地進行加工。
藉由該裂斷桿14之按壓，將玻璃晶圓1及矽晶圓2往與按壓方向相反側撓曲，玻璃晶圓1之刻劃線S、亦即裂紋往厚度全域浸透而分斷玻璃晶圓1，並且矽晶圓2亦沿溝槽15分斷，藉此將經單片化之晶圓級 封裝W1沿分斷預定線L完全分斷。
在該分斷中，玻璃晶圓1，係以成為刻劃線S之裂紋往厚度方向浸透之方式被分斷者，因此能夠抑制如習知的利用切割鋸進行切削之情形般的碎屑等之產生，能夠以較完美的切斷面分斷。此外，由於亦在矽晶圓2預先沿分斷預定線L設置有溝槽15，因此亦能夠對矽晶圓2沿溝槽15以較完美的分斷面進行分斷。
另外，矽晶圓2，在多數的情形(藉由研削)，其厚度為25μm~100μm，非常地薄，因此即使未設有如上述般之溝槽15，亦能夠藉由利用裂斷桿14之按壓所產生的撓曲，而與玻璃晶圓1之分斷同時地且容易地分斷。因此，亦可省略加工溝槽15之步驟。
如上述般，在利用裂斷桿14進行裂斷加工時，由於玻璃晶圓1之刻劃線S之裂紋往厚度方向浸透而分斷，因此，無需如習知的利用切割鋸進行切削的情形般需要切削寬度，而能夠有效利用材料。此外，由於不產生切削屑，因此能夠不產生因切削屑之附著導致之品質劣化或不良品。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，能夠精巧化地構成裝置。
在本發明中，在利用裂斷桿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3所示般，將緩衝材16配置成與玻璃晶圓1之面相接，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，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。
S‧‧‧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‧‧‧裂斷桿
15‧‧‧溝槽

Claims (3)

  1. 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：使沿著圓周稜線具有刃前端的刻劃輪，沿著該玻璃晶圓之上面之分斷預定線一邊進行按壓一邊轉動，藉此形成由往厚度方向浸透之裂紋構成的刻劃線；接著，藉由從該矽晶圓之下面側沿該刻劃線以裂斷桿進行按壓，使該晶圓積層體撓曲而使玻璃晶圓之裂紋進一步地浸透從而分斷玻璃晶圓，並且亦分斷矽晶圓。
  2. 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，在該矽晶圓之下面，於成為該玻璃晶圓上面之該分斷預定線位置的背面之位置，預先形成切槽後以裂斷桿進行按壓。
  3. 如申請專利範圍第2項之影像感測器用之晶圓積層體之分斷方法，其中，在該晶圓積層體形成有TSV(直通矽晶穿孔(Through Silicon Via))，於加工該TSV之通孔之步驟時，亦形成該切槽。
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