CN104658976A - 晶圆积层体的分断方法及分断装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够不使用切割锯，而以干式的简单手段具效果且完美地进行分断的影像感测器晶圆的分断方法及分断装置。将玻璃晶圆(1)与硅晶圆(2)以配置成围绕各光电二极管形成区域(3)的树脂层(4)贴合而成的构造的影像感测器用晶圆积层体(W)的分断方法，是使刻划轮(10)沿玻璃晶圆(1)上面的分断预定线按压、转动，或者使钻石尖点相对移动而形成刻划线(S1)，接着，沿硅晶圆(2)外表面的分断预定线照射激光，而在硅晶圆(2)外表面形成消蚀的沟槽(S2)，进一步地，例如从玻璃晶圆(1)或硅晶圆(2)的外表面侧沿刻划线以按压构件(14)按压，使晶圆积层体(W)挠曲而分断玻璃晶圆(1)与硅晶圆(2)。
Description
技术领域
本发明是关于一种晶圆积层体的分断方法及分断装置，更详细而言，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体(WaferLevel Package)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、高积体化的移动电话、数字相机、光学鼠标等各种小型电子机器领域中，CMOS影像感测器的使用激增。
图8是概略性地表示CMOS影像感测器的晶圆级封装体(芯片尺寸的单位制品)W1构成例的剖面图。晶圆级封装体W1，具有(经单片化的)玻璃晶圆1与(经单片化的)硅晶圆2夹着树脂隔壁4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)(感测区域)3，树脂隔壁4以呈格子状地围绕的方式配置于其周围，借此使设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的部分的正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，在通孔6下端形成有焊接(熔接)凸块8。如此，将形成通孔6并且填充导电材7从而进行电气连接的构成称为TSV(直通硅晶穿孔(Through Silicon Via))。
另外，在上述的焊接凸块8的下面，接合图案化有既定的电气电路的PCB基板等。
芯片尺寸的单位制品即晶圆级封装体W1，如图8～图10所示，是在成为母体的大面积玻璃晶圆1与大面积硅晶圆2隔着树脂隔壁4接合而成的晶圆积层体W之上，以在X-Y方向延伸的分断预定线L区分成格子状并图案化形成有多个，借由沿该分断预定线L分断该晶圆积层体W，而成为(经单片化的)芯片尺寸的晶圆级封装体W1。
然而，在分断硅晶圆成为晶圆级封装体制品的加工中，包括CMOS影像用感测器，现有习知是使用如专利文献1～专利文献4所示的切割锯。切割锯，具备高速旋转的旋转刀片，且构成为一边对旋转刀片喷射切削液一边进行切削，该切削液是用于旋转刀片的冷却及洗净在切削时所产生的切削屑。
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
上述的切割锯，是使用旋转刀片的利用切削进行分断，因此大量产生切削屑，即使利用切削液进行了洗净，亦会有切削液的一部分残留、或者切削屑因切削时的飞散而附着于封装体表面的情况，而成为质量或良率降低的最大原因。此外，由于必需有用于切削液的供给或废液回收的机构或配管，因此使得装置变庞大。此外，由于是藉由切削而分断晶圆，因此在切削面产生小碎屑(chipping)(缺口)的情况多，而无法获得完美的分断面。此外，由于高速旋转的旋转刀片的刃前部，是以锯齿状或连续的凹凸状形成，因此容易产生刃前部的磨耗或破损且使用寿命短。进一步地，由于旋转刀片的厚度从强度方面考虑而无法变非常薄，即使是小径者亦形成60μm以上的厚度，因此存在有切削宽度必需为此程度而亦成为限制材料有效利用的要因之一等问题点。
发明内容
因此，本发明谋求上述现有习知课题的解决，目的在于提供一种能够不使用切割锯，而以干式的简单手段具效果地、且完美地进行分断的影像感测器晶圆·封装体的分断方法及其装置。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的分断方法，是具有将玻璃晶圆与硅晶圆隔着树脂层贴合而成的构造的晶圆积层体的分断方法，具有：玻璃刻划步骤，借由刃前端，沿该玻璃晶圆外表面的分断预定线形成刻划线；及硅沟槽形成步骤，借由沿该硅晶圆的外表面的分断预定线照射激光，而在硅晶圆的外表面形成消蚀(ablation)的沟槽；在该玻璃刻划步骤及硅沟槽形成步骤之后，具有：分断步骤，沿各个刻划线或沟槽分断该玻璃晶圆及硅晶圆。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
此处，该晶圆积层体可为影像感测器用晶圆积层体，亦可为该硅晶圆可为纵横地图案化形成有多个光电二极管形成区域的硅晶圆、该树脂层可为以围绕该各光电二极管形成区域的方式配置的晶圆积层体。
此外，该影像感测器用晶圆积层体，可为CMOS影像感测器用晶圆积层体，在该晶圆积层体亦可形成有直通硅晶穿孔(TSV)。
此外，该刃前端，可为沿圆周棱线具有刃前部的刻划轮、或亦可为钻石尖点(diamond point)(亦称为钻石尖点刀具)。
借由一边将刻划轮的刃前部按压于玻璃晶圆的外表面、一边使刻划轮沿分断预定线转动，或者借由一边将钻石尖点的刃前部(突出部(顶点)或棱线)按压于玻璃晶圆的外表面、一边使钻石尖点与玻璃晶圆沿分断预定线相对移动，而能够沿玻璃晶圆外表面的分断预定线形成刻划线。
该分断步骤，可为借由从该玻璃晶圆的外表面侧沿该刻划线以按压构件按压、或从该硅晶圆的外表面侧沿该沟槽以按压构件按压，而将该玻璃晶圆及硅晶圆沿各个刻划线或沟槽进行分断的步骤。
此处，按压构件，虽可从玻璃晶圆的外表面侧按压、亦可从硅晶圆的外表面侧按压，但一般而言存在有难以分断玻璃晶圆侧的倾向，此外，形成于硅晶圆外表面的沟槽具有某种程度的宽度，因此，在从外表面侧按压时，较佳为从硅晶圆的外表面侧按压，是由于相较于刻划线的龟裂具有相对良好地容易分断的倾向。
此外，玻璃刻划步骤与硅沟槽步骤哪个先实行均可，但尤其是在分断步骤中对硅晶圆的外表面以按压构件按压的情形，从晶圆积层体的反转等观点来看，较佳为玻璃刻划步骤先实行。
此外，根据其他观点而完成的本发明的晶圆积层体的分断装置，具备对该玻璃晶圆的外表面形成刻划线的刃前端、借由沿该硅晶圆外表面的分断预定线照射激光而在硅晶圆的外表面形成消蚀的沟槽的激光照射部、及对该玻璃晶圆及硅晶圆沿各个刻划线或沟槽进行分断的分断手段。
此处，该刃前端，可为沿圆周棱线具有刃前部的刻划轮或钻石尖点，该分断手段，可为从该玻璃晶圆的外表面侧或硅晶圆的外表面侧沿该刻划线或沟槽进行按压的按压构件。
借由上述技术方案，本发明晶圆积层体的分断方法及分断装置至少具有下述优点及有益效果：
在本发明中，被使用作为刃前端的刻划轮，是沿圆周棱线形成沟槽或缺口、且其余的棱线(突起)成为刃前部的刻划轮，亦可为往玻璃晶圆的侵入及/或沿刻划线形成的龟裂(垂直裂纹)往玻璃晶圆厚度方向的浸透性良好的刻划轮，此外，亦可为沿圆周棱线不形成沟槽及缺口的一般的刻划轮。该刻划轮，相对于圆周棱线垂直方向的剖面中的刃前部前端的角度(刃前端角度)，较佳为例如95度～155度。
另一方面，在本发明中使用钻石尖点的情形，可使用形成有成为刃前部的突出部或棱线的单结晶钻石或多结晶钻石。此外，从激光照射部照射的激光，较佳为波长1064nm的UV激光、或波长532nm的绿激光(greenlaser)。借由照射如此的激光，能够在硅晶圆外表面良好地形成消蚀的沟槽。
在本发明中，借由照射激光而在硅晶圆外表面形成的消蚀的沟槽，一般而言，可为：宽度例如为20μm以下，较佳为1μm～10μm左右，深度例如为20μm以下，较佳为1μm～10μm左右。由于消蚀的沟槽具有既定的宽度，因此，硅晶圆的结晶方向所产生的影响较少，此外，在以按压构件进行按压的分断步骤中，按压方向(从外表面侧的按压或从背面侧的按压)所产生的影响较小，能够良好地分断硅晶圆。
根据本发明，例如，由于是借由按压构件的按压，使沿形成于玻璃晶圆外表面的刻划线伸展的龟裂、及从形成于硅晶圆外表面的沟槽伸展的龟裂往厚度方向浸透(伸展)而进行分断，因此无需如现有习知的借由具有厚度的切割锯进行切削的情形的较大的切削宽度，而能够有效利用材料，并且能够抑制如切削情形的碎屑或切屑等产生，能够以完美的切断面且良率佳地进行分断。
尤其是在本发明中，无需如现有习知的切割锯使用切削液，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精巧地构成装置。此外，在本发明中所使用的刃前端(刻划轮或钻石尖点)，尤其是沿圆周棱线具有刃前部、且在使用时进行转动的刻划轮，与齿毁(齿钝)等容易产生的现有习知的旋转刀片相比，其使用寿命较长，因此具有能够抑制运转成本(runningcost)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，是表示本发明的分断方法的第1阶段的图式。
图2，是表示本发明的分断方法的第2阶段的图式。
图3，是表示本发明的分断方法的第3阶段的图式。
图4，是表示图3的其他实施例的图式。
图5，是表示在本发明的一实施例中所使用的刻划轮的图式。
图6，是表示已将图5的刻划轮安装于保持具的状态的图式。
图7，是本发明所使用的刻划机构的概略的前视图。
图8，是表示CMOS影像感测器用的晶圆级封装体的一例的剖面图。
图9，是表示成为母材的CMOS影像感测器用晶圆积层体的一部分的剖面图。
图10，是图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:硅晶圆的沟槽 W:晶圆积层体
W1:晶圆级封装体 1:玻璃晶圆
2:硅晶圆 10:刻划轮
10a:刃前部 14:按压构件
15:平台 25激光照射部
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晶圆积层体的分断方法及分断装置其具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
以下，根据图式详细地说明本发明的一实施例的影像感测器用晶圆积层体的分断方法。
图1是本发明的分断方法的第1阶段，即表示成为加工对象的CMOS影像感测器用晶圆积层体W的一部分剖面。晶圆积层体W的构造，基本上与上述图8～图10所示为相同构造。
亦即，成为母体的大面积(例如直径为8英寸(inch))的玻璃晶圆1、与配置于其下面侧的硅晶圆2隔着格子状的树脂隔壁4接合。
在硅晶圆2的上面(接合面侧)设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的部分的正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下端形成有焊接(熔接)凸块8。另外，在上述焊接凸块8的下面，接合已将既定的电气电路图案化的PCB基板等(省略图示)。
该CMOS影像感测器用晶圆积层体W，如图10所示借由沿在X-Y方向延伸的格子状分断预定线L分断而单片化，以取出芯片尺寸的单位制品即晶圆级封装体W1。
接着针对分断加工顺序进行说明。在沿图10的分断预定线L对晶圆积层体W进行分断时，首先，使用如图5所示的刻划轮10对玻璃晶圆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工具特性佳的材料形成，在圆周棱线(外周面)形成有刃前部10a。具体而言，较佳为：使用直径为1mm～6mm、较佳为1.5mm～4mm，且刃前端角度为85度～150度、较佳为105度～140度，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，呈可旋转地被支持于保持具11，通过升降机构12而安装于刻划机构A的刻划头24(参照图7)。
在本发明中，作为刃前端，亦可取代在使用时进行转动(被动地转动)的刻划轮10，而使用固定刃即钻石尖点。
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，成为可沿水平的轨条17在Y方向(图7的前后方向)移动，借由利用马达(省略图示)进行旋转的螺杆轴18而驱动。进一步地，平台15，成为可借由内藏马达的旋转驱动部19而在水平面内旋动。
具备有夹着平台15设置的两侧支持柱20、20、以及在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，设置有在X方向水平延伸的导引件23，在该导引件23，将具备有上述刻划轮10的刻划头24安装成可借由马达M而沿梁21在X方向移动。
此外，在刻划头24，亦安装有照射激光的激光照射部25。
在上述刻划机构A的平台15上，如图1所示，以使玻璃晶圆1朝向上的状态载置晶圆积层体W，借由使刻划轮10在玻璃晶圆1的外表面一边沿分断预定线按压一边转动，而在玻璃晶圆1形成刻划线S1。另外，刻划线S1形成于晶圆级封装体W1的树脂隔壁4的外侧。
接着，作为第2阶段，如图2所示将晶圆积层体W反转，使来自激光照射部25的激光聚光并沿硅晶圆2外表面的分断预定线进行照射。借由该激光照射所产生的消蚀，而在硅晶圆2的外表面形成数μm(1μm～10μm)左右的宽度与深度的细沟槽S2。
从激光照射部25照射的激光，较佳为波长1062nm的UV激光、或波长为532nm的绿激光等。
接着，作为第3阶段，如图3所示，在成为下侧的玻璃晶圆1的外表面，以夹着刻划线S1的方式配置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外表面朝向沟槽S2以按压构件14按压。在本实施例中，作为该按压构件14虽使用了长条板状的裂断杆，但亦可取代此而以一边按压一边转动的辊形成。作为按压构件14的裂断杆，形成为可通过流体汽缸等升降机构(省略图示)而上下升降。
借由以该按压构件14按压，玻璃晶圆1及硅晶圆2往与按压方向相反侧挠曲，沿着玻璃晶圆1的刻划线S1及硅晶圆2的沟槽S2从玻璃晶圆1的龟裂及硅晶圆2的沟槽进行伸展的龟裂往厚度方向浸透并分断，借此沿分断预定线完全分断经单片化的晶圆级封装体W1。
在借由该挠曲的分断中，将玻璃晶圆1及硅晶圆2以龟裂从各个的刻划线S1、沟槽S2往厚度方向浸透的方式分断，因此无需如现有习知的切割锯的切削加工的情形的切削宽度，而能够有效利用材料，并且能抑制如切削的情形般的碎屑或切屑等产生，而能够以完美的切断面且良率佳地进行分断。
此外，在本发明中无需如现有习知的切割锯使用切削液，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，能够精巧地构成装置。进一步地，在本发明中所使用的刃前端(刻划轮或钻石尖点)，尤其是沿圆周棱线具有刃前部10a、且在使用时进行转动的刻划轮10，与齿毁(齿钝)等容易产生的现有习知的旋转刀片相比，其使用寿命较长，因此能够将运转成本抑制成较低。
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，将具有可凹陷玻璃晶圆1挠曲程度的厚度的缓冲材16，配置成与玻璃晶圆1的刻划线S1形成面相接。
以上虽已针对本发明的代表性的实施例进行了说明，但本发明并不特定在上述的实施例。例如，在上述实施例中，虽使刻划轮10与激光照射部25保持在共通的刻划头24，但亦可构成为使各个保持在不同的刻划头。
此外，在本发明中，可在达成其目的、不脱离申请范围的范围内适当地修正、变更。
本发明的分断方法，可利用在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 (8)
1.一种晶圆积层体的分断方法，该晶圆积层体是具有将玻璃晶圆与硅晶圆隔着树脂层贴合而成的构造，其特征在于，具有：
玻璃刻划步骤，借由刃前端，沿该玻璃晶圆外表面的分断预定线形成刻划线；及
硅沟槽形成步骤，借由沿该硅晶圆外表面的分断预定线照射激光，而在该硅晶圆外表面形成消蚀的沟槽；
在该玻璃刻划步骤及硅沟槽形成步骤之后，具有：
分断步骤，沿各个刻划线或沟槽分断该玻璃晶圆及硅晶圆。
2.如权利要求1所述晶圆积层体的分断方法，其特征在于，其中，
该晶圆积层体是影像感测器用晶圆积层体，该硅晶圆是纵横地图案化形成有多个光电二极管形成区域的硅晶圆，且该树脂层是以围绕该各光电二极管形成区域的方式配置。
3.如权利要求2所述晶圆积层体的分断方法，其特征在于，其中，
该影像感测器用晶圆积层体，是CMOS影像感测器用晶圆积层体，且在该晶圆积层体形成有直通硅晶穿孔。
4.如权利要求1所述晶圆积层体的分断方法，其特征在于，其中，
该刃前端，是沿圆周棱线具有刃前部的刻划轮、或钻石尖点。
5.如权利要求1至4中任一项所述晶圆积层体的分断方法，其特征在于，其中，该分断步骤，是从该玻璃晶圆的外表面侧沿该刻划线以按压构件按压、或从该硅晶圆的外表面侧沿该沟槽以按压构件按压，借此将该玻璃晶圆及硅晶圆沿各个刻划线或沟槽进行分断的步骤。
6.一种晶圆积层体的分断装置，该晶圆积层体是具有将玻璃晶圆与硅晶圆隔着树脂层贴合而成的构造，其特征在于，具备有：
刃前端，对该玻璃晶圆的外表面形成刻划线；
激光照射部，借由沿该硅晶圆外表面的分断预定线照射激光，而在该硅晶圆的外表面形成消蚀的沟槽；及
分断手段，对该玻璃晶圆及硅晶圆沿各个刻划线或沟槽进行分断。
7.如权利要求6所述晶圆积层体的分断装置，其特征在于，其中，
该刃前端，是沿圆周棱线具有刃前部的刻划轮或钻石尖点。
8.如权利要求6或7所述晶圆积层体的分断装置，其特征在于，其中，
该分断手段，是从该玻璃晶圆的外表面侧或硅晶圆的外表面侧沿该刻划线或沟槽进行按压的按压构件。
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