KR102176459B1 - 이미지 센서용 웨이퍼 적층체의 분단 방법 - Google Patents

Abstract

(과제) 다이싱 소를 이용하는 일 없이, 드라이 방식의 간단한 수법으로 효과적으로, 또한, 깨끗하게 분단할 수 있는 이미지 센서 웨이퍼·패키지의 분단 방법을 제공한다.
(해결 수단) 유리 웨이퍼(1)와, 실리콘 웨이퍼(2)가 각 포토 다이오드 형성 영역(3)을 둘러싸도록 배치된 수지층(4)을 개재하여 접합된 구조를 갖는 이미지 센서용의 웨이퍼 적층체(W)의 분단 방법으로서, 스크라이빙 휠(10)을, 유리 웨이퍼의 상면의 분단 예정 라인을 따라 압압하면서 전동(轉動)시킴으로써, 두께 방향으로 침투하는 크랙으로 이루어지는 스크라이브 라인(S)을 형성하고, 이어서, 실리콘 웨이퍼의 하면측으로부터 스크라이브 라인을 따라 브레이크 바(14)를 압압함으로써, 웨이퍼 적층체를 휘게 하여 유리 웨이퍼를 분단함과 함께 실리콘 웨이퍼도 분단한다.

Description

이미지 센서용 웨이퍼 적층체의 분단 방법{METHOD OF CUTTING WAFER LAMINATED BODY FOR IMAGE SENSOR}

본 발명은, CMOS 이미지 센서의 웨이퍼 레벨 패키지가 패턴 형성된 웨이퍼 적층체를 개편화(個片化)하기 위한 분단 방법에 관한 것이다.

최근, 저전력, 고기능, 고집적화가 중요시되는 모바일 폰, 디지털 카메라, 광 마우스 등의 각종 소형 전자 기기 분야에 있어서, CMOS 이미지 센서의 사용이 급증하고 있다.

도 5는, CMOS 이미지 센서의 웨이퍼 레벨 패키지(칩 사이즈의 단위 제품)(W1)의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 웨이퍼 레벨 패키지(W1)는, (개편화된) 유리 웨이퍼(1)와 (개편화된) 실리콘 웨이퍼(2)가 수지 격벽(4)을 사이에 두고 접합된 적층 구조를 갖고 있다.

실리콘 웨이퍼(2)의 상면(접합면측)에는 포토 다이오드 영역(센싱 영역)(3)이 형성되고, 그 주위를 수지 격벽(4)이 격자 형상으로 둘러싸도록 배치함으로써, 포토 다이오드 영역(3)이 형성된 내측 공간이 기밀 상태가 되도록 되어 있다. 또한, (포토 다이오드 영역(3)의 외측의) 실리콘 웨이퍼(2)의 상면에는 금속 패드(5)가 형성되고, 이 금속 패드(5)가 형성된 부분의 바로 아래에는 실리콘 웨이퍼(2)를 상하로 관통하는 비어(관통공)(6)가 형성되어 있다. 비어(6)에는 전기적 도전성이 우수한 도전재(7)가 충전되고, 비어(6) 하단에는 땜납 범프(8)가 형성되어 있다. 이와 같이, 비어(6)를 형성함과 함께 도전재(7)를 충전하여 전기적 접속을 행하는 구성을 TSV(Through Silicon Via)라고 한다.

또한, 상기한 땜납 범프(8)의 하면에, 소정의 전기 회로가 패터닝된 PCB 기판 등(도시 생략)이 접합된다.

칩 사이즈의 단위 제품인 웨이퍼 레벨 패키지(W1)는, 도 6 그리고 도 7에 나타내는 바와 같이, 모체가 되는 대면적의 유리 웨이퍼(1)와 대면적의 실리콘 웨이퍼(2)가 수지 격벽(4)을 개재하여 접합된 웨이퍼 적층체(W) 위에, X-Y 방향으로 연장되는 분단 예정 라인(L)으로 격자 형상으로 구분되어 다수개가 패턴 형성되어 있으며, 이 웨이퍼 적층체(W)가 당해 분단 예정 라인(L)을 따라 분단됨으로써, (개편화된) 칩 사이즈의 웨이퍼 레벨 패키지(W1)가 된다.

그런데, 실리콘 웨이퍼를 분단하여 웨이퍼 레벨 패키지의 제품으로 하는 가공에서는, CMOS 이미지 센서용을 포함하여, 종래부터, 특허문헌 1∼특허문헌 4에 나타내는 바와 같은 다이싱 소가 이용되고 있다. 다이싱 소는, 고속 회전하는 회전 블레이드를 구비하고, 회전 블레이드의 냉각과 절삭시에 발생하는 절삭 부스러기를 세정하는 절삭액을 회전 블레이드에 분사하면서 절삭하도록 구성되어 있다.

일본공개특허공보 평5-090403호 일본공개특허공보 평6-244279호 일본공개특허공보 2002-224929호 일본공개특허공보 2003-051464호

상기한 다이싱 소는, 회전 블레이드를 이용한 절삭에 의한 분단이기 때문에, 절삭 부스러기가 다량으로 발생하여, 가령 절삭액으로 세정했다고 해도, 절삭액의 일부가 잔류하거나, 혹은 절삭시의 비산에 의해 절삭 부스러기가 패키지 표면에 부착되는 경우가 있어, 품질이나 수율의 저하의 큰 원인이 된다. 또한, 절삭액의 공급이나 폐액 회수를 위한 기구나 배관을 필요로 하기 때문에 장치가 대규모가 된다. 또한, 절삭에 의해 유리 웨이퍼를 분단하는 것이기 때문에, 절삭면에 작은 치핑(chipping)(이빠짐)이 발생하는 경우가 많아, 깨끗한 분단면을 얻을 수 없다. 또한, 고속 회전하는 회전 블레이드의 날끝은 톱날 형상으로 형성되어 있기 때문에, 날끝의 마모나 파손이 발생하기 쉬워 사용 수명이 짧다. 또한 회전 블레이드의 두께는 강도의 면에서 그다지 얇게 할 수 없고, 소경(小徑)의 것이라도 60㎛ 이상의 두께로 형성되어 있기 때문에, 절삭폭이 그만큼 필요해져 재료의 유효 이용이 제한되는 요인 중 하나가 되기도 하는 등의 문제점이 있었다.

그래서 본 발명은, 상기한 종래 과제의 해결을 도모하여, 다이싱 소를 이용하는 일 없이, 드라이 방식의 간단한 수법으로 효과적으로, 또한, 깨끗하게 분단할 수 있는 이미지 센서 웨이퍼·패키지의 분단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 다음과 같은 기술적 수단을 강구했다. 즉 본 발명은, 유리 웨이퍼와, 복수의 포토 다이오드 형성 영역이 종횡으로 패턴 형성된 실리콘 웨이퍼가, 상기 각 포토 다이오드 형성 영역을 둘러싸도록 배치된 수지층을 개재하여 접합된 구조를 갖는 이미지 센서용의 웨이퍼 적층체의 분단 방법으로서, 원주 능선을 따라 날끝을 갖는 스크라이빙 휠을, 상기 유리 웨이퍼의 상면의 분단 예정 라인을 따라 압압하면서 전동(轉動)시킴으로써, 두께 방향으로 침투하는 크랙으로 이루어지는 스크라이브 라인을 형성하고, 이어서, 상기 실리콘 웨이퍼의 하면측으로부터 상기 스크라이브 라인을 따라 브레이크 바를 압압함으로써, 상기 웨이퍼 적층체를 휘게 하여 유리 웨이퍼의 크랙을 추가로 침투시켜 유리 웨이퍼를 분단함과 함께 실리콘 웨이퍼도 분단하도록 하고 있다.

본 발명에 의하면, 브레이크 바에 의한 분단시에, 유리 웨이퍼의 크랙이 두께 방향으로 침투하여 분단되는 것이기 때문에, 종래의 다이싱 소의 절삭에 의한 경우와 같은 절삭폭을 필요로 하지 않아, 재료를 유효하게 이용할 수 있음과 함께, 칩핑 등의 발생을 억제할 수 있어 깨끗한 절단면으로 분단할 수 있다. 또한, 절삭 부스러기가 발생하지 않기 때문에, 절삭 부스러기의 부착에 의한 품질의 열화나 불량품의 발생을 없앨 수 있다.

특히 본 발명에서는, 종래의 다이싱 소와 같은 절삭액을 사용하지 않고, 드라이 환경하에서 분단하는 것이기 때문에, 절삭액의 공급이나 폐액 회수를 위한 기구나 배관을 생략할 수 있고, 또한, 절단 후의 세정이나 건조 공정도 생략할 수 있어 장치를 콤팩트하게 구성할 수 있다는 효과가 있다.

상기 분단 방법에 있어서, 상기 실리콘 웨이퍼의 하면에는, 상기 유리 웨이퍼 상면의 상기 분단 예정 라인의 위치의 뒤쪽이 되는 위치에, 절단홈을 미리 형성하고 나서 브레이크 바를 압압하도록 해도 좋다.

이에 따라, 상기 브레이크 바에 의한 유리 웨이퍼 분단시에 실리콘 웨이퍼도 상기 홈으로부터 용이하게, 또한, 깨끗한 분단면으로 분단할 수 있다.

또한, TSV가 형성되는 웨이퍼 적층체에서는, 당해 TSV의 비어를 가공하는 공정시에 상기 절단홈도 형성함으로써, 절단홈의 가공 공정을 간략화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 분단 방법의 제1 단계를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 분단 방법의 제2 단계를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에서 사용되는 스크라이빙 휠과 그 홀더 부분을 나타내는 도면이다.
도 5는 CMOS 이미지 센서용의 웨이퍼 레벨 패키지의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 모재가 되는 CMOS 이미지 센서용 웨이퍼 적층체의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6의 CMOS 이미지 센서용 웨이퍼 적층체를 나타내는 개략적인 평면도이다.

이하, 본 발명에 따른 이미지 센서용의 웨이퍼 적층체의 분단 방법의 상세를, 도면에 기초하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 분단 방법의 제1 단계인, 가공 대상이 되는 CMOS 이미지 센서용의 웨이퍼 적층체(W)의 일부 단면을 나타내는 것이다. 웨이퍼 적층체(W)의 구조는, 전술한 도 5∼도 7에 나타낸 것과 기본적으로 동일한 구조이다.

즉, 모체가 되는 대면적(예를 들면 직경 8인치)의 유리 웨이퍼(1)와, 그 하면측에 배치되는 실리콘 웨이퍼(2)가, 격자 형상의 수지 격벽(4)을 개재하여 접합된다.

실리콘 웨이퍼(2)의 상면(접합면측)에는 포토 다이오드 형성 영역(센싱 영역)(3)이 형성되어 있다. 포토 다이오드 형성 영역(3)에는 포토 다이오드 어레이가 형성되어 있으며, 이미지 센서의 수광면으로서 기능한다. 그리고, 포토 다이오드 형성 영역(3) 근방에는, 금속 패드(5)가 형성되고, 이 금속 패드(5)가 형성된 부분의 바로 아래에는 실리콘 웨이퍼(2)를 상하로 관통하는 비어(관통공)(6)가 형성되어 있다. 비어(6)에는 전기적 도전성이 우수한 도전재(7)가 충전되고(TSV), 비어(6) 하단에는 땜납 범프(8)가 형성되어 있다. 또한, 상기한 땜납 범프(8)의 하면에, 소정의 전기 회로가 패터닝된 PCB 기판 등(도시 생략)이 접합된다.

이 CMOS 이미지 센서용 웨이퍼 적층체(W)는, 도 7에 나타낸 바와 같이 X-Y방향으로 연장되는 격자 형상의 분단 예정 라인(L)을 따라 분단됨으로써 개편화되고, 칩 사이즈의 단위 제품인 웨이퍼 레벨 패키지(W1)가 취출되게 된다.

다음으로 분단 가공 순서에 대해서 설명한다. 웨이퍼 적층체(W)를 분단 예정 라인(L)을 따라 분단할 때에, 처음에, 도 4에 나타내는 바와 같은 스크라이빙 휠(10)을 이용하여 유리 웨이퍼(1)의 표면에 크랙(두께 방향으로 침투하는 균열)으로 이루어지는 스크라이브 라인을 가공한다.

스크라이빙 휠(10)은, 초경 합금이나 소결 다이아몬드 등의 공구 특성이 우수한 재료로 형성되어 있으며, 원주 능선(외주면)에 날끝(10a)이 형성되어 있다. 구체적으로는 직경이 1∼6㎜, 바람직하게는 1.5∼4㎜이고 날끝 각도가 85∼150도, 바람직하게는 105∼140도인 것을 사용하는 것이 바람직하지만, 가공되는 유리 웨이퍼(1)의 두께나 종류에 따라서 적절하게 선택된다.

이 스크라이빙 휠(10)은, 홀더(11)에 회전 가능하게 지지되고, 승강 기구(12)를 통하여 스크라이브 헤드(도시 생략)에 보유지지된다. 스크라이브 헤드는, 웨이퍼 적층체(W)를 수평으로 올려놓는 대판(台板; 도시 생략)의 상방에서 분단 예정 라인(L)의 방향을 따라 이동할 수 있도록 형성되어 있다.

그리고 도 1에 나타내는 바와 같이, 스크라이빙 휠(10)을, 유리 웨이퍼(1)의 표면에서 분단 예정 라인을 따라 압압하면서 전동시킴으로써, 유리 웨이퍼(1)에 크랙으로 이루어지는 스크라이브 라인(S)을 형성한다. 이 스크라이브 라인(S)은, 유리 웨이퍼(1)의 두께의 절반 정도까지 침투하는 크랙으로서 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 스크라이브 라인(S)은 웨이퍼 레벨 패키지(W1)의 수지 격벽(4)의 외측에 형성된다.

이어서, 도 2에 나타내는 제2 단계에서 기판(웨이퍼 적층체(W))을 반전하고, 유리 웨이퍼(1)의 외측면(접합면측과는 반대면)에서, 스크라이브 라인(S)을 사이에 두도록 그 양 옆을 따라 연장되는 좌우 한 쌍의 받침대(13, 13)를 배치하고, 실리콘 웨이퍼(2)의 외면측(접합면과는 반대면)으로부터 스크라이브 라인(S)을 향하여 장척의 브레이크 바(14)를 가압한다. 이 경우, 스크라이브 라인(S)에 상대(相對)하는 실리콘 웨이퍼(2)의 외측면(접합면과는 반대면)에도 분단 예정 라인(L)을 따라 미리 홈(15)을 가공해 두는 것이 좋다. 이 홈(15)은, 예를 들면 웨이퍼 적층체(W)의 실리콘 웨이퍼(2)에 대하여, 비어(6)를 RIE 등의 홈 가공 기술로 가공할 때에, 동일한 가공 기술을 이용하여 동시에 형성하도록 하면, 효율적으로 가공할 수 있다.

이 브레이크 바(14)의 압압에 의해, 유리 웨이퍼(1) 그리고 실리콘 웨이퍼(2)가 압압 방향과는 반대측으로 휘고, 유리 웨이퍼(1)의 스크라이브 라인(S), 즉, 크랙이 두께 전역에 침투하여 유리 웨이퍼(1)가 분단됨과 함께, 실리콘 웨이퍼(2)도 홈(15)을 따라 분단되고, 이에 따라 개편화된 웨이퍼 레벨 패키지(W1)가 분단 예정 라인(L)을 따라 완전히 분단된다.

이 분단에 있어서, 유리 웨이퍼(1)는, 스크라이브 라인(S)을 이루는 크랙이 두께 방향으로 침투하여 분단되는 것이기 때문에, 종래의 다이싱 소의 절삭에 의한 경우와 같은 칩핑 등의 발생을 억제할 수 있어 깨끗한 절단면으로 분단할 수 있다.

또한, 실리콘 웨이퍼(2)에도, 미리, 분단 예정 라인(L)을 따라 홈(15)이 형성되어 있기 때문에, 실리콘 웨이퍼(2)에 대해서도 홈(15)을 따라 깨끗한 분단면으로 분단할 수 있다.

또한, 실리콘 웨이퍼(2)는, 대부분의 경우 (연삭에 의해) 그 두께가 25㎛∼100㎛로 매우 얇아져 있기 때문에, 상기한 바와 같은 홈(15)을 형성하지 않아도, 브레이크 바(14)의 가압에 의한 휨에 의해 유리 웨이퍼(1)의 분단과 동시에 용이하게 분단이 가능하다. 따라서, 홈(15)을 가공하는 공정을 생략할 수도 있다.

상기한 바와 같이, 브레이크 바(14)에 의한 브레이크 가공시에, 유리 웨이퍼(1)의 스크라이브 라인(S)의 크랙이 두께 방향으로 침투하여 분단되는 것이기 때문에, 종래의 다이싱 소에 의한 절삭 가공의 경우와 같은 절삭폭을 필요로 하지 않아, 재료를 유효하게 이용할 수 있다. 또한, 절삭 부스러기가 발생하지 않기 때문에, 절삭 부스러기의 부착에 의한 품질의 열화나 불량품의 발생을 없앨 수 있다. 특히 본 발명에서는, 종래의 다이싱 소와 같은 절삭액을 사용하지 않고, 드라이 환경하에서 분단하는 것이기 때문에, 절삭액의 공급이나 폐액 회수를 위한 기구나 배관을 생략할 수 있어, 장치를 콤팩트하게 구성할 수 있다.

본 발명에 있어서, 브레이크 바(14)에 의한 브레이크 가공시에, 유리 웨이퍼(1)를 받치는 좌우 한 쌍의 받침대(13, 13)를 대신하여, 도 3에 나타내는 바와 같이, 유리 웨이퍼(1)가 휠 정도로 움푹 들어가게 하는 것이 가능한 두께를 갖는 쿠션재(16)를 유리 웨이퍼(1)의 면에 접하여 배치하도록 해도 좋다.

이상, 본 발명의 대표적인 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 반드시 상기의 실시 형태에 특정되는 것은 아니며, 그 목적을 달성하고, 청구의 범위를 일탈하지 않는 범위 내에서 적절하게 수정, 변경하는 것이 가능하다.

본 발명의 분단 방법은, 유리 웨이퍼와 실리콘 웨이퍼를 접합한 웨이퍼 적층체의 분단에 이용할 수 있다.

L : 분단 예정 라인
S : 스크라이브 라인
W : 웨이퍼 적층체
W1 : 웨이퍼 레벨 패키지
1 : 유리 웨이퍼
2 : 실리콘 웨이퍼
10 : 스크라이빙 휠
10a : 날끝
14 : 브레이크 바
15 : 홈

Claims (3)

1. 유리 웨이퍼와, 복수의 포토 다이오드 형성 영역이 종횡으로 패턴 형성된 실리콘 웨이퍼가, 상기 각 포토 다이오드 형성 영역을 둘러싸도록 배치된 수지층을 개재하여 접합된 구조를 갖는 이미지 센서용의 웨이퍼 적층체의 분단 방법으로서,
   원주 능선을 따라 날끝을 갖는 스크라이빙 휠을, 상기 유리 웨이퍼의 상면의 분단 예정 라인을 따라 압압하면서 전동(轉動)시킴으로써, 두께 방향으로 침투하는 크랙으로 이루어지는 스크라이브 라인을 형성하고,
   이어서, 상기 실리콘 웨이퍼의 하면측으로부터 상기 스크라이브 라인을 따라 브레이크 바를 압압함으로써, 상기 웨이퍼 적층체를 휘게 하여 유리 웨이퍼의 크랙을 추가로 침투시켜 유리 웨이퍼를 분단함과 함께 실리콘 웨이퍼도 분단하는 이미지 센서용의 웨이퍼 적층체의 분단 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 실리콘 웨이퍼의 하면에는, 상기 유리 웨이퍼 상면의 상기 분단 예정 라인의 위치의 뒤쪽이 되는 위치에, 절단홈을 미리 형성하고 나서 브레이크 바를 압압하도록 한 이미지 센서용의 웨이퍼 적층체의 분단 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 웨이퍼 적층체에는 TSV가 형성되어 있고, 당해 TSV의 비어를 가공하는 공정시에 상기 절단홈도 형성되는 이미지 센서용의 웨이퍼 적층체의 분단 방법.

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