(57)【要約】【課題】ダイシングソーを用いず、ドライ方式の簡単な手法で効果的かつきれいに分断できるイメージセンサ用ウエハ積層体の分断方法及び分断装置を提供する。【解決手段】ガラスウエハ１と、シリコンウエハ２とが各フォトダイオード形成領域３を囲むように配置された樹脂層４で貼り合わされた構造のイメージセンサ用ウエハ積層体Ｗの分断方法であって、スクライビングホイール１０を、ガラスウエハ１上面の分断予定ラインに沿って押圧・転動させて、又はダイヤモンドポイントを相対移動させてスクライブラインＳ１を形成し、次に、シリコンウエハ２の外表面の分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射してシリコンウエハ２の外表面にアブレーションによる溝Ｓ２を形成し、さらに、例えばガラスウエハ１又はシリコンウエハ２の外表面側からスクライブラインに沿って押圧部材１４を押しつけ、ウエハ積層体Ｗを撓ませてガラスウエハ１とシリコンウエハ２を分断する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスウエハと、シリコンウエハとが、樹脂層を介して貼り合わされた構造を有するウエハ積層体の分断方法であって、
刃先によって、前記ガラスウエハの外表面の分断予定ラインに沿ってスクライブラインを形成するガラススクライブ工程、及び、
前記シリコンウエハの外表面の分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射することによって、シリコンウエハの外表面にアブレーションによる溝を形成するシリコン溝形成工程を有し、
前記ガラススクライブ工程及びシリコン溝形成工程に次いで、前記ガラスウエハ並びにシリコンウエハを、それぞれのスクライブライン又は溝に沿って分断する分断工程を有することを特徴とするウエハ積層体の分断方法。
【請求項２】
前記ウエハ積層体がイメージセンサ用のウエハ積層体であり、前記シリコンウエハが複数のフォトダイオード形成領域が縦横にパターン形成されたシリコンウエハであり、前記樹脂層が前記各フォトダイオード形成領域を囲むように配置されている請求項１に記載のウエハ積層体の分断方法。
【請求項３】
前記イメージセンサ用のウエハ積層体がＣＭＯＳイメージセンサ用のウエハ積層体であり、前記ウエハ積層体にはＴＳＶが形成されている請求項２に記載のウエハ積層体の分断方法。
【請求項４】
前記刃先が、円周稜線に沿って刃先部を有するスクライビングホイール又はダイヤモンドポイントである請求項１に記載のウエハ積層体の分断方法。
【請求項５】
前記分断工程が、前記ガラスウエハの外表面側から前記スクライブラインに沿って押圧部材を押しつけるか、又は、前記シリコンウエハの外表面側から前記溝に沿って押圧部材を押しつけることにより、前記ガラスウエハ並びにシリコンウエハを、それぞれのスクライブライン又は溝に沿って分断する工程である請求項１〜４のいずれかに記載のウエハ積層体の分断方法。
【請求項６】
ガラスウエハと、シリコンウエハとが、樹脂層を介して貼り合わされた構造を有するウエハ積層体の分断装置であって、
前記ガラスウエハの外表面にスクライブラインを形成する刃先と、
前記シリコンウエハの外表面の分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射することによって、シリコンウエハの外表面にアブレーションによる溝を形成するレーザ照射部と、
前記ガラスウエハ並びにシリコンウエハをそれぞれのスクライブライン又は溝に沿って分断する分断手段とを備えたことを特徴とするウエハ積層体の分断装置。
【請求項７】
前記刃先が、円周稜線に沿って刃先部を有するスクライビングホイール又はダイヤモンドポイントである請求項６に記載のウエハ積層体の分断装置。
【請求項８】
前記分断手段が、前記ガラスウエハの外表面側又はシリコンウエハの外表面側から前記スクライブライン又は溝に沿って押圧する押圧部材である請求項６又は７に記載の分断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハ積層体の分断方法並びに分断装置に関し、さらに詳しくは、ＣＭＯＳイメージセンサのウエハレベルパッケージがパターン形成されたウエハ積層体を個片化するための分断方法並びにその分断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低電力、高機能、高集積化が重要視されるモバイルフォン、デジタルカメラ、光マウス等の各種小型電子機器分野において、ＣＭＯＳイメージセンサの使用が急増している。
【０００３】
図８は、ＣＭＯＳイメージセンサのウエハレベルパッケージ（チップサイズの単位製品）Ｗ１の構成例を概略的に示す断面図である。ウエハレベルパッケージＷ１は、（個片化された）ガラスウエハ１と（個片化された）シリコンウエハ２とが樹脂隔壁４を挟んで接合された積層構造を有している。
シリコンウエハ２の上面（接合面側）にはフォトダイオード形成領域（センシング領域）３が形成され、その周囲を樹脂隔壁４が格子状に取り囲むように配置することで、フォトダイオード形成領域３が設けられた内側空間が気密状態になるようにしてある。さらに、（フォトダイオード形成領域３の外側の）シリコンウエハ２の上面には金属パッド５が形成され、この金属パッド５が形成された部分の直下にはシリコンウエハ２を上下に貫通するビア（貫通孔）６が形成されている。ビア６には電気的導電性に優れた導電材７が充填され、ビア６下端にははんだバンプ８が形成されている。このように、ビア６を形成するとともに導電材７を充填して電気的接続を行う構成をＴＳＶ（Through Silicon Via）という。
なお、上記したはんだバンプ８の下面に、所定の電気回路がパターニングされたＰＣＢ基板など（図示略）が接合される。
【０００４】
チップサイズの単位製品であるウエハレベルパッケージＷ１は、図８〜図１０に示すように、母体となる大面積のガラスウエハ１と大面積のシリコンウエハ２とが樹脂隔壁４を介して接合されたウエハ積層体Ｗの上に、Ｘ−Ｙ方向に延びる分断予定ラインＬで格子状に区分けされて多数個がパターン形成されており、このウエハ積層体Ｗが当該分断予定ラインＬに沿って分断されることにより、（個片化された）チップサイズのウエハレベルパッケージＷ１となる。
【０００５】
ところで、シリコンウエハを分断してウエハレベルパッケージの製品にする加工では、ＣＭＯＳイメージセンサ用を含め、従来から、特許文献１〜特許文献４に示すようなダイシングソーが用いられている。ダイシングソーは、高速回転する回転ブレードを備え、回転ブレードの冷却と切削時に発生する切削屑を洗浄する切削液を回転ブレードに噴射しながら切削するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−０９０４０３号公報
【特許文献２】特開平６−２４４２７９号公報
【特許文献３】特開２００２−２２４９２９号公報
【特許文献４】特開２００３−０５１４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したダイシングソーは、回転ブレードを用いた切削による分断であるため、切削屑が多量に発生し、たとえ切削液で洗浄したとしても、切削液の一部が残留したり、或いは切削時の飛散により切削屑がパッケージ表面に付着することがあって、品質や歩留まりの低下の大きな原因となる。また、切削液の供給や廃液回収のための機構や配管を必要とするため装置が大掛かりとなる。加えて、切削によってウエハを分断するものであるから、切削面に小さなチッピング（欠け）が発生することが多く、きれいな分断面を得ることができない。また、高速回転する回転ブレードの刃先部は、ノコ歯状もしくは連続した凹凸状で形成されているため、刃先部の摩耗や破損が生じやすく使用寿命が短い。さらに、回転ブレードの厚みは強度の面からあまり薄くすることができず、小径のものであっても６０μｍ以上の厚みで形成されているので、切削幅がそれだけ必要となって材料の有効利用が制限される要因の一つにもなるなどの問題点があった。
【０００８】
そこで本発明は、上記した従来課題の解決を図り、ダイシングソーを用いることなく、ドライ方式の簡単な手法で効果的に、かつ、きれいに分断することができるイメージセンサウエハ・パッケージの分断方法並びにその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち本発明の分断方法は、ガラスウエハと、シリコンウエハとが、樹脂層を介して貼り合わされた構造を有するウエハ積層体の分断方法であって、刃先によって、前記ガラスウエハの外表面の分断予定ラインに沿ってスクライブラインを形成するガラススクライブ工程、及び、前記シリコンウエハの外表面の分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射することによって、シリコンウエハの外表面にアブレーションによる溝を形成するシリコン溝形成工程を有し、前記ガラススクライブ工程及びシリコン溝形成工程に次いで、前記ガラスウエハ並びにシリコンウエハを、それぞれのスクライブライン又は溝に沿って分断する分断工程を有するようにした。
ここで、前記ウエハ積層体はイメージセンサ用のウエハ積層体であってもよく、前記シリコンウエハが複数のフォトダイオード形成領域が縦横にパターン形成されたシリコンウエハであってもよく、前記樹脂層が前記各フォトダイオード形成領域を囲むように配置されているウエハ積層体であってもよい。また、前記イメージセンサ用のウエハ積層体は、ＣＭＯＳイメージセンサ用のウエハ積層体であってもよく、前記ウエハ積層体にはＴＳＶが形成されていてもよい。
また、前記刃先は、円周稜線に沿って刃先部を有するスクライビングホイールであってもよく、又はダイヤモンドポイント（ダイヤモンドポイントカッタともいう）であってもよい。
スクライビングホイールの刃先部を、ガラスウエハの外表面に押圧しながらスクライビングホイールを分断予定ラインに沿って転動させることによって、又は、ダイヤモンドポイントの刃先部（突出部（頂点）又は稜線）を、ガラスウエハの外表面に押圧しながらダイヤモンドポイントとガラスウエハとを分断予定ラインに沿って相対移動させることによって、ガラスウエハの外表面の分断予定ラインに沿ってスクライブラインを形成することができる。
【００１０】
前記分断工程は、前記ガラスウエハの外表面側から前記スクライブラインに沿って押圧部材を押しつけるか、又は、前記シリコンウエハの外表面側から前記溝に沿って押圧部材を押しつけることにより、前記ガラスウエハ並びにシリコンウエハを、それぞれのスクライブライン又は溝に沿って分断する工程とすることができる。
ここで、押圧部材は、ガラスウエハの外表面側から押しつけてもよく、シリコンウエハの外表面側から押しつけてもよいが、一般にガラスウエハの方が分断されにくい傾向があること、また、シリコンウエハの外表面に形成されている溝はある程度の幅を有しているため、外表面側から押圧されたときに、スクライブラインによる亀裂と比較して相対的に良好に分断されやすい傾向があることから、シリコンウエハの外表面側から押しつけることが好ましい。
また、ガラススクライブ工程とシリコン溝工程とはどちらを先に実行してもよいが、特に分断工程においてシリコンウエハの外表面に押圧部材を押しつける場合には、ウエハ積層体の反転等の観点から、ガラススクライブ工程を先に実行することが好ましい。
【００１１】
また別の観点からなされた本発明のウエハ積層体の分断装置は、前記ガラスウエハの外表面にスクライブラインを形成する刃先と、前記シリコンウエハの外表面の分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射することによって、シリコンウエハの外表面にアブレーションによる溝を形成するレーザ照射部と、前記ガラスウエハ並びにシリコンウエハをそれぞれのスクライブライン又は溝に沿って分断する分断手段とを備えるようにしてある。
ここで、前記刃先は、円周稜線に沿って刃先部を有するスクライビングホイール又はダイヤモンドポイントであってもよく、前記分断手段は、前記ガラスウエハの外表面側又はシリコンウエハの外表面側から前記スクライブライン又は溝に沿って押圧する押圧部材であってもよい。
【００１２】
本発明において、刃先として用いられるスクライビングホイールは、円周稜線に沿って溝又は切欠きが形成され、残存した稜線（突起）が刃先部となるスクライビングホイールであって、ガラスウエハへのカカリ及び／又はスクライブラインに沿って形成される亀裂（垂直クラック）のガラスウエハの厚み方向への浸透性が良好なスクライビングホイールとしてもよく、また、円周稜線に沿って溝及び切欠きが形成されていない通常のスクライビングホイールであってもよい。このスクライビングホイールは、円周稜線に対して垂直方向の断面における刃先部先端の角度（刃先角度）が、例えば、９５度〜１５５度であることが好ましい。
一方、本発明においてダイヤモンドポイントを用いる場合には、刃先部となる突出部又は稜線を形成した単結晶ダイヤモンド又は多結晶ダイヤモンドを使用することができる。
また、レーザ照射部から照射されるレーザ光は、波長１０６４ｎｍのＵＶレーザ、又は波長５３２ｎｍのＧｒｅｅｎレーザが好ましい。このようなレーザ光を照射することにより、シリコンウエハの外表面にアブレーションによる溝を良好に形成することができる。
本発明において、レーザ光を照射することによりシリコンウエハの外表面に形成されるアブレーションによる溝は、通常、幅が、例えば２０μｍ以下、好ましくは１〜１０μｍ程度であり、深さが、例えば２０μｍ以下、好ましくは１〜１０μｍ程度であってもよい。アブレーションによる溝は所定の幅を有するため、シリコンウエハの結晶方向による影響が少なく、また、押圧部材で押圧する分断工程において、押圧方向（外表面側からの押圧又は裏面側からの押圧）による影響が少なく、シリコンウエハを良好に分断することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、例えば、押圧部材の押しつけによって、ガラスウエハの外表面に形成されたスクライブラインに沿って伸展した亀裂、並びに、シリコンウエハの外表面に形成された溝から伸展する亀裂を厚み方向に浸透（伸展）させて分断するものであるから、従来の厚みのあるダイシングソーの切削による場合のような大きな切削幅を必要とせず、材料を有効利用することができるとともに、切削による場合のようなチッピングや切屑などの発生を抑制することができ、きれいな切断面で歩留まりよく分断することができる。
【００１４】
特に本発明では、従来のダイシングソーのような切削液を使用せず、ドライ環境下で分断するものであるから、切削液の供給や廃液回収のための機構や配管を省略でき、かつ、切断後の洗浄や乾燥工程も省略できて装置をコンパクトに構成することができる。また、本発明で用いる刃先（スクライビングホイールやダイヤモンドポイント）、特に円周稜線に沿って刃先部を有し、使用時に転動するスクライビングホイールは、歯こぼれ等が生じやすい従来の回転ブレードに比べて使用寿命が長いので、ランニングコストを抑えることができるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の分断方法の第一段階を示す図。
【図２】本発明の分断方法の第二段階を示す図。
【図３】本発明の分断方法の第三段階を示す図。
【図４】図３の別実施例を示す図。
【図５】本発明の一実施形態において使用されるスクライビングホイールを示す図。
【図６】図５のスクライビングホイールをホルダに取りつけた状態を示す図。
【図７】本発明に用いられるスクライブ機構の概略的な正面図。
【図８】ＣＭＯＳイメージセンサ用のウエハレベルパッケージの一例を示す断面図。
【図９】母材となるＣＭＯＳイメージセンサ用ウエハ積層体の一部を示す断面図。
【図１０】図８のＣＭＯＳイメージセンサ用ウエハ積層体の概略的な平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係るイメージセンサ用のウエハ積層体の分断方法を、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の分断方法の第一段階である、加工対象となるＣＭＯＳイメージセンサ用のウエハ積層体Ｗの一部断面を示すものである。ウエハ積層体Ｗの構造は、上述した図８〜図１０に示したものと基本的に同じ構造である。
すなわち、母体となる大面積（例えば直径８インチ）のガラスウエハ１と、その下面側に配置されるシリコンウエハ２とが格子状の樹脂隔壁４を介して接合される。
シリコンウエハ２の上面（接合面側）にはフォトダイオード形成領域（センシング領域）３が設けられている。フォトダイオード形成領域３にはフォトダイオードアレイが形成されており、イメージセンサの受光面として機能する。そして、フォトダイオード形成領域３近傍には、金属パッド５が形成され、この金属パッド５が形成された部分の直下にはシリコンウエハ２を上下に貫通するビア（貫通孔）６が形成されている。ビア６には電気的導電性に優れた導電材７が充填され（ＴＳＶ）、ビア６下端にははんだバンプ８が形成されている。なお、上記したはんだバンプ８の下面に、所定の電気回路がパターニングされたＰＣＢ基板など（図示略）が接合される。
このＣＭＯＳイメージセンサ用ウエハ積層体Ｗは、図１０に示したようにＸ−Ｙ方向に延びる格子状の分断予定ラインＬに沿って分断されることにより個片化され、チップサイズの単位製品であるウエハレベルパッケージＷ１が取り出されることになる。
【００１７】
次に分断加工手順について説明する。ウエハ積層体Ｗを図１０の分断予定ラインＬに沿って分断する際に、最初に、図５に示すようなスクライビングホイール１０を用いてガラスウエハ１の表面にスクライブラインＳ１を加工する。
スクライビングホイール１０は、超硬合金や焼結ダイヤモンドなどの工具特性に優れた材料で形成されており、円周稜線（外周面）に刃先部１０ａが形成されている。具体的には直径が１〜６ｍｍ、好ましくは１．５〜４ｍｍで、刃先角度が８５〜１５０度、好ましくは１０５〜１４０度のものを使用するのが好ましいが、加工されるガラスウエハ１の厚みや種類に応じて適宜選択される。
このスクライビングホイール１０は、ホルダ１１に回転可能に支持され、昇降機構１２を介してスクライブ機構Ａのスクライブヘッド２４（図７参照）に取りつけられている。
本発明においては、刃先として、使用時に転動（受動的に回転）するスクライビングホイール１０に代えて、固定刃であるダイヤモンドポイントを使用することも可能である。
【００１８】
スクライブ機構Ａは、ウエハ積層体Ｗを載置して保持するテーブル１５を備えている。テーブル１５は、水平なレール１７に沿ってＹ方向（図７の前後方向）に移動できるようになっており、モータ（図示略）によって回転するネジ軸１８により駆動される。さらにテーブル１５は、モータを内蔵する回転駆動部１９により水平面内で回動できるようになっている。
【００１９】
テーブル１５を挟んで設けてある両側の支持柱２０、２０と、Ｘ方向に水平に延びるビーム（横桟）２１とを備えたブリッジ２２が、テーブル１５上を跨ぐようにして設けられている。ビーム２１には、Ｘ方向に水平に延びるガイド２３が設けられ、このガイド２３には、上記したスクライビングホイール１０を備えたスクライブヘッド２４が、モータＭによってビーム２１に沿ってＸ方向に移動できるように取りつけられている。
また、スクライブヘッド２４には、レーザ光を照射するレーザ照射部２５も取りつけられている。
【００２０】
上記したスクライブ機構Ａのテーブル１５上に、図１に示すように、ガラスウエハ１を上向きにした状態でウエハ積層体Ｗを載置し、スクライビングホイール１０をガラスウエハ１の外表面で分断予定ラインに沿って押圧しながら転動させることにより、ガラスウエハ１にスクライブラインＳ１を形成する。なお、スクライブラインＳ１はウエハレベルパッケージＷ１の樹脂隔壁４の外側に形成される。
【００２１】
次いで第二段階として、図２に示すようにウエハ積層体Ｗを反転し、レーザ照射部２５からのレーザ光を集光させてシリコンウエハ２の外表面の分断予定ラインに沿って照射する。このレーザ照射によるアブレーションによって、数μｍ（１〜１０μｍ）程度の幅と深さの細い溝Ｓ２をシリコンウエハ２の外表面に形成する。
レーザ照射部２５から照射されるレーザ光は、波長１０６２ｎｍのＵＶレーザや、波長５３２ｎｍのＧｒｅｅｎレーザ等が好ましい。
【００２２】
続いて第三段階として、図３に示すように、下側になっているガラスウエハ１の外表面で、スクライブラインＳ１を挟むようにその両脇に沿って延びる左右一対の受台１３、１３を配置し、上側になっているシリコンウエハ２の外表面から溝Ｓ２に向けて押圧部材１４を押しつける。本実施例では、この押圧部材１４として長尺で板状のブレイクバーを用いたが、これに換えて押しつけながら転動するローラで形成することもできる。押圧部材１４としてのブレイクバーは、流体シリンダなどの昇降機構（図示略）を介して上下に昇降できるように形成されている。
【００２３】
この押圧部材１４を押しつけることにより、ガラスウエハ１並びにシリコンウエハ２が押圧方向とは反対側に撓んで、ガラスウエハ１のスクライブラインＳ１並びにシリコンウエハ２の溝Ｓ２に沿ってガラスウエハ１の亀裂並びにシリコンウエハ２の溝から伸展する亀裂が厚み方向に浸透して分断され、これにより、個片化されたウエハレベルパッケージＷ１が分断予定ラインに沿って完全分断される。
この撓みによる分断において、ガラスウエハ１もシリコンウエハ２もそれぞれのスクライブラインＳ１、溝Ｓ２から亀裂が厚み方向に浸透して分断されるものであるから、従来のダイシングソーによる切削加工の場合のような切削幅を必要とせず、材料を有効利用することができるとともに、切削による場合のようなチッピングや切屑などの発生を抑制することができて、きれいな切断面で歩留まりよく分断することができる。
【００２４】
また、本発明では従来のダイシングソーのように切削液を使用せず、ドライ環境下で分断するものであるから、切削液の供給や廃液回収のための機構や配管を省略でき、かつ、切断後の洗浄や乾燥工程も省略できて、装置をコンパクトに構成することができる。さらに、本発明において用いた刃先（スクライビングホイールやダイヤモンドポイント）、特に円周稜線に沿って刃先部１０ａを有し、使用時に転動するスクライビングホイール１０は、歯こぼれなどの生じやすい従来の回転ブレードに比べて使用寿命が長いので、ランニングコストを安く抑えることができる。
【００２５】
本発明において、押圧部材１４によるブレイク加工時に、ガラスウエハ１を受ける左右一対の受台１３、１３に代えて、図４に示すように、ガラスウエハ１が撓む程度に凹ませることが可能な厚みを有するクッション材１６を、ガラスウエハ１のスクライブラインＳ１形成面に接して配置するようにしてもよい。
【００２６】
以上本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものではない。例えば上記実施例では、スクライビングホイール１０とレーザ照射部２５とを共通のスクライブヘッド２４に保持させたが、それぞれを別のスクライブヘッドに保持させるように構成してもよい。
その他本発明ではその目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の分断方法は、ガラスウエハとシリコンウエハを貼り合わせたウエハ積層体の分断に利用できる。
【符号の説明】
【００２８】
Ａ  スクライブ機構
Ｓ１  ガラスウエハのスクライブライン
Ｓ２  シリコンウエハの溝
Ｗ  ウエハ積層体
Ｗ１  ウエハレベルパッケージ
１  ガラスウエハ
２  シリコンウエハ
１０  スクライビングホイール
１０ａ  刃先部
１４  押圧部材
１５  テーブル
２５  レーザ照射部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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