采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征該方法包括以下步驟：步驟一，去除切割道內(nèi)玻璃蓋片表面的覆蓋層；步驟二，在所述步驟一進(jìn)行之間或完成之后，運(yùn)用激光對(duì)切割道內(nèi)的玻璃蓋片作劃片處理，從而降低切割道內(nèi)玻璃蓋片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；步驟三，采用機(jī)械外力對(duì)所述圖像傳感器芯片晶圓作裂片處理，從而使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道分割開(kāi)來(lái)。本發(fā)明首次利用激光切割方法取代現(xiàn)有普遍采用的金剛石刀輪切割方法，在控制良率的同時(shí)還可以提高生產(chǎn)效率，也避免了耗材更換的成本問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶圓切割方法，具體涉及一種采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器具有兩種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),分別為電荷稱合器件(Charged-Coupled Device,簡(jiǎn)稱CCD)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,簡(jiǎn)稱CMOS)，具有CMOS結(jié)構(gòu)的圖像傳感器簡(jiǎn)稱為CIS (CMOS Image Sensor)。
[0003]對(duì)于CXD和CIS這兩種圖像傳感器，傳統(tǒng)的封裝采取分立式封裝方式，這種封裝方式需要對(duì)每顆芯片進(jìn)行單獨(dú)的封裝。隨著安裝于各種電子產(chǎn)品中的相機(jī)數(shù)量不斷增多，每年對(duì)于圖像傳感器的需求達(dá)到數(shù)十億顆之多，分立式封裝產(chǎn)能低、良率低、成本高的缺點(diǎn)已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)這種增長(zhǎng)。在這種背景下，一種適用于大規(guī)模量產(chǎn)的封裝方式被開(kāi)發(fā)出來(lái)，即晶圓級(jí)封裝。
[0004]不同于分立式封裝，晶圓級(jí)封裝將未分割開(kāi)的圖像傳感器芯片晶圓和晶圓級(jí)玻璃相貼附，形成新的晶圓，再進(jìn)行整體封裝。封裝時(shí)，將一整片圖像傳感器芯片貼附于一整片厚度約400um的光學(xué)玻璃蓋片上，并使圖像傳感器芯片的感光面朝向玻璃面，以玻璃蓋片為光入射窗口。芯片四周利用聚合物絕緣膠與玻璃蓋片粘合，并使芯片感光面與玻璃蓋片之間存在一定間隙，以防止芯片感光面受到損傷。芯片的另一面與分立式封裝不同的是，通常在貼附好后整片進(jìn)行重新分布電路，而形成有重分布電路，再利用聚合物絕緣膠進(jìn)行封裝，利用絲網(wǎng)印刷等方法制作好焊料球，便于后續(xù)電路的外部連接，封裝完畢后將晶圓重新切割成單顆(獲得多個(gè)相互分割的圖像傳感器芯片單體)，此為圖像傳感器芯片晶圓級(jí)封裝的最大特點(diǎn)。而且在封裝時(shí)，利用絲網(wǎng)印刷等方法制作好焊料球，便于后續(xù)電路的外部連接。這種封裝方式產(chǎn)能大、良率高、封裝尺寸小，逐步成為主流的封裝方式。第一代圖像傳感器晶圓級(jí)封裝技術(shù)中需要兩片玻璃晶圓，分別貼附于圖像傳感器芯片的兩面。而到了第三代，只需一片晶圓玻璃貼附與圖像傳感器芯片的正面(感光面)，作為入射光窗口和防止微粒污染芯片的密封保護(hù)層。用絕緣聚合物覆蓋層替代另一面的玻璃蓋片，并將圖像傳感器芯片、玻璃晶圓以及重分布電路封裝成一個(gè)整體。
[0005]晶圓整體封裝后的切割工藝，目前普遍利用高速轉(zhuǎn)動(dòng)的金剛石刀輪將圖像傳感器芯片(包括玻璃蓋片、重分布電路、密封聚合物絕緣層以及焊料球等)切割成單獨(dú)的芯片，這些芯片經(jīng)測(cè)試合格后即為成品，完成整個(gè)封裝過(guò)程。金剛石刀輪切割的缺點(diǎn)在于切割厚度較薄，脆性的材料時(shí)極易容易碎片崩邊等現(xiàn)象，從而引發(fā)產(chǎn)品不良。為了控制產(chǎn)品良率，金剛石刀輪的切割速度要大幅下降，尤其是在切割玻璃蓋片時(shí)，碎片崩邊等現(xiàn)象必須控制在可接受范圍之內(nèi)。但此做法制約了生產(chǎn)效率，并且無(wú)法解決金剛石刀輪磨損更換帶來(lái)的成本上升問(wèn)題。
[0006]第三代圖像傳感器晶圓級(jí)封裝采用單面玻璃貼附技術(shù)，使得利用激光切割成為可能。相較于砂輪切割，激光切割屬于非接觸式切割，具有效率高、良率高、污染小、耗材少、維護(hù)周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，更適用于環(huán)境要求高、生產(chǎn)規(guī)模大的半導(dǎo)體制造行業(yè)。本文所描述方法與裝置開(kāi)創(chuàng)性的應(yīng)用激光于晶圓級(jí)封裝【技術(shù)領(lǐng)域】，使該領(lǐng)域生產(chǎn)成本大幅降低、生產(chǎn)效率得到了極大提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的是:針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，本發(fā)明首次利用激光切割方法取代現(xiàn)有普遍采用的金剛石刀輪切割方法，在控制良率的同時(shí)還可以提高生產(chǎn)效率，也可以避免耗材更換的成本問(wèn)題。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，所述的圖像傳感器芯片晶圓與傳統(tǒng)晶圓無(wú)異，也包括感光芯片、玻璃蓋片、重分布電路、聚合物絕緣層和焊料球，所述玻璃蓋片具有玻璃上表面和玻璃下表面，其中感光芯片、重分布電路、聚合物絕緣層和焊料球均位于所述玻璃蓋片的下表面?zhèn)龋涮卣髟摲椒òㄒ韵虏襟E:
[0009]步驟一，切割道覆蓋層去除:去除切割道內(nèi)玻璃蓋片表面的覆蓋層；
[0010]步驟二，玻璃蓋片激光劃片:在所述步驟一進(jìn)行之前或完成之后，運(yùn)用激光對(duì)切割道內(nèi)的玻璃蓋片作劃片處理，從而降低切割道內(nèi)玻璃蓋片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；
[0011]步驟三，晶圓裂片分割:采用機(jī)械外力對(duì)所述圖像傳感器芯片晶圓作裂片處理，從而使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道分割開(kāi)來(lái)。
[0012]作為優(yōu)選，在所述步驟一中，先將所述圖像傳感器芯片晶圓貼附于粘性膠帶上，以固定圖像傳感器芯片晶圓的位置，再利用旋轉(zhuǎn)的刀輪切割去除所述切割道內(nèi)玻璃蓋片表面
的覆蓋層。
[0013]作為另一種優(yōu)選方式，在所述步驟一中，先將所述圖像傳感器芯片晶圓貼附于粘性膠帶上，以定位所述圖像傳感器芯片晶圓的位置，再利用激光去除所述切割道內(nèi)玻璃蓋片表面的覆蓋層。
[0014]作為優(yōu)選，在所述步驟一中，所述激光為脈沖激光，其脈沖寬度小于300ns。
[0015]在所述步驟一中，可以將切割道內(nèi)玻璃蓋片表面的覆蓋層全部去除；也可以將切割道內(nèi)玻璃蓋片表面的覆蓋層部分去除，而保留一定厚度的覆蓋層；還可以將切割道內(nèi)玻璃蓋片表面的覆蓋層全部去除后，再去除一定深度的玻璃蓋片。
[0016]當(dāng)將切割道內(nèi)玻璃蓋片表面的覆蓋層部分去除，而保留一定厚度的覆蓋層時(shí)，所保留的覆蓋層的厚度最好不能大于50um。剩余較薄厚度的覆蓋層可以避免刀輪的快速損耗，同時(shí)又不導(dǎo)致裂片時(shí)出現(xiàn)黏連現(xiàn)象
[0017]當(dāng)將切割道內(nèi)玻璃蓋片表面的覆蓋層全部去除后，再去除一定深度的玻璃蓋片時(shí)，所述玻璃蓋片的去除深度最好小于玻璃蓋片厚度的一半。
[0018]在所述步驟一中，所述圖像傳感器芯片晶圓與所述粘性膠帶的貼合面需要是圖像傳感器芯片晶圓的玻璃蓋片面，也即玻璃蓋片的玻璃上表面。
[0019]作為優(yōu)選，在所述步驟二中，需要先將所述圖像傳感器芯片晶圓貼附在粘性膠帶上，以固定圖像傳感器芯片晶圓的位置，再利用激光對(duì)玻璃蓋片作劃片處理，所述激光一般為脈沖激光。
[0020]在所述步驟二中，所述圖像傳感器芯片晶圓與所述粘性膠帶的貼合面可以是圖像傳感器芯片晶圓的焊料球面，也可以是圖像傳感器芯片晶圓的玻璃蓋片面。
[0021]當(dāng)圖像傳感器芯片晶圓與所述粘性膠帶的貼合面可以是圖像傳感器芯片晶圓的焊料球面時(shí)，作為優(yōu)選，在所述步驟二中，所述激光經(jīng)聚焦裝置透過(guò)玻璃蓋片的玻璃上表面進(jìn)行會(huì)聚，其焦點(diǎn)位于玻璃蓋片的玻璃下表面，所述激光焦點(diǎn)處的功率密度大于玻璃蓋片的損傷閾值，從而在玻璃蓋片的玻璃下表面形成玻璃碎裂區(qū)域；保持預(yù)設(shè)的激光焦點(diǎn)高度位置，并使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道相對(duì)于激光焦點(diǎn)移動(dòng)，每一個(gè)激光脈沖形成一個(gè)玻璃碎裂區(qū)域，同一焦點(diǎn)高度的所有碎裂區(qū)域形成一層碎裂層，也即在玻璃蓋片的玻璃小表面形成單層碎裂層。
[0022]當(dāng)圖像傳感器芯片晶圓與所述粘性膠帶的貼合面可以是圖像傳感器芯片晶圓的焊料球面時(shí)，作為另一種優(yōu)選方式，在所述步驟二中，所述激光經(jīng)聚焦裝置透過(guò)玻璃蓋片的玻璃上表面進(jìn)行會(huì)聚，其焦點(diǎn)位于玻璃蓋片的玻璃下表面或玻璃內(nèi)部，所述激光焦點(diǎn)處的功率密度大于玻璃蓋片的損傷閾值，從而在玻璃蓋片中形成玻璃碎裂區(qū)域；保持預(yù)設(shè)的激光焦點(diǎn)高度位置，并使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道相對(duì)于激光焦點(diǎn)移動(dòng)，每一個(gè)激光脈沖形成一個(gè)玻璃碎裂區(qū)域，同一焦點(diǎn)高度的所有碎裂區(qū)域形成一層碎裂層；使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道相對(duì)于激光焦點(diǎn)移動(dòng)多次并相應(yīng)改變激光焦點(diǎn)的高度位置，從而在玻璃蓋片中形成多層碎裂層；且必須保證所述玻璃蓋片的玻璃下表面形成有碎裂層，以保證后續(xù)裂片的可行性。
[0023]當(dāng)所述圖像傳感器芯片晶圓與所述粘性膠帶的貼合面為圖像傳感器芯片晶圓的玻璃蓋片面時(shí)，作為優(yōu)選，在所述步驟二中，所述激光經(jīng)聚焦裝置透過(guò)所述粘性膠帶進(jìn)行會(huì)聚，其焦點(diǎn)位于玻璃蓋片的玻璃下表面，所述激光焦點(diǎn)處的功率密度大于玻璃蓋片的損傷閾值，從而在玻璃蓋片的玻璃下表面形成玻璃碎裂區(qū)域；保持預(yù)設(shè)的激光焦點(diǎn)高度位置，并使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道相對(duì)于激光焦點(diǎn)移動(dòng)，每一個(gè)激光脈沖形成一個(gè)玻璃碎裂區(qū)域，同一焦點(diǎn)高度的所有碎裂區(qū)域形成一層碎裂層。也即在玻璃蓋片的玻璃小表面形成單層碎裂層。
[0024]當(dāng)圖像傳感器芯片晶圓與所述粘性膠帶的貼合面可以是圖像傳感器芯片晶圓的玻璃蓋片面時(shí)，作為另一種優(yōu)選方式，在所述步驟二中，所述激光經(jīng)聚焦裝置透過(guò)所述粘性膠帶進(jìn)行會(huì)聚，其焦點(diǎn)位于玻璃蓋片的玻璃上表面，或者位于玻璃蓋片的玻璃下表面，或者位于玻璃蓋片的玻璃內(nèi)部；所述激光焦點(diǎn)處的功率密度大于玻璃蓋片的損傷閾值，從而在玻璃蓋片中形成玻璃碎裂區(qū)域；保持預(yù)設(shè)的激光焦點(diǎn)高度位置，并使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道相對(duì)于激光焦點(diǎn)移動(dòng)，每一個(gè)激光脈沖形成一個(gè)玻璃碎裂區(qū)域，同一焦點(diǎn)高度的所有碎裂區(qū)域形成一層碎裂層；使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道相對(duì)于激光焦點(diǎn)移動(dòng)多次并相應(yīng)改變激光焦點(diǎn)的高度位置，從而在玻璃蓋片中形成多層碎裂層；且必須保證所述玻璃蓋片的玻璃下表面形成有碎裂層，以保證后續(xù)裂片的可行性。
[0025]在所述步驟二中，所形成的每一層碎裂層中的各個(gè)玻璃碎裂區(qū)域可以連續(xù)分布，也可以離散分布，還可以一部分碎裂層中的各個(gè)玻璃碎裂區(qū)域連續(xù)分布，而其余碎裂層中的各個(gè)玻璃碎裂區(qū)域離散分布。
[0026]作為優(yōu)選，在所述步驟二中，所形成的各層碎裂層之間連續(xù)分布(也即相鄰兩碎裂層的邊界相連或重疊)。作為進(jìn)一步優(yōu)選，在所述步驟二中，所形成的每一層碎裂層中的各個(gè)玻璃碎裂區(qū)域也連續(xù)分布。也就是說(shuō):在步驟二中，最終形成從玻璃下表面至玻璃內(nèi)部連續(xù)分布的碎裂層，且每一單層碎裂層中的各個(gè)碎裂區(qū)域也連續(xù)分布；或者，在所述步驟二中，最終形成從玻璃下表面至玻璃上表面連續(xù)分布的碎裂層，且每一單層碎裂區(qū)域連續(xù)分布。
[0027]當(dāng)然，在所述步驟二中，所形成的各層碎裂層之間也可以為離散分布。
[0028]或者，在所述步驟二中，所形成的各層碎裂層中，一部分碎裂層之間連續(xù)分布，其余碎裂層之間尚散分布。
[0029]作為優(yōu)選，在所述步驟二中，所形成的各個(gè)玻璃碎裂層疊加后的寬度不小于所述玻璃蓋片厚度的十分之一，以保證后續(xù)裂片的可能性。
[0030]作為優(yōu)選，在所述步驟三中，需保證所述圖像傳感器芯片晶圓的玻璃蓋片面貼附在粘性膠帶上，以固定圖像傳感器芯片晶圓的位置，然后采用機(jī)械劈刀劈裂的方式作用于玻璃碎裂層所在的切割道，使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道分割開(kāi)來(lái)。
[0031]作為優(yōu)選，在所述步驟三中，所述圖像傳感器芯片晶圓的焊料球面上貼附至少一層非粘性的柔性保護(hù)膜，所述保護(hù)膜厚度不小于30um。
[0032]作為另一種優(yōu)選方式，在所述步驟三中，需保證所述圖像傳感器芯片晶圓貼附在粘性膠帶上，然后采用擴(kuò)張所述粘性膠帶的方式使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道分割開(kāi)來(lái)。
[0033]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明利用脈沖激光對(duì)圖像傳感器芯片晶圓進(jìn)行切割分離，在保證了晶片良品率的同時(shí)，還可以提高了晶片分割的生產(chǎn)效率，同時(shí)還避免了耗材更換的成本問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0035]圖1是圖像傳感器芯片晶圓切割道附近的剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖2是利用刀輪去除切割道覆蓋層的示意圖。
[0037]圖3是利用激光去除切割道覆蓋層的示意圖。
[0038]圖4是焊料球面與膠帶膠層面貼合的示意圖。
[0039]圖5是激光透過(guò)玻璃蓋片上表面聚焦于玻璃蓋片下表面形成碎裂區(qū)域的示意圖。
[0040]圖6是激光透過(guò)玻璃蓋片上表面聚焦于玻璃蓋片下表面形成碎裂層的示意圖。
[0041]圖7是圖6中剖面1-1的示意圖，展示了剖面I上玻璃碎裂區(qū)域以及碎裂層的分布狀態(tài)。
[0042]圖8是采用玻璃蓋片上表面與膠帶膠層貼合時(shí)，激光依次透過(guò)膠帶、玻璃上表面聚焦于玻璃下表面形成碎裂層的示意圖。
[0043]圖9是圖8中剖面I1-1I的示意圖。展示了剖面II上激光依次透過(guò)膠帶、玻璃上表面聚焦于玻璃下表面及內(nèi)部所形成的碎裂層區(qū)域和碎裂層的分布狀態(tài)。
[0044]圖10是采用機(jī)械劈刀對(duì)晶圓裂片分割的示意圖。
[0045]圖11是圖10中剖面II1-1II的示意圖，是機(jī)械劈刀分割晶圓芯片時(shí)的過(guò)程示意圖。
[0046]圖12是采用擴(kuò)張拉伸方式分割晶圓的示意圖。(a)展示了焊料球面與膠帶膠層面貼合時(shí)晶圓拉伸分割的過(guò)程。(b)展示了玻璃蓋片上表面與膠帶膠層貼合時(shí)晶圓拉伸分割的過(guò)程。
[0047]圖13是晶圓切割的操作流程示意圖。
[0048]圖14是晶圓芯片分布及切割路徑規(guī)劃示意圖。
[0049]圖15是玻璃蓋片激光劃片裝置示意圖。
[0050]其中:1_玻璃蓋片，2-感光芯片，3-重分布電路，4-焊料球，5-覆蓋層，6-焊料球，7-切割道，8-晶圓環(huán)，9-刀輪，10-裂片裝置的載物臺(tái)，11-激光束，12-碎裂區(qū)域，13-碎裂層，16-未碎裂的區(qū)域，17-保護(hù)膜，18-劈刀，19-激光器，20-激光光閘，21-激光功率調(diào)節(jié)裝置，22-功率計(jì)，23-擴(kuò)束鏡，24-激光聚焦鏡，25-照明光源，26-成型系統(tǒng)，27-影像系統(tǒng)，28-旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，29-Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，S1-玻璃上表面，S2-玻璃下表面，S3-焊料球面，S4-膠帶表面，L1-膠層，L2-基材層，Pl-第一碎裂層，P2-第二碎裂層，30-X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，31-Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，Ml-第一反光鏡，M2-第二反光鏡，BSl-第一分光鏡，BS2-第二分光鏡，A-圖像傳感器芯片單體。
【具體實(shí)施方式】
[0051]本發(fā)明實(shí)施例的切割對(duì)象為基于晶圓級(jí)封裝技術(shù)的圖像傳感器芯片晶圓，所述的基于晶圓級(jí)封裝技術(shù)的圖像傳感器芯片晶圓(以下簡(jiǎn)稱晶圓)的細(xì)部結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1所示，它主要由玻璃蓋片1、感光芯片2(主要為硅)、重分布電路3及聚合物絕緣層4四大部分構(gòu)成，玻璃蓋片I具有玻璃上表面SI和玻璃下表面S2，所述感光芯片2、重分布電路3和聚合物絕緣層4均位于玻璃蓋片I的下表面?zhèn)?。這種圖像傳感器芯片晶圓的宏觀結(jié)構(gòu)可參照?qǐng)D14所示，它具有多個(gè)圖像傳感器芯片單體A以及位于所述圖像傳感器芯片單體A之間的切割道7，而本發(fā)明這種切割方法的主要作用對(duì)象為切割道7范圍內(nèi)的玻璃蓋片I以及玻璃蓋片表面的覆蓋層5 (晶圓在其切割道范圍內(nèi)具有多層結(jié)構(gòu)，包含玻璃蓋片層和覆蓋層，其中覆蓋層位于玻璃蓋片層的下表面?zhèn)?，目的在于使所述圖像傳感器芯片單體A從晶片上分離下來(lái)。所述覆蓋層5通常含有硅層、殘留的金屬層以及表面的聚合物絕緣層等復(fù)合材料，覆蓋層5的厚度受各廠家工藝的不同，從幾十微米至幾百微米不等。當(dāng)然，切割人員也可以根據(jù)具體情況而人為選擇切割道的路徑，這時(shí)的切割道7并不局限于個(gè)圖像傳感器芯片單體A之間區(qū)域。
[0052]本實(shí)施例的這種基于晶圓級(jí)封裝技術(shù)的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法主要包括切割道覆蓋層去除、玻璃蓋片激光劃片和晶圓裂片分割三大工藝步驟，其中“玻璃蓋片激光劃片”可以在“切割道覆蓋層去除”之前進(jìn)行，也可在“切割道覆蓋層去除”之后進(jìn)行，具體如下:
[0053]步驟一、切割道覆蓋層去除。
[0054]這里所說(shuō)的切割道覆蓋層，是指切割道范圍內(nèi)玻璃蓋片上表面的封裝材料，該封裝材料主要成分通常為聚合物絕緣層、硅層、以及少量的金屬焊墊層，為晶圓的常規(guī)結(jié)構(gòu)。
[0055]所述覆蓋層5去除之前，需將整片圖像傳感器芯片晶圓貼附于粘性膠帶上，使晶圓的玻璃蓋片面(也即玻璃蓋片I的玻璃上表面SI)與粘性膠帶的粘性膠層LI接觸，再利用真空吸附載臺(tái)將粘性膠帶吸附固定(粘性膠帶固定于專用的晶圓環(huán)8上)，使去除覆蓋層時(shí)晶圓不發(fā)生偏移，如圖2。
[0056]上述粘性膠帶可以選擇熱剝離型膠帶，也可以選擇紫外線照射剝離膠帶(以下簡(jiǎn)稱紫外膠帶)。膠帶通常為三層結(jié)構(gòu):第一層為剝離層，是一種保護(hù)型薄膜，用于保護(hù)粘合劑不受污染以及隔絕空氣，通常材料為聚酯薄膜，膠帶使用時(shí)，這一層需揭掉不用。中間一層為膠層LI，具有粘性，通常丙烯酸類粘合劑。底層為基材層L2，用于在其表面涂覆膠層。膠層LI和基材層L2都具有優(yōu)異的延展性。
[0057]去除切割道覆蓋層的方式有兩種:第一種方式，使用刀輪9進(jìn)行接觸式去除，如圖2 ;第二種方式，使用激光進(jìn)行非接觸式去除，如圖3。
[0058]圖2中，高速旋轉(zhuǎn)的刀輪9對(duì)準(zhǔn)切割道7的中間位置，并與覆蓋層5相接觸，從而將切割道覆蓋層5去除。為了延長(zhǎng)刀輪9的使用壽命，切割時(shí)輔以水流冷卻散熱。為了防止刀輪破壞掉兩側(cè)的圖像傳感器單體的結(jié)構(gòu)，一般刀輪9的刀面寬度需小于切割道7的寬度，通常在30?70um之間。覆蓋層5被去除的深度受后續(xù)工藝的影響，可以設(shè)定為不完全去除、完全去除、完全去除后再去除部分深度的玻璃蓋片(去除玻璃的厚度不超過(guò)玻璃蓋片總厚度的一半)這三種方式。覆蓋層5的去除深度由刀輪9的下刀深度決定，采用一遍加工的方式，加工速度小于50mm/s。
[0059]去除切割道覆蓋層5的目的在于后續(xù)裂片時(shí)不會(huì)出現(xiàn)玻璃蓋片被分割開(kāi)但各芯片單體A之間仍舊由切割道覆蓋層黏連的現(xiàn)象。剩余一定厚度的覆蓋層可以避免刀輪的快速損耗，同時(shí)又不導(dǎo)致裂片時(shí)出現(xiàn)黏連現(xiàn)象(利用劈刀的下壓力使覆蓋層斷裂)，這要求剩余覆蓋層的總厚度不能超過(guò)50um，這些剩余的覆蓋層可以通過(guò)后續(xù)裂片時(shí)劈刀的沖擊力使其裂開(kāi)。
[0060]覆蓋層5的物理性質(zhì)與玻璃不同，其硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于玻璃，因此切割道覆蓋層去除的步驟可以采用金剛石刀輪去除的方式進(jìn)行，其良率、加工效率以及刀輪的損耗仍舊在可接受的范圍之內(nèi)。
[0061]圖3中，用激光束10替代刀輪9來(lái)去除切割道覆蓋層5，去除時(shí)輔以吹氣以排除氣化的覆蓋層5。所述激光束10采用脈沖激光，其脈沖寬度一般要求小于300ns，以防止過(guò)熱損壞芯片。激光波長(zhǎng)位于覆蓋層5的吸收波段內(nèi)，覆蓋層具有從紫外波段至近紅外波段的光譜吸收性，因而激光波長(zhǎng)的選擇具有廣譜性，通常選用355nm、532nm或是1064nm作為去除切割道覆蓋層用波長(zhǎng)。覆蓋層5被去除的寬度一般在IOum以內(nèi)，與刀輪去除的方式相同，覆蓋層5被去除的深度也有不完全去除、完全去除、完全去除后再去除部分深度的玻璃蓋片這三種方式。與刀輪去除方式所不同的是，激光去除可以采用多遍加工的方式，折合去除速度大于100mm/s,其去除效率高于刀輪去除的方式。
[0062]盡管覆蓋層5的硬度遠(yuǎn)小于玻璃，但利用金剛石刀輪去除切割道覆蓋層仍舊存在刀具損耗。隨著產(chǎn)能需求的增加，各芯片單體A之間的間隙被不斷壓縮，以便在有限的晶圓內(nèi)放置更多的圖像傳感器芯片2，在此情況下，切割道7的寬度相應(yīng)的被減小，金剛石刀輪本身的寬度也相應(yīng)的需要減小，但仍需保持一定的強(qiáng)度以切割玻璃。當(dāng)切割道的寬度小于50um時(shí)，刀具的成本將急劇增加，且更容易損耗。而圖3所示的這種采用激光去除切割道內(nèi)覆蓋層的方式，為非接觸性加工，故而不受目前切割道寬度的限制，且無(wú)耗材損耗，是解決切割瓶頸的有效手段。
[0063]步驟二、玻璃蓋片激光劃片。
[0064]有別于傳統(tǒng)的方式，本發(fā)明中玻璃蓋片劃片加工步驟利用激光器產(chǎn)生的激光進(jìn)行加工，為了保證劃片工序的高效進(jìn)行，所使用的激光器最好具有以下性質(zhì):1、激光波長(zhǎng)對(duì)于玻璃蓋片I具有90%以上的透過(guò)率。2、激光器所輸出的激光為脈沖激光。3、激光器所輸出的激光脈沖寬度小于Ins。
[0065]在加工前，需要將整片圖像傳感器芯片晶圓貼附于粘性膠帶上，其貼附的方式有兩種:
[0066]第一種貼附方式如圖4所示，將晶圓的焊料球面S3 (即晶圓具有焊料球的6那一面)貼附在所述粘性膠帶上，所述焊料球面S3包含焊料球6的表面和聚合物絕緣層4的表面，其中焊料球6嵌入膠層LI中，聚合物絕緣層4的表面與膠層LI粘合。玻璃蓋片I的上表面SI朝上放置,與空氣接觸,膠帶表面S4與載物臺(tái)臺(tái)面接觸。
[0067]第二種貼附方式如圖3所示，將晶圓的玻璃蓋片面(即晶圓具有玻璃蓋片的那一面，也即玻璃蓋片I的玻璃上表面Si)貼附在所述粘性膠帶上。但放置時(shí)需要將晶圓和膠帶在圖3中翻轉(zhuǎn)180度，使焊料球6所在的面朝下，與載物臺(tái)臺(tái)面接觸，而膠帶表面S4朝上與空氣接觸。
[0068]米用上述第一種貼附方式時(shí)，激光經(jīng)過(guò)玻璃蓋片I的玻璃上表面SI聚焦于玻璃蓋片I的玻璃下表面S2或是玻璃內(nèi)部。圖5中激光束11經(jīng)玻璃上表面SI后聚焦于玻璃下表面S2，激光焦點(diǎn)處的功率密度大于玻璃蓋片的損傷閾值，導(dǎo)致焦點(diǎn)出的玻璃出現(xiàn)形態(tài)或是結(jié)構(gòu)上的變化，從而在玻璃下表面S2 (是指位于切割道范圍內(nèi)的玻璃下表面)形成碎裂區(qū)域12。如圖6，保持預(yù)設(shè)的焦點(diǎn)高度位置，并使激光焦點(diǎn)沿切割道7相對(duì)于晶圓運(yùn)動(dòng)。每一個(gè)激光脈沖形成一個(gè)玻璃碎裂區(qū)域12，同一焦點(diǎn)高度的所有碎裂區(qū)域12的包絡(luò)邊界形成一層碎裂層13。所采用的激光對(duì)于玻璃蓋片I有一定的透過(guò)率，其透過(guò)率通常大于O。通常情況下，劃片步驟所涉及的晶圓級(jí)光學(xué)玻璃蓋片對(duì)于可見(jiàn)光(波長(zhǎng)400-700nm)以及近紅外光(波長(zhǎng)700-1000nm)具有很高的透過(guò)率，一般大于90%。
[0069]所述玻璃碎裂區(qū)域12是指激光與玻璃發(fā)生相互作用后玻璃內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的區(qū)域。該區(qū)域內(nèi)存在一種或是多種形態(tài)，包括多光子吸收或是線性吸收所形成的裂紋區(qū)域、熔融區(qū)域，自聚焦效應(yīng)所引起的裂紋區(qū)域，以及由此引起的次生裂紋區(qū)域。玻璃碎裂區(qū)域的大小取決于所選用的激光脈沖能量以及聚焦裝置。碎裂區(qū)域12的大小與激光脈沖能量成正比，與聚焦裝置的聚焦能力成反比。
[0070]由于所采用的激光光源為脈沖激光，因而玻璃碎裂區(qū)域也是一個(gè)一個(gè)形成，即一個(gè)激光脈沖形成一個(gè)碎裂區(qū)域12。
[0071]碎裂區(qū)域所處的預(yù)定位置有三種情況:位于玻璃蓋片I的玻璃上表面、玻璃下表面或玻璃內(nèi)部。激光束的高斯分布性質(zhì)決定了其焦點(diǎn)具有共軛焦距的性質(zhì)，共軛焦距的長(zhǎng)度稱為有效焦深，即有效焦深代表了實(shí)際形態(tài)下的焦點(diǎn)。因而聚焦后在焦點(diǎn)附近獲得高于玻璃損傷閾值的功率密度導(dǎo)致玻璃出現(xiàn)形態(tài)或是結(jié)構(gòu)上的變化從形成玻璃碎裂區(qū)域12可以理解為在有效焦深范圍內(nèi)產(chǎn)生碎裂。而玻璃碎裂區(qū)域12的大小包含了有效焦深范圍內(nèi)的碎裂區(qū)域以及由此產(chǎn)生的次生碎裂區(qū)域，因此玻璃碎裂區(qū)域的尺寸大于或是等于有效焦深范圍內(nèi)的碎裂區(qū)域尺寸大小。有效焦深用于理解實(shí)際情況下如何聚焦于玻璃的上下表面這一幾何概念。
[0072]聚焦于玻璃表面并產(chǎn)生玻璃碎裂區(qū)域的表象為在玻璃表面形成裂紋。
[0073]玻璃碎裂區(qū)域12由一個(gè)個(gè)激光脈沖聚焦于玻璃表面或是內(nèi)部形成的，其形成的過(guò)程是離散的，而從外在表觀上，又可以視為有離散和連續(xù)兩種表象。玻璃碎裂區(qū)域12之間的間隔由激光脈沖的重復(fù)頻率以及晶圓沿切割道相對(duì)于激光焦點(diǎn)移動(dòng)的速度這兩個(gè)參數(shù)來(lái)決定。在一定的重復(fù)頻率和移動(dòng)速度下，相連兩個(gè)玻璃碎裂區(qū)域之間的中心間距大于玻璃碎裂區(qū)域本身的寬度，從外觀上看，兩個(gè)玻璃碎裂區(qū)域是離散的，中間間隔有未碎裂的區(qū)域。而當(dāng)相連兩個(gè)玻璃碎裂區(qū)域之間的中心間距小于或是等于玻璃碎裂區(qū)域本身的寬度時(shí)，從外觀上看，兩個(gè)玻璃碎裂區(qū)域是連續(xù)的，中間沒(méi)有未碎裂的區(qū)域，形成一條連續(xù)分布的碎裂層。
[0074]所述碎裂層13也可以理解為:晶圓沿切割道相對(duì)于激光焦點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，在玻璃表面或是內(nèi)部可以形成離散的或是連續(xù)的碎裂區(qū)域分布帶。在空間上，當(dāng)激光聚焦于玻璃表面時(shí)，碎裂層的表象為在玻璃表面形成離散的或是連續(xù)的裂紋帶。當(dāng)玻璃的厚度足夠時(shí)，可以通過(guò)改變激光在垂直方向的聚焦位置，在玻璃內(nèi)部形成多層碎裂層。本發(fā)明中，多層碎裂層位于垂直于玻璃蓋片表面的平面內(nèi)。每一層碎裂層的寬度即為每個(gè)碎裂區(qū)域在垂直方向上的尺寸。因此，碎裂層與碎裂層之間也存在離散分布與連續(xù)分布的區(qū)別。兩個(gè)玻璃碎裂層之間的中心間距大于碎裂層本身的寬度，從外觀上看，兩個(gè)玻璃碎裂層是離散的，中間間隔有未碎裂的帶層。而當(dāng)兩個(gè)玻璃碎裂層之間的中心間距小于或是等于玻璃碎裂層本身的寬度時(shí)，從外觀上看，兩個(gè)玻璃碎裂層是連續(xù)的，中間沒(méi)有未碎裂的區(qū)域，等效的形成一條寬度更寬的碎裂層。每個(gè)碎裂層中碎裂區(qū)域的分布是相互獨(dú)立的，由具體的加工要求來(lái)決定。
[0075]以玻璃蓋片I的玻璃上表面SI為基準(zhǔn)面，可預(yù)設(shè)不同高度的激光焦點(diǎn)位置，因而可形成一層至多層的玻璃碎裂層13，同時(shí)由于單個(gè)脈沖形成單個(gè)碎裂區(qū)域12的性質(zhì)，導(dǎo)致玻璃碎裂區(qū)域12以及玻璃碎裂層13均具有離散和連續(xù)兩種狀態(tài)。圖7是圖6中1-1剖面的結(jié)構(gòu)示意圖，展示了碎裂區(qū)域和碎裂層離散和聯(lián)系兩種狀態(tài)的組合可能。圖7(a)中，在玻璃蓋片I的下表面S2形成了第一碎裂層P1，在玻璃蓋片I內(nèi)部形成了第二碎裂層P2。第一碎裂層Pl與第二碎裂層P2層中的碎裂區(qū)域12是離散狀態(tài)，第一碎裂層Pl與第二碎裂層P2之間存在未碎裂的區(qū)域16，因此第一碎裂層Pl與第二碎裂層P2也是離散分布。長(zhǎng)度14為碎裂區(qū)域12垂直方向的尺寸，即碎裂區(qū)域12的上下寬度。長(zhǎng)度15為碎裂區(qū)域12水平方向的尺寸，即碎裂區(qū)域12的左右寬度。圖7(b)中，第一碎裂層Pl與第二碎裂層P2之間存在未碎裂區(qū)域，第二碎裂層P2內(nèi)的碎裂區(qū)域彼此相接或是重疊。圖7(c)中，第一碎裂層Pl與第二碎裂層P2相連，第二碎裂層P2內(nèi)碎裂區(qū)域相互連接。圖7(d)中，形成了多層碎裂層，各碎裂層相互連接或是重疊，各層內(nèi)的碎裂區(qū)域也相互連接，從玻璃蓋片I的玻璃下表面S2延伸至玻璃內(nèi)部或是延伸至玻璃蓋片I的玻璃上表面SI。實(shí)際實(shí)施中，視具體的加工要求選擇不同的組合狀態(tài)。由于碎裂層和碎裂層內(nèi)碎裂區(qū)域分布的相互獨(dú)立性，就可實(shí)現(xiàn)碎裂層呈現(xiàn)連續(xù)分布，而每個(gè)碎裂層中碎裂區(qū)域也連續(xù)分布，如圖7(c)和圖7(b)。
[0076]在時(shí)間上,玻璃碎裂層每層的形成一般是按照從玻璃下表面S2至玻璃上表面SI的順序進(jìn)行。特殊情況下，也可以跳序形成，而先前生成的碎裂層不會(huì)阻擋后續(xù)碎裂層的形成。
[0077]為了保證后續(xù)裂片的可行性，必須在玻璃蓋片I的玻璃下表面S2 (如果在上述步驟一中，晶圓切割道內(nèi)的覆蓋層被刀輪或是激光去除使，并且附帶去除了一部分深度的玻璃的情況下，新形成的玻璃表面即為玻璃蓋片的玻璃下表面)形成玻璃碎裂層13。也就是說(shuō)，如果步驟二完成后，在玻璃蓋片上僅形成有一層碎裂層13，那么該碎裂層13必須分布在玻璃蓋片I的玻璃下表面S2。[0078]切割道內(nèi)的玻璃碎裂層至少要形成一層，而且一般需要在玻璃表面或是內(nèi)部的所有玻璃碎裂層寬度之和不小于玻璃蓋片I厚度的十分之一，以保證后續(xù)裂片的可行性。
[0079]采用第二種貼附方式時(shí)，如圖8所示，激光束11依次透過(guò)膠帶表面S4、玻璃上表面SI，聚焦于玻璃表面S2。這里所使用的膠帶材料要求其膠層LI層、基材層L2層對(duì)所用激光束11具有大于80%的總透射率。設(shè)定聚焦位置時(shí)，以膠帶表面S4為基準(zhǔn)面。
[0080]圖9是圖8中I1-1I剖面的結(jié)構(gòu)示意圖，其展示了激光束11透過(guò)膠帶聚焦于玻璃蓋片I的下表面S2以及內(nèi)部的情況。在玻璃蓋片I表面及內(nèi)部形成碎裂區(qū)域與碎裂層的情況與第一種貼附方式時(shí)相同。
[0081]該工序步驟二的目的在于采用激光加工的方式在玻璃表面以及內(nèi)部形成玻璃碎裂層13，這些碎裂層13有兩個(gè)作用:一是降低玻璃蓋片的強(qiáng)度，便于進(jìn)行后續(xù)的裂片步驟；二是在裂片過(guò)程中起到開(kāi)裂方向的導(dǎo)向作用，使玻璃沿著垂直于玻璃表面的方向進(jìn)行開(kāi)裂，避免出現(xiàn)斜邊以及崩邊等不良現(xiàn)象。晶圓級(jí)封裝圖像傳感器芯片實(shí)際生產(chǎn)制程中，仍以刀輪切割玻璃，制約了生產(chǎn)效率。
[0082]步驟三、晶圓裂片分割。
[0083]在完成切割道覆蓋層去除、玻璃蓋片激光劃片兩個(gè)步驟之后，玻璃蓋片內(nèi)部存在的熔融區(qū)域以及未碎裂的區(qū)域，使晶圓仍舊呈現(xiàn)完整的一片，并未實(shí)現(xiàn)完全的分割。因此需要輔以機(jī)械外力分裂晶圓上的圖像傳感器芯片單體，我們將其稱之為裂片工序。裂片的方式有兩種:當(dāng)僅有單層碎裂層或是多層碎裂層呈離散分布時(shí)，須采用機(jī)械劈刀的方式進(jìn)行裂片；當(dāng)多層碎裂層呈現(xiàn)從玻璃蓋片下表面至內(nèi)部連續(xù)分布，或是從玻璃蓋片下表面至上表面連續(xù)分布時(shí)，可以采用機(jī)械劈刀或是拉伸擴(kuò)張的方式進(jìn)行裂片。
[0084]圖10為使用劈刀作裂片處理的示意圖。裂片前，如果膠層LI初始與晶片的焊料球面S3面貼合，需經(jīng)倒模以保證膠層LI與玻璃上表面SI貼合，也就是說(shuō)，采用劈刀作裂片時(shí)，需保證膠層LI與晶圓的玻璃蓋片面貼合。須保證焊料球6所在面貼有柔性的保護(hù)膜17，保護(hù)膜17的表面S5與裂片裝置的載物臺(tái)相接觸。保護(hù)膜17不具有粘性膠層，以防止膠層附著于焊料球上。保護(hù)膜單層不小于30um，可使用單層或多層保護(hù)膜，防止焊料球6被劈刀18下劈時(shí)的壓力壓扁損壞。柔性保護(hù)膜17最好對(duì)可見(jiàn)光是透明的，以便裂片裝置上的相機(jī)定位裝置能夠?qū)A進(jìn)行精確定位。劈刀的頂部尖角通常帶有一定圓弧度，增大與晶圓接觸時(shí)的接觸面積，避免損壞晶圓表面。
[0085]圖11是圖10中II1-1II剖面的結(jié)構(gòu)示意圖，該圖展示了劈刀18下劈時(shí)，晶圓開(kāi)裂分割的過(guò)程。劈刀18的刀口與切割道方向調(diào)節(jié)至一致后，向下壓迫晶圓，利用裂片裝置的載物臺(tái)10的間隙使晶圓向玻璃蓋片的上表面SI方向發(fā)生彎曲形變。保護(hù)膜17的表面S5與裂片裝置的載物臺(tái)10相接觸以防止焊料球6被壓壞。由于切割道內(nèi)的玻璃蓋片下表面上存在碎裂層13，從而導(dǎo)致玻璃蓋片從其下表面S2開(kāi)始沿著碎裂層向玻璃內(nèi)部斷裂，其斷裂方向由內(nèi)部的碎裂層所引導(dǎo)。本發(fā)明中，碎裂層所在的平面與玻璃表面相互垂直，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向上一條切割道兩邊的晶圓完全分割。依次對(duì)同一方向上的所有切割道進(jìn)行裂片操作，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向上所有的晶圓芯片的分割。將晶圓旋轉(zhuǎn)90度后，重復(fù)上述操作，SP可完成整片晶圓的分割。
[0086]圖12為采用擴(kuò)張拉伸的方式進(jìn)行裂片的示意圖。圖12(a)中焊料球所在面即晶圓的焊料球面S3與膠層LI貼合，將垂直于碎裂層所在平面的伸力作用于膠帶膠層LI以及基材層L2上，使粘性膠帶向外擴(kuò)張，利用膠帶的延展性以及膠層粘力產(chǎn)生對(duì)晶圓玻璃蓋片I的作用力矩，使晶圓向玻璃上表面SI方向發(fā)生彎曲形變。由于切割道內(nèi)的玻璃下表面S2上存在碎裂層13，導(dǎo)致玻璃蓋片I從其下表面開(kāi)始沿著碎裂層向玻璃內(nèi)部斷裂，其斷裂方向由內(nèi)部的碎裂層所引導(dǎo)垂直于玻璃表面。圖12(b)中玻璃內(nèi)部的多層碎裂層呈現(xiàn)從玻璃蓋片下表面S2至玻璃蓋片上表面SI連續(xù)分布，在玻璃上表面SI也形成有碎裂層。將玻璃上表面SI與膠帶膠層LI貼合，將垂直于碎裂層所在平面的拉伸力作用于膠帶膠層LI以及基材層L2上，使粘性膠帶向外擴(kuò)張，利用膠帶的延展性以及膠層粘力產(chǎn)生對(duì)晶圓玻璃蓋片I的作用力矩，使晶圓向玻璃蓋片下表面S2方向發(fā)生彎曲形變。由于切割道內(nèi)的玻璃下表面S2上存在碎裂層13，導(dǎo)致玻璃蓋片從玻璃上表面SI開(kāi)始沿著碎裂層向玻璃內(nèi)部斷裂，其斷裂方向由內(nèi)部的碎裂層所引導(dǎo)垂直于玻璃表面。
[0087]該工序步驟三的目的在于對(duì)已經(jīng)完成切割道內(nèi)覆蓋層去除、玻璃激光劃片步驟的晶圓片采用施加機(jī)械外力的方式進(jìn)行完全分割。由于玻璃蓋片的碎裂區(qū)域之間存在未碎裂的區(qū)域，并且碎裂層之間也存在未碎裂帶，因此在玻璃劃片過(guò)后玻璃蓋片仍舊會(huì)連接在一起未完全分割開(kāi)來(lái)。即使以連續(xù)的碎裂區(qū)域和連續(xù)的碎裂層的方式進(jìn)行劃片，玻璃熔融區(qū)域冷卻后使得玻璃仍舊會(huì)粘結(jié)在一起。因此在玻璃激光劃片過(guò)后需要施以外力使玻璃完全分割開(kāi)來(lái)。
[0088]裝置介紹:
[0089]本發(fā)明實(shí)施例中，與上述切割道覆蓋層去除、玻璃蓋片激光劃片、晶圓裂片分割三個(gè)相互獨(dú)立的步驟相對(duì)應(yīng)的有三種裝置。分別為切割道去除裝置、玻璃蓋片激光劃片裝置和裂片裝置，其中切割道去除裝置和裂片裝置可采用常規(guī)結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例重點(diǎn)介紹所述玻璃蓋片激光劃片裝置的結(jié)構(gòu)組成。
[0090]如圖15所示，玻璃蓋片激光劃片裝置是一種激光加工裝置，它主要包括以下各個(gè)組成部分:
[0091]①激光光源，而且該激光光源能夠發(fā)出脈沖寬度小于Ins的脈沖激光束11，本例中，該激光光源是一個(gè)激光器19 ；
[0092]②能夠?qū)λ黾す夤庠此l(fā)出的激光束11的激光功率進(jìn)行調(diào)節(jié)的激光功率調(diào)節(jié)裝置21，該激光功率調(diào)節(jié)裝置21并不是激光器內(nèi)部本身所附帶的功率調(diào)節(jié)功能，而是在激光器外部對(duì)出射的激光功率進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置；而且該激光功率調(diào)節(jié)裝置21與功率計(jì)22相連，激光功率調(diào)節(jié)裝置21與功率計(jì)22結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)激光功率的監(jiān)控、反饋以及調(diào)節(jié)；
[0093]③能夠調(diào)節(jié)激光束11的偏振態(tài)及偏振方向的裝置，
[0094]④使激光束會(huì)聚的激光會(huì)聚裝置，本例中該裝置為激光聚焦鏡24 ；
[0095]⑤能夠使激光焦點(diǎn)沿豎直方向上下移動(dòng)的Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)31
[0096]⑥用于固定晶圓的晶圓定位平臺(tái)，且所述晶圓定位平臺(tái)上設(shè)置有能夠帶動(dòng)該晶圓定位平臺(tái)在水平面內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)28、以及能夠帶動(dòng)該晶圓定位平臺(tái)在水平方向平移運(yùn)動(dòng)的X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)30和Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)29，其中X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)30能帶動(dòng)晶圓定位平臺(tái)沿X軸方向移動(dòng)，Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)29能夠帶動(dòng)該晶圓定位臺(tái)沿Y軸方向移動(dòng)，所述X軸和Y軸處于同一水平面內(nèi)，從而使晶圓定位平臺(tái)上固定的晶圓能夠在由X軸和Y軸構(gòu)成的水平面內(nèi)隨意移動(dòng)。
[0097]所述晶圓定位平臺(tái)固定晶圓的方式為:晶圓定位平臺(tái)上設(shè)置有真空吸盤(pán)裝置，該真空吸盤(pán)裝置可利用負(fù)氣壓使晶圓固定在晶圓定位平臺(tái)上，防止平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)晶圓偏移或是飛出平臺(tái)。
[0098]為了讓劃片操作者能夠準(zhǔn)確獲知玻璃上表面SI的位置，本實(shí)施例這種玻璃蓋片激光劃片裝置還設(shè)置有照明光源25、以及相互連接的成像系統(tǒng)26和影像系統(tǒng)27，其工作原理見(jiàn)后述內(nèi)容。
[0099]使用時(shí)，將晶圓固定在晶圓定位平臺(tái)上并利用所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)28將相應(yīng)的晶圓切割道調(diào)節(jié)至準(zhǔn)直位置(使切割道與X軸或Y軸平行)，探測(cè)玻璃上表面SI的位置所在，將激光焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)玻璃表面或內(nèi)部預(yù)訂位置，調(diào)節(jié)激光功率、偏振方向，在玻璃蓋片中(包括玻璃表面和玻璃內(nèi)部)形成碎裂區(qū)域，利用X向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和/或Y向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使玻璃蓋片沿切割道相對(duì)于激光焦點(diǎn)移動(dòng)單次形成單層碎裂層，或是移動(dòng)多次并通過(guò)Z向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相應(yīng)改變聚焦點(diǎn)位置從而形成多層碎裂層。通過(guò)翹曲分布探測(cè)與記錄裝置和對(duì)焦運(yùn)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的焦點(diǎn)位置補(bǔ)償功能，使碎裂層的位置隨玻璃的翹曲而變化。
[0100]具體操作流程:
[0101]由上可見(jiàn)，本發(fā)明實(shí)施例所介紹的這種晶圓切割方法的上述每一個(gè)步驟(共三個(gè)大步驟:步驟一、步驟二和步驟三)都存在諸多具體選擇方式，所以在切割進(jìn)行之前需要確定選擇哪一種加工方式，圖13是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所描述的切割方法具體實(shí)施加工的流程圖，分為步驟AO至步驟A7共8個(gè)小步驟，以下結(jié)合具體的實(shí)施例裝置描述步驟細(xì)節(jié)。
[0102]步驟AO為使用激光或刀輪去除切割道覆蓋層。步驟AO與步驟A6相互獨(dú)立，可在步驟A6之如完成，也可在步驟A6之后完成。
[0103]步驟Al為確定玻璃蓋片激光劃片前的貼膜方式，具體為選擇玻璃蓋片面與膠帶膠層貼合或是選擇焊料球面與膠帶膠層貼合。
[0104]步驟A2為定位晶圓上芯片單體A的位置，具體為確定芯片單體A的尺寸大小，將切割道方向與平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向Y方向準(zhǔn)直對(duì)齊，同時(shí)完成切割路徑的規(guī)劃。如圖14，切割路徑與切割道平行且位于切割道中間，使用來(lái)回切割的路徑完成Y方向的切割。確定晶圓上芯片的位置由圖15中影像系統(tǒng)27完成。影像系統(tǒng)27中可由一個(gè)或是多個(gè)不同放大倍率的成像鏡頭組成，以適應(yīng)不同種類的芯片。切割道與運(yùn)動(dòng)方向Y方向的準(zhǔn)直由可旋轉(zhuǎn)360度的平臺(tái)28完成，Y方向運(yùn)動(dòng)由圖15中運(yùn)動(dòng)平臺(tái)29來(lái)完成。
[0105]步驟A3為確定玻璃蓋片上表面SI的位置。如圖14，照明光源25所發(fā)出的照明光經(jīng)分光鏡BS2、反射鏡M2、分光鏡BSl后被激光聚焦鏡24聚焦于玻璃蓋片上表面SI，其反射光經(jīng)聚焦鏡24、分光鏡BS1、反射鏡M2、分光鏡BS2后進(jìn)入成像系統(tǒng)26。此時(shí)所成像為玻璃蓋片的玻璃上表面SI的像，由成像系統(tǒng)26中的CCD相機(jī)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)展示于影像系統(tǒng)27的顯示屏上。如未得到清晰的成像，上下移動(dòng)Z向平臺(tái)31，直至獲得清晰的成像，由Z向平臺(tái)的位置參數(shù)即可得知玻璃蓋片上表面Si的位置。當(dāng)貼膜方式選擇為晶圓的玻璃蓋片面與膠帶膠層貼合的時(shí)候，獲得的是膠帶表面S4的位置。
[0106]步驟A4為預(yù)設(shè)激光焦點(diǎn)在玻璃蓋片表面以及內(nèi)部的加工位置，伴隨平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)以形成玻璃碎裂層。激光焦點(diǎn)的位置以玻璃蓋片上表面SI的位置或是膠帶表面S4的位置為參考位置，設(shè)定單個(gè)或是多個(gè)相對(duì)于上述表面的運(yùn)動(dòng)距離，從而實(shí)現(xiàn)在玻璃表面及內(nèi)部形成碎裂層。
[0107]步驟A5為設(shè)定玻璃劃片激光的參數(shù)，包括激光功率、重復(fù)頻率、劃片速度等。[0108]步驟A6為實(shí)施激光玻璃劃片的過(guò)程。激光源19發(fā)出的激光束11經(jīng)激光光閘20后進(jìn)入功率調(diào)節(jié)裝置21，經(jīng)擴(kuò)束鏡23、第一經(jīng)反射鏡Ml、第一分光鏡BSl后被激光聚焦鏡24聚焦于預(yù)定的位置。激光功率調(diào)節(jié)裝置21中包含有二分之一波長(zhǎng)波片以及激光分光棱鏡，而波片裝載于電動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上。功率調(diào)節(jié)裝置21與功率計(jì)22結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)激光功率的監(jiān)控、反饋以及調(diào)節(jié)。Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)31帶動(dòng)激光聚焦鏡24到達(dá)預(yù)定焦點(diǎn)位置后，Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)晶圓沿切割道方向相對(duì)于激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，從而在玻璃蓋片表面或內(nèi)部形成碎裂層。設(shè)置不同的Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)玻璃蓋片內(nèi)部不同高度的碎裂層。在單條切割道內(nèi)完成劃片動(dòng)作后，由X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)30帶動(dòng)晶圓平移至下一道切割道位置上，重復(fù)劃片動(dòng)作后即可完成下一道切割道的劃片。依次循環(huán)，可完成整片晶圓Y方向的劃片動(dòng)作。利用旋轉(zhuǎn)平臺(tái)28將晶圓從X方向旋轉(zhuǎn)至Y方向后，重復(fù)上一方向的劃片動(dòng)作，即可完成整片晶圓的劃片動(dòng)作。
[0109]步驟A7為晶圓裂片分割步驟。根據(jù)不同的晶圓貼膜方式，以及在玻璃表面及內(nèi)部形成的碎裂層分布情況，可選擇機(jī)械劈刀裂片方式或是擴(kuò)張拉伸裂片方式，最終實(shí)現(xiàn)晶圓上所有芯片的分割。
[0110]當(dāng)然，上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓人們能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，所述圖像傳感器芯片晶圓包括感光芯片(2 )、玻璃蓋片(I)、重分布電路(3 )、聚合物絕緣層(4)和焊料球(6 )，所述玻璃蓋片(I)具有玻璃上表面(S2)和玻璃下表面(SI)，其中感光芯片(2)、重分布電路(3 )、聚合物絕緣層(4 )和焊料球(6 )均位于所述玻璃蓋片(I)的下表面?zhèn)龋涮卣髟摲椒òㄒ韵虏襟E: 步驟一，切割道覆蓋層去除:去除切割道(7)內(nèi)玻璃蓋片(I)表面的覆蓋層(5)； 步驟二，玻璃蓋片激光劃片:在所述步驟一進(jìn)行之前或完成之后，運(yùn)用激光對(duì)切割道(7)內(nèi)的玻璃蓋片(I)作劃片處理，從而降低切割道(7)內(nèi)玻璃蓋片(I)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度； 步驟三，晶圓裂片分割:采用機(jī)械外力對(duì)所述圖像傳感器芯片晶圓作裂片處理，從而使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道(7)分割開(kāi)來(lái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟一中，先將所述圖像傳感器芯片晶圓貼附于粘性膠帶上，以固定圖像傳感器芯片晶圓的位置，再利用旋轉(zhuǎn)的刀輪(9)切割去除所述切割道(7)內(nèi)玻璃蓋片(I)表面的覆蓋層(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟一中，先將所述圖像傳感器芯片晶圓貼附于粘性膠帶上，以定位所述圖像傳感器芯片晶圓的位置，再利用激光去除所述切割道(7)內(nèi)玻璃蓋片(I)表面的覆蓋層(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟一中，所述激光為脈沖激光，其脈沖寬度小于300ns。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟一中，將切割道(7)內(nèi)玻璃蓋片(I)表面的覆蓋層(5)全部去除；或者將切割道(7)內(nèi)玻璃蓋片(I)表面的覆蓋層部分去除，而保留一定厚度的覆蓋層(5);或者將切割道(7)內(nèi)玻璃蓋片(I)表面的覆蓋層全部去除后，再去除一定深度的玻璃蓋片(I )。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:當(dāng)將切割道(7)內(nèi)玻璃蓋片(I)表面的覆蓋層部分去除，而保留一定厚度的覆蓋層(5)時(shí)，所保留的覆蓋層的厚度不大于50um。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:當(dāng)將切割道(7)內(nèi)玻璃蓋片(I)表面的覆蓋層(5)全部去除后，再去除一定深度的玻璃蓋片(I)時(shí)，所述玻璃蓋片(I)的去除深度小于玻璃蓋片(I)厚度的一半。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟一中，所述圖像傳感器芯片晶圓與所述粘性膠帶的貼合面為圖像傳感器芯片晶圓的玻璃蓋片面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟二中，先將所述圖像傳感器芯片晶圓貼附在粘性膠帶上，以固定圖像傳感器芯片晶圓的位置，再利用激光對(duì)玻璃蓋片(I)作劃片處理，所述激光為脈沖激光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟二中，所述圖像傳感器芯片晶圓與所述粘性膠帶的貼合面為圖像傳感器芯片晶圓的焊料球面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟二中，所述激光經(jīng)聚焦裝置透過(guò)玻璃蓋片的玻璃上表面(Si)進(jìn)行會(huì)聚，其焦點(diǎn)位于玻璃蓋片的玻璃下表面(S2)，所述激光焦點(diǎn)處的功率密度大于玻璃蓋片的損傷閾值，從而在玻璃蓋片(I)的玻璃下表面(S2)形成玻璃碎裂區(qū)域(12);保持預(yù)設(shè)的激光焦點(diǎn)高度位置，并使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道(7)相對(duì)于激光焦點(diǎn)移動(dòng)，每一個(gè)激光脈沖形成一個(gè)玻璃碎裂區(qū)域(12)，同一焦點(diǎn)高度的所有碎裂區(qū)域形成一層碎裂層(13)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟二中，所述激光經(jīng)聚焦裝置透過(guò)玻璃蓋片的玻璃上表面(SI)進(jìn)行會(huì)聚，其焦點(diǎn)位于玻璃蓋片的玻璃下表面(S2)或玻璃內(nèi)部，所述激光焦點(diǎn)處的功率密度大于玻璃蓋片的損傷閾值，從而在玻璃蓋片中形成玻璃碎裂區(qū)域(12);保持預(yù)設(shè)的激光焦點(diǎn)高度位置，并使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道(7)相對(duì)于激光焦點(diǎn)移動(dòng)，每一個(gè)激光脈沖形成一個(gè)玻璃碎裂區(qū)域(12)，同一焦點(diǎn)高度的所有碎裂區(qū)域形成一層碎裂層(13);使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道相對(duì)于激光焦點(diǎn)移動(dòng)多次并相應(yīng)改變激光焦點(diǎn)的高度位置，從而在玻璃蓋片(I)中形成多層碎裂層(13);且所述玻璃蓋片(I)的玻璃下表面(S2)形成有碎裂層(13)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟二中，所述圖像傳感器芯片晶圓與所述粘性膠帶的貼合面為圖像傳感器芯片晶圓的玻璃蓋片面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟二中，所述激光經(jīng)聚焦裝置透過(guò)所述粘性膠帶進(jìn)行會(huì)聚，其焦點(diǎn)位于玻璃蓋片(I)的玻璃下表面(S2)，所述激光焦點(diǎn)處的功率密度大于玻璃蓋片的損傷閾值，從而在玻璃蓋片(I)的玻璃下表面(S2)形成玻璃碎裂區(qū)域(12);保持預(yù)設(shè)的激光焦點(diǎn)高度位置，并使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道(7)相對(duì)于激光焦點(diǎn)移動(dòng)，每一個(gè)激光脈沖形成一個(gè)玻璃碎裂區(qū)域(12)，同一焦點(diǎn)高度的所有碎裂區(qū)域形成一層碎裂層(13)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟二中，所述激光經(jīng)聚焦裝置透過(guò)所述粘性膠帶進(jìn)行會(huì)聚，其焦點(diǎn)位于玻璃蓋片(I)的玻璃上表面(SI )，或者位于玻璃蓋片(I)的玻璃下表面(S2)，或者位于玻璃蓋片(I)的玻璃內(nèi)部；所述激光焦點(diǎn)處的功率密度大于玻璃蓋片的損傷閾值，從而在玻璃蓋片(I)中形成玻璃碎裂區(qū)域(12);保持預(yù)設(shè)的激光焦點(diǎn)高度位置，并使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道(7)相對(duì)于激光焦點(diǎn)移動(dòng)，每一個(gè)激光脈沖形成一個(gè)玻璃碎裂區(qū)域(12)，同一焦點(diǎn)高度的所有碎裂區(qū)域形成一層碎裂層(13);使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道相對(duì)于激光焦點(diǎn)移動(dòng)多次并相應(yīng)改變激光焦點(diǎn)的高度位置，從而在玻璃蓋片(I)中形成多層碎裂層(13);且所述玻璃蓋片(I)的玻璃下表面(S2)形成有碎裂層(13)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11或12或14或15所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟二中，所形成的每一層碎裂層(13)中的各個(gè)玻璃碎裂區(qū)域(12)連續(xù)分布。
17.根據(jù)權(quán)利要求11或12或14或15所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟二中，所形成的每一層碎裂層(13)中的各個(gè)玻璃碎裂區(qū)域(12)離散分布。
18.根據(jù)權(quán)利要求12或15所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟二中，所形成的各層碎裂層(13)中，一部分碎裂層(13)中的各個(gè)玻璃碎裂區(qū)域(12)連續(xù)分布，其余碎裂層(13)中的各個(gè)玻璃碎裂區(qū)域(12)離散分布。
19.根據(jù)權(quán)利要求12或15所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟二中，所形成的各層碎裂層(13)之間連續(xù)分布。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟二中，所形成的每一層碎裂層(13)中的各個(gè)玻璃碎裂區(qū)域(12)連續(xù)分布。
21.根據(jù)權(quán)利要求12或15所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟二中，所形成的各層碎裂層(13)之間離散分布。
22.根據(jù)權(quán)利要求12或15所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟二中，所形成的各層碎裂層(13)中，一部分碎裂層(13)之間連續(xù)分布，其余碎裂層(13)之間離散分布。
23.根據(jù)權(quán)利要求11或12或14或15所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟二中，所形成的各個(gè)玻璃碎裂層(13)疊加后的寬度不小于所述玻璃蓋片(I)厚度的十分之一。
24.根據(jù)權(quán)利要求11或12或14或15所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在 于:在所述步驟三中，需保證所述圖像傳感器芯片晶圓的玻璃蓋片面貼附在粘性膠帶上，以固定圖像傳感器芯片晶圓的位置，然后采用機(jī)械劈刀劈裂的方式作用于玻璃碎裂層(13)所在的切割道(7)，使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道(7)分割開(kāi)來(lái)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟三中，所述圖像傳感器芯片晶圓的焊料球面(S3)上貼附至少一層非粘性的柔性保護(hù)膜，所述保護(hù)膜厚度不小于30um。
26.根據(jù)權(quán)利要求11或12或14或15述的采用晶圓級(jí)封裝方式的圖像傳感器芯片晶圓的切割方法，其特征在于:在所述步驟三中，需保證所述圖像傳感器芯片晶圓貼附在粘性膠帶上，然后采用擴(kuò)張所述粘性膠帶的方式使圖像傳感器芯片晶圓沿切割道(7)分割開(kāi)來(lái)。
【文檔編號(hào)】H01L21/78GK103839956SQ201410042112
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】郭良, 潘傳鵬 申請(qǐng)人:蘇州蘭葉光電科技有限公司