玻璃盖片激光划片装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种玻璃盖片激光划片装置，它包括：能够发出激光束的激光光源，对所述激光光源所发出的激光束的激光功率进行调节的激光功率调节装置，用于调节所述激光束的偏振态及偏振方向的装置，使所述激光束会聚的激光会聚装置，能够让由所述激光会聚装置会聚的激光焦点的位置沿竖直方向上下移动的Z向移动机构，以及用于固定晶圆的晶圆定位平台；所述晶圆定位平台上设置有能够带动该晶圆定位平台在水平面内作旋转运动的旋转机构、以及能够带动该晶圆定位平台在水平方向平移运动的X向移动机构和Y向移动机构。该装置在控制芯片良品率的同时还可以提高生产效率，也可以避免耗材更换的成本问题。
【专利说明】玻璃盖片激光划片装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种玻璃盖片激光划片装置。
【背景技术】
[0002]图像传感器具有两种设计结构,分别为电荷稱合器件(Charged-Coupled Device,简称CCD)和互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,简称CMOS)，具有CMOS结构的图像传感器简称为CIS (CMOS Image Sensor)。
[0003]对于CXD和CIS这两种图像传感器，传统的封装采取分立式封装方式，这种封装方式需要对每颗芯片进行单独的封装。随着安装于各种电子产品中的相机数量不断增多，每年对于图像传感器的需求达到数十亿颗之多，分立式封装产能低、良率低、成本高的缺点已经无法适应这种增长。在这种背景下，一种适用于大规模量产的封装方式被开发出来，即晶圆级封装。
[0004]不同于分立式封装，晶圆级封装将未分割开的图像传感器芯片晶圆和晶圆级玻璃相贴附，形成新的晶圆，再进行整体封装。封装时，将一整片图像传感器芯片贴附于一整片厚度约400um的光学玻璃盖片上，并使图像传感器芯片的感光面朝向玻璃面，以玻璃盖片为光入射窗口。芯片四周利用聚合物绝缘胶与玻璃盖片粘合，并使芯片感光面与玻璃盖片之间存在一定间隙，以防止芯片感光面受到损伤。芯片的另一面与分立式封装不同的是，通常在贴附好后整片进行重新分布电路，而形成有重分布电路，再利用聚合物绝缘胶进行封装，利用丝网印刷等方法制作好焊料球，便于后续电路的外部连接，封装完毕后将晶圆重新切割成单颗(获得多个相互分隔的图像传感器芯片单体)，此为图像传感器芯片晶圆级封装的最大特点。而且在封装时，利用丝网印刷等方法制作好焊料球，便于后续电路的外部连接。这种封装方式产能大、良率高、封装尺寸小，逐步成为主流的封装方式。第一代图像传感器晶圆级封装技术中需要两片玻璃晶圆，分别贴附于图像传感器芯片的两面。而到了第三代，只需一片晶圆玻璃贴附与图像传感器芯片的正面(感光面)，作为入射光窗口和防止微粒污染芯片的密封保护层。用绝缘聚合物覆盖层替代另一面的玻璃盖片，并将图像传感器芯片、玻璃晶圆以及重分布电路封装成一个整体。
[0005]晶圆整体封装后的切割工艺，目前普遍利用高速转动的金刚石刀轮将图像传感器芯片(包括玻璃盖片、重分布电路、密封聚合物绝缘层以及焊料球等)切割成单独的芯片，这些芯片经测试合格后即为成品，完成整个封装过程。金刚石刀轮切割的缺点在于切割厚度较薄，脆性的材料时极易容易碎片崩边等现象，从而引发产品不良。为了控制产品良率，金刚石刀轮的切割速度要大幅下降，尤其是在切割玻璃盖片时，碎片崩边等现象必须控制在可接受范围之内。但此做法制约了生产效率，并且无法解决金刚石刀轮磨损更换带来的成本上升问题。
[0006]第三代图像传感器晶圆级封装采用单面玻璃贴附技术，使得利用激光切割成为可能。相较于砂轮切割，激光切割属于非接触式切割，具有效率高、良率高、污染小、耗材少、维护周期长等优点，更适用于环境要求高、生产规模大的半导体制造行业。本文所描述方法与装置开创性的应用激光于晶圆级封装【技术领域】，使该领域生产成本大幅降低、生产效率得到了极大提升。
【发明内容】
[0007]本发明目的是:针对上述问题，本发明提供一种玻璃盖片激光划片装置，该装置能够运用脉冲激光对芯片晶圆上的玻璃盖片作划片处理，与现有技术中普通采用的金刚石刀轮切割方法相比，该装置在控制芯片良品率的同时还可以提高生产效率，也可以避免耗材更换的成本问题。
[0008]本发明的技术方案是:所述的玻璃盖片激光划片装置包括:
[0009]能够发出激光束的激光光源，
[0010]对所述激光光源所发出的激光束的激光功率进行调节的激光功率调节装置；
[0011]用于调节所述激光束的偏振态及偏振方向的装置，
[0012]使所述激光束会聚的激光会聚装置，
[0013]能够让由所述激光会聚装置会聚的激光焦点的位置沿竖直方向上下移动的Z向移动机构，
[0014]以及用于固定晶圆的晶圆定位平台；
[0015]所述晶圆定位平台上设置有能够带动该晶圆定位平台在水平面内作旋转运动的旋转机构、以及能够带动该晶圆定位平台在水平方向平移运动的X向移动机构和Y向移动机构。
[0016]作为优选，所述激光光源为激光器，且该激光器能够发出脉冲宽度小于Ins的脉冲激光。
[0017]作为优选，该玻璃盖片激光划片装置还包括功率计，所述功率计与所述激光功率调节装置相连。
[0018]作为优选,该玻璃盖片激光划片装置还包括便于划片操作者准确获知玻璃盖片的上表面位置的照明光源、成像系统和影像系统，所述成像系统和影像系统相连。
[0019]作为优选，所述激光聚焦装置为激光聚焦镜。
[0020]本发明的优点是:本发明这种玻璃盖片激光划片装置能够运用脉冲激光对芯片晶圆上的玻璃盖片作划片处理，与现有技术中普通采用的金刚石刀轮切割方法相比，该装置在控制芯片良品率的同时还可以提高生产效率，也可以避免耗材更换的成本问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
[0022]图1是图像传感器芯片晶圆切割道附近的剖面结构图。
[0023]图2是利用刀轮去除切割道覆盖层的示意图。
[0024]图3是利用激光去除切割道覆盖层的示意图。
[0025]图4是焊料球面与胶带胶层面贴合的示意图。
[0026]图5是激光透过玻璃盖片上表面聚焦于玻璃盖片下表面形成碎裂区域的示意图。
[0027]图6是激光透过玻璃盖片上表面聚焦于玻璃盖片下表面形成碎裂层的示意图。
[0028]图7是图6中剖面1-1的示意图，展示了剖面I上玻璃碎裂区域以及碎裂层的分布状态。
[0029]图8是采用玻璃盖片上表面与胶带胶层贴合时，激光依次透过胶带、玻璃上表面聚焦于玻璃下表面形成碎裂层的示意图。
[0030]图9是图8中剖面I1-1I的示意图。展示了剖面II上激光依次透过胶带、玻璃上表面聚焦于玻璃下表面及内部所形成的碎裂层区域和碎裂层的分布状态。
[0031]图10是采用机械劈刀对晶圆裂片分割的示意图。
[0032]图11是图10中剖面II1-1II的示意图，是机械劈刀分割晶圆芯片时的过程示意图。
[0033]图12是采用扩张拉伸方式分割晶圆的示意图。(a)展示了焊料球面与胶带胶层面贴合时晶圆拉伸分割的过程。(b)展示了玻璃盖片上表面与胶带胶层贴合时晶圆拉伸分割的过程。
[0034]图13是晶圆切割的操作流程示意图。
[0035]图14是晶圆芯片分布及切割路径规划示意图。
[0036]图15是玻璃盖片激光划片装置示意图。
[0037]其中:1_玻璃盖片，2-感光芯片，3-重分布电路，4-焊料球，5-覆盖层，6-焊料球，7-切割道，8-晶圆环，9-刀轮，10-裂片装置的载物台，11-激光束，12-碎裂区域，13-碎裂层，16-未碎裂的区域，17-保护膜，18-劈刀，19-激光器，20-激光光闸，21-激光功率调节装置，22-功率计，23-扩束镜，24-激光聚焦镜，25-照明光源，26-成型系统，27-影像系统，28-旋转机构，29-Y向移动机构，S1-玻璃上表面，S2-玻璃下表面，S3-焊料球面，S4-胶带表面，L1-胶层，L2-基材层，Pl-第一碎裂层，P2-第二碎裂层，30-X向移动机构，31-Z向移动机构，Ml-第一反光镜，M2-第二反光镜，BSl-第一分光镜，BS2-第二分光镜，A-图像传感器芯片单体。
【具体实施方式】
[0038]实施例:本实施例要对基于晶圆级封装技术的图像传感器芯片晶圆进行切割，其切割对象——基于晶圆级封装技术的图像传感器芯片晶圆(以下简称晶圆)的细部结构参见图1所示，它主要由玻璃盖片1、感光芯片2 (主要为硅)、重分布电路3及聚合物绝缘层4四大部分构成，玻璃盖片I具有玻璃上表面SI和玻璃下表面S2，所述感光芯片2、重分布电路3和聚合物绝缘层4均位于玻璃盖片I的下表面侧。这种图像传感器芯片晶圆的宏观结构可参照图14所示，它具有多个图像传感器芯片单体A以及位于所述图像传感器芯片单体A之间的切割道7，而本发明这种切割方法的主要作用对象为切割道7范围内的玻璃盖片I以及玻璃盖片表面的覆盖层5(晶圆在其切割道范围内具有多层结构，包含玻璃盖片层和覆盖层，其中覆盖层位于玻璃盖片层的下表面侧)，目的在于使所述图像传感器芯片单体A从晶片上分离下来。所述覆盖层5通常含有硅层、残留的金属层以及表面的聚合物绝缘层等复合材料，覆盖层5的厚度受各厂家工艺的不同，从几十微米至几百微米不等。当然，切割人员也可以根据具体情况而人为选择切割道的路径，这时的切割道7并不局限于个图像传感器芯片单体A之间区域。
[0039]本实施例中，这种基于晶圆级封装技术的图像传感器芯片晶圆的切割方法主要包括切割道覆盖层去除、玻璃盖片激光划片和晶圆裂片分割三大工艺步骤，其中“玻璃盖片激光划片”可以在“切割道覆盖层去除”之前进行，也可在“切割道覆盖层去除”之后进行，具体如下:
[0040]步骤一、切割道覆盖层去除。
[0041]这里所说的切割道覆盖层，是指切割道范围内玻璃盖片上表面的封装材料，该封装材料主要成分通常为聚合物绝缘层、硅层、以及少量的金属焊垫层，为晶圆的常规结构。
[0042]所述覆盖层5去除之前，需将整片图像传感器芯片晶圆贴附于粘性胶带上，使晶圆的玻璃盖片面(也即玻璃盖片I的玻璃上表面SI)与粘性胶带的粘性胶层LI接触，再利用真空吸附载台将粘性胶带吸附固定(粘性胶带固定于专用的晶圆环8上)，使去除覆盖层时晶圆不发生偏移，如图2。
[0043]上述粘性胶带可以选择热剥离型胶带，也可以选择紫外线照射剥离胶带(以下简称紫外胶带)。胶带通常为三层结构:第一层为剥离层，是一种保护型薄膜，用于保护粘合剂不受污染以及隔绝空气，通常材料为聚酯薄膜，胶带使用时，这一层需揭掉不用。中间一层为胶层LI，具有粘性，通常丙烯酸类粘合剂。底层为基材层L2，用于在其表面涂覆胶层。胶层LI和基材层L2都具有优异的延展性。
[0044]去除切割道覆盖层的方式有两种:第一种方式，使用刀轮9进行接触式去除，如图
2;第二种方式，使用激光进行非接触式去除，如图3。
[0045]图2中，高速旋转的刀轮9对准切割道7的中间位置，并与覆盖层5相接触，从而将切割道覆盖层5去除。为了延长刀轮9的使用寿命，切割时辅以水流冷却散热。为了防止刀轮破坏掉两侧的图像传感器单体的结构，一般刀轮9的刀面宽度需小于切割道7的宽度，通常在30?70um之间。覆盖层5被去除的深度受后续工艺的影响，可以设定为不完全去除、完全去除、完全去除后再去除部分深度的玻璃盖片(去除玻璃的厚度不超过玻璃盖片总厚度的一半)这三种方式。覆盖层5的去除深度由刀轮9的下刀深度决定，采用一遍加工的方式，加工速度小于50mm/s。
[0046]去除切割道覆盖层5的目的在于后续裂片时不会出现玻璃盖片被分割开但各芯片单体A之间仍旧由切割道覆盖层黏连的现象。剩余一定厚度的覆盖层可以避免刀轮的快速损耗，同时又不导致裂片时出现黏连现象(利用劈刀的下压力使覆盖层断裂)，这要求剩余覆盖层的总厚度不能超过50um，这些剩余的覆盖层可以通过后续裂片时劈刀的冲击力使其裂开。
[0047]覆盖层5的物理性质与玻璃不同，其硬度远远小于玻璃，因此切割道覆盖层去除的步骤可以采用金刚石刀轮去除的方式进行，其良率、加工效率以及刀轮的损耗仍旧在可接受的范围之内。
[0048]图3中，用激光束10替代刀轮9来去除切割道覆盖层5，去除时辅以吹气以排除气化的覆盖层5。所述激光束10采用脉冲激光，其脉冲宽度一般要求小于300ns，以防止过热损坏芯片。激光波长位于覆盖层5的吸收波段内，覆盖层具有从紫外波段至近红外波段的光谱吸收性，因而激光波长的选择具有广谱性，通常选用355nm、532nm或是1064nm作为去除切割道覆盖层用波长。覆盖层5被去除的宽度一般在IOum以内，与刀轮去除的方式相同，覆盖层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盖片这三种方式。与刀轮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,其去除效率高于刀轮去除的方式。[0049]尽管覆盖层5的硬度远小于玻璃，但利用金刚石刀轮去除切割道覆盖层仍旧存在刀具损耗。随着产能需求的增加，各芯片单体A之间的间隙被不断压缩，以便在有限的晶圆内放置更多的图像传感器芯片2，在此情况下，切割道7的宽度相应的被减小，金刚石刀轮本身的宽度也相应的需要减小，但仍需保持一定的强度以切割玻璃。当切割道的宽度小于50um时，刀具的成本将急剧增加，且更容易损耗。而图3所示的这种采用激光去除切割道内覆盖层的方式，为非接触性加工，故而不受目前切割道宽度的限制，且无耗材损耗，是解决切割瓶颈的有效手段。
[0050]步骤二、玻璃盖片激光划片。
[0051]有别于传统的方式，本发明中玻璃盖片划片加工步骤利用激光器产生的激光进行加工，为了保证划片工序的高效进行，所使用的激光器最好具有以下性质:1、激光波长对于玻璃盖片I具有90%以上的透过率。2、激光器所输出的激光为脉冲激光。3、激光器所输出的激光脉冲宽度小于Ins。
[0052]在加工前，需要将整片图像传感器芯片晶圆贴附于粘性胶带上，其贴附的方式有两种:
[0053]第一种贴附方式如图4所示，将晶圆的焊料球面S3 (即晶圆具有焊料球的6那一面)贴附在所述粘性胶带上，所述焊料球面S3包含焊料球6的表面和聚合物绝缘层4的表面，其中焊料球6嵌入胶层LI中，聚合物绝缘层4的表面与胶层LI粘合。玻璃盖片I的上表面SI朝上放置,与空气接触,胶带表面S4与载物台台面接触。
[0054]第二种贴附方式如图3所示，将晶圆的玻璃盖片面(即晶圆具有玻璃盖片的那一面，也即玻璃盖片I的玻璃上表面Si)贴附在所述粘性胶带上。但放置时需要将晶圆和胶带在图3中翻转180度，使焊料球6所在的面朝下，与载物台台面接触，而胶带表面S4朝上与空气接触。
[0055]采用上述第一种贴附方式时，激光经过玻璃盖片I的玻璃上表面SI聚焦于玻璃盖片I的玻璃下表面S2或是玻璃内部。图5中激光束11经玻璃上表面SI后聚焦于玻璃下表面S2，激光焦点处的功率密度大于玻璃盖片的损伤阈值，导致焦点出的玻璃出现形态或是结构上的变化，从而在玻璃下表面S2 (是指位于切割道范围内的玻璃下表面)形成碎裂区域12。如图6，保持预设的焦点高度位置，并使激光焦点沿切割道7相对于晶圆运动。每一个激光脉冲形成一个玻璃碎裂区域12，同一焦点高度的所有碎裂区域12的包络边界形成一层碎裂层13。所采用的激光对于玻璃盖片I有一定的透过率，其透过率通常大于O。通常情况下，划片步骤所涉及的晶圆级光学玻璃盖片对于可见光(波长400-700nm)以及近红外光(波长700-1000nm)具有很高的透过率，一般大于90%。
[0056]所述玻璃碎裂区域12是指激光与玻璃发生相互作用后玻璃内部结构发生变化的区域。该区域内存在一种或是多种形态，包括多光子吸收或是线性吸收所形成的裂纹区域、熔融区域，自聚焦效应所引起的裂纹区域，以及由此引起的次生裂纹区域。玻璃碎裂区域的大小取决于所选用的激光脉冲能量以及聚焦装置。碎裂区域12的大小与激光脉冲能量成正比，与聚焦装置的聚焦能力成反比。
[0057]由于所采用的激光光源为脉冲激光，因而玻璃碎裂区域也是一个一个形成，即一个激光脉冲形成一个碎裂区域12。
[0058]碎裂区域所处的预定位置有三种情况:位于玻璃盖片I的玻璃上表面、玻璃下表面或玻璃内部。激光束的高斯分布性质决定了其焦点具有共轭焦距的性质，共轭焦距的长度称为有效焦深，即有效焦深代表了实际形态下的焦点。因而聚焦后在焦点附近获得高于玻璃损伤阈值的功率密度导致玻璃出现形态或是结构上的变化从形成玻璃碎裂区域12可以理解为在有效焦深范围内产生碎裂。而玻璃碎裂区域12的大小包含了有效焦深范围内的碎裂区域以及由此产生的次生碎裂区域，因此玻璃碎裂区域的尺寸大于或是等于有效焦深范围内的碎裂区域尺寸大小。有效焦深用于理解实际情况下如何聚焦于玻璃的上下表面这一几何概念。
[0059]聚焦于玻璃表面并产生玻璃碎裂区域的表象为在玻璃表面形成裂纹。
[0060]玻璃碎裂区域12由一个个激光脉冲聚焦于玻璃表面或是内部形成的，其形成的过程是离散的，而从外在表观上，又可以视为有离散和连续两种表象。玻璃碎裂区域12之间的间隔由激光脉冲的重复频率以及晶圆沿切割道相对于激光焦点移动的速度这两个参数来决定。在一定的重复频率和移动速度下，相连两个玻璃碎裂区域之间的中心间距大于玻璃碎裂区域本身的宽度，从外观上看，两个玻璃碎裂区域是离散的，中间间隔有未碎裂的区域。而当相连两个玻璃碎裂区域之间的中心间距小于或是等于玻璃碎裂区域本身的宽度时，从外观上看，两个玻璃碎裂区域是连续的，中间没有未碎裂的区域，形成一条连续分布的碎裂层。
[0061]所述碎裂层13也可以理解为:晶圆沿切割道相对于激光焦点移动时，在玻璃表面或是内部可以形成离散的或是连续的碎裂区域分布带。在空间上，当激光聚焦于玻璃表面时，碎裂层的表象为在玻璃表面形成离散的或是连续的裂纹带。当玻璃的厚度足够时，可以通过改变激光在垂直方向的聚焦位置，在玻璃内部形成多层碎裂层。本发明中，多层碎裂层位于垂直于玻璃盖片表面的平面内。每一层碎裂层的宽度即为每个碎裂区域在垂直方向上的尺寸。因此，碎裂层与碎裂层之间也存在离散分布与连续分布的区别。两个玻璃碎裂层之间的中心间距大于碎裂层本身的宽度，从外观上看，两个玻璃碎裂层是离散的，中间间隔有未碎裂的带层。而当两个玻璃碎裂层之间的中心间距小于或是等于玻璃碎裂层本身的宽度时，从外观上看，两个玻璃碎裂层是连续的，中间没有未碎裂的区域，等效的形成一条宽度更宽的碎裂层。每个碎裂层中碎裂区域的分布是相互独立的，由具体的加工要求来决定。
[0062]以玻璃盖片I的玻璃上表面SI为基准面，可预设不同高度的激光焦点位置，因而可形成一层至多层的玻璃碎裂层13，同时由于单个脉冲形成单个碎裂区域12的性质，导致玻璃碎裂区域12以及玻璃碎裂层13均具有离散和连续两种状态。图7是图6中1-1剖面的结构示意图，展示了碎裂区域和碎裂层离散和联系两种状态的组合可能。图7(a)中，在玻璃盖片I的下表面S2形成了第一碎裂层P1，在玻璃盖片I内部形成了第二碎裂层P2。第一碎裂层Pl与第二碎裂层P2层中的碎裂区域12是离散状态，第一碎裂层Pl与第二碎裂层P2之间存在未碎裂的区域16，因此第一碎裂层Pl与第二碎裂层P2也是离散分布。长度14为碎裂区域12垂直方向的尺寸，即碎裂区域12的上下宽度。长度15为碎裂区域12水平方向的尺寸，即碎裂区域12的左右宽度。图7(b)中，第一碎裂层Pl与第二碎裂层P2之间存在未碎裂区域，第二碎裂层P2内的碎裂区域彼此相接或是重叠。图7(c)中，第一碎裂层Pl与第二碎裂层P2相连，第二碎裂层P2内碎裂区域相互连接。图7(d)中，形成了多层碎裂层，各碎裂层相互连接或是重叠，各层内的碎裂区域也相互连接，从玻璃盖片I的玻璃下表面S2延伸至玻璃内部或是延伸至玻璃盖片I的玻璃上表面SI。实际实施中，视具体的加工要求选择不同的组合状态。由于碎裂层和碎裂层内碎裂区域分布的相互独立性，就可实现碎裂层呈现连续分布，而每个碎裂层中碎裂区域也连续分布，如图7(c)和图7(b)。
[0063]在时间上,玻璃碎裂层每层的形成一般是按照从玻璃下表面S2至玻璃上表面SI的顺序进行。特殊情况下，也可以跳序形成，而先前生成的碎裂层不会阻挡后续碎裂层的形成。
[0064]为了保证后续裂片的可行性，必须在玻璃盖片I的玻璃下表面S2 (如果在上述步骤一中，晶圆切割道内的覆盖层被刀轮或是激光去除使，并且附带去除了一部分深度的玻璃的情况下，新形成的玻璃表面即为玻璃盖片的玻璃下表面)形成玻璃碎裂层13。也就是说，如果步骤二完成后，在玻璃盖片上仅形成有一层碎裂层13，那么该碎裂层13必须分布在玻璃盖片I的玻璃下表面S2。
[0065]切割道内的玻璃碎裂层至少要形成一层，而且一般需要在玻璃表面或是内部的所有玻璃碎裂层宽度之和不小于玻璃盖片I厚度的十分之一，以保证后续裂片的可行性。
[0066]采用第二种贴附方式时，如图8所示，激光束11依次透过胶带表面S4、玻璃上表面SI，聚焦于玻璃表面S2。这里所使用的胶带材料要求其胶层LI层、基材层L2层对所用激光束11具有大于80%的总透射率。设定聚焦位置时，以胶带表面S4为基准面。
[0067]图9是图8中I1-1I剖面的结构示意图，其展示了激光束11透过胶带聚焦于玻璃盖片I的下表面S2以及内部的情况。在玻璃盖片I表面及内部形成碎裂区域与碎裂层的情况与第一种贴附方式时相同。
[0068]该工序步骤二的目的在于采用激光加工的方式在玻璃表面以及内部形成玻璃碎裂层13，这些碎裂层13有两个作用:一是降低玻璃盖片的强度，便于进行后续的裂片步骤；二是在裂片过程中起到开裂方向的导向作用，使玻璃沿着垂直于玻璃表面的方向进行开裂，避免出现斜边以及崩边等不良现象。晶圆级封装图像传感器芯片实际生产制程中，仍以刀轮切割玻璃，制约了生产效率。
[0069]步骤三、晶圆裂片分割。
[0070]在完成切割道覆盖层去除、玻璃盖片激光划片两个步骤之后，玻璃盖片内部存在的熔融区域以及未碎裂的区域，使晶圆仍旧呈现完整的一片，并未实现完全的分割。因此需要辅以机械外力分裂晶圆上的图像传感器芯片单体，我们将其称之为裂片工序。裂片的方式有两种:当仅有单层碎裂层或是多层碎裂层呈离散分布时，须采用机械劈刀的方式进行裂片；当多层碎裂层呈现从玻璃盖片下表面至内部连续分布，或是从玻璃盖片下表面至上表面连续分布时，可以采用机械劈刀或是拉伸扩张的方式进行裂片。
[0071]图10为使用劈刀作裂片处理的示意图。裂片前，如果胶层LI初始与晶片的焊料球面S3面贴合，需经倒模以保证胶层LI与玻璃上表面SI贴合，也就是说，采用劈刀作裂片时，需保证胶层LI与晶圆的玻璃盖片面贴合。须保证焊料球6所在面贴有柔性的保护膜17，保护膜17的表面S5与裂片装置的载物台相接触。保护膜17不具有粘性胶层，以防止胶层附着于焊料球上。保护膜单层不小于30um，可使用单层或多层保护膜，防止焊料球6被劈刀18下劈时的压力压扁损坏。柔性保护膜17最好对可见光是透明的，以便裂片装置上的相机定位装置能够对晶圆进行精确定位。劈刀的顶部尖角通常带有一定圆弧度，增大与晶圆接触时的接触面积，避免损坏晶圆表面。
[0072]图11是图10中II1-1II剖面的结构示意图，该图展示了劈刀18下劈时，晶圆开裂分割的过程。劈刀18的刀口与切割道方向调节至一致后，向下压迫晶圆，利用裂片装置的载物台10的间隙使晶圆向玻璃盖片的上表面SI方向发生弯曲形变。保护膜17的表面S5与裂片装置的载物台10相接触以防止焊料球6被压坏。由于切割道内的玻璃盖片下表面上存在碎裂层13，从而导致玻璃盖片从其下表面S2开始沿着碎裂层向玻璃内部断裂，其断裂方向由内部的碎裂层所引导。本发明中，碎裂层所在的平面与玻璃表面相互垂直，从而实现一个方向上一条切割道两边的晶圆完全分割。依次对同一方向上的所有切割道进行裂片操作，可实现一个方向上所有的晶圆芯片的分割。将晶圆旋转90度后，重复上述操作，即可完成整片晶圆的分割。
[0073]图12为采用扩张拉伸的方式进行裂片的示意图。图12(a)中焊料球所在面即晶圆的焊料球面S3与胶层LI贴合，将垂直于碎裂层所在平面的伸力作用于胶带胶层LI以及基材层L2上，使粘性胶带向外扩张，利用胶带的延展性以及胶层粘力产生对晶圆玻璃盖片I的作用力矩，使晶圆向玻璃上表面SI方向发生弯曲形变。由于切割道内的玻璃下表面S2上存在碎裂层13，导致玻璃盖片I从其下表面开始沿着碎裂层向玻璃内部断裂，其断裂方向由内部的碎裂层所引导垂直于玻璃表面。图12(b)中玻璃内部的多层碎裂层呈现从玻璃盖片下表面S2至玻璃盖片上表面SI连续分布，在玻璃上表面SI也形成有碎裂层。将玻璃上表面SI与胶带胶层LI贴合，将垂直于碎裂层所在平面的拉伸力作用于胶带胶层LI以及基材层L2上，使粘性胶带向外扩张，利用胶带的延展性以及胶层粘力产生对晶圆玻璃盖片I的作用力矩，使晶圆向玻璃盖片下表面S2方向发生弯曲形变。由于切割道内的玻璃下表面S2上存在碎裂层13，导致玻璃盖片从玻璃上表面SI开始沿着碎裂层向玻璃内部断裂，其断裂方向由内部的碎裂层所引导垂直于玻璃表面。
[0074]该工序步骤三的目的在于对已经完成切割道内覆盖层去除、玻璃激光划片步骤的晶圆片采用施加机械外力的方式进行完全分割。由于玻璃盖片的碎裂区域之间存在未碎裂的区域，并且碎裂层之间也存在未碎裂带，因此在玻璃划片过后玻璃盖片仍旧会连接在一起未完全分割开来。即使以连续的碎裂区域和连续的碎裂层的方式进行划片，玻璃熔融区域冷却后使得玻璃仍旧会粘结在一起。因此在玻璃激光划片过后需要施以外力使玻璃完全分割开来。
[0075]装置介绍:
[0076]本发明实施例中，与上述切割道覆盖层去除、玻璃盖片激光划片、晶圆裂片分割三个相互独立的步骤相对应的有三种装置。分别为切割道去除装置、玻璃盖片激光划片装置和裂片装置，其中切割道去除装置和裂片装置可采用常规结构，本实施例重点介绍所述玻璃盖片激光划片装置的结构组成。
[0077]如图15所示，玻璃盖片激光划片装置是一种激光加工装置，它主要包括以下各个组成部分:
[0078]①激光光源，而且该激光光源能够发出脉冲宽度小于Ins的脉冲激光束11，本例中，该激光光源是一个激光器19 ；
[0079]②能够对所述激光光源所发出的激光束11的激光功率进行调节的激光功率调节装置21，该激光功率调节装置21并不是激光器内部本身所附带的功率调节功能，而是在激光器外部对出射的激光功率进行调节的装置；而且该激光功率调节装置21与功率计22相连，激光功率调节装置21与功率计22结合可以实现激光功率的监控、反馈以及调节；[0080]③能够调节激光束11的偏振态及偏振方向的装置，
[0081]④使激光束会聚的激光会聚装置，本例中该装置为激光聚焦镜24 ；
[0082]⑤能够使激光焦点沿竖直方向上下移动的Z向移动机构31
[0083]⑥用于固定晶圆的晶圆定位平台，且所述晶圆定位平台上设置有能够带动该晶圆定位平台在水平面内作旋转运动的旋转机构28、以及能够带动该晶圆定位平台在水平方向平移运动的X向移动机构30和Y向移动机构29，其中X向移动机构30能带动晶圆定位平台沿X轴方向移动，Y向移动机构29能够带动该晶圆定位台沿Y轴方向移动，所述X轴和Y轴处于同一水平面内，从而使晶圆定位平台上固定的晶圆能够在由X轴和Y轴构成的水平面内随意移动。
[0084]所述晶圆定位平台固定晶圆的方式为:晶圆定位平台上设置有真空吸盘装置，该真空吸盘装置可利用负气压使晶圆固定在晶圆定位平台上，防止平台运动时晶圆偏移或是飞出平台。
[0085]为了让划片操作者能够准确获知玻璃上表面SI的位置，本实施例这种玻璃盖片激光划片装置还设置有照明光源25、以及相互连接的成像系统26和影像系统27，其工作原理见后述内容。
[0086]使用时，将晶圆固定在晶圆定位平台上并利用所述旋转机构28将相应的晶圆切割道调节至准直位置(使切割道与X轴或Y轴平行)，探测玻璃上表面SI的位置所在，将激光焦点对准玻璃表面或内部预订位置，调节激光功率、偏振方向，在玻璃盖片中(包括玻璃表面和玻璃内部)形成碎裂区域，利用X向运动机构和/或Y向运动机构使玻璃盖片沿切割道相对于激光焦点移动单次形成单层碎裂层，或是移动多次并通过Z向运动机构相应改变聚焦点位置从而形成多层碎裂层。通过翘曲分布探测与记录装置和对焦运动装置实现实时的焦点位置补偿功能，使碎裂层的位置随玻璃的翘曲而变化。
[0087]具体操作流程:
[0088]由上可见，本发明实施例所介绍的这种晶圆切割方法的上述每一个步骤(共三个大步骤:步骤一、步骤二和步骤三)都存在诸多具体选择方式，所以在切割进行之前需要确定选择哪一种加工方式，图13是对本发明实施例所描述的切割方法具体实施加工的流程图，分为步骤AO至步骤A7共8个小步骤，以下结合具体的实施例装置描述步骤细节。
[0089]步骤AO为使用激光或刀轮去除切割道覆盖层。步骤AO与步骤A6相互独立，可在步骤A6之如完成，也可在步骤A6之后完成。
[0090]步骤Al为确定玻璃盖片激光划片前的贴膜方式，具体为选择玻璃盖片面与胶带胶层贴合或是选择焊料球面与胶带胶层贴合。
[0091]步骤A2为定位晶圆上芯片单体A的位置，具体为确定芯片单体A的尺寸大小，将切割道方向与平台运动方向Y方向准直对齐，同时完成切割路径的规划。如图14，切割路径与切割道平行且位于切割道中间，使用来回切割的路径完成Y方向的切割。确定晶圆上芯片的位置由图15中影像系统27完成。影像系统27中可由一个或是多个不同放大倍率的成像镜头组成，以适应不同种类的芯片。切割道与运动方向Y方向的准直由可旋转360度的平台28完成，Y方向运动由图15中运动平台29来完成。
[0092]步骤A3为确定玻璃盖片上表面SI的位置。如图14，照明光源25所发出的照明光经分光镜BS2、反射镜M2、分光镜BSl后被激光聚焦镜24聚焦于玻璃盖片上表面SI，其反射光经聚焦镜24、分光镜BS1、反射镜M2、分光镜BS2后进入成像系统26。此时所成像为玻璃盖片的玻璃上表面SI的像，由成像系统26中的CCD相机转换成电子信号展示于影像系统27的显示屏上。如未得到清晰的成像，上下移动Z向平台31，直至获得清晰的成像，由Z向平台的位置参数即可得知玻璃盖片上表面Si的位置。当贴膜方式选择为晶圆的玻璃盖片面与胶带胶层贴合的时候，获得的是胶带表面S4的位置。
[0093]步骤A4为预设激光焦点在玻璃盖片表面以及内部的加工位置，伴随平台的运动以形成玻璃碎裂层。激光焦点的位置以玻璃盖片上表面SI的位置或是胶带表面S4的位置为参考位置，设定单个或是多个相对于上述表面的运动距离，从而实现在玻璃表面及内部形成碎裂层。
[0094]步骤A5为设定玻璃划片激光的参数，包括激光功率、重复频率、划片速度等。
[0095]步骤A6为实施激光玻璃划片的过程。激光源19发出的激光束11经激光光闸20后进入功率调节装置21，经扩束镜23、第一经反射镜Ml、第一分光镜BSl后被激光聚焦镜24聚焦于预定的位置。激光功率调节装置21中包含有二分之一波长波片以及激光分光棱镜，而波片装载于电动旋转平台上。功率调节装置21与功率计22结合可以实现激光功率的监控、反馈以及调节。Z向移动机构31带动激光聚焦镜24到达预定焦点位置后，Y向移动机构带动晶圆沿切割道方向相对于激光焦点运动，从而在玻璃盖片表面或内部形成碎裂层。设置不同的Z向移动机构的位置参数，即可实现玻璃盖片内部不同高度的碎裂层。在单条切割道内完成划片动作后，由X向移动机构30带动晶圆平移至下一道切割道位置上，重复划片动作后即可完成下一道切割道的划片。依次循环，可完成整片晶圆Y方向的划片动作。利用旋转平台28将晶圆从X方向旋转至Y方向后，重复上一方向的划片动作，即可完成整片晶圆的划片动作。
[0096]步骤A7为晶圆裂片分割步骤。根据不同的晶圆贴膜方式，以及在玻璃表面及内部形成的碎裂层分布情况，可选择机械劈刀裂片方式或是扩张拉伸裂片方式，最终实现晶圆上所有芯片的分割。
[0097]当然，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种玻璃盖片激光划片装置，其特征在于它包括: 能够发出激光束(11)的激光光源， 对所述激光光源所发出的激光束(11)的激光功率进行调节的激光功率调节装置(21)； 用于调节所述激光束(11)的偏振态及偏振方向的装置， 使所述激光束会聚的激光会聚装置， 能够让由所述激光会聚装置会聚的激光焦点的位置沿竖直方向上下移动的Z向移动机构(31)， 以及用于固定晶圆的晶圆定位平台； 所述晶圆定位平台上设置有能够带动该晶圆定位平台在水平面内作旋转运动的旋转机构(28)、以及能够带动该晶圆定位平台在水平方向平移运动的X向移动机构(30)和Y向移动机构(29)。
2.根据权利要求1所述的玻璃盖片激光划片装置，其特征在于:所述激光光源为激光器(19)，且该激光器(19)能够发出脉冲宽度小于Ins的脉冲激光。
3.根据权利要求1所述的玻璃盖片激光划片装置，其特征在于:还包括功率计(22)，所述功率计(22)与所述激光功率调节装置(21)相连。
4.根据权利要求1所述的玻璃盖片激光划片装置，其特征在于:该玻璃盖片激光划片装置还包括便于划片操作者准确获知玻璃盖片的上表面位置的照明光源(25)、成像系统(26)和影像系统(27)，所述成像系统(26)和影像系统(27)相连。
5.根据权利要求1所述的玻璃盖片激光划片装置，其特征在于:所述激光聚焦装置为激光聚焦镜(24)。
【文档编号】B23K26/70GK103862180SQ201410041937
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2014年1月29日
【发明者】郭良, 潘传鹏 申请人:苏州兰叶光电科技有限公司