JP2006310483A - ウエーハの保持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 チャックテーブル上に落下した切削屑等の切削屑を確実に除去してウエーハを保持することができ、ウエーハの変形を招かず加工を正常に行うことができるようにする。
【解決手段】 多数のピン７３が突設されたチャックテーブル７０の保持面に、ピン７３が水面下に埋没する状態になるように水を供給し、次いで、水面に半導体ウエーハ１を接触させ、次いで、半導体ウエーハ１を押し下げてチャックテーブル７０に近付け、半導体ウエーハ１とピン７３の先端との間に介在する水を排水させて、ピン７３に付着する切削屑を除去する。この後、半導体ウエーハ１をピン７３の先端に当接させ、バキュームチャックで吸着、保持する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハに対して所定の加工を施すにあたって、そのウエーハをチャックテーブル上に動かないように保持するためのウエーハの保持方法に関する。

ＩＣやＬＳＩ等の電子回路が表面に形成された半導体チップは、各種電気・電子機器を小型化する上で今や必須のものとなっている。半導体チップは、円盤状の半導体ウエーハの表面に、ストリートと呼ばれる切断ラインで格子状の矩形領域を区画し、これら矩形領域に電子回路を形成した後、半導体ウエーハをストリートに沿って分割するといった工程で製造される。

ところで、近年では、電気・電子機器のさらなる小型化を可能とするために、デバイスの表面に、電極として１５〜１００μｍ程度の高さの突起状のバンプを形成し、このバンプを、実装基板に形成された電極に直接接合するようにしたフリップチップと称するデバイスが開発され、実用に供されている。また、インターポーザーと呼ばれている基板に複数のデバイスを併設したり積層したりして小型化を図る技術も開発され、実用化されている。

上記いずれの技術も、デバイスの表面に形成した複数のバンプを介して基板どうしを圧着させて接合するものであり、このため、全てのバンプどうしが突き合わせられて接触するには、その高さが均一でなければならない。そこで、本出願人は、半導体ウエーハの表面から突出するバンプの先端をバイト等の切削工具で削って高さを揃える加工装置を提案した（特許文献１）。

特開２００４−３１９６９７号公報

上記特許文献１に記載される装置のように、バイトによって半導体ウエーハ表面のバンプを除去すると、短絡を生じさせることなく容易にその高さを揃えることができるといった利点がある。

この装置では、半導体ウエーハを、バキュームチャック式のチャックテーブル上に吸着させて保持し、その上方に配したバイトによってバンプの先端を削り、バンプの高さが均一に揃うようにしている。バイトによってバンプを削る際には切削屑が生じるが、特に数ミクロン程度の微細な切削屑は、チャックテーブルに対して半導体ウエーハを着脱させる際に、浮遊していたものがチャックテーブル上に落下する場合がある。

そこで、チャックテーブル上に半導体ウエーハを載置するたびに、チャックテーブル上を洗浄することが行われている。ところが、微細な切削屑が除去しきれない状態で、次の半導体ウエーハがチャックテーブル上に置かれてしまう場合があり、そのまま吸着させると、切削屑がチャックテーブルと半導体ウエーハとの間に挟まり、半導体ウエーハの表面が僅かに凸状に湾曲するといった現象が起こっていた。

このように半導体ウエーハが凸状に湾曲したままバンプを切削すると、湾曲部分のバンプが、結果的に他の部分よりも低く削られてバンプの高さが不均一になってしまうという不具合が起こる。そこで、複数のピンが突設されて保持面が構成されたいわゆるピンチャック式のチャックテーブルの採用が試みられた（特許文献２，３参照）。

このピンチャック式のチャックテーブルは、複数のピンの先端で半導体ウエーハを支持するもので、半導体ウエーハとの接触面積が比較的小さくなることから、切削屑が挟まりにくいものであった。しかしながら、切削屑が半導体ウエーハと保持面すなわちピンの先端との間に介在することは生じており、したがって、上記の不具合を完全に解消するには至らず、改善されるべき課題となっているのが現状である。

特開２００３−６８８３５号公報 特開２００３−８６６６４号公報

よって本発明は、チャックテーブル上に落下した切削屑を効果的に除去することができ、切削屑によるウエーハの変形が生じないようにして、加工を正常に行うことができるようにするウエーハの保持方法を提供することを目的としている。

本発明は、複数のバンプが突出するデバイスが表面に形成されたウエーハを保持するチャックテーブルと、このチャックテーブルに保持されたウエーハのバンプを切削する切削手段と、チャックテーブルにウエーハを搬入する搬入手段とを備えたバンプ加工装置におけるチャックテーブルへのウエーハの保持方法であって、チャックテーブルの保持面は、複数のピンが突設されて構成され、該チャックテーブルの保持面にウエーハを搬入する際に、保持面に、ピンが水面下に埋没する状態になるように水を供給するとともに、該水を、ウエーハとピンの先端との間に介在させる工程と、ウエーハとピンの先端との間隔を減少させることにより、両者の間に介在する水を、流速を増大させながら押し出して排水させ、ウエーハをピンの先端に当接させてチャックテーブルに保持する工程とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、ウエーハとチャックテーブルのピンの先端との間に水を介在させた後に、ウエーハを上から押し下げるか、あるいはチャックテーブルを上昇させるなどして、ウエーハをチャックテーブルに近付け、ウエーハとピンの先端との間隔を減少させると、両者の間に介在する水は、流速が増大しながら排水され、ウエーハがピンの先端に当接して保持される。

ここで、ピンの先端に、バンプを切削した際に生じた切削屑が付着していた場合、その切削屑は、ウエーハとピンの先端との間から排水される水によって流され、除去される。ウエーハとピンの先端との間に介在する水は、ウエーハとピンの先端との間の間隔が小さくなって排水される際、その間隔が小さくなるほど流速が増大するので、切削屑は流されやすく、効果的に除去される。また、ピンであるが故に、その先端に付着していた切削屑は、３６０°いずれの方向に流動してもすぐに先端から脱落するので、確実に除去される。したがって、ウエーハがチャックテーブルに保持された際に、ウエーハとピンの先端との間に切削屑が挟まれることによりウエーハが変形し、後の加工に支障を来すといった不具合の発生を防止することができる。

本発明では、チャックテーブルの保持面にウエーハを動かないように安定して保持する手段として、チャックテーブルにおける保持面のピン間に吸引口を形成しておき、ウエーハをピンの先端に当接させた後に、吸引口から、保持面側の水および空気を吸引することにより、ピンの先端にウエーハを吸着する手段を採用することができる。

本発明によれば、ウエーハとチャックテーブルの保持面を構成するピンの先端との間に介在させた水を、ウエーハとピンの先端との間隔を減少させることで、流速を増大させながら排水するので、この排水によって、ピンの先端に付着する切削屑が効果的に除去される。そして、このようにピンの先端が洗浄されるので、ウエーハは変形することなくチャックテーブル上に保持され、加工を正常に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］装置の構成
図１は、本発明のウエーハの保持方法が適用されるバンプ加工装置の全体を示しており、図２は、該装置で加工する半導体ウエーハを示している。

図２（ａ）に示すように、半導体ウエーハ１は、薄い円盤状で、その表面には、複数の半導体チップ２が格子状に形成されている。各半導体チップ２には、図２（ｂ）に示すように、複数のバンプ３が形成されている。バンプ３は半導体チップ２に形成された電子回路の電極に接合されており、半導体ウエーハ１の表面から突出している。これらバンプ３は、例えば周知のスタッドバンプ形成法等によって形成されており、高さは不揃いの場合が多い。バンプ加工装置は、全てのバンプ３の先端を削って高さを均一に揃える加工を、半導体ウエーハ１に対して施すものである。

図１に示すように、バンプ加工装置は、各種機構が搭載された基台１０を備えている。この基台１０は、横長の状態に設置されて基台１０の主体をなす直方体状のテーブル１１と、このテーブル１１の長手方向一端部（図１の奥側の端部）から、テーブル１１の幅方向かつ鉛直方向上方に延びる壁部１２とを有している。図１では、基台１０の長手方向、幅方向および鉛直方向を、それぞれＹ方向、Ｘ方向およびＺ方向で示している。

基台１０のテーブル１１上は、長手方向のほぼ中間部分から壁部１２側が加工エリア１１Ａとされ、この反対側が、加工エリア１１Ａに加工前の半導体ウエーハ１を供給し、かつ、加工後の半導体ウエーハ１を回収する供給・回収エリア１１Ｂとされている。
以下、バンプ加工装置が備える各種機構を、加工エリア１１Ａに設けられるものと供給・回収エリア１１Ｂに設けられものとに分けて説明する。

（ａ）加工エリアの機構
図１に示すように、加工エリア１１Ａには矩形状の凹所１３が形成されており、この凹所１３内には、移動台１４を介して、円盤状のチャックテーブル７０がＹ方向に移動自在に設けられている。移動台１４は、テーブル１１内に配されたＹ方向に延びるガイドレールに摺動自在に取り付けられ、適宜な駆動機構（いずれも図示略）によって同方向を往復動させられる。

移動台１４の移動方向両端部には、蛇腹１５，１６の一端が、それぞれ取り付けられており、これら蛇腹１５，１６の他端は、壁部１２の内面と、壁部１２に対向する凹所１３の内壁面に、それぞれ取り付けられている。これら、蛇腹１５，１６は、移動台１４の移動路を覆い、その移動路に切削屑等が落下することを防ぐもので、移動台１４の移動に伴って伸縮する。

チャックテーブル７０は、移動台１４上に、半導体ウエーハ１の保持面である上面が水平な状態に固定されている。半導体ウエーハ１は、バンプ３が形成された表面を上に向けて、このチャックテーブル７０上にバキュームチャック方式で保持される。

チャックテーブル７０のバキュームチャック構造を説明すると、図３（ａ）に示すように、チャックテーブル７０の上面の外周縁には縁部７１が突出して形成され、この縁部７１で囲まれた底面７２に、縁部７１と同じ高さで細い円柱状に形成された多数のピン７３が、ほぼ等間隔をおいて突設されている。ピン７３は、例えば、直径：０．５ｍｍ、高さ：０．５ｍｍとされ、ピン７３の間隔は１．５ｍｍ程度とされる。また、底面７２には、図３（ｂ）に示すように、複数の吸引口７４が形成されている。これら吸引口７４は、図３（ｃ）に示すように、底面７２の中心と、中心から縁部７１の間における円周等分複数箇所（この場合４箇所）に形成されている。なお、図３（ｃ）では、多数のピン７３の図示を省略している。

図３（ｂ）に示すように、チャックテーブル７０の下面の中心からは、ダクト７５を有するポスト部７６が下方に延びている。そして、チャックテーブル７０内には、ダクト７５から各吸引口７４に通じる吸引分岐路７７が、放射状に形成されている。そして、ダクト７５には、図示せぬバキューム装置が接続され、このバキューム装置を運転すると、多数のピン７３上に載置された半導体ウエーハ１が、それらピン７３の先端に当接して保持されるようになっている。

図１に示すように、チャックテーブル７０は、壁部１２側に移動して所定の加工位置に位置付けられる。その加工位置の上方には、切削ユニット（切削手段）２０が配されている。この切削ユニット２０は、基台１０の壁部１２に、移動板３２およびガイドレール３１を介して昇降自在に取り付けられ、送り機構３０によって昇降させられる。

切削ユニット２０は、軸方向がＺ方向に延びる円筒状のハウジング２２と、このハウジング２２に同軸的、かつ回転自在に支持された回転軸２３と、この回転軸２３を回転駆動するサーボモータ２４と、回転軸２３の下端に同軸的に固定された円盤状のホイールマウント２５と、このホイールマウント２５に着脱可能に取り付けられたバイト２６とから構成されており、上記移動板３２に、ブロック３４を介してハウジング２２が固定されている。ホイールマウント２５は、サーボモータ２４によって図１の矢印（ホイールマウント２５の上面に記載）方向に回転させられる。バイト２６は、ダイヤモンド等からなる刃部を有し、この刃部で被加工物を切削する。

（ｂ）供給・回収エリアの機構
図１に示すように、供給・回収エリア１１Ｂには矩形状の凹所１８が形成されており、この凹所１８の底部には、昇降自在とされた２節リンク式の水平旋回アーム６０ａの先端にフォーク６０ｂが装着された移送機構６０が設置されている。

そして、凹所１８の周囲には、上から見た状態で、反時計回りに、カセット６１、位置合わせ台６２、１節の水平旋回アーム６３ａの先端に吸着板６３ｂが取り付けられた供給アーム６３、供給アーム６３と同じ構造で、水平旋回アーム６４ａおよび吸着板６４ｂを有する回収アーム６４、スピンナ式の洗浄装置６５、カセット６６が、それぞれ配置されている。

カセット６１、位置合わせ台６２および供給アーム６３は、半導体ウエーハ１をチャックテーブル７０に供給する手段であり、回収アーム６４、洗浄装置６５およびカセット６６は、加工後の半導体ウエーハ１をチャックテーブル７０から回収する手段である。２つのカセット６１，６６は同一の構造であるが、ここでは用途別に、供給カセット６１、回収カセット６６と称する。これらカセット６１，６６は、複数の半導体ウエーハ１を収容して持ち運びするためのもので、テーブル１１の所定位置にセットされる。

供給カセット６１には、加工前の複数の半導体ウエーハ１が、積層された状態で収容される。移送機構６０は、アーム６０ａの昇降・旋回と、フォーク６０ｂの把持動作によって、供給カセット６１内から１枚の半導体ウエーハ１を取り出し、さらにその半導体ウエーハ１を、バンプ３が形成されている表面を上に向けた状態で、位置合わせ台６２上に載置する機能を有する。

位置合わせ台６２上には、一定の位置に決められた状態で半導体ウエーハ１が載置される。供給アーム６３は、位置合わせ台６２上の半導体ウエーハ１を吸着板６３ｂに吸着し、アーム６３ａを旋回させて、チャックテーブル７０上に半導体ウエーハ１を配し、水平旋回アーム６３ａを下降させた後、吸着動作を停止することにより、チャックテーブル７０上に半導体ウエーハ１を載置する機能を有する。

回収アーム６４は、加工後の半導体ウエーハ１を、チャックテーブル７０上から吸着板６４ｂに吸着し、アーム６４ａを旋回させて、半導体ウエーハ１を洗浄装置６５内に移送する機能を有する。洗浄装置６５は、半導体ウエーハ１を水洗した後、半導体ウエーハ１を回転させて水分を振り飛ばし除去する機能を有する。そして、洗浄装置６５によって洗浄された半導体ウエーハ１は、移送機構６０によって回収カセット６６内に移送、収容される。

供給アーム６３および回収アーム６４により、チャックテーブル７０に対して半導体ウエーハ１を着脱させる際には、移動台１４を供給・回収エリア１１Ｂ側に移動させて所定の供給・回収位置で停止させる。

供給アーム６３と回収アーム６４の間には、チャックテーブル７０に高圧エアーを噴射してチャックテーブル７０を洗浄し、この後、後述するようにチャックテーブル７０上に水を供給するノズル６７が配されている。

切削ユニット２０による半導体ウエーハ１の加工位置は、供給・回収位置よりも壁部１２側に所定距離移動した範囲とされ、チャックテーブル７０は、移動台１４の移動によって、これら加工位置と供給・回収位置との間を行き来させられる。ノズル６７によるチャックテーブル７０の洗浄、および水の供給は、供給・回収位置において行われる。

［２］装置の動作
続いて、以上の構成からなるバンプ加工装置の使用方法ならびに動作を、以下に説明する。ここで説明する動作において、チャックテーブル７０上に半導体ウエーハ１を保持する動作が、本発明の保持方法の具体例となる。

オペレータは、複数の半導体ウエーハ１を収容した供給カセット６１と、空の回収カセット６６を、供給・回収エリア１１Ｂの所定位置にそれぞれセットして、加工の準備を行う。

続いて、移送機構６０によって、供給カセット６１内から１枚の半導体ウエーハ１が取り出され、さらにその半導体ウエーハ１は、移送機構６０によって裏面を上に向けた状態で位置合わせ台６２上に載置される。

また、チャックテーブル７０は供給・回収位置に位置付けられる。そして、図４（ａ）に示すように、チャックテーブル７０の上面に向けて、ノズル６７から水が噴射され、ピン７３が水面下に埋没する状態になるまで水Ｗが供給される。チャックテーブル７０上に供給された水Ｗは、表面張力によって水面が凸状に湾曲した状態でチャックテーブル７０上に溜まる。

次に、位置合わせ台６２に載置された半導体ウエーハ１は、供給アーム６３により、図４（ｂ）に示すように、チャックテーブル７０上に供給された水Ｗの水面に、表面を上に向けて接触させられる。さらに、この状態から供給アーム６３の水平旋回アーム６３ａを徐々に下降させて、図４（ｃ）に示すように、半導体ウエーハ１をチャックテーブル７０に近付けていき、やがては、図４（ｄ）に示すようにチャックテーブル７０上に当接させる。

次いで、チャックテーブル７０のバキューム装置を運転し、これによって、半導体ウエーハ１はチャックテーブル７０上に吸着、保持される。チャックテーブル７０上に残っていた水は、吸引口７４から吸引される。なお、半導体ウエーハ１がチャックテーブル７０のピン７３の先端に当接する前にバキューム装置を運転してもよく、その場合には、排水される水の流速がより増大する。

上記のようにチャックテーブル７０上に半導体ウエーハ１を保持させる一連の動作において、半導体ウエーハ１がチャックテーブル７０に近付くように下降する過程では、半導体ウエーハ１とピン７３の先端との間の間隔が減少し、両者の間に介在する水Ｗは、流速が増大しながら排水される。排水の多くは、半導体ウエーハ１とチャックテーブル７０の間から外部に流出するが、一部はチャックテーブル７０の吸引口７４内に入り込む。

ここで、ピン７３の先端に、バンプ２を切削した際に生じた切削屑（図４（ｃ）の拡大図に符号４で示す）が付着していた場合、その切削屑は、半導体ウエーハ１とピン７３の先端との間から上記のようにして排水される水Ｗによって流され、除去される。半導体ウエーハ１とピン７３の先端との間に介在する水Ｗは、両者の間隔が小さくなって排水される際、その間隔が小さくなるほど流速が増大するので、切削屑は流されやすく、したがってピン７３の先端から効果的に除去される。ピン７３の先端は、例えば微小な円形状であるから、その先端に付着していた切削屑は、３６０°いずれの方向に流動しても、すぐに先端から脱落していくので、確実に除去される。このようにして切削屑をピン７３の先端から除去する場合、超音波振動を水に与えることは、切削屑をピン７３から離脱させやすくなるので、好ましい方法である。

このため、半導体ウエーハ１がチャックテーブル７０の上面にバキュームチャックによって保持された際に、半導体ウエーハ１とピン７３の先端との間に切削屑が挟まれることが防止される。その結果、半導体ウエーハ１が凸状に湾曲するように変形することがなく、後のバンプ切削加工を施した際に、バンプ２の高さが不揃いになるといった不具合が起こらない。

そのバンプ切削加工は、次のようにして行われる。
切削ユニット２０の上下方向の位置を、バイト２６がバンプ３を所定の高さに切削し得る位置になるよう送り機構３０によって調製し、サーボモータ２４によってホイールマウント２５を回転させる。この状態から、移動台１４を切削ユニット２０側に移動させて、チャックテーブル７０上に保持した半導体ウエーハ１を、所定速度で切削ユニット２０の下方である加工位置に送り込んでいく。これにより、バンプ３の先端がバイト２６の刃部によって削られていき、半導体ウエーハ１の表面全面に対する切削加工が終わったら、バンプ切削加工を終了する。

続いて、バンプ３の先端が揃えられた加工後の半導体ウエーハ１を回収する動作を説明すると、まず、チャックテーブル７０を供給・回収位置まで移動させるとともに、バキューム装置の動作を停止させ、チャックテーブル７０上での半導体ウエーハ１の保持状態を解除する。次に、その半導体ウエーハ１は、回収アーム６４によって洗浄装置６５内に移送されて水洗されてから水分が除去され、次いで、移送機構６０によって回収カセット６６内に移送、収容される。また、ノズル６７から、供給・回収位置で停止しているチャックテーブル７０に向けて高圧エアーが噴射され、チャックテーブル７０が洗浄される。この後、ノズル６７からチャックテーブル７０上に水が噴射され、ピン７３が水面下に埋没する状態になるまで水Ｗが供給される。
以上が１枚の半導体ウエーハ１に対してバンプ３の先端を切削加工し、この後、洗浄して回収するサイクルであり、このサイクルが繰り返し行われる。

［３］効果
上記のようにして半導体ウエーハ１をチャックテーブル７０に保持する方法によれば、チャックテーブル７０の上面に供給した水Ｗの水面に半導体ウエーハ１を接触させ、この半導体ウエーハ１をチャックテーブル７０に近付けることで、半導体ウエーハ１とピン７３の先端との間に介在する水Ｗが、流速が増大しながら排水され、ピン７３の先端に付着する切削屑は、その排水に混じって流され、除去される。

本実施形態では、はじめに、ノズル６７からの高圧エアーの噴射によってチャックテーブル７０上を洗浄するが、この時に、切削屑が完全に除去されておらず、ピン７３の先端に切削屑が付着していても、上記保持方法により、ピン７３の先端から切削屑を完全に除去することができる。このようにピン７３の先端が洗浄されるので、半導体ウエーハ１は変形することなくチャックテーブル７０上に保持され、バンプ切削加工を正常に行うことができる。

本発明方法が適用されるバンプ加工装置の全体斜視図である。 （ａ）は図１に示したバンプ加工装置でバンプが加工される半導体ウエーハの全体斜視図、（ｂ）は半導体ウエーハに形成された半導体チップの平面図である。 図１に示したバンプ加工装置が具備するチャックテーブルの（ａ）斜視図、（ｂ）一部断面図、（ｃ）平面図である。 半導体ウエーハがチャックテーブル上に保持される過程を（ａ）〜（ｄ）の順に示す断面図である。

符号の説明

１…半導体ウエーハ
２０…切削ユニット（切削手段）
７０…チャックテーブル
７３…ピン
７４…吸引口
Ｗ…水

Claims (2)

1. 複数のバンプが突出するデバイスが表面に形成されたウエーハを保持するチャックテーブルと、
   このチャックテーブルに保持された前記ウエーハの前記バンプを切削する切削手段と、
   前記チャックテーブルに前記ウエーハを搬入する搬入手段とを備えたバンプ加工装置における前記チャックテーブルへの前記ウエーハの保持方法であって、
   前記チャックテーブルの保持面は、複数のピンが突設されて構成され、
   該チャックテーブルの保持面に前記ウエーハを搬入する際に、
   前記保持面に、前記ピンが水面下に埋没する状態になるように水を供給するとともに、該水を、前記ウエーハとピンの先端との間に介在させる工程と、
   前記ウエーハと前記ピンの先端との間隔を減少させることにより、両者の間に介在する前記水を、流速を増大させながら押し出して排水させ、ウエーハをピンの先端に当接させてチャックテーブルに保持する工程と
   を備えることを特徴とするウエーハの保持方法。
2. 前記チャックテーブルにおける前記保持面の前記ピン間に吸引口を形成しておき、前記ウエーハを前記ピンの先端に当接させた後に、該吸引口から、前記保持面側の水および空気を吸引して前記ピンの先端に前記ウエーハを吸着することを特徴とする請求項１に記載のウエーハの保持方法。
   

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