JP2019077021A - 被加工物の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バイト工具の切刃の摩耗を抑制し、バイト切削装置の加工効率を向上する。【解決手段】表面に格子状に複数の分割予定ラインが設定されたウェーハと、該表面に形成されたバンプと、該バンプを埋設するとともに該ウェーハの表面を覆う封止材と、を含む被加工物の加工方法であって、該封止材に対して吸収性を有する波長のレーザビームを発振できるレーザ加工ユニットを備えるレーザ加工装置において、該レーザビームを該封止材の表面に照射して該封止材に該バンプの上端の高さ位置に至らない深さの複数のレーザ加工溝を形成するレーザ加工溝形成工程と、該レーザ加工溝形成工程の後、バイト工具を備えるバイト切削装置において、該バイト工具に切削水を供給しながら該被加工物の該封止材の上部及び該バンプの上部をバイト切削することにより、該バンプを該封止材から露出させるバイト切削工程と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、デバイスが表面に形成された被加工物の裏面を加工する加工方法に関する。

携帯電話やパソコン等の電子機器に使用されるデバイスチップの製造工程では、まず、半導体等の材料からなるウェーハの表面に複数の交差する分割予定ラインを設定する。そして、該分割予定ラインで区画される各領域にＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等のデバイスを形成する。さらに、該ウェーハを所定の厚みに薄化し、その後、該ウェーハを該分割予定ラインに沿って分割するとデバイスチップを形成できる。

近年、デバイスチップを所定の実装対象に実装する際に、実装に要する領域の省スペース化のために、フリップチップボンディングと呼ばれる実装技術が実用化されている。フリップチップボンディングは、デバイスの表面側に配線基板を介して１０μｍ〜１００μｍ程度の高さの複数のバンプと呼ばれる金属突起物を形成し、これらのバンプを該実装対象に形成された電極に相対させて直接接合する実装技術である。該バンプは、デバイスチップの端子として機能し、配線基板と、金属細線と、を介して該デバイスに接続される。

さらに、半導体のパッケージング技術として、金属細線による内部配線を行わずデバイス表面に直接バンプを形成し、ウェーハ表面と、該バンプと、を封止材で覆って封止し、該ウェーハを個々のデバイスチップに分割する技術が実用化されている。該パッケージング技術は、ＷＬ−ＣＳＰ（Wafer-level Chip Size Package）と呼ばれている（特許文献１参照）。

ウェーハの表面に形成された該複数のバンプの高さは必ずしも均一ではないため、該複数のバンプをそのままデバイスチップの実装対象に形成された電極に接合させようとしても、一様に接合させるのは容易ではない。そこで、ダイヤモンドからなる切刃を有するバイト工具が装着されたバイト切削装置により該封止材の上部及び該バンプの上部をバイト切削し、該封止材を薄化するとともに該バンプの高さを均一にする加工方法が開発されている（特許文献２参照）。

特開２００１−７１３５号公報 特開２０００−１７３９５４号公報

封止材と、バンプと、が形成されたウェーハの表面側をバイト切削するバイト工具は、バイト切削時の加工抵抗が高い該封止材と、金属で形成された該バンプと、を同時にバイト切削する。そのため、該バイト切削により生じる加工負荷や加工熱が該バイト工具に強く働き、該バイト工具の切刃が激しく損耗する。

激しく損耗したバイト工具ではさらなるバイト切削を実施できないため、頻繁にバイト工具を交換しなければならない。バイト工具を交換している間はバイト切削装置を使用できず、また、交換用のバイト工具に多大な費用がかかる。したがって、バイト切削装置の加工効率が低くなり問題となる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バイト工具の切刃の摩耗を抑制し、バイト切削装置の加工効率を向上できる被加工物の加工方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、表面に格子状に複数の分割予定ラインが設定され該複数の分割予定ラインにより区画された各領域にデバイスが形成されたウェーハと、該デバイスの上方に形成されたバンプと、該バンプを埋設するとともに該ウェーハの表面を覆う封止材と、を含む被加工物の加工方法であって、該封止材に対して吸収性を有する波長のレーザビームを発振できるレーザ加工ユニットを備えるレーザ加工装置において、該レーザビームを該封止材の表面に照射して該封止材に該バンプの上端の高さ位置に至らない深さの複数のレーザ加工溝を形成するレーザ加工溝形成工程と、該レーザ加工溝形成工程の後、ダイヤモンドからなる切刃を有するバイト工具を備えるバイト切削装置において、該切刃の下端が該バンプの上端の高さ位置よりも低くなるように該バイト工具を下降させ、該バイト工具の切刃に切削水を供給しながら該表面側が露出した該被加工物の該封止材の上部及び該バンプの上部をバイト切削することにより、該バンプを該封止材から露出させるバイト切削工程と、を備えることを特徴とする被加工物の加工方法が提供される。

なお、本発明の一態様において、前記レーザ加工溝形成工程で形成される前記複数のレーザ加工溝のそれぞれは、一方向に沿って直線状に形成され、隣接する該レーザ加工溝と所定の間隔をもって配列されてもよい。さらに、前記バイト切削工程は、それぞれ直線状に形成された前記複数のレーザ加工溝に対して交差するようにバイト工具を移動させてバイト切削してもよい。

また、本発明の一態様において、前記レーザ加工溝形成工程で形成される前記複数のレーザ加工溝のそれぞれは、第１の方向と、該第１の方向に交差する第２の方向と、の一方に沿って形成されてもよい。この場合、前記第１の方向と、前記第２の方向と、は、互いに直交してもよい。

さらに、本発明の一態様において、前記レーザ加工溝形成工程で形成される前記複数のレーザ加工溝は、同心円状に互いに所定の間隔をもって配列されてもよい。また、本発明の一態様において、前記レーザ加工溝形成工程で形成される前記複数のレーザ加工溝のそれぞれは、前記被加工物の前記表面の中心部から外周に至る線状にされてもよい。この場合、前記複数のレーザ加工溝は、それぞれ、直線状であってもよい。

本発明の一態様においては、被加工物の表面側をバイト切削するバイト切削工程を実施する前に、該封止材に複数のレーザ加工溝を形成するレーザ加工溝形成工程を実施する。レーザ加工溝形成工程で封止材にレーザ加工溝が形成されると、該レーザ加工溝が形成される領域を占めていた封止材が除去されるため、バイト工具がバイト切削で除去する封止材を減らせる。その分、バイト切削で該バイト工具にかかる加工負荷が少なくなる。

さらに、該バイト切削工程では、バイト切削で発生する加工屑を除去するため、及び、加工により生じる加工熱を除去するために該バイト工具に切削水が供給される。該封止材にレーザ加工溝が形成されていると該切削水が該レーザ加工溝に溜まるようになり、より効率的にバイト工具に切削水が供給されて加工熱が効率よく除去されるようになる。

すなわち、封止材に予めレーザ加工溝を形成すると、バイト切削で該バイト工具にかかる加工負荷を少なくでき、バイト切削で生じる加工熱を効率良く除去できる。すると、バイト工具の切刃の消耗を抑制でき、バイト工具の交換頻度を低下させてバイト切削装置の加工効率を高められる。

したがって、本発明によりバイト工具の切刃の摩耗を抑制し、バイト切削装置の加工効率を向上できる被加工物の加工方法が提供される。

図１（Ａ）は、表面にバンプ及び封止材が設けられた被加工物を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、表面にバンプ及び封止材が設けられた被加工物を模式的に示す断面図である。 レーザ加工溝形成工程を模式的に示す斜視図である。 図３（Ａ）は、バイト切削工程を模式的に示す側面図であり、図３（Ｂ）は、バイト切削工程を模式的に示す上面図である。 図４（Ａ）は、封止材にレーザ加工溝が形成された被加工物に切削水が供給された状態を模式的に示す断面図であり、図４（Ｂ）は、バイト切削工程を模式的に示す断面図である。 図５（Ａ）は、封止材に形成されるレーザ加工溝の一例を模式的に示す斜視図であり、図５（Ｂ）は、封止材に形成されるレーザ加工溝の他の一例を模式的に示す斜視図である。 図６（Ａ）は、封止材に形成されるレーザ加工溝の一例を模式的に示す斜視図であり、図６（Ｂ）は、封止材に形成されるレーザ加工溝の他の一例を模式的に示す斜視図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。まず、本実施形態に係る加工方法の被加工物について図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を用いて説明する。図１（Ａ）は、被加工物を模式的に示す斜視図である。該被加工物５は、ウェーハ１と、バンプ７と、封止材３と、を含む。

該ウェーハ１は、例えば、シリコン、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、若しくは、その他の半導体等の材料、または、サファイア、ガラス、石英等の材料からなる略円板状の基板である。ウェーハ１の表面１ａには複数の分割予定ライン（不図示）が格子状に設定されており、該分割予定ラインにより区画された各領域にはＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等のデバイス７ａが形成されている。最終的に、ウェーハ１が該分割予定ラインに沿って分割されると、個々のデバイスチップが形成される。

図１（Ｂ）は、被加工物５を模式的に示す断面図である。該バンプ７は、金属等の導電性材料で形成されており、該ウェーハ１が分割されて形成される該デバイスチップの端子となる。ウェーハ１が分割される前にバイト工具を備えるバイト切削装置により被加工物５がバイト切削されて、バンプ７を覆う封止材３の上部及び該バンプ７の上部が部分的に除去される。すると、該バンプ７が封止材３から露出するため、該デバイスチップを所定の実装対象に実装する際に該バンプ７を該実装対象の電極に接合できるようになる。

次に、本発明の一態様に係る被加工物５の加工方法について説明する。該被加工物５の加工方法は、該被加工物５の該封止材３にレーザ加工溝を形成するレーザ加工溝形成工程と、該封止材３の上部及び該バンプ７の上部をバイト切削することにより該バンプ７を該封止材３から露出させるバイト切削工程と、を備える。以下、該被加工物５の加工方法の各工程について説明する。

まず、レーザ加工溝形成工程について図２を用いて説明する。図２は、レーザ加工溝形成工程を模式的に示す斜視図である。該レーザ加工溝形成工程は、図２に示されるレーザ加工装置２により実施される。

該レーザ加工装置２が備えるレーザ加工ユニット４は、加工ヘッド８と、撮像ユニット６と、を備える。該レーザ加工ユニット４は該封止材３に対して吸収性を有する波長のレーザビームを発振する機能を有し、該加工ヘッド８は発振されたレーザビームを集光する機能を有する。該レーザビームには、例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ_４またはＮｄ：ＹＡＧを媒体とし発振されるレーザビームが用いられる。

該レーザ加工ユニット４は、該被加工物５に垂直な方向に移動可能であり、該レーザ加工ユニット４を該方向に移動させると、該加工ヘッド８の集光点の高さ位置を変えられる。該封止材３をレーザ加工する際は、該封止材３の表面に該加工ヘッド８の集光点が位置付けられる。

該レーザビームを該封止材３の表面に位置付けて該レーザビームを該封止材３に照射すると、該封止材３が加熱されてアブレーション加工される。該封止材３にレーザビームを照射しながら該被加工物５を加工送りさせると、該封止材３にはレーザ加工溝９が形成される。

該撮像ユニット６は、該封止材３のレーザ加工時に、被加工箇所を撮影する。撮影により得られた画像は、加工予定箇所を適切にレーザ加工できるように該加工ヘッド８と、該被加工物５と、の位置を調整するアライメントに使用される。

レーザ加工溝形成工程では、まず、封止材３側を上方に向けて被加工物５をレーザ加工装置２に設置する。次に、レーザ加工ユニット４の加工ヘッド８を該加工ヘッド８の集光位置が該封止材３の表面の高さ位置に合うように該被加工物５の外周側の上方に位置付ける。

そして、レーザ加工ユニット４にレーザビームを発振させ、該レーザ加工ユニット４と、該被加工物５と、を該ウェーハ１の該表面１ａに平行な面内の方向に相対的に直線的に移動させて、該レーザビームで該被加工物５の封止材３をレーザ加工する。すると、該封止材３にはレーザ加工溝９が形成される。

このとき、該封止材３にバンプ７に至らない深さの直線状のレーザ加工溝９が形成されるようにレーザビームの照射条件を調整する。すると、該レーザ加工ユニット４は導電性材料で形成されたバンプ７をレーザ加工することはない。

直線状のレーザ加工溝９が形成された後、該被加工物５及びレーザ加工ユニット４を該レーザ加工溝９の伸長方向に垂直な方向に所定の距離で相対的に移動させ、再び被加工物５及びレーザ加工ユニット４を該レーザ加工溝９に沿った方向に移動させて次々に封止材３をレーザ加工させる。すると、封止材３には、複数の直線状のレーザ加工溝９が所定の間隔をもって一方向に沿って形成される。

本実施形態に係る被加工物の加工方法では、該レーザ加工溝形成工程の後にバイト切削工程を実施する。該バイト切削工程では、ダイヤモンドからなる切刃を有するバイト工具を備えるバイト切削装置において、封止材３にレーザ加工溝９が形成された被加工物５の該封止材３の上部及び該バンプ７の上部をバイト切削することにより、該バンプ７を該封止材３から露出させる。

図３（Ａ）は、バイト切削工程を模式的に示す側面図である。該バイト切削工程は、例えば、図３（Ａ）に示すバイト切削装置１０が使用される。該バイト切削装置１０は、チャックテーブル１２と、該チャックテーブル１２の上方に配設されたバイト切削ユニット１４と、を備える。

該チャックテーブル１２は、上面側に多孔質部材（不図示）を有する。該多孔質部材の上面は被加工物５を保持する保持面１２ａとなる。チャックテーブル１２は、一端が吸引源（不図示）に接続された吸引路（不図示）を内部に備える。該吸引路の他端は該多孔質部材に接続されている。封止材３側を上方に露出させるように被加工物５を該保持面１２ａ上に載せ、該多孔質部材の孔を通して該吸引源により生じた負圧を該被加工物５に作用させると、被加工物５はチャックテーブル１２に吸引保持される。

該バイト切削ユニット１４は、スピンドル１８と、該スピンドル１８の一端に保持されたバイトホイール１６と、該バイトホイール１６に固定されたバイト工具２０と、を有する。スピンドル１８の他端にはモーター等の回転駆動源（不図示）が接続されており、該回転駆動源がスピンドル１８を回転させる。

バイト切削装置１０は、昇降手段（不図示）をさらに備え、該昇降手段によりスピンドル１８を上下方向に移動できる。また、移動手段（不図示）をさらに備え、該移動手段によりチャックテーブル１２を保持面１２ａに平行な面内の方向に直線的に移動できる。該バイト工具２０は、下端にダイヤモンドからなる切刃２０ａ（図４（Ｂ）参照）を備え、該切刃２０ａが該保持面１２ａに保持された被加工物５に接触すると、該被加工物５はバイト切削される。

バイト切削装置１０の該バイト切削ユニット１４の近傍には、該バイト工具２０に切削水を供給する切削水供給ノズル２２（図３（Ｂ）参照）が配設される。被加工物５のバイト切削時には、該切削水供給ノズル２２がバイト工具２０に供給される。該切削水は、例えば、純水である。該切削水は、バイト切削で生じた加工屑を除去し、また、該バイト工具２０や被加工物５を冷却する。

バイト切削工程では、まず、封止材３側を上面に露出させた状態でチャックテーブル１２の保持面１２ａ上に被加工物５を載せ、該チャックテーブル１２に該被加工物５を吸引保持させる。次に、該バイト切削ホイール１６を回転させた状態で、該切刃２０ａの下端が該バンプ７の上端の高さ位置よりも低くなるように該バイト工具２０を下降させる。

図３（Ｂ）は、バイト切削工程を模式的に示す上面図である。該バイト工具２０を下降させた後、図３（Ｂ）に示すように該切削水供給ノズル２２から該バイト工具２０に切削水を供給しながら該チャックテーブル１２を保持面１２ａに平行な方向に移動させる。該チャックテーブル１２に吸引保持された被加工物５に該バイト工具２０が触れると該被加工物５がバイト切削される。

また、図４（Ａ）に、バイト切削される直前の被加工物５の断面を模式的に示す。図４（Ａ）に示す通り、本実施形態に係る被加工物の加工方法では、該バイト切削を実施する前に該レーザ加工溝形成工程により該封止材３にレーザ加工溝９が形成されている。そして、バイト切削工程では、切削水がバイト工具２０に供給され該切削水が周囲に飛散する。すると、飛散した切削水が該レーザ加工溝９に入り込む。

該レーザ加工溝９に切削水２４が入り込んでいると、図４（Ｂ）に示す通り、該バイト工具２０はレーザ加工溝９に入り込んだ該切削水２４ごと該封止材３やバンプ７をバイト切削する。そのため、該レーザ加工溝９が封止材３に形成されていない場合と比較して、該切削水は加工箇所に効率的に供給され、バイト切削で生じる加工熱がより効率的に除去される。

また、該レーザ加工溝９が封止材３に形成されていると、該バイト工具２０が除去する封止材３の体積が減少する。すると、該バイト工具２０にかかる加工負荷が減少し、また、該加工熱の発生量も減少する。そのため、該バイト工具２０の切刃２０ａの消耗が抑制され、該バイト工具２０の交換頻度を低減できる。バイト切削装置１０の停止時間が短くなり、また、一つのバイト工具でバイト切削できる回数が増えるため、バイト切削の加工効率が高くなる。

なお、該レーザ加工溝９に入り込んだ切削水による加工熱の除去の効果を封止材３の全域において均一に発現させるために、該封止材３に形成される複数のレーザ加工溝９のそれぞれは、隣接するレーザ加工溝９との間の間隔が一定であることが望ましい。

さらに、レーザ加工溝形成工程における該封止材３の除去量が多くなるほど該バイト工具２０にかかる加工負荷が低減されるため、該レーザ加工溝９の数はより多い方が好ましい。また、例えば、封止材３に形成される複数のレーザ加工溝９を上方から平面視した際の総面積は、該封止材３の上面の５％〜５０％程度となることが好ましい。

また、バイト切削工程では、複数の直線状のレーザ加工溝９に対して交差するようにバイト工具２０を移動させてバイト切削するのが好ましい。すると、該バイト工具２０が常に該レーザ加工溝９を横切りながら封止材３等をバイト切削するため、バイト切削が効率良く実施される。

バイト切削工程を実施すると、該封止材３からバンプ７が露出する。バイト工具２０によりバンプ７がバイト切削されているため、該バンプ７の上端の高さ位置が均一となる。すると、該被加工物５が最終的に分割されてデバイスチップが形成され該デバイスチップを所定の実装基板に実装する際に、該実装基板が備える電極に該バンプ７を均一に接合できる。

なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、レーザ加工溝形成工程で複数の直線状のレーザ加工溝を一方向に沿って形成する場合について説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。種々の形状の該複数のレーザ加工溝が封止材に形成されてもよい。

例えば、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す通り、該レーザ加工溝９は、第１の方向と、該第１の方向に交差する第２の方向と、の一方に沿って形成されてもよい。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、封止材３に形成されるレーザ加工溝９の一例を模式的に示す斜視図である。ここで、該第１の方向と、該第２の方向と、は、互いに直交してもよく、その場合、図５（Ａ）に例示されるような配列のレーザ加工溝９が形成される。また、両者は互いに直交していなくてもよく、その場合、図５（Ｂ）に例示されるような配列のレーザ加工溝９が形成される。

さらに、例えば、図６（Ａ）に示す通り、該レーザ加工溝９は、同心円状に互いに所定の間隔をもって配列されてもよい。また、図６（Ｂ）に示す通り、該レーザ加工溝９は、該被加工物５の表面の中心部から外周に至る線状に形成されてもよい。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、封止材３に形成されるレーザ加工溝９の一例を模式的に示す斜視図である。該被加工物５の表面の中心部から外周に至る線状にレーザ加工溝９を形成する場合、図６（Ｂ）に示す通り、レーザ加工溝９のそれぞれは直線状に形成されてもよい。

上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１ ウェーハ
１ａ 表面
１ｂ 裏面
３ 封止材
５ 被加工物
７ バンプ
７ａ デバイス
９ レーザ加工溝
２ レーザ加工装置
４ レーザ加工ユニット
６ 撮像ユニット
８ 加工ヘッド
１０ バイト切削装置
１２ チャックテーブル
１２ａ 保持面
１４ バイト切削ユニット
１６ バイト切削ホイール
１８ スピンドル
２０ バイト工具
２０ａ 切刃
２２ 切削水供給ノズル
２４ 切削水

Claims (8)

1. 表面に格子状に複数の分割予定ラインが設定され該複数の分割予定ラインにより区画された各領域にデバイスが形成されたウェーハと、該デバイスの上方に形成されたバンプと、該バンプを埋設するとともに該ウェーハの表面を覆う封止材と、を含む被加工物の加工方法であって、
   該封止材に対して吸収性を有する波長のレーザビームを発振できるレーザ加工ユニットを備えるレーザ加工装置において、該レーザビームを該封止材の表面に照射して該封止材に該バンプの上端の高さ位置に至らない深さの複数のレーザ加工溝を形成するレーザ加工溝形成工程と、
   該レーザ加工溝形成工程の後、ダイヤモンドからなる切刃を有するバイト工具を備えるバイト切削装置において、該切刃の下端が該バンプの上端の高さ位置よりも低くなるように該バイト工具を下降させ、該バイト工具の切刃に切削水を供給しながら該表面側が露出した該被加工物の該封止材の上部及び該バンプの上部をバイト切削することにより、該バンプを該封止材から露出させるバイト切削工程と、を備えることを特徴とする被加工物の加工方法。
2. 前記レーザ加工溝形成工程で形成される前記複数のレーザ加工溝のそれぞれは、一方向に沿って直線状に形成され、隣接する該レーザ加工溝と所定の間隔をもって配列されることを特徴とする請求項１記載の被加工物の加工方法。
3. 前記バイト切削工程は、それぞれ直線状に形成された前記複数のレーザ加工溝に対して交差するようにバイト工具を移動させてバイト切削する、請求項２記載の被加工物の加工方法。
4. 前記レーザ加工溝形成工程で形成される前記複数のレーザ加工溝のそれぞれは、第１の方向と、該第１の方向に交差する第２の方向と、の一方に沿って形成されることを特徴とする請求項１記載の被加工物の加工方法。
5. 前記第１の方向と、前記第２の方向と、は、互いに直交することを特徴とする請求項４記載の被加工物の加工方法。
6. 前記レーザ加工溝形成工程で形成される前記複数のレーザ加工溝は、同心円状に互いに所定の間隔をもって配列されることを特徴とする請求項１記載の被加工物の加工方法。
7. 前記レーザ加工溝形成工程で形成される前記複数のレーザ加工溝のそれぞれは、前記被加工物の前記表面の中心部から外周に至る線状にされることを特徴とする請求項１記載の被加工物の加工方法。
8. 前記複数のレーザ加工溝は、それぞれ、直線状であることを特徴とする請求項７記載の加工物の加工方法。