JP4796330B2 - バンプ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハを構成するデバイスに形成されたバンプを切削してその高さを揃えるバンプ加工装置を用いたバンプの加工方法に関するものである。

ＩＣ、ＬＳＩ等の各種デバイスが複数形成されたウェーハは、ダイシング装置等によって個々のデバイスに分割され、各種電子機器に利用されている。近年は、電子機器の軽量化、小型化を可能とすべく、バンプと呼ばれる高さが１５μｍ〜１００μｍ程の突起がデバイスの電極に形成され、実装基板に形成された電極にバンプを圧着することによりデバイスを実装基板に直接実装するフリップチップと呼ばれるデバイスが開発され実用に供されている。また、インターポーザと呼ばれる基板にデバイスを実装して一体化させたり、複数のデバイスを積層したりする場合にも、バンプを介した接続が行われている。

いずれの場合も、デバイスの表面に複数の突起状のバンプを形成し、その突起状のバンプを介してデバイスを基板に圧着するため、バンプの高さを予め揃えておく必要がある。そこで、従来は、バンプの頂部を研磨することによりその高さを均一にしていたが、研磨には長時間を要するという問題がある。

また、特に、デバイスの電極に金属製のワイヤを接着して切断することによってバンプを形成するスタッドバンプボンディングと称される技術においては、バンプ頂部にまげ状の突起が残存するため、ＣＭＰ等によってその頂部を研磨することが行われており、生産性が低い。また、加熱した板を頂部に押し当てて突起を押しつぶしてその高さを均一にすることも行われている。

しかし、加熱した板が押し当てられることによりバンプがつぶれると、つぶれたバンプ同士が接触して短絡するという問題がある。そこで、本出願人は、切削工具を用いてバンプ頭部を切削してその高さを揃える加工装置を開発した（特許文献１参照）。

特開２００４−３１９６９７号公報

しかし、ウェーハの厚みにバラツキがあると、バンプ頂部の高さ方向の位置にもウェーハごとにバラツキが生じる。したがって、バンプの切削時には、かかるバラツキを想定し、切削工具の初期位置をバンプ頂部より余裕をもたせた位置に画一的に設定し、すべてのウェーハの切削時に、その初期位置から徐々に下降させていかなければならない。その結果、切削工具がバンプに接触するまでに相当の時間がかかり、生産性が低いという問題がある。

また、切削が終了して加工装置からウェーハを取り出し、すべてのバンプが適正に切削されその高さが揃っているかどうかを顕微鏡によって確認すると、バンプの高さが異なることに起因して、切削不良が存在するが場合がある。このような場合は、再度ウェーハを加工装置にセットしてバンプを切削しなければならず、更に生産性が低下する。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ウェーハを構成するデバイスに形成されたバンプの高さを効率良く揃えることにある。

本発明は、ウェーハを保持するチャックテーブルと、チャックテーブルを移動させるチャックテーブル送り手段と、チャックテーブルに保持されたウェーハに形成されたバンプを削る切削工具を備えた切削手段と、切削手段をチャックテーブルに対して接近及び離反させる切削送り手段と、切削送り手段を制御する切削送り制御手段と、切削手段に固定され切削手段と連動して昇降すると共にウェーハのバンプを撮像して認識する撮像手段とを備えたバンプ加工装置を用いてバンプを切削するバンプの加工方法に関するもので、撮像手段が任意のバンプの頂部に焦点を合わせた時の切削手段の位置を原点として切削送り制御手段に記憶させ、切削送り制御手段は、撮像手段の焦点位置から切削工具までの距離に所望切削量を加算した値を原点からの切削送り量として切削送り手段を制御してバンプの切削を行い、ウェーハを構成するバンプのうち一部のバンプの切削後に、切削済みの一部のバンプを撮像手段によって撮像し、撮像により取得した画像における一部のバンプの頂部の色と面積から切削量を判断し、一部のバンプの切削量に応じて切削送り量を補正して再度当該一部のバンプの切削を遂行することを特徴とするものである。

本発明に係るバンプの加工方法では、撮像手段がバンプの頂部に焦点を合わせた時の切削手段の位置を原点として切削送り制御手段に記憶させ、切削送り制御手段は、その原点を基準として切削送り手段を制御してバンプの切削を行うため、ウェーハごとに頂部の高さにバラツキがある場合でも、そのバラツキに応じてウェーハごとに個別に原点を設定して切削送りすることができる。したがって、ウェーハごとに原点を適正な位置に設定することができるため、短時間で切削工具がバンプに接触するようになり、生産性が向上する。

また、撮像手段の焦点位置から切削工具までの距離に所望切削量を加算した値を原点からの切削送り量とすることで、バンプを所望量正確に切削することができ、バンプを所望の高さに形成することができる。

更に、一部のバンプの切削後に、その切削済みの一部のバンプを撮像してその一部のバンプの切削状態に応じて再度当該一部のバンプの切削を遂行するため、切削が不十分であった場合でも、直ちに切削を再開できるため効率的である。

図１に示すバンプ加工装置１は、ウェーハを保持するチャックテーブル２と、チャックテーブル２に保持されたウェーハに形成されたバンプを切削する切削手段３とを備えており、切削量等の切削に関する諸条件は、装置の前面側に備えたオペレーションパネル４から入力することができる。

バンプ加工装置１には、加工前のウェーハを収容する第一のカセット５ａ及び加工済みのウェーハを収容する第二のカセット５ｂとを備えている。第一のカセット５ａ及び第二のカセット５ｂの近傍には、第一のカセット５ａから加工前のウェーハを搬出すると共に、加工済みのウェーハを第二のカセット５ｂに搬入する機能を有する搬出入手段６が配設されている。搬出入手段６は、屈曲自在なアーム部６０の先端にウェーハを保持する保持部６１が設けられた構成となっており、保持部６１の可動域には、加工前のウェーハの位置合わせをする位置合わせ手段７及び加工済みのウェーハを洗浄する洗浄手段８が配設されている。

位置合わせ手段７の近傍には第一の搬送手段９ａが配設され、洗浄手段８の近傍には第二の搬送手段９ｂが配設されている。第一の搬送手段９ａは、位置合わせ手段７に載置された加工前のウェーハをチャックテーブル２に搬送する機能を有し、第二の搬送手段９ｂは、チャックテーブル２に保持された加工済みのウェーハを洗浄手段８に搬送する機能を有する。

チャックテーブル２の周囲にはカバー２０が配設され、カバー２０の両側部にはジャバラ２１が連結されており、チャックテーブル２は、図２に示すチャックテーブル送り手段２２によってジャバラ２１の伸縮を伴って水平方向に移動可能であると共に、回転可能となっている。チャックテーブル２は、水平方向の移動により、切削手段３によって実際に加工が行われる領域である加工領域と、第一の搬送手段９ａまたは第二の搬送手段９ｂによってウェーハの着脱が行われる領域である着脱領域とに位置付けられる。なお、図２においては、図１に示したジャバラ２１を省略して図示している。

図２に示すチャックテーブル送り手段２２は、水平方向に配設されたボールネジ２２０と、ボールネジ２２０と平行に配設されたガイドレール２２１と、ボールネジ２２０の一端に連結されたパルスモータ２２２と、ガイドレール２２１に対して摺動可能であると共に内部のナット（図示せず）がボールネジ２２０に螺合した移動基台２２３と、移動基台２２３上に配設されチャックテーブル２に連結されたモータ２２４とから構成されている。そして、パルスモータ２２２による駆動によりボールネジ２２０が回動すると、移動基台２２３がガイドレール２２１にガイドされて水平方向に移動し、これに伴いチャックテーブル２も同方向に移動する構成となっている。また、チャックテーブル２は、モータ２２４によって駆動されて回転可能となっている。

図１に戻って説明すると、切削手段３は、垂直方向の軸心を有するスピンドル３０と、スピンドル３０を回転可能に支持するハウジング３１と、スピンドル３０の上端部に連結されたモータ３２と、スピンドル３０の下端部に連結された工具マウント３３と、工具マウント３３の下面側に装着されたバイト等の切削工具３４とから構成され、切削工具３４はボルト３５によって固定されている。スピンドル３０は、モータ３２によって駆動されて回転し、これに伴い工具マウント３３が回転し、切削工具３４も回転する構成となっている。

切削手段３は、切削送り手段１０によって垂直方向に移動可能となっている。切削送り手段１０は、垂直方向に配設されたボールネジ１００と、ボールネジ１００の一端に連結されたパルスモータ１０１と、ボールネジ１００と平行に配設された一対のガイドレール１０２と、ガイドレール１０２に対して摺動可能であると共に内部のナット（図示せず）がボールネジ１００に螺合した昇降部材１０３とから構成される。パルスモータ１０１は、切削送り制御手段１１によって制御される。

昇降部材１０３にはブラケット１０４を介して支持部材１０５が固定されている。支持部材１０５は切削手段３を支持しており、パルスモータ１０１によって駆動されてボールネジ１００が回動するのに伴い昇降部材１０３がガイドレール１０２にガイドされて昇降し、これに伴い切削手段３も昇降する構成となっている。このように、切削送り手段１０は、切削手段３をチャックテーブル２に接近させたりチャックテーブル２から離反させたりする機能を有する。

支持部材１０５には撮像手段１２が固定されており、撮像手段１２は、切削手段３と連動して昇降する構成となっている。撮像手段１２における撮像によって焦点が合ったかどうかに関する情報は、切削送り制御手段１１に通知される。切削送り制御手段１１は、撮像手段１２による撮像内容に基づいて切削送り手段１０を制御する。また、撮像により取得した画像は、画像処理手段１３において処理可能であり、その処理結果が切削送り制御手段１１における切削送り制御に供される。更に、切削送り制御手段１１は、オペレーションパネル４から入力された所望切削量を記憶する切削量記憶手段１４から当該所望切削量を読み出して切削送り制御を行うことができる。

次に、図１に示したバンプ加工装置１を用いて、図３に示すウェーハＷに形成されたバンプを切削してその高さを揃える場合について、図４に示すフローチャートに沿って、適宜他の図面も参照して説明する。

図３に示すウェーハＷの表面には、縦横に設けられたストリートＳによって区画されて複数のデバイスＤが形成されている。そして、各デバイスＤの表面には、突起状の電極であるバンプＢが形成されている。バンプＢが半田により構成される場合は、図５に示すようにボール形状に形成され、バンプＢがスタッドバンプボンディングにより形成される場合は、図６に示すようにまげ状の突起が残存した形状となっている。いずれの場合も、バンプＢは電極板Ｐの上に固着されている。

図１に示したバンプ加工装置１においては、オペレータによって、バンプＢの頂部からの切削量である所望切削量がオペレーションパネル４から入力され、その数値が切削量記憶手段１４に記憶される（ステップＳ１）。

加工前のウェーハＷは、第一のカセット５ａから搬出入手段６によって１枚ずつ搬出され、位置合わせ手段７に搬送される。そして、位置合わせ手段７においてウェーハＷが一定の位置に位置合わせされた後、そのウェーハＷは、第一の搬送手段９ａによってチャックテーブル２に搬送され、その裏面側が保持される。

そして、図２に示したチャックテーブル送り手段２２による駆動によってチャックテーブル２を水平方向に移動させることにより、任意のバンプＢが撮像手段１２の直下に位置付けられる。次に、切削送り制御手段１１による制御の下で、切削送り手段１０が撮像手段１２を切削手段３と共に徐々に下降させていき（ステップＳ２）、図７に示すように、撮像手段１２の焦点をバンプＢの頭部に合わせる（ステップＳ３）。そして、焦点が合った時の切削手段３の位置を原点として切削送り制御手段１１に記憶させて設定する（ステップＳ４）。そして、実際の切削時には、設定された原点を基準として切削送りが行われる。なお、切削送り制御手段１１は、切削送り手段１０を構成するパルスモータ１０１に対するパルス数によって切削手段３の位置を把握することができる。

撮像手段１２の焦点位置と切削工具３４の下端との距離である焦点−工具間距離Ｚ１は、予め一定の値に設定されている。したがって、撮像手段１２の焦点をバンプＢの頂部に合わせた後に、更に、図１に示した切削量記憶手段１４に記憶された所望切削量Ｚ２を焦点−工具間距離Ｚ１に加算して求められる値Ｚ３だけ切削手段３を下降させて切削すると、バンプＢを所望量切削することができる。そこで、切削送り制御手段１１では、切削量記憶手段１４に記憶されている所望切削量Ｚ２の値を読み出して焦点−工具間距離Ｚ１に加算することにより、切削時における切削送り量Ｚ３を算出する（ステップＳ５）。

こうして切削送り量Ｚ３が算出されると、切削手段３を構成するモータ３２による駆動によりスピンドル３０を回転させて切削工具３４を回転させると共に、切削送り制御手段１１による制御の下で、設定された原点を基準として切削送り手段１０が切削手段３を下降させる。このときの下降量は、ステップＳ５において求めた切削送り量Ｚ３である。例えば、焦点−工具間距離Ｚ１が１００μｍ、所望切削量Ｚ２が１０μｍである場合は、切削送り量Ｚ３は１１０μｍとなり、切削手段３を原点から１１０μｍ下方に移動させて切削送りする。

図８に示すように、切削送り量Ｚ３だけ切削手段３が下降すると、下降を止めてその高さを維持しつつ、切削工具３４を回転させたままの状態で、チャックテーブル２は回転させずに、ゆっくりと図８における矢印の方向に移動させて図９における実線で示す位置に位置付ける。そして、図９における二点鎖線で示す位置に向けてウェーハＷを移動させると、回転する切削工具３４がウェーハＷを構成するデバイスのバンプＢに接触して切削され、切削されたバンプＢの頭部の高さが均一となる（ステップＳ６）。

バンプの切削がある程度進んだ後、例えばウェーハＷ全体に形成されたバンプのうち５％程度のバンプが切削された後に、撮像手段１２を切削済みのバンプの直上に位置付け、切削済みバンプの頂部に焦点を合わせて撮像する（ステップＳ７）。そして、図１に示した画像処理手段１３において、取得した画像から、バンプの色、面積等を求め、これらのデータに基づいて、切削が適正に行われたかを判断する（ステップＳ８）。具体的には、例えば、バンプＢの頂部が切削されるとその色が黒から白に変わることから、撮像されたバンプの色が白であり、白い部分の面積が一定以上である場合は、所望の切削量に達していると判断する。一方、画像処理手段１３において切削が適正でないと判断した場合は、切削送り量が大きくなるように切削送り量を補正し（ステップＳ９）、補正後の切削送り量の下で、バンプを再度切削する（ステップＳ６）。

再度の切削の後も、バンプの撮像（ステップＳ７）、切削が適正か否かの判断（ステップＳ８）を行い、切削が適正と判断された場合は、チャックテーブル２を図９において二点鎖線で示す位置まで移動させ、補正後の切削送り量にて未切削のバンプを更に切削する（ステップＳ１０）。そして、図１０に示すように、すべてのバンプＢの切削が終了して所望の高さに形成されると、切削を終了する。なお、バンプの撮像、それに基づく切削送り量の補正及び補正された切削送り量による切削（ステップＳ６〜Ｓ８）は、複数回遂行してもよい。

こうして、一部のバンプの切削後に、その切削済みの一部のバンプを撮像し、切削状況に応じて切削送り量を補正して再度その一部のバンプの切削を遂行するようにすれば、切削が不十分であった場合でも直ちに切削を再開できるため、効率的である。

１枚のウェーハについてバンプの切削が終了し、別のウェーハに形成されたバンプを切削する場合は、当該別のウェーハについて、図４に示したフローチャートの手順で切削を遂行することにより、バンプ頂部の位置に基づく原点の設定をウェーハごとに行うことができる。したがって、その原点を基準とした切削送りを行うことで、短時間で切削工具がバンプに接触するようになり、ウェーハごとの厚みのバラツキにかかわらず、バンプを効率良く所定量正確に切削することができる。

なお、上記の説明では、チャックテーブル２を回転させずに切削工具３４が回転してバンプを切削することとしたが、チャックテーブル２と切削工具３４の双方が回転するように構成してもよいし、チャックテーブル２が回転して切削工具３４が回転しないようにしてもよい。したがって、切削工具３４を回転させる場合は、チャックテーブル送り手段２２がチャックテーブル２を回転させるための機構を有していなくてもよい。

一方、チャックテーブル２が回転する機能を有している場合は、図１１に示すバンプ加工装置１ａのように、切削工具３４が回転しない構成であってもよい。この場合は、昇降部材１０３に撮像手段１２が固定されると共に、固定部材１０６を介して切削工具３４が固定される。なお、図１に示したバンプ加工装置１と同様に構成される部位については共通の符号を付している。

バンプ加工装置の一例を示す斜視図である。 チャックテーブル送り手段の一例を示す斜視図である。 バンプが形成されたウェーハを示す平面図である。 バンプの加工方法を示すフローチャートである。 バンプの第一の例を略示的に示す断面図である。 バンプの第二の例を略示的に示す断面図である。 原点設定時の切削工具の位置を示す正面図である。 切削時の切削工具の位置を示す正面図である。 切削時のチャックテーブルの移動の状態を示す平面図である。 切削後のバンプを略示的に示す断面図である。 切削手段の別の例を示す斜視図である。

１：バンプ加工装置
２：チャックテーブル
２０：カバー ２１：ジャバラ
２２：チャックテーブル送り手段
２２０：ボールネジ ２２１：ガイドレール ２２２：パルスモータ
２２３：移動基台 ２２４：モータ
３：切削手段
３０：スピンドル ３１：スピンドル ３２：モータ ３３：工具マウント
３４：切削工具
４：オペレーションパネル
５ａ：第一のカセット ５ｂ：第二のカセット
６：搬出入手段
６０：アーム部 ６１：保持部
７：位置合わせ手段
８：洗浄手段
９ａ：第一の搬送手段 ９ｂ：第二の搬送手段
１０：切削送り手段
１００：ボールネジ １０１：パルスモータ １０２：ガイドレール
１０３：昇降部材 １０４：ブラケット １０５：支持部材 １０６：固定部材
１１：切削送り制御手段
１２：撮像手段
１３：画像処理手段
１４：切削量記憶手段
Ｗ：ウェーハ
Ｓ：ストリート
Ｄ：デバイス
Ｂ：バンプ
Ｐ：電極板

Claims (1)

1. ウェーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルを移動させるチャックテーブル送り手段と、該チャックテーブルに保持されたウェーハに形成されたバンプを切削する切削工具を備えた切削手段と、該切削手段を該チャックテーブルに対して接近及び離反させる切削送り手段と、該切削送り手段を制御する切削送り制御手段と、該切削手段に固定され該切削手段と連動して昇降すると共に該ウェーハのバンプを撮像して認識する撮像手段とを備えたバンプ加工装置を用いて該バンプを切削するバンプの加工方法であって、
   該撮像手段が任意のバンプの頂部に焦点を合わせた時の該切削手段の位置を原点として該切削送り制御手段に記憶させ、該切削送り制御手段は、該撮像手段の焦点位置から該切削工具までの距離に所望切削量を加算した値を、該原点からの切削送り量として該切削送り手段を制御してバンプの切削を行い、
   該ウェーハを構成するバンプのうち一部のバンプの切削後に、切削済みの該一部のバンプを該撮像手段によって撮像し、該撮像により取得した画像における該一部のバンプの頂部の色と面積から切削量を判断し、該一部のバンプの切削量に応じて該切削送り量を補正して再度該一部のバンプの切削を遂行するバンプの加工方法。

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