JP5335250B2 - ウエーハの切削加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、その表面に樹脂や金属等からなる積層部が設けられた半導体ウエーハの積層部の厚みを所望の厚みへ切削加工する切削加工方法に関する。

半導体デバイスの軽薄短小化を実現するための技術には様々なものがある。一例としては、半導体ウエーハに形成されたデバイス表面に１０〜１００μｍ程度の高さのバンプと呼ばれる金属突起物を複数形成し、これらのバンプを配線基板に形成された電極に相対させて直接接合するフリップチップボンディングと呼ばれる技術が実用化されている。

半導体ウエーハのデバイス表面に形成されるバンプは、メッキやスタッドバンプといった方法により形成される。このため個々のバンプの高さは不均一であり、そのままでは複数のバンプを配線基板の電極に全て一様に接合するのは困難である。

そこで、バンプを所望の厚みへ切削する方法として、切削バイトで削り取る方法が例えば特開２０００−１７３９５４号公報で提案されている。一般的なバンプの高さは１０〜１００μｍ程度と微小であるため、このような切削にはミクロンオーダーでの制御が必要となる。

一般的に上述した公開公報に記載されているような装置では、被加工物を保持するチャックテーブルからの距離で切削量を制御している。即ち、切削バイトとチャックテーブルとを接触させて電気的導通を取り、その際のＺ軸方向位置（高さ位置）を記憶することでＺ軸方向の基準位置（原点位置）を定め、さらに被加工物の切削残し量（チャックテーブルからの距離）を設定して被加工物を切削するようにしている。
特開２０００−１７３９５４号公報

しかし、切削バイトがダイヤモンドやＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）である場合には、切削バイトをチャックテーブルに接触させるだけでは電気的導通を取ることができない。そこで、所定の厚みを持った接触式センサをチャックテーブル上に設置し、この接触式センサと切削バイトとを接触させることで基準位置を定めることが必要となる。

一方、装置の稼動に伴って電装部や加工点では熱が発生し、この熱が装置内に伝播することで切削バイトの支持部やチャックテーブル支持部に熱膨張が生じる。また、連続加工によって切削バイト先端には摩滅や変形が生じるため、切削バイトとチャックテーブルの位置関係は加工に伴って変位する。そのため、切削量をミクロンオーダーで制御するには頻繁にＺ軸方向の基準位置出しを行うことが必要となり、作業が煩雑となる。

更に、切削バイトがダイヤモンドやＣＢＮから構成される場合には、基準位置出しをするために接触式センサをチャックテーブル上に設置する必要が生じるので、被加工物を連続で加工することが困難となり、作業性が悪い。

本発明はこのような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、頻繁にＺ軸方向の基準位置出しを行うことなく、切削バイトの板状物への切り込み量を高精度に制御し、板状物を所望の厚みに切削可能な板状物の切削加工方法を提供することである。

本発明によると、複数のバンプ付きデバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを表面に有する基板部と、該基板部上面に所定の厚みを持って形成された積層部とから構成されるウエーハの上面を切削し、該ウエーハを所定の厚みに形成するウエーハの切削加工方法であって、高さ測定手段でチャックテーブルに保持されたウエーハのデバイス領域の上面高さを測定すると共に、該チャックテーブルの上面高さを測定して該ウエーハのデバイス領域の厚みを算出する第１のウエーハ厚み算出工程と、該第１のウエーハ厚み算出工程で算出されたウエーハの厚みをもとに、該チャックテーブルに保持されたウエーハの目標切削厚さを設定し、ウエーハのデバイス領域の一部が目標切削厚さとなるように該一部の上面を切削する第１の切削工程と、該第１の切削工程を実施する前又は後に、撮像手段でウエーハを撮像してデバイス領域の該一部を検出するアライメント工程と、該アライメント工程で検出されたデバイス領域の該一部の上方に前記高さ測定手段を位置付け、前記高さ測定手段で該チャックテーブルに保持された前記第１の切削工程後のウエーハのデバイス領域の該一部の上面の高さを測定し、その測定値と前記第１のウエーハ厚み算出工程で測定したチャックテーブル上面の高さとから、前記第１の切削工程後のウエーハのデバイス領域の該一部の厚みを算出する第２のウエーハ厚み算出工程と、前記第１の切削工程で設定した前記目標切削厚さと、前記第２のウエーハ厚み算出工程で算出したウエーハのデバイス領域の該一部の厚みとの差を算出して、切削補正値を求める補正値算出工程と、該補正値算出工程で算出した該切削補正値を加味したウエーハの目標仕上げ厚みを設定する目標仕上げ厚み設定工程と、該目標仕上げ厚み設定工程で設定した目標仕上げ厚みにウエーハを切削する第２の切削工程と、を備えたことを特徴とするウエーハの切削加工方法が提供される。

本発明によれば、板状物ごとにＺ軸方向（高さ方向）位置の補正をかけるため、頻繁にＺ軸方向の基準位置出しを行う必要がなく、高精度に板状物を所望の厚みに切削することが可能となる。また、第１の切削工程で板状物上面の一部のみを切削することでスルーブットの向上が可能となる。

以下、図面を参照して本発明実施形態の切削加工方法について詳細に説明する。図１は本発明実施形態の切削加工方法を実施するのに適した切削加工装置の斜視図を示している。

切削加工装置２のハウジング４は、水平ハウジング部分６と垂直ハウジング部分８から構成される。垂直ハウジング部分８には、上下方向に伸びる一対のガイドレール（１本のみ図示）１０が固定されている。

この一対のガイドレール１０に沿って切削加工ユニット１２が上下方向に移動可能に装着されている。切削加工ユニット１２は、そのハウジング２２が一対のガイドレール１０に沿って上下方向に移動する移動基台１４に取り付けられている。

切削加工ユニット１２は、ハウジング２２と、ハウジング２２中に回転可能に収容された図示しないスピンドルと、スピンドルを回転駆動するサーボモータ２４と、スピンドルの先端に固定されたバイトホイール２６と、バイトホイール２６に着脱可能に取り付けられた切削バイト（切削刃）２８を含んでいる。

切削加工ユニット１２は、切削加工ユニット１２を一対の案内レール１０に沿って上下方向に移動するボールねじ１６とパルスモータ１８とから構成される切削加工ユニット移動機構２０を備えている。パルスモータ１８をパルス駆動すると、ボールねじ１６が回転し、移動基台１４が上下方向に移動される。

水平ハウジング部分６には、チャックテーブルユニット３０が配設されている。チャックテーブルユニット３０は、チャックテーブルベース３２と、チャックテーブルベース３２上に搭載されたチャックテーブル３４を含んでいる。チャックテーブル３４は、図示しないチャックテーブル移動機構（Ｙ軸方向送り機構）により、Ｙ軸方向に移動される。

３６はチャックテーブル３４の高さやチャックテーブル３４に保持されたウエーハ１１（図２参照）の高さ等を測定する高さ測定装置アセンブリであり、ハウジング４の水平ハウジング部分６に固定された門形状の支持部材３８を含んでいる。支持部材３８には、接触式で高さを測定する一対のリニアゲージ４０，４２が取り付けられている。

支持部材３８には更に、矩形状の取付部材４４が固定されている。取付部材４４には、ボールねじ４８とパルスモータ５０からなるＸ軸駆動機構が装着されており、パルスモータ５０をパルス駆動すると、スライダ４６がＸ軸方向に移動される。

スライダ４６には、ボールねじ５４とパルスモータ５６からなるＺ軸駆動機構が装着されており、パルスモータ５６をパルス駆動すると、非接触式の高さ測定装置５２が上下方向（Ｚ軸方向）に移動される。

非接触式の高さ測定装置５２には、例えば走査型白色干渉計ＳＷＬＩ（東レエンジニアリング株式会社製）等の非接触式高さ測定手段５８と、ＣＣＤカメラ等の撮像手段を有するアライメント手段６０が取り付けられている。走査型白色干渉計に代えて、非接触式高さ測定手段として超音波測定手段、又はレーザービーム測定手段等を採用するようにしても良い。

ハウジング４の水平ハウジング部分６には、第１のウエーハカセット６２と、第２のウエーハカセット６４と、ウエーハ搬送機構６６と、複数の位置決めピン７０を有する位置決めテーブル６８と、ウエーハ搬入機構７２と、ウエーハ搬出機構７４と、スピンナユニット７６が配設されている。

また、水平ハウジング部分６の概略中央部には、チャックテーブル３４を洗浄する洗浄水噴射ノズル７８が設けられている。この洗浄水噴射ノズル７８は、チャックテーブル３４がウエーハ搬入・搬出領域に位置付けられた状態において、チャックテーブル３４に向けて洗浄水を噴出する。

図２を参照すると、半導体ウエーハ１１の平面図が示されている。半導体ウエーハ１１は、例えば厚さが６００μｍのシリコンウエーハからなっており、表面１１ａに複数のストリート１３が格子状に形成されているとともに、該複数のストリート１３によって区画された複数の領域にそれぞれＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

このように構成された半導体ウエーハ１１は、デバイス１５が形成されているデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９を備えている。また、半導体ウエーハ１１の外周には、シリコンウエーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチ２１が形成されている。

図３は半導体ウエーハ１１のデバイス１５部分の断面図である。シリコン基板２３上によく知られた半導体製造プロセスによりデバイス１５が形成されており、デバイス１５上には複数のバンプ２７と樹脂層２９からなる積層部２５が形成されている。バンプ２７は例えば銅等の金属から形成されており、デバイス１５の電極に接続されている。

このように構成された切削加工装置２の切削加工作業について以下に説明する。第１のウエーハカセット６２に収容された半導体ウエーハ１１は、ウエーハ搬送機構６６の上下動作及び進退動作により搬送され、ウエーハ位置決めテーブル６８に載置される。

ウエーハ位置決めテーブル６８に載置されたウエーハは、複数の位置決めピン７０により中心合わせが行われた後に、ウエーハ搬入機構７２の旋回動作によって、ウエーハ搬入・搬出領域に位置せしめられているチャックテーブル３４に載置され、チャックテーブル３４によって吸引保持される。

このようにチャックテーブル３４がウエーハ１１を吸引保持したならば、チャックテーブル移動機構を作動して、チャックテーブル３４を図４に示す高さ測定位置に位置付ける。

高さ測定位置では、第１リニアゲージ４０でチャックテーブル３４の上面高さを測定するとともに、第２リニアゲージ４２を半導体ウエーハ１１の積層部２５に当接させて、ウエーハ１１の高さを測定する。この二つのリニアゲージ４０，４２の読みの差からウエーハ１１の厚みを算出する。

次いで、上述した厚み算出工程から算出されたウエーハ１１の厚みをもとに、チャックテーブル３４に保持されたウエーハ１１の上面を切削加工ユニット１２で平坦化する第１切削工程を実施する。

この第１切削工程では、厚み算出工程から算出されたウエーハ１１の厚みをもとに、チャックテーブル３４に保持されたウエーハ１１の目標切削高さ、即ち図６に示すようにチャックテーブル３４の上面からの高さｄ１を設定する。

そして、図５に示すように切削バイト２８を矢印Ａ方向に例えば２０００ｒｐｍで回転させながら、チャックテーブル３４を矢印Ｙ方向に例えば０．６６ｍｍ／秒で送ることにより第１切削工程を実施する。第１切削工程は積層部２５の一部分のみを切削するようにしても良い。

第１切削工程を実施後に、チャックテーブル移動機構を作動して、チャックテーブル３４を図４に示す高さ測定位置に再び位置付ける。そして、第１の実施形態では、第２リニアゲージ４２を第１切削工程で切削された積層部２５に当接させて、ウエーハ１１の高さを測定する。この時検出したウエーハ１１の高さと図４で検出したチャックテーブル３４の上面の高さとの差から、第１切削工程後のウエーハ１１の実際の厚さｄ２を算出する。

第２の実施形態では、第１切削工程実施後に、チャックテーブル移動機構を作動して、チャックテーブル３４を再び高さ測定位置に戻し、非接触高さ測定装置５２によるアライメント及び非接触の高さ測定工程を実施する。

アライメント工程においては、アライメント手段６０の撮像手段によりアライメント対象の積層部２５を撮像し、この検出された位置に図７に示すように非接触式高さ測定手段５８を移動する。

アライメント工程で移動された位置において、非接触式高さ測定手段５８によりウエーハ１１の高さを測定する。この時検出したウエーハ１１の高さと図４で検出したチャックテーブル３４の上面の高さとの差から、第１切削工程後のウエーハ１１の実際の厚さｄ２を算出する。なお、この第２の実施形態では、アライメント工程を第１切削工程を実施する前に行っても良い。

次いで、第１切削工程実施後のウエーハ１１の実際の厚さｄ２と目標厚さｄ１の差から切削補正量を算出する。この切削補正量を切削装置２のコントローラのメモリに記憶する。或いは、オペレータが切削補正量をメモとして記録する。

次いで、切削補正量を加味したウエーハ１１の目標仕上げ厚みを設定し、切削装置２のコントローラでパルスモータ２４を所定パルス駆動して、図８に示すように切削バイト２８を目標仕上げ厚みに相当する距離だけ降下させる。

そして、第１切削工程と同様に、切削バイト２８を矢印Ａ方向に２０００ｒｐｍで回転しながら、チャックテーブル３４を矢印Ｙ方向に例えば０．６６ｍｍ／秒で送りながら第２切削工程を実施する。これによりウエーハ１１を所望の厚みｄに仕上げることができる。

第２切削工程実施後、図示しないチャックテーブル移動機構を駆動して、チャックテーブル３４を装置手前側のウエーハ搬入・搬出領域に位置づける。チャックテーブル３４に保持されているウエーハ１１の吸引保持が解除されてから、ウエーハ１１がウエーハ搬出機構７４でスピナユニット７６に搬送される。

スピナユニット７６に搬送されたウエーハは、ここで洗浄されるとともにスピン乾燥される。次いで、ウエーハ１１がウエーハ搬送機構６６により第２のウエーハカセット６４の所定位置に収納される。

上述した実施形態の変形例として、接触式高さ測定手段であるリニアゲージ４０，４２を省略し、非接触式の高さ測定手段５８でリニアゲージ４０，４２の作用を兼用するようにしても良い。

上述した実施形態によると、半導体ウエーハ１１毎に第１切削工程後に補正をかけるため、頻繁にＺ軸方向の基準位置出しを行う必要はなく、高精度に半導体ウエーハ１１を所望とする厚みに均一に切削することができる。また、第１切削工程で半導体ウエーハ１１の積層部２５の一部のみを切削することで、スルーブットの向上が可能となる。

切削加工装置の外観斜視図である。 半導体ウエーハの上面図である。 半導体ウエーハの断面図である。 ウエーハ厚み算出工程の説明図である。 積層部平坦化工程（第１の切削工程）の説明図である。 補正値算出工程の説明図である。 積層部厚み算出工程の説明図である。 第２の切削工程の説明図である。

符号の説明

２ 切削加工装置
１１ 半導体ウエーハ
１２ 切削加工ユニット
１５ デバイス
１７ デバイス領域
１９ 外周余剰領域
２３ 基板
２５ 積層部
２７ バンプ
２８ 切削バイト
２９ 樹脂層
３４ チャックテーブル
３６ 高さ測定装置アセンブリ
４０，４２ リニアゲージ
５８ 非接触式高さ測定手段
６０ アライメント手段

Claims (1)

1. 複数のバンプ付きデバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを表面に有する基板部と、該基板部上面に所定の厚みを持って形成された積層部とから構成されるウエーハの上面を切削し、該ウエーハを所定の厚みに形成するウエーハの切削加工方法であって、
   高さ測定手段でチャックテーブルに保持されたウエーハのデバイス領域の上面高さを測定すると共に、該チャックテーブルの上面高さを測定して該ウエーハのデバイス領域の厚みを算出する第１のウエーハ厚み算出工程と、
   該第１のウエーハ厚み算出工程で算出されたウエーハの厚みをもとに、該チャックテーブルに保持されたウエーハの目標切削厚さを設定し、ウエーハのデバイス領域の一部が目標切削厚さとなるように該一部の上面を切削する第１の切削工程と、
   該第１の切削工程を実施する前又は後に、撮像手段でウエーハを撮像してデバイス領域の該一部を検出するアライメント工程と、
   該アライメント工程で検出されたデバイス領域の該一部の上方に前記高さ測定手段を位置付け、前記高さ測定手段で該チャックテーブルに保持された前記第１の切削工程後のウエーハのデバイス領域の該一部の上面の高さを測定し、その測定値と前記第１のウエーハ厚み算出工程で測定したチャックテーブル上面の高さとから、前記第１の切削工程後のウエーハのデバイス領域の該一部の厚みを算出する第２のウエーハ厚み算出工程と、
   前記第１の切削工程で設定した前記目標切削厚さと、前記第２のウエーハ厚み算出工程で算出したウエーハのデバイス領域の該一部の厚みとの差を算出して、切削補正値を求める補正値算出工程と、
   該補正値算出工程で算出した該切削補正値を加味したウエーハの目標仕上げ厚みを設定する目標仕上げ厚み設定工程と、
   該目標仕上げ厚み設定工程で設定した目標仕上げ厚みにウエーハを切削する第２の切削工程と、
   を備えたことを特徴とするウエーハの切削加工方法。

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