JP6943389B2

JP6943389B2 - 被加工物の加工方法

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Publication number: JP6943389B2
Application number: JP2017217438A
Authority: JP
Inventors: 和裕小池; 正寛小林; 吉行坂本
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2021-09-29
Anticipated expiration: 2037-11-10
Also published as: JP2019091734A

Description

本発明は、デバイスが表面に形成されたウェーハを含む被加工物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摩耗する。

激しく摩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でき、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、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物の表面をバイト切削するダイヤモンドからなる切刃を有するバイト工具と、該バイト工具を下面に備えるバイトホイールと、該バイトホイールを回転可能に支持するバイト切削ユニットと、該バイト工具に切削液を供給する切削液供給装置と、を備えるバイト切削装置を使用して、ウェーハと、該ウェーハの表面に形成されたデバイスと、該デバイス上のバンプと、該デバイス及び該バンプ上の封止材と、を含む該被加工物をバイト切削する被加工物の加工方法であって、該チャックテーブルに該被加工物を保持させる保持ステップと、該封止材をバイト切削して該バンプを該封止材から露出させるバイト切削ステップと、を備え、該バイト切削ステップは、該バイト切削装置が設置された環境の温度が−５℃〜＋１０℃にされた状態で実施されることを特徴とする被加工物の加工方法が提供される。

本発明の一態様に係る被加工物の加工方法では、被加工物の表面をバイト切削する切刃を有するバイト工具と、該バイト工具を下面に備えるバイトホイールと、バイト工具の切刃に切削液を供給する切削液供給装置と、を備えるバイト切削装置が使用される。

例えば、温度管理ステップを実施しない場合、バイト切削装置が設置されたデバイスチップの製造工場の環境の温度は、２０℃〜２５℃程度の室温とされるのが一般的である。これに対して、本発明の一態様に係る被加工物の加工方法では、被加工物のバイト切削時にバイト切削装置が設置された環境の温度を低下させる。

そのため、バイト切削により生じた熱が環境に拡散されやすくなり、該バイト工具の温度の上昇が抑制される。ただし、バイト切削装置が設置された環境の温度をより低く設定してしまうと、バイト切削装置で使用される切削液等の液体が凍結する恐れがある。そこで、該環境の温度を切削液を凍結させずにバイト工具に供給できる−５℃〜１０℃にすると、バイト工具の消耗を抑制でき、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、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。バイト切削装置を模式的に示す斜視図である。図３（Ａ）は、バイト切削ステップを模式的に示す側面図であり、図３（Ｂ）は、バイト切削ステップを模式的に示す上面図である。

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。まず、本実施形態に係るバイト切削装置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。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。

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、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。バンプ７は、金属等の導電性材料で形成されており、ウェーハ１が分割されて形成される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の上部及びバンプ７の上部が部分的に除去される。すると、バンプ７が封止材３から露出するため、デバイスチップを所定の実装対象に実装する際にバンプ７を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バイト切削装置について図２を用いて説明する。図２は、被加工物５をバイト切削するバイト切削装置２を模式的に示す斜視図である。

バイト切削装置２は、各構成を支持する基台４を有する。基台４の前側部分の上面には、カセット載置台６ａ，６ｂが設けられている。カセット載置台６ａ上には、例えば、バイト切削前の被加工物５を収容したカセット８ａが載置される。カセット載置台６ｂには、例えば、バイト切削後の被加工物５を収容するためのカセット８ｂが載置される。基台４上には、カセット載置台６ａ，６ｂに隣接して被加工物５を搬送する搬送ロボット１０が据え付けられている。

基台４の前側部分の上面には更に、複数の位置決めピンで被加工物５の位置を決める位置決めテーブル１２と、被加工物５をチャックテーブル２０に載せる搬入機構（ローディングアーム）１４と、被加工物５をチャックテーブル２０から搬出する搬出機構（アンローディングアーム）１６と、バイト切削された被加工物５を洗浄及びスピン乾燥する洗浄ユニット５０と、が配設されている。

基台４の後側部分の上面には、開口４ａが設けられている。該開口４ａ内には、被加工物５を吸引保持するチャックテーブル２０が上面に載るＸ軸移動テーブル１８が備えられている。Ｘ軸移動テーブル１８は、図示しないＸ軸方向移動機構によりＸ軸方向に移動可能である。Ｘ軸移動テーブル１８は、チャックテーブル２０上で被加工物５が着脱される搬入出領域２２と、チャックテーブル２０上に吸引保持される被加工物５がバイト切削される加工領域２４と、に位置付けられる。

チャックテーブル２０の上面は、被加工物５を保持する保持面２０ａとなる。チャックテーブル２０は、一端が該チャックテーブル２０の保持面２０ａに通じ他端が図示しない吸引源に接続された吸引路を内部に備える。該吸引源を作動させると、保持面２０ａ上に載せられた被加工物５に負圧が作用して、被加工物５はチャックテーブル２０に吸引保持される。

加工領域２４の上方には、被加工物５をバイト切削するバイト切削ユニット２６が配設される。バイト切削装置２の基台４の後方端部には支持部２８が立設されており、この支持部２８によりバイト切削ユニット２６が支持されている。支持部２８の前面には、Ｚ軸方向に伸長する一対のＺ軸ガイドレール３０が設けられ、それぞれのＺ軸ガイドレール３０には、Ｚ軸移動プレート３２がスライド可能に取り付けられている。

Ｚ軸移動プレート３２の裏面側（後面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｚ軸ガイドレール３０に平行なＺ軸ボールねじ３４が螺合されている。Ｚ軸ボールねじ３４の一端部には、Ｚ軸パルスモータ３６が連結されている。Ｚ軸パルスモータ３６でＺ軸ボールねじ３４を回転させれば、Ｚ軸移動プレート３２は、Ｚ軸ガイドレール３０に沿ってＺ軸方向に移動する。

Ｚ軸移動プレート３２の前面側下部には、バイト切削ユニット２６が固定されている。Ｚ軸移動プレート３２をＺ軸方向に移動させれば、バイト切削ユニット２６をＺ軸方向に移動できる。

バイト切削ユニット２６は、基端側に連結されたモータにより回転するスピンドル４０と、該スピンドル４０の先端側に配設されたマウント４２に固定具４６により固定されたバイトホイール４４と、を備える。該モータはスピンドルハウジング３８内に備えられており、該モータを作動させると、バイトホイール４４がスピンドル４０の回転に従って回転する。

バイトホイール４４の下面には、バイト工具５２（図３（Ａ）参照）が装着されている。バイト工具５２は、被加工物５に接触して被加工物５をバイト切削する切刃５２ａ（図３（Ａ）参照）が備えられている。該切刃５２ａは、例えば、ダイヤモンドからなる。

バイト切削ユニット２６をＺ軸方向に沿って下降させ、切刃５２ａの下端をウェーハ１の表面１ａに形成されたバンプ７に達する高さ位置に位置付ける。そして、該バイトホイール４４を回転させ、該チャックテーブル２０をＸ軸方向に移動させると、封止材３の上部と、バンプ７の上部と、がバイト切削されてバンプ７が封止材３から露出される。

加工領域２４の側方には、バイト工具５２に切削液４８ａを噴射する切削液供給装置４８（図３（Ｂ）参照）が配設される。バイト工具５２は、加工抵抗が高い封止材３と、金属で形成されたバンプ７と、をバイト切削する。そのため、バイト切削により生じる加工負荷や加工熱がバイト工具５２に強く働き、バイト工具５２の切刃５２ａが激しく摩耗する。そこで、切削液供給装置４８により切削液４８ａをバイト工具５２に供給し、バイト切削で生じる切削屑とともに加工熱を除去する。

ただし、回転するバイト工具５２に切削液４８ａを供給して効率良く加工熱を除去してバイト工具５２を冷却するのは容易ではない。そこで、バイト切削装置２が設置された環境の温度を低下させて、バイト工具５２を効率的に冷却する。

バイト切削装置２が設置された環境の温度を低下させるために、バイト切削装置２を冷却室５４の内部に設置する。該冷却室５４は、室内の温度を低下させるエアーコントローラ等の冷却装置（不図示）を備える。該冷却室５４は、入退室の経路となるドア５４ａを備える。

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、例えば、上述のバイト切削装置２で実施される。被加工物５の加工方法は、被加工物５をチャックテーブル２０に保持させる保持ステップと、封止材３をバイト切削してバンプ７を露出させるバイト切削ステップと、を備える。以下、該被加工物５の加工方法の各ステップについて説明する。

まず、バイト切削装置２が設置された環境である冷却室５４のエアーコントローラを制御して、冷却室５４の内部の温度を−５℃〜１０℃にする。冷却室５４のドア５４ａを開閉すると冷却室５４の内部の温度が変化しやすいため、該温度管理ステップを実施す前に、予めバイト切削装置２のカセット載置台６ａに加工前の被加工物が収容されたカセット８ａを設置する。

次に、保持ステップについて説明する。保持ステップでは、搬送ロボット１０によりカセット載置台６ａに載せられたカセット８ａから被加工物５を取り出す。そして、位置決めテーブル１２に該被加工物５を運び入れ、位置決めテーブル１２を作動させて被加工物５の中央を該位置決めテーブル１２の中央に合わせる。

その後、搬入出領域２２に位置付けられたＸ軸移動テーブル１８に載るチャックテーブル２０の保持面２０ａ上に搬入機構（ローディングアーム）１４により該被加工物５を載せる。なお、このとき、ウェーハ１の裏面１ｂ側を下方に向け、該裏面１ｂを保持面２０ａに接触させる。

チャックテーブル２０の保持面２０ａ上に被加工物５を載せた後、該チャックテーブル２０の吸引源（不図示）を作動させ負圧を該被加工物５に作用させると、該チャックテーブル２０に該被加工物５が吸引保持される。その結果、被加工物５の封止材３が上方に露出される。

次に、バイト切削ステップについて説明する。保持ステップを実施した後、Ｘ軸移動テーブル１８を加工領域２４に移動させる。そして、該バイトホイール４４を回転させ、バイト切削ユニット２６をＺ軸方向に沿って下降させ、切刃５２ａの下端を被加工物５のバンプ７に達する高さ位置に位置付ける。その後、該チャックテーブル２０をＸ軸方向に移動させると、被加工物５の封止材３の上部及びバンプ７の上部がバイト工具５２によりバイト切削され、バンプ７が該封止材３から露出される。

図３（Ａ）は、バイト切削ステップを模式的に示す側面図であり、図３（Ｂ）は、バイト切削ステップを模式的に示す上面図である。該被加工物５をバイト切削する際には、バイト工具５２に切削液供給装置４８から切削液４８ａを噴射させる。

バイト工具５２によるバイト切削が終了した後、Ｘ軸移動テーブル１８を搬入出領域２２に移動させ、チャックテーブル２０による吸引を解除し、搬出機構（アンローディングアーム）１６により該被加工物５を洗浄ユニット５２に搬出する。そして、洗浄ユニット５２により被加工物５が洗浄され、乾燥される。洗浄された被加工物５は、搬送ロボット１０によりカセット載置台６ｂに載せられたカセット８ｂに収容される。

本発明の一態様に係る被加工物の加工方法では、バイト切削装置２が設置された環境の温度を室温より低下させる。一般的に、バイト切削装置２が設置されるデバイスチップの製造工場の環境の温度は２０℃〜２５℃程度の室温とされる。これに対して、本発明の一態様に係る被加工物の加工方法では、バイト切削装置が設置された環境の温度を−５℃〜１０℃にする。

該環境の温度をこのような温度にすると、バイト切削により生じた熱が環境に拡散されやすくなり、該バイト工具の温度の上昇が抑制され、バイト工具の消耗を抑制でき、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。

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、バイト切削ステップではバイト切削装置２が設置された環境の温度が−５℃以下にされてもよい。この場合、切削液等の液体がバイト切削装置２の内部で凝固しないように各液体に凝固防止剤を混入させ、各液体の凝固点を降下させてもよい。該環境の温度が低いほどバイト工具の冷却効率が高まり、バイト工具の消耗を抑制できる。

また、上記実施形態では、バイト切削装置２を冷却室５４の内部に設置し、冷却室５４の内部の温度を制御したが、本発明の一態様はこれに限定されない。例えば、バイト切削が実施される加工領域２４周辺を囲む箱状の加工室をバイト切削装置２に設け、該加工室の温度を管理してもよい。

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
２バイト切削装置
４基台
４ａ開口
６ａ，６ｂカセット載置台
８ａ，８ｂカセット
１０搬送ロボット
１２位置決めテーブル
１４搬入機構（ローディングアーム）
１６搬出機構（アンローディングアーム）
１８Ｘ軸移動テーブル
２０チャックテーブル
２０ａ保持面
２２搬入出領域
２４加工領域
２６バイト切削ユニット
２８支持部
３０Ｚ軸ガイドレール
３２Ｚ軸移動プレート
３４Ｚ軸ボールねじ
３６Ｚ軸パルスモータ
３８スピンドルハウジング
４０スピンドル
４２マウント
４４バイト切削ホイール
４６固定具
４８切削液供給装置
４８ａ切削液
５０洗浄ユニット
５２バイト工具
５２ａ切刃
５４冷却室

Claims

被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物の表面をバイト切削するダイヤモンドからなる切刃を有するバイト工具と、該バイト工具を下面に備えるバイトホイールと、該バイトホイールを回転可能に支持するバイト切削ユニットと、該バイト工具に切削液を供給する切削液供給装置と、を備えるバイト切削装置を使用して、
ウェーハと、該ウェーハの表面に形成されたデバイスと、該デバイス上のバンプと、該デバイス及び該バンプ上の封止材と、を含む該被加工物をバイト切削する被加工物の加工方法であって、
該チャックテーブルに該被加工物を保持させる保持ステップと、
該封止材をバイト切削して該バンプを該封止材から露出させるバイト切削ステップと、を備え、
該バイト切削ステップは、該バイト切削装置が設置された環境の温度が−５℃〜＋１０℃とされた状態で実施されることを特徴とする被加工物の加工方法。