(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
前記基台上に、水平軸方向に移動可能に設けられ、水平軸方向に異なる加工作業領域と計測作業領域とに軸送りされる水平移動台と、
前記水平移動台を水平軸方向に駆動する第１の軸送り手段と、
前記水平移動台上に設けられた回転テーブルと、
前記回転テーブルを回転駆動する回転駆動手段と、
前記回転テーブルに設けられ、被加工物を前記回転テーブル上に着脱可能に固定する被加工物固定手段と、
前記基台上に固定配置されたコラムと、
前記コラムに、垂直軸方向に移動可能に設けられた垂直移動台と、
前記垂直移動台を垂直軸方向に駆動する第２の軸送り手段と、
前記垂直移動台に設けられ、前記加工作業領域において前記被加工物の加工を行う工具が取り付けられる刃物台と、
前記計測作業領域の位置において前記被加工物の計測を行う計測手段とを有し、
前記計測手段は前記被加工物の加工面を非接触で走査して当該加工面の平面度を計測する平面度計測手段であり、
前記刃物台に取り付けられた前記工具によって前記水平移動台の前記回転テーブルに固定された前記被加工物の上面の平坦化加工を前記加工作業領域で行った後、前記水平移動台を前記加工作業領域から前記計測作業領域へ送ると共に、前記回転駆動手段により前記回転テーブルの回転を継続して前記平面度計測手段の、前記被加工物の加工面に対する走査を行い、前記被加工物の加工面の平面度が要求される公差以内になるまで、前記被加工物を、前記加工作業領域と前記計測作業領域との間で往復動させて平坦化加工と平面度測定とを行うように構成されている加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加工装置に関し、特に、シリコンウエーハの表面に形成されたバンプの上面を平坦化するバンプ上面平坦化加工に用いられる加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バンプ接続のフリップチップとして、ダイシング以前のシリコンウエーハの表面にめっきによって形成されたＡｕバンプを用い、Ａｕバンプ同士の接合によってチップオンチップ等の実装を行うフリップチップの開発が進められている。
【０００３】
このようなバンプ接続のフリップチップの場合、接合の低ストレス化、接合信頼性の向上のために、バンプ高さ揃え、バンプ上面の面粗度改善をふまえてバンプ上面を平坦化する技術が不可欠である。
【０００４】
半導体デバイス製造工程中のシリコンウエーハの表面を平坦化する技術としては、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）に代表される研磨法によるものが知られている（例えば、特許文献１、２）。
【０００５】
しかし、ＣＭＰによる平坦化技術は、バンプ上面の平坦化加工に適用できるが、研磨であるため、スループットが悪く、平坦化に時間がかかる。また、研磨剤を含むスラリーを使用するため、環境によくなく、後処理として洗浄工程が必須で、微細な研磨剤を完全に除去することが難しい。研磨剤がシリコンウエーハに残存すると、バンプ接続の機械的強度の低下、電気的信頼性の低下を招く原因となる。
【０００６】
このことに対して、高精密旋盤を用いた切削加工によって研磨剤を用いることなくバンプ上面の平坦化加工を行うことが考えられている。このような平坦化加工では、加工面の平面度を高精度に計測し、平面度が要求される公差以内になったかを的確に見極め、高スループットで、高歩留まりの加工を行うことを要望される。
【特許文献１】特開昭６４−１１７５４号公報
【特許文献２】特開平７−１００７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明が解決しようとする課題は、バンプ上面の平坦化加工等において、加工面の平面度を能率よく高精度に計測し、バンプ上面の平坦化加工等を高スループットで、高歩留まりで行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、基台と、前記基台上に、水平軸方向に移動可能に設けられ、水平軸方向に異なる加工作業領域と計測作業領域とに軸送りされる水平移動台と、前記水平移動台を水平軸方向に駆動する第１の軸送り手段と、前記水平移動台上に設けられた回転テーブルと、前記回転テーブルを回転駆動する回転駆動手段と、前記回転テーブルに設けられ、被加工物を前記回転テーブル上に着脱可能に固定する被加工物固定手段と、前記基台上に固定配置されたコラムと、前記コラムに、垂直軸方向に移動可能に設けられた垂直移動台と、前記垂直移動台を垂直軸方向に駆動する第２の軸送り手段と、前記垂直移動台に設けられ、前記加工作業領域において前記被加工物の加工を行う工具が取り付けられる刃物台と、前記計測作業領域の位置において前記被加工物の計測を行う計測手段とを有し、前記計測手段は前記被加工物の加工面を非接触で走査して当該加工面の平面度を計測する平面度計測手段であり、前記刃物台に取り付けられた前記工具によって前記水平移動台の前記回転テーブルに固定された前記被加工物の上面の平坦化加工を前記加工作業領域で行った後、前記水平移動台を前記加工作業領域から前記計測作業領域へ送ると共に、前記回転駆動手段により前記回転テーブルの回転を継続して前記平面度計測手段の、前記被加工物の加工面に対する走査を行い、前記被加工物の加工面の平面度が要求される公差以内になるまで、前記被加工物を、前記加工作業領域と前記計測作業領域との間で往復動させて平坦化加工と平面度測定とを行うように構成されている加工装置である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明による加工装置は、被加工物固定手段によって被加工物を回転テーブル上に固定し、回転駆動手段によって回転テーブルを回転駆動した状態で、第２の軸送り手段によって垂直移動台を垂直軸方向に移動（軸送り）させることにより、刃物台に取り付けられたバイト工具の切り込み方向の位置決めを行って切り込み量を設定し、第１の軸送り手段によって水平移動台を加工作業領域において水平軸方向に移動（軸送り）させることにより切削送りを行い、被加工物固定手段によって回転テーブル上に固定されている被加工物の上面をバイト工具によって切削（旋削）し、被加工物上面の平坦化加工等を行う。
【００１１】
そして、第１の軸送り手段によって水平移動台を計測作業領域に移動させるだけで、被加工物固定手段によって回転テーブル上に固定されている被加工物の計測を計測手段によってインプロセスで行うことができる。これにより、加工面の加工精度を能率よく高精度に計測し、各種加工を高スループットで、高歩留まりで行うことができる。
【００１２】
特に、刃物台に取り付けられる工具によって被加工物の上面の平坦化加工を行う場合、被加工物の加工面を走査して当該加工面の平面度を計測する走査式の平面度計測手段を配置するだけで、第１の軸送り手段による水平移動台の水平軸方向の軸送りと、回転駆動手段による回転テーブルの回転により、平面度計測手段の、前記被加工物の加工面に対する走査を、特別な走査ステージを要することなく行うことができる。これにより、バンプ上面の平坦化加工等において、加工面の平面度を能率よく高精度に計測し、バンプ上面の平坦化加工等を高スループットで、高歩留まりで行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明による加工装置の一つの実施形態を、図１〜図３を参照して説明する。
【００１４】
一つの実施形態による加工装置は、床上に固定配置される高剛性構造の基台１１を有する。
【００１５】
基台１１の上面には、２つのＶ形ガイドレール１２、１３が水平軸方向、つまりＹ軸方向に平行に形成されている。Ｖ形ガイドレール１２、１３には水平移動台であるＹ軸移動台１４の下底面に形成された反転Ｖ形溝部１５、１６が係合している。
【００１６】
つまり、Ｙ軸移動台１４は、Ｖ形ガイドレール１２、１３に案内されてＹ軸方向に直線移動可能になっている。このＹ軸移動台１４のＹ軸方向の軸送り可能範囲は、図１、図２にて左側に区画される切削加工作業領域Ａに加えて、左側に延長された計測作業領域Ｂになっている。これは、基台１１上のＶ形ガイドレール１２、１３のＹ軸長が計測作業領域Ｂを確保するために、延長されていることを意味する。
【００１７】
Ｙ軸移動台１４のＹ軸方向の軸移動は、Ｙ軸サーボモータ１７によって回転駆動されるボールねじ１８によって行われる。Ｙ軸サーボモータ１７には、Ｙ軸位置検出器として、ロータリエンコーダ１９が取り付けられている。
【００１８】
Ｙ軸移動台１４上には回転テーブル装置２０が搭載されている。回転テーブル装置２０は、固定側部材としてＹ軸移動台１４の上面に固定されたベース部材２１と、ベース部材２１上に垂直軸線周りに回転可能に設けられた回転テーブル２７と、回転テーブル２７を垂直軸線周りに回転駆動する回転駆動手段である主軸モータ４０とを有する。
【００１９】
回転テーブル２７上には、被加工物固定手段として、円盤状の真空吸着チャック６０が取り付けられている。真空吸着チャック６０は、周知の構造のものであり、上面に被加工物であるシリコンウエーハＷを着脱可能に固定する。シリコンウエーハＷは、図４に示されているように、上面に、めっきレジスト層Ｗａとめっきによって形成されたＡｕバンプＷｂとを有する。
【００２０】
基台１１のＹ軸方向の一端側にはコラム７１が垂直に取り付けられている。コラム７１の前部垂直面には、垂直軸方向、つまり、Ｚ軸方向のリニアガイド７２が設けられている。リニアガイド７２には垂直移動台であるＺ軸移動台（サドル）７３が取り付けられており、Ｚ軸移動台７３はリニアガイド７２に案内されてＺ軸方向に移動可能になっている。
【００２１】
Ｚ軸移動台７３のＺ軸方向の軸移動は、Ｚ軸サーボモータ７４によって回転駆動されるボールねじ７５によって行われる。Ｚ軸サーボモータ７４には、Ｚ軸位置検出器として、ロータリエンコーダ７６が取り付けられている。
【００２２】
Ｚ軸移動台７３の前部には刃物台７７が取り付けられている。刃物台７７にはバイト工具７８が下向きに取り付けられている。バイト工具７８は、図４に示されているように、シャンク７９の先端に単結晶もしくは多結晶ダイヤモンド製の刃部８０を取り付けたダイヤモンドバイトであり、切削加工作業領域Ａにおいて、被加工物であるシリコンウエーハＷの上面の平坦化加工を行う。なお、図２では、刃物台７７の図示を省略している。
【００２３】
基台１１の一側部には計測器取付用スタンド８１が取り付けられている。計測器取付用スタンド８１には、取付部材８２、取付基台８３、計測器保持具８４によって計測器８５が取り付けられている。計測器８５は、変位測定器であり、計測作業領域Ｂにおいて、真空吸着チャック６０によって回転テーブル２７上に固定されたシリコンウエーハＷの加工精度を計測する。なお、図３では、計測器８５およびそれの取付部の図示を省略している。
【００２４】
この実施形態では、計測器８５は、レーザ、撮像手段を用いた走査式の平面度計測器であり、計測作業領域ＢにおけるＹ軸サーボモータ１７によるＹ軸移動台１４の軸送りと、主軸モータ４０による回転テーブル２７の垂直軸線周りの回転により、シリコンウエーハＷの加工面を走査し、画像処理技術により当該加工面の平面度（変位、形状）を計測する。
【００２５】
この計測器８５としては、（株）キーエンス社製の超深度カラー３Ｄ形状測定顕微鏡を用いた表面形状解析装置やダブルスキャン高精度レーザ測定器、日商精密光学（株）社製のミクロン深さ高さ（厚み）測定機等が適用可能である。
【００２６】
つぎに、上述の構成による加工装置の動作について説明する。
【００２７】
まず、真空吸着チャック６０によって被加工物であるシリコンウエーハＷを回転テーブル２７上に固定する。この固定は、回転テーブル２７の回転中心とシリコンウエーハＷの中心とが合致するように位置決めされて行われる。
【００２８】
シリコンウエーハＷの固定後に、主軸モータ４０によって回転テーブル２７を垂直軸線周りに回転駆動し、この状態で、Ｚ軸サーボモータ７４によってＺ軸移動台７３をＺ軸方向に移動（軸送り）させる。これにより、刃物台７７に取り付けられたバイト工具７８の切り込み方向の位置決めを行って切り込み量を設定する。
【００２９】
そして、Ｙ軸サーボモータ１７によってＹ軸移動台１４を切削加工作業領域ＡにおいてＹ軸方向に移動（軸送り）させることにより切削送りを行い、真空吸着チャック６０によって回転テーブル２７上に固定されているシリコンウエーハＷのＡｕバンプＷｂの上面を、図４に示されているように、バイト工具７８によって旋削し、バンプ上面の高さを揃える平坦化加工を行う。
【００３０】
この発明による加工装置では、バンプ上面の高さを揃える平坦化加工を上述の如くバイト工具７８による旋削により行うから、ＣＭＰのような研磨による平坦化加工に比してスループットがよく、研磨剤を含むスラリーを使用することがないので、環境によく、シリコンウエーハＷに研磨剤が残存する不具合も解消できる。しかも、単結晶あるいは多結晶のダイヤモンド製の刃部８０を有するバイト工具７８によって旋削が行われるので、工具側の摩耗による加工精度低下を生じることなくバンプ上面の高さを揃える平坦化加工が高精度に行われる。
【００３１】
切削加工作業領域Ａにおける１回を含む所定回数のＹ軸送りによる１回目の切削加工（平坦化加工）が終了すると、次に、Ｙ軸サーボモータ１７によってＹ軸移動台１４を計測作業領域Ｂへ移動させる。
【００３２】
そして、計測作業領域Ｂにおいて、Ｙ軸サーボモータ１７によってＹ軸移動台１４をＹ軸方向に軸送りし、主軸モータ４０によって回転テーブル２７を垂直軸線周りに回転させることにより、平面度計測手段である計測器８５の、被加工物（シリコンウエーハＷ）の加工面に対する走査を行い、加工面の平面度計測をインプロセスで行う。
【００３３】
これにより、特別な走査ステージを要することなく加工面の加工精度（平面度）を能率よく高精度に走査計測でき、平面度が要求される公差以内（許容値）でない場合は、Ｙ軸移動台１４を切削加工作業位置Ａに戻して再度、切削加工を行い、平面度が要求される公差以内になったかを計測作業領域Ｂにおける計測器８５による走査計測によって的確に見極めて作業を終了することで、バンプ上面の高精度な平坦化加工を高スループットで、高歩留まりで行うことが可能になる。
【００３４】
上述したように、この発明によれば、加工に用いる送り軸を用いて位置決めを行うことで、変位測定器（計測器８５）を用いるだけで、平面度の測定をすることができ、また、インプロセスで測定できることにより、ウエーハ毎に平面度測定を行うことができ、安定した加工を行うことができるという優れた効果が得られる。
【００３５】
光学式等の非接触の計測器を用いる場合、主軸（回転テーブル２７）の回転を止めることなく測定を行えることから、測定を含めた加工時間の短縮が図れるという効果が得られる。なお、計測器は、触針を有する接触式のものでよく、この場合、バンプ先端の形状にとらわれず測定を行うことかができ、簡易な測定器で安定した測定値を得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明による加工装置の一つの実施形態を示す側面図である。
【図２】この発明による加工装置の一つの実施形態を示す平面図である。
【図３】この発明による加工装置の一つの実施形態を示す正面図である。
【図４】この発明による加工装置による旋削加工状態の一例を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１  基台
１４  Ｙ軸移動台（水平移動台）
１７  Ｙ軸サーボモータ
１８  ボールねじ
１９  ロータリエンコーダ
２０  回転テーブル装置
２１  ベース部材
２７  回転テーブル
４０  主軸モータ（回転駆動手段）
６０  真空吸着チャック（被加工物固定手段）
７１  コラム
７３  Ｚ軸移動台（垂直移動台）
７４  Ｚ軸サーボモータ
７５  ボールねじ
７６  ロータリエンコーダ
７７  刃物台
７８  バイト工具
８５  計測器
Ｗ  シリコンウエーハ
Ｗｂ  Ａｕバンプ
【図１】
0004683849.tif 000002
【図２】
0004683849.tif 000003
【図３】
0004683849.tif 000004
【図４】
0004683849.tif 000005