(57)【要約】【課題】研磨によらずに、高スループットで、バンプ上面の平坦化加工を、高精度に、良好に行うこと。【解決手段】基台１１上にＹ軸移動台１４をＹ軸方向に移動可能に設け、Ｙ軸移動台１４上に回転テーブル装置２０を設け、回転テーブル装置２０にシリコンウエーハＷを保持するチャック６０を取り付ける。Ｚ軸移動台７３に刃物台７７を設け、刃物台７７に取り付けたバイト工具７８によってバンプ上面を旋削する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエーハに形成されたバンプの上面をバイト工具による切削によって平坦化するバンプ上面平坦化加工装置であって、
基台と、
前記基台上に、水平軸方向に移動可能に設けられた水平移動台と、
前記水平移動台を水平軸方向に往復駆動する第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であるシリコンウエーハ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往復駆動する第２の軸送り手段と、
前記垂直移動台に設けられバイト工具を取り付けられる刃物台と、
を有するバンプ上面平坦化加工装置。
【請求項２】
前記回転テーブルの軸受が空気軸受により構成されている請求項１記載のバンプ上面平坦化加工装置。
【請求項３】
前記バイト工具による切削加工領域の静電気除去を行う除電器を有する請求項１または２記載のバンプ上面平坦化加工装置。
【請求項４】
前記水平移動台の水平軸方向の移動位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段により検出される前記水平移動台の水平軸方向の移動位置に応じて前記回転駆動手段による前記回転テーブルの回転速度を可変制御するテーブル回転速度制御手段と、
を有する請求項１〜３の何れか１項記載のバンプ上面平坦化加工装置。
【請求項５】
被加工物であるシリコンウエーハを回転テーブル上に載置して回転させた状態で、バイト工具を前記回転テーブルの径方向に移動させ、シリコンウエーハに形成されたバンプの上面を前記バイト工具によって切削し、バンプ上面を平坦化するバンプ上面平坦化加工方法であって、
前記バイト工具の前記回転テーブルに対する径方向位置に応じて前記回転テーブルの回転速度を制御し、当該回転テーブルの回転速度制御によって前記バイト工具による前記バンプの上面の切削位置における前記バイト工具と被加工物とのテーブル回転方向の相対速度を一定に保ってバンプ上面の切削を行うバンプ上面平坦化加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バンプ上面平坦化加工装置および方法に関し、特に、めっきによってシリコンウエーハの表面に形成されたＡｕバンプの上面を平坦化するバンプ上面平坦化加工装置および加工方法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】
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なる。
【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】
【０００６】
この発明が解決しようとする課題は、研磨によらずに、高スループットで、バンプ上面の平坦化加工を、高精度に、良好に行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によるバンプ上面平坦化加工装置は、シリコンウエーハに形成されたバンプの上面をバイト工具による切削によって平坦化するバンプ上面平坦化加工装置であって、基台と、前記基台上に、水平軸方向に移動可能に設けられた水平移動台と、前記水平移動台を水平軸方向に往復駆動する第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であるシリコンウエーハ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往復駆動する第２の軸送り手段と、前記垂直移動台に設けられバイト工具を取り付けられる刃物台とを有する。
【０００８】
この発明によるバンプ上面平坦化加工装置は、好ましくは、前記回転テーブルの軸受が空気軸受により構成されている。
【０００９】
この発明によるバンプ上面平坦化加工装置は、好ましくは、前記バイト工具による切削加工領域の静電気除去を行う除電器を有する。
【００１０】
この発明によるバンプ上面平坦化加工装置は、前記水平移動台の水平軸方向の移動位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により検出される前記水平移動台の水平軸方向の移動位置に応じて前記回転駆動手段による前記回転テーブルの回転速度を可変制御するテーブル回転速度制御手段とを有する。
【００１１】
この発明によるバンプ上面平坦化加工方法は、被加工物であるシリコンウエーハを回転テーブル上に載置して回転させた状態で、バイト工具を前記回転テーブルの径方向に移動させ、シリコンウエーハに形成されたバンプの上面を前記バイト工具によって切削し、バンプ上面を平坦化するバンプ上面平坦化加工方法であって、前記バイト工具の前記回転テーブルに対する径方向位置に応じて前記回転テーブルの回転速度を制御し、当該回転テーブルの回転速度制御によって前記バイト工具による前記バンプの上面の切削位置における前記バイト工具と被加工物とのテーブル回転方向の相対速度を一定に保ってバンプ上面の切削を行う。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によるバンプ上面平坦化加工装置は、被加工物固定手段によってシリコンウエーハ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水平軸方向に移動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シリコンウエーハのバンプ上面をバイト工具によって切削（旋削）し、バンプ上面の高さを揃える。
【００１３】
この発明によるバンプ上面平坦化加工装置では、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、シリコンウエーハに研磨剤が残存する不具合も解消できる。
【００１４】
また、バイト工具の回転テーブルに対する径方向位置に応じて回転テーブルの回転速度を制御し、回転速度制御によってバイト工具によるバンプの上面の切削位置におけるバイト工具と被加工物とのテーブル回転方向の相対速度を一定に保ってバンプ上面を切削を行うことにより、シリコンウエーハの外径側を旋削する状態と内径側を旋削する状態とで、切削条件（送り速度）が一定に保たれ、シリコンウエーハの外径側と内径側とで、加工精度（面粗度）が変動することがなく、加工精度を一定値に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明によるバンプ上面平坦化加工装置の一つの実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。
【００１６】
一つの実施形態によるバンプ上面平坦化加工装置は、床上に固定配置される高剛性構造の基台１１を有する。
【００１７】
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。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。
【００１８】
このＶ形ガイドレール１２、１３によるＹ軸移動台１４の案内は、流体潤滑で、Ｖ形ガイドレール１２、１３とＹ軸移動台１４の反転Ｖ形溝部１５、１６とのすきまに潤滑油が入り込み、Ｙ軸移動台１４の荷重を油圧で受け持つＶ−Ｖ動圧案内になっている。
【００１９】
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（図６参照）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（第１の軸送り手段）。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（図６参照）が取り付けられている。ロータリエンコーダ１９は、水平移動台であるＹ軸移動台１４の水平軸方向（Ｙ軸方向）の移動位置を検出する位置検出手段である。
【００２０】
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、図４に詳しく示されているように、固定側部材として、Ｙ軸移動台１４の上面に固定されたリング形状のベース部材２１と、水平アジャスタ２２、取付ボルト２３によってベース部材２１上に水平に取り付けられたフランジ付き円筒形状の軸受支持部材２４と、軸受支持部材２４の上側と下側の各々同心に取り付けれたリング状の上側軸受部材２５、下側軸受部材２６とを有する。
【００２１】
上側軸受部材２５、下側軸受部材２６には、回転テーブル２７の中心軸部２８が回転可能に係合している。中心軸部２８の下端には下部フランジ部材２９がボルト３０によって固定されている。
【００２２】
上側軸受部材２５は、上側のスラスト空気軸受３２とラジアル空気軸受３３を構成し、下側軸受部材２６は、下側のスラスト空気軸受３４とラジアル空気軸受３５を構成している。これにより、上側軸受部材２５、下側軸受部材２６は、回転テーブル２７のスラスト方向とラジアル方向の軸受を共に静圧空気軸受によって行う。
【００２３】
なお、軸受支持部材２４には、各空気軸受３２〜３５に空気圧を供給する空気圧供給通路３６、３７が形成され、空気軸受用配管３８がなされている。
【００２４】
軸受支持部材２４の下部には回転テーブル２７を回転駆動する回転駆動手段であるＣ軸モータ４０が取り付けられている。Ｃ軸モータ４０は、ボルト４１によって軸受支持部材２４の下部に固定連結されたモータケース４２と、モータケース４２内に固定されたステータ部材４３と、ボルト４４によって回転テーブル２７の下部フランジ部材２９に固定連結されたロータ４５を有する。
【００２５】
モータケース４２の下部には主軸用のロータリエンコーダ４６が取り付けられている。ロータリエンコーダ４６は、ボルト４７によってモータケース４２の下部に固定連結されたエンコーダケース４８と、エンコーダケース４８内に固定配置された固定側部材４９と、ロータ４５の延長軸部５０に取り付けられた回転側部材５１とを有し、Ｃ軸モータ４０の回転速度（回転数）を検出する。
【００２６】
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７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。
【００２７】
なお、回転テーブル２７の中心部には、真空吸着チャック６０に真空圧を供給するための真空圧供給通路６２を有する軸状の真空圧供給部材６３が取り付けられている。真空圧供給部材６３は、Ｃ軸モータ４０、ロータリエンコーダ４６を軸線方向に貫通し、下端部に真空圧供給用の回転継手６４が取り付けられている。
【００２８】
図１、図２を参照するに、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。
【００２９】
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（第２の軸送り手段）。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。
【００３０】
なお、リニアガイド７２やボールねじ１８、７５の潤滑は、低発塵グリースにより行うことが好ましい。
【００３１】
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、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を取り付けられたダイヤモンドバイトである（図５参照）。なお、図２では、刃物台７７の図示を省略している。
【００３２】
Ｚ軸移動台７３には、バイト工具７８による切削加工領域の静電気除去を行う除電器８１が取り付けられている。除電器８１は、イオナイザと云われる周知のものであり、プラス・マイナスの空気イオンを等量発生し、帯電物と反対極性のイオンとが接触することにより、帯電物の帯電電位を低減し、同量のプラス・マイナスイオンが帯電物に接触するようにして低い電位で電界を平衡状態にするものである。
【００３３】
この発明によるバンプ上面平坦化加工装置の制御系の一つの実施形態を、図６を参照して説明する。この制御系は、マイクロコンピュータ式のサーボ制御装置１００であり、Ｙ軸制御部１０１と、Ｚ軸制御部１０２と、Ｃ軸制御部１０３を有する。そして、サーボ制御装置１００は、回転テーブル２７の回転速度を可変制御するテーブル回転速度制御手段をなす。
【００３４】
Ｙ軸制御部１０１は、送り速度指令値とＹ軸のロータリエンコーダ１９により検出されるＹ軸サーボモータ位置の微分値（速度）との偏差がなくなるように、Ｙ軸サーボモータ１７によるＹ軸移動台１４のＹ軸方向の速度制御を行う。
【００３５】
Ｚ軸制御部１０２は、Ｚ軸移動台７３のＺ軸座標位置を指令するＺ軸指令値とＺ軸のロータリエンコーダ７６により検出されるＺ軸サーボモータ位置との偏差がなくなるように、Ｚ軸サーボモータ７４によるＺ軸移動台７３のＺ軸座標位置制御を行う。
【００３６】
Ｃ軸制御部１０３は、Ｙ軸のロータリエンコーダ１９により検出されるＹ軸サーボモータ位置をＹ軸移動台１４のＹ軸座標位置として取り込み、刃物台７７に取り付けられているバイト工具７８の回転テーブル２７に対する径方向位置（Ｙ軸座標位置）に応じて切削位置におけるバイト工具７８と回転テーブル２７上の被加工物、すなわちシリコンウエーハＷとのテーブル回転方向の相対速度（周速）を周速指令値（一定値）に保つように、Ｃ軸モータ４０の回転速度を、主軸用のロータリエンコーダ４６により検出されるＣ軸モータ４０の回転速度（計測値）をもとに、フィードバック制御する。これにより、Ｃ軸モータ４０の回転速度指令は、Ｙ軸移動台１４のＹ軸座標位置に応じて変化する。
【００３７】
なお、Ｙ軸移動台１４のＹ軸座標位置の検出は、Ｙ軸のロータリエンコーダ１９により検出されるＹ軸サーボモータ位置によらずに、Ｙ軸方向に設けられたリニアスケールによって高精度に実測して検出することもできる。
【００３８】
つぎに、上述の構成によるバンプ上面平坦化加工装置の動作について説明する。
【００３９】
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。
【００４０】
シリコンウエーハＷの固定後に、Ｃ軸モータ４０によって回転テーブル２７を回転駆動し、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。
【００４１】
Ｃ軸モータ４０による回転テーブル２７の回転は、空気軸受３２〜３５によるオイルレスの軸受状態で、低発塵で良好に行われる。低発塵により、クリーンルームでの加工が可能になる。
【００４２】
この切り込み量設定は、Ｚ軸移動台７３のＺ軸座標位置を指令するＺ軸指令値とＺ軸のロータリエンコーダ７６により検出されるＺ軸サーボモータ位置との偏差をゼロにするＺ軸制御部１０２によるフィードバック制御によって高精度に行われる。
【００４３】
そして、Ｙ軸サーボモータ１７によってＹ軸移動台１４をＹ軸方向に移動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７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。
【００４４】
このＹ軸移動台１４の切削送りは、送り速度指令値とＹ軸のロータリエンコーダ１９により検出されるＹ軸サーボモータ位置の微分値（速度）との偏差をゼロにするＹ軸制御部１０１によるフィードバック制御によって高精度に行われる。
【００４５】
Ｃ軸モータ４０による回転テーブル２７の回転速度は、Ｃ軸制御部１０３によって、Ｙ軸のロータリエンコーダ１９により検出されるＹ軸サーボモータ位置に基づいて、刃物台７７に取り付けられているバイト工具７８の回転テーブル２７に対する径方向位置に応じて切削位置におけるバイト工具７８と回転テーブル２７上のシリコンウエーハＷとのテーブル回転方向の相対速度、つまり周速を周速指令値（一定値）に保つように、主軸用のロータリエンコーダ４６により検出されるＣ軸モータ４０の回転速度をもとに、フィードバック制御される。
【００４６】
これにより、Ｃ軸モータ４０の回転速度指令がＹ軸移動台１４のＹ軸座標位置に応じて変化し、周速一定制御が行われ、Ｙ軸方向の切削送りによってＹ軸移動台１４が回転テーブル２７上のシリコンウエーハＷの外径側から内径側に軸移動するに従ってＣ軸モータ４０による回転テーブル２７の回転速度が速くなり、刃物台７７のバイト工具７８と回転テーブル２７上のシリコンウエーハＷとのテーブル回転方向の相対速度が一定値に保たれる。
【００４７】
この発明によるバンプ上面平坦化加工装置では、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。
【００４８】
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。
【００４９】
また、周速一定制御が行われることにより、シリコンウエーハＷの外径側（外周側）を旋削する状態と内径側（中心側）を旋削する状態とで、切削条件が一定に保たれ、シリコンウエーハＷの外径側と内径側とで、加工精度、とくに、切削面であるバンプ上面の面粗度が変動することがなく、加工精度を一定値に保つことができる。
【００５０】
また、回転数一定の旋削では、切削加工面の中心部分が外周側よりもへこむ傾向があるが、周速一定旋削では、この不具合も解消され、平面加工精度が向上する。
【００５１】
なお、シリコンウエーハＷの回転中心部では、シリコンウエーハＷの周速が実質的にゼロになり、バイト工具７８との相対速度を所要値に保つことができないので、旋削によってバンプ上面の高さを揃える平坦化加工を行うシリコンウエーハＷは、図８に示されているように、中心部に開口Ｗｃが明けられていることが好ましい。
【００５２】
また、除電器８１によってバイト工具７８による切削加工領域の静電気除去が行われるから、切削加工領域において飛散する切削屑の静電気による帯電現象を解消できる。
【００５３】
これにより、切削加工領域を構成する周囲の部材や装置壁面等に、静電気による切削屑が付着し難くなり、加工後の加工面を汚さないようにする効果が得られる。
【００５４】
また、切削加工領域において、切削屑の付着を防止できることから、切削屑の付着固化現象がなくなり、付着固化した切削屑が装置内に落下して回転テーブル２７や真空吸着チャック６０を汚染したり、付着固化した切削屑が切削加工中のシリコンウエーハＷ上に落下して加工に悪影響を及ぶすことを解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】この発明によるバンプ上面平坦化加工装置の一つの実施形態を示す側面図である。
【図２】この発明によるバンプ上面平坦化加工装置の一つの実施形態を示す平面図である。
【図３】この発明によるバンプ上面平坦化加工装置の一つの実施形態を示す正面図である。
【図４】この発明によるバンプ上面平坦化加工装置に用いられる回転テーブル装置の一つの実施形態を示す縦断面図である。
【図５】この発明によるバンプ上面平坦化加工装置に用いられるバイト工具の一つの実施形態の要部を示す斜視図である。
【図６】この発明によるバンプ上面平坦化加工装置の制御系の一つの実施形態を示すブロック図である。
【図７】この発明によるバンプ上面平坦化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。
【図８】この発明によるバンプ上面平坦化加工装置による旋削加工に適したシリコンウエーハを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
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（位置検出手段）
２０  回転テーブル装置
２１  ベース部材
２７  回転テーブル
３２  スラスト空気軸受
３３  ラジアル空気軸受
３４  スラスト空気軸受
３５  ラジアル空気軸受
４０  Ｃ軸モータ（回転駆動手段）
４６  ロータリエンコーダ
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
７９  シャンク
８０  刃部
８１  除電器
１００  サーボ制御装置
１０１  Ｙ軸制御部
１０２  Ｚ軸制御部
１０３  Ｃ軸制御部
Ｗ  シリコンウエーハ
Ｗｂ  Ａｕバンプ
【図１】
2005251798.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005251798.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005251798.tif 000007
【図６】
2005251798.tif 000008
【図７】
2005251798.tif 000009
【図８】
2005251798.tif 000010