半導体ウエーハの電極加工装置
【課題】 バイト等の切削工具で半導体ウエーハ表面のバンプの先端を削り取って高さを揃えるにあたり、バイトの折損等による異常加工が起こる前に加工を停止して半導体ウエーハの損傷を未然に防止する。
【解決手段】 チャックテーブル１７を支持するステージ１４に、バンプ２の切削加工時の音響状態を検出するＡＥセンサ４０を取り付け、制御手段によって、ＡＥセンサ４０の出力信号が所定の正常加工領域を示す信号であるか否かを判別し、その出力信号が正常加工領域を逸脱した場合に、切削ユニット２０を退避位置まで上昇させてバイト２６を半導体ウエーハＷから離し、異常加工が起こらないようにする。
【解決手段】 チャックテーブル１７を支持するステージ１４に、バンプ２の切削加工時の音響状態を検出するＡＥセンサ４０を取り付け、制御手段によって、ＡＥセンサ４０の出力信号が所定の正常加工領域を示す信号であるか否かを判別し、その出力信号が正常加工領域を逸脱した場合に、切削ユニット２０を退避位置まで上昇させてバイト２６を半導体ウエーハＷから離し、異常加工が起こらないようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハの表面に突出する複数の電極の先端を削り取って高さを揃える電極加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣやＬＳＩ等の電子回路が表面に形成された半導体チップは、各種電気・電子機器を小型化する上で今や必須のものとなっている。半導体チップは、円盤状の半導体ウエーハの表面に、ストリートと呼ばれる切断ラインで格子状の矩形領域を区画し、これら矩形領域に電子回路を形成した後、半導体ウエーハをストリートに沿って分割するといった工程で製造される。
【０００３】
ところで、近年では、電気・電子機器のさらなる小型化を可能とするために、半導体チップの表面に、電極として１５〜１００μｍ程度の高さの突起状のバンプを形成し、このバンプを、実装基板に形成された電極に直接接合するようにしたフリップチップと称する半導体チップが開発され、実用に供されている。また、インターポーザーと呼ばれている基板に複数の半導体チップを併設したり積層したりして小型化を図る技術も開発され、実用化されている。
【０００４】
上記いずれの技術も、デバイスの表面に形成した複数のバンプを介して基板どうしを圧着させて接合するものであり、このため、全てのバンプどうしが突き合わせられて接触するには、その高さが均一でなければならない。
【０００５】
そこで、バンプの高さを揃える加工が必要であり、その加工方法としては、半導体ウエーハに対して薬品を用いたＣＭＰ加工により電極の先端を除去したり、あるいは、研削工具でその先端を研削するといった方法が一般的であった。しかしながら、前者の方法では、加工時間が長いとともに作業性に劣るという欠点があり、後者の方法では、バンプが金等の比較的粘性の高い金属の場合には研削性に劣ることからバリが発生しやすく、そのバリが隣接するバンプに接触して短絡するといった欠点があった。
【０００６】
また、バンプを形成する方法として、金等の溶融金属粒を半導体ウエーハの表面に形成した電極に付着させ、電極となる粒状部分から突出するネック部分を破断してバンプを得るスタッドバンプ法がある。ところが、これによって形成されたバンプは、上記のようにネックを破断した際に、針状あるいは糸状の痕跡が先端に残るので研磨がしにくく、このため、加熱した板をバンプの先端に押し当てて高さを揃えることが行われている（特許文献１参照）。
【０００７】
ところが、このようにしてバンプの高さを揃えても、隣接するバンプどうしが短絡する不具合は発生した。そこで本出願人は、半導体ウエーハの表面から突出するバンプの先端をバイト等の切削工具で削り取って高さを揃える加工装置を提案した（特許文献２）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−５３０９７号公報
【特許文献２】特開２００４−３１９６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献２に記載されるように、バイトによって半導体ウエーハ表面のバンプを除去する方法では、短絡を生じさせることなく容易にその高さを揃えることができるといった利点がある。しかしながらこの方法では、バイトの刃先が折損したり、バイトの刃先と半導体ウエーハとの間に切削屑等の異物が噛み込んだりすることにより、半導体ウエーハに損傷を与えるといった不具合を招く場合があり、改良策が求められることとなった。
【００１０】
よって本発明は、バイト等の切削工具で半導体ウエーハ表面のバンプの先端を削り取って高さを揃えるにあたり、バイトの折損等による異常加工が起こる前に加工を停止して半導体ウエーハの損傷を防止することのできる半導体ウエーハの電極加工装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、半導体ウエーハの表面に突出する複数の電極の先端を削り取って高さを揃える半導体ウエーハの電極加工装置であって、切削工具を備えた切削手段と、半導体ウエーハを保持するチャックテーブルと、このチャックテーブルを、切削手段によって半導体ウエーハを加工する加工位置と、チャックテーブルに対して半導体ウエーハを着脱させる着脱位置とに位置付けるチャックテーブル移動手段と、切削手段の切削工具を、加工位置に位置付けられたチャックテーブルに対して接近・離間させる加工送り手段と、チャックテーブル、チャックテーブル移動手段または切削手段の少なくとも一つに取り付けられた音響センサと、この音響センサの出力信号に基づいて切削手段をフィードバック制御する制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
本発明では、チャックテーブルに保持した半導体ウエーハを、チャックテーブル移動手段で加工位置に移動させ、加工送り手段で切削手段の切削工具を半導体ウエーハに接近させることにより、切削工具が、半導体ウエーハ表面に形成された複数の電極の先端を削り取る。これによって複数の電極の高さを均一に揃えることができる。切削工具はバイト等が用いられ、加工位置で互いに対向する切削工具とチャックテーブルとを相対回転させるなどの方法により、半導体ウエーハの電極の先端を削り取る構成が挙げられる。
【００１３】
このようにして電極の先端を削り取っている加工中には、音響センサによって加工中の音響の状態（主として音量）が検出され、音響センサの出力信号が制御手段に供給される。制御手段は、供給される音響センサの信号に基づいて切削手段を適宜に制御する。本発明の音響センサは、正常加工の状態から出力信号に変動があった場合、何らかの異常加工が起こる予兆とみなす異常加工検出手段として用いられる。
【００１４】
例えば、正常な加工が行われている状態から音量が大きくなった旨の信号が供給されると、加工送り手段で切削工具を半導体ウエーハから離間させて加工を停止させるといったフィードバック制御を制御手段が行う。すなわち、音響センサの出力信号に変動が生じた場合には、制御手段が加工を停止させ、異常加工を未然に防止する。
【００１５】
そのような制御は、制御手段が、音響センサの出力信号が所定の正常加工領域を示す信号であるか否かを判別し、該出力信号が正常加工領域を逸脱した場合には、加工送り手段を、切削工具がチャックテーブルから退避する位置まで離間するよう作動させることにより行うことができる。これによって、切削工具の折損や切削屑の噛み込み等によって生じる異常加工が未然に防止され、半導体ウエーハの損傷を防止することができる。
【００１６】
上記制御において、切削工具を半導体ウエーハから離間させることに加えて、異常加工の発生を報知するような形態は、本発明の好ましい形態である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、チャックテーブルと切削手段の少なくとも一方に取り付けられた音響センサによって加工状態を検出し、音響センサの出力信号に基づいて、異常加工が起こる前に加工を停止させる制御を行うことができる。これにより、半導体ウエーハの表面から突出する複数の電極の先端を削り取って高さを揃えるにあたり、異常加工を未然に防止することができ、半導体ウエーハの損傷を防止することができるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］装置の構成
図１は、一実施形態に係る電極加工装置の全体を示しており、図２は、該装置で加工する円盤状の半導体ウエーハＷを示している。
【００１９】
半導体ウエーハＷは、図２（ａ）に示すように、表面に複数の半導体チップ１が格子状に形成されたものである。各半導体チップ１には、図２（ｂ）に示すように、複数のバンプ（電極）２が形成されている。バンプ２は半導体チップ１に形成された電子回路の電極に接合されており、かつ、半導体ウエーハＷの表面から突出している。これらバンプ２は、例えば周知のスタッドバンプ形成法等によって形成されており、高さは不揃いの場合が多い。電極加工装置は、１枚の半導体ウエーハＷの表面から突出する全てのバンプ２の先端を削り取って高さを揃える加工を半導体ウエーハＷに対して施すものである。
【００２０】
その電極加工装置は、図１に示すように、各種機構が搭載された基台１０を備えている。この基台１０は、横長の状態に設置されて基台１０の主体をなす直方体状のテーブル１１と、このテーブル１１の長手方向一端部（図１の奥側の端部）から、テーブル１１の幅方向かつ鉛直方向上方に延びる壁部１２とを有している。図１では、基台１０の長手方向、幅方向および鉛直方向を、それぞれＹ方向、Ｘ方向およびＺ方向で示している。
【００２１】
基台１０のテーブル１１上は、長手方向のほぼ中間部分から壁部１２側が加工エリア１１Ａとされ、この反対側が、加工エリア１１Ａに加工前の半導体ウエーハＷを供給し、かつ、加工後の半導体ウエーハＷを回収する供給・回収エリア１１Ｂとされている。
以下、本装置が備える各種機構を、加工エリア１１Ａに設けられるものと供給・回収エリア１１Ｂに設けられものとに分けて説明する。
【００２２】
（ａ）加工エリア１１Ａの機構
図１に示すように、加工エリア１１Ａには矩形状の凹所１３が形成されており、この凹所１３の底面には、矩形状のステージ（チャックテーブル移動手段）１４が、Ｙ方向に移動自在に設けられている。このテーブル１１は、ステージ１４内に配されたＹ方向に延びるガイドレールに摺動自在に取り付けられ、適宜な駆動機構（いずれも図示略）によって同方向を往復動させられる。
【００２３】
ステージ１４の移動方向両端部には、蛇腹１５，１６の一端が、それぞれ取り付けられており、これら蛇腹１５，１６の他端は、壁部１２の内面と、壁部１２に対向する凹所１３の内壁面に、それぞれ取り付けられている。これら、蛇腹１５，１６は、ステージ１４を上記ガイドレールに連結させるために凹所１３の底面に形成された図示せぬスリットを覆って、ステージ１４内に切削屑等が落下することを防ぐもので、ステージ１４の移動に伴って伸縮し、その移動を妨げない。
【００２４】
ステージ１４上には、Ｚ方向を回転中心とし、上面が水平とされた円盤状のチャックテーブル１７が回転自在に設けられている。半導体ウエーハＷは、バンプ２が形成された表面を上に向けて、このチャックテーブル１７上に同心的、かつ水平に載置される。チャックテーブル１７は、ステージ１４内に設けられた図示せぬ回転駆動機構によって、一方向または両方向に回転させられる。なお、本実施形態の後述する切削ユニット２０は、切削工具であるバイト２６を回転させるタイプであるから、半導体ウエーハＷを保持するチャックテーブル１７は、あえて回転自在とせずに固定式としてもよい。
【００２５】
チャックテーブル１７のチャック方式は、この場合、周知のバキュームチャックである。すなわち、この場合のチャックテーブル１７は、図３（ａ）に示すように、表面に複数の溝１７ａが同心的に、かつ等間隔をおいて形成されており、チャックテーブル１７内には、図３（ｂ）に示すように、各溝１７ａを連通し、かつ、裏面側に開口する空気吸引通路１７ｂが形成されている。この空気吸引通路１７ｂの裏面側への開口には、図示せぬバキューム装置の空気吸引口が接続され、バキューム装置を運転すると、半導体ウエーハＷがチャックテーブル１７上に吸着・保持されるようになっている。
【００２６】
チャックテーブル１７は、壁部１２側に移動すると加工位置に位置付けられ、その加工位置の上方には、切削ユニット（切削手段）２０が配されている。この切削ユニット２０は、基台１０の壁部１２に、送り機構（加工送り手段）３０を介してＺ方向に昇降自在に支持されている。送り機構３０は、鉛直面とされた壁部１２の内面に固定された互いに平行でＺ方向に延びる一対のガイドレール３１と、これらガイドレール３１に摺動自在に取り付けられたスライダ３２と、このスライダ３２をガイドレール３１に沿って往復動させるスライダ駆動機構３３とを備えている。
【００２７】
スライダ駆動機構３３は、スライダ３２と壁部１２との間の空間に、軸方向をＺ方向と平行にして配され、上端部および下端部が、それぞれ壁部１２に設けられた軸受３４，３５に回転自在に取り付けられた螺子ロッド３６と、この螺子ロッド３６を回転駆動するパルスモータ３７とを備えている。螺子ロッド３６は、スライダ３２の背面に突出形成された図示せぬブラケットに螺合して貫通している。これにより、スライダ３２は、パルスモータ３７が正転して螺子ロッド３６が一方向に回転した場合には下方（送り方向）に移動し、パルスモータ３７が逆転して螺子ロッド３６が逆方向に回転すると上方（退避方向）に移動する。
【００２８】
上記切削ユニット２０は、スライダ３２のテーブル１１側に面する前面に固定されたブロック２１と、軸方向がＺ方向に沿う状態にブロック２１に通され、かつ、このブロック２１に固定された円筒状のハウジング２２と、このハウジング２２内に同心的、かつ回転自在に支持された回転軸２３と、この回転軸２３を回転駆動するサーボモータ２４と、ハウジング２２から下方に突出する回転軸２３の下端に同心的に固定された円盤状のホイールマウント２５と、このホイールマウント２５に着脱可能に取り付けられたバイト（切削工具）２６とを備えている。この場合、回転軸２３およびホイールマウント２５は、サーボモータ２４によって図１の矢印（ホイールマウント２５の上面に記載）方向に回転させられる。
【００２９】
バイト２６は、図４に示すように、シャンク２７の先端にダイヤモンド等からなる刃部２８が固着されたものである。このバイト２６は、刃部２８を下に配し、かつ、刃部２８の切削方向（図４（ａ）の矢印方向）をホイールマウント２５の回転方向に向けた状態で、シャンク２７がホイールマウント２５に形成された取付孔２５ａに下から挿入されている。そして、その挿入状態が、ホイールマウント２５の外周面から取付孔２５ａに向けてねじ込まれるボルト２９によって固定されている。これによってバイト２６はホイールマウント２５の外周部から下に突出する状態に固定されている。
【００３０】
図５に示すように、ホイールマウント２５の外径は、半導体ウエーハＷの直径の１．５倍程度とされるが、寸法はこれに限定されるものではない。しかしながら、ホイールマウント２５への取付位置に基づくバイト２６の回転軌跡は、半導体ウエーハＷの表面全面を加工可能な大きさに設定される。また、チャックテーブル１７と切削ユニット２０とは、チャックテーブル１７上に同心的に保持される半導体ウエーハＷの回転中心と、ホイールマウント２５の回転中心を結ぶ線が、Ｙ方向に沿った状態となるように位置付けられている。
【００３１】
ここで、切削ユニット２０によってバンプ２を加工する動作を簡単に説明すると、サーボモータ２４によってホイールマウント２５およびバイト２６を回転させて切削ユニット２０を運転し、ステージ１４を所定速度で切削ユニット２０方向に移動させてチャックテーブル１７上に保持させた半導体ウエーハＷを切削ユニット２０の下方である加工位置に送り込んでいく。この時、チャックテーブル１７は回転させず固定状態としておく。
【００３２】
すると、バイト２６の刃部２８によってバンプ２の先端は削り取られていき、図５に示すように、半導体ウエーハＷがホイールマウント２５で覆われるまで、すなわち、半導体ウエーハＷの外周縁の一端から他端に至る直径にわたってバイト２６の刃部２８が半導体ウエーハＷの表面に作用するようにチャックテーブル１７を送り込むと、半導体ウエーハＷに形成された全てのバンプ２の高さが均一に揃えられる。回転するバイト２６に対して、チャックテーブル１７が固定されていて回転しない半導体ウエーハＷを送り込んで表面全面を加工することにより、バイト２６の切削模様であるソーマークは、図５の右側に示す半導体ウエーハＷのようになる。
【００３３】
さて、バンプ２の切削加工中には、バイト２６の刃部２８がバンプ２に当たって削り取る音が放出される。そして、その音響の大きさを検出する音響センサとして、ＡＥ（Acoustic Emission）センサ４０が、図１に示すようにステージ１４の側面に取り付けられている。
【００３４】
ＡＥセンサ４０は、上記のようなバイト２６によるバンプ２の切削加工時に放出される弾性波を音響として検出するもので、その時の音響は、固体が破壊に至る前から、小さな変形や微小クラックの発生、進展に伴って発生することから、材料や構造物の欠陥や破壊を発見、予知することが可能とされている。
【００３５】
図１に示すように、ＡＥセンサ４０が検出する音響の大きさは、電気信号に変換されて制御手段５０に供給される。制御手段５０は、ＡＥセンサ４０の出力信号が所定の正常加工領域を示す信号であるか否かを判別する判別部５１を有している。そして、この判別部５１で、ＡＥセンサ４０の出力信号が正常加工領域を逸脱したと判別されたら、その判別信号が異常信号発信部５２に供給され、さらに、異常信号発信部５２からは、回避部５３および異常報知部５４に異常信号が供給される。
【００３６】
上記正常加工領域とは、バイト２６によってバンプ２が正常に切削されている領域であり、加工時に異音が生じる直前において、正常加工領域を逸脱するように設定される。異音は、バイト２６の刃部２８が折損したり、バイト２６の刃部２８と半導体ウエーハＷとの間に切削屑等の異物が噛み込んだりした場合に発生することが、経験的に判っている。ＡＥセンサ４０は、そのような異常加工が起こる直前の音響信号の変動を検出し、その時に、判別部５１は正常加工領域を逸脱したと判別する。
【００３７】
図６は、正常加工領域を例示しており、加工開始から終了までの間にＡＥセンサ４０から出力された信号は、時間Ａで出力が強くなっており、この区間で異常加工が起こったと判断される。したがって、正常加工領域は、出力信号においてＣ〜Ｄの範囲と設定される。なお、図６に示すように、加工の開始時と終了時においては出力信号の強度が瞬間的に高まる傾向にあり、これらのタイミングにおいては、出力信号をカットして判別するものとする。
【００３８】
制御手段５０の判別部５１が、ＡＥセンサ４０の出力信号が正常加工領域の範囲内であると判別している場合には、バンプ２の切削加工は維持される。ここで、切削加工中に、判別部５１でＡＥセンサ４０の出力信号が正常加工領域を逸脱したと判別され、回避部５３に異常信号が供給されると、回避部５３から送り機構３０のパルスモータ３７に回避信号が供給され、パルスモータ３７を所定ステップ逆転させる。これによって、切削ユニット２０は上昇し、バイト２６が半導体ウエーハＷから所定距離上方に離れた退避位置で停止する。
【００３９】
また、異常報知部５４に異常信号が供給されると、異常報知部５４から図示せぬブザー等の警報音発生装置に信号が発せられ、この警報音発生装置から警報が放音されて、異常加工が起ころうとしていた旨がオペレータに報知される。
【００４０】
（ｂ）供給・回収エリア１１Ｂの機構
図１に示すように、基台１０のテーブル１１上に設定された上記供給・回収エリア１１Ｂには、上記凹所１３よりも狭く、かつ深い矩形状の凹所１８が形成されており、この凹所１８の底部には、昇降自在とされた２節リンク式の水平旋回アーム６０ａの先端にフォーク６０ｂが装着された移送機構６０が設置されている。
【００４１】
そして、凹所１８の周囲のテーブル１１上には、上から見た状態で、反時計回りに、カセット６１、位置合わせ台６２、１節の水平旋回アーム６３ａの先端に吸着板６３ｂが取り付けられた供給アーム６３、供給アーム６３と同じ構造で、水平旋回アーム６４ａおよび吸着板６４ｂを有する回収アーム６４、スピンナ式の洗浄装置６５、カセット６６が、それぞれ配置されている。
【００４２】
カセット６１、位置合わせ台６２および供給アーム６３は、半導体ウエーハＷをチャックテーブル１７に供給する手段であり、回収アーム６４、洗浄装置６５およびカセット６６は、加工後の半導体ウエーハＷをチャックテーブル１７から回収する手段である。２つのカセット６１，６６は同一の構造であるが、ここでは用途別に、供給カセット６１、回収カセット６６と称する。これらカセット６１，６６は、複数の半導体ウエーハＷを収容して持ち運びするためのもので、テーブル１１の所定位置にセットされる。
【００４３】
供給カセット６１には、当該電極加工装置でバンプ２を加工すべき複数の半導体ウエーハＷが、積層された状態で収容される。移送機構６０は、アーム６０ａの昇降・旋回と、フォーク６０ｂの把持動作によって、供給カセット６１内から１枚の半導体ウエーハＷを取り出し、さらにその半導体ウエーハＷを、バンプ２が形成されている表面を上に向けた状態で、位置合わせ台６２上に載置する機能を有する。
【００４４】
位置合わせ台６２上に載置された半導体ウエーハＷは、一定の位置に決められた状態で載置される。供給アーム６３は、位置合わせ台６２上に載置された半導体ウエーハＷを吸着板６３ｂに吸着し、アーム６３ａを旋回させて、チャックテーブル１７上に半導体ウエーハＷを配し、この後、吸着動作を停止することにより、チャックテーブル１７上に半導体ウエーハＷを載置する機能を有する。位置合わせ台６２で位置決めされた半導体ウエーハＷを、供給・回収位置のチャックテーブル１７上に載置することにより、半導体ウエーハＷとチャックテーブル１７とは同心状となる。
【００４５】
回収アーム６４は、上記切削ユニット２０によってバンプ２が加工されたチャックテーブル１７上の半導体ウエーハＷを吸着板６４ｂに吸着し、アーム６４ａを旋回させて、半導体ウエーハＷを洗浄装置６５内に移送する機能を有する。洗浄装置６５は、半導体ウエーハＷを水洗した後、半導体ウエーハＷを回転させて水分を振り飛ばし除去する機能を有する。そして、洗浄装置６５によって洗浄された半導体ウエーハＷは、移送機構６０によって回収カセット６６内に移送、収容される。
【００４６】
なお、供給アーム６３と回収アーム６４の間には、チャックテーブル１７に高圧エアーを噴射してチャックテーブル１７を洗浄するチャックテーブル洗浄ノズル６７が配されている。上記のように、供給アーム６３によってチャックテーブル１７上に半導体ウエーハＷを載置し、また、回収アーム６４によってチャックテーブル１７上の半導体ウエーハＷを回収する際、すなわちチャックテーブル１７に対して半導体ウエーハＷを着脱させる際には、ステージ１４を供給・回収エリア１１Ｂ側に移動させて供給・回収位置で停止させる。その供給・回収位置は、各アーム６３，６４の吸着板６３ｂ，６４ｂに吸着された半導体ウエーハＷの中心と、チャックテーブル１７の回転中心と結ぶ線が、Ｚ方向に沿う位置である。
【００４７】
切削ユニット２０による半導体ウエーハＷの加工位置は、供給・回収位置よりも壁部１２側に所定距離移動した範囲とされ、チャックテーブル１７上の半導体ウエーハＷは、ステージ１４の移動によって、これら加工位置と供給・回収位置との間を行き来させられる。チャックテーブル洗浄ノズル６７によるチャックテーブル１７の洗浄は、供給・回収位置において行われる。
【００４８】
［２］装置の動作
続いて、以上の構成からなる一実施形態の電極加工装置の使用方法ならびに動作を、以下に説明する。
オペレータは、バンプ２を加工すべき複数の半導体ウエーハＷを収容した供給カセット６１と、空の回収カセット６６を、供給・回収エリア１１Ｂの所定位置にそれぞれセットして、加工の準備を行う。
【００４９】
また、上記準備と平行して、半導体ウエーハＷの加工に先立ち、バイト２６の刃先とチャックテーブル１７の上面との間隔を均一にするために、チャックテーブル１７の上面を、切削ユニット２０自身で切削するセルフカットを行う場合がある。
【００５０】
セルフカットは、まず、バイト２６がチャックテーブル１７の表面を所定厚さ切削し得る高さまで、切削ユニット２０を送り機構３０によって下降させ、サーボモータ２４によってホイールマウント２５およびバイト２６を回転させる。このように切削ユニット２０を運転させた状態から、チャックテーブル１７を、固定させたままの状態で、供給・回収位置から加工位置に向けて移動させ、チャックテーブル１７の表面全面がバイト２６によって切削されるまで、チャックテーブル１７を壁部１２方向に移動させる。図７はセルフカットの状態を模式的に示しており、矢印はバイト２６の相対的な切削方向を示している。チャックテーブル１７のセルフカットが終わったら、そのチャックテーブル１７を供給・回収位置に戻す。
【００５１】
チャックテーブル１７のセルフカット時に発生する音響はＡＥセンサ４０で検出され、その検出信号（出力信号）は、制御手段５０の判別部５１に供給される。判別部５１が、ＡＥセンサ４０の出力信号が正常加工領域の範囲内であると判別している場合には、セルフカットを継続する。
【００５２】
そして、セルフカット中に、判別部５１でＡＥセンサ４０の出力信号が正常加工領域を逸脱したと判別されたら、異常信号発信部５２から回避部５３および異常報知部５４に異常信号が供給される。これにより、切削ユニット２０は速やかに退避位置まで上昇するとともに、異常報知部５４から警報音発生装置に信号が発せられ、この警報音発生装置から警報が放音されて、異常加工が起ころうとしていた旨がオペレータに報知される。
【００５３】
セルフカット時の異常加工の現象としては、バイト２６の刃部２８が折損したり、あるいは切削屑がチャックテーブル１７と刃部２８との間に噛み込んだりして生じる異常振動などが挙げられ、異常振動による音響の変動が、ＡＥセンサ４０によって検出されるのである。
【００５４】
このようにして異常加工の発生がＡＥセンサ４０によって予知され、その時には切削ユニット２０が半導体ウエーハＷから離れて切削を停止するので、チャックテーブル１７の表面が損傷することが防止される。異常報知部５４によって異常加工が予知されたオペレータは、異常加工が起ころうとしていた原因を取り除き、この後、引き続きセルフカットを行わせる。
【００５５】
次に、チャックテーブル１７のセルフカットが終了したら、そのチャックテーブル１７を供給・回収位置に戻す。続いて、移送機構６０によって、供給カセット６１内から１枚の半導体ウエーハＷが取り出され、さらにその半導体ウエーハＷは、移送機構６０によってバンプ２が形成された表面を上に向けた状態で、位置合わせ台６２上に載置される。
【００５６】
次に、位置合わせ台６２に載置された半導体ウエーハＷは、供給アーム６３により、予め供給・回収位置に停止しているチャックテーブル１７上に、表面を上に向けて同心状に載置される。そして、半導体ウエーハＷは、バキューム装置によってチャックテーブル１７上に吸着、保持される。
【００５７】
次に、切削ユニット２０の高さを、バイト２６がバンプ２を所定の高さに切削し得る高さになるよう送り機構３０によって調製し、サーボモータ２４によってホイールマウント２５を回転させる。この状態から、ステージ１４を切削ユニット２０側に移動させて、固定させたままの状態のチャックテーブル１７上に保持した半導体ウエーハＷを、所定速度で切削ユニット２０の下方である加工位置に送り込んでいく。
【００５８】
これによって半導体ウエーハＷの表面のバンプ２はバイト２６の刃部２８によって削り取られていく。図８はバンプ２の切削加工の状態を模式的に示しており、矢印はバイト２６の相対的な切削方向を示している。図５に示すように、半導体ウエーハＷがホイールマウント２５で覆われるまでチャックテーブル１７を移動させることにより、全てのバンプ２の高さが均一に揃えられる。ここで加工は終了し、切削ユニット２０を上昇させてホイールマウント２５の回転を停止させる。
【００５９】
バイト２６によってバンプ２の先端を切削している時に発生する音響は、ＡＥセンサ４０で検出され、その検出信号は、制御手段５０の判別部５１に供給される。判別部５１が、ＡＥセンサ４０の出力信号が正常加工領域の範囲内であると判別している場合には、バンプ２の切削加工は継続される。
【００６０】
そして、バンプ２の切削加工中に、判別部５１でＡＥセンサ４０の出力信号が正常加工領域を逸脱したと判別されたら、異常信号発信部５２から回避部５３および異常報知部５４に異常信号が供給される。これにより、切削ユニット２０は速やかに退避位置まで上昇するとともに、異常報知部５４から図示せぬブザー等の警報音発生装置に信号が発せられ、この警報音発生装置から警報が放音されて、異常加工が起ころうとしていた旨がオペレータに報知される。
【００６１】
バンプ２の切削加工時における異常加工は、バイト２６の刃部２８の折損したり、あるいは切削屑が半導体ウエーハＷと刃部２８との間に噛み込んだりすることによって起こる。このようなバンプ２の加工時における異常加工の発生がＡＥセンサ４０によって予知され、その時には切削ユニット２０が半導体ウエーハＷから離れて切削を停止するので、半導体ウエーハＷに対する異常加工は起こらない。異常報知部５４によって異常加工が予知されたら、オペレータは異常加工が起ころうとしていた原因を取り除き、この後、バンプ２の切削加工を再開させる。
【００６２】
なお、上記の加工動作の好適な条件例を挙げると、サーボモータ２４によるバイト２６の回転速度は２０００ＲＰＭ程度、ステージ１４の移動による半導体ウエーハＷの送り速度は０．６６ｍｍ／秒である。
【００６３】
続いて、バンプ６の高さが揃えられた加工後の半導体ウエーハＷを回収する動作を説明すると、まず、ステージ１４を供給・回収位置まで移動させるとともに、バキューム装置の動作を停止させ、チャックテーブル１７上での半導体ウエーハＷの保持状態を解除する。次に、その半導体ウエーハＷは、回収アーム６４によって洗浄装置６５内に移送される。ここで半導体ウエーハＷは水洗され、その後、回転させられて水分が除去される。
【００６４】
次いで、半導体ウエーハＷは、移送機構６０によって回収カセット６６内に移送、収容される。また、回収アーム６４によってチャックテーブル１７から半導体ウエーハＷが取り去られた後は、チャックテーブル洗浄ノズル６７から、供給・回収位置で停止しているステージ１４上のチャックテーブル１７に向けて高圧エアーが噴射され、チャックテーブル１７が洗浄される。
【００６５】
以上が１枚の半導体ウエーハＷに対してバンプ２の先端を切削加工し、この後、洗浄して回収するサイクルである。このサイクルを繰り返して、供給カセット６１内の半導体ウエーハＷが全て加工処理され、回収カセット６６内に収容されると、オペレータは回収カセット６６を回収して、加工後の複数の半導体ウエーハＷを次の製品化工程に運搬する。そして、バンプ２を加工すべき新たな複数の半導体ウエーハＷを収容した供給カセット６１と、空の回収カセット６６を、供給・回収エリア１１Ｂの所定位置にそれぞれセットし、引き続き上記サイクルで切削加工を行う。なお、回収カセット６６としては、空になった供給カセット６１を流用してもよい。
【００６６】
［３］装置の効果
本実施形態の電極加工装置によれば、バンプ２の切削加工時の音響状態を検出するＡＥセンサ４０と、このＡＥセンサ４０の出力信号を受ける制御手段５０によって、異常加工を予知するとともに切削加工を停止させるので、異常加工が未然に防止され、その結果として半導体ウエーハの損傷を防止することができる。このような異常加工の回避は、上記のようにチャックテーブル１７のセルフカットの際にも行われ、チャックテーブル１７の損傷も防止される。
【００６７】
なお、チャックテーブル１７のセルフカット時の正常加工領域と、バンプ２の切削加工時の正常加工領域は異なる場合がある。その場合には、それぞれの正常加工領域を判別部５１に記憶させ、セルフカット時とバンプ２の切削加工時とにおいて、判別部５１による判別が適確に行われるように制御すればよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、ＡＥセンサ４０をステージ１４の側面に取り付けているが、このＡＥセンサ４０は、切削ユニット２０の例えばブロック２１等に取り付けてもよく、また、可能であれば、チャックテーブル１７やホイールマウント２５に取り付けてもよい。本発明に係るＡＥセンサ４０は、チャックテーブル１７、チャックテーブル移動手段であるステージ１４、切削ユニット２０の少なくとも一つに取り付けられ、複数の場合には、それらＡＥセンサ４０の出力信号が制御手段５０の判別部５１に供給されるように構成される。
【００６９】
［４］切削ユニットの別形態
図９は、切削ユニットの別形態を示している。この場合の切削ユニット７０は、上記送り機構３０のスライダ３２の前面に固定されたブロック７１と、このブロック７１に着脱自在に固定されるバイト２６とを備えている。バイト２６は、ブロック７１の反スライダ側の先端部に形成された取付孔７１ａに、上記実施形態と同様に挿入されてボルト２９によって固定されている。そして、ブロック７１の上面に、制御手段５０に接続されるＡＥセンサ４０が取り付けられている。
【００７０】
切削ユニット７０を用いる場合には、チャックテーブル１７とともに半導体ウエーハＷを回転させながら、ステージ１４を移動させて、半導体ウエーハＷを加工位置に送り込み、固定状態のバイト２６によってバンプ２の先端を切削加工する。この時の半導体ウエーハＷの送りは、図１０に示すように半導体ウエーハＷの半径分、あるいは半径より僅かに長い距離をバイト２６に対して移動させることにより、表面全面が加工される。そして、この時のバイト２６の切削模様であるソーマークは、図１０の右側に示す半導体ウエーハＷのようになる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施形態に係る電極加工装置の全体斜視図である。
【図２】（ａ）は図１に示した電極加工装置でバンプが加工される半導体ウエーハの全体斜視図、（ｂ）は半導体ウエーハに形成された半導体チップの平面図である。
【図３】図１に示した電極加工装置が具備するチャックテーブルの（ａ）斜視図、（ｂ）一部断面図である。
【図４】図１に示した電極加工装置が具備する切削ユニットのバイトの（ａ）側面図、（ｂ）正面図である。
【図５】切削ユニットのホイールマウントとチャックテーブルに保持される半導体ウエーハとの位置関係、および半導体ウエーハのソーマークを示す平面図である。
【図６】ＡＥセンサの出力信号に応じて設定される正常加工領域を説明するための線図である。
【図７】チャックテーブルのセルフカットの状態を模式的に示す側面図である。
【図８】バンプの切削加工状態を模式的に示す側面図である。
【図９】切削ユニットの別形態を示す斜視図である。
【図１０】図７に示した切削ユニットとチャックテーブルに保持される半導体ウエーハとの位置関係、および半導体ウエーハのソーマークを示す平面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…半導体チップ
２…バンプ（電極）
１４…ステージ（チャックテーブル移動手段）
１７…チャックテーブル
２０，７０…切削ユニット（切削手段）
２６…バイト（切削工具）
３０…送り機構（加工送り手段）
４０…ＡＥセンサ（音響センサ）
５０…制御手段
Ｗ…半導体ウエーハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハの表面に突出する複数の電極の先端を削り取って高さを揃える電極加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣやＬＳＩ等の電子回路が表面に形成された半導体チップは、各種電気・電子機器を小型化する上で今や必須のものとなっている。半導体チップは、円盤状の半導体ウエーハの表面に、ストリートと呼ばれる切断ラインで格子状の矩形領域を区画し、これら矩形領域に電子回路を形成した後、半導体ウエーハをストリートに沿って分割するといった工程で製造される。
【０００３】
ところで、近年では、電気・電子機器のさらなる小型化を可能とするために、半導体チップの表面に、電極として１５〜１００μｍ程度の高さの突起状のバンプを形成し、このバンプを、実装基板に形成された電極に直接接合するようにしたフリップチップと称する半導体チップが開発され、実用に供されている。また、インターポーザーと呼ばれている基板に複数の半導体チップを併設したり積層したりして小型化を図る技術も開発され、実用化されている。
【０００４】
上記いずれの技術も、デバイスの表面に形成した複数のバンプを介して基板どうしを圧着させて接合するものであり、このため、全てのバンプどうしが突き合わせられて接触するには、その高さが均一でなければならない。
【０００５】
そこで、バンプの高さを揃える加工が必要であり、その加工方法としては、半導体ウエーハに対して薬品を用いたＣＭＰ加工により電極の先端を除去したり、あるいは、研削工具でその先端を研削するといった方法が一般的であった。しかしながら、前者の方法では、加工時間が長いとともに作業性に劣るという欠点があり、後者の方法では、バンプが金等の比較的粘性の高い金属の場合には研削性に劣ることからバリが発生しやすく、そのバリが隣接するバンプに接触して短絡するといった欠点があった。
【０００６】
また、バンプを形成する方法として、金等の溶融金属粒を半導体ウエーハの表面に形成した電極に付着させ、電極となる粒状部分から突出するネック部分を破断してバンプを得るスタッドバンプ法がある。ところが、これによって形成されたバンプは、上記のようにネックを破断した際に、針状あるいは糸状の痕跡が先端に残るので研磨がしにくく、このため、加熱した板をバンプの先端に押し当てて高さを揃えることが行われている（特許文献１参照）。
【０００７】
ところが、このようにしてバンプの高さを揃えても、隣接するバンプどうしが短絡する不具合は発生した。そこで本出願人は、半導体ウエーハの表面から突出するバンプの先端をバイト等の切削工具で削り取って高さを揃える加工装置を提案した（特許文献２）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−５３０９７号公報
【特許文献２】特開２００４−３１９６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献２に記載されるように、バイトによって半導体ウエーハ表面のバンプを除去する方法では、短絡を生じさせることなく容易にその高さを揃えることができるといった利点がある。しかしながらこの方法では、バイトの刃先が折損したり、バイトの刃先と半導体ウエーハとの間に切削屑等の異物が噛み込んだりすることにより、半導体ウエーハに損傷を与えるといった不具合を招く場合があり、改良策が求められることとなった。
【００１０】
よって本発明は、バイト等の切削工具で半導体ウエーハ表面のバンプの先端を削り取って高さを揃えるにあたり、バイトの折損等による異常加工が起こる前に加工を停止して半導体ウエーハの損傷を防止することのできる半導体ウエーハの電極加工装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、半導体ウエーハの表面に突出する複数の電極の先端を削り取って高さを揃える半導体ウエーハの電極加工装置であって、切削工具を備えた切削手段と、半導体ウエーハを保持するチャックテーブルと、このチャックテーブルを、切削手段によって半導体ウエーハを加工する加工位置と、チャックテーブルに対して半導体ウエーハを着脱させる着脱位置とに位置付けるチャックテーブル移動手段と、切削手段の切削工具を、加工位置に位置付けられたチャックテーブルに対して接近・離間させる加工送り手段と、チャックテーブル、チャックテーブル移動手段または切削手段の少なくとも一つに取り付けられた音響センサと、この音響センサの出力信号に基づいて切削手段をフィードバック制御する制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
本発明では、チャックテーブルに保持した半導体ウエーハを、チャックテーブル移動手段で加工位置に移動させ、加工送り手段で切削手段の切削工具を半導体ウエーハに接近させることにより、切削工具が、半導体ウエーハ表面に形成された複数の電極の先端を削り取る。これによって複数の電極の高さを均一に揃えることができる。切削工具はバイト等が用いられ、加工位置で互いに対向する切削工具とチャックテーブルとを相対回転させるなどの方法により、半導体ウエーハの電極の先端を削り取る構成が挙げられる。
【００１３】
このようにして電極の先端を削り取っている加工中には、音響センサによって加工中の音響の状態（主として音量）が検出され、音響センサの出力信号が制御手段に供給される。制御手段は、供給される音響センサの信号に基づいて切削手段を適宜に制御する。本発明の音響センサは、正常加工の状態から出力信号に変動があった場合、何らかの異常加工が起こる予兆とみなす異常加工検出手段として用いられる。
【００１４】
例えば、正常な加工が行われている状態から音量が大きくなった旨の信号が供給されると、加工送り手段で切削工具を半導体ウエーハから離間させて加工を停止させるといったフィードバック制御を制御手段が行う。すなわち、音響センサの出力信号に変動が生じた場合には、制御手段が加工を停止させ、異常加工を未然に防止する。
【００１５】
そのような制御は、制御手段が、音響センサの出力信号が所定の正常加工領域を示す信号であるか否かを判別し、該出力信号が正常加工領域を逸脱した場合には、加工送り手段を、切削工具がチャックテーブルから退避する位置まで離間するよう作動させることにより行うことができる。これによって、切削工具の折損や切削屑の噛み込み等によって生じる異常加工が未然に防止され、半導体ウエーハの損傷を防止することができる。
【００１６】
上記制御において、切削工具を半導体ウエーハから離間させることに加えて、異常加工の発生を報知するような形態は、本発明の好ましい形態である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、チャックテーブルと切削手段の少なくとも一方に取り付けられた音響センサによって加工状態を検出し、音響センサの出力信号に基づいて、異常加工が起こる前に加工を停止させる制御を行うことができる。これにより、半導体ウエーハの表面から突出する複数の電極の先端を削り取って高さを揃えるにあたり、異常加工を未然に防止することができ、半導体ウエーハの損傷を防止することができるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］装置の構成
図１は、一実施形態に係る電極加工装置の全体を示しており、図２は、該装置で加工する円盤状の半導体ウエーハＷを示している。
【００１９】
半導体ウエーハＷは、図２（ａ）に示すように、表面に複数の半導体チップ１が格子状に形成されたものである。各半導体チップ１には、図２（ｂ）に示すように、複数のバンプ（電極）２が形成されている。バンプ２は半導体チップ１に形成された電子回路の電極に接合されており、かつ、半導体ウエーハＷの表面から突出している。これらバンプ２は、例えば周知のスタッドバンプ形成法等によって形成されており、高さは不揃いの場合が多い。電極加工装置は、１枚の半導体ウエーハＷの表面から突出する全てのバンプ２の先端を削り取って高さを揃える加工を半導体ウエーハＷに対して施すものである。
【００２０】
その電極加工装置は、図１に示すように、各種機構が搭載された基台１０を備えている。この基台１０は、横長の状態に設置されて基台１０の主体をなす直方体状のテーブル１１と、このテーブル１１の長手方向一端部（図１の奥側の端部）から、テーブル１１の幅方向かつ鉛直方向上方に延びる壁部１２とを有している。図１では、基台１０の長手方向、幅方向および鉛直方向を、それぞれＹ方向、Ｘ方向およびＺ方向で示している。
【００２１】
基台１０のテーブル１１上は、長手方向のほぼ中間部分から壁部１２側が加工エリア１１Ａとされ、この反対側が、加工エリア１１Ａに加工前の半導体ウエーハＷを供給し、かつ、加工後の半導体ウエーハＷを回収する供給・回収エリア１１Ｂとされている。
以下、本装置が備える各種機構を、加工エリア１１Ａに設けられるものと供給・回収エリア１１Ｂに設けられものとに分けて説明する。
【００２２】
（ａ）加工エリア１１Ａの機構
図１に示すように、加工エリア１１Ａには矩形状の凹所１３が形成されており、この凹所１３の底面には、矩形状のステージ（チャックテーブル移動手段）１４が、Ｙ方向に移動自在に設けられている。このテーブル１１は、ステージ１４内に配されたＹ方向に延びるガイドレールに摺動自在に取り付けられ、適宜な駆動機構（いずれも図示略）によって同方向を往復動させられる。
【００２３】
ステージ１４の移動方向両端部には、蛇腹１５，１６の一端が、それぞれ取り付けられており、これら蛇腹１５，１６の他端は、壁部１２の内面と、壁部１２に対向する凹所１３の内壁面に、それぞれ取り付けられている。これら、蛇腹１５，１６は、ステージ１４を上記ガイドレールに連結させるために凹所１３の底面に形成された図示せぬスリットを覆って、ステージ１４内に切削屑等が落下することを防ぐもので、ステージ１４の移動に伴って伸縮し、その移動を妨げない。
【００２４】
ステージ１４上には、Ｚ方向を回転中心とし、上面が水平とされた円盤状のチャックテーブル１７が回転自在に設けられている。半導体ウエーハＷは、バンプ２が形成された表面を上に向けて、このチャックテーブル１７上に同心的、かつ水平に載置される。チャックテーブル１７は、ステージ１４内に設けられた図示せぬ回転駆動機構によって、一方向または両方向に回転させられる。なお、本実施形態の後述する切削ユニット２０は、切削工具であるバイト２６を回転させるタイプであるから、半導体ウエーハＷを保持するチャックテーブル１７は、あえて回転自在とせずに固定式としてもよい。
【００２５】
チャックテーブル１７のチャック方式は、この場合、周知のバキュームチャックである。すなわち、この場合のチャックテーブル１７は、図３（ａ）に示すように、表面に複数の溝１７ａが同心的に、かつ等間隔をおいて形成されており、チャックテーブル１７内には、図３（ｂ）に示すように、各溝１７ａを連通し、かつ、裏面側に開口する空気吸引通路１７ｂが形成されている。この空気吸引通路１７ｂの裏面側への開口には、図示せぬバキューム装置の空気吸引口が接続され、バキューム装置を運転すると、半導体ウエーハＷがチャックテーブル１７上に吸着・保持されるようになっている。
【００２６】
チャックテーブル１７は、壁部１２側に移動すると加工位置に位置付けられ、その加工位置の上方には、切削ユニット（切削手段）２０が配されている。この切削ユニット２０は、基台１０の壁部１２に、送り機構（加工送り手段）３０を介してＺ方向に昇降自在に支持されている。送り機構３０は、鉛直面とされた壁部１２の内面に固定された互いに平行でＺ方向に延びる一対のガイドレール３１と、これらガイドレール３１に摺動自在に取り付けられたスライダ３２と、このスライダ３２をガイドレール３１に沿って往復動させるスライダ駆動機構３３とを備えている。
【００２７】
スライダ駆動機構３３は、スライダ３２と壁部１２との間の空間に、軸方向をＺ方向と平行にして配され、上端部および下端部が、それぞれ壁部１２に設けられた軸受３４，３５に回転自在に取り付けられた螺子ロッド３６と、この螺子ロッド３６を回転駆動するパルスモータ３７とを備えている。螺子ロッド３６は、スライダ３２の背面に突出形成された図示せぬブラケットに螺合して貫通している。これにより、スライダ３２は、パルスモータ３７が正転して螺子ロッド３６が一方向に回転した場合には下方（送り方向）に移動し、パルスモータ３７が逆転して螺子ロッド３６が逆方向に回転すると上方（退避方向）に移動する。
【００２８】
上記切削ユニット２０は、スライダ３２のテーブル１１側に面する前面に固定されたブロック２１と、軸方向がＺ方向に沿う状態にブロック２１に通され、かつ、このブロック２１に固定された円筒状のハウジング２２と、このハウジング２２内に同心的、かつ回転自在に支持された回転軸２３と、この回転軸２３を回転駆動するサーボモータ２４と、ハウジング２２から下方に突出する回転軸２３の下端に同心的に固定された円盤状のホイールマウント２５と、このホイールマウント２５に着脱可能に取り付けられたバイト（切削工具）２６とを備えている。この場合、回転軸２３およびホイールマウント２５は、サーボモータ２４によって図１の矢印（ホイールマウント２５の上面に記載）方向に回転させられる。
【００２９】
バイト２６は、図４に示すように、シャンク２７の先端にダイヤモンド等からなる刃部２８が固着されたものである。このバイト２６は、刃部２８を下に配し、かつ、刃部２８の切削方向（図４（ａ）の矢印方向）をホイールマウント２５の回転方向に向けた状態で、シャンク２７がホイールマウント２５に形成された取付孔２５ａに下から挿入されている。そして、その挿入状態が、ホイールマウント２５の外周面から取付孔２５ａに向けてねじ込まれるボルト２９によって固定されている。これによってバイト２６はホイールマウント２５の外周部から下に突出する状態に固定されている。
【００３０】
図５に示すように、ホイールマウント２５の外径は、半導体ウエーハＷの直径の１．５倍程度とされるが、寸法はこれに限定されるものではない。しかしながら、ホイールマウント２５への取付位置に基づくバイト２６の回転軌跡は、半導体ウエーハＷの表面全面を加工可能な大きさに設定される。また、チャックテーブル１７と切削ユニット２０とは、チャックテーブル１７上に同心的に保持される半導体ウエーハＷの回転中心と、ホイールマウント２５の回転中心を結ぶ線が、Ｙ方向に沿った状態となるように位置付けられている。
【００３１】
ここで、切削ユニット２０によってバンプ２を加工する動作を簡単に説明すると、サーボモータ２４によってホイールマウント２５およびバイト２６を回転させて切削ユニット２０を運転し、ステージ１４を所定速度で切削ユニット２０方向に移動させてチャックテーブル１７上に保持させた半導体ウエーハＷを切削ユニット２０の下方である加工位置に送り込んでいく。この時、チャックテーブル１７は回転させず固定状態としておく。
【００３２】
すると、バイト２６の刃部２８によってバンプ２の先端は削り取られていき、図５に示すように、半導体ウエーハＷがホイールマウント２５で覆われるまで、すなわち、半導体ウエーハＷの外周縁の一端から他端に至る直径にわたってバイト２６の刃部２８が半導体ウエーハＷの表面に作用するようにチャックテーブル１７を送り込むと、半導体ウエーハＷに形成された全てのバンプ２の高さが均一に揃えられる。回転するバイト２６に対して、チャックテーブル１７が固定されていて回転しない半導体ウエーハＷを送り込んで表面全面を加工することにより、バイト２６の切削模様であるソーマークは、図５の右側に示す半導体ウエーハＷのようになる。
【００３３】
さて、バンプ２の切削加工中には、バイト２６の刃部２８がバンプ２に当たって削り取る音が放出される。そして、その音響の大きさを検出する音響センサとして、ＡＥ（Acoustic Emission）センサ４０が、図１に示すようにステージ１４の側面に取り付けられている。
【００３４】
ＡＥセンサ４０は、上記のようなバイト２６によるバンプ２の切削加工時に放出される弾性波を音響として検出するもので、その時の音響は、固体が破壊に至る前から、小さな変形や微小クラックの発生、進展に伴って発生することから、材料や構造物の欠陥や破壊を発見、予知することが可能とされている。
【００３５】
図１に示すように、ＡＥセンサ４０が検出する音響の大きさは、電気信号に変換されて制御手段５０に供給される。制御手段５０は、ＡＥセンサ４０の出力信号が所定の正常加工領域を示す信号であるか否かを判別する判別部５１を有している。そして、この判別部５１で、ＡＥセンサ４０の出力信号が正常加工領域を逸脱したと判別されたら、その判別信号が異常信号発信部５２に供給され、さらに、異常信号発信部５２からは、回避部５３および異常報知部５４に異常信号が供給される。
【００３６】
上記正常加工領域とは、バイト２６によってバンプ２が正常に切削されている領域であり、加工時に異音が生じる直前において、正常加工領域を逸脱するように設定される。異音は、バイト２６の刃部２８が折損したり、バイト２６の刃部２８と半導体ウエーハＷとの間に切削屑等の異物が噛み込んだりした場合に発生することが、経験的に判っている。ＡＥセンサ４０は、そのような異常加工が起こる直前の音響信号の変動を検出し、その時に、判別部５１は正常加工領域を逸脱したと判別する。
【００３７】
図６は、正常加工領域を例示しており、加工開始から終了までの間にＡＥセンサ４０から出力された信号は、時間Ａで出力が強くなっており、この区間で異常加工が起こったと判断される。したがって、正常加工領域は、出力信号においてＣ〜Ｄの範囲と設定される。なお、図６に示すように、加工の開始時と終了時においては出力信号の強度が瞬間的に高まる傾向にあり、これらのタイミングにおいては、出力信号をカットして判別するものとする。
【００３８】
制御手段５０の判別部５１が、ＡＥセンサ４０の出力信号が正常加工領域の範囲内であると判別している場合には、バンプ２の切削加工は維持される。ここで、切削加工中に、判別部５１でＡＥセンサ４０の出力信号が正常加工領域を逸脱したと判別され、回避部５３に異常信号が供給されると、回避部５３から送り機構３０のパルスモータ３７に回避信号が供給され、パルスモータ３７を所定ステップ逆転させる。これによって、切削ユニット２０は上昇し、バイト２６が半導体ウエーハＷから所定距離上方に離れた退避位置で停止する。
【００３９】
また、異常報知部５４に異常信号が供給されると、異常報知部５４から図示せぬブザー等の警報音発生装置に信号が発せられ、この警報音発生装置から警報が放音されて、異常加工が起ころうとしていた旨がオペレータに報知される。
【００４０】
（ｂ）供給・回収エリア１１Ｂの機構
図１に示すように、基台１０のテーブル１１上に設定された上記供給・回収エリア１１Ｂには、上記凹所１３よりも狭く、かつ深い矩形状の凹所１８が形成されており、この凹所１８の底部には、昇降自在とされた２節リンク式の水平旋回アーム６０ａの先端にフォーク６０ｂが装着された移送機構６０が設置されている。
【００４１】
そして、凹所１８の周囲のテーブル１１上には、上から見た状態で、反時計回りに、カセット６１、位置合わせ台６２、１節の水平旋回アーム６３ａの先端に吸着板６３ｂが取り付けられた供給アーム６３、供給アーム６３と同じ構造で、水平旋回アーム６４ａおよび吸着板６４ｂを有する回収アーム６４、スピンナ式の洗浄装置６５、カセット６６が、それぞれ配置されている。
【００４２】
カセット６１、位置合わせ台６２および供給アーム６３は、半導体ウエーハＷをチャックテーブル１７に供給する手段であり、回収アーム６４、洗浄装置６５およびカセット６６は、加工後の半導体ウエーハＷをチャックテーブル１７から回収する手段である。２つのカセット６１，６６は同一の構造であるが、ここでは用途別に、供給カセット６１、回収カセット６６と称する。これらカセット６１，６６は、複数の半導体ウエーハＷを収容して持ち運びするためのもので、テーブル１１の所定位置にセットされる。
【００４３】
供給カセット６１には、当該電極加工装置でバンプ２を加工すべき複数の半導体ウエーハＷが、積層された状態で収容される。移送機構６０は、アーム６０ａの昇降・旋回と、フォーク６０ｂの把持動作によって、供給カセット６１内から１枚の半導体ウエーハＷを取り出し、さらにその半導体ウエーハＷを、バンプ２が形成されている表面を上に向けた状態で、位置合わせ台６２上に載置する機能を有する。
【００４４】
位置合わせ台６２上に載置された半導体ウエーハＷは、一定の位置に決められた状態で載置される。供給アーム６３は、位置合わせ台６２上に載置された半導体ウエーハＷを吸着板６３ｂに吸着し、アーム６３ａを旋回させて、チャックテーブル１７上に半導体ウエーハＷを配し、この後、吸着動作を停止することにより、チャックテーブル１７上に半導体ウエーハＷを載置する機能を有する。位置合わせ台６２で位置決めされた半導体ウエーハＷを、供給・回収位置のチャックテーブル１７上に載置することにより、半導体ウエーハＷとチャックテーブル１７とは同心状となる。
【００４５】
回収アーム６４は、上記切削ユニット２０によってバンプ２が加工されたチャックテーブル１７上の半導体ウエーハＷを吸着板６４ｂに吸着し、アーム６４ａを旋回させて、半導体ウエーハＷを洗浄装置６５内に移送する機能を有する。洗浄装置６５は、半導体ウエーハＷを水洗した後、半導体ウエーハＷを回転させて水分を振り飛ばし除去する機能を有する。そして、洗浄装置６５によって洗浄された半導体ウエーハＷは、移送機構６０によって回収カセット６６内に移送、収容される。
【００４６】
なお、供給アーム６３と回収アーム６４の間には、チャックテーブル１７に高圧エアーを噴射してチャックテーブル１７を洗浄するチャックテーブル洗浄ノズル６７が配されている。上記のように、供給アーム６３によってチャックテーブル１７上に半導体ウエーハＷを載置し、また、回収アーム６４によってチャックテーブル１７上の半導体ウエーハＷを回収する際、すなわちチャックテーブル１７に対して半導体ウエーハＷを着脱させる際には、ステージ１４を供給・回収エリア１１Ｂ側に移動させて供給・回収位置で停止させる。その供給・回収位置は、各アーム６３，６４の吸着板６３ｂ，６４ｂに吸着された半導体ウエーハＷの中心と、チャックテーブル１７の回転中心と結ぶ線が、Ｚ方向に沿う位置である。
【００４７】
切削ユニット２０による半導体ウエーハＷの加工位置は、供給・回収位置よりも壁部１２側に所定距離移動した範囲とされ、チャックテーブル１７上の半導体ウエーハＷは、ステージ１４の移動によって、これら加工位置と供給・回収位置との間を行き来させられる。チャックテーブル洗浄ノズル６７によるチャックテーブル１７の洗浄は、供給・回収位置において行われる。
【００４８】
［２］装置の動作
続いて、以上の構成からなる一実施形態の電極加工装置の使用方法ならびに動作を、以下に説明する。
オペレータは、バンプ２を加工すべき複数の半導体ウエーハＷを収容した供給カセット６１と、空の回収カセット６６を、供給・回収エリア１１Ｂの所定位置にそれぞれセットして、加工の準備を行う。
【００４９】
また、上記準備と平行して、半導体ウエーハＷの加工に先立ち、バイト２６の刃先とチャックテーブル１７の上面との間隔を均一にするために、チャックテーブル１７の上面を、切削ユニット２０自身で切削するセルフカットを行う場合がある。
【００５０】
セルフカットは、まず、バイト２６がチャックテーブル１７の表面を所定厚さ切削し得る高さまで、切削ユニット２０を送り機構３０によって下降させ、サーボモータ２４によってホイールマウント２５およびバイト２６を回転させる。このように切削ユニット２０を運転させた状態から、チャックテーブル１７を、固定させたままの状態で、供給・回収位置から加工位置に向けて移動させ、チャックテーブル１７の表面全面がバイト２６によって切削されるまで、チャックテーブル１７を壁部１２方向に移動させる。図７はセルフカットの状態を模式的に示しており、矢印はバイト２６の相対的な切削方向を示している。チャックテーブル１７のセルフカットが終わったら、そのチャックテーブル１７を供給・回収位置に戻す。
【００５１】
チャックテーブル１７のセルフカット時に発生する音響はＡＥセンサ４０で検出され、その検出信号（出力信号）は、制御手段５０の判別部５１に供給される。判別部５１が、ＡＥセンサ４０の出力信号が正常加工領域の範囲内であると判別している場合には、セルフカットを継続する。
【００５２】
そして、セルフカット中に、判別部５１でＡＥセンサ４０の出力信号が正常加工領域を逸脱したと判別されたら、異常信号発信部５２から回避部５３および異常報知部５４に異常信号が供給される。これにより、切削ユニット２０は速やかに退避位置まで上昇するとともに、異常報知部５４から警報音発生装置に信号が発せられ、この警報音発生装置から警報が放音されて、異常加工が起ころうとしていた旨がオペレータに報知される。
【００５３】
セルフカット時の異常加工の現象としては、バイト２６の刃部２８が折損したり、あるいは切削屑がチャックテーブル１７と刃部２８との間に噛み込んだりして生じる異常振動などが挙げられ、異常振動による音響の変動が、ＡＥセンサ４０によって検出されるのである。
【００５４】
このようにして異常加工の発生がＡＥセンサ４０によって予知され、その時には切削ユニット２０が半導体ウエーハＷから離れて切削を停止するので、チャックテーブル１７の表面が損傷することが防止される。異常報知部５４によって異常加工が予知されたオペレータは、異常加工が起ころうとしていた原因を取り除き、この後、引き続きセルフカットを行わせる。
【００５５】
次に、チャックテーブル１７のセルフカットが終了したら、そのチャックテーブル１７を供給・回収位置に戻す。続いて、移送機構６０によって、供給カセット６１内から１枚の半導体ウエーハＷが取り出され、さらにその半導体ウエーハＷは、移送機構６０によってバンプ２が形成された表面を上に向けた状態で、位置合わせ台６２上に載置される。
【００５６】
次に、位置合わせ台６２に載置された半導体ウエーハＷは、供給アーム６３により、予め供給・回収位置に停止しているチャックテーブル１７上に、表面を上に向けて同心状に載置される。そして、半導体ウエーハＷは、バキューム装置によってチャックテーブル１７上に吸着、保持される。
【００５７】
次に、切削ユニット２０の高さを、バイト２６がバンプ２を所定の高さに切削し得る高さになるよう送り機構３０によって調製し、サーボモータ２４によってホイールマウント２５を回転させる。この状態から、ステージ１４を切削ユニット２０側に移動させて、固定させたままの状態のチャックテーブル１７上に保持した半導体ウエーハＷを、所定速度で切削ユニット２０の下方である加工位置に送り込んでいく。
【００５８】
これによって半導体ウエーハＷの表面のバンプ２はバイト２６の刃部２８によって削り取られていく。図８はバンプ２の切削加工の状態を模式的に示しており、矢印はバイト２６の相対的な切削方向を示している。図５に示すように、半導体ウエーハＷがホイールマウント２５で覆われるまでチャックテーブル１７を移動させることにより、全てのバンプ２の高さが均一に揃えられる。ここで加工は終了し、切削ユニット２０を上昇させてホイールマウント２５の回転を停止させる。
【００５９】
バイト２６によってバンプ２の先端を切削している時に発生する音響は、ＡＥセンサ４０で検出され、その検出信号は、制御手段５０の判別部５１に供給される。判別部５１が、ＡＥセンサ４０の出力信号が正常加工領域の範囲内であると判別している場合には、バンプ２の切削加工は継続される。
【００６０】
そして、バンプ２の切削加工中に、判別部５１でＡＥセンサ４０の出力信号が正常加工領域を逸脱したと判別されたら、異常信号発信部５２から回避部５３および異常報知部５４に異常信号が供給される。これにより、切削ユニット２０は速やかに退避位置まで上昇するとともに、異常報知部５４から図示せぬブザー等の警報音発生装置に信号が発せられ、この警報音発生装置から警報が放音されて、異常加工が起ころうとしていた旨がオペレータに報知される。
【００６１】
バンプ２の切削加工時における異常加工は、バイト２６の刃部２８の折損したり、あるいは切削屑が半導体ウエーハＷと刃部２８との間に噛み込んだりすることによって起こる。このようなバンプ２の加工時における異常加工の発生がＡＥセンサ４０によって予知され、その時には切削ユニット２０が半導体ウエーハＷから離れて切削を停止するので、半導体ウエーハＷに対する異常加工は起こらない。異常報知部５４によって異常加工が予知されたら、オペレータは異常加工が起ころうとしていた原因を取り除き、この後、バンプ２の切削加工を再開させる。
【００６２】
なお、上記の加工動作の好適な条件例を挙げると、サーボモータ２４によるバイト２６の回転速度は２０００ＲＰＭ程度、ステージ１４の移動による半導体ウエーハＷの送り速度は０．６６ｍｍ／秒である。
【００６３】
続いて、バンプ６の高さが揃えられた加工後の半導体ウエーハＷを回収する動作を説明すると、まず、ステージ１４を供給・回収位置まで移動させるとともに、バキューム装置の動作を停止させ、チャックテーブル１７上での半導体ウエーハＷの保持状態を解除する。次に、その半導体ウエーハＷは、回収アーム６４によって洗浄装置６５内に移送される。ここで半導体ウエーハＷは水洗され、その後、回転させられて水分が除去される。
【００６４】
次いで、半導体ウエーハＷは、移送機構６０によって回収カセット６６内に移送、収容される。また、回収アーム６４によってチャックテーブル１７から半導体ウエーハＷが取り去られた後は、チャックテーブル洗浄ノズル６７から、供給・回収位置で停止しているステージ１４上のチャックテーブル１７に向けて高圧エアーが噴射され、チャックテーブル１７が洗浄される。
【００６５】
以上が１枚の半導体ウエーハＷに対してバンプ２の先端を切削加工し、この後、洗浄して回収するサイクルである。このサイクルを繰り返して、供給カセット６１内の半導体ウエーハＷが全て加工処理され、回収カセット６６内に収容されると、オペレータは回収カセット６６を回収して、加工後の複数の半導体ウエーハＷを次の製品化工程に運搬する。そして、バンプ２を加工すべき新たな複数の半導体ウエーハＷを収容した供給カセット６１と、空の回収カセット６６を、供給・回収エリア１１Ｂの所定位置にそれぞれセットし、引き続き上記サイクルで切削加工を行う。なお、回収カセット６６としては、空になった供給カセット６１を流用してもよい。
【００６６】
［３］装置の効果
本実施形態の電極加工装置によれば、バンプ２の切削加工時の音響状態を検出するＡＥセンサ４０と、このＡＥセンサ４０の出力信号を受ける制御手段５０によって、異常加工を予知するとともに切削加工を停止させるので、異常加工が未然に防止され、その結果として半導体ウエーハの損傷を防止することができる。このような異常加工の回避は、上記のようにチャックテーブル１７のセルフカットの際にも行われ、チャックテーブル１７の損傷も防止される。
【００６７】
なお、チャックテーブル１７のセルフカット時の正常加工領域と、バンプ２の切削加工時の正常加工領域は異なる場合がある。その場合には、それぞれの正常加工領域を判別部５１に記憶させ、セルフカット時とバンプ２の切削加工時とにおいて、判別部５１による判別が適確に行われるように制御すればよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、ＡＥセンサ４０をステージ１４の側面に取り付けているが、このＡＥセンサ４０は、切削ユニット２０の例えばブロック２１等に取り付けてもよく、また、可能であれば、チャックテーブル１７やホイールマウント２５に取り付けてもよい。本発明に係るＡＥセンサ４０は、チャックテーブル１７、チャックテーブル移動手段であるステージ１４、切削ユニット２０の少なくとも一つに取り付けられ、複数の場合には、それらＡＥセンサ４０の出力信号が制御手段５０の判別部５１に供給されるように構成される。
【００６９】
［４］切削ユニットの別形態
図９は、切削ユニットの別形態を示している。この場合の切削ユニット７０は、上記送り機構３０のスライダ３２の前面に固定されたブロック７１と、このブロック７１に着脱自在に固定されるバイト２６とを備えている。バイト２６は、ブロック７１の反スライダ側の先端部に形成された取付孔７１ａに、上記実施形態と同様に挿入されてボルト２９によって固定されている。そして、ブロック７１の上面に、制御手段５０に接続されるＡＥセンサ４０が取り付けられている。
【００７０】
切削ユニット７０を用いる場合には、チャックテーブル１７とともに半導体ウエーハＷを回転させながら、ステージ１４を移動させて、半導体ウエーハＷを加工位置に送り込み、固定状態のバイト２６によってバンプ２の先端を切削加工する。この時の半導体ウエーハＷの送りは、図１０に示すように半導体ウエーハＷの半径分、あるいは半径より僅かに長い距離をバイト２６に対して移動させることにより、表面全面が加工される。そして、この時のバイト２６の切削模様であるソーマークは、図１０の右側に示す半導体ウエーハＷのようになる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施形態に係る電極加工装置の全体斜視図である。
【図２】（ａ）は図１に示した電極加工装置でバンプが加工される半導体ウエーハの全体斜視図、（ｂ）は半導体ウエーハに形成された半導体チップの平面図である。
【図３】図１に示した電極加工装置が具備するチャックテーブルの（ａ）斜視図、（ｂ）一部断面図である。
【図４】図１に示した電極加工装置が具備する切削ユニットのバイトの（ａ）側面図、（ｂ）正面図である。
【図５】切削ユニットのホイールマウントとチャックテーブルに保持される半導体ウエーハとの位置関係、および半導体ウエーハのソーマークを示す平面図である。
【図６】ＡＥセンサの出力信号に応じて設定される正常加工領域を説明するための線図である。
【図７】チャックテーブルのセルフカットの状態を模式的に示す側面図である。
【図８】バンプの切削加工状態を模式的に示す側面図である。
【図９】切削ユニットの別形態を示す斜視図である。
【図１０】図７に示した切削ユニットとチャックテーブルに保持される半導体ウエーハとの位置関係、および半導体ウエーハのソーマークを示す平面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…半導体チップ
２…バンプ（電極）
１４…ステージ（チャックテーブル移動手段）
１７…チャックテーブル
２０，７０…切削ユニット（切削手段）
２６…バイト（切削工具）
３０…送り機構（加工送り手段）
４０…ＡＥセンサ（音響センサ）
５０…制御手段
Ｗ…半導体ウエーハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエーハの表面に突出する複数の電極の先端を削り取って高さを揃える半導体ウエーハの電極加工装置であって、
切削工具を備えた切削手段と、
前記半導体ウエーハを保持するチャックテーブルと、
このチャックテーブルを、前記切削手段によって前記半導体ウエーハを加工する加工位置と、チャックテーブルに対して半導体ウエーハを着脱させる着脱位置とに位置付けるチャックテーブル移動手段と、
前記切削手段の前記切削工具を、前記加工位置に位置付けられたチャックテーブルに対して接近・離間させる加工送り手段と、
前記チャックテーブル、前記チャックテーブル移動手段または前記切削手段の少なくとも一つに取り付けられた音響センサと、
この音響センサの出力信号に基づいて前記切削手段をフィードバック制御する制御手段とを備えることを特徴とする半導体ウエーハの電極加工装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記音響センサの出力信号が所定の正常加工領域を示す信号であるか否かを判別し、該出力信号が正常加工領域を逸脱した場合には、前記加工送り手段を、前記切削工具が前記チャックテーブルから退避する位置まで離間するよう作動させるとともに、異常を報知することを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエーハの電極加工装置。
【請求項１】
半導体ウエーハの表面に突出する複数の電極の先端を削り取って高さを揃える半導体ウエーハの電極加工装置であって、
切削工具を備えた切削手段と、
前記半導体ウエーハを保持するチャックテーブルと、
このチャックテーブルを、前記切削手段によって前記半導体ウエーハを加工する加工位置と、チャックテーブルに対して半導体ウエーハを着脱させる着脱位置とに位置付けるチャックテーブル移動手段と、
前記切削手段の前記切削工具を、前記加工位置に位置付けられたチャックテーブルに対して接近・離間させる加工送り手段と、
前記チャックテーブル、前記チャックテーブル移動手段または前記切削手段の少なくとも一つに取り付けられた音響センサと、
この音響センサの出力信号に基づいて前記切削手段をフィードバック制御する制御手段とを備えることを特徴とする半導体ウエーハの電極加工装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記音響センサの出力信号が所定の正常加工領域を示す信号であるか否かを判別し、該出力信号が正常加工領域を逸脱した場合には、前記加工送り手段を、前記切削工具が前記チャックテーブルから退避する位置まで離間するよう作動させるとともに、異常を報知することを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエーハの電極加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２４５４３９（Ｐ２００６−２４５４３９Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６１３２４（Ｐ２００５−６１３２４）
【出願日】平成１７年３月４日（２００５．３．４）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月４日（２００５．３．４）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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