(57)【要約】【課題】  寿命が長く、接合安定性や画像処理性に優れた平坦化工具とそれを用いた平坦化方法を提供する。【解決手段】  半導体チップのフリップチップ方式による基板への実装に先立ちバンプ及び／又はパッドに押し付け平坦化する平坦化工具１であって、先端材料２が単結晶ダイヤ、気相合成ダイヤ、気相合成ダイヤ被覆セラミックス、ｃＢＮ焼結体及びダイヤモンド焼結体からなる群から選ばれる少なくとも一種の硬質材料からなることを特徴とする平坦化工具、及びそれを用いた平坦化方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップのフリップチップ方式による基板への実装に先立ちバンプ及び／又はパッドに押し付け平坦化する平坦化工具であって、先端材料が単結晶ダイヤ、気相合成ダイヤ、気相合成ダイヤ被覆セラミックス、ｃＢＮ焼結体及びダイヤモンド焼結体からなる群から選ばれる少なくとも一種の硬質材料からなることを特徴とする平坦化工具。
【請求項２】
前記先端材料の表面をＲａ＜０．２μｍに鏡面化処理したことを特徴とする請求項１に記載の平坦化工具。
【請求項３】
前記先端材料の常温〜６００℃のある温度における平坦度が１μｍ以下となるように高温研磨したことを特徴とする請求項１又は２に記載の平坦化工具。
【請求項４】
前記先端材料の表面を０．２μｍ≦Ｒａ≦５μｍに粗面化処理したことを特徴とする請求項１に記載の平坦化工具。
【請求項５】
前記先端材料の熱膨張率がシャンク部の熱膨張率以下である材料からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の平坦化工具。
【請求項６】
前記先端材料が気相合成ダイヤ被覆セラミックスからなり、その被覆層が主配向（１１１）、（１１０）又は（１００）の気相合成ダイヤで膜厚が１〜２００μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の平坦化工具。
【請求項７】
半導体チップのフリップチップ方式による基板への実装に先立ち平坦化工具をバンプ及び／又はパッドに押し付け平坦化する平坦化方法であって、請求項１〜６のいずれか一項に記載の平坦化工具を用いることを特徴とする平坦化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、寿命が長く、接合安定性や画像処理性に優れた、半導体チップ実装のバンプもしくはパッドの平坦化工具とそれを用いた平坦化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップ部品を基板に実装する方法のひとつとしてフリップチップ実装方式がある。この方法は、半導体チップ部品と基板との間にワイヤを使用することなく、直接半導体部品を基板に搭載する方式である。
この方法では、半導体チップ上に形成されたバンプを、基板上に形成されたパッドに接着させるが、形成されたバンプの高さにばらつきができるため、接着前に平面度の高いガラス板に押圧して各バンプの先端を塑性変形させてバンプ高さを揃えておく。また、パッドにプローブ痕等の圧痕が残っていると接着性に影響があるため、パッド上面の平坦化も同様に行われている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３３３５５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガラス板を用いたバンプの平坦化処理において、ガラス板にバンプ材料が付着した場合、クリーニングが必要になるが、繰り返しクリーニングを行うと表面が摩耗してしまい形状が維持できないという問題があった。また、バンプ表面がガラスの鏡面に押し当てられて平滑になると、アンカー効果が得られなくなり、また、パッドとの接触面積が減少して接合強度が低下する場合がある。さらに、表面の反射率が高すぎると画像認識が困難になるという問題もあった。
そこで本発明は、寿命が長く、接合安定性や画像処理性に優れた平坦化工具とそれを用いた平坦化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者が上記課題に鑑み鋭意研究した結果、以下の発明により上記課題を解決しうることを見出した。
（１）半導体チップのフリップチップ方式による基板への実装に先立ちバンプ及び／又はパッドに押し付け平坦化する平坦化工具であって、先端材料が単結晶ダイヤ、気相合成ダイヤ、気相合成ダイヤ被覆セラミックス、ｃＢＮ焼結体及びダイヤモンド焼結体からなる群から選ばれる少なくとも一種の硬質材料からなることを特徴とする平坦化工具。
（２）前記先端材料の表面をＲａ＜０．２μｍに鏡面化処理したことを特徴とする（１）に記載の平坦化工具。
（３）前記先端材料の常温〜６００℃の間のある温度における平坦度が１μｍ以下となるように高温研磨したことを特徴とする（１）又は（２）に記載の平坦化工具。
（４）前記先端材料の表面を０．２μｍ≦Ｒａ≦５μｍに粗面化処理したことを特徴とする（１）に記載の平坦化工具。
（５）前記先端材料の熱膨張率がシャンク部の熱膨張率以下である材料からなることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか一項に記載の平坦化工具。
（７）前記先端材料が気相合成ダイヤ被覆セラミックスからなり、その被覆層が主配向（１１１）、（１１０）又は（１００）の気相合成ダイヤで膜厚が１〜２００μｍであることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか一項に記載の平坦化工具。
（８）半導体チップのフリップチップ方式による基板への実装に先立ち平坦化工具をバンプ及び／又はパッドに押し付け平坦化する平坦化方法であって、（１）〜（７）のいずれか一項に記載の平坦化工具を用いることを特徴とする平坦化方法。
【０００６】
なお、本発明におけるＲａ（算術平均粗さ）とは、基準長さ（ＪＩＳ  Ｂ０６３３）において粗さ曲線と算術平均線で囲まれた部分の面積の和（積分値）をいう。
また、本発明における平坦度とは、先端押し付け面内において、互いに平行な最も高い点を通る平面と、最も低い点を通る平行２平面間の距離をいう。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、寿命が長く、接合安定性や画像処理性に優れた平坦化工具を提供することができる。さらにそれを用いた平坦化方法によれば、パッドとバンプを安定して接合することができ、画像処理に適した表面とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の平坦化工具は、半導体チップのフリップチップ方式による基板への実装に先立ちバンプ及び／又はパッドに押し付け平坦化するのに用いられる。図１（ａ）（ｂ）に模式的に示すように、先端材料２及びこれを取り付けたシャンク部３よりなる。
先端材料は、単結晶ダイヤ、気相合成ダイヤ、気相合成ダイヤ被覆セラミックス、ｃＢＮ焼結体及びダイヤモンド焼結体からなる群から選ばれる少なくとも一種の硬質材料からなる。これらは耐摩耗性が高く、平坦化工具の寿命を長くすることができる。また、表面状態の調整が行いやすく、接合安定性や画像処理性能に優れた平坦化工具とすることができる。
【０００９】
先端材料の表面粗度は、被平坦化物の反射率や組成変形能に応じて調整する。これは、画像処理において対象物の鏡面度が高すぎると反射光が強くなってハレーションを起こし、明部が暗部ににじみ出てしまって境界線が不鮮明になるのを防止するためである。ハレーションが起きると、結果として位置ずれや位置の認識ができないといった現象が起こる。
先端材料の表面粗度を高くする場合は、０．２μｍ≦Ｒａ≦５μｍとすることが好ましく、０．３μｍ≦Ｒａ≦１．６μｍがさらに好ましい。このような表面にするには、先端材料としてもともと表面状態の粗いものを選択するか、レーザーで平行溝入れを行う、レーザーで平行でない溝を２本以上入れる、イオンエッチングを行う、あるいは平研面とする、放電面とするといった方法を用いることができる。
逆に鏡面度を高くしたい場合は先端材料の表面はＲａ＜０．２μｍとすることが好ましい。この場合は先端材料の表面処理として研磨などの鏡面加工などを用いる。
また、先端材料の表面は常温（２５℃）〜６００℃の間の使用温度において、平坦度が１μｍ以下となるよう高温研磨することが好ましい。先端面は使用温度において平坦であることが必要だからである。なお、バンプやパッドが凸形状の場合は先端材料はフラットであるより凹状のほうが均一に押し当てることができ、この場合凹部が０〜３μｍであることが好ましい。高温研磨の温度を変えればフラットにも凹状にも加工が可能である。
【００１０】
先端材料に気相合成ダイヤ被覆セラミックスを用いる場合、その被覆層は主配向（１１１）、（１１０）又は（１００）の気相合成ダイヤが好ましい。（１１１）面が主配向の場合、粒子形状が尖っているので、未研磨で用いると被平坦物の表面を適度に粗くすることができる。（１１０）又は（１００）面は粒子形状が平たく、（１１１）面のものよりは鏡面に近いが若干粗さを残したいときに使用する。粒径が小さくなりすぎると適度に粗くすることができなくなるので、平均粒径は０．５μｍ以上であることが好ましい。また、被覆層の膜厚は１〜２００μｍが好ましい。膜厚が薄すぎると前面を被覆することができない場合や適度に粗くできなくなる場合があり、厚すぎると経済的ではなく、またダイヤモンド粒子が大きくなりすぎて粗くなりすぎる場合がある。
【００１１】
シャンク部は、コバール、ＦｅＣｏＮｉ合金、モリブデン、超硬合金、サーメットまたはステンレス鋼などを用いることができ、これに活性銀ロウ、樹脂接着剤、金ロウ、金圧着などを用いて先端材料を取り付けることができる。
なお、先端材料の熱膨張率がシャンク部の熱膨張率以下であることが好ましい。このようにすることにより、互いの膨張率の違うものが接合されているため、温度を上げると平坦度が変わるので、使用温度や研磨温度の変更によって平坦度を調整しやすくなるからである。
【００１２】
本発明の平坦化方法は、上記本発明の平坦化工具を用いるものであれば特に制限はない。バンプの平坦化も、パッドの平坦化も、行うことができる。
【実施例】
【００１３】
以下に本発明を実施例および比較例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
熱膨張率が４．２×１０-6／ＫのＳｉＣ焼結体に気相合成法でダイヤモンド膜を被覆した。気相合成法としては、熱フィラメントＣＶＤ法を用いた。熱フィラメントＣＶＤ法の合成条件は以下の通りである。
ダイヤ製造方法
原料ガス流量  Ｈ2  ：１０〜１００ｓｃｃｍ
ＣＨ4：１〜５ｓｃｃｍ
フィラメント温度   ：１５００〜２０００℃
基板温度           ：５００〜９００℃
圧力               ：１０〜５００Ｔｏｒｒ
膜厚               ：５０μｍ
形成されたダイヤモンドについてＸ線解析を行った結果、ダイヤモンドは主に（１１１）面に配向していた。上記気相合成ダイヤモンドを被覆したＳｉＣ焼結体を３×８ｍｍに切り出し、熱膨張率が４．８×１０-6／Ｋのコバールに活性銀ロウ付けを用いてロウ付けした。ダイヤモンド合成後及びロウ付け後にはダイヤモンド面の研磨は実施しなかった。ロウ付け後のダイヤモンド面の平坦度、面粗さは以下の通りであった。
平坦度：０．１μｍ
Ｒａ：０．５μｍ
【００１４】
（実施例２）
熱膨張率が４．２×１０-6／Ｋのシリコンに気相合成法でダイヤモンドを被覆した。気相合成法として熱フィラメントＣＶＤ法を用いた。熱フィラメントＣＶＤ法の合成条件は以下の通りである。
ダイヤ製造方法
原料ガス流量  Ｈ2  ：１００〜２００ｓｃｃｍ
ＣＨ4：２０〜５０ｓｃｃｍ
フィラメント温度   ：２２００〜２４００℃
基板温度           ：６００〜９００℃
圧力               ：１０〜５００Ｔｏｒｒ
膜厚               ：０．４ｍｍ
形成されたダイヤモンドについてＸ線解析を行った結果、ダイヤモンドは主に（１１０）面に配向していた。上記シリコンに気相合成法で被覆したダイヤモンド面を研磨し、ダイヤモンド部分の厚みを０．４ｍｍから０．３ｍｍにした。その後、シリコンを化学的処理により溶解しダイヤモンドから除去し、ダイヤモンドだけの板（ダイヤモンド自立膜）にした。得られたダイヤモンド自立膜を１０×２０ｍｍに切り出し熱膨張率が５×１０-6／Ｋの超硬合金に活性銀ロウ付けでロウ付けした。なお、ダイヤモンド自立膜の熱膨張係数は２．３×１０-6／Ｋであった。ロウ付けした後、２００℃に加熱しながら高温研磨し平坦度を０．２μｍにした。研磨後、イオンエッチングでダイヤモンド表面を粗面処理し面粗さをＲａ  ０．４μｍにした。
【００１５】
（実施例３）
熱膨張率が３．２×１０-6／Ｋの窒化ケイ素基材に公知のマイクロ波プラズマＣＶＤ合成法で気相合成ダイヤモンドを被覆した。マイクロ波プラズマＣＶＤ合成法の合成条件は以下の通りである。
ダイヤ製造方法
原料ガス流量  Ｈ2  ：２００ｍｌ／分
ＣＨ4：４ｍｌ／分
Ａｒ：５０ｍｌ／分
圧力               ：１００Ｔｏｒｒ
マイクロ波発振器出力：８００Ｗ
膜厚               ：４０μｍ
形成されたダイヤモンドについてＸ線解析を行った結果、ダイヤモンドは、主に（１１０）面に配向していた。上記気相合成ダイヤモンドを被覆した窒化ケイ素を１２×１２ｍｍに切り出し、熱膨張率が４．５×１０-6／ＫのＦｅＣｏＮｉ合金に金圧着で接合した。金圧着後、ダイヤモンド面を研磨加工した。研磨後のダイヤモンド面の平坦度、面粗さは以下の通りであった。
平坦度：０．１μｍ
Ｒａ：０．０２μｍ
【００１６】
（比較例１）
石英ガラス（熱膨張率０．４７×１０-6／Ｋ）をコバールにロウ付けし、研磨後、表面をサンドブラストで粗面化した。寸法、平坦度、面粗さは以下の通りである。
寸法：４×７ｍｍ
平坦度：０．０５μｍ
Ｒａ：０．３μｍ
【００１７】
（比較例２）
石英ガラスをＦｅＮｉＣｏ合金にロウ付けした後、石英ガラス表面を鏡面加工した。寸法、平坦度及び面粗さは以下の通りである。
寸法：３×１２ｍｍ
平坦度：０．０４μｍ
Ｒａ：０．０１μｍ
【００１８】
（試験例）
金バンプ又ははんだボールのついた半導体チップに上記実施例及び比較例の平坦化工具で平坦化作業を実施した。１００ショット毎に表面をアルミナ砥石で約２０秒間（押し付け圧力１ｋｇｆ）表面を揺動させクリーニングした。試験条件を表１にまとめる。
【００１９】
【表１】
2006179795.tif 000003
【００２０】
試験の結果は表２の通りとなった。
【表２】
2006179795.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】平坦化工具を模式的に示した説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１    平坦化工具
２    先端材料
３    シャンク部
【図１】
2006179795.tif 000005