(57)【要約】【解決手段】静電気的または動電気的手段により直接または中間の道具を用いる、のいずれかの方法で、基板にパターン状に粒子を塗工する方法である。静電気的または動電気的手段により直接または中間の道具を用いる、のいずれかで、電子機器基板に一定パターンで半田金属などの金属粒子を塗工する方法である。【選択図】図２０
2007524230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子パターンをマスクした面またはマスクしていない面を有する基板に塗工する方法であって、
該方法は以下からなる：
少なくとも基板のマスクした面の一定部位に静電電荷を印加して、電荷を保持するマスクされた面を得て；そして
電荷を保持するマスクされた面を有する基板を粒子が移動可能な流体媒体中で粒子に触れさせ、ここで、粒子は電荷を保持するマスクされた面上の電荷と極性が同じ電荷を有するものであり、それにより静電気的に粒子が基板のマスクしていない面に沈積するものである。
【請求項２】
基板を粒子に接触させる間、マスクをしていない面を電気的にアースに接続することを含む請求項１の方法。
【請求項３】
基板を粒子に接触させる間、マスクをしていない面を電位に接続して前記沈積を助長することを含む請求項１の方法。
【請求項４】
基板を粒子に接触させた後に、電荷を付与する工程を繰り返してマスク面上に電荷を再発生させ；そして
基板を粒子に接触させる工程を繰り返して基板のマスクされない面上の粒子上に追加の粒子を沈積させる請求項１、２または３の方法。
【請求項５】
基板を粒子に接触させる間、基板を振動させることを含む請求項１、２または３の方法。
【請求項６】
エッジ効果の抑制のために帯電を逃散させる目的で基板の不使用面上に暴露される下地金属層のバンドを基板が有する請求項１、２または３に記載の方法。
【請求項７】
バンプ下地金属層、マスクした面およびマスクされていない面を有する電子機器基板に粒子パターンを塗工する方法であって、該方法は以下からなる：
静電電荷を電子機器基板の少なくともマスクされた面の相当に印加して、帯電したマスク化面を得る；
電荷を保持するマスクした面を有する電子機器基板に粒子が移動性の流体中で粒子に接触させ、該粒子は電荷を保持するマスクされた面の電荷と同じ極性の電荷を有し、かくして静電気的に粒子を基板のマスクしていない面に沈積させる。
【請求項８】
マスクした面はバンプ下地金属層上にパターンのポリマーマスク面からなり、そしてマスクしていない面はポリマーマスク面で覆われていない暴露バンプ下地金属層からなる請求項７の方法。
【請求項９】
粒子が半田金属粒子からなる請求項８の方法であって、該方法は下を含む：
静電電荷を基板のポリマー・マスク面の少なくとも相当に印加し、それはコロナ放電発生器を前記基板のポリマー・マスク面の相当の近くに通すことによるもので、かくして電荷保持マスク面を得て；そして
電荷を保持するマスク面をその上に有する基板に半田金属粒子が移動性の誘電性流体中で半田金属粒子を接触させ、該半田金属粒子は電荷保持マスク面上の電荷と同じ電気極性を有し、かくして静電気的に半田金属粒子を暴露バンプ下地金属層上に沈積させる。
【請求項１０】
誘電性流体中で半田金属粒子を基板に沈積させる間、バンプ下地金属層を接地することを含む請求項９の方法。
【請求項１１】
誘電性流体中で基板を半田金属粒子に接触させる間、前記沈積を促進させる電源にバンプ下地金属層を接続することを含む請求項９の方法。
【請求項１２】
基板を半田金属粒子に接触させる間、基板を振動させることを含む請求項１０または１１の方法。
【請求項１３】
粒子が半田金属粒子からなる請求項８の方法であって、該方法は以下のことからなる：
静電電荷を基板のポリマーマスク面の少なくとも相当に印加し、それはコロナ放電発生器を前記ポリマーマスク面の少なくとも相当を通過させ、それにより電荷を保持するマスク面を得て；
誘電性流体中で半田金属粒子を電荷保持面をその上に有する基板に接触させ、流体中では半田金属粒子は移動性であり、半田金属粒子は前記電荷保持マスク面の電荷と同じ極性の電荷を有し、かくして静電気的に半田金属粒子が暴露バンプ下地金属層上に半田金属粒子を沈積させ；
静電電荷を基板のポリマーマスク面の少なくとも相当に印加し、これはコロナ放電発生器を前記基板のポリマーマスク面の少なくとも相当に通すことにより行なわれ、かくして電荷保持マスク面上に電荷を再生させる工程を繰り返し；
電荷保持マスク面をその上に有する基板を誘電性流体媒体中で半田金属粒子に接触させ、該流体中では半田金属粒子は移動性であり、半田金属粒子は電荷保持マスク面の電荷と同じ極性の前記電荷を有するものである工程を繰り返し、
かくして、暴露バンプ下地金属層上に沈積した半田金属粒子上に静電気的に追加の半田金属粒子を沈積させる。
【請求項１４】
誘電性流体媒体中の半田金属粒子を基板に接触させる間で接触工程を繰り返す間、バンプ下地金属層を接地することを含む請求項１３の方法。
【請求項１５】
基板を誘電性流体媒体中で半田金属粒子を接触させる間で接触工程を繰り返す間、沈積を容易にするためにバンプ下地金属層を電源に接続することを含む請求項１３の方法。
【請求項１６】
半田金属粒子を基板に接触させる間で接触を繰り返す間、基板を振動させることを含む請求項１３、１４または１５の方法。
【請求項１７】
粒子が平均粒径が少なくとも約１００μｍを有する球からなる請求項８の方法であって、該方法は以下からなる：
基板のポリマーマスク面の少なくとも相当に静電電荷を印加し、これはコロナ放電発生器を前記ポリマーマスク面の少なくとも相当に通過させることによるもので、かくして電荷保持マスク面を得て；そして
電荷保持マスク面をその上に有する基板を誘電性流体媒体中で半田金属球を基板に接触させ、該流体媒体中では半田金属球は移動性であり、半田金属球は電荷保持マスク面上の電荷と同一の極性を有し、かくして静電気的に近接させるバンプ下地金属層上に半田金属を沈積させる。
【請求項１８】
基板を誘電性流体媒体中の半田金属球に接触させる間、バンプ下地金属層を接地することを含む請求項１７の方法。
【請求項１９】
基板を誘電性流体媒体中の半田金属球に接触させる間、沈積を容易にするためにバンプ下地金属層に電位を付与することを含む請求項１７の方法。
【請求項２０】
基板を半田金属球に接触させる間基板を振動させる請求項１７、１８または１９の方法。
【請求項２１】
エッジ効果を抑制する目的で基板の不使用面上に近接させる下地金属層のバンドを基板が有するう請求項７の方法。
【請求項２２】
マスクした面とマスクしない面とを有する基板に粒子パターンを塗工するための方法であって、該方法は以下からなる：
基板を粒子を含む動電気的溶液に浸漬させ、ここで基板のマスクしていない面は電極を構成し；
反対電極を動電気的溶液に浸漬させ；そして
電極と反対電極を電源の反対極性に接続して反対電極と電極間に電位差を発生させ、かくして動電気的に電極を構成する基板のマスクしていない部分に粒子を沈積させる。
【請求項２３】
沈積の間基板を振動させる請求項２２の方法。
【請求項２４】
エッジ効果を抑制するために電荷逃散の目的で基板の不使用面に近接させる下地金属層のバンドを基板が有する請求項２２または２３の方法。
【請求項２５】
バンプ下地金属層、マスクした面およびマスクしない面を有する電気機器基板に粒子パターンを塗工する方法であって、該方法は以下からなる：
マスクした面とマスクしない面とを有する基板に粒子パターンを塗工するための方法であって、該方法は以下からなる：
電子機器基板を粒子を含む動電気的溶液に浸漬させ、ここで基板のマスクしていない面は電極を構成し；
反対電極を動電気的溶液に浸漬させ；そして
電極と反対電極を電源の反対極性に接続して反対電極と電極間に電位差を発生させ、かくして動電気的に電極を構成する基板のマスクしていない部分に粒子を沈積させる。
【請求項２６】
マスクされた面がバンプ下地金属層上のパターンのポリマーマスク面からなり、マスクされない面が暴露バンプ下地金属層でポリマーマスク面で覆われていないものからなり、そして粒子は半田金属粒子からなる請求項２５の方法。
【請求項２７】
沈積の間基板を振動させる請求項２５または２６の方法。
【請求項２８】
粒子が約３００μmと１ｍｍの間の平均粒径を有する半田金属球からなる請求項２６の方法。
【請求項２９】
沈積の間基板を振動させる請求項２８の方法。
【請求項３０】
基板が、エッジ効果を抑制するために電荷逃散の目的で基板の未利用の面上に暴露金属層のバンドを有する請求項２５、２８または２９の方法。
【請求項３１】
基盤に粒子パターンを塗工する方法であって、該方法は以下からなる：
静電電荷を、導電性領域と非導電性領域により区画されるパターン化されたツール面の非導電性領域に印加して帯電してパターン化されたツール面を得て；
誘電性流体中で粒子に帯電してパターン化されたツール面を近接させ、該粒子は電気化学的電荷を有し、かくして一定量の粒子が帯電してパターン化されたツール面上の導電性領域に吸着し導電性領域に粒子が吸着したパターン化されたツール面が得られ；そして
粒子が吸着するパターン化ツール面を基板面に近くに近接させ、かくして粒子の一定量の少なくとも一部をパターン化ツール面上のパターンにより区画される基板パターンにパターン化ツール面から基板面へ移動させる。
【請求項３２】
パターン化ツールは、導電性層をその上に有する絶縁支持体からなる請求項３１の方法。
【請求項３３】
絶縁支持体がポリイミドおよびエポキシ樹脂からなる群から選ばれる材料からなる請求項３２の方法。
【請求項３４】
導電性層が、インジウム−錫−酸化物、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、ＴｉＷ、Ａｕ、ＮｉおよびＣｕからなる群から選ばれる材料からなるものである請求項３２の方法。
【請求項３５】
導電性層が、インジウム−錫−酸化物、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、ＴｉＷ、Ａｕ、ＮｉおよびＣｕからなる群から選ばれる材料からなるものである請求項３３の方法。
【請求項３６】
パターン化ツールが、シリコン板をレーザー光線を照射して部分的に放電させた帯電シリコン板からなる請求項３１の方法。
【請求項３７】
パターン化ツールが、レーザー光線を照射して電導性の潜像パターンを付与することで形成された導電性領域を有する未帯電シリコン板からなる請求項３１の方法。
【請求項３８】
半田金属粒子のパターンを電子機器基板に塗工する方法であって、該方法は以下からなる：
導電性領域と非導電性領域により区画されるパターンからなるパターン化されたツール面の非導電性領域に静電電荷を印加して、帯電してパターン化されたツール面を得て；
帯電してパターン化したツール面を誘電性流体中の半田金属粒子に近接させ、該半田金属粒子は電気化学的電荷を有し、かくして半田金属粒子の一定量がパターン化されたツール面の導電性領域に吸着しそして導電性領域に吸着した半田金属粒子でパターン化したツール面を得て；
半田金属粒子が吸着したパターン化されたツール面を電子機器基板面にごく近接させ、かくして半田金属粒子の一定量の少なくとも一部を、パターン化ツール面上のパターンにより画定される基板パターンでもってパターン化ツール面から基板面へ移動させる。
【請求項３９】
パターン化ツールが導電性層を有する絶縁支持体からなる請求項３８の方法。
【請求項４０】
パターン化ツールが、導電性層を有し、該導電性層上にパターン状の非導電性ポリマーを有する絶縁支持体からなる請求項３８の方法。
【請求項４１】
絶縁支持体がポリイミドおよびエポキシ樹脂からなる群から選ばれる材料からなる請求項３９の方法。
【請求項４２】
絶縁支持体がポリイミドおよびエポキシ樹脂からなる群から選ばれる材料からなる請求項４０の方法。
【請求項４３】
導電性層が、インジウム−錫−酸化物、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、ＴｉＷ、Ａｕ、ＮｉおよびＣｕからなる群から選ばれる材料からなるものである請求項３９の方法。
【請求項４４】
導電性層が、インジウム−錫−酸化物、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、ＴｉＷ、Ａｕ、ＮｉおよびＣｕからなる群から選ばれる材料からなるものである請求項４０の方法。
【請求項４５】
パターン化ツールが、シリコン板をレーザー光線を照射して部分的に放電させた帯電シリコン板からなる請求項３８の方法。
【請求項４６】
パターン化ツールが、レーザー光線を照射して電導性の潜像パターンを付与することで形成された導電性領域を有する未帯電シリコン板からなる請求項３８の方法。
【請求項４７】
粒子パターンを基板に塗工する方法であって、該方法は以下からなる：
導電性領域と非導電性領域により区画されるパターンからなるパターン化されたツール面の導電性領域に電位を印加し；
パターン化したツール面を誘電性流体中の半田金属粒子に近接させ、該粒子は電気化学的電荷を有し、かくして半田金属粒子の一定量がパターン化されたツール面の導電性領域に吸着し、該面に電位が印加され、かくして導電性領域に吸着した粒子でパターン化したツール面を得て；そして
粒子が吸着したパターン化されたツール面を基板面にごく近くに近接させ、かくして粒子の一定量の少なくとも一部を、パターン化ツール面上のパターンにより画定される基板パターンでもってパターン化ツール面から基板面へ移動させる。
【請求項４８】
パターン化ツールが導電性層を有する絶縁支持体からなる請求項４７の方法。
【請求項４９】
パターン化ツールが、導電性層を有し、該導電性層上にパターン状の非導電性ポリマーを有する絶縁支持体からなる請求項４７の方法。
【請求項５０】
絶縁支持体がポリイミドおよびエポキシ樹脂からなる群から選ばれる材料からなる請求項４８の方法。
【請求項５１】
絶縁支持体がポリイミドおよびエポキシ樹脂からなる群から選ばれる材料からなる請求項４９の方法。
【請求項５２】
導電性層が、インジウム−錫−酸化物、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、ＴｉＷ、Ａｕ、ＮｉおよびＣｕからなる群から選ばれる材料からなるものである請求項４８の方法。
【請求項５３】
導電性層が、インジウム−錫−酸化物、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、ＴｉＷ、Ａｕ、ＮｉおよびＣｕからなる群から選ばれる材料からなるものである請求項４９の方法。
【請求項５４】
パターン化ツールが、シリコン板をレーザー光線を照射して部分的に放電させた帯電シリコン板からなる請求項４７の方法。
【請求項５５】
パターン化ツールが、レーザー光線を照射して電導性の潜像パターンを付与することで形成された導電性領域を有する未帯電シリコン板からなる請求項４７の方法。
【請求項５６】
半田金属粒子のパターンを電子機器基板に塗工する方法であって、該方法は以下からなる：
導電性領域と非導電性領域により区画されるパターンからなるパターン化されたツール面の導電性領域に電位を印加し；
帯電してパターン化したツール面を誘電性流体中の半田金属粒子に近接させ、該半田金属粒子は電気化学的電荷を有し、かくして半田金属粒子の一定量がパターン化されたツール面の導電性領域に吸着させ、そして該面に電位が印加されたものであり、そしてかくして導電性領域に吸着した半田金属粒子でパターン化したツール面を得て；そして
半田金属粒子が吸着したパターン化されたツール面を電子機器基板面にごく近くに近接させ、かくして半田金属粒子の一定量の少なくとも一部を、パターン化ツール面上のパターンにより画定される基板パターンでもってパターン化ツール面から基板面へ移動させる。
【請求項５７】
パターン化ツールが導電性層を有する絶縁支持体からなる請求項５６の方法。
【請求項５８】
パターン化ツールが、導電性層を有し、該導電性層上にパターン状の非導電性ポリマーを有する絶縁支持体からなる請求項５６の方法。
【請求項５９】
絶縁支持体がポリイミドおよびエポキシ樹脂からなる群から選ばれる材料からなる請求項５７の方法。
【請求項６０】
絶縁支持体がポリイミドおよびエポキシ樹脂からなる群から選ばれる材料からなる請求項５８の方法。
【請求項６１】
導電性層が、インジウム−錫−酸化物、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、ＴｉＷ、Ａｕ、ＮｉおよびＣｕからなる群から選ばれる材料からなるものである請求項５７の方法。
【請求項６２】
導電性層が、インジウム−錫−酸化物、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、ＴｉＷ、Ａｕ、ＮｉおよびＣｕからなる群から選ばれる材料からなるものである請求項５８の方法。
【請求項６３】
パターン化ツールが、シリコン板をレーザー光線を照射して部分的に放電させた帯電シリコン板からなる請求項５６の方法。
【請求項６４】
パターン化ツールが、レーザー光線を照射して電導性の潜像パターンを付与することで形成された導電性領域を有する未帯電シリコン板からなる請求項５６の方法。
【請求項６５】
半田金属粒子のパターンを電子機器基板に塗工する方法であって、該方法は以下からなる：
導電性領域と非導電性領域により区画されるパターンからなるパターン化されたツール面の非導電性領域に静電電荷を印加して、帯電したパターン化ツール面を得て；
帯電してパターン化したツール面を誘電性流体中の半田金属粒子に近接させ、該半田金属粒子は電気化学的電荷を有し、かくして半田金属粒子の一定量をパターン化されたツール面の導電性領域に吸着させ、そしてかくして導電性領域に吸着した半田金属粒子でパターン化したツール面を得て；そして
半田金属粒子が吸着したパターン化されたツール面を電子機器基板面にごく近くに近接させ、そして半田金属粒子を加熱し、かくして半田金属粒子の一定量の少なくとも一部を、パターン化ツール面上のパターンにより画定される基板パターンでもってパターン化ツール面から基板面へ移動させる。
【請求項６６】
吸着した半田金属粒子でパターン化したツール面を電子機器基板面にごく近くに近接させる前に、半田金属粒子を部分的にリフローさせて半田金属粒子をさらにパターン化したツール面に吸着させる請求項６５の方法。
【請求項６７】
半田金属粒子のパターンを電子機器基板に塗工する方法であって、該方法は以下からなる：
導電性領域と非導電性領域により区画されるパターンからなるパターン化されたツール面の導電性領域に電位を印加し；
パターン化したツール面を誘電性流体中の半田金属粒子に近接させ、該半田金属粒子は電気化学的電荷を有し、かくして半田金属粒子の一定量をパターン化されたツール面の導電性領域に吸着させ、そして該面に電位が印加されたものであり、そしてかくして導電性領域に吸着した半田金属粒子でパターン化したツール面を得て；そして
半田金属粒子が吸着したパターン化されたツール面を電子機器基板面にごく近くに近接させ、そして半田金属粒子を加熱し、かくして半田金属粒子の一定量の少なくとも一部を、パターン化ツール面上のパターンにより画定される基板パターンでもってパターン化ツール面から基板面へ移動させる。
【請求項６８】
吸着した半田金属粒子でパターン化したツール面を電子機器基板面にごく近くに近接させる前に、半田金属粒子を部分的にリフローさせて半田金属粒子をさらにパターン化したツール面に吸着させる請求項６７の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野
本発明は粉体、粒子、球および他の材料を基板上に沈積させることによりパターン化された製品を製造する方法に関する。
【０００２】
発明の背景
多くの応用において、基板上に所定パターンで粒子を塗工する要望がある。このような応用の一つは、シリコン・ウエハ上に半田合金をパタン−化して形成することである。望みの図形を描くには正確さが必要であるので、従来の粉末塗工の方法は不充分となる。典型的なシリコン・ウエハ基板は、例えばパッドまたはバンプ（突起電極）下地金属層（ＵＢＭ）などの、相対的に高密度に暴露下地金属層としての接点が存在し得て、それは例えば、約１００μｍの径で、約２５０μｍのピッチ間隔である。
【０００３】
米国特許第５８１７３７４号明細書は粒子床、マスクおよび誘電体レセプターを用いる粉体パターン化方法を開示する。誘電体レセプターは、一時的に電荷を受容し、それは粒子を吸引してマスクを通して移動しそしてマスクにより画定されるパターン状にレセプターに接着する。
【０００４】
さらに、不規則または迷走粒子分布ができないように粒子は望みのパターンで確実に沈積するのが重要である。多くの沈積方法は、結果的にいわゆる“エッジ効果”を起こし、それは下地金属層周辺付近にオーバーデポジションする金属粒子の不均一帯となるものである。沈積の間にエッジ効果を減少させることは最終製品に均一性を付与できることになるので望ましいことである。
【０００５】
混合電子素子基板（mixed-electronic  component  substrate）は単一基板で多様な機能を達成できるものであるが、しかし個々の素子ごとに適切な半田バンプの厚みを変える必要がある。各沈積毎に洗浄が必要とする特殊なステンシルが必要なので、厚みを変えて基板を製造するのは、従来のステンシル印刷法では煩わしい方法である。このため、単一のステップで半田バンプの厚みを制御して基板を製造する方法を開発することが望まれている。
【０００６】
発明の要約
本発明のいくつかの態様では基板にパターン化して粒子を沈積する方法とその装置を提供する。
簡単には、それ故、本発明は、遮蔽表面と暴露表面を有する基板に粒子のパターンを塗工する方法である。本方法は静電電荷を少なくとも基板の遮蔽面に印加して電荷保持遮蔽面を生じさせて；その上に電荷保持遮蔽面を有する基板を粒子が移動可能な流体中で粒子に接触させ、ここで該粒子は電荷保持遮蔽面上の電荷と同一極性の電荷を有しており、それにより、粒子を基板の暴露面上に静電気的に沈積させることからなる。
【０００７】
本発明の他の態様は、粒子を含む動電気溶液に基板を浸漬することからなる方法であり、これは基板の暴露面が電極を構成し、動電気溶液に反対電極を浸漬し；そして電極と反対電極を電源の反対極性に接続し反対電極と電極間に電位差を生じさせ、そして、それにより電極を構成する基板の暴露部分上に動電気的に粒子を沈積させることからなる。
【０００８】
他の態様では、本発明は、導電性領域と非導電性領域により画定されるパターンを有するパターン化道具（ツール）面の非導電性領域に静電気を印加して、帯電したパターン化道具表面を生じさせることにより、基板上にパターン化した粒子を塗工し；誘電性流体中で帯電したパターン化道具表面を粒子に近接させ、該粒子は電気化学電荷を有しており、それにより粒子の電荷はパターン化道具表面の導電性領域に吸着し、それにより導電性領域に粒子が吸着したパターン化道具表面を生じ；そして粒子が吸着しているパターン化道具表面を基板表面に接近して暴露させて、それにより粒子の少なくとも一部を基板表面に移動させてパターン化道具表面上のパターン形状に基板がパターン化される。
【０００９】
本発明は、また導電性領域と非導電性領域により画定されるパターンからなるパターン化された道具表面の導電性領域に電位差を与えることを含む基板に粒子パターンを付与する方法を含み、それは、パターン化された道具表面を誘電体流体中の粒子に暴露し、該粒子は電荷を有し、それにより多量の粒子をパターン化された道具表面の電荷が印加されている導電性領域に吸着させ、そしてそれにより粒子が導電性領域に吸着したパターン化された道具表面が得られ、そして粒子が吸着したパターン化された道具表面を基板面に接近して暴露させ、それにより相当量の粒子の少なくとも一部をパターン化された道具表面から基盤面にパターン化した道具面のパターンに従い移動させるものである。
【００１０】
本発明はまた、基板が電子素子基板、バンプ下地金属層の電子素子基板および粒子が半田金属粒子である前述の方法を指向している。
本発明の他の態様と目的は次ぎに部分的に明らかにされ、そして部分的に記載される。
【００１１】
図面の簡単な説明
図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃは本発明の方法により調製される半田バンプの顕微鏡写真である。
図２-７は、本発明により粒子が塗工される基板の調製を図により説明する図である。
図８-１６は、本発明により静電気ベースの粒子が沈積する様子を示す図により説明する図である。
図１７は、本発明により動電気ベースの粒子が沈積する様子を示す図により説明する図である。
図１８-１９は、本発明による印刷道具の使用を示す図により説明する図である。
図２０は、本発明により基板上に沈積した半田粒子の顕微鏡写真である。
図２１−２４は、エッジ効果を扱う出願人の方法を説明するウエハの写真である。
【００１２】
発明の詳細な説明
本発明には、基板上のパターンで粒子が選択的に沈積することが関連する。一つの適用は、シリコン基板のような電子機器素子上の金属相互接続構造上の半田沈積であり、基板相互接続構造と基板に接続される素子との間に電子相互接続を与えるものである。本発明は、電子素子基板上の半田金属粒子に関連してここに記載され、その粒子はパターン化されて沈積されそしてリフローされ、たとえば、図１に示される中間基板が得られる。本発明は、多くの粒子蓄積の状況を含む。半田金属としての性質と電子素子基板としての基板の性質は、本発明の適用には重要ではない。
【００１３】
本発明の第１の態様では、粒子は静電気態様で沈積する。第２の態様では、粒子は動電気態様で沈積する。沈積する粒子は粒径がμｍサイズの大きさの粒子から中間サイズの大きさの粒子までから、直径が数１００μｍから１ｍｍまでの桁を有する球状まである。
【００１４】
静電気ベースの沈積
本発明の静電気ベースの沈積態様を要約すると、基板は電荷を保持するマスクでパターン化される。電荷保持マスクに電荷を印加するためにはコロナ放電が利用される。液トナー中の帯電粒子は基板の特定サイトに移動される。マスクの荷電は粒子状の荷電と同じ符号（+／−）である。粒子は、粒子と同じ荷電を有する領域、すなわちマスクから排斥される。基板は電極と同様に働き、電位差を有し、帯電マスクと並列すると粒子を吸引する。多くの態様ではこの電位差はアースを構成する。このようにイメージの画定とコントラストが達成される。
【００１５】
特定の方法では、第１の段階は基板調製である。本発明の一適用では、方法の到達点は図１の製品を得ることであり、そこではここの半田バンプを有する電子素子基板が得られる。この態様では、基板１０は、シリコン・ウエハ基板で３種の下地金属層が重なっている。特に、図２に断面図で図解されるように、アルミニウム・シード層１４がシリコン・ウエハ１２上に直接沈積され、その上にニッケル−バナジウム層１６が、そして最後に銅層１８が重なる。Ａｌシード層１４は、例えば、約０．１μｍの厚み程度であり．約１００と１０００オングストロームの間にある。ＮｉＶ層１６は、約５００オングストロームの厚みにあり、例えば、約１００と約１０００オングストロームの間にある。Ｃｕ層１８は、約１μｍの厚みにあり、例えば約０．５μｍと約５μｍの間にある。これはＵＢＭ配列の一つの例示であり、それは工業上唯一の配列ではなく、そして配列自身は本発明に重要ではない。
【００１６】
次の段階は、一定の個所では下地のＡｌまでＵＢＭを除去し、他の個所ではこの除去作用からＵＢＭを保護する基板上のマスクを画定することである。このためには、基板１０は、感光剤を含む非電導被覆でオーバーコートされる。このコートは、アクリルベース、ポリイミドベース、市販のエポキシ・ベースのＰＷＢ半田マスクコートおよび種々の市販の有機光画像化感光性コーティングから選択される。一つの好適なポリマーは、厚膜のスピンコート感光性ポリマーで、名称ＡＺＰＤＰ１００ＸＴまたはノボラック・ベースのＡＺＰＬＰ−１００として入手可能であり、両者ともニュージャージー  ブリッジウオーターのクラリアントから販売される。他には、ポリスチレン・ベースの材料で商品名フューチャーレックスとして入手可能である。このコーティングは、シリコン・ウエハの半田バンプには厚み約１μｍと約２５０μｍの間であり、半田粒子を収納する相互接続構造のサイズに依存する。
【００１７】
基板は例えば、ボックス型オーブンの温和な硬化にかけられる。基板上のポリマーは完全に硬化されないが、しかし基板を注意深くハンドリングすれば樹脂の損失がないという程度には十分な強度が得られるという意味で温和に硬化される。固体のマスクは、その後樹脂を光硬化するために基板上に整列される。マスク上のパターンはマスクを通して紫外線を透過し、特定の個所のポリマーを硬化し他の個所の硬化を防止する。特に、マスクは半田粒子を受容する基板上の相互接続構造が存在する位置へのＵＶ光線を閉鎖する。マスクは基板の他の個所はＵＶ光線を通過させることができる。マスクの整列後、基板１０は、マスクを通してＵＶ光線を照射し、重合体の架橋により重合体を硬化する。光硬化後、マスクは除去されて、ポリマーは光硬化されなかった領域から洗い落とされる．ポリマーは次いで、さらに架橋され、例えば、約１１０℃と約１５０℃の間で、約３０分間またはそれ以上でオーブン硬化される。上記ではネガ型ホトレジスト材料を硬化させる光の作用を述べたが、代わりの態様では、ポジ型のホトレジスト材料を用いる。前記の操作では図３に示す基板表面が得られて、Ａｌ  １４、ＮｉＶ  １６とその上のＣｕ  １８の連続層からなり、そしてパターン化されたマスク２０がその上にある。
【００１８】
パターン化されたマスク２０は、一定の個所での下地のＡｌまでのＵＢＭの除去を助けて他の個所ではこの除去からＵＢＭを保護する。特に、基板１０は、次ぎに、湿式エッチング工程に供されて、ＣｕとＮｉＶまたは他のＵＢＭをエッチングで除去し、Ａｌを暴露する化学処理である。マスクは表面の他の個所を保護する。図４に示すように、この操作により、Ａｌ表面が暴露し、周期的にマスクが上部の島形状となる。それぞれの島は、ＮｉＶ層１６、Ｃｕ層１８、および光防護上部マスク層２０からなる。各島の上部のマスク層２０はポリマー供給者の特定の指示に従い除去されて、図５に示される様に、元のＡｌ表面１４を含み、ＮｉＶ  １６とＣｕ  １８がその上の島として構成される。
【００１９】
さらにマスクは、この基板上に構成されて、ＵＢＭ島上の金属粒子の沈積のガイドとなる。このマスクは、公知の方法で塗工され、例えば、連続してａ）スピンコーティングし、ｂ）ステンシルをとおしてＵＶ照射し、そしてｃ）未架橋のマスク前駆体を除去する。このマスクは設計されて、開口の夫々は夫々のＵＢＭ島よりも大である。それはまた設計されて、適当な半田量が沈積されてリフロー時に特定サイズの半田バンプが形成される高さを有する。これは基板１２が得られ、それは図６と７に示すように、連続するＡｌ層１４とＵＢＭ１６／１８島を含み、マスク材２４に囲まれ、各島の周りにはかなりＡｌが暴露される。最後のリフローの間各ＵＢＭ島の回りの暴露したＡｌにより、ＡｌがＵＢＭに比較して湿っていないので（以下に説明するように）、上に沈積した粒子がＵＢＭ上に押しやることとなる。
【００２０】
基板は予備湿潤され、それはアイソパールのような誘電液中に帯電指向剤を含む溶液で行なわれ、希釈剤で穴を充填しそして空気泡の生成を防止する。この予備湿潤は浸漬、浸漬と超音波活性化、スプレー、または超音波スプレーにより行なわれる。
【００２１】
基板は次いで、粒子沈積操作に供される。たとえば５〜７キロボルトの電位差を有するコロナ放電発生器の近くを基板の重合体上塗り層を通過させて重合体マスク面にコロナ放電を印加する。このようにして、この方法は基板の少なくともマスクした面に静電気を付与し荷電保持のマスクした面を得る。
【００２２】
図８に図で示されるように、一つの態様では、基板１０は、金属粒子３２のスラリー３０に浸漬され、それはフロリネートまたはアイソパールのような有機媒体を含み、空気、攪拌棒、攪拌羽、または他の物により攪拌される。この基板は図６の基板と同じであるが、しかしさらに図８に単純化されて示される。粒子沈積後基板の洗浄が容易であるのでスラリー中の基板の垂直配設は好ましい。この方法で上に荷電保持のマスクされた面を有する基板は、流体媒体中の粒子に暴露され、該媒体中を粒子は移動し、該粒子は荷電保持のマスクされた面上の電荷と同じ極性の電荷を有し、それにより粒子を静電気的に基板のマスクしていない面上に沈積させる。
【００２３】
基板はチャンク（図示せず）に取り付けられ、金属層は電気的に接続されて、粒子を吸引する電位を保持する。この電位は、正、負またはゼロ（アース）であり得る。その絶対値（正、負、またはゼロ）は、その相対値ほど重要ではない。粒子上の荷電とマスク上の荷電の相対値により、粒子がマスク上よりもむしろ金属層上に沈積しやすい。たとえば、粒子３２上の荷電が正で、マスク上のコロナ放電が負ならば、基板金属層はアースされるかまたは負の電位差がつけられる。もしも正または負の荷電が付与されるならば、Ａｌは電子駆動のバックプレーンとされる。
【００２４】
攪拌された被覆粒子３２は、ポリマーマスクの増強２４の間のなかの孔とＵＢＭ１８上へ吸引され、相互接続構造と接する半田粒子沈積が出来上がる。特に、被覆された粒子はコロナ放電されたマスクのオーバーレイヤーとは反発し、アースかまたは粒子を吸引する領域には吸引される。粒子は前もって電気的極性材料で被覆されてその上に化学的電荷が生じているのでこの吸引は促進される。この化学的電荷は次いで、同様に帯電するマスク２４よりもむしろ優先的にＵＢＭ下地金属層１８、すなわち、相互接続構造に吸引される。予備処理のコーティングが官能基的に酸性または塩基性のいずれであるかに依存して粒子上の化学電荷は正または負である。粒子はマスクの孔内部へ向かって下降し、それは立設するポリマー  オーバーレイヤー上の電気的電荷により発生する電場線に沿うものである。
【００２５】
適当な経過時間後、基板は溶液の上面に平行でないように垂直にまたはある角度でもって除去される。一つの好ましい態様では、基板は、除去の間、約１５度と約７５度の間の角度である。
【００２６】
基板をスラリーに完全に浸漬させることの代わりとしては、基板を溶液に暴露することとして、金属粒子溶液を基板上面に流延することが可能である。一つの態様として、金属粒子溶液の容器に隣接して基板を配設することによりこれは達成される。基板は好ましくは、溶液に対して斜行されて、溶液が基板に沿って流れ落ちることができる。一つの態様では、基板は垂直方向に対して約３０と約６０度の間の角度である。容器から導出される導管があり、それをとおして溶液は基板上へと流れて、次いで基板中を流れる。
【００２７】
本発明の種々の態様のそれぞれで、容器の底には好ましくは攪拌プロペラが設置され、粒子がスラリー状を維持するのを助ける。一つの態様では、プロペラは反時計方向に約５秒間回転し、ついで、逆回転して時計方向に約５秒間回転する。これが連続して繰り返されて一定の攪拌をする。この態様の回転速度は一分間に約７５０回転する程度である。
【００２８】
基板を振動させることが粒子沈積操作の間の一定の場合に有利であることが見出された。一つの態様では、沈積の個々の各段階の終わりで振動される。たとえば、もしも基板が３段階の粒子沈積を遂行するならば、基板は各粒子沈積段階の終了時に振動させられる。振動エネルギーは、適当な供給源、例えば、機械的供給源、磁力源、またはピエゾ電気的供給源から供給される。機械的な振動エネルギーは、基板チャックを介して基板に伝達される。磁力またはピエゾ電気力が使用されるならば、それらは変換器を介して基板に伝達される。この振動の所作により、ピンチオフやボイド無しで粒子がより稠密に下地金属層上へ沈積することが発見された。振動段階の持続時間は、１秒から数秒の間である。振動の振幅は、大体数μｍの大きさである。一つの態様では、振幅は、約１〜約１０μｍである。振動の振動数は、大体キロヘルツの大きさである。一つの態様では、振動数は、約５〜２０ｋＨｚの間である。一つの態様における振動エネルギーは、約０．１〜約１０ワットの範囲である。特定の理論に拘泥することなく、振動は、カラム中の粒子間の静電気的電荷を飽和させるかまたは中和させると考えられる。他の理論としては、振動はカラム中の粒子間における摩擦力を打ち消すかまたは中和させる。
【００２９】
本発明の任意の態様では、粒子沈積の段階は順次に沈積してピンチオフやボイドなしにより稠密に沈積する。特に、これは相対的に低いコロナ放電を利用する第１の沈積、相対的に中庸のコロナ放電を利用する第２の沈積、および相対的に高いコロナ放電を利用する第３の沈積に関する。たとえば、第１段では約１００〜約５００ｖの範囲のコロナ放電を基板に印加し；第２段では、約２００〜約７００ｖの範囲のコロナ放電を利用し；そして第３段では、約５００〜約１０００ｖの範囲のコロナ放電を利用する。これら３ケの反復は、簡単には３個の沈積フェーズに関係し、それはａ）凹所の底を充填し；ｂ）非導電性層の上部にすら、その上部にまで凹所を充填して、そしてｃ）既に沈積した粒子上部にまで溢れるように充填することに関係する。他の態様は、３個以外の、２個から数個の反復の数が変わる変形を利用する。この段階的沈積は沈積を稠密化し、そしてボイドとピンチオフを減ずるのを助けるようである。この様にして、それ故、本発明は、基板を粒子に暴露させた後、電荷を印加する段階を繰り返してマスクした表面に電荷を再生し、そして基板を粒子に近接させる段階を繰り返して基板のマスクしていない表面上の粒子上へ追加の粒子を沈積させる。
【００３０】
特別の理論に拘泥することなく、以下のように信じられ、それは、基板の最も深い構造に金属粒子を沈積させる初めの間、電場が強く、短い時間で多くの粒子が構造に押し込まれる機会が減少するならば、相対的に弱い電場ならば少ない粒子が下地金属層に吸引される結果となる。もしも電場が初めは強いならば、粒子は積極的に構造に押し込まれそして下地金属層への凹所の開口を絞るかまたは過度にボイドとなる結果になる。弱い電場ではあまり粒子を移動させず、多くの粒子が非伝導層の凹所に同時に入ることを強制されることなく、粒子は緊密に詰め込まれる。たとえで言うと、もしも乗客全員がドアに一度に殺到しなければ、それだけ多くの乗員が列車に乗車できるのであり、それはドアが混雑しすぎると、人の流入が絞られるからである。
【００３１】
さらに他の態様では、３個のような２個またはそれ以上の多くの繰り返しがあり、個々の反復では同じような強度のコロナ放電を行なう。各反復で新たなコロナ放電を行なう目的は、沈積の間に散逸により損失した電荷を補うためである。特に溶液の電気伝導性は相当な電荷を緩慢に散逸させる。一例では、沈積の前に、そしてその間に時々約８００ボルトのコロナ放電を印加する。
【００３２】
沈積後、基板は任意にリンス液に簡単に浸漬して洗浄され、沈積した粒子を含むマスク開口はフェースダウンする。これはまた、沈積をしたのと同じ容器で、そのまま（in-site）洗浄しても行なわれ、同時にスラリーの除去と粒子を含まない希釈剤で置換される。
【００３３】
基板の下地金属層上に半田粒子が沈積し、完全に浸漬する態様では基板がスラリーから除かれた後、残余の溶剤は基板を加温することにより乾燥される。この温度は典型的には３０〜６０℃の範囲であり、スラリーの溶剤の性質により変えられる。これにより図９に図示される半田粒子が乗った基板が得られる。図１０は基板を図解するものであり、そこでは沈積した粒子は図９の小さい粒子３０よりもむしろ中程度の大きさの半田粒子２８である。そして図１１は、沈積が、粉末３０や粒子２８よりも、半田球２６である基板を図示する。
【００３４】
半田は次いで、例えば標準型多重域半田リフロー・オーブンまたは、好ましくは低酸素リフロー・オーブン（＜１００ｐｐｍ、好ましくは＜２０ｐｐｍ）に置きかえられてリフローされる。基板は下から加熱されるが好ましい。リフローの間、金属粒子の被覆はフラックスの働きをする。液フラックスのスプレーなどのフラックス助剤はリフローを助けるために使用され得る。
【００３５】
マスクは個々のマスク製造業者のマスク剤のための指示により除去され、たとえば塩基性液による除去を行なう。これにより図１２に図示される様に、また図１に写真で示される様に半田バンプ３４が乗った基板が得られる。
【００３６】
本発明の範囲内にある代わりの沈積方法は上記したような二つのマスクを使うよりもただ一つのマスクを利用する。この態様では、平均径が少なくとも約１００μmの、たとえば約１００μmと約１ｍｍの間の金属半田球が、小さい粒子や粉末よりも使用される。マスク５２は、通常のホトリソグラフィー法によりパターン化されていない連続するＵＢＭ上部に形成され、それは図１３に図示されるようにウエハ基板４２上部の金属層４４、４６、４８および５０からなる。金属球５４は、上述した本発明の方法によりマスク開口を通して接近されたＵＢＭ上に静電気的に沈積される。沈積の性質は固体なので、開口は球の高さよりも浅いのであるが、球なので開口の位置合わせをやりやすい。沈積した球はゆで卵立ての卵またはゴルフティー上のゴルフのように、その場に保持される。球は続いてリフローされて、そしてマスク５２は除かれて、図１５の半田バンプ５４が得られる。それ故、ＵＢＭ材料層、リフロー化粒子の元のＵＭＢ材料以外で、従来の溶解および／または湿式エッチング技術により除去されて図１６に示す基板が得られる。
【００３７】
本発明の前述の方法は広い粒径範囲の金属粒子の沈積に好適である。一つの態様では粒子は粉末であり、典型的には平均粒径は約２と約１００μｍの間である。他の態様では、中間径の粒子であり、例えば平均粒径は約５０と約５００μｍの間である。他の態様では、相対的に大きな球であり、例えば、平均粒径は少なくとも約１００μｍあり、たとえば約１００μｍと約１ｍｍの間である。球の利点はそれが１００％稠密であるということであり、一方粉末では、大体５０％稠密となる。また球は同体積の粉末よりもより良く画定され、またリフロー後、同体積の半田を得るには、より小さい球が、より体積大の粉末よりも使用され得るので、球は粉末よりもより微細ピッチで沈積され得る。球はまた、上述の単一マスク技術を助長し、それはマスク・ホールが沈着高さよりもずっと浅いのである。
【００３８】
動電気ベースの沈着
本発明の態様を要約すると、基板はマスクでパターン化され、沈積されるべき粒子の懸濁液に浸漬されて、これは上記した静電気ベースの方法と同様である。動電気モードでは、しかし、基板は電極として働き、そして基板近傍には浸漬された反対電極がある。電圧が両電極間に印加されて、帯電粒子を基板へ引き寄せられる。懸濁の性質は調整されて、正しい液相伝導率と粒子の荷電対質量比が設定される。粒子が基板上の電位に引き寄せられ、そしてマスクには引き寄せられないので像の濃淡比が得られる。電解質からマスク材料へ電荷キャリアーが移動してマスクの電荷は蓄積する。
【００３９】
動電気ベースの沈積に特有の方法は、多くの点で静電気ベースの方法と同じであり、一つの相違点は静電気モードでは沈積の第１次の駆動力は、マスク上のコロナ放電による反対荷電の帯電から離れる帯電粒子の反発であるが、しかし、動電気モードでは駆動力は、帯電粒子の基板に印加された電位の反対電気極性への吸引力と、粒子が受ける誘導帯電と同一符号の誘導帯電を受けるマスクからの反発との組合せである。動電気モードの基板は電気接点に結合して下地金属層と反対電極との間に電位差を付与する。基板は、電極を構成する基板のマスクされていない部分と共に粒子スラリー（動電気溶液）に浸漬される。反対電極もまたスラリーに浸漬されて電気回路が完成する。スラーの上面に基板を垂直に配向させるのが好ましい。
【００４０】
粒子が処理されて負の化学電荷を有する場合下地金属層が正の極性となる電位が下地金属層と反対電極の間に印加される。その代りとしては、粒子が処理されて正の電荷を有する場合、下地金属層が負の極性である電位が下地金属層へ印加される。電位が印加され浸漬された基板６０と反対電極６１は図１７に概要を図示される。たとえば、回路の負の端末がスラリー中の反対電極板に取り付けられて、正の端末は下地金属層に接続される。または、回路の正の端末がスラリー中の反対電極板に取り付けられて、負の端末は下地金属層に接続される。
【００４１】
スラリー中の帯電粒子は下地金属層に引き寄せられて、それは粒子上の荷電とは反対極性の端末とされる。帯電粒子は基板下地金属層と反対電極の間の電位差により発生する電場の中を移動する。電極と反対電極が電圧供給の反対極性に結着されてその間に電位差を発生させるので、粒子は、電極を構成するマスクされていない部分の基板上に動電気的に沈積する。この態様では、マスクにコロナ放電を印加する必要はない。マスクは機械的な、また静電気的なバリヤーとして機能する。静電気は電解質を通してながれるキャリアー流によりマスク上に蓄積し、それは電場を形成し、そしてそれは電子的に帯電粒子をマスクの孔の中に追い立てる。
【００４２】
この方法は、たとえば、５０＋／−５０〜５００＋／−５００ＶのＡＣ電圧をかける単一の沈積工程を含む。代わりの態様では下地金属層と反対電極との間にかける電位差を変えて沈積させる方法を含む。一つの態様では、これは全ての沈積のすべてまたはそうでもない間に緩慢に電圧を上昇させる掃引または増加をすることを含む。他の態様では、より段階的に電圧を上昇させることである。たとえば、沈積の第1の期間では約５０＋／−５０Ｖと約５００＋／５００−Ｖの間電位をかけて；そして第２と第３の沈積の期間では約２００＋／２００−Ｖと約３００＋／３００−Ｖの間の電位をかけることを含む。これら３個の反復は、概ね沈積の３相に相当し、それはａ）凹所の底に充填する；ｂ）その上部にまで、非伝導層の上部にまですら、凹所を充填する；ｃ）既に沈積した粒子の上部に溢れるように充填する。他の態様は、３回以外の反復、例えば、２回から数回まで変化を含む。マスク・ホールの充填はより順序良く行なわれるので、この段階的な沈積によるとより稠密に沈積し、そしてボイドはピンチが少ないように思える。
【００４３】
沈積工程の他の要因について、電位は正弦波として、より好ましくは鋸歯状の波として印加する。周波数は約１０と１０００Ｈｚ、好ましくは約５０と５００Ｈｚの間、より好ましくは約７５と１５０Ｈｚの間である。沈積の時間は、約５〜約２０秒の範囲のような約２〜約３０秒の範囲であり、または、一つの具体的な態様では約８〜約１５秒の範囲である。基板と反対電極の距離は、約５と約６ｍｍの間が一つの態様である。一般的な提案では、この距離は約３と約１０ｍｍの間であり、最も典型的には約４と約７ｍｍの間である。
【００４４】
特別な理論があるわけではないが、基板構造の最深部へ金属粒子が沈積する初めの間では、比較的弱い電位差が、電位が強い場合よりも下地金属層へ引き付けられる粒子が少なく、短時間のうちに構造へ多くの粒子が殺到する機会を減少させる。もしも電位が初めに強いならば、粒子は構造に密集しそして下地金属層への開口ではじける（ピンチオフ）かまたは過剰のボイドになる。初めに弱い電位では粒子はあまり動かされず、下地金属層上へ密に詰め込まれて多くの粒子が同時に非伝導層の凹所へ押し込まれることはない。
【００４５】
適当な滞留時間後、基板は、垂直に、または溶液の上面に平行にならないような一定の角度をもって引き上げられる。一つの好ましい態様では、基板は除去の間垂直から約１５と約７５度の角度である。上記静電気モードで述べたような基板の振動はまた動電気モードでも有利であることが見出された。
【００４６】
沈積後、基板は任意にリンス液に簡単に浸漬されて洗浄され、それは沈積した粒子を含むマスク開口を下に向けて行なう。これはまた、沈積と同じ容器内でin-situ洗浄によることもでも可能であり、スラリーの除去と粒子を含まないリンス液で置換することを同時に含むものである。
【００４７】
基板は次いで、任意に、コロナ放電を印加して、沈積粒子に静電気クランプを付与する。特に、たとえば５〜７キロボルトの電位のコロナ発生器に基板を通過させて、コロナ放電を印加する。マスクに印加される静電気力のために、これにより粒子は適切に保持される。
【００４８】
残留溶剤は基板を加温して、典型的には３０℃〜６０℃の範囲で蒸発され、それはスラリ―溶剤の性質による。これにより半田粉末がのった図９に図示される型の基板が得られる。
【００４９】
半田は、次いでたとえば、標準的な多槽リフロー・オーブンまたは、好ましくは低酸素（＜１００ｐｐｍ、より好ましくは、＜２０ｐｐｍ）リフロー・オーブンに置くことでリフローされる。基板は下から加熱されるのが好ましい。リフローの間、金属粒子上のコーティングはフラックスとして機能する。スプレー型の液フラックスによるような補助フラックスはまたリフローを助けるために使用され得る。
【００５０】
マスク材のための製造者による特別な仕様、例えば、塩基性溶液による除去によりマスクは除去される。これにより、図１２に図示され、図１に写真で示されるような半田バンプを有する基板が得られる。
【００５１】
印刷用具による間接静電気的沈積
発明の更なる変形例では、単独の印刷用具（ツール）が使用されて基板に移動されるべき粒子のパターンを画定する。この印刷用具は伝導性層を表面に有する平坦面の絶縁支持材である。印刷用具の例はポリイミドやエポキシ樹脂からなり、約１と約２００μmの間の厚みを有し、用具面のサイズは径が約１ｃｍ〜約１００ｃｍの範囲にある。一つの好ましい態様では、導電性ベース層は、ガラスまたはＰＥＴフィルム上にスパッターにより塗布されて沈積したインジウム―錫―酸化物層である。他の導電性ベース層はたとえば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、ＴｉＷ、Ａｕ、ＮｉまたはＣｕである。スパッター塗布に代えて、ベース層は電気分解コーティング、無電解コーティングまたは他の下地金属層技術により沈積される。
【００５２】
伝導性層を■または陽の画像形成剤を含む非伝導コーティングで上塗りすることによりパターンが用具の平坦面上に形成される。この塗布は、アクリルベースのドライフィルム、光形成性ポリイミド、市販のＰＷＥ半田マスクコーティング、および種々の市販の有機光形成性の感光性コーティングの中から選択される。一つの適当なポリマーは、厚膜のスピン―オン感光性のポリマーで、これは名称ＡＺＰＤＰ１００ＸＴ、またはノボラック・ベースのＡＺＰＬＰ−１００として入手可能であり、両者ともニュージャージ、ブリッジウオーターのクライオンから得られる。他の材料は、エポキシ・ベースのＳＵ−８であり、マサチューセッツ、ニュートンのＭＣＣから入手できる。他は、ポリスチレン・ベースのい材料で、フューチャーレックスの商品名で入手できる。感光性コーティングはＵＶ光線に照射、現像され、印刷用具上に非伝導性パターンを形成する。
【００５３】
印刷ツール上の非伝導パターンには、ツールの平面のごく近くに約６０００ＶＤＣ（＋／−  ２００）の電圧の電線かまたはコロナ放電器に通過させてコロナ放電をかける。この方法で本発明は伝導領域と非伝導領域により画定されるパターンを有するパターン化された用具（ツール）面の非伝導領域に静電荷を印加し、それにより帯電したパターン化用具面が得られる。用具基板は、用具の導電領域を接地するためにアースされる。容量性に帯電したパターンを有する用具７０は粒子と液混合に対する（図１８）。用具は粒子と液混合に浸されて、粒子は接地伝導性ベース層が曝される用具の部分に取り込まれ、そして伝導性ベース層が、コロナ放電器で印加された容量性の電荷を帯電する非伝導性樹脂層でマスクされた部分では反対である。粒子は電場の電気力線に沿って非伝導パターンのホール中にまで流れ、この電気力線は非伝導パターン上にコロナ放電により発生する。このようにして帯電パターン化用具面は誘電流体中の粒子に近接させられて、該粒子は電気化学的電荷を有し、かくして一定量の粒子がパターン化用具面上の伝導領域に吸着し、それにより導電領域に粒子が吸着したパターン化用具面が得られる。緩く吸着している粒子はどれも純粋な誘電性液媒体で用具から洗浄除去される。この方法は、特に平均粒径が少なくとも約１００μｍ、たとえば約１００μｍと約１ｍｍの間である金属球を用いる方法に好結果をもたらすものである。
【００５４】
シリコン・ウェハや他の基板は誘電液に前もって湿潤されて調製される。基板は徹底的に接地された支持体に設置される。
用具から基板への粒子の移動は、粒子がそれに吸着したパターン化用具面を基板面のごく近くに近づけて、それによりパターン化用具面上のパターンにより画定される基板パターンでもって一定量の粒子の少なくとも一部をパターン化用具面から基盤の面に移すものである。一つの態様ではこれを達成するに、特に、帯電マスクの電圧に近い電圧に保持された帯電した洗浄済み基板がパターン化されるべき基板面上に載置されて、基板と用具面との間隔は２０と約３００μｍの間である（図１９）。基板の電圧はここでほとんどゼロボルトに切りかえられる；用具に比べて低電位であることにより粒子は基板に移り、用具面に画定するのと同じパターンが保持される。
誘電液はその後、基板から気化される。半田は融解されて基板に融着され、それは、たとえばオーブンで基板を焼いて、基板と半田をリフロー温度にまで加熱する従来の半田リフロー技術によるものである。
【００５５】
印刷用具を用いる間接的動電気沈積
正または負の電位が用具の導電層に印加されて、正または負に帯電した粒子をそれぞれ吸着す静電モードとは、この方法は相違する。それ故、電位はパターン化用具面に印加され、その面は導電領域と非導電領域で画定されるパターンを含む。用具上の非導電領域は帯電されない。用具は、粒子と液混合に湿潤され、または任意に浸漬され、そうして粒子は電位を有する導電性ベース層が曝される導電性層の開口の中へ入り、非伝導性樹脂でマスクされる導電性ベース層上の部分に対しては反対である。このようにして、パターン化用具面は誘電流体中で粒子に近接させられて、該粒子は電気化学的電荷を有し、それにより粒子の一定量が電位が印加されるパターン化用具面上の導電領域に吸着し、そして導電領域に吸着した粒子を有するパターン化用具面が得られる。緩い粒子は、純粋な誘電液媒体ですすいで用具から落とす。
【００５６】
シリコン・ウェハや他の受け基板は誘電液に前もって湿潤されて調製される。基板は徹底的に接地された支持体に設置される。
基板への移動は、粒子がそれに吸着しているパターン化用具面を電子機器または他の基板の表面へ近づけて曝し、そうして一定量の粒子の少なくとも一部をパターン化用具面から基板表面へパターン化用具面上のパターンで画定される基板パターンで移動させる。一つの態様ではこれを行なうために、帯電されて洗浄された用具は、パターン化されるべき基板面上に載置されて、基板と用具面の間隙は約２０μと約３００μｍの間である。用具と比較して基板は低電位であるので、粒子は基板に移動し、用具面上に画定されるのと同じパターンが保持される。
誘電液はその後、基板から気化される。半田は融解されて基板に融着され、それは、たとえばオーブンで基板を焼いて、基板と半田をリフロー温度にまで加熱する従来の半田リフロー技術によるものである。
図２０は、上記の印刷用具を用いる間接的動電気沈積で記載した方法による有機光伝導体（photoconductor）（ＯＰＣ）上へのＳｎ／Ｐｂ粉末の沈積を図示する。
【００５７】
粒子特性
本発明によれば、多種類の粒子が多種類の態様で沈積される。上記のように、この範囲は粉末から、中位の大きさの粒子や球にまでわたるのである。
一つの例では、粒子は、約１μｍと約１００μｍの間の平均粒径を有する半田粒子である。
一つの好ましい態様では、好ましい粉末はタイプ９粉末、すなわち、粒径分布は一次として約１０μｍと約２０μｍの間にある粉末である。電荷は、この粉末または、使用される粒子または球に印加されて、電荷調節剤で被覆してそれを動電気性とする。これは、例えば、スツルデバント  ウイスコンシンのジョンソン  ポリマーから入手されるジョンクリル６８２のような誘電性樹脂材料でもってスプレーにより初めに粉末を被覆することからなる。誘電性樹脂材料の目的は、酸性または水酸基表面とすることで、それに対して続いて塗布される電荷指向剤（charge  director）が化学的に反応する。被覆粉末は、たとえばエクソン・モービルから入手可能なアイソパール−Ｇのような適当な誘電特性を有する液に湿潤される。他の適当な液は、商品名  フローリネートで３−Ｍ社から入射可能な製品である。粉末は、約０．５〜約５０重量％の粉末／液  混合、および約１〜約２０容量％の粉末／液混合からなる。ポリ  レクチン電解質のような電荷調節材料が、次いでこの混合に添加され、その量はアイソパールのリッター当たり、約１０と２０，０００ミクロリッターの間の電荷調節剤の量である。
【００５８】
一つの態様では、蒸留水灌流で変性されたバリウム・ペトロネートが電荷指向剤として使用される。バリウム・ペトロネートは、それは沈積を自己制限的として、それ故より調製が可能となることが見出された。特に、ポリレシチンのような多くの電荷指向剤は、粒子が基板上に浸漬後、粒子から離れて溶液へ移る。バリウム・ペトロネートは、反対に、粒子に留まる。このように、沈積粒子上のバリウム・ペトロネート電荷は基板の局所的な静電気または動電気的駆動力と相殺する。沈積が進行すると、駆動力は結局、沈積する電荷と釣り合う。このようにして、溶液に混合されるバリウム・ペトロネート電荷指向剤の量；または画像形成用具の電圧（または電荷レベル）を調整することで沈積が調整され得る。
【００５９】
電荷指向剤としてのバリウム・ペトロネートの他の利点は、それは被覆していない粒子に使用され得ることである。特に、バリウム・ペトロネートは裸の金属表面に自身が付着するので最初に粒子を誘電性樹脂で被覆する必要がないのである。
粒子調製の代わりの材料と方法は、２００４年７月９日のアメリカ特許出願  名称  被覆金属粉末に開示され、その全ての内容が、明示的にここに参照として組み込まれる。
【００６０】
半田バンプの変動厚み
いくつかの応用では、同じ基板に厚みを変えて半田バンプを作るのが望ましい。たとえば、混合部品・印刷回路基板は各形式の部品のために異なる厚みのバンプを要する。このようなバンプ厚を変えるために、基板構造周りの穴の領域は減少されて低い高さの半田バンプが得られる。
【００６１】
エッジ効果
本発明について、そして他の金属粉末沈積の方法に関して、下地金属層の周辺付近にいわゆる“エッジ効果”があり得る。さらに特に、エッジ効果は下地金属層の周辺で起こる。このエッジ効果は下地金属層の周辺領域における金属粉末の過剰沈積で不均一な帯状をなす。非伝導、例えば、この周辺の外側の樹脂層の比較的大きな連続領域にコロナ放電の比較的大きな蓄積があるために、このエッジ効果はこの周辺では電場がより強いという事実のためである。電場の力は電場と電荷の掛け算の関数であるので（Ｆ＝Ｅｘｑ）、電場はそこではより強いので、周辺での力はより強い。本発明の直接的な静電気沈積モードでは、コロナ放電の蓄積は、粉末を基板に向かわせる場の力線を作り出すコロナ放電発生器により印加される電荷である。
【００６２】
エッジ効果を実質的に減少または無くすためには、本発明では、格子の周辺に隣接して基板の使用領域の外側の暴露金属の連続帯または暴露金属の他のパターンを多少、形成することであり得て、これは図２１と２２に図示される（このバンドがない図２３と比較せよ）。このバンドは、このような電荷を逃散させて、周辺における過剰のコロナ放電の蓄積を防止するし、そしてそれゆえ、周辺における強すぎる電場の形成を抑制する。図２４に示されるようなエッジ効果のない沈積が、このようにして得られる。このようにして、それ故、本発明はエッジ効果を抑制するために電荷を逃散させる目的で基板の未利用面上に暴露下地金属層帯を有する基板を製造するものである。
【００６３】
直接書き込み
本発明の他の態様は、直接書き込みにより作成される帯電基板の利用である。直接書き込みには、二つの方法があり得る：ａ）帯電Ｓｉ基板にレーザー光線を一回当てることにより放電され得る、またはｂ）未帯電板が、潜在的な伝導度パターンをプレートに与える強力レーザー光線に暴露され、該プレートはいまやコロナ単位により選択的に帯電される。後者のモードでは、レーザーは無定形シリコン（α−シリコン）に衝突し、無定形シリコンは電気的に伝導性となる。電気伝導性パターンが、レーザーで無定形シリコン基板上に描かれる。例えば、約５〜約６キロボルトの電位を有するコロナ放電発生器を無定形シリコンの近くを通過させて非伝導領域にコロナ放電の電荷を付与する。粒子は次いで、伝導性領域へ移動され、その方法は無定形シリコンをパターン化された用具とする前述の静電気または動電気法による。特に、パターン化されたＳｉ用具は、帯電粒子源に提示されて、帯電粒子は前書き込みされたパターンに従いＳｉ上に沈積される。この方法は、パターンが別のマスクではなく、ツールの導電性と非導電性領域で画定されるのでマスクを使用しない。粒子は無定形シリコンから基板へ同一パターンで移動される。特に、無定形シリコン用具は基板と接触し、そして粒子は、電気的な引き寄せで、すなわち、ツールよりも低い電位で基板を有するＣｕにより移動される。代わりとしては、以下に述べるホット移動が使用され得る。
【００６４】
加熱移動技術
ツールを使用する静電気および動電気的方法と上述の直接書き込みの方法は、ツールから基板への粒子の移動を含み、それは、粒子が付いたツールをパターン化されるべき基板面上に載置することからなり、そこでは基板とツール面との間隙は１００と約５００μｍの間である。ツールに比較して基板の電位が低いので、粒子は基板に移動して、ツール面に画定するのと同じパターンを保持する。代わりの移動技術として加熱移動技術が本発明の一要素として開発された。粒子がツール上でパターン化された後、ツールは部分的にリフローの操作にかけられて、粒子をツールへ剥離可能に付着し、すなわち、さらに付着させる。粒子のついたツールは基板と接触して、部分的にリフローした粒子が移動されるべき基板のパッドの上に存在する。基板は加熱板をその背面に有していて、粒子を加熱し、そして直接にツールから基板パッド上へそれをリフローさせる。
以下では実施例によりさらに本発明を説明する。
【実施例１】
【００６５】
電荷指向剤の調製のために、ミドルベリ、コネチカット（ＵＳＡ）のクロンプトン社から入手可能なバリウム  ペントナート（１０ｇ）を、２００ｍｌのビーカー中の、ヒューストン、テキサスのエクソンモービル化学社から入手可能なイソパー  Ｇ（９０ｇ）に加える。ビーカーは、加熱攪拌器上に載置されて、加熱、攪拌して、８０―９０℃に達する。硬度に仕上げた水（１０ｇ）、すなわち、高純度蒸留水を一回に一滴（約１６ミクロリットル）加えて、その間連続的に攪拌と加熱をする。全ての水を加えた後に、さらに１時間攪拌と加熱をする。加熱を終了させ液が冷却するまで攪拌する。褐色の沈殿の形成が認められる。生成物は室温で一日熟成され、その後ろ過して沈殿は捨てられる。
【実施例２】
【００６６】
半田粉末コーティングのために、ステュデバント、ウィスコンシンのジョンソンポリマー、ＬＬＣから入手可能なジョンクル６８２樹脂をメタノールに溶解させて２０％濃度とし、ポツダム、ドイツのウエルコ社から入手したタイプ  ６  Ｓｎ６３Ｐｂ３７半田粉末上にスプレーでコーティングした。ベローナ、ウィスコンシン州のコーティング  プレース社により行なわれるウルスター法により行う。
【実施例３】
【００６７】
トナー調製のために、１．４リットルのビーカー中の１リットルのアイソパーＧに被覆粉末（１２０ｇ）を加えて、適当な攪拌器、例えばヒルサイド、ニュージャージー（米国）のビクトリ  エンジニアリング社から入手可能な“ザ  アジテイター”で攪拌する。摩擦が粉末の被覆を剥がすので磁気攪拌子は使用しない。実施例１で調製した電荷指向剤（２１滴；１滴当たり約０．０１６ｍｌ）を混合物に加えて、そして攪拌を少なくとも4時間継続する。トナーは、安定に性能を保持するために湿気のある環境から保護する（＞６０％ＲＨ）。
【実施例４】
【００６８】
基板調製のために、適当なバンプでの下地金属層（ＵＢＭ）をスパッタリングすることにより標準的な仕上げのシリコン・ウエハに、半田湿潤性の入力／出力パッドのアレーを付与する。この典型的な例は、５００Åのタングステン、５００Åのプラチナおよび５，０００Åの金である。これらのＵＢＭパッドは、アルミニウムのブランケット層の上にスパッタされて（典型的には、３００−５００Å）、次いで光−リソグラフィー法で画定される。アルミニウムは電機接地面として働く。誘電性マスクを保持する電荷は、ＵＢＭ／アルミニウム上に形成される。たとえば、モートン−ダイナケム  ラミナ  ５０７５  ドライ  フィルム  半田マスクを、工業的の標準的な積層器を使用して真空積層する。フィルムには光照射器で照射し、ＵＢＭパッドの上でその近辺領域はホトリソグラフィ法で除去される。パターン化されマスクされたウェハは０．５％硝酸浴で洗浄され、次いでＤＩ水で洗浄されて光現像段階から残ったアルカリ性水溶液残渣の痕跡を除去する。乾燥後、マスクにはＵＶ照射をして、架橋反応を完結させる。ラミナー５０７５ドライフィルムではこの照射は３００−４００ｎｍ範囲で２５０ミリ−ジュールである。
【実施例５】
【００６９】
直接静電ベースの沈積のために、マスクされたウェハはスコロトロン（scorotron）で帯電され、それは１２５ｍｍ／秒の速さでウェハを走査する。スコロトロンの前格子は−８００Ｖに保持され、コロナ放電ワイヤは−６．２５ｋｖに維持される。帯電後、約１０ｍｌのトナーがマスクされたウエハに注がれ、それは緩慢に回転し（１０−１５ｒｐｍ）、そして水平から３０度の角度に保持される。ウエハを掴むチャックは、超音波プローブ（デルタ  ８９３５  Ｍｋ−ＩＩ；ルーボロー、ＵＫのＦＦＲ  超音波社から入手可能である）で約２秒間振動させる。この画像形成段階は第２と第３のパスで同じく−８００Ｖにおいてスコロトロンで２回繰り返す。ＵＢＭ上のマスクの穴は、これにより完全に半田粉末トナーで満たされる。
【実施例６】
【００７０】
動電気ベースの沈積のために、実施例５と同じマスクウエハが基板として使用されて、金被覆の金属板がウエハに面するように付属物が実装されて、そのウエハ面からの間隔は６ｍｍである。付属物の側面は完全に開放されていて流体の流れは妨害されない設計になっている。付属物はウェハを画像形成の間１８００回転させることができる。大容量槽（内径２９ｃｍ、深さ２７ｃｍ）に１７リットルの実施例３のトナーを入れる。ビクトリ  エンジニアリング社の“アジテイター”が底から十分な激しさで攪拌し、基本的に全ての半田粒子が浮揚される。ウエハには０〜＋４００Ｖの電圧をかけ（２００Ｖ  ｐｋ、１００Ｈｚ三角波  バイアスオフ  ＋２００ｖでアース）、金被覆電極は接地される。ウエハ／板付属物はトナー浴に浸漬され、次いで電圧が１０秒間“オン”に切りかえられる。ウエハは、次いで、回転されて、さらに１０秒間同じ電圧をかけられる。２回の１０秒後、電圧は“オフ”に切りかえられて、ウエハ／板・組み立て体は取り出される前に５秒間槽内に保持される。この５秒の“洗浄”期間は、マスクの不要な領域から残ったトナー粒子（画像業界では“背景”粒子として知られる）を洗浄するのに有用である。マスクの穴は、このようにして半田粉末トナーで完全に満たされる。
【実施例７】
【００７１】
代わりの態様における移動用具を使用する画像形成のために、再使用可能な画像ツールが、両面に１７μｍの銅層を有する１２５μ厚みのポリイミド層のような、パターン化された誘電体層からなる。ポリイミド材料は、ウイルミントン  デラウエアのデュポン社から入手可能なピララックスである。この場合は、用具は、用具の清浄性のために、レーザーで通して切断される。再利用可能な用具は、適当なチャックで実装されて、底の金属は接地されて、上層は高電圧の電源に接続される（形式  −１０００〜―２０００Ｖ）。一回またはそれ以上、実施例３のトナー（１０ｍｌ）は、ツールを現像するのに使用され、次いで実施例７のような移動工程で受け基板に画像を沈積させる。
【実施例８】
【００７２】
直接レーザー書き込みにより画像ツ−ルを調製するために、日本の京セラ社製造の平板の無定形シリコン板にー１０００Ｖを課電した。ＬＥＤ配列とストリップ・レンズ装置が板をとおして走査され、画像様にそれを放電させる。次いで、板は実施例５のように現像されるが、ただ一回である。湿式の画像は乾燥されて、徐々に１０００℃で２分間焼かれる。実施例４のようなＵＢＭ以外マスクされていない処理済ウエハは加熱チャックに実装されて、それで２５００℃までもっていく。乾燥板は、フラックス  アルファ金属＃３３５５（クックサム  エレクトロニクス社  ニュージャージーシティ  ニュージャージー，ＵＳＡ）がスプレーされ、その後乾燥される。受け基板は、フラックスされた画像と接触し、ウエハからの熱で半田粉末を融解させ、それはウエハのＵＢＭを選択的に湿潤させる。
【００７３】
本発明の方法と材料は上記のように主に金属粒子を基板に塗布する趣旨で説明されたが、方法と材料は、非金属粒子の沈積にも適用可能であるが、粒子の性質は電気化学的電荷を付与され得るようなものである。非金属粒子を含むような方法の例には、リン、ガラス、セラミックス、平面パネル表示器に使用されるような半導体材料などが挙げられる。
【００７４】
本発明のまたはその好ましい態様の要件としては、冠詞  ａ、ａｎ、ｔｈｅ、ｓａｉｄは一つまたは、それ以上の要件があることを意味する意図である。用語“からなる”、“含む”“有する”は、包含する意図であり、例示の要素以外に追加の要素があることを意味する。
【００７５】
本発明の範囲から逸脱することなく上記の種々の変更が可能であるので、上記の記載と添付の図面は説明として解釈されるべきで、制限する意味としては解釈されない。説明する目的でのみ提供される限られた数の態様に上記は関する。本発明は添付の請求の範囲により確定され、本発明の範囲から外れない上記の態様の変形があることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１Ａ】本発明の方法により調製される半田バンプの顕微鏡写真
【図１Ｂ】本発明の方法により調製される半田バンプの顕微鏡写真
【図１Ｃ】本発明の方法により調製される半田バンプの顕微鏡写真
【図２】本発明により粒子が塗工される基板の調製の説明図
【図３】本発明により粒子が塗工される基板の調製の説明図
【図４】本発明により粒子が塗工される基板の調製の説明図
【図５】本発明により粒子が塗工される基板の調製の説明図
【図６】本発明により粒子が塗工される基板の調製の説明図
【図７】本発明により粒子が塗工される基板の調製の説明図
【図８】本発明により静電気ベースの粒子が沈積する様子の説明図
【図９】本発明により静電気ベースの粒子が沈積する様子の説明図
【図１０】本発明により静電気ベースの粒子が沈積する様子の説明図
【図１１】本発明により静電気ベースの粒子が沈積する様子の説明図
【図１２】本発明により静電気ベースの粒子が沈積する様子の説明図
【図１３】本発明により静電気ベースの粒子が沈積する様子の説明図
【図１４】本発明により静電気ベースの粒子が沈積する様子の説明図
【図１５】本発明により静電気ベースの粒子が沈積する様子の説明図
【図１６】本発明により静電気ベースの粒子が沈積する様子の説明図
【図１７】本発明により動電気ベースの粒子が沈積する様子の説明図
【図１８】本発明による印刷道具（ツール）の使用を示す説明図
【図１９】本発明による印刷道具（ツール）の使用を示す説明図
【図２０】本発明により基板上に沈積した半田粒子の顕微鏡写真
【図２１】エッジ効果を扱う出願人の方法を説明するウエハの写真
【図２２】エッジ効果を扱う出願人の方法を説明するウエハの写真
【図２３】エッジ効果を扱う出願人の方法を説明するウエハの写真
【図２４】エッジ効果を扱う出願人の方法を説明するウエハの写真
【符号の説明】
【００７７】
１０    基板
１２    シリコン・ウエハ
１４    Ａｌ種層
１６    ＮｉＶ層
１８    銅層
２０    上面のマスク層
２４    ポリマー・マスク堆積
2007524230.tif 000003
【図２】
2007524230.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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2007524230.tif 000028
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