(57)【要約】【課題】静電気、湿気、機械的ストレス等の影響を排除できるとともに、多数の金属ボールを歩留りよく任意の場所に配列する。【解決手段】ボール保持孔１６を上にしてかつはんだボール１８がボール保持孔１６の上になるように、分散液２６とシリコン基板１０とを位置付ける。続いて、セル構造体２４を水平から傾けることにより、マスク層１４の表面において分散液２６の液面２８を上方から下方へ移動させる。このとき、液面２８の通過に伴って、はんだボール１８に液架橋力が作用するので、ボール保持孔１６の周辺のはんだボール１８がボール保持孔１６内に引き込まれる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の金属ボールを分散させた液体と、前記金属ボールが入る大きさの多数のボール保持孔を有する基板とを、これらのボール保持孔を上にしてかつ前記金属ボールが当該ボール保持孔の上になるように位置付け、
前記基板の表面において前記液体の液面を上方から下方へ移動させることにより、前記金属ボールを前記ボール保持孔内に挿入する、
金属ボールの配列方法。
【請求項２】
前記基板の表面において前記液体の液面を上方から下方へ移動させる際に、当該液面に対して前記基板を斜めにする、
請求項１記載の金属ボールの配列方法。
【請求項３】
前記基板の表面において前記液体の液面を上方から下方へ移動させる際に、前記基板又は前記液体に振動を与える、
請求項１又は２記載の金属ボールの配列方法。
【請求項４】
前記液体には界面活性剤が含まれている、
請求項１乃至３のいずれかに記載の金属ボールの配列方法。
【請求項５】
前記金属ボールの表面には有機装飾が施されている、
請求項１乃至４のいずれかに記載の金属ボールの配列方法。
【請求項６】
前記金属ボールの表面には高分子膜が被覆されている、
請求項１乃至４のいずれかに記載の金属ボールの配列方法。
【請求項７】
前記金属ボールが金からなる、
請求項１乃至６のいずれかに記載の金属ボールの配列方法。
【請求項８】
前記金属ボールがはんだからなる、
請求項１乃至６のいずれかに記載の金属ボールの配列方法。
【請求項９】
前記金属ボールの中心が樹脂からなる、
請求項１乃至８のいずれかに記載の金属ボールの配列方法。
【請求項１０】
前記金属ボールの比重が前記液体の比重よりも小さい、
請求項９記載の金属ボールの配列方法。
【請求項１１】
前記金属ボールがはんだからなり、前記液体にはフラックスが含まれている、
請求項１乃至１０のいずれかに記載の金属ボールの配列方法。
【請求項１２】
前記基板として多数のパッド電極が表面に設けられたものを用い、底面が前記パッド電極となる前記ボール保持孔を有するマスク層を当該基板上に形成し、
前記金属ボールとしてはんだボールを用い、請求項１乃至１１のいずれかに記載の金属ボールの配列方法を用いて、当該はんだボールを前記ボール保持孔内に挿入し、
前記はんだボールを加熱して溶融することにより、前記パッド電極上にはんだバンプを形成し、
前記基板上から前記マスク層を除去する、
半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にマイクロエレクトロニクス分野においてはんだバンプなどの形成に用いられる金属ボールの配列方法、及びこれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロエレクトロニクス分野では、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ　Ｓｉｚｅ　Ｐａｃｋａｇｅ）、ＦＣ（Ｆｌｉｐ　Ｃｈｉｐ）等の製造技術において、微小なはんだボールを用いてはんだバンプを形成する方法が広く用いられている。そして、多数のはんだボールを高密度に配列させるために、次のような方法が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２６４９３０号公報（図１〜図４）
【特許文献２】
特開平８−３３０７１６号公報（図１）
【特許文献３】
特開平１１−８２７２号公報（図１）
【０００４】
特許文献１には、ボール保持孔を配置したボール配列治具に真空吸引を用いてはんだボールを吸着させ、これを配列対象に転写することにより、はんだボールを基板上に一括搭載するボール配列方法が開示されている。特許文献２には、ボール保持孔を設けた振込冶具を基板上に精密位置合わせして設置し、はんだボールをスキージでボール保持孔に落とし込むボール配列方法が開示されている。
【０００５】
しかし、特許文献１，２の従来技術では、静電気や湿気によってはんだボールの凝集や反発等が発生することにより、はんだボールがボール保持孔に入らなかったり二個以上入ったりする問題があった。また、機械的ストレスの加わる方法であるため、はんだボールや冶具がダメージを受けやすいという問題もあった。
【０００６】
これらの問題を解決する方法が特許文献３に開示されている。図４は、特許文献３に開示されたはんだボールの配列方法を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００７】
エッチングにより所定のパターンに微小なボール保持孔１０２が形成されたシリコン製のテンプレート１０１を、エタノール１０５が満たされたエタノール浴１０４中に浸漬させ固定する。次に、そのテンプレート１０１上にはんだボール１０３を適量供給し、振動又は揺動を加えることによって、はんだボール１０３をボール保持孔１０２に振込み、配列させる。振動又は揺動は、一度ボール保持孔１０２に入ったはんだボール１０３が再びボール保持孔１０２から飛び出さないような条件で行う。
【０００８】
このようなはんだボール１０３の配列方法を用いれば、エタノール１０５が導電性を有することにより、はんだボール１０３が静電気によって凝集したり反発したりすることがない。また、はんだボール１０３が液中に没することにより、湿気の表面張力の影響を受けなくなるので、はんだボール１０３が凝集することもなくなる。更に、はんだボール１０３が液中で配列されるので、浮力により機械的ストレスも抑えられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４の従来技術では、はんだボール１０３をテンプレート１０１上に落とし込むときに、はんだボール１０３に作用する力が重力しかないため、歩留りよく配列させることが困難であった。
【００１０】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、静電気、湿気、機械的ストレス等の影響を排除できるとともに、多数の金属ボールを歩留りよく任意の場所に配列できる金属ボールの配列方法、及びこれを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る金属ボールの配列方法は、多数の金属ボールを分散させた液体と、金属ボールが入る大きさの多数のボール保持孔を有する基板とを、これらのボール保持孔を上にしてかつ金属ボールがボール保持孔の上になるように位置付け、基板の表面において液体の液面を上方から下方へ移動させることにより、金属ボールをボール保持孔内に挿入する、というものである。
【００１２】
基板は、半導体基板、インターポーザ、プリント配線板、転写用冶具等、どのようなものでもよい。液体は、水、有機溶媒、メタノール、エタノール等どのようなものでもよいが、除去が容易なもの例えば蒸発しやすいものが望ましい。また、基板には、液体の流れ又は除去を促進するための、穴、溝等を設けてもよい。ボール保持孔の大きさは、必ずしも金属ボールの直径よりも大きくする必要はなく、金属ボールが入れば金属ボールの直径よりも僅かに小さくてもよい。
【００１３】
例えば、容器内に、基板を入れた後、多数の金属ボールを分散させた液体を入れる。これにより、ボール保持孔を上にしてかつ金属ボールが上になるように、基板が液体中に位置付けられる。続いて、例えば容器を水平から斜めにすることで、基板の表面において液面を上方から下方へ移動させる。このとき、容器を斜めにすることに代えて、液面から基板を引き上げたり、液体を容器から抜いて液面を下げたりしてもよい。
【００１４】
基板の表面において液面を上方から下方へ移動させると、液面の通過に伴って、ボール保持孔周辺の金属ボールがボール保持孔内に引き込まれる。このときに金属ボールに働く力が液架橋力である。液架橋力とは、粒子間に液体が存在するときに、液表面を最小にしようとして粒子同士を引き寄せる方向に働く力のことである。ここでは、ボール保持孔と金属ボールとの間に液体が存在するときに、液表面を最小にしようとして金属ボールをボール保持孔内に引き寄せる方向に働く力、と言い換えることができる。
【００１５】
従来技術では、液中での金属ボールの自然落下を利用しているので、その落下地点がボール保持孔でなければ、ボール保持孔内に金属ボールを挿入できなかった。これに対して、本発明では、ボール保持孔周辺の金属ボールが強制的にボール保持孔内に引き込まれるので、ボール保持孔内に金属ボールを歩留りよく挿入できる。つまり、ボール保持孔内に金属ボールが入る確率について、本発明では偶然的要素ではなく必然的要素が支配的である、と言うことができる。
【００１６】
請求項２記載の金属ボールの配列方法は、請求項１記載の金属ボールの配列方法において、基板の表面において液体の液面を上方から下方へ移動させる際に、液体の液面に対して基板を斜めにする、というものである。本発明では、基板の表面において液面を上方から下方へ移動させる際に、液面に対して基板を平行にしてもよいし斜めにしてもよい。ただし、斜めにした場合は、平行にした場合に比べて、金属ボールが自重によって基板上を転がるので、金属ボールが基板上のボール保持孔に入りやすくなる。
【００１７】
請求項３記載の金属ボールの配列方法は、請求項１又は２記載の金属ボールの配列方法において、基板の表面において液体の液面を上方から下方へ移動させる際に、基板又は液体に振動を与える、というものである。基板又は液体に振動を与えると、金属ボールが基板上で動くので、金属ボールが基板上のボール保持孔に入りやすくなる。
【００１８】
請求項４記載の金属ボールの配列方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載の金属ボールの配列方法において、液体に界面活性剤が含まれている、というものである。界面活性剤は、液体の表面張力を低下させる作用を有する。液架橋力を利用してボール保持孔に金属ボールを挿入する場合、液体がボール保持孔内に入ることが前提となる。一方、液体の表面張力が大きいほど、及びボール保持孔が小さいほど、液体がボール保持孔内に入りにくくなる。そこで、液体に界面活性剤を含ませることにより、濡れ性が向上するので、微細なボール保持孔にも液体を入り込ませることができる。
【００１９】
請求項５記載の金属ボールの配列方法は、請求項１乃至４のいずれかに記載の金属ボールの配列方法において、金属ボールの表面に有機装飾が施されている、というものである。ボール保持孔内に金属ボールが入る確率を高めるには、金属ボールが液体中で部分的に固まるのではなく均一に分散することが必要である。金属ボールが液体中で部分的に固まると、金属ボールの少ない部分でボール保持孔内に金属ボールが入りにくくなるからである。そこで、本発明では、金属ボールの表面に有機装飾を施すことにより、金属ボールの潤滑性を高めて、金属ボールが液体中で均一に分散するようにしている。
【００２０】
ここでいう「有機装飾」とは、オレイン酸、ステアリン酸等の脂肪酸、又は、比較的分子量の大きいアビエチン酸等他の有機酸を、金属ボールの表面に吸着させることである。具体的な操作としては、例えば、金属ボール（ただし金ボールを除く。）を、これらの酸で煮ればよい（例えば７０〜８０℃／数分間以上）。こうすることによって、金属ボール表面に酸が反応し、金属石鹸を生じる。この金属石鹸が潤滑作用と分散補助効果をもたらすと考えられる。
【００２１】
請求項６記載の金属ボールの配列方法は、請求項１乃至４のいずれかに記載の金属ボールの配列方法において、金属ボールの表面に高分子膜が被覆されている、というものである。本発明では、金属ボールの表面に高分子膜を被覆することにより、金属ボールの潤滑性を高めて、金属ボールが液体中で均一に分散するようにしている。
【００２２】
高分子膜の材料は、例えば長鎖炭化水素、ロジン、硬化ロジン、フェノール樹脂、マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、尿素樹脂、飽和若しくは不飽和ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、トルエン樹脂等のいずれか一種類、又は数種類の混合物である。また、高分子膜の性質は、はんだリフロー工程において溶融する融点を持ち、このとき接合部の濡れ性を害さないことが望ましい。換言すると、高分子膜は、ロジン、硬化ロジン、マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、それらの混合物、又は他の樹脂若しくは活性剤との混合物であって、はんだバンプ形成時にフラックス作用を示す材料であることが望ましい。
【００２３】
次に、金属ボールをポリエステル樹脂で被覆する方法について例示する。まず、金属粉をアセトンに混ぜ、これにテレフタロイルクロリド及びワックスを添加して得られるペーストを、エチレングリコールを溶解した水中に注入し、攪拌する。所定時間経過分後、コロイダルシリカ分散液を加える。遠心分離後、乾燥により得られた生成物は、金属粒子と液体とをポリエステルで被覆したカプセルとなる。この方法は、一般化して言えば、予めＡ液で濡らした粒子の表面で、Ａ液とＢ液とが反応して樹脂を作る、というものである。
【００２４】
次に、金属ボールをポリスチレン樹脂で被覆する方法について例示する。まず、金属粉をこれよりも細かいメッシュのふるいに入れ、トリクロロエチレン蒸気上にかざして振ることにより、金属粉の表面をトリクロルエチレンで湿潤させる。これを他の大きいメッシュのふるいに移し、これを振ることによって、トリクロルエチレン付きの金属粉をポリスチレン粉末中に落とす。こうして、金属粉の表面に樹脂粉末をまぶす。続いて、ポリスチレン粉末付きの金属粉を、上部に冷却装置が付いた加熱炉に投入口から落とす。この加熱炉を通る間に樹脂が溶けて冷却装置で冷却されることにより、金属粉表面に一様なカプセル皮膜が形成される。この方法では、何らかの溶剤に溶ける樹脂であれば、どのような樹脂でも被覆に用いることができる。
【００２５】
請求項７記載の金属ボールの配列方法は、請求項１乃至６のいずれかに記載の金属ボールの配列方法において、金属ボールが金からなる、というものである。金は、耐酸化性及び導電率が良好であるので、電極用として優れた材料である。
【００２６】
請求項８記載の金属ボールの配列方法は、請求項１乃至６のいずれかに記載の金属ボールの配列方法において、金属ボールがはんだからなる、というものである。はんだは、マイクロエレクトロニクスの分野で最も一般的な電極材料であり、その組成に応じて共晶はんだ、鉛フリーはんだ等と呼ばれる。
【００２７】
請求項９記載の金属ボールの配列方法は、請求項１乃至８のいずれかに記載の金属ボールの配列方法において、金属ボールの中心が樹脂からなる、というものである。金属ボールの比重が液体の比重に近ければ、金属ボールが液体中で沈降しにくくなるので、金属ボールが液体中でより均一に分散することになる。しかし、一般に液体や樹脂の比重よりも金属の比重の方が大きい。そこで、本発明では、金属ボールの中心を樹脂とすることにより、金属ボールの比重を小さくして、金属ボールが液体中で均一に分散するようにしている。なお、中心が樹脂からなるはんだボールや、中心が樹脂からなる金ボールは、それぞれ市販されている。
【００２８】
請求項１０記載の金属ボールの配列方法は、請求項９記載の金属ボールの配列方法において、金属ボールの比重が液体の比重よりも小さい、というものである。例えば、金属ボールの中心の樹脂を、液体よりも比重の小さいものにしたり、中空にしたり、多孔質にすることによって、金属ボールの比重を液体の比重よりも小さくすることができる。又は、液体を金属ボールよりも比重の大きいものにしたり、液体中に何かを溶解して比重を大きくしたりすることによって、金属ボールの比重を液体の比重よりも小さくすることができる。これらの場合、金属ボールは、液面に浮くととともに、単一層を形成しようとする。つまり、適量の金属ボールを液体に投入すれば、金属ボールは単一層となって液面に広がる。
【００２９】
例えば、単一層の金属ボールが浮いている液体中に、基板を入れる。これにより、ボール保持孔を上にしてかつ金属ボールが上になるように、基板が液体中に位置付けられる。続いて、基板を液面に対して斜めにして液体中から引き上げることで、基板の表面において液面を上方から下方へ移動させる。このとき、液面の通過に伴って、金属ボールに液架橋力が働くことにより、ボール保持孔周辺の金属ボールがボール保持孔内に引き込まれる。しかも、液面に浮かぶ金属ボールは、単一層で広がっているので、均一に分散している。したがって、例えば一個の金属ボールを一個のボール保持孔内に入れる場合、一個の金属ボールもボール保持孔内に入らなかったり、二個以上の金属ボールがボール保持孔内に入ったりする確率は低い。
【００３０】
この方法の原理は、ラングミュアー・ブロジェット（ＬＢ）法に共通すると言うこともできる。有機物の中にはステアリン酸のように、水面上で単分子層の厚さの膜（単分子膜）を形成するものがある。そこで、例えば、予め水中にガラス板を入れておき、水面に単分子膜を形成した後、ガラス板を引き上げることにより、ガラス板上に単分子膜を形成することができる。これがＬＢ法であり、ガラス板上の単分子膜はＬＢ膜と呼ばれる。
【００３１】
請求項１１記載の金属ボールの配列方法は、請求項８乃至１０のいずれかに記載の金属ボールの配列方法において、液体にフラックスが含まれている、というものである。フラックスは、はんだ付け時に母材表面及びはんだ表面の酸化膜を除去して、はんだ濡れ性を高める働きをする。したがって、後のはんだ付け工程で改めてフラックスを供給する必要が無くなるので、生産効率が上がる。
【００３２】
請求項１２記載の半導体装置の製造方法は、基板として多数のパッド電極が表面に設けられたものを用い、底面がパッド電極となるボール保持孔を有するマスク層を基板上に形成し、金属ボールとしてはんだボールを用い、請求項１乃至１１のいずれかに記載の金属ボールの配列方法を用いてはんだボールをボール保持孔内に挿入し、はんだボールを加熱して溶融することによりパッド電極上にはんだバンプを形成し、最後に基板上からマスク層を除去する、というものである。
【００３３】
はんだボールの配列に液架橋力を利用しているので、多数のはんだボールを歩留りよく配列できる。そして、配列したはんだボールを、そのまま溶融することによって、基板上にはんだバンプを形成する。したがって、はんだボールの配列に要する時間を短縮できるとともに、配列したはんだボールを移し替える手間も省ける。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る金属ボールの配列方法の第一実施形態を示す断面図であり、図１［１］〜図１［２］の順に工程が進行する。以下、この図面に基づき説明する。
【００３５】
シリコン基板１０は、多数のパッド電極１２が表面に設けられている。マスク層１４は、シリコン基板１０上に形成されたフォトレジスト膜からなり、底面がパッド電極１２となるボール保持孔１６を有する。図面では、シリコン基板１０の厚さに比べて、マスク層１４の厚さを拡大して示している。ボール保持孔１６は、通常のフォトリソグラフィ技術によって、円筒状に形成されたものである。はんだボール１８の直径をｄ、ボール保持孔１６の直径をａ、ボール保持孔１６の深さをｂとすると、ボール保持孔１６にはんだボール１８を一個だけ入れる場合は、例えばｄ＜ａ＜２ｄかつ０．５ｄ＜ｂ＜１．５ｄとする。なお、はんだボール１８の直径ｄは、例えば数十μｍ〜数百μｍ程度である。
【００３６】
まず、マスク層１４が形成されたシリコン基板１０上に、ポリエステルフィルムからなる枠材２０を介してガラス板２２を載置することにより、セル構造体２４を作成する（図１［１］）。
【００３７】
続いて、シリコン基板１０、ガラス板２２及び枠材２０によって囲まれた空間内に、ガラス板２２に設けられた注入口（図示せず）から、多数のはんだボール１８を分散させた分散液２６を注入する（図１［２］）。このとき、セル構造体２４から分散液２６が漏れ出さないように、シリコン基板１０とガラス板２２とに枠材２０を挟持する力を加える。そして、セル構造体２４を水平にすることより、ボール保持孔１６を上にしてかつはんだボール１８がボール保持孔１６の上になるように、分散液２６とシリコン基板１０とが位置付けられる。なお、分散液２６は、例えば水又はエタノールであり、界面活性剤及びフラックスを含んでいる。
【００３８】
続いて、必要に応じてセル構造体２４に振動を与えながら、セル構造体２４を水平から傾けることにより、シリコン基板１０の表面すなわちマスク層１４の表面において分散液２６の液面２８を上方から下方へ移動させる（図１［２］）。このとき、液面２８の通過に伴って、はんだボール１８に液架橋力が作用するので、ボール保持孔１６の周辺のはんだボール１８がボール保持孔１６内に引き込まれる。この液架橋力とは、ボール保持孔１６とはんだボール１８との間に分散液２６が存在するときに、液面２８の面積を最小にしようとしてはんだボール１８をボール保持孔１６内に引き寄せる方向に働く力のことである。
【００３９】
図４に示す従来技術では、エタノール１０５中でのはんだボール１０３の自然落下を利用しているので、その落下地点がボール保持孔１０２でなければ、ボール保持孔１０２内にはんだボール１０３を挿入できなかった。これに対して、本発明では、ボール保持孔１６周辺のはんだボール１８が強制的にボール保持孔１６内に引き込まれるので、ボール保持孔１６内にはんだボール１８を歩留まりよく挿入できる。
【００４０】
換言すると、セル構造体２４内に分散液２６を閉じ込めた後、セル構造体２４内で毛細管力の作用した分散液２６の流れを発生させると、その流れの最後部の分散液２６がマスク層１４に濡れてＵ字状の液面２８となる。そして、分散液２６がセル構造体２４の内部を横切って流れる際に、その流れの最後部すなわち液面２８のエッジとボール保持孔１６との間で液架橋力が働くので、ボール保持孔１６にはんだボール１８が保持される。つまり、セル構造体２４内部で毛細管力によるスキージングを行うことで、ボール保持孔１６にはんだボール１８が保持される。
【００４１】
なお、ボール保持孔１６に保持されるはんだボール１８の数は、分散液２６の表面張力、ボール保持孔１６の直径及び深さ、はんだボール１８の直径等を調整することにより、所望の値に設定できる。
【００４２】
また、はんだボール１８は、表面に有機装飾を施したもの、表面に高分子膜を被覆したもの、中心が樹脂のもの等を用いてもよい。また、分散液２６は、界面活性剤やフラックスなどの不純物が含まれているので、静電気を除去するのに十分な導電率になっている。
【００４３】
図２は本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を示す断面図であり、図２［１］〜図２［３］の順に工程が進行する。以下、図１及び図２に基づき説明する。ただし、図２において図１と同じ部分は、同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００４４】
まず、はんだボール１８をボール保持孔１６内に挿入する（図１［１］，［２］）。続いて、セル構造体２４を分解して、はんだボール１８をボール保持孔１６内に保持したまま、シリコン基板１０を取り出す（図２［１］）。続いて、分散液２６を蒸発させた後、はんだボール１８を例えばリフロー炉によって加熱して溶融することにより、パッド電極１２上にはんだバンプ３０を形成する（図２［２］）。このとき、分散液２６に含まれていたフラックスの作用により、パッド電極１２のはんだ濡れ性は良好である。最後に、例えばフォトレジスト剥離液又はプラズマアッシングを用いて、シリコン基板１０上からマスク層１４を除去する（図２［３］）。
【００４５】
本実施形態では、はんだボール１８の配列に液架橋力を利用しているので、多数のはんだボール１８を歩留りよく配列できる。そして、配列したはんだボール１８を、そのまま溶融することによって、シリコン基板１０上にはんだバンプ３０を形成する。したがって、はんだボール１８の配列に要する時間を短縮できるとともに、配列したはんだボール１８を移し替える手間も省ける。しかも、分散液２６に含まれていたフラックスを利用することにより、パッド電極１２に対するフラックスの塗布作業も省略できる。
【００４６】
図３は本発明に係る金属ボールの配列方法の第二実施形態を示し、図３［１］は全体の断面図、図３［２］ははんだボールの断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００４７】
本実施形態では、はんだボール３１の比重が分散液２６の比重よりも小さくなっている。はんだボール３１の中心は、分散液２６よりも比重の小さい樹脂３２からなる。樹脂３２の表面には、銅からなる導電金属層３４がメッキによって形成されている。導電金属層３４の表面には、はんだ層３６がメッキによって形成されている。導電金属層３４及びはんだ層３６の膜厚は、はんだボール３１の比重が分散液２６よりも小さくなる範囲で決められる。
【００４８】
はんだボール３１は、液面に浮くととともに、単一層を形成しようとする。つまり、適量のはんだボール３１を分散液２６に投入すれば、はんだボール３１は単一層となって液面２８に広がる。ここで、適量とは、液面２８の全面積をＳ１、一個のはんだボール３１の実質的な占有面積をＳ２とすると、概ね（Ｓ１／Ｓ２）個である。占有面積Ｓ２とは、例えばはんだボール３１の中心を含みはんだボール３１に外接する正六角形の面積である。
【００４９】
続いて、マスク層１４が形成されたシリコン基板１０を、分散液２６中に入れる。これにより、ボール保持孔１６を上にしてかつはんだボール３１が上になるように、シリコン基板１０が分散液２６中に位置付けられる。続いて、必要に応じてシリコン基板１０又は分散液２６に振動を与えながら、シリコン基板１０を液面２８に対して斜めにして分散液２６中から矢印３８の方向へ引き上げる。すると、マスク層１４の表面において、液面２８が上方から下方へ移動する。このとき、液面２８の通過に伴って、はんだボール３１に液架橋力が働くことにより、ボール保持孔１６周辺のはんだボール３１がボール保持孔１６内に引き込まれる。しかも、液面２８に浮かぶはんだボール３１は、単一層で広がっているので、均一に分散している。したがって、多数のはんだボール３０を歩留りよく配列することができる。
【００５０】
また、はんだボール３１は、表面に有機装飾を施したもの、表面に高分子膜を被覆したもの等を用いてもよい。樹脂３２は、見かけ上の比重が分散液２６よりも小さければよいので、中空構造や多孔質構造にしてもよい。また、分散液２６をはんだボール３１よりも比重の大きいものにしたり、分散液２６に何かを溶解して比重を大きくしたりすることによって、はんだボール３１の比重を分散液２６の比重よりも小さくしてもよい。
【００５１】
なお、本発明は、言うまでもなく、上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、はんだボールの代わりに金ボールを用いた場合も、本発明に含まれる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明に係る金属ボールの配列方法（請求項１）によれば、多数の金属ボールを分散させた液体と、多数のボール保持孔を有する基板とを、ボール保持孔を上にしてかつ金属ボールがボール保持孔の上になるように位置付け、基板の表面において液体の液面を上方から下方へ移動させることにより、液架橋力を利用して金属ボールをボール保持孔内に挿入することができる。従来技術では、液中での金属ボールの自然落下を利用しているので、その落下地点がボール保持孔でなければ、ボール保持孔内に金属ボールを挿入できなかった。これに対して、本発明では、ボール保持孔周辺の金属ボールが強制的にボール保持孔内に引き込まれるので、ボール保持孔内に金属ボールを歩留りよく挿入できる。以上のとおり、本発明によれば、液体中で金属ボールを配列することにより静電気、湿気、機械的ストレス等の影響を排除できるとともに、液架橋力を利用することにより多数の金属ボールを歩留りよく任意の場所に配列できる。
【００５３】
また、従来技術では、ボール保持孔内に金属ボールを歩留まりよく挿入できなかったので、金属ボールの寸法を高精度にする必要があった。これに対して、本発明では、ボール保持孔内に金属ボールを歩留りよく挿入できるので、金属ボールの寸法を高精度にする必要がない。
【００５４】
請求項２記載の金属ボールの配列方法によれば、基板の表面において液体の液面を上方から下方へ移動させる際に、液体の液面に対して基板を斜めにすることにより、金属ボールが自重によって基板上を転がってボール保持孔に入りやすくなるので、ボール保持孔内に金属ボールを更に歩留りよく挿入できる。
【００５５】
請求項３記載の金属ボールの配列方法によれば、基板の表面において液体の液面を上方から下方へ移動させる際に、基板又は液体に振動を与えることにより金属ボールが基板上で動いてボール保持孔に入りやすくなるので、ボール保持孔内に金属ボールを更に歩留りよく挿入できる。
【００５６】
請求項４記載の金属ボールの配列方法によれば、液体に界面活性剤を含ませたことにより、微細なボール保持孔にも液体を入り込ませることができるので、ボール保持孔内に金属ボールを更に歩留りよく挿入できる。
【００５７】
請求項５記載の金属ボールの配列方法によれば、金属ボールの表面に有機装飾を施したことにより、金属ボールが液体中で更に均一に分散するので、ボール保持孔内に金属ボールを更に歩留りよく挿入できる。
【００５８】
請求項６記載の金属ボールの配列方法によれば、金属ボールの表面に高分子膜を被覆したことにより、金属ボールが液体中で更に均一に分散するので、ボール保持孔内に金属ボールを更に歩留りよく挿入できる。
【００５９】
請求項７記載の金属ボールの配列方法によれば、金からなる金属ボールとしたことにより、上記効果に加えて、耐酸化性及び導電率に良好な電極を形成できる。
【００６０】
請求項８記載の金属ボールの配列方法によれば、はんだからなる金属ボールとしたことにより、上記効果に加えて、マイクロエレクトロニクスの分野で最も一般的な電極を形成できる。
【００６１】
請求項９記載の金属ボールの配列方法によれば、金属ボールの中心を樹脂としたことにより、金属ボールの比重を液体の比重に近づけることができ、これにより金属ボールが液体中で更に均一に分散するので、ボール保持孔内に金属ボールを更に歩留りよく挿入できる。
【００６２】
請求項１０記載の金属ボールの配列方法によれば、金属ボールの比重を液体の比重よりも小さくしたので、金属ボールが単一層となって液面に広がり、これにより金属ボールが更に均一に分散するので、ボール保持孔内に金属ボールを更に歩留りよく挿入できる。
【００６３】
請求項１１記載の金属ボールの配列方法は、液体にフラックスを含ませたことにより、後のはんだ付け工程で改めてフラックスを供給する必要が無くなるので、生産効率を向上できる。
【００６４】
本発明に係る半導体装置の製造方法（請求項１２）によれば、多数のパッド電極が表面に設けられた基板上に、底面がパッド電極となるボール保持孔を有するマスク層を形成し、本発明に係る金属ボールの配列方法を用いてはんだボールをボール保持孔内に挿入し、はんだボールを加熱及び溶融してパッド電極上にはんだバンプを形成し、最後に基板上からマスク層を除去することにより、はんだボールの配列に要する時間を短縮できるとともに、配列したはんだボールを移し替える手間も省けるので、生産効率を向上できる。特に、分散液にフラックスが含まれていた場合は、パッド電極に対するフラックスの塗布作業も省略できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属ボールの配列方法の第一実施形態を示す断面図であり、図１［１］〜図１［２］の順に工程が進行する。
【図２】本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を示す断面図であり、図２［１］〜図２［３］の順に工程が進行する。
【図３】本発明に係る金属ボールの配列方法の第二実施形態を示し、図３［１］は全体の断面図、図３［２］ははんだボールの断面図である。
【図４】従来のはんだボールの配列方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　シリコン基板（基板）
１２　パッド電極
１４　マスク層
１６　ボール保持孔
１８，３１　はんだボール（金属ボール）
２０　枠材
２２　ガラス基板
２４　セル構造体
２６　分散液（液体）
２８　液面
３０　はんだバンプ
【図１】
2004087756.tif 000003
【図２】
2004087756.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004087756.tif 000006