(57)【要約】【課題】ウェハなどの基板に形成された多数の金バンプの高さを形よくそろえる。【解決手段】上面にバンプが複数配設されたウェハ４０を載置台１６に載置し、回転ローラ１８の下端部でウェハ４０上の金バンプの頭部を押圧するとともに、載置台１６を回転ローラ１８に対して相対的に水平移動させる。その際、載置台１６を回転ローラ１８の下端部と載置台１６とが相対的にほぼ静止するような速度で移動させる。【選択図】        図２
2004311524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面にバンプが複数配設された基板を載置する載置台と、
下端部で基板上のバンプの頭部を押圧する回転ローラと、
回転ローラを回転させるローラ駆動機構と、
載置台を回転ローラに対して相対的に水平移動させる水平移動機構と、
を備え、
回転ローラの下端部と載置台とを相対的にほぼ静止させることを特徴とするバンプフラットニング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバンプフラットニング装置であって、さらに、
載置台を回転ローラに対して相対的に上下移動させる上下移動機構を有することを特徴とするバンプフラットニング装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のバンプフラットニング装置であって、
回転ローラの回転軸の方向は、バンプの配設方向に対して交叉する方向であることを特徴とするバンプフラットニング装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１に記載のバンプフラットニング装置であって、さらに、
載置台を回転ローラに対して相対的に水平面内で回転させる回転機構を有することを特徴とするバンプフラットニング装置。
【請求項５】
上面にバンプが複数配設された基板を載置台に載置する載置工程と、
下端部で基板上のバンプの頭部を押圧する回転ローラを回転させるとともに載置台を回転ローラに対して相対的に水平移動させる押圧工程と、
を有し、
押圧工程では、載置台を回転ローラの下端部と載置台とが相対的にほぼ静止することを特徴とするバンプフラットニング方法。
【請求項６】
請求項５に記載のバンプフラットニング方法であって、
押圧工程では、回転ローラの回転軸の方向は、バンプの配設方向と交叉する方向であることを特徴とするバンプフラットニング方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載のバンプフラットニング方法であって、
水平移動方向の異なる複数の押圧工程を備えることを特徴とするバンプフラットニング方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１に記載のバンプフラットニング方法であって、
第１の水平移動方向への水平移動を有する第１の押圧工程と、
第１の水平移動方向と逆の第２の水平移動方向への水平移動を有する第２の押圧工程と、
を備えることを特徴とするバンプフラットニング方法。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれか１に記載のバンプフラットニング方法であって、
載置台と回転ローラの下端部との距離の異なる複数の押圧工程を備えることを特徴とするバンプフラットニング方法。
【請求項１０】
請求項５乃至９のいずれか１に記載のバンプフラットニング方法であって、
バンプの配設方向と回転ローラの成す角度が異なる複数の押圧工程を備えることを特徴とするバンプフラットニング方法。
【請求項１１】
基板上の複数の電極にバンプをボンディングするバンプボンディング装置であって、さらに、
上面にバンプが複数配設された基板を載置する載置台と、
下端部で基板上のバンプの頭部を押圧する回転ローラと、
回転ローラを回転させるローラ駆動機構と、
載置台を回転ローラに対して相対的に水平移動させる水平移動機構と、
を備え、
回転ローラの下端部と載置台とを相対的にほぼ静止させることを特徴とするバンプボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に形成されたバンプの高さを揃えるバンプフラットニング装置およびその方法およびバンプボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体素子上の複数の電極にバンプと呼ばれる突起電極を形成し、これにより半導体素子上の電極と配線基板上の電極とを接続実装する方法が知られている。バンプは、溶融状態の金属を半導体素子上の電極に付着させたものである。そして、この半導体素子をバンプと配線基板上の電極とが接続するように配線基盤に取り付けることにより、これらを電気的に接続している。
【０００３】
このような接続を行うためには、バンプの頭部の高さが揃っていることが望ましい。バンプの高さが揃っていない場合、一部の電極で接続不良が発生するからである。また、その上面（潰し面）は、ほぼ円形であり、バンプ自体に倒れが生じていないことが望ましい。バンプの潰し面が楕円形状である場合、接触面である潰し面が配線基板の電極からはみ出すなどし、短絡や接触不良の原因となる。また、バンプに倒れが生じると、配線基板との接触面である潰し面の位置がずれてしまうという問題が発生する。そのため、従来から、バンプ形成後にその高さを形よく揃えるバンプフラットニングがなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、複数のバンプが形成された半導体素子に対して押圧面を有した加圧部材で加圧し、バンプの高さを一定に揃えるバンプフラットニング装置が開示されている。これにより、半導体素子上の複数のバンプの高さを形よく揃えることができる。しかしながら、特許文献１の装置では、ウェハから個片化された半導体素子単位でしかフラットニングできないという問題があった。つまり、ウェハの状態でバンプを形成した後、これを個片化し、各半導体素子毎に取り出してバンプフラットニングをすることになる。そのため、全体の工程が複雑となり、半導体装置の生産時間が長くなっていた。
【０００５】
ここで、特許文献１における加圧部材の押圧面を拡大し、ウェハ全体に対してフラットニングする技術が考えられる。しかしながら、ウェハ全体に形成されるバンプは非常に多数であり、これらすべてを押圧するためには非常に大きな押圧力が必要となる。このような押圧力を有するバンプフラットニング装置は大型かつ高価になり、実現性に乏しかった。
【０００６】
この問題を解決するものとして、特許文献２には、バンプが形成されたウェハ上でローラを移動させることにより、バンプを押圧する方法が開示されている。このようにローラで部分的に加圧しながら移動することにより、小さな力でバンプを押圧することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−４０７６６号公報
【特許文献２】
特公平７−９３３０５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に記載の方法では、バンプの形状が潰れやすいという問題がある。すなわち、ローラで部分的に加圧しながら移動すると、バンプの頭部に対して垂直下向きの押圧力のみならず、ローラの移動方向の力も与えることとなる。そのため、バンプ頭部は、平坦化されるが、同時に移動方向に引っ張られ、潰し面が楕円形状になりやすい。また、バンプ自体の倒れも発生しやすくなる。その場合、上述したように短絡や位置ずれなど種々の問題が発生する。
【０００９】
そこで、本発明では、ウェハのような多数のバンプが形成された基板に対して形よくバンプフラットニングができる装置および方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のバンプフラットニング装置は、上面にバンプが複数配設された基板を載置する載置台と、下端部で基板上のバンプの頭部を押圧する回転ローラと、回転ローラを回転させる回転駆動機構と、載置台を回転ローラに対して相対的に水平移動させる水平移動機構と、を備え、回転ローラの下端部と載置台とを相対的にほぼ静止させることを特徴とする。
【００１１】
そのため、基板上のバンプ頭部に対して垂直下向きの押圧力のみを加えつつ、ローラを移動させることができる。これにより、ウェハのような高面積の基板に形成されたバンプの頭部の高さを形よく揃えることができる。
【００１２】
ここで、基板はウェハであることが好適であるが、例えば、多数のバンプが形成された半導体素子などであってもよい。フラットニングの対象となるバンプの材質は金バンプであることが好適であるが、他の材質のものであってもよい。また、水平移動機構は、載置台を回転ローラに対して相対的に移動させるものであれば、載置台、回転ローラのいずれを移動させるものであってもよい。また、回転ローラの下端部と載置台とを相対的にほぼ静止させるとは、回転ローラと載置台の移動速度および方向を揃えることをいう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１に本発明の実施の形態であるバンプフラットニング装置１０のブロック図を示す。これは、装置本体１２とその制御部１４に大別される。
【００１５】
装置本体１２は、ウェハ４０を載置するための載置台１６、回転ローラ１８およびその周辺機構から構成されている。載置台１６には、水平移動機構２６、上下移動機構２２、回転機構２４から構成される移動ユニット２０が設けられている。この移動ユニット２０から伝達される駆動力により載置台１６は、水平、上下および回転移動が可能となっている。また、載置台１６の位置、角度および移動速度は、それぞれの検出器２８、３０で検出され、後述する制御部１４に出力される。制御部１４では、出力された情報に基づいて移動ユニット２０に駆動制御のための信号を算出、出力する。
【００１６】
回転ローラ１８には、回転ローラ１８を回転駆動させるためのローラ駆動機構３２が付設されており、駆動制御装置３８からの信号に基づいて駆動するようになっている。また、回転ローラ１８の回転速度は、速度検出器３４により検出され、主制御部３６に出力される。
【００１７】
制御部１４は、移動ユニット２０とローラ駆動機構３２の駆動制御信号を出力する駆動制御装置３８と速度検出器３０、３４等からの情報に基づいて制御値を算出する主制御部３６とに大別される。主制御部３６では、位置・角度検出器や速度検出器３０、３４で検出された速度などを記録するとともに、それらの情報に基づき、駆動制御のための制御値を算出する。算出された値は、駆動制御装置３８に出力され、駆動制御装置では、その値に基づいて、移動ユニット２０とローラ駆動機構３２に駆動制御信号を出力する。
【００１８】
なお、このバンプフラットニング装置１０は、単体であってもよいし、バンプボンディング装置に併設または組み込んでもよい。
【００１９】
つぎに、バンプフラットニング装置１０の装置本体１２に関して図２を用いて詳説する。図２は、装置本体の斜視図である。なお、図中、各移動機構に付設され、駆動力を発生させるモータについては、図示を省略している。
【００２０】
回転ローラ１８は、載置台１６の上方に設けられた直径５０ｍｍの回転ローラ１８であり、Ｘ方向の軸を中心に回転できるようになっている。回転ローラ１８には、モータが付設されており、駆動制御装置３８によりモータの回転方向および速度が制御される。これにより、回転ローラ１８の回転方向および速度が制御される。
【００２１】
載置台１６は、ウェハ４０を載置、保持するための台であり、ウェハ４０の位置あわせのための切り欠き部１６ａが形成されている。ウェハ４０を載置する場合は、この切り欠き部１６ａとウェハ４０のオリエンテーションフラットとをあわせるようにする。また、載置されたウェハ４０のずれを防止するため、載置台１６は真空吸着機構を有しており、その吸着力でウェハ４０を保持する。
【００２２】
さらに、載置台１６には、図示しない回転機構２４が設けられており、載置台１６を水平面内で３６０度回転できるようなっている。この回転機構の駆動も駆動制御装置３８により制御されている。また、角度検出器２８により、回転角度が検出され、主制御部３６に出力されるようになっている。
【００２３】
上下移動機構２２は、載置台１６に固着された摺動部材４２とその下側に設けられた傾斜部材４４および摺動部材４２をＹ方向に摺動させる駆動手段（図示せず）から構成されている。傾斜部材４４の上面は所定の角度を有した傾斜面となっており、図中、手前側になるほどその上面位置が高くなっている。摺動部材４２の底面は傾斜部材４４の傾斜と同じ角度の傾斜面となっており、駆動手段により傾斜部材４４の上面をＹ方向に摺動できるようになっている。そして、摺動部材４２を傾斜部材４４上面で摺動させることにより、摺動部材４２上面に固着された載置台１６を上下方向に移動させることができる。この摺動部材４２の移動距離および方向は、駆動制御装置３８により制御され、１μｍ単位で載置台１６の高さを調整できるようになっている。
【００２４】
傾斜部材４４の下側には、水平移動機構２６が設けられている。これは、図示しないモータにより傾斜部材４４をＹ方向に移動させる移動ステージである。傾斜部材４４を移動させることにより、その上側にある載置台１６をＹ方向、すなわち、回転ローラ１８に対して直行する方向に移動させることができる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、載置台１６を移動させる構成としたが、回転ローラ１８に対して相対的に移動移動させるものであれば、回転ローラ１８を移動させるものであってもよい。例えば、載置台１６を固定とし、回転ローラ１８を水平、上下方向に移動させる移動手段を備えるものであってもよい。また、回転、水平、上下の移動機構は、いずれも上記以外の構成であってもよい。さらに、回転および上下の移動機構があることが好適であるが、いずれかの移動機構が欠けていてもよい。
【００２６】
次に、フラットニングの対象となる金バンプ４６およびウェハ４０について説明する。ウェハ４０上面には、形状の金バンプ４６が多数配設されている。バンプフラットニング前の金バンプ４６は、図３（Ａ）に示すように、その頭部が細く突き出したような形状であり、その高さｈは約６０μｍである。しかしながら、この高さは、およその数値であり、全体として金バンプ４６の高さは不揃いとなっている。この状態で配線基板に取り付けると、一部の金バンプ４６において接続不良が生じる。そのため、バンプフラットニングでは、金バンプ４６を図３（Ｂ）に示すように、その頭部の細い突き出しを潰して平坦化するとともに、その高さを揃える。このとき、金バンプ４６の高さｈは約３５μｍである。すなわち、約２５μｍを潰すこととなる。このとき、金バンプ４６の上面である潰し面４６ａがほぼ円形であり、金バンプ自体は倒れが生じていないことが望ましい。
【００２７】
なお、例えば、８インチのウェハ４０において、金バンプ４６が１ｍｍ２当たり８個（８ｂｕｍｐ／ｍｍ２）の割合で形成された場合、そのバンプ数は、ウェハ４０全体で約２５００００個となる。この金バンプ１個を押圧するために１Ｎの力を必要とすると、これらすべてを同時に面で押圧するには約２５．５ｔの力が必要となる。このような押圧力を有するバンプフラットニング装置は、実現性が乏しいことがわかる。そこで、後述するように、部分的に押圧力をかけることができるローラで押圧しながら移動することによりバンプフラットニングを行う。
【００２８】
次に、このバンプフラットニング装置１０を用いてウェハ４０の上面に配設された金バンプ４６をフラットニングする流れを説明する。
【００２９】
金バンプ４６をフラットニングする場合は、まず、載置台１６にウェハ４０を載置する。この場合は、摺動部材４２を摺動させて、載置台１６を最も低い位置に移動させておく。また、水平移動機構２６を駆動させて、載置台１６を回転ローラ１８からずれた位置に移動させておく。そして、その状態で、ウェハ４０を載置台１６に載置する。このとき、載置台１６に設けられた切り欠き部１６ａとウェハ４０のオリエンテーションフラットとが合わさるように載置する。載置されたウェハ４０は、載置台１６に設けられた真空吸着手段により、保持されるとともに、その位置ずれが防止される。
【００３０】
次に、回転機構により載置台１６を回転させ、ウェハ４０の角度を調整する。これは、回転ローラ１８と金バンプ４６の配設方向とが交叉するような角度に調整される。これについて図４を用いて説明する。図４は、載置台１６に載置されたウェハ４０と回転ローラ１８を上面からみた図である。回転ローラ１８を金バンプ４６の配設方向とを非平行になるようにした場合、回転ローラ１８で押圧される金バンプ４６（図中黒色塗りつぶしで表示）の数は、回転ローラ１８と配設方向とが平行な場合に比べて少ないことがわかる。金バンプ４６は上述したように１個を押圧するのに約１Ｎ必要であり、押圧する金バンプ数が多い場合は、より大きい押圧力が必要となる。つまり、回転ローラ１８と金バンプ４６の配設方向を平行すると、大きな押圧力が必要となる。そのため、回転機構により、載置台１６を回転させ、回転ローラ１８が、金バンプ４６の配設方向に対して交叉する方向となるようにする。これにより少ない力で押圧することができる。
【００３１】
次に、回転ローラ１８を回転させるとともに、水平移動機構２６により載置台１６を水平往復移動させる。また、往復の折り返しの際には、摺動部材４２を微小距離、摺動させることにより、載置台１６を約１μｍ上昇させる。つまり、回転ローラ１８と載置台１６との距離を徐々に縮めながら、載置台１６を往復水平移動させるのである。これにより、徐々に、金バンプ４６の頭部を押圧することができる。
【００３２】
これについて図５を用いてより詳細に説明する。１μｍずつ距離を縮めた場合、回転ローラ１８は金バンプ４６の頭部を１μｍ押圧することになる。そのときの押圧幅ｄは、回転ローラ１８の半径をＲ、載置台１６の上昇距離をｐとすると式（１）であらわすことができる。
【数１】
ｄ＝√（２×ｐ×Ｒ−ｐ２）・・・・・・・・・・・（１）
【００３３】
ここで、本実施の形態では回転ローラ１８の半径は２５ｍｍなので、ｄは約２２０μｍとなる。すなわち、ある瞬間における回転ローラ１８での金バンプ４６の押圧面は２２０μｍの幅であり、このとき、押圧される金バンプ４６の数は上述の条件と同じとすると最大で約３５０個となる。この場合必要となる押圧力は、約３５０Ｎとなる。このように、面での押圧ではなく、回転ローラ１８により線で押圧することにより、小さい押圧力でバンプフラットニングを行うことができる。また、この微小幅の押圧面を載置台１６の移動により移動させるため、ウェハ４０のような広い面積全体のバンプフラットニングも短時間で行うことができる。
【００３４】
このように、回転ローラ１８を回転させるとともに、水平移動機構２６により載置台１６を水平移動させることにより、少ない力で広い面積のバンプフラットニングができる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、１μｍずつ上昇移動させているが、これ以外の数値であってもよい。この上昇距離ｐは、押圧力やウェハ４０の面積、金バンプ４６の数、あるいは、フラットニング速度にあわせて適宜変更してもよい。
【００３６】
次に、押圧する際の回転ローラ１８の回転および載置台１６の移動速度および方向について説明する。押圧する際の回転ローラ１８の回転および載置台１６の移動は、回転ローラ１８の下端部と金バンプ４６の頭部とが相対的にほぼ静止するような速度および方向で行う。
【００３７】
回転ローラ１８は一定の速度で回転しており、載置台１６の水平移動により金バンプ４６も一定の速度で水平移動していることになる。ここで、回転ローラ１８は、金バンプ４６に対して十分大きいため、その下端部１８ａの移動は、金バンプ４６に対してほぼ水平移動とみなすことができる。そのため、載置台１６の移動速度を回転ローラ１８の回転速度とほぼ同じにするとともに、その移動方向を同じにすると、回転ローラ１８の下端部１８ａは、金バンプ４６の頭部と相対的にほぼ静止することになる。
【００３８】
このように、下端部１８ａと金バンプ４６の頭部と相対的にほぼ静止させると、金バンプ４６に対して垂直方向の押圧力のみがかかることとなる。そのため、金バンプ４６の頭部が回転ローラ１８によりこすられることがなく、金バンプ４６の潰し面形状が潰れることがない。すなわち、金バンプ４６に対して移動方向の力がかかった場合、図６（Ａ）に示すように金バンプ４６は、移動方向に引っ張られ、その潰し面は図６（Ｂ）のように略楕円形状となる。また、場合によっては、図７（Ａ）のように金バンプ自体が倒れる場合もある。しかし、金バンプ４６に対して垂直方向の押圧力のみをかけることによりこのような問題を防止することができる。
【００３９】
また、回転ローラ１８と載置台１６との距離を徐々に縮めながら、水平移動を繰り返すことにより、金バンプ４６の頭部を徐々に潰すことが可能となり、金バンプ４６の形状の潰れが軽減される。すなわち、上述したように回転ローラ１８と載置台１６を相対的に静止させることにより、垂直方向のみの押圧力をかけることが可能であるが、現実には、微小な速度差が生じる。その際、潰し量ｐが多いと、速度差の影響が大きくなる。そのため、上述した問題が発生し、潰し面が楕円形状になったり、金バンプが倒れやすくなる。また、潰し量ｐが多い場合、つまり押圧力が大きい場合、金バンプの反力よりはるかに大きい押圧力をかけることになる。その場合、金バンプ全体に押圧力が行き渡らず、その上面にのみ大きな押圧力がかかることになる。その結果、上面（潰し面）のみが広がった不安定な形状（図７（Ｂ））になる。本実施の形態のように、回転ローラ１８と載置台１６との距離を徐々に縮めながら、水平移動を繰り返すとこのような種々の問題を回避することができる。
【００４０】
以上、説明したように回転ローラ１８と載置台１６との距離を徐々に縮めながら、水平移動を繰り返す。そして、約１０から１５往復繰り返すことにより、図３（Ａ）のような形状の金バンプ４６が図３（Ｂ）のように形よくフラットニングされる。
【００４１】
なお、往復折り返しの際に、載置台１６の垂直移動だけでなく、角度の変更を行ってもよい。すなわち、折り返しの際に回転ローラ１８と金バンプ４６の配設方向との角度を変更するのである。これは、折り返しの際に、載置台１６を回転機構により回転させることにより変更できる。このように回転ローラ１８の配設方向との角度を変更することにより、潰し面形状が楕円となることをより防止できる。
【００４２】
上述したように、回転ローラ１８と載置台１６が相対的にほぼ静止した状態は成立することが困難であり、図６（Ａ）のように、金バンプ４６の頭部が、載置台１６の移動方向に引っ張られることがある。この現象は、潰し量が多い場合、すなわち、垂直移動距離が大きい場合に特に顕著に発生する。そして、このとき、金バンプ４６の潰し面は、図６（Ｂ）のように楕円形状となりがちである。このような問題を防止するために、往復移動の折り返しの際に、載置台１６を回転させ、各水平移動の度に、回転ローラ１８と金バンプ４６の配設方向との角度を変更する。これにより、様々な方向から金バンプ４６を押圧することができ、楕円形状に押圧されることを防止することができる。
【００４３】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、容易にウェハ４０のような広い面積に多数配設された金バンプ４６を形よくフラットニングすることができる。
【００４４】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、ウェハのような多数のバンプが形成された基板に対して形よくバンプフラットニングができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態であるバンプフラットニング装置のブロック図である。
【図２】バンプフラットニング装置の装置本体の斜視図である。
【図３】フラットニングの対象となる金バンプの側面図である。
【図４】ウェハと回転ローラを上面から見た図である。
【図５】バンプフラットニングの側面図である。
【図６】（Ａ）バンプフラットニングの側面図である。（Ｂ）金バンプの上面図である。
【図７】（Ａ）倒れが生じた金バンプの側面図である。（Ｂ）上面のみが潰れた金バンプの側面図である。
【符号の説明】
１０  バンプフラットニング装置
１２  装置本体
１６  載置台
１８  回転ローラ
１８ａ  下端部
２０  移動ユニット
２２  上下移動機構
２４  回転機構
２６  水平移動機構
２８  位置・角度検出器
３０  速度検出器
３２  ローラ駆動機構
３６  主制御部
３８  駆動制御装置
４０  ウェハ
４２  摺動部材
４４  傾斜部材
４６  金バンプ
【図１】
2004311524.tif 000003
【図２】
2004311524.tif 000004
【図３】
2004311524.tif 000005
【図４】
2004311524.tif 000006
【図５】
2004311524.tif 000007
【図６】
2004311524.tif 000008
【図７】
2004311524.tif 000009