(57)【要約】【課題】バンプに異形が生じる虞がなく、バンプの整形工程が不要となり、また、バンプ材を取り扱う部材の交換が容易で、交換後の部材の位置精度を容易に出すことができ、しかも、バンプ形成工程の短縮化、低コスト化を図ることが可能なバンプ形成方法及び装置を提供する。【解決手段】本発明のバンプ形成方法は、バンプボール整列プレート２３の位置決め用の穴３４にバンプボール２２を投入し、ウエハ１７のボンディングパッド３７をバンプボール２２の上端部に接触させ、ウエハ１７をウエハ保持パッド１３ａにて押圧した状態でプレート３１を加熱することにより、バンプボール２２を加圧変形させて所定形状のバンプ３８とすることを特徴とする。【選択図】　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一主面上の所定位置にバンプを形成する方法であって、
上面の少なくとも一部がバンプ材を加熱する加熱面とされた加熱手段上に、板状体の所定位置にバンプ材の位置決め用の穴が形成された位置決め部材を載置し、
次いで、前記穴にバンプ材を投入し、
次いで、前記位置決め部材上に半導体基板を載置し、
次いで、前記バンプ材を、前記加熱手段により加熱するとともに、押圧手段により上方から前記半導体基板を介して押圧し、
前記バンプ材を前記半導体基板上の所定位置に接合することを特徴とするバンプ形成方法。
【請求項２】
前記バンプ材を加熱・押圧する際に、超音波発振手段により該バンプ材に超音波を発振し、該バンプ材の接合強度を高めることを特徴とする請求項１記載のバンプ形成方法。
【請求項３】
半導体基板の一主面上の所定位置にバンプを形成する装置であって、
上面の少なくとも一部がバンプ材を加熱する加熱面とされた加熱手段と、
この加熱手段の上方に配置され、板状体の所定位置に前記バンプ材の位置決め用の穴が形成された位置決め部材と、
前記位置決め用の穴に投入されたバンプ材を前記位置決め部材上に配置された半導体基板を介して押圧する押圧手段と、
を備えてなることを特徴とするバンプ形成装置。
【請求項４】
前記加熱手段は、板状体の一主面が前記バンプ材を加熱する加熱面とされ、かつその内部に加熱源が設けられた加熱装置であることを特徴とする請求項３記載のバンプ形成装置。
【請求項５】
前記位置決め部材の厚みは、前記バンプ材の最大径より薄くしてなることを特徴とする請求項３または４記載のバンプ形成装置。
【請求項６】
前記位置決め部材と、前記加熱手段とを対向配置し、
前記位置決め部材及び前記加熱手段のいずれか一方に第１の磁性体を、いずれか他方に第２の磁性体を、それぞれ設け、これら第１の磁性体及び第２の磁性体により生じる反発力により前記位置決め部材と前記加熱手段との間隔を保持することを特徴とする請求項３、４または５記載のバンプ形成装置。
【請求項７】
前記バンプ材の静電気を除去する静電気除去手段を備えてなることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項記載のバンプ形成装置。
【請求項８】
前記バンプ材に超音波を発振する超音波発振手段を備えてなることを特徴とする請求項３ないし７のいずれか１項記載のバンプ形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプ形成方法及び装置に関し、特に、半導体基板の一主面上の所定位置にバンプを形成する際に、このバンプに異形が生じる虞がなく、したがって、バンプの整形工程が不要となり、バンプ形成工程の短縮化、低コスト化を図ることが可能なバンプ形成方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の半導体装置においては、シリコンウエハ（半導体基板）上のボンディングパッド等のバンプ形成位置に、金属等からなるバンプボールを圧着する方法、金属ペーストを印刷する方法、金属層をメッキする方法、ワイヤボンドを接続する方法等によりバンプを形成している。これらの方法は、形成するバンプの形状や大きさ等により使い分けがなされている。
また、最終パッケージの形状や厚み等により、求められるバンプの形状や大きさ等も様々である。
【０００３】
例えば、バンプボールを圧着する場合、既に様々な圧着方法が提案されているが、一例を挙げると、吸着面の所定位置にバンプボールを吸着する吸着口が形成されたボンディングヘッドを用いて、バンプボールを整列吸着し、このボンディングヘッドの吸着口に吸着されたバンプボールをシリコンウエハ上のボンディングパッドに押圧する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
一般に、バンプボールを圧着する場合、シリコンウエハ上のボンディングパッドの数は、多い場合で数十万個にもなる。この場合、シリコンウエハ上を複数の領域に区分して各領域毎のバンプボールの数を所定の数以下とし、ボンディングヘッドを用いて各領域毎にバンプボールを一括圧着する方法が採られる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３１６９７号公報　（第４−５頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のバンプボールを圧着する方法では、吸着するバンプボールの大きさ及び数に対応して、ボンディングヘッドの吸着面の所定の位置に多数の吸着口を所定の加工精度で加工する必要があり、加工が難しいという問題点があった。
また、シリコンウエハ上の多数のボンディングパッドにバンプボールを一括圧着しようとした場合、バンプボールの吸着力が低下する虞があり、その結果、バンプボールの一括圧着が困難になるという問題点があった。
【０００６】
また、バンプボールを吸着口に吸着する場合、吸着の際にバンプボールが変形する虞があり、その後の工程で、バンプボールを整形する必要があった。このバンプボールの整形は、圧着により行われるものであるから、バンプボールの圧着工程を２度行う必要があった。
さらに、製造する半導体装置の品種を切り換えた場合、この品種に対応してボンディングヘッドを交換する必要があるが、ボンディングヘッドはシリコンウエハに対して移動するものであるから、移動に対しても極めて高精度かつ高品質が要求される。したがって、ボンディングヘッドを交換した場合、ボンディングヘッドの位置調整等を改めてやり直す必要があり、ボンディングヘッドの交換が容易でないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、半導体基板の一主面上の所定位置にバンプを形成する際に、このバンプに異形が生じる虞がなく、したがって、バンプの整形工程が不要となり、また、バンプ材を取り扱う部材の交換が容易で、交換後の部材の位置精度を容易に出すことができ、しかも、バンプ形成工程の短縮化、低コスト化を図ることが可能なバンプ形成方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次の様なバンプ形成方法及び装置を採用した。
すなわち、本発明の請求項１記載のバンプ形成方法は、半導体基板の一主面上の所定位置にバンプを形成する方法であって、上面の少なくとも一部がバンプ材を加熱する加熱面とされた加熱手段上に、板状体の所定位置にバンプ材の位置決め用の穴が形成された位置決め部材を載置し、次いで、前記穴にバンプ材を投入し、次いで、前記位置決め部材上に半導体基板を載置し、次いで、前記バンプ材を、前記加熱手段により加熱するとともに、押圧手段により上方から前記半導体基板を介して押圧し、前記バンプ材を前記半導体基板上の所定位置に接合することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載のバンプ形成方法は、請求項１記載のバンプ形成方法において、前記バンプ材を加熱・押圧する際に、超音波発振手段により該バンプ材に超音波を発振し、該バンプ材の接合強度を高めることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載のバンプ形成装置は、半導体基板の一主面上の所定位置にバンプを形成する装置であって、上面の少なくとも一部がバンプ材を加熱する加熱面とされた加熱手段と、この加熱手段の上方に配置され、板状体の所定位置に前記バンプ材の位置決め用の穴が形成された位置決め部材と、前記位置決め用の穴に投入されたバンプ材を前記位置決め部材上に配置された半導体基板を介して押圧する押圧手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載のバンプ形成装置は、請求項３記載のバンプ形成装置において、前記加熱手段は、板状体の一主面が前記バンプ材を加熱する加熱面とされ、かつその内部に加熱源が設けられた加熱装置であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載のバンプ形成装置は、請求項３または４記載のバンプ形成装置において、前記位置決め部材の厚みは、前記バンプ材の最大径より薄くしてなることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載のバンプ形成装置は、請求項３、４または５記載のバンプ形成装置において、前記位置決め部材と、前記加熱手段とを対向配置し、前記位置決め部材及び前記加熱手段のいずれか一方に第１の磁性体を、いずれか他方に第２の磁性体を、それぞれ設け、これら第１の磁性体及び第２の磁性体により生じる反発力により前記位置決め部材と前記加熱手段との間隔を保持することを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載のバンプ形成装置は、請求項３ないし６のいずれか１項記載のバンプ形成装置において、前記バンプ材の静電気を除去する静電気除去手段を備えてなることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載のバンプ形成装置は、請求項３ないし７のいずれか１項記載のバンプ形成装置において、前記バンプ材に超音波を発振する超音波発振手段を備えてなることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のバンプ形成方法及び装置の一実施の形態について図面に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施形態のバンプ（ボール）形成方法を実施するためのバンプボール整列圧着装置を示す平面図であり、図において、符号１はカセット台、２は搬送ロボット、３はポジションテーブル、４は十字アーム、５はアライメントユニット、６はボンディングヘッド（バンプ形成装置）、７はこれらを制御するための制御盤である。
【００１７】
カセット台１は、複数葉のシリコンウエハ（半導体基板：以下、単にウエハとも称する）が収納されたウエハカセットをセットするための専用の台である。
搬送ロボット２は、カセット台１にセットされたウエハカセットからウエハを１葉つづ取り出し、このウエハを１８０度上下反転させた後、この反転させたウエハをポジションテーブル３上の所定位置にセットする機構を備えている。
ポジションテーブル３は、ウエハのオリフラまたはノッチの方向を規定すると同時に、このウエハを保持する際の位置決めを行うものである。
【００１８】
十字アーム４は、垂直に設けられた回転軸１１と、この回転軸１１から水平方向に放射状に延びるアーム（図では４本）１２ａ〜１２ｄと、これらアーム１２ａ〜１２ｄ各々の先端部に設けられてウエハを吸着保持しかつ該ウエハをθ方向（回転角の方向）とＺ方向（垂直方向）に可動可能な調整機構を備えたウエハ保持パッド１３ａ〜１３ｄとにより構成され、アーム１２ａ〜１２ｄを回転軸１１の周りを時計回りに回転させることにより、ウエハ保持パッド１３ａ〜１３ｄ各々に保持されたウエハを搬送する。
【００１９】
これらのウエハ保持パッド１３ａ〜１３ｄは、ボンディングの際に、後述するバンプボール２２をウエハを介して押圧する押圧手段としての機能も兼ね備えている。
アライメントユニット５は、十字アーム４によりポジションテーブル３から搬送されたウエハ１７の平行性及び位置調整のアライメントを行う。
【００２０】
ボンディングヘッド６は、図２に示すように、ウエハの表面（一主面）上の所定位置に形成されたパッド上にバンプを形成する装置であり、ヒータープレート（加熱装置）２１と、バンプボール（バンプ材）２２を整列するためのバンプボール整列プレート（位置決め部材）２３とにより二重プレートの構成とされ、さらに、イオナイザー（静電気除去手段）２４、超音波発生器（超音波発振手段）２５、エアーブロー（バンプボール整列手段）２６が組み込まれた構成である。
【００２１】
ヒータープレート２１は、例えば、チタン（Ｔｉ）、ステンレススチール等の耐熱性に優れた金属または合金、シリコン（Ｓｉ）等の半導体材料、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス等からなる平板状のプレート（板状体）３１を主体として構成され、この上面（一主面）３１ａは研磨されてバンプボール２２を加熱する加熱面とされ、かつその内部には、上面３１ａの温度を測定する温度センサ、及び加熱用のヒーター（加熱源）が内蔵され、このヒーターは制御盤７により制御される構成になっている。このプレート３１の四隅には、後述する可動軸３５を挿通するための該可動軸３５より僅かに大径の挿通孔３２が上下方向に貫通して形成されている。
【００２２】
バンプボール整列プレート２３は、ヒータープレート２１の上方かつ該ヒータープレート２１と平行に配置され、例えば、チタン（Ｔｉ）、ステンレススチール等の耐熱性に優れた金属または合金、シリコン（Ｓｉ）等の半導体材料、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス等からなる前記プレート３１と略同一の形状の平板状のプレート（板状体）３３を主体として構成され、このプレート３３の上面（一主面）３３ａが研磨されかつその所定位置にバンプボール２２の位置決め用の穴３４が形成されている。
【００２３】
このプレート３３の厚みは、バンプボール２２の最大径より薄いこととされ、上記の穴３４の直径は、バンプボール２２の最大径より僅かに大径とされている。
例えば、バンプボール２２の最大径を５０μｍとすると、プレート３３の厚みは２５〜３０μｍ、上記の穴３４の直径は５５μｍである。
【００２４】
このプレート３３の四隅には、それぞれ可動軸３５の上端部がボルト３６等の固定具により固定され、これらの可動軸３５を上下方向に作動させることにより、このプレート３３の下面３３ｂと上記のプレート３１の上面３１ａとの間隔を所定の間隔、例えば、１５〜２５μｍに保持するようになっている。また、このプレート３３には、バンプボール２２投入時にプレート３３が反り等を起こさないように、このプレート３３を四方向から引っ張り保持する引張機構（図示せず）が設けられている。なお、このプレート３３の反り等を緩和する方法として、バンプボール２２を少量ずつ、連続的または間欠的に投入する方法が採られる。
【００２５】
イオナイザー２４は、バンプボール２２に発生する静電気を除去する装置で、バンプボール２２を少量投入する際に、バンプボール２２同士の接触により発生する静電気により、バンプボール２２同士が引き付け合うのを防止するためのものである。
超音波発生器２５は、バンプボール２２がウエハ上のパッドに圧着される際に、このバンプボール２２とパッド３７との接合面に超音波を発信させて、この接合面近傍に共晶状態を生じさせることにより、バンプボール２２とパッド３７との接合強度を高めるものである。
【００２６】
エアーブロー２６は、プレート３３の位置決め用の穴３４にバンプボール２２を投入する際に、その軸２７をプレート３３の上面３３ａの一方向（図中、矢印方向）に沿って移動させることにより、プレート３３の上面３３ａに投入されたバンプボール２２を位置決め用の穴３４全てに投入するとともに、プレート３３上の余ったバンプボール２２を回収するものである。このエアーブロー２６の替わりに専用のブラシ等を用いて、バンプボール２２を位置決め用の穴３４全てに投入する構成としてもよい。
【００２７】
次に、本実施形態のバンプボール形成方法について、図１〜図５に基づき説明する。
まず、ウエハが収納されたウエハカセットをカセット台１にセットする。
次いで、搬送ロボット２により、このウエハカセットからウエハを１葉取り出し、このウエハを１８０度上下反転させた後、このウエハをポジションテーブル３上に搬送し、ポジションテーブル３上の所定位置にセットする。
【００２８】
このポジションテーブル３では、このウエハのオリフラまたはノッチ方向を規定すると同時に、このウエハを保持する際の位置決めを行う。
オリフラまたはノッチ方向及び位置決めが決定されたウエハは、十字アーム４のウエハ保持パッド１３ａ〜１３ｄに順次保持される。この十字アーム４は、アーム１２ａ〜１２ｄを回転軸１１の周りに時計回りに回転させることにより、ウエハを効率よく搬送することができる。
【００２９】
例えば、ウエハ保持パッド１３ａに保持されたウエハは、アーム１２ａを回転軸１１の周りに時計回りに回転させることで、アライメントユニット５上に搬送され、このアライメントユニット５にセットされる。
アライメントユニット５では、ウエハの平行性及び位置調整のアライメントを行う。
このアライメントの間に、ボンディングヘッド６では、バンプボール２２を整列させ、待機状態とする。
【００３０】
ここで、バンプボール２２の整列方法について説明する。
まず、図２に示すように、プレート３３の四隅に取り付けられた可動軸３５を上方に作動させてバンプボール整列プレート２３を上方に移動させ、プレート３３の下面３３ｂとプレート３１の上面３１ａとの間隔を、所定の間隔、例えば、１５〜２５μｍとする。
次いで、バンプボール整列プレート２３上にバンプボール２２を投入する。この際、バンプボール２２同士が静電気により引き付け合うのを防止するために、イオナイザー２４を用いてバンプボール２２に発生する静電気を除去しておく。
【００３１】
次いで、エアーブロー２６の軸２７を（あるいは専用のブラシ等を）プレート３３の上面３３ａの一方向（図中、矢印方向）に沿って移動させ、静電気が除去されたバンプボール２２を位置決め用の穴３４全てに投入すると同時に、プレート３３上の余ったバンプボール２２を該プレート３３の端部にて回収する。
【００３２】
次いで、可動軸３５を下方に作動させてバンプボール整列プレート２３を下方に移動させ、図３に示すように、プレート３３の下面３３ｂをプレート３１の上面３１ａに接触させる。これにより、位置決め用の穴３４に投入されたバンプボール２２は、圧着面となる上端部が穴３４の上端から突出することとなる。
【００３３】
次いで、図４に示すように、十字アーム４を作動させて、平行性及び位置調整のアライメントが終了したウエハ１７をウエハ保持パッド１３ａにて吸着し、このウエハ１７をプレート３３の上面３３ａの上方の原点位置へ移動させ、その後下降させ、ウエハ１７の下面１７ａに形成されたボンディングパッド３７を、バンプボール２２の上端部に接触させる。
【００３４】
次いで、図５に示すように、ウエハ保持パッド１３ａにてウエハ１７を所定の圧力で押圧した状態で、内蔵するヒーターによりプレート３１を所定の温度、例えば１５０〜２５０℃に加熱することにより、バンプボール２２を軟化させると同時に穴３４の形状に合うように加圧変形させ、所定形状のバンプ３８とする。
これにより、ウエハ１７の下面１７ａのボンディングパッド３７上に、１度の加圧・加熱操作でバンプ３８が圧着されることとなる。
【００３５】
なお、この加圧・加熱操作の際に、超音波発生器２５によりバンプボール２２とボンディングパッド３７との接合面に超音波を発信させれば、この接合面近傍に共晶状態を生じさせることができ、バンプボール２２とボンディングパッド３７との接合強度を高めることができる。
【００３６】
バンプ３８が圧着されたウエハ１７を、ウエハ保持パッド１３ａを上昇させることで原点位置に戻し、次いで、十字アーム４を回転させて、このウエハ１７をポジションテーブル３上に移載させる。その後、ウエハ保持パッド１３ａを下降させ、ポジションテーブル３上にウエハ１７を置く。
搬送ロボット２により、このウエハ１７を回収し、このウエハ１７を１８０度上下反転させた後、このウエハ１７を、カセット台１にセットされたウエハカセットに収納する。
【００３７】
以上詳細に説明したように、本実施形態のバンプボール形成方法によれば、静電気が除去されたバンプボール２２を、バンプボール整列プレート２３の位置決め用の穴３４に投入するので、バンプボールを吸着する場合と比べて、バンプボールの保持及び位置決めを容易に行うことができる。
【００３８】
また、ウエハ保持パッド１３ａにてウエハ１７を所定の圧力で押圧した状態で、内蔵するヒーターによりプレート３１を所定の温度に加熱し、バンプボール２２を軟化させると同時に加圧変形させ、所定形状のバンプ３８とするので、１度の加圧・加熱操作で所定形状のバンプ３８を形成することができ、バンプボール２２に異形が生じる虞がなくなり、この異形を整形する操作も不要になり、バンプ形成工程の時間を短縮することができ、製造コストを低減することができる。
【００３９】
また、本実施形態のバンプボール整列圧着装置によれば、ボンディングヘッド６を、ヒータープレート２１と、バンプボール２２を整列するためのバンプボール整列プレート２３とからなる二重プレートの構成としたので、バンプボールの保持及び位置決めを容易に行うことができ、バンプ形成工程の時間を短縮することができ、製造コストを低減することができる。
【００４０】
また、イオナイザー２４を備えたので、バンプボール整列プレート２３にバンプボール２２を投入する際に、バンプボール２２同士の接触により発生する静電気を除去することができ、バンプボール２２同士が引き付け合うのを防止することができる。
また、超音波発生器２５を備えたので、バンプボール２２とボンディングパッド３７との接合面に超音波を発信させて、この接合面近傍に共晶状態を生じさせることができ、バンプボール２２とボンディングパッド３７との接合強度を高めることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明のバンプ形成方法によれば、上面の少なくとも一部がバンプ材を加熱する加熱面とされた加熱手段上に、板状体の所定位置にバンプ材の位置決め用の穴が形成された位置決め部材を載置し、次いで、前記穴にバンプ材を投入し、次いで、前記位置決め部材上に半導体基板を載置し、次いで、前記バンプ材を、前記加熱手段により加熱するとともに、押圧手段により上方から前記半導体基板を介して押圧し、前記バンプ材を前記半導体基板上の所定位置に接合するので、バンプ材の保持及び位置決めを容易に行うことができる。
【００４２】
また、１度の加圧・加熱操作で所定形状のバンプを形成することができ、バンプ材に異形が生じる虞がなくなり、この異形を整形する操作も不要になり、バンプ形成工程の時間を短縮することができ、製造コストを低減することができる。
【００４３】
本発明のバンプ形成装置によれば、上面の少なくとも一部がバンプ材を加熱する加熱面とされた加熱手段と、この加熱手段の上方に配置され、板状体の所定位置に前記バンプ材の位置決め用の穴が形成された位置決め部材と、前記位置決め用の穴に投入されたバンプ材を前記位置決め部材上に配置された半導体基板を介して押圧する押圧手段とを備えたので、バンプ材の保持及び位置決めを容易に行うことができ、バンプ形成工程の時間を短縮することができ、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のバンプボール整列圧着装置を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態のバンプボール整列圧着装置のボンディングヘッドを示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態のバンプボール形成方法を示す過程図である。
【図４】本発明の一実施形態のバンプボール形成方法を示す過程図である。
【図５】本発明の一実施形態のバンプボール形成方法を示す過程図である。
【符号の説明】
１　カセット台
２　搬送ロボット
３　ポジションテーブル
４　十字アーム
５　アライメントユニット
６　ボンディングヘッド（バンプ形成装置）
７　制御盤
１１　回転軸
１２ａ〜１２ｄ　アーム
１３ａ〜１３ｄ　ウエハ保持パッド
２１　ヒータープレート（加熱装置）
２２　バンプボール（バンプ材）
２３　バンプボール整列プレート（位置決め部材）
２４　イオナイザー（静電気除去手段）
２５　超音波発生器（超音波発振手段）
２６　エアーブロー（バンプボール整列手段）
３１　プレート（板状体）
３１ａ　上面（一主面）
３２　挿通孔
３３　プレート（板状体）
３３ａ　上面（一主面）
３３ｂ　下面
３４　位置決め用の穴
３５　可動軸
３６　ボルト
３７　ボンディングパッド
３８　バンプ
【図１】
2004103844.tif 000003
【図２】
2004103844.tif 000004
【図３】
2004103844.tif 000005
【図４】
2004103844.tif 000006
【図５】
2004103844.tif 000007