(57)【要約】【課題】基板上に表面性状の良好なバンプを高い収率で得る方法、および基板上に配列された導電性ボール表面をフラックスで被覆する装置を提供する。【解決手段】フラックスが塗布されたＵＢＭ上に導電性ボールを搭載した基板を加熱して導電性ボールを溶融し、冷却固化させてバンプを形成する際、基板の電極上に配列された導電性ボールの表面の少なくとも一部をフラックスで被覆する。【選択図】  図３
2005044982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の電極上に配列された導電性ボールの表面の少なくとも一部をフラックスで被覆した後、当該導電性ボールを溶融し冷却固化させてバンプを形成することを特徴とするバンプ形成方法。
【請求項２】
フラックスを塗布した基板上に前記導電性ボールを配列した後、当該導電性ボールの上部表面の少なくとも一部をフラックスで被覆す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】
前記基板上に塗布するフラックスと、前記導電性ボールの表面の少なくとも一部を被覆するフラックスとが、異なる物質であることを特徴とする請求項２記載のバンプ形成方法。
【請求項４】
導電性ボールが電極上に配列された基板の移動装置と、
前記基板上方に設置された噴霧装置とを有し、
前記噴霧装置からフラックスを噴霧して当該導電性ボール表面を前記フラックスで被覆することを特徴とするフラックス被覆装置。
【請求項５】
導電性ボールが電極上に配列された基板の設置機構と、
フラックスの微小液滴を発生し空間に浮遊させる浮遊装置と、
密閉性が高く前記設置機構ならびに前記浮遊装置を内部に収納可能なチャンバーとを有し、
前記チャンバー内の空間に浮遊する前記フラックスの微小液滴を当該基板に堆積させることを特徴とするフラックス被覆装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプ形成方法およびフラックス被覆装置に関し、特に、基板に形成されたバンプ形成位置上にハンダボール等の導電性ボールを用いてバンプを形成する方法、および基板に配列された導電性ボール表面をフラックスで被覆する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体の電気的接続においては、ハンダボール等の導電性ボールからなる微小金属球を使用したバンプ形成技術が用いられるようになっている。
【０００３】
この場合、一般的には基板のバンプ形成位置となる電極上に電気的接続の信頼性を確保するために、バンプ下地金属（Ｕｎｄｅｒ  Ｂｕｍｐ  Ｍｅｔａｌ、以下「ＵＢＭ」と称する。）を形成し、フラックスを各ＵＢＭ上に塗布する。さらに、導電性ボールを各ＵＢＭ上に一括搭載した後、導電性ボールをリフローして溶融させ、冷却固化させてバンプを形成する。その後、基板が半導体ウエハの場合には、個々のチップに切断するダイシング工程を経て、バンプが形成された半導体チップが完成する。なお、バンプを電極に直接形成する場合には、ＵＢＭと電極とは同義となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したバンプ形成において、すべての導電性ボールがリフローによって正しい形状のバンプを形成するとは限らない。たとえば、図１（ａ）に示すように、導電性ボールがリフローによって基板Ｗにおける一部のバンプ形成位置（Ｗ１）上のＵＢＭ（電極１０）と溶融結合しない（バンプ欠落）ことがある。
【０００５】
また、図１（ｂ）に示すように、リフロー中に移動した導電性ボールが隣接する導電性ボールと合体し、大型（異形）のバンプ１１が形成される、あるいは図１（ｃ）に示すように、隣接する導電性ボールが合体して隣接する電極間に架橋（ブリッジ）１２を形成する場合がある。以後、バンプ欠落、異形バンプ、ブリッジ等の欠陥を「バンプ欠陥」と称する。
【０００６】
また、フラックスが不足する場合もある。ＵＢＭ上に塗布されたフラックスは、導電性ボールの底面に付着する。フラックスが付着した導電性ボールの底面部分では、リフロー中に酸化膜が除去される。一方、導電性ボール上面にはフラックスが存在しないため、酸化膜除去が十分に出来ず、表面性状が悪く（凸凹がある）、光沢の無いバンプが生ずることがある。
【０００７】
これらの有害な現象を回避するためには、ＵＢＭ上に塗布するフラックスの塗布量を調節する。
異形バンプまたはブリッジが形成されるのを回避するには、リフロー時の導電性ボールの移動量を小さくすることが有効であり、フラックスの塗布量を減らす必要がある。ところが、フラックスの塗布量を減らすと、ＵＢＭおよび導電性ボールの酸化膜除去が十分に行われず、バンプ欠落が増加したり、バンプの表面性状が悪化したりする。
【０００８】
本発明は、上述した問題、すなわちフラックスの塗布量におけるこの二律背反の現象を解決するためのバンプ形成方法、およびバンプ形成に使用するフラックス被覆装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のバンプ形成方法は、基板の電極上に配列された導電性ボールの表面の少なくとも一部をフラックスで被覆した後、当該導電性ボールを溶融し冷却固化させてバンプを形成することを特徴とする。
【００１０】
本発明のバンプ形成方法の他の特徴とするところは、フラックスを塗布した基板上に前記導電性ボールを配列した後、当該導電性ボールの上部表面の少なくとも一部をフラックスで被覆することを特徴とする。
本発明のバンプ形成方法のその他の特徴とするところは、前記基板上に塗布するフラックスと、前記導電性ボールの表面の少なくとも一部を被覆するフラックスとが、異なる物質であることを特徴とする。
【００１１】
本発明のフラックス被覆装置は、導電性ボールが電極上に配列された基板の移動装置と、前記基板上方に設置された噴霧装置とを有し、前記噴霧装置からフラックスを噴霧して当該導電性ボール表面を前記フラックスで被覆することを特徴とする。
【００１２】
本発明のフラックス被覆装置の他の特徴とするところは、導電性ボールが電極上に配列された基板の設置機構と、フラックスの微小液滴を発生し空間に浮遊させる浮遊装置と、密閉性が高く前記設置機構ならびに前記浮遊装置を内部に収納可能なチャンバーとを有し、前記チャンバー内の空間に浮遊する前記フラックスの微小液滴を当該基板に堆積させることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による基板上へのバンプ形成方法およびバンプ形成に使用するフラックス被覆装置について説明する。なお、以下の説明において、従来例と実質的に同一または対応する部材には同一の符号を用いる。
【００１４】
図２は、バンプ形成方法を工程順に示す図である。本実施の形態では、たとえばフリップチップボンディングに用いられるバンプの形成を対象としており、半導体パッケージの小型化および高密度実装化の観点から、近年では直径１５０μｍ以下の微小な導電性ボール（ハンダボール）が用いられている。
【００１５】
図２に示すように、シリコンウエハ等のバンプ形成材料を受け取ったならば（ステップＳ１０１）、検査を行い（ステップＳ１０２）、必要であれば洗浄する（ステップＳ１０３）。その後、ウエハ上の電極のうちバンプ形成するものの位置にスパッタ法、無電解メッキ法、電解メッキ法等によりＵＢＭを形成する（ステップＳ１０４）。
【００１６】
ここで、本発明の実施形態では、基板として、例えば３インチ（７５ｍｍ）以上のサイズの各種半導体ウエハ、プリント基板などを対象としている。また、ウエハ全体で使用する導電性ボールの総数は数十万個になる。また、導電性ボールとして金属ボールが用いられることが多く、特に、ハンダボールは融点が低く、各種ＵＢＭとの接合性が高いことから好適である。
【００１７】
ＵＢＭの形成後、検査を行ってから（ステップＳ１０５）、スタンプ転写方式やスクリーン印刷方式等によりフラックスを各ＵＢＭ上に塗付する（ステップＳ１０６）。
【００１８】
なお、フラックスはバンプ形成工程において、（ａ）導電性ボールの搭載工程（後述するステップＳ１０７）から導電性ボールがリフロー工程（後述するステップＳ１１０）によってバンプとなるまでの間、ＵＢＭ上に導電性ボールを固定する役割と、（ｂ）リフロー工程にてＵＢＭおよび導電性ボール表面の酸化膜除去を行う役割とを担う。
【００１９】
続いて、導電性ボールを各ＵＢＭ上に搭載する（ステップＳ１０７）。
次に、導電性ボールを各ＵＢＭ上に搭載した後、導電性ボールの欠落、余剰導電性ボール、および導電性ボールの位置ずれ等、導電性ボールの搭載ミスの有無について検査を行う（ステップＳ１０８）。この検査方法として、例えばカメラにより基板の上面を撮像し、得られた画像情報から導電性ボールの搭載ミスの有無を検査すれば良い。
仮に、導電性ボールの搭載ミスがあれば欠落位置への導電性ボールの供給、余剰導電性ボールの除去、および導電性ボール搭載位置の修正を行う（ステップＳ１０９）。
【００２０】
次に、導電性ボールの搭載ミスがなければそのまま、導電性ボールをリフローして溶融させ、冷却固化させてバンプを形成する（ステップＳ１１１）。
なお、リフロー工程は、電極及び導電性ボール表面の酸化膜除去を行う予熱工程と、導電性ボールを溶融して電極と導電性ボールを金属接合せしめるリフロー工程から成る。
【００２１】
バンプ形成後、洗浄したならば（ステップＳ１１２）、不良バンプの有無について検査を行い（ステップＳ１１３）、一連の工程を終了する。
【００２２】
次に、本発明の一実施形態によるバンプ形成方法、およびバンプ形成に使用するフラックス被覆装置について説明する。
図３は、本発明の実施形態によるバンプ形成方法の手順を示すフローチャートである。
【００２３】
上述したステップＳ１０１〜ステップＳ１０９と同様にして、あらかじめ基板のＵＢＭ上に導電性ボールを配列させる。なお、フラックス塗布（ステップＳ１０６）は行わない。ＵＢＭ上にフラックスが無いために、導電性ボールは外力によって移動しやすいが、ＵＢＭが凹状に形成されていれば、導電性ボールは凹部にはまりこむために移動が抑えられる。
【００２４】
次に、フラックスを基板の上方から噴霧するなどの方法を用いて、導電性ボールの少なくとも一部の表面をフラックスで被覆する（ステップＳ１１３）。
これにより導電性ボールは、上面を中心として理想的には導電性ボールのほぼ全面がフラックスで被覆されることにより、リフローの際に導電性ボールから酸化物が除去され導電性ボール全体が溶融する。その結果、表面が平滑で光沢を持つ、良好な表面性状のバンプが得られる（ステップＳ１１０〜Ｓ１１２）。
【００２５】
導電性ボールの少なくとも一部の表面をフラックスで被覆するには、後述の装置を用いればよい。なお、フラックスの被覆条件を制御して、配列された導電性ボールが移動するのを避ける必要がある。
【００２６】
なお、本実施形態においては、フラックスを塗布した基板上に導電性ボールを配列し、その後、当該導電性ボール表面の少なくとも一部の表面をフラックスで被覆しても良い。つまり、図３においてフラックス塗布（ステップＳ１０６）を実施する方法である。
【００２７】
基板上に塗布したフラックス（以下、「塗布フラックス」と称する。）に接触するＵＢＭと導電性ボールの底面では、塗布フラックスが酸化膜除去効果を発揮する。一方、導電性ボール表面の少なくとも一部を被覆したフラックス（以下、「被覆フラックス」と称する。）は、導電性ボールを被覆した部分の酸化膜除去を行う。塗布フラックスと被覆フラックスは、理想的にはＵＢＭおよび導電性ボール全面に付着して全面の酸化膜を除去することから、リフローによって表面が平滑で光沢を持つ、良好な表面性状のバンプが得られる。
【００２８】
基板上へのフラックスの塗布方法は、スタンプ転写法、スクリーン印刷法、スピンコート法、噴霧法等のいずれの方法を用いることができる。また、配列する導電性ボールの種類、配列方法は特に制限がない。塗布フラックスは、導電性ボールの搭載工程から導電性ボールがリフロー操作によってバンプとなるまでの間、ＵＢＭ上に導電性ボールを固定する役割と、予熱操作においてＵＢＭ及び導電性ボール表面の酸化膜除去を行う役割を担う。
一方、被覆フラックスは、噴霧するなどの方法を用いて導電性ボールを被覆するため、噴霧できることが必要である。
【００２９】
つまり、両フラックスの塗布および被覆の方法や、各々の役割が異なることから、塗布フラックスと被覆フラックスは同一の物質でないことが好ましい。
塗布フラックスとしては、固形分の割合が高く、ＵＢＭ上に導電性ボールを固定する能力を有するものを選択する。一方、被覆フラックスとしては、固形分の割合を下げ、溶剤の割合が高くすることで粘度が低く、噴霧が容易な構成のものを用いる。固形分の代表としてロジン、溶媒としてはイソプロピルアルコールが挙げられるが、通常用いられるフラックス成分であれば、いずれの物質でも使用可能である。
【００３０】
次に、本実施形態におけるフラックス塗布装置について、図４を用いて説明する。本装置は、被覆フラックスを導電性ボールに直接噴霧する方式である（以下、「噴霧装置」と称する）。
【００３１】
ＵＢＭ４１上に導電性ボール４２が配列された基板４３は、移動可能なステージ４４上に搭載される。ステージ４４としては、例えばボールネジでステージを移動させるＸ−Ｙステージなどを使用することができる。ステージ４４の上方には、フラックス噴霧用ノズル４５が装着されている。
【００３２】
フラックス噴霧用ノズル４５には、パイプを介してフラックスタンク４６がつながっている。フラックスタンク４６には被覆フラックス４７が入っており、被覆フラックス４７がフラックス噴霧用ノズル４５に供給される。さらに、フラックス噴霧用ノズル４５には、圧縮空気供給パイプを通じて圧縮空気４８が供給される。
【００３３】
フラックス噴霧用ノズル４５から被覆フラックス４７の液滴が吹き出される。一方、基板４３はステージ４４と共に移動するために、被覆フラックス４７は導電性ボール４２に均一に付着する。
【００３４】
被覆フラックス４７が導電性ボール４２に衝突付着する反動で導電性ボールが移動しないこと、またすべての導電性ボール４２を均一に被覆フラックス４７で被覆するために、液滴径は導電性ボール４２の径と比較して十分に小さくする必要がある。たとえば、液滴径は導電性ボール径の１／２以下とすることが好ましい。噴霧される被覆フラックス４７の量および液滴の粒径は、供給されるフラックス量と圧縮空気量、空気圧を調節することで制御する。
【００３５】
また、別種のフラックス塗布装置について、図５を用いて説明する。本装置は、被覆フラックスの液滴を浮遊させ、導電性ボールに堆積させる方式である（以下、「浮遊堆積装置」と称する。）。
【００３６】
チャンバー５１は密閉性の高い容器である。基板５２の設置ステージ５３は固定式である。基板５２上にはＵＢＭ５４があり、ＵＢＭ５４上に導電性ボール５５が配列されている。フラックス噴霧用ノズル５６と基板５３が設置されたステージ５２とは隔壁５７で分けられ、それぞれ別の区画に装着されている。
【００３７】
フラックス噴霧用ノズル５６には、パイプを介してフラックスタンク５８がつながっている。フラックスタンク５８には被覆フラックス５９が入っており、被覆フラックス５９がフラックス噴霧用ノズル５６に供給される。さらに、フラックス噴霧用ノズル５６には、圧縮空気供給パイプを通じて圧縮空気６０が供給される。
【００３８】
フラックス噴霧用ノズル５６に供給されるフラックス量と圧縮空気量、空気圧を調節することで、噴霧される被覆フラックスの量と噴霧液滴の粒径を制御する。フラックス噴霧用ノズル５６から噴霧される液滴は、衝突壁６１に当たる。比較的大粒径の液滴は、衝突壁６１に衝突して付着する。一方、小粒径の液滴は、衝突壁６１を迂回する気流に乗って衝突壁６１上方の空間を浮遊する。
【００３９】
浮遊したフラックス液滴は、隔壁５７上の空間を移動して基板５３上の空間を満たしつつ、徐々に沈降して基板５３上に堆積する。この装置を用いることで、導電性ボール５５表面に徐々にフラックス５９を被覆することができ、導電性ボール５５は移動することなく、均一に被覆フラックス５９で被覆される。
【００４０】
以下、本発明の実施形態による具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
直径：８インチ（２００ｍｍ）、ウエハ上の電極数：１００，０００個、電極直径：１００μｍのシリコンウエハを受け入れた。当該シリコンウエハの電極上に、スパッタ法によって銅のＵＢＭを形成した。ついで、ＵＢＭ位置に直径１００μｍの６３％スズ−３７％鉛の共晶ハンダボールを１００，０００個搭載した。
【００４１】
次に、噴霧式のフラックス被覆装置を用いて、共晶ハンダボールの表面を被覆フラックス（ロジン：３０質量％、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）：３０質量％）で被覆した。顕微鏡観察の結果、被覆フラックスは共晶ハンダボールの表面のほぼ全面を被覆していた。
【００４２】
引き続いてシリコンウエハをリフローし、共晶ハンダボールを溶融してバンプとした。リフロー後のシリコンウエハを洗浄した後にバンプの検査を行ったところ、表面が平滑で光沢を持つ、良好な表面性状のハンダバンプが得られた。また１００，０００万個のバンプ中、バンプ欠落：４０箇所、異形バンプ：１箇所、ブリッジ：０箇所となり、高収率でハンダバンプを得ることができた。
【００４３】
（実施例２）
上述した実施例１と同じシリコンウエハを受け入れ、同じ方法で銅のＵＢＭを形成した。ＵＢＭ付きシリコンウエハに、印刷法を用いて塗布フラックス（ロジン：９５質量％、チクソ剤：５質量％）を塗布した。以下、実施例１と同じ方法と同一の材料を用いて、共晶ハンダボールの搭載、被覆フラックスの被覆、リフロー、洗浄、検査をそれぞれ行った。
【００４４】
検査の結果、表面が平滑で光沢を持つ、良好な表面性状のハンダバンプが得られたことが判明した。１００，０００個のバンプ中、バンプ欠落：０箇所、異形バンプ：０箇所、ブリッジ：０箇所となり、高収率でハンダバンプを得ることができた。
【００４５】
（実施例３）
実施例１と同じシリコンウエハを受け入れ、同じ方法で銅のＵＢＭを形成した。次に、実施例１と同じ方法と同一の材料を用いて、塗布フラックスの塗布、共晶ハンダボールの搭載を行った。引き続いて、浮遊堆積式のフラックス被覆装置を用いて、共晶ハンダボールの表面を被覆フラックス（成分は実施例１と同じ）で被覆した。以下、実施例１と同じ方法で、リフロー、洗浄、検査を行った。
【００４６】
検査の結果、表面が平滑で光沢を持つ、良好な表面性状のハンダバンプが得られたことが判明した。１００，０００個のバンプ中、バンプ欠落：０箇所、異形バンプ：０箇所、ブリッジ：０箇所となり、高収率でハンダバンプを得ることができた。
【００４７】
（比較例）
実施例１と同じシリコンウエハを受け入れ、同じ方法で銅のＵＢＭを形成した。印刷法を用いて塗布フラックス（成分は実施例１と同じ）を塗布した。ついでＵＢＭ位置に直径１００μｍの６３％スズ−３７％鉛の共晶ハンダボールを１００，０００個搭載した。
【００４８】
引き続いてシリコンウエハをリフローし、共晶ハンダボールを溶融してバンプとした。リフロー後のシリコンウエハを洗浄した後にバンプの検査を行ったところ、表面に凹凸があり、光沢の無い、表面性状の悪いハンダバンプとなっていた。また１００，０００個のバンプ中、バンプ欠落：５０箇所、異形バンプ：１箇所、ブリッジ：０箇所となった。
【００４９】
上述した実施例、比較例の条件、結果を下表に示す。
【００５０】
【表１】
2005044982.tif 000003
【００５１】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、配列された導電性ボールにフラックスを被覆した後に、リフローによって導電性ボールを溶解させることで、導電性ボールの全表面から金属酸化膜が除去され、表面が平滑かつ光沢を持つ、良好なバンプを得ることができる。また、本発明のフラックス被覆装置は、基板上に配列された導電性ボールにフラックスを被覆するのに好適な装置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】バンプ欠陥を説明するための図である。
【図２】バンプ形成方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態によるバンプ形成方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】噴霧式フラックス被覆装置の構成例を示す図である。
【図５】浮遊堆積式フラックス被覆装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
４１、５４  バンプ下地金属（ＵＢＭ）
４２、５５  導電性ボール
４３、５３  基板
４４、５２  ステージ
４５、５６  フラックス噴霧用ノズル
４６、５８  フラックスタンク
４７、５９  被覆フラックス
【図１】
2005044982.tif 000004
【図２】
2005044982.tif 000005
【図３】
2005044982.tif 000006
【図４】
2005044982.tif 000007
【図５】
2005044982.tif 000008