(57)【要約】【課題】  微細なボールをシリコンウエハのパッド等の上に正確に取り付けることができるバンプ付け方法およびバンプ付け装置を提供する。【解決手段】  半導体ウエハ若しくは半導体チップからなる試料のパッド上にバンプを取り付ける方法であり、バンプ材含有液Ｌを複数の保持孔２ａが開口されてなるマスク基板２の一面２ｂに散布して、バンプ材含有液Ｌに含まれるバンプ材を保持孔２ａに保持させる保持工程と、マスク基板２の一面２ｂ上に残存するバンプ材を除去する除去工程と、マスク基板２の一面２ｂ側から前記試料のパッドを押し付けて前記バンプ材を前記パッドに圧着する圧着工程と、を具備してなるバンプ付け方法を採用する。【選択図】        図１
2005311112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ若しくは半導体チップからなる試料のパッド上にバンプを取り付ける方法であり、
バンプ材含有液を複数の保持孔が開口されてなるマスク基板の一面に散布して、前記バンプ材含有液に含まれるバンプ材を前記保持孔に保持させる保持工程と、前記マスク基板の一面上に残存するバンプ材を除去する除去工程と、前記マスク基板の一面側から前記試料のパッドを押し付けて前記バンプ材を前記パッドに圧着する圧着工程と、を具備してなることを特徴とするバンプ付け方法。
【請求項２】
前記バンプ材が球状のボールとされ、前記マスク基板の厚みが、前記ボールの直径よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載のバンプ付け方法。
【請求項３】
前記保持工程において、前記マスク基板の他面側に圧着プレートを近接させて、前記マスク基板と前記圧着プレートとの間に生じる毛管現象により前記バンプ材含有液を前記保持孔から排出させることを特徴とする請求項１に記載のバンプ付け方法。
【請求項４】
前記圧着工程において、前記マスク基板の他面に前記圧着プレートを押し当てることにより前記バンプ材を前記パッドに圧着することを特徴とする請求項１に記載のバンプ付け方法。
【請求項５】
前記除去工程において、前記マスク基板の一面上に洗浄液または洗浄ガスを供給して前記バンプ材を除去することを特徴とする請求項１に記載のバンプ付け方法。
【請求項６】
半導体ウエハ若しくは半導体チップからなる試料のパッド上にバンプを取り付けるバンプ付け装置であり、
複数の保持孔が開口されてなるマスク基板と、該マスク基板の一面上にバンプ材含有液を供給する供給部と、前記マスク基板の他面側に配置されて該他面に当接自在な圧着プレートと、前記マスク基板の一面上に洗浄液または洗浄ガスを共有する洗浄部とを具備してなり、
前記供給部から供給されたバンプ含有液に含まれるバンプ材を前記保持孔に保持させた後、前記一面上を前記洗浄部により洗浄させてから、該バンプ材を該マスク基板ごと前記試料のパッドに押し付けさせることを特徴とするバンプ付け装置。
【請求項７】
前記バンプ材が球状のボールとされ、前記マスク基板の厚みが、前記ボールの直径よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項６に記載のバンプ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンプ付け方法およびバンプ付け装置に関し、特に、シリコンウエハ等の半導体ウエハ、あるいはシリコンチップ等の半導体チップに、高い位置精度でバンプを取り付けることができるバンプ付け方法およびバンプ付け装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の半導体装置においては、シリコンウエハ上のパッド等のバンプ形成位置に、印刷、ボール、メッキ、転写、ワイヤボンドバンプ等の技術を用いてバンプを形成している。例えば、転写技術では、吸着プレートを用いてハンダあるいは金からなるボールを吸着させ、吸着させたボールをシリコンウエハ上のパッドに圧着することで、パッド上にバンプを形成している（例えば、下記特許文献１）。
【０００３】
図８には、従来の吸着法によるバンプ付け方法の具体例を示す。図８において、符号２１はシリコンウエハ、２２はシリコンウエハ２１を載置するステージ、２３はステージ２２上にシリコンウエハ２１を固定するチャック（固定手段）、２４は金ボール（バンプ材）、２５は金ボール２４を真空吸着しかつ超音波圧着する吸圧着プレート（吸圧着手段）、２６は金ボール２４を押圧して所定の形状に成形する仕上げプレートである。吸圧着プレート２５は、図９に示すように、板状のプレート３１の一主面が平坦面３１ａとされ、この平坦面３１ａには、シリコンウエハ２１上に形成された複数のパッドの位置それぞれに対応して金ボール２４を吸着固定するための略半球状の凹部３２が形成され、各凹部３２には図示しない真空ポンプ等に接続されて金ボール２４を真空吸着するための流路３３がプレート３１を貫通するように形成されている。
【０００４】
シリコンウエハ２１上のパッドに金ボール２４を形成するには、まず吸圧着プレート２５を金ボール２４に近づけ、真空ポンプ等により流路３３を介して凹部３２を減圧状態とすることで、凹部３２に金ボール２４を吸着させる。次に、吸圧着プレート２５をシリコンウエハ２１上に移動させ、プレート３１をシリコンウエハ２１に近接させて吸着した金ボール２４をシリコンウエハ２１上に載置する。その後、プレート３１に所定の周波数の超音波を印加し、金ボール２４を振動させてパッドに直接圧着させる。これにより、金ボール２４は、シリコンウエハ２１上に強固に圧着され、バンプとなる。
【特許文献１】特開２００３−２５８０１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで最近では、半導体装置のパッド間ピッチの微細化が進むに伴い、パッドに圧着させるボールの微細化が求められている。しかし、従来の吸着によるパンプ付け方法では、吸着ミスが多発して製品歩留りが低下する場合があった。すなわち、吸着の際に１つの凹部３２に対して２個から３個のボール２４が吸着したり、ボール２４が途中で凹部３２から脱落する場合があり、ボール２４の転写の成功率が低くなって製品歩留まりが低下する場合があった。
また、ボール２４が微細化すると、パウダーの様に空気の流れに舞い易く、また静電気の影響によって互いに吸着し合う性質があり、取扱いが非常に難しかった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、微細なバンプ材をシリコンウエハのパッド等の上に正確に取り付けることができるバンプ付け方法およびバンプ付け装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のバンプ付け方法は、半導体ウエハ若しくは半導体チップからなる試料のパッド上にバンプを取り付ける方法であり、バンプ材含有液を複数の保持孔が開口されてなるマスク基板の一面に散布して、前記バンプ材含有液に含まれるバンプ材を前記保持孔に保持させる保持工程と、前記マスク基板の一面上に残存するバンプ材を除去する除去工程と、前記マスク基板の一面側から前記試料のパッドを押し付けて前記バンプ材を前記パッドに圧着する圧着工程と、を具備してなることを特徴とする。
また本発明のバンプ付け方法は、先に記載のバンプ付け方法であり、前記バンプ材が球状のボールとされ、前記マスク基板の厚みが、前記ボールの直径よりも小さく設定されていることを特徴とする。
また本発明のバンプ付け方法は、先に記載のバンプ付け方法であり、前記保持工程において、前記マスク基板の他面側に圧着プレートを近接させて、前記マスク基板と前記圧着プレートとの間に生じる毛管現象により前記バンプ材含有液を前記保持孔から排出させることを特徴とする。
また本発明のバンプ付け方法は、先に記載のバンプ付け方法であり、前記圧着工程において、前記マスク基板の他面に前記圧着プレートを押し当てることにより前記バンプ材を前記パッドに圧着することを特徴とする。
また本発明のバンプ付け方法は、先に記載のバンプ付け方法であり、前記除去工程において、前記マスク基板の一面上に洗浄液または洗浄ガスを供給して前記バンプ材を除去することを特徴とする。
【０００８】
次に、本発明のバンプ付け装置は、半導体ウエハ若しくは半導体チップからなる試料のパッド上にバンプを取り付けるバンプ付け装置であり、複数の保持孔が開口されてなるマスク基板と、該マスク基板の一面上にバンプ材含有液を供給する供給部と、前記マスク基板の他面側に配置されて該他面に当接自在な圧着プレートと、前記マスク基板の一面上に洗浄液または洗浄ガスを共有する洗浄部とを具備してなり、前記供給部から供給されたバンプ含有液に含まれるバンプ材を前記保持孔に保持させた後、前記一面上を前記洗浄部により洗浄させてから、該バンプ材を該マスク基板ごと前記試料のパッドに押し付けさせることを特徴とする。
また本発明のバンプ付け装置は、先に記載のバンプ付け装置であり、前記バンプ材が球状のボールとされ、前記マスク基板の厚みが、前記ボールの直径よりも小さく設定されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、バンプ材が含有されてなるバンプ材含有液をマスク基板に散布するので、静電気等の影響を受けることがなく、バンプ材同士が相互に吸着するおそれがない。これにより、一つの保持孔に対して一つのバンプ材を保持させることが可能になる。
また、保持孔にバンプ材を保持させる際に、バンプ材含有液の分散媒がこの保持孔から流下して排出されるので、バンプ材をこの分散媒の流れにのせて保持孔に確実に保持させることができる。
また、バンプ材を保持させた後にマスク基板上に残存するバンプ材を除去するので、試料のパッド以外の部分にバンプ材が付着するおそれがない。
また、圧着プレートでバンプ材を試料のパッドに押し付けることで、バンプ材をパッドに確実に取り付けることができる。
また、上記手段によれば、マスク基板のサイズを容易に大きくする事ができ、半導体装置全体に対し、一度に多数のバンプ材を取り付けることが可能になる。つまり、一度に多数のバンプ電極の形成が可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のバンプ付け方法およびバンプ付け装置によれば、微細なバンプ材をシリコンウエハのパッド等の上に正確に取り付けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の一例であるバンプ付け装置の構成を示す模式図である。  尚、図１はバンプ付け装置の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際のバンプ付け装置の寸法関係とは必ずしも一致しない。
図１に示すバンプ付け装置１は、複数の保持孔２ａが開口されてなるマスク基板２と、マスク基板２の一面２ｂ上にバンプ材含有液Ｌを供給する供給部３と、マスク基板２の他面２ｃ側に配置されて他面２ｃに当接自在な圧着プレート４と、マスク基板２の一面２ｂ上に洗浄液または洗浄ガスを供給する図示略の洗浄部とから概略構成されている。
【００１２】
供給部３は、バンプ材含有液Ｌが貯蔵されるタンク３ａと、タンク３ａに設けられた供給ノズル３ｂとから構成されている。タンク３ａに貯蔵されるバンプ材含有液Ｌは、バンプ材が分散媒によって分散されてなるものである。バンプ材には、金若しくは金合金等の導電材料からなる球状の微粒子が用いられる。バンプ材の平均粒径は１０μｍないし１００μｍの範囲が好ましい。ただし、使用用途、目的により、要求粒度が違うため、この限りでないが、マスク基板の強度を考慮すると２０μｍ以上が好ましい。
分散媒には、主に純度の高い水もしくはアルコールが用いられる。特に、静電気の影響を受けてバンプ材同士が吸着したり、装置の他の部分に付着するのを防ぐために、炭酸ガス等を混入させた水がよい。これにより分散媒の電気抵抗が低下して静電気の発生が防止される。また、バンプ材の汚れによる付着を防止する為、洗浄液(有機溶剤等)を混入させることもある。
また、分散媒の主成分がアルコールの場合は、静電気除去性と洗浄性が高いが、防爆設計を施した装置が必要となる。従って上記水を主体とした液体の方が、管理等が容易となる利点が有る。バンプ材含有液中におけるバンプ材の含有率は分散媒に対して１０〜５０質量％程度が好ましい。
【００１３】
マスク基板２には平面視略円形の保持孔２ａが設けられている。保持孔２ａの直径は、バンプ材がスムーズに保持されるように、バンプ材の直径より１０％〜４０％程度大きいことが望ましい。また、保持孔２ａの一面２ｂの開口部に多少面取り加工を施す事でバンプ材をスムーズに保持させることが可能になる。また、マスク基板２の厚みは、圧着転写時におけるバンプ材の変形量を考慮し、バンプ材の直径よりも１／５〜４／５程度に小さくするとよい。尚、上記数値範囲は参考値であり、実際は装置精度を考慮した数値に設定することが望ましい。またマスク基板２には図示略の振動手段が取り付けられており、この振動手段によってマスク基板２がその厚み方向と直交する方向に振動されるようになっている。
【００１４】
次に、圧着プレート４には図示略の昇降手段が取り付けられており、マスク基板２に対して昇降自在とされている。この圧着プレート４には、平坦な金属板またはガラス質の板が用いられる。この圧着プレート４は、バンプ材を試料のパッドに転写圧着させる際にプレス板としても使用される。また圧着プレート４の下には図示略のヒータが取り付けられている。
【００１５】
次に、上記のバンプ付け装置１の動作を説明する。このバンプ付け装置１によるバンプ付けは、保持工程、除去工程および圧着工程から概略構成されている。
まず保持工程では、図２に示すように、供給部３の供給ノズル３ｂからバンプ材含有液Ｌをマスク基板２の一面２ｂ上に散布する。これにより、バンプ材含有液Ｌがマスク基板２上で満たされた状態となり、バンプ材含有液Ｌに含まれるバンプ材５の一部がマスク基板２の保持孔２ａに入って保持され、残りのバンプ材５が分散媒とともにマスク基板２上に残る。この状態で、図３に示すように、振動手段によりマスク基板２全体を振動させると、マスク基板２上に有るバンプ材５が再浮遊し、空いている保持孔２ａにバンプ材５が挿入されて保持される。
また図３に示すように、マスク基板２を振動させる前若しくは振動と同時に、マスク基板２の他面２ｃに圧着プレート４を近接させる。圧着プレート４を近接させると、他面２ｃと圧着プレート４との間で毛管現象が生じ、この毛管現象によってバンプ材含有液Ｌの分散媒が保持孔２ａを介して他面２ｃと圧着プレート４との間に排出される。この分散媒の流れに乗ってバンプ材５も流され、空いている保持孔２ａに順次保持される。バンプ材５が保持された保持孔２ａからの分散媒の流出は少なく、挿入されていない保持孔２ａに分散媒が流れ続け、順次バンプ材が保持されていく。このようにして、全ての保持孔２ａにバンプ材５が保持される。マスク基板２の保持孔２ａの全てにバンプ材５が保持されているか否かは、例えばバンプ付け装置１に搭載されたカメラにて確認すればよい。
【００１６】
次に除去工程では、図４に示すように、図示略の洗浄手段からマスク基板２の一面２ｂに水等の洗浄液Ｓを流して、一面２ｂ上に残存するバンプ材５を洗い流す。洗浄を容易とする為、わずかにマスク基板２を振動させて、余剰のバンプ材５を再浮遊させ、除去効率を高めてもよい。そして図５に示すように、図示略の加熱手段によって圧着プレート４を加熱させ、洗浄液Ｓを蒸発させる。加熱は洗浄液Ｓを蒸発させるのに十分な温度(水の場合は１００℃前後)を圧着プレート４の下部からヒータにて加熱する。また、マスク基板２の上部から赤外線等の光または温風を用いて加熱してもよい。
【００１７】
次に圧着工程では、図６に示すように、マスク基板２の一面２ｂ側から半導体ウエハ等のシリコンウエハ６（試料）を圧着させる。シリコンウエハ６の下面には複数のパッド６ａが設けられており、各パッド６ａをマスク基板２上のバンプ材５にそれぞれ圧着させる。このとき、マスク基板２の他面２ｃを圧着プレート４に完全に密着させる。これにより圧着プレート４にバンプ材５が接触されてバンプ材５が押し上げられ、バンプ材５に対するマスク基板２の相対位置が圧着プレート４寄りに移動する。これにより、シリコンウエハ６とマスク基板２との干渉が防止される。
また圧着の際には、圧着プレート４またはマスク基板２またはこれら両方を超音波振動機により振動させてパッド６ａとバンプ材５を圧着する。バンプ材５に金または金合金を用いるとともに、シリコンウエハ６のパッド６ａにアルミニウム、銅、金等の金属を用いた場合は、パッド６ａとバンプ材５の間に合金層が出来るため、強度の高い接合ができる。また、超音波振動に代えて、熱を加えて圧着接合してもよい。
【００１８】
圧着後は、図７に示すように圧着プレート４およびマスク基板２とシリコンウエハ６とを上下方向に移動させて両者を引き離す。その後、シリコンウエハ６に転写されたバンプ材５が正しい位置に転写されたかを、カメラを用いた検査を行ない、不足が有れば、１個単位での再搭載を行なう。１個単位での搭載は、例えば、従来から有る吸着法を用いることができる。
【００１９】
以上により、シリコンウエハ６に対してー括同時または、複数個同時にバンプ材５を効率良く、正確に転写する事ができる。また、一括転写ができる為、バンプ形成迄の時間は他の方法より短く、コスト的にも安くバンプ形成をする事ができる。コスト面と生産性の面で、有効な手段である。
また本発明によれば、マスク基板２にバンプ材５を効率良く正確に配置させるとともに正確な位置にバンプ材５を転写させることができる。また、シリコンウエハ６のサイズに合わせてマスク基板２を製作することにより、あらゆるウエハのサイズに適用出来るメリットが有る。
さらに、シリコンウエハ等の半導体ウエハのパッドに直接バンプ形成をする手法である為、半導体ウエハのテスト後にバンプ形成ができる事から、従来テスト手法が利用出来る利点も大きい。
【００２０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、圧着プレート４とマスク基板２の他面２ｃには、バンプ材含有液Ｌの分散媒の排出時の流れを良くする為、他面２ｃまたは圧着プレート４に溝を設けたり、マスク基板２の保持孔２ａの形成領域以外の部分に穴を設けて分散媒を下側から吸引させたり、分散媒を排出させるべくマスク基板の他面２ｃと圧着プレート４の間に隙間を設けるために他面２ｃに５μｍ程度の突起を設けてもよい。なお、上述の手段は分散媒の粘度に合わせた手法が必要であり、すべてを使用しなくても良い。
また、マスク基板２と吸着プレート４の位置関係は、上下逆であってもよい。
また、本発明は金ボールを主体に説明したが、他の導電性球状ボール（例えばアルミニウム、ハンダ、銀などの純金属または合金）を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明の実施形態であるバンプ付け装置の構成の一例を示す模式図。
【図２】図２は本発明の実施形態のバンプ付け装置を用いたバンプ付け方法を説明する工程図。
【図３】図３は本発明の実施形態のバンプ付け装置を用いたバンプ付け方法を説明する工程図。
【図４】図４は本発明の実施形態のバンプ付け装置を用いたバンプ付け方法を説明する工程図。
【図５】図５は本発明の実施形態のバンプ付け装置を用いたバンプ付け方法を説明する工程図。
【図６】図６は本発明の実施形態のバンプ付け装置を用いたバンプ付け方法を説明する工程図。
【図７】図７は本発明の実施形態のバンプ付け装置を用いたバンプ付け方法を説明する工程図。
【図８】図８は従来のバンプ付け方法を説明する工程図。
【図９】図９は従来のバンプ付け方法を説明する工程図。
【符号の説明】
【００２２】
１…バンプ付け装置、２…マスク基板、２ａ…保持孔、２ｂ…一面、２ｃ…他面、３…供給部、４…圧着プレート、５…バンプ材、６…シリコンウエハ（試料）、６ａ…パッド、Ｌ…バンプ材含有液
【図１】
2005311112.tif 000003
【図２】
2005311112.tif 000004
【図３】
2005311112.tif 000005
【図４】
2005311112.tif 000006
【図５】
2005311112.tif 000007
【図６】
2005311112.tif 000008
【図７】
2005311112.tif 000009
【図８】
2005311112.tif 000010
【図９】
2005311112.tif 000011