(57)【要約】【課題】  電気泳動を利用した粒子の堆積方法において、レジストの開口部に均一且つバラツキ無く粒子を堆積させる技術を提案する。【解決手段】  本発明は、粒子を堆積させるための開口部を有するレジストが被覆された基材と、当該基材に対向する電極との間に、粒子を分散させた懸濁液を流通し、基材に電圧を印加することで電気泳動により粒子を開口部に堆積させる粒子堆積方法において、開口部に粒子を堆積させた後、前記懸濁液と同じ組成で粒子を含まない洗浄液を、基材と電極との間に流通させることによりレジストに残留する粒子を除去するものとした。また、洗浄液を流通させる際に、基材に電圧を印加するものとした。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を堆積させるための開口部を有するレジストが被覆された基材と、当該基材に対向する電極との間に、粒子を分散させた懸濁液を流通し、基材に電圧を印加することで電気泳動により粒子を開口部に堆積させる粒子堆積方法において、
開口部に粒子を堆積させた後、前記懸濁液と同じ組成で粒子を含まない洗浄液を、基材と電極との間に流通させることによりレジストに残留する粒子を除去することを特徴とする粒子堆積方法。
【請求項２】
洗浄液を流通させる際に、基材に電圧を印加する請求項１に記載の粒子堆積方法。
【請求項３】
基材の配置角度を任意に変更して、懸濁液若しくは洗浄液の流通を行う請求項１及び請求項２に記載の粒子堆積方法。
【請求項４】
基材を底部に配置するための基板配置部と、
配置された基板の一端側から懸濁液を供給する液供給口と、基板の他端側から懸濁液を排出する液排出口と、を有する基板配置台と、
基板配置台の上部に取り付けられ、基板に対向して電極を配置できるようにされた蓋体と、を備えた粒子堆積装置であって、
基板配置台は、基材配置部を傾斜させるための角度調整手段を備えたことを特徴とする粒子堆積装置。
【請求項５】
対向配置された基板と電極との距離を調整する対向距離調整手段を備える請求項４に記載の粒子堆積装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気泳動を利用した粒子の堆積技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハーやプリント配線板、ＢＧＡ、ＬＧＡなどの半導体パッケージなどの電子部品では、銅、金、半田などの様々な金属材料を用いて、電気的接合のためのバンプや配線回路などの導電部が形成される。このような導電部を形成するためには、所定形状の開口部を有するレジストを使用して、その開口部に金属材料を充填して導電部を形成することが行われるが、この金属材料を充填させる方法としては、めっき法やスクリーン印刷法が一般的に用いられる。
【０００３】
レジストの開口部に金属材料を充填する際に、めっき法を採用する場合、その開口部の大きさによっては、そのめっき処理時間が長時間必要となり、効率的な製造を行えない場合がある。また、スクリーン印刷法によりレジストの開口部に導電ペーストなどを充填する場合には、厚いレジストを使用した開口部のような深穴に対しては導電ペーストが不十分な状態で充填されてしまうことがある。
【０００４】
このようなめっき法やスクリーン印刷法の問題を解消すべく、電気泳動を利用した粒子の堆積方法が提案されている（特許文献１参照）。この粒子堆積法は、導電部を形成する金属材料からなる粒子を用い、この粒子を堆積させるための開口部を有するレジストが被覆された基材と当該基材に対向する電極との間に、粒子を分散させた懸濁液を流通し、基材に電圧を印加して電気泳動により粒子を開口部に堆積させるものである。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／１０６３２９号明細書
【０００５】
この粒子堆積法をより具体的に説明すると、所定形状の開口部を有するレジストを被覆した、半導体ウェハーのような基板を、半田などの金属材料からなる粒子を含有する溶液からなる懸濁液中に配置し、その基板に対向させて電極を配置した状態で、電圧を印加して、開口部内に粒子を堆積させる。そして、粒子を開口部に堆積した後は、懸濁液から基板を取り出して、乾燥後、加熱処理を行って、開口部内に堆積した粒子を溶融する。この粒子の溶融処理により開口部内には、半田などの金属材料からなる球状の導電部が形成されるのである。
【０００６】
このような粒子堆積法によれば、レジストの開口部に比較的短時間で粒子を堆積させることができ、堆積させる粒子の粒径を変更すれば、開口面積やレジスト厚みが異なっても、開口部内に粒子を満遍なく堆積させることができる。しかしながら、この粒子堆積法においては、電気泳動の作用にのみよって開口部に粒子を堆積させるだけでは、粒子の堆積量にバラツキが生じ、不均一な導電部を形成する場合がある。また、開口部以外の場所に粒子が残留している場合、つまり、レジスト上に粒子が残留した状態であると、その後の溶融処理において、その残留した粒子が開口部内に形成される導電部の形状を不均一にさせてしまうことが生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述のような事情を鑑みてなされたもので、電気泳動を利用した粒子の堆積方法において、レジストの開口部に均一且つバラツキ無く粒子を堆積させる技術を提案するものであり、そのような粒子堆積法に好適な粒子堆積装置を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するために、本発明は、粒子を堆積させるための開口部を有するレジストが被覆された基材と、当該基材に対向する電極との間に、粒子を分散させた懸濁液を流通し、基材に電圧を印加することで電気泳動により粒子を開口部に堆積させる粒子堆積方法において、開口部に粒子を堆積させた後、前記懸濁液と同じ組成で粒子を含まない洗浄液を、基材と電極との間に流通させることによりレジストに残留する粒子を除去するものとした。
【０００９】
本発明における洗浄液は、懸濁液と異なる組成の溶液を洗浄液として用いることも可能であるが、懸濁液と同じ組成であって、粒子を含有していない溶液を用いることが望ましい。懸濁液と同じ組成で有れば、他の不純物の混入もなく、レジストに残留した粒子の除去が効率的に行えるからである。このように、レジストに残留した粒子の除去を行っておけば、基板の乾燥後、溶融処理によって、開口部内に形成される導電部の形状を均一にできる。
【００１０】
本発明に係る粒子堆積方法においては、洗浄液を流通させる際に、基材に電圧を印加することが好ましい。電圧を印加した状態で、懸濁液と同じ組成で粒子を含まない洗浄液により基材を洗浄すると、開口部に堆積した粒子は洗浄液で容易に流されることなく、開口部以外の部分に残留する粒子を確実に除去ができるので、開口部の粒子の堆積量を均一に維持することができる。
【００１１】
本発明に係る粒子堆積方法においては、基材の配置角度を任意に変更して、懸濁液若しくは洗浄液の流通を行うようにすることが好ましい。開口部に堆積させる粒子は、半田、銅、金などの金属粒子であるため、沈降し易い性質がある。そのため、基材の配置と懸濁液の流通方向とが固定された状態であると、懸濁液中の粒子が重力の影響により特定の場所に溜まりやすくなる傾向がある。そこで、懸濁液を流通して、電気泳動による粒子の堆積を行う際に、基材の配置角度を変更すると、特定の場所に粒子が滞留しにくくなるようにすれば、開口部への粒子の堆積量のバラツキが解消できる。また、粒子堆積後の基材の洗浄においても、基材の配置角度を変更しながら洗浄するようにすると、レジストに残留した粒子を満遍なく除去できるようになるからである。この基材の配置角度については、特に制限がなく、初期状態で水平に配置した基材を、傾斜させたり、垂直に配置したり、さらには、基材を反転させた状態となるまで、基材の配置角度を変更することを含む。
【００１２】
上記した本発明の粒子堆積方法を実施するには、基材を底部に配置するための基板配置部と、配置された基板の一端側から懸濁液を供給する液供給口と、基板の他端側から懸濁液を排出する液排出口と、を有する基板配置台と、基板配置台の上部に取り付けられ、基板に対向して電極を配置できるようにされた蓋体と、を備えた粒子堆積装置であって、基板配置台は、基材配置部を傾斜させるための角度調整手段を備えた粒子堆積装置を用いることができる。
【００１３】
本発明の粒子堆積装置によれば、粒子の堆積処理、或いは洗浄処理の際に、基材の配置角度を容易に変更可能となるため、対向配置された基材と電極との間に流通する懸濁液、或いは洗浄液の流通方向角度が変更され、上述した本発明の粒子堆積方法が実施できることになる。
【００１４】
本発明に係る粒子堆積装置においては、対向配置された基板と電極との距離を調整する対向距離調整手段を備えることが望ましい。本発明における粒子堆積方法では、懸濁液を構成する粒子の種類、粒径、液組成などの懸濁液条件や、レジストの開口部の形状やレジスト厚みなどの条件を種々変更することが可能であるが、開口部へ均一に粒子を堆積させるためには、懸濁液条件や開口部の形状の組み合わせに合わせた、懸濁液の流動量や電圧を最適化する必要がある。そのため、基材と電極との対向配置した距離を調整できる対向距離調整手段を備えておけば、粒子堆積処理条件が異なった場合であっても、最適な懸濁液の流通や適切な電圧印加が可能となる。
【００１５】
上述した本発明における粒子堆積方法及び粒子堆積装置については、基材として、半導体ウェハー、プリント配線板などに適用できる。また、懸濁液は、粒子として、銅、金、銀、錫、これらの合金、或いは半田、金属ろう材などの金属材料、或いはセラミックなどの金属材料以外のものにも適用でき、液成分としては炭化水素溶液、フッ素系不活性液体或いはエタノールや水などの種々のものを適用できる。また、レジストについては、公知のものを適用できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電気泳動を利用した粒子の堆積方法において、レジストの開口部に、均一に粒子を堆積させることが可能となる。そのため、半導体ウェハーなどの基材に、バンプや半田ボールと呼ばれる導電部を均一な形状で形成することができ、高い生産効率を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を説明する。図１は、本実施形態の粒子堆積装置の概略断面図を示している。また、図２には、図１のＡ−Ａにおける平面概略図を示している。
【００１８】
図１及び図２に示す粒子堆積装置１は、ウェハーＷを配置可能な基板配置台１０と、電極Ａを取り付けられた蓋体２０とを備えている。この基板配置台１０には、中央底部にウェハーＷの基材取り付け部材１１が設けられており、このウェハーＷの一端側には懸濁液を供給する液供給口１２が設けられ、その他端側には懸濁液を外部に排出する液排出口１３が設けられている。この液供給口１２と液排出口１３とは、図２に示すようにウェハーＷの全体に亘って懸濁液が流通できるように複数設けられている。また、蓋体２０は、電極Ａを取り付けるための電極取り付け部材２１が中央に設けられており、この電極取り付け部材２１には電極Ａの上下位置を移動できるような電極移動機構２２を備えている。この蓋体２０は、基板配置台１０にウェハーＷを配置した後に、基板配置台１０の上部開口に蓋をするように配置され、固定ネジ２３により基板配置台１０に取り付けられる。
【００１９】
また、この粒子堆積装置１には、基板配置台１０の下側に装置傾斜手段３０が設けられている。この装置傾斜機構は、基板配置台１０の下側に設けた固定部材３１と、固定台Ｄに設けられた固定部材３２とが、傾斜用軸（３３、３４）を介して連結されている。この傾斜用軸（３３、３４）は、傾斜用ハンドル３５の作動軸３６に沿って移動可能な軸固定部材３７に取り付けられている。また、作動軸３６の基端側は、固定台Ｄに設けられた回動支点部材３８に取り付けられており、この回動支点部材３８は基板配置台１０の底部にも連結されている。そのため、作動軸３６は回動支点部材３８を支点として回動可能となっている。つまり、この粒子堆積装置は、初期状態では基板配置台１０及びその内部に取り付けられたウェハーＷは水平状態に配置されているが、図３に示すように、傾斜用ハンドル３５を用いて、作動軸３６を回動させることにより、基板配置台１０を所定角度の傾斜状態にして固定することが可能となっている。
【００２０】
次に、この粒子堆積装置により、基板としてのウェハーＷの表面に、目標粒径６５μｍのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金ボールを形成する試験を行った結果について説明する。２００ｍｍ径のウェハー表面に厚み７５μｍのレジストを被覆し、そのレジストに直径１００μｍの開口を１５０μｍ間隔で約１０万個形成したものを準備した。尚、このレジストに形成した直径１００μｍの各開口には、その開口中心に直径７５μｍの濡れ性付与のための電極パッドを予め形成したものである。そして、このような開口を有するレジストを被覆した状態のウェハーを、上記基板配置台に取り付け、ウェハーと同面積の銅製電極が取り付けられた蓋体を基板配置台に固定した。このとき、電極表面とウェハー表面との間隔を７ｍｍに設定した。
【００２１】
粒子堆積用の懸濁液は、界面活性剤を含有させて導電率を５〜１５ＰＳ／ｃｍに調整したパラフィン系炭化水素溶液に、帯電コート処理を行ったＳｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ合金粒子（粒径５μｍ〜２５μｍ）を１５０ｇ／Ｌ濃度となるように加えて作製した。この懸濁液は、別途設けられている懸濁液攪拌槽（図示省略）に貯留されており、所定の攪拌をされた状態のものを、粒子堆積装置の液供給口に送液されるようにした。また、洗浄液として、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ合金粒子を含有していない、パラフィン系炭化水素溶液を洗浄液槽（図示省略）に貯留しておき、懸濁液と切り換えて液供給口に送液できるようにした。
【００２２】
粒子堆積処理条件は、ＡＣ１２０Ｈｚ４００Ｖの電圧を印加し、懸濁液供給量２Ｌ／ｍｉｎ、基板配置台の傾斜角度を３０°とした。そして、約１０秒間懸濁液を流通した。このとき、粒子堆積装置に供給される懸濁液は、懸濁液攪拌槽内で攪拌することにより、粒子濃度が５０ｇ／Ｌ以上になるようにした。その後、洗浄液に切り換えて、約２０秒間、洗浄液を流通させて洗浄処理を行った。
【００２３】
このようにして、レジスト開口部に粒子堆積を行ったウェハーを取り出し、大気中６０℃で乾燥処理をした。そして、ウェハー表面に塩素系フラックスをスプレー噴霧した後、窒素ガス雰囲気中、２６０℃に加熱して、粒子の溶融処理を行った。その後、水洗し、アミン系溶剤によりレジストを溶解除去した。
【００２４】
このようにしてウェハー表面に形成されたボール状導電部（１０個）の寸法測定を行ったところ、ボール状導電部の高さが平均６５μｍ、標準偏差１μｍという結果が得られた。また、各導電部の形状を確認したところ、形状不良と思われる導電部は見あたらなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態における粒子堆積装置の断面概略図。
【図２】図１のＡ−Ａ線における粒子堆積装置の平面概略図。
【図３】傾斜状態を示断面概略図。
【符号の説明】
【００２６】
１  粒子堆積装置
１０  基板配置台
１１  基板取り付け部材
１２  液供給口
１３  液排出口
２０  蓋体
２１  電極取り付け部材
２２  電極移動機構
２３  固定ネジ
３０  装置傾斜手段
Ａ  電極
Ｗ  ウェハー
Ｄ  土台
【図１】
2007186751.tif 000002
【図２】
2007186751.tif 000003
【図３】
2007186751.tif 000004