(57)【要約】【課題】  バンプ形成に際して、歩留まりの向上を図ると共に、確実に不良バンプをなくす。【解決手段】  フラックスをワークの各バンプ形成位置上に塗布し、半田ボールを塗布した各バンプ形成位置上に一括搭載する。次に半田が溶融する温度よりも低い温度で熱処理し半田ボールを各バンプ形成位置上に仮固着させた後、搭載状態を検査し不良があった場合にリペアする。最後に半田ボールをリフロー熱処理により溶融させ冷却固化させてバンプを形成する。【選択図】  図１
2007287888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラックスをワークの各バンプ形成位置上に塗布する手順と、
半田ボールを前記ワークのフラックスを塗布した前記各バンプ形成位置上に一括搭載する手順と、
前記ワークを半田が溶融する温度よりも低い温度で熱処理し、前記半田ボールを前記各バンプ形成位置上に仮固着させる手順と、
前記ワーク上の前記半田ボールが前記各バンプ形成位置上に正しく搭載されているかを検査し、不良があった場合にリペアする手順と、
前記ワーク上の前記各バンプ形成位置上に搭載された前記半田ボールを溶融させ、冷却固化させてバンプを形成する手順とを有することを特徴とするバンプ形成方法。
【請求項２】
フラックスをワークの各バンプ形成位置上に塗布する手順と、
半田ボールを前記ワークのフラックスを塗布した前記各バンプ形成位置上に一括搭載する手順と、
前記ワークを半田が溶融する温度よりも低い温度で熱処理し、前記半田ボールを前記各バンプ形成位置上に仮固着させる手順と、
前記ワーク上の前記半田ボールが前記各バンプ形成位置上に正しく搭載されているかを検査し、不良があった場合にリペアする手順と、
前記ワーク上の前記各バンプ形成位置上に搭載された前記半田ボールにフラックスを再度塗布する手順と、
前記ワーク上の前記各バンプ形成位置上に搭載された前記半田ボールを溶融させ、冷却固化させてバンプを形成する手順とを有することを特徴とするバンプ形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田ボールを用いて半導体ウェハ等のワークのバンプ形成位置上にバンプを形成するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体チップの電気的接続に半田ボール等の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。この場合、一般的には、半導体ウェハのバンプ形成位置に電気的接続の信頼性を確保するためバンプ下地金属を形成し、さらに多数の半田ボールを、フラックス塗布した各バンプ下地金属(即ちバンプ形成位置)上に一括搭載した後、半田ボールをリフロー熱処理により溶融させ、冷却固化させてバンプを形成する。その後、半導体ウェハを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。
【０００３】
ところで、このようなバンプ形成方法においては、全ての半田ボールが各バンプ形成位置上に正しく搭載されるとは限らず、搭載ミスが生じることがある。例えば、半田ボールが一部のバンプ下地金属上に搭載されなかったり、余剰の半田ボールがワーク上に搭載されたり、半田ボールがバンプ下地金属からずれたりすること等である。また、バンプ下地金属上に半田ボールが正しく搭載されたとしても、半田ボールをリフロー熱処理により溶融させる際の昇温時に、塗布したフラックスが軟化して流動すると、搭載された半田ボールも移動するためにバンプ下地金属からずれることがある。
【０００４】
特許文献１において、多数の半田ボールをワークの各バンプ下地金属上に一括搭載した後に、搭載ミスの有無を検査し、搭載ミスがあった場合にはハンダボールを１個ずつ補充搭載した上で、半田ボールを溶融させ、冷却固化させてバンプを形成することが開示されている。
【０００５】
一方、特許文献２には、半田ボールを溶融させ、冷却固化させてバンプを形成した後に、上記のような半田ボールの搭載ミス等により生じた不良バンプを除去して、良品のバンプを新たに形成する、リペア作業について開示されている。具体的には、不良バンプがある場合に、ヒータにより加熱されたノズルを不良バンプに接近させ、その不良バンプを溶融させて吸引除去する。次に、不良バンプが除去されたバンプ下地金属上に、フラックスをスポット的に塗付して、半田ボールを搭載し、その半田ボールを溶融させ、冷却固化させることにより新たなバンプを形成する。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２０６８２５号公報
【特許文献２】特開平９−６４０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献1に開示された従来例では、補充搭載によって全ての半田ボールを各バンプ下地金属（即ちバンプ形成位置）上に正しく搭載したとしても、前述したように半田ボールを溶融させる際の昇温時にフラックスが軟化して流動が生じるため、フラックス上に搭載された半田ボールが、溶融しバンプ下地金属と濡れる以前に、フラックスと共に移動してしまい、冷却固化させてバンプを形成する際に半田ボールが隣接する半田ボールと溶融結合して欠陥となったり、バンプ下地金属から外れて固化してしまう等の欠陥が依然として生じる。これに対し、フラックス量を少なくすると、半田ボールがリフロー熱処理時に下地金属膜と濡れ不良を起こしたり、溶融時に表面に残った酸化皮膜がしわになって、品質検査を困難にする、組み立て時に基板との接合不良を起こす等の原因となる。一方、形成後のバンプ表面の性状を良好にするために多量のフラックスを塗布すると、ハンダボールがフラックスと共に移動する確率が高くなってしまうため、従来では表面性状を犠牲にして、フラックス塗布量を減量せざるを得なかった。
【０００８】
また、上記特許文献２に開示された従来例では、バンプ形成後に、不良バンプを除去して良品のバンプを新たに形成するようにしているが、バンプ形成後に不良バンプのリペアを行う方法では、そのリペア後に再び半田ボールを溶融させ、冷却固化させなければならないことを考慮すると、歩留まりの低下及び半田ボール溶解時の熱履歴による接合部の信頼性低下につながってしまう。
【０００９】
さらに、上記特許文献２では、ノズルにヒータを巻き付けておき、加熱されたノズルを不良バンプに接近させ、その不良バンプを溶融させて吸引除去するようにしている。しかしながら、バンプ下地金属の配線ピッチの微細化、半田ボールの微小化が進んでいる今日では、ノズルにヒータを巻き付けておくような構成では、近隣の正常なバンプまで溶融させたり、電極接合部にダメージを与えたりする虞がある上に、一度溶融接合された半田が全て吸引されるとは限らず、残った半田が新しく供給したハンダボールと合体することによりバンプ高さが不均一になる不具合が生じる。
【００１０】
本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであり、バンプ形成に際して、確実に不良バンプをなくすバンプ形成方法を提供することで、歩留まりの向上を図ると共に、バンプの表面性状を良好にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のバンプ形成方法は、フラックスをワークの各バンプ形成位置上に塗布する手順と、半田ボールを前記ワークのフラックスを塗布した前記各バンプ形成位置上に一括搭載する手順と、前記ワークを半田が溶融する温度よりも低い温度で熱処理し、前記半田ボールを前記各バンプ形成位置上に仮固着させる手順と、前記ワーク上の前記半田ボールが前記各バンプ形成位置上に正しく搭載されているかを検査し、不良があった場合にリペアする手順と、前記ワーク上の前記各バンプ形成位置上に搭載された前記半田ボールを溶融させ、冷却固化させてバンプを形成する手順とを有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のバンプ形成方法は、フラックスをワークの各バンプ形成位置上に塗布する手順と、半田ボールを前記ワークのフラックスを塗布した前記各バンプ形成位置上に一括搭載する手順と、前記ワークを半田が溶融する温度よりも低い温度で熱処理し、前記半田ボールを前記各バンプ形成位置上に仮固着させる手順と、前記ワーク上の前記半田ボールが前記各バンプ形成位置上に正しく搭載されているかを検査し、不良があった場合にリペアする手順と、前記ワーク上の前記各バンプ形成位置上に搭載された前記半田ボールにフラックスを再度塗布する手順と、前記ワーク上の前記各バンプ形成位置上に搭載された前記半田ボールを溶融させ、冷却固化させてバンプを形成する手順とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半田ボールを溶融させる際の昇温時に生じるフラックス流動に伴うボール移動による搭載ミスを、半田ボールがバンプ下地金属に完全に濡れる前に検出し、搭載ミスがあったときは半田ボールの除去・補充搭載を行うようにすることで、バンプ形成後に不良バンプは殆ど存在せず、歩留まりを向上させることができる。
また、バンプ表面性状を良好にできるフラックスの多量塗布を可能にすることより、バンプの表面性状を従来に比べ著しく改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明のバンプ形成方法の好適な実施の形態について説明する。
図１には、本実施の形態におけるバンプ形成方法の手順の概要を示す。図２には、本実施の形態におけるバンプ形成方法の手順のフローチャートを示す。本実施の形態では、主としてフリップチップボンディングに用いられるバンプ8の形成を対象としており、半導体パッケージの小型化、高密度実装化の観点から、近年では直径150μm以下の微小な半田ボールが用いられている。
【００１５】
通常、フリップチップボンディングでは、半導体ウェハ等のワーク1を受け取ったならば、まず、ワーク1上にスパッタ法、無電解めっき法、電解めっき法等により多数のバンプ下地金属2(UBM: under bump metal)を形成する（図１（ａ）、図２ステップ１）。バンプ下地金属の形成後、図１（ｂ）に示すように、まず各バンプ下地金属2上に、スクリーン印刷方式やスタンプ転写方式等によりフラックス3を塗付する（図２ステップ２）。
【００１６】
勿論、バンプ形成位置だけに塗布するのではなく、ワーク1全面に、例えば吹き付けのような方法で塗布しても良い。続いて、多数の半田ボール4を各バンプ下地金属2上に一括搭載する（図１（ｃ）、図２ステップ３）。半田ボール4の搭載方法の一例としては、バンプ下地金属2の位置に対応する多数の吸着孔を有する配列板が装着されたボール搭載ヘッドに吸引機構によって、ボールトレー内で跳躍する半田ボール4を各吸着孔に吸着し、その後、半田ボール4を吸引配列した状態でボール搭載ヘッドをワーク1上まで移動させて、半田ボール4を各バンプ下地金属2上にフラックス3の粘着力を利用して一括搭載する方法等がある。
【００１７】
勿論、その他の方法、例えばバンプ形成位置に半田ボール4よりも大きい穴を設けたマスクをワーク1上に重ね、半田ボール4をマスク上で移動させることにより穴の中に落とし込むことで、バンプ形成位置上にボールを搭載する振込み法等でも良い。なお、ここで半田ボール4の搭載ミスの有無について検査を行ってもよい。この検査方法としては、例えば、カメラによりワーク1の上面を撮像し、得られた画像情報から半田ボール4の搭載ミスの有無を検査すればよい。
【００１８】
上記のように半田ボール4を各バンプ下地金属2上に一括搭載した後、ワーク1をハンダが溶融する温度よりも低い温度で熱処理し、半田ボール4を各バンプ形成位置上に仮固着させる（図１（ｄ）、図２ステップ４）。この仮固着熱処理は、熱処理中の酸化を防止する目的で窒素雰囲気中等の低酸素濃度下で、ワーク1を一度に処理するのが好ましい。熱処理条件は、半田ボール4の種類及び表面状態、フラックス3の種類、バンプ下地金属2の種類及び表面状態により、半田ボール4の移動が起こらない仮固着状態が得られるよう適宜選択する。
【００１９】
即ち、仮固着に好ましい熱処理温度範囲は、フラックス3の軟化開始温度以上で、かつ熱処理時の温度のばらつきを考慮して使用する半田の(融点-10℃)以下である。これは、ロジン系のフラックス3とSn-Pb共晶半田の組み合わせでは、凡そ80℃以上170℃以下となる。さらに、バンプ下地金属を考慮すると、例えばロジン系のフラックス3を使用した場合、バンプ下地金属2の最表面がCuではフラックス3の活性が高くなる150℃で2分間程度保持するのが最適である。なお、フラックス3の活性を高くしてやれば、より低温でかつ短時間で仮固着が得られる。この熱処理により、直接半田ボール4を溶融して固化させる熱処理を行った場合にフラックス3の流動によりボールが移動して搭載ミスとなる箇所を前もって全て明らかにすることができ、それに対する対処が可能となるのである。
【００２０】
次に、半田ボール4の搭載ミスの有無について検査を行う。この検査方法としては、例えば、カメラによりワーク1の上面を撮像し、得られた画像情報から半田ボール4の搭載ミスの有無を検査すればよい。そして、搭載ミスがなければそのまま、搭載ミスがあれば、搭載不良半田ボール6を除去あるいは補充搭載するリペアを行う（図１（ｅ）、図２ステップ５）。仮固着熱処理後にワーク1上のバンプ形成位置以外に存在する半田ボール6等の搭載ミスについては、仮固着であるため、吸引あるいは機械的に少し移動させてから吸引することにより、容易に除去できる。なお、フラックス3が軟化する程度に当該ボール周辺部を局所的に加熱することは、吸引除去時に効果的である。
【００２１】
このようにして半田ボール4がワーク1上の搭載すべき全ての位置に搭載された後、半田ボール4を溶融して固化させることにより、バンプ9を形成することもできるが、ここでフラックス3を再び塗布しても良い（図１（ｆ）、図２ステップ６）。この場合には、その流動により搭載ミスの原因となるフラックス3の当初塗布量を減量することで、仮固着処理後の搭載ミスをでき得る限り少なくし、リペアの負荷を小さくすると共に、フラックスの流動を懸念することなく十分な量のフラックス8を仮固着処理後に再度塗布することで、バンプ表面の性状を著しく改善できる。
【００２２】
ここで、再塗布するフラックス8は、半田ボールの搭載時に必要なタック性等の特性が必要ないため、当初塗布するフラックス3と異なる種類のものも使用できる。なお、仮固着熱処理後のリペアにより補充搭載された半田ボール7は仮固着されていないが、既に大部分の半田ボール4が仮固着されており、フラックス3の流動そのものが殆ど起こらないため、搭載ミスとなることはない。なお、レーザ光照射によりリペアした半田ボール7のみを加熱して仮固着することもできる。
【００２３】
次に、リペアの具体的方法の一例を挙げる。ワーク1上に搭載された搭載不良半田ボール6を吸引除去する方法としては、吸引機構に接続された管部材を余剰ボールに近づけ、管の中へ吸い取る。ワーク1上の搭載すべき位置に半田ボール4が搭載されていない場合には、同様に管部材から一個ずつ半田ボール7を供給できるようにして、半田ボール4が搭載されていない位置に半田ボール7を落とし込む。この際、窒素ガス等により、ボールをウェハ上のフラックス3に押し付けると良い。また、管部材の中空部を通して、レーザ光をボールに照射できるようにすることで、ボール一個の仮固着が可能となる。
【００２４】
フラックス8の再塗布後に、ワーク１上の半田ボール4、7をリフロー熱処理（図２ステップ７）により溶融させ、冷却固化させてバンプ8を形成する（図１（ｇ）、図２ステップ８）。これによりワーク1上の全てのバンプ形成位置に、表面性状の優れたバンプ8が正しく形成される。
【実施例】
【００２５】
表１は、電極間ピッチ200μm、総バンプ数402,688ヶ、バンプ下地金属2の最表面がCu膜の8インチ(200mm)ウェハを用い、ロジン系フラックス3を使用した本発明の実施例及び従来法(比較例)の結果である。
本発明法によれば、最終的に不良バンプをなくすことができ、しかもバンプ表面性状も優れていた。なお、本発明法では、仮固着熱処理後のみ検査を行えばよいが、当該例では仮固着熱処理によって生じた搭載ミスを明らかにするため、搭載直後に検査を行った。本発明法では、仮固着熱処理後の検査結果を基に、また、従来法では半田ボール4搭載後の検査結果を基に、リフロー熱処理前に全ての搭載ミスをリペアしたが、従来法ではリフロー熱処理後に不良バンプが発生していた。
【００２６】
【表１】
2007287888.tif 000003
【００２７】
なお、上記実施の形態において示した各部の形状及び構造は、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。即ち、本発明はその精神、又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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態におけるバンプ形成方法の手順を順に示す図である。
【図２】本発明の実施形態におけるバンプ形成方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
1    ワーク
2    バンプ下地金属
3    フラックス
4    半田ボール
5    仮固着箇所
6    搭載不良半田ボール
7    補充搭載ハンダボール
8    再塗布フラックス
9    バンプ
【図１】
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【図２】
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