(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラックス供給基板の、少なくとも1つ分以上の半導体チップの電極部に対応する位置のみに予め、フラックスを塗布し、
このフラックスの塗布領域に金属ボールを仮配置したまま、前記半導体チップの電極部と前記金属ボールを位置合わせして接触状態に保持し、
前記金属ボールを融点以上に加熱して前記半導体チップの電極部に溶融過程を経て固定することによりバンプを形成し、
前記フラックスによる前記半導体チップの汚染を防止し得るようにしたことを特徴とするバンプ形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のバンプ形成方法において、
少なくとも1つ分以上の半導体チップの電極部に対応する位置に金属ボールを配列保持し、この金属ボールを前記フラックスの塗布領域に仮配置することを特徴とするバンプ形成方法。
【請求項３】
請求項２に記載のバンプ形成方法において、
前記金属ボールを配列保持する際、前記金属ボールを吸着して行うようにしたことを特徴とするバンプ形成方法。
【請求項４】
前記金属ボールを配列保持する際、微振動を与えることにより余剰の金属ボールを除去するようにしたことを特徴とする請求項２または３に記載のバンプ形成方法。
【請求項５】
前記フラックスの塗布が、前記フラックス供給基板としてのシリコンウェハ上もしくはシリコンウェハの保持溝上に行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバンプ形成方法。
【請求項６】
金属ボールを用いて半導体チップの電極部にバンプを形成するための装置であって、
少なくとも1つ分以上の半導体チップの電極部に対応する位置のみに予め、フラックスを塗布するフラックス供給手段と、
少なくとも1つ分以上の半導体チップの電極部に対応する位置に金属ボールを配列保持し、前記フラックス供給手段における前記フラックスの塗布領域に前記金属ボールを仮配置する金属ボール供給手段と、
前記フラックスの塗布領域に仮配置したままの前記金属ボールを前記半導体チップの電極部と接触させる金属ボール接触手段と、を備え、
前記フラックスによる前記半導体チップの汚染を防止し得るようにしたことを特徴とするバンプ形成装置。
【請求項７】
前記フラックス供給手段は、少なくとも1つ分以上の半導体チップの電極部に対応する位置にフラックス保持溝が形成されたフラックス供給基板から成ることを特徴とする請求項６に記載のバンプ形成装置。
【請求項８】
前記フラックス供給基板は、シリコンウェハにより構成されることを特徴とする請求項７に記載のバンプ形成装置。
【請求項９】
前記フラックス供給基板は、フラックス保持溝側が前記金属ボールと反応性のない表面処理が施されることを特徴とする請求項７または８に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、半導体チップの電極やプリント基板等に微小金属ボールで成るバンプを形成するための方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体チップの電極と外部回路等との接合媒体となるバンプとして、ウェハバンプ，スタッドバンプおよび転写バンプ等が知られている。近年、半導体装置の高密度化に伴って、電極の狭ピッチ化あるいはバンプの微小化が進んでいる。バンプを形成すべき微小金属ボールを予め半導体チップの電極と同一座標に配列させ、それを一括で電極上に接合するようにしたバンプの形成方法が実用化されつつある。
【０００３】
この種のバンプ形成方法において従来、例えばウェハ上の電極部にはんだを蒸着することにより、バンプを形成する方法が知られている。
あるいはまた、所定の基板上にフラックスを塗布しておき、保持基板に保持された金属（はんだ）ボールをその基板まで降下させる。これにより金属ボールがフラックスと接触することで、金属ボールにフラックスを付着させる。このフラックスが付着した金属ボールを半導体チップの電極に接合し、バンプを形成という方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のバンプ形成方法もしくは装置において、電極部にはんだを蒸着するものにあっては、はんだ使用量が多く、結果的にコストが高くならざるを得なかった。また、金属ボールを保持基板に保持するものでは、その保持基板にフラックスが付着し、保持基板さらには半導体チップを汚染する等の問題がある。
【０００５】
本発明はかかる実情に鑑み、適正かつ的確に、しかも効率よくバンプを形成することができるバンプ形成方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のバンプ形成方法は、フラックス供給基板の、少なくとも1つ分以上の半導体チップの電極部に対応する位置のみに予め、フラックスを塗布し、このフラックスの塗布領域に金属ボールを仮配置したまま、前記半導体チップの電極部と前記金属ボールを位置合わせして接触状態に保持し、前記金属ボールを融点以上に加熱して前記半導体チップの電極部に溶融過程を経て固定することによりバンプを形成し、前記フラックスによる前記半導体チップの汚染を防止し得るようにしたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のバンプ形成方法において、少なくとも1つ分以上の半導体チップの電極部に対応する位置に金属ボールを配列保持し、この金属ボールを前記フラックスの塗布領域に仮配置することを特徴とする。
また、本発明のバンプ形成方法において、前記金属ボールを配列保持する際、前記金属ボールを吸着して行うようにしたことを特徴とする。
また、本発明のバンプ形成方法において、前記金属ボールを配列保持する際、微振動を与えることにより余剰の金属ボールを除去するようにしたことを特徴とする。
また、本発明のバンプ形成方法において、前記フラックスの塗布が、前記フラックス供給基板としてのシリコンウェハ上もしくはシリコンウェハの保持溝上に行われることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のバンプ形成装置は、金属ボールを用いて半導体チップの電極部にバンプを形成するための装置であって、少なくとも1つ分以上の半導体チップの電極部に対応する位置のみに予め、フラックスを塗布するフラックス供給手段と、少なくとも1つ分以上の半導体チップの電極部に対応する位置に金属ボールを配列保持し、前記フラックス供給手段における前記フラックスの塗布領域に前記金属ボールを仮配置する金属ボール供給手段と、前記フラックスの塗布領域に仮配置したままの前記金属ボールを前記半導体チップの電極部と接触させる金属ボール接触手段と、を備え、前記フラックスによる前記半導体チップの汚染を防止し得るようにしたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のバンプ形成装置において、前記フラックス供給手段は、少なくとも１つ分以上の半導体チップの電極部に対応する位置にフラックス保持溝が形成されたフラックス供給基板から成ることを特徴とする。
また、本発明のバンプ形成装置において、前記フラックス供給基板は、シリコンウェハにより構成されることを特徴とする。
また、本発明のバンプ形成装置において、前記フラックス供給基板は、フラックス保持溝側が前記金属ボールと反応性のない表面処理が施されることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、フラックス供給手段を用いて、バンプを形成すべき半導体チップの電極部に対応する位置に予め、フラックスを塗布しておく。また、金属ボール供給手段を用いて、フラックス供給手段におけるフラックス塗布領域にバンプ形成用の金属ボールを仮配置する。その後、金属ボールを融点以上に加熱して半導体チップの電極部に溶融過程を経てバンプを形成する。
【００１１】
このように半導体チップ自体にはフラックスを塗布せずにフラックスを供給することで、半導体チップの汚染を有効に防ぐことができる。また、フラックス供給基板によれば、ウェハ単位でフラックスを供給することができ、効率よく適正にバンプを形成するができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明によるバンプ形成方法および装置の好適な実施の形態を説明する。
【００１３】
この実施形態において、少なくとも１つ分以上の半導体チップの電極部に対応する位置に予め、フラックスを塗布し、このフラックスの塗布領域に金属ボールを仮配置し、半導体チップの電極部と金属ボールを位置合わせして接触状態に保持し、金属ボールを融点以上に加熱して半導体チップの電極部に溶融過程を経て固定することによりバンプを形成するものとする。
【００１４】
本発明のバンプ形成装置は、少なくとも１つ分以上の半導体チップの電極部に対応する位置に予め、フラックスを塗布するフラックス供給手段を使用する。
このフラックス供給手段は、本実施形態において図１に示すように少なくとも１つ分以上の半導体チップ１００の電極部１０１に対応する位置にフラックス保持溝１１が形成されたフラックス供給基板１０から成る。
【００１５】
フラックス供給基板１０は、好適にはシリコンウェハまたはこれと同等の基板により構成することができる。フラックス保持溝１１は、図示例のようにたとえば断面Ｖ字状に形成してもよく、適量のフラックスＦを溜めることができる大きさとする。フラックス保持溝１１の形成に際して、好適には異方性エッチングを用いることでそのエッチピットの方位依存性により、高い精度で所定形状のフラックス保持溝１１を形成することができる。
【００１６】
また、フラックス供給基板１０におけるフラックス保持溝１１側の表面は、金属ボールＢとの反応が問題となる場合には反応性のない表面処理が施される。低融点のはんだで成る金属ボールＢを溶融させた際、フラックス供給基板１０の表面に溶融はんだが付着しないようにする。このようなフラックス供給基板１０の表面処理としてはたとえば、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＴｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4 膜等の酸化膜、窒化膜が好適である。なお、パッシベーションによっても同等の作用を得ることができる。
【００１７】
本発明のバンプ形成装置はまた、少なくとも１つ分以上の半導体チップ１００の電極部１０１に対応する位置に金属ボールＢを配列保持する金属ボール供給手段を使用する。この金属ボール供給手段は、図２に示すようにバンプを形成すべき金属ボールＢを配列保持するためのボール配列ヘッド２０を備えている。この実施形態において、金属ボールＢとしては直径１２０μｍ程度のＰｂ−Ｓｎ合金とする。
【００１８】
ボール配列ヘッド２０は、１つ以上の半導体チップ１００の電極部１０１に対応する多数のボール配列孔２１ａを有する配列基板２１を備え、吸引チャンバ２２を介して真空引されるようになっている。吸引チャンバ２２には、真空吸引源としての真空ポンプが接続され、ボール配列ヘッド２０は、ボール配列孔２１ａにて金属ボールＢを配列保持する。
【００１９】
ボール配列ヘッド２０は金属ボールＢの供給部において、バンプを形成するための金属ボールＢを収容する容器３０上方から、所定タイミングで該容器３０内に下降する（図２（Ａ））。さらに、図２（Ｂ）のように吸引チャンバ２２を介して真空引することで、配列基板２１のボール配列孔２１ａにて金属ボールＢを配列保持する。なお、配列基板２１のボール配列孔２１ａに金属ボールＢを吸着させる際、容器３０を加振することで容器３０内で金属ボールＢを浮遊状態にし、吸着し易くする等の手段がとられる。
【００２０】
図２（Ｃ）のように配列基板２１の各ボール配列孔２１ａに１つの金属ボールＢが吸着される。ここで、金属ボールＢを吸着する際、配列基板２１から余剰ボールを除去して各ボール配列孔２１ａに１つの金属ボールＢを吸着させるための余剰ボール除去手段をさらに含んでいる。この余剰ボール除去手段はたとえば、配列基板２１に微振動を与えることにより余分な金属ボールＢを配列基板２１から離脱させるように構成することができる。
【００２１】
さらに、上記のように配列基板２１に配列保持された金属ボールＢの配列状態が検査される。この場合、図２（Ｃ）に示すように配列基板２１の下方から画像認識手段（ＴＶカメラ）４０により金属ボールＢの配列状態を撮影し、配列状態の良否を確認することができる。
【００２２】
本発明方法において、まずフラックス供給基板10の各フラックス保持溝11に図1(A)のように、フラックスFを供給塗布しておく。この場合、フラックスFの供給量として、図示のようにフラックス保持溝11から僅かに盛り上がる程度とする。つまり後述する金属ボールBの溶融接合の際、酸化膜の除去を適正に行い、しかも半導体チップ100やフラックス供給基板10等に余分に付着しない程度の適量とする。
【００２３】
一方、金属ボールＢを適正に配列保持したボール配列ヘッド２０は、前述のように金属ボールＢの供給部において容器３０から金属ボールＢを吸い上げ、配列基板２１にて金属ボールＢを吸着保持する。このボール配列ヘッド２０をフラックス供給基板１０に対して位置合わせしながら降下させ、各金属ボールＢを対応するフラックス保持溝１１の直上位置で配列基板２１から離脱させる。これにより図１（Ｂ）のように、各金属ボールＢはフラックス保持溝１１のフラックス塗布領域に仮配置される。このときフラックスＦの適度な粘性により金属ボールＢを適正位置に安定して保持することができる。
【００２４】
つぎに、半導体チップ１００の電極部１０１を対応する金属ボールＢに位置合わせしながら降下させ、図１（Ｃ）のように電極部１０１を金属ボールＢに接触させる。その後、所定の炉内で金属ボールＢをその融点以上に加熱して、この金属ボールＢの溶融過程を経て半導体チップ１００の電極部１０１にバンプが形成される。ここで半導体チップ１００の電極部１０１の表面はたとえばＣｕ，Ａｕ，Ｐｄ等が好適であり、低融点金属が接合し易いものとする。
【００２５】
このようにフラックス供給手段により半導体チップ100の電極部101とは反対側の金属ボールBにフラックスFを塗布しておくことで、半導体チップ100の汚染を有効に防ぐことができる。また、フラックス供給基板10に多数の金属ボールBを仮配置して、一括でウェハ上の半導体チップ100に転写リフローすることにより、効率的にバンプを形成するができる。その場合、金属ボールBの精度を高めることで、精度の高いバンプ形状、高さを確保することができる。
【００２６】
なお、上記実施形態において、ウェハ等によりフラックス供給基板１０を形成する例を説明したが、この場合に限らずたとえば、感光性ガラス材料を用いて構成することができる。つまりフラックス保持溝１１を形成するために微細加工が可能で、はんだが付着し難い、その他の材料を有効に用いることができる。またフラックス保持溝１１の形状等についても図示例のもののみに限定されず、適量のフラックスＦを溜め、金属ボールＢを仮配置し得るその他の形状等を採用することができ、上記実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、半導体チップのフラックス汚染等をなくすることができ、製品の品質、信頼性を有効に向上することができる。また、ウェハ単位でチップ電極に対して効率よくバンプの転写リフローを行うことで、生産効率を高め、生産性向上を実現することができる等の利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】  本発明の実施形態におけるフラックス供給手段の構成および主要工程を順に説明するための図である。
【図2】  本発明の実施形態における金属ボール供給手段の構成および主要工程を順に説明するための図である。
【符号の説明】
10  フラックス供給基板
11  フラックス保持溝
20  ボール配列ヘッド
21  配列基板
21a ボール配列孔
22  吸引チャンバ
30  容器
40  画像認識手段(TVカメラ)
100  半導体チップ
101  電極部
B  金属ボール
F  フラックス
【図１】
0003922768.tif 000002
【図２】
0003922768.tif 000003