(57)【要約】【課題】バンプショートの発生を防止して半導体素子の歩留まりを向上させるフラックスの洗浄方法を提供すること。【解決手段】フラックス洗浄剤によりウェーハ１を洗浄する洗浄処理工程（Ａ）と、前記洗浄処理後、連続して、液温４０℃以上の脱イオン水によりウェーハ１をリンスする第１リンス処理工程（Ｂ）と、前記第１リンス処理後、連続して、液温２５℃以下の脱イオン水によりウェーハ１をリンスする第２リンス処理工程（Ｃ）と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラックス洗浄剤により被洗浄物を洗浄する洗浄処理工程と、
前記洗浄処理後、連続して、液温４０℃以上の脱イオン水により前記被洗浄物をリンスする第１リンス処理工程と、
前記第１リンス処理後、連続して、液温２５℃以下の脱イオン水により前記被洗浄物をリンスする第２リンス処理工程と、
を含むことを特徴とするフラックスの洗浄方法。
【請求項２】
前記被洗浄物は、電極パッド上にはんだが形成されるとともに、前記はんだの表面にフラックスが塗布され、かつ、リフローされたウェーハであることを特徴とする請求項１記載のフラックスの洗浄方法。
【請求項３】
前記洗浄処理工程、前記第１リンス処理工程、及び前記第２リンス処理工程では、１枚の前記ウェーハを回転させながら前記ウェーハの表裏両面に向けて前記フラックス洗浄剤又は前記脱イオン水を吐出して処理を行うことを特徴とする請求項２記載のフラックスの洗浄方法。
【請求項４】
前記洗浄処理工程、前記第１リンス処理工程、及び前記第２リンス処理工程では、複数の前記ウェーハをまとめて前記フラックス洗浄剤又は前記脱イオン水に浸けて処理を行うことを特徴とする請求項２記載のフラックスの洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にはんだ付けする際に用いるフラックスの洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハ、プリント配線基板などの基板の表面に形成された電極パッド上に、はんだ付け、例えば、はんだバンプを形成する場合、電極パッド表面層とはんだを結合するために低酸素雰囲気下での熱処理（リフロー処理）を行う。この熱処理時に、はんだ表面の酸化物除去、及び酸化防止を目的として、はんだ表面上にロジンを主成分としたフラックスを塗布する。はんだの熱処理が終了し、はんだバンプが形成された後には、フラックスは不要となるため、有機系溶剤等を含むフラックス洗浄剤（例えば、エチレングリコール系の溶剤）を基板表面上に吐出することによりフラックス除去処理を実施する。フラックス除去処理に続けて、脱イオン水（純水）を用いてリンス処理を実施する。なお、特許文献１では、フラックス洗浄剤の洗浄効果を維持したまま寿命を長期化させる技術が開示されている。また、特許文献２では、純水洗浄をやめてはんだの再酸化を防止する技術が開示されている。
【０００３】
ここで、従来例に係るフラックス洗浄方法について説明する。図８は、従来例に係るフラックス洗浄方法の工程を示した模式図である。
【０００４】
電極パッド上にはんだを形成し、当該はんだの表面にフラックスを塗布したウェーハを熱処理した後、ウェーハ１０１をウェーハステージ１０４に設置し、ウェーハ１０１の表面側に配された表面側ノズル１０２ａからウェーハ１０１に液温６５℃のフラックス洗浄剤を吐出するとともに、ウェーハ１０１の裏面側に配された裏面側ノズル１０３ａからウェーハ１０１に液温６５℃のフラックス洗浄剤を吐出する洗浄処理を一定時間行う（図８（Ａ）参照）。この際、ウェーハステージ１０４を回転させるとともに、表面側ノズル１０２ａをウェーハ１０１の表面に対し平行に移動させることで、ウェーハ１０１の表面と裏面の全面にフラックス洗浄剤が行き渡るようにしている。これにより、ウェーハ１０１の表面上に残留している不要なフラックスが溶解除去される。
【０００５】
洗浄処理後、連続して、表面側ノズル１０２ｂからウェーハ１０１に液温４０℃以上（例えば、６０℃）の脱イオン水を吐出するとともに、裏面側ノズル１０３ｂからウェーハ１０１に液温４０℃以上（例えば、６０℃）の脱イオン水を吐出するリンス処理を一定時間行う（図８（Ｂ）参照）。この際、ウェーハステージ１０４を回転させるとともに、表面側ノズル１０２ｂをウェーハ１０１の表面に対し平行に移動させることで、ウェーハ１０１の表面と裏面の全面に脱イオン水が行き渡るようにしている。これにより、ウェーハ１０１の表面上に残留しているフラックス洗浄剤が除去される。
【０００６】
リンス処理後、連続して、表面側ノズル１０２ｃからウェーハ１０１にホットエアー（窒素等の不活性ガスでも可）を吐出するとともに、裏面側ノズル１０３ｃからウェーハ１０１にホットエアーを吐出する乾燥処理を行う（図８（Ｃ）参照）。この際、ウェーハステージ１０４を回転させるとともに、表面側ノズル１０２ｃをウェーハ１０１の表面に対し平行に移動させることで、遠心力とエアー吹付けを併用して乾燥させるようにしている。これにより、ウェーハ１０１の表面上に残留している脱イオン水が除去され、ウェーハ１０１が短時間で乾燥する。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１２３９１５号公報
【特許文献２】特開平８−３３０２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来例に係るフラックス洗浄方法では、リンス処理において、脱イオン水を液温４０℃以上に昇温した状態で吐出しているが、これは、ウェーハ表面上のフラックス洗浄剤のリンス効果が、脱イオン水の液温に比例していることが理由である。図２は、脱イオン水の液温とリンス処理後のウェーハ表面残留臭素イオン量との相関を示すグラフである。臭素成分はフラックス洗浄剤中に含まれる物質の一つであり、脱イオン水によるリンス性能を示す代表的な物質として示した。
【０００９】
脱イオン水の液度が低くなるとウェーハ表面に残留する臭素イオン量が多くなる。臭素イオンは腐食性があり、後のパッケージ形成後に、基板と半導体チップの隙間に充填される封止樹脂の剥離が発生する要因となり、半導体素子の歩留まりを低下させるという不具合が生じる。
【００１０】
上記不具合を解決するために、脱イオン水を４０℃以上の高温にしてリンス処理を行うことが望ましいが、脱イオン水を高温化した場合、別の不具合が発生する。例えば、はんだ材料に鉛を含有する場合、鉛はＨ２Ｏと反応し、水素化鉛としてはんだバンプ中から溶出する現象「鉛崩壊」が発生する。Ｈ２Ｏと鉛の反応を化学式１に示す。
【００１１】
（化１）
Ｐｂ＋２Ｈ２Ｏ  →  ＰｂＨ２＋２ＯＨ−
【００１２】
化学式１に示すように、はんだバンプ中の鉛が水素化鉛として脱イオン水中に溶出した場合、脱イオン水が一定時間ウェーハ表面上に留まると、化学式２に示す鉛の再結晶化反応が起こり、ウェーハ表面上はんだバンプ形成箇所以外の箇所に鉛結晶が付着する。
【００１３】
（化２）
ＰｂＨ２  →  Ｐｂ＋Ｈ２↑
【００１４】
このような鉛の再結晶化反応は、リンス処理後、ウェーハの乾燥処理を行う迄の間、ウェーハ表面上に脱イオン水が残留している場合に顕著に発生し易い。再結晶化した鉛は、乾燥処理にて脱イオン水を除去した後にもウェーハ表面上に残留するため、はんだバンプ間を電気的に短絡させる現象「バンプショート」が発生する可能性が高くなり、強いては半導体素子の歩留まりを低下させる原因となる。
【００１５】
本発明の主な課題は、バンプショートの発生を防止して半導体素子の歩留まりを向上させるフラックスの洗浄方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一視点においては、フラックスの洗浄方法において、フラックス洗浄剤により被洗浄物を洗浄する洗浄処理工程と、前記洗浄処理後、連続して、液温４０℃以上の脱イオン水により前記被洗浄物をリンスする第１リンス処理工程と、前記第１リンス処理後、連続して、液温２５℃以下の脱イオン水により前記被洗浄物をリンスする第２リンス処理工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被洗浄物の表面に残留するフラックス洗浄剤の量が抑制され、かつ、被洗浄物のはんだバンプ中の鉛の溶出による被洗浄物の表面上への鉛析出を同時に抑制することが可能となり、その結果、剥離不良やバンプ間短絡不良による半導体素子の製造歩留まりの低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係るフラックスの洗浄方法では、フラックス洗浄剤により被洗浄物（ウェーハ１）を洗浄する洗浄処理工程（図１（Ａ））と、前記洗浄処理後、連続して、液温４０℃以上の脱イオン水により前記被洗浄物（ウェーハ１）をリンスする第１リンス処理工程（図１（Ｂ））と、前記第１リンス処理後、連続して、液温２５℃以下の脱イオン水により前記被洗浄物（ウェーハ１）をリンスする第２リンス処理工程（図１（Ｃ））と、を含む。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例１に係るフラックスの洗浄方法について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１に係るフラックスの洗浄方法の工程を示した模式図である。
【００２０】
実施例１に係るフラックスの洗浄方法は、ウェーハ１を回転させながら、ウェーハ上部よりフラックス洗浄剤・脱イオン水を吐出して処理を実施する枚葉スプレー式ウェット処理装置を用いた方法である。
【００２１】
実施例１に係るフラックスの洗浄方法では、電極パッド上にはんだを形成し、当該はんだの表面にフラックスを塗布したウェーハを熱処理した後、ウェーハ１をウェーハステージ４に設置し、ウェーハ１の表面側に配された表面側ノズル２ａからウェーハ１に液温６５℃のフラックス洗浄剤を吐出するとともに、ウェーハ１の裏面側に配された裏面側ノズル３ａからウェーハ１に液温６５℃のフラックス洗浄剤を吐出して、ウェーハ１を洗浄する洗浄処理を一定時間行う（図１（Ａ）参照）。この際、ウェーハステージ４を回転させるとともに、表面側ノズル２ａをウェーハ１の表面に対し平行に移動させることで、ウェーハ１の表面と裏面の全面にフラックス洗浄剤が行き渡るようにしている。これにより、ウェーハ１の表面上に残留している不要なフラックスが溶解除去される。
【００２２】
ここで、フラックス洗浄剤は、特に限定されないが、例えば、エチレングリコール系、グリコール化合物、アミン類、アルコール類、ケトン類、エステル類、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素等の単体又は混合物よりなる有機溶剤を用いることができる。
【００２３】
洗浄処理後、連続して、表面側ノズル２ｂからウェーハ１に液温４０℃以上（好ましくは５０℃以上、より好ましくは６０℃以上、ここでは６０℃）の脱イオン水を吐出するとともに、裏面側ノズル３ｂからウェーハ１に液温４０℃以上（好ましくは５０℃以上、より好ましくは６０℃以上、ここでは６０℃）の脱イオン水を吐出して、ウェーハ１をリンスする第１リンス処理を一定時間行う（図１（Ｂ）参照）。この際、ウェーハステージ４を回転させるとともに、表面側ノズル２ｂをウェーハ１の表面に対し平行に移動させることで、ウェーハ１の表面と裏面の全面に脱イオン水が行き渡るようにしている。これにより、ウェーハ１の表面上に残留しているフラックス洗浄剤が除去される。
【００２４】
ここで、脱イオン水は、イオン交換樹脂、蒸留などにより物理的又は化学的にイオンや不純物を除去した水である。
【００２５】
第１リンス処理後、連続して、表面側ノズル２ｃからウェーハ１に液温２５℃以下（好ましくは２０℃以下、より好ましくは１５℃以下、ここでは２０℃）の脱イオン水を吐出するとともに、裏面側ノズル３ｃからウェーハ１に液温２５℃以下（好ましくは２２℃以下、より好ましくは２０℃以下、ここでは２０℃）の脱イオン水を吐出する第２リンス処理を一定時間行う（図１（Ｃ）参照）。この際、ウェーハステージ４を回転させるとともに、表面側ノズル２ｃをウェーハ１の表面に対し平行に移動させることで、ウェーハ１の表面と裏面の全面に脱イオン水が行き渡るようにしている。これにより、はんだバンプ中の鉛の溶出を抑えることができる。
【００２６】
なお、第２リンス処理における脱イオン水の液温は、はんだバンプ中の鉛の溶出を抑える観点から、好ましくは２０℃以下、更に好ましくは１５℃以下である。
【００２７】
第２リンス処理後、連続して、表面側ノズル２ｄからウェーハ１にホットエアー（窒素等の不活性ガスでも可）を吐出するとともに、裏面側ノズル３ｄからウェーハ１にホットエアーを吐出する乾燥処理を行う（図１（Ｄ）参照）。この際、ウェーハステージ４を回転させるとともに、表面側ノズル２ｄをウェーハ１の表面に対し平行に移動させることで、遠心力とエアー吹付けを併用して乾燥させるようにしている。これにより、ウェーハ１の表面上に残留している脱イオン水が除去され、ウェーハ１が短時間で乾燥する。
【００２８】
次に、本発明の実施例１に係るフラックスの洗浄方法による作用効果について図面を用いて説明する。
【００２９】
図２は、洗浄処理後の脱イオン水の液温と、リンス処理後のウェーハ表面残留臭素イオン量との関係を示したグラフである。脱イオン水の液温２０℃では３０ｎｇ／ｃｍ２の臭素イオン量が検出されるのに対し、脱イオン水の液温４０℃以上では臭素イオン量が１０ｎｇ／ｃｍ２以下に減少している。つまり、洗浄処理後のリンス処理を４０℃以上にて行うことにより、ウェーハ表面残留臭素イオン量を１０ｎｇ／ｃｍ２以下に抑制することが可能となる。
【００３０】
図３は、ウェーハ表面残留臭素イオン量と、パッケージングを行った際のチップ／基板間に充填される封止樹脂の剥離不良発生率との関係を示したグラフである。ウェーハ表面残留臭素イオン量が５０ｎｇ／ｃｍ２の時には剥離不良発生率が３％であるのに対し、ウェーハ表面残留臭素イオン量が１０ｎｇ／ｃｍ２以下の時では剥離不良発生率が０．１％以下に抑制されている。
【００３１】
図４は、洗浄処理後の脱イオン水の液温と、脱イオン水中の鉛濃度との関係を示したグラフである。脱イオン水の液温を２５℃以下に保つことにより、脱イオン水中に溶出する鉛の量を２０ｐｐｂ以下に抑制することが可能である。
【００３２】
図５は、脱イオン水中の鉛濃度と、半導体素子のバンプ間短絡不良発生率との関係を示したグラフである。脱イオン水中の鉛濃度が５００ｐｐｂ以上ではバンプ間短絡不良発生率が１００ｐｐｍ以上であるのに対し、脱イオン水中の鉛濃度が２０ｐｐｂ以下では、バンプ間短絡不良発生率は８ｐｐｍ以下に抑制されている。
【００３３】
図２〜図５の結果により、実施例１に係るフラックスの洗浄方法では、脱イオン水の液温を４０℃以上とした第１リンス処理を行った後に、連続して脱イオン水の液温を２５℃以下とした第２リンス処理を行うことにした。第１リンス処理によりウェーハ表面に残留しているフラックス洗浄剤の除去率が向上し、第２リンス処理により第１リンス処理で用いた脱イオン水中に溶出した水素化鉛をウェーハ表面上に析出させることがない。これにより、ウェーハ表面に残留するフラックス洗浄剤の量が抑制され、かつ、はんだバンプ中の鉛の溶出によるウェーハ表面上への鉛析出を同時に抑制することが可能となり、その結果、剥離不良やバンプ間短絡不良による半導体素子の製造歩留まりの低下を抑制することができる。
【実施例２】
【００３４】
本発明の実施例２に係るフラックスの洗浄方法について図面を用いて説明する。図６は、本発明の実施例２に係るフラックスの洗浄方法で用いる処理槽の構成を示した模式図である。
【００３５】
実施例１では、枚葉スプレー式ウェット処理装置を用いてウェーハ（図１の１）上にフラックス洗浄液、脱イオン水、及びホットエアーを吐出して１枚ずつ処理していたが、実施例２では、数枚のウェーハ１をまとめて処理するバッチ処理方式であり、処理ごとに槽を分けて行う。実施例２に係るフラックスの洗浄方法では、洗浄処理槽１０、第１リンス処理槽２０、第２リンス処理槽３０、及び乾燥処理槽４０を用いる。
【００３６】
洗浄処理槽１０は、槽１１内にフラックス洗浄剤が入っており、数〜数十枚のウェーハ１を保持したキャリア５ごとフラックス洗浄剤中に浸液して洗浄処理を行う。洗浄処理槽１０は、槽１１内のフラックス洗浄剤を循環させる経路を有し、その経路にフィルタ１２、ポンプ１３、及びヒータ１４を有する。フィルタ１２は、槽１１からのフラックス洗浄剤中の不純物を除去する。ポンプ１３は、フィルタ１２からのフラックス洗浄剤を圧送する。ヒータ１４は、ポンプ１３からのフラックス洗浄剤を所定の温度に加熱して槽１１内に送る。
【００３７】
第１リンス処理槽２０は、槽２１内に４０℃以上の脱イオン水が入っており、数〜数十枚のウェーハ１を保持したキャリア５ごと脱イオン水中に浸液してリンス処理を行う。第１リンス処理槽２０は、槽２１内の脱イオン水を循環させる経路を有し、その経路にフィルタ２２、ポンプ２３、及びヒータ２４を有する。フィルタ２２は、槽２１からの脱イオン水中の不純物を除去する。ポンプ２３は、フィルタ２２からの脱イオン水を圧送する。ヒータ２４は、ポンプ２３からの脱イオン水を４０℃以上の所定の温度に加熱して槽２１内に送る。
【００３８】
第２リンス処理槽３０は、槽３１内に２５℃以下の脱イオン水が入っており、数〜数十枚のウェーハ１を保持したキャリア５ごと脱イオン水中に浸液してリンス処理を行う。第２リンス処理槽３０は、槽３１内の脱イオン水を循環させる経路を有し、その経路にフィルタ３２、ポンプ３３、及び温度制御部３４を有する。フィルタ３２は、槽３１からの脱イオン水中の不純物を除去する。ポンプ３３は、フィルタ３２からの脱イオン水を圧送する。温度制御部３４は、ポンプ３３からの脱イオン水を２５℃以下の所定の温度に制御して槽３１内に送る。
【００３９】
乾燥処理槽４０は、槽４１内で、ヒータ４３によって加熱されたＩＰＡ（イソプロピルアルコール）４２の蒸気により、数〜数十枚のウェーハ１を保持したキャリア５ごと乾燥処理を行う。なお、乾燥方法は、スピン、真空、温風等の手段を用いてもよい。
【００４０】
実施例２に係るフラックスの洗浄方法は以下のようにして行う。
【００４１】
まず、電極パッド上にはんだを形成し、当該はんだの表面にフラックスを塗布したウェーハを熱処理した後、キャリア５に数〜数十枚のウェーハ１を保持した状態で、洗浄処理槽１０内のフラックス洗浄剤に一定時間浸ける洗浄処理を行う。
【００４２】
洗浄処理後、数〜数十枚のウェーハ１を保持したキャリア５を、第１リンス処理槽２０内の４０℃以上の脱イオン水中に移動し、４０℃以上の脱イオン水に一定時間漬ける第１リンス処理を行う。
【００４３】
第１リンス処理後、数〜数十枚のウェーハ１を保持したキャリア５を、第２リンス処理槽３０内の２５℃以下の脱イオン水中に移動し、２５℃以下の脱イオン水に一定時間漬ける第２リンス処理を行う。
【００４４】
第２リンス処理後、数〜数十枚のウェーハ１を保持したキャリア５を、乾燥処理槽４０内に移動し、ＩＰＡ４２の蒸気により乾燥処理を行う。
【００４５】
実施例２によれば、実施例１と同様、ウェーハ表面上に残留するフラックス洗浄剤の量が抑制され、かつ、はんだバンプ中の鉛の溶出によるウェーハ表面上への鉛析出を同時に抑制することが可能となり、その結果、剥離不良やバンプ間短絡不良による半導体素子の製造歩留まりの低下を抑制することができる。
【００４６】
次に、実施例１（図１参照）、実施例２（図６参照）の効果を従来例（図８参照）と比較しながら図面を用いて説明する。図７は、本発明の実施例１及び実施例２の半導体素子の製造歩留まりを従来例と比較したグラフである。
【００４７】
従来例（図８参照）では半導体素子の製造歩留まりが９６．５％であるのに対し、実施例１では９９．７％、実施例２では９９．６％の高い製造歩留まりを維持することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例１に係るフラックスの洗浄方法の工程を示した模式図である。
【図２】洗浄処理後の脱イオン水の液温と、リンス処理後のウェーハ表面残留臭素イオン量との関係を示したグラフである。
【図３】ウェーハ表面残留臭素イオン量と、パッケージングを行った際のチップ／基板間に充填される封止樹脂の剥離不良発生率との関係を示したグラフである。
【図４】洗浄処理後の脱イオン水の液温と、脱イオン水中の鉛濃度との関係を示したグラフである。
【図５】脱イオン水中の鉛濃度と、半導体素子のバンプ間短絡不良発生率との関係を示したグラフである。
【図６】本発明の実施例２に係るフラックスの洗浄方法で用いる処理槽の構成を示した模式図である。
【図７】本発明の実施例１及び実施例２の半導体素子の製造歩留まりを従来例と比較したグラフである。
【図８】従来例に係るフラックス洗浄方法の工程を示した模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１、１０１  ウェーハ
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ  表面側ノズル
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ  裏面側ノズル
４、１０４  ウェーハステージ
５  キャリア
１０  洗浄処理槽
１１  槽
１２  フィルタ
１３  ポンプ
１４  ヒータ
２０  第１リンス処理槽
２１  槽
２２  フィルタ
２３  ポンプ
２４  ヒータ
３０  第２リンス処理槽
３１  槽
３２  フィルタ
３３  ポンプ
３４  温度制御部
４０  乾燥処理槽
４１  槽
４２  ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）
４３  ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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