(57)【要約】【課題】  パッド電極のファインピッチ化に図るとともに、はんだ量が多くかつバラツキも少ないはんだバンプを得る。【解決手段】  まず、気体槽１１内の不活性気体１３中に、基板２０を表面２１が上になるように位置付ける。続いて、はんだ噴霧器１２からはんだ微粒子１４を含む不活性気体１３を気体槽１１へ送り出し、はんだ微粒子１４を吹き出し管１６から不活性気体１３中の基板２０上へ落下させる。はんだ微粒子１４は重力によって自然落下し基板２０上に到達する。基板２０のパッド電極上に到達したはんだ微粒子１４は、重力によってそこに留まり、はんだ濡れ時間が経過するとパッド電極表面に広がってはんだ皮膜を形成する。【選択図】  図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッド電極を不活性気体中に位置付け、
はんだ微粒子を前記不活性気体中のパッド電極に向けて送り出すことにより、前記パッド電極にはんだバンプを形成することを特徴とするはんだバンプの形成方法。
【請求項２】
前記はんだ微粒子を、フラックスを含む前記不活性気体中に送りだすことを特徴とする請求項１に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項３】
前記はんだ微粒子を、水素ガスを含む不活性気体中に送りだすことを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項４】
隣接する前記パッド電極相互間の間隔より小さい直径をもつ前記はんだ微粒子を前記不活性雰囲気中に送りだすことを特徴とする請求項１に記載のはんだパンプの形成方法。
【請求項５】
有機皮膜で被覆された前記はんだ微粒子を送りだすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のはんだパンプの形成方法。
【請求項６】
フラックス作用をもつ皮膜で被覆された前記はんだ微粒子を送りだすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のはんだパンプの形成方法。
【請求項７】
前記はんだ微粒子を送りだす際に、前記不活性気体を大気圧以下に減圧しておくことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項８】
パッド電極を有する基板が位置付けされる不活性雰囲気を形成するための気体槽と、
前記不活性雰囲気中に位置付けられた前記基板のパッド電極に向けてはんだ微粒子を送りだすはんだ噴霧器を有することを特徴とするはんだバンプの形成装置。
【請求項９】
前記はんだ噴霧器は、前記はんだ微粒子を送りだすことに加えて、フラックスを前記不活性雰囲気中に送りだすことを特徴とする請求項５に記載のはんだバンプの形成装置。
【請求項１０】
前記はんだ噴霧器は、前記はんだ微粒子を送りだすことに加えて、フラックス及び又は水素ガスを前記不活性雰囲気中に送りだすことを特徴とする請求項５に記載のはんだバンプの形成装置。
【請求項１１】
前記はんだ噴霧器は、隣接する前記パッド電極相互間の間隔より小さい直径をもつはんだ微粒子を、前記はんだ微粒子として用いることを特徴とする請求項５に記載のはんだパンプの形成装置。
【請求項１２】
前記気体槽内を減圧する減圧手段を有することを特徴とする請求項５に記載のはんだバンプの形成装置。
【請求項１３】
はんだ微粒子によるはんだバンプを電極上に形成するはんだバンプ形成方法において、
前記はんだバンプとして、有機皮膜及びフラックスにより被覆されたはんだ微粒子を用い、
不活性雰囲気中に前記電極を位置付けするセットステップと、
前記不活性雰囲気及び電極を加熱しながら、はんだ微粒子を前記不活性雰囲気中に供給する供給ステップと、
有機皮膜によってはんだの粒径を制御させることにより、はんだバンプの核を前記電極の範囲に定位させる成長ステップを有することを特徴とするはんだバンプ形成方法。
【請求項１４】
はんだ微粒子によるはんだバンプを形成するはんだ形成装置において、
不活性雰囲気を形成する気体槽と、
前記気体槽内の前記不活性雰囲気中にはんだ微粒子を供給するはんだ供給器を有することを特徴とするはんだバンプ形成装置。
【請求項１５】
前記はんだ供給器は、有機皮膜及びフラックスにより被覆されたはんだ微粒子を供給することを特徴とする請求項１４に記載のはんだバンプの形成装置。
【請求項１６】
前記気体槽内を減圧する減圧手段を有することを特徴とする請求項１４に記載のはんだバンプの形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板やインターポーザ基板の上に半球状のはんだバンプを形成して、ＦＣ（flip chip）やＢＧＡ（ball grid array）を製造する際に用いられる、はんだバンプの形成方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化及び薄型化に伴い、電子部品の高密度実装技術が急速に進展している。この高密度実装を実現する半導体装置として、半球状のはんだバンプを有するＦＣやＢＧＡが使われている。【０００３】
パッド電極上にはんだバンプを形成する方法として、溶融はんだにパッド電極を接触させる方法（溶融はんだ法）、パッド電極上にはんだペーストをスクリーン印刷しリフローする方法（スクリーン印刷法）、パッド電極上にはんだボールを載置しリフローする方法（はんだボール法）、パッド電極にはんだメッキを施す方法（メッキ法）等が一般的である。これら以外にも、例えば特許文献１に記載されたはんだバンプの形成方法が知られている。【０００４】
図１０は、特許文献１に記載されたはんだ形成方法を示す概略断面図である。以下、この図面に基づき説明する。【０００５】
この形成方法では、まず、はんだの融点以上に加熱された不活性溶剤８０中に、銅電極８１を表面に有するウエハ８２を当該表面が下になるように浸漬する。続いて、不活性溶剤８０中において、溶融はんだ８３から成るはんだ粒子８４を上へ向けて噴射することにより、はんだ粒子８４をウエハ８２に接触させて銅電極８１にはんだバンプ（図示せず）を形成する。更に詳しく説明する。【０００６】
加熱槽８５内の溶融はんだ８３と不活性溶剤８０とは、はんだの融点よりやや高い温度、例えば２００℃に温度制御される。加熱槽８５内の溶融はんだ８３は、はんだ導入管８６からはんだ微粒化装置８７内に吸引される。また、はんだ微粒化装置８７は、溶融はんだ８３と同温となっている不活性溶剤８０を不活性溶剤導入管８８から吸引し、これら２液を混合攪拌して溶融はんだ８３を破砕し粒子化する。そして、はんだ粒子８４を含んだ不活性溶剤８０は、混合液導出管８９から噴出装置９０に液送され、ノズル９１から上方へ噴射される。【０００７】
不活性溶剤８０中のはんだ粒子８４は、不活性溶剤８０で被覆された状態となっているので、外気と接触することがない。このため、はんだ粒子８４の表面は、金属表面を保ち、活性状態にある。そして、不活性溶剤８０中のはんだ粒子８４は、不活性溶剤８０中に浸漬されたウエハ８２の銅電極８１に接触すると、銅電極８１とはんだ合金層を形成して銅電極８１表面に付着することにより、銅電極８１表面を溶融したはんだ皮膜（図示せず）で覆う。続いて、はんだ粒子８４はこのはんだ皮膜に吸着しやすいので、この部分のはんだ粒子８４が次々にはんだ皮膜上に付着する。【０００８】
一方、銅電極８１上に付着しなかったはんだ粒子８４は、その比重差により徐々に下降し、加熱槽８５の底部に堆積する。このように、はんだ粒子８４が上方へ噴出する不活性溶剤８０中に、銅電極８１を下にしてウエハ８２を浸漬することにより、銅電極８１表面にのみ選択的にはんだバンプ（図示せず）を形成することができる。【０００９】
【特許文献１】特公平７−１１４２０５号公報（第１図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、溶融はんだ法は、パッド電極のファインピッチ化に適するという特長があるものの、はんだバンプのはんだ量が少なくかつそのバラツキも大きいという欠点がある。スクリーン印刷法は、一括で容易にはんだバンプを形成することができるという特長があるものの、ファインピッチのマスクを使用すると目詰まりやはんだ量の不均一が発生しやすいので、ファインピッチ化に適さないという欠点がある。はんだボール法は、近年の傾向として一つの半導体装置に使われるはんだボールの数が極めて多くなり、しかもはんだボールの大きさも極めて小さくなっていることから、製造コストが高くつくという欠点がある。メッキ法は、近年普及しつつある鉛フリーはんだに対して適当なメッキ液がないという欠点がある。また、特許文献１の形成方法では、銅電極にはんだ粒子が付着しにくい、すなわちはんだ濡れ性が悪いという欠点があるため、実用化が困難であった。【００１１】
また、本発明者は、次のような技術を開発した。まず、はんだ微粒子と、フラックス作用を有する液体と、表面に電極を有する基板とを用意する。そして、はんだの融点以上に前記液体を加熱し、表面を上にして基板を液体中に位置付け、はんだ微粒子を前記液体中に噴射して基板上の電極に向けて落下させる。これにより、パッド電極上にはんだバンプを形成する。その結果、従来の諸問題を解決でき、はんだバンプのファインピッチ化が一応達成された。【００１２】
ここで、更なるファインピッチ化を図るには、はんだ微粒子を小さくする必要がある。はんだ微粒子が大きいと、電極間ではんだブリッジが発生しやすくなるからである。しかし、はんだ微粒子を小さくすればするほど、液体中でのはんだ微粒子の落下速度が低下するため、はんだバンプの形成に長時間を要することになる。【００１３】
その理由について、以下に説明する。はんだ微粒子は、速度に比例する粘性抵抗力を受けながら液体中を落下するものとする。このとき、はんだ微粒子の質量をｍ、重力加速度をｇ、粘性係数をｋとし、鉛直上向きにｚ軸をとると、落下するはんだ微粒子の運動方程式は次式で表せる。
ｍ（ｄ2ｚ／ｄｔ2）＝−ｍｇ−ｋ（ｄｚ／ｄｔ）  …《１》【００１４】
式《１》の右辺第二項が粘性抵抗力である。初速度ｖ0を０として式《１》を解くことにより、時刻ｔにおけるはんだ微粒子の速度ｖ(t)が次式で表せる。
ｖ(t)＝（ｍｇ／ｋ）ｅ-(k/m)t−（ｍ／ｋ）ｇ  …《２》【００１５】
ここで、ｋ>>ｍとすると、式《２》の右辺第一項を無視できる。したがって、次式が得られる。
ｖ＝−（ｍ／ｋ）ｇ  …《３》【００１６】
式《３》から明らかなように、はんだ微粒子が小さいほどすなわちｍが小さいほど、液体中でのはんだ微粒子の落下速度ｖが低下する。【００１７】
そこで、本発明の目的は、パッド電極のファインピッチ化を図れるとともに、はんだ量が多くかつバラツキも少ないはんだバンプを得られ、しかも短時間ではんだバンプを形成できる、はんだバンプの形成方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係るはんだバンプの形成方法は、パッド電極を表面に有する基板を当該表面が上になるように不活性気体中に位置付け、溶融はんだから成るはんだ微粒子を不活性気体中に噴霧し（送りだす）、当該はんだ微粒子を基板上に落下させることにより、パッド電極上にはんだバンプを形成する、というものである。本発明には、不活性気体の分散媒と液体のはんだ微粒子の分散相とから成る分散系（エーロゾル：aerosol）中に基板を置くことにより、パッド電極上にはんだバンプを形成する技術も含まれる。ここでいう「基板」には、半導体ウエハや配線板などが含まれる。また、「はんだバンプ」には、半球状や突起状のものに限らず、膜状のものも含まれる。不活性気体は、窒素やアルゴンなどを主成分とするものの、実質的に不活性であればよく、はんだ付に悪影響を与えない程度の酸素を含む気体であってもよい。【００１９】
不活性気体中において、基板はパッド電極側を上にして保持されている。このとき、基板上の不活性気体中にはんだ微粒子を噴霧すると、はんだ微粒子は重力によって自然落下し基板上に到達する。基板のパッド電極上に到達したはんだ微粒子は、重力によってそこに留まり、「ある時間」が経過するとパッド電極表面に広がってはんだ皮膜を形成する。続いて、そのはんだ皮膜上に到達したはんだ微粒子は、重力によってそこに留まり、同じように「ある時間」が経過すると広がってはんだ皮膜を厚くする。これが繰り返されて、はんだ皮膜が成長してはんだバンプとなる。【００２０】
はんだが濡れるために、前述した「ある時間」（以下「はんだ濡れ時間」という。）が必要である。特許文献１の技術では、不活性液体中において下向きのパッド電極に対してはんだ微粒子を噴き上げて接触させるため、はんだ微粒子がパッド電極に接する時間が一瞬でしかないので、はんだ濡れ性が悪いと考えられる。【００２１】
また、本発明者は、不活性気体中ではんだ微粒子同士が落下中に接触しても、これらが合体して大きいはんだ微粒子になる条件が整えにくいため、はんだ微粒子を不活性気体中を介して基板に向けて送りだすことに問題がないことを見出した。したがって、本発明では、ファインピッチのパッド電極に対しても、はんだブリッジ等が発生しない。更に、はんだバンプのはんだ量は、はんだ微粒子の供給量を変えることにより容易に調整できる。しかも、はんだ微粒子は、パッド電極に比べて極めて小さいことにより多量に供給されるので、不活性気体中に均一に分散する。したがって、はんだバンプのはんだ量のバラツキも少ない。これに加え、はんだ微粒子が霧状すなわち極めて微細になっているので、パッド電極のファインピッチ化に適する。しかも、はんだ微粒子は液体中ではなく気体中を落下することにより、前述の式《３》における粘性係数ｋが極めて小さくなるため、はんだ微粒子の落下速度は大きい。すなわち、はんだ微粒子が小さくてもすぐに落下するので、はんだバンプの形成に要する時間も短い。【００２２】
本発明に係るはんだバンプの形成方法は、パッド電極を表面に有する基板を不活性気体中に位置付け、不活性気体中において溶融はんだから成るはんだ微粒子をパッド電極に向けて噴霧することにより、パッド電極上にはんだバンプを形成する、というものである。【００２３】
はんだ微粒子をパッド電極に向けて噴霧するのであれば、不活性気体中において基板の表面は必ずしも上にする必要はなく横でも下でも斜めでもよい。はんだ微粒子は、霧状すなわち極めて微細であることにより、ブラウン運動によって不規則に動く。したがって、はんだ微粒子をパッド電極に向けて噴霧すると、はんだ微粒子がパッド電極の周囲を浮遊するので、はんだ微粒子をパッド電極にはんだ濡れ時間以上留まらせることができる。この場合は、＋ｚ方向に初速度ｖ0ではんだ微粒子を噴霧したとして前述の式《１》を解けば明らかなように、はんだ微粒子がパッド電極に到達する時間は液体中に比べて極めて短い。すなわち、はんだ微粒子が小さくてもすぐにパッド電極に到達するので、はんだバンプの形成に要する時間も短い。【００２４】
本発明に係るはんだバンプの形成方法は、不活性気体中に基板を位置付ける際に、基板の表面が下になるように位置付ける、というものである。この場合は、はんだバンプにならなかった不要なはんだ微粒子が基板上から落下しやすいので、後工程における洗浄等が容易になる。【００２５】
本発明に係るはんだバンプの形成方法は、はんだ微粒子を噴霧する際にフラックスも噴霧する、というものである。はんだ微粒子を噴霧する際とは、例えばはんだ微粒子を噴霧する前、噴霧すると同時、又は噴霧した直後などである。フラックスの作用によって、不活性気体中でのはんだ濡れ性が更に向上する。ここでいう「フラックス」には、ロジン、界面活性剤、その他はんだ表面の酸化膜を除去する作用を有するものが含まれる。【００２６】
本発明に係るはんだバンプの形成方法は、不活性気体中に水素ガスを混合した、というものである。水素ガスは、パッド電極表面及びはんだ微粒子表面の酸化膜を還元して除去するので、不活性気体中でのはんだ濡れ性が更に向上する。【００２７】
本発明に係るはんだバンプの形成方法は、はんだ微粒子の直径は隣接するパッド電極同士の周端間の最短距離よりも小さい、というものである。この場合、隣接する二つのパッド電極上にそれぞれ到達したはんだ微粒子同士は、接することがないので、合体してはんだブリッジを形成することがない。【００２８】
本発明に係るはんだバンプの形成方法は、不活性気体がはんだの融点以上に加熱されている、というものである。この場合、はんだ微粒子は、はんだの融点以上の不活性気体中にあるので、確実に液体の状態に保たれる。換言すると、はんだ微粒子は万が一にも固体化することがないので、はんだ濡れ性が良好である。【００２９】
本発明に係るはんだバンプの形成方法は、はんだ微粒子が、固体のまま噴霧され、不活性気体中で溶融する、というものである。固体のはんだ微粒子はその状態で一体化してしまうことがないので、取り扱いが容易である。【００３０】
本発明に係るはんだバンプの形成装置は、気体槽及びはんだ噴霧器を備えたものである。気体槽は、不活性気体と、パッド電極を表面に有するとともに当該表面が上になるように不活性気体中に位置付けられる基板とを収容する。はんだ噴霧器は、溶融したはんだから成るはんだ微粒子を不活性気体中に噴霧し、はんだ微粒子を基板上に落下させる。【００３１】
気体槽内の不活性気体中において、基板はパッド電極側を上にして保持されている。このとき、はんだ噴霧器から基板上の不活性気体中にはんだ微粒子を噴霧すると、はんだ微粒子は重力によって自然落下し基板上に到達する。以下、上記形成方法と同じ作用を奏する。【００３２】
本発明に係るはんだバンプの形成装置は、気体槽及びはんだ噴霧器を備えたものである。気体槽は、はんだの融点以上に加熱された不活性気体と、パッド電極を表面に有するとともに不活性気体中に位置付けられる基板とを収容する。はんだ噴霧器は、溶融はんだから成るはんだ微粒子を、不活性気体中においてパッド電極に向けて噴霧する。上記形成方法と同じ作用を奏する。【００３３】
本発明に係るはんだバンプの形成装置は、基板は不活性気体中に当該基板の表面が下になるように位置付けられる、というものである。上記形成方法と同じ作用を奏する。【００３４】
本発明に係るはんだバンプの形成装置は、はんだ噴霧器がはんだ微粒子をパッド電極に向けて噴霧する際に、フラックスも噴霧する、というものである。上記形成方法と同じ作用を奏する。【００３５】
本発明に係るはんだバンプの形成装置は、不活性気体中に水素ガスが混合された、というものである。上記形成方法と同じ作用を奏する。【００３６】
本発明に係るはんだバンプの形成装置は、はんだ微粒子の直径が隣接するパッド電極同士の周端間の最短距離よりも小さい、というものである。上記形成方法と同じ作用を奏する。【００３７】
本発明に係るはんだバンプの形成装置は、不活性気体がはんだの融点以上に加熱されている、というものである。上記形成方法と同じ作用を奏する。【００３８】
本発明に係るはんだバンプの形成装置は、はんだ微粒子が、固体のまま噴霧され、不活性気体中で溶融する、というものである。上記形成方法と同じ作用を奏する。【００３９】
本発明に係るはんだバンプの形成方法は、溶融したはんだから成るはんだ微粒子に代えて固体のはんだから成るはんだ微粒子を用い、フラックス作用を有する液体ではんだ微粒子を被覆し、この状態ではんだ微粒子を噴霧する、というものである。【００４０】
本発明に係るはんだバンプの形成方法は、溶融したはんだから成るはんだ微粒子に代えて固体のはんだから成るはんだ微粒子を用い、有機皮膜ではんだ微粒子を被覆し、更にフラックス作用を有する液体ではんだ微粒子を被覆し、この状態ではんだ微粒子を噴霧する、というものである。【００４１】
本発明に係るはんだバンプの形成方法は、基板上に落下したはんだ微粒子をその融点以上に加熱するとともに、この加熱によって液体を蒸発させる、というものである。液体の蒸発に伴い、はんだ微粒子同士が徐々に接近して合一することにより、はんだバンプが形成される。そのため、はんだ微粒子の不要な合一が発生しにくいので、はんだブリッジの発生等が抑制される。【００４２】
本発明に係るはんだバンプの形成方法は、はんだ微粒子を噴霧する際に、不活性気体を大気圧以下に減圧しておく、というものである。このとき、不活性気体が減圧されるほど、粘性係数ｋが小さくなるので、はんだ微粒子の落下速度は更に大きくなる。そのため、はんだバンプの形成に要する時間が更に短かくなる。【００４３】
本発明に係るはんだバンプの形成装置は、噴霧器は、溶融したはんだから成るはんだ微粒子に代えて、フラックス作用を有する液体で被覆されるとともに固体のはんだから成るはんだ微粒子を噴霧する、というものである。【００４４】
本発明に係るはんだバンプの形成装置は、噴霧器が、溶融したはんだから成るはんだ微粒子に代えて、有機皮膜で被覆され更にフラックス作用を有する液体で被覆されるとともに固体のはんだから成るはんだ微粒子を噴霧する、というものである。【００４５】
本発明に係るはんだバンプの形成装置は、基板上に落下したはんだ微粒子をその融点以上に加熱するとともに、この加熱によって液体を蒸発させる加熱手段を、更に備えたものである。上記形成方法と同じ作用を奏する。【００４６】
本発明に係るはんだバンプの形成装置は、はんだ微粒子を噴霧する際に、不活性気体を大気圧以下に減圧しておく減圧手段を、更に備えたものである。上記形成方法と同じ作用を奏する。
【発明の効果】
【００４７】
本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置によれば、不活性気体中においてはんだ微粒子を噴霧し、はんだ微粒子を基板上に落下させてパッド電極上にはんだバンプを形成することにより、パッド電極上に到達したはんだ微粒子を重力によってはんだ濡れ時間以上そこに留めておくことができるので、はんだ濡れ性を向上できる。また、不活性気体中ではんだ微粒子同士が接触しても、これらが合体して大きいはんだ微粒子になるものは少なく、なおかつ、はんだ微粒子が霧状すなわち極めて微細になっているので、ファインピッチのパッド電極でのはんだブリッジ等を防止できる。更に、はんだ微粒子の供給量を変えることにより、はんだバンプのはんだ量を容易に調整できる。しかも、はんだ微粒子はパッド電極に比べて極めて小さいことにより、多量に供給されて不活性気体中に均一に分散するので、はんだバンプのはんだ量を均一化できる。したがって、パッド電極のファインピッチ化を図れるとともに、はんだ量が多くかつバラツキも少ないはんだバンプを得られる。【００４８】
しかも、はんだ微粒子がパッド電極に到達する時間は液体中に比べて極めて短いことから、はんだ微粒子が小さくてもすぐにパッド電極に到達するので、はんだバンプの形成に要する時間を短縮できる。この効果は、更なるファインピッチ化に伴うはんだ微粒子の縮小化に、大きく寄与できる。【００４９】
さらに、本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置によれば、はんだ微粒子をパッド電極に向けて噴霧することにより、不活性気体中において基板をどのような向きにも置くことができるので、作業の自由度を向上できる。【００５０】
本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置によれば、基板のパッド電極側を下にして、下側からはんだ微粒子を噴霧することにより、はんだバンプにならなかった不要なはんだ微粒子が基板に付着しにくいので、後工程における洗浄等を容易化できる。【００５１】
本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置によれば、不活性気体中にフラックスも噴霧するようにしたので、不活性気体中でのはんだ濡れ性を更に向上できる。【００５２】
本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置によれば、不活性気体中に水素ガスを含ませたので、不活性気体中でのはんだ濡れ性を更に向上できる。【００５３】
本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置によれば、隣接するパッド電極同士の周端間の最短距離よりもはんだ微粒子の直径を小さくしたことにより、隣接する二つのパッド電極上にそれぞれ到達したはんだ微粒子同士の接触を回避できるので、はんだブリッジの発生をより確実に防止できる。【００５４】
本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置によれば、不活性気体がはんだの融点以上に加熱されていることにより、はんだ微粒子を不活性気体中で確実に液体の状態に保つことができるので、はんだ塗れ性を確実に向上できる。【００５５】
本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置によれば、はんだ微粒子が固体のまま噴霧されて不活性気体中で溶融することにより、固体のはんだ微粒子の状態で保存等が可能となるので、取り扱い性を向上できる。【００５６】
本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置によれば、フラックス作用を有する液体で被覆された固体のはんだ微粒子を噴霧することにより、当該液体中でのはんだバンプ形成と同程度の品質が得られるにもかかわらず、はんだ微粒子がパッド電極に到達する時間は液体中に比べて極めて短いことから、はんだバンプの形成に要する時間を大幅に短縮できる。【００５７】
本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置によれば、有機皮膜及びフラックス作用を有する液体で被覆された固体のはんだ微粒子を噴霧することにより、当該有機皮膜及び当該液体を用いたはんだバンプ形成と同程度の品質が得られるにもかかわらず、はんだ微粒子がパッド電極に到達する時間は液体中に比べて極めて短いことから、はんだバンプの形成に要する時間を大幅に短縮できる。【００５８】
本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置によれば、基板上に落下したはんだ微粒子をその融点以上に加熱するとともに、この加熱によって液体を蒸発させることにより、液体の蒸発に伴いはんだ微粒子同士が徐々に接近して合一するので、はんだブリッジの発生等を抑制できる。【００５９】
本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置によれば、はんだ微粒子を噴霧する際に、不活性気体を大気圧以下に減圧しておくことにより、はんだ微粒子の落下速度を更に増大できるので、はんだバンプの形成に要する時間を更に短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
図１は本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置の第一実施形態を示す概略構成図であり、図１［１］〜図１［３］の順に工程が進行する。以下、この図面に基づき説明する。なお、気体を示す適当な記号がないので、図１及び図２では液体の記号を用いて不活性気体を示すことにする。【００６１】
本実施形態で使用するはんだバンプの形成装置１０について説明する。形成装置１０は、気体槽１１及びはんだ噴霧器１２を備えたものである。気体槽１１は、はんだの融点以上に加熱された不活性気体１３と、表面２１が上になるように不活性気体１３中に位置付けられる基板２０とを収容する。はんだ噴霧器１２は、溶融はんだから成るはんだ微粒子１４を不活性気体１３中に噴霧するとともに、はんだ微粒子１４を基板２０上に均等に落下させるための吹き出し管１６を備えている。【００６２】
はんだは、例えば、Ｓｎ−Ｐｂ（融点１８３℃）、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ（融点２１８℃）、Ｓｎ−Ａｇ（融点２２１℃）、Ｓｎ−Ｃｕ（融点２２７℃）等を使用する。不活性気体１３は、はんだと反応しない気体であれば何でもよく、例えば窒素ガスであるが、アルゴンガスなどでもよい。また、不活性気体１３に水素ガスを混ぜてもよい。なお、不活性気体１３の温度は、はんだ微粒子１４を液体の状態に保てれば、必ずしもはんだの融点以上にする必要はない。不活性気体１３は、１００％である必要はなく、はんだ付に悪影響を与えない程度の少量の酸素が含まれていてもよい。【００６３】
気体槽１１は、例えばステンレスや耐熱性樹脂などから成る容器に、不活性気体１３をはんだの融点以上（例えば融点＋５０℃）に保つための図示しない電熱ヒータや冷却水配管等が設置されたものである。また、気体槽１１内には、基板２０を不活性気体１３中に位置付けるための載置台１７が設けられている。更に、気体槽１１には、不活性気体１３を気体槽１１内へ導入する導入管１１１、及び不活性気体１３を気体槽１１内から排出する排出管１１２が設けられている。なお、載置台１７は、不活性気体１３と同様にはんだの融点以上に保たれている。【００６４】
はんだ噴霧器１２は、例えば、霧吹きの原理や超音波振動子などを用いて、溶融はんだを不活性気体１３中で霧化することにより、はんだ微粒子１４を形成するものである。この場合、気体槽１１の底に沈んだはんだ微粒子１４（溶融はんだ）及び気体槽１１内の不活性気体１３を導入するための配管を、気体槽１１との間に設けてもよい。また、はんだ噴霧器１２をフラックスも噴霧できる構成としてもよいし、別にフラックス噴霧器を設けてもよい。吹き出し管１６は、例えば図示しない吹き出し口が基端から先端まで多数設けられており、この吹き出し口からはんだ微粒子１４を不活性気体１３中へ均等に落下させる。これにより、はんだ微粒子１４は、はんだ噴霧器１２から送り出され、吹き出し管１６から気体槽１１内の不活性気体１３中へ落下する。なお、はんだ微粒子１４は、不活性気体に混在させて吹き出し管１６から送りだしてもよい。【００６５】
図２は図１の部分拡大断面図であり、図２［１］〜図２［３］はそれぞれ図１［１］〜図１［３］に対応する。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、図１と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。なお、図２において、上下方向は左右方向よりも拡大して示している。【００６６】
まず、本実施形態で使用する基板２０について説明する。基板２０はシリコンウエハである。基板２０の表面２１には、パッド電極２２が形成されている。パッド電極２２上には、本実施形態の形成方法によってはんだバンプ２３が形成される。基板２０は、はんだバンプ２３を介して、他の半導体チップや配線板に電気的及び機械的に接続される。パッド電極２２は、形状が例えば円であり、直径ｃが例えば４０μｍである。隣接するパッド電極２２の中心間の距離ｄは、例えば８０μｍである。はんだ微粒子１４の直径ｂは、例えば１〜１５μｍである。【００６７】
パッド電極２２は、基板２０上に形成されたアルミニウム電極２４と、アルミニウム電極２４上に形成されたニッケル層２５と、ニッケル層２５上に形成された金層２６とから成る。ニッケル層２５及び金層２６はＵＢＭ（under barrier metal又はunder bump metallurgy）層である。基板２０上のパッド電極２２以外の部分は、保護膜２７で覆われている。【００６８】
次に、パッド電極２２の形成方法について説明する。まず、基板２０上にアルミニウム電極２４を形成し、アルミニウム電極２４以外の部分にポリイミド樹脂によって保護膜２７を形成する。これらは、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。続いて、アルミニウム電極２４表面にジンケート処理を施した後に、無電解めっき法を用いてアルミニウム電極２４上にニッケル層２５及び金層２６を形成する。このＵＢＭ層を設ける理由は、アルミニウム電極２４にはんだ濡れ性を付与するためである。【００６９】
次に、図１及び図２に基づき、本実施形態のはんだバンプの形成方法及び装置について、作用及び効果を説明する。【００７０】
まず、図１［１］及び図２［１］に示すように、気体槽１１内の不活性気体１３中に、基板２０を表面２１が上になるように位置付ける。基板２０の表面２１には、パッド電極２２が形成されている。不活性気体１３ははんだの融点以上に加熱されている。このとき、パッド電極２２の表面に、フラックスを塗布しておいてもよい。【００７１】
続いて、図１［２］及び図２［２］に示すように、はんだ噴霧器１２からはんだ微粒子１４を含む不活性気体１３を吹き出し管１６へ送り出し、はんだ微粒子１４を吹き出し管１６から不活性気体１３中の基板２０上へ落下させる。はんだ微粒子を噴霧する際にフラックスをはんだ微粒子１４と共に、或いははんだ微粒子１４を噴霧する前に、或いははんだ微粒子１４を噴霧した直後に噴霧する。また、不活性気体中１３中に水素ガスを混合してもよい。はんだ微粒を噴霧するとき、はんだ微粒子１４は液体中ではなく気体中を落下することにより、前述の式《３》における粘性係数ｋが極めて小さくなるため、はんだ微粒子１４の落下速度は大きい。すなわち、はんだ微粒子１４が小さくてもすぐに落下して基板２０に到達するので、はんだバンプ２３の形成に要する時間も短い。【００７２】
不活性気体１３中において、基板２０はパッド電極２２側を上にして保持されている。このとき、基板２０上の不活性気体１３中にはんだ微粒子１４を噴霧すると、はんだ微粒子１４は重力によって自然落下し基板２０上に到達する。基板２０のパッド電極２２上に到達した複数のはんだ微粒子１４は、重力によってそこに留まり、フラックスの作用により表面の酸化膜が除去され、はんだ濡れ時間が経過すると、互いに合一してパッド電極２２表面にはんだ皮膜２３’を形成する。続いて、そのはんだ皮膜２３’上に到達したはんだ微粒子１４は、重力によってそこに留まり、同じようにフラックスの作用により表面の酸化膜が除去され、はんだ濡れ時間が経過すると、前記はんだ皮膜２３’に取込まれ、はんだ皮膜２３’が厚くなる。これが繰り返されて、はんだ皮膜２３’が成長してはんだバンプ２３となる（図１［３］及び図２［３］）。その後、はんだバンプ２３にならなかった不要なはんだ微粒子１４（図２［３］）を、洗浄等により基板２０上から除去する。【００７３】
はんだ濡れ時間とは、はんだ微粒子１４とパッド電極２２又ははんだ皮膜２３’とが接する時間であって、はんだが濡れるために必要な時間（例えば数秒〜数十秒）である。本実施形態では、はんだ微粒子１４が落下してパッド電極２２又ははんだ皮膜２３’に到達すると、はんだ微粒子１４は重力の作用によってそこに留まる。そのため、はんだ微粒子１４とパッド電極２２又ははんだ皮膜２３’とは、はんだ濡れ時間が経過するまで接することになる。したがって、はんだ濡れ性は良好である。【００７４】
また、本発明者は、不活性気体１３中ではんだ微粒子１４同士が落下中に接触しても、これらが合体して大きいはんだ微粒子になるものは少ない、ということも見出した。したがって、ファインピッチのパッド電極２２に対しても、はんだブリッジ等が発生しない。特に、隣接するパッド電極２２同士の周端間の最短距離ａよりも、はんだ微粒子１４の直径ｂを小さくするとよい。この場合、隣接する二つのパッド電極２２上にそれぞれ到達したはんだ微粒子１４同士は、接触しないため合体してはんだブリッジを形成することがない。【００７５】
更に、はんだバンプ２３のはんだ量は、はんだ噴霧器１２によってはんだ微粒子１４の供給量を変えることにより容易に調整できる。しかも、はんだ微粒子１４は、パッド電極２２に比べて極めて小さいことにより多量に供給されるので、不活性気体１３中に均一に分散する。したがって、はんだバンプ２３のはんだ量のバラツキも少ない。【００７６】
なお、本発明は、言うまでもないが、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、はんだ微粒子をパッド電極に向けて噴霧するのであれば、不活性気体中において基板の表面は必ずしも上にする必要はなく横でも下でも斜めでもよい。また、シリコンウエハ（ＦＣ）の代わりに、配線板（ＢＧＡ）を用いてもよい。更に、はんだ微粒子を固体のまま噴霧し、そのはんだ微粒子を不活性気体中で溶融してもよい。【００７７】
図３乃至図６は、本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置の第二実施形態を示す。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、本実施形態について、第一実施形態と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。【００７８】
図３は［１］は、本実施形態で用いるはんだ微粒子の第一例を示す拡大断面図である。本実施形態で噴霧されるはんだ微粒子１４は、固体のはんだから成るとともに、フラックス作用を有する液体３１で表面が被覆されている。ここに、フラックス作用を有する液体３１とは、液体３１中にフラックス作用を有する成分が含まれていることを意味する。液体３１の主成分は、揮発性を有する液体、例えば炭化水素類、エステル類、アルコール類、グリコール類などが好ましい。フラックス作用を有する成分としては、例えば酸、有機酸金属塩などが用いられる。酸ははんだ粒子の合一を促進する。酸は、例えばカルボン酸などの有機酸、塩酸などの無機酸、ロジンなどである。カルボン酸は、例えば蟻酸、オレイン酸、ステアリン酸、蓚酸などである。ロジンは、例えばＬ−アビエチン酸、ロジン、水添ロジン等のロジン誘導体などである。有機酸金属塩は、例えば酸とはんだ微粒子１４を構成する少なくとも一つの金属元素とからなるものである。有機酸金属塩は、その有機酸がフラックス作用を促進し、金属塩が溶融したはんだと反応して析出して有機皮膜となりはんだ微粒子の合一を抑制する。本実施形態では、液体３１の主成分がイソプロピルアルコールであり、フラックス作用を有する成分が有機酸であるとする。【００７９】
以上のように、はんだ微粒子１４が、フラックス成分を含む液体３１により被覆されていると、はんだ微粒子１４を気体槽１１内に送りだす際に、別途フラックスを噴霧する必要がなくなる。なお、液体３１に含まれるフラックス成分だけでは不足が生じた場合に、別途フラックスを供給するようにしてもよいものである。【００８０】
図４及び図６は第二実施形態におけるはんだバンプの形成工程を示し、図４及び図５は概略構成図であり、図６は部分拡大断面図である。図４［１］〜図６［３］の順に工程が進行する。以下、図３乃至図６に基づき、本実施形態のはんだバンプの形成方法及び装置について、作用及び効果を説明する。【００８１】
本実施形態のはんだバンプの形成装置３０は、加熱手段としてのヒータ３２を備えている。ヒータ３２は、気体槽１１の底面から基板２０を加熱する。はんだ噴霧器は、図示を略すが、第一実施形態と同じものでよい。なお、基板２０の載置台等は図示を略している。【００８２】
まず、気体槽１１内の不活性気体１３中に、パッド電極２２を上にして基板２０を位置付ける。そして、液体３１と固体のはんだ微粒子１４とが混合されて成るはんだ組成物を、吹き出し管１６から不活性気体１３中へ噴霧する（図４［１］）。【００８３】
これにより、図３［１］に示した液体３１によって被覆されたはんだ微粒子１４が、不活性気体１３中の基板２０上へ落下する。つまり、はんだ微粒子１４は重力によって自然落下し基板２０上に到達する（図４［２］）。このとき、はんだ微粒子１４の落下速度は、気体中での落下であるから、液体中での落下速度に比べて極めて大きい。したがって、はんだ微粒子１４が小さくてもすぐに落下して基板２０に到達するので、はんだバンプ２３の形成に要する時間も短い。【００８４】
そして、基板２０をヒータ３２で加熱すると、はんだ微粒子１４を覆っていた液体３１の粘性が低下することにより、液体３１がはんだ微粒子１４から離れて気体槽１１の底に溜まる。また、液体３１のみから成る微粒子が噴霧されて気体槽１１の底に溜まる場合もある。その結果、基板２０全体が液体３１中に浸漬された状態となる（図５［１］）。【００８５】
続いて、基板２０をヒータ３２で更に加熱すると、はんだ微粒子１４が融点以上になって溶融するとともに、液体３１が蒸発し始める。液体３１の蒸発に伴い、溶融したはんだ微粒子１４同士が徐々に接近して合一することにより、はんだバンプ２３が形成される（図５［２］及び図６［１］〜［３］）。そのため、はんだ微粒子１４の不要な合一が発生しにくいので、はんだブリッジの発生等が抑制される。【００８６】
このとき、液体３１に含まれる有機酸の作用によって、次のような状態が引き起こされる。まず、はんだ微粒子１４同士は合一が抑えられる。ただし、図６［２］では図示していないが、一部のはんだ微粒子１４同士は合一して大きくなる。つまり、はんだ微粒子１４同士は合一しても一定の大きさ以下であれば問題ない。一方、はんだ微粒子１４は、パッド電極２２上に広がって界面に合金層を形成する。その結果、パッド電極２２上にはんだ皮膜２３’が形成され、はんだ皮膜２３’に更にはんだ微粒子１４が合一する。すなわち、はんだ皮膜２３’は成長して、図６［３］に示すようなはんだバンプ２３となる。なお、図６［３］において、はんだバンプ２３の形成に使用されなかったはんだ微粒子１４は、液体３１の残渣とともに後工程で洗い落とされる。【００８７】
更に詳しく説明する。はんだ微粒子１４は、表面に自然酸化膜のみを有する。液体３１のフラックス作用は、はんだ微粒子１４の融点以上に加熱された状態で、はんだ微粒子１４同士の合一を抑制しつつ、はんだ微粒子１４とパッド電極２２とのはんだ付けを促進するとともに、パッド電極２２上に形成されたはんだ皮膜２３’とはんだ微粒子１４との合一を促進するものである。このようなフラックス作用の成分は、本発明者が実験及び考察を繰り返して発見したものである。【００８８】
このような成分としては、例えば酸が挙げられる。酸は無機酸（例えば塩酸）と有機酸（例えば脂肪酸）とに大別できるが、ここでは有機酸を例に説明する。【００８９】
本発明者は、「有機酸は、はんだ微粒子１４同士を合一させる作用は小さいが、パッド電極２２にはんだ濡れを生じさせる作用は大きい。」ということを見出した。このような作用が生じる理由として、次の（１），（２）のようなことが考えられる。【００９０】
（１）．有機酸には、はんだ微粒子１４の酸化膜を除去する作用が弱い。そのため、はんだ微粒子１４に故意に酸化膜を形成しなくても、はんだ微粒子１４の自然酸化膜によって、はんだ微粒子１４同士の合一を抑えることができる。【００９１】
（２）．有機酸は、何らかの理由によって、はんだ微粒子１４をパッド電極２２に広げて界面を合金化するとともに、パッド電極２２上に形成されたはんだ皮膜２３’にはんだ微粒子１４を合一させる作用がある。はんだ微粒子１４同士はほとんど合一しないにもかかわらず、パッド電極２２上ではんだ濡れが生ずるメカニズムは定かではない。推測として、はんだ微粒子１４とパッド電極２２との間で、僅かな酸化膜を打ち破る何らかの反応が起こっていると考えられる。例えば、金メッキされたパッド電極２２であれば、金のはんだ中への拡散効果により、はんだ微粒子１４に例え薄い酸化膜があったとしてもはんだ濡れが生ずる。銅からなるパッド電極２２の場合は、銅が有機酸と反応して有機酸銅塩となり、その有機酸銅塩がはんだと接触することによりイオン化傾向の差から還元され、金属銅がはんだ中に拡散してはんだ濡れが進行する。パッド電極２２上に形成されたはんだ皮膜２３’にはんだ微粒子１４が合一する理由については、例えば表面張力が考えられる。【００９２】
次に、本実施形態で用いるはんだ微粒子の第二例について説明する。図３［２］に示すように、有機皮膜３３ではんだ微粒子１４を被覆し、更にフラックス作用を有する液体３１ではんだ微粒子１４を被覆し、この状態ではんだ微粒子１４を噴霧してもよい。はんだ微粒子１４を有機皮膜３３で被覆する方法としては、加熱した油状液体の分散媒中ではんだを溶融し、これを撹拌して液滴の微粒子を形成し、これを冷却固化させて球状のはんだ粒子を得る、油中アトマイズ法が挙げられる。その一例を述べる。まず、容器に入った精製ひまし油９００ｇ中に、錫銀銅はんだを９０ｇ、マレイン酸変性ロジンを１８ｇ加える。錫銀銅はんだは、組成がＳｎ 3.0mass％Ａｇ 0.5mass％Ｃｕの鉛フリーはんだであり、融点が２２０℃である。そして、この精製ひまし油を２３０℃に加熱して撹拌機を10,000ｒｐｍで回転させることにより、精製ひまし油中ではんだ合金を破砕する。これにより、はんだ微粒子１４表面にマレイン酸変性ロジンの有機皮膜３３が付いたはんだ粉末を得る。なお、撹拌中は容器内を窒素雰囲気に置換する。また、はんだ粉末は、容器の上澄みを除いた後に酢酸エチルによって洗浄し、これを真空乾燥する。【００９３】
ここで、有機皮膜３３で被覆されたはんだ微粒子１４を、図６［１］〜［３］と同じ状態で加熱したとする。各はんだ微粒子１４は、ほぼ球状であり、直径も均一である。ここで、はんだ微粒子１４及び液体３１をはんだ微粒子１４の融点以上に加熱すると、ｎ個のはんだ微粒子１４が合一して、体積及び有機皮膜量がｎ倍、表面積がｎ2/3倍となる。そのため、ｎ個のはんだ微粒子１４が合一した新たなはんだ微粒子１４は、単位表面積当たりの有機皮膜量がｎ1/3倍となる。すなわち、はんだ微粒子１４の合一が進むほど、単位表面積当たりの有機皮膜量が増加する。例えば、８個のはんだ微粒子１４が合一すると、体積及び有機皮膜量が８倍、表面積が４倍、単位表面積当たりの有機皮膜量が２倍となる。また、単位表面積当たりの有機皮膜量が増えるほど、有機皮膜３３下のはんだ微粒子１４同士の接触が難しくなるので、はんだ粒子の合一が抑制される。【００９４】
一方、パッド電極２２上のはんだ皮膜２３’は、はんだ微粒子１４がはんだ皮膜３１に合一することによって成長する。そのため、パッド電極２２上ではんだ微粒子１４の合一が進むにつれて、はんだ皮膜２３’の単位表面積当たりの有機皮膜量が一定に達すると、はんだ皮膜２３’の成長が停止する。つまり、はんだ皮膜２３’の最終的なはんだ量は、パッド電極２２の大きさに加え最初のはんだ微粒子１４の大きさ及び有機皮膜量によって決まる。なお、単位表面積当たりの有機皮膜量が一定に達したはんだ微粒子１４も、はんだ皮膜２３’に合一することはない。【００９５】
これにより、はんだ微粒子１４がパッド電極２２上で必要以上に合一することを抑制できるので、はんだバンプ２３のはんだ量を均一化できるとともに、パッド電極２２のショート不良を防止できる。例えば、最初のはんだ微粒子１４の有機皮膜量は、はんだ皮膜２３’へのはんだ微粒子１４の合一を、はんだ皮膜２３’が一定のはんだ量になるまでは許容し一定のはんだ量を越えると抑制するように、設定されている。【００９６】
次に、所望のはんだバンプ２３の高さを得るための、はんだ微粒子１４及びその有機皮膜３３の量の設計方法について説明する。【００９７】
はんだ微粒子１４について、体積をＶ１、有機皮膜量をＦ１とする。はんだ微粒子１４の形状は球形である。はんだバンプ２３について、体積をＶ２、有機皮膜量をＦ２、表面積をＳ２とする。パッド電極２２の面積をＳ０とする。はんだバンプ２３の表面積とパッド電極２２の面積との関係を示す補正係数をＡとする。単位表面積当たりの最大の有機皮膜量をＦｍａｘとする。【００９８】
このとき、以下の関係が成り立つ。
Ｆ２＝（Ｖ２／Ｖ１）×Ｆ１  ・・・  （１）
Ｆｍａｘ＝Ｆ２／Ｓ２        ・・・  （２）
Ｓ２＝Ａ×Ｓ０              ・・・  （３）
式（３）を式（２）に代入することにより、次式を得る。
Ｆｍａｘ＝Ｆ２／（Ａ×Ｓ０）  
∴Ｆ２＝Ｆｍａｘ×Ａ×Ｓ０      ・・・（４）
続いて、式（４）を式（１）に代入することにより、次式を得る。
Ｆｍａｘ×Ａ×Ｓ０＝（Ｖ２／Ｖ１）×Ｆ１  ・・・  （５）
∴Ｆ１＝（Ｖ１／Ｖ２）×Ｆｍａｘ×Ａ×Ｓ０  ・・・  （６）
ここで、所望のはんだバンプ２３の高さに対応してＶ２が決まり，Ｖ１，Ｆｍａｘ，Ａ，Ｓ０も既に決まっていれば、式（６）からＦ１が求められる。
また、はんだ微粒子１４の大きさ（すなわちＶ１）が決まっていなければ、式（５）から得られる次式の、
Ｆ１／Ｖ１＝（１／Ｖ２）×Ｆｍａｘ×Ａ×Ｓ０  ・・・  （７）
の関係を満たすＦ１，Ｖ１が求められる。【００９９】
なお、式（３）において、補正係数Ａは、はんだバンプ２３の体積、パッド電極２２の形状、溶融はんだの表面張力などによって異なる値をとる。例えば、はんだバンプ２３の体積が大きいほど、はんだバンプ２３の表面積が大きくなるので、Ａも大きい値となる。パッド電極２２の形状が円形よりも四角形の方が、球面になりにくいことにより表面積が大きくなるので、Ａも大きい値となる。溶融はんだの表面張力が小さい方が、球面になりにくいことにより表面積が大きくなるので、Ａも大きい値となる。実際の補正係数Ａは、実験的に求められる。【０１００】
図７は本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置の第三実施形態を示す概略構成図であり、図７［１］〜図７［２］の順に工程が進行する。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１及び図４と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。【０１０１】
本実施形態のはんだバンプの形成装置４０は、はんだ微粒子１４を噴霧する際に、不活性気体１３を大気圧以下に減圧しておく減圧手段を、更に備えたものである。この減圧手段は、コントローラ４１の機能の一部、真空ポンプ４２、電磁弁４３，４４等によって構成されている。コントローラ４１は、例えばマイクロコンピュータであり、プログラムに従って、真空ポンプ４２及びはんだ噴霧器１２のオン・オフを制御するとともに、電磁弁４３，４４の開閉を制御する。電磁弁４３は真空ポンプ４２と気体槽１１とを繋ぐ配管４５に設けられ、電磁弁４４ははんだ噴霧器１２と吹き出し管１６とを繋ぐ配管４６に設けられている。【０１０２】
コントローラ４１は、例えば次のように動作する。まず、真空ポンプ４２をオン、電磁弁４３を開、はんだ噴霧器１２をオフ、電磁弁４４を閉とすることにより、気体槽１１内の不活性気体１３を減圧する（図７［１］）。一定時間が経過するか又は不活性気体１３の圧力が一定以下になると、真空ポンプ４２をオフ、電磁弁４３を閉、はんだ噴霧器１２をオン、電磁弁４４を開とすることにより、はんだ微粒子１４を気体槽１１内へ噴霧する（図７［２］）。【０１０３】
本実施形態によれば、不活性気体１３が減圧されるほど、気体槽１１内の不活性気体１３中に噴霧されたフラックス或いは水素ガスに基づく粘性がはんだ微粒子１４に影響を与えないため、はんだ微粒子１４の落下中の粘性係数ｋが小さくなるので、はんだ微粒子１４の落下速度ｖは更に大きくなる。そのため、はんだバンプの形成に要する時間を更に短縮できる。【０１０４】
次に、図３［２］に示すはんだ微粒子１４を使用したはんだバンプの形成方法について説明する。【０１０５】
図３［２］に示すはんだ微粒子１４は上述したように、その表面が有機皮膜３３にて被覆されており、有機皮膜３３の表面は、フラックス成分を含む液体３１により被覆されている。なお、液体３１は、フラック材そのものであってもよい。以下の実施形態では、液体３１としてフラックス材を用いた場合について説明する。【０１０６】
本実施形態に用いるはんだバンプ形成装置は図８に示す構成に構築されており、図８に示すはんだバンプ形成装置は、図１に示すはんだバンプ形成装置と実質的に同一の構成として構築されている。【０１０７】
本実施形態で使用するはんだバンプの形成装置５０は、気体槽１１と、不活性気体供給器５１と、はんだ供給器５２と、フラックス供給器５３と、酸化還元剤供給器５４と、これらを制御するコントローラ５５を有している。【０１０８】
気体槽１１は、載置台１７を備えている。基板２０は、パッド電極が形成された表面２１を上に向けた状態で載置台１７上にセットされる。はんだ供給器５０は、載置台１７上の基板２０に向けて図３［２］に示す構造のはんだ微粒子を均等に落下させるための吹き出し管５６を気体槽１１内の上部空間に配置している。はんだ供給器５０の吹き出し管５６は、図示しない吹き出し口が基端から先端まで列状に多数設けられており、この吹き出し口からはんだ微粒子１４を不活性気体１３中へ均等に落下させるようになっている。なお、図３［２］に示す構造以外のはんだ微粒子を供給する場合、はんだ供給器５０は、例えば霧吹きの原理や超音波振動子などを用いて、溶融はんだを微粒子状態にすることにより、はんだ微粒子１４を吹き出し管５６に通して気体槽１１内の不活性気体１３中に供給する構造、或いは粉末状のはんだ微粒子１４を吹き出し管５６に通して気体槽１１内の不活性気体１３中に供給する構造のいずれのもであってもよい。なお、気体槽１１には、基板のパッド電極にはんだバンプを形成した残りの余剰なはんだを排出する配管設備を増設してもよいものである。なお、前記溶融はんだを用いる場合には、微粒子状態にされた状態で、冷却されて固形化され、相互に付着しないので、吹き出し管５６を通して供給する際に、特に問題とならない。【０１０９】
また、気体槽１１は、例えばステンレスや耐熱性樹脂などから成る容器に、不活性気体１３をはんだの融点以上（例えば融点＋５０℃）に保つための図示しない電熱ヒータや冷却水配管等を備えている。載置台１７は、図示しない電熱ヒータなどにより、不活性気体１３と同様にはんだの融点付近に保たれている。【０１１０】
不活性気体供給器５１は、コントローラ５５の制御の下に、不活性気体１３を気体槽１１内に供給するようになっている。不活性気体供給器５１により供給された不活性気体１３により、気体槽１１内に不活性雰囲気が形成される。フラックス供給器５３は、コントローラ５５の制御の下に、フラックスを気体槽１１内の不活性雰囲気（不活性気体１３）中に供給するようになっている。なお、図３［２］のはんだ微粒子１４を使用する場合には、はんだ微粒子１４がフラックスを有しているため、フラックス供給器５３により積極的にフラックスを気体槽１１内に供給する必要はなく、寧ろはんだ微粒子１４が保有するフラックスが不足している場合などに補助的に不足分のフラックスを供給する。酸化還元剤供給器５４は、コントローラ５５の制御の下に、例えば水素ガスなどの酸化還元剤を微粒子にして気体槽１１内の不活性雰囲気（不活性気体１３）中に供給するようになっている。なお、図３［２］のはんだ微粒子１４を使用する場合には、酸化還元剤供給器５４は、自然酸化膜で付着したはんだ微粒子を気体槽内に供給する場合に、酸化還元剤を積極的に気体槽内に供給することが望ましいものである。【０１１１】
次に、図３［２］に示すはんだ微粒子を用い、図８に示すはんだバンプ形成装置により、基板２０のパッド電極２２上にはんだバンプを形成する方法について説明する。【０１１２】
先ず、コントローラ５４の制御の下に不活性気体供給器５１から不活性気体１３を気体槽１１内に供給し、気体槽１１内の不活性気体１３及び載置台１７をはんだ融点付近まで加熱する。一方、基板２０を気体槽１１に連通する、外部雰囲気から遮断した図示しない予備室に一時セットして予熱する。次いで、前記予備室と気体槽１１の間を連通し、基板２０を気体槽11内の載置台１７上にセットし、基板２０を不活性気体１３の不活性雰囲気中に位置付けする。この状態で基板２０のパッド電極２２をはんだ融点付近まで加熱する。【０１１３】
不活性気体１３及び基板２０のパッド電極２２がはんだ融点付近まで加熱されている状態において、コントローラ５５の制御の下にはんだ供給器５２から図３［２］に示すはんだ微粒子１４を吹き出し管５６に通して気体槽１１内の不活性雰囲気中に送りだす。送りだされたはんだ微粒子１４は、層状をなして基板２０のパッド電極２２に向けて落下する。前記はんだ微粒子としては、ナノオーダの粒径をもつものが使われる場合がある。このようなはんだ微粒子は、例えば液体中を沈降させる場合、液体による粘性によりスムーズに基板２０に到達せず、また沈降方向が曲げられてしまう場合がある。本実施形態では、はんだ微粒子１４は不活性気体１３中に落下するため、前述の式《３》における粘性係数ｋが極めて小さくなるため、はんだ微粒子１４の落下速度は大きい。すなわち、はんだ微粒子１４が小さくてもすぐに落下して基板２０に到達するので、はんだバンプ２３の形成に要する時間も短い。また、不活性気体１３中を落下するため、はんだ微粒子１４は吹き出し管５６から供給された際に層状をなして落下する形態を取りやすいものである。さらに、はんだ微粒子１４が不活性気体１３中を落下する際に、不活性気体１３がはんだ融点付近に加熱されているため、はんだ微粒子１４は、不活性気体１３からの輻射熱を受けながら、基板２０のパッド電極２２に向けて落下する。【０１１４】
はんだ微粒子１４が基板２０のパッド電極２２上に到達すると、はんだ微粒子１４を皮膜の核としてパッド電極２２の表面にはんだ皮膜２３’が形成される。前記はんだ皮膜２３’が形成される過程について考察する。この考察は本発明者の推測に基づくものであるが、この考察に基づくと、パッド電極２２上にはんだバンプ２３が形成される原理を理路整然と説明することができる。【０１１５】
図３［２］に示すはんだ微粒子１４が基板２０のパッド電極２２上に到達すると、加熱された基板２０の輻射熱を受けて、フラックス３１，有機皮膜３３及びはんだ微粒子１４が加熱される。有機皮膜３３によっては図９（ａ）に示すように、矢印で示すように溶融するフラックス３１内に溶け出るものがある。【０１１６】
図９（ａ）の状態でさらに、基板２０からの輻射熱を受けてフラックス３１が溶融すると、図９（ｂ）に示すように、フラックス３１によりはんだ微粒子１４の表面に付着した自然酸化膜などの酸化膜及び有機皮膜３３が除去され、フラックス３１内に、溶融したはんだ微粒子の表面が露出するものと考えられる。以上の現象は、パッド電極２２上に隣接したはんだ微粒子１４の全てにおいて生じるものと考えられる。隣接したはんだ微粒子１４のフラックス３１が溶融すると、その溶融したフラックス３１同士が融合し、その融合したフラックス３１内に溶融したはんだ微粒子１４が包込まれることとなる。【０１１７】
融合したフラックス３１内に包込まれた溶融したはんだ微粒子１４は、その表面が露出しているため、図９（ｃ）に示すように互いに合一して粒径の大きなはんだ１４ａとして成長する。はんだ１４ａは、はんだバンプ２３の核となるものである。【０１１８】
一方、有機皮膜３３は溶融してフラックス３１内に溶け出して実質的に除去されているため、溶融したフラックス３１と溶融したはんだ１４ａは直接接触するため、図９（ｃ）に示すようにフラックス３１とはんだ１４ａが化学反応を起し、新たな有機皮膜３３ａを析出する。当初に形成される有機皮膜３３ａは極薄いものである。【０１１９】
当初にはんだ１４ａの表面に形成される有機皮膜３３ａは極薄いため、パッド電極２２とはんだ１４ａの間に共晶化現象が生じ、パッド電極１４とはんだ１４ａの界面が融合し、その両者が接合するものと考えられる。したがって、パッド電極２２以外の基板２０は、保護膜２７で覆われているため、パッド電極２２以外の領域にはんだバンプ２３の核は成長しないこととなる。【０１２０】
以上の現象が、パッド電極２２上に到達した複数のはんだ微粒子１４同士間で生じ、この現象により、はんだ微粒子１４は大きな粒径のはんだ１４ａに成長する。以上の現象が繰返して行われると、当初極薄い膜厚であった有機皮膜３３ａは、その膜厚が徐々に厚くなり、やがて、有機皮膜３３ａの膜厚は、フラックス３１によって除去困難な厚みとなる。このため、大きな粒径のはんだ１４ａの成長は停止し、このはんだ１４ａがはんだバンプ２３としてパッド電極２２上に存在する。【０１２１】
以上のように、はんだ１４ａとパッド電極２２との界面における共晶現象、及び新たに成膜される有機皮膜３３ａの作用により、パッド電極２２上にはんだバンプ２３が形成される。【０１２２】
したがって、本実施形態によれば、有機皮膜３３ａの作用によりはんだの粒径を制御させることにより、はんだバンプ２３の核を基板２０のパッド電極２２の範囲に定位させて成長させるため、パッド電極２２がファインピッチの間隔でもって形成する場合にも、隣接するパッド電極２２の相互間におけるはんだブリッジの発生を抑制することができる。【０１２３】
なお、図８に示す本実施形態は、図示した構成に限定されるものではない。例えば、はんだ微粒子をパッド電極に向けて噴霧するのであれば、不活性気体中において基板の表面は必ずしも上にする必要はなく横でも下でも斜めでもよい。また、シリコンウエハ（ＦＣ）の代わりに、配線板（ＢＧＡ）を用いてもよい。更に、はんだ微粒子を固体のまま噴霧し、そのはんだ微粒子を不活性気体中で溶融してもよい。また、不活性気体供給器５１，はんだ供給器５２，フラックス供給器５３，酸化還元剤供給器５４を、図１に示すはんだ噴霧器１２のように一体構造に集積してもよいものである。また、図８に示すはんだバンプ形成装置において、図７のように気体槽１１内を減圧する減圧手段を装備するようにしてもよいものである。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
以上説明したように本発明によれば、パッド電極のファインピッチ化を図れるとともに、はんだ量が多くかつバラツキも少ないはんだバンプを得られ、しかも短時間ではんだバンプを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置の第一実施形態を示す概略構成図であり、図１［１］〜図１［３］の順に工程が進行する。
【図２】図１の部分拡大断面図であり、図２［１］〜図２［３］はそれぞれ図１［１］〜図１［３］に対応する。
【図３】本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置の第二実施形態で用いるはんだ微粒子を示す拡大断面図であり、図３［１］は第一例であり、図３［２］は第二例である。
【図４】第二実施形態を示す概略構成図であり、図４［１］〜図４［２］の順に工程が進行する。
【図５】第二実施形態を示す概略構成図であり、図５［１］〜図５［２］の順に工程が進行する。
【図６】第二実施形態を示す部分拡大断面図であり、図６［１］〜図６［３］の順に工程が進行する。
【図７】本発明に係るはんだバンプの形成方法及び装置の第三実施形態を示す概略構成図であり、図７［１］〜図７［２］の順に工程が進行する。
【図８】本発明の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図９】はんだバンプが形成される過程を示す断面図である。
【図１０】従来のはんだバンプの形成方法を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０，３０，４０  はんだバンプの形成装置
１１  気体槽
１２  はんだ噴霧器
１３  不活性気体
１４  はんだ微粒子
２０  基板
２１  基板の表面
２２  パッド電極
２３  はんだバンプ
３１  液体
３２  ヒータ（加熱手段）
３３  有機皮膜
４１  コントローラ（減圧手段）
４２  真空ポンプ（減圧手段）
４３，４４  電磁弁（減圧手段）
【図１】
2006057394.tif 000002
【図２】
2006057394.tif 000003
【図３】
2006057394.tif 000004
【図４】
2006057394.tif 000005
【図５】
2006057394.tif 000006
【図６】
2006057394.tif 000007
【図７】
2006057394.tif 000008
【図８】
2006057394.tif 000009
【図９】
2006057394.tif 000010
【図１０】
2006057394.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月19日(2006.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】  融点まで加熱された不活性気体中にパッド電極を位置付け、
はんだ微粒子を前記不活性気体中のパッド電極に向けて送り出すことにより、前記パッド電極にはんだバンプを形成することを特徴とするはんだバンプの形成方法。
【請求項２】  前記はんだ微粒子を、フラックスを含む前記不活性気体中に送りだすことを特徴とする請求項１に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項３】  前記はんだ微粒子を、水素ガスを含む不活性気体中に送りだすことを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項４】  隣接する前記パッド電極相互間の間隔より小さい直径をもつ前記はんだ微粒子を前記不活性雰囲気中に送りだすことを特徴とする請求項１に記載のはんだパンプの形成方法。
【請求項５】  有機皮膜で被覆された前記はんだ微粒子を送りだすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のはんだパンプの形成方法。
【請求項６】  フラックス作用をもつ皮膜で被覆された前記はんだ微粒子を送りだすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のはんだパンプの形成方法。
【請求項７】  前記はんだ微粒子を送りだす際に、前記不活性気体を大気圧以下に減圧しておくことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項８】  パッド電極を有する基板が位置付けされる、融点まで加熱された不活性雰囲気を形成するための気体槽と、
前記不活性雰囲気中に位置付けられた前記基板のパッド電極に向けてはんだ微粒子を送りだすはんだ噴霧器を有することを特徴とするはんだバンプの形成装置。
【請求項９】  前記はんだ噴霧器は、前記はんだ微粒子を送りだすことに加えて、フラックスを前記不活性雰囲気中に送りだすことを特徴とする請求項８に記載のはんだバンプの形成装置。
【請求項１０】  前記はんだ噴霧器は、前記はんだ微粒子を送りだすことに加えて、フラックス及び又は水素ガスを前記不活性雰囲気中に送りだすことを特徴とする請求項８に記載のはんだバンプの形成装置。
【請求項１１】  前記はんだ噴霧器は、隣接する前記パッド電極相互間の間隔より小さい直径をもつはんだ微粒子を、前記はんだ微粒子として用いることを特徴とする請求項８に記載のはんだパンプの形成装置。
【請求項１２】  前記気体槽内を減圧する減圧手段を有することを特徴とする請求項５に記載のはんだバンプの形成装置。
【請求項１３】  はんだ微粒子によるはんだバンプを電極上に形成するはんだバンプ形成方法において、
前記はんだバンプとして、有機皮膜及びフラックスにより被覆されたはんだ微粒子を用い、
不活性雰囲気中に前記電極を位置付けするセットステップと、
前記不活性雰囲気及び電極を加熱しながら、はんだ微粒子を前記不活性雰囲気中に供給する供給ステップと、
有機皮膜によってはんだの粒径を制御させることにより、はんだバンプの核を前記電極の範囲に定位させる成長ステップを有することを特徴とするはんだバンプ形成方法。
【請求項１４】  はんだ微粒子によるはんだバンプを形成するはんだ形成装置において、
融点まで加熱された不活性雰囲気を形成する気体槽と、
前記気体槽内の前記不活性雰囲気中にはんだ微粒子を供給するはんだ供給器を有することを特徴とするはんだバンプの形成装置。
【請求項１５】  前記はんだ供給器は、有機皮膜及びフラックスにより被覆されたはんだ微粒子を供給することを特徴とする請求項１４に記載のはんだバンプの形成装置。
【請求項１６】  前記気体槽内を減圧する減圧手段を有することを特徴とする請求項１４に記載のはんだバンプの形成装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
４５に設けられ、電磁弁４４ははんだ噴霧器１２と吹き出し管１６とを繋ぐ配管４６に設けられている。
［０１０２］
コントローラ４１は、例えば次のように動作する。まず、真空ポンプ４２をオン、電磁弁４３を開、はんだ噴霧器１２をオフ、電磁弁４４を閉とすることにより、気体槽１１内の不活性気体１３を減圧する（図７［１］）。一定時間が経過するか又は不活性気体１３の圧力が一定以下になると、真空ポンプ４２をオフ、電磁弁４３を閉、はんだ噴霧器１２をオン、電磁弁４４を開とすることにより、はんだ微粒子１４を気体槽１１内へ噴霧する（図７［２］）。
［０１０３］
本実施形態によれば、不活性気体１３が減圧されるほど、気体槽１１内の不活性気体１３中に噴霧されたフラックス或いは水素ガスに基づく粘性がはんだ微粒子１４に影響を与えないため、はんだ微粒子１４の落下中の粘性係数ｋが小さくなるので、はんだ微粒子１４の落下速度ｖは更に大きくなる。そのため、はんだバンプの形成に要する時間を更に短縮できる。
［０１０４］
次に、図３［２］に示すはんだ微粒子１４を使用したはんだバンプの形成方法について説明する。
［０１０５］
図３［２］に示すはんだ微粒子１４は上述したように、その表面が有機皮膜３３にて被覆されており、有機皮膜３３の表面は、フラックス成分を含む液体３１により被覆されている。なお、液体３１は、フラックス材そのものであってもよい。以下の実施形態では、液体３１としてフラックス材を用いた場合について説明する。
［０１０６］
本実施形態に用いるはんだバンプ形成装置は図８に示す構成に構築されており、図８に示すはんだバンプ形成装置は、図１に示すはんだバンプ形成装置と実質的に同一の構成として構築されている。
［０１０７］
本実施形態で使用するはんだバンプの形成装置５０は、気体槽１１と、不活性気体供給器５１と、はんだ供給器５２と、フラックス供給器５３と、酸化還元剤供給器５４と、これらを制御するコントローラ５５を有している。
［０１０８］
気体槽１１は、載置台１７を備えている。基板２０は、パッド電極が形成された表面２１を上に向けた状態で載置台１７上にセットされる。はんだ供給器５０は、載置台１７上の基板２０に向けて図３［２］に示す構造のはんだ微粒子を均等に落下させるための
【国際調査報告】
2006057394.tif 000012
2006057394.tif 000013