JP2001203231A - フリップチップはんだバンプの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸着時におけるウエハとヒートシンクとの密
着性を十分に確保することで、ウエハの放熱効率を高め
てウエハに成膜される蒸着膜（フリップチップはんだバ
ンプ）の品質の向上を図るとともに、ウエハの低温処理
を可能にする。 【解決手段】 ヒートシンク４１を備えた処理室１１内
のウエハ保持手段２１にウエハ５１を支持させる工程
と、処理室１１内を真空雰囲気にする工程と、処理室１
１内に設置されるるつぼ１３から蒸着源９１をウエハ５
１に蒸着する工程とからなるフリップチップはんだバン
プの製造方法であって、ヒートシンク４１のウエハ接触
面４２は凸状曲面で形成されるとともに、ウエハ５１の
少なくとも外周部の一部分とヒートシンク４１の少なく
とも外周部の一部分とを挟みつける固定治具３１を備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フリップチップは
んだバンプの製造方法に関し、特にヒートシンクを有す
る真空成膜装置を用いたフリップチップはんだバンプの
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ウエハの大口径化にともなって、いわゆ
るバッチ式処理装置から枚葉式処理装置へと移行する傾
向が強くなっている。枚葉式処理装置では、スループッ
トが遅いという問題があり、これを補うために、例えば
プラズマ処理装置の場合には、プラズマ密度を高くして
高速処理を行うことが一般的になっている。すなわち、
ウエハにとってはより大きな処理エネルギーを受けるこ
とになる。そのため、処理中のウエハ温度の上昇が問題
になってくる。

【０００３】例えば、最近のフリップチップ高密度実装
において、はんだバンプを形成するためのはんだ蒸着を
例にして説明する。

【０００４】従来の蒸着装置では、図７に示すように、
ウエハ１５１の外周側を環状支持部材１１１によって支
持し、ウエハ１５１の裏面１５２に接触するようにヒー
トシンク１４１の平坦に形成されたウエハ接触面１４２
を接触させて、ヒートシンク１４１をウエハ１５１上に
載せていた。したがって、ヒートシンク１４１の自重を
利用して、ウエハ１５１にヒートシンク１４１を押し当
てていた。

【０００５】なお、上記環状支持部材１１１は、ウエハ
１５１の外径よりも大きい内径を有する環状部本体１１
２と、ウエハ１５１を載置するためのもので環状部本体
１１２の内周側に設けた内側つば部１１３と、環状本体
１１２の外周に設けた外周つば部１１４とから構成され
ていた。この外周つば部１１４によって、例えば自公転
プラネタリー１３１に環状支持部材１１１を支持してい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の蒸着装置では、
ウエハの熱を放熱させるためのヒートシンクをウエハに
密着させるには、単に、リング状部材で外周側を支持さ
れているウエハ上にヒートシンクを載せていた。そのた
め、ウエハの外周側とヒートシンクとの密着性は高かっ
たが、ウエハの中央部およびその近傍はヒートシンクの
接触圧が低いために接触効率が低くなっていた。またウ
エハ自体の反りやヒートシンクのウエハ接触面の微小な
凹凸によっても接触効率の低下を来していた。よって、
大きな放熱効果は得られなかった。この結果、ウエハよ
りヒートシンクに伝わる熱量が少なくなり、ウエハの熱
をヒートシンクに十分に逃がすことができなかったの
で、ウエハの温度は上昇することになった。この問題は
ウエハが大口径化になるほど顕在化していた。

【０００７】また、ヒートシンク内部に冷却用の冷媒
（例えば冷却水、冷却ガス等）を流そうとしても、ヒー
トシンクが自公転運動をするいわゆるプラネタリー方式
や公転ドーム方式では、冷媒の供給に対応し難かった。

【０００８】上記のような蒸着装置を用いて、例えばレ
ジストの厚膜を用いたリフトオフ法によってはんだバン
プを形成した場合には、レジスト膜が処理中の温度上昇
によって変質したり焼き付いたりして、大きな問題とな
っていた。さらに、処理温度が高くなる程、レジスト膜
からの脱ガス量が多くなるので、リフトオフ法における
成膜処理では、放出されたガスが膜内に取り込まれるた
め、膜の品質が低下するという問題の生じていた。例え
ば金属膜の場合には、抵抗値の増加や、密着強度の低下
を招いていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたフリップチップはんだバンプの製
造方法である。

【００１０】すなわち、ヒートシンクを備えた処理室内
のウエハ保持手段にウエハを支持させる工程と、前記処
理室内を真空雰囲気にする工程と、前記処理室内に設置
されるるつぼから蒸着源を前記ウエハに蒸着する工程と
からなるフリップチップはんだバンプの製造方法であっ
て、前記ヒートシンクのウエハ接触面は凸状曲面で形成
されるとともに、前記ウエハの少なくとも外周部の一部
分と前記ヒートシンクの少なくとも外周部の一部分とを
挟みつける固定治具が備えられている。

【００１１】上記フリップチップはんだバンプの製造方
法では、ヒートシンクのウエハ接触面が凸状曲面で形成
されていることから、およびウエハの少なくとも外周部
の一部分とヒートシンクの少なくとも外周部の一部分と
を挟みつける固定治具を備えていることから、ヒートシ
ンクのウエハ接触面に向かい合うウエハの一面は、ヒー
トシンクの凸状曲面に形成されたウエハ接触面に密着さ
れる。そのため、ウエハで発生する熱は、ヒートシンク
に伝わり易くなるので、ウエハの放熱効果が向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る第１の実施の形態の
一例を図１および図２によって説明する。図１は本発明
のフリップチップはんだバンプの製造方法で用いる蒸着
装置の一例を示す概略構成図であり、図２は図１で示し
た蒸着装置に用いるウエハ保持手段の一例を示す要部概
略断面図である。

【００１３】まず、フリップチップはんだバンプの製造
方法に用いる蒸着装置の一例として、公転ドーム型蒸着
装置の概略構成を図１によって説明する。

【００１４】図１に示すように、蒸着装置１には処理室
１１が備えられている。この処理室１１には、真空ポン
プ１２が接続され、処理室１１の内部を真空雰囲気にす
ることができる。また上記処理室１１の内部には、蒸着
源９１を収納するるつぼ１３が設置されている。このる
つぼ１３には、蒸着源９１を加熱するための加熱部１４
が備えられている。またるつぼ１３の上方には、シャッ
ター１５が設置されている。図面では、一つのるつぼ１
３、加熱部１４、シャッター１５しか示していないが、
当然のことながら、るつぼ１３、加熱部１４、シャッタ
ー１５は蒸着源９１の種類に応じて設置される。

【００１５】さらに処理室１１の内部で上記るつぼ１３
の開口部上方には、上記シャッター１５を介して、ウエ
ハ保持手段２１が設けられている。このウエハ保持手段
２１は、いわゆる、椀型（ドーム型）に形成されてい
る。このウエハ保持手段２１は、駆動軸１６を介して、
処理室１１の外部に設けた駆動部１７に接続されてい
る。すなわち駆動部１７を駆動することによって駆動軸
１６が回転し、それにともなってウエハ保持手段２１が
回転する。

【００１６】次に、ウエハ保持に係わる要部を図２によ
って説明する。図２に示すように、上記ウエハ保持手段
２１には、開口部２２が形成されている。またウエハ５
１の蒸着面とは反対側の面（以下、裏面という）には固
定治具３１によってヒートシンク４１が密着されてい
る。そしてウエハ５１は、固定治具３１を介して上記ウ
エハ保持手段２１に支持されている。なお、前記図１に
も、開口部２２、固定治具３１、ヒートシンク４１およ
びウエハ５１は示した。

【００１７】上記ヒートシンク４１は、例えば熱伝導性
に優れたアルミニウムで形成され、そのウエハ接触面４
２は凸状曲面に形成されている。そしてウエハ接触面４
２は、例えば曲率半径Ｒ＝４．６ｍ〜１６．１ｍの範囲
内の曲率半径Ｒを有する曲面で形成されている。この曲
率半径Ｒは、好ましくは、Ｒ＝６．４ｍ〜１０．７ｍの
範囲内に設定する。例えば、ウエハ５１の径が１５０ｍ
ｍの場合にはヒートシンク４１の径は１６０ｍｍに形成
されている。

【００１８】また上記固定治具３１は、ウエハ５１の外
周部の少なくとも一部分を押さえて、そのウエハ５１の
裏面をヒートシンク４１のウエハ接触面に押さえ付けて
密着させるものであり、かつ上記ウエハ保持手段２１に
支持される構成も有している。

【００１９】上記固定治具３１は、例えば以下のような
構成を成している。すなわち、ウエハ５１の径よりもや
や大きい（例えば、１％〜１０％程度大きい）環状本体
部３２を有し、環状本体部３２の内周側にはウエハ５１
の外周部を載せる内周つば部３３が形成され、環状本体
部３２の外周側には外周つば部３４が形成されている。
この外周つば部３４は、固定治具３１の環状本体部３２
の下部を上記ウエハ保持手段２１の開口部２２に挿入し
た際に、ウエハ保持手段２１上に載って固定治具３１を
ウエハ保持手段２１上に支持するものである。さらに、
上記内周つば部３３に、その内周つば部３３上に載置し
たウエハ５１と、そのウエハ５１上に置いたヒートシン
ク４１とを挟みつけるようにして固定するクランプ３５
が設けられている。

【００２０】または、上記クランプ３５によって、直接
ヒートシンク４１とウエハ５１とを挟み付ける構造と
し、クランプ３５の外側にウエハ保持手段２１に支持可
能な外周つば部３４を形成してもよい。

【００２１】そして、上記内周つば部３３のウエハ載置
面は、例えば、フッ素系樹脂のようなウエハ５１への汚
染を防止するような樹脂、またはウエハ５１への汚染を
防止するようなセラミックスによってコーティングされ
ていることが好ましい。

【００２２】次に、上記図１および図２によって説明し
た蒸着装置１を用いたフリップチップはんだバンプの製
造方法を以下に説明する。

【００２３】まず、上記固定治具３１によってウエハ５
１の外周部を内周つば部３３を介してクランプ３５によ
りヒートシンク４１に押さえ付けて、そのウエハ５１の
裏面をヒートシンク４１のウエハ接触面に密着させる。
そして固定治具３１をウエハ保持手段２１の開口部２２
に挿入し、外周つば部３４によってウエハ保持手段２１
に支持させる。

【００２４】次いで処理室１１内を真空雰囲気にした
後、処理室１１内に設置されたるつぼ１３から蒸着源９
１をウエハ５１に蒸着する。ここでは、蒸着源９１には
んだを用い、蒸着時の処理室１１内の圧力を真空蒸着雰
囲気とし、蒸着源９１を加熱部１４で加熱することによ
り蒸発させてウエハ５１の表面にはんだの蒸着膜を形成
した。

【００２５】上記蒸着膜を形成する際に、上記蒸着装置
１では、ヒートシンク４１のウエハ接触面４２が凸状曲
面で形成されていることから、およびウエハ５１の少な
くとも外周部の一部分とヒートシンク４１の少なくとも
外周部の一部分とを挟みつける固定治具３１が備えられ
ていることから、ヒートシンク４１のウエハ接触面４２
に向かい合うウエハ５１の一面５２は、ヒートシンク４
１の凸状曲面に形成されたウエハ接触面４２に密着した
状態になる。そのため、蒸着時にウエハ５１で発生する
熱は、ヒートシンク４１に伝わり易くなるので、ウエハ
５１の放熱効果が向上する。したがって、従来のよう
に、ヒートシンクの自重によって、ヒートシンクのウエ
ハ接触面をウエハ面に押し当てる方法より、ウエハ５１
の一面とヒートシンク４１のウエハ接触面との密着性が
高められる。

【００２６】なお、上記のように、ウエハ接触面４２と
ウエハ５１の一面５２との密着性が高められているの
で、必要最低限までヒートシンク４１を薄くかつ軽くす
ることが可能になる。また、熱によるウエハ５１の反り
も吸収することができる。

【００２７】次に、上記蒸着装置１におけるウエハ５１
の放熱効率を調べた。実験では、ウエハ５１に１５０ｍ
ｍ径のいわゆるベアシリコンウエハを用いた。その結
果、上記ヒートシンク４１を用いた場合には、ヒートシ
ンク４１を用いない場合に比較して、ウエハ５１の温度
を８０℃程度低くすることができた。なお、上記ヒート
シンク４１は、曲率半径Ｒ≒８．００ｍのものである。

【００２８】一方、比較例として、従来のウエハ接触面
が平坦なヒートシンクを用いて、従来のようにヒートシ
ンクをウエハ５１の裏面上に単に載せただけの場合に
は、ウエハ５１の温度は５０℃程度しか低くならなかっ
た。

【００２９】したがって、上記ヒートシンク４１を用い
た蒸着装置１では、ウエハ処理時のウエハ５１の温度を
従来よりも３０℃程度低くすることが可能になった。

【００３０】上記説明したように、蒸着時のウエハ５１
の温度上昇が抑えられたため、リフトオフ法のために用
いているレジストのパターンの変形が抑えられ、またレ
ジスト膜は熱変質（例えば、レジスト膜が剥がれ易くな
る現象）を起こさなくなる。さらに、レジスト膜からの
脱ガスが抑えられることにより、リフトオフ法における
成膜処理では、膜厚の制御性は向上し、ガスの取り込み
によるはんだの抵抗上昇も抑えることができる。このよ
うにウエハ処理の品質の向上が図れる。

【００３１】また図３に示すように、上記ヒートシンク
４１には、放熱の効率を良くするために、ウエハ接触面
４２とは反対側の面に放熱フィン４３を設けたものを用
いることも可能である。

【００３２】また、上記固定治具３１には、一例として
クランプ式のものを用いたが、ウエハ５１とヒートシン
ク４１とを密着固定するものであれば、どのような構造
のものであっても用いることができる。その一例を図４
によって説明する。図では、上記図１で説明したのと同
様の構成部品には同一符号を付す。

【００３３】図４に示すように、ねじ締め式の固定治具
３１は、以下のような構成を成している。すなわち、ウ
エハ５１の径よりもやや大きい（例えば、１％〜１０％
程度大きい）環状本体部３２を有し、環状本体部３２の
内周側にはウエハ５１の外周部を載せる内周つば部３３
が形成され、環状本体部３２の外周側には外周つば部３
４が形成されている。この外周つば部３４は、固定治具
３１の環状本体部３２の下部を上記ウエハ保持手段２１
の開口部２２に挿入した際に、ウエハ保持手段２１上に
載せて固定治具３１をウエハ保持手段２１上に支持する
ものである。

【００３４】さらに、上記環状本体部３２には、内周つ
ば部３３上に載置したウエハ５１と、そのウエハ上に置
いたヒートシンク４１とを挟みつける固定用環状部３６
が設けられている。この固定用環状部３６の外周径は、
例えば上記環状本体部３２の外周径とほぼ同等に形成さ
れ、その内周径はヒートシンク４１の外周径よりも小さ
く形成されている。そして環状本体部３２に設けた複数
のねじ孔３７に対応する位置に貫通孔３８が形成されて
いる。さらに貫通孔３８を通してねじ孔３７にねじ３９
をねじ込むことで固定用環状部３６を環状本体部３２に
締め付けて固定する。したがって、ねじ３９を締め付け
ることによってウエハ５１とヒートシンク４１とは内周
つば部３３と固定用環状部３６との間に挟まれて固定さ
れる。

【００３５】次に、本発明のフリップチップはんだバン
プの製造方法に用いることができる蒸着装置として、前
記図１，２によって説明したものとは別構成の蒸着装置
の一例を、図５によって説明する。図５では、一例とし
て、プラネタリー式の蒸着装置を示す。なお、図５で
は、上記図１で説明した構成部品と同様のものには同一
符号を付す。

【００３６】図５に示すように、蒸着装置２には処理室
１１が備えられている。この処理室１１には、真空ポン
プ１２が接続され、処理室１１の内部を真空雰囲気にす
ることができる。また上記処理室１１の内部には、蒸着
源９１ａ，９１ｂを収納するるつぼ１３ａ，１３ｂが設
置されている。このるつぼ１３ａ，１３ｂには、蒸着源
９１ａ，９１ｂをそれぞれに加熱するための加熱部１４
ａ，１４ｂが備えられている。またるつぼ１３ａ，１３
ｂの上方には、シャッター１５ａ，１５ｂが設置されて
いる。

【００３７】さらに処理室１１の内部で上記るつぼ１３
ａ，１３ｂの各開口部上方には、上記シャッター１５
ａ，１５ｂを介して、ウエハ保持手段となるプラネタリ
ー２５が設けられている。このプラネタリー２５は、公
転アーム２６と複数の自転ドーム２７ａ，２７ｂとから
なり、公転アーム２６は、駆動軸１６を介して、処理室
１１の外部に設けた駆動部１７に接続されている。すな
わち駆動部１７を駆動することによって、駆動軸１６が
回転し、それにともなって公転２６が回転する。一方、
自転ドーム２７ａ，２７ｂは、公転アーム２６に設置さ
れた駆動部１８ａ，１８ｂに駆動軸１９ａ，１９ｂを介
して接続されている。すなわち駆動部１８ａ，１８ｂを
それぞれに駆動することによって、駆動軸１９ａ，１９
ｂが回転し、それにともなって自転ドーム２７ａ，２７
ｂが回転する。

【００３８】上記プラネタリー２５には、ウエハ支持部
（図示省略）が形成されている。このウエハ支持部は、
前記説明したヒートシンク４１とウエハ５１とを密着さ
せるための固定治具３１を保持することにより、間接的
にウエハ５１を保持するものである。

【００３９】次に、本発明のフリップチップはんだバン
プの製造方法に係る第２の実施の形態の一例を、図６に
よって説明する。なお、図６では、上記図２によって説
明した構成部品と同様のものには同一の符号を付す。

【００４０】図６に示すように、ヒートシンク４１にウ
エハ５１を密着させる際に、ヒートシンク４１のウエハ
接触面４２に、ウエハ５１からの熱をヒートシンク４１
に伝える熱伝導シート６１を設ける。上記熱伝導シート
６１は、例えばシリコンゴム、ボロンナイトライド、グ
ラスファイバーなどで形成されていて、例えば厚さが
０．３ｍｍ〜０．４５ｍｍの範囲内のものを用いる。

【００４１】上記のように、ヒートシンク４１とウエハ
５１との間に熱伝導シート６１を設けた構成では、ウエ
ハ５１の裏面の微細な凹凸やヒートシンク４１のウエハ
接触面４２の微細な凹凸が熱伝導シート６１によって吸
収される。そのため、ウエハ５１とヒートシンク４１と
の接触がさらに十分になり、熱伝導効率が高められる。

【００４２】次に、上記蒸着装置１における熱伝導シー
ト６１を用いた場合のウエハの放熱効率を調べた。実験
では、ウエハ５１に１５０ｍｍ径のいわゆるベアシリコ
ンウエハを用いた。また熱伝導シート６１には、厚さが
０．４５ｍｍのボロンナイトライド系シリコンゴムシー
トを用いた。その結果、上記ヒートシンク４１と熱伝導
シート６１とを用いた場合には、ヒートシンク４１と熱
伝導シート６１とを用いない場合に比較して、ウエハ５
１の温度を１００℃程度低くすることができた。

【００４３】一方、比較例として、従来のウエハ接触面
が平坦なヒートシンクを用いて、従来のようにウエハ５
１上に単に載せただけの場合には、ウエハ５１の温度は
５０℃程度しか低くならなかった。

【００４４】したがって、本発明のヒートシンク４１と
熱伝導シート６１とを用いたウエハ処理装置１では、ウ
エハ処理時のウエハ５１の温度を従来よりも１００℃程
度低くすることが可能になった。また種々のウエハ温度
における実験の結果、ヒートシンク４１と熱伝導シート
６１とを用いたウエハ処理では、従来のヒートシンクの
みを用いたウエハ処理と比較して、２倍〜３倍程度の放
熱効率の向上を図ることができた。

【００４５】次に、上記図１および図２によって説明し
た蒸着装置１を用い、上記図６によって説明した熱伝導
シート６１を設けて、ウエハ５１の表面にはんだを蒸着
した。蒸着時の処理室１１内の圧力を真空蒸着雰囲気と
し、鉛およびスズを加熱してそれぞれを蒸発させてはん
だの蒸着膜を形成した。

【００４６】その結果、ヒートシンク４１と熱伝導シー
ト６１とを用いたことによって、ウエハ５１とヒートシ
ンク４１との密着性はさらに向上するため、ウエハ５１
で発生する熱は、ヒートシンク４１により一層伝わり易
くなってウエハ５１の放熱効果はさらに向上した。よっ
て、ウエハ５１の温度上昇が抑えられたため、リフトオ
フ法のために用いているレジストのパターニングの変形
が抑えられ、またレジスト膜は熱変質（例えば、レジス
ト膜が剥がれ易くなる現象）を起こさなかった。さらに
レジストからの脱ガスが抑えられたことにより、蒸着膜
の膜厚制御性は向上し、ガスの取り込みによるはんだの
抵抗上昇も抑えることができた。このようにウエハ処理
の品質の向上が図れた。

【００４７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
ヒートシンクのウエハ接触面を凸状曲面で形成し、固定
治具によってウエハの少なくとも外周部の一部分とヒー
トシンクの少なくとも外周部の一部分とを挟み付けたの
で、ヒートシンクのウエハ接触面にウエハの一面は密着
する。そのため、ウエハで発生する熱は、ヒートシンク
に伝わり易くなるので、ウエハの放熱効果の向上が図れ
る。よって、ウエハの低温処理が可能となるため、レジ
スト等の耐熱性の低い材料の加工プロセスが可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフリップチップはんだバンプの製造方
法で用いる蒸着装置の一例を示す概略構成図である。

【図２】図１に示した蒸着装置に用いるウエハ保持手段
の一例を示す要部概略断面図である。

【図３】ヒートシンクの一改良例を示す概略構成図であ
る。

【図４】別の固定治具の一例を示す概略構成断面図であ
る。

【図５】本発明のフリップチップはんだバンプの製造方
法で用いる別の蒸着装置の一例を示す概略構成図であ
る。

【図６】本発明のフリップチップはんだバンプの製造方
法に係る第２の実施の形態の一例を示す要部概略断面図
である。

【図７】従来のヒートシンクの一例を示す概略断面図で
ある。

【符号の説明】

１…蒸着装置、１１…処理室、１３…るつぼ、２１…ウ
エハ保持手段、３１…固定治具、４１…ヒートシンク、
４２…ウエハ接触面、５１…ウエハ、６１…熱伝導シー
ト、９１…蒸着源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒートシンクを備えた処理室内のウエハ
   保持手段にウエハを支持させる工程と、 前記処理室内を真空雰囲気にする工程と、 前記処理室内に設置される蒸発源から前記ウエハに成膜
   する工程とからなるフリップチップはんだバンプの製造
   方法であって、 前記ヒートシンクのウエハ接触面は凸状曲面で形成され
   るとともに、前記ウエハの少なくとも外周部の一部分と
   前記ヒートシンクの少なくとも外周部の一部分とを挟み
   つける固定治具を備えたことを特徴とするフリップチッ
   プはんだバンプの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のフリップチップはんだバ
   ンプの製造方法において、 前記ヒートシンクのウエハ接触面に、前記ウエハからの
   熱を前記ヒートシンクに伝える熱伝導シートを設けたこ
   とを特徴とするフリップチップはんだバンプの製造方
   法。