JP2002507845A - 基板上にソルダ・ボールを形成する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数の開口（セル）を有するマスク（１１０など）を基板（１０２）の表面上、もしくはそれに近接して配置し、マスクの開口（１１２）を基板上の複数のパッド（１０４）の対応するそれぞれに位置合わせする。マスクの開口にはソルダ材料（１１４）を充填する。加圧プレート（１２０）をマスクの上に配置し、セル内にソルダ材料を閉じ込める。マスクに（加圧プレートを介して）加熱し、ソルダのリフローを行う。これは、反転もしくは部分的に反転した姿勢で行われる。基板／マスク／加圧プレートの積み重ね（アッセンブリ）は、冷却に先行して反転していない姿勢に戻してもよい。マスクの構成、マスクのマウント方法、およびソルダ材料の配合について説明されている。この方法は強力であり、基板に対する粗いピッチのボール・バンピングはもとより、細かいピッチのボール・バンピングにも適している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 関連技術のクロスリファレンス この出願は、 （Ａ）１９９７年５月２７日出願の米国特許出願第０８／８６３，８００号 、 （Ｂ）１９９８年３月２３日出願の米国特許出願第６０／０７９，００６号 、 （Ｃ）１９９８年３月２４日出願の米国特許出願第６０／０７９，２２１号 、および （Ｄ）１９９８年７月０８日出願の米国特許出願第６０／０９２，０５５号 、 に関連を有し、これらは、参照を通じてここに完全に取り入れられている。

【０００２】 発明の技術分野 本発明は、基板すなわち半導体デバイス（集積回路チップ）および相互接続基
板等の電子コンポーネント上にソルダ・ボールを形成する方法、および電子コン
ポーネント上にソルダ・ボールを形成する装置に関する。

【０００３】 発明の背景 近年は、相互接続基板およびパッケージ基板への集積回路（ＩＣ）チップの接
続（ボンディング）に対するフリップチップ・ボンディング技術の使用が極めて
増加している。セラミック相互接続基板等の相互接続コンポーネントへのＩＣチ
ップ・コンポーネントのフリップチップ・ボンディングにおいては、複数の（た
とえばアレイ状の）ソルダ・ボール（「ソルダ・バンプ」と呼ばれることもある
）がコンポーネント、通常はそれがＩＣチップ・コンポーネントとなるが、その
表面に形成され、バンプを形成したコンポーネントを別のコンポーネントと向か
い合わせにする。続いて２つのコンポーネントを加熱して（たとえば炉内におい
て）ソルダ・バンプをリフロー（加熱し、その後冷却）し、それによって、２つ
のコンポーネントのそれぞれの端子間を電気的に接続する。

【０００４】 ＩＣチップおよびマルチ・チップ・モジュールの回路密度の増加に伴って、こ
れまで以上に細かいピッチのソルダ・ボールのアレイが必要になっている。たと
えば、相互接続基板にフリップチップ接続されるＩＣチップにおいては、直径４
ミル（１００μｍ）のソルダ・ボールを８ミル（２００μｍ）のピッチで配置し
たアレイが必要とされることもある。

【０００５】 定義 ここにおいて使用している用語「ソルダ・ボール」は、リフローによる１つの
電子コンポーネントと別の電子コンポーネントの結合に適した基板（たとえば電
子コンポーネント）上に常駐するソルダ（たとえば鉛錫ハンダ）の、実質的に球
形もしくは半球形の塊（バンプ）を指す。「大きなソルダ・ボール」とは、２０
ミルを超える直径（＞０．０２０インチ）を有するソルダ・ボールを言う。「小
さいソルダ・ボール」は、２０ミル以下の直径（＜＝０．２０インチ）のソルダ
・ボールを言う。

【０００６】 次に、ここで使用している長さの単位およびその同値を示す。 １ミル＝０．００１インチ １ミクロン（μｍ）＝０．０００００１メートル ２５．４μｍ＝１ミル １ミリメートル（ｍｍ）＝０．００１メートル ここで使用するとき、用語「ピッチ」は、基板のパッド上における隣接ソルダ
・ボールの中心間距離を指す。「粗いピッチ」とは、少なくとも５０ミルのピッ
チを言い、ソルダ・ボールが「低密度」である意味を内包する。「細かいピッチ
」とは、最大でも２０ミルを超えないピッチを言い、ソルダ・ボールが「高密度
」である意味を内包する。

【０００７】 たとえば、一般的な「ＢＧＡ」基板においては、３０ミルの直径のソルダ・ボ
ールが、５０ミルの（粗い）ピッチで配置されている。一般的な「μＢＧＡ」（
マイクロＢＧＡ）基板においては、１５〜２０ミルの直径のソルダ・ボールが、
３０ミルの（「中間」）ピッチで配置されている。一般的な「フリップチップ」
基板においては、４〜５ミルの直径のソルダ・ボールが、８〜１０ミルのピッチ
で配置されている。

【０００８】 ここで使用している用語「電子コンポーネント」は、通常は「パッド」を有す
る任意の回路化基板を含み、限定する意図はないが、集積回路（ＩＣ）チップ（
半導体ウエーファからのシンギュレーションの前および後を含む）、プリント回
路ボード、ポリイミド相互接続エレメント、セラミック基板等を含む。

【０００９】 ここで用いている用語「基板」は、別の電子コンポーネントとの電気的接続を
もたらすソルダ・ボールの形成が望ましい、形状が平坦な表面を有する電子コン
ポーネントを指す。「ウエーファ基板」は、半導体（結晶質、通常はシリコン）
ウエーファの基板（または電子コンポーネント）を言う。ウエーファ基板でない
基板については「その他の基板」という。ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）
基板は、その他の基板になる。

【００１０】 ここで用いている用語「基板バンピング」および「ボール・バンピング」は、
基板上にソルダ・ボールを形成するためのプロセスを指す。これにおいて「バン
ピング装置」は、基板バンピングの実施に適合された装置を備える。

【００１１】 ボール・バンピング技術 電子コンポーネントのボール・バンピングには、多くの技術が知られており、
その一部は、細かいピッチのボール・バンピングにあまり適していない。

【００１２】 蒸着技術は、真空チャンバ内において金属マスクを介してソルダの蒸着を行う
。これは、大きな設備投資を必要とし、プロセス装置のクリーニングおよび金属
マスクの頻繁な交換に関連する高いコストを伴う。しかも蒸着マスクとボール・
バンピングを行う基板の間に生じる温度不整合が、この技術の効果を中間の密度
ならびに中間のソルダ・バンプ・サイズに制限する傾向にある。

【００１３】 電気めっき技術は、より高密度、より小さいバンプ・サイズの達成に使用され
てきた。この技術においては、基板表面を電気めっきのシード層によりカバーし
た後、フォトレジストを用いてマスキングし、このときこのフォトレジストが各
基板パッドの上に電気めっきモールドを形成すべくパターン化され、現像される
。続いてこのシード層に電気めっきを行ってモールドに充填した後、フォトレジ
スタおよび不要になったシード層をはぎ取り（エッチングし）、めっきによるバ
ンプを残す。この技術は、長時間を要し、大きな設備投資を必要とするだけでな
く、有害な化学物質を使用する。

【００１４】 ステンシル・技術においては、アパーチャを基板の有するステンシルを基板の
上に置き、アパーチャを基板の対応するパッドに位置合わせする。ステンシルを
適正な位置に保持しながら、所定量のソルダ・ペーストをステンシル上に乗せ、
ステンシル表面全体にわたってスクリーニング・ブレード（ドクター・ブレード
と呼ばれることもある）を動かしてステンシルのアパーチャ内にソルダ・ペース
トを押し込む。その後、ステンシルを取り去るとパッド上にソルダ・ペーストの
塊が残り、続いてこの塊をリフローして基板上にソルダ・バンプを形成する。こ
の技術は、比較的安価であり、多少の迅速なステップのみからなるが、概して小
さいバンプ・サイズならびに高いバンプ密度にあまり適さない。

【００１５】 従来のソルダ・ペーストは、通常、フラックスのマトリクス内にソルダ材料（
鉛／錫）の微粒子を含み、約３０％（体積比）の固体材料からなる。

【００１６】 米国特許第５，５３９，１５３号（「Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ（ヒュ
ーレット・パッカード）」）は、本発明にも参照を通じて包括的に取り込まれて
いるが、ペーストを容器に収める形で配置することにより基板のバンピングを行
う方法を開示している。これにおいては、濡れない金属マスク（ステンシル）を
基板上に配置し、マスク内の複数のアパーチャを基板上の複数のパッドに位置合
わせする。アパーチャには、ステンシル・技術について前述した方法と類似の方
法を用いてソルダ・ペーストを充填する。続いてマスクが適正な位置にある状態
で、それとともにソルダ・ペーストのリフローを行う。マスクは、リフローの後
、取り去られる。

【００１７】 米国特許第５，４９２，２６６号（「ＩＢＭ−１」）は、本発明にも参照を通
じて包括的に取り込まれているが、プリント回路ボード（ＰＣＢ）上の選択した
コンタクト上にソルダを形成するためのプロセスを開示しており、概してそれは
、上記のＨｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ（ヒューレット・パッカード）特許に
類似している。開口を有する、濡れないステンシルをボード上に置き、開口にソ
ルダ・ペーストを充填した後、ボードに固定的に配置されたステンシルとともに
ステンシル上のパターンによって保持されたソルダ・ペーストをリフローし、下
側にあるプリント回路ボードのコンタクト上に選択的な形成を行う。

【００１８】 米国特許第５，６５８，８２７号（「ＩＢＭ−２」）は、本発明にも参照を通
じて包括的に取り込まれているが、基板上にソルダ・ボールを形成するための方
法を開示している。ソルダ・ボールは、ジグ内のアパーチャを介してソルダ・ペ
ーストをスキージし、基板上のパッドに接触させて、ジグ、ペーストおよび基板
を加熱し、ソルダ・ペーストをリフローしてソルダ・ボールに変えることによっ
て形成され、ソルダ・ボールはパッドに結合し、ジグから離れる。ジグは、冷却
後に基板から分離する。この方法の一つの実施の形態においては、ジグおよび基
板が反転され、加熱の前に、別の表面実装電子コンポーネントが基板の反対側の
表面に置かれる。

【００１９】 前述のＨｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ（ヒューレット・パッカード）、ＩＢ
Ｍ−１およびＩＢＭ−２特許においては、すべて基板上のマスクまたはステンシ
ルを介したソルダ・ペーストのプリント、および基板上にステンシルを配置した
ままのソルダ・ペーストのリフローについて述べられている。いずれのケースに
おいても、ステンシルのアパーチャ／開口によって形成されるセルの一方の側（
ステンシルの基板と接触する側と逆側）が開いている。したがって、ＩＢＭ−２
特許に説明される反転技術が、実際に説明どおりの効果をもたらすと、ここで認
めるわけにはいかない。

【００２０】 前述した「親」出願である１９９７年５月２７日出願の米国特許出願第０８／
８６３，８００号は、「Ｃａｐｔｕｒｅｄ−ｃｅｌｌ Ｓｏｌｄｅｒ Ｐｒｉｎ
ｔｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｆｌｏｗ Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕ
ｓｅｓ（捕獲セル・ソルダのプリントならびにリフローを行う方法および装置）
」を開示している。概略を述べれば、スクリーニング・ステンシルが、基板の表
面上に置かれ、スクリーニング・ブレードを使用してステンシルのアパーチャ内
にソルダ・ペースト材料が押し込まれる。ステンシルは、それぞれのアパーチャ
が、ソルダ・バンプを形成する基板のパッド上にそろうように配置される。次に
、平坦な加圧プレートを、ステンシルの露出したトップの上に重ね、それがステ
ンシルの各アパーチャ内にソルダ材料が完全に閉じ込められた（または「捕獲さ
れた」）セルを形成する。その後、ステンシルおよびプレートを基板のトップに
載置した状態で、ソルダ材料のリフローに充分な温度まで基板を加熱する。リフ
ローの後、基板を冷却し、加圧プレートおよびステンシルを除去すると基板のパ
ッド上にソルダ・バンプが形成される。加圧プレートの使用は、高いソルダ・バ
ンプ密度における適正なソルダ・バンプの形成を保証する（高密度は小さいソル
ダ・バンプ・サイズ、および細かいピッチ、つまり短いソルダ・バンプ間距離に
対応する）。

【００２１】 表面上にソルダ・ボールを有する基板の例として、ボール・グリッド・アレイ
（ＢＧＡ）パッケージを挙げることができる。ＢＧＡパッケージの出現およびそ
の普及は、いくつかの新しいパッケージ製造およびアッセンブリに関する問題を
もたらした。中でも深刻な問題の１つに、パッケージ表面にソルダ・ボールを適
用するための高効率でコスト効果の高い技術を見つけ出すことがある。パッケー
ジ表面は、一般に電気的に絶縁された材料（たとえば、プリント回路ボード材料
）から形成されており、パッケージのその部分には、金属化されたパッドのパタ
ーンが設けられている。これらのパッケージ・パッド上にソルダ・ボールを形成
するために、いくつかの方法が現在のところ使用されている。

【００２２】 パッケージ・パッド上にソルダ・ボールを形成する方法の１つは、ソルダ・フ
ラックスをパッケージ・パッドに塗布し、続いてジグ、または回路ボードの組み
立てに使用される装置と類似の「ピック・アンド・プレース」装置の補助を受け
て、あらかじめ形成済みのソルダ・ボールを個別に、あるいはひとまとめにパッ
ケージ・パッド上に載置する。次にパッケージをソルダ・ボール合金の融点まで
加熱すると、それがパッドの金属表面をぬらし、そこに結合する。このピック・
アンド・プレース方法では、中実で高品質なソルダ・ボールを精確に取り扱うこ
とが要求される。パッケージのコネクションの数が増加するに従って、パッケー
ジごとに、この態様で数百さらには数千のボールを取り扱わなければならない。

【００２３】 ソルダ・ボールをパッケージ・パッド上に載置する別の方法は、パッケージの
コンタクト・パッドに規定量のソルダ・ペースト（微細なソルダ粒子をフラック
スを含む媒体に混和させたもの）を塗布するためのプリント・ジグまたは分配ジ
グの使用に関する。加熱されたとき、ソルダが溶けて表面張力により、ソルダが
概略球形を帯びる。冷却後、球形のソルダは、パッケージ上のボール・バンプ（
ソルダ・ボール）を形成する。明らかに、この方法によって形成されたソルダ・
ボール・コンタクトが概略球形になり、高さ対幅のアスペクト比は１：１を呈す
る。さらに半球であったとすれば、ソルダ・ボール・コンタクトの高さ対幅の比
は０．５：１近傍の値になる。しかし、ある種の応用においては、外部のパッケ
ージ・コンタクトが、１：１を超える高さ対幅の比（たとえば２：１）を有する
ことが望まれることもある。

【００２４】 ソルダ・ボールをパッケージ・パッド上に配置するさらに別の方法は、プリン
ト・ソルダ・ペーストの使用、およびそれに続くあらかじめ成形済みのボールの
配置に関連し、これは基本的に、上記の２つの技術の組み合わせである。この技
術においては、ソルダをコンタクト・パッド上にプリントして「接着性」のコン
タクト・パッドを形成し、続いてあらかじめ成形済みのソルダ・ボールをコンタ
クト・パッド上に配置し、パッケージを加熱してソルダ・ペーストをリフローす
ることによってあらかじめ成形済みのソルダ・ボールをパッドに結合させる。

【００２５】 ボール・バンプを形成するためのソルダ・ペーストの正確な量の測定ないしは
分配を伴ういずれの技術にも共通する困難としては、ソルダ・ペーストの流動学
的特性（弾性、粘性、可塑性）、分配およびリフロー後のソルダ・ペースト量の
正確なコントロール、および、最終的なボール・バンプの形状の扱いが挙げられ
る。ボール・バンプの形状は、融解したソルダの表面張力、および濡らすことが
できるコンタクト・パッドの露出金属エリアの面積によって影響される。

【００２６】 上述したように形成されるソルダ・ボールが呈する概略球形の形状は、通常の
手段による「背の高い」（アスペクト比の高い）ボール・バンプの形成を本質的
に拒む。ある種の応用においては、背の高いソルダ・バンプを使用することによ
ってリフロー組み立て（たとえば、プリント回路ボードに対するパッケージ化さ
れた半導体デバイスの取り付け）が非常に有利になることから、これは制限をも
たらす特性であると言える。すでに述べたように、高さ対幅の比（アスペクト比
）が１：１を超えるコンタクトを形成することは一般に難しい。一連の処理ステ
ップにおいてソルダ・コンタクトの高さの「積み重ね」を行う一部の技術は、背
の高い（アスペクト比の高い）コンタクトの生成を達成しているが、この種の技
術は、一般に高価であり量産には不向きである。

【００２７】 ソルダ・ボール・コンタクトの高さにおける一貫性は、回路ボードに対するＢ
ＧＡタイプのパッケージの取り付けを成功させるためのもう１つの重要なファク
タである。１ないしは複数のソルダ・ボールが他より著しく短い場合（一般に、
コンタクト形成に先行する１ないしは複数の導体パッド上へのソルダ・ペースト
の分配量が不十分なことに起因する）、これらの短い（小さい）コンタクトが対
応するコンタクト・パッド（回路ボード上の）とまったく接触しない可能性がか
なり高くなり、その結果、パッケージ化された半導体デバイスとその下側の基板
（たとえばプリント回路ボード）の間の電気接続の形成に失敗することになる。
このように、ＢＧＡパッケージとそれを取り付ける基板との間の適正な電気的接
続が、ソルダ・ボール・コンタクトの個々ならびにすべてが適正にリフローし、
基板上の対応する導体パッドを濡らす場合に限り得られることから、ＢＧＡパッ
ケージの品質コントロールは重要である。接続が適正に形成されていない場合、
相互接続基板に対するパッケージの取り付け不良を組み立てのあとから修理する
ことは、困難もしくは不可能である。組み立ての前であっても、パッケージ外側
の形成が不適切なソルダ・ボールの矯正には非常な困難が予想され、したがって
パッケージ化されたデバイスを基板に取り付ける前には、まず、慎重な品質管理
検査が必要である。

【００２８】 上記の方法によって製造されるパッケージの数量が増加すると、製造工程の複
雑性が高い生産性における障害となる。高い仕損じ率を回避するためには、高い
加工精度を維持し、原材料の特性（たとえばソルダ・ペーストおよびパッドの金
属）を慎重にコントロールし、かつ、各種のプロセス・パラメータ（たとえば、
分配するソルダ・ペーストの量、導体パッドのサイズ、温度、ボール・コンタク
トの形状ならびにサイズ）をモニタする必要がある。

【００２９】 さらに複雑な問題は、異なるパッケージ構成（たとえば、パッケージ・サイズ
の違い、ボール・バンプ・コンタクト・アレイの間隔の違い等）に適応するため
、製造装置の多数のパーツ（ツーリング）を変更する必要が生じることである。
概して言えば、複雑なセットアップおよびツーリングの変更は、ダウンタイムを
増加させる傾向にあり、その結果、製造コストの増加を招く。

【００３０】 発明の簡単な開示 本発明の１つの目的は、電子コンポーネント上にソルダ・ボールを形成するた
めの改良された方法を提供することとする。 本発明の別の目的は、クリーンな、酸化物を含まない表面を有するソルダ・ボ
ールが結果的に得られる、基板をボール・バンピングするための技術を提供し、
それにより、ボール・バンピングした基板を相互接続基板に結合（ソルダリング
）したときの濡れを向上させることにある。 本発明のさらに別の目的は、上記の目的を最少のプロセス・ステップ数で達成
することにある。 本発明のさらに別の目的は、必要な製造時間を最短とするプロセスにおいて上
記の目的を達成することにある。 本発明のさらに別の目的は、上記の目的を廉価に達成するための技術を提供す
ることにある。 本発明のさらに別の目的は、量産に適した方法で上記の目的を達成するための
技術を提供することにある。

【００３１】 本発明によれば、電子コンポーネント基板が処理されて（「ボール・バンピン
グされて」）、複数のソルダ・ボールが基板上の対応する複数のパッド上に形成
される。複数の開口（セル）を有するマスク（ステンシル）を、当該開口と基板
上の対応する複数のパッドをそろえ、基板の表面に近接して（接して、またはほ
ぼ接して）配置する。開口は、好ましくは円とせずに、方形等とする。マスクは
、２つの表面を有し、一方の表面は基板に対向し、その反対側の他方の表面は、
基板の逆を向く。

【００３２】 マスク内のセルには、ソルダ粒子およびフラックスからなるソルダ材料を充填
するが、それはマスクを基板に近接させて配置する前、あるいはすでにマスクを
基板に近接させて配置した後のいずれとすることもできる。ソルダ粒子は、好ま
しくは大きいものとし、たとえば横幅（球形粒子の場合は直径）をセルの横幅の
少なくとも２０％とする。

【００３３】 加圧（またはコンタクト）プレートをマスクの反対側（基板と逆側）に配置し
、ソルダ材料をマスクのセル内に閉じ込める。

【００３４】 基板／マスク／加圧プレートからなるアッセンブリを加熱し、セル内のソルダ
材料をリフローする。リフローは、加圧プレートをマスクの物理的な上側に置き
、それを基板の物理的な上側に置いた状態で行ってもよい。しかしながら、好ま
しくは、基板／マスク／加圧プレートからなるアッセンブリを反転し、加圧プレ
ートがマスクの物理的な下側になり、それが基板の物理的な下側となる状態でリ
フローを実施する。リフローは、部分的に反転させた姿勢で実施してもよい。反
転させた、あるいは部分的に反転させた姿勢でリフローを実施する場合は、融解
したソルダを冷却してソルダ・ボールを形成する間、基板／マスク／加圧プレー
トからなるアッセンブリを反転させない状態に戻してもよい。

【００３５】 反転または部分的に反転させた状態でリフローを実施することによって、ソル
ダ材料から融解したフラックス材料が基板表面上に向かわずに、ソルダ・ボール
の下に向かう傾向が生じる。この特徴の利点として次の事項が挙げられる。 ・基板からフラックスをクリーニングする必要がないこと； ・結果として得られるソルダ・ボールが「あらかじめフラックス処理される 」こと；および、 ・結果として得られるソルダ・ボールに、より良好な（その後に行われる）
ソルダリングが得られる、クリーンで酸化物を含まない表面を有する傾向が生じ
ることである。

【００３６】 マスク内に捕獲したソルダ材料をリフローするためにヒータ・ステージを使用
してもよく、その場合、ヒータ・ステージを充分な、あるいは低めの温度まで予
熱することができる。いずれの場合においても、マスクのセル内に閉じこめられ
ているソルダ材料のリフローに充分な時間にわたって、基板／マスク／加圧プレ
ートからなるアッセンブリとヒータ・ステージを接触させた状態に維持する。そ
の後、ヒータ・ステージを基板／マスク／加圧プレートから離し、融解したソル
ダ材料を冷却してソルダ・ボールに凝固させる。このプロセスにおいてヒータ・
ステージから失われる熱はほとんどわずかであり、非常に短時間で別の基板のボ
ール・バンピングに使用する準備が整う。

【００３７】 赤外線ソースを使用し、マスクのセル内に捕獲したソルダ材料のリフローを行
ってもよい。その場合、加圧プレートとして、石英等の赤外線に対して実質的に
透明な材料を使用することが好ましい。

【００３８】 加熱は、基板自体を介して行わずにマスクに直接、あるいは加圧プレートを介
して行うことが好ましい。これは、基板に対する熱応力を最小にし、より予測可
能な熱伝達路を提供する。

【００３９】 ここに説明する方法によって形成されるソルダ・ボールの直径は、通常、その
形成が行われるセルの幅より小さく、マスクの厚さより大きくなる。

【００４０】 本発明のプロセスは、小さいソルダ・ボールを高い密度で得る能力を有し、し
かも大きいソルダ・ボールを低い密度で得るべく容易にスケーリングできる。プ
ロセスの進みは比較的迅速であり、設備投資も少なく、有害な化学物質を使用す
ることもない。

【００４１】 本発明は、高速、低コスト、かつ堅牢であり、設備投資集約的でない、中間密
度から高密度の範囲でソルダ・バンプのアレイを電子コンポーネント上に形成す
るための方法および装置を提供し、それには、０．５ｍｍのピッチおよび０．８
ｍｍのピッチでソルダ・ボールを形成する、１５０μｍエリア・アレイ、２００
μｍエリア・アレイ、および２５０μｍエリア・アレイが含まれる。

【００４２】 本発明のこのほかの目的、特徴および利点は、以下の説明から明らかになろう
。

【００４３】 添付の図面に例を示した本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する
。ただし図面は、例証を意図したものであり、限定を意図したものではない。本
発明は、これらの好ましい実施の形態に関して説明されているが、それが本発明
の真意ならびに範囲をこれらの特定の実施の形態に限定することを意図したもの
ではない点を理解すべきである。

【００４４】 選択された図面における特定の要素は、図示を明確化するため実尺で示されて
いないこともある。

【００４５】 複数図面を通じて、類似の要素を類似の参照番号を用いて参照していることも
少なくない。たとえば、ある図（または実施の形態）における要素１９９は、別
の図（または実施の形態）における要素２９９と多くの点で類似すると考えられ
る。これにより、異なる図もしくは実施の形態に類似の要素があれば、それらの
間のこの種の関係が、本明細書全体にわたって、つまり適用可能である限り特許
請求の範囲ないしは要約書も含めて明白にすることができる。

【００４６】 場合によっては、単一の図の中で類似の要素を類似の番号を用いて参照するこ
ともある。たとえば、複数の要素１９９を１９９ａ、１９９ｂ、１９９ｃとして
参照することがある。

【００４７】 これにおいて断面図を示す場合は、それが「スライス」あるいは「近視眼的」
断面図の形式を用い、図示を明確化するため、真の断面図であれば現れるはずの
特定の背景ラインを省略している。

【００４８】 本発明の好ましい実施の形態における構造、動作、および利点は、添付図面と
関連させた以下の説明の考察からさらに明らかなものとなろう。

【００４９】 発明の詳細な説明 図１は、基板１０２の表面上にソルダ・ボールを形成するための構成１００、
つまり、本発明にも参照を通じて包括的に取り入れている「親出願」の１９９７
年５月２７日出願の米国特許出願第０８／８６３，８００号に説明されている類
の構成を示している。

【００５０】 基板１０２は、そのトップ（図示の位置関係を指す）表面上に多数のパッド１
０４を有している。パッド１０４は、通常、アレイ形式で配列されており、所定
のピッチ（互いの中心間距離）を有している。基板１０２は、ヒータ・ステージ
１０６の上に載置される。

【００５１】 １１０は、マスク（ステンシル）である。マスク１１０は、モリブデン等の比
較的硬い材料からなる薄い平面シートであり、それぞれが、基板１０２上のソル
ダ・ボールを形成をしようとするパッド１０４のそれぞれに対応する複数の開口
（セル）１１２を有している。

【００５２】 マスク１１０は、セル１１２をパッド１０４にそろえて、基板１０２のトップ
（図示の位置関係を指す）表面上に載置される。マスク１１０のセル１１２には
、ソルダ材料１１４が充填される。これは、マスク１１０のトップ（図示の位置
関係を指す）表面上にソルダ材料を塗り付けた後、マスク１１０のセル１１２内
にソルダ材料１１４をスキージングするといった任意の適切な方法を用いて行う
ことができる。

【００５３】 代表的なソルダ・ペーストは、フラックスのマトリクス内に鉛／錫ソルダの粒
子を含有させて作られ、次に示す特性を有する：すなわち、８０％（重量比）を
固体材料（たとえば、鉛／錫ソルダの粒子）、および２０％（重量比）をフラッ
クス（揮発性フラックスを含む）とする。相対的な体積パーセンテージに関して
みれば、同じ代表的なソルダ・ペーストは、約５５％（体積比）の固体材料（金
属）および４５％（体積比）のフラックスからなる。詳細を後述するように、好
ましくは、通常のソルダ・ペーストに代えて「ソルダ材料」を用いる。

【００５４】 マスク１１０を基板のトップ表面上に載置する前に、マスク１１０のセル１１
２にソルダ材料を充填しておくことは本発明の範囲に含まれる方法であり、その
場合、ソルダ材料充填済みのセル１１２をパッド１０４の上に位置合わせするこ
とになる。

【００５５】 マスク１１０のトップ（図示の位置関係を指す）表面上には、加圧プレート１
２０が載置される。これはマスク１１０を基板１０２側に押圧し、さらに基板１
０２をヒータ・ステージ１０６側に押圧する。さらにこれによってセル１１２が
閉じられ、そのことから「捕獲セル」という用語が用いられている。

【００５６】 ヒータ・ステージ１０６は、セル１１２内のソルダ材料の融解（リフロー）を
得る充分な温度まで、通常は漸進的に加熱される。ソルダ材料が融解したとき、
個別のソルダ粒子が互いに溶け合い（合流）、表面張力によって球を形成しよう
とする（通常は、その結果形成される）。

【００５７】 ソルダ材料が再凝固するとき、概して球または半球の形状を呈する。その後マ
スク１１０を基板１０２から取り外す。

【００５８】 図１Ａは、ボール・バンピング完了後の、図１に示した基板１０２を拡大した
拡大図である。これを参照すると、ソルダ・ボール１３０が概して球形であり、
直径「Ｄ」および高さ「Ｈ」を有していることがわかる。

【００５９】 前述した「親出願」米国特許出願第０８／８６３，８００号には、温度を時間
の関数として基板加熱プログラム（プロファイル、レシピ）の例が示されている
。

【００６０】 構成１００の欠点は、ソルダ材料のリフローを行うとき、揮発性物質の「ガス
抜き」に対する準備がまったくないことである。

【００６１】 構成１００の別の欠点は、基板１０２を介して加熱されることである。

【００６２】 図１Ｂは、基板１５２（１０２と比較されたい）の表面上にソルダ・ボールを
形成するための別の構成１５０（１００と比較されたい）を示している。

【００６３】 基板１５２は、そのトップ（図示の位置関係を指す）表面上に多数のパッド１
５４（１０４と比較されたい）を有している。この場合の基板１５２は、ヒータ
・ステージ（１０６）ではなく、チャック（ベース）１５８のトップに載置され
る。

【００６４】 マスク（ステンシル）１６０（１１０と比較されたい）は、ソルダ材料１６４
（１１４と比較されたい）が充填されるセル１６２（１１２と比較されたい）を
有しており、基板１５２の表面上にパッド１５４とセル１６２がそろえて載置さ
れる。セル１６２に対する充填は、マスク１６０を基板１５２のトップに載置す
る前、またはその後のいずれであってもよい。

【００６５】 マスク１６０のトップ（図示の位置関係を指す）表面上には、加圧プレート１
７０（１２０と比較されたい）が載置される。これはマスク１６０を基板１５２
側に押圧し、さらに基板１５２をチャック・ベース１５８側に押圧する。これに
よって、セル１６２のトップも閉じられる。

【００６６】 ヒータ・ステージ１５６（１０６と比較されたい）は、加圧プレート１７０の
トップ（図示の位置関係を指す）表面上に配置される。ヒータ・ステージ１０６
は、セル１６２内のソルダ材料のリフローを得る充分な温度まで、通常は漸進的
に加熱される。マスク１６０を取り除くと、図１Ａに示したソルダ・ボール（１
３０）と同様なソルダ・ボールがパッド１５４上に現れる。

【００６７】 構成１５０の欠点は、ソルダ材料のリフローを行うとき、揮発性物質の「ガス
抜き」に対する準備がまったくないことである。しかしながら構成１００とは異
なり、構成１５０の場合は、基板１５２を介してではなく加圧プレート１７０を
介して加熱する。

【００６８】 図２Ａは、基板２０２の表面上にソルダ・ボールを形成するための別の構成２
００を示している。基板２０２は、トップ表面２０２ａおよびボトム表面２０２
ｂを有している。

【００６９】 この例においては、ＢＧＡ基板（ボード）とする基板（またはボード）の外側
表面上に対するソルダ・ボールの形成を、基板上のソルダ・ボール形成（ボール
・バンピング）の例としている。しかしながら、これが、半導体ウエーファ等の
別の基板に対するボール・バンピングについても適用可能性を有していることを
理解する必要がある。

【００７０】 代表的なＢＧＡ基板２０２は、その表面上に複数のコンタクト・パッド２０４
を有しており、それぞれは３５ミルの幅を有する。円形コンタクト・パッドの代
表的な場合では、各パッドの直径が３５ミルになる。これらのコンタクト・パッ
ド２０４は、互いの間隔が５０ミル（中心間距離）になっている。基板のパッド
表面２０２ａが、高分子等の絶縁材料２０６の薄い（たとえば２ミルの）層によ
って覆われていることも少なくなく、その場合には、パッド２０４の位置に合わ
せて（心合わせして）開口２０８が設けられている。絶縁材料２０６は、トップ
表面２０６ａを備えている。

【００７１】 絶縁材料２０６に備わる開口２０８は、通常、コンタクト・パッド２０４より
サイズ（面積）においてわずかに小さく、たとえば、各開口が有する幅は３０ミ
ルとなる。したがって、絶縁材料２０６がコンタクト・パッド２０４とオーバー
ラップする山およびパッド２０４の間となる谷が生じて、ＢＧＡ基板２０２のト
ップ表面２０２ａが極めて不整になることは疑いようがない。

【００７２】 ２１０は、マスク（ステンシル）である。マスク２１０は、モリブデン等の比
較的硬い材料からなる薄い（たとえば厚さ３０ミル）平面シートであり、それぞ
れが、基板２０２上のソルダ・ボールを形成しようとするパッド２０４のそれぞ
れに対応する複数の開口（セル）２１２を有している。セル２１２の代表的な横
寸法は、幅４０ミルとなる。

【００７３】 基板２０２上にソルダ・ボールを形成（ボール・バンピング）する最初のステ
ップは、ＢＧＡ基板２０２のトップ表面２０２ａ上に、セル２１２とパッド２０
４をそろえて、より詳しく言えば、絶縁材料２０６の層に備わる開口２０８にそ
ろえてマスク２１０を載置することである。図示したように、セル２１２のサイ
ズ（直径）および絶縁材料２０６の不整な表面２０６ａから、マスク２１０と絶
縁材料２０６の間にギャップ２１４が生じる。このギャップの一般的な寸法は、
１〜２ミルとなる。続く説明から明らかになろうが、このギャップ２１４が利点
および欠点を併せ持つ。

【００７４】 基板２０２上へのソルダ・ボール形成の次のステップにおいては、マスク２１
０に備わるセル２１２にソルダ材料２２０が充填され、図においてはそれが、各
種サイズの球として表されている。（図における中央のセル２１２は、ソルダ材
料２２０なしで示されているが、これは図示の簡略化を意図している。）これは
、マスク２１０のトップ表面上２１０ａにソルダ材料を塗り付けた後、マスク２
１０のセル２１２内にソルダ材料２２０をスキージングするといった任意の適切
な方法を用いて行うことができる。

【００７５】 マスク２１０をＢＧＡ基板２０２のトップ表面２０２ａ上に載置する前に、マ
スクのセルにソルダ材料を充填しておき、その後、（充填済みの）セル２１２を
パッド２０４にそろえてそれを載置することは本発明の範囲に含まれる方法であ
る。

【００７６】 基板２０２にボール・バンピングを行う場合の次のステップにおいては、ヒー
タ・ステージ（プラテン）２３０がマスク２１０のトップ表面２１０ａ上に載置
され、基板２０２、マスク２１０およびヒータ・ステージ２３０がクランプ（図
示せず）によって図示の姿勢、つまりヒータ・ステージ２３０がマスク２１０の
トップに置かれ、マスク２１０が基板２０２のトップに置かれた姿勢に固定され
る。

【００７７】 なお、加圧（コンタクト）プレート（図示せず、１７０と比較されたい）を、
ヒータ・ステージ２３０とマスク２１０の間、すなわちマスク２１０のトップ表
面２１０ａ上に載置することは、本発明の範囲に含まれている。

【００７８】 基板２０２上にソルダ・ボールを形成する場合の次のステップにおいては、ヒ
ータ・ステージ２３０が、セル２１２内のソルダ材料２２０が融解する充分な温
度まで、通常は漸進的に加熱される。ソルダ材料２２０が融解すると、個別のソ
ルダ粒子が互いに溶け合い（合流）、さらに表面張力によって球を形成しようと
する（通常は、その結果形成される）。

【００７９】 リフロー加熱の間、ソルダ材料内の小さいサイズのソルダ粒子が、ギャップ２
１４から外に「漏れる」可能性がある。これは望ましいことではない。その一方
でこのギャップ２１４は、揮発性物質の「ガス抜き」を可能にする。

【００８０】 ソルダ材料２０６のリフローの後は、ヒータ・ステージ２３０を直ちに取り外
してソルダの冷却を行うか、そのままの状態に維持してそれを冷却し、ソルダが
ソルダ・ボールとして再凝固するまで待つ。詳細は後述するが、ソルダ材料は、
熱を失うとき、セルより大きな直径のボールを形成しようとすることがしばしば
ある。この結果、（ｉ）結果として得られるソルダ・ボールとセルの側壁の間に
干渉を生じ、かつ（ｉｉ）ソルダ・ボールの変形を生じる。後者に関して言えば
、マスクを外した後の、結果として得られる変形されたソルダ・ボールが、より
球に近い形状を呈するように、そのリフローを行うことが知られている。

【００８１】 基板（２０２）上におけるソルダ・ボール（２４０）の形成は、図２Ａに示し
た姿勢、つまりマスク（２１４）が基板（２０２）のトップに載置され、さらに
ヒータ・ステージ（２３０）がマスク（２１４）のトップに載置される状態で好
適に実施される。

【００８２】 マスク／基板アッセンブリを反転して、または部分的に反転してリフロー加熱
を行う本発明の別の実施の形態については後述する。

【００８３】 以上説明した構成２００に内在する「副作用」は、ソルダ材料（１０６）内の
フラックス材料が液化し、基板２０２のトップ表面２０２ａ上あるいは、絶縁材
料の層２０６がある場合には絶縁材料の層２０６のトップ表面２０６ａ上にそれ
が流れ出すことである。ボール・バンピング済みのＢＧＡ基板（またはボール・
バンピング済みの半導体パッケージ・アッセンブリ）が相互接続基板にマウント
されるまで、数ヶ月間にわたって「棚置き」されることもあることから、パッド
（２０４）上にソルダ・ボールを形成した直後にフラックスのクリーニング（デ
フラックス）を行うべきであるとされている。さらに、ソルダ材料（２２０）に
内在していたフラックスも、ソルダ・ボールからのフラックスの流出（およびク
リーニング）のプロセスにおいて広く拡散（流出およびクリーニング）してしま
うことから、結果的に、相互接続基板への取り付けの前に再度フラックス処理す
る必要が生じる。通常、ソルダ材料のフラックス成分は、ソルダ材料の固体粒子
（ソルダ）成分の融点よりはるかに低い温度において粘性を失い、流れ始める。

【００８４】 図２Ｂは、基板２５２（２０２と比較されたい）の表面上、より具体的に述べ
れば、基板２５２のコンタクト・パッド２５４（２０４と比較されたい）上にソ
ルダ・ボールを形成するための別の従来構成２５０（２００と比較されたい）を
示している。基板２５２は、トップ表面２５２ａ（２０２ａと比較されたい）な
らびにボトム表面２５２ｂ（２０２ｂと比較されたい）、そのトップ表面２５２
ａ上に配置されたコンタクト・パッド２５４（２０４と比較されたい）、および
パッド２５４に位置合わせ（心合わせ）された開口２５８（２０８と比較された
い）を有する絶縁材料２５６（２０６と比較されたい）の薄い層を備えている。
絶縁材料２５６は、トップ表面２５６ａ（２０６ａと比較されたい）を有してい
る。

【００８５】 マスク２６０（２１０と比較されたい）は複数のセル２６２（２１２と比較さ
れたい）を備えている。この例におけるセル２６２の横寸法は、前の例より小さ
い（たとえば幅が２５ミルしかない）。横寸法が小さいことから、マスク２６０
と絶縁材料２５６の間にギャップ（２１４と比較されたい）が形成されず、基本
的にマスク２６０は、基板２５２に「シール」される。これは、小さいソルダ・
ボールおよびフラックスが基板２５２の表面に（ギャップを通って）「流れ出な
い」（欠陥または夾雑物によって基板の表面とマスクが離れる場合を除く）とい
う利点を有する。しかしながら、ギャップがないということは、揮発性物質が逃
げる（通気、「ガス抜き」）場所がないということにもなる。つまり、ソルダ材
料２７０の温度の上昇率が非常に決定的となる。より詳細に述べれば、ソルダ材
料を急に加熱すると、揮発性物質が「極端な」形でセル（２６２）から逃げよう
として、基板２５２からマスク２６０を持ち上げることも少なくない。これは望
ましいことではない。

【００８６】 前述の例における場合と同様に、基板２５２上へのソルダ・ボール形成の最初
のステップにおいては、マスク２６０がＢＧＡ基板２５２のトップ表面２５２ａ
に、セル２６２とパッド２５４をそろえて、より詳しく言えば、絶縁材料２５６
の層に備わる開口２５８にそろえて載置される。

【００８７】 前述の例における場合と同様に、基板２５２上へのソルダ・ボール形成の次の
ステップにおいては、マスク２６０に備わるセル２６２にソルダ材料２７０（２
２０と比較されたい）が充填され、図においてはそれが、各種サイズの球として
表されている。（図における中央のセル２６２は、ソルダ材料２２０なしで示さ
れているが、これは図示の簡略化を意図したものである。）

【００８８】 前述の例における場合と同様に、マスク２６０を基板のＢＧＡ基板２５２のト
ップ表面２５２ａ上に載置する前に、マスク２６０のセル２６２にソルダ材料を
充填しておき、その後、（充填済みの）セル２６２をパッド２５４にそろえてマ
スクを載置することは本発明の範囲に含まれる。

【００８９】 前述の例における場合と同様に、基板２５２上へのソルダ・ボール形成の次の
ステップにおいては、ヒータ・ステージ（プラテン）２８０（２３０と比較され
たい）がマスク２６０のトップ表面２６０ａ上に載置され、基板２５２、マスク
２６０およびヒータ・ステージ２８０がクランプ（図示せず）によって図示の姿
勢、つまりヒータ・ステージ２８０がマスク２６０のトップに置かれ、マスク２
６０が基板２５２のトップに置かれた姿勢に固定される。

【００９０】 なお、加圧（コンタクト）プレート（図示せず、１７０と比較されたい）を、
ヒータ・ステージ２８０とマスク２６０の間、すなわちマスク２６０のトップ表
面２６０ａ上に載置することは、本発明の範囲に含まれている。

【００９１】 前述の例における場合と同様に、基板２５２上へのソルダ・ボール形成の次の
ステップにおいては、ヒータ・ステージ２８０が、セル２６２内のソルダ材料２
７０が融解する充分な温度まで（前述同様に漸進的に）加熱される。ソルダ材料
２７０が融解すると、個別のソルダ粒子が互いに溶け合い（合流）、表面張力に
よって球を形成しようとする（通常は、その結果形成される）。

【００９２】 前述の例における場合と同様に、ソルダ材料２７０のリフローの後は、ヒータ
・ステージ２８０を直ちに取り外してソルダの冷却を行うか、そのままの状態に
維持してそれを冷却し、ソルダがソルダ・ボールとして再凝固するまで待つ。

【００９３】 詳細は後述するが、ソルダ材料は、熱を失うとき、セルより大きな直径のボー
ルを形成しようとすることがしばしばある。この結果、（ｉ）結果として得られ
るソルダ・ボールとセルの側壁の間に干渉を生じ、かつ（ｉｉ）ソルダ・ボール
の変形を生じる。後者に関して言えば、マスクを外した後の、結果として得られ
る変形されたソルダ・ボールが、より球に近い形状を呈するように、そのリフロ
ーを行うことが知られている。

【００９４】 前述の例における場合と同様に、基板（２５２）上におけるソルダ・ボールの
形成は、通常、図２Ｂに示した姿勢、つまりマスク（２６０）が基板（２５２）
のトップに載置され、さらにヒータ・ステージ（２８０）がマスク（２６０）の
トップに載置される状態で実施される。

【００９５】 マスク／基板アッセンブリを反転して、または部分的に反転してリフロー加熱
を行う本発明の別の実施の形態については後述する。

【００９６】 図２Ａおよび図２Ｂに示した構成２００および２５０の利点は、マスクおよび
マスクのセル内に収められるソルダ材料が、図１に示した構成１００とは異なり
、基本的に、基板を通してではなく直接加熱されることである。また図２Ａに示
した構成においては、ギャップ２１４がガス抜きを可能とするため、リフロー時
間を短くすることができる。

【００９７】 図３Ａは、基板３０２（１０２、２０２、２５２と比較されたい）上、より具
体的に述べれば、基板３０２のコンタクト・パッド３０４（１０４、２０４、２
５４と比較されたい）上にボール・バンピングする構成３００（１００、２００
、２５０と比較されたい）を示している。ただし、基板３０２を半導体ウエーフ
ァあるいはＢＧＡボードを含む任意の電子基板とすることは、本発明の範囲に含
まれる。基板３０２は、トップ表面３０２ａ（１０２ａ、２０２ａ、２５２ａと
比較されたい）およびボトム表面３０２ｂ（１０２ｂ、２０２ｂ、２５２ｂと比
較されたい）を有している。基板３０２のトップ表面３０２ａ上には、複数のコ
ンタクト・パッド３０４（１０４、２０４、２５４と比較されたい）が配置され
ており、高分子等の絶縁材料の薄い層３０６（２０６、２５６と比較されたい）
（基板３０２が半導体ウエーファの場合には、パシベーション層）によって覆わ
れているが、それには、パッド３０４の位置に合わせて（心合わせして）開口３
０８（１０８、２０８、２５８と比較されたい）が設けられる。絶縁材料１０６
は、トップ表面３０６ａ（１０６ａ、２０６ａ、２５６ａと比較されたい）を備
えている。絶縁材料３０６がパッド３０４とオーバーラップする部分には山が、
パッド３０４の間には谷が生じて、基板３０２のトップ表面３０２ａは、不整な
表面状態を呈する。

【００９８】 好ましくはモリブデン等の比較的硬い材料からなる薄い平面シートとするマス
ク（ステンシル）３１０（１１０、２１０、２６０と比較されたい）には、それ
ぞれが、基板３０２上のソルダ・ボールを形成しようとするパッド３０４のそれ
ぞれに対応し、それに位置合わせされる複数のセル３１２（１１２、１６２、２
１２、２６２と比較されたい）が備わっている。マスク３１０に備わるセル３１
２は、図３Ｂにおけるセル３１２ｂのアレイによって示されるように丸く（円形
）してもよい。しかしながら、好ましくはセルを丸く（円形に）しない。たとえ
ば、図３Ｃにおけるセル３１２ｃのアレイによって示されるように、セル３１２
ｃを方形にすることができる。この場合、隣接セル３１２ｃの周縁との間の間隔
（言い換えると隣接するセル３１２ｃ間のマスクの「ウェブ」のサイズ）が、た
とえば１０ミルと与えられるとき、各個別のセル３１２ｃの面積をより大きくす
ることが可能であり、その結果、マスクの厚さが同じであれば、円形のセル（３
１２ｂ）より大きな体積を持たせることができる。それに代えて、図３Ｄにおけ
るセル３１２ｄのアレイによって示されるように、セル３１２ｄを台形として、
その向きを交番させて配列することもできる。この場合も方形セルの例（図３Ｃ
を参照されたい）と同様に、隣接セル３１２ｄの周縁との間の間隔（言い換える
と隣接するセル３１２ｄ間のマスクの「ウェブ」のサイズ）が、たとえば１０ミ
ルと与えられるとき、各個別のセル３１２ｄの面積をより大きくすることが可能
であり、その結果、マスクの厚さが同じであれば、円形のセル（３１２ｃ）より
大きな体積を持たせることができる。このほかのすべての点において等しければ
、台形セル（３１２ｄ）の体積は方形セル（３１２ｃ）のそれより大きくするこ
とが可能であり、一方後者は、円形セル（３１２ａ）より体積を大きくすること
ができる。基板表面上にソルダ・ボールを形成するための、マスク（たとえば３
１０）に設けられた円形でないセル（たとえば３１２ｃおよび３１２ｄ）は、本
発明の範囲内に含まれると見なされる。ただしここで、図３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄ
が図３Ａと同一縮尺を用いて表されていないことに注意する必要がある。

【００９９】 図３Ａを再度参照すると、基板３０２上にソルダ・ボールを形成する最初のス
テップにおいては、基板３０２のトップ表面３０２ａ上に、セル３１２（好まし
くはセル３０２ｃまたは３０２ｄとする）とパッド３０４をそろえてマスク３１
０が載置される。絶縁材料３０６の不整な表面３０６ａから、マスク３１０と絶
縁材料３０６の間にギャップ３１４（１１４と比較されたい）が生じることは明
らかである。これらのギャップ３１４は、揮発性物質の通気（ガス抜き）を可能
にするという有利な目的をもたらし得る。

【０１００】 マスク３１０は、向かい合わせて基板３０２と接触させる、あるいはそれとの
間にわずかな間隙を設けるといった任意の適切な方法を用いて保持する。

【０１０１】 続いて、セル３１２にソルダ材料３２０を充填する。（図における中央のセル
３１２は、ソルダ材料３２０なしで示されているが、これは図示の簡略化を意図
している。）

【０１０２】 マスク３１０のソルダ材料３２０に対するソルダ材料の充填が、マスクと基板
３０２が向かい合わせに接触しているとき、あるいは「オフライン」（マスクと
基板が向かい合わせに接触される前、またはほぼ接触しているとき）のいずれに
おいて行われるとしても、それは本発明の範囲に含まれる。

【０１０３】 プロセスのこの時点から、本発明の構成は、前述の構成（１００、２００、２
５０）と大きく異なってくる。

【０１０４】 図３Ｅは、プロセスの次のステップを示しており、それにおいては、マスク３
１０および基板３０２からなるアッセンブリが、マスク３１０のセル３１２にソ
ルダ材料３２０が充填された状態で反転され、図示のように、基板３０２がマス
ク３１０の物理的な上側になる。この「上下反転」姿勢において、ソルダ粒子お
よび（室温において）比較的粘稠なフラックス材料を組み合わせたソルダ材料３
２０が「粘着性がある」ことから、それがマスク３１０のセル３１２から落ちる
ことはない。ソルダ材料３２０が有する全体的な粘稠度は、練り歯磨きと同程度
である。ここで、この図（図３Ｅ）においては、中央のセル３１２がソルダ材料
３２０を充填した状態で示されていることに注意されたい。

【０１０５】 上記に代えて、本発明の他の実施の形態について説明したように、加圧（また
は「コンタクト」）プレートをマスクに対向させて配置することも本発明の範囲
に含まれる。

【０１０６】 前述したように、マスク３１０および基板３０２からなるアッセンブリを、マ
スク３１０のセル３１２にソルダ材料３２０を充填した状態で反転し、ヒータ・
ステージ３３０（１３０、２３０と比較されたい）と接触させるが、ソルダ材料
３２０内の固体粒子の融点より高い温度までそれを予熱しておくか、その時点か
ら加熱を開始する。

【０１０７】 一般にソルダ材料のリフローは、急激に行うより徐々に行うほうが好ましい。
たとえば、融点の手前まで温度を上昇させることにより、リフローが起きる前の
「調和」が可能になる。なお、任意の適切な加熱プロファイルが使用し得ること
は本発明の範囲に含まれる。 たとえば、「６３／３７」鉛／錫ソルダの融点は、約１８３℃（摂氏）である
。その場合、ヒータ・ステージ３３０をソルダ材料の調和のための温度１４０℃
〜１５０℃まで予熱し、続いて少なくとも２１５℃まで、好ましくはソルダ材料
内の固体粒子の融点より２０℃〜４０℃高い温度まで加熱する（つまり、前述の
６３／３７ソルダ材料のリフローに関して、ヒータ・ステージ３３０を約２２０
℃〜２２５℃まで加熱する）。

【０１０８】 マスク３１０のセル３１２にソルダ材料３２０を充填した状態で上下を反転さ
せたマスク３１０および基板３０２からなるアッセンブリは、ソルダ材料３２０
内の固体粒子が融解する充分な時間であり、好ましくは長すぎない時間「ｔ」に
わたってヒータ・ステージ３３０と接触される。全体的な系のダイナミクスを考
えて、この時間「ｔ」は、好ましくは経験に基づいて決定する。しかしながら、
ヒータ・ステージ３３０がすでに予熱されていることから、またソルダ材料３２
０ならびにマスク３１０が極めて良好な熱導体であることから、本発明の構成の
実験的な試行に基づくと、本発明のもっとも期待されるマイクロエレクトロニッ
ク応用に関して、５〜２０秒の時間「ｔ」が、ソルダ材料３２０の融解に充分な
時間と考えられる。しかし、ヒートシンク、たとえば厚い銅製ヒートシンクを有
するボード（基板）の場合は、基板上にソルダ・ボールを形成するために必要な
時間「ｔ」が２０秒を超え、たとえば３０秒という値になることもある。

【０１０９】 図３Ｆは、このプロセスの次のステップを示しており、それにおいては、ソル
ダ材料３２０が融解した後、ヒータ・ステージ３３０を外し、マスク３１０およ
び基板３０２からなる上下を反転させたアッセンブリから離す。これは、マスク
３１０および基板３０２からなる上下を反転させたアッセンブリを持ち上げるこ
とによって行ってもよく、またヒータ・ステージ３３０を下方に降下させてもよ
い。これによりソルダ材料３２０内の融解したソルダ粒子の冷却が開始され、１
つの塊として結びつき、通常は概略で球の形状になる。

【０１１０】 図３Ｇおよび３Ｈは、以上説明した本発明の手法によって形成されるソルダ・
ボール３４０を示している。図３Ｇにおいては、まだマスク３１０が定位置にあ
る。図３Ｈにおいては、マスクが取り除かれ、ボール・バンピングされた基板が
再度上下反転され、元の姿勢に戻されている。

【０１１１】 図３Ｇには、結果として得られるソルダ・ボールがそれぞれのセル内の中心に
完全に心合わせされる「理想的な」状態を示したが、現実にはこれほどの完全性
は得難い。図３Ｉに略図で示すように、円形セル３４４（３１２ｂと比較された
い）内においてわずかに偏心したソルダ・ボール３４２は、弓形のエリアでセル
の側壁との接触を見せる。これに対し、図３Ｊの略図に示すように、方形セル３
４８（３１２ｃと比較されたい）内においてわずかに偏心したソルダ・ボール３
４６は、セルの側壁とほとんどわずか（たとえば点において）しか接触しない。
多数のソルダ・ボールのマスク開口（セル）との位置ずれおよびマスクとの接触
がもたらす累積効果は、続いて行われる基板からのマスクの分離に好ましくない
悪影響を及ぼすことがある。

【０１１２】 本発明のこの「反転」に関する実施の形態の利点は、重力の影響により（つま
り地球が物体を地球中心に向かって引く力により）ソルダ材料３２０内の、それ
とともに液化したフラックス材料が、基板３０２の表面に上ることなく、固体の
塊の表面を流れて下に落ちることである。これは、液化したフラックスが基板（
１０２、２０２、２５２）上に流れて落ちる傾向が観察される前述の実施の形態
との際立った対照を示す。これが有する重要かつ有益な結果としては、次のよう
なものが挙げられる。 ・基板（ボード）３０２をクリーニングする必要がないこと； ・結果として得られるソルダ・ボール３４０が「あらかじめフラックス処理 される」こと；および、 ・結果として得られるソルダ・ボール３４０がクリーンで酸化物を含まない
表面を有し、より良好な（その後に行われる）ソルダリングが得られることであ
る。

【０１１３】 結果として得られるソルダ・ボール３４０が有する別の利点は、マスク３１０
の厚さより大きい高さ（直径）を有することである。一般に、本発明の構成を使
用すれば、概略で１：１のアスペクト比（高さ：幅）を有する大きなソルダ・ボ
ール３４０を基板のパッド上に容易に形成することができる。結果的に、融解し
たソルダ・ボールは、マスクと基板の間の直接的な接触を必要とすることなく、
それ自体で基板と結合する。また、ソルダが融解している間にマスクを取り外す
ことが可能であり、それによって、マスクと基板の分離が極めて容易になる。

【０１１４】 図４は、基板をボール・バンピングするための「バンピング」装置４００の主
要コンポーネントを示しており、上記の方法をはじめ、別の技術のいずれにも適
合している。装置４００は、安定したプラットフォーム４０２を備える。

【０１１５】 装置４００は、プラットフォーム４０２上に置かれる、基板４０６を保持する
ためのチャック４０４を包含する。（ただし基板４０６は、装置４００のコンポ
ーネントではない。）

【０１１６】 装置４００は、マスク（図示せず）を保持するためのマスク・ホルダ４０８を
包含し、それが連結方式を用いてプラットフォーム４０２にマウントされており
、１つのポジションから別のポジションに移動することができる。

【０１１７】 装置４００は、加圧プレート４１０（１２０と比較されたい）を保持するため
の、単純な枠組み等の加圧プレート・ホルダを包含し、好ましくはそれが連結方
式を用いてプラットフォーム４０２にマウントされており、１つのポジションか
ら別のポジションに移動することができるものとする。使用においては、マスク
内のソルダ材料にリフローを行う間、加圧プレートを、基板と反対側のマスク表
面に密着させて保持することが好ましい。

【０１１８】 マスク内のソルダ材料をリフローするためにヒート・ソース４１２が備わって
おり、好ましくはそれが、連結方式を用いてプラットフォーム４０２にマウント
され、１つのポジションから別のポジションに移動することができるものとする
。ヒート・ソース４１２は、ヒータ・ステージあるいは、米国ミズーリ州セント
ルイスにあるＷａｔｌｏｗ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｆｇ． Ｃｏ．（ワットロー
・エレクトリック・マニュファクチュアリング・カンパニー）の製品等の放射性
の（たとえば赤外線）ヒート・パネルとすることができる。

【０１１９】 プリント・ステーション４１４は、平坦な濡れない表面とし、前述したように
ウエーファから外れてマスクのセル内にソルダ材料を充填するためのオプション
として備えられる。

【０１２０】 本発明ともっとも近い分野に係る当業者であれば、ここに示した説明に照らし
て、いかにすればここに説明している各種技術を実施するための装置４００をイ
ンプリメントできるかを理解されるであろう。

【０１２１】 反転リフロー、反転冷却 図４Ａおよび４Ｂは、基板のボール・バンピングを行うための構成４２０を図
示している。この構成においては、加圧プレートが、図示のように装置・プラッ
トフォームの上に置かれたヒート・ソースの上方に加圧プレートが位置する。マ
スクは基板の上に置かれ、基板は、装置・プラットフォーム上の別の位置にある
チャックの上に置かれる。マスクを基板上に載置した状態で、マスクのセルにソ
ルダ材料を充填する。次に、チャック／ウエーファ／マスクからなるアッセンブ
リを裏返して上下を反転させ、加圧プレート上に載置する。続いてヒート・ソー
スをオンにし、マスク内のソルダ材料を融解する。その後、ヒート・ソースをオ
フにしてソルダ材料を冷却し、ソルダ・ボールに合体させる。最後に、マスクを
基板から分離し、基板をチャックから外す。

【０１２２】 この実施の形態をはじめ、ここで説明している他の特定の実施の形態において
、マスク内のソルダ材料を融解させるためには、熱が加圧プレートを透過しなけ
ればならないことに注意する必要がある。赤外線タイプのヒート・ソースを使用
する場合であれば、石英の加圧プレートを使用することができる。それ以外の場
合は、モリブデン、ステンレス鋼、その他類似の材料からなる加圧プレートを使
用することができる。

【０１２３】 たとえばマスクをプリント・ステーション（前述の４１４）表面に載置するこ
とにより、あるいは加圧プレートをプリント・ステーションとして使用すること
により（その場合、ヒート・ソースが「オン」になっていないものとする）あら
かじめマスクのセルにソルダ材料を充填しておくことは、本発明の範囲に含まれ
るものとする。

【０１２４】 ヒート・ソースが平坦な表面を有し、追加のコンポーネントを必要とすること
なく、それを加圧プレートとして機能させ得ることは本発明の範囲に含まれるも
のとする。

【０１２５】 反転リフロー、非反転冷却 図４Ｃは、基板のボール・バンピングを行うための構成４４０を図示している
。この構成は、反転させた基板のソルダ材料を融解させるポイントまで、図４Ｂ
を参照して前述した構成４２０と同じ態様に従って進められる。次に、この状態
でソルダ材料の冷却を行わずに、チャック／ウエーファ／マスクからなるアッセ
ンブリをヒート・ソースから離し、ウエーファの「正規の面が上」（反転されて
いない状態）になるように置き、ソルダ材料を冷却する。最後に、マスクを基板
から分離し、基板をチャックから外す。

【０１２６】 チャック／ウエーファ／マスクからなるアッセンブリの姿勢を変更するとき、
ヒート・ソースがそれに「追随」することも本発明の範囲に含まれ、その場合は
、ヒート・ソースのスイッチを「オフ」にしてソルダ材料の冷却を可能にする。

【０１２７】 部分的反転リフローおよび冷却 構成３００に関して前述したとおり、反転ポジションにおいてソルダ材料をリ
フローすることの利点は、構成４２０および４４０によって示されるように、マ
スクと基板の間のギャップ（たとえば３１４）を介してガス抜きが可能になるこ
とであり、それによって比較的短時間のソルダ材料の加熱（融解）が得られるこ
とである。しかしながら、反転姿勢でのリフロー時にソルダ材料と基板の間の界
面に酸化物が閉じこめられる可能性を完全には否定できない。

【０１２８】 図４Ｄおよび４Ｅは、基板のボール・バンピングを行うための別の構成４６０
を図示している。この構成においては、基板を反転（１８０°から０°へ）して
ソルダ材料のリフローを行うのではなく、基板を９０°（直立）と０°（反転）
の間の角度を持った姿勢、たとえば図示のように、反転姿勢から４５°だけ起こ
した姿勢にする。（−４５°のような反転姿勢を超えて基板の向きを回転させる
こともこれに含まれる。）これに示されるように、基板は、正面（パッド）が上
を向く姿勢から１３５°回転されて部分的な形で正面が下を向く。

【０１２９】 図４Ｅを参照するともっともよくわかるが、マスク４６２（３１０と比較され
たい）は、一方の表面からその反対側の表面まで貫通する、ソルダ材料４６６が
充填された開口（セル）４６４（３１２と比較されたい）を有しており、その一
方の表面を、パッド４７０が備えられる基板４６８の表面に対向させて配置され
ている。マスク４６２のその反対側の表面には、加圧プレート４７２が密着する
形で配置されている。なお、中央のセル４６４にはソルダ材料４６６が示されて
いないが、これは、ギャップ４７４（３１４と比較されたい）が明確に見えるよ
うにした図示の簡略化である。基板４６８、マスク４６２および加圧プレート４
７２からなるアッセンブリは、図示の姿勢に設定されており、これを参照すると
ギャップ４７４がセルのもっとも高いポイントに位置していることがわかる。こ
れは、リフロー間の揮発性物質のガス抜きを促進する。なお、図示の簡略化から
図４Ｅにおいてはチャックおよびヒート・ソースを省略している。

【０１３０】 この手法は、ソルダを充填したマスクを基板に固定し、加圧プレートを載置し
てアッセンブリにするポイントまで、上記の構成４２０ならびに４４０と同じ態
様に従って進められる。続いてこのアッセンブリは、各セルのコーナが、そのセ
ルにおけるもっとも高いポイントとなるように（ギャップ４７４におけるコーナ
に注目されたい）、完全な反転姿勢ではなく図示の姿勢まで回転される。リフロ
ーは、このポジションにおいてヒート・ソース（図示せず）を使用することによ
って行われる。最後に、マスクが基板から分離され、基板がチャックから外され
る。

【０１３１】 部分的に反転した姿勢のままソルダ材料の冷却を行わずに、チャック／ウエー
ファ／マスクからなるアッセンブリをヒート・ソースから離し、ウエーファの「
正規の面が上」（反転していない姿勢、１８０°）になるように姿勢を変えてソ
ルダ材料を冷却することも本発明の範囲に含まれる。

【０１３２】 また、チャック／ウエーファ／マスクからなるアッセンブリの姿勢を変えると
き、ヒート・ソースがそれに「追随」することも本発明の範囲に含まれ、その場
合は、ヒート・ソースのスイッチを「オフ」にしてソルダ材料の冷却を可能にす
る。

【０１３３】 コンポジット・マスクおよび加圧プレート マスクのセル内にソルダ材料を捕獲するために加圧プレートを使用する利点に
ついてはすでに述べてきた。一般に、加圧プレートをマスクに密着させて漏れを
生じるギャップを作らないことが好ましく、反転もしくは部分的に反転させてリ
フローを行うときには特にそれが望まれる。

【０１３４】 本発明の１つの側面によれば、マスクおよび加圧（コンタクト）プレートの機
能をともに提供するコンポジット・マスクが一体化ユニットとして形成され、そ
れらの間の完全な漏れの排除が保証されている。

【０１３５】 図５Ａは、本発明に従ったコンポジット・マスク５００の実施の形態を示して
いる。コンポジット・マスク５００は、硬い平板構造であり、２つの部分、すな
わち前述のマスク１１０（一例）に相当するマスク部分５１０および、前述の加
圧プレート１２０相当する加圧プレート部分５２０からなる。複数のセル５１２
（１１２と比較されたい）がコンポジット・マスク５００の一方の表面からマス
ク部分５１０の中を通り、加圧プレート部分５２０まで延びている。これらの「
めくら穴」タイプの開口５１２には、前述の方法に従ってソルダ材料５１４（１
１４と比較されたい）が充填される。

【０１３６】 コンポジット・マスク５００は、好ましくはモリブデン等のシート・メタルか
ら成形し、エッチングにより、表面から内側に延びる（ただしシートを貫通しな
い）セル５１２を備える。それに代えてコンポジット・マスク５００を、加圧プ
レート部分５２０を構成するシート・メタルから構成し、その表面をマスクして
パターンを作り、めっきにより（セル５１２を伴う）マスク部分５１０を形成し
てもよい。

【０１３７】 それとは別に、分離成形したマスクを分離成形した加圧プレートに溶接あるい
は密着接合（接着を含む）することによって、コンポジット・タイプのマスクを
形成することもできる。

【０１３８】 ギャップのブリッジング コンポジット・マスクの使用に限定する意図ではないが、図５Ａおよび５Ｂを
参照すると、本発明の興味深い特徴／機能の１つが示されている。コンポジット
・マスク５００は、反転した姿勢、たとえば図３Ａの基板３０２に対して反転し
た姿勢に置かれた基板の下側に配置される形で示されている（併せて図３Ｅも参
照されたい）。ここで、基板３０２には、コンポジット・マスク５００と実際に
接する部分がまったくなく、むしろ基板およびマスクのそれぞれの対向する面の
間にわずかなギャップ５２４があることに注意されたい。

【０１３９】 図５Ｂを参照すると非常によくわかるが、ソルダ材料５１４がリフローされて
ボールを形成するとき、ボールの直径（高さ）がマスクの厚さより大きくなり（
図示の場合、コンポジット・マスク５００のマスク部分５１０の厚さより大きく
なり）、その結果、マスクの外に突出してギャップ５２４を「ブリッジ」し、基
板３０２上のパッド３０４を濡らす。これは、ソルダ・ボールが液相にあるとき
生じ、そのポイントにおいて、マスクを基板から容易に分離することが可能にな
り、その後ソルダ・ボールを冷却する（凝固させる）ことができる。

【０１４０】 スタック・マスク 図５Ｃは、複数のセル５５４（１１２と比較されたい）を有する第１のマスク
、つまり「リフトオフ」マスク５５２（１１０と比較されたい）および、複数の
セル５５８を有する第２のマスク、つまり「体積コントロール」マスク５５６か
らなるマスク・スタック５５０を示している。たとえば、マスク５５２の厚さを
４ミルとし、マスク５５６の厚さを３ミルとする。セル５５８には、図示のよう
にテーパーが施されており、減少型のホール体積コントロールが提供される。図
は、パッド５６２を備えた基板５６０および加圧プレート５６４とともに示した
、基板のボール・バンピングに使用されるときのマスク・スタック５５０の姿勢
である。

【０１４１】 マスク・スタック５００は、特に背の高い（高いアスペクト比の）ソルダ・ボ
ール（コラム）を基板上に形成することが望ましい応用において、マスク内に形
成し得るホールのアスペクト比における本質的な制限を克服する上で有利である
。ソルダ・ボールの形成後は、２つ（もしくはそれ以上）のマスクを１つずつ取
り外し、剥離応力を抑える。

【０１４２】 以上、図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃを参照し、コンポジット・マスク、バンピング
する基板との間に間隙を有するマスク、およびマスク・スタックを含め、各種の
マスクの「変形例」を説明した。このほかのマスクの変形についても、本発明に
もっとも近い分野に係る当業者であれば、ここに示した教示に照らして考え得る
であろう。

【０１４３】 マスクのマウント技術 図６Ａおよび図６Ｂは、これまでの（従来技術の）マスクのセットアップ６０
０を示した、それぞれ上面図および横断面図である。概して矩形の（通常はモリ
ブデン等の金属）マスク６０２には、前述のようにソルダ材料をスクリーニング
するための複数の開口６０６が備えられ、それがフレーム（またはマスク・マウ
ント）６０４内に収められて、少なくとも２つの対向するエッジ、場合によって
は４つのエッジ６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ、６０２ｄがすべてマスク・マウ
ント（またはフレーム）６０４に固着（固定）されている。図６Ｂは冷状態（加
熱されていない状態）のマスク６０２を示しており、フレーム６０４の両サイド
の間に引き張られて固定されている。マスク６０２に対する熱の印加があると、
それが膨張し、本質的にその逃げが得られないため、図６Ｃの横断面図に示した
ように曲りあるいは反りを生じる。この種の（たとえばＺ軸における）反りは、
１軸のみにおいてパッド間距離を短くする。

【０１４４】 基板へのマスクの取り付け 図７Ａおよび図７Ｂは、本発明におけるマスクのセットアップ７００を示した
、それぞれ上面図および横断面図である。概略で矩形のマスク７０２は、エッジ
の１つ７０２ａがアレン・キャップ・ボルト（図示せず）等によってマスク・マ
ウント７０４に固定されている。他方の、マスクのそれと反対側のエッジ７０２
ｃは、プリンタ・フレーム・ホルダ７０８内に収められており、それによって加
熱サイクルの間、曲りを生じることなくマスクが膨張することができる（膨張に
起因するＹ軸方向の動きが許容される）。エッジ７０２ｂおよび７０２ｄはクラ
ンプされない。

【０１４５】 しかし、好ましくはマスク７０２のＸ方向ならびにＹ方向の自由な動きを同時
に許容すべきではなく、それを許せば大きなねじれおよび位置合わせ誤差を生じ
ることになる。プリンタ・フレーム・ホルダ７０８には、「ダイヤモンド・ポイ
ント」形状のピン７１０および７１２がマウントされており、それぞれは、マス
ク内にカットまたはエッチングされた対応する細長いスロット７２０または７２
２を貫通して延び、１つの方向（Ｙ方向）のみにおいてマスクの膨張を許容する
。

【０１４６】 マスク７０２の底面には、複数の細長いレール・ピン７３０が備わっており、
フラッシュ・マウント（埋め込みヘッド）ねじ７３２等の適切な手段によってそ
こに保持されている。ピン７３０は、マスクの面に対して「垂直」方向に延び、
概して円筒状であり、直径が小さくなった段付きの部分を有し、それが以下に述
べるように、ワーク・ジグの対応するエレメントによるピン７３０の「捕獲」を
可能にする。細長いピン７３０は、基板７３４の表面にソルダ材料（図示せず）
を付着させるためのホール７０６のパターンが形成されたエリアの外に配置され
る。

【０１４７】 マスク７０２および基板７３４は、ボール・バンピングを行うために、次に一
例を説明するように「組み立てる」ことができる。基板は、「レール」７３６を
有するワーク・ジグに保持される。好ましくは、Ｘ軸方向に互いに離隔され、と
もにＹ軸と平行に走る２本のレール７３６を備える。レール７３６は、ピン７３
０（仮想線を用いて示す）を受けるホール７３８を有する。レールの一部または
レールに結合された別体のエレメント７４０は可動であり、スロット７４２を有
し、さらに細長いピン７３０の遠端を捕獲するためのカム表面（たとえばテーパ
ー付きのランド面）を含み、それによりレールとピンの間のほぞ（ピン）および
ほぞ穴（レール内のスロット）によるほぞ穴−ほぞタイプの結合が構成される。

【０１４８】 使用においては、マスク７０２を、マスクのホール７０６を基板７３４上のパ
ッドに位置合わせしてワーク・ジグにかぶせ、エレメント７４０にピン７３０を
捕まえさせて、マスクとコンポーネントを組み立てる。ホール７０６にはソルダ
材料を充填し、マスクおよび基板（コンポーネント）からなるアッセンブリを前
述した方法に従って裏返してヒータ・ステージに対向させ、ヒータ・ステージを
マスクに接触させてソルダ材料をリフローした後、ヒータ・ステージを下げ、融
解したソルダ材料を冷却し、コンポーネント上にソルダ・ボールを形成する。

【０１４９】 マスク７０２のボトムに沿って走るレール７３６は、ソルダをリフローする加
熱プロセスの間、マスクを平坦に維持することを補助する。レール７３６は、好
適には少なくとも２つのユニットとし、マスクと接触する部材には、好ましくは
Ｍａｙｃｏｒ（メイコー：商標）セラミック等の熱伝導率の低い（たとえば１２
ＢＴＵ／時／平方フィート）材料を選択する。好ましくは、ピン７３０をマスク
にマウントするねじ７３２についても、Ｍａｙｃｏｒ（メイコー：商標）セラミ
ック等の熱伝導率の低い（たとえば１２ＢＴＵ／時／平方フィート）材料を使用
する。

【０１５０】 図８Ａに、マスク８０２（１１０、７０２と比較されたい）および基板８０４
（１０２、７３４と比較されたい）からなる「アッセンブリ」８００の別の実施
の形態を示す。基板８０４は、装置・プラットフォーム８１０上にあるワーク・
ジグ（ステージ、チャック）８０６に支持されている。ワーク・ジグ８０６から
は、上方に向かって（マスクに向かって）バキューム・ペデスタル８１２および
８１４が延びている。図示したマスク８０２は、マスク・マウント８１６（７０
４と比較されたい）によってそのエッジの１つが固定されている。マスク８０２
を基板８０４上にかぶせるとき、バキューム・ペデスタル８１２および８１４を
介して負圧が印加され、基板８０４に対してマスク８０２を密着させて保持する
。

【０１５１】 図８Ｂは、マスク８０２および基板８０４からなる「アッセンブリ」（８００
）に加圧プレート８２０（４１０と比較されたい）を適用する方法を示す。アッ
センブリ８００は反転されて、加圧プレート８２０上に置かれる。加圧プレート
は、単純に、装置・プラットフォーム８１０から上に向かって（加圧プレートに
向かって）延びるペデスタル８２２によって保持されるステンレス鋼板とするこ
とができる。加圧プレートの下側には、ヒータ・ステージ８２４（４１２と比較
されたい）が配置される。望ましい場合には、マグネット、バキューム・チャッ
ク等を使用し、加圧プレート８２０をマスク８０２に密着させてアッセンブリ８
００に固定してもよい。

【０１５２】 マスクと基板を保持し、さらに加圧プレートとマスクを保持するために何らか
の器械等（カム表面、バキューム・チャック、マグネット、電磁石）の任意の組
み合わせを有利に使用し得ることは本発明の範囲に含まれている。

【０１５３】 バイアス付きチャック 前述したように、マスクは、バンピングを行う基板と実質的に向かい合わせて
置かれる。マスクおよび基板からなるアッセンブリが移動される（姿勢変更され
る）とき、たとえば、反転ないしは部分的な反転が行われるとき、マスクが基板
からわずかに離れ、ソルダ材料がマスクと基板の間のギャップに入り込むことが
ある。また、リフローの間は、マスクの曲りまたは反りを生じることがあり、そ
れによってもソルダ材料がマスクと基板の間のギャップに入り込むことがある。
本発明の１つの側面によれば、マスクおよびバンピングを行う基板を向かい合わ
せで密着させたまま維持するためのバイアス付きチャック・アッセンブリが提供
される。

【０１５４】 図９は、限定する意図はないが、半導体ウエーファ等の基板９０２を、積極的
にマスク９０４に接触させて保持するためのバイアス付きチャック・アッセンブ
リ９００を示す。前述した態様により、マスク９０４の２つの対向するエッジが
レール９０６および９０８に保持されており、マスク９０４に張力を加える（引
っ張る）ことができる。

【０１５５】 半導体ウエーファは、比較的もろいが、ある程度の柔軟性を持つことが知られ
ている。本発明を実施する目的に関して言えば、半導体ウエーファは、半導体ウ
エーファ９０２をマスク９０４に押し付けたとき変形し、マスク９０４の表面と
半導体ウエーファ（基板）９０２の表面の間が密着する充分な柔軟性を有する。

【０１５６】 基板９０２は、次の方法によってマスク９０４に押し付けられる。硬い、概し
て平坦なチャック・ベース９１０は、中央に、チャック・ベース９１０のトップ
（図示の位置関係を指す）表面からその中に向かって延びる凹部（キャビティ）
９１２を有している。凹部９１２は、概して平坦な、柔軟性のあるダイアフラム
９１４を受けるべくサイズならびに形状が設定されている。ダイアフラム９１４
は、凹部９１２のボトム全体にわたって広がり、ダイアフラム９１４の周囲に付
けられた適切な接着剤９１６のビード９１６等により、チャック・ベース９１０
に固着される。ダイアフラム９１４の下側には、インレット・チューブ９２０が
チャック・ベース９１０の外からキャビティ９１２内に延びている。これにより
、インレット・チューブ９２０内に窒素等の気体が正圧で導入されると、ダイア
フラム９１４が上方（図示の位置関係を指す）に向かって変形し、ダイアフラム
９１４の上にあるもの（この場合はウエーファ９０２）を押し上げる（この場合
はマスク９０４に押し付ける）。ダイアフラム９１４は、好ましくは、厚さ０．
１２５インチのシリコン・ラバー・シートとする。ダイアフラム９１４の周縁は
、好ましくは図示したようにキャビティ９１２の側壁に「入れられる」ものとす
る。

【０１５７】 好ましくは、厚さ１００ミルの粉末金属等の浸透性サブストレート９２８をダ
イアフラム９１４の下側、つまりダイアフラム９１４とキャビティ９１２のボト
ム表面の間に配置する。この浸透性基板９２８は、インレット・チューブ９２０
に吸引力を印加したとき、その開口がダイアフラム９１４によって閉じられるこ
とを防止する。

【０１５８】 チャック・ベース９１０のトップ表面には、凹部９１２より大きく（広い、直
径において大きい）それと同軸の第２の凹部（キャビティ）９２２が広がってお
り、概して平坦で柔軟なマニフォールド・エレメント９３０を受け入れるべくサ
イズならびに形状が設定されている。

【０１５９】 図９Ａを参照するとよくわかるが、マニフォールド・エレメント９３０は、ト
ップ表面９３２およびボトム表面９３４を有する。複数のグルーブ９３６がたと
えば十文字に（平行な２セットのグルーブが交差している）マニフォールド・エ
レメント９３０のトップ（図示の位置関係を指す）表面にわたって延びている。
マニフォールド・エレメント９３０のトップ表面９３２から（グルーブ９３６の
１つのボトムから）は、開口９３８がマニフォールド・エレメント９３０のボト
ム表面９３４まで延びている。開口９３８は、チャック・ベース９１０のインレ
ット・オリフィス９４０に位置合わせされる。

【０１６０】 図９によく示せられているが、マニフォールド・エレメント９３０は、凹部９
２２全体に広がっており、ダイアフラム９１４のトップ（図示の位置関係を指す
）にそれを固定することもできる。（それに代えて、マニフォールド・エレメン
ト９３０とダイアフラムを一体で形成してもよい。）これにおいて、インレット
・チューブ９４０に負圧が印加されると、マニフォールド・エレメント９３０の
上に載置されている基板９０２がマニフォールド・エレメント９３０と密着する
。マニフォールド・エレメント９３０は、好ましくはｋａｐｔｏｎ（カプトン：
商標）等からなる厚さ５ミルのフィルム材料のシートとする。

【０１６１】 使用時は、ウエーファ９０２をチャック・アッセンブリ９００の上に載置する
。ウエーファ９０２を載置する場所は、マニフォールド・エレメント９３０のト
ップである。セル（アパーチャ）内にソルダ材料をあらかじめ充填したマスク９
０４を、ウエーファの表面に接して（ほぼ接する場合を含む）配置する。インレ
ット・チューブ９２０に正圧を印加すると、前述のようにソルダ材料のリフロー
を行うための、マスクおよびウエーファからなるアッセンブリの操作（たとえば
反転、あるいは部分的な反転）が可能になる。マスクと基板の間の密着は、イン
レット・チューブ９２０に印加する正圧によって確保される。ソルダ材料のリフ
ローの後、好ましくは基板上にソルダ材料が形成された後、インレット・チュー
ブ９２０および９４０の両方に負圧（真空）を印加すれば、ウエーファ９０２を
確実にチャック・アッセンブリ９００に保持させつつ、ウエーファ９０２からマ
スク９０４を持ち上げる（引き離す）ことができる。

【０１６２】 チャック・アッセンブリ９００の追加の利点は、半導体ウエーファ９０２が非
金属フィルム９３０上に載置され、それがさらに非金属膜９１４上に置かれるこ
とであり、そのいずれも（９３０および９１４）が断熱壁として作用し、チャッ
ク・ベース９１０の熱質量をウエーファ９０２から遮断する。マスク内のソルダ
材料の効果的なリフローのためにはヒータ・エレメントから「見える」熱質量を
最小限に維持することが一般的に好ましく、その意味でこれは、チャック・アッ
センブリの熱質量を効果的に減少させる。

【０１６３】 ソルダ材料およびマスク寸法の例 本発明への使用に適したソルダ材料は、比較的粒子の大きい、融点が約１８３
℃（摂氏）の「６３／３７」鉛／錫ソルダを含む。ソルダ粒子が大きければ、マ
スクとバンピングを行う基板の間にギャップ（たとえば３１４）があるとき、そ
こから漏れる可能性が小さくなる。次に、寸法例とそれらの間の関係を示す。 Ｄ：結果として得られるソルダ・ボールとして望ましい直径； Ｗ：マスク内のセルの横幅； Ｔ：マスクの厚さ； ｄ：粒子のサイズ（たとえば直径）； ＃：セル内の粒子の概数；および、 ％：体積パーセンテージで表したセル内の最終的な金属含有率。 Ｄ Ｗ Ｔ ｄ ＃ ％ ４ミル ６ミル ３ミル １．５ミル １８ ３１％ ５ミル ７〜８ミル ４ミル ２ミル １５ ２８％ １０ミル １２〜１３ミル ８ミル ４ミル ３７ ４２％ ２０ミル ２５ミル １５ミル ５ミル ６３ ４４％ 注意： １．バンピングする基板上のパッドのピッチは、通常、結果として得られるソ ルダ・ボールの直径（Ｄ）の２倍に等しい。 ２．バンピングする基板上のパッドのサイズは、通常、結果として得られるソ ルダ・ボールの直径（Ｄ）に概して等しい。 ３．最終的な金属含有率（％）は、セル内のソルダ材料の圧縮なしに決定した 。 上記の表から次の事項が明らかである：

【０１６４】 マスクのセルの横幅（Ｗ）は、必ずマスクの厚さ（Ｔ）より大きい。

【０１６５】 マスクに備わるセル内に充填されるソルダ材料は、好ましくはセルの横幅（Ｗ
）もしくは結果として得られるソルダ・ボールの直径（Ｄ）と比較して考えると
比較的「巨大な」サイズ（ｄ）を有するソルダ粒子を含む。上記の表からも明ら
かだが、寸法「ｄ」は、寸法「Ｗ」の少なくとも約２０％となっている。さらに
、寸法「ｄ」は、結果として得られるソルダ・ボールの直径「Ｄ」の少なくとも
約２５％となっている。

【０１６６】 本発明によれば、ソルダ材料は、マスクのセルの横幅（Ｗ）もしくは結果とし
て得られるソルダ・ボールの直径（Ｄ）のいずれかの少なくとも１０％となるサ
イズ（ｄ）のソルダ粒子からなり、それには、マスクのセルの横幅（Ｗ）の少な
くとも２０％または結果として得られるソルダ・ボールの直径（Ｄ）の少なくと
も２５％が含まれる。マスクの厚さ（Ｔ）と比較したとき、最小の粒子直径（ｄ
）がマスクの厚さの４０％であるべきとされるが、少なくとも５０％はそれに含
まれる。

【０１６７】 ソルダ材料内に「巨大な」ソルダ粒子を使用することの利点は、マスクと基板
の間にギャップ（たとえば３１４）があるとき、そこから「漏れ出る」可能性が
低くなることである。マスクとバンピングを行う基板の間に生じるギャップの代
表的な寸法は、基板における非平面性に依存し、１〜２ミル台になると見られる
。

【０１６８】 「巨大な」固体粒子を使用することの別の利点は、体積コントロールであり、
マスクに備わる各セル内のソルダ材料のパーセンテージを増加し、結果として得
られるソルダ・ボールのサイズを最大にすることができる。フラックス媒体内に
金属粉末が均質に懸濁した通常のソルダ・ペーストを使用すると、ソルダ・ペー
ストの配合によって固体材料のパーセンテージが制限される。それに対して、巨
大な粒子をセル内に押し込めば、フラックスを押しのけ、それを圧縮する（変形
）こともできる。これにより、驚異的に大きな体積比を達成することが可能にな
る。

【０１６９】 ここで、本発明のマスクに備わるセルに充填するためのソルダ材料に含まれる
ソルダ粒子が、必ずしも球である必要がない点に注意が必要であり、その場合は
「直径」ではなく幅もしくは横幅を持つとする。

【０１７０】 ソルダ材料を担持するマスクと、ボール・バンピングが行われる基板表面の間
にギャップが存在する関係においては、好ましくは、固体粒子の最小直径が、マ
スクと基板の間の最大ギャップより大きいものとする。

【０１７１】 好適なソルダ材料は、フラックスのマトリクス内に鉛／錫ソルダの粒子を含み
、次の特性を有する：すなわち、８０％（重量比）を固体材料（たとえば、鉛／
錫ソルダの粒子）、および２０％（重量比）をフラックス（揮発性フラックスを
含む）とする。相対的な体積パーセンテージに関してみれば、同じ代表的なソル
ダ材料は、約５５％（体積比）の固体材料（金属）および４５％（体積比）のフ
ラックスからなる。

【０１７２】 本発明によれば、基板に適用し、リフローを行って基板上にソルダ・ボールを
形成するに適したソルダ材料は、次に示す組成ならびに特性を有する： フラックス材料内に懸濁させた複数のソルダ材料の固体粒子； 約１．５ミルから約５．０ミルまでの範囲の直径を有する固体粒子。 好ましくは、ソルダ粒子の平均サイズを、マスクの各セル内に充填されるソル
ダ粒子の数（＃）が数ダースから数百となるサイズとする。

【０１７３】 新規性および従来技術から明白でないこと 本発明は、従来技術によって教示ないしは示唆されていない多くの特徴を含み
、次のようなものが挙げられるが、単独であるいは互いを組み合わせた形におい
ても、そのいずれかもしくはそのいくつかに本発明を限定する意図はない。 捕獲セル； バイアス付きチャック； 方形マスク開口； マスクのオフライン（ウエーファから離れての）充填； 巨大ソルダ粒子の使用および圧縮； マスクと基板の間におけるギャップの確保（非接触ボール・バンピング）； 基板ではなくマスクを介した加熱； 部分的に反転させた形のリフロー；および、 冷却前の反転させない姿勢への復帰。

【０１７４】 たとえば、本発明が有する反転リフローの特徴は、ＩＢＭ−２特許に説明され
ているそれとは明らかに区別される。ＩＢＭ−２特許は、捕獲セルの使用が欠落
している。ＩＢＭ−２プロセスは、本発明の捕獲セルの特徴を有していないこと
から、ジグから融解したソルダの漏出がもたらされるものと考えられる。

【０１７５】 たとえば、このように「巨大な」ソルダ粒子の使用は、前述のＨｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ（ヒューレット・パッカード）、ＩＢＭ−１およびＩＭＢ−２
の特許によって示されたソルダ・ペーストの使用からは明白とならない。Ｈｅｗ
ｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ（ヒューレット・パッカード）特許に述べられている
ように、ソルダ・ペーストは均質であり、フラックス媒体内における金属粉末の
安定した懸濁である。最大許容粒子直径は、マスクの厚さの４０％を下回る必要
がある。すでに述べたように、本発明によれば、最小粒子直径（ｄ）は、少なく
ともマスクの厚さの４０％であり、少なくとも５０％とすることもそれに含まれ
る。

【０１７６】 たとえば本発明は、バンピングされる基板を著しく加熱する従来技術、あるい
はバンピングされる基板を通じて加熱を行う従来技術と大きな対比を示す。基板
は、信頼性のない伝熱パスを提供し、しかも基板に対する熱応力は、一般に望ま
しくない。したがって、ここに述べたように、マスクを直接加熱し、マスクのセ
ル内のソルダ材料をリフローすることが好ましい。

【０１７７】 本発明の別の利点は、すでに前述したが、ソルダ・ボールがマスクの厚さを超
える直径を有し、リフロー時にそこから突出することから、マスクと基板の間を
まったく接触させていなくてもそれ自体で基板と結合する。また、ソルダが融解
している間にマスクを除去することができるため、マスクと基板の分離が極めて
容易になる。

【０１７８】 以上、図面ならびに説明を通じて本発明を例証し、詳細を論じてきたが、それ
らは、例示であり、限定の役割を持たないものとして扱われるべきであって、か
つこれには、好ましい実施の形態のみが示され、説明されていると理解し、本発
明の真意に含まれるすべての変更ならびに修正が保護されることが望まれる。本
発明にもっとも近い分野に係る当業者であれば、ここに示した「テーマ」につい
てこのほか多くの「変形」を得られることは疑いようもなく、したがって、この
種の変形は、これに開示するとおり、本発明の範囲に含まれることが意図されて
いる。

【０１７９】 たとえば、ソルダ・ボールを冷却し、凝固させる間、（マスクおよび基板から
なるアッセンブリからヒータ・ステージを分離せずに）ヒータ・ステージをその
ままの位置に残すことは可能であり、その場合、結果として得られるソルダ・ボ
ールが平坦なトップを有することになる。しかしながら予熱済みのヒータ・ステ
ージを可能な限り迅速に再使用することが望ましいと考えるのであれば、その温
度を室温に戻す必要はなく、この種のスキームは一般に好ましくない。

【０１８０】 たとえば、本発明は、主としてバンピングする基板と向かい合わせで接触させ
るマスクに関して説明されているが、マスクと基板表面の間にわずかな（たとえ
ば０．２５〜０．７５ミル）間隙を維持し、マスクとの接触に起因して脆弱な基
板表面に生じる恐れのあるダメージを回避することも本発明の範囲に含まれる。
本発明による方法が、基板表面の凹凸によってもたらされるギャップを処理して
いることから、マスクと基板の間における包括的なギャップの維持が容易である
ことは明白である。

【０１８１】 たとえば、ソルダ材料がソルダ粒子およびフラックスからなるとして説明され
ているが、ソルダ材料は、フッ素処理等による乾燥したものであってもよく、あ
るいはフォーミングまたは還元ガスを使用してもよい。

【０１８２】 たとえば、ソルダ材料のリフローには、製造業者仕様等に従ったもの等の任意
の適切な加熱プロファイルを使用することができる。

【０１８３】 たとえば、光学像形成可能なポリイミドまたはシリコン・ラバー等の高分子を
用いてマスクのコーティングを行ってもよい。マスクと基板の接触がある場合に
は、これが基板をダメージから保護する。コーティングが充分に厚ければ、不規
則な表面に整合するコンフォーマル・マスクとして機能し、セルごとのソルダ体
積を増加させ、さらには基板との分離も容易にする。

【０１８４】 たとえば、１枚の基板（またはワーク・ジグ内の複数の基板）に対するボール
・バンピングの後の、次の基板（または次の基板のバッチ）をボール・バンピン
グするための準備において、たとえば窒素ガスのブローにより、フラックスの活
性化温度（ソルダの融点より低い）以下までマスクを冷却すると好ましい。たと
えば、マスクを約５０℃もしくはそれより低く冷却する。

【０１８５】 これまで論じてきた特徴の多くは、互いに「結合および調和」が可能である。
残りの特徴は、一般に両立せず、たとえば、図９に示したバイアス付きのチャッ
クと、図５Ａに示したギャップをブリッジングする実施の形態の両立は考えにく
い。本発明にもっとも近い分野に係る当業者であれば、いずれの特徴が互いに良
好に調和し、いずれが否であるかを理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、「親」出願である１９９７年５月２７日出願の米国特許出願第０８／
８６３，８００号に従った、基板上にソルダ・ボールを形成するための方法およ
び装置を示す分解断面図である。

【図１Ａ】 図１Ａは、ボール・バンピング完了後の図１に示した基板（１０２）を拡大し
た拡大図である。

【図１Ｂ】 図１Ｂは、基板上にソルダ・ボールを形成するための方法および装置の、別の
実施の形態を示す分解断面図である。

【図２Ａ】 図２Ａは、基板の表面上にソルダ・ボールを形成するための別の技術を示す横
断面図である。

【図２Ｂ】 図２Ｂは、基板の表面上にソルダ・ボールを形成するための別の技術を示す横
断面図である。

【図３Ａ】 図３Ａは、本発明に従った、基板にボール・バンピングを行うための技術の、
別の実施の形態を示す横断面図である。

【図３Ｂ】 図３Ｂは、本発明に従った、図３Ａの技術において使用されるマスク（ステン
シル）の上面図である。

【図３Ｃ】 図３Ｃは、本発明に従った、図３Ａの技術において使用されるマスク（ステン
シル）の、別の実施の 形態の上面図である。

【図３Ｄ】 図３Ｄは、本発明に従った、図３Ａの技術において使用されるマスク（ステン
シル）の、さらに別の実施の形態の上面図である。

【図３Ｅ】 図３Ｅは、本発明に従った、基板にボール・バンピングを行うための技術にお
ける次のステップを示す横断面図である。

【図３Ｆ】 図３Ｆは、本発明に従った、基板にボール・バンピングを行うための技術にお
ける次のステップを示す横断面図である。

【図３Ｇ】 図３Ｇは、本発明に従った、基板にボール・バンピングを行うための技術にお
ける次のステップを示す横断面図である。

【図３Ｈ】 図３Ｈは、本発明に従って形成されたボール・バンピング済みの基板を示す横
断面図である。

【図３Ｉ】 図３Ｉは、図３Ｂに示したマスク等のマスクに備わるセル内のボールを上から
見た状態を示した模式図である。

【図３Ｊ】 図３Ｊは、図３Ｃに示したマスク等のマスクに備わるセル内のボールを上から
見た状態を示した模式図である。

【図４】 図４は、本発明に従った、基板にボール・バンピングを行うための装置を示す
模式図である。

【図４Ａ】 図４Ａは、本発明に従った図４の装置を使用する、基板にボール・バンピング
を行うためのプロセスの流れを示す模式図である。

【図４Ｂ】 図４Ｂは、本発明に従った図４の装置を使用する、基板にボール・バンピング
を行うためのプロセスの流れを示す模式図である。

【図４Ｃ】 図４Ｃは、本発明に従った図４の装置を使用する、基板にボール・バンピング
を行うためのプロセスの流れの、別の実施の形態を示す模式図である。

【図４Ｄ】 図４Ｄは、本発明に従った図４の装置を使用する、基板にボール・バンピング
を行うためのプロセスの流れの、別の実施の形態を示す模式図である。

【図４Ｅ】 図４Ｅは、新規性のある図４Ｄの技術に従ってボール・バンピングされる基板
の部分断面図である。

【図５Ａ】 図５Ａは、本発明に従った「コンポジット」マスクを示す横断面図である。

【図５Ｂ】 図５Ｂは、本発明の「ギャップのブリッジング」特徴を示す横断面図である。

【図５Ｃ】 図５Ｃは、本発明の「マスクのスタック」特徴を示す分解横断面図である。

【図６Ａ】 図６Ａは、従来技術のマスクをマウントする技術を示す上面図である。

【図６Ｂ】 図６Ｂは、図６Ａの６Ｂ−６Ｂ線断面図である。

【図６Ｃ】 図６Ｃは、図６Ａに示したマスクの断面図である。

【図７Ａ】 図７Ａは、本発明に従ってマスクをマウントする技術を示す上面図である。

【図７Ｂ】 図７Ｂは、図７Ａの７Ｂ−７Ｂ線に沿う分解横断面図である。

【図８Ａ】 図８Ａは、本発明に従ってマスクをマウントする技術の別の実施の形態を示す
分解横断面図である。

【図８Ｂ】 図８Ｂは、図８Ａに示したマスクのセルを捕獲するための技術を表す部分分解
横断面図である。

【図９】 図９は、本発明に従った、半導体ウエーファの基板を保持するためのチャック
・アッセンブリを示す分解横断面図である。

【図９Ａ】 図９Ａは、図９に示したチャック・アッセンブリのコンポーネントを示す拡大
断面図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年４月１３日（２０００．４．１３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【請求項５】前記ソルダ材料のリフローに先行して、前記ソルダ材料を、前記
ソルダ材料の調整に充分な温度まで加熱することを特徴とする請求項１に記載の
方法。

【請求項６】基板のボール・バンピングを行うためのボール・バンピング装置
（４００）であって： プラットフォーム（４０２）； 基板を保持するためのチャック（４０４）；および マスクを保持するためのマスク・ホルダ（４０８）； を備えるものにおいて： 前記プラットフォームにマウントされた、加圧プレートを保持するための加圧 プレート・ホルダ（４１０）； 前記マスク内のソルダ材料をリフローするためのヒート・ソース（４１２）； および、 前記基板を少なくとも部分的に反転するための手段； を備えることを特徴とするボール・バンピング装置。

【請求項７】前記マスク内のセルにソルダ材料を充填するための手段を備える
ことを特徴とする請求項６に記載のボール・バンピング装置。

【請求項８】前記マスクを前記基板に組み付けるための手段を備えることを特
徴とする請求項６に記載のボール・バンピング装置。

【請求項９】基板のパッド上にソルダ・ボールを形成する方法において： 前記基板を少なくとも部分的に反転するステップ；および、 前記基板に近接するマスクのセル内に含まれるソルダ粒子の融解に充分な温度 まで、前記ソルダ粒子を加熱して前記基板上にソルダ・ボールを形成するステ ップ； からなることを特徴とする方法。

【請求項１０】加熱後、部分的に反転した状態で冷却することを特徴とする請
求項９に記載の方法。

【請求項１１】加熱の間、前記基板を完全に反転することを特徴とする請求項 ９ に記載の方法。

【請求項１２】冷却に先行して、前記基板を反転されていない状態にすること
を特徴とする請求項９に記載の方法。

【請求項１３】前記マスクは、前記基板と接触して保持されることを特徴とす
る請求項９に記載の方法。

【請求項１４】前記マスクは、前記基板との間にギャップをもって、前記基板
に隣接することを特徴とする請求項９に記載の方法。

【請求項１５】ソルダ材料を使用し、前記ソルダ材料をリフローして基板の表
面にソルダ・ボールを形成するのに使用されるソルダ材料混合物において： ソルダ材料の固体粒子を複数個含み； 前記固体粒子は、約３．０ミルから約５．０ミルまでの範囲の直径を有すること
を特徴とするソルダ材料混合物。

【請求項１６】前記ソルダ材料を担持するマスクと、ボール・バンピングされ
る基板の表面の間にギャップが存在するとき、前記固体粒子は、前記マスクと前
記基板の間の最大のギャップより大きい最小直径を呈することを特徴とする請求
項１５に記載のソルダ材料混合物。

【請求項１７】マスク（９０４）に半導体ウエーファ（９０２）を密着させて
保持するための、硬い、概して平坦なチャック・ベース（９１０）を備えるチャ
ック・アッセンブリ（９００）において： ステージ（９１０）の表面からその中に向かって延びる中央の凹部（９１２）
を備えるとともに、前記凹部（９１２）のサイズならびに形状が、概して平坦で
あり柔軟なダイアフラム（９１４）を受け入れるべく設定され、さらに前記ダイ
アフラム（９１４）が前記凹部（９１２）のボトム全体にわたって広がっている
ことを特徴とするチャック・アッセンブリ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ６０／０９２，０５５ (32)優先日 平成10年７月８日(1998．7．8) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，Ｇ Ｈ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 5E319 BB04 CC33 CD04

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に多数のパッド（１０４）が配置された基板（１０２）の表
   面にソルダ・ボールを形成する方法において： 表面に複数のパッド（１０４）を有する基板（１０２）を準備するステップ； 前記基板の前記表面に、前記基板１０２上の、ソルダ・ボールを形成しようと するパッド１０４にそれぞれが対応し、かつそれに位置合わせさせられる複数 のセル（１１２）を有するマスク（１１０）を配置するステップ； 前記セルにソルダ材料を充填するステップ； 前記マスク１１０の露出された表面に近接して加圧プレート（１２０）を配置 するステップ； 前記ソルダ材料をリフローするステップ；および、 前記マスクを取り除くステップ； からなることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】前記ソルダ材料のリフローに先行して、前記基板を反転すること
   を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】加熱後であり、かつソルダ粒子の冷却前に、前記基板を反転され
   ていない状態にすることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】前記マスクは、前記基板と接触することを特徴とする請求項１に
   記載の方法。
5. 【請求項５】前記マスクと前記基板の間にわずかなギャップを設けることを特
   徴とする請求項１に記載の方法。
6. 【請求項６】前記ソルダ材料の融解に先行して、前記ソルダ材料を、前記ソル
   ダ材料の調整に充分な温度まで加熱することを特徴とする請求項１に記載の方法
   。
7. 【請求項７】基板のボール・バンピングを行うためのボール・バンピング装置
   （４００）であって： プラットフォーム（４０２）； 基板を保持するためのチャック（４０４）；および マスクを保持するためのマスク・ホルダ（４０８）； を備えるものにおいて： 前記プラットフォームにマウントされた、加圧プレートを保持するための加圧 プレート・ホルダ（４１０）；および、 前記マスク内のソルダ材料をリフローするためのヒート・ソース（４１２）；
   を備えることを特徴とするボール・バンピング装置。
8. 【請求項８】前記マスク内のセルにソルダ材料を充填するための手段を備える
   ことを特徴とする請求項７に記載のボール・バンピング装置。
9. 【請求項９】前記マスクを前記基板に組み付けるための手段を備えることを特
   徴とする請求項７に記載のボール・バンピング装置。
10. 【請求項１０】前記基板を少なくとも部分的に反転するための手段を備えるこ
    とを特徴とする請求項７に記載のボール・バンピング装置。
11. 【請求項１１】パッドを有する基板上にソルダ・ボールを形成する方法におい
    て： 前記基板を少なくとも部分的に反転するステップ；および、 ソルダ粒子の融解に充分な温度まで、前記ソルダ粒子を加熱して前記基板上に ソルダ・ボールを形成するステップ； からなることを特徴とする方法。
12. 【請求項１２】加熱後、部分的に反転した状態で冷却することを特徴とする請
    求項１１に記載の方法。
13. 【請求項１３】加熱の間、前記基板を完全に反転することを特徴とする請求項
    １１に記載の方法。
14. 【請求項１４】冷却に先行して、前記基板を反転されていない状態にすること
    を特徴とする請求項１１に記載の方法。
15. 【請求項１５】セルを有するマスクを準備するとともに、前記ソルダ粒子が、
    前記セル内に含まれることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
16. 【請求項１６】前記マスクは、前記基板と接触して保持されることを特徴とす
    る請求項１５に記載の方法。
17. 【請求項１７】前記マスクは、前記基板との間にギャップをもって、前記基板
    に隣接することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
18. 【請求項１８】ソルダ材料を使用し、前記ソルダ材料をリフローして基板の表
    面にソルダ・ボールを形成するのに使用されるソルダ材料混合物において： ソルダ材料の固体粒子を複数個含み； 前記固体粒子は、約３．０ミルから約５．０ミルまでの範囲の直径を有すること
    を特徴とするソルダ材料混合物。
19. 【請求項１９】前記ソルダ材料を担持するマスクと、ボール・バンピングされ
    る基板の表面の間にギャップが存在するとき、前記固体粒子は、前記マスクと前
    記基板の間の最大のギャップより大きい最小直径を呈することを特徴とする請求
    項１８に記載のソルダ材料混合物。
20. 【請求項２０】マスク（９０４）に半導体ウエーファ（９０２）を密着させて
    保持するための、硬い、概して平坦なチャック・ベース（９１０）を備えるチャ
    ック・アッセンブリ（９００）において： ステージ（９１０）の表面からその中に向かって延びる中央の凹部（９１２）
    を備えるとともに、前記凹部（９１２）のサイズならびに形状が、概して平坦で
    あり柔軟なダイアフラム（９１４）を受け入れるべく設定され、さらに前記ダイ
    アフラム（９１４）が前記凹部（９１２）のボトム全体にわたって広がっている
    ことを特徴とするチャック・アッセンブリ。