JP2005340282A - バンプ形成装置及びバンプ形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、所定高さのバンプを簡易かつ短時間に形成できるようにする。
【解決手段】
本発明は、半導体ウェハ１上に設けられた複数の電極パッド３に対応した所定径でなる複数の孔７を有し、当該孔７の開口部及び内周面に撥水性を有するコーティングが施されたスクリーン６と、当該スクリーン６を半導体ウェハ１に重ね合わせ密着させた状態で、当該スクリーン６における複数の孔７を介して複数の電極パッド３にＡｇペースト９を印刷するスキージ８と、スクリーン６を半導体ウェハ１から版離したときに複数の電極パッド３に転写されたＡｇペーストバンプを加熱処理することにより硬化させてＡｇバンプを形成するヒータとを設けることにより、撥水性を有するコーティングが施された孔７によってＡｇペースト９の印刷性及び版抜け性を格段に向上させ、１回のスクリーン印刷により所定高さのＡｇバンプを形成することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、バンプ形成装置及びバンプ形成方法に関し、例えばスクリーン印刷機によって半導体ウェハの電極パッド上にバンプを形成する場合に適用して好適なものである。

従来、半導体チップの電極とプリント配線基板上の電極とを接合させるためのフリップチップ実装方法として、例えばＡＣＦ(Anisotropic Conductive Firm)工法、Ｃ４(Controlled Collapsed Chip Connection)工法等を用いた実装方法が提案されている。

電極部に形成する突起電極には、ＡＣＦ工法の場合にはＡｕバンプ或いはＮｉ−Ａｕメッキバンプ等が用いられ、Ｃ４工法の場合にははんだバンプが用いられることが一般的であり、これらのバンプをスクリーン印刷機によって形成するようになされたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平6-204230号公報

ところでかかる構成のバンプ形成方法においては、スクリーン印刷機によって基板にバンプを形成する際、スクリーンの孔にスキージで金属ペーストを充填し、その後スクリーンを基板から版離させることにより、当該スクリーンの厚さに応じた所定高さのバンプを基板に形成するようになされているが、当該スクリーンを版離させた際に必ずしも所定高さのバンプが形成されないことがあり、スクリーン印刷を複数回繰り返さなければならないという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、所定高さのバンプを１回のスクリーン印刷だけで簡易かつ短時間に形成し得るバンプ形成装置及びバンプ形成方法を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、半導体ウェハ上に設けられた複数の電極パッドに対応した所定径でなる複数の孔を有し、当該孔の開口部及び内周面に撥水性を有するコーティングが施されたマスクと、当該マスクを半導体ウェハに重ね合わせ密着させた状態で、当該マスクにおける複数の孔を介して複数の電極パッドに突起電極としての金属ペーストを印刷するスクリーン印刷手段と、マスクを半導体ウェハから版離したときに複数の電極パッドに転写された金属ペーストバンプを加熱処理することにより硬化させて金属バンプを形成する加熱処理手段とを設けることにより、撥水性を有するコーティングが施された孔によって金属ペーストの印刷性及び版抜け性を格段に向上させ、１回のスクリーン印刷により所定高さのバンプを形成することができる。

また本発明においては、半導体ウェハ上に設けられた複数の電極パッドに対応した所定径でなる複数の孔を有し、当該孔の開口部及び内周面に撥水性を有するコーティングが施されたマスクにおける複数の孔を半導体ウェハの電極パッドに対向させた状態で重ね合わせて密着させる位置合わせステップと、マスクにおける複数の孔を介して複数の電極パッドに突起電極としての金属ペーストを印刷するスクリーン印刷ステップと、マスクを半導体ウェハから版離したときに複数の電極パッドに転写された金属ペーストバンプを加熱処理することにより硬化させて金属バンプを形成する加熱処理ステップとを設けることにより、撥水性を有するコーティングが施された孔によって金属ペーストの印刷性及び版抜け性を格段に向上させ、１回のスクリーン印刷により所定高さのバンプを形成することができる。

本発明によれば、撥水性を有するコーティングが施された孔によって金属ペーストの印刷性及び版抜け性を格段に向上させ、１回のスクリーン印刷により所定高さのバンプを形成することができ、かくして所定高さのバンプを１回のスクリーン印刷だけで簡易かつ短時間に形成し得るバンプ形成装置及びバンプ形成方法を実現することができる。

以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）バンプ形成対象
図１において、１は全体として本発明のバンプ形成装置としてのスクリーン印刷機によってバンプを形成する対象の半導体ウェハを示し、当該半導体ウェハ１には半導体チップ２が例えば３００チップ以上存在する。スクリーン印刷機では、これら半導体チップ２の周縁部に露出された複数の電極パッド３に対してバンプを一括形成し得るようになされている。

（２）バンプ形成方法
（２−１）第１段階
図２に示すように、スクリーン印刷機は、第１段階として、半導体ウェハ１を受台１１の上に載置し、当該受台１１に対して半導体ウェハ１を所定位置にセットしながら当該受台１１の表面に開口された複数の吸着穴５により真空吸着することにより、当該半導体ウェハ１を受台１１の上に固定する。

（２−２）第２段階
図３に示すようにスクリーン印刷機は、第２段階として、受台１１に半導体ウェハ１を載置して固定した状態で、位置合わせカメラ１２を使用してスクリーン６に設けられた複数の孔７と半導体チップ２における複数の電極パッド３とが対向するように位置合わせを行う。

このときスクリーン印刷機は、スクリーン６の孔７と半導体チップ２の電極パッド３との位置合わせを行うに当たって、受台１１とスクリーン６とが互いにＸ軸方向及びＹ軸方向へ可動な機構であることにより、当該スクリーン６に設けられた複数の孔７と半導体ウェハ１上の全ての半導体チップ２における複数の電極パッド３とが対向すべく位置決めし得るようになされている。

因みにスクリーン印刷機は、スクリーン６の孔７と半導体チップ２の電極パッド３との位置決めが終了すると、位置合わせカメラ１２をＸ軸方向又はＹ軸方向へ移動させることにより、スクリーン６と半導体ウェハ１とが対向する面上から当該位置合わせカメラ１２を除去する。

なおスクリーン６は、ステンレス、ニッケルまたはタングステン等の薄膜からなり、バンプを形成すべき半導体ウェハ１の半導体チップ２における複数の電極パッド３と対応する位置に孔７が設けられている。

またスクリーン６自体の厚さは２５〜１５０[μm]であり、厚過ぎると孔７がスクリーン６に対して垂直に形成されなくなり、また薄過ぎるとバンプの高さが足りなくなるため、最適なバンプ高さになるように設定されている。

さらにスクリーン６は、当該スクリーン６と半導体ウェハ１とが密着する印刷面（裏面）６Ａ、スクリーン６における孔７の開口部及び内周面に対してフッ素（Ｆ）樹脂コーティングが施されており、本実施の形態におけるスクリーン印刷機では、このようなフッ素樹脂コーティングが施されたスクリーン６を用いることを大きな特徴としている。

（２−３）第３段階
この後、図４に示すようにスクリーン印刷機は、第３段階として、スクリーン６或いは受台１１を互いに近づけるようにＺ軸方向へ移動することにより、当該スクリーン６と半導体ウェハ１とを重ね合わせて密着させるようになされている。

そしてスクリーン印刷機は、スクリーン６上にＡｇが８０ウェット％以上含有する熱硬化型エポキシ樹脂でなるペースト状のＡｇペースト９を載せ、これをスキージ８によってスクリーン６上をＸ軸方向及びＹ軸方向へ動かしながら当該スクリーン６上にＡｇペースト９が残らないように印刷することにより、スクリーン６の孔７にＡｇペースト９を完全に充填していく。

なおスクリーン印刷機では、Ａｇペースト９のＡｇ粒子を球径粉１[μm]程度にしたものを用いるようになされている。これによりスクリーン印刷機では、従来用いられていたような球径粉５[nm]程度のＡｇ粒子を用いる場合と比較して転写後のＡｇペーストバンプ１０がダレたり、滲みが発生することを防止し得るようになされている。

（２−４）第４段階
図５に示すように、スクリーン印刷機はスクリーン６の孔７にＡｇペースト９を充填した後、当該スクリーン６を半導体ウェハ１から版離させることにより、半導体チップ２における複数の電極パッド３上に当該スクリーン６の孔７の形状に対応したＡｇペーストバンプ１０を形成する。

ここでＡｇペースト９としては、ペースト粘度の高いもの、例えば１００[Pa・s（パスカル秒）]以上が使用されるようになされている。これによりスクリーン印刷機は、半導体チップ２の電極パッド３に転写後のＡｇペーストバンプ１０の形状を維持した状態で保持することができるので、当該Ａｇペーストバンプ１０と隣接する電極パッド３とを短絡させることなくＡｇペーストバンプ１０を半導体チップ２上に均一に転写し得るようになされている。

ところでスクリーン印刷機は、上述したようにスクリーン６の印刷面（裏面）、スクリーン６における孔７の開口部及び内周面対してフッ素（Ｆ）樹脂コーティングが施された撥水性を有するものを用いてスクリーン印刷を行っていることにより、当該スクリーン６を半導体ウェハ１から版離させる際におけるＡｇペースト９の印刷性及び版抜け性を大幅に向上し得、かくして１度のスクリーン印刷処理だけで所定高さのＡｇペーストバンプ１０を半導体チップ２の電極パッド３上に確実に形成し得るようになされている。

またスクリーン印刷機は、スクリーン６の印刷面６Ａにフッ素樹脂コーティングが施されているので当該印刷面６Ａが撥水性を有し、そのためスクリーン印刷後にスクリーン６を洗浄する必要性がなく、スクリーン印刷過程における洗浄工程を省くことができるようになされている。

（２−５）第５段階
図６に示すようにスクリーン印刷機は、第５段階として、受台１１を半導体ウェハ１から版離した後、当該半導体ウェハ１を上方向及び下方向から挟むようにヒータ１３及び１４を配置し、所定のキュア温度（例えば約１５０度）に設定することにより加熱準備を行う。

（２−６）第６段階
図７に示すようにスクリーン印刷機は、第６段階として、ヒータ１３及び１４によって約１５０度程度に設定したキュア温度の雰囲気環境下の中で約１分〜１０分程度の加熱処理を半導体ウェハ１に施し、Ａｇペーストバンプ１０を硬化させることにより、強度が高くＡｕバンプ等よりも電気抵抗が小さいＡｇバンプ１０Ａを生成し得るようになされている。

なお、このとき得られるＡｇバンプ１０Ａについては、Ａｇペーストバンプ１０内に含まれるエポキシ樹脂が熱硬化する際、エポキシ樹脂が熱反応する際にエポキシ樹脂から発生するガスが抜け出すことにより脱泡作用が働いてＡｇペーストバンプ１０内のガス（ボイド）は除去されるので、Ａｇペーストバンプ１０内のガスが完全に除去されるという効果もある。

（３）動作及び効果
以上の構成において、スクリーン印刷機は、マスク６における複数の孔７の開口部及び内周面がフッ素樹脂コーティングされていることにより、当該マスク６を用いてスクリーン印刷を行ったときには、撥水性を有する孔７によってＡｇペーストバンプ１０の印刷性及び版抜け性を格段に向上させることができるので、半導体ウェハ１の半導体チップ２における複数の電極パッド３に対して１回のスクリーン印刷だけで所定高さのＡｇバンプ１０Ａを形成することができる。

またスクリーン印刷機では、従来のようにスクリーン印刷を複数回行うことなく１回のスクリーン印刷だけで所定高さのＡｇバンプ１０Ａを精度良く形成することができるので、所定高さがでるまでスクリーン印刷を複数回行う必要がなく、バンプ形成時の生産性を大幅に向上することができる。

さらにスクリーン印刷機では、スクリーン６の印刷面及び孔７の開口部及び内周面に施されたフッ素樹脂コーティングにより撥水性を発揮するので、スクリーン印刷後に孔７の開口部及び内周面にＡｇペースト９が付着してしまうことを未然に防止することができる。これによりスクリーン印刷機は、イソプロピルアルコールやアセトン等の溶剤を用いたスクリーン６の洗浄工程を省き、環境に配慮しながら、少ない工程数でバンプを形成することができる。

なおスクリーン印刷機では、金属ペーストとしてＡｇペースト９を用いるようにしたことにより、他の金属で（Ａｕ、Ｓｎ、Ｎｉ等）に比べて電気的抵抗が小さいため、配線基板との接続抵抗が低くて済み、電気特性の向上や消費電流の低減を図ることができる。

以上の構成によれば、スクリーン印刷機はバンプ形成に用いる孔７の開口部及び内周面及び印刷面にフッ素樹脂コーティングが施されたマスク６を用いてスクリーン印刷することにより、当該フッ素樹脂コーティングによる撥水性を有するので、Ａｇペーストバンプ１０の印刷性及び版抜け性を向上させ、一度のスクリーン印刷だけで所定高さのＡｇバンプ１０を半導体チップ２の電極パッド３に転写することができる。

（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、撥水性を有するコーティングとしてフッ素樹脂コーティングが施されたマスク６を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、撥水性を有するコーティングであれば、シリコンを用いたコーティング等のその他種々のコーティングが施されたマスク６を用いるようにしても良い。

また上述の実施の形態においては、球径粉１[μm]程度のＡｇ粒子を含むＡｇペースト９を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、転写後のＡｇペーストバンプ１０がダレたり、滲みが発生することを防止し得る程度の大きさであれば球径粉１．５[μm]程度や球径粉０．５[μm]程度のＡｇ粒子を含むＡｇペースト９を用いるようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、金属ペーストとしてＡｇペースト９を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、Ａｕペースト、Ｃｕペースト等の他の種々の金属ペーストを用いるようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、マスクとしてのスクリーン６、スクリーン印刷手段としてのスキージ８、加熱処理手段としてのヒータ１３及び１４によって本発明のバンプ形成装置を構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、他の種々の構造でなるマスク、スクリーン印刷手段及び加熱処理手段によってバンプ形成装置を構成するようにしても良い。

本発明のバンプ形成装置及びバンプ形成方法は、例えば半導体ウェハにおける複数の電極パッドに突起電極でなる所定高さのバンプを容易かつ短時間で一括形成する用途に適用することができる。

本発明のバンプ形成対象としての半導体ウェハを示す略線図である。 第１段階として半導体ウェハの受台への載置の説明に供する略線図である。 第２段階としてスクリーンと半導体ウェハの位置合わせの説明に供する略線図である。 第３段階としてスクリーン印刷の説明に供する略線図である。 第４段階としてスクリーンの版離の説明に供する略線図である。 第５段階として加熱準備の説明に供する略線図である。 第６段階として加熱処理の説明に供する略線図である。

符号の説明

１……半導体ウェハ、２……半導体チップ、３……電極パッド、４……ダイシングライン、５……吸着穴、６……スクリーン、６Ａ……印刷面、７……孔、８……スキージ、９……Ａｇペースト、１０……Ａｇペーストバンプ、１０Ａ……Ａｇバンプ、１１……受台。

Claims (12)

1. 半導体ウェハ上に設けられた複数の電極パッドに対応した所定径でなる複数の孔を有し、当該孔の開口部及び内周面に撥水性を有するコーティングが施されたマスクと、
   上記マスクを上記半導体ウェハに重ね合わせ密着させた状態で、当該マスクにおける上記複数の孔を介して上記複数の電極パッドに突起電極としての金属ペーストを印刷するスクリーン印刷手段と、
   上記マスクを上記半導体ウェハから版離したときに上記複数の電極パッドに転写された金属ペーストバンプを加熱処理することにより硬化させて金属バンプを形成する加熱処理手段と
   を具えることを特徴とするバンプ形成装置。
2. 上記マスクは、当該マスクと上記半導体ウェハとが重ね合わせされる印刷面に対しても上記コーティングが施されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のバンプ形成装置。
3. 上記金属ペーストは、Ａｇペーストであり、上記転写後におけるＡｇペーストバンプの形状を維持した状態で保持可能な所定数以上の粘度を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のバンプ形成装置。
4. 上記金属ペーストは、Ａｇペーストであり、含有するＡｇ粒子の球径粉が１[μm]程度である
   ことを特徴とする請求項１に記載のバンプ形成装置。
5. 上記撥水性を有するコーティングは、フッ素樹脂コーティングである
   ことを特徴とする請求項１に記載のバンプ形成装置。
6. 上記撥水性を有するコーティングは、シリコンコーティングである
   ことを特徴とする請求項１に記載のバンプ形成装置。
7. 半導体ウェハ上に設けられた複数の電極パッドに対応した所定径でなる複数の孔を有し、当該孔の開口部及び内周面にフッ素樹脂コーティングが施されたマスクにおける上記複数の孔を上記半導体ウェハの電極パッドに対向させた状態で重ね合わせて密着させる位置合わせステップと、
   上記マスクにおける上記複数の孔を介して上記複数の電極パッドに突起電極としての金属ペーストを印刷するスクリーン印刷ステップと、
   上記マスクを上記半導体ウェハから版離したときに上記複数の電極パッドに転写された金属ペーストバンプを加熱処理することにより硬化させて金属バンプを形成する加熱処理ステップと
   を具えることを特徴とするバンプ形成方法。
8. 上記マスクは、当該マスクと上記半導体ウェハとが重ね合わせされる印刷面に対しても上記フッ素樹脂コーティングが施されている
   ことを特徴とする請求項７に記載のバンプ形成方法。
9. 上記金属ペーストは、Ａｇペーストであり、上記転写後における上記Ａｇペーストバンプの形状を維持した状態で保持可能な所定数以上の粘度を有する
   ことを特徴とする請求項７に記載のバンプ形成方法。
10. 上記金属ペーストは、Ａｇペーストであり、含有するＡｇ粒子の球径粉が１[μm]程度である
    ことを特徴とする請求項７に記載のバンプ形成方法。
11. 上記撥水性を有するコーティングは、フッ素樹脂コーティングである
    ことを特徴とする請求項７に記載のバンプ形成方法。
12. 上記撥水性を有するコーティングは、シリコンコーティングである
    ことを特徴とする請求項７に記載のバンプ形成方法。
    

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