JP2746181B2 - 基板へのバンプアレイの形成方法及び形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体集積装置等のデバ
イス基板に複数個のバンプを一括して形成する技術に関
し、特にパルスメッキ法を利用したバンプアレイの形成
方法と形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に半導体集積装置に形成した電極を
他の基板や部品等と電気接続するための電極構造とし
て、一方の基板にバンプ（金属突起）を形成しており、
このバンプを他方の基板や部品の電極に直接接触して両
者を接合し、機械的かつ電気的に接続する構成がとられ
ている。例えば、光を検出するダイオードアレイからな
る基板と光電変換された信号を処理する集積回路基板を
多数の電極において接続するために、Ｉｎ（インジウ
ム）バンプアレイが用いられる。

【０００３】従来、この種のバンプアレイを形成する方
法として、メッキ法が用いられている。図４はその形成
方法を説明するための断面図であり、先ず同図（ａ）の
よう、表面に複数の電極１２が形成されたデバイス基板
１１に１層目のレジストを塗布し、電極１２が露呈され
る窓を開設した１層目のレジストパターン１３を形成す
る。そして、その上にメッキ電極１４となるＩｎ，Ａ
ｇ，Ｃｕ等の金属膜を薄く形成し、さらにその上に２層
目のレジストをバンプを形成しようとする高さ寸法に略
等しい厚さに塗布し、かつ前記電極を露呈する窓を開設
して２層目のレジストパターン１５を形成する。

【０００４】次いで、図４（ｂ）のように、このデバイ
ス基板１１をホウフッ化、スルファミン酸等の電解液を
入れたメッキ浴に浸漬し、メッキ電極を通して通電を行
うことで露呈された電極上のメッキ電極上にメッキ膜を
形成する。このメッキ膜を２層目のレジストパターン１
５の高さ寸法まで成長させることで、各電極上にバンプ
１６を形成する。その後、２層目のレジストパターン１
５、メッキ電極１４、１層目のレジストパターン１３を
順次除去することで、電極１２上にのみバンプ１６が残
されてバンプが完成される。

【０００５】ここで、前記した光ダイオードアレイを有
する基板にＩｎバンプを形成する場合、単一画素のサイ
ズが２５μｍピッチで画素数が２５６×２５６の場合に
は、Ｉｎバンプの径は１０〜１５μｍ、高さは１５〜２
０μｍ程度となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなバンプを基
板上に数万個の単位で形成する場合、これらのバンプを
用いて電気接続を確実に行うためには、各バンプの高さ
を均一に制御することが要求される。また、接続する基
板の材質の違いによる熱膨張歪を吸収するために、バン
プのアスペクト比（バンプ高さ／バンプ径）を大きくす
ることが要求される。しかしながら、メッキ法によるバ
ンプの形成では、メッキ反応の速度に影響を受け、この
メッキ反応速度は電極での電流の流れ易さに左右され、
この電流の流れ易さは電極のピッチや面積、その位置に
よって影響を受け易い。このため、前記したように２５
６×２５６の画素に対応して電極を設けた基板にバンプ
を形成してバンプアレイを形成する場合には、図４
（ｂ）に示されるように、基板の中央部はメッキ電極の
抵抗によって周辺部よりも電流密度が低下され、メッキ
成長が遅く、したがって中央部のバンプ１６Ａの高さが
周辺部のバンプ１６Ｂよりも低くなり易い。

【０００７】このような、メッキ電流の不均一によるバ
ンプ高さの不均一を解消する目的で、近年では電流の流
れ難さの影響を緩和するためにメッキ電流をパルスで印
加し、かつ電流密度を大きくしてメッキ反応をメッキ金
属イオンの拡散律速状態にする方法が検討されている。
しかしながら、この方法では電解液の流れによって基板
上においてメッキ金属イオンの供給状態が不均一とな
り、メッキ金属イオンの供給が多い部分のメッキ反応が
促進され、均一な高さのバンプを形成することが難しい
という問題がある。

【０００８】

【発明の目的】本発明の目的は、メッキ法によってバン
プアレイを形成する場合においても、均一な高さのバン
プアレイを形成することを可能にしたバンプアレイの形
成方法と形成装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のバンプアレイの
形成方法は、電極アレイを有する基板を電解液中に浸漬
し、かつこの電極アレイの表面上の電解液を他の電解液
から遮蔽した状態で電極アレイにメッキ電流を印加し、
かつメッキ電流を遮断したときに電極アレイの表面を前
記他の電解液に接触させることを特徴とする。即ち、基
板の表面に形成された電極アレイを開口するマスクと、
このマスクの表面に密接されて開口を閉塞可能な遮蔽板
とを有しており、基板を電解液中に浸漬して電極アレイ
にメッキ電流を印加する際には遮蔽板をマスク表面に密
接させて開口を閉塞し、メッキ電流を遮断したときには
遮蔽板を密接状態から退避させて開口を開放させる。

【００１０】また、本発明のバンプアレイの製造装置
は、電解液を入れたメッキ槽と、バンプアレイを形成す
る電極アレイを表面に有する基板を保持して電解液中に
浸漬される基板ホルダと、メッキする金属からなる対極
を保持して電解液中に浸漬される対極ホルダと、電極ア
レイと対極との間にメッキ電流を印加する電源手段と、
前記電極アレイの表面上を遮蔽、開放可能な遮蔽手段
と、電源手段と遮蔽手段のタイミングを制御し、メッキ
電流を印加する際には遮蔽手段により前記電極アレイの
表面上を遮蔽状態とする制御手段とを備える。

【００１１】

【作用】メッキ電流がハイレベル、即ち電流を供給して
メッキ反応が起こる際には、基板のマスク表面に遮蔽板
が密接されて電極アレイ近傍の電解液は他の電解液から
遮蔽されるため、他の電解液中の金属イオンは新たにマ
スクの開口内には供給されず、メッキ反応はマスクの開
口の内部に残留した金属イオンのみによって生じるた
め、電流が流れ易い電極アレイ周辺部の領域ではメッキ
反応が早く進行し、やがて金属イオンを消費して反応が
停止される。一方、電流が流れ難いアレイ中央部の領域
ではメッキ反応はゆっくりと進み、金属イオンが無くな
ると反応は停止する。したがって、遮蔽板が密着した状
態で各電極における反応が停止するまで電流を供給すれ
ば、各電極におけるメッキ量は一定となる。また、反応
の遅い電極のメッキが終了した後にメッキ電流をロウレ
ベル、即ち電流の供給を停止し、遮蔽板をマスク表面か
ら離して他の電解液中の金属イオンをマスクの開口の内
部に拡散させる。この動作を繰り返してメッキ反応を進
行させると、各電極にメッキされる金属の量を均一にす
ることができ、各電極におけるバンプの高さを均一化す
ることが可能となる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明のバンプ形成装置の概略構成を示す
図である。同図（ａ）のように、メッキ槽１には電解液
２が入れられており、この電解液２中にバンプを形成す
る基板１１を保持するための基板ホルダ３と、対向電極
を保持するための対極ホルダ５が浸漬される。この対極
ホルダ５にはバンプを形成する金属に対応する金属板が
対極として保持される。

【００１３】一方、前記基板ホルダ３には前記基板１１
を収納する凹部３ａが設けられており、この凹部３ａを
閉塞することができるように、その一端部を揺動可能に
連結したテフロン等の遮蔽板６が設けられる。この遮蔽
板６の他端部はスプリング７により凹部３ａを閉塞する
方向に付勢され、かつこの他端部に対向する位置にはカ
ム車８が回転可能に設けられる。このカム車８は円周一
部に凹部８ａが設けられてモータ９によって回転可能で
あり、その回転に伴って前記凹部８ａが前記遮蔽板６に
設けられた突部６ａに対応位置したときに遮蔽板６を閉
塞状態とし、それ以外の回転位置では遮蔽板６を凹部３
ａから離間させて開放させた状態とする。

【００１４】そして、前記モータ９を駆動する駆動電流
を供給するための配線と、前記基板１１に接続されてメ
ッキ電流を印加するための配線は共に制御回路１０に接
続され、この制御回路１０において基板１１へのメッキ
電流の印加タイミングと、モータ９を駆動するための駆
動電流の供給タイミングとを制御するように構成され
る。

【００１５】図２は本発明のバンプアレイの形成方法を
示す断面図である。先ず、同図（ａ）のように、バンプ
を形成するダイオードアレイ基板１１の表面には多数
個、ここでは２５６×２５６個の画素にそれぞれ対応す
る数の電極１２が配列形成されており、その上に１層目
のレジストを薄く塗布し、かつ現像を行って各電極１２
上に開口を形成する。その後、例えば、１３０℃、３０
分間のベーキングを行い、開口の周縁部をなだらかにし
た１層目のレジストパターン１３を形成する。次に、メ
ッキ電極１４となる金属、例えばＣｕ／Ｃｒ、Ａｕ／Ｃ
ｒ、Ｉｎ等を蒸着法により薄く形成し、この蒸着膜の上
に２層目のレジストを比較的に厚く塗布し、フォトリソ
グラフィ技術を用いて各電極１２上に開口を形成して２
層目のレジストパターン１５を形成する。

【００１６】このように形成された基板１１を、図１
（ａ）に示したように、基板ホルダ３の凹部３ａに内装
し、前記メッキ電極１４に負側に電気接続を行った上で
メッキ槽１内の電解液２中に浸漬する。また、対極４と
しての金属板として、Ｉｎ、Ｐｔの金属板を対極ホルダ
５に保持させ、正側に電気接続を行った上でメッキ槽１
内の電解液２中に浸漬する。ここで、電解液２は、ホウ
フッ化液（Ｉｎ（ＢＦ₄）₃ ：１１０ｇ／ｌ，ＮＨ₄ Ｂ
Ｆ₄ ：５０ｇ／ｌ，ＨＢＦ₄ ：１５ｇ／ｌ，Ｈ₃Ｂ
Ｏ₃ ：２５ｇ／ｌ）が用いられる。

【００１７】そして、前記基板１１のメッキ電極１４と
対極４との間に間欠的にパルス電流を印加し、かつこれ
と同期してモータ９によりカム車８を回転駆動させる。
このカム車８が回転されることにより、カム車８の凹部
８ａが周期的に遮蔽板６の突部６ａに対向されるため、
その際に遮蔽板６はスプリング７力によって基板１１の
表面のレジストパターン１５の表面に密接され、この表
面を覆い隠す状態となる。それ以外の時には、図１
（ｂ）に示すように、遮蔽板６はカム車８の周面と突部
６ａとの当接によって基板１１の前記レジストパターン
１５の表面を開放した状態とされる。したがって、遮蔽
板６がレジストパターン１５の表面を閉塞したときには
基板１１の表面のメッキ電極１４の表面には遮蔽板６に
よって閉じ込められた一部の電解液が接触された状態に
あり、メッキ槽１内の他の電解液２からは遮蔽された状
態となり、遮蔽板６がレジストパターン１５の表面を開
放したときにはメッキ電極１４の表面はメッキ槽１内の
電解液２と接触された状態とされる。

【００１８】図３（ａ）はそのタイミングを示す図であ
り、メッキ電極１４と対極４との間にハイレベルの電流
を印加するタイミングにおいて、遮蔽板６がレジストパ
ターン１５の表面に密接され、メッキ電極１４の表面上
を閉塞する。また、メッキ電流がロウレベルのときに遮
蔽板６がメッキ電極１４の表面上を開放する。

【００１９】なお、電流密度、ハイレベルのデューテ
ィ、繰り返し周波数等のパラメータは、２層目レジスト
パターン１５の開口の形状やＩｎイオン濃度等によって
相違するが、例えば、電流密度は０．５〜３Ａ／ｄ
ｍ² 、ハイレベルのデューティ即ち電流が供給される時
間の割合は１〜１０％、繰り返し周波数は１〜１０Ｈｚ
とする。

【００２０】したがって、パルス電流が基板１１のメッ
キ電極１４と対極４間に印加されている状態では、遮蔽
板６がレジストパターン１５の表面に密着してメッキ電
極１４は表面上の一部の電解液にのみ接触され、メッキ
槽１内の他の電解液２から遮蔽されているため、この際
には電解液２中からのＩｎイオンの供給が断たれ、メッ
キ反応は２層目レジストパターン１５の開口の内部に残
留したＩｎイオンのみによって行われる。このとき、基
板１１の周辺部の電流が流れ易い領域の電極ではメッキ
反応が早く進行し、やがてＩｎイオンを消費して反応が
停止される。一方、基板１１の中央部の電流が流れ難い
領域ではメッキ反応はゆっくりと進み、Ｉｎイオンが無
くなると反応は停止する。したがって、遮蔽板６がレジ
ストパターン１５の表面に密着した状態で各メッキ電極
１４における反応が停止するまで電流を供給するよう
に、電流密度、パルスのデューティ、繰り返し周波数を
設定すれば、基板１１上の全ての電極１２上のメッキ電
極１４においてＩｎのメッキ量が一定となる。

【００２１】次に、反応の遅い電極のメッキが終了した
後にパルスをロウレベル、即ち電流の供給を停止し、遮
蔽板をレジストパターン１５の表面から離して電解液中
のＩｎイオンを２層目のレジストパターン１５の開口の
内部に拡散させる。その後、再び遮蔽板６をレジストパ
ターン１５の表面に密着させ、前記と同様のメッキ反応
を行わせる。この動作を繰り返してメッキ反応を進行さ
せることにより、図２（ｂ）に示すように、基板の周辺
部及び中央部の各電極１２にメッキされる金属の量を均
一にすることができ、各電極におけるバンプ１６の高さ
を均一化することが可能となる。

【００２２】その後、２層目のレジストパターン１５を
現像液、または酸素ガスのアッシングで除去し、次いで
メッキ電極１４をアルゴンガスのイオンミリングまたは
選択性のエッチング液（例えば、Ａｕの場合はＫＩとＩ
の水溶液）で除去する。更に、１層目のレジストパター
ン１３をアセトン等の有機溶剤または酸素ガスのアッシ
ングで除去する。これにより、基板１１の全てにおいて
均一な高さのＩｎバンプ１６が形成される。

【００２３】ここで、図３（ｂ）に示すように、基板１
１のレジストパターン１５の表面に遮蔽板６を密接させ
た状態を保持しながら、パルス電流のハイレベルとロウ
レベルを複数回繰り返して供給するようにしてもよい。
この場合、電流密度を大きくしてＩｎイオンの拡散律速
状態でのメッキを行うことで、電流の流れ易さの違いに
よる各電極でのメッキ量の均一化を促進することができ
る。

【００２４】ここで、前記実施例ではＩｎバンプアレイ
を形成する例を説明しているが、メッキ法により形成す
る金属バンプアレイであれば本発明を同様に適用でき、
均一な高さのバンプアレイを形成することが可能であ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、バンプア
レイを形成する電極アレイの表面上の電解液を他の電解
液から遮蔽した状態で電極アレイにメッキ電流を印加
し、かつメッキ電流を遮断したときに電極アレイの表面
を他の電解液に接触させるので、メッキ反応時は、電極
アレイ上に閉じ込められた金属イオンのみによって生じ
るため、電流の流れ易さの相違にかかわらず全ての電極
アレイ上にメッキされる量を一定にすることができ、基
板の場所の違いにかかわらず均一な高さのバンプアレイ
を形成することができる。

【００２６】また、電極アレイの表面上を閉塞状態とし
ている間にパルス状に複数回のメッキ電流を印加するこ
とで、電流の流れ易さによるメッキ反応の不均一性を緩
和し、更に均一な高さのバンプアレイを形成することが
可能となる。

【００２７】また、本発明は、基板の電極アレイの表面
上を電解液に対して遮蔽可能な遮蔽手段と、電極アレイ
と対極との間にメッキ電流を印加する電源手段と、これ
ら電源手段と遮蔽手段のタイミングを制御し、メッキ電
流を印加する際には遮蔽手段により電極アレイの表面上
を遮蔽状態とする制御手段とを備えることにより、電極
アレイの表面上を遮蔽状態としたときにメッキ電流を印
加することが可能となり、均一な高さのバンプアレイを
形成することが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバンプアレイの形成装置の構成例を示
す断面図である。

【図２】本発明のバンプアレイの形成方法を示す断面図
である。

【図３】本発明のバンプアレイの製造に際してのタイミ
ング図である。

【図４】従来のバンプアレイの形成方法の一例を示す断
面図である。

【符号の説明】

１ メッキ槽 ２ 電解液 ３ 基板ホルダ ４ 対極 ６ 遮蔽板 ８ カム車 ９ モータ １１ 基板 １２ 電極 １３ １層目のレジストパターン １４ メッキ電極 １５ ２層目のレジストパターン １６ バンプ

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解液中に基板を浸漬し、前記基板の表
   面に配設された電極アレイ上にメッキ法によりバンプを
   形成するバンプアレイの形成方法において、前記電極ア
   レイの表面上に存在する電解液を他の電解液から遮蔽し
   た状態で前記電極アレイにメッキ電流を印加し、かつメ
   ッキ電流を遮断したときに電極アレイの表面を前記他の
   電解液に接触させることを特徴とする基板へのバンプア
   レイの形成方法。
2. 【請求項２】 前記基板の表面に形成されて前記電極ア
   レイを開口するマスクと、このマスクの表面に密接され
   て前記開口を閉塞可能な遮蔽板とを有し、前記基板を電
   解液中に浸漬し、前記電極アレイにメッキ電流を印加す
   る際には前記遮蔽板をマスク表面に密接させて開口を閉
   塞し、メッキ電流を遮断したときに前記遮蔽板を前記マ
   スク表面との密接状態から退避させて開口を開放するこ
   とを特徴とする請求項１記載の基板へのバンプアレイの
   形成方法。
3. 【請求項３】 前記遮蔽板により開口を閉塞している間
   に、前記電極アレイに対してパルス状のメッキ電流を間
   欠的に複数回印加する請求項２に記載の基板へのバンプ
   アレイの形成方法。
4. 【請求項４】 形成されるバンプはＩｎバンプである請
   求項１ないし３のいずれかに記載の基板へのバンプアレ
   イの形成方法。
5. 【請求項５】 電解液を入れたメッキ槽と、バンプアレ
   イを形成する電極アレイを表面に有する基板を保持して
   前記電解液中に浸漬される基板ホルダと、メッキする金
   属からなる対極を保持して前記電解液中に浸漬される対
   極ホルダと、前記電極アレイと対極との間にメッキ電流
   を印加する電源手段と、前記電極アレイの表面上を遮
   蔽、開放可能な遮蔽手段と、前記電源手段と遮蔽手段の
   タイミングを制御し、メッキ電流を印加する際には遮蔽
   手段により前記電極アレイの表面上を遮蔽状態とする制
   御手段とを備えることを特徴とする基板へのバンプアレ
   イの形成装置。