JP3371177B2 - 蒸着装置とフリップチップicの製造方法 - Google Patents

蒸着装置とフリップチップicの製造方法

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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基体の表面にはん
だ等の金属より成るバンプを形成する際の金属薄膜を形
成するのに適した蒸着装置及びフリップチップICの製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電子機器の小型化をより一層進展させる
ためには、部品実装密度を如何に向上させるかが重要な
ポイントとなる。こと半導体ICに関しても、従来のパ
ッケージ実装の代替えとして、フリップチップによる高
密度実装技術の開発が盛んに行なわれている。フリップ
チップ実装法の一つとして、半導体基体の電極パッド上
にはんだボールバンプを形成して、ICチップを直接印
刷配線基板上に実装する方法がある。このはんだバンプ
を所定の電極上に形成する方法としては、電解メッキに
よる方法もあるが、この場合下地の表面状態や電気抵抗
の僅かなバラツキによって、成膜されるはんだの厚みが
影響を受けICチップ内で均一な高さを有するはんだバ
ンプの形成が困難になるという問題がある。
【0003】そこで、高さのバラツキを生じさせない製
法として、はんだの蒸着と、フォトレジスト膜のリフト
オフを用いた方法がある。この方法による製造工程とは
んだ蒸着に用いられている蒸着装置の例を図7、図8に
示し、以下に説明する。フリップチップICの接合部
は、シリコン等の半導体基体1上に、アルミニューム等
の電極2をスパッタ法やエッチング法等で形成し、、ポ
リイミド等を塗布して表面保護膜3を全面に被覆した
後、電極2上に開口部を形成して、さらに電極2の上
に、BLM(Ball Limitted Meta
l)膜4と称せられるクローム、銅、金等から成る多層
の金属膜を形成する。(図7(a)参照)
【0004】さらに、このBLM膜4の上に、開口5を
有するレジスト膜6によるパターンを形成する。(図7
(b)参照) このようにして製造した図7(b)に示すウエハにはん
だ等の金属膜を形成するべく例えば図8に示す蒸着装置
が用いられる。ここに示す蒸着装置は抵抗加熱式蒸着装
置と称され、真空容器7内にヒーター8で加熱溶融した
蒸着材料9を貯留した坩堝10、坩堝10と対向した位
置にドーム状の加工ステージ11、加工ステージ11の
坩堝10との対向面に被加工物であるウエハ12が配置
されている。この種の蒸着装置の欠点として、蒸着材料
9が被加工物であるウエハ12に対し、種々の角度から
照射されるという事がある。
【0005】この結果図7(c)に示す如く、ウエハ1
2に形成されるはんだ等の金属膜13は開口5の側壁に
も付着し、さらに続く工程でレジスト膜6を剥離した後
にも図7(d)に示す如く所望の金属膜13の外周に余
剰の金属膜が残存してしまう。そしてこれに続く工程で
ある熱処理によってはんだを溶かして球状に丸めるウェ
ットバック工程で、図7(e)に示す如く所望のバンプ
14の近傍に小さいはんだ粒子、即ち子バンプ15が形
成されてしまうという不良が生じる。また開口5側壁に
付着する金属膜の量が著しく多い場合には、レジストの
剥離自体が全く進行しないこともある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、フリップチップIC等のボールバンプ形成の際の金
属膜(バンプ材料膜)形成に用いる蒸着装置を改良し、
ウエハ(被加工物)に対し照射される蒸着材料の粒子の
照射角を一定化し、開口側壁への蒸着材料の付着を効果
的に低減し、最終工程で子バンプ不良を生じない蒸着装
置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに本発明においては、真空容器内に蒸着材料を貯溜し
た坩堝と、該坩堝内の該蒸着材料と対向させた被加工物
を載置した加工ステージを備えた蒸着装置において、前
記坩堝と前記加工ステージとの間にドーム状で、全面に
複数の透孔を備えたコリメータを配置するとともに、前
記コリメータの前記透孔は切頭円錐状で、その頂部を前
記被加工物側に向け、且つその円錐中心線が前記蒸着材
料の略上面に向かう様に配置したことを特徴とする蒸着
装置を提供した。又、真空容器内に配置された蒸着材料
を貯溜した坩堝から、該坩堝内の該蒸着材料と対向させ
た加工ステージ上のウエハへ該蒸着材料を蒸着させるこ
とを含むフリップチップICの製造方法において、前記
坩堝と前記加工ステージとの間にドーム状で、全面に複
数の透孔を備えたコリメータを配置するとともに、前記
コリメータの前記透孔は切頭円錐状で、その頂部を前記
ウエハ側に向け、且つその円錐中心線が前記蒸着材料の
略上面に向かう様に配置したことを特徴とするフリップ
チップICの製造方法を提供した。
【0008】
【作用】本発明の採用により、フリップチップIC等の
ボールバンプ形成の際の金属膜(バンプ材料膜)形成に
用いる蒸着装置において、ウエハ(被加工物)に対し照
射される蒸着材料の粒子の照射角を一定化することによ
り、ウエハの開口側壁への蒸着材料の付着を効果的に低
減し、最終工程で子バンプ不良の発生を無くした。
【0009】
【実施例】以下、図1ないし図6を参照して本発明の蒸
着装置の構造とそれを用いたフリップチップICの製造
方法を説明する。
【0010】実施例1 本実施例は、はんだボールバンプ形成工程におけるはん
だ蒸着膜の成膜工程において用いる抵抗加熱式真空蒸着
装置に本発明を適用したものであり、図1、図3、図
4、図5、図6を参照して説明する。図1に示す抵抗加
熱型真空蒸着は真空容器7内に、ヒーター8で加熱溶融
された蒸着材料9を貯留した坩堝10を配置し、蒸着材
料9と対向させてその球面中心を蒸着材料9の略上面に
位置させたドーム状の加工ステージ11を配置した。ま
た、加工ステージ11と蒸着材料9との間にドーム状
で、多数の透孔16を設けたコリメータ17を配置し
た。そして、その球面中心を蒸着材料9の略上面に位置
させた。図3、図4、図5にコリメータ17の構造の詳
細を示す。コリメータ17は厚さ10乃至15mm程度
のステンレススチール、アルミニューム、モリブデン等
の金属やセラミック等の成形可能な材料に多数の透孔1
6を設けて成る。その有効面積は、加工すべき被加工物
の大きさに依存して適宜決定する。
【0011】その形状は球面中心18を有する円形ドー
ム状となし、透孔16をその全面に適当な間隔に設け
る。透孔16は例えば、球面中心側を広くし、その反対
側で狭くした切頭円錐状、または、球面中心側に直径が
大、その反対側で小さい2つの円筒を接続した形状とす
る。ここでは透孔16の径をコリメータ17の外周近く
で大きく、中心に向かう程に小さくした。そしてこれら
の全ての透孔16の中心線19は、ドームの球面中心に
向かう如くなす。透孔16を切頭円錐とする場合その底
面開口の直径は例えば、10mm、頭部開口の直径を6
mmとした。
【0012】またコリメータ17には温度調整手段を設
ける、具体的には図5に示す如く、コリメータ17の基
板に対し、透孔16の間を縫って、ヒーター線20を溝
を設けて埋め込む等の手段で取り付け、端子21に電源
を接続する。また、別の構造としては、コリメータ17
の外周部にヒーター線20を取り付けても良い。
【0013】このコリメータ17の温度を500℃前後
に設定し、成膜処理を行なうと、図4に示す如く、加工
ステージ11に直交する方向に入射する蒸着粒子P1 は
透孔16を通過し、加工ステージ11に直交しない角度
で入射する蒸着粒子P2 は透孔16の内面にて捕捉され
る。その結果加工ステージ11上に載置されたウエハ1
2に照射される蒸着粒子は直交方向から入射するものの
みとなる。またコリメータ17を適度な温度に保つこと
により、蒸着粒子を過剰に捕捉することを防止し、コリ
メータ17の目詰りによる補修サイクルを長くできる。
【0014】この図1に示す蒸着装置を用い加工ステー
ジ11に図6(b)に示すウエハ12(被処理基板)を
載置し、蒸着処理を行った。ウエハ12は図7(b)に
示すものと同様であるが、シリコンの半導体基体1のア
ルミニューム電極2に臨むポリイミドの表面保護膜3の
開口部にクローム、銅、金等の積層膜から構成されて成
るBLM(Ball LimittingMetal)
膜4を所定のパターンに形成し(図6(a)参照)、さ
らにレジスト膜6を所定のパターンに形成(図6(b)
参照)したものを準備した。
【0015】このウエハ12を図1に示す蒸着装置の加
工ステージ11に載置し、蒸着材料9として、高融点は
んだ(Pb:Sn=97:3)を坩堝10に供給して成
膜を行なった結果、図6(c)に示す如く、レジスト膜
6の開口部の側面には、ほとんどはんだが付着せず、そ
の後レジスト6を剥離しても図6(d)に示す如く余剰
なはんだは存在せず、その後のウエットバック工程で加
熱処理した結果も図6(e)に示す如く、バンプ14の
みが形成され子バンプが生ずることもなかった。
【0016】実施例2 本実施例おいて、はんだの成膜装置として用いたものは
図2に示すような構成でなる電子ビーム蒸着装置であ
り、電子ビーム22が坩堝10の近傍に配置されたフィ
ラメント23とバイアス電源24により発生され、坩堝
10内に貯留された蒸着材料9を照射し加熱する。そし
て坩堝10は適当な冷却機構により冷却されている。そ
れ以外の構造は図1に示した抵抗加熱式真空蒸着装置と
同様である。
【0017】本実施例によれば、電子ビームによって蒸
着材料9のみを加熱するので実施例1の装置に比べる
と、坩堝やヒーター等の加熱部による真空容器内の汚染
が防止され、材料の反復、連続使用が可能となる等の利
点がある。本実施例においても、コリメータを設けた効
果は実施例1と同様に顕著であり、ウエハに金属を成膜
した結果、開口側壁への余剰な金属膜の付着がなく、後
の工程でのボールバンプの形成が良好に行なえた。
【0018】以上、本発明を2種類の実施例に基づいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではなく、蒸着装置の構造、ウエハの膜種、蒸着材
料、コリメータの構造等、発明の主旨を逸脱しない範囲
で適宜選択可能であることは言うまでもない。
【0019】
【発明の効果】本発明の採用により、フリップチップI
Cのボールバンプ形成の際の、金属膜の形成を行なう蒸
着装置において、コリメータにより蒸着粒子の照射をウ
ェハに対して、直交する方向に絞ることができて、ウェ
ハの開口側壁への成膜を無くし、後の工程で行なうウエ
ットバック工程で従来生じがちであった子バンプ不良を
無くすことができる。また、コリメータに加熱用ヒータ
を設けて、その温度を適当に調節できるので、コリメー
タの透孔での過剰な蒸着材料の捕捉を防ぎ得て、その結
果コリメータの補修期間のサイクルを長くすることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した抵抗加熱式真空蒸着装置の概
略断面図。
【図2】本発明を適用した電子ビーム蒸着装置の概略断
面図。
【図3】本発明に用いるコリメータの側断面図。
【図4】本発明に用いるコリメータの側断面図。
【図5】本発明に用いるコリメータの平面図。
【図6】本発明の蒸着装置を用いたはんだボールバンプ
の製造工程図。
【図7】従来の蒸着装置を用いたはんだボールバンプの
製造工程図。
【図8】従来の抵抗加熱式真空蒸着装置の概略断面図。
【符号の説明】
1 半導体基体 2 電極 3 表面保護膜 4 BLM膜 5 開口 6 レジスト膜 7 真空容器 8 ヒーター 9 蒸着材料 10 坩堝 11 加工ステージ 12 ウェハ 13 金属膜 14 バンプ 15 子バンプ 16 透孔 17 コリメータ 18 球面中心 19 透孔中心線 20 ヒーター線 21 端子 22 電子ビーム 23 フィラメント 24 バイアス電源 P1 、P2 蒸着粒子

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器内に蒸着材料を貯溜した坩堝
    と、該坩堝内の該蒸着材料と対向させた被加工物を載置
    した加工ステージを備えた蒸着装置において、 前記坩堝と前記加工ステージとの間にドーム状で、全面
    に複数の透孔を備えたコリメータを配置するとともに、
    前記コリメータの前記透孔は切頭円錐状で、その頂部を
    前記被加工物側に向け、且つその円錐中心線が前記蒸着
    材料の略上面に向かう様に配置したことを特徴とする蒸
    着装置。
  2. 【請求項2】 真空容器内に蒸着材料を貯溜した坩堝
    と、該坩堝内の該蒸着材料と対向させた被加工物を載置
    した加工ステージを備えた蒸着装置において、 前記坩堝と前記加工ステージとの間にドーム状で、全面
    に複数の透孔を備えたコリメータを配置するとともに、
    前記コリメータの前記透孔は直径が異なる2つの円柱状
    に形成し、小径の円柱側を前記被加工物に向け、且つそ
    の円柱中心が前記蒸着材料側の上面に向かう様に配置し
    たことを特徴とする蒸着装置。
  3. 【請求項3】 真空容器内に蒸着材料を貯溜した坩堝
    と、該坩堝内の該蒸着材料と対向させた被加工物を載置
    した加工ステージを備えた蒸着装置において、 前記坩堝と前記加工ステージとの間にドーム状で、全面
    に複数の透孔を備えたコリメータを配置するとともに、
    前記コリメータに設けた透孔は、前記コリメータの外周
    から中心部に向かうに従い、その直径を大から小に漸次
    変化させたことを特徴とする蒸着装置。
  4. 【請求項4】 真空容器内に配置された蒸着材料を貯溜
    した坩堝から、 該坩堝内の該蒸着材料と対向させた加工ステージ上のウ
    エハへ該蒸着材料を蒸着させることを含むフリップチッ
    プICの製造方法において、 前記坩堝と前記加工ステージとの間にドーム状で、全面
    に複数の透孔を備えたコリメータを配置するとともに、
    前記コリメータの前記透孔は切頭円錐状で、その頂部を
    前記ウエハ側に向け、且つその円錐中心線が前記蒸着材
    料の略上面に向かう様に配置したことを特徴とするフリ
    ップチップICの製造方法。
  5. 【請求項5】 真空容器内に配置された蒸着材料を貯溜
    した坩堝から、 該坩堝内の該蒸着材料と対向させた加工ステージ上のウ
    エハへ該蒸着材料を蒸着させることを含むフリップチッ
    プICの製造方法において、 前記坩堝と前記加工ステージとの間にドーム状で、全面
    に複数の透孔を備えたコリメータを配置するとともに、
    前記コリメータの前記透孔は直径が異なる2つの円柱状
    に形成し、小径の円柱側を前記ウエハに向け、且つその
    円柱中心が前記蒸着材料側の上面に向かう様に配置した
    ことを特徴とするフリップチップICの製造方法。
  6. 【請求項6】 真空容器内に配置された蒸着材料を貯溜
    した坩堝から、 該坩堝内の該蒸着材料と対向させた加工ステージ上のウ
    エハへ該蒸着材料を蒸着させることを含むフリップチッ
    プICの製造方法において、 前記坩堝と前記加工ステージとの間にドーム状で、全面
    に複数の透孔を備えたコリメータを配置するとともに、
    前記コリメータに設けた透孔は、前記コリメータの外周
    から中心部に向かうに従い、その直径を大から小に漸次
    変化させたことを特徴とするフリップチップICの製造
    方法。
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