JP3635161B2 - 微小ボール配列基板及びバンプ形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）或いはセラミック基板等の電極パッド等にボール状のバンプを接合し、バンプを形成するために使用する微小ボール配列基板及びバンプ形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体チップ上の電極パッドに形成されるバンプとして、ウエハバンプとスタッドバンプとがある。ウエハバンプは、ウエハ段階の半導体素子においてバンプを形成するものであり、ウエハプロセスとして複雑な工程を何回も行う必要がある。また、スタッドバンプは、半導体チップの電極パッドに１つずつワイヤボンディングの一次接合時のボールボンディングを行い、接合後にワイヤのネック部を切断することにより、スタッドバンプを形成するというものである。更に、フィルムキャリアのインナリードにバンプを接合する方法として、基板にメッキ成長させたバンプをインナリードに接合する転写バンプがある。
【０００３】
上述のような従来のバンプ形成方法に対して、近年導電性の微小金属ボールを用い、この微小ボールを半導体チップの電極に転写するものが提案されている。次に、微小ボールを用いたバンプ形成方法の例を説明する。
【０００４】
図５は、この方法に使用する装置の概略構成を示している。この装置は主要構成として、ボールピックアップステージ１００と接合ステージ２００と配列ヘッド３００と配列ヘッド３００をＸ方向に移動させる駆動機構４００とを備えている。なお、図５において紙面と直交方向をＹ方向、また上下方向をＺ方向とし、これらＹ方向及びＺ方向にも移動可能である。この装置では、配列ヘッド３００は図５に示すように、ボールピックアップステージ１００（点線）と接合ステージ２００（実線）の間を移動する。
【０００５】
ボールピックアップステージ１００において、図６（Ａ）のように容器１１０内に多数の微小ボール１が収容されている。容器１１０を加振器１２０によって振動させることにより、容器１１０内の微小ボール１が浮遊する。このように浮遊した微小ボール１は図６（Ｂ）のように、配列ヘッド３００の先端に付設された配列基板３１０によって吸着・配列される。なお、配列基板３１０にはバンプを形成すべき半導体チップの電極に対応する吸着孔３１１が形成されており、各吸着孔３１１には１つの微小ボール１が吸着保持されるようになっている。
【０００６】
次に、配列ヘッド３００は、駆動機構４００によって接合ステージ２００まで移動される（図６（Ｃ））。この接合ステージ２００では、所定位置に載置されている半導体チップ２に対して配列ヘッド３００をアライメントして下降させ、配列基板３１０に保持されている微小ボール１を半導体チップ２の電極３に接触させる。この場合、配列基板３１０により適度に押圧し、これにより図６（Ｄ）のように微小ボール１を電極３に接合することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の例は半導体チップ２の電極３にバンプを形成する場合であるが、ＴＡＢ或いはセラミック基板の場合でも実質的に同様にバンプが形成される。このような金属ボールを用いた従来のバンプ形成方法において、図７のようにバンプが形成される対象物である基板４側に例えば複数の半導体チップ（ウエハ上の半導体チップであってよい）を含む場合、既に形成されたバンプ５ａのうちの特定のバンプ５ａ₁ が、次に形成される新たなバンプ５ｂの形成時に配列基板３１０によって再度押圧されてしまうことがあり問題であった。
【０００８】
つまり、図７に示した配列基板３１０の例のようにその周縁部３１０ａは、特に吸着孔３１１を形成する関係上、一定の機械的強度を確保するために図示ようにある程度の長さオーバハングさせておく必要がある。従来の配列基板３１０ではそのようにオーバハングした周縁部３１０ａによって、バンプ５ａ₁ の場合のように言わば２度押しされてしまい、その結果基板４上でバンプ高さにばらつき生じる。そして、このようにバンプ高さがばらつくと、バンプ接合の信頼性を損ねる等の問題に発展する。
【０００９】
本発明はかかる実情に鑑み、この種のバンプ形成において適正なバンプ接合を実現し、高い信頼性を確保する微小ボール配列基板及びバンプ形成方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の微小ボール配列基板は、導電性の微小ボールを吸引保持するための多数の吸着孔を有する微小ボール配列基板であって、前記吸着孔の開口側の基板面において、基板周縁部を薄肉に形成して成る切除部を有し、かつ、該周縁部及び所定の前記吸着孔以外には前記切除部を持たないものである。
【００１１】
また、本発明の微小ボール配列基板において、前記切除部は、前記基板周縁部寄りの前記吸着孔よりも外側に設けられることを特徴とする。
【００１２】
或いはまた、本発明のバンプ形成方法は、前記微小ボール配列基板に配列担持した導電性の微小ボールを被接合部に転写してバンプを形成する方法であって、前記被接合部を複数の領域に分割し、分割された各領域毎に前記配列基板に配列担持された前記微小ボールを一括で接合するものである。
【００１３】
また、本発明のバンプ形成方法において、前記被接合部は複数の半導体素子の電極部により構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のバンプ形成方法において、前記被接合部が１又は複数の半導体素子単位で分割されると共に、各半導体素子の電極部に前記微小ボールを接合することを特徴とする。
【００１６】
【作用】
本発明によれば、バンプの形成に際して微小ボールの被接合部、即ち例えばウエハ上の複数の半導体チップを複数の領域に分割し、分割された各領域毎に配列基板に配列担持された微小ボールを接合する。分割された領域毎にバンプを形成する際、既にバンプが形成された領域の隣接領域で微小ボールを接合するとき配列基板の周縁部に切除部が設けられているため、既に形成されたバンプがその配列基板によって再度押圧されてしまう危険がない。
【００１７】
また、本発明によれば、被接合部である例えば特にウエハを複数の領域に分割し、分割された各領域毎に前記配列基板に配列担持された前記微小ボールを接合する。分割領域ずつまとめて微小ボールを接合することで、高い生産効率を実現することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、従来例と実質的に同一又は対応する部材には同一符号を用いて、本発明による微小ボール配列基板及びバンプ形成方法の好適な実施の形態を説明する。
【００１９】
ここで先ず、この実施形態で使用されるバンプ形成装置の基本構成は、実質的に従来装置（図５）のものと同様とする。即ち、図５に示したボールピックアップステージ１００と接合ステージ２００と配列ヘッド３００と配列ヘッド３００をＸ方向に移動させる駆動機構４００とを備えている。
【００２０】
図１は、この実施形態における要部構成を示している。配列ヘッド３００の先端には、その一部が図示された配列基板１０が付設されている。配列基板１０にはバンプを形成すべき半導体チップの電極に対応する吸着孔１１が形成されており、各吸着孔１１には１つの微小ボール１が吸着保持されるようになっている。配列基板１０の周縁部１０ａは、一定の機械的強度を確保すべく図示ようにある程度の長さオーバハングしている。
【００２１】
この実施形態では、周縁部１０ａに切除部１２が設けられる。この切除部１２は、吸着孔１１の開口側の基板面（下側）における基板周縁部１０ａを薄肉に形成したもので、周縁部１０ａ寄りの吸着孔１１よりも外側に設けられる。この例では配列基板１０の周縁部１０ａを傾斜して平坦面としてカットすることで、切除部１２を設けている。
【００２２】
例えばバンプが形成される対象物である基板４側において、ウエハ上に複数の半導体チップ２を含んでいるものとする。このようなウエハに本発明を適用する場合、微小ボール１の被接合部である基板４上の半導体チップの電極を、好適には複数の半導体チップ単位で複数の領域に分割する。分割された各領域毎に配列基板１０に配列担持された微小ボール１を接合する。
【００２３】
図１において、１つの分割領域を構成する基板４上には、その領域内の半導体チップの電極に対応してバンプ５ａが既に形成されているものとする。次に隣接の分割領域に対してバンプを形成する際、吸着孔１１に微小ボール１を吸着保持した配列基板１０を基板４の所定部位に押し付けることで、新たなバンプ５ｂが形成される。この例のようにウエハを領域分割して、隣接の分割領域に対してバンプを形成する場合、図示のように配列基板１０の周縁部１０ａに切除部１２が設けられているため、既に形成されたバンプ５ａがその配列基板１０の特に周縁部１０ａによって再度押圧されてしまう危険がない。つまり切除部１２は、バンプ５ａに対して言わば逃げを構成している。
【００２４】
ここで、図２は、配列基板１０の周縁部１０ａに設けた切除部１２の別の構成例を示している。この例では配列基板１０の周縁部１０ａを図示のように段状に形成することで切除部１２を設け、これにより周縁部１０ａを薄肉にしている。また、切除部１２は周縁部１０ａ寄りの吸着孔１１よりも外側に設けられる。この例の切除部１２の場合にも、既に形成されたバンプ５ａに対して逃げを構成し、該バンプ５ａに損傷等を与えることなく、隣接の分割領域において新たなバンプ５ｂを適正に形成することができる。
【００２５】
ところで、ウエハ上の複数の半導体チップにバンプを形成する場合、本発明方法によれば例えば図３の例のように、ウエハ２０を複数の半導体チップ単位（チップサイズによって異なるが、例えば数十から数百個程度とする）で複数の領域２０ａ1 〜２０ａ9 に分割する。これら分割された各領域２０ａ1 〜２０ａ9 毎に配列基板１０に配列担持された微小ボールを接合する。
【００２６】
このようにウエハ２０を領域分割する場合、そのウエハ２０のダイシング工程前にダイシングラインを想定して、これに沿って上記のように複数領域に分割することができる。また、ウエハ２０のダイシング工程後に、ダイシングされた各半導体チップが粘着テープ等上に貼着されている状態のものであってもよい。
或いはまた、比較的に小サイズのウエハの場合には、領域分割することなくウエハ全体を一括でバンプ形成することが可能である。
【００２７】
配列基板１０には例えば図４のように、バンプを形成すべき複数の半導体チップ２の電極に対応する吸着孔１１が形成されており、前述のように各吸着孔１１には１つの微小ボール１が吸着保持されるようになっているものとする。また、ここで使用する配列基板１０の周縁部１０ａには、図１或いは図２で示したものと実質的に同様な切除部１２が設けられている。かかる配列基板１０を用いて、ウエハ２０上に画定された複数の領域２０ａ1 〜２０ａ9 毎に順次微小ボール１を接合し、これによりバンプを形成するというものである。
【００２８】
このようにウエハ２０を複数の複数の領域２０ａ1 〜２０ａ9 に分割し、分割された領域毎に一括で微小ボールを接合することにより、１チップずつ処理していた従来の場合に比べて、生産性を格段に向上することができる。因みに本発明によれば、チップサイズによっても異なるが、生産性を概ね数十倍から数百倍に向上することができる。しかもこの場合、相互に隣接する分割領域（例えば２０ａ1 及び２０ａ2 ）においてバンプを形成する際、切除部１２を有していることにより、既に形成されたバンプに損傷等を与えることなく、分割領域毎に順次適正にバンプ形成することができる。
【００２９】
なお、図３に示したウエハ２０において中央部の分割領域２０ａ1 〜２０ａ9 の外側の周辺部領域２０ｂ1 〜２０ｂ12でバンプ形成する場合、それらの領域に適合するサイズの配列基板を用いて上記と同様に行うことができる。この場合、同一のバンプ形成装置において、ウエハ２０の中央部及び周辺部用の配列基板を適宜切り換えて使用してもよく、或いはまたそれらの領域毎に別のバンプ形成装置によって行ってもよい。
【００３０】
上記実施形態において、配列基板１０の周縁部１０ａに切除部１２を設ける場合、傾斜した平坦面として（図１）、或いは段状に形成する（図２）ことで形成する例を説明した。特に切除部１２の形状等については、これらの図示例のみに限定されるものではなく、周縁部１０ａを薄肉にするものであればその他の形状であってもよい。例えば、周縁部１０ａを円弧状或いは湾曲状等に形成したものでもよく、上記実施形態の場合の同様の作用効果を得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、この種のバンプ形成において既にバンプが形成されたバンプを損傷等することなく、適正且つ高い信頼性のバンプ接合を実現することができる。特に、ウエハ上の複数の領域毎に微小ボールを一括で接合することで、少なくともその分割領域内のバンプ高さを均一性を確保し、バンプ形成後のプロセスにおいて接合信頼性を有効に高めることができる。また、分割領域ずつまとめて微小ボールを接合することで、生産効率を格段に向上することができる等の利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微小ボール配列基板の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の微小ボール配列基板の別の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明のバンプ形成方法に係るウエハの領域分割の例を示す平面図である。
【図４】本発明のバンプ形成方法に係る配列基板の例を示す平面図である。
【図５】従来のバンプ形成装置の概略構成例を示す図である。
【図６】従来のバンプ形成装置における主要工程を順に示す図である。
【図７】従来の配列基板によるバンプ形成時の状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 微小ボール
２ 半導体チップ
３ 電極
４ 基板
１０ 配列基板
１０ａ 周縁部
１１ 吸着孔
１２ 切除部
１００ ボールピックアップステージ
２００ 接合ステージ
３００ 配列ヘッド
４００ 駆動機構

Claims (5)

1. 導電性の微小ボールを吸引保持するための多数の吸着孔を有する微小ボール配列基板であって、
   前記吸着孔の開口側の基板面において、基板周縁部を薄肉に形成して成る切除部を有し、かつ、該周縁部及び所定の前記吸着孔以外には前記切除部を持たないことを特徴とする微小ボール配列基板。
2. 前記切除部は、前記基板周縁部寄りの前記吸着孔よりも外側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の微小ボール配列基板。
3. 請求項１又は２に記載の微小ボール配列基板に配列担持した導電性の微小ボールを被接合部に転写してバンプを形成する方法であって、
   前記被接合部を複数の領域に分割し、分割された各領域毎に前記配列基板に配列担持された前記微小ボールを一括で接合することを特徴とするバンプ形成方法。
4. 前記被接合部は複数の半導体素子の電極部により構成されることを特徴とする請求項３に記載のバンプ形成方法。
5. 前記被接合部が１又は複数の半導体素子単位で分割されると共に、各半導体素子の電極部に前記微小ボールを接合することを特徴とする請求項４に記載のバンプ形成方法。

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