JP3716403B2 - Projection electrode forming substrate and method of forming projection electrode using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハに作り込まれた複数の半導体素子に突起電極を一括して形成するのに用いて好適な突起電極形成用基板及びそれを用いた突起電極の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、半導体素子と回路基板とを接続する為の接続端子の数は増加する傾向にあり、それに伴って接続端子のサイズは微細なものとなっている。
【0003】
このような微細な接続端子を精度よく形成する為、Si板を異方性エッチングして接続端子に対応する位置に四角錐形状の凹所を形成し、その凹所に半田ペーストを充填して加熱することで、凹所内に金属球を形成し、その金属球と接続端子とを位置合わせし、加熱することで接続端子上に金属球を転写し、突起電極を形成する技術が知られている(要すれば「特開平7−249631号公報」を参照)。
【0004】
また、Si板上にメタル・マスクを介して所定量の半田を蒸着し、その半田と接続端子とを位置合わせし、前記同様、加熱することで接続端子上に突起電極を形成する技術も知られている。
【0005】
従来、前記何れの手段を採る場合にも、チップ単位で突起電極を形成していたが、近年はコスト・ダウンする目的で、チップに切り出す前のウエハ段階で、一括して突起電極を形成することが行われている。
【0006】
図10及び図11は従来の技術に於ける一例を解説する為の工程要所に於けるウエハなどを表す要部切断説明図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。
【0007】
図10(A)参照
10−(1)
半導体素子が作り込まれ、且つ、接続端子2が形成されたウエハ1をアップ・サイド・ダウンにして治具(図示せず)にセットすると共に四角錐形状をなす凹所4Aが形成され且つ凹所4A内に半田ペーストを加熱して形成した金属球3を保持したSi板からなる形成板4を治具(図示せず)にセットして対向させる。
【0008】
図10(B)参照
10−(2)
ウエハ1に於ける接続端子2と形成板4に保持された金属球3との位置合わせを行って接触させる。
【0009】
図11(A)参照
10−(1)
接続端子2と金属球3とが接触した状態で加熱処理を行って、金属球3を接続端子2に転写する。
【0010】
この場合、接続端子2及び金属球3は共に微細化されているので、ウエハ1と形成板4との間のギャップGは大変狭くなっている。
【0011】
図11(B)参照
11−(2)
全体を洗浄液に浸漬し、ウエハ1と形成板4とを剥離する。
【0012】
前記したように、ウエハ1と形成板4との間のギャップGは狭いものになっていて、しかも、ウエハ1のサイズが大きくなっているので、洗浄液に浸漬した場合、ギャップG内に洗浄液が入り難く、剥離することが困難である。
【0013】
特に、接続端子2に金属球3を転写する際にフラックスを用いた場合には剥離が困難である。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、金属球を接続端子に転写してから洗浄液に浸漬してウエハと形成板とを剥離する段階で、形成板が反って洗浄液が入り易くなるようにし、ウエハと形成板との剥離を簡単且つ容易にしようとする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明では、金属球を保持する形成板に樹脂膜を成膜して、洗浄液に浸漬する際には、その樹脂膜の作用に依って形成板に反りを発生させることが基本になっているのであるが、その場合の樹脂膜は、常温で反りを生ずるものとするか、或いは、常温では平坦であるが、洗浄液に浸漬する際に何等かの手段をとることで反りを生ずるものとするかの何れかである。
【0016】
何れにせよ、接続端子と金属球とを位置合わせして転写する際は形成板が平坦を維持し、ウエハと形成板を剥離する際には、形成板に反りを発生させなくてはならないから、それを実現するには一工夫が必要になる。
【0017】
この場合、ポリイミド或いはエポキシなどの熱硬化性樹脂は極めて有用であって、ブレンドするなど種々な操作は必要であるが、例えばポリイミドであっても熱膨張率を異にするものを得ることは容易であり、そのなかには、常温で反りを発生し、且つ、100〔℃〕程度に加熱すると反りが少なくなるもの、或いは、ガラス転移温度Tg が常温近傍にあって、常温より低温にすると反りを発生するものなど多くの特性のものが得られる。
【0018】
図1乃至図2は種々な樹脂膜の特性を説明する為の金属球を保持した形成板及び樹脂膜を表す要部切断側面図であり、図10及び図11に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【0019】
図1(A)参照
図示例では、形成板4に於ける半田ボールである金属球3を保持した側(以下表面側とする)と反対側(以下裏面側とする)に熱硬化性樹脂を塗布して樹脂膜5Bを形成し且つ適用温度を適切に選ぶことで、形成板4の上方に付記してあるような反りを発生させることができる。
【0020】
図1(B)参照
図示例では、形成板4の表面側に熱硬化性樹脂を塗布して樹脂膜5Aを形成し且つ適用温度を適切に選ぶことで、形成板4の上方に付記してある反りを発生させることができる。
【0021】
図1(B)に見られる反りの向きから窺知できると思われるが、樹脂膜5Bと樹脂膜5Aとは特性を異にし、且つ、適用する温度も異なっている為、樹脂膜5Bを形成板4の表面側に形成しても、図1(A)の場合と同じ向きに反りを生じている。
【0022】
図2(A)参照
図示例では、形成板4の裏面側に熱硬化性樹脂を塗布して樹脂膜5Bを形成すると共に形成板4の表面側にも熱硬化性樹脂を塗布して樹脂膜5Aを形成し且つ適用温度を適切に選ぶことで、形成板4の上方に付記してあるように反りは発生しない。
【0023】
図2(B)参照
図示例では、図2(A)について説明した例に於ける樹脂膜5Bを例えばレーザ・ビーム照射に依って剥離し且つ適用温度を適切に選ぶことで、形成板4の上方に付記してある反りを発生させることができる。
【0024】
図3は樹脂膜の特性を説明する為の樹脂膜並びにデータを表す要部説明図であり、(A)は樹脂膜を、また、(B)はデータを示し、図1及び図2に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【0025】
図3(A)に見られるように、樹脂膜6は特性を異にする樹脂膜6A及び6Bを積層したものからなっていて、ある温度から外れた低温或いは高温に於いて、樹脂膜6の上方に付記してある反りを発生する。
【0026】
図3(B)は樹脂膜6Aと樹脂膜6Bの特性を示すものであり、横軸には温度〔℃〕を、また、縦軸には応力〔MPa〕をそれぞれ採ってあり、図に於いて、Aで指示してある特性線は樹脂膜6Aに、また、Bで指示してある特性線は樹脂膜6Bにそれぞれ対応している。
【0027】
図から明らかなように、適用温度が低い場合には、樹脂膜6Aの応力が大きいことから、図3(A)について説明した向きに反りが発生し、適用温度を高めて常温近傍に達すると反りは小さくなり、それを越えて高温になると樹脂膜6Bの応力が大きくなって同じく図3(A)について説明した向きに反りが発生する。
【0028】
本発明では、前記説明したような樹脂膜の様々な特性を利用し、必要なときに形成板に反りを発生させるのであるが、接続端子と金属球とを位置合わせして転写する際には形成板を平坦に維持することが必要であり、その為には、真空チャック及び磁石を用いる手段、適用する温度を適切に選択する手段、樹脂膜を複数層用いる手段などが存在し、これ等は実施の形態の説明で明らかにされる。
【0029】
前記したところから、本発明に依る突起電極形成用基板及びそれを用いた突起電極の形成方法に於いては、
(1)
金属球(例えば半田からなる金属球3)を受容する凹所(例えば凹所4A)が設けられ且つ任意の温度に於いて金属球を転写する側を凸とする反りを与える為の樹脂膜(例えば樹脂膜5)が設けられた形成板(例えば形成板4)からなることを特徴とするか、又は、
【0030】
(2)
形成板(例えば形成板4)に金属球(例えば半田からなる金属球3)を受容する凹所(例えば凹所4A)を形成してから任意の温度に於いて金属球を転写する側を凸とする反りを与える為の樹脂膜(例えば樹脂膜5)を設ける工程と、次いで、前記凹所内を埋めた半田ペースト(例えばSn−Pb共晶半田ペースト)から金属球(例えば金属球3)を生成させる工程と、次いで、接続端子(例えば接続端子2)をもつウエハ(例えばシリコン・ウエハ1)と平坦化され金属球を保持した前記形成板とを該接続端子と該金属球とを対向させて配置し且つ位置合わせする工程と、次いで、前記接続端子と前記金属球とを圧着及び加熱して該金属球を該接続端子に転写する工程と、次いで、前記形成板の平坦化を解除すると共に前記ウエハ及び該形成板を洗浄液(例えばキシレン)中に浸漬して剥離する工程とが含まれてなることを特徴とするか、又は、
【0031】
(3)
前記(2)に於いて、形成板がシリコン・ウエハであって且つ凹所が該シリコン・ウエハを異方性エッチングして形成されたものであることを特徴とするか、或いは、
【0032】
(4)
前記(2)或いは(3)に於いて、形成板の平坦化及び平坦化の解除は真空チャック(例えば基台11に設けられた真空吸引孔11A及び真空源)に依る吸引及び吸引の解除に依ることを特徴とするか、又は、
【0033】
(5)
前記(2)或いは(3)に於いて、形成板の平坦化は真空チャックの吸引後にセットする磁石(例えば磁石14)に依って実施し且つ平坦化の解除はセットされた磁石の除去に依って実施することを特徴とするか、又は、
【0034】
(6)
前記(2)乃至(5)の何れか1に於いて、形成板の平坦化若しくは平坦化の助長を樹脂膜が平坦化する温度を維持して実施することを特徴とするか、又は、
【0035】
(7)
前記(2)及び(3)及び(6)の何れか1に於いて、樹脂膜(例えば樹脂膜6:図3参照)が異種の少なくとも二層(例えばポリイミド膜6A及び6B:図3参照)からなり且つ形成板の平坦化及び平坦化の解除は各樹脂膜の応力が略等しくなる温度の維持及び応力に差が現れる温度の維持に依って実施することを特徴とするか、又は、
【0036】
(8)
前記(2)或いは(3)に於いて、形成板の平坦化は形成板の表裏に形成した樹脂膜(例えば樹脂膜5A及び5B:図2参照)に依って実施し且つ平坦化の解除は形成板の前記凹所形成面と反対側に在る樹脂膜(樹脂膜5B:図2参照)の除去に依って実施することを特徴とする。
【0037】
前記手段を採ることに依り、ウエハの接続端子に形成板に保持した金属球を転写した後、形成板に反りを発生させてウエハとのギャップを大きくして洗浄液の流入量を多くすることが可能になり、ウエハと形成板とは容易に剥離することができる。また、形成板が反ることで応力が発生して剥離が促進され、反りを生じない形成板を使用した場合に比較して速く剥離することができる。
【0038】
【発明の実施の形態】
図4乃至図7は本発明に於ける実施の形態1を説明する為の工程要所に於ける形成板及びウエハなどを表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。尚、図1乃至図3に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【0039】
図4(A)参照
4−(1)
リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、及び、エッチャントをKOHとするウエット・エッチング法を適用することに依り、主面の面指数が<110>である直径約15〔cm〕(6〔インチ〕)のSi板からなる形成板4の異方性エッチングを行って、半導体素子が作り込まれたウエハに於ける接続端子(図示せず)に対応する位置に金属球を受容することが可能な四角錐形状の凹所4Aを形成する。
【0040】
4−(2)
スピン・コート法を適用することに依り、常温に於いて形成板4に反りを与えることができる熱硬化性樹脂であるポリイミドを形成板4の裏面に塗布して樹脂膜5を形成する。
【0041】
前記塗布について具体的に説明すると、形成板4にポリイミドを滴下し、回転数を500〔rpm〕として10〔秒〕間、引き続いて、回転数を1500〔rpm〕に変更してから30〔秒〕間それぞれ実施した。
【0042】
4−(3)
温度80〔℃〕として時間30〔分〕のプリ・ベーキングを行い、低沸点溶媒をある程度逸散させてから、温度350〔℃〕として時間1〔時間〕の熱処理を行って樹脂膜5を硬化させる。尚、硬化後の樹脂膜5の厚さは約10〔μm〕である。
【0043】
4−(4)
樹脂膜5が形成され、図示のような反りをもった形成板4を真空吸引孔11Aをもつ基台11上に載置する。
【0044】
図4(B)参照
4−(5)
真空吸引孔11Aに接続された真空源(図示せず)、即ち、真空チャックを作動させて形成板4を基台11に引き付けて平坦化する。
【0045】
4−(6)
印刷技術を適用することに依り、Sn−Pb共晶半田ペースト3Aを凹所4Aを埋めるように塗布する。尚、12はスキージを示している。
【0046】
図5(A)参照
5−(1)
約230〔℃〕に加熱して凹所4A内の半田ペースト3Aを溶融してから凝固することで半田からなる金属球3を形成する。
【0047】
図5(B)参照
5−(2)
半導体素子が作り込まれ、且つ、接続端子2をもつウエハ1を治具(図示せず)に装着して形成板4と対向させ、接続端子2と金属球3との位置合わせを行う。尚、この場合、形成板4が平坦化されていることから、位置合わせは高精度で行うことができる。
【0048】
図6(A)参照
6−(1)
ウエハ1の接続端子2と形成板4が保持している金属球3とを当接し、加熱して金属球3を接続端子2に転写する。尚、この場合、形成板4は真空チャックで吸引したままの状態であるから、全体を加熱炉に入れるようなことはできず、従って、例えば基台11に加熱手段を作り付けるなどの構成にすることが必要である。
【0049】
図6(B)参照
6−(2)
真空チャックに依る吸引を解除するとウエハ1及び形成板4などの全体がフリーになり、この時、樹脂膜5の応力が大きい場合には形成板4に反りが発生するが、応力が小さい場合には、直ちに反りが発生することはなく、洗浄液に浸漬されて外周部のフラックスが洗浄されるにつれて次第に反ることになる。
【0050】
図7参照
7−(1)
全体をキシレンからなる洗浄液中に浸漬すると、ウエハ1と形成板4との間には、形成板4の反りに起因する大きなギャップが生成されているので、洗浄液は容易に侵入して、ウエハ1と形成板4とは約20〔分〕程度で剥離することができた。因みに、従来の技術に依った場合、剥離するのに約2〔時間〕〜3〔時間〕を要していた。
【0051】
前記説明した実施の形態1に依れば、金属球3からなる良好で欠損がない突起電極(バンプ)をウエハ1の接続端子2上に形成することができた。
【0052】
図8及び図9は本発明に於ける実施の形態2を説明する為の工程要所に於ける形成板及びウエハなどを表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。尚、図1乃至図7に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【0053】
図8(A)参照
8−(1)
実施の形態2に於いて、凹所4A内に半田からなる金属球3を保持した形成板4を接続端子2をもつウエハ1と対向させるまでの工程は、実施の形態1と同じであるから省略して、その次の工程から説明する。
【0054】
本実施の形態では、形成板4を真空吸引孔11Aをもつ基台11に引き付けて平坦化するに際し、形成板4と基台11との間に固定用治具板13を介在させてあり、この固定用治具板13は磁性体を主材とするもので、磁石を用いて引き付けることができるものを用いる。
【0055】
図8(B)参照
8−(2)
ウエハ1の接続端子2と形成板4が保持している金属球3との位置合わせを行ってから当接し、ウエハ1を治具(図示せず)から解放し、且つ、適所に磁石14を載置し、ウエハ1及び形成板4を介して固定用治具板13を吸引することに依り、間に在るウエハ1と形成板4とを抑え込むようにする。
【0056】
図9及び図7参照
9−(1)
真空チャックに依る吸引を解除すると、ウエハ1及び形成板4は固定用治具板13及び磁石14に依って挟持されたままの状態で基台11から取り外すことができるから、その状態でリフロー炉を通過させ、加熱することで金属球3を接続端子2に転写する。
【0057】
9−(2)
磁石14を除去すると、ウエハ1並びに形成板4などの全体が固定用治具板13からも解放されてフリーになり、図7に見られるように、形成板4には反りが戻ることになる。
【0058】
9−(3)
この後、実施の形態1と同様、全体をキシレンからなる洗浄液中に浸漬すると、ウエハ1と形成板4との間には、形成板4の反りに起因する大きなギャップが生成されているので、洗浄液は容易に侵入して、ウエハ1と形成板4とは約20〔分〕程度で剥離することができた。
【0059】
ところで、樹脂膜5をもつ形成板4が、適用温度の如何に依り、平坦になったり、或いは、反りを生じたりすることを利用すれば、真空チャックや磁石を用いる必要はなくなるが、接続端子2と金属球3とを位置合わせする際、及び、洗浄液に浸漬する際には形成板4の温度制御を行うことが必要であり、次に、その実施の形態を例示説明する。
【0060】
温度制御に依存する場合の1例を実施の形態3として説明する。
(1)
Si板からなる形成板4に金属球を受容する凹所4Aを形成し、形成板4の裏面に樹脂膜5を形成し、凹所4A内に半田からなる金属球3を形成するまでの工程は実施の形態1及び2と殆ど変わりないが、真空チャックは用いないこと、及び、樹脂膜5の材料として温度100〔℃〕程度で形成板4を平坦化する作用をもつポリイミドを用いていること、の点で相違している。尚、真空チャックを用いないので、形成板4の凹所4Aに半田ペーストを塗布する際、温度を100〔℃〕程度に上昇させて実施すると良い。
【0061】
(2)
約100〔℃〕程度に加熱して形成板4を平坦な状態にして、接続端子2をもつウエハ1と対向させ、接続端子2と金属球3との位置合わせを行う。
【0062】
(3)
ウエハ1の接続端子2と形成板4が保持している金属球3とを当接し、温度200〔℃〕で加熱圧着を行って金属球3を接続端子2に仮固定する。
【0063】
(4)
ピーク温度を230〔℃〕としてリフローを行って、接続素子2上に金属球3を完全に転写した。
【0064】
(5)
全体を常温のキシレンからなる洗浄液中に浸漬すると、ウエハ1と形成板4との間には、形成板4の反りに起因するギャップが生成される為、洗浄液は容易に侵入し、実施の形態1及び実施の形態2と同様、ウエハ1と形成板4とは約20〔分〕程度で剥離することができた。
【0065】
温度制御に依存する場合の他の例を実施の形態4として説明する。尚、ここでは、形成板4に二種類の樹脂膜を積層する方法を採用している。
(1)
Si板からなる形成板4に金属球を受容する凹所4Aを形成し、形成板4の裏面に樹脂膜6を形成し、凹所4A内に半田からなる金属球3を形成するまでの工程と真空チャック並びに磁石を用いない点では実施の形態3と変わりないが、形成板4に形成する樹脂膜6は、二種類のポリイミド膜6A及び6Bを積層したものからなっていて、その特性は、図3について説明したものと同様である。
【0066】
(2)
樹脂膜6を構成する二種類のポリイミド膜6A及び6Bは常温に於いて互いの反りが干渉し合うので、形成板4には殆ど反りが現れず、従って、そのままの状態で形成板4と接続端子2をもつウエハ1とを対向させ、接続端子2と金属球3との位置合わせを行う。
【0067】
(3)
ウエハ1の接続端子2と形成板4が保持している金属球3とを当接し、温度230〔℃〕に加熱することでリフローを行ない、接続端子2上に金属球3を転写する。
【0068】
(4)
全体を常温以下にしたキシレンからなる洗浄液中に浸漬すると、二種類のポリイミド膜6A及び6Bは常温以下で応力の差が大きくなって、ウエハ1と形成板4との間に形成板4の反りに起因するギャップが生成されて洗浄液は容易に侵入し、実施の形態1乃至3と同様、ウエハ1と形成板4とは約20〔分〕程度で剥離することができた。
【0069】
真空チャックや磁石を用いることなく、また、温度制御も殆ど不要な例を実施の形態5として説明する。尚、ここでは、樹脂膜5の設け方に依って、平坦化及び反りの発生を実現させるものである。
(1)
Si板からなる形成板4に金属球を受容する凹所4Aを形成し、形成板4の裏面にポリイミドを塗布し且つ硬化させて樹脂膜を形成する。
【0070】
(2)
形成板4の表面に感光性ポリイミドを塗布し、露光マスクを介して凹所4Aに対応する箇所を露光し、現像を行って凹所4A上のポリイミドのみを除去する。
【0071】
(3)
他の実施の形態と全く同様にして形成板4の凹所4A内に金属球3を形成するのであるが、形成板4の表裏両面に樹脂膜が形成されているので、反りは殆ど発生していない。
【0072】
(4)
金属球3を保持した形成板4と接続端子2をもつウエハ1とを対向させ、接続端子2と金属球3との位置合わせを行う。尚、この際、形成板4を更に平坦化するには約100〔℃〕程度に加熱すると良い。
【0073】
(5)
ウエハ1の接続端子2と形成板4が保持している金属球3とを当接し、温度200〔℃〕に加熱圧着を行って金属球3を接続端子2に仮固定する。
【0074】
(6)
ピーク温度を230〔℃〕としてリフローを行って、接続素子2上に金属球3を完全に転写する。
【0075】
(7)
形成板4の裏面に200〔W〕のパワーで1〔時間〕に亙って酸素プラズマを照射する反応性イオン・エッチング(reactive ion etching:RIE)を実施して樹脂膜を除去する。
【0076】
このようにすると、形成板4の表面側のみに樹脂膜が残ることになり、その応力に起因して反りが発生する。
【0077】
(8)
全体をキシレンからなる洗浄液中に浸漬すると、ウエハ1と形成板4との間には、形成板4の反りに起因するギャップが生成されているので、洗浄液は容易に侵入して、他の実施の形態と同様、ウエハ1と形成板4とは約20〔分〕程度で剥離することができた。
【0078】
本発明では、前記説明した実施の形態に限られることなく、他に多くの改変を実現することが可能であり、例えば、前記各実施の形態に於いては、形成板に反りを与える樹脂膜の材料にポリイミドを用いたが、これは他の材料、例えばエポキシやSiカップリング材に代替することができる。
【0079】
Siカップリング材を具体的に例示すると、
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン
γ−アミノプロピルトリメトキシシラン
γ−アミノプロピルトリエトキシシラン
ビニルトリエトキシシラン
ビニルトリメトキシシラン
γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン
などである。
【0080】
また、前記実施の形態では、形成板にシリコン・ウエハを用いたが、これはガラス・ウエハ、或いは、任意の温度で反りを有する樹脂ウエハに代替することが可能であり、更にまた、金属球は蒸着法に依って形成することもできる。但し、蒸着法を適用する場合、例えばシリコン・ウエハにメタル・マスクをかけ、真空炉中に於いて、るつぼ内に在る半田などの母合金を飛ばし、シリコン・ウエハ上に被着させることになるので、球体とはならず、截頭円錐形状になる。
【0081】
更にまた、凹所内を埋める金属系材料がSn−Pb共晶半田である場合について説明したが、この他に一般的な半田、例えばSn−3.5Ag、Sn−3.3Ag−3Bi−0.5Cuなど、適宜に採用して良い。
【0082】
【発明の効果】
本発明に依る突起電極形成用基板及びそれを用いた突起電極の形成方法に於いては、金属球を保持し且つ金属球を転写する側を凸とする反りを与える樹脂膜が設けられた形成板に接続端子をもつウエハを対向させ、接続端子と金属球とを位置合わせする際は形成板を平坦化し、接続端子に金属球を転写した後、洗浄液中に浸漬して形成板とウエハとを剥離する際は形成板に反りを発生させる。
【0083】
前記構成を採ることに依り、ウエハの接続端子に形成板に保持した金属球を転写した後、形成板に反りを発生させてウエハとのギャップを大きくして洗浄液の流入量を多くすることが可能になり、ウエハと形成板とは容易に剥離することができる。また、形成板が反ることで応力が発生して剥離が促進され、反りを生じない形成板を使用した場合に比較して速く剥離することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】種々な樹脂膜の特性を説明する為の金属球を保持した形成板及び樹脂膜を表す要部切断側面図である。
【図2】種々な樹脂膜の特性を説明する為の金属球を保持した形成板及び樹脂膜を表す要部切断側面図である。
【図3】樹脂膜の特性を説明する為の樹脂膜並びにデータを表す要部説明図である。
【図4】本発明に於ける実施の形態1を説明する為の工程要所に於ける形成板及びウエハなどを表す要部切断側面図である。
【図5】本発明に於ける実施の形態1を説明する為の工程要所に於ける形成板及びウエハなどを表す要部切断側面図である。
【図6】本発明に於ける実施の形態1を説明する為の工程要所に於ける形成板及びウエハなどを表す要部切断側面図である。
【図7】本発明に於ける実施の形態1を説明する為の工程要所に於ける形成板及びウエハなどを表す要部切断側面図である。
【図8】本発明に於ける実施の形態2を説明する為の工程要所に於ける形成板及びウエハなどを表す要部切断側面図である。
【図9】本発明に於ける実施の形態2を説明する為の工程要所に於ける形成板及びウエハなどを表す要部切断側面図である。
【図10】従来の技術に於ける一例を解説する為の工程要所に於けるウエハなどを表す要部切断説明図である。
【図11】従来の技術に於ける一例を解説する為の工程要所に於けるウエハなどを表す要部切断説明図である。
【符号の説明】
1 ウエハ
2 接続端子
3 金属球
3A Sn−Pb共晶半田ペースト
4 形成板
4A 凹所
5 樹脂膜
5A 樹脂膜
5B 樹脂膜
6 樹脂膜
6A 樹脂膜
6B 樹脂膜
11 基台
11A 真空吸引孔
12 スキージ
13 固定用治具板
14 磁石[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a protruding electrode forming substrate suitable for forming protruding electrodes collectively on a plurality of semiconductor elements formed on a wafer, and a protruding electrode forming method using the same.
[0002]
[Prior art]
Currently, the number of connection terminals for connecting a semiconductor element and a circuit board tends to increase, and accordingly, the size of the connection terminals has become minute.
[0003]
In order to form such a fine connection terminal with high accuracy, the Si plate is anisotropically etched to form a square pyramid-shaped recess at a position corresponding to the connection terminal, and the recess is filled with a solder paste. A technique is known in which a metal sphere is formed in a recess by heating, the metal sphere and the connection terminal are aligned, and the metal sphere is transferred onto the connection terminal by heating to form a protruding electrode. (Refer to Japanese Patent Laid-Open No. 7-249631 if necessary.)
[0004]
Also known is a technique for depositing a predetermined amount of solder on a Si plate through a metal mask, aligning the solder with the connection terminal, and heating to form a protruding electrode on the connection terminal as described above. It has been.
[0005]
Conventionally, when any of the above methods is adopted, the protruding electrodes are formed in units of chips. However, in recent years, the protruding electrodes are collectively formed at the wafer stage before cutting into chips for the purpose of reducing the cost. Things have been done.
[0006]
FIGS. 10 and 11 are sectional views for explaining a main part showing a wafer or the like at a process point for explaining an example in the prior art, and will be described below with reference to these drawings.
[0007]
Refer to FIG.
10- (1)
A semiconductor element is formed, and a
[0008]
Refer to FIG.
10- (2)
The
[0009]
Refer to FIG.
10- (1)
Heat treatment is performed in a state where the
[0010]
In this case, since the
[0011]
Refer to FIG.
11- (2)
The whole is immersed in a cleaning solution, and the
[0012]
As described above, the gap G between the
[0013]
In particular, when flux is used when transferring the
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
In the present invention, the metal ball is transferred to the connection terminal and then immersed in the cleaning liquid to separate the wafer and the forming plate so that the forming plate is warped so that the cleaning liquid can easily enter, and the wafer and the forming plate are separated. Try to be simple and easy.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, when a resin film is formed on a forming plate for holding a metal sphere and immersed in a cleaning liquid, it is fundamental that the forming plate is warped by the action of the resin film. However, the resin film in that case should be warped at room temperature, or flat at room temperature, but it should be warped by taking some means when immersed in the cleaning liquid. It is either.
[0016]
In any case, when the connection terminal and the metal ball are aligned and transferred, the forming plate must be kept flat, and when the wafer and the forming plate are peeled off, the forming plate must be warped. In order to realize it, a device is required.
[0017]
In this case, a thermosetting resin such as polyimide or epoxy is extremely useful, and various operations such as blending are necessary. For example, it is easy to obtain a polyimide having a different coefficient of thermal expansion. Among them, those that generate warpage at room temperature and become less warped when heated to about 100 [° C.], or glass transition temperature T g In the vicinity of normal temperature, and those having many characteristics such as those that warp when the temperature is lower than normal temperature can be obtained.
[0018]
FIG. 1 and FIG. 2 are side views of the principal part showing the forming plate and the resin film holding metal balls for explaining the characteristics of various resin films, and are the same as the symbols used in FIG. 10 and FIG. The symbols shall represent the same part or have the same meaning.
[0019]
Refer to FIG.
In the illustrated example, a thermosetting resin is applied to the side (hereinafter referred to as the back side) opposite to the side (hereinafter referred to as the front side) that holds the
[0020]
Refer to FIG.
In the example shown in the figure, a warp added above the forming
[0021]
Although it can be known from the direction of warping seen in FIG. 1B, the
[0022]
Refer to FIG.
In the illustrated example, a thermosetting resin is applied to the back side of the forming
[0023]
Refer to FIG.
In the illustrated example, the
[0024]
FIG. 3 is an explanatory view of the principal part showing the resin film and data for explaining the characteristics of the resin film. (A) shows the resin film and (B) shows the data. The same symbols as those used in the above description represent the same parts or have the same meaning.
[0025]
As shown in FIG. 3A, the resin film 6 is formed by laminating
[0026]
FIG. 3B shows the characteristics of the
[0027]
As is apparent from the figure, when the application temperature is low, the stress of the
[0028]
In the present invention, the various characteristics of the resin film as described above are utilized to generate warpage in the forming plate when necessary. However, when the connection terminals and the metal balls are transferred in alignment, It is necessary to keep the forming plate flat. For this purpose, there are means using a vacuum chuck and a magnet, means for appropriately selecting the temperature to be applied, means for using a plurality of resin films, etc. Is clarified in the description of the embodiment.
[0029]
From the above, in the bump electrode forming substrate and the bump electrode forming method using the same according to the present invention,
(1)
A resin film (for example, a
[0030]
(2)
A recess (for example,
[0031]
(3)
In (2) above, the forming plate is a silicon wafer and the recess is formed by anisotropic etching of the silicon wafer, or
[0032]
(4)
In the above (2) or (3), the formation plate is flattened and the flattening is canceled by the suction and the sucking by the vacuum chuck (for example, the
[0033]
(5)
In the above (2) or (3), the flattening of the forming plate is performed by a magnet (for example, the magnet 14) set after the suction of the vacuum chuck, and the release of the flattening is performed by removing the set magnet. Or to be implemented, or
[0034]
(6)
In any one of the above (2) to (5), the formation plate is flattened or promoted for flattening while maintaining the temperature at which the resin film is flattened, or
[0035]
(7)
In any one of the above (2), (3) and (6), the resin film (for example, resin film 6: see FIG. 3) is at least two different layers (for example,
[0036]
(8)
In the above (2) or (3), the formation plate is flattened according to resin films (for example, the
[0037]
By adopting the above-mentioned means, after transferring the metal sphere held on the forming plate to the connection terminal of the wafer, the forming plate is warped to increase the gap with the wafer and increase the inflow amount of the cleaning liquid. It becomes possible, and the wafer and the forming plate can be easily separated. Further, when the forming plate is warped, stress is generated and peeling is promoted, and the forming plate can be peeled off faster than the case where a forming plate that does not warp is used.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
4 to 7 are cutaway side views showing the main part of the forming plate and the wafer in the process steps for explaining the first embodiment of the present invention. Refer to these drawings hereinafter. I will explain. The symbols used in FIGS. 1 to 3 represent the same parts or have the same meaning.
[0039]
Refer to FIG.
4- (1)
By applying a resist process in lithography technology and a wet etching method in which the etchant is KOH, the surface index of the main surface is <110> and the diameter is about 15 [cm] (6 [inch]). The
[0040]
4- (2)
By applying the spin coating method, the
[0041]
Specifically, the coating is described below. Polyimide is dropped on the forming
[0042]
4- (3)
Pre-baking is performed for 30 minutes at a temperature of 80 ° C. to dissipate the low boiling point solvent to some extent, and then heat treatment is performed for 1 hour at a temperature of 350 ° C. to cure the
[0043]
4- (4)
A
[0044]
Refer to FIG.
4- (5)
A vacuum source (not shown) connected to the
[0045]
4- (6)
By applying the printing technique, the Sn—Pb eutectic solder paste 3A is applied so as to fill the
[0046]
Refer to FIG.
5- (1)
By heating to about 230 [° C.] and melting the solder paste 3A in the
[0047]
Refer to FIG.
5- (2)
A semiconductor element is fabricated, and a
[0048]
Refer to FIG.
6- (1)
The
[0049]
Refer to FIG.
6- (2)
When the suction by the vacuum chuck is released, the whole of the
[0050]
See FIG.
7- (1)
When the whole is immersed in a cleaning solution made of xylene, a large gap is generated between the
[0051]
According to the first embodiment described above, the projection electrodes (bumps) made of the
[0052]
FIG. 8 and FIG. 9 are main part cut side views showing a forming plate, a wafer, and the like at process points for explaining the second embodiment of the present invention. Refer to these figures hereinafter. I will explain. The symbols used in FIGS. 1 to 7 represent the same parts or have the same meaning.
[0053]
Refer to FIG.
8- (1)
In the second embodiment, the process until the forming
[0054]
In the present embodiment, when the forming
[0055]
Refer to FIG.
8- (2)
The
[0056]
See FIG. 9 and FIG.
9- (1)
When the suction by the vacuum chuck is released, the
[0057]
9- (2)
When the
[0058]
9- (3)
Thereafter, as in the first embodiment, when the whole is immersed in a cleaning solution made of xylene, a large gap is generated between the
[0059]
By the way, if the
[0060]
An example in the case of depending on temperature control will be described as a third embodiment.
(1)
Steps for forming a
[0061]
(2)
Heating to about 100 [° C.] makes the forming
[0062]
(3)
The
[0063]
(4)
Reflow was performed at a peak temperature of 230 [° C.], and the
[0064]
(5)
When the whole is immersed in a cleaning solution made of xylene at room temperature, a gap due to warpage of the forming
[0065]
Another example in the case of depending on temperature control will be described as a fourth embodiment. Here, a method of laminating two types of resin films on the forming
(1)
Steps for forming a
[0066]
(2)
Since the two types of
[0067]
(3)
The
[0068]
(4)
When the whole is immersed in a cleaning solution made of xylene having a normal temperature or lower, the difference in stress between the two types of
[0069]
An example will be described as
(1)
A
[0070]
(2)
Photosensitive polyimide is applied to the surface of the forming
[0071]
(3)
The
[0072]
(4)
The forming
[0073]
(5)
The
[0074]
(6)
Reflow is performed at a peak temperature of 230 [° C.], and the
[0075]
(7)
The resin film is removed by performing reactive ion etching (RIE) on the back surface of the forming
[0076]
If it does in this way, a resin film will remain only on the surface side of forming
[0077]
(8)
When the whole is immersed in a cleaning solution made of xylene, a gap is generated between the
[0078]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and many other modifications can be realized. For example, in each of the above embodiments, a resin film that warps a forming plate Although polyimide is used as the material, it can be replaced with other materials such as epoxy and Si coupling material.
[0079]
Specific examples of the Si coupling material include:
γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane
γ-glycidoxypropyltriethoxysilane
γ-aminopropyltrimethoxysilane
γ-aminopropyltriethoxysilane
Vinyltriethoxysilane
Vinyltrimethoxysilane
γ-mercaptopropyltrimethoxysilane
γ-mercaptopropyltriethoxysilane
Etc.
[0080]
In the above embodiment, a silicon wafer is used as the forming plate. However, this can be replaced with a glass wafer or a resin wafer having warpage at an arbitrary temperature. Can also be formed by vapor deposition. However, in the case of applying the vapor deposition method, for example, a metal mask is applied to a silicon wafer, and a mother alloy such as solder in a crucible is blown in a vacuum furnace to be deposited on the silicon wafer. Therefore, it is not a sphere but a truncated cone shape.
[0081]
Furthermore, although the case where the metal material filling the recess is Sn—Pb eutectic solder has been described, other general solders such as Sn-3.5Ag, Sn-3.3Ag-3Bi-0. You may employ | adopt suitably, such as 5Cu.
[0082]
【The invention's effect】
In the bump electrode forming substrate and the bump electrode forming method using the same according to the present invention, the formation of the resin film which holds the metal sphere and gives the warp with the metal sphere transfer side convex. When a wafer having a connection terminal is opposed to the plate and the connection terminal and the metal sphere are aligned, the formation plate is flattened, and after the metal sphere is transferred to the connection terminal, the substrate is immersed in a cleaning solution. When peeling off, a warp is generated in the forming plate.
[0083]
By adopting the above configuration, after transferring the metal spheres held on the forming plate to the connection terminals of the wafer, the forming plate is warped to increase the gap with the wafer and increase the inflow amount of the cleaning liquid. It becomes possible, and the wafer and the forming plate can be easily separated. Further, when the forming plate is warped, stress is generated and peeling is promoted, and the forming plate can be peeled off faster than the case where a forming plate that does not warp is used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cutaway side view of a main part showing a forming plate and a resin film holding metal balls for explaining the characteristics of various resin films.
FIG. 2 is a cutaway side view of an essential part showing a forming plate and a resin film holding metal balls for explaining the characteristics of various resin films.
FIG. 3 is a main part explanatory view showing resin film and data for explaining characteristics of the resin film.
FIG. 4 is a cutaway side view of a main part showing a forming plate, a wafer, and the like at process points for explaining the first embodiment in the present invention.
FIG. 5 is a cutaway side view of a main part showing a forming plate, a wafer, and the like at process key points for explaining the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cutaway side view of a main part showing a forming plate, a wafer, and the like at process points for explaining the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cutaway side view of a main part showing a forming plate, a wafer, and the like at process key points for explaining the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cutaway side view of a main part showing a forming plate, a wafer, and the like at process points for explaining a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cutaway side view of a main part showing a forming plate, a wafer, and the like at process points for explaining
FIG. 10 is a cutaway explanatory view of a main part showing a wafer or the like at a process point for explaining an example in the prior art.
FIG. 11 is a cutaway explanatory view of a main part showing a wafer or the like at a process point for explaining an example in the prior art.
[Explanation of symbols]
1 Wafer
2 connection terminals
3 Metal balls
3A Sn-Pb eutectic solder paste
4 Forming plate
4A recess
5 Resin film
5A resin film
5B resin film
6 Resin film
6A resin film
6B Resin film
11 base
11A Vacuum suction hole
12 Squeegee
13 Fixing jig plate
14 Magnet
Claims (8)
からなることを特徴とする突起電極形成用基板。Protrusion electrode formation comprising a forming plate provided with a resin film provided with a recess for receiving a metal sphere and provided with a warp with the metal sphere transfer side convex at an arbitrary temperature Substrate.
次いで、前記凹所内を埋めた半田ペーストから金属球を生成させる工程と、
次いで、接続端子をもつウエハと平坦化され金属球を保持した前記形成板とを該接続端子と該金属球とを対向させて配置し且つ位置合わせする工程と、
次いで、前記接続端子と前記金属球とを圧着及び加熱して該金属球を該接続端子に転写する工程と、
次いで、前記形成板の平坦化を解除すると共に前記ウエハ及び該形成板を洗浄液中に浸漬して剥離する工程と
が含まれてなることを特徴とする突起電極の形成方法。A step of forming a recess for receiving the metal sphere in the forming plate and then providing a resin film for giving a warp with the convex side of the metal sphere transferred at an arbitrary temperature;
Next, a step of generating a metal sphere from the solder paste filling the recess,
Next, arranging and aligning the wafer having the connection terminals and the forming plate holding the metal balls flattened with the connection terminals facing the metal balls; and
Next, the step of crimping and heating the connection terminal and the metal sphere to transfer the metal sphere to the connection terminal;
And a step of releasing the planarization of the forming plate and immersing and peeling the wafer and the forming plate in a cleaning solution.
を特徴とする請求項2記載の突起電極の形成方法。3. The protruding electrode forming method according to claim 2, wherein the forming plate is a silicon wafer and the recess is formed by anisotropic etching of the silicon wafer.
を特徴とする請求項2或いは請求項3記載の突起電極の形成方法。4. The method for forming a protruding electrode according to claim 2, wherein the flattening of the forming plate and the release of the flattening depend on suction by a vacuum chuck and release of the suction.
を特徴とする請求項2或いは請求項3記載の突起電極の形成方法。The flattening of the forming plate is performed by a magnet set after suction of the vacuum chuck, and the release of the flattening is performed by removing the set magnet. Method for forming protruding electrode.
を特徴とする請求項2乃至請求項5の何れか1記載の突起電極の形成方法。6. The method for forming a bump electrode according to claim 2, wherein the forming plate is flattened or promoted for flattening while maintaining a temperature at which the resin film is flattened.
を特徴とする請求項2及び請求項3及び請求項6の何れか1記載の突起電極の形成方法。The resin film is composed of at least two different layers, and flattening of the forming plate and release of flattening are performed by maintaining the temperature at which the stress of each resin film becomes substantially equal and maintaining the temperature at which the difference in stress appears. The method for forming a protruding electrode according to any one of claims 2, 3, and 6.
を特徴とする請求項2或いは請求項3記載の突起電極の形成方法。The flattening of the forming plate should be performed by the resin film formed on the front and back of the forming plate, and the release of the flattening should be performed by removing the resin film on the opposite side of the forming surface of the forming plate. The method for forming a protruding electrode according to claim 2, wherein:
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